JP6629305B2 - スプリングデバイス - Google Patents

Description

関連出願データ
本出願は、２０１４年９月２９日に出願された、同時係属中の仮出願第６２／０５６，９９２号の優先権を主張する。この仮出願の全開示が、参照によって本明細書に明白に組み込まれている。

本発明は、スプリングデバイスに関し、より詳細には、ばねの端部に連結するためのホルダに関するものであり、かつ、スプリングデバイスを製造および使用する方法に関する。

図１は、スパイラルボディコイル１０と、フック１２と、フック応力点１４とを具える、典型的な引張りばね５を示す図である。引張りばねは、他の機械要素に引張り荷重をかけ、エネルギーを蓄積する。引張りばねは、一般的にフック１２、特に、フック応力点１４のような高い応力箇所で破損する。また、比較的大きなフック１２は、コンパクトな機械類の内側の貴重なスペースを占める。

したがってフックの不必要な応力点を避ける、および／または、従来のフックよりもよりコンパクトである、引張りばねを他の要素に接続する代替の方法は有益であろう。

本発明は、スプリングデバイス、より詳細には、ばねの端部に連結するためのホルダおよびこのデバイスを製造、使用する方法に関する。

例示的な実施形態によると、ばねの第１端部および第２端部の間にらせん状に巻かれた複数のコイルを具えるばねと；第１端部で終端している第１エンドコイルと、第１エンドコイルに隣接する第２エンドコイルとの間にばねの第１端部に取付けたスプリングディスクと、を具えるスプリングアッセンブリが提供されている。

別の実施形態によると、ばねの第１端部および第２端部の間にらせん状に巻かれた複数のコイルと、第１端部で終端している第１エンドコイルと、第１エンドコイルに隣接する第２エンドコイルと、を具えるばねを提供するステップと；第１エンドコイルと第２エンドコイルとの間のばねの第１端部にスプリングディスクを取付けるステップと；を具えるスプリングアッセンブリを製造する方法が提供されている。

本発明のその他の態様および特徴は、添付の図面とともに以下の説明を考慮することで明らかとなる。

本発明は、添付の図面とともに読むと、以下の詳細な説明から最も良く理解される。図面に示される例示的なデバイスは、必ずしも縮尺に合わせている必要はなく、強調することで図示された実施形態の様々な態様および特徴を説明している。
図１は、端部にフックを具えている通常の引張りばねの斜視図である。 図２は、フックのない引張りばねの例示的な実施形態の斜視図である。 図２Ａは、様々コイルピッチを有するフックのない引張りばねの代替実施形態の斜視図である。 図３Ａ−３Ｄは、スプリングディスクの例示的な実施形態を様々な視点から見たものである。 図４Ａは、図２のばね、および、図３Ａ−３Ｄに示されるような、ばねの端部に取付けられた１対のスプリングディスクを具えている例示的な実施形態の側面図である。 図４Ｂは、図４Ａのスプリングアッセンブリの４Ａ−４Ａ線の断面図である。 図４Ｃは、図４Ａのスプリングアッセンブリの端面図である。 図５Ａは、スプリングディスクの１つにコネクタ要素が連結されている図４Ａのスプリングアッセンブリの側面図である。 図５Ｂは、図５Ａのスプリングアッセンブリの５Ａ−５Ａ線の断面図である。 図５Ｃは、図５Ａのスプリングアッセンブリの一端の詳細を図示している。 図５Ｄは、図５Ａのスプリングアッセンブリの端面図を示している。 図６Ａおよび図６Ｂは、それぞれ、延伸されていない位置、および、延伸されている位置におけるスプリングアッセンブリの斜視図である。 図７は、図４Ａに示されているように、スプリングアッセンブリを具えうるアームサポートシステムの例示的な実施形態の斜視図である。

図面を参照すると、図２から図６Ｂは、フックのない引張りばね２０と、このばね２０のそれぞれの端部に連結されている１対のスプリングディスク３０と、を具えるスプリングアッセンブリ１００の例示的な実施形態を示している。

図２は、フックのない引張りばね２０の例示的な実施形態を示しており、これは２つのコイルエンド２４を有するワイヤ２６から形成されている、複数のスパイラルボディコイル２２を具えている。各コイルエンド２４は、ワイヤ２６の端部で終端している末端部に第１エンドコイル２７と、第１エンドコイル２７に隣接する第２エンドコイル２８と、を具える。弛緩状態、または、エネルギーの低い状態においては、隣接するコイルが互いに接して、例えば、低いエネルギー状態では閉じたばねを提供するが、例えば、端部２４を互いから離すことにより、弾性的に引き離すことができる。あるいは、図２Ａに示すように、第１および第２エンドコイル２７’，２８’は、弛緩状態で互いに間隔をあけて既定の間隙２９’を規定しており、一方、残りのコイル２２’は互いに接しており、第１および第２のエンドコイル２７’，２８’間にスプリングディスク（図示せず）を容易に取付けることができる。例示的な実施形態において、ばね２０は、所望の弾性および／またはその他の機械特性を有する、例えば、金属、プラスチックおよびそれに類似するものといった様々な材料から形成することができる。

図３Ａ−３Ｄを参照すると、取付け機構４４と、任意のボス４６と、任意のリム４８と、ノッチ５４と、下表面４２と、高表面４０と、低ノッチ端部５６と、高ノッチ端部５８と、を具えるスプリングディスク３０の例示的な実施形態が示されている。取付け機構４４は、例えば、中心軸３１に沿って、ケーブルやその他の要素にスプリングアゼンブリ１００の端部を連結するための、孔、ねじ孔、タブ、フック、または、その他の固定機構であってもよい。

図３Ｂに示すように、スプリングディスク３０は通常、少なくとも部分的に環状のディスクを具えており、これは、低表面４２が高表面４０からディスクの外周にオフセットしてノッチ５４が高表面４０および低表面４２を分けている。図３Ａおよび３Ｃにみられるように、ディスク３０は、渦巻形、または、らせん形であり、仮想平面の外側で中心軸３１に垂直に延在している。このように、低表面４２は、高表面に対して、中心軸３１に沿ってオフセットしており、以下に述べるように、フックのないばね２０へのスプリングディスク３０の結合を容易にしている。例えば、低表面４２は、フックのないばね２０のワイヤ２６のほぼ直径、例えばおよそ３ミリから４ミリほど高表面４０よりも低くてもよい。さらに、ディスク３０は、高表面４０と低表面４２との間に、例えば、ばね２０のエンドコイルのピッチと対応する、実質的に均一なピッチまたはスロープを有していてもよい。図３Ｄは、スプリングディスク３０の図３ＢのＡ−Ａ線に沿った断面図であり、低表面４２に関連させて高表面４０を示している。

図４Ａ−４Ｃを参照すると、スプリングアッセンブリ１００の例示的な実施例が示されている。このアッセンブリは、図２に示すフックのないばね２０に連結された、図３Ａ−３Ｄに示されているような１対のスプリングディスク３０を具える。図に示すように、スプリングディスク３０は、例えば、ばね２０の末端部の第１エンドコイル２７と第２エンドコイル２８との間のフックのないばね２０の各端部に挿入することができる。スプリングディスク３０におけるノッチ５４は、第１エンドコイル２７（スプリングディスク３０の上方）が、第２エンドコイル２８（スプリングディスク３０の下方）に移動するための通路を提供する。スプリングディスク３０は、図４Ａに示すように、エンドコイル２７と２８を押し拡げて、間隙６４を形成することができる。代替的に、間隙６４は、製造時に、例えば第１エンドコイル２７と第２エンドコイル２８との間にスペースがあるフックのないばね２０を形成することによって、フックのないばね２０の中に形成してもよい。

選択的に、リム４８をスプリングディスク３０の外辺部周りに、例えば、上面から上方に延在するように設けて、フックのないばね２０と中心軸３１に対して、例えば、スプリングディスク３０が、フックのないばね２０の中心から離れるのを防ぐことで、スプリングディスク３０をほぼ同軸に維持することができる。リム４８は、スプリングディスク３０をフックのないばね２０に結合した後に、例えば、スプリングディスク３０の一部を圧着、据込み加工することにより形成することができる。あるいは、リム４８は、スプリングディスク３０にあらかじめつくっておいてもよい。図３Ｂに最も良く見られるように、リム４８は、低ノッチ端部５６と高ノッチ端部５８との間で、スプリングディスク３０の外周に実質的に連続して延在しているが、例えば、スプリングディスク３０の外周に沿って、互いに間隔を開けて設けた複数のタブ（図示せず）で規定して、断続的に延在していてもよい。

加えて、または代替的に、選択的にボス４６を、例えば、やはりフックのないばね２０とほぼ同軸にスプリングディスク３０を維持できる孔４４の周りに設けてもよい。スプリングディスク３０は、例えば、金属またはプラスチックといった様々な材料を使用して、および／または、例えばプレス加工、切削加工、鋳型法およびそれに類似する方法により形成できる。例えば、スプリングディスク３０の非平面形状、および／または、構造は、スプリングディスクを鋳造、切削加工、またはその他の方法で製造するときにつくることができる。または、スプリングディスク３０を平坦な基材でつくり、その後非平面形状を基材に形成してもよい。

図４Ｂは、スプリングアッセンブリ１００の図４ＡのＡ−Ａ線に沿った断面図であり、スプリングディスク３０の高表面４０と低表面４２にほぼ接している第１エンドコイル２７を示している。両表面は、第１エンドコイル２７のらせん形状に近似している。ここでも、選択的なリム４８、および／または、ボス４６は、スプリングディスク３０をフックのないばね２０とほぼ同軸に維持するように作用している。

図５Ａおよび図５Ｂは、変形された第１エンドコイル２７（図２で最も良く見ることが可能）の先端部２４を有するスプリングアッセンブリ１００を示しており、任意のタブエンド１３０を提供している。このタブエンドは、高ノッチ端部５８に干渉し、スプリングディスク３０が、フックのないばね２０から回転して抜けないようにしている（例えば、フックのないばね２０から「ねじが抜けること」を防ぐ）。代替的に、ノッチまたはその他の構造（図示せず）を第１エンドコイル２７につくって、取付けたスプリングディスク３０の動きを妨げるようにしてもよい。図５Ｃは、高ノッチ端部５８に干渉している選択的なタブエンド１３０の拡大図である。

また、フックのないばね２０が回転して抜けないようにするための、スプリングディスク３０の一部と干渉している、またはこれに取付けたその他の構造を提供することができる。例えば、コイルエンド２４は、横向き、または、下向きに曲げることができ、また、第１エンドコイル２７は、スプリングディスク３０に、例えばクリップ、ワイヤ、ねじ（図示せず）、などの止め具によってとめつけてもよく、および／または、接着剤によって固着させてもよく、あるいは溶接、はんだづけ、および／または、溶融するようにしてもよい。また、スプリングディスク３０は、スプリングディスク３０が回転しないようにその他の機械的要素に固定して、フックのないばね２０の外へ回転して抜けるのを防ぐようにしてもよい。

選択的に、締結要素１４０を、スプリングディスク３０の一方または両方から延在させてもよい（簡略化のため、図５Ａおよび５Ｂには１つだけ示されている）。この要素は、止め具、ケーブル、またはその他の適切な取付け要素であってもよい。締結要素１４０は、拡大部１４４にて終端する細長シャフト１４２を具えてもよく、これが孔、または取付け構造４４と干渉し（そうでない場合、取付け構造に接続されて、締結要素１４０が、スプリングディスク３０に引張り荷重を加えるようにすることができる（かわりに、第１エンドコイル２７に引張り荷重を加え、フックのないばね２０に引張り荷重を加えることもできる）。例えば、締結要素１４０は、拡大一体型ヘッド１４４を有するケーブル、ピン、またはその他の細長部材１４２を具えてもよい。代替的に、一体型ヘッド１４４のかわりに、個別のナット、または細長部材１４２の端部にねじ止めできる他の要素（図示せず）を用いてもよい。例示的な実施例として、細長部材は、スプリングの各端部に連結されて、図７に示す、および／または、本明細書において参照によって明確に組み込まれている米国特許公開番号第１０１２／０１８４８８０号、および、米国特許公開番号第２０１４／０１５８８３９号に開示されているような、アームサポートシステムなどの機械デバイスのその他の構成要素に当該ばねを連結することができる。

シャフト１４２の自由端は、例えば、共働コネクタ、止め具、ねじ山、溶接、はんだづけ、およびそれに類似しているもの（図示せず）を用いて、ケーブルまたはその他の機械要素（図示せず）に連結することができる。代替的に、ケーブル、または他の機械要素を、例えば、孔またはその他の取付け構造４４を介してスプリングディスク３０に直接連結してもよい。

図６Ａは、スプリングディスク３０と、各端部に取付けられた締結要素１４０と、弛緩（無荷重）状態またはその他低いエネルギー状態にあるばね２０と、を有するスプリングアッセンブリ１００を示している。図６Ｂは、締結要素１４０を介してスプリングディスク３０にはたらく引張り軸力Ｆ_ｔの下で伸長するスプリングアッセンブリ１００を示している。スプリングディスク３０は、第１エンドコイル２７に軸荷重をくわえるようにはたらき、コイル２２の残りの部分に荷重を伝える。

スプリングディスク３０を使用して、ケーブルまたは他の締結要素を、ばね２０の端部に直接連結することができ、これによって、ばね２０に隣接する無駄な空間を最小化できる。さらに、スプリングディスク３０は、ばね２０の端部にかかる力を第１エンドコイル２７の外辺部上に分散させ、これにより、従来のスプリングフックエンド（図１に示している）に生じるばねの破損リスクを減らす。

図７を参照すると、アームサポートシステム２１０の例示的な実施例が示されており、これは、本明細書の他の箇所に記載されたものに類似のスプリングアッセンブリを１またはそれ以上具えている。一般に、システム２１０は、胴体装着ハーネス２２０を具えており、１またはそれ以上の適応型アームサポート２３０（１つだけ図示）が、ハーネス２２０に連結されている。この適応型アームサポート２２０には、弾性要素（例えば本明細書の他の箇所に記載したものと同様のスプリングアセンブリを含む）および／またはその他の構成要素でバイアスされて、ユーザの腕（図示せず）に、例えば、腕の重さのすべて／または一部に、所望の力を加えるようにしている。この力は腕の位置によって変わってもよく、あるいは腕の動く範囲を通してほぼ一定であってもよい。

図７に示す実施形態において、アームサポート２３０は、ハーネス２２０に対して、第１の縦軸を中心にほぼ水平に回転可能になるように、第１の縦軸を中心にハーネス２２０に枢支連結された第１アームサポートセグメント２３２と、第１の縦軸にほぼ直交する第２の軸を中心に回転可能になるように、第１アームサポートセグメント２３２に枢支連結された第２アームサポートセグメント２３４と、を具える。選択的に、第２アームサポートセグメント２３４は、アームレスト２３６、および／または、ユーザのアームを受けるその他の構成要素を具えてもよい。

さらに、アームサポート２３０は、例えば、第２アームサポートセグメント２３４に装着した滑車構造２４２と、滑車２４２の周りに部分的に巻き付けたケーブル２４４とを具え、例えば、本明細書のその他の個所に記載されたものと同様のスプリングアッセンブリなどの弾性部材２４６に連結された第１端部と第１アームサポートセグメント２３２に連結された第２端部とを具えて、弾性部材からの力の少なくとも一部が第２アームサポートセグメント２３２に与えられてオフセット力を生成するようにした、１またはそれ以上の補償要素２４０を具えている。

本発明は、様々な変更および代替形状が可能であるが、特定の実施例を図面に示して詳細に説明した。しかし、本発明は、この特定の形状、または開示された方法に限定されるものではなく、逆に、添付の特許請求の範囲内の、すべての変更、均等物および代替物を包含していることは自明である。

Claims (20)

1. スプリングアッセンブリにおいて、
   第１端部および第２端部の間にらせん状に巻かれた複数のコイルを具えるばねと、
   前記第１端部を終端している第１エンドコイルと、当該第１エンドコイルに隣接する第２エンドコイルとの間で前記ばねの前記第１端部に取付けられたスプリングディスクと、
   を具えており、
   前記スプリングディスクが、前記ばねの第１端部の前記直径を渡って少なくとも部分的に延在する表面と、前記表面の周囲に少なくとも部分的に延在しているリムとを具えており、前記表面が、らせん形、または、渦巻形の形状を有することを特徴とするスプリングアッセンブリ。
2. 請求項１に記載のスプリングアッセンブリにおいて、
   前記スプリングディスクが、さらに、前記ディスクの円周部分に前記第１エンドコイルと、前記第２エンドコイルとの間で前記ばねの遷移領域を受け入れるノッチを具えていることを特徴とするスプリングアッセンブリ。
3. 請求項１に記載のスプリングアッセンブリにおいて、前記スプリングディスクが、前記ばねの前記第１端部に対して前記スプリングディスクを固定する、第１エンドコイルの一部のまわりに延在するリムをさらに具えていることを特徴とするスプリングアッセンブリ。
4. 請求項１に記載のスプリングアッセンブリにおいて、前記スプリングディスクが、前記ばねの前記第１端部にコネクタ要素を連結するための取付け構造を具えていることを特徴とするスプリングアッセンブリ。
5. 請求項４に記載のスプリングアッセンブリにおいて、前記取付け構造が、前記スプリングディスクの中心を通る孔を具えていることを特徴とするスプリングアッセンブリ。
6. 請求項５に記載のスプリングアッセンブリが更に、前記孔を通って受けられている第１端部と、前記孔から前記コネクタ部材の第１端部が抜けるのを防ぐ拡大ヘッドを具える細長コネクタ部材を具えていることを特徴とするスプリングアッセンブリ。
7. 請求項１に記載のスプリングアッセンブリが更に、前記第２端部を終端する第１エンドコイルと、当該第１エンドコイルに隣接する第２エンドコイルとの間で前記ばねの第２端部に取付けた第２スプリングディスクを具えていることを特徴とするスプリングアッセンブリ。
8. 請求項１に記載のスプリングアッセンブリにおいて、前記ばねが、引張りばねを具えていることを特徴とするスプリングアッセンブリ。
9. 請求項１に記載のスプリングアッセンブリが更に、前記ばねに対して前記スプリングディスクをロックする前記スプリングディスクを係合する前記第１エンドコイルの末端部上に構造を具えていることを特徴とするスプリングアッセンブリ。
10. 請求項１に記載のスプリングアッセンブリが更に、前記ばねに対して前記スプリングディスクの動きを妨げる前記スプリングディスクを係合する前記第１エンドコイルの末端部上に構造を具えていることを特徴とするスプリングアッセンブリ。
11. 請求項９または１０に記載のスプリングアッセンブリにおいて、前記構造が、前記末端部に形成されたクリンプしたタブを具えることを特徴とするスプリングアッセンブリ。
12. 請求項９または１０に記載のスプリングアッセンブリにおいて、前記構造が、前記末端部上に止め具を具えることを特徴とするスプリングアッセンブリ。
13. 請求項９または１０に記載のスプリングアッセンブリにおいて、前記末端部が、接着、はんだづけ、溶接、または溶融による接合のうちの１つによって前記スプリングディスクに取付けられていることを特徴とするスプリングアッセンブリ。
14. スプリングアッセンブリにおいて、
    第１端部および第２端部の間でらせん状に巻かれた複数のコイルを具えるばねであって、前記第１端部が第１エンドコイルで終端しており、当該第１エンドコイルに隣接する第２エンドコイルを具えているばねと；
    前記第１エンドコイルと前記第２エンドコイルとの間に固定されたらせん形または渦巻形の表面と、当該表面を通って延在する孔を具える第１スプリングディスクと；
    前記スプリングアッセンブリを機械要素に結合する前記孔を介して前記第１スプリングディスクに連結されている第１細長部材と；を具えることを特徴とするスプリングアッセンブリ。
15. 請求項１４に記載のスプリングアッセンブリにおいて、前記第２端部が第３エンドコイルにて終端し、前記第３エンドコイルに隣接する第４エンドコイルを具えており、前記スプリングアッセンブリが更に：
    第２スプリングディスクであって、前記第３エンドコイルと第４エンドコイルの間に固定されたらせん形または渦巻形の表面と、当該表面を通って延在する孔とを具える第２スプリングディスクと；
    機械要素に前記スプリングアッセンブリを連結する前記孔を介して、前記第２スプリングディスクに連結された第２細長部材と；
    を具えることを特徴とするスプリングアッセンブリ。
16. 請求項１または１４に記載のスプリングアッセンブリにおいて、前記ばねのコイルが、長さに沿って様々なピッチを有していることを特徴とするスプリングアッセンブリ。
17. 請求項１６に記載のスプリングアッセンブリにおいて、前記ばねの各端部上の前記第１エンドコイルおよび前記第２エンドコイルが、弛緩状態で互いに間隔があいており、残りのコイルは互いに近接していることを特徴とするスプリングアッセンブリ。
18. 請求項１または１４に記載のスプリングアッセンブリにおいて、前記第１エンドコイルの先端部がタブエンドを提供するよう変形し、前記タブエンドが前記スプリングディスクの高ノッチ端部に干渉して、前記スプリングディスクが前記ばねから回転して抜けないようにされており、または、前記第１エンドコイルにノッチを形成して、取付けた前記スプリングディスクの動きを妨げることを特徴とするスプリングアッセンブリ。
19. スプリングアッセンブリを製造する方法において、
    第１端部および第２端部の間にらせん形に巻かれた複数のコイルと、前記第１端部を終端している第１エンドコイルと、前記第１エンドコイルに隣接する第２エンドコイルとを具えるばねを提供するステップと；
    前記第１エンドコイルおよび前記第２エンドコイルの間で前記ばねの前記第１端部にスプリングディスクを取付けるステップと；
    を具えており、
    前記スプリングディスクが、前記第１エンドコイルと前記第２エンドコイルとの間に固定されたらせん形、または、渦巻形の表面を具えることを特徴とする方法。
20. ユーザのアームを支持するシステムにおいて、
    ユーザの体に身につけられるように構成されたハーネスと；
    ユーザのアームを支持するように構成された前記ハーネスに連結したアームサポートであって、第１端部にアームレストを具えるアームブラケットと、前記ハーネスに枢支連結されて前記アームブラケットが複数の軸に対して回動可能であり前記ユーザのアームの動きに適応する一方で、前記ユーザのアームの動きを実質的に妨げることなく当該動きに追従する第２端部と、を具えるアームサポートと；
    前記ユーザが動くとき、当該ユーザの腕の動きに追従し、前記ユーザの腕にかかる重力を少なくとも部分的にオフセットする前記アームブラケットに設けられた１またはそれ以上の補償要素と、を具え、
    前記１またはそれ以上の補償要素が、
    前記ばねの第１端部および第２端部の間でらせん形に巻かれた複数のコイルを含んでいるばねと、
    前記第１端部を終端する第１エンドコイルと前記第１エンドコイルに隣接する第２エンドコイルとの間で前記ばねの前記第１端部に取付けたスプリングディスクと、
    を具えるスプリングアッセンブリを具えており、
    前記スプリングディスクが、前記第１エンドコイルと前記第２エンドコイルとの間に固定されたらせん形、または、渦巻形の表面を具えることを特徴とするシステム。

Images