(57)【要約】【課題】  接着層を存在させないで一対の単層ポリエーテルイミドフィルムを直接融着することにより、安価で難燃性、耐熱性に優れたフラットケーブルを提供する。【解決手段】  複数本の芯材を並列に配置し、一対のフィルムによりはさんでなるフラットケーブルにおいて、前記フィルムがポリエーテルイミドを主成分とし、フィルムのガラス転移点より高温で熱融着するフラットケーブル。【選択図】図１
2007087663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の芯材を並列に配置し、一対のフィルムにより挟んで一体化してなるフラットケーブルであって、前記フィルムがポリエーテルイミドを主成分とし、前記フィルムを、そのガラス転移点より高温で熱融着させてなることを特徴とするフラットケーブル。
【請求項２】
前記フィルムを、そのガラス転移点より５℃以上高い温度で融着させ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。
【請求項３】
前記芯材が金属導体よりなる請求項１又は２に記載のフラットケーブル。
【請求項４】
前記フィルムの厚さが前記金属導体の厚さの１／３以上１以下であることを特徴とする請求項３に記載のフラットケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子機器、家電製品、自動車などで広く使われているフラットケーブルの被覆絶縁部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
まず、従来のフラットケーブルについて図４に基づいて説明する。
図４は、従来のフラットケーブルの一例の断面図である。図４中、１は芯材、２’はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム等の基材層、７は接着層である。
従来のフラットケーブルは導体や電線、光ファイバーなどの芯材１を挟んだラミネートフィルムを一対の熱ロールに通し、向かい合う接着層同士を熱融着させることで製造する。ラミネートフィルムは、熱ロールの温度では溶融しない基材層２’と、熱ロールの熱で融着する接着層７で構成されるのが一般的である。この一般的なラミネートフィルムは基材フィルム２’に接着層７を塗布後、ブロッキングなどの不具合を起こさない程度にまで乾燥、硬化し、フィルムをロール状に巻き取る、などの製造工程が必要なため高価格になってしまう。更に接着層を塗布する工程上、トルエンなどの溶剤を使用することは避けられない。溶剤は乾燥工程で可能な限り除去するが、若干残ってしまう溶剤が製品使用時に揮発してしまい、臭気によるクレームや健康被害など、いわゆるＶＯＣ（揮発性有機化合物）問題を誘発する恐れがある。
また一般に基材層２’は樹脂フィルムであるため、熱を伝えにくい。そのため熱ロールからの熱は基材層２’を通り接着層７に至るまでには時間を要してしまう。そこで、接着層７に使われる接着剤はなるべく低温で融着する性能が要求される。その結果、いくら基材層に耐熱性の高い材料を使用しても接着層の耐熱性が低いため、フラットケーブルとしての耐熱性は低いものになってしまいがちであった。
接着層に耐熱性を求める場合は接着層の架橋技術を使用していた。架橋する方法としては、接着層に過酸化物などの架橋剤を添加して接着層を化学架橋させるのが一般的であった。その場合、接着層が融着前に架橋してしまうと十分な接着強度が発揮されなくなってしまうことから、架橋前のラミネートフィルムは冷蔵状態にて輸送、保管する必要があり、冷蔵するために多大なコストがかかっていた。またいくら冷蔵して保管しても架橋反応は少しずつ進行してしまうため、製品の使用可能期間も短くなってしまい、通常約１ヶ月程度しか在庫しておくことが出来なかった。その結果、毎月のように使用分ずつラミネートフィルムを製造しなくてはならず、大量生産による生産効率向上がなかなか図れない状態であった。
ラミネートフィルムの基材層としては価格と機械的及び熱的性能のバランスからポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを使用するのが一般的である。一方、接着層としてはＰＥＴフィルムとの相性の良さや、接着性能、価格のバランスからポリエステル系接着剤を用いるのが一般的である。しかしながらＰＥＴフィルム、ポリエステル系接着剤ともに非常に燃えやすい材料であるため、フラットケーブルとしての十分な難燃性能を得るためには難燃効果の高いハロゲン系難燃剤と三酸化アンチモンを組み合わせて添加する必要があり、その結果環境負荷物質を多量に含んでしまうという欠点を有していた。また、ＰＥＴフィルムのガラス転移点は７０℃前後と低く、使用環境や電流値によっては使用中にこのガラス転移点を跨ぐことになる。７０℃以上で軟らかくなったＰＥＴフィルムをそのまま常温や低温まで冷却すると、高温時の形に癖がついてしまういわゆるヒートセット現象を生じてしまう。特に曲げ伸ばしなどの動作が要求される箇所で用いられるフラットケーブルにおいては、ヒートセット現象が発生すると動作安定性を大いに損なうことにつながってしまう。
【０００３】
また、接着層を持たないフラットケーブルとして、例えば特許文献１に挙げられている押出成型フラットケーブルが存在する。押出成型フラットケーブルを製造するには導体サイズや芯数などの仕様毎に押出成型金型を用意する必要がある。フラットケーブルは様々な仕様を要求されることが多く、多品種を少量ずつ生産する必要があるのだが、押出成型フラットケーブルであらゆる要求に応えるためには膨大な押出成型用金型を用意しなくてはならず、設備投資を回収するのは難しいという欠点を有していた。
【特許文献１】特開２００２−３５８８３７公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、上記のような問題点を解消するため、従来の接着層を用いることなく製造でき、安価で難燃性、耐熱性に優れたフラットケーブルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、接着層を存在させないで一対の単層ポリエーテルイミドフィルムを直接融着することにより、上記目的を達成できることを見出した。本発明はこの知見に基づきなされるに至ったものである。
すなわち、本発明は、
（１）複数本の芯材を並列に配置し、一対のフィルムにより挟んで一体化してなるフラットケーブルであって、前記フィルムがポリエーテルイミドを主成分とし、前記フィルムを、そのガラス転移点より高温で熱融着させてなることを特徴とするフラットケーブル、
（２）前記フィルムを、そのガラス転移点より５℃以上高い温度で融着させることを特徴とする（１）項に記載のフラットケーブル、
（３）前記芯材が金属導体よりなる（１）又は（２）項に記載のフラットケーブル、及び
（４）前記フィルムの厚さが前記金属導体の厚さの１／３以上１以下であることを特徴とする（３）項に記載のフラットケーブル
を提供するものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のフラットケーブルは、従来の接着層を用いることなく製造でき、安価で難燃性、耐熱性に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の好ましい実施の態様について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図の説明において同一の要素には同一の符号を付す。
まず、本発明の好ましいフラットケーブルについて図１に基づいて説明する。
図１は、本発明のフラットケーブルの１つの好ましい実施態様（芯材２本のもの）を示す断面図である。図中、１は芯材、２はポリエーテルイミドフィルム、点線２ａはポリエーテルイミドフィルム２の融着部分を示す。
図１に示すように、本発明は、導体、電線または光ファイバなどの複数本の芯材１を並列に配置し、芯材１を一対のポリエーテルイミドフィルム２で挟んだ構成を有するフラットケーブルであって、接着層を用いずに熱融着させ、一体化させてなるフラットケーブルである。
【０００８】
本発明において、難燃性能と耐熱性に優れたポリエーテルイミド（以下ＰＥＩという。）をフィルム状に加工したもの（以下ＰＥＩフィルムという。）を用いる。本発明のＰＥＩフィルムとしては、ＰＥＩを主成分とするが、機械油やアルカリなどへの耐薬品性の観点から高分子中に５０質量％以下のシロキサンブロックコポリマーを共重合してもよい。そのようなシロキサンブロックコポリマーを共重合させたＰＥＩフィルムとしては、例えば、ＳＩＬＴＥＭ、ＳＴＭ１５００（商品名、日本ジーイープラスチックス株式会社製）等からなるフィルムが挙げられる。
前記ＰＥＩフィルムの厚さは特に制限はないが、１２〜１００μｍが好ましい。また、芯材として後述する金属導体を使用した場合には、ＰＥＩフィルムの厚さが金属導体の厚さの１／３以上１以下であることが好ましい。ＰＥＩフィルムの厚さを前記範囲とすることにより、屈曲性に非常に優れたフラットケーブルとすることが可能である。
本発明のフラットケーブルは、後述するように複数本の芯材をＰＥＩフィルムで挟み、熱ラミネート加工してフィルム同士を融着させることで製造することができる。融着温度はＰＥＩのガラス転移点である２１５〜２５０℃より５℃以上高い温度とするのが好ましく、５〜５０℃高い温度とするのがより好ましい。例えば、２３０〜２６０℃で融着させることが好ましい。前記融着は後述する熱ロールにより行なわれるのが好ましい。前記融着温度は熱ロールの表面温度に対応し、融着時間は、熱ロールの回転速度で制御させる。
【０００９】
前記ＰＥＩフィルムはロール巻き取り時に、フィルム同士がくっついて剥がれなくなるいわゆるブロッキングの不具合を防止するため、シボ加工と呼ばれる粗面加工を施すことがよくある。
そのようなシボ加工処理されたＰＥＩフィルム同士を熱ラミネート加工して融着させることにより本発明のフラットケーブルを製造する場合、シボ加工面同士を合わせる向きで貼り合わせると、シボ加工の突起同士が食い込み合い、アンカー効果を発揮することで融着強度が増加させることが可能であり好ましい。逆にシボ加工面が外側に露出する向きで施工してしまうと、シボ加工による凹凸がクラックの基点となるため、フラットケーブルの耐屈曲性をそこなう場合があり好ましくない。
【００１０】
前記芯材としては、任意の材質のものであってよいし、任意の断面の形状を有するものであってよく、例えば、丸断面導体等任意の導体、被覆電線等任意の電線または任意の光ファイバ等が挙げられる。芯材の本数は特に制限はないが２〜３０本が好ましい。芯材の厚さ、直径は特に制限はないが２５〜２５０μｍが好ましい。芯材の幅も特に制限はないが０．５〜１５ｍｍが好ましい。芯材同士の間隔も絶縁が保たれる限り特に制限はないが０．５〜５ｍｍが好ましい。
本明細書において、ケーブル又は芯材の「幅」方向とは、ケーブル又は芯材の長さ方向と直交する面内における、芯材が並ぶ方向を表し、「厚さ」方向とはケーブル又は芯材の長さ方向と直交する面内における、幅方向と直交する方向を表す。
【００１１】
フラットケーブルの幅は特に制限はないが、２〜１００ｍｍ好ましく、その幅は前記ＰＥＩフィルムの幅に対応する。
【００１２】
次に、本発明のフラットケーブルの製造方法の１例を、図２を参照して説明する。
図２は、本発明のフラットケーブルを製造するための熱ラミネート加工装置の説明図である。図中、１は芯材、２はＰＥＩフィルム、３は熱ロール、４はロール状に巻かれたＰＥＩフィルム（以下ＰＥＩフィルムボビンという。）であり、ＰＥＩフィルム２はＰＥＩフィルムボビン４から供給される。
形成すべきフラットケーブルの幅方向に互いに所定間隔離した複数本ある芯材１は、図２に示したように、一対の熱ロール３へと案内され、この熱ロール３により、前記芯材１を、前記芯材１の上下方向（それぞれ、矢印ｈ、ｉ)から供給されるＰＥＩフィルム２にて挟み、芯材１を挟んだ状態で向かい合うＰＥＩフィルム２同士を熱融着し、一体化させることにより本発明のフラットケーブルを製造することができる。
このとき、図中の矢印ｊで示す長さ方向に進ませるライン速度、すなわち製造速度は特に制限はないが、０．４〜１０ｍ/分が好ましく、より好ましくは１〜５ｍ／分である。この製造速度は、熱ロール３の回転速度により制御される。また、一対の熱ロール３により芯材１とＰＥＩフィルム２とを挟み込む面圧は特に制限はない。
熱ロール３は、６インチ等任意の直径でよく、フッ素ゴム等任意の材料で被覆されていてもよい。
本発明のフラットケーブルの製造方法の別の態様を図３に基づいて説明する。
図３は本発明のフラットケーブルのもう１つの実施態様を示す断面図である。図中、５は芯材と芯材の隙間部分、６はフラットケーブルの幅方向の両端部分を示す。
本発明のフラットケーブルは、上述の熱ラミネート加工の代わりに超音波ホーン等を用
いた任意の超音波熱融着により製造することもできる。すなわち、図３に示したように、ＰＥＩフィルムの芯材と芯材の隙間部分５と両端部分６をケーブル長さ方向に連続的に超音波ホーンを当てて融着して、フラットケーブルを製造することができる。
【実施例】
【００１３】
以下、実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではない。
まず、下記表１〜２に示した各種試験方法について説明する。
[耐屈曲性]
常温（２５℃）にて屈曲半径７ｍｍに曲げたり真っ直ぐに伸ばしたりを繰り返し、フラットケーブル内の芯材が破断するまでの回数であり、数字が大きいほど優れていることになる。屈曲回数は、平型導体を芯材とするフラットケーブルの場合は比較例１〜３に挙げた従来の接着層付きＰＥＴフィルムを使用するフラットケーブルのうち同じ厚さの導体を用いる例と比べて極端に性能が落ちる場合を不合格とした。
[剥離強度]
フィルム同士の剥離強度は、Ｔ型剥離試験（剥離速度５０ｍｍ／分）により接着力を測定した。
フィルムと芯材の剥離強度は、１８０度剥離試験（剥離速度５０ｍｍ／分）により接着力を測定した。
[難燃性]
難燃性については、ＵＬ１５８１で規定するＶＷ−１垂直燃焼試験を行なった。着火しなくなるまで１５秒間の接炎を繰り返しても全焼しない場合を合格とした。
[ヒートセット率]
内径１４ｍｍ（半径７ｍｍ）の真鍮パイプの内面に密着するようにフラットケーブルを挿入し、そのまま８５℃で２４時間加熱し、十分冷却後フラットケーブルを取り出して更に２４時間放置した。フラットケーブルの外側曲率半径Ｒ’を測定し、パイプ内半径の７で割ったものをヒートセット率と定義する。このヒートセット率は０から１の間をとり、数値が大きいほど巻癖が付きやすいことになる。特に回転コネクタのように動作する部位で用いられるフラットケーブルは巻癖が付きにくいほど動作安定性が向上するため、ヒートセット率が小さいほど優れていることになる。
［加熱後の柔軟性］
得られたフラットケーブルを１３０℃もしくは１４０℃で１万時間加熱し、冷却後のフラットケーブルを直径３ｍｍのマンドレルに巻き付け、加熱後の柔軟性を評価した。
［回転コネクタ耐久試験］
特開平０５−２３４６５１号公報に示される回転コネクタもしくは、実開昭６２−１６８５８１号公報に示される回転コネクタに組み込み、９０℃で１６８時間熱処理を行い、静止状態で徐冷した。その後、毎秒５回転の速度で左右２回転ずつを１サイクルとして４０００００サイクル回転させ、耐久試験を行った。
【００１４】
参考例１
５０μｍ厚のフィルム状に成型されたＰＥＩフィルム（日本ジーイープラスチックス株式会社製、商品名ウルテム１０００Ｂ、ガラス転移点約２１５℃）を毎分２ｍの製造速度、熱ロール４表面温度２３０℃という条件で直径６インチのフッ素ゴム被覆した熱ロール機に通したところ、フィルム同士は材料破壊してしまうほどの融着強度を発揮した。
参考例２
上記フィルムを、耐熱性強化品（日本ジーイープラスチックス株式会社製、商品名ウルテムＸＨ６０５０Ｂ、ガラス転移点約２５０℃）を２５μｍ厚フィルムに加工したものに置き換え、熱ロール４表面温度を２５５℃という条件にかえてもフィルム同士は３Ｎ／ｃｍという大きな融着強度を示した。
実施例１
参考例１で用いた一対の５０μｍ厚フィルム間に厚さ１００μｍ、幅１．５ｍｍの平角導体を幅方向に複数本並べてはさみ込み、同様な条件の２３０℃で熱ラミネート加工したところ、ハロゲンなどの環境負荷物質を全く含まないのにＵＬ１５８１のＶＷ−１燃焼試験に合格するほどに高い難燃性能を有するフラットケーブルを形成することが出来た。また、後記表１から明らかなようにこのフラットケーブルを１３０℃または１４０℃で１万時間加熱をしてもフィルムの柔軟性は十分残されており、直径３ｍｍのマンドレルに巻き付けても割れなどの不具合は生じなかった。
【００１５】
実施例２〜３
実施例２において、熱ロール４の表面温度を２５０℃という条件にかえても大きな融着強度を示し、高い難燃性能を有するフラットケーブルを形成することが出来た。
また、実施例３において、参考例２と同様にフィルムを耐熱性強化品（ガラス転移点約２５０℃）のものに置き換えても大きな融着強度を示し、高い難燃性能を有するフラットケーブルを形成することが出来た。
【００１６】
実施例４〜１１
実施例４〜１１において、後記表１から明らかなようにＰＥＩフィルム厚を２５〜１２５μｍ、導体厚を２５〜１５０μｍの範囲で変更して試験したところ、いずれの場合もフラットケーブルを形成することが可能で、耐屈曲性は十分であった。
後記表１から明らかなように、フィルム厚さ／導体厚さの比が小さい実施例４、１１（それぞれ、０．２５、０．１６７）や、その比が大きい実施例６、８（それぞれ、１．２５、２）は耐屈曲性が比較的小さい。一方、フィルム厚さ／導体厚さの比が１／３以上１以下の範囲にある実施例１〜３、５、７、９及び１０は耐屈曲性が特に優れていることが分かる。
【００１７】
実施例１２〜１４
また、実施例１２〜１４において、芯材を被覆電線や丸断面導体、光ファイバーに置き換えても全く問題なく、フラットケーブルを形成することができた。
【００１８】
実施例１５
実施例１で用いた一対のフィルムと導体について、熱ラミネート加工の代わりに超音波融着を実施した。導体と導体の隙間部分と、両端部分のフィルムを長さ方向に連続的に超音波ホーンを当てて融着したところ、高い耐屈曲性能と難燃性能とを有するフラットケーブルを形成できた。
また、実施例１〜１１、１５のフラットケーブルについてヒートセット率を測定したところ、後記表１から明らかなようにいずれも０．５以下の値で実用上全く問題なかった。
なお、実施例１〜３、７及び８のフラットケーブルを実開昭６２−１６８５８１号公報もしくは特開平０５−２３４６５１号公報に示される回転コネクタに組み込み、９０℃で１６８時間熱処理を行い、静止状態で徐冷したものを耐久試験（毎秒５回転の速度で左右２回転ずつを１サイクルとして４０００００サイクル実施）にかけても全く問題を生じなかった。
【００１９】
比較例１〜３
ＰＥＴフィルムに臭素系難燃剤と三酸化アンチモンを添加した接着剤を塗布したラミネートフィルムを構成して、２５〜１５０μｍ厚導体を挟んで熱ラミネート加工を行った。屈曲性の高いフラットケーブルを製造することが出来たが、耐熱性能がやや低く、１２０℃で１万時間加熱しても柔軟性は失われないものの、１３０℃で１万時間の場合は直径３ｍｍのマンドレルに巻き付けると被覆にクラックが生じて電気絶縁性能を失ってしまった。また高価格であること、環境負荷物質を多量に含むこと、接着剤に残留した溶剤が使用時に揮発してＶＯＣ問題を誘発することが問題として挙げられる。
また、これら比較例１〜３のフラットケーブルについてヒートセット率を測定したところ、いずれも０．８以上の値となった。比較例３のフラットケーブルを特開平０５−２３４６５１に示される回転コネクタに組み込んだものを９０℃で１６８時間加熱しそのまま徐冷したところ、回転時に大きな反力を感じた。これはフラットケーブルに生じたヒートセット現象によるものと思われる。この回転コネクタを耐久試験（毎秒５回転の速度で左右２回転ずつを１サイクルとして４０００００サイクル実施）にかけたところ、内部のフラットケーブルに断線が生じてしまった。この回転コネクタを分解したところ、中のフラットケーブルは大いにヒートセット現象を発現しており、その結果回転安定性が損なわれてしまい、断線に至るほどにフラットケーブルがからまり合ってしまった様子が確認された。
【００２０】
比較例４〜６
参考例１で用いた一対のＰＥＩフィルムの代わりに５０μｍ厚の二軸延伸加工を行ったＰＥＴフィルムを用いた。熱ロールの表面温度を、ＰＥＴフィルムのガラス転移点より高い９０℃（比較例４）もしくは２５０℃（比較例５）に変更して試験したが、低めの温度では簡単に剥がれる程度にしかフィルムは融着はせず、２００℃前後から上ではフィルムが縮れてしまうため、フラットケーブルを形成することはできなかった。また、比較例６では、ＰＥＴフィルムで実施例１５と同様に超音波溶接技術を使って導体を挟み込んだフラットケーブルを作製し難燃性能を評価したところ、ＵＬ１５８１ＶＷ−１燃焼試験で全焼し不合格であった。
比較例７
参考例１のＰＥＩフィルムの代わりに５０μｍ厚の非常に難燃性能が高いＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）フィルムを用いた。熱ロールの表面温度をＰＰＳの融点に近い２７０℃まで上げても十分な融着強度は得られず、手で簡単に剥がれる程度であった。
【００２１】
上記参考例１〜２、実施例１〜１５、比較例１〜７の構成、及びそれらの試験結果を下記表に示す。なお、表中、「材破」は、強固に融着し、剥離強度試験において材料が破壊したことを示す。「−」は使用せず、又は試験せずを示す。
【００２２】
【表１】
2007087663.tif 000003
【００２３】
【表２】
2007087663.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明のフラットケーブルの１つの好ましい実施態様を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明のフラットケーブルを製造するための熱ラミネート加工の説明図である。
【図３】図３は、本発明のフラットケーブルのもう１つの実施態様を示す断面図である。
【図４】図４は、従来のフラットケーブルの一例の断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  芯材
２  ポリエーテルイミドフィルム
【図１】
2007087663.tif 000005
【図２】
2007087663.tif 000006
【図３】
2007087663.tif 000007
【図４】
2007087663.tif 000008