(57)【要約】【課題】短いストロークで少なくとも２段階の加重ばねが得られるようにしたウエーブコイルスプリングを提供することを目的とする。【解決手段】ウエーブ加工により波付けされた１本の連続した板ばね材（１０）をウエーブの山（１）と谷（２）とを相対向するようにコイル巻して得られたウエーブコイルスプリングにおいて、山（１）と谷（２）とが半径方向から見て非平行に角度を持って相対向するように構成する。このようにすると、ストロークが従来のものと全くかわらないにもかかわらず、始め弱い力で弾性変形し、その後強い力で弾性変形する２段階加重ばねとなる。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエーブ加工により波付けされた板ばね材（１０）をウエーブの山（１）と谷（２）の頂部が相対向するようにコイル巻して得られたウエーブコイルスプリングにおいて、山（１）と谷（２）とが半径方向から見て非平行となるように角度を持って相対向していることを特徴とするウエーブコイルスプリング。
【請求項２】
山（１）と谷（２）とが、半径方向からみてコイルの内径側に向ってハ字形に開いていることを特徴とする請求項１記載のウエーブコイルスプリング。
【請求項３】
無負荷（自由長）の状態で前記ウエーブの山（１）と谷（２）とが離間して対向していることを特徴とする請求項１又は２記載のウエーブコイルスプリング。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウエーブ加工により波付けされた金属の板ばね材を、ウエーブの山と谷とが相対向するようにコイル巻きされてなるウエーブコイルスプリング、さらに詳しくは少なくとも２段階加重の反力を持つウエーブコイルスプリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ウエーブコイルスプリングは、帯状の金属板ばね材を波状に形成しながら薄板の厚さ方向にコイル巻きしたものであって、このようなウエーブコイルスプリングは従来から一般に知られている。（例えば、特許文献１及び２参照）。図１は従来のウエーブコイルスプリングの側面図、図２（ａ）は従来のウエーブコイルスプリングの平面図、（ｂ）は同図Ａ−Ａ線に沿う断面図である。
【０００３】
このように従来のウエーブコイルスプリングはスプリングの谷（上側）と山（下側）とが平行しているため、荷重を加えない無負荷（自由長）の状態で山３１と谷３２の頂部が平行に相対して接触し、スプリングの両端に圧縮加重をかけると山と谷の弓状部分に撓みを生じて所定の反発力が得られる構造となっている。このため、従来のウエーブコイルスプリングは、図７の線図（ロ）に示すように１段階のばね反力しか得られなかった。
【０００４】
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【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、従来のウエーブコイルスプリングは反発力を段階的に変化させることができず、利用範囲が限定されるという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は従来のウエーブコイルスプリングと同じストロークで少なくとも２段階の加重ばねが得られるようにしたウエーブコイルスプリングを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係るウエーブコイルスプリングは、ウエーブ加工により波付けされた板ばね材１０をウエーブの山１と谷２とを相対向するようにコイル巻して得られたウエーブコイルスプリングにおいて、山１と谷２とが半径方向から見て非平行に角度を持って相対向し、山１と谷２の面はハの字に開いている。
【０００８】
本発明に係るスプリングはストロークが従来のものと全くかわらないにもかからわず、始め弱い力で弾性変形し、その後強い力で弾性変形する２段階加重ばねが得られる。
【０００９】
また、上記ウエーブコイルスプリング２０において、山１と谷２とが、コイルの内径側に向かってハ字形に開いていることが好ましい。こうすると、集中荷重が中心に働くため弾性変形の中心がずれにくく、より精度が高い。
【００１０】
また、上記ウエーブコイルスプリング２０は、無負荷（自由長）の状態でウエーブの山１と谷２とが離間して対向するようにしてもよい。
【００１１】
このようにすれば、山１と谷２とが点接触するまでと、点接触後山１と谷２の頂部同志が線接触するまでと、線接触後さらに変形して完全に密着するまで、の３段階荷重ばねが得られる。
【００１２】
本発明に係るウエーブコイルスプリング２０は、全体の形状が円錐形、太鼓型などであってもよい。
【００１３】
【実施例】
以下添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明する。図３乃至図５は、本発明の一実施例を説明するための図である。図３は本発明のウエーブコイルスプリングの側面図、図４（ａ）は本発明のウエーブコイルスプリングの平面図、（ｂ）は同図Ｂ−Ｂに沿う断面図、また、図５（ａ）は本発明のウエーブコイルスプリングの全体斜視図であり、（ｂ）は同図中の破線部で囲ったＡ部分（隣接する波形部の山と谷の対向部分）を模式的に拡大した図である。
【００１４】
本発明のウエーブコイルスプリング２０は、図５のようにウエーブの山１と谷２の対向部分が平行ではなく、角度をつけることによって山と谷との一部が接触する構造となっている。加重を全く加えない状態、即ちスプリングが自由長のときは、図５（ｂ）の拡大図のように、山と谷の対向部分がハの字に開いているため、側面からみると図４（ｂ）のようにスプリングの内径側（コイルの中心軸側）に「開き」が見られる。言い換えると、山と谷とが密接している部分に略三角形の隙間を備えている。
【００１５】
このスプリング２０は、荷重を加えると接触部を支点にして捻れが発生する。この捻れが元に戻ろうとする比較的弱い力で反発しながら弾性変形を始める（第１段階）。さらに荷重を加えると、山と谷との全面が密着し、以後（第２段階）はスプリング２０全体が強い力で弾性変形する。
【００１６】
このため、本発明のウエーブコイルスプリングは、ウエーブ部分の捻れによる弱いばね定数ｋ１と、完全密着後の強いばね定数ｋ２とを備えた２段階の加重ばねとなる。
【００１７】
なお、第２段階は、山と谷とが平行な（即ち角度のない）従来のスプリングとほぼ同様の変形動作を行なう。
【００１８】
図６（ａ）乃至（ｃ）は、加重を加えた際のスプリングの変形状態を示したものである。（ａ）は無負荷の状態でありスプリングは自由長である。（ｂ）は第１段階の弱い力（軽加重）を加えた場合であり、山と谷の頂部同志が点から線接触してスプリングは自由長よりも圧縮した状態である。（ｃ）は最大加重を加え、これによりスプリング全体が弾性変形して大きく縮んだ状態を示している。
【００１９】
ー実施例ー
本発明のウエーブコイルスプリングの仕様：
板ばねの板巾（ｗ）                １０ミリメートル
板厚（ｔ）                        ２．４５ミリメートル
ウエーブの山数／周（ＮＸ）        ３．５
有効巻数（Ｚ）                    ３７巻（総巻数  ３９）
外径（Ｄ）                        １５０ミリメートル
内径（ｄ）                        １３０ミリメートル
【００２０】
図７はこの仕様のスプリングに対し９８万回の疲労試験を行なった後の、加重に対する撓み量を実測したデータ線図（イ）と、従来のスプリングの実測データ（ロ）とを対比したものである。従来のスプリングは、加重に対しほぼ直線的に変化する一段階荷重ばねとして機能しているが、本発明のスプリングは撓みが１２５ｍｍ（荷重１９０ｋｇ、図のＡ点）に達するとばね定数が大きく変化（増大）していることがわかる。
【００２１】
これは、ウエーブの山と谷の接触分がハの字に開いた状態から捻れに反発して山と谷が平行となり全面密着した状態に移行すると、この時点で捻れによる反発力は限界に達するため、これ以上の圧縮力を加えるためにはさらに大きな荷重が必要となるためである。
【００２２】
即ち、本発明に係るウエーブコイルスプリングは始め弱い力で変形し、撓みがある大きさ以上になると今度は強い力で変形する２段階荷重ばねとなる。
【００２３】
（変形例）
ばねの捻れは、スプリングの内径側（中心軸側）がハの字に開く（つまり、捻れの支点がスプリングの円の外側に存在する）例を示した。この方が集中荷重が中心に働くため弾性変形の中心がずれにくく精度がよいためである。しかし、これとは逆に外側がハの字に開き、中心側が閉じていても、同様の２段階加重ばねが得られる。
【００２４】
また、上記実施例のように山と谷との対向部が角度を持った状態でスプリングが自由長のときにウエーブの山と谷とが離間して対向するようにすることもできる。このようにすれば、山と谷の一部が接触するまではストロークの大きいばねとして働く。このようにすると、３段階加重ばねとなる。
【００２５】
さらに、スプリングの形状は上記実施例のごとく円柱に限られず、円錐形状や太鼓型形状、角柱形など種々の変形が可能である。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、ウエーブ加工により波付けされた板ばね材をウエーブの山と谷とを一定間隔隔てて相対向するようにコイル巻して得られたウエーブコイルスプリングにおいて、山と谷とが半径方向から見て非平行に角度を持って相対向しているため、始め弱い力で弾性変形し、その後強い力で弾性変形する２段階加重ばねが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のウエーブコイルスプリングの側面図である。
【図２】従来のウエーブコイルスプリングを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は、同図Ａ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】本発明のウエーブコイルスプリングの側面図である。
【図４】本発明のウエーブコイルスプリングを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は、同図Ｂ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図５】（ａ）は本発明のウエーブコイルスプリングの全体斜視図であり、（ｂ）は同図中の破線部で囲ったＡ部分を模式的に拡大した図である。
【図６】本発明のウエーブコイルスプリングに加重を加えた際の変化を示したもので、（ａ）は無負荷状態、（ｂ）は軽荷重を加えた状態、（ｃ）は最大荷重を加えた状態を示す。
【図７】本発明のウエーブコイルスプリングに対し、９８万回の疲労試験を行なった後の、加重に対する撓み量を実測したデータと、従来のスプリングを実測したデータとの比較線図である。
【符号の説明】
１    山
２    谷
１０  板ばね材
２０  本発明のウエーブコイルスプリング
３０  従来のウエーブコイルスプリング
３１  山
３２  谷
【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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