Brevet FR2482791A1 — publié le 19811120

La présente invention a pour objet un perfectionnement aux contacts électriques, en vue d'améliorer la qualité du contact et d'en réduire le prix de fabrication. La présente invention s'applique notamment aux contacts des connecteurs de divers types, en particulier les contacts mâles et femelles, et hermaphrodites, des connecteurs de câbles, des cartes à encartage ou à enfichage, et similaires, des systemes électroniques. Dans les connecteurs fiables utilisés jusqu'à présent, les broches et les contacts portent généralement des revêtements en or, car c'est un métal qui ne s'oxyde pas ou n'est pas attaqué par les atmospheres agressives que l'on rencontre dans certaines zones industrielles où doivent être installés des circuits électriques, télécommunications ou commande pour la transmission des informations, la commande ou l'asservissement des appareils électroniques, etc. Les contacts doivent pouvoir résister à des atmosphères polluées agressives contenant des produits tels que l'hydrogène sulfureux (H2S), les brouillards salins, etc. La résistance des contacts doit être fiable, c'est-à-dire être bien entendu aussi faible que possible, et elle doit être constante pour que les caractéristiques des circuits ne s'altèrent pas dans le temps. L'oxydation d la surface d'un contact se traduit par une résistance de contact croissante. On utilise généralement des pièces en bronze phosphoreux, garnies d'un revêtement d'or sur une sous-couche de nickel. Le résultat est satisfaisant au point de vue électrique, mais le prix de revient du contact est élevé. En outre, l'élimination des bains de galvanoplastie usés, ayant servi à la dorure, constituent un risque de pollution dangereuse et la dégradation de ces bains usés constitue une dépense supplémentaire qui s' ajoute au prix élevé de ltor. On a songé, depuis plusieurs années, à utiliser à la place de l'or d'autres revêtements plus économiques tel l'étain ou des alliages d'étain et de plomb. Les caractéristiques électriques sont voisines de celles de l'or at les bains de traitement usés ne posent pas de problème d'élimination. Mais, les alliages étain-plomb ont une dureté très inférieure à celle d l'or. La dureté d'un alliage eutectique Sn - Pb 60/40 est voi sine de 30 vickers tandis que celle de l'or et de ses alliages varie de 70 à 300 vickers selon le type de brillanteur ou d'alliage. Quand le contact mobile arrive sur le contact fixe, le revêtement étain-plomb flue ou est arraché par le mouvement relatif des contacts.Après quelques manoeuvres du connecteur, les particules du revêtement s'arrachent et viennent former des bourrages ; il se produit alors un grippage du connecteur. Le nombre des manoeuvres possibles, avant que les caractéristiques du connecteur deviennent inacceptables, est donc très réduit et ce type de revêtement ne présente pas 1 'intérêt que l'on pouvait en attendre. En pratique, il est peu utilisé et encore sur des connecteurs ne présentant pas un niveau de fiabilité suffisant. Conformément à la présente invention, on a remarqué que le revêtement étain-plomb résistait aux mouvements des contacts quand l'angle d'attaque des contacts est de l'ordre de 150 par rapport à la direction de mouvement du contact mobile. Avec un angle nettement supérieur, le revêtement étainplomb est arraché. Un angle inférieur à 150 permet au revêtement de ne pas être arraché, mais une très faible incidence du contact conduit à un allongement de celui-ci, ce qui augmente l'encombrement. On adoptera donc un angle aussi voisin que possible de 150, c'est-à-dire entre 14 et 160, et en tout état de cause entre 12 et 180. Certains contacts (voir figure 1) ont une forme comportant au moins un arc de cercle, le long duquel se présente donc un point à tangente à 150. Ceci, toutefois, ne répond pas à la condition énoncée par la revendication de la présente invention, car d'une part le point du contact fixe 1 qui reçoit l'impact du contact mobile -2 ne peut être déterminé avec une précision suffisante pour assurer que ce soit le point à tangente à 150, et d'autre part ce point à tangente à 150 est trop près de la tangente verticale T (parallèle au déplacement du contact mobile) pour assurer une pression de contact suffisante par déformation du contact fixe. La description qui va suivre, en regard des dessins annexes, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue de profil schématique de deux élements de contact classiques la figure 2 est une vue de profil d'un contact selon l'invention ; la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-III de la fiqure 2 la figure 4 est une vue de détail à plus grande échelle de la zone du contact entre les contacts fixes et mobiles ; et la figure 5- est une vue en coupe comparative d'un contact fendu et d'un contact non fendu. Comme on l'a expliqué ci-dessus, s'il est vrai que le contact 1 de la figure 1 comporte nécessairement un point à tangente à 150, par rapport à la tangente T, parallèle à la direction de déplacement du contact mobile 2, la zone du contact 1 ot l'incidence serait favorable, au sens de la présente invention, est trop petite pour assurer que le contact mobile parvienne bien sur cette zone lors de l'impact sur le contact fixe. En outre; ce point est trop proche de la tangente T et la déformation élastique du contact 1 risque de ne pas être suffisante pour engendrer la pression de contact nécessaire, si le point d'impact du contact mobile sur le contact fixa se situait sur le point à tangente à 150, même dans le cas de précontrainte du ressort due contact. Les figures 2 et 3 représentent un contact selon l'invention, à une échelle de l'ordre de 20. Le contact fixe 4 comporte une zone 5 sensiblement rectiliqne, pouvant avoir une largueur de 1,7 mm par exemple, faisant un angle de 150 avec la direction D de déplacement du contact mobile, non représenté sur cette fiqure. La zone rectiligne se termine par un arrondi dont le rayon de courbure R1 peut être par exemple de 2,5 mm. Un tel contact convient particulièrement bien pour recevoir les pistes d'un circuit imprimé encartable. Le contact peut être découpé dans une bande de bronze phosphoreux d'épaisseur appropriée (0,25 mm par exemple) recourbée et emboutie de façon à présenter en section (figure 3) un rayon de courbure R2 de 5 mm en sens transversal, avec des rayons de courbure R3 de 0,2 mm dans les angles. Un tel contact, revêtu d'une couche d'eutectique étain-plomb s'est montré fiable et permet de nombreuses manoeuvres. Comme on l'a représenté schématiquement sur la figure 4, le film de lubrifiant entre le contact fixe 4 et le contact mobile 6 s'adapte à la zone de contact qui est protégée de façon étanche sur son pourtour par un amas de lubrifiant 7. Selon une caractéristique de la présente invention, l'eutectique étain-plomb est un eutectique à grains fins, la dimension moyenne des grains étant inférieure au- micron. C'est un mélange intime de deux cristaux en solution solide, sans orientation préférentielle, de structura dense (d = 8,9 à 200) et stable. La corrosion pénetre beaucoup moins dans un tel alliage que dans un alliage ordinaire à cristaux beaucoup plus gros. I1 en résulte deux conséquences importantes pour l'application pratique. Comme l'oxydation de lieutectique à grains fins reste très superficielle, ltengagement du connecteur suffit pour enlever l'oxydation, la simple introduction du contact mobile dans le contact fixe réalise un auto-nettoyage du contact qui redevient étanche. En outre, il suffit d'une épaisseur d'alliage plus faible. Or, on a constaté que l'arrachement de l'alliage est facilitée quand la couche est plus épaisse. On sait que les épaisseurs des couches de revetement très faibles ne peuvent être obtenues avec une qrande précision. L'épaisseur obtenue varie généralement du simple au double, et parfois davantage, en raison d'effets de pointe. En utilisant l'alliage à grains fins, conformément à la présente invention, une protection suffisante est obtenue avec une couche minimum de 3 microns, ce qui, avec la marge de sécurité due aux imprécisions des traitements, conduit à des épaisseurs de 3 à 6 microns, exceptionnellement 10 à 12. Avec des alliages étain-plomb à gros grains, une couche de 10 microns minimum est nécessaire, ce qui conduit à des épaisseurs allant de 10 à 40 microns.La résistance mécanique de couches de cette épaisseur est beaucoup moins bonne et de telles couches conduisent rapidement à des bourrages, suivis de arippaas du connecteur. Dans la pratique, les lames des contacts fixes sont souvent fendues afin d'améliorer la souplesse et, par suite, la qualité de la connexion par un double point de contact. On a constaté qu'avec les contacts réalisés conformément à la présente invention, il est inutile de prévoir une fente. La surface utile du contact est alors maximum et la résistance minimum. La figure 5 donne une idée schématique de l'accroissement de surface, vu en coupe, sur le contact fendu 4', 4" at sur le contact 4 non fendu. L'étude des forces et pressions de contact a montré que la résistance de contact est fonction de la force de serraae des contacts et qu'au-delà d'une certaine force de serrage, la résistance de contact ne diminue plus et que pour une force de serraqe des contacts donnée, la pression de contact peut être réduite en auqmentant la surface de contact. Selon une autre caractéristique de l'invention, on choisit la force de contact à une valeur telle que, pour une force croissante au-dessus de cette valeur, la résistance de contact ne diminue plus. Par exemple 120 g environ pour un contact comme celui des figures 2 et 3. On choisit une surface de contact aussi qrande que possible, par exemple 1,2 mm2 pour le même contact, soit une pression de 100 g/mm2. Dans ces conditions, la durée du revêtement est accrue. (Au lieu, par exem ple, des forces de 150 à 300 g utilisées couramment jusqu'à maintenant sur des surfaces de contact, Ni - Au de 0,2 mm2). La forme du contact selon l'invention, permet d'avoir une pression faible at constante pendant la durée d'introduction du contact mobile. La structure du contact selon l'invention a apporté encore un avantage important dans l'application de la lubrification. Celle-ci sert à faciliter l'introduction du contact, à diminuer l'effort de frottement et réduire l'usure. L'adoption d'un angle d'entrée de 150 montre que le film d'huile reste beaucoup mieux sur le métal, même après de nombreuses manouvres, tandis qu'il est chassé ou cassé avec des angles d'attaque plus importants ou des rayons des zones de contact plus réduits. Comme on peut le voir sur la figure 4, (la figure est une coupe pouvant etre compris aussi bien dans l'une que dans l'autre direction principale), l'huile 7 rend le contact plus étanche avec un angle d'approche faible, tandis qu'elle est arrachée avec un angle plus grand. On a constaté enfin que la forme du contact selon l'invention, réduit l'importance du phénomène dit "fretting corrosion" : lors du frottement des contacts l'un contre l'autre, des fines particules se détachent et s'interposent entre les contacts, ce qui provoque une pollution. La forme du contact et la structure micro-cristalline de l'alliage choisi résistent mieux à ce phénomène. Selon une autre caractéristique de l'invention, la résistance au "fretting corrosion" peut être enocre améliorée, si on laisse au contact un jeu suffisant dans son logement, pour permettre au contact fixe de venir se centrer dans l'axe d'entrée du contact mobile. Ce jeu est établi pour tenir compte des écarts de cotes dûs aux dilatations différentes des différents matériaux constituant le connecteur. REVENDICATIONS 1) Contact pour connecteur électrique, constitué par au moins une lame de forme appropriée, pouvant être recourbée et emboutie, notamment en bronze phosphoreux, garni d'un revêtement protecteur contre la corrosion, avec ou sans souscouche intermédiaire telle que du nickel ou de l'étain nickel, caractérisé par le fait que le revêtement anti-corrosion est un alliage étain-plomb et que l'angle formé par la surface du contact fixe au point d'impact du contact mobile, avec la direction du déplacement de ce dernier est de 150 environ. 2) Contact pour connecteur électrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'angle est compris entre 14 et 160. 3) Contact selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'angle est compris entra 12 et 180. 4) Contact selon une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'alliage étain-plomb est un eutectique 50/40 à grains fins, la dimension moyenne des grains étant inférieure au micron. 5) Contact selon une des revendications préeé'dentes, caractérisé par le fait que la force de serrage est choisie à la limite au-dessus de laquelle la résistance de contact ne diminue pratiquement plus, le contact n'est pas fendu et la surface de contact est maximum. 6) Contact selon une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est monté libre dans son logemant, avec un jeu correspondant aux écarts dûs aux différences de dilatation des matériaux constitutifs des éléments du connecteur.