JP3923086B2 - 水中コネクタ - Google Patents

Description

関連出願とのクロスリファレンス
この出願は１９９５年１月２０日付の同時係属出願第０８／３７５，９５７号に関連するものである。
発明の背景
本発明は海底のような苛酷な環境下における電気回路または光ファイバ回路の接続を行うためのピンおよびソケットタイプの水中コネクタに関するものである。
苛酷な環境における電気ケーブルまたは光ファイバケーブルを接続するための種々のタイプのコネクタが存在する。あるタイプは海中で接続および分離を行うためのコネクタを含む。このような水中コネクタは典型的には１つまたは複数の接点端子を含むプラグユニットおよび接点端子と係合するための同じ数のレセプタクル接点または端子（ジャンクション）を含むレセプタクルユニットからなり、ユニットが相互に接続されたとき、接点端子はレセプタクルユニット内に伸長する。典型的には、接点または端子は誘電体液体を含むシールチャンバー内に内包され、端子は正常にシールされた１つまたは複数の開口を介してチャンバー内に入り込む。このようなユニットを設計するときの１つの主な問題点は接続および分離を反復した後でもコンタクトチャンバーから海水を適切に排除し、かつ誘電体液体がチャンバーから漏出するのを防止するシールを提供することである。
この目的を達成するために、従来多数の異なるシール機構が提案されている。このようなシール機構の１つは弾性締付部により包囲された弾性管状挿入部からなるコンタクトチャンバーへの開口を有し、プラグおよびレセプタクルユニットが分離された状態においては、この弾性締付部それ自身が閉じて挿入部を挟み付ける。接続状態においては、締付部が挿入端子を挟み付けてシールを形成する。このタイプのシールはある場合には良好であるが、欠点を有している。１つの欠点は、このシールがあらゆる苛酷な条件下で良好に作動しないことである。他の欠点は、このようなシールは接続および分離を繰り返した後にそれらの「記憶」を失いがちであり、したがってユニットが分離されたときシールが完全に閉じなかったりまたはチャンバーを周囲環境から遮断するのに十分な速さで閉じなかったりすることである。既知のシール機構の他のタイプはピストンを含み、ユニットが分離されるときピストンがシール開口内に軸方向に移動する。
たとえば同じ発明者の米国特許第４７９５３５９号および第５１９４０１２号に記載のようなある種の既知の水中電気コネクタにおいては、レセプタクルユニット内に管状ソケット接点が設けられ、ばね付勢されたピストンがソケット組立体の開放端部とシール係合をなすように押されている。プラグおよびレセプタクルユニットが接続されたとき、プラグ部分上のピンがソケット内の接点バンドを通過してピストンを押し戻し、これにより電気接点が形成される。しかしながら，光接点は実際に軸方向に係合しなければならないので、このタイプの装置は光コネクタには使用することができない。
Ｃａｉｒｎｓの米国特許第４６１６９００号および第４６６６２４２号に水中電気・光コネクタが記載されている。米国特許第４６６６２４２号においては、雄形および雌形コネクタユニットの両方にオイルが充満されかつ圧力がバランスされている。この装置は差込可能なシール要素を利用し、シール要素は開口を有し、ユニットが分離されたとき開口は挟み付けられて閉じられる。他の既知の光ファイバコネクタは類似のシールを有しているが、このシールはある条件下では使用に適さず、かつ接続および分離を繰り返した後にその効果を失いがちである。
既知のシール機構は、電気または光の接点または端子を常に隔離されたチャンバー内に保持するので、苛酷な環境下において反復使用可能でかつ信頼できる光および電気接続を提供するのには全く有効ではない。現在使用可能な光コネクタはきわめて高価でありかつ一般的には接続すべきケーブルにコネクタ要素または端子を接続するために複雑な手段を必要とする。今日まで、既知のコネクタはいずれも、海底のような苛酷な環境下においては、反復使用可能でかつ信頼できる光および電気接続を行うために理想的ではなかった。
発明の要約
水中のような苛酷な環境下において、光ファイバケーブル、電気ケーブルまたは複合電気・光ケーブル間の接続をするための新規でかつ改良されたコネクタを提供することが本発明の目的である。
本発明により、接続可能なプラグユニットおよびレセプタクルユニットからなるコネクタ組立体が提供され、レセプタクルユニットは第１の端部および第２の接続端部を有し、少なくとも１つの内孔がレセプタクルユニットの接続端部から内方に伸長しかつ接続端部に拡大凹部シートを有し、内孔内にレセプタクル接点要素が装着され、シート部分内にシール部材が可動に装着され、シール部材は貫通孔を有しかつレセプタクルユニットの軸に対し非軸方向に、貫通孔がレセプタクル内孔からオフセットされかつレセプタクル内孔の端部がシールされる第１の閉鎖位置と、シール貫通孔がレセプタクル内孔と芯が一致する第２の開放位置との間で可動であり、プラグユニットは第１の端部およびレセプタクルユニットの第２の端部と係合するための第２の接続端部を有し、プラグユニットの第２の端部はレセプタクルユニット内の内孔と芯が一致する少なくとも１つの開口を有し、およびシール部材が開放位置にあるときに開口からシール部材内孔を貫通してレセプタクルユニット内孔内に突出してレセプタクル接点要素と接触するように接点要素がプラグユニット内で摺動可能に装着されている。
プラグユニットがその接続端部のプラグ接点要素開口において、同じ凹部シートと、シート内に可動に装着されたそれと一致するシール部材とを有し、シール部材は貫通孔を有し、かつシール部材が、貫通孔がその中に接点要素が装着されているプラグ内孔からオフセットされた閉鎖位置と、貫通孔がプラグ内孔と芯が一致する開放位置との間で可動であることは好ましい。
本発明の好ましい実施態様においては、各凹部シートは少なくとも一部分に曲面を有し、およびシール部材はそれに一致する外側曲面を有しかつ閉鎖位置と開放位置との間で回転するようにシート内に回転可能に装着されている。シール部材はディスク形状または球形であってもよいが、好ましい実施態様においては、各シール部材は円筒形でありかつそれとはめ合いをなすシートは部分円筒形状である。各円筒シール部材はその縦軸の周りに回転するようにそれぞれのシート内で回転可能に装着され、および貫通孔は縦軸を横方向に貫通して伸長している。したがって、シール部材は、ユニットが相互に接続されたときに閉鎖位置から開放位置に回転する。シール部材はシートの円筒直径よりやや大きい直径を有していることが好ましく、これによりシール部材は僅かに圧縮されて良好なシールを形成する。
レセプタクルユニットはレセプタクル本体内に各々接点要素を含む１組の平行な内孔を有しかつ内孔の各々が本体の正面内の同じ凹部領域内で終端することが好ましい。シール部材は、レセプタクルユニット内孔間の間隔と一致する間隔でその直径にわたり伸長する１組の平行な横方向貫通孔を有している。シール部材は凹部内に回転可能に保持され、したがってシールの一部が外方を向く開口から外方に突出している。接続部内に形成すべき接点の数に応じて、レセプタクルおよびプラグユニットの正面内の一致する凹部内に１つまたは複数のこのようなシール部材を回転可能に装着してもよい。
プラグユニットは固定後方端部を備えた中空外部シェルおよびシェル内に摺動可能に装着されたプラグマニホルドからなっているのが好ましい。各接点要素はプラグマニホルド内の芯が一致する内孔内を貫通して摺動可能に伸長しかつシェルの後方端部に固定され、したがってマニホルドがシェル内に内方に押し込まれたとき、接点要素はマニホルドの前方端部を貫通してレセプタクルユニット内に外方に突出し、これにより対応するレセプタクル接点要素と接触する。
好ましい実施態様においては、プラグおよびレセプタクルユニットの両方は各接点要素内孔と連絡する内部チャンバーを有し、各接点要素内孔は透明な誘導体液体またはオイルのような良性（benign）の流体で充満されている。シール部材の各々が部材の片側から横方向にシール貫通孔内に伸長する少なくとも１つの放出口を有することが好ましく、放出口はシール部材が閉鎖位置にあるときにレセプタクルまたはプラグユニット内のそれぞれの内孔と芯が一致し、これにより貫通孔が液体で充満されることになる。各シール部材が１組の貫通孔を有する場合、対応する数の放出口が設けられ、これにより各貫通孔はシール部材の閉鎖位置において液体で充満される。
各回転シール部材が好ましくはそれぞれのコネクタユニットの正面すなわち接続面から一部分突出する弾性部分を有することにより、２つの端部面が相互に圧着されたとき、きわめて有効なシールが形成される。これは突出シール部分を圧縮し、これにより水分をシールから排除するように働く。さらに、シール部材が閉鎖位置と開放位置との間で回転されるとき、この回転は２つのユニットが接続されるときに自動的に行われるので、存在する任意の異物もまたシールの間の領域から回転により排除される。最後に、シール貫通内孔はそれらが開放位置に到達したときに既に液体で充満されているので、接続が形成されたときに水分は有効に排除される。これは接続および分離が反復されて行われた場合でも信頼性がありかつ操作を容易にする二重作用シールを形成し、この二重作用シールはとくに水中光・電気コネクタにおいてとくに有効である。
【図面の簡単な説明】
添付図面に示した本発明の好ましい実施態様の以下の詳細説明から本発明がよく理解されるが、これらの図面において同じ部品には同じ符号が使用されている。ここで、
図１は本発明の好ましい実施態様によるコネクタのプラグユニットの縦断面図であり、
図２はプラグユニットと接続係合するためのレセプタクルユニットの縦断面図であり、
図３はプラグユニットの接続端面の側端面図であり、
図４はレセプタクルユニットの対応する接続端面の側立面図であり、
図５はプラグおよびレセプタクルユニットの端面内に使用される１つの回転シールの斜視図であり、
図６は図５の線６−６による断面図であり、
図７は図６の線７−７による断面図であり、
図８は外部弾性部材の剛性コアのみを示した図７の線８−８による断面図であり、
図９は回転シールの装着および端部板の取付前のレセプタクルマニホルドの側立面図であり、
図１０は図９の線１０−１０による断面図であり、
図１１は１つの回転シールの装着における第１のステップを示した図９の線１１−１１による部分断面図であり、
図１２は空洞内に装着されかつ端部プレートで固定された回転シールを示す図１１に類似の断面図であり、
図１３は回転シール、アクチュエータロッドおよびプラグおよびレセプタクルユニットの通路がシールの係合前に配置されているそれらの部分のみを示した略斜視図であり、
図１４Ａ−Ｄはシールが完全閉鎖位置から完全開放位置に回転されるときの順次位置におけるレセプタクルユニットの回転シールおよびアクチュエータロッドの部分側立面図であり、
図１５Ａ−Ｄはシールが完全閉鎖位置から完全開放位置に回転されるときの順次位置におけるプラグユニットの回転シールおよびアクチュエータロッドの部分側立面図であり、
図１６は相互に対面するプラグおよびレセプタクルユニットが接続前に位置決めされたときのプラグおよびレセプタクルユニットの縦断面図であり、
図１７は２つのユニットが係合しはじめたときの接続手順における次の段階を示した図１６に類似の縦断面図であり、
図１８はシールが回転されて開放しかつコネクタが部分的に係合されている段階を示した図１６および１７に類似の縦断面図であり、および
図１９は完全に係合されかつ接続された２つのユニットを示した図１６−１８に類似の縦断面図である。
好ましい実施態様の説明
図面は、光ファイバケーブル、電気ケーブルまたは複合電気・光ケーブルを接続するための２つの部分からなる水中コネクタを示す。図示の実施態様においては、コネクタは光ファイバ接続を行うように設計されている。しかしながら，同じコネクタを同様に電気接続または複合電気・光接続を行うように修正可能であることが理解されるであろう。さらに、例として８芯光ファイバコネクタのみが示されているが、代替態様として、用途に応じてより多い数の接続またはより少ない数の接続を行うようにコネクタを設計可能であることも理解されるであろう。このコネクタは水中または海底にかぎらず任意の苛酷な環境下における接続に使用可能であるが、とくに水中で使用することを意図している。
コネクタは図１に示すプラグユニット１０と図２に示すレセプタクルユニット１２とからなり、これらのユニットは相互に接続されて図９に示す一体円筒形コネクタを形成する。プラグユニット１０はシールされた後方端部壁１６および開放前方端部１８を有する剛性材料の外部円筒シェル１４からなっている。剛性材料のプラグ接点マニホルド２０がプラグチャンバー２２内に摺動可能に装着されかつ付勢ばね２４により図１に示す前方位置に付勢されている。マニホルド２０から外方に突出するキーピン２５がシェル１４の内壁上を軸方向に伸長するキー溝またはスロット２６内に伸長し、これによりマニホルドを軸方向に移動可能にしながらマニホルド２０の回転を防止している。
プラグマニホルドは１組の平行な貫通孔２８を有し、貫通孔２８はマニホルドの後方端部から前方端部へ伸長している。内孔の数は形成すべき接続数に応じて異なり、この場合接続数は８である。図１に示すように、４つの内孔がマニホルドの上半分内に配置され、他の４つの内孔はマニホルドの下半分内に配置されている。内孔はマニホルドの正面内に配置された１対の平行な部分円筒凹部３０内で終端し、このとき４つの上部内孔は一方の凹部内で終端しかつ４つの下部内孔は他方の凹部内で終端している。１対の回転シール装置３２がそれぞれの凹部３０内に回転可能に装着され、かつ端部板３４により所定位置に固定され、端部板３４は止めねじ３６によりプラグマニホルドの正面上に固定されている。端部板３４はスロットまたは開口３５を有し、スロットまたは開口３５は図３からよくわかるように凹部３０と芯が一致している。
シェル端部壁１６内の１組の貫通孔３８はマニホルド貫通孔２８のそれぞれと軸が一致している。管状ハウジング４０が各内孔３８を貫通してマニホルド２０内の芯が一致する内孔２８内に伸長している。
光ファイバ４２は管状ハウジング４０の内孔を貫通しかつ芯出しフェルール４４で終端し、芯出しフェルール４４はそれぞれの管状ハウジング４０の端部のシート内に固定されている。ファイバと芯出しフェルールとの接続は標準のエポキシ樹脂および研磨技術を用いて行われる。組み立てるとき、組立体内に空間が形成されないようにエポキシ樹脂が管状ハウジング４０の内孔内に充満され、したがって管状ハウジング４０により内包された組立体は圧力障壁を形成する。プラグシェルの後方端部を同軸の光ファイバケーブルの端部と接続するために、プラグシェルの後方端部にねじ山が設けられているかまたは他の固定装置が設けられていることが適切であり、ここで光ファイバケーブルはファイバ４２に適切に接続される光ファイバを有している。各ハウジングと後方端部壁内孔３８との間にＯリングシール４６が設けられ、これにより端部壁をシールしている。後方端部壁およびハウジング４０上に装着ねじ４８により当て板４７が固定され、これにより組立体はプラグユニットの末端部において不透水性の高圧障壁を形成している。
チェンバー２２は通気口５０を介して外気と連絡している。プラグマニホルド２０は中央内部チャンバー５２を有し、中央内部チャンバー５２は内孔２８の各々と連絡している。チャンバー５２内に弾性障壁部材５４が装着されかつ当て板５５により所定位置に保持され、一方当て板５５はねじ５６によりマニホルドの内側端部に固定されている。当て板５５内のオリフィス５８は部材５４の内部５９をチャンバー２２に接続し、一方部材５４の反対側のチャンバー５２の部分は誘電性の光学的に透明な液体で充満されている。したがって、この液体は内孔２８の各々の前方端部を充満している。部材５４は内方および外方に適切にたわむことによりシールユニットの内側および外側の液体の圧力間の圧力補償を提供する。
接続するレセプタクルユニット１２もまた堅い外部シェル６０を有し、外部シェル６０は末端または後方端部壁６２および開放前方端部６４を有している。剛性材料のレセプタクルマニホルドブロック６５は止めねじ６６によりシェル６０内に固定され、これによりブロック６５の後方端部と端部壁６２との間にチャンバー６７を形成し、チャンバー６７は通気口６８を介してユニットの外気と連絡している。１組の貫通孔７０がマニホルドブロック６５を貫通して伸長し、ブロック６５の前方端部における１対の部分円筒シートまたは凹部７３内で終端している。貫通孔の数は上記のように形成すべき接続数に対応し、この場合、図２に示すようにマニホルドの上半分に４つの平行な内孔が設けられ、図１０からよくわかるように下半分に４つの内孔が設けられている。図２に示すように、後方端部壁６２内に芯が一致する貫通孔７２が設けられ、管状ハウジング７４が内孔７２を貫通して芯が一致する内孔７０内に突出している。
光ファイバ７６は管状ハウジング７４の内孔を貫通しかつ芯出しフェルール７８で終端し、芯出しフェルール７８はそれぞれの管状ハウジング７４の端部のシート内に固定されている。ファイバと芯出しフェルールとの接続は標準のエポキシ樹脂および研磨技術を用いて行われる。組み立てるとき、組立体内に空間が形成されないようにエポキシ樹脂が管状ハウジング７４の内孔内に充満され、したがって管状ハウジング７４により内包された組立体は圧力障壁を形成する。レセプタクルシェルの後方端部を同軸の光ファイバケーブルの端部に接続するために、レセプタクルシェルの後方端部にねじ山が設けられているかまたは他の固定装置が設けられていることが適切であり、ここで光ファイバケーブルはファイバ７６に適切に接続される光ファイバを有している。各ハウジングと後方端部壁内孔７２との間にＯリングシール７９が設けられ、これにより端部壁をシールしている。後方端部壁およびハウジング７４上に装着ねじ８２により当て板８０が固定され、これにより組立体はレセプタクルユニットの末端部において不透水性の高圧障壁を形成している。内孔７２の段付部分内に装着されているばね８４は当て板８０により所定位置に保持されている。接触芯出しスリーブ８６が内孔７０の前方端部内に装着されている。
回転シール装置８８がシート７３の各々内に回転可能に装着され、これにより図２に示す閉鎖位置において内孔７２の開放前方端部をシールしている。シール装置は前方端部板８９により凹部内に保持され、前方端部板は固定ねじ９０によりシェルの端部およびマニホルドブロックに固定されている。端部板８９は凹部７３と芯が一致するスロットまたは開口９１を有している。
マニホルドブロック６５は中央内部チャンバー９２を有し、中央内部チャンバー９２は通路９３を介して内孔７０の前方端部と連絡している。フレキシブル補償シール９４が当て板９５を介してチャンバー９２内に固定され、当て板９５はねじ９６によりブロック６５の内側端部に固定されている。板９５は中央オリフィス９７を有し、中央オリフィス９７はチャンバー６７をシール９４の内部９８に接続している。チャンバー９２のシールまたは障壁９４の反対側の部分は誘電性の光学的に透明な液体で充満されている。
ここで、回転シール８８の構造およびレセプタクルマニホルドブロック６５内への組立を図４〜１２により詳細に説明する。回転シールが同様な方法でプラグマニホルドブロック２０内に装着されていることがわかる。回転シール３２および８８は同じ構造であり、したがって同じ部品に対して同じ符号が使用されている。
図５−８からよくわかるように、各回転シール３２は表面に弾性ローラ（elastomeric roller）またはスリーブ１０２が成形されるかまたはその他の方法で付着された剛性コア１００から成る。金属または硬質プラスチックからなる剛性コアは、その上にスリーブ１０２が成形されている平坦な中央セグメント１０４、およびスリーブ１０２の両側端部から突出する第１および第２の突出端部部分１０５，１０６を有している。端部部分１０５は直径の大きいディスク形状セグメントであり，このセグメントは図８からよくわかるようにその外面上の所定位置に半径方向外方に突出するストッパピンを有している。図７および８からよくわかるように、平坦な中央セグメント１０４はそれを横方向に貫通する貫通孔１１０および平坦なセグメントの片側から貫通孔１１０に入り込む横方向放出口１１２を有している。弾性スリーブ１０２は図６に示すように内孔１１０と芯が一致する貫通孔１１４を有し、貫通孔１１４は内孔１１０より僅かに小さい直径を有している。図７に示すように、弾性スリーブもまた内孔１１４に直角に伸長しかつ剛性コア内の放出口１１２と芯が一致する放出口１１６を有している。口１１６はスリーブ１０２の片側から伸長しかつ口１１２との接続部で終端し、スリーブ全体を貫通して伸長する内孔１１４とは異なっている。剛性コアの反対側端部部分１０６は直径の細い軸からなり、軸は端部１１９に隣接して環状溝１１８を有している。
図３および４はプラグおよびレセプタクルユニットのそれぞれの接続端部を示し、この場合、図を見やすくするために回転シールポート１１４は開放位置にある。図３に示すように、プラグシェルはその端面から伸長する軸方向キー溝１２０を有し、一方レセプタクルはキー溝１２０と係合する芯出しキー１２２を有するため、これにより接続するときに両方の部分が相互に正確に位置決めされることを確実にしている。キーおよびキー溝１２２，１２０はまた、以下に詳細に説明するように、両方の部分が相互に接続されたときに両方の部分間の相対回転を防止する。正方形断面の２つのアクチュエータロッドポート１２４が回転シール組立体の片側で端部板８９を貫通して内方にマニホルドブロック６５内に突出し、一方正方形断面の第３のポート１２６がシール組立体の反対側で２つの回転シール間の位置で内方に伸長している。プラグユニットの接続端面上に対応する通路１２８，１２９が設けられ、ここで２つの部分が相互に接続されたとき、通路１２８はポート１２４と芯が一致し、一方通路１２９はポート１２６と芯が一致する。通路１２８，１２９は端部プレート３４およびマニホルド本体全体を貫通して伸長している。アクチュエータロッド１３０はプラグシェルのベースまたは端部壁１６内に固定されかつ通路１２８を貫通して摺動可能に伸長し、通路に対応する正方形断面を有している。アクチュエータロッド１３２はその一端が端部壁１６内に固定されかつ通路１２９を貫通して摺動可能に伸長し、および通路に対応する矩形断面を有している。プラグユニットがレセプタクルユニットから分離されたとき、図１に示すように、ロッド１３０，１３２の端部は板３４の端面と同じ面位置にある。
各マニホルドブロックの前方端部部分は一致する凹部領域内にそれぞれの回転シールを装着するように設計され、一方剛性コアの突出端部部分はこれらの部分を受け入れるようにマニホルドブロック内に設けられた対応する領域内に設けられている。図９および１０は回転シール８８を装着する前のレセプタクルマニホルドブロック６５の部分断面図である。プラグマニホルドブロックの前方端部が等価な構造であり、同じ部品に対しては同じ符号が使用されていることが理解されるであろう。図に示すように、シール８８を装着するための各部分円筒凹部７３は一端にシールの軸部分１０６を回転可能に受け入れるための内孔１３４を有している。各凹部７３はまた通路９３内に伸長する１組の間隔配置されたポート１３５を有している。これらのポートは、シールが開放位置にあるときに回転シールの貫通孔１１４と芯が一致する。マニホルドブロックの前方端部において２つの凹部７３の反対側に隣接してアクチュエータチャンバー１３８が設けられ、凹部はこの端部において開放してアクチュエータチャンバーと連絡している。図１０に示すように、ポート１２４はアクチュエータチャンバー１３８の内側端部壁１３９で終端している。
上記のように、プラグマニホルドブロックは同様の構造を有しているが、例外としては、内孔１３４およびアクチュエータチャンバー１３８が逆になり、したがってキー１２０をキー溝１２２に挿入してプラグおよびレセプタクルユニットが対面位置に置かれたとき、プラグユニット内のシール部材はレセプタクルユニット内のシール部材と反対方向に向けられ、すなわちシール部材８８に対して１８０°回転された位置にある。このことは図１３に示す略図から明らかであり、図１３においては図をわかりやすくするために、回転シール部材、アクチュエータロッドおよび内孔以外の部品はすべて省略されている。したがって、プラグマニホルドブロック内のアクチュエータ内孔１２９はプラグアクチュエータチャンバー１３８の端部壁１３９内で終端している。各端部板はそれぞれの内孔およびポート１２４，１２６，１２８および１２９と芯が一致するポートを有し、これによりアクチュエータロッドはそれぞれのアクチュエータチャンバーを貫通してレセプタクルユニット内の芯が一致するポート内に突入することができる。
図１１および１２は回転シール８８の１つの凹部７３内への装着を示す。凹部７３は弾性スリーブ１０２の直径よりやや小さい直径を有している。回転シール８８は開放端部１３６から凹部７３内に滑りにより挿入され、これにより突出軸１０６は内孔１３４内を伸長する。溝１１８内にＯリング１４０が装着され、これによりシール８８を所定位置に保持する。拡張端部部分１０５は凹部の反対側端部から拡大または凹部領域１３８内に突出する。弾性スリーブの端部は水が凹部内に入らないように凹部７３の開放端部１３６をシールしている。次に、端部板８９がマニホルドおよび装着されたシール上に固定され、図１２に示すようにさらに回転シール８８を保持する。
プラグマニホルドの凹部３０内への回転シール３２の装着は同じであるが、図１３からよくわかるように、回転シール３２はレセプタクルユニット内のシールとは逆方向に向けられていることが異なっている。プラグユニットおよびレセプタクルユニットが相互に接続されるときの回転シール組立体の作動が図１３−１９からよく理解される。ユニットが分離されているとき、各回転シールは図１３，１４Ａ，１５Ａおよび１６に示すように閉鎖位置にある。この位置において、貫通孔１１４はユニットの端面に平行に伸長し、かつ光ファイバを有する内孔２８および７０はシールされる。同時に、放出口１１２，１１６は内孔１１４を誘電体液体を含むそれぞれのチャンバー５２，９２に接続し、これにより内孔１１４はすべて誘電体液体で充満される。
図１６は接続前の並置位置にあるプラグおよびレセプタクルユニットを示す。弾性部分１４２が端部板３４，８９内の芯が一致する開口３５，９１のそれぞれを貫通して外方に突出しているがわかる。図１４Ａに示すように、レセプタクルマニホルドの凹部チャンバーまたは領域１３８内に位置決めされているレセプタクルユニット内の回転シール８８の端部部分１０５は、シールが閉鎖されているときにストッパピン１０８が凹部領域１３８の端部壁１３９に当接して係合するように位置決めされている。同様に図１５Ａに示すように、プラグユニットシール３２が閉鎖されているとき、各プラグユニット回転シールの拡張端部部分１０５もまた同様の凹部領域またはチャンバー１３８内に位置決めされているが、キーピン１０８は端部プレート３４の内側と係合し、このとき端部プレート３４はストッパとして働いている。図１５Ａおよび同様に図１３に示すように、アクチュエータロッド１３０はチャンバー１３８を貫通して伸長しかつ２つの端部部分１０５の外面に接線方向に係合する。ロッド１３０は端部板３４内の穴または内孔１２８内に伸長しているが、プラグユニットが接続されていないときは端部板３４を貫通して突出してはいない。各ロッド１３０はその内側面上に、以下に詳細に説明するように、それぞれの端部部分１０５の外面と摩擦係合をなすように設計されてた隆起部分１４６を有している。
アクチュエータロッド１３２はシール組立体の反対側でつ２の端部軸１０６の間の位置で芯が一致するポート１２９内を伸長し、かつレセプタクルユニットのチャンバー１３８と連絡するポートと芯が一致する。ロッド１３２は、ロッド１３２がチャンバー１３８に入り込んだときに回転シール８８の端部部分１０５と接線方向に摩擦係合をなすように配置されたその対向面上に隆起領域１４８を有している。図１４Ａは２つのユニットが最初に対面係合させられたときにおけるレセプタクルマニホルドの端部板に対するロッド１３２の相対位置を示す。
図１７において、接続作業の第１の段階においてコネクタユニットが相互に圧着され、この段階においてプラグおよびレセプタクルの回転シール８８の突出部分１４２が平らにされ、これによりこれらの対向面の間から水を有効に排出しかつプラグの回転シールの面をレセプタクルの回転シールの面に対して差し込まれる。このとき対向シール面間に異物が取り巻き込まれることがある。キー１２２がキー溝１２０内に入り込んでコネクタユニットがさらに相互に押し込まれたとき、プラグマニホルドが内方に押し込まれると同時にプラグユニットのばね２４が圧縮しはじめる。同時にロッド１３０および１３２がポート１２８および１２９を貫通して外方に突出しはじめかつ芯が一致するポート１２４および１２６内に入り込む。したがって、レセプタクルがプラグユニットのシェル内にさらに入り込んだとき、ロッド１３２に関して図１４ＣおよびＤに示すように、レセプタクルはロッド１３０および１３２により突き刺されることになる。図１４Ｂはアクチュエータロッド１３２がチャンバー１３８内に一部入り込んだところを示している。隆起部分１４８が２つの円筒端部部分１０５の表面とちょうど係合したところである。ロッドがさらに内方に入り込んだとき、図１４Ｃに示すように、隆起部分１４８は２つの回転シールのそれらの縦軸周りの矢印方向回転を開始させる。図１４Ｄは最終位置を示し、この最終位置において各端部部分１０５のストッパピン１０８は端部板８９の内面に係合してそれ以降の回転を防止する。この位置において、回転シールは９０°回転したことになり、これにより、同様に図１８に示すように、貫通孔１１４，１１０は内孔７２と芯が一致する。このようにして、ストッパピン１０８は、回転シール８８が、図１４Ａに示すようなピン１０８が凹部領域１３８の内側端部壁１３９と当接する閉鎖位置と、図１４Ｄに示すようなピン１０８が端部板８９と当接する開放位置との間で回転することを可能にする。
ロッド１３２が回転シールの拡張端部部分においてレセプタクルユニット内に伸長している間に、ロッド１３０は同時にポート１２４内に入り込みはじめ、その後、マニホルドがさらにシェル１４内に内方に続けて押し込まれるとき、ロッド１３０はさらにプラグシェルマニホルドのチャンバーまたは領域１３８を貫通してさらに伸長する。プラグマニホルドの領域１３８を貫通するロッド１３０の経過が、図１５Ｂ，１５Ｃおよび１５Ｄに順次段階として示されている。図１５Ｂにおいて、ロッド１３０の内面上の隆起領域１４６が２つのシール３２の拡大部分１０５とまさに係合しはじめるところである。マニホルドがさらに内方に押し込まれたとき、領域１４６は部分１０５の面上を走行し、同時に部分１０５を介して図１５の矢印方向にシールをそれらの縦軸の周りに回転させる。図１５Ｃは回転シール３２の部分操作を示す。図１５Ｄにおいて、ストッパピン１０５は凹部領域１３８の内壁１３９と接触し、これによりそれ以降の回転を防止する。この位置において、図１８に示すように、内孔１１０，１１４は内孔２８と芯が一致する開放位置となる。
ロッド１３０および１３２の隆起部分の相対関係は、レセプタクルおよびプラグの回転シールが同時にかつ反対方向に操作されるようになっている。上記のように、図１７においては、端部板が対面係合をなしかつレセプタクルシェルがプラグマニホルドを内方に押し込むためにプラグシェル内にまだ入り込んでいない中間位置にある２つのユニットが示されている。ユニットが図１７の位置からプラグマニホルドが一部内方に押し込まれた図１８の位置に移動したとき、回転シールはすべて９０°回転され、これにより内孔はすべて開放しかつレセプタクルユニットからプラグユニット内に接続される。開放位置に移動する前に、回転シールの貫通孔はすべて放出口を介して誘電体液体で充満される。図１７において回転シールの接続端面間に異物が巻き込まれた場合、これらの面が回転するときに異物は回転によりシールの片側へ外方に押し出され、芯の一致した内孔の領域から排出される。シールが開放位置に回転したとき、シール内孔を充満する誘電体液体は海水が内孔に入り込むのを防止するように働く。
接続過程が図１８に示す時点を超えてさらに進行したとき、プラグマニホルドはさらに内方に押し込まれかつプラグ接点は回転シール３２および８８の芯が一致した内孔１１４を貫通し、これにより芯出しスリーブ８６内に入り込みかつレセプタクルの液体槽内の光フェルール７８の面と接触する。完全に係合されたコネクタが図９に示されている。ばね２４が圧縮されかつレセプタクルシェルの大径部分がプラグシェルの端部リム１８の底面に当接していることがわかる。回転端部シールを貫通するとき、プラグの管状接点ハウジング４０は回転シールの弾性内孔１１４内を伸長し、これにより内孔は管状接点ハウジングの外面を掴みかつシールする。端部シール内に液体の密閉槽を内封することにより、プラグおよびレセプタクルの両方内に二重シールが形成される。二重端部シールは光コネクタと同様に電気コネクタに対しても有利であると考えられ、したがって光ファイバを、剛性のある非導電性管状接点ハウジング内を通過しそれらの端部においてフェルールに機械的かつ電気的に接続された導体によって置き換えることにより、同一の組立体が電気的水中コネクタに対しても使用可能であることが理解されるであろう。この場合、フェルールは導電材料から製作される。
コネクタユニットが相互に接続されるとき、プラグおよびレセプタクル接点要素またはフェルールを係合させるユニット間の相対移動はプラグおよびレセプタクルのオイルチャンバーまたは槽内の容積を変化させる。温度および圧力の変化により発生することがある容積変化に加えて、これらの容積変化は、肉薄弾性バッフルまたは障壁５４および９４のたわみにより補償されるが、これらのバッフルまたは障壁５４および９４はたわみによってそれらの形状を変化させてこのような容積変化を吸収するのである。これらの補償装置は通気口５０および６８を介して外部に通じている。
当業者には明らかなように、接続されたプラグおよびレセプタクルユニットを図１９に示すようなそれらの接続状態に保持するために、任意の標準継手装置を使用してもよい。ユニットが分離されるときは、プラグ接点およびシールアクチュエータロッドの移動は逆にされ、アクチュエータロッドは、回転シールが図１６の完全閉鎖位置に再び戻るまですべての回転シールを逆方向に回転して閉鎖位置に戻すように操作する。この装置は、これらのユニットが接続されかつ分離されるときにプラグまたはレセプタクルのシールされたオイルチャンバーに海水が入り込むのを防止する。回転シールを操作するために多くの代替機構が使用可能であることは明らかである。たとえば、アクチュエータロッドと突出端部部分１０５との間の摩擦係合をラックおよび歯車機構で置き換えてもよく、この場合、端部部分１０５が歯車の歯を有しかつアクチュエータロッドはラック歯車により置き換えられる。キー機構またはカム装置のような他の代替アクチュエータ機構を使用してもよい。
好ましい実施態様においては回転シール部材は円筒形であるが、シール部材をそれらのはめ合いシート内で回転させるためのはめ合い曲面を有する他の代替形状を使用してもよい。たとえば、単一接点コネクタにおいてはシール部材は球形にしてもよい。
本発明におけるシールは、プラグおよびレセプタクルユニットが相互に固定されたときにおいてのみシール位置と開放位置との間で物理的に移動するプラグ弁のように働くので、このシールは、それ自身が閉鎖するシールを必要とし、したがって弾性材料がその「記憶」を失ってその信頼性が低下する従来の装置よりもはるかに信頼性がある。はめ合いをなすシールおよび凹部に対して、球形または部分球形のような円筒形以外の回転形状を使用してもよいことがわかる。本発明の装置は各端部シールの本体内に液体槽を内封する各ユニット内の二重端部シールを提供し、これによりさらにシールユニット内への水分の侵入を防止する。
上記の好ましい実施態様においては回転シールが使用されているが、代替態様において、それぞれのコネクタユニットの前方端部を横切って軸方向に前後に移動する伸長シール部材が使用されてもよい。この場合、各シール部材は、コネクタユニットの前方端部壁を横方向に横切って伸長するシート内に摺動可能に装着され、しかも接点内孔と芯が一致する開口を備えた端部壁の後側に保持される。各シール部材を、シール部材内の開口が端部プレートの開口からオフセットされた非作動位置と、シール開口が端部プレートの開口と芯が一致するような作動位置との間で移動させるためには、適切なアクチュエータが使用される。
以上において本発明の好ましい実施態様を単なる例により説明してきたが、当業者には、請求の範囲に記載の本発明の範囲から逸脱することなく、開示された実施態様に対し修正態様が可能であることが理解されるであろう。

Claims (14)

1. 後方端部、前方端部および縦軸を有するレセプタクルユニットであって、レセプタクルユニットの前方端部から内方へ少なくとも１つの内孔が伸長し、レセプタクルユニットの前方端部が少なくとも１つの凹部シートを有し、および前記内孔が前記シートで終端する前記レセプタクルユニットと、
   前記内孔内に装着されたレセプタクル接点要素と、
   前記シート内に可動に装着されたシール部材であって、シール部材は少なくとも１つの貫通孔を有し、前記レセプタクルユニットに対し、前記貫通孔が前記レセプタクル内孔からオフセットされて前記レセプタクル内孔の端部がシールされる第１の閉鎖位置と、前記シール貫通孔が前記レセプタクル内孔と芯が一致する第２の開放位置との間で可動な前記シール部材と、
   後方端部と、レセプタクルユニットの前方端部と係合するための前方端部と、を有するプラグユニットであって、プラグユニットの前方端部がレセプタクルユニット内の内孔と芯が一致する少なくとも１つの開口と該開口から内方に伸びる少なくとも１つの内孔を有し、シール部材が開放位置にあるときに開口からシール部材内孔を貫通しかつレセプタクルユニット内に突出してレセプタクル接点要素と接触するように接点要素がプラグユニット内に摺動可能に装着され、
   該プラグユニットの前面が凹部シートを有し,該プラグユニット内孔の端部が該凹部シートとなっており、
   プラグシール部材が、プラグユニットの凹部シートに装着され、該プラグシール部材が、貫通孔を有すると共に、該貫通孔がプラグユニット内孔と連通する開放位置と、該貫通孔がプラグユニット内孔からオフセットした閉鎖位置との間で回動可能となっているコネクタ組立体において、
   該プラグシール部材とレセプタクルシール部材が、外部弾性部分を有し、該外部弾性部分は、両シール部材が閉鎖位置でプラグユニットの前端部とレセプタクルユニットの前端部が係合した時に面対面のシール係合を形成し、両シール部材が前記閉鎖位置と前記開放位置との間で同時に回転できることを特徴とするコネクタ組立体。
2. プラグユニットとレセプタクルユニットの夫々が、各々が接点要素を含む１組の平行な内孔を有し、内孔の各々は前記凹部シート内で終端し、前記シール部材が１組の平行な貫通孔を有し、貫通孔の各々は前記プラグユニットとレセプタクルユニット内孔のそれぞれ１つに対応しかつシール部材が開放位置にあるときに前記内孔と芯が一致するように配置された請求項１の組立体。
3. 前記シール部材が長手方向の縦軸を有する円筒形であり、前記シートが部分円筒形状でありかつ円筒シール部材の寸法とほぼ一致する寸法を有し、前記シール部材が前記シール部材の前記縦軸の周りに回転するように前記シート内に回転可能に装着され、シール貫通孔が前記円筒シール部材を横方向に貫通して伸長している請求項２の組立体。
4. レセプタクルユニットが前記前方端部内に複数の凹部シートおよび複数組の平行な内孔を有し、各組の内孔がそれぞれの組の前記シート内で終端しかつ各内孔が接点要素を含み、および前記プラグユニットが複数組の平行な内孔を有し、各組の内孔は前記ユニットが相互に接続されたときに前記レセプタクルユニット内のそれぞれの組の前記平行な内孔と芯が一致し、および前記シール部材が開放しかつ前記接点要素が前記シール内孔を貫通して前記レセプタクル内孔内に突出したときに前記レセプタクル接点要素と接続係合をなすように接点要素がプラグユニット内孔の各々内に滑動可能に装着されている請求項２の組立体。
5. 前記各シール部材の外部弾性部分が前記閉鎖位置において前記前方端部から外方に突出し、該シール部材が開放位置となる前に両ユニットが接合されると、プラグシール部材とレセプタクルシール部材の該突出外部弾性部分が圧縮される請求項１乃至４のいずれか１の組立体。
6. 前記プラグおよびレセプタクルユニットの前記対向するシール部材を前記閉鎖位置と前記開放位置との間で反対方向に回転させるためのアクチュエータ装置を含み、これにより水分または異物がシールから排除される請求項５の組立体。
7. 前記凹部シートの各々が前記プラグおよびレセプタクルユニット内孔に対して横方向に伸長され、前記シートが前記シートの縦軸の周りに回転するように前記それぞれのシール部材を装着するための回転可能装着手段を含む上記いずれかの請求項の組立体。
8. 各シール部材が剛性コアロッドおよび前記コアロッド上に装着された弾性スリーブからなり、該弾性スリーブが弾性部分を構成する請求項７の組立体。
9. 前記剛性コアロッドが前記スリーブの一端から突出する少なくとも１つの端部部分を有し、各シートが前記弾性スリーブを前記シート内で回転可能に位置決めするために前記突出端部部分を回転可能に受け入れるように一端に中心開口を有する請求項８の組立体。
10. 前記剛性コアロッドがスリーブの一端において前記スリーブの外側に拡張端部部分を有し、前記プラグおよびレセプタクルユニットの各々が前記前方端部における凹部領域および前記シートを前記凹部領域に接続する開口を有し、前記拡張端部部分が前記凹部領域内に位置決めされている請求項８の組立体。
11. 前記プラグおよびレセプタクルユニット間で接続係合をなすように前記前方端部が配置されたときに、前記レセプタクルユニット内の前記凹部領域が前記シートの一端に位置決めされかつ前記プラグユニット内の前記凹部領域がプラグユニットシートの反対側に位置決めされる請求項１０の組立体。
12. 前記プラグユニットが少なくとも２つのアクチュエータロッド装着内孔を有しおよび前記レセプタクルユニットが前記装着内孔と芯が一致する少なくとも２つのアクチュエータロッド受入内孔を有し、前記アクチュエータロッド装着内孔の第１の内孔は前記プラグユニットの前記凹部領域内に伸長し前記アクチュエータロッド装着内孔の第２の内孔は前記レセプタクルユニットの凹部領域と芯が一致し、第１および第２のアクチュエータロッドは第１および第２のアクチュエータロッド装着内孔のそれぞれを貫通して伸長し、前記ロッドは、前記装着内孔内の引込位置と、前記プラグおよびレセプタクルユニットが相互に固定されたときに前記内孔から前記芯が一致する受入内孔へ伸長する伸長位置との間で可動であり、第１のロッドはロッドが引込位置から伸長位置に移動したときにプラグシール部材の拡大部分の外面と摩擦係合してシール部材を閉鎖位置から開放位置に回転させる手段を含み、および第２のロッドはロッドが引込位置から伸長位置に移動したときにプラグシール部材の拡張部分の外面と摩擦係合してシール部材を閉鎖位置から開放位置に回転させるための手段を含む請求項１１の組立体。
13. レセプタクルユニットが接点要素内孔と連絡する内部チャンバーを有し、このチャンバーおよび内孔は誘電体液体で充満され、およびシール部材が該シール部材の片側から横方向にシール貫通孔内に伸長する少なくとも１つの放出口を有し、シール部材が閉鎖位置にあるときに放出口がレセプタクルユニット内の内孔と芯が一致し、これにより貫通孔が液体で充満される上記請求項のいずれか一つの組立体。
14. 前記レセプタクルおよびプラグユニットの各々がそれぞれの接点要素内孔と連絡する内部チャンバーを有し、このチャンバーおよび内孔は誘電体液体で充満され、各シール部材は該各シール部材の外面から横方向に貫通孔内に伸長する少なくとも１つの放出口を有し、それぞれの放出口は前記シール部材の閉鎖位置においてレセプタクルユニット内孔およびプラグユニット内孔と芯が一致しかつ前記内孔と連絡し、これにより各シール部材貫通孔が液体で充満される請求項１ないし１２のいずれかの組立体。

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