JPH01203707A - ばね装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ばねの正の特性以外の特性を具現化したばね
装置に関する。

［従来の技術とその問題点］ 一般に、ばねの荷重とたわみの関係はばね定数で表わさ
れる。このばね定数は一部の例外を除いて、たわみが増
えると荷重も増加する正の特性を有しており、ばねは正
の特性を利用することで各種産業機器に組み付けられて
いる。負の特性、すなわち、たわみが増えると荷重が減
少する特性はばね単独では得ることができないものであ
り、負の特性を具現化し、産業上の利用に供することは
不可能であった。ただ、皿ばねあるいはスナップアクシ
ョンを伴うばねにおいては、作動の全ストロークの極く
限られた範囲内で負の特性が生じるが、この領域は極め
て狭いばかりでなく、領域を越えて使用する場合にはば
ねが復帰しなくなることから、刻成実用に供せるもので
はない。

そこで、本発明は、ばねの全作動範囲に亘ってばねの正
の特性゛以外の特性を具現化すると共に、その特性の調
整をも可能として、その特性を広範囲の分野に有効利用
することが可能な新規なばね装置を提供することを目的
とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため本発明は、ばねと、このばねの
作動範囲を制限する制限部材と、この制限部材間を移動
する移動部材と具備し、少なくとも前記制限部材又は移
動部材のいずれか一方がマグネットからなり、前記制限
部材と移動部材との間の磁気吸引力を調整可能とする調
整部材が移動部材の移動方向の少なくとも一方の移動端
に設けられていることを特徴とする。ここで、ばねの正
の特性以外の特性とは、たわみが増えると荷重が減少す
る負の特性、及びたわみが増えても荷重が一定の定荷重
特性をいう。

［作　用］ 上記の構成によると、制限部材と移動部材との間に磁気
吸引力が作用し、この磁気吸引力とばねのたわみに対す
る荷重とが合成されることにより、装置全体は正の特性
以外の特性で作動する。

調整部材は前記磁気吸引力を調整するように作用するの
で、装置全体の特性の調整が行われるようになっている
。

［実施例］ 以下、本発明を添付図面を参照して具体的に説明する。

なお、図面の説明において、同一の要素は同一の符号を
付して重複する説明を省略する。

第１図は本発明の第１実施例を示す説明図であり、圧縮
ばねからなるばね１と、制限部材２と、移動部材３と、
調整部材４とを備えてばね装置が構成されている。ばね
１は等ピッチで巻回されて、制限部材２に装着されてい
る。制限部材２は固定側ベース５に接するように取り付
けられるばね受は座６と、ばね受は座６の略中央部分か
ら上方に伸びるように一体的に成形されたシャフト７と
、シャフト７の上端部に螺着されたストッパ板８とから
なっている。前記ばね１はこの制限部材２のシャフト７
に外挿されており、下端部がばね受は座６に支承される
と共に、後述する移動部材３がストッパ板８によって上
動を制限されることでばね１はばね受は座６およびスト
ッパ板８によって作動範囲が制限されている。前記移動
部材３は頭部９と脚部１０とを有しており、頭部９は上
端部が加圧体１３に連結されると共に、前記制限部材２
のストッパ板８が下端部に挿入されることにより中空状
の矩形ボックス形状をなしている。

移動部材３の脚部１０は内管と外管とからなる二重構造
となっており、頭部９の下端部から鉛直方向に連設され
ている。そして、脚部１０の内管と外管との間には、永
久磁石からなる筒状のマグネット１１が取り付けられて
いる。前記制限部材２のシャフト７はこの脚部１０の内
管内に遊挿され、一方、脚部１０の外管は前記ばね１内
に挿入されている。また、脚部１ｏに対して頭部９は大
径となって、これらの境界には外方に広がる段部１２が
形成されており、この段部１２にばね１の上端部が当接
している。これにより前述したばね１の作動範囲の制限
が行われるばかりでなく、移動部材３の上端に連結され
た加圧体１３によって荷重を負荷すると、移動部材３は
ばね１の附勢力に抗してシャフト７に沿って移動するよ
うになっている。このようなマグネット１１を有する移
動部材３に対して、前記制限部材２は全体または少なく
ともストッパ板８とばね受は座６が磁性体によって形成
されている。従って、移動部材３と制限部材２との間に
は磁気吸引力が作用する。前記調整部材４は本体部１４
と、作動部１５とを有して構成される０本体部１４は制
限部材２のばね受は座６を貫通してばね１内をシャフト
７方向に延びており、その上端部は大径の同形状に成形
されている０作動部１５はこの本体部１４の下端面に当
接するカムからなり、このカム１５の軸１５ａがモータ
などの駆動源（図示せず）に連結されている。カム１５
はその回転によって本体部１４をシャフトと平行に往復
移動させ、これにより本体部１４は制限部材２のばね受
は座６側、すなわち移動部材３の一方の移動端となる下
端部側で移動部材３と接近したり、あるいは離れるよう
に作動する。かかる本体部１４は磁性体により上記形状
に成形されるも′のである。従って、本体部１４にもマ
グネット１１の磁気吸引力が作用するが、本体部１４が
移動するところから、この磁気吸引力が増大または減少
する。これにより、制限部材２とマグネット１１との間
に作用する磁気吸引力は調整部材４の本体部１４によっ
て適宜、調整されるようになっている。尚、図中１８は
リターンスプリングである。

次に、本実施例の作動を説明する。

一般に、磁性体からなるストッパ板８およびばね受は座
６に作用するマグネット１１の磁気吸引力は、これら磁
性体８．６とマグネット１１との距離に反比例する。又
、圧縮ばね１は加圧体１３からの荷重に比例して、その
たわみ量が増減し、たわみ量が増大すると荷重に対向す
る附勢力（すなわち、復元力）が増大する。第２図はこ
れらの特性図を示しており、特性曲線Ａは圧縮ばね１の
たわみ一荷重曲線であり、この勾配かばね定数（正）と
なっている、特性曲線Ｂはストッパ板８に作用するマグ
ネット１１の磁気吸引力曲線、特性曲線Ｃはばね受は座
６に作用するマグネット１１の磁気吸引力曲線である。

このマグネット１１は圧縮ばね１内に挿入されて、その
作用範囲内に設けられているので、圧縮ばねｌがたわむ
と、ストッパ板８とマグネット１１との距離が同量増大
すると共に、ばね受は座６とマグネット１１との距離が
減少する。従って、横軸であるばねのたわみ量は同時に
磁性体であるばね受は座６およびストッパ板８とマグネ
ット１１との距離となっている。ここで、本実施例では
、ばね受は座６側に調整部材４が設けられており、この
調整部材４の本体部１４が磁性体により成形されている
。従って、移動部材３のマグネット１１の磁気吸引力は
マグネット１１により漸近した調整部材４に作用し、そ
の間の磁気吸引力の大きさが調整部材４の移動で調整さ
れる０例えば、調整部材４のないときのマグネット１１
とげね受は座６との磁気吸引力曲線Ｃを調整部材４によ
って特性曲線Ｅのようにすることができる。このような
本実施例では磁性体であるばね受は座６、ストッパ板８
および調整部材４の本体部１４が圧縮ばね１のコイル長
方向に設けられているので、圧縮ばね１のたわみに対す
る荷重とマグネット１１の磁気吸引力とが同方向となり
、これら荷重と磁気吸引力とが合成されて得られる特性
曲線りが、本実施例のばね装置によるたわみ一荷重曲線
である。特性曲線りをさらに解析すると、加圧体１３に
よる加圧力が作用しない初期状態では圧縮ばね１のたわ
み量が「Ｏ」であり、この状態ではマグネット１１が最
上位置にあり、ばね受は座６側には調整部材４への僅少
な磁気吸引力のみが作用するようになっている。従って
、初期状態では装置全体として調整部材４との磁気吸引
力を差し引いて求められる。マグネット１１とストッパ
板８との間の磁気吸引力のみが有効に作用する０次に、
加圧体１３を加圧すると、移動部材３に下方向の外力が
作用し、これにより圧縮ばね１がたわんで特性曲線Ａに
沿ってばね荷重が増大すると共に、マグネット１１とス
トッパ板８との距離が増大して、これらの間の磁気吸引
力が特性曲線Ｂに沿って減少する。−方、移動部材３が
調整部材４に接近してこれらとマグネット１１との距離
が減少するので、これらの間の磁気吸引力が特性曲線Ｅ
に沿って増大する。この距離に作用する磁気吸引力は加
圧方向と同方向であるので装置に負荷される加圧力は減
少する。従って、装置全体の特性曲線りは徐々に下降し
、いわゆる負の特性を示す、さらに加圧を続行すると、
ばね１のたわみ量が増大し、加圧力に抗するばね荷重は
特性曲線Ａに沿って直線的に増大するが、移動部材３の
移動端に設けられたばね受は座６および調整部材１４と
マグネット１１との距離が小さくなり、これらの間の磁
気吸引力は特性曲線Ｅに沿って急激に増大する。従って
、装置全体としての特性曲線りは急激に下降し、負の特
性が顕著になる。かかるマグネット１１と、調整部材１
４との間の磁気吸引力は加圧力と同方向であり、この磁
気吸引力が増大するところから、ばね１のたわみ量が増
大してそのばね荷重が増大しても、装置全体としては負
の特性を有し、小さな操作力で加圧を行うことができる
。この場合、本実施例では、”調整部材４の本体部１４
がマグネット１１の移動方向と同方向に移動可能となっ
ており、これらの間の磁気吸引力の増減が適宜、変更で
きるようになっている。すなわち、特性曲線Ｅは調整部
材４の移動調整によって適宜、変更できるものであり、
これに基づく装置全体としての特性曲線りも適宜、変更
でき、本実施例では負の特性を任意に調整できるメリッ
トがある。

第３図は本発明の第２実施例を示す、この実施例では調
整部材４の本体部１４が大径の皿形状に成形されており
、ばね１の外側で移動部材３と同方向に移動するように
組み付けられている。この本体部１４は磁性体で形成さ
れ、これによりばね受は座６とマグネット１１間の磁気
吸引力の調整が可能となっているが、本実施例ではばね
１の外側に設けられ、ばね１内を移動するマグネット１
１と衝突することがないため、マグネット１１すなわち
移動部材３の移動ストロークを大きくすることができる
。

第４図は本発明の第３実施例を示す。この実施例では調
整部材４が大径の皿形状の受は台１６と、受は台１６内
に設けられた可動片１７と、受は台１６と移動部材３の
移動方向に往復移動させる作動部１５とからなっている
。ばね受は座６は受は台１６内に挿入され、ばね受は座
６と受は台１６との間にはリターンスプリング１８が介
挿されている。また、可動片１７は磁性体からなり、一
端が受は台１６にビン止めされると共に、他端には長孔
１７ａが形成され、この長孔１７ａ内にばね受は座６の
ビン６ａが挿入されている。このような構造では可動片
１７の配設により、ばね受は座６とマグネット１１との
間の磁気吸引力の調整が行われるが、作動部１５によっ
て受は台１６が移動すると可動片１７が外側からマグネ
ット１１に接近あるいは離反するように作動するので、
上記調整がさらに容易となっている。

第５図は本発明の第４実施例を示す。この実施例では、
ばね受は座６の周辺部が上方に立ち上がっており、この
立ち上がり部１９が調整部材として作用するものである
。すなわち、この実施例では調整部材は移動することな
く、固定的に設けられている。この立ち上がり部分１９
はばね受は座６と一体的に成形され、ばね受は座６の材
質と同一の磁性体となっている。また、この立ち上がり
部分１９はばね１の外側で立ち上がるように形成されて
おり、移動部材３のマグネット１１が移動すると立ち上
がり部分１９の設定高さによってばね受は座６とマグネ
ット１１間に作用する磁気吸引力の調整が行われる。第
６図はこの実施例のたわみ−ばね特性を示す、特性曲線
Ｃは立ち上がり部分１９のないときのマグネット１１と
ばね受は座６との間の磁気吸引力であり、このばね受は
座６に立ち上がり部分１９が形成されることで、ばね受
は座６側の磁気吸引力は特性曲線Ｅのようになり、その
調整が行われる。なお、このような固定的な調整部材は
ばね受は座６と別体としてもよい。立ち上がり部分１９
は例えば、第７図（ａ）、（ｂ）に示すようにリング状
（同図（ａ））あるいは突片状（同図（ｂ））として形
成される。

本発明は以上の実施例に限定されることなく、種々変更
が可能である。例えば、制限部材および調整部材をマグ
ネットとし、移動部材を磁性体としてもよい、また、制
限部材、調整部材、移動部材をいずれもマグネットとし
てもよい。

更に、上限位置にあるときのストッパ板とマグネットと
の間の距離を大きくしてその間に作用する磁気吸引力を
小さくすることによって広範囲の定荷重特性を奏するこ
とができる。

［発明の効果］ 以上の通り本発明は、たわみに対するばねの荷重と、移
動部材と制限部材との間に作用する磁気吸引力とが合成
されることにより、装置全体として正の特性以外の特性
を具現化したものであるから、移動部材の全移動範囲に
亘る負の特性あるいは定荷重特性を得ることができる。

しかも調整部材を用いているため、その特性曲線のパタ
ーンも適宜、変更でき、応用範囲の広い正の特性以外の
特性を奏するばね装置とすることができ、その適用範囲
は広汎なものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の断面図、第２図はそのた
わみ一荷重特性図、第３図は第２実施例の断面図、第４
図は第３実施例の断面図、第５図は第４実施例の断面図
、第６図はそのたわみ一荷重特性図、第７図（ａ）、（
ｂ）は第５図の調整部材の変形例を示す斜視図である。 １・・・ばね（圧縮ばね）、２・・・制限部材、３・・
・移動部材、４・・・調整部材、１１・・・マグネット
、 １９・・・立ち上がり部分（調整部材）。 特許出願人　　日本発条株式会社 代理人　弁理士　　佐　藤　英　昭 ノ５ｃｔ 、！ｆＪ５図 １７目 （ら）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ばねと、このばねの作動範囲を制限する制限部材と
   、この制限部材間を移動する移動部材とを具備し、少な
   くとも前記制限部材又は移動部材のいずれか一方がマグ
   ネットからなり、前記制限部材と移動部材との間の磁気
   吸引力を調整可能とする調整部材が移動部材の移動方向
   の少なくとも一方の移動端に設けられていることを特徴
   とするばね装置。 ２　前記調整部材は前記移動部材の移動方向に移動する
   ように設けられている請求項第１項記載のばね装置。 ３　前記調整部材は前記制限部材から移動部材の移動方
   向に延びるように設けられている請求項第１項記載のば
   ね装置。