JP6608178B2 - 皿ばね - Google Patents
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Description
本発明は、皿ばねに関するものである。
皿ばねは、設計の自由度が大きく、狭いスペース（小さい高さ）で大きな荷重を受けることができる利点を生かして、建設機械のクラッチやブレーキ、工作機械のツールチャック、電気機械の遮断機、連続鋳造設備、ベアリングの与圧用部品等の各種用途に使用されている。
ところで、従来から汎用されている皿ばねは、中心部に孔が形成され、環状の内側を向いた円錐台面と、外側を向いた円錐台面とを備えた形状に形成され（皿ばねの中心線を通る面で皿ばねを切断したときの断面形状は、長方形（又は両端の角部にＲ面を有する長方形や両端部にＲ面を有する長円形）。）、内側を向いた円錐台面の外周縁と、外側を向いた円錐台面の内周縁とで、荷重を支持するように構成されていた（例えば、特許文献１〜２参照。）。
このように、従来の皿ばねは、内側を向いた円錐台面の外周縁と、外側を向いた円錐台面の内周縁とで、荷重を支持するように構成されているため、使用時に、内側を向いた円錐台面の外周縁部及び内周縁部に大きな引張応力が、外側を向いた円錐台面の外周縁部及び内周縁部に大きな圧縮応力が、それぞれ定常的に生じることになる。
このため、皿ばねの耐久性は、主として、内側を向いた円錐台面の外周縁部及び内周縁部に生じる引張応力の大きさを基準として決定されていた。
ところで、皿ばねの耐久性を向上するために、以下の方法が、単独又は複合して用いられていた。
（１）皿ばねの中心線を通る面で皿ばねを切断したときの断面形状を、両端の角部にＲ面を有する長方形や長円形に形成することにより、最大応力発生箇所を分散させる方法。
（２）ショットピーニングにより皿ばねの表面へ圧縮残留応力を付与することにより、引張応力を圧縮残留応力で相殺する方法。
（１）皿ばねの中心線を通る面で皿ばねを切断したときの断面形状を、両端の角部にＲ面を有する長方形や長円形に形成することにより、最大応力発生箇所を分散させる方法。
（２）ショットピーニングにより皿ばねの表面へ圧縮残留応力を付与することにより、引張応力を圧縮残留応力で相殺する方法。
上記の方法は、皿ばねの耐久性を向上するために一定の効果があるものの、加工に手数を要し、コスト高になるとともに、適用できる皿ばねに制約、例えば、形状が小さかったり、変形しやすい皿ばねには適用しにくい等の問題があり、そもそも、従来の皿ばねは、使用時に、内側を向いた円錐台面の外周縁部及び内周縁部に大きな引張応力が、外側を向いた円錐台面の外周縁部及び内周縁部に大きな圧縮応力が、それぞれ定常的に生じるため、上記の方法によって、皿ばねの耐久性を飛躍的に向上させることは困難であった。
本発明は、上記従来の皿ばねが有する問題点に鑑み、皿ばねが有する狭いスペース（小さい高さ）で大きな荷重を受けることができるという利点を生かしながら、耐久性を飛躍的に向上させることができる皿ばねを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の皿ばねは、中心部に孔が形成され、環状の内側を向いた傾斜面と、外側を向いた傾斜面とを備え、中心線を通る断面で、内側を向いた傾斜面を凸状の曲面に、外側を向いた傾斜面を凹状の曲面に、それぞれ形成してなる皿ばねにおいて、前記内側を向いた傾斜面を構成する凸状の曲面を、無負荷の状態の皿ばねを内側を向いた傾斜面を下にして接地させたときの接地面に接する円弧で構成してなり、前記外側を向いた傾斜面を構成する凹状の曲面を、内側を向いた傾斜面を構成する凸状の曲面と同心状の円弧で構成してなり、かつ、皿ばねの中心線を通る面で皿ばねを切断したときの断面形状が、両端部にＲ面を有することを特徴とする。
本発明の皿ばねによれば、中心線を通る断面で、内側を向いた傾斜面を凸状の曲面に、外側を向いた傾斜面を凹状の曲面に、それぞれ形成されてなることにより、皿ばねの荷重を支持する箇所が、負荷の大きさによって移動するのに合わせて、応力分布が変動することによって、従来の皿ばねのように、使用時に、内側を向いた円錐台面の外周縁部及び内周縁部に大きな引張応力が、外側を向いた円錐台面の外周縁部及び内周縁部に大きな圧縮応力が、それぞれ定常的に生じることがなく、このため、繰り返される負荷応力による疲労のダメージを受ける箇所が分散され、皿ばねの耐久性を飛躍的に向上させることができる。
また、本発明の皿ばねは、撓み量に対する荷重を従来の皿ばねよりも大きく取ることができ、皿ばねが有する狭いスペース（小さい高さ）で大きな荷重を受けることができる利点をより一層発揮することができる。
また、本発明の皿ばねは、撓み量に対する荷重を従来の皿ばねよりも大きく取ることができ、皿ばねが有する狭いスペース（小さい高さ）で大きな荷重を受けることができる利点をより一層発揮することができる。
以下、本発明の皿ばねの実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１に、本発明の皿ばねの一実施例を示す。
この皿ばね１は、中心部に孔１０が形成され、環状の内側を向いた傾斜面１１と、外側を向いた傾斜面１２とを備えてなる皿ばね１において、中心線Ｌを通る断面、すなわち、皿ばね１の中心線Ｌを通る面で皿ばね１を切断したときの断面で、内側を向いた傾斜面１１を凸状の曲面に、外側を向いた傾斜面１２を凹状の曲面に、それぞれ形成するようにしたものである。
この皿ばね１は、中心部に孔１０が形成され、環状の内側を向いた傾斜面１１と、外側を向いた傾斜面１２とを備えてなる皿ばね１において、中心線Ｌを通る断面、すなわち、皿ばね１の中心線Ｌを通る面で皿ばね１を切断したときの断面で、内側を向いた傾斜面１１を凸状の曲面に、外側を向いた傾斜面１２を凹状の曲面に、それぞれ形成するようにしたものである。
この場合において、傾斜面１１を構成する凸状の曲面は、無負荷の状態の皿ばね１を内側を向いた傾斜面１１を下にして接地させたときの接地面に接する円弧（又はこれに近い円弧）で構成することが好ましく、その円弧の半径Ｒ１１は、皿ばね１の外径Ｄの０．５〜１．２倍程度、好ましくは、０．６〜１．０倍程度に設定することが好ましい。
また、傾斜面１２を構成する凹状の曲面は、傾斜面１１を構成する凸状の曲面と同心状の円弧（又はこれに近い円弧）で構成する（これにより、皿ばね１の厚さｔは、一定となる。）ことが好ましく、その円弧の半径Ｒ１２は、皿ばね１の外径Ｄの０．４５〜１．１５倍、好ましくは、０．５５〜０．９５倍程度に設定することが好ましい。
そして、この皿ばね１は、皿ばね１の中心線Ｌを通る面で皿ばね１を切断したときの断面形状が、両端部にＲ面Ｒ１３、Ｒ１４を有する長円形に形成するようにしている。
次に、本発明の皿ばねの製造方法の一例を、従来の皿ばねの製造方法と対比して、表１に示す。
ここで、皿ばねの材料には、炭素鋼（Ｓ６５Ｃ）を用いた。
ここで、皿ばねの材料には、炭素鋼（Ｓ６５Ｃ）を用いた。
ここで、セッチングとは、皿ばねに予め使用される最大値を超える荷重を加えて、ある程度の永久変形を生じさせ、皿ばねの弾性限度を高め、耐へたり性、耐久性を向上させる加工をいう。
次にこのようにして製造した本発明の皿ばねの諸元値を、表２に示す。
ここで、半径Ｒ１１及び半径Ｒ１２は、皿押し加工の際のスプリングバックの影響で、皿ばねの外周及び内周側の値が大きくなる傾向があるため、金型をスプリングバックの影響を加味した形状に形成することが好ましい。
なお、本発明の皿ばねの製造方法及び皿ばねの材料は、上記のものに限定されず、製造方法において、例えば、大量生産する場合には、従来の皿ばねで用いたプレスによる打ち抜き加工を適用する等、従来の皿ばねの製造に用いられる公知の方法を採用したり、ロストワックス法、金属粉末射出成形法等の各種方法を採用することができ、また、皿ばねの材料についても、炭素鋼のほか、ばね鋼、合金鋼（例えば、ステンレス鋼）等の従来の皿ばねの製造に用いられる公知の材料を採用したり、チタン、タングステン等の各種金属材料を採用することができる。
次に、本発明の皿ばねを、図２に示すように５枚重ねて行った疲労試験の結果を、従来の皿ばねを用いて行った疲労試験の結果と対比して、表３に示す。
本発明の皿ばねは、従来の皿ばねの寿命約５０万回に対して、２００万回の繰り返し荷重をかけても破損しなかった。
次に、図３に、本発明の皿ばねの負荷の大きさによる（撓みを進行させたときの）応力解析結果（ＦＥＭ（Finite Element Method （有限要素法））解析結果）の一例を、図４に、従来の皿ばねのものと対比した一例（（ａ）が本発明の皿ばね、（ｂ）が従来の皿ばね。）を、それぞれ示す。
図３及び図４に示す応力解析結果からも明らかなように、本発明の皿ばねは、中心線を通る断面で、内側を向いた傾斜面を凸状の曲面に、外側を向いた傾斜面を凹状の曲面に、それぞれ形成することにより、皿ばねの荷重を支持する箇所が、負荷の大きさによって移動するのに合わせて、応力分布が変動することによって、従来の皿ばねのように、使用時に、内側を向いた円錐台面の外周縁部及び内周縁部に大きな引張応力が、外側を向いた円錐台面の外周縁部及び内周縁部に大きな圧縮応力が、それぞれ定常的に生じることがなく、このため、繰り返される負荷応力による疲労のダメージを受ける箇所が分散され、皿ばねの耐久性を飛躍的に向上させることができる。
また、本発明の皿ばねは、表３に示すように、撓み量に対する荷重を従来の皿ばねよりも大きく取ることができ、皿ばねが有する狭いスペース（小さい高さ）で大きな荷重を受けることができる利点をより一層発揮することができる。
また、本発明の皿ばねは、表３に示すように、撓み量に対する荷重を従来の皿ばねよりも大きく取ることができ、皿ばねが有する狭いスペース（小さい高さ）で大きな荷重を受けることができる利点をより一層発揮することができる。
以上、本発明の皿ばねについて、その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。
本発明の皿ばねは、皿ばねが有する狭いスペース（小さい高さ）で大きな荷重を受けることができるという利点を生かしながら、耐久性を飛躍的に向上させることができることから、各種用途に使用される皿ばねに好適に用いることができる。
１ 皿ばね
１０ 孔
１１ 内側を向いた傾斜面
１２ 外側を向いた傾斜面
Ｌ 中心線
１０ 孔
１１ 内側を向いた傾斜面
１２ 外側を向いた傾斜面
Ｌ 中心線
Claims (1)
- 中心部に孔が形成され、環状の内側を向いた傾斜面と、外側を向いた傾斜面とを備え、中心線を通る断面で、内側を向いた傾斜面を凸状の曲面に、外側を向いた傾斜面を凹状の曲面に、それぞれ形成してなる皿ばねにおいて、
前記内側を向いた傾斜面を構成する凸状の曲面を、無負荷の状態の皿ばねを内側を向いた傾斜面を下にして接地させたときの接地面に接する円弧で構成してなり、
前記外側を向いた傾斜面を構成する凹状の曲面を、内側を向いた傾斜面を構成する凸状の曲面と同心状の円弧で構成してなり、かつ、
皿ばねの中心線を通る面で皿ばねを切断したときの断面形状が、両端部にＲ面を有する
ことを特徴とする皿ばね。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015112358A JP6608178B2 (ja) | 2015-06-02 | 2015-06-02 | 皿ばね |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2015112358A JP6608178B2 (ja) | 2015-06-02 | 2015-06-02 | 皿ばね |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2016223585A JP2016223585A (ja) | 2016-12-28 |
| JP6608178B2 true JP6608178B2 (ja) | 2019-11-20 |
Family
ID=57747672
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015112358A Active JP6608178B2 (ja) | 2015-06-02 | 2015-06-02 | 皿ばね |
Country Status (1)
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| JP (1) | JP6608178B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN111173873B (zh) * | 2020-02-26 | 2024-05-07 | 中国工程物理研究院总体工程研究所 | 一种球面网状碟形弹簧 |
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Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
2015
- 2015-06-02 JP JP2015112358A patent/JP6608178B2/ja active Active
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| JP2016223585A (ja) | 2016-12-28 |
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