JPH07248035A - 波形ばね - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の主な目的は、荷重を加えた時にばね有
効部の長さが減ることを回避し、荷重−変位特性が極端
な非線形特性になることを防ぐことにある。 【構成】円環状に形成された偏平なばね材１１からな
り、側面方向から見て円弧状の山部１５と円弧状の谷部
１６とこれら山部１５と谷部１６をつなぐ直線状のばね
有効部１７がばね材１１の円周方向に交互に設けられて
おり、無荷重状態における山部１５の湾曲内側の曲率半
径Ｒ1 が山部１５の高さＨ1 よりも小さく、谷部１６の
湾曲内側の曲率半径Ｒ2 が谷部１６の深さＨ2 よりも小
さい。また、ばね材１１の板厚をｔとしたとき、Ｒ1 と
Ｒ2 はいずれも板厚ｔ以上、板厚ｔの５倍までとしてい
る。ばね材１１の円周方向両端部には、両端部が互いに
厚み方向に重なった状態でばね材の円周方向に相対移動
できるように逃げ部が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車のオート
マチックトランスミッションの多板クラッチ機構をはじ
めとして、各種機器に使われる波形ばねに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等のオートマチックトランスミッ
ションの多板クラッチ機構部には、クラッチ板のリター
ン用あるいはクラッチ接続時のショック吸収用として、
ばねが内蔵されている。このばねには、皿ばねや波形ば
ねのようなリング状のばねが使われていたが、従来の皿
ばねや波形ばねは、円周方向に切断面のない完全リング
であるため、その製造はプレスによる打抜き・成形によ
るものであった。このため材料歩留まりがきわめて悪
く、コストアップの原因となっていた。

【０００３】上記の問題を解決するための手段として、
帯状のばね材料をＣ形に成形し、このばね材の円周方向
に山部と谷部を交互に成形したばね（いわゆる波形ば
ね）が開発された。この種のばねは、適宜長さに切断さ
れた帯状のばね材を用いることができるため、従来のプ
レス打抜きによるばねに比べて材料歩留まりが著しく向
上するが、以下に述べるような問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の波形ばねは、図
１３に模式的に示す波形ばね１のように、山部２と谷部
３が交互に成形されており、山部２と谷部３との間の中
間部分（ばね有効部４）がなだらかなカーブを描いて山
部２と谷部３とに連続している。このような波形ばね１
は、山部２と谷部３の曲率半径ｒがかなり大きなものと
なっている。

【０００５】上記波形ばね１が使用される際には、図１
４に示すように、波形ばね１の厚み方向から互いに平行
な一対の相手部品５，６によって荷重が負荷される。こ
の場合、荷重の増加に伴って一方の相手部品５と山部２
との接触部の長さが増加するとともに、他方の相手部品
６と谷部３との接触部の長さも増加するため、ばね有効
部４の長さが相対的に減少する。このためこの波形ばね
１は、図１５に示すような非線形の荷重−変位特性を示
すようになる。

【０００６】このため従来の波形ばね１は、山部２や谷
部３の形状によっては、必要以上に極端な非線形特性と
なってしまい、要求される荷重−変位特性を満足できな
いことがあるばかりでなく、実用に適さないこともあり
える。

【０００７】また上記波形ばね１は、図１６に示すよう
に円周方向の一部が切れているために、切れ目のない完
全リングのばねに比べて、円周方向両端部７，８におい
て剛性が不連続となっている。しかも円周方向の一部が
切れている波形ばね１の場合には、荷重が負荷された時
に両端部７，８以外の箇所ではばね有効部４が両端から
曲げモーメントを受けるのに対し、両端部７，８付近に
おいてはこのような曲げモーメントが生じないため、両
端部７，８付近の荷重が低くなり、円周上の荷重分布に
アンバランスを生じている。

【０００８】これらの理由から、各山部２の反力と各谷
部３の反力の合力の中心がばね１の中心軸から偏心する
ことがある。こうした荷重分布のアンバランスが生じる
と、波形ばね１が例えばクラッチ板付勢用ばねとして用
いられる場合などにおいて、波形ばね１を付勢するクラ
ッチ作動用油圧ピストンがシリンダに対して傾いてしま
い、ピストンの動きが阻害されるなどして、作動不良の
原因になることがあった。

【０００９】また、波形ばねに荷重が負荷されて変位す
る時に、このばねは密着状態に近付くにつれて周長が伸
びようとするため、通常は外径が拡大する方向の変位を
生じる。ところがこの波形ばねの外周側が相手部品など
によって囲まれていて外周側が拘束されるような使われ
方をする場合には、波形ばねの周長が伸びようとしても
径方向には変位できず、周方向でしか変位できない。こ
のため周方向に自由度がないと、ばねが剛となって急激
な荷重増加を生じることになり、最悪の場合はばねが折
損する。

【００１０】従って本発明の目的は、波形ばねの荷重−
変位特性が極端な非線形特性になることを回避でき、荷
重分布を均一化に近付けることができ、また、変位量が
大きい時の周長の増加分を吸収できるような波形ばねを
提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を果たすため
に開発された本発明の波形ばねは、円環状に形成された
偏平なばね材からなり、側面方向から見て円弧状の山部
と円弧状の谷部とこれら山部と谷部をつなぐ直線状のば
ね有効部とがばね材の円周方向に交互に設けられてお
り、しかも無荷重状態における山部の湾曲内側の曲率半
径Ｒ1 が山部の高さＨ1 よりも小さくかつ谷部の湾曲内
側の曲率半径Ｒ2 が谷部の深さＨ2 よりも小さいことを
特徴とするものである。そして好ましくは、ばね材の板
厚をｔ、山部の湾曲内側の曲率半径をＲ1 、谷部の湾曲
内側の曲率半径をＲ2 としたとき、ｔ≦Ｒ1 ≦５ｔ，ｔ
≦Ｒ2 ≦５ｔとしている。

【００１２】

【作用】請求項１に記載された本発明の波形ばねは、従
来の波形ばねに比べて山部と谷部がエッジ状に近付くこ
とにより、荷重負荷時における相手部品と波形ばねとの
接触域の増加が防止され、ばね有効部の減少が回避され
る。

【００１３】また、請求項２に記載されているようにＲ
1 とＲ2 をばね材の板厚ｔ以上とすることで、山部ある
いは谷部における過剰な応力の発生を防いでいる。請求
項３に記載した波形ばねは、山部と谷部とばね有効部の
形状が簡単であることから、所定のばね形状への成形が
容易である。

【００１４】請求項４に記載の波形ばねは、山部と谷部
を半円状の突起とすることにより、荷重増加時において
ばねの変位が大きくなってもばね有効部が相手部品に接
触しにくくなり、ばね有効部の減少を更に効果的に防止
することができる。これにより、荷重−変位特性を更に
線形（リニヤ）に近付けることが可能である。請求項５
に記載した波形ばねのように、ばね材が円周方向の一部
で切れているものにおいて、円周方向両端部に逃げ部を
設けたことにより、波形ばねの変位に伴って周長が伸び
る時にも、周方向の自由度を確保することができるよう
にした。

【００１５】また、請求項６に記載した波形ばねでは、
円周方向両端部に近い位置（ばねの切れ目付近）にある
山部の高さを、円周方向両端部から遠い位置にある山部
の高さよりも大きくしたことにより、このばねを相手部
品によって変位させた時に円周方向両端部におけるばね
有効部の変位量を大きくして、切れ目付近の荷重低下を
補うようにしている。また、請求項７に記載の波形ばね
では、ばねの切れ目付近における山部と谷部の密度が高
くなることにより、円周方向両端部が受ける荷重を増し
て円周上の荷重分布のバランスをとるようにしている。

【００１６】

【実施例】以下に本発明の第１実施例について、図１〜
図８を参照して説明する。図４に示す波形ばね１０は、
平面形状が円環状をなす偏平なばね材１１からなる。ば
ね材１１は、帯板状のばね鋼である。この波形ばね１０
は、図１ないし図３に示すように、側面方向から見て円
弧状の山部１５と、円弧状の谷部１６と、これら山部１
５と谷部１６をつなぐ直線状のばね有効部１７を、ばね
材１１の円周方向に交互に設けたものである。図示例の
山部１５と谷部１６は、ばね材１１の円周方向におおむ
ね等ピッチで設けられている。

【００１７】この波形ばね１０は、図１に模式的に示し
たように、無荷重状態における山部１５の湾曲内側の曲
率半径Ｒ1 が山部１５の高さＨ1 よりも小さく、かつ、
谷部１６の湾曲内側の曲率半径Ｒ2 が谷部１６の深さＨ
2 よりも小さい。ばね有効部１７は山部１５の円弧と谷
部１６の円弧の接線方向に直線状に延びている。

【００１８】この波形ばね１０は、図２に示すように、
互いに平行な相手部品２０，２１の間に挟まれた状態で
使用されるが、相手部品２０，２１の距離を近付けて荷
重を増加させたとき、山部１５と谷部１６の接触域が増
加することを防ぐために、山部１５の曲率半径Ｒ1 と谷
部１６の曲率半径Ｒ2 を、ばね材１１の板厚ｔの５倍以
下としている。

【００１９】図１中の破線ｍは従来の波形ばねの輪郭を
示しており、従来の波形ばねに比べると本実施例の波形
ばね１０は山部１５と谷部１６がエッジ状であって、ば
ね有効部１７のふくらみが無くなった形状になってい
る。このように山部１５と谷部１６の形状をエッジ状に
近付けることによって、荷重増加時にばね有効部１７の
長さが減少することを防いでいる。これにより、荷重−
変位特性が極端な非線形特性になることを回避できるよ
うになった。このような山部１５と谷部１６のエッジ形
状は、円周方向に切れ目のない完全リング状の波形ばね
においても同様の効果が認められた。

【００２０】なお、山部１５と谷部１６の曲率半径Ｒ1
，Ｒ2 が小さくなるにつれて、山部１５と谷部１６の
応力が増加する傾向がある。このことも考慮に入れて、
有限要素解析の結果により、Ｒ1 ，Ｒ2 をいずれもばね
材１１の板厚ｔ以上とした。

【００２１】図３に示すように、ばね材１１は円周方向
の一部で切れているから、そのままでは円周方向両端部
３０，３１付近において荷重分布がアンバランスになる
可能性がある。そこでこの実施例では図５に一方の端部
３０を代表して示すように、端部３０に近い位置にある
山部１５ａの高さＴ1 を、端部３０から遠い位置にある
山部１５の高さＴ2 よりも高くしている。この場合、相
手部品２０，２１間の距離を近付けて波形ばね１０を変
位させた時に、円周方向両端部３０，３１付近のばね有
効部１７ａの撓みが他の部位のばね有効部１７の撓みよ
りも大きくなるため、円周方向両端部３０，３１付近の
荷重低下を補うことができる。

【００２２】これにより、円周上の荷重分布のアンバラ
ンスを少なくすることができ、各山部１５の反力と各谷
部１６の反力の合力の中心がこのばね１０の中心軸上に
位置するようになるため、例えば多板クラッチ機構のク
ラッチ付勢用波形ばねなどにおいて、ばねを押す油圧ピ
ストンがシリンダに対して傾くことがなくなり、作動不
良の原因を解消できた。

【００２３】なお、円周上の荷重分布のアンバランスを
解消する手段として、図６に示すように、ばね材１１の
円周方向両端部３０，３１に近い位置にある山部１５ｂ
と谷部１６ｂのピッチを、円周方向両端部３０，３１か
ら遠い位置にある山部１５と谷部１６のピッチよりも小
さくすることにより、両端部３０，３１付近の単位長さ
当りの波数を多くして荷重低下を補うようにしてもよ
い。

【００２４】また、ばね材１１の円周方向両端部３０，
３１には、図７に示すように、両端部３０，３１が互い
に厚み方向に重なった状態でばね材１１の円周方向に相
対移動できるような逃げ部３２が設けられている。この
逃げ部３２は一方の端部３０を曲げ加工したものであ
る。逃げ部３２を設けたことにより、波形ばね１０の外
周側が拘束された状態で使われても、ばね１０の変位に
よる周長の伸びを両端部３０，３１において吸収するこ
とが可能となり、両端部３０，３１同志の干渉による影
響も回避されてスムーズな特性を得ることができた。

【００２５】なお、図８に示した逃げ部３２のように、
ばね材１１の円周方向両端部３０，３１が互いに重なる
ことができるように、潰し加工によって両端部３０，３
１の板厚に段差を設けることにより、両端部３０，３１
が重なった状態でも円周方向に自由度をもたせるように
してもよい。

【００２６】図９は、本発明の他の実施例を示してい
る。この波形ばね１０は、図１０に模式的に示すよう
に、山部１５と谷部１６にそれぞれ半円状突起５０，５
１を設けており、山部１５の半円状突起５０の基部と谷
部１６の半円状突起５１の基部とが直線状のばね有効部
１７によってつながれている。

【００２７】図１１に示すようにこの波形ばね１０も相
手部品２０，２１の間に挟まれた状態で使用されるが、
荷重を負荷した時に荷重の増加に伴って山部１５と谷部
１６の接触域が増加することを防ぐために、前記実施例
と同様に、無荷重状態における山部１５の湾曲内側の曲
率半径Ｒ1 を山部１５の高さＨ1 よりも小さくし、か
つ、谷部１６の湾曲内側の曲率半径Ｒ2 を谷部１６の深
さＨ2 よりも小さくしているとともに、山部１５の曲率
半径Ｒ1 と谷部１６の曲率半径Ｒ2 をばね材１１の板厚
ｔの５倍以下としている。

【００２８】この場合も、山部１５と谷部１６の曲率半
径Ｒ1 ，Ｒ2 が小さくなり過ぎると山部１５と谷部１６
の応力が増加するため、応力増加も考慮して、有限要素
解析の結果により、Ｒ1 ，Ｒ2 をいずれもばね材１１の
板厚ｔ以上とした。上記のような半円状突起５０，５１
を採用したことにより、荷重増加時にばね有効部１７が
減少することを更に効果的に回避できるようになり、荷
重−変位特性をほぼ直線な特性に近付けることができ
た。

【００２９】この実施例のばね材１１も円周方向の一部
で切れており、図１２に示すようにばね材１１の円周方
向両端部３０，３１に前記実施例と同様の逃げ部３２が
設けられているとよい。また、円周方向の荷重分布のア
ンバランスを解消することを目的として、図５または図
６に示す実施例と同様の構造が採用される。

【００３０】

【発明の効果】請求項１に記載した本発明によれば、波
形ばねの荷重−変位特性が極端な非線形特性になること
を抑制できる。また、適宜長さに切断された帯状のばね
材を用いることができるため、プレス打抜きによって製
作するものに比べて材料歩留まりが著しく向上する。請
求項２に記載のばねであれば、山部と谷部の応力が過剰
になることを回避できかつ所望の山部と谷部のエッジ形
状が得られる。請求項３に記載のばねは形状が簡単であ
って成形が容易である。

【００３１】請求項４に記載した波形ばねによれば、荷
重−変位特性が非線形になり過ぎることを更に効果的に
抑制できる。請求項５に記載のばねは、外周側が拘束さ
れるような使い方がされる場合に、荷重負荷時の周長の
伸びを円周方向両端部において吸収することができる。
請求項６と請求項７に記載の波形ばねは、ばね材が円周
方向の一部で切れていても荷重分布を均一化に近付ける
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す波形ばねの一部を模式
的に示す側面図。

【図２】図１に示された波形ばねに荷重を加えた状態の
側面図。

【図３】本発明の一実施例を示す波形ばねの一部の断面
図。

【図４】図３に示された波形ばねの全体の平面図。

【図５】波形ばねの端部の断面図。

【図６】波形ばねの山部と谷部のピッチを円周方向に変
化させた例を示す平面図。

【図７】波形ばねの両端部が重なった状態の断面図。

【図８】波形ばねの両端部の変形例を示す断面図。

【図９】本発明の他の実施例を示す波形ばねの一部の断
面図。

【図１０】図９に示された波形ばねの一部を模式的に示
す側面図。

【図１１】図１０に示された波形ばねに荷重を加えた状
態の側面図。

【図１２】図１０に示された波形ばねの両端部が重なっ
た状態の断面図。

【図１３】従来の波形ばねを模式的に示す側面図。

【図１４】図１３に示された従来の波形ばねに荷重を加
えた状態の側面図。

【図１５】従来の波形ばねの荷重と変位の関係を示す
図。

【図１６】従来の波形ばねの平面図。

【符号の説明】

１０…波形ばね １１…ばね材 １５…山部 １６…谷部 １７…ばね有効部 ３０，３１…円
周方向両端部 ３２…逃げ部 ５０，５１…半
円状突起

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円環状に形成された偏平なばね材からな
   り、 側面方向から見て円弧状の山部と円弧状の谷部とこれら
   山部と谷部をつなぐ直線状のばね有効部とがばね材の円
   周方向に交互に設けられており、 しかも無荷重状態における山部の湾曲内側の曲率半径Ｒ
   1 が山部の高さＨ1 よりも小さくかつ谷部の湾曲内側の
   曲率半径Ｒ2 が谷部の深さＨ2 よりも小さいことを特徴
   とする波形ばね。
2. 【請求項２】上記ばね材の板厚をｔ、山部の湾曲内側の
   曲率半径をＲ1 、谷部の湾曲内側の曲率半径をＲ2 とし
   たとき、ｔ≦Ｒ1 ≦５ｔ，ｔ≦Ｒ2 ≦５ｔとした請求項
   １記載の波形ばね。
3. 【請求項３】上記ばね有効部が山部の円弧と谷部の円弧
   の接線方向に直線状に延びている請求項１記載の波形ば
   ね。
4. 【請求項４】上記山部と谷部がいずれも半円状の突起で
   あり、山部の半円状突起の基部と谷部の半円状突起の基
   部とが直線状のばね有効部によってつながれている請求
   項１記載の波形ばね。
5. 【請求項５】上記ばね材が円周方向の一部で切れてお
   り、しかもこのばね材の円周方向両端部には、これら両
   端部が互いに厚み方向に重なった状態でばね材の円周方
   向に相対移動可能な逃げ部が設けられている請求項１記
   載の波形ばね。
6. 【請求項６】上記ばね材が円周方向の一部で切れてお
   り、しかもこのばね材の円周方向両端部に近い位置にあ
   る山部の高さを、円周方向両端部から遠い位置にある山
   部の高さよりも大きくした請求項１記載の波形ばね。
7. 【請求項７】上記ばね材が円周方向の一部で切れてお
   り、しかもこのばね材の円周方向両端部に近い位置にあ
   る山部と谷部のピッチを、円周方向両端部から遠い位置
   にある山部と谷部のピッチよりも小さくした請求項１記
   載の波形ばね。