JP2018078022A

JP2018078022A - コネクタ

Info

Publication number: JP2018078022A
Application number: JP2016218848A
Authority: JP
Inventors: 史規近藤; Fuminori Kondo
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2016-11-09
Filing date: 2016-11-09
Publication date: 2018-05-17
Also published as: CN108063327A; US20180131123A1; US10014622B2; DE102017218603A1

Abstract

【課題】部品点数を減らすことができ、端子とハウジングとの接合性及び気密性に優れたコネクタを提供する。【解決手段】電線（１）が接続される端子（２）と、前記端子（２）を収容・保持する樹脂製のハウジング（４）と、を有し、前記端子（２）の表面の一部の領域に、前記電線（１）の長手方向に対して垂直な方向成分を含み、その表面に凸部を有する一又は複数の溝（１３）が延在しており、前記端子（２）が、前記溝（１３）が延在する領域を含む部分において前記ハウジング（４）を構成する樹脂中に埋設固定されているコネクタである。【選択図】図１

Description

本発明は、コネクタに関する。詳細には、本発明は、ワイヤーハーネスなどに用いられる、樹脂製ハウジングを有するコネクタに関する。

ワイヤーハーネスの端末に位置し、電気機器との接続部分として用いられるコネクタは種々のものがあり、例えば、高圧用のものとしてはシールドコネクタが知られている（例えば、特許文献１参照）。

従来の高圧モータ用コネクタの構成として、防油用途として使用されるものとしては、例えば、以下の部材を含むものが知られている。すなわち、（１）電線の末端に接続する端子、（２）電気機器を接続する電線、（３）絶縁、端子保持、Ｏリングの圧縮、及びゴム栓・パッキンの圧縮量を確保するハウジング、（４）モータ側からの油が侵入しないように防油する（端子−ハウジング間を防油する）ためのＯリング、（５）そのＯリングを固定するホルダ、（６）コネクタ内を防水する（電線−ハウジング間を防水する）ためのゴム栓、（７）そのゴム栓を押さえ、電線屈曲規制を行うリアホルダなどを含む。このように従来の高圧モータ用コネクタは部品点数が非常に多いため、ａ）部品費が高い、ｂ）組付け費用が高い、ｃ）部品管理が煩雑、ｄ）省スペース化が困難、などの問題がある。

また、高圧コネクタ用のハウジング材料として、シンジオタクチックポリスチレン（以下、「ＳＰＳ」とも呼ぶ。）を使用することが知られている。ＳＰＳは、耐熱性、耐油性が良いためハウジング材料として有用である。しかし、接着剤を用いての化学的な接着については耐油性が良いがゆえに不利な方向に働くため問題がある。従って、ＳＰＳからなるハウジング内に種々の部材を接着して保持することは困難である。また、ＳＰＳの末端基にＵＶ処理で官能基を導入することで接着性を確保することが考えられるが、経時により機能が消失していくため十分な対応とは言えない。

また、コネクタ用の封止部品として防油の目的でアクリルゴム材料が多く用いられる。ところが、アクリルゴムからなる封止部品は組付け時に端子の角部に当たることで裂けることがあり、その結果、気密性が低下し、防水や防油を確保する上で問題があった。

特開２０１２−２２６８３２号公報

本発明は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。そして本発明の目的は、部品点数を減らすことができ、端子とハウジングとの接合性及び気密性に優れたコネクタを提供することにある。

本発明の第１の態様に係るコネクタは、電線が接続される端子と、
端子を収容・保持する樹脂製のハウジングと、
を有し、
端子の表面の一部の領域に、電線の長手方向に対して垂直な方向成分を含み、その表面に凸部を有する一又は複数の溝が延在しており、
端子が、溝が延在する領域を含む部分において前記ハウジングを構成する樹脂中に埋設固定されている。

本発明の第２の態様に係るコネクタは、第１の態様のコネクタに関し、端子及び電線を接続する電線接続部と、電線を被覆する電線被覆と、電線接続部と、電線被覆とに跨って設けられた防水被覆部をさらに有し、端子の少なくとも溝が延在する領域と、電線接続部と、防水被覆部とが、ハウジングを構成する樹脂中に埋設固定されている。

本発明の第３の態様に係るコネクタは、第１又は第２の態様のコネクタに関し、溝の表面の凸部の溝表面からの高さが５μｍ以上である。

本発明の第４の態様に係るコネクタは、第１乃至第３のいずれか一の態様のコネクタに関し、端子に延在する溝深さ（Ｘ）と溝間口（Ｙ）の比率（Ｘ／Ｙ）が２以上である。

本発明の第５の態様に係るコネクタは、第１乃至第４のいずれか一の態様のコネクタに関し、端子に延在する溝が６本以上である。

本発明の第６の態様に係るコネクタは、第１乃至第５のいずれか一の態様のコネクタに関し、ハウジングと端子とのＩＳ０１９０９５シリーズに準じて測定した剥離強度が４Ｎ以上である。

本発明の第７の態様に係るコネクタは、第１乃至第６のいずれか一の態様のコネクタに関し、下記条件Ａで測定した、ハウジングと端子との間の気密性が５０ｋＰａ以上である。
（条件Ａ）前記ハウジングと前記端子との間の一側から、圧縮空気を１０．０ｋＰａから４００．０ｋＰａまで３０秒毎に一定の増大率で増大させて送気した場合において、他側からの空気の漏れが観察されたときの圧縮空気の圧力を気密性の圧力とする。

本発明によれば、部品点数を減らすことができ、端子とハウジングとの接合性及び気密性に優れたコネクタを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るコネクタの一部分を示す断面図である。図１に示すコネクタ内に位置する端子を示す上面図である。端子に延在する溝内で固化した樹脂の様相を示す断面図である。端子に延在する溝及び溝の表面の凸部を模式的に示す断面図である。端子に延在する溝表面（Ａ）、及びその一部の断面を拡大して示す電子顕微鏡写真である。図１に示すコネクタの斜視図である。本発明を適用した一実施形態のコネクタの完成状態を示す斜視図である。金属片（Ａ）と、金属片と樹脂とを一体成形した状態（Ｂ）と、剥離試験において金属片の一端を上方に引っ張っている状態（Ｃ）を模式的に示す斜視図である。気密性を評価する際に用いた治具を示す断面図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態に係るコネクタについて詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率と異なる場合がある。

図１は本発明の一実施形態に係るコネクタの一部分を示す断面図である。図１に示すコネクタは、樹脂製のハウジング４内に端子２が収容・保持され、端子２は外部に延びる電線１に接続されている。

電線１は、種々の機器に電気的に接続するための導線であって、本実施形態においては３本備えている。電線１は、導体５と、この導体５を被覆する絶縁体６（電線被覆）とを備えて構成される。電線１は、例えば断面円形状に形成される。電線１の端末は、所定長さで絶縁体６が除去され、導体５が露出するように加工されている。導体５は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅又は銅合金などの導電材料からなるものであって、例えば撚り線となる導体構造とすることができる。

図１及び図２において、端子２は、銅又は銅合金の金属板をプレス加工することによりなり、本実施形態では中間が段付きとなる帯板状に形成されている。このような形状の端子２は、不図示の相手側端子に対し接続される電気接触部７と、電線１の端末の導体５が接続される電線接続部８と、これら電気接触部７及び電線接続部８に対する連結部９とを有する。

連結部９は、端子２の中間に配置形成されている。連結部９は、段付き部１０と、この段付き部１０を挟んで電気接触部７及び電線接続部８がそれぞれ板状に形成され、略クランク形状をなしている。そして、電線接続部８には、溝１３が複数本延在している。

電線接続部８に延在する複数本の溝１３は、電線１の長手方向に対して垂直方向であって、電線接続部８の外面の周方向の全体にわたって配置形成されている。この溝１３の詳細については後述する。

一方、電線１の導体５の部分が露出しないようにするため、端子２の電線接続部８及び電線１の絶縁体６に跨って樹脂材料からなる防水被覆部３が形成されている。防水被覆部３は、後述する一次成形により形成することができる。

ハウジング４は、絶縁性を有する樹脂成形品であって、ハウジング本体部１８と、このハウジング本体部１８の中間に連成されるフランジ部１９とを有する。

ハウジング本体部１８には、内部に端子２の電気接触部７が配置されるコネクタ嵌合部２０と、端子２の連結部９及び防水被覆部３がインサート成形されるインサート部２１とが一体に形成されている。

上記の通り、端子２には、電線１の長手方向に対して垂直方向であって、電線接続部８の外面の周方向の全体にわたって、その表面に凸部を有する複数本の溝１３が延在している。そして、図３に示すように、端子２はインサート部２１に覆われており、溝１３が延在する領域においてハウジング４を構成する樹脂中に埋設固定されている。インサート成形時に樹脂材料が複数本の溝１３に入り込んで固化し、端子固定部２２が複数形成された状態となっている。つまり、溝１３の存在により、金属−樹脂が接触する面積が増加するため、両者の接合強度が向上する。また、コネクタに侵入する気体・液体は端子固定部２２により遮断されるためコネクタの気密性を確保することができる。従って、Ｏリングなど別の部品を要することなく気密性を確保することができる。

また、溝１３の表面に凸部を有することにより、アンカー効果により接合強度をさらに向上させることができる。図４は、溝及び溝表面の凸部を模式的に描いた図であり、図５はレーザ加工により形成した溝及び溝表面の凸部を示す電子顕微鏡写真である。図４、５に示すように溝表面に凸部が形成されるとアンカー効果を発揮するのは明らかである。また、このような凸部は、アンカー効果を発揮させる観点から溝表面からの高さが５μｍ以上であり、特に５〜２０μｍであることが好ましい（図４参照）。

溝１３は、図２においては、電線１の長手方向に対して垂直方向に延在する形態を示したが、本実施形態において溝１３は当該長手方向に対して垂直な方向成分を含む方向であればよい。例えば、溝１３は、電線１の長手方向に対して垂直方向から傾斜する方向に延びるように形成していてもよい。この場合、周方向に形成した溝は重なる必要があり、そのラップ代は１５μｍ以内であることが好ましい。また、溝自体は直線形でなければならないわけではなく、例えば、溝はうろこ状や波状の溝で隣の溝と重なりあっていれば個々の溝で水の浸入を遮断できるため、曲線形であってもよい。

以上の形態では、溝１３を、その深さ方向が端子２の表面に対して垂直方向となるように形成したが、接合強度をさらに向上させるため当該垂直方向に対して傾斜するように形成することが好ましい。この場合、傾斜角としては、７５°〜１０５°とすることが好ましい。

端子２に形成する溝深さ（Ｘ）と溝間口（Ｙ）の比率（Ｘ／Ｙ）が２以上、特に２〜２．７であることが好ましい。

以上の端子２に延在する溝１３は、一又は複数が形成されるが、気密性及び接合強度の向上の観点から６本以上、特に１７〜４５本とすることが好ましい。

以上の端子２に延在する溝１３は、切削加工、レーザ加工、プレス加工により形成することができる。中でも、気密性を十分に確保するためには、レーザ加工により形成することが好ましい。このようなレーザ加工は、特開２０１０−１６７４７５号公報に記載されている。また、レーザ加工により端子に溝を形成すると、必要な範囲に対して必要な数の溝を形成でき、また均一な形状を作成することが出来るため、長期にわたりハウジングとの接合強度を高い状態で維持することができる。

ハウジングの形成に用いる材料としては、熱可塑性樹脂、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、芳香族ポリアミド（ＰＡ６Ｔ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）、アクリロニトリル/スチレン樹脂（ＡＳ）などを用いることができる。中でも、特に、ＳＰＳを用いることが好ましい。ＳＰＳは、耐熱性、耐油性・耐薬品性に優れ長期にわたり油冷構造での使用に耐えることができるためである。特に、既述の通りＳＰＳは耐油性が良いがゆえに接着性に劣るが、本実施形態は、端子に形成する溝により接着性の問題を解消することができるため、ＳＰＳの利点を有効活用することができる。

温度変化に伴い、ハウジングの材料も、端子の材料も冷熱によって線膨張率が変化するため、端子の材料の線膨張率に近いハウジングの材料を選定し使用することが好ましい。

端子を構成する材料としては、上記の通り、銅又は銅合金、アルミニウム、ＳＵＳが挙げられるが、導電性及び加工性の観点から、無酸素銅（Ｃ１０２０１／２Ｈ）が好ましい。

以上のように、本実施形態のコネクタにおいては、ハウジングと端子との接合強度を向上させることができるが、例えば、ハウジングと端子とのＩＳ０１９０９５シリーズに準じて測定した剥離強度は４Ｎ以上とすることができ、条件が整えば１０Ｎ以上とすることができる。

また、本実施形態のコネクタにおいては、ハウジングと端子との間の気密性を向上させることができるが、下記条件Ａで測定した、ハウジングと端子との間の気密性は５０ｋＰａ以上とすることができ、条件が整えば１００ｋＰａ以上、２００ｋＰａ以上、又は３００ｋＰａ以上とすることができる。
（条件Ａ）前記ハウジングと前記端子との間の一側から、圧縮空気を１０．０ｋＰａから４００．０ｋＰａまで３０秒毎に一定の増大率で増大させて送気した場合において、他側からの空気の漏れが観察されたときの圧縮空気の圧力を気密性の圧力とする。

以上、本実施形態のコネクタは、部品点数を減らすことができ、端子とハウジングとの接合性および気密性に優れている。そして、電子機器、車載・電装部品、トランス・コイルパワーモジュール、及びデバイス、リレー、センサ一等のワイヤーハーネスの気密構造として極めて好適に使用することができ、且つ防水処理時間が短縮可能になる。ひいては、自動車などの車両の床下ハーネス、エアコンハーネスなどに限定されず、油冷構造のモーターハーネスへの適用が可能である。

次に、本実施形態のコネクタを作製する工程について説明をする。

まず、第一工程では、電線１の端末の導体５を端子２の電線接続部８に接続する作業が行われる。接続方法は、溶接、溶着、半田付けなど適宜方法が採用される。そして、本工程では、上述のようにして作製した、溝が延在した端子を用いる。

次いで、第二工程では、端子２の電線接続部８及び電線１の絶縁体６に跨るように防水被覆部３を形成する。防水被覆部３は、樹脂成形（一次成形）により形成され、この成形時には、各防水被覆部３を連結するブリッジ部を一体に形成することが好ましい。このようなブリッジ部の形成により、三つの端子２の位置を安定させることができ、次の工程における作業が容易となる。

次いで、第三工程では、図６に示すようにハウジング４を樹脂成形（二次成形）する。このハウジング４の成形時に、連結部９及び防水被覆部３を介して端子２や電線１の端末部分をインサート成形する。インサート成形により樹脂材料が溝１３に入り込んで固化し、端子固定部２２が多数形成される。端子２は、ハウジング４の樹脂成形に伴って固定される。

次いで、第四工程では、図７に示すように、ハウジング４に対し金属製のシールドシェル２４やゴム製のユニットパッキン２５等を組み付ける。また、筒状に形成されて三本の電線１を一括して覆う図示しないシールド部材をシールドシェル２４に対し固定する。なお、シールド部材の固定は、図示しない金属製のシールドリングが用いられる。第四工程までを順に経ると、コネクタ２６の組み付けが完了する。

以上、図１〜図５を参照しながら説明してきたように、本実施形態に係るコネクタ２６によれば、端子２は専用の固定部品を用いなくともハウジング４に固定される。これは、端子２の電線接続部８に複数の溝１３が形成され、この複数の溝１３の存在によりハウジングと端子との接触面積が増大し接合強度が向上するからである。また、端子固定部２２により外部からの気体や液体の進入が遮断されるため気密性が向上する。

以上の工程においては、ワイヤーハーネスの止水処理時間の短縮を図ることができる。具体的には、従来使用しているアクリルゴム製の０リング、ホルダを組み付けるのに２分以上要するのに対し、本実施形態では、完成状態において気密性に優れているため１分以内で止水処理を完了することができる。

以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

［実施例１〜７］
まず、無酸素銅（Ｃ１０２０１／２Ｈ）からなる金属片（１２７×１２．７×０．５ｍｍｔ、線膨張率：１７．７×１０^−６／℃）に対してレ一ザ処理を施し、溝を形成した（図８（Ａ）参照）。具体的には、各実施例において、金属片の長手方向に対して垂直な方向に、表１に示す、溝深さ、溝間口、溝深さ対溝間口の比、表面粗さ、本数の溝（ヤマセ電気（株）作製）を形成した。次いで、溝を形成した金属片に対して樹脂（Ｓ１３１：出光興産（株）製、ＳＰＳ、線膨張率：２０．０×１０^−６／℃）をインサート成形し、上記金属片と、ＳＰＳ（１２７ｍｍ×１２．７ｍｍ、厚み２．７ｍｍ）とを一体化した（図８（Ｂ）参照）。なお、図８において、符号３０は成形品を、符号３２は樹脂を、符号３４は金属片を示す。

次いで、後述するように、金属片と樹脂との１）剥離強度（ＩＳ０１９０９５シリーズ準拠）と、２）気密性とを測定した。

［比較例１］
実施例１〜７と同じ金属片に対して溝を形成せず、実施例１〜７と同様にして樹脂をインサート成形して金属片と樹脂とを一体化した。

［比較例２〜６］
実施例１〜７と同じ金属片に対してレーザ処理を施し、金属片の長手方向に対して平行な方向に延在する溝を形成した。具体的には、各比較例において、表２に示す、溝に深さ、溝間口、表面粗さ、本数の溝（リプスワークス（株）作製）を形成した。その後、実施例１〜７と同様にしてＳＰＳをインサート成形して金属片と樹脂とを一体化した。

次いで、実施例１〜７と同様にして、金属片と樹脂との１）剥離強度（ＩＳ０１９０９５シリーズ準拠）と、２）気密性を測定した。

１）剥離強度（接合力・接合性）
各実施例・比較例において得られた成形品に対し、９０°剥離試験装置（（株）島津製作所製、精密万能試験機オートグラフＡＧ−ｌ）を用い、ＩＳ０１９０９５シリーズ準じて、５０ｍｍ／ｍｉｎの試験速度で剥離強度を測定した（図８（Ｃ）参照）。具体的には、金属片において、レーザ加工している７０ｍｍの領域と、レーザ加工していない５０ｍｍの領域（図８（Ａ）参照）のうち、レーザ加工していない５０ｍｍの領域を５０ｍｍ／ｓの速度で引っ張ることにより剥離試験を行った。測定結果を表１に示す。

２）気密性（シール性・防水性）
気密性の測定に使用したアルミ製の治具について図９を参照して説明する。図９に示す治具４０は、有底円筒形状の治具本体４２と、この治具本体４２の開口側を封止する蓋部４４とを備える。治具本体４２には、外部と連通する通気口４６が設けられており、この通気口４６から圧縮空気が内部空間に供給される。蓋部４４の中央部には、気密性を測定するための成形品を投入する矩形状の開口を備え、この開口は成形品の一部を外部に露出した状態で成形品を保持し、かつ成形品を保持したときに治具本体４２内部に水が浸入しないように止水されている。
各実施例・比較例において得られた成形品を、前記治具４０にセットして水中に投入し、冶具にチュープを通して１０．０ｋＰａの圧縮空気を３０秒送り、止水部分からの圧縮空気の漏れを観察した。圧縮空気の漏れがない場合、圧縮空気の圧力を増大率１０．０ｋＰａで４００ｋＰａまで増大していった。漏れが観察されたときの圧縮空気の圧力をシール圧とし、シール圧が５０ｋＰａ以上のものを合格（○）、５０ｋＰａ未満のものを不合格（×）とした。評価結果を表１に示す。

表１より、実施例１〜７のいずれも剥離強度及び気密性において優れた結果が得られていることが分かる。これに対して、比較例１は表面処理未実施のため、また比較例２〜６は電線の長手方向に対して溝が平行であるため、良好な結果が得られなかった。これらの結果から、インサート成形により端子とハウジングとを一体成形した場合であっても、端子に延在する電線の長手方向に対して垂直な溝の存在により、接合性（剥離強度）及び気密性に優れると推察される。

以上、本発明を実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

１電線
２端子
３防水被覆部
４ハウジング
５導体
６絶縁体（電線被覆）
７電気接触部
８電線接続部
９連結部
１０段付き部
１３溝
１８ハウジング本体部
１９フランジ部
２０コネクタ嵌合部
２１インサート部
２２端子固定部

Claims

電線が接続される端子と、
前記端子を収容・保持する樹脂製のハウジングと、
を有し、
前記端子の表面の一部の領域に、前記電線の長手方向に対して垂直な方向成分を含み、その表面に凸部を有する一又は複数の溝が延在しており、
前記端子が、前記溝が延在する領域を含む部分において前記ハウジングを構成する樹脂中に埋設固定されているコネクタ。
前記端子及び前記電線を接続する電線接続部と、
前記電線を被覆する電線被覆と、
前記電線接続部と、前記電線被覆とに跨って設けられた防水被覆部と、
をさらに有し、
前記端子の少なくとも前記溝が延在する領域と、前記電線接続部と、前記防水被覆部とが、前記ハウジングを構成する樹脂中に埋設固定されている、請求項１に記載のコネクタ。
前記溝の表面の凸部の溝表面からの高さが５μｍ以上である、請求項１又は２に記載のコネクタ。
前記端子に延在する溝深さ（Ｘ）と溝間口（Ｙ）の比率（Ｘ／Ｙ）が２以上である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコネクタ。
前記端子に延在する溝が６本以上である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のコネクタ。
前記ハウジングと前記端子とのＩＳ０１９０９５シリーズに準じて測定した剥離強度が４Ｎ以上である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のコネクタ。
下記条件Ａで測定した、前記ハウジングと前記端子との間の気密性が５０ｋＰａ以上である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のコネクタ。
（条件Ａ）前記ハウジングと前記端子との間の一側から、圧縮空気を１０．０ｋＰａから４００．０ｋＰａまで３０秒毎に一定の増大率で増大させて送気した場合において、他側からの空気の漏れが観察されたときの圧縮空気の圧力を気密性の圧力とする。