JP2012134150A - 傾斜コイルばねを備える電気コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】凸型部品と凹型部品間の電流搬送能力を増大させ、接触抵抗を減少させる導通部材を提供する。
【解決手段】傾斜ばね３０を介する凸型部品と凹型部品との電気抵抗が、数学モデルを使用して開示される。抵抗の増減は、等価抵抗、ならびに入力側１２、出力側１４またはその両方における接触の数を参照することによって、迅速に分析される。また、連続しないディンプルを形成することによって、複数の接触を生成することができる。
【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
２０１１年４月２５日に出願された米国特許仮出願第６１／４７８，８１５号、および２０１０年１２月２３日に出願された米国特許仮出願６１／４２６，９５４号に基づく通常の米国特許出願であり、各出願の内容全体は、参照として本明細書に明示的に組み込まれる。

開示された実施形態の各態様は、電気コネクタに関する。傾斜コイルばねは、２つの部品を電気的に接続するために使用され得る。第１の部品は、第１の部品を通って孔が延びるような凹型部品であり、凸型部品である第２の部品を受けることができる。凸型部品は、ピン、シャフト、プラグ、シャンクなどと同様に成形することができ、孔の形状に対応する形状を外側表面有することができる。ピンの外径は、孔にピンを挿入し、孔からピンを取り外すことができるように、孔の内径よりも小さい。孔の内側表面は、孔に挿入されるように構成されたピンおよび組合せ上に配置されるのではなく、傾斜コイルばねを保持する溝を含む。傾斜コイルばねの従来の電流を伝導する適用例では、ピンは、ピンの外側表面が傾斜コイルばねに接触するように、孔に挿入される。傾斜コイルばねは、ピンの外側表面と孔の内側表面との間の接続を確立する。したがって、傾斜コイルばねにより、２つの部品の間に電流を容易に流すことができるようになる。

電気コネクタが提供される。１つの例では、コネクタは、ピストンと、ハウジングと、複数のばねコイルを備える傾斜コイルばねとを備える。単一の溝は、ハウジングとピストンの療法ではなく、ハウジング中に、またはピストン中に組み込まれる。単一の溝は、傾斜コイルばねを収容するように構成される。ばねコイルの少なくとも１つは、連続しないセクションを規定するためにコイル上に形成されたディンプルを有する。

本開示の諸態様によると、電気アプリケーションのための電気コネクタは、２つの構成要素の間の傾斜コイルばねを使用して、それらの構成要素の間で電流を伝達する。１つの実施形態では、これらの構成要素のうちの少なくとも１つは、２つの接触点において、傾斜コイルばねの少なくとも１つのコイルと接触するためにＶ型溝を有する。別の実施形態では、これらの構成要素は両方とも、電流搬送能力を増大させ、接触抵抗を減少させるために、コイルごとに複数の点を提供するためのＶ型溝を含む。さらに別の実施形態では、これらの構成要素は両方とも、ばねの少なくとも１つのコイルとの連続する接触面を提供するために、湾曲した溝を有する。さらに別の実施形態では、溝の一方または両方は、２つの構成要素と傾斜コイルばねとの間の接触抵抗も、傾斜コイルばねを介して１つの構成要素から他方の構成要素から電流を伝達する間の経路抵抗も低減するように構成される。

単一の溝電気コネクタアセンブリにおける接触点の数を増加させるための方法が提供される。本方法は、ハウジングを提供することと、ピストンを提供することと、複数のばねコイルを有する傾斜コイルばねを提供することと、ハウジングとピストンの両方ではなく、ハウジング中またはピストン中に溝を提供することを含む。溝は、傾斜コイルばねを収容するようにサイズ設定され、構成される。本方法は、ばねコイルのうちの少なくとも１つ上に形成された連続しないディンプルを提供することをさらに備え、ディンプルは、ディンプルを備えるばねコイルのうちの少なくとも１つを全体的に平坦な表面に対して接触させるときに、２つの接触点を形成する。

本出願のアセンブリの別の態様では、ピストンと、ハウジングと、複数のばねコイルを備える傾斜コイルばねとを備える電気コネクタが提供される。溝は、ハウジング中に、またはピストン中に、あるいはそれらの両方に組み込まれる。その溝は、傾斜コイルばねを収容するように構成され、別の傾斜コイルばねを収容するために前述の溝に隣接して、別の溝を組み込むことができる。複数のコイルの少なくとも１つのばねコイルは、連続しないセクションの規定するためにその上に形成されたディンプルを有する。

別の例では、複数のばねコイルのすべては、それぞれ、連続しないセクションの規定するためにその上に形成されたディンプルを備える。

別の例では、ばねは、マルチ金属ワイヤから形成される。

別の例では、ハウジングは溝を有し、ばねコイルのうちの少なくとも１つが、ハウジングとの２つの接触点と、ピストン上の全体的に平坦な表面との２つの接触点とを有する。

別の例では、ピストンは溝を有し、ばねコイルのうちの少なくとも１つが、ピストンとの２つの接触点と、ハウジング上の全体的に平坦な表面との２つの接触点とを有する。

別の例では、コネクタアセンブリから形成された回路に関する等価抵抗は、同様であるが、コイル上に形成されたディンプルのないコネクタアセンブリから作成された回路から形成された等価抵抗よりも５０％小さい。

本出願の方法のさらなる態様において、ばねを形成する方法が提供される。本方法は、ワイヤから複数のコイルを形成するステップと、複数のコイルを同じ傾斜方向に傾斜させるステップと、連続しないセクションを形成するために、複数のコイルのうちの少なくとも１つのコイル上にディンプルを形成するステップとを含む。

さらに別の例では、本方法は、複数のコイルの各々の上にディンプルを形成するステップをさらに含む。

さらに別の例では、本方法は、ガータ型傾斜コイルばねを形成するために、２つの端コイルを溶接するステップをさらに含む。

さらに別の例では、ワイヤは、銅材料から作成される。

さらに別の例では、ワイヤは、マルチ金属ワイヤから作成される。

さらに別の例では、マルチ金属ワイヤが、銅製の内部コアと、高引張強度の外側層とを備える。

ばねを形成する方法は、ディンプルと対向する場所において、少なくとも１つのコイル上に第２のディンプルを形成するステップをさらに備えることができる。

本方法のさらに別の態様は、ハウジングを提供するステップと、ピストンを提供するステップと、複数のばねコイルを有する傾斜コイルばねを提供するステップと、ハウジングと前記ピストンとの間に共通溝を形成するステップとを含む、ばね溝中の接触点を増加させる方法である。共通溝は、２つの側壁とその間に配置された溝底部とを備える。本方法は、ばねコイルのうちの少なくとも１つ上に形成された連続しないディンプルを提供するステップをさらに備え、ディンプルは、前記共通溝の全体的に平坦な表面に対する２つの接触点を形成する。

さらなる例では、本方法は、複数のコイルのすべての上に形成された連続しないディンプルを提供するステップをさらに備える。

さらなる例では、本方法は、ディンプルに対向する場所において、ばねコイルのうちの前記少なくとも１つの上に形成された第２の連続しないディンプルを提供するステップをさらに含む。

さらなる例では、本方法は、複数のコイルのすべての上に、第２の連続しないディンプルを提供することをさらに含む。

本方法は、溝底部が前記ピストン上に提供することと、２つの側壁を備えるＶ溝をハウジングの孔中に形成することをさらに含むことができる。

本方法は、溝底部が前記ハウジングに提供することと、２つの側壁を備えるＶ溝をピストン上に形成することをさらに含むことができる。

本出願の電気コネクタの様々な実施形態は、いくつかの特徴を有し、そのうちの１つがそれのみで、それらの所望の特性を保証するものではない。添付の特許請求の範囲によって明示された本出願の実施形態の範囲を制限することなく、それらのより顕著な特徴を以下に簡単に説明する。この議論の検討後、特に、「発明を実施するための形態」と題するセクションを読むと、本出願の実施形態の特徴がどのように様々な利点を提供するかが理解されるであろう。

本出願の電気コネクタの様々な実施形態は、有利な特徴を強調して説明される。これらの実施形態は、単に例示的な目的のために、添付の図面に示される、新規性および進歩性を有する電気コネクタを示す。これらの図面は、同様の番号で同様の部品を示す以下の各図を含む。

１つの例示的な実施形態による、電気コネクタの側断面図である。 図１の電気コネクタの前側断面図である。 図１の電気コネクタの接触抵抗を表す電気回路の図である。 別の例示的な実施形態による、電気コネクタの側断面図である。 図４の電気コネクタの前側断面図である。 図４の電気コネクタの接触抵抗を表す電気回路の図である。 別の例示的な実施形態による、電気コネクタの側断面図である。 図７の電気コネクタの前側断面図である。 図７の電気コネクタの接触抵抗を表す電気回路の図である。 別の例示的な実施形態による、電気コネクタの前側断面図である。 図７の電気コネクタの接触抵抗および経路抵抗を表す電気回路である。 別の例示的な実施形態による、電気コネクタの前側断面図である。 別の例示的な実施形態による、電気コネクタの前側断面図である。 さらに別の例示的な実施形態による、電気コネクタの部分側断面図である。 例示的な実施形態による、別の電気コネクタの部分側断面図である。

以下の詳細な説明に、図面を参照して本出願の実施形態が記載される。図面において、本出願の実施形態の各要素に参照番号が付されている。これらの参照番号は、対応して図示された特徴の議論とあわせて以下に示される。

添付の図面とあわせて以下に記載される詳細な説明は、傾斜コイルばねを備える電気コネクタおよびそれを使用するための方法の実施形態に関して説明することを意図するものである、本出願のアセンブリおよび方法を構築または使用することができる形態のみを表すことを意図するものではない。以下の説明は、傾斜コイルばねを備える電気コネクタを使用および構築するための特徴およびステップ、ならびに例示された実施形態とあわせてそれらを使用するための方法を記載するものである。しかしながら、アセンブリおよび方法の趣旨および範囲内に包含されることも意図される様々な実施形態によって、同じまたは等価の機能および構造を達成し得ることを理解されたい。本明細書で記載されるように、同様の要素の番号は、同様または類似の要素または特徴を示すことが意図される。

図１および図２に、１つの例示的な実施形態による電気コネクタ１０を示す。この電気コネクタは、入力側１２および出力側１４を含む。入力側１２は、全体的に平坦な接触面１６を含む。出力側１４は、全体的に平坦な接触面２２を含む。傾斜コイルばね３０は、入力側１２を出力側１４に接続し、入力側１２から出力側１４に電流が容易に流れるようにする。傾斜コイルばね３０は、コイルを通って延びる中心線ＣＬに対して鋭角に傾斜する複数のコイル３２によって形成される。２つの端コイルは、ガータ型ばねを形成するように接続される。本明細書で論じられる傾斜コイルばねは、米国特許第４，６５５，４６２号、米国特許第４，８２６，１４４号、米国特許第４，８７６，７８１号、米国特許第４，９０７，７８８号、米国特許第４，９１５，３６６号、米国特許第４，９６１，２５３号、米国特許第４，９６４，２０４号、米国特許第５，１３９，２４３号、米国特許第５，１６０，１２２号、米国特許第５，５０３，３７５号、米国特許第５，６１５，８７０号、米国特許第５，７０９，３７１号、米国特許第５，７９１，６３８号、および米国特許第７，０５５，８１２号、ならびに同時係属中の２００８年４月１４日出願の米国特許出願第１２／１０２，６２６号、および２０１０年４月２６日出願の米国特許出願第１２／７６７，４２１号に開示された例示的な傾斜コイルばねと同様であり、前記特許および特許出願の内容は、参照として本明細書に明示的に組み込まれる。さらに、本明細書で論じられるコネクタは、米国特許第４，６７８，２１０号、米国特許第５，０８２，３９０号、米国特許第５，４１１，３４８号、米国特許第５，５４５，８４２号、米国特許第６，７４９，３５８号、米国特許第６，８３５，０８４号、米国特許第７，０７０，４５５号、および米国特許第７，１９５，５２３号に開示された例示的なコネクタと同様であり、前記特許の内容は、参照として本明細書に明示的に組み込まれる。

傾斜コイルばね３０のコイル３２は、接触点４０で入力側１２の接触面１６と接触する。傾斜コイルばね３０のコイル３２は、接触点４４で出力側１４の接触面２２と接触する。平坦な接触面１６および２２と、傾斜コイルばね３０の円形または楕円形のコイルとの間の接触点は、本明細書では純粋に数学的な概念として参照される。当業者には、傾斜コイルばね３０と平坦な表面１６および２２とは、それぞれ、実際には小さな接触領域で接触することが容易に認識されよう。入力側１２は、接触点４０を介して、電流を傾斜コイルばね３０に伝達する。したがって、接触点４０における電流の伝達は、第１の接触抵抗ＲＣ１を生成する。次いで、傾斜コイルばね３０は、接触点４４を介して、電流を出力側１４に伝達する。したがって、接触点４４における電流の伝達は、第２の接触抵抗ＲＣ２を生成する。図３に、接触抵抗ＲＣ１およびＲＣ２を表す等価回路を示す。接触抵抗ＲＣ１およびＲＣ２は直列である。したがって、図３の回路の近似等価抵抗Ｒｅｑは、オームの法則を使用して計算され、以下の式によって表すことができる。

入力側１２および出力側１４が同じ材料から構築され、接触点４０および４４がほぼ同じサイズであると仮定すると、抵抗ＲＣ１およびＲＣ２は、本明細書ではＲＣと呼ばれる実質的に同じ値を有し得る。したがって、等価抵抗Ｒｅｑは、以下の式２によって表すことができる。

図４および図５に、第２の例示的な実施形態による電気コネクタ１００を示す。この電気コネクタは、入力側１１２および出力側１１４を含む。入力側１１２は、互いに関して角度αで配向された第１の接触面１１６および第２の接触面１１８を含み、図５により詳細に示されている。したがって、接触面１１６および１１８は、Ｖ型溝またはＶ溝１２０を形成し、その深さは、角度αの大きさに部分的に依存する。出力側１１４は、平坦な接触面１２２を含む。傾斜コイルばね１３０は、入力側１１２を出力側１１４に接続し、入力側１１２から出力側１１４に電流が容易に流れるようにする。傾斜コイルばね１３０は、コイルを通って延びる中心線ＣＬに関して鋭角に傾斜する複数のコイル１３２で形成されている。

入力側１１２のＶ型溝１２０は、傾斜コイルばね１３０が、第１の接触点１４０において第１の接触面１１６と接触し、第２の接触点１４２において第２の接触面１１８と接触するように、傾斜コイルばね１３０を収容する。傾斜コイルばね１３０は、第３の接触点１４４において出力側１１４の接触面１２２と接触する。入力側１１２は、第１の接触点１４０および第２の接触点１４２を介して、傾斜コイルばね１３０に電流を伝達する。したがって、第１の接触点１４０における電流の伝達は、第１の接触抵抗ＲＣ１を生成する。同様に、第２の接触点１４２における電流の伝達は、第２の接触抵抗ＲＣ２を生成する。次いで、傾斜コイルばね１３０は、第３の接触点１４４を介して出力側１１４に電流を伝達する。したがって、第３の接触点１４４における電流の伝達は、第３の接触抵抗ＲＣ３を生成する。

図６に、接触抵抗ＲＣ１、ＲＣ２およびＲＣ３を表す等価回路を示す。接触抵抗ＲＣ１およびＲＣ２は並列であり、接触抵抗ＲＣ３は、ＲＣ１およびＲＣ２の等価抵抗と直列である。図６に示された回路の近似等価抵抗Ｒｅｑは、オームの法則を使用して計算され、以下の式３によって表すことができる。

入力側１１２および出力側１１４が同じ材料から構築され、接触点１４０、１４２および１４４がほぼ同じサイズであると仮定すると、抵抗ＲＣ１、ＲＣ２およびＲＣ３は、本明細書ではＲＣと呼ばれる実質的に同じ値を有し得る。したがって、Ｒｅｑは、以下の式４によって表すことができる。

図６に示された回路の等価抵抗は、１つのみではなく２つの接触点において入力側１１２を傾斜コイルばね１３０と接触させることによって、図３の回路の等価抵抗よりも約２５％小さくなる。したがって、電気コネクタ１００は、電流を伝導する際に、電気コネクタ１０よりも効率的である。しかしながら、ある特定の適用例では、コネクタ１０によって提供されるより高い等価抵抗が好ましいことがある。たとえば、一適用例は、電気コネクタにおいて、ある特定のレベルの熱が生成されることを必要とすることがある。したがって、コネクタ１０のより高い等価抵抗は、コネクタ１００の等価抵抗によってもたらされる熱生成よりも多くの熱生成をもたらすので、コネクタ１０は、そのような適用例に対して、コネクタ１００と比較してより好適である場合がある。

入力側１１２が、３つ以上の接触点において傾斜コイルばね１３０と接触する場合、入力側１１２と傾斜コイルばね１３０との間の接触点の数をｎで示し、接触点のうちのすべてが、同じ接触抵抗ＲＣを有すると仮定することによって、コネクタ１００の等価接触抵抗Ｒｅｑは、概ね、以下の式５によって示すことができる。

式５に基づくと、図４および図５の実施形態において上述したシナリオである、入力側１１２が２つの接触点において傾斜コイルばね１３０と接触するとき、Ｒｅｑ〜１．５ＲＣとなる。入力側１１２の接触点の数が増加するにつれて、Ｒｅｑは、１から１．５の範囲となり、接触点の数が非常に多い場合、Ｒｅｑ〜１となる。したがって、当業者には、入力側１１２と傾斜コイルばね１３０との間の接触点の数が多くなると、電気コネクタ１００の等価接触抵抗は、同様に構築されているが、入力側の接触が少ないコネクタと比較して、低くなることが認識されよう。

図７および図８に、第３の例示的な実施形態による電気コネクタ２００を示す。電気コネクタは、入力側２１２および出力側２１４を含む。入力側２１２は、互いに関して角度αで配向された第１の接触面２１６および第２の接触面２１８を含む。したがって、接触面２１６および２１８はＶ型溝またはＶ溝２２０を形成し、その深さは、角度αの大きさに部分的に依存する。出力側２１４は、互いに関して角度βで配向された第１の接触面２２２および第２の接触面２２４を含む。したがって、接触面２２２および２２４はＶ型溝２２６を形成し、その深さは、角度βの大きさに部分的に依存する。傾斜コイルばね２３０は、入力側２１２を出力側２１４に接続し、入力側２１２から出力側２１４に電流が容易に流れるようにする。傾斜コイルばね２３０は、コイルを通って延びる中心線ＣＬに関して鋭角に傾斜する複数のコイル２３２（図５に示された１つのコイル）を用いて形成される。

入力側２１２のＶ型溝２２０は、傾斜コイルばね２３０が、第１の接触点２４０において第１の接触面２１６と接触し、第２の接触点２４２において第２の接触面２１８と接触するように、傾斜コイルばね２３０を収容する。出力側２１４のＶ型溝２２６は、傾斜コイルばね２３０が、第３の接触点２４４において第１の接触面２２２と接触し、第４の接触点２４６において第２の接触面２２４と接触するように、傾斜コイルばね２３０を収容する。入力側２１２は、第１の接触点２４０および第２の接触点２４２を介して、傾斜コイルばね２３０に電流を伝達する。したがって、第１の接触点２４０における電流の伝達は、第１の接触抵抗ＲＣ１を生成する。同様に、第２の接触点２４２における電流の伝達は、第２の接触抵抗ＲＣ２を生成する。傾斜コイルばね２３０からの電流は、第３の接触点２４４および第４の接触点２４６を介して出力側２１４に伝達される。したがって、第３の接触点２４４における電流の伝達は、第３の接触抵抗ＲＣ３を生成する。同様に、第４の接触点２４６における電流の伝達は、第４の接触抵抗ＲＣ４を生成する。

図９に、接触抵抗ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３およびＲＣ４を表す等価回路を示す。図９に示した回路の近似等価抵抗Ｒｅｑは、オームの法則を使用して計算され、以下の式６によって表すことができる。

入力側２１２および出力側２１４が同じ材料から構築され、接触点２４０、２４２、２４４および２４６がほぼ同じサイズであると仮定すると、抵抗ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３およびＲＣ４は、本明細書ではＲＣと呼ばれる実質的に同じ値を有し得る。したがって、Ｒｅｑは、以下の式７によって表すことができる。

図９の回路の等価抵抗は、１つのみではなく２つの接触点において出力側２１４を傾斜コイルばね２３０と接触させることによって、図６の回路の等価抵抗よりも約３３％小さくなる。さらに、入力側２１２および出力側２１４の各々は、１つのみではなく２つの接触点において傾斜コイルばね２３０と接触するので、図９の回路の等価抵抗は、図３の回路の等価抵抗よりも約５０％小さくなる。したがって、電気コネクタ２００は、入力側から出力側に電流を伝達する際に、電気コネクタ１００および電気コネクタ１０よりも効率的である。しかしながら、ある特定の適用例では、コネクタ１０またはコネクタ１００によって提供されるより高い等価抵抗が好ましいことがある。たとえば、一適用例は、電気コネクタにおいて、ある特定のレベルの熱が生成されることを必要とすることがある。したがって、コネクタ１０またはコネクタ１００のより高い等価抵抗は、コネクタ２００の等価抵抗によってもたらされる熱生成よりも多くの熱生成をもたらすので、電気コネクタ１０または電気コネクタ１００は、そのような適用例に対して、コネクタ２００と比較してより好適である場合がある。

上記に基づいて、当業者には、傾斜コイルばねと入力側および出力側の間の接触の数は、電気コネクタの等価抵抗に影響を与え得ることが理解されよう。傾斜コイルばねと入力側および出力側との間の接触の数が多くなると、電気コネクタの等価抵抗は低くなる。図７〜図９の実施形態では、最大で、入力側には２つの接触が、出力側には２つの接触が設けられる。たとえば、最大で、入力側には４つの接触が、出力側には４つの接触が設けられている場合、接触のうちのすべてにおける接触抵抗がほぼ同様であると仮定すると、電気コネクタの等価接触抵抗は約０．５ＲＣである。

図１０に、１つの例示的な実施形態による電気コネクタ３００を示す。電気コネクタは、入力または入力側３１２ならびに出力または出力側３１４を含む。入力側３１２は、全体的に湾曲した接触面３１６を含む。また、出力側３１４は、全体的に湾曲した接触面３２２を含む。傾斜コイルばね３３０は、入力側３１２を出力側３１４に接続し、入力側３１２から出力側３１４に電流が容易に流れるようにする。傾斜コイルばね３３０は、コイルを通って延びる中心線ＣＬ（図１０では、紙面に垂直に延びる）に関して鋭角に傾斜する複数のコイル３３２（図１０には、１つのコイルが示されている）によって形成される。

傾斜コイルばね３３０は、特に、入力側３１２および出力側３１４が傾斜コイルばね３３０を圧縮するときに、接触面３１６全体および接触面３２２全体に接触することができる。換言すると、電気コネクタ３００は、電気コネクタ１０、１００および２００と比較して、傾斜コイルばね３３０と、入力側３１２および出力側３１４との間により多くの接触点を提供する。したがって、電気コネクタ３００の等価接触抵抗は、電気コネクタ１０、１００および２００の等価接触抵抗よりも小さくなる。

図１０の実施形態では、入力側３１２および出力側３１４は、多数の接触点において、傾斜コイルばね３３０と接触する。入力側３１２および出力側３１４の各々の接触点の数をｎで示し、すべての接触点が同じ接触抵抗を有すると仮定すると、コネクタ３００の等価接触抵抗は、概ね、以下の式８によって表すことができる。

式８に基づくと、図７および図８の実施形態において上述してシナリオである、入力側３１２および出力側３１４の各々が２つの接触点において傾斜コイルばね３３０と接触するとき、Ｒｅｑ〜１となる。入力側３１２および出力側３１４の各々の接触点の数が増加するにつれて、Ｒｅｑは、０から１の範囲となり、接触点の数が非常に多い場合にはＲｅｑは０に近づく（すなわち、電気コネクタの純粋な数学モデルにおいて、ｎ＝∞のとき、Ｒｅｑ〜０）。したがって、当業者には、入力側３１２と傾斜コイルばね３３０との間の接触点、ならびに出力側３１４との傾斜コイルばね３３０間の接触点の数が多くなると、電気コネクタ３００の等価接触抵抗が低くなることが認識されよう。

本明細書に開示された例示的な電気コネクタは、傾斜コイルばねを用いて１つの部品から別の部品へと電流を伝達する任意の適用例において使用され得る。たとえば、入力側は電気的出口つまりソケットの孔であり得、出力側は電気プラグのシャフトであり得る。他の非限定的な例として、自動車のバッテリーからのステム、自動車のエンジンからのクランプ、ならびにオーディオジャックおよびオーディオ送信器が含まれる。本明細書で論じられる電気コネクタの熱伝達特性は、それらの接触抵抗特性と相似している。したがって、ばねと、入力側および出力側との間の接触の程度に依存する効率的な電流の伝達に関するものと同じ原理を、これらの部品間の熱伝達に等しく適用することができる。たとえば、熱は、図７〜図９の電気コネクタ２００のばね２３０を介するよりも、図１０の電気コネクタ３００のばね３３０を介するほうが、入力側から出力側により効率的に伝達される。同様に、熱は、図４〜図６の電気コネクタ１００のばね１３０を介するよりも、図７〜図９の電気コネクタ２００のばね２３０を介するほうが、入力側から出力側により効率的に伝達される。したがって、本開示は、電気コネクタに限定されるものではなく、１つの部品から他の部品への熱伝達のための接続にも適用可能である。

上記実施形態では、入力側と傾斜コイルばねとの間の接触、および出力側と傾斜コイルばねとの間の接触を理由に生成される接触抵抗のみが論じられている。たとえば、図７および図８の実施形態を参照すると、電流がコイル２３２を介して入力側２１２から出力側２１４に流れる際に、ばねのコイル２３２も経路抵抗を生成する。本明細書では、この経路抵抗をＲＰと呼ぶ。図１１は、図７および図８の電気コネクタ２００の接触抵抗ＲＣと経路抵抗ＲＰの両方を示す回路図である。図８を参照すると、接触点２４０と接触点２４４との間にあるコイル２３２のセクションＰ１は、接触点２４０から接触点２４４に電流が流れる際に、経路抵抗ＲＰ１を生成する。同様に、接触点２４２と接触点２４６との間にあるコイル２３２のセクションＰ２は、接触点２４２から接触点２４６に電流が流れる際に、経路抵抗ＲＰ２を生成する。コイルセクションｓＰ１およびＰ２が同じ形状を有し、同じ寸法を有し、同じ材料から構築されると仮定すると、ＲＰ１およびＲＰ２の値は、それぞれ、セクションｓＰ１およびＰ２の長さに大いに依存する。したがって、接触点が互いに対して接近すると、入力側２１２と出力側２１４との間の経路抵抗はより低くなる。傾斜コイルばねを介して入力側から出力側に電流流れることに起因して生成される抵抗は、同時係属中の、２０１０年１月２１日出願の米国特許出願第１２／６９１，５６４号にさらに記載され、その内容は参照として本明細書に明示的に組み込まれる。

図１１は、接触抵抗ＲＣ１、Ｃ２、ＲＣ３およびＲＣ４と、経路抵抗ＲＰ１およびＲＰ２とを表す等価回路を示す。図１１に示される回路の近似等価抵抗Ｒｅｑは、オームの法則を使用して計算され、以下の式９によって表すことができる。

入力側２１２および出力側２１４が同じ材料から構築され、接触点２４０、２４２、２４４および２４６がほぼ同じサイズであると仮定すると、抵抗ＲＣ、ＲＣ２、ＲＣ３およびＲＣ４は、実質的に同じ値（本明細書ではＲＣと呼ばれる）を有し得る。また、コイル２３２のセクションｓＰ１およびＰ２が同じ長さを有し、同じ形状を有し、同じ寸法を有し、同じ材料から構築されていると仮定すると、ＲＰ１およびＲＰ２は、実質的に同じ値（本明細書ではＲＰと呼ばれる）を有する。したがって、式９は、以下の通り書き換えられる。

上記の分析を、本明細書で開示される他の実施形態に同様に適用することができる。したがって、ばねを用いて接続された２つの部品を有する任意の電気コネクタに関する等価抵抗は、オームの法則を使用して計算することができる。さらに、電気コネクタを、電気コネクタが利用される適用例に応じて好ましい等価抵抗を有するように設計することができる。たとえば、可能な限り低い等価抵抗を有する電気コネクタを必要とする適用例の場合、経路抵抗を低減させるために、接触点の数を増加させ（たとえば、図１０の実施形態参照）、および／または接触点間の距離を短くする。対照的に、高い等価抵抗をもつ電気コネクタを必要とする適用例の場合、経路抵抗を増大させるために、接触点の数は少なくなり、および／または接触点間の距離は長くなる。

以下に論じるように、接触抵抗を低減するために接触点の数を増加させることは必ずしも、経路抵抗を低減させるものではなく、その逆も然りである。図１２を参照すると、入力側４１２と傾斜コイルばね４３０との間で実質的に継続して接触しているので、接触領域ＣＩ中に多数の接触点を有する電気コネクタ４００が示されている。出力側４１４は、接触点４４４において傾斜コイルばね４３０と接触する。コイル４３２のセクションＰ１は、接触領域ＣＩの縁部４４０から接触点４４４に延び、径方向長さはＬ１である。セクションＰ２は、接触領域ＣＩの縁部４４２と接触点４４４との間に延び、径方向長さはＬ２である。図１３を参照すると、入力側５１２と傾斜コイルばね５３０との間に２つの接触点５４０および５４２を有する電気コネクタ５００が示されている。出力側５１４は、接触点５４４において傾斜コイルばね５３０と接触する。コイル５３２のセクションＰ１は、接触点５４０と接触点５４４との間に延び、径方向長さはＬ１であり、コイル５３２のセクションＰ２は、接触点５４２と接触点５４４との間に延び、径方向長さはＬ２である。図１２の実施形態における等価接触抵抗は、入力側４１２が、入力側５１２とばね５３０との間の接触点の数よりも多い数の接触点でばね４３０と接触するので、図１３の実施形態における等価接触抵抗よりも小さい。しかしながら、図１２の実施形態における等価経路抵抗は、コイル４３２のセクションＰ１およびＰ２のそれぞれの径方向長さＬ１およびＬ２が、コイル５３２のセクションＰ１およびＰ２のそれぞれの径方向長さＬ１およびＬ２よりも長いので、図１３の実施形態における等価経路抵抗よりも大きい。したがって、当業者には、図１２および図１３の例示的な実施形態から、特定の適用例に好適である好ましい接触特性および／または経路抵抗特性を提供するように電気コネクタを設計することできることが認識されよう。

図１４は、さらに別の例示的な実施形態による電気コネクタアセンブリ６００の部分側断面図である。電気アセンブリ６００は、単一の溝６０２を組み込んだ、保持アプリケーションのためのコネクタと呼ばれることがある。図示のように、溝６０２は、ピストンまたはシャフト６０６ではなく、ハウジング６０４上、またはハウジング６０４中に配置される。ハウジング６０４上の溝６０２は、Ｖ溝を形成するために互いに対して一定の角度で配向された第１の接触面６１６および第２の接触面６１８を含む。ただし、２つの傾斜した表面を有する他の溝構造も企図される。

電気コネクタとして使用するとき、ハウジング６０４と図示されたばねコイル６３２を有する傾斜コイルばね６３０との間で伝達される電流は、ハウジングと傾斜コイルばねとの間に配置された２つの接触点６４０、６４２を通過する。したがって、第１の接触点６４０における電流の伝達は、第１の接触抵抗ＲＣ１を生成し、第２の接触点６４２における電流の伝達は第２の接触抵抗ＲＣ２を生成する。

電流アセンブリ６００には単一の溝６０２が組み込まれるが、図５のアセンブリ１００と同様に、ばねコイル６３２とピストン６０６の表面６２２との間に、２つのさらなる接触点６４４、６４６を設けて、４つの接触点電気コネクタを形成する。より詳細には、本出願のアセンブリ、デバイスおよび方法は、単一の溝保持アプリケーションに４つの接触点を組み込む。単一のコイル２３２の場合、４つの接触点は、２つのコイルとハウジングとの接触点６４０、６４２、および２つのコイルとピストンとの接触点６４４、６４６によって規定される。したがって、第３の接触点６４４における電流の伝達は第１の接触抵抗ＲＣ３を生成し、第４の接触点６４６における電流の伝達は第４の接触抵抗ＲＣ４を生成する。

したがって、本出願のアセンブリおよびデバイでは、図５のアセンブリのように溝が１つしか使用されないが、電流アセンブリは、図９に示された回路と同じ等価抵抗Ｒｅｑを有し、図５のアセンブリに関する等価回路である図６の回路の等価抵抗よりも約３３％小さい。１つの実施形態では、コイル６３２上にディンプルまたは急傾斜の表面６７０を生成することによって、第３の接触点６４４および第４の接触点６４６が形成される。たとえば、コイルは、アンビルに対して押圧する、または密着させることができ、専用に設計されたクランプによって押圧することができ、あるいは他のコイル処理後プロセスとすることができる。ディンプルまたは急傾斜の表面６７０は、コイル上に形成された連続しないセクションを生成する。連続しないことにより、コイルの曲率が変わって、コイルとピストンとの間に複数の接触点が生成される。本実施形態では、２つの接触点は不連続性によって生成される。

理解されるように、本出願のアセンブリ、デバイス、および方法は、ばねコイル６３２と、ピストンの表面などの表面６２２との間に、２つの接触点６４４、６４６を組み込み、表面６７２は、２つの接触点の間で全体的に一定または平坦である。代替実施形態では、平坦な底面および２つのテーパ状の側面をもつマンサード屋根と同様に、２つはコイル上のディンプルによって生成され、２つはマンサード屋根の形状によって生成された４つの接触点の接触点をばねコイルとピストンとの間に提供するように、ピストン上に複雑な溝を組み込むことができる。

したがって、本出願の方法の一態様は複数のコイルを形成するためにワイヤをコイル状にすることと、同じ配向に沿って傾斜するようにそれらのコイルを傾斜させることとを含む傾斜コイルばねを形成するための方法を含むことがさらに理解される。各コイルについて平坦な表面との２つの接触点を形成するために連続しないコイルを生成するために、複数のコイルの各々上にディンプルを形成すること。端コイルを溶接して、ガータ型ばねを形成してもよい。１つの例では、コイルを１つまたは複数のアンビルに押圧する、または密着させることによって、ディンプルを形成することができる。アンビルは、ディンプルが漸進的に形成されて最終構成になるように、様々なサイズを有することができる。別の例では、専用に設計されたクランプまたは他のコイル処理後プロセスによって、コイルを押圧することができる。

図１５は、さらに別の例示的な実施形態による電気コネクタアセンブリ７００の部分側断面図である。電気アセンブリ７００は、単一の溝７０２を組み込む、保持アプリケーションのためのコネクタと呼ばれることがあり、図１４のアセンブリ６００と同様である。しかしながら、本実施形態では、ディンプルまたは急傾斜の表面７７０をもつばねコイル７３２を有するばね７３０は、ピストンに装着されている。つまり、ばね７３０は、ハウジング７０４に対向するように、ピストン７０６の溝７０２中に装着される。ハウジングは、全体的に平坦な表面を有する。溝は１つしか設けられていないが、本実施形態では、４つの接触点が組み込まれている。さらに、図１５のばね７３０および図１４のばね６３０を、ハウジング中に、ならびにピストン中に、またはピストン上に溝を備える２溝構造で使用することができる。さらに、抵抗を減らすために、２つ以上のばねを並列で使用してもよい。たとえば、それぞれの中に２つのばねｓ６３０または７３０を備える２つの溝６０２または７０２を並べて使用してもよい。別の実施形態では、図１０または図１２の実施形態と同様に、溝６０２または７０２は、コイル６３２または７３２との連続する接触面を有する。さらに、複数のコイルのうちの各コイル上に２つのディンプルを形成してもよい。各コイル上の２つのディンプルは、好ましくは、各コイル上の対向する位置または場所に配置される。

さらに別の実施形態では、複数のコイルを有する傾斜コイルばねが設けられる。複数のコイルのうちの少なくとも１つには、コイル上に形成された連続しないセクションを規定するディンプルが組み込まれる。好ましい実施形態では、コイルの大部分はそれぞれ、各コイル上に形成された連続しないセクションを規定するディンプルを有する。さらに別の実施形態では、複数のコイルのうちすべてが、各コイル上に形成された連続しないセクションを規定するディンプルを有する。

上述の傾斜コイルばねを構築する材料は、電気コネクタの動作環境に応じて、上述の電気コネクタ接触抵抗と経路抵抗の両方に影響を与える。たとえば、銅などの導電率が高い材料は、スチールよりも接触抵抗および経路抵抗が低くなる。したがって、傾斜コイルばねに銅を使用することは、効率的な導電性のためには好ましい。ただし、ある特定の適用例では、全体的に銅で形成された傾斜コイルばねは、好適でないことがある。導電率が高いほとんどの材料は融点が比較的低く、その結果、温度抵抗が制限され、したがって、適用例が限定される。したがって、これらの導電率が高い材料で作成された傾斜コイルばねは、高温時に機械的特性のかなりの部分を損失することがあり、それにより、係止機構または電気接触の効率が低下し、またはそれらを両方とも失うこともある。強度が下がると、導電性の傾斜コイルばねに加えることができる力が制限され、それにより、ある特定の適用例における、特に、温度が上昇した環境で高い機械力を必要とするような適用例における、これらの傾斜コイルばねの使用が制限される。上記実施形態の傾斜コイルばねは、銅などの導電率が高い外側層とともに、スチールなどの耐熱性金属コアを有するマルチ金属構成で作成され得る。代替的には、銅などの導電率が高い材料でコアを構築してもよく、スチールなどの耐熱性材料で外側層を構築してもよい。傾斜コイルばねが使用される電気コネクタに関する好ましい動作特性を提供するために、３つ以上の金属層、または非金属層から、傾斜コイルばねを様々な構成で構築することができる。たとえば、腐食を制限するために、第３の耐腐食性層を組み込むことができる。さらに、複数の材料から傾斜コイルばねを構築することについては、米国特許公開第２００８／０２５４６７０号、米国特許公開第２０１０／００２９１４５号、および米国特許公開第２０１０／０２８９１９８号に詳しく記載されており、それらの開示は、参照として本明細書に明示的に組み込まれる。

当業者には、ばねと入力側および／または力側との間の接触領域が増大することに起因して、ばねの圧縮とともに接触点の数が増加し得ることが認識されよう。また、ばねの圧縮により、電気コネクタの経路抵抗を減少させることができる。したがって、好ましい接触抵抗および／または経路抵抗を電気コネクタに提供するように、ばねの圧縮動作範囲を設計することができる。

したがって、本開示から理解されるように、接触、より低い経路抵抗および／またはマルチ金属材料を同様に使用することなく、同様に構築されたコネクタと比較して抵抗が低いシステムを製造するために、接触の数を増加させること、抵抗の経路を減少させること、マルチ金属材料を組み込むこと、またはそれらの組合せによって、比較的電気抵抗が低いコネクタを提供することができる。本開示の別の特徴は、間隔が狭いコイルを使用して、コイルの間隔が広い同様の傾斜コイルばねよりも多くの接触点を提供することである。

上記記載は、当業者がこれらの接続を作成および使用することができるように、かかる完全性、明確性、簡潔性、および正確性の点で、電気コネクタについて企図されるベストモードを提示するものである。しかしながら、電気コネクタは、上述された実施形態およびその等価実施形態からの修正形態および代替構造の影響を受けやすい。したがって、電気コネクタは、開示された特定の実施形態に限定されるものではない。さらに、別の実施形態ではなく１つの実施形態について具体的に論じられた特徴、態様または機能は、特徴、態様および／または機能が比較可能であるならば、別の実施形態に同様に組み込むことできる。たとえば、コネクタは、コイルとハウジングとの間で接触する連続するセクション、ならびに離隔した接触の両方を有することができる。したがって、本開示は、本開示の主題を具体的に指摘し、それらを個別に特許請求する以下の特許請求の範囲によって全体的に表されるように、本開示の趣旨および範囲内のすべての修正形態および代替構造を網羅するものである。

Claims (20)

1. ピストンと、ハウジングと、複数のばねコイルを備える傾斜コイルばねとを備える電気コネクタアセンブリであって、
   前記ハウジングまたは前記ピストン、あるいは両方に、前記傾斜コイルばねを収容するように構成された溝が組み込まれ、
   前記複数のコイルの少なくとも１つのばねコイルが、連続しないセクションを規定するためにその上に形成されたディンプルを有する、
   電気コネクタアセンブリ。
2. 前記複数のばねコイルのうちのすべてが、それぞれ、連続しないセクションを規定するためにその上に形成されたディンプルを備える、請求項１に記載の電気コネクタアセンブリ。
3. 前記ばねが、マルチ金属ワイヤから形成される、請求項１に記載の電気コネクタアセンブリ。
4. 前記ハウジングが前記溝を有し、前記ばねコイルのうちの前記少なくとも１つが、前記ハウジングとの２つの接触点と、前記ピストン上の全体的に平坦な表面セクションとの２つの接触点とを有する、請求項１に記載の電気コネクタアセンブリ。
5. 前記ピストンが前記溝を有し、前記ばねコイルのうちの前記少なくとも１つが、前記ハウジング上の全体的に平坦な表面セクションとの２つの接触点を有する、請求項１に記載の電気コネクタアセンブリ。
6. 前記コネクタアセンブリから形成された回路に関する等価抵抗は、同様であるが前記コイル上に形成された前記ディンプルのないコネクタアセンブリから作成された回路から形成された等価抵抗よりも５０％小さい、請求項１に記載の電気コネクタアセンブリ。
7. ばねを形成する方法であって、
   ワイヤから複数のコイルを形成することと、
   前記複数のコイルを同じ傾斜方向に傾斜させることと、
   連続しないセクションを形成するために、前記複数のコイルのうちの少なくとも１つのコイル上にディンプルを形成することと
   を含む、方法。
8. 前記複数のコイルの各々の上にディンプルを形成することをさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. ガータ型傾斜コイルばねを形成するために、２つの端コイルを溶接することをさらに含む、請求項７に記載の方法。
10. 前記ワイヤが銅材料から作成される、請求項７に記載の方法。
11. 前記ワイヤがマルチ金属ワイヤから作成される、請求項７に記載の方法。
12. 前記マルチ金属ワイヤが、銅製の内部コアと、高引張強度の外側層とを備える、請求項１１に記載の方法。
13. 前記ディンプルと対向する場所において、前記少なくとも１つのコイル上に第２のディンプルを形成することをさらに備える、請求項７に記載の方法。
14. ばね溝中の接触点の数を増加させる方法であって、
    ハウジングを提供することと、
    ピストンを提供することと、
    複数のばねコイルを有する傾斜コイルばねを提供することと、
    前記ハウジングと前記ピストンとの間に、２つの側壁とその間に配置された溝底部とを備える共通溝を形成することと、
    前記ばねコイルのうちの少なくとも１つ上に形成された連続しないディンプルを提供することと、を備え、
    前記ディンプルが、前記共通溝の全体的に平坦な表面に対する２つの接触点を形成する、
    方法。
15. 前記複数のコイルのすべての上に形成された連続しないディンプルを提供することをさらに備える、請求項１４に記載の方法。
16. 前記ディンプルに対向する場所において、前記ばねコイルのうちの前記少なくとも１つの上に形成された第２の連続しないディンプルを提供することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
17. 前記複数のコイルのすべての上に、第２の連続しないディンプルを提供することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
18. 前記傾斜コイルばねを形成するためのワイヤが、マルチ金属ワイヤから作成される、請求項１４に記載の方法。
19. 前記溝底部が前記ピストン上に配置され、前記２つの側壁が、前記ハウジングの孔中にＶ溝を形成する、請求項１４に記載の方法。
20. 前記溝底部が前記ハウジングに配置され、前記２つの側壁が、前記ピストン上にＶ溝を形成する、請求項１４に記載の方法。

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