(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相手部材の所定面への弾性的押圧に利用されるとともに、山部および谷部からなる複数の波状部が形成された板ばねであり、
前記波状部を複数の領域に区画するスリットが設けられ、
前記相手部材の所定面に当接する複数の山部を有し、
前記スリットにより区画される各領域において、前記波状部の個数、前記波状部の波方向における山部の長さ、前記波状部の波方向における隣接する谷部どうしの間隔、前記波状部の高さ、および、前記波状部の前記波方向とは直交する方向における波状部の幅の少なくとも一つを前記相手部材の所定面の形状および剛性に応じて調整することにより、前記相手部材の所定面への押圧力の面内分布を有していることを特徴とする押圧用ばね。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相手部材の所定面を押圧する押圧用ばねに係り、特に押圧用ばねの構成の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
相手部材の所定面への弾性的押圧に利用されている押圧用ばねは、その所定面が大きな面積を有する相手部材に適用されている。押圧用ばねでは、下記のような各種用途に応じて、相手部材の所定面に加える押圧力（荷重）を均等に設定したり、所定の押圧力の面内分布を有するように設定する必要がある。
【０００３】
たとえば、複数枚の板材を積層して接着する場合、その積層構造の表面を均等に押圧する必要がある。また、ロボットの手などの把持部によって、凹凸状の表面を有する部材を把持する場合、その部材に対して荷重が１箇所に集中しないように所定の押圧力の面内分布を持たせる必要がある。さらに、凹凸を有する地盤等の表面に平板を載置する場合、平板から表面に加わる接地圧を凹凸に対応させて均一に設定する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上のような各種用途に使用される押圧用ばねとしては、圧縮コイルばねがある（たとえば特許文献１）。しかしながら、１つの圧縮コイルばねを用いる場合、相手部材との接触部分は円弧状のばね座巻部のみとなり、相手部材の表面への押圧力は局所的となるため、押圧力の大きな面内分布を得ることができない。また、この場合、圧縮コイルばねと相手部材との間に高剛性の押圧板を挿入することが考えられるが、部品点数が増加してしまう。さらに、圧縮コイルばねでは、圧縮時に螺旋状の巻回部どうしが密着し、ばね自体が高くなるため、必要なスペースが大きくなる。
【０００５】
圧縮コイルばねを用いた手法では、押圧力の大きな面内分布を得るために、相手部材の表面に配置する圧縮コイルばねを複数用いることが考えられる（たとえば特許文献１〜３）。しかしながら、この場合、スペースの問題が残る上に、圧縮コイルばねを複数用いるため、部品点数が増加し、配置の手間がかかってしまう。
【０００６】
そこで、押圧用ばねとして、中心部に孔を有する皿形状の皿ばね（たとえば特許文献４，５）や、皿ばねに波状が付されたウェーブスプリング（たとえば特許文献６）を用いる手法が考えられる。この手法では、圧縮コイルばねと比較して、圧縮時にばね自体の高さを低くすることができる。しかしながら、相手部材との接触部分が小さいため、押圧力の大きな面内分布を得ることが困難である。これに対処するためには、圧縮コイルばねと同様、相手部材との間に高剛性の押圧板を挿入することが考えられるが、部品点数が増加してしまう。
【０００７】
【特許文献１】特開平０９−２９１９４９号公報
【特許文献２】特開昭６１−１１２１３８号公報
【特許文献３】特開昭６３−１８９１０７号公報
【特許文献４】特開２００７−２５３２０７号公報
【特許文献５】特開２００８−０２５７２２号公報
【特許文献６】特開２００５−２８２８０７号公報
【０００８】
したがって、本発明は、必要なスペースの縮小化を図ることができ、配置の手間がかからないのはもちろんのこと、部品点数を増加することなく、押圧力の大きな面内分布を得ることができる押圧用ばねを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の押圧用ばねは、相手部材の所定面への弾性的押圧に利用されるとともに、山部および谷部からなる複数の波状部が形成された板ばねであり、波状部を複数の領域に区画するスリットが設けられ、相手部材の所定面に当接する複数の山部を有し、スリットにより区画される各領域において、波状部の個数、波状部の波方向における山部の長さ、波状部の波方向における隣接する谷部どうしの間隔、波状部の高さ、および、波状部の波方向とは直交する方向における波状部の幅の少なくとも一つを相手部材の所定面の形状および剛性に応じて調整することにより、相手部材の所定面への押圧力の面内分布を有していることを特徴としている。
【００１０】
本発明の押圧用ばねでは、相手部材の所定面に接触する複数の波状部の山部を板ばねに形成しているので、大きな面積を有する相手部材の所定面に適用した場合でも、その所定面との接触部分の面積を大きくすることができる。また、板ばねの波状部の各山部は、波方向において、互いに略独立した一種の両端固定梁として、弾性的に押圧力を発生することができる。この場合、相手部材の形状や剛性が波方向に異なっている場合、それに応じて押圧力を得ることができる。また、波方向の寸法を一定とすると、波状部の山部の個数および波方向と垂直な方向（幅方向）の寸法の設定によりばね全体の剛性が決定されることから、山部の個数および幅方向の寸法を適宜設定することにより、相手部材の所定面への必要な押圧力特性（荷重特性）を得ることができる。
【００１１】
ここで、本発明の押圧用ばねでは、上記のような板ばねの波状部をスリットによって複数の領域に区画しているので、スリットにより分割された各山部は、波方向に加えて、波方向とは直交する方向においても、互いに略独立した一種の両端固定梁として、弾性的に押圧力を発生することができる。したがって、スリットにより分割されていない各山部およびスリットにより分割された各山部を適宜設計することにより、相手部材の所定面の形状や剛性などに応じて、面内方向において均一な押圧力を得ることができるのはもちろんのこと、押圧力の大きな面内分布を得ることができる。
【００１２】
以上のような効果は、一体の板ばねに波状部およびスリットを形成するという簡単な構成で得ることができるから、高さ方向（板厚方向）に必要なスペースの縮小化を図ることができる。また、相手部材との間に押圧板などの部材を別途挿入する必要がないので、部品点数を低減することができ、これにより押圧用ばねの低価格化を図ることができる。さらに、簡単な構成であるから、故障を防止することができ、信頼性の向上を図ることができる。
【００１３】
本発明の押圧用ばねは種々の構成を用いることができる。たとえば押圧力の面内分布を得るために、山部およびスリットの設計を次のような手法により行うことができる。すなわち、スリットにより区画される各領域において、波状部の個数、波状部の波方向における山部の長さ（以下、波長）、波状部の波方向における隣接する谷部どうしの間隔（以下、波間隔）、波状部の高さ（以下、波高）、および、波状部の波方向とは略直交する方向における波状部の幅（以下、波幅）、の少なくとも一つを調整することができる。波幅は、スリットの個数や幅などで調整することができる。
【００１４】
この態様では、波状部を同等として波状部の個数を増加させることにより、押圧力を大きくすることができる一方、波状部を同等として波状部の個数を減少させることにより、押圧力を小さくすることができる。また、波長を短くすることにより、ばね定数を大きくし、押圧力を大きくすることができる一方、波長を長くすることにより、ばね定数を小さくし、押圧力を小さくすることができる。この場合、波間隔を適宜設定することにより、押圧力を変更することができる。波高を高くすることにより、波状部の変位が大きくなり、押圧力を大きくすることができる一方、波高を低くすることにより、波状部の変位が小さくなり、押圧力を小さくすることができる。波幅を広くすることにより、ばね定数を大きくし、押圧力を大きくすることができる一方、波幅を狭くすることにより、ばね定数を小さくし、押圧力を小さくすることができる。このように特性を有する波状部の個数、山部の波長、谷部どうしの波間隔、波状部の波高、および、波状部の波幅を適宜調整することにより、押圧力の所望の面内分布を得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の押圧用ばねによれば、相手部材の所定面に接触する複数の波状部の山部を板ばねに形成し、その板ばねの波状部をスリットによって複数の領域に区画しているので、必要なスペースの縮小化を図ることができ、配置の手間がかからないのはもちろんのこと、部品点数を増加することなく、押圧力の大きな面内分布を得ることができる等の効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る押圧用ばねの第１実施例の構成を表し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ線の断面図、（Ｃ）は１Ｃ−１Ｃ線の断面図、（Ｄ）は１Ｄ−１Ｄ線の断面図である。押圧用ばね１は、波状部の個数および山部の波長を調整している例である。
【００１７】
押圧用ばね１は、複数の波状部が形成された板ばねである。板ばねは、たとえば弾性を有する金属板である。押圧用ばね１には、波状部の波方向に延在する複数（たとえば５個）のスリット１０が形成されている。押圧用ばね１は、中央のスリット１０に対して対称な形状をなし、スリット１０により複数（この場合、６個）の領域１１〜１３に区画されている。押圧用ばね１では、相手部材の表面に対する押圧面は上面である。
【００１８】
押圧用ばね１では、領域１１〜１３において、波状部の個数および山部の波長を調整することにより、押圧力の所望の面内分布を得ている。すなわち、領域１１では、山部１１Ａおよび谷部１１Ｂを有する波状部が、たとえば１山分形成され、その１個の山部の波長はｌである。領域１２では、山部１２Ａおよび谷部１２Ｂを有する波状部が、たとえば２山分形成され、その１個の山部の波長は（１／２）ｌである。領域１３では、山部１３Ａおよび谷部１３Ｂを有する波状部が、たとえば３山分形成され、その１個の山部の波長は（１／３）ｌである。なお、ｌは、押圧用ばね１の波方向の長さである。一方、各領域１１〜１３において、スリット１０どうしの間隔（すなわち、波状部の波幅）はＷで等しく設定され、波状部の山部の頂点と谷部の下点との間隔（すなわち、波状部の波高）はｈで等しく設定されている。
【００１９】
以上のように押圧用ばね１では、波状部の全体長を同等として波状部の個数および波長を調整しており、波状部の個数が最多で波長が最短である領域１３の押圧力が最大であり、波状部の個数が最少で波長が最長である領域１３の押圧力が最小であり、波状部の個数および波長が領域１１と領域１３との間の値である領域１２の押圧力は、領域１１と領域１３との間の値である。また、領域１２では、各山部１２Ａは、その長さ、幅、高さが等しいので、各山部１２Ａの押圧力は等しい。領域１３では、各山部１３Ａは、その長さ、幅、高さが等しいので、各山部１３Ａの押圧力は等しく設定されている。
【００２０】
図２は、本発明の一実施形態に係る押圧用ばねの第２実施例の構成を表し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は（Ａ）の２Ｂ−２Ｂ線の断面図、（Ｃ）は２Ｃ−２Ｃ線の断面図である。押圧用ばね２では、波状部の波高を調整することにより、押圧力の所望の面内分布を得ている。以下の実施例および変形例では、第１実施例と同等な構成に関する説明は省略し、第１実施例と異なる構成について説明する。押圧用ばね２は、波状部の波高を調整している例である。
【００２１】
押圧用ばね２には、波状部の波方向に延在する複数（たとえば１個）のスリット２０が形成されている。押圧用ばね２は、スリット２０により複数（この場合、２個）の領域２１，２２に区画されている。領域２１では、山部２１Ａおよび谷部２１Ｂを有する波状部の波高はｈである。領域２２では、山部２２Ａおよび谷部２２Ｂを有する波状部の波高は（１／２）ｈである。一方、各領域２１，２２において、波状部の個数は１で、波状部の山部の波長はｌ、波状部の波幅がＷで等しく設定されている。
【００２２】
以上のように押圧用ばね２では、波状部の波高を調整しており、波状部の波高が高い領域２１は、波状部の波高が低い領域２２よりも、押圧力が大きく設定されている。
【００２３】
図３は、本発明の一実施形態に係る押圧用ばねの第３実施例の構成を表し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は（Ａ）の３Ｂ−３Ｂ線の断面図である。押圧用ばね３では、波状部の波幅を調整している例である。
【００２４】
押圧用ばね３には、山部３Ａおよび谷部３Ｂを有する波状部が、たとえば３個形成され、それぞれの山部３Ａ毎に領域３１〜３３が設定されている。領域３１には、波状部の波方向に延在する複数（たとえば４個）のスリット３０が形成されている。領域３２には、波状部の波方向に延在する複数（たとえば５個）のスリット３０が形成されている。領域３３には、領域３１と同様にスリット３０が形成されている。領域３１，３３は、領域３２とはスリットの個数、位置、および、スリットどうしの間隔が異なっている。領域３１，３３でのスリット間隔はＷ１で等しく、領域３２では中央部のスリット間隔がＷ１で、両端部のスリット間隔がＷ２（＞Ｗ１）である。一方、各領域３１〜３３において、波状部の個数は１で、波状部の山部の波長は（１／３）ｌ、波状部の波高がｈで等しく設定されている。
【００２５】
以上のように押圧用ばね３では、波状部の波幅を調整しており、波状部の波幅が狭い箇所（幅Ｗ１の箇所）は、波状部の波幅が広い箇所（幅Ｗ２の箇所）よりも、押圧力が小さく設定されている。
【００２６】
以上のように第１実施例で例示した波状部の個数および山部の波長の調整、第２実施例で例示した波状部の波高の調整、第３実施例で例示した波状部の波幅の調整を、適用される相手部材の所定面に応じて適宜組み合わせることができる。また、第１実施例〜第３実施例では、各山部を連続的に成形しているが、隣接する谷部どうしの間隔（以下、波間隔）を適宜調整して各山部を離散的に成形することができる。このように波状部の個数、山部の波長、谷部どうしの波間隔、波状部の波高、および、波状部の波幅の調整を適宜組み合わせるとともに、山部の波長、谷部どうしの波間隔、波状部の波高、および、波状部の波幅の大きさを適宜設定することにより、面内方向において均一な押圧力を得ることができるのはもちろんのこと、押圧力の大きな面内分布を得ることができる。
【００２７】
本実施形態の押圧用ばね１〜３では、相手部材の所定面に接触する複数の波状部の山部を板ばねに形成しているので、大きな面積を有する相手部材の所定面に適用した場合でも、その所定面との接触部分の面積を大きくすることができる。また、板ばねの波状部の各山部は、波方向において、互いに略独立した一種の両端固定梁として、弾性的に押圧力を発生することができる。この場合、相手部材の形状や剛性が波方向に異なっている場合、それに応じて押圧力を得ることができる。また、波方向の寸法を一定とすると、波状部の山部の個数および波方向と垂直な方向（幅方向）の寸法の設定によりばね全体の剛性が決定されることから、山部の個数および幅方向の寸法を適宜設定することにより、必要な押圧力特性（荷重特性）を得ることができる。
【００２８】
ここで、本実施形態の押圧用ばね１〜３では、上記のような板ばねの波状部をスリット１０，２０，３０によって複数の領域に区画しているので、スリット１０，２０，３０により分割された各山部は、波方向に加えて、波方向とは直交する方向においても、互いに略独立した一種の両端固定梁として、弾性的に押圧力を発生することができる。したがって、スリット１０，２０，３０により分割されていない各山部およびスリット１０，２０，３０により分割された各山部を適宜設計することにより、相手部材の所定面の形状や剛性などに応じて、面内方向において均一な押圧力を得ることができるのはもちろんのこと、押圧力の大きな面内分布を得ることができる。
【００２９】
以上のような効果は、一体の板ばねに波状部およびスリットを形成するという簡単な構成で得ることができるから、高さ方向（板厚方向）に必要なスペースの縮小化を図ることができる。また、相手部材との間に押圧板などの部材を別途挿入する必要がないので、部品点数を低減することができ、これにより押圧用ばね１〜３の低価格化を図ることができる。さらに、簡単な構成であるから、故障を防止することができ、信頼性の向上を図ることができる。
【００３０】
以上のように上記実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、上記実施形態では、波状部の波方向に対するスリットの設置方向を平行方向にしたが、これに限定されるものではなく、そのスリットの設置方向は任意の方向に設定することができる。たとえば、第３実施例で例示した領域３１〜３３が形成されている例において、図４，５に示すように、波状部の波方向に対するスリット４０の設置方向を斜め方向とすることができる。図４に示す押圧用ばね４では、スリット４０の長さを同等に設定し、図５に示す押圧用ばね５では、中央部のスリット４０と端部のスリット４０の長さが異なるように設定している。
【００３１】
また上記実施形態では、板ばねの外形を矩形としたが、これに限定されるものではなく、押圧用ばねの外形を任意に設定することができる。たとえば図６に示す押圧用ばね６のように、その外形を円形とすることができる。図６に示す押圧用ばね６では、スリット６０を、たとえば円周方向に延在させるとともに、中心に向かうに従って、その長さを短くなるように設定している。この場合、中心部のスリット６０は円形状をなしている。押圧用ばね６は、スリット６０により複数の領域に区画され、その区画領域毎に、複数の山部６Ａおよび谷部６Ｂを有する波状部が形成されている。
【００３２】
さらに本発明は、たとえば中抜き形状の押圧用ばねに適用することができる。たとえば、たとえば図７に示す押圧用ばね７のように、円形状の板ばねの中央部に円形状の孔７１を形成することができる。押圧用ばね７では、板ばねの本体部に、円周方向に延在するスリット７０を設け、スリット７０により外側領域７２および内側領域７３に区画している。外側領域７２および内側領域７３には、山部７Ａおよび谷部７Ｂを有する波状部が形成されている。この場合、半径方向にスリット７０を１個設けたが、その個数は複数でもよい。
【００３３】
以上のような変形例で例示したスリットの方向、板ばねの外形、および、中抜き形状は、適宜組み合わせることができる。この場合、波状部の個数、山部の波長、谷部どうしの波間隔、波状部の波高、および、波状部の波幅の調整を適宜組み合わせるとともに、山部の波長、谷部どうしの波間隔、波状部の波高、および、波状部の波幅の大きさを適宜設定することにより、面内方向において均一な押圧力を得ることができるのはもちろんのこと、押圧力の大きな面内分布を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る押圧用ばねの構成を表し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ線の断面図、（Ｃ）は１Ｃ−１Ｃ線の断面図、（Ｄ）は１Ｄ−１Ｄ線の断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る押圧用ばねの構成を表し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は（Ａ）の２Ｂ−２Ｂ線の断面図、（Ｃ）は２Ｃ−２Ｃ線の断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る押圧用ばねの構成を表し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は（Ａ）の３Ｂ−３Ｂ線の断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る押圧用ばねの変形例の構成を表す上面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る押圧用ばねの他の変形例の構成を表す上面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る押圧用ばねの他の変形例の構成を表す上面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る押圧用ばねの他の変形例の構成を表す上面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１〜７…押圧用ばね、３Ａ，６Ａ，７Ａ，１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ，２１Ａ，２２Ａ…山部、３Ｂ，６Ｂ，７Ｂ，１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂ，２１Ｂ，２２Ｂ…谷部、１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０…スリット
【図１】
0005085402.tif 000002
【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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