CN103380547B - 摩擦焊内部导体帽和互连方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种具有连接器端和电缆端的一种内部导体帽，其设有在连接器端的内部导体相接部和在电缆端的内部导体孔座。该内部导体孔座的尺寸可以设置成与同轴电缆的内部导体的制备端部匹配。至少一个材料间隙可以在内部导体帽与制备端部匹配时提供于内部导体孔座的侧壁和制备端部的外径表面之间。旋转键可以提供为用于使得内部导体帽旋转。

Description

摩擦焊内部导体帽和互连方法

技术领域

本发明涉及电缆连接器。更特别是，本发明涉及一种内部导体帽，用于与同轴电缆的内部导体互连而作为同轴导体的内部接触部。

背景技术

同轴电缆连接器例如用于需要较高精度和可靠性的通信系统中。为了在电缆和连接器之间产生稳固的机械互连和优化的电互连，现有的同轴连接器使用在同轴电缆外部导体的前边缘和连接器本体之间的周边接触，例如，外部导体的张开的端部通过连接螺母而被抵靠连接器本体的环形楔形表面夹持。在外部导体机械固定的情况下，内部导体通常允许纵向浮动，通过偏压类型接触部机构例如弹簧指状件而电接触，该偏压类型接触部机构与内部导体沿外径表面接合，或者当内部导体为空心时沿内部导体孔的内侧壁接合。这种技术的代表为共同拥有的美国专利No.6793529，该美国专利No.6793529的公开日为2004年9月21日，授予Buenz。

也可选择，现有的同轴连接器还通过螺纹驱动径向膨胀和/或内部接触部直接拧入空心内部导体的孔中而提供在内部导体和内部接触部之间的机械互连。用于这些结构所需的螺纹元件和/或螺钉可能增加制造成本和/或安装的复杂性。

本领域中还公知通过焊接和/或粘接剂互连而设置成永久性互连的连接器。这种技术的代表为共同拥有的美国专利No.5802710，该美国专利No.5802710的公开日为1998年9月8日，授予Bufanda等。不过，焊接和/或粘接剂互连可能很难在高水平质量控制的情况下施加，从而导致互连可能不会令人满意，例如当受到振动和/或腐蚀一段时间时。

在现有的同轴连接器中，周围密封件通常环绕穿过连接器本体的进入通路布置，因此并不保护在内部导体和内部接触部之间的电互连防止任何水汽，该水汽（a）可能移动经过连接器本体的周围密封件；（b）在安装过程中密封在连接器内；和/或（c）可能沿同轴电缆的内部移动至电互连区域。这些密封件中的任意一个的安装错误和/或故障都可能允许水汽和/或潮湿空气进入连接器的连接区域，它能够在该处汇集和引起腐蚀，从而导致电连接件的明显性能退化。

现有技术的方案还将在内部导体和内部接触部的互连部周围施加专用的互连密封件，例如共同拥有的US7819698中所述，该US7819698的公开日为2010年10月26日，授予Islam。不过，附加密封件使得制造和/或安装更复杂。

在同轴电缆连接器市场中的竞争集中于提高电缆与连接器的互连的电性能和长期可靠性。而且，降低总体成本（包括材料、培训和安装成本）也是商业上成功的重要因素。

因此，本发明的目的是提供一种与同轴电缆的内部导体互连的内部导体帽和方法，它克服了现有技术的缺陷。

附图说明

包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图表示了本发明的实施例，附图中，相同参考标号表示相同特征或元件，且可以并不对于表示有它们的每一个图都详细介绍，这些附图与上面的本发明总体说明以及下面的实施例详细说明一起用于解释本发明的原理。

图1是内部导体帽的示例实施例的示意等距视图，该内部导体帽具有旋转键，该旋转键形成为安装在同轴电缆的制备端部上的凸形凸起端部小面。

图2是图1的局部剖示意等距视图。

图3是图1的内部导体帽在安装之前的示意等距视图，其中同轴电缆为局部切除等距视图。

图4是图3的区域A的放大图。

图5是内部导体帽的示例实施例的示意等距视图，其中旋转键形成为安装在同轴电缆的制备端部上的环形凸缘。

图6是图5的局部剖示意等距视图。

图7是图5的内部导体帽在安装之前的示意等距视图，其中同轴电缆为局部切除示意等距视图。

图8是图7的区域B的放大图。

图9是连接孔座内部导体帽的示例实施例的示意等距视图，其中旋转键形成为安装在同轴电缆的制备端部上的环形凸缘。

图10是图9的局部剖示意等距视图。

图11是图9的内部导体帽在安装之前的示意等距视图，其中同轴电缆为局部切除示意等距视图。

图12是图11的区域C的放大图。

图13是连接孔座内部导体帽的示例实施例的示意等距视图，在连接孔座内的旋转键安装在同轴电缆的制备端部上。

图14是图13的内部导体帽在安装于同轴电缆的制备端部上之前的局部剖示意等距视图，内部导体帽对齐成用于互连。

图15是图13的局部剖示意等距视图。

图16是图14的区域D的放大图。

图17是图13的内部导体帽在安装之前的示意等距视图，其中同轴电缆为局部切除示意等距视图。

图18是图17的区域E的放大图。

具体实施方式

铝已经应用为铜的一种具有成本效益的替代品，用于同轴电缆中的导体。本发明人已经认识到由于铝内部导体同轴电缆结构与具有内部接触部结构的现有同轴电缆连接器互连而产生的多个难题。在暴露于空气的铝表面上快速地形成氧化铝表面涂层，这可能使得普通的机械、焊接和/或传导性粘接剂互连退化。而且，由于铝的蠕变特征，现有的同轴连接器机械互连内部接触部结构通常与铝内部导体并不相容。在铝内部导体和内部接触部的不同金属（例如青铜、黄铜或铜）之间的电化学腐蚀可能导致机电互连的加速退化。

本发明人已经认识到在现有的铝内部导体与内部接触部互连中的缺陷可以通过提供内部导体帽内部接触部来消除，该内部导体帽内部接触部的尺寸设置成用于与内部导体摩擦焊接，从而能够进行分子键互连，具有固有的抵抗力来防止腐蚀和/或材料蠕变互连退化。

如图1-18中所示，内部导体帽2的示例实施例设有在电缆端6处的内部导体孔座8以及在连接器端4处的内部导体相接部10。内部导体孔座8的尺寸可以设置成与同轴电缆16的内部导体14的制备端部12匹配。如后面更详细所述，当内部导体帽2与制备端部12匹配时，至少一个材料间隙可以提供于内部导体孔座8的侧壁和制备端部12的外径表面之间。旋转键18提供为尺寸与用于使得内部导体帽旋转的工具匹配，用于通过摩擦焊而互连。

本领域技术人员应当知道，连接器端4和电缆端6在这里用作内部导体帽2的相应端部的名称，也用作这里所述的内部导体帽2的离散元件的相应端部的名称，以便根据它们沿内部导体帽2的纵向轴线在连接器端4和电缆端6之间的对齐来识别它们以及它们的相应互连表面。

内部导体帽2可以由金属和/或金属合金形成，例如铝、黄铜、磷青铜或铜。使用不同于铝的金属可以部分避免在现有技术中发现的困难（如上所述），和/或满足最终用户对形成的内部导体相接部10的接触部表面的特殊材料需求。

内部导体14的制备端部12的尺寸可以设置成直径小于内部导体14的直径，例如具有在制备端部的基部22附近的圆柱形部分20以及在制备端部12的前端26附近的圆锥形部分24。本领域技术人员应当知道，也可选择，制备端部12可以整个为圆锥形、圆柱形或者其它形状，尺寸设置成与所需的内部导体孔座8匹配，从而导致当内部导体帽2安置在制备端部12上时在制备端部12和内部导体孔座8之间有至少一个材料间隙。在内部导体14具有空心结构的情况下，向内凸出的插头部分可以应用于内部导体孔座8的中心，该向内凸出的插头部分的尺寸设置成当内部导体帽2安置在制备端部12上时安置于空心内部导体内。

如多个示例实施例所示，用于与制备端部12匹配的内部导体孔座8例如可以设有圆锥形侧壁28，该圆锥形侧壁28的直径朝着连接器端4减小。内部导体孔座8还可以设有在内部导体孔座8的连接器端4处的圆柱形侧壁30。因此，当内部导体14插入内部导体孔座8内时，制备端部12的圆柱形部分20例如将与圆锥形侧壁28的基部部分32匹配。类似的，制备端部12的圆锥形部分24例如将与圆锥形侧壁28在圆锥形侧壁28和圆柱形侧壁30的连接器端4处匹配。

该至少一个材料间隙例如可以是电缆端材料间隙34和/或连接器端材料间隙36。在应用圆柱形和/或圆锥形匹配表面的情况下，形成的材料间隙可以为环形。电缆端材料间隙34可以形成于圆锥形侧壁28的基部部分32、圆柱形部分20和内部导体14的凸肩38之间。类似的，连接器端材料间隙36可以形成于圆柱形侧壁30和圆锥形部分24之间。

内部导体相接部10例如可以是朝着连接器端4轴向伸出的凸形凸起40，如图1-8中所示，或者是凹形孔座42，如图9-18中所示，该凹形孔座42的尺寸设置成与相应凸形内部导体连接器相接部匹配。对于设有凸形凸起40的内部导体帽2，如图1-4中所示，旋转键18可以设有工具面，例如在凸形凸起40的外表面上的狭槽、孔、多个小面44等。也可选择，如图5-8中所示，旋转键18可以是在凸形凸起40的电缆端6附近从内部导体帽2的外表面径向伸出的环形凸起46。类似的，环形凸起46可以设有小面44或其它工具面，该小面44或其它工具面的尺寸设置成与用于在摩擦焊互连过程中使得内部导体帽2旋转的相应工具匹配。

在所需的内部导体相接部10是凹形孔座42的情况下，如图9-18中所示，该凹形孔座42提供为弹簧篮（basket）48。对于设有弹簧篮48的内部导体帽2，如图9-12中所示，旋转键18可以提供为例如限定弹簧篮48的狭槽和/或在凹形孔座42的电缆端6附近从内部导体帽2的外表面径向伸出的环形凸起46。环形凸起46可以设有小面44或其它工具面，该小面44或其它工具面的尺寸设置成与用于使得内部导体帽旋转的工具匹配。也可选择，如图13-18中所示，旋转键18可以是例如旋转孔座45，该旋转孔座45提供于凹形孔座42内并在该凹形孔座42的电缆端6处，尺寸设置成与用于使得内部导体帽2旋转的相应工具匹配。

不管是否用作旋转键18，环形凸起46还可以提供用于在内部导体14、选定的内部连接器相接部10以及形成的同轴连接器的选定周围连接器本体（未示出）之间进行阻抗匹配调整的表面。

在通过摩擦焊互连之前，同轴电缆16可以这样制备，即通过除去同轴电缆16的一部分外部导体50，以使得内部导体14从该外部导体50伸出；除去在内部导体14和外部导体50之间的一部分电介质材料52；以及从外部导体50往回剥去一部分外皮54。暴露的内部导体14部分可以制备成形成制备端部12，该制备端部12的尺寸设置成与内部导体孔座8匹配。这例如可以通过磨削内部导体14来实现。这样，制备端部12例如可以设有所需的圆锥形部分24和/或圆柱形部分20。

在摩擦焊（也称为旋转焊）的方法中，在要连接的部件中的一个（内部导体帽2，例如如图1-18的示例实施例中所示）的旋转施加给内部导体14的情况下，内部导体孔座8安置在内部导体14的制备端部12上。内部导体帽2通过旋转键18而例如以250至500转每分钟的速度绕制备端部12的纵向轴线旋转，同时对着制备端部12施加驱动内部导体孔座8的纵向力。

施加旋转力和纵向力，直到内部导体14的制备端部12和/或内部导体孔座8的相应表面充分塑化，以便在内部导体14和内部导体帽2之间产生摩擦焊。材料在相应表面之间的交流可以流入和填充或者部分填充材料间隙。

也可选择，可以应用使用超声波振动（例如扭转振动）的摩擦焊。在扭转振动超声波类型摩擦焊中，扭转振动通过应用于内部导体帽2上的焊极而施加给互连部分，同时同轴电缆16和其中的内部导体14保持静止。类似的，扭转振动产生摩擦热，该摩擦热使得在制备端部12和内部导体孔座8之间的接触表面塑化。在使用扭转振动超声波类型摩擦焊的情况下，可以应用的合适的频率和扭转振动位移（而不是旋转）例如在20和40KHz之间和在20-35微米之间。

因为摩擦焊处理的局部磨损能够破坏在紧邻焊接区域中的任何氧化铝表面涂层，因此可以不需要另外关注除去或以其它方式处理在互连表面上存在的氧化铝。

本领域技术人员应当知道，公开的内部导体帽和互连方法可以有明显的材料成本效益，并可以在减小尺寸和/或重量需求的情况下提供永久性密封的内部导体与内部接触部的互连。

部件表

2	内部导体帽
		4	连接器端4 -->
6	电缆端
		8	内部导体孔座
10	内部导体相接部
		12	制备端部
14	内部导体
		16	同轴电缆
18	旋转键
		20	圆柱形部分
22	制备端部的基部
		24	圆锥形部分
26	前端
		28	圆锥形侧壁
30	圆柱形侧壁
		32	基部部分

34	电缆端材料间隙
		36	连接器端材料间隙
38	凸肩
		40	凸形凸起
42	凹形孔座
		44	小面
45	旋转孔座
		46	环形凸起
48	弹簧篮
		50	外部导体
52	电介质材料
		54	外皮

当前面的说明涉及具有已知等效物的材料、比例、整体或部件时，这些等效物就像单独提出一样包含在本文中。

尽管已经通过对具体实施例的描述示例说明了本发明，且已经相当详细地介绍了该实施例，但是申请人的目的并不是将附加权利要求的范围限制或以任何方式局限于这些细节。本领域技术人员很容易知道另外的优点和变化。因此，在广义方面，本发明并不局限于所示和所述的具体细节、代表装置、方法以及示例实例。因此，在不背离申请人的总体发明构思的精神或范围的情况下可以对这些细节进行变化。而且，应当知道，在不脱离由下面的权利要求确定的本发明范围或精神的情况下可以对其进行改进和变化。

Claims (19)

1.一种具有连接器端和电缆端的内部导体帽，所述内部导体帽用于与同轴电缆的内部导体的制备端部连接，所述内部导体帽包括：

在连接器端的内部导体相接部；

通向电缆端的内部导体孔座；

制备端部设有比内部导体的直径小的直径；

所述内部导体孔座设有圆锥形侧壁和位于内部导体孔座的连接器端处的圆柱形侧壁，所述圆锥形侧壁具有朝着连接器端减小的直径；

所述圆锥形侧壁的尺寸设置成与制备端部的圆锥形部分匹配；

由此，在内部导体帽与制备端部匹配时，在内部导体孔座的侧壁和制备端部的圆锥形部分之间形成材料间隙；以及

所述内部导体帽还包括旋转键，用于使得内部导体帽旋转。

2.根据权利要求1所述的内部导体帽，其中：所述材料间隙为环形。

3.根据权利要求1所述的内部导体帽，其中：

制备端部的圆柱形部分在制备端部的基部附近，尺寸设置成与圆锥形侧壁的基部部分匹配；

制备端部的圆锥形部分在制备端部的前端附近，尺寸设置成在圆锥形侧壁的连接器端侧与圆锥形侧壁匹配；以及

材料间隙形成于基部部分、圆柱形部分和内部导体的凸肩之间。

4.根据权利要求1所述的内部导体帽，还包括：在内部导体孔座的连接器端处的圆柱形侧壁；

制备端部的圆锥形部分在制备端部的前端附近，尺寸设置成在圆锥形侧壁和圆柱形侧壁的连接器端侧与圆锥形侧壁匹配；以及

材料间隙形成于圆柱形侧壁和圆锥形部分之间。

5.根据权利要求1所述的内部导体帽，还包括：在内部导体孔座的连接器端处的圆柱形侧壁；

制备端部的圆柱形部分在制备端部的基部附近，尺寸设置成与圆锥形侧壁的基部部分匹配；

制备端部的圆锥形部分在制备端部的前端附近，尺寸设置成在圆锥形侧壁和圆柱形侧壁的连接器端侧与圆锥形侧壁匹配；

所述材料间隙形成于圆柱形侧壁和圆锥形部分之间；以及

在基部部分、圆柱形部分和内部导体的凸肩之间形成第二材料间隙。

6.根据权利要求1所述的内部导体帽，其中：内部导体相接部是凹形孔座。

7.根据权利要求6所述的内部导体帽，其中：凹形孔座是弹簧篮。

8.根据权利要求6所述的内部导体帽，其中：旋转键在凹形孔座内。

9.根据权利要求6所述的内部导体帽，其中：旋转键是在凹形孔座的电缆端附近从内部导体帽的外表面径向延伸的环形凸起。

10.根据权利要求1所述的内部导体帽，其中：内部导体相接部是朝着连接器端轴向延伸的凸形凸起。

11.根据权利要求10所述的内部导体帽，其中：旋转键是在凸形凸起的外表面上的多个小面。

12.根据权利要求10所述的内部导体帽，其中：旋转键是在凸形凸起的电缆端附近从内部导体帽的外表面径向延伸的环形凸起。

13.一种用于使得具有连接器端和电缆端的内部导体帽与同轴电缆的内部导体的制备端部互连的方法，包括以下步骤：

提供内部导体帽，所述内部导体帽具有：在连接器端的内部导体相接部；开口于电缆端的内部导体孔座，所述内部导体孔座设有圆锥形侧壁和位于内部导体孔座的连接器端处的圆柱形侧壁，所述圆锥形侧壁具有朝着连接器端减小的直径，所述内部导体孔座的尺寸设置成与制备端部的圆锥形部分匹配；至少一个材料间隙，所述材料间隙在圆锥形侧壁与制备端部的圆锥形部分匹配时位于内部导体孔座的侧壁和制备端部的外径表面之间；以及旋转键，用于使得内部导体帽旋转；

将制备端部插入内部导体孔座内；以及

使得内部导体帽绕制备端部的纵向轴线旋转，同时施加纵向力，以便驱动内部导体帽抵靠制备端部。

14.根据权利要求13所述的方法，其中：内部导体是铝和铝合金材料中的一种。

15.根据权利要求13所述的方法，其中：施加旋转力和纵向力，直到产生足以使得内部导体的制备端部塑化的热量。

16.根据权利要求13所述的方法，其中：保持旋转力和纵向力，直到在内部导体和内部导体帽之间产生摩擦焊。

17.根据权利要求13所述的方法，还包括以下步骤：

通过除去同轴电缆的一部分外部导体以使得内部导体从所述外部导体伸出而制备所述制备端部；

除去内部导体和外部导体之间的一部分电介质材料；

从外部导体往回剥去一部分外皮；以及

磨削内部导体的前端，以便形成圆锥形部分。

18.根据权利要求13所述的方法，还包括：在圆锥形部分的基部磨削圆柱形部分的步骤。

19.一种用于使得具有连接器端和电缆端的内部导体帽与同轴电缆的内部导体的制备端部互连的方法，包括以下步骤：

提供内部导体帽，所述内部导体帽具有：在连接器端的内部导体相接部；开口于电缆端的内部导体孔座，所述内部导体孔座设有圆锥形侧壁和位于内部导体孔座的连接器端处的圆柱形侧壁，所述圆锥形侧壁具有朝着连接器端减小的直径，所述内部导体孔座的尺寸设置成与制备端部的圆锥形部分匹配；至少一个材料间隙，所述材料间隙在内部导体帽与制备端部的圆锥形部分匹配时在内部导体孔座的侧壁和制备端部的外径表面之间；

将制备端部插入内部导体孔座内；以及

向内部导体帽施加扭转振动，同时施加纵向力，以便驱动内部导体帽抵靠制备端部。