JP4591166B2 - フラットケーブル及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数本の平角導体を収容した二重絶縁構造のフラットケーブル、及びその製造方法に関する。

フラットケーブルは、一般的に、薄肉状の線状導体を一対の絶縁シートで挟持してこれらを加熱しながら圧力を加えて融着したものであり、家庭用ビデオやプリンター等、様々な機器の配線材として用いられている。こうしたフラットケーブルに用いる絶縁シートは、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の基材と、ポリ塩化ビニル（以下、「ＰＶＣ」という）樹脂やポリエステル系接着剤等からなる接着剤層とで構成されている。このうち基材としてＰＥＴ、接着剤層としてＰＶＣ樹脂を組み合わせて用いる絶縁シートは、その材料費や加工費が安くなること、及びＰＶＣ樹脂が導体に接着されないため端末において絶縁層の引抜き加工や剥ぎ取り加工等が容易であることから広く用いられるようになっている。また、フラットケーブルは、様々な設置場所に対応させるために、耐摩耗性も要求されている。

フラットケーブルは、近年、薄肉化、導体の狭ピッチ化（配線の高密度化）が要求されており、それに伴って、導体として厚さが薄く且つ幅が狭いもの（すなわち断面積が小さいもの）を用いることが要求されており、具体的には０．０１ｍｍ^２以下の断面積を有する導体が用いられるようになっている。このように導体の断面積が小さくなった場合でも、フラットケーブルの末端において絶縁層を引き抜くときに、断線しないようにするための技術も開示されている（例えば、特許文献１参照）。

図６は、特許文献１に記載のフラットケーブルの製造方法を説明するための図である。図中、５１はフラットケーブル、５２は線状導体、５３はＰＶＣゾル、５４はＰＶＣ樹脂層、５５は基材、５６ａ，５６ｂは絶縁シートを示す。

フラットケーブル５１の製造工程においては、まず、ＰＥＴやポリイミド等のシート状基材５５、及びＰＶＣ樹脂を可塑剤等の溶剤に溶かしてゾル化したＰＶＣゾル５３を用意する。ＰＶＣゾル５３は必要に応じて更に安定剤、フィラーなども含んでもよい。そして基材５５上にＰＶＣゾル５３を塗布し（図６（Ａ）参照）、その後ＰＶＣゾル５３を加熱乾燥させ、溶剤を揮発させる（図６（Ｂ）参照）。ＰＶＣゾル５３の加熱は、基材５５上のＰＶＣ樹脂層５４の厚さが４５μｍ以下となるまで行う。こうして基材５５上にＰＶＣ樹脂層５４が設けられた絶縁シート５６ａを得る。同様にしてもう一枚絶縁シート５６ｂを用意する。次に複数の線状導体５２を用意し、これらを所定のピッチで並設し、先に用意した一対の絶縁シート５６ａ，５６ｂのＰＶＣ樹脂層５４ａ，５４ｂで複数の線状導体５２を挟持する（図６（Ｃ）参照）。その後、絶縁シート５６ａ，５６ｂを加熱しつつ両側から圧力を加えて融着し（図６（Ｄ）参照）、絶縁シート部５４ａ，５４ｂからなる絶縁層を得る。こうしてフラットケーブル５１が得られる。
特開２００１−２５０４２９号公報

一方、フラットケーブルの製造方法としては、上述のごときラミネート製法に加えて、２層の絶縁体を同時に押し出して成形する押出製法も考えられる。しかしながら、特許文献１にも比較例２として記載されているように、押出被覆では薄型（例えば厚さ３０μｍ）のフラットケーブルを製造することは困難であり、実用的な製法としては、ラミネート製法が採用されている。

また、ラミネート製法では、予め２層構造にしたフィルムを準備し貼り合わせることとなるが、時間のかかる加熱を伴った貼り合わせが必要となるため、３ｍ／分など、数ｍ／分程度の低速でしか生産できない。逆に、押出製法は、高速生産が可能であるが、各層の厚みを２０μｍ以下にすることは困難である。

また、従来のラミネート製法では、上述のごとく、ＰＥＴ等の絶縁フィルムの内側にＰＥ（ポリエチレン）等の接着樹脂（絶縁樹脂）を塗布し、それで導体を包むようにしている。接着剤で導体を包む理由としては、接着樹脂が薄すぎると、導体間に接着樹脂が行き渡らずに空間ができ、導体の固定、絶縁の均一性の点で問題が生じてしまうことにある。このような問題によって、従来のラミネート製法では、導体の厚さ（数十〜数百μｍ）以上の接着剤が必要となり、それを溶解するための加熱時間が必要となる。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、高速生産が可能で、且つ、収容する導体を強固に固定し絶縁を均一にしながらケーブル厚を薄くすること、並びに高い可撓性及び耐摩耗性を持たせることが可能な、フラットケーブル及びその製造方法を提供することを、その目的とする。

本発明によるフラットケーブルは、一平面上に配列した複数本の平角導体の周囲に、絶縁樹脂による押出被覆層が形成され、絶縁フィルムが平角導体の配列面の上下から挟むように押出被覆層上に溶着されてなるようにしたものである。

また、本発明によるフラットケーブルの製造方法は、複数本の平角導体を一平面上に配列し、平角導体の周囲に絶縁樹脂を押出被覆して被覆層を形成し、さらに絶縁フィルムで平角導体の配列面の上下から被覆層を挟み込んで絶縁フィルムを被覆層に溶着するようにしたものである。

本発明によれば、フラットケーブルにおいて、高速生産が可能で、且つ、収容する導体を強固に固定し絶縁を均一にしながらケーブル厚を薄くすること、並びに高い可撓性及び耐摩耗性を持たせることが可能となる。

図１は、本発明によるフラットケーブルの一例を示す断面図で、図１（Ａ）は、同一の平角導体を複数収容したフラットケーブルの一例を、図１（Ｂ）は異なる断面積を持つ平角導体を複数収容したフラットケーブルの一例を、それぞれ示している。また、図中、１はフラットケーブル、２，３は平角導体、２ａ，３ａは平角導体のメッキ、４は絶縁樹脂、５ａ，５ｂは絶縁フィルムを示す。

本発明に係るフラットケーブル１は、図１（Ａ）に示すように、一平面上に配列された複数本の平角導体２の周囲に絶縁樹脂４を被覆してなる。この絶縁樹脂４は、押出し成形により形成されたものであり、押出被覆層とも言う。なお、図１（Ａ）では、平角導体２として、導体に錫メッキ等でメッキ処理を施してメッキ２ａを形成したものを例示しているが、平角導体２にはメッキ処理を施さなくてもよい。

そして、フラットケーブル１は、絶縁樹脂４よりなる押出被覆層に、絶縁フィルム５ａ，５ｂを溶着してなる。絶縁フィルム５ａ，５ｂは、ＰＥＴ等の樹脂製のラミネートシートであり、平角導体２の配列面の上下から挟むように、絶縁樹脂４でなる押出被覆層に溶着される。ここで、絶縁フィルム５ａは平角導体２の配列面の上側に溶着されるフィルムで、絶縁フィルム５ｂは平角導体２の配列面の下側に溶着されるフィルムである。

また、フラットケーブル１に収容される平角導体は、図１（Ａ）で示す厚さＤ及び幅Ｔ_１が等しい３本の平角導体２に限ったものではなく、複数本の平角導体が収容されていればよい。例えば、図１（Ｂ）で示すように、幅狭の平角導体２と幅広の平角導体３とをフラットケーブル１に収容してもよい。なお、図１（Ｂ）では、平角導体２，３として、それぞれ、導体に錫メッキ等のメッキ処理を施してメッキ部２ａ，３ａを形成したものを例示しているが、平角導体２，３にはメッキ処理を施さなくてもよい。

図１（Ｂ）に示すフラットケーブル１は、断面積が異なり且つ厚さＤが均一の平角導体２，３の周囲に絶縁樹脂４により押出被覆されたケーブルである。なお、図１（Ｂ）で示す平角導体２，３は、厚さＤが共通で断面積が異なるため、異なる負荷電流を流すことができる。

次に、フラットケーブル１の製造方法の一例について、図１（Ａ）で示したフラットケーブル１を例に挙げて説明する。まず、同じサイズの導体を同じ厚さの銅箔にして、平角導体２を複数本作製する。ここで、図１で示したようにメッキを施してもよい。なお、平角導体２自体は、断面積が丸い銅線をフラットに圧延して作製してもよい。

次に、複数本の平角導体２を一平面上に配列し、これら平角導体２の周囲に絶縁樹脂４を押出被覆して被覆層を形成する。この被覆層（押出被覆層）の形成方法については、図２及び図３を参照して後述する。さらに、絶縁フィルム５ａ，５ｂで平角導体２の配列面の上下から押出被覆層を挟み込んで、絶縁フィルム５ａ，５ｂを押出被覆層に溶着する。この溶着方法については、図４を参照して後述する。

図２及び図３は、図１（Ａ）のフラットケーブルを製造する工程で使用する押出成形機の一例を示す図で、図２はその垂直方向断面図、図３はその水平方向断面図である。図中、１０は押出成形機、１１は樹脂送出部、１２はクロスヘッド部、１３は分岐案内流路、１４はポイント、１４ａは案内流路、１４ｂはポイント突部、１４ｃはポイント孔、１５はダイス、１５ａは挿入凹部、１５ｂは押出成形口、１６は最終押出流路、１６ａは接近流路部、１６ｂは迂回流路部を示す。なお、図１（Ｂ）のごときフラットケーブルを適用する場合も成形ダイスの形状等が異なる他は同様であり、その説明は省略している。

押出成形機１０に備えられたクロスヘッド部１２に、断面平角状の複数本の平角導体２が所定の搬送方向Ｐに沿って案内される。これら平角導体２の外周に、樹脂送出部１１から適宜溶融された熱可塑性の絶縁樹脂４を供給して、押出被覆する。

クロスヘッド部１２内には、図２及び図３に示すように、ポイント１４及びダイス１５が着脱交換自在に備えられており、ポイント１４は、上下方向に所定間隔を有して絶縁樹脂４を案内する案内流路１４ａがそれぞれ形成されている。

各案内流路１４ａは、ポイント１４の長手方向に沿って扁平な細長矩形状に形成されている。そして、ダイス１５に面する側のポイント１４の一側面には、案内流路１４ａの内側端縁より漸次薄肉状としてダイス１５方向に突出する四角錐台形状のポイント突部１４ｂが突設されている。また、ポイント１４には、両案内流路１４ａ間の中央で、且つポイント突部１４ｂの頂部に位置して、複数の平角導体２が互いに所定間隔を有して嵌通状に案内される細長矩形状のポイント孔１４ｃがそれぞれ形成されている。

ダイス１５は、ポイント１４と重合状態とされた際に、ポイント突部１４ｂとの相互間の間隙により絶縁樹脂４を案内する最終押出流路１６を形成すべく、ポイント突部１４ｂと対応する四角錐台形状で、ポイント突部１４ｂよりも若干大きな挿入凹部１５ａが形成されている。そして、挿入凹部１５ａの底部には、所定の細長矩形とされたダイス口としての押出成形口１５ｂが開口形成されている。

また、ポイント１４及びダイス１５の外周面には、クロスヘッド部１２に対する装着時に、位置決めピン等が係合して互いに整合されるポイント・ダイス整合用溝がそれぞれ形成されている。そして、最終押出流路１６は、クロスヘッド部１２に対するポイント１４及びダイス１５の装着状態において、ポイント１４の各案内流路１４ａで二流路に分岐されて案内された絶縁樹脂４を、平角導体２の長手方向に沿って上面側及び下面側の両側より漸次接近するように案内する扁平な上下一対の接近流路部１６ａと、両接近流路部１６ａの幅方向両側部を互いに連通させ、回り込んだ絶縁樹脂４を案内する一対の迂回流路部１６ｂとから構成されている。

また、両迂回流路部１６ｂも、各接近流路部１６ａと同様、並列配置された平角導体２の長手方向に沿って並列方向の両側より漸次接近する構造とされている。ここに、各接近流路部１６ａ及び各迂回流路部１６ｂは、平角導体２に接近するに従って漸次幅狭となる構造とされ、各接近流路部１６ａ及び各迂回流路部１６ｂは押出成形口１５ｂ直前で互いに合流する構造とされている。

そして、押出成形機１０から押し出される絶縁樹脂４は、クロスヘッド部１２で、並列配置された平角導体２を上下両側から挟むように、平角導体２の並列方向に面する扁平な二流路に分岐された分岐案内流路１３を通じてポイント１４の各案内流路１４ａに案内され、その後、各案内流路１４ａを通過した絶縁樹脂４は最終押出流路１６を通じて押出成形口１５ｂから押し出されるように構成されている。

図４は、図１（Ａ）のフラットケーブルを製造する工程で使用するラミネート加工機の一例を示す概略斜視図である。図中、２０はラミネート加工機、２１ａ，２１ｂはフィルムロール、２２，２３，２４は案内ローラ、２５ａ，２５ｂは圧着用ローラを示す。なお、図１（Ｂ）のごときフラットケーブルを適用する場合も同様であり、その説明は省略している。

絶縁フィルム５ａ，５ｂは、ＰＥＴフィルムやポリエステルとポリ塩化ビニルの複合フィルム等の樹脂製の基材であり、この基材の内面側表面には、熱可塑性樹脂からなる極薄い（例えば厚さ１μｍ）の接着層が塗布されている。接着層としては、例えばＰＥやポリエステル系のエラストマーのような熱可塑性接着剤が使用され、例えば摂氏１７０度以上でのみ溶融する（即ち粘着力がある）特性を有している。

このような絶縁フィルム５ａ，５ｂが、ラミネート加工機２０において、上下のフィルムロール２１ａ，２１ｂから引き出されて圧着手段（ここでは、上下一対の圧着用ローラ）２５ａ，２５ｂに供給される。この圧着用ローラ２５ａ，２５ｂとしては、有弾性のゴムローラ等が使用され、これにより、平角導体２が配置される部分よりも配置されない部分が薄くなるとしても、その薄い部分に対して十分に押圧して圧着することができる。なお、下側の絶縁フィルム５ｂは、案内ローラ２４に案内されて圧着用ローラ２５ａ，２５ｂに供給され、平角導体２は案内ローラ２２，２３によって案内されて上下の絶縁フィルム５ａ，５ｂの間に供給される。

ラミネート加工機２０は、図２及び図３で例示した押出成形機１０の後段（直後）に設けられ、絶縁樹脂４による押出被覆層の熱と上述の圧着手段とにより、従来のような熱圧着用のローラがなくとも熱圧縮される。すなわち、本発明では、押出成形機とタンデムでラミネートを実施しており、押出ヘッドから出てきた第一絶縁層のフラットケーブルに上下からフィルムをローラで貼り付ける際に、第一絶縁層が溶けているため、その熱フィルムが容易に接着する。このように、本発明では、フラットケーブル絶縁押出とタンデムでフィルムをラミネートしており、２層の内、内層の厚い部分を押出で被覆し、外層の薄い部分をラミネートで被覆している。そして、ここでは、押出で高耐熱の絶縁材料を被覆し、タンデムで耐摩擦性に優れたフィルムをラミネートするとよい。或いは、シールドテープをラミネートすることで、遮蔽が可能となる。

換言すると、本発明では、従来の接着剤で包んでいた部分を押出被覆で形成する。従って、押出被覆直後の絶縁樹脂４が熱いうちに絶縁フィルム５ａ，５ｂを従来より極薄い接着層で溶着させることになり、押出された絶縁樹脂４の熱で絶縁フィルム５ａ，５ｂの接着剤が溶けてフィルムが溶着する。これにより、従来のラミネート製法では接着剤を加熱して溶かす必要があってこの加熱に時間がかかっていたが、その必要がなくなり線速を上げることができ、高速生産が可能となる。例えば製造線速３００ｍ／分といった高速でフラットケーブル１を製造することができ、製造効率が格段に（２桁）向上する。

また、従来では導体の厚さ（数十μｍ〜数百μｍ）以上の接着剤が塗布されていたが、本発明では、絶縁フィルム５ａ，５ｂ（例えば片側の厚さ６μｍで合計厚さ１２μｍ）にはその内側に極薄い（例えば１μｍ）接着剤を塗布するだけで済み、絶縁樹脂４も薄くすることができるので、フラットケーブル１をより薄く製造することが可能となる。さらに、内側の押出被覆層は柔らかくしてフラットケーブルの可撓性を良くすることができ、外側の絶縁フィルムを硬くしてフラットケーブルの耐摩耗性を向上することができる。また、高速で２重絶縁構造のフラットケーブルを量産できるだけでなく、各層の厚み、材料を容易に変えられ、高耐熱、高機械強度のフラットケーブルを製造できる。また、シールドも可能となる。

上述のごとく、本発明によれば、フラットケーブルにおいて、高速生産が可能で、且つ、収容する導体を強固に固定し絶縁を均一にしながらケーブル厚を薄くすること、並びに高い可撓性及び耐摩耗性を持たせることが可能となる。ケーブルの可撓性を良くすること、並びに高い耐摩耗性を持たせることが可能となる。

図５は、図１（Ａ）のフラットケーブルを備えたケーブルハーネスの一例を示す概略斜視図である。図中、３０はこのケーブルハーネス、３１は電気コネクタ、３１ａは平角導体２に接続された端子を示す。端子３１ａは、導体でなる端子である。

上述したフラットケーブル１は、端末処理を施してケーブルハーネス３０となる。図５で示すように、ケーブルハーネス３０は、フラットケーブル１の絶縁体を剥ぎ、平角導体２のそれぞれを、電気コネクタ３１に具備された端子３１ａに接続されてなる。なお、接続端末部の平角導体は、錫メッキを除去し、錫メッキが除去された部分にニッケルメッキを施し、このニッケルメッキに引続いて金メッキを行なうことで、電気的にも長期信頼性に優れたものとすることができる。また、図１（Ｂ）のごときフラットケーブルを適用する場合も端子３１ａの大きさ等が異なる他は、同様であり、その説明は省略する。

また、フラットケーブル１の少なくとも一方の端末部が他の部材で端末処理されていてもよく、両端末部（他の端末部は図示せず）で電気コネクタ３１や他の部材が接続されていてもよい。また、電気コネクタ３１の代わりに、プリント基盤或いはフレキシブルプリント基盤などの硬質基盤を接続してもよい。さらに、フラットケーブル１に補強プレートを接着し、その補強プレートの中間部分を切断することで、補強プレート付きのフラットケーブルを製造することもできる。そのとき、絶縁体を被覆する際に、長手方向に対して間欠的に窓を設けておき、その部分に補強プレートを接着すればよい。

本発明によるフラットケーブルの一例を示す断面図で、図１（Ａ）は同一の平角導体を複数収容したフラットケーブルの一例を示す断面図、図１（Ｂ）は異なる断面積を持つ平角導体を複数収容したフラットケーブルの一例を示す断面図である。 図１（Ａ）のフラットケーブルを製造する工程で使用する押出成形機の一例を示す垂直方向断面図である。 図１（Ａ）のフラットケーブルを製造する工程で使用する押出成形機の一例を示す水平方向断面図である。 図１（Ａ）のフラットケーブルを製造する工程で使用するラミネート加工機の一例を示す概略斜視図である。 図１（Ａ）のフラットケーブルを備えたケーブルハーネスの一例を示す概略斜視図である。 従来のフラットケーブルの製造方法を説明するための図である。

符号の説明

１…フラットケーブル、２，３…平角導体、２ａ，３ａ…平角導体のメッキ、４…絶縁樹脂、５ａ，５ｂ…絶縁フィルム、１０…押出成形機、１１…樹脂送出部、１２…クロスヘッド部、１３…分岐案内流路、１４…ポイント、１４ａ…案内流路、１４ｂ…ポイント突部、１４ｃ…ポイント孔、１５…ダイス、１５ａ…挿入凹部、１５ｂ…押出成形口、１６…最終押出流路、１６ａ…接近流路部、１６ｂ…迂回流路部、２０…ラミネート加工機、２１ａ，２１ｂ…フィルムロール、２２，２３，２４…案内ローラ、２５ａ，２５ｂ…圧着用ローラ、３０…ケーブルハーネス、３１…電気コネクタ、３１ａ…平角導体に接続された端子。

Claims (2)

1. 一平面上に配列した複数本の平角導体の周囲に、絶縁樹脂による押出被覆層が形成され、絶縁フィルムが前記平角導体の配列面の上下から挟むように前記押出被覆層上に溶着されてなることを特徴とするフラットケーブル。
2. 複数本の平角導体を一平面上に配列し、前記平角導体の周囲に絶縁樹脂を押出被覆して被覆層を形成し、さらに絶縁フィルムで前記平角導体の配列面の上下から前記被覆層を挟み込んで前記絶縁フィルムを前記被覆層に溶着することを特徴とするフラットケーブルの製造方法。

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