Brevet FR2624311A1 — publié le 19890609

Perfectionnements aux organes de contact électrique élastiquement déformables, à incorporer dans des connec- teurs, et à leurs procédés de fabrication. L'invention est relative aux organes de contact élas- tiquement déformables, destinés à être incorporés, dans des connecteurs électriques et à coopérer notamment avec des douilles de contact, en tant que fiches, mais aussi, le cas échéant, avec les pistes conductrices de cartes de circuits imprimés. Elle est également relative aux procédés de fabri- cation de tels organes de contact. On connaît des organes de contact électrique qui sont constitués par plusieurs boucles ovales, formées par pliage de fil en métal élastique, dont les extrémités sont rassemblées dans un manchon, lesdites boucles étant disposées parallèlement les unes aux autres de manière que leur ensemble constitue une boucle ovale unique (brevet français n' 1.426.379 et ses certificats d'addition déposés par le demandeur). On connaît aussi des organes de contact électrique formés par découpage d'une tôle et pliage en boucle hors du plan de la tôle (brevet français n' 69.02462 et ses certificats d'addition déposés aussi par le deman- deur). Dans les deux cas, l'élasticité de l'organe de con- tact est due à la présence de la boucle en fil ou en tôle découpée, qui a nécessité au moins une opération de pliage. Malgré leurs avantages, les organes de contact connus évoqués ci-dessus présentent l'inconvénient de nécessiter, pour leur fabrication, des séries d'opérations longues et variées ainsi que des machines automatiques ou semi- automatiques relativement compliquées. L'invention a pour but de proposer de nouveaux organes de contact électrique et un procédé de fabrication de tels organes qui éliminent cet inconvénient des organes de con- tact connus. Selon l'un de ses aspects, l'invention a pour objet un organe de contact électrique élastiquement déformable, essentiellement caractérisé en ce qu'il est constitué d'une pièce de métal pratiquement plane, obtenue par découpage ou poinçonnage, le contour de la partie de cet organe qui assure le contact avec un organe de contact associé (douille, carte de circuits imprimés, etc...) étant tel qu'il permette à cette partie d'être comprimée élastiquement dans son plan, éventuellement après un traitement du métal de cette pièce (cuivre au béryllium ou analogue) lui assurant, de façon connue, l'élasticité nécessaire après les opérations de découpage ou poinçonnage. Selon un autre de ses aspects, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un organe de contact électrique élastiquement déformable, caractérisé en ce qu'on découpe dans une bande de métal pratiquement plane une pièce de métal en donnant, à la partie de cette pièce qui doit assurer le contact avec un organe de contact associé, un contour tel qu'il permette à cette partie d'être comprimée élastiquement dans son plan, une fois que le métal de cette pièce a été éventuellement soumis à un traitement approprié lui assurant l'élasticité nécessaire. Il est vrai que si la bande de métal est en cuivre au béryllium, il est nécessaire, une fois le contact terminé après découpage et mise en forme, de lui faire subir un traitement thermique. Le cuivre au béryllium est livré en bande, non traité thermiquement; il est "mou" (malléable) et se prête donc à des pliages, cambrages, mises en forme. Le sens du laminage est peu important pour la configuration de la pièce mais l'organe de contact peut aussi être réalisé en partant d'un métal tel qu'un acier inoxydable ou d'un bronze phosphoreux dont les propriétés mécaniques ne sont pas obtenues par un traitement thermique mais par écrouis- sage lors du laminage de la bande (bande à l'état: ressort, 4/4 dur, 1/2 dur...). Un des avantages de l'organe de contact conforme à l'invention est que, ne subissant pas de mise en forme (c'est-à-dire pliage, cambrage, etc), il peut être réalisé dans un métal à l'état ressort. Il n'y a pas de risque- d'amorces de ruptures mécaniques car il n'y a pas de pli- ages. On comprend donc que les organes de contact électrique conformes à l'invention peuvent être fabriqués aisément, grâce au procédé conforme à l'invention, par des opérations de découpage simples, à effectuer successivement sur une même presse à découper, suivies éventuellement par un traitement classique, sans qu'il soit nécessaire de procéder aux opérations usuelles de déformation ou pliage hors du plan de la pièce découpée, contrairement à la solution décrite dans le susdit brevet français ne 69.02462, ce qui permet d'utiliser à cet effet des presses à découper automa- tiques, de conception simplifiée. L'invention va maintenant être décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés dont: - la figure 1 montre, en perspective, un organe de con- tact conforme à l'invention et la bande de métal dans laquelle il a été découpé; - les figures 2 à 5 montrent chacune, en perspective, une variante de la figure 1; - les figures 6 à 10 montrent, un plan, et les figures 11 et 12, en perspective, diverses formes possibles pour les organes de contact; - les figures 13 et 14 montrent, en perspective, diverses possibilités d'incorporation, dans des connecteurs, d'organes de contact conformes à l'invention; et - les figures 15 et 16 illustrent deux procédés de découpage d'organes de contact conformes à l'invention. Ainsi que le représente schématiquement la figure 1, l'organe de contact électrique conforme à l'invention 1 est constitué d'une pièce de métal (ou alliage métallique) pra- tiquement plane, obtenue par découpage ou poinçonnage (ainsi qu'il sera exposé en détail en regard des figures 15 et 16), le contour de la partie 11 de cet organe qui assure le con- tact avec un organe de contact associé (ainsi qu'il sera exposé en détail en regard des figures 13 et 14) étant tel qu'il permette à cette partie d'être comprimée élastiquement dans son plan, comme schématisé par des flèches opposées à la figure 1. Le reste de l'organe de contact 1 est constitué par une queue 12 de section carrée ou rectangulaire destinée à être reliée par soudure ou par enroulement à un conducteur électrique. Afin que les outils utilisés pour le découpage soient suffisamment solides, il convient, comme on le sait, de donner à la largeur 1 mesurée (parallèlement au plan de la bande de métal d'origine 2) sur la majeure partie de l'organe de contact 1 une valeur au moins égale à l'épaisseur e de celui-ci ou de la bande de métal 2. Pour assurer que la déformation élastique de la partie déformable 11 de l'organe de contact 1 se produise dans son plan, c'est-à-dire pratiquement sans bombement ou déformation transversale, il est donc préférable d'affaiblir localement cette partie déformable 11 pour que la déformation se pro- duise préférentiellement dans la zone affaiblie ou diminuée d'épaisseur et/ou de largeur. Lorsque cette partie déformable 11 a, en substance, la forme d'une boucle fermée en losange (comme montré à la figure 1), on peut réaliser un tel affaiblissement local: - en diminuant localement la largeur 1, lors du découpage, par exemple aux quatre sommets du contour intérieur de la boucle, comme représenté en 3 pour le con- tact la de la figure 2, ou à trois des sommets du contour extérieur; - ou en utilisant une bande de métal profilée 2b ayant, contrairement à la bande de métal 2 des figures 1 et 2 et comme montré à la figure 3, une épaisseur affaiblie par une rainure 4 ou par un décrochement 5 au niveau des sommets les plus éloignés les uns des autres de la boucle en. forme de losange, ce qui donne lieu aux diminutions 6 de l'épaisseur e à ces sommets; - ou, comme montré à la figure 4, en combinant les solutions illustrées aux figures 2 et 3; - ou encore, comme montré à la figure 5, en ajoutant au mode de réalisation de la figure 4 une diminution d'épaisseur 7 au niveau des autres sommets de la boucle, grâce à la présence d'une rainure 8 convenablement placée sur la bande de métal d'origine, désignée ici par 2c. A la lecture de ce qui précède, les hommes de métier sont à même de mettre au point des affaiblissements locaux qui diffèrent plus ou moins de ceux qui viennent d'être décrits, compte tenu de la forme et des conditions de tra- vail de la partie déformable 11 des organes de contact. Dans ce qui précède, on a supposé que la partie déformable 11 de l'organe de contact avait la forme d'une boucle fermée en forme de losange mais d'autres formes sont également possibles dont certaines sont illustrées à titre d'exemples aux figures 6 à 13. En particulier, les figures 6 à 11 et 13 illustrent des parties déformables en forme de boucles fermées alors que la figure 12 illustre une partie déformable ayant une forme autre que celle d'une boucle fermée. La figure 6 représente une boucle en forme de triangle isocèle à sommet obtus, qui permet d'obtenir un point de contact, plus une génératrice de contact. La figure 7 représente une boucle constituée d'un côté par une partie rectiligne et de l'autre par une partie ondulée, cette bou- cle permettant d'obtenir deux points de contact, plus une génératrice de contact. Le mode de réalisation de la figure 8, qui permet d'obtenir deux fois deux points de contact, diffère de celui de la figure 7 par la présence de deux par- ties ondulées au lieu d'une seule. Le mode de réalisation de la figure 9, qui permet d'obtenir deux fois deux points de contact plus une continuité par deux autres points de con- tact intérieurs, diffère de celui de la figure 8 par la présence d'un appendice prolongeant la queue 11 à l'intérieur de la boucle et pouvant servir à limiter la déformation des parties ondulées vers l'intérieur. Selon le mode de réalisation de la figure 10 qui permet d'obtenir de nombreux points de contact, la boucle, comme dans les modes de réalisation des figures 1 à 5, a en gros la forme d'un losange mais présente une série d'affaiblissements locaux 13 qui, contrairement aux modes de réalisation des figures 2, 4 et 5, sont ménagés à l'extérieur de la boucle. Selon le mode de réalisation de la figure 11, la boucle a extérieurement une forme ovale et elle est rendue plus facilement déformable par la présence de deux branches intérieures 13 disposées suivant un U qui s'ouvre à l'opposé de la queue 12. Selon le mode de réalisation de la figure 13, l'organe de contact désigné ici par lc comporte une boucle de forme ovale, avec deux affaiblissements analogues à ceux de la figure 2. Comme dit ci-dessus, une forme autre que celle d'une boucle peut être envisagée mais il *est de toute façon préférable que cette forme soit allongée dans la direction de la queue 12, c'est-à-dire dans une direction perpendicu- laire à celle de la déformation subie lors de la mise en contact. C'est ainsi que la figure 12 représente un organe de contact dont la partie déformable 11 a, comme à la figure 11, une forme extérieure ovale mais qui est constitué par deux branches 14 attenantes à la queue 12 et séparées par une fente 15 dont la largeur est suffisante pour permettre la déformation de la partie 11 par rapprochement de ces deux branches 14. L'organe de contact conforme à l'invention peut être incorporé à un connecteur électrique de type usuel, soit seul (comme représenté à la gauche de la figure 13), soit empilé avec au moins un organe de contact identique ou analogue (comme représenté à la droite de la figure 13). A titre d'exemple, la figure 13 représente de façon simplifiée un connecteur à fiche et douille et la figure 14 un connecteur pour carte de circuits imprimés. A la figure 13, dans laquelle les corps isolants usuels ont été omis pour simplifier le dessin, on voit que le con- tact lc (ou la paire de contacts lc) peut, en tant que fiche, coopérer avec une douille de préférence non fendue, telle qu'une douille de profil circulaire 16, une douille de profil approximativement rectangulaire 17 ou une douille de profil approximativement ovale 18. Le seul impératif est que la dimension intérieure de la douille 16, 17 ou 18 soit inférieure à la dimension extérieure correspondante (au repos) de la partie déformable de l'organe de contact. A la figure 14, on a représenté un connecteur 19, pour cartes de circuits imprimés 20, constitué par un boîtier 21 en matière isolante. De façon connue, ce connecteur comprend des moyens de guidage (non représentés) pour la carte 20 et des alvéoles 22 pour des organes de contact tels que lc dont les queues 12 traversent le fond de ces alvéoles. La forme en ovale (ou en losange) de la partie déformable 11 de chaque organe de contact lc facilite l'introduction de la carte 20 et la déformation de cette partie déformable 11 dans son plan qui est perpendiculaire à celui de la carte. A la différence de presque tous les organes de contact électriques existants, il ressort des figures 13 et 14 que la déformation élastique provoquée par la mise en contact est obtenue en exerçant une pression sur la tranche (ou épaisseur de la bande de métal à découper 2) et non sur la largeur du contact découpé, largeur qui est ensuite cambrée ou repliée (voir le susdit FR-A-69 02462). Il en résulte un moindre encombrement entre les axes d'organes de contact voisins, c'est-à-dire une diminution de l'écart ou 'pas" entre organes de contact voisins d'un même connecteur tel que celui de la figure 14. La forme symétrique en losange ou ovale de l'organe de contact des figures 1 à 5 permet d'obtenir la meilleure souplesse pour une boucle fermée. Les organes de contact des figures 11 et 12 sont ouverts sur une certaine longueur selon leur axe afin d'assurer une bonne souplesse tout en situant la zone de contact non pas au milieu de la longueur a de la partie déformable 11 mais très près de la face avant (face située à la gauche des figures 1 à 12 et 14 et à la droite de la figure 13): la distance b entre la face avant et la zone de contact étant avantageusement comprise entre 1/4 et 1/5 de la longueur a dans le cas d'une boucle ouverte (figures 11 et 12) alors que, dans le cas d'une boucle fermée plus ou moins symétrique, ce rapport passe à 1/2. Si l'on prévoyait en effet un rapport de l'ordre de 1/4 à 1/5 pour une boucle fermée, l'effort pour une même déformation serait beaucoup plus important. Ce qu'il est convenu d'appeler *contact en tête" (figures 11 et 12) est intéressant pour respecter certaines normes françaises ou des Etats-Unis. Les figure 15 et 16 illustrent le procédé de fabrica- tion des organes de contact conformes à l'invention dont on a supposé, à titre d'exemple, qu'il s'agissait des organes de contact lc des figures 13 et 14. Bien entendu, les spécialistes en la matière seraient en mesure d'adapter ce procédé aux divers organes de contact conformes à l'invention et tels, notamment, que ceux des figures 1 à 12. Les figures 15 et 16 représentent les éléments essen- tiels d'une presse & découper, à savoir un guide rectiligne pour une bande de métal 2, des moyens schématisés par une flèche 27 pour faire avancer la bande de métal 2 dans le guide 25 (les figures 15 et 16 ne représentant la bande 2 à l'écart du fond du guide 25 que pour rendre le dessin plus clair) et des poinçons coopérant avec des matrices ménagées dans le fond du guide 25, ces poinçons se succédant dans le sens de la flèche 27 et étant animés en synchronisme d'un mouvement de va-et-vient perpendiculaire au plan du fond du guide et/ou au plan de la bande de métal 2. En général, la presse à découper comporte des moyens (non montrés) pour découper l'un des bords ou rive 28 de la bande 2 de façon aussi rigoureusement rectiligne que possible et pour prati- quer dans cette bande 2 des trous de pilotage 29 à distance constante de la rive 28 et à un écart constant les uns des. autres, ces trous 29 coopérant avec des moyens (non montrés) qui font avancer la bande de métal 2 de façon intermittente par distance (ou 'pas") égale au susdit écart entre les trous 29. Selon le mode de réalisation de la figure 15, un premier poinçon 30, qui coopère avec une matrice 31, est agencé de façon à former le contour intérieur 32 de la par- tie déformable 11 de l'organe de contact lc, par poinçonnage d'une chute 33, tandis qu'un deuxième poinçon 34, qui coopère avec une matrice 35, est agencé de façon à former la totalité du contour extérieur 36 de l'organe de contact lc, si bien que les contacts lc tombent en vrac au rythme des courses d'aller (schématisées par des flèches 37) des poinçons 30 et 34. Selon le mode de réalisation de la figure 16, un premier poinçon 38, qui coopère avec une matrice 39, est agencé de façon & former la majeure partie du demi-contour extérieur de deux organes de contact voisins lc, par poinçonnage d'une chute 40, de façon telle que des ébauches de contact 41 restent attenantes à la bande par leurs deux extrémités longitudinales. Le deuxième poinçon et la deuxième matrice sont identiques aux premiers poinçon et matrice 30 et 33 de la figure 15 et sont désignés par les mêmes références. De cette façon, les contacts lc sortent de la presse à découper dans le sens de la flèche 27 en res- tant maintenus provisoirement par leurs extrémités longitu- dinales à ce qui subsiste de la bande 2, ce qui facilite les opérations de traitement ultérieures (traitement thermique, protection électrolytique et autres). Il est facile de comprendre, à l'examen des figures 15 et 16, que le procédé de fabrication des organes de contact est grandement facilité par le fait que toutes ses étapes peuvent se faire sur la même presse à découper puisque aucune opération de pliage de cambrage n'est nécessaire. Il est certain que la réalisation des contacts décrits demande un outillage beaucoup moins complexe que les autres contacts connus. 1 1 REVENDICATIONS 1. Organe de contact électrique élastiquement déformable, destiné à être incorporé dans des connecteurs électriques et à coopérer notamment avec des douilles de contact, en tant que fiche, mais aussi, le cas échéant, avec les pistes conductrices de cartes de circuits imprimés, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une pièce de métal pratiquement plane, obtenue par découpage ou poinçonnage, le contour de la partie (11) de cet organe (1) qui assure le contact avec un organe de contact associé (douille, carte de circuits imprimés, etc...) étant tel qu'il permette à cette partie (11) d'être comprimée élastiquement dans son plan, éventuellement après un traitement du métal de cette pièce (cuivre au béryllium ou analogue) lui assurant, de façon connue, l'élasticité nécessaire après les opérations de découpage ou poinçonnage. 2. Organe de contact selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il a une forme allongée dans la direc- tion perpendiculaire à celle de la déformation subie lors de la mise en contact. 3. Organe de contact selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il a une forme en losange ou en ovale. 4. Organe de contact selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il a la forme d'une boucle fermée. 5. Organe de contact selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'épaisseur et/ou la largeur de la partie déformable (11) est diminuée localement aux endroits à déformer préférentiellement lors de la mise en contact. 6. Organe de contact selon la revendication 2, caractérisé en ce que, à son extrémité opposée à la queue (12), il a une forme ouverte (figures 11 et 12) et en ce que la zone de contact est située à une distance (b) de cette extrémité ouverte qui est comprise entre 114 et 1/5 de la longueur (a) de la partie déformable (11). 7. Procédé de fabrication d'un organe de contact électrique élastiquement déformable, destiné à être incor- poré dans des connecteurs électriques et à coopérer notam- ment avec des douilles de contact, en tant que fiche, mais aussi, le cas échéant, avec les pistes conductrices de cartes de circuits imprimés, caractérisé en ce qu'on découpe dans une bande de métal pratiquement plane une pièce de métal en donnant, à la partie (11) de cette pièce qui doit assurer le contact avec un organe de contact associé, un contour tel qu'il permette à cette partie d'être comprimée élastiquement dans son plan, une fois que le métal de cette pièce a été éventuellement été soumis à un traitement approprié lui assurant l'élasticité nécessaire. 8. Procédé selon la revendication 7 pour fabriquer un organe de contact selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on utilise une bande de métal profilée dont l'épaisseur est localement réduite par la présence de rainures (4, 8) et/ou de décrochements (5). 9. Procédé selon l'une des revendications 7 et 8 pour fabriquer un organe de contact selon l'une des revendica- tions 4 et 5, caractérisé en ce qu'on découpe successivement le contour intérieur de la boucle et la totalité du contour extérieur de l'organe de contact, afin d'obtenir des organes de contact en vrac. 10. Procédé selon l'une des revendications 7 et 8 pour fabriquer un organe de contact selon l'une des revendica- tions 4 et 5, caractérisé en ce qu'on découpe successivement la majeure partie du demi-contour extérieur de deux organes de contact voisins sur une même bande de métal (2), puis le contour intérieur de la boucle, afin d'obtenir des organes de contact restant maintenus provisoirement par leurs extrémités longitudinales à ce qui subsiste de la bande de métal (2).