JPS58184330A - 皿ばね積層体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、複数枚の皿ばねを積み重ねた皿ばね積層体
に関する。

一般に、複数枚の皿ばねの組合せによる弾性エレメント
すなわち皿はね積層体としては、一枚づつ背中合せに重
ねる直列方式、同一方向に重ね合せる並列方式、及び直
列と並列の混合の方式が知られている。

以上の方法で所定のはね定数の得られない場合、皿はね
の設計仕様、即ち、外径・内径・厚さ・撓み等を変更し
て、所定のばね定数を得られるようにするのが、従来の
通常の方法である。

皿はねの特徴は１．コイルばねと異なシ、変形による応
力が引張り、圧縮が主でロシ、金属バネとしては、コイ
ルはねより容積効率、即ち、一定スペース内での弾性蓄
積エネルギーが非常に大きく、且つ、組合せ方法により
はね定数を、自由に広範囲に設定出来る点Ｋｈる。

一方皿はねの欠点は、内外径いずれか一方にガイドを設
けることが絶対条件であシ、次いで、一定の予圧を与え
ないと使用不可能な点（ｆｃｌ）る。しかし、小さなス
ペ、−スで大きな弾性エネルギーを蓄ｆｆｉ出来ること
と、例えばディーゼルエンジン等の１０Ｈｚ〜３０　Ｈ
ｚのような高周波強制振動に対しても、十分弾性的に追
随出来ること等により、種々の機械・機具に弾性エレメ
ントとして使用されることが多くなっている。

皿はね積層体を使用して、衝撃的な負荷の緩衝、又は、
負荷変動の平準化を必要とする設備においては、一般的
には相当程度の予圧を与えることは、何等問題のない場
合が多い。

しかし、ある種の機械設備においては、コイルはねと同
様、通常最大負荷に対して極めて僅かな比率の予圧しか
許容出来ない場合がある。

この様な設備において、皿はね積層体は、極めて僅かな
予圧量、例えば０５〜１闘程度しか許容出来ないことに
なる。負荷の作用頻度が多い場合には、例えば１０８回
／年　のような場合には、皿はねり接触部における多少
の摩耗、又は、ヘタリ、即ち永久変形による、初期自由
高さの減少により、予圧量が全くなくなシ、使用不能に
なる場合がある。

以上のように、設備の要求条件によシ１通常使用時は、
高負荷域で使用され、しかも皿はね積層体の最大負荷に
対して、許容される予圧が極めて少量しか与えられない
場合には、高負荷作用範囲は、かたいはね定数の組合せ
とし、予圧負荷を含めて低負荷範囲は、極めてやわらか
いばね定数とし、十分な予圧量を与えることの出来る非
線形のはね定数を有する皿はね積層体とする必要がある
。

その１つの方法として、予圧量を十分与える為に、やわ
らかいはね定数にするとやわらかい皿ばねの重ね枚数を
非常に多くする必要がらり、全体の組合せ高さ、即ち、
皿はね積層体の自由高さが非常に大きくなシ、この皿は
ね積層体を装備する機械設備も当然非常に大きくなる。

この発明は、上記の欠点を改善するもので、予圧負荷が
小さく、非線形のはね定数を有する皿はね積層体で、上
記の通常の組合せ構成の皿ばね積層体に比較し、非常に
コンパクトで、且つ同様のはね定数を有する皿ばね積層
体を提供せんとするものである。

この発明の皿ば′ね積層体は内、外径が大体において等
しい第１の皿ばねおよび第２の皿ばねをそれぞれ少くと
も１枚並列に重ねた皿ばねの組の複数を直列に積み重ね
て構成されている。そして、第２の皿はねは第１′１：
の皿はねに比べてばね定数が小さく、かつばね板面の傾
斜角が大きい。

上記のようにこの発明の皿ばね積層体はばね定数の異な
る皿ばねを組み合わせている。予圧時に必要な撓みは主
としてはね定数の小さい、やわらかな第２の皿はねて得
ることができる。すなわち、第２の皿ばねのばね板面の
傾斜角は第１の皿ばねのそれよシ大きいので、無負荷の
とき並列に重ねられた両皿はねのばね板面の間に隙間が
ある。したがって、予圧時にはやわらかな第２の皿ばね
が大きく撓む。

荷重が増すと、ついには第１の皿ばねおよびこれに並列
に重なシ合う第２の皿はねのばね板面は密着し、荷重は
両皿ばねによシ負担される。第２の皿はねの撓みは第１
の皿はねによって制限されるので、第２の皿はねに過大
な応力が生じることはない。

また、第１および第２の皿はねは並列に重ねられている
ので皿ばね積層体の全長を短くすることができる。

次に、この発明の一実施例を従来の皿ばね積層体と比較
して説明する。

皿はねの製作仕様として、ＤＩＮ　（ドイツ工業規格）
の標準サイズを用いて説明する。

　５− 第１図は外径１００ｍｍφ×内径５１龍φ×厚さ６朋×
撓み２２龍の皿ばね２を１４枚を直列に組。

合せた皿ばね積層体Ｊである。このばね特性は、第６図
の荷重−撓み線図の符号■で示されている。

今、設備上の要求によシ予圧荷重として５１６ｋｇを必
要とすると、予圧量は、２．５４　ｍｍとなシ長期間の
繰返し変動負荷に対して、量的に不十分である。

従来の方法によシ解決せんとする場合、轟然第１図のか
たい皿ばねの高さ方向に、やわらかい皿ばねを追加して
設置して皿ばねが密着しても破損しないような仕様９皿
ばねな直列に組合せて使用することになるが、この方法
によると、皿はね積層体の自由高さが大きくなシ、スペ
ース的に不利であると同時に、第１図に示す朋ばね積層
体１のばね定数と大きく変わることになる。

全体のスペースも、ばね定数もほとんど変らない範囲で
、予圧荷重５１６ｋｇ時の予圧量のみを大きくすること
ができる皿はね積層体を第２〜５図により説明する。

＝　６− 第２図は、外径１００　ｍｍφ×内径５１　ｍｍφ×厚
さ５龍×撓み２８關の皿ばね４を１０枚直列に重ね合せ
た図面でアシ、自由高さは７８１ｍである。

はね特性は、第６図符号■で示されている。第３図は外
径ＩＱ□ｍ１１φ×内径５１ｍｍφ×厚さ２．７　ｍｍ
×撓み３．５　ｍｍの皿はね６を１０枚直列に重ね合せ
た図面であり、自由高さは６３龍である。はね特性は第
６図符号■で示されている。

第２図および第３図に示す皿ばね４，６を第４図の如く
一枚づつ、同じ方向Ｋ（並列Ｋ）組合せ、且つ、直列１
０枚の構成にすると、自由高さは１１３龍となり、第１
図の自由高さ１１４．８＋＋＋ｍとほぼ同一となる。

この場合、ばね特性■で示される皿はね４は内径の上下
両面で接触するのみで、はね特性■で示される皿はね６
が一枚ａ５の撓み０．８　ｍｍ、皿はね積層体全体で８
關撓むと、第５図め如く皿ばね４゜６は互に傾斜面で接
触し、高さは１０５１ｎ１ｎとなる範囲の５１６ｋｇ〜
３０００ｋ１９では、はぼ同一である。

このように、この発明の第４図の組合せによると、従来
のスベー、ス以内で、又従来のはね定数、負荷条件も変
更しないで、予圧量のみを、従来の３倍以上にすること
が可能になシ、予圧荷重を小さく設定する必要のある場
合には非常に有効である。

上記はＤＩＮの標準器はねを適用した実施例を説明した
が、皿ばねを特殊設計すると６倍以上の予圧量を与える
ことができる。

この発明を適用すると効果の大きい適用例について、説
明する。

第７図は、コイルばねを使用した弾性カップリングの縦
断面図で、第８図はその横断面図である。

（特公昭５５−６７７７　） 第７図および第８図において、弾性カンプリン′１１１
１ グは第１ハブ１２および第２ハブ１６を有しておシ、第
１ハブ１２には駆動軸１１が、また第２ハブ１６には被
動軸１５がそれぞれキーなどによシ固定される。

第１ハブ１２の端部には半径方向に円板状突出部１３が
設けられており、該円板状突出部１３は第２・・ブ１６
の緩衝体保持器２１の固定フランジ部２２、組立ての必
要上分離された取外し可能なフランジ２３および円筒形
の環状部２４とに挾まれて位置している。

第２ハブ１６の端部には、半径方向にフランジ部１７が
設けられており、該フランジ部１７と緩衝体保持器２１
の固定フランジ部２２の円筒形環状部２４よシ大径の突
出部２５とはリーマ−ボルト３１に一体的に締結されて
いる。

緩衝体３４は半円筒面３７を有する一対のばね受座３５
を備えている。ばね受座３５は半円筒面３７の反対側の
平面３８には長手方向の中心線に沿って２個の円筒状突
起４１を設けである。一対のばね受座３５およびコイル
ばね３９とはばね受座の突起４１をコイルばね３９の内
側に挿入し、コイルはね３９を両側より挾むようにして
組み合わせられる。

上記のように構成された緩衝体３４は緩衝体保持器２１
内に挿入される。上記はね受座３５の中央部は第１・・
ブ１２の円板状突出部１３に設けられた長穴１４の円弧
面で支持される。また、ばね受座３５の両端＝　９一 部はそれぞれ第２ハブ１６の固定フランジ部２２および
取外し可能７ランジ２３Ｋ＜ｔ）抜いて設けられたばね
床受面２６．２７に支持されている。

トルクは第１ハブ１２からコイルばね３９を介して第２
ハブ１６に伝達される。

この弾性カップリングは、コイルはねの両端に半円筒面
を有するばね受座によシ支持されているが、コイルはね
である為通常は、％に予圧を必要としない。

コイルばねの機能として、自由高さの減少による、弾性
変位による、エネルギーの一時的蓄積と、ばね軸が彎曲
する弾性変形が要求され、これにより、カップリングと
して、衝撃的ピークトルクの緩衝作用と、軸心調整作用
を行う。

このカップリングは、一般の駆動系には十分な効果を発
揮するが、負荷側がクランクプレスの場合、又は、駆動
側がディーゼルエンジンの場合には、１０　Ｈｚ〜３０
　Ｈｚのような高周波強制振動による変動トルクが発生
する場合が多い。このような駆動系のカップリングとし
ては、コイルばねの−】〇− 弾性カップリングでは、エネルギーを吸収出来ないので
、変動トルクの平準化が不可能であり、金属ばねの弾性
カップリングとしては摩擦によりエネルギーの吸収出来
るカップリングが必要となる。

そこで、コイルばね３９の代シに第４図に示す皿はね積
層体を用いることが極めて有効である。

第９図は本発明の皿ばね積層体４５を使用し、内径を矩
形断面コイルはね４６ニよシガイドされ、その両端を半
円筒面４８を有する受座４９によシ支持された緩衝体を
示す。この緩衝体は第７図および第８図に示す緩衝体３
４として用いられる。これによると中心部のコイルばね
４６によシ、ばね軸の彎曲による弾性変形も許容出来又
、皿はね４５の接触面によるダイビング効果もあり、上
記強制振動の作用する用途には最適である。

船舶用等に使用されるたわみ軸継手の緩衝体では、予圧
トルクが非常に小さい値を要求されるので、予圧量が僅
少であれば、摩耗、ヘタリを考えると、その寿命は非常
に短かく、この面から大きな制限がある。すなわち、定
期点検が２年〜４年、寿命は１０年の長期を要求され、
作用回数も１５Ｈｚとして１年間連続運転とすると、そ
の作用頻度は、４．７３Ｘ１０８回／年となり、十分な
予圧量のない場合は、適用出来ない。

この発明を、応用した第９図に示す緩衝体では従来の設
計仕様を全く変更することなく唯一最大の欠点でろった
予圧量を必要にして十分な大きさにすることが可能で６
Ｄ、更に、弱いばねと強いばねの接触面の摩擦によシ、
従来よシ大きなダンピング効果が期待出来る。

なお、この発明は前記実施例に限られるものではない。

例えば、皿ばねの組において第１の皿はね２枚と第２の
皿はね１枚とを並列に重ねてもよい。また、第１および
第２の皿はねの材質を変えて両皿ばねのばね定数を変え
るようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は皿はねδ・・標準的な使用例を示すもので、皿
ばねの断面図、第２図および第３図は本発明に使用され
る皿はねの一例を示す断面図、第４図は第２図および第
３図に示す皿はねにより構成された本発明の皿はね積層
体の断面図、第５図は第４図に示す皿はね積層体に予圧
を与えた場合の断面図、第６図は第２図、第３図および
第４図に示す皿はねのはね特性線図、第７図は本発明の
皿はね積層体が応用される弾性カップリングの一例を示
す断面図、第８図は第７図に示す弾性カップリングの正
面図、ならびに第９図は本発明の皿はね積層体を用いた
緩衝体の一例を示す断面図である。 １．４５・・・皿ばね積層体　　２，４・６・・・皿ば
ね特許出願人代理人 弁理士矢葺知之 （ほか１名） １３− ミ 区 較 １９３−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１の皿ばね、および第１の皿はねと内径および外径が
   大体において等しく、かつ第１の皿はねに比べてはね定
   数が小さく、ばね板面の傾斜角が太き（・第２の皿ばね
   をそれぞれ少くとも１枚並列に重ねた皿はねの組の複数
   を直列に積み重ねた皿ばね積層体。