KR20170084218A - 자기 정렬 커넥터 인터페이스 - Google Patents

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토마스 빈더
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스피너 게엠베하
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Abstract

자기 정렬 RF 커넥터 인터페이스는 커넥터 본체 및 내부 커넥터를 갖는 전기 피드-스루를 포함한다. 커넥터 본체는 길이 방향 축을 규정한다. 커넥터 인터페이스는 센터링 칼라, 커넥터 가이드 및 외부 하우징을 더 포함한다. 센터링 칼라는 제 2 축 방향 스프링에 의해 스프링 로딩되고 커넥터 본체에 대해서 후퇴 가능하다. 커넥터 본체는 제 1 축 방향 스프링에 의해 스프링 로딩되고 커넥터 가이드에 대해서 경사 가능하다. 커넥터 가이드는 길이 방향 축을 가로지르는 평면에서 이동 가능하다.

Description

자기 정렬 커넥터 인터페이스 {SELF-ALIGNING CONNECTOR INTERFACE}
본 발명은 자기 정렬 커넥터(self-aligning connector), 바람직하게는 자기 정렬 RF 커넥터, 즉 커플링 동작 중에 정합하는 커넥터(mating connector)에 자동으로 정렬하는 커넥터에 관한 것이다.
전자 디바이스들을 테스트하기 위해, 종종 테스트 어댑터들(test adapters)이 사용된다. 이 테스트 어댑터들은 테스트되는 디바이스들을 외부 테스트 장비에 연결한다. 증폭기들(amplifiers), 필터들(filters) 또는 기타와 같은 RF 디바이스들을 테스트할 때, 이들은 종종 RF 커넥터들(이는, 대부분의 경우, 동축 커넥터들임)에 의해 연결되어야 한다. 이들은 비교적 엄격한 기계적 허용공차들(mechanical tolerances)을 가지며 정밀한 연결을 요구한다. 도파관들(waveguides) 및/또는 광 커넥터들에 의한 연결들에 동일한 문제가 적용된다. 커넥터들이 테스트되는 디바이스에 수동으로 부착될 때, 테스트 어댑터의 커넥터들은 가요성 케이블들(flexible cables)을 가지며 테스트되는 디바이스에 수동으로 부착된다. 테스트되는 디바이스와 테스트 어댑터 사이의 자동 연결이 요망되는 경우, 기계적 허용공차들이 심각한 문제들을 유발할 수 있다. 기본적으로, 테스트 어댑터는 기계적 허용 공차들에 가깝게 만들 수 있지만 테스트되는 디바이스들은 종종 대량으로 제조되며 종종 더 큰 기계적 허용 공차들을 갖는다. 이는 추가로 커넥터들의 손상 또는 부정확한 테스트 결과들을 유도할 수 있는 커넥터들의 오정렬(misalignment)을 유도할 수 있다. 일반적으로, 측정 어댑터의 커넥터들과 테스트되는 디바이스의 정합 커넥터들이 모든 평면들 및 방향들로 정확하게 정렬되어있다면 바람직할 것이다.
US 6,344,736 B1은 자기 정렬 커넥터를 개시한다. 커넥터 본체(connector body)는, 커넥터 하우징의 내부 표면에 제공되는 내부 반경 방향 플랜지(radial flange)와 축 방향 스프링에 의해 가압되는 와셔 사이에서, 그의 외부 표면에 제공되는 외부 반경 방향 플랜지 위에 유지되어, 적어도 축 방향 및 횡방향 평면에서 커넥터 본체에 고정되는 센터링 칼라(centering collar)에 삽입되는 정합 커넥터에 정렬할 수 있다. 횡방향 평면에서의 움직임은 와셔 위의 축 방향 스프링에 의해 커넥터 본체의 외부 플랜지까지 가져오는 상대적으로 높지만 정확히 규정되지 않은 힘에 대해 작용한다. 또한, 커넥터 하우징의 커넥터 본체의 반경 방향 중간 포지션(radial intermediate position)은 규정되지 않아서, 커플링 절차 중에, 결국, 정합 커넥터의 반경 방향 오정렬뿐만 아니라 커넥터 본체의 오정렬도 조정되어야 한다. 분리 후에 커넥터 본체를 커넥터 본체의 반경 방향 중간 포지션으로 자동 복원시키는 것은 제공되지 않는다.
공지된 커넥터 디바이스의 또 다른 단점은, 커넥터 본체의 외부 플랜지 및 와셔에 의한 경사 움직임(tilting movement)이 축 방향 스프링에 전달될 때, 커넥터 본체의 경사가 축 방향 스프링의 비교적 높은 힘에 대해서만 가능하다는 것임을 알 수 있다.
본 발명에 의해 해결되어야 할 문제는, 횡방향 평면에서의 커넥터 본체의 움직임이 중심에 위치된 초기 포지션으로 역으로 분리된 이후에 디바이스를 복원하는 규정된 힘에 대해 수행되고, 커넥터 본체의 추가적인 경사가 상당한 힘들을 극복할 필요없이 대체로 수행되며, 그리고 분리 이후에 커넥터 본체가 정확하게 동축 포지션으로 복원 및 고정되는, 자기 정렬 커넥터를 제공하는 것이다.
이 문제의 해결책들은 독립항인 제 1 항에 설명된다. 종속항들은 본 발명의 추가적인 개량들에 관한 것이다.
제 1 실시예에 따르면, 자기 정렬 커넥터 인터페이스(interface)는 적어도, 커넥터 본체 및 내부 커넥터를 갖는 전기 피드-트로프(feed-trough), 센터링 칼라, 커넥터 가이드 및 외부 하우징를 갖는다. 커넥터 인터페이스는 외부 하우징에 의해 테스트 어댑터 내에 유지될 수 있다. 커넥터 본체는 필요한 전기 연결을 위한 모든 컴포넌트들을 포함한다. 동축 RF 커넥터의 경우에, 내부 도전체와 외부 도전체를 가질 수 있다. 반드시 잠금 너트(locking nut)와 같은 잠금 컴포넌트들을 가질 필요는 없다. 커넥터 본체는 피드-스루를 형성하는 전기 또는 동축 라인에 연결될 수 있거나 또는 그의 일부일 수 있다. 커넥터 본체는 길이 방향 축을 규정하며, 이 축은 바람직하게는 그의 기하학적 중심에 의해 중심 축이며, 길이 방향 축은 커넥터 본체가 연결되는 플러그-인(plug-in ) 방향을 따른다. 커넥터 본체는, 바람직하게는 테스트될 디바이스의 정합 커넥터에 커넥터를 센터링하기 위해 센터링 칼라 내에 유지된다. 가장 바람직하게는, 커넥터 본체는 센터링 칼라 내에 동축으로 배열된다. 커넥터 본체는 그의 길이 방향 축에 대해 기울어지게 그리고 커넥터 가이드 내에서 그의 길이 방향 축을 따라 미끄러짐 가능하게 더 지지된다. 커넥터 가이드는 길이 방향 축을 가로지르는 평면 내에서 이동 가능한 외부 하우징 내에 유지된다. 이 조립체는 정합 커넥터에 정확하게 끼워맞춤되도록 커넥터 본체의 길이 방향(길이 방향 축을 따름), 횡방향(길이 방향 축을 횡단함) 및 경사(길이 방향 축에 대해 각짐) 조정을 허용한다. 이들 3 개의 자유도들의 움직임들은 바람직하게는 탄성 엘리먼트들 및/또는 스프링들 - 보다 일반적으로 스프링들로 언급됨 - 에 의해 예하중을 받는다(preloaded). 커넥터 인터페이스가 정합 커넥터에 연결되지 않을 때, 바람직하게는, 탄성 스프링들에 의해 초기 포지션으로 강제된다.
또한, 커넥터 가이드가 외부 하우징에 배열된다면, 센터링 스프링의 힘에 대하여 횡단 평면에서 이동 가능한 것이 바람직하다. 따라서, 커넥터 본체는, 바람직하게는, 외부 하우징에 배열되어 임의의 경사 움직임에 대해서 어떠한 힘도 작용하지 않고, 초기 포지션으로부터 작동 포지션으로 축 방향으로 시프트되자마자 경사질 수 있다.
바람직하게는, 피드-스루는 커넥터 본체 및 내부 커넥터를 기계적으로 연결하는 강체(rigid body)를 갖는다. 대안의 실시예에서, 피드-스루는 커넥터들을 연결하기 위해서 케이블 또는 도파관을 가질 수 있다.
초기 포지션에서, 정합 커넥터와의 접촉 없이, 커넥터 본체가 센터링 수단에 의해 커넥터 가이드에서 기계적으로 센터링된다면, 더 바람직하다. 커넥터 인터페이스가 플러그-인 방향으로 그의 작동 포지션으로 변위될 때, 커넥터 본체는 커넥터 가이드를 경사시키도록 해제된다. 이러한 방식으로, 그의 초기 상태의 커넥터 인터페이스는 완전히 중립 포지션(neutral position)에 있어서, 정합 커넥터가 커플링될 때, 상기 자기 정렬 커넥터의 오정렬 뿐만 아니라 테스트되는 디바이스의 정합 커넥터들의 최종 오정렬들이 조정되어야 한다.
바람직하게는, 센터링 수단은 커넥터 본체, 튜브 슬리브 또는 피드-스루의 외주 및 커넥터 가이드의 내주에 각각 형성되는 협동하는 환형 돌기들(cooperating annular projections)을 포함하고, 커넥터 본체의 변위된 포지션에서 서로 마주하는 상기 돌기들의 에지들은 센터링 수단의 맞물림을 용이하게 하도록 챔퍼링된다(chamfered).
센터링 칼라가 플러그-인 방향의 초기 포지션으로부터 길이 방향 축을 따라 그리고 제 2 축 방향 스프링의 힘에 대해 변위 가능한 커넥터 본체 상에 배열된다면 더 바람직하다. 바람직하게는, 제 2 축 방향 스프링은 제 1 축 방향 스프링 이전에 압축되도록 구성되어, 제 1 축 방향 스프링이 압축되기 이전에 정합 커넥터들이 커플링된다. 따라서, 정합 커넥터가 센터링된 이후에, 센터링 칼라는 커넥터들의 커플 링을 허용하도록 푸시백된다(pushed back).
추가의 발명에 따르면, 제 2 축 방향 스프링이 없을 수 있다. 이 경우에, 센터링 칼라는 커넥터들의 정합을 가능하게 하기에 충분히 짧아야 한다.
대안의 실시예에서, 제 2 축 방향 스프링은 커플링 과정에서 정합 커넥터로부터 센터링 칼라로 전달된 힘이 먼저 커넥터 본체로 전달되도록 구성될 수 있어, 제 2 축 방향 스프링이 제 1 축 방향 스프링의 증가하는 반작용력(counteracting force)으로 압축되기 이전에 경사를 위해 축 방향으로 변위되고 해제되어 정합 커넥터와 커넥터 본체의 커플링을 허용한다.
바람직한 실시예에서, 센터링 칼라는 후퇴 가능하다(retractable). 따라서, 접근할 때 커넥터를 정합 커넥터에 센터링할 수 있다. 가장 바람직하게는, 센터링 칼라는 완전히 후퇴될 수 있어서, 커넥터들이 정합될 때 커넥터들에 센터링력이 없음을 나타낸다. 바람직하게는, 센터링 칼라는 커넥터 인터페이스가 그의 초기 포지션에 있을 때 칼라를 그의 전체 길이로 연장시키기 위해 스프링으로 로딩된다.
횡 방향 평면에서 커넥터 가이드와 함께 커넥터 본체를 이동시키기 위해 필요한 힘을 최소화하기 위해, 커넥터 가이드는 바람직하게는 저 마찰 글라이드 베어링들(glide bearings)에 의해 외부 하우징에 이동 가능하게 배열된다.
제 1 축 방향 스프링 및 제 2 축 방향 스프링은 바람직하게는, 복수 개의 크기들 및 특성들로 이용 가능한 나선형 압축 스프링들로 형성된다.
바람직하게는, 제 1 축 방향 스프링은 제 2 축 방향 스프링보다 더 큰 초기 스프링 힘을 갖는다. 바람직하게는, 제 1 축 방향 스프링은 제 2 축 방향 스프링보다 높은 강성(stiffness)을 갖는다. 이렇게 하여, 커플링 과정에서, 커넥터 본체가 경사 움직임을 위해 해제되기 이전에 제 2 축 방향 스프링이 먼저 수축되어 정합 커넥터가 커넥터 본체의 접점들과 정합하는 것을 허용할 것이다.
다음으로, 본 발명은, 도면들을 참조로 한 실시예의 예들 상에서, 일반적인 발명의 개념의 제한 없이, 예로서 설명될 것이다.
도 1은 초기 상태에서 자기 정렬 커넥터의 반 단면 측면도(half-sectional side view)를 도시한다.
도 2는 스프링들이 편향되고 커넥터 본체가 약간 경사진 상태에서 도 1의 커넥터의 전체 단면 측면도(full-sectional side view)이다.
도 1에서, 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 도시된다. 자기 정렬 커넥터(2)는 피드-스루(4)를 포함하며, 이는 제 1 단부에서, 도면들의 좌측에서, 커넥터 본체(5)를 지탱하고, 이 커넥터 본체는 예를 들어 테스트되는 디바이스의 정합 커넥터(도시되지 않음)에 커플링될 수 있다. 피드-스루는 내부 커넥터(7)에 추가 케이블(도시되지 않음)에 의해 테스트 및 측정 디바이스에 연결될 수 있다. 커넥터 본체(7)는 바람직하게는 피드-스루(4)의 길이 방향 축인 길이 방향 축(22)을 규정한다. 테스트될 디바이스와의 연결을 확립하기 위해, 테스트되는 디바이스의 정합 커넥터는 커넥터 본체 및 정합 커넥터가 정합될 때까지 커넥터 본체(5)를 향한 플러그-인 방향(10)으로 이동된다.
피드-스루(4)는 도 1에 도시된 초기 포지션으로부터 플러그-인 방향(10)으로 제 1 축 방향 스프링(8)의 힘에 대하여 축 방향으로 변위 가능한 커넥터 가이드(6)에 배열된다. 제 1 축 방향 스프링(8)은 커넥터 가이드(6)의 단부 벽(11)과 커넥터 본체(5)에 고정되고 플러그-인 방향(10)에 대하여 연장하는 튜브 슬리브(tube sleeve)(12) 사이에서 압축 스프링으로서 구성된다. 상기 튜브 슬리브(12)의 구조 및 기능은 이하에서 더 설명될 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 그의 초기 위치에 있는 튜브 슬리브(12) 내의 커넥터 본체(5)는 커넥터 가이드(6)의 내주 표면들(18)에 맞닿는 커넥터 본체(5) 또는 튜브 슬리브(12)의 외주 상에 형성되는 제 1 환형 돌기(annular projection)(14)에 의해 센터링된다. 추가의 센터링은 커넥터 가이드(6)의 각각의 내주 표면(20)에 맞닿는 피드-스루(4)에서의 제 2 환형 돌기(16)에 의해 지지될 수 있다. 피드-스루가 금속 튜브와 같은 경질 재료로 이루어지거나 적어도 이러한 경질 재료에 의해 지지된다면, 바람직하다.
커플링 과정에서 커넥터 본체(5)가 정합 커넥터에 의해 플러그-인 방향으로 변위될 때, 제 1 환형 돌기(14) 및 제 2 환형 돌기(16)는 도 2에 도시된 바와 같이 각각의 내주 표면들(18 및 20)과의 맞물림으로부터 빠져나와, 커넥터 본체(4)는 테스트되는 디바이스의 정합 커넥터의 임의의 각도 오정렬을 조정하기 위해 길이 방향 축(22)에 대해 경사질 수 있다. 제 1 축 방향 스프링(8)이 피드-스루(4)에 대해 이격되어 커넥터 본체의 경사 움직임이 영향을 받지 않을 것이라고 언급될 것이다.
커넥터 가이드에 고정되는 튜브 슬리브(12) 상에, 외부 튜브 슬리브(25) 및 플러그-인 방향으로 테이퍼진 원추형 내부 표면(26)을 갖는 센터링 칼라(24)가 플러그-인 방향(10)으로 축 방향으로 도 1에 도시된 초기 포지션으로부터 압축 스프링으로서 설계된 제 2 축 방향 스프링(28)의 힘에 대해서 배열되고 변위가능하다. 도 1에 도시된 초기 포지션은 센터링 칼라에 형성되고 튜브 슬리브(12)의 반경 방향 단부 벽(34)에 대해서 맞닿는 내부 림(30)에 의해 규정된다. 제 2 축 방향 스프링(28)은, 바람직하게는, 튜브 슬리브(12)의 단부 벽(34)과 센터링 칼라(24)의 개방 단부에 로케이팅되는 삽입편(insert piece)(36) 사이에 있으며, 삽입편(36)은 바람직하게는, 센터링 칼라(24)의 원추형 입구뿐만 아니라 제 2 축 방향 스프링(28)이 센터링되는 플러그-인 방향으로 연장하는 내부 튜브 슬리브(38)를 형성한다.
커넥터 가이드(6)는 길이 방향 축(22)을 횡단하는 평면에서 센터링 스프링(40)의 힘에 대해서 움직일 수 있는 외부 하우징(42)에 배열되어, 정합 커넥터의 방사상 오정렬들을 보상한다. 커넥터 가이드의 횡방향 움직임에 필요한 힘을 최소화하기 위해, 커넥터 가이드(6)는 저 마찰 슬라이드 베어링(44)에 의해 외부 하우징(42)에 장착된다.
자기 정렬 커넥터의 기능은 다음과 같다: 자기 정렬 커넥터의 커넥터 본체에 오정렬되는 정합 커넥터가 커플링된다면, 정합 커넥터는 커넥터들을 정렬하는데 도움이되는 센터링 칼라(24)를 먼저 만난다. 제 2 축 방향 스프링(28)의 초기 스프링력이 제 1 축 방향 스프링(8)의 초기 스프링력보다 작으므로, 센터링 칼라가 플러그-인 방향으로 변위된다. 정합 커넥터가 자기 정렬 커넥터의 커넥터 본체에 더 접근될 때, 튜브 슬리브(12) 및 커넥터 본체(4)는 제 1 축 방향 스프링(8)의 힘에 대해서 변위될 것이고, 이로써 제 1 및 제 2 돌기들(14, 16)은 각각의 내부 표면들(18, 20)과 맞물림 해제되어, 커넥터 본체(4)를 정합 커넥터의 최종 배향 오정렬로 경사 및 정렬시키는 것을 허용한다. 이와 동시에, 커넥터 가이드(6)는 임의의 방경방향 오정렬을 보상하는 것을 허용하는 횡단 평면에서 자유롭게 움직인다.
정합 커넥터가 플러그-인 방향으로 더 이동함에 따라, 제 1 축 방향 스프링(8)은 제 2 축 방향 스프링(28)의 초기 스프링력보다 크거나 같은 스프링력에 도달하거나, 커넥터 본체(5)의 추가 이동이 차단되어, 센터링 칼라(24)가 플러그-인 방향으로 변위되어, 정합 커넥터와 커넥터 본체의 커플링 또는 정합을 허용할 것이다.
도 2는 외부 하우징(42)의 축(46)에 대해 반경 방향으로 변위되고 경사진 커넥터 본체(5)의 길이 방향 축(22)을 도시한다.
2 자기 정렬 커넥터
4 피드-스루(feed-through)
5 커넥터 본체
6 커넥터 가이드
7 내부 커넥터
8 제 1 축 방향 스프링
10 플러그-인(plug-in) 방향
11 단부 벽
12 튜브 슬리브(tube sleeve)
14 제 1 고리형 돌기(annular projection)
16 제 2 고리형 돌기
18 둘레 표면
20 둘레 표면
22 길이 방향 축
24 센터링 칼라(centering collar)
25 외부 튜브 슬리브(tube sleeve)
26 원추형 내부 표면
28 제 2 축 방향 스프링
30 내부 림(inner rim)
34 단부 벽
36 삽입편(insert piece)
38 내부 튜브 슬리브
40 센터링 스프링(centering spring)
42 외부 하우징
44 저 마찰 베어링
46 외부 하우징의 축

Claims (8)

  1. 자기 정렬 커넥터 인터페이스(connector interface)(2)로서,
    커넥터 본체(5) 및 내부 커넥터(7)를 갖는 전기 피드-트로프(electrical feed-trough)(4) ― 상기 커넥터 본체는 길이 방향 축(22)을 규정함 ―; 및
    센터링 칼라(centering collar)(24)를 포함하는, 자기 정렬 커넥터 인터페이스에 있어서,
    상기 커넥터 인터페이스는 커넥터 가이드(6), 외부 하우징(42)을 더 포함하고,
    상기 센터링 칼라(24)는 제 2 축 방향 스프링(28)에 의해 스프링 로딩되고 상기 커넥터 본체(5)에 대해 후퇴 가능하며, 상기 커넥터 본체(5)는 제 1 축 방향 스프링(8)에 의해 스프링 로딩되고 상기 커넥터 가이드(6)에 대해 후퇴 가능하며, 상기 커넥터 가이드(6)는 상기 외부 하우징(42)에 배열되고 상기 길이 방향 축을 횡단하는 평면에서 센터링 스프링(40)의 힘에 대해서 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는,
    자기 정렬 커넥터 인터페이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 축 방향 스프링(8)은 상기 제 2 축 방향 스프링(28)보다 높은 강성을 갖는 것을 특징으로 하는,
    자기 정렬 커넥터 인터페이스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    정합 커넥터와의 접촉 없이 초기 포지션에서, 상기 커넥터 본체(5)는 상기 커넥터 가이드(6)에서 기계적으로 센터링되고, 상기 커넥터 가이드(6)에 대한 상기 커넥터 본체(5)의 경사(tilt)는 차단되는 것을 특징으로 하는,
    자기 정렬 커넥터 인터페이스.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커넥터 가이드(6)에서 상기 커넥터 본체(5)의 센터링을 위한 수단은, 상기 커넥터 본체(5), 상기 튜브 슬리브(12) 또는 상기 피드-스루(4)의 외주 및 상기 커넥터 가이드(6)의 내주에 형성되는 협동하는 환형 돌기들(cooperating annular projections)(14, 16)을 포함하고, 상기 커넥터 본체(5)의 상기 변위된 포지션에서 서로 마주하는 상기 돌기들의 에지들은 상기 센터링 수단의 맞물림을 용이하게 하도록 챔퍼링되는(chamfered) 것을 특징으로 하는,
    자기 정렬 커넥터 인터페이스.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커넥터 본체에 연결되는 정합 커넥터로부터 플러그-인(plug-in) 방향(10)에 대해서 지향되는 튜브 슬리브(12)가 상기 커넥터 본체(4)에 형성되고, 상기 센터링 칼라(24)에서, 상기 플러그-인 방향으로 지향되고 상기 튜브 슬리브(12) 상에서 글라이딩하는(gliding) 외부 튜브 슬리브(25)가 형성되고, 그리고 상기 튜브 슬리브(12)의 반경 방향 내측방으로 배열되고 상기 플러그-인 방향으로 지향되는 내부 튜브 소켓(38)이 형성되며, 상기 제 2 축 방향 스프링(28)은 상기 튜브 슬리브(12)와 상기 내부 튜브 슬리브(38) 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는,
    자기 정렬 커넥터 인터페이스.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 플러그-인 방향에 대한 상기 외부 튜브 슬리브(25)의 리딩 단부에서, 상기 튜브 슬리브(12)의 단부 벽(34)과 협동하는 정지 수단(30)이 센터링 칼라(24)의 초기 포지션을 규정하도록 형성되는 것을 특징으로 하는,
    자기 정렬 커넥터 인터페이스.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커넥터 가이드(6)는 저 마찰 글라이드 베어링들(44)에 의해 상기 외부 하우징(42)에 이동 가능하게 배열되는 것을 특징으로 하는,
    자기 정렬 커넥터 인터페이스.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 축 방향 스프링(8) 및 상기 제 2 축 방향 스프링(28)은 나선형 압축 스프링들로서 형성되는 것을 특징으로 하는,
    자기 정렬 커넥터 인터페이스.
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