KR101690894B1 - 전기 컨택트 어셈블리 - Google Patents

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타이코 일렉트로닉스 코포레이션
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Abstract

전기 컨택트 어셈블리(10)는 제1 합치 엘리먼트(16)를 갖는 제1 전기 컨택트(12), 및 제2 합치 엘리먼트(18)를 갖는 제2 전기 컨택트(14)를 포함한다. 제1 및 제2 전기 컨택트는, 제1 및 제2 합치 엘리먼트가 컨택트 인터페이스(20)에서 서로 맞물리도록 제1 및 제2 합치 엘리먼트에서 함께 합치하도록 구성된다. 컨택트 인터페이스 양단의 접촉 압력의 분포는 컨택트 인터페이스 양단의 전류 흐름의 분포와 적어도 부분적으로 일치한다.

Description

전기 컨택트 어셈블리{ELECTRICAL CONTACT ASSEMBLY}
본 명세서에서 설명 및/또는 도시되는 주제는 일반적으로 전기 컨택트들에 관한 것으로, 보다 구체적으로 합치된(mated) 전기 컨택트들의 어셈블리에 관한 것이다.
상보형 전기 컨택트들은, 이 상보형 전기 컨택트들의 합치 엘리먼트(mating element)들이 서로 맞물리는(즉, 물리적으로 접촉하는) 컨택트 인터페이스에서 함께 합치하도록 구성된다. 많은 전기 컨택트 어셈블리는 상보형 전기 컨택트들의 합치 엘리먼트들이 서로 맞물릴 때에 헤르츠(Hertzian) 스타일 컨택트 인터페이스를 형성한다. 헤르츠 컨택트 인터페이스들은 상보형 전기 컨택트들 중 하나의 합치 엘리먼트가 다른 하나의 상보형 전기 컨택트의 합치 엘리먼트의 만곡된 또는 대략 평평한 표면과 맞물리는 만곡된 표면을 포함할 때에 형성된다. 만곡된 표면(들)은 맞물림으로 합치 엘리먼트들을 유지하는 접촉력 하에서 약간 변형된다. 예를 들면, 헤르츠 스타일 컨택트 인터페이스는 구 형상 돌출부(spherical protrusion) 형태의 합치 엘리먼트가 상보형 전기 컨택트의 합치 엘리먼트의 대략 평평한(즉, 평면형) 표면과 맞물릴 때에 형성된다.
헤르츠 컨택트 인터페이스들은 단점들을 갖지 않을 수 없다. 예를 들면, 헤르츠 컨택트 인터페이스 양단의 기계 및 전기적인 분포는 통상적으로 일치하지 않는다. 구체적으로, 가장 큰 기계 접촉 압력(즉, 가장 큰 정상 부하 또는 가장 큰 정상 압력)을 갖는 헤르츠 컨택트 인터페이스 내의 영역들은 가장 큰 전류량(즉, 가장 큰 전류 밀도)을 운반하는 헤르츠 컨택트 인터페이스 내의 영역들과는 헤르츠 컨택트 인터페이스 내에서 상이한 위치들을 갖는다. 예를 들면, 최대의 기계적인 접촉 압력은 헤르츠 컨택트 인터페이스의 중앙에 위치할 수 있는 반면에, 최대의 전류량은 헤르츠 컨택트 인터페이스의 외부 주변부 양단에 분포된다. 일치하지 않는 기계 및 전기적인 분포들의 결과로서, 헤르츠 컨택트 인터페이스의 면적의 일부(예를 들면, 소수)만이, 보다 큰 전체 접촉 저항 및/또는 보다 큰 국한된 열 응답으로 이어질 수 있는, 전류의 흐름에 기여한다.
또한, 전단력(shear force)이 (예를 들면, 진동 및/또는 열 영향들로부터) 헤르츠 컨택트 인터페이스에 인가되는 상황들에서, 측방 변형(lateral deformation)이 가장 크지만 기계 접촉 압력이 가장 낮은 헤르츠 컨택트 인터페이스의 기계적인 열화가 처음에 생길 것이다. 즉, 전단력은 헤르츠 컨택트 인터페이스가 가장 큰 전류량을 운반하는 영역들에서 처음에 기계적으로 열화(파괴, 균열, 마모 등)되게 할 수 있어, 헤르츠 컨택트 인터페이스에 의해 운반되는 전류량을 감소시켜 원하는 레벨 이하로 떨어뜨릴 수 있고/있거나, 전기 컨택트들이 그들 사이에서 전기 접촉을 완전히 잃게 할 수 있다. 전단력은, 비귀금속(non-noble metal) 코팅들 상에 형성하는 고유 산화막을 관통하는데 보다 높은 정상 부하를 요구할 수 있는, 비귀금속 코팅들(예를 들면, Sn)을 포함하는 전기 컨택트들로 형성되는 헤르츠 컨택트 인터페이스들에 대해서 특히 문제가 될 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 바와 같은 전기 컨택트 어셈블리에 의해 해결책이 제공된다. 전기 컨택트 어셈블리는 제1 합치 엘리먼트를 갖는 제1 전기 컨택트, 및 제2 합치 엘리먼트를 갖는 제2 전기 컨택트를 포함한다. 제1 및 제2 전기 컨택트는, 제1 및 제2 합치 엘리먼트가 컨택트 인터페이스에서 서로 맞물리도록 제1 및 제2 합치 엘리먼트에서 함께 합치하도록 구성된다. 컨택트 인터페이스 양단의 접촉 압력의 분포는 컨택트 인터페이스 양단의 전류 흐름의 분포와 적어도 부분적으로 일치한다.
이제 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 예에 의해 설명할 것이다.
도 1은 전기 컨택트 어셈블리의 예시적인 실시예의 분해 투시도.
도 2는 도 1에 나타낸 전기 컨택트 어셈블리의 단면도.
도 3은 어셈블리의 컨택트 인터페이스의 예시적인 실시예를 도시하는 도 1 및 도 2에 나타낸 전기 컨택트 어셈블리의 평면도.
도 4는 전기 컨택트 어셈블리의 다른 예시적인 실시예의 단면도.
도 5는 전기 컨택트 어셈블리의 다른 예시적인 실시예의 투시도.
도 6은 도 5에 나타낸 전기 컨택트 어셈블리의 단면도.
도 7은 전기 컨택트 어셈블리의 다른 예시적인 실시예의 투시도.
도 8은 도 7에 나타낸 전기 컨택트 어셈블리의 단면도.
도 9는 전기 컨택트 어셈블리의 다른 예시적인 실시예의 투시도.
도 10은 도 9에 나타낸 전기 컨택트 어셈블리의 단면도.
도 11은 전기 컨택트 어셈블리의 다른 예시적인 실시예의 단면도.
도 12는 전기 컨택트 어셈블리의 다른 예시적인 실시예의 투시도.
도 13은 전기 컨택트 어셈블리의 다른 예시적인 실시예의 투시도.
도 14는 전기 컨택트 어셈블리의 다른 예시적인 실시예의 투시도.
도 1은 전기 컨택트 어셈블리(10)의 예시적인 실시예의 분해 투시도이다. 도 2는 전기 컨택트 어셈블리(10)의 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 어셈블리(10)는 전기 접속을 확립하도록 함께 합치하는 한 쌍의 상보형 전기 컨택트(12 및 14)를 포함한다. 전기 컨택트들(12 및 14)은 각각 전기 커넥터(도시하지 않음), 인쇄 회로 기판(도시하지 않음), 전기 와이어(도시하지 않음), 전기 케이블(도시하지 않음), 전력원(도시하지 않음) 등과 같은, 임의의 디바이스의 컴포넌트일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 전기 컨택트들(12 및 14)은 각각 본 명세서에서 "제1" 및/또는 "제2" 전기 컨택트라고 언급될 수 있다.
전기 컨택트들(12 및 14)은 합치 엘리먼트들(16 및 18)을 각각 포함한다. 전기 컨택트들(12 및 14)은 합치 엘리먼트들(16 및 18)에서 함께 합치된다. 구체적으로, 합치 엘리먼트들(16 및 18)은 전기 컨택트들(12 및 14)을 함께 합치하도록 서로 맞물린다. 합치 엘리먼트들(16 및 18)은 각각 전기 컨택트들(12 및 14)의 보다 큰 세그먼트들의 엘리먼트들일 수 있다. 예를 들면, 합치 엘리먼트들(16 및 18)은 각각의 전기 컨택트들(12 및 14)의 합치 세그먼트들(예를 들면, 아암들, 빔들, 핑거들, 플러그들, 리셉터클(receptacle)들 등)의 엘리먼트들일 수 있다. 전기 컨택트들(12 및 14)은 탑재 세그먼트들, 종단 세그먼트들, 중간 세그먼트들, 하우징 세그먼트들 등과 같은, 합치 세그먼트들 이외에 다른 세그먼트들(도시하지 않음)을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 합치 엘리먼트들(16 및 18) 각각은 본 명세서에서 "제1" 및/또는 "제2" 합치 엘리먼트라고 언급될 수 있다.
합치 엘리먼트들(16 및 18)은, 도 2에서 가장 잘 알 수 있고 이하에서 보다 상세하게 설명되는, 컨택트 인터페이스(20)에서 서로 맞물린다. 컨택트 인터페이스(20)는 서로 맞물리는 합치 엘리먼트들(16 및 18)의 표면 영역들에 의해 규정된다. 컨택트 인터페이스(20)는 합치 엘리먼트들(16 및 18)의 표면 영역들이 서로 맞물리는 하나 이상의 세그먼트를 포함할 수 있다. 어셈블리(10)의 예시적인 실시예에서, 컨택트 인터페이스(20)는 합치 엘리먼트들(16 및 18)의 표면 영역들이 맞물리는 단일의 연속하는 세그먼트에 의해 규정된다. 하지만, 다른 실시예들에서, 컨택트 인터페이스(20)는 합치 엘리먼트들(16 및 18)의 표면 영역들이 서로 맞물리는 2개 이상의 별개 세그먼트에 의해 규정될 수 있다.
어셈블리(10)의 예시적인 실시예에서, 전기 컨택트(12)의 합치 엘리먼트(16)는 오목부(depression)(16a)를 포함하고, 전기 컨택트(14)의 합치 엘리먼트(18)는 돌출부(18a)를 포함한다. 돌출부(18a)는 합치 엘리먼트들(16 및 18)이 맞물렸을 때(즉, 전기 컨택트들(12 및 14)이 함께 합치되었을 때)에 오목부 내에 부분적으로 수용되도록 구성된다. 어셈블리(10)의 예시적인 실시예에서, 돌출부(18a) 및 오목부(16a)는 각각 만곡되어 있고, 돌출부(18a)는 오목부(16a)의 곡률 반경(R2)보다도 큰 곡률 반경(R1)을 갖는다. 따라서, 돌출부(18a)는 오목부(16a) 내에 부분적으로만 수용되도록 구성된다. 돌출부(18a)는 본 명세서에서 "만곡된 돌출부"라고 언급될 수 있는 한편, 오목부(16a)는 본 명세서에서 "만곡된 오목부"라고 언급될 수 있다.
합치 엘리먼트(18)의 돌출부(18a) 및 합치 엘리먼트(16)의 오목부(16a)는 각각 합치 엘리먼트들(16 및 18)이 본 명세서에서 설명 및/또는 도시된 바와 같이 기능하도록 할 수 있는 임의의 각각의 곡률 반경(R1 및 R2)을 가질 수 있다. 또한, 돌출부(18a)의 곡률 반경(R1)은 합치 엘리먼트들(16 및 18)이 본 명세서에서 설명 및/또는 도시되는 바와 같이 기능하도록 할 수 있는 임의의 양만큼 오목부(16a)의 곡률 반경(R2)보다도 클 수 있다.
어셈블리(10)의 예시적인 실시예에서, 오목부(16a) 및 돌출부(18a)는 각각 구 형상을 가질 수 있다. 구체적으로, 오목부(16a) 및 돌출부(18a)는 각각 부분적인 구 형상을 가질 수 있다. 오목부(16a) 및 돌출부(18a)는, 각각 구의 절반보다도 작게 규정된 것으로 도시되어 있지만, 각각 구의 임의의 다른 양(예를 들면, 대략 절반)을 규정할 수 있다. 또한, 오목부(16a) 및 돌출부(18a)는 각각 비원형, 타원형, 포물선 형상, 가변형의 곡률 반경을 포함하는 만곡된 형상 등과 같은, 구 형상 외에도 다른 만곡된 형상들을 가질 수 있다. 오목부(16a)는 본 명세서에서 "구 형상 오목부"라고 언급될 수 있는 한편, 돌출부(18a)는 본 명세서에서 "구 형상 돌출부"라고 언급될 수 있다.
오목부(16a)는 림(rim)(22)을 포함한다. 후술하는 바와 같이, 림(22)은 컨택트 인터페이스(20)의 일부를 규정한다. 어셈블리(10)의 합치 엘리먼트들(16 및 18)은 합치 엘리먼트(16)만이 림(22)에서 합치 엘리먼트(18)와 맞물리는 "림만의(rim only)" 기하학적 구조를 규정한다. 즉, 림(22)은 합치 엘리먼트(16)에 의해 규정되는 컨택트 인터페이스(20) 부분의 전체를 규정한다. 어셈블리(10)의 예시적인 실시예에서, 림(22)은 오목부(16a)가 구 형상이기 때문에 원형이다. 그러나, 림(22)은 다른 만곡된 형상들(예를 들면, 타원형, 포물선 형상 등)을 가질 수 있다. 또한, 오목부(16a) 및 돌출부(18a)는 만곡된 형상들에 한정되지 않는다. 오히려, 오목부(16a) 및 돌출부(18a)는 각각 직사각형 단면 형상들, 정사각형 단면 형상들, 4변보다 많은 변을 갖는 단면 형상들, 삼각형 단면 형상들 등과 같은, 임의 다른 형상을 추가적으로 또는 대안적으로 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 림(22)은 이에 따라 하나 이상의 만곡된 형상에 추가적으로 또는 대안적으로 비만곡 형상들(예를 들면, 정사각형 형상들, 직사각형 형상들, 삼각형 형상들, 4변보다 많은 형상들 등)을 포함할 수 있다. 오목부(16a) 및/또는 돌출부(18a)가 비만곡 형상들을 포함하는 실시예들에서, 오목부(16a) 및 돌출부(18a)의 상대적인 크기는 컨택트 인터페이스(20)에서 림만의 기하학적 구조를 제공하도록 선택될 수 있다.
도 2에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 전기 컨택트들(12 및 14)이 함께 합치되었을 때, 합치 엘리먼트들(16 및 18)은 컨택트 인터페이스(20)에서 맞물린다. 구체적으로, 돌출부(18a)의 표면 영역(26)은 오목부(16a)의 표면 영역(24)과 맞물린다. 컨택트 인터페이스(20)는 오목부(16a) 및 돌출부(18a)가 각각 서로 맞물리는 표면 영역들(24 및 26)에 의해 규정된다. 오목부(16a)의 표면 영역(24)은 오목부(16a)의 림(22)에 의해 전체적으로 규정된다. 림(22)은 이에 따라 컨택트 인터페이스가 림(22)에 의해 부분적으로 규정되도록 오목부(16a)에 의해 규정되는 컨택트 인터페이스(20)의 부분을 규정한다. 오목부(16a)의 표면 영역(24)이 림(22)에 의해 전체적으로 규정되기 때문에, 컨택트 인터페이스(20)는 상기한 "림만의" 기하학적 구조를 갖는다.
합치 엘리먼트들(16 및 18)은 각각 임의의 재료들로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 합치 엘리먼트들(16 및/또는 18)의 외부 표면들은 비귀금속(예를 들면, Sn) 및/또는 귀금속 코팅들에 의해 규정된다. 합치 엘리먼트들(16 및 18) 각각의 기본 재료들 및/또는 표면 코팅 재료들의 예들은, 귀금속들, 비귀금속들, 구리(Cu), 구리 합금들, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금들, 아연(Zn), 아연 합금들, 철(Fe), 철 합금들(스테인리스 스틸들을 포함함), 니켈(Ni), 니켈 합금들, 은(Ag), 은 합금들, 비스무트(Bi), 비스무트 합금들, 금(Au), 금 합금들, 주석(Sn), 주석 합금들, 팔라듐(Pd) 위의 금(gold over palladium (Pd)), PdNi 합금 위의 금(gold over PdNi alloy), NiP 합금 위의 금(gold over NiP alloy), Au/NiP 야금(metallurgical) 조합들(예를 들면, AgNi, AgW, AgSnO, AgCdO, AgCu 등) 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 일부 실시예에서, 합치 엘리먼트들(16 및 18)은 실질적으로 동일한 재료들(예를 들면, 실질적으로 유사한 표면 코팅들을 가짐)로 형성되는 반면에, 다른 실시예들에서는 합치 엘리먼트들(16 및 18)이 상이한 재료들로 형성된다. 합치 엘리먼트들(16 및 18)은 와이어 드로잉(wire drawing) 동작들 등과 같은, 임의의 방법, 공정, 동작 등으로 형성될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
도 3은 컨택트 인터페이스(20)를 도시하는 전기 컨택트 어셈블리(10)의 평면도이다. 합치 엘리먼트(18)의 돌출부(18a)의 표면 영역(26)은 합치 엘리먼트(16)의 오목부(16a)의 림(22)과 맞물린다. 컨택트 인터페이스(20)는 이 컨택트 인터페이스(20)를 따라 전기 에너지 및 기계적인 접촉 압력의 분포를 포함할 수 있다. 이러한 분포는 컨택트 인터페이스(20)가 가장 큰 전류량을 운반하는 애스페리티 합류부(asperity junction)들(일반적으로 "에이-스폿들(a-spots)"이라고도 언급됨)(28) 및 컨택트 인터페이스(20)가 가장 큰 기계적인 접촉 압력을 갖는 애스페리티 합류부들(30)을 포함한다. 컨택트 인터페이스에 의해 운반된 전류량이 또한 본 명세서에서 언급될 수 있고 일반적으로 "전류 밀도"라고 언급될 수 있는 한편, 기계적인 접촉 압력이 본 명세서에서 언급될 있고 일반적으로 "정상 부하" 및/또는 "정상 압력"이라고 언급될 수 있다. 전기 에너지는 본 명세서에서 "전류 흐름"이라고 언급될 수 있다. 기계 접촉 압력은 도 2에서 화살표 A 및 B 방향으로 작용한다.
도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 애스페리티 합류부들(28) 및 애스페리티 합류부들(30)은 서로 중첩(즉, 일치)한다. 따라서, 컨택트 인터페이스(20)를 따르는 기계적인 압력의 기계적인 분포는 컨택트 인터페이스(20)를 따르는 전기 에너지의 전기적인 분포와 일치한다. 즉, 전류 밀도가 가장 큰 컨택트 인터페이스(20)를 따르는 장소(들)(즉, 애스페리티 합류부들(28))가 정상 압력이 가장 큰 컨택트 인터페이스(20)를 따르는 장소(들)(즉, 애스페리티 합류부들(30))와 중첩한다.
예를 들면, 애스페리티 합류부들(28 및 30)은 컨택트 인터페이스(20)가 마찬가지의 크기로 된 합치 엘리먼트들의 헤르츠 컨택트 인터페이스들의 보다 넓은 표면적에 비해서 표면 영역들(24 및 26)에 더욱 격리(즉, 국한)되기 때문에 서로 중첩할 수 있다. 또한, 기계적인 컨택트가 림(22) 내측에 존재하지 않기 때문에, 컨택트 인터페이스(20)의 외부는, 애스페리티 합류부들(28 및 30)의 보다 높은 변형을 초래하고 이에 따라 임의의 표면 산화/오염 막들의 보다 효과적인 분열로 이어지는, 상당히 높은 표면 압력값을 받게 된다.
어셈블리(10)의 예시적인 실시예에서, 애스페리티 합류부들(28 및 30)은, 애스페리티 합류부(28)가 애스페리티 합류부(30)와 중첩하지 않는 임의의 부분을 포함하지 않도록, 그리고 그 반대로도 서로 전체적으로 중첩한다. 즉, 컨택트 인터페이스(20)를 따르는 기계적인 압력의 기계적인 분포는 컨택트 인터페이스(20)를 따르는 전기 에너지의 전기적인 분포와 완전히 일치한다. 그러나, 다른 실시예들에서, 애스페리티 합류부들(28 및 30)은, 애스페리티 합류부(28)가 애스페리티 합류부(30)와 중첩하지 않는 부분을 포함하도록, 그리고 그 반대로도 서로 부분적으로만 중첩한다. 즉, 컨택트 인터페이스(20)를 따른 기계적인 압력의 기계적인 분포는 컨택트 인터페이스(20)를 따르는 전기 에너지의 전기적인 분포와 부분적으로만 일치할 수 있다. 컨택트 인터페이스(20)의 면적, 돌출부(18a)와 오목부(16a) 간의 상대적인 크기 차(예를 들면, 곡률 반경 R1과 R2 간의 차) 등은 적어도 부분적으로 중첩하는 애스페리티 합류부들(28 및 30)을 제공하도록 선택될 수 있다.
도 4는 전기 컨택트 어셈블리(50)의 다른 예시적인 실시예의 단면도이다. 어셈블리(50)는 전기 접속을 확립하도록 함께 합치하는 한 쌍의 상보형 전기 컨택트들(52 및 54)을 포함한다. 전기 컨택트들(52 및 54)은 이 전기 컨택트들(52 및 54)을 함께 합치하도록 컨택트 인터페이스(60)에서 서로 맞물리는 그들 각각의 합치 엘리먼트들(56 및 58)에서 함께 합치된다. 전기 컨택트들(52 및 54)은 본 명세서에서 각각 "제1" 및/또는 "제2" 전기 컨택트라고 언급될 수 있다. 각각의 합치 엘리먼트(56 및 58)는 본 명세서에서 "제1" 및/또는 "제2" 합치 엘리먼트라고 언급될 수 있다.
어셈블리(50)의 예시적인 실시예에서, 전기 컨택트(52)의 합치 엘리먼트(56)는 대략 평면형의 표면(56a)을 포함하고, 전기 컨택트(54)의 합치 엘리먼트(58)는 돌출부(58a)를 포함한다. 돌출부(58a)는 그 안으로 연장되는 오목부(74)를 포함한다. 오목부(74)는 림(76)을 포함한다. 어셈블리(50)의 예시적인 실시예에서, 오목부(74)는 구 형상을 갖지만, 오목부(74)는 비원형, 타원형, 포물선 형상, 가변형 곡률 반경을 포함하는 만곡된 형상과 같은, 구 형상 이외의 다른 만곡된 형상들을 가질 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 어셈블리(50)의 예시적인 실시예에서, 림(76)은 오목부(74)가 구 형상이기 때문에 원형이다. 그러나, 림(76)은 다른 만곡된 형상들(예를 들면, 타원형, 포물선 형상 등)을 가질 수 있다. 또한, 오목부(74) 및 림(76)은 만곡된 형상들에 한정되지 않는다. 오히려, 오목부(74)는 직사각형 단면 형상들, 정사각형 단면 형상들, 4변보다 많은 변을 갖은 단면 형상들, 삼각형 단면 형상들 등과 같은 임의의 다른 형상을 추가적으로 또는 대안적으로 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 림(76)은 이에 따라 하나 이상의 만곡된 형상에 추가적으로 또는 대안적으로 비만곡 형상들(예를 들면, 정사각형 형상들, 직사각형 형상들, 삼각형 형상들, 4변보다 많은 형상들 등)을 포함할 수 있다. 돌출부(58a)는 본 명세서에서 "만곡된 돌출부" 및/또는 구 형상 돌출부"라고 언급될 수 있다. 오목부(74)는 본 명세서에서 "구 형상 오목부" 및/또는 "만곡된 오목부"라고 언급될 수 있다.
전기 컨택트들(52 및 54)이 함께 합치되었을 때, 합치 엘리먼트들(56 및 58)은 돌출부(58a)가 오목부(74)의 림(76)에서 합치 엘리먼트(56)의 표면(56a)의 표면 영역(64)과 맞물리도록 컨택트 인터페이스(60)에서 맞물린다. 구체적으로, 돌출부(58a)의 표면 영역(78)은 합치 엘리먼트(56)의 표면(56a)의 표면 영역(64)과 맞물린다. 컨택트 인터페이스(60)는 표면 영역들(78 및 64)에 의해 규정된다. 돌출부(58a)의 표면 영역(78)은 컨택트 인터페이스(60)가 상기한 "림만의" 기하학적 구조를 갖도록 오목부(74)의 림(76)에 의해 전체적으로 규정된다.
컨택트 인터페이스(60)는 이 컨택트 인터페이스(60)를 따르는 전기 에너지 및 기계적인 압력의 분포를 포함할 수 있다. 이러한 분포는 컨택트 인터페이스(60)가 가장 큰 전류량을 운반하는 애스페리티 합류부들(68) 및 컨택트 인터페이스(60)가 가장 큰 기계적인 접촉 압력을 갖는 애스페리티 합류부들(70)을 포함한다. 애스페리티 합류부들(68) 및 애스페리티 합류부들(70)은 서로 중첩(즉, 일치)한다. 따라서, 컨택트 인터페이스(60)를 따르는 기계적인 압력의 기계적인 분포는 컨택트 인터페이스(60)를 따르는 전기 에너지의 전기적인 분포와 일치한다. 어셈블리(50)의 예시적인 실시예에서, 애스페리티 합류부들(68 및 70)은 서로 전체적으로 중첩한다. 그러나, 다른 실시예들에서, 애스페리티 합류부들(68 및 70)은 서로 부분적으로만 중첩한다.
도 5는 전기 컨택트 어셈블리(110)의 다른 예시적인 실시예의 투시도이다. 도 6은 전기 컨택트 어셈블리(110)의 단면도이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 어셈블리(110)는 전기 접속을 확립하도록 함께 합치되는 한 쌍의 상보형 전기 컨택트들(112 및 114)을 포함한다. 전기 컨택트들(112 및 114)은, 이 전기 컨택트들(112 및 114)을 함께 합치하도록 컨택트 인터페이스(120)에서 서로 맞물리는 합치 엘리먼트들(116 및 118)을 각각 포함한다. 전기 컨택트들(112 및 114)은 본 명세서에서 각각 "제1" 및/또는 "제2" 전기 컨택트라고 언급될 수 있다. 각각의 합치 엘리먼트들(116 및 118)은 본 명세서에서 "제1" 및/또는 "제2" 합치 엘리먼트라고 언급될 수 있다.
전기 컨택트(112)의 합치 엘리먼트(116)는 합치 엘리먼트(116)를 따라 길이를 연장하는 홈(groove)(116a)을 포함한다. 홈(116a)은 중앙 길이방향 축(134)을 따라 길이를 연장한다. 홈(116a)은 이 홈(116a)의 길이를 따라 연장되는 림(136)을 포함한다. 림(136)은 대향하는 림 세그먼트들(136a 및 136b)에 의해 규정된다. 전기 컨택트(114)의 합치 엘리먼트(118)는 돌출부(118a)를 포함한다. 돌출부(118a)는 합치 엘리먼트들(116 및 118)이 맞물렸을 때에 홈(116a) 내에 부분적으로 수용되도록 구성된다. 어셈블리(110)의 예시적인 실시예에서, 돌출부(118a) 및 홈(116a)은 만곡된다. 돌출부(118a)는 홈(116a)의 곡률 반경(R4)보다도 큰 곡률 반경(R3)을 갖는다. 돌출부(118a) 및 홈(116a)은 각각 합치 엘리먼트들(118 및 116)이 본 명세서에서 설명 및/또는 도시된 바와 같이 기능하도록 할 수 있는 임의의 각각의 곡률 반경(R3 및 R4)을 가질 수 있다. 또한, 돌출부(118a)의 곡률 반경(R3)은 합치 엘리먼트들(116 및 118)이 본 명세서에서 설명 및/또는 도시된 바와 같이 기능하도록 할 수 있는 임의의 양만큼 홈(116a)의 곡률 반경(R4)보다 클 수 있다. 돌출부(118a)는 본 명세서에서 "만곡된 돌출부" 및/또는 "구 형상 돌출부"라고 언급될 수 있는 한편, 홈(116a)은 본 명세서에서 "원통형 홈"이라고 언급될 수 있다.
홈(116a) 및 돌출부(118a)는 각각 비원형, 타원형, 포물선 형상, 가변형 곡률 반경을 포함하는 만곡된 형상 등과 같은, 각각의 원통형 및 구 형상들 이외에 다른 만곡된 형상들을 가질 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 또한, 홈(116a) 및 돌출부(118a)는 만곡된 형상들에 한정되지 않는다. 오히려, 홈(116a) 및 돌출부(118a)는 각각 직사각형 단면 형상들, 정사각형 단면 형성들, 4변보다 많은 변을 갖는 단면 형상들, 삼각형 단면 형상 등과 같은, 임의의 다른 형상을 추가적으로 또는 대안적으로 포함할 수 있다. 홈(116a) 및/또는 돌출부(118a)가 비만곡 형상들을 포함하는 실시예들에서, 홈(116a) 및 돌출부(118a)의 상대적인 크기는 컨택트 인터페이스(120)에서 림만의 기하학적 구조를 제공하도록 선택될 수 있다.
전기 컨택트들(112 및 114)이 함께 합치되었을 때, 돌출부(118a)의 표면 영역(126)은 홈(116a)의 림(136)과 맞물린다. 컨택트 인터페이스(120)는 홈(116a) 및 돌출부(118a)가 각각 서로 맞물리는 표면 영역들(124 및 126)에 의해 규정된다. 홈(116a)의 표면 영역(124)은, 컨택트 인터페이스(120)가 상기한 "림만의" 기하학적 구조를 갖도록, 림(136)에 의해 전체적으로 규정된다.
컨택트 인터페이스(120)는 이 컨택트 인터페이스(120)를 따르는 전기 에너지 및 기계적인 압력의 분포를 포함할 수 있다. 이러한 분포는 컨택트 인터페이스(120)가 가장 큰 전류 밀도를 운반하는 애스페리티 합류부들(128) 및 컨택트 인터페이스(120)가 가장 큰 정상 압력을 갖는 애스페리티 합류부들(130)을 포함한다. 도 5에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 애스페리티 합류부들(128) 및 애스페리티 합류부들(130)은 컨택트 인터페이스(120)를 따르는 정상 압력의 기계적인 분포가 컨택트 인터페이스(120)를 따르는 전기 에너지의 전기적인 분포와 일치하도록 서로 중첩한다. 어셈블리(110)의 예시적인 실시예에서, 애스페리티 합류부들(128 및 130)은 서로 전체적으로 중첩한다. 그러나, 다른 실시예들에서, 애스페리티 합류부들(128 및 130)은 서로 부분적으로만 중첩한다.
도 7은 전기 컨택트 어셈블리(150)의 다른 예시적인 실시예의 투시도이다. 도 8은 전기 컨택트 어셈블리(150)의 단면도이다. 어셈블리(150)는 전기 컨택트들(152 및 154)을 함께 합치하도록 컨택트 인터페이스(160)에서 서로 맞물리는 각각의 합치 엘리먼트들(156 및 158)을 갖는 한 쌍의 상보형 전기 컨택트들(152 및 154)을 포함한다. 전기 컨택트들(152 및 154)은 본 명세서에서 "제1" 및/또는 "제2" 전기 컨택트라고 언급될 수 있다. 각각의 합치 엘리먼트들(156 및 158)은 본 명세서에서 "제1" 및/또는 "제2" 합치 엘리먼트라고 언급될 수 있다.
합치 엘리먼트(156)는 대략 평면형의 표면(156a)을 포함하고, 합치 엘리먼트(158)는 돌출부(158a)를 포함한다. 돌출부(158a)는 팁(tip)(172)을 따라 길이를 연장하는 홈(174)을 갖는 팁(172)을 포함한다. 홈(174)은 이 홈의 길이를 따라 연장되고 대향하는 림 세그먼트들(176a 및 176b)에 의해 규정되는 림(176)을 포함한다. 어셈블리(150)의 예시적인 실시예에서, 홈(174)은 원통형을 가질 수 있지만, 홈(174)은 비원형, 타원형, 포물선 형상, 가변형 곡률 반경을 포함하는 만곡된 형상 등과 같은, 원통형 형상들 이외의 다른 만곡된 형상들을 가질 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 또한, 홈(174)은 만곡된 형상들에 한정되지 않는다. 오히려, 홈(174)은 직사각형 단면 형상들, 정사각형 단면 형상들, 4변보다 많은 변을 갖는 단면 형상들, 삼각형 단면 형상들 등과 같은 임의의 다른 형상을 추가적으로 또는 대안적으로 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 돌출부(158a)는 본 명세서에서 "만곡된 돌출부" 및/또는 "구 형상 돌출부"라고 언급될 수 있다. 홈(174)은 본 명세서에서 "원통형 홈"이라고 언급될 수 있다.
전기 컨택트들(152 및 154)이 함께 합치되었을 때, 합치 엘리먼트들(156 및 158)은 돌출부(158a)가 홈(174)의 림(176)에서 합치 엘리먼트(156)의 표면(156a)의 표면 영역(164)과 맞물리도록 컨택트 인터페이스(160)에서 맞물린다. 구체적으로, 돌출부(158a)의 표면 영역(178)은 합치 엘리먼트(156)의 표면(156a)의 표면 영역(164)과 맞물린다. 컨택트 인터페이스(160)는 표면 영역들(178 및 164)에 의해 규정된다. 돌출부(158a)의 표면 영역(178)은 컨택트 인터페이스(160)가 상기한 "림만의" 기하학적 구조를 갖도록 홈(174)의 림(176)에 의해 전체적으로 규정된다.
컨택트 인터페이스(160)는 이 컨택트 인터페이스(160)를 따르는 전기 에너지 및 기계적인 압력의 분포를 포함할 수 있다. 이러한 분포는 컨택트 인터페이스(160)가 가장 큰 전류량을 운반하는 애스페리티 합류부들(168) 및 컨택트 인터페이스(160)가 가장 큰 기계적인 접촉 압력을 갖는 애스페리티 합류부들(170)을 포함한다. 애스페리티 합류부들(168) 및 애스페리티 합류부들(170)은 서로 중첩한다. 따라서, 컨택트 인터페이스(160)를 따르는 기계적인 압력의 기계적인 분포는 컨택트 인터페이스(160)를 따르는 전기 에너지의 전기적인 분포와 일치한다. 어셈블리(150)의 예시적인 실시예에서, 애스페리티 합류부들(168 및 170)은 서로 전체적으로 중첩한다. 그러나, 다른 실시예들에서, 애스페리티 합류부들(168 및 170)은 서로 부분적으로만 중첩한다.
도 9는 전기 컨택트 어셈블리(210)의 다른 예시적인 실시예의 투시도이다. 도 10은 전기 컨택트 어셈블리(210)의 단면도이다. 어셈블리(210)는 전기 컨택트들(212 및 214)을 함께 합치하도록 컨택트 인터페이스(220)에서 서로 맞물리는 각각의 합치 엘리먼트들(216 및 218)을 포함하는 한 쌍의 상보형 전기 컨택트들(212 및 214)을 포함한다. 전기 컨택트들(212 및 214)은 본 명세서에서 각각 "제1" 및/또는 "제2" 전기 컨택트라고 언급될 수 있다. 각각의 합치 엘리먼트들(216 및 218)은 본 명세서에서 "제1" 및/또는 "제2" 합치 엘리먼트라고 언급될 수 있다. 돌출부(218a)는 본 명세서에서 "만곡된 돌출부" 및/또는 "구 형상 돌출부"라고 언급될 수 있다.
전기 컨택트(214)의 합치 엘리먼트(218)는 돌출부(218a)를 포함한다. 전기 컨택트(212)의 합치 엘리먼트(216)는 밸리(valley)들(242)을 포함하는 주기적인 표면 지형(periodic surface topology)(240)을 갖는 합치 측면(216a)을 포함하고, 밸리들(242)은 이 밸리들(242)과 연관되어 있는 피크(peak)들(244)에 의해 분리된다. 구체적으로, 밸리들(242)은 주기적인 표면 지형(240)을 따라 길이를 연장한다. 밸리들(242)의 길이는 주기적인 표면 지형(240)을 따라 서로 대략 평행하게 연장된다. 피크들(244)은 인접하는 밸리들(242)이 그들 사이에서 연장되는 연관된 피크(244)에 의해 분리되도록 밸리들(242) 사이에서 길이를 연장한다.
전기 컨택트들(212 및 214)이 함께 합치되었을 때, 돌출부(218a)는 합치 측면(216a)의 주기적인 표면 지형(240)의 피크들(244)에서 합치 엘리먼트(216)의 합치 측면(216a)과 맞물린다. 구체적으로, 돌출부(218a)의 표면 영역(226)은 피크들(244)에 의해 전체적으로 규정되는 합치 측면(216a)의 표면 영역(224)과 맞물린다. 2개의 피크들(244)이 돌출부(218a)와 맞물리는 것이 도시되어 있지만, 표면 영역(224)은 돌출부(218a)의 표면 영역(226)과 맞물린 임의의 수의 피크들(244)을 포함할 수 있다. 컨택트 인터페이스(220)는 표면 영역들(224 및 226)에 의해 규정된다. 따라서, 돌출부(218a)와 맞물리는 합치 엘리먼트(216)의 피크들(244)은 컨택트 인터페이스(220)를 부분적으로 규정한다.
컨택트 인터페이스(220)는 이 컨택트 인터페이스(220)가 가장 큰 전류 밀도를 운반하는 애스페리티 합류부들(228) 및 컨택트 인터페이스(220)가 가장 큰 정상 압력을 갖는 애스페리티 합류부들(230)을 포함한다. 본 명세서에 나타낸 바와 같이, 애스페리티 합류부들(228) 및 애스페리티 합류부들(230)은 컨택트 인터페이스(220)를 따르는 정상 압력의 기계적인 분포가 컨택트 인터페이스(220)를 따르는 전기 에너지의 전기적인 분포와 일치하도록 서로 중첩한다. 즉, 전류 밀도가 가장 큰 컨택트 인터페이스(220)를 따르는 장소(들)(즉, 애스페리티 합류부들(228))는 정상 압력이 가장 큰 컨택트 인터페이스(220)를 따르는 장소(들)(즉, 애스페리티 합류부들(230))와 중첩한다. 예를 들면, 애스페리티 합류부들(228 및 230)은 컨택트 인터페이스(220)가 마찬가지의 크기로 된 합치 엘리먼트들의 헤르츠 컨택트 인터페이스들의 보다 넓은 표면적에 비해서 표면 영역들(224 및 226)에 격리(즉, 국한)되기 때문에 서로 중첩할 수 있다. 또한, 주기적인 표면 지형을 사용하는 것은 측방 위치에 대하여 거의 변하지 않는 낮은 저항 컨택트를 생성할 수 있다.
어셈블리(210)의 예시적인 실시예에서, 애스페리티 합류부들(228 및 230)은 컨택트 인터페이스(220)를 따르는 정상 압력의 기계적인 분포가 컨택트 인터페이스(220)를 따르는 전기 에너지의 전기적인 분포와 완전히 일치하도록 서로 전체적으로 중첩한다. 그러나, 다른 실시예들에서, 애스페리티 합류부들(228 및 230)은 서로 부분적으로만 중첩한다.
컨택트 인터페이스(220)의 면적, 밸리들(242)의 폭(W)(도 10)(즉, 주기적인 표면 지형(240)의 사이너스(sinus) 파장), 피크들(244)의 높이(H) 등이 적어도 부분적으로 중첩(즉, 적어도 부분적으로 일치)할 때에 애스페리티 합류부들(228 및 230)을 제공하도록 선택될 수 있다. 예를 들면, 밸리들(242)의 폭(W)은 돌출부(218a)의 곡률 반경(R5)의 대략 0.8배보다도 작고 돌출부(218a)의 곡률 반경(R5)의 대략 0.2배보다도 큰 것으로 선택될 수 있고, 여기서 피크들(244)의 높이(H)(즉, 주기적인 표면 지형(240)의 사이너스 진폭의 2배)는 밸리들(242)의 폭(W)의 대략 3%보다도 큰 것으로 선택된다. 주기적인 표면 지형(240)의 사이너스 진폭은 예를 들면, 다음의 식을 이용하여 접촉 면적으로부터 결정될 수 있다.
1/r = 1/r1L + 1/r1Q + 1/r2L + 1/r2Q
여기서, r은 반경이고, 1은 합치 엘리먼트(216)이고, 2는 합치 엘리먼트(218)이고, L은 길이 반경이고, Q는 크로스 반경이다. 예를 들면, 도 10은 대략 1.5mm의 곡률 반경을 갖는 돌출부(218a)의 경우를 도시한다. 도 10에서, 밸리들(242)의 폭(W)은 돌출부(218a)의 곡률 반경의 대략 0.2배, 또는 대략 9㎛의 사이너스 진폭을 제공하는 대략 0.3mm로 선택된다. 도 11은 대략 1.5mm의 곡률 반경을 갖는 돌출부(318a)의 다른 실시예를 도시한다. 도 11에서, 합치 엘리먼트(316)의 주기적인 표면 지형(340)의 밸리들(342)의 폭(W1)은 돌출부(318a)의 곡률 반경의 대략 0.8배, 또는 대략 36㎛의 사이너스 진폭을 제공하는 대략 1.2mm로 선택된다. 합치 엘리먼트(316)는 본 명세서에서 "제1" 및/또는 "제2" 합치 엘리먼트라고 언급될 수 있다. 돌출부(318a)는 본 명세서에서 "만곡된 돌출부" 및/또는 "구 형상 돌출부"라고 언급될 수 있다.
재차 도 9 및 도 10을 참조하면, 추가 적용된 "조도(roughness)" 프로파일(도시하지 않음)이 합치 엘리먼트(216)의 합치 표면(216a)의 주기적인 표면 지형(240) 상에 선택적으로 겹쳐진다. 일부 실시예에서, 이러한 조도 프로파일은 피크들(244)의 높이(H)로부터 그리고/또는 밸리들(242)의 폭(W)으로부터 대략 38%보다도 많이 벗어나지 못한다. 즉, 이러한 조도 프로파일은 사이너스 파장으로부터 그리고/또는 주기적인 표면 지형(240)의 진폭의 2배로부터 385보다 많이 벗어날 수 없다.
합치 엘리먼트(216)의 합치 측면(216a)만이 주기적인 표면 지형(240)을 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 다른 실시예들에서, 합치 엘리먼트(218)의 돌출부(218a)는 합치 엘리먼트(216)의 합치 측면(216a)의 주기적인 표면 지형(240)에 추가적으로 또는 대안적으로 주기적인 표면 지형을 포함할 수 있다. 합치 엘리먼트(218)의 돌출부(218a) 및 합치 엘리먼트(216)의 합치 측면(216a) 양자가 주기적인 표면 지형들을 포함하는 실시예들에서, 주기적인 표면 지형들은 합치 엘리먼트들(216 및 218)이 맞물렸을 때에 서로에 대하여 임의의 각도로 경사질 수 있다. 구체적으로, 돌출부(218a)의 주기적인 표면 지형(240)의 밸리들(242)의 길이는 합치 엘리먼트(216)의 합치 측면(216a)의 주기적인 표면 지형(도시하지 않음)의 밸리들(도시하지 않음)에 대하여 임의의 각도로 연장될 수 있다. 일부 실시예에서, 돌출부(218a) 및 합치 표면(216a)의 주기적인 표면 지형들은 합치 엘리먼트들(216 및 218)이 함께 합치되었을 때에 서로에 대하여 대략 수직하게 배향될 것이다. 다른 실시예들에서, 돌출부(218a) 및 합치 표면(216a)의 주기적인 표면 지형들은 합치 엘리먼트들(216 및 218)이 함께 합치되었을 때에 서로에 대하여 대략 평행하게 또는 경사진 각도로 배향된다. 돌출부(218a) 및 합치 표면(216a)의 주기적인 표면 지형들이 대략 평행하게 배향되는 실시예들에서, 주기적인 표면 지형들의 사이너스 파장은 대략 동일하게 선택될 수 있다. 합치 엘리먼트들(216 및 218)로부터 완벽하게 정렬된 피크들의 쌍은 애스페리티 합류부들(228 및 230) 사이에서 최상의 일치를 생성할 수 있다. 돌출부(218a) 및 합치 측면(216a)의 주기적인 표면 지형들이 대략 평행하게 배향되지 않는 실시예들에서, 주기적인 표면 지형들의 사이너스 파장은 상이하거나 대략 동일할 수 있다.
도 12는 돌출부(418a)가 주기적인 표면 지형(440)을 갖는 실시예를 도시하는 전기 컨택트 어셈블리(410)의 다른 예시적인 실시예의 투시도이다. 어셈블리(410)는 전기 컨택트들(412 및 414)을 함께 합치하도록 컨택트 인터페이스(420)에서 서로 맞물리는 각각의 합치 엘리먼트들(416 및 418)을 포함하는 한 쌍의 상보형 전기 컨택트들(412 및 414)을 포함한다. 전기 컨택트들(412 및 414)은 본 명세서에서 각각 "제1" 및/또는 "제2" 전기 컨택트라고 언급될 수 있다. 각각의 합치 엘리먼트들(416 및 418)은 본 명세서에서 "제1" 및/또는 "제2" 합치 엘리먼트라고 언급될 수 있다.
전기 컨택트(412)의 합치 엘리먼트(416)는 대략 평면형의 표면(416a)을 포함한다. 전기 컨택트(414)의 합치 엘리먼트(418)는 돌출부(418a)를 포함한다. 돌출부(418a)는 밸리들(442)과 연관되어 있는 피크들(444)에 의해 분리되는 밸리들(442)을 포함하는 주기적인 표면 지형(440)을 갖는다. 돌출부(418a)는 본 명세서에서 "만곡된 돌출부" 및/또는 "구 형상 돌출부"라고 언급될 수 있다.
전기 컨택트들(412 및 414)이 함께 합치되었을 때, 돌출부(418a)는 이 돌출부(418a)의 주기적인 표면 지형(440)의 피크들(444)에서 대략 평면형의 표면(416a)과 맞물린다. 구체적으로, 피크들(444)에 의해 전체적으로 규정되는 돌출부(418a)의 표면 영역(426)은 표면(416a)의 표면 영역(424)에서 대략 평면형의 표면(416a)과 맞물린다. 2개의 피크들이 표면(416a)과 맞물리는 것으로 도시되어 있지만, 표면 영역(426)은 표면(416a)의 표면 영역(424)과 맞물리는 임의의 수의 피크들(444)을 포함할 수 있다. 컨택트 인터페이스(420)는, 돌출부(418a)와 맞물리는 합치 엘리먼트(416)의 피크들(444)이 컨택트 인터페이스(420)의 일부를 규정하도록, 표면 영역들(424 및 426)에 의해 규정된다.
컨택트 인터페이스(420)는 이 컨택트 인터페이스(420)가 가장 큰 전류 밀도를 운반하는 애스페리티 합류부들(428) 및 컨택트 인터페이스(420)가 가장 큰 정상 압력을 갖는 애스페리티 합류부들(430)을 포함한다. 애스페리티 합류부들(428) 및 애스페리티 합류부들(430)은 컨택트 인터페이스(420)를 따르는 정상 압력의 기계적인 분포가 컨택트 인터페이스(420)를 따르는 전기 에너지의 전기적인 분포와 적어도 부분적으로 일치하도록 서로 적어도 부분적으로 중첩한다.
도 13은 오목 형상을 갖는 합치 엘리먼트(516)가 주기적인 표면 지형(540)을 포함하는 실시예를 도시하는 전기 컨택트 어셈블리(510)의 다른 예시적인 실시예의 투시도이다. 어셈블리(510)는 전기 컨택트들(512 및 514)을 함께 합치하도록 컨택트 인터페이스(520)에서 서로 맞물리는 각각의 합치 엘리먼트들(516 및 518)을 포함하는 한 쌍의 상보형 전기 컨택트들(512 및 514)을 포함한다. 전기 컨택트들(512 및 514)은 본 명세서에서 각각 "제1" 및/또는 "제2" 전기 컨택트라고 언급될 수 있다. 각각의 합치 엘리먼트들(516 및 518)은 본 명세서에서 "제1" 및/또는 "제2" 합치 엘리먼트라고 언급될 수 있다.
전기 컨택트(514)의 합치 엘리먼트(518)는 돌출부(518a)를 포함한다. 전기 컨택트(512)의 합치 엘리먼트(516)는 오목 형상을 갖는 합치 측면(516a)을 포함한다. 합치 엘리먼트의 합치 측면(516a)은 연관된 피크들(544)에 의해 분리되는 밸리들(542)을 포함하는 주기적인 표면 지형(540)을 포함한다. 돌출부(518a)는 본 명세서에서 "만곡된 돌출부" 및/또는 "구 형상 돌출부"라고 언급될 수 있다.
전기 컨택트들(512 및 514)이 함께 합치되었을 때, 돌출부(518a)는 합치 측면(516a)의 주기적인 표면 지형(540)의 피크들(544)에서 합치 측면(516a)과 맞물린다. 구체적으로, 돌출부(518a)의 표면 영역(526)은 피크들(544)에 의해 전체적으로 규정되는 합치 측면(516a)의 표면 영역(524)과 맞물린다. 2개의 피크(544)가 돌출부(518a)와 맞물리는 것으로 도시되어 있지만, 표면 영역(524)은 돌출부(518a)의 표면 영역(526)과 맞물리는 임의의 수의 피크들(544)을 포함할 수 있다. 컨택트 인터페이스(520)는 돌출부(518a)와 맞물리는 합치 엘리먼트(516)의 피크들(544)이 컨택트 인터페이스(520)를 부분적으로 규정하도록 표면 영역(524 및 526)에 의해 규정된다.
컨택트 인터페이스(520)는 이 컨택트 인터페이스(520)가 가장 큰 전류 밀도를 운반하는 애스페리티 합류부들(528) 및 컨택트 인터페이스(520)가 가장 큰 정상 압력을 갖는 애스페리티 합류부들(530)을 포함한다. 애스페리티 합류부들(528) 및 애스페리티 합류부들(530)은 컨택트 인터페이스(520)을 따르는 정상 압력의 기계적인 분포가 컨택트 인터페이스(520)를 따르는 전기 에너지의 전기적인 분포와 적어도 부분적으로 일치하도록 서로 적어도 부분적으로 중첩한다.
도 14는 합치 엘리먼트들(616 및 618) 양자가 주기적인 표면 지형들(640 및 740)을 각각 포함하는 실시예를 도시하는 전기 컨택트 어셈블리(610)의 다른 예시적인 실시예의 투시도이다. 어셈블리(610)는 전기 컨택트들(612 및 614)을 함께 합치하도록 컨택트 인터페이스(520)에서 서로 맞물리는 각각의 합치 엘리먼트들(616 및 618)을 포함하는 한 쌍의 상보형 전기 컨택트들(612 및 614)을 포함한다. 전기 컨택트들(612 및 614)은 본 명세서에서 각각 "제1" 및/또는 "제2" 전기 컨택트라고 언급될 수 있다. 각각의 합치 엘리먼트들(616 및 618)은 본 명세서에서 "제1" 및/또는 "제2" 합치 엘리먼트라고 언급될 수 있다.
전기 컨택트(614)의 합치 엘리먼트(618)는 돌출부(618a)를 포함한다. 전기 컨택트(612)의 합치 엘리먼트(616)는 오목 형상을 갖는 합치 측면(616a)을 포함한다. 합치 엘리먼트(616)의 합치 측면(616a) 및 돌출부는 주기적인 표면 지형들(640 및 740)을 각각 포함한다. 주기적인 표면 지형들(640 및 740)은 연관된 피크들(644 및 744)에 의해 각각 분리되는 각각의 밸리들(642 및 742)을 포함한다. 돌출부(618a)는 본 명세서에서 "만곡된 돌출부" 및/또는 "구 형상 돌출부"라고 언급될 수 있다.
전기 컨택트들(612 및 614)이 함께 합치되었을 때, 돌출부(618a)는 합치 측면(616a)의 주기적인 표면 지형(640)의 피크들(644)이 돌출부(618a)의 주기적인 표면 지형(740)의 피크들(744)과 맞물리도록 합치 측면(616a)과 맞물린다. 구체적으로, 피크들(744)에 의해 전체적으로 규정되는 돌출부(618a)의 표면 영역(626)은 피크들(644)에 의해 전체적으로 규정되는 합치 측면(616a)의 표면 영역(624)과 맞물린다. 어셈블리(610)의 예시적인 실시예에서, 주기적인 표면 지형들(640 및 740)은 서로 대략 수직으로 배향된다. 구체적으로, 주기적인 표면 지형(640)의 피크들(644)은 주기적인 표면 지형(740)의 피크들(744)에 대략 수직으로 배향된다. 2개의 피크(644)가 2개의 피크(744)와 맞물리는 것으로 도시되어 있지만, 임의의 수의 피크들(644)이 임의의 수의 피크들(744)과 맞물릴 수 있다. 컨택트 인터페이스(620)는 피크들(644 및 744)이 컨택트 인터페이스(620)를 규정하도록 표면 영역들(624 및 626)에 의해 규정된다.
컨택트 인터페이스(620)는 이 컨택트 인터페이스(20)가 가장 큰 전류 밀도를 운반하는 애스페리티 합류부들(628) 및 컨택트 인터페이스(620)가 가장 큰 정상 압력을 갖는 애스페리티 합류부들(630)을 포함한다. 애스페리티 합류부들(628) 및 애스페리티 합류부들(630)은 컨택트 인터페이스(620)을 따르는 정상 압력의 기계적인 분포가 컨택트 인터페이스(620)를 따르는 전기 에너지의 전기적인 분포와 적어도 부분적으로 일치하도록 서로 적어도 부분적으로 중첩한다.
본 명세서에서 설명 및/또는 도시된 다양한 전기 컨택트 어셈블리 실시예는, 가장 큰 전류 밀도를 운반하는 컨택트 인터페이스 내의 애스페리티 합류부들이 가장 큰 정상 압력을 갖는 컨택트 인터페이스 내의 애스페리티 합류부들과 중첩(즉, 일치)하는 컨택트 인터페이스들을 제공할 수 있다. 가장 큰 전류 밀도를 운반하는 애스페리티 합류부들과 가장 큰 정상 압력을 갖는 애스페리티 합류부들의 일치는 어셈블리의 전기 컨택트들의 보다 낮은 접촉 저항을 초래할 수 있고/있거나, 예를 들면 헤르츠 타입 컨택트 인터페이스들을 갖는 전기 컨택트 어셈블리에 비해서, 보다 낮은 정상 힘을 갖는 전기 컨택트로 이어질 수 있다. 또한, 가장 큰 전류 밀도를 운반하는 애스페리티 합류부들과 가장 큰 정상 압력을 갖는 애스페리티 합류부들의 일치는, 예를 들면 헤르츠 타입 컨택트 인터페이스들을 갖는 전기 컨택트 어셈블리들에 비해서, 적게 국한된 열 응답을 초래할 수 있다. 다양한 실시예의 기술적인 효과들은, 접촉 저항의 감소, 정상 힘들의 감소, 및/또는 국한된 열 응답들의 감소를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 접촉 저항 및/또는 정상 힘들의 감소는 비귀금속 마무리된(finished) 표면들에서 서로 맞물리는 합치 엘리먼트들을 위해 최상일 수 있다. 보다 많은 귀금속 마무리된 표면들을 합치할 때에 보다 적은 효과를 볼 수 있다. 접촉 저항 및/또는 정상 힘들의 감소는 합치 엘리먼트들이 컨택트 인터페이스에서 실질적으로 동일한 재료들을 가질 때(예를 들면, 유사한 마무리된 것들을 합치할 때)와 합치 엘리먼트들이 컨택트 인터페이스에서 상이한 재료들을 가질 때(예를 들면, 상이한 마무리된 것들을 합치할 때) 양쪽에서 볼 수 있다.
상기 설명은 도시하고자 하는 것일 뿐, 한정하고자 하는 것이 아님을 이해하여야 한다. 예를 들면, 상술한 실시예들(및/또는 그의 양태들)은 서로 조합하여 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 범주를 이탈하지 않고서 본 명세서에서 설명 및/또는 도시된 주제의 교시들에 특정 상황 또는 재료를 적용하도록 많은 변형예가 이루어질 수 있다. 치수들, 재료들의 타입들, 다양한 구성요소의 방위들, 및 본 명세서에서 설명 및/또는 도시된 다양한 구성요소의 수 및 위치는 소정의 실시예들의 파라미터들을 규정하고자 하는 것이지, 한정하고자 하는 것이 아니며, 단지 예시적인 실시예들이다. 특허청구범위의 사상 및 범주 내에서의 많은 다른 실시예들 및 변형예들은 상기 설명의 검토 시에 당 기술분야에 숙련된 자에게 명백할 것이다.

Claims (10)

  1. 전기 컨택트 어셈블리(10)로서,
    제1 합치 엘리먼트(mating element)(16)를 갖는 제1 전기 컨택트(12); 및
    제2 합치 엘리먼트(18)를 갖는 제2 전기 컨택트(14)
    를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 전기 컨택트는, 상기 제1 및 제2 합치 엘리먼트들이 컨택트 인터페이스(20)에서 서로 맞물리도록 상기 제1 및 제2 합치 엘리먼트들에서 함께 합치하도록 구성되며,
    상기 컨택트 인터페이스 양단의 접촉 압력의 분포는 상기 컨택트 인터페이스 양단의 전류 흐름의 분포와 적어도 부분적으로 일치하고,
    상기 컨택트 인터페이스(20)가 가장 큰 전류 흐름량을 운반하는 애스페리티 합류부(asperity junction)(28)는 상기 컨택트 인터페이스가 가장 큰 접촉 압력을 갖는 애스페리티 합류부(30)와 적어도 부분적으로 일치하는 전기 컨택트 어셈블리(10).
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 컨택트 인터페이스(20) 양단의 접촉 압력의 분포는 상기 컨택트 인터페이스 양단의 전류 흐름의 분포와 완전히 일치하는 전기 컨택트 어셈블리(10).
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전기 컨택트(12)의 상기 제1 합치 엘리먼트(16)는 만곡된 오목부(curved depression)(16a)를 포함하고, 상기 제2 전기 컨택트(14)의 상기 제2 합치 엘리먼트(18)는 상기 제1 및 제2 합치 엘리먼트들이 맞물렸을 때에 상기 만곡된 오목부 내에 부분적으로 수용되도록 구성되는 만곡된 돌출부(curved protrusion)(18a)를 포함하며, 상기 제2 합치 엘리먼트의 상기 만곡된 돌출부는 상기 제1 합치 엘리먼트의 상기 만곡된 오목부보다도 큰 곡률 반경(R1)을 갖는 전기 컨택트 어셈블리(10).
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전기 컨택트(12)의 상기 제1 합치 엘리먼트(16)는 구 형상(spherical) 오목부(16a)를 포함하고, 상기 제2 전기 컨택트(14)의 제2 합치 엘리먼트(18)는 상기 제1 및 제2 합치 엘리먼트가 맞물렸을 때에 상기 구 형상 오목부 내에 부분적으로 수용되도록 구성되는 구 형상 돌출부(18a)를 포함하며, 상기 구 형상 돌출부는 상기 구 형상 오목부보다도 큰 곡률 반경(R1)을 갖고, 상기 구 형상 돌출부는 상기 컨택트 인터페이스(20)가 림(rim)(22)에 의해 부분적으로 규정되도록 상기 구 형상 오목부의 상기 림(22)과 맞물리도록 구성되는 전기 컨택트 어셈블리(10).
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전기 컨택트(52)의 상기 제1 합치 엘리먼트(56)는 평면형(planar)의 표면(56a)을 포함하고, 상기 제2 전기 컨택트(54)의 상기 제2 합치 엘리먼트(58)는 안으로 연장되는 오목부(74)를 포함하는 팁(tip)(72)을 갖는 만곡된 돌출부(58a)를 포함하며, 상기 오목부는 림(76)을 포함하고, 상기 만곡된 돌출부는 상기 컨택트 인터페이스(60)가 상기 림에 의해 부분적으로 규정되도록 상기 오목부의 상기 림에서 상기 제1 합치 엘리먼트의 상기 평면형의 표면과 맞물리도록 구성되는 전기 컨택트 어셈블리(50).
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전기 컨택트(112)의 상기 제1 합치 엘리먼트(116)는 상기 제1 합치 엘리먼트를 따라 길이를 연장하는 홈(groove)(116a)을 포함하고, 상기 홈은 림(136)을 포함하며, 상기 제2 전기 컨택트(114)의 상기 제2 합치 엘리먼트(118)는 상기 제1 및 제2 합치 엘리먼트들이 맞물렸을 때에 상기 홈 내에 부분적으로 수용되도록 구성되는 만곡된 돌출부(118a)를 포함하고, 상기 만곡된 돌출부는 상기 컨택트 인터페이스가 상기 림에 의해 부분적으로 규정되도록 상기 홈의 상기 림과 맞물리도록 구성되는 전기 컨택트 어셈블리(110).
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전기 컨택트(112)의 상기 제1 합치 엘리먼트(116)는 상기 제1 합치 엘리먼트를 따라 길이를 연장하는 원통형 홈(116a)을 포함하고, 상기 제2 전기 컨택트(114)의 상기 제2 합치 엘리먼트(118)는 상기 제1 및 제2 합치 엘리먼트가 맞물렸을 때에 상기 원통형 홈 내에 부분적으로 수용되도록 구성되는 구 형상 돌출부(118a)를 포함하며, 상기 제2 합치 엘리먼트의 상기 구 형상 돌출부는 상기 제1 합치 엘리먼트의 상기 원통형 홈보다도 큰 곡률 반경(R3)을 갖는 전기 컨택트 어셈블리(110).
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전기 컨택트(152)의 상기 제1 합치 엘리먼트(156)는 평면형의 표면(156a)을 포함하고, 상기 제2 전기 컨택트(154)의 상기 제2 합치 엘리먼트(158)는 안으로 연장되는 홈(174)을 포함하는 팁(172)을 갖는 만곡된 돌출부(158a)를 포함하며, 상기 홈은 상기 팁을 따라 길이를 연장하고 림(176)을 포함하며, 상기 만곡된 돌출부는 상기 컨택트 인터페이스(160)가 상기 림에 의해 부분적으로 규정되도록 상기 홈의 상기 림에서 상기 제1 합치 엘리먼트의 상기 평면형의 표면과 맞물리도록 구성되는 전기 컨택트 어셈블리(150).
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전기 컨택트(412)의 상기 제1 합치 엘리먼트(416)는 평면형의 표면(416a)을 포함하고, 상기 제2 전기 컨택트(414)의 상기 제2 합치 엘리먼트(418)는 만곡된 돌출부(418a)를 포함하며, 상기 만곡된 돌출부는 피크(peak)들(444)에 의해 분리되는 평행한 밸리(valley)들(442)을 포함하는 주기적인 표면 지형(periodic surface topology)(440)을 갖고, 상기 만곡된 돌출부는 상기 컨택트 인터페이스(420)가 상기 피크들에 의해 부분적으로 규정되도록 상기 주기적인 표면 지형의 상기 피크들에서 상기 제1 합치 엘리먼트의 상기 평면형의 표면과 맞물리도록 구성되는 전기 컨택트 어셈블리(410).
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