JP2009048819A - 平角導体及びそれを用いたフラットケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】８５℃もしくはそれ以上もの高温環境になりうる自動車などに使用する、価格低減および導体強度維持した平角導体を提供する。
【解決手段】導体が導電率９５％以上のＣｕ濃度９９．９％以上の純銅からなり、その引張強さが３５０ＭＰａ以上４００ＭＰａ以下の範囲とするものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、平角導体及びそれを用いたフラットケーブルに係り、特に、自動車など高温環境下で適用する平角導体及びそれを用いたフラットケーブルに関する。

フラットケーブルは薄いテープ状の電線である。フラットケーブルは、単数本から数十本並列した導体と、絶縁性と難燃性を共有する接着剤を塗工した接着剤付き絶縁フィルムとを熱ロールなどでラミネートすることにより製造される。

フラットケーブルはその柔軟性を活かし、回路間のジャンパ線（固定配線）に用いられてきた。近年、フラットケーブルの屈曲特性が向上し、フラットケーブルを電気・電子機器の可動部配線にＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板）代替として適用するケースが増加している。特に、低価格化を狙ったパソコン用のインクジェット型プリンタ印字ヘッド部配線やＣＤ、ＤＶＤ（デジタル多用途ディスクプレーヤ）やカーナビゲーションのピックアップ部配線など電子機器への適用が進んでいる。

さらに、フラットケーブルは自動車にも適用され始めている（例えば、非特許文献１参照）。フラットケーブルは自動車においてハーネス化して使われる。その接続は、導体に端子を突き刺し加締める手法（ピアッシング）が主流になりつつある。

自動車に適用するフラットケーブルの導体には導電性と強度面から純銅系の硬銅材が適用される（特許文献１参照）。ここで、純銅系の硬銅材とは、引張強さが４００ＭＰａ以上、伸びが４％程度以下の無酸素銅やタフピッチ銅を指す。

無酸素銅やタフピッチ銅の硬質材は、８５℃もしくはそれ以上の高温環境下で長時間使用することにより、結晶が粗大化し強度低下する場合がある。その強度低下する問題は、伸線もしくは圧延の加工度（減面率）が高いほど著しい。そこで、従来はＳｎ、Ａｇなどの合金元素を微量添加することにより結晶粗大化を抑制している。

また、硬銅材は軟銅材に比べて折り曲げに弱い。フラットケーブルは例えば９０°や１８０°折り曲げて使用することが多いが、その際には断線しないよう折り方には注意が必要である。また、硬質材は曲げひずみ（＝導体厚み／曲げ直径）が大きくなると共に屈曲寿命が著しく低下するため、繰り返し屈曲する用途にも不向きである。そのため、硬質材にはできるだけ折り曲げず、かつ繰り返し曲げひずみを小さく、つまり屈曲半径を大きくする設計が求められる。

そこで、導体の厚みを薄くし、複数枚重ねる構造のフラットケーブルが提案されている（特許文献２参照）。

特開２００２−３１３１５０号公報 特開２００３−１１５２２２号公報 藤崎敦、佐見津憲和、「ルーフモジュール用ＦＦＣハーネスの開発」、古河電工時報、古河電気工業株式会社、２００２年１月１０日、第１０９号、ｐ．３５−３８

しかしながら、従来技術ではＳｎ、Ａｇなどの合金元素を微量添加した硬銅材を用いるため、大量生産が難しくコストが高くなる。

また、本発明者らは、特許文献２の構造のフラットケーブルを試作し屈曲寿命特性を評価したが、寿命向上はほとんど認められなかった。

そこで、本発明の目的は、８５℃もしくはそれ以上もの高温環境になりうる自動車などに使用する、価格低減および導体強度維持した平角導体及びそれを用いたフラットケーブルを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、導体が導電率９５％以上のＣｕ濃度９９．９％以上の純銅からなり、その引張強さが３５０ＭＰａ以上４００ＭＰａ以下の範囲の平角導体である。

請求項２の発明は、前記導体が、タフピッチ銅または無酸素銅からなる請求項１に記載の平角導体である。

請求項３の発明は、前記導体のビッカーズ硬さが１００以上１３０以下である請求項１または２に記載の平角導体である。

請求項４の発明は、請求項１〜３いずれかに記載の平角導体を用いて作製したフラットケーブルである。

本発明によれば、８５℃もしくはそれ以上もの高温環境下で用いても引張強度を安定持続できる平角導体を提供できる。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。

図１（ａ）および図１（ｂ）は、本実施形態に係る平角導体を用いたフラットケーブルの概略構造図を示す。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、本実施形態に係る平角導体２は、導体が導電率９５％（９５％ＩＡＣＳ）以上のＣｕ濃度９９．９％以上の純銅からなり、その引張強さが３５０ＭＰａ以上４００ＭＰａ以下の範囲である。

平角導体２は、中間焼鈍により、その伸びが２０％以上（例えば２５〜４０％）と、従来技術（４％程度以下）と比較して増加する。これにより、８５℃またはそれ以上の高温環境下でも導体の結晶粗大化が起きにくくなり、導体の強度を長期間維持することが可能となる。

一方、平角導体２は、中間焼鈍により、その引張強さが従来技術（４００ＭＰａ以上）と比較して１〜２割減少する。引張強さが３５０ＭＰａ未満、特に２８０ＭＰａ以上３５０ＭＰａ未満の範囲では不均一な加工組織が残る場合が多く、疲労に弱い。さらに、引張強さ２８０ＭＰａ未満では、強度面から張力が作用する部分では不向きである。よって本実施形態では、平角導体２の引張強さを３５０ＭＰａ以上４００ＭＰａ以下の範囲とする。好ましくは、引張強さが３６０ＭＰａ以上３８０ＭＰａ以下であるとよい。

平角導体２は、タフピッチ銅または無酸素銅からなってもよい。

また、平角導体２の強度を引張強さで規格しにくい場合は、平角導体２のビッカーズ硬さが１００以上１３０以下の範囲であるとよい。好ましくは、ビッカーズ硬さが１０５以上１２０以下の範囲であるとよい。

平角導体２を用いたフラットケーブル１は、単数本から数十本（図では５本）並列した平角導体２を、絶縁性と難燃性を共有する接着剤５を塗工した接着剤付き絶縁フィルム３でサンドし、これを熱ロールなどでラミネートしたものである。

フラットケーブル１は、ラミネートタイプのみに限定されず、押出しタイプであってもよい。また、絶縁体、金属および導電性接着剤の積層体からなるシールド材を貼り付けた構造であってもよい。

また、平角導体２の耐食性向上のため、めっきを施してもよい。めっきは信頼性から金めっきが挙げられる。ただし、その場合には下地にＮｉめっきを施す。

次に、本実施形態に係る平角導体２の製法の一例を説明する。

図２（ａ）に示す平角導体２の製法は、例えば連続鋳造圧延工程で得られた丸母線６をダイス伸線し、所望の機械的特性を与えるため中間加熱処理（中間焼鈍）を施して中間材７を形成する。その後、中間材７をロール圧延して平角導体２を製造する。

図２（ｂ）に示す平角導体２の製法は、例えば連続鋳造圧延工程で得られた丸母線６をダイス伸線し、所望の機械的特性を与えるため中間加熱処理（中間焼鈍）を施して中間材７を形成する。その後、中間材７をロール圧延して中間材８を形成し、さらに中間材８をロール圧延して平角導体２を製造する。ロール圧延回数は導体のアスペクト比（幅と厚みの比）により変化する。

中間焼鈍位置および条件は導体のサイズにより異なる。

本実施形態において中間焼鈍位置は、中間焼鈍位置においての中間材の断面積Ａ_０と、仕上がった平角導体２の断面積Ａから得られる減面率［＝（１−（Ａ／Ａ_０）^２）×１００％］が概ね３０〜５０％の範囲となる位置とする。

さらに、本実施形態において中間焼鈍の条件は、２００〜２５０℃で１時間程度とし、平角導体２の伸びが２５〜３５％となるよう調節する。

また、平角導体２は矩形の銅条を複数回圧延して得た銅箔をスリットしたものでもよい。その場合、導体の引張強さがスリット時に生じる側端の傷の影響により低くなるため、平角導体２の強度を引張強さで規格しにくい。そこで、平角導体２のビッカーズ硬さを１００以上１３０以下の範囲とする。好ましくは、平角導体２の引張強さは３６０ＭＰａ以上３８０ＭＰａ以下（ビッカーズ硬さで１０５以上１２０以下）の範囲であるとよい。

本実施形態に係る平角導体２は、引張強さが３５０ＭＰａ以上４００ＭＰａ以下の範囲としている。これにより、引張強さは従来技術と比較して１〜２割減少するが、伸びが増加することにより高温環境下での結晶粗大化を抑制し、強度低下を少なくすることができる。このため、平角導体２は、８５℃もしくはそれ以上もの高温環境下で平角導体の引張強度を安定持続でき、信頼性を高めることができる。さらに、合金元素の添加がないため一般材の引き当てが可能となり、価格を低減できる。

また、平角導体２を用いれば、８５℃もしくはそれ以上もの高温環境になりうる自動車などに使用するフラットケーブル１を容易に得ることができる。

本実施形態に係る平角導体の製法によれば、平角導体２を簡単に製造できる。

本発明の効果を確認するため、コンチロッドシステムにて連続鋳造圧延工程で製造したφ８ｍｍの荒引線について、伸線加工工程（中間焼鈍位置）を変え、機械的特性の異なるＴＰＣ（タフピッチ銅）導体（幅２．０ｍｍ×厚み０．１５ｍｍ）の試料Ｎｏ．１〜８を製作し、比較評価した。評価は初期強度（導体の引張強さ）および８５℃、５００ｈ放置後の強度測定とした。その実験結果を表１に示す。表１の強度低下は相対的変化で示す。

本発明を表１のＮｏ．１〜４、比較例を表１のＮｏ．５および６、従来例を表１のＮｏ．７および８に示す。

本発明による試料は比較例より初期強度が高く、かつ従来例に比べて高温下における結晶粗大化を抑えたため、強度低下が少ないことが確認できた。

さらにＮｏ．３およびＮｏ．８の試料を用いてフラットケーブルを試作し、高温環境下における耐屈曲性を比較評価した。試験は、ＪＩＳＣ５０１６に準ずるＵ字摺動屈曲試験とした。この試験はフラットケーブルをＵ字状に曲げて設定し、その片端末を固定、さらにもう片端末を一定のストロークで繰返し摺動させることにより、銅線が断線するまでの疲労寿命を評価するものである。詳細は以下の通りである。

○フラットケーブル
導体（ＴＰＣ） ：幅２．０ｍｍ×厚み０．１５ｍｍ、１０芯、ピッチ３．５ｍｍ 接着剤付きフィルム：ソニーケミカル製ＴＣ９００２Ｎ
（ＰＥＴ厚み５０μｍ、接着剤厚み４２μｍ）
○耐屈曲性測定条件
屈曲速度Ｖ ：１５０回／分
ストロークＳ ：７０ｍｍ
平行平板間距離Ｈ ：１５ｍｍ（曲げ半径Ｒ＝７．５ｍｍ、曲げひずみ１％に相当）
環境温度 ：８５℃
屈曲寿命検知 ：モニタ用の導体通電電流が１０^−６秒以上停止もしくは導体抵抗が初期から１０％アップした回数。

Ｎｏ．３の試料によるフラットケーブルの寿命は、上記屈曲試験において約４万回と、Ｎｏ．８の試料によるフラットケーブルと比べて約４倍もの高寿命であることが分かった。これにより、本発明による平角導体を用いて作製したフラットケーブルは耐屈曲性が高く、高寿命であることが確認された。

図１（ａ）は本実施形態に係る平角導体を用いたフラットケーブルの概略構造図、図１（ｂ）は前記フラットケーブルの横断面図である。 図２（ａ）は平角導体の製法例（ロール圧延回数１回）、図２（ｂ）は平角導体の製法例（ロール圧延回数２回）を示す図である。

符号の説明

１ フラットケーブル
２ 平角導体
３ 絶縁フィルム

Claims (4)

1. 導体が導電率９５％以上のＣｕ濃度９９．９％以上の純銅からなり、その引張強さが３５０ＭＰａ以上４００ＭＰａ以下の範囲であることを特徴とする平角導体。
2. 前記導体が、タフピッチ銅または無酸素銅からなる請求項１に記載の平角導体。
3. 前記導体のビッカーズ硬さが１００以上１３０以下である請求項１または２に記載の平角導体。
4. 請求項１〜３いずれかに記載の平角導体を用いて作製されたことを特徴とするフラットケーブル。

Images