JP2007255539A - バネ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 多数の板バネを重ねたとしても腕部同士が接触せず、全体の厚さを薄く且つ安価に製造することができるバネ装置を提供すること。
【解決手段】 外周部８と中央部９とこれらを接続する複数の腕部１０とを有して一体に構成される同形状の板バネ５を複数重ねてバネ装置としての振動吸収ユニット４を構成し、前記板バネ５の腕部１０の太さＸをこれらの腕部１０同士の間隔Ｙよりも細く形成すると共に、複数の前記板バネ５を、隣接する前記板バネ５の腕部１０同士が干渉しないように、振幅方向となる軸Ｚ回りに互いにずらして重ねることで、前記板バネ５の腕部１０が撓んだ際に、隣接する前記板バネ５の腕部１０間で撓むことになるので、スペーサを用いることなく前記板バネ５の腕部１０が隣接する前記板バネ５の腕部１０と接しないようにすることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、複数の板バネを用いるバネ装置に関するものである。

従来、この種のバネ装置としては、例えば、スターリングサイクル機関のケーシングに設けられた振動吸収ユニット等が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この振動吸収ユニットは、複数の板バネを重ね、この重ねられた板バネにバランスウエイトをビス止め等によって固定することで構成されている。
特開２００４−２５１１８０号公報

このような複数の前記板バネを重ねて用いるバネ装置においては、前記板バネが撓んだ際に、前記腕部同士が擦れることで摩擦音が生じたり、摩耗したりする虞があった。そして、このように前記各板バネの腕部同士が擦れることで、これらの腕部がスムーズに弾性変形できないという虞もあった。このため、複数の前記板バネを重ねて用いる従来のバネ装置では、図６に示すように、外周部１０２と中央部１０３と腕部１０４とを有する前記各板バネ１０１において、前記腕部１０４が弾性変形する際に、前記腕部１０４同士が接触することを防ぐ目的で、前記外周部１０２及び中央部１０３で前記各板バネ１０１同士の間にワッシャ１０５等のスペーサを挟んでいた。しかしながら、このように前記板バネ１０１同士の間に前記ワッシャ１０５を挟むと、これらのワッシャ１０５の厚み分、バネ装置１００の厚さが増してしまうという問題があった。（前記板バネ１０１の厚さをＴｓ、前記ワッシャ１０５の厚さをＴｗ、前記板バネ１０１の枚数をｎとすると、前記バネ装置１００の厚さＴａはｎＴｓ＋（ｎ−１）Ｔｗとなる。（なお、ビス１０６及びバランスウエイト１０７の寸法は含まないものとする。））このような前記バネ装置１００の厚さの増加は、使用する前記板バネ１０１の枚数が少ない場合にはさほど問題とならないが、使用する前記板バネ１０１の枚数が多くなるに従って無視できない厚さ増となる。また、ワッシャ１０５自体の単価はそれほど大きくないものの、前記板バネ１０１の枚数が多くなるに従って前記ワッシャ１０５の数も多くなり、これが組立工数の増加にも繋がってしまうので、原材料費及び組立工賃の両方で大幅な増加に繋がってしまう虞があった。

本発明は以上の問題点を解決し、多数の板バネを重ねたとしても腕部同士が接触せず、全体の厚さを薄くできると共に安価に製造できるバネ装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載のバネ装置は、外周部と中央部とこれらを接続する複数の腕部とを有して一体に構成される板バネを複数重ねて構成されたバネ装置において、前記板バネの腕部の太さをこれらの腕部同士の間隔よりも細く形成すると共に、同形状の前記複数の板バネを、隣接する板バネの腕部同士が干渉しないように、振幅方向を軸として軸回りに互いにずらして重ねたものである。

また、本発明の請求項２に記載のバネ装置は、請求項１において、前記板バネの複数の腕部を等角度間隔で設けると共に、前記板バネの外周部に複数の貫通孔を等角度間隔で設け、前記貫通孔の数と前記腕部の数を違えたものである。

また、本発明の請求項３に記載のバネ装置は、請求項２において、前記貫通孔の数を前記腕部の数の偶数倍としたものである。

更に、本発明の請求項４に記載のバネ装置は、請求項２乃至３において、前記板バネの外周部に切欠部を等角度間隔で複数形成し、この切欠部の数を前記板バネの腕部の数と違えると共に、前記貫通孔の数を前記切欠部の数の倍数としたものである。

本発明の請求項１に記載のバネ装置は、以上のように構成することにより、前記板バネの腕部が撓んだ際に、隣接する板バネの腕部間で撓むことになるので、ワッシャ等のスペーサを用いなくても、前記板バネの腕部が隣接する前記板バネの腕部と接しないようにすることができる。また、隣接しない他の前記板バネの腕部に対しては、前記隣接する板バネがスペーサの役割を果たすことで、前記板バネの腕部が他の前記板バネの腕部と接しないようにすることができる。

また、本発明の請求項２に記載のバネ装置は、以上のように構成することにより、前記板バネの貫通孔と隣接する前記板バネの異なる貫通孔を合わせて重ねることで、隣接する前記板バネ同士の腕部の位置をずらすことができるばかりでなく、前記貫通孔を用いて複数の前記板バネ同士の位置関係を固定することができる。

また、本発明の請求項３に記載のバネ装置は、以上のように構成することにより、板バネの腕部を、隣接する板バネの腕部同士の丁度中央に配することができる。

更に、本発明の請求項４に記載のバネ装置は、以上のように構成することにより、前記切欠部をガイドして前記板バネの切欠部を他の前記板バネの他の切欠部と合わせて重ねることで、隣接する前記板バネ同士の腕部の位置をずらすことができるばかりでなく、前記貫通孔の数が前記切欠部の数の倍数であることで、前記板バネの貫通孔と他の前記板バネの貫通孔の位置を合わせることができる。

以下、本発明の実施形態について、図１乃至図５に基づいて説明する。１はスターリング冷凍機である。このスターリング冷凍機１は、スターリング冷凍機本体２と、このスターリング冷凍機本体２に取り付けられた取付部３と、この取付部３に取り付けられたバネ装置としての振動吸収ユニット４とを有して構成されている。そして、前記振動吸収ユニット４は、複数の板バネ５と、これらの板バネ５に対してビス６等によって固定されたバランスウエイト７とで構成されている。

前記板バネ５は、略円形に形成された外周部８と、この外周部８と同心に設けられた中央部９と、これら外周部８と中央部９とを接続する複数（本実施形態では３本）の腕部１０とを有して一体に構成されている。なお、複数の前記腕部１０は等角度間隔（本実施形態では１２０度間隔）で設けられていると共に、渦巻き状に形成されている。また、前記腕部１０自体の太さＸは、前記腕部１０同士の間隔Ｙよりも細くなるように形成されている。そして、前記外周部８には、複数（本実施形態では６個所）の貫通孔１１が等角度間隔（本実施形態では６０度間隔）で形成されており、この貫通孔１１を用いて前記板バネ５とバランスウエイト７を前記ビス６等によって螺子止めすることができるようになっている。また、前記外周部８には、複数（本実施形態では２個所）の切欠部１２が等角度間隔（本実施形態では１８０度間隔）で形成されている。そして、前記中央部９には、中央貫通孔１３と、この中央貫通孔１３を囲むように複数（本実施形態では６個所）の貫通孔１４が等角度間隔（本実施形態では６０度間隔）で形成されている。そして、前記板バネ５は、前記貫通孔１４を用いて図示しないビス等によって前記取付部３に螺子止めすることができるようになっている。

なお、前記板バネ５は、前記振動吸収ユニット４だけでなく、前記スターリング冷凍機本体２の内部で使用することができるように形成されている。例えば、前記板バネ５には前記切欠部１２が形成されているが、この切欠部１２は、前記スターリング冷凍機本体２内において、図示しない配線を通すために用いられる。また、前記板バネ５には前記中央貫通孔１３が形成されているが、この前記中央貫通孔１３は、前記スターリング冷凍機本体２内において、図示しないディスプレイサーロッドを通すために用いられる。

そして、図３に示すように、前記板バネ５の一方の切欠部１２Ａ及び他方の切欠部１２Ｂが、それぞれ隣り合う前記板バネ５の他方の切欠部１２Ｂ及び一方の切欠部１２Ａと重なるように、複数の前記板バネ５は、これらの板バネ５の中央を通る軸Ｚ回りに１８０度ずつずらして重ねられる。なお、この際、前記複数の板バネ５同士の間には、ワッシャ等のスペーサは設けられない。従って、バネ装置としての前記振動吸収ユニット４の厚さＴａは、前記ビス６とバランスウエイト７の寸法を除けば、前記板バネ５の厚さをＴｓ、前記板バネ５の枚数をｎとすると、ｎＴｓとなり、従来の構造に比べてワッシャｎ−１枚分（（ｎ−１）Ｔｗ）薄くすることができる。また、複数の前記板バネ５を、従来の構造のように、間にワッシャを挟んで積層すると、前記板バネ５の場合、前記貫通孔１１が前記板バネ５一枚当たり６個所形成されているので、必要なワッシャの枚数は６（ｎ−１）枚となってしまい、前記板バネ５の枚数が増えると、原材料費及び組立工賃が増加してしまうばかりでなく、前記中央部９においては、一般的な形状のワッシャを使用することができず、特殊な形状のスペーサ或いは特殊な径のワッシャを用いる必要があるので、ここでも原材料費及び組立工賃が増加してしまう虞がある。しかしながら、本発明のバネ装置としての振動吸収ユニット４では、このようなワッシャ或いは特殊なスペーサを用いる必要がないので、ワッシャ或いは特殊なスペーサを用いる場合の原材料費及び組立工賃が不要となり、従来の構造に比べて大幅なコストダウンが可能となる。

また、このように複数の前記板バネ５を重ねる際、前記切欠部１２に対応する図示しないガイドを用いて前記板バネ５を重ねてゆけば、前記板バネ５同士の位置合わせを簡単に行うことができる。そして、このように前記板バネ５を重ねた場合、前記貫通孔１１が６０度間隔で６個所、即ち１８０度間隔で２個所形成された前記切欠部１２の倍数形成されているため、前記板バネ５同士が軸Ｚ回りに１８０度ずつずれていたとしても、貫通孔１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅ，１１Ｆが、それぞれ隣り合う前記板バネ５の貫通孔１１Ｄ，１１Ｅ，１１Ｆ，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃと重なることになる。同様に、貫通孔１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ，１４Ｅ，１４Ｆも、それぞれ隣り合う前記板バネ５の貫通孔１４Ｄ，１４Ｅ，１４Ｆ，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃと重なることになる。従って、前記板バネ５を軸Ｚ回りに１８０度ずつずらして重ねたとしても、前記貫通孔１１，１４でビス止めが可能となる。

また、このように前記板バネ５を重ねた場合、腕部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが、それぞれ隣り合う前記板バネ５の腕部１０Ｂ−１０Ｃ間の中央、１０Ｃ−１０Ａ間の中央、１０Ａ−１０Ｂ間の中央に位置することになる。従って、このように重ねられた複数の前記板バネ５は、図４に示すように、軸Ｚ方向から見て、６０度間隔で腕部１０が配されることになる。そして、この際、前記板バネ５は、隣接する前記板バネ５に対してスペーサの役割を果たすことになる。即ち、図３における中央の前記板バネ５が上下の前記板バネ５に対してスペーサの役割を果たすことで、これらの板バネ５が撓む際に、上下の前記板バネ５同士の腕部１０が接触することを防止することができる。同様に、上下の前記板バネ５も、それらの更に上下隣の前記板バネ５と中央の板バネ５に対してスペーサの役割を果たすことになる。また、前述したように、前記腕部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが、それぞれ隣り合う板バネ５の前記腕部１０Ｂ−１０Ｃ間の中央、１０Ｃ−１０Ａ間の中央、１０Ａ−１０Ｂ間の中央に位置することで、前記板バネ５の腕部１０と隣接する前記板バネ５の腕部１０との間隔を充分に確保することができるので、前記腕部１０同士の接触を確実に防ぐことができる。

なお、前記腕部１０の数Ａ、前記ビス孔１１の数Ｂ、前記切欠部１２の数Ｃ、前記ビス孔１４の数Ｄの条件は、ＡとＣが異なる数であり、また、Ｂ及びＤがＣと等しいか又はその倍数である。そして、Ａが奇数であり、Ｃが偶数であり、Ｂ及びＤがＡの偶数倍になることがより好ましい。本実施形態の場合、Ａは３であり、Ｃは２であり、Ｂ及びＤはそれぞれＡの偶数倍で且つＣの倍数の６である。

以上のように本発明は、外周部８と中央部９とこれらを接続する複数の腕部１０とを有して一体に構成される同形状の板バネ５を複数重ねてバネ装置としての振動吸収ユニット４を構成し、前記板バネ５の腕部１０の太さＸをこれらの腕部１０同士の間隔Ｙよりも細く形成すると共に、複数の前記板バネ５を、隣接する前記板バネ５の腕部１０同士が干渉しないように、振幅方向となる軸Ｚ回りに互いにずらして重ねることで、前記板バネ５の腕部１０が撓んだ際に、隣接する前記板バネ５の腕部１０間で撓むことになるので、スペーサを用いることなく前記板バネ５の腕部１０が隣接する前記板バネ５の腕部１０と接しないようにすることができるばかりでなく、隣接しない他の前記板バネ５の腕部１０に対しては、前記隣接する板バネ５がスペーサの役割を果たして前記板バネ５の腕部１０が他の前記板バネ５の腕部１０と接しないようにすることができるものである。

また、本発明は、前記板バネ５の複数の腕部１０を１２０度の等角度間隔で設けると共に、前記板バネ５の外周部８に複数の貫通孔１１を６０度の等角度間隔で設けたことで、前記板バネ５の貫通孔１１と隣接する前記板バネ５の異なる貫通孔１１を合わせて重ねることで、隣接する前記板バネ５同士の腕部１０の位置をずらすことができるばかりでなく、前記貫通孔１１を用いて複数の前記板バネ５同士の位置関係をビス止め等で固定することができるものである。また、前記貫通孔１１の数を前記腕部１０の数の２倍としたことで、前記板バネ５の腕部１０が、隣接する前記板バネ５の腕部１０同士の間の丁度中央に配されるので、前記板バネ５の腕部１０と隣接する前記板バネ５の腕部１０との間隔を充分に確保して、前記腕部１０同士の接触を確実に防ぐことができるものである。

更に、前記板バネ５の外周部８に切欠部１２を１８０度の等角度間隔で２個所形成したことで、前記切欠部１２をガイドして前記板バネ５の切欠部１２を他の前記板バネ５の他の切欠部１２と合わせることで、簡単に隣接する前記板バネ５同士の腕部１０の位置をずらして重ねることができるばかりでなく、前記貫通孔１１の数が前記切欠部１２の数の倍数であることで、前記板バネ５の貫通孔１１と他の前記板バネ５の貫通孔１１の位置を合わせることができるものである。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。図６は本発明の他の実施形態を示すものである。この実施形態の板バネ２１は、略円形に形成された外周部２２と、この外周部２２と同心に設けられた中央部２３と、これら外周部２２と中央部２３とを接続する３本の腕部２４とを有して一体に構成されている。なお、複数の前記腕部２４は１２０度間隔で設けられていると共に、渦巻き状に形成されている。また、前記腕部２４自体の太さＸは、前記腕部２４同士の間隔Ｙよりも細くなるように形成されている。そして、前記外周部２２には、貫通孔２５が６０度間隔で６個所形成されており、この貫通孔２５を用いて前記板バネ２１とバランスウエイト７をビス６等によって螺子止めすることができるようになっている。また、前記中央部２３には、中央貫通孔２６と、この中央貫通孔２６を囲むように貫通孔２７が６０度間隔で６個所形成されている。そして、前記板バネ２１は、前記貫通孔２７を用いて図示しないビス等によって取付部３に螺子止めすることができるようになっている。

なお、本実施形態の板バネ２１は、上記実施形態の板バネ５と異なり、切欠部が形成されていない。この場合、複数の板バネ２１同士の位置合わせは、前記貫通孔２５を用いて行われることになる。そしてこの場合、前記板バネ２１は、隣り合う前記板バネ２１に対して軸Ｚ回りに６０度ずつ又は１８０度ずつずらして重ねられることになる。

なお、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、板バネの腕部の間隔が充分であれば、前記板バネの腕部が隣接する前記板バネの腕部間の中央に配されなくても良い。（例えば、前記腕部を１８０度間隔で形成し、複数の板バネを６０度ずつずらして重ねるようにしても良い。）また、上記実施形態では、前記複数の板バネ同士をビスによって固定したが、これ以外の固定手段によって複数の前記板バネ同士が固定されるようにしても良い。

上記バネ装置は、スターリング冷凍機の振動吸収ユニットの他に、スターリング冷凍機自体の内部構造として使用しても良い。また、板バネを用いるスターリング冷凍機以外の機器に使用しても良い。

本発明の一実施形態を示すバネ装置を用いたスターリング冷凍機の正面図である。 同上、板バネ単体の平面図である。 同上、板バネ単体の重ね方を示す斜視図である。 同上、バネ装置としての振動吸収ユニットの平面図である。 同上、バネ装置としての振動吸収ユニットの正面図である。 本発明の他の実施形態を示すバネ装置の板バネ単体の平面図である。 従来のバネ装置を示す図であり、（ａ）は板バネ単体の平面図、（ｂ）はこの板バネを用いたバネ装置としての振動吸収ユニットの正面図である。

符号の説明

４ 振動吸収ユニット（バネ装置）
５，２１ 板バネ
８，２２ 外周部
９，２３ 中央部
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，２４ 腕部
１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅ，１１Ｆ，２５ 貫通孔
１２ 切欠部
１２Ａ 一方の切欠部
１２Ｂ 他方の切欠部
Ｘ 腕部１０自体の太さ
Ｙ 腕部１０同士の間隔
Ｚ 軸

Claims (4)

1. 外周部と中央部とこれらを接続する複数の腕部とを有して一体に構成される板バネを複数重ねて構成されたバネ装置において、
   前記板バネの腕部の太さをこれらの腕部同士の間隔よりも細く形成すると共に、同形状の前記複数の板バネを、隣接する板バネの腕部同士が干渉しないように、振幅方向を軸として軸回りに互いにずらして重ねたことを特徴とするバネ装置。
2. 前記板バネの複数の腕部を等角度間隔で設けると共に、前記板バネの外周部に複数の貫通孔を等角度間隔で設け、前記貫通孔の数と前記腕部の数を違えたことを特徴とする請求項１記載のバネ装置。
3. 前記貫通孔の数を前記腕部の数の偶数倍としたことを特徴とする請求項２記載のバネ装置。
4. 前記板バネの外周部に切欠部を等角度間隔で複数形成し、この切欠部の数を前記板バネの腕部の数と違えると共に、前記貫通孔の数を前記切欠部の数の倍数としたことを特徴とする請求項２乃至３記載のバネ装置。
   

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