JPH0432253B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、磁石の吸引力を利用したばね装置に
関し、特にばねの復元力及び磁石の吸引力の両者
を利用することによつて好適な変位−負荷特性が
得られるように構成されたばね装置に関する。

＜従来の技術＞ 従来、変位に対して負荷或いは復元力が直線的
に変化する所謂線形ばね以外にも、様々な非線形
特性を有するばねに対する需要が存在していた。
添付の第１図はこのようなばね特性の基本的なも
のを示すものであり、直線Ａは、変位δに対して
復元力、即ち負荷Ｐが比例的に増大する一般の線
形ばねの特性を示し、曲線Ｂは、変位の増大に従
つて負荷の増大率が漸進的に増大する所謂硬性ば
ねの変位−負荷曲線を示し、曲線Ｃは、変位の増
大に従つて負荷の増大率が減少する所謂軟性ばね
の特性を示すものである。

軟性ばねの特性を有するものとしては皿ばね
が、硬性ばねの特性を有するものとしては円錐ば
ね、不等ピツチばねなどが公知となつているが、
特に軟性ばねに関して、皿ばねを例にとると、十
分なストロークを得ようとするにはその直径が膨
大になつたり、あるいは複数枚を重ねたりせねば
ならず、必ずしも所望の軟性ばね特性を得ること
ができなかつた。

一方、油圧力、或いは電磁力などを利用する能
動的な要素を用いれば、自由な変位−負荷特性を
実現することは可能であるが、装置が大規模とな
り用途が著しく限定される。

他方、磁石を利用したばね装置としては、例え
ば特開昭53−84545公報に開示されているような
磁石の反発力を利用するばね装置が知られている
が、磁石のみを利用するものなので、自由に特性
を設定することができないばかりか、ばねに比較
して十分大きなストロークをとり難いという欠点
がある。

＜発明が解決しようとする問題点＞ このような従来技術の欠点に鑑み、本発明の主
な目的は、特に軟性ばねとしての変位−負荷特性
を自由に設定し得るように構成されたばね装置を
提供することにある。

＜問題点を解決するための手段＞ このような目的は、本発明によれば、ばねと、
該ばねの各端に異なる極同士を対向させて連結さ
れた一対の磁石、または該ばねの各端に連結され
た磁石と磁性体とからなり、前記ばねの変位量の
増大に応じて前記一対の磁石、または前記磁石と
前記磁性体との間の吸引力が増大するように、前
記一対の磁石または前記磁石と前記磁性体とを配
置してなることを特徴とする磁石を利用したばね
装置を提供することにより達成される。

＜作用＞ このような構成によれば、ばねの変位に応じて
互いの間隔が狭くなるように磁石同士或いは磁石
と磁性体とが配設されるので、ばねの撓み量の増
大に応じて逆２乗則に則つて増大する磁石の吸引
力の影響により、あたかもばねのばね定数が変位
量に応じて減少したかのような作用を得ることが
できる。すなわち、ばねの復元力特性と磁石の吸
引力特性とが合成された変位−負荷特性が得られ
ることとなる。特に公知の軟性ばねその他の非線
形ばねを併用すれば、変位に対する復元力、即ち
負荷がほとんど変化しないような定荷重ばねに近
似した特性が得られるなど、より一層広範囲な変
位−負荷特性を実現することができる。

＜実施例＞ 以下、本発明の好適実施例を添付の図面につい
て詳しく説明する。

第２図は、本発明を圧縮コイルばねに応用した
場合の実施例を示しており、互いに概ね補完的な
円錐面をもつて互いに対向する２個の永久磁石
１，２が、これら両磁石１，２の中心にそれぞれ
穿設された孔１ａ，２ａに挿通されたガイド軸３
をもつて互いに軸線方向に近接離間可能に配設さ
れている。図示されているように、これら両磁石
１，２は、互いに軸線方向に沿つて吸引し合うよ
うな磁極配置を有するように磁化されている。

これら両磁石１，２の外端には、外向フランジ
１ｂ，２ｂがそれぞれ一体的に周設されており、
これら両フランジ１ａ，１ｂ間に圧縮コイルばね
５が挟設されている。なお、ガイド軸３に設けら
れたフランジ４は、両磁石１，２が過度に近接し
合うのを防止するためのものであり、圧縮コイル
ばね５が密着した場合に両磁石１，２間に所要の
間〓が確保できる場合には、このフランジ４を省
略することができる。

この実施例によれば、圧縮コイルばね５が圧縮
されるに伴い両磁石１，２が互いに近接し、それ
らの間の吸引力が略二次関数的に増大する。その
ために圧縮コイルばね５の線形なばね特性と永久
磁石の吸引力特性とが合成され、第１０図に実線
で示すような、一般のコイルばねでは得ることの
不可能変位−負荷特性が得られる。

第３図及び第４図は、本発明を捩りばねに応用
した別の実施例を示している。２個の永久磁石２
１，２２が、これら両磁石２１，２２の中心位置
にそれぞれ同軸的に穿設された孔２１ｂ，２２ｂ
に挿通されたガイド軸２３の回りを相対的に回動
し得るようにされており、それぞれ互いに回動軸
線に直交する面に対して傾斜する面２１ｃ，２２
ｃをもつて対向するように、かつ異なる磁極をも
つて対向するように配設されている。またガイド
軸２３に設けられた一対の外向フランジ２４，２
５により、これら両磁石２１，２２間の軸線方向
に沿う相対位置が一定に保たれている。これら両
磁石２１，２２の外周には、捩りコイルばね２７
が巻装されており、該捩りコイルばねの各端部２
７ａ，２７ｂが、それぞれ両磁石２１，２２の外
端に半径方向外向きに突出する部分に切設された
スロツト２１ａ，２２ａに係止されている。

これら両磁石２１，２２の互いの対向面２１
ｃ，２２ｃには、それぞれテーパが付けられてい
ることから、両対向面２１ｃ，２２ｃの突出部同
士を互いに近接させる向きの吸引力が常時作用す
る。従つて、捩りばね２７が中立位置にある時、
第３図に示されているように両対向面２１ｃ，２
２ｃの磁気ギヤツプ２６内に突出する部分が相反
する対角位置にある場合には、両磁石２１，２２
間の捩り方向に対する吸引力が捩りばね２７の角
度変位に従つて増大することから、第１０図の特
性曲線に対応した変位−負荷特性が得られる。

第５図〜第８図は、本発明を捩りばねに応用し
た更に別の実施例を示している。概ね直方体をな
す２つの永久磁石３２，３４が、合成樹脂製の円
筒体３１，３３にそれぞれ埋設されており、互い
に同軸的に回動自在に共通のガイド軸３５に軸支
されている。両磁石３２，３４は、ガイド軸３５
の中央部に設けられた外向フランジ３６により互
いに等距離を保ちつつ相対的に回動することがで
きるようになつている。

第７図及び第８図に良く示されているように、
これら両磁石３２，３４は、直径方向に長手の端
面をもつて互いに直交する向きに対向するため、
これら両磁石３２，３４は、互いに整合する位置
に向けて捩れようとする吸引力を及ぼし合う。更
に、両円筒体３１，３３の外周に捩りコイルばね
３８が巻装され、捩りコイルばね３８の各端が、
それぞれ両円筒体３１，３３の外端に半径方向外
向きに突出する部分に切設されたスロツト３１
ａ，３２ａに係合されている。

本実施例も、前記実施例と同様に、捩りコイル
ばね３８が中立位置にある時に、両磁石３２，３
４の対向端面同士が略直交する向きに配設されて
いる場合には、第１０図の特性曲線に対応した変
位−負荷特性が得られる。

第９図は、非線形ばねについて本発明を応用し
た実施例を示している。有底円筒形のケーシング
４１内に、偏平リング状の永久磁石４３が嵌入さ
れており、該永久磁石４３上の上面にスペーサ４
４を介して磁性体からなる皿ばね４５が載置され
ている。ケーシング４１の上端は、円形中心孔を
有する蓋板４２によつて閉じられている。更に上
端にフランジ４７を有する軸部４６が、皿ばね４
５の中心孔を貫通して磁石４３の中心孔に遊嵌さ
れている。また軸部４６のフランジ４７は、同じ
く蓋板４２の中心孔に突入することができるよう
になつている。

皿ばね４５は、一般に第１図の曲線Ｃで示され
るような軟性ばねの傾向を有し、かつ変位の増大
に伴つてピーク荷重をすぎるとばね定数が減少す
る（負の特性）部分をも有するような特性を有し
ている。従つて、フランジ部４７を下向きに変位
させると、皿ばね４５に対する永久磁石４３の吸
引力が増大することから、皿ばね４５の軟性ばね
の傾向が一層強められるとともに、更に皿ばね４
５の撓みを増大させると、ばね定数が顕著に負の
値をとるようなばね特性を実現することができ
る。

尚、皿ばね４５として非磁性体を用いる場合に
は、フランジ部４７の下面に偏平リング状の鉄片
４８を固着しておけば、上記と同様の効果が得ら
れ、かつスペーサ４４を省略することができる。

以上、本発明を特定の実施例について説明した
が、本発明の概念から逸脱することなく種々の変
形変更を加えて本発明を実施することが可能であ
る。実際、板ばね、トーシヨンバーその他あらゆ
る種類のばねについて永久磁石を適宜付加するこ
とにより、様々な態様をもつて本発明を応用する
ことができる。

＜発明の効果＞ このように本発明によれば、受働的な要素、即
ちばね及び磁石のみを用いることによつて変位の
増大に応じた負荷の増大率が極めて小さいか、或
いはむしろ減少するような変位−負荷特性を実現
することが可能であるため、例えば重力と釣合わ
せる装置や、ストロークに対する反力を概ね一定
に保ちたい装置などへの応用が可能であり、ばね
装置に対する力学的或いは人間工学的な様々な要
請を簡単かつ好適に満足し得るという効果を奏す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はばねの変位−負荷特性の基本的な種類
を示すグラフである。第２図は本発明を圧縮コイ
ルばねに応用した場合の実施例を示す縦断面図で
ある。第３図は本発明を捩りばねに応用した実施
例を示す縦断面図である。第４図は第３図の−
線について見た端面図である。第５図は本発明
を捩りばねに応用した更に別の実施例を示す縦断
面図である。第６図は第５図の−線について
見た端面図である。第７図及び第８図は第５図の
−線及び−線についてそれぞれ見た横断
面図である。第９図は本発明を非線形ばねについ
て応用した実施例を示す縦断面図である。第１０
図は本発明の変位−負荷特性曲線の一例を概念的
に示すグラフである。 １，２……磁石、１ａ，２ａ……孔、１ｂ，２
ｂ……フランジ、３……ガイド軸、４……フラン
ジ、５……圧縮コイルばね、２１，２２……永久
磁石、２１ａ，２２ａ……スロツト、２１ｂ，２
２ｂ……孔、２１ｃ，２２ｃ……対向面、２３…
…ガイド軸、２４，２５……フランジ、２６……
間〓、２７……捩りコイルばね、２７ａ，２７ｂ
……端部、３１，３３……円筒体、３１ａ，３２
ａ……スロツト、３２，３４……永久磁石、３５
……ガイド軸、３６……フランジ、３７……間
〓、３８……捩りコイルばね、４１……ケーシン
グ、４２……蓋板、４３……永久磁石、４４……
スペーサ、４５……皿ばね、４６……軸部、４７
……フランジ、４８……鉄片。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ばねと、該ばねの各端に異なる極同士を対向
   させて連結された一対の磁石、または該ばねの各
   端に連結された磁石と磁性体とからなり、 前記ばねの変位量の増大に応じて前記一対の磁
   石、または前記磁石と前記磁性体との間の吸引力
   が増大するように、前記一対の磁石、または前記
   磁石と前記磁性体とを配置してなることを特徴と
   する磁石を利用したばね装置。 ２ 前記磁石が、互いに略補完的な円錐面をもつ
   て互いに対向すると共に概ね同一軸線上に沿つて
   互いに近接離間可能なように圧縮コイルばねの各
   端に配設された２個の磁石からなることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の磁石を利用し
   たばね装置。 ３ 前記ばねが捩りばねからなり、前記磁石が、
   前記捩りばねの回動中心線に対して直交する面に
   対して傾斜する面をもつて互いに対向すると共に
   前記捩りばねの回動中心線の回りを相対回動可能
   であるが、前記捩りばねの回動中心線に沿つては
   相対変位し得ないように配設され、かつ前記捩り
   ばねの中立状態時に互いの対向面が略平行するよ
   うに置かれた２個の磁石からなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の磁石を利用した
   ばね装置。 ４ 前記ばねが捩りばねからなり、前記磁石が、
   前記捩りばねの回動中心線に対して直径方向に延
   在する端面同士をもつて互いに対向すると共に、
   前記捩りばねの回動中心線の回りを相対回動可能
   であるが、前記捩りばねの回動中心線に沿つては
   相対変位し得ないように配設され、かつ前記捩り
   ばねの最大有効変位時に互いの対向面が正対する
   ように置かれた２個の磁石からなることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の磁石を利用し
   たばね装置。