JP4777562B2 - 自己ロッキング式バヨネット型カップリング機構 - Google Patents

Description

【０００１】
１．発明の分野
本発明はカップリング機構、またより詳しくは、一方のカップラ半体の他方のカップラ半体への初期軸方向挿入に続いて、ロッキングスリーブが自動的にロッキング位置に回転して衝撃または振動による意図しない離脱を阻止するタイプの自己ロッキング式バヨネット型カップリング機構に関する。従来のこのタイプのカップリング機構とは異なり、本発明はさらにロッキングスリーブのロッキング位置への回転中、両カップラ半体を一緒に引き出す軸方向カップリング力を付加し、カップリングの完了後も続いてこれを維持する。
【０００２】
本発明のカップラは電気式、水圧式または空気式カップラシステムに使用でき、また連続した軸方向力が結合カップラ間の境界面に加えられるために、シーリングを必要とするカップラシステムに特に有利である。
２．関連技術の説明
一方のカップラ半体の他方のカップラ半体への初期軸方向挿入中、ロッキングスリーブがばね力に抗して回転し、また、挿入完了時にロッキング位置に回転して復帰することができる自動ロッキングカップラが、米国特許第５，０６７，９０９号および同第５，１６７，５２２号として知られている。
【０００３】
これらの特許は、一方のカップラ半体が他方の半体内に挿入され、一方の半体上のスリーブがスリーブ上の相補的三角形状タブと挿入されたカップラ半体のカム作用の結果としてのねじりばね力に抗して回転せしめられ、相補的タブが互いに通過した後、スリーブがねじられて、離脱中タブが互いにクリアされるまでカップラ半体の離合が阻止されるようにばねの復原力がスリーブをしてロッキング位置に回転せしめられるカップリング機構を開示している。
【０００４】
同様のカップラが米国特許第５，６６２，４８８号に開示され、ここに図１−３に示す。このカップラにおいて、一方のカップラ半体２内のＬ字状スロット１とカップリングスリーブ４上のバヨネットピン３が、カップリングスリーブを他方のカップラ半体５に関して回転させるのに使用され、これによってスリーブが取り付けられたカップラ半体が他方のカップラ半体内に軸方向に挿入されるときに、ねじれ復原力がバヨネットピンをＬ字状スロットのベース内に押し込むことになる。トーションばねを利用する代わりに、ねじれ復原力が被挿入カップラ半体上の第２セットのカム面６によって提供され、これが半径方向外方ににスリーブの弾性部８上の対応する第２セットのピン７をカムに構成し、第２セットのカム面によってもたらされた第２セットのピン上の復原力のねじれ要素が、第１バヨネットピンがＬ字状スロットのベースに到達したときに、スリーブをしてラッチ位置に回転せしめる。
【０００５】
これらの両者の自己ロッキング設計の固有の問題として、ある一定の大きさの遊びが相補的ロッキング機構、すなわち、米国特許第５，０６７，９０９号および同第５，１６７，５２２号の三角タブ、および米国特許第５，６６２，４８８号のバヨネットピンとスロットを互いにクリアして、ねじれ力に応答して回転をロッキング位置に許容せしめるとともに、製造公差の結果とするためにも必要である。係合カップラ半体間の遊びの存在が、接触部の摩耗を増大させ、シールされたカップラの場合において、カップラの係合半体間の境界におけるシールが汚れることがあり、カップラ半体の損傷が最低位にあり、あるいは所望の係合位置に静止するため、シールをして弾性セットを形成せしめる。
【０００６】
他方において、従来の非自己ロッキングカップリング機構の状況で、係合コネクタ半体間の公差ないし遊びの問題は、軸方向力を係合カップラ半体に加えることによって解決されていることが知られている。プレ・ロードまたは軸方向力をカップラに加える設計の例には、米国特許第３，８０５，３７９号および第４，８２０，１８５号が含まれている。ここに図４に示した米国特許第３，８０５，３７９号に開示された設計において、軸方向力がバヨネットカップリングスリーブの回転から得られ、これによってカップラ半体間で接触が確立された点を通る対応する溝をバヨネットピンが走行し、ばね機構によってもたらされた真の軸方向プレ・ロードに抗してその溝の端に走行する。係合方向へ延長する走行距離の成分が、カップラ半体上のプレ・ロードを規定する。
【０００７】
図示した従来のバヨネット型カップラのプレ・ロードが、対応する溝内のバヨネットピンの走行端に加えられるために、カップリングの完了には、接触点で開始される手動によって加えられる回転力を増す必要があり、この接触点でプレ・ロードばねが圧縮され始める。この結果、この機構は米国特許第５，０６７，９０９号、第５，１６７，５２２号および第５，６６２，４８８号に開示されたタイプの自動ロッキング機構に使用するには適しておらず、力印加ばねが初期挿入中に圧縮される。さらに、従来の軸方向プレ・ロード機構は、実際のプレ・ロードに作用するに違いない製造公差に適合しない。
【０００８】
一方、本発明は米国特許第３，８０５，３７９号の軸方向プレ・ロードと、米国特許第５，０６７，９０９号、第５，１６７，５２２号および第５，６６２，４８８号の自己ラッチ機構を米国特許第３，８０５，３７９号に示された機構の真の軸方向力よりむしろ修正ねじれ力発生機構を使用することによって組み合わせて、回転力と軸方向力両方を発生させ、これによって先行技術による両タイプのカップラの欠点を除去したカップラを提供するものである。本発明において、ラッチスリーブに印加されるねじれ力が、これをしてラッチ位置に移動せしめられるだけでなく、ねじれ力の横方向成分がカップラの半体を一緒に引き出すのに利用されると同時に、スリーブがラッチ位置に回転させられる。
【０００９】
いずれの従来の他のカップリング機構も本発明によって提供される組み合わされた機構はなく、そのカップラの半体が両方とも一緒に引き出され、ロックされるので、両カップラ半体は最小の操作による真の直線動作を使用して係合でき、カップラの最終係合位置への動きが人の介在の必要性と、またはフィードバックの欠落にる不完全な係合の可能性なしに自動的に達成される。
【００１０】
発明の概要
従って、本発明の目的は、カップラの係合半体を一緒に自動的にロックし、カップラ半体の係合中も係合後も共有力発生要素を使用してカップラ半体を一緒に連続して引き出すロッキングスリーブを含むタイプのカップリング機構を提供することである。
【００１１】
本発明の第２の目的は、短縮された係合時間と係脱時間で二つのカップラ半体の結合を許容し、首尾よいカップリングのフィードバックを提供し、積極的な耐振動と耐衝撃カップリング力を提供する機構を提供することである。
【００１２】
本発明の第３の目的は、直線軸方向押圧で、他のいかなる介在もなしに結合を許容し、またさらに僅かな回転のみで着脱できるコネクタのためのカップリング機構を提供することにある。
【００１３】
本発明の第４の目的は、コネクタの係合される半体の係合に続いて一緒に連続して半体を引き出す力を提供するコネクタのためのカップリング機構を提供することにある。
【００１４】
本発明の第５の目的は、係合面間の弾性的シールの不慮のおよび永久的「弾性的セット」特性を除去したシェル−対−シェルボトミングバヨネット型カップリング機構を提供することである。
【００１５】
本発明の第６の目的は、簡単な構造を有し、しかも付加的な耐振動特性およびカップリングスリーブを静止点に「安全配線」のようなプロシージャの必要性をなくしたバヨネット型式カップリング機構を提供することである。
【００１６】
本発明の第７の目的は、全ての係合要素の金属対金属ボトミングによる係合半体間の動きをなくすことによって軸方向の摩耗に耐え得るカップリング機構を提供することである。
【００１７】
これらの目的は、係合コネクタ対の親カップラ半体があり、コイルばねを含むこともできるが、これに限定しない、さらにカップリングスリーブと親カップラ半体間に設けられた複数のねじれ生成部材を収容するカップリングスリーブを含むカップリング機構を提供することによって本発明の好ましい実施形態の原理に基づいて達成される。ねじれ力はカップリングスリーブ内にある複数のピンないしバヨネットピンを直進させ、親カップラが他方のカップラ半体内に直線的に挿入されるにつれて、ピンないしバヨネットピンがそれらの動きを、従って、カップリングスリーブの動作を案内するためのトラックを形成している溝の側面と係合するように構成されている。
【００１８】
カップリングスリーブ内部の力生成部材によって生成されたねじれ作用から生じる力と、適切に角付けされた最終トラック部ないしロッキングランプ上のピンによって生成された合成力が、自己引き出し作用を発揮し、これが係合された半体を一緒に保持して、衝撃と振動抵抗性をもたらすとと同時にカップリング手順を簡単にし、直線的軸方向押圧だけで他のいかなる介在もなしに連結動作の発生を許容する。
【００１９】
従来のカップラロッキング機構とは異なり、本発明は、従来のカップラ機構によって別々に達成された特徴の全てを提供するにもかかわらず、従来のカップラ機構のいずれにも存在しなかった改善された簡単な利用性、信頼性および製造公差の適応といった利点を有する単一セットの力生成部材、バヨネットピンおよび溝を含む特に簡単な構造で軸方向プレ・ロードないし連続する力印加作用を達成する。
【００２０】
製造公差および他の寸法上の精度の順応性に関して、製造公差、カップラ部品の温度関連変化あるいは摩擦摩耗ないし疲労のような他の不正確さの原因にもかかわらず、係合状態にある差し込みピンを、ランプの端部に配置させることを必要とするよりはむしろロッキングランプの最終トラックセクションに沿ったどこへでも配置させることによって本発明は所望の連続軸方向力を達成する。
【００２１】
好ましい実施形態の詳細な説明
本発明の好ましい実施形態のカップラは、共通軸に沿って係合位置に移動するように構成された第１および第２のほぼ円筒状のカップラ半体２０と２１、第２のないし親カップラ半体上に回転可能に取り付けられたラッチスリーブ２２を含んでいる。図示したように、カップラ半体２０は雌カップラ半体ないしレセプタクルで、カップラ半体２１はカップラ半体２０に挿入されるように構成された雄カップラ半体ないしプラグであるが、カップラ半体はこれに取り付けられて他方のカップラ半体のためのレセプタクルとして作用するようにカップラの内部にスリーブを設けることもできる。
【００２２】
図６に示したように、カップラ半体２０の内面上のスロット２３、２３’の形態にある直線案内機構と、カップラ２１の外面上の突出部２４の相補的相互係合によって係合中、カップラ半体２０と２１間の軸方向整合が維持される。特に図示していないが、もちろん突出部のサイズおよびスペースを変えて、キーイング作用を提供してカップラ半体の適切な回転整合を保証することが可能である。さらに、当業者にとって明白なのは、突出部２４がカップラ半体２１上の代わりに、カップラ半体２１のスロット２３、２３’に配置し、スロットと突出部の数と正確な形態は、これらがカップラ半体の一方を他方のカップラ半体内に直線的に案内しさえすれば変えてもよく、さらに、本発明の範囲内で、例えばカップラ半体２１の係合部の外部に非円筒形状を形成し、またカップラ半体２０の係合部の外部に対応する非円筒形状を形成することによってスロットと溝以外の案内構造を提供することもできるということである。
【００２３】
カップラ半体は電気コネクタ挿入物、または液式または空気式要素を収容するように構成することもできる。カップラ半体内の挿入物ないし要素の詳細は図示を省略するが、当業者にとって明白であり、図１および２の例によって示したような適切な電気コネクタ挿入物が収容されている。さらに、コネクタ半体およびスリーブは、カップラが使用される適用例に適した材料、例えばカップラ半体とバヨネットピンに対しては金属、またスリーブに対してはプラスチックのような材料から作られることは当業者にとって理解できることである。
【００２４】
図示実施形態において、自己ねじりと軸方向バイアス機能は、第１カップラ半体２０の外部にカットないし形成された三つのほぼＬ字状スロットないし溝２５、２５’、２５”の組み合わせによって提供され、その数は回転スリーブ２２に取り付けられた内方向に延長するバヨネットピン２６、２６’（図５のＡにおいて二つのみを示す）と、三つの力発生部材２７（図５のＡにおいて一つのみを示す）に対応している。力発生部材２７は、回転可能スリーブ２２から内方向に延長するストッパ２８と第２カップラ半体２１から外方半径方向に延長するストッパ２９間に保持され、これによって力が発生され、スリーブと第２カップラの相対的回転を生ぜしめ、図６に示したように第２カップラ半体の回転が第２カップラ半体２１から延長する突出部２４と第１カップラ半体２１内の直線案内スロット２３間の係合によって押えられている。ストッパ２８は二つの端面３０と３１を含み、端面３０がばねの一端と係合し、端面３１が第２カップラ半体から半径方向外方に延長する第２ストッパ３２と係合することによってカップラ半体に関してスリーブの回転が制限されるように作用する。端面３１がストッパ３２と係合したときに、スリーブがその初期位置にあり、またバヨネットピン２６、２６’がＬ字状溝２５、２５’、２５”に入る位置にある。これについては次により詳しく説明する。
【００２５】
回転可能スリーブ２２がいずれ適切な手段によって第２カップラ半体２１上に保持される。例えば、図５のＢに最もよく示したように、ストッパ２８の底面がストッパ３２から延長しているカップラ半体２１上の外方向に延長するフランジ３３の頂面と係合するように構成され、一方ストッパ２８から延長しているスリーブ２１上のフランジ３４の頂面３５が第２カップラから延長する係止リング３７によって固定された波形ワッシャ機構３６によって係合される。ストッパ２８がねじ付き締付部材３９によってフランジ３４に固定されている。
【００２６】
図示した力生成部材２７が、ストッパ２８と２９と係合する端部を有するコイルばねの形態にあり、このばねは第２カップラ半体２１のフランジ３３とスリーブ２２上のフランジ３４間に保持されており、ばねが第２カップラ半体２１から延長するストッパ３２に抗して、スリーブ２２上でストッパ２８の端面３０を通常バイアスしている。コイルばねを図示しているが、当業者は、十分なねじり力をスリーブに印加して、これによってカップラ半体が連続して一緒に引き出すことを保証できる限り他のタイプの弾性バイアス機構によって自由に置換することも可能であることが理解できる。これについては次に詳しく説明する。
【００２７】
回転可能スリーブ２２を、図示したコイルばね機構を使用してカップラ半体２１に組み込むために、カップラ半体２１は、コイルばね２７がストップ３２の外面に抗して注意深く位置付けされる際に、片側で保持されるとともに、カップラ半体２１の後端に向ってほぼ４５度に、整合キー２４から離れて保持される。これがカップラ半体２１の他の二つのストッパ２１において反復される。こうしてカップリングスリーブ２２は、バヨネットピンがカップラ本体２１上の整合キー２４に向って対面するようにしてカップラ半体２１の後方に設置される。これと同時に、コイルばねの自由端がカップリングスリーブ２２上のストップ２８の端面３８と接触されるように配置される。カップリングスリーブ２２とカップラ半体２１がさらに接触されるにつれて、コイルばねが圧縮されるようにして二つの部材が回転する必要がある。これらのばねが圧縮されると、カップリングスリーブとカップラ半体が完全に接触し、ストップ２８の底面がカップラ半体２１上の外方に延長するフランジ３３の頂面と係合する。カップリングスリーブとカップラ半体が互いに保持され、波形ワッシャ３６が図５と図５のＢに示したようにフランジ３４の上面３５に設置され、係合される。次に波形ワッシャ３６が、カップラ半体２１の外周面に延長している溝４７に嵌合している係止リング３７に従っており、これによってリングが嵌合したとき、これが波形ワッシャ３６と係合し圧縮する。波形ワッシャ３６の係止リング３７による圧縮が、次にストッパ２８の底面をカップラ半体２１上の外方向に延長するフランジ３３の頂面との一定係合を維持させる。
【００２８】
スリーブがコイルばね２７の作用に抗して回転する形態で、これに基づいてカップラ半体が差し込みピンと溝間の共動によって図７−１０に示したように一緒に引き出される。溝２５、２５’、２５”（以後一括して溝２５と言う）の左エッジが、トラック４０を形成して、二つのカップラ半体が図６に示したように突出部２４とスロット２３間で共動することにより係合位置に直線的に案内されたときに、トラックがこれらの半体に対するスリーブの移動を制御する。
【００２９】
トラックの開始点において、直線機構９が二つの係合半体の正しい整合を助ける。特に、両カップラ半体が、突出部２４が溝２３、２３’に挿入されることによって最初に一緒に接触し、一致し、バヨネットピン２６が矢印Ａで示されたように垂直方向に溝２５に入り、また溝４０の入口の下方の点４１でトラック４０と係合する。バヨネットピン２６がトラック４０と係合する点４１において、図８に示したように直角に偏向して、矢印Ｂで示したばね２７の力に抗してトラックのカム部４２に従い始め、スリーブ２２をして一致したカップラ半体２０と２１に関して矢印Ｃの方向に回転せしめられる。
【００３０】
ピン２６が図８に示すようにトラック角度の頂点に接近するにつれて、ねじれの最大量がカップリングスリーブ内に発生する。ピンが安定点４３、すなわち、二つのトラック機構４２と４４間にある半径の回りに移動すると、ピンが力発生要素ないしばね２７によって発生された力に応答して矢印Ｂの方向に移動し始め、最終トラック部ないしロッキングランプ４４を通過し、係合の持続している間この部分上に休止する。任意に、角付き部分４２の角度を小さくし、またコネクタ半体と一致するために必要とする軸方向力を増すために部分４２の後方、点４３の前方の垂直方向に延長する直線部分を含めることもできる。
【００３１】
ロッキングランプ４４が、水平線に対して、すなわち、係合方向に関して角度Ｄで延長している。この結果、スリーブ２２がばね力に応答して方向Ｂに回転するにつれて、ランプ４４と差し込みピン２６間の係合がスリーブを下方向に押しやる。スリーブ２２のカップラ半体２１に対する軸方向運動がストップ２８の底面とフランジないしカラー３３の頂面間の係合によって制限されるので、スリーブ２２の下方係合方向への運動が、走行の限界に到達するまでカップラ半体２１にも係合方向に、力を与える。この限界は係合カップラ半体が互いに接触するか、または最低位にきたときに発生する。これはランプの点４５で生じる。
【００３２】
ロッキングランプ４４上の力発生要素２７のねじれ力によって発生された合成力が、係合された半体を一緒に引き出し続ける。設計により、係合状態にある差し込みピン２６がロッキングランプ４４の第２直線クーオーター内に休止しているが、ランプ角度に沿ってどこにでも位置して、トラック、ピンまたは係合するカップラ半体間の境界における真の金属対金属シェルボトミングを形成する係合半体を含む係合面の摩擦摩耗および疲労を自動的に補償することができる。
【００３３】
カップラ半体の引き離しは、ばね力に抗してスリーブ２２を手でねじることによって容易に実行できるるので、バヨネットピン２６が点４３をクリアし、溝２５から引き出し、二つのカップラ半体が引き離されるにつれてスリーブが自動的にその初期位置に回転して戻される。
【００３４】
本発明の好ましい実施形態につき、当業者に対して過度な試行なしに本発明をなし、かつ使用できるようにその特徴を十分に説明したが、上述したことに付加して、図示実施形態の多数の他の変形例および修正例も当業者によって作ることができるであろう。これらの変形例および修正例の各々は、ここに特に説明しなかったものも含めて、本発明の範囲内に含めることを意図し、従って、本発明の説明およびその図はこれに限定するのもではなく、むしろ本発明は添付の請求の範囲によってのみ規定することを意図する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の自己ラッチ式カップラ機構の分解斜視図。
【図２】 図１のカップラ機構の力発生部の断面図。
【図３】 図１のカップラ機構のためのカム機構の平面図。
【図４】 従来の非自己ラッチ式バヨネットカップラのためのプレ・ロード機構の斜視図。
【図５】 Ａは、本発明の好ましい実施形態の原理に基づいて構成されたバヨネット型カップリング機構を、スリーブとカップラ半体の部分を断面で示した等角図。Ｂは、カップリングスリーブがカップラ半体の一方に固定された状態の詳細を示す図。
【図６】 図１のカップリング機構に設けられた直線案内トラックの平面図。
【図７】 バヨネットピンおよび溝が共動して自己ラッチを提供し、軸方向力が図５のＡのカップリング機構に作用を加える態様を示す平面図。
【図８】 図７と同趣旨の図。
【図９】 図７と同趣旨の図。
【図１０】 図７と同趣旨の図。

Claims (9)

1. カップリング機構であって、前記カップリング機構は、
   第１カップラ半体と、
   第１カップラ半体と結合されるように構成された第２カップラ半体と、
   前記第２カップラ半体を第１カップラ半体に関して直線的に結合位置に案内するための第１および第２カップラ半体上の相補式相互係合直線案内機構と、
   第２カップラ半体上に回転可能に取り付けられたスリーブと、
   前記スリーブと前記第２カップラ半体との間に保持され、前記スリーブをして第１方向に回転を生ぜしめる回転バイアス力を発生するための回転力発生機構と、
   前記第１カップラ半体が前記第２カップラ半体に関して前記結合位置に向って直線的に案内されたときに、前記スリーブをして前記回転バイアス力に抗して第２方向に第１カップラ半体を相対的に回転せしめる前記第１カップラ半体上のカム機構と前記スリーブ上のフォロワ機構と、
   前記フォロワ機構と係合させるとともに、前記スリーブが前記回転バイアス力に応答して前記第１方向に回転するにつれて、前記第１および第２カップラ半体をして前記カム機構から前記フォロワを離脱せしめる第１カップラ半体上のロッキングランプと、
   を具備し、
   前記カム機構は、第１のアーチ形の縁表面によって形成され、前記ロッキングランプは第２のアーチ形の縁表面によって形成され、
   前記第２のアーチ形の縁表面は、前記第２方向に関して鋭角で傾斜しており、その結果、前記力に応答して前記スリーブが前記第２の方向に回転し、前記第１カップラ半体と前記第２カップラ半体とが引き寄せられ、
   前記フォロワ機構は、前記カップリング機構において少なくとも磨耗と疲労を補償するために、前記第２のアーチ形の縁表面に沿って何処にでも位置することができる、
   カップリング機構。
2. 前記力発生手段が少なくとも一つのばねを含む請求項１に記載のカップリング機構。
3. 前記ばねが前記スリーブと前記第２カップリング半体間に保持されたコイルばねである請求項２に記載のカップリング機構。
4. 前記フォロワ機構が前記スリーブから内方に延長しているピンを含む請求項１に記載のカップリング機構。
5. 前記第１カム機構と前記ロッキングランプが前記第１カップラ半体の側面に切り込まれた溝のエッジ面である請求項４に記載のカップリング機構。
6. 前記溝が、該カプリング機構の軸方向に延長する軸部と、軸部をほぼ横切って延長する横断部とを有するＬ字状溝である請求項５に記載のカップリング機構。
7. 溝の前記横断部が前記第２回転方向に関して非ゼロ角で傾斜した面を含んでおり、スリーブが前記力に応答して前記第２方向に回転され、前記第１および第２カップラ半体が一緒に引き出される請求項６に記載のカップリング機構。
8. 前記第１および第２カップラ半体が完全に結合されたときに、前記フォロワが前記面の端部間に位置付けされるように溝の前記横断部の前記面が構成されており、これによって前記第１および第２カップラ半体が前記結合部の前記力によって互いに引き出され続け、前記端部間の前記位置が前記カップラ半体、または結合境界面にあるシーリング機構の寸法の許容差を順応するのに十分に大きい、請求項７に記載のカップリング機構。
9. 前記相互係合直線案内機構が、前記第２カップラ半体から外方向に延長している突出部と前記第１カップラ半体の内面の溝とを含む請求項１に記載のカップリング機構。

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