(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向の第１の端に第１部材が当接される一方で前記軸方向の第２の端に第２部材が当接され、所定範囲内の圧縮荷重が作用する状態で使用される皿ばねであって、
前記第２の端の開口面積が前記第１の端の開口面積よりも大きい部分円錐筒形状を有しているとともに、前記部分円錐筒形状の周方向の一箇所において前記第１の端から前記第２の端まで切断されているばね部材で構成され、
使用状態では、前記第１の端が前記第１の部材に線接触するとともに、前記第２の端が前記第２部材に線接触する状態が維持され、前記ばね部材が前記第１の端から前記第２の端まで切断された箇所において、前記ばね部材の一方の切断端面と他方の切断端面とが当接しており、前記一方の切断端面と前記他方の切断端面とが前記軸方向にずれて前記当接が解除された場合、前記ばね部材の弾性力によって、前記一方の切断端面が前記他方の切断端面を越えて前記開口面積を縮小する方向に移動し、
荷重が負荷されていない状態では、（前記第２の端の直径）／（前記ばね部材の幅）が８．０以上であるとともに、（前記皿ばねの有効高さ）／（前記ばね部材の板厚）が１．０以上である、皿ばね。
【請求項２】
荷重が負荷されていない状態では、前記部分円錐筒形状の周方向における皿高さが変化している、請求項１に記載の皿ばね。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、皿ばねを開示する。
【背景技術】
【０００２】
平板の素材を環状形状に切り抜き、環状の平板を部分円錐筒形状に成形することによって、皿ばねを製造する方法が知られている。この製造方法では、環状形状に切り抜かれた後の素材を、皿ばねの製造に利用することができないため、歩留まりが悪い。そこで、素材の歩留まりを改善する皿ばねの製造方法が、特許文献１，２に開示されている。
【０００３】
特許文献１、２に開示されている製造方法は、帯状の平板の素材に曲げ加工を実施して、帯状の平板を環状の平板に成形する曲げ工程と、環状の平板の両端を溶接する工程と、環状の平板を部分円錐筒形状に成形する工程と、を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３２９０７２号公報
【特許文献２】特開２００１−２２５１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した製造方法で製造された皿ばねでは、溶接された箇所における耐疲労性、耐へたり性等の特性（即ち、時間の経過に伴う劣化に対する耐性）が、溶接されていない箇所における特性よりも低下する。このため、製造時には使用条件を満たしていた皿ばねが、時間の経過に伴って使用条件を満たさなくなる。本明細書では、皿ばねの時間の経過に伴う特性の低下を抑制する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明者らは、皿ばねの時間の経過に伴う特性の低下を抑制するために、溶接以外の方法で、環状形状に成形された帯状の平板の両端を接合することを考えた。例えば、発明者らは、平板の両端を、リベットを用いて接合する方法や、あるいは、平板の一方の端が他方の端に嵌合するように平板の両端を成形し、一方の端を他方の端に嵌合させることによって平板の両端を接合する方法を試みた。しかしながら、上記した接合方法によって作製された皿ばねは、要求される耐久性能を満足することができなかった。
【０００７】
本発明者らは、鋭意検討した結果、以下の構成を備える皿ばねであれば、皿ばねの時間の経過に伴う特性の低下を抑制し得ることを見出した。即ち、従来は、環状形状に成形された帯状の平板の両端を接合しなければならないという考えのもと、環状形状に成形された帯状の平板の両端をいかに接合するかという接合方法を検討した。しかしながら、環状形状に成形された帯状の平板の両端を接合する限り、その接合箇所で耐久性等の特性が低下することは避けられない。そこで、本願発明者らは、環状形状に成形された帯状の平板の両端を切断したままとするという発想の転換を図り、さらに検討した結果、環状形状に成形された帯状の平板の両端を切断したままとしても、特定の使用態様及び特定の形状とした場合には、環状形状に成形された帯状の平板の両端を切断したままとすることによる機械的特性の低下を問題のないレベルに抑えることができる、という新規な知見が得られた。本明細書は、この知見に基づいて、従来にない新規な皿ばねを提供する。
【０００８】
本明細書が提供する皿ばねは、軸方向の第１の端に第１部材が当接される一方で軸方向の第２の端に第２部材が当接され、所定範囲内の圧縮荷重が作用する状態で使用される皿ばねである。この皿ばねは、第２の端の開口面積が第１の端の開口面積よりも大きい部分円錐筒形状を有しているとともに、部分円錐筒形状の周方向の一箇所において第１の端から第２の端まで切断されているばね部材で構成されている。この皿ばねは、使用状態では、第１の端が第１の部材に線接触するとともに、第２の端が第２部材に線接触する状態が維持される。この皿ばねは、荷重が負荷されていない状態では、（第２の端の直径）／（ばね部材の幅）が８．０以上であるとともに、（皿ばねの有効高さ）／（ばね部材の板厚）が１．０以上である。
【０００９】
上記した皿ばねでは、環状形状に成形された帯状の平板の両端を溶接又は接合しなくて済む。この結果、溶接又は接合に起因する耐疲労性、耐へたり性等の特性の低下が抑制される。また、この皿ばねが使用される状態では、第１の端が第１の部材に線接触するとともに、第２の端が第２の部材に線接触する状態が維持される。即ち、第１の端と第２の端において、ばね部材の表裏面が第１又は第２の部材に面接触してしまうほどには圧縮された状態で使用されない。また、皿ばねの（第２の端の直径）／（ばね部材の幅）が８．０以上とされる。仮に（第２の端の直径）／（ばね部材の幅）が８．０未満の皿ばねを、帯状の平板を環状形状に成形する曲げ加工を実施することによって製造する場合、環状形状の内周側が波打つ可能性がある。この結果、従来の皿ばねと比較して、機械的特性が低下する可能性がある。これに対して、（第２の端の直径）／（ばね部材の幅）が８．０以上を満たす皿ばねでは、帯状の平板に曲げ加工を実施して環状の平板を容易に成形することができ、機械的特性の低下を防止することができる。さらに、（皿ばねの有効高さ）／（ばね部材の板厚）を１．０以上とすることで、後述するように、（皿ばねの有効高さ）／（ばね部材の板厚）が１．０未満の皿ばねと比較して、皿ばねの変形量が小さい領域ではばね定数が大きくなるが、皿ばねの変形量がある程度大きい領域ではばね定数が小さく抑えられる。このことから、（皿ばねの有効高さ）／（ばね部材の板厚）を１．０以上とすることで、ばね定数が小さい領域で皿ばねを使用することが可能となる。これらの結果、ばね部材が切断されていることによる機械的特性の低下が問題のないレベルに抑えられる。
【００１０】
上記した使用状態では、ばね部材が第１の端から第２の端まで切断された箇所において、ばね部材の一方の切断端面と他方の切断端面とが当接していてもよい。そして、上記した一方の切断端面と上記した他方の切断端面とが軸方向にずれて当接が解除された場合、ばね部材の弾性力によって、一方の切断端面が他方の切断端面を越えて開口面積を縮小する方向に移動してもよい。この構成では、使用状態では、切断箇所でばね部材の切断端面同士を当接するため、ばね部材には皿ばねの径を小さくする方向の内部応力が発生している。この構成によれば、皿ばねが発生する荷重を大きくすることができる。
【００１１】
上記した皿ばねは、荷重が負荷されていない状態では、前記部分円錐筒形状の周方向における皿高さが変化していてもよい。通常、皿ばねは、皿高さが均一な状態で使用される。このことから、上記した構成の皿ばねでは、荷重が負荷されていない状態における皿高さが高いほど、使用状態において、変形量が大きくなる。例えば、切断されている箇所を有しており、荷重が負荷されていない状態で皿高さが均一である皿ばねでは、使用状態において、切断されている箇所の周辺部分から発生される荷重が他の部分から発生される荷重よりも小さくなる場合がある。この場合に、荷重が負荷されていない状態において、切断されている箇所の周辺部分の皿高さを、他の部分の皿高さよりも高くすることによって、切断されている箇所の周辺部分から発生される荷重を大きくすることができる。この結果、部分円錐筒形状の周方向における各部分の発生荷重の差を小さくすることができる。
【００１２】
上記した皿ばねを備える皿ばね装置も新規で有用である。即ち、この皿ばね装置は、上記した第１部材と、上記した第２部材と、上記した皿ばねと、を備える。第１部材と第２部材の少なくとも一方は、ばね部材の第２の端の形状が変形することを拘束する拘束部を備える。この構成によれば、第１部材と第２部材とによって、皿ばねに荷重が負荷される場合に、皿ばねの第２の端の変形を拘束することができる。この構成によれば、皿ばねが発生する荷重を大きくすることができる。また、皿ばねの周方向における発生荷重の差を小さくすることができる。
【００１３】
上記した皿ばねを製造する製造方法も新規で有用である。即ち、この皿ばねの製造方法は、曲げ工程と、成形工程と、を備える。曲げ工程は、帯状の平板に曲げ加工を実施して、帯状の平板を環状の平板に成形する。成形工程は、環状形状に成形した素材を部分円錐筒形状に成形する。
【発明の効果】
【００１４】
本明細書が提供する技術によると、溶接又は接合することなく、皿ばねを製造することができる。この結果、溶接又は接合によって、皿ばねの耐久性等の特性が低下することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】皿ばね装置の縦断面図を示す。
【図２】皿ばねの斜視図を示す。
【図３】皿ばねの製造方法を説明するための図を示す。
【図４】皿ばねの製造途中における環状の平板の平面図を示す。
【図５】皿ばねの製造方法を説明するための図を示す。
【図６】皿ばねの変形例の斜視図を示す。
【図７】皿ばねの変形例の斜視図を示す。
【図８】皿ばねの変形例の平面図及び正面図を示す。
【図９】第１実験の実験結果を示すグラフを示す。
【図１０】第２実験の実験結果を示すグラフを示す。
【図１１】第３実験の皿ばねを説明するための図を示す。
【図１２】第３実験の実験結果を示すグラフを示す。
【図１３】第４実験の実験結果を示すグラフを示す。
【図１４】第５実験の解析結果を示すグラフを示す。
【図１５】第１解析の解析結果を示すグラフを示す。
【図１６】第２解析の解析結果を示すグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本明細書に開示される技術の特徴を列記する。
（特徴１）ばね部材の一方の切断端面と他方の切断端面とが離間していてもよい。
（特徴２）特徴１の場合、ばね部材の一方の切断端面は、部分円筒形状の周方向において、他方の切断端面を越えて位置していてもよい。即ち、皿ばねは、ばね部材の一方の切断端面と他方の切断端面との間で、ばね部材が二重に重なっている部分を有していてもよい。
（特徴３）特徴１の場合、部分円錐筒形状の周方向において、ばね部材の一方の切断端面と他方の切断端面との皿高さが最も高くてもよい。
（特徴４）皿ばね装置の拘束部は、皿ばねの外周端に全周に亘って当接することによって、第２の端の変形を拘束してもよい。あるいは、拘束部は、皿ばねの外周端に断続的に当接することによって、第２の端の変形を拘束してもよい。
【実施例】
【００１７】
図面を参照して実施例を説明する。図１は、皿ばね装置１０の縦断面図を示す。皿ばね装置１０は、皿ばね３０と、第１部材１８と、第２部材２０と、第３部材１６と、第４部材１４とを備える。
【００１８】
第２部材２０は、有底円筒形状を有する。第２部材２０は、底部２４と側壁２２を備える。底部２４は、円板形状を有している。側壁２２は、底部２４の外周を一巡している。第２部材２０の底部２４には、皿ばね３０が戴置されている。
【００１９】
図２に示すように、皿ばね３０は、部分円錐筒形状を有するばね部材３１で構成されている。ばね部材３１は、周方向の一箇所に切断部４４を有している。切断部４４は、皿ばね３０の第１の端３２から第２の端３６まで伸びている。ばね部材３１の第１の端面４０と第２の端面４２とは、離間している。荷重が負荷されていない状態では、皿ばね３０の皿高さ（皿ばね３０の軸方向（図１の上下方向）における第１の端３２から第２の端３６までの距離）は、皿ばねの全周に亘って均一である。第２の端３６は、第２部材２０の底部２４に当接している。第２の端３６は、第２の端３６の全長に亘って、第２部材２０の底部２４と線接触している。第２の端３６直径Ｄは、第１の端３２の直径よりも大きい。皿ばね３０の外周端３４は、外周端３４の全長に亘って、第２部材２０の側壁２２に当接している。側壁２２は、第２の端３６がその径方向に拡がって変形することを拘束する。第２の端３６の直径Ｄ／ばね部材３１の幅ｂ（第１の端３２と外周端３４とのばね部材３１に沿った距離）は、８．０以上である。
【００２０】
皿ばね３０には、第１部材１８が戴置されている。第１部材１８は、円板形状を有する。皿ばね３０の第１の端３２は、第１部材１８に当接している。第１の端３２は、第１の端３２の全長に亘って、第１部材１８と線接触している。第１部材１８には、第３部材１６が戴置されている。第３部材１６は、円板形状を有する。第３部材１６には、第４部材１４が戴置されている。第４部材１４は、環状の平板である。第４部材１４は、ボルト１２によって、第２部材２０の側壁２２に固定されている。皿ばね装置１０は、第４部材１４がボルト１２によって側壁２２に固定された状態で使用される。即ち、皿ばね装置１０に皿ばね３０がセットされた状態では、第２部材２０によって皿ばね３０の変形が拘束される。第４部材１４が側壁２２に固定されている状態では、第１部材１８と第２部材２０との間隔は、荷重が負荷されていない状態における皿ばね３０の皿高さＨ０よりも小さい。このため、皿ばね３０の使用状態では、皿ばね３０は、第１部材１８と第２部材２０との間で変形されている。この結果、皿ばね３０の弾性力によって発生する荷重によって、第１部材１８と第３部材１６との接触圧が一定に維持される。なお、皿ばね装置１０の使用によって各部材１４〜２０等が磨耗すると、それに応じて皿ばね３０の変形量も変化し、皿ばね３０によって発生する弾性力も変化する。このため、本実施例の皿ばね３０は、その変形量に対して発生する弾性力の変化が小さいこと（即ち、低ばね定数）が求められる。
【００２１】
続いて、皿ばね３０の製造方法について、詳しく説明する。図３から図５は、皿ばね３０の製造方法を説明するための図である。図３に示すように、皿ばね３０用の帯状の平板５０は、曲げ装置５２に供給される。曲げ装置５２は、複数のローラ５４と曲げガイド５６とを備えている。帯状の平板５０は、複数のローラ５４の回転によって、図示省略したロール材から右向きの矢印の方向に送り出される。ローラ５４から送出された帯状の平板５０は、曲げガイド５６によって、環状の平板６０（図４参照）に成形される。帯状の平板５０は、所定の長さだけ曲げ装置５２に供給されると、図示省略した切刃によって切断される。
【００２２】
図４に示すように、上記した曲げ工程が終了すると、素材５０は、環状の平板６０に成形される。環状の平板６０は、その周方向の一箇所において、外周縁６４から内周縁６６まで伸びる切断部６２を有する。続いて、図５に示すように、環状の平板６０は、プレス装置７０によって、図２に示す部分円錐台形状の皿ばね３０と同一の形状に成形される。プレス装置７０は、上型７２と下型７４とを備える。プレス装置７０は、上型７２を下型７４に接近させることによって、下型７４上に戴置された環状の平板６０を成形する。上記した成形工程が終了すると、焼入れ、焼戻し等の熱処理を実行して、皿ばね３０を製造する。なお、皿ばね３０の製造方法には、環状の平板６０の切断部６２、又は、皿ばね３０の切断部４４を溶接又は接合する工程、例えば、ビーム溶接を実施する工程、化学的、物理的に接合する工程等は含まれない。
【００２３】
上記した皿ばね３０の製造方法では、平板を打ち抜いて皿ばねを製造する従来の製造方法と比較して、歩留まりが良い。また、ばね部材３１の第１の端面４０と第２の端面４２とは、溶接又は接合されていない。皿ばね３０によれば、溶接又は接合によって、皿ばね３０の耐久性、耐へたり性等の皿ばねの特性が時間の経過に伴って低下することを抑制することができる。
【００２４】
上記した皿ばね３０の製造方法は、環状の平板６０の切断部６２、皿ばね３０の切断部４４を溶接又は接合する工程を含まない。このため、皿ばね３０を製造するのにかかるコストを低減し、製造時間を短縮することができる。
【００２５】
上記した皿ばね３０は、Ｄ／ｂ≧８．０を満たす。仮に、平板を打ち抜いて製造する従来の製造方法によって皿ばね３０が製造される場合、歩留まりが悪く、製造コストが上昇する。このため、Ｄ／ｂ≧８．０を満たす皿ばね３０を上記した製造方法で製造することによって、製造コストを抑制することができる。一方において、Ｄ／ｂ＜８．０を満たす皿ばねが、従来の製造方法によって製造される場合と、上記した本明細書の製造方法によって製造される場合とを比較すると、従来の製造方法の方が、製造コストが抑制される場合が多い。また、Ｄ／ｂ＜８．０を満たす皿ばねが従来の製造方法によって製造される場合、環状形状の内周側が波打ち、環状の平板６０を形成することが困難となる。一方において、Ｄ／ｂ≧８．０を満たす皿ばね３０では、上記した本明細書の製造方法によって、皿ばね３０を容易に製造することができる。
【００２６】
（変形例）
上記した皿ばね３０は、切断部４４において、ばね部材３１の第１の端面４０と第２の端面４２とが離間している。しかしながら、以下に示す皿ばねであってもよい。図６は、変形例の皿ばね８０の斜視図を示す。皿ばね８０は、部分円錐筒形状を有するばね部材８４で構成されている。ばね部材８４は、周方向の一箇所に切断部８２を有している。切断部８２は、皿ばね８０の第１の端８６から第２の端８８まで伸びており、切断部８２の第１の端面９０と第２の端面９２とは切り離されている。
【００２７】
上記した実施例の皿ばね３０では、使用状態において、切断部４４の周辺部分から発生される荷重が、他の部分から発生される荷重よりも小さくなる。これに対して、皿ばね８０では、切断部８２の周辺に、ばね部材８４が二重に存在している。この結果、皿ばね８０では、使用状態において、切断部８２の周辺部分から発生される荷重の低下が抑制される。これにより、皿ばね８０では、周方向における発生荷重の偏りを低減させることができる。
【００２８】
あるいは、図７に示す皿ばね１００であってもよい。図７は、皿ばね１００の斜視図である。皿ばね１００は、図６で示す皿ばね８０を拡径し、第１の端面９０と第２の端面９２とを当接させた形状である。即ち、第１の端面９０と第２の端面９２とが皿ばね１００の軸方向にずれて当接が解除されると、皿ばね１００（ばね部材８４）の弾性力によって、第１の端面９０が第２の端面９２を越えて皿ばね１００の開口面積が縮小する方向に移動する。また、第１の端面９０と第２の端面９２とが皿ばね１００の径方向にずれて当接が解除されると、皿ばね１００（ばね部材８４）の弾性力によって、第１の端面９０は第２の端９２を越えて移動し、図６に示す皿ばね８０と同一の形状に変形する。図７に示す皿ばね１００では、荷重が負荷されていない状態で、皿ばね１００に皿ばね１００を縮径する方向の内部応力が発生している。このため、皿ばね３０と皿ばね１００との皿高さが同一の場合、使用状態において、皿ばね１００は、皿ばね３０と比較して、発生荷重が大きくなる。また、使用状態において、皿ばね３０の切断部４４の周辺部分と比較して、皿ばね１００の切断部９６の周辺部分は、発生荷重が大きくなる。これにより、皿ばねの周方向における発生荷重の偏りを低減させることができる。
【００２９】
あるいは、図８に示す皿ばね１１０であってもよい。図８は、皿ばね１１０の平面図と正面図とを示す。皿ばね１１０には、第１の端１１２から第２の端１１４まで伸びる切断部１１６が形成されている。皿ばね１１０では、荷重が負荷されていない状態における皿高さは、部分円錐筒形状の周方向において変化している。詳しくは、切断部１１６の両側、即ち、第１の端面１１２と第２の端面１１４における皿高さＨ１が最も高くされる。そして、部分円錐筒形状の周方向において、切断部１１６から遠ざかるに従って、皿高さが徐々に低くなる。また、図８において、皿ばね１１０の軸１１８よりも右側の領域では、皿高さが皿高さＨ１よりも小さい皿高さＨ２で一定に形成されている。
【００３０】
また、図１に示す皿ばね装置１０では、第２部材２０が皿ばね３０の第２の端３６の変形を拘束する側壁２２を備えているが、これに代えて、第１部材１８が皿ばね３０の第２の端３６の変形を拘束する拘束部を備えていてもよい。あるいは、第１部材１８と第２部材２０の両方が拘束部を備えていてもよい。また、図１に示す実施例では、側壁２２が第２部材２０の全周に亘って設けられているが、側壁２２は、第２部材２０の外周に沿って、断続的に設けられていてもよい。
【００３１】
また、上記した皿ばね３０の製造方法では、帯状の平板５０を環状の平板６０に成形する曲げ工程が実施された後、環状の平板６０を皿ばね３０と同一の形状（部分円錐筒形状）に成形する成形工程が実施されている。しかしながら、帯状の平板５０を環状形状に成形する曲げ工程と、環状形状を皿ばね３０と同一の形状（部分円錐筒形状）に成形する成形工程とを、同時に実施してよい。例えば、帯状の平板５０を、ローラ５４の軸方向に対して傾斜させた状態で曲げ装置５２に供給することによって、曲げ工程と成形工程とを同時に実施することができる。
【００３２】
本明細書で開示される皿ばね３０に対して、第１から第４実験を実施し、本明細書で開示される皿ばね１００に対して、第５実験を実施した。さらに、皿ばね１１０に対して、第１、第２解析を実施した。以下では、実験および解析の結果について、詳しく説明する。
【００３３】
（第１実験）
第１実験について詳しく説明する。第１実験は、皿ばね３０の荷重特性、即ち、皿高さの変化量に対する皿ばね３０が発生する荷重を検討する実験である。第１実験では、皿ばね３０を２つの円板形状の部材で挟んで、皿ばね３０の第２の端３６に当接する部材を固定し、第１の端３２に当接する部材を移動させることによって、円板形状の部材間の間隔を小さくした場合に、第１の端３２に当接する部材に負荷される荷重、即ち、皿ばね３０が発生する荷重を測定した。
【００３４】
なお、以下では、荷重が負荷されていない状態の皿高さ（図１における第１の端３２と第２の端３６との皿ばね３０の軸方向における距離）をＨ０、荷重が負荷された状態の皿高さをＨ、荷重が負荷されていない状態の皿ばねの有効高さ（第２の端３６と内周端３８との皿ばね３０の軸方向における距離）をｈ、ばね部材の板厚（外周端３４と第２の端３６とのばね部材の板厚方向における距離）をｔ、ばね部材の板幅（第１の端３２と外周端３４とのばね部材の表面に沿った距離）をｂ、及び皿ばねの外径（外周端３４の直径）をφと示す。
【００３５】
（皿ばねの形状）
第１実験では、第１から第４の皿ばねと比較用の皿ばねとの、５つの皿ばねを用意した。第１から第４の皿ばねは、上記した皿ばね３０と同様であり、切断部４４を有する部分円錐筒形状で構成されている。比較用の皿ばねは、平板の素材を、環状形状に打ち抜いて、部分円錐筒形状に成形する従来の製造方法によって製造された皿ばねである。即ち、比較用の皿ばねは、従来の皿ばねと同様に、皿ばね３０のように、切断部４４を有しておらず、周方向に切れ目のない皿ばねである。比較用の皿ばねについても、第１から第４の皿ばねと同じ方法で、荷重特性を測定した。
【００３６】
第１から第４及び比較用の皿ばねは、全て、板厚ｔが２．７ｍｍ、板幅ｂが１３．５ｍｍ、外径φが２３２ｍｍであり、材料がＪＩＳ規格のＳＫ８５である。皿高さＨ０は、第２皿ばねが６．２０ｍｍであり、第１、第３の皿ばねが５．８７ｍｍであり、第４の皿ばねが５．７０ｍｍである。比較用皿ばねの皿高さＨ０は、５．８７ｍｍである。第３、第４皿ばねは、図１に示すように、第２の端３６が拡がらないように拘束されている。
【００３７】
（実験結果）
図９は、第１から第４の皿ばねと比較用の皿ばねとの荷重特性の実験結果のグラフを示す。図９の横軸は皿ばねの皿高さＨを示し、縦軸は皿ばねが発生する荷重を示す。第１の皿ばねの実験結果は線１２４に、第２の皿ばねの実験結果は線１２２に、第３の皿ばねの実験結果は線１２６に、第４の皿ばねの実験結果は線１２８に、比較用の皿ばねの実験結果は線１２０に示される。
【００３８】
第１実験の実験結果では、第１の皿ばね（線１２４、Ｈ０＝５．８７ｍｍ）の荷重特性は、比較用の皿ばね（線１２０、Ｈ０＝５．８７ｍｍ）の荷重特性よりも小さかった。これに対して、比較用の皿ばねよりも皿高さＨ０が高い、第２の皿ばね（線１２２、Ｈ０＝６．２０ｍｍ）の荷重特性は、皿高さＨが５．０ｍｍから３．５ｍｍの範囲において、比較用の皿ばね（線１２０）の荷重特性と略同じであった。また、第１の皿ばねと同一の形状であって、外周が拘束されている第３の皿ばね（線１２６、Ｈ０＝５．８７ｍｍ）の荷重特性は、皿高さＨが４．０ｍｍ以上の範囲において、比較用の皿ばね（線１２０）の荷重特性と略同じであり、皿高さＨが４．０ｍｍよりも低くなると、比較用の皿ばねよりも大きくなった。また、外周が拘束されており、第３の皿ばねよりも皿高さＨ０が低い第４の皿ばね（線１２８、Ｈ０＝５．７０ｍｍ）の荷重特性は、皿高さＨが高い場合には比較用の皿ばね（線１２０）の荷重特性よりも小さく、皿高さが低くなると比較用の皿ばねよりも大きくなった。
【００３９】
第１実験の実験結果から、従来の切断部４４を有しない皿ばね（比較用の皿ばね）の替わりに、皿ばね３０を使用する場合、皿高さＨ０を従来の皿ばねよりも高くすることによって、皿ばね３０は、従来の皿ばねと略同等の荷重を発生することができる。もしくは、皿ばね３０の第２の端３６の変形を拘束することによって、皿ばね３０は、従来の皿ばねと略同等の荷重を発生することができる。
【００４０】
（第２実験）
続いて、第２実験について、詳しく説明する。第２実験は、皿ばねの皿高さＨ０と皿ばねの発生荷重の関係を検討する実験である。第２実験では、皿高さＨ０を有する皿ばねを皿高さＨ＝３．５ｍｍ及び４．５ｍｍに変形した場合に、皿ばねが発生する荷重を測定した。第２実験では、第１実験と同様に、円板形状の部材に皿ばねを挟んで皿ばねを変形させて、荷重を測定した。
【００４１】
（皿ばねの形状）
第２実験では、第１種と第２種の２種類の皿ばねを用意した。第１種の皿ばねは、皿高さＨ０以外の寸法と材料とが、上記した第１実験の第１の皿ばねと同じである。即ち、第１種の皿ばねは、皿ばね３０と同様の形状であって、切断部４４を有する。第２種の皿ばねは、皿高さＨ０以外の寸法と材料とが、上記した第１実験の比較用の皿ばねと同じである。即ち、第２種の皿ばねは、切断部４４を有していない、従来の皿ばねである。第１種の皿ばねでは、皿高さＨ０が５．６９ｍｍ、５．７５ｍｍ、５．８０ｍｍ、５．８３ｍｍ、５．９０ｍｍ、６．０６ｍｍ及び６．０８ｍｍの７個の皿ばねを用意した。第２種の皿ばねでは、皿高さＨ０が５．８３ｍｍ、５．８６ｍｍ、５．８８ｍｍ、５．８９ｍｍ、５．９３ｍｍ、６．０２ｍｍ、６．２９ｍｍ、６．３３ｍｍ及び６．３６ｍｍの９個の皿ばねを用意した。
【００４２】
（実験結果）
図１０は、第２実験の実験結果のグラフを示す。図１０の横軸は皿高さＨ０を示し、縦軸は皿ばねが発生する荷重を示す。測定点群１３０は、第２種の皿ばね（従来の皿ばね）であって、皿高さＨが３．５ｍｍの場合の実験結果を示す。測定点群１３４は、第２種の皿ばね（従来の皿ばね）であって、皿高さＨが４．５ｍｍの場合の実験結果を示す。測定点群１３２は、第１種の皿ばね（皿ばね３０）であって、皿高さＨが３．５ｍｍの場合の実験結果を示す。測定点群１３６は、第１種の皿ばね（皿ばね３０）であって、皿高さＨが４．５ｍｍの場合の実験結果を示す。
【００４３】
第２実験の実験結果では、第１種、第２種の皿ばねの両者共に、皿高さＨ０が高いほど、皿高さＨに変形された状態において、皿ばねが発生する荷重が高くなった。第２実験の実験結果から、皿高さＨ０と発生荷重との関係は、直線に近似することができることがわかった。例えば、測定点群１３０は、直線１３１に近似することができる。同様に、測定点群１３２，１３４，１３６は、それぞれ、直線１３３，１３５，１３７に近似することができる。
【００４４】
この関係から、皿ばね３０を、従来の皿ばねの替わりに使用する場合、皿ばね３０の皿高さＨ０をいくつにすればよいかを推測することができる。例えば、使用時の皿高さＨが４．５ｍｍである場合、皿ばね３０の皿高さＨ０は、Ｈ０＝１．３４×（従来の皿ばねの皿高さＨ０）−１．６８を計算することによって、算出することができる。
【００４５】
（第３実験）
続いて、第３実験について、詳しく説明する。第３実験は、皿ばね３０の切断部４４の隙間の大きさの影響を検討する実験である。第３実験では、切断部４４の隙間の大きさを変えて、皿ばね３０の荷重特性を測定した。第３実験の実験方法は、第１実験と同様である。即ち、皿ばねを２つの部材間に配置し、部材間の間隔を小さくしたときの、皿ばねが発生する荷重を測定した。
【００４６】
（皿ばねの形状）
第３実験では、第５から第７の皿ばねを用意した。切断部４４の隙間の大きさ以外、第５から第７の皿ばねの寸法と材料とは、上記した第１実験の第２の皿ばねと同じである。図１１に示すように、第５から第７の皿ばねの切断部４４の隙間の大きさは、皿ばね３０の軸回りの角度（図１１のθ）によって定義される。第５の皿ばねはθが６０度であり、第６の皿ばねはθが９０度であり、第７の皿ばねはθが１２０度である。
【００４７】
（実験結果）
図１２は、第３実験の実験結果のグラフを示す。図１２の横軸は皿ばねの皿高さＨを示し、縦軸は皿ばねが発生する荷重を示す。なお、図１２には、第１実験の比較用の皿ばねの実験結果１２０も示されている。線１４０は第５の皿ばね（θ＝６０度）の場合の実験結果を示し、線１４２，１４４は、それぞれ、第６の皿ばね（θ＝９０度）、第７の皿ばね（θ＝１２０度）の場合の実験結果を示す。
【００４８】
第３実験の実験結果では、θが大きいほど、皿ばねの荷重特性が小さくなった。また、皿ばねの皿高さＨが３．５ｍｍから４．５ｍｍの間では、θ＝９０度である第６の皿ばね（線１４２）が、比較用の皿ばね（線１２０）と略同じ荷重特性を示した。この結果から、皿ばね３０の切断部４４の隙間の大きさを調整することによって、従来の皿ばねと同様の荷重を発生する皿ばね３０が得られることがわかった。
【００４９】
（第４実験）
次いで、第４実験について詳しく説明する。第４実験は、有効高さｈ／板厚ｔを検討する実験である。実験方法は、第１実験と同様である。即ち、皿ばねを２つの部材間に配置し、部材間の間隔を小さくしたときの、皿ばねが発生する荷重を測定した。
【００５０】
（皿ばねの形状）
第４実験では、皿ばね３０と同様に、切断部を有する皿ばねであって、ｈ／ｔの値が０．３８から１．８０までの複数個の皿ばねを用意した。
【００５１】
（実験結果）
図１３は、第４実験の実験結果のグラフを示す。図１３の横軸は、皿ばね３０のたわみ／密着時たわみで示される密着たわみ比を示す。密着時たわみとは、皿ばね３０の有効高さが０ｍｍである場合のたわみであり、荷重が負荷されていない場合の有効高さｈと同一である。図１３の縦軸は、皿ばね３０が発生する荷重／密着時荷重で示される密着荷重比を示す。密着時荷重とは、皿ばね３０の有効高さが０ｍｍの場合に皿ばねが発生する荷重である。線１５０は、ｈ／ｔ＝１．０の場合の実験結果を示す。線群１５２はｈ／ｔ＞１．０を満たす皿ばね３０の実験結果を示し、線群１５４はｈ／ｔ＜１．０を満たす皿ばね３０の実験結果を示す。
【００５２】
第４実験の実験結果から、ｈ／ｔ≧１．０を満たす皿ばね３０は、ｈ／ｔ＜１．０を満たす皿ばね３０と比較して、皿ばね３０の変形量が小さい領域においては、たわみの変化に対する荷重の変化（ばね定数）が大きく、変形量が大きい領域においては、ばね定数が小さくなる領域がある。このため、皿ばね３０を利用して一定の荷重を負荷したい場合に、皿ばね３０の使用状態での皿高さＨが、多少の誤差や上記した皿ばね装置１０の各部１４〜２０の磨耗によって変化が生じていても、概ねｈ／ｔ≧１．０である皿ばね３０であれば、要求される荷重からの荷重変化がわずかで済む。即ち、ｈ／ｔ≧１．０を満たす皿ばね３０は、ｈ／ｔ＜１．０を満たす皿ばね３０のように、皿高さＨに比例して皿ばね３０が発生する荷重が大きくなることが要求される、いわゆる皿ばねワッシャとは異なり、皿ばね３０を利用して一定の荷重を負荷したい場合に、好適に用いられる。
【００５３】
（第５実験）
次いで、第５実験について詳しく説明する。第５実験は、図７に示す皿ばね１００の荷重特性を検討するための実験である。実験方法は、第１実験と同様である。即ち、皿ばねを２つの部材間に配置し、部材間の間隔を小さくしたときの、皿ばねが発生する荷重を測定した。
【００５４】
（皿ばねの形状）
第５実験では、６個の皿ばねを用意した。６個の皿ばねの板厚ｔ、板幅ｂ、外径φ、材料、及び皿高さＨ０は、第１実験の第１の皿ばねと同一である。６個の皿ばねは、第１の端面９０と第２の端面９２との当接が解除されて第１の端面９０は第２の端９２を越えて移動した場合における、ばね部材８４が二重に存在する重なり長さＬ（図６参照）が異なる。６個の皿ばねの重なり長さＬはそれぞれ、２．０ｍｍ、３．４ｍｍ、５．３ｍｍ、７．６ｍｍ、１１．０ｍｍ、１５．３ｍｍである。
【００５５】
（実験結果）
図１４は、第５実験の実験結果のグラフを示す。図１４の横軸は皿ばねの皿高さＨを示し、縦軸は皿ばねが発生する荷重を示す。なお、図１４には、第１実験の比較用の皿ばねと第１の皿ばねの実験結果１２０，１２４が示されている。６個の皿ばねの実験結果は、線群１５６に示す。線群１５６では、発生荷重が小さいものから順に、重なり長さＬがそれぞれ、２．０ｍｍ、３．４ｍｍ、５．３ｍｍ、７．６ｍｍ、１１．０ｍｍ、１５．３ｍｍの皿ばねの実験結果を示す。
【００５６】
第５実験の実験結果では、荷重が負荷されていない状態で皿ばね１００を縮径する方向の内部応力が発生している場合、内部応力が発生していない皿ばね３０と比較して、皿高さＨ０が同じであっても、発生荷重が大きくなった。また、重なり長さＬが長い方が、発生荷重が大きくなった。
【００５７】
第５実験の実験結果から、従来の切断部４４を有しない皿ばね（比較用の皿ばね）の替わりに、皿ばね１００を使用する場合、重なり長さＬを調整することによって、皿ばね１００は、従来の皿ばねと略同等の荷重を発生することができる。
【００５８】
（第１解析）
続いて、第１解析について、詳しく説明する。第１解析は、図８に示す皿ばね１１０の荷重特性を検討するためのＦＥＭ解析である。
【００５９】
（皿ばねの形状）
皿ばね１１０は、板厚ｔは２．７ｍｍ、板幅ｂは１３．５ｍｍ、外径は２３２ｍｍ、材料はＪＩＳ規格のＳＫ８５に設定した。皿高さＨ１は６．６７ｍｍ、皿高さＨ２は５．８７ｍｍに設定した。
【００６０】
（解析結果）
図１５は、第１解析の解析結果のグラフを示す。図１５の横軸は皿ばねの皿高さＨを示し、縦軸は皿ばねが発生する荷重を示す。なお、図１５には、第１実験の比較用の皿ばねの実験結果である線１２０と、第１の皿ばねの実験結果である線１２４とが、比較結果として示されている。
【００６１】
第１解析の解析結果では、皿ばね１１０は、皿高さＨが５．８７ｍｍよりも低くなると、第１実験の比較用の皿ばね（従来の皿ばね）と略同じ荷重特性を示した。皿ばね１１０の皿高さＨが５．８７ｍｍよりも高い場合には、皿ばね１１０は、荷重が負荷されていない状態の皿高さが５．８７ｍｍよりも高い部分のみから荷重が発生する。このため、皿高さに対する発生荷重が小さい。これに対し、皿ばね１１０の皿高さが５．８７ｍｍよりも低くなると、皿ばね１１０の周方向の全体で荷重が発生する。この結果、皿ばね１１０は、従来の皿ばねと略同じ荷重を発生したと推測される。
【００６２】
また、皿ばね３０が発生する荷重は、第１の皿ばねが発生する荷重よりも大きい。第１の皿ばねの皿高さＨ０が５．８７ｍｍであるのに対して、皿ばね３０は、荷重が負荷されていない状態における皿高さが５．８７ｍｍ以上の部分を有しているため、皿ばね３０は、第１の皿ばねよりも発生する荷重が大きくなったと推測される。
【００６３】
（第２解析）
第２解析は、皿ばねが発生する軸１１８（図８参照）回りのモーメントを検討するためのＦＥＭ解析である。
【００６４】
（皿ばねの形状）
第２解析では、上記した第１実験の第１の皿ばねと同一の寸法及び材質を有する第８の皿ばね（皿高さＨ０＝５．８７ｍｍ）、第８の皿ばねと皿高さＨ０のみが異なる第９の皿ばね及び第１解析で用いた皿ばね１１０の３個の皿ばねについて解析を実施した。第９の皿ばねの皿高さＨ０は、６．６７ｍｍである。
【００６５】
図１６は、皿ばねが発生する軸１１８回りのモーメントの解析結果のグラフを示す。図１６の横軸は皿高さを示し、縦軸は軸１１８回りのモーメントを示す。線１６０は皿ばね１１０の解析結果を示し、線１６２は第６の皿ばねを示し、線１６４は第７の皿ばねを示す。第２解析の解析結果では、皿高さＨが５．８７ｍｍ以下の領域において、皿ばね１１０は、皿高さＨ０が一定である第８，第９の皿ばねと比較して、軸１１８のモーメントが小さくなる。皿高さＨ０が一定である第８，第９の皿ばねでは、切断部４４の周辺における発生荷重が、他の部分における発生荷重よりも小さくなるため、モーメントが大きくなった。これに対して、皿ばね１１０では、切断部１１６の周辺部分の皿高さが高いため、切断部１１６による発生荷重の低下を抑制することができ、モーメントが小さくなった。この結果から、皿ばね１１０は、特に、軸１１８回りのモーメントが小さいことが要求される皿ばね装置に好適に用いることができる。
【００６６】
上記した実験及び解析結果から、皿ばね３０，８０，１００，１１０は、その皿高さＨ０、形態（皿ばね３０，８０，１００又は１１０）、皿ばねの第２の端の変形を拘束するか否かを適宜選択することによって、従来の皿ばねの替わりに利用することが可能であることがわかった。
【００６７】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００６８】
１０：皿ばね装置
１８：第１部材
２０：第２部材
２２：側壁
３０，８０，１００，１１０：皿ばね
３１：ばね部材
３２：第１の端
３６：第２の端
４０：第１の端面
４２：第２の端面
４４：切断部
５０：素材
５２：曲げ装置
７０：プレス装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005398472.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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