(57)【要約】  隣接する要素間の電気接点用の撚り線斜め巻きコイルスプリングが開示される。スプリングは、トロイドを画定するコイルを有する撚り線で形成される。
2013524138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のワイヤ素線から形成され、全体としてトロイドを画定する複数のコイルを有する斜め巻きコイルスプリングとして構成された撚り線を含むスプリングであって、前記撚り線は軸方向端部を有し、前記軸方向端部は、前記撚り線が連続するように互いに接合される、スプリング。
【請求項２】
前記複数の素線は７本のワイヤ素線を含む、請求項１に記載のスプリング。
【請求項３】
前記複数の素線は、４本、５本、９本、１１本、１３本、１５本、または１７本のワイヤ素線を含む、請求項１に記載のスプリング。
【請求項４】
前記撚り線は、約２００〜２０，０００Ｌｂｆ／インチ／平方インチを作用させる、請求項１に記載のスプリング。
【請求項５】
前記撚り線は、前記スプリングの使用範囲にわたって７０００％を超えて力を変動させる、請求項１に記載のスプリング。
【請求項６】
前記力の変動は、前記スプリングの前記使用範囲にわたって約７８００％である、請求項５に記載のスプリング。
【請求項７】
前記複数の素線の少なくとも１つは、前記複数の素線の他のものの直径と異なる直径で形成される、請求項１に記載のスプリング。
【請求項８】
前記撚り線は、比較的小さい方の直径を有する中心素線を有し、前記中心素線は、比較的大きい方の直径を有する周囲素線によって囲まれる、請求項１に記載のスプリング。
【請求項９】
前記比較的小さい方の直径は、０．００５インチであり、前記比較的大きい方の直径は、０．００７インチである、請求項８に記載のスプリング。
【請求項１０】
前記撚り線は、比較的大きい方の直径を有する中心素線を有し、前記中心素線は、比較的小さい方の直径を有する周囲素線によって囲まれる、請求項１に記載のスプリング。
【請求項１１】
前記比較的小さい方の直径は、０．００３インチまたは０．００４インチであり、前記比較的大きい方の直径は、０．００５インチである、請求項１０に記載のスプリング。
【請求項１２】
前記複数の素線の少なくとも１つは、前記複数の素線の他のものを形成するのに使用される第２の材料と異なる第１の材料で形成される、請求項１に記載のスプリング。
【請求項１３】
前記撚り線は、ステンレス鋼で形成された中心素線を有し、前記中心素線は、銀で形成された周囲素線によって囲まれる、請求項１に記載のスプリング。
【請求項１４】
前記素線の少なくとも１つは、超伝導材料で形成される、請求項１に記載のスプリング。
【請求項１５】
前記撚り線はただ２つの軸方向端部を有し、前記軸方向端部は、前記撚り線が連続するように互いに溶接されており、前記複数のコイルは互いに対して拘束されないため、前記複数のコイルの周期性が、前記複数のコイルの軸方向の連結または結合によって制限または妨害されることがない、請求項１に記載のスプリング。
【請求項１６】
凹部が形成された第１のコネクタと、
第２の凹部が形成された第２のコネクタと、
前記第１のコネクタと第２のコネクタとの間で前記凹部および前記第２の凹部に配置される撚り線と、
を含むアセンブリであって、
前記撚り線は、複数のワイヤ素線を有し、全体としてトロイドを画定する複数のコイルを有する斜め巻きコイルスプリングとして構成され、前記撚り線は軸方向端部を有し、前記軸方向端部は、前記撚り線が連続するように互いに接合される、アセンブリ。
【請求項１７】
前記複数の素線は７本のワイヤ素線を含む、請求項１６に記載のアセンブリ。
【請求項１８】
前記複数の素線は、４本、５本、９本、１１本、１３本、１５本、または１７本のワイヤ素線を含む、請求項１６に記載のアセンブリ。
【請求項１９】
前記撚り線は、約２００〜２０，０００Ｌｂｆ／インチ／平方インチを作用させる、請求項１６に記載のアセンブリ。
【請求項２０】
前記撚り線は、前記スプリングの使用範囲にわたって７０００％を超えて力を変動させる、請求項１６に記載のアセンブリ。
【請求項２１】
前記力の変動は、前記スプリングの前記使用範囲にわたって約７８００％である、請求項２０に記載のアセンブリ。
【請求項２２】
前記複数の素線の少なくとも１つは、前記複数の素線の他のものの直径と異なる直径で形成される、請求項１６に記載のアセンブリ。
【請求項２３】
前記撚り線は、比較的小さい方の直径を有する中心素線を有し、前記中心素線は、比較的大きい方の直径を有する周囲素線によって囲まれる、請求項１６に記載のアセンブリ。
【請求項２４】
前記比較的小さい方の直径は、０．００５インチであり、前記比較的大きい方の直径は、０．００７インチである、請求項２３に記載のアセンブリ。
【請求項２５】
前記撚り線は、比較的大きい方の直径を有する中心素線を有し、前記中心素線は、比較的小さい方の直径を有する周囲素線によって囲まれる、請求項１６に記載のアセンブリ。
【請求項２６】
前記比較的小さい方の直径は、０．００３インチまたは０．００４インチであり、前記比較的大きい方の直径は、０．００５インチである、請求項２５に記載のアセンブリ。
【請求項２７】
前記複数の素線の少なくとも１つは、前記複数の素線の他のものを形成するのに使用される第２の材料と異なる第１の材料で形成される、請求項１６に記載のアセンブリ。
【請求項２８】
前記撚り線は、ステンレス鋼で形成された中心素線を有し、前記中心素線は、銀で形成された周囲素線によって囲まれる、請求項１６に記載のアセンブリ。
【請求項２９】
前記素線の少なくとも１つは、超伝導材料で形成される、請求項１６に記載のアセンブリ。
【請求項３０】
前記撚り線はただ２つの軸方向端部を有し、前記軸方向端部は、前記撚り線が連続するように互いに溶接されており、前記複数のコイルは互いに対して拘束されないため、前記複数のコイルの周期性が、前記複数のコイルの軸方向の連結または結合によって制限または妨害されることがない、請求項１６に記載のアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して斜め巻きコイルスプリングに関し、特に、隣接する要素間の電気的および機械的接点用の撚り線斜め巻きコイルスプリングに適したシステム、方法、および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の斜め巻きコイルスプリングは、ロッドおよびシリンダ応用品などの、工業用の様々な構成で電気接点および機械的保持を提供するために十分に確立されている。これらのスプリングは、ＡＣまたはＤＣ電流をスプリングを介して金属部品間に通すために使用される。スプリングは、巻かれて斜め巻きコイルまたは前傾スプリング（ａｄｖａｎｃｅｄ  ｐｉｔｃｈ  ｓｐｒｉｎｇ）となる単一のワイヤを含む。斜め巻きコイルスプリングは、対になる部品間に半径方向荷重、または軸方向荷重をかけるために使用することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
電気的使用における現状技術の単一素線斜め巻きコイルスプリングには、より大きな直径のワイヤを使用して、中程度から高い電流密度までを通電する場合に、撓み荷重が大きくなりそれによって高い線形摩擦が生じるという限界がある。加えておよび用途および選択した材料によっては、これらのスプリングは、一部の装置に対するすべての必要性能を満たすために余分な部品を必要とする、電気的および熱的伝導性の限界を有することがある。したがって、代替的応用における斜め巻きコイルスプリングの性能ケイパビリティを拡張するために、斜め巻きコイルスプリング構造をさらに改良することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
隣接する要素間の電気的接点用の撚り線斜め巻きコイルスプリングに適した、改良されたシステム、方法、および装置の実施形態が開示される。例えば、一部の実施形態では、スプリングは、複数のワイヤ素線から形成され、斜め巻きコイルまたは前傾スプリングとして構成された撚り線を含む。スプリングは、全体としてトロイドを画定する複数のコイルを有する。撚り線はただ２つの軸方向端部を有し、軸方向端部は、撚り線が連続するように互いに接合される。複数のコイルは互いに対して拘束されないため、複数のコイルの周期性が、コイルの軸方向の連結または結合によって制限または妨害されることがない。スプリングは、凹部を有する第１のコネクタと、第１のコネクタ内に位置し、これと係合する第２のコネクタとを含むアセンブリまたはシステムで使用することができる。撚り線の１つまたは複数はコネクタ間に配置される。
【０００５】
添付の特許請求の範囲、および添付の図面と併用される以下の詳細な説明から、実施形態の前述の目的または他の目的および利点が当業者に明らかになるであろう。
【０００６】
実施形態の特徴および利点が得られる方法が、より詳細に理解され得るように、上記に簡単に要約した説明が、添付の図面に示す実施形態を参照してさらに具体的になされる。ただし、図面は一部の実施形態のみを示しており、したがって、他の同様に有効な実施形態であると本発明が認め得るその範囲を限定するとみなされるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】撚り線斜め巻きコイルスプリングの一実施形態の正面図である。
【図２】半径方向に圧縮された図１の撚り線斜め巻きコイルスプリングの実施形態の部分側面図である。
【図３Ａ−Ｃ】図２の３−３線に沿って切り取った図１の撚り線斜め巻きコイルスプリングの様々な実施形態の端断面図である。
【図４】軸方向に圧縮された撚り線斜め巻きコイルスプリングに適したアセンブリおよびシステムの実施形態の部分側断面図である。
【図５Ａ−Ｂ】撚り線斜め巻きコイルスプリングに適したアセンブリおよびシステムの別の実施形態の部分側断面図である。
【図６Ａ−Ｃ】撚り線斜め巻きコイルスプリングに適したアセンブリおよびシステムのさらに別の実施形態の部分側断面図である。
【図７】様々な荷重および撓み状態にある直線スプリングの側面図である。
【図８】撚り線斜め巻きコイルスプリングの実施形態と従来の斜め巻きコイルスプリングとの性能を比較した、荷重対撓みのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
様々な図面において、同じ参照符号を使用したものは、類似品または同一品を示す。
【０００９】
隣接する要素間の電気接点および機械的係合を提供する撚り線前傾スプリング（ＡＰＳ）、または撚り線斜め巻きコイルスプリングに適した、改良されたシステム、方法、および装置の実施形態が開示される。例えば、図１、図２、および図３Ａの例示した実施形態では、斜め巻きコイルスプリング１１は、ワイヤフィラメントの７本の素線１３で形成された多フィラメントワイヤからなるトロイドを含むことができる。一部の実施形態では、すべてのコイルは、一方向に同じ傾斜角で軸を外れて傾く、または前傾する。例えば、図１を参照されたい。実施形態はまた、直線状であり、特定の長さに切断されたまっすぐなスプリング（例えば、図７を参照のこと）を含む。スプリング１１は、半径方向に圧縮して（図２）、または軸方向に圧縮して（図４）配置することができる。
【００１０】
従来の単一素線コイルと比較して、荷重対撓み特性曲線が大幅に変わり、所与の任意の撓みに対する荷重がきわめて小さくなる。撚り線コイルがもたらす力が小さくなることにより、はるかに大きい全径を有するコイルの使用が可能になり、撚り線内の金属の断面積の比例増加が可能になる。撚り線コイルの面積が大きいほど、所与の任意のスプリング応用例の電気抵抗は反比例して小さくなる。このように、スプリング荷重が小さく、より大きなワイヤに匹敵する電気特性を有する撚り線コイルが実現可能である。あるいは、はるかに小さい電気抵抗を有する、より大きい、またはより太い撚り線を用いた、荷重が等しい撚り線スプリングも利用可能である。
【００１１】
例えば、０．０１０インチの単一素線径を有する従来の単一素線斜め巻きコイルスプリングは、３０２ステンレス鋼製スプリングワイヤで形成される。そのワイヤは、短軸径が０．１３３インチで、長軸径が０．１４６インチの楕円形状に巻かれる。この単一素線斜め巻きコイルスプリングは、半径方向厚さが０．１００インチになるまで下方に圧縮された場合に（例えば、図７を比較のこと）、スプリングの軸方向長さ１インチ当たり約０．１５〜０．２０ポンドの力（Ｌｂｆ）を発生させる。
【００１２】
比較のために、そして一部の実施形態によれば、同じスプリング形状因子が使用されるが、ワイヤフィラメントの７本の素線で形成される（図３Ａ）。各素線は０．００５インチの直径で用意することができ、スプリングは、０．０１５インチの全径を有する。このスプリングによってもたらされる約０．１６Ｌｂｆ／インチの荷重は、単一素線スプリングと同じ範囲内であるが、導体の断面積は、７．５８Ｅ−５平方インチ（単一素線スプリング）から１．３７Ｅ−４平方インチ（７素線スプリング）に増える。これは、約８０％の面積増加であり、また、電気抵抗が反比例して低下すること、ひいては、電流容量がより大きくなることに等しい。
【００１３】
他の実施形態では、４本、５本、９本、１１本、１３本、１５本、または１７本の素線を含む撚り線などの、より多い、またはより少ないフィラメントの素線を使用することができる。これらの実施形態はまた、従来の斜め巻きコイルスプリングよりも荷重が小さくなる。さらに、素線またはフィラメントのすべては、同じ大きさである必要がない。例えば、図３Ｂは、比較的小さい方の中心フィラメント１５（例えば、０．００５インチの直径）が、直径の比較的大きい方の５つのフィラメント１７（例えば、０．００７インチの直径）によって囲まれたスプリング１１の別の実施形態を示している。
【００１４】
代替案として、図３Ｃは、比較的大きい方の中心フィラメント１９（例えば、０．００５インチの直径）が、７本または８本の、直径の比較的小さい方のフィラメント２０（例えば、それぞれ０．００４インチまたは０．００３インチの直径）によって囲まれたスプリング１１の実施形態を示している。さらに、中心および周囲のフィラメントの様々な実施形態は、一部の実施形態において、荷重／強度および導電性を改善するために、それぞれステンレス鋼および銀などの異なる材料で形成することができる。
【００１５】
さらに別の実施形態では、スプリングフィラメントは、極低温用途用などの超伝導材料で形成することができる。例えば、スプリングは、ニオブ−スズ、ニオブ−チタン、イットリウム−ホウ素−コバルトの各ワイヤ、および銅または青銅からなる織りケーブルを含むことができる。多フィラメントスプリングの実施形態は、本明細書で説明するように、整合のとれた電気特性のコネクタを形成するために、弾性／力を生み出す高弾性率金属コアフィラメントを囲む超伝導合金製外側織りワイヤをさらに含むことができる。スプリングはまた、酸化を抑制するために気密性被覆を必要とすることがある二ホウ化マグネシウムフィラメントで形成することができる。
【００１６】
これらのタイプの撚り線スプリングの用途には、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）、核磁気共鳴（ＮＭＲ）研究およびＮＭＲ分光法、工業および実験磁気学、粒子加速器、および磁気エネルギ貯蔵装置に使用される超伝導マグネットが含まれ得る。ＭＲＩおよびＮＭＲは、減衰電磁石による高速の容量性電流ダンプを使用して、高速磁気パルスまたは「硬質音」を発生させ、この硬質音は、木琴バーを単打したように響く。このパルスは、数千アンペア程度であり、約１〜２３強テスラの強力な磁場を発生させる。原子核、原子、分子からの信号放射物は、質量、組成、および構造の特徴を示す。
【００１７】
スプリングが着座する所与のグランド、および所与の組立／分解摩擦力またはスプリング接触力に関する一部の実施形態では、スプリングは、より大きな断面積の伝導体を有する。これは、スプリングの電気抵抗を小さくし、電流伝達を増やし、熱伝導率を高くする。多くの用途に対して、これらのパラメータは、単に単一のワイヤ素線で形成されたスプリングより優れている。
【００１８】
固定ハードウェア拘束および固定電流容量に関する他の実施形態では、内蔵スプリングは、単一素線スプリングよりもはるかに小さい圧縮力および摺動摩擦を発生させる。所与の任意の等圧縮力に対して、撚り線スプリングの個々のワイヤの正味応力は、単一素線スプリングよりも小さく、かつ均等に分散される。この構造により、低応力、前傾、多フィラメントスプリングの疲労寿命が延びる。
【００１９】
図５Ａおよび図５Ｂは、コネクタシステム２１に対する一種の応用例の実施形態を示している。例えば、０．５インチの直径を有するロッド２３は、撚り線斜め巻きコイルスプリング１１が配置されるグランド２７を有する穴コネクタ２５と対をなす。この応用例は、例えば、大型送水ポンプまたは空調システムで見ることができる。
【００２０】
半インチの銅製ロッドは、０．５１９インチの直径を有する５００ｍｃｍケーブルに接続することができる。１，７１３アンペア／平方インチの電気負荷容量に基づいて、定負荷アンペア定格は８８９アンペアである。この定格は、大型３相モータを始動させる場合の優に３倍とされており、単相モータ引き込み電流の６倍に増やされている。モータの始動は、通常、持続時間が約１〜１０秒続く。ほとんどの商用ブレーカは、この必要条件に対処している。
【００２１】
この応用例に適した従来の単一素線斜め巻きコイルスプリングは、一般的なＣ１７２００合金材料で形成され、単線の、または単一の素線の直径は０．０１４インチであり、ワイヤの断面積は１．５４Ｅ−０４平方インチである。このスプリングを使用するために、グランドまたは溝は、深さが約０．０９インチであり、この深さにより、スプリングが約２５％圧縮される。スプリングは、溝に適切に嵌る４６個のコイルを有する。従来のスプリングは、この応用例では、４．９Ｌｂｆ／インチ、総計で６．６５Ｌｂｆの圧縮荷重を発生させる。言い換えると、摩擦係数が１．０と仮定すると、ロッドは、ロッドと穴との間に１つのスプリングがある場合に、摺動するために６．６５Ｌｂｆを必要とする。
【００２２】
従来のスプリングの４６個のコイルは、４６×２７．７アンペア／コイル、すなわち約１，２７４アンペアに対処する。コネクタの容量を適切に調整して、始動用の運転電流の約３倍〜３．５倍のものに対処するには、横に並べた従来のスプリング２つがこの応用例に必要とされ、これは、１３Ｌｂｆを超える正味線形摩擦をもたらす。
【００２３】
対照的に、撚り線スプリングの実施形態は、装置の電力容量を増やすために取り換えることができる。例えば、７本で撚ったスプリングは、ワイヤの７つのフィラメントを有し、各フィラメントは、０．００８インチの直径を有する。この撚り線スプリングは、他方のスプリングと同じ高さおよび幅を有し、１２．７Ｌｂｆの荷重を発生させる。しかし、撚り線スプリングは、導体面積である３．５２Ｅ−４平方インチの全断面積を有し、この全断面積は、単一素線スプリングの断面積の２倍を超える。その結果、１つの溝および１つのスプリングしか撚り線装置に必要とされず、有利にも、スプリングによる摩擦が同じであること、コネクタがより小さいこと、および機械加工が少ないことが求められる。
【００２４】
より高度な機能合金（例えば、Ｃ１８１５０）に取り換えることで、単一素線スプリングの電力容量が２７．７アンペア／コイルから４４．６アンペア／コイルに増える。撚り線スプリングにおいて同じ材料に換えることで、同様に、同じパーセント量だけそのアンペア容量が増える。別の例では、ニオブ−チタン、またはニオブ−スズ青銅外側ワイヤを使用し、液体ヘリウムに浸漬することで、さらに２００倍だけアンペア容量が増える。
【００２５】
代替の実施形態では、電流容量は、従来のスプリングとほぼ同じに保たれるが、摩擦性能が変わる。従来のスプリングは、直径が０．０１４インチの単一ワイヤを使用し、スプリング当たり６．６５Ｌｂｆの摺動摩擦力を発生させる。この特定の例のサージアンペア容量を満たすために、従来のスプリングが２つ必要である。これらの２つの従来スプリングを、１つの素線の直径が０．００６インチの７本の素線を有する一対の撚り線スプリングに交換することで、１．９７Ｅ−４平方インチの面積がもたらされる。撚り線スプリングは、面積はより大きいが、力がより弱いので、３秒電力負荷要件を満たす。撚り線スプリングのより軽微な接触により、熱が加わるが、撚り線スプリングは、より小さい電気抵抗と、より良好な熱伝達とで熱のバランスをとる。
【００２６】
直径が０．００６インチの７本の素線をそれぞれが有する一対のスプリングを使用することで、摩擦が０．７９Ｌｂｆ／インチまで低減される、言い換えると、単一素線スプリングの摩擦の約１／７まで低減される。こうして、これらの実施形態は、摩擦負荷がはるかに小さい、等電力容量の接合部を提供する。同様に、直径が０．００５インチの７本の素線を有するスプリングは、単線の、または単一素線の０．０１３インチの直径のスプリングと同じ断面積を有する。同じ大きさのスプリングとし、２５％撓ませると、多素線スプリングは、単一素線スプリングの２．５Ｌｂｆ／インチの力と比較して、０．１６Ｌｂｆ／インチの力を発生させる。
【００２７】
図８は、同じ形状であり、ステンレス鋼材料からなり、断面積が等しいスプリングに対する、荷重および撓みのグラフを示している。多素線スプリングのプロット３１は、０．０００１３７４平方インチの面積を有し、単線のコアワイヤのプロット３３は、ほとんど同一の０．０００１３２７平方インチの面積を有する。面積は極めて同様であるが、荷重には大きな差がある。例えば、０．１３３×０．１４６インチ（すなわち、楕円スプリング形状因子の短軸および長軸の寸法）の同一スプリング形状に対して、様々なワイヤ径にわたって以下のデータが得られた。
【００２８】
【表１】
2013524138.tif 000003
【００２９】
結果的に、これらのスプリングの単位面積当たりの力を標準化すると、多素線スプリングは、驚くほど広範な力を発生させる。例えば、最小の荷重がかかった０．１２インチの高さのもとで、撚り線スプリングは０．０３２Ｌｂｆ／インチを発生させている。その力を多素線スプリングの面積で除すると（すなわち、０．０３２÷０．０００１３７４）、多素線スプリングは、約２３３Ｌｂｆ／インチ／平方インチの標準化した力を有する。上限の０．０７５インチで、撚り線スプリングは２．５Ｌｂｆ／インチを発生させている。多素線スプリングの面積で除すると（すなわち、２．５÷０．０００１３７４）、多素線スプリングは、約１８，１９５Ｌｂｆ／インチ／平方インチの標準化した力を有し、結局、約２００〜２０，０００Ｌｂｆ／インチ／平方インチの標準化した力を有する。これは、多素線スプリングの使用範囲にわたって力を約７８００％変動させる（例えば、７０００％の力の変動を超える）。
【００３０】
きわめて対照的に、最小荷重のかかった０．１２インチの高さのもとで、単線コアスプリングは３．２Ｌｂｆ／インチを発生させている。その力を単線コアスプリングの面積で除すると（すなわち、３．２÷０．０００１３２７）、単線コアスプリングは、約２４，１１４Ｌｂｆ／インチ／平方インチの標準化した力を有する。上限の０．０７５インチで、単一素線のスプリングは、９．７Ｌｂｆ／インチを発生させ、その面積で除すると（すなわち、９．７÷０．０００１３２７）、単一素線のスプリングは、約７３，０９７Ｌｂｆ／インチ／平方インチの標準化した力を有し、単一素線のスプリングの使用範囲にわたって力が約３００％変動する。
【００３１】
このように、同様の面積に対して荷重が大きく異なっている。同様に、同様の荷重に対して面積が大きく異なっている。別の例では、一応用例は通常、直径が０．０１３インチの単線ワイヤを有する従来のスプリングを使用する。ただし、その応用例は、単一ワイヤが提供できるよりも摩擦は小さいが、導電性が同じかまたは良好なことを必要とする。多素線の０．００５×７スプリングを使用することで、単線の０．０１３直径ワイヤと同じ導電性が得られるが、力／摩擦は、ほんの０．２７Ｌｂｆ／インチの力ではるかに小さく、単一素線の０．００８インチ直径のスプリングと等しい。あるいは、０．００６×７の素線を有する多素線スプリングは、より低い電気抵抗と、より小さい摩擦とを提供する。性能を比較するために他の例が下記に提示されている。
【００３２】
【表２】
2013524138.tif 000004
【００３３】
別の例として、応用例の中には、摺動摩擦および荷重は０．０１３インチ直径の単線スプリングと同じであるが、導電性が可能な限り良好で、電流容量が最大であることを必要とするものがある。多素線の０．０１０×７スプリングは、０．０１３インチ直径の従来の単線スプリングの４．１倍の断面積を有するが、荷重および摩擦は同じである。多素線スプリングの熱伝導性もはるかに高く、そのため、アンペア容量が約５００％ほど大きくなる。
【００３４】
さらに別の例において、ハイブリッドトラックバッテリの高速切断コネクタ、または電気アーク溶接機のコネクタは、直径８ｍｍの単線銅の雄／雌コネクタを有する。図６Ａ〜図６Ｃに示すように、斜め巻きコイルスプリング１１は、コネクタ穴４５内部でロッド４３に接して溝４１に収容されている。スプリングは、８００アンペアで連続して機能し、３秒にわたる２，１００アンペアのサージ電流で機能することを要求される。
【００３５】
この特定の応用例に対する従来の問題解決策は、０．０１１インチの直径の単線コアワイヤを有するＣ１８１５０合金製スプリングを使用することである。このスプリングの面積は９．５Ｅ−５平方インチであり、荷重は４．７Ｌｂｆ／インチである。このスプリングの定格は、３秒にわたってコイル当たり２８．５アンペアとされる。１つのスプリングに３３個のコイルがあり、３３コイル×２８．５アンペア／コイル＝９４０アンペア／スプリングとなる。ピークの需要に対処するために、横に並べたこれらの従来のスプリング３つが必要とされる。各スプリングは、約３．８Ｌｂｆの摺動摩擦を発生させて、すなわち、総計で約１１．４Ｌｂｆの摺動摩擦を発生させてコネクタを一緒に押す。
【００３６】
それに対して、Ｃ１８１５０合金で形成され、０．００７インチの直径×７素線を有する１つの多素線スプリングを使用することができる。このスプリングは、２．７Ｅ−４平方インチの面積、および５．１Ｌｂｆ／インチまたは総計で約４Ｌｂｆの荷重を有する。多素線スプリングは、単線スプリングの２．８４倍の導体面積を有し、そのため、１つの多素線スプリングしか必要とされない。この問題解決策は、摩擦力をより小さくし、組立をより容易にし、単一溝のために機械加工が少ないため費用があまりかからず、コネクタは全長がより短く、そのため、材料および製造時間が節減される。
【００３７】
このように、これらの実施形態は、決まった限界寸法を有し、より低い電気抵抗、および／または高い熱伝導性を必要とする応用例に十分適している。これらの利点は、力および荷重を増やすことなく、導体金属の断面積を大きくすることによりもたらされる。あるいは、これらの実施形態は、電気抵抗を大きくすることなく、摩擦を小さくする。
【００３８】
一部の実施形態では、スプリングは、複数のワイヤ素線で形成され、斜め巻きコイルまたは前傾スプリングとして構成される撚り線を含む。スプリングは、全体としてトロイドを画定する複数のコイルを有する。撚り線はただ２つの軸方向端部を有し、軸方向端部は、撚り線が連続するように互いに接合または溶接される。複数のコイルは互いに対して拘束されないため、複数のコイルの周期性が、複数のコイルの軸方向の連結または結合によって制限または妨害されることがない。撚り線は、一部の実施形態では、約２００〜２０，０００Ｌｂｆ／インチ／平方インチを作用させる。撚り線はまた、スプリングの使用範囲にわたって７０００％を超えて（例えば、約７８００％）力を変動させる。
【００３９】
一部の実施形態では、複数の素線の少なくとも１つは、複数の素線の他のものの直径と異なる直径で形成される。撚り線は、比較的小さい方の直径を有する中心素線を用いて形成することができ、中心素線は、比較的大きい方の直径を有する周囲素線によって囲まれる。例えば、比較的小さい方の直径は、０．００５インチとすることができ、比較的大きい方の直径は、０．００７インチとすることができる。撚り線はまた、比較的大きい方の直径を有する中心素線を用いて形成することができ、中心素線は、比較的小さい方の直径を有する周囲素線によって囲まれる。例えば、比較的小さい方の直径は、０．００３または０．００４インチとすることができ、比較的大きい方の直径は、０．００５インチとすることができる。
【００４０】
他の実施形態では、複数の素線の少なくとも１つは、複数の素線の他のものを形成するのに使用される材料と異なる材料で形成される。例えば、撚り線は、ステンレス鋼で形成された中心素線を有することができ、中心素線は、銀で形成された周囲素線によって囲まれる。さらに他の実施形態では、素線の少なくとも１つは、超伝導材料で形成される。
【００４１】
一部の実施形態はまた、内側または外側面と境界を接する凹部を有する第１のコネクタ（例えば、内側、外側、または軸方向）を含むアセンブリ、またはシステムを含む。第２のコネクタは第２の凹部を有し、撚り線はコネクタの凹部に配置される。
【００４２】
斜め巻きコイルスプリングに多素線ワイヤを使用することには、所与のスプリングサイズ許容範囲にわたって等しい力荷重を維持しながら、電気流路抵抗をほぼ半分まで下げることを含む多数の利点がある。スプリングの直径が同じ場合、撚り線スプリングはまた、等しい電気流路抵抗およびスプリングサイズ許容範囲を維持しながら、力荷重を大幅に低減する。
【００４３】
機械的な面では、多素線スプリング内に生じる撓み応力も、単一素線スプリングよりも大幅に小さい。多素線スプリングは、このように、疲労サイクルにおける機械的利点を有する。多素線スプリングはまた、電磁干渉および無線周波干渉（ＥＭＩ／ＲＦＩ）信号を抑制する。
【００４４】
本明細書は、最良のモードを含む実施形態を開示し、さらに、当業者が実施形態を製造および使用するのを可能にする例を使用している。特許を受けることができる範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が思いつく他の例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求の範囲の文字用語と異ならない構造要素を有する場合か、または特許請求の範囲の文字通りの用語と実質的に異ならない均等の構造要素を含む場合に、特許請求の範囲内であるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年10月12日(2012.10.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のワイヤ素線から形成され、全体としてトロイドを画定する複数のコイルを有する斜め巻きコイルスプリングとして構成された撚り線を含むスプリングであって、前記撚り線は軸方向端部を有し、前記軸方向端部は、前記撚り線が連続するように互いに接合される、スプリング。
【請求項２】
凹部が形成された第１のコネクタと、
第２の凹部が形成された第２のコネクタと、
前記第１のコネクタと第２のコネクタとの間で前記凹部および前記第２の凹部に配置される撚り線と、
を含むアセンブリであって、
前記撚り線は、複数のワイヤ素線を有し、全体としてトロイドを画定する複数のコイルを有する斜め巻きコイルスプリングとして構成され、前記撚り線は軸方向端部を有し、前記軸方向端部は、前記撚り線が連続するように互いに接合される、アセンブリ。
【請求項３】
前記複数の素線は７本のワイヤ素線を含む、請求項１または２に記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記複数の素線は、４本、５本、９本、１１本、１３本、１５本、または１７本のワイヤ素線を含む、請求項１または２に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記撚り線は、約２００〜２０，０００Ｌｂｆ／インチ／平方インチを作用させる、請求項１または２に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記撚り線は、前記スプリングの使用範囲にわたって７０００％を超えて力を変動させる、請求項１または２に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記複数の素線の少なくとも１つは、前記複数の素線の他のものの直径と異なる直径で形成される、請求項１または２に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記撚り線は、比較的小さい方の直径を有する中心素線を有し、前記中心素線は、比較的大きい方の直径を有する周囲素線によって囲まれる、請求項１または２に記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記比較的小さい方の直径は、０．００５インチであり、前記比較的大きい方の直径は、０．００７インチである、請求項８に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記撚り線は、比較的大きい方の直径を有する中心素線を有し、前記中心素線は、比較的小さい方の直径を有する周囲素線によって囲まれる、請求項１または２に記載のアセンブリ。
【請求項１１】
前記比較的小さい方の直径は、０．００３インチまたは０．００４インチであり、前記比較的大きい方の直径は、０．００５インチである、請求項１０に記載のアセンブリ。
【請求項１２】
前記複数の素線の少なくとも１つは、前記複数の素線の他のものを形成するのに使用される第２の材料と異なる第１の材料で形成される、請求項１または２に記載のアセンブリ。
【請求項１３】
前記撚り線は、ステンレス鋼で形成された中心素線を有し、前記中心素線は、銀で形成された周囲素線によって囲まれる、請求項１または２に記載のアセンブリ。
【請求項１４】
前記素線の少なくとも１つは、超伝導材料で形成される、請求項１または２に記載のアセンブリ。
【請求項１５】
前記撚り線はただ２つの軸方向端部を有し、前記軸方向端部は、前記撚り線が連続するように互いに溶接されており、前記複数のコイルは互いに対して拘束されないため、前記複数のコイルの周期性が、前記複数のコイルの軸方向の連結または結合によって制限または妨害されることがない、請求項１または２に記載のアセンブリ。
【国際調査報告】
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