(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
線材を円弧状に巻回して形成したコイル部と、このコイル部からそれぞれ接線方向に引出したアーム部と、このアーム部の端部にフックを有し、前記コイル部、アーム部およびフックを実質的に略同一平面上に形成すると共に、前記コイル部が、曲率半径が異なる複数の巻回部からなり、これらの巻回部の曲率中心がオフセットしていることを特徴とするループスプリング。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、端部にフックを有するループスプリングに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図１１に示すように、ばねのコイル部５１の端部を加工してフック５２とした引張コイルばね５０がある。これは一般にＵフックと呼称し、コイル部５１から引出した素線の端部を軸方向に起こし、曲げ加工してフック５２としている。
【０００３】
このようなＵフックは加工が比較的容易で、例えば、事務機等の開閉部におけるリターンばねとして良く使用されている。また、引張コイルばね５０には、Ｕフックの他、半丸フック、逆丸フック、角フック、Ｖフック等、用途や装着スペースによって各種の仕様があり、これらはフック５２の形状によって呼称は変わるが、基本的には円筒状に巻回したコイル部５１から引出した素線の端部を軸方向に起こし、前記した形状に曲げ加工してフック５２を形成していることには変わりがなく、一般にフォーミングマシン等の自動成形機を用いて製造している。
【０００４】
開閉部のリターンばねとして使用する引張コイルばね５０は、通常、支点側のピン５３と可動側のピン５４の間に跨って引張荷重を付与した状態で張架しており、開閉の度に繰り返し荷重を受けている。こうした引張コイルばね５０では、伸縮と同時にコイル部５１には捩じり応力、フック５２には曲げ応力、また、円筒状のコイル部５１から素線を引出したＰ部付近には、捩じり応力と曲げ応力が生じている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、こうした従来形状の引張コイルばね５０では、折損等の不具合モードを検証すると、一般的に円筒状のコイル部５１から素線を引出したＰ部付近に集中することが明らかになった。そこで、本出願人はこうした不具合の発生原因について究明したところ、引張コイルばねの製品品質以外に、その形状にも原因があることに着眼した。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、薄型小スペースで、繰り返し荷重が加わっても疲労破損が起き難いようにばね形状を改良してその耐久性を向上したループスプリングを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１記載の発明は、線材を円弧状に巻回して形成したコイル部と、このコイル部からそれぞれ接線方向に引出したアーム部と、このアーム部の端部にフックを有し、前記コイル部、アーム部およびフックを実質的に略同一平面上に形成すると共に、前記コイル部が、曲率半径が異なる複数の巻回部からなり、これらの巻回部の曲率中心がオフセットしているループスプリングとした。
【０００８】
このように、コイル部から接線方向にアーム部を引出すことによって、薄型で小スペース化ができると共に、従来と同じばね特性で低コスト化を図ることができる。また、曲率半径の大きな巻回部に最大応力点が移行するため、繰り返し荷重においても耐久性を向上させることができる。さらに、コイル部を曲率半径が異なる複数の巻回部で構成し、これらの巻回部の曲率中心をオフセットすることにより、薄型で小スペースでありながら、ばねに生じる応力を軽減することができると共に、ばねの撓み量を拡大することも可能となる。また、非線形のばね特性を得ることができ、その使用用途の拡大が図れると共に、複数の巻回部を同じ巻き方向とすることにより、ばね自体の落ち着きを良好にし、ばねに発生するモーメント等のこじれを抑制することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係るループスプリングの第１の実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【００１５】
図１は、ピアノ線、ばね用ステンレス鋼線等を断面円形の素線として巻回して形成したループスプリング１で、円弧状の単一の巻回部２ａを有するコイル部２と、このコイル部２の接線方向に引出したアーム部３と、このアーム部３の端部にフック４を有している。これらのコイル部２、アーム部３およびフック４は、略同一平面上で形成し、フック４は、この平面上で、アーム部３から同一方向にカールして図示しない支点側ピン、可動側ピン等に係止して使用する。
【００１６】
フック４の曲率半径ｒ２は同一で、また巻回部２ａの曲率半径ｒ１に比べ小さく（ｒ１＞ｒ２）形成している。これにより、ピン間に張架したループスプリング１は、ほぼアーム部３の軸線に沿って巻回部２ａの曲率半径ｒ１を次第に縮径させながら伸張する。ここで交叉部ｍの位置は変わらないため、ばねにモーメント等のこじれは発生しない。
【００１７】
コイル部２からそれぞれ接線方向にアーム部３を引出すことによって、薄型で小スペース化ができると共に、従来と異なり、曲率半径の大きな巻回部２ａの頂点ｎ、すなわち、交叉部ｍと対向する位置に最大応力点が移行するため、繰り返し荷重においても耐久性を向上させることができる。
【００１８】
本発明に係るループスプリングは、従来の捩じり応力を利用した引張コイルばねと異なり、ばねの曲げ応力を利用しているが、従来の引張コイルばねと比較し、本出願人が実施したばね特性に関する解析結果を以下に示す。
【００１９】
本発明品のサンプルはＳＷＰＢからなる線径ｄ＝φ１．０の素線を使用し、巻回部２ａの中心径Ｄは、Ｄ／ｄ＝１６になるように成形している。また、比較した従来の引張コイルばねのサンプルは、同じく線径ｄ＝φ１．０、巻数５．５巻で、巻回部の中心径Ｄは、Ｄ／ｄ＝８のものを使用した。
【００２０】
図２は、本発明品のサンプルの荷重と撓み線図、図３は比較例の荷重と撓み線図を示す。本発明品はほぼ計算通りのばね定数となり、ばね特性は線形をなしていることが判る。また、最大応力は材料引張強さ２３０ｋｇｆ／ｍｍ２以下の１８５ｋｇｆ／ｍｍ２となり、一般的な許容応力係数０．７を超えた位置でへたり現象が現れていることが判った。一方、比較例の最大応力は８８ｋｇｆ／ｍｍ２となり、一般的な許容応力係数０．４５以下の０．４付近でへたり現象が発生した。
【００２１】
このことから、本発明品は比較例に比べ撓み量が減少するも、線形のばね特性を有することが判った。なお、本発明品の巻回部２ａの中心径Ｄを、Ｄ＝φ１６からφ２５の略１．６倍に大きくすることによって、比較例と同等の撓み量になることが判った。したがって、従来の引張コイルばねに比べ、本実施形態のループスプリング１では、同一ばね特性になるように形成した場合、素線が略４０％の削減となり、小型軽量化を図ることができると共に、加工が容易で量産性が良く、管理項目も少なくなるため、低コスト化が図れる。
【００２２】
また、従来の引張コイルばねでは、コイル部からフックへの起し曲げ部があるため、特に撓み量が少ない時にはこの部位が影響して荷重が線形とならないが、本実施形態のループスプリングでは、コイル部２の接線方向にアーム部３を有しているため線形のばね特性を得ることができ、ばねの応答性を高めることができる。
【００２３】
さらに、通常、この種の引張コイルばねでは、耐久性を向上させるためにばね成形後に低温焼鈍、所謂ブルーイングを施すが、この熱処理や特にメッキ等の表面処理において、従来の引張コイルばねでは、特にコイル部の内径側にムラが発生する恐れがあるが、本実施形態のように、実質的に同一平面上にコイル部２、アーム部３およびフック４を有しているため、均一に表面処理を施すことができ、品質的にも安定する。
【００２４】
図４は、本発明に係るループスプリングの第２の実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。前述した第１の実施形態と異なる点は素線の断面形状が異なるのみで、その他同一部位には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００２５】
図４において、矩形断面の素線を巻回して形成したループスプリング１で、円弧状の単一の巻回部２ａを有するコイル部２と、このコイル部２の接線方向に引出したアーム部３と、このアーム部３の端部にフック４を有している。これらのコイル部２、アーム部３およびフック４は、略同一平面上で形成し、フック４は、この平面上で、アーム部３から同一方向にカールして形成している。この実施形態では、長辺をコイル部の平面と実質的に略平行になるようにすることによって、ばね定数を増大することができ、小スペースで剛性の高い仕様とすることができる。なお、素線の断面が長短軸を有する楕円状であっても良い。また、フック４も円弧状のものを例示したが、Ｕ字状やＶ字状等、適用形態に応じて適宜変更することができる。さらに、フック４の曲げ方向も同様である。
【００２６】
図５は、本発明に係るループスプリングの第３の実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。前述した第１、２の実施形態と異なる点はコイル部の構成のみで、その他同一部位には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００２７】
図５のループスプリング５は、コイル部６が二つの巻回部２ａ、２ｂを有し、かつその曲率中心がアーム部３の軸線方向にオフセットしている。本出願人が実施した解析結果では、図５に示す荷重と撓み線図からも判るように、ほぼ計算値と同等のばね特性を有し、そのばね定数は単一の巻回部２ａを有する第１の実施形態の１／２で、撓み量は２倍となっている。
【００２８】
図６に示したループスプリング７は前述した第３の実施形態の変形例で、コイル部８が二つの巻回部２ａ、２ｂ’を有し、かつその曲率中心がアーム部３の軸線方向にオフセットしている点では図４に示したものと同一であるが、一方の巻回部２ａが右巻きに対し、他方の巻回部２ｂ’が左巻きとなっている。このことにより、アーム部３、３を同一軸線上に配置することができ、ばねに発生するモーメント等のこじれをさらに抑制することができる。
【００２９】
図７に示したループスプリング９は前述した第３の実施形態の変形例で、コイル部１０が二つの巻回部２ａ、２ｂを有し、かつその曲率中心がアーム部３の軸線方向にオフセットしている点では図４に示したものと同一であるが、一方の巻回部２ａの交叉部ｍと他方の巻回部２ｂの交叉部ｍとが接近し、巻回部２ａ、２ｂが一部重合している。こうすることにより、一層の小型軽量化を図ることができる。
【００３０】
図８は、本発明に係るループスプリングの第４の実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。前述した第３の実施形態と異なる点はコイル部の構成のみで、その他同一部位には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３１】
図８のループスプリング１１は、コイル部１２が同心上に三つの巻回部２ａ、２ａ、２ａを有し、円筒状に形成している。このような構成にすれば、第２の実施形態と同様のばね特性と撓み量を得ることができ、かつ長手方向のスペースを小さくすることができる。
【００３２】
図９は、本発明に係るループスプリングの第５の実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。前述した第４の実施形態と異なる点はコイル部の構成のみで、その他同一部位には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３３】
図９のループスプリング１３は、コイル部１４が複数の巻回部２ａ、２ｃを有している点では図８に示したものと同一であるが、その曲率半径ｒ３を小さくした巻回部２ｃを交叉部ｍと対向する側に形成している。このような構成にすれば、非線形のばね特性を得ることができ、その使用用途を拡大することができる。
【００３４】
また、図１０に示したループスプリング１５は図９の変形例で、双方２ａ、２ｃ’共右巻きとなっている。このことにより、アーム部３、３は略同一軸線上に配置することができ、ばね自体の落ち着きを良好にし、ばねに発生するモーメント等のこじれを抑制することができる。
【００３５】
本発明に係るループスプリングは薄型で小型軽量で、その巻回部の大きさ、位置および数等のコイル部の構成適宜変更し、用途や仕様に応じてばね特性や撓み量を変更することができるため、特に事務機等の小型軽量化が要求される用途に好適で適用範囲が広がる。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係るループスプリングは、線材を円弧状に巻回して形成したコイル部と、このコイル部からそれぞれ接線方向に引出したアーム部と、このアーム部の端部にフックを有し、コイル部、アーム部およびフックを実質的に略同一平面上に形成すると共に、コイル部が、曲率半径が異なる複数の巻回部からなり、これらの巻回部の曲率中心がオフセットしているループスプリングとしたので、薄型で小スペース化ができると共に、従来と同じばね特性で低コスト化を図ることができる。また、曲率半径の大きな巻回部に最大応力点が移行するため、繰り返し荷重においても耐久性を向上させることができる。さらに、コイル部を曲率半径が異なる複数の巻回部で構成し、これらの巻回部の曲率中心をオフセットすることにより、薄型で小スペースでありながら、ばねに生じる応力を軽減することができると共に、ばねの撓み量を拡大することも可能となる。また、非線形のばね特性を得ることができ、その使用用途の拡大が図れると共に、複数の巻回部を同じ巻き方向とすることにより、ばね自体の落ち着きを良好にし、ばねに発生するモーメント等のこじれを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明に係るループスプリングの第１の実施形態を示す平面図である。
（ｂ）は同上、正面図である。
【図２】同上、荷重と撓み量を示すばね特性線図である。
【図３】従来の引張コイルばねの荷重と撓み量を示すばね特性線図である。
【図４】（ａ）は本発明に係るループスプリングの第２の実施形態を示す平面図である。
（ｂ）は同上、正面図である。
（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図５】（ａ）は本発明に係るループスプリングの第３の実施形態を示す平面図である。
（ｂ）は同上、正面図である。
【図６】（ａ）は同上、変形例を示す平面図である。
（ｂ）は同上、正面図である。
【図７】（ａ）は同上、変形例を示す平面図である。
（ｂ）は同上、正面図である。
【図８】（ａ）は本発明に係るループスプリングの第４の実施形態を示す平面図である。
（ｂ）は同上、正面図である。
【図９】（ａ）は本発明に係るループスプリングの第５の実施形態を示す平面図である。
（ｂ）は同上、正面図である。
【図１０】（ａ）は同上、変形例を示す平面図である。
（ｂ）は同上、正面図である。
【図１１】（ａ）は従来の引張コイルばねを示す平面図である。
（ｂ）は同上、正面図である。
【符号の説明】
１、５、７、９、１１、１３、１５・・・ループスプリング
２、６、８、１０、１２、１４、１６・・・コイル部
２ａ、２ａ’、２ｂ、２ｂ’、２ｃ、２ｃ’・・巻回部
３・・・・・・・・・・・・・・・・・・・アーム部
４・・・・・・・・・・・・・・・・・・・フック
５０・・・・・・・・・・・・・・・・・・引張コイルばね
５１・・・・・・・・・・・・・・・・・・コイル部
５２・・・・・・・・・・・・・・・・・・フック
５３・・・・・・・・・・・・・・・・・・支点側ピン
５４・・・・・・・・・・・・・・・・・・可動側ピン
ｄ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・素線の線径
Ｄ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・巻回部の外径
ｍ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・交叉部
ｎ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・頂点
Ｐ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・引出し部
ｒ１・・・・・・・・・・・・・・・・・・巻回部の曲率半径
ｒ２、ｒ３・・・・・・・・・・・・・・・フックの曲率半径
【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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