傾斜コイルばねを備える電気コネクタ

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。