专利名称：杆作用机械辅助连接器的制作方法
技术领域：
一般而言，本发明涉及电连接器组件。更具体地说，本发明涉及一种带有枢转的杆臂机构的电连接器组件，其利用减小的配合力使该连接器保险地配合和不配合，同时可防止连接器在无意之中松开和在配合期间对不准。
背景技术：
用于机动车和其他应用的电连接器组件经常使用很多的端子并且要求很大的配合力以确保插头和插座之间可靠连接。为适当地连接这种连接器，必须克服来自各端子和这些本体(housing)的很大的摩擦力。同样，为了适当地在为它们建立的环境中起作用，必须固定插头和插座以保证电连接不断开而不造成电路开路。
传统的电连接器使用包括螺钉、弹簧、棘爪、扣钩、卡销机构以及其它装置的闭锁设备帮助保护电连接器并防止偶然脱开。然而，许多这样的闭锁装置很不实用，而且常常物理上延伸超出电连接器插件的主要几何边界之外。以前的连接器的大的几何尺寸限制了它们在有限空间内的使用。
以前的杆辅助机构也使用了在连接器组件的一半上的转动凸轮和在该组件的另一半上的销或者凸轮随动件。凸轮轴的轮廓到转动中心点距离的改变，由转动凸轮将所述连接器两半部分一起拉动，使所述销与凸轮槽的周边随动。利用从杆到中心转动点的距离长于从凸轮槽中销上的接触点到转动中心的距离来实现机械增益。
沿相对于转动点的径向方向在销上施加有切向力而且要求绕凸轮转动中心点的行进路程长。传统的凸轮和凸轮随动件连接器组件常常要求至少转动九十度，以使两半部分连接器完全配合或不配合。
虽然以前已使用了这种保险的电连接器的方法，但若在连接器没有适当对准之前施加配合力、或当施加配合力时连接器没对准、或当连接器闭锁机构没有适当固定时将出现一些问题。这可能由连接器初始对准不当以及由于施加摇动的或不一致的力导致闭锁机构歪扭或其他不当闭合的未对准而引起。另外，可能因施压角度难于控制而导致机械增益下降。同样，因为需要将行程容纳在凸轮槽的周边之内和经常要求较大的角位移以使连接器组件配合和不配合，传统的凸轮机构往往过大且过于笨重。并且，在常规的凸轮辅助连接器组件中，因为销的直径被包括于一种矩臂运动(例如，配合)中，而不包括于另一运动(例如，不配合)中，连接器配合和不配合的配合力是不相等的。以前为克服这些挑战的一些尝试都不能同时适当地考虑所有的方面。也就是说，缺少一种合适的闭锁机构，这种机构可被用于使用较大的配合力并利用较小的角位移量保险地紧固和脱开电连接器组件，同时可在被限制于凸轮周边内的机械辅助机构的行程中防止组件无意地分开。
以前没有一种电连接器杆锁组件可使用要求适当结合多端插头和插座结构的大的配合力同时可充分防止杆锁连接器的不经意地脱开、而且还能提供一种利用盖壳(cover housing)的几何投影之内的机械行程进行操作以促使电连接器组件的两半部分适当连接而提供配合和闭锁所述连接器组件的有效和可靠的装置的杆锁机构。
所需要的是一种新型电连接器杆锁组件，该组件在配合的过程中可适当地施加大的配合力，同时提供紧凑的杆臂壳并减小所述臂必须位移的角距。
发明内容
本发明涉及一种用于借助于使用杆臂机构和凸轮系统使需结合的导电性元件之间建立和保证电接触的电连接器组件和方法，以便转动杆臂时以减小的配合力使连接器保险地配合和不配合。本发明提供一种带有凸轮槽的杆臂连接器，以便与相应的底脚插座(base housing)的凸轮随动件突起(凸销)啮合。根据行程杆臂与凸轮随动件突起(凸销)在凸轮槽内啮合，并且凸轮随动件突起(凸销)通过凸轮槽的转动中心点运动。本发明也提供将杆臂连接器保险地准备在预锁位置的杆锁机构。然后，该杆锁机构通过底脚插座自动地偏转到能自由转动。一旦杆臂被充分转动并且连接器两半部分完全配合，连接器锁机构牢固连接。
本发明提供一种用于电连接器组件的简单而强有力的杆锁以保险而放心地使电插头和插座结构结合，从而确保电气连接并完成电路。杆锁机构提供保证电路完整的保险而可检验的装置。
当所述引端数量增加并且相应的需要的配合力同样增加时，保险而可靠地连接多端电连接器的任务存在困难的挑战。需要用大的力时，插头和插座结构的对准误差可能导致各引端的应力过高，结果造成导体破裂或绝缘体损坏，以及被推引端不能与相应的接受部分配合和结合。类似地，若不采用可确保连接器和插座充分而适当配合的装置可能导致电连接器的性能不一致和不稳定。而这些弊病将导致出现故障或断续连接，而一旦对这种产品进行组装，由于需要进行大量发现并修理故障的工作以检测出现故障的组件，因而大大提高了产品的成本。
以前的连接器组件没有使用用于连接器的杆臂机械辅助组件，其中凸轮随动件(凸销) 的运动路径直接对准转动凸轮的中心，并且沿转动的角度方向将切向力直接施加于凸销上。本发明的组件可使行程延伸到凸轮槽轮廓之外。因为行程是转动角度和销与轴之间距离的函数，所述凸轮比在以前的连接器组件中的凸轮更紧凑。此外，利用本发明的组件，由于其直接与凸轮的位置有关可对压力角度进行控制。
本发明的杆型电连接器组件比传统的凸轮系统所需的角位移减少了近一半。通过采用本发明的被改进的设计，轴的角位移可减少到四十五到六十度。利用这种配置可减少角位移距离θ，因而在每半个连接器后方处的导线和连接器的干扰更小。另外，配合力和不配合力将基本相同。
本发明借助于杆臂组件和凸轮系统可消除对准误差同时减小所需的配合力并可提供紧凑插件，通过该插件实现必要的行程，以便在插头和插座结构之间建立密切的电连接的机械辅助部分。本发明使用新颖的凸轮杆机构，这可使插座和连接器结构之间保险而稳定连接，可防止已结合的连接器组件不经意地脱开。
本发明的方法可使使用者安全而可靠地配合并闭锁具有很多引端和大配合力的连接器和插座，同时可避免对准误差，消除断续连接，并且改进整体产品的可靠性。
利用杆臂连接器实现本发明的方法，该杆臂连接器包括壳；枢转地安装在壳上的带有凸轮槽的杆臂；杆锁；及包括凸销的底脚插座，其中在杆锁由底脚插座偏转之后通过凸轮槽使凸销啮合。借助于使杆臂从开启位置转动到关闭位置，凸轮槽与凸销啮合，借此将杆臂连接器拉进底脚插座到达连接位置。可听见的喀哒声、触觉的反馈、或其他感官征兆指示使得使用者了解已完成连接。
虽然附图中给出了具体尺寸以详细表述本发明的示例性实施方式，但本领域技术人员应了解亦可使用其他尺寸来获得类似的令人满意的结果。
通过下面结合附图对本发明实施方式的描述，本发明的上述和其他特点及它们的获得方式将更加清楚，而且还可更深入地理解发明本身。附图中图1A是本发明的杆臂连接器的前透视图，其示出了杆臂连接器的定位结构；图1B是本发明的杆臂连接器的后透视图，其示出了规定的导线通向杆臂连接器后部的路径；图2是本发明的连接器组件的侧视图，其示出了杆臂连接器和底脚插座；。
图3A是本发明的连接器组件的侧视图，其图示说明了表示刚好在初始啮合之前凸销和凸轮槽之间的被设计的相互作用的预锁位置；图3B是本发明的连接器组件刚好在初始啮合之后杆锁被偏转时的侧视图，其图示说明了凸销和凸轮槽之间的被设计的相互作用；图4是本发明的连接器组件的侧视图，其图示说明了连接器组件在完全啮合和被锁的位置；图5是本发明的连接器组件的侧视图，其图示说明了进行连接时杆臂的施加力、底脚插座和杆臂连接器之间的配合力、凸销上的反作用力、及端子到端子的配合力。
图6是本发明的连接器组件的侧视图，其图示说明了应用所述杆臂连接器和底脚插座的几何结构时所施加的力、反作用力、及连接器配合力；图7是本发明的杆臂细节的侧视图，其图示说明了作为杆臂枢转轴和凸销之间的距离与杆臂的角位移距离的函数的行程的关系。
具体实施例方式
本发明涉及一种用于在导电性元件之间建立和维持电接触的电连接器组件和方法。转动杆臂时，借助于使用杆作用机械辅助机构和凸轮系统使导电性元件结合，以便利用被减小的配合力使所述连接器保险地配合和不配合。本发明还提供一种杆锁机构以将准备进行配合的两半部分连接器组件预锁，而使这些导电性元件适当对准，以防止这些导电性元件不经意地脱开。
本发明提供一种用于电连接器组件的杆作用机械辅助机构，以便保险而放心地使电气插头和插座构件结合，从而确保电气连接并完成电路。杆臂机械辅助部分设有保证电路完整的保险而可检验的装置。类似地，本发明的杆锁设有可选择地保持开启的棘爪结构，以便安全而保险地将连接器保持在预锁位置，以进一步为导电性元件的配合作准备。
当引端的数量增加并且相应的所需的配合力同样增大时，对保险而可靠地结合多端电连接器的任务提出了困难的挑战。由于所需的力很大，插头和插座结构的对准误差在各引端上可能导致极高的应力，结果造成导体破裂或绝缘体损坏，以及使被推的引端不能与相应的接受部分配合和结合。同样，若不采用可确保连接器和插座完全而合适地配合的装置可能导致电连接器的性能不一致和不稳定。这些弊病将导致出现故障或间断续连接，而一旦对这种产品进行组装，由于需要进行大量发现并修理故障的工作以检测出现故障的组件，因而大大提高了产品的成本。
本发明采用了借助于使用凸轮设计将连接器组件的导电元件之一上的凸销拽入相应的导电元件中的杆臂机械辅助部分。利用本发明的杆臂机械辅助设备，使凸销的运动路径直接对准凸轮的转动中心，并且沿转动的角度方向将切向力直接施加于凸销上。
利用本发明的设计，因为需要的行程没有受到凸轮轮廓的限制，可使凸轮紧凑。行程是转动角度和凸轮随动件销与杆轴之间距离的函数。另外，本发明可对直接与凸轮的位置相关的压力角进行控制。而且，可将要求的角位移距离大大减小到基本为45到60度。如图IA和IB所示，由于角位移路径缩短，杆对伸出连接器组件之外的导线190不产生影响。另外，由于杆臂向上朝连接器锁111转动，本发明可节省组件空间，同样也节省了插件空间。通过沿与杆臂连接器101相同的运动方向使杆臂103朝连接器锁111运动，沿相同方向传递配合力，借此可使配合力降低。
图2图示说明了处于完全未配合状态的连接器组件100。应该了解的是，在以下的附图中连接器组件100的杆臂连接器101包括本发明的杆臂103的机械辅助机构，但可以在杆臂连接器101和底脚插座的102之间颠倒分开的插头和插座构件，而不会改变本发明的连接器组件100的整体结构。为了简明和方便起见，将参考如图2所示的杆臂连接器101和底脚插座102构件。
图2示出了杆臂连接器101和底脚插座102。在底脚插座102中，电接触点194形成在底脚插座102的前后方向，如方向线z-z′所表示的那样。电接触点194在底脚插座的高度方向上互相平行地形成几行，如方向线h-h′所表示的那样，并且在底脚插座的宽度方向上形成几列(未示出)。电端子192形成于每一电接触点194的相对侧。可选择的是，完全组装连接器组件100时，杆臂连接器101和底脚插座102也可以衬以柔软的不渗透的材料，以防止液体和蒸汽触及接触点194。
在杆臂连接器101中，腔室191被形成互易形式(reciprocal fashion)，以容纳这类被用于底脚插座102中的电接触点194。可用很多方式中的任一种制成电接触点194，这些方式包括(但不限于)薄片端子(blade terminals)、针开端子、端子排、边缘连接器等，只要杆臂连接器101上的腔室191和底脚插座102上的电接触点194形成结合成完整电路的物理结合点的两半部分即可。可将腔室191安排成如图1A所示的平行的行和列，或者以任何方式在底脚插座102上容纳电接触点194的结合部分。
回到图2，底脚插座102还包括凸销104。同样，在底脚插座102的相对侧上设有相应的凸销(未示出)，因此在底脚插座102上有一对凸销。底脚插座102还包括在底脚插座102的外侧部分上沿z-z′方向延伸的杆锁偏转器106。杆锁偏转器106用于通过使杆锁105偏转离开杆锁棘爪121而将杆锁105从啮合位置(即与杆锁棘爪121啮合)运动到转动位置，借此使杆臂103转动并通过凸轮槽107与凸销104啮合。
杆臂连接器101形成连接器组件100的相应侧(reciprocal side)并用于与底脚插座102联合。杆臂101包括由绝缘材料制成的壳109和杆臂103。连接器锁111被形成为杆臂连接器壳109的一部分并可用于使杆臂103处于完全被锁的位置。杆臂103包括杆锁105，通过该杆锁，可将杆臂103保持于预锁位置以与底脚插座102配合。杆臂103枢转地安装在连接器壳109的杆臂枢转轴117上。杆臂103还包括凸轮槽107，由该凸轮槽啮合底脚插座102的凸销104。凸轮槽107包括偏心的接受部分113，该部分在杆臂103的边缘向外略渐缩，以有利于当杆臂连接器101和底脚插座102配合时接纳凸销104。
杆锁105从杆臂103延伸并被连接到杆臂103的至少一端。例如，如图2所示，杆锁105可被形成为杆臂103的突出部。当杆臂105由杆锁偏转器106偏转时，杆锁105的结构能作出弹性响应。杆锁105基本与杆臂103的杆臂横梁119相对，使得杆臂横梁119沿h-h′方向向上朝连接器锁111升高，杆锁105沿h-h′方向向下运动离开连接器锁111。在图2中图示说明的预锁位置，示出了与杆锁棘爪121啮合的杆锁105。这种啮合的重要性将在图3A和3B中进一步讨论。
还如同在图1A和图2中被图示说明的那样，例如，杆臂连接器101也可包括一或多个如键或狭槽之类的杆臂定向结构115，用于几何地辨别杆臂连接器101的方位。同样，底脚插座102可包括相应地用于几何辨别底脚插座102方位的相应的底脚插座定向结构116。通过使杆臂定向结构115与底脚插座定向结构116配合，可在杆臂连接器101和底脚插座102之间建立准确和可靠的连接。
图2图示说明在完全开启状态的连接器组件100，其中杆臂连接器101和底脚插座102是分开的且即将结合。图2示出了在预锁位置的杆臂连接器101，在该位置杆锁105与杆锁棘爪121啮合。在此状态中，杆臂横梁119被定位于导线190上方，使得杆臂连接器101与底脚插座102完全配合所需的角位移距离大致为45到60度。
在图3A和图3B中进一步图示说明了连接器组件100的初始操作。图3A图示说明了在预锁位置的连接器组件100，其示出了就在初始啮合之前在凸销104和凸轮槽107的偏心接受部分113之间被设计的相互作用。如在图3A上进一步示出的那样，杆臂103的凸轮槽107具有被形成为用于接受底脚插座102的凸销104的偏心接受部分113。相应的第二凸轮槽(未示出)被形成于杆臂103的相对侧上，而相应的凸销(未示出)被形成于底脚插座102的相对侧上。正由于这两个凸销对于底脚插座102宽度的中心彼此为镜象，所述两个凸轮槽相对于杆臂103宽度的中心为镜象。
杆臂横梁119沿h-h′方向被升高并且被带进如图3A所示的位置，借此使杆锁105与杆锁棘爪121啮合。可选择地形成在壳109中的保持开启棘爪123在壳109上可进一步保证杆臂连接器101处于预锁位置。若杆臂连接器101被插入底脚插座102中到达此预锁位置，凸销104在凸轮槽107的接受位置113处被朝着杆臂103向上推动。当凸销104越过凸轮槽107的偏心接受部分113的边缘时，凸销104卡入预锁位置(图3B中清楚示出)，而到达由杆锁105和杆锁棘爪121提供的保持力所强加的临时物理限制。
如在图3B进一步示出的那样，当使用者继续将杆臂连接器101插入底脚插座102超过预锁位置时，杆锁偏转器106与杆锁105啮合并使杆锁105从被锁位置(即用杆锁棘爪121锁定的位置)运动到自由转动位置，在该位置，由于杆锁105现在被偏转离开杆锁棘爪121，可使杆臂103自由转动。紧接着杆锁105被偏转后，电接触点194的位置为这些触点还没有与杆臂连接器101的腔室191接触。同样，在凸轮槽107与凸销104的进一步啮合完成之前，凸销104一直被保留在预锁位置。如上所示，在镜象的凸销和凸轮槽对上也发生类似的啮合动作。当杆臂横梁119被朝着连接器锁111向上转动时，凸销104由凸轮槽107进一步啮合，并且杆臂连接器101和底脚插座102一起被拉到被配合的位置。杆臂横梁119被向上转动，初始的转动力还用于克服壳109和杆臂103之间由可选择的保持开启棘爪123提供的保持力。
如图4所示出的那样，当杆臂横梁119沿h-h′方向运动并到达它朝连接器锁111行进的满标度时，连接器锁111与杆臂横梁119啮合。同样，若杆臂横梁119沿h-h ′方向运动，杆臂103绕杆臂枢转轴117转动，导致凸轮槽107进一步与凸销104啮合，并且在凸销104上施加具有如图5所示的基本沿z-z′方向的连接配合力分量Fm的压力。枢转轴117被置于杆臂连接器101上的中心，借此在连接器组件100的中心传递杆臂连接器101的配合力。
图5中还示出了沿运动弧线a-a′施加的用于转动杆臂横梁119的力Fa。如上所述，通过使杆臂103沿与杆臂连接器101的行进相同的方向朝连接器锁111运动(即杆臂103和杆臂连接器101两者朝底脚插座102运动)，施加的力Fa在相同运动方向有效地传递配合力，从而产生较低的总配合力。
返回到图4，通过在凸销上的凸轮槽107施加在凸销104的凸轮动作压力，当杆臂横梁119朝着连接器锁111转动时，引起杆臂连接器101沿z-z′方向线性运动并且杆臂连接器101被拉入底脚插座102，直到杆臂横梁119遇到机械制动、例如图4所示的连接器锁111为止。杆臂横梁119遇到这种对应于杆臂横梁119的角运动的满标度的端点的机械制动。杆臂横梁119和连接器锁111汇合以形成用于引到杆臂连接器101中引向腔室191的导线190的保护罩。此时，杆臂横梁119位于它的相应于沿弧线a-a′行进的端点的完全闭合位置，并且杆臂连接器101处于沿z′-z方向线性行进的端点。
如果操作者要求连接器组件不配合，该过程与压下连接器锁111的情况相反，杆臂横梁119沿弧线a′-a以相反方向朝它的初始位置转动。接着，杆臂103的这种转动驱使凸轮槽107抵靠凸销104并迫使杆臂连接器101沿z-z′以相反方向线性运动离开底脚插座102。同时，当杆臂横梁119进一步转动时，这种转动和线性运动使杆臂连接器101从底脚插座102抽出，借此使电接触点194与腔室191不连接，进而断开电连接。当杆臂横梁119被转回到它的开始位置时，凸轮槽107已驱动凸销104回到它的初始位置。这时，杆臂103再次位于它的预锁位置，并且凸轮槽107和凸销104返回到它们行进的初始位置。
如图6所示，本发明可对压力角α进行控制以提高机械利益，同时利用小的角位移距离a-a′以使连接器配合和不配合。因为距离r1保持相同而与杆臂103转动行进的方向无关，配合力和不配合力基本相同。因为如图6和图7所示的那样，所需的行程不必容纳在凸轮的周边之内，凸轮机构可以呈流线型。另外，通过控制压力角α，可控制凸销104和底脚插座102的下缘之间的距离d并使之最小，结果可减小凸销104上的反作用力，并导致在底脚插座102的下缘和安装底脚插座102的印刷线路板上获得减小的反作用力矩。
图7进一步图示说明了行程L是距离r1和角位移距离θ的函数。如参考图6所讨论的那样，距离r1和距离r2基本上相同，因而产生基本相同的配合力和不配合力。因为将角位移距离θ减小到大致为45到60度，行程L没有被限制在凸轮槽107的周边并且可大于凸轮槽轮廓的距离d2。
除上面所描述的示例性实施方式之外，另外的特点包括对凸轮槽形成基本弯曲和/或偏置的起始入口(偏心接受)部分，以有助于凸销与凸轮槽的初始啮合。基本弯曲的配置和/或偏置的配置可进一步减小在预锁位置处的压力角α。此外，在其他一些实施方式中，通过采用与凸销啮合的不对称的凸轮槽，凸销的运动路径可以是非线性的。通过改变凸销和凸轮槽啮合的几何形态可减小压力角，可减小所施加的力，并且根据具体应用，还可减小杆臂上的反作用力。
本发明的方法可使使用者保险而可靠地配合和锁住具有很多的引端和大的配合力的连接器和插座，同时可防止对准误差，消除断续连接，并且可改进整体产品的可靠性。
虽然结合一些示例性实施方式对本发明进行了描述和实施，但是本发明不受以上所述的限制，而可以作出各种改型和等同变换，显然，这些改型和等同变换亦应落入所附权利要求请求保护的范围内。
权利要求
1.减小连接器配合力和对准误差的杆型电连接器，该连接器包括包括凸销的底脚插座；及与所述底脚插座配合的杆臂连接器，该杆臂连接器包括带有与所述底脚插座的凸销啮合的凸轮槽的杆臂，其中，所述杆臂在行程中与所述凸轮槽中的所述凸销啮合，并且所述凸销通过所述凸轮槽的转动中心点运动。
2.如权利要求1所述的杆型电连接器，其中，所述凸销的运动路程直接对准所述转动中心点从而将所述行程延伸到所述凸轮槽轮廓之外。
3.如权利要求1所述的杆型电连接器，其中，所述杆臂具有的角位移范围小于60度。
4.如权利要求1所述的杆型电连接器，其中，所述杆臂连接器还包括将所述杆臂连接器保持在预锁位置的杆锁。
5.如权利要求4所述的杆类型电连接器，其中，所述底脚插座还包括杆锁偏转器以偏转所述杆臂锁使所述杆臂连接器转动并进一步使所述凸轮槽与所述凸销啮合，将所述杆型电连接器拉到被配合的位置。
6.如权利要求5所述的杆型电连接器，其中，所述杆锁被形成为所述杆臂的突出部分，以当所述杆锁偏转器偏转所述杆锁时提供弹性响应。
7.如权利要求1所述的杆型电连接器，其中，所述杆臂连接器还包括保持开启的棘爪。
8.如权利要求2所述的杆型电连接器，其中，所述行程的距离大于所述凸轮槽轮廓的距离。
9.如权利要求2所述的杆型电连接器，其中，所述配合力和不配合力基本相同。
10.如权利要求1所述的杆型电连接器，其中，所述凸轮槽包括偏心接受部分。
11.如权利要求1所述的杆型电连接器，其中，所述杆臂连接器还包括定向结构。
12.如权利要求1所述的杆类型电连接器，其中，所述底脚插座还包括底脚插座定向结构。
13.如权利要求3所述的杆型电连接器，其中，所述杆臂的角位移与所述杆臂连接器的线性运动的方向相同。
14.如权利要求13所述的杆型电连接器，其中，所述杆锁连接器还包括连接器锁，该连接器锁与所述杆臂在杆臂的角位移端点啮合，借此当所述杆臂连接器和所述底脚插座配合时保证所述杆臂处于所述连接器锁中。
全文摘要
一种杆型电连接器组件采用枢转的杆臂以有利于在连接器的两半部分之间使用减小的连接配合力将所述两半部分保险地配合和不配合。所述组件使用具有凸销的插座和带有相应的凸轮槽的连接器。所述连接器包括引导必要的配合力的杆臂。在行程中杆臂与凸销啮合于凸轮槽中，并且凸销通过凸轮槽的转动中心点运动。本发明还提供一种杆锁机构以保险地将杆臂连接器准备于预锁位置。然后杆锁机构自动地被底脚插座偏转到能自由转动。一旦杆臂充分转动，并且连接器的两半部分完全配合，连接器锁机构保证所述连接。
文档编号H01R13/62GK101023564SQ200580027633
公开日2007年8月22日 申请日期2005年8月15日 优先权日2004年8月13日
发明者克里斯托弗·狄龙, 陈平 申请人:Jst公司