JP6235743B2 - 防水コネクタ - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の配線に用いられるコネクタに関し、特に防水機能を有した防水コネクタに関する。

自動車等に配索されるワイヤハーネス等の電線は、芯線が絶縁被覆層によって被覆されているが、コネクタのハウジング内では端子との導通を行うため、絶縁被覆層から芯線を露出させ、露出した芯線を端子に接続している。このような構造において、水が絶縁被覆層の内部に浸入すると、芯線が腐食したり、電線に接続されている電子制御ユニット内に水が到達して正常な動作を妨げる問題がある。このため、自動車等の電線の配索では、水の浸入を防止した防水コネクタが用いられている。この防水コネクタにおいて、芯線露出部に対する防水を強力に行うため、封止剤を用いることがなされている（例えば、特許文献１〜３参照）。

しかしながら、従来、提案されているコネクタでは、ハウジング、端子、及び封止材の三者間で線膨張係数が異なり、このことにより熱膨張収縮が原因となり封止材が破壊されてしまい、封止ができなくなってしまうという問題があった。

特開平７−４６７４４号公報 特開２００９−１３５０７３号公報 特開２００９−２７２１８８号公報

従来の防水コネクタでは、電線が配置されたハウジングと芯線露出部を封止する封止剤との間や封止剤と端子との間に、環境温度変化等の熱衝撃に起因した大きな熱応力が作用すると、封止剤が破壊したり、封止剤とハウジングや端子との間で界面剥離が発生し易く、これらによって封止力が低下する問題がある。

そこで本発明は、大きな熱応力や屈曲等の外力が作用しても封止剤の封止力が低下することがなく、良好な封止力を保持することが可能な防水コネクタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、嵌合相手コネクタとの接続に用いる端子と、前記端子が内部に配置されたハウジングとを備え、前記ハウジング内に封止剤が注型され、注型された封止剤が硬化することにより前記端子の露出部分の一部が封止される防水コネクタであって、前記封止剤は前記注型前の２５℃における粘度が３０００ｍＰａ・ｓ以下、２００ｍＰａ・ｓ以上であり、前記封止剤は硬化後の−４０℃における弾性率が１０００ＭＰａ以下であり、この弾性率を有した封止剤が−４０℃に冷却、１５０℃に加温するサイクル試験を３００サイクル行う耐熱衝撃性を満足することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載の発明であって、前記封止剤はガラス転移温度が−３０℃以下であることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２記載の発明であって、前記封止剤は耐油性を有していることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載の発明であって、前記封止剤は、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂又はアクリレート樹脂のいずれか又は混合であることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ハウジングに注型された封止剤が硬化することにより端子の露出部分の一部が封止される。請求項１の発明に用いる封止剤は、注型前の２５℃における粘度が３０００ｍＰａ・ｓ以下、２００ｍＰａ・ｓ以上であり、硬化後の−４０℃における弾性率が１０００ＭＰａ以下であり、この弾性率を有した封止剤が−４０℃に冷却、１５０℃に加温するサイクル試験を３００サイクル行う耐熱衝撃性を満足するため、このような弾性率を有した封止剤は熱衝撃による熱応力に破壊されることがなく、熱応力を吸収したり、緩和する。また、この範囲の弾性率は低弾性であり、端子に作用する屈曲等の外力への追従性が良好である。このため、熱応力や外力が作用しても封止剤の封止力が低下することがなく、良好な封止力を保持することができる。即ち、耐熱衝撃性の試験を行った防水コネクタによれば、端子が配置されたハウジングと端子の露出部の一部を封止する封止剤との間や封止剤と端子の露出部の一部との間に、環境温度変化等の熱衝撃に起因した大きな熱応力が作用しても、封止剤が破壊したり、封止剤とハウジングや端子との間で界面剥離が発生して封止剤の封止力が低下することがない。

請求項２の発明によれば、ガラス転移温度が−３０℃以下の封止剤が用いられるため、使用時では低温環境おいてもガラス転移がなされず、封止材が低弾性を保てる。これによって温度変化による封止材の破壊を防ぎ、芯線における封止力を保つことが出来る。

請求項３の発明によれば、封止剤が耐油・耐薬品性を有しているため、ＡＴＦ（オートマチックオイル）やギアオイル等の自動車用オイルまた、硫酸をはじめとした酸及び塩基や界面活性剤、金属塩化物水溶液等の薬品との接触によって溶解したり、劣化することがない。このため自動車用のコネクタのメンテナンス数が減少すると共にコネクタの長寿命化が可能である。

請求項４の発明によれば、封止剤がエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂又はアクリレート樹脂のいずれか又は混合であることから入手が容易であり、安定して供給することができる。

（ａ）は本発明の実施形態の防水コネクタを示す平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。 図１（ａ）における電線の一部を抜き出した拡大図である。 本発明のその他の実施の形態に係る防水コネクタの概略平面図である。

本発明の防水コネクタは、芯線が絶縁被覆層によって被覆され、前記絶縁被覆層から芯線が露出した電線と、前記露出した芯線が接続された状態で前記電線に取り付けられた端子と、前記電線及び端子が内部に配置されたハウジングとを備え、前記ハウジング内に封止剤が注型され、注型された封止剤が硬化することにより前記芯線の露出部分が封止される構造である。

図１及び図２は、このような構造を有した本発明の一実施形態の防水コネクタを示す。この防水コネクタは、自動車の電子制御ユニットのコネクタに嵌合される防水コネクタである。

防水コネクタは絶縁樹脂によって形成されたハウジング３０と、ハウジング３０内に配置された複数のワイヤハーネスとしての電線１と、それぞれの電線１に接続された端子２４とを備えている。

電線１は芯線１０を絶縁被覆層１２によって被覆した被覆電線によって形成されている。それぞれの電線１の先端部分においては、絶縁被覆層１２が剥がされることにより複数の芯線１０が露出している。芯線１０は単線又は複数の素線の撚線によって形成されている。芯線１０は銅、アルミニウム、錫等を材料として形成されるものである。絶縁被覆層１２が剥がされて露出した芯線１０の露出部分１５は電線１の長さ方向に沿って延びることにより電線１の先端部分に設けられている。端子２４はこの電線１の先端部分に取り付けられる。

端子２４は共に断面Ｕ字形の芯線加締め部２０及び被覆層加締め部２２によって形成されており、導電性金属板をプレス打ち抜きすることにより形成される。芯線加締め部２０によって芯線１０を加締めることにより端子２４は芯線１０と導通して接続される。又、被覆層加締め部２２を加締めることにより端子２４が電線１に取り付けられる。

ハウジング３０は全体が絶縁樹脂によって形成されている。ハウジング３０は端子２４が取り付けられた電線１を平行状態で保持するものであり、端子２４側に設けられて端子２４側の電線１を保持する第１インナーハウジング３２と、電線１における端子２４と反対側を保持する第２インナーハウジング４０とを有している。
このようなハウジング３０内に対し封止剤５０が注型される。封止剤５０は電線１における芯線１０の露出部分１５を封止するためにハウジング３０内に注型されるものであり、ハウジング３０における第１インナーハウジング３２と第２インナーハウジング４０との間に注型される。封止剤５０は流動性を有した液体の状態で第１インナーハウジング３２と第２インナーハウジング４０との間に注型されて充填され、充填後に加熱等により硬化する。これにより電線１における芯線１０の露出部分１５を封止する。以下、封止剤５０について説明する。

封止剤５０は注型後における電線１内への浸透性を確保するものが使用されるものであり、硬化後の−４０℃における弾性率が１０００ＭＰａ以下の特性を有したものが用いられる。硬化後におけるこのような範囲の弾性率では封止剤５０自体が低弾性であり、熱衝撃による熱応力に破壊されることがなく、熱応力を吸収したり、熱応力を緩和する。また、電線１に作用する屈曲等の外力への追従性が良好となっている。これにより、環境温度の変化に起因した熱応力や電線１への外力が作用しても封止力が低下することがなく、良好な封止力を保持することができる。

硬化後の弾性率が１０００ＭＰａを超える場合には、低弾性とならず、熱応力の吸収や緩和ができないと共に外力への追従性が低下する。この点から本発明における硬化後の封止剤５０の弾性率としては、５００ＭＰａ以下であることがさらに良好である。

なお、本発明において、耐熱衝撃性については、図１の構造を有したコネクタを−４０℃に冷却し、１５０℃で加温するサイクル試験を行い、１０００サイクル試験後における封止圧力が３０ｋＰａ以上であることを良否判断の指標として用いることができる。

封止剤５０はハウジング３０に注型されることにより、芯線１０の露出部分１５を封止するのに加え、絶縁被覆層１２の内部及び芯線１０の間に毛管現象によって浸透する。このように絶縁被覆層１２の内部及び芯線１０の間に浸透することにより、熱応力の緩和や吸収を絶縁被覆層１２の内部及び芯線１０の間で行うことができる。また、絶縁被覆層１２及び芯線１０に対して外力への追従性が付与される。従って、芯線の露出部分の封止力が大きくなり、芯線の露出部分から電線内に水が浸入することを防止することができる。

図２は、かかる封止剤５０の絶縁被覆層１２内への浸透及び芯線１０の間への浸透を説明するものであり、絶縁被覆層１２の端部から電線１の内部に浸透される封止剤５０の芯線間浸透距離ｄは、封止剤５０の硬化後において、１０ｍｍ以上７０ｍｍ以下であることが好ましく、２０ｍｍ前後であることがさらに良好である。芯線間浸透距離ｄが１０ｍｍに達しない場合には、電線１内への水の浸入を阻止する力が小さく、７０ｍｍを超える場合には、電線１に必要以上の硬度が付与されて外力への追従性が低下する。従って、上記したように封止材５０の硬化後において芯線間浸透距離が１０ｍｍ以上７０ｍｍ以下であることが好ましい。そして、芯線間浸透距離が２０ｍｍ前後であればより効果的に芯線の露出部分からの電線内への水の浸入を防止することができる。

本発明の封止剤５０は、硬化後の弾性率に加え、注型前（すなわち液状）の２５℃における粘度が３０００ｍＰａ・ｓ以下、２００ｍＰａ・ｓ以上の特性を有したものが選択される。粘度がこの範囲内の封止剤５０は低粘度であり、芯線の露出部分から絶縁被覆層内に円滑に浸入することができる。このため、封止剤５０が芯線１０間に浸透する芯線間浸透距離ｄを容易に長くすることができる。注型前の粘度が２００ｍＰａ・ｓに達しない場合には、封止剤５０の粘度が小さく、取り扱い性が低下する。注型前の粘度が３０００ｍＰａ・ｓを超える場合には、粘度が高すぎて封止剤５０がハウジング３０の内部全体に行き渡ることがなく、封止力が低下する。なお、注型前の封止剤５０の粘度としては、４０℃における粘度が１０００ｍＰａ・ｓ以下であれば、さらに良好である。

以上に加えて、封止剤５０としては、ガラス転移温度が−３０℃以下の特性を有したものが良好である。ガラス転移温度がこのような温度範囲の封止剤５０においては、使用環境下において常にガラス転移状態にあり柔軟性が確保され、外力の影響による封止力の低下を抑制でき、常に大きな封止力を得られる。ガラス転移温度が−３０℃を超える封止剤は、低温下において外力の影響による封止力の低下を受ける。

本発明に用いる封止剤５０としては、耐油・耐薬品性を有していることが良好である。このように耐油・耐薬品性を有していることにより、ＡＴＦ（オートマチックオイル）やギアオイル等の自動車用オイルまた、硫酸をはじめとした酸及び塩基や界面活性剤、金属塩化物水溶液等の薬品との接触によって溶解したり、劣化することがない。また、耐油性を有することによりガソリンや軽油に溶解することもない。このため自動車用のコネクタのメンテナンス数が減少すると共にコネクタの長寿命化が可能となる。

以上の特性を有する封止剤５０としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂又はアクリレート樹脂のいずれかを選択することができ、またこれらの混合を使用することができる。アクリレート樹脂は、アクリル酸エステルやアクリル酸塩等のアクリル酸化合物の樹脂である。これらの樹脂は、１２０℃程度の比較的低温で硬化するため、熱影響が少ない。また、入手が容易であり、安定且つ安価で供給することができるメリットがある。

以上の実施形態ではハウジング３０に第１インナーハウジング３２及び第２インナーハウジング４０を設け、これらのインナーハウジング３２、４０の間に封止剤５０を注型しているが、これに限らず、ハウジング３０内に配置した電線１の芯線１０の露出部分１５を封止する構造であればインナーハウジングを有しないハウジングに対して封止剤５０を注型しても良い。

表１は実施例１、２及び比較例１乃至３の特性を示している。

弾性率は（JISK7162）によって測定した。粘度は（JISK7117-2）によって測定した。耐油性は図１の防水コネクタを１５０℃のＡＴＦに２４時間浸漬し、浸漬前後の体積変化を測定した。体積変化がないものを「○」とし、体積変化があったものを「×」とした。耐熱衝撃性は図１の防水コネクタを−４０℃に冷却、１５０℃に加温するサイクル試験を３００サイクル行った。試験後において、封止されているサンプルの片側から空気圧力を１０ｋＰａごとに印加し、３０秒以上漏れがないサンプルを封止が良好であると判断し、さらに圧力を印加する検査を行った。封止圧力が３０ｋＰａ以上のものを「○」、３０ｋＰａ以下のものを「×」とした。

実施例１及び２は（液状エポキシ樹脂）（商品名「ＸＭ−２４３７」、ぺルノックス（株）製）及び（液状エポキシ樹脂硬化剤）（商品名「ＨＹ−６９０」、ペルノックス（株）製）を混合したものであり、実施例１は１００：５０の重量比、実施例２は１００：７０の重量比で混合した材料を用いた。比較例１は（液状エポキシ樹脂）（商品名「ＳＴＹＣＡＳＴ Ａ３１６」、ヘンケルエイブルスティックジャパン（株）製）、比較例２は（液状エポキシ樹脂）（商品名「ＳＴＹＣＡＳＴ ２０５７」、ヘンケルエイブルスティックジャパン（株）製、）、比較例３は（液状エポキシ樹脂）（商品名「ＭＥ−２６８Ｄ」、（ペルノックス（株）製））の樹脂を用いた。
表１から明らかなように、比較例に対し実施例１、２は良好な弾性率及び粘度を有し、耐油性があり、耐熱衝撃性を有していることから防水コネクタの封止剤として好適に用いることができる。

表２は実施例３、４及び比較例４乃至６の特性を示している。弾性率は表１の場合と同様に測定した。硬度は（JISK7215）により測定した。耐熱衝撃性は表１の場合と同様に測定した。

実施例３は（液状エポキシ樹脂）（商品名「ＸＭ−２４３７」、（ペルノックス（株）製）及び（液状エポキシ樹脂硬化剤）（商品名「ＨＹ−６９０」、（ペルノックス（株）製）を１００：５０の重量比で混合したものを用い、実施例４は（液状エポキシ樹脂）（商品名「ＸＮ−５０１９−２」、ペルノックス（株）製）を用いた。比較例４は（液状エポキシ樹脂）（商品名「ＳＴＹＣＡＳＴ ２７５０Ｌ」、（ヘンケルエイブルスティックジャパン（株）製）を用い、比較例５は（液状エポキシ樹脂）（商品名「ＸＥ７０２０６」、（ヘンケルエイブルスティックジャパン（株）製））を用い、比較例６は（液状エポキシ樹脂）（商品名「ＴＢ２０８７Ｃ」、（スリーボンド（株）製））を用いた。

表２から明らかなように、比較例に対し実施例４、５は良好な弾性率及びガラス転移温度を有し、耐熱衝撃性を有していることから防水コネクタの封止剤として好適に用いることができる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。

例えば、防水コネクタは図１に示した形状に限らず、図３に示すような形状であっても良い。図３に示す防水コネクタは、オス−オス型のコネクタであって、電子制御ユニットとの接続に用いる端子２４と、端子２４を収容する端子収容部３５を有するハウジング３０と、ハウジング３０内を封止する封止剤５０とを備える。

このように、本発明はここで記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。

２４ 端子
３０ ハウジング
５０ 封止剤

Claims (4)

1. 嵌合相手コネクタとの接続に用いる端子（２４）と、前記端子（２４）が内部に配置されたハウジング（３０）とを備え、前記ハウジング（３０）内に封止剤（５０）が注型され、注型された封止剤（５０）が硬化することにより前記端子（２４）の露出部分の一部が封止される防水コネクタであって、
   前記封止剤（５０）は前記注型前の２５℃における粘度が３０００ｍＰａ・ｓ以下、２００ｍＰａ・ｓ以上であり、
   前記封止剤（５０）は硬化後の−４０℃における弾性率が１０００ＭＰａ以下であり、この弾性率を有した封止剤（５０）が−４０℃に冷却、１５０℃に加温するサイクル試験を３００サイクル行う耐熱衝撃性を満足することを特徴とする防水コネクタ。
2. 請求項１記載の防水コネクタであって、
   前記封止剤（５０）はガラス転移温度が−３０℃以下であることを特徴とする防水コネクタ。
3. 請求項１又は請求項２記載の防水コネクタであって、
   前記封止剤（５０）は耐油・耐薬品性を有していることを特徴とする防水コネクタ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載の防水コネクタであって、
   前記封止剤（５０）は、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂又はアクリレート樹脂のいずれか又は混合であることを特徴とする防水コネクタ。

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