CN102763288A - 利用插入操作的高密度圆形互连 - Google Patents

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基思·埃德温·米勒
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Abstract

本发明公开了一种高密度电互连，其使用插入操作来使具有多个接触件的插头配合到具有多个弹性接触件的插座。多个接触件可以是多个针式接触件、印刷电路板轨线或柔性膜接触件。弹性接触件被预加载以便减小配合插头和插座所需的插入力。

Description

利用插入操作的高密度圆形互连
技术领域
本发明大致涉及电连接器，更具体地，涉及用于具有高接触密度的电连接器的连接机构和接触结构。
背景技术
具有大量接触件的高密度电连接器广泛使用于各种应用中。高密度连接器是期望的，因为它们减小了连接器尺寸，因此需要更小的整体空间，从而消除了过大体积。在非常需要减小成本、空间和重量的许多应用中，例如医学、航空和太空等，这是非常有利的。具有上述特点的一种典型的电连接器组件是圆形电连接器组件，其包括公插头连接器和母插座连接器。连接环围绕公插头连接器和母插座连接器中的一个可转动地安装，用于以配合的互连方式可转动地连接公插头连接器和母插座连接器。连接系统可以实现例如插入型或螺纹型外壳。当插头和插座连接器可转动地配合时小的高密度接触件相互连接。
随着用于这种应用的电连接器的密度和数量的增加，由于配合大数量的接触件需要高的插入力，在配合连接器时就会出现问题。对于当前的连接器设计，特别是在不容易接近连接器的情况中、或在不能用眼看到的配合条件中、或在连接器必须重复地循环的情况中、或在成本使得必须使连接器的设计复杂性最小化的情况中，配合大数量的接触件所需的高插入力会出现问题。因此，有必要提出一种改进的高密度连接器，其在配合期间需要较低的插入力。
发明内容
在本发明的一个实例性的实施例中，公开了一种包括插头和插座的电连接器。所述插头包括具有插头接触组件支撑结构的插头壳体、设置在所述插头接触组件支撑结构内的至少一个插头接触子组件、附接到所述插头壳体的后部分并围绕所述插头接触组件支撑结构设置的插头壳体外壳、和容纳并支撑在所述插头接触子组件中的多个接触件。所述插座包括具有插座接触子组件支撑结构的插座壳体、设置在所述插座接触子组件支撑结构内的插座接触子组件、附接到所述插座壳体的后部分的插座壳体外壳、和容纳并支撑在所述插座接触子组件中的多个弹性接触件。所述多个弹性接触件可以利用打开力被预加载。
所述插头可以还包括设置在插头壳体的外表面上的插入槽，并且所述插座可以还包括围绕插座壳体设置的连接环。所述插入槽和连接环被构造成当所述连接环转动时把所述插头轴向地移动到与插座完全配合的位置。
附图说明
本文公开了该方法和系统的其它方面。根据以下详细说明和附图，对本领域的熟练技术人员而言，本发明的如上所述的特征以及其它特征和优点将变得显而易见。
图1是根据本发明的实例性的配合的电连接器的立体图；
图2是图1的分离的电连接器的立体图；
图3是根据本发明的插头的实例性的实施例的立体图；
图4是图3的插头的分解图；
图5是图4的插头的插头壳体的后视图；
图6是图4的插头接触子组件的立体图；
图7是图6的插头接触子组件的分解图；
图8是根据本发明的另一个实例性的插头接触子组件的立体图；
图8A是图8的接触子组件的分解图；
图9是根据本发明的另一个实例性的插头壳体的后视图；
图10是根据本发明的另一个实例性的插头接触子组件的立体图；
图10A是图10的插头接触子组件的分解图；
图10B是用于图10的插头接触子组件中的显示为平坦状态的柔性膜的立体图；
图11是根据本发明的实例性的插座的前视立体图；
图12是图11的插座的分解图；
图13是根据本发明的实例性的插座壳体的后视图；
图14A是根据本发明的实例性的弹性接触子组件的立体图；
图14B是图14A的弹性接触子组件的分解图；
图14C是图14A的沿线14C-14C的剖视图；
图14D是图14C的插入插头接触件的部分的局部放大图；和
图15是图1的沿线15-15的配合的连接器的剖视图。
具体实施方式
只要可能，在整个附图中，相同的参考标记表示相同或相似部件。
下面将参照附图更加全面地说明本发明，在附图中显示了本发明的优选实施例。但是，本发明可以以许多不同的方式实现，因此不局限于本文中提出的实施例，提出这些实施例仅是为了完全地公开本发明，使本领域的熟练技术人员完全理解本发明的保护范围。
图1和图2显示根据本发明的电连接器100的实例性的实施例。图1显示配合的电连接器100，图2显示分离的电连接器100。电连接器100包括插头102和插座104。插头102和插座104被构造成可拆卸地配合，下文将更加详细地说明。通过使用连接环108，插头102和插座104被机械地连接，连接环108由插头104携带。插头102包括具有外表面111的插头壳体110。外表面111具有设置在其上的插入槽112(在壳体110上两个额外的插入槽被等间距地径向间隔开，但是未图示)，用于接纳设置在连接环108中的对应的插入销113(图12)，这对于本领域的普通技术人员而言是可以理解的。在该实例性的实施例中，壳体110具有三个径向地设置的插入槽112和对应的插入销113，然而，其它实施例可以使用一个或更多个插入槽112和对应的插入销113，以便固定插头102和插座104。如图2所示，当连接环108转动时，通过连接环108的插入销113和插头102的插入槽112的接合，插头102被轴向地移动，从而与插座104完全地配合接合。在其它实施例中，可以使用其它锁定和/或锁合机构代替连接环108和插入槽112来固定和/或辅助插头102和插座104的配合。电连接器的这些非导电元件可以用热塑性材料或相似材料模制，这对于本领域的普通技术人员是可以理解的。此外，任何导电元件可以用任何导电材料形成，这对于本领域的普通技术人员也是可以理解的。
图3和图4更加详细地显示插头102。插头102包括插头壳体110、插头壳体外壳114、柔性电缆连接器116和至少一个插头接触子组件144。插头壳体外壳114包括第一插头壳体外壳部分114a和第二插头壳体外壳部分114b。第二插头壳体外壳部分114b包括立柱120，第一插头壳体外壳部分114a包括对应的开口(未图示)，用于把第二插头壳体外壳部分114b固定到第一插头壳体外壳部分114a中。在可选实施例中，第一插头壳体外壳部分114a和第二插头壳体外壳部分114b可以设置有凸起、槽、销、螺纹、开口或其它相似紧固件的任一种对应组合，以便把第一插头壳体外壳部分114a和第二插头壳体外壳部分114b固定在一起，这对于本领域的普通技术人员是可以理解的。在其它实施例中，插头壳体外壳114可以是单个模制结构。
插头壳体外壳114还包括外表面122和内表面124。插头壳体外壳114还包括前接合部分126，在前接合部分126上设置凸起128(显示了相似的凸起128，但是没有显示在插头壳体外壳114的相对侧上的凸起)。凸起128与插头壳体110中的对应的槽130(显示了相似的槽130，但是没有显示在插头壳体110的相对侧上的槽)接合，以便把插头壳体外壳114固定到插头壳体110。在可选实施例中，插头壳体外壳114和插头壳体110可以设置有凸起、槽、销、开口或其它相似紧固件的任一种对应组合，以便把插头壳体110和插头壳体外壳114固定在一起，这对于本领域的普通技术人员是可以理解的。此外，在其它实施例中，接合部分126可以设置在插头壳体110之上，而不是容纳在插头壳体110之内，如实例性的实施例所示。
插头壳体外壳114还包括用于接纳和固定柔性电缆连接器116的后开口132。在该实例性的实施例中，柔性电缆连接器116包括大致圆形沟槽134，当第一外壳部分114a和第二外壳部分114b彼此组装时该圆形沟槽134固定到后开口132中。柔性电缆连接器116可以具有任意长度，并且可以端接和/或连接到其它电器件或连接件(未图示)，这对于本领域的普通技术人员是可以理解的。在另一个实施例中，柔性电缆连接器116和插头壳体外壳114还可以构造成具有夹子、销、槽或其它紧固件，以便把柔性电缆116固定到插头壳体外壳114。此外，尽管显示后开口132和沟槽134具有大致圆形几何形状，但是本领域的普通技术人员可以理解的是，后开口132和沟槽134可以具有任何形状，包括但不局限于正方形、矩形和椭圆形。此外，柔性电缆连接器116可以包括键锁特征137。在操作中，具有多个导电体(未图示)的电缆或线缆将通过柔性电缆连接器116并端接到多个接触件150(图3)的垫、轨线和/或表面(包括顶表面、底表面和/或边缘表面)上的其它端子特征，这对于本领域的普通技术人员是可以理解的。
在图3和图4中还可以看出，插头壳体110还包括前插头壳体表面134和接触子组件支撑结构138，前插头壳体表面134具有从其穿过的接触组件槽136。图5显示了插头壳体110的后视图，其更加详细地显示了接触组件支撑结构138。在图5中可以看出，接触组件支撑结构138包括构造成容纳和支撑插头接触子组件144的导轨140和槽支撑件142。在该实例性的实施例中，插头102包含四个接触子组件144，并且接触组件支撑结构138构造成具有支撑每个接触子组件144的导轨140和槽支撑件142。在另一个实施例中，插头壳体110可以设置有一个或更多个槽136，利用导轨140和槽支撑件142以便容纳和支撑对应数量的槽136。在另一个实施例中，不是所有的槽136、导轨和槽支撑件142都必须支撑子组件144，或者换言之，一些保持开放。在另一个实施例中，插头壳体110的内部表面105，包括前插头壳体表面134和接触组件支撑结构138可以电镀有电屏蔽材料。
图6和图7更加详细地显示了插头接触子组件144。插头接触子组件144包括插头子组件基座146、插头接触件支撑壳体148、多个插头接触件150和插头接触件对齐间隔器152。在该实例性的实施例中，多个插头接触件150是多个针式接触件，然而，在本发明的下述其它实施例中，如本发明所述，可以使用其它接触件。插头子组件基座146可以是印刷电路板。插头接触件支撑壳体148包括多个开口154和多个微小通道156，用于分别容纳和支撑多个接触件150。在多个插头接触件150容纳在插头子组件基座146的多个开口160中之前，多个接触件150还容纳在插头接触件对齐间隔器152的多个开口158中。插头接触件对齐间隔器152用作对齐辅助件，用于把多个插头接触件150容纳和保持在插头子组件基座146中。在另一个实施例中，插头接触件对齐间隔器152可以通过对插头接触件150包覆成型形成，以便形成包括多个接触件150的插头接触件对齐间隔器组件(未图示)。在多个插头接触件150容纳在插头子组件基座146的多个开口中之后，多个插头接触件150端接到插头子组件基座146的垫、轨线或其它导电通路(未图示)。这些导电通路可以出现在插头子组件基座146的顶表面162、底表面(未图示)、内部表面(未图示)、边缘表面164或这些表面的任何组合上。穿过柔性电缆连接器116的多个导电体(未图示)设置到插头102，多个导电体对应地端接到导电通路和/或多个接触件150，这对于本领域的普通技术人员是可以理解的。
图8和图8A显示可以用于插头102的另一实例性的插头接触子组件800。插头接触子组件800包括印刷电路板(PCB)810和可选的包覆成型件830。PCB包括多个设置在顶表面825上的多个接触件820。多个接触件820端接到PCB 810的垫、轨线或其它导电通路(未图示)。导电通路可以出现在PCB 810的顶表面825、底表面(未图示)、内部表面(未图示)、边缘表面812或这些表面的任何组合上。穿过柔性电缆连接器116的多个导电体(未图示)设置到插头102，多个导电体对应地端接到导电通路和/或多个接触件820，这对于本领域的普通技术人员是可以理解的。PCB 810包括用于容纳包覆成型件830的凸起828的通孔827，以便把包覆成型件830附接到PCB 810。包覆成型件830保护多个弹性接触件200(图14B)，防止其在使插头102和插座104配合和分离期间被损坏和磨损。
为了使用插头接触子组件，插头壳体110，通过用图9所示的另一个插头接触组件支撑结构905替换插头接触组件支撑结构138(图5)，来改变插头壳体110。在图9中可以看出，插头接触组件支撑结构905包括多个支撑壁910和插入槽915。支撑壁910包括用于支撑和固定插头接触子组件800(图8)的保持凸起930。在另一个实施例中，插头壳体110可以设置有与所使用的插头接触子组件800的数量对应的一个或更多个插入槽915和对应的支撑壁910。
图10和10A显示另一个可选的插头接触子组件1000。插头接触子组件1000包括支撑板1010和柔性膜接触组件1020。柔性膜接触组件1020包括第一表面1022，第一表面1022具有设置在其上的多个接触件1040。柔性膜接触组件1020还包括一侧表面1022相对的第二表面(未图示)。柔性膜接触组件1020还包括多个导电轨线(未图示)，该多个导电轨线在多个接触件1040和多个接触垫1050之间提供电通路。多个导电轨线可以设置在第一表面1022、第二表面、第一表面和第二表面之间、或它们的任何组合上。通过把柔性膜接触组件1020应用到支撑板1010来形成插头接触子组件1000。通过胶粘或其它已知紧固方法，柔性膜接触组件1020可以应用到支撑板1010。插头接触子组件1000通过图9所示的插头接触组件支撑结构910被支撑在插头壳体110中。
图11和图12更加详细地显示插座102。插座102包括插座壳体垫圈109、插座壳体162、连接环108、插座壳体外壳164、柔性电缆连接器166和至少一个插座接触子组件168。插座壳体垫圈109在插座104和插头102之间提供环境密封。插座壳体垫圈109可以由弹性材料形成，这对于本领域的普通技术人员是可以理解的。在另一个实施例中，当如下所述地使用电屏蔽材料时，插座壳体垫圈可以由导电弹性材料形成，以便同时提供导电/EMI保护和环境密封，或者如果不需要环境密封可以由柔性金属形成。
此外，在另一个实施例中，如下面另一个实施例中所描述的，当插座外壳164和/或插座壳体162设置有电镀屏蔽涂层(未图示)时，插头壳体垫圈109能够在插座屏蔽和插头屏蔽之间提供电通路。
插座壳体外壳164包括第一插座壳体外壳部分164a和第二插座壳体外壳部分164b。第二插座壳体外壳部分164b包括凸起170和开口172，并且第一插座壳体外壳部分164a包括对应的槽(未图示)和销(未图示)，用于把第二插座壳体外壳部分164b和第一插座壳体外壳部分164a固定在一起。在可选实施例中，第一插座壳体外壳部分164a和第二插座壳体外壳部分164b可以设置有凸起、槽、销、螺纹、开口或其它相似的紧固件中的任一种对应组合，以便把第一插座壳体外壳部分164a和第二插座壳体外壳部分164b固定在一起，这对于本领域的普通技术人员是可以理解的。在另一个实施例中，插座壳体外壳164可以是单个结构。
插座壳体外壳164还包括外表面174和内表面176。插座接触子组件支撑表面177设置在内表面176上。插座壳体外壳164还包括前接合部分178，该前接合部分178具有设置在其上的凸起180(显示了相似的凸起180，但是没有显示在插座壳体外壳164的相反侧上的凸起)。凸起180与插座壳体162中的对应的槽182(显示了相似的槽182，但是没有显示在插座壳体162的相反侧上的槽)接合，以便把插座壳体外壳164固定到插座壳体162。在可选实施例中，插座壳体外壳164和插座壳体162可以设置有凸起、槽、销、开口或其它相似的紧固件中的任一种对应组合，以便把插座壳体162和插座壳体外壳164固定在一起，这对于本领域的普通技术人员是可以理解的。此外，在其它实施例中，接合部分178可以设置在插座壳体162之上，而不是容纳在插座壳体162之内，如实例性的实施例所示。
插座壳体外壳164还包括用于容纳和固定柔性电缆连接器166的后开口184。在该实例性的实施例中，柔性电缆连接器166包括大致圆形的沟槽186，在第一插座壳体外壳部分164a和第二插座壳体外壳部分164b彼此组装时该沟槽186固定在后开口184中。在其它实施例中，柔性电缆连接器166和插头壳体外壳164可以构造成具有夹子、销、槽或其它紧固件，以便把柔性电缆116固定到插座壳体外壳164。此外，尽管显示后开口184和沟槽186具有大致圆形几何形状，但是本领域的普通技术人员可以理解的是，后开口184和沟槽186可以具有任何形状，包括但不局限于正方形、矩形和椭圆形。在另一个实施例中，沟槽186可以包括键锁特征(未图示)，后开口184具有对应的配合键锁特征(未图示)。在操作中，具有多个导电体(未图示)的电缆或线缆将通过柔性电缆连接器116并端接到多个弹性接触件200(图14A)和/或下面所述的其它端子特征。
如图11和图12所示，插座壳体162还包括前插座壳体表面190，该前插座壳体表面190具有穿过其的弹性接触组件槽192。图13显示插座壳体162的后视图，其显示弹性接触组件槽192。如图13所示，弹性接触组件支撑槽192包括导轨194，该导轨194构造成容纳和支撑弹性接触子组件168。在该实例性的实施例中，插座102包括四个弹性接触子组件188。在另一个实施例中，插座壳体162可以设置有一个或更多个槽192，以便容纳和支撑对应数量的弹性接触子组件168。在另一个实施例中，不是所有的槽192都必须支撑弹性接触子组件168，或换言之，一些槽保持开放。
图14A，14B和14C更加详细地显示了弹性接触子组件168。弹性接触子组件168包括子组件基座196、接触件支撑壳体198、多个弹性接触件200和接触件对齐间隔器202。弹性接触子组件168可以包括可选的弹性接触组件204。子组件基座196包括顶表面212、底表面(未图示)和边缘表面216。在另一个实施例中，弹性接触组件204可以利用多个弹性接触件200包覆成型的。接触件支撑壳体198包括用于以预加载结构容纳和支撑多个弹性接触件200的保持表面206(图14D)。当与对应的多个插头接触件150配合时，该保持表面206迫使多个弹性接触件200打开到超出弹性接触件自然自由状态，但不会达到行程的总量。在多个弹性接触件200容纳在子组件基座196的多个开口210中之前，多个弹性接触件200还容纳在接触件对齐间隔器202的多个开口208中。接触件对齐间隔器202用作对齐辅助件，用于把多个弹性接触件200容纳在子组件基座196中。在多个弹性接触件200容纳在子组件基座196的多个开口210中之后，多个弹性接触件200端接到设置在子组件基座196的顶表面212、底表面(未图示)和/或边缘表面216和/或它们的任一组合上的轨线、接触垫、导电通路(未图示)和/或它们的任一组合。穿过柔性电缆连接器166的多个导电体(未图示)设置到插座104，多个导电体将对应地端接到轨线、接触垫、导电通路、多个弹性接触件200或它们的任一组合，这对于本领域的普通技术人员是可以理解的。
图14D显示图14C的包括其中插入接触件150的部分的放大图。如图14D所示，通过接收接触件150，弹性接触件200已经被张开，以便使弹性接触件200与保持表面206分离，因此确保接触件150和弹性接触件200之间的可靠的电连接。
图15显示图1的沿线15-15的配合的连接器100的剖视图4-4。如图15所示，当插头102和插座104配合时，接触件150配合到对应的弹性接触件200。
尽管已经参照优选实施例说明了本发明，但是本领域的熟练技术人员可以理解的是，在不脱离本发明的保护范围的情况下，可以实现各种变化和用于替代它的元件的等同物。此外，在不脱离本发明的实质性范围的情况下，根据本发明的教导，可以实现适用于特定条件或材料的许多变化例。因此，本发明不局限于用于实现本发明的作为最佳实施方式所描述的具体实施例，本发明包括落入所附权利要求的保护范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种电连接器，包括：
插头，所述插头包括具有插头接触组件支撑结构的插头壳体、设置在所述插头接触组件支撑结构内的插头接触子组件、附接到所述插头壳体的后部分并围绕所述插头接触组件支撑结构设置的插头壳体外壳、和容纳并支撑在所述插头接触子组件中的多个接触件；和
插座，所述插座包括具有插座接触组件支撑结构的插座壳体、设置在所述插座接触组件支撑结构内的插座接触子组件、附接到所述插座壳体的后部分的插座壳体外壳、和容纳并支撑在所述插座接触子组件中的多个弹性接触件。
2.根据权利要求1所述的电连接器，其中所述插座还包括插座壳体垫圈。
3.根据权利要求2所述的电连接器，其中所述插座壳体垫圈包括导电弹性材料。
4.根据权利要求1所述的电连接器，其中所述多个弹性接触件利用打开力被预加载。
5.根据权利要求1所述的电连接器，其中所述多个弹性接触件通过所述插座接触子组件中的凸起利用弹性力被预加载。
6.根据权利要求1所述的电连接器，其中所述多个接触件是多个针式接触件。
7.根据权利要求1所述的电连接器，其中所述多个接触件设置在印刷电路板上。
8.根据权利要求1所述的电连接器，其中所述多个接触件设置在柔性膜接触组件上。
9.根据权利要求1所述的电连接器，其中所述插头壳体还包括其上设置有插入槽的外表面，并且所述插座还包括围绕所述插座壳体设置的连接环，所述连接环包括插入销，所述插入销被构造成接合所述插入槽并且当所述连接环转动时把所述插头轴向地移动到与插座完全配合的位置。
10.根据权利要求1所述的电连接器，其中所述插头壳体外壳的内表面覆盖有电屏蔽材料。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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