Brevet FR2525400A1 — publié le 19831021

La présente invention se rapporte aux connec teurs électriques et elle concerne plus particulièrement des broches de contact destinées à être utilisées dans des contacts séparables à broche et douille. Les contacts à broche et douille sont utilisés dans me larve diversité de connecteurs électriques tels que les connecteurs pour câbles à oonducteurs plats, les connecteurs de panneaux de circuits imprimés et les connecteurs d'extrémités de cabales coaxiaux, par exemple. Dans de tels connecteurs, une série de broches sont agencées sur un élément de connecteur mâle et des douilles correspondantes sont agent cées sur un élément de connecteur femelle. Les Broches et douilles sont dimensionnées pour s'engager les unes dans les autres à frottement afin que les broches restent re tenues en place, même après des séparations répétitives entre ces broches et les douilles. Une forme habituelle de broche actuellement en utilisation est une broche dite "broche torsadée" qui comprend un câble d'ame composé d'un ou de plusieurs torons ou fils, formés de cuivre doux, par exemple-de cuivre sans oxygène (OFC), ce câble d'ame étant entouré d'un ou de plusieurs groupes de fils élastiques en cuivre au béryl- lium (Be Cu), ces groupes étant enroulés en hélice autour des fils de l'ame. La broche est formée de telle manière que les fils extérieurs forment un renflement entre les extrémités de la broche. Une broche torsadée de ce type est décrite, par exemple dans le brevet des EUA 3 319 217. L'aire maximum de section de la broche dans son état non comprimé est plus grande que l'aire définie par le diamè tre intérieure de la douille, de sorte que, lorsque la broche est insérée dans la douille, les fils extérieurs sont comprimés élastiquement pour produire l'assemblage à frottement entre la broche et la douille. Le cuivre au béryllium est choisi comme matiè re constitutive pour les fils extérieurs, (c'est-à-dire les fils qui coopèrent avec la broche) en raison de son haut degré d'élasticité; en effet, on observe que non seulement cette élasticité est favorable a la sécurité de la liaison mécanique mais que salement, elle assure la fia bilité de la connexion électrique lorsque la broche se detend pour porter contre la douille le long d'une grande interface après la mise en prise. En pratique, les forces nécessaires pour accoupler une broche et une douille données peuvent être supérieu- res à 1,4 N par contact. Bien qu'une telle force par contact ne soit pas considérable en soi, il est facile de comprendre que, dans un connecteur qui comporte plus de cent contacts (par exemple plus de 184 contacts dans un connecteur qu'on trouve dans le commerce), la force d'accouplement totale nécessaire pour accoupler les éléments mâle et femelle du connecteur peut être très élevéS, même si les contacts ont été lubrifiés, ce qui impose des efforts aux utilisateurs et/ou limite en fait le nombre de contacts qui peuvent être utilisés dans un connecteur. Les tentatives que l'on peut faire pour atténuer cet in convénient ne doivent pas avoir pour effet 4'abaisser la force de séparation (c'est-à-dire la force à développer pour dégager les broches) au-dessous d'une valeur donnée (par exemple O,14N). Des valeurs faibles de cette force de séparation laissent supposer des valeurs limites pour la force normale qui pourraient entraîner une défaillance. Si la force normale n'est pas au moins égale à un minimum, la connexion électrique établie dans l'interface séparable peut présenter une résistance de contriction excessive. Les efforts qui ont été effectués dans le passé en vue de résoudre ce problème comprennent l'étude de diverses configurations de broches non classiques, qui sont représentées en coupe sur les Fig. 1 à 3. Par exemple on a envisagé un agencement dans lequel le câble central ou câble d'âme est omis. La broche comprend alors plusieurs câbles enroulés en hélice, chaque câble étant formé de plusieurs fils enroulés, composés de BeCu et ayant un diamètre de 0,0889 mm (voir Fig. 1). Dans un cas, il a été proposé trois cibles de trois fils chacun (Fig. 1); dans un autre cas, on a proposé trois câbles de quatre fils chacun ; dans un autre cas, on a proposé quatre câbles de trois fils chacun.La conclusion de cette étude a été que ces structures ne résoudraient pas le problème mais, au contraire, seraient caractérisées, entre autres incon venients, par des forces d'accouplement indésirablement élevées. Dans un autre exemple, on a expérimenté des broches formées d'une âme de trois fils enroulés en hélice composé de cuivre sans oxygène (diamètre 0,127 mm), autour desquels sont enroulés en hélice onze ou douze fils de BeCu (diamètre 0,0889 mm) (Fig.2). Toutefois, il en est ré sulté des forces d'accouplement indésirablement élevées. En outre, pendant le processus de fabrication, les fils extérieurs ne prenaient pas une configuration de renflement appropriée. Dans un autre exemple, on a expérimenté une broche comprenant plusieurs fils de BeC (diamètre 0,127 mm) enroulés en hélice autour de trois fils de cuivre sans oxygène (diamètre 0,0889 mm) . Dans un premier cas, on a considéré cinq fils de-BeCu (Fig. 3) ; dans un autre cas, on a considéré trois fils de BeCu. Les performances et la qualite de ce type de broche étaient absolument isuffisantes. Le but de l'invention est donc de realiser une broche de contact caractérisée par des forces d'accouplement réduites tout en conservant une force de séparation minimum prédéterminée. Un autre but de l'invention est de realiser une telle broche de contact qui ne s'écarte pas de la configuration classique des broches. Un autre but de l'invention est de réaliser une telle broche de contact qui établisse un bon contact électrique avec la douille. Ces buts sont atteints par la présente invention qui a pour objet un élément de broche destinée à être utilisé dans un connecteur électrique à broches multiples pouvant être accouplé à un connecteur electrique à douilles multiples. L'élément de broche comprend une partie conductrice intérieure et une partie conductrice extérieure qui comprend elle-même un groupe de fils extérieurs enroulés en hélice autour de la partie conductrice intérieure et destinés à entrer en prise par frottement avec une douille du connecteur. Le groupe de fils extérieurs comprend une combinaison de fils qui possèdent différents degrés d' élasticité.Les fils extérieurs sont de préférence formés, dans une proportion de 25 à 70 % d'une matière possedant ur.e grande élasticité. de préférence, dans une broche comprenant sept fils extérieurs, trois de ces sept fils sont formés de cuivre au béryllium et les autres sont formés de cuivre sans oxygène. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d' exemple, les Fig. 1, 2 et 3 sont des vues en coupe qui représentent respectivement trois constructions de broches de l'état de la technique la Fig. 4 est une coupe d'un mode de réalisa- tion de broche suivant l'invention la Fig. 5 est une vue en coupe d'un mode de réalisation préféré de l'invention; la Fig. 6 est une vue analogue à la Fig. 5 et montrant cette broche en prise dans une douille la Fig. 7 est une vue en élévation de coté, avec arrachement partiel d'un couple broche-douille suivant l'invention la Fig. 8 est une vue en coupe partielle d'un connecteur comprenant plusieurs broches de contact suivant l'invention. Des modes de réalisation préférés d'une broche torsadee 8 ou broche de contact, suivant l'invention sont représentés sur les Fig. 4 à 7. Chaque broche comprend un élément de broche 10 fixé d'une façon classique dans une extrémité d'une virole tubulaire 12 ouverte a ses extrémités. La virole est formée d'une matière convenablement conductrice de l'électricité, telle que le cuivre, et elle est de préférence formée de cuivre sans oxygène (OFC). L'autre extrémité de la virole est adaptée pour recevoir un fil conducteur 14 soudé ou serti en place de sorte que la virole interconnecte électriquement le fil et l'élément de broche de la façon habituelle. En pratique, l'élément de broche 10 constitue un élément mâle qui est reçu à frottement dans une douille femelle 15 (voir Fig. 6 et 7). Le diamètre intérieur de la douille est choisi légèrement inferieur au diamètre du renflement de l'élément de broche pour garantir une bonne prise par frottement. Un fil 17 conducteur de l'électricité est connecté à la douille d'une façon classique. L'élément de broche comprend une partie intérieure ou âme et une partie extérieure qui entoure l'âme, cette dernière comprenant un groupe de fils enroulés en hélice. Dans un mode de réalisation préféré, représenté sur la Fig. 5, l'âme 16 comprend trois fils , ou torons, 18 enroulés en hélice. Les fils 18 sont formés d'une matière conductrice de l'électricité et tendre, par exemple de cuivre doux tel que le cuivre sans oxygène (OFC). La partie extérieure 20 de la broche qui est représentée sur la Fig.5 comprend un groupe de sept fils enroulés en hélice 22, 24, qui sont de préférence de même diamètre. Ainsi qu'on l'a indiqué plus haut, on connait une broche possédant la configuration de structure decrite ci-dessus dans laquelle les sept fils extérieurs 22, 24 sont tous formés de cuivre au béryllium (BeCu) (contrairement à ce qui se produit dans l'invention, comme on l'exposera plus loin). Le cuivre au béryllium est un métal trés nerveux, à haute élasticité, connu pour son utilisation dans la fabrication des ressorts. Toutefois, ainsi qu'on l'a Également indiqué plus haut, les grandes forces d'accouplement des connecteurs à broche et douille à contacts multiples qui utilisent de telles broches, comme le conducteur 25 repré senté sur la Fig. 8, sont indésirables. Les efforts effectues antérieurement pour at ténuer cet inconvénient et qui ont été exposés plus haut n'ont pas donné de résultats. Par exemple, comme on le décrit sur la Fig. 1, une broche expérimentale 25 était formée de trois câbles 26 enroulés en hélice chaque câble comprenant des fils BeCu (diamètre 0,0889 mm). Comme on l'a représenté sur la Fig. 2, une broche expérimentale 30 était formée d'une âme de trois fils 32 de cuivre sans oxygène (diamètre 0,127 mm) enroulés en hélice et autour desquels étaient enroulés en hélice douze fils 34 de BeCu (diamètre 0,0889 mm). Comme on l'a représenté sur la Fig. 3, une broche expérimentale 40 comprenait une âme composée de trois fils de cuivre sans oxygène (diamètre 0,0889 mm) enroulés en hélice, entourée de cinq fils 44 de BeCu (diamètre 0,127 mm).Toutefois, en pratique ces broches expérimentales se sont révélées insatisfaisantes ; les broches se sont révé lées inaptes à l'utlisation industrielle. En dehors des grandes forces d'accouplement qui résultaient de la constitution de ces broches, on a observé que les broches ne parvenaient pas à prendre la forme désirée et qu'elles ne parvenaient pas à atteindre les normes de performances et de qualité que l'on obtenait antérieurement avec les configurations de broches utilisées depuis longtemps. Au contraire, la Demanderesse a maintenant constaté que l'on peut réduire les grandes forces d'accouplement dans une mesure satisfaisante dans un contact possédant une configuration classique. Par exemple, dans une configuration de broche classique telle que celle représentée sur la Fig. 5, et dans laquelle on utilise sept fils extérieurs 22, 24, la combinaison de trois fils 22 de BeCu et de quatre fils d'un métal moins élastique, de préférence de cuivre sans oxygène (OFC) et possédant le même diamètre que les fils 22 de BeCu donne naissance à un élément de broche caractérisé par des forces d'accouplement nettement inférieures tout en conservant les forces de séparation minimales prédéterminées nécessaires pour éviter la separation intempestive de la broche. La réduction de l'élasticité totale de la broche qui est obtenue par le remplacement d'un métal par un métal moins élastique réduit les forces nécessaires pour enfoncer la broche dans sa douille. Toutefois, on a constaté que les forces de séparation minimales qui correspondent à des niveaux de sécurité pour la force normale à l'interface électrique retent conservées. En outre, la perte éventuelle de conductance électrique qui résulte d'une réduction de la surface totale de contact entre la partie extérieure de la broche et l'intérieur de la douille qui résulte de l'utilisation de fils en cuivre sans oxygène, moins élastiques, est amplement compensée par un accroissement de la capacité globale de transport de courant de la partie ex térieure, accroissement qui est dû à la supériorité des fils de cuivre sans oxygène sur les fils de BeCu à cet égard. C'est-à-dire que les accroissements de "résistance de constriction" sont compensés par des diminutions de la "r"sis- tance dans la masse". Dans un essai, dans lequel on comparait la broche suivant l'invention au cas classique utilisant sept fils de BeCu, on a comparé vingt-quatre broches classiques pla quées or (d'un type analogue par sa configuration à celui représenté sur la Fig. 5) dans lequel tous les fils extérieurs 22, 24 sont faits de BeCu (diamètre 0,127 mm) et les fils intérieurs 18 sont formé de cuivre sans oxygène. (diamètre 0,0889 mm). Ces broches à grande force ont atteint les résultats suivants dans une douille standard 24 AWG STD 096-0624-C 0000 Force d'accouplement Force de séparation (newtons) (newtons) Haute 1,63 1,6 Basse 0,83 0,8 ffibyenne 1,37 1,2 l I D'un autre côté, vingt-quatre broches plaquées or a faible force suivant l'invention, comprenant quatre fils extérieurs 24 en cuivre sans oxygène (diamètre 0,127 mm) et trois fils extérieurs 22 en BeCu (diamètre 0,127 mm) ainsi que trois fils intérieurs 18 en cuivre sans oxygène (diamètre 0,0889 mm) ont donné les résultats suivants Force d'accouplement Force de séparation (newtons) (newtons) Haute 1,25 1 Basse 0,52 0,45 Moyenne 0,77 0,65 I1 est donc visible que les broches suivant 1' invention ont permis d'atteindre en moyenne une réduction de la force d'accouplement ramenant cette force de 1,37 N à 0,77 N.D'un autre coté, aucune des broches n'a manqué de présenter une force dè séparation minimum de 0,14 N . I1 va de soi qu'on obtient une réduction considérable de l'effort nécessaire pour accoupler en utilisant un connecteur. comportant un arrangement de fils exterieurs 22, 24 suivant l'invention. I1 est important de remarquer que ces avantages sont obtenus dans une broche qui possède une configuration standard. La broche peut donc être fabriquée par des procédés acceptables déjà connus et elle ne pose pas de nouveaux problèmes techniques du type que l'on pourrait s'attendre à rencontrer dans le cas de broches possédant une nouvel le configuration. A ce propos, on se reportera à la techni que de fabrication décrite dans le brevet des E.U.A. 3 319 217 mentionné plus haut. En général, on peut attendre des bons résultats avec la broche suivant l'invention si 25 % à 70 % des fils extérieurs possèdent une grande élasticité. I1 est indési rable de descendre au-dessous de cette proportion parce que, dans ce cas, la broche ne présenterait pas-une résis tance suffisante au flambage.A ce propos, il convient de remarquer que, par exemple, bien que l'on prefère une pro- portion de quatre fils en cuivre sans oxygène pour trois fils de BeCu dans une broche comprenant sept fils extérieurs, suivant l'invention, on peut obtenir des résultats acceptables en utilisant de trois à cinq fils en cuivre sans oxy gène. I1 est donc visible que la presente invention permet de réaliser une broche de connecteur qui est beaucoup plus facile à engager dans une douille. Ce résultat peut être obtenu sans s'écarter des configurations de broches classi ques et éprouvées et tout en conservant à la broche une con ductance électrique suffisante. Etant donné que l'on peut conserver des confi gurations de broches éprouvées, l'invention peut être mise en oeuvre sans exioer la mise au point de nouveaux procédes de fabrica tion ni la concention ce nouvelles viroles ou de tranchons. Le comrorte- rient des éléments de broches peut ainsi être prédit avec précision. Une autre broche suivant l'invention est une broche 50 représentée sur la Fig. 4, analogue mais non iden tique aux configurations classiques antérieures. Cette bro che comprend une âme 52 analogue à celle de la broche décri te en regard de la Fig. 5 et qui contient six plutôt que sept fils extérieurs 54 (diamètre 0,127 mm) et dans laquelle suivant une configuration préférée, trois des fils extérieurs sont formés de cuivre sans oxygène et trois de BeCu. On peut également obtenir des résultats acceptables en utilisant deux à quatre fils de cuivre sans oxygène, c'est-à-dire en restant dans une proportion de 25 à 70 % de fils moins élastiques. I1 convient de remarquer qu'au lieu d'utiliser du cuivre sans oxygène dans les fils extérieurs, on pourrait également utiliser d'autres conducteurs appropriés possédant une élasticité convenablement réduite et qui pourraient être brasés ou soudés par fusion. Par exemple, n'importe quel alliage recuit à haut pourcentage de cuivre serait acceptable. - REVENDICATIONS 1. Elément de broche destiné à etre utilisé dans un connecteur électrique à broches multiples qui peut s'accoupler avec un connecteur électrique à douilles multiples, cet élément de broche comprenant une partie conductrice intérieure et une partie conductrice extérieure qui comprend elle-meme un groupe de fils extérieurs enroulés en hélice autour de ladite partie conductrice intérieure et destinés à entrer en prise par friction avec une douille du connecteur à douilles, cet élement de broche étant caractérisé en ce que ledit groupe de fils extérieurs comprend une combinaison de fils (22, 24) qui possèdent des - degrés d'élasticité différents. 2. Elément de broche suivant la revendication 1, caractérisé en ce que 25 à 70 8 desdits fils extérieurs sont d'une élasticité plus élevée que les fils restants. 3. Elément de broche suivant le revendication 1, caractérisé enoe que res fils extérieurs de plus faible élasticité possèdent une plus grande conductibilité électrique que les fils extérieurs de plus grande élasticité. 4. Flément de broche suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les fils extérieurs de plus grande elasticité (22) sont faits de cuivre a béryllium et que les fils extérieurs de plus faible élasticité (24) sont faits de cuivre sans oxygène. 5. Elément de broche suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend sept fils extérieurs, dont deux à quatre sont d'une plus grande élasticité que les fils extérieurs restants. 6. Elément de broche suivant la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits fils de plus grande élasticité (22) sont faits de cuivre au béryllium et que les fils de plus faible élasticité (24) sont faits de cuivre sans oxygène. 7. Elément de broche suivant la revendication 1, caracterise en ce qu'il comprend six fils extérieurs, trois des fils extérieurs étant d'une plus grande élasticité que les fils restants. 8. Elément de broche suivant la revendication 7,= caractérisé en ce que trois desdits fils extérieurs sont faits de cuivre béryllium et que les trois fils restants sont faits de cuivre sans oxygène. 9. Elément de broche suivant la revendication 6, caractérise en ce que les fils extérieurs de plus faible élasticité possèdent une plus grande conductibilité éiectrique que les fils extérieurs restants.