コンタクトラグ

本発明は、少なくとも2つのコンポーネントの導電性接続のためのコンタクトラグで、コンタクトラグは、コンタクトラグの弾性変形により働く接触圧力をコンポーネントのうち少なくとも1つに付加するように設計されたコンタクトラグに関する。本発明は、また、特にプラグコネクタシステムとして設計される際に、このようなコンタクトラグを1つ以上備えるシステムに関する。

多くの技術システムでは、多数の電流を伝送することが必要である。電流は、情報(例えば測定値、アナログ、又はデジタル)の通信のための信号を表すか、供給エネルギーとしての役割を持つかのいずれかである。

このような技術システムは概してモジュール構造のものであり、信号又は電気供給エネルギーは1つのモジュールから他のモジュールへ伝送される。システムが完全に機能することを保証するため、この伝送は、損失をできる限り少なくして行われるべきである。

これまでは、1つのモジュールから次のモジュールへの伝送が従来型のプラグコネクタによって行われるシステムが広く使用されてきた。ゆえに一方のモジュールはプラグ形状のプラグコネクタを備え、他方のモジュールは1つ以上の適合プラグコネクタシリーズ(例えばSMA、RPC−2.92、SMPであるが、他の規格内又は規格外プラグ・ソケット接続部もあり)のカプラ形状のプラグコネクタを備えている。プラグコネクタの寸法のため、これらのシステムは広い施工スペースを必要とし、これは必ずしも利用可能ではない。また、プラグコネクタはたいていの場合、ネジ接続によって結合されるため、多数のチャンネルについてはユーザに便利なものではない。

板バネとして設計されて係合相手の固定部品に押圧される1つ以上のコンタクトラグによって伝送が実行されるシステムも知られている。これらのシステムは高いパッキング密度を可能にする。しかし、大部分は比較的低い接触圧力を加える。それにもかかわらず、多数の接点のため、結合時には全体としてかなりの挿嵌力に達し、これは例えば、手探りでの回路基板の挿嵌中にかなりの問題を引き起こす。

高い供給電流を伝送できるようにするため、接点での接触抵抗はできる限り低く抑えられなければならない。接触抵抗のレベルについての決定的要因は、接点に付加される接触力である。これが低過ぎる場合には、接触抵抗は非常に高く、接点の不要な熱負荷を導く。周知のシステムでは、コンタクトラグが可能な限り最高のバネ力を加えるという点でこれを回避するような試みが行われている。それゆえ、コンタクトラグが(プラグ・ソケット接点で)径方向に、又は(板バネとして)軸方向に撓曲するかどうかは重要ではない。しかし、結合プロセスの間に、この高いバネ張力は相応の高い挿嵌力につながり、これは、いくつかの接続部が互いに平行に挿嵌されなければならず、ユーザにとって決して便利ではない場合は、特に不利である。

信号伝送の場合は、関係する低電流のため、主な問題点は接点での熱負荷ではなく(この場合は、これも問題ではあるが)、伝送される信号の質である。ここでも、他の多様な手段に加えて、可能な限り最大の接触力を確保することにより、接点での損失を可能な限り低く抑える試みが行われている。信号伝送に使用されるシステムの場合は、特に、信号経路の数が非常に多く、利用可能な設置スペースは非常に制限され、いくつかの問題が容易に生じる。一方では、必要とされる全体的な挿嵌力を範囲内に抑えるため、個々のチャンネルのための接触力はできる限り低く抑えられなければならない。他方では、利用可能スペースの制限のため、最適なバネ幾何学形状についての設計自由度が非常に限定される。これらの信号伝送システムでは、正確な反復が可能な特に多数の挿嵌サイクルが必要とされるという点で、これらの問題がやはり難化する。

最新技術を始点として、本発明は、良好な伝送特性と組み合わされた低い挿嵌力を通して区別されるプラグ接続を提供するという問題に基づいたものである。

この問題は、請求項1に記載の1つ以上のコンタクトラグを含む請求項3に記載のシステムによって解決される。本発明によるシステムとそこで使用されるコンタクトラグについてのさらに有利な実施形態は従属請求項の主題であり、発明についての以下の記載で説明される。

本発明は、プラグ接続部のコンタクトラグに変形が全く見られないか、ごくわずかであるということで、プラグ接続の相互挿嵌中に低い全体挿嵌力のみが必要とされるように、バイメタルの特定の熱変形作用を使用するという概念に基づくものであって、良好な伝送特性に必要であって電気接続されるコンポーネントともにコンタクトラグが形成する接点での接触圧力が、コンポーネントの相互挿嵌に続くバイメタルの加熱を通して達成される。必要とされる低い挿嵌力は取り扱いを改善するばかりでなく、相互挿嵌又は接触の際に生じる摩耗も軽減されて、コンポーネントの使用寿命が延長される。

したがって、少なくとも2つのコンポーネントのうち少なくとも1つに接触圧力を付加するようにコンタクトラグが設計されて、この圧力がコンタクトラグの弾性変形を通して加えられる、少なくとも2つのコンポーネントの導電性接続のための汎用タイプのコンタクトラグは、コンタクトラグが少なくとも一部分がバイメタルから形成されるため、バイメタルの温度の上昇が接触圧力の上昇を導くことを特徴とする。

本発明による対応システムは、本発明による(少なくとも)1つのコンタクトラグと、コンタクトラグによって電気方式で接続される少なくとも2つのコンポーネントとを含む。

本発明によれば、「バイメタル」の語は、熱膨張係数の異なる材料で構成される少なくとも2つの層を備える、好ましくは導電性で弾性変形可能なコンポーネントを指すものと理解される。好ましくは、これらの材料は、有利な弾性及び導電性の特性を常に呈する金属である。

好ましくは、本発明によるシステムが少なくとも2つのプラグコネクタを備えるプラグ接続部を含むか、少なくとも1つのコンタクトラグがやはり好ましくはプラグコネクタの一方の一部分であるように設計される場合も可能である。こうしてプラグ接続部は、低い挿嵌力で互いに挿嵌され、それにもかかわらず、コンタクトラグのバイメタルを加熱した後には、コンタクトラグと少なくとも2つのコンポーネントとの間の接点で充分に大きな接触圧力が実現され得る。

他のプラグコネクタのピン形状の部分を収容するように設計されたプラグコネクタの1つのソケットの少なくとも一部分をコンタクトラグが形成するという場合も可能である。この場合、コンタクトラグの弾性変形が径方向に行われる。他のプラグコネクタのピン形状部品のジャケットに対して、コンタクトラグにより接触圧力がいわば径方向に付加される。特に好ましくは、リング形状の構成で配置される本発明による複数のコンタクトラグにより、ソケットが形成され得る。

コンタクトラグの他の実施形態において、このラグは、(第1コンポーネントと接触するための)第1接触領域と、(第2コンポーネントと接触するための)第2接触領域とを有するとともに、接触領域の間が湾曲線又は屈曲線として延在する。この場合、変形は2つの接触領域の相互移動と関連し得る。2枚以上の回路基板の導電性接続の場合にしばしば見られるように、このようなコンタクトラグは、相互に反対の構成を持つ接続対象のコンポーネントの接点の導電性接続に、特に適している。

本発明によるシステムの好適な実施形態では、プラグ接続部を互いに挿嵌する時にはコンタクトラグがすでに弾性変形しており、この弾性変形ができる限り小さくなるように選択され得るという場合があり得る。こうして、プラグ接続部が互いに挿嵌された後で、コンタクトラグのバイメタルを加熱することなく、コンポーネントの間の導電性接続が確立されることを保証する。しかし、比較的低い接触圧力の結果、これは、接点での比較的高い接触抵抗と関連性を持ち得る。この比較的高い接触抵抗は、少なくとも比較的高い電流の伝送では、コンタクトラグの加熱につながり、本発明により用意されるバイメタルに固有の変形を介した接触圧力の上昇を導く。上昇した接触圧力は電気的散逸損失の減少につながり、こうして、被制御方法でも影響を受け得る電流強度とシステムからの熱の散逸とに応じて、平衡状態までの熱のさらなる発生が確立される。本発明によるシステムのこのような実施形態は、電気供給エネルギーの伝送に特に適しているが、それは比較的高い電流レベルをこれが必要とするからである。

しかし、コンタクトラグの変形を目的として、熱の能動的入力でも熱の散逸に影響を与えるために、本発明によるシステムは、コンタクトラグの(バイメタルの)温度を制御するための手段を備える。これらは、コンタクトラグの温度の影響を制御するためのすべての手段を含むものと理解されるべきである。より広い意味では、(例えば冷却ファンの相応の起動を通して)遅延方式で、好ましくは被制御方式でハウジングを通してのみ導出される排熱を動作時に発生させる、本発明による少なくとも1つのシステムを含む電気設備を囲繞するハウジングを含むものとしても、これらの手段は理解され得る。

温度を制御するためのこのような手段が設けられる限り、プラグ接続部を互いに挿嵌する時、又はコンポーネントを位置決めする時には、コンタクトラグが係合相手の接点要素とまだ接触していないという場合も可能である。これは、ほぼ力を要しない挿嵌又は位置決めを可能にし、加熱の結果生じるコンタクトラグの後の変形を通してのみ接触圧力が発生される。コンタクトラグの被制御冷却は、温度を制御するための手段を通しても達成され、その結果、接触圧力が再び低下する。これは特に、2つのコンポーネントの間の導電性接続部を切断することになった時に、関連性を持ち得る。

図面に図示された例示的実施形態を参照して、本発明が以下でより詳細に説明される。

非挿嵌状態の本発明によるシステムの第一実施形態の斜視図である。

相互挿嵌状態での図1によるシステムを示す。

図2によるシステムの一部における部分的長手断面図を示す。

コンタクトラグの加熱後の図3によるシステムを示す。

本発明によるシステムの第二実施形態のいくつかのコンタクトラグが固定されたコンポーネントの斜視図を示す。

コンポーネントと、図5によるシステムのコンタクトラグにおける断面図を示す。

図5によるシステムを第2コンポーネントとともに示す。

図7によるシステムにおける断面図を示す。

コンタクトラグの加熱後の図8によるシステムを示す。

図1乃至図4は、本発明によるプラグ接続システムの第一実施形態を示す。

これは、周知の手法によりケーブル側の端部でケーブル2と導電性接続される第1プラグコネクタ1を含む。第1プラグコネクタ1はカプラとして設計され、この目的のため、プラグコネクタシステムの第2プラグコネクタ5のピン形状の接点要素4が挿嵌されうるソケット形状の嵌着領域3を含む。本発明によれば、少なくとも部分的にバイメタルから形成されるリング形状の構成で配置されるいくつかのコンタクトラグ6により、ソケット形状の嵌着領域3が形成される。この例示的な実施形態では、コンタクトラグ6と本体7とが一体的に合体したものである第1プラグコネクタ1のコンタクトラグ6と本体7の両方が、バイメタルで形成される。この目的のため、第1プラグコネクタ1は、好ましくは、打抜き・曲げ加工のコンポーネントとして設計され得る。

この例示的な実施形態では、中実形状で設計される第2プラグコネクタ5も、ピン形状の接点要素4に加えて、これと一体的に形成される本体8を含む。第2プラグコネクタ5の本体8は、周知の手法で、ケーブル2とケーブル側の端部で導電性接続される。

図1は、非挿嵌状態でのプラグ接続システムを示したものであるのに対して、相互挿嵌状態は図2乃至図4に示されている。図3は、プラグ接続システムが互いに挿嵌された直後の状態を示す。この状態で、コンタクトラグ6の内側に湾曲された接触領域9は、すでに、第2プラグコネクタ5のピン形状の接点要素4の外側と接触しているが、まだ当該の程度までは弾性変形されていない。こうして、コネクタは低い挿嵌力のみで互いに挿嵌される。しかし、同時に、プラグ接続システムを介した電流の伝送がすでに可能であり、それゆえ、接点での低い接触圧力の結果、これは比較的高い接触抵抗により妨害され、特に接点9の領域では、電気的散逸損失と、ゆえにプラグ接続システムの加熱とを導く。

この加熱は、第1プラグコネクタ1が形成されるバイメタルの2つの層10,11の異なる熱膨張の結果としてのコンタクトラグ6の変形を導く。外層10の材料は、内層11の材料よりも高い熱膨張係数(特に線膨張係数)を有するので、コンタクトラグ6の熱変形は、径方向内向きの接触領域9の移動を導く。しかし、この移動は、ピン形状の接点要素4と接触している接触領域9により防止される。結果的に、接点での接触圧力は、バイメタルの異なる熱膨張係数を通して増大される。2つの層10,11での増大した反力と不均一な張力とは、同時に、図4に示されているように、コンタクトラグ6を膨隆させる。

図5乃至図9は、本発明によるシステムの第二実施形態を示す。これは、特に2枚の回路基板12,13であり得る2つのコンポーネントを含む。これらは、本発明による複数のコンタクトラグ14を介して導電方式で接続される。

板バネの形状で設計されるコンタクトラグ14は、湾曲部分を介して接続される2つの平坦部分を含む。各場合において第1平坦部分は、関連のコンタクトラグが第1回路基板12の接点に永久的に接続される(例えばはんだ付けされる)ための接触領域15を外側に形成する。第2平坦部分の自由端部の近傍には外向きの凸部が設けられ、その表面は、第2回路基板13状の関連する接点と接触するための接触領域15としての役割を持つ。

本発明によれば、コンタクトラグ14は2層のバイメタルから形成され、各場合において、高い熱膨張係数を持つ層は、接触領域15を形成していない側に構成される。

導電性接続を目的として、図7及び図8に示されているように、2枚の回路基板12,13が不図示の適当な装置によって相互に規定の距離に位置決めされる。この例示的な実施形態では、これらの間の距離は非常に短いため、回路基板12,13の間に配置されるコンタクトラグ14の弾性変形が発生する(図6及び図8参照)。2枚の回路基板12,13は、相互に対して位置決めされた直後に、こうしてすでに導電性方式で接続されている。しかし、コンタクトラグ14の弾性変形は比較的わずかである。その結果、回路基板12,13の位置決めの際にコンタクトラグ14により発生される圧力は、比較的小さい。純粋に例としてここに示された5本のコンタクトラグ14によってばかりでなく、これは、例えば周知の半導体試験装置の場合であり得るように、数百本までのコンタクトラグ14によって回路基板12,13が接続される場合には、特に有利である。しかし、接点での低い接触圧力は、回路基板12,13の間での信号、特に高周波信号の伝送不良を導き得る。本発明によれば、第2平坦部分の凸部と第2回路基板13の関連の接点との間での個々のコンタクトラグ14の接触圧力は、そのため、個々のコンタクトラグ14のバイメタルの熱変形を通して動作中に増大する。これは図9に示されており、コンタクトラグ14の変形は、実質上は第2平坦部分の撓曲に限定されるが、しかし、これに応じて同時に、接点での接触圧力は、不均一な張力分布を通して増大される。

この例示的な実施形態では、接触圧力の増大が達成されるための温度上昇が、図1乃至図4に示されたプラグコネクタシステムの場合のように比較的高い接触抵抗の結果としての自己加熱ではなく、装置、例えば、説明された本発明によるシステムが組み込まれる半導体試験装置の動作を通して、本質的に達成される。この装置の動作中に、装置の多数の電気コンポーネントにより、当該量の排熱が発生され、これが加熱を導き得る。これは、図のシステムが装置のハウジングに組み込まれる場合には特に当てはまるため、熱の散逸が制限される。必要に応じて、装置は、ハウジングからの排熱の散逸が例えば制御されるための温度制御手段も含み得る。こうして、接点での一定の接触圧力と関連して—おそらくは所定のラグタイムの後に—ハウジング内でほぼ一定の温度が達成される。2つのコンポーネント12,13が再び相互に取り外される場合には、コンタクトラグの被制御冷却を達成するのに温度制御手段が使用され、その結果、接触圧力が再び低下する。