JPH0732242U - 不等ピッチコイルばね - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コイルばねと、質量からなる系の固有振動数
が外力の振動数により共振することを防止するものであ
る。 【構成】 コイルばねにおいて、有効巻き数のコイルピ
ッチを、一巻き目のピッチを最も小さくし、二巻き目は
一巻き目よりやや大きく、三巻き目は二巻き目よりやや
大きく、といった調子で、順次ピッチを変えた不等ピッ
チコイルばねを構成したもので、荷重を受けてばねが撓
むと、最初の一巻き目が密着し、有効巻き数が一巻き減
ってばね定数が増すとともに、固有振動数が変わる。更
に、撓むと有効巻き数と固有振動数も変わるので、単一
固有振動数でなく外力が作用しても共振を起こさない。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案のコイルばねは、鉄道車両用集電装置の集電舟支持用ばね、その他一般 産業用機械に使用されるコイルばねに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

図３は従来一般に使用されてコイルばねの側面図、図４はばねの荷重と撓みの 関係をしめす特性図であって荷重／撓み、すなわち図中の直線の勾配はばね常数 を示す。 図３のコイルばね１は等間隔ａにて構成されている。このコイルばね１におい て、荷重をＷ、コイルの素線径ｄ、コイル半径ｒ、有効巻数ｎ、材料の横弾性係 数Ｇ、撓みδ、ばね常数ｋとすると、次に示す関係が成立する。 Ｗ＝（ｄ⁴ Ｇ／64ｎｒ³)・δ ───────（１） ｋ＝Ｗ／δ＝ｄ⁴ Ｇ／64ｎｒ³ ───────（２） 上記のばね仕様を示す数値を決定すると、ばね常数ｋは一義的に決まり、ばね 常数ｋは一定となり、図４に示すように、荷重−撓みは勾配一定の直線で示され る。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

従来のコイルばねの場合、ばね常数が一定のためこの様なコイルばねでは何か 物体を支持した場合必ずｆ＝（ 1/2π)(ｋ/m )^0.5 で表される固有振動数をもっ ている。但し、ｍ；物体の質量、ｆ；固有振動数を示す。 上記のようなばね常数一定の従来のコイルばねで物体を支持した場合、その固 有振動数に近い振動数の外力が作用すると、共振状態となり、物体の振動変位が 非常に大きくなり、各部の破損その他いろいろな不具合を発生する。 本考案は、上述した点に鑑みて創案されたもので、その目的とするところは、 共振状態とならないばね特性を有する不等ピッチコイルばねを提供するものであ る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

つまり、その目的を達成するための手段は、前記した従来のコイルばねを使用 したとき発生する不具合を解消するため、明確な固有振動数をもたないコイルば ねを構成するものであり、ばね常数値は次の式（２）に示される。 ｋ＝ｄ⁴ Ｇ/64 ｎｒ³ ────────（２） 式（２）おいて、ばねの有効巻数ｎが変わるとばね常数ｋが変化する。本考案 はこのことに着眼し、コイルばねのコイルのピッチを不等にして、ばねが外力を 受けて撓むとその撓み量によってコイル間が密着し、有効巻数が変わってくるよ うにし、従ってばね常数が変わるようにしたものである。ばね常数がかわると固 有振動数も変化するので、仮に当初の固有振動数に近い振動数の外力により共振 状態が発生しかけても、固有振動数がかわるので共振を起さない。

【０００５】

【作用】

本考案のコイルばねは、前記のようにコイル巻きのピッチを漸次変化させてい るので、ばねが撓んだ時のばね常数は漸次変化する。 すなわち、コイル巻きのピッチが１巻目Ｐ₁ 、２巻目Ｐ₂ ────と変化し、 Ｐ₁ ＜Ｐ₂ ＜Ｐ₃ ───漸次増加させた場合外力によりばねが撓むと最もピッチ の小さいＰ₁ が最初に密着し、この部分は、ばね作用を失い、有効巻数は （ｎ−１）巻きとなってばね常数は増加する。外力が更に増してばねの撓みが増 すと、２巻目のＰ₂ も密着し、有効巻数は（ｎ−２）巻きとなり、ばね常数は更 に増加する。このように作用力がましてばね撓みが増加すると、次々に有効巻数 が減少してばね常数も増加する。従って固有振動数も次々と変化する。 このように本考案のコイルばねでは、当初の負荷質量と当初のばね常数からな る固有振動数を有していて、この固有振動数に近い振動数の外力が作用し、共振 を起こしかけても共振によるばね撓みが増加すると、次々と有効巻数が変化し、 固有振動数が変るので共振状態を脱して共振を継続することがない。上記のよう な作用により、本考案コイルばねを使用した場合は、明確な単一の固有振動数を もたないので、外力により共振状態を発生することがないという特徴を有してい る。 以下、本考案の一実施例を、図面に基づいて詳述する。

【０００６】

【実施例】

図１は本考案の不等ピッチコイルばねの一実施例を示す側面図、図２は図１の コイルばねの荷重と撓みの関係を示す特性図である。図１において、不等ピッチ のコイルばね２のコイル巻きのピッチは、4.6mm ──12mmと上から下へ順次変わ っている。 コイルばねの仕様は、素線径ｄ＝2mm 、コイル半径ｒ=10mm 、自由長44mm、有 効巻数ｎ＝５である。材料の横弾性係数をＧ＝8800kgf ／mmとすると、図示の無 負荷の状態でばね常数は式（２）により、ｋ＝0.44kgf ／mmである。（計算略） 本コイルばねに矢印Ａ方向から荷重をかけた場合の荷重と撓み、および本コ
イ ルばねの上方に１例として質量１ｋｇのものを載荷した時の固有振動数を表１示 す。

【０００７】

【表１】

【０００８】 表1 からわかるように、ばねの撓み量により固有振動数は次第に変って行くの で、特定の振動数により共振することがない。 図２の荷重と撓みの特性図を見ると、ばね常数は非線形に変っており、コイル ばねのコイルが全部密着するまで22kgf の荷重が必要である。 図２の中で破線に示したものは、図１のコイルばねと素線径、コイル半径、自 由長、有効巻数が同じでコイルピッチが等ピッチの従来使用されているコイルば ねの特性であるが、コイルばねのコイルか全部密着したときの荷重は13.2kgf で ある。 本考案のコイルばねは、上記のように特定単一な固有振動数を有しないので外 力により共振状態を発生しない特徴を有するのみでなく、従来形のコイルばねに 比しばね作用を有する荷重範囲が従来形の13.2kgに対して22kgf と、はるかに大 きくなり、しかも占有スペースは従来形と同じで、実用上大きな利点を有してい る。

【０００９】

【考案の効果】

本考案不等ピッチコイルばねは、前記のようにコイルばねのコイル巻きピッチ を不等にすることにより特定単一の固有振動数を持たないようにすることにより 共振状態の発生を防止する効果をもっている。 更に、ばね常数が非線形となり、従来形と同一占有スペースにもかかわらずば ね作用を持つ荷重範囲が大巾に増大することができ、実用上の効果が大きい。な お、本実施例ではコイルのピッチを順次大きくなっているが、これに限らず、不 等のピッチを有するばねであれば、これに限ったものではない。

【００１０】

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本考案不等ピッチコイルばねの一実施例
を示す側面図である。

【図２】図２は図１の荷重と撓みの関係を示す特性図で
ある。

【図３】図３は従来のコイルばねの一例を示す側面図で
ある。

【図４】図４は図３の荷重と撓みの関係を示す特性図で
ある。

【００１１】

【符号の説明】

１ コイルばね ２ 不等ピッチコイルばね

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 コイルのピッチを不等にして非線形のば
   ね常数を有するコイルばねに構成したことを特徴とする
   不等ピッチコイルばね。