JP3816544B2 - Wave spring - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば自動車のオートマチックトランスミッションの多板クラッチ機構をはじめとして、各種機器に使われる波形ばねに関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車等のオートマチックトランスミッションの多板クラッチ機構部には、クラッチ板のリターン用あるいはクラッチ接続時のショック吸収用として、ばねが内蔵されている。このばねには、皿ばねや波形ばねのようなリング状のばねが使われていたが、従来の皿ばねや波形ばねは、円周方向に切断面のない完全リングであるため、その製造はプレスによる打抜き・成形によるものであった。このため材料歩留まりがきわめて悪く、コストアップの原因となっていた。
【0003】
上記の問題を解決するための手段として、帯状のばね材料をC形に成形し、このばね材の円周方向に山部と谷部を交互に成形したばね(いわゆる波形ばね)が開発された。この種のばねは、適宜長さに切断された帯状のばね材を用いることができるため、従来のプレス打抜きによるばねに比べて材料歩留まりが著しく向上するが、以下に述べるような問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の波形ばねは、図13に模式的に示す波形ばね1のように、山部2と谷部3が交互に成形されており、山部2と谷部3との間の中間部分(ばね有効部4)がなだらかなカーブを描いて山部2と谷部3とに連続している。このような波形ばね1は、山部2と谷部3の曲率半径rがかなり大きなものとなっている。
【0005】
上記波形ばね1が使用される際には、図14に示すように、波形ばね1の厚み方向から互いに平行な一対の相手部品5,6によって荷重が負荷される。この場合、荷重の増加に伴って一方の相手部品5と山部2との接触部の長さが増加するとともに、他方の相手部品6と谷部3との接触部の長さも増加するため、ばね有効部4の長さが相対的に減少する。このためこの波形ばね1は、図15に示すような非線形の荷重−変位特性を示すようになる。
【0006】
このため従来の波形ばね1は、山部2や谷部3の形状によっては、必要以上に極端な非線形特性となってしまい、要求される荷重−変位特性を満足できないことがあるばかりでなく、実用に適さないこともありえる。
【0007】
また上記波形ばね1は、図16に示すように円周方向の一部が切れているために、切れ目のない完全リングのばねに比べて、円周方向両端部7,8において剛性が不連続となっている。しかも円周方向の一部が切れている波形ばね1の場合には、荷重が負荷された時に両端部7,8以外の箇所ではばね有効部4が両端から曲げモーメントを受けるのに対し、両端部7,8付近においてはこのような曲げモーメントが生じないため、両端部7,8付近の荷重が低くなり、円周上の荷重分布にアンバランスを生じている。
【0008】
これらの理由から、各山部2の反力と各谷部3の反力の合力の中心がばね1の中心軸から偏心することがある。こうした荷重分布のアンバランスが生じると、波形ばね1が例えばクラッチ板付勢用ばねとして用いられる場合などにおいて、波形ばね1を付勢するクラッチ作動用油圧ピストンがシリンダに対して傾いてしまい、ピストンの動きが阻害されるなどして、作動不良の原因になることがあった。
【0009】
また、波形ばねに荷重が負荷されて変位する時に、このばねは密着状態に近付くにつれて周長が伸びようとするため、通常は外径が拡大する方向の変位を生じる。ところがこの波形ばねの外周側が相手部品などによって囲まれていて外周側が拘束されるような使われ方をする場合には、波形ばねの周長が伸びようとしても径方向には変位できず、周方向でしか変位できない。このため周方向に自由度がないと、ばねが剛となって急激な荷重増加を生じることになり、最悪の場合はばねが折損する。
【0010】
従って本発明の目的は、波形ばねの荷重−変位特性が極端な非線形特性になることを回避でき、荷重分布を均一化に近付けることができ、また、変位量が大きい時の周長の増加分を吸収できるような波形ばねを提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を果たすために開発された本発明の波形ばねは、円環状に形成されかつ円周方向の一部で切れている偏平なばね材からなり、側面方向から見て円弧状の山部と円弧状の谷部とこれら山部と谷部をつなぐ直線状のばね有効部とがばね材の円周方向に交互に設けられており、しかも無荷重状態における山部の湾曲内側の曲率半径R1 が山部の高さH1 よりも小さくかつ谷部の湾曲内側の曲率半径R2 が谷部の深さH2 よりも小さく、上記ばね材の板厚をt、山部の湾曲内側の曲率半径をR1 、谷部の湾曲内側の曲率半径をR2 としたとき、t≦R1 ≦5t,t≦R2 ≦5tであり、しかもこのばね材の円周方向両端部に近い位置にある山部の高さを、円周方向両端部から遠い位置にある山部の高さよりも大きくしたことを特徴とする。また本発明では、ばね材の円周方向両端部に近い位置にある山部と谷部のピッチを、円周方向両端部から遠い位置にある山部と谷部のピッチよりも小さくしたことも特徴とする。
【0012】
【作用】
請求項1に記載された本発明の波形ばねは、従来の波形ばねに比べて山部と谷部がエッジ状に近付くことにより、荷重負荷時における相手部品と波形ばねとの接触域の増加が防止され、ばね有効部の減少が回避される。
【0013】
また、R1 とR2 をばね材の板厚t以上とすることで、山部あるいは谷部における過剰な応力の発生を防いでいる。
【0015】
また、請求項1に記載した波形ばねでは、円周方向両端部に近い位置(ばねの切れ目付近)にある山部の高さを、円周方向両端部から遠い位置にある山部の高さよりも大きくしたことにより、このばねを相手部品によって変位させた時に円周方向両端部におけるばね有効部の変位量を大きくして、切れ目付近の荷重低下を補うようにしている。また、請求項2に記載の波形ばねでは、ばねの切れ目付近における山部と谷部の密度が高くなることにより、円周方向両端部が受ける荷重を増して円周上の荷重分布のバランスをとるようにしている。
【0016】
【実施例】
以下に本発明の第1実施例について、図1〜図8を参照して説明する。
図4に示す波形ばね10は、平面形状が円環状をなす偏平なばね材11からなる。ばね材11は、帯板状のばね鋼である。この波形ばね10は、図1ないし図3に示すように、側面方向から見て円弧状の山部15と、円弧状の谷部16と、これら山部15と谷部16をつなぐ直線状のばね有効部17を、ばね材11の円周方向に交互に設けたものである。図示例の山部15と谷部16は、ばね材11の円周方向におおむね等ピッチで設けられている。
【0017】
この波形ばね10は、図1に模式的に示したように、無荷重状態における山部15の湾曲内側の曲率半径R1 が山部15の高さH1 よりも小さく、かつ、谷部16の湾曲内側の曲率半径R2 が谷部16の深さH2 よりも小さい。ばね有効部17は山部15の円弧と谷部16の円弧の接線方向に直線状に延びている。
【0018】
この波形ばね10は、図2に示すように、互いに平行な相手部品20,21の間に挟まれた状態で使用されるが、相手部品20,21の距離を近付けて荷重を増加させたとき、山部15と谷部16の接触域が増加することを防ぐために、山部15の曲率半径R1 と谷部16の曲率半径R2 を、ばね材11の板厚tの5倍以下としている。
【0019】
図1中の破線mは従来の波形ばねの輪郭を示しており、従来の波形ばねに比べると本実施例の波形ばね10は山部15と谷部16がエッジ状であって、ばね有効部17のふくらみが無くなった形状になっている。このように山部15と谷部16の形状をエッジ状に近付けることによって、荷重増加時にばね有効部17の長さが減少することを防いでいる。これにより、荷重−変位特性が極端な非線形特性になることを回避できるようになった。このような山部15と谷部16のエッジ形状は、円周方向に切れ目のない完全リング状の波形ばねにおいても同様の効果が認められた。
【0020】
なお、山部15と谷部16の曲率半径R1 ,R2 が小さくなるにつれて、山部15と谷部16の応力が増加する傾向がある。このことも考慮に入れて、有限要素解析の結果により、R1 ,R2 をいずれもばね材11の板厚t以上とした。
【0021】
図3に示すように、ばね材11は円周方向の一部で切れているから、そのままでは円周方向両端部30,31付近において荷重分布がアンバランスになる可能性がある。そこでこの実施例では図5に一方の端部30を代表して示すように、端部30に近い位置にある山部15aの高さT1 を、端部30から遠い位置にある山部15の高さT2 よりも高くしている。この場合、相手部品20,21間の距離を近付けて波形ばね10を変位させた時に、円周方向両端部30,31付近のばね有効部17aの撓みが他の部位のばね有効部17の撓みよりも大きくなるため、円周方向両端部30,31付近の荷重低下を補うことができる。
【0022】
これにより、円周上の荷重分布のアンバランスを少なくすることができ、各山部15の反力と各谷部16の反力の合力の中心がこのばね10の中心軸上に位置するようになるため、例えば多板クラッチ機構のクラッチ付勢用波形ばねなどにおいて、ばねを押す油圧ピストンがシリンダに対して傾くことがなくなり、作動不良の原因を解消できた。
【0023】
なお、円周上の荷重分布のアンバランスを解消する手段として、図6に示すように、ばね材11の円周方向両端部30,31に近い位置にある山部15bと谷部16bのピッチを、円周方向両端部30,31から遠い位置にある山部15と谷部16のピッチよりも小さくすることにより、両端部30,31付近の単位長さ当りの波数を多くして荷重低下を補うようにしてもよい。
【0024】
また、ばね材11の円周方向両端部30,31には、図7に示すように、両端部30,31が互いに厚み方向に重なった状態でばね材11の円周方向に相対移動できるような逃げ部32が設けられている。この逃げ部32は一方の端部30を曲げ加工したものである。逃げ部32を設けたことにより、波形ばね10の外周側が拘束された状態で使われても、ばね10の変位による周長の伸びを両端部30,31において吸収することが可能となり、両端部30,31同志の干渉による影響も回避されてスムーズな特性を得ることができた。
【0025】
なお、図8に示した逃げ部32のように、ばね材11の円周方向両端部30,31が互いに重なることができるように、潰し加工によって両端部30,31の板厚に段差を設けることにより、両端部30,31が重なった状態でも円周方向に自由度をもたせるようにしてもよい。
【0026】
図9は、本発明の他の実施例を示している。この波形ばね10は、図10に模式的に示すように、山部15と谷部16にそれぞれ半円状突起50,51を設けており、山部15の半円状突起50の基部と谷部16の半円状突起51の基部とが直線状のばね有効部17によってつながれている。
【0027】
図11に示すようにこの波形ばね10も相手部品20,21の間に挟まれた状態で使用されるが、荷重を負荷した時に荷重の増加に伴って山部15と谷部16の接触域が増加することを防ぐために、前記実施例と同様に、無荷重状態における山部15の湾曲内側の曲率半径R1 を山部15の高さH1 よりも小さくし、かつ、谷部16の湾曲内側の曲率半径R2 を谷部16の深さH2 よりも小さくしているとともに、山部15の曲率半径R1 と谷部16の曲率半径R2 をばね材11の板厚tの5倍以下としている。
【0028】
この場合も、山部15と谷部16の曲率半径R1 ,R2 が小さくなり過ぎると山部15と谷部16の応力が増加するため、応力増加も考慮して、有限要素解析の結果により、R1 ,R2 をいずれもばね材11の板厚t以上とした。
上記のような半円状突起50,51を採用したことにより、荷重増加時にばね有効部17が減少することを更に効果的に回避できるようになり、荷重−変位特性をほぼ直線な特性に近付けることができた。
【0029】
この実施例のばね材11も円周方向の一部で切れており、図12に示すようにばね材11の円周方向両端部30,31に前記実施例と同様の逃げ部32が設けられているとよい。また、円周方向の荷重分布のアンバランスを解消することを目的として、図5または図6に示す実施例と同様の構造が採用される。
【0030】
【発明の効果】
請求項1に記載した本発明によれば、波形ばねの荷重−変位特性が極端な非線形特性になることを抑制できる。また、適宜長さに切断された帯状のばね材を用いることができるため、プレス打抜きによって製作するものに比べて材料歩留まりが著しく向上する。また、山部と谷部の応力が過剰になることを回避できかつ所望の山部と谷部のエッジ形状が得られる。
【0031】
請求項1と請求項2に記載の波形ばねは、ばね材が円周方向の一部で切れていても荷重分布を均一化に近付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す波形ばねの一部を模式的に示す側面図。
【図2】図1に示された波形ばねに荷重を加えた状態の側面図。
【図3】本発明の一実施例を示す波形ばねの一部の断面図。
【図4】図3に示された波形ばねの全体の平面図。
【図5】波形ばねの端部の断面図。
【図6】波形ばねの山部と谷部のピッチを円周方向に変化させた例を示す平面図。
【図7】波形ばねの両端部が重なった状態の断面図。
【図8】波形ばねの両端部の変形例を示す断面図。
【図9】本発明の他の実施例を示す波形ばねの一部の断面図。
【図10】図9に示された波形ばねの一部を模式的に示す側面図。
【図11】図10に示された波形ばねに荷重を加えた状態の側面図。
【図12】図10に示された波形ばねの両端部が重なった状態の断面図。
【図13】従来の波形ばねを模式的に示す側面図。
【図14】図13に示された従来の波形ばねに荷重を加えた状態の側面図。
【図15】従来の波形ばねの荷重と変位の関係を示す図。
【図16】従来の波形ばねの平面図。
【符号の説明】
10…波形ばね 11…ばね材
15…山部 16…谷部
17…ばね有効部 30,31…円周方向両端部
32…逃げ部 50,51…半円状突起[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a wave spring used in various devices including, for example, a multi-plate clutch mechanism of an automatic transmission of an automobile.
[0002]
[Prior art]
In a multi-plate clutch mechanism of an automatic transmission such as an automobile, a spring is incorporated for returning a clutch plate or absorbing a shock when the clutch is engaged. Ring springs such as disc springs and wave springs were used for this spring, but conventional disc springs and wave springs are complete rings with no cut surface in the circumferential direction. This was due to stamping and molding by a press. For this reason, the material yield was extremely poor, which caused an increase in cost.
[0003]
As a means for solving the above problems, a spring (so-called wave spring) was developed in which a strip-shaped spring material was formed into a C shape, and peaks and valleys were alternately formed in the circumferential direction of the spring material. . Since this type of spring can use a strip-shaped spring material cut to an appropriate length, the material yield is remarkably improved as compared with a conventional press punching spring, but there are problems as described below. .
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional wave spring, like the wave spring 1 schematically shown in FIG. 13, the
[0005]
When the wave spring 1 is used, as shown in FIG. 14, a load is applied by a pair of
[0006]
For this reason, the conventional wave spring 1 has an extremely nonlinear characteristic more than necessary depending on the shape of the
[0007]
Further, since the wave spring 1 is partially cut in the circumferential direction as shown in FIG. 16, the rigidity is discontinuous at both
[0008]
For these reasons, the center of the resultant force of the reaction force of each
[0009]
Further, when the wave spring is displaced with a load applied, the spring tends to increase in circumference as it approaches the close contact state, so that the outer diameter usually increases in displacement. However, when the outer periphery of the wave spring is surrounded by the other parts and the outer periphery is constrained, the wave spring cannot be displaced in the radial direction even if the circumference of the wave spring is extended. Can only be displaced in the direction. For this reason, if there is no degree of freedom in the circumferential direction, the spring becomes stiff and a sudden load increase occurs, and in the worst case, the spring breaks.
[0010]
Therefore, the object of the present invention is to avoid the load-displacement characteristic of the wave spring from becoming an extremely nonlinear characteristic, to approximate the load distribution to be uniform, and to increase the circumferential length when the displacement amount is large. It is in providing the wave spring which can absorb.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The corrugated spring of the present invention developed to achieve the above object is formed of a flat spring material that is formed in an annular shape and cut at a part in the circumferential direction, and has an arcuate peak when viewed from the side. And arcuate troughs and linear spring effective parts connecting these crests and troughs are alternately provided in the circumferential direction of the spring material, and the radius of curvature inside the crest of the crest when no load is applied R1 is smaller than the height H1 of the peak and the radius of curvature R2 inside the valley is smaller than the depth H2 of the valley, the thickness of the spring material is t, and the radius of curvature inside the curve of the peak is R1, when the radius of curvature of the curved inner valley was R2, t ≦ R1 ≦ 5t, Ri t ≦ R2 ≦ 5t der, and with high mountain portion at a position closer to the circumferential ends of the spring member The height is made larger than the height of the peak portion at a position far from both ends in the circumferential direction. Further, in the present invention, the pitch between the peak portion and the valley portion located near the both circumferential ends of the spring material is made smaller than the pitch between the peak portion and the valley portion located far from both circumferential ends. Features.
[0012]
[Action]
The corrugated spring according to the first aspect of the present invention has an increase in the contact area between the mating component and the corrugated spring when a load is applied, as compared to the conventional corrugated spring, the peak and trough approach the edge. This prevents the reduction of the effective spring portion.
[0013]
Further, by setting R1 and R2 to be equal to or greater than the plate thickness t of the spring material, generation of excessive stress at the peak or valley is prevented .
[0015]
Further, in the wave spring according to claim 1 , the height of the crest at a position close to both ends in the circumferential direction (near the break of the spring) is higher than the height of the crest at a position far from both ends in the circumferential direction. As a result, the amount of displacement of the spring effective portion at both ends in the circumferential direction is increased when the spring is displaced by the mating part to compensate for the load drop near the break. Further, in the wave spring according to
[0016]
【Example】
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
The
[0017]
As schematically shown in FIG. 1, the
[0018]
As shown in FIG. 2, the
[0019]
The broken line m in FIG. 1 shows the outline of a conventional wave spring. Compared with the conventional wave spring, the
[0020]
As the radii of curvature R1 and R2 of the
[0021]
As shown in FIG. 3, since the
[0022]
Thereby, the imbalance of the load distribution on the circumference can be reduced, and the center of the resultant force of the reaction force of each
[0023]
As a means for eliminating the imbalance of the load distribution on the circumference, as shown in FIG. 6, the pitch between the
[0024]
In addition, as shown in FIG. 7, the
[0025]
In addition, like the
[0026]
FIG. 9 shows another embodiment of the present invention. As schematically shown in FIG. 10, the
[0027]
As shown in FIG. 11, the
[0028]
Also in this case, if the radii of curvature R1 and R2 of the
By adopting the
[0029]
The
[0030]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, it is possible to suppress the load-displacement characteristic of the wave spring from becoming an extremely nonlinear characteristic. Moreover, since the strip-shaped spring material cut | disconnected suitably in length can be used, a material yield improves remarkably compared with what is manufactured by press punching. In addition, it is possible to avoid an excessive stress at the peaks and valleys, and a desired peak shape at the peaks and valleys can be obtained .
[0031]
Wave spring according to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view schematically showing a part of a wave spring according to an embodiment of the present invention.
2 is a side view showing a state in which a load is applied to the wave spring shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of a wave spring showing an embodiment of the present invention.
4 is an overall plan view of the wave spring shown in FIG. 3; FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view of an end portion of a wave spring.
FIG. 6 is a plan view showing an example in which the pitches of the peak and valley portions of the wave spring are changed in the circumferential direction.
FIG. 7 is a sectional view showing a state in which both end portions of the wave spring are overlapped with each other.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a modification of both end portions of the wave spring.
FIG. 9 is a sectional view of a part of a wave spring showing another embodiment of the present invention.
10 is a side view schematically showing a part of the wave spring shown in FIG. 9; FIG.
11 is a side view showing a state in which a load is applied to the wave spring shown in FIG. 10;
12 is a cross-sectional view showing a state in which both end portions of the wave spring shown in FIG. 10 are overlapped.
FIG. 13 is a side view schematically showing a conventional wave spring.
14 is a side view showing a state in which a load is applied to the conventional wave spring shown in FIG. 13; FIG.
FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the load and displacement of a conventional wave spring.
FIG. 16 is a plan view of a conventional wave spring.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
側面方向から見て円弧状の山部と円弧状の谷部とこれら山部と谷部をつなぐ直線状のばね有効部とがばね材の円周方向に交互に設けられており、
しかも無荷重状態における山部の湾曲内側の曲率半径R1 が山部の高さH1 よりも小さくかつ谷部の湾曲内側の曲率半径R2 が谷部の深さH2 よりも小さく、上記ばね材の板厚をt、山部の湾曲内側の曲率半径をR1 、谷部の湾曲内側の曲率半径をR2 としたとき、t≦R1 ≦5t,t≦R2 ≦5tであり、しかもこのばね材の円周方向両端部に近い位置にある山部の高さを、円周方向両端部から遠い位置にある山部の高さよりも大きくしたことを特徴とする波形ばね。It consists of a flat spring material that is formed in an annular shape and cut at a part in the circumferential direction.
Arc-shaped crests, arc-shaped troughs, and linear spring effective parts that connect these crests and troughs are alternately provided in the circumferential direction of the spring material when viewed from the side direction,
In addition, the radius of curvature R1 inside the peak of the peak in an unloaded state is smaller than the height H1 of the peak, and the radius of curvature R2 inside the curved of the valley is smaller than the depth H2 of the valley, the thickness t, the radius of curvature of the curved inner crest R1, when the curvature radius of the curved inner valley and R2, t ≦ R1 ≦ 5t, Ri t ≦ R2 ≦ 5t der, moreover circle of the spring member A wave spring characterized in that the height of a peak portion located at a position near both ends in the circumferential direction is made larger than the height of a peak portion located at a position far from both ends in the circumferential direction .
側面方向から見て円弧状の山部と円弧状の谷部とこれら山部と谷部をつなぐ直線状のばね有効部とがばね材の円周方向に交互に設けられており、
しかも無荷重状態における山部の湾曲内側の曲率半径R1 が山部の高さH1 よりも小さくかつ谷部の湾曲内側の曲率半径R2 が谷部の深さH2 よりも小さく、上記ばね材の板厚をt、山部の湾曲内側の曲率半径をR1 、谷部の湾曲内側の曲率半径をR2 としたとき、t≦R1 ≦5t,t≦R2 ≦5tであり、しかもこのばね材の円周方向両端部に近い位置にある山部と谷部のピッチを、円周方向両端部から遠い位置にある山部と谷部のピッチよりも小さくしたことを特徴とする波形ばね。It consists of a flat spring material that is formed in an annular shape and cut at a part in the circumferential direction.
Arc-shaped crests, arc-shaped troughs, and linear spring effective parts that connect these crests and troughs are alternately provided in the circumferential direction of the spring material when viewed from the side direction,
In addition, the radius of curvature R1 inside the peak of the peak in an unloaded state is smaller than the height H1 of the peak, and the radius of curvature R2 inside the curved of the valley is smaller than the depth H2 of the valley, the thickness t, the radius of curvature of the curved inner crest R1, when the curvature radius of the curved inner valley and R2, t ≦ R1 ≦ 5t, Ri t ≦ R2 ≦ 5t der, moreover circle of the spring member A wave spring characterized in that a pitch between peaks and valleys at positions close to both ends in the circumferential direction is smaller than a pitch between peaks and valleys at positions far from both ends in the circumferential direction .
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