DE69209021T2 - Flexible elektrische Durchverbindung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Zwischenverbindungen und insbesondere flexible elektrische Zwischenverbindungen, die als Gelenkstrukturen hergestellt werden.
• Die Erfindung eignet sich, wie ersichtlich werden wird, für viele Zwischenverbindungszwecke und ist beispielsweise auf solchen Einsatzgebieten, wie bei der Herstellung von dreidimensionalen Leiterplatten (three dimension printed wiring board - 3D PWB) wichtig. Ein Einsatzgebiet, das der Veranschaulichung dient, für das jedoch eine bevorzugte Ausführung der Erfindung besonders geeignet ist, ist die Erfüllung von Zwischenverbindungsfunktionen in elektrostatographischen Vervielfältigungsgeräten. In jüngster Zeit ist, um die Wartungskosten zu verringern und es der Bedienungsperson zu ermöglichen, verschlissene oder verbrauchte Verarbeitungseinheiten in elektrostatographischen Vorrichtungen auszuwechseln, Wert darauf gelegt worden, eine oder mehrere Verarbeitungseinheiten der Vorrichtung als Einweg- oder herausnehmbare Kartuschen bzw. Einheiten zu integrieren. Auf diese Weise kann die Bedienungsperson leicht jede Kartusche entfernen, wenn ihre Lebensdauer abgelaufen ist, und eine neue Kartusche einsetzen. Weitere Vorteile bestehen im leichteren Zugang zu den inneren Teilsystemen eines Vervielfältigungsgerätes zu Wartungs- und Prüfungszwecken und in weniger kostenaufwendigen funktionellen Strukturen.
• Bei diesem Einsatz ist es erforderlich, Spannung und/oder logische Signale auf die verschiedenen Einheiten, Teilsysteme und/oder Kartuschen des Gerätes zu verteilen. Herkömmlicherweise ist dies unter Verwendung herkömmlicher Drähte und Kabelbäume in jedem Gerät zur Verteilung von Spannung und logischen Signalen, beispielsweise zwischen dem Hauptgehäuse des Gerätes und einer herausnehmbaren Verarbeitungseinheit oder einer Teilsystemeinheit, ausgeführt worden. So sind beispielsweise herkömmliche Stecker-und-Buchsen-Anordnungen eingesetzt worden, die entweder manuell verbunden werden können oder beim Einführen der Einheit in das Hauptgestell automatisch verbunden werden. Diese automatische Verbindung erfordert genaue Positionierung und Ausrichtung der Einheit beim Einführen, wobei nur geringe Abweichungstoleranzen zulässig sind. Typische Positionierungselemente, wie beispielsweise Zapfen oder Schienen, dienen dazu, ordnungsgemäße Positionierung zu gewährleisten, wodurch die Herstellungskosten für das Gerät steigen. Darüber hinaus sind herkömmliche Drähte und Kabelbäume flexibel und eignen sich daher nicht für automatisierte Montage, wie beispielsweise durch den Einsatz von Robotern, wodurch die Herstellungskosten weiter steigen.
• Derzeit werden viele Arten von Zwischenverbindungen, insbesondere Hochspannungsverbinder, in Massenproduktion hergestellt, indem ein vorgefertigter Metallstift bzw. eine Buchse in ein isolierendes Kunststoffgehäuse eingespritzt wird. Oft wird ein geeigneter Draht gleichzeitig in das gleiche Verbindergehäuse eingespritzt, um eine vollständige Verbinderbaugruppe herzustellen. Es sind jedoch wenigstens drei bis fünf einzelne Schritte zur Herstellung von herkömmlichen Hochspannungsverbindern erforderlich.
• Des weiteren muß bei vielen typischen Kopiersystemen eine flexible Zwischenverbindung zwischen Drähten unterschiedlicher Baugruppen, Leiterplatten oder anderen Elementen in dem System hergestellt werden. Derartige flexible Zwischenverbindungen sind in der Vergangenheit mit Verfahren, wie beispielsweise Bandkabeln mit Steckverbindern, hergestellt worden, die an passenden Steckverbindern an den zu verbindenden Elementen angebracht werden. Derartige Bandkabelanordnungen gewähren jedoch keinen physischen Halt zwischen den verbundenen Elementen und machen darüber hinaus oft arbeitsintensive Fertigung erforderlich. Des weiteren müssen derartige Kabelbäume möglicherweise mehrmals bewegt werden, um alle erforderlichen Verbindungen herzustellen. Dies ist ein arbeitsintensiver Vorgang, bei dem es häufig erforderlich ist, die verschiedenen Kabelbäume manuell durch Kanäle hindurch- und um Bauteile herumzuführen, wobei die Endverbindungen ebenfalls manuell hergestellt werden, so daß potentielle, durch Menschen verursachte Fehler bei der Montage auftreten, die durch den Einsatz automatisierter und insbesondere durch Roboter ausgeführter Montage verringert werden könnten. Zusätzlich zu den relativ hohen Arbeitskosten, die mit der Herstellung und Installation elektrischer Kabelbäume verbunden sind, ist weiterhin anzumerken, daß derartige Kabelbäume ihre gewünschte Funktion nicht vollkommen zuverlässig erfüllen. Darüber hinaus kann mit zunehmender Weiterentwicklung der Fähigkeiten derartiger Erzeugnisse eine Vielzahl von Kabelbäumen in jedem einzelnen Gerät erforderlich sein, so daß ein großer Raumbedarf entsteht und damit die Gesamtgröße des Gerätes zunimmt. Dementsprechend besteht der Bedarf, eine Alternative zu der herkömmlichen Verdrahtung und den Kabelbäumen zu schaffen, mit der diese Probleme gelöst werden.
• US-A-3,838,234 von Peterson offenbart ein Metallscharnier, das Flügel mit fluchtenden Gelenken aufweist, durch die sich ein Scharnierstift erstreckt. Der Stift ist an dem Gelenk eines der Flügel befestigt und trägt eine dielektrische Kontaktspindel, an der Schleifringe angebracht sind. Das Gelenk des anderen Flügels weist eine dielektrische Aufnahme auf, die mit Kontaktmessern versehen sind, die mit den Schleifringen in Kontakt sind. Die Kontaktmesser und Schleifringe, die miteinander in Kontakt sind, schließen elektrische Stromkreise über das Scharnier, stören jedoch die Demontage des Scharniers nicht.
• US-A-4,140,357 von Wolz et al. offenbart ein Metalischarnier, das die Aufnahme und das Durchführen eines oder mehrerer elektrischer Leiter in Form isolierter elektrischer Drähte erleichtert, wobei die Drähte durch das Scharnier hindurch fortlaufend und ununterbrochen sind und vollständig verdeckt und wirksam gegen Beschädigung geschützt sind, wenn Scharnierflügel und -hülsen auseinandergebrochen werden.
• US-A-4,175,315 von Hayes, Sr. et al. offenbart ein vollständig aus Kunststoff bestehendes Scharnier, das Kunststoffscharnierhälften umfaßt, die jeweils einen im allgemeinen planen Scharnierflügel und ein oder mehrere Gelenke enthalten, die fest damit verbunden sind und einen Durchgang zur Aufnahme eines Scharnierhaltestifts aufweisen und eine Schwenkbewegungsachse des Scharniers bilden.
• US-A-4,922,064 von Price et al. offenbart ein Metallscharnier, das einen Türpositionsanzeiger in seinen Gelenken enthält, der anzeigt, wenn die Tür offen oder angelehnt ist. Der Anzeiger umfaßt einen Näherungsschalter, der verstellbar an dem an dem Türpfosten angebrachten Rahmenflügel angebracht ist.
• Obwohl bestimmte andere Typen elektrischer Kontakte vorgeschlagen worden sind, weisen sie bestimmte Nachteile auf. So können z.B. zwei herkömmliche Metallplattenkontakte, wie beispielsweise zwei federgespannte Metallaschen, von denen z.B. eine an einem Hauptgestell und eine an einer herausnehmbaren Einheit angebracht ist, neben der Tatsache, daß die oben erwähnte genaue Positionierung und Ausrichtung erforderlich ist, nach lediglich kurzer Zeit des Einsatzes in einer aggressiven Geräteumgebung, wie sie in einem reprographischen Kopierer auftreten kann, unzuverlässig werden, da die Kontaktflächen durch Schmutz, Toner oder andere Rückstände verunreinigt werden. Des weiteren neigen derartige Metallkontakte dazu, zu oxidieren und eine isolierende Schicht auf der Kontaktfläche zu bilden, so daß sich die Zuverlässigkeit und die Leistung des Kontaktes weiter verschlechtern.
• Um diese und andere Probleme zu lösen und bei gegenwärtiger Berücksichtigung der Aufgabe, herkömmliche Kabelbäume und Verbinder bei Kopierererzeugnisse zu ersetzen und sogenannte "drahtlose Kopierer" zu schaffen, ist eine elektrische Zwischenverbindung erforderlich, die ausreichend flexibel ist, so daß geformte Kunststoffschaltungen nach Belieben, wenn gewünscht, um Ecken herum zusammengesetzt werden können, und mit der ebenfalls mechanischer Halt zwischen den miteinander verbundenen Baugruppen gewährleistet werden kann.
• Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine verbesserte flexible, elektrische Zwischenverbindung zu schaffen, die diese Anforderungen erfüllt.
• Gemäß einem allgemeinen Aspekt der Erfindung wird eine Zwischenverbindung zur elektrischen Verbindung von zwei Elementen mit Leiterzügen auf entsprechenden Flächen derselben geschaffen. Die Zwischenverbindung enthält einen ersten und einen zweiten Scharnierteil aus elektrisch isolierendem Material, die zueinander geschwenkt werden können, wenn sie ineinandergepaßt werden. Es sind vorstehende Strukturen an jedem Scharnierteil vorhanden, die elektrisch leitende Abschnitte aufweisen, die miteinander in Kontakt kommen, wenn der erste und der zweite Scharnierteil ineinandergreifen, und die elektrisch leitenden Abschnitte sind so angeordnet, daß sie in elektrischem Kontakt mit den Leiterzügen auf den entsprechenden Flächen der beiden Elemente sind.
• Gemäß einem weiteren allgemeinen Aspekt der Erfindung wird eine flexible elektrische Zwischenverbindung geschaffen, die entsprechende leitende Leitungen zweier Elemente elektrisch verbindet und die beiden Elemente physisch um eine Achse schwenkbar miteinander verbindet. Die Zwischenverbindung enthält ein Paar Scharnierteile, die jeweils an einem entsprechenden der Elemente angebracht werden können, und jeweils aus einem Substrat einer elektrisch isolierenden Polymermatrix hergestellt werden. Abschnitte des Substrats können bild- oder laserstrukturiert und anschließend galvanisiert werden, um einen Leiterzug herzustellen. Der Leiterzug eines Teils wird durch ineinandergreifende Abschnitte der Scharnierteile elektrisch mit dem Leiterzug des anderen Teils verbunden, wobei jeder ineinandergreifende Abschnitt eine leitende Schicht an einer Fläche desselben enthält, die in direkter elektrischer Verbindung mit einer entsprechenden leitenden Schicht an einander gegenüberliegenden ineinandergreifenden Abschnitte des anderen Scharnierteils steht, um elektrische Verbindung zwischen den Leiterzügen der Scharnierteile über eine Schwenkbewegung eines der Scharnierteile in bezug zu dem anderen Scharnierteil herzustellen.
• Die Erfindung schafft somit eine Zwischenverbindung der beschriebenen Art, die ausreichend flexibel ist, so daß geformte Kunststoffschaltungen um Ecken herum zusammengebaut werden können.
• Diese Zwischenverbindung ermöglicht die Herstellung von Kontakt zwischen Leiterbahnen, die galvanisch oder auf andere Weise an separaten Teilen von Gestellen, Platten oder dergleichen hergestellt werden.
• Die Zwischenverbindung des beschriebenen Typs kann vorteilhaft bei größeren Teilen oder Baugruppen eingesetzt werden, die Teile aufweisen, die sich zueinander bewegen, wobei elektrische Verbindung zwischen Schaltelementen auf jeder aufrechterhalten werden.
• Darüber hinaus kann die Zwischenverbindung des beschriebenen Typs wiederverwendet werden und kann vorteilhaft eingesetzt werden, um die Konstruktion von Prototypen zu beschleunigen und um die Diagnose und Wartung von Geräten zu erleichtern.
• Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt, wobei:
• Fig. 1 eine Draufsicht auf eine scharnierartige elektrische Zwischenverbindung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführung der Erfindung ist, wobei das Scharnier in der geöffneten Position dargestellt ist;
• Fig. 2 eine Seitenansicht der scharnierartigen elektrischen Verbindung in Fig. 1 ist;
• Fig. 3 eine isometrische, auseinandergezogene Ansicht einer scharnierartigen elektrischen Zwischenverbindung gemäß der in Fig. 1 dargestellten bevorzugten Ausführung der Erfindung ist;
• Fig. 4A eine Draufsicht auf einen Aufnahmeteil einer weiteren Ausführung der Erfindung ist; und
• Fig. 4B eine Draufsicht auf den Einführungsteil der Ausführung der Erfindung ist, die mit dem Aufnahmeteil in Fig. 4A eingesetzt wird.
• In den verschiedenen Figuren der Zeichnung werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um gleiche oder ähnliche Teile zu kennzeichnen. Darüber hinaus können in den Zeichnungen verschiedene Größen und Maße der Anschaulichkeit der Darstellung oder der einfacheren Beschreibung wegen übertrieben oder verzerrt sein.
• Die elektrische Zwischenverbindung gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist eine Konstruktion auf, die dem eines Scharniers mit Stift der Art gleicht, wie sie oft in einem Türscharnier oder dergleichen zu finden ist. Derartige Scharniere bestehen im allgemeinen aus gestanztem oder umgeformtem Metall (normalerweise Messing oder Stahl) und dienen als kleine mechanische Strukturen an größeren Baugruppen.
• Die Zwischenverbindungsbaugruppe 10 gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung umfaßt, wie aus den Zeichnungen von Figur 1 - 3 zu ersehen ist, also drei Teile: zwei ineinandergreifende, elektrisch isolierende Scharnierflügel 12 und 13 und einen Verbindungsstift 14. Die beiden ineinandergreifenden Scharnierflügel 12 und 13 sind aus elektrisch isolierendem Material, wie beispielsweise geformtem Kunststoff, bestehende Substrate, so beispielsweise eine Polymermatrix, die mit elektrisch isolierenden Fasern gefüllt ist, die sich unter Wärmeeinwirkung in elektrisch leitende Fasern umwandeln können, oder eine Polymermatrix, die ein metallisches oder organometallisches Salz enthält oder damit beschichtet ist, das durch Wärme oder andere Einflüsse in eine geeignete Metalistruktur umgewandelt werden kann, um anschließend stromlos oder elektrolytisch mit Metall plattiert zu werden oder dergleichen, und weisen einen oder mehrere Leiterzüge 16, 17, 18 und 19 auf, die an einer oder mehreren Flächen ausgebildet sind. So kann beispielsweise eine Vielzahl von Zügen ausgebildet sein, die der Leitung von Strom, der Erdrückführung, der Leitung von logischen und Zeitsteuerungs- sowie anderen Signalen dient, die auf dem bestimmten Anwendungsgebiet erforderlich sind, auf dem die Scharnierzwischenverbindung eingesetzt wird. Es liegt auf der Hand, daß, obwohl Leiterzüge entweder an der Oberseite und/oder der Unterseite der Scharnierflügel ausgebildet sein können, die Züge vorzugsweise an einer bestimmten Fläche des Scharnierflügels ausgebildet sind, so daß, wenn die Scharnierflügel an den Baugruppen bzw. Bauteilen (nicht dargestellt), mit denen die elektrische Verbindung hergestellt wird, oder als Teil derselben ausgebildet sind, die Züge direkt mit den Leitern oder Drähten (nicht dargestellt) der Elemente in Kontakt sind, mit denen die Verbindungen hergestellt werden sollen.
• Die Flügelelemente 12 und 13 weisen ineinandergreifende Abschnitte bzw. Gelenke 20 - 24 auf, die beispielsweise durch Formen, als fester Bestandteil der Substratabschnitte an einem oder mehreren ihrer Enden hergestellt werden. Es besteht ein Zwischenraum zwischen jedem Paar Gelenke, z.B. 20 und 22, 22 und 24 sowie 21 und 23. Die dargestellten Gelenke 20 bis 24 weisen die Form hohler Zylinder auf, wobei eine Kante ausgewählter Gelenke geeigneterweise galvanisiert ist, so daß kreisförmige, elektrische Kontakte entstehen. So ist beispielsweise ein Ende des Gelenks 21 galvanisiert, so daß ein Kontaktring 27 entsteht, und ein Ende des Gelenks 22 ist galvanisiert, so daß ein Kontaktring 28 entsteht, so daß, wenn die Gelenke in ihrer Schwenkeingriffsstellung angeordnet sind, die Kontaktringe 27 und 28 physisch und elektrisch miteinander verbunden sind. Ähnliche Kontaktringe können, wenn gewünscht, an anderen Gelenken vorhanden sein, so beispielsweise die Kontaktringe 31 und 32 an den Gelenken 23 bzw. 24.
• Die kreisförmigen Kontakte sind elektrisch mit entsprechenden Metallzügen an der Oberfläche der Scharnierabschnitte verbunden. So sind beispielsweise die Züge 16, 17, 18 und 19 mit den entsprechenden kreisförmigen Kontakten 28, 23, 27 und 31 verbunden. Bei einigen Ausführungen kann eine große Anzahl von ineinandergreifenden Scharnierstrukturen vorhanden sein, um längere, gerade Abschnitte miteinander zu verbinden und eine große Anzahl von Signalen, Antriebsspannungen und dergleichen zu leiten, und Scharnierstrukturen können, wie erwähnt, an anderen Kanten des Substrats vorhanden sein, um einen oder mehrere der Abschnitte auf solchen Einsatzgebieten, wie beispielsweise Schaltungsnetzen, verketten zu können.
• Der Scharnierstift 14 ist ebenfalls aus elektrisch isolierendem Material, wie beispielsweise Kunststoff oder dergleichen, oder er kann aus einem mit einem Isolator beschichteten Metall bestehen und dient als Scharniergelenkpunkt, der Winkelbewegung der Scharnierabschnitte und ihrer entsprechenden Kontakte ermöglicht. Der Stift 14 kann mit Gewinde versehen werden, so daß er, wie dargestellt, an einem Ende Gewindegänge 35 aufweist, um in Gewindegänge 36 eines Gewinde-Aufnahmeabschnitts in einem der Gelenke 24 eines der Scharnierabschnitte eingeschraubt zu werden und so die beiden Scharnierflügel 12 und 13 aneinander zu befestigen. Der so befestigte Stift erzeugt auch eine gesteuerte Kraft, die auf die kreisförmigen Kontakte 27, 28, 31 und 32 wirkt und eine zuverlässige Zwischenverbindungsfunktion gewährleistet.
• Bei einer anderen Ausführung wird das Scharnier durch den einschnappenden Eingriff von zwei in Fig. 4A und 4B dargestellten Teilen gebildet. Fig. 4A stellt die Aufnahmehälfte 40 mit Fassungen 45 dar, die zwischen Auslegerarmen 43 ausgebildet sind. Eine Spitze jedes Auslegerarms 43, die an die Fassung 45 angrenzt, enthält einen Kontaktabschnitt 42, wobei jeder Kontaktabschnitt entlang einer Schwenklinie 41 ausgerichtet ist. Fig. 4B stellt die Einführungshälfte 50 dar, die Einführungsvorsprünge 55 aufweist, die zur Aufnahme in entsprechenden Fassungen 45 der aufnehmenden Hälfte beabstandet sind. Jeder Einführungsvorsprung 55 enthält einen Kontaktabschnitt 52 auf jeder Seite des Vorsprungs 55, der in der Fassung 45 aufgenommen wird. Die Kontaktabschnitte 52 sind entlang der Schwenklinie 41 ausgerichtet. Bei der bevorzugten Ausführung in Fig. 4A und 48 sind die Kontaktabschnitte 42 an der Aufnahrnehälfte 40 Vorsprünge, und die Kontaktabschnitte 52 an der Einführungshälfte 50 sind entsprechend geformte Vertiefungen. Beim Einführen der Einführungsvorsprünge 55 in die Fassungen 45 verformen sich die Auslegerarme 43 leicht, so daß sie auseinanderbewegt werden und den Eintritt der Einführungsvorsprünge 55 ermöglichen. Die Auslegerarme 43 kehren dann federnd in ihre Ruhestellung zurück und kommen einschnappend mit den Einführungsvorsprüngen in Eingriff. Die Kontaktabschnittsvorsprünge 42 werden in den Kontaktabschnittsvertiefungen 52 aufgenommen, die sämtlich entlang der Schwenklinie 41 ausgerichtet sind.
• Es hat sich erwiesen, daß bestimmte Kunststoffe mit Glaszusatz, wie beispielsweise 2312 Ultem von General Electric, solche Eigenschaften aufweisen, daß sie, wenn geformte Strukturen, wie beispielsweise der einschnappende Auslegerarm, entsprechend konstruiert sind, die Normalkräfte in den ineinandergreifenden Kontaktbereichen der Abschnitte 42 und 52 in dem Bereich liegen, der an der unteren Seite durch die elektrische Anforderung von 150 bis 300 g Kraft pro Kontakt und an der oberen Seite durch die gewünschte Einführungskraft begrenzt wird, die ausgeübt werden muß, wenn das Scharnierverbinder- Aufnahmeteil 40 an Schwenklinie 41 mit dem Einführungsteil 50 in Eingriff gebracht wird, und die bei ungefähr 2,3 bis 6,9 kg liegt. Diese Kontaktkraft wird durch die Verformung der Auslegerarme 43 aus der Ruhestellung erreicht. Bei der vorangegangenen Ausführung wird die Kontaktkraft durch den Scharnierstift ausgeübt und aufrechterhalten, und aufgrund des Drucks, der durch die Schraubengewindegänge bei der Drehung des Stiftes ausgeübt wird, werden die Gelenke in bestimmtem Maße verformt. Verformung gewährleistet in beiden Fällen Kontaktdruck an allen Kontaktpunkten. (Bei der zweiten Ausführung werden die Herstellung und der Zusammenbau dadurch vereinfacht, daß der Scharnierstift wegfällt, jedoch ist keine Einstellung der Kontaktkraft nach der Herstellung des Teils für den Fall von Spannungsrelaxation, beispielsweise aufgrund erhöhter Temperaturen, möglich).
• Die Scharnierzwischenverbindung gemäß einer Ausführung der Erfindung kann mit herkömmlichen Verfahren zum Herstellen elektrischer Bauteile mit einer elektrisch leitenden Bahn auf einem Thermoplastsubstrat hergestellt werden, die durch stromloses Auftragen von leitenden Metallen auf einer Bahn oder einer Struktur von Keimbildungsstellen eines Katalysators für das stromlose Auftragen von leitenden Metallen hergestellt werden, die in oder auf dem Thermoplast verankert sind.
• D.h., die Oberfläche eines Thermoplastsubstrats, das die Scharnierflügel und möglicherweise die Gelenkbaugruppen bildet, wird so modifiziert, daß sie die Anhaftung des Metalls auf dem Substrat ermöglicht. Zu diesem Zweck wird zunächst ein Katalysatorvorläufer für das stromlose Auftragen von leitenden Metallen auf die Oberfläche des Thermoplastsubstrats aufgetragen. Anschließend wird das Substrat selektiv erwärmt oder auf andere Weise aktiviert, um den Zerfall des Katalysatorvorläufers in den Bereichen zu bewirken, in denen die Leiterzüge ausgebildet werden sollen. Gleichzeitig wird die Thermoplastoberfläche durch die Erwärmung erweicht, so daß der Katalysator in die Oberfläche des erweichten Kunststoffs eindringen und auf dem Thermoplast verankert werden kann. Die Erwärmung kann mit einem Laserstrahl, vorzugsweise einem fokussierten Kohlendioxid-Laser, ausgeführt werden, der auf die gewünschten Leiterbahnen gerichtet wird. Schließlich wird der Katalysatorvorläufer vorzugsweise von den nicht erwärmten Bereichen des Substrats entfernt, und ein leitendes Metall wird mit bekannten stromlosen Auftrageverfahren aufgetragen, um die Leiterzüge in den Oberflächenbereichen herzustellen, die die Keimbildungsstellen aufweisen, die durch die beschriebenen Schritte des Erwärmens und des Katalysatorvorläuferdotierens hergestellt worden sind.
• Ein weiteres Verfahren, mit dem die Scharnierzwischenverbindung gemäß einer anderen Ausführung der Erfindung hergestellt werden kann, besteht in bekannten Verfahren zum Herstellen von elektrisch leitenden Bahnen in einer Polymermatrix, die mit elektrisch isolierenden Fasern aufgefüllt ist, die unter Wärmeeinwirkung in elektrisch leitende Fasern umgewandelt werden können. Mit diesem Verfahren können durch die selektive Erwärmung der gefüllten Polymermatrix die elektrisch leitenden Bahnen in situ hergestellt werden. Dieses Verfahren ist in US-A- 4,841,099 sowie 4,970,533 von Epstein et al. bzw. Orlowski et al. offenbart.
• Das heißt, die elektrisch isolierende Polymermatrix, die die Scharnierflügel und die Gelenkbaugruppen bildet, wird mit einem geeigneten Polymerfasermaterial aufgefüllt bzw. dotiert, das sich unter Wärmeeinwirkung in leitenden Faserkohlenstoff in der Polymermatrix verwandeln kann. Beispiele geeigneter Faserfüllstoffe sind Cellulose (Reyon), Kohlefasern auf Erdölpechbasis, die unter Wärmeeinwirkung umwandelbare kohlenstoffhaltige Fasern darstellen, sowie thermisch stabilisierte Polyacrylnitrilfasern. Die fasergefüllte Polymermatrix, die mit derartigen Fasern dotiert ist, kann mit herkömmlichen oder Spritzgieß- oder anderen Kunststoffgießverfahren zu den Scharnierbaugruppen geformt werden.
• Die selektive Erwärmung, die erforderlich ist, um den elektrisch isolierenden Faserfüllstoff in den gewünschten Bereichen in einen elektrisch leitenden Füllstoff umzuwandeln, kann auf jede geeignete Weise ausgeführt werden. Wiederum kann vorzugsweise ein Laser, wie beispielsweise ein Kohlendioxid- Laser, eingesetzt werden, um den Laserstrahl auf die ausgewählten Abschnitte der Polymermatrix zu richten, die pyrolysiert werden sollen, indem das Polymer geschmolzen wird, und die elektrisch isolierenden Faser durch Wärmeeinwirkung in elektrisch leitende Fasern umzuwandeln und die Leiterbahn herzustellen.
• Die oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung von Metallstrukturen auf Kunststoff sind dadurch gekennzeichnet, daß sie vollständig additiv sind, da das Ätzen bzw. die Entfernung von Metall kein inhärentes Erfordernis für das Strukturierungsverfahren ist. Ein weiteres bekanntes Verfahren wird als Zweistufenspritzgießen bezeichnet, wobei ein Harz, das zum stromlosen Plattieren katalysiert werden kann, einen Bestandteil des geformten Teils bildet, und ein weiteres, nicht sensibilisiertes Harz den anderen Bestandteil bildet. Das zusammengesetzte Teil kann daher in einer durch die Form bestimmten Struktur selektiv plattiert werden. Die Scharnierzwischenverbindung kann auch mit anderen bekannten Verfahren zur Herstellung selektiver Plattierungen auf Kunststoffen unter Verwendung von Resisten hergestellt werden. Sie werden, je nachdem, ob das Metall, gewöhnlich Kupfer, zunächst überall in einer sehr dünnen Schicht plattiert wird und dann in der gewünschten Struktur hinzugefügt wird, oder überall auf die gewünschte endgültige Dicke plattiert wird und dann in den Hintergrundbereichen entfernt wird, als semiadditiv oder substraktiv bezeichnet. Der Begriff Struktur dient der Bezeichnung der Oberflächenbereiche, die leitend sein sollen, und der Begriff Hintergrund bezieht sich auf die Oberflächenbereiche, die isolierend sein sollen. In beiden Fällen wird selektiv ein Resist aufgetragen und zwar entweder mechanisch durch selektiven Beschichtungsauftrag oder photochemisch. Bei dem serniadditiven Verfahren wird das Teil in ein stromloses oder elektrolytisches Plattierungsbad zurückgeführt, in dem der Resist weitere Plattierung in den Hintergrundbereichen verhindert, jedoch die dünne Kupferschicht, die in der gewünschten Struktur freiliegt, dicker wird. Abschließend wird der Resist entfernt, und das gesamte Teil einer kurzen Ätzbehandlung unterzogen, um das Hintergrundkupfer sowie eine kleine Menge in den Strukturbereichen zu entfernen. Beim subtraktiven Verfahren wird auf eine gleichmäßige Kupferschicht mit der gewünschten endgültigen Dicke wahlweise ein Ätzresist aufgetragen, das Hintergrundkupfer wird entfernt, und anschließend wird der Resist entfernt, so daß in den Strukturbereichen blankes Kupfer zurückbleibt.
• Die Scharnierflügel können also in Funktion zueinander geschwenkt bzw. gedreht werden, und aufgrund des gegenseitigen Schleifkontaktes benachbarter Kontakte von ineinandergreifenden Abschnitten der Flügel wird die elektrische Verbindung zwischen den entsprechenden elektrischen Bahnen an den Scharnierflügel aufrechterhalten.
• In Funktion kann jeder der Scharnierflügel mit einem entsprechenden der zu verbindenden Elemente verbunden sein, wobei die Züge auf den Scharnierflügeln auf zugehörige elektrische Drähte oder Züge an dem Element ausgerichtet und mit ihnen in Kontakt sind. So können beispielsweise die Scharnierflügel der Zwischenverbindung Kontakt zwischen Leiterbahnen herstellen, die auf separaten Teilen von Gestellen, Platten oder anderen Kopiererteilen durch Elektroplattieren hergestellt worden sind, um so elektrischen Kontakt für den oben erwähnten drahtlosen Kopierer zu ermöglichen. Die Scharnierflügel können mit geeigneten Einrichtungen, wie beispielsweise Klebstoffen, Muttern und Schrauben, Schnappverbindungen, Preßpaßverbindungen oder anderen geeigneten Befestigungsvorrichtungen (nicht dargestellt) angebracht werden. Natürlich kann die betreffende Scharnierstruktur als integrale und kleine Struktur geformt werden, die einen Teil eines größeren Kunststoffteils, wie beispielsweise einer geformten Leiterplatte eines Kopiererabdeckelementes, eines Teilssystemchassis oder eines anderen geeigneten Geräteteils bildet.
• Auf einigen Anwendungsgebieten können, beispielsweise beim Vorhandensein einer Schwenkanzeige oder dergleichen, die Scharnierflügel integral als Teil der Anzeige und einer Aufnahme ausgeformt sein, so daß sie physisch mit entsprechenden Verdrahtungsgruppen verbunden sind, die elektrisch miteinander verbunden werden sollen. So können die Scharniergelenke beispielsweise direkt an entsprechenden Kanten der Teile ausgebildet werden oder auf einigen Einsatzgebieten an einer Kante eines Teils und einem mittleren Oberflächenabschnitt eines anderen.
• Wenn die Scharnierflügel an den miteinander zu verbindenden Elementen oder Baugruppen befestigt sind, werden die Scharniergelenke ineinandergreifend aufeinander ausgerichtet, so daß die entsprechenden leitenden Abschnitte der ineinandergreifenden Teile in elektrischen Kontakt gebracht werden, und der Stift wird in die Gelenke eingeführt, um die Flügel zu befestigten und Schwenken bzw. Drehen derselben zueinander zu ermöglichen. Bei Wartung des Gerätes können Teile, die die beschriebene Scharnierstruktur aufweisen, leicht um die Scharnierstruktur herumgeschwenkt werden, so daß leichter Zugang zu Baugruppen möglich ist, die hinter einer dazwischenliegenden Baugruppe liegen. In diesem Fall ist vollständige Demontage und Entfernung des dazwischenliegenden Elementes überflüssig, so daß Wartungsarbeit eingespart wird. Des weiteren werden, wenn die dazwischenliegende Baugruppe gedreht wird, um einfachen Zugang zu einem bisher verborgenen oder nicht zugänglichen Teilsystem zu ermöglichen, Spannungs- und Signalverbindungen zu dieser Baugruppe aufrechterhalten, so daß die Baugruppe in dem zugänglichen Zustand vollständig unter Spannung bleiben kann. Dieses Merkmal erleichtert die Überprüfung des Kopierers und trägt zu weiterer Einsparung von Wartungsarbeit bei.
• Es liegt auf der Hand, daß die Scharnierflügel auswechselbar sein können und so beispielsweise das schnelle Auswechseln von Teilen oder Modulen erleichtern, mit denen die Scharnierflügel verbunden sein können. Diese Konstruktion kann dahingehend von Vorteil sein, daß sie schnelle Reparatur von Systemen durch den Austausch von Teilbestandteilen erleichtert, oder die Prototypentwicklung von Gerätesystemen erleichert. Daher ermöglicht die Scharnierzwischenverbindung gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ein "Baustein"-Verfahren bei der Entwicklung von Schaltungen und Systemen, so daß eine "benutzerfreundliche" Atmosphäre für den Entwicklungsingenieur gewährleistet ist.

Claims (8)

1. Flexible, elektrische Zwischenverbindung, die umfaßt:

ein Paar Scharnierbaugruppen (12, 13), wobei jede Baugruppe um eine Achse in bezug auf die andere Baugruppe geschwenkt werden kann,

dadurch gekennzeichnet, daß

jede Baugruppe ein elektrisch isolierendes Substrat umfaßt, das wenigstens eine Leiterbahn (16, 17, 18, 19) enthält, wobei die Leiterbahn (16) einer Baugruppe (12) durch ineinandergreifende Abschnitte (22, 21) der Scharnierbaugruppen elektrisch mit der Leiterbahn (18) der anderen Baugruppe (13) verbunden ist, wobei jeder eingreifende Abschnitt (22, 21) eine leitende Schicht (28, 27) an einer Fläche desselben enthält, die in direkter elektrischer Verbindung mit der entsprechenden leitenden Schicht des anderen eingreifenden Abschnitts steht.

2. Elektrische Zwischenverbindung nach Anspruch 1, wobei das Substrat ein elektrisch isolierendes Thermoplastsubstrat umfaßt, das einen Katalysatorvorläufer aufweist, der unter Warmeeinwirkung so umgewandelt werden kann, daß er die Leiterbahn bildet.

3. Elektrische Zwischenverbindung nach Anspruch 1, wobei das Substrat eine elektrisch isolierende Polymermatrix ist, die mit einem elektrisch isolierenden Faserfüllstoff dotiert ist, der unter Wärmeeinwirkung in einen elektrisch leitenden Faserfüllstoff umgewandelt werden kann, um die Leiterbahn zu bilden.

4. Elektrische Zwischenverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jede Scharnierbaugruppe eine Vielzahl elektrisch getrennter Leiterbahnen (16, 17) aufweist, die jeweils in direkter elektrischer Verbindung mit einer entsprechenden der Vielzahl von Leiterbahnen (18, 19) der anderen Scharnierbaugruppe steht.

5. Elektrische Zwischenverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die einen elektrisch isolierenden Gelenkstift (14) enthält, an dem die Scharnierbaugruppen schwenkbar angebracht sind.

6. Elektrische Zwischenverbindung nach Anspruch 5, wobei jede der Scharnierbaugruppen eine Vielzahl von Leiterbahnen (16, 17) enthält, die im wesentlichen an einer Fläche der Baugruppe (12) und an wenigstens einer gleichen Anzahl hohler Zylinderabschnitte (22, 24) als die Vielzahl von Leiterbahnen angeordnet sind, die an einer Kante der Scharnierbaugruppe ausgebildet sind, wobei jeder Zylinderabschnitt eine Länge aufweist und von den angrenzenden Zylinderabschnitten durch einen Zwischenraum getrennt ist, der der Länge der Scharnierbaugruppen-Zylinderabschnitte (21, 23) der gegenüberliegenden Scharnierbaugruppe (13) gleich ist, wobei wenigstens einer der Zylinderabschnitte (22, 24; 21, 23) wenigstens eine Endfläche aufweist, die eine leitende Schicht (28, 32, 27, 31) daran aufweist, wobei die leitenden Schichten in direkter elektrischer Verbindung mit den entsprechenden Leiterbahnen der Scharnierbaugruppen stehen, wobei die Scharnierbaugruppen miteinander in Eingriff gebracht werden können, indem die Zylinderabschnitte des Paars von Scharnierbaugruppen auf die gegenüberliegenden Zwischenräume ausgerichtet werden, und der isolierende Stift (14) durch die hohlen Zylinderabschnitte eingeführt wird, so daß beim Ineinandergreifen der Scharniere die leitende Schicht aneinandergrenzender der Zylinderabschnitte in elektrische Verbindung damit gedrückt wird, und so eine flexible elektrische Verbindung zwischen den Scharnierbaugruppen herstellt.

7. Elektrische Zwischenverbindung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, die des weiteren Schraubengewindegänge an einem Ende des Stiftes und einen Gewinde-Aufnahmeabschnitt in einer der Scharnierbaugruppen umfaßt, der die Schraubengewindegänge an dem Stift aufnimmt.

8. Elektrische Zwischenverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine der Scharnierbaugruppen wenigstens einen Einführungsvorsprung (55) enthält, an dem sich die elektrisch leitende Schicht befindet, und die andere Scharnierbaugruppe wenigstens eine Aufnahmefassung (45) enthält, in der sich die elektrisch leitende Schicht befindet, wobei der wenigstens eine Einführungsvorsprung in die wenigstens eine Aufnahmefassung einschnappt, wenn sie sich in der ineinandergreifenden Position befinden.