JP6656297B2 - 流体によって引き起こされる電気的短絡を低減する電気コネクタ - Google Patents

Description

航空機上の電気コネクタは、大気圧および温度の変化、氷の蓄積、機械的な力および風力、ならびに他の環境的要因にさらされる場合があり、それにより、水分および流体がコネクタに浸入する場合があり、コネクタの寿命を短くし、かつ短絡、アーク放電および／または他のコネクタ故障の可能性を生み出す。これらの、そして他の考慮すべき事柄に関して、本明細書においてなされる開示が提示される。

詳細な説明において後に更に記述される概念の選択を簡略化された形で導入するために、本概要が提供されることを理解されたい。本概要は、特許請求される主題の範囲を限定することは意図していない。

電気コネクタ内の隣接する接点間で流体によって引き起こされる電気的短絡の危険性を低減する方法、構造およびシステムが本明細書において記述される。改善された電気コネクタは、隣接する接点間の誘電体の内面に突起または山部を追加することを含み、それにより、任意の注封材料が結合することができる表面積を拡大すると同時に、隣接する接点間の漏れ経路を拡大する。山部に低い表面エネルギーの被覆物を塗布することが、流体移動を防ぐのに更に役に立つ場合がある。改善された電気コネクタの設計は、隣接する接点間の誘電体の内面に沿って流体が蓄積する可能性を小さくし、それにより、接点間が電気的に短絡する危険性を低減する。改善された電気コネクタは高い信頼性を有することができ、それによりコネクタの寿命を延ばすと同時に、発火および安全性への懸念を低減する。

一態様によれば、電気コネクタが、コネクタの第１の端部と第２の端部との間に介在する非導電性部材を備える。非導電性部材は、接点が非導電性部材を通過して電気信号を伝達できるように、コネクタの接点を支持するように構成される。非導電性部材は、隣接する接点間の非導電性部材の内面上に配置される１つまたは複数の山部を更に有する。

別の態様によれば、電気コネクタ内の接点間で流体によって引き起こされる電気的短絡の危険性を低減する方法は、接点間で流体蓄積が生じる可能性がある、電気コネクタの非導電性部材の表面に沿ったエリアを特定することと、接点間の非導電性部材の表面上に１つまたは複数の山部を配置することとを含む。

更なる態様によれば、電気コネクタ内で流体によって引き起こされる電気的短絡の危険性を低減するシステムは、シェルと、電気信号を伝達するように構成される複数の接点と、シェルの第１の端部と第２の端部との間に介在し、複数の接点を支持するように構成される非導電性部材とを備える。非導電性部材は、一対の隣接する接点間の非導電性部材の表面に沿った漏れ経路の長さが一対の隣接する接点間の距離よりも長いように、少なくとも一対の隣接する電気的接点間の非導電性部材の表面上に配置される山部を更に備える。

本明細書において論じられる特徴、機能および利点は、本開示の種々の実施形態において独立して達成することができるか、または更に別の実施形態において組み合わせることができ、その更なる詳細は、以下の説明および図面を参照しながら確認することができる。

本明細書において提示される実施形態による、例示的な電気コネクタの斜視図である。 本明細書において提示される実施形態によって対処される問題の詳細を示す、例示的な電気コネクタの断面図である。 本明細書において提示される実施形態の態様を示す、例示的な電気コネクタの断面図である。 本明細書において提示される実施形態の更なる態様を示す、例示的な電気コネクタの断面図である。 Aは、本明細書において提示される実施形態の更なる態様を示す、例示的な非導電性部材の断面図である。Bは、本明細書において提示される実施形態の更なる態様を示す、例示的な非導電性部材の断面図である。Cは、本明細書において提示される実施形態の更なる態様を示す、例示的な非導電性部材の断面図である。Dは、本明細書において提示される実施形態の更なる態様を示す、例示的な非導電性部材の断面図である。Eは、本明細書において提示される実施形態の更なる態様を示す、例示的な非導電性部材の断面図である。 本明細書において提示される実施形態による、電気コネクタ内で流体によって引き起こされる電気的短絡の危険性を低減する１つの方法を示す流れ図である。

以下の詳細な説明は、電気コネクタ内で流体によって引き起こされる電気的短絡の危険性を低減する技術に向けられる。本開示の実施形態は、航空機において利用される電気コネクタとの関連で本明細書において記述されるが、本開示の実施形態はそのような応用形態には限定されないこと、および本明細書において記述される技法は、電気コネクタが流体または水分の浸入を受ける場合がある他の応用形態において、電気コネクタ内で流体によって引き起こされる電気的短絡を防ぐために利用することもできることが理解されよう。

以下の詳細な説明において、本明細書の一部を形成し、例示として、具体的な実施形態または例を示す添付の図面が参照される。本明細書における図面は縮尺通りではなく、種々の要素の相対的な比率は、本開示の態様を例示するために誇張される場合がある。

幾つかの図面を通して類似の数字は類似の要素を表す。

図１は例示的な電気コネクタ１０２を示す。具体的には、図１は、航空機の燃料タンク内に位置する燃料ポンプに電源を接続するために利用される電気コネクタ１０２の斜視図を示す。電気コネクタ１０２は、フランジ１０６を貫通するシェル１０４を備えることができる。フランジ１０６は、外部環境と燃料タンクとの間の障壁１０８、例えば、航空機の外板等に接続または結合することができる。シェル１０４およびフランジ１０６は、アルミニウム、鋼、プラスチック、複合材または他の適切な材料から形成することができる。導体１１０Ａ〜１１０Ｃ（本明細書において包括的に導体１１０と呼ばれる）のような１つまたは複数のワイヤまたは導体を電気コネクタ１０２の端子または接点にハンダ付けすることができるか、圧着することができるか、または別の方法で接続することができる。導体１１０は、プラスチックまたは合成フルオロポリマー、例えば、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、ＤｅｌａｗａｒｅのＥ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙからのテフロン（登録商標）のような保護および／または絶縁材料で被覆することができる。シェル１０４の露出した開口部は、合成ゴム、エポキシ、フルオロポリマーエラストマー等の注封材料１１２で更に満たすことができる。

図２は、図１に示されるコネクタの断面線Ａ−Ａに概ね沿って見た例示的な電気コネクタ１０２の断面図を示す。図から明らかであるように、電気コネクタ１０２は、非導電性部材２０２を更に含むことができ、非導電性部材２０２は、燃料タンク内の流体圧と航空機外部の大気圧との間の気密封止された圧力境界を与える。非導電性部材２０２は、例えば、シェル１０４内部の電気コネクタの両端間に配置される非導電性円板または他の構成要素を含むことができる。幾つかの実施形態によれば、非導電性部材２０２は、ガラスまたはセラミックのような誘電体材料から製造することができる。代替的には、非導電性部材２０２は、プラスチックまたは別の適切な非導電性材料から製造することができる。

接点２０４Ａおよび２０４Ｂ（本明細書において包括的に接点２０４と呼ばれる）のような、電気コネクタ１０２の端子または接点は非導電性部材２０２を貫通し、かつ非導電性部材２０２によって適所に保持することができる。接点２０４は、導体１１０から、非導電性部材２０２を通過して、燃料タンク内の適切な相手側コネクタの相補接点に電気信号および／または電気を送るように構成することができる。接点２０４は、任意の適切な導電性材料から作製することができる。幾つかの実施形態では、接点２０４をニッケルめっきして、導体１１０Ａおよび１１０Ｂとそれぞれの接点２０４Ａおよび２０４Ｂとのハンダ付けに備えることができる。同様に、接点２０４に金めっきを加えて、ニッケルめっきおよび／または下層の導電性材料が酸化するのを防ぐことができる。

図から更に明らかなように、注封材料１１２を電気コネクタ１０２のシェル１０４の外側開口部内に射出成形するか、注ぎ込むか、または別の方法で導入して、シェルを封止し、かつ接点２０４、および接点と導体１１０との間のハンダ接続を外気から保護することができる。注封材料１１２は、シェル１０４の開口部の中に注入または導入することができ、シェルの内壁、導体１１０、接点２０４および／または非導電性部材２０２と結合することができる、合成ゴム、エポキシ、フルオロポリマーエラストマー、例えば、ＤｕＰｏｎｔ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｅｌａｓｔｏｍｅｒ ＬＬＣからのヴィトン（登録商標）、および／またはこれらの材料および他の材料の任意の組み合わせからなることができる。

大気からシェル１０４の中に水が浸入しないようにする電気コネクタ１０２の抵抗力は、注封材料１１２と、シェルの内壁、および接点２０４を保持する非導電性部材２０２との間の接着力に頼る場合がある。注封材料１１２と電気コネクタ１０２の構成要素との間が１００％接着していないと、シェル１０４の内壁、非導電性部材２０２の表面、接点２０４等に沿って、小さな間隙、または空所２０６のような空所が生み出されるようになる場合がある。更に、温度変動、およびコネクタ内部の氷蓄積が空所２０６を拡大する場合がある。種々の条件によって、水分が電気コネクタ１０２に浸入し、これらの空所２０６内に蓄積してしまう場合がある。例えば、航空機が下降するのに応じて生じる場合があるような、空所２０６と外気との間の圧力差が、シェル１０４と注封材料１１２との間の、または導体１１０と注封材料１１２との間の外部水分を空所２０６の中に追い込む場合がある。

水分は更に、毛管作用によって導体１１０とそのテフロン被覆または他の絶縁体との間から電気コネクタ１０２の中に入り込む場合があり、例えば、接点２０４の金めっきされた表面に沿って非導電性部材２０２の表面に引き込まれる場合がある。急激な温度変化および温度差によって、空所２０６内の水分が非導電性部材２０２の表面に沿って凝縮して、流体状態になる場合がある。凝縮から生じる圧力降下は、外気から更なる湿った空気を電気コネクタ１０２の中に更に引き込む場合がある。図２の２０８において示されるように、２つの接点２０４Ａと２０４Ｂとの間の非導電性部材２０２の表面上の空所２０６内に十分な流体が蓄積する場合には、接点間で電気的短絡が生じる恐れがある。これは、コネクタの耐用年数を大幅に短縮するだけでなく、発火および安全性に関する大きな問題も突きつける。例えば、相間電源短絡がアークを引き起こす可能性があり、そのアークが電気コネクタ１０２のシェル１０４を溶かす可能性がある。

図３は、図１に示されるコネクタの断面線Ａ−Ａに概ね沿って見た別の例示的な電気コネクタ１０２の断面図を示す。実施形態によれば、この例示的な電気コネクタ１０２における非導電性部材２０２は、１つの表面に沿って、非導電性部材２０２と一体品として形成される１つまたは複数の隆起したエリア、突出部または突起を含み、本明細書では「山部」と呼ばれる。例えば、非導電性部材２０２は、図３に示されるように、その内面上に配置される山部３０２Ａ〜３０２Ｃ（本明細書において包括的に山部３０２と呼ばれる）を有することができる。実施形態によれば、非導電性部材２０２の表面上の山部３０２は、流体侵入に起因する内部の電気的短絡を防ぐのに役に立つバッフルとしての役割を果たす。幾つかの実施形態において、非導電性部材２０２の表面上の山部３０２は、隣接する接点２０４間に追加されるので、接点は山部間の谷部３０４Ａおよび３０４Ｂのような「井戸」または「谷部」内に位置するようになる。別の言い方をすると、一対の隣接する接点間の、非導電性部材の表面に配置される１つまたは複数の山部を有する非導電性部材の表面に沿った長さは、一対の隣接する接点間の直線距離より長い。この構成は、非導電性部材２０２の表面に沿った、隣接する接点２０４間の「漏れ経路」距離を長くし、結果として電気的短絡を引き起こす恐れがある接点間の流体蓄積の機会を減らすのに役に立つ。更に、山部３０２の追加は、注封材料１１２が結合することができる非導電性部材２０２の表面積を拡大し、注封材料と非導電性部材の表面との間の幾つかの空所２０６を削減または解消できる可能性がある。

図４は、図１に示されるコネクタの断面線Ｂ−Ｂに概ね沿って見た例示的な電気コネクタ１０２の別の断面図を示す。この図から明らかであるように、非導電性部材２０２の表面上の山部３０２は、接点２０４Ａ〜２０４Ｃを分離し、かつ包囲し、結果として、接点が谷部３０４のような谷部内に位置するようになる。本明細書における図面および説明は３つの接点２０４を有するコネクタを示すが、２個、４個、５個またはそれ以上の接点を有する電気コネクタ１０２に対応することになる、非導電性部材２０２の表面上の山部３０２および谷部３０４の他の構成も想像できることは理解されよう。本出願は全てのそのような構成を含むことを意図している。

幾つかの実施形態によれば、図３および図５Ａに示されるように、非導電性部材および山部が一体の構成要素であるように、各山部３０２は、非導電性部材２０２の成形、形成、機械加工または他の製造プロセスから生じる場合がある。更なる実施形態では、山部３０２が配置される非導電性部材２０２の表面は、任意の浸入する流体が液滴になって付着し、広がるのを阻止するために、低い表面エネルギーを有する材料５０２で被覆することができる。被覆材料５０２は、注封材料１１２、および非導電性部材２０２を形成するために用いられる材料の両方との良好な結合性も有することができる。他の実施形態では、山部３０２は、図５Ｂに示されるように、非導電性部材２０２の表面上に材料５０２を堆積することによって形成することができる。山部３０２を形成するために利用される材料５０２は、先に記述されたのと同じように、流体が広がるのを防ぎ、更には注封材料１１２および非導電性部材２０２と結合する類似した特性を有することができる。材料５０２の例は、限定はしないが、ＬＯＡＤ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのＣＨＥＭＬＯＫ（登録商標）５１５０、および／または類似の接着剤製品を含む、任意の従来の結合剤を含むことができる。

更なる実施形態では、山部３０２は、図５Ｃおよび図５Ｄに示されるような、隣接する接点２０４間の漏れ経路を更に長くし、かつ非導電性部材２０２の表面に沿って注封材料１１２との結合のための更なる表面積を与える、更なる隆起部または他の機構を形成することができる。更なる実施形態では、非導電性部材２０２の表面は、図５Ｅに示されるように、隣接する接点２０４Ａと２０４Ｂとの間に複数の山部３０２を有することができる。本明細書において図示および記述される以外の、接点２０４間の漏れ経路を長くし、かつ注封材料１１２と結合するための更なる表面積を与える、非導電性部材２０２の表面上の山部３０２の他の構成も想像することができる。本出願は全てのそのような構成を含むことを意図している。

更なる実施形態では、山部３０２が配置される非導電性部材２０２の表面上でグリットブラストを実行して、注封材料１１２と非導電性部材の表面との結合を更に改善することができる。更に、そうでなければ生じる可能性があった任意の電気的短絡によって引き起こされる場合がある発火および安全上の問題を小さくするために、消弧材料またはアーク中和材料を注封材料１１２として追加または利用することができる。

図６は、一実施形態による、電気コネクタ内で流体によって引き起こされる電気的短絡の危険性を低減するためのルーチン６００を示す。ルーチン６００を用いて、例えば、図３および図４に示される電気コネクタ１０２内の接点２０４Ａおよび２０４Ｂのような隣接する接点間の短絡の危険性を低減することができる。ルーチン６００は動作６０２において開始し、電気コネクタ１０２の接点２０４間で起こり得る流体蓄積のエリアが特定される。図２に関して先に記述されたように、これは、例えば、注封材料１１２と、隣接する接点２０４Ａ、２０４Ｂ間に延在する非導電性部材２０２の内面との間にある空所２０６とすることができる。水分が、シェル１０４と注封材料との間から、および／または導体１１０および接点２０４に沿って電気コネクタ１０２に浸入し、図２の２０８において更に示されるように、空所２０６において凝縮して流体になる場合がある。その際、この流体の蓄積によって、隣接する接点２０４Ａと２０４Ｂとの間に電気的短絡が生じる場合がある。

動作６０２から、ルーチン６００は動作６０４に進み、図３および図４に示されるように、接点２０４間の特定されたエリア内の電気コネクタ１０２の非導電性部材２０２の内面上に１つまたは複数の山部が形成または堆積される。非導電性部材２０２の表面に沿って山部３０２を追加することによって、接点２０４間の非導電性部材２０２の表面に沿った漏れ経路距離が長くなり、それにより、結果として電気コネクタ１０２内の電気的短絡につながる場合がある、隣接する接点間の流体蓄積の危険性が低減される。幾つかの実施形態では、非導電性部材２０２の表面上の山部３０２は、全ての接点２０４が、図３および図４に更に示される谷部３０４Ａおよび３０４Ｂのような「井戸」または谷部内に位置するように構成される。

幾つかの実施形態では、山部３０２は、非導電性部材２０２の製造中に一体品または単一の構成要素として非導電性部材２０２とともに形成することができる。他の実施形態では、山部３０２は、図５Ｂに示されるように、非導電性部材２０２の表面上に材料５０２を堆積することによって追加することができる。山部３０２を形成するために用いられる材料５０２は、流体の広がりを防ぐように低い表面エネルギーを有することができ、かつ注封材料１１２および非導電性部材２０２との良好な接着性を有することができる。更なる実施形態では、山部３０２は、図５Ｃおよび図５Ｄに示されるような、接点２０４間の漏れ経路を更に長くし、かつ非導電性部材２０２の表面に沿って注封材料１１２との結合のための更なる表面積を与える隆起部または他の機構を含むことができる。更なる実施形態では、非導電性部材２０２の表面は、図５Ｅに示されるように、各接点２０４間に複数の山部３０２を有することができる。更なる実施形態では、図５Ａに示されるように、山部３０２が配置される非導電性部材２０２の全表面に低表面エネルギー材料５０２を塗布して、流体移動を更に低減することができる。

ルーチン６００は動作６０４から動作６０６に進み、電気コネクタ１０２のシェル１０４の開放端内に注封材料が射出成形または別の方法で導入され、シェルの壁、接点２０４および導体１１０の壁、ならびに非導電性部材２０２の内面と結合する。非導電性部材２０２の内面に山部３０２を追加することによって、注封材料１１２が結合することができる非導電性部材の更なる表面積を更に与え、非導電性部材の表面と注封材料との間の、隣接する接点２０４間の非導電性部材の表面の全長にわたって延在する空所２０６を排除できる可能性がある。これは、電気的短絡を引き起こす可能性がある接点２０４間の流体蓄積の危険性を更に低減することができる。動作６０６から、ルーチン６００は終了する。

上記のことから、本明細書において、電気コネクタ内で流体によって引き起こされる電気的短絡の危険性を低減する技術が提供されることは理解されたい。上記の主題は、例示としてのみ与えられており、限定と解釈されるべきではない。図示および記述される例示的な実施形態および応用形態に従うことなく、かつ添付の特許請求の範囲において記載される本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書において記述される主題に対して種々の変更および改変を加えることができる。

１０２ 電気コネクタ
１０４ シェル
１０６ フランジ
１０８ 障壁
１１０ 導体
１１０Ａ 導体
１１０Ｂ 導体
１１０Ｃ 導体
１１２ 注封材料
２０２ 非導電性部材
２０４ 接点
２０４Ａ 接点
２０４Ｂ 接点
２０６ 空所
２０８ 流体蓄積
３０２ 山部
３０２Ａ 山部
３０２Ｂ 山部
３０２Ｃ 山部
３０４ 谷部
３０４Ａ 谷部
３０４Ｂ 谷部
５０２ 被覆材料

Claims (13)

1. 電気コネクタであって、
   該電気コネクタの第１の端部と第２の端部との間に介在し、複数の電気的接点を支持するように構成される非導電性部材であって、前記複数の電気的接点は前記非導電性部材を通過して電気信号を伝達するように構成され、前記非導電性部材は、該部材の、少なくとも一対の隣接する電気的接点間の表面上に配置された１つまたは複数の山部を有する、非導電性部材と、
   前記電気コネクタの開放端内に導入されて、少なくとも前記非導電性部材の前記表面に結合する注封材料と、を備える電気コネクタ。
2. 前記非導電性部材は、前記電気コネクタの前記第１の端部と前記第２の端部との間の圧力境界を形成する、請求項１に記載の電気コネクタ。
3. 前記１つまたは複数の山部は、前記非導電性部材の前記表面上に堆積された、前記非導電性部材よりも低い表面エネルギーを有する材料を含む、請求項１に記載の電気コネクタ。
4. 前記１つまたは複数の山部は、前記非導電性部材と一体品として形成される、請求項１に記載の電気コネクタ。
5. 前記一対の隣接する接点間の、前記１つまたは複数の山部を有する前記非導電性部材の前記表面に沿った長さは、前記一対の隣接する接点間の直線距離よりも長い、請求項１に記載の電気コネクタ。
6. 前記１つまたは複数の山部を有する前記非導電性部材の前記表面の第１の表面積は、前記非導電性部材の反対側の表面の第２の表面積よりも大きい、請求項１に記載の電気コネクタ。
7. 電気コネクタ内の接点間で流体によって引き起こされる電気的短絡の危険性を低減する方法であって、
   前記電気コネクタの前記接点間に非導電性部材を設けることと、
   前記接点間の前記非導電性部材の表面上に１つまたは複数の山部を配置することと、
   注封材料を前記電気コネクタの開放端内に導入して、少なくとも前記非導電性部材の前記表面に結合させることと、
   を含む、方法。
8. 前記非導電性部材の前記表面上に前記１つまたは複数の山部を配置することは、前記接点間の前記非導電性部材の前記表面に沿った漏れ経路距離を長くする、請求項７に記載の方法。
9. 前記非導電性部材の前記表面上に前記１つまたは複数の山部を配置することは、前記１つまたは複数の山部および前記非導電性部材を一体の構成要素として形成することを含む、請求項７に記載の方法。
10. 前記１つまたは複数の山部を有する前記非導電性部材の前記表面を、前記非導電性部材よりも低い表面エネルギーを有する１つまたは複数の接着剤で被覆することを更に含む、請求項９に記載の方法。
11. シェルと、
    電気信号を伝達するように構成される複数の接点と、
    前記シェルの第１の端部と第２の端部との間に介在し、前記複数の接点を支持するように構成される非導電性部材であって、前記非導電性部材は、該部材の、少なくとも一対の隣接する電気的接点間の表面上に配置された山部を含み、前記一対の隣接する接点間の前記非導電性部材の前記表面に沿った漏れ経路距離が、前記一対の隣接する接点間の直線距離よりも長くなるようにする、非導電性部材と、
    前記シェルの開放端内に導入されて、少なくとも前記非導電性部材の前記表面に結合する注封材料と、を備えるシステム。
12. 前記非導電性部材は前記シェルの前記第１の端部と前記第２の端部との間の圧力境界を形成する、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記山部は前記非導電性部材と一体品として形成される、請求項１１に記載のシステム。