JPH09257069A

JPH09257069A - 渦巻きばね

Info

Publication number: JPH09257069A
Application number: JP8064935A
Authority: JP
Inventors: Takahiko Ito; 孝彦伊東; Hideo Takeda; 秀夫武田; Kenji Yoshida; 健次吉田
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 1996-03-21
Filing date: 1996-03-21
Publication date: 1997-09-30
Anticipated expiration: 2016-03-21
Also published as: JP3017673B2

Abstract

(57)【要約】【課題】長繊維の特定の配向状態による繊維強化樹脂
からなる複合材を形成し、この複合材を機械的に変形さ
せることにより比較的大容量の機械的エネルギーの蓄積
を可能とし、しかも前記複合材の変形を復元させる際
に、蓄積された機械的エネルギーを効率良く放出して各
種の動力源として有効に活用することができる渦巻きば
ねを提供する。【解決手段】複数本の長繊維と、これを帯状に保持す
るマトリックス樹脂からなる複合材から構成し、外部の
エネルギー源および／または負荷から与えられる回転動
作の機械的エネルギーを主として長繊維の弾性歪エネル
ギーとして蓄積し、所要時に前記蓄積された弾性歪エネ
ルギーを機械的エネルギーとして取出してエネルギー源
を補助するように、渦巻きばねを構成する。また、前記
複合材により外側と内側の表面層部１０、１０を構成す
ると共に、両表面層部に挾まれて両表面層間の距離を維
持するための軽量材料からなる中間層部１２を設け、こ
れを渦巻き状に成形して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複合材料を単層で
または積層して板状に形成して、機械的変位をエネルギ
ーとして蓄積すると共に、蓄積したエネルギーを動力源
として使用することができる渦巻き（ぜんまい）ばねお
よびその応用に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、一般的に機械的エネルギーを
蓄積し、そしてこの蓄積したエネルギーを適宜放出する
ことができる手段として、次のものが知られている。

【０００３】(1) ゴム：ゴムの重量当りの弾性歪エネル
ギーは、各種繊維に匹敵するが、変形量が大きく、また
常温で酸化されて脆くなり易く、耐久性に問題があるた
め、模型飛行機の動力源以外には余り使用されていな
い。また、形態安定性が悪いため、渦巻き（ぜんまい）
ばねに成形することは困難である。

【０００４】(2) 金属ばね：金属ばねは、重量当りの弾
性歪エネルギー蓄積容量が低く、各種高張力繊維の１／
５０〜１／１００程度しかない。しかし、成形性が良い
ために、エネルギー容量が小さくてよいものや、その重
量を気にしなくてもよい用途、例えば玩具、時計、手巻
き式蓄音機、オルゴール、手動ラジオ等の手動式単独エ
ネルギー源に使用されるのみであり、軽量かつ大容量を
必要とする用途あるいは別個に存在するエネルギー源を
補助するいわゆるハイブリッド駆動源としては、使用さ
れていない。

【０００５】(3) 複合材料ばね：スプリングやダンパ等
の用途を目的としたＦＲＰ（繊維強化樹脂）により構成
したエネルギー吸収体が提案されている（特公昭５９−
４０１０１号公報）。この吸収体は、繊維強化によって
材料の強度および弾性率を高めるものであるが、振動と
しての機械的エネルギーを吸収し、これをできるだけ熱
エネルギーに変換して外部に放出することにより振動を
減衰させるものであり、強化材を保持する母材としては
粘弾性特性に優れている（粘性成分のウエイトが高い）
必要がある。しかし、このエネルギー吸収体は、例えば
回転の機械的エネルギーを効率よく蓄積し、この蓄積し
たエネルギーを、エネルギー損失なく再び回転の機械的
エネルギーとして放出して利用すること、すなわちハイ
ブリッド駆動源とするために、動力エネルギーを蓄積す
ることを目的としたものではない。

【０００６】また、ＦＲＰ渦巻きばねも知られているが
（特開平１−１２０４４８号公報）、これは両側に織物
またはマットを使用することにより、ばねの割れを防
ぎ、耐へたり性、疲労強度の改善、弾性率の改善を行っ
たものである。このように、織物やマットを併用するこ
とにより、蓄積エネルギーの絶対値はともかくとして、
ばねの長手方向に対して直角方向の繊維が、重量または
体積当りの蓄積エネルギーにとってマイナスとなること
は考慮されてはいない。また、用途としても、往運動で
蓄えたエネルギーを復運動の駆動源としたり、手動巻上
げで蓄えたエネルギーを駆動源として利用するもののみ
であり、例えば別個に駆動源があって、必要な時に駆動
源を補助したり、駆動源にとっての負荷を平準化したり
（ロードレベリング）するような用途、すなわちハイブ
リッド駆動源としての用途は見当たらない。

【０００７】(4) フライホイール：フライホイールは、
運動エネルギーの形で大容量のエネルギーを蓄積するこ
とが可能であるが、解決されていない問題も多く、実用
技術として完成されたものではない。

【０００８】(5) 蓄電池：蓄電池は、蓄積エネルギー密
度は高いが、機械的エネルギーを蓄積して利用するため
には、発電機と電動機とを別個に、あるいは両機能を備
えた機−電変換器を必要とし、経済的な面以外にも各変
換ステップでの効率が問題となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】そこで、発明者等は、
鋭意研究を重ねた結果、長繊維を一方向に配列して帯状
の繊維強化樹脂（ＦＲＰ）からなる複合材を形成し、こ
の複合材を両側の強度を保持するための表面層部とし、
これら両表面層の間に厚みを保持するための軽量材料か
ら形成される中間層部を設けてこれを挾持し、これらを
層状の板として形成して、これにより渦巻きばねを構成
することにより、渦巻きばねとして機械的エネルギーを
その重量や体積に対して大量に蓄積すると共に、この蓄
積エネルギーを効率良く放出して広く動力源として活用
することができることを突き止めた。

【００１０】従って、本発明の目的は、長繊維の特定の
配向状態による繊維強化樹脂からなる複合材を形成し、
この複合材を機械的に変形させることにより比較的大容
量の機械的エネルギーの蓄積を可能とし、しかも前記複
合材の変形を復元させる際に、蓄積された機械的エネル
ギーを効率良く放出して各種の動力源として有効に活用
することができる渦巻きばねを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る渦巻きばねは、複数本の長繊維と、こ
れを帯状に保持するマトリックス樹脂からなる複合材で
構成し、外部のエネルギー源および／または負荷から与
えられる回転動作の機械的エネルギーを主として長繊維
の弾性歪エネルギーとして蓄積し、所要時に前記蓄積さ
れた弾性歪エネルギーを機械的エネルギーとして取出し
てエネルギー源を補助するように構成することを特徴と
する。

【００１２】この場合、長繊維は、引張り弾性率を４
０，０００ｋｇｆ／ｍｍ²以下とし、引張り強度を２５
０ｋｇｆ／ｍｍ²以上とする繊維から主として構成する
ことができる。

【００１３】しかるに、引張り弾性率は、好適には３
１，０００ｋｇｆ／ｍｍ²以下であり、さらに好ましく
は６，０００〜２５，０００ｋｇｆ／ｍｍ²である。一
方、引張り強度は、好適には３４０ｋｇｆ／ｍｍ²以上
であり、さらに好ましくは５００ｋｇｆ／ｍｍ²以上で
ある。

【００１４】また、長繊維は、帯状の長手方向に配向す
れば好適である。この場合、繊維は、すだれ織りや組紐
状に形成されているものも使用することができる。

【００１５】一方、複合材は、少なくとも二層からな
り、各層内でそれぞれ長繊維が同一方向に配列されるよ
うに構成することができる。

【００１６】この場合、長繊維は、帯状の長手方向に対
して±１３．５度以内の傾きで長手方向に配列されるよ
うに構成することができる。

【００１７】さらに、渦巻き状に巻回された帯状の外側
に位置する長繊維は、アラミド繊維、炭素繊維、ガラス
繊維、ポリエチレン繊維から選択される少なくとも一種
の繊維とし、内側に位置する部分においては、炭素繊
維、ガラス繊維、ボロン繊維、炭化珪素繊維から選択さ
れる少なくとも一種の繊維とすることができる。

【００１８】また、本発明に係る渦巻きばねは、外側と
内側の表面層部を、複数の長繊維とそれを帯状に保持す
るマトリックスとからなる複合材で構成し、中間層部を
前記表面層部より軽量化することを特徴とする。

【００１９】この場合、内側の繊維は、フィラメント径
の大きい方が蓄積エネルギーが高くなるので好ましい。

【００２０】また、前記中間層部は、中空部分を形成す
ることができる。前記中間層部は、中空部分を有する軽
量材料で構成することができる。そして、前記軽量材料
の中空部分は、マイクロバルーンで構成することができ
る。

【００２１】さらに、前記長繊維は、引張り弾性率を４
０，０００ｋｇｆ／ｍｍ²以下とし、引張り強度を２５
０ｋｇｆ／ｍｍ²以上とする繊維から主として構成する
ことができる。

【００２２】そして、この場合に長繊維は、帯状の長手
方向に配向すれば好適であり、またすだれ織りや組紐状
に形成されている繊維を使用することもできる。

【００２３】一方、前記両表面層の複合材は、少なくと
も二層からなり、各層内でそれぞれ長繊維が同一方向に
配列されるように構成することができる。

【００２４】さらに、前記長繊維は、帯状の長手方向に
対して±１３．５度以内の傾きで長手方向に配列される
ように構成することができる。

【００２５】また、渦巻きばねは、渦巻き状に巻回され
た帯状の外側に位置する表面層部の長繊維を、アラミド
繊維、炭素繊維、ガラス繊維、ポリエチレン繊維から選
択される少なくとも一種の繊維とし、内側に位置する表
面層部の長繊維が、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊
維、炭化珪素繊維から選択される少なくとも一種の繊維
とすることができる。

【００２６】この場合も、内側の繊維は、フィラメント
径の大きい方が蓄積エネルギーが高くなるので好まし
い。

【００２７】なお、前記軽量材料からなる中間層部の厚
さは、両表面層部の平均厚さの０．２〜６倍とすること
ができる。

【００２８】また、前記軽量材料からなる中間層部の厚
さは、外側表面層部の０．６〜５倍とすることができ
る。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明において、渦巻きばねを成
形するに際しては、基本的に、繊維強化樹脂用プリプレ
グを１層または２層以上積層したシートを使用して、こ
れを渦巻き状に成形し、加熱・加圧処理することにより
達成することができる。

【００３０】また、本発明においては、前記単層または
２層以上に積層したプリプレグの一側面または中間に、
軽量材料からなる層を設けて、これを渦巻き状に成形
し、加熱・加圧処理することにより、渦巻きばねを成形
することができる。

【００３１】しかるに、本発明の繊維強化樹脂に使用す
る材料として、特に渦巻きばねの用途として好ましい繊
維の限定はないが、例えば渦巻きの外側では、引っ張り
に強いガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等が好まし
く、一方内側の補強繊維としては、圧縮に強い炭素繊
維、ボロン繊維が好ましい。これらの繊維から得られる
ばねは、いずれも蓄積エネルギー容量が大きい。また、
前記軽量材料からなる軽量層を設ける場合においても、
これらの繊維が好適に使用される。

【００３２】また、前記繊維強化樹脂に使用するマトリ
ックス材料としては、熱硬化性樹脂として、エポキシ樹
脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド
樹脂等を使用することができ、また熱可塑性樹脂とし
て、ポリスルフォン樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素系
樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェ
ニルスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルス
ルフォン等を使用することができる。特に、これらの樹
脂類のなかでも、結晶性が高く、粘性変形し難いものが
好ましい。その他、セラミックスや金属も使用可能であ
るが、これらは重量当りのエネルギー蓄積容量の点から
樹脂類よりも劣る。

【００３３】本発明の繊維強化樹脂を構成するためのプ
リプレグとしては、市販の一方向プリプレグを使用する
ことができる。また、繊維を所要角度を有する一方向に
配列されたものを得るには、フィラメントワインダーを
使用して、所定の角度に配向したプリプレグとすること
ができる。この場合、市販の一方向プリプレグを使用し
て、積層時に所定の角度を持たせるように構成すること
もできる。また、表面層部を複数層から形成させる場合
には、層毎に角度を変えることも可能であり、一層毎に
正逆の角度を持たせてもよい。この場合、前記角度は、
エネルギー蓄積容量からは、ばねの長手方向に対して１
２度付近が最も好ましいが、角度設定をしない（０度
の）ものに比べて生産性は劣る。

【００３４】繊維が織物の場合は、プリプレグを所定の
幅に切断して使用するか、中間層部と積層後、または積
層成形後に所定の幅に切断する。但し、この場合、通常
の織物や編物は、重量当りエネルギーの点から好ましく
ない。

【００３５】また、操業の点からは、所々に横糸を入れ
て縦糸をシート状に纏めた、いわゆるすだれ織りは、横
糸量が僅少なために、一方向プリプレグ用として良好に
使用することができる。

【００３６】さらに、プリプレグを使用しなくても、樹
脂液を浸漬した糸を、ある角度でフィラメントワインダ
ーによりマンドレルに巻着けて組紐状となったものは、
正負の角度のものが入交じっており、各層の糸角度が一
定とは言い難いが、使用可能である。しかし、このフィ
ラメントワインダーを使用する方式は、生産性の点から
余り好ましくはない。

【００３７】本発明の渦巻きばねにおいては、軽量材料
からなる中間層部を設けることによって、比較的蓄積エ
ネルギーの小さい繊維を使用しても比較的大きいエネル
ギー容量の渦巻きばねを得ることができる。

【００３８】前記中間層部としての軽量材料からなる軽
量層としては、マイクロバルーン含有材料やハニカムを
使用することができるが、製造作業からは、マイクロバ
ルーン含有材料の使用が便利である。マイクロバルーン
としては、ガラスバルーンやシラスバルーンが好適であ
る。例えば、ガラスバルーンをエポキシマトリックスに
分散して、比重を０．１２５〜０．６ｇ／ｃｃとしたも
のが市販されている。マトリックス樹脂としては、何等
制限がなく、各種の公知のものが使用可能である。ま
た、発泡樹脂も使用可能である。

【００３９】そして、マイクロバルーンを中間層部に使
用する時は、予め樹脂に対して１０〜２０％（重量比。
容量比では１０〜６０％）混合し、必要な厚さに成形し
て、マトリックスが熱硬化性樹脂の場合は予めＢステー
ジ化しておき、これを、表面層部としての、繊維を含有
したプリプレグと積層して成形する。

【００４０】また、ハニカムを中間層部として使用する
ことも可能である。この場合、ハニカムの厚さ方向を中
間層部の厚さ方向として使用する。そこで、ばねの厚さ
の小さいものでは、製造作業性に問題があるが、厚さが
数ｍｍ以上の時には、特に数ｃｍ以上ある大容量のばね
では、好適に使用することができる。

【００４１】なお、この中間層部には、繊維を織物状で
使用しても、容量当りの蓄積エネルギーを下げることが
ないので、ばねの幅方向の補強用に使用することができ
る。この場合、比重の小さい繊維のものが、重量を増や
さない点から好ましい。また、例えば前記中間層部に使
用する樹脂に発泡剤を混入しておき、成形時の加熱によ
り発泡させることにより、前記中間層部は、中空部分を
有する軽量材料で構成することができる。

【００４２】本発明の渦巻きばねの成形に際しては、熱
可塑性樹脂を使用する場合は、プレス成形により各層
（表面層部、中間層部）を融着し、必要な形に成形す
る。熱硬化性樹脂を使用する場合は、例えば所定の厚さ
のシリコンゴムからなるスペーサと積層物を重ね、伊達
巻き式に巻き込んで、真空包装し、オートクレーブで加
圧下に加熱して硬化させて成形する。この場合、シリコ
ンゴムの厚さに勾配を付けることにより、自然状態での
渦巻きの周回間のピッチを外側と内側とで変えることが
できる。

【００４３】また、プルトルージョンによる成形を行う
場合には、熱可塑性樹脂では温度が未だ十分に冷える前
に、熱硬化性樹脂では完全硬化前に押出された成形品
を、スペーサ（例えば、耐熱シリコンゴムシート）と重
ねて軸に巻取り、しかる後に冷却または再硬化させて成
形する。この成形方式は、前記熱硬化性樹脂によるプリ
プレグ成形方式より、生産性の点で優れている。

【００４４】なお、前記各スペーサを使用する成形方式
において、前記スペーサは、シリコンゴム以外のものと
して、エアバッグ等を使用することが可能である。

【００４５】また、渦巻きばね形状として利用し得る構
成とする際には、巻取り、巻戻しにおけるばね各周回間
の接触を避けるために、外から内に向って剛性を小さく
設定することができる。この場合、幅を一定にして、厚
さに勾配を持たせるか、厚さを一定にして、幅に内から
外へ勾配を持たせるようにする。

【００４６】さらに、本発明において、前記各層（表面
層部、中間層部）を平板状のままとし、板ばね形状とし
て利用し得る構成とすることもできる。

【００４７】

【実施例】次に、本発明に係る渦巻きばねの実施例につ
き、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。

【００４８】実施例１炭素繊維〔東レ（株）製のＴ３００〕にエポキシ樹脂
（未硬化状態）を含浸させて、その繊維方向が長手方向
に対して±０°となるようにプリプレグ２層を積層して
なるプリプレグ積層物１０、１０（長さ２，５００ｍ
ｍ、幅５０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ）を作成した。

【００４９】このようにしてプリプレグ２層を積層して
作成したプリプレグ積層物１０、１０は、図１の（ａ）
に示すように、直径が２０ｍｍの金型２０の周囲にシリ
コン板２２と共に各周回間を等ピッチ間隔にして巻着し
た。

【００５０】前記積層物を全て巻着した後、図２に示す
ように、その外側をポリエステル製の加圧テープ２４で
巻着し、ナイロン製のフィルムにより真空パックを行
う。その後、オートクレーブに入れ、温度１３０℃、圧
力３ｋｇ／ｃｍ³ｇの加熱・加圧条件により、１２０分
間保持して硬化させた。

【００５１】得られた物について、加圧テープ２４、シ
リコン板２２および金型２０を順次取外すことにより、
外周の直径が１５０ｍｍの積層物からなる渦巻きばねを
得た。

【００５２】実施例２プリプレグ積層物１０の作成に際し、繊維方向を長手方
向に対して±１２°となるように２層に積層した構成と
し、その他の構成は実施例１と全て同一として、プリプ
レグ積層物を作成した。次いで、ガラスのマイクロバル
ーンを充填したエポキシ樹脂のフィルム１２〔日本石油
（株）製マイクロプライＳＦ−６〕（長さ２，５００ｍ
ｍ、幅５０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ）を作成した。

【００５３】このようにして作成したプリプレグ積層物
１０、１０とフィルム１２とは、図１の（ｂ）に示すよ
うに、前記フィルム１２を中間層部とし、その両側を前
記プリプレグ積層物１０、１０で挾持するよう積層し、
この積層物を金型２０の周囲にシリコン板２２と共に巻
着した。

【００５４】前記積層物を全て巻着した後、前記実施例
１と同一の製造条件により、渦巻きばねを得た。

【００５５】実施例３プリプレグ積層物１０の作成に際し、繊維方向を長手方
向に対して±０°となるように２層に積層した構成と
し、その他の構成は実施例１と全て同一として、プリプ
レグ積層物を作成した。その他の構成材料および製造条
件は、前記実施例２と全て同一にして、渦巻きばねを得
た。

【００５６】実施例４渦巻きばねの外側の表面層部を形成するプリプレグ積層
物１０の作成に際し、実施例１の炭素繊維に代えてアラ
ミド繊維〔米国デュポン社製のＫＥＶＬＡＲ−４９〕に
エポキシ樹脂（未硬化状態）を含浸させて、その繊維方
向が長手方向に対して±１３°となるように２層に積層
してなるプリプレグ積層物１０、１０（各層部につい
て、長さ２，５００ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ０．５ｍ
ｍ）を作成した。その他の構成材料（内側の表面層部と
中間層部）および製造条件は、前記実施例２と全て同一
にして、渦巻きばねを得た。

【００５７】比較例長さ２，５００ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのば
ね鋼を使用し、これを所要の金型に渦巻き状に巻着し、
この状態のまま熱処理を行って、渦巻きばねを得た。

【００５８】Ａ．重量当り蓄積エネルギーについての試
験実施例１〜４および比較例においてそれぞれ得られた渦
巻きばねについて、重量当り蓄積エネルギーについての
試験を行った。

【００５９】試験方法試料として外周の直径が１５０ｍｍの渦巻きばねＳを、
図３に示すように、その内端を直径が１５ｍｍの芯棒３
０に固定し、その外端をケース３２の内側に固定し、そ
して前記芯棒３０に巻き着けたワイヤ３４を、テンショ
ン万能引張り試験器により矢印方向に引張っていった時
の、荷重と変位とを計測した。

【００６０】まず、計測に際しては、同一のサンプルを
５個作成し、それらをそれぞれ破壊するまで引張った時
に、破壊歪みが最大となったサンプルの破壊歪みの８０
％の歪みに対応した各サンプルの重量当り蓄積エネルギ
ー（ｋｇ・ｃｍ／ｋｇ）を、加重−変位曲線の下側面積
から求めた。これらを、各実施例について実施した。な
お、各渦巻きばねは、外周が固定され、内側から巻き取
っているので、ばねの各周間の摩擦が少なく、歪み−応
力特性曲線がほぼ直線を示し、前記曲線下の面積は、三
角法で求めることができた。これらの試験結果を表１に
示す。

【００６１】また、歪みを破壊にまで至らせずに、ヒス
テリシス特性を描く場合、戻りの勾配は往きと同じであ
り、それぞれヒステリシスは僅少であることが認められ
た。

【００６２】試験結果

【表１】

【００６３】上記の重量当り蓄積エネルギーの試験結果
から、本発明に係る実施例１〜４で得られる渦巻きばね
は、従来の比較例における渦巻きばねと比較して、約５
０倍以上の重量当り蓄積エネルギーを発揮し得ることが
確認された。

【００６４】Ｂ．繊維角度と重量当り蓄積エネルギーと
の関係実施例２による渦巻きばねの製造に際し、繊維の長手方
向に対する角度を種々変更した場合における、繊維角度
α（°）と重量当り蓄積エネルギー（ｋｇ・ｃｍ／ｋ
ｇ）について測定した結果、図４に示す特性が得られ
た。この特性結果から、前記繊維角度が±１２°付近に
おいて、重量当り蓄積エネルギーは最大値となること、
そしてこの角度は±１３．５度以内であることが好まし
いことが確認された。

【００６５】Ｃ．中間層部／表面層部の厚さと重量当り
蓄積エネルギーとの関係実施例２による渦巻きばねの製造に際し、外側表面層部
の厚さｔ1 、内側表面層部の厚さｔ3 、中間層部の厚さ
ｔ2 について種々変更し、重量当り蓄積エネルギー（ｋ
ｇ・ｃｍ／ｋｇ）について測定した。

【００６６】まず、外側表面層部の厚さｔ1 に対する中
間層部の厚さｔ2 の比（ｔ2 ／ｔ1）について測定した
結果、図５に示す特性が得られた。この特性結果から、
外側表面層部の厚さｔ1 に対する中間層部の厚さｔ2 の
比１．５〜３の範囲において最大値が得られることが判
った。

【００６７】外側表面層部の厚さｔ1 および内側表面層
部の厚さｔ3 を共に０．０４ｃｍとした場合において、
中間層部の厚さｔ2 ＝０〜０．２５ｃｍに変化させた時
について測定した結果、図６に示す特性が得られた。こ
の特性結果から、中間層部の厚さｔ2 ＝０．０２５〜
０．２ｃｍの範囲、すなわち中間層部の厚さが両表面層
部の平均厚さに対して０．６〜５倍の範囲で最大値が得
られること、一方、ｔ3／ｔ1 が１．２５においてその
最大値が極大を示し、また最大値が存在するｔ3／ｔ1
の範囲がほぼ０．５〜３であることが判った。なお、こ
の場合、ガラス繊維強化樹脂、アラミド繊維強化樹脂お
よびばね鋼について、同様の測定を行った結果、実施例
２によるものと比較して、重量当り蓄積エネルギーは約
３分の１以下であることが確認された。

【００６８】次に、前述した本発明に係る渦巻きばねを
使用して、エネルギーの蓄積・放出を行う動力源等に応
用した装置について説明する。

【００６９】応用例図７は、回転軸の駆動回転エネルギーを渦巻きばねに蓄
積し、この渦巻きばねに蓄積されたエネルギーを適宜フ
リー回転状態に保持された回転軸の駆動源側に放出し
て、この回転軸に所要の駆動力を付与（リサイクル）す
るように構成する場合の基本原理を示すものである。

【００７０】すなわち、図７において、参照符号４０は
一端を所要の駆動源（図示せず）に接続した回転軸を示
し、この回転軸４０の一端４０ａには駆動源（例えば、
自動車のエンジン）に結合され、その他端部４０ｂには
被動体（例えば、自動車の車輪）に結合されている。こ
のように構成された回転軸４０の外周において、前記実
施例２に記載の構成からなる渦巻きばね４２を囲繞配置
する。

【００７１】この渦巻きばね４２は、内側支持ケース４
４と外側保持ケース４６との間に収納配置され、さらに
前記外側保持ケース４６は、外部ハウジング４８によっ
て全体を囲繞被覆されている。なお、前記外部ハウジン
グ４８は、外部的に固定され、その両端部において、そ
れぞれ軸受５０、５１を介して回転軸４０を回転自在に
保持する。

【００７２】しかるに、前記渦巻きばね４２の内側支持
ケース４４は、軸方向の両端部において軸受５２、５３
を介して回転軸４０を回転自在に保持するように装着さ
れる。一方、前記外側保持ケース４６は、軸方向の一端
部をワンウェイクラッチ５４および軸受５５を介して回
転軸４０に対して係脱自在に結合装着される。

【００７３】さらに、前記渦巻きばね４２の内側支持ケ
ース４４は、回転軸４０側の一端において、回転軸４０
に結合されて回転駆動するクラッチ５６と係脱自在に結
合構成される。また、前記内側支持ケース４４の一端
は、ワンウェイクラッチ５８を介して外部ハウジング４
８の一端側の内側面に設けた結合部４８ａに係合する。

【００７４】一方、前記外側保持ケース４６は、回転軸
４０の他端側（負荷側）４０ｂにおいて、前記ワンウェ
イクラッチ５４を介して回転軸４０に係脱自在に結合す
ると共に、外部ハウジング４８の他端側の内側面に設け
た結合部４８ｂにおいて、係脱自在なブレーキ結合を行
うブレーキ結合部６０を構成する。

【００７５】次に、前記構成からなる装置における渦巻
きばね４２のエネルギーの蓄積・放出動作について説明
する。

【００７６】まず、クラッチ５６と渦巻きばね４２の内
側支持ケース４４とを係合状態とすると共に、渦巻きば
ね４２の外側支持ケース４６と外部ハウジング４８とを
ブレーキ結合部６０により結合状態にする。このように
して、回転軸４０を駆動源により矢印方向に回転駆動す
れば、前記内側支持ケース４４は、ワンウェイクラッチ
５８に対してフリー回転する一方、前記外側支持ケース
４６は、ブレーキ結合部６０により外部ハウジング４８
と係合して固定されるため、渦巻きばね４２は、所要限
界まで内側から巻き締め操作される。なお、この場合、
回転軸４０は、ワンウェイクラッチ５４に対してフリー
回転する。また、駆動源が停止した場合においても、負
荷の慣性による回転軸４０の回転動作により、渦巻きば
ね４２が巻き締め操作されると共に、これが回転軸４０
に対するブレーキの作用を及ぼすことができる。

【００７７】しかるに、所要限界以上の過剰な巻き締め
に際しては、前記内側支持ケース４４と共に外側保持ケ
ース４６が一体的に回転しようとするが、この場合、前
記外側保持ケース４６と外部ハウジング４８との結合部
分に、適宜のスリップ装置（図示せず）を介して前記外
側保持ケース４６がスリップ回転することができるよう
に構成される。

【００７８】このような渦巻きばね４２の巻き締め操作
によって、前記渦巻きばね４２には、所要の弾性歪みエ
ネルギーを蓄積することができる。

【００７９】次いで、前記回転軸４０の回転駆動を停止
した後、前記渦巻きばね４２の内側支持ケース４４と回
転軸４０との結合を行っているクラッチ５６の係合を解
除すると、前記内側支持ケース４４は、渦巻きばね４２
に蓄積されたエネルギーにより、前記回転軸４０の回転
駆動方向とは反対の方向に回転動作しようとするが、こ
の場合、内側支持ケース４４と外部ハウジング４８とを
結合するワンウェイクラッチ５８が係合状態となり、フ
リー回転が阻止される。

【００８０】そこで、前記渦巻きばね４２の外側支持ケ
ース４６と外部ハウジング４８との結合を行っているブ
レーキ結合部６０の係合を解除すると、前記外側支持ケ
ース４６は、渦巻きばね４２に蓄積されたエネルギーに
より、前記外側支持ケース４６と回転軸４０とを前記回
転軸４０の回転駆動方向と同一の方向に回転動作しよう
とする。この時、回転軸４０が停止しているか、または
外側支持ケース４６が回転しようとする回転数より低い
回転数の場合は、ワンウェイクラッチ５４が結合状態と
なり、渦巻きばね４２は、前記外側支持ケース４６と回
転軸４０とを一体的に回転動作させて蓄積されたエネル
ギーの放出を行う。

【００８１】これにより、回転軸４０が停止している時
は、渦巻きばね単独で駆動スタートすることになり、ま
た回転軸４０の回転速度が遅い場合は、渦巻きばねが駆
動源を補助することになる。この場合に、渦巻きばねの
エネルギー放出速度を制御する装置を設けて、回転軸４
０の回転速度が急激に大きくならないようにすることが
好ましい。

【００８２】このようにして、回転軸４０の回転駆動に
より渦巻きばね４２に蓄積されたエネルギーは、回転軸
４０の駆動停止に際して、クラッチ５６、ブレーキ結合
部６０およびワンウェイクラッチ５８の係脱操作によっ
て、回転軸４０の回転駆動方向において、それぞれ選択
的に放出させることができる。

【００８３】このようにして、坂道の下りや減速時のブ
レーキングにより、渦巻きばね４２にエネルギーを回収
蓄積し、これをスタート時の駆動源として、また駆動源
の加速や登坂時の駆動源の力不足の補助としての機能を
発揮する。また、長い登坂の手前で駆動源の出力を高め
て、予め渦巻きばね４２の蓄積エネルギー量を大きくし
ておくことも可能である。なお、駆動源によりバックす
る時には、ワンウェイクラッチ５４の解除が必要であ
る。また、渦巻きばね４２とエネルギーの出入りなし
に、負荷が駆動源により回転する場合は、クラッチ５６
を脱離しておけば十分である。そして、この場合、駆動
源自体が逆回転する際には、クラッチ５６を脱離し、ブ
レーキ結合部６０を結合させ、ワンウェイクラッチ５４
を解除する必要がある。

【００８４】また、前記渦巻きばね４２に蓄積されたエ
ネルギーの回転軸４０に対する放出に際し、前記外側保
持ケース４６または内側保持ケース４６と、それぞれワ
ンウェイクラッチ５４またはクラッチ５６を介して、回
転軸４０との結合において、これらの結合部に、例えば
時計機構に適用されるテンプや振り子等の調速機構を設
けることにより、蓄積エネルギーの放出による回転軸４
０の速度制御を円滑に達成するように構成することがで
きる。

【００８５】さらに、前述した渦巻きばね４２の利用に
際し、渦巻きばね４２の両端部と、中心部側（例えば、
内側保持ケース４４）および外側（例えば、外側保持ケ
ース４６）との結合固定において、前記渦巻きばね４２
を一定の安全圏内で歪ませて使用する場合は、単なる接
着やボルト止めで問題はない。しかし、前記渦巻きばね
４２において、繊維が一方に配列され、しかも前記渦巻
きばね４２を破壊限界近くまで歪ませて使用する場合
は、全繊維に負荷される歪ないし力を分散させる必要が
ある。また、前記ばねの曲げ応力が１個所に集中する場
合にも、その集中個所においてばねが折れることがあ
り、好ましくない。

【００８６】そこで、図８に示すように、渦巻きばね４
２の端部４３における両側面に対して、端部補強部材６
４、６５により挾持するようにして接着固定する。この
ようにして、前記渦巻きばね４２の端部４３を強化し
て、これを所定の結合部に対して接着その他の方法によ
り取付けることにより、前記問題点を解消することがで
きる。また、図８に示す実施例においては、渦巻きばね
４２の巻き終り端部４３について示したが、図示しない
渦巻きばね４２の巻き始め端部についても、前記と同様
の端部補強部材を取付けることができることは勿論であ
る。

【００８７】この場合、端部補強部材６４、６５は、金
属や繊維織物等で補強した複合材料により構成すること
ができると共に、この端部補強部材６４、６５は、渦巻
きばね４２の端部４３より次第に離間するに従って、そ
の厚さが次第に薄くなるように形成し、ばねと共に湾曲
し得るようにして、応力の集中を避けるように設定する
ことが好ましい。なお、図８に示す実施例において、渦
巻きばね４２の端部補強部材のうち、結合部材と接合す
る側の端部補強部材６５（巻き終り端部４３の外側面）
は、その先端部６５ａを外側に折曲げ突出させて係合し
易いように構成すれば好適である。また、図示しない渦
巻きばね４２の巻き始め端部の端部補強部材について
も、結合部材と接合する側面（すなわち、巻き始め端部
の内側面）の先端部を、内側に折曲げ突出させて係合し
易いように構成する。

【００８８】なお、この応用例において、図７に示す構
成においては、回転軸４０を単一軸として構成した場合
を示したが、駆動源との結合側４０ａと、被動体との結
合側（負荷側）４０ｂとを分離して、これらを適宜の軸
継手を介して結合する構成とすることもできる。

【００８９】図９は、前述した渦巻きばねの複数個を直
列に結合配置して、回転軸の駆動回転エネルギーを渦巻
きばねに蓄積し、この渦巻きばねに蓄積されたエネルギ
ーを再度回転軸に放出して、この回転軸に所要の駆動力
を付与（リサイクル）するように構成した応用例を示す
ものである。なお、説明の便宜上、前記図７に示す構成
要素と同一の構成部分については、同一の参照符号を付
し、詳細な説明は省略する。

【００９０】すなわち、図９において、参照符号４０は
一端を所要の駆動源（図示せず）に接続し、他端を負荷
に接続した回転軸を示し、この回転軸４０の外周におい
て、前記実施例２に記載の構成からなる複数の渦巻きば
ね４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄを、順次隣接して囲
繞配置した構成からなる。

【００９１】これら複数の渦巻きばね４２ａ〜４２ｄ
は、最初の渦巻きばね４２ａと最後の渦巻きばね４２ｄ
とについて、外側支持ケース４６と内側保持ケース４４
とに保持され、これら渦巻きばね４２ａ、４２ｂ、４２
ｃ、４２ｄについては、それぞれ順次渦巻きばねの内側
保持ケース部４４ａ、４４ｂ、４４ｃと外側支持ケース
部４６ａ、４６ｂ、４６ｃとを一体的に形成した連結ケ
ース４７ａ、４７ｂ、４７ｃにより保持されている。

【００９２】なお、本応用例において、外側支持ケース
４６は、クラッチフォーク６６ａ、クラッチスラスト軸
受６６ｂおよび多板クラッチ６６ｃからなるクラッチ機
構６６を介して回転軸４０と結合すると共に、ワンウェ
イクラッチ５８を介して外部ハウジング４８と係合して
いる。さらに、外側支持ケース４６の一部は、前記内側
保持ケース部４４ａ、４４ｂ、４４ｃおよび内側保持ケ
ース４４の内周部まで延在するスリーブ４６′を備え、
このスリーブ４６′に対してそれぞれ前記各内側保持ケ
ース部４４ａ、４４ｂ、４４ｃおよび内側保持ケース４
４が、軸受５２、５３を介して回転自在に保持されてい
る。

【００９３】また、本応用例において、内側保持ケース
４４は、ブレーキドラム７０ａ、ブレーキシュー７０ｂ
およびブレーキカム７０ｃからなるブレーキ結合機構７
０を介して外部ハウジング４８と結合すると共に、ワン
ウェイクラッチ５４を介して回転軸４０と係合してい
る。

【００９４】その他の構成は、基本的に前記図７に示す
ものと同様である。従って、この図９に示す応用例にお
いても、その動作は前記図７に示す応用例と基本的に同
一であり、渦巻きばねを多連に構成した点で、弾性歪み
エネルギーの蓄積容量および放出容量を増大し得る点に
特徴がある。

【００９５】前述したように、本発明の渦巻きばねの構
成によれば、蓄積エネルギーを従来のものより大幅に高
めることができる。従って、この渦巻きばねを利用し
て、エネルギー蓄積装置を製造する場合には、前記渦巻
きばねの能力を十分に活用できる構造とする必要があ
る。そして、渦巻きばねの破壊歪みを検討し、この歪み
またはその近くにまで、ばねが歪み得るようにハウジン
グおよび巻取軸を設計する必要がある。少なくとも普通
の場合は、巻取軸の直径は成形金型の直径より小さい必
要がある。また、ある場所が最も早く破壊に近い点まで
歪んだ時には、他の部分も殆ど破壊に近いところまで歪
んでいるように設計することが、蓄積エネルギーを高め
ることになる。このためには、ばねの内側の周回と外側
の周回とで、破壊時点での曲率を実験により求め、それ
によりほぼ同時に破壊歪みに達するように、周回間のピ
ッチを設計することが望ましい。

【００９６】なお、量産されたばねの破壊歪みには、当
然にバラツキが存在する。従って、使用範囲はバラツキ
を考慮した安全圏内でなければならない。例えば、平均
破壊歪みの８０％以上の歪みを受けないように、巻取軸
の直径を設定したり、回転停止装置もしくはスリップ装
置を適宜設ける。

【００９７】また、本発明の渦巻きばねにおいては、外
側のハウジングと内側の巻取軸の間で歪みを受ける。渦
巻きばねの複数個を直列にして使用する場合は、一つの
ばねのハウジング側と巻取軸側とを順次連結させる。こ
の場合、ハウジングと巻取軸とにより、外側と内側のば
ね直径が規制される。しかし、このような規制のない装
置、例えばハウジングのない巻取りスプール方式では、
ばねの外側が引出されると共に、その外周が小さくな
り、ばねの各周回が軸方向に同時に集合していくので、
周回間に摩擦が生じる。このため、ばねの伸縮に際して
大きなヒステリシスを生じる。

【００９８】しかしながら、ハウジングが存在すると、
外周は変わらないままで、巻取軸の回転と共に各周回が
順次内に向かって移動し、摩擦は比較的に少なく、この
ためにヒステリシスも僅少である。これにより、エネル
ギーの蓄積放出効率も高くなる。

【００９９】なお、ばねの内側または外側の弾性率を小
さくすることにより、ヒステリシスを小さくすることが
できる。また、ばねの内側と外側とを機械的加工によっ
て摩擦抵抗を下げることにより、ヒステリシスを小さく
することもできる。さらに、ばねの内側ないし外側に、
パラフィン系オイル等のマトリックスを変化させない潤
滑剤を表面に付着させることによっても、摩擦抵抗を下
げてヒステリシスを小さくすることができる。

【０１００】さらに、本発明の渦巻きばねにおいては、
ばね変形において、外側表面層部では引張り変形が生
じ、内側表面層部では圧縮変形が生じ、そして厚み方向
の中間部では曲がるだけで、長さ方向の変形のない部分
が生じる。使用される材料の能力を精一杯活用するため
には、変形によって破壊される時には、全ての材料が破
壊点に達していることが好ましい。従って、前記長さ変
形しない部分より外側（外側表面層部）では、引張り変
形に強いものが好ましく、長さ変形しない部分より内側
（内側表面層部）では、圧縮変形に強いものが好まし
い。また、それぞれにおいて表面に向かって破壊変形の
大きなものとすることが好ましい。この様にして、繊維
および樹脂を選択することができる。

【０１０１】そして、各層部は、必ずしも層状でなくて
もよいが、表面から中間部に向かって繊維を変えること
も、生産性の問題を無視すれば好ましい。各層部が、複
数の層からなっている場合は、このような変更は比較的
に容易である。具体的には、例えば外側表面層部の外側
層をアラミド繊維やガラス繊維を使用し、内側層を炭素
繊維とし、内側表面層部の表面側（ばねの内側）に炭素
繊維を使用し、内側（ばねの中間部側）にボロン繊維や
炭化珪素繊維を使用することにより、両層部全層が同時
に破壊するように形成するのも好ましい態様である。

【０１０２】なお、内側表面層部の内側層と表面層と
を、繊維は同じであって、繊維のフィラメント径を表面
層で太いものを使用することにより、耐圧縮性を高めて
同時破壊性を高めることもできる。また、中空の中間層
部が存在する場合も同様に構成することができる。

【０１０３】以上、本発明の好適な実施例について説明
したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本
発明の精神を逸脱しない範囲内において、多くの設計変
更をなし得ることは勿論である。

【０１０４】なお、従来のエネルギー変換機構を利用し
たハイブリッド駆動装置としては、例えば自転車では予
め充電された電池と電動機を搭載して、坂道で人力を補
助するものであったり、発電機、蓄電池、電動機（ある
いは発電機と電動機を一体化した交流機）を使用するハ
イブリッド駆動式自動車であったりする。これに対し
て、本発明の渦巻き（ぜんまい）ばねにおいては、回転
力を回転力のまま蓄積し、そのまま回転力として利用す
るものであり、エネルギーの変換がなく、そのため余分
な装置が不要である。従って、本発明の渦巻きばねは、
従来のばねに比べて、蓄積エネルギーが著しく改善され
ており、ハイブリッド駆動の有用な手段として使用する
ことができる。

【０１０５】

【発明の効果】前述した実施例から明らかなように、本
発明に係る渦巻き（ぜんまい）ばねは、複数本の長繊維
と、これを帯状に保持するマトリックス樹脂からなる複
合材から構成し、外部の駆動源および／または負荷から
与えられる回転動作の機械的エネルギーを主として長繊
維の弾性歪エネルギーとして蓄積し、所要時に前記蓄積
された弾性歪エネルギーを機械的エネルギーとして取出
して駆動源を補助するように構成するものであって、例
えば前記複合材により外側と内側の表面層部を構成する
と共に、両表面層部に挾まれて両表面層間の距離を維持
するための軽量材料からなる中間層を設け、これを渦巻
き状に成形して渦巻きばねを構成することにより、前記
複合材を機械的に変形させることによって、比較的大容
量の機械的エネルギーの蓄積を可能とし、しかも前記複
合材の変形を復元させる際に、蓄積された機械的エネル
ギーを効率良く放出して各種の動力源として有効に活用
することができる。

【０１０６】また、本発明の渦巻きばねは、中間軽量層
部を設ける時は、重量当りの蓄積エネルギーを改善し、
さらに中間軽量層を設けない場合は、容量当りの蓄積エ
ネルギーを改善する。このため、長繊維として、その織
物や編み物、不織布を使用すると、改善効果を下げるの
で好ましくない。繊維は、実質的にばねの長手方向にの
み配向されていることが好ましい。

【０１０７】従って、本発明に係る渦巻きばねは、これ
をエネルギーの蓄積・放出を行う動力源等に適用した装
置に応用することにより、負荷の変化をレベリングした
り、エネルギー源の変化をレベリングする手段として、
以下に例示するように広範囲の分野において利用するこ
とができる。

【０１０８】（１）負荷の変化をレベリングする手段ａ．前途の高負荷が予想される時に、前もって駆動源に
無理を掛けることなく少しづつエネルギーを蓄積してお
き、高負荷時の駆動源を補助する。例えば、路線バス等
においては、ナビゲータと連動させて、予めプログラム
しておくことによって、登坂用エネルギーを用意するこ
とが可能である。また、自転車においては、前方の長い
登坂が見えた時に、その手前から出力を少しづつ上げ
て、渦巻きばねを巻いてエネルギーを蓄積し、登坂時に
蓄積エネルギーを放出することができる。

【０１０９】ｂ．低負荷時の余剰回転エネルギーを渦巻
きばねに蓄積し、高負荷時にエネルギー源を補助する。
例えば、電力需要の少ない時に余剰電力で渦巻きばねを
巻いてエネルギーを蓄積し、電力需要の大きい時に放出
することにより、電力負荷平準化に利用することができ
る。

【０１１０】ｃ．ブレーキング時に、通常は熱として放
散される機械的エネルギーを、渦巻きばねに蓄積し、こ
れにより通常の回転時のエネルギー源を補助する。例え
ば、自動車、自転車、電車の降坂や減速の時に渦巻きば
ねを巻いてエネルギーを蓄積し、登坂や加速の時に蓄積
エネルギーを放出する。なお、エレベータも同様に適用
可能であり、エネルギー源であれば、必ずしもそれは物
を駆動するものに限定されない。

【０１１１】（２）エネルギー源の変化をレベリングす
る手段ａ．風力発電において、強風時の駆動に際しエネルギー
を渦巻きばねに蓄積し、無風時ないし低風時の駆動に際
し蓄積エネルギーを放出して発電出力の平準化を達成す
る。

【０１１２】ｂ．潮流発電において、電池に代替して渦
巻きばねを使用し、この渦巻きばねにエネルギーを蓄積
し、無潮流ないし低潮流の時に際し蓄積エネルギーを放
出して発電出力の平準化を達成する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る渦巻きばねの製造工程の一実施例
を示す概略側面図である。

【図２】図１に示す渦巻きばねの製造工程中の状態を示
す概略斜視図である。

【図３】本発明に係る渦巻きばね等の試料について試験
方法を示す説明図である。

【図４】本発明に係る渦巻きばねの繊維角度と重量当り
蓄積エネルギーとの関係を示す特性線図である。

【図５】本発明に係る渦巻きばねの外側表面層の厚さに
対する中間層の厚さの比と重量当り蓄積エネルギーとの
関係を示す特性線図である。

【図６】本発明に係る渦巻きばねの外側表面層の厚さに
対する中間層の厚さの変化と重量当り蓄積エネルギーと
の関係を示す特性線図である。

【図７】本発明に係る渦巻きばねの応用に際しての基本
原理を示す概略説明図である。

【図８】本発明に係る渦巻きばねの応用に際しての端部
の処理手段の一実施例を示す要部説明図である。

【図９】図７に示す本発明に係る渦巻きばねの具体的な
応用例を示す概略説明図である。

【符号の説明】

１０プリプレグ積層物（表面層部）１２フィルム（中間層部）２０金型２２シリコン板２４加圧テープ３０芯棒３２ケース３４ワイヤ４０回転駆動軸４０ａ駆動源４０ｂ被動体４２渦巻きばね４２ａ〜４２ｄ渦巻きばね４３渦巻きばねの端部４４内側支持ケース４４ａ〜４４ｃ内側支持ケース部４６外側保持ケース４６′ スリーブ４６ａ〜４６ｃ外側保持ケース部４７ａ〜４７ｃ連結ケース４８外部ハウジング４８ａ一端側の結合部４８ｂ他端側の結合部５０、５１軸受５２、５３、５５軸受５４ワンウェイクラッチ５６クラッチ５８ワンウェイクラッチ６０ブレーキ結合部６４、６５端部補強部材６５ａ先端部６６クラッチ機構６６ａクラッチフォーク６６ｂクラッチスラスト軸受６６ｃ多板クラッチ７０ブレーキ結合機構７０ａブレーキドラム７０ｂブレーキシュー７０ｃブレーキカム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数本の長繊維と、これを帯状に保持す
るマトリックス樹脂からなる複合材で構成し、外部のエ
ネルギー源および／または負荷から与えられる回転動作
の機械的エネルギーを主として長繊維の弾性歪エネルギ
ーとして蓄積し、所要時に前記蓄積された弾性歪エネル
ギーを機械的エネルギーとして取出してエネルギー源を
補助するように構成することを特徴とする渦巻きばね。
【請求項２】負荷による渦巻きばねに対するエネルギ
ーの蓄積は、負荷へのブレーキ作用時に負荷が有するエ
ネルギーを回収して渦巻きばねに与えるように構成して
なる請求項１記載の渦巻きばね。
【請求項３】長繊維は、引張り弾性率が４０，０００
ｋｇｆ／ｍｍ²以下であり、引張り強度が２５０ｋｇｆ
／ｍｍ²以上である繊維から主として構成してなる請求
項１記載の渦巻きばね。
【請求項４】長繊維は、帯状の長手方向に配向してな
る請求項１記載の渦巻きばね。
【請求項５】複合材は、少なくとも二層からなり、各
層内でそれぞれ長繊維が同一方向に配列されてなる請求
項１記載の渦巻きばね。
【請求項６】長繊維が、帯状の長手方向に対して±１
３．５度以内の傾きで長手方向に配列されてなる請求項
４または５に記載の渦巻きばね。
【請求項７】渦巻き状に巻回された帯状の外側に位置
する長繊維が、アラミド繊維、炭素繊維、ガラス繊維、
ポリエチレン繊維から選択される少なくとも一種の繊維
であり、内側に位置する部分においては、炭素繊維、ガ
ラス繊維、ボロン繊維、炭化珪素繊維から選択される少
なくとも一種の繊維である請求項１ないし６のいずれか
に記載の渦巻きばね。
【請求項８】外側と内側の表面層部を、複数の長繊維
とそれを帯状に保持するマトリックスとからなる複合材
で構成し、中間層部を前記表面層部より軽量化したこと
を特徴とする渦巻きばね。
【請求項９】中間層部に、中空部分を形成してなる請
求項８記載の渦巻きばね。
【請求項１０】中間層部を、中空部分を有する軽量材
料で構成してなる請求項８記載の渦巻きばね。
【請求項１１】軽量材料の中空部分を、マイクロバル
ーンで構成してなる請求項９記載の渦巻きばね。
【請求項１２】長繊維は、引張り弾性率が４０，００
０ｋｇｆ／ｍｍ²以下であり、引張り強度が２５０ｋｇ
ｆ／ｍｍ²以上である繊維から主として構成してなる請
求項８記載の渦巻きばね。
【請求項１３】長繊維は、帯状の長手方向に配向して
なる請求項８記載の渦巻きばね。
【請求項１４】両表面層部の複合材は、それぞれ少な
くとも二層からなり、各層内でそれぞれ長繊維が同一方
向に配列されてなる請求項８記載の渦巻きばね。
【請求項１５】長繊維は、帯状の長手方向に対して±
１３．５度以内の傾きで長手方向に配列されてなる請求
項１３または１４に記載の渦巻きばね。
【請求項１６】渦巻き状に巻回された帯状の外側に位
置する表面層部の長繊維が、アラミド繊維、炭素繊維、
ガラス繊維、ポリエチレン繊維から選択される少なくと
も一種の繊維であり、内側に位置する表面層部の長繊維
が、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、炭化珪素繊維
から選択される少なくとも一種の繊維である請求項８な
いし１５のいずれかに記載の渦巻きばね。
【請求項１７】軽量材料からなる中間層部の厚さが、
両表面層部の平均厚さの０．２〜６倍からなる請求項８
記載の渦巻きばね。
【請求項１８】軽量材料からなる中間層部の厚さが、
外側表面層部の０．６〜５倍からなる請求項８記載の渦
巻きばね。
【請求項１９】外部のエネルギー源および／または負
荷から与えられた回転の機械的エネルギーを、主として
長繊維の弾性歪みエネルギーとして蓄積し、所用時に蓄
積された前記エネルギーを機械的エネルギーとして取り
出してエネルギー源を補助するように構成してなる請求
項８記載の渦巻きばね。