WO2011129207A1 - ばね - Google Patents

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WO2011129207A1
WO2011129207A1 PCT/JP2011/058446 JP2011058446W WO2011129207A1 WO 2011129207 A1 WO2011129207 A1 WO 2011129207A1 JP 2011058446 W JP2011058446 W JP 2011058446W WO 2011129207 A1 WO2011129207 A1 WO 2011129207A1
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WO
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spring
leaf spring
vertical plate
leaf
plate portion
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PCT/JP2011/058446
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French (fr)
Inventor
典拓 田島
潤 冨永
秀雅 伊藤
Original Assignee
日本発條株式会社
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00Springs
    • F16F1/02Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
    • F16F1/18Leaf springs
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00Springs
    • F16F1/02Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
    • F16F1/025Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant characterised by having a particular shape
    • F16F1/027Planar, e.g. in sheet form; leaf springs

Definitions

  • the present invention relates to a spring that suppresses transmission of high-frequency vibration from a counterpart member, and more particularly to improvement of the shape of the spring.
  • Vibration transmission suppression technology is applied to engines, motors rotating at high speeds, washing machine dewatering tanks, buildings, and the like.
  • As a technique for suppressing vibration transmission it is effective to set the natural frequency of a system composed of an object and a support sufficiently lower than a predetermined frequency band.
  • As a method it is conceivable to reduce the spring constant of the support part. In this case, when a coil spring or a leaf spring is used as the support part, if the spring constant is reduced, a large deflection is required to support a high load. Is required, and the spring becomes large.
  • Patent Documents 1 and 2 Since the load characteristic of the disc spring can be designed as a curve shown in FIG. 14, it is possible to set a substantially flat region A that can support the load and can set a small spring constant.
  • the disc spring When the disc spring is deformed so that its shape is substantially flat when a load is applied, the inner peripheral edge and the outer peripheral edge of the disc spring slide against the mating member to generate friction. For this reason, when the use range of the disc spring is set to the range of the substantially flat region A of FIG. 14, the hysteresis shown in FIG. 15A occurs in the actual load curve. As a result, the substantial dynamic spring constant in the usage range of the disc spring is the inclination of the diagonal line l connecting the point P and the point Q in FIG. In this case, when the amplitude of the use range is reduced, the slope of the diagonal line l is increased as shown in FIG. 15B, so that the dynamic spring constant is increased.
  • FIG. 16 shows the configuration of the spring 200, where FIG. 16A is a perspective view and FIG. 16B is a cross-sectional view of the right side portion of the spring 200.
  • FIG. FIG. 16B shows a state where the spring 200 is installed between the first member 101 and the second member 102.
  • the spring 200 includes a main body 210 having a hole 210A formed at the center.
  • the main body 210 has the same shape as a disc spring and has a function as a disc spring.
  • a first cylindrical portion 211 protruding toward the first member 101 is provided on the inner peripheral portion of the main body portion 210, and a second cylindrical portion protruding toward the second member 102 is provided on the outer peripheral portion of the main body portion 210.
  • 212 is provided.
  • a first corner 213 is formed at the boundary between the main body 210 and the first cylindrical portion 211
  • a second corner 214 is formed at the boundary between the main body 210 and the second cylindrical portion 212.
  • the corner portions 213 and 214 can be elastically deformed so as to change the angle according to the pressing force from the counterpart members 101 and 102 when a load is applied. Since sliding with respect to 101 and 102 can be prevented, hysteresis does not occur.
  • the spring 200 can support a high load and can reduce the dynamic spring constant.
  • the outer diameter R2 (second cylindrical portion) of the main body 210 is empirically determined. It is known that the following relational expression (1) must be satisfied, where (diameter of the opening 212) is (mm) and the generated load is P (N). In the aspect satisfying the relational expression (1), the inner diameter of the main body 210 (the diameter of the opening of the first cylindrical portion 211) can be set sufficiently small. Relational expression (1) (R2) 2 / P ⁇ 6
  • the amount of deflection (effective stroke length) in the substantially flat region A where the dynamic spring constant becomes small depends on the size of the outer diameter R2, but when the outer diameter R2 is set to be small, Effective stroke length is reduced.
  • an object of the present invention is to provide a spring that can easily realize setting a dynamic spring constant in a vibration direction to be small and setting an effective stroke length to be large even in a low load region. Yes.
  • the spring of the present invention is provided with a leaf spring portion, one end portion in the extending direction of the leaf spring portion, a first vertical plate portion projecting in a predetermined direction, and the other end in the extending direction of the leaf spring portion.
  • a second vertical plate portion that is provided in the portion and protrudes in a direction opposite to the predetermined direction, a first corner portion formed at a boundary portion between the leaf spring portion and the first vertical plate portion, and a leaf spring portion And a second corner formed at the boundary portion of the second vertical plate portion, and the first vertical plate portion and the second vertical plate portion have a contact portion that comes into contact with the mating member and is pushed from the mating member.
  • first corner and the second corner When pressure is applied, the first corner and the second corner can be elastically deformed such that the angle changes according to the pressing force.
  • first vertical plate portion and the second vertical plate portion are collectively referred to as a vertical plate portion, and the first corner portion and the second corner portion are appropriately collectively referred to as a corner portion.
  • the first vertical plate portion protrudes toward the first member side, and the first vertical plate portion
  • the abutting portion can abut on the first member.
  • the second vertical plate portion protrudes toward the second member, and the contact portion of the second vertical plate portion can contact the second member.
  • the extending direction of the leaf spring portion intersects the direction of the pressing force from the mating member located on the upper and lower sides of the spring, so that the load characteristic of the leaf spring is the same as that of the disc spring, It becomes non-linear so as to have a substantially flat region.
  • the corner portion can move to the outside of the end portion of the leaf spring portion while changing the angle at the time of elastic deformation at the time of applying a load, the distance between the corner portion in the longitudinal plate portion and the counterpart member By appropriately setting, it is possible to prevent deformation of a portion near the mating member of the vertical plate portion when a load is applied.
  • the shape of the main body portion is the shape of a disc spring.
  • the portion corresponding to the main body portion 210 of the spring 200 of the comparative example is a plate spring portion that forms a plate shape.
  • the portions corresponding to the cylindrical portions 211 and 212 of the spring 200 of the comparative example are plate-like vertical plate portions.
  • the plate thickness and material of the leaf spring part are set to be the same, and the length in the direction (width direction) substantially orthogonal to the extending direction (longitudinal direction) of the leaf spring part is changed. Then, only the generated load changes while the deflection amount (effective stroke length) is maintained substantially constant. Specifically, when the width of the leaf spring portion is narrowed, the generated load is only reduced while the effective stroke length is maintained substantially constant. That is, even when the generated load is set low, the effective stroke length is not reduced, and is almost the same as when the generated load is set high, so that the dynamic spring constant in the vibration direction can be set even in the low load region of the load characteristics. While being able to set small, the effective stroke length can be set large. Thus, not only a high load but also a low load can be handled.
  • the plate spring portion has a plate shape, so that press molding at the time of manufacture becomes easy. Further, it is not necessary to reduce the plate thickness in order to cope with a low load. Therefore, management in manufacturing becomes easy.
  • the spring of the present invention can use various configurations.
  • the leaf spring portion can be inclined, stepped, or substantially S-shaped in the extending direction from one end to the other end.
  • the length in the width direction of the leaf spring portion may change along the extending direction.
  • the leaf spring portion can have a curved surface shape in a direction crossing the extending direction.
  • the contact part can have a fixing means for fixing the contact part to the mating member. In this aspect, since sliding with respect to the mating member can be reliably prevented, occurrence of hysteresis due to sliding can be reliably prevented.
  • the above spring can be used as a basic structure, and a plurality of the basic structures can be provided.
  • the basic structure can include a connecting portion that connects the first vertical plate portions, and a plurality of basic structures can be arranged on the same plane.
  • the dynamic spring constant in the vibration direction can be set small and the effective stroke length can be set large even in the low load region of the load characteristics. Moreover, since the said effect can be acquired with the simple method of narrowing the width
  • plate spring which is a spring which concerns on one Embodiment of this invention is represented, (A) is a perspective view, (B) is a sectional side view of the spring in the state arrange
  • (A) is a graph showing the simulation result of the load characteristic of the leaf spring of this example and the spring of the comparative example
  • (B) is a plan view for explaining the size of each spring.
  • the structure of the basic structure of the spring which concerns on one Embodiment of this invention is represented, (A) is a perspective view, (B) is a sectional side view. It is a sectional side view showing the arrangement form of the basic structure of the spring shown in FIG. It is a sectional side view showing the structure of the modification of the basic structure of the spring shown in FIG. It is a sectional side view showing the composition of other modifications of the basic structure of the spring shown in FIG. The structure of the other modification of the basic structure of the spring shown in FIG.
  • FIG. 4 is represented, (A) is a perspective view, (B) is a top view of the modification of the leaf
  • the structure of the spring which combined the basic structure of the spring shown in FIG. 4 is represented, (A) is a perspective view, (B) is a sectional side view. It is a perspective view showing the structure of the modification of the spring which combined the basic structure of the spring shown in FIG. It is a sectional side view showing the structure of the modification of the spring which combined the basic structure of the spring shown in FIG. It is a perspective view showing the structure of the other modification of the basic structure of the spring shown in FIG.
  • FIG. 1A and 1B show a configuration of a leaf spring 1 that is a spring according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A is a perspective view
  • FIG. 1B is installed between a first member 101 and a second member 102. It is a sectional side view of the leaf
  • the leaf spring 1 is made of, for example, spring steel or reinforced plastic, and has a symmetrical shape, for example.
  • the leaf spring 1 includes a leaf spring portion 10 having a plate shape as a main body portion.
  • the leaf spring portion 10 extends in a direction intersecting the direction of the pressing force from the first member 101 and the second member 102, and is inclined, for example, downward.
  • the leaf spring 1 is non-linear so that its load characteristic has a substantially flat region A, similar to the characteristic of the disc spring shown in FIG.
  • the first vertical plate portion 11 is erected on the upper end portion in the extending direction of the leaf spring portion 10.
  • the first vertical plate portion 11 protrudes toward the first member 101.
  • the upper end portions of the first vertical plate portion 11 are connected to each other by the connection portion 21.
  • the connection portion 21 is a contact portion that contacts the first member 101.
  • a second vertical plate portion 12 is provided at the lower end portion in the extending direction of the leaf spring portion 10.
  • the second vertical plate portion 12 protrudes toward the second member 102.
  • the lower end portion of the second vertical plate portion 12 is a contact portion that contacts the second member 102.
  • the contact portion has a flange portion 12A fixed to the second member 102, for example.
  • the flange portion 12A is fixed to the second member 102 by screw means, welding, or the like.
  • a first corner portion 13 is formed at the boundary portion between the leaf spring portion 10 and the first vertical plate portion 11, and a second corner portion 14 is formed at the boundary portion between the leaf spring portion 10 and the second vertical plate portion 12.
  • the first corner portion 13 and the second corner portion 14 can be elastically deformed so as to change their angles according to the pressing force from the first member 101 and the second member 102.
  • the leaf spring 1 can be formed by various methods.
  • the leaf spring 1 can be formed by bending a plate material having a predetermined width. Specifically, a boundary portion between the first vertical plate portion 11 and the connection portion 21, a boundary portion between the second vertical plate portion 12 and the connection portion 21, and a boundary portion between the leaf spring portion 10 and the first vertical plate portion 11. (The first corner portion 13), the boundary portion (second corner portion 14) between the leaf spring portion 10 and the second vertical plate portion 12, and the boundary portion between the second vertical plate portion 12 and the flange portion 12A are bent.
  • each of the above parts can be formed by welding adjacent parts.
  • FIG. 2 shows an operating state of the leaf spring 1 installed between the first member 101 and the second member 102
  • (A) shows a cross section before the operation of the leaf spring 1 (dotted line) and at the time of operation (solid line).
  • FIG. 4B is an enlarged cross-sectional view of the corner portions 13 and 14 when the leaf spring 1 is in operation. In FIG. 2, only the right side portion of the leaf spring 1 is illustrated, and the flange portion 12A and the connection portion 21 are not shown.
  • a downward load is applied from the first member 101 to the leaf spring 1 disposed between the first member 101 and the second member 102, as indicated by a dotted line in FIG. Then, as shown by the solid line in FIG. 2B, the leaf spring 1 is bent and the first member 101 moves downward.
  • Reference sign d in the figure indicates the amount of bending of the leaf spring 1.
  • the leaf spring portion 10 extends in a direction crossing the direction of the pressing force from the first member 101, and on the upper side of the spring 1, the first vertical plate portion 11 extends from the upper end portion of the leaf spring portion 10 to the first member. It protrudes toward 101 and abuts there.
  • the first corner portion 13 formed at the boundary between the leaf spring portion 10 and the first vertical plate portion 11 is elastically deformed so that the angle ⁇ changes according to the pressing force from the first member 101 when a load is applied. can do.
  • the first corner portion 13 is a portion formed at the boundary between the leaf spring portion 10 and the first vertical plate portion 11 having the above positional relationship.
  • angular part 13 can be elastically deformed at the time of a load application, the 1st vertical board part 11 is from the undeformed part (FIG. 2 (B) point of FIG.
  • the length (height) of the first vertical plate portion 11 By appropriately setting the length (height) of the first vertical plate portion 11 so as to have the upper side), deformation of the first member 101 side portion of the first vertical plate portion 11 can be prevented.
  • the second vertical plate portion 12 protrudes from the lower end portion of the leaf spring portion 10 toward the second member 102 and is in contact therewith.
  • the second corner portion 14 having a function similar to that of the first corner portion 13 is a leaf spring portion while changing the angle ⁇ according to the pressing force from the second member 102 during elastic deformation by applying a load. 10 can be moved to the outside (the right side in the figure) of the lower end portion.
  • the second corner portion 14 can be elastically deformed when a load is applied in this way, the second vertical plate portion 12 is not deformed on the second member 102 side when a load is applied (from a point T in FIG. 2B).
  • the length of the second vertical plate portion 12 so as to have the lower side
  • deformation of the second member 102 side portion of the second vertical plate portion 12 can be prevented.
  • the leaf spring 1 since the leaf spring 1 has the undeformed portions in the longitudinal plate portions 11 and 12, sliding between the leaf spring 1 and the mating members 101 and 102 can be prevented.
  • the main body portion 210 has a disc spring shape, and the cylindrical portions 211 and 212 that protrude toward the mating member have a cylindrical shape.
  • the spring 200 of the comparative example having such a shape when the outer diameter of the main body 210 is set to be small with the plate thickness and the material being set to be the same, the effective stroke length is accordingly reduced.
  • the leaf spring portion 10 corresponding to the main body portion 210 of the spring 200 of the comparative example has a plate shape
  • the vertical plate portion 11 corresponding to the cylindrical portions 211 and 212 of the spring 200 of the comparative example. , 12 are plate-shaped.
  • the deflection amount effective Stroke length
  • the generated load increases while the effective stroke length is maintained substantially constant, and when the width of the leaf spring portion 10 is narrowed, the effective stroke length is substantially constant.
  • the generated load is lowered in a state where the pressure is maintained.
  • FIG. 3 is a graph showing a simulation result of load characteristics of the leaf spring of the present invention (a specific example of the leaf spring 1) and the spring 200 of the comparative example
  • FIG. 3B is a plan view for explaining the size of each spring. is there.
  • the length of the leaf spring portion 10 of the present invention and the outer diameter of the main body portion 210 of the comparative example are made the same, the width w of the leaf spring portion 10 of the present invention example, and the connection portion 21
  • the length and the inner diameter of the main body 210 of the comparative example were set to be the same, and the plate thickness and the material were set to be the same.
  • the leaf spring 1 of the present invention can have a substantially flat region in the load characteristics, and the generated load is 1 as compared with the spring 200 of the comparative example.
  • the deflection amount (effective stroke length) can be set to 4 times.
  • the dynamic spring constant in the vibration direction can be set small and the effective stroke length can be set large even in the low load region of the load characteristics.
  • the dynamic spring constant in the vibration direction can be set small and the effective stroke length can be set large even in the low load region of the load characteristics.
  • the said effect can be acquired with the simple method of narrowing the width
  • the plate spring portion 10 has a plate shape, so that press molding at the time of manufacture becomes easy. Further, it is not necessary to reduce the plate thickness in order to cope with a low load. Therefore, management in manufacturing becomes easy.
  • the spring of the present invention includes, for example, a leaf spring portion 10, a first vertical plate portion 11, a second vertical plate portion 12, a first corner portion 13, a second corner portion 14, and a contact.
  • a leaf spring 1A having a portion can be used as a basic structure.
  • the leaf spring 1 ⁇ / b> A can realize a nonlinear load characteristic having a low dynamic spring constant and a large effective stroke length in a low load region.
  • the effective stroke length can be set to a predetermined value by appropriately setting the plate thickness and material. In this case, when the width of the leaf spring portion 10 is changed, the generated load can be changed while the effective stroke length is maintained substantially constant.
  • the spring of the present invention can use various modes by using the leaf spring 1A as a basic structure.
  • the leaf spring 1A is used as a basic structure, and a pair of left and right leaf springs 1A having a flange portion 12A are connected by a connecting portion 21 as shown in FIG.
  • the leaf spring 1A can adopt various arrangement forms.
  • a pair of left and right leaf springs 1A can be used as a set between the first member 101 and the second member 102.
  • a plurality of sets of leaf springs 1A can be arranged.
  • a plurality of leaf springs 1A can be used and can be appropriately arranged in the in-plane direction.
  • the upper end portion of the first vertical plate portion 11 of the leaf spring 1A can be fixed to the first member 101 using a fixing means (not shown), and the lower end portion of the second vertical plate portion 12 is fixed to the first member 101.
  • the two members 102 can be fixed.
  • the leaf spring portion 10 is inclined downward from the end portion on the first vertical plate portion 11 side toward the end portion on the second vertical plate portion 12 side, but there are various shapes in the extending direction of the leaf spring portion 10. Can be modified.
  • the leaf spring portion 10 may be inclined upward from the end portion on the first vertical plate portion 11 side toward the end portion on the second vertical plate portion 12 side.
  • a leaf spring portion 20 having a stepped shape from the end portion on the first longitudinal plate portion 11 side toward the end portion on the second longitudinal plate portion 12 side is used.
  • the step shape of the leaf spring portion 20 has a plurality of step portions including a vertical direction portion 21 and a horizontal direction portion 22.
  • a corner 23 is formed at the boundary between the vertical direction portion 21 and the horizontal direction portion 22, a corner 24 is formed at the boundary between the step portions, and the corners 23 and 24 are corner portions of the above embodiment. 13 and 14 can be provided.
  • a leaf spring portion 30 having a substantially S shape is used.
  • the width of the leaf spring 1A can be changed in the extending direction.
  • the width of the leaf spring portion 40 becomes wider from the end on the first vertical plate portion 11 side toward the end on the second vertical plate portion 12 side. .
  • the width is set narrower from the both end portions toward the center portion (so-called constricted shape).
  • the in-plane direction of the leaf spring portion 10 is not limited to a planar shape, and various shapes can be used.
  • the leaf spring 1E shown in FIG. 9 has a curved surface shape in the width direction of the leaf spring portion 50, and correspondingly, the first vertical plate portion 11 and the second vertical plate portion 12 have a curved surface shape. In this aspect, the generated load can be increased.
  • a spring 2 shown in FIG. 10 is a modification of the leaf spring 1 of the above embodiment, and is a spring in which the leaf spring 1D shown in FIG. Further, for example, a plurality of leaf springs 1D can be arranged in the in-plane direction, and the leaf springs 1D can be connected by the connecting portion 21.
  • the spring of this invention can be used also as springs of forms other than a leaf
  • three leaf springs 1 ⁇ / b> D are arranged in the in-plane direction and connected by the connecting portion 21.
  • plate spring 1A you may make a mutually different shape.
  • the heights of the leaf spring portions 10 of the left and right leaf springs 1 ⁇ / b> A are different from each other, and have a left-right asymmetric shape.
  • Various configurations can be used as means for fixing the leaf spring 1A.
  • the flange portions 11 ⁇ / b> A and 12 ⁇ / b> A of the longitudinal plate portions 11 and 12 protrude toward the inside of the leaf spring portion 10.
  • Holes 11B and 12B in which screw means are provided are formed in the flange portions 11A and 12A.
  • space saving can be achieved.
  • the first vertical plate portion 11 is protruded toward the first member 101 and brought into contact therewith, and the second vertical plate portion 12 is brought into contact with the second member 102.
  • the plate portion 11 may be protruded toward the second member 102 and brought into contact therewith, and the second vertical plate portion 12 may be protruded toward the first member 101 and brought into contact therewith.
  • you may form only in any one of the 1st vertical board part 11 and the 2nd vertical board part 12.
  • the shapes of the first corner portion 13 and the second corner portion 14 are not limited to the illustrated shapes, and can be changed to various shapes such as a curved surface shape.
  • the first vertical plate portion 11 and the second vertical plate portion 12 are not limited to a linear shape, and may be a curved shape such as a substantially S shape. Moreover, you may form a slit in the leaf
  • the leaf spring 1A which is the basic structure of the spring of the present invention, and the above modification can be used in appropriate combination, and thereby desired load characteristics can be obtained.
  • the spring of the present invention can be used in place of the conventional disc spring, the spring 200 of the comparative example, the leaf spring, and the like. be able to.
  • the spring of this invention can be used also as a leaf

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Abstract

 低荷重領域でも、振動方向の動的ばね定数を小さく設定すること、および、有効ストローク長を大きく設定することを容易に実現することができるばねを提供する。 板ばね1では、図16に示す比較例のばね200の本体部210に対応する板ばね部10は板状をなし、比較例のばね200の円筒部211,212に対応する縦板部11,12は板状をなしている。板ばね1では、板厚および材質を同一に設定した状態で、板ばね部10の幅(延在方向に直交する幅方向の長さ)を変更すると、たわみ量(有効ストローク長)は略一定に維持された状態で、発生荷重のみが変化する。具体的には、板ばね部10の幅を狭くすると、有効ストローク長は略一定に維持された状態で、発生荷重が低くなる。

Description

ばね
 本発明は、相手部材から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、家電、建築等の各種分野では、振動伝達を抑制する技術が要求されている。振動伝達の抑制技術は、エンジンや、高速回転するモータ、洗濯機の脱水槽、建築物等に適用されている。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、支持部としてコイルばねや板ばねを用いたとき、ばね定数を小さくすると、高荷重を支えるためには、大きな撓みが必要となり、ばねが大型化してしまう。
 そこで、対象物と支持部との間に皿ばねを用いる手法が提案されている(たとえば特許文献1,2)。皿ばねの荷重特性は、図14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略平坦領域Aを設定することができる。
 皿ばねは、その形状が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14の略平坦領域Aの範囲に設定した場合、実際の荷重曲線には、図15(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15(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15(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。このように皿ばねが適用された系では、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、系の固有振動数が増加し、その結果、高周波振動の伝達を抑制できないという問題があった。
特開平5-172171号公報 特開2002-54685号公報
 以上のような問題を解決するために本出願人は、図16に示すばね200を提案している(たとえば特開2009-275738)。図16は、ばね200の構成を表し、(A)は斜視図、(B)は、ばね200の右側部分の断面図である。図16(B)は、ばね200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200は、中心部に孔部210Aが形成された本体部210を備えている。本体部210は、皿ばねと同様の形状をなし、皿ばねとしての機能を有する。
 本体部210の内周部には、第1部材101に向けて突出する第1円筒部211が設けられ、本体部210の外周部には、第2部材102に向けて突出する第2円筒部212が設けられている。本体部210と第1円筒部211との境界部には第1角部213が形成され、本体部210と第2円筒部212との境界部には第2角部214が形成されている。ばね200では、角部213,214が、荷重印加時に相手部材101,102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することができるので、円筒部211,212の相手部材101,102に対する摺動を防止することができるから、ヒステリシスが発生しない。このようにばね200では、高荷重を支えることができるとともに、動的ばね定数を小さくすることができる。
 ところで、高荷重に対してだけでなく、軽量な小型センサー等の低荷重に対しても、振動伝達の抑制を図ることが要求されている。
 ここで、ばね200について、振動方向の動的ばね定数を小さく設定することができる略平坦領域を有する荷重特性を実現するためには、経験上、本体部210の外径R2(第2円筒部212の開口部の径)を(mm)、発生荷重をP(N)とした場合、下記の関係式(1)を満足する必要があるとの知見が得られている。なお、関係式(1)を満足する態様では、本体部210の内径(第1円筒部211の開口部の径)は十分小さく設定することができる。
 関係式(1) (R2)/P≒6
 しかしながら、ばね200では、低荷重に対応するために、実際に外径R2を小さく設定した場合(たとえば10mm以下の場合)、ばね200の製造の際、板厚を薄くする必要があったり、プレス成形が困難になる等、製造上の管理が困難になる。このように低荷重(たとえば17N以下)に対応するために、動的ばね定数を小さくすることが困難である。また、ばね200では、動的ばね定数が小さくなる略平坦領域Aでの撓み量(有効ストローク長)は外径R2の大きさに依存するが、外径R2を小さく設定した場合、それに伴い、有効ストローク長が小さくなる。
 以上のように高荷重だけでなく低荷重への対応を容易とするために、より好適なばねが望まれている。
 したがって、本発明は、低荷重領域でも、振動方向の動的ばね定数を小さく設定すること、および、有効ストローク長を大きく設定することを容易に実現する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、板ばね部と、板ばね部の延在方向の一端部に設けられるとともに、所定方向に向けて突出する第1縦板部と、板ばね部の延在方向の他端部に設けられるとともに、所定方向とは反対の方向に向けて突出する第2縦板部と、板ばね部と第1縦板部の境界部に形成された第1角部と、板ばね部と第2縦板部の境界部に形成された第2角部とを備え、第1縦板部および第2縦板部は、相手部材に当接する当接部を有し、相手部材から押圧力が加えられたとき、第1角部および第2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。なお、以下では、第1縦板部および第2縦板部を縦板部と適宜総称し、第1角部および第2角部を角部と適宜総称している。
 本発明のばねでは、そのばねを相手部材としての第1部材と第2部材との間に配置した場合、第1縦板部は、第1部材側に向けて突出し、第1縦板部の当接部は第1部材に当接することができる。第2縦板部は、第2部材側に向けて突出し、第2縦板部の当接部は第2部材に当接することができる。
 上記配置形態では、板ばね部の延在方向は、そのばねの上下側に位置する相手部材からの押圧力の方向に交差するから、板ばねの荷重特性が、皿ばねの特性と同様に、略平坦領域を有するように非線形となる。また、角部は、荷重印加時に弾性変形時にはその角度を変化させながら、板ばね部の端部の外部側に移動することができるから、縦板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、荷重印加時に縦板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。これにより、縦板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、縦板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。このように本発明のばねでは、動的ばね定数を小さくすることができるから、高周波振動の伝達を抑制することができる。
 ここで比較例のばね200では、本体部の形状を皿ばねの形状としていたが、本発明のばねでは、比較例のばね200の本体部210に対応する部分を、板状をなす板ばね部とし、比較例のばね200の円筒部211,212に対応する部分を、板状をなす縦板部としている。
 このような本発明のばねでは、板ばね部の板厚および材質を同一に設定して、板ばね部の延在方向(長手方向)とは略直交する方向(幅方向)の長さを変更すると、たわみ量(有効ストローク長)は略一定に維持された状態で、発生荷重のみが変化する。具体的には、板ばね部の幅を狭くすると、有効ストローク長は略一定に維持された状態で、発生荷重がのみ低くなる。すなわち、発生荷重を低く設定した場合でも、有効ストローク長は、小さくならず、発生荷重を高く設定した場合と略同等となるから、荷重特性の低荷重領域でも、振動方向の動的ばね定数を小さく設定することができるとともに、有効ストローク長を大きく設定することができる。このように高荷重だけでなく低荷重にも対応することができる。
 また、上記効果は、板ばね部の幅を狭くするという簡単な手法で得ることができるから、低荷重への対応が容易である。具体的には、板ばね部は、本体部が皿ばね形状をなす比較例のばね200とは異なり、板状をなすから、製造時のプレス成形が容易となる。また、低荷重に対応するために板厚を薄くする必要がない。したがって、製造上の管理が容易になる。
 本発明のばねは種々の構成を用いることができる。たとえば板ばね部は、一端部から前記他端部に向かう延在方向において、傾斜状、階段状、あるいは、略S字状をなすことができる。板ばね部の幅方向の長さは、延在方向に沿って、変化していてもよい。板ばね部は、延在方向とは交差する方向において、曲面形状をなすことができる。当接部は、その当接部を相手部材に固定するための固定手段を有することができる。この態様では、相手部材に対する摺動を確実に防止することができるから、摺動によるヒステリシスの発生を確実に防止することができる。
 上記ばねを基本構造として用い、その基本構造を複数備えることができる。この場合、基本構造は、第1縦板部どうしを接続する接続部を備えることができ、複数の基本構造を、同一平面上に配置することができる。
 本発明のばねによれば、荷重特性の低荷重領域でも、振動方向の動的ばね定数を小さく設定することができるとともに、有効ストローク長を大きく設定することができる。また、上記効果は、板ばね部の幅を狭くするという簡単な手法で得ることができるから、低荷重への対応が容易となる等の効果を得ることができる。
本発明の一実施形態に係るばねである板ばねの構成を表し、(A)は斜視図、(B)は、部材間に配置した状態にあるばねの側断面図である。 図1に示す板ばねの右側部分の動作状態を表し、(A)は、板ばねの動作前(点線)と動作時(実線)の側断面図であり、(B)は、板ばねの動作時の第1角部および第2角部の拡大側断面図である。 (A)は本発例の板ばねと比較例のばねの荷重特性のシミュレーション結果を表すグラフ、(B)は各ばねのサイズを説明するための平面図である。 本発明の一実施形態に係るばねの基本構造の構成を表し、(A)は斜視図、(B)は側断面図である。 図4に示すばねの基本構造の配置形態を表す側断面図である。 図4に示すばねの基本構造の変形例の構成を表す側断面図である。 図4に示すばねの基本構造の他の変形例の構成を表す側断面図である。 図4に示すばねの基本構造の他の変形例の構成を表し、(A)は斜視図、(B)は(A)の板ばね部の変形例の上面図である。 図4に示すばねの基本構造の他の変形例の構成を表す斜視図である。 図4に示すばねの基本構造を組み合わせたばねの構成を表し、(A)は斜視図、(B)は側断面図である。 図4に示すばねの基本構造を組み合わせたばねの変形例の構成を表す斜視図である。 図4に示すばねの基本構造を組み合わせたばねの変形例の構成を表す側断面図である。 図4に示すばねの基本構造の他の変形例の構成を表す斜視図である。 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。 比較例のばねの構成を表し、(A)は斜視図、(B)は右側部分の側断面図である。
 1,2…板ばね、3,4…ばね、1A~1F…板ばね、10,20,30,40,50…板ばね部、11…第1縦板部、11A…フランジ部、11B…孔部、12…第2縦板部、12A…フランジ部、12B…孔部、13…第1角部、14…第2角部、21…接続部、101…第1部材、102…第2部材
(1)実施形態の構成
(1-1)全体構成
 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である板ばね1の構成を表し、(A)は斜視図、(B)は、第1部材101と第2部材102の間に設置されている状態にある板ばね1の側断面図である。
 板ばね1は、たとえばばね鋼や強化材プラスチックからなり、たとえば左右対称な形状をなしている。板ばね1は、本体部として板状をなす板ばね部10を備えている。板ばね部10は、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しており、たとえば下方に向かうに従って傾斜している。これにより、板ばね1は、その荷重特性が、図14に示す皿ばねの特性と同様に、略平坦領域Aを有するように非線形となる。
 板ばね部10の延在方向の上端部に第1縦板部11が立設されている。第1縦板部11は、第1部材101に向けて突出している。第1縦板部11の上端部どうしは、接続部21により接続されている。接続部21は、第1部材101に当接する当接部である。板ばね部10の延在方向の下端部に第2縦板部12が設けられている。第2縦板部12は、第2部材102に向けて突出している。第2縦板部12の下端部は、第2部材102に当接する当接部である。当接部は、たとえば第2部材102に固定されるフランジ部12Aを有している。フランジ部12Aは、ねじ手段や溶接等により第2部材102に固定される。
 板ばね部10と第1縦板部11との境界部には第1角部13が形成され、板ばね部10と第2縦板部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と第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。
 板ばね1は、種々の手法により形成することができる。たとえば板ばね1は、所定の幅を有する板材を折り曲げて形成することができる。具体的には、第1縦板部11と接続部21との境界部、第2縦板部12と接続部21との境界部、板ばね部10と第1縦板部11との境界部(第1角部13)、板ばね部10と第2縦板部12との境界部(第2角部14)、および、第2縦板部12とフランジ部12Aとの境界部は、折り曲げて形成することができる。また、たとえば、上記各部位は、隣接する部位どうしの溶接により形成することができる。
(1-2)縦板部の機能
 荷重印加時における縦板部11,12の機能について、おもに図2を参照して説明する。図2は、第1部材101と第2部材102の間に設置された板ばね1の動作状態を表し、(A)は、板ばね1の動作前(点線)と動作時(実線)の断面図であり、(B)は、板ばね1の動作時の角部13,14の拡大断面図である。なお、図2では、板ばね1の右側部分のみを図示し、フランジ部12Aおよび接続部21の図示は省略している。
 図2(A)の点線で示すように、第1部材101と第2部材102の間に配置された板ばね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、板ばね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、板ばね1の撓みの大きさを示している。
 板ばね部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縦板部11は、板ばね部10の上端部から第1部材101に向けて突出してそこに当接している。そのような板ばね部10と第1縦板部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板ばね部10と第1縦板部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、板ばね部10の上端部の内部側(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、荷重印加時に第1縦板部11が第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縦板部11の長さ(高さ)を適宜設定することにより、第1縦板部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、板ばね1の下側において、第2縦板部12は、板ばね部10の下端部から第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、板ばね部10の下端部の外部側(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縦板部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縦板部12の長さを適宜設定することにより、第2縦板部12の第2部材102側部分の変形を防止することができる。
 このように板ばね1は、縦板部11,12に不変形部分を有するので、板ばね1と相手部材101,102との摺動を防止することができる。
(2)実施形態の動作
 板ばね1の動作について図面を参照して説明する。以上のように板ばね1では、その荷重特性が、皿ばねの特性と同様に、略平坦領域を有するように非線形となる。また、板ばね1は、相手部材101,102との摺動を防止することができるから、板ばね1の荷重特性では、図16に示す比較例のばね200と同様、皿ばねで問題となっていたヒステリシスが発生しない。
 ここで、比較例のばね200では、本体部210は皿ばねの形状をなし、相手部材に向けて突出する円筒部211,212は筒状をなしている。このような形状をなす比較例のばね200では、板厚および材質を同一に設定した状態で、本体部210の外径を小さく設定した場合、それに伴い、有効ストローク長が小さくなる。
 これに対して、板ばね1では、比較例のばね200の本体部210に対応する板ばね部10は板状をなし、比較例のばね200の円筒部211,212に対応する縦板部11,12は板状をなしている。このような形状をなす板ばね1では、板厚および材質を同一に設定した状態で、板ばね部10の幅(延在方向に直交する幅方向の長さ)を変更すると、たわみ量(有効ストローク長)は略一定に維持された状態で、発生荷重のみが変化する。具体的には、板ばね部10の幅を広くすると、有効ストローク長は略一定に維持された状態で、発生荷重が高くなり、板ばね部10の幅を狭くすると、有効ストローク長は略一定に維持された状態で、発生荷重が低くなる。
 図3は、本発明例の板ばね(板ばね1の具体例)と比較例のばね200の荷重特性のシミュレーション結果を表すグラフ、(B)は各ばねのサイズを説明するための平面図である。図3(B)に示すように、本発明例の板ばね部10の長さと比較例の本体部210の外径を同一とし、本発明例の板ばね部10の幅wおよび接続部21の長さと比較例の本体部210の内径を同一に設定し、板厚および材質を同一に設定した。
 本発明例の板ばね1では、図3(A)から判るように、荷重特性において略平坦領域を有することができるのはもちろんのこと、比較例のばね200と比較して、発生荷重を1/2に設定することができるとともに、たわみ量(有効ストローク長)を4倍に設定することができる。このように本発明例の板ばね1では、荷重特性の低荷重領域でも、振動方向の動的ばね定数を小さく設定することができるとともに、有効ストローク長を大きく設定することができる。
 本実施形態では、荷重特性の低荷重領域でも、振動方向の動的ばね定数を小さく設定することができるとともに、有効ストローク長を大きく設定することができる。このように高荷重だけでなく低荷重にも対応することができる。また、上記効果は、板ばね部10の幅を狭くするという簡単な手法で得ることができるから、低荷重への対応が容易である。具体的には、板ばね部10は、本体部が皿ばね形状をなす比較例のばね200とは異なり、板状をなすから、製造時のプレス成形が容易となる。また、低荷重に対応するために板厚を薄くする必要がない。したがって、製造上の管理が容易になる。
(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。
 本発明のばねは、たとえば図4に示すように、たとえば板ばね部10、第1縦板部11、第2縦板部12、第1角部13、第2角部14、および、当接部を備えた板ばね1Aを基本構造として用いることができる。板ばね1Aは、図2を用いて説明したように、動的ばね定数が低く、かつ有効ストローク長が大きく設定された非線形荷重特性を低荷重領域で実現することができる。特に、板ばね1Aでは、板厚および材質を適宜設定することにより、有効ストローク長を所定値に設定することができる。この場合、板ばね部10の幅を変化させると、有効ストローク長が略一定に維持された状態で、発生荷重を変化させることができる。
 本発明のばねは、板ばね1Aを基本構造として用いることにより種々の態様を用いることができる。なお、上記実施形態の板ばね1では、板ばね1Aを基本構造として用い、図1に示すようにフランジ部12Aを有する左右1対の板ばね1Aどうしを接続部21により接続している。
 たとえば板ばね1Aは種々の配置形態を採用することができる。板ばね1Aについて、たとえば図5に示すように、第1部材101と第2部材102との間で左右1対の板ばね1Aを1セットとして用いることができる。この場合、板ばね1Aの1セットを複数配置することができる。また、板ばね1Aを複数用い、面内方向に適宜配置することができる。これら態様では、固定手段(図示略)を用いて、板ばね1Aの第1縦板部11の上端部を第1部材101に固定することができ、第2縦板部12の下端部を第2部材102に固定することができる。
 板ばね部10は、第1縦板部11側の端部から第2縦板部12側の端部に向かって下方に傾斜しているが、板ばね部10の延在方向の形状は種々の変形が可能である。たとえば板ばね部10は、第1縦板部11側の端部から第2縦板部12側の端部に向かって上方に傾斜してもよい。
 また、たとえば図6に示す板ばね1Bでは、第1縦板部11側の端部から第2縦板部12側の端部に向かって階段状をなす板ばね部20を用いている。板ばね部20の階段状は、縦方向部21および横方向部22からなる複数の段部を有している。縦方向部21と横方向部22の境界部には、角部23が形成され、段部同士の境界部には角部24が形成され、角部23,24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。さらに図7に示す板ばね1Cでは、略S字状をなす板ばね部30を用いている。
 板ばね1Aの幅は、延在方向において変化させることができる。たとえば図8(A)に示す板ばね1Dでは、板ばね部40の幅が、第1縦板部11側の端部から第2縦板部12側の端部に向かうに従い、広くなっている。板ばねでは、第1角部13および第2角部14での応力が大きいことから、その部分の幅を広くすることが好適である。たとえば図8(B)に示す板ばね部40Aでは、両端部から中央部に向かうに従い、その幅を狭く設定している(いわゆるくびれ形状をなしている)。板ばね部10の面内方向は、平面形状に限定されるものではなく、種々の形状を用いることができる。たとえば図9に示す板ばね1Eは、板ばね部50の幅方向において曲面形状をなし、それに対応させて、第1縦板部11および第2縦板部12は曲面形状をなしている。この態様では、発生荷重を増大させることができる。
 本発明のばねでは、板ばね1Aを基本構造として用い、複数の板ばね1Aを接続部21により接続した構成を用いることができる。図10に示すばね2は、上記実施形態の板ばね1の変形例であって、図8に示す板ばね1Dを接続部21により接続したばねである。また、たとえば複数の板ばね1Dを面内方向に配置し、板ばね1Dを接続部21により接続することができる。また、本発明のばねは、板ばね以外の形態のばねとしても用いることができる。たとえば図11に示すばね3では、3個の板ばね1Dを面内方向に配置し、接続部21により接続している。また、たとえば複数の板ばね1Aを組み合わせた構成では、互いに異なる形状をなしてもよい。たとえば図12に示すばね4では、左右の板ばね1Aの板ばね部10の高さが互いに異なり、左右非対称の形状をなしている。
 板ばね1Aの固定手段として種々の構成を用いることができる。たとえば図13に示す板ばね1Fでは、縦板部11,12のフランジ部11A,12Aが、板ばね部10の内側に向けて突出している。フランジ部11A,12Aには、ねじ手段が設けられる孔部11B,12Bが形成されている。この態様では、省スペース化を図ることができる。また、固定手段として、ねじ手段を用いる代わりに、互いの部位を溶接した溶接部を用いてもよい。また、相手部材101,102に孔部を形成し、それら孔部に縦板部11,12を係合させることにより固定してもよい。
 上記実施形態では、第1縦板部11を第1部材101に向けて突出させてそこに当接させ、かつ第2縦板部12を第2部材102に当接させたが、第1縦板部11を第2部材102向けて突出させてそこに当接させ、第2縦板部12を第1部材101に向けて突出させてそこに当接させてもよい。さらに、第1縦板部11および第2縦板部12のいずれか一方のみに形成してもよい。 加えて、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。第1縦板部11および第2縦板部12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。また、板ばね部10および縦板部11,12には、軽量化のためにスリットを形成してもよい。
 本発明のばねの基本構造である板ばね1Aや上記変形例を適宜組み合わせて用いることができるとともに、これにより所望の荷重特性を得ることができる。この場合、本発明のばねは、従来の皿ばねや、比較例のばね200、板ばね等の代わりに用いることができ、たとえば締結機構等の各種機構や防振装置やアクチュエータの各種装置に用いることができる。また、本発明のばねは、たとえば車両用懸架装置の板ばね(リーフスプリング)としても用いることができる。

Claims (7)

  1.  板ばね部と、
     前記板ばね部の延在方向の一端部に設けられるとともに、所定方向に向けて突出する第1縦板部と、
     前記板ばね部の延在方向の他端部に設けられるとともに、前記所定方向とは反対の方向に向けて突出する第2縦板部と、
     前記板ばね部と第1縦板部の境界部に形成された第1角部と、
     前記板ばね部と第2縦板部の境界部に形成された第2角部とを備え、
     前記第1縦板部および前記第2縦板部は、相手部材に当接する当接部を有し、
     前記相手部材から押圧力が加えられたとき、前記第1角部および第2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。
  2.  前記相手部材としての第1部材と第2部材との間に適用され、
     前記第1縦板部の前記当接部は前記第1部材に当接し、前記第2縦板部の前記当接部は前記第2部材に当接し、
     前記当接部は、前記押圧力が変化しても、前記第1部材と前記第2部材に対して摺動しないことを特徴とする請求項1に記載のばね。
  3.  前記板ばね部は、前記一端部から前記他端部に向かう延在方向において、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または2に記載のばね。
  4.  前記板ばね部の幅方向の長さは、前記延在方向に沿って、変化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。
  5.  前記板ばね部は、前記延在方向とは交差する方向において、曲面形状をなし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。
  6.  前記当接部は、その当接部を前記相手部材に固定するための固定手段を有し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。
  7.  請求項1~6に記載のばねを基本構造として用い、その基本構造を複数備えたばねであって、
     前記基本構造は、前記第1縦板部どうしを接続する接続部を備え、
     前記複数の基本構造は、同一平面上に配置されることを特徴とするばね。
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