JPH0754893A - 均等負荷ばね - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 種々の環境的な状態において多くの機能、一
様なばね負荷、及び柔軟性を有し、隣接する部材に損傷
を与えないばねの提供。 【構成】 ほぼ平坦なスペーサ１３と組み合わされて使
用されるほぼ平坦で柔軟で弾性的で２つの面を有するば
ね１２は、その平坦面の各々に同数の一様な突出部１６
を有し、各面の突出部１６は互いに等間隔に配置されて
いる。突出部１６は複数の支点として作用する球形の先
端部を有し、ばねの表面の一方の側の球形の先端突出部
は、一方の表面上の突出部が他面上の突出部に正確に対
向しないように他面上の球形の突出部のちょうど中間に
ある。基本的に平坦なスペーサ１３は、隣接するばね上
の突出部の場所と一致するように間隔を置いた突出部収
容凹所２２を備えている。ばねの各突出部の先端部は、
複数の突出ばねがスペーサと組み合わされたとき、回転
位置に側方にシフトしまたは移動することを防止するよ
うに各スペーサの凹所に整合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、板ばね、サスペンショ
ンばねまたはクッションまたは付加軸受け機能を形成す
るものと同様のものとして説明されるばねのカテゴリー
に含まれる従来の均等負荷ばねに関する。本発明のばね
は、広範なシステムに使用することができ、現在あるワ
ッシャ及び波形ばねワッシャ、湾曲ばねワッシャ、圧縮
ばね及びプレシジョンワッシャ並びにロックワッシャ及
び上記したばねのようなばねと置換することができる。
本発明を有するばねは、簡単なビーム偏向によって制御
される。

【０００２】従来技術とある程度の類似性を示す従来技
術は、例えば、ホスキングに付与された「ロックワッシ
ャ」と題された米国特許第２，１７９，５７５号に開示
されている。この特許は、ワッシャ本体の両側から突出
する複数の突出部または固定エレメントを有する装置を
開示しており、このような構造において、これらの突出
部は、工作物、すなわちねじまたはナットの表面内にそ
れらを埋め込むことができる鋭い工作物係合コーナーま
たはエッジを形成するコーナーまたはエッジを含む。従
って、ホスキングは、ナットを逆行する動きに対して有
効に固定するためにスクレープまたはスカーリングのよ
うにねじのヘッドの下側の隣接部材に係合するようにロ
ックワッシャを補助することを薦めている。

【０００３】従って、本発明の目的は、種々の環境的な
状態において多くの機能、均等なばね負荷、及び柔軟性
を有し、隣接する部材に損傷を与えないばねを提供する
ことである。本発明のばねは、摩擦、過熱、せん断、応
力変形、ノイズ水準、発信及び振動を最小限にするよう
に設計されている。他の目的は、重量及び嵩を低減し、
比較しうるように使用される現在のばねに比較して負荷
容量を高めることである。

【０００４】現在のロックワッシャは、典型的には１つ
またはいくつかの点で負荷される。しかしながら、これ
は、金属のベースまたはねじに対してせん断、きず跡ま
たは他の損傷を引き起こす。しかしながら、ワッシャが
通常のロックワッシャの両側で使用されるならば、振動
により緩む傾向にある。従って、本発明の目的は、金属
の摩擦及び削りを避けながらばねの緩みを防止すること
である。

【０００５】重大な振動を引き起こす温度変化、応力、
湿度大気圧及び環境の変化によって多くの領域（例え
ば、軸受け及び光学測定器具）において、均等な負荷及
び整合の維持の結合の欠如によって多くのばね装置及び
設計が失敗した。軸受けの設計において、ボールの起動
の適当な整合及び調整は、すべりとノイズを防ぎ、軸受
けの寿命を増加させるために非常に重要である。（外部
のスペースで使用される）光学及び他の正確な器具にお
いて、均等な負荷を維持し、膨張及び収縮の実行、応力
の低減、変形の防止及び振動または発信の緩衝は、性能
を適合化し成功させるために重要である。

【０００６】現在において利用可能な波形ワッシャは、
それらの構造によって均等な負荷を検知するようにはつ
くることはできない。各接触セグメントの波形部分は、
等しくなく、異なるばね定数を有する。各接触セグメン
ト上で起こるねじれは、材料をその最初の位置に戻すこ
とができない過度の応力を生じる。これは構造的な疲労
から生じる。さらばねワッシャは、座屈によって同様の
問題を有する。ばねの変形または破壊はそれが使用され
ている全体のシステムを破壊することがある。

【０００７】従来技術の他の利点を克服するために本発
明が開発された。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によって設計され
たばねは、スペーサ部材とともに使用されるほぼ平坦
で、可撓性を有する２つのばね構成部品を有する。同数
の一様な突出部は、各ばね構成部品の各面上に使用さ
れ、各隣接する突出部は、互いに等間隔に配置されてい
る。これらの突出部の基部は、ばねコンポーネントの各
面にしっかりと取り付けられている。突出部は、複数の
支点として使用可能な球形の先端部を有する。ばねの一
方の側または表面上の所定の球形先端突出部は、１つの
表面上の突出部が他の表面上の突出部に対向しないよう
に他の面上の球形の突出部とちょうど中間の位置にあ
る。

【０００９】本発明の新しいばねの主な構造は、突出部
受け凹所を装填した基本的にに平坦な部材に接触する複
数の突出部を有する１つのばねの使用を含むが、変形例
は、ばねの各々の側が複数の凹所を備えた空間の部材に
係合する複数の突出ばねを使用することができる。基本
的には平坦なスペーサ部材は、隣接するばねの構成部品
上の突出部の場所と一致するように間隔を置いた凹所を
有する。

【００１０】ばねの各突出部の先端部は、基本的に平坦
なスペーサ部材に隣接するように備えられた各凹所に整
合するようになっている。このように多数の複数の突出
ばねが組み合わせられるとき、１つのばねの突出部が他
のばねの突出部と望ましくなく整合する回転位置に側方
にシフトするかまたは移動することを平坦な部材上の凹
所によって防止する。

【００１１】ばねの１つの基本的な実施例は、隣接する
部材が関連する構成部品内に伸びる中央の穴を有する環
状の形状である。

【００１２】本発明の他の実施例は、平坦で柔軟性があ
り、２つの面を有する材料の矩形、正方形であって、中
央の穴を使用しない他の形状のばねを含む。

【００１３】これらの基本的な実施例によれば、重ねら
れた関係で多数の環状に間隔を置いた関係または多数の
矩形部材を使用するサンドウイッチ構造が使用される。

【００１４】他のタイプのサンドウイッチ構造におい
て、１つのばねの突出部が他のばねと望ましくない関係
になるように移動することを防止するために取り付け突
出部の球形点を受ける凹所を使用するばねを分けるほぼ
平坦なスペーサがある。

【００１５】使用される突出部に関しては、それらは、
各々が各ばねの各面で交互に配置された支点として使用
可能な中空でほぼ球形に形成された接触点である。代替
案としては、突出部は、支点接触点として使用可能なよ
うに中実でほぼ球形であるか、または丸い形状である。

【００１６】ばねは基本的には、両側に一様な突出部ま
たは突出部を有する２つの面を有するばね（金属ディス
クまたはそれと同様なもの）からなる。これらの突出部
は、ほぼ平坦な領域で交互に配置され、ばねの一方の側
または表面上の丸い突出部は、ばねの他の面または表面
上の対向する平坦な領域に対向するように正確に心だし
されている。従って、丸い突出部は、ばねの各側上に互
いに等間隔になるようにまたばねのベースのエッジから
一様に間隔を置いて配置されている。ばねの各側の突出
部の数は、等しく、同じ大きさ及び構造である。１つま
たはそれ以上の突出部があってもよい。

【００１７】均等な負荷は、ばねの構造及び対称性によ
って達成される。最も多く使用される場合において、好
ましい構造は、ばねの各側に丸い３つの最小限のまたは
ほぼ球形の突出部を有する。しかしながら、各側の２つ
の突出部は、いくつかの環境において、非常に静止的で
ある。また、ばねの各側に３つ以上の突出部が使用され
ることは明らかである。

【００１８】ばね上の突出部を１つの面内にくぼみ及び
他の面に突出部を形成するプレスによって形成する場
合、各面上にくぼみ及び突出部が交互に配置されるよう
に形成される。円形バネの場合において、くぼみ及び突
出部は、ばねの周縁に同軸の円形の周縁上に配置されて
いる。ばねは通常、添付図面に示されるように中央に開
口を有する環状である。

【００１９】これらの等間隔で丸い突出部を使用する利
点は、ばねの動作を説明することによって最もよく理解
することができる。ばねが隣接する２つの部材（基本的
には平坦なスペーサ）の間に配置されているとき、ばね
の一方の側の各突出部は、第１のスペーサに接触し、ば
ねの他方の側の突出部は第２のスペーサに接触する。突
出部が同じ大きさである場合に、一方の側の丸い突出部
の頂点は、他方の側の丸い突出部の頂部によって決定さ
れる平面に平行な所定の位置にある。スペーサは、各突
出部の球形の先端部を受けるための凹部を備えている。

【００２０】隣接する部材の接触エレメントは、突出部
に当接するように接触するとき、このばねは、圧縮され
ない。ばねを使用する装置を組み立てるとき、接触エレ
メントとばねとの間の接続は、ばねがある応力を受ける
ように通常締め付けられる。これが生じるとき、ばね
は、弾性材料のビームのように突出部の間で曲がる。従
って、このエレメントは、予め負荷される応力によって
所定の位置にしっかりと保持される。圧縮されるとき
に、ばねは浮き上がり、各側に２つの突出部のみがあ
り、ひっぱりばねの通常の方法でばねが使用される場合
を除いて、ハウジングには接触しない。この場合におい
て、固定作用によって隣接する部材に損傷を与えない。

【００２１】応力下の装置が温度または湿度内の大気圧
または変化内の変化を含む異なる環境に移動し、装置の
エレメントの膨張または収縮が起こるとき、膨張または
収縮に続いてばねのたわみを増加し、または低減する。
従って、エレメントのきつい嵌合及び平行性は維持され
る。

【００２２】ばねの補償効果は、大気状態の極端な変化
で行われる。例えば、地上から外側の空間に送られるカ
メラは一連の状態に遭遇する。このばねは、ガラス及び
金属または異なる金属のような非類似のエレメントの間
の変化を補償することができる。従来技術のばねはこの
ような一様な補償を提供することができない。

【００２３】本発明のばねは、いかなる大きさまたは形
状においも製造することができる。使用に応じて、円
形、長方形、楕円形及びそれと同様な形状である。突出
部は、装置の基本的に平坦な部材に関連して損傷を与え
ない支点として作用するように丸いかまたはほぼ球形で
ある。突出部または支点は中実または中空の形状として
製造される。

【００２４】ばねは、ばねまたはステンレススチール、
エキゾチックな金属または材料またはその組み合わせに
よって、状態及び目的に依存してポリマーまたは合成材
料によって製造される。ばねは、記憶を有し、弾性変形
を有しない。特に、ばね材料は、弾性的な性質を必要と
する。負荷は異なるタイプ、重量、材料の厚さまたは強
さによって変化する。

【００２５】丸い突出部を有する全体のばねは成形型内
のケースであるか、または突出部を製造し、双方のばね
面にリベット打ちされ、研削され、はんだづけされまた
は溶接される。突出部を形成する他の手段は、所定の大
きさ及び形状のダイでばね材料をスタンプし、対向面に
くぼみを有する中空の十分に丸い部材を形成する。円形
のほぼ球形の突出部は、等間隔のくぼみを交互に有する
ような方法でばねの両側に形成される。

【００２６】この発明のばねは、ばね及びばね及びワッ
シャまたはスペーサの組み合わせをつくるように組み立
てられ組み合わせられる。このような複数の組み合わせ
は、環境の力に応答する膨張または収縮による負荷の変
化に対して感度が低いから、正確な負荷を行う。これら
の組み合わせは、パワーパック、ばね装置、ダイナミッ
クオッシレータ、異なるばね及びそれと同様なものに使
用されることができる。それらは振動装置において周波
数及び共振を変化することができる。また、それらはバ
イメタリック補償ネットワーク、ショックアブソーバ及
び摩擦クラッチで使用される。

【００２７】ばねの直径が大きくなると、薄いばね材料
で大きな負荷を処理することができる追加の支点が含ま
れる。これは、コイルの直径の増加がばねの強さを減少
させるコイルばねの使用から生じる作用に直接対向す
る。本発明の矩形の実施例において、ばねの長い側また
は長さを増加することによってそれが当接する負荷を増
大させる。

【００２８】いま明らかになるように、本発明の基本的
な目的は、補完的なスペーサとともに使用する複数のば
ねを提供することによる。それらは納得のゆくコストで
作られ、広い汎用性を有し、変化する環境の状態によっ
て一様なばね負荷、圧縮及び柔軟性を提供する。

【００２９】ばねは摩擦及び過熱、せん断、応力、疲
労、変形、ノイズ水準、発振及び振動を最小限にするよ
うに設計されている。

【００３０】他の目的は、重量及び比較可能なジョブに
使用される現在のばねに比較して負荷容量を向上させる
ことである。

【００３１】この発明の目的は、感度のよい形状に設計
可能な、従って、設計のエンジニヤの正確な負荷要求に
応答可能なばねを提供することである。

【００３２】この発明の他の目的は、可変状態の下に正
確な器具の部品の整合を維持することである。

【００３３】本発明のさらに他の目的は、正確な器具を
製造するコストを低減することである。このような器具
に本発明のばねを使用することによって、精密な調整は
機械加工のエラーを修正する際にばねの作用によって回
避できる。ばねの均等な負荷は、機械加工の不正確性に
対してさらに一様な補償を提供することによって公差エ
ラーを補償する。例えば、機械加工面に対する正方形か
らわずかに出たボールベアリングは、本発明のばねで調
整される。

【００３４】本発明のこれら及び他の目的、特徴及び利
点は、次の図面に関連して行われる詳細な説明を考慮す
ることによってさらに明らかになる。

【００３５】

【実施例】図１を参照すると、全体が参照符号１２で示
される均等負荷ばねが隣接するスペーサ１３とともに圧
縮された関係で使用可能であり、ばね１２は、中央に位
置する穴１４を有する可撓性材料のほぼ平坦な２つの表
面を有する構成部品である。全体が参照符号１６で示さ
れる少なくとも２つの対称形の突出部がばね１２上の各
面上に取り付けられており、１つの面上の突出部は、ば
ね１２の他面上の突出部の間に正確に中間になるように
配置されている。突出部１６は円形に配置され、共通の
半径を有する。

【００３６】突出部１６の各々は、円錐形の形状であ
り、ばね１２の一方の側に固定され、ベース部分１８か
ら離れた球形の先端部２０を有する基部部分を備えてい
る。ばね１２及び突出部１６の追加的な詳細は、図２及
び図３に示されている。

【００３７】続いて図１を参照すると、スペーサ１３
は、ばね１２とほぼ同じ大きさ及び同じ全体形状であ
る。スペーサ１３は、多数の凹所２２を備えており、凹
所の間隔は、ばね１２上の突出部間隔と同一である。

【００３８】ばね１２及びスペーサ１３は正しく整合さ
れ、突出部１６の球形の形状は、凹所２２内に受けられ
る。突出部１６と凹所２２の間の整合は、互いに関して
一方の構成部品の移動を防止する。

【００３９】図２は、これらの２つの表面の間で圧縮が
生じておらず、移動可能な２つの面２４の間で適当に整
合するばね１２及びスペーサ１３の位置を示す。突出部
１６の先端部２０は、一方の面２４に直接係合し凹所２
２の反対側に形成された大きな突出部２６は他方の可動
な表面２４に係合する。図３は、ばねに応力が加えら
れ、従って、弾性材料のビームのような突出部１６の間
で曲がるように表面２４に加えられる十分に強い圧縮作
用を示す。またスペーサ１３は、圧縮され、あまり偏向
しないが、同様の形状である。

【００４０】図５は、突出部２０の先端が凹所２２内に
入っているばね１２の両側に使用された２つのスペーサ
を示す。この固定された構成は、特に無負荷状態でばね
／スペーサの組み合わせを示す部分が図６ｂで示されて
いる。

【００４１】１つのばねと２つのスペーサの組み合わせ
に力が加えられる結果が図６ｂで示され、負荷は、上方
のスペーサ及びばねをほぼ同様の方向に変向させ、下方
のスペーサを基本的に反対の方向で変向させるスペーサ
係合面に加えられる。厚さを変化させるスペーサ及びば
ねが図７に示されており、変化する組み合わせは、使用
する特定の装置で作用する緩衝作用の要求を制御する能
力を提供する。ばね及びスペーサの適当な厚さを組み合
わせることによって正確な緩衝を測定し適用することが
できる。

【００４２】図１は、本発明の概念、すなわち、図５、
６ａ、６ｂ及び８の円形の形状と同様のばね／スペーサ
／ばねの組み合わせにおいて平ばね３２及び矩形の２つ
のスペーサ３４が示されている本発明の概念を実施する
矩形の形状のばねを示す。

【００４３】少なくとも１つの補完的なスペーサの好ま
しい実施例を示すが、本発明の精神及び目的から離れず
にばね及びスペーサの大きさ、形状及び数において変更
が行われることを理解すべきである。これまで説明した
ことに関して、種々の大きさ、材料、形状、形態、作用
及び操作方法を含む本発明の部品の最適な寸法上の関係
は当業者には容易に明らかに考慮され、図面に示し、説
明において述べたすべての等価物はここに包含されるこ
とを理解すべきである。従って、これまで説明したもの
は、本発明の原理のみを説明するものと考慮される。当
業者によって種々の変形及び変更が容易に行われるか
ら、本発明を図示し説明した構造及び操作に制限するこ
とは望ましくない。特許請求の範囲の観点内の適当な変
形及び等価物は本発明の範囲内にのものと考慮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】ばねの突出部を受けるために配置された凹所を
備えた基本的に平坦なスペーサに隣接するように配置さ
れた複数のばねの１つを示す斜視図である。

【図２】動作関係に組み立てられ、無負荷状態で示され
た図１に示すばね及びスペーサの側面図である。

【図３】偏向されまたは負荷状態で描かれた図２に示す
ばね及びスペーサの側面図である。

【図４】隣接するスペーサ上の対応する凹所に係合する
１つのばねの典型的な突出部を示す部分断面図である。

【図５】ばねの突出部を受けるために配置された凹所を
有する一対の平坦なスペーサ間に配置された複数の突出
部ばねを示す斜視図である。

【図６】ａは、無負荷状態の２つの係合面に対して配置
された本発明の実施例を有するばねの部分側面図であ
り、ｂは、負荷または固定状態の２つの係合面に対して
配置された本発明の実施例を有するばね及び２つのワッ
シャの部分側面図である。

【図７】使用される装置システム内に必要な緩衝作用を
制御するために厚さが変化するばね及びワッシャの使用
を示す側面図である。

【図８】これらの構成部品をさらに詳細に示すために別
れたエレメントを有する本発明の実施例を形成するばね
及びワッシャの斜視図である。

【図９】１０個の支点ばねまたはスペーサの平面図であ
る。

【図１０】本発明に使用された凹部を有する突出部の溶
接、接着、溶着または他の接続を示す拡大部分断面図で
ある。

【図１１】矩形のばね及び本発明の他の実施例を形成す
る矩形の２つのスペーサの斜視図である。

【図１２】図１１に示す本発明の実施例の平面図及び側
面図である。

【符号の説明】

１２ 均等負荷ばね １３ スペーサ １４ 穴 １６ 突出部 ２０ 球形の先端部 ２２ 凹所 ２４ 表面

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】隣接する２つの部材の間で圧縮されて使用
   することができる均等負荷ばねであって、ばねは実質的
   に平坦な可撓性材料で形成され、各面がその上に取り付
   けられた少なくとも２つの対称的な形状の突出部を有す
   る２つの面を有し、突出部の各々は基部部分を有し、ば
   ねはばねとほぼ同じ大きさ及び全体が同じ形状で多数の
   先端受け凹所を有するスペーサと組み合わされており、
   凹所の間隔は、ばね及びスペーサが作動的な関係になる
   とき、突出部の球形の先端部が凹所内に受けられてばね
   の作用中ばねに関してスペーサの望ましくない回転を防
   ぐために突出部の先端部分の間隔と同一である均等負荷
   ばね。
2. 【請求項２】１つのスペーサがばねと使用される請求項
   １に記載の均等負荷ばね。
3. 【請求項３】ばねとスペーサの追加の所定の組み合わせ
   は選択された大きさの圧縮負荷において使用されるため
   に作動的に接続される請求項１に記載の均等負荷ばね。
4. 【請求項４】間にスペーサが使用される２つのばねが使
   用され、スペーサの表面上に形成される凹所は、ばねの
   各々と関連する隣接する突出部と作動的な関係にある請
   求項１に記載の均等負荷ばね。
5. 【請求項５】間にスペーサが使用される２つのばねが使
   用され、スペーサの表面上に形成される凹所は、ばねの
   各々と関連する隣接する突出部と作動的な関係にあり、
   ばねの各々は、ばねの間に使用されるスペーサから離れ
   る方向を向いた突出部と作動的な関係にあるように使用
   される別れたスペーサを有する請求項１に記載の均等負
   荷ばね。
6. 【請求項６】ばねの一方の表面に支持された突出部は、
   ばねの他方の表面によって支持された突出部の正確にそ
   の中間に配置されている請求項１に記載の均等負荷ば
   ね。
7. 【請求項７】１つのスペーサがばねと使用される請求項
   ６に記載の均等負荷ばね。
8. 【請求項８】スペーサがばねの表面から伸びるように突
   出部の各組と関連して使用される請求項６に記載の均等
   負荷ばね。
9. 【請求項９】間にスペーサが使用される２つのばねが使
   用され、スペーサの表面上に形成される凹所は、ばねの
   各々と関連する隣接する突出部と作動的な関係にある請
   求項６に記載の均等負荷ばね。
10. 【請求項１０】間にスペーサが使用される２つのばねが
    使用され、スペーサの表面上に形成される凹所は、ばね
    の各々と関連する隣接する突出部と作動的な関係にあ
    り、ばねの各々は、ばねの間に使用されるスペーサから
    離れる方向を向いた突出部と作動的な関係にあるように
    使用される別れたスペーサを有する請求項６に記載の均
    等負荷ばね。