JP7354147B2 - ケーブル、ならびにこのケーブルを具える接続構造体、ワイヤーハーネスおよび係留型移動体 - Google Patents
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Description
本発明は、電源ユニットを含む集合ユニットに係留型移動体を接続し、集合ユニットに対する前記係留型移動体の係留、および電源ユニットから係留型移動体への給電を少なくとも行なうために用いるケーブル、ならびにこのケーブルを具える接続構造体、ワイヤーハーネスおよび係留型移動体に関する。
移動体、例えばドローン（遠隔操作や自律制御によって空中や水中を移動する無人機）は、最初は軍事目的で開発されてきたが、近年では、災害救助のほか、空から映像を撮影したり、赤外線照射してインフラの欠陥調査を行なったりする空中ドローンや、海中で泳ぐ魚を撮影したり、海洋探査を行なう水中ドローンなどが開発されて民間利用されるようになり、さまざまな用途に使用されるようになってきた。
民間利用される従来の（空中）ドローンは、例えばバッテリ（例えば３．７Ｖのリチウム電池を直列に接続して６セルで構成したバッテリ）を搭載して駆動するものが一般的である。ドローンの仕様は様々であるが、空撮で利用されるドローンの場合を一例として挙げると、機体重量が約１０ｋｇ程度、持上げ重量が約５～６ｋｇ程度である。
しかしながら、搭載したバッテリを駆動源とするドローンは、稼動時間がせいぜい２０分程度と短く、短時間での用途に限定されていた。
このため、ドローンを時間無制限で稼動させることができれば、例えば上空から撮影したデータを継続的に取得したり、あるいは、２４時間の防犯対策に活用したりすることなどができるなど、用途がさらに広がっていくことが期待される。
ドローンを時間無制限で稼動させるための手段としては、例えば特許文献１に記載されているように、地上に設置される地上部と、第一の端部が地上部に接続される複合ケーブルと、複合ケーブルの第二の端部に接続された飛行体とを備え、複合ケーブルが、２本の給電用の導電線と、１本又は２本の光ファイバと、１本以上のアラミド繊維からなるテンションメンバとを有し、地上部に複合ケーブルを介して飛行体を係留し、かつ、地上部から複合ケーブルを介して飛行体に送電する構成を採用することが有用である。
しかしながら、特許文献１では、複合ケーブルを構成する導電線（導体）として、比重が８．９ｇ／ｃｍ３と大きい軟銅撚線を用いているため、必然的に複合ケーブル全体としての重量も大きくなるため、ケーブルの大きな重量分の重力が、移動中のドローンに常に作用する結果、ドローンの持ち上げ可能重量が小さくなり、遠方に浮上させることができないという問題がある。水中ドローンについても、ケーブルが重くなるほど、ドローンの移動に要する力は大きくなる。
本発明の目的は、係留型移動体の係留および給電を少なくとも行なうために用いられ、重量の軽量化を図ることができるケーブル、ならびにこのケーブルを具える接続構造体、ワイヤーハーネスおよび係留型移動体を提供することにある。
本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、遠方に浮上するドローンの係留および給電するためのケーブルの適正化を検討した結果、ケーブルの導体を、軟銅導体に代えて、従来のアルミニウム系導体に比べて、引張強度が高い新規な高強度アルミニウム系導体を用いたところ、軟銅導体の引張り強度と同等以上でありながら、ケーブル全体の重量が格段に小さくなり、ドローンが遠方まで浮上することを可能にし、しかも、ドローンの係留および給電が可能であり、ドローンの離着陸に伴う、リールに対するケーブルの解放（巻出し）・巻取りの繰返しによって生じる耐疲労特性にも優れていることを見出し、かかる知見に基づき本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明の要旨構成は、以下のとおりである。
（１）電源ユニットを含む集合ユニットに係留型移動体を接続し、前記集合ユニットに対する前記係留型移動体の係留、および前記電源ユニットから前記係留型移動体への給電を少なくとも行なうために用いるケーブルであって、該ケーブルの導体を構成する素線の少なくとも一部が、高強度アルミニウム系導体であることを特徴とするケーブル。
（２）前記高強度アルミニウム系導体は、引張強度が１８０ＭＰａ以上である、上記（１）に記載のケーブル。
（３）前記高強度アルミニウム系導体が、８０００系のアルミニウム合金からなる、上記（１）または（２）に記載のケーブル。
（４）前記高強度アルミニウム系導体が、５０００系のアルミニウム合金からなる、上記（１）または（２）に記載のケーブル。
（５）前記高強度アルミニウム系導体が、６０００系のアルミニウム合金からなる、上記（１）または（２）に記載のケーブル。
（６）前記高強度アルミニウム系導体は、結晶粒が前記高強度アルミニウム系導体の延在方向に揃って延びる繊維状の金属組織を有し、かつ、前記延在方向に平行な断面において、前記結晶粒の長手方向に垂直な寸法の平均値が５００ｎｍ以下である、上記（１）～（５）のいずれか１項に記載のケーブル。
（７）前記高強度アルミニウム系導体は、素線径が０．３５ｍｍ以下である、上記（１）～（６）のいずれか１項に記載のケーブル。
（８）前記高強度アルミニウム系導体は、銅、ニッケル、銀または錫で被覆されている、上記（１）～（７）のいずれか１項に記載のケーブル。
（９）前記ケーブルの導体は、前記高強度アルミニウム系導体と他の導体とを撚り合わせて構成する、上記（１）～（６）のいずれか１項に記載のケーブル。
（１０）前記ケーブルは、光ファイバをさらに有する、上記（１）～（９）のいずれか１項に記載のケーブル。
（１１）前記ケーブルは、テンションメンバをさらに有する、上記（１）～（１０）のいずれか１項に記載のケーブル。
（１２）前記集合ユニットは、前記ケーブルを巻取りおよび巻出しが可能な巻回ユニットをさらに有する、上記（１）～（１１）のいずれか１項に記載のケーブル。
（１３）上記（１）～（１２）のいずれか１項に記載のケーブルの導体と、該導体の端末に圧着接続される圧着部、および相手側端子と接続されるコネクタ部を有する端子と、前記ケーブル導体と前記圧着部とが圧着接続された部分を少なくとも含む外面領域を被覆する紫外線硬化樹脂とを具える、接続構造体。
（１４）上記（１）～（１２）のいずれか１項に記載のケーブルと、該ケーブルから絶縁被覆を除去して露出した導体部分および絶縁被覆部分を、それぞれワイヤバレルおよびインシュレーションバレルで把持することにより、前記導体部分および前記絶縁被覆部分と一体に取り付けられた、前記ワイヤバレルおよび前記インシュレーションバレル付きの端子と、前記端子が取り付けられた前記露出した導体部分および前記絶縁被覆部分に跨って形成され、２５℃における硬化時の弾性係数が０．５５～０．７２ＭＰａの範囲である液状シリコーンゴムからなるシール材埋め込み部とを具える、接続構造体。
（１５）上記（１）～（１２）のいずれか１項に記載のケーブルの端末に、該ケーブルの導体部分に対する圧着接続を許容する圧着部を備えた圧着端子を圧着したワイヤーハーネスであって、前記圧着端子は、前記圧着部を、板材で断面中空形状を構成するとともに、前記断面中空形状において前記板材を長手方向に溶接して構成し、前記断面中空形状における前記圧着部の長手方向の一端側に、前記板材同士が面状に重合した状態で、前記長手方向に対して交差する方向に溶接して形成した封止部を備える、ワイヤーハーネス。
（１６）前記圧着部の開口に対向して位置する前記ケーブルの導体部分の表面領域に、撥水層を有する、上記（１５）に記載のワイヤーハーネス。
（１７）上記（１）～（１２）のいずれか１項に記載のケーブル、上記（１３）もしくは（１４）に記載の接続構造体、または上記（１５）もしくは（１６）に記載のワイヤーハーネスを具える係留型移動体。
（１）電源ユニットを含む集合ユニットに係留型移動体を接続し、前記集合ユニットに対する前記係留型移動体の係留、および前記電源ユニットから前記係留型移動体への給電を少なくとも行なうために用いるケーブルであって、該ケーブルの導体を構成する素線の少なくとも一部が、高強度アルミニウム系導体であることを特徴とするケーブル。
（２）前記高強度アルミニウム系導体は、引張強度が１８０ＭＰａ以上である、上記（１）に記載のケーブル。
（３）前記高強度アルミニウム系導体が、８０００系のアルミニウム合金からなる、上記（１）または（２）に記載のケーブル。
（４）前記高強度アルミニウム系導体が、５０００系のアルミニウム合金からなる、上記（１）または（２）に記載のケーブル。
（５）前記高強度アルミニウム系導体が、６０００系のアルミニウム合金からなる、上記（１）または（２）に記載のケーブル。
（６）前記高強度アルミニウム系導体は、結晶粒が前記高強度アルミニウム系導体の延在方向に揃って延びる繊維状の金属組織を有し、かつ、前記延在方向に平行な断面において、前記結晶粒の長手方向に垂直な寸法の平均値が５００ｎｍ以下である、上記（１）～（５）のいずれか１項に記載のケーブル。
（７）前記高強度アルミニウム系導体は、素線径が０．３５ｍｍ以下である、上記（１）～（６）のいずれか１項に記載のケーブル。
（８）前記高強度アルミニウム系導体は、銅、ニッケル、銀または錫で被覆されている、上記（１）～（７）のいずれか１項に記載のケーブル。
（９）前記ケーブルの導体は、前記高強度アルミニウム系導体と他の導体とを撚り合わせて構成する、上記（１）～（６）のいずれか１項に記載のケーブル。
（１０）前記ケーブルは、光ファイバをさらに有する、上記（１）～（９）のいずれか１項に記載のケーブル。
（１１）前記ケーブルは、テンションメンバをさらに有する、上記（１）～（１０）のいずれか１項に記載のケーブル。
（１２）前記集合ユニットは、前記ケーブルを巻取りおよび巻出しが可能な巻回ユニットをさらに有する、上記（１）～（１１）のいずれか１項に記載のケーブル。
（１３）上記（１）～（１２）のいずれか１項に記載のケーブルの導体と、該導体の端末に圧着接続される圧着部、および相手側端子と接続されるコネクタ部を有する端子と、前記ケーブル導体と前記圧着部とが圧着接続された部分を少なくとも含む外面領域を被覆する紫外線硬化樹脂とを具える、接続構造体。
（１４）上記（１）～（１２）のいずれか１項に記載のケーブルと、該ケーブルから絶縁被覆を除去して露出した導体部分および絶縁被覆部分を、それぞれワイヤバレルおよびインシュレーションバレルで把持することにより、前記導体部分および前記絶縁被覆部分と一体に取り付けられた、前記ワイヤバレルおよび前記インシュレーションバレル付きの端子と、前記端子が取り付けられた前記露出した導体部分および前記絶縁被覆部分に跨って形成され、２５℃における硬化時の弾性係数が０．５５～０．７２ＭＰａの範囲である液状シリコーンゴムからなるシール材埋め込み部とを具える、接続構造体。
（１５）上記（１）～（１２）のいずれか１項に記載のケーブルの端末に、該ケーブルの導体部分に対する圧着接続を許容する圧着部を備えた圧着端子を圧着したワイヤーハーネスであって、前記圧着端子は、前記圧着部を、板材で断面中空形状を構成するとともに、前記断面中空形状において前記板材を長手方向に溶接して構成し、前記断面中空形状における前記圧着部の長手方向の一端側に、前記板材同士が面状に重合した状態で、前記長手方向に対して交差する方向に溶接して形成した封止部を備える、ワイヤーハーネス。
（１６）前記圧着部の開口に対向して位置する前記ケーブルの導体部分の表面領域に、撥水層を有する、上記（１５）に記載のワイヤーハーネス。
（１７）上記（１）～（１２）のいずれか１項に記載のケーブル、上記（１３）もしくは（１４）に記載の接続構造体、または上記（１５）もしくは（１６）に記載のワイヤーハーネスを具える係留型移動体。
本発明によれば、ケーブルの導体を構成する素線の少なくとも一部が、高強度アルミニウム系導体であることによって、ドローンを遠方、例えば地上から１００メートル以上の高さ位置まで浮上させて、１００メートル以上の長さのケーブルがドローンにぶら下がった状態になった場合であっても、ドローンを係留するのに十分な引張強度（抗張力）を有し、また、ドローンの離着陸に伴う、リールに対するケーブルの解放（巻出し）・巻取りの繰返しによって生じる耐疲労特性にも優れ、さらに、ケーブル全体の重量の軽量化を図ることができるケーブル、ならびにこのケーブルを具える接続構造体、ワイヤーハーネスおよび係留型移動体を提供することにある。
＜本発明のケーブル＞
次に、本発明に従うケーブルの好ましい実施形態について、以下で説明する。
図１は、本発明に係るケーブル１を用い、ホバリング状態にある係留型移動体であるドローン２に対して係留および給電を行ないながら、撮像装置であるカメラ３で空撮している状態を模式的に示したものである。
次に、本発明に従うケーブルの好ましい実施形態について、以下で説明する。
図１は、本発明に係るケーブル１を用い、ホバリング状態にある係留型移動体であるドローン２に対して係留および給電を行ないながら、撮像装置であるカメラ３で空撮している状態を模式的に示したものである。
本発明に従うケーブル１は、一端を、巻回ユニットであるケーブルリール４、および電源ユニットである電源装置５を有する、地上に固設された集合ユニット６に接続し、他端をドローン２に接続したものであり、集合ユニット６に対するドローン２の係留、および電源装置５からドローン２への給電を少なくとも行なうために用いるケーブルである。
そして、本発明のケーブル１は、ケーブル１の導体を構成する素線の少なくとも一部が、高強度アルミニウム系導体であることが必要であり、これによって、高引張強度で、耐疲労特性に優れ、しかもケーブル全体の軽量化を図ることができる。
ケーブルリール４は、巻取ロールを回転させてケーブル１を巻取る。例えばドローン２が遠方から集合ユニット６の周辺に接近する場合、ケーブルリール４から解放（巻き出）されたケーブル１をケーブルリール４に巻き取ることで、集合ユニット６内でのケーブル１の収納を省スペース化することができる。
ここで、ドローン２の係留および給電を行なうためのケーブル１に必要とされる特性としては、ドローン２を係留するために必要な引張強度（抗張力）、ドローン２の離着陸に伴うケーブルリール４からのケーブル１の解放（巻出し）および巻取りによって生じる繰返し曲げ特性（耐疲労特性）、データを伝送するための高周波伝送、導電性などが挙げられる。
なお、ドローン２に用いるケーブル１を構成する導体の導電性に関しては、比較的高い電圧（例えば４００Ｖ）にまで昇圧して電力を送電する構成にすれば、ケーブル１の導体を流れる電流を少なくできることから、ある程度の導電性（例えば３５％ＩＡＣＳ以上）を有していればよい。
ケーブル１の軽量化を図るための手段としては、例えば、ケーブル１を構成する導体として、軟銅導体に代えて、比重（２．７ｇ／ｃｍ３）と小さいアルミニウム系導体を用いることを試みた。
しかしながら、従来のアルミニウム系導体は、引張強度が高くてもせいぜい１６０ＭＰａ程度であり、軟銅導体の引張強度（２３０ＭＰａ程度）よりも低いため、ドローン２の離着陸に伴って生じる、ケーブルリール４からのケーブル１の解放（巻出し）、およびケーブルリール４へのケーブル１の巻取りの繰り返しによって、ケーブル１を構成する導体に対して、張力や曲げ力が繰り返し作用して、導体を構成する素線の一部が破断し、導体の電気抵抗が増加する傾向があるという問題を発見した。このような問題に基づき、本発明のケーブル１は、ケーブル１の導体を構成する素線の少なくとも一部が、高強度アルミニウム系導体である。
ドローン２を遠方に浮上させるには、ケーブル３の全長を長くすることが必要であるが、従来の軟銅撚線では、比重が８．９ｇ／ｃｍ３と大きいため、必然的にケーブル全体としての重量も大きくなるところ、本発明では、高強度アルミニウム系導体の素線を有するケーブル１を用いることによる軽量化の効果が生じることによって、稼動中のドローン２に作用するケーブル１の重量分の重力は小さくなる結果、ドローン２の持ち上げ可能重量が大きくなり、ドローン２を従来よりも遠方へ容易に浮上させることができる。水中ドローンについても、ケーブル１が軽くなり、ドローンの移動に要する力は小さくなるため、ドローンを水中で移動させる力は小さくて済むので有利である。
ドローン２に搭載されるカメラ３として、例えば最近の高性能カメラは、地上から高さ１００ｍの位置で撮影したときの分解能が３ｍｍ程度まで性能が向上していることから、より高いところからの撮影が可能である一方でカメラ３の重量が大きいところ、軽量化されたケーブル１により、カメラ３を搭載したドローン２の係留および給電を行ないながら、遠方、例えば地上から１００ｍ以上の高さ位置までドローン２を浮上させてホバリング（空中の一点に静止した稼動状態）して空撮などの作業を長時間にわたって容易に実行できるので、より高いところからのドローン２によるカメラ撮影が容易になり、より広い範囲にわたる情報を、ドローン２を広範囲に移動させることなく短時間で取得することができ、さらに用途が広がる点で好ましい。
また、高強度アルミニウム系導体の素線を有するケーブル１は、従来のアルミニウム系導体に比べて引張強度および耐疲労特性が大きいため、ケーブルリール４に対するケーブル１の解放（巻出し）および巻取りの繰り返しによる素線の破断、それに伴うケーブル１の電気抵抗の増加を抑制することができる。
高強度アルミニウム系導体は、引張強度が１８０ＭＰａ以上であることが、ドローンが浮上する際にケーブルに作用する張力に対して十分対抗してドローンを確実に係留することができる点で好ましく、より好ましくは２６０ＭＰａ以上、さらに好ましくは３８０ＭＰａ以上、特に好ましくは５００ＭＰａ以上とする。
高強度アルミニウム系導体の組成は、１８０ＭＰａ以上の引張強度を有するものであればよく、特に限定はせず、純アルミニウムでもアルミニウム合金でもよいが、特に、５０００系（Ａｌ－Ｍｇ系）、６０００系（Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系）または８０００系（Ａｌ－Ｓｉ－（Ｃｕ、Ｍｇ）系）のアルミニウム合金からなることが好ましい。
高強度アルミニウム系導体は、結晶粒が前記高強度アルミニウム系導体の延在方向に揃って延びる繊維状の金属組織を有し、かつ、前記延在方向に平行な断面において、前記結晶粒の長手方向に垂直な寸法の平均値が５００ｎｍ以下であることが好ましい。これによって、アルミニウム系導体の引張強度が、従来のアルミニウム系導体に比べて格段に高くすることができる。
高強度アルミニウム系導体は、結晶粒が前記高強度アルミニウム系導体の延在方向に揃って延びる繊維状の金属組織を有し、かつ、前記延在方向に平行な断面において、前記結晶粒の長手方向に垂直な寸法の平均値が５００ｎｍ以下であることが好ましい。これによって、アルミニウム系導体の引張強度が、従来のアルミニウム系導体に比べて格段に高くすることができる。
高強度アルミニウム系導体は、素線径が０．３５ｍｍ以下であることが、曲げられた導体の表面近傍における歪みの低減の点で好ましい。
高強度アルミニウム系導体は、それ自体で所望の特性を十分に備えているので、被覆しなくてもドローンなどの係留・給電を行うためのケーブルとして使用することができる。また、高強度アルミニウム系導体は、所望の特性を付与するため、銅、ニッケル、銀または錫で被覆されていることが好ましい。めっきやクラッドなどの方法によって、他の金属で被覆した場合に、良好な接合特性を有するとともに、裸材の場合と同様に高引張強度、耐疲労特性および導電性の全てを満足させることができる。加えて、接触抵抗の低減、耐食性の向上などの効果も奏することが可能である。被覆率は、導体の延在方向に垂直な断面において、全面積の２５％程度までとするのが良い。被覆率が多すぎると、軽量化効果が低減してしまうためである。好ましくは、１５％以下、より好ましくは１０％以下、更に好ましくは５％以下である。また、高強度アルミニウム系導体は、従来から用いられている公知の材料で被覆してもよい。
ケーブルの導体は、高強度アルミニウム系導体と他の導体とを撚り合わせて構成することが好ましい。他の導体としては、銅または銅合金、ピアノ線材、軟鋼線材、硬鋼線材、ステンレス鋼線材が挙げられる。特に高い導電率が必要な場合には、他の導体として軟銅を用いることが好ましい。
また、ドローンに搭載したカメラの映像を光伝送する必要がある場合には、ケーブルは、光ファイバをさらに有することが好ましい。
さらに、ケーブル全体の抗張力が必要な場合には、ケーブルは、テンションメンバをさらに有することが好ましい。
＜本発明の接続構造体＞
上記ケーブルは、その導体の端末に、この導体端末に圧着接続される圧着部、および相手側端子と接続されるコネクタ部を有する端子と、ケーブル導体と圧着部とが圧着接続された部分を少なくとも含む外面領域を被覆する紫外線硬化樹脂とを具える接続構造体を有することが高強度アルミニウム系導体と端子の間における電食の防止の点で好ましい。
上記ケーブルは、その導体の端末に、この導体端末に圧着接続される圧着部、および相手側端子と接続されるコネクタ部を有する端子と、ケーブル導体と圧着部とが圧着接続された部分を少なくとも含む外面領域を被覆する紫外線硬化樹脂とを具える接続構造体を有することが高強度アルミニウム系導体と端子の間における電食の防止の点で好ましい。
また、ケーブル（の端末）に、ケーブルから絶縁被覆を除去して露出した導体部分および絶縁被覆部分を、それぞれワイヤバレルおよびインシュレーションバレルで把持することにより、前記導体部分および前記絶縁被覆部分と一体に取り付けられた、前記ワイヤバレルおよび前記インシュレーションバレル付きの端子と、端子が取り付けられた前記露出した導体部分および前記絶縁被覆部分に跨って形成され、２５℃における硬化時の弾性係数が０．５５～０．７２ＭＰａの範囲である液状シリコーンゴムからなるシール材埋め込み部とを具える接続構造体を有することが高強度アルミニウム系導体と端子の間における電食の防止の点で好ましい。
＜本発明のワイヤーハーネス＞
さらに、ケーブルは、その端末に、該ケーブルの導体部分に対する圧着接続を許容する圧着部を備えた圧着端子を圧着してワイヤーハーネスとして構成し、圧着端子は、圧着部を、板材で断面中空形状を構成するとともに、前記断面中空形状において前記板材を長手方向に溶接して構成し、前記断面中空形状における前記圧着部の長手方向の一端側に、前記板材同士が面状に重合した状態で、前記長手方向に対して交差する方向に溶接して形成した封止部を備えることが腐食や電食の点で好ましい。
さらに、ケーブルは、その端末に、該ケーブルの導体部分に対する圧着接続を許容する圧着部を備えた圧着端子を圧着してワイヤーハーネスとして構成し、圧着端子は、圧着部を、板材で断面中空形状を構成するとともに、前記断面中空形状において前記板材を長手方向に溶接して構成し、前記断面中空形状における前記圧着部の長手方向の一端側に、前記板材同士が面状に重合した状態で、前記長手方向に対して交差する方向に溶接して形成した封止部を備えることが腐食や電食の点で好ましい。
さらにまた、このワイヤーハーネスは、圧着部の開口に対向して位置するケーブルの導体部分の表面領域に、撥水層を有することが腐食や電食の防止の点で好ましい。
そして、本発明の係留型移動体は、上述した構成を有するケーブル、このケーブルを有する接続構造体またはワイヤーハーネスを具えることが好適である。
＜本発明のケーブルを構成する高強度アルミニウム系導体の特性＞
［引張強度］
引張強度は、ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１に準拠して測定された値とする。詳しい測定条件は、後述する実施例の欄にて説明する。
本発明の高強度アルミニウム系導体は、特に線棒材である場合に、好ましくは引張強度が１８０ＭＰａ以上である。このような引張強度は、ＡＳＴＭ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬに示されている導電用アルミニウムＡ１３５０の引張強度である６０～１７０ＭＰａを上回る。（規格名：Ｂ２３０／Ｂ２３０Ｍ－０７）。従って、例えば、本発明のアルミニウム合金線棒材をケーブルに適用した場合には、ケーブルの高張力を維持したまま、ケーブルの導体の断面積および重量を１割低減する効果がある。また、本発明のより好ましい引張強度は２６０ＭＰａ以上、さらに好ましい引張強度は３００ＭＰａ以上である。さらにより好ましい引張強度は、３４０ＭＰａ以上である。このような引張強度は、ＡＳＴＭ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬに示されている６０００系アルミニウム合金のＡ６２０１の引張強度である３０５～３３０ＭＰａを上回る。（規格名：Ｂ３９８／Ｂ３９８Ｍ－１４）。さらに好ましい引張強度は３８０ＭＰａ以上であり、特に好ましくは５００ＭＰａ以上である。
［引張強度］
引張強度は、ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１に準拠して測定された値とする。詳しい測定条件は、後述する実施例の欄にて説明する。
本発明の高強度アルミニウム系導体は、特に線棒材である場合に、好ましくは引張強度が１８０ＭＰａ以上である。このような引張強度は、ＡＳＴＭ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬに示されている導電用アルミニウムＡ１３５０の引張強度である６０～１７０ＭＰａを上回る。（規格名：Ｂ２３０／Ｂ２３０Ｍ－０７）。従って、例えば、本発明のアルミニウム合金線棒材をケーブルに適用した場合には、ケーブルの高張力を維持したまま、ケーブルの導体の断面積および重量を１割低減する効果がある。また、本発明のより好ましい引張強度は２６０ＭＰａ以上、さらに好ましい引張強度は３００ＭＰａ以上である。さらにより好ましい引張強度は、３４０ＭＰａ以上である。このような引張強度は、ＡＳＴＭ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬに示されている６０００系アルミニウム合金のＡ６２０１の引張強度である３０５～３３０ＭＰａを上回る。（規格名：Ｂ３９８／Ｂ３９８Ｍ－１４）。さらに好ましい引張強度は３８０ＭＰａ以上であり、特に好ましくは５００ＭＰａ以上である。
［耐疲労特性］
耐疲労特性は、直径２０ｃｍのリールへのケーブルの巻き取りと解放（巻き出し）とを繰り返しながら電気抵抗を測定し、変形による電気抵抗の上昇量が初期抵抗の１０％以上となったときの繰返し回数により評価した。
耐疲労特性は、直径２０ｃｍのリールへのケーブルの巻き取りと解放（巻き出し）とを繰り返しながら電気抵抗を測定し、変形による電気抵抗の上昇量が初期抵抗の１０％以上となったときの繰返し回数により評価した。
［導電率］
導電率は、昇圧の有無によっても異なるが、３５％ＩＡＣＳ以上が好ましく、より好ましくは４２％ＩＡＣＳ以上である。参考として、導電率が３５％ＩＡＣＳ以上で断面積が０．７５ｓｑである導体の導電率は、６５Ω／ｋｍ以下である。
導電率は、昇圧の有無によっても異なるが、３５％ＩＡＣＳ以上が好ましく、より好ましくは４２％ＩＡＣＳ以上である。参考として、導電率が３５％ＩＡＣＳ以上で断面積が０．７５ｓｑである導体の導電率は、６５Ω／ｋｍ以下である。
＜本発明の係留型移動体＞
本発明の係留型移動体は、上述した空中ドローンだけではなく、海や河川などの探査や撮影、海底ケーブルや海中ケーブルのような水中に設置されている各種ケーブルのモニタリングなどに使用される水中ドローンや、水中から空中移動できる水空両用ドローンなど、係留した状態で移動させる種々の移動体に適用することができる。
本発明の係留型移動体は、上述した空中ドローンだけではなく、海や河川などの探査や撮影、海底ケーブルや海中ケーブルのような水中に設置されている各種ケーブルのモニタリングなどに使用される水中ドローンや、水中から空中移動できる水空両用ドローンなど、係留した状態で移動させる種々の移動体に適用することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の概念および特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含み、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
次に、本発明のケーブルを有する係留型移動体である空中ドローンを試作し、性能を評価したので説明する。なお、以下で説明する本発明例は、あくまでも本発明の効果を具体的に示すために一部を開示したにすぎず、本発明はこれらの本発明例だけに限定されるものではない。
（本発明例１～７）
空中ドローンには、機体重量が８．９ｋｇであり、６個の回転翼（プロペラ）を搭載するヘキサコプター（型番Ｍａｔｒｉｃｅ ６００、ＤＪＩ社製）を使用した。ドローンは、シャフトをカーボン製とし、プロペラのサイズを直径２１インチとし、１ボルト当たりの回転数が１３０ｒｐｍ／Ｖであるモータを搭載し、電子スピードコントローラにより、モータの回転数を制御した。また、ドローンは、さらに６ｋｇの空撮用カメラを搭載した。
空中ドローンには、機体重量が８．９ｋｇであり、６個の回転翼（プロペラ）を搭載するヘキサコプター（型番Ｍａｔｒｉｃｅ ６００、ＤＪＩ社製）を使用した。ドローンは、シャフトをカーボン製とし、プロペラのサイズを直径２１インチとし、１ボルト当たりの回転数が１３０ｒｐｍ／Ｖであるモータを搭載し、電子スピードコントローラにより、モータの回転数を制御した。また、ドローンは、さらに６ｋｇの空撮用カメラを搭載した。
空中ドローンの係留および給電を行うためのケーブルとしては、表１に示すケーブルの構造、ケーブルを構成する導体やテンションメンバ等の材質、線径等である構造のものを使用し、ケーブルの全長は２００メートルであり、ケーブルの撚線導体の面積は０．７５ｓｑであった。導体１本１本にはポリプロピレン製の被覆を設けた。その外側にはポリエチレン製のシースを設けた。
ケーブルは、ドローンを係留するとともに、地上に設置されている集合ユニットを構成する電源ユニットで電圧を１００Ｖから４００Ｖまで昇圧した電力をドローン側に給電するために用いた。また、ケーブルを流れる電流は、空中ドローンに搭載しているＤＣ－ＤＣコンバータで電圧を２５０Ｖから２２Ｖに降圧した上で、ドローンへの給電を行なった。
ケーブルの質量は、導体として、高強度アルミニウム合金を用いたものが２．４ｋｇ（本発明例１～２、５～７）、軟銅を用いたものが４．４ｋｇ（比較例５）であった。導体に高密度アルミニウム合金と軟銅を用いたものは、３．０ｋｇ（本発明例３）であった。
［評価］
上記各本発明例および各比較例のケーブル付きドローンを用いて、以下に示す特性評価を行った。
上記各本発明例および各比較例のケーブル付きドローンを用いて、以下に示す特性評価を行った。
［１］引張強度
作製した各ケーブルにおける撚り線導体の引張強度は、ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１に準じて、精密万能試験機（株式会社島津製作所製）を用いて、引張試験を行い、引張強度（ＭＰａ）を測定した。本実施例では、ケーブルを構成する導体の引張強度が１８０ＭＰａ以上を合格レベルとした。シース及び被覆を剥がし、導体の撚り線だけの状態で測定した。試験力の最大値を試験前の素線の断面積の合計で割って、応力を算出した。
作製した各ケーブルにおける撚り線導体の引張強度は、ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１に準じて、精密万能試験機（株式会社島津製作所製）を用いて、引張試験を行い、引張強度（ＭＰａ）を測定した。本実施例では、ケーブルを構成する導体の引張強度が１８０ＭＰａ以上を合格レベルとした。シース及び被覆を剥がし、導体の撚り線だけの状態で測定した。試験力の最大値を試験前の素線の断面積の合計で割って、応力を算出した。
［２］耐疲労特性
耐疲労特性は、地上位置と、高さ２００ｍ位置との間で離着陸を繰り返し、導体抵抗が５％増加したときの繰り返し回数を測定し、評価した。なお、「導体抵抗が５％増加したときの繰り返し回数」とは、飛行の度に、リールへの巻き取りおよびリールからの解放と、飛行にともなう電線への張力や曲げが加わると、その影響がケーブル（電線）の電気抵抗に変化をもたらすことから、飛行を繰り返す度に電気抵抗を測定し、変形による電気抵抗の上昇量が、初期抵抗よりも１０％以上高まったときを飛行不能とし、そのときまでに行なった離着陸の繰り返し回数を意味する。本実施例では、耐疲労特性は、離着陸の繰り返し回数が１０回以上である場合を合格レベルとした。
耐疲労特性は、地上位置と、高さ２００ｍ位置との間で離着陸を繰り返し、導体抵抗が５％増加したときの繰り返し回数を測定し、評価した。なお、「導体抵抗が５％増加したときの繰り返し回数」とは、飛行の度に、リールへの巻き取りおよびリールからの解放と、飛行にともなう電線への張力や曲げが加わると、その影響がケーブル（電線）の電気抵抗に変化をもたらすことから、飛行を繰り返す度に電気抵抗を測定し、変形による電気抵抗の上昇量が、初期抵抗よりも１０％以上高まったときを飛行不能とし、そのときまでに行なった離着陸の繰り返し回数を意味する。本実施例では、耐疲労特性は、離着陸の繰り返し回数が１０回以上である場合を合格レベルとした。
［３］撚り線の抵抗（導電率）
撚り線の抵抗は、２０±１℃にて、４端子法により測定した。本実施例では、断面積が０．７５ｓｑの撚り線の抵抗は、６５Ω／ｋｍ以下である場合を合格レベルとした。
撚り線の抵抗は、２０±１℃にて、４端子法により測定した。本実施例では、断面積が０．７５ｓｑの撚り線の抵抗は、６５Ω／ｋｍ以下である場合を合格レベルとした。
表１の評価結果から、本発明例１～７のケーブルは、いずれも、引張強度、導電率（撚り線の抵抗）および耐疲労特性の全てが合格レベルであり、軟銅導体を用いた比較例５に比べて、ケーブルの重量が２ｋｇ程度の軽量化が図れた。
一方、比較例１～４は、ケーブルを構成する導体に、従来のアルミニウム導体を用いたため、ケーブル全体の重量については小さくなって、ドローンが２００ｍの高さ位置まで浮上することができたが、導体の引張強度が不足しているため、耐疲労特性が劣っていた。また、比較例５は、ケーブルを構成する導体に軟銅導体を用いているため、ケーブル全体の重量が大きくなる結果、ドローンが２００ｍの高さ位置まで浮上することができず、途中の位置までしか到達できなかった。
１ ケーブル
２ 係留型移動体（またはドローン）
３ 撮像装置（またはカメラ）
４ 巻回ユニット（またはケーブルリール）
５ 電源ユニット
６ 集合ユニット
２ 係留型移動体（またはドローン）
３ 撮像装置（またはカメラ）
４ 巻回ユニット（またはケーブルリール）
５ 電源ユニット
６ 集合ユニット
Claims (17)
- 電源ユニットを含む集合ユニットに係留型移動体を接続し、前記集合ユニットに対する前記係留型移動体の係留、および前記電源ユニットから前記係留型移動体への給電を少なくとも行なうために用いるケーブルであって、
引張強度が１８０ＭＰａ以上、５７０ＭＰａ以下であり、該ケーブルの導体を構成する素線の少なくとも一部が、高強度アルミニウム系導体であることを特徴とするケーブル。 - 前記高強度アルミニウム系導体は、引張強度が１８０ＭＰａ以上、５７０ＭＰａ以下である、請求項１に記載のケーブル。
- 前記高強度アルミニウム系導体が、８０００系のアルミニウム合金からなる、請求項１または２に記載のケーブル。
- 前記高強度アルミニウム系導体が、５０００系のアルミニウム合金からなる、請求項１または２に記載のケーブル。
- 前記高強度アルミニウム系導体が、６０００系のアルミニウム合金からなる、請求項１または２に記載のケーブル。
- 前記高強度アルミニウム系導体は、結晶粒が前記高強度アルミニウム系導体の延在方向に揃って延びる繊維状の金属組織を有し、かつ、前記延在方向に平行な断面において、前記結晶粒の長手方向に垂直な寸法の平均値が１００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下である、請求項１～５のいずれか１項に記載のケーブル。
- 前記高強度アルミニウム系導体は、素線径が０．１８ｍｍ以上、０．３５ｍｍ以下である、請求項１～６のいずれか１項に記載のケーブル。
- 前記高強度アルミニウム系導体は、銅、ニッケル、銀または錫で被覆されている、請求項１～７のいずれか１項に記載のケーブル。
- 前記ケーブルの導体は、前記高強度アルミニウム系導体と他の導体とを撚り合わせて構成する、請求項１～６のいずれか１項に記載のケーブル。
- 前記ケーブルは、光ファイバをさらに有する、請求項１～９のいずれか１項に記載のケーブル。
- 前記ケーブルは、テンションメンバをさらに有する、請求項１～１０のいずれか１項に記載のケーブル。
- 前記集合ユニットは、前記ケーブルの巻取りおよび巻出しが可能な巻回ユニットをさらに有する、請求項１～１１のいずれか１項に記載のケーブル。
- 請求項１～１２のいずれか１項に記載のケーブルの導体と、
該導体の端末に圧着接続される圧着部、および相手側端子と接続されるコネクタ部を有する端子と、
前記ケーブル導体と前記圧着部とが圧着接続された部分を少なくとも含む外面領域を被覆する紫外線硬化樹脂と
を具える、接続構造体。 - 請求項１～１２のいずれか１項に記載のケーブルと、
該ケーブルから絶縁被覆を除去して露出した導体部分および絶縁被覆部分を、それぞれワイヤバレルおよびインシュレーションバレルで把持することにより、前記導体部分および前記絶縁被覆部分と一体に取り付けられた、前記ワイヤバレルおよび前記インシュレーションバレル付きの端子と、
前記端子が取り付けられた前記露出した導体部分および前記絶縁被覆部分に跨って形成され、２５℃における硬化時の弾性係数が０．５５～０．７２ＭＰａの範囲である液状シリコーンゴムからなるシール材埋め込み部と
を具える、接続構造体。 - 請求項１～１２のいずれか１項に記載のケーブルの端末に、該ケーブルの導体部分に対する圧着接続を許容する圧着部を備えた圧着端子を圧着したワイヤーハーネスであって、
前記圧着端子は、
前記圧着部を、板材で断面中空形状を構成するとともに、前記断面中空形状において前記板材を長手方向に溶接して構成し、前記断面中空形状における前記圧着部の長手方向の一端側に、前記板材同士が面状に重合した状態で、前記長手方向に対して交差する方向に溶接して形成した封止部を備える、ワイヤーハーネス。 - 前記圧着部の開口に対向して位置する前記ケーブルの導体部分の表面領域に、撥水層を有する、請求項１５に記載のワイヤーハーネス。
- 請求項１～１２のいずれか１項に記載のケーブル、請求項１３もしくは１４に記載の接続構造体、または請求項１５もしくは１６に記載のワイヤーハーネスを具える係留型移動体。
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