JPH01210632A - 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】 ［産業上の利用分野コ 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コ 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、到底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
する移動部材とを具備し、前記制限部材は前記移動部材
の移動方向に対して直交する面内に両磁極が位置する一
対のマグネットを移動部材の両移動端に有すると共にこ
の一対のマグネットは対向する磁極の少なくとも一部が
異極となるように配されており、前記移動部材は前記制
限部材のマグネットとの間の磁気力によって回転するマ
グネットを有し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
重が一定の定荷重をいう。

［作　用］ 上記の構成によると、制限部材のマグネットと移動部材
マグネットとの間に磁気力が作用し、この磁気力とばね
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。この場合、移動
部材のマグネットは制限部材の一対のマグネットの磁気
力によって移動部材の移動途中で回転するため、磁気力
調整が可能となっている。

［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な誓略する。

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ｌと、制限部材２と、移動部材３とを
備えてばね装置が構成されている。ばねｌ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。な
お、シャフト７はこのストッパ板８から抜き出されて上
方に延びており、この延出部分にねじ切りが施されて押
えナツト４が螺合されている。このような制限部材２は
後述する移動部材３の移動両端に一対のマグネット１４
．１５を有している０本実施例では移動部材３が上下方
向に移動するところから、上部マグネット１４および下
部マグネット１５となっており、これら両マグネット１
４．１５は磁性体からなるケース１６内に収納されて移
動部材３の移動両端に固定されている。ここで、上部マ
グネット１４はそのケース１６がストッパ板８と押えナ
ツト４とに挟まれて定位置に固定されており、下部マグ
ネット１５はそのケース１６がばね受は座６上面に溶接
、接着あるいはねじ止めされろことでばね受は座６上に
固定されている。各マグネット１４．１５はリング形状
に形成されて上述のように固定されるが、移動部材３の
移動方向に対して直交する面内にその磁極が位置するよ
うに設けられている。そして−方のマグネット１４また
は１５の磁極に対して他方のマグット１５または１４の
磁極の一部が異極となるように配されている。本実施例
では第２図々示のように上部マグネット１４のＮ極に対
して下部マグット１５のＳ極が対向し、上部マグネット
１４のＳ％に対して下部マグネット１５のＮ極が対向し
ており、上部マグネット１４と下部マグネット１５は対
向する極が完全な異極となるように１８０度ずれた状態
で配されている。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ｌ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の上部マグネット１４が挿入可能なように中空状の
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、リング状のマグネット１
１が取り付けられている。このマグネット１１は脚部１
０内に遊挿されており、脚部１０内で回転可能となって
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、−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１０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ｌ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。そして、この移動部材３の移動途中で
は移動部材３のマグネット１１と制限部材２の上部マグ
ネット１４および下部マグネット１５との間に吸引力お
よび斥力が作用し、これらの磁力によって移動部材３の
マグネット１１が回転する。

次に本実施例の作動を説明する。

制限部材２のマグネット１４．１５と移動部材３のマグ
ネット１１との間の磁気力は第３図に示すように、これ
らの磁極が異極の場合に相互に引き付けあう吸引力とな
り、同極の場合に相互に退は合う斥力となって作用する
。第３図中、実線矢印ａは吸引力であり、破線矢印すは
斥力である。

又、これら磁気力はマグネット１１とマグネット１４．
１５との距離に反比例する。一方、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４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は制限部材２の上部マグネット１４と移動部材３
のマグネット１１との間に作用する磁気力曲線、特性曲
線Ｃは制限部材２の下部マグネット１５と移動部材３の
マグネット１１との間に作用する磁気力曲線である。移
動部材３のマグネット１１は圧縮ばねｌ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１が
たわむと、上部マグネット１４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１
１との距離が減少する。従って、横軸であるばねのたわ
み量は同時に制限部材２の上部マグネット１４、下部マ
グネット１５と移動部材３のマグネット１１との距離と
なっている。このような本実施例では制限部材２の上部
マグネット１４および下部マグネット１５が圧縮ばね１
のコイル長方向に設けられていると共に、移動部材３が
圧縮ばねｌのコイル長方向に移動するので、圧縮ばね１
のたわみに対する荷重とマグネット１１，１４゜１５の
磁気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ｒＯＪであり、この状態
では移動部材３のマグネット１１が最上位置にある。こ
のような初期状態では移動部材３のマグネット１１は主
に上部マグネット１４の磁気力を受け、第２図（ａ）の
ようにマグネット１１の磁極は上部マグネット１４の磁
極と異極同志が対向して上部マグネット１４に吸引され
ている。このときマグネット１１と下部マグネット１５
との間の磁気力は同極が対向しているため斥力となり、
マグネット１１を押し上げるため上部マグネット１４の
吸引力と同方向となる。従って、初期状態における装置
全体の特性は、マグネット１１に対する上部マグネット
１４と下部マグネット１５の磁気力を合成して求められ
る。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と上部マグネット１４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が下部マグネット１５に接近してこのマ
グネット１５とマグネット１１との距離が減少するので
、これらの間の磁気力が特性曲線Ｃに沿って増大する。

このような移動部材３の移動途中ではマグネット１１は
上部マグネット１４および下部マグネット１５の両マグ
ネットから磁気力を受ける。この場合、マグネット１１
が回転可能となっていると共に、移動に伴って上部マグ
ネット１４との磁気力が減少し、下部マグネット１５と
の磁気力が増大する。このため第２図（ｂ）のようにマ
グネット１１はその磁極が下部マグネット１５の磁極と
異極となるように回転しながら移動する。従って、下部
マグネット１５との磁気力は急速に大きくなり、特性曲
線Ｃは上下方に垂れ下がる急勾配の曲線となる。一方、
マグネット１１の回転に伴って上部マグネット１４との
磁気力は吸引力から斥力に変化する。このため特性曲線
Ｂは右下方に斜となる急勾配の曲線となる。これらマグ
ネット１１，１４．１５間の磁気力は加圧方向と同方向
であるので装置全体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の移動によっ
てそのマグネット１１が下部マグネット１５に接近し、
上部マグネット１４から遠ざかると共に、マグネット１
１の磁極は下部マグット１５の磁極と異極となるように
回転し、下部マグネット１５との吸引力が増大し、上部
マグネット１４との斥力（この斥力は下部マグネットの
吸引力と同方向である）が増大する。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。このマグネット１１の最下位置付近におけるマグ
ネット１１と上部マグネット１４および下部マグネット
１５との間の磁気力は加圧力と同方向であり、この磁気
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
ような本実施例では移動部材３のマグネット１１がその
移動に伴って回転するため、上部マグネット１４および
下部マグネット１５の磁極配置を変更することにより、
これらのマグネット１４．１５とマグネット１１との間
の磁気力が適宜、変更できろようになっている。すなわ
ち、特性曲線ＢおよびＣは各マグネット１４．１５の磁
極配置によって適宜、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５図は第１図に示す実施例の変形を示す。図示の通り
制限部材の上部マグネット１４の磁極（例えば、Ｓ極）
に対して、この磁極に対向する下部マグネット１５の磁
極の一部（例えば、Ｓ極）が重なり合うようにずらされ
て設けられている。

すなわち、上部マグネット１４の磁極とこれと異極（例
＾ば、Ｎ極）となる下部マグネット１５の磁極とが一部
分でのみ重なり合っている。これにより移動部材におけ
るマグネット１１との磁気力を調整することができるの
で特性曲線ＢおよびＣが上下に移動し、装置全体の特性
曲線りが変化する。かかる調整は上部マグネット１４と
下部マグネット１５との相対離隔角度αを適宜、選択す
ることで任意に変更できるものである。従って、装置全
体の負の特性を任意に変更することができる。

第６図は本発明の第２実施例を示す。図示の通り制限部
材２の上部マグネット１４及び下部マグネット１５は第
１実施例と同じに配置されている。そして、移動部材３
のマグネット１１は上下に２分割されており、その上側
マグネットｌｌａのＳ極が制限部材２の上部マグネット
１４のＮ極に対向すると共に、その下側マグネットｌｌ
ｂのＮ極が制限部材２の下部マグネット１５のＮ極に対
向してる。このように２分割されたマグネットを用いた
作動は第１実施例と同様となるが、マグネットが分割さ
れているため、より細かな調整を行うことができる。第
７図はこのように分割されて得られるマグネットの組み
付は方法を示し、同図（ａ）のように上下に磁極を有す
る半円状のマグネットを組み合わせてもよく、同図（ｂ
）のように水平方向に磁極を有するマグネットを組み合
わせてもよい。

［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
動部材のマグネットと制限部材のマグネットとの間に作
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。しかも制限部材のマグネット
を相互にずらすことにより、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（ａ）、
（ｂ）、（Ｃ）はそのマグネットの作動を示す斜視図、
第３図はマグネット相互間の磁気力を示す斜視図、第４
図は第１図のたわみ一荷重特性図、第５図は第１実施例
の変形を示すマグネット配置の斜視図、第６図は第２実
施例のマグネット配置の斜視図、第７図（ａ）、（ｂ）
はそのマグネットの組み付は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、１１，１４．１５・・・マグネット特許出
願人　　日本発条株式会社 代理人　弁理士　　佐　藤　英　昭 亮／已 昂２圀 （ａ）　　　　　　　　　　　（ｂ）　　　　　　　　
　　（Ｃ〉）了−””　　　　Ｊ、５凹 、ｆＪ７区

Claims (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、前記制
   限部材は前記移動部材の移動方向に対して直交する面内
   に両磁極が位置する一対のマグネットを移動部材の両移
   動端に有すると共にこの一対のマグネットは対向する磁
   極の少なくとも一部が異極となるように配されており、
   前記移動部材は前記制限部材のマグネットとの間の磁気
   力によって回転するマグネットを有していることを特徴
   とするばね装置。