JP5282186B2 - ケーブルアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は全般的に２点間で電力を伝送するためのケーブルシステムに関する。

本発明は全般的に２点間で電力を伝送するためのケーブルシステムに関し、特に例えばハイブリッド車両のトランスミッションに送電するために配索可能な、複数の絶縁性誘電体層と、外装された外部層とを有するコア導体を有する剛性の導体アセンブリに関する。本発明の導体アセンブリは、自動車および工業製品における幅広い用途の送電に必要な特定の配索（ｒｏｕｔｉｎｇ）構造に合致させるために曲げたり形成したりできる可撓性を有する部分から剛性を有する部分への移行部を組み込む一方で、アセンブリ内部の導体を衝撃や電磁妨害から保護する。

本発明は、比較的構造が単純でかつ現代の製造技術で自動組み立てが可能な送電用の剛性を有する配索可能な（ｒｏｕｔａｂｌｅ）ケーブルシステムを供する。本発明は、例えば銅やその合金といった中実ななまたは撚り合わされた導電体から成るコア導体エレメントを利用して、導体アセンブリを容易に成形もしくは曲げられるようにし、これによって容易に配索および設置できるようにし、その一方で人件費を最小限に抑える。さらにコア導体エレメントを囲む複数の同軸の誘電体層を供することで、アセンブリの一体性、安全性および機能性を高める。

硬質な銅から構成され得るコア導体エレメントには、まずその全長に沿って第１のコーティングが供され、これが電気を絶縁し、さらに誘電材としての機能を果たす。次に、高圧絶縁特性および誘電特性を供する第２のコーティングを第１コーティング上に施してもよい。次にテトラフルオロエチレンからなる絶縁層（以下本明細書ではテフロン（登録商標）と表す）が第２コーティング上に配され、これがその下に位置するコア導体エレメントのための誘電体として機能し、かつ、アセンブリ全体に圧縮強度を与える。

また、熱および化学物質に対して耐性を供するためにコアエレメントは、フルオロエラストマーまたはフッ素ゴムのコーティングをその上に有する、撚り合わされた銅合金導体で構成されてもよい。本発明のこの態様は、中実な導体の使用に特有な、熱などのエネルギー損失を伴うことなく、送電を促進する。

さらに本発明の導体アセンブリは、これに構造上の一体性を供するため、その全長に沿って絶縁層上に施される、外装した、導電性の管状の部材をさらに含む。管状部材を最終的に環境的保護コーティングで覆ってもよく、これにより腐食や異物との偶発的接触による影響を阻止する。

本発明の導体アセンブリは、コア導体エレメントの一方の端部に、導体を端子に容易に取り付けるために一体型に形成された銅製の端子ラグ（ｔｅｒｍｉｎａｌ ｌｕｇ）をさらに含んでもよい。本発明のこの特徴は、迅速な端末処理(termination)を可能とする一方で、従来の端末処理方法を上回る大幅なコスト削減が可能になる。さらに一体型に形成された端子ラグにより、高い安全性および電気的効果を有する導体の端子への接続が可能となった。

このように本発明の導体アセンブリは、機械的応力に対する高い耐久性および抵抗性を有する配索可能な導体アセンブリである。さらにこのアセンブリは、その全長に亘って電磁妨害（ＥＭＩ）遮蔽を供し、これによって電磁放射線に対して敏感な電子部品が使用される環境において好適に用いられ、かつ、高レベルの電磁放射線を含む環境においてアセンブリ内の導体を好適に保護して、送電の妨害を防ぐことが可能となった。

ここで図１を参照し、かつ本発明の最良の実施態様に従うと、高圧送電をはじめとする送電用の配索可能な導体アセンブリ１０は、電力のための良好な導体である中実な金属または合金、例えば銅およびその合金などから構成されるコア導体エレメント２０を含む。またはコア導体エレメント２０は、良好な導電体である撚り合わされた金属または合金でもよい。さらにコア導体エレメント２０は、充分な延性および可鍛性を有するので、所定の配索に亘って導体アセンブリ１０に求められる形状に曲げること、もしくは成形することができる。コア導体エレメント２０は、以下本明細書で詳述するように、所定の長さに切断してもよい。

中実なコア導体エレメント２０を用いる場合、第１コーティング４０がコア導体エレメント２０と同軸で、かつ、コア導体エレメントをほぼその全長に亘って覆う。第１コーティング４０は、少なくとも耐熱温度２００°Ｃの絶縁材および誘電体として用いるのに好適であれば、いかなるポリマーフィルムコーティングでも、エナメルコーティングでもよい。本発明のある実施態様では、第１コーティング４０を少なくとも２５００ボルトの電圧に対する絶縁体として供する。本発明の別の実施態様としてインバータ・グレード・エナメル(inverter grade enamel)を第１コーティング４０として採用して、２００°Ｃで４０００ボルトまでの絶縁保護を供するようにしてもよい。本発明のこの実施態様は、コア導体エレメント２０に容易に接着でき、かつ、良好な絶縁体となる第１コーティング４０を供している。またさらに、ＴＨＥＩＣ（トリヒドロキシエチルイソシアヌレート）変性ポリフィルムコーティングを第１コーティング４０として採用して、コア導体エレメント２０を損傷する恐れのある湿気および高温に対する耐性を高めてもよい。Ａｒｍｏｒｅｄ Ｐｏｌｙ−Ｔｈｅｒｍａｌｅｚｅr（登録商標）という商品名で市販されているＴＨＥＩＣ変性コーティング材は、Ｐｈｅｌｐｓ Ｄｏｄｇｅ社より入手可能である。

本発明の別の実施態様では、撚り合わされたコア導体エレメント２０を採用し、第１コーティング４０はコア導体エレメント２０を覆って施されたフルオロエラストマーコーティングである。好適なフルオロエラストマーコーティングの一例として、Ｆｌｏｕｎｌｅｘ（登録商標）絶縁体を錫メッキして焼き戻した、撚り合わされた銅線から成るコア導体エレメント２０を覆う第１コーティング４０として採用してもよい。またこれとは別に、第１コーティング４０がテフロン（登録商標）コーティングもしくはテフロン（登録商標）管、または電気的絶縁テープもしくは包装材料を含んでもよい。本発明の本実施態様では、コア導体エレメント２０と、第１コーティング４０との間にセパレータを配して、誘電体層をアセンブリ１０に追加することもできる。セパレータ（図示しない）を設けると、必要に応じて絶縁層をコア導体エレメント２０から容易に除去することができる。当業者には周知のようにセパレータは紙テープ等でもよく、これを用いることで、コア導体エレメント２０から絶縁層を容易に除去することができる。

本発明の１つの実施態様において、第２コーティング５０を導体アセンブリ１０のほぼ全長に亘って第１コーティング上に施して、そこに誘電体層および保護層を追加する。第２コーティング５０は、ポリエステルコーティングまたはＰｈｅｌｐｓ Ｄｏｄｇｅ社製Ｄａｇｌａｓ（登録商標）などのポリエステル繊維／ガラス繊維コーティングのいずれかから構成されてもよいい。本発明のこの実施態様はさらにコアエレメント２０を覆う、耐磨耗性および耐摩滅性を有する誘電体層を供し、これによってコアエレメント２０をさらに保護し、かつ、２００°Ｃ以上の高温に耐えられるようにする。

第２コーティング５０を被覆するフルオロポリマーから構成される第３のコーティング６０によって、絶縁層および圧縮強度を導体１０に追加する一方で、同時に防湿層も追加される。本発明の１つの実施態様において、第３コーティング６０は、例えばテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））管材などの、導体アセンブリ１０の先行層を覆って滑り嵌めできる寸法を有するフルオロポリマー管材である。テフロン（登録商標）は優れた誘電材であり、耐薬品性および耐溶剤性を有し、曲げもしくは屈曲といった機械的動作に晒されたとき、薄くならない（もしくは大幅に厚くならない）ため、高い圧縮強度を供するので有利に採用される。また、テフロン（登録商標）の供する耐熱性により、非常に高温な用途においても本発明の使用が可能となった。さらに本発明のこの特徴により、曲げたときコアエレメント２０が圧縮されるのを阻止できるようになり、導体アセンブリ１０を安全かつ容易に所望の配索パターンに構成できる。テフロン（登録商標）管材を導体アセンブリ１０の先行層を覆って滑り嵌めすることで、テフロン（登録商標）コーティング管をその結合性に影響を及ぼすことなく、アセンブリ１０のその他の層とは異なる速さで膨張および収縮させる。

本発明の別の実施態様では、テフロン（登録商標）とガラス繊維の組み合わせを含む管材、例えばテフロン（登録商標）コーティングを有する編組ガラス繊維などを第３のコーティング６０として採用してもよい。ガラス繊維／テフロン（登録商標）コーティングを採用する場合は、第３コーティング６０の絶縁および誘電特性が劣ることのないよう、ガラス繊維は導電性不純物を含まないようにする。

次に外装管層７０が第３コーティング６０を被覆することによって、外装、電磁遮蔽、剛性および耐食性が導体アセンブリ１０の全内層に付与される。外装管層７０は、上述したアセンブリの先行層を覆って滑り嵌めできるような寸法を有するアルミニウムまたはアルミニウム合金管でもよい。銀、銅、チタンまたは鉄といった種々の材料を外装管層７０として用いてもよいが、本発明の１つの実施態様においては、陽極酸化したコーティング層８０を有するアルミニウム管材を、アセンブリ１０の先行層を覆って滑り嵌合させている。本発明の本実施態様は、外装管材層７０を供するが、これは例えば自動車の使用要件またそれ以上のものを満たすことが可能なため、自動車用途において活用できる。さらに、アルミニウム管がコアエレメント２０を介する送電から生じるＥＭＩを抑制するために機能するので、本発明は、高電圧を伝達するアセンブリ１０に高感度の電子装置が隣接して配置されている自動車および航空機などの用途にも好適である。

本発明のさらなる実施態様では、コーティング層８０が導体アセンブリ１０の全長に亘って金属管を覆って施されたナイロンコーティングを含み、異物による腐食や損傷に対する抵抗性を追加してもよい。ナイロンコーティング層８０は外装管層７０と共に、完成品として提供することもできる。ナイロンコーティングされたアルミニウム管は複数の製造会社および供給業者から販売されている。

本発明のさらなる実施態様において、中実なコア導体エレメント２０を採用したときは一体型の端末ラグ２２を導体アセンブリ１０の端部に形成してもよい。本発明の本実施態様では、導体アセンブリ１０の最外層が端部付近から除去されて、コアエレメント２０の端部を露出させている。この端部を穿孔もしくはプレス成形して、一体型端末ラグ２２を形成し、導体アセンブリの迅速かつ安価な端末処理を促進させるとともに、高い強度および電気的効果を有する端末システムを供してもよい。

また本発明のさらなる実施態様において、管状の編組シールドを第１コーティング４０と第３コーティング６０との間に配して、コアエレメント２０のＥＭＩ遮蔽効果をさらに高めてもよい。本発明の１つの実施態様において、編組シールドは錫メッキした銅でもよい。

ここで図４、５を参照すると、上述した導体１０の製造方法では、まずコアエレメント２０として機能する中実な銅または銅合金ワイヤのスプールを解いて直線状に延ばすことから始まる。次に直線状に延ばしたコアエレメント２０を上述したように第１および第２コーティング４０および５０それぞれで被覆する。本発明の別の実施態様では、第１および第２コーティングが既に施されたコアエレメント２０を業者から購入することもできる。さらに、第２コーティング５０がＤａｇｌａｓ（登録商標）といった、ポリエステルファイバーもしくはガラスファイバーコーティングから成る場合は、コアエレメント２０にＤａｇｌａｓ（登録商標）コーティングを機械で巻きつけてもよい。

例えば交流（ＡＣ）送電用途などにおいて、撚り合わせた導体コアエレメント２０の使用が望ましい場合、フルオロエラストマーを被覆した撚り合わせた導体、例えばヒタチ・ケーブル・インディアナ社のＦｌｏｕｎｌｅｘ（登録商標）で被覆された撚り合わせた銅ケーブルなどを採用してもよい。本発明のこの特徴によって、高耐熱性および種々の耐食性を有するコアエレメント２０が供され、これによって過酷な環境での用途、例えば自動車、航空機および船舶といった用途において好適に使用することができる。本発明の本実施態様では、上述した第２コーティング５０を必ずしも採用しなくてもよい。上述したようなフルオロエラストマーと撚り合わせた導体コアエレメント２０とを結合させる本発明の別の実施態様では、第３コーティング６０を施さずに本発明のアセンブリー１０としてもよい。

第３コーティング６０として機能するフルオロポリマー管材のコイルもまた、解いて直線状に延ばされ、アセンブリ１０の所望の長さに切断される。当業者であれば多岐に亘るフルオロポリマーコーティングを採用できることは認識するであろうが、本発明の説明上、ここではテフロン（登録商標）による管材を用いる。次にある程度の長さの被覆されたコアエレメント２０が、その長さの滑り嵌合構造のフルオロポリマー管材６０に挿入され、その後所望の長さに切断される。コアエレメント２０およびフルオロポリマー管材６０の巻きを解いて直線状に延ばす工程はいずれもプログラム可能な論理制御装置もしくは類似のプロセスオートメーション制御装置で自動化してもよく、これによって人件費を最小限に抑えて導体アセンブリ１０の生産速度を向上させることができる。

次に金属管７０を、アセンブリのコアエレメント２０の部分を充分覆って保護できる所望の長さに切断する。換言すれば、金属管層７０は、コアエレメント２０のいずれかの端部の一部を露出させてその端末または末端部を端末処理するため、必ずしもコアエレメント２０と同じ長さでなくてもよい。本発明の１つの実施態様では、ナイロンコーティング８０が既に施された金属管７０を好適な業者から購入してもよい。

図３に最も判りやすく示すように、本発明の別の実施態様では、止めビード（玉縁）７４を金属管７０の端部７２に衝撃を加えて形成し、***もしくはビードは衝撃を受けた端部と隣接して形成される。またその周囲に配された複数のネジ山を有する管状ナット７６を、止めビード７４を形成する工程の前もしくはその後のいずれかで、止めビードを有さない管７０の端部７２上をナット７６を摺動させることで、管７０上に配置してもよい。

管状ナット７６はその内方部分７８が管７０の１つの端部で止めビード７４と接触するように配置され、ネジ山は管の端部７２に向かってビード７４上で延びており、このナットを用いて管端部７２（およびこれにより導体１０）を、対応する嵌め合わせのネジ山を有するコネクタ等に固定させてもよい。本発明のこの特徴によって、コアエレメント２０がさらにハウジングに入って末端部まで延びることが求められる地点、例えばハイブリッド車両または電気車両のトランスミッションハウジングへの入口において、導体アセンブリ１０のハウジング等に対する迅速かつ確実な接合および取り外しが可能となる。

本発明の１つの実施態様において、管端部７２と、止めビード７４との間の管の部分にはコーティングを施さず、結合される導体のシールドを圧着して管７０と正接続するようにしてもよい。本発明のこの特徴により、アセンブリ１０から嵌め合わせるケーブルもしくは電線まで連続してＥＭＩを遮蔽することができる。

金属管７０を所望の長さに切断したら、テフロン（登録商標）管６０およびコアエレメント２０をその内部へ挿入する。この挿入工程も、上述した端部形成工程と同様、従来のプロセス自動制御を利用して行ってもよい。次に、余分なテフロン（登録商標）管６０および／またはＤａｇｌａｓ（登録商標）絶縁材はいずれも、コアエレメント２０のいずれかの端部から剥ぎ取り、必要な全ての端末ハードウェアに対してコア導体２０を利用可能にする。コアエレメント２０が中実な導体である本発明の１つの実施態様では、導体１０の迅速かつ安価な端末処理を促進する一体型端末ラグ２２がコア導体２０の１つの端部２２に形成され、かつ穿孔される。端末ラグ２２が１つ以上の傾斜部２４を有して、導体を端末部で正確に位置決めできるようにしてもよい。または、撚り合わせたコアエレメント２０を用いる場合は従来の端末ラグの片方もしくは両方の端部を圧着して、アセンブリ１０の端末処理を促進してもよい。

導体アセンブリ１０を必要に応じて曲げて、例えば電気もしくはハイブリッド車両のモーターとトランスミッション（伝動装置）との間、または、発電機（ジェネレーター）とパワーサブステーション等との間の電力配線といったアセンブリまたは構造を介した特定の配索に合致するようにしてもよい。複数の導体アセンブリ１０を例えば多相電力（ｍｕｌｔｉ−ｐｈａｓｅ ｐｏｗｅｒ）用途に用いる場合、それぞれのアセンブリ１０は必要な配索に合致させられるような寸法（長さ方向）にすることも、曲げることも、いずれも可能である。本発明のこの特徴は、図２が示すように、簡易取り付けのブラケットによって導体アセンブリ１０を互いに間隔をあけて保持し、これを据え置き型構造に取り付けることができるため、複数のアセンブリの配索および設置に有用である。

本発明の１つの実施態様において、個々の導体アセンブリ１０は、好適にプログラム化されたコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）ロボットを備えた曲げ加工機で成形されるが、その際直線状の導体アセンブリ１０は、水平に保持され、次に、所望の配索形状が達成されるまで金型（ダイ）の周囲で順次曲げられる。さらに本発明のこの特徴によって、曲げられた個々の導体アセンブリ１０が相互に合致するように形成され、これによって（必要があれば）ユーザー向けに梱包して出荷する前にブラケットで相互に固定可能となったため、多相剛性の配索可能な導体アセンブリの大量生産が可能となった。

本発明のさらなる実施態様では、例えばＦｌｕｏｎｌｅｘ（登録商標）ケーブルまたはそれと同等のものなどの可撓性の撚り合わせた導体１００に、コアエレメント２０の１つの末端部２４がフェルール端子１１０を用いて端末処理されており、コアエレメント２０および撚り合わせた導体１００は、いずれもフェルールに挿入されて、互いに圧着されている。曲げや成形を要する剛性の配索可能な導体アセンブリ１０と比べると、可撓性の撚り合わせた導体１００は、所望のいかなる端末部にも容易に配索できるため、本発明のこの特徴によって、コアエレメント２０の１つの末端部２４の末端処理における柔軟性が大幅に向上した。さらに、可撓性の撚り合わせた導体１００がその１つの端部に従来の圧着式ラグ端子を含んでもよい。

上述した本発明の実施態様の詳細は主に明確な理解のために明示され、そこから理解もしくは想定される不必要な制限はないものとする。種々の実施態様における本発明の変更は、本開示により当業者には明らかであり、かつ、本発明およびこれに関する添付の請求の範囲を逸脱しない限り可能とする。

本発明の１つの実施態様における単独の導体アセンブリの断面図である。 本発明の１つの実施態様に従って採用された複数の導体アセンブリの斜視図である。 本発明の１つの実施態様による単独の導体アセンブリの部分断面図である。 本発明の１つの実施態様による導体アセンブリの製造システムのブロック図である。 本発明の１つの実施態様による導体アセンブリの製造システムおよび方法のブロック図である。

Claims (26)

1. 導電のためのコア導体と、
   前記コア導体と同軸でかつその周囲に、このコア導体を絶縁するために施された第１の電気的絶縁コーティングと、
   前記第１コーティングと同軸でかつその周囲に、前記コア導体に絶縁性および圧縮強度を与えるために配されたポリテトラフルオロエチレン絶縁体と、
   前記ポリテトラフルオロエチレン絶縁体と同軸でかつその周囲に配された、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銅、チタン又は鉄から選ばれる材料からなる外装管と、
   前記外装管と同軸にかつその周囲に配されたコーティングと、
   を含む送電用の配索可能な導体アセンブリ。
2. 前記第１コーティングがポリマーフィルムコーティングであることを特徴とする請求項１に記載の配索可能な導体アセンブリ。
3. 前記外装管と同軸にかつその周囲に配された前記コーティングがアルミニウム管の陽極酸化によるコーティングであることを特徴とする請求項１に記載の配索可能な導体アセンブリ。
4. 前記外装管と同軸にかつその周囲に配された前記コーティングがナイロンコーティングであることを特徴とする請求項１に記載の配索可能な導体アセンブリ。
5. 前記ポリマーフィルムコーティングと同軸でかつその周囲に施されたポリエステルコーティングをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の配索可能な導体アセンブリ。
6. 前記外装管のその端部に隣接する周囲に配されたビードをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の配索可能な導体アセンブリ。
7. 前記外装管を対応するネジ山を有するコネクタに固定するために、該外装管上の一つの端部で前記ビードと接触するように配された管状ナットをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の配索可能な導体アセンブリ。
8. 前記外装管が陽極酸化されたコーティング層を有するアルミニウム管であることを特徴とする請求項１に記載の配索可能な導体アセンブリ。
9. 前記外装管が陽極酸化されたコーティング層を有するアルミニウム管であることを特徴とする請求項６に記載の配索可能な導体アセンブリ。
10. ビードと前記外装管の端部との間の管の部分はコーティングされていないことを特徴とする請求項９に記載の配索可能な導体アセンブリ。
11. 前記コア導体が中実な導電体であることを特徴とする請求項１に記載の配索可能な導体アセンブリ。
12. 前記コア導体が中実な銅合金導体であることを特徴とする請求項１に記載の配索可能な導体アセンブリ。
13. 前記コア導体が撚り合わせた導電体であることを特徴とする請求項１に記載の配索可能な導体アセンブリ。
14. 前記コア導体が撚り合わせた銅合金導体であることを特徴とする請求項１に記載の配索可能な導体アセンブリ。
15. 前記第１コーティングがフルオロエラストマーコーティングであることを特徴とする請求項１３に記載の配索可能な導体アセンブリ。
16. 前記第１コーティングがフルオロエラストマーコーティングであることを特徴とする請求項１４に記載の配索可能な導体アセンブリ。
17. 第１の地点と、第２の地点との間に配索できるようにそれぞれ形成された複数の配索可能な導体と、これら複数の配索可能な導体を相互に間隔をあけて固定できるようになっている少なくとも１つの取り付けブラケットとを含み、
    前記複数の配索可能な導体が、
    導電のためのコアエレメントと、
    前記コアエレメントと同軸でかつその周囲に、このコアエレメントを絶縁するために施された第１のコーティングと、
    前記第１コーティングと同軸でかつその周囲に、前記コアエレメントに絶縁性および圧縮強度を与えるために配されたポリテトラフルオロエチレン絶縁体と、
    前記ポリテトラフルオロエチレン絶縁体と同軸でかつその周囲に配された、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銅、チタン又は鉄から選ばれる外装管材と、
    を含む送電用に使用される配索可能な導体アセンブリ。
18. 前記導体の端部を端末処理するために、前記配索配線可能な導体それぞれの少なくとも１つの端部に固定された複数の端子をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の送電用に使用される配索可能な導体アセンブリ。
19. 前記複数の導体がハイブリッド車両のトランスミッションと、電気モーターとの間に配索されるように成形されていることを特徴とする請求項１７に記載の送電用に使用される配索可能な導体アセンブリ。
20. ａ）絶縁コーティングを有するコア導体エレメントを供する工程と、
    ｂ）工程ａによる前記コーティングされたコア導体エレメントを管状のテトラフルオロエチレン絶縁体に挿入する工程と、
    ｃ）工程ｂによる、前記コア導体および前記テトラフルオロエチレン絶縁体を、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銅、チタン又は鉄から選ばれる外装管材に挿入する工程と、を含む配索可能な導体の製造方法。
21. 工程ａの絶縁コーティングを有する前記コア導体エレメントを、工程ｂの前に、管状の編組シールドに挿入する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の配索可能な導体の製造方法。
22. 工程ｃの前記配索可能な導体を曲げて、所定の配索経路に合致させる工程を含むことを特徴とする請求項２０に記載の配索可能な導体の製造方法。
23. 前記コア導体エレメントが中実な導電体であることを特徴とする請求項２０に記載の配索可能な導体の製造方法。
24. 前記コア導体エレメントが中実な銅合金導体であることを特徴とする請求項２０に記載の配索可能な導体の製造方法。
25. 前記コア導体エレメントが撚り合わせた導電体であることを特徴とする請求項２０に記載の配索可能な導体の製造方法。
26. 前記コア導体エレメントが撚り合わせた銅合金導体であることを特徴とする請求項２０に記載の配索可能な導体アセンブリの製造方法。

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