JP2007532255A - 動的負荷の下での抵抗変化を最小にするために電気接点としての軸方向の傾斜したコイルバネの使用 - Google Patents

Abstract

医学的に移植可能な電気コネクタはその中に内側の溝を備えたボアを有するハウジングと、ハウジングのボア内に挿入されるように寸法決めされたピンとを有する。フィルム除去バネはハウジングのボア内に位置し、ピンによる溝内でのバネの動的負荷が溝及びピンの表面からのフィルムの削り取りを生じさせて、その間の低い電気抵抗を提供する。

Description

本発明は一般に電機コネクタに関し、特に、抵抗変化を最小にした医学的に移植可能な電気コネクタに関する。

医学的なコネクタは、例えばペースメーカー、デフィビュレータ、神経刺激器等のような極めて多数の医療装置に使用される。医学的に移植可能な電気コネクタは、その使用の環境的及び臨床的特性のため、大半の他の電気コネクタとは本質的に異なる。

米国特許第６，８３５，０８４号明細書に記載されているように、傾斜したコイルバネを使用する電気接点はかなりの利点、コンパクトさ及びピンやハウジングの貴金属における偏心性を補償する能力を有する。この参照した特許はこの特定の参照としてその全体をここに組み込むべきである。上述の参照した米国特許の目的は医学的に移植可能な材料の組み合わせを利用する静的及び動的な負荷の下で抵抗及び抵抗変化を減少させることである。
米国特許第６，８３５，０８４号明細書

本発明はバネの選択及び動的負荷の使用により電気接点の抵抗変化の最小化を提供する。

本発明に係る医学的に移植可能な電気コネクタは一般に、その中に内側の溝を備えたそこを通るボアを有するハウジングと、ハウジングのボア内に挿入されるように寸法決めされたピンとを含む。

フィルム除去バネはハウジングの溝内に位置し、ピンによる溝内でのバネの動的負荷が溝とピン表面からのフィルム（典型的には酸化物）の削り取りを生じさせて、その間の減少した及び一貫した電気抵抗の双方を提供する。すなわち、抵抗が減少するばかりか、抵抗変化も減少する。

この特徴は、例えば半径方向の傾斜したコイルバネとは反対に、軸方向の傾斜したコイルバネの使用によってのみ取得できる。動的負荷の下での軸方向の傾斜したコイルバネのコイルの方位は電気的に抵抗性を有するフィルムを擦り落とすか又は削り取り、それによって、ハウジング／バネ／ピンの表面間の安定した接触（接点）を提供する。

本発明の１つの実施の形態においては、フィルム除去バネは軸方向の楕円形のコイル及び軸方向の丸いコイルの双方を有し、楕円形の及び丸いコイルは互いに関して半径方向に片寄っている。この実施の形態においては、楕円形のコイルのコイル高さは丸いコイルのコイル高さより大きくすることができる。代わりに、丸いコイルの高さは楕円形のコイルのコイル高さより大きくすることができる。

本発明の別の実施の形態においては、フィルム除去バネは異なるコイル高さの楕円形のコイルを有し、特に、異なるコイル高さのコイルは互いに関して半径方向及び軸方向に片寄ることができる。更に、異なるコイル高さのコイルは互いに関して半径方向に片寄ることができる。

本発明の更に別の実施の形態においては、フィルム除去バネは丸いコイルを有することができ、上述したすべての実施の形態においては、ピンはハウジングのボア内でバネを着脱自在にラッチ止めするためにバネを捕獲するための外側の溝を有することができる。

本発明の特徴即ち軸方向の傾斜したコイルバネの使用による変化及び抵抗の最小化は、Ｖ字状の底部、平坦な底部又は先細りした底部を有するハウジングの溝により達成することができる。

本発明は添付図面を参照することにより一層良好に理解できよう。
図１を参照すると、ハウジング２０を通るボア１８の内側の溝１６内に位置する、以下に一層詳細に説明し、定義するような軸方向の傾斜したコイルバネ１２を使用する本発明に係る電気接点即ちコネクタ１０を示す。ピン２２はハウジングのボア１８内に挿入されるように寸法決めされ、ハウジング２０内でバネ１２及びピン２２を着脱自在にラッチ止めするためにバネ１２を捕獲するための外側の溝２６を有することができる。

バネ１２は溝１６内での軸方向の傾斜したコイルバネ１２の動的負荷によりハウジングの溝１６及びピンの溝２６からフィルム（図１には示さない）を除去するように機能し、この動的負荷は、その間に減少した電気抵抗を提供するように、溝１６、２６からフィルムを削り取る。

ハウジング２０、バネ１２及びピン２２は任意の適当な医学的に移植可能な材料から形成することができる。本発明を更に理解するため、図２に示すような２つの表面３２、３４間のインターフェイス即ち境界面３０を横切るバルク抵抗の簡単な説明を行う。

表面３２、３４間の境界面３０を横切る矢印３８で示すような電流３６はざらついた表面間の接触に由来する圧縮抵抗を受ける。
電流のパターンは接触地点４２を通って流れるように変化し、もちろん、接触地点４２の総数に影響される。

フィルムの抵抗は、接触地点４８を通る矢印４６により表示される電流及びフィルム５４を通る矢印５０により表示される電流を示す図３に示すように、境界面４４での表面上のフィルムの形成に由来する。

従って、抵抗及び電流は組み合わされた圧縮抵抗及びフィルム抵抗の結果である。
増大した力はまた、図４ａ、４ｂに示すように、圧縮抵抗及びフィルム抵抗に対して効果を有する。小さな接触力（図４Ａ）では、接触地点５８は図４ｂに示すような大きな接触力下での接触地点６０よりも小さな断面積を有する。対応する電流線６２、６４も、抵抗上の有効な増大した力を示すために、図４ａ、４ｂに示す。

フィルムを突破するために接触領域６２でのある量の垂直力が必要である。接触力が増大すると、ヘルツ応力（高局部応力）が増大する。この効果は接触表面積６０を増大させる結果をもたらし、従って、圧縮抵抗及びフィルム抵抗の双方を減少させる。最低の抵抗及びその抵抗の変化は極めて大きな垂直力を提供することにより達成されることは明らかである。

しかし、多くの応用において、小さな垂直力が必要である。例えば、リード線の損傷を回避するためには、医師は多数の接点（簡単のために図１に１個のみの接点を示す）を備えた医学電子装置においてハウジング２０内にピン２２を挿入するために最小の力を使用する。小さな垂直力を利用する他の応用は摩擦ワイヤが重要であるような多数のサイクルを必要とする応用である。

図５は接触力と接触抵抗との間の関係を示す。可変の力が抵抗の変化を招くような不安定な区域が存在する。広範囲にわたる試験の結果、この区域における変化及び抵抗は、例えば半径方向の傾斜したコイルバネのような他の形式のバネとは反対に、軸方向の傾斜したコイルバネの拘束及びハウジングの使用により２０又はそれ以上の因子により減少することが分かった。

軸方向の傾斜したコイルバネの使用は、ハウジング２０内へのピンの挿入のために動的な力が適用されたときは、図１に矢印６８、７０で表示するような負荷の下でのバネの回転を提供し、軸方向の傾斜したコイルバネはフィルムに侵入するのに十分な垂直接触力を維持するようにその力に反応し、また、上記の使用は、図６ａ、６ｂに矢印７６で示す圧縮負荷の下で、バネ１２の軸線７４に沿って圧縮するときに、表面のフィルムを除去する削り取り作用を提供する。ここでのフィルムは典型的には酸化物である。

図６ａ、６ｂに示すように、軸方向の傾斜したコイルバネは、一般にバネ１２の中心線８２に平行な方向である矢印８０の圧縮力により撓む。従って、図１に示すように半径方向に圧縮されたとき、図７に矢印８４、８６で表示するコイルの運動が生じ、削り取り又は擦り落としによるフィルム除去作用をもたらす。

単なる比較例として、図８ａ、８ｂに示す半径方向の傾斜したコイルバネはその中心線９２に垂直な矢印９０で示す圧縮力の下で圧縮する。従って、このコイル圧縮中にほんの小さなコイル運動しか発生させず、このような半径方向の傾斜したコイルバネはフィルム除去のためのいかなる削り取り作用をも機能させない。

従って、意外なことに、動的負荷の下での軸方向のバネの使用は、動的負荷の下での半径方向のバネの使用での抵抗の増大に比べて、コネクタ１０の抵抗を減少させることが判明した。表１は静的負荷の下での軸方向のバネ及び半径方向のバネコネクタの測定の結果を示し、表２は動的負荷の下での軸方向のバネ及び半径方向のバネコネクタの測定の結果を示す。

表１、２は、半径方向のバネの場合、静的な状態から動的な状態に行ったときに、平均抵抗が５１４％だけ増大することを示す。軸方向のバネについては、平均抵抗は３５％だけ減少する。
半径方向の平均静的抵抗 ．０１０５オーム
半径方向の平均動的抵抗 ．０５４オーム
増大百分率 ５１４％
軸方向の平均静的抵抗 ．０６７オーム
軸方向の平均動的抵抗 ．０４３７
減少百分率 ３５％
コイルの移動によるこのフィルム除去増強の更なる向上は、例えば、それぞれ溝１００のＶ字状の底部、先細りした底部及び平坦な底部について図９ａ、９ｂ、９ｃに示すような軸方向の楕円形のコイル９６と軸方向の丸いコイル９８との組合せのような、多数のコイル形状を備えた多数のバネの使用により行われる。

この実施の形態においては、軸方向の楕円形のコイル９６のコイル高さ（ＣＨ）は軸方向の丸いコイル９８のコイル高さ（ＣＨ）に等しく、一方、軸方向の楕円形のコイル９６のコイル幅（ＣＷ）は軸方向の丸いコイル９８のコイル幅（ＣＷ）より大きい。更に、図９ａ、９ｂ、９ｃに示すように、軸方向の丸いコイル９８は軸方向の楕円形のコイル９６から片寄り、一方、両方のコイル９６、９８の内径は同じである。

本発明の別の実施の形態は、共通の符号が同一又は実質上類似の素子を表すような図１０ａ、１０ｂ、１０ｃに示す。この実施の形態においては、軸方向の楕円形のコイル１１０及び軸方向の丸いコイル１１２が使用され、軸方向の楕円形のコイル１１０のコイル高さは軸方向の丸いコイル１１２のコイル高さより大きく、一方、軸方向の楕円形のコイル１１０のコイル幅は軸方向の丸いコイル１１２のコイル幅より大きい。この実施の形態においては、Ｖ字状の底部１００、先細りした底部１０２及び平坦な底部１０４の溝が示される。軸方向の丸いコイル１１２は軸方向の楕円形のコイル１１０から片寄り、両方のコイル１１０、１１２の内径は同じである。

本発明の更なる実施の形態はＶ字状の底部、先細りした底部及び平坦な底部１００、１０２、１０４についての図１１ａ、１１ｂ、１１ｃに示し、この実施の形態は第１及び第２の軸方向の楕円形のコイル１１６、１１８を使用し、この場合、第１の軸方向の楕円形のコイル１１６のコイル高さは第２の軸方向の楕円形のコイル１１８のコイル高さより大きく、第１の軸方向の楕円形のコイル１１６のコイル幅は第２の軸方向の楕円形のコイル１１８のコイル幅より大きく、第２の軸方向の楕円形のコイル１１８は第１の軸方向の楕円形のコイル１１６から片寄っており、コイル１１６、１１８の外径は第１及び第２の楕円形のコイル１１６、１１８の双方に対して同じである。

本発明の更に別の実施の形態はこれまたＶ字状の底部、先細りした底部及び平坦な底部１００、１０２、１０４についての図１２ａ、１２ｂ、１２ｃに示し、この場合、第１の楕円形のコイル１２０及び図では隠れて見えない第２の楕円形のコイルは等しいコイル高さ及びコイル幅を有する。

第１の楕円形のコイルと第２の楕円形のコイルとの間に片寄りはなく、コイルは同一の内径及び外径を有する。
これまたＶ字状の底部、先細りした底部及び平坦な底部１００、１０２、１０４についての図１３ａ、１３ｂ、１３ｃに示すような本発明の別の実施の形態においては、第１の軸方向の楕円形のコイル１２４及び第２の軸方向の楕円形のコイル１２６は同じ外径を有する。しかし、第２の楕円形のコイル１２６のコイル高さは第１の楕円形のコイル１２４のコイル高さより大きく、第２の楕円形のコイル１２６のコイル幅は第１の楕円形のコイル１２４のコイル幅より大きく、第２の楕円形のコイル１２６は第１の楕円形のコイル１２４から半径方向に片寄っている。

本発明の更にまた別の実施の形態は、第１の軸方向の楕円形のコイル１３０及び第２の軸方向の楕円形のコイル１３２を示す、Ｖ字状の底部、先細りした底部及び平坦な底部１００、１０２、１０４についての図１４ａ、１４ｂ、１４ｃに示し、第２の軸方向の楕円形のコイル１３２のコイル高さは第１の楕円形のコイル１３０のコイル高さより大きく、第２の楕円形のコイル１３２のコイル幅は第１の楕円形のコイル１３０のコイル幅より大きい。この実施の形態においては、楕円形のコイル１３０、１３２間に片寄りはなく、両方のコイル１３０、１３２は同じ中心を有する。

本発明の別の実施の形態はＶ字状の底部、先細りした底部及び平坦な底部１００、１０２、１０４についての図１５ａ、１５ｂ、１５ｃに示し、この場合、第１の軸方向の楕円形のコイル１３６は第２の楕円形のコイル１３８のコイル高さより大きなコイル高さを有し、一方、両方のコイル１３６、１３８のコイル幅は等しい。この実施の形態では、コイル１３６、１３８間に片寄りはなく、両方のコイル１３６、１３８は同じ中心を有する。

本発明の最後の実施の形態はＶ字状の底部、先細りした底部及び平坦な底部１００、１０２、１０４についての図１６ａ、１６ｂ、１６ｃに示し、この場合、軸方向の丸いコイル１４０及び第２の軸方向の丸いコイル（コイル幅及びコイル高さが等しく、片寄りがないため、見えない）が存在する。

図示した多数の実施の形態は、異なる形状の溝１００、１０２、１０４内に位置する種々のコイルを備えたフィルム除去バネを提供するように同じ原理で作動する。
以上、本発明を有利に使用できる方法を示す目的で、本発明に係る動的負荷の下で抵抗変化を最小化するために、電気接点として軸方向の傾斜したコイルバネの特定の使用を説明したが、本発明はそれに限定されないことを認識すべきである。すなわち、本発明は上述した素子から適当に構成することができるか、そのような素子のみからなることができるか、または、本質的にそのような素子のみからなることができる。更に、ここに例示的に開示した本発明は、ここに特別に開示しなかった任意の素子が無くても適当に実践することができる。従って、当業者が行うことのできる任意の及びすべての修正、変更又は等価は特許請求の範囲に規定するような本発明の要旨内にあるものと考えるべきである。

軸方向の傾斜したコイルバネを利用する、電気接点即ちコネクタの斜視図である。 ざらついた表面間の接触部での圧縮抵抗から部分的に由来するバルク抵抗を示す、２つの異なる表面間の境界面を横切る電流を示す図である。電流パターンは接触地点を通って流れるように変化し、これは接触地点の総数により影響を受ける。バルク抵抗はまた接触表面上の酸化物のようなフィルムの形成から由来するフィルム抵抗も含む。 圧縮抵抗及びフィルム抵抗を更に示す図である。 圧縮抵抗及びフィルム抵抗についての増大した力の効果を示す図である。 接触力と接触抵抗との間の関係を示す図である。 図６ａ及び６ｂは軸方向の傾斜したコイルバネの特徴的な構造を示す図である。 軸方向のコイルバネの使用により提供される削り取り作用を示す図である。 図８ａ及び８ｂは、図６ａ、６ｂに示す軸方向の傾斜したコイルバネとの比較の目的で、半径方向の傾斜したコイルバネの構造的な特徴を示す図である。 図９ａ、９ｂ及び９ｃは本発明に係る種々の実施の形態の１つを示す図である。 図１０ａ、１０ｂ及び１０ｃは本発明に係る種々の実施の形態の１つを示す図である。 図１１ａ、１１ｂ及び１１ｃは本発明に係る種々の実施の形態の１つを示す図である。 図１２ａ、１２ｂ及び１２ｃは本発明に係る種々の実施の形態の１つを示す図である。 図１３ａ、１３ｂ及び１３ｃは本発明に係る種々の実施の形態の１つを示す図である。 図１４ａ、１４ｂ及び１４ｃは本発明に係る種々の実施の形態の１つを示す図である。 図１５ａ、１５ｂ及び１５ｃは本発明に係る種々の実施の形態の１つを示す図である。 図１６ａ、１６ｂ及び１６ｃは本発明に係る種々の実施の形態の１つを示す図である。

Claims (18)

1. 医学的に移植可能な電気コネクタにおいて、
   内側の溝をその中に備えたボアを有するハウジングと；
   上記ハウジングのボア内に挿入されるように寸法決めされたピンと；
   上記ハウジングの溝内に位置するフィルム除去バネと；
   を有し、上記ピンによる上記溝内での上記バネの動的負荷が、その間の低い電気抵抗及び低い抵抗変化を提供するように、当該溝及び当該ピンの表面からのフィルムの削り取りを生じさせることを特徴とするコネクタ。
2. 上記フィルム除去バネが軸方向の傾斜したコイルバネであることを特徴とする請求項１に記載のコネクタ。
3. 上記フィルム除去バネが軸方向の楕円形のコイル及び軸方向の丸いコイルの双方を有し、上記楕円形コイルの及び丸いコイルが互いに関して半径方向に片寄っていることを特徴とする請求項２に記載のコネクタ。
4. 上記楕円形のコイルのコイル高さが上記丸いコイルのコイル高さより大きいことを特徴とする請求項３に記載のコネクタ。
5. 上記丸いコイルのコイル高さが上記楕円形のコイルのコイル高さより大きいことを特徴とする請求項３に記載のコネクタ。
6. 上記フィルム除去バネが異なるコイル高さの楕円形のコイルを含むことを特徴とする請求項２に記載のコネクタ。
7. 上記異なるコイル高さのコイルが互いに関して半径方向及び軸方向に片寄っていることを特徴とする請求項６に記載のコネクタ。
8. 上記異なるコイル高さのコイルが互いに関して半径方向に片寄っていることを特徴とする請求項６に記載のコネクタ。
9. 上記フィルム除去バネが丸いコイルを含むことを特徴とする請求項２に記載のコネクタ。
10. 上記ピンが上記ハウジングのボア内で上記バネを着脱自在にラッチ止めするために当該バネを捕獲するための外側の溝を有することを特徴とする請求項１に記載のコネクタ。
11. 上記ハウジングの溝がＶ字状の底部を有することを特徴とする請求項１に記載のコネクタ。
12. 上記ハウジングの溝が平坦な底部を有することを特徴とする請求項１に記載のコネクタ。
13. 上記ハウジングの溝が先細りした底部を有することを特徴とする請求項１に記載のコネクタ。
14. 上記ハウジングの溝がＶ字状の底部を有することを特徴とする請求項２に記載のコネクタ。
15. 上記ハウジングの溝が平坦な底部を有することを特徴とする請求項２に記載のコネクタ。
16. 上記ハウジングの溝が先細りした底部を有することを特徴とする請求項２に記載のコネクタ。
17. ピン／バネ／溝式のコネクタにおいて低い電気抵抗及び低い抵抗変化を提供するための方法において、
    ピンと溝との間にフィルム除去バネを配置する工程と；
    配置された上記バネを動的に負荷する工程と；
    を有することを特徴とする方法。
18. 上記バネを配置する工程が、軸方向の傾斜したコイルバネを配置する工程を有することを特徴とする請求項１７に記載の方法。

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