JP6027033B2 - 弾性部材 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

本国際出願は、２０１２年２月１５日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１２−０３０６０５号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１２−０３０６０５号の全内容を参照により本国際出願に援用する。

本発明は、略ドーム状に湾曲した少なくとも１つのシェル部を有する弾性部材に関する。

例えば、下記特許文献１に開示されたシート状の弾性部材は、シート状の弾性体に複数のドーム状の凸部又は凹部が形成された部材である。

特開２００９−７６３７９号公報

しかし、特許文献１に記載の発明は、凸部等の頂部で燃料電池等の支持対象と接触するように構成されているので、荷重を点接触にて受けることとなる。このため、荷重が弾性部材に局所的に作用することとなり、弾性部材にとって好ましくない。

そこで、本発明の１つの局面は、荷重が局所的に作用することを抑制することが可能な弾性部材を提供できることが好ましい。

本発明は、荷重を受けることにより弾性変形する弾性部材であって、荷重を受けて弾性変形する、略ドーム状に湾曲した少なくとも１つのシェル部を備えている。少なくとも１つのシェル部における荷重を受ける部位は、荷重を分散するような形状に形成されている。

このように構成された本発明では、荷重を分散させることができ、局所的に応力が集中することや面圧が偏在することを抑制できる。

図１Ａは本発明の実施形態に係る弾性部材の斜視図であり、図１Ｂは本発明の実施形態に係る弾性部材の断面図である。 図２Ａは本発明の第１実施形態に係るシェル部の断面図であり、図２Ｂは本発明の第１実施形態に係るシェル部の斜視図である。 図３Ａは本発明の第２実施形態に係るシェル部の断面図であり、図３Ｂは本発明の第２実施形態に係るシェル部の斜視図である。 図４Ａは本発明の第３実施形態に係るシェル部の断面図であり、図４Ｂは本発明の第３実施形態に係るシェル部の斜視図である。 図５Ａは本発明の第４実施形態に係るシェル部の断面図であり、図５Ｂは本発明の第４実施形態に係るシェル部の斜視図である。 図６Ａは本発明の第５実施形態に係るシェル部の断面図であり、図６Ｂは本発明の第５実施形態に係るシェル部の斜視図である。 図７Ａは本発明の第５実施形態に係るシェル部の断面図であり、図７Ｂは本発明の第５実施形態に係るシェル部の斜視図である。 図８Ａは本発明の第５実施形態に係るシェル部の断面図であり、図８Ｂは本発明の第５実施形態に係るシェル部の斜視図である。 図９Ａは本発明の第６実施形態に係るシェル部の断面図であり、図９Ｂは本発明の第６実施形態に係るシェル部の斜視図である。 図１０Ａは本発明の第６実施形態に係るシェル部の断面図であり、図１０Ｂは本発明の第６実施形態に係るシェル部の斜視図である。 図１１Ａは本発明の第６実施形態に係るシェル部の断面図であり、図１１Ｂは本発明の第６実施形態に係るシェル部の斜視図である。 図１２Ａは本発明の第６実施形態に係るシェル部の断面図であり、図１２Ｂは本発明の第６実施形態に係るシェル部の斜視図である。 図１３Ａは本発明の第６実施形態に係るシェル部の断面図であり、図１３Ｂは本発明の第６実施形態に係るシェル部の斜視図である。 図１４Ａは本発明の第７実施形態に係るシェル部の断面図であり、図１４Ｂは本発明の第７実施形態に係るシェル部の斜視図である。 図１５Ａは本発明の第７実施形態に係るシェル部の断面図であり、図１５Ｂは本発明の第７実施形態に係るシェル部の斜視図である。 本発明の第８実施形態に係る弾性部材の断面図である。 本発明の第９実施形態に係る弾性部材の断面図である。 本発明の第１０実施形態に係る弾性部材の断面図である。 図１９Ａは本発明の第１１実施形態に係るシェル部の断面図であり、図１９Ｂは本発明の第１１実施形態に係るシェル部の斜視図である。 本発明の変形例に係るシェル部の斜視図である。

１… 弾性部材 ３… 薄板材 ５… シェル部 ５Ｂ… 外縁
５Ａ… 当接部 ５Ｃ… 隆起部 ５Ｄ… 陥没部 ５Ｅ… 穴
５Ｆ… スリット穴 ７… スペーサシート

以下に説明する本発明の実施形態は単なる例示に過ぎない。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的構造等に限定されるものではない。

そして、本実施形態は、自動車等の移動体に搭載される機器（以下、被支持体という。）を弾性支持する際に用いる弾性部材に本発明を適用したものである。以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。

（第１実施形態）
１．弾性部材の構造
本実施形態に係る弾性部材は、ばね鋼鋼板、ステンレス又はチタン等の金属製の薄板により構成されたものである。

すなわち、弾性部材１は、図１Ａ及び１Ｂに示すように、シート状の薄板材３に複数のシェル部５を設けたものである。なお、本実施形態では、シェル部５は、薄板材３にプレス加工を施すことにより、薄板材３に一体成形されている。

また、本実施形態に係る複数のシェル部５は互いに合同な形状を有している。そして、各シェル部５は、図２Ａ及び２Ｂに示すように、略ドーム状に湾曲した部位であって、被支持体から荷重を受けて弾性変形する。なお、本実施形態に係るシェル部５の外縁５Ｂの形状は円形である。

シェル部５のうち、被支持体と直接的又は間接的に接触して荷重を受ける部位（以下、当接部５Ａという。）は、図２Ｂに示すように、線状となるように構成されている。
なお、「当接部５Ａが線状である」とは、例えば、特許文献１に記載の発明が「荷重を点接触にて受ける発明」であるとした場合において、当該荷重を受ける部位を「点状」と呼ぶとき、『その「点状」の荷重を受ける部位が線状に連なるように多点状に分布する』状態をいう。

そして、当接部５Ａは、外縁５Ｂと同心状の閉曲線、つまり円状となっている。すなわち、シェル部５は、図２Ａに示すように、第１の向きに略ドーム状に膨らんだ隆起部５Ｃ、及び当該隆起部５Ｃの一部を第１の向きと逆向き（以下、第２の向きという。）に陥没させた陥没部５Ｄを有して構成されている。

このため、隆起部５Ｃの曲率中心Ｏ１は、シェル部５を構成する薄板材３に対して第２の向き側に位置する。一方、陥没部５Ｄの曲率中心Ｏ２は、薄板材３に対して第１の向き側に位置する。因みに、本実施形態では、隆起部５Ｃの曲率半径Ｒ１と陥没部５Ｄの曲率半径Ｒ２は略同一寸法である。

因みに、二点鎖線は、陥没部５Ｄが設けられていない場合、つまり隆起部５Ｃのみの場合のシェル部５を示している。そして、陥没部５Ｄが設けられていない場合には、シェル部５を構成する曲面の曲率中心Ｏ１は、薄板材３に対して第２の向き側のみ、つまりシェル部５に対して片側のみに存在する。

また、本実施形態では、隆起部５Ｃの外縁が縁取る図形、つまりシェル部５の外縁が縁取る図形の面心Ｏ３と陥没部５Ｄの外縁が縁取る図形の面心Ｏ４とが、第１の向きと平行な方向から見て一致している。このため、本実施形態では、隆起部５Ｃの曲率中心Ｏ１と陥没部５Ｄの曲率中心Ｏ２とを通る仮想線Ｌ１上に、面心Ｏ３及び面心Ｏ４が位置するとともに、当接部５Ａは、上述したように、外縁５Ｂと同心状の閉曲線、つまり円状となる。

なお、図形の面心とは、当該図形の面積モーメントが釣り合う点をいい、いわゆる「図形の重心」と一致する点である。
２．本実施形態に係る弾性部材の特徴
本実施形態に係る弾性部材１では、荷重を受ける部位である当接部５Ａが線状であるので、弾性部材１に作用する荷重を分散させることができ、局所的に応力が集中することを抑制できる。

また、当接部５Ａが円状であるので、シェル部５が弾性変形する際の対称性を保持し易くなる。したがって、シェル部５が潰れるように局所的に塑性変形してしまう等の不具合を未然に抑制し得る。

（第２実施形態）
第１実施形態では、隆起部５Ｃの曲率中心Ｏ１を薄板材３に対して一方側に設定し、陥没部５Ｄの曲率中心Ｏ２を他方側に設定していたが、本実施形態は、図３Ａ及び３Ｂに示すように、隆起部５Ｃの曲率中心Ｏ１及び陥没部５Ｄの曲率中心Ｏ２を共に、薄板材３に対して同一側に設定したものである。

すなわち、本実施形態に係る隆起部５Ｃも、第１実施形態に係る隆起部５Ｃと同様に、第１の向きに膨らんでいる。しかし、本実施形態では、隆起部５Ｃのうち隆起部５Ｃの外縁（シェル部５の外縁）から当接部５Ａに至る曲面は、その曲率中心Ｏ１が陥没部５Ｄと同一側に存在するように、第２の向き側に凸となるように湾曲している。

なお、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、隆起部５Ｃの外縁が縁取る図形の面心Ｏ３と陥没部５Ｄの外縁が縁取る図形の面心Ｏ４とが第１の向きから見て一致する。

このため、シェル部５の外縁から当接部５Ａに至る曲面の曲率中心Ｏ１、つまり隆起部５Ｃの曲率中心Ｏ１は、１点とならず、隆起部５Ｃの外縁が縁取る円、及び陥没部５Ｄの外縁が縁取る円と同心上の円Ｌ２となる。

そして、本実施形態においても、荷重を受ける部位である当接部５Ａが線状であるので、弾性部材１に作用する荷重を分散させることができ、局所的に応力が集中することを抑制できる。

（第３実施形態）
本実施形態は、図４Ａ及び４Ｂに示すように、複数の当接部５Ａを設けたものであり、複数の当接部５Ａの頂点を結ぶ直線が仮想的に形成される。そして、複数の当接部５Ａは、隆起部５Ｃの外縁が縁取る円と同心上となるように、円状に構成されている。このため、本実施形態に係る陥没部５Ｄは、第２の向き側に陥没した環状の溝が、同心上に複数並んだ形状となっている。

なお、図４Ａ及び４Ｂでは、隆起部５Ｃが、第２実施形態と同様に、第２の向き側に凸となるように湾曲していたが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、隆起部５Ｃを第１実施形態と同様に、第１の向き側に凸となるように湾曲させてもよい。

（第４実施形態）
本実施形態は、図５Ａ及び５Ｂに示すように、当接部５Ａを面状としたものである。そして、本実施形態に係るシェル部５では、陥没部５Ｄが設けられていない。

これにより、本実施形態では、荷重を受ける部位である当接部５Ａが面状であるので、弾性部材１に作用する荷重を分散させることができ、局所的に応力が集中することを抑制できる。

なお、図５Ａ及び５Ｂでは、隆起部５Ｃが、第１実施形態と同様に、第１の向き側に凸となるように湾曲していたが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、隆起部５Ｃを第２実施形態と同様に、第２の向き側に凸となるように湾曲させてもよい。

また、図５Ａ及び５Ｂでは、陥没部５Ｄが設けられていないが、例えば、二点鎖線で示すように、陥没部５Ｄの外縁を当接部５Ａの外形寸法に比べて十分に小さくし、当接部５Ａの幅を有する環状とすれば、陥没部５Ｄを設けた場合であっても、当接部５Ａを面状とすることができる。なお、この際、第３実施形態と同様に、陥没部５Ｄを複数設けて、面状の当接部５Ａを複数設けてもよい。

（第５実施形態）
本実施形態は、図６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂ，８Ａ，８Ｂに示すように、シェル部５に穴５Ｅを設けたものである。

そして、本実施形態に係る穴５Ｅは、第１の向きから見て、シェル部５の外縁が縁取る図形の面心上に位置している。つまり、シェル部５の外縁が縁取る円の中心に相当する位置に穴５Ｅが位置する。

なお、図６Ａ及び６Ｂは第１実施形態に係るシェル部５に穴５Ｅを設けた例であり、図７Ａ及び７Ｂは第２実施形態に係るシェル部５に穴５Ｅを設けた例であり、図８Ａ及び８Ｂは第４実施形態に係るシェル部５に穴５Ｅを設けた例である。

以上のように、本実施形態では、シェル部５に穴５Ｅを設けたので、弾性部材１のばね定数を容易に小さくすることができる。
つまり、シェル部５のばね定数は、薄板材３の材質、厚み及びシェル部５の形状によって決定される。しかし、薄板材３の材質及び厚みによる調整のみでは、所望のばね定数を得ることが困難である場合がある。このとき、穴５Ｅの大きさ及び位置等のうちいずれかを調整することにより、所望のばね定数を容易に得ることが可能となる場合がある。

また、穴５Ｅは、第１の向きから見て、シェル部５の外縁が縁取る図形の面心上に位置しているので、シェル部５が弾性変形する際の対称性を保持し易くなる。したがって、シェル部５が潰れるように局所的に塑性変形してしまう等の不具合を未然に抑制し得る。

（第６実施形態）
本実施形態は、図９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ，１３Ａ，１３Ｂに示すように、シェル部５の外縁が縁取る図形の面心に相当する位置から放射状に延びるスリット状の穴５Ｆ（以下、スリット穴５Ｆという。）を設けたものである。

そして、本実施形態では、シェル部５の外縁が縁取る図形が円であることから、スリット穴５Ｆは、当該図形の面心周りを等分割するように等間隔で複数設けられている。
なお、図９Ａ，９Ｂ及び図１０Ａ，１０Ｂは第１実施形態に係るシェル部５にスリット穴５Ｆを設けた例であり、図１１Ａ，１１Ｂ及び図１２Ａ，１２Ｂは第２実施形態に係るシェル部５にスリット穴５Ｆを設けた例であり、図１３Ａ，１３Ｂは第４実施形態に係るシェル部５にスリット穴５Ｆを設けた例である。

また、図９Ａ，９Ｂ及び図１１Ａ，１１Ｂは陥没部５Ｄにスリット穴５Ｆを設けた例であり、図１０Ａ，１０Ｂ及び図１２Ａ，１２Ｂは隆起部５Ｃにスリット穴５Ｆを設けた例である。因みに、図９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂに示す例においては、隆起部５Ｃ及び陥没部５Ｄのいずれにもスリット穴５Ｆを設けてもよい。また、図１３Ａ及び１３Ｂに示す例においては、当接部５Ａにスリット穴５Ｆを設けてもよい。

以上のように、本実施形態では、シェル部５にスリット穴５Ｆを設けたので、第５実施形態と同様な作用・効果を得ることができる。
（第７実施形態）
本実施形態は、図１４Ａ，１４Ｂ及び図１５Ａ，１５Ｂに示すように、第５実施形態と第６実施形態とを組み合わせたものである。つまり、シェル部５の外縁が縁取る図形の面心上に穴５Ｅを設けるとともに、この穴５Ｅから放射状に延びるスリット穴５Ｆを複数設けたものである。

なお、図１４Ａ及び１４Ｂは第１実施形態に係るシェル部５に本実施形態を適用した例であり、図１５Ａ及び１５Ｂは第２実施形態に係るシェル部５に本実施形態を適用した例である。

因みに、第５〜第７実施形態のうちいずれの形状を選択するかは、弾性部材１に求められるばね定数等の各種諸元に基づいて適宜決定される。
（第８実施形態）
上述の実施形態では、１枚の薄板材３により弾性部材１を構成したが、本実施形態は、図１６Ａ及び１６Ｂに示すように、複数のシェル部５が形成された薄板材３を複数重ねることにより弾性部材１を構成したものである。

なお、図１６Ａは、第１の向きが同一の向きとなるように、２枚の薄板材３を荷重方向に重ねた例であり、図１６Ｂは、第１の向きが互いに異なる向きとなるように２枚の薄板材３を重ねた例である。

因みに、複数枚の薄板材３のうち各シェル部５の外周は、スポット溶接や接着剤等の接合構造、又は填め込みや折り曲げ等の機械的拘束構造により結合されている。このため、複数枚の薄板材３それぞれは、相対的に著しく移動することが規制される。

因みに、図１６Ａ及び１６Ｂに示すシェル部５は、第１実施形態に係るシェル部５であったが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、第２〜７実施形態に係るシェル部５のいずれかであってもよい。

また、図１６Ａ及び１６Ｂでは、薄板材３を２枚重ねた弾性部材１であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、薄板材３を３枚以上重ねてもよい。なお、この場合も各薄板材３それぞれが相対的に著しく移動することが規制された状態とする必要がある。

（第９実施形態）
本実施形態は、図１７に示すように、２枚の薄板材３を荷重方向に重ねるとともに、薄板材３と同等以上の剛性を有するスペーサシート７を２枚の薄板材３間に配設したものである。なお、本実施形態においては、スペーサシート７として、薄板材３と同一の板材を使用し、かつ、複数枚の薄板材３及びスペーサシート７はスポット溶接又は接着剤にて接合されている。

因みに、図１７に示すシェル部５は、第１実施形態に係るシェル部５であったが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、第２〜７実施形態に係るシェル部５のいずれかであってもよい。

また、図１７では、薄板材３を２枚重ねた弾性部材１であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、薄板材３を３枚以上重ねてもよい。
また、図１７では、第１の向きが同一の向きとなるように、２枚の薄板材３を荷重方向に重ねた例であったが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、図１６Ｂに示すように、第１の向きが互いに異なる向きとなるように複数の薄板材３を重ねてもよい。

（第１０実施形態）
上述の実施形態では、１枚の薄板材３に設けられたシェル部５は互いに形状が合同であったが、本実施形態は、図１８に示すように、１枚の薄板材３の中で、第１の向きが異なる向きとなるシェル部５を設けた例である。

因みに、図１８に示すシェル部５は、第１実施形態に係るシェル部５であったが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、第２〜７実施形態に係るシェル部５のいずれかであってもよい。また、本実施形態と第８実施形態又は第９実施形態とを組み合わせてもよい。

（第１１実施形態）
本実施形態は、図１９Ａ及び１９Ｂに示すように、隆起部５Ｃのうち隆起部５Ｃの外縁（シェル部５の外縁）から当接部５Ａに至る部位、及び陥没部５Ｄのうち当接部５Ａから陥没部５Ｄの面心に至る部位のうち少なくとも一方の部位を円錐状の錐面にて構成したものである。因みに、図１９Ａ及び１９Ｂでは、いずれの部位も錐面とした例を示している。

なお、本実施形態は、図１９Ａ及び１９Ｂに示すような形状に限定されるものではなく、本実施形態に係る弾性部材１と上記した実施形態のうちいずれかの弾性部材１と組み合わせてもよい。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、複数のシェル部５が薄板材３に格子状に配置されたものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、複数のシェル部５が薄板材３に千鳥状に配置された構成、又は１つのシェル部５が設けられた構成であってもよい。

また、上述の実施形態では、当接部５Ａが円状の閉曲線を描くような線状、又は円盤状の平面となっていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、楕円（長円及び紡錘形状等も含む。）形状としてもよい。

また、上述の実施形態では、シェル部５の外縁形状は円であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図２０に示すような楕円（長円及び紡錘形状等も含む。）形状としてもよい。

また、上述の実施形態では、第１の向きから見て、隆起部５Ｃの外縁が縁取る図形の面心と陥没部５Ｄの外縁が縁取る図形の面心とが一致していたが、本発明はこれに限定されるものではなく、隆起部５Ｃの外縁が縁取る図形の面心と陥没部５Ｄの外縁が縁取る図形の面心とが一致していなくてもよい。

また、上述の実施形態では、自動車等の移動体に搭載される機器を弾性支持する際に用いる弾性部材に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されるものではない。
また、上述の実施形態では、複数のシェル部５は互いに形状が合同であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、大きさや形状が異なるシェル部５を組み合わせてもよい。

また、第３実施形態では、複数の当接部５Ａが同心上となるように円状に構成されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、各当接部５Ａが描く図形の面心が一致しない構成としてもよい。

また、第６実施形態では、スリット穴５Ｆは、シェル部５の外縁が縁取る図形の面心周りを等分割するように等間隔で複数設けられていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、不等間隔に複数のスリット穴５Ｆを設ける、又は１つのスリット穴５Ｆを設ける等としてもよい。

また、第５〜第７実施形態では、穴５Ｅ及びスリット穴５Ｆは、薄板材３を貫通した貫通穴であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば薄板材３を貫通していない凹状の止まり穴であってもよい。なお、穴５Ｅ及びスリット穴５Ｆを凹状の止まり穴とした場合においては、第１の向き及び第２の向きのうちいずれの向きに陥没した止まり穴でもよい。

また、第７実施形態では、穴５Ｅとスリット穴５Ｆとが連通していたが、本発明はこれに限定されるものではなく、穴５Ｅとスリット穴５Ｆとを不連続としてもよい。
また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。

Claims (8)

1. 荷重を受けることにより弾性変形する弾性部材であって、
   前記荷重を受けて弾性変形する、略ドーム状に湾曲した少なくとも１つのシェル部を備え、
   前記少なくとも１つのシェル部における前記荷重を受ける部位は、前記荷重を分散するような形状に成形され、
   前記荷重を受ける部位は、線及び面の一方を形成するように成形され、
   前記少なくとも１つのシェル部は、略ドーム状に膨らんだ隆起部、及び当該隆起部の一部を前記隆起部が膨らんだ向きである第１の向きと逆向きに陥没させた陥没部を有し、
   前記第１の向きから見て、前記隆起部の外縁が縁取る図形の面心と前記陥没部の外縁が縁取る図形の面心とが一致している、弾性部材。
2. 前記荷重を受ける部位は、閉曲線状に成形されている、請求項１に記載の弾性部材。
3. 前記少なくとも１つのシェル部は、前記少なくとも１つのシェル部を挟んで両側に曲率中心が存在するように湾曲している、請求項１又は２に記載の弾性部材。
4. 前記少なくとも１つのシェル部の外縁形状は、円状及び楕円状の一方である、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の弾性部材。
5. 前記少なくとも１つのシェル部には、第１の穴が設けられている、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の弾性部材。
6. 前記第１の向きから見て、前記第１の穴は、前記少なくとも１つのシェル部の外縁が縁取る図形の面心上に位置している、請求項５に記載の弾性部材。
7. 前記少なくとも１つのシェル部には、前記少なくとも１つのシェル部の外縁が縁取る図形の面心に相当する位置から放射状に延びるスリット状の第２の穴が設けられている、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の弾性部材。
8. 荷重を受けて弾性変形する、略ドーム状に湾曲した少なくとも１つのシェル部を備え、前記少なくとも１つのシェル部における前記荷重を受ける部位は、前記荷重を分散するような形状に成形されている弾性部材が荷重方向に積層された弾性部材であって、
   前記少なくとも１つのシェル部を構成するシート状の部材と同等以上の剛性を有するスペーサシートが、前記弾性部材間に配設されている、弾性部材。

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