專利名稱：具有疊層彈簧的電接頭的制作方法
技術領域：
本發明涉及電連接器，尤其涉及具有疊層彈簧的電接頭。
背景技術：
美國專利6， 171， 155和6， 139， 376公開了多件的電插孔接頭。提 供單個接頭彈簧，以機械地和電力地連接來自插孔接頭中相配的電連接器 的陽觸點或片式接頭。這些類型的接頭用于各種類型的電連接器殼體中。
單個接頭彈簧受到其幾何形狀(物理封裝)和機械性能的限制，該機 械性能根據可得到的最大接觸法向力，彈性偏轉范圍，以及彈簧剛度(在 期望的力下的偏轉)。另外，這些單個彈簧結構可能變得過載，并且當暴露 于高溫時呈現明顯的應力松弛。
因此，在本領域中存在需求，來提供克服這些缺點的接頭彈簧組件。
發明內容
根據本發明的一個方面，公開了一種電接頭。電接頭包括框架，第一 彈簧，以及第二彈簧。框架具有適合于接收陽觸點的插孔部分。第一彈簧 被可移動地捕獲在插孔部分中。第二彈簧被可移動地捕獲在插孔部分中。 第二彈簧具有第一側面和第二側面。第一側面可滑動地接觸第一彈簧。第 二側面包括當陽觸點被插到插孔部分內時用于接觸陽觸點的接觸表面。第 一和第二彈簧可以是關于彼此單獨分開的元件，第一和第二彈簧可以從框 架分開，并且第一和第二彈簧可以是關于框架可分開地移動的。第一和第 二彈簧可以在彼此頂部上堆疊，或者另外是彼此物理接觸的。
根據本發明的另一方面，公開了一種電接頭。電接頭包括框架以及多 個(包括兩個或更多)分開的彈簧。框架具有適合于接收陽觸點的插孔部 分。插孔部分包括固定的接觸表面。多個分開的彈簧被連接至框架。多個 彈簧被布置得彼此鄰近。彈簧被配置成響應于陽觸點在插孔部分中的接收
5而從固定的接觸表面偏離開。
根據本發明的又一方面，公開了一種電接頭。電接頭包括框架和片簧 裝置。框架具有適合于接收陽觸點的插孔部分。插孔部分包括固定的接觸 表面。片簧裝置包括至少兩個布置在插孔部分內的分開的片簧元件。片簧 裝置被定向成與固定的接觸表面相對。片簧裝置被配置成當陽觸點被接收 在片簧裝置和固定的接觸表面之間時，提供在陽觸點上的接觸力。
結合附圖，在以下的描述中說明本發明的前述方面與其他特征，其中 圖1為電連接系統的分解透視圖2為圖1中所示的連接器中使用的一個接頭的透視圖3為圖2中所示的接頭的橫截面視圖4為圖2中所示的接頭的局部剖開透視圖5為圖2-4中所示的接頭中使用的彈簧的透視圖6為圖2-4中所示的接頭中使用的彈簧的透視圖7為圖2-4中所示的接頭的橫截面視圖8為單個彈簧接頭結構的有限元分析結果；
圖9為兩個彈簧接頭結構的有限元分析結果；
圖IO為三個彈簧接頭結構的有限元分析結果；
圖11為圖1中所示的連接器中使用的一個接頭的可替換實施例的透視
圖12為圖11中所示的接頭的局部剖開透視圖。
具體實施例方式
參照圖1，示出了電連接系統IO的分解透視圖，該電連接系統IO用于 將電連接器的兩組12， 14彼此電連接。電連接系統IO包括合并了本發明 特征的第一電連接器16和第二電連接器18。雖然本發明將參照圖中所示的 典型實施例進行描述，但應該知道的是，本發明能夠以很多替換實施例的 形式體現。另外，可以使用元件或材料的任何適合的尺寸，形狀或類型。
第一電連接器16被連接至導電體13的第一組12。相配的第二電連接器18被連接至導電體的第二組14。第一電連接器16包括殼體20與位于殼 體20內的電接頭22。殼體20在其正面具有接收區域24，用于接收第二電 連接器18的陽觸點26。殼體20還包括用于接收第二電連接器18的殼體 30的前端的接收區域28。接收區域28包括用于接收第二電連接器18的偏 振肋34的槽32。殼體20還包括閂鎖36，其延伸到接收區域28內。閂鎖 36適合于與第二電連接器18的殼體30的閂鎖凸出38卡扣鎖閂。雖然圖1 示出了包括槽32與閂鎖36的殼體20，以及包括肋34與閂鎖凸出38的殼 體30，應理解，這些特征不必需，并且可以預見具有用于將電連接器固定 在一起的任何合適結構的替換實施例。例如， 一個可替換的結構完全不呈 現肋或閂鎖，但僅僅具有殼體30的前端，該殼體30的前端具有合適的尺 寸，以使得能與接收區域28干涉配合或壓配合。
圖2示例了電接頭22的透視圖。電接頭22通常被配置成接收第二電 連接器18的陽觸點26中的一個。陽觸點26通過電接頭22的前端40與電 接頭22匹配。另外，電接頭22的后端42適合于接收導電體12的組的導 電體13中的一個。電接頭22通常包括接頭本體或框架44,以及多個彈簧 46。彈簧46被安裝至框架44。然而，電接頭22包括另外的元件。
電接頭框架44優選地為一件元件，其由金屬片或其他導電材料制成。 接頭框架44具有前插孔部分48與后導體連接部分50。前插孔部分48為適 合于在其中接納第二電連接器18的陽觸點26的殼。優選地，插孔部分48 具有通常地矩形管狀形狀。插孔部分48中的開口接縫從接頭22的前部40 延伸至插孔部分48的后部52。在替換實施例中，插孔部分48可以具有任 意的其他合適的管狀形狀(例如具有通常地多邊形橫截面或通常地圓形橫 截面的管)，以在其中接納陽觸點26，并且可以或者是無接縫的或者具有閉 合的接縫。
插孔部分48具有底面54，頂面56以及將頂面56連接至底面54的兩 個橫向側壁58。底面54進一步包括固定的接觸表面55 (圖7中最佳示出 的)。頂面56和底面54在插孔部分48的側壁58之間延伸。在優選實施例 中，開口接縫位于插孔部分48的頂面56，實質上將頂面56分成兩部分。 可替換地，開口接縫可以位于插孔部分48的任意其他側面。頂面56的前 端包括向內的懸臂突出部60。突出部60幫助在插孔部分48的前部限定陽觸點入口 62。
現參照圖2與3，橫向側壁58各包括向內的懸臂突出部64，其緊鄰插 孔部分48的前端，從突出部60向后略微地間隔開。這樣在頂面56的下面， 緊鄰在突出部60與突出部64之間的插孔部分48的前部處形成凹進部或接 收區域。橫向側壁58還各包括孔66。孔66位于突出部64之后。
電接頭22的后導體連接部分50具有適合于在其中接收導體13的一般 通道結構。導體連接部分具有巻曲突起的內配對68與外配對70。巻曲突起 的內配對68被設置得比外配對70更靠近。巻曲突起的內配對68設置有如 圖2中所示的在突起之間的凹陷脊65。通過將導體放置在連接部分50中并 且使巻曲突起的內配對68與外配對70巻曲，接頭22被連接至導體。內配 對68被圍繞導電芯(未示出)巻曲，并且外配對70被圍繞導體的絕緣體 (未示出)巻曲。
參照圖3-6，多個布置在插孔部分48內的彈簧被安置成一般片簧組件。 片簧46，或片簧元件實質上彼此相同，并且相對于彼此堆疊。然而，在可 替換的實施例中，片簧46可以彼此不同。當響應于陽觸點26到插孔部分 48內的插入，片簧偏轉和/或彎曲時，片簧46中的每個彼此滑動接觸。公 開的片簧組件提供了相對于傳統單個彈簧結構的顯著優勢，包括提高的耐 久性與降低的壓力。
彈簧46中的每個優選地由金屬片或其他導電材料壓制而成。當從頂部 觀察時(參見圖3)，彈簧46中的每個具有包括兩個錘頭或T形狀的相反端 72， 74以及中心部分76的形狀，其在寬度上從相對寬的中間或中心部分 76朝向兩個端部72， 74逐漸變細。中心部分76被彎曲或呈曲線，以形成 彎曲或曲線的片簧形狀(即， 一般的"V"形狀)。彎曲或曲線的部分在彈 簧46的第一側面上形成凹形，并且在彈簧46的第二側面上形成凸形。端 部72， 74實質上相同。然而，在可替換的實施例中，端部可以彼此不同。 端部72， 74每個均通常地包括兩個橫向向外的突出部82以及扁平端緣84。 凹進部86形成于前端72處的突出部82的后面。中間部分76在其中間包 括兩個橫向突起部分88。
彈簧46被安裝至插孔部分48內的電接頭22的框架44。彈簧46被彼 此堆疊，其中彈簧46中的一個的第一 (凹)側面鄰近其他彈簧46的第二(凸)側面。當彈簧46被彎曲/偏斜時，彈簧46可滑動地彼此接觸，以便 彈簧46中的一個的第一側面可滑動地接觸其他彈簧46的第二側面的大部 分。彈簧46在插孔部分48內被定位和定向，以形成與插孔部分48的底面 54的內部相對的片簧組件。彈簧46被安裝在插孔部分48中，中心部分76 向下(凸側面對底面54)，并且前和后端72， 74向上(凹側面對頂面56)。 突起部分88可移動地位于插孔部分48的側壁58的孔66中。突起部分88 與框架44之間的相互作用限制了插孔部分48中的彈簧46的向下運動。當 其被插入到插孔部分48內時，由于陽觸點26偏轉彈簧46，突起部分88 可以在孔66中上下移動。
彈簧46的前端72位于突出部60， 64之間，并且突出部64被接收在 凹進部86中。最靠近頂面56的彈簧46前端72處的邊緣84可以被定位成 直接靠著頂面56的內側。因為彈簧46的前端72位于突出部60， 64之間， 所以實質上防止了前端72沿插孔部分48縱向地移動。另一方面，當最靠 近頂面56的彈簧46的后端74的邊緣84沿頂面56的內側滑動時，中心部 分76和后端74能夠沿插孔部分48縱向地移動。在可替換的實施例中，可 以預見彈簧46的任何合適的安裝結構。而且，應注意的是，在可替換的實 施例中，彈簧46中的一個或多個可以與框架44整合在一起。
還參照圖7，彈簧46提供了用于匹配到陽觸點26的接觸壓力。最靠近 插孔部分48的底面54的彈簧46的中心作為接觸表面起作用，用于向陽觸 點26提供接觸壓力。當第二電連接器18的陽觸點26被插到插孔部分48 內時，因為前端72的后面存在突出部64 (在凹進部86中)，在彈簧46和 固定的接觸表面55之間，實質上防止了彈簧46的前端72向后移動(盡管 可能有一些細微的運動)。因此，當中間部分76被陽觸點26向上偏轉時， 中心部分76和后端74被迫使向后。
具有疊層彈簧46的電接頭22使用兩個或多個疊層彈簧46，這些彈簧 比用在傳統單個彈簧結構中的彈簧更薄。當與傳統的單個彈簧相比時，對 于給定的偏轉，更薄的彈簧46呈現降低的應力，但趨向于提供降低的彈簧 力。通過使用多個彈簧46可以達到需要的彈簧力。因此，疊層彈簧裝置提 供用于降低應力的裝置，其中，對于相同的力與偏轉，彈簧46呈現更低的 應力。進一步，具有疊層彈簧46的電接頭22相對于傳統的單個彈簧接頭具 有顯著的優勢，包括增加的總彈簧撓性與降低的應力。而且，當暴露于高 溫時，在疊層彈簧46正常的偏轉處，具有更低應力的疊層彈簧46將呈現 隨時間的更小的應力松弛。
此外，盡管圖示例了具有兩個彈簧46的電接頭22,但應該理解的是， 可以預見具有三個或多個彈簧46的電接頭22。
圖8-10示例了用有限元分析(FEA)建模以表示電接頭22中的彈簧46 的結果。FEA使用了簡單的懸臂，示出在仔細選擇的梁厚度(長度與寬度 相等)的情況下，當降低等效應力時，增加一個或多個彈簧層，處于給定 偏轉的力會保持不變。分析地，在電接頭22內的彈簧46可以被建模為在 一個不受約束的端部90和一個固定的端部92的條件下的簡單懸臂。
圖8示出了向另外的不受約束的端部90施加2. 0 mm偏轉下的單個彈 簧的FEA結果。結果示出了從不受約束的端部90至固定的端部92的增加 應力的區域。在這些條件下，FEA預測了經受727兆帕(MPa)的最大應力 位置94。正如可以在圖9和10中看到的，在相同量偏轉的情況下(例如 2.0mm)，但增加了彈簧46的數量(圖9中的兩個彈簧和圖10中的三個彈 簧)，其中，每個單獨的彈簧比圖8中的單個彈簧更薄，最大應力位置94 分別經受601 MPa和549 MPa。最大應力的這種降低提供了增加的電接頭 22的耐久力與使用壽命。
此外，應該理解的是，即使圖8-IO列出了 l.Omm， 0. 79 mm以及0. 69 ram厚度的彈簧，可以預見在電接頭22中使用的任何合適厚度的彈簧46。
應注意，盡管前面的討論已經集中于具有捕獲在框架44的懸臂突出部 (插孔端)內的T形狀端部的疊層彈簧46，但其他疊層彈簧結構也是可以 預見的。例如，在圖11與12中示例的， 一個這樣的可替換實施例，電接 頭22，，其中框架44，具有伸長的、或開槽的孔96，并且彈簧98具有漸 縮的端部100。在該可替換的實施例中，彈簧98的橫向側突起88各進一步 包括橫向突出部102。橫向突出部102被可移動地捕獲在伸長的孔96內。 配置和定向伸長的孔96，以允許在豎直方向(垂直于頂面56'和底面54' 的方向)上的運動，并且防止在水平方向(平行于頂面56'和底面54'的 方向)上的運動。定向伸長的孔96，以便其垂直于插孔部分48'的頂面56'和底面54'。當陽觸點26被插到插孔部分48'內時，因為伸長的孔96的 定位，所以彈簧98被實質上防止向后移動(盡管可能有一些微小的運動)。 因此，當彈簧98的端部100沿著頂面56'的內部，沿相反方向(朝著插孔 部分48'的前端與后端)可滑動地彼此移動時，中心部分在豎直方向上偏 轉，遠離底面54'。該偏轉允許如上所述的用于匹配至陽觸點26的接觸力。 應理解，前面描述僅是本發明的示例。在不脫離本發明的情況下，本 領域技術人員可以設計出各種替換和修改。因此，本發明旨在包含所有這 些落入所附權利要求的范圍內的替換、修改和變形。
權利要求
1. 一種電接頭，包括框架，具有適合于接收陽觸點的插孔部分；第一彈簧，被可移動地捕獲在所述插孔部分中；以及第二彈簧，被可移動地捕獲在所述插孔部分中，其中，所述第二彈簧具有第一側面和第二側面，所述第一側面可滑動地接觸所述第一彈簧，并且所述第二側面包括當所述陽觸點被插到所述插孔部分內時用于接觸所述陽觸點的接觸表面。
2. 根據權利要求l所述的電接頭，其中，所述第一彈簧和所述第二彈 簧為片簧。
3. 根據權利要求l所述的電接頭，其中，所述框架進一步包括孔，并 且所述第一彈簧和所述第二彈簧各具有接收在所述框架的孔中的延伸的橫 向區段。
4. 根據權利要求l所述的電接頭，其中，所述第一彈簧包括第一側面 和第二側面，并且所述第二彈簧的所述第一側面可滑動地接觸所述第一彈 簧的所述第二側面的大部分。
5. 根據權利要求l所述的電接頭，其中，所述框架進一步包括在所述 插孔部分內的固定的接觸表面。
6. 根據權利要求5所述的電接頭，其中，當所述陽觸點被插到所述插 孔部分內時，所述第一彈簧和所述第二彈簧適合于偏轉。
7. —種電連接器，包括殼體和至少一個安裝在所述殼體內部的如權利 要求l所述的電接頭。
8. —種電接頭，包括框架，具有適合于接收陽觸點的插孔部分，其中，所述插孔部分包括 固定的接觸表面；以及多個單獨的分開的彈簧，可移動地連接至所述框架，其中，所述多個 彈簧彼此物理接觸，并且所述彈簧被配置成響應于所述陽觸點在所述插孔 部分中的接收而從所述固定的接觸表面偏離開。
9. 根據權利要求8所述的電接頭，其中，所述多個分開的彈簧為分開的片簧。
10. 根據權利要求8所述的電接頭，其中，所述多個分開的彈簧各處于彼此滑動接觸。
11. 根據權利要求10所述的電接頭，其中，所述分開的彈簧彼此相同， 并且具有"V"形狀。
12. 根據權利要求8所述的電接頭，其中，所述多個分開的彈簧中的 每個包括具有橫向側面的中心部分，并且所述框架進一步包括側面孔，用 于可移動地捕獲所述多個分開的彈簧的橫向側面。
13. —種電連接器，其包括殼體和至少一個安裝在所述殼體內部的如 權利要求8所述的電接頭。
14. 一種電接頭，包括框架，具有適合于接收陽觸點的插孔部分，其中，所述插孔部分包括 固定的接觸表面；以及片簧裝置，包括至少兩個布置在所述插孔部分內的分開的片簧元件， 其中，所述片簧裝置被定向成與所述固定的接觸表面相對，并且所述片簧 裝置被配置成當所述陽觸點被接收在所述片簧裝置和所述固定的接觸表面 之間時，提供在所述陽觸點上的接觸力。
15. 根據權利要求14所述的電接頭，其中，所述分開的片簧元件各處 于彼此滑動接觸。
16. 根據權利要求14所述的電接頭，其中，所述片簧裝置包括用于降 低應力的裝置，其中，所述用于降低應力的裝置包括所述分開的片簧元件， 該分開的片簧元件被彼此可滑動地布置。
17. 根據權利要求14所述的電接頭，其中，所述分開的片簧元件實質 上彼此相同，并且所述分開的片簧元件被相對彼此堆疊。
18. 根據權利要求14所述的電接頭，其中，所述片簧裝置被進一步配 置成當所述陽觸點被接收在所述片簧裝置和所述固定的接觸表面之間時偏 轉。
19. 根據權利要求14所述的電接頭，其中，所述框架進一步包括側孔， 該側孔在其中可移動地捕獲所述片簧裝置的一部分。
20. —種電連接器，包括殼體和至少一個安裝在所述殼體內部的如權 利要求14所述的電接頭。
全文摘要
本發明公開了一種電接頭。電接頭包括框架，第一彈簧，與第二彈簧。框架具有適合于接收陽觸點的插孔部分。第一彈簧被可移動地捕獲在插孔部分中。第二彈簧被可移動地捕獲在插孔部分中。第二彈簧具有第一側面與第二側面。第一側面可滑動地接觸第一彈簧。第二側面包括當陽觸點插入到插孔部分中時，用于接觸陽觸點的接觸表面。
文檔編號H01R13/187GK101523666SQ200780037249
公開日2009年9月2日 申請日期2007年9月5日 優先權日2006年10月3日
發明者A·P·泰勒 申請人:Fci公司