JPH068657B2 - スプリング装置 - Google Patents

スプリング装置

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JPH068657B2
JPH068657B2 JP61240322A JP24032286A JPH068657B2 JP H068657 B2 JPH068657 B2 JP H068657B2 JP 61240322 A JP61240322 A JP 61240322A JP 24032286 A JP24032286 A JP 24032286A JP H068657 B2 JPH068657 B2 JP H068657B2
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elastic vertical
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は長いストロークにわたってほぼ一定の反発力
が得られるスプリング装置に関するものである。
〔従来の技術および発明が解決しようとする問題点〕
従来、伸縮ストロークの大きなスプリング装置として
は、コイルスプリングが使用されているが、このコイル
スプリングは、伸縮ストロークに比例して反発力が変化
するものであるために、伸縮ストロークの大きさに拘わ
らずほぼ一定の反発力を得ることはできなかった。
この発明は上記のように実情にかんがみてなされたもの
であって、その目的とするところは、長いストロークに
わたってほぼ一定の反発力が得られるスプリング装置を
提供することにある。
〔問題点を解決する手段〕
この発明は、同一長さを有する複数本の弾性縦梁を複数
の水平連結梁により互いに連結してなりかつ前記各弾性
縦梁の螺旋状変形および復元により伸縮するスプリング
体を、上下一対のスプリング受間に設けるとともに、前
記各弾性縦梁の一端はそれぞれ一方のスプリング受に、
この一方のスプリング受の外周縁に沿わせて間隔をおい
て設けた複数の縦梁枢着金具を介してスプリング受周方
向に起伏回動可動に枢着し、前記各弾性縦梁の他端はそ
れぞれ他方のスプリング受に回転可能に設けたターンテ
ーブルに、このターンテーブルの外周縁部に沿わせ間隔
をおいて設けた複数の縦梁枢着金具を介してスプリング
受周方向に起伏回動可能に枢着したことを特徴とするも
のである。
〔作用〕
すなわち、この発明のスプリング装置は、前記スプリン
グ体の各弾性縦梁を螺旋状に弾性変形させながら縮小
し、この各弾性縦梁の復帰力によって伸長するもので、
前記各弾性縦梁はその端部を枢着しているターンテーブ
ルを回転させながらほぼ一定の反発力で変形復元するか
ら、このスプリング装置によれば、長いストロークにわ
たってほぼ一定の反発力を得ることができる。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を参照して説明する。
第１図において、１，２は円板状の上下一対のスプリン
グ受、３は上下のスプリング受１，２間に設けられたス
プリング体であり、このスプリング体３は、同一長さを
有する複数本例えば３本の弾性縦梁４，４と、この各弾
性縦梁４，４を連結する複数の水平連結梁５，５とから
なっている。前記弾性縦梁４，４は、グラスファイバま
はカーボンファイバで強化したエポキシ樹脂等の弾性線
材からなるもので、この各弾性縦梁４，４の下端は、下
スプリング受１にその外周縁に沿わせて等間隔に枢着さ
れており、また各弾性縦梁４，４の上端は、上スプリン
グ受２の下面にベアリング６を介して回転可能に設けた
ターンテーブル７にその外周縁を沿わせて等間隔に枢着
されている。第２図は下スプリング受１に対する弾性縦
梁４の枢着構造を示したもので、各弾性縦梁４の下端は
それぞれ、下スプリング受１に、この下スプリング受１
の上面にスプリング受外周縁に沿わせて間隔をおいて設
けた複数の縦梁枢着金具８を介してスプリング受周方向
（スプリング受１の径方向に対して直交する方向）に起
伏回動可能に枢着されている。これは、ターンテーブル
７に対する弾性縦梁４の枢着構造も同様であり、各弾性
縦梁４の上端はそれぞれ、前記ターンテーブル７に、こ
のターンテーブル７の外周縁部に沿わせて間隔をおいて
設けた複数の縦梁枢着金具を介してスプリング受周方向
に起伏回動可能に枢着されている。
また、前記水平連結梁５，５は、スプリング体３の長さ
方向に等間隔に設けられている。第３図〜第６図はそれ
ぞれ前記水平連結梁５を示したもので、第３図〜第５図
に示した水平連結梁５はそれぞれ合成樹脂製のものであ
り、第６図に示した水平連結梁５は耐引張性の高い繊維
索からなっている。これら水平連結梁５，５はいずれも
各弾性縦梁４４同志を互いに連結して各弾性縦梁４，４
をスプリング体３の外周側に脹らみ変形しないように拘
束するもので、第３図〜第５図に示した水平連結梁５
は、各弾性縦梁４，４をスプリング体３の内周側にも脹
らみ変形しないように拘束するようになっている。
前記スプンリグ体３は、その各弾性縦梁４，４を螺旋状
に弾性変形させながら縮小し、各弾性縦梁４，４を復帰
力によって伸長するもので、各弾性縦梁４，４がほぼ直
線状に伸びている状態つまりスプリング体３が最も伸長
している初期状態でスプリング体３に圧縮力を加える
と、この圧縮力によって各弾性縦梁４，４が撓み変形す
るが、この各縦梁４，４は水平連結梁５，５で連結され
ているためにスプンリグ体３の周方向にのみ撓み変形す
るから、各縦梁４，４はターンテーブル７を回転させな
がら第１図（ａ）に示すように螺旋状に変形する。な
お、この場合、各縦梁４，４の初期姿勢を螺旋変形方向
に向けて若干傾けておくか、あるいは圧縮初期にターン
テーブル７を若干回転させてやれば、各縦梁４，４をス
ムーズに螺旋状に変形させてやることができる。この各
縦梁４，４の螺旋状変形は、スプリング体３を圧縮し続
けるのにともなって巻回数を増しながら進行して行き、
最終的には螺旋状に変形した各縦梁４，４が互いに重な
り合う状態となる。また、スプリング体３に加えた圧縮
力を開放すると、各弾性縦梁４，４がその復元力で上記
圧縮時とは逆にターンテーブル７を回転させながら第１
図（ｂ）に示すように螺旋状態から復元して行き、最終
的に各縦梁４，４がほぼ直線状に伸びて垂直に立上がる
最伸長状態に復帰する。なお、前記水平連結梁５，５の
縦梁連結部には、弾性縦梁４，４の螺旋状変形つまり縦
梁の角度変化にともなってねじり力が作用するが、この
ねじり力は、第７図および第８図に示すように水平連結
梁５の縦梁連結部5aを連結梁５と別部材としてこの縦梁
連結部5aをボルト10またはピン11により連結梁５に回動
可能に枢支することによって吸収することができるし、
また水平連結梁５の縦梁連結部にねじれ変形可能な弾性
をもたせれば、第９図に示すように水平連結梁５とその
縦梁連結部とを一体としても上記ねじり力を吸収するこ
とができる。
すなわち、前記スプリング装置は、複数本の弾性縦梁
４，４を複数の水平連結梁５，５により互いに連結して
なりかつ各弾性縦梁４，４の螺旋状変形および復元によ
り縮伸するスプリング体３を、下スプリング受１と上ス
プリング受２との間に設けるとともに、前記各弾性縦梁
４，４の下端を下スプリング受１に枢着し、可弾性縦梁
４，４の上端を上スプリング受２に回転可能に設けたタ
ーンテーブル７に枢着したものであり、このスプリング
装置は、その伸縮ストロークのほぼ全長にわたってほぼ
一定な反発力をもつという特徴をもっている。
このスプリング装置の反発力を１本の弾性縦梁４の反発
力について説明すると、この弾性縦梁４を螺旋状に変形
さえたときの弾性反発力Ｐは、その歪みのエネルギーを
長さの変化で微分することにより得られ、次のように定
式化できる。
Ｐ＝４／Ｄ２・ｘ／Ｌ〔２ＥＩ｛１-(ｘ／Ｌ)２｝ ＋ＧＪ｛２（ｘ／Ｌ）２−１｝〕 Ｄ；スプリング体３の直径 ｘ／Ｌ；伸展率 （完全縮小時…０，完全伸長時…１） ＥＩ；縦梁４の曲げ剛性 ＧＪ；縦梁４のねじり剛性 第１０図は上記式に基づいて弾性縦梁４の伸展率と弾性
反発力を求めた計算結果を示したもので、ここでは弾性
縦梁４が全長にわたって一様な螺旋状変形を生じると仮
定した場合の反発力を示している。そして、このように
弾性縦梁４が全長にわたって一様な螺旋状変形を生じる
と仮定すると、この弾性縦梁４は通常のコイルスプリン
グのばね特性とは異なってはいるものの、必ずしも一様
な反発力を示すとはいえないが、実際には、第１０図の
Ａ点より左側の伸展率では、弾性縦梁４は全長にわたっ
て一様な螺旋形状には変形していない。これは、例えば
Ａ点より左側の適当な点Ｂにおける反発力について考察
してみれば分ることであり、Ｂ点より少しでも弾性縦梁
４が伸びると、その反発力が荷重を越えて弾性縦梁４が
ますます伸びようとするし、Ｂ点より少しでも弾性縦梁
４が縮むと、その反発力が荷重より小さくなって弾性縦
梁４がますます縮もうとするから、Ｂ点に相当する伸展
率において弾性縦梁４の伸展長さを拘束した場合には、
弾性縦梁４は、片側が伸びて片側が縮んだ螺旋状にな
る。したがって、十分に長い弾性縦梁４の場合の螺旋変
形状態からの伸展挙動は次のように説明することができ
る。螺旋が密着する状態に縮んでいる縦梁４がこの状態
から伸びる場合、この縦梁４はその一端から徐々に伸び
上がり、Ａ点に相当する伸展率（荷重と釣合う伸展率）
で安定しようとする。そして、一端が安定状態に達する
と、それ以上の伸展に対しては、安定状態に達した部分
は伸び変形をしないから、縦梁４は密着状態に近い螺旋
部分からＡ点に向かって次々に伸び上がって行くことに
なる。これを模式的に示したのが第１１図であり、弾性
縦梁４は（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）のように伸展
挙動する。
第１２図は上記のような弾性縦梁４の伸展挙動によって
伸展するスプリング装置の伸展率と反発力との関係を示
したもので、ここでは、直径1.5mmの繊維強化合成樹脂
線材からなる３本の弾性縦梁４を使用するとともに、ス
プリング体３の最小縮小時における直径が150mmになる
ように設計したスプリング装置の反発力を示している。
この図からも分るように上記スプリング装置は、その最
少縮小付近と最大伸長付近を除けば、どのような伸展率
においてもほぼ一定の反発力を示している。
したがって、このスプリング装置によれば、長いストロ
ークにわたってほぼ一定の反発力を得ることができる。
なお、このスプリング装置の反発力は、弾性縦梁４，４
の本数およびその径を選択することで任意に設定するこ
とができる。
次に、上記スプリング装置の用途について説明すると、
第１３図〜第１６図は上記スプリング装置を利用して重
量物を昇降させる、昇降装置を示している。この昇降装
置について説明すると、図中20は昇降装置のケースであ
り、このケース20は、円筒状の下ケース21と、この下ケ
ース21の外側に昇降可能に嵌装された上ケース22とから
なっている。なお、前記上ケース22は、下ケース21の外
周面に設けた図示しないガイドレールで案内されて周方
向には回動することなく昇降するようになっている。ま
た、前記下ケース21の下端には、下スプリング上１を兼
ねる底板21ａが設けられ、上ケース22の上端には上スプ
リング受２を兼ねる重量物載置用天板22ａが設けられて
おり、この天板22ａの下面にはベアリング６を介してタ
ーンテーブル７が取付けられている。そして、前記ケー
ス20内には、前述したスプリング体３が設けられてお
り、このスプリング体３の各弾性縦梁４，４の下端は下
ケース21の底板21ａに枢着され、上端は上ケース22の天
板22ａ下に設けたターンテーブル７に枢着されている。
また、前記下ケース21の外周面の両側には、そのほぼ全
高さにわたってラック23，23が形成されており、上ケー
ス22の下端側両側には前記ラック23，23に噛合して上ケ
ース22を任意の昇降高さにロックするロック爪24，24が
設けられている。このロック爪24は、第１６図に示すよ
うに下ケース21に基端を固定した板ばね25の先端に取付
けられてこの板ばね25の弾力によりラック23に噛合され
ており、このロック爪24と一体のロック解除レバー26を
ケース20側に押すことによってラック23から離脱される
ようになっている。また、27は上ケース22のロックが外
れた場合の安全対策および上ケース22の昇降速度調整の
ために設けられたダンパである。
この昇降装置は、例えば倉庫内での棚上への荷物の上げ
降し等に使用されるもので、棚上に荷物を上げる場合
は、この昇降装置を棚に近付けて床上に置き、その上ケ
ース22を下降限まで降下させてこれをロックした状態
で、その天板22ａ上に荷物30を載置する。この後は、ロ
ック解除アーム26,26を手でケース20側に押してロック
爪24，24をラック23，23から離脱させることにより、上
ケース22のロックを解除して上ケース22を上昇させてや
ればよく、この場合、荷物30の重量がスプリング体３の
反発力より小さければ、このスプリング体３の反発力に
よって上ケース22が上昇して荷物30を押上げる。なお、
前記ロック解除レバー26，26は上ケース22の上昇中はそ
のまま押し続けておけばよく、また荷物30が軽すぎる場
合は、上ケース22が高速で上昇しようとするが、この上
ケース22の上昇速度は前記ダンパ27によって減速され
る。また、荷物30の重量がスプリング体３の反発力によ
り大きくて、スプリング体３の反発力だけでは上ケース
22が上昇しない場合には、ロック解除レバー26，26を押
したままこのロック解除レバー26，26を引上げて上ケー
ス22を上昇させてやればよく、この場合も、前記スプリ
ング体３の反発力が上ケース22を押上げるように働くた
めに、小さい力で上ケース22を上昇させてその上の荷物
30を押上げることができる。また、上ケース22の上昇を
停止させる場合には、その天板22ａが棚とほぼ同じレベ
ルになるまで上ケース22が上昇したときにロック解除レ
バー26，26を放せばよく、このロック解除レバー26，26
を放すと、板ばね25のばね力でロック爪24，24をラック
23，23に噛合して上ケース22がそのときの高さにロック
されるから、この後に上ケース22上の荷物30を横に移動
させて棚上に移し替えればよい。一方、棚上の荷物を降
す場合は、上記と逆に上ケース22を棚の高さに上昇させ
てこれをロックした状態で、その天板22ａ上に棚上の荷
物30を移し、この後にロック解除アーム26,26を押して
上ケース22のロックを解除すればよく、この場合は、荷
物30の重量がスプリング体３の反発力より大きければ、
荷物30の重量でスプリング体３が縮小して上ケース22を
下降させる。なおこの場合も、荷物30が重すぎて上ケー
ス22が高速で下降しようとする場合は、この上ケース22
の下降速度は前記ダンパ27によって減速される。また、
荷物の重量がスプリング体３の反発力より小さくて上ケ
ース22が逆に上昇しようとする場合は、ロック解除レバ
ー26，26を押したままこのロック解除レバー26，26を引
下げて上ケース22を下降させてやればよく、この場合
も、荷物30の重量はスプリング体３の反発力で支えられ
るから、小さい力で荷物30を降すことができる。
なお、上記スプリング装置は、その弾性縦梁４，４の変
性特性の関係からこの弾性縦梁４，４の直径をスプリン
グ体３の直径１／100程度以下に抑える必要があるた
め、例えば直径が30cmのスプリング体３を使用する昇降
装置の最大押上げ重量は100kg程度である。
また、前記スプリング装置は、荷物等の昇降装置に限ら
ず、例えば据置型テレビカメラの昇降式スタンドや、椅
子の伸縮脚等にも利用できるもので、据置型テレビカメ
ラの昇降式スタンドのようにその負担重量が決まってい
る場合は、スプリング装置の反発力を負担重量と釣合う
ように設定しておくことにより、極めて小さい力でカメ
ラを上下させることができるし、また椅子の伸縮脚に前
記スプリング装置を使用すれば、椅子に座ったまま僅か
に腰を浮かしてロックを外すことで、微妙な高さ調整を
行なうことができる。また、前記スプリング装置は、こ
れを横にして使用できることももちろんである。さら
に、上記実施例では、一対のスプリング受１，２のうち
一方だけにターンテーブル７を設けているが、このター
ンテーブルを両方のスプリング受に設けて、弾性縦梁
４，４の両端をターンテーブルに枢着してもよい。
〔発明の効果〕
この発明のスプリング装置は、同一長さを有する複数本
の弾性縦梁を複数の水平連結梁により互いに連結してな
り各弾性縦梁の螺旋状変形および復元により伸縮するス
プリング体を、上下一対のスプリング受間に設けるとと
もに、前記各弾性縦梁の一端はそれぞれ一方のスプリン
グ受に、この一方のスプリング受の外周縁に沿わせて間
隔をおいて設けた複数の縦梁枢着金具を介してスプリン
グ受周方向に起伏回動可能に枢着し、前記各弾性縦梁の
他端はそれぞれ他方のスプリング受に回転可能に設けた
ターンテーブルに、このターンテーブルの外周縁部に沿
わせて間隔をおいて設けた複数の縦梁枢着金具を介して
スプリング受周方向に起伏回動可能に枢着したものであ
るから、長いストロークにわたってほぼ一定の反発力を
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図〜第１２図はこの発明の一実施例を示したもの
で、第１図はスプリング装置の縮小状態および伸長状態
の側面図、第２図は第１図のII部の拡大図、第３図〜第
６図はそれぞれスプリング装置の弾性縦梁を連結する連
結梁の平面図、第７図〜第９図はそれぞれ連結梁の弾性
縦梁連結部の拡大平面図、第１０図は弾性縦梁が全長に
わたって一様に螺旋変形すると仮定した場合の伸展率と
弾性反発力の関係を示す図、第１１図は弾性縦梁の実際
の伸展挙動図、第１２図はスプリング機構の伸展率と弾
性反発力の関係を示す図である。第１３図〜第１６図は
この発明のスプリング装置を利用した昇降装置を示した
もので、第１３図は外観図、第１４図および第１５図は
縮小状態および伸長状態の縦断側面図、第１６図はロッ
ク部の拡大断面図である。 １…下スプリング受、２…上スプリング受、３…スプリ
ング体、４…弾性縦梁、５…水平連結梁、７…ターンテ
ーブル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭61−124407（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭40−16563（ＪＰ，Ｂ１) 米国特許3015482（ＵＳ，Ａ)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】同一長さを有する複数本の弾性縦梁を複数
    の水平連結梁により互いに連結してなりかつ前記各弾性
    縦梁の螺旋状変形および復元により伸縮するスプリング
    体を、上下一対のスプリング受間に設けるとともに、前
    記各弾性縦梁の一端はそれぞれ一方のスプリング受に、
    この一方のスプリング受の外周縁に沿わせて間隔をおい
    て設けた複数の縦梁枢着金具を介してスプリング受周方
    向に起伏回動可動に枢着し、前記各弾性縦梁の他端はそ
    れぞれ他方のスプリング受に回転可能に設けたターンテ
    ーブルに、このターンテーブルの外周縁部に沿わせて間
    隔をおいて設けた複数の縦梁枢着金具を介してスプリン
    グ受周方向に起伏回動可能に枢着したことを特徴とする
    スプリング装置。
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