JP6715398B1 - 皿ばね、皿ばね装置、および皿ばねの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
皿ばねのストロークが決められていない場合、ばね部材が備える複数の皿ばねのなかに、軸方向のばね定数が他より低い皿ばねが含まれていると、この皿ばねが、軸方向に過度に大きく変形し、破損しやすくなる可能性がある。
また、皿ばねがストッパ部を備えていて、ばね部材に軸方向の圧縮荷重が加えられ、皿ばねが軸方向に変形したときに、ストッパ部が、軸方向で隣り合う他の皿ばね、若しくはばね部材における軸方向の端部を支持する支持部材に当接することで、皿ばねの軸方向の変形が抑止される。したがって、ばね部材が備える複数の皿ばねのなかに、軸方向のばね定数が他より低い皿ばねが含まれていても、この皿ばねが軸方向に過度に大きく変形するのを規制することができる。
しかも、本体板部およびストッパ部が一体に形成されていることから、本体板部単体と比べて、断面係数が高められ、皿ばねのばね定数や剛性を高めることができる。
また、ストッパ部が、本体板部における径方向の端部に配設されていることから、ばね部材に軸方向の圧縮荷重が加えられたときに、ストッパ部が、軸方向で隣り合う他の皿ばね、若しくは前記支持部材に当接した後に、本体板部がさらに変形するのを、ストッパ部が、本体板部における径方向の中間部に配設されている構成と比べて、抑制することができる。
また、支持部材が、端皿ばねの本体板部の内周面に軸方向で対向し、かつ端皿ばねのストッパ部が、軸方向の内側に向けて突出しているので、ストッパ部が支持部材に接触することによる支持部材若しくはストッパ部の摩耗を抑制することができる。
また、前記第1部材に塑性加工を施して、軸方向の位置が互いに異なる内周部および外周部が、段部を介して接続された第2部材を形成する第1塑性加工工程の後に、前記第2部材の外周部に打抜き加工を施して第3部材を形成する第2打抜き工程を行う。したがって、前記第2部材の外周部の径方向の長さを長く確保した状態で、第1塑性加工工程を行うことが可能になり、段部を容易かつ精度よく形成することができる。
皿ばね装置10は、例えば、マシニングセンタの主軸、工作機械のATC装置、工作機械用の精密割り出しテーブル、小型グラインディング・スピンドル、および高精度研削スピンドルユニットなどに適用される。皿ばね装置10は、ばね部材11、支持部材12、および軸13を備える。
一対の支持部材12、および軸13は、中心軸線Oと同軸に配設されている。
以下、軸方向から見て、中心軸線Oに交差する方向を径方向という。
以下、これらの両端縁21e、21fのうち、外周面21bと内周縁21cとの接続部分に位置する方を第1端縁21eといい、内周面21aと外周縁21dとの接続部分に位置する方を第2端縁21fという。
ここで、支持部材12は、複数の皿ばね1のうち、最も軸方向の外側に位置する端皿ばね1の本体板部21の内周面21aに軸方向で対向し、かつ端皿ばね1の本体板部21を支持している。端皿ばね1の本体板部21は、径方向の外側から内側に向かうに従い漸次、軸方向の内側に向けて延びている。
第1端縁21eおよび第2端縁21fはそれぞれ、軸方向に突の曲面状に形成されている。
次に、第1部材W1に塑性加工を施すことにより、軸方向の位置が互いに異なる内周部25および外周部26が、段部27を介して連結された第2部材W2を形成する(第1塑性加工工程)。この第2部材W2は、前記第1打抜き工程と同様の打抜きを、第1部材W1に施すことを、貫通孔が形成される前の途中までで止めることにより形成される。この際、少なくとも内周部25、および段部27は、中心軸線Oと同軸に位置する。段部27は、第2部材W2の表裏面に形成される。
そして、第2部材W2の外周部26に打抜き加工を施して、軸方向の位置が互いに異なる内周部25および外周縁部28が、段部27を介して連結された第3部材W3を形成する(第2打抜き工程)。この際、外周縁部28は、中心軸線Oと同軸に位置する。
次に、第3部材W3が、径方向の外側から内側に向かうに従い漸次、軸方向の一方側に向けて延びるように、第3部材W3に塑性加工を施して、第3部材W3のうち、内周部25を本体板部21に形成し、かつ外周縁部28をストッパ部22に形成することにより、皿ばね1を形成する(第2塑性加工工程)。
そして、皿ばね1に焼入れ、焼き戻し処理を施す。
しかも、本体板部21およびストッパ部22が一体に形成されていることから、本体板部21単体と比べて、断面係数が高められ、皿ばね1のばね定数や剛性を高めることができる。
そして、図4に示されるように、ばね部材11に軸方向の圧縮荷重が加えられ、皿ばね1が軸方向に変形する過程において、皿ばね1の変形がストッパ部22により点線で示される状態までで規制されると、皿ばね1にこれ以上の応力が生ずることが無くなるので、皿ばね1の破損を防ぐことができる。
また、ストッパ部22が、本体板部21における径方向の端部に配設されていることから、ばね部材11に軸方向の圧縮荷重が加えられたときに、ストッパ部22が、軸方向で隣り合う他の皿ばね1に当接した後に、本体板部21がさらに変形するのを、ストッパ部22が、本体板部21における径方向の中間部に配設されている構成と比べて、抑制することができる。
また、本実施形態では、第1部材W1に塑性加工を施して、軸方向の位置が互いに異なる内周部25および外周部26が、段部27を介して接続された第2部材W2を形成する第1塑性加工工程の後に、第2部材W2の外周部26に打抜き加工を施して第3部材W3を形成する第2打抜き工程を行う。したがって、第2部材W2の外周部26の径方向の長さを長く確保した状態で、第1塑性加工工程を行うことが可能になり、段部27を容易かつ精度よく形成することができる。
なお、この第2実施形態においては、第1実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
本実施形態の皿ばね2においても、少なくとも皿ばね装置を容易に組み立てることが可能で、かつ皿ばね2のストロークを精度よく決めることができる。また、ストッパ部31が多段状に形成されているので、皿ばね2の強度を確保しつつ、ストッパ部31の、本体板部21の外周面21bからの突出量を大きくすることができる。
なお、この第3実施形態においては、第1実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
この皿ばね3は、例えば次のようにして形成される。
まず、平板を打抜き、内周縁21cおよび外周縁3aを有する環状の第1部材を形成する。次に、第1部材に、プレス加工若しくは鍛造加工を施して、その外周縁部を除く全域を厚さ方向に圧縮変形させ第2部材を形成する。そして、第2部材に、前記第2塑性加工工程と同様の加工を施すことにより、この第2部材のうち、外周縁部より径方向の内側に位置する部分を本体板部21に形成し、かつ外周縁部をストッパ部32に形成することにより、皿ばね3を形成する。この際、前記第1部材の外周縁3aのうち、下部が、本体板部21の外周縁21dとなり、上部がストッパ部32の外周縁となる。
本実施形態の皿ばね3においても、少なくとも皿ばね装置を容易に組み立てることが可能で、かつ皿ばね3のストロークを精度よく決めることができる。
なお、この第4実施形態においては、第1実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
まず、平板を打抜き、内周縁21cおよび外周縁4bを有する環状の第1部材を形成する。次に、第1部材のうち、外周縁部を、径方向の内側から外側に向かうに従い漸次、軸方向の一方側に向けて延びるように塑性変形させてストッパ部33に形成し、かつ外周縁部より径方向の内側に位置する部分を、径方向の外側から内側に向かうに従い漸次、軸方向の一方側に向けて延びるように塑性変形させて本体板部21に形成することにより、皿ばね4を形成する。
本実施形態の皿ばね4においても、少なくとも皿ばね装置を容易に組み立てることが可能で、かつ皿ばね4のストロークを精度よく決めることができる。
なお、この第5実施形態においては、第1実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
端皿ばね5の本体板部21の両端縁21e、21fのうち、第1端縁21eが支持部材12に当接し、第2端縁21fが、端皿ばね5に軸方向で隣り合う他の皿ばね5の本体板部21における第2端縁21fに当接している。軸方向で互いに隣り合う皿ばね5同士では、本体板部21の第1端縁21e同士が互いに当接し、かつ本体板部21の第2端縁21f同士が互いに当接している。
本実施形態の皿ばね5においても、少なくとも皿ばね装置を容易に組み立てることが可能で、かつ皿ばね5のストロークを精度よく決めることができる。
また、前記実施形態では、中実のストッパ部22、31、32、33、34を示したが、中空に形成してもよい。
また、前記実施形態では、皿ばね1〜5において、他の皿ばね1〜5、若しくは支持部材12に当接する第1端縁21eおよび第2端縁21fが、軸方向に突の曲面状に形成された構成を示したが、径方向に沿って延びる平坦面に形成し、互いが面接触するようにしてもよい。
また、前記実施形態では、ばね部材11、16として、支持部材12に本体板部21が当接した構成を示したが、支持部材12にストッパ部22、34が当接した構成を採用してもよい。この構成において、ばね部材に軸方向の圧縮荷重が加えられたときに、支持部材12に、ストッパ部22、34に替わって本体板部21が当接してもよい。
また、前記実施形態では、ばね部材に軸方向の圧縮荷重が加えられたときに、端皿ばねのストッパ部が、軸方向で隣り合う他の皿ばねに当接する構成を示したが、支持部材12に当接する構成を採用してもよい。
10 皿ばね装置
11、16 ばね部材
12 支持部材
21 本体板部
21a 本体板部の内周面
21b 本体板部の外周面
21c 本体板部の内周縁
21d 本体板部の外周縁
21e、21f 本体板部における軸方向の端縁
22、31、32、33、34 ストッパ部
22a ストッパ部における軸方向の端縁
25 内周部
26 外周部
27 段部
28 外周縁部
O 中心軸線
W1 第1部材
W2 第2部材
W3 第3部材
Claims (7)
- 中心軸線に沿う軸方向に複数並べられて用いられる皿ばねであって、
径方向の外側から内側に向かうに従い漸次、軸方向の一方側に向けて延びる内周面および外周面を有する環状の本体板部と、
前記本体板部からその内周面、および外周面に対して交差する方向に突出するストッパ部と、を備え、
前記ストッパ部は、複数の前記皿ばねが軸方向に並べられてなるばね部材に、軸方向の圧縮荷重が加えられたときに、軸方向で隣り合う他の前記皿ばね、若しくは前記ばね部材における軸方向の端部を支持する支持部材に当接し、
前記本体板部、および前記ストッパ部は一体に形成され、
前記ストッパ部における軸方向の両端縁は、前記本体板部における軸方向の両端縁より軸方向の内側に位置している、皿ばね。 - 前記ストッパ部は、前記本体板部における径方向の端部に配設されている、請求項1に記載の皿ばね。
- 前記ストッパ部は、前記本体板部における内周縁、若しくは外周縁に、前記本体板部における外周面および内周面のうちのいずれか一方に対して窪み、かつ他方に対して突出するように配設されている、請求項1または2に記載の皿ばね。
- 複数の皿ばねが軸方向に並べられてなるばね部材と、
前記ばね部材における軸方向の両端部を支持する一対の支持部材と、を備える皿ばね装置であって、
前記皿ばねが、請求項1から3のいずれか1項に記載の皿ばねとされるとともに、軸方向で隣り合うもの同士で軸方向の向きが逆向きになるように、軸方向に並べられて配設されている、皿ばね装置。 - 前記ストッパ部は、前記本体板部の外周縁に、前記本体板部の外周面に対して突出し、かつ前記本体板部の内周面に対して窪むように配設され、
前記支持部材は、複数の前記皿ばねのうち、最も軸方向の外側に位置する端皿ばねの前記本体板部の内周面に軸方向で対向し、かつ前記端皿ばねの前記本体板部を支持し、
前記端皿ばねの前記ストッパ部は、軸方向の内側に向けて突出し、この端皿ばねに軸方向で隣り合う他の前記皿ばねの前記ストッパ部に軸方向で対向している、請求項4に記載の皿ばね装置。 - 平板に打抜き加工、および塑性加工を施すことにより、請求項1から3のいずれか1項に記載の皿ばねを形成する、皿ばねの製造方法。
- 平板を打抜いて貫通孔を形成することで、内周縁を有する第1部材を形成する第1打抜き工程と、
前記第1部材に塑性加工を施すことにより、軸方向の位置が互いに異なる内周部および外周部が、段部を介して接続された第2部材を形成する第1塑性加工工程と、
前記第2部材の外周部に打抜き加工を施して、軸方向の位置が互いに異なる前記内周部および外周縁部が、前記段部を介して接続された第3部材を形成する第2打抜き工程と、
前記第3部材に塑性加工を施して、前記第3部材のうち、前記内周部を前記本体板部に形成し、かつ前記外周縁部を、前記本体板部の外周面に対して突出し、かつ前記本体板部の内周面に対して窪むように配設された前記ストッパ部に形成することにより、前記皿ばねを形成する第2塑性加工工程と、を有する、請求項6に記載の皿ばねの製造方法。
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