JP2015048868A - スプリング、スプリング部材、折畳み式自転車及びスプリングの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐荷重性を向上し、所定のストローク量を確保することができるとともに、コンパクトで偏荷重を抑制することができるスプリング、スプリング部材、これを用いた折畳み式自転車及びスプリングの製造方法を提供する。【解決手段】スプリング２は、複数巻回された帯状のばね材２２によって形成され、このばね材２２の巻回方向に所定の周期で交互に形成された山部２３ａ及び谷部２４ａを有するウェーブスプリング２１が複数個組み合わされて構成されている。前記各ウェーブスプリング２１の前記山部２３ａ同士及び谷部２４ａ同士が重ね合わされように組み合わされるとともに、ウェーブスプリング２１の巻回端部２５は、この巻回端部２５が対応する巻回部分に沿うように形成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、ウェーブスプリングを複数個組み合わせたスプリング、スプリング部材、これを用いた折畳み式自転車及びスプリングの製造方法に関する。

従来、高さ寸法を低くしてコンパクト化できるとともに比較的大きなばね定数を得ることができるスプリングとしてウェーブスプリングが知られている（特許文献１参照）。このウェーブスプリングは、帯状のばね部材を波状に形成して多重巻して構成されるもので、一般機械器具、輸送機械や電気機器等に広く使用することが可能である。

また、この種ウェーブスプリングにおいて、非線形特性を得るため波状部を並列部（２重）と直列部（１重）とで構成したものが提案されている（特許文献２参照）。

特開２００２−３０７１２１号公報 特開平９−１７７８５２号公報

しかしながら、耐荷重性を向上し、より大きなばね定数が得られるコンパクトなスプリングの出現が要望されている。この場合、一般的なコイルスプリング用いて、耐荷重性を向上し、大きなばね定数を得るためには、線径を太くして作製する必要がある。このため、寸法が大きくなるばかりでなく、軸方向に弾性圧縮するストローク量を多く確保することが困難になるという課題が生じる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、ウェーブスプリングを複数個組み合わせることにより、耐荷重性を向上し、所定のストローク量を確保することができるとともに、コンパクトで偏荷重を抑制することができるスプリング、スプリング部材、これを用いた折畳み式自転車及びスプリングの製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載のスプリングは、複数巻回された帯状のばね材によって形成され、このばね材の巻回方向に所定の周期で交互に形成された山部及び谷部を有するウェーブスプリングが複数個組み合わされて構成されたスプリングにおいて、前記各ウェーブスプリングの前記山部同士及び谷部同士が重ね合わされように組み合わされるとともに、ウェーブスプリングの巻回端部は、この巻回端部が対応する巻回部分に沿うように形成されていることを特徴とする。
かかる発明によれば、耐荷重性を向上し、偏荷重を抑制することができるスプリングを提供することができる。
請求項２に記載のスプリング部材は、請求項１に記載のスプリングの両端部には、合成樹脂製の台座が配設されていることを特徴とする。

請求項３に記載のスプリング部材は、請求項２に記載のスプリング部材において、前記スプリングを被取付け部へ取り付ける固定手段は、スプリングの内周側において、スプリングの軸方向の長さ寸法の５０％以上まで一端側から他端側へ延出していることを特徴とする。

請求項４に記載のスプリング部材は、請求項３に記載のスプリング部材において、前記固定手段の他端側と対向して、前記台座には保護部材が配設されていることを特徴とする。
請求項５に記載の折畳み式自転車は、請求項２乃至請求項４のいずれか一に記載のスプリング部材が設けられていることを特徴とする。

請求項６に記載のスプリングの製造方法は、複数巻回された帯状のばね材によって形成され、このばね材の巻回方向に所定の周期で交互に形成された山部及び谷部を有するウェーブスプリングが複数個組み合わされて構成されるスプリングの製造方法において、各ウェーブスプリングを軸方向と直交する方向から前記山部同士及び谷部同士が重ね合わされように組み合わせる工程を含むことを特徴とする。
かかる発明によれば、組立工程が容易なスプリングの製造方法を提供することができる。

本発明によれば、耐荷重性を向上し、偏荷重を抑制することができるスプリング、スプリング部材及びこれを用いた折畳み式自転車を提供することができる。また、組立工程が容易なスプリングの製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係るスプリング部材を示す斜視図である。 同スプリング部材を示す正面図である。 同スプリング部材を示す断面図である。 同スプリング部材を分解して示す斜視図である。 同スプリング部材におけるスプリングを示し、（ａ）は本実施形態の正面図、（ｂ）は比較例の正面図である。 同スプリング部材における単体のウェーブスプリングを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。 同スプリング部材におけるスプリングの製造工程を示す説明図である。 折畳み式自転車を示す構成図である。 同折畳み式自転車の折畳み過程を示す構成図である。

以下、本発明の実施形態に係るスプリング、スプリング部材及びスプリングの製造方法について図１乃至図７を参照して説明する。図１は、スプリング部材の斜視図を示し、図２は、正面図を示し、図３は、断面図を示している。図４は、スプリング部材の分解斜視図を示し、図５は、スプリングの正面図であり、（ａ）は本実施形態を示し、（ｂ）は比較例を示している。また、図６は、単体のウェーブスプリングを示しており、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図を示し、図７は、スプリングの製造工程を示している。なお、各図において、同一部分には同一符号を付し重複する説明を省略する。

図１乃至図４に示すように、スプリング部材１は、スプリング２、第１の台座３、第２の台座４、保護部材５、固定手段６を備えている。また、スプリング部材１が取り付けられる被取付け部１０を模式的に示している。

スプリング２は、複数個のウェーブスプリング２１が組み合わされて構成されている。つまり、単体のウェーブスプリング２１が具体的には、３個組み合わされて構成されている。
図６に示すように、単体のウェーブスプリング２１は、帯状のばね材２２をコイル状に複数巻回して構成されて全体的には円筒状をなしている。

ばね材２２には、例えば、弾性を有する金属材料のステンレス鋼等が用いることが好ましいが、所定の弾性を確保できれば、合成樹脂等の非金属材料を用いてもよい。

また、ばね材２２には、巻回方向に沿って所定の周期で交互に山部２３ａと谷部２４ａとが形成されている。この山部２３ａ及び谷部２４ａは、連続してなだらかに湾曲するように波状に形成されている。

さらに、山部２３ａ及び谷部２４ａは、軸方向に隣接するコイル部、つまり、複数巻回の重なり方向に隣接するコイル部において対向しており、この山部２３ａと谷部２４ａのピーク部位同士が対接するようになっている。

再び、図１乃至図４に示すように、スプリング２は、ウェーブスプリング２１が３個、軸方向に重ね合わされるように組み合わされている。詳しくは、各ウェーブスプリング２１の山部２３ａ同士及び谷部２４ａ同士が３重に重ね合わされように組み合わされ結合されている。

このようなスプリング２は、各単体のウェーブスプリング２１と同様に、スプリング２としての軸方向に隣接するコイル部において、山部２３と谷部２４のピーク部位同士が対接するように構成される。

ここで、スプリング２は、図５（ａ）に示すように、そのスプリング２は、その巻回端部２５が対応する巻回部分に沿うように形成されている。つまり、巻回端部２５は、巻回端部２５が対応する一巻前の巻回部分の傾斜に沿って傾斜するように形成されている。

具体的には、スプリング２において、軸方向における外側に配置されるウェーブスプリング２１の巻回端部２５ａの寸法が長く、中間に配置されるウェーブスプリング２１の巻回端部２５ｂが外側に配置されるウェーブスプリング２１の巻回端部２５ａの寸法より短く、さらに、内側に配置されるウェーブスプリング２１の巻回端部２５ｃが中間に配置されるウェーブスプリング２１の巻回端部２５ｂの寸法より短く設定されている。

したがって、外側に配置されるウェーブスプリング２１の巻回端部２５ａから内側に配置されるウェーブスプリング２１の巻回端部２５ｃへ向かって傾斜状となるように各巻回端部２５ａ、２５ｂ、２５ｃの長さ寸法が徐々に短く調整され、巻回端部２５が対応する巻回部分に沿うようになっている。

このように構成されたスプリング２では、巻回端の巻回部分が軸方向に突出する長さ寸法を少なくすることができ、軸方向両端の巻回端の巻回部分における段差を軽減させることができる。

よって、スプリング２を直立させた状態では、スプリング２の傾きを抑制することが可能となり、スプリング２の使用に際し、圧縮時の偏荷重を抑制することができる。

以上のような本実施形態に対し、図５（ｂ）に示す比較例においては、スプリング２´は、巻回端部２５´が対応する巻回部分に沿うように形成さていない。つまり、各ウェーブスプリング２１´の巻回端部２５´は、長さ寸法が調整されていないものである。

このように構成された比較例のスプリング２´では、巻回端の巻回部分が軸方向に突出する長さ寸法が大きくなり、スプリング２´を直立させた状態では、スプリング２´の傾きが大きくなり、スプリング２´の使用に際し、圧縮時に偏荷重が発生してしまうという問題が生じる。
本実施形態は、比較例の問題点を改善し、圧縮時の偏荷重を抑制することができるものである。

図１乃至図４に示すように、第１の台座３及び第２の台座４は、ポリアセタール等の合成樹脂材料から作られ、スプリング２の軸方向の両端部を受けるように設けられるキャップ状の部材である。

第１の台座３は、略円筒状に形成され、本体部３１と、この本体部３１より大径のフランジ部３２を有している。また、本体部３１及びフランジ部３２を貫通する貫通孔３３が形成されている。

第２の台座４は、第１の台座３と同様に略円筒状に形成され、本体部４１と、この本体部４１より大径のフランジ部４２を有している。また、本体部４１及びフランジ部４２を貫通する貫通孔４３が形成されている。この第２の台座４は、第１の台座３に比較して、軸方向の長さ寸法がやや長く、貫通孔４３の径寸法が大きく形成されている。

さらに、第２の台座４の貫通孔４３におけるフランジ部４２側には、保護部材５が設けられている。この保護部材５は、貫通孔４３に嵌合して取り付けられようになっていて、中央部に小孔５１が形成されている。また、保護部材５は、第２の台座４より硬度が低く、若干柔軟性を有するウレタン等の合成樹脂材料から作られている。
固定手段６は、スプリング２を装置本体等の被取付け部１０に取り付ける手段であり、ボルト６１と、このボルト６１に螺合するナット６２とを備えている。

ボルト６１は、具体的には、頭部に六角穴を有する六角穴付きボルトであり、ナット６２は、端部側に六角穴を有する六角穴付きナットである。また、ボルト６１とナット６２とを螺合する際には、平座金６３、６４やばね座金６５が介在されるようになっている。
このように構成されるスプリング部材１の被取付け部１０への取付状態について説明する。

スプリング２を被取付け部１０へ取り付ける場合、まず、第１の台座３の本体部３１をスプリング２の一端部の内周側に挿入し嵌合する。次いで、ボルト６１を平座金６３を介して被取付け部１０の取付穴に挿通させ、さらに、第１の台座３の貫通孔３３に挿通させる。続いて、ボルト６１とナット６２を平座金６４、ばね座金６５を介して螺合して締め付ける。その後、保護部材５が嵌合されて取り付けられた第２の台座４の本体部４１をスプリング２の他端部の内周側に挿入し嵌合する。この場合、ナット６２は、第２の台座４の貫通孔４３に遊嵌されるようになる。

このようにスプリング部材１は、被取付け部１０へ取り付けられる。なお、取付順序は、上記に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。また、巻回端部２５が対応する巻回部分に沿うように形成される構成は、スプリング２の軸方向両端に適用するのが好ましいが、一端側、つまり、片側のみに適用するようにしてもよい。

スプリング部材１の取付状態においては、スプリング２の軸方向両端の巻回部分における段差が軽減されるため、スプリング２に荷重がかかって圧縮されるときの偏荷重を抑制することができる。

また、スプリング２の軸方向の両端部には、別部材に分割された第１の台座３及び第２の台座４が配設されているので、スプリング２の内周側には空洞部２６、すなわち、第１の台座３の本体部３１及び第２の台座４の本体部４１が介在しない部分が形成されるので、スプリング２の弾性力を有効に発揮することができる。

さらに、固定手段６であるボルト６１とナット６２は、スプリング２の内周側において、スプリング２の軸方向の長さ寸法の半分以上、すなわち、５０％以上まで一端側から他端側へ延出しているのが好ましく、具体的には、例えば、スプリング２の軸方向の長さ寸法を３６ｍｍとすると、ナット６２の先端がスプリング２の１８ｍｍ以上まで延出するように設定するのが好ましい。
また、より好ましくは、ナット６２の先端がスプリング２の軸方向の長さ寸法の８０％〜９０％まで一端側から他端側へ延出するように設定するのが望ましい。

このように固定手段６を、スプリング２の軸方向の長さ寸法に対して所定の長さ寸法まで延出させることにより、スプリング２に斜め方向の荷重がかかった場合においても、例えば、スプリング２が「く」字状に座屈してしまう現象を防止することができる。

したがって、固定手段６は、スプリング２の取付部材と補強部材とを兼用しており、スプリング２を被取付け部１０に取り付ける機能を有するとともにスプリング２が座屈するのを防止する機能を有している。

加えて、仮にスプリング２が座屈して折損した場合、固定手段６のナット６２が露出し、そのナット６２の先端部で装置等にダメージを与えてしまう可能性があるが、このナット６２に対向するように保護部材５が配設されているので、装置等にダメージを与えてしまうのを防ぐことが可能となる。

次に、上述のスプリング２の製造工程について図６及び図７を参照して説明する。図６に示された単体のウェーブスプリング２１を複数個、すなわち、３個用意し、これらを組み合わせる。

図７に示すように、１個のウェーブスプリング２１に別の１個のウェーブスプリング２１を軸方向と直交する方向から組み合わせる。この場合、山部２３ａ同士及び谷部２４ａ同士が重ね合わされように組み合わせる。これにより２個のウェーブスプリング２１が組み合わされ結合されるようになる（上図）。

２個のウェーブスプリング２１が組み合わされたものに、さらに、別の１個のウェーブスプリング２１を同様に軸方向と直交する方向から山部２３ａ同士及び谷部２４ａ同士が重ね合わされように組み合わせる。これにより３個のウェーブスプリング２１が組み合わされスプリング２が完成する（下図）。このように、スプリング２の製造工程は、各ウェーブスプリング２１を組み合わせる工程を含んでいる。
以上によれば、組立工程が容易なスプリング２の製造方法を提供することができる。

次に、上記スプリング部材１を折畳み式自転車に適用した事例を図８及び図９を参照して説明する。図８は、折畳み式自転車の概略を示す構成図であり、図９は、折畳み過程を示す構成図である。

折畳み式自転車２０は、メインフレーム１１と、ハンドル１２と、サドル１３と、前輪１４と、後輪１５と、フロントフォーク１６と、リアフレーム１７と、クランク１８等を備えている。

メインフレーム１１は、前後に延びており、前端部にはハンドルステム１２ａを介して回転自在にハンドル１２が保持されている。また、メインフレーム１１の後端部には、サドル１３を有するシートポスト１３ａが上下位置を調整可能に装着されている。

メインフレーム１１の前端部には、フロントフォーク１６及びフロントスプリング１６ａを介して前輪１４が保持されるようになっている。さらに、メインフレーム１１の後端部側には、リアフレーム１７及びスプリング部材１を介して後輪１５が保持されている。
また、メインフレーム１１の下端部には、ペダル１８ａを備えたクランク１８が配設されている。

このように構成される折畳み式自転車２０は、図９の矢印で示すように、前輪１４側及び後輪１５側を内側方向に所定の支点を中心として回動することにより折畳みが可能になっている。

このため、スプリング部材１は、その一端側がリアフレーム１７（被取付け部１０）の前端部側に取り付けられて固定され、一方、スプリング部材１の他端側は、メインフレーム１１の当接部１１ａに接離可能となっている。

このように構成された折畳み式自転車２０によれば、走行時、路面から受ける振動をスプリング部材１によって吸収でき走行を快適なものとすることが可能となる。

また、前述したようにスプリング２に荷重がかかって圧縮されるときの偏荷重を抑制することができるとともにスプリング２の弾性力を有効に発揮することができる。さらに、スプリング２に斜め方向の荷重がかかった場合、スプリング２が座屈してしまう現象を防止することができ、かつ仮にスプリング２が折損した場合にも保護部材５が設けられているのでナット６２の先端部でリアフレーム１７にダメージを与えてしまうのを回避することができる。
なお、フロントスプリング１６ａとして本実施形態のスプリング部材１を用いるようにしてもよい。

本発明は、上記実施形態の構成に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。また、上記実施形態は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。

例えば、巻回端部が対応する巻回部分に沿うように形成される構成は、スプリングの軸方向両端に適用するのが好ましいが、一端側、つまり、片側のみに適用するようにしてもよい。

また、スプリング部材は、折畳み式自転車に好適に適用されるが、これに限定されるものではなく、人力又は駆動力を用いる車椅子、荷物運搬車、３輪車や４輪車等の車両に適用可能である。さらに、車両に限らず、一般機械器具、電気機器等に適用可能であり、適用対象が格別限定されるものではない。

１・・・スプリング部材
２・・・スプリング
３・・・第１の台座
４・・・第２の台座
５・・・保護部材
６・・・固定手段（ボルト、ナット）
１０・・・被取付け部
２０・・・折畳み式自転車
２１・・・ウェーブスプリング
２２・・・ばね材
２３（２３ａ）・・・山部
２４（２４ａ）・・・谷部
２５・・・巻回端部

Claims (6)

1. 複数巻回された帯状のばね材によって形成され、このばね材の巻回方向に所定の周期で交互に形成された山部及び谷部を有するウェーブスプリングが複数個組み合わされて構成されたスプリングにおいて、
   前記各ウェーブスプリングの前記山部同士及び谷部同士が重ね合わされように組み合わされるとともに、ウェーブスプリングの巻回端部は、この巻回端部が対応する巻回部分に沿うように形成されていることを特徴とするスプリング。
2. 請求項１に記載のスプリングの両端部には、合成樹脂製の台座が配設されていることを特徴とするスプリング部材。
3. 前記スプリングを被取付け部へ取り付ける固定手段は、スプリングの内周側において、スプリングの軸方向の長さ寸法の５０％以上まで一端側から他端側へ延出していることを特徴とする請求項２に記載のスプリング部材。
4. 前記固定手段の他端側と対向して、前記台座には保護部材が配設されていることを特徴とする請求項３に記載のスプリング部材。
5. 請求項２乃至請求項４のいずれか一に記載のスプリング部材が設けられていることを特徴とする折畳み式自転車。
6. 複数巻回された帯状のばね材によって形成され、このばね材の巻回方向に所定の周期で交互に形成された山部及び谷部を有するウェーブスプリングが複数個組み合わされて構成されるスプリングの製造方法において、
   各ウェーブスプリングを軸方向と直交する方向から前記山部同士及び谷部同士が重ね合わされように組み合わせる工程を含むことを特徴とするスプリングの製造方法。

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