CN102570117A - 一种绞线式弹性插针 - Google Patents

Abstract

一种绞线式弹性插针，中心层的金属丝至少具有两根金属丝，各层的金属丝分别包络成的横截面呈圆形，相邻层的金属丝之间紧密贴合；至少一层金属丝的绞制方向与其他层的金属丝的绞制方向相反，最外层的金属丝的绞制方向与相邻层的金属丝的绞制方向相反；较外层的金属丝的螺旋角小于较内层的金属丝的螺旋角；绞线式弹性插针的长度大于或等于最外层金属丝的螺旋节距；最大胖点的外径D为插针的外径d的1.3～1.9倍；胖点跨度L为插针的外径d的2.2～3.8倍。根据本发明，绞线式弹性插针啮合力小，使得人工插合或分离多芯数连接器变得非常容易，可以用于多芯数的连接器中。

Description

一种绞线式弹性插针

技术领域

本发明涉及绞线式弹性插针，尤其是涉及一种可靠性高、插拔力小、插拔方便、使用寿命长的电连接器。

背景技术

对于绞线式弹性插针，需要在绞线式弹性插针的两端之间进行冲胖，形成“鼓肚形”的胖点，通过胖点的弹性变形与刚性的插孔相配合，从而构成电连接器的接触对。

美国专利US 3,31,9217公开了一种绞线式弹性插针(见图1)，其在核心金属丝88的基础上增加第二层金属丝87，外层金属丝86与第二层金属丝87螺旋方向相反，外层金属丝86、第二层金属丝87以及核心金属丝88的两端分别焊接在一起，以形成两个凸出的焊点。如图1所示，在与刚性的插孔插合时，该唯一的一根核心金属丝就只产生轴线的压力或拉力，从而对“鼓肚形”的收缩、膨胀的弹性变形都起到了不希望的约束作用，因此，插拔的啮合力很大，不能在芯数很多的连接器中应用。

美国专利US 4,358,180公开了一种绞线式弹性插针(见图2)，在传统的两层绞线式弹性插针上进行了改进，如图2所示，其包括内部的由三根无氧铜丝18(软铜)绞制而成的导电部分16，和外部的由一组直径相同的金属丝22、24螺旋包围的导电部分。外部7根金属丝的25～70％由铍铜合金成形，其余的外部金属丝由无氧铜成形以减少啮合力(相当于连接器插针与插孔插合需要的力)，保持最小的分离力。美国专利US 4,358,180仅由两层金属丝构成，使得降低插拔力的努力同样受到了限制。

本申请人的CN101546879A提出了一种轻插拔力麻花针，其由两层以上金属合金丝构成，更具体地，提出了所述轻插拔力麻花针采用三层金属合金丝构成时，第二层和第一层相互反向绞制，第三层又反向于第二层绞制，绞制完成后，经过冲胖而成，第一层采用三根金属合金丝，第二层采用十根金属合金丝，第三层采用十六根金属合金丝。

然而，申请人发现，要真正使得插拔力的显著变小，还需要进一步的必要技术特征，例如，还需要确定总直径、总横截面积、各层根数、丝径、节距、密贴要求、最大胖点的直径、针径、胖点跨度、金属丝的螺旋角等等。

本领域的技术人员容易理解，这些参数相互之间具有明显的约束，即任何一个参数都不能够独立地进行任意选择，无法通过有限次数的常规试验得到可实施的技术方案。

而市场上正仍然迫切需要和期待可靠性高、插拔力小、插拔方便、使用寿命长的连接器。

发明内容

本发明的目的是提供一种绞线式弹性插针，其啮合力小，使得人工插合或分离多芯数连接器变得非常容易，可以用于多芯数的连接器中。

为此，本发明提供了一种绞线式弹性插针，其特征在于，所述绞线式弹性插针包括至少两层金属丝，中心层的金属丝至少具有两根金属丝，较外层的金属丝包络较内层的金属丝，各层的金属丝分别包络成的横截面呈圆形，相邻层的金属丝之间紧密贴合；绞线式弹性插针的长度大于或等于最外层金属丝的螺旋节距；最大胖点的外径或直径D为插针的外径或直径d的1.3～1.9倍；胖点跨度L为插针的外径或直径d的2.2～3.8倍。

优选地，至少一层金属丝的绞制方向与其他层的金属丝的绞制方向相反，最外层的金属丝的绞制方向与相邻层的金属丝的绞制方向相反；较外层的金属丝的螺旋角小于较内层的金属丝的螺旋角。

优选地，中心层金属丝的绞制螺旋角为80～84°，第二层金属丝的绞制螺旋角为73～77°，第三层金属丝的绞制螺旋角为65～69°。

优选地，各层的金属丝的直径分别相等，或各层的金属丝的直径都相等。

优选地，各层的金属丝的直径的公差为该层金属丝公称丝径的±20％

优选地，各层金属丝公称直径满足：0.9d1≤d2≤1.1d1，0.9d1≤d3≤1.1d1，其中d1为第一层各根金属丝的公称直径，d2为第二层各根金属丝的公称直径，d3为第三层各根金属丝的公称直径。

优选地，第一层金属丝设有2～4根，第二层金属丝设有8～12根，而第三层金属丝设有12～18根。

优选地，第一层金属丝设有3根，第二层金属丝设有10根，而第三层金属丝设有15根。

优选地，D＝1.6d，L＝3d。

优选地，各层金属丝为无氧铜丝或铍青铜丝。

在现有技术中，增加绞线式弹性插针金属丝的层数和根数，是为了将绞线式弹性插针增粗，以使插针可以通过更大的额定电流。

相反，根据本发明，在所述绞线式弹性插针直径不变的情况下，将传统的两层绞线式弹性插针改进为三层或更多层，同时增加外层金属丝的根数，并减小所有金属丝的直径，以获得啮合力更小的绞线式弹性插针以及增加传导电流的横截面积。

根据本发明，所述插针的啮合力可以大幅度下降，可用于芯数较多的连接器中，以减小连接器的插拔力；

根据本发明，所述插针的与刚性插孔插合时，由于插针的外层具有更多的接触点，可提高插针与插孔电气连接的有效接触面积，提高电连接器的电气可靠性；

根据本发明，与传统的两层绞线式弹性插针相比，所述插针的插拔寿命可以从行业标准规定的500次提高到5万次甚至10万次以上。

根据本发明，与传统的内层仅一根的三层绞线式弹性插针相比，本发明的绞线式弹性插针的啮合力或分离力下降40％以上，所述插针的插拔寿命同样可以从行业标准规定的500次提高到5万次以上。

附图说明

图1是根据一现有技术的绞线式弹性插针的结构示意图；

图2是根据另一现有技术的绞线式弹性插针的结构示意图；

图3是根据本发明的绞线式弹性插针的结构及参数示意图；

图4是在图3中沿A-A线的横截面剖视放大图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细说明：

如图3-4所示，根据本发明的绞线式弹性插针结构具有第一层金属丝1、第二层金属丝2、第三层金属丝3。第二层金属丝2包络第一层金属丝1，第三层金属丝3包络第二层金属丝2，各层金属丝分别包络成圆形，相邻层间紧密贴合，相邻的两层金属丝绞制方向相反；第一层金属丝按螺旋角82°±2°螺旋绞制而成，第二层金属丝按螺旋角75°±2°螺旋绞制而成，第三层金属丝按螺旋角67°±2°螺旋绞制而成；各层的金属丝直径分别相等，即第一层的所有金属丝1直径相等，第二层的所有金属丝2直径相等，第三层的所有金属丝3直径相等。

根据本发明，绞线式弹性插针的形成方式如下：由金属丝1、2、3螺旋绞成一根足够长的合成丝，再切断成需要的长度，然后，将所述的金属丝1、2、3的端部通过激光点焊进行固定，最后在两端之间的特定部位进行冲胖，形成胖点，用于与刚性插孔内的壁弹性相接触，从而实现电气连接。

要在工业上获得应用，难点之一是绞线式弹性插针参数的选取。

根据本发明，绞线式弹性插针所涉及的参数如图3所示，M为绞线式弹性插针的长度；D插针为胖点的胖度，即为最大胖点B的直径；d为插针的直径，简称针径；L为胖点的跨度，即为胖点两端间的距离；α为所绞制金属丝的螺旋角，P为标注金属丝的螺旋角所取的一个点。

根据本发明的绞线式弹性插针，在一个实施例中，各层金属丝的绞制方向相同，即同为左旋或右旋；在一个实施例中，相邻的两层金属丝绞制方向相反；在其他的实施例中，相邻的两层金属丝绞制方向可以相同，但至少一层金属丝绞制方向与其他层相反；在其中一个实施例中，第三层金属丝3的缠绕方向与第二层金属丝2、第一层金属丝的缠绕方向相反。

在一个实施例中，各层的金属丝的直径分别相等，即第一层的所有金属丝1的直径相等，第二层的所有金属丝2的直径相等，第三层的所有金属丝3的直径相等。

在一个实施例中，各层的金属丝的直径允许有一定的公差，公差为该层金属丝公称丝径的±20％。

在一个实施例中，设定第一层各根金属丝的公称直径为d1，第二层各根金属丝的公称直径为d2，第三层各根金属丝的公称直径为d3，各层金属丝公称直径优选满足：0.9d1≤d2≤1.1d1，0.9d1≤d3≤1.1d1。

在其他的实施例中，各层的金属丝均相等，即第一层的所有金属丝1的直径、第二层的所有金属丝2的直径、第三层的所有金属丝3的直径都相等。

第一层金属丝1由m根按螺旋角α₁螺旋绞制而成，第二层金属丝2由n根按螺旋角α₂螺旋绞制而成，第三层金属丝3由p根金属丝按螺旋角α₃螺旋绞制而成。在一个实施例中，以上参数的选取值可以如此设置，第一层金属丝1的根数m从2～4中选取，第二层金属丝2的根数n可以从8～12中选取，第三层金属丝3的根数p可以从12～18中选取；第一层金属丝螺旋角α₁可为82°±2°，第二层金属丝螺旋角α₂可为75°±2°，第三层金属丝螺旋角α₃可为67°±2°。

在一个实施例中，采用如下技术特征的组合：m＝3，n＝10，p＝15，α₁＝82°，α₂＝75°，α₃＝67°。在另外一个实施例中，采用如下技术特征的组合：m＝3，n＝10，p＝16，α₁＝82°，α₂＝75°，α₃＝67°。

在一个实施例中，胖度D选取为针径d的1.3～1.9倍，跨度L选取为针径d的2.2～3.8倍，优选地，D＝1.6d，L＝3d。

绞线式弹性插针的长度M与第三层金属丝3的螺旋节距相关。如果M小于螺旋节距的二分之一，在插针的制造过程中，容易出现散丝的现象，也就是在对合成丝进行切断工序后，外层金属丝不能固定。最好的选择是，M大于或等于第三层金属丝3的螺旋节距。

绞线式弹性插针的金属丝材料，可以选用无氧铜(软铜)丝、铍青铜丝、或锡青铜丝，优选无氧铜丝或者铍青铜丝。

与传统的内层为3根铍青铜金属丝，且外层为7根铍青铜金属丝绞线式弹性插针相比，在针径d、胖度D、跨度L、金属丝材料、金属丝的表面粗糙度、表面处理、热处理、试验套筒均相同的情况下，本发明的绞线式弹性插针的啮合力或分离力下降40％以上，插拔寿命可以提高到5万次甚至10万次以上，并且仍保持传统的绞线式弹性插针的电气可靠性，可以使用在芯数较多的连接器中，以减小连接器的插拔力。

比较例与测试例

将针径d为

的所述的绞线式弹性插针与传统的内层为3根铍青铜金属丝且外层为7根铍青铜金属丝绞线式弹性插针分别应用于100芯的连接器中，并进行了试验，在试验套筒等所有条件相同的情况下，连接器啮合力、分离力、单脚分离力、插拔寿命次数的检测结果如表1所示：

表1改进前后试验数据对比表

注：改进前寿命500次为GJB2446-95《外壳定位超小型矩形电连接器总规范》所要求达到的数据。

Claims (10)

1.一种绞线式弹性插针，其特征在于：

所述绞线式弹性插针包括至少两层金属丝，中心层的金属丝至少具有两根金属丝，较外层的金属丝包络较内层的金属丝，各层的金属丝分别包络成的横截面呈圆形，相邻层的金属丝之间紧密贴合；

绞线式弹性插针的长度大于或等于最外层金属丝的螺旋节距；

绞线式弹性插针的最大胖点的外径D为插针的外径d的1.3～1.9倍；胖点跨度L为插针的外径d的2.2～3.8倍。

2.如权利要求1所述的绞线式弹性插针，其特征在于：其至少一层金属丝的绞制方向与其他层的金属丝的绞制方向相反，最外层的金属丝的绞制方向与相邻层的金属丝的绞制方向相反；较外层的金属丝的螺旋角小于较内层的金属丝的螺旋角。

3.如权利要求1所述的绞线式弹性插针，其特征在于：其中心层金属丝的绞制螺旋角为80°～84°，第二层金属丝的绞制螺旋角为73°～77°，第三层金属丝的绞制螺旋角为65°～69°。

4.如权利要求1所述的绞线式弹性插针，其特征在于：其各层的金属丝的直径分别相等，或各层的金属丝的直径都相等。

5.如权利要求1所述的绞线式弹性插针，其特征在于：其各层的金属丝的直径的公差为该层金属丝公称丝径的±20％。

6.如权利要求1所述的绞线式弹性插针，其特征在于：其各层金属丝公称直径满足：0.9d1≤d2≤1.1d1，0.9d1≤d3≤1.1d1，其中d1为第一层各根金属丝的公称直径，d2为第二层各根金属丝的公称直径，d3为第三层各根金属丝的公称直径。

7.如权利要求1所述的绞线式弹性插针，其特征在于：其第一层金属丝设有2～4根，第二层金属丝设有8～12根，而第三层金属丝设有12～18根。

8.如权利要求7所述的绞线式弹性插针，其特征在于：其第一层金属丝设有3根，第二层金属丝设有10根，而第三层金属丝设有15根。

9.如权利要求1所述的绞线式弹性插针，其特征在于：D＝1.6d，L＝3d。

10.如权利要求1所述的绞线式弹性插针，其特征在于：各层金属丝为无氧铜丝或铍青铜丝。

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