JP7212237B1

JP7212237B1 - フラットケーブル

Info

Publication number: JP7212237B1
Application number: JP2022519567A
Authority: JP
Inventors: 斉柴田
Original assignee: 株式会社光明きゃん; 新島由浩
Priority date: 2021-12-28
Filing date: 2021-12-28
Publication date: 2023-01-25
Anticipated expiration: 2041-12-28
Also published as: WO2023127114A1; US20240112830A1; JPWO2023127114A1; CN116670786A

Abstract

【課題】フラットケーブルにおいて、高い通電性能、絶縁性、安全性を備えたものとする。【解決手段】フラットケーブル１は、一対の並列配置された帯状の導電性薄板２と、導電性薄板２を被覆する絶縁層３と、絶縁層３が被覆された一対の導電性薄板２を被覆するシース保護層４と、を備える。導電性薄板２は、板厚が０．６ｍｍ以下、断面幅が４ｍｍ以上であり、絶縁層３の厚さが、０．２５ｍｍ以上であり、シース保護層４の厚さが、０．２５ｍｍ以上であり、全厚が２ｍｍ以下、断面の全幅が２０ｍｍ以上である。

Description

本発明は、導電性薄板に絶縁層を被覆させたフラットケーブルに関する。

フラットケーブルは、一般的な断面略円形のケーブルに比べて、その薄さに由来する可撓性を利用して、例えば、自動車のルーフやドア等の可動部分の各種配線として用いられている。また、フラットケーブルは、巻き取りも可能であることから、スキャナヘッドやプリンタヘッド等の電子機器の内部配線に用いられている（例えば、特許文献１参照）。

このように、フラットケーブルは、多種の分野で利用されているものの、その多くは上記のような専用配線として採用されているものであり、一般世帯で使用される電気機器の電源コードや延長コード等には、依然として、一般的な断面略円形のケーブルが圧倒的に多く用いられている。

しかし、一般的なケーブルは、その厚みによって、狭い場所での配線に使用できない場合がある。また、例えば、一般的なケーブルをカーペット等の敷物の下に敷いて隠した場合でも、ケーブルがある箇所が盛り上がり、段差を生じ、見栄えも悪く、人が段差につまずく虞もある。これに対して、フラットケーブルは、ドアや窓枠の隙間といった、一般的なケーブルでは設置できない場所にも配線することができ、インテリアの自由度を高めることにも寄与し得る。また、フラットケーブルであれば、段差が生じることもなく、配線による見栄えの悪さを引き起こすこともない。そのため、フラットケーブルが、一般的な断面略円形のケーブルに代替される需要は十分にあると考えられる。

特許第５３０９７６６号

しかしながら、フラットケーブルが、一般的な断面円形のケーブルに代替するためには、家庭用等で広く用いられている１００Ｖ用の電源ケーブルと同等の通電性能や絶縁性を備えている必要があり、ＵＬ規格等による認証基準を満たし得る安全性が要求される。

本発明は、上記課題を解決するものであって、従来の電源ケーブルと同等の高い通電性能、絶縁性、安全性を備えたフラットケーブルを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するものであり、複数並列配置された帯状の導電性薄板と、前記導電性薄板を被覆する絶縁層と、前記絶縁層が被覆された前記導電性薄板を被覆するシース保護層と、を備え、前記導電性薄板は、板厚が０．６ｍｍ以下、断面幅が４ｍｍ以上であり、前記絶縁層の厚さが、０．２５ｍｍ以上であり、前記シース保護層の厚さが、０．２５ｍｍ以上であり、全厚が３ｍｍ以下、断面の全幅が２０ｍｍ以上であることを特徴とする。

上記フラットケーブルにおいて、前記絶縁層は、複数の前記導電性薄板を個別に被膜する第１絶縁層と、前記第１絶縁層が被覆された前記導電性薄板を被覆する第２絶縁層と、を有し、前記第２絶縁層は、複数並列配置された状態の前記導電性薄板に対して押出成形により被覆されることが好ましい。

上記フラットケーブルにおいて、前記第１絶縁層は、膜厚０．１ｍｍ以下の樹脂被膜であることが好ましい。

上記フラットケーブルにおいて、前記導電性薄板は、無酸素銅から成ることが好ましい。

上記フラットケーブルにおいて、前記シース保護層の外周を被覆するカーボン皮膜を更に備えることが好ましい。

本発明によれば、導電性薄板の板厚や断面幅を上記のように設定することで、従来の電源ケーブルと同等の高い通電性能を得ることができ、また、絶縁層の厚さ、シース保護層の厚さを、上記のように設定することで、高い絶縁性、安全性を実現することができる。

本発明の一実施形態に係るフラットケーブルの断面図。上記フラットケーブルの製造方法を説明するための図。第２絶縁層を被覆させる押出成形機で用いられる金型の写真。シース保護層を被覆させる押出成形機で用いられる金型の写真。

本発明の一実施形態に係るフラットケーブルについて、図面を参照して説明する。図１に示すように、フラットケーブル１は、一対の並列配置された帯状の導電性薄板２と、導電性薄板２を被覆する絶縁層３と、絶縁層３が被覆された一対の導電性薄板２を被覆するシース保護層４と、を備える。また、絶縁層３は、一対の導電性薄板２を個別に被膜する第１絶縁層３１と、第１絶縁層３１が被覆された一対の導電性薄板２を被覆する第２絶縁層３２と、を有する。なお、図１に示した形状は、フラットケーブル１の構成要件を例示するものであり、実際の寸法や各構成要件の比率を表すものではない。

導電性薄板２は、板厚が０．６ｍｍ以下、断面幅が４ｍｍ以上であることが好ましく、板厚が０．４ｍｍ以下、断面幅が６ｍｍ以上であることが、より好ましい。図示した導電性薄板２は、板厚が０．２５ｍｍ、断面幅が８ｍｍである。このように、導電性薄板２は、板厚を薄くすることで、フラットケーブル１自体をより薄くすることができ、また、断面幅を大きくすることで、高い通電性を確保することができる。

ただし、導電性薄板２の板厚が０．１ｍｍ以下になると、例えば、外部からの押圧力等によって導電性薄板２が損傷し易くなる。また、導電性薄板２の断面幅が大きくなると、フラットケーブル１自体の全幅も大きくなってしまう。一方、板厚が０．６ｍｍ以上になると、フラットケーブル１自体が厚くなり、フラットケーブル本来の利点である薄さが損なわれるだけでなく、可撓性も低下してしまう。そのため、導電性薄板２の板厚は０．１～０．６ｍｍであることが好ましく、板厚に対応して、導電性薄板２の断面幅は４～１０ｍｍであることが好ましい。

導電性薄板２を構成する材料には、例えば、銅、純銀、金、アルミニウム、カーボンナノチューブ等が採用され得る。カーボンナノチューブは、通電性が極めて高く、軽量且つ強靭性で、弾力性、復元性にも優れているので、導電性薄板２にカーボンナノチューブを用いたフラットケーブルは、多種多様な分野に展開できることが期待される。ただし、純銀や金と同様、製品単価が高騰するため、導電性薄板２には、導電性が高く安価な銅を用いることが好適である。

本実施形態の導電性薄板２には、無酸素銅が採用されている。無酸素銅は、一般的に酸化物を含まない９９．９６％以上の高純度銅であり、日本工業規格等により製品規定がなされている。無酸素銅は、広くケーブルの導体として使われている純度９９．９０％程度のタフピッチ銅と比較すると、より抵抗や歪みが少なく工業的に優れている。そのため、導電性薄板２に無酸素銅を用いたフラットケーブル１は、電源ケーブルのみならず、抵抗や歪み成分が忌避される信号ケーブルにも用いることができ、特に、スピーカーケーブルに好適に利用することができる。

絶縁層３は、その厚さが、０．２５ｍｍ以上であることが好ましく、図示した絶縁層３では、第１絶縁層３１が０．０５ｍｍ、第２絶縁層３２が０．３８ｍｍであり、絶縁層としての厚さは、０．４３ｍｍである。絶縁層３の厚さを０．２５ｍｍ以上とすることで、必要とされる絶縁性を実現することができ、ＵＬ規格（例えば、ＵＬ１４４６に基づく試験、評価に耐え得る電気絶縁システム）の認証基準を満たす安全性を得ることができる。なお、ＵＬ規格は、米国認証機関「ＵｎｄｅｒｗｒｉｔｅｒｓＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓＩｎｃ．（ＵＬ）」が策定する製品安全規格であり、例えば、ＵＬ１４４６の認証基準を満たす製品は、高い耐熱特性を有する電気絶縁材料を組み合わせて使用し、熱にさらされることで相互に影響し合った場合でも、正しく電気絶縁が機能することが保証される。

第１絶縁層３１は、膜厚０．１ｍｍ以下の樹脂被膜であることが好ましい。図示した第１絶縁層３１の膜厚は０．０５ｍｍである。図示した第１絶縁層３１には、ナイロン被膜が用いられる。ナイロンは、機械的、熱的、化学的特性と共に、優れた電気特性を有しているため、コネクタやコイルボビン等の一般絶縁材料としても多用されており、膜厚０．０５ｍｍでも必要とされる絶縁性を得られる。また、ナイロン被膜は、耐熱温度が２００℃以上なので、耐熱性に優れたフラットケーブル１を実現することができる。なお、第１絶縁層３１は、ナイロンと同等以上の耐熱性を有するフッ素樹脂等が用いられてもよい。

また、本実施形態では、並列配置された一対の導電性薄板２の夫々が第１絶縁層３１で被覆されているので、一対の導電性薄板２を近接配置しても、互いの絶縁性を確保し易い。本実施形態では、一対の導電性薄板２の間隔を３．５ｍｍとしているが、この間隔でも十分な絶縁性を得られ、ショートを起こし難いフラットケーブル１を実現することができる。なお、一対の導電性薄板２の間隔は、より狭くすることもでき、例えば、３ｍｍ以下であってもよい。これにより、フラットケーブル１の全幅を小さくすることができる。

第２絶縁層３２には、優れた加工性、耐屈曲性、接着性及び耐熱性を備えた樹脂材料が採用される。このような樹脂材料としては、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレルタレート等の高分子材料が挙げられる。特に、第２絶縁層３２に用いられる材料は、第１絶縁層３１のナイロン被膜と同等以上の耐熱性を有する材料であることが望ましく、そのような材料を用いることで、上述したＵＬ規格の認証基準を満たす製品を得ることができる。図示した第２絶縁層３２には、塩化ビニルを用いているが、これに限らず、例えば、塩化ビニルにウレタン樹脂を混合した混合樹脂材料を用いてもよい。

また、後述するように、第２絶縁層３２は、並列配置された状態の一対の導電性薄板２（第１絶縁層３１による被覆済）に対して押出成形により被覆される。すなわち、第２絶縁層３２は、一対の導電性薄板２の間隔を保持する間隔保持部材となり、ショートを防止するための絶縁部材ともなる。

シース保護層４は、その厚さが、０．２５ｍｍ以上であることが好ましく、図示したシース保護層４は、０．３８ｍｍである。シース保護層４は、外部からの押圧力等から導電性薄板２を保護するための緩衝保護材である。シース保護層４には、第２絶縁層３２と同様の材料を用いることができるが、より、緩衝保護性に優れたものが好ましく、例えば、サーモプラスチック・エラストマー（Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｅｌａｓｔｏｍｅｒ：ＴＰＥ）は、常温でゴムのような弾力性を有しており、軽く、頑丈であり、シース保護層４として好適に用いられる。

上記の材料から構成されたフラットケーブル１は、その全厚が３ｍｍ以下、断面の全幅が２０ｍｍ以上であることが好ましい。図示したフラットケーブル１は、厚み１．８７ｍｍ、全幅２１．２２ｍｍである。この厚み、全幅にすることで、多種多用な分野に展開可能なフラットケーブルを得ることができる。また、導電性薄板２の板厚や断面幅を上記のように設定することで、従来の電源ケーブルと同等の高い通電性能を得ることができ、また、絶縁層３の厚さ、シース保護層４の厚さを、上記のように設定することで、高い絶縁性、安全性を実現することができる。また、シース保護層４は、耐熱性の向上にも寄与するので、フラットケーブル１は、電気自動車やハイブリッドカー等の自動車関連の配線設備にも好適に用いられる。

次に、本実施形態のフラットケーブル１の製造方法について、図２乃至図４を参照して説明する。図２に示すように、第１絶縁層３１（ナイロン被膜）が被膜された状態の導電性薄板２（銅薄板）のロール１０Ａ、１０Ｂが準備され、並列配置された導電性薄板２の先端が、第１の押出成形機１１に挿通される。第１の押出成形機１１には、樹脂材料を装置に取り入れる材料供給部と、樹脂材料を溶解する圧縮部と、樹脂材料を液状化して金型１２へ運ぶ計量化部とが含まれる。第１の押出成形機１１の材料供給部には、第２絶縁層３２を構成する樹脂材料（塩化ビニル）が供給される。樹脂材料は液状に溶解され、金型１２に押し出されて、導電性薄板２に被覆される。

図３は、金型１２の実物写真である。金型１２は、導電性薄板が供給される供給側金型（写真左）と、被覆後の導電性薄板２が送出される送出側金型（写真右）とがあり、供給側金型と送出側金型との間に設けられた空間に、液状に溶解された樹脂材料が押し出され、更に、供給側金型から導電性薄板２が搬送されてくることで、第２絶縁層３２を成す樹脂材料が導電性薄板２に被覆される。供給側金型は、導電性薄板２の供給方向に先細りとなる形状であり、その先端部分には、２つの供給口（不図示）が設けられており、これらの供給口から夫々導電性薄板２が一定間隔を保った状態で供給される。第２絶縁層３２が被覆された導電性薄板２は、冷却水で満たされた冷却槽１３に搬送され、冷却後、引取り機１４に搬送される。引取り機１４は、押出成形機１１と逆方向の圧力を加え、加力によって、先端部のボイド発生を防ぐ。

続いて、第２絶縁層３２が被覆された導電性薄板２は、第２の押出成形機１５に挿通される。第２の押出成形機１５の材料供給部には、シース保護層４を構成する樹脂材料（ＴＰＥ）が供給される。シース保護層４を構成する樹脂材料は、液状に溶解され、金型１６に押し出されて、導電性薄板２を被覆する第１絶縁層３１上から更に被覆される。図４は、金型１６の実物写真であり、図中左側の供給側金型の先端部分には、既に第２絶縁層３２が被覆された導電性薄板２用の１つの供給口（不図示）が設けられている。第２の押出成形機１５でシース保護層４が被覆された導電性薄板２は、冷却水で満たされた冷却槽１７に搬送され、更に、引取り機１８により寸法調整がなされ、ロール１９により製品として回収される。

上記製造方法によれば、非常に長いフラットケーブル１を簡易に製造することができる。この製造方法で製造されたフラットケーブル１は、巻き取ることができるので、延長ケーブルとして好適に用いられ得る。また、防水性、防塵性にも優れた製品を得られるので、屋外での使用にも適しており、太陽光パネルの配線設備に対応することができる。

上記のようにして製造されたフラットケーブル１の絶縁抵抗及び導体抵抗について、試験を行った。絶縁抵抗試験では、サンプルを１時間水中に浸した後、導体と大地との間に１５００Ｖの電圧を印加して、２０℃における抵抗値を測定して算出した。また、導体抵抗試験も、上記と同様の条件で、サンプル導体間の抵抗値を測定して算出した。サンプルとしては、図１に示したものとは、導電性薄板２が厚さ０．２５ｍ、幅８ｍｍであり、第１絶縁層３１を備えていない点が異なり、他の構成は図１に示したものを用いた。また、条長は５０ｍである。

一般に、フラットケーブルにおける絶縁抵抗には、１０MΩ・ｋｍ以上であることが要求されるところ、本例のフラットケーブル１の絶縁抵抗は、８９．１２５～１１７．８MΩ・ｋｍであった。また、導電抵抗は、８．９２Ω／ｋｍ以下であることが要求されるところ、本例のフラットケーブル１の導電抵抗は、８．７６４～８．７６８Ω／ｋｍであった。従って、本例のフラットケーブル１は、絶縁抵抗及び導体抵抗共に基準を満たしており、電源ケーブルに必要とされる性能を備えていることが示された。

ここで、上記実施形態の変形例を説明する。本変形例に係るフラットケーブル１は、シース保護層４の外側に、更にカーボン皮膜を付したものである（図示を省略）。他の構成は、上記実施形態と同様である。このカーボン皮膜の厚みは、その厚さが、０．２５ｍｍ以上であることが好ましく、例えば、上記シース保護層４と同様に、０．３８ｍｍとされる。カーボン皮膜は、例えば、カーボンナノチューブやカーボンブラックを含有する高分子樹脂層により構成される。このようなカーボン皮膜を付すことで、ケーブル表面での放電を促し、静電気の影響を受け難くなり、信号伝達性能が向上し、スピーカーケーブルにより適したフラットケーブルを得ることができる。

本発明は、上記実施形態の構成に限らず、種々の変形が可能である。上記実施形態では、一対の導電性薄板２が並列配置された構成を示したが、導電性薄板２は２つに限らず、３つ以上であってもよく、例えば、信号ケーブルでれば、４つ以上であってもよい。例えば、４つの導電性薄板２を備える場合、それら４つが横並びに配置されていてもよいし、２×２に配置されていてもよい。また、第１絶縁層３１を備えない構成であってもよく、第１絶縁層３１が導電性薄板２の周囲全面ではなく、一部の面のみに設けられたものであってもよい。

１フラットケーブル
２導電性薄板
３絶縁層
３１第１絶縁層
３２第２絶縁層
４シース保護層

Claims

複数並列配置された帯状の導電性薄板と、前記導電性薄板を被覆する絶縁層と、前記絶縁層が被覆された前記導電性薄板を被覆するシース保護層と、を備え、
前記導電性薄板は、板厚が０．６ｍｍ以下、断面幅が４ｍｍ以上であり、
前記絶縁層の厚さが、０．２５ｍｍ以上であり、
前記シース保護層の厚さが、０．２５ｍｍ以上であり、
全厚が３ｍｍ以下、断面の全幅が２０ｍｍ以上であることを特徴とするフラットケーブル。
前記絶縁層は、複数の前記導電性薄板を個別に被膜する第１絶縁層と、前記第１絶縁層が被覆された前記導電性薄板を被覆する第２絶縁層と、を有し、
前記第２絶縁層は、複数並列配置された状態の前記導電性薄板に対して押出成形により被覆されることを特徴とする請求項１に記載のフラットケーブル。
前記第１絶縁層は、膜厚０．１ｍｍ以下の樹脂被膜であることを特徴とする請求項２に記載のフラットケーブル。
前記導電性薄板は、無酸素銅から成ることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のフラットケーブル。
前記シース保護層の外周を被覆するカーボン皮膜を更に備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のフラットケーブル。