JPH04107331A - 傾斜コイルばね装置 - 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］ 本発明は一般的に傾斜コイルばねに関し、より詳細には
空所の中に干渉的に所定の向きでその後のばねの負荷の
ために保持される傾斜コイルばねに関する。ばねを長軸
あるいは短軸に関して負荷することによって、次のばね
の負荷に応答して、特定の選択された弾性すなわち荷重
−たわみ特性が得られる。

［従来技術およびその問題点］ 以下に説明する空所は円形あるいは池の所定形状の直線
状すなわち連続的にすることができる。

円形の空所の場合には、ばねは両端のコイルと当接する
か、両端のコイルと重なるか、あるいは両端のコイルを
溶接することによって接合されてガタタイプの傾斜コイ
ルばねを形成する。

これらの形式のガータタイプのばねの一般的な議論は、
マザー（ＭａＬｈｅｒ）の米国特許第３３２３．７３５
号および米国特許第３．　４６８５２７号明細書におい
てなされている。上記米国特許明細書に開示される従来
技術のばねはその用途が限定されており、特に上記米国
特許明細書において述べられているようにコイルの傾斜
角度に限定されている。

”内側裏角度の傾斜コイルばね”と題する米国特許出願
番号第１８６，０１６号明細書及び”外側裏角度の傾斜
コイルばね”と題する米国特許第４．８２６，１４４号
明細書に記載のばねの設計における進歩により、上記従
来技術のばねよりも優れた動作特性を有するばねの設旧
が可能になった。

今までのガータタイプの軸方向ばねの荷重−たわみ特性
は種々のばねパラメータを変化させることによって変え
られており、パラメータの例としては、ワイヤサイズ、
コイル高さ、コイル間隔及び」二記マザーの米国特許明
細書に記載の傾斜角度として知られる前角度等があり、
該前角度は各傾斜コイルばねの先行部を画定する。これ
らのパラメータはばねの荷重−たわみ特性を設計するた
めに効果的に用いられているが、ばねの全体的な設計の
可能性を達成するものではない。

ガータタイプの軸方向に負荷されるばねの特性に木質的
に影響を与える今まで認識されていなかったパラメータ
が米国特許出願番号１．８６．　（１１６号及び１８６
．０１８号（米国特許第４．８２６．１４４号）に開示
されている。これらの米国特許あるいは米国特許出願の
明細書は弾性を有するガータタイプコイルばねを形成す
るように相互に連結されたコイルを開示しており、これ
らのコイルは、軸方向に弾性を有するガータタイプのコ
イルばねの外径に沿う後続部と、軸方向に弾性を有する
ガータタイプのコイルばねの内径に沿う先行部とを有し
ている。また、後続部を内径に沿わせ、先行部を外径に
沿わせてもよい。

裏角度の選定された配列およびこの裏角度により画定さ
れる後続部は、今まで知られている通常のガータタイプ
の弾性コイルばねの範囲よりも広い範囲でガータタイプ
の弾性コイルばねの設計を可能にする。

結局、ばねを高い荷重−たわみ特性を有するように形成
することができる。すなわち、ばねは、これと同じ寸法
およびワイヤサイズを有しばねの内径に沿った後続部を
有するばねに較べて、任意のたわみに対してより大きな
力を生ずることができる。

結局、これらのばねは、たわみに応じて従来技術のばね
と同一の力を生ずるには、より小径のワイヤから形成し
かつ緊密なコイル間隔を有することができる。

［課題を達成するための手段及び作用効果コ本発明の特
徴は、選択された荷重−たわみ特性を有するガータタイ
プのばねを設計するために用いることのできる他のパラ
メータを見いだしたところにある。

第１に、以下に定義して議論される巻き角度を用いて、
同一のワイヤ直径を用いて形成した従来のばねに較べて
、より高い荷重−たわみ特性を有する軸方向に負荷され
るガータタイプのばねを形成することができる。高い負
荷の効果については」二連した。

また、本発明にしたがって形成したばねの特定の関係お
よび使用弾性範囲は有効に利用することができ、今まで
はｒｉＪ能とされなかった特別仕様の荷重−たわみ特性
を有するばねを提供することができる。

第２に、以下に述べるように、巻き角度を変形するかあ
るいは変形せずに長軸に沿ってガータタイプのばねに荷
重を加えると、ばねの荷重−たわみ特性を任意に設定で
きると共に、そのようなばねに荷重を加えると、内側か
ら径方向に向けであるいは外側から径方向に向けて長軸
に沿ってばねを傾斜することができる。

長軸に沿って径方向に荷重を加えた時にばねを傾斜する
ためには、ばねを空所の中に収容する必要がある。ばね
が自由な状態にありかつ長軸に沿って径方向に荷重を加
えると、ばねは傾斜に抵抗するかあるいは全く傾斜しな
いことが判明した。

また、ばねを適所に収容すなわち設け、径方向および径
方向の両方の力を加えると長軸に沿って径方向にかつ短
軸に沿って径方向にばねを傾斜することもできる。

従来の技術に関連して」二連したようなガータタイプの
ばねの荷重−たわみ特性に影響を与える多くのパラメー
タは、コイルがその拘束されない状態において自由に屈
曲すなわち曲がることができない場合には、ばねの弾性
特性には殆ど影響を与えないかあるいは全く異なる効果
を与えてしまうことを認識することは重要である。例え
ば、プラム（Ｂｒａｍ）は米国特許第３，１８３．０１
０号明細書の中で、ガータタイプのばねの形状を有する
封止要素に対する補強及び該補強要素における巻き角度
を開示している。

しかしながら、開示された補強要素は、ばねの形状を有
するものであるが、面が一致するように封止要素の中に
埋め込まれているために、自由に屈曲できない。そのよ
うに埋め込むと、この補強要素すなわちばねは自由な空
間においてすなわち荷重作用下の拘束されないたわみに
おいて有するであろう荷重−たわみ特性で自由に屈曲す
ることかできないことは明らかである。

本発明のばねは、今まで可能とされなかった用途に対す
るばねの設計に効果的に用いることのできる荷重−たわ
み動作特性を提供する。

本発明の傾斜コイルばね装置は一般的に、長軸および短
軸を有しこれら長軸及び短軸の交差により画成される中
心線に沿って傾斜すると複数のコイルを有している。各
コイルの後続部の前記中心線に直角な線に関する配列を
画定すると共に、傾斜コイルばねの荷重−たわみ特性を
決定する実角度手段が設けられている１、各コイルの先
行部の前記直角な線に関する配列を画定すると共に、前
記実角度手段よりも大きな角度を有する前角度手段が設
けられている。本発明によれば、前記複数のコイルばね
を所定の向きで非干渉的に支持して軸複数のコイルの弾
性特性を制御する支持も設けられている。

より詳細には、コイルは軸方向に弾性を有するガータタ
イプの傾斜コイルばねを形成するように相互に連結され
また前記支持手段は、ばねを短軸に沿ってたわませると
共に弾性を有するガータタイプのコイルばねを長軸に沿
って負荷する空所を画成する手段を備えることができる
。反対に、空所はばねを長軸に沿ってたわませると共に
弾性を有するガータタイプのコイルばねを短軸に沿って
負荷する手段を提供することもできる。

また、前記後続部を前記イルばねの外径に沿って設け、
前記先行部を前記コイルばねの内径に沿って設けること
ができる。反対に、前記後続部を前記イルばねの内径に
沿って設け、前記先行部を前記コイルばねの外径に沿っ
て設けることもできる。実角度は、使用たわみ範囲内で
荷重が比較的一定であるような荷重−たわみ特性をもた
らすように選定される。更に、空所手段は最大でコイル
の高さと同一の幅を有することができ、他の実施例にお
いては空所手段はコイル手段の高さよりも大きいがコイ
ルの幅よりも小さな幅を有することができる。

［実施例］ 第１図乃至第６図を参照すると、本発明の種々の斜巻き
型のコイルばねすなわち傾斜コイルばねアセンブリ１．
０．　１２．　１４．　１６が示されており、これら各
々のばねアセンブリは中心線２８゜３０．３２．３４に
それぞれ沿って傾斜された複数のコイル１８．２０．２
２．２４を備えている。

ばね１０，１２は円形のばねを形成するように相互に連
結されていて、これら円形のばね１０．１２の軸方向に
沿って主荷重−たわみ特性を有している。第１図に示し
た時計方向に傾斜したコイルを、有するばね１０は、第
２図に示すように、後続部４０を画成する実角度３８が
ばね１０の内径４２に沿い、またコイル１８の先行部４
８を画成する前角度４６がばね１０の外径５０に沿うよ
うに相互に連結されたコイル１８を有している。

第３図および第４図を参照すると、軸方向ばね１２は、
後続部５６を画成する実角度５４がばね１２の内径５８
に沿い、また先行部６２を画成する前角度６０がばね１
２の外径６４に沿うように相互に連結された時泪方向に
傾斜したコイル２０を有している。

第５図および第６図を参照すると、ばね１４．１６は複
数のコイル２０，２４を有しており、これらコイルは、
矢印６６．６８で示した径方向に沿う主荷重−たわみ特
性を有する円形のばねを形成するように、相互に連結さ
れている。第５図に示すように、コイルは時計方向に傾
斜するように相互に連結されており、頂部７６に沿う後
続部７４を画成する実角度７２と、ばね１４の底部に沿
って設けられて先行部８０を画成する前角度７８とを有
している。

また、第６図に示すように、ばね１６は反時旧方向に傾
斜するように相互に連結されたコイル２４を有しており
、これらコイルは、ばね１６の底部９２に沿う後続部９
０を画成する実角度８８と、ばね１６の頂部１００に沿
って設けられた先行部９８を画成する前角度９６とを備
えている。

以下に説明するように、ばね１０．１２．１４．１６は
総て使用たわみ範囲において略一定の荷重たわみ特性を
有している、。

第７図には傾斜コイルを有するガータタイプの弾性コイ
ルばねの特性を示すだめの荷重−たわみ曲線Ａ及びＩ３
が示されている１３曲線八へ示すように、環状のばねに
荷重を加えると、ばねは、線分１００で示すように、最
小荷重点１０２に到達するまで、略直線状にたわむ、１
最小前重点１−０２は、最初のたわみの後に、荷重が比
較的一定になり始める点を示している。

最小荷重点１０２と最大荷重点１０４との間において、
第７図に示すように、荷重−たわみ曲線は一定になるか
あるいは僅かに増加する傾向を示す。最小荷重点１０２
と最大荷重点１０４との間の領域は使用たわみ範囲１０
６として知られている。通常ばねは、シールするために
用いられるシール、ガスケットあるいはこれらと同様の
ものと組み合わせて用いられる代表的なばねに対する点
１０８で示されるように、この範囲内で作動のために荷
重を加えられる。最大荷重点を越えてばねに荷重を加え
ると、バット点１１０に到達するまでは急激なたわみ反
応を示し、過負荷によりばねに永久歪みを生ずる。第７
図にはまた荷重を受けていないばねと最大荷重点１０４
におけるたわみとの間のたわみとして定義される全たわ
み領域１１２が示されている。

第７図は本発明にしたがって形成されたばね１０．１２
．１４および１６の荷重−たわみ特性を示す荷重−たわ
み曲線Ｉ３を示しており、ピーク荷重点１１８に達する
までは直線状の荷重−たわみ部分１１６が示されている
。ピーク点１１８の後は、部分１２０において荷重はた
わみと共に減少する。これにより、ピーク点１１８とバ
ット点１１０との間にサドル形式のたわみ領域を形成す
る。

このタイプの荷重−たわみ特性はばねシールに対して特
別の効果を有しており、ばねによって生した張力により
シールが溝等の中の適所に固定される。この点に関して
、ばねは所定の使用たわみ領域１２４にわたって比較的
一定の荷重を生ずるが、点１２６．１２８の使用領域限
界を超えると荷重の急激な増加を示す。これはばねシー
ルの溝等の中における自己中心法めを生ずる。

本発明のばねを用いて効果的な他の用途は、隔置された
コイルのワイヤ直径を増加することなく大きな荷重を加
えることが望ましい静的な用途である。また更に別の用
途は真空低温温度にさらされるシール等における高初期
荷重を必要とする場合である。

第８図は本発明の斜めコイルばね１０１２１４．１６の
断面を図解的に示しており、このコイルばねは、自由巻
き角度０、測定コイル幅ＣＷ、測定コイル高さＣＩ−１
及び測定ばね高さＩ−１を有している。第８図において
は、自由巻き角度θは時計方向（実線で示す）あるいは
反時計方向（鎖線で示す）とすることができる。

第９ａ図に示すように、軸方向に平坦なばねは、例えば
第９ｂ図のように、３０°で反時計方向に巻くことがで
き、また、第９ｃ図および第９ｄ図のように、それぞれ
３０°および６０’の巻き角度で時計方向に巻くことが
できる。ばねは楕円形状として図示したが、ばねｉ、０
．　１２．　１．４　１６が挿入される協働する部品の
形状に応じて、他の形状、例えば、円形状あるいは矩形
状、とすることができる。

第８図に示すように、自由巻き角度０はばねの位置に応
して円錐形あるいは逆円錐形を形成する略円形状のばね
によって形成される角度として定義され、角度０は水平
線から各円錐あるいは逆円錐の中心線を通る交線の間の
角度として測定される。巻き角度Ｏを変えることによっ
て、異なった荷重を得ることができまた荷重の程度は巻
き角度θに依存する。すなわち、以下に説明するように
、巻き角度θが大きくなれば生ずる荷重が大きくなる。

荷重によって生ずる力は、ばねが第９　ｂ図に示すよう
な円錐形状であるかあるいは第９ｃ図に示すような逆円
錐形状であるかによって影響を受けない。すなわち、第
９１〕図および第９ｃ図のばねは同一の挙動を示す。

第１０図はアセンブリ巻き角度αとなるようにばねを曲
げる溝１３０の中に位置した軸方向ばね１０．１２を示
している。軸方向の荷重が作用すると、ばね１０．１２
は第１１図に示すように荷重巻き角度α１を示す。

第５図の曲線Ａ、　　Ｂ、　　Ｃ及び１つは、角度Ｏが
００から９０°まで変化すると共に表１に記したばねの
仕様を備えた一連のばねの荷重−たわみ特性を示してい
る。各々のばねＡ、　　＋３．　　Ｃ及びｌ〕は巻き角
度θを除いて同一の要件を備えている。

米国特許出願第１８６．Ｏ］、６号及び１８６０１８号
明細書に記載するように、ばねＡ、Ｂ。

Ｃ，Ｉ）は裏角度３８．５４で画成される特定の後続部
４０．５６を有するように形成され、この裏角度は後続
部４０．５６とばね１０．１２の中心線２８．３０に直
角な線との間に画成される（第１図および第２図参照）
。また、前角度４６．６０はばね１０．１２の先行部４
８．６２を画成し、この前角度は先行部４８．６２が中
心線２８．３０に直角な線となす角度である。第１図は
ばねの内径４２に沿う後続部４０を有するばね１０を示
し、第２図はばねの外径６４に沿う後続部５６を有する
ばね１２を示している。第１図および第２図から分かる
ように、各コイルが中心線の周囲で円形状に巻かれると
、各巻は後続部および先行部を有し、先行部は、後続部
に続いて中心線の回りで巻かれると中心線に沿ってより
前進する。

内径の裏角度を有する傾斜コイルばね及び外径の裏角度
を有する傾斜コイルばねについての詳細は」二連の米国
特許出願の明細書に開示されている。

後続部を傾斜したコイルばね１０．１２の内径あるいは
外径に位置決めする効果は以下に詳細に説明される。

第１２図を参照すると、曲線Δは巻き角度が００のばね
を示しており、曲線Ｉ３は巻き角度１５゜のばね示して
おり、本発明にしたがって形成されたばねの臨界上昇１
３６の特性を明示している。

この段階的な上昇がピーク荷重特性を示す様子は表１の
ばねＣ，Ｄ及び１号に対応する曲線Ｃ，Ｉ）及びＥによ
ってより明瞭に示されている。

第１２図に示すように、巻き角度Ｏが大きくなると、約
９０°において荷重が最大値となる。重要な点は、符号
１３８，１４０，１４２でそれぞれ示されるピーク荷重
の後に、力はばねΔ及び１３の示す力近くまで急激に低
下することである。したがって、これらのばねは巻かれ
ていないばねΔと路間−の使用領域１４６．１．４８，
１５０を有するが、第１２図に示すように、これらの使
用領域は急激な荷重−たわみ特性によってその境界が区
別される。本発明のばねは、上述のように種々の用途に
おいて利点を有する。前述のように、図示のばねの形状
は略円形状であるが、別の形状にして他の用途に用いる
ことができる。すなわち、ばねを円の外の他の形状に容
易に加工することができる。

表１ ばね　巻き角度（０）　ピーク荷重値（Ｋｇ）　　基準
荷重に対する増加（％）Ｅ９０　　　　　３３１　　　
　　　１７２５表２ 第１表に示すように、ピーク荷重は基準荷重よりも十分
に大きく、事実巻き角度が９０°の場合には１７２５％
に達している。このように、巻き角度を用いることによ
って高い荷重を得ることができる。結局、上述のように
、細いワイヤを用いて単位長さ当たりのコイル数を多く
して負荷を受けた時にシールに生ずる応力を減少させる
。これはばねを横断する応力集中をより均一にするので
寿命の長いばねを得ることができる。

また、上で指摘したように、第１２図の曲線ＣＤ及びＥ
で示すカーたわみ曲線を示す本発明のばねは、曲線Ａで
示すカーたわみ曲線を示す従来のし ばねでは達成することのできなかった、自己係１におよ
び自己中心法めの用途に用いることができる。

曲線Ａ乃至１号は後続部が外径にある場合あるいは内径
にある場合を示している。第１３図に示ず曲線Ｉ？およ
びＧは表２に示した特性を有するばねＦおよびＧに対応
している。図示のように、曲線１？はばねの外径６４に
沿った後続部５６を有するばね１２の荷重−たわみ曲線
を示しており、また曲線Ｇはばねの内径４２に沿った後
続部４０を有する環状のばねを示している。ばねＧの巻
き角度はばねＦの巻き角度よりも大きいので、ピーク荷
重点１５２が現れている。

多くのばねのテストを行った。第１２図および第１３図
の曲線Ａ乃至Ｇによって示された特性はその裏角度が１
°と４５°との間にあるばねを示している。特にこれら
のばねはその前角度が３５゜よりも小さい場合である。

本発明にしたがって形成されたばねの荷重−たわみ特性
を決定するために、第１４図、第１５図、第１６図及び
第１７図にその断面を示す固定具すなわち治具１６０，
１６２　１．６４，１６６を用いることができる。

−船釣には、第１４図に示すように、固定具１６０は溝
１７２及びスペーサ１７４を有するピストン１７０を備
えており、これらスペーサの厚みはばね１７６の内径を
その外１径に向けて圧縮するように変化している。この
ように荷重を加えられたばねの特定のたわみ荷重特性に
ついて以下に議論する。

第１５図に示した固定具１６２は固定具１６０と同様で
あり、ばね１８０はスペーサ１８４を有する溝１８２の
中で圧縮されており、スペーサがばね１８０を径方向に
圧縮している。また、厚みが変化するスペーサ１８６か
ばね１８０を軸方向に押圧するために用いられている。

第１６図に示した固定具１６４は、溝１９４の中のばね
１９２を径方向に圧縮するために、ピストン１９０を用
いており、スペーサ１９６はばね１９２を外径から内径
へ向けて圧縮している。また、第１７図に示す固定具１
６６はスペーサ２０４でばね２０２を径方向に圧縮する
と共にスペーす２０６でばね２０２に軸方向の荷重をか
けるためのピストン２００を備えている。

第１８図乃至第２１図は本発明にしたがって形成したば
ねの荷重−たわみ特性を示している。このようなばねの
代表例を以下に示す。

ばね−タイプＡ ワイヤ直径　　　　　　０．５６ｍｍ コイル高さ：　　　　　　　４．０９／４．１４ｍｍ裏
角度　　　　　　　　１３／１５゜ 裏角度：　　　　　　　　２９／３　］。

コイル間隔：　　　　　　０．４３１０．４８ｍｍばね
は５８コイルを有しその直径は１９ｍｍであり、内径に
裏角度を有するものおよび外径に裏角度を有する種々の
ばねが用いられた。また、そのようなばねは以下のよう
な一般的な性質を有していた。すなわち、巻き角度はＯ
’、３０°、５５°および９０°であった。巻き角度は
各ばねに応じて変化させた。

ばねタイプＢ ワイヤ直径　　　　　　０．５６ｍｍ コイル高さ：　　　　　　　４．０９／４．１４ｍｍ裏
角度　　　　　　　　］、、５．５／１７゜裏角度　　
　　　　　　３７／３９゜ コイル間隔：　　　　　　０．８１１０．８６ｍｍばね
タイプＢのコイル間の間隔はタイプへのばねのコイル間
の間隔の約１．．８３倍である。コイル間の間隔を大き
くすることによって、負荷、たわみ等に基づき、池のパ
ラメータを決定することができる。

ばねは溶接位置にありその内径は１９ｍｍであり、コイ
ル数は４２である。ばねは、内径に裏角度を有するもの
あるいは外径に裏角度を有するものを形成し、これらの
パラメータの中で巻き角度を０，３０，５５および９０
’の各角度で変えた。

第１８図はタイプＡおよびタイプＢのばねの間の比較を
示すものであって、この図の曲線は種々の巻き角度に対
する平均荷重たわみ特性を示している。その内径に裏角
度を有するタイプへのばねは、その外径に裏角度を有す
るタイプＢのばねよりも、かなり大きな程度のたわみを
有している。

第１９図に示すのは、巻き角度（′Ｉ゛Δ）を０１３６
．５５および９０°と変化させ、第１６図の固定具１６
４の中に挿入してばねを主軸に沿って径方向に負荷し、
たわみが内径から外径に向かいかつ軸方向において主軸
に沿って生ずるようになされたタイプＡのばねの荷重−
たわみ特性である。

ばねを径方向および軸方向に負荷することによって得ら
れるたわみの度合は減少し、その割合は一般的に約１０
から１５％であることが分かろう。

ばねに径方向および軸方向の荷重を加えると、たわみの
程度が十分に減少することが判明した。

外径に裏角度を有するばねは内径に裏角度を有するばね
に比較して十分に小さなたわみを有する。

第２０図は裏角度を外径に有する軸方向ばね（曲線Ｆ）
と、裏角度を内径に有するばね（曲線ＲＦ）との間の荷
重−たわみの比較を示している。図示のように、内径に
裏角度を有するばねは、外径に裏角度を有する同一のば
ねに比較して、約４０％大きなたわみの度合を有してい
る。第２１図は内径に裏角度を有する軸方向ばね（ＲＦ
　）と、外径に裏角度を有するばね（Ｆ）とに対する荷
重−たわみ曲線を示している。これらの特性は、ばねが
軸方向および径方向に同時に負荷さればねのたわみが外
径から内径に向けて径方向に起きた時に生ずる。これを
第１９図に示す同一のばねに対して内径から負荷した場
合と比較されたい。

本発明のばねは、ばねのパラメータおよびばねの負荷方
向を変えることにより、従来は行うことのできなかった
、広い範囲の荷重たわみ特性に適合するように設計でき
る。このことは、例えばばねを設ける空所の寸法等のよ
うに、池のファクタによってワイヤの寸法およびコイル
の数が制限されている場合に、特に有用である。

−膜内にばね１０，１２．１４．１６が空所の中に装着
される態様には幾つかの場合がある。例えば、空所の寸
法がコイルと空所の間にクリアランスを生ずるような場
合、あるいは反対にばねの内径がばねの設けられる空所
の内径よりも小さくて空所の中に保持するためにばねの
伸びすなわち負荷を生ずる場合がある。

また、ばね１０．　１．２．　１．４．　１６をばねコ
イルと空所の間で干渉するような寸法としてばねを空所
の中に保持することもできる。これらのばね空所の形状
の総てが空所の中に設けた後のばねの負荷に関係する。

前述のように、空所の長さあるいは寸法は、ばねの端部
を接合した時に連続した経路、例えば円形、矩形状ある
いは他の不規則な形状、を画成するようにする。ばねを
装着すると、第７図に関連して上述した、あるたわみ範
囲内での特定の力が生ずる。

第２２図、第２３図および第２４図を参照すると、本発
明の実施例である径方向ばね２２０、円錐形状の軸方向
ばね２２２及び逆円錐形状の軸方向ばね２２４がそれぞ
れ空所２２６．２２８及び２３０の中に組み込まれてい
て、溝２２６，２２８．２３０かばね２３２，２３４，
２３６をそれぞれ短軸２４０，２４２．２４４に沿って
歪めると同時に長軸２５０，２５２，２５４に沿って負
荷している状態が示されている。

すなわち、軸方向ばね２２０は９００のアセンブリ巻き
角度αを有しており、溝の幅２６０は第８図に定義する
コイル高さＣＩ−１と同しかこれより小さい。したがっ
てばねコイル２３２は干渉し、これによりばね２２０は
溝２２６の中に保持される。

第２３図に示す円錐形状の軸方向ばね２２２は９０°よ
りも小さなアセンブリ巻き角度αを有しており、ばね２
２０はその短軸２４２に沿う方向に歪められていると共
に、ばねは略長軸２５２に沿って力を付与しながら組み
立てられている。この例において、溝の幅２６２はコイ
ル高さＣＩ（第８図参１１１（）よりも大きいが、コイ
ルと干渉してばね２２２を空所２２８の中に保持するた
めに、コイルの幅ＣＷ（第８図参照）よりも小さくなさ
れている。

第２４図を参照すると、逆円錐形状の軸方向ばね２２４
は９０°よりも小さなアセンブリ巻き角度αを有してお
り、ばね２２４は短軸２４４に沿って径方向に歪められ
ていて略長軸２５４に沿う方向に力を！−７えている１
、この例において、溝の幅２７０はコイルの高さＣＩ−
１よりも大きいが、コイル２３６と干渉して空所２３０
の中にばね２２４を保持するためにコイル幅ＣＷ（第８
図参照）よりも小さくなされている。

第２５図、第２（５図および第２７図に示されるのは、
それぞれ空所２５６’　、２５８’　および２６０′　
の中に設けられた軸方向のばね２５０゛２５２゛および
２５４′であり、これらのばねは、そのコイル２６０’
　、２６２”および２６４“をそれぞれの長軸２６６”
　、２６８“及び２７０′に沿って歪ませると共にその
短軸２７４’　、２７６′及び２７８′に沿って主荷重
を提供している。

より詳細には、第２５図に示すばね２５０′はＯｏのア
センブリ巻き角度α（第１０図）を有する軸方向配列で
ある。ばね２５０°は長軸２６６″　に沿って径方向に
歪んで長軸２７４”に沿って負荷されている。この例に
おいて、溝の幅２８０′は、コイル２６０′　と干渉し
てばね２５０′を空所２５６′　の中に保持するために
、コイルの幅ｃｗ（第８図）よりも小さい。

第２６図に示すように、円錐形の軸方向ばね２５２′　
は３０°よりも小さなアセンブリ巻き角度αを有してい
る。ばね２５２′は長軸２６８′に沿って径方向に歪め
られており、力は長軸２７６′に沿ってほぼ作用してい
る。この例において、溝の幅２８２゛は、コイル２６２
′　と干渉してばね２５２′を空所２５８′の中に保持
するように、コイルの幅ＣＷ（第８図参照）よりも小さ
い。第２７図に示す逆円錐形状の軸方向ばね２５４°は
３０’よりも小さなアセンブリ巻き角度αを有している
。ばね２５４゛は長軸２７０′に沿って径方向に歪んで
いて略短軸２７８′にｌＯっで負荷されている。溝の幅
２８４′　は、コイル２６４７と干渉してばね２５４′
を空所２９０°の中に保持するために、コイルの幅ＣＷ
（第８図）よりも小さい。

第２２図乃至第２７図に示すように、ばねを負荷するた
めには一般に種々の空所の月決を用いることができる。

第２２図に示すのはコイルの高さと同じかあるいは小さ
い溝の幅を有する空所である。コイルの高さよりも大き
くかつコイルの幅よりも小さな溝の幅を有する空所が第
２３図及び第２４図に示されており、一方コイルの幅よ
り小さな溝の幅を有する空所が第２５図に示されている
。

第２６図及び第２７図は負荷角度α１（第１１図参照）
の余弦よりも小さな溝の幅を有する空所を示している。

一般的に、径方向ばねは、このようなばねをコイルの高
さと同じかあるいは小さい空所の中に組み込んでコイル
を短軸に沿って歪ませ長軸に沿った荷重を与える際には
、多くの制限を有する。いずれにしても、コイルは容易
にはたわんだり曲がったすせず、非常に大きな初期力が
生じその後そのような力は急速に低下する。したがって
、径方向ばねを適当に用いるためには、ばねを長軸に沿
って軸方向に負荷する際に溝の幅をコイルの高さよりも
大きくすることが必要である。これは第２３図及び第２
４図に示されている。結局、有用なばねを提供するため
には、溝の幅を十分に大きくして８０’よりも小さなア
センブリ巻き角度を許容する必要がある。溝の幅が大き
くなると、アセンブリ巻き角度は小さくなり、荷重を受
けたりたわんだ場合のばねの疲労のｉ１能性を低（する
。

上述のように、径方向ばねは９０°の巻き角度を有し、
そのようなばねを空所の中に設けた時には長軸に沿って
力を加えるとばねの疲労を生ずる。

疲労の度合は巻の量およびばねコイルのたわみに依存し
、これらが大きいと疲労が大きくなる。勿論、疲労の度
合は、軸方向の力、裏角度、コイル直径の比、ワイヤ直
径及びコイルの間隔等の他の要素によっても影響を受け
る。

空所に装填して内径に裏角度を有する９００の巻き角度
を形成すると共に長軸に沿って負荷された本発明の軸方
向ばねはばねコイルが反転して長軸に沿って歪み、使用
たわみ範囲の中でほぼ一定の力を提供する。たわみの中
の一定な力は巻き角度、裏角度、ワイヤ直径に対するコ
イル直径の比および他のパラメータによって影響を受け
る。この軸方向のばねは、同一の荷重条件において常に
過度の疲労を受ける径方向のばねとは大きく異なってい
る。

外径に裏角度を有する軸方向のばね（Ｆタイプばね）は
多くの制限を有しており、特にアセンブリ巻き角度が６
０°よりも大きくなると著しい。

外径に裏角度を有する１７タイプのばねは、コイルが急
速に当接してたわみを制限する傾向を有するため、高い
コイルたわみをもたない。したがって、６０’乃至９０
’の組み込んだ巻き角度を有し長軸に沿って軸方向に負
荷されるＦタイプのばねを用いる時には常に疲労の程度
が大きい。アセンブリ巻き角度が大きくなると、疲労も
大きくなる。

内径（ＲＦタイプ）に裏角度を有する軸方向のばねは十
分に大きなたわみ度を有しており、したがって００から
９００の巻き角度を含むその汎用的な用途のために、本
発明の好ましい実施例である。ＲＦタイプのばねを、コ
イルの高さＣＩ−１と同じかあるいはこれよりも小さな
溝を有する空所内に組み込み、アセンブリ巻き角度を９
０’とした状態においては、最小の疲労で作用するため
、ＲＦタイプのばねは唯一の信頼性のあるタイプのばね
である。ＲＦタイプのばねの疲労はアセンブリ巻き角度
が８０’と９０’の間にあるときに起こり、特に９０’
の場合には著しい。

第２２図乃至第２７図に示したタイプの溝は矩形状であ
るが、多くの異なった形状の溝を用いてばねを空所の中
に組み込み、この空所の中にばねを保持してばねを負荷
することができる。そのような溝の例として水平面に対
して直交する側壁を有する第２２図乃至第２７図に示す
溝があるが、角度の付いた側壁および角度の付いた底面
を有する他の形状の溝（図示せず）を用いてばねの荷重
たわみ特性に別の影響を与えることもできる。

軸方向に巻いたばねの力たわみ特性に影響を勾える要因
の例としては、ワイヤの直径、コイルの裏角度、アセン
ブリ巻き角度、ワイヤ直径に対するコイル直径の比（Ｗ
ｄ）、コイルの間の間隔およびコイルの数等がある。よ
り詳細には、ワイヤ直径が大きくなると裏角度が小さく
なり所定のたわみに対して生ずる力が大きくなる。

アセンブリ巻き角度が大きくなると、生ずる力が大きく
なると共にたわみも大きくなる。Ｄ／ｄ比が大きくなる
と生ずる力が小さくなり、一定の力が使用たわみ範囲の
中で生ずる可能性が高くなる。コイル間の間隔が太き（
なると、力が小さくなると共にたわみが大きくなり、コ
イルの数が多いと生ずる力が大きくなる。

一般的に、ばねは、時計方向に巻かれるかあるいは反時
計方向に巻かれるかによって決定される、傾斜方向を有
している。ＲＦ軸方向ばねは反時計方向巻でばねの内径
に裏角度を有するものであり、一方Ｆタイプのばねは反
時計方向巻きであるがばねの外径に裏角度を有するもの
である。

本発明を効果的に用いる態様を説明するために本発明の
特定のばねアセンブリを以上に説明したが、本発明がこ
れら実施例に限定されるものではない。したがって、当
業者による上記実施例に対する修正、訂正あるいは均等
な構成の採用は本発明の範囲内であることは理解されな
ければならなし１

【図面の簡単な説明】

第１図は、時計方向に傾斜したコイルを有する本発明の
ばねの平面図である。 第２図は、第１図のばねの２−２線に関する図であり、
裏角度がばねの内径にあり前角度がばねの外径にある状
態を示している。 第３図はコイルが反時計方向に傾斜した本発明のばねの
平面図である。 第４図は、第３図のばねの４−４線に関する図であり、
裏角度がばねの外径にあり前角度がばねの内径にある状
態を示している。 第５図は、本発明の径方向ばねを示す平面図であり、中
心線の周囲で時泪方向に傾斜し、裏角度が頂部にある状
態を示している。 第６図は、本発明の傾斜コイル径方向ばねを示す平面図
であり、コイルが中心線の周囲で反時計方向に傾斜し、
裏角度が底部にある状態を示している。 第７図は、本発明にしたがって組み立てたばねに対する
荷重−たわみ曲線を示す図である。 第８図は、巻き角度θがとのようにして計算されるかを
示すために、巻き角度θを有する軸方向の傾斜コイルば
ねを図解的に示した図である。 第９図ａ、　　ｂ、　　ｃ、　ｄおよびｅは、種々の巻
き角度を有する軸方向および径方向のばねを示す概略図
である。 第１０図は、ばねを溝の中に取りトＩけたときの巻き角
度位置を示す軸方向ばねの断面図である。 第１１図は負荷を受けた状態の荷重巻き角度を位置を示
す軸方向ばねの断面図である。 第１２図は、種々の巻き角度向きを有する軸方向に弾性
を有する環状のコイルばねに各々対応する複数の荷重−
たわみ曲線を示す図である。 第１３図は、あらかじめ選択した巻き角度を有する軸方
向に弾性を有する環状のコイルばねの荷重−たわみ特性
に対する複数のたわみの効果を示す荷重−たわみ曲線を
示す図である。 第１４図は、本発明にしたがって形成されたばねの荷重
−たわみ特性を決定するための治具を示す断面図である
。 第１５図は、本発明にしたがって形成されたばねの荷重
−たわみ特性を決定するための治具を示す断面図である
。 第１６図は、本発明にしたがって形成されたばねの荷重
−たわみ特性を決定するための治具を示す断面図。 第１７図は、本発明にしたかって形成されたばねの荷重
−たわみ特性を決定するための治具を示す断面図である
。 第１８図は、本発明にしたがって形成されたばねに対す
る荷重−たわみ特性を示す図である。 第１９図は、本発明にしたがって形成されたばねに対す
る荷重−たわみ特性を示す図である。 第２０図は、本発明にしたがって形成されたばねに対す
る荷重−たわみ特性を示す図である。 第２１図は、本発明にしたがって形成されたばねに対す
る荷重−たわみ特性を示す図である。 第２２図乃至第２７図は、本発明の傾斜コイルばねアセ
ンブリの種々の実施例を示す断面図であり、コイルがコ
イルの弾性特性を制御する向きで非干渉的に支持されて
いる状態を示している。 ［主要符号の説明］ １０、１２．１４．４６． ２８、３０．３２．３４ ３８゜ ４０゜ ４２： ４６・ ４８： ５０： 傾斜コイルばねアセンブリ、 コイル、 中心線、 実角度、 後続部、 内径、 前角度、 先行部、 外径。 」 ■ （外４名） 図面の浄書（内容に変更なし） 第９ｃ図 第９ｄ図 第９ｂ図 第９ｅ図 第９ｃ図 第８図 邊θ２２゜ 手 続 書（方式） ％式％ 発明の名称 傾斜コイルばね装置 ３゜ 補正をする者 事件との関係 住所 氏　名　　ピータ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、傾斜コイルばね装置であって、 長軸および短軸を有しこれら長軸及び短軸の交差により
   画成される中心線に沿って傾斜すると共に、軸方向に弾
   性を有するガータタイプの傾斜コイルばねを形成するよ
   うに相互に連結された複数のコイルと； 各コイルの後続部の前記中心線に直角な線に関する配列
   を画定すると共に、傾斜コイルばねの荷重−たわみ特性
   を決定する裏角度手段と； 各コイルの先行部の前記直角な線に関する配列を画定す
   ると共に、前記裏角度手段よりも大きな角度を有する前
   角度手段と； 前記軸方向に弾性を有するガータタイプのコイルばねを
   所定の向きで非干渉的に支持して軸方向に弾性を有する
   ガータタイプの傾斜コイルばねの弾性特性を制御する支
   持手段と；を備えて成ることを特徴とする傾斜コイルば
   ね装置。 ２、請求項１において、前記支持手段が、前記コイルば
   ねが長軸に沿って負荷されかつ該長軸に沿って傾斜する
   ようにする空所を画成する手段を含むことを特徴とする
   傾斜コイルばね装置。 ３、請求項１において、前記支持手段が、前記コイルば
   ねを長軸および短軸の両方に沿って負荷させるようにす
   る空所を画成する手段を含むことを特徴とする傾斜コイ
   ルばね装置。 ４、請求項１において、前記支持手段が、前記コイルば
   ねを０゜よりも大きく９０゜よりも小さな巻き角度で支
   持かつ配向させる空所を画成する手段を含むことを特徴
   とする傾斜コイルばね装置。 ５、請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記後続部は
   前記コイルばねの外径に沿って設けられ、前記先行部が
   前記コイルばねの内径に沿って設けられることを特徴と
   する傾斜コイルばね装置。 ６、請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記後続部は
   前記コイルばねの内径に沿って設けられ、前記先行部が
   前記コイルばねの外径に沿って設けられることを特徴と
   する傾斜コイルばね装置。 ７、傾斜コイルばねアセンブリであって、 長軸および短軸を有しこれら長軸及び短軸の交差により
   画成される中心線に沿って傾斜する複数のコイルと； 各コイルの後続部の前記中心線に直角な線に関する配列
   を画定すると共に、傾斜コイルアセンブリの荷重−たわ
   み特性を決定する裏角度手段と；各コイルの先行部の前
   記直角な線に関する配列を画定すると共に、前記裏角度
   手段よりも大きな角度を有する前角度手段と； 前記複数のコイルを非干渉的に支持して前記複数のコイ
   ルの弾性特性を制御する支持手段と；を備えて成ること
   を特徴とする傾斜コイルばねアセンブリ。 ８、請求項７において、前記複数のコイルが軸方向に弾
   性を有するガータタイプの傾斜コイルばねを形成するよ
   うに相互に連結されており、また前記支持手段が前記ば
   ねを短軸に沿ってたわませかつ前記弾性を有するガータ
   タイプのコイルばねを長軸に沿って負荷するための空所
   手段を画成する手段を備えていることを特徴とする傾斜
   コイルばねアセンブリ。 ９、請求項７において、前記支持手段が前記ばねを短軸
   に沿ってたわませかつ前記弾性を有するガータタイプの
   コイルばねを長軸に沿って負荷するための空所手段を画
   成する手段を備えていることを特徴とする傾斜コイルば
   ねアセンブリ。 １０、請求項７において、前記支持手段が、前記コイル
   ばねを０゜よりも大きく９０゜よりも小さな巻き角度で
   支持かつ配向させる空所を画成する手段を含むことを特
   徴とする傾斜コイルばねアセンブリ。 １１、請求項７乃至１０のいずれかにおいて、前記後続
   部は前記コイルばねの外径に沿って設けられ、前記先行
   部が前記コイルばねの内径に沿って設けられることを特
   徴とする傾斜コイルばねアセンブリ。 １２、請求項７乃至１０のいずれかにおいて、前記後続
   部は前記イルばねの内径に沿って設けられ、前記先行部
   が前記コイルばねの外径に沿って設けられることを特徴
   とする傾斜コイルばねアセンブリ。