JP2011222371A - 絶縁フィルム及びそれを用いたフラットケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】誘電率を低くできると共に柔軟性及び難燃性に優れる絶縁フィルム及びそれを用いたフラットケーブルを提供すること。
【解決手段】樹脂フィルムに難燃樹脂層が積層された絶縁フィルムであって、
前記難燃樹脂層は共重合ポリエステル樹脂１００質量部に対してポリフェニレンエーテル樹脂を１０質量部以上５０質量部以下、リン系難燃剤を１０質量部以上１００質量部以下含有する樹脂組成物からなる、絶縁フィルム。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フラットケーブルの被覆材、特に高速伝送用のフラットケーブルの被覆材として好適に用いることができる絶縁フィルム及びそれを用いたフレキシブルフラットケーブルに関する。

電子機器の内部配線用の電線として多心平型のフレキシブルフラットケーブルが使用されている。フラットケーブルは、２枚の絶縁フィルムの間に複数本の導体を並列して挟み、絶縁フィルム同士を熱融着して一体化することにより製造されている。この絶縁フィルムは、一般に、導体に接する接着層とその外側の樹脂フィルムを有している。樹脂フィルムとしては、機械的特性、電気的特性に優れた二軸延伸ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムが汎用されている。接着層のベースポリマーにはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）や飽和共重合ポリエステル等が使用されている。

フラットケーブルは液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ等の電子機器の高速伝送用の配線ケーブルとしても用いられている。この場合ノイズ対策のために、絶縁層の外側にシールド層（金属層）を設けた構成としている。また高速伝送特性を出すためには特性インピーダンスを高速デジタル信号の送信用・受信用ＩＣのインピーダンスと同じ１００Ωに設定する必要がある。特性インピーダンスのファクターである静電容量を制御するためには絶縁層（接着層、樹脂フィルム）の誘電率を低くする必要がある。

絶縁層の誘電率を低くするため、特許文献１には、接着層部分を発泡させたフラットケーブルが開示されている。樹脂フィルムと接着剤層とを積層した絶縁テープを準備し、２枚の絶縁テープの間に複数本の導体を挟み込み、加熱ロールでラミネートし一体化させる際に接着層部分を発泡させてフラットケーブルを製造している。接着層を発泡させることで、誘電率は１．５〜２．１と低くなっている（段落００１２、００１３）。

また特許文献２には、接着層と絶縁層とからなり、絶縁層がポリオレフィン樹脂またはポリエステル樹脂の発泡体からなるフレキシブルフラットケーブル用絶縁テープが開示されている。特許文献１と同様に、絶縁層を発泡体とすることで誘電率を低くしている。

一方、特許文献３には導体と、該導体の両面を被覆する絶縁層と、該絶縁層の外側に設けられた低誘電層と、該低誘電層の外側に設けられたシールド層を備え、該低誘電層がポリオレフィン樹脂からなる樹脂組成物を主成分とするフラットケーブルが開示されている。低誘電層を設けることでフレキシブルフラットケーブルの特性インピーダンスを調整可能としている。

特許第３００６４０９号公報 特開２００８−２５１２６１号公報 特開２００８−４７５０５号公報

フラットケーブルには柔軟性や折り曲げ加工性が要求される。特許文献１、特許文献２で使用している発泡絶縁体は強度が弱いため、フラットケーブルを折り曲げた際に気泡がつぶれてその部分が坐屈し、静電容量が変化することで電気特性が悪化する場合がある。また特許文献３のように低誘電層を設けると電気特性は優れるが、フラットケーブルの厚みが厚くなることで柔軟性が低下し、良好に折り曲げることが難しくなる。

またフラットケーブルには高度な難燃性が要求される用途があり、米国ＵＬ規格の垂直難燃試験（ＶＷ−１試験）のような難燃性が規定されている。難燃性の規格を満足させるためには低誘電層中に難燃剤を含有させる必要があり、難燃剤として臭素系難燃剤、塩素系難燃剤等のハロゲン系難燃剤、又はリン系難燃剤、窒素系難燃剤等のノンハロゲン難燃剤を使用する。特許文献２の接着層に使用しているポリオレフィン系樹脂は難燃性が低く、燃焼性の規格を満足させるためには多量の難燃剤を添加する必要がある。特にノンハロゲン系難燃剤を使用する場合はハロゲン系難燃剤を使用する場合に比べてさらに多量の難燃剤の添加が必要であり、その結果絶縁層の柔軟性が低下する。

そこで本発明は、誘電率を低くできると共に柔軟性及び難燃性に優れる絶縁フィルム及びそれを用いたフラットケーブルを提供することを課題とする。このフラットケーブルは特に高速伝送用のフラットケーブルとして好適に用いることができる。

本発明は、樹脂フィルムに難燃樹脂層が積層された絶縁フィルムであって、前記難燃樹脂層は共重合ポリエステル樹脂１００質量部に対してポリフェニレンエーテル樹脂を１０質量部以上５０質量部以下、リン系難燃剤を１０質量部以上１００質量部以下含有する樹脂組成物からなる絶縁フィルムである（請求項１）。

難燃樹脂層は接着層として機能する。ポリフェニレンエーテル樹脂は難燃性が高く、また誘電率が低い材料である。ポリフェニレンエーテル樹脂を難燃樹脂層中に含有することで難燃樹脂層の誘電率を低くできると共に難燃性を向上できる。また共重合ポリエステル樹脂を含有することで導体との接着力と柔軟性を高めることができる。さらにリン系難燃剤を使用することでＶＷ−１試験に合格できる難燃性を得ることができる。

前記ポリフェニレンエーテル樹脂の数平均分子量は５００以上２００００以下が好ましい（請求項２）。ポリフェニレンエーテル樹脂は溶媒への溶解性が悪いが、数平均分子量が２００００以下であれば溶解性が良好であり加工しやすい。また数平均分子量が５００よりも小さいと難燃樹脂層の強度が低下する。

難燃剤として窒素系難燃剤を併用しても良い。リン系難燃剤と窒素系難燃剤とを組み合わせて使用することでより難燃性が向上する。ただし難燃樹脂層中の窒素系難燃剤の含有量を多くしすぎると難燃樹脂層の誘電率が高くなる可能性がある。また導体との接着力も低下する。したがって、窒素系難燃剤の量は共重合ポリエステル樹脂１００質量部に対して３０質量部以下とすることが好ましい（請求項３）。本発明ではポリフェニレンエーテル樹脂を使用することで難燃性が高くなっており、リン系難燃剤のみでも必要な難燃性を得ることが可能である。

前記難燃樹脂層の１ｋＨｚでの誘電率が３．５以下であると好ましい（請求項４）。誘電率が３．５以下であると特性インピーダンスの値を５０Ωから１１０Ωの範囲において任意の値に設定することが可能となる。なお誘電率はＪＩＳ Ｃ２１５１（電気用プラスチックフィルム試験方法）に従って測定する。

前記樹脂フィルムと前記難燃樹脂層との間にアンカーコート層を有すると好ましい（請求項５）。アンカーコート層を有することで、樹脂フィルムと難燃樹脂層との接着力が向上する。

また本発明は、上記の難燃性樹脂シートを被覆材として用いたフラットケーブルを提供する（請求項６）。このフラットケーブルはインピーダンス特性、柔軟性及び難燃性が優れている。

本発明によれば、誘電率を低くできると共に柔軟性、難燃性に優れる絶縁フィルム及びこの絶縁フィルムを被覆材として用いたフラットケーブルを得ることができる。

本発明のフラットケーブルを示す図である。 本発明のフラットケーブルを示す図であり、図１のＡ−Ａ’断面図である。

まず、本発明の絶縁フィルムを構成する各種材料について説明する。ポリフェニレンエーテルは、メタノールとフェノールを原料として合成される２，６−キシレノールを酸化重合させて得られるエンジニアリングプラスチックであり、下記一般式（１）で示されるものである。

式中、Ｒ１〜Ｒ８はそれぞれ独立に水素原子又は置換基を有することもある全炭素数１〜２０の炭化水素基を表す。

ポリフェニレンエーテル樹脂としては、ＳＡＢＩＣイノベーティブプラスチックス製のＰＰＯ（登録商標）樹脂等を使用できる。またポリフェニレンエーテルの成形加工性を向上させるため、ポリフェニレンエーテルにポリスチレンを溶融ブレンドした材料が変性ポリフェニレンエーテル樹脂として各種市販されている。本発明に用いるポリフェニレンエーテル系樹脂としては、上記のポリフェニレンエーテル樹脂単体、及びポリスチレンを溶融ブレンドしたポリフェニレンエーテル樹脂のいずれも使用することができる。また無水マレイン酸等のカルボン酸を導入したものを適宜ブレンドして使用することもできる。

ポリフェニレンエーテルの分子量は５００〜２０，０００程度のものを選択すると好ましい。ポリフェニレンエーテル樹脂の含有量はポリエステル樹脂１００質量部に対して１０質量部以上５０質量部以下とする。ポリフェニレンエーテル樹脂の量がこれより少ない場合には誘電率低下効果が得られず、また難燃性も不十分となる。逆にポリフェニレンエーテル樹脂の量がこれよりも多い場合には接着力が低下する。ポリフェニレンエーテル含有量のさらに好ましい範囲は、ポリエステル１００質量部に対して１０質量部以上３０質量部以下である。

共重合ポリエステル樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート・セバケート、ポリブチレンテレフタレート・セバケート、ポリブチレンテレフタレート・アジペート、ポリエチレンテレフタレート・イソフタレートなどの飽和共重合ポリエステル樹脂を使用することができる。これらの樹脂はエチレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール等のアルコール成分と、テレフタル酸、ナフタレンカルボン酸、アジピン酸、セバシン酸、イソフタル酸等の酸成分とを重合して得ることができる。また、フマル酸、イタコン酸等の分子内に炭素−炭素不飽和結合を有するモノマーを共重合させた不飽和ポリエステルを使用しても良い。

本発明に使用するリン系難燃剤としては、９，１０−ジヒドロ−９−オキサ−１０−フォスファフェナンスレン−１０−オキサイド等の環状有機リン化合物、トリフェニルホスフェート、ビスフェノールＡビス（ジフェニル）ホスフェート等のリン酸エステル、ポリリン酸アンモニウム、ポリリン酸アルミニウム、次亜リン酸アルミニウム等が例示される。本発明の趣旨に鑑み、ハロゲンフリーのリン系難燃剤が好ましい。

以上の材料を混合して樹脂組成物とする。樹脂組成物には窒素系難燃剤を含有していても良い。リン系難燃剤と窒素系難燃剤とを併用することで更に難燃性を向上できる。ただし窒素系難燃剤の含有量が多すぎると誘電率が高くなり、また導体との接着力も低下する。誘電率を低くする観点からは窒素系難燃剤を含有しない方が好ましい。さらに必要に応じて樹脂組成物には酸化防止剤、老化防止剤、滑剤、加工安定剤等を混合しても良い。これらの材料を短軸押出型混合機、加圧ニーダー、バンバリーミキサー等の既知の溶融混合機を用いて混合した後、押出成形加工等の方法で難燃樹脂層を作製する。また上記の樹脂組成物を溶剤に溶解した液を樹脂フィルム上に塗布した後乾燥させて難燃樹脂層を形成しても良い。

樹脂フィルムとしては柔軟性に優れた樹脂材料が使用され、例えばポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂等が例示される。ポリエステル樹脂としてはポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリブチレンナフタレート樹脂、ポリトリメチレンテレフタレート樹脂、ポリトリメチレンナフタレート樹脂、ポリシクロヘキサンジメチルテレフタレート樹脂、ポリシクロヘキサンジメチルナフタレートポリアリレート樹脂等が挙げられる。これらの樹脂のうち、電気的特性、機械的特性、コスト等の観点からポリエチレンテレフタレート樹脂が樹脂フィルムとして好適に使用される。また樹脂フィルムの厚みは１２〜５０μｍとすることが好ましい。

樹脂フィルムと難燃樹脂層の間にアンカーコート層を有すると、樹脂フィルムと難燃樹脂層との接着力が向上して好ましい。アンカーコート層としては任意の材料を使用することができる。例えば主剤であるポリウレタン樹脂にイソシアネート系の硬化剤を混合したウレタン系のアンカーコート材料が好ましく使用できる。アンカーコート層の厚みは０．５〜５μｍとすることが好ましい。以上の材料を積層して絶縁フィルムが得られる。

次に本発明のフラットケーブルについて説明する。図１は本発明の絶縁フィルムを用いたフラットケーブルの一例を示す図であり、図２は図１のＡ−Ａ’断面図である。平角形状の導体１の両面を、難燃樹脂層２、樹脂フィルム３及びアンカーコート層４からなる絶縁フィルム５が被覆している。フラットケーブルを製造する際は、複数の導体１の外側に２枚の絶縁フィルム５を樹脂フィルム３が外側となるように相対峙させて、既知の熱ラミネータや熱プレス装置を用いて加熱加圧処理を行って導体１と絶縁フィルム５及び絶縁フィルム５同士を接着させる。この際、フラットケーブル端部となる部分においては、絶縁フィルム５の一部に穴を開けておくことで、端部の導体１を露出させることができる。熱ラミネート又は熱プレスを連続して行うことで長尺のフラットケーブルが得られる。その後一定の長さに切断して任意の長さのフラットケーブルを得ることができる。さらにフラットケーブルの外側にシールド層を設けても良い。

導体としては、銅、錫メッキ軟銅、ニッケルメッキ軟銅等の導電性金属を使用することができる。導体は平角形状が好ましく、その厚みは使用する電流量に対応するが、フラットケーブルの柔軟性を考慮すると１５μｍ〜１００μｍが好ましい。

次に、本発明を実施例、比較例に基づいて説明する。なお実施例は本発明の範囲を限定するものではない。

（実施例１〜４、比較例１〜４）
（絶縁フィルムの作製）
ウレタン系接着剤（三井化学ポリウレタン（株）製、商品名タケラックＡ−６１０）とイソシアネート系硬化剤（三井化学ポリウレタン（株）製、商品名タケネートＡ−５０）とを固形分換算で１０：２の割合で混合したアンカーコート剤を準備し、表面にコロナ処理を行ったポリエチレンテレフタレート樹脂フィルム（帝人デュポンフィルム（株）製、厚さ１２μｍ、比誘電率３．１）の表面に塗布した後、乾燥して溶剤を除去することで樹脂フィルムの表面に厚さ２μｍのアンカーコート層を形成した。

ポリエステル樹脂（日本合成化学（株）製、ＸＬＰ０３０９）の３０％トルエン／メチルエチルケトン溶液に表１、表２に示す配合の材料を添加してペイントシェーカーで混合して樹脂組成物溶液を作製した。なお表中のポリエステル樹脂の数値は固形分換算量である。上記のアンカーコート層を形成した樹脂フィルムに乾燥後の厚みが３０μｍになるように樹脂組成物溶液を塗布した後乾燥して絶縁フィルムを得た。

（誘電率の測定）
誘電率測定器（日本ヒューレットパッカード（株）製、商品名４２７６Ａ ＬＣＺメーター）を用い、ＪＩＳ Ｃ２１５１に従って得られた絶縁フィルムの誘電率を測定し、接着剤層（難燃樹脂層）の１ｋＨｚでの誘電率を求めた。誘電率３．０以下を合格レベルとする。

（フラットケーブルの作成）
導体である錫メッキ軟銅箔（厚さ３５μｍ、幅０．３ｍｍ）４０本を平行に並べた状態で２枚の絶縁フィルムで挟み込み、１３０℃の加熱ローラを用いて導体の両面を絶縁フィルムで被覆した後、任意の長さに切断してフラットケーブルを作製した。

（難燃性評価）
作製したフラットケーブルに対して、ＵＬ規格１５８１のＶＷ−１に規定される垂直燃焼試験を行った。より具体的には、フラットケーブルを１０本準備し、着火後、１０本中１本以上燃焼したもの、燃焼落下物によりフラットケーブルの下方に配置した脱脂綿が燃焼したもの、またはフラットケーブルの上部に取り付けたクラフト紙が燃焼したものを不合格とし、その他を合格とした。

（接着力評価）
作製したフラットケーブルを用いて導体接着力を測定した。具体的には、フラットケーブル端部に露出した導体（厚さ３５μｍ、幅０．３ｍｍ）を１８０°方向に引っ張り、剥離強度を測定した。剥離強度２０ｇ以上を合格レベルとする。以上の結果を表１及び表２に示す。

（脚注）
（１）ポリフェニレンエーテル樹脂：三菱ガス化学（株）製、ＯＰＥ１０００
（数平均分子量１０００）
（２）ポリフェニレンエーテル樹脂：サビック（株）製、ＳＡ１２０
（数平均分子量２３５０）
（３）ポリフェニレンエーテル樹脂：旭化成（株）製、Ｓ２１０Ａ
（数平均分子量１９０００）
（４）９−ヒドロ−１０−（２，５−ジヒドロキシフェニル）９−オキサ−１０−ホスファフェナントレン−１０−オキシド（三光（株）製）
（５）メラミンシアヌレート：日産化学（株）製ＭＣ８６０
（６）チバスペシャリティケミカルズ（株）製、イルガノックス１０１０

ポリエステル樹脂、ポリフェニレンエーテル、リン系難燃剤を本発明の範囲で混合した実施例１〜４の絶縁フィルム及びそれを用いたフラットケーブルは、難燃性、誘電率、接着力ともに要求特性を満足していた。

窒素系難燃剤の配合量を増やした比較例１は、難燃性は合格レベルであるが誘電率が高くなっている。また接着力も低く、要求特性を満たしていない。比較例２はポリフェニレンエーテルの混合量を増やしている。誘電率は低く、難燃性も合格レベルであるが接着力が低い。比較例３はポリフェニレンエーテルを混合せず、ポリエステルのみを樹脂成分として用いている。リン系難燃剤の混合量は実施例１〜４と同じであるが、難燃性が不合格であった。この結果からも、ポリフェニレンエーテルを混合することで難燃性及び誘電率が良好となることが確認できる。比較例４はリン系難燃剤の量をポリエステル樹脂１００質量部に対して５質量部と少なくしたものである。誘電率、接着力は要求特性を満たしているが、難燃性が不合格であった。

１ 導体
２ 難燃樹脂層
３ 樹脂フィルム
４ アンカーコート層
５ 絶縁フィルム

Claims (6)

1. 樹脂フィルムに難燃樹脂層が積層された絶縁フィルムであって、
   前記難燃樹脂層は共重合ポリエステル樹脂１００質量部に対してポリフェニレンエーテル樹脂を１０質量部以上５０質量部以下、リン系難燃剤を１０質量部以上１００質量部以下含有する樹脂組成物からなる、絶縁フィルム。
2. 前記ポリフェニレンエーテル樹脂の数平均分子量が５００以上２００００以下である、請求項１に記載の絶縁フィルム。
3. 前記樹脂組成物に含まれる窒素系難燃剤の量が前記共重合ポリエステル樹脂１００質量部に対して３０質量部以下である、請求項１又は２に記載の絶縁フィルム。
4. 前記難燃樹脂層の１ｋＨｚでの誘電率が３．５以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の絶縁フィルム。
5. 前記樹脂フィルムと前記難燃樹脂層との間にアンカーコート層を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の絶縁フィルム。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の絶縁フィルムを被覆材として用いたフラットケーブル。

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