JP2018038135A - ケーブル接続装置及び電力ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】小型化することができるケーブル接続装置及び当該ケーブル接続装置を備えた電力ケーブルを提供する。【解決手段】ケーブル接続装置１は、接続部３の周囲に、内側に内側接触面４ａを有する雌側ゴムユニット４と、外側に外側接触面５ａを有する雄側ゴムユニット５と、ゴムユニット４、５間に配置され、内側接触面４ａに接触する雌側接触面６ａ及び外側接触面５ａに接触する雄側接触面６ｂを有する絶縁体部６０と、中心に軸方向に形成された貫通穴６ｃとを有するエポキシユニット６とを備える。雌側ゴムユニット４の絶縁体部４０及び／又は雄側ゴムユニット５の絶縁体部５０は、電力ケーブル２Ａ、２Ｂの絶縁層２１Ａ、２１Ｂと一体化されている。【選択図】図１

Description

本発明は、ケーブル接続装置及び電力ケーブルに関する。

従来、一対の電力ケーブルを接続するケーブル接続装置として、車両の屋根上に引通される引通し用の電力ケーブルと車両間を接続する渡り用の電力ケーブルとを接続するケーブル接続装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平８−３１０３９４号公報

特許文献１に記載されるような引通し用の電力ケーブルと渡り用の電力ケーブルとを接続するケーブル接続装置の小型化が望まれている。

そこで、本発明の目的は、小型化することができるケーブル接続装置及び当該ケーブル接続装置を備えた電力ケーブルを提供することにある。

［１］接続対象の一対の電力ケーブルの端末から露出したケーブル導体の接続部の周囲に配置される複数の絶縁部品を備え、前記複数の絶縁部品は、内側に内側接触面を有する雌側部品と、外側に外側接触面を有する雄側部品と、前記雌側部品と前記雄側部品との間に配置され、前記内側接触面に接触する雌側接触面及び前記外側接触面に接触する雄側接触面を有する、絶縁材料から形成された絶縁体部と、中心に軸方向に形成された貫通穴とを有する中間部品とを備え、前記雌側部品及び／又は前記雄側部品の絶縁体部は、前記電力ケーブルの絶縁層と一体化されるケーブル接続装置。
［２］前記接続部は、前記貫通穴内に配置される、前記露出したケーブル導体の一方が装着される雌型導体接続端子及び前記雌型導体接続端子に挿入され、かつ前記露出したケーブル導体の他方が装着される雄型導体接続端子を備えた前記［１］に記載のケーブル接続装置。
［３］前記雄側部品は、前記中間部品と一体化されている前記［１］又は［２］に記載のケーブル接続装置。
［４］前記中間部品は、前記貫通穴を有し、前記絶縁体部の内側に配置される導電管を備えた前記［１］〜［３］のいずれか１つに記載のケーブル接続装置。
［５］前記雌側部品及び前記雄側部品は、主としてゴムから形成され、前記中間部品の前記絶縁体部は、前記ゴムよりも硬い前記絶縁材料から形成された、前記［１］〜［４］のいずれか１つに記載のケーブル接続装置。
［６］前記中間部品は、前記雄側接触面の面積が前記雌側接触面の面積よりも小さく、前記貫通穴内であって前記中間部品と前記接続部との間に設けられた、前記雌側接触面を前記雌側部品の前記内側接触面に接触させる際に前記雌側接触面と前記内側接触面との間の界面からの空気を逃がす流路となる空隙を備えた前記［１］〜［５］のいずれか１つに記載のケーブル接続装置。
［７］前記［１］〜［６］のいずれか１つに記載のケーブル接続装置の前記雌側部品及び／又は前記雄側部品の絶縁体部と一体化された絶縁層を備えた電力ケーブル。

本発明によれば、小型化することができるケーブル接続装置及び当該ケーブル接続装置を備えた電力ケーブルを提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係るケーブル接続装置の概略の構成例を示す断面図である。 図２は、図１に示すケーブル接続装置の要部の分解斜視図である。 図３は、ケーブルと一体化された図１に示すケーブル接続装置の要部の分解斜視図である。 図４は、図１に示すケーブル接続装置の組立工程を説明するための要部断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図中、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付してその重複した説明を省略する。

図１は、本発明の実施の形態に係るケーブル接続装置の概略の構成例を示す断面図である。また、図２は、図１に示すケーブル接続装置の要部の分解斜視図であり、図３は、ケーブルと一体化された図１に示すケーブル接続装置の要部の分解斜視図である。

このケーブル接続装置１は、接続対象の一対の電力ケーブル２Ａ、２Ｂの端末をそれぞれ段剥ぎして露出されたケーブル導体２０Ａ、２０Ｂにそれぞれ接続された一対の導体接続端子３Ａ、３Ｂによって構成される接続部３を備え、この接続部３の周辺で電気的絶縁を図るために、接続部３の周囲に配置された雌側ゴムユニット４、雄側ゴムユニット５及びエポキシユニット６の３つの絶縁部品を備えている。

これらの絶縁部品は、一対の電力ケーブル２Ａ、２Ｂの接続時にその接続を容易ならしめ、かつ、絶縁部品同士の接触面（界面）から空気を除去する目的で、所定の組立順序で組立が行われることが好ましい。上記目的のため、接続部３とエポキシユニット６との間に空気逃げの流路が設けられていることが好ましい。ここで、雌側ゴムユニット４は、雌側部品の一例である。雄側ゴムユニット５は、雄側部品の一例である。エポキシユニット６は、中間部品の一例である。

また、ケーブル接続装置１は、一対の電力ケーブル２Ａ、２Ｂが一対の導体接続端子３Ａ、３Ｂによって接続された状態で雌側ゴムユニット４、雄側ゴムユニット５及びエポキシユニット６を収容する第１の筐体７、中間筐体８及び第２の筐体９と、雄側ゴムユニット５を雌側ゴムユニット４側に押圧部材１０を介して押圧するバネ部材１１とを備える。

電力ケーブル２Ａ、２Ｂは、例えば、撚線からなるケーブル導体２０Ａ、２０Ｂを有し、ケーブル導体２０Ａ、２０Ｂの外周に、内部半導電層と、絶縁層２１Ａ、２１Ｂ、外部半導電層、遮蔽層、押えテープ層、シース層がこの順序で形成されている。電力ケーブル２Ａ、２Ｂは、高圧ケーブルであり、例えば、鉄道車両に用いられる特別高圧ケーブルである。

（接続部の構成）
接続部３は、後述するエポキシユニット６の貫通穴６ｃ内に配置される、露出したケーブル導体の一方（ケーブル導体２０Ｂ）が装着される雌型導体接続端子３Ｂ及び雌型導体接続端子３Ｂに挿入され、かつ露出したケーブル導体の他方（ケーブル導体２０Ａ）が装着される雄型導体接続端子３Ａを備える。雄型導体接続端子３Ａ及び雌型導体接続端子３Ｂは、例えば黄銅、アルミニウム合金等の金属から形成されている。

（雌側ゴムユニットの構成）
雌側ゴムユニット４は、電力ケーブル２Ａや接続部３等の外周側に配置される。雌側ゴムユニット４は、主としてゴムから形成され、内側に円錐状の内側接触面４ａを有し、中心に軸方向に沿う貫通穴４ｂを有する。具体的には、雌側ゴムユニット４は、ゴムモールドによって形成された絶縁体部４０と、絶縁体部４０の軸方向の両側に配置された導電性ゴムからなる半導電層４１、４２とを備える。貫通穴４ｂは、電力ケーブル２Ａとの界面にボイド（気孔）が形成されないように電力ケーブル２Ａの外径（図１に示す場合は絶縁層２１Ａの外径）よりも小さいサイズとなっていることが好ましい。また、雌側ゴムユニット４は、エポキシユニット６の端面６ｄが当接される底面４ｃを有する。また、雌側ゴムユニット４は、第１の筐体７の垂直壁部７１の内側の面に当接する端面４ｄを有する。

絶縁体部４０は、例えば、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）等から形成されている。絶縁体部４０は、電力ケーブル２Ａの絶縁層２１Ａと一体化されている。一体化の方法は、一体成形が好ましいが、これに限られるものではなく、融着、接着剤による接着等であってもよい。

半導電層４１、４２は、電界の集中を緩和させるために設けられており、主としてポリマー系材料から形成され、例えば、エチレンプロピレンゴム、エチレン−酢酸ビニル共重合（ＥＶＡ）樹脂、ブチルゴム等のゴムにカーボン等の導電性粉末を分散して導電性を持たせたものを押出成形することにより形成される。

（雄側ゴムユニットの構成）
雄側ゴムユニット５は、電力ケーブル２Ｂの外周側に配置される。雄側ゴムユニット５は、主としてゴムから形成され、導体接続端子３Ｂ側に円錐状の外側接触面５ａ、及び導体接続端子３Ｂと反対側に円錐状の外側接触面５ｂを有し、中心に軸方向に沿う貫通穴５ｃを有する。具体的には、雄側ゴムユニット５は、導体接続端子３Ｂ側に設けられた絶縁体部５０と、導体接続端子３Ｂとは反対側に設けられた導電性ゴムからなる半導電層５１とを備える。貫通穴５ｃは、電力ケーブル２Ｂとの界面にボイドが形成されないように電力ケーブル２Ｂの外径（図１に示す場合は絶縁層２１Ｂの外径）よりも小さいサイズとなっていることが好ましい。また、雄側ゴムユニット５は、最大径となる周面５ｄの外径は、後述するエポキシユニット６の内周面６ｆの内径よりも小さいサイズが好ましい。

絶縁体部５０は、例えば、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）等から形成されている。絶縁体部５０は、電力ケーブル２Ｂの絶縁層２１Ｂと一体化されている。一体化の方法は、一体成形が好ましいが、これに限られるものではなく、融着、接着剤による接着等であってもよい。

半導電層５１は、電界の集中を緩和させるために設けられており、主としてポリマー系材料から形成され、例えば、エチレンプロピレンゴム、エチレン−酢酸ビニル共重合（ＥＶＡ）樹脂、ブチルゴム等のゴムにカーボン等の導電性粉末を分散して導電性を持たせたものを押出成形することにより形成される。

（エポキシユニットの構成）
エポキシユニット６は、雌側ゴムユニット４と雄側ゴムユニット５との間であって、一対の導体接続端子３Ａ、３Ｂの外周側に配置される。エポキシユニット６は、雌側ゴムユニット４の内側接触面４ａに接触する雌側接触面６ａ及び雄側ゴムユニット５の外側接触面５ａに接触する雄側接触面６ｂを有する。エポキシユニット６は、雌側ゴムユニット４及び雄側ゴムユニット５を構成するゴムよりも硬い絶縁材料、例えばエポキシ樹脂から形成された絶縁体部６０と、中心に軸方向に沿う貫通穴６ｃを有し、絶縁体部６０の内側に配置される導電管６１とを備える。また、エポキシユニット６は、雌側ゴムユニット４の底面４ｃに当接する端面６ｄと、後述する中間筐体８の厚肉筒部８１の端面８ａに当接する端面６ｅとを有する。導電管６１は、例えば黄銅、アルミウム合金等の金属から形成されている。

雄側ゴムユニット５の外側接触面５ａとエポキシユニット６の雄側接触面６ｂとの接触面積は、雌側ゴムユニット４の内側接触面４ａとエポキシユニット６の雌側接触面６ａとの接触面積よりも小さく、かつ、雄側接触面６ｂの中心軸に対する傾斜角が雌側接触面６ａの中心軸に対する傾斜角よりも大きく設定されている。

エポキシユニット６の雄側接触面６ｂに雄側ゴムユニット５の外側接触面５ａを接触させていない状態で、エポキシユニット６の雌側接触面６ａを雌側ゴムユニット４の内側接触面４ａに接触させる際に、導電管６１の貫通穴６ｃと接続部３及び電力ケーブル２Ｂとの間に形成される空隙がエポキシユニット６の雌側接触面６ａと雌側ゴムユニット４の内側接触面４ａとの間の界面からの空気逃げの流路となる。

エポキシユニット６の雌側接触面６ａを雌側ゴムユニット４の内側接触面４ａに接触させる工程の完了後に、雄側ゴムユニット５は、エポキシユニット６と一体化させてもよい。上記空気逃げの流路（空隙）を設けない場合には、これらは当初から一体化させてもよい。一体化の手段は、接着剤、融着等が挙げられる。

（筐体の構成）
第１の筐体７は、小径筒部７０と、小径筒部７０の一方の端部から外側に形成された垂直壁部７１と、垂直壁部７１の外側の端部に接続された大径筒部７２と、大径筒部７２の外側に形成されたフランジ部７３とを備える。フランジ部７３には、複数の取付け穴が等間隔で形成されている。

中間筐体８は、薄肉筒部８０と、厚肉筒部８１とを備える。薄肉筒部８０の端面８ｂには、フランジ部７３に形成された複数の取付け穴に対応する位置に複数のボルト８２が突設されている。厚肉筒部８１の端面８ｃには、第２の筐体９のフランジ部９３に形成された複数の取付け穴に対応する位置に複数のボルト８２が突設されている。

第２の筐体９は、小径筒部９０と、小径筒部９０の一方の端部から外側に形成された垂直壁部９１と、垂直壁部９１の外側の端部に接続された大径筒部９２と、大径筒部９２の一方の端部から外側に形成されたフランジ部９３とを備える。フランジ部９３には、複数の取付け穴が等間隔で形成されている。

中間筐体８の薄肉筒部８０から突設しているボルト８２が第１の筐体７のフランジ部７３の取付け穴に挿入されるように、薄肉筒部８０の内側に第１の筐体７の大径筒部７２を挿入した後、ボルト８２にナット８３を締結することにより、中間筐体８と第１の筐体７とが組み立てられる。中間筐体８の厚肉筒部８１から突設しているボルト８２を第２の筐体９のフランジ部９３の取付け穴に挿入し、ボルト８２にナット８３を締結することにより、中間筐体８と第２の筐体９とが組み立てられる。

第１の筐体７、中間筐体８及び第２の筐体９は、例えばアルミニウム等の金属から形成される。なお、第１の筐体７、中間筐体８及び第２の筐体９の構造は、図１のものに限られない。

押圧部材１０は、円筒状の形状を有し、バネ部材１１が接触する軸方向に垂直な接触面１０ａと、雄側ゴムユニット５の外側接触面５ｂに接触する円錐状の接触面１０ｂとを有する。押圧部材１０は、例えばアルミニウム等の金属から形成されている。

（組立工程）
次に、図１〜図４を参照してケーブル接続装置１の組立工程を説明する。図４は、図１に示すケーブル接続装置の組立工程を説明するための要部断面図である。なお、図４では、第１の筐体７、中間筐体８及び第２の筐体９、押圧部材１０及びバネ部材１１の図示を省略している。

（１）予備作業
接続対象の一対の電力ケーブル２Ａ、２Ｂの端末をそれぞれ段剥ぎしてケーブル導体２０Ａ、２０Ｂ及び絶縁層２１Ａ、２１Ｂを露出させる。一方の電力ケーブル２Ａを雌側ゴムユニット４の貫通穴４ｂに挿入し、絶縁層２１Ａと絶縁体部４０とを一体化する（絶縁層２１Ａの外周に絶縁体部４０及び半導電層４１、４２を一体成形することが望ましい）。他方の電力ケーブル２Ｂを雄側ゴムユニット５の貫通穴５ｃに挿入し、絶縁層２１Ｂと絶縁体部５０とを一体化する（絶縁層２１Ｂの外周に絶縁体部５０及び半導電層５１を一体成形することが望ましい）。ケーブル導体２０Ａ、２０Ｂに導体接続端子３Ａ、３Ｂを接続する。なお、一体化（一体成形）は、絶縁層２１Ａと絶縁体部４０、絶縁層２１Ｂと絶縁体部５０のいずれか一方のみでもよい。

（２）雌側ゴムユニット４とエポキシユニット６との組立
前述したようにボルト８２にナット８３を締結して第１の筐体７と中間筐体８とを組み立てて雌側ゴムユニット４の内側にエポキシユニット６を配置させる。このとき、図４に示すように雌側ゴムユニット４の内側接触面４ａとエポキシユニット６の雌側接触面６ａとの間の空気は、図４中ａで示すように貫通穴６ｃの側に流れ込み、その空気は図４中ｂで示すように貫通穴６ｃ内を流れ、図４中ｃで示すように大気へと逃げる。中間筐体８の厚肉筒部８１の端面８ａがエポキシユニット６の端面６ｅを押し付け、この押し付け力によって内側接触面４ａと雌側接触面６ａとは密着し、雌側ゴムユニット４の端面４ｄが第１の筐体７の垂直壁部７１の内側の面に押し付けられる。内側接触面４ａと雌側接触面６ａとの間には、主に雌側ゴムユニット４及びポキシユニット６が有するゴム弾性力が作用する。

（３）雄側ゴムユニット５の組立
雄側ゴムユニット５の外側接触面５ｂの側に押圧部材１０及びバネ部材１１を配置し、前述したようにボルト８２にナット８３を締結して中間筐体８と第２の筐体９とを組み立てる。雄側ゴムユニット５の外側接触面５ａとエポキシユニット６の雄側接触面６ｂとの間には、バネ部材１１のバネ力による押し付け力が作用する。また、押し付け力により、導体接続端子３Ａ、３Ｂ同士が接続される。外側接触面５ａと雄側接触面６ｂとの間の接触面積は、内側接触面４ａと雌側接触面６ａとの間の接触面積と比べて小さく、かつ、雄側接触面６ｂの中心軸に対する傾斜角が雌側接触面６ａの中心軸に対する傾斜角よりも大きいため、ボイドが外側接触面５ａと雄側接触面６ｂとの間の界面に残留する可能性は低い。

（実施の形態の作用、効果）
本実施の形態によれば、以下の作用、効果を奏する。
（１）接続対象の一対の電力ケーブル２Ａ、２Ｂの端末から露出したケーブル導体２０Ａ、２０Ｂの接続部３の周囲に配置される複数の絶縁部品４、５、６を備えるケーブル接続装置１において、雌側ゴムユニット４（雌側部品）及び／又は雄側ゴムユニット５（雄側部品）の絶縁体部４０、５０が、電力ケーブル２Ａ、２Ｂの絶縁層２１Ａ、２１Ｂと一体化した構成としたため、ケーブル絶縁層体の外径とゴムユニット貫通穴の内径に径差を設け（外径＞内径）、ゴム弾性により嵌合界面に面圧を印加し、十分な界面の長さを確保することで、界面の絶縁破壊強度を確保する構成に比べて、界面の長さを短縮できるのでケーブル接続装置１をより小型化することができ、径差を設けた嵌合作業が不要となるので組立作業が容易となり、経年に基づく応力緩和による面圧低下の心配が無く界面の長期面圧安定性が保持され、界面の絶縁破壊強度が向上する。また、車両走行時の耐振動性も向上する。
（２）エポキシユニット６の雌側接触面６ａを雌側ゴムユニット４の内側接触面４ａに接触させる際に、貫通穴６ｃと接続部３及び電力ケーブル２Ｂとの間に形成される空隙が雌側接触面６ａと内側接触面４ａとの間の界面からの空気逃げの流路となっているため、雌側接触面６ａと内側接触面４ａとの間の界面にボイドが残留するのを抑制することができる。
（３）エポキシユニット６は、雄側接触面６ｂの面積が雌側接触面６ａの面積よりも小さく、かつ、雄側接触面６ｂの中心軸に対する傾斜角が雌側接触面６ａの中心軸に対する傾斜角よりも大きいため、雄側接触面６ｂと外側接触面５ａとの間の界面にボイドが残留するのを抑制することができる。
（４）雄側接触面６ｂと外側接触面５ａとの間の界面は、バネ部材１１によるバネ力が作用するため、製造誤差や経年変化をバネ部材１１で吸収できるため、絶縁信頼性を確保することができる。
（５）本ケーブル接続装置１は軸方向の小型化が図れるため、車両の屋根上に引通される引通し用の電力ケーブルと車両間を接続する渡り用の電力ケーブルとを接続するケーブル接続装置として好ましい。

なお、本発明の実施の形態は、上記実施の形態に限定されず、種々な実施の形態が可能である。また、本発明の要旨を変更しない範囲内で、上記実施の形態の構成要素の一部を省くことや変更することが可能である。

１…ケーブル接続装置、２Ａ、２Ｂ…電力ケーブル、
３…接続部、３Ａ、３Ｂ…導体接続端子、
４…雌側ゴムユニット、４ａ…内側接触面、４ｂ…貫通穴、４ｃ…底面、４ｄ…端面、
５…雄側ゴムユニット、５ａ、５ｂ…外側接触面、５ｃ…貫通穴、５ｄ…周面、
６…エポキシユニット、６ａ…雌側接触面、６ｂ…雄側接触面、６ｃ…貫通穴、
６ｄ、６ｅ…端面、６ｆ…内周面、
７…第１の筐体、８…中間筐体、８ａ、８ｂ、８ｃ…端面、９…第２の筐体、
１０…押圧部材、１０ａ、１０ｂ…接触面、１１…バネ部材、
２０Ａ、２０Ｂ…ケーブル導体、２１Ａ、２１Ｂ…絶縁層、
４０…絶縁体部、４１、４２…半導電層、
５０…絶縁体部、５１…半導電層、
６０…絶縁体部、６１…導電管、
７０…小径筒部、７１…垂直壁部、７２…大径筒部、７３…フランジ部、
８０…薄肉筒部、８１…厚肉筒部、８２…ボルト、８３…ナット、
９０…小径筒部、９１…垂直壁部、９２…大径筒部、９３…フランジ部

Claims (6)

1. 接続対象の一対の電力ケーブルの端末から露出したケーブル導体の接続部の周囲に配置される複数の絶縁部品を備え、
   前記複数の絶縁部品は、内側に内側接触面を有する雌側部品と、
   外側に外側接触面を有する雄側部品と、
   前記雌側部品と前記雄側部品との間に配置され、前記内側接触面に接触する雌側接触面及び前記外側接触面に接触する雄側接触面を有する、絶縁材料から形成された絶縁体部と、中心に軸方向に形成された貫通穴とを有する中間部品とを備え、
   前記雌側部品及び／又は前記雄側部品の絶縁体部は、前記電力ケーブルの絶縁層と一体化されるケーブル接続装置。
2. 前記接続部は、前記貫通穴内に配置される、前記露出したケーブル導体の一方が装着される雌型導体接続端子及び前記雌型導体接続端子に挿入され、かつ前記露出したケーブル導体の他方が装着される雄型導体接続端子を備えた請求項１に記載のケーブル接続装置。
3. 前記雄側部品は、前記中間部品と一体化されている請求項１又は請求項２に記載のケーブル接続装置。
4. 前記中間部品は、前記貫通穴を有し、前記絶縁体部の内側に配置される導電管を備えた請求項１〜３のいずれか１項に記載のケーブル接続装置。
5. 前記雌側部品及び前記雄側部品は、主としてゴムから形成され、
   前記中間部品の前記絶縁体部は、前記ゴムよりも硬い前記絶縁材料から形成された、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のケーブル接続装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のケーブル接続装置の前記雌側部品及び／又は前記雄側部品の絶縁体部と一体化された絶縁層を備えた電力ケーブル。

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