(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状に形成されかつ円周方向の一部で切れている偏平なばね材からなり、
側面方向から見て円弧状の山部と円弧状の谷部とこれら山部と谷部をつなぐ直線状のばね有効部とがばね材の円周方向に交互に設けられており、
しかも無荷重状態における山部の湾曲内側の曲率半径Ｒ1 が山部の高さＨ1 よりも小さくかつ谷部の湾曲内側の曲率半径Ｒ2 が谷部の深さＨ2 よりも小さく、上記ばね材の板厚をｔ、山部の湾曲内側の曲率半径をＲ1 、谷部の湾曲内側の曲率半径をＲ2 としたとき、ｔ≦Ｒ1 ≦５ｔ，ｔ≦Ｒ2 ≦５ｔであり、しかもこのばね材の円周方向両端部に近い位置にある山部の高さを、円周方向両端部から遠い位置にある山部の高さよりも大きくしたことを特徴とする波形ばね。
【請求項２】
円環状に形成されかつ円周方向の一部で切れている偏平なばね材からなり、
側面方向から見て円弧状の山部と円弧状の谷部とこれら山部と谷部をつなぐ直線状のばね有効部とがばね材の円周方向に交互に設けられており、
しかも無荷重状態における山部の湾曲内側の曲率半径Ｒ1 が山部の高さＨ1 よりも小さくかつ谷部の湾曲内側の曲率半径Ｒ2 が谷部の深さＨ2 よりも小さく、上記ばね材の板厚をｔ、山部の湾曲内側の曲率半径をＲ1 、谷部の湾曲内側の曲率半径をＲ2 としたとき、ｔ≦Ｒ1 ≦５ｔ，ｔ≦Ｒ2 ≦５ｔであり、しかもこのばね材の円周方向両端部に近い位置にある山部と谷部のピッチを、円周方向両端部から遠い位置にある山部と谷部のピッチよりも小さくしたことを特徴とする波形ばね。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば自動車のオートマチックトランスミッションの多板クラッチ機構をはじめとして、各種機器に使われる波形ばねに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等のオートマチックトランスミッションの多板クラッチ機構部には、クラッチ板のリターン用あるいはクラッチ接続時のショック吸収用として、ばねが内蔵されている。このばねには、皿ばねや波形ばねのようなリング状のばねが使われていたが、従来の皿ばねや波形ばねは、円周方向に切断面のない完全リングであるため、その製造はプレスによる打抜き・成形によるものであった。このため材料歩留まりがきわめて悪く、コストアップの原因となっていた。
【０００３】
上記の問題を解決するための手段として、帯状のばね材料をＣ形に成形し、このばね材の円周方向に山部と谷部を交互に成形したばね（いわゆる波形ばね）が開発された。この種のばねは、適宜長さに切断された帯状のばね材を用いることができるため、従来のプレス打抜きによるばねに比べて材料歩留まりが著しく向上するが、以下に述べるような問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の波形ばねは、図１３に模式的に示す波形ばね１のように、山部２と谷部３が交互に成形されており、山部２と谷部３との間の中間部分（ばね有効部４）がなだらかなカーブを描いて山部２と谷部３とに連続している。このような波形ばね１は、山部２と谷部３の曲率半径ｒがかなり大きなものとなっている。
【０００５】
上記波形ばね１が使用される際には、図１４に示すように、波形ばね１の厚み方向から互いに平行な一対の相手部品５，６によって荷重が負荷される。この場合、荷重の増加に伴って一方の相手部品５と山部２との接触部の長さが増加するとともに、他方の相手部品６と谷部３との接触部の長さも増加するため、ばね有効部４の長さが相対的に減少する。このためこの波形ばね１は、図１５に示すような非線形の荷重−変位特性を示すようになる。
【０００６】
このため従来の波形ばね１は、山部２や谷部３の形状によっては、必要以上に極端な非線形特性となってしまい、要求される荷重−変位特性を満足できないことがあるばかりでなく、実用に適さないこともありえる。
【０００７】
また上記波形ばね１は、図１６に示すように円周方向の一部が切れているために、切れ目のない完全リングのばねに比べて、円周方向両端部７，８において剛性が不連続となっている。しかも円周方向の一部が切れている波形ばね１の場合には、荷重が負荷された時に両端部７，８以外の箇所ではばね有効部４が両端から曲げモーメントを受けるのに対し、両端部７，８付近においてはこのような曲げモーメントが生じないため、両端部７，８付近の荷重が低くなり、円周上の荷重分布にアンバランスを生じている。
【０００８】
これらの理由から、各山部２の反力と各谷部３の反力の合力の中心がばね１の中心軸から偏心することがある。こうした荷重分布のアンバランスが生じると、波形ばね１が例えばクラッチ板付勢用ばねとして用いられる場合などにおいて、波形ばね１を付勢するクラッチ作動用油圧ピストンがシリンダに対して傾いてしまい、ピストンの動きが阻害されるなどして、作動不良の原因になることがあった。
【０００９】
また、波形ばねに荷重が負荷されて変位する時に、このばねは密着状態に近付くにつれて周長が伸びようとするため、通常は外径が拡大する方向の変位を生じる。ところがこの波形ばねの外周側が相手部品などによって囲まれていて外周側が拘束されるような使われ方をする場合には、波形ばねの周長が伸びようとしても径方向には変位できず、周方向でしか変位できない。このため周方向に自由度がないと、ばねが剛となって急激な荷重増加を生じることになり、最悪の場合はばねが折損する。
【００１０】
従って本発明の目的は、波形ばねの荷重−変位特性が極端な非線形特性になることを回避でき、荷重分布を均一化に近付けることができ、また、変位量が大きい時の周長の増加分を吸収できるような波形ばねを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を果たすために開発された本発明の波形ばねは、円環状に形成されかつ円周方向の一部で切れている偏平なばね材からなり、側面方向から見て円弧状の山部と円弧状の谷部とこれら山部と谷部をつなぐ直線状のばね有効部とがばね材の円周方向に交互に設けられており、しかも無荷重状態における山部の湾曲内側の曲率半径Ｒ1 が山部の高さＨ1 よりも小さくかつ谷部の湾曲内側の曲率半径Ｒ2 が谷部の深さＨ2 よりも小さく、上記ばね材の板厚をｔ、山部の湾曲内側の曲率半径をＲ1 、谷部の湾曲内側の曲率半径をＲ2 としたとき、ｔ≦Ｒ1 ≦５ｔ，ｔ≦Ｒ2 ≦５ｔであり、しかもこのばね材の円周方向両端部に近い位置にある山部の高さを、円周方向両端部から遠い位置にある山部の高さよりも大きくしたことを特徴とする。また本発明では、ばね材の円周方向両端部に近い位置にある山部と谷部のピッチを、円周方向両端部から遠い位置にある山部と谷部のピッチよりも小さくしたことも特徴とする。
【００１２】
【作用】
請求項１に記載された本発明の波形ばねは、従来の波形ばねに比べて山部と谷部がエッジ状に近付くことにより、荷重負荷時における相手部品と波形ばねとの接触域の増加が防止され、ばね有効部の減少が回避される。
【００１３】
また、Ｒ1 とＲ2 をばね材の板厚ｔ以上とすることで、山部あるいは谷部における過剰な応力の発生を防いでいる。  
【００１５】
また、請求項１に記載した波形ばねでは、円周方向両端部に近い位置（ばねの切れ目付近）にある山部の高さを、円周方向両端部から遠い位置にある山部の高さよりも大きくしたことにより、このばねを相手部品によって変位させた時に円周方向両端部におけるばね有効部の変位量を大きくして、切れ目付近の荷重低下を補うようにしている。また、請求項２に記載の波形ばねでは、ばねの切れ目付近における山部と谷部の密度が高くなることにより、円周方向両端部が受ける荷重を増して円周上の荷重分布のバランスをとるようにしている。
【００１６】
【実施例】
以下に本発明の第１実施例について、図１〜図８を参照して説明する。
図４に示す波形ばね１０は、平面形状が円環状をなす偏平なばね材１１からなる。ばね材１１は、帯板状のばね鋼である。この波形ばね１０は、図１ないし図３に示すように、側面方向から見て円弧状の山部１５と、円弧状の谷部１６と、これら山部１５と谷部１６をつなぐ直線状のばね有効部１７を、ばね材１１の円周方向に交互に設けたものである。図示例の山部１５と谷部１６は、ばね材１１の円周方向におおむね等ピッチで設けられている。
【００１７】
この波形ばね１０は、図１に模式的に示したように、無荷重状態における山部１５の湾曲内側の曲率半径Ｒ1 が山部１５の高さＨ1 よりも小さく、かつ、谷部１６の湾曲内側の曲率半径Ｒ2 が谷部１６の深さＨ2 よりも小さい。ばね有効部１７は山部１５の円弧と谷部１６の円弧の接線方向に直線状に延びている。
【００１８】
この波形ばね１０は、図２に示すように、互いに平行な相手部品２０，２１の間に挟まれた状態で使用されるが、相手部品２０，２１の距離を近付けて荷重を増加させたとき、山部１５と谷部１６の接触域が増加することを防ぐために、山部１５の曲率半径Ｒ1 と谷部１６の曲率半径Ｒ2 を、ばね材１１の板厚ｔの５倍以下としている。
【００１９】
図１中の破線ｍは従来の波形ばねの輪郭を示しており、従来の波形ばねに比べると本実施例の波形ばね１０は山部１５と谷部１６がエッジ状であって、ばね有効部１７のふくらみが無くなった形状になっている。このように山部１５と谷部１６の形状をエッジ状に近付けることによって、荷重増加時にばね有効部１７の長さが減少することを防いでいる。これにより、荷重−変位特性が極端な非線形特性になることを回避できるようになった。このような山部１５と谷部１６のエッジ形状は、円周方向に切れ目のない完全リング状の波形ばねにおいても同様の効果が認められた。
【００２０】
なお、山部１５と谷部１６の曲率半径Ｒ1 ，Ｒ2 が小さくなるにつれて、山部１５と谷部１６の応力が増加する傾向がある。このことも考慮に入れて、有限要素解析の結果により、Ｒ1 ，Ｒ2 をいずれもばね材１１の板厚ｔ以上とした。
【００２１】
図３に示すように、ばね材１１は円周方向の一部で切れているから、そのままでは円周方向両端部３０，３１付近において荷重分布がアンバランスになる可能性がある。そこでこの実施例では図５に一方の端部３０を代表して示すように、端部３０に近い位置にある山部１５ａの高さＴ1 を、端部３０から遠い位置にある山部１５の高さＴ2 よりも高くしている。この場合、相手部品２０，２１間の距離を近付けて波形ばね１０を変位させた時に、円周方向両端部３０，３１付近のばね有効部１７ａの撓みが他の部位のばね有効部１７の撓みよりも大きくなるため、円周方向両端部３０，３１付近の荷重低下を補うことができる。
【００２２】
これにより、円周上の荷重分布のアンバランスを少なくすることができ、各山部１５の反力と各谷部１６の反力の合力の中心がこのばね１０の中心軸上に位置するようになるため、例えば多板クラッチ機構のクラッチ付勢用波形ばねなどにおいて、ばねを押す油圧ピストンがシリンダに対して傾くことがなくなり、作動不良の原因を解消できた。
【００２３】
なお、円周上の荷重分布のアンバランスを解消する手段として、図６に示すように、ばね材１１の円周方向両端部３０，３１に近い位置にある山部１５ｂと谷部１６ｂのピッチを、円周方向両端部３０，３１から遠い位置にある山部１５と谷部１６のピッチよりも小さくすることにより、両端部３０，３１付近の単位長さ当りの波数を多くして荷重低下を補うようにしてもよい。
【００２４】
また、ばね材１１の円周方向両端部３０，３１には、図７に示すように、両端部３０，３１が互いに厚み方向に重なった状態でばね材１１の円周方向に相対移動できるような逃げ部３２が設けられている。この逃げ部３２は一方の端部３０を曲げ加工したものである。逃げ部３２を設けたことにより、波形ばね１０の外周側が拘束された状態で使われても、ばね１０の変位による周長の伸びを両端部３０，３１において吸収することが可能となり、両端部３０，３１同志の干渉による影響も回避されてスムーズな特性を得ることができた。
【００２５】
なお、図８に示した逃げ部３２のように、ばね材１１の円周方向両端部３０，３１が互いに重なることができるように、潰し加工によって両端部３０，３１の板厚に段差を設けることにより、両端部３０，３１が重なった状態でも円周方向に自由度をもたせるようにしてもよい。
【００２６】
図９は、本発明の他の実施例を示している。この波形ばね１０は、図１０に模式的に示すように、山部１５と谷部１６にそれぞれ半円状突起５０，５１を設けており、山部１５の半円状突起５０の基部と谷部１６の半円状突起５１の基部とが直線状のばね有効部１７によってつながれている。
【００２７】
図１１に示すようにこの波形ばね１０も相手部品２０，２１の間に挟まれた状態で使用されるが、荷重を負荷した時に荷重の増加に伴って山部１５と谷部１６の接触域が増加することを防ぐために、前記実施例と同様に、無荷重状態における山部１５の湾曲内側の曲率半径Ｒ1 を山部１５の高さＨ1 よりも小さくし、かつ、谷部１６の湾曲内側の曲率半径Ｒ2 を谷部１６の深さＨ2 よりも小さくしているとともに、山部１５の曲率半径Ｒ1 と谷部１６の曲率半径Ｒ2 をばね材１１の板厚ｔの５倍以下としている。
【００２８】
この場合も、山部１５と谷部１６の曲率半径Ｒ1 ，Ｒ2 が小さくなり過ぎると山部１５と谷部１６の応力が増加するため、応力増加も考慮して、有限要素解析の結果により、Ｒ1 ，Ｒ2 をいずれもばね材１１の板厚ｔ以上とした。
上記のような半円状突起５０，５１を採用したことにより、荷重増加時にばね有効部１７が減少することを更に効果的に回避できるようになり、荷重−変位特性をほぼ直線な特性に近付けることができた。
【００２９】
この実施例のばね材１１も円周方向の一部で切れており、図１２に示すようにばね材１１の円周方向両端部３０，３１に前記実施例と同様の逃げ部３２が設けられているとよい。また、円周方向の荷重分布のアンバランスを解消することを目的として、図５または図６に示す実施例と同様の構造が採用される。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１に記載した本発明によれば、波形ばねの荷重−変位特性が極端な非線形特性になることを抑制できる。また、適宜長さに切断された帯状のばね材を用いることができるため、プレス打抜きによって製作するものに比べて材料歩留まりが著しく向上する。また、山部と谷部の応力が過剰になることを回避できかつ所望の山部と谷部のエッジ形状が得られる。  
【００３１】
請求項１と請求項２に記載の波形ばねは、ばね材が円周方向の一部で切れていても荷重分布を均一化に近付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す波形ばねの一部を模式的に示す側面図。
【図２】図１に示された波形ばねに荷重を加えた状態の側面図。
【図３】本発明の一実施例を示す波形ばねの一部の断面図。
【図４】図３に示された波形ばねの全体の平面図。
【図５】波形ばねの端部の断面図。
【図６】波形ばねの山部と谷部のピッチを円周方向に変化させた例を示す平面図。
【図７】波形ばねの両端部が重なった状態の断面図。
【図８】波形ばねの両端部の変形例を示す断面図。
【図９】本発明の他の実施例を示す波形ばねの一部の断面図。
【図１０】図９に示された波形ばねの一部を模式的に示す側面図。
【図１１】図１０に示された波形ばねに荷重を加えた状態の側面図。
【図１２】図１０に示された波形ばねの両端部が重なった状態の断面図。
【図１３】従来の波形ばねを模式的に示す側面図。
【図１４】図１３に示された従来の波形ばねに荷重を加えた状態の側面図。
【図１５】従来の波形ばねの荷重と変位の関係を示す図。
【図１６】従来の波形ばねの平面図。
【符号の説明】
１０…波形ばね                      １１…ばね材
１５…山部                          １６…谷部
１７…ばね有効部                    ３０，３１…円周方向両端部
３２…逃げ部                        ５０，５１…半円状突起
【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】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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