JP4713571B2 - オーバーモールド成形された電気コネクタ - Google Patents

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Description

本発明は、電気コネクタ、より詳細には、オーバーモールド成形されたハウジングを有する電気コネクタに関する。
厳しい環境、特に自動車での使用のための電気密閉容器(enclosures)を製造する1つの方法は、一般に端子として称され、かつ数あるエンジニアリングレジンの1つである電流搬送金属部材をオーバーモールド成形し、かくして、一体的な電気コネクタを有する電気密閉容器を製造することである。しかし、単独でオーバーモールド成形されることによって、完全にシールされた装置が形成されることはない。プラスチックは、モールド成形された後に冷却されて縮むにつれて、極小のギャップが、金属とプラスチックとの間に形成され、このギャップ中に、流体が、吸収される若しくは漏れる恐れがある。燃料タンクの電気コネクタのためのような環境シールが必要とされる場合には、ポッティング若しくはガスケットのような高価な二次処理が必要とされる。
A2処理と呼ばれる方法が、感湿プラスチック表面の装着パッケージに対する乾パックなしの解決策として開発された。多くのリードフレーム表面の処理とは異なり、A2は、重合接着のためのカップリングを形成するように金属面上に電気堆積される極薄の無機コーティングである。米国特許第5,343,073号は、クロムと亜鉛との合金コーティングを有する集積回路(IC)パッケージ内のリードフレームを開示している。米国特許第5,728,285号は、A2処理を開示しているが、これは、保護コーティングのような回路基板上の半導体においてであって、電気コネクタにおけるものではなく、また、シール機能を与えていない。
プラスチックに対する金属の接着を改善するための方法は、シールを改善して、装置が、炭化水素蒸気の排出に対する厳格な政府規制に対処するのを助けることが望まれている。オーバーモールド成形された電気コネクタの電流搬送金属部材に対するモールド成形用樹脂の接着を促すような処理が、望まれている。また、強化された接着が、シーリングを大きく改善するという期待がある。燃料フランジの場合、環境に対する炭化水素蒸気の浸透が減じられることが望ましい。また、オーバーモールド成形された電気コネクタの場合、一般的に、高価な二次のポッティング処理が省かれることが望ましい。
本発明の一態様によれば、電気接触子とオーバーモールド成形されたハウジングとを有する電気コネクタが与えられている。この電気接触子は、合金材料からなる導電性の基部と、この基部の第1の部分に設けられた少なくとも1つのシールコーティングとを有している。このシールコーティングは、クロム並びに/若しくは亜鉛からなっている。オーバーモールド成形された電気コネクタハウジングは、シールコーティングが設けられた第1の部分の一部分に少なくともモールド成形されている。シールコーティングは、間隙が、接触子とオーバーモールド成形されたハウジングとの間の接合部のところに形成されて、この接合部を通る蒸気の流れを防止している。
本発明の他の態様によれば、複数の電機接触子を有する燃料タンク用の電気コネクタが、与えられている。各電気接触子は、銅合金からなる基部部材と、この基部に配置されたシールコーティングを備えた第1の部分と、基部に配置されたスズコーティングを備えた少なくとも1つの第2の部分とを有している。少なくとも1つの第2の部分は、第2の電気コネクタとの電気接続をするのに適した接触子の接触エリアを有している。シールコーティングは、電気堆積された無機コーティングである。オーバーモールド成形された電気コネクタハウジングは、第1の部分の少なくとも一部分にオーバーモールド成形されている。シールコーティングは、接触子とオーバーモールド成形されたハウジングとの間の接合部のところに配置されている。複数の第2の部分の各々の少なくとも一部分は、第2の電気コネクタとの電気接触のための接合部から離間して配置されている。ハウジングは、燃料タンクハウジングに接続されるのに適している。
本発明の1つの方法によれば、以下の工程を有する電気コネクタを製造する方法が与えられている。この方法は、複数の電気接触子の第1の部分に無機コーティングを電気堆積する工程と、接触子の第2の部分をスズでめっきする工程と、ポリマーハウジングを接触子にオーバーモールド成形する工程とを有している。ハウジングは、このハウジングと接触子との間の接合部のところで無機コーティングにより接触子にオーバーモールド成形され、この結果、シールを、接合部のところでハウジングと接触子との間に形成する。無機コーティングは、ハウジングが、無機コーティングにオーバーモールド成形されたあとに冷却されたときに接着並びにシールを形成し、従って、間隙若しくは亀裂が、接合部のところでオーバーモールド成形されたハウジングに発生されるのを防止する。
本発明の上記の態様並びに他の特徴は、添付図面に関連して、以下の説明に述べられている。
図1を参照すると、燃料タンク14のハウジング12に取着されて示され、かつ本発明の特徴を組み込んだフランジユニット10の斜視図が示されている。本発明は、図面に示されている例示的な実施形態を参照して説明されるが、本発明が、実施形態の多くの変形例に適用され得ることは理解されるべきである。さらに、適切なサイズ、形状、又はタイプの部材若しくは材料が使用されることができる。本発明は、自動車用の燃料タンクと共に使用するのに特に適している。本発明の特徴は、燃料タンクとの使用を参照して説明さるが、液体若しくは気体を収容するのに適した適切なタイプの容器と共に使用されても良いし、分離が維持されるように意図された2つのエリア間の適切な障壁に使用されても良い。
前記フランジユニット10は、一般に、フレーム16と電気コネクタ部分18とを有している。この電気コネクタ部分18は、フランジユニット10を貫通した電気コネクタをフレーム16と共に形成している。この実施形態では、フレーム16は、電気コネクタの一部分を、より詳細には、電気コネクタのハウジングの一部分を形成している。フレーム16は、また、単一モールド成形プラスチック又はポリマー部材で形成されることが好ましい。また、フレーム16は、チューブ部分21,22,23を有している。これらチューブ部分21,22,23は、フレームの第1の側面24と、これの反対側の第2の側面26との間で、また、これら両側面から延びている。これらチューブ部分21,22,23は、第1の側面24と第2の側面26との間にフレーム16を貫通した導管を形成している。これらチューブ部分20,21,22,23は、また、これらチューブ部分に流体/蒸気/空気の導管、若しくはチューブ(図示されず)を取着させるための取着フランジをそれぞれ形成している。
また、図2を参照すると、前記電気コネクタ部分18は、電気コネクタ補助アッセンブリ28を有している。前記フレーム16は、この補助アッセンブリ28にオーバーモールド成形(overmolded)されることが好ましい。この補助アッセンブリ28は、一般に、複数の電気接触子30と補助アッセンブリハウジング32とを有している。電気コネクタ補助アッセンブリ28は、4つの電気接触子30を有している。しかし、別の実施形態では、4つより多いか少ないのコネクタが与えられることができる。図示された実施形態では、前記電気コネクタ部分18は、フレーム16の一部分と補助アッセンブリハウジング32とにより形成された電気コネクタハウジングを有している。
図3を参照すると、また、前記電気接触子30の1つが示されている。この実施形態では、電気接触子30は、第1の中央部分34と、2つの第2の接続部分36,38とを有している。第2の接続部分36は、マッチング形式の電気コネクタ(図示されず)の接触子の雌型接触子部分に取り外し可能に接続されるのに適した雄型接触子部分をなしている。このマッチング形式の電気コネクタ(図示されず)は、前記電気コネクタ部分18のところでフレーム16により形成されたコネクタ受け入れエリア40(図1を見よ)中に挿入されるのに適している。前記第2の接続部分38は、また、第1の中央部分34に対して第2の接続部分36の反対側に位置されている。この第2の接続部分38は、電気ワイヤー42(図2を見よ)の導電体に折り曲げて接続されるのに適している。この実施形態では、前記電気接触子30は、ほぼL型形状を有している。しかし、他の実施形態では、電気コネクタは、適切なタイプの形状を有することができる。
図4を参照すると、また、各電気接触子30は、基部44と、シールコーティング46と、接触子部分のコーティング48とから一般に構成されている。この基部44は、銅合金で形成された金属基部のような導電性基部からなっている。好ましい実施形態では、この基部は、CA19700銅合金で形成されている。しかし、他の実施形態では、適切なタイプの導電性材料が、導電性基部のために使用されることができる。
前記シールコーティング46は、前記第1の中央部分34の所に位置されている。好ましい実施形態では、このコーティング46は、第1の部分34に電気堆積されている。このコーティング46は、また、クロム並びに/若しくは亜鉛のA2処理(A2 treatment)でなされることが好ましい。好ましい実施形態の一形態では、コーティング46は、クロムと亜鉛とで形成されている。特に、このコーティング46は、全体の参照により本明細書に組み込まれる米国特許第5,343,073号に開示されているクロムと亜鉛とからなる外層と同じであることが好ましい。前記A2処理は、極薄の無機コーティング(inorganic coating)であり、重合接着のためのカップリングを形成するように金属面上に電気堆積されている。A2処理によって、重合接着のためのより良いカップリングを形成することに加え、また、電気接触子と、オーバーモールド成形されたポリマーハウジングとの間に強化されたシール機能が与えられ得ることが判った。この実施形態では、このコーティング46は、前記補助アッセンブリハウジング32が、接触子30にオーバーモールド成形される前に、例えば電気めっき法によって基部44に直接与えられる。
米国特許第5,343,073号は、単に、接着のためにA2処理を使用している。米国特許第5,728,285号は、単に、保護コーティングとしてA2処理を使用している。A2処理は、シール取着部のところに強化されたシール機能を与えるために使用されることができ、従って、電気接触子とオーバーモールド成形された電気コネクタハウジングとの間のシール効果が向上され、この結果、ハウジングが、オーバーモールド成形された後に冷却されたときに、オーバーモールド成形部に亀裂若しくはギャップが形成されるのが防止される。
前記コーティング46は、クロム、亜鉛、若しくはこれらの混合物からなっていることが好ましく、また、クロムと亜鉛との混合物であることが最も好ましい。このコーティングは、薄く、好ましくは、約10ないし約1000オングストロームのオーダーである。この厚さは、約10ないし100オングストロームであることがより好ましく、また、約40ないし80オングストロームであることが最も好ましい。このコーティング46は、また、ワイヤーボンドの強度を大きく減じることなく、若しくは、次のアッセンブリ操作に好ましくない影響を与えることなく、耐酸化性を与え、かつポリマー樹脂に対する接着性を向上させる。コーティング46は、浸せきめっき法、電解めっき法、若しくはクラッド法のような適切な技術によって与えられることができる。
好ましいコーティングが、既知の方法により堆積されることができ、このコーティングは、クロムと亜鉛との共同した堆積層(co-deposited layer)であっても良いし、連続した堆積層(sequentially deposited layer)であっても良い。コーティングを堆積する好ましい方法の1つは、米国特許第5,022,968号に開示されており、この特許文献は、全体の参照により本明細書に組み込まれる。この特許は、錆止めを目的とした、クロムと亜鉛とからなるコーティング層を開示している。このコーティング層は、水酸化物イオンと、1リットル当り約0.07gないし約7g/lの亜鉛イオンと、約0.1g/lないし約100g/lの水溶性6価クロム塩とを含む塩基水溶性(basic aqueous)電解液から電解堆積されている。この場合、亜鉛イオン又は(6価)クロムイオン、若しくはこれら両方の濃度は、1.0g/l未満である。このコーティング層は、約4:1を超える亜鉛とクロムとの比を有している。1つの分析されたサンプルは、5%のクロムと、21%の亜鉛と、56%の酸素と、16%の炭素と、1%の銅の組成を有していた。
前記基部ハウジング32は、アセタールで形成されることが好ましい。ポリアセタール、ポリオキシメチレン(POM)、若しくはポリホルムアルデヒドとしも知られているアセタールは、高性能のエンジニアリングポリマー(engineering polymer)である。このエンジニアリングポリマーは、高い強度、モジュール、並びに、衝撃および疲労に対する耐性を有しているために、軽量化金属の代替として使用されている。1950年代後半に最初に開発されたアセタールは、(DuPont Delrin(登録商標)のような)ホモポリマー、若しくは、(Ticona’s Celcon(登録商標)のような)コポリマーとして利用可能である。好ましい一実施形態では、前記ハウジング32は、DuPontによって販売されたDELRIN(登録商標)100Pのようなホモポリマー・アセタール(homopolymer acetal)で形成されている。
前記補助アッセンブリハウジング32は、オーバーモールド成形されたハウジングである。より詳細には、この補助アッセンブリハウジング32は、前記接触子30にオーバーモールド成形されている。これら接触子30は、補助アッセンブリハウジング32が、接触子にオーバーモールド成形される前に、例えば折り曲げて挟むことによって前記電気ワイヤー42の導電体に取着されることが好ましい。補助アッセンブリハウジング32は、前記第2の接続部分38の所でワイヤー42とこれらワイヤーの接続部とにオーバーモールド成形されることが好ましい。この結果、接触子が、ワイヤー42の接続部にオーバーモールド形式で取着されている。
前記接触子30の両端部に位置された前記第2の接続部分36,38は、これら両端部に接触子部分のコーティング48を有している。好ましい一実施形態では、接触子部分のコーティング48は、スズからなっている。接触子部分のコーティング48は、第2の接続部分36,38のみのところで、接触子30に選択的に堆積されることが好ましい。スズは、比較的ソフトな材料である。スズは、酸化物には、マッチング形式の導電体との接続の間にクラックが発生し、この結果、良好な電気接続を可能にするように機能するであろう。かくして、接触子に対するスズのコーティングが、接触子の接続エリアのところには望ましい。
従来、電気接触子には、接触子全体を実質的にカバーするスズの溶融めっき法(HTD)が適用されていた。これは、比較的安価な処理であって、接触子エリアが、良好にマッチングする導電体接続のために、スズでカバーされることが可能である。しかし、全体がスズでコーティングされた接触子にポリマーハウジングをオーバーモールド成形すると、ギャップ若しくは間隙(passage)が、スズのソフトな性質のために、オーバーモールド成形されたハウジングとスズとの間に形成されることが判っている。別の実施形態では、スズ以外の材料が、接触子部分のコーティングのために使用されることができる。
本発明において、前記接触子部分のコーティング48は、接触子30の第1の中央部分34には与えられていない。図4に見られるように、前記補助アッセンブリハウジング32は、接触子30にオーバーモールド成形されている場合、第1の部分34のシールコーティング46にオーバーモールド成形されている。第1の部分34には、複数の溝、即ちノッチ50が形成されている。これら溝50は、第1の部分34に沿って、オーバーモールド成形されたハウジング32と接触子30との間に蛇行性のパスを確立するように予め形成されている。この蛇行性のパスは、液体若しくは蒸気が、オーバーモールド成形されたハウジングの接触子との接合部間を通るのを防止するように、接触子30とハウジング32との間にシールを形成するのを助けている。前記シールコーティング46は、この接合部に配置されている。
ハウジング32が接触子30にオーバーモールド成形されたあとに、ハウジング32は冷却される。従来は、この冷却間に、亀裂並びにギャップが、接触子との接合部のところでハウジング32に発生された。しかし、シールコーティング46の適用によって、オーバーモールド成形されたハウジング32が冷却されているときに、亀裂並びにギャップが発生されるのが実質的に防止されることが判った。かくして、強化されたシールは、シールコーティング46のところでハウジングと接触子との間の接合部に与えられている。
接触子とオーバーモールド成形されたハウジングとの間にシールを与えることは、自動車用の燃料タンクと共に使用されるような電気コネクタにおいて特に望ましい。このようなシールは、燃料蒸気が、燃料タンクから電気コネクタを通って、接触子と電気コネクタハウジングとの間に漏れるのを防止している。このような処理の使用において、更なるシール部材若しくは充填材のような更なる構成部品の追加が、もはや必要とされなくなる。シール機能は、更なる構成部品なしに、接触子30とオーバーモールド成形されたハウジング32とによって単に与えられることができる。
図2に示されている電気コネクタの補助アッセンブリ28において、補助アッセンブリハウジング32の外側部には、複数の溝部52と隆起部54とが形成されている。前記フレーム16は、このような補助アッセンブリハウジング32にオーバーモールド成形されることが好ましい。これら溝部52と隆起部54とは、燃料蒸気が、2つの部材の接合部のところで2つの部材間を通るのを防止するように、フレーム16と補助アッセンブリハウジング32との間に蛇行性のパスを与えている。
一般に、シールを向上させるように接着剤の含浸による二次処理を使用した、電気コネクタとの従来の燃料フランジのシールの1つのタイプにおいて、約10-5ないし約10-6cm/秒のオーダーの漏れ率が、与えられていた。試験が行なわれて、本発明での漏れ率が決定した。試験機器は、サンプルの一側に真空状態を使用し、サンプルの他側に約2.35psiの圧力でヘリウムを使用した。O-リングシールが、固定物に対してサンプルをシールするように、固定物を有するサンプルに与えられた。以下のチャートは、50個のサンプル(1ないし50の番号が付されている)の試験結果を示している。
Figure 0004713571
Figure 0004713571
サンプル番号は、各サンプルのための識別番号である(50個のサンプルが試験された)。オーバーモールドショット(overmold shot)とは、フランジユニットのオーバーモールド成形部分を形成するのに使用された鋳型の部品名称番号である。オーバーモールド成形用の各鋳型には、1回のモールドショット処理で複数のフランジユニットを形成するように、複数のキャビティが形成されている。オーバーモールドキャビティは、オーバーモールドショット成形のキャビティに一致し、このキャビティから、サンプルが得られる。プリモールドショットとは、フランジユニットのプリモールド成形部分を形成するのに使用された鋳型の部品名称番号である。プリモールド成形用の各鋳型には、複数のキャビティが形成されている。プリモールドキャビティは、プリモールドショット成形のキャビティに一致し、このキャビティから、プリモールド成形部分が得られる。漏れ率は、cm/秒である。
サンプル1ないし41の漏れ率を見て理解され得るように、漏れ率は、フランジをシールするように二次の含浸処理を使用した従来の燃料フランジとほぼ同じで、約10−5ないし10−6cm/秒である。しかし、本発明は、この二次のシール動作を行なう必要なく、同じシール機能を与えることができる。さらに、サンプル41後の試験者によるO-リングの掃除後に、比較的低い漏れ率が、約10−6ないし10−7cm/秒のオーダーで発生したことに注意すべきである。少量のほこりが、サンプル1ないし41の試験の間にO-リングシールに積もってしまうことと、本発明の使用により、約10−6ないし10−7cm/秒のオーダーの漏れ率が与えられ得ることとが考えられる。従って、本発明の特徴を組み込んだコネクタ若しくは電子モジュールが、燃料タンクの炭化水素排出のような将来制定されるものと思われるより厳格な環境仕様に対処するために使用され得るであろう。
本発明の特徴が、環境的にシールされる必要のある電気モジュールと共に使用されることができ、また、本発明が、充填材を必要とすることなく使用され得ることに注意すべきである。以上の説明が、本発明を説明するためだけのものであることは理解されるべきである。様々な変更並びに変形が、本発明から逸脱することなく、当業者によって考え出されることができる。従って、本発明は、添付された請求項の範囲内であるこのような全ての代案、変形、並びに変更を含むように意図されている。
本発明の特徴を組み込んだ電気コネクタを有し、かつ燃料タンクハウジングの一部分が切り取られた燃料タンクフランジの斜視図である。 図1に示された燃料タンクフランジに使用される電気コネクタ補助アッセンブリの斜視図である。 図2に示された電気コネクタ補助アッセンブリに使用される複数の電気接触子の1つの斜視図である。 図2に示された電気コネクタ補助アッセンブリの一部分の部分断面図である。

Claims (20)

  1. 導電性の基部、並びにこの基部の第1の部分に設けられクロムと亜鉛との少なくとも一方からなる少なくとも1つの無機シールコーティングと、前記基部の少なくとも1つの第2の部分に設けられたスズのコーティングとを有する電気接触子と、
    前記無機シールコーティングが設けられた前記第1の部分の少なくとも一部分にオーバーモールド成形されたポリマーのオーバーモールド成形の電気コネクタハウジングとを具備し、
    前記無機シールコーティングは、間隙が、前記電気接触子とポリマーのオーバーモールド成形されたハウジングとの間の接合部に形成されて、この接合部を通る蒸気の流れを防止する電気コネクタ。
  2. 前記導電性の基部は、銅合金からなっている請求項1の電気コネクタ。
  3. 前記電気コネクタハウジングは、アセタールからなっている請求項1又は2の電気コネクタ。
  4. 前記無機シールコーティングは、クロムと亜鉛との両方からなっている請求項1乃至3のいずれか1の電気コネクタ。
  5. 前記無機シールコーティングは、前記導電性の基部に電気堆積されたコーティングである請求項1乃至4のいずれか1の電気コネクタ。
  6. 前記スズのコーティングは、前記導電性の基部の少なくとも1つの第2の部分に、スズをめっきすることにより形成されている請求項1乃至5のいずれか1の電気コネクタ。
  7. 前記スズのコーティングは、前記無機シールコーティングと前記導電性の基部との間に位置されていない請求項1乃至6のいずれか1の電気コネクタ。
  8. 請求項1乃至7のいずれか1の電気コネクタを具備し、前記ポリマーのオーバーモールド成形されたハウジングは、燃料タンクハウジングに装着されるようなサイズ並びに形状を有している燃料タンク用の電気コネクタ。
  9. 銅合金で形成された基部部材、この基部部材に配置され、かつ電気堆積された無機コーティングであるシールコーティングを有する第1の部分、並びに前記基部部材に配置されたスズのコーティングを有し、かつ第2の電気コネクタと電気接続するようになっている電気接触子の接触エリアを有する少なくとも1つの第2の部分を各々が有する複数の電気接触子と、
    前記第1の部分の少なくとも一部分にオーバーモールド成形されたポリマーのオーバーモールド成形の電気コネクタハウジングとを具備し、
    前記無機シールコーティングは、前記複数の電気接触子とポリマーのオーバーモールド成形されたハウジングとの間の接合部のところに配置さてれ、前記接合部のところに間隙が形成されるのを防いで、この接合部を通る蒸気の流れを防止し、
    複数の前記第2の部分の各々の少なくとも一部分は、前記第2の電気コネクタとの電気接触のための接合部から離間し、また、
    前記ポリマーのオーバーモールド成形のハウジングは、燃料タンクハウジングに接続されるようになっている燃料タンク用の電気コネクタ。
  10. 前記電気堆積された無機コーティングは、クロムと亜鉛との少なくとも一方からなっている請求項9の燃料タンク用の電気コネクタ。
  11. 前記電気堆積された無機コーティングは、クロムと亜鉛との両方からなっている請求項10の燃料タンク用の電気コネクタ。
  12. 前記ポリマーのオーバーモールド成形のハウジングは、アセタールからなっている請求項9乃至11のいずれか1の燃料タンク用の電気コネクタ。
  13. 前記スズは、前記シールコーティングと前記基部部材との間には位置されていない請求項9乃至12のいずれか1の燃料タンク用の電気コネクタ。
  14. 前記スズは、前記基部部材に選択的に電気めっきされている請求項9乃至13のいずれか1の燃料タンク用の電気コネクタ。
  15. 複数の電気接触子の各々の第1の部分に無機コーティングを電気堆積する工程と、
    前記電気接触子の各々の第2の部分をスズでめっきする工程と、
    ポリマーのハウジングを前記複数の電気接触子にオーバーモールド成形する工程とを具備し、
    前記電気コネクタハウジングは、この電気コネクタハウジングと前記複数の電気接触子との間の接合部のところで前記無機コーティングにより前記複数の電気接触子にオーバーモールド成形されて、これら接合部のところで前記電気コネクタハウジングと前記複数の電気接触子との間にシールを形成し、また、前記無機コーティングは、前記電気コネクタハウジングが、この無機コーティングにオーバーモールド成形された後に冷却されたときに接着並びにシールを与え、従って、間隙若しくは亀裂が、前記接合部のところで前記オーバーモールドされたハウジングに発生するのを実質的に防止して、前記接合部を通る蒸気の流れを防止する前記する電気コネクタを製造する方法。
  16. 前記無機コーティングは、クロムと亜鉛との少なくとも一方からなる請求項15の方法。
  17. 前記無機コーティングは、クロムと亜鉛との両方からなる請求項16の方法。
  18. 前記スズは、前記無機コーティングと前記電気接触子の前記基部との間には位置されない請求項15乃至17のいずれか1の方法。
  19. 前記スズは、前記複数の電気接触子の前記第2の部分の各々に電気めっきされる請求項15乃至18のいずれか1の方法。
  20. 前記ポリマーのハウジングは、前記無機コーティングに直接オーバーモールド成形されるアセタールにより形成されている請求項15乃至19のいずれか1の方法。
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