JP4956670B2 - 電気的な差し込みコネクタ - Google Patents

Description

本発明は、電気的な差し込みコネクタ、殊に燃料インジェクター用の耐振性又は防振性のコネクタであって、ソケット接極子の構成部分として、ピンの電気的な接続又は接触のための内側接続部分、該内側接続部分に被せ嵌められる外側ばね部材を備えている形式のものに関する。

自動車分野において一般的な電気的な差し込みコネクタは、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２４８８０９Ａ１号明細書により公知である。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２４８８０９Ａ１号明細書には、自動車分野で用いられる電気的な差し込み接続部の形成のための耐振性又は防振性のソケット接極子から成る電気的な差し込みコネクタを開示してある。該電気的な差し込みコネクタ（差込式コネクタ）は、内側接続部分（接触用内側部分）及び外側ばね部材（被せ嵌めばね部材）からなっている。この場合には内側部分自体が複数の接触条片部を含んでおり、接触条片部（接触のための条片状の部分）は、相手部材又は相手コンタクトの接点、有利にはナイフの接点と接触するようになっている。高い接触力、ひいては信頼性の高い接触を、相手部材が斜めになっている、或いは振動若しくは揺動する場合でも、各接触条片部の最適な垂直接触力により保証するために、内側接続部分は少なくとも３つの片持ち式の接触条片部を有しており、各接触条片部は、ナイフとの電気的な差し込み接続部の形成のための少なくとも１つの接点を有している。この場合に接触条片部の自由な端部は、電気的な差し込み接続部の製造された状態では、外側ばね部材の一部分である支持部材に支えられている。

電気的な差し込み接続部の別の例は、例えばドイツ連邦共和国実用新案公開第２０２０８６３５Ｕ１号明細書、欧州特許公開第０９７１４４６Ａ２号明細書、及びドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２２４６８３Ａ１号明細書に開示されている。

自動車分野において知られているように、機器やワイヤハーネスの振動に起因して発生する相対的な微小運動は、ソケット接点とナイフ接点との間に摩耗を生ぜしめている。電気的な機能にとっての一般的な摩耗限界は、金メッキにおいて被覆（表面）が擦り切れる場合であり、錫メッキの場合に摩擦腐食による酸化錫が生じ或いは同じく錫が擦り切れる場合である。エンジン振動若しくは温度変化に起因する接触摩擦に対する一般的な防止手段、つまり錫メッキの場合における摩擦腐食若しくは金メッキ若しくは銀メッキの場合における擦り切れに対する一般的な防止手段は、金属製の蛇行部材（メアンダー）若しくはループ状に形成された銅製帯片（銅ストリップ）のような遮断部材であり、このような遮断部材は、有効であるものの、コンタクト若しくはコネクタの費用を増大させ、また一般的に電流容量を断面減少に基づき低下させている。また高い接触垂直力のための一般的な手段においては、垂直力は、たいていは接触ばね（条片状部分）の銅材料の塑性特性（降伏点）により限定されている。

燃料インジェクターにおいては、制御モジュールと電磁石装置の、ノズルモジュール内にある電磁弁との間の電気的な差し込み接続部にとって、６個式フィンガー接点として形成された差し込み接点（差し込みコンタクト）を制御モジュール内に設けてあり（ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００５０１７４２４Ａ１号明細書、参照）、前記差し込み接点内にノズルモジュールのピンを差し込むようになっている。ニッケルメッキ若しくは金メッキされた６個式フィンガー接点は、差し込みソケット（差し込みブッシュ）内に圧入されており、差し込みソケットは絶縁のために、つまり短絡を避けるために収縮性チューブ及び絶縁スリーブを備えている。燃料インジェクターにおいて、導電性の接続部は、制御モジュール内の接続ボルトから出発して、６個式フィンガー接点及び中実導体を介して電磁石装置まで延びている。このような接続部又は接触部は、制御モジュールの再現性のある組立及び分解を可能にし、かつ燃料噴射のためのノズルモジュール内の電磁石装置の制御を可能にしている。電磁石装置はノズルモジュール内に固定され、かつ差し込みソケットは制御モジュール内に固定されている。燃料インジェクター内の圧力伝達器の接続により、インジェクターは極微小に伸びるようになっており（約数μｍ）、その結果、ピンは接触領域から引っ張られる。燃料噴射により圧力は降下され、ピンは再び接触領域内に移動させられる。噴射サイクルの繰り返し及び作動時間の経過に伴って、差し込み接点は一キロメートルの距離にわたって移動する勘定になる。公知の差し込み接点の金表面は、作動時間の経過に伴ってベース材料まですり減らされてしまうことになる。金表面は、ベース材料を酸化から保護する役割のために用いられているものの、摩耗しやすい。ニッケル層は、卑金属のベース材料から金表面への拡散を阻止するために用いられている。金表面を設けてない場合には、ベース材料上に酸化膜を生じかつ接触部位（接点と中実導体）に高い電気抵抗を生じるリスクが高くなる。その結果として、電磁石装置への給電が損なわれ、ひいては燃料噴射が不可能になる。燃料インジェクターの構造上、中実導体（ピン）と差し込み接点との間の相対運動は排除され得ないものである。

洋白の本発明の使用により、耐用年数（摩耗限界）は、被覆層（金、錫又は銀）の擦り切れ若しくは摩擦腐食によって損なわれるものではなく、電流容量も減少されない。洋白は、４５〜７０％の銅、５〜３０％のニッケル、８〜４５％の亜鉛からなり、かつ必要に応じて微量元素、例えば鉛、錫又は鉄の添加物を含む銀白色の合金である。

純然たる洋白構成における機械的な特性値（降伏点やヤング率）に起因して、微小相対運動による摩滅を防止するための垂直力の不足というような弱点は、ばね鋼製の外側ばね部材又は被せ嵌め部材（被せ嵌めばね）を用いた適切な連結により改善されている。ばね鋼は応力弛緩が少なく、高強度であり、耐食性に優れ、錆びず、Ｃｕ合金よりも高い押圧力を有していて、該押圧力（垂直力又は圧着力）を重畳することに基づき、製作誤差や摩耗による誤差を十分に補償するようになっている。ＦＥＭ（有限要素法[finite-element method]）を用いて算出された理論値では、垂直力（軸線に対して垂直に作用する力）は、２〜１６Ｎであり、したがってドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００５０１７４２４Ａ１号明細書により公知の差し込み接点（差し込みコンタクト）の１Ｎより高くなっている。高い差し込み力は、手作業に代わり行われる工場組立では問題にならない。本発明に基づき垂直力を高めることにより、短い長さ及び小さい直径のコンパクトな差し込み接点構造を可能にしており、その結果、例えば１ｍｍの直径のピンの接続を行うことができる。換言すれば、小さい構成スペースで高い圧着力（垂直接触力）を実現し、ひいては電気接続の高い信頼性を達成している。

電磁弁をベースとするディーゼル用インジェクターにおける接点材料として洋白を用いることにより、電気的な弱点（比較的低い導電性）は無視できるようになり、それというのは一般的に、１０アンペアより低い極めて短時間の電流のみがμｓ（ｍｓまで）の範囲で生じるだけであり、このことは１アンペアより低い極めて小さい実効電流／当量電流を意味するものであるからである。したがって低い導電性は、過熱や熱的な損傷につながるものではない。低いｍ抵抗（理論的に約２０ｍ抵抗）の範囲での付加的な電圧低下は、装置全体及び／又はワイヤハーネスの電圧低下に比べて無視できるものであり、それというのは内側接続部分及び外側ばねの長さはわずかに数ミリメートル（約４〜９ｍｍ）であるからである。

本発明に基づく差し込みコネクタにより得られる利点として、接触領域当たりの０．２ｍｍより少ない摩耗を、酸化層の発生なしに達成している。なんら層を形成するものではないので、層摩滅による故障も排除されている。各接触領域における垂直接触力を１０倍高めていることにより、微小運動は減少され、ひいては摩耗も減少されている。さらに品質要求を達成しており、それというのは高い垂直力により異物層が押し潰されて、接触部は通電抵抗が小さくなり安定するからである。本発明に基づく差し込みコネクタは、ディーゼルエンジンの運転条件下、つまりエンジンオイルを含む環境条件、エンジンオイル・水を含む環境条件若しくはエンジンオイル・ディーゼル燃料・水を含む環境下でも用いられるものである。

本発明に基づく差し込みコネクタはさらなる利点を有しており、すなわち、
ａ） スペース不変性、つまり、外形形状及び組み込み寸法は従来のものと同じである。本発明に基づく洋白構成を用いる場合に、差し込みソケットを受容又は収容する構成部分は、変更することなく用いられる。洋白構成は、迅速に、かつ対応する別の構成部分への適合を必要とすることなしに実施されるものである。
ｂ） 機能は複数の構成部分に分配され、つまり、電流の供給（伝達）は内側接続部分によって、垂直接触力の形成は外側ばね部材（例えばばね鋼、ＣｕＢｅ２又は類似のものからなるばね）によって、かつ位置決めはスリーブ又はブッシュによって、全耐用年数にわたって頑丈に行われる。これらの構成部材はそれぞれの機能又は目的に最適に適合されるものである。
ｃ） 接続部位は、例えば金又は銀からなる表面保護若しくは表面被覆を必要としていない。洋白の使用により、耐用年数（摩耗限界）の、層（金、錫及び銀）の擦り切れや摩擦腐食による制限を避けることができるようになっている。
ｄ） 各接触部位の圧着力（垂直接触力）は、従来技術の差し込み接続部に比べて１０倍高くなっている。結果として、圧着力の小さいことに起因する電流中断を避けることができ、かつ摩耗は、微小運動の排除により減少されている。
ｅ） 高いコスト削減、それというのは、差し込み接続すべきピンを局所的に金メッキ及び錫メッキすることが不要になっているからである。
ｆ） 差し込みコネクタは、その接触領域を媒体、例えば−４０℃〜＋１４０℃の温度のエンジンオイルで濡らしてしまうようなエンジンオイル環境で、それも非密閉構造で使用できる。

次に本発明を図示の実施形態に基づき詳細に説明する。図示の構成部分は概略的に示してあるものであり、正確な寸法比で描かれているものではない。

本発明に基づく電気的な差し込みコネクタの実施形態の断面図である。 ノズルモジュール及び制御モジュールを含みかつ図１の差し込みコネクタを有する燃料インジェクターを示す図である。

図１に示す電気的なコネクタ１は、ソケットコンタクト（ソケット接点）又は円筒コンタクト（円筒接点）として形成されていて、ピン２の電気的な接触又は接続のために用いられるものである。

電気的なコネクタ１は、ピン２の電気的な接続のための内側接続部分３、該内側接続部分３に被せ嵌められ、つまり該内側接続部分を取り囲む外側ばね部材４、並びに金属ソケット（金属ブッシュ又は金属製スリーブ）５を含んでいる。内側接続部分３は、洋白（洋銀）、有利にはＮ１８（ウィーランド社[Wieland]の市販名称）から成っていて、図示の実施例では長手方向にスリットの切られた円形のスリーブとして形成されており、該スリーブは、内側に向かって傾斜する複数の接触フィンガー（条片部）６を有している。内側接続部分を形成するスリーブは、ロール成形により筒状に形成された洋白製の薄板成形部品によって製造されていてよいものである。内側接続部分３は、表面被覆、殊に金被覆、若しくは銀被覆、若しくは錫被覆を有していない。内側接続部分３は外側ばね部材４内に締りばめ又は圧入され、つまり締め付けられており、外側ばね部材４は、ステンレスばね鋼（例えば強度1500 MPAの1.4310）によって形成されている。外側ばね部材４自体は、例えば黄銅により形成された金属ブッシュ５内に組み込まれて、該金属ブッシュ内に締め付けられており、締め付け力（固定力）はピン２の差し込み力（挿入力）よりも大きくなっている。金属ブッシュ５は、外側ばね部材４を介して内側接続部分３と導電接続されていて、かつ電気的な通路７の絶縁被覆の除去された端部に固着されている。金属ブッシュ５は絶縁スリーブ８によって取り囲まれており、例えば電気的な導体からなる通路７は、絶縁用の収縮性チューブ９によって被覆されている。

板厚さ又は壁厚さ、接触フィンガー（条片状接触ばね部分）６の長さ及び縦スリット（長手方向スリット）の幅により、内側接続部分３の接触力及び剛性は調節されるようになっている。外側ばね部材４の被せ嵌めにより、接触フィンガー６の垂直力（接触フィンガーに対して垂直方向に作用する力）は、製作誤差並びに摩耗を補償するために、確実に高められて所定範囲内に保たれるようになっている。電気的な差し込み接続（差し込み接触又はプラグ接点）を生ぜしめるために、ピン２、例えば洋白から成る直径１ｍｍの丸棒状又は円形のピンは、金属ブッシュ５の開口部１０内並びに接触フィンガー６間に、しかも外側ばね部材４の戻り作用（圧縮作用）に抗して差し込まれるようになっている。

図２には、燃料インジェクター２０を示してあり、燃料インジェクターは、ノズルモジュール２１及び制御モジュール２２を含んでおり、制御モジュールは、図１に示す差し込みコネクタ１を有している。燃料噴射は、電磁弁（図示省略）を用いて制御されるようになっており、該電磁弁は、ノズルモジュール２１の電磁石装置２３の一部分（構成部分）を成している。電磁石装置（マグネット構成ユニット）２３は、有利には同じく洋白から成っていて制御モジュール２２まで延びる中実導体２４を有しており、該中実導体の、ピン２として形成された端部は、制御モジュール２２内で差し込みコネクタ１内に差し込まれている。このような差し込みコネクタ１により、各接続領域における０．２ｍｍより少ない摩耗しか生ぜず、酸化膜の発生又は形成を防止するようになっている。酸化膜の発生を防止しているので、故障、つまり層の擦り切れは避けられている。接続領域における垂直接触力を１０倍も高めていることにより、中実導体２４と内側接続部分３との間の微小運動、ひいては摩耗を減少させている。さらに、高い垂直力により、中実導体２４と内側接続部分３との間の移行部における電気的な抵抗は小さくかつ安定して保たれ、制御モジュール２２内には、約１４０℃までの温度及び２４０００時間にわたって電流中断も高いオーム抵抗も発生しないようになっている。

１ 差し込みコネクタ、 ２ ピン、 ３ 内側接続部分、 ４ 外側ばね部材、 ５ 金属ソケット、 ６ 接触フィンガー、 １０ 開口部、 ２０ 燃料インジェクター、 ２１ ノズルモジュール、 ２２ 制御モジュール、 ２３ 電磁石装置、 ２４ 中実導体

Claims (6)

1. 電気的な差し込みコネクタ（１）であって、ソケット接極子の構成部分として、ピン（２）の電気的な接続のための内側接続部分（３）、該内側接続部分（３）に被せ嵌められる外側ばね部材（４）を備えている形式のものにおいて、前記内側接続部分（３）は、洋白から成るスリーブとして形成されており、前記外側ばね部材（４）は、スリーブとして形成された金属ソケット（５）内に締め付けにより保持されており、前記金属ソケット（５）と前記内側接続部分（３）とは、該金属ソケット（５）と該内側接続部分（３）との間に配置されている前記外側ばね部材（４）を介して互いに導電接続されていることを特徴とする電気的な差し込みコネクタ。
2. 前記内側接続部分（３）は、表面被覆なしに形成されている請求項１に記載の差し込みコネクタ。
3. 前記内側接続部分（３）は前記外側ばね部材（４）内に締め付けにより保持されていて、該外側ばね部材（４）と導電接続されている請求項１又は２に記載の差し込みコネクタ。
4. 前記内側接続部分（３）を形成する前記スリーブは、長手方向に複数のスリットを切られていて、該スリットにより画定された複数の接触フィンガー（６）を有している請求項１から３のいずれか１項に記載の差し込みコネクタ。
5. 前記内側接続部分（３）を形成する前記スリーブは、金属薄板からロール成形された薄板製筒状部品である請求項１から４のいずれか１項に記載の差し込みコネクタ。
6. 燃料インジェクターにおいて、該燃料インジェクター（２０）は、少なくとも２つのモジュール（２１，２２）及び請求項１から５のいずれか１項に記載の差し込みコネクタ（１）を有しており、該差し込みコネクタは前記モジュールのうちの１つのモジュール内に設けられており、前記モジュールのうちの別のモジュールのピン（２）は前記差し込みコネクタ（１）内に差し込まれていることを特徴とする燃料インジェクター。

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