JPH11257394A

JPH11257394A - 皿ばね装置および皿ばね

Info

Publication number: JPH11257394A
Application number: JP8265298A
Authority: JP
Inventors: Hideo Tamamori; 秀男玉森; Takashi Okada; 尊岡田
Original assignee: Nabco Ltd
Current assignee: Nabco Ltd
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 1999-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】余分な部品を用いずに、皿ばねの径方向の位置
ずれを有効になくし、また、それによって、応力集中を
低減して耐久性を向上する。【解決手段】複数枚の皿ばね２０１〜２０４を、中心の
孔２０５を整列させ中心軸線に沿うように直列に並べた
皿ばね群２０として用いる。隣り合う皿ばねの表裏は逆
である。また、各皿ばね２０１〜２０４は、弾性変形に
伴って径の大きさを変えるので、ガイド５０によって径
方向の位置ずれを防ぐ。隣り合う皿ばねは、丸みを付け
たコーナ部と、平坦な支持面２６０とで互いに接触し合
うようにする。特に、支持面２６０について、皿ばね群
２０に標準荷重がかかるとき、孔２０５の軸線の方向に
対しほぼ直交するように設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、皿ばねの複数枚
を利用して防振や緩衝の機能を得るための皿ばね装置、
およびそうした装置に好適な皿ばねに関する。

【０００２】

【発明の背景】皿ばねは、皿形で中心に孔がある機械部
品である。この皿ばねは１枚で利用されることもある
が、通常は、その複数枚を、各孔を整列させ中心軸線に
沿うように直列に並べた皿ばね群として利用される。皿
ばねは、各種の工作機械や車両等において防振や緩衝の
ために利用されるだけでなく、ばね部材として、その用
途は広い。特に、皿ばねは、他のばね部材に比べて、限
られたスペースの中で有効に必要とするばね定数を得る
ことができるため、取付けスペースの点で有利である。

【０００３】

【発明の解決すべき課題】このような皿ばねを皿ばね群
として利用する皿ばね装置の場合、皿ばね群の各皿ばね
の径方向の位置ずれが問題となる。なぜなら、皿ばね
は、弾性変形に伴って、必然的に径の大きさを変えるか
らである。皿ばねの互いに接触し合う部分に位置ずれが
生じると、それに起因して皿ばねが一周にわたる線接触
の状態から部分的な２点接触状態となり、応力集中が生
じて破損の原因となりかねない。そこで、皿ばね装置に
ついては、互いに隣り合う皿ばね相互の位置ずれを防止
することが要望される。

【０００４】そうした要望に応える技術の一つとして、
実開昭６０−１６９４３０号の公報は、隣り合う皿ばね
の間にリング状のプレートを介在させる第１の技術を明
らかにしている。しかし、この第１の技術では、リング
状のプレートという余分な部品が必要であるだけでな
く、ばねの特性の上でも少し難点がある。すなわち、リ
ング状のプレートは、変形に伴う皿ばねの径方向の移動
に追随しないため、皿ばねとプレートとの間に摩擦（ヒ
ステリシス）が生じ、ばね力の損失を来してしまう。

【０００５】また、別の実開平７−２８２４６号の公報
は、自由時と圧縮時（つまり、弾性変形する前と後）と
における皿ばねの径の大きさの変動をなくすため、皿ば
ねの外周面と孔のある内周面との少なくとも一方を断面
円弧形状にする第２の技術を示している。この第２の技
術は、皿ばね群の各皿ばねが、皿ばねの外周あるいは中
心の孔の内周の少なくとも一方をガイドすることによっ
て、径方向の位置ずれを防ぐようになっていることを利
用している。しかし、この第２の技術は、皿ばねの径の
大きさの変化を小さくすることはできるが、隣り合う皿
ばねの互いに接触し合う部分の応力集中をなくすことに
ついては、具体的な内容を何も示していない。

【０００６】その点、実公昭５６−３８２７４号の公報
は、余分な部品を用いずに、皿ばね自体の形状を特定す
ることによって、皿ばねの摩耗および応力集中を低減す
る第３の技術を示している。第３の技術の中には、互い
に接触し合う部分を平坦面にすること（同公報の第２図
および第３図）、応力の大きな内径側の接触部を平坦面
にすること（同公報の第４図）、あるいは、皿ばねの内
径側および外形側の各端縁を皿ばねの厚さのほぼ１／２
の大きさを半径とした断面半円形状にすること（同公報
の第４図）など、いくつかの技術事項が明らかになって
いる。しかし、この第３の技術は、皿ばねが径の大きさ
を変えることを考慮しているわけではなく、また、実際
上、たとえば平坦面同士といっても、変形のない自由時
に平坦面と平坦面とが接触し合ってはいるが、圧縮によ
る変形時には、平坦面同士の接触が角部同士の接触とな
ったり、接触する少なくとも一方が角部となる接触とな
ってしまう。

【０００７】この発明は、以上の検討の結果、さらに
は、皿ばね装置の耐久性試験の結果を考慮してなされた
ものである。その主な目的は、余分な部品を用いずに、
皿ばねの径方向の位置ずれを有効になくすことであり、
また、それによって、応力集中を低減して耐久性の向上
を図る。さらに、この発明は、皿ばねを用いる利点、つ
まり、限られた取付けスペースの中で、必要とされるば
ね定数を得ることができるという利点を有効に生かすこ
とができる技術を提供することをも目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明でも、複数枚の
皿ばねを、中心の孔を整列させ中心軸線に沿うように直
列に並べた形態で用いる。皿ばねの枚数自体は、必要と
するばね定数に応じて適当な数に設定することができ
る。また、中心軸線上、両端部に位置する各皿ばねを同
様に支持するためには、偶数枚が望ましいが、奇数枚に
することもできる。この発明による皿ばね装置は、皿ば
ね群の支持の仕方に特徴がある。その特徴は、基本的に
次のＡ〜Ｃにまとめることができる。Ａ皿ばね群の互
いに隣り合う第１および第２の皿ばねは、中心軸線上、
表裏の面が互いに反対であり、その表裏の面の一部が、
中心の孔に近い内側の部分あるいは孔から離れた外側の
部分で互いに接触する。Ｂ皿ばね群が弾性変形すると
き、皿ばねの外周あるいは中心の孔の内周の少なくとも
一方をガイドすることによって、皿ばねの径方向の位置
ずれを防ぐ。Ｃ互いに隣り合う第１および第２の皿ば
ねの互いの接触する部分は、第１および第２の一方の皿
ばねの丸みを付けたコーナ部と、第１および第２の他方
の皿ばねの平坦な支持面とが接触し合う構成であり、そ
の支持面は、皿ばね装置に標準荷重がかかるとき、中心
軸線の方向に対しほぼ直交する。これらの特徴の中で、
ＡおよびＢの内容は、複数枚の皿ばねを含むこの種の皿
ばね装置に対して、一般的に求められる条件である。し
たがって、この発明の本来的な特徴は、Ｃの点にあると
いうことができる。

【０００９】特徴Ｃは、２つの内容を含む。一つは、互
いに隣り合う皿ばね同士の接触構造として、一方の皿ば
ねの丸みの部分と、他方の皿ばねの平坦な支持面とが接
触する態様を採用したことである。この接触構造は、各
種の試行錯誤による実験、および耐久性試験の結果に基
づいて採用したものであり、皿ばねの摩耗および損傷が
最も少ない態様である。また、もう一つは、平坦な支持
面が、皿ばね装置に標準荷重がかかるとき、中心軸線の
方向に対しほぼ直交するようになっていることである。
標準荷重とは、予め定められた標準的な負荷荷重のこと
であり、たとえば、車両でいえば、乗車率が５０％のと
きの荷重である。それにより、平坦な支持面は、標準荷
重の下で、接触相手側の丸みの部分に対して平面として
機能する。そうした接触関係は、皿ばねの変形（たわ
み）があっても、接触する部分が相対的に径方向に移動
することを最小にする。

【００１０】通例、皿ばねのリング形状の表裏の面は、
中心軸線に直交する面に対し、角度θだけ傾斜してい
る。その角度θとの関係からすると、平坦な支持面の傾
斜は、角度θの１／２の大きさにするのが好ましい。そ
の１／２の大きさは、皿ばね装置に荷重がかからない自
由時と、最大荷重がかかる最大圧縮時との間の中間にお
ける傾斜である。他方、平坦な支持面に接触する丸みの
部分については、たとえばＲ１〜Ｒ２ぐらいの一般的な
断面円弧形状にすれば良い。

【００１１】また、皿ばね群の両端部に位置する皿ばね
と、それを支持する支持体との関係については、中心の
孔に近い内側の部分をそれぞれ支持するようにするのが
好ましい。皿ばねの径方向の内側の部分で支持すれば、
径方向の外側の部分で支持する場合に比べて皿ばねの破
損が少なくなるからである。皿ばねを径方向の外側で支
持した場合、皿ばねの支持部分には弾性変形に伴う径方
向の移動によって、径方向に延びるキズが発生するおそ
れがある。その点は、径方向の内側の部分で支持する場
合も同様である。しかし、径方向の外側の部分で支持す
る場合には、弾性変形時、皿ばねの周方向に引っ張り応
力を生じる。この引っ張り応力は、前記の径方向に延び
るキズに対して直交し、そのキズを拡げるように作用
し、皿ばねの破損を招きやすい。それに対し、皿ばねの
径方向の内側には、周方向の圧縮応力が生じるので、キ
ズを拡げる作用がないのである。

【００１２】さらに、支持体に支持される皿ばねには、
支持部に応力が集中するので、その応力を低減すること
が望まれる。そのため、皿ばねの支持部（好ましくは、
径方向の内側の部分）を、皿ばねの厚さと同等あるいは
それ以上の大きさの半径をもった断面円弧形状にするの
が良い。また、皿ばねは、応力集中を避けるため、外周
部分の角部および中心の孔の開口部分の角部に丸みをも
たせるのが良い。

【００１３】別の観点から見ると、この発明の皿ばね装
置は、皿ばねの径方向の位置ずれを防止するためのガイ
ド手段にも特徴を見い出すことができる。すなわち、そ
のガイド手段は、皿ばねの外周あるいは中心の孔の内周
の側面を、中心軸線に平行するガイド面でガイドする構
成であり、しかも、皿ばねの外周あるいは孔の内周の側
面は、断面円弧形状の面部分と、その面部分に連続する
平坦面とからなり、その平坦面が中心軸線に対し、角度
θだけ傾斜している。ただし、この角度θは、皿ばね装
置に荷重がかからないとき、皿ばねの表裏の面が、中心
軸線に直交する面に対し傾斜する角度の大きさである。
このような特徴をもつガイド手段によれば、皿ばねの変
形に伴う径方向の位置ずれを低減することができるとい
う利点に加え、皿ばねの支持部あるいは接触部の間の距
離を大きくすることができ、有効にばね定数を得ること
ができるという利点を生み出す。なおまた、この発明の
皿ばね装置は、皿ばね自体の特徴の面から把握すること
もできることは勿論である。

【００１４】

【実施例】図１は、皿ばね装置の全体を明らかにするた
めの断面構造図である。皿ばね装置１０は、複数枚（こ
こでは、４枚）の皿ばねを含む皿ばね群２０と、その皿
ばね群２０に荷重を加える第１および第２の支持体３
１，３２と、皿ばね群２０の内周をガイドするガイド手
段５０とを備える。皿ばね群２０の４枚の皿ばね２０
１，２０２，２０３，２０４は、支持体３１，３２が支
持する部分、および隣り合うもの同士が接触する部分な
どの一部が互いに少し異なる。その点は、それらの皿ば
ね２０１〜２０４を個々に示す図２〜図５を参照しなが
ら、後で詳しく説明する。

【００１５】４枚の皿ばね２０１〜２０４は、皿形で中
心に孔２０５をもつ点で共通している。それらの皿ばね
２０１〜２０４は、孔２０５を整列させ中心軸線に沿う
ように直列に並んでいる。その場合、互いに隣り合う皿
ばね２０１と２０２、２０２と２０３、２０３と２０４
は、それぞれ表裏を逆にしている。そこで、皿ばね２０
１と２０２とは、孔２０５から離れた外側の部分で、皿
ばね２０２と２０３とは、孔２０５に近い内側の部分
で、また、皿ばね２０３と２０４とは、孔２０５から離
れた外側の部分で、それぞれ接触している。

【００１６】第１および第２の支持体３１，３２は、皿
ばね群２０の両端部に位置する皿ばね２０１，２０４を
支持しつつ、皿ばね群２０に外部からの荷重を加える部
材である。第１の支持体３１は、図１の中で下方に示す
部材であり、リング形のばね受け押さえ３１１と、座金
３１３ｗを含むばね受け３１３とからなる。また、第２
の支持体３２は、図１の中で上方に位置し、リング形の
ばね受け押さえ３２２と、座金３２４ｗを含むばね受け
３２４とからなる。それらの第１の支持体３１の各部品
の内周および第２の支持体３２のばね受け３２４の内周
とにわたって、ガイド手段５０が配置されている。ガイ
ド手段５０は、ガイド部材５３０と、ガイド部材５３０
の外周にはまり合ったブッシュ５４０と、ブッシュ５４
０およびガイド部材５３０の上部に位置し、ブッシュ５
４０をガイド部材５３０に一体に結合するためのブッシ
ュ押さえ５５０とからなる。ブッシュ押さえ５５０と第
２の支持体３２のばね受け押さえ３２２との間のスペー
スは、皿ばね群２０の各皿ばね２０１〜２０４が弾性変
形するときの逃げの空間である。

【００１７】さて、図２〜図５は、各皿ばね２０１〜２
０４の断面構造について、（１）には全体図、また、
（２）には、（１）の中にＰで示す部分の拡大図をそれ
ぞれ示している。各皿ばね２０１〜２０４は、厚さ８〜
１０ｍｍのばね鋼からなり、外径が１８０〜２００ｍ
ｍ、中心の孔２１５の内径が１２０〜１４０ｍｍであ
る。また、各皿ばね２０１〜２０４の表裏は、荷重のか
からない自由時において、中心軸線に直交する面に対
し、それぞれ９〜１０°ほどの角度（つまり、角度θ）
だけ傾斜している。

【００１８】ここで、隣り合う皿ばねについて、互いに
接触する部分に注目されたい。隣り合う一方の皿ばね２
０２，２０４は、面取りによる丸み（Ｒ１．５程度）を
もつのに対し、他方の皿ばね２０１，２０３は、面取り
の部分（Ｒ０．５程度）に続く部分が平坦な支持面２６
０となり、その支持面２６０は前記した角度θだけ傾斜
した表裏の面に連続している。平坦な支持面２６０は、
皿ばねの径方向に３〜５ｍｍほどの大きさであり、その
傾斜は、前記した中心軸線に直交する面に対し、角度θ
の１／２の大きさ、つまり、４．５〜５°ほどである。
平坦な支持面２６０の径方向の大きさは、皿ばね２０１
〜２０４が弾性変形するとき、互いに隣り合う皿ばね同
士の径方向の位置ずれの大きさを吸収しうるに足りる長
さである。ガイド手段５０があるために、皿ばね同士の
径方向の位置ずれはわずかである。その上、この発明で
は、平坦な支持面２６０と丸みをもった部分との接触構
造とし、特に、平坦な支持面２６０が標準荷重の下で、
中心軸線に直交し水平になるように設定しているため、
皿ばね同士が接触する部分の応力の集中を有効に緩和す
ることができる。

【００１９】また、ガイド手段５０は、各皿ばね２０１
〜２０４の孔２０５の内周の側面をガイドするが、この
発明では、その側面の部分を、断面円弧形状（たとえば
Ｒ１５程度の円弧）の面部分２７０と、その面部分２７
０に連続する特定の平坦面２８０とによって構成してい
る。内周の平坦面２８０は、中心軸線に対し傾斜する角
度が前記の角度θと同じである。この特定の平坦面２８
０は、皿ばねの支持部あるいは接触部をリング形の部分
のより内側（断面においてより外方側）に位置させてい
る。それによって、皿ばねの支持部あるいは接触部の間
の距離を大きくすることができ、有効にばね定数を得る
ことができる。さらにまた、各皿ばね２０１〜２０４
は、変形に伴って径を増大するため、外周部分にも同じ
大きさの角度θをもつ別の平坦面２９０によって、その
変化する最大値を小さくするようにしている。なお、外
周部分の平坦面２９０に連続する部分は、自由時におい
て中心軸線に平行する面とし、機械加工のために利用す
る。

【００２０】なおまた、第１および第２の支持体３１，
３２に当たる皿ばね２０１，２０４には、たとえばＲ１
０程度の断面円弧形状の部分２０１ａ，２０４ａを設け
ている。それらの各部分２０１ａ，２０４ａは、各支持
体３１，３２との接触に伴う応力集中を低減する上で有
効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例である皿ばね装置の全体的
な断面図である。

【図２】皿ばねの一つを示す断面図である。

【図３】図２に示す皿ばねに隣り合う皿ばねの断面図で
ある。

【図４】図３に示す皿ばねに隣り合う皿ばねの断面図で
ある。

【図５】図４に示す皿ばねに隣り合う皿ばねの断面図で
ある。

【符号の説明】

１０皿ばね装置２０皿ばね群３１第１の支持体３２第２の支持体２０１〜２０４皿ばね２０５孔５０ガイド手段２６０平坦な支持面２７０円弧形状の面部分２８０内周の平坦面２０１ａ，２０４ａ支持体に当たる断面円弧形状の部
分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】皿形で中心に孔がある皿ばねの複数枚
を、前記孔を整列させ中心軸線に沿うように直列に並べ
た皿ばね群と、前記中心軸線上、皿ばね群の両端部に位
置する皿ばねの各端をそれぞれ支持する第１および第２
の支持体とを備え、それら第１および第２の支持体の間
に加わる荷重を前記皿ばね群の弾性変形を利用して支持
する皿ばね装置において、前記皿ばね群の皿ばねを次の
Ａ〜Ｃの条件の下で支持することを特徴とする皿ばね装
置。Ａ前記皿ばね群の互いに隣り合う第１および第２
の皿ばねは、前記中心軸線上、表裏の面が互いに反対で
あり、その表裏の面の一部が、前記孔に近い内側の部分
あるいは前記孔から離れた外側の部分で互いに接触す
る。Ｂ前記皿ばね群が弾性変形するとき、前記皿ばね
の外周あるいは前記孔の内周の少なくとも一方をガイド
することによって、前記皿ばねの径方向の位置ずれを防
ぐ。Ｃ前記互いに隣り合う第１および第２の皿ばねの
互いの接触する部分は、前記第１および第２の一方の皿
ばねの丸みを付けたコーナ部と、前記第１および第２の
他方の皿ばねの平坦な支持面とが接触し合う構成であ
り、前記支持面は、皿ばね装置に標準荷重がかかると
き、前記中心軸線の方向に対しほぼ直交する。
【請求項２】前記皿ばね装置に荷重がかからないと
き、前記皿ばねの表裏の面は、前記中心軸線に直交する
面に対し、角度θだけ傾斜しており、しかも、前記平坦
な支持面がその角度θの１／２の大きさの傾斜である、
請求項１の皿ばね装置。
【請求項３】前記第１および第２の支持体は、前記皿
ばねの前記孔に近い内側の部分をそれぞれ支持する、請
求項１あるいは２の皿ばね装置。
【請求項４】前記皿ばねの前記孔に近い内側の部分
は、前記皿ばねの厚さと同等あるいはそれ以上の大きさ
の半径をもった断面円弧形状である、請求項３の皿ばね
装置。
【請求項５】皿形で中心に孔がある皿ばねの複数枚
を、前記孔を整列させ中心軸線に沿うように直列に並べ
た皿ばね群と、前記中心軸線上、皿ばね群の両端部に位
置する皿ばねの各端をそれぞれ支持する第１および第２
の支持体とを備え、それら第１および第２の支持体の間
に加わる荷重を前記皿ばね群の弾性変形を利用して支持
する皿ばね装置において、前記皿ばね群の皿ばねを次の
ａ〜ｃの条件の下で支持することを特徴とする皿ばね装
置。ａ前記皿ばね群の互いに隣り合う第１および第２
の皿ばねは、前記中心軸線上、表裏の面が互いに反対で
あり、その表裏の面の一部が、前記孔に近い内側の部分
あるいは前記孔から離れた外側の部分で互いに接触す
る。ｂ前記皿ばね群が弾性変形するとき、前記皿ばね
の外周あるいは前記孔の内周の少なくとも一方をガイド
することによって、前記皿ばねの径方向の位置ずれを防
ぐ。ｃ前記ｂにおけるガイドするための手段は、前記
皿ばねの外周あるいは前記孔の内周の側面を、前記中心
軸線に平行するガイド面でガイドする構成であり、しか
も、前記皿ばねの外周あるいは前記孔の内周の側面は、
断面円弧形状の面部分と、その面部分に連続する平坦面
とからなり、その平坦面が前記中心軸線に対し、角度θ
だけ傾斜している。ただし、この角度θは、前記皿ばね
装置に荷重がかからないとき、前記皿ばねの表裏の面
が、前記中心軸線に直交する面に対し傾斜する角度の大
きさである。
【請求項６】皿形で中心に孔がある皿ばねであり、そ
の複数枚を前記孔を整列させ中心軸線に沿うように直列
に並べて用いるものにおいて、前記皿ばねの外周および
前記孔の内周の両側面のうち、少なくとも一方は、断面
円弧形状の面部分と、その面部分に連続する平坦面とか
らなり、その平坦面が前記中心軸線に対し、角度θだけ
傾斜していることを特徴とする皿ばね。ただし、前記の
角度θは、前記皿ばねに荷重がかからないとき、前記皿
ばねの表裏面が、前記中心軸線に直交する面に対し傾斜
する角度の大きさである。