CN1030632C - 改善了适应性的柔性插脚 - Google Patents

Abstract

接触插脚具有的柔性部分，在靠近其二端部位置处有二间隔开的孔，且沿一条在二孔之间轴向延伸的剪切线被剪切开而被分成二并排的梁，二梁以第一相对方向偏离插脚的轴线，二孔和剪切线在各梁上限定了伸向另一梁的耳朵形部分。各梁的耳朵形部分用于支承第一梁的中间部分，由于二个梁平行于它们的主要表面弯曲并通过耳朵形部分支承其二端之间部分，因此对坯料的厚度和插脚的尺寸就有很大的选择适用范围。

Description

本发明涉及用于插入电路板上小孔中的那一类的接触插脚，它具有插入电路板孔中会变形的柔性部分，并在插入时与小孔的导电表面部分产生电接触。

柔性插脚目前大量地应用于电子工业，当需要与多层电路板，后面板或具有镀通孔的简易电路板中的导体产生电接触时，都要用到柔性插脚。柔性接触插脚具有一个柔性部分。该柔性部分的正常宽度大于所述小孔的直径，但当它插入电路板孔时会变形，从而使柔性部分的接触边缘部分与电路板孔中的导体建立所需的电接触。因此，该柔性部分基本上是一个相对刚性的弹簧系统，它在插入电路板孔后将以足够的弹力压靠的孔的表面上，从而使插脚保持在电路板上，并与电路板导体建立良好的电接触。例如，在美国专利№4,186,982、№4,743,081、№4,206,964和№4,606,589中介绍了某些众所周知的类型的柔性插脚。

虽然目前柔性插脚已被大量应用，但是，仍有许多希望使用柔性插脚而目前又不能做到的场合，其原因是因为大多数目前已知类型的柔性插脚在该插脚必须用具有某一最小厚度的金属坯料制造的情况下适用性不强，并且若试图用其厚度比所需的最小厚度要薄的金属坯料来制造插脚时，该插脚性能是不能满足要求的。例如，要装配插脚的电路板或其他类似板件中被广泛使用的标准尺寸的孔的孔径为0.040英寸(1.02毫米)；如要用插脚插入这种孔径为0.04英寸的孔中时，许多目前所有的柔性插脚是用厚度为0.025英寸(0.63毫米)的金属坯料制造的。某些现有的柔性插脚可用厚度为0.015英寸(0.38毫米)的金属坯料制造的，但其性能就要受到一些牺牲。因此，就孔径与坯料厚度的关系而论，目前现有的接触插脚的适用性是有限的。

有许多这样的情况：即接触插脚必须插入孔径为0.040英寸(1.02毫米)的孔中，但又不能用0.025英寸厚或为甚至0.015英寸(0.38毫米)厚的坯料来制造插脚。单独考虑制造成本，可将坯料厚度限制为0.012英寸(0.30毫米)或更小。如果接触插脚是与一弹簧插座(receptacle)之类成一整体的，而该插座由于机械上的原因是用较薄的金属坯料制造的话，则这也限制了接触插脚的坯料厚度。例如象DIP开关那样的电路板开关，包含必须用十分薄的，例如0.008英寸(0.20毫米)厚的金属坯料制造的弹簧接触件，如果该弹簧接触件的插脚部分能具备有一柔性部分，这样该DIP开关只需将从该开关外壳伸出的接触插脚插入电路板孔中而安装在电路板上将是十分理想的。目前，若电路板孔径为标准的0.04英寸(如上述)并且如果该弹簧接触件是用较薄的材料制成的，则该连接器或开关必须用通常的焊接方法连接到电路板导体上，但这与用较柔性的插脚组件的方法相比，显著地提高了组件成本。

若采用特别的制造技术，例如精压，可以减小柔性插脚的坯料的厚度。但这种技术会提高制造成本，制造柔性插脚的较佳的方法是采用简单的冲压和成形方法。

本发明旨在提供一种改进了的柔性插脚，在它能用厚度范围广的金属坯料制造的情形下，它具有广泛的适用性。本发明的目的也在于提供这样一种柔性插脚，它能用通常的已知冲压与成形方法制造，在制造过程中也无需高度严格和敏感的金属加工步骤。

本发明包括一种要插入电路板孔中的接触插脚，该插脚具有一柔性部分，该柔性部分在插入孔中时会变形并在插入后与孔的导电表面部分产生电接触。该接触插脚的特征在于，所述的柔性部分具有引入部分，中间部分和尾端部分。中间部分的宽度大于电路板的孔径，而引入部分的宽度小于电路板的孔径。柔性部分在所述引入部分和中间部分之间的宽度逐渐增大。该柔性部分具有一对间隔开的孔，其中一个开孔接近引入部分，而另一开孔靠近尾端部分。该柔性部分沿一条剪切线剪切开，该剪切线在二开孔之间延伸，这样这二开孔开与剪切线便将柔性部分分成一对并排的梁，每个梁具有一中间部分、在引入部分处的一固定端和在尾端部分处的另一固定端。每个梁有一从其中间部分向另一梁延伸的耳朵形状的阻挡部分。该耳朵形部分是由二孔的边缘和剪切线所限定的。二个梁的中间部分(包括耳朵形部分)通过成形操作以垂直于插脚的纵轴的第一相对方向移位并彼此分离开，从而使二耳朵形部分处于二间隔开的平面内。使用时，在该柔性部分插入电路孔中时，先是引入部分插入，然后，所述的二个梁就以第二相对方向彼此位移靠拢。该第二方向垂直于第一方向，并且由于上述二个梁的相对方向彼此靠拢使得耳朵形部分位移成互相重叠的关系，从而使每个梁的耳朵形部分能用于在另一梁的二端中间部分处支承或阻挡该另一个梁。在柔性部分进一步移动插入电路板孔的情况下，二个梁在第二相对方向上又移动过一个距离并被弯曲、梁的这一弯曲提高了梁与孔的导体表面部分之间的接触力。有利的是，如上所述的接触插脚是一冲压成形的插脚，它具有相向面对的轧制的表面和剪切边缘，在柔性部分中的开孔通过轧制的表面延伸。在该插脚插入电路板孔之前，所述二个梁的中间部分处于基本上平行的二间隔开的平面内，或它们处于相对偏移的凹面关系。

图1是根据本发明的接触插脚的立体图，并示出了带状金属坯料的一短部分；

图2是图1接触插脚的柔性部分的正视图；

图3是以图2中箭头3-3方向看的侧视图；

图4和图5分别是以图2和图3中的箭头4-4和5-5所示方向看的视图；

图6、7、9和10是说明柔性部分插入电路板孔中的运动，以及在该运动过程中的柔性部分的弯曲情况的视图；

图8和图11分别是以图7和图10中的箭头8-8和11-11所示方向看的视图；

图12-16示出接触插脚的柔性部分的各种变型；

图17是说明一根据本发明的接触柔性插脚的插入距离与力之间关系的理论曲线；

图18是构成接触插脚的柔性部分的一部分的一个梁的截面图，用以进行说明。

参阅图1-5，根据本发明的接触插脚2具有引导部分4，柔性部分6和邻接部分8，该插脚要用于插入电路板12中的孔10中，该孔具有金属表面部分14，因此插脚2的柔性部分与所述金属表面部分之间会产生接触，引导部分4具有使其能自由地吻合通过孔10的横截面，且柔性部分在其插入孔中时会变形(如下所述)。

图1-5中所示的本发明的实施例是通过对金属片坯料16进行冲压成型制造的，坯料16具有相反面对的轨制表面18，且坯料的厚度为t。所以称为轧制表面是因为在金属坯料成型时，该表面在轧辊之间被挤压。轧制表面也可从具有剪切边缘表面的冲压成形的插脚中辨别出来(如下所述)。

该插脚2具有沿其整个长度和如22所示的剪切边缘延伸的相反面对的轧制表面20和21。柔性部分6具有与插脚的引导部分邻接的引入部分24、中间部分26和与插脚的邻接部分8相连的尾端部分28。邻接部分28具有面朝下的肩部30，该肩部30在插脚插入电路板中时用作挡块，保证使柔性部分处于电路板孔中(如图11所示)。

在柔性部分中设有二个冲压出的三角形开孔32，柔性部分沿一条延伸在二开孔之间的剪切线34剪切开，该剪切线34在插脚的纵轴上。所述开孔一般为三角形，二个三角形的顶部分别接近引入部分和尾端部分，而其底边与剪切线34相交。开孔和剪切线将柔性部分分成二个并排的梁36和36′，它们各在插脚纵轴的一侧。各梁具有在引入部分处的一固定端38和38′，以及在尾端部分处的另一固定端40和40′，各梁也具有面向外的剪切边缘41，边缘41在其中间部分(如所示42处)倒角，这样边缘就适合电路板孔10的圆柱形表面。

开孔32在剪切线34限定了一对耳朵形部分44和44′它们各自从各梁的端部之间的中间部分向另一梁延伸。耳朵形部分具有相对的端部46，它们处于插脚的中心轴线上，且是在制造梁时剪切插脚所产生的剪切表面。

梁的中间部分37在第一相对方向上相互偏离而形成，这样在成形后，二个梁的中间部分37以及耳朵形部分44和44′处于平行的间隔开的平面内(如图3所示)。耳朵形部分44和44′上的轧制表面20和21部分彼此相对(如图4所示)，而二耳朵形部分的端部46是在一个平面内。因此，制造插脚2的制造工艺是非常简单的，只需要冲切下料、冲孔、剪切线34，并通过在第一相对方面弯曲形成二个梁。

当插脚插入电路板孔10时，将插脚对准孔，将引导部分推入孔中直到柔性部分的引入部分与孔的上边缘相结合，由于梁的中间部分是偏移开的，拐角42和42′将在相反的位置上与孔的边缘部分相结合。继续插入时，二个梁将会斜对地相向移动，成为如图7所示的重叠关系。即二个梁将以与第一相对方向相反的第一相反方向朝回复它们原来的在成形以前所具有的位置移动，与此同时，它们也以与第一相对方向垂直的第二相对方向移动，这样二个梁移动成为如图7虚线所示的重叠关系。如上所述，二个梁的总的合成运动是斜向的相向运动。

如图7所示，即使二个耳朵形部分彼此有少量重叠后，二个梁的以第一相反方向的继续运动(即回到它们原来的位置)就会被完全阻碍或止挡住，而梁的进一步弯曲是发生在第二相对方向上。换言之，在插入的这个阶段二个梁进一步运动成为如图9所示的重叠关系，并沿它们的长度方向弯曲。当二个梁完全插入时(如图10和11所示)由梁在第二相对方向上的弯曲和在第一相反方面上的弯曲所产生的梁中的应力迫使接触表面42靠在电路板孔10的导电表面部分上。

如上所述，梁在第一相反方向的运动是十分小的，与梁在第二相对方向上的运动相比是不明显的。如设计一特殊的插脚，它在表面20和21之间有一间隙，那时才会在第一相反方向上有显著的运动，但如无间隙，则在第一相反方向上的运动是不显著的。在所有的情况下，在插入过程的开始，在第二相对方向上都必定有足够的运动，使二耳朵形部分成为重叠关系，这样耳朵形部分不会因其在第一相反方向的运动而回复到同一平面状态。

本发明的一个重要的特点是，当二耳朵形部分44和44′运动成为如图7和8所示的重叠倚靠关系，且图4中的表面20和21互相靠在一起的时候，各梁的耳朵形部分用作在另一梁二端中间处的该梁的支撑物。在完全插入时，插脚的柔性部分的二个梁在其端部是固定的，而在其端部之间的中间是互相靠着的，且二个梁弯曲成在插脚的表面42的电接触面与电路板孔的导电表面部分之间产生接触力。端部固定而在端部之间的中间部分被支承的梁是一个结构十分坚固的部件，由于这一优点，即使插脚是用较薄的金属坯料16制成也能获得很强的接触力。

由如上所述梁36和36′的弯曲，以及当耳朵形部分44和44′的相对表面20和21运动靠在一起并成为如图7-11所示的重叠关系时所产生的摩擦而造成的力，构成了柔性部分施加在电路板孔的导电表面上的全部接触力。在美国专利№4,186,982中，(除了由弯曲产生的力外)还讨论了摩擦力对柔性插脚技术成功的重要性，而且，大多数(如果不是全部的话)目前所用的柔性插脚都是从二个来源即弯曲和摩擦来获得其接触力的。根据本发明的柔性插脚高度地控制了摩擦力对由插脚施加在电路板孔上的全部接触力所作的贡献。由于在二耳朵形部分的表面20和21之间有间隙，摩擦力贡献的开始产生能延迟至插入过程的中间阶段，从而使得在整个插入过程的中间阶段二耳朵形部分才相互接触。改变接触表面42上的倒角量，可以改变表面20和21之间的法向力，从而改变摩擦力。另外，可以提高或减小表面20和21的摩擦系数，从而提高和减小摩擦力的影响。

图17表示柔性部分在插入过程中产生的力的理想曲线图，纵轴表示的力为F，而插入的距离由横轴的d表示。图17不是根据实际的测试数据画出的，故F和d无具体数值。实际的曲线可能在下面所讨论的斜率和拐点50的位置方面与图17的不同，但大多数的实际曲线会具有图17的基本特征。这里示出图17是用于说明的目的。

图17的曲线部分48代表二个梁以二个相反方向相向运动且表面20和21之间的间隙(若有的话)闭合的阶段。曲线的拐点50代表当表面20和21互相靠在一起，以及当各梁由另一个梁的突出的耳朵形部分在中间处的支承而被加强时曲线斜率的突变。曲线的最后部分52代表插入的最后阶段，此时二个梁以第二相对方向并沿其长度方向相向弯曲。这一弯曲提供了由插脚的柔性部分施加在孔的导电表面上的全部力F的大部分。摩擦力对被插入的插脚的全部接触力的贡献是在从曲线拐点50开始一段时间上产生的，并在由52表示的部分阶段中贡献给总的力。

根据本发明的柔性插脚的一个突出的优点是：可用厚度范围很广的金属坯料，即可用较厚的坯料或者用较薄的坯料制造出高性能的柔性插脚，且这样的插脚都是很适用的。从对图17的进一步讨论，可以理解到这一优点。假定该图的曲线是一个特定的柔性插脚在一组特定情况下使用的理想曲线。如下所述，只要改变插脚的某些尺寸，就可用较薄的坯料或较厚的坯料得出这一曲线。或者，如果由于不考虑插脚的柔性部分的性能和其设计而固定坯料的厚度的话，也能实现图17的理想曲线，或如需要的话，也能实现具有不同斜率或数值的各种曲线。例如，由于任何理由，要求有较小的推入力(将柔性部分插入孔中所需的刀)，可以改变插脚的柔性部分的各部分的尺寸以获得较小的F值。

本发明的适用性在很大部分上是基于这样的事实，即二个梁在第二平行的方向上相向弯曲，并在插入过程的最后阶段偏离插脚的中心轴。这一弯曲平行于图18中所示的宽向尺寸或宽度W。图18示出了梁36的横截面和其X轴和Y轴(分别为长轴和短轴)。当有沿梁的X轴(X轴平行于轧制表面20和21)所加的负载使梁弯曲时，其强度是由相对于图18中的Y轴的转动惯量Iy所确定的，Iy的公式如下：

Iy＝W³t/12

由于公式中宽度W是三次方，因此梁的厚度t的很大的变化对转动惯量Iy的最终值影响很小，而宽度W的很小变化就能补偿厚度t的较大的变化。这意味着如果厚度减少相当大而宽度有较小增大时，Iy将会保持不变，梁的强度就不会有显著的变化。由此得出如果图1-5中所示的柔性插脚用比图1-5中所示的坯料薄许多的金属坯料制造的话(坯料厚度t减小)，为了弥补较薄的坯料的不足，只要增大梁的宽度W即可。可以通过减小孔32的尺寸或采用如图12-16中所示和如下所述的其他形状结构的开孔来增大梁36和36′的宽度W。或者，如果假定插脚必须具有如图1-5所示的坯料厚度，但必须具有较低的插入力和较低的接触力F，就可以将开孔32做得较大，以便获得所需的结果。

作为比较，如果如图18所示的梁将是以垂直于轧制表面20和21的方向弯曲，而不是平行于该表面的方向弯曲，则相对于X轴的转动惯量Ix将在很大部分上确定该梁的强度。Ix的公式如下：

Ix＝Wt³/12

在该公式中，厚度t三次方而不是W三次方。因此，如果减小t的尺寸而使其梁的强度保持不变的话，则必须显著地增大W的尺寸。

上述的讨论有助于理解本发明的优点，而不打算作为计算有关根据本发明的一特定插脚的性能的基础。该讨论假定了梁36和36′具有矩形的横截面这一在实际的柔性插脚中不可能存在的情况，因为插脚2的梁36和36′具有倒角后的拐角。因此，实际的柔性插脚的转动惯量将不会准确地按照如上所述的公式。但是，实际梁的转动惯量的公式将由梁的宽度的三次方(或接近三次方的幂指数)乘上梁的厚度所确定。因此上述讨论的总的结论将适用于根据本发明的柔性插脚的一般情况。

图12-14示出可供选择的另一种开孔，这些开孔将导致柔性插脚的特性的改变。在图12中，开孔54为长的槽孔形状，图13中孔56一般为椭圆形，图14中孔58为圆形。在所有这些实施例中，可以根据需要改变开孔的大小而改变梁的特性。显然，在这些图中所示的不同的开孔形状将会造成梁的不同的端部，这又影响所制造出来的柔性插脚的特性。

图15示出了一个实施例，其中二个梁60形成为彼此成弧形分离开并具有相对偏离的凹面。在该实施例中的二耳朵形部分最初在其纵向边缘上是互相连在一起的，在梁以第一相反方向运动的过程中，这二耳朵形部分在梁受到第二平行方向的力之前多少有点变平直。图16示出另一个实施例，其中耳朵形部分上设置了经糙化的表面62。该耳朵形部分是重叠的，且在柔性部分插入电路板孔中时互相靠在一起。这些经糙化的表面也将显著地影响柔性插脚的最终性能。

从上面的说明显然可知根据本发明的柔性插脚使一具体插脚的设计者能够就插脚的性能和材料厚度方面进行广泛的选择，该插脚的适用性部分是基于这样的事实，即在插脚插入电路板孔时的生产的极大部分的力，是由于梁以平行于其轧制表面的方向弯曲以及梁在其两端之间的中间部分得到支承一各梁被另一梁的耳朵形部分所支承的结果而产生的。

Claims (4)

1.一种用于插入电路板孔中的接触插脚，包括：一较该孔宽的柔性部分，一剪切线将该柔性部分分成二个梁，当插脚插入该孔时柔性部分宽度减少，二梁移动而彼此重叠和接合，其特征在于：第一和第二开孔(32，32)在梁(36，36′)之间通过柔性部分(6)，并连接剪切线(34)的相对端，开孔(32，32)沿柔性部分(6)彼此互相隔开，当柔性部分(6)在插入电路板(12)孔(10)时宽度变窄，并使该第一开孔(32)、继之该第二开孔宽度变窄。

2.根据权利要求1的接触插脚，其特征在于，开孔(32，32)呈三角形，并在其底部与剪切线(34)相交。

3.根据权利要求1的接触插脚，其特征在于，形孔(32，32)呈椭圆形并与剪切线(34)相交。

4.根据权利要求1的接触插脚，其特征在于，开孔(32，32)呈圆形并与剪切线(34)相交。

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