JPH03199729A - 皿ばね - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、周囲全域に亘って均一な撓みをなし得る皿
ばねに関し、ダイヤフラム、キーボードスイッチのキー
トップ復帰用ばねとして適した、主に鋼板、ステンレス
板、ゴム板、プラスチック板で作られる皿ばねに関する
。

〔従来の技術及びその課題〕

ダイヤフラム用皿ばねとしては、従来、第９図に示すよ
うに、その断面形状を、素材板の中心円形１０の周りに
同心円状の波紋Ｐを呈する波形としたものがある（第２
図参照）、なお、図中の波紋Ｐは谷部の軌跡を示す（以
下、同様）。

しかしながら、このものＤは、周辺固定部はろう付は等
が施されるので剛性が大きくなり、一方、中心部も曲率
半径が小さいので剛性が大となる。

従って、周辺部と中心部の撓みが小さく、その中間部に
、撓みが集中して素材板が金属の場合、金属疲労によっ
て座屈あるいはクランクが生ずる他、長期間の使用の内
に特性、特に復元力が変化する等の問題がある。

また、撓み（変形）作用において、中心円形１０に加え
られた押圧力が皿ばね全域に伝わらず、まず、最も内側
の波紋Ｐまで伝わってその間で撓み、その撓みがある程
度になると、その波紋Ｐを越えてつぎの波紋Ｐに至ると
いった段階的な変形の伝播がなされる。このため、撓み
が波紋Ｐを越えるときに、変位曲線に乱れが生じる。

そこで、本発明者等は、特願昭６３−９９１４３号等に
おいて、第８図に示すように、素材板中心円形１０の周
りに、その周方向均等分位の少なくとも２点からスター
トした渦巻き波紋Ｐを呈する波形断面の皿ばねＤを提案
した。この提案の皿ばねＤは、波形Ｐが渦巻き状である
ことから、周囲の剛性が均一化され、撓み作用時、応力
の片寄りがなく周方向に均等に撓む。

しかしながら、第４図に示すように、その圧力−変位曲
線（○：加圧時、・：減圧時、比較例（破線）参照）は
、直線性に欠け、とくに加圧開始時がなめらかでない、
この種の皿ばねが多く使用されるダイヤフラム型センサ
ーにおいては、加圧開始時の直線性を要求されるものが
ある。

また、ユーザからは、もつと微圧で大きい変位を得るも
の、すなわち、圧力−変位曲線の勾配が大きいものを要
求された。

この要求に応えるべく、本願発明者等は、圧力−変位曲
線の勾配を大きくするには、皿ばね全体の剛性を低下さ
せることにあると考えた。このため、まず、−筋の渦巻
き波紋Ｐの全長が長くなればなるほど、剛性が低下する
ことを知見した。

また、渦巻き波紋Ｐを、中心円形１０の周り均等分位の
少なくとも２点からスタートさせたのは、皿ばねＤの撓
み時、その中心軸が傾くのを避けるためであった。しか
し、渦巻き波紋Ｐが１筋でも、その周廻数が増せば、中
心輪の傾きが生じない（無視できる程度しか傾かない）
ことを知見した。

本発明は、以上の点に留意し、前記渦巻き波紋の皿ばね
の圧力−変位曲線の勾配を大きくすること、及び加圧開
始時の圧力−変位曲線を直線状とすることを課題とする
。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため、本発明にあっては、上記知見
に基づき、上記渦巻き波紋を呈する波形断面の皿ばねに
おいて、その渦巻き波紋の周廻数を３回以上とし、かつ
、？ｌＩ巻き波紋の半径方向の傾きを外側凹状としたの
である。

ｆ４巻き波紋は一条でもよく、また複数条の場合には、
その各起点は中心円形周り均等分位とする。

上記素材板中心円形の周りに隣接して同心円形波紋を形
成すると共に、この同心円形波紋と同心でかつ所定間隔
をあけて外側円形波紋を形成し、この両用形波紋間に上
記渦巻き波紋を形成したものとすることもできる。

上記渦巻き波紋の周廻数を３周以上とすると、皿ばねの
撓み時、その中心軸の傾きがなくなり、好ましくは５周
以上とする。

〔作用〕

このように構成される皿ばねは、その表面に押圧力、例
えば圧縮空気圧等が加わると、その押圧力による撓みが
渦巻き波紋を介して全域に伝達され、発生する応力に片
寄りがなく、中心軸が傾くことなく周方向に均等に撓む
、この撓み時、渦巻き波紋の全長が長くなっているため
、従来のものに比べ、剛性も低く、すなわち、撓み度合
も大きい。よって、圧力−変位曲線は、その勾配は大き
いものとなるとともに、加圧開始時、直線状となる（実
施例参照）。

また、同心円形波紋及び外側円形波紋を設ければ、波紋
のプレス酸形時、中心部に生じる盛り上り状の歪は同心
円形波紋に吸収分散され、外周囲に生じる線状の歪は外
側円形波紋に吸収分散される。この吸収分散は、渦巻き
波紋の始終端を両用形波紋に合流させれば、より効果が
増す。

したがって、上記皿ばねをダイヤフラム、ダイヤフラム
型圧力検出装置に使用すれば、皿ばねが上記特性を有す
るため、長期に亘って一定の特性（復元力）を有し、高
い信頼性を得るものとなる。

また、上記皿ばねをキーボートスインチのキートップ復
帰用ばねに使用すれば、その上記特性により押圧力が波
紋を介して全域に伝達されるため、垂直分力のみならず
、水平分力によっても撓み、円滑な撓み作用をなし、操
作性がよいものとなる。

〔実施例〕

この実施例は、皿ばねをダイヤフラムとしたものであり
、使用した素材は、厚さ：　　０．ＯＬ５ｍｍのステン
レス箔、３４車φのフープを、プレス加工して仕上がり
外径で２５．４ｍｌφとしたものである。

この実施例を第１図、第２図に示し、同図において、渦
巻き波紋Ｐのピッチｄ　＝　０．５９８ｍｍ、中心円形
１０の径Ｓ−５，０１自、波紋Ｐの最外径−２０，２ｍ
ｍ、谷部及び山部の曲率ｒ　＝　０．３ｍ、波紋Ｐの高
さｔ　＝０．０８ｍ、外周と中心との高低差Ｔ＝１．２
璽嘗、波紋Ｐ部分の曲率Ｒ＝１００富■とし、その曲率
Ｒの中心を外側とするとともに、前記中心円形１０の周
囲−点から渦巻き波紋Ｐを１２周廻余り形威した（第１
図、第２図は波が省略しである）。

一方、比較例として、第８図に示した渦巻き波紋Ｐを中
心円形１０の３等分位から形成し、その周廻数を１回余
りとし、かつ、曲率Ｒの中心を内側（波紋Ｐ部分の傾斜
を外向き凸面）としたものも製作した。このとき、ｄＳ
　ｓ、ｒ、ｔ、’ｒ、Ｒ等は全て同じとした。

上記実施例および比較例を第５図及び第６図に示す圧力
−変位測定装置にセットし、それぞれの圧力−変位結果
を第３図、第４図に示す０図中、実線が実施例、鎖線（
破ｖＡ）が比較例を示す。

この第３図の結果から、実施例のものが比較例に比べ、
その勾配が急（大）となっていることが理解できる。す
なわち、実施例は、比較例に比べ微圧で大きい変位を得
ることができる。なお、両側において、中心軸の傾きは
生じなかった。

また、第４図の結果から、実施例のものは、加圧開始時
（θ〜７００ｍＡｇ）　、はぼ直線状の圧力−変位を示
すことがわかる。

上記圧力−変位測定装置は、第５図に示すように、第６
図に示す測定器Ａを基盤１にボルト締めし、変位杆２の
上下の動き量を周知の光センサ−３によって検出するも
のとした。測定器Ａは、第５図に示すように、ケーシン
グ４内にバンキング５を介して実施例又は比較例の皿ば
ねＤをセフ）し、ポート６から圧縮空気を導入し、その
導入圧で皿ばねＤを撓ませて、変位杆２をばね７に抗し
て押し下げるものである０図中、８は透明アクリル板で
、これを通して皿ばねＤの撓み作用を見ることができる
。

上記実施例において、第７図に示すように、中心円形１
０の周りに隣接して同心円形波紋Ｐ＋を形成するととも
に、この同心円形波紋Ｐ、と同心でかつ所定間隔をあけ
て外側円形波紋Ｐ２を形成し、両目形波紋ｐ、　、Ｐｇ
間に渦巻き波紋Ｐ、を前記実施例と同−周廻り形威した
ものを製作したところ、同様な効果を得た。このものの
場合、内側の円形波紋Ｐ１を省略することもできる。

また、第８図のものにおいて、各渦巻き波紋Ｐを３周廻
り以上させたものも同様な効果を得た。

このものにおいて、前記外側円形波紋Ｐ、を形威し、そ
の波紋Ｐ□に各渦巻き波紋Ｐを合流した構成とすること
もできる。

なお、上記渦巻き波紋Ｐ、Ｐ、の傾斜度、すなわち、第
２図における傾斜高さｈと径方向の長さｌの比（ｈｌｏ
を１１５以下とするとよい、好ましくは１／６とする。

１１５以上となると、プレス底形の際、現在の技術では
、その成形圧が、外向きの斜面と内向きの斜面とで大き
く異なって製造が不可能となるからである。

〔発明の効果〕

本発明は、以上のように構成したので、従来のものに比
べ微圧で大きい変位（撓み）を得ることができるととも
に、加圧開始時における圧力−変位曲線を直線状とする
ことができる。

また、渦巻き波紋を一条とすれば、複数条形成するのに
比べれば、その製作も容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第７図は、本発明に係る皿ばねの各実施例の概
略正面図、第２図は第１図の実施例の断面図、第３図、
第４図は圧力−変位測定図、第５図は圧力−変位測定装
置の概略図、第６図は第５図の要部断面図、第８図、第
９図は従来例のそれぞれ概略正面図である。 １０・・・・・・中心円形、　　　Ｐ、Ｐ、　、ｐｇ・
・・・・・円形波紋、 Ａ・・・・・・圧力−変位測定器、 Ｄ・・・・・・皿ばね。 Ｐ、・・・・・・渦巻き波紋、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）素材板中心円形１０の周りに、その周り任意の点
   から渦巻き波紋Ｐを呈する波形断面とし、その渦巻き波
   紋Ｐは前記中心円形１０に傾斜してなる皿ばねにおいて
   、前記渦巻き波紋Ｐを少なくとも３周廻り形成し、かつ
   渦巻き波紋Ｐの半径方向の傾きを外側凹状としたことを
   特徴とする皿ばね。 （２）請求項（１）に記載の皿ばねＤにおいて、上記渦
   巻き波紋Ｐを一条として成ることを特徴とする皿ばね。 （３）請求項（１）に記載の皿ばねＤにおいて、上記渦
   巻き波紋Ｐを複数条とし、その各渦巻き波紋Ｐの起点を
   上記中心円形１０の周り均等分位としたことを特徴とす
   る皿ばね。（４）請求項（１）に記載の皿ばねＤにおい
   て、上記素材板中心円形１０の周りに隣接して同心円形
   波紋Ｐ＿１を形成すると共に、この同心円形波紋Ｐ＿１
   と同心でかつ所定間隔をあけて外側円形波紋Ｐ＿２を形
   成し、両円形波紋Ｐ＿１、Ｐ＿２間に、上記渦巻き波紋
   Ｐ＿３を形成したことを特徴とする皿ばね。 （５）上記渦巻き波紋Ｐの傾斜高さｈと径方向の長さｌ
   の比ｈ／ｌを１／５以下としたことを特徴とする請求項
   （１）乃至（４）のいずれかに記載の皿ばね。