專利名稱：超聲焊接同軸連接器及互連方法
技術領域：
本發明涉及電纜連接器。更具體地，本發明涉及通過超聲焊接與同軸電纜互連的同軸電纜連接器。
背景技術：
同軸電纜連接器例如用在要求高水平精度和可靠性的通信系統中。為了在電纜和連接器之間形成可靠的機械互連和最優的電互連，期望的是在同軸電纜外導體的前緣和連接器本體之間具有大體上均勻的周向接觸。外導體的擴口端可以經由聯接本體抵靠連接器本體的環形楔形表面夾緊。該技術的代表是2004年9月21日授予給Buenz的共同擁有US專利N0.6793529。雖然該類型的連接器是典型地可移除的/可再使用的，但是通過所需的多個分離的內部元件、互連螺紋和相關環境密封件，因而制造和安裝復雜。構造用于經由焊料和/或粘合互連的永久互連的連接器在本領域中也是公知的。該技術的代表是1998年9月8日授予給Bufanda等人的共同擁有US專利N0.5802710。然而，焊料和/或粘合互連對于應用高水平的質量控制來說可能是困難的，從而例如在隨著時間的推移暴露給振動和/或腐蝕時導致不太令人滿意的互連。在同軸電纜連接器市場中的競爭將集中于改善電纜對連接器互連的電性能和長期可靠性。而且，包括材料、培訓和安裝成本的總體成本的減小是商業成功的重要因素。因此，本發明的一個目的是提供一種同軸連接器和克服現有技術中缺陷的互連的方法。
被結合在本說明書中并且構成本說明書一部分的隨附附圖示出本發明的實施例，其中附圖中相同的附圖標記指的是相同的特征或元件，并且不必對于出現這些附圖標記的每個附圖進行詳細描述，并且與上面給出的本發明的總體說明以及下面給出的實施例的詳細描述一起用于解釋本發明的原理。圖1是沿著用于連接器至電纜的互連的電纜且利用遠離連接器的聯接螺母安裝在同軸電纜上的同軸連接器的示例性實施例的示意性外等軸測視圖；圖2是利用安置在同軸連接器上的聯接螺母安裝在同軸電纜上的圖1的同軸連接器的示意性等軸測視圖；圖3是圖1的同軸連接器的示意性等軸測視圖；圖4是圖2的連接器的示意性局部截面側視圖；圖5是圖4的區域A的放大視圖；圖6是圖1的連接器和電纜的示意性分解局部切開的等軸測視圖；圖7是具有溝紋擴口座的同軸連接器的可替換實施例的示意性截面側視圖；圖8是圖7的區域C的放大視圖9是圖7的連接器的示意性局部剖開的等軸測視圖；圖10是圖5的包覆體(overbody)的示意性切開等軸測視圖；圖11是圖5的連接器本體的示意性局部切開的等軸測視圖；圖12是在連接器本體的凸緣上具有凹口的可替換連接器本體的示意性等軸測視圖；圖13是在連接器本體的外徑上具有縱向滾花的可替換連接器本體的示意性等軸測視圖；圖14是圖4的區域B的放大視圖；圖15是在電纜端部的內徑上具有溝紋的可替換包覆體的示意性截面側視圖；圖16是在電纜端部的內徑上具有臺肩形表面的可替換包覆體的示意性截面側視圖；圖17是具有內導體端部帽的同軸連接器實施例的示意性截面側視圖。
具體實施例方式鋁已經被作為銅的節約成本的替代物應用于同軸電纜中的導體。然而，鋁氧化表面涂層快速地形成在暴露于空氣的鋁表面上。這些鋁氧化表面涂層會使傳統的機械、焊料和/或傳導粘合互連劣變。發明人已經認識到，對具有鋁和/或鋁合金制成的實心外導體的同軸電纜的越來越多接受使得連接器能夠構造成在外導體和連接器本體之間經由超聲焊接互連，其中，連接器本體可以節省成本地設置，例如由鋁和/或鋁合金形成。超聲焊接可以通過在期望被焊接在一起的兩個部件之間的連接區域中在壓力下施加超聲振動來形成，從而導致足以使相鄰表面塑化的局部加熱，然后彼此相接觸直到互通表面冷卻，從而完成焊接。超聲焊接可以經由至點和/或延伸表面的超聲焊極和/或多個超聲焊極端部以高精度被施加。在施加超聲點焊接的地方，連續的重疊點焊接可以被施加以產生連續超聲焊接。圖1 一 17中示出了可超聲焊接的同軸連接器2的示例性實施例。如圖4中最佳地示出的，單體連接器本體4設置有孔6，孔6的尺寸設計成在其中接收同軸電纜9的外導體8。如圖5中最佳地示出的，從孔6朝向連接器本體4的連接器端部18徑向向外傾斜的擴口座10向所述同軸連接器2的連接器端部敞開，提供一匹配表面，外導體8的前端擴口16可以通過超聲焊接器的超聲焊極超聲焊接到該匹配表面。本領域技術人員將理解的是，連接器端部18和電纜端部12在此作為識別器被施力口，用于連接器以及在此描述的連接器的分立元件的相應端部，以便根據它們沿著連接器端部18和電纜端部12之間的連接器的縱向軸線的對準來識別自身和它們相應的互連表面。在通過摩擦焊接的互連之前，如圖6最好示出的，可以通過切割電纜9從而使內導體24從外導體8伸出而制備同軸電纜的前端。而且，在內導體24和外導體8之間的電介質材料26可以向回剝離并且一段外罩28被移除以暴露內導體和外導體的所需長度。電纜端部12插入穿過孔6，并且環形擴口操作在外導體8的前緣上進行。形成的前端擴口 16可以傾斜成對應于擴口座10相對于同軸連接器2的縱向軸線的角度。通過進行抵靠擴口座10的擴口操作，形成的前端擴口 16可以形成有與擴口座10的角度的直接對應。擴口座10可以可選擇地形成有表面特征，例如擴口座溝紋14，例如圖7 — 9中舉例示出為環形溝紋。表面特征提供了可以施加超聲焊接的增大的表面面積，提高得到的互連的強度，而不需要對得到的同軸連接器互連的抗不連續特性具有負面影響的前端擴口 16的相應增大直徑。其它表面特征可以包括例如環形滾花或徑向滾花或其它突起構造。可以例如使用扭轉振動來進行超聲焊接。在扭轉振動超聲型摩擦焊接中，扭轉振動經由施加到前端擴口 16的電纜端部12的超聲焊極而被施加給互連，而在同軸連接器2和其內的擴口座10保持靜止。扭轉振動產生使前端擴口 16和擴口座10之間的接觸表面塑化的摩擦熱量。在使用扭轉振動超聲型摩擦焊接的情況下，可以施加在20KHz至40KHz的合適頻率和20微米-35微米之間的扭轉振動位移。因為超聲焊接工藝的局部腐蝕會破壞緊接焊接區域中的任何氧化鋁表面涂層，因而不需要移除或以其它方式管理存在于互連表面上的氧化鋁的附加處理。如例如圖10示出的，包覆體(overbody) 30可以作為聚合體材料的包覆成型層被施加到連接器本體4。包覆體30使電纜相對于連接器的扭轉和拉伸抗力增大。包覆體30還可以在連接器端部18處提供連接接口結構以及在電纜端部12處提供加強支承件，使得連接器本體4的尺寸大大減小，從而降低整個材料成本。取決于所應用的連接接口 31，在這里的示例性實施例中示出為標準7/16DIN接口，包覆體30可以設置有包覆體凸緣32和縱向支撐脊34，用于聯接螺母36。聯接螺母36在連接器端部18處通過包覆體凸緣32并且在電纜端部12處通過設置在支撐脊34的至少一個支撐脊上的保持凸部38而被保持在支撐脊34上。保持凸部38可以朝向連接器端部18傾斜，允許互連期間聯接螺母36被放置在電纜9上，初始地遠離同軸連接器2 (參見圖1 )，然后允許聯接螺母36從電纜端部12穿過保持凸部38并且置于支撐脊34上，以便此后借助于保持凸部(多個保持凸部)38緊鄰用于連接器與連接器的匹配的連接器接口 31保持在支撐脊34上(參見圖2)。支撐脊34減小了包覆體30的聚合體材料需求，同時對連接器/互連2提供了橫向強度以及聯接螺母36的對準和保持。包覆體30也可以從連接器本體4的連接器端部18延伸以設置所選擇的連接器接口 31的各部分，例如7/16DIN接口的對準柱體39，從而減少了連接器本體4的金屬材料需要。包覆體凸緣32可以經由設置在連接器本體凸緣40和/或連接器本體4的外徑中的一個或更多個互鎖開口 42，例如孔、縱向滾花43、溝槽、凹口 45等等而被牢固地鍵接合到連接器本體4的連接器本體凸緣40，從而牢固地鍵接合到連接器本體4，如例如圖11 - 13中示出的。籍此，由于包覆體30的聚合體材料在包覆成型期間流入互鎖開口 42內，因而在固化時，包覆體30被永久地聯接到連接器本體4并且與連接器本體4可旋轉地互鎖。如圖14最好示出，包覆體30的電纜端部12的尺寸可以設計成具有鄰近同軸電纜外罩28的內徑的內徑摩擦表面44，從而由于連接器本體4和外導體相對彼此旋轉而允許在包覆體30和外罩28之間的聚合體摩擦焊接，籍此消除在連接器/電纜互連的電纜端部12處的環境密封的需求。在摩擦焊接期間，同軸連接器2相對于電纜9旋轉。在摩擦表面44和外罩28的外徑之間的摩擦將相應表面加熱至相應表面開始軟化并且混合的點，從而使相應表面抵靠彼此密封。為了提供增強的摩擦、允許用于過多摩擦焊接材料流動的空隙并且為了增加用于附加強度的鍵鎖定，外罩28和/或包覆體30的內徑可以設置為一系列間隔開的環形峰狀輪廓圖案，如例如圖15中示出的溝紋46或如例如圖16中示出的臺階形表面48。可替換地,包覆體30可以利用粘合劑/密封劑密封抵靠外罩28，或者可以利用將包覆體30與外罩28結合和/或密封抵靠外罩28的被注射的聚合體材料的熱量而在與外導體8互連之后包覆成型在連接器本體4上。從同軸電纜9的已制備端部延伸的內導體24可以選擇成穿過至連接器端部18作為已選連接接口 31的一部分，例如如圖4所示。如果已選同軸電纜9的內導體24具有比已選連接器接口 31的內導體部分大的直徑，則內導體24可以在連接器18處磨削至所需直徑。盡管直接穿過的內導體24例如使用傳統同軸連接器內觸頭的彈簧墊圈有利地消除了互連件，但是這種直接穿過會引來例如PM的電性能劣變。在內導體24也為鋁材料情況下，一些應用可以在連接器接口 31的內觸頭/內導體處需要非鋁材料連接點。如例如圖17中所示，例如由諸如黃銅或其他期望金屬形成的中心帽50也可以通過激光或摩擦焊接施加到內導體24的端部。為了施加中心帽50，內導體24的端部被磨削以提供對應于中心帽50的已選凹窩幾何尺寸的銷。為了允許在焊接附接期間的材料內部流動，中心帽50的凹窩幾何尺寸和/或內導體24的端部可以形成為提供材料間隙。本領域技術人員將理解的是，公開的連接器和互連方法具有顯著的材料成本有效性并且提供具有減小尺寸和/或減小重量需求的永久密封互連。部件目錄
權利要求
1.一種用于與具有實心外導體的同軸電纜互連的同軸連接器，包括: 具有孔的單體式連接器本體； 從所述孔朝著所述連接器的連接器端部徑向向外傾斜的環形擴口座；所述環形擴口座向所述連接器的連接器端部敞開。
2.如權利要求1所述的連接器，其中，所述擴口座設置有環形擴口座溝紋。
3.如權利要求1所述 的連接器，其中，所述孔的、鄰近所述擴口座的直徑減小，以與所述外導體的外徑過盈配合。
4.如權利要求1所述的連接器，還包括位于所述連接器本體的外徑上的、由聚合體材料制成的包覆體。
5.如權利要求4所述的連接器，其中，所述包覆體包括位于所述連接器的連接器端部處的連接器接口的對準柱體。
6.如權利要求4所述的連接器，所述包覆體包括多個縱向支撐脊，所述多個縱向支撐脊從所述包覆體的外徑延伸為小于聯接螺母的內徑，所述聯接螺母的尺寸設計成能夠安置在所述支撐脊上。
7.如權利要求6所述的連接器，所述聯接螺母被保持在位于所述包覆體的凸緣和向外延伸的保持凸部之間的所述支撐脊上，所述保持凸部鄰近所述支撐脊中的至少一個支撐脊的電纜端部。
8.如權利要求4所述的連接器，其中，所述包覆體從所述連接器本體的電纜端部延伸，從所述連接器本體的所述電纜端部延伸的所述包覆體的內徑設置為摩擦表面，所述摩擦表面與所述同軸電纜的外罩的外徑形成過盈配合。
9.如權利要求8所述的連接器，其中，所述摩擦表面設置為所述包覆體的所述內徑的一系列間隔開的環形峰狀輪廓圖案。
10.如權利要求4所述的連接器，還包括在所述包覆體和所述連接器本體之間的可旋轉互鎖件。
11.如權利要求10所述的連接器，其中，所述可旋轉互鎖件是設置在從所述連接器本體的外徑突出的連接器本體凸緣中的多個互鎖開口。
12.一種用于將同軸連接器與實心外導體同軸電纜互連的方法，包括以下步驟: 提供具有孔的單體式連接器本體； 使環形擴口座從所述孔朝著所述連接器的連接器端部徑向向外傾斜； 將所述同軸電纜的前端插入所述孔中，直到所述實心外導體的前端延伸超過所述環形擴口座； 對所述實心外導體的前端進行擴口操作，以提供所述外導體的、與所述擴口座相鄰的擴口 ； 將所述擴口超聲焊接到所述擴口座。
13.如權利要求12所述的方法，其中，所述外導體和所述連接器本體均由鋁和鋁合金材料之一制成。
14.如權利要求12所述的方法，其中，所述擴口座和所述外導體的擴口具有相同角度。
15.如權利要求12所述的方法，其中，施加旋轉和縱向作用力，直到產生足以使所述擴口座的表面和所述外導體的所述擴口彼此塑化的熱量。
16.如權利要求12所述的方法，還包括使所述連接器本體相對于所述同軸電纜旋轉以在所述外導體和所述連接器本體之間產生摩擦焊接。
17.如權利要求12所述的方法，還包括采用聚合體制成的包覆體使附接到所述同軸電纜的端部的所述連接器本體包覆成型的步驟。
18.如權利要求12所述的方法，還包括以下步驟: 通過移除所述外導體的一部分使得內導體從所述外導體伸出而在插入到所述孔內之前制備所述電纜端部的所述前端，移除所述內導體和所述外導體之間的電介質材料的一部分，使得當所述外導體的所述前端在所述擴口座下方延伸時，擴口工具不接觸所述電介質材料；和 從所述外導體向回剝離外罩的一部分。
19.如權利要求12所述的方法，還包括在所述連接器本體的外徑上提供聚合體材料制成的包覆體，所述包覆體從所述連接器本體的所述電纜端部延伸，所述包覆體的內徑從所述連接器本體的所述電纜端部延伸，所述包覆體的內徑設置成摩擦表面，其中所述摩擦表面的尺寸設計成與所述同軸電纜的外罩的外徑形成過盈配合。
20.如權利要求19所述的方法，其中，所述連接器本體相對于所述同軸電纜的旋轉使得在所述外導體和所述連接器本體之間以及在所述包覆體和所述同軸電纜的外罩之間形成摩擦焊接。
全文摘要
一種用于通過超聲焊接與具有實心外導體的同軸電纜互連的同軸連接器，該連接器設置有具有孔的單體式連接器本體。環形擴口座從所述孔朝著所述連接器的連接器端部徑向向外傾斜；所述環形擴口座向所述連接器的連接器端部敞開。所述擴口座可以設置有環形擴口座溝紋。
文檔編號H01R24/38GK103210551SQ201180054831
公開日2013年7月17日 申請日期2011年7月30日 優先權日2010年11月22日
發明者K·范斯韋林根, N·伊斯拉姆 申請人:安德魯有限責任公司