JP2011146248A - コネクタのシール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ボルトを締め付けたことによるシール性の低下を抑制すること。
【解決手段】筒部１７の外周にシール部材１３が装着されたコネクタ９を機器の筺体３等の挿入孔５に挿入して固定するシール構造であり、筒部の外周に突出させて形成される鍔部１９と、筒部を挿入可能な開口３１と該開口の周縁に形成され鍔部が嵌挿される凹陥部３３と該凹陥部の底面側に形成され鍔部と対向する対向面５５が形成される取付部材２９とを有し、鍔部が凹陥部に嵌挿されたときに、凹陥部の内面と鍔部の外面との間及び開口の内面とその開口に挿入された筒部の外面との間にそれぞれ隙間が設けられ、取付部材は、開口を挟んで形成された複数のボルトの貫通孔３７を有し、取付部材をコネクタの筒部に装着し、鍔部を介してコネクタを筺体等にボルトで固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、コネクタのシール構造に係り、特に、電気機器が収容されるハウジング又は筐体の挿入孔にコネクタが挿入されたときのコネクタの外面と挿入孔の内面との隙間をシールする構造に関する。

車両等に搭載される電気機器は、液体及び気体の漏れや埃の侵入を防止するとともに騒音や振動等を遮断するため、筐体に覆われている。この筐体には、電気機器を外部の電線と接続するためのコネクタが嵌挿される挿入孔が設けられており、一般に、挿入孔は、コネクタの断面形状と相似形の断面矩形に形成されている。このコネクタは、筺体の挿入孔に挿入される筒部と、その筒部の外周から延出して挿入孔の周縁の筐体に当接するフランジ部を有しており、筒部の外面には、シール部材が装着される環状溝が設けられ、フランジ部には、筒部を挟んだ両側にそれぞれボルトが挿通される貫通孔が設けられている。

このようにして構成されるコネクタは、環状溝にシール部材（例えば、ガスケット）が装着された筒部を筐体の挿入孔に挿入し、フランジ部の貫通孔に挿入されたボルトを筐体側のボルトのねじ孔に螺合させることにより筐体に取り付けられる。このようにコネクタと挿入孔との隙間をシール部材でシールした状態で、コネクタを筐体にボルトで固定するシール構造としては、例えば、特許文献１に開示されているものがある。

特開２００７−３１１２２４号公報

ところで、この種のシール構造において、コネクタに装着されるシール部材は全周に渡って溝底から均一な厚みで形成されている。したがって、コネクタが挿入孔に挿入された状態でボルトが締め付けられる前の時点では、シール部材が挿入孔の内面を全周に渡って均一に押圧しているため、良好なシール性が確保されている。

しかしながら、ボルトを締め付ける際には、ボルトがコネクタのフランジ部を押し付けながら回動するために、ボルトの回転力がコネクタに作用してコネクタがボルトの回転方向に従動し、挿入孔の中で筒部がボルトを中心として回動してしまうことがある。その結果、ボルトの回転方向に面する挿入孔の内面を押し付けるシール部材の押圧力は増大するが、ボルトの回転方向と反対方向に面する挿入孔の内面を押し付けるシール部材の押圧力は減少することになる。このように挿入孔の内面を押し付けるシール部材の押圧力が減少する領域が生じると、シール性が低下するおそれがある。

本発明は、ボルトを締め付けたことによるシール性の低下を抑制することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、断面矩形の筒部を有し、該筒部の外周に環状のシール部材が装着されたコネクタを機器のハウジング又は筺体に形成された挿入孔に挿入して固定するコネクタのシール構造において、コネクタの筒部の外周に突出させて形成された鍔部と、コネクタの筒部を挿入可能な開口と該開口の周縁に形成され鍔部が嵌挿される凹陥部と該凹陥部の底面側に形成され鍔部と対向する対向面が形成される取付部材とを有し、鍔部が凹陥部に嵌挿されたときに、凹陥部の内面と鍔部の外面との間及び開口の内面とその開口に挿入された筒部の外面との間には、それぞれ隙間が設けられてなり、取付部材は、機器のハウジング又は筺体に形成されたボルトのねじ孔に対応する位置に開口を挟んで形成された複数のボルトの貫通孔を有し、取付部材をコネクタの筒部に装着し、鍔部を介してコネクタを機器のハウジング又は筺体にボルトで締め付けて固定することを特徴とする。

このような構成によれば、ボルトの締め付け時には、ボルトの回転力がボルトと当接する取付部材に作用して取付部材を回動させるが、取付部材とコネクタとの間には、取付部材の回動方向で隙間が設けられているため、取付部材が隙間の範囲を回動する限り、コネクタとの接触を防ぐことができる。したがって、この隙間をある程度確保することにより、コネクタの回動、つまり挿入孔に挿入された筒部がボルトを中心として回動するのを防ぐことができ、或いは、筒部の回動角度を少なくすることができるため、筒部の外面と挿入孔の内面との隙間のシール性の低下を抑制することができる。

この場合において、隙間は、例えば、ボルトを締め付けたときに取付部材が回動する角度を予め把握しておき、その角度に基づいて設定することができる。このようにすれば、ボルトの締め付け時における筒部の外面と挿入孔の内面との接触を防ぐことができるため、シール性の低下をより確実に防ぐことができる。

本発明を適用してなるシール構造の一実施形態の全体構成を説明する分解斜視図である。 図１の取付部材とコネクタの構成を拡大して示す斜視図である。 図１のコネクタに取付部材が装着された状態を示す側面図である。 図１のコネクタに取付部材を装着してボルトを締め付ける前に、コネクタの鍔部と取付部材の凹陥部との間に隙間が生じることを説明する図である。 本発明を適用してなるシール構造において、ボルトを締め付けるときの動作を説明する図である。 図５のＢ−Ｂ矢示断面図であり、ボルトを締め付けた後の構成を説明する図である。 図６のＣ部を拡大して示す断面図である。

以下、本発明を適用してなるシール構造の一実施形態について図１乃至図６を参照して説明する。

図１に示すように、本実施形態のシール構造１は、図示しない電気機器が収容される筐体３の挿入孔５の内面７と、挿入孔５に嵌挿されるコネクタ９の外面１１との隙間をシール部材１３で封止するシール構造をいう。ここで、電気機器とは、例えば、車両等に搭載される電動モータ等、機械を駆動させるための装置をいう。筐体３は、ここでは電気機器等を収容する金属製の容器をいうが、端子や電気機器等を収容するハウジングであってもよい。筐体３には、電気機器の端子台に対向する壁面にコネクタ９を取り付けるための矩形の挿入孔５が形成されており、挿入孔５の長手方向（図１の左右方向）の両側の周縁には、それぞれボルトのねじ孔１５が１個ずつ形成されている。

コネクタ９は、例えば、電気機器の端子台に複数の電線を端子を介して電気的に接続するためのものであり、絶縁性を有する合成樹脂等で形成されている。このコネクタ９は、筺体３の挿入孔５に嵌挿される筒部１７と、筒部１７の外面から周状に突出して挿入孔５の周縁と当接する鍔部１９を有している。筒部１７は、鍔部１９の両面側からそれぞれ同軸状に延出して形成され、以下、挿入孔５に挿入する方向に延出する部分を筒部１７といい、筒部１７と反対側に延出する部分を電線支持部２１という。筒部１７と電線支持部２１は、鍔部１９を挟んで同軸状に延在するとともに内部が連通されて形成され、その内部には電線を案内して端末部分を係止する係止部２３（図６）を備えた中空状の案内面２５（図２）が複数並列に設けられている。筒部１７は、その外面１１が挿入孔５の断面形状と相似形の断面矩形をなしており、外面１１には、環状溝２７が全周に渡って形成されている。また、鍔部１９は、筒部１７の挿入方向から見て略矩形に形成されている。

シール部材１３は、コネクタ９の筒部１７の環状溝２７に装着される環状のガスケットであり、例えば、ゴム系の樹脂材料やウレタン系、アクリル系等の弾力性のある樹脂材料で形成されている。図２、３に示すように、本実施形態のシール部材１３は、筐体３の挿入孔５の内面７との密着性を高める複数のリップが全周に渡って突出して形成されている。

次に、本実施形態のシール構造１における特徴構成について説明する。図１、２に示すように、本実施形態のシール構造１は、コネクタ９、シール部材１３とともに、取付部材２９を備えて構成される。取付部材２９には、コネクタ９の電線支持部２１が緩やかに挿入される開口３１と、開口３１の周縁に形成されて鍔部１９が嵌挿される凹陥部３３（図２）と、ボルト３５が挿通される貫通孔３７が設けられている。貫通孔３７は、開口３１を挟む両側に１つずつ設けられ、筺体３のねじ孔１５と対応する位置に配置されている。なお、貫通孔３７は、ねじ孔１５に対応させて、開口３１の両側に例えば２つずつ設けられていてもよい。

取付部材２９の開口３１は、電線支持部２１の断面形状と相似形となるほぼ矩形の貫通孔をなして形成されている。この開口３１の内面３９には、電線支持部２１に設けられる突起に対応する複数の逃がし溝が形成されている。すなわち、電線支持部２１には、両端の対向する外面から延出する突起面４１、相手側コネクタを係止するための係止突起４３、取付部材２９を仮係止するための仮係止突起４５が設けられており、開口３１の内面３９には、それぞれ、突起面４１に対応する逃がし溝４７、係止突起４３に対応する逃がし溝４９、仮係止突起４５に対応する図示しない係止溝が設けられている。

取付部材２９の凹陥部３３は、図２の矢印Ａの方向から見たときに、その内面５１が、コネクタ９の鍔部１９の外形と相似形のほぼ矩形に形成されており、鍔部１９が平面方向で凹陥部３３に包囲されるようになっている。また、凹陥部３３の底面側には、凹陥部３３に嵌挿された鍔部１９の側面５３と対向する対向面５５が形成されており、凹陥部３３の入口周縁の面５７から対向面５５までの距離、つまり凹陥部３３の深さは、鍔部１９の厚み以上に設定されている。このように、鍔部１９がその平面方向及び厚み方向において凹陥部３３に完全に収納されることにより、コネクタ９は取付部材２９により所定の固定力を得た状態で、筺体３に取り付けられることになる。

図４は、図２、３を矢印Ａ方向から見たときのボルト３５の締め付け前の状態を示している。図に示すように、鍔部１９の外面５９と凹陥部３３の内面５１との間には、全周に渡って隙間（クリアランス）が形成されており、具体的には、Ｘ方向においてＬ_１の隙間が形成され、Ｙ方向においてＬ_２の隙間が形成されている。一方、取付部材２９の開口３１は、例えば、コネクタ９の電線支持部２１を逃がすための逃がし孔となるため、その場合、電線支持部２１の外面と開口３１の内面３９との隙間は、Ｘ、Ｙ方向においてそれぞれＬ_１、Ｌ_２よりも大きく設定され、電線支持部２１は開口３１内に比較的緩やかに挿入される。なお、この隙間は、鍔部１９の外面５９と凹陥部３３の内面５１との隙間と同様の大きさに設定することもできる。

次に、本実施形態のシール構造を組み立てる手順について図１を参照して説明する。先ず、コネクタ９の筒部１７に形成される環状溝２７にシール部材１３を装着する。そして、シール部材１３が装着されたコネクタ９を筺体３に近づけ、筒部１７を挿入孔５に嵌挿させる。このとき、コネクタ９の挿入量は、鍔部１９が挿入孔５の周縁に当接することにより規制される。次に、取付部材２９をコネクタ９に近づけ、係止突起４３と逃がし溝４９、及び、突起面４１と逃がし溝４７をそれぞれ位置合わせした状態で、取付部材２９の開口３１内に電線支持部２１を挿通させる。これにより、仮係止突起４５が取付部材２９の図示しない係止溝に係止されて、取付部材２９がコネクタ９に仮固定された状態となり、さらには、コネクタ９の電線支持部２１が取付部材２９の開口３１内に同心状で挿通されるとともに、コネクタ９の鍔部１９が取付部材２９の凹陥部３３に収容された状態となる。

このように取付部材２９がコネクタ９に仮固定された状態では、取付部材２９の２箇所の貫通孔３７と筺体３の２箇所のねじ孔１５は、自然と位置合わせがされるため、取付部材２９側から貫通孔３７に挿入したボルト３５を筺体３のねじ孔１５に螺合させることにより、取付部材２９は、コネクタ９を介して筺体３に固定された状態となる。これにより、コネクタ９の筒部１７と筺体３の挿入孔５との隙間がシール部材１３で封止されたシール構造が完成する。

次に、ボルト３５の締め付けがシール構造のシール性に与える影響について図面を参照して説明する。図５に示すように、筺体３の挿入孔５に挿入されたコネクタ９に取付部材２９を装着した状態で、取付部材２９の片方の貫通孔３７にボルト３５を通して締め付けた場合、ボルト３５と取付部材９との間には、ボルト３５の回転に伴う摩擦力が発生する。この摩擦力により、取付部材２９はボルト３５を中心としてボルト３５の回転方向ａ（時計回り）に従動し、例えばθの角度だけ回動する。ここで、実際の組み立て作業においては、２本のボルト３５を交互に締め付けることが多く、各ボルト３５の締め付けに伴う取付部材２９の回動方向は逆方向になるが、ボルト３５の締め付け方によっては、一方のボルトの締め付けによる影響が他方よりも大きくなるため、大抵は、取付部材２９がいずれかの方向に回動した状態で固定される。

このようなボルト３５の締め付けにより、仮に、コネクタ９が回動した場合、筺体３の挿入孔５に挿入される筒部１７は、ボルト３５を中心として挿入孔５の中を回動することになる。ここで、筒部１７の外面には環状のシール部材１３が装着されているため、筒部１７が回動すると、筒部１７の回動方向に面する挿入孔５の内面を押し付けるシール部材１３の押圧力が増加する一方、その反対方向に面する挿入孔５の内面を押し付けるシール部材１３の押圧力が減少することになる。このようにシール部材１３の押圧力が減少する領域が生じると、コネクタ９と筺体３の挿入孔５との隙間のシール性が低下するおそれがある。したがって、このようなシール性の低下を防ぐためには、コネクタ９の回動を防ぎ、シール部材１３が挿入孔５の内面７に、周方向で均一な押圧力を付与する状態を確保する必要がある。

本実施形態では、取付部材２９の開口３１内にコネクタ９の電線支持部２１が緩やかに挿入されるとともに、取付部材２９の凹陥部３３にはコネクタ９の鍔部１９が嵌挿された状態となっている。ここで、凹陥部３３の内面５１とコネクタ９の鍔部１９の外面５９との間には、図４で示したように、全周に渡って所定の隙間（Ｌ_１、Ｌ_２）が設けられている。そのため、この隙間の範囲内で取付部材２９が回動する限りは、コネクタ９の回動、つまり挿入孔５の中でのボルト３５を中心とした筒部１７を回動することを防ぐことができる。これにより、シール部材１３が挿入孔５の内面に作用する押圧力を均一な状態で保持することができ、良好なシール性を確保することができる。

図６及び図７に、ボルト３５を締め付けた後のシール構造１の断面を示す。図６は、図５のＢ−Ｂ矢示断面を表し、図６のＣ部を拡大したのが図７である。これらの図において、コネクタ９の筒部１７と筺体３の挿入孔５との隙間は、シール部材１３の圧縮代を分かりやすくするため、シール部材１３は断面方向で変形させずに挿入孔５の内面７と重ねて表している。ここで、圧縮代とは、挿入孔５の内面７と重なるシール部材１３の厚みをいうものとする。

図に示すように、取付部材２９が回動することにより、取付部材２９の凹陥部３３の内面５１とコネクタ９の鍔部１９の外面５９との間には、対向する領域（図では上下の隙間領域）において、偏りが発生する。すなわち、ボルト３５の締め付け前は、上側の隙間と下側の隙間のいずれも、Ｌ２の幅（図４）が確保されていたのに対し、ボルト３５の締め付け後は、一方の隙間がＬ_３まで減少し、他方の隙間がＬ_４まで増加する（図７）。同様に、取付部材２９の開口３１の内面３９とコネクタ９の電線支持部２１の外面６１との隙間においても、上下の隙間領域に偏りが発生する。このように、ボルト３５の締め付け後においては、取付部材２９とコネクタ９との隙間に偏りが生じるが、取付部材２９は、ボルト３５の締め付け前に形成されていたコネクタ９との隙間の範囲内で回動するため、コネクタ９は、取付部材２９の回動方向から押し付けられることがなく、静止する状態が維持される。そのため、シール部材１３は、ボルト３５の締め付け前後で、圧縮代Ｌ_５が均一な状態で保持される。

ここで、取付部材２９の凹陥部３３の内面５１とコネクタ９の鍔部１９の外面５９との隙間、及び、取付部材２９の開口３１の内面３９とコネクタ９の電線支持部２１の外面６１との隙間を設定する方法としては、例えば、２本のボルト３５の締め付け方、具体的には、締める順番や回転数などを標準化しておく。そして、２本のボルト３５が締め付けられたときに、コネクタ９が所定方向に回動する角度θを予め計測又は算出により把握しておくことにより、その計測又は算出結果に基づいて隙間量を設定することができる。

以上述べたように、本実施形態では、コネクタ９をボルト３５で直接締め付けるのではなく、コネクタ９と別体の取付部材２９をボルト３５で締め付ける構成を採用するとともに、コネクタ９と取付部材２９との間には、取付部材２９の回転方向に所定の大きさの隙間を設けているため、ボルト３５を締め付けたときの回転力を隙間の範囲だけ、取付部材２９の回転で吸収させることができる。これにより、ボルト３５を中心とするコネクタ９の回動を防ぐことができるため、コネクタ９の筒部１７の外面１１と筺体３の挿入孔５の内面７との隙間をシール部材１３で均一に封止することができ、良好なシール性を確保することができる。

１ シール構造
３ 筐体
５ 挿入孔
７ 内面
９ コネクタ
１１ 外面
１３ シール部材
１５ ねじ孔
１７ 筒部
１９ 鍔部
２１ 電線支持部
２９ 取付部材
３１ 開口
３３ 凹陥部
３５ ボルト
３７ 貫通孔
３９ 内面
５１ 内面
５５ 対向面
６１ 外面

Claims (1)

1. 断面矩形の筒部を有し、該筒部の外周に環状のシール部材が装着されたコネクタを機器のハウジング又は筺体に形成された挿入孔に挿入して固定するコネクタのシール構造において、
   前記コネクタの筒部の外周に突出させて形成された鍔部と、前記コネクタの前記筒部を挿入可能な開口と該開口の周縁に形成され前記鍔部が嵌挿される凹陥部と該凹陥部の底面側に形成され前記鍔部と対向する対向面が形成される取付部材とを有し、前記鍔部が前記凹陥部に嵌挿されたときに、前記凹陥部の内面と前記鍔部の外面との間及び前記開口の内面とその開口に挿入された前記筒部の外面との間には、それぞれ隙間が設けられてなり、
   前記取付部材は、機器のハウジング又は筺体に形成されたボルトのねじ孔に対応する位置に前記開口を挟んで形成された複数のボルトの貫通孔を有し、
   前記取付部材を前記コネクタの筒部に装着し、前記鍔部を介して前記コネクタを機器のハウジング又は筺体に前記ボルトで締め付けて固定することを特徴とするコネクタのシール構造。

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