JP2006236982A - 絶縁シールドを有する可撓性相互接続ケーブルおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のワイヤーの各々が、第１端および反対側の第２端を有するケーブルアッセンブリを提供する。
【解決手段】全てのワイヤーは、シールドを含むシースに包み込まれている。シールドは、複数の編組ワイヤーから形成された編組であり、各々の編組ワイヤーは絶縁被覆を有する。編組ワイヤーを端で集めてピグテールにすることができる。ピグテールにおいて絶縁体をワイヤーから除去する。高温のハンダ浴にピグテールを浸漬することによって絶縁体を除去することができる。
【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明

技術分野
本発明は、複数のワイヤーケーブル、より詳しくは小ゲージの同軸ワイヤーに関する。

発明の背景および要旨
ある要求の厳しい用途においては、小型化されたマルチワイヤーケーブルアッセンブリを必要とする。かなりの数の導体を必要とする場合、ケーブルが不必要にかさばるのを回避するために、極めて細い導体を用いる。電気的雑音および干渉を制限するために、導体にはシールドを有する同軸ワイヤーを用いる。別の用途では、ツイストペア、パラレルペア、シールドされていない絶縁された単一のワイヤーおよび他の形態のものを用いることができる。編組された小さなワイヤーから形成される導電性シールドによってそのようなワイヤー束を囲み、ケーブルの部材によって無線障害が送信または受信されるのを防止する。外側の保護シースはシールドを覆う。

多くの異なる導体を必要とする幾つかの用途では、ケーブルが非常に可撓性を有するか、柔軟であるか、または「フレキシブル（floppy）」であることが好ましい。このことは、米国特許第６７３４３６２号（参照することにより、本明細書に組み込まれる）に記載されているように、ワイヤーをゆるく受容するシールド編組を提供することによって達成された。編組が裸の金属ワイヤーから形成されているため、曲げおよび外部応力が最大となる用途においては、信号線の束が摩耗による影響を受けることがある。そのような摩耗は、同軸ワイヤーの部材の個々のシールドワイヤーに開いた欠陥を発生させることがあり、この開いたワイヤーシールドと外側の編組ケーブルシールドとの間の短絡（またはショート）に起因して、作動中に信号対雑音を生じさせる。他の故障モードとして、ワイヤーの絶縁体の摩耗があり、これにより信号線が露出して編組とショートまたは相互にショートする。そのような多くのケーブルで望まれている小型サイズでは、各ワイヤーにおいて非常に薄い絶縁層（０．００１〜０．０１０インチ；０．０２５〜０．２５ｍｍ）が要求されるため、このことは重大である。

米国特許第６６７２８９４号（参照することにより本明細書に組み込まれる）に記載されているように、ストレスおよび摩耗は、通常、ストレインリリーフ（または歪逃し）要素付近のケーブル端に集中するため、そのような応力点（stress point）においてケーブル束を保護するための手段が講じられていた。米国特許第６５８００３４号（参照することにより本明細書に組み込まれる）に記載されているように、ケーブル束を、応力点付近の端において、低摩擦のテフロン（登録商標）テープで巻き付けることができる。効果的ではあるが、これにより、所望の柔軟な効果を与えるルーズなシールドによる利点は減少する。テープが巻き付けられたワイヤーは、容易に小さい半径に曲げることができるように、簡単には平らにならない束の形態で拘束される。それでも可撓性はケーブルのほぼ全長にわたって優れているため、このことは多くの用途では問題にはならない。しかしながら、いくつかの用途では、端付近の可撓性は、好ましくは犠牲にできない貴重な特性である。さらに、ケーブルの全長に沿ってどこにでも摩耗を引き起こす強いストレスによって損傷を受ける恐れのある用途では、そのような摩耗を防ぐためにケーブル束全体にテープを巻き付けることが、多くの用途で望まれている可撓性を許容できない程にまで犠牲にする。

本発明は、各々が第１端および反対側の第２端を有する複数のワイヤーを有するケーブルアッセンブリを提供することによって、従来技術の制限を克服する。シールドを含むシースは、全てのワイヤーを取り囲む。シールドは、複数の編組ワイヤーから形成された編組（またはブレード）であり、各々の編組ワイヤーは絶縁被覆（またはコーティング）を有する。編組のワイヤーは端で集めてピグテールとしてよい。絶縁体をピグテールにおいてワイヤーから除去する。ピグテールを高温のハンダ浴に浸漬することによって、絶縁体を除去することができる。

好ましい態様の詳細な説明
図１に、コネクタ端１２、トランスデューサ端１４および接続用可撓性ケーブル１６を有するケーブルアッセンブリ１０を示す。ケーブル１６に接続され得る部材（またはコンポーネント）の例として、コネクタ端およびトランスデューサ端を示す。この例では、コネクタ端は、超音波画像装置等の電子機器に接続するコネクタ２２を有する回路基板２０を含む。コネクタ端は、コネクタハウジング２４、およびケーブル端を囲むストレインリリーフ（または歪逃し）２６を含む。反対側の端では、超音波トランスデューサ３０がケーブルに接続されている。

ケーブル１６は、同軸でシールドされた多数の細いワイヤー３２を含む。図２にも示すように、ワイヤーはグループ３３に配列されており、各グループは、各端にリボン状のリボン部分３４、およびリボン部分の間でケーブルのほぼ全長に及ぶ細長い（または密着していない）ルーズ部分３６を有する。各リボン部分は、並んで配列され、互いに接着され、そして各々のシールド層および中央の導線（または導体）を露出するように切り取られたワイヤーの単一層を含む。ルーズ部分においては、ワイヤーは、その端を除き互いに接続されていない。

各ワイヤーのシールドおよび導線は、ケーブルが用いられる用途の要求によって決められたいずれかの常套手段によって、回路基板またはいずれかの電子部品もしくはコネクタに接続されている。ワイヤーのルーズ部分３６は、ストレインリリーフ間のケーブルの全長にわたって延在し、ストレインリリーフを通って、リボン部分が配列かつ接続されているハウジングまで及ぶ。

リボン部分３４は、組立者が、所定のグループの反対側のリボン部分と相関させることができるように、また、各グループにおいて特定のワイヤーの端と相関させることができるように、独特の「印」がそれぞれ記されている。グループ識別子（または識別符号）４０は、リボン部分に捺印（imprint）されており、また、各リボン部分にある第１ワイヤー識別子４２は、各リボンの配列（またはシーケンス）において第１ワイヤーを各端で確実に識別する。各グループが、各リボン部分にあるワイヤーの配列において１対１で対応していることが重要である。その結果として、組立者は、適切なワイヤーを見つけ出すために試行錯誤によって導通試験する必要無しに、反対側の端のリボン部分にあるｎ番目のワイヤーに対応させて、所定のグループ「Ａ」の識別された第１端ワイヤーからｎ番目のワイヤーを識別することができる。各グループのルーズな中間部分３６を互いに又はケーブル内にある他のグループの中間部分に対して動かし得るとしても、この対応は保証される。

図３は、典型的な端部分の断面を示し、ワイヤーは溶融接合部（weld joints）４６にて外側シース層４４が一体に接続されているが、各々のワイヤーの導電性シールド５０は他のシールドから電気的に絶縁された状態のままであり、また、内部の誘電体５２および中央の導線５４はそのまま絶縁された状態である。別の態様では、当接するシース層４４間に接着剤を用いることによって、各々のシース層を共通のストリップもしくはシートに接着することによって、または機械的なクリップによって、リボン部分を固定することができる。

図４は、リボン部分から離れた、ケーブルの長さの大部分を占めるケーブル断面を示し、中間部分を表している。ワイヤーは、可撓性の円筒型ケーブルシース６０内にゆるく（またはルーズに）収容されている。図１にも示すように、導電性編組シールド６２は、全てのワイヤーを囲み、シースの内面に存してボア（bore）６４を画定する。図４に戻り、ボア径は、全てのワイヤーを密接して（closely）収容するために必要とされる大きさよりも若干大きくなるように選択する。このことは、図４にあるようなワイヤーが真っ直ぐの状態の場合に有する円形の断面から、ワイヤーの自由なスライドによりボアの断面が減少して平らな構造になる場合、図５に示すように小半径の曲げ（きつい曲げ）に対しても最小限の抵抗で曲がる能力をケーブルに与える。

好ましい態様では、それぞれ１６本のワイヤーの８つのグループが存在し、これらの数は、いずれもが実質的に異なってよく、また、いくつかの態様では全てのワイヤーを唯１つのグループで使用することができる。ワイヤーは０．０１６インチの外径を好ましくは有するが、この寸法および他の寸法は用途に応じていずれのサイズにも変動し得る。ケーブルは、ジャケット部分６０の全体の外径が０．３３０インチ（８．４ｍｍ）であり、また、シースは、ボア径（または穴径：bore diameter）が０．２７０インチ（６．９ｍｍ）である。ルーズなワイヤーは、それらの断面積の合計よりも少しだけ大きい断面積に束ねられる（またはパックされる）傾向にあるため、通常状態のボアには、余分なスペースが存在する。これにより、ワイヤーは互いの周りで柔軟にスライドすることができ、例えばワイヤー束の周りにワイヤーシールドを巻き付ける従来の方法等によりワイヤーが一緒にしっかりと（またはタイトに）巻き付けられている場合に起こり得る、ワイヤー同士の表面摩擦を最小限にする。好ましい態様において、例えばケーブルを２本の指の間で折り曲げて自然半径（natural radius）に曲げることができる場合のように、最小限の曲げ力によって０．７５インチ（１９ｍｍ）の曲げ半径、またはケーブル直径の約２倍の曲げ半径となる。本質的に、曲げ半径、および曲げに対する抵抗がない柔軟性は、各々の部材の合計の曲げ抵抗よりも僅かに大きい抵抗によって制限される。それぞれのワイヤーは非常に細く、また、ケーブル直径の規模の半径の曲げに対する最小の抵抗を有するため、ワイヤーの抵抗の合計は、シースおよびシールドの曲げ抵抗に殆ど加えられず、従って、これら両者の曲げ抵抗が全体の曲げ抵抗となる。

シールドワイヤー６２は、０．００４インチ（０．１０ｍｍ）厚の絶縁材による被覆を有する４０ゲージ（０．００３１インチ；０．０８ｍｍ）の銅線であるが、異なる用途では他のワイヤーを使用することができる。好ましい態様において、絶縁体には、ソルバー（Ｓｏｌｖａｒ）（登録商標）材料（アール・イー・エー（ＲＥＡ）社（インディアナ州フォートウェーン）製）が好ましい。別の態様では、シールド編組ワイヤーの絶縁体は、例えば熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂等の、摩耗に対して強い抵抗および低い摩擦表面を有する他のいずれの誘電性材料であってもよい。好ましい態様では、絶縁体の露出面は処理されているか又は潤滑性材料を含み、製造プロセスを助け、そして、完成ケーブルの内部摩擦または摩耗を更に回避する。潤滑性に関しては、絶縁体全体が共通の潤滑性材料でできてもよく、又は、そのような材料の外層もしくは被覆が供給されていてもよい。

製造方法
図６は、シールド編組機または織機７２および押出機７４を含むシース製造設備７０を示す。直径０．２５０インチ（６．４ｍｍ）の滑らかな外面を有するナイロンコアチューブ７６は、０．２００インチ（５．１ｍｍ）のボア径を有する。コアチューブは、広範囲の他の材料のいずれでできていてもよく、また中実のコアを有していてよい。チューブを編組機に供給し、チューブの周りに細い導電性金属ストランド８０を巻き付けてシールド６２を形成する。このようにして巻き付けられた、シールドされたコアを押出機７４に供給し、シールドされたコアチューブの周囲にシース６０を押し出して、結果としてシースコンポーネント８２（図７Ａおよび７Ｂにその断面を示す）を形成する。好ましい態様において、シース材料は可撓性ＰＶＣであり、他の材料として、熱可塑性エラストマー、またはポリウレタンが挙げられる。シース材料が粘性を維持し、シールドワイヤーの間の孔または隙間（もしくはギャップ）に過度に侵入せず、そして図７Ｂに示すように最小限に接触する場合を除きコアにそれほど接触しないように、限定された低温でシールドを押し出す。このことは、コアチューブの抜き取りを困難にし得る付着を回避する。シース材料は、いくらかのシールドワイヤーを少なくとも部分的に取り囲むことによって、また、選択された態様においては、材料が該ワイヤー間の隙間に侵入してコア表面に接触または近づくことによって、該ワイヤーを部分的に封入する。

それにもかかわらず、シース材料がシールドワイヤーを少なくとも部分的に封入することにより、シールドおよびシース内側が、ケーブルの製造、組立て又は使用の間に分離することなく、全長にわたって互いに接触し続けるのを助ける付着力を生じる。その結果として、シールドワイヤーはシースから外れないが、全長にわたって付着している状態にある。このことは、引っ張り力に対する弾性抵抗力を与え、引っ張り力が除去されると、元の長さまでの回復を容易にする。シールドワイヤーは、内部でワイヤーの周りに完全に集まると、伸び限界を与えて、増加する引っ張り力に抗し、その後、シースの弾性は、内部のワイヤーの周りでシールドを元の長さおよび径に戻し、上述の所望の可撓性を与える。いくつかの用途においては、シースがケーブルワイヤーに対してゆるい限り、シールドがシースから分離し且つ各端においてシースに取り付けられている状態である場合に、これらの機能および利益を得ることができる。

図８は、切断されたシースセグメント８２（コア、シールドおよびシースを含む）を示し、端８６をもたらす。反対側の端（図示せず）も同様に切断する。シース層をライン９０で切断し、約６インチのセグメントを含んで成る端部分９２を各端で除去するが、シールドワイヤーおよびコアはそのまま残す。

図９に示すように、端部分を除去し、シールドワイヤー６２を集めてピグテール９４とする。この段階で、少なくともピグテールの先９５をハンダ浴に浸漬し、編組ワイヤーの絶縁体の一部または全部を溶融または蒸発させて除去し、編組ワイヤーの端部分を露出させ、それらを一緒に電気的に接続する。

絶縁材をその強度特性、摩耗特性および潤滑特性で選択するため、有効融点（effective melting point）融点が典型的なハンダ浴のそれ（４００−６００゜Ｆ（２０４−３１６℃）の温度範囲を有する）よりも高い材料の群から選択する。有効融点を用いることによって、本明細書では、固−液相変化が起こるとされる正確な温度を必ずしも意味しないことを意図し、代わりに、被覆を効果的に溶融し、溶解し、焼いてなくなる、蒸発する温度、または別法では編組ワイヤー端を露出させてハンダ付けを可能にする温度を単に意味することを意図する。ハンダ接合部に残存するいくらかの絶縁材は、全ての編組ワイヤーを包含する良好な接続部を損なうことはなく、さらに、絶縁体は有効に溶融されるものと考えられる。好ましい態様では、７００゜Ｆ（３７１℃）の温度のハンダ浴を用いる。

６００゜Ｆ（３１６℃）未満の標準的なハンダ温度の範囲では、適当な絶縁材は効果的には溶融しない。そのような温度で溶けてなくなるよう調製される他の絶縁材があるが、これらは、好ましい態様で使用する際、適切な耐久性も潤滑性も無い。そのような適切でない低温の絶縁材には、例えば、フェルプス・ドッジ社（ジョージア州トレントン）製のＮｙｌｅｚｅ（登録商標）等のウレタンベースの被覆材料がある。これらは、傷つきやすく、それによって編組ワイヤーが露出することになる。更に、そのような材料はシールドの編組に用いられる機械を滑らかに通らず、そして、該過程で損傷を受け得けるか、または編組することができない。

ピグテールの先端部はハンダ付けされているが、ピグテールの残りは可撓性を維持している。これにより、残りのピグテールを平らにすることができ、また、上述のストレインリリーフのカップおよびコーン要素によって容易に捕らえることができる。常套方法においてストレインリリーフの中央から束が突き出ているのと同様に、該先端部は、ストレインリリーフ９６から延在する。これにより、ピグテールの先端部を（常套温度で）ハンダ付け若しくはクリンプさせることができ、機器およびトランスデューサのワンド（wand）において接地回路に、またはケーブルによって接続されるいずれかの要素に電気的に接続する。

別の態様では、機械的手段（ブレードを用いたスクレーピング、研磨用のサンドタイプのブラストによる研磨等）、ワイヤーを露出させるスエージ加工、または絶縁体をかみ切って接続部を形成する接続によって、シールド端を解体することができる。そのような方法は、編組シールドを簡単に折り返し、ケーブルを包囲する金属環でクリンプし、露出している編組ワイヤーに接続して接地接続する別の態様で使用されている。

上記は、好ましい態様および代替の態様に関する説明であるが、本発明をそのように制限することを意図するものではない。例として、機器内のように可撓性が必要とされていない場合、絶縁されたシールドワイヤーの利益を享受するために、ケーブルにはルーズなシールドを使用しなくてもよい。ケーブルは、いずれの用途にも使用することができる；図示するように、医療用に超音波を使う用途がその一例である。ケーブル束には、リボン状のコンポーネントを使用しなくてもよい。

図１は、本発明の好ましい態様のケーブルアッセンブリの斜視図である。 図２は、図１の態様のワイヤーの部材の斜視図である。 図３は、図１の態様のワイヤーの部材の端部分の拡大断面図である。 図４は、図１の態様のケーブルアッセンブリの拡大断面図である。 図５は、図１の態様の、曲げた状態のケーブルアッセンブリの拡大断面図である。 図６は、ケーブルアッセンブリの好ましい製造方法における、第１プロセスの簡素化側面図である。 図７Ａは本発明の好ましい態様のケーブルシース部材の断面図である。 図７Ｂは本発明の好ましい態様のケーブルシース部材の断面図である。 図８は、図６の方法による製造の選択された段階におけるケーブルアッセンブリの側面図である。 図９は、図６の方法による製造の選択された段階におけるケーブルアッセンブリの側面図である。

Claims (15)

1. 複数のワイヤーおよびシースを有して成るケーブルアッセンブリであって、
   複数のワイヤーの各々は、第１端および反対側の第２端を有し；
   シースは、全てのワイヤーを取り囲むシールドを含み；また、
   シールドは、各々が絶縁被覆を有する複数の編組ワイヤーから形成された編組であるケーブルアッセンブリ。
2. ワイヤーの第１端は第１順序配列で互いに固定され、ワイヤーの第２端は第１配列に基づく第２順序配列で互いに固定されている、請求項１に記載のアッセンブリ。
3. ワイヤーは、第１端と第２端との間に中間部分を有し、中間部分は互いから分離されている、請求項１に記載のアッセンブリ。
4. シールドは、ワイヤーをゆるく取り囲む、請求項１に記載のアッセンブリ。
5. 絶縁被覆は、熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂を含む一群の材料から選択された材料から形成されている、請求項１に記載のアッセンブリ。
6. 絶縁被覆材は、有効融点が６００゜Ｆ（３１６℃）より高い、請求項１に記載のアッセンブリ。
7. シールドの少なくとも一端は、該端で編組ワイヤーを近接させることによって形成されるピグテールであって、好ましくは、ピグテールが各々の編組ワイヤーとのハンダ接合部を含むか、または、ピグテールを構成する編組ワイヤー部分に絶縁被覆が存在しない、請求項１に記載のアッセンブリ。
8. ケーブルアッセンブリの製造方法であって、
   ワイヤーの束を供給する工程；
   該束を、編組された編組ワイヤー（各々の編組ワイヤーは絶縁外層を有する）で形成されたシールド内に包み込む工程；
   各々の編組ワイヤーの少なくとも端部分から絶縁外層を除去する工程；ならびに、
   編組ワイヤーの端部分を一緒に電気的に接続する工程
   を含んで成る方法。
9. コアの周りに編組ワイヤーを巻き付けることによってシールドを形成し、コアを抜き出して、束を挿入する空間を供給することを含む、請求項８に記載の方法。
10. 包み込みは、束をゆるく取り囲むことを含む、請求項８に記載の方法。
11. 編組ワイヤーの絶縁外層の除去は、加熱すること、好ましくは少なくとも６００゜Ｆ（３１６℃）まで加熱することを含む、請求項８に記載の方法。
12. 編組ワイヤーの絶縁外層の除去は、編組ワイヤーにハンダを適用することを含む、請求項８に記載の方法。
13. 編組ワイヤーの端部分を集めてピグテールを形成することを含み、好ましくは、ピグテールをハンダに浸漬することによって絶縁層を除去して編組ワイヤーを一緒に電気的に接続することを含む、請求項８に記載の方法。
14. ハンダは少なくとも６００゜Ｆ（３１６℃）である、請求項１３に記載の方法。
15. 同時に外層を除去し、端部分を電気的に接続することを含む、請求項８に記載の方法。
    

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