JP2008530738A - 高温ケーブル及び該高温ケーブルの使用方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、複数の導電線（１８）から成る高温ケーブル（１４）に関し、該導電線は共通の被覆（２０）の内部に延在し、かつ複数の絶縁体（１５）によって互いに及び前記被覆（２０）から離間されており、該複数の絶縁体はケーブルの長手方向に連続的に配置されて互いに支持し合い、前記導電線は個々の絶縁体（１５）の中央に形成された貫通孔に案内される。本発明の目的は、高温ケーブルの製作を簡素化して、該ケーブルの特性を向上させることにある。この目的のため、個々の絶縁体（１５）は少なくとも２本の導電線と接続されて、該導電線とともに少なくとも２本の個々の電気絶縁されたスレッド（１７ａ〜ｄ）を形成し、該スレッドには撚り合わせ及び編組みが施される。

Description

本発明は、電気ケーブルの分野に関する。本発明は、請求項１のうち特徴項に先行する部分に係る高温ケーブルに関し、また該高温ケーブルの使用に関する。

先行技術

内燃エンジンの制御及び調整のため、ラムダプローブが排ガス側において長年使用されており、該ラムダプローブを用いて排ガス中の酸素含有量の測定及び監視が行われている。この目的のため、従来の方法では、排気部の適切な箇所、特に触媒コンバータの上流部分において、ラムダプローブが外部から排気管へと螺入され、その結果、該ラムダプローブは、測定敏感型センサー部分を伴って、排ガス流側に突出し、外部のモータ制御装置と電気的に接続され得る。ラムダプローブが半径方向に取り付けられて、また半径方向に対して比較的長いプローブ長を有していることから、排ガス近くが高温であるにもかかわらず、ラムダプローブ用の接続ライン上の熱負荷を減少させることが可能となり、その結果、プラスチック製の絶縁材及び被覆素材を、複列型接続ケーブル（例えば独国特許出願公開第１９６１１５７２号明細書参照）の製造において用いることができる。しかしこのことは、排気管から半径方向に対して十分な距離ができるように排気管の周囲に十分な間隙が開いていることを前提としている。

しかし最近、アセンブリ及びユニットが増設されるようになっていることから、確保できる間隙が徐々に減少している。したがって、物理長の比較的短いラムダプローブを使用し、ラムダプローブから出てまもない箇所で接続ケーブルを曲げ、そして該接続ケーブルを排ガスと並走するようにさらに案内することが望ましい。その結果、接続ケーブルは排気管のより近くに案内され、したがってより高い温度に暴露される。

ラムダプローブ用接続ケーブルの場合、波形ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）可撓管の代わりに金属波形管を担持被覆素材とすることによって、ねじれ防止及び耐熱負荷特性の向上を実現することが、独国特許出願公開第１９８３３８６３号明細書において既に提案されている。個々に絶縁された導電線は、波形管の内部に案内されて、この場合であれば、可撓性のある充填材に覆われており、該充填材は各導電線と波形管との間の間隙を完全充填する。波形管を充填材で完全充填することは困難であり、また接続ケーブルの可撓性を減少させる。

欧州特許出願公開第０８４３３２１号明細書では、ラムダプローブ用接続ケーブルを公開しており、該公報によると、接続裸線ワイヤと換気パイプはステンレス鋼から成る共通の管状スリーブに嵌入されて、絶縁粉体の充填によって固定されかつ互いに分離される。この場合も、製造は困難であり、また可撓性は低い。さらに、粉体充填であるため、稼働中に強い震動が生じた場合におけるワイヤと管状スリーブとの接触は、必ずしも常に回避できるわけではない。

最後に、独国特許出願公開第１０２４０２３８号明細書は、センサプローブ用、特にラムダプローブ用の接続ラインを提案しており、それによると、金属管状被覆に覆われた複数の裸導電線が絶縁手段によって互いに及び管状被覆から絶縁されており、該絶縁手段は、直列に配置されて互いに担持し合い、またそれぞれ導電線を通すための複数の貫通孔を備えた多数の絶縁体で構成される。セラミック絶縁体は、脊柱の各脊椎と同様の機能を備えており、特に接続ラインの所望の可撓性を実現するように形成される。絶縁体群の機械的安定性は、該絶縁体すべてを貫通するスプリングロッドを追加することによって実現され、該スプリングロッドは絶縁体の専用貫通孔を通じて案内される。この種のケーブル構造は、製造の点でも組立ての点でも極めて困難であるが、それは絶縁体の成形が特殊かつ精密であり、導電線すべてが同一の絶縁体を通って案内され、そして安定化手段が追加されるからである。また、限られた可撓性しか実現されない。非常に複雑な形状の相互係合型の絶縁体に個々の導電線を通すこともまた知られている（米国特許第２９３１８５２号明細書）。

本発明の説明

したがって、本発明の目的は、とりわけラムダプローブ用接続ケーブルとして利用される高温ケーブルを提供することにあり、該高温ケーブルは、従来のケーブルの不利点を回避し、またとりわけ単純かつ機能的信頼性の高い構造であることを特徴とし、製造が容易であり、最大で摂氏６００度という超高温に耐え、そして高度の可撓性及び機械的負荷、主として振動負荷に対する高い抵抗性を有することを特徴とする。

本発明の目的は、請求項１に記載のすべての特徴によって実現される。本発明の最も重要な点は、個々の絶縁体を少なくとも２本の導電線に割り振って、少なくとも２本の個々の電気絶縁されたストランドを前記導電線とともに形成すること、そしてこれら少なくとも２つの個々の電気絶縁されたストランドを前記スリーブの内部で互いに撚り合わせ又は編組みさせることにある。一方では、この撚り合わせ又は編組みによって、導電線の相互固定が実現され、振動に対する不応性がもたらされる。他方では、該撚り合わせ又は編組みされたストランド束は、高度の可撓性を保持する。この場合、導電線の固定性及び可動性は絶縁体の外部形状とは概して無関係であり、そのため、該絶縁体の形状精度に要求される条件はごく僅かしかない。絶縁体はいずれの場合においても導電線を嵌入するだけで済むため、ケーブル製造工程の大幅な簡素化が実現する。

可動性と固定性の点で特に好ましい条件が整うのは、絶縁体がリング状又はビーズ状であって中心貫通孔を備え、かつ、いずれの場合においても前記少なくとも２本の導電線のうち１本が嵌入されているとき、絶縁体がその外周表面上に丸形部分を備えているとき、そして絶縁体が、いずれの場合においても貫通孔の両側の内周表面上に丸形部分を備えているときである。

激しい機械的負荷及び熱負荷を受ける場合の長期耐用性は、絶縁体が、高温耐性を備えた素材で構成されて平滑表面を有していることによって実現でき、また平滑表面であることにより、絶縁体相互間及び／又は絶縁体と導電線との間の摩擦が軽減する。これを実現できることが特に証明されているのは、絶縁体がガラス又は例えば磁器若しくは釉薬陶器などの釉薬加工素材、又は低摩擦性及び十分な温度耐性を有する別の素材で構成されている場合である。この場合、絶縁体は、ストランドの色識別のため相異なる色を有していてもよい。

導電線は銅線又は編組線の形状であることが好ましく、またスリーブは管状被覆の形状、好適には金属波形管の形状である。波形管であることにより、ケーブルの十分な可撓性と同時に、ケーブル外側の高水準の保護も実現できる。

さらに有利となるのは、高温ケーブルが転移点において第２のケーブルと合流し、導電線が転移点において連続転移するものとして設計されて、ストランド中の絶縁体がこれと連続する絶縁被覆によっていずれの場合においても取って代わられ、そしてスリーブがケーブル被覆によって取って代わられるときであろう。

本発明に係る高温ケーブルは、高温に暴露される測定プローブ、特にラムダプローブ用の接続ケーブルとして用いられる。

本発明は、以下の図面と関連する典型的な実施形態を参照して、さらに詳しく説明される。

本発明の実施方法

図１は、ラムダプローブの典型的な構成の側面図であり、該ラムダプローブは排気管の内部に設置されて、短い構造を有し、背曲した接続ケーブルを備える。ラムダプローブ１０は、排気管１２側の対応するネジ穴に半径方向に螺入され、測定ヘッド１１（破線で示す）を介して、排気管１２の内部で案内された排気流へと突出する。ラムダプローブ１０は、ハウジング１３を介して、排気管１２の外部へと突出する。ハウジング１３の外端部では、前記プローブに固定接続された接続ケーブル１４がハウジング１３から出現し、該接続ケーブル１４は、出現した箇所から直角下流方向に背曲され、さらに排気管１２とほぼ平行となるように案内される。通常４〜５本の個々の導電線は、ラムダプローブ１０の測定素子をモータ制御装置（図示せず）に接続して、接続ケーブル１４の内部において電気絶縁された状態で通走する。ラムダプローブ１０の物理長が短く、また接続ケーブル１４が排気管１２に案内されることから、接続ケーブル１４は最高で約摂氏６００度の温度に暴露され得る。このため、接続ケーブル１４として高温ケーブルが使用される必要がある。

前記接続ケーブル１４を高温ケーブルとして用いる際の典型的な実施形態は、図６において写真として再現されている。接続ケーブル１４は、外部の金属波形管２０（螺旋波形）を備え、互いに撚り合わされ又は編組みされた４本のストランドから成るストランド束１９が該波形管２０の中に案内される。ストランドの本数がこれとは違っていても当然よい。

ストランド又はストランド束１９の構造は、図２〜５を参照して、より詳細に説明される。ストランド４本構成のストランド束１９を製造するには、図３に示すように４本の個々の導電線１８を基材として用いるが、ここで導電線１８は例えば銅線又は銅編組み線の形状であってもよく、また用途に応じた断面積を備えていてもよい。導電線１８はまた、他の金属又は金属合金で構成されていても当然よい。図３に示すように、電気絶縁されたストランド１７ａ〜ｄは、個々の導電線１８で作られ、好適には同一の多数の絶縁体１５が各導電線に挿通されることによって作られ、これら絶縁体１５は長手方向に直列配置されて、互いに支持し合って一種の「ビーズの糸」を形成する。ラムダプローブ１０の接続ライン１４が約２００ミリメートルの長さを有していることから、導電線１８を外部から絶縁するため、この長さ全体を覆うのに十分な数の絶縁体１５を挿通させる必要がある。

管状又はビーズ状の物体を絶縁体１５として用いるのが好ましく、これは図２で例として図示されているとおりである。絶縁体１５は中心貫通孔１６を備え、導電線１８は該貫通孔に挿通されてストランド１７ａ〜ｄを形成する。貫通孔１６の内径は導電線１８の外径との関連で選定され、十分な遊びが生じ、導電線１８を囲む絶縁体１５が移動可能であって若干傾斜し得るように定められる。その結果、ストランド１７ａ〜ｄを編組み又は撚り合わせするに際しては、該ストランドを互いに一致させる必要があり、これによってストランド束１９の均一性が実現される。ケーブルの可撓性も必要となるが、これは個々の絶縁体１５を互いにより移動しやすくするためである。これに関連するさらなる改良が実現し得るのは、各絶縁体１５が、その外周表面に第１丸形部分２１を備えており、また貫通孔１６の両側の内周表面上に第２丸形部分２２をいずれの場合においても備えている（図２ｂ）ときである。丸形部分２１、２２は、湾曲型の半径を有しており、絶縁体１５が互いに対して及び／又は導電線１８を軸として回転可能とするのに十分な大きさを備えている。図２の例では、第１丸形部分２１が絶縁体１５の全延長にわたり半丸形形状をなして延在している。絶縁体１５は、高温耐性を有する素材で構成されて、平滑表面を備えるのが好ましく、他の絶縁体に対する相対運動の際の摩擦は該平滑表面によって軽減される。絶縁体１５はガラス又は例えば磁器若しくは釉薬陶器などの釉薬加工素材で構成されるのが好ましいが、低摩擦表面処理を施した別の素材とすることもまた考えられ得る。ネックレスの製造に使用される単純なガラスビーズを素材とした場合でさえも、すぐれた結果が実現できる。このようなガラスビーズは外径が２〜３ミリメートルであり、その貫通孔の内径は約１ミリメートルであって、厚さは約２ミリメートルである。

図３に示す型式の複数のストランド１７ａ〜ｄが製作されるとき、これらのストランドは互いに撚り合わされ又は編組みされて、図４に示すストランド束１９を形成する（ストランド１７ａ〜ｄの外形は破線で、ストランド内部の個々の典型的な絶縁体１５は実線で示す）。編組みに際しては、編組み技術で知られる様々な編組み方法を応用することができる。したがって、例えば、ストランド１７ａ〜ｄとは別に芯線を設けて、ストランド１７ａ〜ｄを該芯線を覆うように編組みすることが考えられる。一方では、編組み又は撚り合わせによって、ストランド束１９への各ストランドの固定が実現し、こうして絶縁体１５の摺動が防止される。他方では、ストランド束１９の可撓性が向上する。

図４に示すように、ストランド束１９は、ひとたび形成されると、これに対応する寸法の波形管２０へと嵌入され得る（図５）。波形管２０は、ストランド束１９を、機械的影響及びその他の環境的影響から保護し、接続ケーブル１４の曲げ度合いを、曲げ半径の限界範囲内にとどめる。波形管２０の正味内径は用途に応じて選定されるため、ストランド束１９用波形管２０の内部では、動きの自由度がわずかしかなく又は動きの自由度が全くなくなる。ストランド束１９と波形管２０との間に間隙がある場合は、必要に応じて、高温耐性を有する粉体状の絶縁素材でこれを埋めることもできる。接続ケーブル１４のラムダプローブ１０への取付けは、独国特許出願公開第１９８３３８６３号明細書と同様の方法で行うことも可能であり、該取付方法では波形管２０の縁端部がラムダプローブ１０のハウジング１３に溶接される。対応する案内体及び絶縁体をケーブルの他方の縁端部に設けて、導電線１８の両端を自由端とし、また該ガイド及び絶縁体で波形管２０を終端処理して、適用される接続規格の範囲内となるように導電線１８を調整することもできる。

また、図６に示すように、ラムダプローブ１０の周りの高温領域のさらに外側まで接続ケーブル１４を通常のケーブル２４として案内するという可能性も存在する。この場合、ケーブル２４は基本ケーブルとして用いられ、該ケーブル２４は、通常の温度耐性を有しており、また、プラスチック製の従来型の絶縁被覆２６が施されたストランドから成って該ストランドが編組み又は撚り合わされてできたストランド束２３を、プラスチックから成るケーブル被覆２５の内部に収容する。その後、個々のストランドのケーブル被覆２５及び絶縁被覆２６は、所定の長さにわたって転移点２７の箇所まで除去され、さらにその後、露出した導電線１８は、挿通された絶縁体１５によって絶縁されてさらに撚り合わされ、最後に、波形管２０へと嵌入されて、該波形管は転移点２７に至る。したがって、転移点２７からさらに先は、導電線１８は何にも遮られない状態で案内され、一方で、導電線１８の絶縁、すなわち絶縁被覆２６から絶縁体１５及びケーブル被覆２５への絶縁は、波形管２０と一体となる（例えば波形管２０と重なるように）。こうして、高温ケーブルと前方リードケーブルとの複雑かつ不完全な接続が回避できるようになる。

さらに考えられるのは、各ストランド１７ａ〜ｄごとにそれぞれ異なる色の絶縁体１５を用いて異なる色のストランドを製作することで、各々の導電線を色識別によって直ちに認識することが可能となる。

本発明の文脈においては、複数の貫通孔を備えた個々の同様の絶縁体を用いる場合、編組み又は撚り合わせを施す目的で、個々の導電線を収容したストランドと、複数の導電線を同じ絶縁体に互いに離間して嵌通させたストランドとを組み合わせることもさらに考えられる。このようにして、ストランドの数が一定の場合でも、様々な数の導電線をケーブル内に収容することが可能となる。

高温や他のより過酷な環境条件に対する耐性が必要とされる、自動車以外の別の用途に、本発明に係る高温ケーブルを用いることも、また当然可能である。そうした用途の例としては、暖房機、暖炉、ガスタービンなどが挙げられる。

排気管の内部に導入され、短い構造を有し、背曲した接続ケーブルを備えるラムダプローブの典型的な構成の側面図である。 本発明において用いられることが好ましいビーズ状又は環状の絶縁体の平面図（図２ａ）及び断面図（図２ｂ）である。 図２に図示する型式の嵌通型の絶縁体を備えた４本の導電線を示しており、互いにストランド状に編組み又は撚り合わされて、本発明の一つの典型的な実施形態に係る高温ケーブルを形成する。 互いに編組み又は撚り合わされて一本の束を形成する図３のストランドを示しており、各ストランドの絶縁体はある特定部分のみ図示されている。 編組みされ又は撚り合わされたストランドの波形管内部における配置を示す。 図５と対応し、本発明において高温ケーブルの形状を有するケーブル部分と、従来型の構成を備える隣接ケーブル部分との間の連続転移を示す。 本発明に係る高温ケーブルの試作品の写真である。

符号の説明

１０ ラムダプローブ
１１ 測定ヘッド
１２ 排気管
１３ ハウジング（ラムダプローブ）
１４ 接続ケーブル（高温ケーブル）
１５ 絶縁体（環状、ビーズ状）
１６ 貫通孔
１７ａ〜ｄ ストランド
１８ 導電線
１９、２３ ストランド束
２０ 波形管（スリーブ）
２１、２２ 丸形部分
２４ ケーブル
２５ ケーブル被覆
２６ 絶縁被覆
２７ 転移点

Claims (10)

1. 複数の導電線（１８）を備え、該複数の導電線は共通のスリーブ（２０）の中を通走して、多数の絶縁体（１５）によって互いに及びスリーブ（２０）から一定の距離を置いて保持され、該複数の絶縁体（１５）は直列に配置されてケーブルの長手方向に向かって互いに支持し合い、前記導電線は個々の絶縁体（１５）の中央にある貫通孔（１６）を通って案内されて、個々の絶縁体（１５）が少なくとも２本の導電線（１８）に割り振られており、該導電線（１８）とともに少なくとも２本の個々の電気絶縁されたストランド（１７ａ〜ｄ）を形成し、そして該少なくとも２本の個々の電気絶縁されたストランド（１７ａ〜ｄ）はスリーブ（２０）の内部で互いに撚り合わされ又は編組みされることを特徴とする高温ケーブル（１４）。
2. 絶縁体（１５）がリング状又はビーズ状であり、中央の貫通孔（１６）を有し、またいずれの場合においても前記少なくとも２本の導電線（１８）に挿通されることを特徴とする、請求項１に記載の高温ケーブル。
3. 絶縁体（１５）が、外周表面上に丸形部分（２１）を備えることを特徴とする、請求項２に記載の高温ケーブル。
4. 前記絶縁体（１５）が、前記貫通孔（１６）の両側の内周表面上に、丸形部分（２２）をいずれの場合においても備えていることを特徴とする、請求項２又は３に記載の高温ケーブル。
5. 絶縁体（１５）が、高温耐性を有した素材で構成されかつ平滑表面を備えていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の高温ケーブル。
6. 絶縁体（１５）がガラス又は釉薬加工素材で構成されることを特徴とする、請求項５に記載の高温ケーブル。
7. 導電線（１８）が銅線又は銅編組線の形状であり、またスリーブが管状被覆の形状、特に金属の波形管の形状であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の高温ケーブル。
8. 絶縁体（１５）がストランド（１７ａ〜ｄ）の色識別のために異なる色を備えていることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の高温ケーブル。
9. 高温ケーブル（１４）が転移点（２７）において第２のケーブル（２４）と合流し、導電線（１８）が転移点（２７）において連続転移するものとして設計されて、ストランド（１７ａ〜ｄ）中の絶縁体（１５）がこれと連続する絶縁被覆（２６）によっていずれの場合においても取って代わられ、そしてスリーブ（２０）がケーブル被覆（２５）によって取って代わられることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の高温ケーブル。
10. 高温に暴露される測定プローブ用、とりわけラムダプローブ（１０）用の接続ケーブルとしての高温ケーブルの、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の使用方法。

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