JP2004245313A

JP2004245313A - Wave coil spring

Info

Publication number: JP2004245313A
Application number: JP2003035242A
Authority: JP
Inventors: Toshikazu Okuno; 利和奥野
Original assignee: OKUNO MACHINE CO Ltd; Fukuju Kogyo KK
Current assignee: OKUNO MACHINE CO Ltd; Fukuju Kogyo KK
Priority date: 2003-02-13
Filing date: 2003-02-13
Publication date: 2004-09-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wave coil spring capable of providing an at least two-stage weighting spring of a short stroke. <P>SOLUTION: This wave coil spring is obtained by coiling a single continuous plate spring member 10 waved by waving work in such a way that crests 1 and troughs 2 of waves face each other. It is composed in such a way that the crests 1 and the troughs 2 face each other at non-parallel angles as seen in radial directions. In spite of the stroke similar to that in conventional ones, it is elastically deformed with weak force initially, and then elastically deformed with strong force to make a two-stage weighting spring. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウエーブ加工により波付けされた金属の板ばね材を、ウエーブの山と谷とが相対向するようにコイル巻きされてなるウエーブコイルスプリング、さらに詳しくは少なくとも２段階加重の反力を持つウエーブコイルスプリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ウエーブコイルスプリングは、帯状の金属板ばね材を波状に形成しながら薄板の厚さ方向にコイル巻きしたものであって、このようなウエーブコイルスプリングは従来から一般に知られている。（例えば、特許文献１及び２参照）。図１は従来のウエーブコイルスプリングの側面図、図２（ａ）は従来のウエーブコイルスプリングの平面図、（ｂ）は同図Ａ−Ａ線に沿う断面図である。
【０００３】
このように従来のウエーブコイルスプリングはスプリングの谷（上側）と山（下側）とが平行しているため、荷重を加えない無負荷（自由長）の状態で山３１と谷３２の頂部が平行に相対して接触し、スプリングの両端に圧縮加重をかけると山と谷の弓状部分に撓みを生じて所定の反発力が得られる構造となっている。このため、従来のウエーブコイルスプリングは、図７の線図（ロ）に示すように１段階のばね反力しか得られなかった。
【０００４】

【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、従来のウエーブコイルスプリングは反発力を段階的に変化させることができず、利用範囲が限定されるという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は従来のウエーブコイルスプリングと同じストロークで少なくとも２段階の加重ばねが得られるようにしたウエーブコイルスプリングを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係るウエーブコイルスプリングは、ウエーブ加工により波付けされた板ばね材１０をウエーブの山１と谷２とを相対向するようにコイル巻して得られたウエーブコイルスプリングにおいて、山１と谷２とが半径方向から見て非平行に角度を持って相対向し、山１と谷２の面はハの字に開いている。
【０００８】
本発明に係るスプリングはストロークが従来のものと全くかわらないにもかからわず、始め弱い力で弾性変形し、その後強い力で弾性変形する２段階加重ばねが得られる。
【０００９】
また、上記ウエーブコイルスプリング２０において、山１と谷２とが、コイルの内径側に向かってハ字形に開いていることが好ましい。こうすると、集中荷重が中心に働くため弾性変形の中心がずれにくく、より精度が高い。
【００１０】
また、上記ウエーブコイルスプリング２０は、無負荷（自由長）の状態でウエーブの山１と谷２とが離間して対向するようにしてもよい。
【００１１】
このようにすれば、山１と谷２とが点接触するまでと、点接触後山１と谷２の頂部同志が線接触するまでと、線接触後さらに変形して完全に密着するまで、の３段階荷重ばねが得られる。
【００１２】
本発明に係るウエーブコイルスプリング２０は、全体の形状が円錐形、太鼓型などであってもよい。
【００１３】
【実施例】
以下添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明する。図３乃至図５は、本発明の一実施例を説明するための図である。図３は本発明のウエーブコイルスプリングの側面図、図４（ａ）は本発明のウエーブコイルスプリングの平面図、（ｂ）は同図Ｂ−Ｂに沿う断面図、また、図５（ａ）は本発明のウエーブコイルスプリングの全体斜視図であり、（ｂ）は同図中の破線部で囲ったＡ部分（隣接する波形部の山と谷の対向部分）を模式的に拡大した図である。
【００１４】
本発明のウエーブコイルスプリング２０は、図５のようにウエーブの山１と谷２の対向部分が平行ではなく、角度をつけることによって山と谷との一部が接触する構造となっている。加重を全く加えない状態、即ちスプリングが自由長のときは、図５（ｂ）の拡大図のように、山と谷の対向部分がハの字に開いているため、側面からみると図４（ｂ）のようにスプリングの内径側（コイルの中心軸側）に「開き」が見られる。言い換えると、山と谷とが密接している部分に略三角形の隙間を備えている。
【００１５】
このスプリング２０は、荷重を加えると接触部を支点にして捻れが発生する。この捻れが元に戻ろうとする比較的弱い力で反発しながら弾性変形を始める（第１段階）。さらに荷重を加えると、山と谷との全面が密着し、以後（第２段階）はスプリング２０全体が強い力で弾性変形する。
【００１６】
このため、本発明のウエーブコイルスプリングは、ウエーブ部分の捻れによる弱いばね定数ｋ１と、完全密着後の強いばね定数ｋ２とを備えた２段階の加重ばねとなる。
【００１７】
なお、第２段階は、山と谷とが平行な（即ち角度のない）従来のスプリングとほぼ同様の変形動作を行なう。
【００１８】
図６（ａ）乃至（ｃ）は、加重を加えた際のスプリングの変形状態を示したものである。（ａ）は無負荷の状態でありスプリングは自由長である。（ｂ）は第１段階の弱い力（軽加重）を加えた場合であり、山と谷の頂部同志が点から線接触してスプリングは自由長よりも圧縮した状態である。（ｃ）は最大加重を加え、これによりスプリング全体が弾性変形して大きく縮んだ状態を示している。
【００１９】
ー実施例ー
本発明のウエーブコイルスプリングの仕様：
板ばねの板巾（ｗ）１０ミリメートル
板厚（ｔ）２．４５ミリメートル
ウエーブの山数／周（ＮＸ）３．５
有効巻数（Ｚ）３７巻（総巻数３９）
外径（Ｄ）１５０ミリメートル
内径（ｄ）１３０ミリメートル
【００２０】
図７はこの仕様のスプリングに対し９８万回の疲労試験を行なった後の、加重に対する撓み量を実測したデータ線図（イ）と、従来のスプリングの実測データ（ロ）とを対比したものである。従来のスプリングは、加重に対しほぼ直線的に変化する一段階荷重ばねとして機能しているが、本発明のスプリングは撓みが１２５ｍｍ（荷重１９０ｋｇ、図のＡ点）に達するとばね定数が大きく変化（増大）していることがわかる。
【００２１】
これは、ウエーブの山と谷の接触分がハの字に開いた状態から捻れに反発して山と谷が平行となり全面密着した状態に移行すると、この時点で捻れによる反発力は限界に達するため、これ以上の圧縮力を加えるためにはさらに大きな荷重が必要となるためである。
【００２２】
即ち、本発明に係るウエーブコイルスプリングは始め弱い力で変形し、撓みがある大きさ以上になると今度は強い力で変形する２段階荷重ばねとなる。
【００２３】
（変形例）
ばねの捻れは、スプリングの内径側（中心軸側）がハの字に開く（つまり、捻れの支点がスプリングの円の外側に存在する）例を示した。この方が集中荷重が中心に働くため弾性変形の中心がずれにくく精度がよいためである。しかし、これとは逆に外側がハの字に開き、中心側が閉じていても、同様の２段階加重ばねが得られる。
【００２４】
また、上記実施例のように山と谷との対向部が角度を持った状態でスプリングが自由長のときにウエーブの山と谷とが離間して対向するようにすることもできる。このようにすれば、山と谷の一部が接触するまではストロークの大きいばねとして働く。このようにすると、３段階加重ばねとなる。
【００２５】
さらに、スプリングの形状は上記実施例のごとく円柱に限られず、円錐形状や太鼓型形状、角柱形など種々の変形が可能である。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、ウエーブ加工により波付けされた板ばね材をウエーブの山と谷とを一定間隔隔てて相対向するようにコイル巻して得られたウエーブコイルスプリングにおいて、山と谷とが半径方向から見て非平行に角度を持って相対向しているため、始め弱い力で弾性変形し、その後強い力で弾性変形する２段階加重ばねが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のウエーブコイルスプリングの側面図である。
【図２】従来のウエーブコイルスプリングを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は、同図Ａ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】本発明のウエーブコイルスプリングの側面図である。
【図４】本発明のウエーブコイルスプリングを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は、同図Ｂ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図５】（ａ）は本発明のウエーブコイルスプリングの全体斜視図であり、（ｂ）は同図中の破線部で囲ったＡ部分を模式的に拡大した図である。
【図６】本発明のウエーブコイルスプリングに加重を加えた際の変化を示したもので、（ａ）は無負荷状態、（ｂ）は軽荷重を加えた状態、（ｃ）は最大荷重を加えた状態を示す。
【図７】本発明のウエーブコイルスプリングに対し、９８万回の疲労試験を行なった後の、加重に対する撓み量を実測したデータと、従来のスプリングを実測したデータとの比較線図である。
【符号の説明】
１山
２谷
１０板ばね材
２０本発明のウエーブコイルスプリング
３０従来のウエーブコイルスプリング
３１山
３２谷[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a wave coil spring formed by winding a metal leaf spring material corrugated by wave processing such that peaks and valleys of the wave are opposed to each other, and more specifically, a reaction force of at least two-stage load. About having a wave coil spring.
[0002]
[Prior art]
The wave coil spring is formed by winding a band-shaped metal leaf spring material into a wave shape and winding the coil in the thickness direction of a thin plate. Such a wave coil spring has been generally known. (See, for example, Patent Documents 1 and 2). FIG. 1 is a side view of a conventional wave coil spring, FIG. 2A is a plan view of the conventional wave coil spring, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
[0003]
As described above, in the conventional wave coil spring, since the valley (upper side) and the ridge (lower side) of the spring are parallel to each other, the peaks of the ridge 31 and the valley 32 are not loaded (free length) and no load is applied. The springs are in parallel contact with each other, and when a compression load is applied to both ends of the spring, the bow-shaped portions of the peaks and valleys are bent to obtain a predetermined repulsive force. For this reason, the conventional wave coil spring can obtain only one-step spring reaction force as shown in the diagram (b) of FIG.
[0004]

[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the conventional wave coil spring has a problem that the repulsive force cannot be changed in a stepwise manner, and the range of use is limited.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a wave coil spring capable of obtaining at least two stages of weight springs with the same stroke as a conventional wave coil spring.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a wave coil spring according to the present invention is a wave spring obtained by coiling a leaf spring material 10 corrugated by wave processing so that peaks 1 and valleys 2 of the wave are opposed to each other. In the coil spring, the ridges 1 and the valleys 2 face each other at an angle in a non-parallel manner when viewed from the radial direction, and the surfaces of the ridges 1 and the valleys 2 are open in a C shape.
[0008]
The spring according to the present invention can obtain a two-stage load spring that elastically deforms with a weak force at first, and then elastically deforms with a strong force, even though the stroke does not differ from the conventional one at all.
[0009]
In the wave coil spring 20, it is preferable that the peaks 1 and the valleys 2 open in a C shape toward the inner diameter side of the coil. In this case, since the concentrated load acts on the center, the center of the elastic deformation does not easily shift, and the accuracy is higher.
[0010]
The wave coil spring 20 may be configured such that the peaks 1 and the valleys 2 of the wave are opposed to each other with no load (free length).
[0011]
In this way, the peaks 1 and valley 2 are brought into point contact with each other, the point between the peaks of the peaks 1 and valleys 2 are brought into line contact with each other after the point contact, and further deformed and completely adhered after the line contact. A three-stage load spring is obtained.
[0012]
The wave coil spring 20 according to the present invention may have a conical shape, a drum shape, or the like as a whole.
[0013]
【Example】
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. 3 to 5 are diagrams for explaining one embodiment of the present invention. FIG. 3 is a side view of the wave coil spring of the present invention, FIG. 4A is a plan view of the wave coil spring of the present invention, FIG. 3B is a sectional view taken along the line BB of FIG. FIG. 1 is an overall perspective view of a wave coil spring of the present invention, and FIG. 1B is a schematic enlarged view of a portion A (a portion where a peak and a valley of an adjacent corrugated portion oppose each other) surrounded by a broken line in FIG. is there.
[0014]
The wave coil spring 20 of the present invention has a structure in which the wave peaks 1 and valleys 2 are not parallel to each other as shown in FIG. When no load is applied, that is, when the spring has a free length, as shown in the enlarged view of FIG. As shown in (b), an “opening” is seen on the inner diameter side of the spring (the center axis side of the coil). In other words, a substantially triangular gap is provided at a portion where the peak and the valley are in close contact.
[0015]
When a load is applied, the spring 20 twists around the contact portion as a fulcrum. This torsion starts elastic deformation while repelling with a relatively weak force trying to return to the original state (first stage). When a load is further applied, the entire surfaces of the peaks and valleys are brought into close contact, and thereafter (second stage), the entire spring 20 is elastically deformed by a strong force.
[0016]
Therefore, the wave coil spring of the present invention is a two-stage weighted spring having a weak spring constant k1 due to the torsion of the wave portion and a strong spring constant k2 after perfect contact.
[0017]
In the second stage, the same deformation operation as that of a conventional spring in which peaks and valleys are parallel (that is, have no angle) is performed.
[0018]
FIGS. 6A to 6C show the deformed state of the spring when a load is applied. (A) is a no-load state and the spring has a free length. (B) is a case where a first-stage weak force (light load) is applied, and the tops of the peaks and valleys are in line contact from a point, and the spring is compressed more than its free length. (C) shows a state in which the maximum load is applied, whereby the entire spring is elastically deformed and largely contracted.
[0019]
-Example-Specifications of the wave coil spring of the present invention:
Plate width of leaf spring (w) 10 mm plate thickness (t) 2.45 mm crest number of wave / round (NX) 3.5
Effective turns (Z) 37 (total 39)
Outer diameter (D) 150 mm Inner diameter (d) 130 mm
FIG. 7 shows a comparison between a data diagram (a) in which the amount of deflection against the load is measured after a 980,000 fatigue test is performed on a spring of this specification and data (b) in which the conventional spring is measured. It is. The conventional spring functions as a one-step load spring that changes almost linearly with the load, but the spring of the present invention greatly changes its spring constant when the deflection reaches 125 mm (load 190 kg, point A in the figure). (Increase).
[0021]
This is because the contact between the peak and the valley of the wave repels torsion from the state of opening in a C-shape, and the ridge and the valley become parallel and transition to the state of full contact, at this point the repulsive force due to the torsion reaches the limit Therefore, a larger load is required to apply a greater compressive force.
[0022]
That is, the wave coil spring according to the present invention is a two-stage load spring that is initially deformed by a weak force, and is deformed by a strong force when the deflection exceeds a certain magnitude.
[0023]
(Modification)
As for the torsion of the spring, an example is shown in which the inside diameter side (center axis side) of the spring opens in a C shape (that is, the fulcrum of the torsion exists outside the circle of the spring). This is because the concentrated load acts on the center, so that the center of the elastic deformation is less likely to shift, and the accuracy is better. However, conversely, even if the outside is opened in a C shape and the center side is closed, a similar two-stage weighted spring can be obtained.
[0024]
Also, as in the above-described embodiment, the peak and the valley of the wave may be spaced apart and face each other when the spring has a free length in a state where the facing portion between the peak and the valley has an angle. In this way, the spring acts as a large-stroke spring until a part of the peak and the valley come into contact. In this way, a three-stage load spring is obtained.
[0025]
Furthermore, the shape of the spring is not limited to a cylinder as in the above-described embodiment, and various modifications such as a conical shape, a drum shape, and a prism shape are possible.
[0026]
【The invention's effect】
The present invention relates to a wave coil spring obtained by coiling a leaf spring material corrugated by wave processing so that peaks and valleys of the wave are opposed to each other with a predetermined interval between the peaks and valleys in the radial direction. As a result, a two-stage weighted spring is obtained, which is elastically deformed by a weak force at first, and then elastically deformed by a strong force.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a conventional wave coil spring.
FIGS. 2A and 2B show a conventional wave coil spring, wherein FIG. 2A is a plan view and FIG. 2B is a cross-sectional view along the line AA in FIG.
FIG. 3 is a side view of the wave coil spring of the present invention.
4A and 4B show a wave coil spring of the present invention, wherein FIG. 4A is a plan view, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
FIG. 5A is an overall perspective view of a wave coil spring according to the present invention, and FIG. 5B is a schematic enlarged view of a portion A surrounded by a broken line in FIG.
FIGS. 6A and 6B show changes when a weight is applied to the wave coil spring of the present invention. FIG. 6A shows a state where no load is applied, FIG. 6B shows a state where light load is applied, and FIG. The added state is shown.
FIG. 7 is a comparison diagram of data obtained by actually measuring the amount of deflection with respect to the load after a 980,000 fatigue test is performed on the wave coil spring of the present invention and data obtained by measuring a conventional spring.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 mountain 2 valley 10 leaf spring material 20 wave coil spring 30 of the present invention conventional wave coil spring 31 mountain 32 valley

Claims

In a wave coil spring obtained by coiling a leaf spring material (10) corrugated by wave processing such that the peaks of the wave peaks (1) and valleys (2) are opposed to each other, A wave coil spring characterized in that the valleys (2) face each other at an angle so as to be non-parallel as viewed from the radial direction.

2. The wave coil spring according to claim 1, wherein the ridges (1) and the valleys (2) open in a C shape toward the inner diameter side of the coil when viewed from the radial direction.

The wave coil spring according to claim 1 or 2, wherein the ridge (1) and the valley (2) of the wave are opposed to each other with no load (free length).