JPH0374643A - 二つの安定平衡状態を有するばね - 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、可動共同動作部品の相対位置の制御用として
、また弾性歪エネルギの蓄積用として適用可能な二つの
安定平衡状態を有するばねに関するしのである。

（従来技術および発明の概要） 一般に、ばねは、各種機構におＩＩる二つの平衡状態を
保１ｔｉｌ：Ｊ゛るためと１−ｊｊ様、各種構成要素の
クランプ用として、動力チ」−ンの接続相として、また
緩衝Ｈの弾性５１？エネルギの永久的な蓄積Ｉｌｌとし
て他用できる。

各種形状のストリップ材と同嫌に、棒状、平板吠、スパ
イラル状ししく（よヘルカリ状にａいた１ノイヤ等の形
態のばねが知られている。それらｌよ使用Ｈ科の種類わ
よびその初期の形状により非常にさまざよな特性をＭし
ている。

例えば、ボーラント特許第１２９９２７号明細間より、
非線形持Ｐ１．を右するばねが公知である。

に記ばねの最ら話本的な構成要素は、荷重の作用方向に
爪直に位置した水平」、レメントであり、これら（よ二
つの組直エレメントによりお亙いに結合され水１：Ｌ」
”、レメントの縁に対して乗直にかつ反対方向に相住に
少し離して曲げられ、上紀乗直エレメント１よそのエレ
メントの長手方向に沿って可変の断面をｆ１゛シている
。

従来の全てのばねの持微的な点は、与えられた外部ｆ’
ｔ？ｉｉに対して、その平黴状態に対に、４゛る一つの
、そしてただ一つだけのばね変形が仔７１：するという
こと１こある。この、二と（上、外！！ｌＸＩｈ　／ｉ
ｉと変形１距パラメータ（４ｅｆｏｒｍａｂｉｌｉｔｙ
　ｐａｒａｍｃｔａｒ）との間の関係を表わすばね特性
か−＆１１１関数であることを意味する。既ｌ′ｆ、の
ばねを使用する場合、同じ外部１１−１１に対４′る二
つの平衡状態を達１戊するには、ばねの他に少なくとも
一つの付加的エレメントを含む糸の適用が必要となる。

これまで使用されてきたばねは、ある外部負荷の作用を
受けたときに弾り歪エネルギのみを蓄積でき、そして外
部負（Ａｌｈ＜最早仔ｌＬシなくノエー）だときに）よ
、弾性歪エネルギ（よ別の種類のエネルギに変換させら
れる。

本発明（上、一定の運動領域内で連動をさＵられた部分
の制御可能む平衡状態を備えたばねの設！１１の進歩を
企図４”るものである。

本発明によれば、ばねＬよ少なくとし一対の佛ＰＬスト
リップからムリ、その部材は一定の又は可変のｆｔｔ度
でお互いに少し離して曲げられ、上記ストリップ材（よ
、それらの間の一定の長さと幅を有する１又は複数の溝
を確保できる上うに成形ニレメン］・に端部で相互に結
合占れている。

伸性ストリップ材（よ変形し、上記成形エレメントに回
定゛４′る而（よ各種形状をｆ１４゛るか、それらの中
間面のガウス曲率（Ｇａｕｉ＋１ｉｉａｎ　ｃｕｒｖａ
Ｌｕｒｕ）ｉ１ゼ１１に専しく／Ｉ：ければムら紅い。

ストリップ材のＨ科の特許を適切に選ぶことにより、そ
して１１１度エレメントの材料の形状お上び特ｒｌを選
択することにより、そして最後にＬ記角度エレメントに
ストリ・ノブ材を適切に固定することにより、我々は本
発明の課題であるばねの各種構造の解を得ることができ
る。このようにして得られ／コばね解のかムリの変形（
よばねの外部Ｅｌ　ｎｉ？とその表形を決めるパラメー
タとの間の関係を表わ４゛特ｔ１．のより多くの多様Ｐ
１：を件う。しかしムから、ばねの幾（ＩｉＪ学的、俳
姓的パラメータの妥当な選択（よ、常にばねが少なくと
し二つの平衡状態を倫え］こばねに対心した多義の特性
を得ることを可能に４゛る。弾性歪Ｊ、ネルギの永久的
な蓄積の可能性により特徴づ１Ｊ′られたばねの構造り
の解しまた得ることができる。

（実施例） 次に、本発明の実施例を図面にしノコがって説明４゛る
。

実施例１ 第１図、第２図に示された二状態（ｔｗｏｓＬａｔｃ）
ばね（よ、最初は平らである二つの弾外ストリップ材１
と肉皮γでお互いに対して明斜し人ニアー１２を備えた
二つの成形エレメント３とからなっている。

上記成形エレメント３に（上、上記エレメント３のアー
ム内に位置さＵられた上記弾性ストリップ材ｌの端部が
固定されている。ストリップ材料よ成形エレメントのア
ームの傾斜角と同様に角度γで才ｊ互いに対して何１斜
している。

成形エレメント３のスラスト方向端部（ｔｈｒｕｓｔｅ
ｄｇｅ）（ｉ対＃１１・軸に関してｆＩｊ度μをむしζ
いる。ストリップ材！の隣り合う辺の間にばねのバラメ
ー夕と特性に依存する長さ８１幅すの溝２が形成されて
いる。ストリップ材ｌは成形エレメント３のアーム内に
固定される前は変形させていない（第１図）。

ばねの作用は以下の通りである。第３図中の曲線にて示
されるように、ばねはモーメントＭ＝０に対応して安定
した平衡状態を生じる二つの位置、位置Ｉと位置■とを
有している。このばねはモーメント”＋Ｍ“と“−Ｍｌ
の作用により位置Ｉから曲デられる。ストリップ材ｌは
非変形状態のままである。モーメント１＋Ｍ１と“−Ｍ
”の増大に伴って角度αにより決められる変形は増大し
、その変化は特性曲線により示されている（第３図）。

上記特性曲線により、α＝αｉα＝α！′およびα＝α
、に対して、考慮しているモーメントはゼロに等しく、
α、′の値はばねの不安定平衡状態に対応し、α、およ
びα、はばねの安定平衡状態に対応する。

故に、ばねは対応するモーメントＭ＝０および−Ｍ−０
でα＝α、＝Ｏおよびα＝α、に対して二っの安定した
平衡状態を有している。

モーメントと変形の間の関係（第３図）を表わすばねの
特性はばねの幾何学的パラメータとその材料定数に依存
する。

これらのパラメータの実験的又は理論的選択は、ばねの
圧縮と引張り、曲げと捩りのエネルギ間の関係を保証し
、二つの位置αニα１＝０およびα＝α、における安定
した平衡状態を生じる。本実施例に示されたばねはα、
−〇に対応した平衡状態の位置Ｈにおいて、それが仕事
の差（１，、−１，１）に等しい弾性歪エネルギを永久
的に蓄積する点にある。断るばねは緩衝構造等に適用で
きる。

実施例■ 第４図と第５図に示された２ポジシヨンばねは二つの偏
平な弾性ストリップ材１′　と二つの成形エレメント、
すなわちそれぞれ角度＋γ′　と−γ′によって決めら
れる第１成形エレメント３′　と第２成形エレメント３
１″とからなる。

弾性ストリップ材１′は初めにその一端を角度＋γ′に
より決められる第１成形エレメント３′内に最初に固定
し、次に必要とされる変形後、角度−γ′により決めら
れる第２成形エレメント３、′内に固定すべきである。

そこで、ばねは外部負荷Ｍ＝０と−Ｍ＝０に対応する第
４図に示す位置を占める。ストリップ材ｌ′の隣り合う
辺の間に、長さａ′、可変の幅ｂ′の溝２′が形成され
ている。

このばねの作用は以下の通りである。特性曲線（第６図
）より分かるように、このばねは状態■（第４図）およ
び状態■（第５図）における二つの安定した平衡状態に
よって特徴付けられる。

このばねはモーメント“Ｍ”と“−Ｍ″を加えることに
より状態■（第４図）から偏向させることができる。そ
して、ストリップ材ｌ′は変形させられ、モーメント“
Ｍ”と“−Ｍ″の増大に伴って角度α１により決められ
る偏向値が増大し、その変化は特性曲線（ｆ５６図）に
より示されている。第６図に示された曲線より、α−−
α、α−α、′およびα＝α、に対してモーメントはゼ
ロに等しく、ポイントα、′は不安定平衡状態に、ポイ
ントα、。

α、は安定平衡状態に対応する。故に、考察中のばねは
対応するモーメント１＋Ｍ１と−Ｍ′＝０でαニーα１
とα＝α、＝−α１に対して二つの安定した平衡状態を
有している。

モーメントと変形の間の関係（第６図）を表わすばねの
特性は、ばねの幾何学的パラメータとその材料定数に依
存する。

これらのパラメータの実験的又は理論的選択は二つの位
置、叩ちαニーα１およびα＝α、′＝−α、にて安定
平衡状態が得られるような、圧縮と引張０曲げε捩りの
エネルギ間の関係を保証する。

本実施例におけるばねは、両方の状態、即ち安定状態に
おいて、同じ最小弾性歪エネルギを永久的に蓄積する点
により特徴付けられる。

実施例■ 第７図、第８図は二つの安定平衡状態を有するばねを表
わしている。上述した図に表わされたばねは二つの偏平
な弾性ストリップ材ビと角度γ　＝１８０°である二つ
の成形エレメント３“からなっている。このストリップ
材１″は最初に第１１ａ形エレメント３″に一端で固定
し、次に適宜に変形させたストリップ材１″を第２の成
形エレメント材３″に固定すべきである。

このばねは外部負荷モーメントＭ″＝０゜Ｍ″−〇に対
応する第８図中の状態になるであろう。上記ストリップ
材ｌ″の隣り合う辺の間に、長さａ″と可変の幅ｂ″の
溝２″が形成されている。

上記１ｆ４２″の形状はばねのパラメータと特性に依存
する。

このばねの作用は以下の通りである。

第９図に表わされた曲線は考察中のばねは状態■（第７
図）と状態■（第８図）における二つの安定平衡状態に
より特徴付けられることを示している。

このばねはモーメント“Ｍ”と“−Ｍ”の作用により状
態■（第７図）から曲げられる。ストリップ材ｌ″は変
形させられ、そしてモーメント“Ｍ“と“Ｍ”の増大に
伴って角度αにより決められる曲がりか増大する。生じ
る変化は特性曲線（第９図）により示されている。この
図から、α＝−α、α＝α、′およびα＝α、ノこ対し
てモーメントがゼロ１こ等しく、ポイント α、′が不安定平衡状態に対応し、ポイントα、とα、
が安定平衡状態に対応することが分かる。故に、考察中
のばねは、対応するモーメントＭ“−〇と−Ｍ″＝０で
α＝−α、とα−α、−−α１に対して二つの安定平衡
状態を有している。

モーメントと変形の間の関係（第９図）を表わすこのば
ねの特性は、ばねの幾何学的パラメータとその材料定数
に依存する。

この実施例のばねはまた、上述した二つのばねと同様に
二つの安定平衡状態を有している。適切なパラメータの
選択、実験的又は理論的のいずれのものであっても、安
定平衡現象が生じるエネルギ間の必要な関係を保証する
。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明に係る２ポジシヨンばねを示す
斜視図、第３図は第１図に示すばねの特性曲線図、第４
図、第５図は本発明に係る別の２ポジシヨンばねの例を
示す斜視図、第６図は第４図に示すばねの特性曲線図、
第７図、第８図は本発明に係る２ポジシヨンばねの別の
例を示す斜視図、第９図は第７図に示すばねの特性曲線
図である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）お互いに結合された二つの弾性エレメントからな
   る二つの安定平衡状態を有するばねにおいて、少なくと
   も一対の弾性ストリップ材１、１′、１″と、角度γ、
   ＋γ′、−γ′およびγ″によって決められる二つの成
   形エレメント３、３′、３＿１′、３″からなり、各対
   の上記弾性ストリップ材１、１′、１″は、好ましくは
   その端部にて上記成形エレメント３、３′、３＿１′お
   よび３″のアームによりお互いに結合され、上記ストリ
   ップ材１、１′、１″の隣り合う辺の間に長さａ、ａ′
   、ａ″、可変の幅ｂ、ｂ′、ｂ″の溝２、２′、２″が
   形成されるようになっており、上記ストリップ材１、１
   ′、１″はお互いに対してそれらが上記成形エレメント
   ３、３′、３＿１′および３″のアームの傾斜角によっ
   て決められる角度で傾斜するような関係でお互いに位置
   させられていることを特徴とする二つの安定平衡状態を
   有するばね。
2. （２）無応力状態の上記ストリップ材１′、１″がゼロ
   に等しい中間面に関するガウス曲率に対応した形状を有
   することを特徴とする請求項（１）に記載のばね。
3. （３）上記ストリップ材１が可変断面を有することを特
   徴とする請求項（１）に記載のばね。
4. （４）上記ストリップ材１、１′、１″が弾性的に結合
   されていることを特徴とする請求項（１）に記載のばね
   。
5. （５）上記成形エレメント３′、３＿１′が弾性体であ
   ることを特徴とする請求項（１）に記載のばね。
6. （６）上記成形エレメント３、３′、３＿１′および３
   ″が圧縮面内で傾斜していることを特徴とする請求項（
   １）に記載のばね。