JP2020509324A - クライオクーラー及び他のデバイスに対する高い動的安定性を有する非回転フレクシャ・ベアリング - Google Patents

Abstract

システム（１００）は、デバイス（１０２）と、支持構造（１１２）と、デバイスを支持構造に接続するように構成されるフレクシャ・ベアリング（２００，４００，５００）とを含む。フレクシャ・ベアリングは、外側ハブ（２０２，４０２，５０２）と内側ハブ（２０４，４０４，５０４）とを含み、ハブは支持構造とデバイスとに固定されるように構成される。フレクシャ・ベアリングはまた、外側ハブと内側ハブとを接続する複数セット（２０８ａ−２０８ｃ，４０８ａ−４０８ｃ，５０８ａ−５０８ｃ）のフレクシャ・アーム（２１０ａ−２１０ｂ，４１０ａ−４１０ｂ，５１０ａ−５１０ｂ）を含み、フレクシャ・アームの各セットは対称的なフレクシャ・アームを含む。フレクシャ・ベアリングは複数のブリッジ（２１４，４１４，５１４ａ−５１４ｂ）を更に含み、各々のブリッジは、或るセットのフレクシャ・アームのうちの或るフレクシャ・アームを、隣接するセットのフレクシャ・アームのうちの或るフレクシャ・アームに接続する。

Description

本開示は、所望の位置にコンポーネントを保持するためのデバイスを対象とする。より具体的には、本開示は、クライオクーラー及び他のデバイスに対する高い動的安定性を有する非回転フレクシャ・ベアリング（ｎｏｎ−ｒｏｔａｔｉｎｇ ｆｌｅｘｕｒｅ ｂｅａｒｉｎｇｓ）を対象とする。

クライオクーラーは、様々なコンポーネントを極低温に冷却するためにしばしば使用される。例えば、クライオクーラーは、異なるタイプの撮像システムにおいて焦点面アレイを冷却するために使用されることが可能である。クライオクーラーの特定の構成要素を、クライオクーラーの他の構成要素に対して定められた位置に固定することが、しばしば必要である又は望ましい。これは、例えばクライオクーラーの適切な動作を確実にするため、又は、クライオクーラー又はシステム全体における妨害（ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ）を低減するために必要とされ得る。クライオクーラーのコンポーネントを固定するための１つのアプローチは、クライオクーラーの可動機構を支持構造に接続するフレクシャ・ベアリングを使用することを含む。従来のフレクシャ・ベアリングは、螺旋パターンで配置されたアームを含み、アームは、クライオクーラーの可動機構と支持構造との間に延在する。

本開示は、クライオクーラー及びその他のデバイスに対して向上した動的安定性を有する非回転フレクシャ・ベアリングを提供する。

第１実施形態において、装置は外側ハブと内側ハブとを含み、ハブは支持構造とデバイスとに固定されるように構成される。装置はまた、外側ハブと内側ハブとを接続する複数セットのフレクシャ・アームを含み、各セットのフレクシャ・アームは対称的なフレクシャ・アームを含む。更に、装置は複数のブリッジを含み、各ブリッジは、或るセットのフレクシャ・アームのうちの或るフレクシャ・アームを、隣接するセットのフレクシャ・アームのうちの或るフレクシャ・アームに接続する。

第２実施形態において、システムは、デバイスと、支持構造と、デバイスを支持構造に接続するように構成されるフレクシャ・ベアリングとを含む。フレクシャ・ベアリングは外側ハブと内側ハブとを含み、ハブは支持構造とデバイスとに固定されるように構成される。フレクシャ・ベアリングはまた、外側ハブと内側ハブとを接続する複数セットのフレクシャ・アームを含み、各セットのフレクシャ・アームは対称的なフレクシャ・アームを含む。フレクシャ・ベアリングは更に複数のブリッジを含み、各ブリッジは、或るセットのフレクシャ・アームのうちの或るフレクシャ・アームを、隣接するセットのフレクシャ・アームのうちの或るフレクシャ・アームに接続する。

第３実施形態において、方法は、デバイスを支持構造に取り付けるために、フレクシャ・ベアリングを支持構造と装置とに結合することを含む。フレクシャ・ベアリングは外側ハブと内側ハブとを含み、ハブは支持構造とデバイスとに固定される。フレクシャ・ベアリングはまた、外側ハブと内側ハブとを接続する複数セットのフレクシャ・アームを含み、各セットのフレクシャ・アームは対称的なフレクシャ・アームを含む。フレクシャ・ベアリングは更に複数のブリッジを含み、各ブリッジは、或るセットのフレクシャ・アームのうちの或るフレクシャ・アームを、隣接するセットのフレクシャ・アームのうちの或るフレクシャ・アームに接続する。

その他の技術的特徴は、以下の図面、説明、及び特許請求の範囲から当業者に直ちに明らかであろう。

本開示及びその特徴のより完全な理解のために、添付図面に関連して行われる以下の説明が参照される。

図１は本開示による非回転フレクシャ・ベアリングを有するシステム例を示す。

図２は本開示による向上した動的安定性を有する非回転フレクシャ・ベアリングの例を示す。 図３は本開示による向上した動的安定性を有する非回転フレクシャ・ベアリングの例を示す。

図４は本開示による向上した動的安定性を有する他の非回転フレクシャ・ベアリングの例を示す。 図５は本開示による向上した動的安定性を有する他の非回転フレクシャ・ベアリングの例を示す。

図６は本開示による向上した動的安定性を有する非回転フレクシャ・ベアリングを使用するための方法例を示す。

以下で説明される図１〜図６、及びこの特許文献で本発明の原理を説明するために使用される様々な実施形態は、単なる例示であり、如何なる方法によっても本発明の範囲を制限するように解釈されるべきではない。当業者は、本発明の原理が任意のタイプの適切に構成されたシステムで実現されてもよいことを理解するであろう。

図１は本開示による非回転フレクシャ・ベアリングを有するシステム例１００を示す。図１に示すように、システム１００は、クライオクーラーを形成するために他のコンポーネント（図示せず）と共に使用されることが可能なコンプレッサ１０２を含む。クライオクーラーは一般に、他のコンポーネントを、低温又は他の極低温まで冷却することが可能なデバイスを表す。図１において、図１の左側のコンポーネントは図１の右側と左右対称であり、便宜上、コンプレッサ１０２の一方の側のコンポーネントのみが参照番号を使用して識別される。

この例では、コンプレッサ１０２は、コンプレッサ・ピストン１０８の動きを生じさせるように作用するモータ磁石１０４及びモーター・コイル１０６を含む。ピストン１０８は、各々の圧縮サイクルの間に前後にストロークし、これにより、移送ライン１１０を介して提供される流体に反復的な圧力変化を生じさせる。流体の制御された膨張及び収縮は、１つ以上のコンポーネントの所望の冷却を生じる。これはコンプレッサ１０２の１つの特定の実装を表していること、及び他の任意の適切なコンプレッサがシステム１００で使用され得ることに留意されたい。

コンプレッサ１０２及びクライオクーラーの他のコンポーネント（エキスパンダ及びバランサ・ユニットなど）は、端部キャップ１１４によって密閉されるハウジング１１２内に配置される。ハウジング１１２は、コンプレッサ１０２が取り付けられる支持構造を表す。ハウジング１１２は、クライオクーラー（又はその一部）を収容又は保護するための任意の適切な構造を含む。端部キャップ１１４は、クライオクーラー・ハウジングを閉じるための任意の好適な構造を表す。

コンプレッサ１０２の配置を正確に制御することを援助するために、複数のフレクシャ・ベアリングが、コンプレッサ１０２をハウジング１１２に取り付けるために設けられている。この例では、フレクシャ・ベアリングの複数のスタック１１６ａ−１１６ｂが存在する。各スタック１１６ａ−１１６ｂは、１つ又は複数のフレクシャ・ベアリングを含み得る。以下で更に詳細に説明するように、各フレクシャ・ベアリングは、一般に、外側ハブ、内側ハブ、及びフレクシャ・アームを含む。外側及び内側ハブは、支持構造（ハウジング１１２など）及び可動コンポーネントを含むデバイス（コンプレッサ１０２又はクライオクーラーの他の部分など）に固定されることが可能である。フレクシャ・アームは外側ハブと内側ハブとを結合する。フレクシャ・アームの対称的なセットは、デバイスが変位した場合に、デバイスの回転を防止するのを援助するように構成され、異なるセットのフレクシャ・アームはブリッジ要素によって互いに接続される。以下、フレクシャ・ベアリングの実施例を説明する。

上述したように、従来のフレクシャ・ベアリングの１つは、螺旋パターンで配置されるアームを含み、アームは、クライオクーラーの可動コンポーネントと支持構造との間に延在する。この従来のフレクシャ・ベアリングは、一般に、クライオクーラーの可動コンポーネントを所望の位置に保持することができるが、この設計の問題の１つは、可動コンポーネントが回転することを許容してしまうことである。可動コンポーネントの回転は、クライオクーラーの「エクスポート妨害（ｅｘｐｏｒｔｅｄ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓ）」のようにしばしば呼ばれるエクスポート外力及びトルク等の、より大きなシステムの動作における妨害を引き起こし得る。

この特許文献で説明される非回転フレクシャ・ベアリングは、クライオクーラーのコンポーネントを所定の位置に固定すること、及びコンポーネントの回転を低減又は排除することの双方に役立つ。例えば、非回転フレクシャ・ベアリングを利用することは、可動機構に対してほぼ純粋に直線的な運動をもたらすことができ、それにより、可動機構が、類似の機構よりも更に完全にバランスをとることを、僅かな程度の回転があった場合でさえ可能にする。

とりわけ、非回転フレクシャ・ベアリングを使用することは、軸外振動及びコンポーネントのモーメントを低減又は最小化するのに役立つ。このような軸外振動及びモーメントは、螺旋設計のフレクシャ・ベアリングには本来的に備わる。クライオクーラーのコンポーネントは、それらの位置において依然として乱される可能性があるが、非回転フレクシャ・ベアリングを使用することは、クライオクーラーから極めて低いレベルのエクスポート妨害しか得られないことを許容し得る。これは、例えば、それぞれの孔に整合したコンプレッサ・ピストン１０８を維持することに役立つ。

更に、上述のように、異なる組のフレクシャ・ベアリングのうちのフレクシャ・アームが、ブリッジ要素を用いて互いに接続される。非回転フレクシャ・ベアリングが薄い等の場合のように、実装に依存して、フレクシャ・アームの望ましくない高調波運動が生じる可能性がある。ブリッジエレメントを使用して異なるセットのうちのフレクシャ・アームを互いに接続することは、望ましくない運動に対する消散機構を生成し、改善された運動安定性をもたらす。

クライオクーラーは、適切な任意のコンポーネントを冷却するために使用されることが可能である。例えば、クライオクーラーは、赤外線センサを含む種々のタイプの用途で使用される画像センシング・デバイスを表す焦点面アレイを冷却するために使用されることが可能である。しかし、クライオクーラーは、システムの任意の他の適切なコンポーネントを冷却するために使用されることが可能である。クライオクーラーの他の用途の例は、冷却コンピューティング・コンポーネント（プロセッサなど）、通信及び深宇宙通信装置の無線周波数コンポーネント（ＲＦフィルタなど）、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムのコンポーネント、及び超伝導電子装置を含む。これらの用途は例示のためであるに過ぎず、クライオクーラーは、任意の他のタイプのシステムでコンポーネントを冷却するために使用されることが可能である。

図１のコンプレッサ１０２は、クライオクーラーの一部を表しており、クライオクーラーは、エキスパンダ及びバランサ・ユニット等の種々の他のコンポーネントを含むことができることに留意されたい。エキスパンダ、バランサ・ユニット、又はクライオクーラーの他のコンポーネントは、可動コンポーネントを含んでもよく、１つ以上の非回転フレクシャ・ベアリングは、上記と同一又は類似の方法でそれらの可動コンポーネントと共に使用され得る。

図１は、非回転フレクシャ・ベアリングを有するシステム１００の一例を示すが、図１には様々な変更が為され得る。例えば、コンプレッサ１０２をハウジング１１２に結合するように説明されているが、１つ以上のフレクシャ・ベアリングは、任意の他の適切なコンポーネントを任意の適切な支持構造に固定することを援助するために使用されることが可能である。非回転フレクシャ・ベアリングは、クライオクーラーでの使用に限定されない。

図２及び図３は、本開示により動的安定性が向上した非回転フレクシャ・ベアリング２００の例を示す。フレクシャ・ベアリング２００は、任意の適切なシステムで使用されることが可能である。例えば、フレクシャ・ベアリング２００は、図１のシステム１００のスタック１１６ａ−１１６ｂ内に含まれるフレクシャ・ベアリングを表すことが可能である。

図２に示すように、フレクシャ・ベアリング２００は、外側ハブ２０２及び内側ハブ２０４を含む。外側ハブ２０２は、支持構造に固定されることが可能であり、内部ハブ２０４は、デバイス（コンプレッサ１０２又はクライオクーラーの他のコンポーネントなど）に固定されることが可能である。あるいは、外側ハブ２０２がデバイスに固定され、内側ハブ２０４が支持構造に固定されることも可能である。それにより、フレクシャ・ベアリング２００は、支持構造に対して所望の位置にクライオクーラー・コンポーネント又は他の装置を固定するのに役立つ。デバイスは、外力に起因して一時的に変位させられるかもしれないが、フレクシャ・ベアリング２００は、デバイスを所望の位置へ速やかに戻すことを援助する。図１の例に示されるように、（例えばスタックの中の）複数のフレクシャ・ベアリング２００は、バネ剛性、したがってクライオクーラー又は他のデバイスの可動機構の固有振動数を調整するのを援助するために使用されることが可能である。

ハブ２０２−２０４の円形の形状は例示のためのみであることに留意されたい。フレクシャ・ベアリング２００の各ハブ２０２−２０４は、任意の適切なサイズ、形状、及び寸法を有することが可能である。特定の実施形態では、外側ハブ２０２は、約４．７インチ（約１１９．３８ｍｍ）の内径及び約５．４インチ（約１３７．１６ｍｍ）の外径を有し、内側ハブ２０４は、約１．３７５インチ（約３４．９２５ｍｍ）の内径及び約２．４２インチ（約６１．４６８ｍｍ）の外径を有する。

各ハブ２０２−２０４は種々の開口部２０６を含む。開口部２０６は、フレクシャ・ベアリング２００を支持構造に及びクライオクーラー・コンポーネント又は他のデバイスに結合するためのコネクタを受け入れるように構成される。例えば、各々の開口部２０６は、フレクシャ・ベアリング２００を支持構造に又はクライオクーラー・コンポーネント又は他のデバイスに固定するために、ボルトがハブ２０２−２０４を貫通して挿入されることを可能にする。各々の開口部２０６は、任意の適切なサイズ、形状、及び寸法を有することが可能である。しかしながら、フレクシャ・ベアリング２００を固定するために、任意の他の適切な機構が使用され得ることに留意されたい。

図２に示すように、フレクシャ・ベアリング２００はまた、３組のフレクシャ・アーム２０８ａ−２０８ｃを含む。フレクシャ・アームのセット２０８ａ−２０８ｃは、外側ハブ２０２と内側ハブ２０４とを結合する。その結果、フレクシャ・ベアリング２００が支持構造に及びクライオクーラー・コンポーネント又は他のデバイスに固定される場合に、フレクシャ・アームのセット２０８ａ−２０８ｃは、クライオクーラー・コンポーネント又は他のデバイスを所望の位置に保持することを援助する。外力は、フレクシャ・アームの変形や、クライオクーラー・コンポーネント又は他のデバイスの動きを生じさせる可能性があるが、フレクシャ・アームは、デバイスを所望の位置へ戻すように動作する。図２に示す例では、約１２０°の間隔で中心軸の周りに半径方向に配置される３組のフレクシャ・アーム２０８ａ−２０８ｃが存在する。

各々のフレクシャ・セット２０８ａ−２０８ｃは、２つのフレクシャ・アーム２１０ａ−２１０ｂを含む。各セット２０８ａ−２０８ｃ内のフレクシャ・アーム２１０ａ−２１０ｂは、互いの鏡像であり、１つのセットのうちのフレクシャ・アーム２１０ａは、そのセットのうちのフレクシャ・アーム２１０ｂの鏡像であることを意味する。従って、各セット２０８ａ−２０８ｃのフレクシャ・アーム２１０ａ−２１０ｂは対称であり、ハブ２０２−２０４を接続する負荷経路は対称であることを意味する。図２から分かるように、各フレクシャ・アーム２１０ａ−２１０ｂは、外側ハブ２０２に接続され、種々の「Ｓ」カーブで曲がった経路で内側ハブ２０４に至るように続く。各々のフレクシャ・アーム２１０ａ−２１０ｂが後続する経路は、一般に、フレクシャ・アーム２１０ａ−２１０ｂがフレクシャ・ベアリング２００内で実質的に方向を反転する「ループバック」領域２１２を含む。各々のフレクシャ・アーム２１０ａ−２１０ｂは、その経路の大部分又は全部に沿って湾曲しているものとしてここに示されているが、これは必ずしも必須でないことに留意されたい。

以下の各種フレクシャ・ベアリングの考察では、「軸」方向という言及がなされる。「軸」方向とは、フレクシャ・ベアリングの中心軸に沿う方向を指し、図２に示されるイメージに垂直な、フレクシャ・ベアリング２００の中心軸に沿う方向を意味する。これは、図２においてフレクシャ・ベアリング２００の中心軸から外側ハブ２０２の方への方向を指す「半径」方向と対照的である。

上述のように、フレクシャ・ベアリング２００の外側ハブ２０２は、支持構造に結合されることが可能であり、クライオクーラー・コンポーネント又は他のデバイスは、フレクシャ・ベアリング２００の内側ハブ２０４に結合されることが可能である。この構成では、クライオクーラー・コンポーネント又は他のデバイスが、フレクシャ・ベアリング２００の中心軸に沿って軸方向に変位される場合に、フレクシャ・アームは、曲げられ、ねじれ得るが、内側ハブ２０４は、少しも（又は、全く）回転しない。図３に示されるように、これは、セット２０８ａ−２０８ｃにおける一方のフレクシャ・アーム２１０ａの変形が、同じセット２０８ａ−２０８ｃにおける他方のフレクシャ・アーム２１０ｂの実質的に反対の変形に関連しているからである。言い換えれば、各セット２０８ａ−２０８ｃにおけるフレクシャ・アーム２１０ａ−２１０ｂの対称性に起因して、内側ハブ２０４は変位に応じては回転しない。その結果、各セット２０８ａ−２０８ｃ内のフレクシャ・アーム２１０ａ−２１０ｂの変形は、実質的に互いに相殺し合い、内側ハブ２０４の回転がほとんどない又は全くない結果となる。フレクシャ・ベアリング２００の外側ハブ２０２がデバイスに結合され、フレクシャ・ベアリング２００の内側ハブ２０４が支持構造に結合される場合に、同じ機構が、外側ハブ２０２の回転を低減又は最小化するのに役立ち得ることに留意されたい。

更に、各セット２０８ａ−２０８ｃにおけるフレクシャ・アーム２１０ａ−２１０ｂの設計は、（一方のハブ２０２−２０４がクライオクーラー・コンポーネント又は他のデバイスに固定されている）フレクシャ・ベアリング２００の固有周波数が、クライオクーラー・コンポーネント又は他のデバイスの動作周波数とカップリングしないように、選択されることが可能である。例えば、フレクシャ・アーム２１０ａ−２１０ｂの固有周波数は、約８０Ｈｚないし約１２０Ｈｚであり得る。約４０Ｈｚないし約６０Ｈｚの動作周波数を有するコンプレッサ１０２と共に使用され場合、フレクシャ・アーム２１０ａ−２１０ｂは、動的増幅（ｄｙｎａｍｉｃ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）の影響を受けない（又は、極めて小さな影響しか受けない）。

しかしながら、フレクシャ・アーム２１０ａ−２１０ｂで生じる望ましくない高調波モードのように、フレクシャ・アーム２１０ａ−２１０ｂで望ましくない高調波運動が依然として発生する可能性がある。例えば、フレクシャ・ベアリング２００が薄い場合、フレクシャ・ベアリング２００の剛性は、ハブ２０２及び２０４のうちの一方が変位するにつれて低下し、その結果、フレクシャ・アーム２１０ａ−２１０ｂのより低い固有振動数を生じる結果となる可能性がある。より低い固有周波数が、クライオクーラー又は他のシステムの動作周波数と交差する場合、望ましくない結果が生じる可能性がある。例えば、取り付けられたデバイスの意図された動きによるこれらの共振モードの励起は、クライオクーラー又は他のシステムの適切な動作を妨げる可能性がある。その結果、動的安定性問題は、たわみ厚さ（たわみ剛性）とクライオクーラー動作周波数との特定の組み合わせで発生する可能性がある。

この問題を解決することに役立つように、フレクシャ・アームのペアを連結する複数のブリッジ２１４が、フレクシャ・ベアリング２００内に設けられる。各々のセット２０８ａ−２０８ｃに関し、あるブリッジ２１４は、そのセット２０８ａ−２０８ｃにおけるフレクシャ・アーム２１０ａを、第１隣接セット２０８ａ−２０８ｃにおけるフレクシャ・アーム２１０ｂに結合し、別のブリッジ２１４は、そのセット２０８ａ−２０８ｃにおけるフレクシャ・アーム２１０ｂを、第２隣接セット２０８ａ−２０８ｃにおけるフレクシャ・アーム２１０ａに結合する。図２に示す例では、異なるセット２０８ａ〜２０８ｃにおける隣接するフレクシャ・アームを接続するために使用される３つのブリッジ２１４が存在するが、異なる数のブリッジ２１４が、異なる数のフレクシャ・アーム・セットと共に使用され得る。

ブリッジ２１４の使用は、フレクシャ・ベアリング２００における望ましくない高調波運動の可能性を低減又は排除するのを援助することによって、フレクシャ・ベアリング２００の動的安定性を増大させる。ブリッジ２１４は、フレクシャ・ベアリング２００の全体的な剛性をわずかに増加させる一方で、望ましくないダイナミクスに関する散逸機構を提供する。非回転フレクシャ・ベアリング２００のフレクシャ・アームを橋渡しすることによって、以前は望ましくない共鳴振動の方に向かっていたであろうエネルギーが、その代わりに、ブリッジ２１４の歪みにより散逸させられる。従って、ブリッジ２１４は、フレクシャ・アームの剛性を増加させ、望ましくない共振モードの励起を防止する。

フレクシャ・ベアリング２００は、任意の適切な材料から形成されることが可能である。幾つかの実施態様において、フレクシャ・ベアリング２００は、「ＢＯ^..ＨＬＥ−ＵＤＤＥＨＯＬＭ ７１６ ＵＨＢ」ステンレス・スチールのようなステンレス・スチール又はフラッパー・バルブ・スチールから形成されることが可能である。フレクシャ・ベアリング２００はまた、任意の適切なサイズ、形状、及び寸法を有することが可能である。特定の例として、フレクシャ・ベアリング２００は、約０．００８インチ（約０．２０３２ｍｍ）、約０．０１インチ（約０．２５４ｍｍ）、約０．０２２インチ（約０．５５８８ｍｍ）、又は約０．０３１５インチ（約０．８ｍｍ）の厚さを有することができる。フレクシャ・ベアリング２００は、更に、材料の固体片を適切な形状に機械加工したり、材料を適切な形状にモールドしたり、溶接したり、或いは、別々に製造された種々のコンポーネントを接続したりする等の任意の適切な方法で形成されることが可能である。

特定の実施形態では、フレクシャ・ベアリング２００は、以下の詳細を念頭に設計される。内側ハブ２０４の最大軸方向変位は、内側ハブ２０４の中立位置から測って約±０．３インチ（約±７．６２ｍｍ）ないし約±０．４インチ（約±１０．１６ｍｍ）であるとすることが可能である。また、フレクシャ・ベアリング２００の任意の部分に加えられる最大応力は、例えば６２キロポンド／平方インチ（ｋｓｉ）等の特定の閾値を下回らなければならない。これは、フレクシャ・ベアリング２００の適切な動作寿命を確実にすることを援助するために為され得る。ただし、これらの値は具体例であるに過ぎず、他の値が使用され得ることに留意されたい。

ブリッジ２１４は、任意の適切な材料から任意の適切な方法で形成されることが可能である。幾つかの実施形態では、ブリッジ２１４は、フレクシャ・ベアリング２００の残りの部分と同じ材料で形成され、フレクシャ・アーム２１０ａ−２１０ｂと一体的に形成されることが可能である。特定の実施形態では、フレクシャ・ベアリング２００は、金属シート又は他の材料をスタンピングすることによって又は他の処理によって形成されることが可能であり、ブリッジ２１４は、フレクシャ・ベアリング２００の他の要素が形成されるのと同時に形成されることが可能である。他の実施形態では、ブリッジ２１４は、フレクシャ・アーム２１０ａ−２１０ｂから分離して形成され、その後にフレクシャ・アーム２１０ａ−２１０ｂに取り付けられることが可能である。ブリッジ２１４は、フレクシャ・アーム２１０ａ−２１０ｂから分離したフレクシャ・ベアリング２００の一部を表す必要はなく、フレクシャ・アーム２１０ａ−２１０ｂが互いに結合する領域を表し得ることに留意されたい。

図２に示す例では、各ブリッジ２１４は、フレクシャ・ベアリング２００の２つの異なるセット２０８ａ−２０８ｃにおける２つの異なるフレクシャ・アーム２１０ａ−２１０ｂの「ループバック」領域２１２の間に配置される。したがって、ブリッジ２１４の各々は、２つのフレクシャ・アームの間で直線的に延びることが可能である。特定の実施形態では、ブリッジ２１４は、フレクシャ・アーム２１０ａ−２１０ｂの中間点又はその近傍に配置される。しかしながら、フレクシャ・アーム間のブリッジは、多種多様の他の形状及びサイズを有することが可能である。

図４及び図５は、本開示により動的安定性が向上した非回転フレクシャ・ベアリングの他の例４００及び５００を示す。これらのフレクシャ・ベアリング４００及び５００の各々は、任意の適切なシステムで使用されることが可能である。例えば、これらのフレクシャ・ベアリング４００及び５００の各々は、図１のシステム１００におけるスタック１１６ａ−１１６ｂ内に含まれるフレクシャ・ベアリングを表し得る。

図４に示されように、フレクシャ・ベアリング４００は、外側ハブ４０２、内側ハブ４０４、及び開口部４０６を含む。フレクシャ・ベアリング４００はまた、フレクシャ・アーム４１０ａ−４１０ｂの３セット４０８ａ−４０８ｃを含み、各フレクシャ・アームは「ループバック」領域４１２を含む。図４に示す例では、約１２０°の間隔で中心軸の周りに半径方向に配置されたフレクシャ・アームの３セット４０８ａ−４０８ｃが存在する。フレクシャ・ベアリング２００と同様に、フレクシャ・アーム４１０ａ−４１０ｂは、デバイスの回転を低減又は最小化しながら、クライオクーラー・コンポーネント又は他のデバイスを所望の位置に保持することを援助する。

更に、フレクシャ・ベアリング４００は、フレクシャ・アームのペアを接続するブリッジ４１４を含む。特に、各セット４０８ａ−４０８ｃに関し、あるブリッジ４１４は、そのセット４０８ａ−４０８ｃにおけるフレクシャ・アーム４１０ａを、第１隣接セット４０８ａ−４０８ｃにおけるフレクシャ・アーム４１０ｂに結合し、別のブリッジ４１４は、そのセット４０８ａ−４０８ｃにおけるフレクシャ・アーム４１０ｂを、第２隣接セット４０８ａ−４０８ｃにおけるフレクシャ・アーム４１０ａに結合する。図４に示す例では、異なるセット４０８ａ−４０８ｃにおける隣接するフレクシャ・アームを接続するために使用される３つのブリッジ４１４が存在するが、異なる数のブリッジ４１４が異なる数のフレクシャ・アーム・セットと共に使用されることが可能である。

この例では、ブリッジ４１４は、湾曲した、又はアーチ状の経路で２つのフレクシャ・アーム間に延びる構造を示す。この特定の例では、ブリッジ４１４は、近似的に「Ｕ」の形状にカーブしている。しかしながら、「Ｖ」の形状又は他の概して対称的な形状のような他の形状もまた、ブリッジ４１４に使用されることが可能である。ブリッジ２１４に関して上述したように、ブリッジ４１４は、任意の適切な材料から任意の適切な方法で形成されることが可能である。例えば、ブリッジ４１４は、フレクシャ・ベアリング４００の残りの部分と同じ材料で形成されることが可能であり、金属シート又は他の材料をスタンピングすることによって又は他の方法で処理すること等によって、フレクシャ・アーム４１０ａ−４１０ｂと一体的に形成されることが可能である。他の実施形態では、ブリッジ４１４は、フレクシャ・アーム４１０ａ−４１０ｂから分離して形成され、その後にフレクシャ・アーム４１０ａ−４１０ｂに取り付けられることが可能である。

２つのフレクシャ・アーム間で１つのブリッジを使用することが図２及び図４に示されているが、他の実施形態は、フレクシャ・ベアリングのフレクシャ・アーム間で複数のブリッジを使用することが可能である。図５に示されように、フレクシャ・ベアリング５００は、外側ハブ５０２、内側ハブ５０４、及び開口部５０６を含む。フレクシャ・ベアリング５００はまた、フレクシャ・アーム５１０ａ−５１０ｂの３セット５０８ａ−５０８ｃを含み、各フレクシャ・アームは「ループバック」領域５１２を含む。図５に示す例では、約１２０°の間隔で中心軸の周りに半径方向に配置されたフレクシャ・アームの３セット５０８ａ−５０８ｃが存在する。フレクシャ・ベアリング２００及び４００と同様に、フレクシャ・アーム５１０ａ−５１０ｂは、デバイスの回転を低減又は最小化しながら、クライオクーラー・コンポーネント又は他のデバイスを所望の位置に保持することを援助する。

更に、フレクシャ・ベアリング５００は、フレクシャ・アームのペアを接続するブリッジ５１４ａ−５１４ｂを含む。特に、各セット５０８ａ−５０８ｃに関し、２つのブリッジ４１４ａ−５１４ｂは、そのセット５０８ａ−５０８ｃにおけるフレクシャ・アーム５１０ａを、第１隣接セット５０８ａ−５０８ｃにおけるフレクシャ・アーム５１０ｂに結合し、別の２つのブリッジ５１４ａ−５１４ｂは、そのセット５０８ａ−５０８ｃにおけるフレクシャ・アーム５１０ｂを、第２隣接セット５０８ａ−５０８ｃにおけるフレクシャ・アーム５１０ａに結合する。図５に示す例では、異なるセット５０８ａ−５０８ｃにおける隣接するフレクシャ・アームを接続するために使用される３セットのブリッジ５１４ａ−５１４ｂが存在するが、異なる数のブリッジ５１４が異なる数のフレクシャ・アーム・セットと共に使用されることが可能である。

この例では、ブリッジ５１４ａ−５１４ｂは、湾曲した、又はアーチ状の経路で２つのフレクシャ・アーム間に延びる構造を示す。この特定の例では、ブリッジ５１４ａ−５１４ｂは、近似的に「Ｕ」の形状にカーブしている。しかしながら、「Ｖ」の形状又は他の概して対称的な形状のような他の形状もまた、ブリッジ５１４ａ−５１４ｂに使用されることが可能である。ブリッジ２１４及び４１４に関して上述したように、ブリッジ５１４ａ−５１４ｂは、任意の適切な材料から任意の適切な方法で形成されることが可能である。例えば、ブリッジ５１４ａ−５１４ｂは、フレクシャ・ベアリング５００の残りの部分と同じ材料で形成されることが可能であり、金属シート又は他の材料をスタンピングすることによって又は他の方法で処理すること等によって、フレクシャ・アーム５１０ａ−５１０ｂと一体的に形成されることが可能である。他の実施形態では、ブリッジ５１４ａ−５１４ｂは、フレクシャ・アーム５１０ａ−５１０ｂから分離して形成され、その後にフレクシャ・アーム５１０ａ−５１０ｂに取り付けられることが可能である。

図２のフレクシャ・ベアリング２００において、ブリッジ２１４は、隣接するフレクシャ・アーム間で直線状である。その結果、ブリッジ２１４は、フレクシャ・ベアリング２００の剛性を増大させ、フレクシャ・ベアリング４００及び５００と比較して、フレクシャ・アームに僅かな移動しか提供しない。これに対して、図４のフレクシャ・ベアリング４００では、ブリッジ４１４は、隣接するフレクシャ・アームの間で曲がっている。このため、フレクシャ・ベアリング４００は堅くはなく、フレクシャ・アームは、フレクシャ・ベアリング２００と比較して、より多く移動できる。図５のフレクシャ・ベアリング５００では、隣接するフレクシャ・アームの間に複数の曲がったブリッジ５１４ａ−５１４ｂが存在する。従って、フレクシャ・ベアリング５００は、フレクシャ・ベアリング２００よりも全体的に低い剛性を有してもよく、フレクシャ・ベアリング５００は、フレクシャ・ベアリング４００よりも、望ましくない振動を防止するためにより多くのエネルギーを消散させることができる。従って、フレクシャ・ベアリングに使用されるブリッジの種々の特性（ブリッジの数、ブリッジの形状、及び／又はブリッジの位置など）は、フレクシャ・ベアリングで所望の効果を提供するように選択されることが可能である。

上述のフレクシャ・ベアリングでは、フレクシャ・アームの各セットにおけるフレクシャ・アームは互いに鏡像であり、それ故に対称的である。１つのフレクシャ・アームの変位が、鏡像フレクシャ・アームの変位によって実質的に相殺されるので、鏡像・対称性は、（内側又は外側ハブの何れが支持構造に固定されるかに依存して）各フレクシャ・ベアリングの内側又は外側ハブの回転を低減又は最小化するのに役立つ。更に、フレクシャ・アームをブリッジングするということは、かつてはフレクシャ・アームの望ましくない共鳴振動の方に向かっていたであろうエネルギーが、ブリッジの歪みによって消散させられることを意味する。

図２ないし図５は、フレクシャ・ベアリングのフレクシャ・アームが有し得る形状の例を示しているが、多数の他の形状がフレクシャ・アームに使用され得ることに留意されたい。例えば、（全体的にリファレンスとして本願に組み入れられる）米国特許第９，２８５，０７３号は、これらのフレクシャ・ベアリングのフレクシャ・アームの種々の形状を有する様々なフレクシャ・ベアリングを開示している。これらの何れのフレクシャ・アーム形状も、フレクシャ・ベアリングで使用されることが可能であり、本開示によるブリッジによって連結されることが可能である。一般に、デバイスが軸方向に配置される場合に、デバイスの回転を防止することを援助するようにフレクシャ・アームが実質的に対称的である限り、フレクシャ・ベアリングの、ブリッジによりリンクされるフレクシャ・アームには、広範囲に及ぶ形状が使用され得る。

図２ないし図５は非回転フレクシャ・ベアリングの例を示しているが、図２ないし図５に様々な変形が施されてもよい。例えば、フレクシャ・アームの個数は例示のためであるに過ぎず、必要に応じて変更することができる。特定の例として、フレクシャ・ベアリングのサイズに応じて、フレクシャ・ベアリングは、３セット以上のフレクシャ・アームを含むことができる。フレクシャ・アームはまた、曲がっている必要はなく、実質的に直線状の部分から形成されることが可能である。

図６は、本開示による向上した動的安定性を有する非回転フレクシャ・ベアリングを使用するための方法例６００を示す。説明を容易にするために、図１のシステム１００で使用されるフレクシャ・ベアリング２００に関して、方法６００が説明される。しかしながら、方法６００は、任意の他のフレクシャ・ベアリング（フレクシャ・ベアリング４００及び５００等）の使用を含むことができ、任意の他の適切なシステムと共に使用されることが可能である。

図６に示されるように、ステップ６０２において、少なくとも１つのフレクシャ・ベアリングが、位置決めを必要とする支持構造及びデバイスに結合される。これは、例えば、フレクシャ・ベアリング２００の開口部２０６を通じてボルト又は他のコネクタを挿入することを含み得る。これは、フレクシャ・ベアリング２００を、コンプレッサ１０２又は他のクライオクーラー・コンポーネント又はデバイス装置に、及びハウジング１１２に固定するために行うことができる。

ステップ６０４において、フレクシャ・ベアリングに結合されたデバイスが変位させられる。これは、例えば外力が、フレクシャ・ベアリング２００の中心軸に沿って軸方向に、コンプレッサ１０２を変位させることを引き起こすことを含む。その結果、ステップ６０６において、フレクシャ・ベアリング内の対称的なフレクシャ・アームが変形させられる。これは、例えば１つのフレクシャ・アームを変形させることによって生じるハブ２０２−２０４の回転が、鏡像のフレクシャ・アームを変形させることによって生じるハブ２０２−２０４の回転によって実質的に相殺されることを含み得る。これは、ステップ６０８において、変位中にデバイスの回転を低減又は最小化することに役立つ。更に、ステップ６１０において、フレクシャ・アームを連結するブリッジ要素は、フレクシャ・ベアリングにおける望ましくないダイナミクスを散逸させる。これは、例えば、かつてはフレクシャ・アーム２１０ａ−２１０ｂの望ましくない共鳴振動の方へ向かっていたであろうエネルギーを、ブリッジ２１４の歪みが散逸させることを含み得る。

ステップ６１２において、デバイスはその所望の静止位置に実質的に戻る。これは、例えば変位を引き起こした外力が除去されると、圧縮機１０２が中立位置に戻ることを、フレクシャ・ベアリング２００が引き起こすことを含む。ここで、ブリッジ２１４の存在は、このプロセスの間に、フレクシャ・ベアリング２００の共鳴モードの励起を低減又は排除するのに役立つ。

図６は、向上した動的安定性を有する非回転フレクシャ・ベアリングを使用するための方法６００の一例を示しているが、様々な変形が図６に施されてもよい。例えば、一連のステップとして示されているが、図６の様々なステップは、オーバーラップしてもよいし、並列に生じてもよいし、異なる順序で生じてもよいし、又は複数回生じてもよい。

この特許文献を通じて使用される特定の言葉及び語句の定義を述べることは有益なことであろう。用語「含む」及び「有する」並びにそれらの派生語は、限定を伴わない包含を意味する。用語「又は」包括的であり、及び／又はを意味する。「〜に関連する」という言い回し及びその派生語は、〜内に包含される、〜と相互接続する、〜を含む、〜に含まれる、〜に又は〜と接続する、〜に又は〜と結合する、〜と通信可能である、〜と協調する、インターリーブする、並列する、〜に近接する、〜に又は〜と結合される、有する、〜の性質を有する、〜と関係を有する等々を含みように意味し得る。「〜のうち少なくとも１つ」という語句は、アイテムのリストとともに使用される場合、リストされたアイテムのうち１つ又は複数の様々な組み合わせが使用されてよいこと、及びリスト中の唯１つのアイテムのみが必要とされ得ることを意味する。例えば、「Ａ、Ｂ及びＣのうち少なくとも１つ」は、以下の任意の組み合わせ：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ａ及びＢ、Ａ及びＣ、Ｂ及びＣ、ならびにＡ及びＢ及びＣを含む。

本出願の明細書は、特定の要素、ステップ又は機能が、特許請求の範囲に含まれなければならない必須の又は重要な要素であることを意味するものとして理解されるべきではない。特許された対象の範囲は、許可された特許請求の範囲によってのみ定められる。更に、「〜のための手段」又は「〜のためのステップ」という厳密な言葉が特定の請求項で明示的に使用され、機能を特定する特定の言い回しが続いていない限り、任意の添付の特許請求の範囲又は請求項の要素に関し、何れの請求項も、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ§１１２（ｆ）を求めるようには意図されていない。請求項の中で「メカニズム」、「モジュール」、「デバイス」、「ユニット」、「コンポーネント」、「要素」、「部材」、「装置」、「機械」、「システム」、「プロセッサ」、又は「コントローラ」等の用語の使用は、当業者に知られている構造を指すように理解及び意図され、請求項自体の特徴によって更に修正又は強化され、そして３５Ｕ．Ｓ．Ｃ§１１２（ｆ）を求めるようには意図されていない。

本開示は、特定の実施形態及び一般的に関連する方法を記載してきたが、これらの実施形態及び方法の代替及び置換は当業者に明らかであろう。従って、例示的な実施形態の上述の説明は、本開示を規定も制約もしない。以下の特許請求の範囲によって規定されるように、本開示の範囲から逸脱することなく、他の変形、置換、及び代替も可能である。

Claims (20)

1. 支持構造とデバイスとに固定されるように構成される外側ハブ及び内側ハブ；
   前記外側ハブと前記内側ハブとを接続する複数セットのフレクシャ・アームであって、フレクシャ・アームの各セットは対称的なフレクシャ・アームを含む、複数セットのフレクシャ・アーム；及び
   或るセットのフレクシャ・アームのうちの或るフレクシャ・アームを、隣接するセットのフレクシャ・アームのうちの或るフレクシャ・アームに、それぞれが接続する複数のブリッジ；
   を含む装置。
2. 前記ブリッジは、前記フレクシャ・アームの高調波運動を防止するために前記ブリッジの歪みがエネルギーを散逸させるように構成される、請求項１に記載の装置。
3. 前記ブリッジは、前記ブリッジが無い装置の剛性と比較して、装置の全体的な剛性を増加させている、請求項２に記載の装置。
4. 各々のブリッジは、当該ブリッジにより接続されるフレクシャ・アームの間で直線状に延びている、請求項１に記載の装置。
5. 各々のブリッジは、当該ブリッジにより接続されるフレクシャ・アームの間でカーブした又はアーチ状の経路に従っている、請求項１に記載の装置。
6. 少なくとも２つのブリッジが、各セットにおける或るフレクシャ・アームを、第１隣接セットにおけるフレクシャ・アームに接続し；及び
   少なくとも２つの別のブリッジが、各セットにおける別のフレクシャ・アームを、第２隣接セットにおけるフレクシャ・アームに接続している、請求項１に記載の装置。
7. 前記フレクシャ・アームのセットは、前記装置の中心軸の周りに放射状に配置されている、請求項１に記載の装置。
8. 或るセットにおける或るフレクシャ・アームのねじれが、当該セットにおける別のフレクシャ・アームのねじれによって実質的に相殺されるように、各セットにおいて対称的なフレクシャ・アームが形成されている、請求項１に記載の装置。
9. デバイス；
   支持構造；及び
   前記デバイスを前記支持構造に接続するように構成されるフレクシャ・ベアリング；
   を含むシステムであって、前記フレクシャ・ベアリングは：
   支持構造とデバイスとに固定されるように構成される外側ハブ及び内側ハブ；
   前記外側ハブと前記内側ハブとを接続する複数セットのフレクシャ・アームであって、フレクシャ・アームの各セットは対称的なフレクシャ・アームを含む、複数セットのフレクシャ・アーム；及び
   或るセットのフレクシャ・アームのうちの或るフレクシャ・アームを、隣接するセットのフレクシャ・アームのうちの或るフレクシャ・アームに、それぞれが接続する複数のブリッジ；
   を含む、システム。
10. 前記ブリッジは、前記フレクシャ・アームの高調波運動を防止するために前記ブリッジの歪みがエネルギーを散逸させるように構成される、請求項９に記載のシステム。
11. 前記ブリッジは、前記ブリッジが無いフレクシャ・ベアリングの剛性と比較して、フレクシャ・ベアリングの全体的な剛性を増加させている、請求項１０に記載のシステム。
12. 各々のブリッジは、当該ブリッジにより接続されるフレクシャ・アームの間で直線状に延びている、請求項９に記載のシステム。
13. 各々のブリッジは、当該ブリッジにより接続されるフレクシャ・アームの間でカーブした又はアーチ状の経路に従っている、請求項９に記載のシステム。
14. 少なくとも２つのブリッジが、各セットにおける或るフレクシャ・アームを、第１隣接セットにおけるフレクシャ・アームに接続し；及び
    少なくとも２つの別のブリッジが、各セットにおける別のフレクシャ・アームを、第２隣接セットにおけるフレクシャ・アームに接続している、請求項９に記載のシステム。
15. 或るセットにおける或るフレクシャ・アームのねじれが、当該セットにおける別のフレクシャ・アームのねじれによって実質的に相殺されるように、各セットにおいて対称的なフレクシャ・アームが形成されている、請求項９に記載のシステム。
16. 前記デバイスはクライオクーラーの可動コンポーネントを含み；及び
    前記支持構造は前記クライオクーラーのハウジングを含む、請求項９に記載のシステム。
17. デバイスを支持構造に取り付けるために、フレクシャ・ベアリングを支持構造とデバイスとに結合するステップを含む方法であって、前記フレクシャ・ベアリングは：
    前記支持構造と前記デバイスとに固定される外側ハブ及び内側ハブ；
    前記外側ハブと前記内側ハブとを接続する複数セットのフレクシャ・アームであって、フレクシャ・アームの各セットは対称的なフレクシャ・アームを含む、複数セットのフレクシャ・アーム；及び
    或るセットのフレクシャ・アームのうちの或るフレクシャ・アームを、隣接するセットのフレクシャ・アームのうちの或るフレクシャ・アームに、それぞれが接続する複数のブリッジ；
    を含む、方法。
18. 前記ブリッジは、前記フレクシャ・アームの高調波運動を防止するために前記ブリッジの歪みがエネルギーを散逸させるように構成される、請求項１７に記載の方法。
19. 各々のブリッジは、当該ブリッジにより接続されるフレクシャ・アームの間で直線状に延びている、請求項１７に記載の方法。
20. 各々のブリッジは、当該ブリッジにより接続されるフレクシャ・アームの間でカーブした又はアーチ状の経路に従っている、請求項１７に記載の方法。

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