JP7183991B2 - 防水コネクタ - Google Patents
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Description
最初に本開示の実施形態を列記して説明する。
以下に、本開示の一実施形態にかかる防水コネクタについて、図面を用いて詳細に説明する。本開示の一実施形態にかかる防水コネクタは、挿入孔を有するシール部材と、コネクタ端子とを有し、コネクタ端子がシール部材の挿入孔に挿入されたものであり、コネクタ端子のタブ幅と、シール部材の挿入孔の最狭窄部の内径が、所定の関係を有する。
まず、本開示の実施形態にかかる防水コネクタの構造の概略について説明する。図1に、本開示の一実施形態にかかる防水コネクタ1を、分解斜視図で示す。
次に、上記防水コネクタ1を構成するシール部材10について説明する。シール部材10の全体形状を、図1および図2に示している。上記のように、シール部材10は、相互に平行な前方面12および後方面13を有する板状体として構成されており、厚み方向に平行な挿入軸Aに沿って、前方面12と後方面13の間を貫通する挿入孔11を有している。
シール部材10を構成する材料は、水の透過を遮断できる材料であれば、特に限定されるものではない。典型的には、シール部材10は、有機高分子を含んでおり、好ましくは、有機高分子を主成分として、つまり有機高分子を全体の50質量%以上含有して、構成されている。有機高分子は、好ましくは、ゴムおよびエラストマの少なくとも一方を含んでいるとよい。すると、ゴムおよびエラストマの弾性により、シール部材10が、ハウジング40に密着するとともに、挿入孔11の内壁面において、端子付き電線30の外周に密着し、防水コネクタ1において、高い防水性を発揮しやすい。また、防水コネクタ1に、振動等の力学的負荷が印加された際にも、端子付き電線30およびハウジング40への密着状態が維持され、高い防水性を示す状態を保ちやすい。
挿入孔11は、挿入軸Aに沿って、シール部材10の前方面12と後方面13の間を貫通している。図3Aに、挿入孔11の縦断面(挿入軸Aに平行な断面)を示すように、挿入孔11は、平坦な内壁面を有する直筒状に形成されているのではなく、内壁面に凹凸構造を有し、挿入軸Aに沿った各位置において、挿入孔11の内径が変化している。具体的には、挿入孔11は、前方面12および後方面13に面する端部の位置に、挿入軸Aに沿って内側から外側に向かって漸次拡径した拡径部11aを有している。また、挿入孔11は、挿入軸Aに沿って中途部に、リップ部11bを有している。リップ部11bは、挿入孔11の径方向内側に向かってシール部材10の構成材料がリング状に突出した、内側に凸の形状として形成されており、リップ部11bが形成された位置においては、挿入孔11の内径が小さくなっている。リップ部11bの数は、特に限定されるものではないが、図示した形態のように、挿入軸Aに沿って、少なくとも2つのリップ部11bが設けられていることが好ましい。この場合に、2つの隣接するリップ部11bの間の、内径が大きくなった部位が、リップ谷部11cとなっている。
ここまで、防水コネクタ1の防水性を高めるべく、シール部材10に設けられる挿入孔11の構造について検討したが、シール部材10の全体としての寸法にかかるパラメータも、防水コネクタ1における防水性の向上に、影響を与える。次に、シール部材10の全体としての寸法について検討する。
[1]CAE解析
コネクタハウジングに収容したシール部材に端子を挿入する際に発生する力や変形量に関して、CAE解析を用いた見積もりを行った。
さらに、実際に防水コネクタを作成し、シール部材における端子挿入時の裂けの有無と、防水性に関する評価を行った。試料としては、上記でCAE解析のモデルとして用いたのと同様のコネクタA1~A3,B1~B3を、実際に製造した。
各コネクタにおいて、ハウジングにシール部材を収容した状態で、後方面から見て左側から順に、各挿入孔に、端子付き電線の端子部分を挿入し、通り抜けさせた。その後、各端子付き電線を挿入孔から抜くとともに、シール部材をコネクタハウジングから取り外した。そして、挿入孔の内壁面を目視観察し、裂けの有無を評価した。挿入孔の内壁面に裂傷(シール部材の構成材料の亀裂)が発生していた場合、またはリップ部に貫通(リップ部を縦に貫通する穴の形成)が生じていた場合、挿入孔の内壁面に欠損(シール部材の構成材料の欠落)が発生していた場合は、裂けあり(B)と評価した。一方、挿入孔の内壁面に、それらの現象のいずれもが発生していない場合には、裂けなし(A)と評価した。特に、挿入孔の内壁面に、裂傷だけでなく、軽微な傷も見られなかった場合には、傷なし(A+)と評価した。
コネクタハウジングに収容したシール部材の挿入孔に端子付き電線を挿入し、電線部分が挿入孔の中に配置された状態の各コネクタに対して、防水性を評価するために、リーク試験を行った。この際、各コネクタをチューブの一方端に取り付けて、試験体とした。ついで、その試験体のコネクタの部分を水中に浸漬し、チューブの他方端から、50kPaの圧力で、30秒間、空気を導入した。空気を導入している間、水中に浸漬した防水コネクタにおいて、シール部材と端子付き電線の間の部位から気泡が発生しているかどうかを、目視にて観察した。気泡が発生している場合には、コネクタにリークが生じており、防水性が低い(B)と判定した。一方、気泡が発生していない場合には、コネクタにリークが生じておらず、防水性が高い(A)と判定した。なお、ハウジングとシール部材の間、またチューブと防水コネクタの間からは気泡が発生しないことを、別途確認した。
コネクタA3,B1~B3については、さらに、高温耐久後の防水性を評価した。各コネクタについて、ハウジングに収容したシール部材の挿入孔の中に、端子付き電線の電線部分を配置した状態のままで、125℃の環境に、1000時間放置した。そして、コネクタを室温に戻した後、上記と同様に、リーク試験を行った。ただし、印加する空気圧は、30kPaと50kPaの2とおりとした。リーク試験において、30kPaの空気圧でもコネクタにリークが生じた場合には、高温耐久後の防水性が低い(B)と判定した。一方、30kPaの空気圧ではリークが生じなかった場合には、高温耐久後の防水性が高い(A)と判定した。さらに、50kPaの空気圧でもリークが生じなかった場合には、高温耐久後の防水性が特に高い(A+)と判定した。
下の表1に、コネクタA1~A3,B1~B3の各部の構成と、評価結果をまとめる。なお、孔の形状について、「楕円」と記載している場合には、開口部近傍のみが、断面楕円形(短軸:長軸の長さの比が1:1.23)となっており、挿入孔の内部の断面形状は、真円となっている。また、孔の形状が「真円」の場合には、挿入孔の開口部に面取りが施されておらず、挿入孔の開口部の位置における内径を、そのまま間口孔径Doとして採用している。一方、孔の形状が「楕円」の場合には、挿入孔の開口部が面取りされており、拡径部の拡径形状の外挿図形の、開口部の位置における内径を、間口孔径Doとして採用している。
10 シール部材
10a,10b シール部材の端縁
11 挿入孔
11a 拡径部
11b リップ部
11c リップ谷部
11d リップ部の頂部
11e 開口部
12 前方面
13 後方面
20 (コネクタ)端子
21 タブ部
22 筒状部
23 かしめ部
30 端子付き電線
35 電線
35a 導体
35b 絶縁被覆
40 (コネクタ)ハウジング
41 側壁面
42 後壁面
43 開口
44 窓部
A 挿入軸
Dm 最小孔径
Do 間口孔径
Dv 谷部孔径
L1 シール縦寸法
L2 シール横寸法
L’1 ハウジング縦寸法
L’2 ハウジング横寸法
T1 縦方向余長
T2 横方向余長
W コネクタ端子のタブ幅
φ 電線の外径
θ1 リップ角度
θ2 開口角度
Claims (10)
- 貫通孔として挿入孔を備えたシール部材と、
相手方の端子と嵌合接続されるタブ部を有するオス型端子として構成されたコネクタ端子と、を有し、
前記コネクタ端子は、挿入軸に沿って、前記シール部材の前記挿入孔に挿入され、
前記コネクタ端子の前記タブ部の幅をタブ幅Wとし、
前記挿入孔において、前記挿入軸に直交する横断面の内径が最も小さくなった最狭窄部の該内径を、最小孔径Dmとして、
前記最小孔径Dmが、前記挿入孔に前記コネクタ端子を挿入していない状態で、1.1<Dm/W<1.4を満たし、
前記挿入孔は、前記挿入軸に沿って端部に、前記挿入軸に沿って内側から外側に向かって拡径した拡径部を有しており、前記挿入軸に平行な縦断面において、前記拡径部の両側の傾斜面がなす角を開口角度θ2として、
前記開口角度θ2は、前記挿入孔に前記コネクタ端子を挿入していない状態で、20°<θ2<40°である、防水コネクタ。 - 前記シール部材は、前記挿入孔を複数有し、前記挿入孔は、前記シール部材の面内で、横方向に沿って複数が配列されるとともに、前記横方向に交差する縦方向に、前記横方向よりも少ない数だけ配列されており、
前記縦方向に沿って最も外側に位置する前記挿入孔の開口部の端縁と、前記縦方向に沿って前記挿入孔の外側に位置する前記シール部材の端縁との間の、前記シール部材の肉厚を、縦方向余長T1として、
前記縦方向余長T1が、前記挿入孔に前記コネクタ端子を挿入していない状態で、T1/Dm>2.1を満たす、請求項1に記載の防水コネクタ。 - 前記シール部材は、前記挿入孔を複数有し、前記挿入孔は、前記シール部材の面内で、横方向に沿って複数が配列されるとともに、前記横方向に交差する縦方向に、前記横方向よりも少ない数だけ配列されており、
前記横方向に沿って最も外側に位置する前記挿入孔の開口部の端縁と、前記横方向に沿って前記挿入孔の外側に位置する前記シール部材の端縁との間の、前記シール部材の肉厚を、横方向余長T2として、
前記横方向余長T2が、前記挿入孔に前記コネクタ端子を挿入していない状態で、T2/Dm>1.1を満たす、請求項1または請求項2に記載の防水コネクタ。 - 前記防水コネクタは、中空部を備えたコネクタハウジングをさらに有し、前記シール部材は、圧縮された状態で、前記コネクタハウジングの前記中空部に収容されており、
前記シール部材は、前記挿入孔を複数有し、前記挿入孔は、前記シール部材の面内で、横方向に沿って複数が配列されるとともに、前記横方向に交差する縦方向に、前記横方向よりも少ない数だけ配列されており、
前記コネクタハウジングに収容されない状態の前記シール部材において、前記縦方向に沿った寸法をシール縦寸法L1、前記横方向に沿った寸法をシール横寸法L2とし、
前記コネクタハウジングの中空部において、前記シール部材の縦方向に沿った中空部内寸をハウジング縦寸法L’1、前記シール部材の横方向に沿った中空部内寸をハウジング横寸法L’2とし、
前記シール部材の縦圧縮率R1をL1/L’1、横圧縮率R2をL2/L’2として、
前記縦圧縮率R1と前記横圧縮率R2が、0.9<R2/R1<1.1の関係を満たす、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の防水コネクタ。 - 前記挿入孔の内壁面には、前記挿入軸に平行な縦断面において、該挿入孔の内側に凸の形状を有するリップ部が、前記挿入軸に沿って少なくとも2つ形成されており、
前記挿入軸に沿って隣接する2つのリップ部の間で、前記挿入軸に直交する横断面の内径が最も大きくなったリップ谷部の該内径を谷部孔径Dvとして、
前記谷部孔径Dvが、前記挿入孔に前記コネクタ端子を挿入していない状態で、Dv/W>2.3である、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の防水コネクタ。 - 前記谷部孔径Dvが、前記挿入孔に前記コネクタ端子を挿入していない状態で、Dv/W<2.7を満たす、請求項5に記載の防水コネクタ。
- 前記挿入孔の前記拡径部における内径の最大値を間口孔径Doとして、
前記間口孔径が、前記挿入孔に前記コネクタ端子を挿入していない状態で、Do/W>3.5を満たす、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の防水コネクタ。 - 前記シール部材は、シリコーンゴムを含んでいる、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の防水コネクタ。
- 前記シール部材の硬さは、ショアA硬度で、10以上、30以下である、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の防水コネクタ。
- 前記コネクタ端子は、電線の端末に接続されており、
前記シール部材の前記挿入孔の内壁面が、前記電線の表面に接触している、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の防水コネクタ。
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