WO2013146659A1

WO2013146659A1 - アークスプリング及びダンパ装置

Info

Publication number: WO2013146659A1
Application number: PCT/JP2013/058535
Authority: WO
Inventors: 田中　克典; 秀基関
Original assignee: アイシン・エィ・ダブリュ工業株式会社
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2013-10-03
Also published as: CN104067018B; DE112013000468B4; US20130256088A1; DE112013000468T5; JPWO2013146659A1; JP5806388B2; CN104067018A

Abstract

　アークスプリング（１）を収容するバネ収容空間（３）は、所定の曲率半径（Ｒ_１）と取付角度（θ_０）とを有している。アークスプリング（１）が曲げられてバネ収容空間（３）に収容されることで、アークスプリング（１）の曲率半径（Ｒ_ａ）は小さくなり、アークスプリング（１）の取付角度（θ_０）は自由角度（θ_ａ）よりも大きくなる。これにより、アークスプリング（２）の内周部を構成する線材には、マイナスの捩れ応力が付与される。

Description

アークスプリング及びダンパ装置

　本発明は、アークスプリング及びダンパ装置に関する。

　スプリングは、線材を螺旋状に巻いて形成されている。スプリングは、その軸方向に作用する荷重により圧縮する。真っ直ぐな筒状スプリングでは、スプリングの圧縮に伴い生じる線材の捩れ量は均一である。しかしながら、湾曲形状のアークスプリングでは、アークスプリングの圧縮に伴い生じる線材の捩れ量は均一でない。後者の場合、アークスプリングの外周部のストローク量は、アークスプリングの内周部のストローク量よりも大きい。そのため、アークスプリングの内周部を構成する線材の捩れ応力並びに歪みはいずれも大きくなる。即ち、アークスプリングの外周部のストローク量は、アークスプリングの内周部を構成する線材の捩れによって生じる。

　図１（ａ）は、バネ収容空間に収容された従来のアークスプリングを示す。図１（ｂ）は、バネ収容空間内で圧縮されて圧縮角がθとなった従来のアークスプリングを示す。アークスプリングは、基準半径Ｒ_１、平均径Ｄ_０、及び自由角度θ_０を有している。また、バネ収容空間は、取付け半径Ｒ_１、及び取付け角度θ_０を有している。即ち、アークスプリングは、バネ収容空間と同じ大きさ及び形状を有している。図１（ｃ）に示すように、アークスプリングの平均径Ｄ_０は、アークスプリングの内周部の線材とアークスプリングの外周部の線材との中心間距離を表している。バネ収容空間内でアークスプリングのガタを無くすため、アークスプリングの自由角度θ_０に対してバネ収容空間の取付け角度を小さくすることもある。この場合、アークスプリングに初期荷重をかけた状態で、アークスプリングがバネ収容空間内に収容される。

　ところで、アークスプリングの圧縮角を（θ）、ストローク量を（δ）とする場合、
取付径ストロークδ＝θ×Ｒ_１
外周部ストロークδ_ｏｕｔ＝θ×（Ｒ_１＋Ｄ_０／２）
内周部ストロークδ_ｉｎ＝θ×（Ｒ_１－Ｄ_０／２）
と表される。

　図２は、アークスプリングの圧縮角θと、アークスプリングの圧縮に伴い線材の捩れ応力との関係を示す。図２から、アークスプリングの内周部を構成する線材の捩れ応力は相対的に大きく、アークスプリングの外周部を構成する線材の捩れ応力は相対的に小さくなる。このことは、アークスプリングの外周部のストローク量がアークスプリングの内周部を構成する線材の捩れによって生じることに起因する。従って、アークスプリングを繰り返し圧縮すると、疲労破壊が、アークスプリングの内周部でアークスプリングの外周部よりも発生し易くなる。つまり、従来のアークスプリングは、巻線全体で衝撃トルクを有効に吸収するように構成されていない。

　上記のアークスプリングは、ダンパ装置のダンパスプリングとして用いられている。図３は、従来の一般的なトルクコンバータを示す。図４は、トルクコンバータを構成するダンパ装置を示す。図３に示すように、トルクコンバータは、ケース１０５内にポンプインペラ１０１、タービンランナ１０２、ステータ１０３、及びピストン１０４を備えている。エンジンからの動力によりフロントカバー１０６が回転すると、フロントカバー１０６と共にポンプインペラ１０１が回転し、作動流体を媒介としてタービンランナ１０２が回転する。

　タービンランナ１０２の内周部には、タービンハブ１０７が取り付けられている。また、タービンハブ１０７には、トランスミッションへ動力を伝達する入力軸（図示なし）が嵌合されている。これにより、タービンランナ１０２の回転をトランスミッション（図示なし）に伝達することができる。トルクコンバータは流体継手であるため、ポンプインペラ１０１の回転速度が低い場合、タービンランナ１０２の回転を停止して、車を停止することができる。一方、ポンプインペラ１０１の回転速度が高くなると、タービンランナ１０２が回転し始める。そして、ポンプインペラ１０１の回転速度が更に高くなると、タービンランナ１０２の速度は、ポンプインペラ１０１の回転速度に近づく。しかしながら、作動流体を媒介として回転するタービンランナ１０２の回転速度は、ポンプインペラ１０１の回転速度と同一になり得ない。

　その点、図３に示すように、ケース１０５内には、ピストン１０４が配置されている。タービンランナ１０２の回転速度が所定の領域を超えた場合、ピストン１０４が軸方向に移動して、フロントカバー１０６に係合する。ピストン１０４の外周部には、摩擦材１０８が取り付けられている。このため、ピストン１０４は、フロントカバー１０６に対して滑ることなく、フロントカバー１０６と同一速度で回転することができる。また、ピストン１０４は、ダンパ１１１を介してタービンハブ１０７に連結されている。このため、タービンランナ１０２がピストン１０４によって直接回転すると共に、エンジンからの動力がトランスミッションへ流体を介さずに伝達される。つまり、流体を介して伝達されることによるロスを伴わずにほぼ１００％の高効率で、エンジンからの動力を伝達することができる。

　このように、タービンランナ１０２の回転速度が高くなり、所定の条件を満たすようになったとき、ピストン１０４はフロントカバー１０６に係合する。しかしながら、ピストン１０４がフロントカバー１０６に係合する直前において、タービンランナ１０２の回転速度は、フロントカバー１０６の回転速度と完全には同一ではない。このため、ピストン１０４がフロントカバー１０６に係合したとき、ピストン１０４の回転速度とフロントカバー１０６の回転速度との差により衝撃が発生する。このとき生じる衝撃を緩和する一方で、係合後にはエンジンのトルク変動を伝えないようにする必要がある。このため、ピストン１０４とタービンランナ１０２との間には、真っ直ぐな筒状のスプリング１１０を複数個備えたダンパ装置１１１が取り付けられている。

　上記構成によれば、タービンランナ１０２と共に回転するピストン１０４が、ピストン１０４よりも僅かに速い回転速度で回転するフロントカバー１０６に係合する。その際、ピストン１０４に生じる衝撃トルクは、真っ直ぐな筒状のスプリング１１０が圧縮することで緩和される。ピストン１０４は、タービンハブ１０７と同軸上に配置されると共に、タービンハブ１０７に取り付けられている。また、ピストン１０４は、真っ直ぐな筒状のスプリング１１０の圧縮によって、タービンランナ１０２に対して回転可能となっている。

　図４は、従来のダンパ装置１１１を示す。ダンパ装置１１１は、入力側に中央ディスク１２０を備えている。中央ディスク１２０の第１及び第２面には、出力側となるプレート１２１，１２２がそれぞれ配置されている。プレート１２１，１２２には、真っ直ぐな筒状のスプリング１１０を収容するためのバネ収容空間１２４が形成されている。また、中央ディスク１２０にも、真っ直ぐな筒状のスプリング１１０を収容するためのバネ収容空間１２４が形成されている。真っ直ぐな筒状のスプリング１１０は、２つ１組となって、中央ディスク１２０のバネ収容空間１２４に配置されている。バネ収容空間１２４の両端のそれぞれには、バネ押え１２５が一つずつ形成されている。真っ直ぐな筒状のスプリング１１０は、隣接するバネ押え１２５間において直列に配列されている。２つの真っ直ぐな筒状のスプリング１１０の間には、中間部材１２６から外側へ突出するセパレータ１２７が配置されている。中央ディスク１２０、プレート１２１，１２２は、ダンパ装置１１１の装置本体を構成する。

　プレート１２２の内周部１２２ａは、タービンハブ１０７に対してタービンランナ１０２と共にリベットで固定されている。従って、ピストン１０４がフロントカバー１０６に係合する際に生じる衝撃トルクは、中央ディスク１２０に伝達される。そして、中央ディスク１２０のバネ押え１２５によって、バネ収容空間１２４内の真っ直ぐな筒状のスプリング１１０が圧縮する。例えば、中央ディスク１２０が時計回りに回転すれば、バネ収容空間１２４内の真っ直ぐな筒状のスプリング１１０がバネ押え１２５により押圧される。この場合、プレート１２１，１２２のバネ収容空間１２４の端部がバネ受け１２８となる。

　上述したように、真っ直ぐな筒状のスプリング１１０は、２つ１組となってバネ収容空間１２４に収容されている。また、２本の真っ直ぐな筒状のスプリング１１０の間には、セパレータ１２７が配置されている。これにより、真っ直ぐな筒状のスプリング１１０の圧縮に伴って、中間部材１２６は回転する。そのため、両方の真っ直ぐな筒状のスプリング１１０は、均等に圧縮する。

　また、真っ直ぐな筒状のスプリング１１０を直列に配列したため、真っ直ぐな筒状のスプリング１１０を大きく圧縮させることができ、大きな衝撃トルクであっても緩和することができる。また、比較的小さなトルク振動を吸収することもできる。こうして、ピストン１０４がフロントカバー１０６に係合したエンジンのトルク振動を吸収することができる。

　図４に示すダンパ装置１１１では、中間部材１２６の両側に真っ直ぐな筒状のスプリング１１０を一つずつ介在させることで、真っ直ぐな筒状のスプリング１１０が２本１組となって直列に配列されている。この構成において、２本１組の真っ直ぐな筒状のスプリング１１０に代えて長いアークスプリングを用いた場合、セパレータ１２７が不要となり、また、アークスプリングの圧縮ストロークが大きくなる。これにより、アークスプリングによってより大きな衝撃トルクを吸収し、かつアークスプリングの圧縮ストロークが大きくなるものの、アークスプリングを構成する線材の捩り応力は均等ではない。具体的には、アークスプリングの外周部を構成する線材の捩れ応力は相対的に小さく、アークスプリングの内周部を構成する線材の捩れ応力は相対的に大きくなる。その結果、アークプリングの内周部を構成する線材の捩れ応力が許容値を超えてしまう虞がある。

　本発明の目的は、アークスプリングの内周部を構成する線材の捩れ応力を抑えることにより、より大きなストロークで圧縮させると共に大きな衝撃トルクを吸収することのできるアークスプリング及びダンパ装置を提供することにある。

　本発明に係るアークスプリングは、フリーな状態で、所定の曲率半径Ｒ_ａ、及び自由角度をθ_ａを有している。アークスプリングが収容されるバネ収容空間は、所定の曲率半径Ｒ_１、及び取付角度θ_０を有している。アークスプリングの曲率半径Ｒ_ａ＞バネ収容空間の曲率半径Ｒ_１、及びアークスプリングの自由角度θ_ａ＜バネ収容空間の取付角度θ_０の関係が満たされている。即ち、本発明のアークスプリングは、フリーな状態より曲げられてからバネ収容空間に収容される。

　この構成によれば、アークスプリングが曲げられてからバネ収容空間に収容されることで、アークスプリングの内周部を構成する線材にはマイナスの捩れ応力が発生する。ここで、マイナスの捩れ応力は、アークスプリングの圧縮時において線材に生じるプラスの捩れ応力と逆方向に作用する捩れ応力を意味する。この場合、バネ収容空間内でアークスプリングが圧縮されたとしても、アークスプリングの内周部を構成する線材にはマイナスの捩れ応力が予め付与されているため、アークスプリングの内周部を構成する線材に生じるプラスの捩れ応力を低く抑えることができる。

　本発明に係るアークスプリングの曲率半径は、バネ収容空間の曲率半径よりも大きく設定されている。このため、アークスプリングがバネ収容空間に収容されると、アークスプリングの曲率半径が小さくなるため、アークスプリングの内周部を構成する線材にはマイナスの捩れ応力が付与される。このため、アークスプリングの圧縮時には、アークスプリングの圧縮時において線材に生じるプラスの捩れ応力と、予め線材に付与されたマイナスの捩れ応力とが打ち消される。これにより、アークスプリングの外周部とアークスプリングの内周部とで生じる線材の捩れ応力が均一化されるため、アークスプリングの圧縮時において線材に生じる捩れ応力を全体に亘り均一にすることができる。

　このため、同寸法のアークスプリングと比較する場合、圧縮可能なストロークの量を大きくすることができる。よって、このアークスプリングをダンパ装置のダンパスプリングとして使用すれば、ダンパ装置の圧縮角及びトルクが向上し、より大きな衝撃トルクを吸収することができる。即ち、同じ機能を備えたダンパ装置であれば、より小型のダンパスプリングを使用することができる。また、複数のダンパスプリングを直列に配列するときに使用した中間部材が不要となり、従来よりも長いダンパスプリングを使用することもできる。よって、ダンパ装置全体の軽量化及びコンパクト化が可能となる。

（ａ）はバネ収容空間に収容した従来のアークスプリングを示す模式図、（ｂ）はアークスプリングが圧縮角θだけ圧縮した状態を示す模式図、（ｃ）はアークスプリングの概略構成を示す模式図。従来のアークスプリングを圧縮したときの圧縮角とアークスプリングの線材に生じる捩れ応力との関係を示すグラフ。トルクコンバータの概略構成を示す模式図。トルクコンバータに用いるダンパ装置の概略構成を示す模式図。（ａ）はフリーな状態のアークスプリングを示す模式図、（ｂ）は図５（ａ）に示すフリーな状態のアークスプリングを曲げてからバネ収容空間に収容した状態を示す模式図。バネ収容空間内のアークスプリングが圧縮角θだけ圧縮された状態を示す模式図。本発明のアークスプリングの圧縮角と捩れ応力との関係を示すグラフ。従来のダンパ圧縮剛性線図。トルクを向上させた本発明のダンパ圧縮剛性線図。ストロークを向上させた本発明のダンパ圧縮剛性線図。曲率半径Ｒ_１のアークスプリングを曲率半径Ｒ_１のバネ収容空間に収容したときアークスプリングの線材に生じる捩れ応力を示すグラフ。曲率半径Ｒ_ａのアークスプリングを曲率半径Ｒ_１のバネ収容空間に収容したときアークスプリングの線材に生じる捩れ応力を示すグラフ。曲率半径Ｒ_１のバネ収容空間にアークスプリングを収容したときのアークスプリングの曲率半径と線材の捩れ応力との関係を示すグラフ。曲率半径ａのアークスプリングを曲率半径Ｒ_１のバネ収容空間に収容したときアークスプリングの線材に生じる捩れ応力を示すグラフ。曲率半径ｂのアークスプリングを曲率半径Ｒ_１のバネ収容空間に収容したときアークスプリングの線材に生じる捩れ応力を示すグラフ。曲率半径ｃのアークスプリングを曲率半径Ｒ_１のバネ収容空間に収容したときアークスプリングの線材に生じる捩れ応力を示すグラフ。バネ収容空間にアークスプリングを収容すると共にバネ押えとバネ受けとによりアークスプリングを挟持した状態を示す模式図。

　以下、本発明のアークスプリング及びダンパ装置を具体化した一実施形態について、図５（ａ）～図１７を参照して説明する。

　図５（ａ）は、フリーな状態のアークスプリング１を示す。図５（ｂ）は、バネ収容空間３に収容されたアークスプリング２を示す。図５（ａ）に示すようにアークスプリング１は、平均径Ｄ_０、所定の曲率半径である基準半径をＲ_ａ、及び自由角度θ_ａを有している。これに対し、バネ収容空間３は、所定の曲率半径である基準半径（取付径）Ｒ_１、及び取付角度θ_０を有している。つまり、アークスプリング１の曲率半径は、バネ収容空間３の曲率半径と異なる。このため、アークスプリング１は、フリーな状態より曲げられてからバネ収容空間３に収容される。図５（ｂ）中の点線は、フリーな状態のアークスプリング１を示す。バネ収容空間３に収容されたアークスプリング２は、曲率半径Ｒ_１を有している。このように、アークスプリング１がバネ収容空間３に収容されることで、Ｒ_ａ×θ_ａ＝Ｒ_１×θ_０の関係を満たすようになる。従って、アークスプリング１は、曲率半径Ｒ_ａ＝Ｒ_１×θ_０／θ_ａが成立するように作製される。

　図６は、バネ収容空間３内のアークスプリング２が圧縮角θだけ圧縮された状態を示す。本発明によれば、アークスプリング１は、曲げられてからバネ収容空間３に収容されている。これにより、アークスプリング１の内周部を構成する線材には、マイナスの捩れ応力が付与されている。このため、図６に示すようにアークスプリング２が圧縮角θだけ圧縮されたとき、アークスプリング２の内周部を構成する線材に生じるプラスの捩れ応力は、予め線材に付与されたマイナスの捩れ応力により緩和される。

　図１に示すように圧縮角θだけ圧縮したときの従来のアークスプリングのストローク量は、
基準径ストロークδ＝θ×Ｒ_１
外周部ストロークδ_ｏｕｔ＝（Ｒ_１＋Ｄ_０／２）×θ
内周部ストロークδ_ｉｎ＝（Ｒ_１－Ｄ_０／２）×θ
と表され、圧縮ストローク量は、基準径ストロークに対し、アークスプリング２の外周部で（Ｄ_０／２×θ）だけ長く、アークスプリング２の内周部で（Ｄ_０／２×θ）だけ短くなる。よって、アークスプリング１を曲げてバネ収容空間３に収容するときに、アークスプリング２の外周部で（Ｄ_０／２×θ）だけ伸びると共にアークスプリング２の内周部で（Ｄ_０／２×θ）だけ縮むようにすれば、アークスプリング２が圧縮されたときに生じる応力が全体に亘り均一となる。

　アークスプリング１の基準半径をＲ_ａ、自由角度をθ_ａとすれば、
基準円弧長：θ_ａ×Ｒ_ａ＝θ_０×Ｒ_１
外周部円弧長：θ_ａ×（Ｒ_ａ＋Ｄ_０／２）＝Ｂ－（θ×Ｄ_０／２）
θ_ａ×（Ｒ_ａ＋Ｄ_０／２）＝θ_０×（Ｒ_１＋Ｄ_０／２）－（θ×Ｄ_０／２）
内周部円弧長：θ_ａ×（Ｒ_ａ－Ｄ_０／２）＝Ｃ＋（θ×Ｄ_０／２）
θ_ａ×（Ｒ_ａ－Ｄ_０／２）＝θ_０×（Ｒ_１－Ｄ_０／２）＋（θ×Ｄ_０／２）
と表される。これらの式から
Ｒ_ａ＝θ_０×Ｒ_１／（θ_０－θ）
θ_ａ＝θ_０－θ
を得ることができ、この条件を満たすようにアークスプリング１の形状を定めることができる。ここで、
Ｂ：バネ収容空間外周部の長さ
Ｃ：バネ収容空間内周部の長さ
　このように、上記の条件を満たすようにしてから、アークスプリング１をバネ収容空間３に収容する。この場合、図６に示すように圧縮角θだけアークスプリング１を圧縮すると、アークスプリングのストローク量は、
取付径ストロークδ＝θ×Ｒ_１
外径側ストロークδ_ｏｕｔ＝θ×Ｒ_１
内径側ストロークδ_ｉｎ＝θ×Ｒ_１
となる。即ち、アークスプリング１を曲げてからバネ収容空間３に収容すると、アークスプリング２の外周部で（Ｄ_０／２×θ）だけ伸びると共に、アークスプリング２の内周部で（Ｄ_０／２×θ）だけ縮む。また、図６に示すように、バネ収容空間３内のアークスプリング２を圧縮すると、アークスプリング２の外周部での圧縮ストローク量は基準径ストロークに対して（Ｄ_０／２×θ）だけ大きくなり、アークスプリング２の内周部での圧縮ストローク量は基準径ストロークに対して（Ｄ_０／２×θ）だけ小さくなる。このようにすることで、アークスプリング２が圧縮されたときに生じる応力が全体に亘り均一となる。

　図７は、本発明に係るアークスプリング２をバネ収容空間３に収容して圧縮したときの圧縮角θと線材の捩れ応力との関係を示す。アークスプリング２の内周部を構成する線材には、マイナスの捩れ応力が予め付与されている。また、アークスプリング２の外周部を構成する線材には、プラスの捩れ応力が予め付与されている。図７に示すように、バネ収容空間３内のアークスプリング２を圧縮するのに伴い、アークスプリング２を構成する線材に生じる捩れ応力は増大する。そして、アークスプリング２の圧縮角がθ_１＋α_１に到達した時点で、取付径での捩れ応力と、アークスプリング２の内周部を構成する線材の捩れ応力と、アークスプリング２の外周部を構成する線材の捩れ応力とが一致する。

　図２及び図７に示すように、アークスプリング２の内周部を構成する線材の捩れ応力が圧縮角に対して増大する比率は、相対的に大きくなっている。その点、本発明によれば、アークスプリング２の内周部を構成する線材には、マイナスの捩れ応力が予め付与されている。このため、アークスプリング２の圧縮角がθ_１＋α_１に到達した時点で、取付径での捩れ応力と、アークスプリング２の内周部を構成する線材の捩れ応力とが一致する。一方、アークスプリング２の外周部を構成する線材の捩れ応力が圧縮角に対して増大する比率は、相対的に小さくなっている。その点、本発明によれば、アークスプリング２の外周部を構成する線材には、プラスの捩れ応力が予め付与されている。このため、アークスプリング２の圧縮角がθ_１＋α_１に到達した時点で、取付径での捩れ応力と、アークスプリング２の外周部を構成する線材の捩れ応力とが一致する。

　図７中、点線は、従来のアークスプリングを圧縮した場合に発生する線材の捩れ応力を示す。従来構成によれば、アークスプリングの各部分の線材には、捩れ応力が予め付与されていない。このため、アークスプリングの内周部を構成する線材の捩れ応力、取付径での捩れ応力、及びアークスプリングの外周部を構成する線材の捩れ応力が圧縮角に比例して増大すると、アークスプリングの内周部を構成する線材の捩れ応力は、他の部分の線材に生じる捩れ応力よりも大きくなり、圧縮角がθ_１に到達した時点で許容応力と同じ値になる。

　これに対し、本発明によれば、アークスプリング２の内周部を構成する線材には、マイナスの捩れ応力が予め付与されている。このため、アークスプリング２を大きく圧縮して捩れ応力を許容応力まで高める場合、図７に示すように、許容応力に相当する圧縮角をθ_１よりも大きくすることができる。即ち、アークスプリング２の内周部を構成する線材にマイナス応力を予め付与しておくことで、許容応力に相当する圧縮角を（θ_１＋α_１）まで大きくすることができる。

　図８は、従来のダンパ圧縮剛性線図を示す。アークスプリングの許容応力となる圧縮角θ_１でのトルクはＴ_１である。図９は、本発明のアークスプリング２を備えたダンパ装置のダンパ圧縮剛性線図を示す。本発明によれば、従来構成と圧縮剛性Ｋが同一であれば、圧縮角θ_１’は圧縮角θ_１よりも大きくなり、許容トルクＴ_１’も許容トルクＴ_１よりも大きくなる。

　図１０は、本発明のアークスプリング２を備えたダンパ装置のダンパ圧縮剛性線図であって、低圧縮剛性でストロークを向上させた場合を示す。本発明のダンパ装置の必要トルクを従来のアークスプリングを備えたダンパ装置と同じくＴ_１とすれば、圧縮角θ_１”は大きくなり、大きな衝撃トルクを緩和することができる。このように、本発明のアークスプリング２を用いたダンパ装置によれば、吸収エネルギーが増大し、ダンパ装置のトルクが向上し、アークスプリングの圧縮可能なストロークの量も大きくなる。

　図１１は、アークスプリングの初期状態と最大圧縮状態とでアークスプリングの線材に生じる捩れ応力を示す。また、図１１は、図１に示す従来のアークスプリングをアークスプリングと同じ曲率半径Ｒ_１のバネ収容空間に収容したときに生じた線材の捩れ応力を示す。所定の曲率半径Ｒ_１に曲げられたアークスプリングを圧縮すると、図１１に示すように、アークスプリングには、応力が、アークスプリングの巻数と対応するように波形状に発生する。ここで、アークスプリングの内周部を構成する線材の捩れ応力は相対的に大きく、アークスプリングの外周部を構成する線材の捩れ応力は相対的に小さくなっている。

　これに対して、図１２は、本発明に係るアークスプリング２をバネ収容空間３に収容したときに生じる線材の捩れ応力を示す。この場合、所定の曲率半径Ｒ_ａを有するアークスプリング１が更に曲げられて、曲率半径Ｒ_１のバネ収容空間３に収容される。このため、アークスプリング２の初期状態において、アークスプリング２には、初期捩れ応力が、アークスプリング２の巻数と対応するように波形状に発生する。尚、波形の谷は、アークスプリング２の内周部を構成する線材の捩れ応力に相当し、波形の山は、アークスプリング２の外周部を構成する線材の捩れ応力に相当する。

　本発明によれば、初期捩れ応力を付与したアークスプリング２が所定角度まで圧縮された場合、アークスプリング２の線材に生じる捩れ応力は全体に亘り一定となる。即ち、図７に示すように、アークスプリング２の圧縮角がθ_１＋α_１に到達した時点で、取付径での捩れ応力と、アークスプリング２の内周部を構成する線材の捩れ応力と、アークスプリング２の外周部を構成する線材の捩れ応力とがいずれも同じ値を示す。

　図１３は、アークスプリング１の曲率半径をＲ_１，ａ，Ｒ_ａ，ｂ，ｃ（Ｒ_１＜ａ＜Ｒ_ａ＜ｂ＜ｃ）とした場合、アークスプリング１を曲率半径Ｒ_１のバネ収容空間３に収容して圧縮したときに発生する線材の捩れ応力を示す。図１１に示すように、アークスプリング１の曲率半径をＲ_１とした場合、アークスプリング２の初期状態で、アークスプリング２の内周部及び外周部のいずれにおいても線材の捩れ応力はゼロである。一方、アークスプリング２を圧縮すれば、アークスプリング２を構成する線材には捩れ応力が発生する。これに対し、図１２に示すように、アークスプリング１の曲率半径をＲ_ａとした場合、アークスプリング２の初期状態で、アークスプリング２の内周部及び外周部におけるいずれの線材にも初期応力が付与されている。一方、アークスプリング２の圧縮状態で、アークスプリング２の内周部及び外周部に生じる線材の捩れ応力はそれぞれ等しくなる。

　図１４は、アークスプリング１の曲率半径をａとした場合であり、曲率半径ａがＲ_１＜ａ＜Ｒ_ａの関係を満たし、曲率半径ａのアークスプリング１を曲率半径Ｒ_１のバネ収容空間３に収容したときに生じる線材の捩れ応力を示す。この場合、アークスプリング１は、図１２に示すときよりも小さく曲げられて、曲率半径Ｒ_１のバネ収容空間３に収容される。このため、アークスプリング２の初期状態で、アークスプリング２には、初期捩れ応力が、アークスプリング２の巻数と対応するように波形状に発生する。また、アークスプリング２の圧縮状態においても、アークスプリング２を構成する線材には捩れ応力が発生する。

　図１５は、アークスプリング１の曲率半径をｂとした場合であり、曲率半径ｂがＲ_ａ＜ｂの関係を満たし、曲率半径ｂのアークスプリング１を曲率半径Ｒ_１のバネ収容空間３に収容したときに生じる線材の捩れ応力を示す。この場合、アークスプリング２の初期状態で、アークスプリング２を構成する線材には、図１２及び図１４のときよりも大きな捩れ応力が付与されている。また、アークスプリング２の圧縮状態においても、アークスプリング２を構成する線材には捩れ応力が発生する。この場合、曲率半径がＲ_ａ＜ｂの関係を満たしているため、アークスプリング２の圧縮状態において、アークスプリング２の外周部を構成する線材の捩れ応力が、アークスプリング２の内周部を構成する線材の捩れ応力よりも大きくなる。

　図１６は、アークスプリング１の曲率半径をｃとした場合であり、曲率半径ｃはＲ_ａ＜ｂ＜ｃの関係を満たし、曲率半径ｃのアークスプリング１を曲率半径Ｒ_１のバネ収容空間３に収容したときに生じる線材の捩れ応力を示す。図１６に示すように、アークスプリング２の初期状態で、アークスプリング２を構成する線材には、図１５のときよりも更に大きな捩れ応力が付与されている。また、アークスプリング２の圧縮状態においても、アークスプリング２を構成する線材には捩れ応力が発生する。この場合、曲率半径がＲ_ａ＜ｂ＜ｃの関係を満たしているため、アークスプリング２の圧縮状態において、アークスプリング２の外周部を構成する線材の捩れ応力が、アークスプリング２の内周部を構成する線材の捩れ応力よりも更に大きくなる。

　このように、本発明によれば、所定の曲率半径を有するアークスプリング１を更に曲げてバネ収容空間３に収容することで、アークスプリング２を構成する線材に初期応力が付与される。この構成によれば、アークスプリング２が圧縮された状態で、取付径での捩れ応力と、アークスプリング２の内周部を構成する線材の捩れ応力と、アークスプリング２の外周部を構成する線材の捩れ応力とを一致させることができる。この場合、アークスプリング１の曲率半径は、バネ収容空間３の曲率半径よりも大きい。また、アークスプリング２は、その曲率半径をアークスプリング１よりも小さくして、所定の曲率半径のバネ収容空間３に収容される。

　本実施形態において、アークスプリングが所定の曲率半径を有するバネ収容空間に収容されるか、又はバネ押え及びバネ受けにより挟持されることで、アークスプリング２が圧縮されたときに生じる線材の捩れ応力を全体に亘り均一にしていた。所定の条件を満たすようにアークスプリングを作製するのに代えて、通常のアークスプリングをある程度曲げることで、アークスプリングの内周部を構成する線材にマイナスの捩れ応力を付与するようにしてもよい。

　図１７に示すアークスプリング２は、曲率半径Ｒ_１のバネ収容空間８に収容されると共に、バネ押え４とバネ受け５とにより挟持されている。この場合、アークスプリング２の内周部を構成する線材には、マイナスの捩れ応力が付与されている。更に、バネ押え４の押え面６とバネ受け５の受け面７の傾斜角度とをそれぞれ調整し、バネ押え４とバネ受け５とによりアークスプリング２を挟持及び圧縮するようにしてもよい。この構成によっても、アークスプリング２が圧縮されたときに生じる線材の捩れ応力を全体に亘り均一にすることができる。

　また、アークスプリング１をバネ収容空間８に収容せずかつアークスプリング１の曲率半径Ｒａを変更しないで、バネ押え４とバネ受け５とによりアークスプリング２を挟持することにより、アークスプリング２の内周部を構成する線材にマイナスの捩れ応力を付与するようにしてもよい。そして、バネ受け５に対しバネ押え４を角度θだけ回転させてアークスプリング１を圧縮することで、アークスプリング２が圧縮されたときに生じる線材の捩れ応力を全体に亘り均一にしてもよい。

　本実施形態において、アークスプリング１は一重構造であるが、アークスプリング１の内部空間に、外径の小さい別アークスプリングを嵌め込んだ二重構造を採用してもよい。この場合、外側の主アークスプリングのみを本発明に係るアークスプリング１としてもよく、また、内側の補助アークスプリングのみを本発明に係るアークスプリング１としてもよく、更には、外側の主アークスプリング及び内側の補助アークスプリングの両方を本発明に係るアークスプリング１としてもよい。

Claims

フリーな状態で所定の曲率半径を有すると共に、前記曲率半径の中心とアークスプリングの各端とを結ぶ線がなす自由角度を有するアークスプリングにおいて、
　前記アークスプリングを収容するバネ収容空間は、所定の曲率半径及び取付角度を有し、
　前記アークスプリングの曲率半径は、前記バネ収容空間の曲率半径よりも大きく設定され、
　前記アークスプリングが曲げられて前記バネ収容空間に収容されることで、前記アークスプリングがフリーな状態のときよりも、前記アークスプリングの曲率半径が小さくなりかつ前記アークスプリングの取付角度が大きくなり、それにより、前記アークスプリングの内周部を構成する線材にマイナスの捩れ応力が付与されることを特徴とするアークスプリング。
請求項１記載のアークスプリングにおいて、
　前記アークスプリングの両端を押圧するバネ押え及びバネ受けによって、前記アークスプリングの内周部を構成する線材にマイナスの捩れ応力が付与されることを特徴とするアークスプリング。
請求項１記載のアークスプリングにおいて、
　前記バネ収容空間内のアークスプリングをある角度だけ圧縮した場合、前記アークスプリングの内周部を構成する線材の捩れ応力と、前記アークスプリングの外周部を構成する線材の捩れ応力とが、取付径での捩れ応力に一致することを特徴とするアークスプリング。
請求項２記載のアークスプリングにおいて、
　前記バネ収容空間内のアークスプリングをある角度だけ圧縮した場合、前記アークスプリングの内周部を構成する線材の捩れ応力と、前記アークスプリングの外周部を構成する線材の捩れ応力とが、取付径での捩れ応力に一致することを特徴とするアークスプリング。
バネ収容空間を有する装置本体と、前記バネ収容空間に収容されたダンパスプリングとを備え、衝撃トルクを吸収するように構成されたダンパ装置において、
　前記ダンパスプリングとして、アークスプリングが用いられ、
　前記アークスプリングは、フリーな状態で所定の曲率半径を有し、かつ前記曲率半径の中心と前記アークスプリングの各端とを結ぶ線がなす自由角度を有し、
　前記バネ収容空間は、所定の曲率半径及び取付角度を有し、
　前記アークスプリングの曲率半径は、前記バネ収容空間の曲率半径よりも大きく設定され、
　前記アークスプリングが曲げられて前記バネ収容空間に収容されることで、前記アークスプリングがフリーな状態のときよりも、前記アークスプリングの曲率半径が小さくなりかつ前記アークスプリングの取付角度が大きくなり、それにより、前記アークスプリングの内周部を構成する線材にマイナスの捩れ応力が付与されることを特徴とするダンパ装置。
請求項５記載のダンパ装置において、
　前記衝撃トルクによって前記バネ収容空間内のアークスプリングがある角度だけ圧縮した場合、前記アークスプリングの内周部を構成する線材の捩れ応力と、前記アークスプリングの外周部を構成する線材の捩れ応力とが、取付径での捩れ応力に一致することを特徴とするダンパ装置。
請求項５記載のダンパ装置において、
　前記アークスプリングの両端を押圧するバネ押え及びバネ受けによって、前記アークスプリングの内周部を構成する線材にマイナスの捩れ応力が付与されることを特徴とするダンパ装置。
請求項６記載のダンパ装置において、
　前記アークスプリングの両端を押圧するバネ押え及びバネ受けによって、前記アークスプリングの内周部を構成する線材にマイナスの捩れ応力が付与されることを特徴とするダンパ装置。