TWI653645B - 可伸縮電纜線及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本申請提供一種沿軸向螺旋捲繞的可伸縮電纜線，其包括多條芯線以及包覆於這些芯線外的外覆層。詳細而言，各個芯線包括導線以及包覆於導線外的絕緣層，其中外覆層與這些絕緣層由相同的絕緣材料製成。本申請另提供一種製造該可伸縮電纜線的方法。首先，提供電纜線，並沿軸向螺旋捲繞電纜線。之後，於烤箱中進行烘烤步驟以軟化絕緣材料，其中烘烤步驟至少分別在第一溫度以及第二溫度下加熱電纜線，且第二溫度高於第一溫度。接著，進行冷卻步驟，以固化絕緣材料，使電纜線成為該可伸縮電纜線。

Description

可伸縮電纜線及其製造方法

本申請是有關於一種可伸縮電纜線以及製造此可伸縮電纜線的方法。

為使傳統的電纜線具有伸縮的功能，提高電纜線在空間布局上的彈性，會將電纜線沿一軸向螺旋捲繞成螺旋狀結構。然而，電纜線內部的線材在製造過程中，例如被捲繞並烘烤或冷卻時，會因為電纜線內部材料的加熱或冷卻速率差異產生熱應力，而損壞成品或影響產品可靠度。另一方面，若欲將電纜線捲繞成更小的螺旋狀結構，而縮小電纜線沿軸向螺旋捲繞的螺旋直徑，將使得前述熱應力造成的問題更為嚴重。如此一來，阻礙了可伸縮電纜線的進一步微小化，也連帶限制了採用此可伸縮電纜線的裝置的空間布局彈性或空間利用率。

本申請提供一種可伸縮電纜線，具有高產品良率與可靠度，並且具有較小的尺寸，以提高採用此可伸縮電纜線的裝置的空間布局彈性或空間利用率。

本申請提供一種可伸縮電纜線的製造方法，可有效降低製造過程中因電纜線內部材料的加熱或冷卻速率差異而產生的熱應力。

本申請的一種沿軸向螺旋捲繞的可伸縮電纜線，其包括多條芯線以及包覆這些芯線的外覆層。進一步而言，各個芯線包括導線以及包覆此導線的絕緣層，其中外覆層與這些絕緣層由相同的絕緣材料製成。

在本申請的一實施例中，上述的絕緣材料為熱塑性彈性體（Thermoplastic Elastomer，TPE）。

在本申請的一實施例中，上述的熱塑性彈性體包括熱塑性聚酯彈性體（Thermoplastic Polyester Elastomer，TPEE）或熱塑性聚氨酯彈性體（Thermoplastic Polyurethane，TPU）。

在本申請的一實施例中，上述的沿軸向螺旋捲繞的螺旋直徑介於5.3毫米至5.8毫米之間。

在本申請的一實施例中，上述的各個導線包括單一條金屬線或由多條金屬線所構成的絞線。

本申請的一種可伸縮電纜線的製造方法，其步驟包括，提供電纜線，此電纜線包括多條芯線以及包覆這些芯線的外覆層。進一步而言，各個芯線包括導線以及包覆此導線的絕緣層，其中外覆層與這些絕緣層由相同的絕緣材料製成。接著，沿軸向螺旋捲繞電纜線。之後，於烤箱中進行烘烤步驟以軟化絕緣材料，其中烘烤步驟至少分別在第一溫度以及第二溫度下加熱電纜線，且第二溫度高於第一溫度。最後，進行冷卻步驟，以固化絕緣材料，使電纜線成為沿軸向螺旋捲繞的可伸縮電纜線。

在本申請的一實施例中，上述的第一溫度大於或等於絕緣材料的軟化溫度(Softening Temperature)，第二溫度大於第一溫度，且第二溫度小於絕緣材料的融化溫度。

在本申請的一實施例中，上述的冷卻步驟包括關閉烤箱電源，並讓電纜線在烤箱中自然降溫。

在本申請的一實施例中，上述的冷卻步驟更包括將電纜線移出烤箱，使電纜線在室溫下降溫。

基於上述，在本申請的可伸縮電纜線中，其外覆層與絕緣層由相同的絕緣材料製成，以排除不同絕緣材料的加熱或冷卻速率差異，降低烘烤或冷卻電纜線時在電纜線內部產生的熱應力。另一方面，本申請的可伸縮電纜線的製造方法可在烘烤或冷卻步驟中對電纜線進行多階段升溫或降溫，使得電纜線在不同溫度下被逐漸加熱或冷卻，如此可大幅降低因溫度劇烈變化而產生的熱應力。因此，本申請的可伸縮電纜線及其製造方法可確保產品良率與可靠度，也有助於縮小可伸縮電纜線沿軸向螺旋捲繞的螺旋直徑，提高採用此可伸縮電纜線的裝置的空間布局彈性或空間利用率。

為讓本申請的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

如圖1所示，本申請的一種可伸縮電纜線100沿軸向A螺旋捲繞，其例如是各類型的電源線、信號線或其他線材。可伸縮電纜線100包括相互平行排列的多條芯線110以及包覆這些芯線110的外覆層120。舉例而言，芯線110可符合美國線規（American wire gauge，AWG）#28的規範，而可伸縮電纜線100沿軸向A螺旋捲繞的最大螺旋直徑D例如是介於5.3毫米至5.8毫米之間。在本實施例中，芯線110的數量例如是四條。當然，在本申請的其他實施例中，芯線110的數量可依需求改變。各個芯線110包括導線112以及包覆於導線112之外的絕緣層114。在此，毎個導線112可以是單一條金屬線或由多條金屬線所構成的絞線。在本實施例中，芯線110為鍍鎳銅線。然而，芯線110也可以是純銅或是其他導電材質。外覆層120與絕緣層114是由相同的絕緣材料製成。在本實施例中，絕緣材料可為熱塑性彈性體（Thermoplastic Elastomer，TPE），而熱塑性彈性體例如熱塑性聚酯彈性體（Thermoplastic Polyester Elastomer，TPEE）或熱塑性聚氨酯彈性體（Thermoplastic Polyurethane，TPU）。

可伸縮電纜線100的實際應用可如圖2所示，其中可伸縮電纜線100可被應用於各種電子裝置的電源線、信號線、耳機線、USB線或其他線材。舉例而言，可伸縮電纜線100可以應用於有線電話機（telephone）的纜線、頭戴式顯示器（head-mounted display，HMD）的電源線、訊號線或是耳機線、智慧型手機（smartphone）或平板電腦（tablet）的USB線或是耳機線、擴充基座（ducking station）的電源線、筆記型電腦（laptop computer）的電源線或是桌上型電腦主機（desktop computer）內部的電源線。在本實施例中，可伸縮電纜線100的兩端可設置連接芯線110的兩個連接器130，使得可伸縮電纜線100的兩端可分別透過連接器130電連接電子裝置中的其他元件，以藉由可伸縮電纜線100橋接兩元件。又或者可伸縮電纜線100可橋接電子裝置與外部裝置或電源。

下文說明依照本申請的一實施例的可伸縮電纜線100的製造方法。請參考圖3所示的可伸縮電纜線的製造方法200的流程圖，在步驟S210中，提供如圖4所示的電纜線50。結合圖5所示的電纜線50的製造流程，本實施例如步驟S212所示，先提供至少一條導線51a，導線51a可依需求選擇單一條金屬線或由多條金屬線所構成的絞線。接著，如步驟S214所示，在導線51a之外包覆一層絕緣層51b，以形成芯線51。之後，再如步驟S216所示，在多條芯線51之外包覆一層外覆層52，以形成電纜線50。在此，如上文所述，外覆層52與絕緣層51b可由相同的絕緣材料製成，如熱塑性聚酯彈性體（TPEE）或熱塑性聚氨酯彈性體（TPU）等熱塑性彈性體（Thermoplastic Elastomer，TPE）。在本實施例中，外覆層52與絕緣層51b的材質為熱塑性聚酯彈性體。

取得電纜線50之後，進行圖3的步驟S220。如圖6所示，沿軸向A螺旋捲繞電纜線50。具體而言，可提供圓棒60，例如鐵棒，並沿著圓棒60螺旋捲繞電纜線50，其中圓棒60的中心軸線即為軸向A。

接著，進行圖3的步驟S230，烘烤捲繞後的電纜線50，以軟化絕緣材料。圖7進一步繪示依據本申請之一實施例的烘烤流程。首先，如步驟S232所示，將電纜線50連同圓棒60移至一烤箱。接著，如步驟S234所示，在第一溫度下初步加熱電纜線50經過第一時間，其中第一溫度大於或等於絕緣材料的軟化溫度(Softening Temperature)。舉例而言，在本實施例中，外覆層52與絕緣層51b的材質為熱塑性聚酯彈性體，而此熱塑性聚酯彈性體的軟化溫度為攝氏80度，且融化溫度為攝氏160度。第一溫度例如介於攝氏80度至攝氏120度之間。另外，第一時間例如是5-15分鐘。之後，如步驟S236所示，在第二溫度下進一步加熱電纜線50經過第二時間，其中第二溫度大於第一溫度，但第二溫度小於絕緣材料的融化溫度。第二溫度例如介於攝氏110度至攝氏150度之間。另外，第二時間例如介於20分鐘至30分鐘之間。在其他實施例中，第一溫度及/或第二溫度也可以是固定的溫度。或者，第一溫度及/或第二溫度也可以隨時間的經過分階段變化。

在圖3所示的步驟S230(烘烤)之後，進行步驟S240，冷卻烘烤後的電纜線50，以固化絕緣材料，使電纜線50定型。具體而言，圖8進一步繪示依據本申請之一實施例的冷卻流程。首先，如步驟S242所示，可關閉烤箱電源，並在烤箱中讓電纜線50自然降溫。在此，烤箱的溫度例如可由第三溫度開始降溫並經過第三時間。本實施例的第三溫度可低於絕緣材料的軟化溫度，其可為固定的溫度或可隨時間的經過而階梯式或連續性下降。另外，本實施例的第三時間例如是90分鐘。接著，如步驟S244，將電纜線50連同圓棒60移出烤箱，並進行步驟S246，使電纜線50在室溫下降溫經過第四時間，使電纜線50成為如圖1所示沿軸向A螺旋捲繞的可伸縮電纜線100。在此，第四溫度例如是室溫，而第四時間例如可為60分鐘。之後，如步驟S248所示，移除圓棒60，以得到可伸縮電纜線100。在本實施例中，圓棒60的材質例如是鐵，圓棒60的材質也可以銅或是其他高導熱材質所製成。因此，無論是升溫或是降溫，圓棒60縮小可伸縮電纜線100的螺旋內側部分以及螺旋外側部分的溫度差距。

換言之，在本實施例的烘烤步驟或冷卻步驟中，電纜線50依序在不同的條件下被加熱或冷卻。例如，電纜線50可先在較低的第一溫度下被預先加熱，再於較高的第二溫度被下被加熱，使外覆層52及絕緣層51b確實地軟化，並藉由逐步加溫來降低因溫度劇烈變化而產生的熱應力。又或者，被烘烤後的電纜線50可先在較高的第三溫度下於烤箱中被自然冷卻，再放置於較低的第四溫度(室溫)下，藉由逐步冷卻來降低因溫度劇烈變化而產生的熱應力。此外，由於外覆層52及絕緣層51b是由相同絕緣材料製成，具有相同的熱膨脹係數，可在電纜線50被加熱或冷卻的過程中降低外覆層52及絕緣層51b之間的熱應力，可確保產品良率與可靠度，並有助於縮小電纜線50沿軸向A螺旋捲繞的螺旋直徑D，也可提高採用本申請之可伸縮電纜線100的裝置的空間布局彈性或空間利用率。此外，相較於圓棒60具有較高的熱傳導係數，分階段升溫及/或降溫也可以縮小電纜線50與圓棒60之間的溫度差異，以降低電纜線50內部的熱應力。

舉例而言，本實施例的外覆層52與絕緣層51b的材質為熱塑性聚酯彈性體。傳統電纜線的外覆層的材質為熱塑性聚氨酯彈性體橡膠(Thermoplastic Polyurethane，TPE)，而傳統電纜線的絕緣層的材質為聚氯乙烯(PolyVinyl Chloride，PVC)。相較於傳統的電纜線，電纜線50沿軸向A螺旋捲繞的螺旋直徑D可由10毫米至13毫米被縮減到5.3毫米至5.8毫米，同時也能確保良好的拉伸率。另外，相較於傳統的電纜線，本實施例的可伸縮電纜線100的平均拉伸次數可由5000次提升至4萬次，具有較長的使用壽命。

當然，前述實施例提到的烘烤步驟或冷卻步驟的製程條件僅是舉例。在本申請的其他實施例中，也可依據實際需求(例如絕緣材料的種類、厚度、冷卻的環境條件、軟化溫度、以及融化溫度等)來改變上述烘烤步驟中的第一溫度、第二溫度、第一時間或第二時間，或上述冷卻步驟中的第三溫度、第四溫度、第三時間或第四時間。另一方面，在本申請的其它實施例中，也可以使烘烤步驟或冷卻步驟的溫度呈三個階段以上的變化，或是使烘烤溫度或冷卻溫度呈連續性變化，以得到類似的技術效果。

綜上所述，在本申請的可伸縮電纜線中，其外覆層與絕緣層是由相同的絕緣材料製成，具有相同的熱膨脹係數，可排除不同的絕緣材料在加熱或冷卻時的速率差異，以降低烘烤或冷卻電纜線時在電纜線內部產生熱應力。另一方面，在本申請的可伸縮電纜線的製造方法，其在烘烤步驟或冷卻步驟中，可對電纜線進行多階段升溫或降溫，使得電纜線依序在不同的條件下被加熱或冷卻，如此可降低外覆層與絕緣層之間的熱應力。此外，相較於圓棒具有較高的熱傳導係數，分階段升溫及/或降溫也可以縮小電纜線與圓棒之間的溫度差異，以降低電纜線內部的熱應力。因此，本申請的可伸縮電纜線及其製造方法，可確保產品良率與可靠度，並有助於縮小電纜線沿軸向螺旋捲繞的螺旋直徑，使可伸縮電纜線具有較小的尺寸，藉此可提高採用本申請的可伸縮電纜線的裝置的空間布局彈性或空間利用率。

雖然本申請已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本申請，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本申請的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本申請的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

50‧‧‧電纜線

51‧‧‧芯線

51a‧‧‧導線

51b‧‧‧絕緣層

52‧‧‧外覆層

60‧‧‧圓棒

100‧‧‧可伸縮電纜線

110‧‧‧芯線

112‧‧‧導線

114‧‧‧絕緣層

120‧‧‧外覆層

A‧‧‧軸向

D‧‧‧螺旋直徑

200‧‧‧可伸縮電纜線的製造方法

S210~S248‧‧‧步驟

圖1是本申請的一實施例的一種可伸縮電纜線的示意圖。 圖2是圖1的配置有連接器的可伸縮電纜線的示意圖。 圖3是本申請的一實施例的一種可伸縮電纜線的製造方法的流程圖。 圖4是圖1的尚未加工的可伸縮電纜線的示意圖。 圖5是圖3的可伸縮電纜線的製造方法中提供電纜線的流程圖。 圖6是圖4的捲繞於圓棒的可伸縮電纜線的示意圖。 圖7繪示圖3的可伸縮電纜線的製造方法的烘烤流程。 圖8繪示圖3的可伸縮電纜線的製造方法的冷卻流程。

Claims (7)

1. 一種可伸縮電纜線，沿一軸向螺旋捲繞，且該可伸縮電纜線包括：多條芯線，各該芯線包括：一導線；以及一絕緣層，包覆該導線；以及一外覆層，包覆該些芯線，且該外覆層與各該絕緣層由相同的一絕緣材料製成，其中該絕緣材料為熱塑性彈性體，且該熱塑性彈性體包括熱塑性聚酯彈性體或熱塑性聚氨酯彈性體。
2. 如申請專利範圍第1項所述的可伸縮電纜線，其中沿該軸向螺旋捲繞的一螺旋直徑介於5.3毫米至5.8毫米之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述的可伸縮電纜線，其中各該導線包括單一條金屬線或由多條金屬線所構成的絞線。
4. 一種可伸縮電纜線的製造方法，包括：提供一電纜線，該電纜線包括多條芯線以及包覆該些芯線的一外覆層，各該芯線包括一導線以及包覆該導線的一絕緣層，且該外覆層與各該絕緣層由相同的一絕緣材料製成；沿一軸向螺旋捲繞該電纜線；於一烤箱中進行一烘烤步驟，以軟化該絕緣材料，其中該烘烤步驟至少分別在一第一溫度以及一第二溫度下加熱該電纜線，且該第二溫度高於該第一溫度；以及進行一冷卻步驟，以固化該絕緣材料，使該電纜線成為沿該軸向螺旋捲繞的一可伸縮電纜線。
5. 如申請專利範圍第4項所述的可伸縮電纜線的製造方法，其中該第一溫度大於或等於該絕緣材料的軟化溫度，該第二溫度大於該第一溫度，且該第二溫度小於該絕緣材料的融化溫度。
6. 如申請專利範圍第4項所述的可伸縮電纜線的製造方法，其中該冷卻步驟包括關閉該烤箱電源並讓該電纜線在該烤箱中自然降溫。
7. 如申請專利範圍第6項所述的可伸縮電纜線的製造方法，其中該冷卻步驟更包括將該電纜線移出該烤箱，使該電纜線在室溫下降溫。