JP4525920B2 - 筒状ばね - Google Patents

Description

本発明は、例えばピエゾアクチュエータやベッドのクッションなどに用いられる筒状ばねに関する。

円筒ばねには、多数のスリットが規則的に配置されている。スリットの形状としては、長方形、菱形、長円形などが用いられる（例えば、特許文献１〜３参照）。一例として、図２７に、長円形のスリットを有する円筒ばねの斜視図を示す。図に示すように、円筒ばね１００には、スリット１０１が多数開設されている。スリット１０１は、周方向に延びる長円形を呈している。当該スリット１０１により、円筒ばね１００は、筒軸方向に弾性変形可能である。

特許文献４には、骨型のスリットを有する円筒ばねが紹介されている。図２８に、同文献記載の円筒ばねに配置されているスリットの正面図を示す。なお、図２７と対応する部位については、同じ符号で示す。図２８に示すように、スリット１０１は、一対の端部１０２と連結部１０３とを備えている。連結部１０３は、長方形状を呈している。連結部１０３の周方向両端には、各々端部１０２が連結されている。端部１０２は、曲率中心Ｘを中心とする真円状を呈している。端部１０２と連結部１０３との接続部には、角張ったコーナー部Ｙが形成されている。
特開昭５０−１１６８５７号公報 実公平６−１５１４４号公報 特開平９−１４４７９４号公報 国際公開第００／０８３５３号パンフレット

しかしながら、特許文献１〜４に記載の円筒ばねによると、筒軸方向から荷重が加わる場合、スリット１０１周辺における特定の部位に、応力が集中しやすかった。言い換えると、スリット１０１周辺の応力分布に、偏りが発生しやすかった。

本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、当該応力分布の偏りが、スリット１０１の形状に起因していることを見出した。本発明は、当該発明者の知見に基づいて完成されたものである。本発明は、スリット周辺の応力分布に、偏りが発生しにくい筒状ばねを提供することを目的とする。

（１）上記課題を解決するため、本発明の筒状ばねは、周方向に延在する複数のスリットが配置された筒状ばねであって、前記スリットは、周方向に対向して配置され各々周方向先端に向かって先細る一対の端部と、一対の該端部同士を結ぶ連結部と、を備え、該連結部の筒軸方向最大幅は、該端部の筒軸方向最大幅未満に設定されており、該スリットの全てのコーナー部は、曲線状を呈していることを特徴とする。

本発明の筒状ばねのスリットは、各々反対方向に先細る一対の端部を、連結部で繋いだ形状を呈している。並びに、スリットの全てのコーナー部は、曲線状を呈している。つまり、前出図２８に示すコーナー部Ｙのような角張ったコーナー部は配置されていない。

本発明の筒状ばねのスリットによると、後述するＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ）解析からも明らかなように、筒軸方向から荷重が加わる場合、スリット周辺に、応力集中部位が発生しにくい。つまり、スリット周辺の応力分布に、偏りが発生しにくい。このため、同じ荷重が加わる場合、従来の筒状ばねよりも、本発明の筒状ばねの方が、使用寿命が長くなる。スリット周辺に応力集中部位が発生しにくいのは、先細り形状の端部や曲線状のコーナー部周辺の肉部（筒状ばねの肉部分）の筒軸方向幅が、周方向に沿って緩やかに変化するためと考えられる。

なお、本発明における「周方向先端に向かって先細る」とは、端部が曲線のみで構成される場合、複数の曲率中心を有することが前提となる（この点、前出図２８の端部１０２は、単一の曲率中心Ｘを有している）。あるいは、曲率中心が、アステロイド曲線（端部が楕円形の場合）などの軌跡を描くことをいう。

（２）好ましくは、一対の前記端部は、各々、周方向先端に行くにつれ接近する一対の直線部を持つ鏃状を呈している構成とする方がよい。本構成によると、端部が、一対の直線部を持つ鏃（ａｒｒｏｗ−ｈｅａｄ）状を呈している。本構成によると、一対の直線部周辺の肉部の筒軸方向幅が、周方向に沿って緩やかに変化する。このため、さらに、スリット周辺の応力分布に、偏りが発生しにくい。

（３）好ましくは、上記（２）の構成において、前記直線部と前記連結部との間には、湾曲方向の異なる二つの曲線部からなるＳ字部が介在している構成とする方がよい。つまり、本構成は、端部と連結部とを、Ｓ字部で接続するものである。本構成によると、Ｓ字部周辺の肉部の筒軸方向幅が、周方向に沿って緩やかに変化する。このため、さらに、スリット周辺の応力分布に、偏りが発生しにくい。

（４）好ましくは、上記（２）の構成において、一対の前記直線部同士の挟角θは、５０°以上に設定されている構成とする方がよい。挟角θを５０°以上としたのは、５０°未満の場合、端部が周方向に過度に尖り、スリット周辺の応力分布に、却って偏りが発生しやすくなるからである。

また、好ましくは、上記（２）の構成において、一対の前記直線部同士の挟角θは、６８°以下に設定されている構成とする方がよい。挟角θを６８°以下としたのは、６８°超過の場合、端部が鈍角になり、スリット周辺の応力分布に、偏りが発生しやすくなるからである。

（５）好ましくは、前記端部の筒軸方向最大幅ｂと前記連結部の筒軸方向最大幅ａとの比ｂ／ａは、１．１５以上に設定されている構成とする方がよい。比ｂ／ａを１．１５以上としたのは、１．１５未満の場合、連結部が端部に対して括れた状態でなくなり、スリット周辺の応力分布に、偏りが発生しやすくなるからである。

また、好ましくは、前記端部の筒軸方向最大幅ｂと前記連結部の筒軸方向最大幅ａとの比ｂ／ａは、１．１９以下に設定されている構成とする方がよい。比ｂ／ａを１．１９以下としたのは、１．１９超過の場合、端部が連結部に対して過度に張り出した状態になり、筒軸方向に隣接する他のスリットとの間隔が小さくなるからである。つまり、互いに筒軸方向に隣接する二つのスリット間の肉部の筒軸方向幅が、過度に小さくなるからである。

（６）好ましくは、周方向点線状に連なる複数の前記スリットからなるスリット列は、筒軸方向に複数配列されており、筒軸方向に隣接する該スリット同士は、互いに周方向にずれて配置されている構成とする方がよい。本構成によると、筒状ばねの周方向において、応力分布の偏りが発生しにくくなる。

特に好ましくは、互いに周方向に隣接する二つのスリットの周方向中心線（筒軸方向に延び、スリットを周方向に二分する線）間の中心を、二つの該スリットに筒軸方向に隣接する他のスリットの周方向中心線が、通る構成とする方がよい。本構成によると、さらに、筒状ばねの周方向において、応力分布の偏りが発生しにくくなる。

（７）好ましくは、上記（６）の構成において、筒軸方向に隣接する前記スリットの筒軸方向中心線間の筒軸方向幅を１００％とすると、一方の該スリットと他方の該スリットとの間の筒軸方向最小幅ｗは、２０％＜ｗに設定されている構成とする方がよい。ここで、「筒軸方向中心線」とは、周方向に延び、スリットを筒軸方向に二分する線をいう。

筒軸方向最小幅ｗを、２０％超過としたのは、２０％以下の場合、互いに筒軸方向に隣接する二つのスリット間の肉部の筒軸方向幅が、過度に小さくなるからである。

また、好ましくは、上記（６）の構成において、筒軸方向に隣接する前記スリットの筒軸方向中心線間の筒軸方向幅を１００％とすると、一方の該スリットと他方の該スリットとの間の筒軸方向最小幅ｗは、ｗ＜６０％に設定されている構成とする方がよい。

筒軸方向最小幅ｗを、６０％未満としたのは、６０％以上の場合、互いに筒軸方向に隣接する二つのスリット間の肉部の筒軸方向幅が、過度に大きくなるからである。

本発明によると、スリット周辺の応力分布に、偏りが発生しにくい筒状ばねを提供することができる。

以下、本発明の筒状ばねの実施の形態について説明する。

＜第一実施形態＞

まず、本実施形態の円筒ばねの構成について説明する。図１に、本実施形態の円筒ばねの斜視図を示す。図に示すように、円筒ばね１は、マルエージング鋼製であって、円筒状を呈している。円筒ばね１は、本発明の筒状ばねに含まれる。円筒ばね１の周方向全長は２７．６ｍｍ、筒軸方向全長は２０ｍｍ、円筒内周径（直径）は８．６５ｍｍ、肉厚は０．４２ｍｍである。円筒ばね１の側周壁には、多数のスリット２が開設されている。スリット２の形状については後述する。また、円筒ばね１の側周壁には、側周壁を筒軸方向に貫通する溝３が形成されている。

次に、スリットの配置について説明する。図２に、本実施形態の円筒ばねの展開図を示す。図に示すように、スリット２は、周方向に、ちょうど点線のように、所定間隔離間して一列に連なっている。周方向に連なる複数のスリット２により、スリット列４Ａ〜４Ｏが構成されている。スリット列４Ａ〜４Ｏ各々の筒軸方向中心線４ａ〜４ｏは、周方向に延在している。互いに隣接する筒軸方向中心線４ａ〜４ｏ間の間隔Ａは、１．２５ｍｍに設定されている。

図３に、図２の円ＩＩ内の拡大図を示す。図に示すように、スリット２ＬＤ（アルファベットはスリット列、後述のスリット行に対応している）と、スリット２ＭＥと、の間の筒軸方向最小幅ｗは、０．５１ｍｍに設定されている。このため、間隔Ａ（＝１．２５ｍｍ）を１００％とすると、筒軸方向最小幅ｗは約４１％となる。

図２に戻って、スリット２は、周方向のみならず、筒軸方向にも、所定間隔離間して一列に連なっている。筒軸方向に連なる複数のスリット２により、スリット行５Ａ〜５Ｏが構成されている。ただし、周方向一端のスリット行５Ａと周方向他端のスリット行５Ｏとは、実質的には、同一のスリット行（前出図１の溝３を隔てて形成されるスリット行）である。スリット行５Ａ〜５Ｏ各々の周方向中心線５ａ〜５ｏは、筒軸方向に延在している。互いに隣接する周方向中心線５ａ〜５ｏ間の間隔Ｂは、２．３ｍｍに設定されている。

筒軸方向に隣接するスリット同士は、互いに周方向にずれて配置されている。一例として、スリット２ＮＢの周方向中心線５ｂと、スリット２ＮＤの周方向中心線５ｄとの間の中心を、スリット２ＯＣの周方向中心線５ｃが、通るように配置されている。

次に、スリットの形状について説明する。図４に、本実施形態の円筒ばねに配置されているスリットの正面図を示す。図に示すように、スリット２は、一対の端部２０と、連結部２１と、合計四つのＳ字部２２と、を備えている。スリット２は、全体として、両端矢印状を呈している。スリット２の周方向全長Ｄは、３．５ｍｍである。連結部２１は、長方形状であって、周方向に延在している。連結部２１の周方向全長Ｅは、１．９１ｍｍである。

一対の端部２０は、連結部２１の周方向両端に、Ｓ字部２２を介して、各々接続されている。Ｓ字部２２の形状については後述する。一対の端部２０は、各々鏃状を呈している。端部２０は、一対の直線部２００を備えている。一対の直線部２００は、筒軸方向中心線Ｃに対して、線対称に配置されている。一対の直線部２００は、端部２０の周方向先端に行くにつれ、互いに接近するように配置されている。

スリット２の全てのコーナー部は、ラウンド面取り状を呈している。連結部２１の筒軸方向最大幅ａは、０．６８ｍｍに設定されている。端部２０の筒軸方向最大幅ｂは、０．７８５ｍｍに設定されている。このため、比ｂ／ａは、約１．１５となる。筒軸方向中心線Ｃと直線部２００との挟角θ／２は、３４°に設定されている。このため、単一の端部２０における一対の直線部２００同士の挟角θは、６８°となる。

図５に、図４の円ＩＶ内の拡大図を示す。図に示すように、Ｓ字部２２は、端部２０の直線部２００と連結部２１とを接続している。Ｓ字部２２は、端部側曲線部２２０と連結部側曲線部２２１とからなる。端部側曲線部２２０と連結部側曲線部２２１とは、互いに反対方向に湾曲している。端部側曲線部２２０の曲率半径Ｒ１は、０．２７ｍｍに設定されている。連結部側曲線部２２１の曲率半径Ｒ２は、０．９ｍｍに設定されている。なお、一対の直線部２００間のコーナー部の曲率半径Ｒ３は、０．１８ｍｍに設定されている。

次に、本実施形態の円筒ばねの製造方法について説明する。まず、マルエージング鋼製の帯材に、所定のパターンで、多数のスリット２を穿設する。次いで、帯材を所定の寸法に剪断し、長方形の板材（ちょうど前出図２の形状を呈している）を作製する。それから、板材を順送り型のプレス成形機に搭載する。そして、前出図２における周方向両端側から、段階的に、板材に丸曲げ加工を施す。このようにして、本実施形態の円筒ばね１を製造する。

次に、本実施形態の円筒ばねの組み付け方法について説明する。円筒ばね１は、以下のようにして、ピエゾ素子と組み付けられる。まず、円筒ばね１の内周側に、短軸円柱状のピエゾ素子（図略）を複数配置する。ピエゾ素子は、円筒ばね１の筒軸に沿って、直列に並べられる。ここで、円筒ばね１の筒軸方向長さは、直列配置されたピエゾ素子群の筒軸方向長さよりも、若干短く設定されている。この状態で、円筒ばね１の上下開口を、各々カップ部材（図略）により封止する。ピエゾ素子群は、一対のカップ部材により（円筒ばね１の付勢力により）筒軸方向から圧縮された状態で、円筒ばね１内周側に収容されることになる。このようにして、ピエゾアクチュエータが完成する。

ピエゾアクチュエータは、以下のようにして用いられる。ピエゾ素子群に電圧をチャージすると、円筒ばね１の付勢力（圧縮力）に抗して、ピエゾ素子群の軸方向長さが伸張する。一方、電圧をディスチャージすると、ピエゾ素子群の軸方向長さは収縮、復元する。この際、円筒ばね１の付勢力は、当該ピエゾ素子群の復元を援助する。このように、円筒ばね１は、ピエゾ素子群の伸縮変形を援助し、駆動指令に対する応答性を高めている。

次に、本実施形態の円筒ばねの作用効果について説明する。本実施形態の円筒ばね１のスリット２は、各々反対方向に先細る一対の端部２０を、連結部２１で繋いだ形状を呈している。並びに、スリット２の全てのコーナー部は、曲線状（ラウンド面取り状）を呈している。このため、筒軸方向から圧縮荷重あるいは引っ張り荷重が加わる場合、スリット２周辺に、応力集中部位が発生しにくい。つまり、スリット周辺の応力分布に、偏りが発生しにくい。なお、応力集中部位が発生しにくいのは、互いに筒軸方向に隣接する二つのスリット２間の肉部の筒軸方向幅が、周方向に沿って徐々に変化するからであると考えられる。

また、本実施形態の円筒ばね１の一対の端部２０は、各々、周方向先端に行くにつれ接近する一対の直線部２００を持つ鏃状を呈している。この点においても、スリット２周辺の応力分布に、偏りが発生しにくい。

また、スリット２の直線部２００と連結部２１との間には、端部側曲線部２２０と連結部側曲線部２２１とを有するＳ字部２２が介在している。この点においても、スリット２周辺の応力分布に、偏りが発生しにくい。

また、一対の直線部２００同士の挟角θは、６８°に設定されている。このため、端部２０が周方向に過度に尖るおそれがない。この点においても、スリット２周辺の応力分布に、偏りが発生しにくい。

また、端部２０の筒軸方向最大幅ｂと連結部２１の筒軸方向最大幅ａとの比ｂ／ａは、約１．１５に設定されている。このため、端部２０が連結部２１に対して過度に張り出した状態になり筒軸方向に隣接する他のスリット２との間隔が小さくなるおそれがない。つまり、互いに筒軸方向に隣接する二つのスリット２間の肉部の筒軸方向幅が、過度に小さくなるおそれがない。

また、本実施形態の円筒ばね１におけるスリット２の配置は、前出図２に示すように、スリット２ＮＢの周方向中心線５ｂと、スリット２ＮＤの周方向中心線５ｄとの間の中心を、スリット２ＯＣの周方向中心線５ｃが、通るように設定されている。このため、円筒ばね１の全周に亘って、応力分布の偏りが発生しにくい。

また、前出図３に示すように、スリット２ＬＤとスリット２ＭＥとの間の筒軸方向最小幅ｗは、間隔Ａを１００％として、約４１％となるように設定されている。このため、二つのスリット２ＬＤ、２ＭＥ間の肉部の筒軸方向幅が、過度に小さくなるおそれがない。並びに、二つのスリット２ＬＤ、２ＭＥ間の肉部の筒軸方向幅が、過度に大きくなるおそれもない。

また、本実施形態の円筒ばね１のスリット２は、前出図２８のコーナー部Ｙのような角張ったコーナー部を有していない。このため、スリット２穿設時において、打ち抜き用工具（パンチ類）の消耗（摩耗）が少なくなる。

＜第二実施形態＞

本実施形態と第一実施形態との相違点は、スリットの形状のみである。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。図６に、本実施形態の円筒ばねに配置されているスリットの正面図を示す。なお、図４と対応する部位については同じ符号で示す。

図６に示すように、スリット２のＳ字部２２は、端部側曲線部２２０と連結部側曲線部２２１とＳ字部内直線部２２２とを備えている。Ｓ字部内直線部２２２は、端部側曲線部２２０と連結部側曲線部２２１とを、周方向に対して斜め（例えば３０°）に、接続している。本実施形態の円筒ばねは、第一実施形態の円筒ばねと同様の作用効果を有する。

＜第三実施形態＞

本実施形態と第一実施形態との相違点は、スリットの形状のみである。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。図７に、本実施形態の円筒ばねに配置されているスリットの正面図を示す。なお、図４と対応する部位については同じ符号で示す。

図に示すように、一対の端部２０は、各々、一対の第一曲線部２０１と第二曲線部２０２とを備えている。一対の第一曲線部２０１は、各々、ラウンド面取り部２３を介して、連結部２１と接続されている。第一曲線部２０１は、点状の曲率中心を中心とする真円の部分円弧状を呈している。第二曲線部２０２は、曲率中心がアステロイド曲線軌跡を描く楕円の部分円弧状を呈している。つまり、端部２０は、二つの曲率中心を備えている。並びに、第二曲線部２０２の曲率中心は、点状ではなく、所定の軌跡を描く曲線状を呈している。本実施形態の円筒ばねは、第一実施形態の円筒ばねと同様の作用効果を有する。

＜その他＞

以上、本発明の筒状ばねの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

例えば、上記実施形態においては、本発明の筒状ばねとして真円筒状の円筒ばね１を用いたが、筒状ばねの形状は特に限定しない。例えば、楕円筒状、三角筒状、四角筒状などであってもよい。また、真円錐状、楕円錐状、三角錐状、四角錐状などであってもよい。また、上記実施形態においては、円筒ばね１に溝３（前出図１参照）を配置したが、溝３は無くてもよい。この場合、溝３の周方向両側を溶接等してもよい。

また、上記実施形態においては、円筒ばね１をマルエージング鋼製としたが、例えば、みがき特殊鋼（Ｓ６０Ｃ、ＳＫ５）、ステンレス鋼（ＳＵＳ３００系、６００系）などのばね鋼製、インコネルなどの耐熱合金鋼製としてもよい。また、樹脂製、セラミック製としてもよい。

また、上記実施形態においては、円筒ばね１製造の際、順送り型のプレス成形機を用いたが、単発型のプレス成形機を用いてもよい。また、単一または複数のロールを用いて板材に丸曲げ加工を施すロール曲げや、凹円弧状の壁を用いて板材に丸曲げ加工を施すカール曲げや、まず板材をＷ字状（半円が二つ連なる状態）にプレス成形し、次いで一方の半円を他方の半円に被せることにより円筒を形成するＷ−Ｏ曲げを用いて円筒ばね１を製造してもよい。

また、前記円筒ばねの使用方法においては、円筒ばね１を、自然長よりも長い状態（ピエゾ素子群（カップ部材）から常時引っ張り荷重を受けている状態）で用いたが、反対に、自然長よりも短い状態（ピエゾ素子群（カップ部材）から常時圧縮荷重を受けている状態）で用いてもよい。

また、本発明の筒状ばねは、ピエゾアクチュエータ用の円筒ばねの他、ベッドやシートのクッション用ばねなど、筒軸方向から荷重が加わるあらゆるばねとして用いることができる。

以下、本発明の筒状ばねに対して行ったＦＥＭ解析について説明する。

＜解析１＞

（解析モデル）

解析モデルとしては、本発明の筒状ばねの実施例である実施例１、実施例２、および従来の筒状ばねの例である比較例１を用いた。

まず、実施例１の解析モデルについて説明する。図８に、実施例１の解析モデル６の斜視図を示す。なお、図１と対応する部位については同じ符号で示す。図８に示すように、実施例１の解析モデル６は、円筒ばねを中心角α＝６０°だけ切り出したものである。実施例１の解析モデル６を切り出す前の円筒ばねの寸法は、以下に示す部分以外は、前記第一実施形態と同様である。また、実施例１の解析モデル６の材質は、マルエージング鋼（ヤング率＝１８２．４６６ＧＰａ、ポアソン比＝０．３０）を想定した。

実施例１の解析モデル６に配置されたスリット２の寸法を、前出図４を用いて説明する。連結部２１の筒軸方向最大幅ａは、０．６８ｍｍに設定されている。端部２０の筒軸方向最大幅ｂは、０．７８５ｍｍに設定されている。このため、比ｂ／ａは、約１．１５となる。筒軸方向中心線Ｃと直線部２００との挟角θ／２は、３４°に設定されている。このため、単一の端部２０における一対の直線部２００同士の挟角θは、６８°となる。

次に、実施例２の解析モデルについて説明する。実施例２の解析モデルは、スリットの寸法以外は、上記実施例１の解析モデル６と同様である。実施例２の解析モデルに配置されたスリットの寸法を、前出図４を用いて説明する。連結部２１の筒軸方向最大幅ａは、０．６８ｍｍに設定されている。端部２０の筒軸方向最大幅ｂは、０．８００ｍｍに設定されている。このため、比ｂ／ａは、約１．１８となる。筒軸方向中心線Ｃと直線部２００との挟角θ／２は、２７°に設定されている。このため、単一の端部２０における一対の直線部２００同士の挟角θは、５４°となる。

次に、比較例１の解析モデルについて説明する。比較例１の解析モデルは、スリットの形状、寸法以外は、上記実施例１の解析モデルと同様である。比較例１の解析モデルに配置されたスリットは、前出図２７に示すように、長円形を呈している。スリット１０１の周方向全長は３．３５ｍｍ、筒軸方向全長は０．７１ｍｍ、周方向両端に配置された一対の半円弧部分の曲率半径は０．３５５ｍｍに設定されている。

（解析条件）

図８に示すように、まず、解析モデルの筒軸方向両端に剛体面（図中点線で示す）を配置する。次に、筒軸方向一端の剛体面を、セット荷重５０Ｎ（つまり円筒ばね全体に換算すると３００Ｎ＝５０Ｎ×（３６０°／６０°））で押圧する。以下、この状態を「セット状態」と称す。続いて、セット状態から、ストローク４０μｍだけ、解析モデルを筒軸方向に圧縮変形させる。以下、この状態を「ストローク状態」と称す。

図９に、実施例１の解析モデルの部分拡大図を示す。図中矢印で示すように、スリット２の周方向中心線Ｆからの距離を、「展開長」と定義する。実施例２、比較例１の解析モデルについても、同様に定義する。

（解析結果）

図１０に、ストローク状態における各解析モデルの最大主応力分布を示す。図中、横軸は展開長（ｍｍ）を、縦軸は最大主応力（ＭＰａ）を、それぞれ示す。なお、最大主応力は、引っ張り方向を「＋方向」と設定する。実施例１、２の解析モデルのデータを太線で、比較例１の解析モデルのデータを細線で、それぞれ示す。

図中の点に付された記号は、（Ａ＝ストローク状態 Ｂ＝セット状態 、１＝実施例１ ２＝実施例２ １’＝比較例１ 、ａ＝極小点 ｂ＝極大点）というように、各々の点の情報を示している。例えば、点Ａ１ａの場合、「ストローク状態における、実施例１解析モデルの、極小点」という情報を示している。後述する他の解析結果についても、同様である。

実施例１の解析モデルの場合、点Ａ１ａに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０ｍｍの部位に、最大主応力の極小値＝約４５０ＭＰａが加わる。並びに、点Ａ１ｂに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０．５ｍｍの部位に、最大主応力の極大値＝約５０４ＭＰａが加わる。極大値と極小値との差は、約５４ＭＰａである。

実施例２の解析モデルの場合、点Ａ２ａに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０ｍｍの部位に、最大主応力の極小値＝約５６５ＭＰａが加わる。並びに、点Ａ２ｂに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０．３ｍｍの部位に、最大主応力の極大値＝約５７８ＭＰａが加わる。極大値と極小値との差は、約１３ＭＰａである。

比較例１の解析モデルの場合、点Ａ１’ａに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０ｍｍの部位に、最大主応力の極小値＝約３９５ＭＰａが加わる。並びに、点Ａ１’ｂに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０．６４ｍｍの部位に、最大主応力の極大値＝約５６１ＭＰａが加わる。極大値と極小値との差は、約１６６ＭＰａである。

以上、ストローク状態についてまとめると、極大値と極小値との差は、比較例１＞実施例１＞実施例２であることが判る。

図１１に、セット状態における各解析モデルの最大主応力分布を示す。図中、横軸は展開長（ｍｍ）を、縦軸は最大主応力（ＭＰａ）を、それぞれ示す。なお、最大主応力は、引っ張り方向を「＋方向」と設定する。実施例１、２の解析モデルのデータを太線で、比較例１の解析モデルのデータを細線で、それぞれ示す。

実施例１の解析モデルの場合、点Ｂ１ａに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０ｍｍの部位に、最大主応力の極小値＝約３３０ＭＰａが加わる。並びに、点Ｂ１ｂに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０．５ｍｍの部位に、最大主応力の極大値＝約３７４ＭＰａが加わる。極大値と極小値との差は、約４４ＭＰａである。

実施例２の解析モデルの場合、点Ｂ２ａに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０ｍｍの部位に、最大主応力の極小値＝約４４５ＭＰａが加わる。並びに、点Ｂ２ｂに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０．３ｍｍの部位に、最大主応力の極大値＝約４５４ＭＰａが加わる。極大値と極小値との差は、約９ＭＰａである。

比較例１の解析モデルの場合、点Ｂ１’ａに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０ｍｍの部位に、最大主応力の極小値＝約３００ＭＰａが加わる。並びに、点Ｂ１’ｂに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０．６４ｍｍの部位に、最大主応力の極大値＝約４１７ＭＰａが加わる。極大値と極小値との差は、約１１７ＭＰａである。

以上、セット状態についてまとめると、極大値と極小値との差は、ストローク状態同様に、比較例１＞実施例１＞実施例２であることが判る。

図１２に、各解析モデルのたわみと最大主応力との関係を示す。図中、横軸はたわみ（ｍｍ）を、縦軸は最大主応力（ＭＰａ）を、それぞれ示す。なお、たわみは、セット状態およびストローク状態を含んでいる。また、たわみを解析した部位は、最大主応力の極大値発生部位（実施例１は展開長＝約０．５ｍｍ部位、実施例２は展開長＝約０．３ｍｍ部位、比較例１は展開長＝約０．６４ｍｍ部位）である。図に示すように、最大主応力が同じ場合、たわみは、実施例２＞実施例１＞比較例１であることが判る。

図１３に、各解析モデルのたわみと荷重との関係を示す。図中、横軸はたわみ（ｍｍ）を、縦軸は荷重（Ｎ）を、それぞれ示す。なお、たわみは、セット状態およびストローク状態を含んでいる。また、たわみを解析した部位は、最大主応力の極大値発生部位（実施例１は展開長＝約０．５ｍｍ部位、実施例２は展開長＝約０．３ｍｍ部位、比較例１は展開長＝約０．６４ｍｍ部位）である。また、荷重は、各解析モデルを円筒ばねに換算した値を示す。つまり、荷重３００Ｎ（解析モデルの場合５０Ｎ）の線と、各解析モデルのデータ線と、の交点が、各解析モデルのセット状態に相当する。図に示すように、荷重が同じ場合、たわみは、実施例２＞比較例１≒実施例１であることが判る。図から、実施例１のばね定数は２５８５Ｎ／ｍｍ、実施例２のばね定数は２０３９Ｎ／ｍｍ、比較例１のばね定数は２５６４Ｎ／ｍｍとなる。

（まとめ）

以上の解析結果を、表１にまとめて示す。

表から、ストローク状態およびセット状態において、極大値と極小値との差は、比較例１よりも実施例１、２の方が、小さいことが判る。すなわち、ストローク状態においても、セット状態においても、比較例１よりも実施例１、２の方が、最大主応力分布の偏りが小さいことが判る。加えて、極大値と極小値との差は、実施例１よりも実施例２の方が、小さいことが判る。すなわち、前出図４に示すように、一対の直線部２００同士の挟角θ（実施例１は６８°、実施例２は５４°）が小さく、端部２０の筒軸方向最大幅ｂと連結部２１の筒軸方向最大幅ａとの比ｂ／ａ（実施例１は約１．１５、実施例２は約１．１８）が大きい方が、極大値と極小値との差が小さいことが判る。

また、表から、極大値の変化（ストローク状態の極大値およびセット状態の極大値を、両値の平均値を中心とする変化幅で示したもの）は、比較例１よりも実施例１、２の方が、小さいことが判る。すなわち、セット状態とストローク状態とを切り替える際の最大主応力変化は、比較例１よりも実施例１、２の方が、小さいことが判る。

また、表から、比較例１のばね定数と実施例１のばね定数とは、ほぼ等しいことが判る。すなわち、同程度のばね定数を有するにもかかわらず、比較例１よりも実施例１の方が、最大主応力の極大値の平均値（実施例１は約４３９ＭＰａ、比較例１は約４８９ＭＰａ）が小さいことが判る。つまり、同程度のばね定数の場合、比較例よりも実施例の方が、最大主応力の極大値が小さいことが判る。

また、表から、比較例１のばね定数に対して、実施例２のばね定数は、約８０％（＝２０３９／２５６４×１００）であることが判る。すなわち、同程度の最大主応力の極大値の平均値を有するにもかかわらず、比較例１よりも実施例２の方が、ばね定数が小さい（剛性が小さい）ことが判る。

＜解析２＞

（解析モデル）

解析モデルとしては、本発明の筒状ばねの実施例である実施例３、実施例４、実施例５および従来の筒状ばねの例である比較例２、従来の筒状ばねの改良例である（つまり従来例ではない）比較例３を用いた。

まず、実施例３の解析モデルについて説明する。図１４に、実施例３の解析モデル７の正面図を示す。なお、図８と対応する部位については同じ符号で示す。図に示すように、実施例３の解析モデル７は、前出図８の実施例１の解析モデル６を、筒軸方向に１／１６だけ切り出したものである。実施例３の解析モデル７の筒軸方向全長Ｇは、１．２５ｍｍに、周方向全長Ｈは４．６ｍｍに、それぞれ設定されている。実施例３の解析モデル７を切り出す前の円筒ばねの寸法は、スリット２の寸法以外は、前記第一実施形態と同様である。また、実施例３の解析モデル７の材質は、マルエージング鋼（ヤング率＝１８２．４６６ＧＰａ、ポアソン比＝０．３０）を想定した。スリット２の寸法は、実施例１の解析モデルのスリットの寸法と同様である。

次に、実施例４の解析モデルについて説明する。実施例４の解析モデルは、スリットの寸法以外は、上記実施例３の解析モデルと同様である。実施例４の解析モデルに配置されたスリットの寸法は、実施例２の解析モデルのスリットの寸法と同様である。

次に、実施例５の解析モデルについて説明する。実施例５の解析モデルは、スリットの寸法以外は、上記実施例３の解析モデルと同様である。実施例５の解析モデルに配置されたスリットの寸法を、前出図４を用いて説明する。連結部２１の筒軸方向最大幅ａは、０．６９ｍｍに設定されている。端部２０の筒軸方向最大幅ｂは、０．８２ｍｍに設定されている。このため、比ｂ／ａは、約１．１９となる。筒軸方向中心線Ｃと直線部２００との挟角θ／２は、２５°に設定されている。このため、単一の端部２０における一対の直線部２００同士の挟角θは、５０°となる。

次に、比較例２の解析モデルについて説明する。図１５に、比較例２の解析モデル８の正面図を示す。図に示すように、比較例２の解析モデル８は、前出図１４の実施例３の解析モデル７に対応している。すなわち、円筒ばねの中心角６０°部分を、筒軸方向に１／１６だけ切り出したものである。比較例２の解析モデル８は、スリット８０の形状、寸法以外は、上記実施例３の解析モデルと同様である。また、比較例２の解析モデル８に配置されたスリット８０の形状、寸法は、比較例１の解析モデルに配置されたスリットの形状、寸法と、同様である。

次に、比較例３の解析モデルについて説明する。図１６に、比較例３の解析モデル９の正面図を示す。図に示すように、比較例３の解析モデル９は、前出図１４の実施例３の解析モデル７に対応している。すなわち、円筒ばねの中心角６０°部分を、筒軸方向に１／１６だけ切り出したものである。比較例３の解析モデル９は、スリット９０の形状、寸法以外は、上記実施例３の解析モデルと同様である。比較例３の解析モデル９に配置されたスリット９０は、前出図１５の比較例２のスリット８０（長円形）と前出図２８のスリット１０１（骨型）との、中間の形状を呈している。以下、スリット９０の形状を、「改良型」と称する。スリット９０は、周方向中央が括れた連結部９００と、真円状の一対の端部９０１と、を備えている。一対の端部９０１同士は、真円の部分円弧状の側壁を有する連結部９００により、連結されている。

スリット９０の連結部９００の側壁の曲率半径Ｊは、８．３ｍｍに設定されている。また、スリット９０の一対の端部９０１の曲率中心Ｍ〜Ｌ間距離Ｋは２．６ｍｍに、曲率中心Ｍ、Ｌを中心とする端部９０１の半径Ｎは各々０．４５ｍｍに、それぞれ設定されている。

（解析条件）

まず、解析モデルの筒軸方向両端に剛体面を配置する。次に、筒軸方向一端の剛体面を、セット荷重５０Ｎ（つまり円筒ばね全体に換算すると３００Ｎ＝５０Ｎ×（３６０°／６０°））で押圧する。以下、この状態を「セット状態」と称す。続いて、セット状態から、ストローク５μｍだけ、解析モデルを筒軸方向に圧縮変形させる。以下、この状態を「ストローク状態」と称す。前出図１４に一端矢印で示すように、スリット２の周方向中心線Ｉからの距離を、「展開長」と定義する。実施例４、５、比較例２、３の解析モデルについても、同様に定義する。

（解析結果）

図１７に、実施例３の解析モデルの最大主応力分布を示す。図中、横軸は展開長（ｍｍ）を、縦軸は最大主応力（ＭＰａ）を、それぞれ示す。なお、最大主応力は、引っ張り方向を「＋方向」と設定する。

図中の点に付された記号は、（Ａ＝ストローク状態 Ｂ＝セット状態 、３＝実施例３ ４＝実施例４ ５＝実施例５ ２’＝比較例２ ３’＝比較例３ 、ａ＝極小点 ｂ＝極大点）というように、各々の点の情報を示している。例えば、点Ａ３ａの場合、「ストローク状態における、実施例３解析モデルの、極小点」という情報を示している。後述する他の解析結果についても、同様である。

ストローク状態の場合、点Ａ３ａに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０ｍｍの部位に、最大主応力の極小値＝約４９０ＭＰａが加わる。並びに、点Ａ３ｂに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０．５ｍｍの部位に、最大主応力の極大値＝約５４４ＭＰａが加わる。極大値と極小値との差は、約５４ＭＰａである。

セット状態の場合、点Ｂ３ａに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０ｍｍの部位に、最大主応力の極小値＝約３００ＭＰａが加わる。並びに、点Ｂ３ｂに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０．５ｍｍの部位に、最大主応力の極大値＝約３３４ＭＰａが加わる。極大値と極小値との差は、約３４ＭＰａである。

図１８に、実施例３の解析モデルのたわみと荷重との関係を示す。図中、横軸はたわみ（μｍ）を、縦軸は荷重（Ｎ）を、それぞれ示す。なお、たわみは、セット状態およびストローク状態を含んでいる。また、たわみを解析した部位は、最大主応力の極大値発生部位（展開長＝約０．５ｍｍ部位）である。また、荷重は、各解析モデルを円筒ばねに換算した値を示す。つまり、荷重３００Ｎ（解析モデルの場合５０Ｎ）の線とデータ線との交点が、解析モデルのセット状態に相当する。図から、実施例３のばね定数は３７８３６Ｎ／ｍｍとなる。

図１９に、実施例４の解析モデルの最大主応力分布を示す。図中、横軸は展開長（ｍｍ）を、縦軸は最大主応力（ＭＰａ）を、それぞれ示す。なお、最大主応力は、引っ張り方向を「＋方向」と設定する。

ストローク状態の場合、点Ａ４ａに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０ｍｍの部位に、最大主応力の極小値＝約５９８ＭＰａが加わる。並びに、点Ａ４ｂに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０．３ｍｍの部位に、最大主応力の極大値＝約６０５ＭＰａが加わる。極大値と極小値との差は、約７ＭＰａである。

セット状態の場合、点Ｂ４ａに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０ｍｍの部位に、最大主応力の極小値＝約４００ＭＰａが加わる。並びに、点Ｂ４ｂに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０．３ｍｍの部位に、最大主応力の極大値＝約４０５ＭＰａが加わる。極大値と極小値との差は、約５ＭＰａである。

図２０に、実施例４の解析モデルのたわみと荷重との関係を示す。図中、横軸はたわみ（μｍ）を、縦軸は荷重（Ｎ）を、それぞれ示す。なお、たわみは、セット状態およびストローク状態を含んでいる。また、たわみを解析した部位は、最大主応力の極大値発生部位（展開長＝約０．３ｍｍ部位）である。また、荷重は、各解析モデルを円筒ばねに換算した値を示す。つまり、荷重３００Ｎ（解析モデルの場合５０Ｎ）の線とデータ線との交点が、解析モデルのセット状態に相当する。図から、実施例４のばね定数は２９７８６Ｎ／ｍｍとなる。

図２１に、実施例５の解析モデルの最大主応力分布を示す。図中、横軸は展開長（ｍｍ）を、縦軸は最大主応力（ＭＰａ）を、それぞれ示す。なお、最大主応力は、引っ張り方向を「＋方向」と設定する。

ストローク状態の場合、点Ａ５ａに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０ｍｍの部位に、最大主応力の極小値＝約６１３ＭＰａが加わる。並びに、点Ａ５ｂに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０．３ｍｍの部位に、最大主応力の極大値＝約６４３ＭＰａが加わる。極大値と極小値との差は、約３０ＭＰａである。

セット状態の場合、点Ｂ５ａに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０ｍｍの部位に、最大主応力の極小値＝約４２８ＭＰａが加わる。並びに、点Ｂ５ｂに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０．３ｍｍの部位に、最大主応力の極大値＝約４４５ＭＰａが加わる。極大値と極小値との差は、約１７ＭＰａである。

図２２に、実施例５の解析モデルのたわみと荷重との関係を示す。図中、横軸はたわみ（μｍ）を、縦軸は荷重（Ｎ）を、それぞれ示す。なお、たわみは、セット状態およびストローク状態を含んでいる。また、たわみを解析した部位は、最大主応力の極大値発生部位（展開長＝約０．３ｍｍ部位）である。また、荷重は、各解析モデルを円筒ばねに換算した値を示す。つまり、荷重３００Ｎ（解析モデルの場合５０Ｎ）の線とデータ線との交点が、解析モデルのセット状態に相当する。図から、実施例５のばね定数は２６５５８Ｎ／ｍｍとなる。

図２３に、比較例２の解析モデルの最大主応力分布を示す。図中、横軸は展開長（ｍｍ）を、縦軸は最大主応力（ＭＰａ）を、それぞれ示す。なお、最大主応力は、引っ張り方向を「＋方向」と設定する。

ストローク状態の場合、点Ａ２’ａに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０ｍｍの部位に、最大主応力の極小値＝約４４３ＭＰａが加わる。並びに、点Ａ２’ｂに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０．６４ｍｍの部位に、最大主応力の極大値＝約６０４ＭＰａが加わる。極大値と極小値との差は、約１６１ＭＰａである。

セット状態の場合、点Ｂ２’ａに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０ｍｍの部位に、最大主応力の極小値＝約２７３ＭＰａが加わる。並びに、点Ｂ２’ｂに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０．６４ｍｍの部位に、最大主応力の極大値＝約３７２ＭＰａが加わる。極大値と極小値との差は、約９９ＭＰａである。

図２４に、比較例２の解析モデルのたわみと荷重との関係を示す。図中、横軸はたわみ（μｍ）を、縦軸は荷重（Ｎ）を、それぞれ示す。なお、たわみは、セット状態およびストローク状態を含んでいる。また、たわみを解析した部位は、最大主応力の極大値発生部位（展開長＝約０．６４ｍｍ部位）である。また、荷重は、各解析モデルを円筒ばねに換算した値を示す。つまり、荷重３００Ｎ（解析モデルの場合５０Ｎ）の線とデータ線との交点が、解析モデルのセット状態に相当する。図から、比較例２のばね定数は３７５５５Ｎ／ｍｍとなる。

図２５に、比較例３の解析モデルの最大主応力分布を示す。図中、横軸は展開長（ｍｍ）を、縦軸は最大主応力（ＭＰａ）を、それぞれ示す。なお、最大主応力は、引っ張り方向を「＋方向」と設定する。

ストローク状態の場合、点Ａ３’ａに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０ｍｍの部位に、最大主応力の極小値＝約４７０ＭＰａが加わる。並びに、点Ａ３’ｂに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０．８０ｍｍの部位に、最大主応力の極大値＝約７９３ＭＰａが加わる。極大値と極小値との差は、約３２３ＭＰａである。

セット状態の場合、点Ｂ３’ａに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０ｍｍの部位に、最大主応力の極小値＝約３３３ＭＰａが加わる。並びに、点Ｂ３’ｂに示すように、スリット２の周辺の展開長＝約０．８０ｍｍの部位に、最大主応力の極大値＝約５６９ＭＰａが加わる。極大値と極小値との差は、約２３６ＭＰａである。

図２６に、比較例３の解析モデルのたわみと荷重との関係を示す。図中、横軸はたわみ（μｍ）を、縦軸は荷重（Ｎ）を、それぞれ示す。なお、たわみは、セット状態およびストローク状態を含んでいる。また、たわみを解析した部位は、最大主応力の極大値発生部位（展開長＝約０．８０ｍｍ部位）である。また、荷重は、各解析モデルを円筒ばねに換算した値を示す。つまり、荷重３００Ｎ（解析モデルの場合５０Ｎ）の線とデータ線との交点が、解析モデルのセット状態に相当する。図から、比較例３のばね定数は２３５７５Ｎ／ｍｍとなる。

（まとめ）

以上の解析結果を、表２にまとめて示す。

表から、ストローク状態およびセット状態において、極大値と極小値との差は、比較例２、３よりも実施例３、４、５の方が、小さいことが判る。すなわち、ストローク状態においても、セット状態においても、比較例２、３よりも実施例３、４、５の方が、最大主応力分布の偏りが小さいことが判る。加えて、極大値と極小値との差は、実施例３＞実施例５＞実施例４であることが判る。すなわち、前出図４に示すように、一対の直線部２００同士の挟角θ（実施例３は６８°、実施例４は５４°、実施例５は５０°）が５０°≦θ≦６８°であり、端部２０の筒軸方向最大幅ｂと連結部２１の筒軸方向最大幅ａとの比ｂ／ａ（実施例３は約１．１５、実施例４は約１．１８、実施例５は約１．１９）が１．１５≦ｂ／ａ≦１．１９である場合、極大値と極小値との差が小さいことが判る。

また、表から、極大値の変化（ストローク状態の極大値およびセット状態の極大値を、両値の平均値を中心とする変化幅で示したもの）は、比較例２、３よりも実施例３、４、５の方が、小さいことが判る。すなわち、セット状態とストローク状態とを切り替える際の最大主応力変化は、比較例２、３よりも実施例３、４、５の方が、小さいことが判る。また、表から、極大値の平均値は、比較例３よりも実施例３、４、５の方が、小さいことが判る。

また、表から、比較例２のばね定数と実施例３のばね定数とは、ほぼ等しいことが判る。すなわち、同程度のばね定数を有するにもかかわらず、比較例２よりも実施例３の方が、最大主応力の極大値の平均値（実施例３は約４３９ＭＰａ、比較例２は約４８８ＭＰａ）が小さいことが判る。つまり、同程度のばね定数の場合、比較例よりも実施例の方が、最大主応力の極大値が小さいことが判る。

また、表から、比較例２のばね定数に対して、実施例４のばね定数は、約７９％（＝２９７８６／３７５５５×１００）であることが判る。すなわち、同程度の最大主応力の極大値の平均値を有するにもかかわらず、比較例２よりも実施例４の方が、ばね定数が小さい（剛性が小さい）ことが判る。

（結論）

上記、解析１、２から、比較例よりも実施例の方が、ストローク状態、セット状態共に、最大主応力の分布が均一であることが判る。また、比較例よりも実施例の方が、セット状態とストローク状態とを切り替える際の最大主応力の極大値の変化が小さいことが判る。つまり、切り替え時の最大主応力の振幅が小さいことが判る。

また、長円形のスリットを有する比較例よりも実施例の方が、ばね定数が同程度の場合、最大主応力の極大値が小さいことが判る。また、長円形のスリットを有する比較例よりも実施例の方が、最大主応力の極大値が同程度の場合、ばね定数が小さいことが判る。

また、改良型のスリットを有する比較例よりも実施例の方が、最大主応力の極大値が小さい（例えば実施例５の場合、約８０％＝約５４４（実施例５の平均値）／約６８１（比較例３の平均値）×１００）ことが判る。

第一実施形態の円筒ばねの斜視図である。 同円筒ばねの展開図である。 図２の円ＩＩ内の拡大図である。 同円筒ばねに配置されているスリットの正面図である。 図４の円ＩＶ内の拡大図である。 第二実施形態の円筒ばねに配置されているスリットの正面図である。 第三実施形態の円筒ばねに配置されているスリットの正面図である。 実施例１の解析モデルの斜視図である。 同解析モデルの部分拡大図である。 ストローク状態における各解析モデルの最大主応力分布を示すグラフである。 セット状態における各解析モデルの最大主応力分布を示すグラフである。 各解析モデルのたわみと最大主応力との関係を示すグラフである。 各解析モデルのたわみと荷重との関係を示すグラフである。 実施例３の解析モデルの正面図である。 比較例２の解析モデルの正面図である。 比較例３の解析モデルの正面図である。 実施例３の解析モデルの最大主応力分布を示すグラフである。 同解析モデルのたわみと荷重との関係を示すグラフである。 実施例４の解析モデルの最大主応力分布を示すグラフである。 同解析モデルのたわみと荷重との関係を示すグラフである。 実施例５の解析モデルの最大主応力分布を示すグラフである。 同解析モデルのたわみと荷重との関係を示すグラフである。 比較例２の解析モデルの最大主応力分布を示すグラフである。 同解析モデルのたわみと荷重との関係を示すグラフである。 比較例３の解析モデルの最大主応力分布を示すグラフである。 同解析モデルのたわみと荷重との関係を示すグラフである。 従来の長円形のスリットを有する円筒ばねの斜視図である。 従来の円筒ばねに配置されている骨型のスリットの正面図である。

符号の説明

１：円筒ばね（筒状ばね）、２：スリット、２ＬＤ：スリット、２ＭＥ：スリット、２ＮＢ：スリット、２ＮＤ：スリット、２ＯＣ：スリット、２０：端部、２００：直線部、２１：連結部、２２：Ｓ字部、２２０：端部側曲線部、２２１：連結部側曲線部、２２２：Ｓ字部内直線部、３：溝、４Ａ〜４Ｏ：スリット列、４ａ〜４ｏ：筒軸方向中心線、５Ａ〜５Ｏ：スリット行、５ａ〜５ｏ：周方向中心線、６：実施例１の解析モデル、７：実施例３の解析モデル、８：比較例２の解析モデル、８０：スリット、９：比較例３の解析モデル、９０：スリット、９００：連結部、９０１：端部。
Ａ：間隔、Ｂ：間隔、Ｃ：筒軸方向中心線、Ｄ：周方向全長、Ｅ：周方向全長、Ｆ：周方向中心線、Ｇ：筒軸方向全長、Ｈ：周方向全長、Ｉ：周方向中心線、Ｊ：曲率半径、Ｋ：曲率中心間距離、Ｌ：曲率中心、Ｍ：曲率中心、Ｎ：半径、Ｒ１：曲率半径、Ｒ２：曲率半径、Ｒ３：曲率半径、ａ：筒軸方向最大幅、ｂ：筒軸方向最大幅、ｗ：筒軸方向最小幅、α：中心角、θ：挟角。

Claims (12)

1. 周方向に延在する複数のスリットが配置された筒状ばねであって、
   前記スリットは、周方向に対向して配置され各々周方向先端に向かって先細る一対の端部と、一対の該端部同士を結ぶ連結部と、を備え、
   該連結部の筒軸方向最大幅は、該端部の筒軸方向最大幅未満に設定されており、
   該スリットの全てのコーナー部は、曲線状を呈しており、
   一対の該端部が、各々、単一の曲率中心を有する曲線部のみからなる場合と比較して、筒軸方向から荷重が加わる際の周方向の最大主応力分布の偏りが小さいことを特徴とする筒状ばね。
2. 一対の前記端部は、各々、周方向先端に行くにつれ接近する一対の直線部を持つ鏃状を呈している請求項１に記載の筒状ばね。
3. 前記直線部と前記連結部との間には、湾曲方向の異なる二つの曲線部からなるＳ字部が介在している請求項２に記載の筒状ばね。
4. 一対の前記直線部同士の挟角θは、５０°以上６８°以下に設定されている請求項２に記載の筒状ばね。
5. 前記端部の筒軸方向最大幅ｂと前記連結部の筒軸方向最大幅ａとの比ｂ／ａは、１．１５以上１．１９以下に設定されている請求項１に記載の筒状ばね。
6. 周方向点線状に連なる複数の前記スリットからなるスリット列は、筒軸方向に複数配列されており、
   筒軸方向に隣接する該スリット同士は、互いに周方向にずれて配置されている請求項１に記載の筒状ばね。
7. 前記直線部と前記連結部との間には、湾曲方向の異なる二つの曲線部と、二つの該曲線部同士を周方向に対して斜めに接続する直線部と、が介在している請求項２に記載の筒状ばね。
8. 一対の前記端部は、各々、複数の曲率中心を有する複数の曲線部からなる請求項１に記載の筒状ばね。
9. 複数の前記曲線部は、真円の部分円弧状の一対の第一曲線部と、楕円の部分円弧状の第二曲線部と、であり、
   一対の該第一曲線部の周方向内端は、各々、曲線状の前記コーナー部を介して、前記連結部に連なり、
   該第二曲線部は、一対の該第一曲線部の周方向外端同士を接続する請求項８に記載の筒状ばね。
10. 有限要素法において、筒軸方向両端に配置した一対の剛体面のうち片方の該剛体面を３００Ｎで押圧した状態をセット状態とした場合、
    該セット状態の前記スリットの周方向の最大主応力分布の（極小値／極大値）は、０．８８以上０．９９以下である請求項１に記載の筒状ばね。
11. 前記セット状態に対して、筒軸方向全長２０ｍｍを４０μｍだけ圧縮した状態を、ストローク状態とした場合、
    該ストローク状態の前記スリットの周方向の最大主応力分布の（極小値／極大値）は、０．８９以上０．９７以下である請求項１０に記載の筒状ばね。
12. 前記セット状態に対して、筒軸方向全長１．２５ｍｍを５μｍだけ圧縮した状態を、ストローク状態とした場合、
    該ストローク状態の前記スリットの周方向の最大主応力分布の（極小値／極大値）は、０．９０以上０．９９以下である請求項１０に記載の筒状ばね。

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