CN1815813B - 具有绝缘屏蔽的柔性互连电缆及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有多个电线的电缆组件，各个电线具有第一端和相对的第二端。护套包括包覆全部电线的屏蔽。该屏蔽是由多个编织电线形成的编织物，且各个编织电线具有绝缘涂层。该编织物的电线在一端部可以聚集成引出端。该绝缘涂层从该引出端处的电线去除。该绝缘涂层可以通过将该引出端浸入高温焊料槽内进行去除。

Description

具有绝缘屏蔽的柔性互连电缆及其制造方法
技术领域
本发明涉及多股电缆，尤其涉及小尺寸同轴电线。
背景技术
某些高要求的应用需要小型化的多股电缆组件。在需要大数量的导线时，使用非常细的导线以避免不希望的笨重电缆。为了限制电噪声和电干扰，使用具有屏蔽的同轴电线作为导线。在其它应用中，可以使用双扭线、双平行线、无屏蔽绝缘单线及其它构造。通过由小电线编织成的导电屏蔽环绕这种电线束以防止无线电干扰被电缆部件发射或接收。外护套包裹该屏蔽。
一些应用需要许多不同的导线以使电缆非常柔软、易弯曲或者“松软”。这已通过提供宽松地接收电线的屏蔽编织物获得，其公开于美国专利第6,734,362号，该专利通过引用结合于本申请中。因编织物由裸金属电线形成，其可能在某些极度弯曲和外部应力的应用中对该束信号电线具有磨损效应。这种磨损可能在同轴电线部件的个别屏蔽电线中产生开路失效，在操作期间因处于开路的电线屏蔽和外部编织电缆屏蔽间的短路而产生信号噪声。其它失效模式包括电线绝缘件的磨损，这可能露出信号导线而与编织物或互相之间短路。这是关键的，原因在于许多这种电缆所希望的紧凑尺寸需要每个电线上的绝缘层都非常薄(在0.001至0.010英寸；0.025至0.25毫米的范围内)。
因应力和磨损通常集中在接近诸如公开于美国专利第6,672,894号(通过引用结合于本申请中)的应力消除元件的电缆的端部，已采取措施来在这些应力点保护电缆束。如同公开于美国专利第6,580,034号(通过引用结合于本申请中)中的，电缆束可能在其接近应力点的端部与低摩擦力的特氟隆(Teflon)带相缠绕。然而实际上，这降低了提供所希望的易弯曲作用的宽松屏蔽的优点。带缠绕电线固持在不随意变平以允许轻易弯曲到小半径的一束内。这对许多应用来说不是问题，因为在接近电缆的整个长度上的柔性仍是极好的。然而，在一些应用中，接近端部的柔性是重要的最好不要损失的特征。而且，对于其中存在因造成对沿着整个电缆长度的任何部位的磨损的强烈应力的破坏风险的应用而言，为防止这种磨损而将整个电缆束与带子进行的缠绕不能接受地牺牲了希望用于许多应用的柔性。
发明内容
本发明通过提供具有多个电线的电缆组件克服了现有技术的局限，各个电线具有第一端和相对的第二端。包括屏蔽的护套包围全部的电线。该屏蔽是由多个编织电线形成的编织物，且各个编织电线具有绝缘涂层。该编织物的电线在一端部可以聚集成引出端。该绝缘在该引出端处从电线去除。该绝缘可以通过将该引出端浸入高温焊料槽内进行去除。
附图说明
图1是依照本发明的优选实施例的电缆组件的立体图。
图2是依照图1的实施例的电线部件的立体图。
图3是依照图1的实施例的电线部件的端部的放大截面图。
图4是依照图1的实施例的电缆组件的放大的截面图。
图5是依照图1的实施例的处于弯曲状态的电缆组件的放大的截面图。
图6是在优选的电缆组件制造方法中的第一流程的简化侧视图。
图7A和7B是本发明的优选实施例的电缆护套部件的截面图。
图8是依照图6的方法的处于制造的选择阶段的电缆组件的侧视图。
图9是依照图6的方法的处于制造的选择阶段的电缆组件的侧视图。
具体实施方式
图1显示了具有连接器端12、变换器端14和起连接作用的柔性电缆16的电缆组件10。连接器端和变换器端均显示为可以连接到电缆16的部件的实例。在此实例中，连接器端包括具有用于连接到诸如超声波成像机的电子设备的连接器22的电路板20。连接器端包括连接器壳体24和环绕电缆端部的应力消除件26。在相对端，超声变换器30与电缆相连接。
电缆16包括多个细的同轴屏蔽电线32。如图2所示，电线排列成组33，各个组在其每一端具有带状化的带状部34和在带状部之间的长型宽松部36，该宽松部36延伸于电缆的几乎全部长度。各带状部包括并排排列、互相粘结，且经修整而露出每根电线的屏蔽层和中心导体的单层电线。在宽松部内，电线除了它们的端部外互不连接。
每根电线的屏蔽和导体均连接到电路板上，或者通过任何传统装置连接到任何电子部件或连接器上，这决定于电缆所用的应用所需。电线的宽松部36在应力消除件间延伸了电缆的整个长度、穿过应力消除件，并进入设置且连接带状部的壳体内。
带状部34各自标以唯一的标记，以确保装配工对应特定组的相对带状部，并在各个组中对应特别电线的端部。组标识符40印在带状部上，且在各个带状部上的第一个电线标识符42确保了在各个带状部的顺序中的第一个电线在各端进行标识。各组具有在各个带状部的电线的顺序中的一对一对应是重要的。从而，装配工可以从特定组“A”的经过标识的第一端电线识别第n根电线，并在相对端的带状部对应到第n根电线，而无需反复连续试验至找到正确的电线。这保证了对应性，即使各组的宽松的中间部分36相对于彼此移动，或者是相对于其它组的中间部分移动。
图3显示了代表性的端部的截面，其中电线在它们的外护套层44及焊接点46处连接在一起，而各根电线的导电屏蔽50仍然相互电绝缘，且内侧电介质52和中心导体54仍然保持完整并被隔离。在备选实施例中，带状部可以通过在相邻的护套层44间使用粘合剂固定、通过将各个护套层粘着于公共的条带或薄板上固定，或者通过机械夹固定。
图4显示了电缆的截面，其贯穿电缆的大部分长度，并远离带状部、反映中间部分。电线宽松地收容在柔性圆柱形电缆护套60内。如图1所示，导电编织屏蔽62环绕所有的电线，并位于套的内表面处以限定孔64。返回到图4，孔径选择为稍微大于紧密容纳所有电线所需的直径。这为电缆提供了以最小阻力弯曲到急弯的能力，这显示在图5中，而电线自由滑动到扁平的结构，其中孔的截面从当其如图4所示被拉直时的圆形截面减小。
在优选的实施例中，共有各自具有16个电线的八个组，尽管这些数量中的每一个都可以充分变化，而一些实施例可以使用在一个组中的全部电线。电线优选地具有0.16英寸的外直径，尽管这个尺寸和其它的尺寸可以依赖其应用而延伸到任何尺寸。电缆的外套部60具有总的0.330英寸(8.4毫米)的外直径，且护套具有0.270英寸(6.9毫米)的孔径。因宽松的电线趋于填充于仅稍大于它们的面积总数的截面区域内，正常条件下在孔内存在显著的额外空间。这允许电线为了柔性而互相滑动，并减小如果它们紧紧缠绕在一起时会产生的电线与电线的表面摩擦，这种紧紧缠绕例如为将电线屏蔽缠绕于电线束的传统惯例。在优选的实施例中，提供了具有最小弯曲力的0.75英寸(19毫米)或者大约2倍于电缆直径的弯曲半径，诸如如果电缆在两个手指间折叠并允许弯曲到自然半径。必要地，弯曲半径和阻止弯曲的易弯曲性的不足受限于稍大于各个部件的全部弯曲阻力。因各个电线很细，且在电缆直径大小的半径处具有很小的弯曲阻力，电线阻力的总数加上护套和屏蔽的一些弯曲阻力，从而构成了全部的弯曲阻力。
屏蔽电线62为40个单位(0.0031英寸；0.08毫米)的带有0.004英寸(0.10毫米)厚度的绝缘材料涂层的铜线，尽管其它电线的单位可以用于不同的应用。在优选的实施例中，来自印第安纳州韦恩堡市(Fort Wayne，Indiana)的REA(农村电气化管理局)的SolvarTM材料是用于绝缘的优选。在备选实施例中，屏蔽编织电线绝缘可以是任何备选的具有坚固抗磨损及低摩擦表面的，诸如热塑性或热固性树脂的绝缘材料。在优选的实施例中，绝缘的露出表面以润滑材料处理或包括该材料，以辅助制造流程，并进一步避免完工后电缆内的内部摩擦或磨损。为了润滑，全部的绝缘可以是普通的润滑材料或可以提供这种材料的外层或涂层。
制造方法
图6显示了包括屏蔽编织机或织机72和挤压机74的护套制造设备70。具有光滑外表面和0.250英寸(6.4毫米)直径的尼龙芯管76具有0.200英寸(5.1毫米)的孔径。芯管可以是宽范围的备选材料，并可以具有固体芯。管被送入可将细导电金属线80绕管缠绕以形成屏蔽62的编织机中。如此缠绕的屏蔽芯输入到挤压机74内，其将护套60绕着屏蔽芯管挤压以形成合成的护套部件82，这以截面显示于图7A和7B中。在优选的实施例中，护套材料是柔性PVC，和包括热塑性弹性体或聚氨酯的备选材料。屏蔽在有限的低温进行挤压以便护套材料保持粘性，不过多地渗入屏蔽电线间的孔或间隙，且不明显地与芯接触，除了极微地显示于图7B中的之外。这避免了会使芯管抽出困难的粘着。护套材料通过至少部分地包围一些屏蔽电线而部分包覆它们，且在选择性的实施例中，渗过电线间的间隙而接触或到达芯的表面。
尽管如此，护套材料至少部分地包覆屏蔽电线，产生帮助保持屏蔽与护套内部在整个长度上接触的粘着，在电缆的制造、装配或使用期间不分离。因此，屏蔽电线不从护套脱落，而是仍然沿着整个长度粘连。这提供了对张力的弹性阻力，并有利于在张力去除后回复到其最初长度。屏蔽电线提供了伸长的限制，因它们完全绕着电线内部压缩以阻止增加的张力，之后护套的弹性将护套回复到绕着电线内部的最初长度及直径，以提供如上所述的所希望的柔性。在一些应用中，如果屏蔽与护套分离，只要护套相对于电缆电线宽松，并仍然在各端与护套连接，可以获得这些功能和优点。
图8显示了经过切割以提供端部86的护套段82(其包括芯、屏蔽和护套)。相对的端部(未示出)同样经过切割。护套层在线条90上进行切割用于移除包括各端部上的段的大约6英寸的端部92，而留下完整的屏蔽电线和芯。
如图9所示，移除了端部，且屏蔽电线62聚集到引出端94处。在此阶段，至少引出端的尖端95浸入焊锡槽中以融化或蒸发编织电线的绝缘物的部分或全部，以露出编织电线的端部并将它们电性连接在一起。
因绝缘材料是为了其强度、耐磨性及润滑性而进行选择的，其选自一组具有高于典型焊锡槽的熔点的有效熔点的材料，该焊锡槽具有在400-600°F(204-316℃)范围的温度。通过有效的熔点，本说明书意在不必指出固态到液态相变发生的精确温度，而相反仅指可将涂层有效融化、溶解、烧掉、蒸发或另外允许编织电线端为焊接而露出并可接触到的温度。在焊接头内的一些剩余的绝缘材料不损害包括所有编织电线的良好连接，且绝缘物依旧认为已经有效融化。在优选的实施例中，使用了温度为700°F(371℃)的焊锡槽。
在标准的600°F(316℃)下的焊接温度范围内，合适的绝缘材料不会有效地融化。存在为在这种温度融化而配制的其它绝缘材料，但这些材料既没有用于该优选的实施例中的合适的耐用性又没有润滑性。这种不合适的低温绝缘材料例如包括诸如来自乔治亚州特伦顿(Trenton，Georgia)的菲尔普斯道奇(Phelps-Dodge)的NylezeTM的尿烷基涂层。这些易于切割以露出编织电线。此外，这种材料不能润滑地穿过用于编织屏蔽的机器，并会因该制程而被破坏或者不能编织。
随着引出端尖端的焊接，引出端的其它部分仍然柔软。这允许对其进行扁平化并被上述的应力消除件的杯形及锥形元件随意聚拢。当电线束以传统方式突出应力消除件的中心时，尖端可自应力消除件96延伸。这允许对引出端尖端进行焊接(在传统温度处)或弯折，以用于与仪器及变换器杆或被电缆连接的任何元件中的接地电路的电性连接。
在备选实施例中，屏蔽端部可以通过诸如具有刀片的刮刀、具有研磨性的喷沙研磨器的机械装置，或者通过可使电线露出的压花过程，或者通过咬穿绝缘层达到接触的连接件进行剥离。这种方法使用在这样的备选实施例中，其中编织屏蔽简单地进行折回并同包围电缆端部的金属环弯折，且与露出的编织电线连接并与接地连接件进行接地。
尽管上文针对优选及备选实施例进行了讨论，但本发明并不受限于此。例如，电缆不需使用宽松的屏蔽来享有绝缘的屏蔽电线的好处，其中柔性是不需要的(例如在仪器的内部)。电缆可以使用在任何应用中，所述的医疗超声波应用是一种实例。电缆束不需使用带状部件。

Claims (18)

1. 一种电缆组件，其包括：
均具有第一端和相对的第二端的多个在电力上独立的电线，各所述电线具有将其与其它电线分开的护套层；
具有包覆所有电线的屏蔽的护套；以及
所述屏蔽是由多个编织电线形成的编织物，各个编织电线均具有绝缘涂层，通过使一些编织电线部分地嵌入在所述护套内而使得所述护套和这些编织电线成为一体。
2. 根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述电线的第一端以第一顺序配置相互紧固，所述电线的第二端以基于所述第一顺序配置的第二顺序配置相互紧固。
3. 根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述电线具有在所述第一端和第二端之间的中间部分，且所述中间部分相互分离。
4. 根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述屏蔽宽松地包覆所述电线。
5. 根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述编织物的绝缘涂层由选自包括热固性树脂和热塑性塑料的材料组中的材料形成。
6. 根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述编织物的绝缘涂层具有600oF之上的有效熔点。
7. 根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述屏蔽的至少一端是由在所述屏蔽的一端的所述编织电线靠拢聚集而形成的引出端。
8. 根据权利要求7所述的组件，其特征在于，所述引出端包括各个编织电线的焊接接合点。
9. 一种制造电缆组件的方法，包括步骤：
提供一束电线，所述电线中的每一个具有将其与其它电线分开的护套层；
将所述一束电线包覆在由经过编织的编织电线形成的屏蔽内，各个编织电线具有绝缘外层，通过使一些编织电线部分地嵌入在具有所述屏蔽的护套内而使得所述护套和这些编织电线成为一体；
从各个编织电线的至少一端部去除所述绝缘外层；和
将所述编织电线的端部电性连接在一起。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括通过绕着芯线将所述编织电线缠绕形成所述屏蔽，并抽出所述芯线以提供用于插入所述一束电线的空间。
11. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述包覆为宽松地包覆所述一束电线。
12. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述去除所述编织电线的所述绝缘外层包括进行加热。
13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于加热到至少600oF。
14. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述去除所述编织电线的所述绝缘外层包括施加焊料给所述编织电线。
15. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括聚集所述编织电线的所述端部以形成引出端。
16. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法包括将所述引出端浸入焊料内以去除所述绝缘外层并将所述编织电线彼此电性连接在一起。
17. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述焊料至少为600oF。
18. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括同时去除所述外层并电性连接所述端部。
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