WO2009139332A1

WO2009139332A1 - ばね

Info

Publication number: WO2009139332A1
Application number: PCT/JP2009/058683
Authority: WO
Inventors: 典拓田嶋; 潤冨永; 秀雅伊藤
Original assignee: 日本発條株式会社
Priority date: 2008-05-13
Filing date: 2009-05-08
Publication date: 2009-11-19
Also published as: JP2009275738A; EP2287490A1; EP2287490A4; JP4815469B2; US20110057368A1; CN102027258B; EP2287490B1; CN102027258A; US8950739B2

Abstract

　図２に示す位置関係にある本体部１０と第１円筒部１１の境界部に形成した第１角部１３は、荷重印加時に第１部材１０１からの押圧力に応じて角度αが変化するように弾性変形することができる。この場合、第１角部１３は、角度αを変化させながら、本体部１０の内周部の外部側（図の左側）に移動する。図に示す位置関係にある本体部１０と第２円筒部１２との境界部に形成した第２角部１４は、第１角部１３と同様な機能を有し、その弾性変形時に、第２部材１０２からの押圧力に応じて、角度βを変化させながら、本体部１０の外周部の外部側（図の右側）に移動する。その結果、部品点数を増加することなく、荷重特性でのヒステリシスの発生を防止することができるとともに、高さの調整を行うことができる。　

Description

ばね

　本発明は、第１部材と第２部材との間に設けられ、それら部材間での高周波振動の伝達を抑制するばねに係り、特にばねの形状の改良に関する。

　自動車産業や精密機器産業では、振動伝達の抑制技術が要求されている。振動伝達の抑制技術としては、対象物と支持部により構成される系の固有振動数を、所定の振動数帯域よりも十分に低く設定することが有効である。その手法として、支持部のばね定数を小さくすることが考えられるが、この場合、ばね定数を小さくすると、たわみ量が大きくなって、ばねが大型化するという問題がある。

　そこで、対象物と支持部の間に皿ばねを介在させる手法が提案されている。皿ばねの荷重特性は、図１０に示す曲線のように設計することができるから、荷重を支えることができるとともにばね定数を小さく設定することができる領域Ａを設定することができる。

　しかしながら、皿ばねは、荷重印加により略平坦状をなすように変形するときに、皿ばねの内周縁部および外周縁部が、相手部材に対して摺動して摩擦が発生する。このため、皿ばねの使用範囲を図１０の領域Ａの範囲に設定した場合、実際の荷重特性には、図１１（Ａ）に示すヒステリシスが生じる。その結果、皿ばねの使用範囲での実質的な動的ばね定数は、図１１（Ａ）の点Ｐと点Ｑを結ぶ対角線ｌの傾きとなる。この場合、使用範囲の振幅を小さくしたとき、図１１（Ｂ）に示すように、対角線ｌの傾きが大きくなるため、動的ばね定数が大きくなってしまう。

　以上のように従来の皿ばねでは、高周波振動のような微振幅の振動を入力すると、皿ばねの動的ばね定数が大きくなるため、高周波振動の伝達を抑制できないという問題があった。このような問題は、荷重印加時に内周縁部および外周縁部に設けられた折曲部が相手部材に面接触するように変形する特許文献１の皿ばねでは深刻である。そこで、荷重特性でのヒステリシスの発生を防止するために、皿ばねと相手部材との間の少なくとも一方に低摩擦部材を設ける特許文献２の技術が考えられる。しかしながら、特許文献２の技術では、皿ばねとは別に低摩擦部材を設けるため、部品点数が増加してしまう。

　一方、皿ばねの高さ方向にばらつきが生じた場合、高さ調整の必要がある。そこで、高さ調整のために上下面を研磨することが考えられるが、この場合、その上下面を研磨すると、荷重特性が大きく変化したり、内外径が変化して取付時にガタが生じたりするという問題があった。特に、皿ばねでは、それが適用される系に対応して内外径が設計値として予め決定されていることから、上記問題のため、実際には高さ調整が不可能であった。

特開平５－１７２１７１号公報特開２００２－５４６８５号公報

　したがって、本発明は、部品点数を増加することなく、荷重特性でのヒステリシスの発生を防止することができるとともに、高さの調整を行うことができるばねを提供することを目的としている。

　本発明のばねは、第１部材と第２部材との間に設けられるばねであって、孔部を有する本体部と、本体部の内周部および外周部のうちの少なくとも一方の周部に設けられた突出部と、本体部と突出部との境界部に形成された角部とを備え、本体部は、第１部材および第２部材からの押圧力の方向に交差する方向に延在し、突出部は、本体部の周部から第１部材および第２部材のいずれかの部材に向けて突出してそこに当接する当接部を備え、角部は、その角度が押圧力に応じて変化するように弾性変形可能であることを特徴としている。この場合、突出部の当接部と第１部材，第２部材の位置関係について次のようになる。すなわち、突出部が内周部および外周部のいずれかの周部に設けられた場合、その突出部は、本体部の周部から第１部材および第２部材のうちの一方の部材に向けて突出してそこに当接する当接部を備える。また、突出部が内周部および外周部の両方の周部に設けられた場合、内周部側の突出部は、本体部の内周部から第１部材および第２部材のうちの一方の部材に向けて突出してそこに当接する当接部を備え、外周部側の突出部は、本体部の外周部から第１部材および第２部材のうちの他方の部材に向けて突出してそこに当接する当接部を備える。

　本発明のばねでは、本体部は、第１部材および第２部材からの押圧力の方向に交差する方向に延在し、突出部は、本体部の周部から第１部材および第２部材のいずれかの部材（以下、相手部材）に向けて突出してそこに当接している。そのような本体部と突出部の境界部に形成した角部は、荷重印加時に相手部材からの押圧力に応じてその角度を変化させるように弾性変形することができる。この場合、角部は、上記のような位置関係にある本体部と突出部の境界部に形成された部位であるから、そのような角部は、荷重印加時にその角度を変化させながら、本体部の延在方向における突出部が設けられた周部の外部側に移動することができる。なお、ここでいう外部側とは、突出部が設けられた周部が内周部の場合、内周部の内側のことであり、突出部が設けられた周部が外周部の場合、外周部の外側のことである。

　以上のように荷重印加時に角部は弾性変形することができるので、突出部における角部と相手部材との間の距離を適宜設定することにより、荷重印加時に突出部の相手部材近傍の部位の変形を防止することができる。したがって、突出部の相手部材に対する摺動を防止することができるので、突出部と相手部材との間に摩擦が発生しなく、その結果、ばねの荷重特性にヒステリシスが発生しない。また、突出部の相手部材近傍の部位は不変形部であるから、その部位に研磨等の加工を施すことによりばねの高さを調整しても、その荷重特性の変化を防止することができる。

　本発明のばねは、種々の構成を用いることができる。たとえば、突出部として円筒部を用いることができる。この態様では、突出部に研磨等の加工を施しても、突出部は円筒部であるから、ばねの内外径は変化しない。また、本体部は、その内周部から外周部に向かって、傾斜状、階段状、あるいは、略Ｓ字状をなすことができる。さらに相手部材には、突出部のその部材に対する摺動を防止するストッパを設けることができる。この態様では、ばねの荷重特性でのヒステリシスの発生をより効果的に防止することができる。加えて、本体部および突出部の少なくとも一方に、スリットを形成することができる。この態様では、ばねの軽量化を図ることができる。

　本発明のばねによれば、本体部と突出部との境界部に形成された角部は荷重印加時に弾性変形することができるので、突出部の相手部材に対する摺動を防止することができる。したがって、突出部と相手部材との間に摩擦が発生しなく、その結果、ばねの荷重特性にヒステリシスが発生しない。また、突出部の相手部材近傍の部位は変形しないから、突出部に研磨等の加工を施すことにより突出部の高さを調整しても、ばねの荷重特性の変化を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るばね１の構成を表し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は、ばね１の右側部分の側断面図である。図１のばねの右側部分の動作状態を表し、（Ａ）は、ばねの動作前（点線）と動作時（実線）の側断面図であり、（Ｂ）は、ばねの動作時の第１角部および第２角部の拡大側断面図である。本発明例と従来例のばねの荷重特性を表すグラフである。本発明の一実施形態に係るばねの変形例の構成を表す側断面図である。本発明の一実施形態に係るばねの他の変形例の構成を表す側断面図である。本発明の一実施形態に係るばねの他の変形例の構成を表す側断面図である。本発明の一実施形態に係るばねの他の変形例の構成を表す側断面図である。本発明の一実施形態に係るばねの他の変形例の構成を表す側断面図である。本発明の一実施形態に係るばねの他の変形例の構成を表す側断面図である。皿ばねの荷重特性を表すグラフである。ヒステリシスが生じる実際の皿ばねの荷重特性を表すグラフであり、（Ａ）使用範囲の振幅が所定の大きさの場合、（Ｂ）使用範囲の振幅が（Ａ）の場合よりも小さい場合のグラフである。

　１～６…ばね、１０…本体部、１０Ａ…孔部、１１…第１円筒部（突出部）、１２…第２円筒部（突出部）、１３…第１角部（角部）、１４…第２角部（角部）、１０１…第１部材、１０１Ａ…凹部（ストッパ）、１０２…第２部材、１０２Ａ…凹部（ストッパ）、α，β…角度

（１）実施形態の構成
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るばね１の構成を表し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は、ばね１の右側部分の側断面図である。図１（Ｂ）は、ばね１が第１部材１０１と第２部材１０２の間に設置されている状態を表している。

　ばね１は、たとえば中心部に孔部１０Ａが形成された本体部１０を備えている。本体部１０は、たとえば第１部材１０１および第２部材１０２からの押圧力の方向に対して交差する方向に延在する円錐部である。その円錐部は、たとえば下方に向かうに従って傾斜して皿ばねとしての機能を有する。

　孔部１０Ａは、たとえば円形状をなしている。本体部１０の内周部には、第１部材１０１に向けて突出する第１円筒部１１（突出部）が設けられている。第１円筒部１１の上端部は、第１部材１０１に当接する当接部である。本体部１０の外周部には、第２部材１０２に向けて突出する第２円筒部１２（突出部）が設けられている。第２円筒部１２の下端部は、第２部材１０２に当接する当接部である。

　本体部１０と第１円筒部１１との境界部には第１角部１３が形成され、本体部１０と第２円筒部１２との境界部には第２角部１４が形成されている。第１角部１３および第２角部１４は、第１部材１０１および第２部材１０２からの押圧力に応じて、その角度を変化させるように弾性変形可能である。第１角部１３および第２角部１４は、種々の手法により形成することができる。第１角部１３および第２角部１４は、たとえば第１角部１３および第２角部１４は、本体部１０と第１円筒部１１の境界部および本体部１０と第２円筒部１２の境界部を折り曲げて形成することができる。また、たとえば、本体部１０と第１円筒部１１の溶接および本体部１０と第２円筒部１２の溶接により形成することができる。

（２）実施形態の動作
　ばね１の動作について、おもに図２，３を参照して説明する。図２は、ばね１の動作状態を表し、（Ａ）は、ばね１の動作前（点線）と動作時（実線）の側断面図であり、（Ｂ）は、ばね１の動作時の第１角部１３および第２角部１４の拡大側断面図である。なお、図２では、図１（Ｂ）と同様にばね１の右側部分のみを図示している。図３は、本発明例のばね１と従来例のばねの荷重特性を表すグラフである。

　図２（Ａ）の点線で示すように、第１部材１０１と第２部材１０２の間に配置されたばね１に対して、第１部材１０１から下側方向の荷重を加える。すると、図２（Ｂ）の実線で示すように、ばね１は撓んで第１部材１０１が下方に移動する。図中の符号ｄは、ばね１の撓みの大きさを示している。

　ここで、本実施形態では、本体部１０は、第１部材１０１からの押圧力の方向に交差する方向に延在し、ばね１の上側において、第１円筒部１１は、本体部１０の内周部から第１部材１０１に向けて突出してそこに当接している。そのような本体部１０と第１円筒部１１の境界部に形成した第１角部１３は、荷重印加時に第１部材１０１からの押圧力に応じて角度αが変化するように弾性変形することができる。この場合、第１角部１３は、上記のような位置関係にある本体部１０と第１円筒部１１の境界部に形成された部位であるから、そのような第１角部１３は、荷重印加時に角度αを変化させながら、本体部１０の内周部の外部側（図の左側）に移動することができる。

　このように荷重印加時に第１角部１３は弾性変形することができるので、第１円筒部１１が荷重印加時に第１部材１０１側の不変形部分（図２（Ｂ）中の点Ｓより上側）を有するように第１円筒部１１の長さを適宜設定することにより、第１円筒部１１の第１部材１０１側部分の変形を防止することができる。

　一方、ばね１の下側において、第２円筒部１１は、本体部１０の内周部から第２部材１０２に向けて突出してそこに当接している。この場合、第１角部１３と同様な機能を有する第２角部１４は、荷重印加による弾性変形時に、第２部材１０２からの押圧力に応じて、角度βを変化させながら、本体部１０の外周部の外部側（図の右側）に移動することができる。

　このように荷重印加時に第２角部１４は弾性変形することができるので、第２円筒部１２が荷重印加時に第２部材１０２側の不変形部分（図２（Ｂ）中の点Ｔより下側）を有するように第２円筒部１２の長さを適宜設定することにより、第２円筒部１２の第２部材１０２側部分の変形を防止することができる。

　以上のことから、第１円筒部１１および第２円筒部１２の摺動を防止することができるので、第１円筒部１１と第１部材１０１との間および第２円筒部１２と第１部材１０２との間に摩擦が発生しない。図３に示すように、相手部材と摺動する従来の皿ばねでは、荷重特性に摩擦によるヒステリシスが発生していたが、相手部材と摺動しない本発明例のばね１では、荷重特性に摩擦によるヒステリシスが発生しない。

　また、第１円筒部１１および第２円筒部１２の相手部材近傍の部位は不変形部であるから、その部位に研磨等の加工を施すことによりばね１の高さを調整しても、その荷重特性の変化は抑制される。特に、本発明の突出部として第１円筒部１１および第２円筒部１２を設けたので、第１円筒部１１および第２円筒部１２に研磨等の加工を施しても、ばね１の内外径は変化しない。

（３）変形例
　以上のように上記実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。なお、以下の変形例では、上記実施形態と同様な構成要素には同符号を付し、その説明は省略している。

　たとえば、上記実施形態では、本体部１０および第１，第２円筒部１１，１２に構造を形成しなかったが、それら部位に種々の構造を形成してもよい。たとえば、本体部１０および第１，第２円筒部１１，１２の少なくとも一方にスリットを形成することができる。具体的には、図４に示すばね２では、第１，第２円筒部１１，１２の側面部にスリット２１，２２を形成している。図５に示すばね３では、本体部１０にスリット３１を形成している。このようなスリット２１，２２，３１は適宜組み合わせることができ、その形状は適宜設定することができる。この態様では、ばねの軽量化を図ることができる。

　また、たとえば上記実施形態では、内周部から外周部に向かって下方に傾斜する円錐状をなす本体部１０を用いたが、これに限定されるものではなく、本体部は種々の形状を用いることができる。たとえば、図６に示すばね４では、内周部から外周部に向かって階段状をなす本体部４０を用いている。本体部４０の階段状は、縦方向部４１および横方向部４２からなる複数の段部を有している。縦方向部４１と横方向部４２の境界部には、角部４３が形成され、段部どうしの境界部には角部４４が形成され、角部４３，４４は、上記実施形態の角部１３，１４と同様な機能を有することができる。

　図７に示すばね５では、略Ｓ字状をなす本体部５０を用いている。図８に示すばね６では、内周部から外周部に向かって上方に傾斜する円錐状をなす本体部６０を用いている。この場合、第１円筒部１１および第２円筒部１２の高さが高い。また、本体部１０は、第１円筒部１１および第２円筒部１２に略直交する平面状をなしてもよい。

　さらに上記実施形態では、本発明の突出部として第１，第２円筒部１１，１２を用いたが、これに限定されるものではなく、突出部は種々の構成を用いることができる。たとえば、ばねのたわみが小さい場合には、第１，第２円筒部１１，１２はいずれか一方のみを用いることができる。また、突出部の形状は、上記実施形態に示す円筒状に限定されるものではなく、円錐状等の種々の形状を用いることができる。また、この場合、その断面は、直線状に限定されるものではなく、略Ｓ字状などの曲線状であってもよい。

　加えて第１円筒部１０１および第２円筒部１０２が当接する第１部材１０１および第２部材１０２には、ストッパを形成することができる。たとえば図９に示すように、第１，第２円筒部１１，１２係合する凹部１０１Ａ，１０２Ａをストッパとして第１部材１０１および第２部材１０２に形成することができる。ストッパは、凹部１０１Ａ，１０２Ａに限定されるものではなく、たとえば第１円筒部１０１あるいは第２円筒部１０２を固定する固定手段であればよく、種々の変形が可能であるのは言うまでもない。この態様では、ばね１の荷重特性でのヒステリシスの発生をより効果的に防止することができる。

　上記実施形態では、第１円筒部１１を第１部材１０１向けて突出させてそこに当接させ、かつ第２円筒部１２を第２部材１０２に当接させたが、第１円筒部１１を第２部材１０２向けて突出させてそこに当接させ、第２円筒部１２を第１部材１０１向けて突出させてそこに当接させてもよい。上記実施形態では、第１円筒部１１および第２円筒部１２を本体部の内周部および外周部に形成したが、第１円筒部１１および第２円筒部１２のいずれか一方のみ形成してもよい。また、第１角部１３および第２角部１４の形状は、図示の形状に限定されるものではなく、曲面形状等の種々の形状に変更可能である。

　以上のようなスリットなどの構造の形成や、本体部の形状、突出部の形状、ストッパの形成、突出部の形成位置および突出方向、および、第１角部および第２角部の形状等の変形例は適宜組み合わせることができるのは言うまでもない。

Claims

　第１部材と第２部材との間に設けられるばねにおいて、
　孔部を有する本体部と、
　前記本体部の内周部および外周部のうちの少なくとも一方の周部に設けられた突出部と、
　前記本体部と前記突出部との境界部に形成された角部とを備え、
　前記本体部は、前記第１部材および前記第２部材からの押圧力の方向に交差する方向に延在し、
　前記突出部は、前記本体部の前記周部から前記第１部材および前記第２部材のいずれかの部材に向けて突出してそこに当接する当接部を備え、
　前記角部は、その角度が前記押圧力に応じて変化するように弾性変形可能であることを特徴とするばね。
　前記突出部は、円筒部であることを特徴とする請求項１に記載のばね。
　前記当接部は、前記押圧力が変化しても、前記当接部が当接する前記部材に対して摺動しないことを特徴とする請求項１または２に記載のばね。
　前記本体部は、その内周部から外周部に向かって、傾斜状、階段状、あるいは、略Ｓ字状をなしていることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載のばね。
　前記本体部および前記突出部の少なくとも一方には、スリットが形成されていることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のばね。
　前記突出部が当接する前記部材には、前記当接部のその部材に対する摺動を防止するストッパが設けられていることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載のばね。