(57)【要約】【解決手段】過酷な環境におけるコネクタ又は貫通体のための多層導体ピンは、導体シャフトと、シャフトの長さ方向の少なくとも一部に沿って延び、非導体の絶縁材料からなる外層と、外層と導体シャフトとの間に挟まれた導体又は半導体材料からなり、外部絶縁層と実質的に空間なく固着された中間層と、を有する。
2013501500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過酷な環境におけるコネクタ又は貫通体のための多層導体ピンにおいて、
第一及び第二端部を有する導体シャフトと、
前記ピンの長さ方向の少なくとも一部に沿って延び、非導体の絶縁材料からなる外層と、
前記外層と前記導体シャフトとの間に挟まれた導体又は半導体材料からなり、外部絶縁層と実質的に空間なく固着された中間層と、
を備えた導体シャフト。
【請求項２】
前記中間層は、前記外層と前記導体シャフトの両方に固着される、請求項１に記載の導体ピン。
【請求項３】
前記外層は、前記中間層と前記導体シャフトを覆うようにオーバーモールドされる、請求項２に記載の導体ピン。
【請求項４】
前記外層は、ポリマー材料からなり、
前記中間層は、前記外層に固着可能となり、前記半導体材料を形成するための導体材料添加物を含むポリマー原料物質を含む、請求項１に記載された導体ピン。
【請求項５】
前記ポリマー原料物質は、前記外層のポリマー材料と同じである、請求項４に記載の導体ピン。
【請求項６】
前記外層は熱硬化性樹脂からなり、
前記中間層は、前記外層に固着可能となり、前記半導体材料を形成するための導体材料添加物を含む熱硬化性樹脂ベースの材料を含む、請求項１に記載の導体ピン。
【請求項７】
前記外層は剛質材料からなる、請求項１に記載の導体ピン。
【請求項８】
前記中間層は接着剤ベースの半導体材料である、請求項１に記載の導体ピン。
【請求項９】
中間層は、導体添加物を含む原料物質を含み、
前記原料物質は、中間層を覆う外層を成形する間、外層に接着するよう選ばれた材料を含む、請求項３に記載の導体ピン。
【請求項１０】
前記中間層は、炭素又は金属粒子を含む接着性の熱可塑性材料を含む、請求項９に記載の導体ピン。
【請求項１１】
前記外層は、エンジニアリングプラスチック、熱硬化性樹脂材料及びセラミック材料からなるグループから選択される、請求項１に記載の導体ピン。
【請求項１２】
前記中間層は前記導体シャフトに塗布され、
前記絶縁層は前記シャフト上でオーバーモールドされる、請求項１に記載の導体ピン。
【請求項１３】
前記中間層は、前記導体シャフトの外面に固着される、請求項１２に記載の導体ピン。
【請求項１４】
前記中間層は、導体又は半導体材料からなる塗られたコーティングを含む、請求項１２に記載の導体ピン。
【請求項１５】
前記中間層は、導体又は半導体材料からなる粉末で覆われた被膜を含む、請求項１２に記載の導体ピン。
【請求項１６】
前記中間層は、ポリマーで成形された層である、請求項１２に記載の導体ピン。
【請求項１７】
前記中間層は、導体又は半導体材料からなる噴霧されたコーティングである、請求項１２に記載の導体ピン。
【請求項１８】
前記中間層は、導体又は半導体材料からなる浸漬されたコーティングである、請求項１２に記載の導体ピン。
【請求項１９】
前記絶縁層は、外面と内面を有する単独で形成されたチューブであり、
前記中間層は、前記チューブの前記内面に固着されている、請求項１に記載の導体ピン。
【請求項２０】
前記チューブは、向かい合った第一端面と第二端面を有し、
前記中間層は、前記チューブの端面を覆うように延びる、請求項１９に記載の導体ピン。
【請求項２１】
前記絶縁チューブの第一端部で、前記チューブの外面と導体シャフトとの間で延びる導体材料からなる第一密閉スリーブと、
前記絶縁チューブの第二端部で、前記絶縁チューブの外面と前記導体シャフトとの間で延びる導体材料からなる第二密閉スリーブと、をさらに備えた、請求項２０の導体ピン。
【請求項２２】
前記中間層は、前記絶縁チューブの各端部の間と、前記チューブの向かい合った端部にある各密閉スリーブの間で、延び、
前記中間層は、前記チューブの各端面を覆い、前記チューブの前記第一端部及び前記第二端部の各々で前記チューブの外面まで少なくとも延びる、請求項２１に記載の導体ピン。
【請求項２３】
前記導体シャフトは金属からなる、請求項１に記載の導体ピン。
【請求項２４】
前記導体シャフトは、銅、銅合金、アルミニウム、ニッケルコバルト鉄合金及びモリブデンからなるグループから選択される、請求項２３に記載の導体ピン。
【請求項２５】
前記ピンは、ピンとソケットコネクタからなるプラグモジュール内に取り付けられるために構成され、
前記導体シャフトは、ケーブルコネクタに連結されるために適用される後端部と、レセプタクルモジュールのコネクトソケットに嵌込係合するために適用される前端部とを有し、
外側の前記絶縁層と前記中間層の各々は、前記導体シャフトの前端部に達していない位置で端部になる、請求項１に記載の導体ピン。
【請求項２６】
前記導体シャフトの前記第一及び第二端部は、第一及び第二ケーブル端部コネクタの各々に連結されるように構成される、請求項１に記載の導体ピン。
【請求項２７】
過酷な環境のコネクタのための電気プラグユニットにおいて、
貫通孔と、前端部及び後端部とを有する導体材料のプラグモジュールと、
前記孔を通過して延在し、嵌込レセプタクルモジュールの前端開口内に係合するためのモジュールの前端部の外方に突出した第一端部を有する導体ピンと、
前端部及び後端部を有する導体シャフトと、前記ピンの前記第一端部の一部を含むシャフトの長さ方向の少なくとも一部に沿って延び、非導体の絶縁材料からなる外層と、導体先端を画定するシャフトの前端部に達せずに端部になる絶縁層と、前記外層と前記導体シャフトとの間に挟まれた導体又は半導体材料からなり、前記外層の全体長さに沿い、外部絶縁層と実質的に空間なく固着された中間層と、を含む導体ピンと、
を備えた、プラグユニット。
【請求項２８】
前記中間層は、前記外層と前記導体シャフトの両方に固着される、請求項２７に記載のプラグユニット。
【請求項２９】
前記外層は、前記中間層と前記導体シャフトを覆うようにオーバーモールドされる、請求項２８に記載のプラグユニット。
【請求項３０】
前記中間層は、接着性の半導体材料からなる、請求項２７に記載のプラグユニット。
【請求項３１】
前記中間層は、導体添加物を含有する、接着性の熱可塑性の原料物質を含む、請求項３０に記載のプラグユニット。
【請求項３２】
前記外層はポリマー材料からなり、
前記中間層は、導体添加物を含有するポリマー原料物質を含み、
前記ポリマー原料物質は、前記外層のポリマー材料と化学的に互換性がある、請求項２７に記載のプラグユニット。
【請求項３３】
前記中間層の前記原料物質は、前記外層と同じポリマー材料である、請求項３２に記載のプラグユニット。
【請求項３４】
前記外層は、硬質のポリマー材料からなる、請求項３２に記載のプラグユニット。
【請求項３５】
前記外層及び前記中間層の原料物質は、エンジニアリングプラスチック又は熱効果性樹脂材料からなる、請求項３２に記載のプラグユニット。
【請求項３６】
過酷な環境で使用するための電気的な貫通体ピンアッセンブリにおいて、
貫通孔を有し、向かい合った第一端部及び第二端部を有する非導体であって、絶縁材料からなる予め形成された外部チューブと、
前記チューブを貫通して延在し、前記チューブの向かい合った端部から外方に延在する向かい合った第一端部及び第二端部を有する導体シャフトと、
前記シャフトと前記外部チューブとの間で導体又は半導体材料からなり、少なくとも前記チューブの前記第一端部及び前記第二端部に沿って延在し、前記チューブの貫通孔に実質的に空間なく固着される、中間層と、
を備えたアッセンブリ。
【請求項３７】
前記中間層は、前記チューブの貫通孔の内面に設けられた半導体材料からなるコーティングを含む、請求項３６に記載のアッセンブリ。
【請求項３８】
前記中間層は、半導体材料層を含む、請求項３６に記載のアッセンブリ。
【請求項３９】
前記中間層は、前記チューブの貫通孔に接着される前記導体シャフトの材料と異なる導体材料のコーティングを含む、請求項３６に記載のアッセンブリ。
【請求項４０】
前記導体シャフトは、第一導体部及び第二導体部を含み、
前記第一導体部は、前記孔の前記第一端部を貫通して延在し、前記孔の前記第二端部に達せずに端部となり、第一ケーブルに係合可能な外端を有し、
前記第二導体部は、前記孔の前記第二端部を貫通して延在し、前記孔の前記第一端部に達せずに端部となり、第二ケーブルに係合可能な外端を有し、
前記導体部は、前記貫通孔内で電気的に通信される内端を有し、
少なくとも導体部の一つは、他方の導体部に対して移動可能となる、
請求項３６に記載のアッセンブリ。
【請求項４１】
前記外部チューブの前記第一端部と、第一密封シールを形成する第一導体部に固定される第一金属密閉スリーブと、
前記外部チューブの前記第二端部と、第二密封シールを形成する固定された導体部に固定される第二金属密閉スリーブと、
をさらに備えた、請求項４０に記載のアッセンブリ。
【請求項４２】
前記中間層は、前記外部チューブの第一及び第二端部の各々を超え、かつ、各第一及び第二金属密閉スリーブと外部チューブとの間で延在する、請求項４１に記載のアッセンブリ。
【請求項４３】
前記絶縁材料は、セラミック及びポリマー材料からなるグループから選択される、請求項３６に記載のアッセンブリ。
【請求項４４】
前記中間層は、導体添加物を含む、接着ポリマー原料物質を含有する、請求項４３に記載のアッセンブリ。
【請求項４５】
前記絶縁材料は、ポリマー材料であり、
前記中間層の前記ポリマー原料物質は、前記外部チューブのポリマー材料と化学的に互換性があり、
前記ポリマー原料物質は、前記外部チューブに固着する、
請求項４４に記載のアッセンブリ。
【請求項４６】
前記外部チューブは、前記中間層の原料物質と同じポリマーから作られる、請求項４５に記載のアッセンブリ。
【請求項４７】
前記中間層は、エンジニアリングプラスチック又は熱効果性樹脂材料からなる、請求項４３に記載のアッセンブリ。
【請求項４８】
過酷な環境における電気コネクタ又は貫通体のための多層膜導体ピンを作るための方法であって、
導体又は半導体材料からなる中間層を、導体シャフトの外面に適用することと、
前記中間層を覆う絶縁ポリマー材料からなる絶縁層をオーバーモールドすることと、を備え、
前記絶縁層は、前記中間層の材料と互換性のある材料からなり、前期絶縁層と前記中間層との間が固着され、
前記絶縁層とコーティング層との間の固着には、実質的に空間がない、方法。
【請求項４９】
前記中間層は、成形温度と同じくらいの融点を有し。
前記中間層は、オーバーモールド工程の間、柔らかくされて、前記絶縁層に固着される、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
中間層を設ける工程は、前記ピン上に、導体粒子を含む半導体ポリマー材料を成形することを含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５１】
前記中間層の上に、絶縁層をオーバーモールドする前に、粘着性を改善するために中間層を処理することをさらに備えた、請求項４８に記載の方法。
【請求項５２】
中間層を処理することは、予熱すること、プライマーを加えること、及び、プラズマ処理の少なくとも一つを含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記中間層は、導体添加物を含有する、非導体で接着性のキャリア材料を含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５４】
キャリア材料は、前記絶縁層と同じポリマー材料である、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記絶縁層と、前記中間層のキャリア材料は、両方、エンジニアリングプラスチック材料からなる、請求項５３に記載の方法。
【請求項５６】
前記絶縁層と、前記中間層のキャリア材料は、両方、熱効果性樹脂材料からなる、請求項５３に記載の方法。
【請求項５７】
前記絶縁層は、硬質のポリマー材料からなる、請求項４８に記載の方法。
【請求項５８】
コーティング層は、浸漬すること、噴霧すること、ペインティング、粉末コーティングすること、物理的気相成長法及びポリマー成形からなるグループから選択される塗布工程によって、前記シャフトに塗布される、請求項４８に記載の方法。
【請求項５９】
前記コーティング層は、導体シャフトに圧縮された半導体材料からなるスリーブを含む、請求項４８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、二つのケーブルを連結する又はケーブルを電気装置に連結するために、電気コネクタ又は貫通体アセンブリに関し、とりわけ、海中での使用又は別の過酷な環境での使用のための電気的もしくはハイブリッドコネクタ又は貫通体と協働するための多摩層導体ピンと、多層膜ピンの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気コネクタ又は貫通体ユニットは、二つのケーブル、又は、一つのケーブルと一つの電気装置を連結する、コネクタ又は貫通体の向かい合った端部の間で電流を伝達するためのユニットを通過して延在する、一つ以上の導体又は導体ピンを含む。典型的には、このような導体は、絶縁スリーブで囲まれるか、又は、外部絶縁層を有する。典型的な電気貫通体又は装置を通過する供給部において、導体ピンは、絶縁スリーブ又は絶縁体内の孔を通過して延在する。典型的な電気コネクタにおいて、プラグ及びレセプタクルユニット又はコネクタ部は、各々、完成した回路を形成するためのコネクタによって結合されることを意図されたケーブル又は他の装置に取り付けられる。一つ以上のコネクタピン又はプローブは、プラグユニット内を通過して延在し、レセプタクルユニット内で、一つ以上の位置合わせされたソケットに取り外し可能に嵌め込み係合されるように設計される。各場合において、導体ピンは、その長さの少なくとも一部に沿った適切な絶縁体によって取り囲まれる。
【０００３】
高いＡＣ電圧における、導体と、典型的なコネクタ及び貫通体内の絶縁体との間の部分的な放電は、長期間における信頼性問題である。コネクタ／貫通体内において、絶縁体は、典型的には、導体をオーバーモールドするか、又は、導体を覆うように絶縁スリーブ又は絶縁体を組み立てることによって、形成される。これらの方法の両方において、導体と半導体との間の空気空間を完全に無くすことは不可能であり、空気空間は、部分放電現象の原因となる。例えば、予め形成されたスリーブが導体を覆うように嵌め込まれると、導体及び半導体の間にギャップが存在する。金属基質上にポリマー絶縁体をオーバーモールドして、連続して固着された接合部分を達成することにも困難がある。典型的には、空気空間は、処理の間のポリマーの収縮と、材料の間の熱膨張係数の差によって、接合部分に形成される。典型的な高圧絶縁体と比較して、空気の絶縁性は低いので、電位（電圧）は、これらの空気空間に過度のストレスを与える。空気がイオン化されると、部分放電が生じる、結果として生じるダメージとオゾンは、最終的には、絶縁体の誘電不良を導く。
【発明の概要】
【０００４】
ここで記載される実施の形態は、電気コネクタ及び貫通体に適した新しい導体を提供する。
【０００５】
ある実施の形態において、導体ピンは、第一端部及び第二端部を有し、少なくとも一つの端部が遮断された又は遮断されていないケーブルに連結されるのに適したシャフトと、シャフトの長さ方向の少なくとも一部に沿って延び、非導体の絶縁材料からなる外層と、外層と導体シャフトとの間に挟まれた導体又は半導体材料からなり、外部絶縁層と空間なく又は実質的に空間なく固着された中間層と、を備える。導体又は半導体層は、絶縁層の全体長さに対して、導体シャフトと絶縁層との間で延在し、硬質又は実質的に剛性の層からなってもよい。
【０００６】
ある実施の形態においては、導体又は半導体層は、浸漬すること、噴霧すること、ペインティング、粉末コーティングすること、物理的気相成長法（ＰＶＤ）及びポリマー成形等によって、導体シャフト上で覆われ、絶縁層は、導体及び導体又は半導体層上でオーバーモールドされてもよい。また、導体又は半導体材料の薄いスリーブは、シャフト及びスリーブの上に絶縁層をオーバーモールドする前に、熱収縮工程のような工程で、導体シャフト上で縮められてもよい。導体又は半導体材料は、オーバーモールド温度に耐えるよう選択される。
【０００７】
別の実施の形態において、電気的な貫通体アッセンブリのための多層膜導体装置は、貫通孔を有し、向かい合った第一及び第二端部を有する、非導体で絶縁材料からなる外部スリーブと、スリーブを通過して延在する一つの部分又は二つの部分からなる導体シャフトと、外部スリーブと導体シャフトとの間で挟まれ、スリーブの貫通孔の内面に空間なく又は実質的に空間なく固着される、導体又は半導体材料からなる中間層と、を備える。導体シャフトは、単一のシャフトであってもよいし、また、スリーブの向かい合った端部内で延在し、スリーブ内で電気的に連結される第一及び第二導体を備えてもよい。
【０００８】
電流を伝達する導体及び高電圧絶縁体との間に配置され、絶縁体に空間なく又は実質的に空間なく固着された導体又は半導体層は、実質的に、導体と導体絶縁体との間の潜在的な空間から生じる、電気的ストレスと放電効果を、実質的に減らして除外し、高いＡＣ電圧コネクタの信頼性を増加させる。
【０００９】
本発明の別の特徴及び利益は、後述する詳細な説明と添付図面を見ることで、通常の当業者には、より容易に明白になる。
【００１０】
構成と作用の両方において、本発明の詳細は、同様の部分に同様の番号が付された、添付図面を検討することで、部分的に集められる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、多層膜導体ピンのある実施の形態の斜視図である。
【図２】図２は、図１のピンの長手方向の断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図２の円領域を拡大した断面図であり、ピンの電流を伝達する導体シャフトと絶縁体との間の、導体又は半導体遮断層を示した図である。
【図３】図３は、図１乃至図２Ａの導体ピンを一つ以上組み込んだ、プラグモジュールの長手方向の断面図である。
【図４】図４は、電気貫通体のための多層膜ピンアッセンブリのある実施の形態の長手方向の断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図４の円領域を拡大した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ここで示される一実施の形態は、海中又は別の過酷な環境での使用のために設計された電気コネクタ又は貫通体のための多層膜導体を提供する。
【００１３】
この記載を読むことで、当業者にとって、様々な別の実施の形態及び別の装置において本発明を実施する方法が明らかになる。しかしながら、本発明の様々な実施の形態がここで記載されるが、これらの実施の形態は、例を示すためだけに示されており、限定するものではないことは理解されるべきである。このように、様々な別の実施の形態の詳細な記載は、本発明の範囲又は幅を限定するように解釈されるべきではない。
【００１４】
図１乃至図２Ａは、参照として全ての内容が本願に組み入れられる、２０１０年７月１９日に提出された継続中の米国特許出願12/839,077に記載された湿潤嵌合コネクタのような解放可能に嵌め込まれる電気コネクタのプラグユニットと協働するのに適した導体又は半導体層の導体ピン１０の第１の実施の形態を示す。図３は、二つの部分のピン及びソケットコネクタのプラグユニットの外部シェル又はケース内に取り付けるよう設計された、ピンモジュール７０内に組み込まれた二つ以上の上述したようなピンを示す。ピンは、別の電気又はハイブリッドコネクタのプラグユニット内に組み込まれてもよく、Cairnsの米国特許5,645,442及びBarlow他の6,332,787で記載された水中コネクタのようなピンとソケットタイプコネクタのピン又はプローブと取り替えてもよい。Barlow他の6,332,787は、電気及び光回路の両方を連結するための電気−光コネクタである。
【００１５】
ピン１０は、適切な堅さの導体材料からなる導体シャフト又はプローブ１２と、ピンの概ねの長さに沿って延在し、コネクタが使用されるときレセプタクルユニットの対応するコネクタソケットと嵌合するピンの前端部で露出された導体ピン１５に達していない位置で端部となる誘電材料からなる外部絶縁層１４と、を備えている。図示された実施の形態では、層１４は、シャフトの凹んだ外方部１３内に設けられるが、凹んだ部分は別の実施の形態では除外されてもよい。ピンの外部形状は、挿入されるコネクタモジュールの孔の形状により、ピンは、一般には、対応してステップになった孔内に配置されるよう、ステップになった外径となっている。図示された実施の形態において、導体シャフト１２は、外部絶縁層に合うようにステップになった半径からなっているが、別の実施の形態では、均一な半径からなってもよい。
【００１６】
図示された実施の形態の導体シャフトは、銅、銅合金、アルミニウム、ニッケルコバルト鉄合金(Kovar(R))及びモリブデンのような金属を含む適切な導体材料からなってもよい。シャフト１２は、嵌込ケーブル端部コネクタに連結するための後端部ソケット又はコネクタ１６を有する。別の導体又は半導体層のピンは、ピンがプラグユニットの後端部で結合されるよう、ケーブル端部コネクタに応じた異なる端部コネクタを有してもよい。図１乃至３の実施の形態において、その後端部で、連結リング１８を有するコネクタソケット１６を有する。別の実施の形態においては、コネクタソケットは、例えば別のタイプの端部コネクタのように、装着されたソケットケーブルコネクタに連結されるような、外方で装着される端部に取り替えられてもよい。
【００１７】
ピン１０は、導体シャフト１０と絶縁層１４で挟まれた導体又は半導体材料の層２０を有する。層２０の目的は、絶縁層１４の内面で固着された接合部分を提供し、当該接合部分は、少なくとも実質的に、導体と絶縁体との間の空間の結果として、放電を除外し、そうでなければ、絶縁を低下させて究極にはコンポーネント故障になる。そして、層２０は絶縁層に対して空間なく又は実質的に空間なく固着されるように設計され、その結果、絶縁が導体ピンに直接適用されるときに、導体と導体の絶縁との間の潜在的な空間の影響による有害な電気ストレス及び放電効果を除外する。絶縁層１４は、あらゆる硬質の誘電材料であってもよく、エンジニアプラスチック材料又はエポキシ材料等の熱硬化性樹脂材料のようなポリマーに限定されないものの、含む。保護層２０は導体シャフト１０の材料又は半導体材料と異なる導体材料の比較的薄い層である。一つの実施の形態では、層２０は、硬質又は実質的に剛性材料となっている。
【００１８】
挟まれた導体又は半導体層材料は、浸漬、ペインティング、噴霧又は粉末コーティング、物理的気相成長法（ＰＶＤ）、もしくは、調整された層の厚みを達成するためにポストモーリディングマシーンの操作をしてもしなくてもよいが、半導体ポリマー材料の層がシャフト上をオーバーモールドして設けられること、を含むが限定されない様々な方法で設けられる。上述したいずれかの方法で層２０が設けられると、絶縁材料層１４が、層２０の外面に空間なく又は実質的に空間なく固着するよう、導体又は半導体層の上でオーバーモールドされる。別の態様では、半導体材料スリーブが、オーバーモールドする温度を耐えるよう選択された半導体材料を用いて、熱縮み工程のような工程で、シャフト１２上で縮まされてもよい。
【００１９】
ある実施の形態では、層２０は、外部絶縁層の材料に基づいて選択された半導体材料からなり、外部絶縁層が層２０でオーバーモールドされるときに、半導体層が、外部絶縁層に実質的に空間なく固着する。層２０は、絶縁物が金属ピンに成形されるとき、絶縁材料の内径を通過する接着タイプの材料からなってもよい。層１４のオーバーモールドされた絶縁材料の融点は、半導体層への固着を達成するのに十分高い。ある実施の形態では、誘電層が、エンジニアリングプラスチック又は熱硬化性樹脂ポリマー材料のようなポリマー材料からなるとき、層２０は、半導体材料を形成する炭素又は金属粒子のような添加物を有する、同じ又は同様のポリマー材料のキャリアからなり、その結果、中間層に誘電層がオーバーモールドされると、強い固着が形成されてもよい。キャリア材料は、絶縁層と同じベース熱可塑性又はポリマー材料からなってもよく、オーバーモールドしている間、湿りや接着が起こりうるよう、同様の表面エネルギーを有する化学的に互換性のある材料からなってもよい。
【００２０】
ある実施の形態では、第一のモールドで、導体シャフトに半導体接着層が成形され、得られた基質が、次に、第二のモールド内に配置される。表面の湿りを減らし接着性を改善するために、基質は、第二のモールド内に挿入する前に予め加熱される。次に、外部絶縁層が基質を覆うようにして射出成形される。ツーショットモールディング又は同時注入モールディングのような他のオーバーモールド工程が、取り扱い工程を除外するのに使われ、半導体層を成形した直後に絶縁層を成形する。
【００２１】
外部絶縁層と化学的に互換性のある異なるポリマー又は他の材料が別の実施の形態として使用されてもよいが、上述したように、半導体層の原料物質は、好ましい互換性のために外部絶縁層と同じポリマーからなってもよい。ある実施の形態では、接着性を改善する必要がある場合には、オーバーモールドする前に、半導体基質にプライマー又はプラズマ処理が用いられてもよい。モールディング工程の圧力は、液体融液を介して圧力を伝えることで、接合部分の密接な接触を形成する。
【００２２】
外部絶縁層と中間層に対して互換性があり固着しうる材料を適切に選ぶことで、中間層が外部絶縁層の内面に固着される。工程の間に生じるあらゆる空間は、好ましくは、半導体層と導体シャフト１２との間に形成され、導体シャフト１２は、これらの成分に使用される材料が似ていないことから、中間層に弱く固着され、絶縁層と中間導体又は半導体層との間の固着は実質的に空間がなく、絶縁不良を導きうる導体と誘電層との間の部分的な放電を避ける、又は、実質的に避けることができる。導体又は半導体層は、このような放電を防ぐ外部誘電層を遮断する。
【００２３】
エンジニアリングプラスチック材料の誘電層と一緒に使用されるときの導体又は半導体層２０に用いられる材料のいくつかの例は、樹脂材料又は樹脂の塗られたコーティング炭素粒子、原料物質の熱可塑性結合材内の銀メッキされた銅遮断材料、モリブデン−マンガンが焼結されたコーティング等である。層２０の厚みは、１ミクロン又はそれより大きいオーダーになってもよい。
【００２４】
ステップ状の直径の導体シャフトを有さない別の実施の形態では、ピンのための絶縁層は、例えば浸漬、噴霧、ペインティング、コーティング、粉末コーティング、ＰＶＤ等のような上述の技術のいずれかによって、チューブの内面に空間なく設けられる半導体材料を有する予め形成された環状チューブ又はスリーブであってもよい。次に、導体シャフト１２が半導体層に挿入され、電子ビーム溶接等によって、チューブ又はスリーブの各端部で半導体層に固着されてもよい。後者の場合、導体シャフトは均一でステップのない外径からなり、チューブは実質的に合致し、均一な内径からなる。
【００２５】
上述したように、図３は、例えば、上記で参照された継続中の出願12/839,077内に記載されたプラグユニット、又は、ピン及びソケットタイプの電気もしくはハイブリッドコネクタのプラグユニットの外殻内に固定するために設計されたプラグモジュール７０内に取り付けられる二つ以上の半導体層のピン１０を示す。モジュールは、電気ピン１０を案内し保持するための硬質の導体材料の二つの部分からなるベース８０，８２を有する。二つの部分からなるベースは、プラグ又はベースプレート８０と、固定ネジ８４を介してベースプレート８０の前部に固定される保持部材又はウェブプレート８２と、を含む。プレート８０，８２は、各電気プローブ又はピン１０が通過して突き出す、位置合わせされた貫通孔８１，８３を有する。プローブ又はピン１０は、嵌込レセプタクルユニット内の各レセプタクルモジュールに対して位置合わせされて位置づけられる。
【００２６】
図４及び図４Ａは、内容が本願に参照として組み込まれる継続中の出願12/841,029に記載されるように、海中船又はコンテナの壁もしくはバルクヘッドを貫通して延在するための外部貫通体ハウジング（図示せず）内に取りつけるために設計された多層膜導体ピンアッセンブリ３０の別の実施の形態を示す。本実施の形態では、導体ピンの絶縁は、図１乃至図３のように導体上にオーバーモールドされる層ではなく、予め形成された環状チューブ３２によって行われる。多層膜ピンアッセンブリ３０は、貫通孔３４を有する外部絶縁体又はチューブ３２を含む。予め形成された外部絶縁チューブ３２は、セラミック材料、エンジニアリングプラスチック又は他の誘電材料からなってもよい。導体又は半導体材料の内部コーティング層５０は、貫通孔３４を通して誘電チューブの内面に塗布され、貫通孔３４の長さ全体に沿って延在し、図４Ａで最もよく示されているように、チューブ３２の向かい合った端面４８を覆う。層５０は、絶縁外部チューブ３２に空間なく又は実質的に空間なく固着され、ペインティング、粉末コーティング、物理的気相成長法（ＰＶＤ）、ポリマー成形等によって塗布される。
【００２７】
一つ又は二つの部分からなる導体シャフトは、内部で覆われたチューブ３２を貫通して延びる。図示された実施の形態において、シャフトは二つの部分からなり、スライドして係合される内端を有する第一及び第二導体シャフト部３５，３６を含み、第一シャフト部３５は、孔の第一端部を通過して延在し、孔の第二端部には達せずに端部となり、第二シャフト部３６は、孔の第二端部を通過して延在し、第一端部に達せずに端部となる。導体シャフト部は、銅等のような適切な堅さの導体材料からなる。適切なケーブルコネクタ４０が、貫通対アッセンブリの両端部でケーブルに連結するために、各シャフト部３５，３６の外端に設けられる。ケーブルコネクタは、シャフト部と一体に形成されてもよいし、別体で形成されてもよく、ケーブル端部コネクタのタイプに応じて、異なるタイプのケーブルコネクタが設けられる。
【００２８】
二つのシャフト部３５，３６の内端は伸縮自在に係合され、第一シャフト部３５の内端は内部で延在する孔３８を有し、第二シャフト部３６の内端はスライド可能又は伸縮自在に当該孔で係合され、その結果、導体ピンアッセンブリの全体の長さを変えることができる。孔３８内の環状凹部内に取り付けられた内部のスライドする接触バンド３９は、シャフト部間のスライドする電気的係合又は接触界面を提供し、様々なタイプのストレスを相殺するためにシャフト部が内方及び外方に伸縮することを可能にする。バンド３９は、孔３８の対向する内面とシャフト部３６の外面の間に空隙を提供するとともに、二つの導体シャフト部の間に電気的接触を常に提供する。別の実施の形態においては、二つの伸縮するシャフト部は、単一の導体シャフト部に置き換えられてもよい。
【００２９】
外部絶縁体又はチューブの各端部の金属密閉スリーブ４２，４４は、絶縁体又はスリーブ３２の両端部を抜け出て、各導体シャフト部３５，３６に対する外部チューブを密封してシールする。各スリーブは、実質的にＺ形状からなり、絶縁体又はチューブ３２の外面と端面の一部にろう付けされ又は固着される第一端部と、密封シールを形成するチューブ３２の端面４８に隣接した各導体シャフト部３５，３６の外面に溶接又はろう付けされた第二のオフセット端部４６と、を有する。図４に示されるように、内部の導体又は半導体コーティング層５０は、本体の向かい合った端面を覆って延在し、圧力下で、各導体シャフト部の対向する面に接触する。コーティング層５０は、金属の端部スリーブ４２，４４に達せずに端部になってもよいし、絶縁チューブ又は本体３２の外周面まで金属の端部スリーブの下で延在してもよい。
【００３０】
コーティング５０の一つの目的は、導体シャフト部３５，３６と誘電体との間に間隙を作る、誘電体３２の内面で固着された接合部分を提供することにある。誘電体と導体シャフトとの間に間隙を提供することで、銅等の高い導体材料がシャフトに使われても、熱膨張によるミスマッチや、絶縁及びろう付けされた金属密封又はスリーブ４２，４４における誘発された金属ストレスのような、問題が起こらない。導体もしくは半導体層又はコーティング５０の別の目的は、導体シャフトと絶縁体との間で生じうる、放電の有害な効果に対して絶縁体を遮断することである。コーティング層は、空間なく又は実質的に空間なく、誘電外部チューブ又は本体の内面と端面に塗られ、セラミック絶縁を低下させ、究極的にはコンポーネント故障に至る、電気的な放電を遮断する。このような放電は、導体と絶縁体との間の空間又は空気ギャップの結果として生じる。導体又は半導体層を、実質的に空間なく、導体シャフトに面する絶縁体の表面に固着することで、導体と絶縁体との間の電気的放電を、実質的又は完全に除去することができ、コンポーネントの安定性を改善することができる。
【００３１】
上述されたように、外部絶縁体又はスリーブ３２は、セラミックやエンジニアリングプラスチックのような、適切な誘電材料からなってもよい。コーティング層５０は、１ミクロン以上のオーダーの厚みを有してもよく、縮むことのできるスリーブを介した塗布を別として、第１の実施の形態のピンに対する同様の層の塗布に対して上述された技術のいずれかによって、誘電体の内面に塗布されてもよい。コーティング又は中間層５０は、誘電層に固着可能なものが選択され、エポキシベースで、導体パーティクルを含む熱硬化性樹脂の接着材料又は熱可塑性材料からなる比較的薄い層であり、導体材料は、導体シャフト３５，３６の材料とは異なり、樹脂材料又は樹脂ペイントは、炭素パーティクル、材料を遮断する銀メッキされた銅、焼結されたモリブデンーマンガンのコーティングなどを含む。ある実施の形態では、コーティング層５０は、ニッケルメッキされた、モリブデン−マンガンが焼結されたコーティングである。別の実施の形態では、誘電体が、熱可塑性又はエンジニアリングプラスチック材料からなる場合に、コーティング層が、エンジニアリングプラスチック材料と同じ又は同様のキャリア、又は、誘電材料に固着可能な別の材料であり、半導体材料を形成する炭素又は金属粒子のような添加物を有する。
【００３２】
図４及び図４Ａの実施の形態においては、外部誘電チューブ３２は、拡大した外径の中心部５２と、中心部の各端部に設けられた傾斜した肩又はステップ５３とを有し、肩又はステップ５３は小さな直径の端部５４への移行部を形成する。貫通孔３４は、シャフト部３５，３６のわずかに異なる外径を収容するステップ状の直径からなる。しかしながら、チューブ又はスリーブ３５の外部形状は、それが設置される外部貫通体ハウジングにより、別の実施の形態では、均一な外径のチューブを含む別の形が用いられてもよい。別の実施の形態では、異なる直径の二重になった伸縮するシャフト部が、均一な直径の一つのシャフトと置き換えられてもよく、この実施の形態では、誘電チューブ孔は、均一な直径からなってもよい。外部導体コーティング５２は、チューブ３５の中心部を超えて延在してもよく、各密閉スリーブ４２，４４の端部４５に達せずに端部になり、コーティング層５０の隣接する端部は、各スリーブの下で延在する。外部導体コーティング５２は、誘電材料に与えられる電気的なストレスを調整するために、貫通体ハウジング内で組み立てられた構成において、均一又は実質的に均一なグラウンド・プレーンを提供する。
【００３３】
上記の各実施の形態において、石油掘削装置、高温・高圧の下げ孔電気貫通体及び様々なタイプの海中装置内の他の電気連結内で炭素水素をくみ上げるために用いられる水中ケーブル連結、海中電気潜水艦（ＥＳＰ）ポンプ装置の電力供給のような、高温、高圧、高電圧、高電流の利用のために適した、コネクタのプラグユニット内又は密封した電気貫通体アッセンブリ内で使用するための複数層の導体ピンが提供される。各実施の形態において、導体ピンは、少なくとも三層、つまり、内部導体シャフトと、外部絶縁層と、導体シャフト又は少なくとも外部絶縁層に固着された絶縁層の間に挟まれた導体又は半導体材料からなる中間層と、を備える。半導体又は導体材料からなる中間層は、図１乃至図３の実施の形態のように、導体シャフトに固着されてもよいし、図４及び図４Ａの実施の形態のように、シャフトから分離されてもよい。電流を伝達する導体と高電圧絶縁体との間に導体又は半導体層を配置することで、導体と絶縁体との間の高ＡＣ電圧における部分放電を減らす又は除去することができる。導体又は半導体層は、空間なく又は実質的に空間なく絶縁体に固着され、そうでなければ部分放電現象の原因となる空気空間を回避する。実質的に空間なく固着することは、適切な製造工程や、上述された中間又は遮断層の材料を適切に選択することで達成される。
【００３４】
記載された実施の形態の上述の記載は、あらゆる当業者が本発明を作り用いられるよう、提供される。これらの実施の形態の様々な修正が、当業者には容易に明かであり、ここで記載された基本的原理は、本発明の精神又は範囲から離れることなく、他の実施の形態に適用されうる。このため、ここで示された記載及び図面は、本発明の現在の好ましい実施の形態を示し、それゆえ、本発明によって広く熟考された主題の代表であることは理解されるべきである。本発明の範囲は、当業者にとって自明な他の実施の形態を十分に包含し、したがって、本発明の範囲は、添付された請求項以外のものによっては制限されないことも理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【国際調査報告】
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