JP2013104438A

JP2013104438A - ばね装置

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Publication number: JP2013104438A
Application number: JP2011246399A
Authority: JP
Inventors: Futoshi Ishizuka; 太石塚
Original assignee: Heiwa Hatsujyo Industry Co Ltd
Current assignee: Heiwa Hatsujyo Industry Co Ltd
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2013-05-30
Anticipated expiration: 2031-11-10
Also published as: JP5819165B2

Abstract

【課題】１組の皿ばね群で引張力及び圧縮力の双方に対して対応できるばね装置において、十分に長手方向の寸法を短縮化することができるばね装置を提供すること。
【解決手段】筒状部２０の先端側に開口２１ｂを形成した蓋体２１を、基端側に端板２２を配設した第１筒状部材２と、ロッド部３０の一端側に第１ストッパ３１を、他端側に第２ストッパ３２を配設し、第１筒状部材２内に配置されるロッド部材３と、先端側にロッド部材３のロッド部３０が挿通される開口４１ｃを形成した蓋体４１を配設し、第１ストッパ３１が内部に軸方向に相対変位可能に配置され、第１筒状部材２の蓋体２１の開口２１ｂから第１筒状部材２内に進入可能に配置される第２筒状部材４と、ロッド部材３の第２ストッパ３２と第２筒状部材４の蓋体４１間のロッド部材３のロッド部３０に配置される複数枚の皿ばね５０からなるばね部材５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の皿ばねを用いて構成されるばね装置に関し、特に、二部材間に生じる引張力及び圧縮力の双方に対して対応できるばね装置の改良に関するものである。

従来から、複数の皿ばねを用いて構成されるばね装置は、コンパクトで大きな耐荷重性能を持ち、種々の機器に使用されている。
しかし、皿ばね単体では圧縮力にしか対応できないため、圧縮力のみならず引張力にも対応することができるばね装置とするために、図５に示すように、第１部材７１Ａが連結される取付脚７３を挟んで、引張力に対応する皿ばね群７２Ａと圧縮力に対応する皿ばね群７２Ｂとに分け、圧縮力に対応する皿ばね群７２Ｂの取付脚７３が当接する端部と逆側の端部に当接する取付台７４に第２部材７１Ｂ（図例では、取付台７４が第２部材７１Ｂを兼ねる構造となっている。）を連結し、取付台７４、皿ばね群７２Ｂ、取付脚７３及び皿ばね群７２Ａを貫通するとともに、引張力に対応する皿ばね群７２Ａの取付脚７３が当接する端部と逆側の端部に当接する座金を貫通する両端部に雄ねじ部を形成したロッド７５の両端にナット７６、７６を螺合することで皿ばね群７２Ａ、７２Ｂを固定し、第１部材７１Ａ、第２部材７１Ｂが接近する圧縮力には、圧縮力に対応する皿ばね群７２Ｂが圧縮されて対応し、第１部材７１Ａ、第２部材７１Ｂが離間する引張力には、引張力に対応する皿ばね群７２Ａが圧縮されて対応するばね装置７０が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、このばね装置７０は、２組の皿ばね群７２Ａ、７２Ｂを組み合わせて引張力と圧縮力とに対応するようにした構成で、多数の皿ばねを必要とし、コンパクト化及び装置の低コスト化には限界があるという問題があった。
係る問題に対処するため、本発明者らは、図６に示すように、筒状部材８２と、この筒状部材８２に対して軸方向に相対変位可能に挿入されたロッド部材８３と、筒状部材８２内に収容された複数の皿ばね８４ａからなる１組の皿ばね群８４とからなり、ロッド部材８３が皿ばね群８４の内側にあって、皿ばね群８４の両端に当接するストッパ８３Ａ、８３Ｂと一体化された構造で、ロッド部材８３の基端部（図例ではストッパ８３Ａ側（右側））及び筒状部材８２の一端部（図例では左側）に相対変位する二部材をそれぞれ連結するようにして、２組の皿ばね群からなるばね装置と比べてコンパクトなばね装置８０を開発し、このばね装置８０を、相対変位する二部材間に介装することで、二部材間の相対変位によって生じる引張力及び圧縮力の双方に対して対応できるようにした。

ところで、このばね装置８０は、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように作動をすることで、１組の皿ばね群８４で二部材間に生じる引張力及び圧縮力の双方に対して、対応できるものの、ロッド部材８３に固定されているストッパ８３Ａ、８３Ｂそれぞれが直接皿ばね群８４の両端に当接し、皿ばね８４ａを圧縮する構造のために、長手方向の寸法の十分な短縮化を図ることができないという問題があった。

特開２０００−２４３４２４号公報

本発明は、上記従来のばね装置の有する問題点に鑑み、１組の皿ばね群で引張力及び圧縮力の双方に対して対応できるばね装置において、十分に長手方向の寸法を短縮化することができるばね装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のばね装置は、隣接する二部材から引張力及び圧縮力が伝達されるように二部材間に介装され、二部材間に生じる相対変位によって伸縮するばね装置において、筒状部の先端側に開口を形成した蓋体を、基端側に端板を配設した第１筒状部材と、ロッド部の一端側に第１ストッパを、他端側に第２ストッパを配設し、第１筒状部材内に軸方向に相対変位可能に配置されるロッド部材と、先端側にロッド部材のロッド部が挿通される開口を形成した蓋体を、基端側に端板を配設し、第１ストッパが内部に軸方向に相対変位可能に配置され、第１筒状部材の蓋体の開口から第１筒状体内に進入可能に配置される第２筒状部材と、ロッド部材の第２ストッパと第２筒状部材の蓋体間のロッド部材の軸部に配置される複数枚の皿ばねとを備えてなることを特徴とする。

この場合において、第１筒状部材の端板とロッド部材の第２ストッパとの間に緩衝部材を配設することができる。

また、前記緩衝部材に皿ばねを用いることができる。

本発明のばね装置によれば、筒状部の先端側に開口を形成した蓋体を、基端側に端板を配設した第１筒状部材と、ロッド部の一端側に第１ストッパを、他端側に第２ストッパを配設し、第１筒状部材内に軸方向に相対変位可能に配置されるロッド部材と、先端側にロッド部材のロッド部が挿通される開口を形成した蓋体を、基端側に端板を配設し、第１ストッパが内部に軸方向に相対変位可能に配置され、第１筒状部材の蓋体の開口から第１筒状体内に進入可能に配置される第２筒状部材と、ロッド部材の第２ストッパと第２筒状部材の蓋体間のロッド部材の軸部に配置される複数枚の皿ばねとを備えるようにしたから、二部材間に圧縮力が生じる場合には、皿ばねからなるばね部材に対してロッド部材の第２ストッパと第２筒状部材の蓋体とが作用し、二部材間に引張力が生じる場合には、皿ばねからなるばね部材に対してロッド部材の第２ストッパと第１筒状部材の蓋体とが作用することとなり、圧縮力が作用する際に、第２筒状部材が第１筒状部材内に進入することで長手方向の寸法の短縮化を図ることができる。

また、第１筒状部材の端板とロッド部材の第２ストッパとの間に緩衝部材を配設することにより、二部材間に急激な圧縮力が作用した場合、第１筒状部材の端板に向かって、ロッド部材の第２ストッパが二部材間の急激な圧縮力によって移動しても、その衝撃力を緩衝部材によって吸収することによって、機器の破損を有効に防止することができる。

また、前記緩衝部材に皿ばねを用いることにより、引張力及び圧縮力を受けたときの構造上の挙動特性の差を皿ばねによって吸収して両者の差をなくすことができる。

本発明のばね装置の一実施例を示す一部断面の正面図である。同ばね装置の構成部品を示し、（ａ）は第１筒状部材の正面断面図、（ｂ）はロッド部材の正面図、（ｃ）は第２筒状部材の正面断面図、（ｄ）はばね部材の正面断面図、（ｅ）は皿ばねの説明図である。同ばね装置の作動状態を示す正面図で、（ａ）は通常状態、（ｂ）は二部材間に圧縮力が生じた場合、（ｃ）は二部材間に引張力が生じた状態を示す。本発明のばね装置の変形実施例を示す一部断面の正面図である。従来のばね装置を示す一部切り欠き断面の正面図である。従来のばね装置の別の実施例を示す一部断面の正面図である。同ばね装置の作動状態を示す正面図で、（ａ）は通常状態、（ｂ）は二部材間に圧縮力が生じた場合、（ｃ）は二部材間に引張力が生じた状態を示す。

以下、本発明のばね装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１〜図３に、本発明のばね装置の一実施例を示す。
このばね装置１は、隣接する二部材から引張力及び圧縮力が伝達されるように二部材間に介装され、二部材間に生じる相対変位によって伸縮するばね装置であって、筒状部２０の先端側に開口２１ｂを形成した蓋体２１を、基端側に端板２２を配設した第１筒状部材２と、ロッド部３０の一端側に第１ストッパ３１を、他端側に第２ストッパ３２を配設し、第１筒状部材２内に軸方向に相対変位可能に配置されるロッド部材３と、先端側にロッド部材３のロッド部３０が挿通される開口４１ｃを形成した蓋体４１を、基端側に端板４２を配設し、第１ストッパ３１が内部に軸方向に相対変位可能に配置され、第１筒状部材の蓋体２１の開口２１ｂから第１筒状部材２内に進入可能に配置される第２筒状部材４と、ロッド部材３の第２ストッパ３２と第２筒状部材４の蓋体４１間のロッド部材３のロッド部３０に配置される複数枚の皿ばね５０からなるばね部材５とを備えるようにしている。
これによって、二部材間に圧縮力が生じる場合には、皿ばね５０からなるばね部材５に対してロッド部材３の第２ストッパ３２と第２筒状部材４の蓋体４１とが作用し、二部材間に引張力が生じる場合には、皿ばね５０からなるばね部材５に対してロッド部材３の第２ストッパ３２と第１筒状部材２の蓋体２１とが作用することとなり、圧縮力が作用する際に、第２筒状部材４が第１筒状部材２内に進入することで長手方向の寸法の短縮化を図ることができる。

第１筒状部材２は、図２（ａ）に示すように、筒状部２０と、筒状部２０の先端側に、開口２１ｂを形成した蓋体２１、基端側に端板２２を締結手段によって固定して配設するようにしている。
締結手段は、本実施例においては、端面から突出することがないように、六角穴付きボルトを用いて、蓋体２１及び端板２２にはボルト頭部が埋没する座ぐり部を形成するようにしている。
蓋体２１に形成する開口２１ｂは、筒状部２０の内径よりも小径で、第２筒状部材４の筒状部４０が進入可能となるように、筒状部４０の外径よりも大径となる円形とし、筒状部２０に配設したときに、内面にばね部材５の端部が当接する環状の円環部２１ａが形成されるようにしている。
また、筒状部２０の基端側に配設される端板２２は、隣接する二部材の一方が直接又はオイルダンパ等の緩衝装置を介して連結可能となるように、連結部１０Ａを備えるようにしている。

ロッド部材３は、円柱状のロッド部３０と、このロッド部３０の一端側及び他端側に配設したロッド部３０の外径よりも大径となる第１ストッパ３１及び第２ストッパ３２を、第１筒状部材２に配設する蓋体２１及び端板２２と同様に頭部が第１ストッパ３１及び第２ストッパ３２に埋没するようにして六角穴付きボルトを用いて固定して配設し、第１ストッパ３１及び第２ストッパ３２の内側にはそれぞれ環状の円環部３１ａ、３２ａを形成するようにしている。

第２筒状部材４は、第１ストッパ３１が軸方向に相対変位可能に挿入される筒状部４０と、この筒状部４０の先端に、ロッド部材３のロッド部３０が挿通される開口４１ｃを形成した蓋体４１、基端側に端板４２を締結手段によって固定して配設するようにしている。
締結手段による蓋体４１及び端板４２の筒状部４０への固定は、第１筒状部材２及びロッド部材３と同様に、六角穴付きボルトを用いて固定するようにしている。
蓋体４１の開口４１ｃは、ロッド部材３のロッド部３０が挿通されるようにロッド部３０の外径よりも大径で第１ストッパ３１が抜けることがないように第１ストッパ３１の外径よりも小径となる円形とし、筒状部４０に配設したときに、内面に第１ストッパ３１の内側の円環部３１ａが当接する環状の円環部４１ａが形成されるようにしている。
蓋体４１の外側の円環部４１ｂは、第１筒状部材２内に進入したときに、ばね部材５の端部に当接するように構成されている。
また、第１筒状部材２の端板２２と同様に、筒状部４０の基端側に配設される端板４２は、隣接する二部材の他方が直接又はオイルダンパ等の緩衝装置を介して連結可能となるように、連結部１０Ｂを備えるようにしている。
この端板４２は、連結部１０Ｂを備えるとともに、筒状部４０内への塵埃等の侵入を防止する機能を果たすものであるが、連結部１０Ｂを筒状部４０に備えるようにした場合等では、必ずしも配設する必要はない。

ばね部材５は、本実施例においては、皿ばね５０を直列に２０枚配設した例を示すが、これに限られるものではなく、並列に配列したり、並列と直列との組み合わせで配設することもできる。本実施例のように、皿ばね５０を逆向きに重ねる直列配列とすることで変形特性を増大させることができ、皿ばね５０を同じ向きに重ねる並列配列とすることで耐力を増大させることができるため、皿ばね５０を用いたばね装置では、所望のばね特性が得られるように任意に設計することができる。
また、ばね部材５の両端部には、第２ストッパ３２の円環部３２ａ、蓋体２１の円環部２１ａ及び蓋体４１の外側の円環部４１ｂから加わる押圧力を均等に皿ばね５０に伝えることができるように押板５１、５１を配設するようにしている。

また、皿ばね５０単体の形状、寸法（図２（ｅ）に示す、大径寸法Ｄ、小径寸法ｄ、全高Ｈ、ライズｈ及び板厚ｔ）を、その素材である鋼材の弾性特性に応じて任意に設定することが好ましいが、皿ばね５０単体における変形性能（変形量）δは、ライズｈの７５％以下（δ≦０．７５ｈ）とすることが好ましい。
また、皿ばね５０単体の耐力Ｐは、変形がδのときの反力とすることが好ましく、そうすることによって、荷重と変形（たわみδ）との関係がほぼ線形となる。
具体的には、ばね部材５の全体の変形量をＸ、荷重をＦ、皿ばね５０単体の耐力Ｐとしたとき、直列枚数≧Ｘ÷δ、並列枚数≧Ｆ÷Ｐとなるようにすることが好ましい。

また、このばね装置１では、第１筒状部材２の端板２２とロッド部材３の第２ストッパ３２との間に緩衝部材５２を配設することができる。
これによって、二部材間に急激な圧縮力が作用した場合、第１筒状部材２の端板２２に向かって、ロッド部材３の第２ストッパ３２が二部材間の急激な圧縮力によって移動しても、その衝撃力を緩衝部材５２によって吸収し、機器の破損を有効に防止することができる。

ところで、本実施例においては、緩衝部材５２に皿ばねを用いるようにしている。
これにより、引張力及び圧縮力を受けたときの構造上の挙動特性の差、すなわち、引張力を受けたときには、圧縮力を受けたときと比べて、筒状部２０の弾性変形が加わることになるが、緩衝部材５２として配設した皿ばねによって吸収して両者の差をなくすことができる。

また、第１筒状部材２の端板２２に、蓋体２１と同様に開口を形成し、第２ストッパ３２が軸方向に相対変位可能に挿入される筒状部を有する第２筒状部材４と同様の構造体を端板２２の開口から第１筒状部材２内へ進入可能となるように構成し、この構造体に二部材の一方を連結するように構成することもできる。

また、図４に示す変形実施例のように、第２ストッパ３２のロッド部３０の反対側にガイド部３３を設け、このガイド部３３を端板２２に形成したガイド孔２２ａに挿通することによって、ばね装置１を横に設置した場合のばね装置１自体が撓むことを防止し、当該撓みに起因するばね装置１の破損事故等を未然に防止することができる。
ここで、ガイド部３３は、第２ストッパ３２と一体に形成するほか、ロッド部３０と一体に形成し、第２ストッパ３２を貫通させて構成する（この場合、ロッド部３０と第２ストッパ３２は、雄ねじと雌ねじによるねじ接合、溶接等の任意の固着手段を用いて固定するようにする。）こともできる。

また、本実施例においては、各部材の固定をボルトを用いて行うようにしたが、雄ねじと雌ねじによるねじ接合、溶接等の任意の固着手段を用いることもできる。

次に、このばね装置１に圧縮力と引張力が作用したときのばね部材５の変位について説明する。

ばね部材５の両端部に配設した押板５１のうち一方（図例左側）は、常に第２ストッパ３２の円環部３２ａと当接しており、ばね装置が介装される二部材間に変位がない状態では、もう一方の押板５１には、第１筒状部材２の蓋体２１の内側に円環部２１ａ及び第２筒状部材４の蓋体４１の外側の円環部４１ｂが当接している。
そして、このとき第１ストッパ３１の内側の円環部３１ａが、蓋体４１の内側の円環部４１ａと当接していることで、第２筒状部材４の蓋体４１がばね部材５とロッド部材３の第１ストッパ３１によって挟持され固定されることとなり、ばね装置１は、全体としてがたつくことなく安定した状態が維持されている。

次に、二部材間が接近する方向に相対変位したときには、第２筒状部材４の蓋体４１の外側の円環部４１ｂが第１筒状部材２内に進入することで、一方の押板５１を介して、ロッド部材３の第２ストッパ３２の円環部３２ａが他方の押板５１を介してばね部材５を圧縮する。

そして、二部材間が離間する方向に相対変位したときには、第２筒状部材４の蓋体４１の内側の円環部４１ａがロッド部材３の第１ストッパ３１の内側の円環部３１ａに係止することで、ロッド部材３のロッド部３０によって一体化されている第２ストッパ３２の内側の円環部３２ａが他方の押板５１を介して、第１筒状部材２の蓋体２１の内側の円環部２１ａが一方の押板５１を介してばね部材５を圧縮する。

このように、第２筒状部材４の筒状部４０が第１筒状部材２内へ進入し、蓋体４１がばね部材５を押圧するとともに、蓋体４１の内側の円環部４１ａがロッド部材３の第１ストッパ３１の内側の円環部３１ａに係止して、第２ストッパ３２がばね部材５を押圧する構造となっていることで、所望のばね特性を備えたばね装置１であっても、十分に長手方向の寸法を短縮することができる。

ところで、このばね装置１は、例えば、建築物等の構造物を対象とする制振装置の構成要素として、オイルダンパ等の緩衝装置と共に、建造物の柱と梁とで構成される架構フレーム内に配設することによって、構造物変位を制御するための用途に好適に用いることができる。
このとき、このばね装置１は、緩衝装置と直列又は並列に配置して、建造物に対する地震等、災害時の振動を抑えることができる。

以上、本発明のばね装置について、実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明のばね装置は、長手寸法の短縮化を図ることができるという特性を有していることから、他の緩衝装置等と組み合わせて使用する制振装置の構成要素として使用するばね装置の用途に好適に用いることができほか、二部材間に生じる引張力及び圧縮力の双方に対して対応できるばね装置として広く使用することができる。

１ばね装置
２第１筒状部材
２０筒状部
２１蓋体
２１ｂ開口
２２端板
２２ａガイド孔
３ロッド部材
３０ロッド部
３１第１ストッパ
３２第２ストッパ
３３ガイド部
４第２筒状部材
４０筒状部
４１蓋体
４１ｃ開口
４２端板
５ばね部材
５０皿ばね
５１押板
５２緩衝部材

Claims

隣接する二部材から引張り力及び圧縮力が伝達されるように二部材間に介装され、二部材間に生じる相対変位によって伸縮するばね装置において、筒状部の先端側に開口を形成した蓋体を、基端側に端板を配設した第１筒状部材と、ロッド部の一端側に第１ストッパを、他端側に第２ストッパを配設し、第１筒状部材内に軸方向に相対変位可能に配置されるロッド部材と、先端側にロッド部材のロッド部が挿通される開口を形成した蓋体を、基端側に端板を配設し、第１ストッパが内部に軸方向に相対変位可能に配置され、第１筒状部材の蓋体の開口から第１筒状部材内に進入可能に配置される第２筒状部材と、ロッド部材の第２ストッパと第２筒状部材の蓋体間のロッド部材の軸部に配置される複数枚の皿ばねとを備えてなることを特徴とするばね装置。
第１筒状部材の端板とロッド部材の第２ストッパとの間に緩衝部材を配設してなることを特徴とする請求項１記載のばね装置。
前記緩衝部材が皿ばねからなることを特徴とする請求項２記載のばね装置。