JP2023501060A - クイックコネクタ - Google Patents

Abstract

本発明は、流体接続システムの管状のオス部（５０）とメス部（４０）との間のスナップ接続を確立するためのクイックコネクタを提供する。コネクタは、メス部（４０）の口部（４１）内に配置されるように構成された保持手段（１０）を有しており、保持手段１０は、軸方向おける定位置で保持手段１０に保持されていて、オス部５０とのスナップ係合により径方向に伸ばされたときにオス部５０の肉厚部５２およびメス部４０の口部４１内の環状溝４２の双方とスナップ係合するための弾性部材２０を有している【選択図】ＦＩＧ.１

Description

クイックコネクタまたはスナップコネクタは、パイプソケット、スピゴットまたはニップルなどのオス部とメス部（特に流体伝導システムのブロック部の穴部）とを簡単に接続可能とするために広く用いられている。従来、コネクタは、メス部にねじ込まれるネジ部と、ねじ部がねじ込まれた後にそこからから延びるスリーブ部と、を備えており、スリーブ部は、オス部の凹部とスナップ係合するために径方向のバネ力を及ぼすヨークスプリング形の弾性部材を有している。

従来のコネクタのデメリットは、その軸方向の延長部が比較的長いこと、および、漏出可能性がある位置が２か所存在することである。第一の漏出部は、第一のＯリングがコネクタとメス部との間にシールを形成するネジ部にあり、第二の漏出部は、第二のＯリングがコネクタとオス部との間にシールを形成するスリーブ部の内周内にある。

米国特許出願公開第２０１５／０１４５２４０号明細書には、ネジ部が省略されたクイックコネクタが開示されており、コネクタは、メス部にねじ止めされないが、取り外しできない方法でメス部にクリンチ、ステークまたはスエージされている。この従来のソリューションにより、コネクタとメス部との間をシールする第一のＯリングが不要になるが、それには、クイックコネクタがメス部に永久接続されるというデメリットがある。また、クイックコネクタは、メス部に永久接続されてもメス部の外側面から突き出しており、このことは、特にｅ－モビリティの自動車システムに必要なバッテリ冷却等の分野において、省スペースのコネクタソリューションには好ましくない。

米国特許出願公開第２０１５/０１４５２４０号明細書

本発明の目的は、コネクタの構造的配置（constructional setup）を簡略化すること、その軸方向の延長部を短縮すること、および、漏出可能性のある箇所を減らすことにある。

上記目的は、本願の請求項１に定義されたコネクタにより達成される。従属請求項は、好ましい実施形態に関連しており、さらに、コネクタと、互いに接続されるオス部およびメス部とを備える接続システムを要求する。

本発明のコネクタには、メス部とコネクタとのネジ接続用のねじ部がない。その代わりに、弾性部材は、オス部とのスナップ係合機能を提供するだけでなく、オス部とのスナップ係合によって、軸方向を横切るラジアル面内で伸ばされたときにメス部とも係合可能にするように、二重機能を有するように構成されている。

本発明の特定の実施形態では、クイックコネクタが、その外周に形成された環状凹部を有する保持手段を備え、そのなかで、弾性部材（好ましくはヨークスプリング）が、軸方向における定位置（axially fixed position）で保持される。環状凹部は放射状の開口を有しており、この開口を介して弾性部材の少なくとも１つの第一部分が径方向内側に向かって突出する。弾性部材がオス部とのスナップ係合によって径方向に伸ばされた場合、弾性部材の少なくとも１つの第二部分が、メス部の内径にある対応部分に係合して、保持手段を、接続された状態でロックするように、保持手段の外径を越えて広がる。

より詳細には、弾性部材は、オス部の挿入前、例えば搬送中の落下防止のため、メス部に挿入されたときにはすでにプリロック状態であるようにサイズおよび形状が設計されている。このプリロックされた係合位置において、弾性部材の少なくとも１つの第二部分は、メス部の内径にある対応位置（例えば環状溝）内に、保持手段をメス部に取り付けたままにしておくのに十分に突き出している。その後、オス部が挿入されたときにロック係合位置で完全にかみ合わされてロックされる。

シーリング手段、好ましくはＯリング、Ｘシールまたはリップシールは、メス部の口部内の保持手段の軸方向前方に配置される。クイックコネクタがロック状態にあるときにシーリング手段がオス部およびメス部の双方に接触することができるように、シーリング位置は、軸方向において保持手段とは重ならない。これにより、オス部とメス部との結合にはシーリング位置が１つだけで十分であり、漏出可能性がある位置が１つだけであるようにする。

本発明は、好ましくは、保持手段およびシーリング手段をそれらが組み込まれていない状態で保持するためのプラグをさらに備えている。保持手段およびシーリング手段は、プラグの、グリップ部よりも外径が小さなシャフト部で受けられる。プラグは、オス部のプレースホルダーとして機能するとともに、コネクタの製造および搬送中も、特に自動車産業における流体接続システム内でのその後のそれの組み立て中と同様に、コネクタを迅速かつ安全に取り扱うのに役立つ。

シャフト部は、好ましくは、弾性部材を徐々に伸ばすためのテーパー部、および／または、弾性部材を、それが伸ばされた状態で受けるための溝部を有している。このため、弾性部材は、伸ばされてメス部に係合して、プラグがオス部に置き換わるまで、コネクタを、ロックかつシールされた状態に維持することができる。溝部は、プラグの周方向隣接部分よりも径が小さいため、弾性部材を、メス部およびプラグの双方に係合するように、径方向のそのバネ力により収縮させることができる。この状態は、安全な搬送または組み込み前の圧力試験に有益である。

プラグを取り外すため、弾性部材の少なくとも１つの第一部分がもはやプラグの溝部に係合しないようにプラグをその長手方向軸周りに回転させ、少なくとも１つの第二部分がメス部との係合のためにさらに径方向に突出するように弾性部材がさらに伸びる。この状態において、プラグをオス部に置き換えることができるように、メス部に係合したままのコネクタからプラグを取り出すことができる。要約すると、プラグは、第二回転位置において、メス部の口部を、完全にシールされた状態で閉じることができるとともに、プラグがオス部に置き換わるときに、プラグは、第一回転位置において取り外しすることができる。

プラグが流体接続システムのオス部（好ましくはスピゴット）に置き換わると、弾性部材は、プラグと同様な方法でオス部により径方向に伸ばされて、コネクタを、完全にロックされた状態になるようにする。メス部は、その口部の内周に形成された溝を有する。溝は環状あるいは他の適当な形状を有していてもよい。それが有する内径は、オス部の挿入により弾性部材がそのバネ力に逆らって伸ばされるときに溝へロックできるように、口部の軸方向隣接部分よりも大きい。これにより、弾性部材は、保持手段とオス部またはプラグとをスナップ接続させるだけなく、メス部の口部の内周に形成された溝へスナップすることにより、保持手段とメス部との間もスナップ接続させるという二重の機能性を提供する。

添付の図面を参照しながら、本発明の詳細およびその実施形態を説明する。
ＦＩＧ.１は、本発明の実施形態に係る、接続されていない状態の流体接続システムコンポーネントの斜視図、
ＦＩＧ.２は、完全に接続された状態の流体接続システムの断面図、
ＦＩＧ.３は、本発明の実施形態に係る、接続されていない状態の、コネクタ、メス部およびプラグの斜視図、
ＦＩＧ.４は、本実施形態に係るコネクタによってメス部に接続されたプラグの側面図、
ＦＩＧ.５は、ＦＩＧ.４のＡ－Ａ線に沿った断面図、を示す。

ＦＩＧ.１に示された流体接続システムの斜視図では、メス部４０がブロックの穴として形成されている。従来の流体接続システムでは、コネクタのネジ部をねじ込むために穴にめねじが形成されていたが、メス部４０の口部４１は、そのようなねじ部なしで、コネクタを完全に受けて係合するようになっている。ＦＩＧ.１は、リング形状の保持手段１０、弾性部材２０、シーリング手段３０およびスピゴット５０を、メス部４０への接続前の分解組み立て図で示している。スピゴット５０の挿入方向は、この図において下向きに延びており、以下、前方方向と呼ぶ。反対方向は後方方向と呼ぶ。

シーリング手段としてのＯリング３０は、口部４１の前方端部に形成された環状の段部４３（ＦＩＧ.２参照）に配置される。ＦＩＧ.１には、Ｏリング３０と、コネクタの他の部分すなわち保持手段１０および弾性部材２０とが、口部４１から軸方向に離れて示されており、オス部としてのスピゴット５０が、そこからさらに後方に軸方向に間隔をおいて配置されている。ＦＩＧ.２に示された流体接続システムの完全な接続状態を確立するために、ＦＩＧ.２に示すように、まず、シーリング手段３０が、メス部４０の段部４３の位置で口部４１内に配置され、弾性部材２０が、リング形状の保持手段１０の環状凹部１１にスナップ留めされて、その後、弛緩したバネの状態で、軸方向後方にシーリング手段３０に隣接して配置される。コネクタは、口部４１に挿入されたときすでに、プリロックされた係合状態になっている。これは、弾性部材２０が口部４１に入るときにある程度圧縮され、その後、その４つの第二部分２２がメス部４０の環状溝４２にスナップ留めされるからである。これにより、搬送中等に、口部４１からの弾性部材２０および保持手段１０の脱落が防止される。

最終的に、オス部５０は、弾性部材２０の径方向内側に向かって突き出した３つの第一部分２１がオス部５０とのスナップ係合を形成するまで、保持手段１０およびシーリング手段３０を介して押し込まれる。より具体的には、まず、弾性部材２０がオス部５０のテーパー部５１によって伸ばされて、その後、弾性部材２０の３つの第一部分２１がテーパー部５１の後方の肉厚部５２上にのる。これにより、弾性部材２０は、その４つの第二部分２２がメス部４０の環状溝４２と係合するように、その外径が伸ばされる。

このことは、ロックされた状態の流体接続システムを示すＦＩＧ.２に基づき最もよく理解することができる。ここにでは、メス部４０がブロックの穴として形成されている。穴は、オス部５０の前方部の外径よりわずかに大きな標準径部４４を有している。標準径部４４から後方には、標準径部４４よりも大きな内径を有する口部４１がある。口部４１は、シーリング手段３０を受けるための段部４３と、保持手段１０をメス部４０から軸方向外側に突き出させずに受ける、段部４３よりも大径の部分と、を有している。口部４１は、口部４１の後方隣接部分よりも大径の環状溝４２をさらに有しており、弾性部材２０が、管状のオス部５０によってそのロック状態に伸ばされあるいはスパンされるときに環状溝４２内に突き出すことができるようになっている。

管状のオス部５０は、その最も前方の部分で標準外径を有しており、それは、オス部５０が保持手段１０を通って押し込まれるときに弾性部材２０を徐々に伸ばすために配置されたテーパー部５１においてその後徐々に増加する。テーパー部５１から後方には、弾性部材２０（より具体的には、その４つの第二部分２２）を環状溝４２内でロックされた状態に保つのに十分大きな外径を有する肉厚部５２がある。ＦＩＧ.２は、接続システムを断面で示しており、第二部分２２が環状溝４２内にわずかに突き出している。ここでは示していない他の断面では、突出部の高さはより大きくなる。

保持手段１０は、弾性部材としてヨークスプリング２０を受けるためにその外周に形成された環状凹部１１を有している。環状凹部１１は、細長い貫通穴として形成された放射状の開口１１ａを有し、弾性部材２０の少なくも３つの第一部分２１がそこを通って広がることを可能とする。さらに、環状凹部１１から前方にファネル部１２があり、そこでは、保持手段１０の内径が、オス部５０の最前方部にある標準外径より徐々に小さくなり、オス部５０の挿入のための停止位置を形成する。

本実施形態において、弾性部材は、オス部５０のテーパー部５１および肉厚部５２との係合用の３つの第一部分２１とメス部４０の口部４１内の環状溝４２との係合用の４つの第二部分２２とを有する湾曲形状を有するヨークスプリング２０として形成されている。第一および第二部分２１、２２の数は任意に選択してもよい。また、全く異なる、弾性部材２０の設計、形状および寸法が可能であり、本開示に包含される。

保持手段１０および弾性部材２０はいずれも、好ましくは金属、特にステンレス鋼で形成される。しかし、それらの一方または両方を適切な品質および柔軟性のプラスチック材料、特にいくつかのガラス繊維強化ポリマー材料で形成することもできる。

ＦＩＧ.３は、シーリング手段３０と、接続システムのメス部４０への挿入前にプラグ６０上に配置される弾性またはバネ部材２０が取り付けられた保持手段１０と、を分解組み立て図で示している。最終な組み立て工程の前に製造の容易化および処理の効率化を可能とするために、プラグ６０上にクイックコネクタの部品を事前に組み付けておくことがしばしば有益である。ＦＩＧ．４およびＦＩＧ．５は、コネクタを介してメス部４０に完全に接続されたときのプラグ６０を示す。

ＦＩＧ.５の断面図において最もよく示されているように、プラグ６０のシャフト部６１は、それがプレースホルダーとして機能するオス部５０の外径と一致する標準外径を有している。また、テーパー部６２は、オス部５０のテーパー部５１に実質的に対応しており、プラグ６０が保持手段１０およびシーリング手段３０を通って押し込まれるときに弾性部材２０を伸ばすために役立つ。弾性部材２０は、第一回転位置でプラグ６０をメス部４０の穴開口から再度取り外すためにこの最大伸長状態で維持されてもよい。

しかし、ＦＩＧ.５は、第二回転位置にあるプラグ６０を示しており、第二回転位置では、弾性部材２０の第一部分２１が溝部６３と係合するという事実により弾性部材２０が第二伸長状態に弛緩する。第二回転位置にある３つの第一部分２１と一致する円周方向の位置を有するようにシャフト部６１の外周に沿って断続的に形成された３つの溝部６３がある。溝部６３の位置におけるプラグ６０の外径は、オス部５０の肉厚部５２の外形と実質的に一致する。これにより、弾性部材２０は、径方向に作用するバネ力でその第二伸長状態に弛緩することができる。第二伸長状態は、第一伸長状態と比べて小さな弾性部材２０の径方向寸法を含み、完全ロック係合の状態に対応する。この状態では、プラグ６０が口部４１を閉じるとともにコネクタを完全ロック状態に保つように第二部分２２とメス部４０の環状溝４２とが完全に係合しており、これは、搬送中あるいは最終的な組み込み前の圧力試験を行うときに特に有用である。

プラグ６０は回転して第一回転位置に戻り、最終組み立て工程でのオス部５０との置き換えのために後方方向に取り外すことができる。弾性部材２０は、その後、もはやその第一部分２１が溝部６３内に留まらないが、第二部分２２がロック状態よりもさらに環状溝４２内に突き出す。プラグ６０の取り外し後、コネクタは、メス部４０内でプリロックされた状態のままである。

要約すると、弾性部材２０には実質的に３つの異なる状態がある。すなわち、（１）弛緩状態：弛緩状態では、保持手段１０に接続され、その第二部分２２が、メス部４０の溝４２内にスナップするのに十分に径方向に突出してプリロック係合を確立する、（２）第一伸長状態：オス部５０のテーパー部５１またはプラグ６０のテーパー部６２により弾性部材２０が第一伸長状態に広げられ、プラグ６０が第一回転位置にあるとき弾性部材２０が第一伸長状態に保たれる、（３）第二伸長状態：完全ロック係合の状態であり、第一部分２１が肉厚部５２上で停止するようにオス部５０がさらに前方方向に押されたとき、あるいは第一部分２１が溝６３と係合する第二回転位置にプラグ６０を至らせたときに弾性部材２０が第一伸長状態から第二伸長状態にスナップバックする。

プラグ６０は、軸方向に延びた停止リッジ（ridge）６５をさらに有し、停止リッジ６５により、プラグ６０が完全に挿入された位置にあるときに保持手段１０に対する当接を停止するための、拡大された外径がプラグ６０に設けられている。プラグ６０のグリップ部６４は、停止リッジ６５とディスク部６６とを備える。停止リッジ６５は、ユーザが手でプラグ６０を容易に回転可能にするとともに、プラグの直径を十分に拡大してプラグがコネクタに押し込まれすぎるのを防止する。それらはさらに、プラグ６０のどの円周部分に溝部６３が形成されているのかをユーザに示し、それらは、最も後方部分にプラグ６０の末端エッジを形成するディスク部６６まで伸びている。

弾性部材２０の形状および材料は、第二部分２２が環状溝４２内にロックするまでコネクタ付きのプラグ６０をメス部４０に挿入するのに十分な柔軟性を弾性部材２０が有するように選択することができる。その後、プラグ６０を、その長手方向軸周りに第一回転位置から第二回転位置に回転させて、プラグ６０を取り外すことができる。コネクタは、オス部５０との最終組付けの準備が整ったプリロック係合状態でメス部４０に留まる。

要約すると、本発明は、流体接続システムの管状オス部５０とメス部４０との間のスナップ接続を確立するためのクイックコネクタを提供する。コネクタは、メス部４０の口部４１に配置されるように構成された保持手段１０を有しており、保持手段１０は、軸方向おける定位置で保持手段１０に保持されていて、オス部５０とのスナップ係合により径方向に伸ばされたときにオス部５０の肉厚部５２およびメス部４０の口部４１内の環状溝４２の双方とスナップ係合するための弾性部材２０を有している。

１０：保持手段 ４４：標準径部
１１：環状凹部 ５０：管状のオス部
１１ａ：開口 ５１：テーパー部
１２：ファネル部 ５２：肉厚部
２０：弾性部材 ６０：プラグ
２１：第一部分 ６１：シャフト部
２２：第二部分 ６２：テーパー部
３０：シーリング手段 ６３：溝部
４０：メス部 ６４：グリップ部
４１：口部 ６５：停止リッジ
４２：環状溝 ６６：ディスク部
４３：段部

ＦＩＧ.１は、本発明の実施形態に係る、接続されていない状態の流体接続システムコンポーネントの斜視図を示す。 ＦＩＧ.２は、完全に接続された状態の流体接続システムの断面図を示す。 ＦＩＧ.３は、本発明の実施形態に係る、接続されていない状態の、コネクタ、メス部およびプラグの斜視図を示す。 ＦＩＧ.４は、本実施形態に係るコネクタによってメス部に接続されたプラグの側面図を示す。 ＦＩＧ.５は、ＦＩＧ.４のＡ－Ａ線に沿った断面図を示す。

Claims (12)

1. 管状のオス部（５０）をメス部（４０）に接続するためのクイックコネクタであって、
   前記メス部（４０）の口部（４１）内に配置されて前記オス部（５０）と前記メス部（４０）との間をシールするように構成されたシール手段（３０）と、
   前記口部（４１）内に配置されて前記シール手段（３０）を保持するように構成された保持手段（１０）と、
   軸方向における定位置に前記保持手段（１０）により保持されて、前記コネクタの軸方向を横切る径方向のバネ力を及ぼす、オス部（５０）とスナップ係合するための弾性部材（２０）と、を備え
   前記弾性部材（２０）は、前記弾性部材（２０）が径方向に伸ばされたときに前記メス部（４０）に係合するように構成されている
   ことを特徴とするクイックコネクタ。
2. 請求項１記載のクイックコネクタであって、
   前記弾性部材（２０）は、前記保持手段（１０）の外周に形成された環状凹部（１１）内に配置されて保持されており、
   前記環状凹部（１１）は開口（１１ａ）を有し、当該開口（１１ａ）を介して前記弾性部材（２０）が径方向内側に向かって突出している
   ことを特徴とするクイックコネクタ。
3. 請求項１または２に記載のクイックコネクタであって、
   前記弾性部材（２０）は、スプリング、好ましくはヨークスプリングであることを特徴とするクイックコネクタ。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載のクイックコネクタであって、
   前記弾性部材（２０）は、湾曲形状を有し、
   前記弾性部材（２０）の少なくとも１つの第一部分（２１）は、前記保持手段（１０）の内径よりも径方向内側に延び、前記オス部（５０）の外周とスナップ係合可能であり
   前記弾性部材（２０）の少なくとも１つの第二部分（２２）は、前記弾性部材（２０）が径方向に伸ばされたときに前記保持手段（１０）の前記外径よりも径方向外側に伸びて前記メス部（４０）の内周とロック係合可能である
   ことを特徴とするクイックコネクタ。
5. 請求項４に記載のクイックコネクタであって、
   前記弾性部材（２０）の前記少なくとも１つの第二部分（２２）は、前記弾性部材（２０）が、伸ばされていない状態にあるときでも、前記保持手段（１０）の前記外径を越えて延びていて、前記メス部（４０）の内周とプリロック係合可能であることを特徴とするクイックコネクタ。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載のクイックコネクタであって、
   クイックコネクタのロック状態で前記シール手段（３０）が前記オス部（５０）および前記メス部（４０）の両方に接触するように、前記保持手段（１０）は、軸方向において前記保持手段（１０）に隣りあうが重なりはしないシーリング位置で前記シール手段（３０）を保持するように構成されている、
   ことを特徴とするクイックコネクタ。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載のクイックコネクタであって、
   前記コネクタが組み込まれていない状態で前記保持手段（１０）および前記シール手段（３０）を保持するためのプラグ（６０）をさらに備え、
   前記プラグ（６０）は、
   前記保持手段（１０）および前記シール手段（３０）を通って延びるように構成されたシャフト部（６１）と、
   前記保持手段（１０）の内径よりも大きな外径を有し、前記保持手段（１０）から軸方向外側に突き出してユーザにより把持されるようにされたグリップ部（６４）と、を有することを特徴とするクイックコネクタ。
8. 請求項７に記載のクイックコネクタであって、
   前記シャフト部（６１）は、
   前記保持手段（１０）内に挿入されたときに、前記弾性部材（２０）が第一伸長状態に達するまで前記弾性部材（２０）を伸ばすように構成された、外径が徐々に増加するテーパー部（６２）、および／または
   前記プラグ（６０）が前記保持手段（１０）に完全に挿入されかつ前記プラグ（６０）が前記保持手段（１０）に対して第一回転位置から第二回転位置に回転したときに前記弾性部材（２０）が前記第一伸長状態から第二伸長状態に弛緩できるように前記弾性部材（２０）を受けるための溝部（６３）を有する
   ことを特徴とするクイックコネクタ。
9. 流体接続システムであって、
   請求項１ないし８のいずれか１項に記載のクイックコネクタと、
   好ましくはスピゴットである管状のオス部（５０）、好ましくはスピゴット、および／または、
   好ましくはコネクタブロックに穴として形成されたメス部（４０）と、
   を備えることを特徴とする流体接続システム。
10. 請求項９に記載のシステムであって、
    前記管状のオス部（５０）は、
    前記保持手段（１０）に挿入された場合に前記弾性部材（２０）を伸ばすために外径が徐々に増加するテーパー部（５１）、および／または
    前記オス部（５０）が前記保持手段（１０）との係合位置にあるときに、前記弾性部材（２０）を径方向外側に向けて押圧するように構成された肉厚部（５２）を備える
    ことを特徴とするシステム。
11. 請求項９または１０に記載のシステムであって、
    前記メス部（４０）は、その口部（４１）内の周囲に形成された環状溝（４２）を有し、
    前記弾性部材（２０）は、前記オス部（５０）が前記保持手段（１０）との係合位置にあるときに前記環状溝（４２）内に突き出すように構成されている
    ことを特徴とするシステム。
12. 請求項９ないし１１のいずれか１項に記載のシステムであって、
    前記口部（４１）は、前記メス部（４０）の軸方向隣接部（４４）よりも大きな内径を有し、
    前記口部（４１）は、前記シール手段（３０）を受けるための段部（４３）を有する
    ことを特徴とするシステム。
    
    

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