JP6600765B1 - ウェーブスプリング - Google Patents

Abstract

ウェーブスプリング（１Ａ）は、山部(１１）および谷部（１２）が周方向に交互に連ねられて形成された環状体（１０）を備える。環状体（１０）は周方向における少なくとも一部が接合されている。環状体（１０）において接合された部分が、環状体（１０）の中心軸線（Ｏ）に直交する平面内に延びる平坦部（１３）となっている。

Description

本発明は、ウェーブスプリングに関する。
本願は、２０１８年２月２６日に、日本に出願された特願２０１８−０３２４６５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

特許文献１は、山部および谷部が周方向に交互に連ねられて形成された環状体を備えるウェーブスプリングを開示している。このウェーブスプリングでは、Ｃ字状のばね材料の両端部同士が互いに接合されることで、環状体が形成されている。
この種のウェーブスプリングの製造方法としては、ばね材料を溶接などによって接合して環状体を形成した後で、この環状体を塑性変形させて山部および谷部を形成する方法も考えられる。しかしながら、このような順序でウェーブスプリングを製造すると、環状体を塑性変形させる際に、接合部に大きな負荷がかかってしまう。このため、Ｃ字状のばね材料を予め波形に成形しておき、その両端部同士を接合する方法が一般的に用いられている。

米国特許第９０９１３１５号明細書

ところで、特許文献１のウェーブスプリングでは、環状体の中心軸線に対して傾斜した端面同士を接合している。このため、端面同士の相対的な位置が決まりにくく、接合後の形状が不安定になりやすかった。
また、接合手段として溶接を用いる場合、精度よく溶接するために、接合部の入熱面（ウェーブスプリングの表面）を環状体の中心軸線に直交する平面と平行となるように配置することが好ましい。しかしながら、特許文献１のウェーブスプリングでは、入熱面が環状体の中心軸線に直交する平面に対して傾斜する。このため、入熱方向が環状体の中心軸線と平行である汎用の溶接機を用いた場合、入熱方向が入熱面と直交しないため、精度よく入熱させることが容易ではなかった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、汎用の溶接機を用いながら、より精度よく接合されたウェーブスプリングを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るウェーブスプリングは、山部および谷部が周方向に交互に連ねられて形成された環状体を備え、前記環状体は周方向における少なくとも一部が接合されており、前記環状体において接合された部分が、前記環状体の中心軸線に直交する平面内に延びる平坦部となっている。

上記態様のウェーブスプリングでは、環状体の中心軸線に直交する平面内に延びる平坦部において、環状体が接合されている。このため、Ｃ字状のばね材料の両端部同士を接合する際に、例えば複数の谷部の各頂部を作業台の上面に接触させると、上記ばね材料の両端部がこの上面に平行な姿勢となる。したがって、ばね材料の両端部の相対的な位置を、容易に安定させることができる。さらに、例えば接合手段としてレーザー溶接を用いる場合、レーザー光を溶接作業台の上面に垂直な方向に照射すると、レーザー光が自ずと照射面（平坦部の表面）に対して垂直に照射されることになる。以上のことから、上記態様によれば、汎用の溶接機を用いながら、より精度よく溶接されたウェーブスプリングを提供することができる。

ここで、前記平坦部における周方向の両端部が、前記中心軸線の軸方向に向けて突となる曲面状に形成されていてもよい。

この場合、環状体が弾性変形した際に、平坦部の両端部に局所的に大きな応力が作用することを抑えられる。

また、前記平坦部は、前記中心軸線に沿う軸方向において、前記環状体のうち前記山部と前記谷部との間に位置していてもよい。

この場合、環状体が付勢対象物によって押圧されて軸方向に圧縮された際に、接合部が付勢対象物に接触しにくくなる。従って、接合部が付勢対象物に強く押圧されることが抑えられ、接合部の破損などを抑止することができる。

また、前記平坦部は、前記軸方向における前記環状体の中央部に位置していてもよい。

この場合、環状体が付勢対象物によって押圧されて軸方向に圧縮された際に、接合部が付勢対象物にさらに接触しにくくなる。従って、接合部の破損などをより確実に抑止することができる。

また、前記山部と前記谷部とが配置される周方向におけるピッチが不均一であってもよい。

この場合、環状体のうち、例えば平坦部の近傍に位置する部分におけるピッチを、平坦部から離れて位置する部分におけるピッチよりも小さくして、付勢対象物にバランスよく付勢力を付与することができる。

また、前記山部および前記谷部のいずれか一方が、前記平坦部の周方向における両端に連ねられていてもよい。
あるいは、前記山部、前記平坦部、および前記谷部が、周方向でこの順に連なっていてもよい。

本発明の上記態様によれば、汎用の溶接機を用いながら、より精度よく接合されたウェーブスプリングを提供することができる。

第１実施形態に係るウェーブスプリングの平面図である。 図１のウェーブスプリングを展開した模式図である。 第２実施形態に係るウェーブスプリングを展開した模式図である。

（第１実施形態）
以下、本実施形態のウェーブスプリング１Ａについて、図１および図２に基づいて説明する。
ウェーブスプリング１Ａは、環状体１０を備えている。以下、環状体１０の中心軸線Ｏに沿う方向を軸方向という。また、軸方向から見た平面視において、中心軸線Ｏ回りに周回する方向を周方向といい、中心軸線Ｏに交差する方向を径方向という。以下、軸方向における一方側を＋Ｚ側といい、軸方向における他方側を−Ｚ側という。

環状体１０は、＋Ｚ側に向けて突となる山部１１、および−Ｚ側に向けて突となる谷部１２が、周方向に交互に連ねられて形成されている。環状体１０は、周方向における少なくとも一部が接合されている。環状体１０は、複数の山部１１および複数の谷部１２を備えている。なお、環状体１０が備える山部１１および谷部１２の数は、適宜変更してもよい。
ここで、本実施形態の環状体１０は、中心軸線Ｏに直交する平面内に延びる平坦部１３を有している。また、周方向における平坦部１３の中央部には、接合部１６が形成されている。

図２は、図１の環状体１０を展開した模式図である。図２に示すように、平坦部１３の周方向における両端には、谷部１２が連ねられている。なお、平坦部１３の周方向における両端に、山部１１が連ねられていてもよい。
本実施形態では、周方向で互いに隣り合う山部１１と谷部１２との間の周方向における間隔（以下、ピッチＰという）は、環状体１０の全体で均一になっている。そして、平坦部１３の周方向における長さは、ピッチＰと実質的に同等になっている。このため、本実施形態のウェーブスプリング１Ａは、仮に平坦部１３が形成されずに等ピッチで山部１１および谷部１２が配された場合の１つの山部（図２の破線部）が、平坦部１３に置き換わった形状となっている。

図２に示すように、平坦部１３が延在する平面Ｃは、山部１１の頂点同士を結んでなる平面Ｓ１と略平行になっている。また、平面Ｃは、谷部１２の頂点同士を結んでなる平面Ｓ２と略平行になっている。平坦部１３は、環状体１０の軸方向における中央部に位置しており、平面Ｃは平面Ｓ１と平面Ｓ２との中間に位置している。

平坦部１３の周方向における両端部は、一対の谷部１２に接続されている。平坦部１３の両端部を、第１接続部１４および第２接続部１５という。第１接続部１４および第２接続部１５は、＋Ｚ側に向けて突となる曲面状に形成されている。

ウェーブスプリング１Ａは、例えば以下の工程を経て形成される。なお、以下では接合手段としてレーザー溶接を用いた場合を例にするが、他の接合手段を採用してもよい。例えば、電子ビーム溶接、光ビーム溶接、アーク溶接、およびフラッシュバット溶接などのレーザー溶接以外の溶接手段、並びにロウ付けなどを接合手段として用いてもよい。

まず、帯状のばね材料を、複数の山部１１および複数の谷部１２を有するＣ字状に加工する。このとき、ばね材料の第１端部１３ａおよび第２端部１３ｂは、平坦な形状に形成される。
次に、山部１１の各頂点若しくは谷部１２の各頂点を、溶接機（レーザー装置）の溶接作業台上に接触させる。このとき、ばね材料の第１端部１３ａおよび第２端部１３ｂは、溶接作業台の上面に平行な姿勢となる。
次に、第１端部１３ａおよび第２端部１３ｂの端面同士を当接若しくは近接させた状態で、これらの端面に向けて、溶接作業台の上面に垂直な方向からレーザー光を照射する。これにより、第１端部１３ａおよび第２端部１３ｂが互いに溶接される。そして、第１端部１３ａと第２端部１３ｂとが一体となって平坦部１３が形成されるとともに、平坦部１３の周方向における中央部に接合部１６が形成される。

このように、本実施形態のウェーブスプリング１Ａでは、環状体１０の中心軸線Ｏに直交する平面内に延びる平坦部１３において、環状体１０が接合されている。このため、第１端部１３ａおよび第２端部１３ｂを接合する際に、両端部１３ａ、１３ｂの姿勢を作業台の上面に平行な姿勢とすることができる。従って、両端部１３ａ、１３ｂの相対的な位置を容易に安定させることができる。さらに、接合手段としてレーザー溶接を用いる場合、レーザー光を溶接作業台の上面に垂直な方向に照射すると、両端部１３ａ、１３ｂの軸方向を向く面に対してレーザー光が自ずと垂直に照射されることとなる。つまり、レーザー光の照射面である両端部１３ａ、１３ｂの表面が、レーザー光の光軸方向に対して垂直となる。以上のことから、本実施形態によれば、汎用の溶接機を用いながら、より精度よく接合されたウェーブスプリング１Ａを提供することができる。

また、平坦部１３における周方向の両端部である接続部１４、１５が、軸方向に向けて突となる曲面状に形成されている。これにより、環状体１０が弾性変形した際に、接続部１４、１５に局所的に大きな応力が作用することが抑えられる。

また、平坦部１３が、軸方向において、環状体１０のうち山部１１と谷部１２の間の中間部に位置している。これにより、環状体１０が付勢対象物によって押圧されて軸方向に圧縮された際に、ウェーブスプリング全体が平坦になる直前まで、接合部１６が付勢対象物に接触しにくくなる。従って、接合部１６が付勢対象物から加えられる負荷を抑えられ、接合部１６の破損などを抑止することができる。また、本実施形態では、平坦部１３が、軸方向における環状体１０の中央部に位置しているため、上述の作用効果をより確実に奏功させることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態について説明するが、第１実施形態と基本的な構成は同様である。このため、同様の構成には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。

図３は、第２実施形態のウェーブスプリング１Ｂの展開図である。図３に示すように、本実施形態では、平坦部１３が、山部１１と谷部１２とによって周方向で挟まれている。すなわち、山部１１、平坦部１３、および谷部１２が、周方向でこの順に連なっている。

また、平坦部１３と谷部１２とを接続する第１接続部１４は、＋Ｚ側に向けて突の曲面状に形成され、平坦部１３と山部１１とを接続する第２接続部１５は、−Ｚ側に向けて突の曲面状に形成されている。つまり、平坦部１３の周方向における両端部である第１接続部１４および第２接続部１５が、軸方向に向けて突となる曲面状に形成されている。

本実施形態では、平坦部１３の周方向における長さが、ピッチＰの約２倍になっている。このため、本実施形態のウェーブスプリング１Ｂは、仮に平坦部１３が形成されずに等ピッチで山部１１および谷部１２が配された場合の、１組の山部および谷部（図３の破線部）が、平坦部１３に置き換わった形状となっている。

ここで、第１実施形態の形状と第２実施形態の形状とを比較する。第１実施形態のウェーブスプリング１Ａは、図２における破線で示した１つの山部が平坦部１３に置き換わった形状を有している。一方、第２実施形態のウェーブスプリング１Ｂは、図３における破線で示した１組の山部および谷部が平坦部１３に置き換わった形状を有している。このように、第１実施形態のウェーブスプリング１Ａは、第２実施形態のウェーブスプリング１Ｂと比較して谷部１２を多く配置できるため、付勢力を確保しやすい形状となっている。従って、ばね材料の板厚やピッチＰの寸法など、付勢力に影響する緒元の選択の自由度が比較的大きい。一方、第２実施形態のウェーブスプリング１Ｂは、第１実施形態のウェーブスプリング１Ａと比較して平坦部１３の周方向における長さが大きくなっている。このため、接合時に、端部１３ａ、１３ｂ同士の相対的な位置がより合わせやすくなり、接合の精度をより安定させることが可能となる。

実施例１として、第１実施形態におけるウェーブスプリング１Ａについて、環状体１０が平坦になるように弾性変形させたときのウェーブスプリング１Ａ内の応力分布を、シミュレーションにより算出した。この結果、平坦部１３に隣接する谷部１２の頂部（図２の点Ａ）において、応力値が最大となった。その一方で、平坦部１３の中央部（接合部１６）における応力値は、点Ａにおける応力値の０．２５倍となった。

実施例２として、第２実施形態におけるウェーブスプリング１Ｂについて、環状体１０が平坦になるように弾性変形させたときのウェーブスプリング１Ｂ内の応力分布を、シミュレーションにより算出した。この結果、谷部１２を挟んで平坦部１３に隣接する山部１１の頂部（図３の点Ｂ）において、応力値が最大となった。その一方で、平坦部１３の中央部（接合部１６）における応力値は、点Ｂにおける応力値の０．０３倍となった。

実施例１および２の結果から、第１実施形態および第２実施形態のいずれの形状においても、接合部１６に応力が集中しにくいことが確認された。
また、シミュレーションの結果から、山部１１または谷部１２に応力が集中しやすいことが確認された。このため、接合部１６を山部１１または谷部１２に配置せず、山部１１および谷部１２の間の中間部に接合部１６を配置することで、接合部１６に応力が集中することを抑制できる。このように、接合部１６への応力集中を抑制することで、ウェーブスプリング１Ａ、１Ｂの強度を高めることができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、ウェーブスプリング１Ａ、１Ｂは、環状体１０から径方向内側または径方向外側に突出する爪部を有していてもよい。この場合、爪部によって、ウェーブスプリング１Ａ、１Ｂの中心軸線Ｏ回りの回転を規制することができる。

また、前記実施形態では、ピッチＰが環状体１０の全体で均一となっていたが、ピッチＰは不均一であってもよい。例えば、環状体１０のうち平坦部１３の近傍に位置する部分のピッチを、平坦部１３から離れた部分のピッチよりも小さくしてもよい。この場合、図２または図３における破線で示した形状が平坦部１３に置き換わったことによる付勢力の低下を補い、付勢対象物にバランスよく付勢力を付与することができる。

また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えてもよい。

１Ａ、１Ｂ…ウェーブスプリング １０…環状体 １１…山部 １２…谷部 １３…平坦部 １４…第１接続部 １５…第２接続部 １６…接合部 Ｏ…中心軸線

Claims (6)

1. 山部および谷部が周方向に交互に連ねられて形成された環状体を備え、
   前記環状体は周方向における少なくとも一部が接合されており、
   前記環状体において接合された部分が、前記環状体の中心軸線に直交する平面内に延びる平坦部となっており、
   前記平坦部は、前記中心軸線に沿う軸方向において、前記山部と前記谷部との間に位置している、ウェーブスプリング。
2. 前記平坦部における周方向の両端部が、前記中心軸線の軸方向に向けて突となる曲面状に形成されている、請求項１に記載のウェーブスプリング。
3. 前記平坦部は、前記軸方向における前記環状体の中央部に位置している、請求項１または２に記載のウェーブスプリング。
4. 前記山部と前記谷部とが配置される周方向におけるピッチが不均一である、請求項１から３のいずれか１項に記載のウェーブスプリング。
5. 前記山部および前記谷部のいずれか一方が、前記平坦部の周方向における両端に連ねられている、請求項１から４のいずれか１項に記載のウェーブスプリング。
6. 前記山部、前記平坦部、および前記谷部が、周方向でこの順に連なっている、請求項１から４のいずれか１項に記載のウェーブスプリング。

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