JPH01203709A - ばね装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ばねの正の特性以外の特性を具現化したばね
装置に関する。

［従来の技術とその問題点］ 一般に、ばねの荷重とたわみの関係はばね定数で表わさ
れる。このばね定数は一部の例外を除いて、たわみが増
えると荷重も増加する正の特性を有しており、ばねは正
の特性を利用することで各種産業機器に組み付けられて
いる。負の特性、すなわち、たわみが増えると荷重が減
少する特性はばね単独では得ることができないものであ
り、負の特性を具現化し、産業上の利用に供することは
不可能であった。ただ、皿ばねあるいはスナップアクシ
ョンを伴うばねにおいては、作動の全ストロークの極く
限られた範囲内で負の特性が生じるが、この領域は極め
て狭いばかりでなく、領域を越えて使用する場合にはば
ねが復帰しなくなることから、側底実用に供せるもので
はない。

そこで、本発明は、ばねの全作動範囲に亘ってばねの正
の特性以外の特性を具現化して、その特性を広範囲の分
野に有効利用することが可能な新規なばね装置を提供す
ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため本発明は、ばねとマグネットと
を組み合わせて正の特性以外の特性を具現化したもので
あり、ばねと、このばねの作動範囲を制限する制限部材
と、この制限部材間を移動する移動部材と、この移動部
材の移動途中で該部材の負荷を受ける補助ばねとを具備
してなり、少なくとも前記制限部材又は移動部材のいず
れか一方がマグネットからなることを特徴とする。ここ
で、ばねの正の特性以外の特性とは、たわみが増えると
荷重が減少する負の特性、及びたわみが増えても荷重が
一定の定荷重特性をいう。

［作　用］ 上記の構成によると、制限部材と移動部材との間に磁気
吸引力が作用し、この磁気吸引力とばねのたわみに対す
る荷重とが合成されることにより、装置全体は正の特性
以外の特性で作動する。

補助ばねは移動部材の移動途中で前記ばねとは別個に荷
重を受けて前記ばねの荷重に加算されるので、装置全体
の特性の調整が行われるようになっている。

［実施例コ 以下、本発明を添付図面を参照して具体的に説明する。

なお、図面の説明において、同一の要素は同一の符号を
付して重複する説明を省略する。

第１図は本発明の第１実施例を示す説明図であり、圧縮
ばねからなるばね１と、制限部材２と、移動部材３と、
補助ばね４とを備えてばね装置が構成されている。ばね
ｌは等ピッチで巻回されて、制限部材２に装着されてい
る。制限部材２は固定側ベース５に接するように取り付
けられるばね受は座６と、ばね受は座６の略中央部分か
ら上方に伸びるように一体的に成形されたシャフト７と
、シャフト７の上端部に螺着されたストッパ板８とから
なっている。前記ばねｌはこの制限部材２のシャフト７
に外挿されており、下端部がばね受は座６に支承される
と共に、後述する移動部材３がストッパ板８によって上
動を制限されることでばね１はばね受は座６およびスト
ッパ板８によって作動範囲が制限されている。前記移動
部材３は頭部９と脚部１ｏとを有しており、頭部９は上
端部が閉鎖されると共に、前記制限部材２のストッパ板
８が下端部に挿入されることにより中空状の矩形ボック
ス形状をなしている。前記補助ばね４はストッパ板８上
面に取り付けられることで、この頭部９内に配設される
ようになっている。移動部材３の脚部１ｏは内管と外管
とからなる二重構造となっており、頭部９の下端部から
鉛直方向に連設されている。そして、脚部１０の内管と
外管との間には、永久磁石からなる筒状のマグネット１
１が取り付けられている。前記制限部材２のシャフト７
はこの脚部１０の内管内に遊挿され、一方、脚部１０の
外管は前記ばね１内に挿入されている。また、脚部１０
に対して頭部９は大径となって、これらの境界には外方
に広がる段部１２が形成されており、この段部１２にば
ね１の上端部が当接している。これにより前述したばね
１の作動範囲の制限が行われるばかりでなく、移動部材
３の上端面を加圧体１３に連結し、加圧体１３によって
荷重を負荷すると、移動部材３はばねｌの附勢力に抗し
てシャフト７に沿って移動するようになっている。この
ようなマグネット１１を有する移動部材３に対して、前
記制限部材２は全体または少なくともストッパ板８とば
ね受は座６が磁性体によって形成されている。従って、
移動部材３と制限部材２との間には磁気吸引力が作用す
る。制限部材２のストッパ板８上に取り付けられた前記
補助ばね４は圧縮ばねからなり、その下部がストッパ板
８上面のボス部１４に嵌め合わされて固定されている。

この補助ばね４は移動部材３の頭部９内に位置するよう
に設けられるが、その長さは頭部の高さよりも小さくな
っており、第１図に示す初期状態では補助ばね４と頭部
９との間に所定の空間が形成されて、これらが非接触状
態となっている。従って、移動部材３の移動当初では補
助ばね４には何らの負荷がかからないが、移動部材９の
移動で頭部９下面が補助ばね４に当接すると、この時点
から補助ばね４は負荷を受けてたわみ、前記ばね１のた
わみ量に補助ばね４のたわみ量が加算され、その反力が
大きくなる。この場合、補助ばね４のばね定数は後述す
る作動が得られるように本装置が適用される産業機器な
どによって適宜、選定されるものである。

次に、本実施例の作動を説明する。

一般に、磁性体からなるストッパ板８およびばね受は座
６に作用するマグネット１１の磁気吸引力は、これら磁
性体８，６とマグネット１１との距離に反比例する。又
、圧縮ばね１は加圧体１３からの荷重に比例して、その
たわみ量が増減し、たわみ量が増大すると荷重に対向す
る附勢力（すなわち、復元力）が増大する。第２図はこ
れらの特性図を示しており、特性曲線Ａは圧縮ばね１と
補助ばね４を合わせたたわみ一荷重曲線であり、この勾
配かばね定数（正）となっている、特性曲線Ａが８８点
で２段階に勾配が変化するのは、８０点以前では圧縮ば
ねｌのみの附勢力であるのに対し、８１点で移動部材３
が補助ばね４に当接し、それ以降補助ばね４がたわみ、
このたわみによる補助ばね４の附勢力が加わるためであ
る。特性曲線Ｂはストッパ板８に作用するマグネット１
１の磁気吸引力曲線、特性曲線Ｃはばね受は座６に作用
するマグネット１１の磁気吸引力曲線である。このマグ
ネット１１は圧縮ばね１内に挿入されて、その作用範囲
内に設けられているので、圧縮ばね１がたわむと、スト
ッパ板８とマグネット１１との距離が同量増大すると共
に、ばね受は座６とマグネット１１との距離が減少する
。従って、横軸であるばねのたわみ量は同時に磁性体６
とマグネット１１との距離となっている。このような本
実施例では磁性体６．８が圧縮ばね１及び補助ばね４の
コイル長方向に設けられているので、圧縮ばねおよび補
助ばね４のたわみに対する荷重とマグネット１１の磁気
吸引力とが同方向となり、これら荷重と磁気吸引力とが
合成されて得られる特性曲線りが、本実施例のばね装置
によるたわみ一荷重曲線である。特性曲線りをさらに解
析すると、加圧体１３による加圧力が作用しない初期状
態では圧縮ばね１のたわみ量が「０」であり、この状態
ではマグネット１１が最上位置にあり、ばね受は座６と
の距離が最大となっているので、これらの間の磁気吸引
力も「０」となっている、従って、初期状態では装置全
体としてマグネット１１とストッパ板８との間の磁気吸
引力のみが有効に作用する０次に、加圧体１３を加圧す
ると、移動部材３に下方向の外力が作用し、これにより
圧縮ばね１がたわんで特性曲線Ａに沿ってばね荷重が増
大すると共に、マグネット１１とストッパ板８との距離
が増大して、これらの間の磁気吸引力が特性曲線Ｂに沿
って減少する。一方、移動部材３がばね受は座６に接近
してマグネット１１とばね受は座６との距離が減少する
ので、これらの間の磁気吸引力が特性曲線Ｃに沿って増
大する。この距離に作用する磁気吸引力は加圧方向と同
方向であるので装置に負荷される加圧力は減少する。従
って、装置全体の特性曲線６３部分は下降し、いわゆる
負の特性を示す、さらに加圧を続行すると、移動部材３
の頭部９が補助ばね４に当接して（ａ、点）、補助ばね
４がたわむ、このたわみにより圧縮ばね１のばね荷重に
補助ばね４のばね荷重が加算されるため、全体としての
ばね荷重は勾配が大きくなる。従って、磁気吸引力を加
えた装置全体の特性曲線りは８３点を境にして一時的に
増大する、いわゆる正の特性を示すが、さらに移動部材
３が移動してマグネット１１とばね受は座６との距離が
小さくなると、圧縮ばね１と補助ばね４を合したばね荷
重に対してマグネット１１とばね受は座６との間の磁気
吸引力が急激に増大する。従って、特性曲線りは極大点
ｄ２から下降して、装置全体としては負の特性を有する
。

第３図は補助ばね４として非線形のばね特性を有する圧
縮ばねを使用した変形例である。この場合には移動部材
３が補助ばね４に作用すると、ばね荷重は８１点から曲
線的に増大し、８１点以降はたわみの増大に対して定荷
重特性（Ｄ曲線）を示すとともに、装置全体の特性曲線
りは図示のような負の特性を示す。

第４図は本発明の第２実施例を示す、この実施例におい
ても補助ばね４として圧縮ばねが使用されるが、この補
助ばね４は制限部材２のばね受は座６に支承されている
。この補助ばね４はばねｌよりも短いものが使用されて
おり、補助ばね４の組み込み部分はばねが二重構造に存
在する。この場合、補助ばね４はばねｌよりも大径に巻
回されており、移動部材３の移動で、その段部１２が補
助ばね４に当接すると補助ばね４に負荷を生じる。従っ
て、この実施例では装置全体の特性曲線は第２図と同様
となる 第５図は本発明の第３実施例を示す、補助ばねとして皿
ばね１５を使用したものであり、図示のとおり、皿ばね
１５は制限部材２のばね受は座６上に設けられている。

又、制限部材２の下部には受板１６が取り付けられてお
り、皿ばね１５はばね受は座６および受板１６により挟
まれている。

そして、受板１６がばね１下端部を支承する構造となっ
ている。このような構造では移動部材３の移動によって
ばねｌがたわみ、このたわみによってばね１の荷重が増
大するが、その荷重が皿ばね１５をたわませるだけ大き
くなったとき初めて皿ばね１５はたわむようになってい
る。

本発明は以上の実施例に限定されることなく、種々変更
が可能である０例えば、制限部材のストッパ板とはね受
は座をマグネットとし、移動部材を磁性体としてもよい
。

又、補助ばねとして引張りばねを使用し、この引張りば
ねを移動部材と加圧体とに掛は渡してもよい。

更に、第３図を参照して移動部材が上限位置にあるとき
のストッパ板とマグネットとの間の距離を大きくしてそ
の間に一作用する磁気吸引力を小さくすることによって
広範囲の定荷重特性を奏することができる。

［発明の効果］ 以上の通り本発明は、たわみに対するばねの荷重と、移
動部材と制限部材との間に作用する磁気吸引力とが合成
されることにより、装置全体として正の特性以外の特性
を具現化したものであるから、移動部材の全移動範囲に
亘る負の特性あるいは定荷重特性を得ることができる。

しかも補助ばねを用いているため、その特性曲線のパタ
ーンも適宜、変更でき、応用範囲の広い正の特性以外の
特性を奏するばね装置とすることができ、その適用範囲
は広浅なものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の断面図、第２図はそのた
わみ一荷重を示す特性図、第３図は第１実施例の変形例
によるたわみ一荷重特性図、第４図は第２実施例を示す
断面図、第５図は第３実施例を示す断面図である。 １・・・ばね（圧縮ばね）、２−・・制限部材、３・・
・移動部材、４・・・補助ばね（圧縮ばね）、１１・・
・マグネット、１５・・・補助ばね（皿ばね）特許出願
人　　日本発条株式会社 代理人　弁理士　　佐　藤　英　昭 ４３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ばねと、このばねの作動範囲を制限する制限部材と、こ
   の制限部材間を移動する移動部材と、この移動部材の移
   動途中で該部材の負荷を受ける補助ばねとを具備してな
   り、少なくとも前記制限部材又は移動部材のいずれか一
   方がマグネットからなることを特徴とするばね装置。