JP5285685B2 - パッキン及び電気コネクタ - Google Patents
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ただし、パッキンを装着した場合、プラグとレセプタクル(アダプタ)を結合するために、ネジを締めて防水性を保つようにするが、パッキンを潰して対向面を当接させようとすると、締め付けトルクを高くしなければならず、螺合させ難くなることがある。
さらに、高い締め付けトルクをかけずに防水性を保てるために、締め付け作業が容易であり、コネクタにかかる負荷が軽減される。
図1を参照して、本発明の実施の形態に係るパッキンを説明する。
この例のパッキンは、詳しくは後述するように、プラグとレセプタクルとからなる電気コネクタに使用される。レセプタクルとプラグとには、軸方向に対向する平面が形成されており、レセプタクルの平面には円周状の溝が形成されている。パッキンは、この溝に収容されて、対向するプラグの平面に押し当てられ、両平面間をシールする。
この例では、溝の断面形状が、溝幅(連結平面に平行な方向における長さ)が、深さ(電気コネクタの軸方向における長さ)よりも長い横長の長方形の場合を示す。一例として、適合ケーブル外径15〜28mmの型番NWPC−54のコネクタの場合、溝の内径は51.5mmであり、溝の幅が3.0mm、深さが2.4mmである。
なお、上下方向とは、パッキン1の高さ方向(軸方向、パッキン溝の深さ方向)を示す。さらに、下方向とは、パッキン溝の奥方向(底方向)を示し、上方向とはその反対方向を示す。
また、内外方向とは、パッキン1の幅方向(連結平面に平行な方向、パッキン溝の幅方向)を示す。さらに、内方向とはパッキン1の周の内側に向かう方向、外方向とはその反対方向を示す。
パッキン1の幅Wは3.8mm、高さHは3.5mmである。つまり、パッキン1の幅は、溝幅(3.0mm)よりも広い。また、上下突部11、12の半径は0.7mm、内外突部13、14の外周面を形成する円の径は、パッキン1の幅と等しく3.8mmである。さらに、パッキン1の断面積は6.29mm2であり、溝の断面積の88%である。
前述のように、パッキン1の幅は溝幅よりも広いので、自由姿勢のままではパッキン1は溝に収容できない。先行技術に開示されているパッキンは、本発明と同様に幅が溝幅よりも広いものもあったが、これらの例では幅方向に圧縮して溝に収容していた。本発明のパッキンにおいては、パッキンを軸方向に回動させて(倒して)収容する。
まず、図2(A)に示すように、溝20の上方に自由姿勢のパッキン1を置く。パッキン1の幅は溝20の幅よりも広いので、パッキン1の下突部12は溝内に入り込むが、内外突部13、14の各下角部P5、P6が溝20の内側の縁21と外側の縁22に乗った状態となる。次に、図2(B)に示すように、上突部11(力点)を中心方向(内方向)かつ溝深さ方向(下方向)(図の左下方向)に押す。すると、パッキン1は、溝20の外側の縁22に乗っていた外突部14の下角部P6を回動支点として、矢印に示すように溝深さ方向(図2(B)の反時計回り方向)に回動しようとする。つまり、パッキン1の縦軸Aが内方向に倒れようとする。そして、溝20の内側の縁21に乗っていた内突部13の下角部P5は、この押圧力によって溝20の内側の縁21から外れて溝20に入り込んでいく。そして、パッキン1は、さらに回動するとともに溝20の幅方向に圧縮されながら溝20に押し込まれていく。最終的には、図2(C)に示すように、パッキン1の縦軸Aは、約45°内側に倒れた状態で溝20に収容される。実際には、パッキン1は溝の幅方向に圧縮されているので、縦軸Aは直線ではなくなる。
図3(A)に示すように、Oリング30は、溝20の内側壁23に最内周部P31で接触し、外側壁24に最外周部P32で接触し、底壁25に最下部P33で接触している。なお、通常のOリングメーカー仕様の平面固定用Oリングの場合、溝幅がOリングの幅よりも相当広くできており、上下に圧縮された場合、Oリングはパッキン溝内で左右方向に拡がるようになっている。しかし、電気コネクタの場合、コネクタ脱時のOリングの外れを防止するため、溝幅をあまり広くしないようにしている。
図4(A)に示すように、山型パッキン40は、本体部41と、本体部41の上辺の幅方向中央部から突出したシール部42を有し、下辺の幅方向中央部に凹部43が形成されている。さらに、パッキン40の幅が溝20の幅よりも大きく形成されているので、幅方向に圧縮された状態で溝20に収容されている。図に示すように、パッキン40は、本体部41の凹部43の内側の部分が、溝20の内側壁23と底壁25に接触し、凹部43の外側の部分が、溝20の外側壁24と底壁25に接触している。
(1)パッキン1は、図2(C)に示すように、縦軸Aが約45°内側に傾斜した姿勢で溝に収容されている。縦軸Aが約45°内側に傾斜した姿勢におけるパッキン1の最大幅は約3.3mmであって、溝20の幅よりも広いので、パッキン1は幅方向にやや圧縮されて溝20に収容されていることになる。さらに、パッキン1には、元の姿勢(縦軸Aが垂直な姿勢)に戻ろうとする方向(図2(C)の時計回り方向)への弾性復元モーメントが働いている。つまり、前述のように、パッキン1は、溝20の内壁に対して少なくとも4か所P3、P5、P7及びP6で接触しているが、これらの接触部位の各々において、パッキンと溝20の内壁との間に摩擦力が生じている。詳細には、接触部位P3には図の上方向への力、接触部位P5及びP7には図の左方向の力、接触部位P6には図の下方向の力が生じている。これらの幅方向の圧縮力と、各接触部位における弾性復元モーメントによる摩擦力によって、より強い力で溝の内壁に接触させることができる。
前述のように、一般には、パッキンの内径は溝の内径よりもやや小さく設定されており、パッキンがやや拡径して溝に収容されて、パッキンの内周が溝の内側壁に対して圧接している。つまり、図5(A)に示すように、溝に収容されたパッキンには、もとの径に戻ろうとする、パッキンの周の内側に向かう力Sがかかっている。このため、溝に収容されたパッキンに外から内へ向かう外力Fがかかると、この力Fの方向はパッキンの縮径方向の力Sと同じであるので、パッキンはめくれ上がって溝から外れやすくなる。逆に、図5(B)に示すように内から外へ向かう外力Fがかかった場合は、この外力Fの方向が、パッキの縮径方向の力Sと逆の方向であるので、溝から外れにくい。
そこで、パッキンに外から内へ向かう力がかかった場合について説明する。
図6(B)に示すように、パッキン1に平面に平行な内側への外力Fがかかると、溝20から突き出している外突部14が内側に押され、パッキン1は、図の白抜き矢印に示すように、図6(A)の収納姿勢からさらに内側に回動して(傾斜して)、溝20からめくれあがって外れようとする。このため、溝20の外側壁24に接触していた外突部14の上角部P6は外側壁24から離れるが、新たに、上突部11の頂部P1のやや内寄りの部分P8が溝20の内側壁23に接触すると予想される。さらに、下突部12の頂部からやや内寄りの部分P7は溝20の底壁25から離れるが、やや外寄りの部分P9が溝20の外側壁24に接触すると予想される。そして、内突部13の上角部P3と下角部P5は、各々内側壁23と底壁25に接触したままである。つまり、外力がかかった場合も溝20の内壁に4か所で接触している。
Oリングの太さ(幅及び高さ)が1.9mmの場合は、溝深さが1.4mm、溝幅2.5mmである。Oリングの太さ(幅及び高さ)が3.5mmの場合は、溝深さが2.7mm、溝幅が4.7mmである。
パッキンの幅Wと高さHは、以下の条件を満たすように選択することが好ましい。
(1)自然姿勢(図2(A)の姿勢)での幅が溝幅よりも広い、
(2)縦軸が約45°傾斜した姿勢(図2(C)の姿勢)での幅が溝幅よりも広く、高さが溝の深さよりも高い、
(3)縦軸が約45°傾斜した姿勢(図2(C)の姿勢)における溝から突出した部分の高さδが、溝深さの10〜30%程度である(実施例では24%)、
(4)パッキンの断面積が溝の断面積の80〜90%程度である(実施例では88%)。なお、断面積は、溝の形状・寸法、パッキンの材料の硬度によって変化する。硬度が高い場合(例えば65°程度)は断面積は狭い方が好ましく、低い場合(例えば45°程度)は広い方が好ましい。
(1)回動支点(外突部14)と力点(上突部11)とを区別しやすく、パッキン1の縦軸Aを倒す作業が容易になる。
(2)溝20に収容された状態で各突部11、12、13及び14は圧縮方向に対して傾斜しているので変形しやすく、パッキンが潰れやすい。
(3)溝20に収容された状態では、各突部11、12、13及び14の4か所で溝20の内壁に接触する。
(4)上下方向において対称な形状であって、上下方向における方向性がないので、溝に収容するときに上下の位置合わせの必要がない。
図7に示すパッキン1Aは、断面形状が、図7(C)に示すように、縦軸Aに対して非対称であって、上方向及び外方向に、略1/4円状に突出した上外突部11と、下方向に突出した下突部12、及び、内方向に突出した内突部13を有する。
図9に示すパッキン1Bも、断面形状が、図9(C)に示すように、縦軸Aに対して非対称であって、上方向及び外方向に突出した上外突部11と、下方向に突出した下突部12、及び、内方向に突出した内突部13を有する。この例では、上外突部11は断面形状が半円状ではなく、外周が外下方向に直線状に延びる傾斜となっている。この傾斜のほぼ中央には、上外方向に突出した突部15が形成されている。
コネクタ50は、アダプタ60と、このアダプタ60に差し込むプラグ80とを有する。一般に、アダプタ60は電気機器などに接続される電気ケーブルの末端などに取り付けられ、プラグ80は電源などに接続される電力ケーブルの末端などに取り付けられる。
キャップ100は、先側の円筒部101と後側の円板部103とを有する。円筒部101の先端面(プラグ側端面)には、環状の溝105が形成されている。この溝105にはパッキン1が収容されている。また、円筒部101外周面にはネジ107がきられている。
レセプタクル110は、電気機器などに設けられて、図11に示したプラグ80と連結される。
図11に示したアダプタ60に収容したパッキン1について、外れにくさを、1)溝に収容されたパッキンを指ではじく、2)パッキンを机に対向させて押圧したまま平面方向に摺る、方法によって試験した。
パッキンについては、硬度が60°、70°及び80°のものについて行い、比較として一般にOリングの場合も行った。結果を表1に示す。○は溝から外れない、×は溝から外れたことを示す。
11 上突部 12 下突部
13 内突部 14 外突部
20 溝 21 内縁
22 外縁 23 内側壁
24 外側壁 25 底壁
30 Oリング 40 山型リング
50 電気コネクタ
60 アダプタ 61 メスコンタクト
63 絶縁体 65 本体ケーシング
66 中継金具 67 中継プラグ
68 止めねじ 69 セットスプリング
71 パッキン溝 73 ネジ
80 プラグ 81 オスコンタクト
83 絶縁体 85 中子金具
87 本体ケーシング 88 カップリングナット
89 本体部 91 抜け止めリング
93 先端面 95 ネジ
97 セットスプリング
100 キャップ 101 円筒部
103 円板部 105 溝
107 ネジ
110 レセプタクル 111 メスコンタクト
113 絶縁体 115 本体ケーシング
117 セットスプリング 119 パッキン溝
121 ネジ
Claims (7)
- 対向する一対の平面の一方に形成されたパッキン溝に収容されるとともに、該一対の平面の間に挟まれて両面間をシールする、弾性体からなる周状のパッキンであって、
該パッキンの自由姿勢における幅が、前記パッキン溝の幅よりも広く、
該パッキンは、前記溝に収容される際に、周方向に直交する断面が、周方向軸周りに回動して前記溝に収まり、
前記パッキンの外周側の部分に、回動支点となる突部が形成されており、
前記パッキンの反溝底側の部分に、力点となる突部が形成されており、
前記パッキンは、前記パッキン溝に収容された状態では、縦方向(前記溝の深さ方向)の軸が傾斜した姿勢で、幅方向両側において前記パッキン溝の内壁に接することを特徴とするパッキン。 - 前記力点となる突部を内側かつ下方向に押し下げることにより、周方向に直交する断面が、周方向軸周りに回動して、前記パッキンが前記溝に収まることを特徴とする請求項1に記載のパッキン。
- 前記パッキンの断面形状が十字型であって、
縦方向(前記溝の深さ方向)の両方向に突出した上突部及び下突部と、
内外方向(前記溝の幅方向)の両方向に突出した内突部及び外突部と、を有することを特徴とする請求項1又は2に記載のパッキン。 - 上下方向(縦方向)において対称な形状であることを特徴とする請求項1〜3いずれか1項記載のパッキン。
- 対向する一対の平面の一方に形成されたパッキン溝に、請求項1〜4いずれか1項記載のパッキンを設置して、該一対の平面間をシールすることを特徴とするシール方法。
- 対向する一対の平面の一方に形成されたパッキン溝に、請求項1〜4いずれか1項記載のパッキンが設置されており、該一対の平面間をシールすることを特徴とするシール装置。
- 第1電極及び該第1電極を収容するケーシングを有するプラグと、
前記第1電極と接して電気接続を得る第2電極及び該第2電極を収容するケーシングを有するレセプタクル又はアダプタと、
を有し、
電気接続時には、前記プラグと前記レセプタクル又はアダプタとが軸方向に対向して前記プラグケーシングとレセプタクルケーシング又はアダプタケーシングとが係合することにより連結される電気コネクタであって、
前記プラグ、及び、レセプタクル又はアダプタの対向面間に請求項1〜4のいずれか1項に記載のパッキンが収容されていることを特徴とする電気コネクタ。
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