JP5619890B2 - 湿式勘合コネクタ - Google Patents

Description

本発明は、概して、水中などの厳しい環境において嵌合および分離され得るコネクタに関し、とりわけ、中間電圧および高電圧分野に適した湿式勘合および厳しい環境の電気的またはハイブリッドコネクタに関する。

不適切な、または厳しい環境において、電気的な、および光ファイバーのケーブルの連結を行うため、例えば海洋の非常に深いところにおいて水中で繰り返し嵌合または分離され得る海中用のコネクタなど数多くのタイプのコネクタがある。これらのコネクタは、典型的には、プラグおよびレセプタクルユニット、または連結部品からなっており、各々は、ケーブルに、または、コネクタにより接合されて完成した回路を形成するよう意図されているその他の装置に、取り付けられる。接合されるべき接点を周囲環境から完全に分離するため、これらのコネクタの片割れの一方または両方が、オイルで満たされた、圧力の平衡のとれたチャンバーの中に接点を収容する。

現在の水中用のコネクタは、典型的には、着脱可能に勘合できるプラグユニットおよびレセプタクルユニットを備えており、各々は、２つのユニットが互いに勘合されるときに他のユニットの接合部と係合するための、１つまたは複数の電気的または光学的な接点または接合部を含んでいる。一方の側の接点は、ピンまたはプローブの形態からなっており、他方の側の接点または接合部は、プローブを受け入れるためのソケットの形態からなっている。典型的には、ソケットの接点は、誘電性流体または他の移動可能な物質を含む、封止されたチャンバー内に包含されており、プローブは、１つまたは複数の封止された開口部を介してチャンバーに入る。そのようなユニットを設計する上での１つの大きな問題は、勘合および分離が繰り返された後に接点用チャンバーから海水および／または汚染物質を十分に排除する封止部を提供することである。

いくつかの既知の水中用電気的コネクタにおいて、レセプタクルユニットは、ユニットが勘合されていない場合に環状の端部シールとの間の封止的な係合に位置づけられるストッパーを有している。ストッパーおよび端部シールにより封止されたチャンバーは、回路接点および誘電性の移動可能な物質を収容している。レセプタクルユニットは、１つのそのような接点用チャンバーまたは複数の接点用チャンバーを有していてもよく、各チャンバーは、構成されるべき連結の数に応じて、端部シールにおいて各ストッパーによって封止されている。プラグプローブがチャンバー内に入るとき、プラグプローブは、ストッパーを後方へ押し、内側チャンバー内に入り、そして、回路連結部を有する電気接点を構成する。同時に、端部シールは、水がチャンバー内に入ることができないことを確実にするため、プラグプローブに対して封止する。このことが、深海やその他の過酷な環境で使用するための堅牢で信頼性の高い電気的なコネクタを提供する。そのようなコネクタは、一般的にピン−ソケットタイプのコネクタとして知られており、そのようなコネクタの１つが、ケアンズ（Ｃａｉｒｎｓ）によるＵＳ特許第５，６４５，４４２号に記載されている。このコネクタは、ノーチラス（Ｒ）という名前で、オーシャン・デザイン（株）によって製造され販売されている。バーロウ（Ｂａｒｌｏｗ）らのＵＳ特許第６，３３２，７８７号は、電気的および光学的な回路の両方の接続のための、電気−光コネクタにおける類似の電気的なコネクタの構成を記載している。

ピン−ソケットのコネクタにおいて、各プラグピンまたはプローブは、細長状のシャフトであって、ほぼ全長にわたって誘電性シースによって囲まれたシャフトを有しており、シャフトは、勘合状態において対応する電気ソケット接点に接触する、露出された導電性先端部を有している。コネクタユニットが勘合されるときにプローブの本体部の少なくとも一部が周囲の環境に露出されるよう、プローブまたはピンが、プラグユニットにおいて誘電性ベース部材から前方へ突出している。嵌合しているレセプタクルユニットの接点用チャンバーにおいてピンが係合するとき、接点用チャンバーは、プラグピンまたはプローブの誘電性シースに対する端部シールの封止的な係合により封止される。

このようなコネクタに関する１つの問題は、完全に勘合された状態において、任意の電気ピンの前方部分が部分的に海水に対して露出され、潜在的に電気的ストレスを増加させ、そして、海水に対する長時間の露出により、ピンの露出部分の劣化が生じる、ということである。

ここで記載される実施形態は、電気的な分野に適した、新規の、湿式勘合または過酷な環境用のコネクタを提供する。

一形態によれば、共に着脱可能に勘合できる第１コネクタユニットおよび第２コネクタユニットを備えた、水中作動可能な、または過酷な環境用のコネクタが提供される。一実施形態では、第１コネクタユニットは、ピンまたはプローブの端部においてなされる接点において終端する１つまたは複数の電気回路を含むプラグユニットからなっている。第２コネクタユニットは、接点ソケットにおいて終端する、対応した数の電気的な回路を含むレセプタクルユニットからなっている。ここで接点ソケットは、２つのユニットが完全に勘合されるときにレセプタクルユニット内に入るピンまたはプローブ接点と連結する。コネクタは、単に電気的なものであってもよく、または、電気的かつ光学的なハイブリッドコネクタであってもよい。一実施形態では、プラグユニットは、コネクタユニットの前方の端面から突出した少なくとも１つの電気的な接点ピンを有し、当該ピンの先端部には、露出された接点が設けられている。レセプタクルユニットにおいて摺動自在に取り付けられたストッパーが、接点ソケットを含む接点用チャンバーの前方端部開口部を封止するため、ユニットの分離状態において、拡張位置へバイアスされており、そして、プラグユニットおよびレセプタクルユニットが勘合係合へ移動するとき、対向するピンによって係合され後方へ押し戻される。少なくとも一つの端部シールが、分離状態において、ストッパーの前方端部分の少なくとも一部に係合し、そして、ユニットが嵌合されるとき、ピン上の前方シールに係合する。

一実施形態では、レセプタクルの接点用チャンバーは、二重の空気袋（Ｂｌａｄｄｅｒ）アッセンブリによって囲まれており、二重の空気袋は、外側空気袋および内側空気袋を備えている。外側および内側空気袋の前方端部分は、分離状態において二重の端部シールを形成するようストッパーに係合する。ここで、外側空気袋の前方端部部分は、一次端部シールを備えており、内側空気袋の前方端部分は、二次端部シールを備えている。プラグピンが、接点用チャンバーの中へ延びており、かつ、接点ソケットに接触しているとき、内側および外側空気袋の前方端部分は、プラグピンの外側表面に対して封止している。プラグおよびレセプタクルユニットが複数の回路コネクタを形成する場合、レセプタクルユニットにおける複数の接点ソケットは各々、独自の個々の接点用チャンバーを有している。ここで、独立した 二重空気袋アッセンブリが、個々の接点用チャンバーを囲むとともに前方端部シール部分において終端している。前方端部シール部分は、ユニットが分離されているときに各ストッパーに対して封止し、また、ユニットが勘合されているときにプラグユニットの整列されたピンに対して封止する。

一実施形態では、外側空気袋は、各ソケットモジュールの一次端部シールの少なくとも一部を形成する半導電性材料からなる外側の層を有しており、プラグユニットにおける各ピンの前方シールもまた半導電性材料からなっており、ユニットが勘合されているときに、レセプタクルユニットの長さに沿って、レセプタクルユニットからプラグユニットへ基面連続部（ｇｒｏｕｎｄ ｐｌａｎｅ ｃｏｎｔｉｎｕａｔｉｏｎ）を形成する。プラグユニットにおける（複数の）ピンは各々、基面またはシールドを提供するよう、半導電性シールおよび導電性ハウジングによって囲まれている。この構成は、多相システム（マルチフェイズシステム）において複数の回路を互いにシールドし、また、プラグユニットおよびレセプタクルユニットが勘合されているときに、海水などの周囲環境からプラグピンを封止する。端部から端部までの基面連続部は、多相システムにおいてシールドされていない複数の回路コネクタにおいて起こり得る相から相への相互作用を防ぐのに役立つ。

二重空気袋アッセンブリは、接点ソケットが配置されている内側空気袋の内側に内側チャンバーを形成し、また、内側および外側空気袋の間に外側チャンバーを形成している。各チャンバーは、誘電性のオイルまたは移動可能な物質によって充填され得る。一形態において、内側空気袋の端部シールは、外側空気袋の端部シールから軸方向に間隔を空けて配置されており、これによって、ストッパーの外面が露出されるギャップを存在させている。また、内側および外側空気袋の前方端部分の間に１つまたは２つ以上のチャネルが設けられており、これによって、外側の誘電性チャンバーをギャップに連結している。チャネルは、ユニットの繰り返しの勘合および分離の後に侵入および累積し得る、ピンの外面上の砂、沈泥または水などの外部の微粒子のための、外側の誘電性チャンバーへの経路として機能する。

本発明の詳細は、その構造および動作に関して、付随する図の検討により部分的に確かめられ得る。図において、同一の参照符号は、同一の部分を示している。
図１は、厳しい環境または湿式勘合のコネクタの一形態における、分離されている構成要素を示す斜視図。 図２は、図１の外側連結スライドシェル、終端シェル、ハンドルおよびホース出口を省略した、図１における分離されているレセプタクルユニットを示す、長手方向における断面図。 図３は、図１の分離されているレセプタクルの前方端部の正面図。 図４は、図２のレセプタクルにおける、１つのレセプタクルモジュールの長手方向断面図。 図５は、図４の線５−５によるレセプタクルモジュールの横方向断面図。 図６Ａは、一形態における前方シール構成を明らかにする、レセプタクルモジュールの前方端部分の、拡大された切り欠き斜視図。 図６Ｂは、図６Ａに示されるレセプタクルモジュールの同一の前方端部分の、拡大された長手方向断面図。 図７は、図６Ｂの線７−７によるレセプタクルモジュールの横方向断面図。 図８は、図６Ｂの線８−８によるレセプタクルモジュールの横方向断面図。 図９は、図１の分離されているプラグユニットの長手方向断面図。 図１０は、図１０に類似しているが、プラグ貫通モジュールサブアッセンブリの詳細を明らかにするために外側シェルおよびケーブル接合要素が省略されている、長手方向断面図。 図１１Ａは、ケーブル導電体接合部を介してケーブルに取り付けられている１つのピンの後方端部の長手方向断面図。 図１１Ｂは、図１１Ａに類似しているが、シールドされていないケーブルリードを有するケーブルに取り付けられた１つのピンの後方端部のその他の終端部を示す長手方向断面図。 図１２は、完全に勘合した状態における、図２および１０のプラグおよびレセプタクルを示す長手方向断面図。 図１３は、ユニットの勘合状態における、プラグおよびレセプタクルシール構成を示す、図１２において「図１３」のラベルが付された円形領域の拡大図。 図１４は、図９乃至１３のプラグユニットにおける導電体ピンの代わりに用いられ得る、改良された導電体ピンの斜視図。 図１５は、図１４の導電体ピンの長手方向断面図。 図１６は、プラグの後方シール界面における誘電場の等位線を示す、図１２において「図１６」のラベルが付された円形領域の拡大図。 図１７は、図１３と同様に、図１３のプラグ前方シールおよびレセプタクル前方端部シールの間の界面における誘電場の等位線を示す図。 図１８は、レセプタクルおよびケーブルの間のブートシールのシールドされた界面における誘電場の等位線を示す、図１２において「図１８」のラベルが付された円形領域の拡大図。 図１９は、シールドされていない３相コネクタの誘電場の等位線の間における相互作用を示す断面図。 図２０は、３つの相または回路を有する、図１乃至１３のシールドされた多相コネクタにおける、隔離された誘電場の等位線を示す断面図。

ここに開示されている特定の形態は、１つまたは２つ以上の電気回路を同時に接合するための湿式勘合（水中用または厳しい環境用の）コネクタを提供する。一形態において、３つの回路の導電体を同時に接合する３相コネクタが提供される。コネクタは、勘合の際にレセプタクルの接点用チャンバーに入る、プラグ上の少なくとも１つのピンを有する、勘合可能なプラグおよびレセプタクルユニットと、勘合の間およびユニットの勘合状態においてレセプタクルからプラグへの基面連続部を提供する封止構成と、を有している。

この説明を読んだ後、当業者にとって、その他の形態およびその他の分野において本発明をどのように実施するかが明らかになるであろう。本発明の様々な形態がここで示されているが、しかしながら、これらの形態が、単に例としての態様で示されているものであり、限定としての態様で示されているものではないことが理解されるであろう。この様々なその他の形態の詳細な説明は、それ自体は、本発明の範囲または広さを制限するよう解釈されるべきではない。

図１〜１３は、厳しい環境用の、または湿式勘合のピンおよびソケットの電気的なコネクタ１０を示している。図示されている形態においては、コネクタは電気的なものだけであるが、光学的回路を含む電気−光学的ハイブリッドコネクタであってもよい。コネクタは、図１０および１１に示されているような第１コネクタユニットまたはプラグユニット１４と、図２〜９に示されているような第２コネクタユニットまたはレセプタクルユニット１２と、を備えている。図１は、分離された状態のコネクタを示しており、ここでレセプタクル側部１１が、レセプタクルユニットの前方端部を超えて延びる標準的なコネクタスライドシェル１３と、レセプタクルユニットの後方端部を超えて延びる標準的な２パート終端シェルアッセンブリ１７と、誘電性媒体の中にケーブルを囲むホース１１５へのケーブル接合部と、を含んでいる。

プラグおよびレセプタクルユニットは、図１２および１３において、完全に勘合した状態で示されている。ここで図１３は、レセプタクルおよびプラグのシールアッセンブリの動作を良く示すよう、ユニットの勘合している端部を示している。コネクタ１０は、ＣａｉｒｎｓのＵＳ特許第５，６４５，４４２号に記載されている、厳しい環境用または水中用のコネクタにいくつかの点で類似しており、ＵＳ特許第５，６４５，４４２号の内容は参照によりここに包含される。示されている形態において、コネクタ１０は３相コネクタであるが、しかしながらその他の形態では、単相またはその他の多相コネクタであってもよい。

レセプタクルユニット１２は、図２〜８により詳細に示されている。レセプタクルユニット１２は、以下にさらに詳細に記載されているように、プラグユニット１４の開放している前方端部分における摺動的な係合のための、小さい直径の前方端部分１５を含む外側シェル１９を有している。シェルは貫通孔１６を有しており、貫通孔１６には１つまたは２つ以上のレセプタクルモジュール１８が取り付けられている。この形態においては、３つの電気ソケットまたはレセプタクルモジュール１８が、設けられ、かつ、ユニットが勘合係合にあるときにプラグユニット１４の対応する電気ピンまたはブローブ２０に対して整列するよう、配置されている。その他の形態において、接合されるべき回路の数に応じて、より多くの、またはより少ない数の電気ソケットモジュールがシェルに設けられていてもよい。シェル１９は、開口部２２を含む前方端部壁またはプレート２１を有しており、開口部２２の中には、各レセプタクルモジュールの前方端部が延びている。レセプタクルモジュールの後方端部は、ウェブ保持ナット２５によって所定位置に固定された後方端部プレートまたはウェブプレート２４が保持されており、また、前方端部および後方端部プレートは、中立ロッド（ｓｔａｎｄ−ｏｆｆ ｒｏｄ）２３によって分離されている。プレート２４は、ステンレス鋼などの金属からなっている。

図２および４に示されているように、各レセプタクルモジュール１８は、後方ウェブプレート２４を通って延びる導電性部材２６を含んでおり、また、ウェブプレートから前方へ突出しているチューブ状部分２８を有している。プレート２４を通って延びる部材２６の一部分は、絶縁性層２７によって囲われており、絶縁性層２７は、導電性部材２６の後方端部の手前で終端している。部材２６は、従来の方法でホース１１５から延びるワイヤまたは導電体６５の端部を受け入れる接点バンドを含む後方端部ソケット２９を有している（図９参照）。電気ソケットまたは接点バンド３０が、チューブ状部分２８の前方端部に配置されている。柔軟な弾性材料からなる内側空気袋３２および外側空気袋３４が、導電性部材を囲んでおり、かつ、空気袋３２の内側に第１誘電性チャンバー３５を画定し、内側空気袋と外側空気袋との間の第２誘電性チャンバー３６を画定している。内側空気袋３２の中には、電気接点バンド３０およびチューブまたはスリーブ２８が配置されている。チューブまたはスリーブ２８のポート３１が、チューブ２８の内側および外側のチャンバー３５の部分の間における連通を提供している。Ｕｌｔｅｍ（Ｒ）２３００などの硬質の、絶縁性または誘電性を有する材料からなる空気袋支持部３８が、内側空気袋と外側空気袋との間に配置されている。空気袋支持部３８は、前方チューブ状端部分４０と、後方チューブ状端部分４２と、前方端部分および後方端部分の間を延びる複数の空気袋支持部プレートまたは中立部（ｓｔａｎｄｏｆｆ）４４を有している。示されている形態において、３つの空気袋支持部または絶縁体プレートまたは中立ロッドが設けられているが、しかしながら、その他の形態において、より多くの、またはより少ない数が含まれていてもよい。空気袋支持部３８は、内側または外側の支持部分を、それらの前方または後方の端部において有しており、前方または後方の端部は、内側および外側の空気袋のための支持部または取付面を提供している。

図６Ａおよび６Ｂに最も良く示されているように、外側空気袋３４は、空気袋支持部３８の前方チューブ状端部分４０の外側に固定された前方端部分を有している。外側空気袋３４の前方端部分は、端部プレート２１において開口部２２を通って延びる一次または前方端部シール４５を形成するために空気袋支持部から前方に延びている。内側空気袋３２は、空気袋支持部３８の前方端部分の内側に固定された前方端部分を有している。内側空気袋３２の前方端部分は、一次端部シール４５と接点バンド３０との間に二次または追加端部シール４６を形成するために接点バンド３０から前方に延びている。端部シール４５および４６は、接点用チャンバー３５の中への経路を形成する、整列された貫通孔４８，４９を有しており、また、貫通孔４８の外側端部は、概して円錐台状の、先細状の入口５０を有している。移動可能な誘電性ストッパー５２が、分離状態において端部シールを通って延びており、またストッパー５２は、導電性部材のチューブ状部分２８内に配置され、ストッパー５２の内側端部に対して作用する圧縮スプリング５４によって、図４の拡張位置へバイアスされている。拡張位置において、ストッパーは、チューブ状部分２８の内側において外側チャンバー３６および接点用チャンバー３５を封止するよう、空気袋の端部シール４５および４６における経路４８，４９とそれぞれ封止的な係合にある。２つの端部シールが、独立したグランドシール（ｇｌａｎｄ ｓｅａｌ）を形成している。端部シールは、半径方向に収縮する封止力をストッパーに及ぼし、移動可能な物質および圧力への耐性のあるバリアを形成する。内側および外側空気袋の後方端部が、空気袋支持部３８の後方端部分に固定されており、かつ、図２に示されるように複数の後方プレート２４の１つに保持されている。

この形態において、レセプタクルの個々の接点ピンは、その独自の、独立した内側および外側空気袋のセットを有しており、内側および外側空気袋のセットは、レセプタクルユニットの分離状態において、接点用チャンバーの前方端部でストッパー上にグランドシールを形成している。チャンバー３５，３６は、誘電性オイルまたはその他の移動可能な誘電性物質などの誘電性流体を収容しており、各接点ピンのまわりに２つの独立した誘電性流体チャンバーを形成している。内側および外側空気袋はそれぞれ、さらなる強度のため、それらの内面に、長手方向に延びる一連の複数のリブ５３をそれぞれ有している（図５および６Ｂ参照）。内側空気袋は、シリコンなどの適切な絶縁性材料からなっている。外側空気袋３４は、２つの材料からなる、２層の空気袋となっている。２層５５，５６は、例えば真空接着によってともに結合されていてもよく、または、層間のボイドが存在しながら、または層間のボイドがほぼ存在することなく、成形によって一体的に形成されていてもよい。一形態において、内側層５５は、シリコンなどの絶縁性材料からなっており、また外側層５６は、シリコンまたはフルオロシリコンなどの半導電性材料からなっている。各空気袋の内側の誘電性流体は、先行技術において知られているようなシリコン空気袋の材料の膨張を生じさせることのない、シリコン空気袋の材料に適合した適切な流体となっている。外側層５６は空気袋の長さのほぼ全域に沿った呼称厚さ（ｎｏｍｉｎａｌ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）からなっており、また、内側層５５の前方端部と、開口部２２を囲む前方端部壁２１の部分との間に、拡大された前方端部分５８を有している。前方端部分５８の一部は、前方端部壁２１を通って前方に延びており、また以下にさらに詳細に記載されるように、プラグおよびレセプタクルが勘合されているときに、整列されたプラグピン前方シールの対向する面に対して封止するよう形付けられた入口または端部シール部分５０を形成している。外側層５６は、半導電性を有する弾性材料を備えていてもよく、または、内側層５５の外面に塗布された、非弾性的な半導電性材料からなる薄いコーティングであってもよい。空気袋の半導電性外側層は、複数のピン／モジュール構成においてソケットモジュールをその他の相から囲って隔離する基面を形成している。

図６Ａおよび７に示されているように、内側空気袋は、二次端部シール４６の前方端面を横切って、かつ、二次端部シールの外面に沿って軸方向に延びる一連のチャネルまたは溝６０を有しており、端部シール４６と空気袋支持部３８の前方端部分４０との間に経路を形成している。空気袋支持部の前方端部分４０の内面はまた、その内側の端面から延びるチャネルまたは経路６４を有しており（図６Ａおよび８参照）、チャネルまたは経路６４は、二次端部シール４６の外面においてチャネルまたは溝６０と合流して結合する。このことは、外側および内側空気袋の端部シール４５および４６の間の空間に、外側誘電性チャンバー３６を連結する経路を形成する。チャネル６０，６４はまた、水、砂、沈泥および同様のものなどの、シールの間の空間に入ることができ、かつ、繰り返しの勘合および分離の後に蓄積し得る外部の粒子のための経路としても機能する。経路は、レセプタクルまたはソケットモジュール１８の高電圧コアからそのような粒子が流出するよう導くのに役立つ。所定の場所で内側チャンバーに入る外部の粒子は、電気的なストレスを生成する傾向にある。端部シールの間の経路は、外部の粒子が内側チャンバーから離れて外側チャンバーの中へ導くよう仕向け、そのような電気的なストレスを低減する。空間を空けて配置された端部シールによって形成された二重のバリアはまた、内側チャンバーを、チャンバーの中に入る外部の粒子からシールドし、ある程度の初期の環境の中での勘合した接点を維持するよう役立つ。経路はまた、外側チャンバーに入る様々な粒子を、外側チャンバーの外側周辺に導くよう構成されており、これによって、粒子は、高電圧場に対する影響を有さず、またはほとんど有さず、かつ、電気的ストレスを生成しない、またはほとんど生成しない。示されている形態において、周辺で空間を空けられた、外側チャンバーへの６つの経路が設けられているが、しかしながら、その他の形態において、より多くのまたはより少ない数の経路が設けられていてもよい。

プラグユニット１４が図９および１０に示されている。図１０は、外側シェルを省いた上でプラグモジュールまたは貫通アッセンブリ７０を示している。図９に示されているように、プラグユニット１４は、硬質材料からなり、孔７５を有する外側円筒状シェル７２と、窪んだ前方壁７７であって、壁を通って延びるプラグブローブまたはピン２０に対して整列された開口部８７を有する前方壁７７と、開放された前方端部スリーブ７６と、を備えている。従来のアライメントキーが、シェル７２から外方へ軸方向に突出している。プラグおよびレセプタクルユニットが互いに固定されるとき、キー７８が、この分野において知られているように、レセプタクルにおける軸方向のアライメントキー溝７９において係合する（図３参照）。このことは、ユニットがともに勘合されるとき、プラグおよびレセプタクルユニットにおける電気ピンおよびソケットの適切な整列をもたらす。図９はまた、ケーブル支持クランプ７３を収容し、接点ピン２０の接合された後方端部を囲む後方アダプタまたは終端シェル７１を示している。

この形態において、図１０のプラグモジュール７０は、貫通孔７５において固定されており、かつ、電気ピン２０を案内して保持するための２パートベース８０，８２を有している。２パートベースは、硬質材料からなるプラグまたはベースプレート８０と、固定スクリュー８４を介してベースプレート８０の前面に固定された保持部材またはウェブプレート８２と、を備えている。プレート８０および８２は、図９に示されているように、孔７５の後方開放端において係合するウェブ保持ナット６３とプラグシェルの窪んだ前方壁７７との間で固定されている。プレート８０および８２は、整列された貫通孔８１，８３を有しており、貫通孔８１，８３を通って、複数の電気プローブまたはピン２０がそれぞれ突出している。第２または前方プレート８２は、その前面上に環状の突出部８５を有しており、突出部８５は、図９に示されているように各前方壁開口部８７へ延びており、また、壁７７を通って前方へ突出するときに各ピン２０を囲んでいる。プローブまたはピン２０は、レセプタクル１２の各レセプタクルモジュールに対する整列のために配置されている。また示されている形態において、３つのピンが設けられているが、しかしながら、その他の形態において、より多くの、またはより少ない数が設けられていても良い。プレート８０，８２は金属からなっている。

各ピンまたはプローブ２０は、銅などの適切な導電性金属からなる導電性プローブシャフト８６を備えており、導電性プローブシャフト８６は、後方端部ソケット８９を有し、また、プレート８０，８２において整列された貫通孔８１，８３を通って、端部壁７７まで延び、導電性先端部８８または接点８８において終端している。シャフト８６は、誘電性材料からなる外側保護絶縁性層９０を有しており、外側保護絶縁性層９０は、ピンの長さのほとんどに沿って延びる一次絶縁体を形成し、導電性先端部８８の手前で終端している。図１１Ａに最もよく示されているように、２つの層の後方シールまたは応力除去グランドシール９２が、それがプレート８０の後方端部から外へ出るときにピンを囲っている。後方シール９２は、シリコンの絶縁性材料からなる第１層９４と、フルオロシリコンの半導電性材料からなる第２層９５と、を有している。このことは、静水学的なシール部材であることに加えて、電気的なストレスの管理をもたらす。各ピンの後方端部は、電気ケーブルの端部において各導電体１６５に適切に連結されており、また、図１１Ａにおいてより詳細に示されているように、３層のブートシール９６（図９）によって封止されている。示されている形態において、図１１Ａおよび図１１Ｂに示されているように、各ピンは、導電体端部との係合のための後方端部ソケットを有しているが、雌ねじまたは雄ねじなどのその他のケーブル導電体の連結構成がその他の形態において利用されてもよい。

ピン２０は、低減された直径の後方端部分９８と、プレート８０の貫通孔８１から前方プレートの貫通孔８３へ延びる増大された直径の中間部分９９と、低減された直径の、貫通孔８３から前方へ突出する前方端部分１０２に通じる先細状の段部１００と、を有する、段階的な直径からなっている。プレート８２における貫通孔は、図１０に見られるように、外側絶縁性層９０における異なる直径部分との閉鎖係合のため、同様に段階的な直径からなっている。図１０に最も良く示されているように、着脱可能なキャップ１９２によって正常に覆われている抽気孔１９０が、貫通孔８３から、段部１００に隣接する前方プレート８２の外側周囲面へ延びている。絶縁性のプラスチックピース１９１が、抽気孔を充填するためにキャップ１９２の内側端部から延びている。抽気孔は、組み立ての間のハイドロロック（ｈｙｄｒｏｌｏｃｋ）を克服することを容易化する。

グランドシール１０４が、ピン絶縁性層９０との封止係合のために貫通孔８３に設けられており、また前方シール１０５が、各ピンの前方部分において、対応する貫通孔８３の環状シートまたはくぼみ１０８（図１３）に据え付けられたシールの後方端部または環状リム１０６に係合されている。支援リング１０９が、前方シール１０５、後方シール９２の内側端部およびグランドシール１０４の対向する端部に設けられていてもよい。前方シール１０５は、シート１０８から壁７７を通って前方へ延びており、また、図１０に示す分離状態においてピンの外側誘電性ケーシング９０の対向する外面との封止的な係合のために適切な寸法からなる貫通孔１１０を有している。前方シール１０５の先細状の前方端部分１１２は、壁７７から前方へ突出しており、また以下にさらに詳細に説明されるように、ユニットが完全に勘合されているときに、レセプタクルの整列された端部シール４５の先細状の入口５０における封止係合のために構成されている。前方シール１０５は、半導電性材料からなっており、また、シリコンまたはフルオロシリコン半導電性材料または同様の材料からなっていてもよい。従って、プラグユニットの各ピン２０は、半導電性シールおよび金属ハウジングによって囲まれており、これによって、連続的な基面またはシールドを形成している。

示されている形態において、前方ピンシール１０５は、半導電性材料からなる単一の層である。その他の形態において、ピンシール１０５は、変形例として、弾性または非弾性の半導電性材料からなる外側層と、電気的な絶縁材料からなり、ピンに係合する内側層と、を備えていてもよい。外側層は、半導電性の弾性材料からなり、内側絶縁性層に結合された、または内側絶縁性層と一体的に形成された層であってもよく、または、内側層の上に塗布された非弾性の半導電性材料からなる薄いコーティングであってもよい。２つの層の前方ピンシールの形状は、内側および外側層の間の界面が後方シール９２の層９４および９５の間の界面に類似していることを除いて、図１０，１２および１３に示されている単一の層のシールの形状と類似のものであってもよい。図１０の単一の層の前方ピンシールの場合のようにピン２０の絶縁性層上で突然に直角に終わるよりもむしろ、２層の変形例における絶縁性内側層は、ピンシールの後方端部においてピン絶縁性層に適合するよう滑らかに下方へ先細になってもよい。

各モジュールの後方端部において、各ピン２０は、各ケーブル導電体に対して終端されており、かつ、ブートシールによって封止されている。図１１Ａおよび１１Ｂは、プラグモジュールのピンのための２つの可能な終端部を示しており、また、同一の終端部が、レセプタクルユニットの導電性部材２６の後方端部のためにも用いられている。終端部は、連結が、図１１Ａに示されているようなシールドされていない電気ケーブル１６５に対するものとなっているか、または、図１１Ｂに示されているようなシールドされているケーブル１２０に対するものとなっているかに依存して、異なっている。図１１Ａのシールドされていないケーブル構成において、プラグピンの後方端部８６は、シールドされていないケーブル接点１６５の端部に連結されており、また連結部が、３層のブートシール９６によって囲われている。ブートシール９６は、保護用のフルオロシリコンの外側層１１７と、シリコンまたは同様のものからなる絶縁性中間層１１８と、半導電性のシリコンまたはフルオロシリコンの内側層１１６と、を有している。電気的なストレスを緩和するグランドシールまたは後方端部シール９２が、プレート８０の後方端部において、シール９６の内側端部を囲んでいる。このシールは、図１６に関連して以下にさらに詳細に記載されるように、場を滑らかにするとともに外方に広げるよう作用する、成形された、または外に向かって広がった内面を有している。

図１１Ｂは、各プラグピン２０の後方端部のための、シールドされていない終端部のその他の構成を示している。この場合、各プラグピン２０は、シールドされたケーブルリード１２０を有するケーブルに連結されている。連結部は、半導電性の内側および外側の層６７および６８を備えたブートシール６６によって囲われており、半導電性の内側および外側の層６７および６８は、絶縁性の中間層６９によって区切られている。一形態において、内側層６７は、半導電性のシリコンからなっており、中間層６９は、絶縁性のシリコンからなっており、外側の保護層６９は、半導電性のフルオロシリコンからなっている。

図１２および１３は、完全に勘合した状態にあるプラグ１４およびレセプタクル１２を示している。キー７８がレセプタクルシェルにおいてキー溝７９に対して適切に並べられていると仮定すると、２つのユニットが互いに向かい合うそれらの前方端部に関して引き寄せられるとき、レセプタクルシェルの前方端部分１５が、プラグシェルの前方端部において、孔７６の中に入り始める。部分１５がプラグシェルの中へ移動し続けるとき、ピンまたはプローブ２０の導電性先端部８８は、レセプタクルシェルの前方壁における一次端部シール４５において先細状の前方開口部５０の中へ入り、そして、整列された誘電性ストッパー５２の前方端部に係合する。各導電性先端部８８が各接点バンドまたはソケット３０に電気的に接触するようになり、これによってプラグおよびレセプタクルユニットの間の電気的な連結を確立するまで、プラグシェルへのレセプタクルシェルの連続的な移動が、電気プローブがストッパーを内方に押すことを引き起こし、スプリング５４を圧縮する。同時に、各ピンの前方シール１０５の前方端部分１１２は、レセプタクル端部シール４５の整列された前方端部分４８の勘合用の先細状の各入口５０に入る。入口５０および端部分１１２における、適合した先細状の面は、図１２および１３に示されているように、完全に勘合した位置での封止係合にある。図１３に示されているように、レセプタクル端部壁２１における開口部２２の前方端部１２２は、外方に先細状となっており、かつ、シール部分５８の前方端部を、プラグ前方シール１０５の対向する先細状の面に対して押し込んでいる。

ユニットが完全に勘合されているとき、レセプタクルモジュールの前方端部において間隔を空けて配置された端部シール４５および４６が、ピン２０に対して封止係合にあり、また、レセプタクル１２からプラグ１４への基面の連続部が、レセプタクルの外側空気袋上の半導電性の外側層５６と、プラグ上の半導電性の前方シール１０５と、によって形成されている。レセプタクルの一次端部シール４５の半導電性層と、プラグの前方シール１０５とは勘合されており、図１３に示されているように、完全に勘合された封止係合にある。これによって、プラグおよびレセプタクルユニットの間に基面連続部または連結部を形成し、また、プラグピンを海水露出から隔離している。ユニットが勘合されるとき、基面は連続的になっており、また、連結された回路は、３相システムにおいて互いにシールドされている。

図１４および１５は、導電性の（複数の）ピン２０の代わりにプラグ１４において用いられ得る、改良された導電性ピン１３０を示している。導電性ピン１３０は、いくつかの点において導電性ピン２０と類似しており、同一の部分には同一の参照符号が適切に用いられている。しかしながら、ピン２０とは異なり、ピン１３０は、導電性シャフト８６と絶縁性層９０との間に挟まれた、堅いまたは硬質の半導電性材料からなる層１３２を有している。層１３２の目的は、絶縁性層９０の内面に結合された界面を提供することである。ここで、絶縁性層９０は、さもなければ絶縁性を低下させ、そして最終的には部品故障を生じさせ得る、導電体と絶縁体との間のボイドに起因する放電放出を、少なくとも実質的に取り除いている。従って、層１３２は、図１０〜１３の形態のように、絶縁部が導電性ピンに直接的に施される場合に導電体と導電体の絶縁部との間に生じ得るボイドにおける有害な電気的ストレスおよび放電効果を少なくとも実質的に取り除くため、実質的にボイドを含まない層を導電性シャフトと絶縁性層との間に形成するよう設計されている。絶縁部は、限定はされないが、エンジニアリングプラスチックおよびセラミック材料を含む様々な誘電性材料からなっていてもよい。半導電性層１３２は、カーボン粒子、銀メッキされた銅のシールド用材料、モリブデン−マンガンの焼結されたコーティングまたは同様のものを含む、樹脂材料または樹脂塗料などの硬質の半導電性材料からなる比較的に薄い層となっている。層１３２の厚みは、１マイクロメートルのオーダーからなっていてもよい。

挟まれた半導電性層の材料は、限定はされないが、導電性ピンの窪んだ部分の上に半導電性材料からなる層を塗布またはコーティングすること、ピンの窪んだ部分の上に半導電性材料からなる層を粉体塗装すること、ピンの窪んだ部分に対して、半導電性材料からなる層を、物理蒸着法（ＰＶＤ）によって施すこと、または、制御された層厚みを実現するための後成形用機械加工作業を伴って、または伴わずに、射出成形によって半導電性ポリマー材料の層を施すこと、を含む、様々な方法によって適用され得る。上述の様々な方法によって半導電性層が適用された後、絶縁性材料の層が、半導電性材料の上に射出成形される。その他の形態において、ピンのための絶縁性層９０は、上述の様々な技術、例えば塗布、コーティング、粉体塗装、ＰＶＤまたは同様のものによってチューブの内面に施された半導電性材料を有する、予め形成された環状チューブであってもよい。導電性ピンは、その後、電子ビーム溶接または同様の方法によって、半導電性層に挿入され結合され得る。後者の場合、導電性ピンは、均一な、非段階的な外径からなっており、またチューブは、実質的に適合した、均一な内径からなっている。

図１４および１５の半導電性の層状のピン１３０は、図１〜１２の湿式勘合コネクタに限定されることはなく、１つまたは２つ以上の導電性ピンを含むプラグユニットを有するその他のコネクタのプラグ部分において用いられてもよい。ここで導電性ピンは、その長さの一部に沿って延びる絶縁性層を有している。その他の半導電性の層状のピンは、プラグユニットの後方端部においてピンが接合されるべきケーブル端部コネクタに応じて、様々な端部コネクタを有していてもよい。上記の形態において、ピンは、接点リングをその後方端部に有するコネクタソケット８９を有している。その他の形態において、コネクタソケットは、例えば、ねじ山が切られたソケットケーブルコネクタ、またはその他のタイプの端部コネクタの連結へのために外側にねじ山が切られた端部分によって代替されてもよい。

上述のコネクタは、電気的な分野のために設計されている。その標準寸法設計のため、コネクタは、単一の相のコネクタとして、または、プラグおよびレセプタクルユニットにおいてピンおよびソケットエレメントによってそれぞれ連結される独立の３つの回路を有する３層コネクタなど、多相コネクタとして用いられ得る。多相コネクタにおいて、各コネクタ部分の各回路は、基面によってその他の回路から隔離されており、また嵌合するプラグおよびレセプタクルユニットは、完全に嵌合しているときにユニット間に基面の連続部がもたらされるよう設計されている。プラグユニット上の（複数の）ピンは、それぞれ、複数の半導電性シールおよび導電性ハウジングによって囲まれており、後方端部からユニットの前面への基面またはシールドをもたらしている。レセプタクルユニットにおける前方端部ソケットを有する導電性ピンは、外側空気袋上において、後方端部から、空気袋に一体的に形成された前方端部シールまで、半導電性層によって囲まれており、レセプタクルユニットの前方端部までレセプタクルピンまたは導電体を囲む基面をもたらしている。基面は、半導電性層を有するブートシールと、シールドされていないケーブルへの任意の後方端部連結部のための図１０および１１Ａのような後方端部シールとともに、各ユニットの後方端部においてケーブルまで連続している。図１６〜１８は、図１２の嵌合したコネクタユニットにおける様々な界面での誘電場の等位線２００を示している。図１２の嵌合したコネクタユニットは、プラグユニット１４の後方端部からレセプタクルユニット１２の後方端部まで延びる基面を有している。

図１６は、図１２において「図１６」のラベルが付された円形領域の拡大図であり、プラグの後方シール９２とブートシール９６との間の界面における誘電場の等位線２００を示している。上述のように、この終端部構成は、シールドされていないケーブルに対して連結が構成される場合に用いられる。後方端部シール９２は、絶縁性の内側層９４と、半導電性の外側層９５と、を有している。シールの内面は、滑らかな、ピンの外側層９０から外方に向かって広がった形状を有している。後方端部シールが無い場合、等位線２００は、移行部において、ストレスの上昇、例えば急峻なひずみまたはスパイクを有し、結果として、そのうちに絶縁の不具合が生じる。加えて、端部シールの滑らかで外方に向かって広がった形状が、場を滑らかにするとともに広げ、図１６に示されているようにスパイクまたはストレスが上昇することを回避する。ケーブル１６５がシールドされていないので、電気的なストレスの緩和のための電気場線の平滑化および展開が、コネクタの寿命を長くすることに役立つ。同様の構成が、両方のコネクタユニットの後方端部における、シールドされていないケーブルへの連結のために用いられてもよい。

図１７は、プラグの前方シール１０５とレセプタクルユニットの前方端部シール５８との間の界面における誘電場の等位線を示している。プラグユニットを通ってプラグピンを囲む基面が、ユニット間の嵌合した界面において、半導電性シール１０５および５８上にわたって連続している。ここで、ユニットは、ストレスの上昇を生成することなく等位線２００を制御し形付けるよう成形されている。レセプタクルユニットにおける外側空気袋の半導電性の外側層が、レセプタクルユニットを通って等位線を制御するためのレセプタクルピンを囲んでおり、これによって、等位線が広がらないようになっている。図１８は、レセプタクルのブートシール６６とシールドされたケーブル１２０との間の界面における等位線２００の形状を示している。ブートシールを通る基面連続部が、半導電性の外側層６８によってもたらされており、また等位線２００は、絶縁性層６９を通ってケーブルシールドに向けられている。ブートシールの形状が、ストレスを上昇させることなく等位線を制御しかつ形付け、また、ケーブルシールドへ連続するよう基面を向けるとともに支える。

上述のコネクタにおける基底シールド構成は、全体的に嵌合されたコネクタを介して等位線を制御することを支援し、ストレスの上昇および多相コネクタにおける嵌合した各接点ペアを囲む場の歪を低減または取り除くのに役立つ。図１９および２０は、シールドされていない３相コネクタ２１０と、図１〜１３および１６〜１８のシールドされたコネクタユニット１０とを比べることによって、基底シールドの効果を示している。図１９は、３つの接点モジュールまたは回路２１２を有するシールドされていない３相コネクタ２１０を通る断面図である。このコネクタにおける等位線２１４は、各接点モジュールの周りに広がっており、結果として、場における、相と相の間の相互作用および歪が生じている。このことは、コネクタの構成要素における電気的なストレスを生じさせ、そして、長期における性能に影響を及ぼす。

図２０は、嵌合した３相コネクタ１０における１つのユニットを通る単純化された断面図である。ここで３相コネクタ１０の各相または回路２１５は、等位線２１５によって囲まれている。相が隔離されシールドされている多相コネクタ１０においては、図１９におけるシールドされていないコネクタとは異なり、各回路の等位線が基底シールドの内側に包含されており、このため等位線は、その他の相と相互作用しない。様々な回路の故障が、基面への連結を生じさせる。

開示された形態における上述の説明は、当業者が本発明を実施または利用するのを可能とするよう提供されている。これらの形態への様々な変形は、当業者にとって容易に明らかであり、また、ここに説明されている包括的な原理は、本発明の思想または範囲から逸脱することなく、その他の形態に適用され得る。したがって、明細書及び図面は、本明細書発明の現在好ましい実施形態を表したがって、ここに示されている説明および図は、本発明において現在好まれている形態を示すとともに、本発明により概して意図されている主題の典型となっている。本発明の範囲が、当業者によって明白になり得るその他の形態を十分に包含し、また、本発明の範囲が、従って、従属請求項以外のものによっては制限されないということが理解される。

Claims (17)

1. コネクタであって、
   少なくとも１つの電気ピンを有する第１コネクタユニットであって、前記ピンは、前方方向において突出するとともに第１電気接点を含む前方端部分を有する、第１コネクタユニットと、
   少なくとも１つの電気ソケットモジュールを収容する少なくとも１つの接点用チャンバーを有する第２コネクタユニットであって、電気ソケットモジュールは、第１および第２コネクタユニットが嵌合状態にあるときに電気ピンを受け入れ、ソケットモジュールは、第２電気接点を含む、第２コネクタユニットと、を備え、
   第１および第２コネクタユニットは、分離状態と嵌合状態との間で移動可能となっており、嵌合状態において、各コネクタユニットは、着脱可能に嵌合係合しており、かつ、第１接点および第２接点が電気的に連通しており、
   接点用チャンバーは、電気ピンを受け入れる前方端部開口部と、嵌合状態においてピンの外面に対して封止する少なくとも１つの前方端部シールを有する前方端部シールアッセンブリと、を有し、
   第１コネクタユニットは、電気接点から離れた場所においてピンの前方端部分の一部に係合される前方ピンシールを有し、第１コネクタユニットの前方ピンシールは、ユニットの嵌合状態において、第２コネクタユニットの前方端部シールに封止的に係合しており、 前方ピンシールおよび前方端部シールは各々、半導電性材料からなる少なくとも１つの層を備えている、コネクタ。
2. ソケットモジュールは、第２コネクタユニットの分離状態において拡張位置にバイアスされ、摺動可能に取り付けられたストッパーを有し、
   前方端部シールアッセンブリは、ユニットの分離状態において、ストッパーの対向する部分に対して封止し、ユニットの嵌合状態において、ピンの対向する部分に対して封止している、請求項１に記載のコネクタ。
3. 接点用チャンバーを囲み、柔軟性を有する材料からなる少なくとも１つの空気袋をさらに備え、
   空気袋は、ユニットの嵌合状態においてピンに対して封止する前方端部シールを備えた前方端部分を有する、請求項１に記載のコネクタ。
4. 空気袋は、前方端部シールから空気袋の後方端部まで延び、半導電性材料からなる少なくとも１つの連続的な層を有する、請求項３に記載のコネクタ。
5. 接点用チャンバーを囲み、柔軟性を有する材料からなる内側空気袋および外側空気袋を備え、
   外側空気袋は、接点用チャンバーを囲む独立した外側チャンバーを形成するよう、内側空気袋から空間を空けて配置されている、請求項２に記載のコネクタ。
6. 各空気袋は、前方端部分を有し、
   各空気袋の前方端部分は、ユニットの分離状態においてストッパーの対向する端部分に対して封止し、かつ、ユニットの嵌合状態においてピンの対向する部分に対して封止する端部シールを形成して、二重の端部シールを形成し、
   外側空気袋の端部シールは、嵌合状態においてピンシールと封止的な係合にある前方端部シールを備え、
   外側チャンバーへの経路が、内側および外側空気袋の端部シールの間に形成されている、請求項５に記載のコネクタ。
7. 外側空気袋は、電気的に絶縁性を有する弾性材料からなる少なくとも１つの内側層と、半導電性材料からなる外側層と、を備える、請求項５に記載のコネクタ。
8. 内側および外側層が、ともに結合されている、または一体的に形成されている、請求項７に記載のコネクタ。
9. 内側層は、外面を有し、
   外側層は、内側層の外面上に塗布された半導電性材料からなるコーティングを備える、請求項７に記載のコネクタ。
10. 各チャンバーが、誘電性を有する移動可能な物質によって充填されている、請求項５に記載のコネクタ。
11. 前記前方ピンシールは、半導電性の弾性材料からなる単一の層を備える、請求項１に記載のコネクタ。
12. 複数のシールのうちの少なくとも１つは、半導電性材料からなる少なくとも１つの層と、絶縁性の弾性材料からなる少なくとも１つの層と、を備える、請求項１に記載のコネクタ。
13. ピンは、
    第１電気接点を備える前方端部と、ケーブル端部コネクタへの連結のために適合された後方端部とを有する導電性プローブシャフトと、
    前記シャフトの長さの大部分に沿って延びるとともに第１電気接点の手前で終端する外側絶縁性層と、
    前記導電性シャフトと前記外側絶縁性層との間で挟まれ、硬質の半導電性材料からなる半導電性層と、を備える、請求項１に記載のコネクタ。
14. 第１コネクタユニットは、複数の電気ピンと、各々が各電気ピンの前方端部分の一部に係合する複数の前方ピンシールと、を有し、
    第２コネクタユニットは、各々が単一の電気ソケットモジュールを収容する複数の接点用チャンバーを有し、
    各接点用チャンバーは、ユニットの嵌合状態において、各ピンの前方端部を受け入れるために位置づけられた各前方端部開口部と、コネクタユニットの嵌合状態において、各ピンの外面に対して封止し、かつ、各前方ピンシールに封止的に係合する前方端部シールと、を有する、請求項１に記載のコネクタ。
15. 各接点用チャンバーは、内側接点用チャンバーを形成するよう各電気ソケットモジュールを囲む内側空気袋と、外側空気袋であって、内側および外側空気袋の間に外側チャンバーを形成するよう内側空気袋を囲む外側空気袋と、を有し、
    内側および外側空気袋は各々、ユニットの嵌合状態において各ピンの外面に対して封止するよう構成された端部シールを形成する前方端部分を有する、請求項１４に記載のコネクタ。
16. 複数の前方ピンシール、および、各接点用チャンバーの外側空気袋は各々、半導電性材料からなる少なくとも１つの層を有している、請求項１５に記載のコネクタ。
17. 各接点用チャンバーの外側空気袋は各々、絶縁性を有する弾性材料からなる内側層と、半導電性材料からなる外側層と、を有している、請求項１６に記載のコネクタ。

Images