KR100354448B1 - 센터잭스크루타입커넥터시스템 - Google Patents

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존마크메이어
케이쓰로버트덴링거
마크드웨인앤더슨
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더 휘태커 코포레이션
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Abstract

센터 잭스크루 타입 커넥터 시스템(22)에서, 플라스틱 모듈 하우징(28)은 볼트(12)에 의하여 플라스틱 리셉터클 하우징(50)과 결합된다. 내부에 나사형성된 금속제 축상 블라인드 보어(31)를 가진 금속 삽입물(29)이 모듈 하우징(28)내에 제공되며, 볼트(12)가 축상 블라인드 보어(31)내로 토크될 때 볼트(12)의 나사형성부(71) 상의 팁(73)은 볼트(12)의 플랜지(21)가 리셉터클 하우징(50)에 맞닿기 이전에 축상 블라인드 보어(31)의 바닥(32)에 닿으므로, 토크 부하가 플라스틱 부품에 인가되지 않는다. 리셉터클 하우징(50)에 제공된 크러시 리브(65)가 볼트(12)의 플랜지(21)에 의해 인가되는 부하를 받고, 규정된 압축력을 생성시켜서, 모듈 하우징(28)과 리셉터클 하우징(50)이 함께 적절히 유지되게 한다. 선정된 값으로 볼트(12)에 토크를 가하면, 금속 삽입물(29)이 볼트(12)에 대해 스트레치되고 내부 나삿니(33)가 변형되어, 스트레인 에너지를 생성시키고 축적한다. 축적된 스트레인 에너지는 회복가능한 것이어서, 금속 삽입물(29)내에 볼트(12)를 유지시켜 주는 로킹력을 제공한다.

Description

센터 잭스크루 타입 커넥터 시스템
본 발명은 전기 커넥터에 관한 것으로, 특히 과잉 토크 보호기능을 가지며 로킹(locking)성능이 개선된 센터 잭스크루 타입(center jackscrew type) 커넥터에 관한 것이다.
센터 잭스크루 타입 커넥터는 통상적으로 한 쌍의 결합하는 플라스틱 하우징(모듈 하우징과 리셉터클 하우징)을 포함하며, 이들은 나사형성부와 나사형성부에서 떨어져있는 플랜지를 가진 강철 볼트에 의해 결합된다. 볼트의 나사형성부는 모듈 하우징과 리셉터클 하우징이 닿을 때까지 모듈 하우징내에 길이방향으로 설치된 탭(tap) 처리된 금속 삽입물내로 장전된다. 볼트에 과잉 토크를 가하면 플라스틱 하우징들은 크게 압축된다. 제 1 도 및 2 도를 보면, 모듈 하우징(10)은 볼트(12)에 의해 리셉터클 하우징(11)과 결합한다. 금속 삽입물(13)은 모듈 하우징(10)내에 설치되어 볼트(12)의 나사형성부(14)를 수용한다. 볼트(12)는 모듈 하우징(10)의 결합면(16)과 리셉터클 하우징(11)의 결합면(17)이 부딪치는(또는 서로 맞닿는) 때까지 금속 삽입물(13)내로 장전된다. 볼트(12)에 과잉 토크가 가해지면, 모듈 하우징(10)과 리셉터클 하우징(11)은 플라스틱이 부서질 때까지 계속적으로 증가하는 압축력을 받는다. 예를들어, 자동차 분야의 특정 응용예에서는 60 인치-파운드의 토크를 필요로 하는데, 이는 플라스틱 하우징에서 1,270 파운드의 압축력으로 전환된다. 과잉 토크는 플라스틱 하우징(11)(제 2 도)의 타워(18)에 맞닿는 볼트(12)의 플랜지(21)(제 1 도)에 의해 인가되어 타워(18)가 납작해지거나, 잘라지거나, 균열을 일으키게 된다.
이러한 문제를 치유하기 위한 통상적인 방법은 부가적인 보강재를 사용하거나 압축강도가 매우 큰 플라스틱을 하우징용 재료로 사용하는 것인데, 이는 번거롭고 비용이 많이 드는 일이다.
센터 잭스크루 타입 커넥터와 관련된 또다른 문제는 시간이 지나고 고온에 노출된 후에 플라스틱이 늘어난다는 것이다. 따라서, 압축된 플라스틱에 의해 발생되며 볼트(12)가 처음에 헐거워지는 것을 방지시켜 주는 볼트(12)상의 부하가 상당히 줄어들어서 볼트(12)가 헐거워지게 된다. 볼트(12)가 진동하면, 커넥터 어셈블리의 하우징(10, 11)이 떨어져서 커넥터 어셈블리의 전기적 맞물림 상태가 손상될 수 있다. 통상적으로, 볼트(12)가 헐거워지는 것을 방지하기 위해 별도의 금속 스프링 와셔(또는 "드라이 로크")가 커넥터 어셈블리에서 사용된다. 커넥터 어셈블리에서 별도의 부품을 갖는 것은 유익하지 못할 뿐아니라 추가적인 조립공정을 필요로 한다.
그러므로, 좀더 신뢰성이 있고 품질 확보면에서도 문제가 없는 센터 잭스크루 타입 커넥터 시스템을 제조하기 위한 간단하고 저렴한 방법을 제공하는 것이 매우 바람직하다.
따라서, 본 발명의 목적은 커넥터 어셈블리의 플라스틱 부분이 과잉 토크 부하 상태에서도 손상을 받지않으며 플라스틱이 늘어나는 문제점을 해결한 저렴한 센터 잭스크루 타입 커넥터 어셈블리를 제공하려는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 로킹성능이 개선되어 커넥터 어셈블리의 부분들이 영속적으로 기계적 접속을 이루고 전기 접촉부들이 신뢰성있게 전기적으로 맞물리는 센터 잭스크루 타입 커넥터 어셈블리를 제공하려는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 볼트의 나삿니와 금속 삽입물의 내부 나삿니 사이의 로킹력을 유지시키기 위한 간단하고 저렴한 방법을 제공하려는 것이다.
본 발명에 따르면, 센터 잭스크루 타입 커넥터 시스템에서, 플라스틱 리셉터클 하우징이 맞물림 면과, 맞물림면 상의 크러시 리브(crush rib)를 가지며, 모듈 커넥터가 선정된 깊이의 바닥을 가진 내부에 나사형성된 축상의 블라인드 보어(blind axial bore)를 갖춘 금속 삽입물을 포함한다. 축상 블라인드 보어가 볼트의 나사형성부를 수용할 때, 나사형성부의 팁은 리셉터클 하우징의 맞물림면에 맞닿는 볼트의 플랜지에 앞서서 축상 블라인드 보어의 바닥에 맞닿는다. 플랜지가 크러시 리브에 맞닿아서 희생적 플라스틱으로 쓰여지는 크러시 리브에 규정된 압축부하를 인가해준다.
볼트의 팁과 축상 블라인드 보어의 바닥 사이의 금속-금속 접촉이, 상당한 과잉-토크가 볼트에 인가된다 하더라도, 볼트의 플랜지가 리셉터클 하우징의 맞물림면으로부터 일정한 거리를 유지해주어, 과도한 압축부하가 리셉터클 하우징에 인가되는 것을 방지해 준다.
볼트의 나사형성부는 나사형성부 상의 팁이 축상 블라인드 보어의 바닥에 닿을 때까지 볼트를 회전시킴에 따라 축상 블라인드 보어 내로 수용된다. 그런다음, 볼트는 선정된 토크를 받는다. 이 것이 삽입물을 볼트에 대해 축상으로 뻗쳐주고 내부 나삿니를 변형시켜서 볼트를 삽입물에 착탈가능하게 로킹시킨다.
본 발명의 이러한 목적들은 첨부된 도면과 연관하여 설명된 하기 내용을 읽어보면 명확히 이해할 수 있을 것이다.
제 3 도 내지 12 도를 참고하면, 본 발명의 커넥터 어셈블리(22)는 모듈 커넥터(23)와, 상부 커넥터 서브어셈블리(24)와, 밀봉 O-링(25)과, 볼트(12)와, 고무 볼트고리(26)를 포함한다. 모듈 커넥터(23)와 상부 커넥터 서브어셈블리(24)는 볼트(12)에 의해 서로 착탈가능하게 고정된다. O-링(25)은 제 5 도에 상세히 도시된 것처럼 모듈 커넥터와 상부 커넥터 서브어셈블리(24)가 캐스팅(27)(예를들어, 자동차 변속장치 캐이싱)에 수용되는 곳에서 밀봉기능을 제공한다.
모듈 커넥터(23)는 플라스틱 모듈 하우징(28)과, 모듈 하우징(28)내에 그 장축(30)을 따라 고정된 (황동으로 만들어지는 것이 적절한)금속 삽입물(29)을 포함한다. 제 5 도에 잘 도시된 바와같이, 금속 삽입물(29)은 바닥(32)과 다수의 내부 나삿니(33)를 가진 내부에 나사형성된 축상 블라인드 보어(31)를 갖는다. 바닥(32)은 축상 블라인드 보어(31)내에 선정된 깊이로 위치한다. 금속 삽입물(29)은 그 외부면에 세 개의 링(35, 36, 37)과 외부 나삿니를 가져서, 모듈 하우징(28)내에 금속 삽입물(29)을 고정시킨다. 축상 블라인드 보어(31)의 내부면은 똑바른 실린더모양이지만, 외부면은 축상 블라인드 보어(31)의 개구(38)로부터 금속 삽입물(29)의 헤드(39) 방향으로 단면 직경이 증가하는 식으로 점진적으로 변화하는 직경을 갖는다.
모듈 하우징(28)의 중앙에 타워형 소자(40)가 제공되어 금속 삽입물(29)의 일부분을 수용하고 고정시킨다. 계단형 소자(41)가 모듈 하우징(28)의 바닥(42) 위로 뻗쳐져 있으며 바닥(42)으로부터 길이 방향으로 타워형 소자(40)에 까지 뻗쳐진다. 계단형 소자(41)는 벽(43)을 가져서 벽(43)의 외부면과 모듈 하우징(28)의 벽(46)의 내부면(45) 사이에 리세스(44)를 형성한다. 벽(46)의 내부면(45)은 박스형 리셉터클 동공을 형성하며, 벽(46)의 외부면(48)은 실린더형으로 형성된다. 외부면(48)은 캐스팅(27)과 모듈 하우징(28) 사이의 접촉을 밀봉시키기 위한 밀봉 O-링(25)중 하나를 수용하기 위한 리세스(49)를 갖는다.
제 7 도에 상세히 도시된 바와같이, 상부 커넥터 서브어셈블리(24)는 플라스틱 리셉터클 하우징(50)과 각각의 슬롯(51)에 수용되는 다수의 도전성 와이어(비도시)를 포함한다. 리셉터클 하우징(50)은 메인 보디(54)에 의해 연결된 모듈 측(52)과 와이어 측(53)을 포함한다. 모듈 측(52)은, 사각형 박스모양의 것으로, 모듈 하우징(28)의 박스형 리셉터클 동공(47)에 끼워지는 벽(55)을 갖는다. 그 외부면상에, 벽(55)은 모듈 하우징(28)의 벽(46)의 내부면(45)상의 각각의 열쇠홈(keyway)(57) (제 4 도)에 수용되는 태브(56)(제 8 도, 9 도)를 갖는다. 벽(55)은 메인 보디(54)로부터 모듈 하우징(28)의 전체 내부길이로 뻗쳐진다.
외형이 원통형태인 리셉터클 하우징(50)의 메인보디(54)는 벽(46)의 원통형외부면(48)과 동일한 직경을 갖는다. 이 직경을 주직경으로 규정한다. 메인보디는 밀봉 O-링(25)을 위한 두 개의 리세스(61)를 제공한다.
리셉터클 하우징(50)의 와이어 측(53)은 원통형태의 축상 타워형 소자(62)를 갖는다. 타워형 소자(62)는 결합면(59)으로부터 선정된 길이(63)(예컨대, 24.50 mm)만큼 뻗쳐지며 맞물림면(64)을 갖는다. 단면을 보면(제 7 도), 맞물림면(64)은 일정한 너비(66)의 링 모양을 갖는다. 맞물림면(64)에는 크러시 리브(65)가 통합적으로 성형된다. 크러시 리브(65)도 원통형태를 갖지만; 크러시 리브(65)의 너비는 맞물림면(64)의 너비(66) 보다는 작다. 크러시 리브(65)는 일정 길이(68) 만큼 맞물림면(64)으로부터 축상으로 뻗쳐져서, 크러시 리브(68)의 엣지(69)가 선정된 길이(70), 예를들면 25.50 mm 만큼 결합면(59)으로부터 떨어져 있다.
제 3 도를 참조하면, 볼트(12)는 다수의 외부 나삿니(72)를 가진 나사형성부(71)와, 헤드(19)에 있는 플랜지(21)와, 팁(73)을 갖는다. 팁(73)은 선정된 거리(74) 만큼 플랜지(21)에서 떨어져 있다.
모듈 커넥터(23)와 상부 커넥터 서브어셈블리(24)가 결합함에 따라, 예비조립된 볼트(12)(먼저 중앙 관통개구(75)를 통해 나사형성부가 삽입되고 축상 블라인드 보어(31)내로 회전됨)는 팁(73)이 축상 블라인드 보어(31)의 바닥(32)에 닿을 때까지 회전된다. 축상 블라인드 보어(31)가 선정된 깊이(34)를 갖고 플랜지(21)가 팁(73)으로부터 선덩된 거리(74) 만큼 떨어져 있으므로, 플랜지(21)는 모듈 하우징(28)의 결합면(58)으로부터 항상 일정한 거리(76), 예컨대 25.00 mm 를 유지한다. 볼트(12)의 팁(73)이 축상 블라인드 보어(31)에 닿을 때, 강철 팁(73)과 축상 블라인드 보어(31)의 황동 바닥(32) 간의 금속-금속 맞물림에 의하여 25.00 mm 거리(76)는 볼트(12)에 인가되는 토크에 관계없이 변동하지 않는다. 선정된 길이(63), 선정된 길이(70), 선정된 깊이(34), 선정된 거리(74)를 적절히 조화시킴에 따라, 팁(73)은 볼트(12)의 플랜지(21)가 리셉터클 하우징(50)상의 타워형 소자(62)의 맞물림면(64)에 맞닿기 이전에 결합면(58, 59) 사이의 맞물림과 동시에 바닥(32)에 맞닿는다. 본 기술분야에 숙련된 사람이면, 전술한 선정된 크기들을 조화시키면 볼트(12)가 어떤 원하는 값으로 과잉 토크된다 하더라도 플라스틱을 부수거나 변형시키지 않는다는 것을 이해할 것이다. 맞물림면(64)은 플랜지(21)에 의해 인가되는 토크 힘을 받지 않는다. 플라스틱 모듈 하우징(28)과 리셉터클 하우징(50)에 압축력을 주는 플랜지(21)에 의해 인가되는 토크 부하를 받는 것은 크러시 리브(65)이다. 크러시 리브(65)는 모듈 하우징(28)과 리셉터클 하우징이 적합하게 유지될 수 있고 과도한 압축 부하를 받지 않게 하기위하여 볼트(12)의 플랜지(21)에 의해 쉽게 압축되고 절단되는 희생적 플라스틱 재질로 쓰여진다.
모듈 하우징(28)과 리셉터클 하우징(50)의 결합 순서를 보여주는 제 8 도 내지 11 도를 보면, 리셉터클 하우징(50)의 벽(54)의 외부면 상의 태브(56)는 모듈 하우징(28)의 각각의 열쇠홈에 맞물린다. 리셉터클 하우징(50)의 메인 보디(54)의 주직경은 캐스팅(27)과 맞닿는다. 볼트(12)의 나삿니(72)는 축상 블라인드 보어(31)의 내부 나삿니(33)와 맞물리며, 볼트는 팁(73)이 바닥(32)에 닿고 결합면(58, 59)이 맞닿을 때까지 볼트(12)가 회전함에 따라 토크된다(O-링(25)이 캐스팅(27)으로 들어간다). 동시에, 볼트(12)의 플랜지(21)에 의해 크러시리브(65)가 절단되고 변형된다. 리셉터클 하우징(50)이 볼트(12)에 의해 발생된 토크 부하를 지지하지 않으므로, 플라스틱이 늘어나는 문제점이 없어진다. 이러한 설계로 어떠한 과잉 토크에 대해서도 플라스틱 하우징을 실질적으로 보호할 수 있다. 예를들어, 플라스틱 하우징(28, 50)에 1,270 파운드 이상의 압축력을 전달하는 60 인치-파운드의 과잉 토크도 가능하다.
제 12 도 내지 15 도를 참조하면, 볼트(12)가 금속 삽입물(29) 내의 축상 블라인드 보어(31)내로 회전되고(제 12 도), 볼트(12)의 팁(73)이 바닥(32)에 닿은 후(제 13 도), 결합면(58, 59)이 맞물리며(제 11 도), 볼트(12)는 (추가적인 힘이 인가되어)선정된 토크값으로 더 회전된다. 이 단계를 통해 금속 삽입물(29)을 볼트(12)에 대해 축상으로 뻗쳐준다(스트레칭). 내부 나삿니(33)가 변형되는 동안 스트레인 에너지가 변형 시스템에 축적된다. 축적된 스트레인 에너지는 열적 순환 후에도 변형 시스템에 남아있는다. 이러한 축적된 스트레인 에너지는 축상 블라인드 보어(31)의 내부 나삿니(33)와 볼트(12)의 외부 나삿니(72) 사이에 마찰 로킹력을 제공하며 열적 순환 및 진동시 줄어들지 않는다. 강철 볼트(12)와 황동 나사형성 삽입물(29)의 금속-금속 인터페이스는 볼트(12)가 진동으로 느슨해지는 것을 막아준다. 볼트(12)는 느슨해지지 않으며, 와이어(비도시)와 각각의 접촉부재(비도시) 사이의 전기적 맞물림 상태가 손상되지 않게 한다. 강철 볼트(12)는 황동 금속삽입물(29)과 결합하여 사용될 수도 있다. 볼트와 금속 삽입물의 재질을 반대로 해도 되며, 금속 삽입물(29)이 압축된 부재로 만들어질 수도 있다. 예를들어, 볼트(12)가 금속 삽입물(29)의 결합면에 닿는 숄더를 가질 경우, 금속 삽입물(29)은 볼트(12)가 회전됨에 따라 압축된다.
따라서, 본 발명은 플라스틱 부품에 대한 과잉 토크 보호기능을 갖도록 단단히 설계되고, 플라스틱이 늘어나는 문제점이 해결되며, 로킹 성능이 향상되어, 커넥터 시스템의 모든 부품의 적절한 기계적, 전기적 맞물림 상태를 보장할 수 있는 우수한 센터 잭스크루 커넥터를 제공한다.
본 발명의 기본 정신에서 벗어나지 않고도 여러가지 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 기술분야에 숙련된 사람이라면, 첨부된 청구범위의 영역내에서 본 발명은 명세서에 기재한 것 이외의 것도 실시할 수 있음을 알 것이다.
제 1 도는 종래기술의 모듈 커넥터의 단면도.
제 2 도는 종래기술의 상보형 리셉터클 하우징의 단면도.
제 3 도는 본 발명의 커넥터 어셈블리의 분해 사시도.
제 4 도는 모듈 커넥터의 사시도.
제 5 도는 제 4 도의 선 5-5을 따른 모듈 커넥터의 단면도.
제 6 도는 리셉터클 하우징의 사시도.
제 7 도는 제 6 도의 선 7-7을 따른 리셉터클 하우징의 단면도.
제 8 도 내지 11 도는 커넥터 어셈블리 결합 순서를 보여주는 단면도.
제 12 도 내지 15 도는 과잉 토크가 가해지는 동안의 금속 삽입물내의 볼트의 확대 단면도.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10, 28 : 모듈 하우징
11, 50 : 리셉터클 하우징
12 : 볼트
13, 29 : 금속 삽입물
22 : 커넥터 어셈블리
23 : 모듈 커넥터
24 : 상부 커넥터 서브어셈블리
54 : 메인 보디
65 : 크러시 리브

Claims (5)

  1. 모듈 커넥터와, 볼트를 통해 모듈 커넥터에 착탈가능하게 고정되는 상부 커넥터 서브어셈블리를 포함하며, 볼트는 나사형성부와, 플랜지와, 팁을 갖추고 있는 센터 잭스크루 타입 커넥터 시스템에 있어서,
    상부 커넥터 어셈블리의 리셉터클 하우징은 맞물림 면에 크러시 리브를 갖고, 모듈 커넥터는 모듈 하우징과, 모듈 하우징 내에 고정된 금속 삽입물을 가지며, 금속 삽입물은 내부에 나사 형성된 축상 블라인드 보어와 축상 블라인드 보어내에 선정된 깊이로 떨어져있는 바닥을 가지며, 축상 블라인드 보어는 볼트의 나사형성부를 수용하고, 볼트의 팁은 볼트의 플랜지가 리셉터클 하우징의 맞물림면에 맞닿기 이전에 축상 블라인드 보어의 바닥에 닿아서 플랜지가 맞물림면으로부터 일정한 거리를 유지하게 해주며, 플랜지가 크러시 리브와 맞닿아서 규정된 부하를 크러시 리브에 인가해주는 것을 특징으로 하는 커넥터 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    모듈 하우징이 제1 결합면을 갖고, 리셉터클 하우징이 제2 결합면을 가지며, 제1 및 제2 결합면을 볼트의 나사형성부의 팁이 축상 블라인드 보어의 바닥에 닿을 때 서로 맞물리는 것을 특징으로 하는 커넥터 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    크러시 리브가 엣지를 가지며, 상기 엣지 및 맞물림면은 제2 결합면으로부터 각각 제1 및 제2 선정된 길이 만큼 축상으로 떨어져 있으며, 제1 선정된 길이는 제2 선정된 길이 보다 크고, 볼트의 플랜지와 제1 및 제2 결합면 사이의 길이는 각각 제2 선정된 길이 보다 크고 제1 선정된 길이 보다 작은 것을 특징으로 하는 커넥터 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    리셉터클 하우징은 메인 보디에 의해 통합적으로 연결된 모듈 측과 와이어 측을 포함하며, 모듈 측은 각각의 벽을 포함하고, 각각의 벽은 다수의 태브를 포함하는 외부면을 가지며, 모듈 하우징이 리셉터클 동공을 제공하고, 리셉터클 동공의 내부면이 다수의 열쇠홈을 제공하며, 리셉터클 하우징의 모듈 측의 각각의 벽이 모듈 하우징의 리셉터클 동공에 수용되고 각각의 상기 다수의 태브는 상기 다수의 열쇠홈의 각각의 하나에 수용되는 것을 특징으로 하는 커넥터 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    볼트의 플랜지에 의해 변형되는 크러시 리브는 볼트의 나사 형성부상의 예비부하와 연관하여 규정된 압축력을 생성시켜 모듈 하우징과 리셉터클 하우징을 결합상태로 유지시켜 주는 것을 특징으로 하는 커넥터 시스템.
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