JP2015535140A - 無ハンダ電気接続 - Google Patents

Abstract

導電材料の無ハンダ線コネクタスリーブ（１２）は、第１の端部（１５）から延在し、海中コネクタなどの電気ロッドまたはピン（２８）の端部に回転可能に接続するように構成された第１の穴部（１４）、および第２の端部（１７）から延在し、線（２６）を受領するように構成された第２の穴部（１６）を有する。スリーブは、端部を受領する線の上にある圧着部（４０）を有する。環状弾性スナップ係合部材（１８）は、穴の中に半径方向内方に延在する第１の穴部（１４）内に装着され、スリーブ（１２）内にロッドを保持するためにロッドの先端に隣接した導電ロッド内の環状溝（４２）に弾性スナップ係合するように構成される一方で、ロッドとスリーブとの間で相対回転が可能である。【選択図】図２

Description

１．技術分野
本発明は電線接続に関し、詳細には海中電気コネクタの導電ロッドに行う電気接続に関する。

２．関連技術
水中の結合および分離を深海で繰り返すことができる、水中または海中の電気コネクタおよびハイブリッド電気光コネクタなどの、厳しいまたは過酷な環境で電気接続を行うための多くのタイプのコネクタがある。これらのコネクタは、通常、解除可能に結合できるプラグおよび容器ユニットまたはコネクタ部分からなり、それぞれは、完全な回路を形成するためにコネクタによって接合されるように意図されたケーブルまたは他のデバイスに取り付けられる。それぞれの電気またはハイブリッドコネクタユニットは、２つのユニットが一緒に結合されている際に他方のユニット内の接点と係合するために、１つまたは複数の電気接触部または接点を含む。接合される接触部を周囲環境から完全に隔離するために、これらのコネクタの一方または両方の部分は、接触部を油入り均圧チャンバ内に収納する。一部の海中電気コネクタは、テレダインインスツルメンツ（Ｔｅｌｅｄｙｎｅ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．）の米国特許第５，６４５，４４２号、第７，９５９，４５４号、および第８，１２３，５４９号に記載されている。このようなコネクタユニットは、海中電気ケーブルまたは撚線ケーブルの対向する端部に提供され、これらは油入り圧力補償ホースであってもよい。このようなホースを組み立てる際、ケーブルは、線を露出するために通常むき出しにされ、次いで線は標準ハンダポットの中でコネクタユニットの後端部にハンダ付けされ、次いでブーツシールで被覆される。また電気ハンダ接続は、海中のスプライスコンテナなどの他の海中用途にも使用される。

線接続をハンダ付けするとき、接合部はハンダが冷却するにつれて硬くなる。線をむき出しにしたハンダを含む接合部は、可撓性ではなく、線と導電ロッドとの間の接点で機械的に応力を受けた弱点を増強させる。結果として線の断線が、海中製品の組立、分配、設置または作動の間に起きることがある。加えて現在のハンダ付けプロセスには鉛系ハンダの使用が含まれ、鉛は有害物質として特定されており、将来ＲｏＨＳ（特定有害物質使用指定（Ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｈａｚａｒｄｏｕｓ Ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ））のコンプライアンス要件が海中用途におけるその使用を制限するかもしれない。

ハンダ接続を必要としない民生用圧着コネクタは、線の適切なゲージのために設計されておらず、また必要な電気負荷を収容するために修正することなく海中コネクタの導電ロッドまたはピンに適合しないはずであるので、民生用圧着コネクタは、海中電気設備または海中コネクタユニットに接続するために使用できない。

海中コネクタまたは他の海中設備における無ハンダ線接続のための装置および方法が提供される。一態様では、対向する第１および第２の端部を有する導電材料のスリーブ、第１の端部から延在し、海中コネクタなどの電気ロッドまたはピンの端部に回転可能に接続するように構成された第１の穴部、第２の端部から延在し、線を受領するように構成された第２の穴部を備える、無ハンダ線コネクタが提供され、スリーブは、第２の穴部の中に延在する絶縁線の露出部と圧着電気接続するように設計された、第２の端部から離間した第２の穴部の一部の上の圧着可能な部分を有する。

一実施形態では、電気ロッドまたはピンの端部は、ピンの先端から離間した環状溝を有し、環状弾性スナップ係合部材は、第１の穴部に装着されて穴部の中に半径方向内方に延在し、環状ピン溝に弾性スナップ係合するように構成されて、スリーブ内にピンを保持する一方で、ピンとスリーブとの間で相対回転できる。一実施形態では、弾性スナップ係合部材は、第１の穴部内の環状溝内に装着された半径方向に傾斜したコイルバネであってもよく、ピンと導電スリーブとの間に保持および電気接続の両方を提供する一方で、半径方向の応力を緩和するためにスリーブとピンとの間で相対回転できる。

無ハンダ線接続または接合は、海中電気コネクタなどに取り付けられた線の半径方向の応力またはトルクの結果として破壊することがある、機械的に応力を受けた弱点を有する非可撓性のハンダ接続に勝る利点を有する。無ハンダコネクタは、取り付けられるコネクタまたは他の電気設備に対して回転することができ、また傾斜コイルバネは応力緩和として作用するので、軸方向の応力緩和を提供する。

本発明の他の特徴および利点は、例として本発明の態様を示す以下の説明から明らかになるはずである。

本発明の詳細は、その構造および作動の両方に関して添付図面を検討することにより一部が収集されてもよく、同様の参照番号は同様の部分を指す。

絶縁電線の露出端部に接続する前の、無ハンダ電気コネクタの一実施形態の斜視図である。 無ハンダ電気コネクタの断面図である。 無ハンダ電気コネクタの端部を受領する導電ロッドの端面図である。 絶縁電線に接続された無ハンダ電気コネクタの斜視図である。 図４に類似した斜視図であるが、導電ロッドが無ハンダ電気コネクタの反対側の端部に接続され、熱収縮ラップが接続された線およびコネクタスリーブの一部の上に加えられている。 無ハンダ電気接続を形成するために海中コネクタユニットなどの導電ロッドまたはピンと絶縁電線との間に接合された無ハンダ電気コネクタの断面図である。 水中ケーブルの線に接続する前に、導電ロッドの露出端部を備える、複数ピンの海中コネクタの端部の斜視図である。 図７に類似した斜視図であるが、図１〜６に示されたように無ハンダ電気コネクタを介してそれぞれの導電ロッドに接続された絶縁線を示す図である。 複数の異なる線のサイズを導電ロッドに直接接続するために使用可能な、１組の異なるサイズの無ハンダコネクタを示す図である。

本明細書に開示されたように、ある特定の実施形態は、海中の電気もしくはハイブリッドコネクタなどの海中設備または油井内の下げ孔の電動水中ポンプ（ＥＳＰ）などの他の設備のコネクタロッドに、絶縁線を海中ケーブルの一端で接続するための無ハンダ電気コネクタを提供する。

本記載を読んだ後、本発明を様々な代替実施形態および代替適用形態に実行する方法が当業者には明らかになろう。しかし本発明の様々な実施形態が本明細書に記載されているが、これらの実施形態は例示目的に過ぎず、限定を表すものではないことを理解されたい。したがって、様々な代替実施形態のこの詳述は、本発明の範囲または幅を限定すると解釈されるべきではない。

図１〜３は、海中コネクタなどの導電コネクタロッドと海中ケーブルの絶縁線の露出端部との間に設置する前に、海中で使用するための無ハンダ電気コネクタ１０の第１の実施形態を示す。コネクタ１０は、基本的に小径部２４によって接続された大径端部１３、１９を有する、導電材料のスリーブ１２を備える。大径端部１３は、スリーブの第１の端部１５から延在する第１の大径の第１の穴部１４を有する。小径の第２の穴部１６は、スリーブの小径部２４を通って延在し、第２の穴部１６よりわずかに大きい径の第３の穴部またはザグリ穴２５は、スリーブの第２の端部１７まで延在する。

環状弾性導電部材１８は、穴部１４内の環状溝２０内に装着され、部材１８の一部は、図２および３に示されたように穴の中に突出する。一実施形態では、弾性導電部材は傾斜コイルバネを備え、溝２０の内側端部２２も、図２に示されたようにバネ１８と同じ角度で傾斜されてもよい。第１の穴部１４および第２の穴部１６は、図２に示されたように小径通路２３によって接続されてもよい。

一実施形態では、米国カリフォルニア州Ｆｏｏｔｈｉｌｌ Ｒａｎｃｈのバル・シール・エンジニアリング・インコーポレイテッド（Ｂａｌ Ｓｅａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｉｎｃ．）によって製造された傾斜コイルバネは、弾性導電部材に使用された。このようなバネの例は、バル・シール・エンジニアリング・インコーポレイテッドの米国特許出願公開第２０１２／０２０８４０７号ならびに米国特許第７，０５５，８１２号および第７，９５５，１４５号に記載されており、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。溝２０の内側端部２２は示された実施形態では傾斜しているが、溝は平坦な底壁もしくは内側端部、Ｖ字形底壁を有してもよく、または例えば米国特許出願公開第２０１２／０２０８４０７号に記載されたように他の実施形態では他の形状であってもよい。異なる溝形状および寸法は、様々なバネの設計、寸法および材料とともに使用されて、図６に関連して以下により詳細に記載されるように、導電ピンと導電スリーブ１２との間に所望の導電経路を獲得してもよい。

穴部１６を包囲するスリーブ１２の縮径部２４は、圧着工具で圧着可能であるように設計されて、電気的および機械的接続を穴部１６の中に延在する絶縁線の露出端部に提供する。大径のザグリ穴２５は、図６に示され、以下により詳細に論じられるように、導線の絶縁部に支持を提供するように設計されている。

図４は、海中の電気ケーブルまたはハイブリッド電気光ケーブルの絶縁線２６に固定された、図１〜３のコネクタスリーブ１２の第２の端部を示すが、図５は、スリーブ１２の第１の端部に固定された、海中電気コネクタなどの導電ロッドまたはピン２８を備えた得られるアセンブリを示す。また図５では、絶縁線２６の端部を含むスリーブの第２の端部は、スリーブ１２の端部１７を超えて延在する適切なプラスチック熱収縮ラップ２９で覆われる。

図６は、スリーブ１２、絶縁線２６の一部、および導電ロッド２８に亘って延在する、ブーツシール３０と組み合わされた接続の断面図である。絶縁線２６をコネクタスリーブ１２に取り付けるために、まず絶縁層３１は導線２６の端部３２から剥き出しにされ、次いで端部３２は、図６に示されたように絶縁層３１の端部がザグリ穴２５に係合するまで、穴部１６の中に挿入される。次いで縮径スリーブ部２４は、圧着領域４０を形成するために圧着され、圧着領域４０は電気接触した露出線端部３２を把持し、線端部をスリーブ内に固定する。ザグリ穴２５は、絶縁層３１を係合することにより絶縁線に追加の支持を提供する。これは、通常ハンダ付けされた線接続において遭遇する応力点を取り除き、線の曲げ破壊の危険性を低減する役に立つ。

図７は、図８に示されたように、無ハンダコネクタ１０を使用して水中ケーブルの線に接続する前に、コネクタ端面３８内の隆起ボス３６から延在する導電ロッドまたはピン２８の露出端部を備えた、複数ピンの海中コネクタ３５を示す。図８は、収縮ラップをコネクタスリーブ１２の圧着部の周囲に追加する前に、それぞれの無ハンダコネクタ１０を介してコネクタ３５のそれぞれの導電ロッド２８の突出端部に接続された、複数の絶縁線２６を示す。図７に示されたように、各ピンの露出端部は、それぞれのピンの先端４４から離間された場所でピン内に環状取付溝または凹み４２を形成することにより、それぞれのコネクタスリーブ１２の第１の穴部１４内に取り付けるように修正される。示された実施形態では、溝４２の内側端壁は平坦だが、内側端壁は代替実施形態では傾斜していても、または他の形状であってもよい。それぞれのピンの端部がそれぞれのコネクタ１０の穴部１４に係合されると、傾斜コイルバネ１８の内方突出部はまず圧縮され、次いで溝４２とスナップ係合する。コイルバネ１８は導電材料であり、この係合は、ロッドまたはピン２８と導電スリーブ１２との間に電気接触、およびスリーブ１２からのピンの除去または分離に抵抗するために機械的接続強度の両方を提供する。同時に、コネクタスリーブ１２は、軸方向に保持された導電ピンに対して回転することができ、取り付けられた導線２６が捻じれる場合に半径方向応力を緩和させる。図６の接続は、線２６の露出端部３２と導電ロッド３６との間に導電スリーブ１２を通って電気連通を提供し、導電スリーブ１２はスリーブ部２４の圧着領域４０を介して線端部３２に接触し、導電バネ１８を介して導電ロッド３６と電気接触し、導電バネ１８は溝４２の表面との係合に付勢される。換言すると、対向する環状溝２０および４２の組み合わされた深さは、バネの中心軸に横方向に傾斜コイルバネ１８の付勢されない厚さより小さいが、付勢力はスリーブ１２と保持された導電ロッド端部３８との間の相対回転を妨げない。

上述されたように、示された実施形態における導電部材は傾斜コイルバネ１８であり、バネを受領する溝２０は傾斜内壁または底壁２２を有する。溝およびバネの相対寸法は、バネが溝の壁と良好に電気接触し、かつスリーブからのピンの分離に抵抗するために充分な力でピン２８内の溝４２に付勢されるように選択される。一実施形態では、溝２０およびバネ１８の相対寸法は、バネが溝の少なくとも対向する側壁に接触する。バネ１８は溝２０の側壁間の幅より大きい短軸長を有してもよく、その結果バネ１８は、挿入されたときに側壁間で圧縮され保持される。寸法は、傾斜コイルバネが最高圧縮力の２％〜３５％の範囲の圧縮力で保持されるように配置されてもよい。バネおよび溝の寸法は、バネが図６の設置された状態のときに溝の対向する側壁および底壁に接触するように設計されてもよい。別法として、バネおよび溝の寸法は、バネが対向する側壁のみに接触し、完全に設置された状態で溝の底壁から離間されるように選択されてもよい。

対向する側壁は互いに平行であり、バネ１８の軸に直交してもよく、または他の実施形態では傾斜していてもよい。内側端部または底壁２２は示された実施形態では単一勾配で傾斜しており、その結果両方の側壁は底壁に直交しない。他の実施形態では、溝はＶ字形底壁を有してもよく、または平坦で両方の側壁に直交してもよく、他の形状の溝が代替実施形態に使用されてもよい。

上記の無ハンダコネクタ１０は、より大きい線のサイズのためのハンダポット拡張器を必要とする現在のハンダ接続に比べて、広範囲の導線のサイズを取り扱うことができ、３０Ａに対して１０〜２２ＡＷＧ（米国ワイヤゲージ規格（Ａｍｅｒｉｃａｎ ｗｉｒｅ ｇａｕｇｅ））の線のサイズに亘り評価されている。コネクタの圧着部は、ＭＩＬ−ＤＴＬ−２２５２０およびＩＰＣ／ＷＨＭＡ−Ａ−６２０の引張強度要件において定義された引張離脱力要件を超える。一実施形態では、導電ロッド２８への無ハンダ接続の離脱力は、導線の軸強度より大きくてもよい。換言すると、引張試験は、コネクタが導電ロッドから分離する前に線２６は断線することを示す。

無ハンダコネクタ１０は、異なるワイヤゲージを収容するために異なるサイズで提供されてもよい。図９は、異なる寸法の３つのコネクタスリーブ１２Ａ、１２Ｂおよび１２Ｃを示す。スリーブ１２Ａ、１２Ｂおよび１２Ｃは、それぞれ類似径の絶縁線に接続するために、異なる直径の第２の穴部１６Ａ、１６Ｂおよび１６Ｃ、ならびにザグリ穴２５Ａ、２５Ｂおよび２５Ｃを有する。図９における各スリーブの第１の穴部１４は、均一直径の導電ロッド２８に接続するために同一直径である一方で、穴部１６Ａ、１６Ｂおよび１６Ｃは異なり、異なる範囲の標準ゲージワイヤ２６Ａ〜２６Ｃを受領するために直径が低減する。したがってこの設計は、複数の線のサイズを海中コネクタの導電ロッドにハンダ接合の必要なしに直接接続できる。この概念は、海中のスプライスコンテナおよび高電力の海中コネクタなどの他の海中用途に適合されることが可能である。

上述の実施形態は、海中コネクタの導電ロッドおよび他の海中設備への現在のハンダ付けされた線接続におけるいくつかの問題を克服する。線接続をハンダ付けする際、接合部はハンダが冷却するにつれて硬くなり、機械的に応力を受けた弱点を増強させる。これは、海中製品の組立、分配、設置または作動の間に断線の可能性をもたらし、高額の修理操作を必要とする。市販の民生用圧着コネクタは、既存の導電ロッドにしっかりと接続することができず、また民生用圧着コネクタは、通常このような用途で遭遇するワイヤゲージの範囲を収容しないので、民生用圧着コネクタは、海中導電ロッドに線の現在のハンダ接続を置換するのに適さない。上述の無ハンダ海中コネクタは、これらの問題を実質的に低減または克服し、電気的導通、機械的強度、広範囲の導電サイズに亘る軸方向および半径方向の適合性を提供する。

無ハンダ設計は、ハンダのない窪みの接合に対する顧客の要求を満足させるために、製造中にＸ線装置の必要性を取り除く。現在ハンダ付けされた線接続に使用されているこのような検査プロセスは、Ｘ線機器の使用、デジタル画像、ならびにあらゆる必要とされる再加工のために機械操作者およびハンダ付け技術者を必要とする。上述の無ハンダコネクタは、製造プロセスの間にこの高額で時間のかかる検査および修理のステップの必要性を取り除く。

加えてハンダ接続は、引張の緩和および絶縁線に対する支持を提供しない。上述の無ハンダ接続では、ザグリ穴２５は、線の端部３２が剥き出しにされる前に、線を包囲する絶縁層３１の端部に係合し、応力点を取り除く役に立ち、線の曲げ破壊の危険性を低減する。スリーブを導線に圧着することは、堅固で反復可能で検証可能なプロセスであり、より高度に制御され、導線へのハンダ付けより操作者の技能への依存が少なく、組立および検査の時間が低減する。

コネクタ導電ロッドへのスリーブ１２の接続は、可撓性の性質であり、導電ロッドとスリーブとの間で相対回転が可能であり、線が捻じれる、またはトルクする場合に半径方向応力を緩和させる。導電ロッドとスリーブとの間の傾斜コイルバネ係合は、軸方向の適合性および応力緩和を提供し、バネは衝撃吸収体として作用する。また無ハンダコネクタは、鉛系ハンダの使用の回避を支援する。鉛系ハンダは有害物質であり、これはＲｏＨＳ（特定有害物質使用指定（Ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｈａｚａｒｄｏｕｓ Ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ））のコンプライアンス要件が接近している結果として、将来海中使用から排除されるかもしれない。

開示された実施形態の上の記載により、あらゆる当業者に本発明の作成または使用を可能にする。これらの実施形態の様々な修正形態は当業者には容易に明らかになり、本明細書に記載された一般原理は、本発明の精神または範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用されることが可能である。したがって、本明細書に表された説明および図面は、本発明の現在好ましい実施形態を表し、したがって本発明により広く検討される主題の代表であることを理解されたい。さらに本発明の範囲は、当業者に明らかになり得る他の実施形態を完全に網羅し、本発明の範囲はしたがって添付の特許請求の範囲以外によって限定されないことを理解されたい。

Claims (12)

1. 海中ケーブルの線を導電ロッドに接続するための無ハンダコネクタであって、
   対向する第１および第２の端部を有する導電材料のスリーブであって、
   前記スリーブは、第１の端部から延在し、海中コネクタの導電ロッドの端部に回転可能に接続するように構成された第１の穴部、および前記第２の端部から延在し、線を受領するように構成された第２の穴部を有し、
   前記スリーブは、前記第２の端部から離間した圧着可能な部分を有し、前記第２の穴部の少なくとも一部を形成する所定の内径を有し、前記第２の穴部の中に延在する所定のゲージ範囲の線に圧着した機械的および導電接続をするように構成され、
   前記第１の穴部は、前記スリーブの前記第１の端部から離間した環状溝を有する、スリーブと、
   前記環状溝内に着座した導電材料の環状弾性部材であって、前記環状弾性部材は、前記第１の穴部の中に半径方向に突出し、導電ロッドの露出端部内の環状凹みと回転可能に嵌合係合するように構成され、それによって取り付けられた導電ロッドは、前記第２の穴部内に軸方向に固定され、前記スリーブは前記導電ロッドに対して回転可能である、環状弾性部材と
   を備える、無ハンダコネクタ。
2. 前記環状弾性部材は傾斜コイルバネを備える、請求項１に記載の無ハンダコネクタ。
3. 前記環状溝は、前記傾斜コイルバネの前記傾斜と整合する傾斜内側端部を有する、請求項２に記載の無ハンダコネクタ。
4. 前記第２の穴部は、前記第２の端部から延在する大径のザグリ穴を有し、前記スリーブの前記圧着可能な部分の中に延在する前記線の剥き出しにされた部分に隣接した、導線の外側絶縁層と係合するように構成される、請求項１に記載の無ハンダコネクタ。
5. 前記第１の穴部と前記第２の穴部との間に低減された直径の経路をさらに備える、請求項１に記載の無ハンダコネクタ。
6. 先端および前記先端から離間した環状凹みを備える端部を有する導電ロッドと、
   剥き出しにされた端部および前記線を前記剥き出しにされた端部まで覆う少なくとも１つの外側絶縁層を有する絶縁線と、
   前記導電ロッドの前記端部を前記線の前記剥き出しにされた端部に接続する導電材料のスリーブであって、前記スリーブは、第１の端部、第２の端部、前記第１の端部から内方に延在し、前記導電ロッドの前記端部を超えて係合する第１の穴部、および前記第２の端部から内方に延在し、前記導線の前記剥き出しにされた端部を超えて係合する第２の穴部を有する、スリーブと、
   前記第１の穴部内に装着され、前記導電ロッド端部内の前記環状凹みと回転可能に嵌合係合し、それによって前記スリーブは前記ロッド上に軸方向に保持され、前記ロッドに対して回転可能である、導電材料の環状弾性部材と、
   導電的および機械的に把持して前記線と係合するように圧着される、前記線の前記剥き出しにされた端部を包囲する前記スリーブの一部と
   を備える、無ハンダ接続。
7. 前記第２の穴部は、ザグリ穴を前記絶縁線の前記外側絶縁層の前記外径と実質的に整合する所定の直径のその外端部に有し、前記剥き出しにされた端部に隣接した前記絶縁線の一部は前記ザグリ穴の中に延在する、請求項６に記載の無ハンダ接続。
8. 前記環状弾性部材は傾斜コイルバネを備える、請求項６に記載の無ハンダ接続。
9. 前記第１の穴部は環状溝を有し、前記傾斜コイルバネは、前記環状溝内に着座し、前記バネの一部は、前記導電ロッド端部上の前記環状凹みに係合する、請求項８に記載の無ハンダ接続。
10. 前記環状溝は、前記環状凹みより大きい深さを有する、請求項９に記載の無ハンダ接続。
11. 前記環状溝は傾斜内側端壁を有する、請求項９に記載の無ハンダ接続。
12. 前記環状凹みは傾斜していない内側端部を有し、均一な深さである、請求項１１に記載の無ハンダ接続。
    

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