CN101976772A - 连接器管脚和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及连接器管脚和方法。一种电连接器和方法包括连接器和顺应性元件，该顺应性元件靠近或接触连接器的对接端部以防止可对接端部的扭曲。连接器的可对接端部可为阴型或阳型，并可为柱、管、刀片、管脚或其它结构。由顺应性材料，如弹性体材料、环氧树脂或橡胶类材料，制成的元件，被配置并定位成与连接器的可对接端部接触，以在装配期间提供支撑从而防止可对接端部的扭曲。顺应性元件可为矩形、楔形、圆柱形、圆锥形、环形或为连接器管脚提供支撑所要求的其它形状。可利用粘合剂将顺应性元件固定到可对接端部，从而进一步防止扭曲。

Description

连接器管脚和方法

关于在联邦政府资助研究或研发的声明

本发明是根据NASA空间行动协议(NASA Space Act Agreement)第SAA-AT-07-003号在政府支助下完成的。政府在本发明中可享有一定的权利。

相关申请的交叉参考

本专利申请要求2009年4月30日提交的美国临时申请No.61/174,316的权益及优先权。

技术领域

本发明涉及电连接器，尤其是连接器管脚，也被称为端子或引线脚。

背景技术

在需要盲配插入的场合中可能使用不同结构的电连接器，例如，在诸如机器人手臂或手指这样空间受限的环境中。在盲配插入或没有视觉辅助的情况下插入期间，由于一个连接器的管脚和对接连接器的管脚没有对齐，可能发生连接器管脚的扭曲，产生的物理干扰阻碍了成功的电连接。这种扭曲可包括连接器管脚的对接端部的弯曲、连接器管脚的一部分从其中心轴线弯曲、对接管脚端部的破裂、或管脚对接端部的挠性元件的扭曲。

在需要多次连接和断开连接器的应用中，连接器管脚的扭曲会加重，久而久之导致功能下降和故障。在一些应用中，如果连接器经历某些不利的使用条件，会在装配之后产生扭曲。不利的使用条件可包括，例如，过度振动、物理负荷、热应力、重复应力(诸如在推-拉或重复动作的环境中，例如在机器人手臂或操纵装置中)、不正确的装配、不使用螺旋起重器的装配、或在其它连接器保持特征不完全连接的情况下的装配。

连接器管脚的扭曲可使连接器不可用，导致例如不能接受的连接器寿命、修理和更换的成本、操作性能的损失、可靠性降低和电连接整体性的损害。现有的防止连接器管脚扭曲的方案不适用所有的操作环境。例如，在某些空间受限抑制了包含对齐特征或保持特征这些特征所要求的更大壳体尺寸的应用中，添加到连接器壳体上的对齐特征，或诸如第二夹子和舌片之类的保持特征是不可行的。防止扭曲的一种可替代方案有利于提高空间受限应用中的连接器可靠性，这种方案是与连接器管脚一体形成或者结合到连接器管脚中。

发明内容

本发明的一个目的是通过提高连接器管脚在插入到对接连接器中时扭曲的抵抗来提高连接器管脚的耐久性，包括在空间受限的环境中可能所需的那类盲配插入，举例来说，机器人手臂。提供一种电连接器，其配置成装配到对接电连接器中，包括具有一个或更多连接器管脚的连接器壳体。每一个连接器管脚具有阴型或阳型的对接端部。连接器管脚可以是各种结构，例如，柱、管、刀片、管脚、或其它被本领域普通技术人员熟知的结构。

由顺应性材料(conforming material)(例如弹性体、环氧树脂或橡胶类材料)制成的元件被结合到连接器管脚，这样该顺应性元件与连接器管脚的对接端部充分接触，从而在装配期间提供支撑以便防止对接端部的扭曲。该顺应性元件的结构可以是矩形、楔形、圆柱形、圆锥形、环形、或为特定结构的连接器管脚和连接器壳体提供支撑所需要的可替换结构。该顺应性元件可以插入到管脚对接端部的内部，从而提供用来防止装配过程中对接端部扭曲的支撑元件。可替换地，顺应性元件可以围绕对接端部的部分外表面，从而限制外表面并且防止装配过程中的扭曲。为了确保顺应性元件的保持力，和/或作为一种为防止扭曲提供辅助支撑的方法，可利用粘合剂将顺应性元件定位并粘附在连接器管脚的对接端部。

为了形成连接器管脚组件，在连接器管脚装配到连接器壳体中之前，可将顺应性元件结合到连接器管脚中。可替换地，在连接器管脚已经装配到连接器壳体中之后，可将顺应性元件结合到连接器管脚中。

顺应性元件提供对连接器管脚对接端部的支撑，从而在装配到对接连接器的过程中防止连接器管脚的扭曲。此外，通过增强管脚对多次断开和重新连接连接器管脚期间产生的扭曲的抵抗，以及通过提高管脚对由于其它使用条件下(举例说明，不正确的装配、振动、物理负荷、热应力、处在如在机器人手臂或机器人手指中的推-拉应力或重复动作环境中)而扭曲的抵抗，提高了连接器管脚的耐久性。本发明具有提高连接器管脚的耐久性、延长连接器寿命、降低修理和维护成本、减少设备停机时间和提高电连接整体性的优点。

要求保护的发明适合于多种不同类型的电连接器管脚和连接器壳体的组合，并且可结合其它的连接器对齐和保持特征一起被使用。本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点将从下面结合附图执行本发明的最佳模式的详细描述中更加清楚。

解决方案1.一种电连接器，包括：

具有可对接端部的连接器管脚；和

顺应性元件；

其中顺应性元件配置并定位成与连接器管脚的可对接端部充分接触，从而防止可对接端部的扭曲。

解决方案2.解决方案1中的电连接器，其中顺应性元件由弹性体材料或环氧树脂基材料中的至少一种构成。

解决方案3.解决方案1中的电连接器，其中顺应性元件由橡胶基材料构成。

解决方案4.解决方案1中的电连接器，其中通过粘合剂保持顺应性元件与连接器管脚的可对接端部的接触。

解决方案5.解决方案1中的电连接器，其中顺应性元件具有矩形、三角形、六边形、多边形、楔形、圆柱形、圆锥形和环形中的一种形状。

解决方案6.解决方案1中的电连接器，还包括连接器壳体，所述连接器壳体与至少一个连接器管脚结合以形成连接器组件。

解决方案7.解决方案1中的电连接器，其中连接器管脚的可对接端部是阳型。

解决方案8.解决方案1中的电连接器，其中连接器管脚的可对接端部是阴型。

解决方案9.一种电连接器组件，包括：

连接器壳体；

至少一个连接器管脚，该连接器管脚具有可对接端部；和

至少一个顺应性元件；

其中所述至少一个顺应性元件配置并定位成与所述至少一个连接器管脚的可对接端部充分接触，从而防止可对接端部的扭曲。

解决方案10.解决方案9中的电连接器组件，其中所述至少一个顺应性元件由弹性体材料、环氧基和橡胶基材料中的至少一种构成。

解决方案11.解决方案9中的电连接器组件，其中通过粘合剂保持所述至少一个顺应性元件与连接器管脚的可对接端部接触。

解决方案12.解决方案9中的电连接器组件，其中顺应性元件具有矩形、楔形、圆柱形、圆锥形和环形中的一种形状。

解决方案13.解决方案9中的电连接器组件，其中连接器管脚的可对接端部是阳型。

解决方案14.解决方案9中的电连接器组件，其中连接器管脚的可对接端部是阴型。

解决方案15.一种防止电连接器的可对接端部扭曲的方法，该方法包括：

配置并定位顺应性元件以与连接器的可对接端部充分接触，以防止可对接端部的扭曲。

解决方案16.解决方案15中的方法，其中定位顺应性元件包括利用粘合剂将顺应性元件固定地附连在可对接端部上。

解决方案17.解决方案15中的方法，其中定位顺应性元件以与可对接端部充分接触包括将顺应性元件插入或注入可对接端部中或周围的一种，从而形成顺应性元件和可对接端部的组件。

解决方案18.解决方案15中的方法，其中由弹性体材料、环氧基和橡胶基材料中的一种来配置顺应性元件。

解决方案19.解决方案15中的方法，其中配置顺应性元件为矩形、三角形、六边形、多边形、楔形、圆柱形、圆锥形和环形形状中的一种。

解决方案20.解决方案15中的方法，还包括：修理电连接器，其中修理电连接器包括按照该方法配置顺应性元件。

附图说明

图1A是连接器的透视示意图；

图1B是表示图1A中连接器的平面示意图；

图1C是图1A和1B中所示连接器的连接器管脚端部的部分示意图；

图2A是描述连接器的透视示意图，在连接器管脚中具有顺应性材料插件；

图2B是表示图1A中的连接器的平面示意图，在连接器管脚中具有顺应性材料插件；

图2C是图2A和2B中所示的连接器的连接器管脚端部的部分示意图，具有顺应性材料插件；

图3A是另一种连接器管脚的局部剖面图；

图3B是图3A中的连接器管脚具有顺应性元件的局部剖面图；

图4A是又一种未扭曲的连接器管脚的局部剖面图；

图4B是图4A中的连接器管脚具有顺应性元件的局部剖面图；

优选实施例

参考附图，其中全部附图中同样的附图标记表示相同或相似的部件，并且从图1A开始，提供总体用10表示的连接器组件。电连接器组件10包括连接器壳体12和连接器管脚14。连接器管脚14和全部附图中示出的相似连接器管脚，也可称作连接器柱、连接器端部、端子、终端、引线脚、管脚、接线柱或本领域技术人员所熟悉的其它术语。连接器管脚14包括挠性部段或构件16，也可称作可对接舌片或延长部。可对接舌片16配置为与对接连接器管脚的端部(未示出)对接或装配以建立电连接。如图1B和1C中所示，正如每个连接器管脚14正确装配到对接连接器管脚(未示出)所要求的那样，每个连接器管脚14的相应挠性构件16和相应可对接端部20与相应连接器管脚14的相应轴线18径向对齐。

连接器组件10可用于期望利用连接器建立电连接的任意应用中。作为一个示例，而不是限制要求保护的发明，连接器组件10可被用于机器人中为机器人的手臂或手指提供电连接。诸如在机器人手臂或手指的应用中，连接器组件10和连接器管脚14可位于在空间受限的环境中，在该环境中需要盲配插入到对接连接器，和/或在没有诸如螺旋起重器或固定刀柄的辅助保持设备的情况下装配。另外，在诸如机器人手臂或手指的应用中，为了维修和调整，连接器组件10和连接器管脚14可能经历重复断开和重新连接，并承受来自重复动作工作循环的重复周期性负荷和暴露于推-拉应力，从而对连接器组件10和连接器管脚14施加扭曲应力。

在连接器组件10的装配期间，连接器管脚14的舌片16的对接端部20可能与对接连接器的对接端部未对齐，使得出现可导致一个或多个连接器管脚14上的一个或多个舌片16偏转和扭曲的干扰情况。例如，未对齐可能由于盲插。造成未对齐的其它因素可包括，例如，在不可能使用螺旋起重器或其它保持夹具的空间受限的环境中装配，或空间限制妨碍了在插入前连接器管脚14的连接器对接端部20和轴线18与对接连接器组件的类似部分的最佳对齐。

舌片16可扭曲或偏转成多个结构中的任意一种。参考图1C，连接器14包括四个舌片16，每一个舌片16在其对接端部处具有表面20，该对接端部在装配期间与对接连接器接触。如图1B和1C中所示，舌片16和表面20通常定向成与一圆周重合，其中该圆的中心与连接器管脚14的中心轴线18重合。在没有偏转的状况下，舌片16围绕圆周等间距隔开。在与对接连接器干扰或未对齐或其它导致损坏的接触来源之后，舌片16可能处在偏转或扭曲的状况中。例如，偏转或扭曲的状况可能是舌片16弯曲以与相邻的舌片16重叠。舌片16可从中心轴线18径向向内或向外偏转，致使表面20不再与由未扭曲舌片16定义的圆周重合。舌片16可能被充分扭弯或扭曲导致周向不对齐从而接触相邻的舌片16。包括径向和周向未对齐的其它结构也是可能的并且可被本领域技术人员所理解。

在正确的装配期间，舌片16在对接端部20处的一定量的偏转可以被预计和承受。参考图1C，在插入过程中，连接器管脚14的舌片16可被对接连接器径向偏转和压缩。除非受对接连接器的接触限制，当此偏转和压缩发生在连接器管脚材料的弹性范围内时，舌片16在插入之后会径向伸展以恢复到挤压前的状态。这样，舌片16相对于对接连接器表面的受限接触可有助于在使用期间建立电连接和维持电连接的整体性，包括当连接器管脚14可能承受来自重复动作工作循环的重复周期性负荷和暴露于振动和/或推-拉应力时使用期间。

当连接器管脚14的一个或多个舌片16的偏转量明显时，例如，由于在试图装配过程中与对接连接器未对齐并且干扰或者作为处理不当或其他损坏的结果导致一个或多个舌片16的塑性变形或永久偏转，许多情况会发生。当舌片16的扭曲足够明显以致于妨碍了连接器组件10和对接连接器组件的装配时，会需要更换损坏的连接器管脚14或整个连接器组件10。此情况需要返工、修理或更换连接器组件10，并导致停工时间、降低产量，并且增加了成本。

当连接器管脚14的扭曲明显时，例如，发生舌片16的塑性变形或永久偏转；将连接器组件10装配到对接连接器组件也是可能的。在这第二种情况下，得到的电连接可能在一个或多个电路中缺乏电气整体性或可靠性降低，例如，在包括振动和推-拉应力情况的一定工作环境下会更易受到电气变化的影响。

电连接可使质量测试失败，且会需要更换损坏的连接器管脚14或连接器组件10。此外，这种情况需要返工、修理或更换连接器组件10，并导致停工时间，产量降低，成本增加。

在第三种情况下，舌片16的扭曲可能不足以妨碍连接器组件10和对接连接器组件的装配，或不足以导致在初始质量测试中电连接的失败，而且稍微扭曲的连接器组件能在功能性应用中投入使用。但是，在连接器组件10投入使用后，连接器管脚14的扭曲可导致一个或多个电路的电气整体性下降，或者久而久之可靠性下降，例如，在包括振动和推-拉应力情况的一定工作环境中电连接会更易受到电气变化的影响。这种情况会导致停工时间、保修成本和返工、修理或更换连接器10。例如，作为使用或检修期间连接器多次断开和重新连接的结果，或者作为装配时连接器14上的应力(由于连接器组件10的振动、热应力或机械应力引起)的结果，会加重连接器14的舌片16的扭曲和偏转。扭曲可加重到使管脚14的电连接的整体性受到损害并且连接器组件10发生故障的大小。

结合图2A，示出了整体用26表示请求保护的发明中的连接器组件。连接器组件26包括连接器壳体12和连接器管脚24，该连接器管脚24包括顺应性元件22。图2B描述了图2A中的连接器26的示意图，再次示出了连接器壳体12、连接器管脚24和顺应性元件22。图2C表示了连接器管脚24的对接端部的实施例，该连接器管脚24包括请求保护的发明中的顺应性元件22。正如连接器管脚24正确装配到对接连接器管脚(未示出)所要求的那样，每个连接器管脚24的相应挠性构件16和对接端部20与相应连接器管脚24的相应轴线28径向对齐，并且每个连接器管脚24通过顺应性元件24支撑在该径向对齐的位置。在此实施例中，顺应性元件22配置为圆柱形元件，插入到连接器管脚24的中空圆柱内部，靠近或接触挠性构件16的内表面。顺应性元件22也可采用其它结构，例如，作为最适合对接应用的球形或圆锥形元件，定位成靠近或者充分接触连接器管脚24，从而在装配插入期间提供支撑和防止连接器管脚24的挠性构件16和对接端部20的扭曲。

顺应性元件22可由提供期望支撑和功能特性的顺应性材料制成，例如，弹性体材料、塑料、环氧基材料和橡胶或橡胶基材料、或本领域技术人员熟知的类似材料，用来防止连接器14的对接端部的扭曲和/或塑性变形。顺应性材料的选择也可能受其它应用需求的影响，例如，工作温度、导电率、粘结特性、可成形性、弹性和硬度。本发明中，顺应性元件22由橡胶基材料制成。

此外，顺应性元件22可通过粘合剂(未示出)粘附到连接器管脚24以提高顺应性元件22在顺应性元件22的正确位置上的保持力，从而对挠性元件16和对接端部20提供支撑。例如，粘合剂可施加在顺应性元件22的外表面和挠性构件16的内表面之间顺应性元件22接触挠性构件16内表面的区域中。粘合剂也有助于对挠性构件16和对接端部20提供支撑由此防止其扭曲。例如，粘合剂可以是硅胶或环氧树脂类型，或本领域技术人员熟知的类似材料。粘合剂材料的选择也可受其它应用需求的影响，例如，工作温度、导电率、粘结特性、弹性和强度。本发明中，粘合剂是室温硫化硅胶(silicone RTV)类型。

本发明的应用不局限于特定类型的连接器组件、连接器壳体或连接器管脚。顺应性元件可以构造成适合用于各种类型的连接器管脚的各种形状和各种材料，这些连接器管脚包括，例如阴型和阳型连接器管脚、及空心和实心连接器管脚。在连接器管脚装配到连接器壳体中之前，可将顺应性元件结合到连接器管脚中从而形成连接器管脚组件。可替换地，在连接器管脚装配到连接器壳体中之后，可以将顺应性元件结合到连接器管脚中。更进一步，作为修理方法或加强耐久性的特征，在连接器管脚已经装配到连接器壳体中之后，以及在连接器组件结合到更大的组件中之后，可以将顺应性元件结合到连接器管脚中。

参考图3A，整体用34表示连接器管脚。连接器管脚34是阳型，例如，刀片式连接器，包括挠性构件36和对接端部30，被空间32分开。所示出的是连接器管脚34未扭曲的状态，其中连接器管脚34的挠性构件36和对接端部30与连接器管脚34的轴线38对齐，正如正确装配连接器管脚34到对接连接器管脚(例如其可以是图4A中所示的结构的连接器管脚)所要求的那样。

作为在连接器管脚34插入到对接阴型连接器管脚时(例如，在插入到图4A所示的连接器管脚54的舌片56中期间)的未正确对齐和/或干扰的结果，在连接器管脚34从对接连接器管脚重复断开和连接时，或者例如由于装配到连接器壳体期间处理不当或者扭曲，挠性构件36可变得扭曲并和连接器管脚34的轴线38不对齐。扭曲的大小可能足以妨碍将连接器管脚34正确插入到可对接阴型连接器管脚中，从而妨碍了正确的装配和正确电连接的形成。

参考图3B，根据连接器管脚34的另一实施例，顺应性元件42可被配置成定位在连接器管脚34的挠性构件36之间的空间32中，靠近或接触挠性构件36的内表面。顺应性元件42也可采用其它结构，例如，作为最适合对接应用的矩形、三角形、六边形、楔形、圆柱形、球形、圆锥形或其它多边形元件，定位成靠近或者充分接触连接器管脚34的舌片36的内表面，从而为连接器管脚34的挠性构件36和对接端部30提供支撑并防止其扭曲和塑性变形。

正如对图2C中所示的实施例中的顺应性元件22所述，顺应性元件42可以由提供期望支撑和功能特性的顺应性材料制成，例如，弹性体材料、塑料、环氧基材料和橡胶或橡胶基材料。在制造连接器管脚34的过程中可将顺应性元件42结合到连接器管脚34中，从而形成连接器管脚组件44。可替换地，在连接器管脚34已经制造之后，可通过将顺应性元件42插入或注入到连接器管脚34的空间32中而结合到连接器管脚34中。

同样如上所述，可利用粘合剂(未示出)将顺应性元件42粘附到连接器管脚34中，以提高顺应性元件42在顺应性元件42的正确位置上的保持力，从而为挠性构件36和对接端部30提供支撑。例如，粘合剂可施加在顺应性元件42的一个或多个外表面和挠性构件36的内表面之间顺应性元件42与挠性构件36的内表面相接触的区域中。粘合剂也有助于为挠性构件36和对接端部30提供支撑，由此防止其扭曲。例如，粘合剂可以由硅胶或环氧树脂类或本领域技术人员熟悉的类似材料制成。

参考图4A，整体用54表示连接器管脚。连接器管脚54是阴型，包括挠性构件56和对接端部50，被空间52分开。所示出的是连接器管脚54处在未扭曲的状态，其中连接器管脚54的挠性构件56和对接端部50与连接器管脚54的轴线58对齐，正如连接器管脚54与对接的阳型连接器管脚正确装配(例如，可以是图3A中所示结构的连接器管脚)所要求的那样。

作为在连接器管脚54与对接阳型连接器管脚装配期间(例如，在插入经过图3A所示的连接器管脚34的舌片36期间)的未正确对齐和/或干扰的结果，在连接器管脚54从对接连接器管脚重复断开和连接时(例如在插入经过图3A中所示的连接器管脚34的舌片36期间)，或者例如由于装配到连接器壳体期间处理不当或者扭曲，挠性构件56可变为扭曲并和连接器管脚54的轴线58不对齐。扭曲的大小足以妨碍阴型连接器管脚54与可对接阳型连接器管脚的正确对接装配，由此妨碍了正确电连接的形成。

参考图4B，顺应性元件62可配置成整体呈环形并与挠性构件56外表面接触的元件。也可使用顺应性元件62的其他结构，例如，作为最适合对接应用的半圆形环或大体呈夹子形状的元件，定位成与连接器管脚54充分接触，从而限制、提供支撑并防止连接器管脚54的挠性构件56和对接端部50扭曲和/或塑性变形。

正如对图2C中所示的实施例中的顺应性元件22所述，顺应性元件62可由提供期望支撑和功能特性的顺应性材料制成，例如，弹性体材料、塑料、环氧基材料和橡胶或橡胶基材料。在制造连接器管脚54的过程中可将顺应性元件62结合到连接器管脚54中，从而形成连接器管脚组件64。可替换地，作为一种修理方法或加强耐久性的特征，在连接器管脚64已经制造之后，可通过将顺应性元件62装配在连接器管脚54的外表面上而将顺应性元件62结合到连接器管脚中。

如上所述，可利用粘合剂(未示出)将顺应性元件62粘附到连接器管脚54上，从而提高顺应性元件62在顺应性元件62的正确位置上的保持力，从而为挠性构件56和对接端部50提供支撑。例如，粘合剂可施加在顺应性元件62的部分内表面和挠性构件56的外表面之间顺应性元件62与挠性构件56的外表面相接触的区域中。粘合剂也有助于为挠性构件56和对接端部50提供支撑，由此防止其扭曲。例如，粘合剂可以由硅胶或环氧树脂类或本领域技术人员熟悉的类似材料制成。

尽管已经详细描述了实现本发明的最佳方式，但是本领域技术人员可认识到各种落在所附权利要求范围内的用于实现本发明的可替换设计和实施例。

Claims (10)

1.一种电连接器，包括：

具有可对接端部的连接器管脚；和

顺应性元件；

其中顺应性元件配置并定位成与连接器管脚的可对接端部充分接触，从而防止可对接端部的扭曲。

2.权利要求1中的电连接器，其中顺应性元件由弹性体材料或环氧树脂基材料中的至少一种构成。

3.权利要求1中的电连接器，其中顺应性元件由橡胶基材料构成。

4.权利要求1中的电连接器，其中通过粘合剂保持顺应性元件与连接器管脚的可对接端部的接触。

5.权利要求1中的电连接器，其中顺应性元件具有矩形、三角形、六边形、多边形、楔形、圆柱形、圆锥形和环形中的一种形状。

6.权利要求1中的电连接器，还包括连接器壳体，所述连接器壳体与至少一个连接器管脚结合以形成连接器组件。

7.权利要求1中的电连接器，其中连接器管脚的可对接端部是阳型。

8.权利要求1中的电连接器，其中连接器管脚的可对接端部是阴型。

9.一种电连接器组件，包括：

连接器壳体；

至少一个连接器管脚，该连接器管脚具有可对接端部；和

至少一个顺应性元件；

其中所述至少一个顺应性元件配置并定位成与所述至少一个连接器管脚的可对接端部充分接触，从而防止可对接端部的扭曲。

10.一种防止电连接器的可对接端部扭曲的方法，该方法包括：

配置并定位顺应性元件以与连接器的可对接端部充分接触，以防止可对接端部的扭曲。

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