電気コンタクトアセンブリ

本明細書で記述される主題や描かれる主題は、一般に、電気コンタクトに関し、特に、嵌合電気コンタクトのアセンブリに関する。

相補的電気コンタクトは、相補的電気コンタクトの嵌合部材が互いに係合する(即ち、物理的に接触する)接触インターフェースで互いに嵌合するように構成される。多くの電気コンタクトアセンブリは、相補的電気コンタクトの嵌合部材が互いに係合する時に、ヘルツ型接触インターフェースを形成する。ヘルツ接触インターフェースは、相補的電気コンタクトの一方の嵌合部材が他方の相補的電気コンタクトの嵌合部材の湾曲した又は略平坦な表面と係合する湾曲表面を含む時に形成される。1以上の湾曲表面は、嵌合部材同士を係合状態に保持する接触力下で僅かに変形する。例えば、ヘルツ型接触インターフェースは、球形突起の形状の嵌合部材が相補的電気コンタクトの嵌合部材の略平坦な(すなわち平らな)表面と係合する時に形成される。

ヘルツ接触インターフェースには不利な点が無いわけではない。例えば、ヘルツ接触インターフェースに亘る機械的分布と電気分布とは、典型的には一致しない。具体的には、最大の機械的接触圧力(つまり最も大きな垂直荷重、つまり最大の垂直圧力)を有するヘルツ接触インターフェース内の領域は、最大量の電流(つまり最大の電流密度)を搬送するヘルツ接触インターフェース内の領域とはヘルツ接触インターフェース内の異なる位置を有する。例えば、最大の機械的接触圧は、ヘルツ接触インターフェースの中心に位置することができ、最大量の電流は、ヘルツ接触インターフェースの外側境界線に亘って分布する。機械的分布と電気分布が一致しない結果として、ヘルツ接触インターフェースの面積の一部(例えば少量)のみが、電流の流れに対して寄与しており、それにより、より大きな全体の接触抵抗やより大きな局所熱応答をもたらし得る。

更に、せん断力が(例えば振動の影響や熱の影響から)ヘルツ接触インターフェースに印加される状況において、ヘルツ接触インターフェースの機械的劣化は、横方向の変形が最大であるが、機械的接触圧が最も低いところで最初に生じる。言い換えれば、せん断力によって最大量の電流を搬送する領域で最初にヘルツ接触インターフェースが機械的に劣化され(例えば、破壊、折れ、摩耗やその他の事象が生じ)、それによって、ヘルツ接触インターフェースによって搬送される電流量を減少して望ましいレベル未満に低下させることやこれらの電気コンタクトに両者間の電気接触を完全に失わせる。せん断力は、非貴金属コーティング(例えば、Sn)を含む電気コンタクトから形成されるヘルツ接触インターフェースにとって特に問題であり、それによって、非貴金属コーティング上に形成する固有の酸化物膜を貫通するためにより高い垂直荷重を必要とする。

その解決策は、本明細書で記述される電気コンタクトアセンブリによって提供される。電気コンタクトアセンブリは、第1の嵌合部材を有する第1の電気コンタクトと第2の嵌合部材を有する第2の電気コンタクトとを含む。第1の電気コンタクト及び第2の電気コンタクトは、第1の嵌合部材及び第2の嵌合部材が接触インターフェースで互いに係合するように第1の嵌合部材及び第2の嵌合部材で互いに嵌合するように構成される。接触インターフェースに亘る接触圧力の分布は、接触インターフェースに亘る電流の流れの分布と少なくとも部分的に一致する。

本発明は、添付の図面を参照して例として記述される。

電気コンタクトアセンブリの一例示的実施形態の分解斜視図である。

図1に示される電気コンタクトアセンブリの断面図である。

前記アセンブリの接触インターフェースの一例示的実施形態を示す図1及び図2に示される電気コンタクトアセンブリの平面図である。

電気コンタクトアセンブリの他の例示的実施形態の断面図である。

電気コンタクトアセンブリの他の例示的実施形態の斜視図である。

図5に示される電気コンタクトアセンブリの断面図である。

電気コンタクトアセンブリの他の例示的実施形態の斜視図である。

図7に示される電気コンタクトアセンブリの断面図である。

電気コンタクトアセンブリの他の例示的実施形態の斜視図である。

図9に示される電気コンタクトアセンブリの断面図である。

電気コンタクトアセンブリの他の例示的実施形態の断面図である。

電気コンタクトアセンブリの他の例示的実施形態の斜視図である。

電気コンタクトアセンブリの他の例示的実施形態の斜視図である。

電気コンタクトアセンブリの他の例示的実施形態の斜視図である。

図1は、電気コンタクトアセンブリ10の一例示的実施形態の分解斜視図である。図2は、電気コンタクトアセンブリ10の断面図である。図1と図2を参照すると、アセンブリ10は、互いに嵌合して両者間に電気接続を確立する一対の相補的電気コンタクト12,14を含む。電気コンタクト12,14は、各々、電気コネクタ(図示せず)、印刷回路基板(図示せず)、電気ワイヤ(図示せず)、電気ケーブル(図示せず)、電力源(図示せず)やその他の物のような任意のデバイスの部品であるが、これらに限定されない。電気コンタクト12,14は、各々、本明細書では、「第1の」電気コンタクトや「第2の」電気コンタクトと称することがある。

電気コンタクト12,14は夫々、嵌合部材16,18を含む。電気コンタクト12,14は、嵌合部材16,18で互いに嵌合する。具体的には、嵌合部材16,18は互いに係合して電気コンタクト12,14を互いに嵌合する。嵌合部材16,18は夫々、電気コンタクト12,14のより大きなセグメントの部材である。例えば、嵌合部材16,18は、夫々の電気コンタクト12,14の嵌合セグメントの部材(例えば、アーム、梁、指、プラグ、レセプタクルやその他の物)であることができる。電気コンタクト12,14は、嵌合セグメントに加えて、取付けセグメント、接続セグメント、中間セグメント、ハウジングセグメント等の他のセグメント(図示せず)を含んでいてもよいが、これらに限定されない。嵌合部材16,18の各々は、本明細書では、「第1の」嵌合部材や「第2の」嵌合部材と称することがある。

嵌合部材16,18は、図2で最もよく見え且つ以下でより詳細に説明される接触インターフェース20で互いに係合する。接触インターフェース20は、互いに係合する嵌合部材16,18の表面領域によって画定される。接触インターフェース20は、嵌合部材16,18の表面領域が互いに係合する1つ以上のセグメントを含むことができる。このアセンブリ10の例示的実施形態では、接触インターフェース20は、嵌合部材16,18の表面領域が互いに係合する単一の連続するセグメントによって画定される。しかしながら、他の実施形態では、接触インターフェース20は、嵌合部材16,18の表面領域が互いに係合する2つ以上の離散的セグメントによって画定されてもよい。

このアセンブリ10の例示的実施形態では、電気コンタクト12の嵌合部材16は窪み16aを含み、電気コンタクト14の嵌合部材18は突起18aを含む。突起18aは、嵌合部材16,18が係合する時に(つまり電気コンタクト12,14が互いに嵌合する時に)、窪み内に部分的に受容されるように構成される。このアセンブリ10の例示的実施形態では、突起18aと窪み16aは各々湾曲され、且つ突起18aは、窪み16aの曲率半径R₂よりも大きな曲率半径R₁を有する。従って、突起18aは、窪み16a内に部分的にのみ受容されるように構成される。本明細書では、突起18aは「湾曲突起」と称することがあり、窪み16aは「湾曲窪み」と称することがある。

嵌合部材18の突起18aと嵌合部材16の窪み16aは各々、嵌合部材18,16が本明細書で記述されるように又は本明細書で示されるように機能できる任意の各曲率半径R₁とR₂を有する。更に、突起18aの曲率半径R₁は、嵌合部材16,18が本明細書で記述されるように又は本明細書で示されるように機能できる任意の量だけ窪み16aの曲率半径R₂よりも大きい。

このアセンブリ10の例示的実施形態では、窪み16aと突起18aは各々球状を有する。具体的には、窪み16aと突起18aは各々部分的に球の形状を有する。各々が球の半分未満を画定するように示されているが、窪み16aと突起18aは、各々、球の任意の他の量(例えば、約半分)を画定してもよい。更に、窪み16aと突起18aは各々球状の他に、制限はしないが、非円形状、楕円形状、放物線形状、曲率半径が変化する湾曲形状やその他の形状のような他の湾曲形状を有することができる。窪み16aは、本明細書では、「球状窪み」と称することがあり、突起18aは、「球状突起」と称することがある。

窪み16aは、リム22を含む。以下に記述されるように、リム22は、接触インターフェース20の一部を画定する。アセンブリ10の嵌合部材16,18は「リムのみ」の幾何学形状を画定し、嵌合部材16のみがリム22で嵌合部材18と係合する。言い換えれば、リム22は、嵌合部材16によって画定される接触インターフェース20のその部分の全体を画定する。アセンブリ10の例示的実施形態では、リム22は、窪み16aが球状であるので、円形である。しかしながら、リム22は、他の湾曲形状(例えば、楕円形状、放物線形状やその他の形状)を有してもよい。更に、窪み16aと突起18aは、湾曲形状に制限されない。むしろ、窪み16aと突起18aは、各々、加えて又は代替として、矩形断面形状、正方形断面形状、4つの辺より多くの辺を有する断面形状、三角形断面形状やその他の形状のような任意の他の形状を含んでもよいが、これらに限定されない。従って、リム22は、1つ以上の湾曲形状に加えて又はその代替として、非湾曲形状(例えば、正方形状、矩形状、三角形状、4つの辺より多くの辺を有する形状やその他の形状)を含んでもよい。窪み16aや突起18aが非湾曲形状を含む実施形態では、窪み16aと突起18aの相対的サイズが、接触インターフェース20でリムのみの幾何学形状を提供するように選択されることができる。

図2に最もよく示されるように、電気コンタクト12,14が互いに嵌合されると、嵌合部材16,18は、接触インターフェース20で係合される。具体的には、突起18aの表面領域26は、窪み18aの表面領域24と係合される。接触インターフェース20は、窪み16aと突起18aが夫々互いに係合する表面領域24,26によって画定される。窪み16aの表面領域24は、全体的に、窪み16aのリム22によって画定される。従って、リム22は、接触インターフェースがリム22によって部分的に画定されるように、窪み16aによって画定される接触インターフェース20の一部を画定する。窪み16aの表面領域24がリム22によって全体的に画定されるので、接触インターフェース20は、上記で論じられた「リムのみ」の幾何学形状を有する。

嵌合部品16,18は各々任意の材料から形成することができる。幾つかの実施形態では、嵌合部材16や18の外表面は、非貴金属(例えば、Sn)や貴金属のコーティングによって画定される。嵌合部品16,18の各々のベース材料や表面コーティング材料の例は、貴金属、非貴金属、銅(Cu)、銅合金、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金、亜鉛(Zn)、亜鉛合金、鉄(Fe)、鉄合金(ステンレススチールを含む)、ニッケル(Ni)、ニッケル合金、銀(Ag)、銀合金、Bi、Bi合金、金(Au)、金合金、錫(Sn)、錫合金、金からパラジウム(Pd)、金からPdNi合金、金からNiP合金、Au/NiPの冶金学的組合せ(例えば、AgNi、AgW、AgSnO、AgCdO、AgCuやその他の組合せ)やその他の金属を含むが、これらに限定されない。幾つかの実施形態では、嵌合部材16,18は実質的に同じ材料(例えば、実質的に同じ表面コーティングを有する)から形成され、他方、他の実施形態では、嵌合部材16,18は異なる材料から形成される。嵌合部材16,18は、引抜き加工やその他の加工のような任意の方法、プロセス、操作やその他から形成することができるが、これらに限定されない。

図3は、接触インターフェース20を示す電気コンタクトアセンブリ10の平面図である。嵌合部材18の突起18aの表面領域26は、嵌合部材16の窪み16aのリム22と係合する。接触インターフェース20は、接触インターフェース20に沿う電気エネルギーと機械的接触圧力の分布を含むことができる。そのような分布は、接触インターフェース20が最大量の電流を搬送する凹凸接合点(通常「aスポット」とも呼ばれる)28と、接触インターフェース20が最も大きな機械的接触圧力を有する凹凸接合点30とを含む。また、接触インターフェースによって搬送される電流の量は、本明細書では且つ一般的に「電流密度」と称することがあり、一方、機械的接触圧力は、本明細書では且つ一般的に「垂直荷重」や「垂直圧力」と称することがある。電気エネルギーは、本明細書では、「電流の流れ」と称することがある。機械的接触圧力は、図2において矢印AとBの方向に働く。

図3に見られるように、凹凸接合点28及び凹凸接合点30は、互いに重なる(つまり一致する)。従って、接触インターフェース20に沿う機械的圧力の機械的分布は、接触インターフェース20に沿う電気エネルギーの電気分布と一致する。言い換えれば、電流密度が最大である接触インターフェース20に沿う1以上の位置(つまり凹凸接合点28)は、垂直圧力が最大である接触インターフェース20に沿う1以上の位置(つまり凹凸接合点30)と重なる。

例えば、接触インターフェース20が、等しいサイズとされた嵌合部材のヘルツ接触インターフェースのより広い表面積と比較して、表面領域24,26に対してより多く孤立化(つまり局所化)されているので、凹凸接合点28,30は、互いに重なることができる。更に、リム22の内側には機械的接触が存在しないので、接触インターフェース20の外側部分は、顕著により高い表面圧力値を受け、凹凸接合点28,30のより高い変形を引き起こし、それによって、任意の表面酸化物フィルムや表面汚染フィルムのより効果的な破壊につながる。

アセンブリ10の例示的実施形態では、凹凸接合点28,30は全体的に互いに重なり、それによって、凹凸接合点28は、凹凸接合点30と重ならない部分を含まず、その逆もまた同様である。言い換えれば、接触インターフェース20に沿う機械的圧力の機械的分布は、接触インターフェース20に沿う電気エネルギーの電気分布と完全に一致する。しかしながら、他の実施形態では、凹凸接合点28,30は、部分的にのみ互いに重なり、それによって、凹凸接合点28は、凹凸接合点30と重ならない部分を含み、その逆もまた同様である。言い換えれば、接触インターフェース20に沿う機械的圧力の機械的分布は、接触インターフェース20に沿う電気エネルギーの電気分布と部分的に一致するだけである。接触インターフェース20の面積、突起18aと窪み16aとの間の相対的サイズ差(例えば、曲率半径R₁とR₂との間の差)等は、凹凸接合点28,30を少なくとも部分的に重なるものとして提供するように選択することができる。

図4は、電気コンタクトアセンブリ50の他の一例示的実施形態の断面図である。このアセンブリ50は、互いに嵌合して両者間に電気接続を確立する一対の相補的電気コンタクト52,54を含む。電気コンタクト52,54は、接触インターフェース60で互いに係合し電気コンタクト52,54を互いに嵌合する夫々の嵌合部材56,58で互いに嵌合する。電気コンタクト52,54は、各々、本明細書では、「第1の」電気コンタクトや「第2の」電気コンタクトと称することがある。嵌合部材56,58の各々は、「第1の」嵌合部材や「第2の」嵌合部材と称することがある。

アセンブリ50の例示的実施形態では、電気コンタクト52の嵌合部材56は、略平坦な表面56aを含み、電気コンタクト54の嵌合部材58は、突起58aを含む。突起58aは、その突起58a内に延在する窪み74を有する先端部72を含む。窪み74は、リム76を含む。アセンブリ50の例示的実施形態では、窪み74は球状を有する。窪み74は、球状以外に、非円形状、楕円形状、放物線形状、曲率半径が変化する湾曲形状やその他の形状のような他の湾曲形状を有してもよいが、これらに限定されない。アセンブリ50の例示的実施形態では、窪み74が球状であるので、リム76は円形状である。しかしながら、リム76は、他の湾曲形状(例えば、楕円形状、放物線形状や他の形状)を有してもよい。更に、窪み74とリム76は、湾曲形状には制限されない。むしろ、窪み74は、加えて又は代替として、矩形断面形状、正方形断面形、4つの辺より多くの辺を有する断面形状、三角形の断面形状やその他の断面形状のような任意の他の形状を含んでもよいが、これらに限定されない。従って、リム76は、1つ以上の湾曲形状に加えて又はその代替として、非湾曲形状(例えば、正方形状、矩形状、三角形状、4つの辺より多くの辺を有する形状やその他の形状)を含んでもよい。突起58aは、本明細書では、「湾曲突起」や「球状突起」と称することがある。窪み74は、本明細書では、「球状窪み」や「湾曲窪み」と称することがある。

電気コンタクト52,54が互いに嵌合されると、嵌合部材56,58は、突起58aが窪み74のリム76で嵌合部材56の表面56aの表面領域64と係合するように接触インターフェース60で係合される。具体的には、突起58aの表面領域78は、嵌合部材56の表面56aの表面領域64と係合する。接触インターフェース20は、表面領域78と64によって画定される。突起58aの表面領域78は、接触インターフェース60が後述される「リムのみ」の幾何学形態を有するように、窪み74のリム76によって全体的に画定される。

接触インターフェース60は、接触インターフェース60に沿う電気エネルギーと機械的圧力の分布を含むことができる。このような分布は、接触インターフェース60が最大量の電流を搬送する凹凸接合点68と、接触インターフェース60が最大の機械的接触圧力を有する凹凸接合点70とを含む。凹凸接合点68及び凹凸接合点70は、互いに重なる(つまり一致する)。従って、接触インターフェース60に沿う機械的圧力の機械的分布は、接触インターフェース60に沿う電気エネルギーの電気分布と一致する。アセンブリ50の例示的実施形態では、凹凸接合点68,70は互いに完全に重なる。しかしながら、他の実施形態では、凹凸接合点68,70は互いに部分的にのみ重なる。

図5は、電気コンタクトアセンブリ110の他の例示的実施形態の斜視図である。図6は、その電気コンタクトアセンブリ110の断面図である。ここで、図5及び図6を参照して、アセンブリ110は、互いに嵌合して両者間に電気接続を確立する一対の相補的電気コンタクト112,114を含む。電気コンタクト112,114は、夫々、接触インターフェース120で互いに係合して電気コンタクト112,114を互いに嵌合する嵌合部材116,118を含む。電気コンタクト112,114は、各々、本明細書では、「第1の」電気コンタクトや「第2の」電気コンタクトと称することがある。嵌合部材116,118の各々は、本明細書では、「第1の」嵌合部材や「第2の」嵌合部材と称することがある。

電気コンタクト112の嵌合部材116は、嵌合部材116に沿う長さで延出する溝116aを含む。溝116aは、中心長手軸134に沿う長さ延出する。溝116aは、溝116aの長さに沿って延出するリム136を含む。リム136は、両側のリムセグメント136aと136bによって画定される。電気コンタクト114の嵌合部材118は、突起118aを含む。突起118aは、嵌合部材116,118が係合される時に、溝116a内に部分的に受容されるように構成される。アセンブリ110の例示的実施形態では、突起118aと溝116aは、湾曲される。突起118aは、溝116aの曲率半径R₄よりも大きな曲率半径R₃を有する。突起118aと溝116aは、各々、嵌合部材118,116が以下で記述されるように又は以下で示されるように機能できる任意の夫々の曲率半径R₃とR₄を有することができる。更に、突起118aの曲率半径R₃は、嵌合部材116,118が以下で記述されるように又は以下で示されるように機能できる任意の量だけ窪み116aの曲率半径R₄よりも大きい。突起118aは、本明細書では、「湾曲突起」や「球状突起」と称することがあり、一方、溝116aは、本明細書では、「円筒状溝」と称することがある。

溝116aと突起118aは、各々、図示の夫々の円筒形状及び球状の他に、非円形状、楕円形状、放物線形状、曲率半径が変化する湾曲形状、や他の形状のような他の湾曲形状を有してもよいが、これらに限定されない。更に、溝116aと突起118aは、湾曲形状には制限されない。むしろ、溝116aと突起118aは、各々、加えて又は代替として、矩形断面形状、正方形断面形状、4つの辺より多くの辺を有する断面形状、三角形断面形状やその他の形状のような任意の他の形状を含んでもよいが、これらに限定されない。溝116aや突起118aが非湾曲形状を含む実施形態では、溝116aと突起118aの相対的サイズは、接触インターフェース120でリムのみの幾何学形状を提供するように選択することができる。

電気コンタクト112,114が互いに嵌合される時に、突起118aの表面領域126は、溝116aのリム136と係合する。接触インターフェース120は、溝116aと突起118aが夫々互いに係合する表面領域124,126によって画定される。溝116aの表面領域124は、リム136によって全体的に画定され、それによって、接触インターフェース120は、上記で論じられた「リムのみ」の幾何学形状を有する。

接触インターフェース120は、接触インターフェース120に沿う電気エネルギーと機械的圧力の分布を含むことができる。そのような分布は、接触インターフェース120が最大の電流密度を搬送する凹凸接合点128と、接触インターフェース120が最大の垂直圧力を有する凹凸接合点130とを含む。図5に最もよく見られるように、凹凸接合点128及び凹凸接合点130は、接触インターフェース120に沿う垂直圧力の機械的分布が接触インターフェース120に沿う電気エネルギーの電気分布に一致するように互いに重なる。アセンブリ110の例示的実施形態では、凹凸接合点128,130は全体的に互いに重なる。しかしながら、他の実施形態では、凹凸接合点128,130は部分的にのみ互いに重なる。

図7は、電気コンタクトアセンブリ150の他の例示的実施形態の斜視図である。図8は、その電気コンタクトアセンブリ150の断面図である。アセンブリ150は、一対の相補的電気コンタクト152,154を含み、これらの相補的電気コンタクト152,154は、接触インターフェース160で互いに係合して電気コンタクト152,154を嵌合する夫々の嵌合部材156,158を有する。電気コンタクト152,154は、各々、本明細書では、「第1の」電気コンタクトや「第2の」電気コンタクトと称することがある。嵌合部材156,158の各々は、本明細書では、「第1の」嵌合部材や「第2の」嵌合部材と称することがある。

嵌合部材156は略平坦な表面156aを含み、嵌合部材158は突起158aを含む。突起158aは先端部176を含み、この先端部176は先端部172に沿う長さで延出する溝174を有する。溝174は、溝の長さに沿って延出するリム176を有し、両リムセグメント176aと176bによって画定される。アセンブリ150の例示的実施形態では、溝174は、円筒形状を有するが、溝174は、円筒形状の他に、非円形状、楕円形状、放物線形状、曲率半径が変化する湾曲形状やその他の形状のような他の湾曲形状を有してもよいが、これらに限定されない。更に、溝174は、湾曲形状には制限はされない。むしろ、溝174は、加えて又は代替として、矩形断面形状、正方形断面形、4つの辺より多くの辺を有する断面形状、三角形断面形状やその他の断面形状のような任意の他の形状を含んでもよいが、これらに限定されない。突起158aは、本明細書では、「湾曲突起」や「球状突起」と称することがある。溝174は、本明細書では、「円筒形状溝」と称することがある。

電気コンタクト152,154が互いに嵌合する時に、嵌合部材156,158は、突起158aが溝174のリム176で嵌合部材156の表面156aの表面領域164と係合するように接触インターフェース160で係合される。具体的には、突起158aの表面領域178は、嵌合部材156の表面156aの表面領域164と係合される。接触インターフェース160は、表面領域178,164によって画定される。突起158aの表面領域178は、接触インターフェース160が上記で論じられた「リムのみ」の幾何学形状を有するように窪み174のリム176によって全体的に画定される。

接触インターフェース160は、接触インターフェース160に沿う電気エネルギーと機械的圧力の分布を含むことができる。そのような分布は、接触インターフェース160が最大の電流の量を搬送する凹凸接合点168と、接触インターフェース160が最大の機械的接触圧力を有する凹凸接合点170とを含む。凹凸接合点168及び凹凸接合点170は、互いに重なる。従って、接触インターフェース160に沿う機械的圧力の機械的分布は、接触インターフェース160に沿う電気エネルギーの電気分布と一致する。アセンブリ150の例示的実施形態では、凹凸接合点168,170は、互いに完全に重なる。しかしながら、他の実施形態では、凹凸接合点168及び凹凸接合点170は、部分的にのみ互いに重なる。

図9は、電気コンタクトアセンブリ210の他の例示的実施形態の斜視図である。図10は、この電気コンタクトアセンブリ210の断面図である。アセンブリ210は、一対の相補的電気コンタクト212,214を含み、これらの相補的電気コンタクト212,214は、接触インターフェース220で互いに係合して電気コンタクト212,214を嵌合する夫々の嵌合部材216,218を有する。電気コンタクト212,214は、各々、本明細書では、「第1の」電気コンタクトや「第2の」電気コンタクトと称することがある。嵌合部材216,218の各々は、本明細書では、「第1の」嵌合部材や「第2の」嵌合部材と称することがある。突起218aは、本明細書では、「湾曲突起」や「球状突起」と称することがある。

電気コンタクト214の嵌合部材218は、突起218aを含む。電気コンタクト212の嵌合部材216は、谷部242を含む周期的表面形態240を有する嵌合側部216aを含み、これらの谷部242は、それらの谷部242と関連する頂部244によって分離される。具体的には、谷部242は、周期的表面形態240に沿う長さで延出する。これらの谷部242の長さは、周期的表面形態240に沿って互いに略平行である。これらの頂部244は、隣接する谷部242がそれらの間に延出する関連する頂部244によって分離されるように谷部242同士間の長さで延出する。

電気コンタクト212,214が互いに嵌合されると、突起218aは、嵌合側部216aの周期的表面形態240の頂部244で嵌合部材216の嵌合側部216aと係合される。具体的には、突起218aの表面領域226は、頂部244によって全体的に画定される嵌合側部216aの表面領域224と係合される。二つの頂部244が突起218aと係合するように示されるが、表面領域224は、突起218aの表面領域226と係合する任意の数の頂部244を含むことができる。接触インターフェース220は、表面領域224,226によって画定することができる。従って、突起218aと係合する嵌合部材216の頂部244は、接触インターフェース220を部分的に画定する。

接触インターフェース220は、接触インターフェース220が最大の電流密度を搬送する凹凸接合点228と、接触インターフェース220が最大の垂直圧力を有する凹凸接合点230とを含む。ここで示されるように、凹凸接合点228及び凹凸接合点230は、接触インターフェース220に沿う垂直圧力の機械的分布が接触インターフェース220に沿う電気エネルギーの電気分布と一致するように、互いに重なる。言い換えれば、電流密度が最大である接触インターフェース220に沿う1以上の位置(つまり凹凸接合点228)は、垂直圧力が最大である接触インターフェース220に沿う1以上の位置(つまり凹凸接合点230)と重なる。例えば、接触インターフェース220が、同じサイズの嵌合部材のヘルツ接触インターフェースのより広い表面積と比較して、表面領域224,226に対してより多く孤立化(つまり局所化)されているので、凹凸接合点228,230は、互いに重なることができる。更に、周期的表面形態を使用することによって、横方向位置に対して略不変である低抵抗接触を生成できる。

アセンブリ210の例示的実施形態では、凹凸接合点228,230は、接触インターフェース220に沿う垂直圧力の機械的分布が接触インターフェース220に沿う電気エネルギーの電気分布と完全に一致するように全体的に互いに重なる。しかしながら、他の実施形態では、凹凸接合点228,230は、互いに部分的にのみ重なる。

接触インターフェース220の面積、谷部242の幅W(図10)(つまり周期的表面形態240の湾曲波長)、頂部244の高さHやその他は、少なくとも部分的な重なり(つまり少なくとも部分的な一致)として凹凸接合点228,230を提供するように選択することができる。例えば、谷部242の幅Wは、突起218aの曲率半径R₅の約0.8倍未満で且つ突起218aの曲率半径R₅の約0.2倍より大きいように選択することができ、頂部244の高さH(つまり周期的表面形態240の湾曲振幅の2倍)は、谷部242の幅Wの約3%よりも大きいように選択される。周期的表面形態240の振幅は、例えば、接触面積から式「1/r=1/r_1L+1/r_1Q+1/r_2L+1/r_2Q」を使用して決定することができる。 その式において、rは半径、1は嵌合部材216、2は嵌合部材218、Lは長さ半径、及びQは断面半径である。例えば、図10は、約1.5mmの曲率半径を有する突起218aの場合を示す。図10において、谷部242の幅Wは、突起218aの曲率半径の約0.2倍すなわち約0.3mmとして選択され、それによって、約9μmの湾曲振幅が与えられる。図11は、約1.5mmの曲率半径を有する突起318aの他の実施形態を示す。図11では、嵌合部材316の周期的表面形態340の谷部342の幅W₁は、突起318aの曲率半径の約0.8倍すなわち約1.2mmであるように選択され、それによって、約36μmの湾曲振幅が与えられる。嵌合部材316は、本明細書では、「第1の」嵌合部材や「第2の」嵌合部材と称することがある。突起318aは、本明細書では、「湾曲突起」や「球状突起」と称することがある。

再び、図9と図10を参照すると、追加の適用された「粗さ」外形(図示せず)は、任意ではあるが、嵌合部材216の嵌合側部216aの周期的表面形態と重ねられる。幾つかの実施形態では、そのような粗さ外形は、頂部244の高さHや谷部242の幅Wから約38%を越えては逸脱しない。言い換えれば、そのような粗さ外形は、湾曲波長や周期的表面形態240の振幅の2倍から38%を越えては逸脱しない。

嵌合部材216の嵌合側部216aのみが周期的表面形態240を含むように示されているが、他の実施形態では、嵌合部材218の突起218aは、嵌合部材216の嵌合側部216aの周期的表面形態240に加えて又はその代替として、周期的表面形態を含むことができる。嵌合部材218の突起218aと嵌合部材216の嵌合側部216aの両方が、周期的表面形態を含む実施形態では、それらの周期的表面形態は、嵌合部材216,218が係合される時に、互いに対して任意の角度に曲げられることができる。具体的には、突起218aの周期的表面形態240の谷部242の長さは、嵌合部材216の嵌合側部216aの周期的表面形態(図示せず)の谷部(図示せず)に対して任意の角度で延出することができる。幾つかの実施形態では、突起218aと嵌合側部216aの周期的表面形態は、嵌合部材216,218が互いに嵌合される時に、互いに対して略垂直に配向される。他の実施形態では、突起218aと嵌合側部216aの周期的表面形態は、嵌合部材216,218が互いに嵌合される時に、互いに対して略平行に又は斜めの角度で配向される。突起218aと嵌合側部216aの周期的表面形態が略平行に配向される実施形態では、周期的表面形態の湾曲波長は、略等しいように選択することができる。嵌合部材216,218から完全に整合された対の頂部は、凹凸接合点228,230との間に最大の一致を生成することができる。突起218aと嵌合側部216aの周期的表面形態が略平行ではないように配向される実施形態では、周期的表面形態の湾曲波長は、異なる又は略同じであることができる。

図12は、突起418aが周期的表面形態440を有する実施形態を示す電気コンタクトアセンブリ410の他の例示的実施形態の斜視図である。アセンブリ410は、一対の相補的電気コンタクト412,414を含み、これらの相補的電気コンタクト412,414は、接触インターフェース420で互いに係合して電気コンタクト412,414を嵌合する夫々の嵌合部材416,418を有する。電気コンタクト412,414は、各々、本明細書では、「第1の」電気コンタクトや「第2の」電気コンタクトと称することがある。嵌合部材416,418の各々は、本明細書では、「第1の」嵌合部材や「第2の」嵌合部材と称することがある。

電気コンタクト412の嵌合部材416は、略平坦な表面416aを含む。電気コンタクト414の嵌合部材418は、突起418aを含む。突起418aは、谷部442と関連する頂部444によって分離される谷部442を含む周期的表面形態を有する。突起418aは、本明細書では、「湾曲突起」や「球状突起」と称することがある。

電気コンタクト412,414が互いに嵌合される時に、突起418aは、突起418aの周期的表面形態440の頂部444で略平坦な表面416aと係合する。具体的には、頂部444によって全体的に画定される突起418aの表面領域426は、表面416aの表面領域424で略平坦な表面416aと係合する。二つの頂部444が表面416aと係合するように示されているが、表面領域426は、表面416aの表面領域424と係合する任意の数の頂部444を含むことができる。接触インターフェース420は、表面領域424,426によって画定され、それによって、突起418aと係合する嵌合部材416の頂部444は、接触インターフェース420を画定する。

接触インターフェース420は、接触インターフェース420が最大の電流密度を搬送する凹凸接合点428と、接触インターフェース428が最大の垂直圧力を有する凹凸接合点430とを含む。凹凸接合点420及び凹凸接合点430は、接触インターフェース420に沿う垂直圧力の機械的分布が接触インターフェース420に沿う電気エネルギーの電気分布と少なくとも部分的に一致するように、互いに少なくとも部分的に重なる。

図13は、凹形状を有する嵌合部材516が周期的表面形態540を含む実施形態を示す電気コンタクトアセンブリ510の他の例示的実施形態の斜視図である。そのアセンブリ510は、一対の相補的電気コンタクト512,514を含み、これらの相補的電気コンタクト512,514は、接触インターフェース520で互いに係合して電気コンタクト512,514を嵌合する夫々の嵌合部材516,518を含む。電気コンタクト512,514は、各々、本明細書では、「第1の」電気コンタクトや「第2の」電気コンタクトと称することがある。嵌合部材516,518の各々は、本明細書では、「第1の」嵌合部材や「第2の」嵌合部材と称することがある。

電気コンタクト514の嵌合部材518は、突起518aを含む。電気コンタクト512の嵌合部材516は、凹形状を有する嵌合側部516aを含む。嵌合部材516の嵌合側部516aは、周期的表面形態540を含み、この周期的表面形態540は、関連する頂部544によって分離される谷部542を含む。突起518aは、本明細書では、「湾曲突起」や「球状突起」と称することがある。

電気コンタクト512,514が互いに嵌合されると、突起518aは、嵌合側部516aの周期的表面形態540の頂部544で嵌合側部516aと係合される。具体的には、突起518aの表面領域526は、頂部544によって全体的に画定される嵌合側部516aの表面領域524と係合される。二つの頂部544が突起518aと係合されるように示されているが、表面領域524は、突起518aの表面領域526と係合する任意の数の頂部544を含むことができる。接触インターフェース520は、突起518aが係合される嵌合部材516の頂部544が接触インターフェース520を部分的に画定するように、表面領域524,526によって画定される。

接触インターフェース520は、接触インターフェース520が最大の電流密度を搬送する凹凸接合点528と、接触インターフェース520が最大の垂直圧力を有する凹凸接合点530とを含む。凹凸接合点528及び凹凸接合点530は、接触インターフェース520に沿う垂直圧力の機械的分布が接触インターフェース520に沿う電気エネルギーの電気分布と少なくとも部分的に一致するように、互いに少なくとも部分的に重なる。

図14は、嵌合部材616,618の両方が夫々周期的表面形態640,740を含む実施形態を示す電気コンタクトアセンブリ610の他の例示的実施形態の斜視図である。このアセンブリ610は、夫々、嵌合部材616,618を含む一対の相補的電気コンタクト612,614を含み、これらの嵌合部材616,618は、接触インターフェース620で互いに係合して電気コンタクト612,614を互いに嵌合する。電気コンタクト612,614は、各々、本明細書では、「第1の」電気コンタクトや「第2の」電気コンタクトと称することがある。嵌合部材616,618の各々は、本明細書では、「第1の」嵌合部材や「第2の」嵌合部材と称することがある。

電気コンタクト614の嵌合部材618は、突起618aを含む。電気コンタクト612の嵌合部材616は、凹形状を有する嵌合側部616aを含む。嵌合部材616の嵌合側部616aと突起は、夫々、周期的表面形態640,740を含む。周期的表面形態640,740は、関連する頂部644,744によって夫々分離される夫々の谷部642,742を含む。突起618aは、本明細書では、「湾曲突起」や「球状突起」と称することがある。

電気コンタクト612,614が互いに嵌合されると、突起618aは、嵌合側部516aの周期的表面形態640の頂部644が突起618aの周期的表面形態740の頂部744と係合されるように、嵌合側部616aと係合される。具体的には、頂部744によって全体的に画定される突起518aの表面領域626は、頂部644によって全体的に画定される嵌合側部616aの表面領域624と係合される。アセンブリ610の例示的実施形態では、周期的表面形態644,744は、互いに略平行に配向される。具体的には、周期的表面形態640の谷部644は、周期的表面形態740の谷部744に対して略垂直に配向される。二つの頂部644が二つの頂部744と係合するように示されているが、任意の数の頂部644が任意の数の頂部744と係合してもよい。接触インターフェース620は、頂部644,744が接触インターフェース520を画定するように表面領域624,626によって画定される。

接触インターフェース620は、接触インターフェース620が最大電流密度を搬送する凹凸接合点628と、接触インターフェース620が最大垂直圧力を有する凹凸接合点630とを含む。凹凸接合点628及び凹凸接合点630は、接触インターフェース620に沿う垂直圧力の機械的分布が接触インターフェース620に沿う電気エネルギーの電気分布に少なくとも部分的に一致するように、互いに少なくとも部分的に重なる。

本明細書で記述された種々の電気コンタクトアセンブリの実施形態や本明細書で示された種々の電気コンタクトアセンブリの実施形態は、最大の電流密度を搬送する接触インターフェース内の凹凸接合点が最大の垂直圧力を有する接触インターフェース内の凹凸接合点と重なる(つまり一致する)接触インターフェースを提供する。最大の電流密度を搬送する凹凸接合点と最大の垂直圧力を有する凹凸接合点の一致は、例えば、ヘルツ型接触インターフェースを有する電気コンタクトアセンブリに比較して、アセンブリの電気コンタクトのより低い接触抵抗となったり、より低い垂直圧力を有する電気コンタクトをもたらす。更に、最大電流密度を搬送する凹凸接合点と最大の垂直圧力を有する凹凸接合点の一致は、例えば、ヘルツ型接触インターフェースを有する電気コンタクトアセンブリに比較して、局所的熱応答がより少なくなることになる。種々の実施形態の技術的効果は、接触抵抗を減少すること、垂直圧力を減少すること、局所熱応答を減少することを含むことができるが、これらに限定されない。接触抵抗や垂直圧力の減少は、非貴金属仕上げ表面で互いに係合する嵌合部材にとって最良である。貴金属仕上げ表面同士の嵌合が大きくなればなるほど、効果がより少なくなることが見られる。接触抵抗や垂直圧力の減少は、嵌合部材が接触インターフェースで実質的に同じ材料を有する時(例えば、同じ仕上げを嵌合する時)及び嵌合部材が接触インターフェースで異なる材料を有する時(例えば、異なる仕上げを嵌合する時)の両方で見られる。

当然のことながら、上記の記述は一例であって、制限的なものではない。例えば、上述の実施形態(やその態様)は、互いに組み合わせて使用することができる。加えて、本発明の範囲から逸脱することなく本明細書で記述された主題や本明細書で示される主題の教示に特定の状況又は材料を適応させるために、多くの変更がなされることができる。寸法、材料の種類、様々な部品の向き、及び本明細書に記述された様々な部品の個数及び位置や本明細書で示された様々な部品の個数及び位置は、特定の実施形態のパラメータを定義することを意図するものであり、決して限定するものではなく、例示的実施形態に過ぎない。本請求項の精神及び範囲内の多くの他の実施形態及び変形は、上記の記述及び図面を再検討することにより、当業者には明らかである。