WO1992010010A1 - Element de contact de connecteur electrique - Google Patents

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WO1992010010A1
WO1992010010A1 PCT/FR1990/000841 FR9000841W WO9210010A1 WO 1992010010 A1 WO1992010010 A1 WO 1992010010A1 FR 9000841 W FR9000841 W FR 9000841W WO 9210010 A1 WO9210010 A1 WO 9210010A1
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connector contact
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Phillipe Billette De Villemeur
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/02—Contact members
    • H01R13/03—Contact members characterised by the material, e.g. plating, or coating materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/16—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for manufacturing contact members, e.g. by punching and by bending

Definitions

  • the present invention relates to contact elements for an electrical connector.
  • the main quality of an electrical connection is to have the lowest possible electrical contact resistance. Until now, only the welding of conductors between them has made it possible to make almost perfect connections, that is to say practically without adding any additional electrical resistance, therefore such that their impedance is less than that of a line length. equal to that of the connector.
  • the connectors of the prior art do not allow electrical connections to be made with very low contact resistance.
  • the term connector here means a device consisting of two parts, each of these two parts being electrically connected, by welding or possibly crimping, to an electrical conductor and making it possible to connect the two electrical conductors to each other without welding.
  • the connector elements must be sufficiently elastic and stiff to be able to transmit the forces necessary for making the contacts. They must also conduct electricity well. Finally, they must resist corrosion well.
  • SUBSTITUTE SHEET Indeed, an alloy conducts electricity less well than each of the metals which constitute it taken separately and juxtaposed, without however offering very good mechanical characteristics.
  • the proportion of copper in these alloys is between 60% and 90%, their conductivity is only 18% to 40% of that of copper, to obtain mechanical strength qualities only from order of half or a quarter of that of the most common steels.
  • the qualities of mechanical resistance which are discussed here are mainly elasticity, stiffness and resistance to fatigue.
  • the object of the present invention is to propose a method of manufacturing electrical connector contact elements of a new type, making it possible to produce inexpensive and very good quality connections, which in certain applications are such that their impedance is lower. to that of a power line length equal to that of the connector.
  • an electrical connector contact element comprises an elastic core made of rigid material which is electrically conductive or not, at least partially coated with a deformable plastic sheath made of electrically conductive metal, said elastic core providing said element its mechanical strength and elasticity, and said plastic sheath conferring on said connector element surface plastic defoimability properties.
  • the connector contact element further comprises a thin outer surface layer for corrosion protection and sealing.
  • said rigid material has a Brinell H hardness greater than 190 kgf / mm2, for example hardened steel, and said conductive metal has an electrical conductivity which does not differ from that of copper further 5%.
  • the Brinell H hardness of the conductive metal is preferably less than 40 kg mm2. ⁇ is interesting that the hardness of the core is more than two and a half times that of the sheath, and that the intrinsic conductivity of the material of the conductive sheath is greater than six times that of the elastic core.
  • the rigid material can be copper.
  • Said outer surface layer may include nickel, silver, titanium or titanium nitride, or gold.
  • a method of manufacturing a connector contact element of the above type comprises the following steps:
  • Said application of the copper layer on said elastic steel core can be carried out by co-lamination, but it is advantageously possible to proceed differently, by electrolytic deposition.
  • the method comprises, after the deposition of said copper layer but before the deposition of said protective layer, a quenching step comprising a heating phase at a temperature such as hydrogen ions, fixed by the steel during said electrolysis, leave the steel and pass through the plastic copper sheath, thus made more porous by heating, to escape outside said element during manufacture, and an immersion phase said element in a cold bath, which gives it improved mechanical characteristics, a normal result of a quenching operation on steel.
  • a quenching step comprising a heating phase at a temperature such as hydrogen ions, fixed by the steel during said electrolysis, leave the steel and pass through the plastic copper sheath, thus made more porous by heating, to escape outside said element during manufacture, and an immersion phase said element in a cold bath, which gives it improved mechanical characteristics, a normal result of a quenching operation on steel.
  • the application of said plastic sheath can be carried out in a mixed manner, for example by spinning and then by electrolytic deposition.
  • a connector element must have a particular shape. This shape is given to it during a so-called forming step. Depending on whether or not the deposition zones of said conductive plastic sheath are located on the external or internal parts of the element, this forming step will take place before or after the application of said plastic sheath.
  • the manufacturing process according to the invention makes it possible to give a shape to said element before the quenching operation, which is particularly advantageous.
  • a method of connecting two electrical conductors equipped of contact elements provides an overlap of the two conductors over a certain length, and at least two distinct contact zones between said conductors by said elements over said length, said contact zones being spaced apart 'from each other a certain distance following the flow of electric current.
  • an electrical connector equipped with contact elements of the above type advantageously comprises at least two successive separate contact zones between said elements according to the flow of electric current.
  • FIG. 1 is a partial longitudinal sectional view of a connector element according to the invention
  • FIG. 2 illustrates a connection method according to the invention
  • FIG. 3a is a sectional principle of detail extracted from Figure 2;
  • FIG. 3b is a variant of FIG. 3a;
  • a connector element of simple shape 1 comprises, according to the invention, an elastic steel core 2, coated with a deformable plastic sheath 3 in copper itself covered with an outer protective layer 4.
  • This element was achieved as follows. We started by working a piece of steel until it gave the desired shape for the future connector element. The said soul was thus obtained. Once this shape was obtained, a layer of copper was electrolytically deposited on the steel core.
  • the thickness of copper important compared to what is done in the prior art, is at least 15 ⁇ m, often much more. This thickness is important for at least two reasons. The first is that we must avoid the detachment of copper on the steel during the following stages, in particular the quenching, the second is that it is the copper which will conduct most of the electric current in the connector element. . Finally, it is important that the copper layer be able to deform slightly under the effect of the pressure which will be applied to it by the contact forces taken up by the steel core.
  • the next step is to carry out a quenching operation, by immersion in a cold bath.
  • the steel then became hardened steel, with all the mechanical qualities known to it.
  • the forming step can take place before or after the copper deposit.
  • the protective layer 4 is then applied to the copper by conventional methods. It can for example comprise nickel, titanium or titanium nitride. These materials are not good conductors of electricity, but it does not matter because the protective layer is very thin, with a thickness of the order of
  • this protective layer 25 a few hundred Angstroms.
  • An important selection criterion for this protective layer is, for certain applications, its hardness. It must also be waterproof, resist oxidation and protect the assembly well against corrosion and abrasion.
  • the protective titanium layers can be from 0.03 to 0.08 ⁇ m thick, the silver, gold or nickel layers from 0.1 to l ⁇ m thick.
  • a connector contact element was thus produced using several materials for their most interesting characteristics: steel for its stiffness and its elasticity, copper for its plasticity, its softness and conductivity, and titanium or nickel for their hardness and their stainlessness. Copper is cheap, soft and (therefore) conductive. It can and even must be very pure. It is copper which is the main conductor, steel playing only the role of support. Instead of using steel, one could have used another material, not necessarily conductive, the criteria of choice being especially d 'mechanical order. Thus, a material whose hardness, stiffness and elasticity would be comparable to that of steel would be suitable
  • Gold is especially interesting for its stainlessness and the stability of its surface microstructure, because it has a conductivity close to that of copper.
  • Copper is poorly resistant to abrasion and oxidation, not titanium or nickel. Unlike steel, it does not have good mechanical strength.
  • the elastic core is made of steel, the conductive plastic sheath of copper and the outer protective layer of nickel.
  • the thickness of 15 ⁇ m indicated above corresponds to a minimum. In most cases, we will place our above 30 ⁇ m. Examples of thicknesses: 0.07 mm, i.e. 70 ⁇ m of copper for a 0.25 mm steel core. The steel must be able to carry the copper and cause it to deform. Another example: a wire whose outside diameter is 2.2 mm, for a core diameter of 1.3 mm, or a copper thickness of 450 ⁇ m. The thickness of copper depends on the diameter of the steel core.
  • the thickness of the metal of the sheath is such that the equivalent linear section of electrical passage of the sheath is greater than three times that of the elastic core, or, in other words, that the he intensity of the electric current in the conductive sheath is three times greater than that which could be in the elastic core.
  • Titanium nitrare, in particular interstitial (neither covalent nor ionic) is very hard and very conductive and is particularly suitable for contacts with high requirements.
  • the layer must remain thin, that is to say less than 0.5 microns.
  • the protective layer can have several layers to combine the advantages of different materials. By way of example, it is advantageous to use a protection produced as follows:
  • a nickel barrier of thickness e to protect the copper, smooth the surface and promote the attachment of a rigid layer.
  • the total thickness of the 3 layers being maximum 5 ⁇ and preferably 2.5 ⁇ .
  • FIG. 2 illustrates how it is possible, still according to the invention, to make the best use of connector elements such as those of the above type.
  • Two connector elements 5, 6 are brought into contact on two contact zones 7, 8.
  • the distance between contact zones is an important parameter for the quality of the connector. In fact, with a single contact zone, far too great efforts, unrealistic for a cheap connector, would be necessary to achieve the contact quality of welding or crimping.
  • Each contact zone is made up of contact points, at the microscopic level. We can apply to the contact points what has been said previously concerning the contact zones.
  • this new technique of connection to the elements as described above, it is possible to produce connectors with zero voltage drops, that is to say such that their impedance is less than that of a length of power line equal to that of the connector, which had never been possible before.
  • two contact zones and "reasonable" forces ie from a few grams to a few kilograms, are sufficient with connector elements as described above.
  • FIG. 3a shows the behavior of connector elements according to the invention at the level of a contact area 7.
  • the elastic cores 2 2 ", the plastic sheaths 3 ′, 3" and the protective layers 4 ′ are recognized, 4 ". Only the plastic sheaths 3 ', 3" are deformed at the level of the contact zone.
  • FIG. 3b there is no conductive plastic sheath on the two connector elements. Only the sheath 3 'deforms, because it is softer than the elastic cores 2' and 2 '".
  • the elastic core 2" “must of course be electrically conductive. It is not, moreover, a "soul” properly speaking, but a homogeneous conductive element. The forces causing this deformation are transmitted by the thin protective layers 4 ', 4 "and 4".
  • FIG. 4 the four successive phases of manufacturing a connector element 11 with a steel core 12 according to the invention are shown diagrammatically: - the thick deposit of copper 13 (preferably electrolytically);
  • the forming step thanks to which the bent shape of the part could be obtained, took place before the deposition of copper.
  • the triangles drawn on the surfaces of the different layers symbolize the hardness of the materials: the harder the material, the smaller the triangles.
  • a very important application of this new technology is the manufacture of so-called knife contact connectors which are much less bulky and therefore less expensive, due to the better volume / conduction ratio which can be achieved by applying the invention, almost two times better than with bronze, and less punching forces to be applied to make the contact.
  • a knife with a thickness of 0.2 mm can replace a bronze knife with 0.3mm.

Landscapes

  • Manufacturing Of Electrical Connectors (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)

Abstract

Un élément de contact de connecteur électrique (1) comprend une âme élastique enrobée au moins partiellement d'une gaine plastique déformable (3) conductrice. Un procédé de fabrication d'un tel élément consiste à revêtir une pièce en acier formant âme élastique (2) avec du cuivre déposé en couche épaisse (3) par voie électrolytique. Après le dépôt du cuivre, on effectue le chauffage de l'ensemble pour obtenir la trempe de l'acier. Au cours de ce chauffage, les ions hydrogène piégés par l'acier s'échappent à travers le cuivre, qui est poreux. Le chauffage recuit en outre le cuivre qui, devenu plus mou, peut facilement s'écraser, ce qui améliore, en cours d'utilisation, le contact électrique. Une couche de protection très mince (4) en nickel ou en titane par exemple est ensuite appliquée. Utilisés dans des connecteurs à plusieurs zones de contact successives suivant la circulation du courant électrique sur un recouvrement des conducteurs, les éléments ainsi produits permettent de reßliser des connexions telles que leur impédance soit inférieure à celle d'une longueur de ligne électrique égale à celle du connecteur.

Description

Elément de contact de connecteur électrique
La présente invention concerne des éléments de contact pour connecteur électrique.
La principale qualité d'une connexion électrique est de présenter une résistance de contact électrique qui soit la plus faible possible. Jusqu'à présent, seul le soudage de conducteurs entre eux permettait de réaliser des connexions quasiment parfaites, c'est-à-dire pratiquement sans ajouter de résistance électrique supplémentaire, donc telles que leur impédance soit inférieure à celle d'une longueur de ligne électrique égale à celle du connecteur.
Les connecteurs de l'art antérieur ne permettent pas de réaliser des connexions électriques à très faible résistance de contact. On entend ici par connecteur un dispositif constitué de deux parties, chacune de ces deux parties étant reliée électriquement, par soudage ou sertissage éventuellement, à un conducteur électrique et permettant de relier sans soudage les deux conducteurs électriques entre eux.
Les éléments de connecteurs doivent être suffisamment élastiques et raides pour pouvoir transmettre les efforts nécessaires à la réalisation des contacts. Ils doivent également bien conduire l'électricité. Enfin, ils doivent bien résister à la corrosion.
Pour réunir toutes ces qualités, on choisit souvent d'utiliser des alliages métalliques, la plupart des métaux fortement conducteurs à l'état pur comme l'or, l'argent ou le cuivre ayant dans cet état de très mauvaises qualités mécaniques. Ce choix est un compromis qui est loin d'être satisfaisant.
SUBSTITUTE SHEET En effet, un alliage conduit moins bien l'électricité que chacun des métaux qui le constituent pris séparément et juxtaposés, sans pour autant offrir de très bonnes caractéristiques mécaniques. Ainsi, bien que la proportion de cuivre dans ces alliages se situe entre 60% et 90%, leur conductibilité n'est que de 18% à 40% de celle du cuivre, pour n'obtenir des qualités de résistance mécanique que de l'ordre de la moitié ou du quart de celles des aciers les plus courants. Les qualités de résistance mécanique dont il est question ici sont principalement l'élasticité, la raideur et la résistance à la fatigue.
Le meilleur alliage connu à l'heure actuelle pour réaliser des contacts est le bronze au bérylium ou Ube2, mais il coûte très cher.
La présente invention a pour but de proposer un procédé de fabrication d'éléments de contact de connecteur électrique d'un type nouveau, permettant de réaliser des connexions peu coûteuses et de très bonne qualité, qui dans certaines applications sont telles que leur impédance soit inférieure à celle d'une longueur de ligne électrique égale à celle du connecteur.
Selon la présente invention, un élément de contact de connecteur électrique comprend une âme élastique en matériau rigide conducteur ou non de l'électricité, enrobée au moins partiellement d'une gaine plastique deformable en métal conducteur de l'électricité, ladite âme élastique apportant audit élément sa résistance mécanique et son élasticité, et ladite gaine plastique conférant audit élément de connecteur des propriétés de défoimabilité plastique superficielle.
Avantageusement, et selon l'invention, l'élément de contact de connecteur comprend en outre une couche mince superficielle extérieure de protection contre la corrosion et d'étanchéité. Toujours avantageusement, et selon l'invention, ledit matériau rigide a une dureté Brinell H supérieure à 190 kgf/mm2, par exemple de l'acier trempé, et ledit métal conducteur a une conductibilité électrique qui ne diffère pas de celle du cuivre de plus de 5%. La dureté Brinell H du métal conducteur est de préférence inférieure à 40 kg mm2. π est intéressant que la dureté de l'âme soit plus de deux fois et demi celle de la gaine, et que la conductibilité intrinsèque du matériau de la gaine conductrice soit supérieure à six fois celle de l'âme élastique. Le matériau rigide peut être du cuivre. Ladite couche mince superficielle extérieure peut comprendre du nickel, de l'argent, du titane ou du nitrure de titane, ou de l'or.
Suivant les applications et la constitution de ladite âme élastique, ladite gaine plastique a une épaisseur comprise dans la gamme allant de 15 μm à 1000 μm environ. Selon la présente invention, un procédé de fabrication d'un élément de contact de connecteur du type ci-dessus comprend les étapes suivantes :
- application de ladite couche de cuivre formant gaine plastique deformable conductrice sur ladite âme élastique en acier ; - dépôt de ladite couche de protection.
Ladite application de la couche de cuivre sur ladite âme élastique en acier peut être effectuée par colaminage, mais on peut avantageusement procéder différemment, par dépôt électrolytique.
Selon une caractéristique importante de la présente invention, le procédé comprend, après le dépôt de ladite couche de cuivre mais avant le dépôt de ladite couche de protection, une étape de trempe comportant une phase de chauffage à une température telle que des ions hydrogène, fixés par l'acier durant ladite électrolyse, sortent de l'acier et traversent la gaine plastique de cuivre, rendue ainsi davantage poreuse par le chauffage, pour s'échapper à l'extérieur dudit élément en cours de fabrication, et une phase d'immersion dudit élément dans un bain froid, ce qui lui confère des caractéristiques mécaniques améliorées, résultat normal d'une opération de trempe sur de l'acier.
L'application de la dite gaine plastique peut être effectuée de façon mixte, par exemple par filage puis par dépôt électrolytique. Un élément de connecteur doit avoir une forme particulière. Cette forme lui est donnée au cours d'une étape dite de formage. Suivant que l'on privilégie ou non les zones de dépôt de ladite gaine plastique conductrice situées sur les parties extérieures ou intérieures de l'élément, cette étape de formage interviendra avant ou après l'application de ladite gaine plastique. Dans le cas du cuivre sur acier, le procédé de fabrication selon l'invention permet de donner une forme audit élément avant l'opération de trempe, ce qui est particulièrement intéressant. Selon un autre aspect de la présente invention, toujours dans le but de réaliser des connecteurs performants, c'est-à-dire caractérisés par une faible chute de tension et donc une faible résistance électrique propre, un procédé de connexion de deux conducteurs électriques équipés d'éléments de contact, avantageusement du type ci- dessus, prévoit un recouvrement des deux conducteurs sur une certaine longueur, et au moins deux zones de contact distinctes entre lesdits conducteurs par lesdits éléments sur ladite longueur, lesdites zones de contact se trouvant espacées l'une de l'autre d'une certaine distance suivant la circulation du courant électrique.
Ainsi, selon l'invention, un connecteur électrique équipé d'éléments de contact du type ci-dessus comprend avantageusement au moins deux zones de contact distinctes successives entre lesdits éléments suivant la circulation du courant électrique.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple non limitatif des formes possibles de réalisation de l'invention, en regard des dessins ci-joints, et qui fera bien comprendre comment l'invention peut êtreτéalisée.
Sur les dessins :
- la figure 1 est une vue en coupe longitudinale partielle d'un élément de connecteur selon l'invention ; - la figure 2 illustre un procédé de connexion selon l'invention ;
- la figure 3a est une coupe de principe de détail extraite de la figure 2; -la figure 3b est une variante de la figure 3a ;
- la figure 4 illustre un procédé de fabrication d'éléments de contact de connecteurs selon l'invention. Sur la figure 1, un élément de connecteur de forme simple 1 comprend, selon l'invention, une âme élastique en acier 2, enrobée d'une gaine plastique deformable 3 en cuivre recouverte elle-même d'une couche extérieure de protection 4.
Cet élément a été réalisé comme suit. On a commencé par travailler une pièce d'acier jusqu'à lui donner la forme souhaitée pour le futur élément de connecteur. On a ainsi obtenu ladite âme. Une fois cette forme obtenue, on a déposé par- voie électrolytique une couche de cuivre sur l'âme en acier. L'épaisseur de cuivre, importante par rapport à ce qui se fait dans l'art antérieur, est au moins de 15 μm, souvent beaucoup plus. Cette épaisseur est importante pour au moins deux raisons. La première est qu'on doit éviter le décollement du cuivre sur l'acier lors des étapes suivantes, notamment la trempe, la deuxième est que c'est le cuivre qui conduira la 5 plus grande partie du courant électrique dans l'élément de connecteur. Enfin, il est important que la couche de cuivre puisse se déformer légèrement sous l'effet de la pression qui lui sera appliquée par les efforts de contact repris par l'âme en acier.
Au cours du dépôt de cuivre par voie électrolytique, des ions H+ on pénétré dans l'acier, ce qui a eu pour effet de le fragiliser. L'étape de fabrication suivante
10 consiste à chauffer l'ensemble acier et cuivre à environ 700°C à 800°C. Ce chauffage a plusieurs effets intéressants. Il recuit le cuivre qui, devenu plus mou, pourra plus facilement s'écraser, ce qui améliorera, en cours d'utilisation, le contact électrique comme on le verra plus loin. Le recuit du cuivre a également pour effet de le rendre encore plus poreux qu'il ne l'était déjà, ce qui permet aux ions H+ piégés dans l'acier
15 de mieux s'échapper à travers lui, ceux-ci ayant par ailleurs tendance à sortir de l'acier sous l'effet de la chaleur. L'étape suivante consiste à effectuer une opération de trempe, par immersion dans un bain froid. L'acier est alors devenu de l'acier trempé, avec toutes les qualités mécaniques qu'on lui connaît.
L'étape de formage peut intervenir avant ou après le dépôt de cuivre. Par contre,
20 la trempe doit intervenir après dans les deux cas.
La couche de protection 4 est appliquée ensuite sur le cuivre par des procédés classiques. Elle peut comprendre par exemple du nickel, du titane ou du nitrure de titane. Ces matériaux ne sont pas des bons conducteurs de l'électricité, mais c'est sans importance car la couche de protection est très mince, d'une épaisseur de l'ordre de
25 quelques centaines d'Angstrôm. Un critère de choix important pour cette couche de protection est, pour certaines applications, sa dureté. Elle doit aussi être étanche, résister à l'oxydation et bien protéger l'ensemble contre la corrosion et l'abrasion.
Les couches de protection en titane peuvent avoir de 0,03 à 0,08 μm d'épaisseur, les couches en argent, en or ou en nickel de 0,1 à lμm d'épaisseur.
30 On a ainsi réalisé un élément de contact de connecteur en utilisant plusieurs matériaux pour leurs caractéristiques les plus intéressantes : l'acier pour sa raideur et son élasticité, le cuivre pour sa plasticité, sa mollesse et la conductibilité, et le titane ou le nickel pour leur dureté et leur inoxydabilite. Le cuivre est bon marché, mou et (donc) conducteur. Il peut et même doit être très pur. C'est le cuivre qui est le conducteur principal, l'acier ne jouant que le rôle de support Au lieu d'utiliser de l'acier, on aurait pu utiliser un autre matériau, pas nécessairement conducteur, les critères de choix étant surtout d'ordre mécanique. Ainsi, un matériau dont la dureté, la raideur et l'élasticité seraient comparables à celle de l'acier conviendrait
On a observé un certain engouement pour les contacts en or. L'or est surtout intéressant pour son inoxydabilite et la stabilité de sa microstructure de surface, car il a une conductibilité voisine de celle du cuivre.
Le cuivre résiste mal à l'abrasion et à l'oxydation, pas le titane ou le nickel. Il n'a pas une bonne tenue mécanique, contrairement à l'acier.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, l'âme élastique est en acier, la gaine plastique conductrice en cuivre et la couche extérieure de protection en nickel.
L'épaisseur de 15 μm indiquée ci-dessus correspond à un minimum. On se placera dans la plupart des cas au-dessus de 30 μm. Exemples d'épaisseurs : 0,07 mm, soit 70 μm de cuivre pour une âme en acier de 0,25 mm. L'acier doit être capable de porter le cuivre et de le faire se déformer. Autre exemple : un fil dont le diamètre extérieur est de 2,2 mm, pour un diamètre d'âme de 1,3 mm, soit une épaisseur de cuivre de 450 μm. L'épaisseur de cuivre dépend du diamètre de l'âme en acier.
En pratique, il est souhaitable que l'épaisseur du métal de la gaine soit telle que la section linéaire équivalente de passage électrique de la gaine soit supérieure à trois fois celle de l'âme élastique, ou, en d'autres termes, que l'intensité du courant électrique dans la gaine conductrice soit trois fois plus grande que celle qui pourrait y avoir dans l'âme élastique.
Le nitrare de titane, en particulier interstitiel (ni covalent, ni ionique) est très dur et très conducteur et convient particulièrement pour les contacts à grandes exigences. Pour conserver la qualité de la globalité du contact, la couche doit rester mince, c'est- à-dire inférieure à 0,5 microns. La couche de protection peut comporter plusieurs couches pour combiner les avantages des différents matériaux. A titre d'exemple, on peut utiliser avantageusement une protection réalisée comme suit :
Sur le cuivre, une barrière de nickel d'épaisseur e , pour protéger le cuivre, lisser la surface et favoriser l'accrochage d'une couche rigide.
0,4 μ < e < 5 μ de préférence de 1 à 2 μ
Une barrière mécanique en nitrure de titane pour protéger conre l'abrasion.
0,3 μ < e < 2 μ de préférence 0,7 μ une couche d'or (un flash d'or) formant lubrifiant, et améliorant par migration, la conductivité de la barrière mécanique (effet de pontage).
0,05 μ < e < 2 μ de préférence 0,1 μ
L'épaisseur totale des 3 couches étant maximum 5 μ et de préférence 2,5 μ.
Un tel ensemble résiste à l'abrasion, à la corrosion, au flash de courant et, à volume égal est 15 à 20 fois plus efficace que le bronze au berrylium. La figure 2 illustre de quelle façon on peut, toujours selon l'invention, utiliser au mieux des éléments de connecteurs tels que ceux du type ci-dessus. Deux éléments de connecteurs 5, 6 sont mis en contact sur deux zones de contact 7, 8. Il y a recouvrement des connecteurs ou des conducteurs sur une certaine longueur, et sur cette longueur, des calculs et des essais ont montré que pour une même réaction mécanique (force totale) entre éléments, il était plus intéressant de prévoir plusieurs zones de contact espacées d'une certaine distance avec des forces moindres que une seule zone de contact sur laquelle serait concentrés tous les efforts de contact.
La distance entre zones de contact est un paramètre important pour la qualité du connecteur. En fait, avec une seule zone de contact, des efforts beaucoup trop importants, irréalistes pour un connecteur bon marché, seraient nécessaires pour atteindre la qualité de contact du soudage ou du sertissage.
Chaque zone de contact est constituée de points de contact, au niveau microscopique. On peut appliquer aux points de contact ce qui a été dit précédemment concernant les zones de contact. En appliquant cette technique nouvelle de connexion aux éléments tels que décrits ci-dessus, il est possible de réaliser des connecteurs avec des chutes de tension nulles, c'est-à-dire tels que leur impédance soit inférieure à celle d'une longueur de ligne électrique égale à celle du connecteur, ce qui n'avait jamais été rendu possible auparavant. Pour atteindre ce résultat, deux zones de contact et des forces "raisonnables", soit de quelques grammes à quelques kilogrammes, suffisent avec des éléments connecteurs tels que décrits ci-dessus.
La figure 3a montre le comportement d'éléments de connecteur selon l'invention au droit d'une zone de contact 7. On reconnaît les âmes élastiques 2 2", les gaines plastiques 3', 3" et les couches de protection 4', 4". Seules les gaines plastiques 3', 3" sont déformées au niveau de la zone de contact. Dans le cas de la figure 3b, il n'y a pas de gaine plastique conductrice sur les deux éléments de connecteur. Seule la gaine 3' se déforme, car elle est plus molle que les âmes élastiques 2' et 2'". Dans le cas de la figure 3b, l'âme élastique 2'" doit bien entendu être conductrice de l'électricité. Il ne s'agit d'ailleurs pas d'une "âme" à proprement parler mais d'un élément de conducteur homogène. Les efforts provoquant cette déformation sont transmis par les couches minces de protection 4', 4" et 4'".
Sur la figure 4, les quatre phases successives de fabrication d'un élément de connecteur 11 à âme en acier 12 selon l'invention sont schématisées : - le dépôt épais de cuivre 13 (de préférence par voie électrolytique) ;
- le chauffage ;
- la trempe ;
- l'application de la couche de protection 14.
L'étape de formage, grâce à laquelle la forme coudée de la pièce a pu être obtenue, est intervenue avant le dépôt de cuivre. Les triangles dessinés sur les surfaces des différentes couches symbolisent les duretés des matériaux : plus le matériau est dur, plus les triangles sont petits.
Une application très importante de cette nouvelle technologie est la fabrication de connecteurs à contacts dits par couteaux qui soient beaucoup moins encombrants et donc moins chers, du fait du meilleur rapport volume/conduction que l'on peut atteindre en appliquant l'invention, presque deux fois meilleure qu'avec du bronze, et des forces de poinçonnement moindre à appliquer pour réaliser le contact. Ainsi, un couteau d'une épaisseur de 0,2 mm peut se substituer à un couteau en bronze de 0,3mm.
Il va de soi que le champ de protection de cette invention n'est pas limité à la description ci-dessus ou aux revendications, mais s'étend au contraire à tous ses équivalents techniques.

Claims

REVENDICATIONS :
1.- Elément de contact de connecteur électrique (1), caractérisé en ce qu'il comprend une âme élastique en matériau rigide (2) conducteur ou non de l'électricité, enrobée au moins partiellement d'une gaine plastique deformable (3) en métal conducteur de l'électricité, ladite âme élastique apportant audit élément sa résistance mécanique et son élasticité, et ladite gaine plastique conférant audit élément de connecteur des propriétés de déformabilité plastique superficielle.
2.- Elément de contact de connecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une couche mince superficielle extérieure de protection contre la corrosion et d'étanchéité (4). 3.- Elément de contact de connecteur selon la revendication 1 ou la revendication
2, caractérisé en ce que le matériau rigide a une dureté Brinell supérieure à 190 kg mm2.
4.- Elément de contact de connecteur selon les revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le métal conducteur a une conductibilité électrique qui ne diffère pas de celle du cuivre de plus de 5%, et en ce que sa dureté Brinell H est inférieure à 40 kg/mm2.
5.- Elément de contact de connecteur selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite gaine plastique a une épaisseur comprise dans la gamme allant de 15 μm à 1000 μm environ. 6.- Elément de contact de connecteur selon les revendications 2 à 5, caractérisé en ce que ladite couche superficielle extérieure (4) comprend au moins une couche constituée de nickel, d'argent, de titane ou de nitrure de titane, ou d'or.
7.- Elément de contact de connecteur selon la revendication 6 caractérisé en ce que ledit métal conducteur est du cuivre et en ce que ledit matériau rigide est de l'acier. 8.- Procédé de fabrication d'un élément de contact de connecteur (1) du type de celui décrit dans la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend successivement les étapes suivantes :
- application de ladite couche de cuivre formant gaine plastique deformable conductrice sur ladite âme élastique en acier ; 11
- dépôt de ladite couche de protection.
9.- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite application de la couche de cuivre sur ladite âme élastique en acier est effectuée par colaminage.
10.- Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite âme élastique 5 est en acier trempé et en ce que ladite application de la couche de cuivre est effectuée par electrolyse.
I - Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, avant le dépôt de ladite couche de protection, une étape de trempe comportant une phase de chauffage à une température telle que des ions hydrogène, fixés par 10 l'acier (2) durant ladite electrolyse, sortent de l'acier et traversent la gaine plastique de cuivre (3), rendue ainsi davantage poreuse par le chauffage, pour s'échapper à l'extérieur dudit élément en cours de fabrication, et une phase d'immersion dudit élément dans un bain froid qui lui confère des caractéristiques mécaniques améliorées, résultat normal d'une opération de trempe sur de l'acier. 15 12.- Procédé selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un étape de formage consistant à donner une forme souhaitée audit élément de connecteur (5).
13.- Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que ladite étape de formage intervient avant l'application de ladite couche de cuivre (3) et ne concerne que 20 ladite âme élastique en acier (2).
14.- Procédé de connexion de deux conducteurs électriques équipés d'éléments de contact (5, 6) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il prévoit un recouvrement des deux conducteurs sur une certaine longueur, et au moins deux zones de contact distinctes (7, 8) entre lesdits conducteurs par lesdits éléments sur ladite 25 longueur, lesdites zones de contact se trouvant espacées l'une de l'autre d'une certaine distance suivant la circulation du courant électrique.
15.- Connecteur électrique équipé d'éléments de contact (5, 6) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux zones de contact distinctes successives entre lesdits éléments suivant la circulation du courant 30 électrique. 18.- Elément de contact de connecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la couche de protection comporte une barrière de nickel, et une barrière mécanique en nîtrure de titane.
19.- Elément de contact de connecteur selon la revendication 18, caractérisé en ce que la couche de protection comporte en outre un flash d'or.
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