JP2003035639A - 圧縮バネの特性試験方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バネの圧縮荷重とタワミ量以外に、バネに作
用する横方向力や偏心量および各種モーメントを精度よ
く検出することができ、圧縮バネの用途に応じたバネの
選定や品質管理等に有効な圧縮バネの特性試験方法およ
び装置を提供する。 【解決手段】 圧縮バネ６ａを押圧することにより、バ
ネの諸特性を測定する際に、バネへの押圧力作用方向を
ｚ、横力作用方向をｘ，ｙとする直交座標系のｘ，ｙ，
ｚ軸方向に加わる力ＥＦx，ＥＦy，ＥＦzおよびこれら
の軸回りに働くモーメントＥＭx，ＥＭy，ＥＭzの６分
力を多分力検出器により計測し、これらの分力の干渉の
少なくとも一次干渉補正を行なって、バネに作用する圧
縮荷重（Ｆz）、横方向荷重（Ｆx，Ｆy）、および曲げ
モーメント（Ｍx，Ｍy）、捩りモーメント（Ｍz）の６
分力を求める。また、圧縮荷重（Ｆz）の作用点のｘ，
ｙ軸方向の偏心量（ｅx，ｅy）を、ｅx＝−Ｍy／Ｆz，
ｅy＝Ｍx／Ｆzにより演算して求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、圧縮バネの特性
試験方法とその装置に関わり、特に、圧縮荷重以外の作
用力およびモーメント等も計測する方法および装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】圧縮バネは、例えば、自動車用エンジン
の弁の駆動部やサスペンション，ボイラーの安全弁，水
素冷却タービン発電機における軸シール部，民生機器一
般の緩衝装置等々、各種の装置に幅広く使用されてい
る。また、圧縮バネの形式に関しても、圧縮コイルバネ
を代表的なものとして、皿バネなどの板バネ，竹の子バ
ネ等々、用途に応じて各種のものが使用されている。

【０００３】これらの圧縮バネは、一般に、バネを押圧
することによりバネの圧縮荷重（Ｆz）とタワミ量（Δ
Ｌ）との関係が測定され、バネを使用する装置の設計
に、この圧縮バネの特性試験結果が反映される。

【０００４】前記圧縮バネの特性試験装置としては、種
々のものが実施または提案されている（例えば、特開２
０００−２８４８９号公報参照）。

【０００５】図９は、前記特開２０００−２８４８９号
公報に記載された圧縮バネ（スプリング）の特性試験装
置の一例の概略構成を示す図である。図９に示す試験装
置は、フレーム２を有し、スプリング６を上端から下方
に吊り下げて保持する。フレーム２の２本の案内ロッド
７に沿って可動テーブル８が摺動する。可動テーブル８
は駆動装置１５によって駆動されるスクリューシャフト
１０の回転により上下に移動する。可動テーブル８に荷
重センサ１１が設けられ、フレーム２にスプリング６の
長さを磁気スケール１６に記録された目盛りを読み取り
測定する測長器が設けられる。制御装置２１は、実荷重
信号および実長さ信号と設定荷重および設定長さ（また
は設定伸び量）とを比較してスプリング６の引き伸しの
要否を判定し、判定結果に応じて駆動装置１５に動作指
令または演算装置２３に演算指令を出力する。なお、図
９において、１３は荷重出力装置、１７は変位センサ、
１８は測長器出力装置、１９及び２０はそれぞれ上限リ
ミットスイッチおよび下限リミットスイッチ、２２は駆
動装置１５を回転させるコントローラである。

【０００６】前記特開２０００−２８４８９号公報に
は、「上記構成により、スプリングのバネ定数の測定の
一連の作業を機械化して、再現性に優れ、しかも正確な
バネ定数測定値を得ることができる」旨記載されてい
る。

【０００７】ところで、普通に設計された圧縮バネが、
平行板の間で圧縮されると、合成荷重の作用線は、一般
にバネの中心線から微小量（ｅ）だけずれたところにく
る。そのために、圧縮に対する反力としての軸力の他
に、圧縮バネには、横方向力やモーメントが生ずる。

【０００８】自動車を対象とする弁ばね用コイルスプリ
ングに関して、上記のような横方向力やモーメントを抑
制することを目的とした特殊な構成を有するコイルスプ
リングが、特開２０００−５５０９６号公報により提案
されている。

【０００９】図１０は、前記特開２０００−５５０９６
号公報に記載されたコイルスプリングの断面図を示す。
当該公報には、「図１０に示す圧縮コイルバネは、コイ
ルスプリング６の中心軸に軸荷重Ｐが作用すると仮定し
た場合における、両側の座面１００ａの中心軸Ｏに垂直
な平面からの傾斜角（座面傾斜角）ψ1 、ψ2 、及び、
その傾斜方向（座面傾斜方向）が、それぞれ、互いに略
同一とされる。これにより、両座巻部１００に作用する
モーメントＭが釣合う。また、コイルスプリング１０の
座巻部１００が一般部１０２に比して小径化されると共
に、座巻部１００におけるピッチ角（α1）が一般部１
０２におけるピッチ角（α2）に比して小さくされるこ
とで、座巻部１００の厚さｔが増加される。これによ
り、座巻部１００が高剛性化され、コイルスプリング６
に生ずるモーメントが抑制できる。」旨、記載されてい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、一般に
圧縮バネを圧縮すると、バネの設計形状，巻数，端末の
処理，品質のバラツキ等により、バネには、圧縮荷重
（Ｆz）以外に、横方向荷重（Ｆx，Ｆy）や、前記各荷
重方向の軸回りに働くモーメント（Ｍx，Ｍy，Ｍz）が
生じる。

【００１１】特に、自動車用エンジンの弁などにおいて
は、高速で運動している部品に組み合わされているバネ
が、横方向力や偏心によるモーメントを受けると、振動
の原因となったり、軸や軸受けの偏摩耗の原因となった
りするので、用途に応じた圧縮バネの選定や品質管理が
極めて重要となる。前記特開２０００−５５０９６号公
報に記載されたコイルスプリングにおいてもその品質管
理は必要となる。

【００１２】従来の圧縮バネの特性試験方法および装置
においては、前記のようなバネの横方向力や偏心および
偏心に基づくモーメント等を検出して、品質管理等に反
映可能な信頼性のあるものは存在せず、せいぜい、でき
る限り圧縮荷重に偏心が生じないように配慮する方法及
び装置とする程度のものであった。

【００１３】この発明は、上記のような点に鑑みてなさ
れたもので、本発明の課題は、バネの圧縮荷重とタワミ
量以外に、前記バネに作用する横方向力や偏心量および
各種モーメントを検出して、用途に応じたバネの選定や
品質管理等に役立つ圧縮バネの特性試験方法および装置
を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、この発明は、圧縮バネを押圧した際のバネの諸特性
を試験する圧縮バネの特性試験方法において、バネへの
押圧力作用方向をｚ、横力作用方向をｘ，ｙとする直交
座標系の前記ｘ，ｙ，ｚ軸方向に加わる力ＥＦx，ＥＦ
y，ＥＦzおよびこれらの軸回りに働くトルク（モーメン
ト）ＥＭx，ＥＭy，ＥＭzの６分力を多分力検出器によ
り計測し、これらの分力の干渉の少なくとも一次干渉補
正を行なって、前記バネに作用する圧縮荷重（Ｆz）、
横方向荷重（Ｆx，Ｆy）、および曲げモーメント（Ｍ
x，Ｍy）、捩りモーメント（Ｍz）の６分力を求めるこ
ととする（請求項１の発明）。

【００１５】また、前記請求項１に記載の試験方法にお
いて、前記圧縮荷重（Ｆz）の作用点のｘ，ｙ軸方向の
偏心量（ｅx，ｅy）を、ｅx＝−Ｍy／Ｆz，ｅy＝Ｍx／
Ｆzにより演算して求めることとする（請求項２の発
明）。

【００１６】前記請求項１の発明によれば、バネに作用
する荷重（Ｆx，Ｆy，Ｆz）やモーメント（Ｍx，Ｍy，
Ｍz）が精度よく測定できるので、バネの良品選定や品
質管理ならびにバネ設計資料に有効となる。

【００１７】また、前記請求項２の発明によれば、さら
に、バネの圧縮荷重（Ｆz）の作用点のｘ，ｙ軸方向の
偏心量（ｅx，ｅy）を精度よく測定できるので、偏荷重
が問題となる装置に有効であり、バネの設計および品質
管理上は、請求項１の発明よりさらに有効である。

【００１８】さらに、バネの設計および品質管理目的に
よっては、特定の特性項目が測定できればよい場合もあ
る。この場合には、計測を簡略にする観点から下記請求
項３の発明が好ましい。即ち、前記請求項１または２に
記載の試験方法において、前記バネに作用する荷重，モ
ーメント，偏心量等の内、測定が必要な所定の特性項目
に応じて、前記ｘ，ｙ，ｚ軸方向に加わる力ＥＦx，Ｅ
Ｆy，ＥＦzおよびこれらの軸回りに働くトルク（モーメ
ント）ＥＭx，ＥＭy，ＥＭzの６分力の内の必要最小限
度の分力を選択的に計測する。

【００１９】例えば、前記請求項２の発明のケースにお
いて、偏心量（ｅx，ｅy）を、ｅx＝−Ｍy／Ｆz，ｅy＝
Ｍx／Ｆzにより演算して求める場合に、計測項目として
は、ＥＭx，ＥＭy，ＥＦzの３分力のみとすることがで
きる。

【００２０】また、バネの設計および品質管理上、圧縮
バネに作用する荷重（Ｆx，Ｆy，Ｆz）のみが問題とな
るケースにおいては、力ＥＦx，ＥＦy，ＥＦzのみを計
測することができる。この場合において、本来、６分力
をすべて計測する、即ち、ＥＭx，ＥＭy，ＥＭzも計測
する方が、測定精度上はベターであるが、６分力中、通
常、Ｍx，Ｍyは僅小であり無視できる。また、Ｍzに関
しては、圧縮バネの一部のバネ（例えば、板バネ）の場
合、前記Ｍzが作用しないように、あらかじめバネを拘
束して試験する場合等においては、ＥＭzの計測は不要
となる。従って、試験コストを低減するためにも、必要
最小限の分力（ＥＦx，ＥＦyおよびＥＦzの３分力）を
検出して、試験を行なう方がベターである。また、場合
によっては、前記一次干渉補正を省略することもでき
る。

【００２１】但し、例えば圧縮コイルバネなどにおい
て、前記ＥＭzの計測を行なった方がよい場合には、力
ＥＦx，ＥＦy，ＥＦzおよびＥＭzの４分力を計測するこ
とが望ましい。その他、５分力計測を含め、計測を簡略
化するための種々の選択ができる。

【００２２】また、前記請求項１ないし３のいずれかに
記載の試験方法において、前記一次干渉補正は、変換行
列によるディジタル演算補正とする（請求項４の発
明）。

【００２３】２次以上の高次の干渉補正を含めて干渉補
正を行なう手法は、本件発明者と一部同一発明者によっ
て提案され公知（例えば、特公平６−１０３２３６号公
報や特許第２８８６８３２号公報参照）であるが、本件
計測においては、一次補正（線形補正）で十分である。
なお、補正手法の概要については、多分力検出器の実施
例とともに後述する。

【００２４】また、前記試験方法を実施するための装置
としては、下記請求項５ないし７の発明が好ましい。即
ち、請求項１に記載の圧縮バネの特性試験方法を実施す
るための装置であって、バネを押圧するバネ加圧手段
と、バネに作用する前記６分力を計測する多分力検出器
とを有し、かつ前記多分力検出器は、分力の干渉の少な
くとも一次干渉補正を行なう演算装置を備えてなるもの
とする（請求項５の発明）。

【００２５】さらに、請求項５に記載の試験装置におい
て、前記演算装置は、さらに、圧縮荷重（Ｆz）の作用
点のｘ，ｙ軸方向の偏心量（ｅx，ｅy）を、ｅx＝−Ｍy
／Ｆz，ｅy＝Ｍx／Ｆzにより演算して求める演算機能を
備えてなるものとする（請求項６の発明）。

【００２６】さらにまた、前記請求項５または６に記載
の圧縮バネの特性試験装置において、前記多分力検出器
は、複数個のビームの所定位置に貼付した複数個の歪ゲ
ージにより分力検出する構成を有するものとする（請求
項７の発明）。

【００２７】モーメントと力の６分力を計測する方法の
詳細は、本件発明者と同一発明者によって提案され公知
の特許第２６９０６２６号公報に記載されている。な
お、これについても、その概要を後述する。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
１ないし図８に基づき以下に述べる。図１は、圧縮バネ
の特性試験装置の構成の概要を示す模式図であり、例え
ば、図９と同様の装置を用いる場合には、可動テーブル
８ａ上に、多分力検出器１１ａが設けられ、この検出器
上部の下面座板５２と上面座板５１との間に、圧縮バネ
６ａが取り付けられて、圧縮バネ６ａに圧縮荷重（Ｆ
ｚ）を付与して試験が行なわれる。

【００２９】圧縮バネ６ａに圧縮荷重（Ｆｚ）を付与し
た際、図１に示すｘ，ｙ，ｚ軸の直交座標系において、
圧縮バネ６ａには、Ｆx，Ｆy，Ｆz およびこれらの軸
回りに働くモーメントＭx，Ｍy，Ｍzの６分力が作用
し、これらの分力が、多分力検出器１１ａによって測定
される。また、図１においてｅは、圧縮荷重（Ｆz）の
偏心量を示し、これも多分力検出器１１ａが備える図示
しない演算装置によって求めることができる。

【００３０】これらの分力や偏心量の測定原理の詳細説
明は後述することとして、先に、多分力検出器の構成、
干渉補正演算の実施例等に関して、以下に述べる。

【００３１】まず、多分力検出器の実施例について述べ
る。図１に示す多分力検出器は、例えば、前述の特許第
２６９０６２６号公報に記載のように、複数個のビーム
の所定位置に貼付した複数個の歪ゲージにより分力検出
する構成を有するものとし、公知のブリッジ回路により
検出する。同公報の図６，１０，１１，１２に記載され
た異なるビーム配置は、いずれも適用できる（詳細説明
は省略する）。

【００３２】なお、特許第２６９０６２６号公報に記載
の多分力検出器は、６分力検出器であるが、同公報にも
記載されたように、６分力ＥＦx，ＥＦy，ＥＦzおよび
ＥＭx，ＥＭy，ＥＭzの内、例えば、必要な４分力や３
分力のみに対してブリッジ回路を形成して、４分力や３
分力のみを測定するようにすることができる。

【００３３】次に、干渉補正演算について述べる。前述
の特公平６−１０３２３６号公報の従来技術の項の記載
を引用して、まず、６分力検出器における干渉誤差につ
いての一般論を以下に述べる。

【００３４】さまざまな外力が作用している物体の任意
の一点について考えると、この外力はｘ，ｙ，ｚ直交座
標系の各軸方向の力Ｆx，Ｆy，Ｆzと各軸回りのモーメ
ントＭx，Ｍy，Ｍzで構成される６個の独立した分力成
分に分解できる。このような力を、物体に取り付けた多
分力検出器で各分力成分に分解して計測すると、その検
出器出力には誤差が含まれる。。

【００３５】前記各分力は、前述のように、例えば歪ゲ
ージを被計測物体の所要箇所に貼り付けて測定できる。
この場合の被計測物体の形状・寸法、歪ゲージの取付け
状態その他の事情によって分力の干渉が生じ、測定誤差
が発生することが知られている。この計測誤差を小さく
するために従来は線形方程式で補正している。以下にそ
の方法について述べる。先ず、多分力検出器の各分力方
法に既知の分力を加え、その時の各分力の出力を読み取
り、各分力の負荷、即ち各分力の出力の較正係数を求め
る。この一般式は次式で与えられる。

【００３６】

【数１】

【００３７】ここに、ＥＦx〜ＥＭzは検出器の出力、Ｆ
x〜Ｍz は検出器に加える負荷、そしてＡ₁₁〜Ａ₆₆は変
換行列（変換のためのマトリックス）である。

【００３８】物体に作用する外力を計測する場合は、出
力ＥＦx〜ＥＭz から外力Ｆx〜Ｍzを求めることになる
ので、次式のようになる。

【００３９】

【数２】

【００４０】ここに、［Ｂ］は［Ａ］の逆行列であり、
［Ｂ］＝[Ａ]^-1の関係がある。

【００４１】ところで、本件発明の計測に用いられる多
分力検出器の干渉補正は、上記のような線形補正、即ち
一次補正で充分である。前記数２のマトリックス計算
を、図１には図示しない演算装置で行なうことにより、
誤差が補正されたＦx，Ｆy，Ｆz，Ｍx，Ｍy，Ｍzの６分
力を求めることができる。また、前述のように、６分力
の内、例えば、低位誤差要因の２分力を省略し、Ｆx，
Ｆy，Ｆz，Ｍzの４分力とすることができる。

【００４２】上記方法によれば、多分力を同時にかつデ
ィジタルで精度よく測定でき、測定の簡易化と高精度化
が図れる。

【００４３】次に、前記６分力（Ｆx，Ｆy，ＦzとＭx，
Ｍy，Ｍz）や圧縮荷重（Ｆz）の偏心量（ｅ）が、前記
図１の多分力検出器１１ａにより測定可能な原理に関し
て、詳細に検討した結果を以下に述べる。

【００４４】偏心量（ｅ）のｘ方向の偏心量をΔＸ、ｙ
方向の偏心量をΔＹとすると、ΔＸ＝Ｍy／Ｆz ，ΔＹ
＝Ｍx／Ｆz であり、偏心量（ｅ）およびそのベクトル
角（δz）は、下記のとおりである。

【００４５】ｅ＝［（ΔＸ）²＋（ΔＹ）²］^1/2 ，ｔ
ａｎ（δz）＝ΔＹ／ΔＸ また、横方向力Ｆx，Ｆyの合力Ｆxｙおよびそのベクト
ル角（δｘｙ）は、下記のとおりである。

【００４６】Ｆxｙ＝［（Ｆx）²＋（Ｆy）²］^1/2 ，ｔ
ａｎ（δｘｙ）＝Ｆy／Ｆx 次に、捩れモーメントＭzに関して以下に述べる。捩れ
モーメントＭzは、バネの両端面が拘束されていると、
横方向力が生じない場合においても必ず生ずる。その大
きさは、バネの製作精度のバラツキにより多少の差はあ
るが、材料および設計により略定まる。

【００４７】横方向力を考慮しない場合の捩れモーメン
トをＭzｏとし、横方向力に基づく捩れモーメントをＭz
ｆとし、また図２に示すように、横方向力の合力Ｆxｙ
がＰ点に作用して、その作用点の半径をＲとすると、Ｍ
zｆ＝Ｆxｙ・ＲがＭzｏに追加して作用し、合計の捩れ
モーメントＭzは、Ｍz＝Ｍzｏ＋Ｍzｆとなる。

【００４８】仮に、ＦxｙによるモーメントＭzｆがＭz
とすると、Ｒ＝Ｍz／Ｆxｙとなり、バネの品質が非常良
好であってＦxｙが殆んどゼロの場合には、半径Ｒは、
無限大（∞）となる。逆に、Ｆxｙが非常に大きい場合
には、半径Ｒが小さいこととなり、これは、実際の感覚
と異なる。即ち、実際のバネにおいては、Ｍz＝Ｍzｆと
はなりえない。そこで、簡単な仮定に基づき、ＭzとＦx
ｙとの関係等について検討した結果を、図３ないし図８
に基づき、以下に述べる。以下において、（ａ）図は、
平面図、（ｂ），（ｃ）図は側面図を示す。

【００４９】（検討）図３は、バネ下面への圧縮荷重
の作用点がｙ軸上Ｙ₁ 離れた距離にあるＰ₁ 点にあると
仮定した場合の各分力等を示す。図３において、バネへ
の着力点はバネ上下において角度αの傾斜を有するもの
とする。この場合には、 Ｆx＝Ｆxｙ＝−Ｆz・ｔａｎα Ｍx＝Ｆz・Ｙ₁ Ｍｚ＝−Ｆｘ・Ｙ₁ ＝Ｆz・Ｙ₁・ｔａｎα となり、Ｍx，Ｍｚは、Ｐ₁ 点を基準に考えればよいこ
とが分かる。

【００５０】（検討）図４は、バネ下面への圧縮荷重
の作用点が、ｘ，ｙ軸双方からΔＸ，ΔＹだけ偏心した
Ｐ₀ 点にあると仮定した場合の各分力等を示す。実際に
は不静定であるので、弾性変形を考える必要があるが、
これを無視して考えると、図４においては下記が成り立
つ。即ち、 Ｆx＝−（Ｆz・ｔａｎα）／２ Ｆｙ＝（Ｆz・ｔａｎα）／２ Ｆｘｙ＝（Ｆz・ｔａｎα）／√２ ここで、Ｘ₁ ＝Ｙ₁ ＝Ｘとすると、 Ｍx＝（Ｆz・Ｙ₁）／２＝（Ｆz・Ｘ）／２ Ｍｙ＝−（Ｆz・Ｘ₁）／２＝−（Ｆz・Ｘ）／２ で
あり、Ｆzの偏心位置ΔＸ，ΔＹは、下記のとおりとな
る。

【００５１】 ΔＸ＝−Ｍｙ／Ｆz＝Ｘ₁／２＝Ｘ／２ ΔＹ＝Ｍｘ／Ｆz＝Ｙ₁／２＝Ｘ／２ また、Ｍｚ＝−Ｆｘ・Ｙ₁＋Ｆｙ・Ｘ₁ ＝（Ｆz・Ｙ₁・ｔａｎα）／２＋（Ｆz・Ｘ₁・ｔａｎα）／２ ＝Ｆz・Ｘ・ｔａｎα となる。ここで、Ｒ・Ｆｘｙ＝Ｍｚと考えると、 Ｒ＝Ｍｚ／Ｆｘｙ＝Ｆz・Ｘ・ｔａｎα／（Ｆz・ｔａｎα）／√２ ＝√２・Ｘ となる。

【００５２】前記ΔＸ，ΔＹ，Ｒの関係について作図す
ると、図５に示すようになる。図５から分かるように、
Ｆzの偏心位置Ｐ_O（ΔＸ，ΔＹ）と、Ｆｘｙの作用半径
Ｒは、位置的に異なっており、図５によれば、 Ｒ＝２・［（ΔＸ）²＋（ΔＹ）²］^1/2 となっている。

【００５３】（検討）図６は、バネ下面への圧縮荷重
の作用点が、ｙ軸上の正負対象位置にあって、偶力が作
用する場合を示す（図６において、Ｙ₁＝Ｙ₂＝Ｘとす
る）。この場合、Ｆx＝０，Ｆｙ＝０であるから、Ｆxｙ
＝０である。

【００５４】また、Ｍx＝０，Ｍｙ＝０であるから、Ｆz
の偏心ΔＸ，ΔＹは、それぞれ０である。一方、Ｍｚ
は、前記検討の場合と同様に、Ｍｚ＝Ｆz・Ｙ₁・ｔａ
ｎα＝Ｆz・Ｘ・ｔａｎα である。

【００５５】ここで、Ｒ・Ｆｘｙ＝ＭｚからＲを求めよ
うとすると、Ｒ＝Ｍｚ／Ｆｘｙ＝Ｆz・Ｘ・ｔａｎα／
０となり、即ち、Ｒ＝∞となる。

【００５６】この例は、偶力が作用している場合である
ので、作用力（合力）＝０で、モーメントＭｚが有限で
あるから、当然のことといえる。

【００５７】上記検討〜の結果に基づき、下記イ）
〜ハ）が判明した。即ち、 イ）一般にＦｘｙは、圧縮コイルバネの場合には、コイ
ル直径上に分布していると考えられるので、バネの両端
面を拘束した状態で圧縮したときに得られたＭｚのみか
ら、直接Ｆzの偏心位置の半径Ｒを求めることは不可能
である。 ロ）前述の検討〜のいずれの例においても、Ｆｘｙ
は同じではないのにＭｚは同じ値（Ｆz・Ｘ・ｔａｎ
α）となっている。 ハ）前記ロ）によれば、ＭｚはＦｘｙの影響を受けてい
ないことを示している。従って、横方向力の合力Ｆｘｙ
は、Ｒ＝０の位置に作用していると考えてよい。

【００５８】上記検討〜においては、図７に示す着
力点Ｐ₁に関し、Ｘ₂＝０，Ｘ₃≠０の場合について検討
した。以下の検討−１ないし−３においては、Ｘ₂
≠０，Ｘ₃≠０の場合について検討する。

【００５９】（検討−１）図７は、前記検討に相応
するＸ₂≠０，Ｘ₃≠０の例を示す。この場合、分力は下
記のとおりとなる。即ち、 Ｆx＝Ｆxｙ＝−Ｆz・ｔａｎα Ｍx＝Ｆz・Ｙ₁ Ｍｙ＝Ｆz・Ｘ₂ Ｍｚ＝−Ｆｘ・Ｙ₁ ＝Ｆz・Ｙ₁・ｔａｎα （検討−２）図８は、前記検討に相応するＸ₂≠
０，Ｘ₃≠０の例を示す。この場合、分力は下記のとお
りとなる。即ち、 Ｆx＝−（Ｆz・ｔａｎα）／２ Ｆｙ＝（Ｆz・ｔａｎα）／２ Ｍx＝（Ｆz・Ｙ₂）／２＋（Ｆz・Ｙ₁）／２ Ｍｙ＝−（Ｆz・Ｘ₁）／２−（Ｆz・Ｘ₂）／２ であ
り、Ｆzの偏心位置ΔＸ，ΔＹは、下記のとおりとな
る。

【００６０】 ΔＸ＝−Ｍｙ／Ｆz＝（Ｘ₁＋Ｘ₂）／２ 同様に、 ΔＹ＝（Ｙ₁＋Ｙ₂）／２ となる。

【００６１】 また、Ｍｚ＝−Ｆｘ・Ｙ₁＋Ｆｙ・Ｘ₁ ＝（Ｆz・Ｙ₁・ｔａｎα）／２＋（Ｆz・Ｘ₁・ｔａｎα）／２ ＝Ｆz・Ｘ・ｔａｎα 但し、この場合においても、Ｘ₁ ＝Ｙ₁ ＝Ｘとする。

【００６２】（検討−３）前記検討に相応するＸ₂
≠０，Ｘ₃≠０の場合には、同様にして Ｆx＝０，Ｆｙ＝０ Ｍｚ＝Ｆz・Ｘ・ｔａｎα となる。

【００６３】上記検討結果を総合すると、下記ニ）ホ）
の結論を得ることができる。即ち、ニ）圧縮荷重（Ｆ
z）の着力点の移動は、Ｍx，Ｍｙには影響するが、Ｆ
x，Ｆｙ，Ｍｚは変化しない。ホ）圧縮バネの特性試験
装置において、前述の圧縮荷重，横方向荷重，モーメン
トは、圧縮バネに作用する分力として、図１における多
分力検出器に作用する。

【００６４】従って、本件発明により、バネに作用する
荷重やモーメントが測定できるので、これらの分力が特
に問題となる装置に適用するバネの良品選定や品質管理
ならびにバネ設計資料として、有効に適用できる。

【００６５】また、本件発明により、バネの圧縮荷重
（Ｆz）の作用点のｘ，ｙ軸方向の偏心量（ｅx，ｅy）
を、ｅx＝−Ｍy／Ｆz，ｅy＝Ｍx／Ｆzにより演算して求
めることができる。この点について、補足的に以下に述
べる。

【００６６】Ｆx，Ｆyの各着力点の高さを（ｈｘ，ｈ
ｙ）として、これを考慮すると、圧縮荷重（Ｆz）とそ
の偏心量（ｅx，ｅy）及び前記（ｈｘ，ｈｙ）とから、
Ｍx，Ｍyは、下記のとおりとなる。

【００６７】Ｍx＝Ｆz・ｅy＋Ｆy・ｈｙ Ｍｙ＝−Ｆz・ｅx−Ｆｘ・ｈｘ （ｅx，ｅy）及び（ｈｘ，ｈｙ）は、これ以上分解する
ことはできない。しかしながら、ｈｘ＝ｈｙ＝０と見な
せば、ｅx＝−Ｍy／Ｆz，ｅy＝Ｍx／Ｆz と考えること
ができる。

【００６８】ｅx，ｅyが小さい程、良質のバネというこ
とができるので、このｅx，ｅyを、バネの品質管理に用
いることができる。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、圧縮バネを押圧した際のバネの諸特性を試験する圧
縮バネの特性試験方法において、バネへの押圧力作用方
向をｚ、横力作用方向をｘ，ｙとする直交座標系の前記
ｘ，ｙ，ｚ軸方向に加わる力ＥＦx，ＥＦy，ＥＦzおよ
びこれらの軸回りに働くトルク（モーメント）ＥＭx，
ＥＭy，ＥＭzの６分力を多分力検出器により計測し、こ
れらの分力の干渉の少なくとも一次干渉補正を行なっ
て、前記バネに作用する圧縮荷重（Ｆz）、横方向荷重
（Ｆx，Ｆy）、および曲げモーメント（Ｍx，Ｍy）、捩
りモーメント（Ｍz）の６分力を求めることとし、ま
た、前記試験方法において、前記圧縮荷重（Ｆz）の作
用点のｘ，ｙ軸方向の偏心量（ｅx，ｅy）を、ｅx＝−
Ｍy／Ｆz，ｅy＝Ｍx／Ｆzにより演算して求めることと
し、さらに、前記試験方法を実施するための装置とし
て、バネを押圧するバネ加圧手段と、バネに作用する前
記６分力を計測する多分力検出器とを有し、かつ前記多
分力検出器は、分力の干渉の少なくとも一次干渉補正を
行なう演算装置を備え、また、前記演算装置は、さら
に、圧縮荷重（Ｆz）の作用点のｘ，ｙ軸方向の偏心量
（ｅx，ｅy）を、ｅx＝−Ｍy／Ｆz，ｅy＝Ｍx／Ｆzによ
り演算して求める演算機能を備えてなるものとしたの
で、バネの圧縮荷重とタワミ量以外に、バネに作用する
横方向力や偏心量および各種モーメントを精度よく検出
することができ、圧縮バネの用途に応じたバネの選定や
品質管理等に有効な圧縮バネの特性試験方法および装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関わる圧縮バネの特性試験装置の構成
の概要を示す模式図

【図２】バネに作用する横方向力の説明図

【図３】本発明の検討に関わるバネに作用する分力等
の説明図

【図４】本発明の検討に関わるバネに作用する分力等
の説明図

【図５】本発明の検討に関わるバネに作用する分力等
の異なる説明図

【図６】本発明の検討に関わるバネに作用する分力等
の説明図

【図７】本発明の検討−１に関わるバネに作用する分
力等の説明図

【図８】本発明の検討−２に関わるバネに作用する分
力等の説明図

【図９】従来の圧縮バネの特性試験装置の一例の概略構
成図

【図１０】従来の改良されたコイルスプリングの一例の
断面図

【符号の説明】

６ａ：圧縮バネ、１１ａ：多分力検出器、５１：上面座
板、５２：下面座板。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮バネを押圧した際のバネの諸特性を
   試験する圧縮バネの特性試験方法において、バネへの押
   圧力作用方向をｚ、横力作用方向をｘ，ｙとする直交座
   標系の前記ｘ，ｙ，ｚ軸方向に加わる力ＥＦx，ＥＦy，
   ＥＦzおよびこれらの軸回りに働くトルク（モーメン
   ト）ＥＭx，ＥＭy，ＥＭzの６分力を多分力検出器によ
   り計測し、これらの分力の干渉の少なくとも一次干渉補
   正を行なって、前記バネに作用する圧縮荷重（Ｆz）、
   横方向荷重（Ｆx，Ｆy）、および曲げモーメント（Ｍ
   x，Ｍy）、捩りモーメント（Ｍz）の６分力を求めるこ
   とを特徴とする圧縮バネの特性試験方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の試験方法において、前
   記圧縮荷重（Ｆz）の作用点のｘ，ｙ軸方向の偏心量
   （ｅx，ｅy）を、ｅx＝−Ｍy／Ｆz，ｅy＝Ｍx／Ｆzによ
   り演算して求めることを特徴とする圧縮バネの特性試験
   方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の試験方法にお
   いて、前記バネに作用する荷重，モーメント，偏心量等
   の内、測定が必要な所定の特性項目に応じて、前記ｘ，
   ｙ，ｚ軸方向に加わる力ＥＦx，ＥＦy，ＥＦzおよびこ
   れらの軸回りに働くトルク（モーメント）ＥＭx，ＥＭ
   y，ＥＭzの６分力の内の必要最小限度の分力を選択的に
   計測することを特徴とする圧縮バネの特性試験方法。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の試
   験方法において、前記一次干渉補正は、変換行列による
   ディジタル演算補正とすることを特徴とする圧縮バネの
   特性試験方法。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の圧縮バネの特性試験方
   法を実施するための装置であって、バネを押圧するバネ
   加圧手段と、バネに作用する前記６分力を計測する多分
   力検出器とを有し、かつ前記多分力検出器は、分力の干
   渉の少なくとも一次干渉補正を行なう演算装置を備えて
   なることを特徴とする圧縮バネの特性試験装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の試験装置において、前
   記演算装置は、さらに、圧縮荷重（Ｆz）の作用点の
   ｘ，ｙ軸方向の偏心量（ｅx，ｅy）を、ｅx＝−Ｍy／Ｆ
   z，ｅy＝Ｍx／Ｆzにより演算して求める演算機能を備え
   てなることを特徴とする圧縮バネの特性試験装置。
7. 【請求項７】 請求項５または６に記載の圧縮バネの特
   性試験装置において、前記多分力検出器は、複数個のビ
   ームの所定位置に貼付した複数個の歪ゲージにより分力
   検出する構成を有するものとすることを特徴とする圧縮
   バネの特性試験装置。