JP2019050179A - 電気コンタクト・アセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】銀パッドの固定プロセスには、時間がかかり、コストがかかり、スタッドに損傷を与える。これらを解決する電気コンタクト・アセンブリおよびその製造方法を提供する。【解決手段】電気コンタクト・アセンブリ１０は、カップリング端部１６および対向する突合せ端部１８を有するスタッド１２を含んでよく、突合せ端部１８はそこに形成された凹部２０を有し、凹部２０はヘッド部分およびシャンク部分を有し、ヘッド部分はシャンク部分の直径よりも大きい直径を有し、コンタクト・パッド１４はヘッドおよびシャンクを有し、シャンクはヘッドの底面から延在し、底面の直径よりも小さい直径を有し、凹部２０内にコンタクト・パッド１４を保持するように、コンタクト・パッド１４は凹部２０内に設けられ、凹部２０はショルダーに設けられたヘッドの底面、およびヘッドの傾斜した側壁にわたって延在して係合するカラーを有する。【選択図】図１

Description

本開示は、一般に、電気コンタクト・デバイスの分野に関し、より詳細には、電気リレーに用いるための電気コンタクト・アセンブリおよびその製造方法に関する。

電気リレーは、電力源と電気デバイスとの間の電気的接続を制御可能に確立するために一般に採用されている。典型的な電気リレーは、電力入力、電力出力および制御入力を含み得る。電力入力と電力出力との間の電気的接続を選択的に確立するために、制御入力に電流を印加するか、または制御入力から電流を除去し得る。

典型的な電気リレーの電力入力および電力出力は、一般に、電力源および電気デバイスにそれぞれ接続され得る電気伝導性ポストまたは「スタッド（studs）」によって実施される。制御入力部は、単純なねじ端子などであってもよい。適切な作動電流が制御入力に印加されると、電気伝導性コネクタは、ハウジング内に設けられる電力入力および電力出力の突合せ端部と接触するように（例えば電磁力を介して）移動され得る。これにより、電力源と電気デバイスとの間に電気経路が確立される。

電気リレーの電力入力および電力出力に使用される伝導性スタッドは、一般に、銀処理された銅で形成され、その接触端に埋め込まれた銀コンタクト・パッドが設けられ、コネクタとの頑強な電気接続を供する。従来、銀パッドは、はんだ付けまたはねじ込みおよびプレスのいずれかを含むプロセスを介してスタッドの突合せ端部に固定されている。そのようなプロセスには、時間がかかり、コストがかかり、スタッドに損傷を与える可能性のある多数の製造ステップが含まれる。

これらおよび他の考慮すべき事項に関して、本改良が有用であり得ることがある。

この概要は、以下の発明を実施するための形態でさらに説明する概念の選択を簡略化した形で導入するために供される。この概要は、主張される主題の重要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図するものではなく、主張される主題の範囲を決定する助けとなるものでもない。

本開示の例示態様による電気コンタクト・アセンブリ（または電気接触アセンブリ、electrical contact assembly）は、カップリング端部（coupling end）および対向する突合せ端部（またはバット端部、butt end）を有する細長いスタッド（elongate stud）を含んでよく、突合せ端部は、そこに形成された凹部（またはレセス、recess）を有し、凹部は、ヘッド部分（head portion）およびシャンク部分（または軸部分、shank portion）を有し、ヘッド部分およびシャンク部分がそれらの間の接合部にショルダー（または肩部、shoulder）を規定し、ヘッド部分は、カラー（またはつば部、collar）によって境界付けられ、シャンク部分の直径よりも大きい直径を有し、コンタクト・パッド（または接触パッド、contact pad）は、ヘッドおよびシャンクを有し、ヘッドは、頂面および底面ならびにそれらの間に延在するテーパ側壁（または先細った側壁、tapered sidewall）を有し、シャンクはヘッドの底面から延在し、底面の直径よりも小さい直径を有し、凹部内にコンタクト・パッドを保持するように、コンタクト・パッドは、凹部内に設けられ、凹部はショルダーに設けられたヘッドの底面、およびヘッドの傾斜した側壁（angled sidewall）にわたって延在して係合するカラーを有する。

本開示の例示態様による電気コンタクト・アセンブリを形成する方法は、カップリング端部および対向する突合せ端部を有する細長いスタッドであって、突合せ端部がそこに形成された凹部を有し、凹部がヘッド部分およびシャンク部分を有し、ヘッド部分およびシャンク部分がそれらの間の接合部にショルダーを規定し、ヘッド部分がカラーによって境界付けられ、シャンク部分の直径よりも大きい直径を有する、細長いスタッドを供すること、頂面および底面ならびにそれらの間に延在するテーパ側壁を有するヘッド、ならびにヘッドの底面から延在し、かかる底面の直径よりも小さい直径を有するシャンクを備えるコンタクト・パッドを供すること、ショルダーに設けられたヘッドの底面を有する凹部内にコンタクト・パッドを設けること、ならびに凹部内にコンタクト・パッドを保持するために、カラーがヘッドのテーパ側壁にわたって延在して係合するようにカラーを変形させることを含んでよい。

図１は、本開示による非組み立て状態の電気コンタクト・アセンブリの例示態様を示す斜視図である。 図２は、図１に示す非組み立て状態の電気コンタクト・アセンブリを示す断面側面図である。 図３は、図１に示す電気コンタクト・アセンブリを示す断面側面図および本発明の一態様による圧入ツールの斜視図である。 図４Ａは、本開示による電気コンタクト・アセンブリを製造する方法の例示態様を示すフロー図である。 図４Ｂは、図４の方法の様々なステップを示す一連の断面側面図である。 図４Ｃは、図４の方法の様々なステップを示す一連の断面側面図である。

ここで、本開示による電気コンタクト・アセンブリおよびその製造方法を、電気コンタクト・アセンブリおよび関連する方法の好ましい態様が示される添付の図面を参照してより詳細に以下記載する。しかし、電気コンタクト・アセンブリおよび関連する方法は、多くの異なる形態で具体化されてもよく、本明細書に記載の態様に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの態様は、本開示が電気コンタクト・アセンブリおよび関連する方法の特定の例示的な態様を当業者に伝えるように供される。

図１を参照すると、本開示による電気コンタクト・アセンブリ１０（以下、「アセンブリ１０」）が示される。アセンブリ１０は、自動車電気リレーなどの電気リレーにおける電力入力または電力出力として実施するのに適している。しかしながら、アセンブリ１０はそのような用途に限定されず、アセンブリ１０は、限定されることなく種々の他の電気デバイスおよび用途に使用され得ることが理解されよう。

図１に示すアセンブリ１０は、図１の「非組み立て（non-assembled）」状態（以下により詳細に記載する）には、電気伝導性スタッド１２および電気伝導性コンタクト・パッド１４が含まれていてよい。いくらかの例では、スタッド１２は、銅および／または良好な電気伝導性を有する他の金属から形成されてよく、銀および／または優れた電気伝導性を有する他の金属（例えば、スタッド１２が形成される銅または他の金属よりも優れた電気伝導性を有する金属）で処理またはコートすることができる。コンタクト・パッド１４は、銀および／または優れた電気伝導性を有する他の金属（例えば、スタッド１２が形成される銅または他の金属よりも優れた電気伝導性を有する金属）で形成されてもよい。本開示はこの点に限定されない。

スタッド１２は、カップリング端部１６と、対向する突合せ端部１８とを有する細長い一般的にシリンダー状の部材であってよい。カップリング端部１６は、電源または電気デバイスのリード線に連結するように構成されてよい。いくらかの例では、当業者には理解されるように、カップリング端部１６は、ナットまたは他の取り外し可能なファスナを収容するために螺合され（または装着され、threaded）てよい。電気リレー（図示せず）の電気絶縁ハウジング内に設けられるように構成され得るスタッド１２の突合せ端部１８は、以下にさらに記載するように、コンタクト・パッド１４を受け入れて保持するための凹部２０を含んでよい。突合せ端部１８は、そこから半径方向外側に延在し、凹部２０に隣接する平坦な支持面２３を規定するベース部分２１をさらに含んでもよい。支持面２３は、スタッド１２の長手方向軸Ｌに対して実質的に垂直に向けて（または方向付けて、もしくは配向して、oriented）よい。スタッド１２は、フランジ２２ａ、２２ｂ、溝２４ａ、２４ｂおよび／または、電気リレーもしくは他のデバイスのハウジング内にアセンブリ１０をしっかりと固定するように構成された他の構造要素をさらに含んでもよい。図１に示すフランジ２２ａ、２２ｂおよび溝２４ａ、２４ｂは単なる例示であり、本開示の範囲から逸脱することなく変更または省略することができる。

図２に示すアセンブリ１０の断面図を参照すると（再び「非組み立て状態」で）、コンタクト・パッド１４は、直径ｄ_１を有する第１頂面２８と、直径ｄ_１よりも大きい直径ｄ_２を有する第２底面３０と、頂面２８と底面３０との間に延在するテーパ側壁３２とを有する一般に円盤状のヘッド２６を含んでよい。頂面２８は、電気コネクタ、またはコンタクト・パッド１４を有する係合部に設けられ得る他の要素との良好な電気接続を容易にするために凸状または「ドーム型（domed）」であってよい。コンタクト・パッド１４は、ヘッド２６の底面３０から延在し、ｄ_２より小さい直径ｄ_３を有するシリンダー状シャンク２９をさらに含んでもよい。

スタッド１２の突合せ端部１８の凹部２０は、直径ｄ_４を有する略円盤状のヘッド部３４と、ヘッド部３４の底部から延在し、ｄ_４より小さい直径ｄ_５を有するシリンダー状シャンク部分３６とを含んでよい。したがって、ヘッド部分３４およびシャンク部分３６の接合部は、環状ショルダー３８を規定し得る。凹部２０の集合体のサイズおよび形状は、コンタクト・パッド１４のサイズおよび形状に類似してよく、それによって、コンタクト・パッド１４は、ショルダー３８に取り付けられたヘッド２６を有する凹部２０内に設けられ、（図３に示すように）ヘッド２６およびシャンク２９は、突合せ端部１８の周囲部分と半径方向に密接なクリアランス関係に設けられる。非限定的な例では、凹部２０のシャンク部分３６の直径ｄ_５は、コンタクト・パッド１４のシャンク２９の直径ｄ_３よりも約１ミリメートル大きくしてよく、凹部２０のヘッド部分３４の直径ｄ_４は、コンタクト・パッド１４のヘッド２６の底面３０の直径ｄ_２よりも約０．１ミリメートル大きくしてよい。

スタッド１２の突合せ端部１８に環状ショルダー３７を形成して、凹部２０のヘッド部分３４を取り囲む薄い環状カラー３９を規定し得る。カラー３９は、比較的厚い環状側壁４１の外径ｄ_７よりも小さい外径ｄ_６を有する。側壁４１は、凹部２０のシャンク部分３６を取り囲み、カラー３９とスタッド１２のベース部分２１の支持面２３との間に延在する、突合せ端部１８の隣接する部分によって規定される。カラー３９は高さｈ_１を有してよく、側壁４１は高さｈ_２を有してよい。

図３は、コンタクト・パッド１４をスタッド１２の突合せ端部１８にしっかりと固定するための特殊な圧入ツール（press-fitting tool）４０の例示態様の断面図を示す。圧入ツール４０は、シリンダー４２、シリンダー４２の中空内部４６内に設けられ軸方向に移動可能なパンチ４４と、パンチ４４をシリンダー４２の先端部５０に向けて付勢する（biasing）ために、中空内部４６内に設けられた、パンチ４４と係合するバネ４８とを備える。パンチ４４は、シリンダー状ヘッド５２と、シリンダー状シャンク５４とを含んでよく、ヘッド５２はシャンク５４より大きい直径を有する。中空内部４６は、先端部５０に隣接する狭窄部分５５を含んでよく、したがってヘッド５２の下に環状ショルダー５６を規定し、ショルダー５６は、シャンク５４の内径よりも大きく、ヘッド５２の内径よりも小さい内径を有する。したがって、ショルダー５６には、パンチ４４がシリンダー４２の先端部５０に落下するのを防止するために、ヘッド５２の軸方向下向きの動きを制限する下側ストップが供されてもよい。

凹部５７は、シリンダー４２の先端部５０に形成されてもよく、シリンダー４２の中空内部４６の狭窄部分５５と隣接していてもよい。凹部５７は、シリンダー状底部５８と、円錐台形状頂部６０とを含んでもよい。頂部６０は、中空内部４６の狭窄部分５５と凹部５７の底部５８との間に延在する環状の傾斜した側壁６２によって規定されてもよい。非限定的な例では、傾斜した側壁６２は、圧入ツール４０の長手方向軸に対して３０°〜６０°の範囲の角度に向けられていてもよい。凹部５７の底部５８は、スタッド１２の突合せ端部１８の側壁４１の直径ｄ_７より僅かに大きい（例えば、ミリメートル単位）直径ｄ_８を有してもよく、側壁４１の高さｈ_２と実質的に等しい高さｈ_３を有してもよい。凹部５７の頂部６０は、スタッド１２のカラー３９の高さｈ_１に実質的に等しい高さｈ_４を有してもよい。

図４Ａを参照すると、圧入ツール４０を使用してコンタクト・パッド１４をスタッド１２の突合せ端部１８にしっかりと固定することを含む、上記のアセンブリ１０の製造方法の例示態様を示すフロー図が示される。この方法について、図４Ｂおよび図４Ｃに示すアセンブリ１０および圧入ツール４０の追加の断面図と同様に、上記した図１〜図３を参照して詳細に記載する。

例示的な方法のステップ１００において、スタッド１２は、銅および／または良好な電気伝導性を有する他の金属から形成されてもよい。これは、当業者に既知である旋削、転造、および／または他の従来の製造方法によって達成されてよく、スタッド１２の突合せ端部１８に凹部２０を形成することを含んでよい。この方法のステップ１０５において、スタッド１２は、銀および／または優れた電気伝導性を有する他の金属（例えば、スタッド１２を形成する銅または他の金属よりも高価であり、それより優れた電気伝導性を有する金属）を処理またはコートしてもよい。この方法のステップ１１０において、コンタクト・パッド１４は、銀および／または優れた電気伝導性を有する他の金属で形成されてもよい。これは、当業者に既知の旋削、回転、および／または他の従来の製造方法によって達成されてもよい。

例示的な方法のステップ１１５において、コンタクト・パッド１４のヘッド部分２６がショルダー３８に取り付けられた状態で、コンタクト・パッド１４をスタッド１２の突合せ端部１８の凹部２０に挿入してもよい。この場合、ヘッド２６およびシャンク２９は、突合せ端部１８の周囲部分（例えば、カラー３９および側壁４１）と半径方向に密接なクリアランスの関係で設けられる。

例示的な方法のステップ１２０において、突合せ端部１８の側壁４１が、シリンダー４２の先端部５０において凹部５７の底部５８内に設けられた状態で、圧入ツール４０をスタッド１２の突合せ端部１８へと下降させてよい。図４Ｂに示すように、傾斜した側壁６２は、突合せ端部１８のカラー３９に係合する。この方法のステップ１２５において、図４Ｃに示すように、先端部５０がスタッド１２のベース部分２１の支持面２３と接触するまで、圧入ツール４０をスタッド１２の突合せ端部１８へとさらに下降させてもよい。圧入ツール４０がこのようにして下降すると、ばね４８によって付勢されているパンチ４４は、コンタクト・パッド１４をスタッド１２としっかり係合させて保持し得る。傾斜した側壁６２は、カラー３９に半径方向内向きおよび下向きの直接的な力（カラー３９を変形させるのに十分な力）を及ぼし得る。特に、カラー３９は、半径方向内向きにある角度で変形し得、カラー３９は、コンタクト・パッド１４のヘッド２６のテーパ側壁３２にわたって設けられ、しっかりと適合する。コンタクト・パッド１４は、スタッド１２としっかりと係合し、良好に電気的に接触するカラー３９によって、凹部２０内に固定されてもよい。

コンタクト・パッド１４をスタッド１２に固定することを含む、上述したアセンブリ１０および関連する方法は、同様の電気コンタクト・アセンブリを製造するための従来の方法におけるような、はんだ付け、ねじ山の形成および／またはねじ込みを必要とせずに達成されてもよい。したがって、本開示のアセンブリ１０は、低コストで供され得、従来の方法を使用して製造される類似の電気コンタクト・アセンブリよりも迅速に製造され得る。

本明細書で使用されるように、単数で記載され、また「１の（a or an）」に続く要素またはステップは、そのような除外が明示的に記載されない限り、複数の要素またはステップを除外しないと理解すべきである。さらに、本開示の「一態様（one embodiment）」への言及は、記載された特徴をも組込む追加の態様の存在を排除するものとして解釈されることを意図しない。

本開示は、特定の態様を参照しているが、添付の特許請求の範囲に規定される本開示の領域および範囲から逸脱することなく、記載された態様に対する多数の改変、変更および変更が可能である。したがって、本開示は、記載された態様に限定されるものではなく、特許請求の範囲の文言およびその均等物によって規定される全範囲を有することが意図される。

Claims (20)

1. 電気コンタクト・アセンブリであって、
   細長いスタッドおよびコンタクト・パッドを有して成り、
   前記細長いスタッドは、カップリング端部および対向する突合せ端部を有し、
   前記突合せ端部は、そこに形成された凹部を有し、
   前記凹部は、ヘッド部分およびシャンク部分を有し、該ヘッド部分および該シャンク部分はそれらの間の接合部にショルダーを規定し、
   前記ヘッド部分は、カラーによって境界付けられ、前記シャンク部分の直径よりも大きい直径を有し、
   前記コンタクト・パッドは、ヘッドおよびシャンクを有し、
   前記ヘッドは、頂面および底面ならびにそれらの間に延在するテーパ側壁を有し、
   前記シャンクは、前記ヘッドの前記底面から延在し、該底面の直径よりも小さい直径を有し、
   前記コンタクト・パッドは、前記凹部内に設けられ、
   前記凹部は、前記ショルダーに設けられた前記ヘッドの前記底面、および該凹部内に前記コンタクト・パッドを保持するために前記ヘッドのテーパ側壁にわたって延在して係合する前記カラーを有する、
   電気コンタクト・アセンブリ。
2. 前記ヘッドの前記頂面が、該ヘッドの前記底面よりも小さい直径を有する、請求項１に記載の電気コンタクト・アセンブリ。
3. 前記ヘッドの前記頂面が、前記凹部から突出している、請求項１に記載の電気コンタクト・アセンブリ。
4. 前記ヘッドの前記頂面が、ドーム状である、請求項３に記載の電気コンタクト・アセンブリ。
5. 前記凹部の前記シャンク部分が、前記カラーの直径よりも大きい直径を有する前記スタッドの側壁によって境界付けられている、請求項１に記載の電気コンタクト・アセンブリ。
6. 前記スタッドが第１金属で形成され、前記コンタクト・パッドが該第１金属とは異なる第２金属で形成され、該第２金属が前記第１金属の電気伝導率よりも大きい電気伝導率を有する、請求項１に記載の電気コンタクト・アセンブリ。
7. 前記第１金属が銅であり、前記第２金属が銀である、請求項６に記載の電気コンタクト・アセンブリ。
8. 前記スタッドが前記第１金属とは異なる第３金属でコートされ、該第３金属が該第１金属の電気伝導率よりも大きい電気伝導率を有する、請求項６に記載の電気コンタクト・アセンブリ。
9. 前記突合せ端部から半径方向外側に延在し、前記凹部に隣接する支持面を規定するベース部分をさらに有して成る、請求項６に記載の電気コンタクト・アセンブリ。
10. 前記支持面が平面であり、前記スタッドの長手方向軸に対して垂直に向いている、請求項９に記載の電気コンタクト・アセンブリ。
11. 電気コンタクト・アセンブリを形成する方法であって、
    カップリング端部および対向する突合せ端部を有する細長いスタッドであって、前記突合せ端部がそこに形成された凹部を有し、該凹部がヘッド部分およびシャンク部分を有し、該ヘッド部分および該シャンク部分がそれらの間の接合部にショルダーを規定し、前記ヘッド部分がカラーによって境界付けられ、前記シャンク部分の直径よりも大きい直径を有する、細長いスタッドを供すること、
    頂面および底面ならびにそれらの間に延在するテーパ側壁を有するヘッド、ならびに該ヘッドの前記底面から延在し、該底面の直径よりも小さい直径を有するシャンクを備えるコンタクト・パッドを供すること、
    前記ショルダーに設けられた前記ヘッドの前記底面を有する前記凹部内に前記コンタクト・パッドを設けること、ならびに
    前記凹部内に前記コンタクト・パッドを保持するために、前記カラーが前記ヘッドの前記テーパ側壁にわたって延在して係合するように該カラーを変形させること
    を含んで成る、方法。
12. 前記スタッドを第１金属から形成すること、および前記コンタクト・パッドを前記第１金属とは異なる第２金属から形成することをさらに含んで成り、前記第２金属が前記第１金属の電気伝導率よりも大きい電気伝導率を有する、請求項１１に記載の方法。
13. 前記第１金属が銅であり、前記第２金属が銀である、請求項１２に記載の方法。
14. 前記スタッドを前記第１金属とは異なる第３金属でコートすることをさらに含んで成り、前記第３金属が前記第１金属の電気伝導率よりも大きい電気伝導率を有する、請求項１２に記載の方法。
15. 前記スタッドは、前記突合せ端部から半径方向外側に延在し、前記凹部に隣接する支持面を規定するベース部分を含み、該支持面が前記スタッドの長手方向軸に対して垂直に向けられた平面を規定し、前記カラーを変形させることが前記スタッドの前記突合せ端部にわたって圧入ツールを位置付けることを含んで成り、該圧入ツールがその先端部に形成された凹部を有する細長いシリンダーを含み、該先端部が前記支持面と係合し、該先端部における前記凹部の部分が該先端部内の傾斜した側壁によって規定され、該先端部内の傾斜した側壁が前記スタッドの前記カラーに係合し、強制的に変形させる、請求項１１に記載の方法。
16. 前記圧入ツールは、前記シリンダーの前記先端部における前記凹部に隣接して設けられた軸方向に移動可能なパンチを含み、前記パンチは、前記コンタクト・パッドの前記ヘッドの前記頂面に強制的に係合し、前記スタッドと係合する前記コンタクト・パッドを保持する、請求項１５に記載の方法。
17. 前記圧入ツールが、前記パンチを前記シリンダーの前記先端部に向けて付勢するバネをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記傾斜した側壁によって規定された前記先端部における前記凹部の部分が、円錐台形状である、請求項１５に記載の方法。
19. 前記カラーを変形した後、前記ヘッドの前記頂面が、前記凹部から突出する、請求項１５に記載の方法。
20. 前記ヘッドの前記頂面が、ドーム状である、請求項１９に記載の方法。