JPH01224539A - 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、ばねの定荷重特性をばねの作動範囲内の広範
囲に具現化したばね装置に関する。

［従来の技術］ 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。このばねは一部の例外を除いて、線形特性を有し
ており、この線形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。しかし、この線形特性だけでは
法尻な産業機器の要求に応じられない場合がある。そこ
で、本来線形特性を有する引張りばね、圧縮ばね、ねじ
りばねについても第７図に示すようなたわみの増加に伴
ってばね定数が小さくなる非線形特性が得られるばねが
開発されている。

これらのばねとして引張りばねは、コイルに付与される
初張力の大きさをコイルの巻き方向に関して連続的に変
化させることにより初張力と負荷との関係で有効に働く
巻数が連続的に変化するようにし、たわみが増加するに
つれてばね定数が小さくなるように構成したものである
（特公昭５７−３８８２０）。また、圧縮ばねは圧縮ば
ねとアタッチメントを組み合わせたもので、圧縮ばねを
連続した大径および小径コイル部から形成するとともに
、前記大径コイル部よりも小径で小径コイル部よりも大
径の保持孔およびこの保持孔に対向する保持端を備えた
支持部材（アタッチメント）を設け、前記ばねの大径コ
イル部もしくは大径コイル部を含む片側を、得ようとす
る荷重−たわみ特性の屈曲点荷重となるまで圧縮して支
持部材の保持孔と保持端との間に保持させ、かつ小径コ
イル部を保持孔を通して突出構成したものである（特公
昭５５−２９２９９）。

さらに、ねじりばねはねじれ角（たわみ）と荷重の関係
が非線形特性となるようにしたもので、一端が固定部材
に固定されるとともに、他端にねじりが与えられるねじ
りコイルばねと、このねじりコイルばねの内部に挿通さ
れた棒状の制御部材または内部に前記ねじりコイルばね
が挿通された筒状の制御部材とを有するものにおいて、
前記ねじりコイルばねまたは前記制御部材の少なくとも
いずれか一方の内径または外径を軸線方向に変化させ、
前記ねじりコイルばねの一部分に予めねじりを与えるこ
とにより前記制御部材と密接する拘束状態とし、または
制御部材に対するコイルばねの少なくとも一部分の密接
強さを軸線方向に変化させて、前記他端に与えられるね
じりにより拘束状態が解除されるように構成したもので
ある（特公昭５７−４９７７７）。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、ある種の産業機器によっては引張りばね
、圧縮ばね、及びねじりばねのばね力を利用しかつ前記
ばね力がたわみに対して一定の荷重が得られる定荷重特
性が要求される場合があるが、従来これらのばねを利用
して定荷重特性を有するばね装置に適当なものがなく、
実用化が困難であるという問題点があった。

また、皿ばね等の一部のばねについては作動範囲内の極
く限られた狭い範囲内で定荷重特性を奏するものがある
が、このものはその範囲が狭いので側底定荷重ばねとし
ては実用化し得ないものであった。

本発明は以上の事情に基づいてなされたものであり、そ
の目的は前記した引張りばね、圧縮ばね、及びねじりば
ねを用いてばねの全作動範囲に亘って定荷重特性が得ら
れる筒車なばね装置を提供するにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するため前述した非線形特性を
有する引張りばね、圧縮ばね、又はねじりばねとマグネ
ットを組み合わせたものであり、たわみの増加に対して
ばね定数が小さくなるばねと、このばねの作動範囲内を
移動する移動部材と、前記ばねの作動範囲を制限する制
限部材と、前記移動部材と制限部材の少なくとも一方の
部材に設けられ、かつ他方の部材との間に前記ばねの附
勢力方向に磁気吸引力が作動するマグネットとを具備し
、前記移動部材の移動始端において磁気吸引力が最大と
なるように移動部材と制限部材とが接近して設けられて
いることを特徴とする。

［作　用］ 上記の構成ではばねがたわむと、そのたわみ分だけ移動
部材が移動し、この際ばねは非線形特性で荷重を増加さ
せるとともに、移動部材と制限部材とは離反距離を増大
させてその間に作用する磁気吸引力が減少する。この磁
気吸引力とばね荷重とが合成されることにより装置全体
は全作動範囲に亘って定荷重特性で作用する。

［実施例］ 第１図は本発明の第１実施例を示す側面図である。引張
りばねからなるばね１と、ばね１の両端コイル部にねじ
込まれて取り付けられた移動部材２と制限部材３とを備
えてばね装置が構成されている。ばね１はそのコイル部
の両端部ａ及びｂがそれぞれ移動部材２及び制限部材３
の取着部分となっており、この両端部ａ、ｂに挟まれた
中央部分が有効巻き部Ｃとなっている。そしてこの有効
巻き部Ｃはコイルに初期張力が附与されて巻回されると
ともに、その初期張力の大きさはコイルの巻き方向に沿
って連続的に変化するように附与されて形成されている
。

移動部材２は外周にばね１の端部ａと螺合する螺旋溝４
８が形成された円盤状の本体４と、この本体４に連結杆
５を介して固定されてばね１内に配設された磁性体から
なる吸着板６と、前記本体４の吸着板６とは反対側に固
着したフック７とから形成されている。

一方、制限部材３は吸着板６との対向面が開口された有
底筒体であって外周にばね１の端部すと螺合する螺旋溝
８ａが形成された本体８と、この本体８の筒体内に装着
されたマグネット９と、前記本体８のマグネット９とは
反対側に固着されたフック１０とから形成されている。

このように構成された本実施例のばね装置は無負荷状態
では吸着板６がマグネット９に密着状態で吸着されてい
る。

次に本実施例のばね装置の作動について説明する。

はね装置は制限部材３のフック１０を固定部材（図示せ
ず）に移動部材２のフック７を作動本体（図示せず）に
それぞれ連係して使用される。この使用状態においては
引張りばねｌは移動部材２に負荷される矢印方向の引張
り力によってたわみ、このたわみ量が増大するとばね１
の復元力（すなわち荷重）が増大する。

一方、移動部材２の磁性体からなる吸着板６と制限部材
３のマグネット９との距離はばね１のたわみ量に比例し
て増減し、その間に作用する磁気吸引力は上記距離に反
比例する。本実施例では移動部材２の移動始端（無負荷
状態）では吸着板６とマグネット９とが密着して両者間
に作用する磁気吸引力が最大に作用するようになってい
る。第２図はこれらの特性図を示しており、特性曲線Ａ
は引張りばね１の荷重−たわみ曲線であり、有効巻き部
Ｃがコイルの巻き方向に連続して変化する大きさの初張
力を附与して形成されているので、そのばね定数はたわ
みの増大につれて各ターンが接触している状態から初張
力の小さい順に離反して有効に働く巻数が漸増していく
ため、連続的に漸小となる。特性曲線Ｂは移動部材２の
吸着板６と制限部材３のマグネット９との間に作用する
磁気吸引力曲線である。この場合、移動部材２に矢印方
向の力が負荷されると引張りはね１がたわみ、同時に移
動部材２の吸着板６は制限部材３のマグネット９から離
反して、これらの間の距離が・増大するとともにその間
に作用する磁気吸引力が減少する。従って、第２図にお
いて横軸であるばねｌのたわみ量は同時に移動部材２の
吸着板６と制限部材３のマグネット９との離反距離とな
っているとともに縦軸であるばね１の荷重は同時に磁気
吸引力となっている。

そして、ばねｌの荷重と磁気吸引力は力の作用方向が同
じであるので、相互に加算されて合成された特性曲線Ｃ
が装置全体の特性となっている。

この特性曲線Ｃは特性曲線Ａ、Ｂの交点を通りグラフの
横軸に対して平行な対称軸に対して線対称を描く特性曲
線Ａ、Ｂから得られるものであるから、横軸に平行な定
荷重特性を示している。この特性曲線をさらに解析する
と次のようになる。

移動部材２の移動始端においては、ばね１は無負荷状態
となっており、移動部材２の吸着板６が制限部材３のマ
グネット９に密着して磁気吸引力は最大となっている。

この状態においては装置全体は磁気吸引力だけが作用し
ている。この状態から移動部材２を矢印方向（第１図参
照）へ移動させると、引張りばね１はばね定数が漸小と
なる非線形特性曲線Ａに沿って荷重を増大させるととも
に、吸着板６は移動部材２とともにマグネット９から離
反しその間に作用する磁気吸引力特性曲線Ｂに沿って減
少する。従って、移動部材２の移動始端以降の移動では
ばね１の荷重と磁気吸引力とが共に作用し装置全体とし
てはげね１の特性曲線Ａと磁気吸引力特性曲線Ｂとを合
成した特性となる。そして、移動部材２の移動終端にお
いては引張りはね１の荷重が最大となるとともに吸着板
６とマグネット９との離反距離が大きくなってこれらの
間に磁気吸引力が作用しなくなる。この状態においては
装置全体は引張りばね１の荷重だけが作用している。こ
こで引張りばね１は吸着板６とマグネット９との間に作
用する磁気吸引力特性曲線Ｂと線対称となる荷重たわみ
特性曲線Ａが得られるように設計されているので、装置
全体はその全作動範囲に亘って特性曲線Ｃに沿った定荷
重特性が得られる。

第３図は第２実施例の側断面図を示す。この第２実施例
は前述した第１実施例の変形例であり、マグネット９を
移動部材２側に装着し、制限部材３を磁性体で形成して
第１実施例の吸着板機能を持たせた点のみが第１実施例
と異なる。即ち、第２実施例においてはマグネット９は
移動部材２の本体４に連結杆５を介して連結された有底
筒体１１内に装着されており、制限部材３の本体１２が
磁性体で形成されている。この第２実施例においても装
置全体は前述した第１実施例と同様に定荷重特性を奏す
る。

第４図は第３実施例を示す側断面図である。この第３実
施例は圧縮ばねとして非線形特性を有する圧縮ばねアッ
センブリを用い、このアッセンブリとマグネットを組み
合わせたものである。圧縮ばねアッセンブリ２０は連続
した大径コイル部２１ａおよび小径コイル部２１ｂから
形成された圧縮ばね２１と、前記大径コイル部２１ａよ
りも小径で小径コイル部２１ｂよりも大径の保持孔２２
ａが穿設された保持板２２及びこの保持孔２２ａに対向
する保持端２３を備えた支持部材２４とから構成されて
いる。そして、圧縮ばね２０は大径コイル部２１ａを含
む下側を、得ようとする荷重−たわみ特性の屈曲点荷重
となるまで圧縮して支持部材２４の保持板２２と保持端
２３との間に保持して取り付けられることによって圧縮
ばねアッセンブリ２０が形成されている。この圧縮ばね
アッセンブリ２０の作動は第５図に示すように、ばね２
１に圧縮方向の荷重が負荷されると、その荷重が大径コ
イル部２１ａの下側の荷重Ｐａに達するまでは上方の小
径コイル部２１ｂのみが作動して直線ｄ＋に沿った荷重
−たわみ特性を示し、Ｐａ点を越える荷重が負荷されて
初めて大径コイル部２１ａの下側を含めた全コイル部が
作動して直線ｄ１よりもばね定数が小さくなった直線ｄ
２に沿って荷重−たわみ特性を示す。

本実施例におけるばね装置はこの圧縮ばねアッセンブリ
２０の圧縮ばね２１の上端に移動部材２５を取り付け、
この移動部材２５に連結杆２８を介してマグネット２６
を装着して構成されている。移動部材２５は外周にコイ
ル部が螺合する螺旋溝が形成された本体２７と、この本
体２７に連結杆２８を介して連結された板状体２９と、
この板状体２９に装着されたマグネット２６とから大略
構成されている。板状体２９は圧縮ばねアッセンブリ２
０の保持端２３の下側に位置して連結杆２８の下端に取
り付けられている。そして、板状体２９の保持端２３の
対向面側には円環溝２９ａが形成されており、マグネッ
ト２６はこの円環溝２９ａ内に装着されている。

このようにして構成された本実施例においては、保持端
２３が圧縮ばね２１の作動範囲を制限する制限部材とな
っている。この制限部材である保持端２３は磁性体で形
成され、無負荷状態では保持端２３と板状体２９とはマ
グネット２６により密着されている。この状態から移動
部材２５に下方向の力が負荷されると移動部材２５は下
方向に移動し、圧縮ばね２１はたわんで荷重が増加する
とともに、移動部材２５の板状体２９は制限部材である
保持端２３から離反しこれらの間の磁気吸引力が減少す
る。従って、本実施例によれば第５図に示すように移動
部材２５の移動始端においては移動部材２５のマグネッ
ト２６と保持端２３との間に作用する磁気吸引力だけが
作用し、移動終端においては圧縮ばね２１のばね力だけ
が作用し、この間の移動途中においては圧縮ばね２１の
特性曲線りと磁気吸引力特性曲線Ｅとが合成された特性
曲線Ｆが装置全体の特性となる。

特性曲線Ｆは定荷重特性ｆに近似した特性になっている
が、この特性曲線Ｆを精度のよい定荷重特性にするには
圧縮ばねアッセンブリ２ｏの支持部材２４で支持される
コイル部分を複数設け、各コイル部に附与される初期荷
重の大きさを変化させるとよい。

第６図（ａ）、（ｂ）は第４実施例の側断面図である。

この第４実施例はねじつばねアッセンブリを用い、この
アッセンブリとマグネットを組み合わせたものである。

ねじりばねアッセンブリ３０は一端を固定部材３１に固
定した筒状の制御部材３２と、この制御部材３２に内挿
されるとともに一端３３ａを固定部材３１に固定し他端
３３ｂを制御部材３２の他端側開口から外部へ突出した
ねじつばね３３とから大略構成されている。そして、ね
じりばね３３は一端側コイル部３３ｃを大径にするとと
もにこのコイル部分に予めねじりを与えて制御部材３２
の内壁に密接させて拘束状態となっている。

従って、このねじりばねアッセンブリ３０によればねじ
りばねの他端３３ｂを作用端としてねじると、まず小径
コイル部分３３ｄがねじられ順次他の部分もねじられて
ゆき、コイル径が小さくなり、大径コイル部３３ｃが制
御部材３２の内壁から離れ有効巻線が増加する。このた
めねじれ角（たわみ）の増加に対してばね定数が小さく
なる第７図で示すような非線形特性を得ることができる
。

本実施例におけるばね装置は、このねじりばねアッセン
ブリ３０にマグネットを組み合わせて磁気吸引力を附与
したものである。即ち、ねじりばねアッセンブリ３０の
作用端となるねじつばね３３の他端３３ｂに磁性体から
成る移動部材３４を取り付け、この移動部材３４の移動
始端で移動部材３４に密接するように制限部材３５が他
の固定部材（図示せず）に取り付けられている。この制
限部材３５の移動部材３４の対向面側には溝が設けられ
ており、この溝内にマグネット３６が装着されている。

従って、本実施例によれば、移動部材３４の移動始端に
おいては移動部材３４と制限部材３５とが密着してその
間に作用する磁気吸引力が最大となっている。そして、
ねじりばね３３の他端３３ｂを矢印方向へねじるとねじ
つばね３３の荷重は増加するとともに移動部材３４は制
限部材３５から離反してその間の距離が増大し、その間
に作用する磁気吸引力は減少する。本実施例のばね装置
は上記した増加したばね荷重と減少した磁気吸引力とが
合成されて全作動範囲に亘って定荷重特性を奏する。

本発明は以上述べた実施例に限定されることなく種々の
変更が考えられる。磁気吸引力は移動部材と制限部材と
の両部材に設けたマグネットにより得られるようにして
もよい。移動部材の移動始端においては他の移動過程よ
りも磁気吸引力が大きくなるようになっていればよく、
必ずしも移動部材と制限部材とが密着する必要もなく離
反した状態でも良い。

［発明の効果］ 本発明は以上のように構成されているので、本来定荷重
特性の得られない引張りばね、圧縮ばね、及びねじりば
ねを用いて定荷重特性を有するばね装置を得ることがで
きる。しかもこのばね装置は全作動範囲に亘って定荷重
特性を奏するとともに、ばねとマグネットとの組み合わ
せによる簡単な構造であるため組み立ても容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の側断面図、第２図は同上
実施例の特性図、第３図は本発明の第２実施例の側断面
図、第４図は本発明の第３実施例の側断面図、第５図は
同上実施ψすの特性図、第６図（ａ）、（ｂ）は本発明
の第４実施例の側断面図及び正面図、第７図は従来のば
ねの特性図である。 １・・・引張りばね、２．２５．３４・・・移動部材、
３．３５・・・制限部材、 ９．２６．３６・・・マグネット、 ２１・・・圧縮ばね、２３・・・保持端（制限部材）、
３３・・・ねじりばね。 特許出願人　　日本発条株式会社 代理人　弁理士　　佐　藤　英　昭 ビ５’ｌｌｉンコ 一　とねみ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　たわみの増加に対してばね定数が小さくなるばねと
   、このばねの作動範囲内を移動する移動部材と、前記ば
   ねの作動範囲を制限する制限部材と、前記移動部材と制
   限部材の少なくとも一方の部材に設けられ、かつ他方の
   部材との間に前記ばねの附勢力方向に磁気吸引力が作動
   するマグネットとを具備し、前記移動部材の移動始端に
   おいて磁気吸引力が最大となるように移動部材と制限部
   材とが接近して設けられていることを特徴とするばね装
   置。 ２　前記ばねが、引張りばね、圧縮ばね、又はねじりば
   ねからなることを特徴とするばね装置。