JP2001003969A

JP2001003969A - 波形ばね

Info

Publication number: JP2001003969A
Application number: JP11177355A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Murase; 俊行村瀬; Naomi Mataba; 尚美又場; Masaaki Ishida; 雅昭石田
Original assignee: Suncall Corp
Current assignee: Suncall Corp
Priority date: 1999-06-23
Filing date: 1999-06-23
Publication date: 2001-01-09

Abstract

(57)【要約】【課題】波形ばねのバネ定数を円周方向で均一化し、
平行度の低下や偏荷重等の問題を回避する。【解決手段】波形ばねは、帯状素材１を、その幅広部
を半径方向に向けつつ螺旋状に巻回し、かつ螺旋方向
に、帯状素材１の厚み方向の一方側および他方側に交互
に折り曲げた複数の折り曲げ部２、３を形成して構成さ
れる。この波形ばねにおいて、帯状素材１の端末に平坦
部４を設け、この平坦部４の先端を、これに対向する山
状折り曲げ部2'の頂上部21に接触させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、波形ばねの改良に
関する。

【０００２】

【従来の技術】波形ばね10は、図７に示すように、偏平
な帯状素材１、例えば帯状鋼板を、その幅広部1aを半径
方向に向けつつ螺旋状に巻回すると共に、螺旋方向に波
形に成形したものである。この波形ばねには、螺旋の一
周あたりに所定数の山状折り曲げ部２と谷状折り曲げ部
３とが定ピッチで交互に配設され、図８に例示するよう
に、各山状折り曲げ部２の頂点は、巻き終わり（同図に
おいては上側）の一周を除いて各谷状折り曲げ部３の頂
点と接触している。波形ばねでは、巻き始め（同図にお
いては下側）に谷状折り曲げ部３が、巻き終わりに山状
折り曲げ部２が形成される場合が多く、従来では、巻き
始めの谷状折り曲げ部3aや巻き終わり山状折り曲げ部2a
を、その頂点を超えたところで切断して、端末1bをこれ
に対向する山状折り曲げ部の斜面Ａに接触させている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記波形ばね10を圧縮
すると、有効ばね部７（帯状素材の両端末部の折り曲げ
部2a、3aを除いた部分をいう）では、圧縮荷重により山
状折り曲げ部２と谷状折り曲げ部３の頂点同士が横ずれ
することなく強く圧着する。そのため、当該接触部は固
着点として考えることができる。一方、端末1b付近で
は、上記のように端末1bが山状折り曲げ部2aの斜面Ａに
接触しているため、圧縮時（特に圧縮初期段階）には図
９に二点鎖線で示すように、端末1bが斜面Ａ上を隣接す
る谷状折り曲げ部3bに向かって滑ると考えられ（滑り量
は誇張して描いている）、これより当該端末1bは自由端
として考えることができる。以上から、有効ばね部７の
山状折り曲げ部２は、図１０（ａ）に示すように、両端
を固定端Ｍとした両端固定梁としてモデル化することで
き、一方、巻き始めおよび巻き終わりの山状折り曲げ部
2a、3aは、同図（ｂ）に示すように一端を固定端Ｍと
し、他端を自由端Ｎとした片側自由梁としてモデル化す
ることができる。

【０００４】両モデルにつきバネ定数を近似計算する
と、有効ばね部７（図１０（ａ））のバネ定数Ｋ１は、
Ｋ１＝１９２×（ＥＩ／Ｌ³）となり、端末の折り曲げ
部2a、3a（図１０（ｂ））のバネ定数Ｋ２は、Ｋ２＝４
８√５×（ＥＩ／Ｌ³）となるので（なお、Ｅは縦弾性
係数、Ｉは二次慣性モーメントである）、計算上、端末
の折り曲げ部2a、3aのバネ定数は有効ばね部７に比べて
５５％程度低下することになる。これは、円周方向でば
ね反力が不均一化することを意味し、従って、機構部へ
の組み込み後、圧縮荷重を負荷した際には、ばねが傾い
て平行度に狂いを生じたり、偏荷重の要因になる等の不
具合を招くおそれがある。

【０００５】実際に図１１に示すように、固定定盤８と
平行板９との間に波形ばね10をセットし、平行板９の小
径センター孔（ばね中心と位置合わせを行っておく）に
鋼球11を介して垂直方向の圧縮負荷Ｗを加えると、図１
２に示すように端末1bが位置する部分を下にして平行板
９が傾く場合が多く、上記考察が裏付けられた形となっ
た。

【０００６】そこで、本発明は、波形ばねのバネ定数を
円周方向で均一化し、平行度や偏荷重等の問題を解消す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、帯状素材を、その幅広部を半径方向に
向けつつ螺旋状に巻回してなり、螺旋方向に、帯状素材
の厚み方向の一方側および他方側に交互に折り曲げた複
数の折り曲げ部を有するものにおいて、帯状素材の端末
に平坦部を設け、この平坦部の先端側を、これに対向す
る山状折り曲げ部の頂上部に接触させることとした。こ
れにより、平坦部は、圧縮荷重下で山状折り曲げ部の頂
点に対して圧着するため、有効ばね部と同様に両端を固
定端とした支持梁の形態となり、有効ばね部と同程度の
バネ定数を確保することができる。

【０００８】この場合、平坦部の基端は、最終の谷状折
り曲げ部からこれに隣接する仮想の山状折り曲げ部への
移行領域中に設けられる。この時、平坦部は、上記最終
の谷状折り曲げ部に接触する山状折り曲げ部と、平坦部
に接触する上記山状折り曲げ部との間にある谷状折り曲
げ部を跨ぐことになる。

【０００９】また、平坦部の上記山状折り曲げ部との接
触部分よりも基端側を、これに対向する他の山状折り曲
げ部の頂上部に接触させれば、平坦部と山状折り曲げ部
との接触箇所を増やして圧縮時における平坦部の滑りを
より確実に防止でき、これより円周方向のバネ定数のさ
らなる均一化が図られる。平坦部とこれに対向する山状
折り曲げ部との接触箇所は、１または２個所とするのが
望ましい。

【００１０】以上述べた各平坦部は、帯板材の両端末に
設けることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１乃
至図７に基づいて説明する。

【００１２】本発明にかかる波形ばね10は、図７に示す
従来品と同様に、帯状鋼板などの偏平な帯状素材１を、
その幅広部1aを半径方向に向けつつ螺旋状に複数回巻回
し、かつ螺旋方向に、その厚み方向の一方側に折り曲げ
た山状折り曲げ部２と他方側に折り曲げた谷状折り曲げ
部３とを交互に有する波状に成形される。山状折り曲げ
部２と谷状折り曲げ部３は、円周方向に等ピッチで設け
られ、かつこれらの頂点21、31間の軸方向の距離（波の
高さ方向）は、螺旋の全ての領域においてほぼ均一であ
る。また、両折り曲げ部２、３は、図１に示すようにば
ね軸方向（図面上下方向）でも交互に並んでおり、これ
らの頂点21、31の円周方向の位置は一致していて、圧縮
荷重の負荷時には、各山状折り曲げ部２の頂点21が巻き
終わり（同図においては上側）の一周を除き、各谷状折
り曲げ部３の頂点31と接触する。

【００１３】帯状素材１の一方または双方の端末（本実
施形態では双方の端末）には、山や谷のない平坦部４が
設けられる。平坦部４の先端部は、これに対向する、隣
接ばね層（下層）の山状折り曲げ部2'の頂点（頂上部）
21に接触させる。この時、平坦部４の先端は、当該山状
折り曲げ部2'との接触点よりも多少突出させておいても
よい。平坦部４の基端は、図２に示すように、最終の谷
状折り曲げ部3'から、その先端側に隣接する仮想の山状
折り曲げ部3c（破線で示す）への移行領域中にあり、最
終の谷状折り曲げ部3'の頂点31との間には、当該谷状折
り曲げ部3'の一部を構成する円弧状の立ち上がり部32が
介在している。具体的には、平坦部４の基端41は、最終
の谷状折り曲げ部3'の頂点31から概ね１／４〜１／２ピ
ッチのところに設けるのがよく、この範囲内で基端41の
位置を調整することにより、平行度や偏荷重の調整が可
能となる。

【００１４】以上の構成により、端末の平坦部４は、圧
縮荷重下でこれに対向する山状折り曲げ部2'の頂点21に
対して圧着するため、上記有効ばね部７と同様に図１０
（ａ）に示す両端を固定端とした支持梁となり、有効ば
ね部７に近いバネ定数を確保することができる。従っ
て、円周方向でのバネ定数を均一化し、圧縮荷重下での
平行度を向上させ、偏荷重を緩和または防止することが
できる。

【００１５】以上述べた、「山」と「谷」の関係は帯状
素材１の一方の端末（本実施形態では巻き終わり側の端
末：図面上側）から見たものであり、他方の端末から見
れば、当然「山」と「谷」の関係が逆転し（括弧書きで
示す）、図１における山状折り曲げ部２が谷状折り曲げ
部に、谷状折り曲げ部３が山状折り曲げ部になる。

【００１６】図３は、一方の端末（本実施形態では巻き
終わり側）に上記平坦部４を形成する一方で、他方の端
末に概ね一周分あるいは二周分（図示せず）の座巻部６
を形成した波形ばね10の例で、座巻部６側のばね端面が
アルミニウムなどの軟質金属面と接触する際に、山との
圧接により当該金属面の傷付き等が懸念される場合に有
効である。

【００１７】波形ばねの設計条件（巻数、コイル径、素
材材質・寸法等）や使用条件（使用荷重、使用温度等）
によっては、圧縮負荷時に平坦部４が山状折り曲げ部2'
に対して滑る場合もある。その場合には、図４に示すよ
うに、平坦部４を円周方向に延長し、当該平坦部４の上
記山状折り曲げ部2'との接触部分よりも基端側を、隣接
する他の山状折り曲げ部２''の頂点21に接触させ、摩擦
力の増大を図るのがよい。この場合、平坦部４を３つ以
上の山状折り曲げ部と接触させると、平坦部４の長さが
不必要に長くなり、材料コストのアップや圧縮後のばね
高さの増大などの問題が生じるので、図１および図４に
示すように、１つあるいは２つの山状折り曲げ部２’、
２''と接触させるのがよい。

【００１８】本実施形態のように帯状素材１の両端末に
平坦部４を設けた場合、図１では、両平坦部４の円周方
向の位置を揃えた場合を例示しているが、図５に示すよ
うに、平坦部４の円周方向の位置をずらしておいてもよ
い。

【００１９】

【実施例】本発明による効果を確認するため、従来品と
本発明品につき、図１１と同様の試験装置を用いて平行
度を測定し、これに基づいて偏荷重評価を行った。図６
に、圧縮荷重を横軸に、平行度を縦軸にとった試験結果
を示す。試料は何れも素材として１×１０mmを使用し、
コイル径φ１０６mm、自由高さ１６．０mmに設定した。
試料Ａは、図８と同様に両端末を自由端とした従来品
（総巻数３．０）であり、試料ＢおよびＣは、図１に示
すように両端末に平坦部（図１参照）を設けた本発明品
（総巻数３．３、一山圧着）である。試料Ｃは、試料Ｂ
よりも立ち上がり部32の円周方向の長さＸ（図２参照）
を２〜３mm程度長くしたものである。

【００２０】上記試験結果より、本発明品Ｂ、Ｃは従来
品Ａに比べて格段に良好な平行度を有することが判明し
た。また、Ｘの長さを長くしたもの（Ｃ）は、短いもの
（Ｂ）よりもさらに良好な平行度を具備することも判明
した。

【００２１】例えば自動車用ＡＴミッションに装備され
る変速用クラッチのリターンスプリングには波形ばねが
使用され、その場合、ピストンの偏荷重（平行度）とし
て０．５mm以下のものが望まれているが、上記試験結果
から本発明品であればこの要求もクリアすることができ
る。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、端末部分のバネ定数を
高めることができるので、円周方向でバネ定数を均一化
することができる。従って、円周方向で均等なばね反力
を得ることができ、平行度の悪化や偏荷重等の問題を回
避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる波形ばねの側面図である。

【図２】上記波形ばねの端末部分の拡大側面図である。

【図３】他の実施形態を示す波形ばねの側面図である。

【図４】上記他の実施形態にかかる波形ばねの端末部分
の拡大側面図である。

【図５】他の実施形態を示す波形ばねの側面図である。

【図６】本発明品と従来品との比較試験結果を示す図で
ある。

【図７】波形ばねの斜視図である。

【図８】従来の波形ばねの側面図である。

【図９】従来の波形ばねの端末部分の拡大側面図であ
る。

【図１０】（ａ）図は有効ばね部の拡大側面図であり、
（ｂ）図は端末部分の拡大側面図である。

【図１１】平行度試験の試験装置を示す側面図である。

【図１２】平行度試験の実施状況を示す側面図である。

【符号の説明】

１帯状素材 1a 幅広部２山状折り曲げ部 2' 山状折り曲げ部３谷状折り曲げ部４平坦部７有効ばね部 10 波形ばね 21 頂点（山状折り曲げ部） 31 頂点（谷状折り曲げ部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石田雅昭京都府京都市右京区梅津西浦町14番地サンコール株式会社内Ｆターム(参考） 3J059 AA03 BA19 BA38 BB01 BC02 BD01 CA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】帯状素材を、その幅広部を半径方向に向
けつつ螺旋状に巻回してなり、螺旋方向に、帯状素材の
厚み方向の一方側および他方側に交互に折り曲げた複数
の折り曲げ部を有するものにおいて、帯状素材の端末に平坦部を設け、この平坦部の先端側
を、これに対向する山状折り曲げ部の頂上部に接触させ
ることを特徴とする波形ばね。
【請求項２】平坦部の上記山状折り曲げ部との接触部
分よりも基端側を、他の山状折り曲げ部の頂上部に接触
させた請求項１記載の波形ばね。
【請求項３】上記平坦部を帯板材の両端末に設けた請
求項１または２記載の波形ばね。
【請求項４】平坦部と、これに対向する山状折り曲げ
部との接触箇所を１または２個所とした請求項１記載の
波形ばね。