摩擦焊接型同轴连接器和互连方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电缆连接器。更具体地，本发明涉及一种可通过摩擦焊接互连的同轴 电缆连接器。
【背景技术】
[0002] 同轴电缆连接器用于（例如）需要高精度和高可靠性水平的通信系统。
[0003] 为了在电缆和连接器之间产生牢固的机械互连和最优的电气互连，期望的是在同 轴电缆外导体的前缘和连接器主体之间具有大致均匀的周向接触。外导体的扩口端可通 过联接体夹持在连接器主体的环形楔状表面上。这种技术的代表是共同拥有的在2004年 9月21日授予Buenz的美国专利No. 6793529。尽管这种类型的连接器典型地是可拆卸的 /可重复使用的，其制造和安装却被所需的多个分离的内部元件、互连螺纹和相关的环境密 封件复杂化。
[0004] 在本技术领域也已知构造成通过焊料和/或粘合剂进行永久互连的连接器。这种 技术的代表是共同拥有的在1998年9月8日授予Bufanda等人的美国专利No. 5802710。 然而，焊料互连和/或粘合剂互连难以以高水平的质量控制应用，从而例如当长时间暴露 于振动和/或腐蚀环境时导致互连不足以令人满意。
[0005] 同轴电缆连接器市场中的竞争已经将注意力集中在提高电缆与连接器互连的电 气性能和长期可靠性上。此外，降低总成本（包括材料、培训和安装成本）是商业上成功的 一个重要因素。
[0006] 因此，本发明的目的是提供克服现有技术缺陷的同轴连接器和互连方法。
【附图说明】
[0007] 结合在本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，其 中，所述附图中的相同的附图标记指代相同的特征或元件，并且不针对含有相同特征的每 一个附图进行描述，下文给出的实施例的详细描述连同上文给出的本发明的一般描述均用 于解释本发明的原理。
[0008] 图1为安装在同轴电缆上的同轴连接器的一个示例性实施例的示意性外部等轴 测图，其中，联接螺母沿着电缆与连接器间隔开，用于连接器和电缆互连。
[0009] 图2为安装在同轴电缆上的图1的同轴连接器示意性等轴测图，其中联接螺母承 坐在同轴连接器上。
[0010] 图3为图1的同轴连接器的示意性等轴测图。
[0011] 图4为图2的示意性剖视侧视图。
[0012] 图5为图4的区域A的放大视图。
[0013] 图6为图1的连接器和电缆的示意性分解局部剖切等轴测图。
[0014] 图7为图5的连接器主体的示意性局部剖切等轴测图。
[0015] 图8为替代连接器主体的示意性等轴测图，其中在连接器主体的法兰上具有切
[0016] 图9为替代连接器主体的示意性等轴测图，其中在连接器主体外径上具有纵向刻 痕。
[0017] 图10为图5的外主体的示意性剖切等轴测图。
[0018] 图11为图4的区域B的放大视图。
[0019]图12为替代外主体的示意性剖视侧视图，其中在电缆端的内径上具有波纹。
[0020] 图13为替代外主体的示意性剖视侧视图，其中在电缆端的内径上具有阶梯型表 面。
[0021]图14为具有内导体端盖的同轴连接器实施例的示意性剖视侧视图。
[0022] 图15为具有最小延伸凸肩的替代同轴连接器实施例的示意性剖视侧视图。
[0023] 图16为图15的区域B的放大视图。
[0024] 图17为具有摩擦焊接支撑件的替代同轴连接器实施例的示意性分解视图。
[0025] 图18为图17的替代同轴连接器的示意性局部剖切等轴测图，其中同轴电缆放置 在腔体中，准备用于插入摩擦焊接支撑件。
[0026]图19为图17的替代同轴连接器的示意性局部剖切等轴测图，其中摩擦焊接支撑 件承坐在腔体中，准备开始摩擦焊接旋转。
[0027] 图20为图19的示意性侧视图。
[0028] 图21为图20的区域A的放大视图。
【具体实施方式】
[0029] 铝已经作为铜的成本有效的替代物应用于同轴电缆内的导体。然而，在暴露于空 气中的铝表面上很快形成氧化铝表面覆层。这些氧化铝表面覆层可以使传统的机械互连、 焊料互连、和/或导电粘合剂互连降级。
[0030] 本发明的发明人已经认识到增加具有铝和/或铝合金制成的固体外导体的同轴 电缆的接收性（acceptance)使得配置用于在外导体和连接器主体之间通过摩擦焊接形成 互连的连接器也可成本有效地提供，例如，利用铝和/或铝合金形成外导体和连接器主体。
[0031] 图1至图4中显示了可摩擦焊接的同轴连接器2的一个示例性实施例。如在图4 中最佳显示的那样，整体式连接器主体4设置有腔体6,设计腔体6的尺寸以便在其中容纳 同轴电缆9的外导体8。朝着连接器主体4的电缆端12倾斜的向内突出的凸肩10形成了 向电缆端12敞开的环形摩擦沟槽14。如在图5中最佳显示的那样，设计摩擦沟槽14的尺 寸以便在其中容纳外导体8的前缘，当外导体8最初承坐在摩擦沟槽14中时，外导体8的 厚度阻止外导体8最初到达摩擦沟槽14的底部，从而在外导体8的前缘和摩擦沟槽14的 底部之间形成环形的材料室16。
[0032] 本领域的技术人员将理解，在这里应用连接器端18和电缆端12作为连接器以及 在这里描述的连接器的分离元件的各个端部的标识符，以便根据它们在连接器端18和电 缆端12之间沿着连接器纵向轴线的排列来识别连接器以及连接器的分离元件以及它们各 自的互连表面。
[0033] 腔体侧壁20的直径尺寸可设计成在摩擦沟槽14附近产生摩擦部分22。摩擦部 分22在外导体8的外径和腔体侧壁20之间产生额外的过盈配合，以在摩擦焊接期间增大 摩擦。
[0034] 在通过摩擦焊接（也被称为旋转焊接）进行互连之前，可通过切割电缆9使得内 导体24从外导体8伸出来制备电缆端12 (如在图6中最佳显示的那样）。同样地，可以剥 去内导体24和外导体8之间的绝缘材料26,并且移除一段长度的外护套28以暴露出期望 长度的内导体24和外导体28 (包括外导体8的牺牲部分，该牺牲部分在摩擦焊接过程中被 消耗掉）。
[0035] 为了开始摩擦焊接，在使外导体8的前缘在纵向压力作用下承坐在摩擦部分22内 并承坐在摩擦沟槽14中期间，使连接器主体4相对于外导体8旋转。在旋转（例如以每分 钟3000至5000转的速度）期间，外导体8的前缘和/或外径与腔体6的摩擦部分22和/ 或摩擦沟槽14之间的摩擦产生充足的热量，以软化外导体8的前缘和/或外导体8和连接 器主体4的局部邻接部分，从而在外导体8的牺牲部分形成流进材料室16的塑性焊接焊缝 以将外导体8和连接器主体4熔合在一起时将它们锻接在一起。
[0036] 凸肩10突出到外导体8和内导体24之间的标记区域（signal space)(见图5) 可能产生降低电气性能的阻抗不连续性。此类阻抗不连续性可通过如下方式最小化：通过 应用具有比外导体8的内径小的受限悬垂部分和/或受限长度的向内突出的凸肩10,减小 摩擦沟槽14至腔体侧壁20和摩擦沟槽底部52的结构。然而，这可能会要求外导体8具有 显著增加的厚度、材料强度特性、和/或要求支撑绝缘材料26的外导体8具有较高的耐高 温性能，以避免在摩擦焊接期间外导体8向内变形和/或塌陷。
[0037] 可替代地，在摩擦焊接期间可应用摩擦焊接支撑件54,例如在图17至图21中所示 的那样。摩擦焊接支撑件54具有插入主体56,插入主体56在电缆端12处设置有通常为圆 柱形的插入部分58,设计插入部分58的外径尺寸以使插入部分58能够承坐在外导体8的 内径中并由此支撑外导体8的内径。当外导体8承坐在腔体6中时，插入部分58在外导体 8的内径中的行程可通过位于插入部分58的连接器端18处的阻挡凸肩60进行限制，当插 入部分58完全承坐在外导体8的前端的内径中时，阻挡凸肩60抵接腔体6的连接器端18。
[0038] 如在图21中最佳显示的那样，插入到承坐在腔体6内的外导体8的内径中的摩擦 焊接支撑件54提供了外导体前缘摩擦沟槽14的内侧壁62和/或摩擦沟槽底部52,从而如 上文所述的那样将外导体8保持在腔体侧壁20上。然而，在摩擦焊接已经完成之后，可以 抽出摩擦焊接支撑件54,留下外导体8和连接器主体4之间的焊缝，而没有突出进标记空间 中的结构。
[0039] 为进一步提高与腔体侧壁20的摩擦，可将腔体6的尺寸设计成具有渐进的过盈配 合，所述渐进的过盈配合朝着连接器端18逐渐缩小至最小内径，如在图21中最佳显示的那 样。最后的向内突出的过盈凸出部64可应用在腔体6的连接器端18附近，以便在过盈凸 出部64和摩擦沟槽底部52之间限定出材料室16,使得能够在摩擦焊接期间形成外导体的 前缘处的牺牲材料和腔体侧壁20的熔化混合。
[0040] 为了最小化摩擦焊接支撑件54和外导体8之间的摩擦，至少可以将摩擦焊接支撑 件54的插入部分58设置为低摩擦耐热材料（例如陶瓷材料）。可替代地，整个摩擦焊接支 撑件54可以由所选择的低摩擦耐热材料形成。因此，摩擦焊接支撑件54在摩擦焊接期间 可具有耐摩擦特性和耐热损伤特性以及有限的尺寸变化，使得单个摩擦焊接支撑件54可 重复用于多次互连。
[0041] 为避免与内导体24产生干涉，插入主体56可设置有与插入部分58同轴的内导体 腔66。内导体腔66的直径大于内导体的外径。也可设置弹性插入件68,其承坐在内导体 腔66中，以在装配用于摩擦焊接的设备期间保持摩擦焊接支撑件54的位置，例如在图20 中所示的那样。
[0042] 可在插入主体56的连接器端18附近设置抽取凸肩70,以便于在摩擦焊接之前和 之后进行插入/抽出。
[0043] 使用摩擦焊接支撑件54的摩擦焊接可将额外的步骤应用至上文所述的程序中。 例如，绝缘材料26可从位于电缆9内的外导体8的前缘剥去，以提供用于插入摩擦焊接支 撑件54的空间，使得当外导体8的前缘承坐在摩擦沟槽14中时，摩擦焊接支撑件54不接 触绝缘材料26。
[0044] 替代地，在摩擦焊接步骤期间，摩擦焊接支撑件54可与连接器主体4或电缆9旋 转锁定。此外，在摩擦焊接期间施加的纵向力可通过摩擦焊接支撑件54来施加，这是因为 阻挡凸肩60将在腔体6的连接器端18处抵接连接器主体4,从而朝着外导体8的前端驱动 位于阻挡凸肩60前面的连接器主体4。
[0045] 准备用于旋转的组件（其中，外导体8的前缘承坐在摩擦沟槽14中，所述摩擦沟 槽14通