KR20200100868A

KR20200100868A - 웨이브 스프링

Info

Publication number: KR20200100868A
Application number: KR1020207023751A
Authority: KR
Inventors: 히데아키 사카이; 아츠시 요네오카
Original assignee: 닛폰 하츠죠 가부시키가이샤
Priority date: 2018-02-26
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2020-08-26
Also published as: JP6600765B1; JPWO2019163953A1; EP3736463B1; WO2019163953A1; US20210003185A1; KR102231825B1; US11396921B2; EP3736463A4; EP3736463A1

Abstract

웨이브 스프링 (1A) 은, 산부 (11) 및 골부 (12) 가 둘레 방향으로 교대로 이어져 형성된 환상체 (10) 를 구비한다. 환상체 (10) 는 둘레 방향에 있어서의 적어도 일부가 접합되어 있다. 환상체 (10) 에 있어서 접합된 부분이, 환상체 (10) 의 중심 축선 (O) 에 직교하는 평면 내로 연장되는 평탄부 (13) 로 되어 있다.

Description

웨이브 스프링

본 발명은, 웨이브 스프링에 관한 것이다.

본원은, 2018년 2월 26일에, 일본에 출원된 일본 특허출원 2018-032465호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

특허문헌 1 은, 산부 및 골부가 둘레 방향으로 교대로 이어져 형성된 환상체를 구비하는 웨이브 스프링을 개시하고 있다. 이 웨이브 스프링에서는, C 자상의 스프링 재료의 양 단부끼리가 서로 접합됨으로써, 환상체가 형성되어 있다.

이 종류의 웨이브 스프링의 제조 방법으로는, 스프링 재료를 용접 등에 의해 접합하여 환상체를 형성한 다음에, 이 환상체를 소성 변형시켜 산부 및 골부를 형성하는 방법도 생각할 수 있다. 그러나, 이와 같은 순서로 웨이브 스프링을 제조하면, 환상체를 소성 변형시킬 때에, 접합부에 큰 부하가 걸려 버린다. 이 때문에, C 자상의 스프링 재료를 미리 파형으로 성형해 두고, 그 양 단부끼리를 접합하는 방법이 일반적으로 이용되고 있다.

미국 특허 제9091315호 명세서

그런데, 특허문헌 1 의 웨이브 스프링에서는, 환상체의 중심 축선에 대해 경사진 단면끼리를 접합하고 있다. 이 때문에, 단면끼리의 상대적인 위치가 정해지기 어려워, 접합 후의 형상이 불안정해지기 쉬웠다.

또, 접합 수단으로서 용접을 사용하는 경우, 양호한 정밀도로 용접하기 위해서, 접합부의 입열면 (入熱面) (웨이브 스프링의 표면) 을 환상체의 중심 축선에 직교하는 평면과 평행이 되도록 배치하는 것이 바람직하다. 그러나, 특허문헌 1 의 웨이브 스프링에서는, 입열면이 환상체의 중심 축선에 직교하는 평면에 대해 경사진다. 이 때문에, 입열 방향이 환상체의 중심 축선과 평행인 범용의 용접기를 사용한 경우, 입열 방향이 입열면과 직교하지 않기 때문에, 양호한 정밀도로 입열시키는 것이 용이하지 않았다.

본 발명은 이와 같은 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 범용의 용접기를 이용하면서, 보다 양호한 정밀도로 접합된 웨이브 스프링을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 양태에 관련된 웨이브 스프링은, 산부 및 골부가 둘레 방향으로 교대로 이어져 형성된 환상체를 구비하고, 상기 환상체는 둘레 방향에 있어서의 적어도 일부가 접합되어 있고, 상기 환상체에 있어서 접합된 부분이, 상기 환상체의 중심 축선에 직교하는 평면 내로 연장되는 평탄부로 되어 있다.

상기 양태의 웨이브 스프링에서는, 환상체의 중심 축선에 직교하는 평면 내로 연장되는 평탄부에 있어서, 환상체가 접합되어 있다. 이 때문에, C 자상의 스프링 재료의 양 단부끼리를 접합할 때에, 예를 들어, 복수의 골부의 각 정부 (頂部) 를 작업대의 상면에 접촉시키면, 상기 스프링 재료의 양 단부가 이 상면에 평행한 자세가 된다. 따라서, 스프링 재료의 양 단부의 상대적인 위치를, 용이하게 안정시킬 수 있다. 또한 예를 들어, 접합 수단으로서 레이저 용접을 사용하는 경우, 레이저광을 용접 작업대의 상면에 수직인 방향으로 조사하면, 레이저광이 저절로 조사면 (평탄부의 표면) 에 대해 수직으로 조사되게 된다. 이상으로부터, 상기 양태에 의하면, 범용의 용접기를 이용하면서, 보다 양호한 정밀도로 용접된 웨이브 스프링을 제공할 수 있다.

여기서, 상기 평탄부에 있어서의 둘레 방향의 양 단부가, 상기 중심 축선의 축 방향을 향하여 돌출되는 곡면상으로 형성되어 있어도 된다.

이 경우, 환상체가 탄성 변형된 때에, 평탄부의 양 단부에 국소적으로 큰 응력이 작용하는 것이 억제된다.

또, 상기 평탄부는, 상기 중심 축선을 따른 축 방향에 있어서, 상기 환상체 중 상기 산부와 상기 골부 사이에 위치하고 있어도 된다.

이 경우, 환상체가 탄성 지지 대상물에 의해 가압되어 축 방향으로 압축되었을 때에, 접합부가 탄성 지지 대상물에 접촉하기 어려워진다. 따라서, 접합부가 탄성 지지 대상물에 강하게 가압되는 것이 억제되어, 접합부의 파손 등을 억제할 수 있다.

또, 상기 평탄부는, 상기 축 방향에 있어서의 상기 환상체의 중앙부에 위치하고 있어도 된다.

이 경우, 환상체가 탄성 지지 대상물에 의해 가압되어 축 방향으로 압축되었을 때에, 접합부가 탄성 지지 대상물에 더욱 접촉하기 어려워진다. 따라서, 접합부의 파손 등을 보다 확실하게 억제할 수 있다.

또, 상기 산부와 상기 골부가 배치되는 둘레 방향에 있어서의 피치가 불균일해도 된다.

이 경우, 환상체 중, 예를 들어, 평탄부의 근방에 위치하는 부분에 있어서의 피치를, 평탄부로부터 떨어져 위치하는 부분에 있어서의 피치보다 작게 하여, 탄성 지지 대상물에 양호한 밸런스로 탄성력을 부여할 수 있다.

또, 상기 산부 및 상기 골부 중 어느 일방이, 상기 평탄부의 둘레 방향에 있어서의 양 단에 이어져 있어도 된다.

혹은, 상기 산부, 상기 평탄부, 및 상기 골부가, 둘레 방향에서 이 순서대로 이어져 있어도 된다.

본 발명의 상기 양태에 의하면, 범용의 용접기를 이용하면서, 보다 양호한 정밀도로 접합된 웨이브 스프링을 제공할 수 있다.

도 1 은, 제 1 실시형태에 관련된 웨이브 스프링의 평면도이다.
도 2 는, 도 1 의 웨이브 스프링을 전개한 모식도이다.
도 3 은, 제 2 실시형태에 관련된 웨이브 스프링을 전개한 모식도이다.

(제 1 실시형태)

이하, 본 실시형태의 웨이브 스프링 (1A) 에 대하여, 도 1 및 도 2 에 기초하여 설명한다.

웨이브 스프링 (1A) 은, 환상체 (10) 를 구비하고 있다. 이하, 환상체 (10) 의 중심 축선 (O) 을 따른 방향을 축 방향이라고 한다. 또, 축 방향에서 본 평면시에 있어서, 중심 축선 (O) 둘레로 주회하는 방향을 둘레 방향이라고 하고, 중심 축선 (O) 에 교차하는 방향을 직경 방향이라고 한다. 이하, 축 방향에 있어서의 일방측을 ＋Z 측이라고 하고, 축 방향에 있어서의 타방측을 -Z 측이라고 한다.

환상체 (10) 는, ＋Z 측을 향하여 돌출되는 산부 (11), 및 -Z 측을 향하여 돌출되는 골부 (12) 가, 둘레 방향으로 교대로 이어져 형성되어 있다. 환상체 (10) 는, 둘레 방향에 있어서의 적어도 일부가 접합되어 있다. 환상체 (10) 는, 복수의 산부 (11) 및 복수의 골부 (12) 를 구비하고 있다. 또한, 환상체 (10) 가 구비하는 산부 (11) 및 골부 (12) 의 수는, 적절히 변경해도 된다.

여기서, 본 실시형태의 환상체 (10) 는, 중심 축선 (O) 에 직교하는 평면 내로 연장되는 평탄부 (13) 를 갖고 있다. 또, 둘레 방향에 있어서의 평탄부 (13) 의 중앙부에는, 접합부 (16) 가 형성되어 있다.

도 2 는, 도 1 의 환상체 (10) 를 전개한 모식도이다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 평탄부 (13) 의 둘레 방향에 있어서의 양 단에는, 골부 (12) 가 이어져 있다. 또한, 평탄부 (13) 의 둘레 방향에 있어서의 양 단에, 산부 (11) 가 이어져 있어도 된다.

본 실시형태에서는, 둘레 방향에서 서로 이웃하는 산부 (11) 와 골부 (12) 사이의 둘레 방향에 있어서의 간격 (이하, 피치 (P) 라고 한다) 은, 환상체 (10) 의 전체에서 균일하게 되어 있다. 그리고, 평탄부 (13) 의 둘레 방향에 있어서의 길이는, 피치 (P) 와 실질적으로 동등하게 되어 있다. 이 때문에, 본 실시형태의 웨이브 스프링 (1A) 은, 만일 평탄부 (13) 가 형성되지 않고 등피치로 산부 (11) 및 골부 (12) 가 배치된 경우의 하나의 산부 (도 2 의 파선부) 가, 평탄부 (13) 로 치환된 형상으로 되어 있다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 평탄부 (13) 가 연장되는 평면 (C) 은, 산부 (11) 의 정점끼리를 연결하여 이루어지는 평면 (S1) 과 대략 평행하게 되어 있다. 또, 평면 (C) 은, 골부 (12) 의 정점끼리를 연결하여 이루어지는 평면 (S2) 과 대략 평행하게 되어 있다. 평탄부 (13) 는, 환상체 (10) 의 축 방향에 있어서의 중앙부에 위치하고 있고, 평면 (C) 은 평면 (S1) 과 평면 (S2) 의 중간에 위치하고 있다.

평탄부 (13) 의 둘레 방향에 있어서의 양 단부는, 1 쌍의 골부 (12) 에 접속되어 있다. 평탄부 (13) 의 양 단부를, 제 1 접속부 (14) 및 제 2 접속부 (15) 라고 한다. 제 1 접속부 (14) 및 제 2 접속부 (15) 는, ＋Z 측을 향하여 돌출되는 곡면상으로 형성되어 있다.

웨이브 스프링 (1A) 은, 예를 들어, 이하의 공정을 거쳐 형성된다. 또한, 이하에서는 접합 수단으로서 레이저 용접을 사용한 경우를 예로 하지만, 다른 접합 수단을 채용해도 된다. 예를 들어, 전자빔 용접, 광빔 용접, 아크 용접, 및 플래시 버트 용접 등의 레이저 용접 이외의 용접 수단, 그리고 납땜 등을 접합 수단으로서 사용해도 된다.

먼저, 띠 형상의 스프링 재료를, 복수의 산부 (11) 및 복수의 골부 (12) 를 갖는 C 자상으로 가공한다. 이 때, 스프링 재료의 제 1 단부 (13a) 및 제 2 단부 (13b) 는, 평탄한 형상으로 형성된다.

다음으로, 산부 (11) 의 각 정점 혹은 골부 (12) 의 각 정점을, 용접기 (레이저 장치) 의 용접 작업대 상에 접촉시킨다. 이 때, 스프링 재료의 제 1 단부 (13a) 및 제 2 단부 (13b) 는, 용접 작업대의 상면에 평행한 자세가 된다.

다음으로, 제 1 단부 (13a) 및 제 2 단부 (13b) 의 단면끼리를 맞닿게 하거나 혹은 근접시킨 상태로, 이들의 단면을 향하여, 용접 작업대의 상면에 수직인 방향으로부터 레이저광을 조사한다. 이로써, 제 1 단부 (13a) 및 제 2 단부 (13b) 가 서로 용접된다. 그리고, 제 1 단부 (13a) 와 제 2 단부 (13b) 가 일체가 되어 평탄부 (13) 가 형성됨과 함께, 평탄부 (13) 의 둘레 방향에 있어서의 중앙부에 접합부 (16) 가 형성된다.

이와 같이, 본 실시형태의 웨이브 스프링 (1A) 에서는, 환상체 (10) 의 중심 축선 (O) 에 직교하는 평면 내로 연장되는 평탄부 (13) 에 있어서, 환상체 (10) 가 접합되어 있다. 이 때문에, 제 1 단부 (13a) 및 제 2 단부 (13b) 를 접합할 때에, 양 단부 (13a, 13b) 의 자세를 작업대의 상면에 평행한 자세로 할 수 있다. 따라서, 양 단부 (13a, 13b) 의 상대적인 위치를 용이하게 안정시킬 수 있다. 또한 접합 수단으로서 레이저 용접을 사용하는 경우, 레이저광을 용접 작업대의 상면에 수직인 방향으로 조사하면, 양 단부 (13a, 13b) 의 축 방향을 향하는 면에 대해 레이저광이 저절로 수직으로 조사되게 된다. 요컨대, 레이저광의 조사면인 양 단부 (13a, 13b) 의 표면이, 레이저광의 광축 방향에 대해 수직이 된다. 이상으로부터, 본 실시형태에 의하면, 범용의 용접기를 이용하면서, 보다 양호한 정밀도로 접합된 웨이브 스프링 (1A) 을 제공할 수 있다.

또, 평탄부 (13) 에 있어서의 둘레 방향의 양 단부인 접속부 (14, 15) 가, 축 방향을 향하여 돌출되는 곡면상으로 형성되어 있다. 이로써, 환상체 (10) 가 탄성 변형되었을 때에, 접속부 (14, 15) 에 국소적으로 큰 응력이 작용하는 것이 억제된다.

또, 평탄부 (13) 가, 축 방향에 있어서, 환상체 (10) 중 산부 (11) 와 골부 (12) 사이의 중간부에 위치하고 있다. 이로써, 환상체 (10) 가 탄성 지지 대상물에 의해 가압되어 축 방향으로 압축되었을 때에, 웨이브 스프링 전체가 평탄해지기 직전까지, 접합부 (16) 가 탄성 지지 대상물에 접촉하기 어려워진다. 따라서, 접합부 (16) 가 탄성 지지 대상물로부터 가해지는 부하가 억제되어, 접합부 (16) 의 파손 등을 억제할 수 있다. 또, 본 실시형태에서는, 평탄부 (13) 가, 축 방향에 있어서의 환상체 (10) 의 중앙부에 위치하고 있기 때문에, 상기 서술한 작용 효과를 보다 확실하게 성공시킬 수 있다.

(제 2 실시형태)

다음으로, 본 발명에 관련된 제 2 실시형태에 대해 설명하지만, 제 1 실시형태와 기본적인 구성은 동일하다. 이 때문에, 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명은 생략하고, 상이한 점에 대해서만 설명한다.

도 3 은, 제 2 실시형태의 웨이브 스프링 (1B) 의 전개도이다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 평탄부 (13) 가, 산부 (11) 와 골부 (12) 에 의해 둘레 방향에서 협지되어 있다. 즉, 산부 (11), 평탄부 (13), 및 골부 (12) 가, 둘레 방향에서 이 순서대로 이어져 있다.

또, 평탄부 (13) 와 골부 (12) 를 접속하는 제 1 접속부 (14) 는, ＋Z 측을 향하여 돌출된 곡면상으로 형성되고, 평탄부 (13) 와 산부 (11) 를 접속하는 제 2 접속부 (15) 는, -Z 측을 향하여 돌출된 곡면상으로 형성되어 있다. 요컨대, 평탄부 (13) 의 둘레 방향에 있어서의 양 단부인 제 1 접속부 (14) 및 제 2 접속부 (15) 가, 축 방향을 향하여 돌출되는 곡면상으로 형성되어 있다.

본 실시형태에서는, 평탄부 (13) 의 둘레 방향에 있어서의 길이가, 피치 (P) 의 약 2 배가 되어 있다. 이 때문에, 본 실시형태의 웨이브 스프링 (1B) 은, 만일 평탄부 (13) 가 형성되지 않고 등피치로 산부 (11) 및 골부 (12) 가 배치된 경우의, 1 세트의 산부 및 골부 (도 3 의 파선부) 가, 평탄부 (13) 로 치환된 형상으로 되어 있다.

여기서, 제 1 실시형태의 형상과 제 2 실시형태의 형상을 비교한다. 제 1 실시형태의 웨이브 스프링 (1A) 은, 도 2 에 있어서의 파선으로 나타낸 1 개의 산부가 평탄부 (13) 로 치환된 형상을 갖고 있다. 한편, 제 2 실시형태의 웨이브 스프링 (1B) 은, 도 3 에 있어서의 파선으로 나타낸 1 세트의 산부 및 골부가 평탄부 (13) 로 치환된 형상을 갖고 있다. 이와 같이, 제 1 실시형태의 웨이브 스프링 (1A) 은, 제 2 실시형태의 웨이브 스프링 (1B) 과 비교하여 골부 (12) 를 많이 배치할 수 있기 때문에, 탄성력을 확보하기 쉬운 형상으로 되어 있다. 따라서, 스프링 재료의 판두께나 피치 (P) 의 치수 등, 탄성력에 영향을 미치는 제원의 선택의 자유도가 비교적 크다. 한편, 제 2 실시형태의 웨이브 스프링 (1B) 은, 제 1 실시형태의 웨이브 스프링 (1A) 과 비교하여 평탄부 (13) 의 둘레 방향에 있어서의 길이가 크게 되어 있다. 이 때문에, 접합시에, 단부 (13a, 13b) 끼리의 상대적인 위치를 보다 맞추기 쉬워져, 접합의 정밀도를 보다 안정시키는 것이 가능해진다.

실시예

실시예 1 로서, 제 1 실시형태에 있어서의 웨이브 스프링 (1A) 에 대하여, 환상체 (10) 가 평탄해지도록 탄성 변형시켰을 때의 웨이브 스프링 (1A) 내의 응력 분포를, 시뮬레이션에 의해 산출하였다. 이 결과, 평탄부 (13) 에 인접하는 골부 (12) 의 정부 (도 2 의 점 A) 에 있어서, 응력치가 최대가 되었다. 한편으로, 평탄부 (13) 의 중앙부 (접합부 (16)) 에 있어서의 응력치는, 점 A 에 있어서의 응력치의 0.25 배가 되었다.

실시예 2 로서, 제 2 실시형태에 있어서의 웨이브 스프링 (1B) 에 대하여, 환상체 (10) 가 평탄해지도록 탄성 변형시켰을 때의 웨이브 스프링 (1B) 내의 응력 분포를, 시뮬레이션에 의해 산출하였다. 이 결과, 골부 (12) 를 사이에 두고 평탄부 (13) 에 인접하는 산부 (11) 의 정부 (도 3 의 점 B) 에 있어서, 응력치가 최대가 되었다. 한편으로, 평탄부 (13) 의 중앙부 (접합부 (16)) 에 있어서의 응력치는, 점 B 에 있어서의 응력치의 0.03 배가 되었다.

실시예 1 및 2 의 결과로부터, 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태의 어느 형상에 있어서도, 접합부 (16) 에 응력이 집중되기 어려운 것이 확인되었다.

또, 시뮬레이션의 결과로부터, 산부 (11) 또는 골부 (12) 에 응력이 집중되기 쉬운 것이 확인되었다. 이 때문에, 접합부 (16) 를 산부 (11) 또는 골부 (12) 에 배치하지 않고, 산부 (11) 및 골부 (12) 사이의 중간부에 접합부 (16) 를 배치함으로써, 접합부 (16) 에 응력이 집중되는 것을 억제할 수 있다. 이와 같이, 접합부 (16) 에 대한 응력 집중을 억제함으로써, 웨이브 스프링 (1A, 1B) 의 강도를 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지의 변경을 더하는 것이 가능하다.

예를 들어, 웨이브 스프링 (1A, 1B) 은, 환상체 (10) 로부터 직경 방향 내측 또는 직경 방향 외측으로 돌출되는 클로부를 갖고 있어도 된다. 이 경우, 클로부에 의해, 웨이브 스프링 (1A, 1B) 의 중심 축선 (O) 둘레의 회전을 규제할 수 있다.

또, 상기 실시형태에서는, 피치 (P) 가 환상체 (10) 의 전체에서 균일하게 되어 있었지만, 피치 (P) 는 불균일해도 된다. 예를 들어, 환상체 (10) 중 평탄부 (13) 의 근방에 위치하는 부분의 피치를, 평탄부 (13) 로부터 떨어진 부분의 피치보다 작게 해도 된다. 이 경우, 도 2 또는 도 3 에 있어서의 파선으로 나타낸 형상이 평탄부 (13) 로 치환된 것에 의한 탄성력의 저하를 보완하여, 탄성 지지 대상물에 양호한 밸런스로 탄성력을 부여할 수 있다.

또, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 상기한 실시형태에 있어서의 구성 요소를 주지의 구성 요소로 치환해도 된다.

1A, 1B : 웨이브 스프링
10 : 환상체
11 : 산부
12 : 골부
13 : 평탄부
14 : 제 1 접속부
15 : 제 2 접속부
16 : 접합부
O : 중심 축선

Claims

산부 및 골부가 둘레 방향으로 교대로 이어져 형성된 환상체를 구비하고,
상기 환상체는 둘레 방향에 있어서의 적어도 일부가 접합되어 있고,
상기 환상체에 있어서 접합된 부분이, 상기 환상체의 중심 축선에 직교하는 평면 내로 연장되는 평탄부로 되어 있는, 웨이브 스프링.
제 1 항에 있어서,
상기 평탄부에 있어서의 둘레 방향의 양 단부가, 상기 중심 축선의 축 방향을 향하여 돌출되는 곡면상으로 형성되어 있는, 웨이브 스프링.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 평탄부는, 상기 중심 축선을 따른 축 방향에 있어서, 상기 산부와 상기 골부 사이에 위치하고 있는, 웨이브 스프링.
제 3 항에 있어서,
상기 평탄부는, 상기 축 방향에 있어서의 상기 환상체의 중앙부에 위치하고 있는, 웨이브 스프링.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산부와 상기 골부가 배치되는 둘레 방향에 있어서의 피치가 불균일한, 웨이브 스프링.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산부 및 상기 골부 중 어느 일방이, 상기 평탄부의 둘레 방향에 있어서의 양 단에 이어져 있는, 웨이브 스프링.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산부, 상기 평탄부, 및 상기 골부가, 둘레 방향에서 이 순서대로 이어져 있는, 웨이브 스프링.