CN102414470A - 多层斜置式盘簧和相关方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示多层斜置式盘簧和改进斜置式盘簧的机械、电和热性质的方法。在一些实施例中，使用各种材料层将不同材料的性质组合于所述弹簧中。例如，在一个实施例中，保护性或高强度外层材料屏蔽较敏感内部核心材料免遭苛刻环境和条件。所述内部核心材料可为高导电材料，其中所述外层材料具有比所述核心低的导电性。在各种实施例中，所述弹簧的以下特性得以改进：在苛刻环境和条件中的导电性和/或导热性、耐腐蚀性、生物相容性、耐温性、应力松弛、可变摩擦力和耐磨性。

Description

多层斜置式盘簧和相关方法

技术领域

本文大体论述斜置式盘簧，其中论述针对由具有不同材料组成的离散层的多层弹簧丝形成的斜置式盘簧。

背景技术

图1到3绘示斜置式盘簧30、32、34的实例。斜置式盘簧是每一盘圈36、38、40的轮廓倾斜或斜置以相对于与弹簧轴垂直的线偏斜一定角度的弹簧。图2中所示弹簧轴42穿过每一盘圈36、38、40的中心点。一些斜置式盘簧包含末端连接形成圆形环的一段盘簧，如图1和3的弹簧30、34中所示。在图1中，弹簧末端在焊接点44处连接，但业内存在连接弹簧末端的替代技术。

与大多数弹簧不同，斜置式盘簧在与弹簧轴垂直的方向上可压缩，但是力仅正交作用于平面或赋予弹簧轴所处平面正交力。这一方向依赖性产生两种基本斜置式盘簧设计：图4中所示径向弹簧46和图5中所示轴向弹簧48。径向弹簧46在与环轴50(图3)垂直的径向上偏转，而轴向弹簧48在与环轴50平行的轴向上偏转。图3中所示环轴50定义为在弹簧环内径中心处并且与弹簧轴42垂直的理论轴。

径向和轴向弹簧二者还可包括转角。图6中所绘示的转角Θ是盘圈主轴52与环轴50之间的角。更具体地说，盘圈54绕弹簧轴42相对于正常位置以一定角度旋转的弹簧环产生转角Θ。图6中以虚线所示径向弹簧盘圈54的正常位置通常是弹簧环主轴52与环轴50平行的情况。轴向弹簧盘圈的正常位置(未显示)通常是弹簧环主轴与环轴50垂直的情况。此外，根据转角的定向，弹簧环凹入或凸起。所述特征使得可控制连接器应用中的插入和运转力。

斜置式盘簧为各种应用提供多种特征和优势。例如，由所述弹簧在大的挠度内所维持的几乎恒定的力允许所述设计在高冲击和振动环境中在宽温度范围内起作用。另外，弹簧的每一盘圈独立地起作用。所述盘圈由此可维持配合表面之间的多个接触点以确保优良导电性。所述布置还容许弹簧补偿配合表面之间的大配合耐受力、失准和表面不规则性。斜置式盘簧的其它特征尤其包括低接触电阻、可控制插入和移除力、热耗散、低和高电流载携能力和紧缩包装尺寸的可用性。斜置式盘簧的所述特征在下文所论述的许多应用中有利。

斜置式盘簧偏转并产生荷载的能力使得其非常适于闭锁、锁定、固持和压缩应用。所述应用可涉及轴向弹簧、径向弹簧和/或位于转角处的弹簧。弹簧用作连接器组合件的外壳与插入目标之间的连接机构。组合件配置通常包含外壳或插入目标中固持斜置式盘簧的腔或凹槽。外壳与插入目标之间的连接直接得自弹簧偏转。

斜置式盘簧还用于定心和配向应用。例如，斜置式盘簧通过调节密封件与轴杆之间可存在的失准用于轴杆周围的定心密封。弹簧可吸收因耐受性、逐渐变细和/或其它不规则性的不同失准，同时仍维持足够密封力。

斜置式盘簧的许多应用(包括上文所述者)可利用斜置式盘簧的导电性用于电接触应用。在所述应用中，斜置式盘簧是从由传导材料制得的弹簧丝形成。斜置式盘簧部分地由于其能够维持具有许多各自独立地起作用的盘圈的多个接触点而非常适于电应用。用于所述应用的典型传导材料包括铜和铜合金、贵金属和贵金属合金、铝和铝合金和银。

斜置式盘簧还作为弹簧激发器用于需要流体限制于空间内的密封应用。组合件配置通常包含密封件内的腔，其中所述腔保留斜置式盘簧。斜置式盘簧围绕密封件周边提供均匀偏转，此允许弹簧迫使密封件与配合目标接触。

斜置式盘簧在屏蔽和接地应用中也是有利的。弹簧可在需要抑制外部电磁辐射或防范内部电磁辐射的应用中作为EMI垫片作业。斜置式盘簧EMI垫片可在高频率和高导电率下提供有效屏蔽。

发明内容

本发明多层斜置式盘簧和相关方法的各种实施例具有数个特征，其单个特征均不单独负责其合意属性。现将简要论述由上述权利要求书表达的本发明实施例的更显著特征，而不限制其范畴。在考量所述论述之后，且特别是在读取标题为“实施方式”的章节之后，人们将了解本发明实施例的特征如何提供本文所述优势。

本发明实施例的一个方面包括现有技术的斜置式盘簧通常是由金属合金弹簧丝制得的认识。合金是两种或两种以上金属的混合物，所述金属经选择以改进单独构成部件中的任一者上的所得合金的材料性质。金属合金具有大大增强的某些纯金属性质，但仍可受限。限制可包括耐腐蚀性不足、缺乏生物相容性、可变摩擦力、应力松弛、不能在极端温度下操作、导电率过大或过小和缺乏耐磨性。例如，由于金属合金是混合物，所以合金在其表面处所受的保护可比多种组份金属中的一者单独所受的保护要小。

本方法的一个实施例包含形成多层斜置式盘簧的方法。所述方法包含形成具有第一导电性的材料的内部核心。所述方法另外包含围绕核心包覆或电镀具有第二导电性的材料外层以形成弹簧丝。第二导电性比第一导电性小。所述方法另外包含使弹簧丝形成多个螺旋盘圈。所述方法另外包含使盘圈倾斜以形成斜置式盘簧。

本方法的另一实施例包含形成多层斜置式盘簧的方法。所述方法包含形成具有第一导电性的材料的内部核心。核心是中空的。所述方法另外包含围绕核心包覆或电镀具有第二导电性的材料的第二层以形成弹簧丝。第二导电性比第一导电性小。所述方法另外包含使弹簧丝形成多个螺旋盘圈。所述方法另外包含使盘圈倾斜以形成斜置式盘簧。

本发明斜置式盘簧的一个实施例包含包括环绕中空核心的管形壳的弹簧丝。弹簧丝界定多个螺旋盘圈。每一盘圈环绕穿过每一盘圈中心的弹簧轴。每一盘圈倾斜以相对于与弹簧轴垂直的线偏斜一定角度。

本发明多层斜置式盘簧的一个实施例包含包括内部核心和至少部分环绕所述核心的外层的弹簧丝。外层包含两种不同且未混合的材料。材料中的第一者沿核心横截面的弧形的第一部分布置。材料中的第二者沿核心横截面的弧形的第二部分布置。弹簧丝界定多个螺旋盘圈。每一盘圈环绕穿过每一盘圈中心的弹簧轴。每一盘圈倾斜以相对于与弹簧轴垂直的线偏斜一定角度。

附图说明

现将详细论述本发明多层斜置式盘簧和相关方法的各种实施例，同时强调有利特征。所述实施例绘示显示于随附图示中的新颖和不明显多层斜置式盘簧，其仅出于例示性目的。所述图示包括下列图示，其中相同编号指示相同的部件：

图1是环形斜置式盘簧的正视图；

图2是直的斜置式盘簧的正视图，其绘示弹簧轴于斜置式盘簧中的位置；

图3是环形斜置式盘簧的正透视图，其绘示环轴于环形斜置式盘簧中的位置；

图4是斜置式盘圈径向弹簧的正视图；

图5是斜置式盘圈轴向弹簧的侧视图；

图6是具有转角的斜置式盘圈径向弹簧的剖面侧视图，为清楚起见仅显示单一盘圈；

图7A是经配置用于本发明多层盘簧中的多层丝和相关方法的一个实施例的剖视图：

图7B是经配置用于本发明多层盘簧中的多层丝和相关方法的另一实施例的剖视图；

图7C是经配置用于本发明多层盘簧中的多层丝和相关方法的另一实施例的剖视图；

图7D是经配置用于本发明多层盘簧中的多层丝和相关方法的另一实施例的剖视图；

图8A是经配置用于本发明多层盘簧中的多层丝和相关方法的另一实施例的剖视图；

图8B是经配置用于本发明多层盘簧中的多层丝和相关方法的另一实施例的剖视图；

图9是作为弹簧激发器用于密封组合件的斜置式盘簧的正视透视图；

图10A是用作轴杆与外壳之间的连接器的斜置式盘簧的局部侧面剖视图，其绘示一种用于斜置式盘簧的安装配置；

图10B是用作轴杆与外壳之间的连接器的斜置式盘簧的局部侧面剖视图，其绘示另一用于斜置式盘簧的安装配置；

图11A和11B是用于针与外壳之间的固持应用中的斜置式盘簧的局部侧面剖视图，其绘示插入前的针(11A)和完全插入时的针(11B)，其中斜置式盘簧保留在外壳中的平底凹槽内；

图12A和12B是用于针与外壳之间的固持应用中的斜置式盘簧的局部侧面剖视图，其绘示插入前的针(12A)和完全插入时的针(12B)，其中斜置式盘簧保留在外壳中的锥形底部凹槽内；

图13A到13C是用于针与外壳之间的闭锁应用中的斜置式盘簧的局部侧面剖视图，其绘示插入前的针(13A)、插入期间的针(13B)和完全插入时的针(13C)，其中斜置式盘簧保留在外壳中的V底凹槽内；

图14A到14C是用于针与外壳之间的锁定应用中的斜置式盘簧的局部侧面剖视图，其绘示插入前的针(14A)、插入期间的针(14B)和完全插入时的针(14C)，其中斜置式盘簧保留在外壳中的锥形底部凹槽内；

图15A和15B是用于基底与连接部件之间的压缩应用中的斜置式盘簧的侧面剖视图，其绘示压缩前的组件(15A)和压缩后的组件(15B)，其中斜置式盘簧保留在基底中的平底凹槽内；

图16是用于密封件与轴杆之间的定心和配向应用中的斜置式盘簧的局部侧面剖视图；

图17A是螺旋压缩弹簧的正视图；

图17B是螺旋张力弹簧的正视图；

图17C是带状螺旋弹簧的正视图；

图18A是悬臂弹簧的侧视图；

图18B是图17A的悬臂弹簧的正视图；

图19是两个斜置式盘簧的正透视图，其在直线长度安装于面对表面上并经配置用于接收接头；和

图20是斜置式盘簧的部分的正视图，其绘示在未焊接情况下弹簧末端间的替代机械联接。

具体实施方式

以下实施方式参照图示阐述本发明实施例。在图示中，参考编号标记本发明实施例的元件。下文结合相应图示特征的论述再现所述参考编号。

下文参照所述图阐述本发明多层斜置式盘簧和相关方法的实施例。所述图和其书面说明指示装置的某些组件是整体形成，且某些其它组件形成独立件。所属领域技术人员应了解，本文所示和阐述为整体形成的组件在替代实施例中可形成独立件。所属领域技术人员应进一步了解，本文所示和阐述为形成独立件的组件在替代实施例中可整体形成。此外，本文所用术语整体阐述单一单元或一体件，而一体件意指单独形成的单一件，例如单独形成的模具或铸件。

图7A绘示经配置用于本发明多层斜置式盘簧中的弹簧丝60的一个实施例的剖视图。弹簧丝60包括由外层64环绕的内部核心62。在所阐释实施例中，外层64完全环绕核心62而无中间层。核心62包含第一材料组成，并且外层64包含第二材料组成。在替代实施例中，外层64可不完全环绕核心62，使核心62的一个或一个以上部分暴露。

在一个实施例中，核心62可包含高导电金属，例如铜或铜合金，且外层64可包含具有高机械性质(例如比内部核心高的抗张强度性质)、但比核心62低的导电性的材料。在一个实例中，外层是钢或不锈钢。所述实施例非常适于在高温环境中涉及导电性的应用。铜提供高导电性，而不锈钢提供具有有利机械性质的保护性外部屏蔽。例如，与铜核心62相比，不锈钢外层64能够更好地维持抗张强度性质，且因此具有更好弹簧力。此外，不锈钢外层64能够更好地耐受环境条件，例如温度极端和/或腐蚀剂。因此，不锈钢外层64保护铜核心62免受环境条件影响，从而使得即使在苛刻条件下弹簧60仍保留其导电性质。例如，不锈钢的强度在远比铜高的温度下降低，从而使得弹簧丝60与没有不锈钢外层64的铜丝相比在较高温度下能有效用于传导应用。不锈钢外层64的传导性尽管比铜和铜合金小但仍导电，以便外层64可传导电流到达铜核心62以维持弹簧丝60中的有效导电性，如下文进一步论述。最终结果是斜置式盘簧丝60在持续更长时间的同时提供可靠的导电性，能够在较高温度下作业，并提供更大耐腐蚀性。在其它实施例中，内部核心是由不同传导性金属(例如贵金属和贵金属合金、铝和铝合金和银)制得。

另外，上述材料组成可改进斜置式盘簧丝60尤其在高温下的应力松弛。某些金属(例如铜合金和铝合金)在经受高温时因应力变化而产生不合意弹簧变形。在所述条件下，从所述材料制得的弹簧盘圈往往具有尺寸变化，例如改变弹簧盘圈角度、弹簧盘圈横截面和弹簧旋转，此会显著影响整体弹簧性能。为减少或消除不合意弹簧变形，弹簧丝60可包含高导电金属(例如铜、铜合金、铝或铝合金)的核心62和具有高机械性质但比核心62低的导电性的材料(例如钢或不锈钢)的外层64。

在其它应用(例如耐腐蚀性甚为重要的情况)中，外层64可包含耐腐蚀金属，例如某些不锈钢。因此，外层64抵抗弹簧丝60的氧化，从而保护可能对腐蚀更敏感的核心62。在许多应用中，耐腐蚀性可为关键因素，例如在酸性环境、苛刻环境和传导性应用等应用中。例如，在苛刻环境中的传导性应用中，耐腐蚀性可通过降低接触表面区域处的氧化维持足够导电率，因此容许电流更好地流经所述接触面积以更好地整体传导。

在其它应用中，本发明弹簧可包含提供耐电化腐蚀性的材料。原电池腐蚀是电化学过程，其中一种金属在与不同类型的金属电接触或两种金属浸没于电解质中时所述金属优先腐蚀。例如，铍铜和碳钢并不电化兼容。因此，铍铜盘簧将在需要安装于碳钢外壳内的应用中腐蚀，尤其若在苛刻环境中破坏。然而，锡与碳钢电化兼容。因此，在具有碳钢外壳的应用中，包含铍铜核心62和锡外层64的弹簧丝60可用于通过防止铍铜核心62与碳钢外壳之间接触来降低或防止腐蚀。

在其它应用中，本发明弹簧可包含提供生物相容性的材料。对于诸如可植入器件或医学器件等应用来说，生物相容性是期望的。在所述应用中，核心62可包含铜或铜合金，而外层64可包含钛以使人体不会排斥植入体或者以其它方式对医学器件产生有害反应。

图7B绘示经配置用于本发明多层斜置式盘簧中的弹簧丝70的另一实施例的剖视图。同时，弹簧丝70包括由外层74环绕的内部核心72。如在图7A的实施例中，核心72可包含铜或铜合金且外层74可包含钢或不锈钢。然而，在图7B中，外层74的厚度相对于图7A的实施例增大。可通过改变核心72和/或外层74的厚度和/或改变核心72和外层74的相对横截面积百分比调整弹簧丝70的性质以适于不同应用。

图7C绘示经配置用于本发明多层斜置式盘簧中的弹簧丝80的另一实施例的剖视图。同时，弹簧丝80包括由外层84环绕的内部核心82。然而，图7C的实施例另外包括环绕核心82并在外层84下的中间层86。三个层82、84、86的材料组成和/或相对厚度和/或相对横截面积百分比可有所变化以便调整弹簧丝80的性质以适于不同应用。例如，在一些实施例中，三个层82、84、86可具有三种不同材料组成。在其它实施例中，核心82和外层84可具有相同组成，而中间层86具有与核心82和外层84不同的组成。如在先前实施例中，可调整核心82和/或外层84的厚度和/或相对横截面积百分比以提供具有合意物理性质(例如导电率、耐温性、耐腐蚀性、电化腐蚀减少、摩擦、弹簧硬度等)的弹簧丝80。在一个实施例中，核心82可包含铜或铜合金，中间层86可包含钢或不锈钢，且外层84可包含银。银外层84改进导电性并降低摩擦。

图7D绘示经配置用于本发明多层斜置式盘簧中的弹簧丝90的另一实施例的剖视图。同时，弹簧丝90包括由外层94环绕的内部核心92。然而，在图7D的实施例中，外层94并非一体式。相反，外层94包括第一部分96和第二部分98。第一部分96沿弹簧丝横截面弧形的第一部分布置，且第二部分98沿弹簧丝横截面弧形的第二部分布置。在所阐释实施例中，弧形的第一和第二部分二者均为180°。然而，在替代实施例中，弧形的每一部分均可具有任一量值。且在又一些替代实施例中，外层94可具有多于两个部分，例如三个部分、四个部分或任一数量的部分。此外，外层94可不完全环绕核心92。

在图7D的实施例中，外层94的不同部分可具有不同材料组成或相同组成。例如，内部核心92可包含传导材料，例如铜、铜合金、铝、铝合金、金、金合金、银、银合金、黄铜或黄铜合金，且外层可沿不同外侧部分包含不同不锈钢、沿不同外侧部分包含相同不锈钢、或沿不同外侧部分包含不同高抗张强度。

本申请案的图示未按比例绘制。因此，例如，图7A到7D中所示各层的相对厚度不具有限制性。

图8A绘示经配置用于本发明多层斜置式盘簧中的弹簧丝100的另一实施例的剖视图。弹簧丝100包含环绕中空核心104的管形壳102。本文所用术语多层经配置广泛地足以覆盖图8A的丝，所述丝具有环绕中空核心104的单层102。

图8B绘示经配置用于本发明多层斜置式盘簧中的弹簧丝110的另一实施例的剖视图。同时，弹簧丝110包含环绕中空核心114的管形壳112。然而，在图8B的实施例中，弹簧丝110另外包含环绕管形壳112的外层116。外层116可具有与管形壳112不同的材料组成。如在先前实施例中，外层116的材料组成可经选择以提供合意机械性质，例如导电性、耐腐蚀性、电化兼容性、摩擦等。

图8A和8B的实施例非常适于管形壳102、112的材料是高度导热金属(例如铜)的应用。中空核心104、114可部分或完全填充有工作流体，所述工作流体有助于潜热通过弹簧从第一配合目标热传导到第二配合目标。工作流体的组成可根据应用的多种参数(例如作业温度范围)而有所变化。实例性工作流体包括水、乙醇、丙酮、钠、汞或任一其它流体。同样，管形壳102、112和/或外层116的组成可根据应用的多种参数而有所变化。例如，可根据合意导电性、耐腐蚀性、电化兼容性、摩擦等选择外层116。

在另一实施例中，针对与加热管设计类似的相变冷却配置图8A和8B的中空弹簧丝100、110。加热管是可利用极小温度差将大量热从热体运输到冷体的热转移机构。热体加热管的第一末端，即热末端。随着液体在加热管的热末端蒸发，其自然地将热携载到冷末端，其中其冷凝且随后返回到热末端。冷凝流体将热转移到冷体。

具有中空核心的斜置式盘簧可有利地用作斜置式盘簧加热管中的密封管。为产生所述加热管，将弹簧的中空核心104、114抽真空并添加工作流体以部分填充中空核心104、114。例如，可将核心104、114填充到其总体积的约30％到40％。随后密封弹簧丝100、110。所得斜置式盘簧加热管提供无移动部件的有效热转移机构。在某些应用中，斜置式盘簧加热管还可用作热体与冷体之间的机械连接器，以使弹簧加热管起连接和冷却的双重作用。

表I

以上表I展示由具有铜核心和不锈钢外层的本发明实施例获得的意外结果。例如，表I指示，具有铜核心和不锈钢外层的弹簧丝的导电率(60-63％IACS)大于具有不锈钢核心和铜外层的弹簧丝的导电率(～35％IACS)。所述结果与人员所期望结果相反，这是因为当铜在多层弹簧丝的外侧上时，因无外部障碍，相信电流容易地传导且因此应提供较高导电率。相反，当铜在多层弹簧丝的内侧上时，其由较低导电率不锈钢外层屏蔽，但结果仍显示比铜在外侧上时为佳的传导丝。例如，为穿过较高导电率铜核心，电流应首先穿过较低导电率不锈钢外层以到达铜。因此，令人惊奇的是，具有铜核心和不锈钢外层的弹簧丝的导电率实际上大于具有不锈钢核心和铜外层的弹簧丝的导电率。事实上，具有铜核心和不锈钢外层的弹簧丝提供纯铜导电率的至少50％，而相反配置仅提供纯铜导电率的约42％。例如，具有作为内部核心的传导层和作为外层的较高抗张强度材料的丝可提供纯铜导电率的大于55％，例如至少60％和至少62％。所述令人惊奇的结果容许设计者在高温电应用(例如电池末端)中纳入本文所论述的斜置式盘簧，同时确保机械完整性，例如抵抗热流动、易弯曲和变形。

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¹IACS-国际退火铜标准(International Annealed Copper Standard)，相对于标准退火铜导体的金属和合金的导电性的单位。IACS值为100％是指5.80×10⁷西门子/米(58.0MS/m)的导电率。

²金属的统一编号系统(Unified Numbering System)。

图9到20绘示本发明斜置式盘簧的各种应用。所述应用并不打算具有排他性。目前存在多种其它应用，且稍后可开发出更多应用。以下实例不应解释为具有限制性。

图9绘示作为弹簧激发器用于环形密封组合件120的本发明斜置式盘簧的实施例。例如，可沿圆柱形轴杆(未显示)布置组合件120。在组合件120中，密封件122包括接收和保留弹簧126的环形腔124。斜置式盘簧126提供斜置式密封件122周边的均匀偏转，从而允许弹簧126迫使密封件122与配合目标接触。可调整弹簧126的外层的材料组成以提供(例如)相对于密封件122所暴露到的工作流体的生物相容性、电化兼容性和/或耐腐蚀性。

图10A是用作轴杆130与外壳132之间的连接器128的本发明斜置式盘簧的实施例的局部侧面剖视图。外壳132包括接收并保留弹簧136的环形凹槽134。在所阐释实施例中，外壳132中的环形凹槽134包括具有将底部138连接到侧壁142的锥形壁140的平底138，所述侧壁与轴杆130的纵轴垂直。在静止配置中，在插入轴杆130之前，弹簧136的内径稍微小于轴杆130的外径。在轴向上利用锥形末端144引导将轴杆130插入外壳132中。弹簧136在扩展以容纳轴杆130的直径时变形。最后，弹簧136在安置于轴杆130中的浅环形凹槽135中时稍微松弛。轴杆130中的环形凹槽135的外径大于静止配置中弹簧136的内径。因此，由弹簧136抵靠着轴杆130和外壳132所施加的弹簧力抵抗轴杆130从外壳132抽出。在另一实施例中，侧壁142中的一者倾斜，即与轴杆的轴所呈角度不为90度。此容许在倾斜侧壁方向上比在垂直侧壁方向上容易移除轴杆130，例如从外壳抽出。

图10B是用作轴杆150与外壳152之间的连接器148的本发明斜置式盘簧的另一实施例的局部侧面剖视图。轴杆150包括接收并保留弹簧156的环形凹槽154。在所阐释实施例中，凹槽154相对较深，且包括具有将底部158连接到侧壁162的锥形壁160的平底158，所述侧壁与轴杆150的纵轴垂直。在静止配置中，在插入轴杆150之前，弹簧156的外径稍微大于外壳152的内径。在轴向上将轴杆150插入外壳152中。弹簧156在压缩以容纳外壳152的内径时变形。最后，弹簧156在安置于外壳152中的浅环形凹槽164中时稍微松弛。外壳152中的环形凹槽164的直径小于静止配置中弹簧156的外径。因此，由弹簧156针对轴杆150和外壳152所施加的弹簧力抵抗轴杆150从外壳152抽出。在另一实施例中，侧壁162中的至少一者倾斜，即不与轴杆150的轴垂直。

在一种应用中，图10A和10B的连接器128、148可包含电连接器，其中斜置式盘簧136、156在外壳132、152与轴杆130、150之间传导电流。可如上述调整弹簧材料以在不同环境和条件(包括极端温度、酸性环境等)中有效。在一个实施例中，弹簧是包含传导性内部核心和相对较高抗张强度外层的多金属弹簧。例如，弹簧可具有铜或铜合金内部核心和外部不锈钢层。

图11A和11B是用作针172与外壳174之间的连接器170的本发明斜置式盘簧的实施例的局部侧面剖视图。外壳174包括具有平底凹槽178的孔176。然而，内部凹槽178可包含任一横截面形状，例如V形底部凹槽或锥形底部凹槽。斜置式盘簧180(例如径向斜置式盘簧)布置于平底凹槽178中。针172是圆柱形且包括用于插入外壳孔176中的锥形鼻182。图11A显示针172插入外壳174中的装配前位置。图11B显示装配位置。在静止配置中，在插入针172之前，弹簧180的内径稍微小于针172的外径。在轴向上利用锥形鼻182引导将针172插入外壳174中。弹簧180在扩展以容纳针172的直径时变形。由弹簧180针对针172和外壳174所施加的弹簧力抵抗轴针172从外壳174抽出。

图12A和12B是用作针192与外壳194之间的连接器190的本发明斜置式盘簧的另一实施例的局部侧面剖视图。图12A和12B的实施例类似于图11A和11B的实施例，只是外壳194中的凹槽196包括锥形底部。锥形底部凹槽使得弹簧180旋转，以使其主轴不再与轴杆的轴平行。

图13A到13C是在闭锁应用中用于针200和外壳202中的本发明斜置式盘簧的另一实施例的局部侧面剖视图。外壳202包括接收并保留弹簧206的环形凹槽204。在所阐释实施例中，外壳202中的环形凹槽204是V形。针200还包括环形凹槽208。针凹槽208包括具有从底部210延伸到针200的外表面的锥形壁212的平底210(图13A)。针200包括锥形鼻214。在静止配置中，在插入针200之前，弹簧206的内径稍微小于针200的最大外径，但在凹槽204的基底210处实质上等于针200的外径。在轴向上利用锥形鼻214引导将针200插入外壳202中(图13A)。弹簧206在扩展以容纳针200的直径时变形(图13B)。最后，弹簧206在安置于针200中的环形凹槽208中时松弛(图13C)。若针200轴向移动，则针凹槽208的锥形侧壁212使得施加于针200和外壳202上的弹簧力增大。因此，弹簧206抵抗针200从外壳202抽出。与本文别处所论述的其它弹簧一样，弹簧206是由多金属丝制得。优选地，弹簧具有由传导材料制得的内部核心和由高抗张强度钢制得的外层。作为实例，内部核心可从铜、铜合金、铝、铝合金、金、金合金、银、银合金、黄铜或黄铜合金制得，且外层可从钢或不锈钢制得。

图14A到14C是在锁定应用中用于针220和外壳222中的本发明斜置式盘簧的另一实施例的局部侧面剖视图。外壳222包括接收并保留弹簧226的环形凹槽224。在所阐释实施例中，外壳222中的环形凹槽224具有锥形底部。针220还包括环形凹槽228。针凹槽228包括具有侧壁232的平底230，所述侧壁与针220的纵向轴垂直(图14A)。针220包括锥形鼻234。在静止配置中，在插入针220之前，弹簧226的内径稍微小于针220的最大外径，但在凹槽230处实质上等于针220的外径。在轴向上利用锥形鼻234引导将针220插入外壳222中(图14A)。弹簧226在扩展以容纳针220的直径时变形(图14B)。最后，弹簧226在安置于针220中的环形凹槽230中时松弛(图14C)。在弹簧226到达针凹槽230时，针220上的环形肩236邻接外壳222。与针220的纵轴垂直的针凹槽230的侧壁232防止针220从外壳222抽出。同时，弹簧226优选地是从多金属丝制得。例如，内部核心可从铜、铜合金、铝、铝合金、金、金合金、银、银合金、黄铜或黄铜合金制得，且外层可从钢或不锈钢制得。

图15A和15B是用于压缩应用中的本发明斜置式盘簧的另一实施例的局部侧面剖视图。所述实施例包括在一个表面244中具有圆形平底凹槽242的基底240。圆形斜置式盘簧246布置于凹槽242中。压缩力F迫使连接部件248抵靠表面244(图15B)，将弹簧246压缩于凹槽242内。弹簧246可轴向或径向倾斜。在替代实施例中，可使用具有不同基底(例如V形底部或锥形底部)的凹槽。在透视图中，凹槽242可包含具有中心部分240的大体圆形边界。在其它实施例中，凹槽242可包含大体矩形边界、大体卵形边界或大体正方形边界。在又一些实施例中，凹槽242未互连，例如两个大体平行的凹槽，或并非密闭环，例如U形边界。

图16是在定心和配向应用中用于密封件250和轴杆252中的本发明斜置式盘簧的另一实施例的局部侧面剖视图。所述实施例形成弹簧装载的间隙密封件，其中两个沿各自短轴装载的圆形径向弹簧254维持密封件250的内径与轴杆252同心。另外，O环256在密封件250外径上提供静态密封。间隙密封件250控制流体在密封件250内径与轴杆252之间的流动。径向斜置式盘簧254具有足以防止密封件250旋转的力但仍维持足以吸收轴杆252上可能出现的由失准造成的离心率和不规则性的力。同时，弹簧254优选地是由多金属丝制得。例如，内部核心可从铜、铜合金、铝、铝合金、金、金合金、银、银合金、黄铜或黄铜合金制得，且外层可从钢或不锈钢制得。

图17A到17C是不具有斜置式盘圈的本发明弹簧的侧视图。图17A是能够在压缩荷载下压缩到较小长度或在张力荷载下拉伸的螺旋压缩弹簧260。图17B是能够在拉伸荷载下延长到较长长度的螺旋张力弹簧262。图17C是带状螺旋弹簧264，其具有与压缩或拉伸弹簧类似的功能。然而，带状螺旋弹簧264的弹簧丝是平坦矩形带，而非具有圆的横截面的丝。

图18A是悬臂弹簧270的端视图，且图18B是悬臂弹簧270的侧视图。悬臂弹簧270由于端视图中的其V形可径向压缩，如图18A中所示。由所施加压缩力产生的弹簧返回力可例如在轴杆密封应用中用于促使抵抗表面密封。悬臂弹簧270可具有弹簧长度或可焊接到弹簧环中。图17A到18B的弹簧可从多金属盘圈或带制得。例如，多金属盘圈或带可具有从铜、铜合金、铝、铝合金、金、金合金、银、银合金、黄铜或黄铜合金制得的内部核心或用于带的内层，和从钢或不锈钢制得的外层。

图19是两个具有直线长度的斜置式盘簧280(一个可见)的透视图，其中未连接每一弹簧280的末端。弹簧280安装于外壳282中并以压配合方式接收平式连接器284。如所示，弹簧280纳入刀形触点中且组合件可称作刀形连接器。

前述弹簧中的任一者可包含本文所述的材料组成。此外，本发明斜置式盘簧的弹簧盘圈可实施各种横截面形状。例如，弹簧盘圈可具有圆形、卵形、正方形、矩形、三角或任一其它形状的横截面形状。通过改变弹簧盘圈的形状，可控制弹簧盘圈与外壳或插入目标之间的接触面积。不同斜置式盘簧设计的实例可参见第7,055,812号美国专利，所述案件的全文以引用方式明确并入本文中。

可将本发明斜置式盘簧的末端与焊接点(例如图1中所示焊接点44)以机械方式结合在一起。或者，本发明斜置式盘簧的末端可在未焊接情况下以机械方式结合在一起。例如，弹簧末端可通过搭扣、螺纹连接、直推或组合扭转与推动保持在一起。例如，在图20的斜置式盘簧290中，弹簧末端与圆形中间盘圈以及圆形扣入式(snap-on)末端盘圈以机械方式接合。用于结合斜置式盘簧末端的各种技术的实例示于第5,791,638号美国专利中，所述案件的全文以引用方式明确并入本文中。

在上述实施例的若干者中，显示本发明斜置式盘簧布置于外壳和/或轴杆的凹槽内。所述凹槽中的许多者具有不同横截面形状。然而，所阐释凹槽形状均不具有限制性。本发明斜置式盘簧经配置以与任一形状的凹槽一起使用。

上述说明提供用于实现本发明多层斜置式盘簧和相关方法所涵盖的最佳模式，且以完全、清晰、简明且精确方式制作并使用所述最佳模式的方式和过程，以使得所属领域技术人员能够制作并使用所述弹簧和相关方法。然而，所述弹簧和相关方法对上文论述的完全等价的修改和替代构造甚为敏感。因此，所述弹簧和相关方法并不限于所揭示的特定实施例。相反，所述弹簧和相关方法覆盖如以上权利要求书所一般表达的弹簧和相关方法的精神和范畴内的所有修改和替代构造，其特别指出并清楚地申请所述弹簧和相关方法的标的物。

Claims (28)

1.一种形成多层斜置式盘簧的方法，其包含：

形成具有第一导电性的材料的内部核心；

围绕所述核心包覆或电镀具有第二导电性的材料的外层，从而形成弹簧丝，所述第二导电性小于所述第一导电性；

使所述弹簧丝形成多个螺旋盘圈；和

使所述盘圈倾斜以形成所述斜置式盘簧。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述内部核心包含铜或铜合金且所述外层包含不锈钢。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述核心为中空的。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述中空核心含有流体。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述流体使得能够相变冷却。

6.根据权利要求4所述的方法，其中所述流体是水、乙醇、丙酮、钠或汞。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述弹簧的导电率为纯铜导电率的至少50％。

8.根据权利要求2所述的方法，其中所述弹簧位于包含凹槽底部和两个侧壁的凹槽中。

9.一种形成多层斜置式盘簧的方法，其包含：

形成具有第一导电性的材料的内部核心，所述核心为中空的；

围绕所述核心包覆或电镀具有第二导电性的材料的第二层，从而形成弹簧丝，所述第二导电性小于所述第一导电性；

使所述弹簧丝形成多个螺旋盘圈；和

使所述盘圈倾斜以形成所述斜置式盘簧。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述内部核心包含铜或铜合金且所述第二层包含不锈钢。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述中空核心含有流体。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述流体使得能够相变冷却。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述流体是水、乙醇、丙酮、钠或汞。

14.根据权利要求10所述的方法，其中所述弹簧的导电率为纯铜导电率的至少50％。

15.一种斜置式盘簧，其包含：

弹簧丝，其包括环绕中空核心的管形壳，所述弹簧丝界定多个螺旋盘圈，每一盘圈环绕穿过每一盘圈中心的弹簧轴，每一盘圈倾斜以相对于与所述弹簧轴垂直的线偏斜一定角度。

16.根据权利要求15所述的弹簧，其中所述中空核心含有流体。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述流体使得能够相变冷却。

18.根据权利要求16所述的方法，其中所述流体是水、乙醇、丙酮、钠或汞。

19.根据权利要求15所述的弹簧，其另外包含至少部分环绕所述核心的外层。

20.根据权利要求15所述的弹簧，其中所述核心包含具有第一导电性的材料，所述外层包含具有第二导电性的材料，并且所述第二导电性小于所述第一导电性。

21.根据权利要求20所述的弹簧，其中所述核心包含铜或铜合金且所述外层包含不锈钢。

22.根据权利要求19所述的弹簧，其中所述外层包含两种不同且未混合的材料，所述材料中的第一者沿所述弹簧丝横截面的弧形的第一部分布置，所述材料中的第二者沿所述弹簧丝横截面的弧形的第二部分布置。

23.根据权利要求22所述的弹簧，其中弧形的所述第一和第二部分各自包含180°。

24.根据权利要求15所述的弹簧，其中所述弹簧的导电率为纯铜导电率的至少50％。

25.一种多层斜置式盘簧，其包含：

弹簧丝，其包括内部核心和至少部分环绕所述核心的外层；

其中所述外层包含两种不同且未混合的材料，所述材料中的第一者沿所述核心横截面的弧形的第一部分布置，所述材料中的第二者沿所述核心横截面的弧形的第二部分布置；且

其中所述弹簧丝界定多个螺旋盘圈，每一盘圈环绕穿过每一盘圈中心的弹簧轴，每一盘圈倾斜以相对于与所述弹簧轴垂直的线偏斜一定角度。

26.根据权利要求25所述的弹簧，其中弧形的所述第一和第二部分各自包含180°。

27.根据权利要求25所述的弹簧，其中所述核心包含铜。

28.根据权利要求25所述的弹簧，其中所述弹簧的导电率为纯铜导电率的至少50％。

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