(57)【要約】      （修正有）【課題】円形コイルではないばねおよびその簡易な製造方法を提供する。【解決手段】金属、合成樹脂、ゴムといったばね用線材を、多角柱や複数本の細い部材を頂点とする芯に巻くことによって、ばね用線材自体が持つ弾性を利用し、加熱の有無にかかわらず、簡単に側稜に任意のらせん模様を有した捻りのある多角柱、あるいは正多角柱を容易に得る。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面が多角形の多角柱状の芯に線材を張力を加えながら巻き付け、張力を低下または解放して芯を抜いてコイルばねを製造する方法において、線材の弾性によって折り曲げ部の角度を多角形の内角よりも大きく開くようになし、連続する頂点によってコイルばねの長さ方向に沿って形成される線が一定のねじれ角でずれていくことによって、側稜にらせん模様が形成されるようにすることを特徴とする、コイルばねの製造方法。
【請求項２】
連続するその頂点が一辺分ずれることにより、模様がらせんではなく直線上に生じた請求項１に記載のコイルばねの製造方法。
【請求項３】
平行に並んだ２本以上の任意の本数の細い部材を芯とする請求項１または請求項２に記載のコイルばねの製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかのコイルばねの製造方法により製造されるコイルばね。
【請求項５】
板状の芯に巻き取ったコイルばねにおいて、線材の弾性によって星状多角柱、あるいは二重らせん構造が形成されているコイルばね。
【請求項６】
三角形の板を芯として巻き取ったコイルばねにおいて、線材の弾性によって直径が変化する星状多角柱構造をもつコイルばね。
【請求項７】
合成樹脂、ゴム、または金属のバネ用線材よりなる請求項４から請求項６のいずれかに記載のコイルばね。
【請求項８】
小物の落下防止用の請求項４から請求項７のいずれかに記載のコイルばね。
【請求項９】
請求項４から請求項７のいずれかに記載のコイルばねを部品として有する文房具。
【請求項１０】
請求項４から請求項７のいずれかに記載のコイルばねをサスペンションとして外部から見える位置に備える自転車、バイク、または自動車。
【請求項１１】
請求項４から請求項７のいずれかに記載のコイルばねを電熱線部品として有する暖房器具。
【請求項１２】
請求項４から請求項７のいずれかに記載のコイルばねによるおもちゃ。
【請求項１３】
請求項４から請求項７のいずれかに記載のコイルばねが捻られることによって側稜の模様が変化することを利用した、回転数もしくはばねにかかる力を測定あるいは調節あるいは視認する部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、コイルばねに関する。特に、断面が多角形のコイルばねにおいて、連続するその頂点が一定の角度ずつずれていくことによって、側稜にらせん模様を形成していることを特徴とするデザイン性を重視したコイルばねと、そのらせん模様が生じる理論、及び、その理論に基づく製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】コイルばねは様々な製品の部品としてばねは使用されている。一般に使用されているコイルばねは、製造過程において芯にばね用線材を巻き取るために、できあがったばねの断面形状は円形であり、コイル全体で円柱形となる。また、その機能性のみが重要視され、デザイン性が注目されることはなかった。また、断面が多角形となるコイルも提案されており、特許文献１では、正三角筒、正方形筒、正五角形筒のスプリングのおもちゃが記載されている。ただし、これらの側稜には、直線的な模様しか存在しない。【０００３】特許文献２には、コイルスプリングの側稜が捻れた髪飾りが考案されている。しかし、製造方法、捻れを生じる理論については記載がなく、髪飾り以外の用途についても触れられていない。【０００４】また、上述の両考案とも、金属製コイルであり、合成樹脂あるいはゴム製を含むコイルばね一般に関するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】第３０００２０３号登録実用新案公報
【特許文献２】特許第３２６１１１２号特許公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】従来のコイルばねはデザイン性に乏しく、ただの部品として扱われるために、見せないように覆うか、塗装を施す程度にしか工夫されることがなかった。例えばボールペンの内部に、仮にばねが見えていたとしても、デザインの面からそれを特徴としていたり、特徴的な形状をもったばねが使用されることはなかった。【０００７】ゆえに、本発明の課題は、コイルばね自体に任意のデザイン性を持たせたばね、特に、断面形状が多角形で、側稜にらせん模様をもつことを特徴とするばね、または星状多角柱やその星状模様や大きさが連続的にずれていくことによって、複雑であるが製造者がデザインした任意の形状をしたコイルばねを提供することである。さらに本発明の課題は、このような円形コイルではないばねの簡易な製造方法を提供することである。【０００８】特に、携帯電話やスマートフォン、ホイッスルや帽子などの小物の落下を防止する目的の、断面が多角形で側稜にらせん模様を有した合成樹脂あるいはゴムあるいは金属製のコイルばねや、見せることを目的としたデザイン性の高い、同様の模様を有した金属性のコイルばねを用いたボールペンやシャープペンシルやクリップやカードホルダー等の文房具の部品、同様の模様を有した自転車やバイク、自動車の見える箇所に用いるサスペンション、加温用電熱線、らせん模様を有するばねおもちゃといった用途の、円形ではないコイルばねを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】この発明のコイルばねは、デザイン性を高めた、コイルの断面が多角形のコイルばねである。製造のためには、ばね用線材を巻き取る芯を、例えば平面の板、三角柱、四角柱、五角柱、六角柱をはじめとする、円柱以外のものとする。ばね用線材を加熱しても、あるいは加熱せずとも良く、ばね用線材に弾性がある状態のまま芯に巻き取る。一定の張力でばね用線材を芯に巻き取った後、張力を低下させると、ばね用線材の弾性によって自動的に、あるいは、芯から取り外された後にばね用線材の弾性によって、芯よりも頂点の内角の大きい頂点を持った断面が多角形のコイルばねが得られる。ばねの内角は芯よりも角度が大きいため、連続するコイルの頂点にはずれが生じ、側稜には各頂点がつながって生じたらせん模様が形成される。もしくは、多角形の頂点が複雑に組み合わさった複雑な模様、あるいは、正多角柱も製造可能である。【００１０】別の製造方法として、平行、あるいは不規則に並んだ２本以上の任意の本数の細い芯を頂点とし、ばね用線材を巻き取るものがある。この方法の利点としては、平面の板状の芯にばね用線材を巻き取った際には、巻き取られたばね用線材が取り外しにくいという点を解消できる。また、コイルの径が大きいばねを製造する際に、太い芯を用いる必要がない点がある。【００１１】製造の際の芯を、多角柱や平行に並んだ細い棒ではなく、例えば三角形の板や、多角錐のように、コイルの巻き取りが進むにつれて径が変化するものを用いた場合、連続的に要素図形、内角（θ）、側面の模様が変化する複雑な模様を持ったコイルばねを得ることができる。【００１２】使用するばね用線材の弾性係数、密度、直径、あるいは芯の直径、辺数、芯の内角、もしくは巻き取り時の張力を変化させることによって、製造できるコイルの形状は無限にあり、また、側稜に形成されるらせん模様のパターンも無限にある。【００１３】なお、内角（θ）が６０°未満の要素図形をもったコイルばねも製造可能であり、その場合には、ばね用線材を板状の芯に巻き取る必要がある。この手法により、星形多角柱のばねや、二重らせん構造のばねなども製造可能である。【００１４】すなわち、断面正多角形の多角柱状の芯に線材を張力を加えながら巻き付け、張力を低下または解放して芯を抜いて  コイルばねを製造する方法において、線材の弾性によって折り曲げ部の角度を多角形の内角よりも大きく開くようになし、連続する頂点によってコイルばねの長さ方向に沿って形成される線が一定のねじれ角でずれていくことによって、側稜にらせん模様が形成されるようにしながら製造することを特徴とする。連続するその頂点が一辺分のずれを生じ、らせん模様ではないようにさせてもよい。また、平行に並んだ２本以上の任意の本数の細い部材を芯としてもよい。板状の芯に巻き取ったコイルばねにおいて、線材の弾性によって星状多角柱、あるいは二重らせん構造が形成されていてもよい。三角形の板を芯として巻き取ったコイルばねにおいて、線材の弾性によって直径が変化する星状多角柱構造をもつコイルばねでもよい。たとえば、合成樹脂やゴムや金属のバネ用線材を使用できる。これらのコイルばねを携帯電話やスマートフォン、ホイッスルや帽子などの小物の落下防止���に使用してもよい。さらに、ボールペンやシャープペンシルやクリップやカードホルダー等の文房具の部品として使用してもよく、自転車、バイク、または自動車のサスペンションとして、外部から見える位置に配置してもよく、らせん模様を有するコイルばねおもちゃとしてもよく、電熱線でこれらのコイルばねを製造して暖房器具などの加熱用具の部品としてもよい。
【発明の効果】
【００１５】本発明により、コイルばね自体に任意のデザイン性を持たせ、特に、断面形状が多角形や星形多角形で、側稜にらせん模様をもつことを特徴とするばねを提供することができる。さらに、このような円形コイルではないばねに、任意の多角形とらせん模様を得るための理論と、その製造方法を提供する。【００１６】従来のコイルばねと比べ、本発明のばねは形状が美しい。そのため、従来は隠すことの多かった部品であるばねを、人の目に付く箇所に使用し、商品のデザインの一部として使用することができる。また、コイルが回転した際、従来ではその様子が分かりにくかったが、本発明のばねはらせん模様が回転するため、視認性が高い上、美しいらせん状ばね用線材の光の反射の効果を目的として、回転させて使用することも可能である。従来のコイルばねでは、ばねに力が加わることで捻りが生じても視認しにくかったが、本発明のばねはらせん模様が変化するため、その力の大きさを確認することができる。そのため、本発明のばねを取り付けた部品が受ける圧力や回転数を視認する目的においても使用できる。【００１７】特に、携帯電話やスマートフォン、ホイッスルや帽子などの小物の落下を防止する目的の、断面が多角形で側稜にらせん模様を有した合成樹脂あるいはゴムあるいは金属製のコイルばねや、見せることを目的としたデザイン性の高い、同様の模様を有した金属性のコイルばねを用いたボールペンやシャープペンシルやクリップやカードホルダー等の文房具の部品、同様の模様を有した自転車やバイク、自動車の見える箇所に用いるサスペンション、らせん模様を有するこいるばねおもちゃ、これらのばね形状をもつ電熱線による暖房器具などの加熱用具といった用途の、円形ではないコイルばねを提供する。【００１８】本発明の手法でばねの円形コイル以外の形状を変化させても、耐久性などの面を除いて、通常の使用においては使用したばね用線材の質量が同じであれば、円形コイルばねと同等のばね定数を持つばねになるため、機能的な質の低下はない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】正三角柱の芯に、ばね用線材が巻き取られた状態を示す断面図である。。
【図２】ばね用線材が、ばね用線材の弾性によって拡がってできた要素図形を示す断面図である。
【図３】要素図形の変形例を示す断面図である。
【図４】要素図形のＳとＦが一致する例を示す断面図である。
【図５】この発明の一例の、正四角柱の芯にばね用線材を巻き取った時の、コイルばねの正面図である
【図６】同側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】この発明を実施するための形態について説明する。製造のためには、ばね用線材を巻き取る芯を、例えば平面の板、三角柱、四角柱、五角柱、六角柱をはじめとする、円柱以外の形状のものとする。ばね用線材を加熱しても、あるいは加熱せずとも良く、ばね用線材に弾性がある状態のまま芯に巻き取る。この発明のコイルばねは、デザイン性を高めた、コイルの断面が多角形のコイルばねである。ただし、コイルの繰り返しの単位をなす多角形の始点と終点が重ならない場合が多く、正確な多角形ではない。例えば、図１は、一辺の長さが（Ｌ）の正三角形の芯（１）に、４Ｌの長さのバネ用線材（２）を巻いた状態を示している。一定の張力でばね用線材を芯に巻き取った後、張力を低下させると、ばね用線材の弾性によって自動的に、図２に示したように芯の内角（θ０）よりも広い内角（θ）をもった、多角形のコイルばねが得られる。なお、内角（θ）は、０°＜θ＜１８０°である。また、平面の板を芯とした場合は、張力の低下以外に力を加えて芯から取り外しを容易にしてもよく、取り外された後に、同様の多角形が得られる。
【００２１】図２で得られた線材によって作られた図形を、要素図形と定義する。要素図形の内角を（θ）、一辺の長さを（Ｌ）、始点（Ｓ）から多角形を描いた後に辺と辺が初めて重なった線分の終点を（Ｆ）とすると、図３のように、この要素図形の全ての頂点を通る外接円を描くことが可能である。その外接円の半径（ｒ）は、ｒ＝Ｌ／２ｃｏｓ（θ／２）となる。要素図形の内角（θ）は、要素図形の始点（Ｓ）と終点（Ｆ）の外接円の弧に対する中心角（ａ）と、要素図形の辺の数ｎを用いるとθ＝（１８０（ｎ−２）−ａ）／ｎと表すことができる。ｎは３以上の自然数で様々な値をとることができる。始点（Ｓ）と終点（Ｆ）が角度（ａ）だけずれることによって、正確な多角形ではない。ずれ角（ａ）が０°の場合のみ、閉じた多角形となる。コイルが線分で形成されているため、側稜にずれ幅にしたがったらせん模様や多角形の頂点が複雑に組み合わさった複雑な模様が生じ、ずれ角（ａ）が０°の場合は直線模様を形成する。正三角形の芯に巻いたこの場合は、終点（Ｆ）から次の要素図形が描かれることが繰り返されるため、図４のような正面図になる。これによって、連続するコイルの頂点にはずれが生じ、側稜には各頂点がつながって生じたらせん模様が形成される。
【００２２】θは使用するばね用線材の弾性係数、密度、直径、あるいは芯の直径、辺数、θ０、もしくは巻き取り時の張力を変化させることによって、任意の値をとるため、製造できるコイルの形状は無限にあり、また、側稜に形成されるらせん模様のパターンも無限にある。正四角柱に巻き取ってできるばねの正面図を図５に、側面図を図６に示した。
【００２３】別の製造方法の例を説明する。平行、あるいは不規則に並んだ２本以上の任意の本数の細い芯を頂点とし、ばね用線材を巻き取る方法の例である。この方法の利点は、平面の板状の芯にばね用線材を巻き取った際に、巻き取られたばね用線材が取り外しにくいという点を解消できることである。また、コイルの径が大きいばねを製造する際に、太い芯を用いる必要がない点がある。
【００２４】製造の際の芯を、多角柱や平行に並んだ細い棒ではなく、例えば三角形の板や、多角錐のように、コイルの巻き取りが進むにつれて径が変化するものを用いる。この場合、連続的に要素図形、内角（θ）、側面の模様が変化する複雑な模様を持ったコイルばねを得ることができる。
【００２５】この発明のコイル形状を変化させるいずれかのパラメーターを調整し、このずれ角（ａ）を０にすることによって、コイル側面にらせん模様ではなく、正ｎ角形の頂点が側稜に平行に並んだばねを製造することも可能である。
【００２６】なお、内角（θ）が６０°未満の要素図形をもったコイルばねも製造可能である。その場合には、ばね用線材を板状の芯に巻き取る必要がある。この方法により、星形多角柱のばねや、二重らせん構造のばねなども製造可能である。
【符号の説明】
【００２７】１．芯に巻き取られたばね用線材
２．芯
３．要素図形の全ての頂点を通る外接円
４．要素図形の角
【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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