JPH0676728U

JPH0676728U - 皿ばね

Info

Publication number: JPH0676728U
Application number: JP75094U
Authority: JP
Inventors: 敏則島田; 真一大樫; 恵昭本川; 照夫渡辺; 喜八大西
Original assignee: Tatsuta Electric Wire and Cable Co Ltd
Current assignee: Tatsuta Electric Wire and Cable Co Ltd
Priority date: 1994-02-18
Filing date: 1994-02-18
Publication date: 1994-10-28

Abstract

(57)【要約】【目的】圧力−変位曲線の勾配を大きくするととも
に、加圧開始時を直線状とする。【構成】素材板中心円形１０の周りに、その周り任意
の点から渦巻き波紋Ｐを呈する波形断面とし、その渦巻
き波紋Ｐ₃は少なくとも３周廻り形成して前記中心円形
１０に傾斜してなる。渦巻き波紋Ｐの半径方向の傾斜部
分の断面は中心円形の突出側から見て凹状となってい
る。渦巻き波紋Ｐ₃の内外には円形波紋Ｐ₁、Ｐ₂を形
成し、この波紋Ｐ₁、Ｐ₂に渦巻き波紋Ｐ₃の両端を合
流させる。渦巻き波紋Ｐ₃が長く椀状になっているた
め、剛性も低く、撓み度合いも大きい。また、この波紋
傾斜部分の断面が凹状となっているため、加圧開始時、
圧力−変位曲線は直線状となる。合流により、プレス成
形時の皺は生じにくい。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、周囲全域に亘って均一な撓みをなし得る皿ばねに関し、ダイヤフラム、キーボードスイッチのキートップ復帰用ばねとして適した、主に鋼板、ステンレス板、ゴム板、プラスチック板で作られる皿ばねに関する。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】

ダイヤフラム用皿ばねとしては、従来、特公昭４７−１５２７５号公報等に記載され、図９に示すように、その断面形状を、素材板の中心円形１０の周りに同心円状の波紋Ｐを呈する波形としたものがある（図２参照）。なお、図中の波紋Ｐは谷部の軌跡を示す（以下、同様）。

【０００３】しかしながら、このものＤは、周辺固定部はろう付け等が施されるので剛性が大きくなり、一方、中心部も曲率半径が小さいので剛性が大となる。従って、周辺部と中心部の撓みが小さく、その中間部に、撓みが集中して素材板が金属の場合、金属疲労によって座屈あるいはクラックが生ずる他、長期間の使用の内に特性、特に復元力が変化する等の問題がある。

【０００４】また、撓み（変形）作用において、中心円形１０に加えられた押圧力が皿ばね全域に伝わらず、まず、最も内側の波紋Ｐまで伝わってその間で撓み、その撓みがある程度になると、その波紋Ｐを越えてつぎの波紋Ｐに至るといった段階的な変形の伝播がなされる。このため、撓みが波紋Ｐを越えるときに、変位曲線に乱れが生じる。

【０００５】そこで、本考案者等は、ソ連国特許発明第２４１１７０号明細書公報等の記載技術に基づき、特開平２−５１６６４号等において、図８に示すように、素材板中心円形１０の周りに、その周方向均等分位の少なくとも２点からスタートした渦巻き波紋Ｐを呈する波形断面の皿ばねＤを提案した。この提案の皿ばねＤは、波形Ｐが渦巻き状であることから、周囲の剛性が均一化され、撓み作用時、応力の片寄りがなく周方向に均等に撓む。

【０００６】しかしながら、図４に示すように、その圧力一変位曲線（○：加圧時、●：減圧時、比較例（破線）参照）は、直線性に欠け、とくに加圧開始時がなめらかでない。この種の皿ばねが多く使用されるダイヤフラム型センサーにおいては、加圧開始時の直線性を要求されるものがある。

【０００７】また、ユーザからは、もっと微圧で大きい変位を得るもの、すなわち、圧力− 変位曲線の勾配が大きいものを要求された。

【０００８】この要求に応えるべく、本願考案者等は、圧力−変位曲線の勾配を大きくするには、皿ばね全体の剛性を低下させることにあると考えた。このため、まず、一筋の渦巻き波紋Ｐの全長が長くなればなるほど、剛性が低下することを知見した。

【０００９】また、渦巻き波紋Ｐを、中心円形１０の周り均等分位の少なくとも２点からスタートさせたのは、皿ばねＤの撓み時、その中心軸が傾くのを避けるためであった。しかし、渦巻き波紋Ｐが１筋でも、その周廻数が増せば、中心軸の傾きが生じない（無視できる程度しか傾かない）ことを知見した。

【００１０】さらに、ばねの剛性の低下は、実開昭５８−３４２４６号公報のごとく、その形状を椀状とすれば得ることができる。

【００１１】本考案は、以上の点に留意し、前記渦巻き波紋の皿ばねの圧力−変位曲線の勾配を大きくすること、及び加圧開始時の圧力一変位曲線を直線状とすることを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため、本考案にあっては、上記知見に基づき、上記渦巻き波紋を呈する波形断面の皿ばねにおいて、その渦巻き波紋の周廻数を３回以上とし、かつ、渦巻き波紋の半径方向の傾斜部分の断面を中心円形の突出側から見て凹状とした構成としたのである。

【００１３】渦巻き波紋は一条でもよく、また複数条の場合には、その各起点は中心円形周り均等分位とする。

【００１４】上記素材板中心円形の周りに隣接して同心円形波紋を形成すると共に、この同心円形波紋と同心でかつ所定間隔をあけて外側円形波紋を形成し、この両円形波紋間に上記渦巻き波紋を形成するとともに、その渦巻き波紋の両端を前記円形波紋にそれぞれ合流させたものとすることもできる。

【００１５】上記渦巻き波紋の周廻数を３周以上とすると、皿ばねの撓み時、その中心軸の傾きがなくなり、好ましくは５周以上とする。

【００１６】

【作用】

このように構成される皿ばねは、その表面に押圧力、例えば圧縮空気圧等が加わると、その押圧力による撓みが渦巻き波紋を介して全域に伝達され、発生する応力に片寄りがなく、中心軸が傾くことなく周方向に均等に撓む。この撓み時、渦巻き波紋の全長が長くなっているとともに、その断面形状が中心円形に傾斜して椀状となっているため、従来のものに比べ、剛性も低く、すなわち、撓み度合も大きい。よって、圧力−変位曲線は、その勾配は大きいものとなり、さらに、波紋傾斜部分の断面が凹状となっていることにより、加圧開始時、直線状となる（実施例参照）。

【００１７】また、同心円形波紋及び外側円形波紋を設ければ、波紋のプレス成形時、中心部に生じる盛り上り状の歪は同心円形波紋に吸収分散され、外周囲に生じる皺状の歪は外側円形波紋に吸収分散される。この吸収分散は、渦巻き波紋の始終端を両円形波紋に合流しているため、その効果がより増しており、この吸収分散により皺状歪は生じにくく、撓み作用が円滑化する。

【００１８】したがって、上記皿ばねをダイヤフラム、ダイヤフラム型圧力検出装置に使用すれば、皿ばねが上記特性を有するため、長期に亘って一定の特性（復元力）を有し、高い信頼性を得るものとなる。

【００１９】また、上記皿ばねをキーボードスイッチのキートップ復帰用ばねに使用すれば、その皿ばねの上記特性により押圧力が波紋を介して全域に伝達されるため、垂直分力のみならず、水平分力によっても撓み、円滑な撓み作用をなし、操作性がよいものとなる。

【００２０】

【実施例】

この実施例は、皿ばねをダイヤフラムとしたものであり、使用した素材は、厚さ：０．０１５mmのステンレス箔、３４mmφのフープを、プレス加工して仕上がり外径で２５．４mmφとしたものである。

【００２１】この実施例を図１、図２に示し、同図において、渦巻き波紋Ｐのピッチｄ＝０．５９８mm、中心円形１０の径Ｓ＝５．０mm、波紋Ｐの最外径＝２０．２mm、谷部及び山部の曲率ｒ＝０．３mm、波紋Ｐの高さｔ＝０．０８mm、外周と中心との高低差Ｔ＝１．２mm、波紋Ｐ部分の曲率Ｒ＝１００mmとし、その曲率Ｒの中心は中心円形１０が突出した面側として、波紋Ｐの半径方向の傾斜部分の断面を中心円形１０の突出側から見て凹状にするとともに、前記中心円形１０の周囲一点から渦巻き波紋Ｐを１２周廻余り形成した（図１、図２は波が省略してある）。

【００２２】一方、比較例として、図８に示した渦巻き波紋Ｐを中心円形１０の３等分位から形成し、その周廻数を１回余りとし、かつ、曲率Ｒの中心を中心円形が突出した面の反対側として、波紋Ｐの半径方向の傾斜部分の断面を中心円形の突出側から見て凸状としたものを製作した。このとき、ｄ、ｓ、ｒ、ｔ、Ｔ、Ｒ等は全て同じとした。

【００２３】上記実施例および比較例を図５及び図６に示す圧力−変位測定装置にセットし、それぞれの圧力−変位結果を図３、図４に示す。図中、実線が実施例、鎖線（破線）が比較例を示し、図３は、図４と同様に、横軸方向は圧力（mmｇ）、縦軸方向は変位（mm）を表す。

【００２４】この図３の結果から、実施例のものが比較例に比べ、その勾配が急（大）となっていることが理解できる。すなわち、実施例は、比較例に比べ微圧で大きい変位を得ることができる。なお、両例において、中心軸の傾きは生じなかった。

【００２５】また、図４の結果から、実施例のものは、加圧開始時（０〜７００mmＡｇ）、ほぼ直線状の圧力一変位を示すことがわかる。

【００２６】上記圧力−変位測定装置は、図５に示すように、図６に示す測定器Ａを基盤１にボルト締めし、変位杆２の上下の動き量を周知の光センサー３によって検出するものとした。測定器Ａは、第６図に示すように、ケーシング４内にパッキング５を介して実施例又は比較例の皿ばねＤをセットし、ポート６から圧縮空気を導入し、その導入圧で皿ばねＤを撓ませて、変位杆２をばね７に抗して押し下げるものである。図中、８は透明アクリル板で、これを通して皿ばねＤの撓み作用を見ることができる。

【００２７】上記実施例において、図７に示すように、中心円形１０の周りに隣接して同心円形波紋Ｐ₁を形成するとともに、この同心円形波紋Ｐ₁と同心でかつ所定間隔をあけて外側円形波紋Ｐ₂を形成し、両円形波紋Ｐ₁、Ｐ₂間に渦巻き波紋Ｐ₃ を前記実施例と同一周廻り形成するとともに、その渦巻き波紋Ｐ₃の両端を円形波紋Ｐ₁、Ｐ₂に合流させたものを製作したところ、同様な効果を得た。このものの場合、内側の円形波紋Ｐ₁を省略することもできる。

【００２８】また、図８に示す、中心円形１０の周りにその周方向３等分位から渦巻き波紋Ｐをスタートさせて形成し、かつ、その波紋Ｐを３周廻り以上させたものも同様な効果を得た。このものにおいて、前記外側円形波紋Ｐ₂を形成し、その波紋Ｐ₂ に各渦巻き波紋Ｐの端を合流した構成とすることもできる。

【００２９】なお、上記渦巻き波紋Ｐ、Ｐ₃の傾斜度、すなわち、図２における傾斜高さｈと径方向の長さｌの比（ｈ／ｌ）を１／５以下とするとよい。好ましくは１／６とする。１／５以上となると、プレス成形の際、現在の技術では、その成形圧が、外向きの斜面と内向きの斜面とで大きく異なって製造が不可能となるからである。

【００３０】

【考案の効果】

本考案は、以上のように構成したので、従来のものに比べ微圧で大きい変位（撓み）を得ることができるとともに、加圧開始時における圧力一変位曲線を直線状とすることができる。

【００３１】また、内外の円形波紋を形成し、この両円形波紋に渦巻き波紋の両端をそれぞれ合流させれば、その波紋をプレス成形する際、皺状歪が生じにくく撓み作用が円滑化する。

【提出日】平成６年３月１６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】上記実施例および比較例を図５及び図６に示す圧力−変位測定装置にセットし、それぞれの圧力−変位結果を図３、図４に示す。図中、実線が実施例、鎖線（破線）が比較例を示し、図３は、図４と同様に、横軸方向は圧力（mmH ₂O ）、縦軸方向は変位（mm）を表す。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】また、図４の結果から、実施例のものは、加圧開始時（０〜７００mmH ₂O ）、ほぼ直線状の圧力一変位を示すことがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の概略正面図

【図２】同実施例の断面図

【図３】圧力−変位測定図

【図４】圧力−変位測定図

【図５】圧力−変位測定装置の概略図

【図６】図５の要部断面図

【図７】他の実施例の概略正面図

【図８】従来例の概略正面図

【図９】従来例の概略正面図

【符号の説明】

１０中心円形Ｐ、Ｐ₃ 渦巻き波紋Ｐ₁、Ｐ₂ 円形波紋Ａ圧力−変位測定器Ｄ皿ばね

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者渡辺照夫東大阪市岩田町２丁目３番１号タツタ電線株式会社内 (72)考案者大西喜八東大阪市岩田町２丁目３番１号タツタ電線株式会社内

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】素材板中心円形１０の周りに、その周り
任意の点から渦巻き波紋Ｐを呈する波形断面とし、その
渦巻き波紋Ｐは前記中心円形１０に傾斜してなる皿ばね
において、上記渦巻き波紋Ｐを少なくとも３周廻り形成し、かつ渦
巻き波紋Ｐの半径方向の傾斜部分の断面を中心円形の突
出側から見て凹状としたことを特徴とする皿ばね。
【請求項２】請求項１に記載の皿ばねＤにおいて、上
記素材板中心円形１０の周りに隣接して同心円形波紋Ｐ
₁を形成すると共に、この同心円形波紋Ｐ₁と同心でか
つ所定間隔をあけて外側円形波紋Ｐ₂を形成し、両円形
波紋Ｐ₁、Ｐ₂間に、上記渦巻き波紋Ｐ₃を形成すると
ともに、その渦巻き波紋Ｐ₃の両端を、前記円形波紋Ｐ
₁、Ｐ₂にそれぞれ合流させたことを特徴とする皿ば
ね。