JP4589021B2 - コネクタパッド、コネクタパッドと乗り物とのアセンブリ、電気インターコネクタ、およびコネクタパッドを形成する方法 - Google Patents

Description

発明の分野
この発明は、配線を界接するための電気コネクタパッドに関し、より特定的には、構造的に一体化された配線を一体化された構造にはなっていない配線と界接するための電気コネクタパッドに関する。

発明の背景
航空機および宇宙船といった現代の乗り物は、多数のセンサおよびアクチュエータを採用して、乗り物の性能および完全性のさまざまな局面をモニタし、それらの局面に対応する。これらの「多機能構造」、「スマートな構造」または「健康管理」装置はしばしば、メインコントローラまたは他の装置に配線で接続されている。そのような配線接続は大きな労働力を要し、人為ミスが起りやすく、乗り物の重量および複雑性を望ましくなく増大させ、耐久性が懸念されがちである。

これらの欠点を回避するため、構造的に一体化された配線が近年開発された。これらの配線は、乗り物の構造部品の上または内部に接着される。これは、必要とされる取付部品および設置手順の数を最小限に抑える。これらの配線はまた、人為ミスの可能性を低減させる自動処理の可能性も高める。

より一層の開発を必要とする、構造的に一体化された配線に関する一領域は、構造的に一体化された配線と一体化された構造にはなっていない配線との間の界面コネクタパッドである。大抵の「多機能構造」、「スマートな構造」または「健康管理装置」と、構造的に一体化された配線とは平坦な形状をしている。そのため、構造的に一体化された配線の平坦な構成に対処する界面コネクタパッドを提供することが望ましい。また、他の伝統的な接続解決策よりも耐久性を高めるために、乗り物の構造部品に一体化された界面コネクタパッドを提供することも望ましい。

発明の概要
上述および他の目的は、基部と、基部の反対側にある頂部と、その間のテーパ付き側壁とを有するコネクタパッドによって提供される。コネクタパッドのテーパ付けは、コネクタパッドが構造の内部または表面上に接着されている際の応力集中を最小限に抑える。コネクタパッドは、好ましくは、平坦なまたは可撓性のある回路タイプの構造的に一体化された配線アレイを間に挟むのに好適な（ガラス繊維強化ポリイミド層などの）複数の構造的な耐荷重層からなる。コネクタパッドに形成された複数のめっきされたスルーホールは、その中の配線アレイへのアクセスを可能にする。スルーホールは、その中の複数の対応ピンを相補し、保持するよう形作られている。

この発明の利用可能性のさらなる領域は、以下に提供する詳細な説明から明らかとなるであろう。詳細な説明および特定の例は例示のためにのみ意図されており、この発明の範囲を制限するよう意図されてはいないことが理解されるべきである。

この発明は、詳細な説明および添付図面からより十分に理解されるであろう。

好ましい実施例の詳細な説明
好ましい実施例の以下の説明は本質的に単なる例示であり、この発明、その用途、または使用を限定する意図は全くない。

図１は、この発明のコネクタパッド１２が取付けられた、航空機の形をした乗り物１０を示す。より特定的には、圧電アクチュエータまたは音響圧電センサといった一体化されたアクチュエータまたはセンサ１４が、乗り物１０の機体１８の表面１６に、接着剤などにより接着されることによって取付けられている。センサ１４は機体１８の外部表面に取付けられているとして図示されているが、センサ１４はその中に埋設されていてもよい。機体が複合積層構造である場合には、埋設が好ましいであろう。他方、金属構造または非積層構造上では、表面取付が好ましいであろう。表面取付は、複合構造上に取付けるためにも可能であろう。

平坦なまたは可撓性のある回路タイプの配線アレイ２０が、センサ１４から機体１８に沿って延びている。配線アレイ２０は、接着剤などにより接着されることによって機体１８と構造的に一体化されている。配線アレイ２０は機体１８の外部表面に取付けられているとして図示されているが、配線アレイ２０はその中に埋設されていてもよい。機体が複合積層構造である場合には、埋設が好ましいであろう。他方、金属構造または非積層構造上では、表面取付が好ましいであろう。表面取付は、複合構造上に取付けるためにも可能であろう。

コネクタパッド１２は配線アレイ２０と結合されている。コネクタパッド１２は、接着剤などにより接着されることによって機体１８と構造的に一体化されている。コネクタパッド１２は機体１８の外部表面に取付けられているとして図示されているが、コネクタパッド１２はその中に埋設されていてもよい。機体が複合積層構造である場合には、埋設が好ましいであろう。他方、金属構造または非積層構造上では、表面取付が好ましいであろう。表面取付は、複合構造上に取付けるためにも可能であろう。

ここで図２を参照すると、この発明のコネクタパッド１２がより詳細に示されている。コネクタパッド１２は、略正方形の基部２２と、基部２２の反対側にある略正方形の頂部２４と、その間に延びるテーパ付き側壁２６とを含む。コネクタパッド１２のテーパのついた形状は、図１の機体１８などの構造の内部または表面上にコネクタが接着されている際の応力集中を最小限に抑える。

コネクタパッド１２は、好ましくは、構造的な耐荷重層の形の複数の積層部材２８を含む。現在、部材２８としてはガラス繊維強化ポリイミド層が好ましいが、当業者であれば、他の材料がそれにとって代わり得ることを理解するであろう。たとえば、パッドを埋設する際に硬化温度が低い複合物が使用された場合、または構造表面にパッドを二次的に接着する低温プロセスが使用される場合には、より低温の樹脂系が使用可能である。パッドの耐荷重能力および剛性に対処するために、他の材料も使用可能である。耐荷重容量を高めるために、追加の二重層（図示せず）をコネクタパッド１２の上方および／または下方に使用してもよい。これは、埋設されたコネクタパッドへのアクセスに対処するために構造膜に切り抜きがある場合に必要とされるであろう。

配線アレイ２０の端３０は、部材２８同士の間に挟まれる。配線アレイ２０の幅は、配線アレイ２０がテーパ付き側壁２６のテーパ付けを相補するように、コネクタパッド１２を構成する際に勘案される。配線アレイ２０は好ましくは、容易に埋設可能な、または構造表面への接着を可能にする、平坦なまたは可撓性のある回路タイプのものである。

複数のスルーホール３２が、コネクタパッド１２の頂部２４から、アレイとなって形成
される。このアレイは好ましくは、コネクタパッド１２または少なくとも頂部２４に対して本質的に中央に配置された、等距離で間隔があいたスルーホール３２の２本以上の平行な列からなる。スルーホール３２は、コネクタパッド１２内で挟まれている配線アレイ２０へのアクセスを提供する。スルーホール３２は一般に銅でめっきされ、はんだで錫めっきされて、パッド内に位置する信号配線、電源配線、または接地層への接続性を提供する。耐久性を付加するため、他の材料も使用されてもよい。スルーホール３２は、相補ピンを受けて、コネクタ３６からその中に延びるピン３４のアレイの多数の挿入および取外しを支持するようにサイズ調整されている。ピン３４は好ましくは、反対側の端にコネクタ接点を有する対応ピンである。（対応ピン機構の反対側に位置する）コネクタ接点は、ソケット接点またはピン接点のいずれかである。このため、対応ピンはパッド内に挿入されて残留し、ほとんどすべての接合および接合解除が反対側の端の接点ソケットまたはピンと起る。これにより、対応ピン３４は、ホール３２に挿入されたままとなり、絶対に必要な場合にしか取外されないようになる。ホールへの損傷を防止するため、スルーホールへの対応ピンの挿入および取外しを制限することが望ましい。また、これに代えて、パッドとの接合および接合解除接続が非常に限られた数しか必要とされない場合には、コネクタはパッドに直接界接可能である。

図３に示すように、スルーホール３２は、対応ピン３４がコネクタパッド１２の頂部２４から配線アレイ２０を通って、その間に電気的接続を確立することを可能にする。このように、コネクタパッド１２は、対応ピン３４およびコネクタ３６（図２）を介して、構造的に一体化された配線アレイ２０を一体化された構造にはなっていない配線（図示せず）と相互接続するための界面を提供する。

図３は、コネクタパッド１２が機体１８または他の複合構造の内部に埋設された、この発明の一構成も示す。機体１８の開口部３８は、対応ピン３４が中に挿入されるように、スルーホール３２へのアクセスを提供する。見てわかるように、テーパ付き側壁２６は、機体１８の逆にテーパのついた端と接合している。

ここで図４を参照すると、コネクタパッド１２の上面図が示されている。図示されているように、コネクタパッド１２の部材２８およびテーパ付き側壁２６の寸法は誇張されている。隣接する部材２８の段付けも誇張されている。これは、この発明の理解を容易にするためである。小さい、または浅いテーパは、荷重の段階的な移行を可能にし、応力および歪み集中を最小限に抑える。実際、コネクタパッド１２は厚さが約．０７０インチであり、部材２８は厚さが約．００４〜約．００５インチである。

図示されたコネクタパッド１２は、互いに重ね合わされた約１５個の部材２８を含む。各部材２８は隣接する部材２８と同軸に整列しているが、基部２２から頂部２４にかけて周囲長が漸減している。一部材２８から次の部材２８にかけてのこの寸法の変動は、コネクタパッド１２のテーパ付けを提供し、より特定的には、部材２８の個々の縁が積み上がってテーパ付き側壁２６を形成する。

コネクタパッド１２を形成する部材２８の特定の数は、基部２２と頂部２４との間のコネクタパッド１２の全厚を調整しつつ、コネクタパッド１２に所望の剛性を提供するよう選択される。個々の部材２８は好ましくは、接着剤などによって互いに接着される。また、これに代えて、パッドは１つの中実積層物から形成可能であり、テーパはパッドに切込み可能である。

テーパ付き側壁２６は、頂部２４と基部２２との間を、好ましくは約２．８〜３度以下の角度で延びている。半楕円形および切頂円錐といった他の形状が採用されてもよいが、コネクタパッド１２は好ましくは、隣接する側壁２６同士の間に丸みのある隅４０を有す
る、正方形の切頂角錐といった角錐形状である。隅４０の各々の曲率半径は等しくてもよいが、好ましくは、配線アレイ２０の反対側にある隅４０ａおよび４０ｂの曲率半径は互いに等しいものの、配線アレイ２０に隣接する隅４０ｃおよび４０ｄの好ましくは互いに等しい曲率半径とは異なる。これは、一体化された配線２０を支持するのに十分幅広い、線形のテーパ付きランプを提供する。一体化された配線２０は、線形縁テーパおよび隅テーパといった複雑な輪郭を構築することが好ましい。また、これに代えて、一体化された配線２０の幅がより狭い場合には、隅４０ｃおよび４０ｄの半径を小さくすることが可能である。

必要であれば、コネクタパッド１２は配線アレイ２０にインピーダンス制御および遮蔽を提供可能である。これは好ましくは、一体化された配線を多層ストリップライン形状に作り、テーパを維持して同様の態様でパッドと組合せることによって達成される。

こうして、基部と、基部の反対側にある頂部と、その間のテーパ付き側壁とを有するコネクタパッドが提供される。テーパ付けは、コネクタパッドが構造の内部または表面上に接着されている際の応力集中を最小限に抑える。コネクタパッドは、好ましくは、平坦なまたは可撓性のある回路タイプの構造的に一体化された配線アレイを間に挟むために好適な（ガラス繊維強化ポリイミド層などの）複数の構造的な耐荷重層からなる。コネクタパッドに形成された複数のめっきされたスルーホールは、その中の配線アレイへのアクセスを可能にする。スルーホールは、その中の複数の対応するピンを相補し、保持するよう形作られている。

この発明の説明は本質的に単なる例示であり、このため、この発明の要旨から逸脱しない変形はこの発明の範囲内にあるよう意図される。そのような変形は、この発明の精神および範囲からの逸脱として考えられるべきではない。

引用されたこの発明の教示を取入れたコネクタパッドを有する乗り物の側面図である。 この発明のコネクタパッドの斜視図である。 構造内に埋設された、この発明のコネクタパッドの断面図である。 この発明のコネクタパッドの上面図である。

符号の説明

１２ コネクタパッド、１４ センサ、１８ 機体、２０ 配線アレイ、２２ 基部、２４ 頂部、２６ テーパ付き側壁、２８ 積層部材、３２ スルーホール。

Claims (24)

1. コネクタパッドであって、
   基部と、
   前記基部の反対側にある頂部層と、
   前記基部と前記頂部層との間に配置された少なくとも１つの層と、
   前記基部と前記頂部層との間に延びる全体としてテーパが付いた、前記少なくとも１つの層の縁によって形成される側壁と、
   前記パッドに前記頂部層から形成された複数のスルーホールとを含み、
   前記基部と前記頂部層との間に配線アレイが設けられた、コネクタパッド。
2. 前記配線アレイは前記スルーホールへ延びている、請求項１に記載のコネクタパッド。
3. 前記配線アレイは、可撓性のある回路配線アレイをさらに含む、請求項２に記載のコネクタパッド。
4. 前記配線アレイは、前記パッドが接着されている構造と一体化されている、請求項２に記載のコネクタパッド。
5. 配線アレイは前記層のうちの２つの間に配置されており、前記配線アレイは前記スルーホールへ延びている、請求項１に記載のコネクタパッド。
6. 前記全体としてテーパが付いた側壁は、前記基部に対して約３．０度以下の角度で延びている、請求項１に記載のコネクタパッド。
7. コネクタパッドであって、
   基部から頂部層へ延びる複数の同軸に積み重ねられた層を含み、前記複数の同軸に積み重ねられた層は周囲長が前記基部から前記頂部層にかけて漸減しており、前記コネクタパッドはさらに、前記基部と前記頂部層との間に延びる全体としてテーパが付いた側壁を形成する、前記複数の同軸に積み重ねられた層の端と、
   前記層のうちの２つの間に配置された配線アレイと、
   前記層を通って形成された複数のスルーホールとを含み、前記配線アレイは前記スルーホールへ延びている、コネクタパッド。
8. 前記配線アレイは、可撓性のある回路配線アレイをさらに含む、請求項７に記載のコネクタパッド。
9. 前記配線アレイは、前記パッドが接着されている構造と一体化されている、請求項７に記載のコネクタパッド。
10. 前記パッドは、前記構造の表面に接着されている、および前記構造内に埋設されているのうちの一方である、請求項９に記載のコネクタパッド。
11. 前記全体としてテーパが付いた側壁は、前記基部に対して約３．０度以下の角度で延びている、請求項７に記載のコネクタパッド。
12. 前記パッドは、前記全体としてテーパが付いた側壁同士の間に丸みのついた隅を含む、請求項７に記載のコネクタパッド。
13. 前記隅のうちの少なくとも２つは、第１の値に等しい曲率半径を有する、請求項１２に記載のコネクタパッド。
14. 前記隅のうちの少なくとも他の２つは、前記第１の値とは異なる第２の値に等しい曲率半径を有する、請求項１３に記載のコネクタパッド。
15. コネクタパッドと乗り物とのアセンブリであって、
    構造部材と、
    前記構造部材と一体化された電子装置と、
    前記電子装置から延び、前記構造部材と一体化された配線アレイと、
    前記配線アレイに結合され、前記構造部材と一体化されたコネクタパッドとを含み、前記コネクタパッドは、
    基部から頂部層へ延びる複数の積み重ねられた層と、
    前記基部と前記頂部層との間に延びる全体としてテーパが付いた側壁を形成する、前記複数の積み重ねられた層の縁と、
    前記層を通って形成された複数のスルーホールとを含み、
    前記配線アレイは前記スルーホールへ延びている、コネクタパッドと乗り物とのアセンブリ。
16. 前記コネクタパッドの前記パッドは前記構造部材の表面に接着されている、請求項１５に記載のアセンブリ。
17. 前記コネクタパッドの前記パッドは前記構造部材内に埋設されている、請求項１５に記載のアセンブリ。
18. 前記コネクタパッドの前記全体としてテーパが付いた側壁は、前記基部に対して約３．０度以下の角度で延びている、請求項１５に記載のアセンブリ。
19. 前記コネクタパッドの前記複数の層はさらにポリイミドを含む、請求項１５に記載のアセンブリ。
20. 電気インターコネクタであって、
    基部の反対側にある頂部層、前記基部と前記頂部層との間に配置された少なくとも１つの層、および、前記基部と前記頂部層との間に延びる全体としてテーパが付いた、前記少なくとも１つの層の縁によって形成される側壁を有する、本体と、
    前記頂部層から前記本体内へ形成された複数のスルーホールとを備え、
    前記基部と前記頂部層との間の前記本体内に配線アレイが設けられた、電気インターコネクタ。
21. 前記本体は、さらに、
    前記基部から前記頂部層へ延びる複数の同軸に積み重ねられた層を含み、前記複数の同軸に積み重ねられた層は、周囲長が前記基部から前記頂部層にかけて漸減し、前記全体としてテーパが付いた側壁を構成する、請求項２０に記載の電気インターコネクタ。
22. 前記配線アレイが前記スルーホールへ延びている、請求項２０に記載の電気インターコネクタ。
23. コネクタパッドを形成する方法であって、前記方法は、
    基部を形成するステップと、
    前記基部の上へ第１の層を積み重ねるステップと、
    前記基部の上へ少なくとも１つの第２の層を積み重ねて頂部層および前記基部と前記頂部層との間に延びる全体としてテーパが付いた、前記積み重ねられた層の縁によって形成される側壁を形成するステップと、
    前記第１の層と前記頂部層との間に配線アレイを埋設するステップと、
    前記頂部層の中にホールを形成するステップとを備えた、コネクタパッドを形成する方法。
24. 前記頂部層の中にホールを形成するステップは、さらに、前記配線アレイまで前記ホールを延ばすステップを備えた、請求項２３に記載の方法。

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