(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-04-06
(45)【発行日】2023-04-14
(54)【発明の名称】バネ装置
(51)【国際特許分類】
F16F 1/32 20060101AFI20230407BHJP
F16F 3/02 20060101ALI20230407BHJP
F16F 15/073 20060101ALI20230407BHJP
【ＦＩ】
F16F1/32
F16F3/02
F16F15/073
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2018245246
(22)【出願日】2018-12-27
(65)【公開番号】P2019194492
(43)【公開日】2019-11-07
【審査請求日】2021-10-28
(31)【優先権主張番号】P 2018086313
(32)【優先日】2018-04-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000002299
【氏名又は名称】清水建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100161506
【弁理士】
【氏名又は名称】川渕 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100161207
【弁理士】
【氏名又は名称】西澤 和純
(72)【発明者】
【氏名】磯田 和彦
【審査官】鵜飼 博人
(56)【参考文献】
【文献】特開２００７－１４７０６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６０－１１３８２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－１５５９９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－０４１５８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－２５７３９４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ１６Ｆ １／００－ ６／００
Ｆ１６Ｆ １５／００－ １５／３６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガイド部材で互いの軸線が同軸上に配されるように平面視円環状の複数の皿バネを多段積層し弾性変形可能に支持してなるバネ装置において、前記ガイド部材が、前記複数の皿バネのそれぞれの内周縁と、該ガイド部材の外周面との間に所定の隙間をあけ、前記複数の皿バネのそれぞれの中心孔に互いの軸線が同軸上に配されるように挿通される円柱棒状の軸部と、前記軸部の外周面から軸線中心の径方向外側に突出しつつ軸線方向に沿って延設され、軸線中心の周方向に所定の間隔をあけて少なくとも３つ設けられるスペーサー部とを備えて構成され、
前記皿バネが、その内周縁に、負荷が作用していない状態で軸線に沿い周方向に繋がる隙間調整面を備えて形成されており、
前記皿バネの前記内周縁が外周縁よりも上方に位置するように配した状態において、前記皿バネの前記隙間調整面は、断面視で下端から皿バネの板厚の０．３倍以上０．４倍以下までの範囲の内周縁が、湾曲面で形成されていることを特徴とするバネ装置。
【請求項2】
前記皿バネの前記内周縁において、断面視で上端から皿バネの板厚の０．２倍の範囲が湾曲面で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のバネ装置。
【請求項3】
前記皿バネの前記隙間調整面は、断面視で皿バネの板厚の０．４倍の範囲の内周縁が軸線と平行になるように形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバネ装置。
【請求項4】
ガイド部材で互いの軸線が同軸上に配されるように平面視円環状の複数の皿バネを多段積層し弾性変形可能に支持してなるバネ装置において、前記ガイド部材が、前記複数の皿バネのそれぞれの外周縁と、該ガイド部材の内周面との間に所定の隙間をあけ、前記複数の皿バネの外側を互いの軸線が同軸上に配されるように、且つ曲面状の前記内周面が前記皿バネの外周縁に沿うように設けられる軸部と、前記軸部の内周面から軸線中心の径方向内側に突出しつつ軸線方向に沿って延設され、軸線中心の周方向に所定の間隔をあけて少なくとも３つ設けられるスペーサー部とを備えて構成され、
前記皿バネが、その外周縁に、負荷が作用していない状態で軸線に沿い周方向に繋がる隙間調整面を備えて形成されており、
前記皿バネの内周縁が前記外周縁よりも上方に位置するように配した状態において、前記皿バネの前記隙間調整面は、断面視で上端から皿バネの板厚の０．３倍以上０．４倍以下までの範囲の外周縁が、湾曲面で形成されていることを特徴とするバネ装置。
【請求項5】
前記皿バネの前記外周縁において、断面視で下端から皿バネの板厚の０．２倍の範囲が湾曲面で形成されていることを特徴とする請求項４に記載のバネ装置。
【請求項6】
前記皿バネの前記隙間調整面は、断面視で皿バネの板厚の０．３倍の範囲の外周縁が軸線と平行になるように形成されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のバネ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、皿バネを直列に複数積層してなるバネ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
皿バネは、コンパクトに大きな耐荷重性能をもつバネ部材として種々の機器に使用されており、複数の皿バネを直列あるいは並列に組み合わせて使うことで変形性能や耐荷重を増すことができる。このため、コイルバネよりコンパクトでローコストに所定の性能が得られるメリットがある。
【0003】
しかしながら、皿バネを直列に複数積層（多段積層）してなるバネ装置においては、複数の皿バネの中心軸を揃える必要があり、芯ズレが生じると本来の性能が発揮されない。このため、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３に示すように、形状を工夫するなどして皿バネが変形しても内外径が変化しないにする手法が提案されている。
【0004】
特許文献１（や特許文献２）では、皿バネ１１が変形しても径が変らない位置（第３図の符号Ｏ点）を中心とする円弧状に内周面１３を加工し、ガイド部材１２を内接させている。
【0005】
一方、特許文献３では、有限要素法解析で皿バネ各部の変形を求め、皿バネ内周部で内径が変化しない点４１と外周部で外径が変化しない点４３を定め、内周部については点４１より下部、外周部については点４３より上部を鉛直（皿バネ軸方向）に形成し、皿バネ１１が変形しても内外径が変わらないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開平１０－１３２００５号公報
【文献】実開平７－２８２４６号公報
【文献】特開平１１－３５１２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、特許文献１（や特許文献２）に記載の発明においては、皿バネの内周面１３を円弧状に加工するため、高コスト化する。さらに、ガイド部材１３とのクリアランスを小さくしても、皿バネの内周がガイド外周とガイド軸方向に抵抗なく円滑に相対変位させるために非常に高い寸法精度／加工精度が要求され、この点からもコストが嵩む。
【0008】
特許文献３に記載の発明においては、皿バネの内周の中心軸Ｏに関して平行な円筒面１３や皿バネの外周の中心軸Ｏに関して平行な円筒面２３の加工が比較的容易に行えるが、周面全長にわたってガイド部材と近接させる必要があるため、この点でやはり高い寸法精度が要求される。
【0009】
さらに、特許文献３に記載の発明においては、皿バネが変形した際に内外径が変化しない不動点４１、４３を有限要素法解析で定めている。しかしながら、皿バネの変形が小さく微小変形理論が適用できる場合にはこの設定法が妥当といえるが、皿バネの変形が大きく大変形理論を適用する場合には荷重と変形との関係が非線形となり、符号４１、４３の点が不動点にならなくなってしまう。
ちなみに、実際の皿バネ１は、図１６に示す可撓高さｈに対し微小変形の範囲を超えて５０～７５％程度の変形で使用される場合が多い。
ちなみに、実際の皿バネ１は、図１６に示す可撓高さｈに対し微小変形の範囲を超えて５０～７５％程度の変形で使用される場合が多い。
【0010】
このため、皿バネ１に芯ズレ（ガイド部材２の軸線Ｏ１に対する複数の皿バネ１の軸線Ｏ２のズレ）が生じると、図１７に示すように、高さが減ったり、皿バネ１の円錐台状の面に力が作用して曲げを生じるなどして、本来の性能が発揮できなくなってしまう。このため、より簡便で効果的に芯ズレ防止対策、すなわち、皿バネのヒステリシスを小さくし、線形性を向上させる手法が強く求められていた。
【0011】
本発明は、上記事情に鑑み、より簡便で効果的に多段積層した皿バネのヒステリシスを小さくし、線形性を向上させることが可能なバネ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【0013】
本発明のバネ装置は、ガイド部材で互いの軸線が同軸上に配されるように平面視円環状の複数の皿バネを多段積層し弾性変形可能に支持してなるバネ装置において、前記ガイド部材が、前記複数の皿バネのそれぞれの内周縁と、該ガイド部材の外周面との間に所定の隙間をあけ、前記複数の皿バネのそれぞれの中心孔に互いの軸線が同軸上に配されるように挿通される円柱棒状の軸部と、前記軸部の外周面から軸線中心の径方向外側に突出しつつ軸線方向に沿って延設され、軸線中心の周方向に所定の間隔をあけて少なくとも３つ設けられるスペーサー部とを備えて構成され、前記皿バネが、その内周縁に、負荷が作用していない状態で軸線に沿い周方向に繋がる隙間調整面を備えて形成されており、前記皿バネの前記内周縁が外周縁よりも上方に位置するように配した状態において、前記皿バネの前記隙間調整面は、断面視で下端から皿バネの板厚の０．３倍以上０．４倍以下までの範囲の内周縁が、湾曲面で形成されていることを特徴とする。
また、本発明のバネ装置は、前記皿バネの前記内周縁において、断面視で上端から皿バネの板厚の０．２倍の範囲が湾曲面で形成されていてもよい。
また、本発明のバネ装置は、前記皿バネの前記隙間調整面は、断面視で皿バネの板厚の０．４倍の範囲の内周縁が軸線と平行になるように形成されていてもよい。
また、本発明のバネ装置は、前記皿バネの前記内周縁において、断面視で上端から皿バネの板厚の０．２倍の範囲が湾曲面で形成されていてもよい。
また、本発明のバネ装置は、前記皿バネの前記隙間調整面は、断面視で皿バネの板厚の０．４倍の範囲の内周縁が軸線と平行になるように形成されていてもよい。
【0014】
本発明のバネ装置は、ガイド部材で互いの軸線が同軸上に配されるように平面視円環状の複数の皿バネを多段積層し弾性変形可能に支持してなるバネ装置において、前記ガイド部材が、前記複数の皿バネのそれぞれの外周縁と、該ガイド部材の内周面との間に所定の隙間をあけ、前記複数の皿バネの外側を互いの軸線が同軸上に配されるように、且つ曲面状の前記内周面が前記皿バネの外周縁に沿うように設けられる軸部と、前記軸部の内周面から軸線中心の径方向内側に突出しつつ軸線方向に沿って延設され、軸線中心の周方向に所定の間隔をあけて少なくとも３つ設けられるスペーサー部とを備えて構成され、前記皿バネが、その外周縁に、負荷が作用していない状態で軸線に沿い周方向に繋がる隙間調整面を備えて形成されており、前記皿バネの内周縁が前記外周縁よりも上方に位置するように配した状態において、前記皿バネの前記隙間調整面は、断面視で上端から皿バネの板厚の０．３倍以上０．４倍以下までの範囲の外周縁が、湾曲面で形成されていることを特徴とする。
また、本発明のバネ装置は、前記皿バネの前記外周縁において、断面視で下端から皿バネの板厚の０．２倍の範囲が湾曲面で形成されていてもよい。
また、本発明のバネ装置は、前記皿バネの前記隙間調整面は、断面視で皿バネの板厚の０．３倍の範囲の外周縁が軸線と平行になるように形成されていてもよい。
また、本発明のバネ装置は、前記皿バネの前記外周縁において、断面視で下端から皿バネの板厚の０．２倍の範囲が湾曲面で形成されていてもよい。
また、本発明のバネ装置は、前記皿バネの前記隙間調整面は、断面視で皿バネの板厚の０．３倍の範囲の外周縁が軸線と平行になるように形成されていてもよい。
【発明の効果】
【0021】
本発明のバネ装置においては、従来と比較し、より簡便で効果的に多段積層した皿バネのヒステリシスを小さくし、線形性を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本発明の一実施形態に係るバネ装置を示す断面図である。
【図3】本発明の一実施形態に係るバネ装置のガイド部材を示す平面図である。
【図4】本発明の一実施形態に係る皿バネを示す断面図である。
【図5】本発明の一実施形態に係る皿バネを示す断面図である。
【図6】従来の皿バネを示す半断面図である。
【図7】本発明の一実施形態に係る皿バネを示す半断面図である。
【図8】従来の皿バネと本発明の一実施形態に係る皿バネの皿バネ内径とたわみの関係を示す図である。
【図9】従来の皿バネと本発明の一実施形態に係る皿バネの皿バネ内径とたわみの関係を示す図である。
【図10】従来の皿バネを示す半断面図である。
【図11】本発明の一実施形態に係る皿バネを示す半断面図である。
【図12】従来の皿バネと本発明の一実施形態に係る皿バネの皿バネ内径とたわみの関係を示す図である。
【図13】従来の皿バネと本発明の一実施形態に係る皿バネの圧縮変形前後の挙動をそれぞれ示す半断面図である。
【図14】本発明の一実施形態に係るバネ装置の変形例を示す断面図である。
【図16】皿バネを示す断面図である。
【図17】従来のバネ装置を示す断面図である。
【図18】皿バネの内外周縁の形状を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、図１から図１５を参照し、本発明の一実施形態に係るバネ装置について説明する。ここで、本実施形態は、複数の皿バネを積層（多段積層）してなるバネ装置に関し、特に多段積層した皿バネのヒステリシスを小さくし、線形性を向上させて芯ずれを防止することを可能にしたバネ装置に関するものである。
【0024】
具体的に、本実施形態のバネ装置１００は、図１及び図２に示すように、所定の内径の中心孔１ａを備えて平面視円環状に形成された複数の皿バネ１を、中心孔１ａの径よりも外径を小にして形成された略円柱状のガイド部材２を中心孔１ａに挿通することにより多段積層して構成されている。
【0025】
さらに、本実施形態のガイド部材２は、円柱棒状の軸部２ａの外周面から軸線Ｏ１中心の径方外側に突出し軸線Ｏ１方向に延びるスペーサー部２ｂを備えて形成されている。また、スペーサー部２ｂは、断面形状が軸部２ａ（ガイド部材２）の径方向外側に凸円弧状を呈するように形成されるとともに、軸部２ａの軸線Ｏ１中心の周方向に等間隔で少なくとも３つ以上設けられている。
【0026】
なお、ガイド部材２にスペーサー部２ｂを設ける構成としては、例えば、図３に示すように、外周面に断面半円形状で軸線Ｏ１方向に延びる嵌合凹部２ｃを設けて軸部２ａを形成し、嵌合凹部２ｃに丸棒２ｄを嵌合させるとともに軸部２ａに一体に固着してスペーサー部２ｂを設ける手法が挙げられる。スペーサー部２ｂの材質は軸部２ａと同じ鋼材でもよいし、樹脂材料等を用いてもよい。スペーサー部２ｂは軸部２ａと別部材としなくてもよいし、スペーサー部２ｂとなる突起を設けて軸部２ａ（ガイド部材２）を形成しても勿論構わない。
【0027】
そして、上記構成からなる本実施形態のバネ装置１００では、多段積層した複数の皿バネ１を、中心孔１ａに挿通するガイド部材２に設けた複数のスペーサー部２ｂが軸線Ｏ１、Ｏ２方向に沿って多段積層した複数の皿バネ１の内周縁（内周面）１ｂにわずかな隙間を介して点接触（線接触）するため、これら複数のスペーサー部２ｂによって複数の皿バネ１の芯ズレを防止できる。
【0028】
ここで、本実施形態のバネ装置１００では、上記の通り、複数の皿バネ１の内周縁１ｂと、複数の皿バネ１の中心孔１ａに挿通したガイド部材２のスペーサー部２ｂとが点接触し、多段積層した皿バネ１の芯ズレを防止するように構成した。
これに対し、図１４、図１５に示すように、複数の皿バネ１の外周縁（外周面）１ｃを案内する筒状（パイプ状）などのガイド部材１２を設け、このガイド部材１２の内周面１２ａに径方向内側に突出するスペーサー部１２ｂと複数の皿バネ１の外周縁１ｃとが点接触（線接触）することにより、多段積層した皿バネ１の芯ズレを防止するように構成してもよい。この場合においても、勿論同様の芯ズレ防止効果を得ることができる。
これに対し、図１４、図１５に示すように、複数の皿バネ１の外周縁（外周面）１ｃを案内する筒状（パイプ状）などのガイド部材１２を設け、このガイド部材１２の内周面１２ａに径方向内側に突出するスペーサー部１２ｂと複数の皿バネ１の外周縁１ｃとが点接触（線接触）することにより、多段積層した皿バネ１の芯ズレを防止するように構成してもよい。この場合においても、勿論同様の芯ズレ防止効果を得ることができる。
【0029】
なお、この場合には、例えば、ガイド部材１２の筒状の内周面１２ａにスペーサー部１２ｂとなる丸棒（棒材）１２ｄなどを取り付けるための嵌合凹部１２ｃを設け、スペーサー部１２ｂとなる丸棒１２ｄを嵌合凹部１２ｃに嵌合させて取り付けた後に、筒状のガイド部材１２の内部に複数の皿バネ１を挿入して多段積層することができる。
【0030】
一方、本実施形態のバネ装置１００は、皿バネ１が変形した際に中心孔１ａの内径の変化を抑止するための内径保持機構３を備えている。
【0031】
本実施形態の内径保持機構３は、ｉ）複数の皿バネ１の内周縁１ｂと、複数の皿バネ１の中心孔１ａに挿通したガイド部材２の外周面に設けた複数のスペーサー部２ｂとが点接触（線接触）し、複数の皿バネ１の芯ズレを防止する場合と、ｉｉ）筒状などのガイド部材２の内周面から径方向内側に突出するスペーサー部２ｂと、複数の皿バネ１の外周縁１ｃとが点接触（線接触）し、複数の皿バネ１の芯ズレを防止する場合とで以下のように設定される。
【0032】
図４に示すように、
ｉ）皿バネ１の内周面（内周縁１ｂ）において、皿バネ１の板厚ｔの０．４倍の範囲で内側に突出する部分を円筒面に切り欠くなどし、皿バネ１に負荷が作用していない状態でこの板厚ｔの０．４倍の範囲の内周面１ｂ（隙間調整面４）が軸線Ｏ２（Ｏ１）と平行になるように構成する。
ｉｉ）皿バネ１の外周面（外周縁１ｃ）において、皿バネ１の板厚ｔの０．３倍の範囲で外側に突出する部分を円筒面に切り欠くなどし、皿バネ１に負荷が作用していない状態でこの板厚ｔの０．３倍の範囲の外周面１ｃ（隙間調整面５）が軸線Ｏ２（Ｏ１）と平行になるように構成する。
ｉ）皿バネ１の内周面（内周縁１ｂ）において、皿バネ１の板厚ｔの０．４倍の範囲で内側に突出する部分を円筒面に切り欠くなどし、皿バネ１に負荷が作用していない状態でこの板厚ｔの０．４倍の範囲の内周面１ｂ（隙間調整面４）が軸線Ｏ２（Ｏ１）と平行になるように構成する。
ｉｉ）皿バネ１の外周面（外周縁１ｃ）において、皿バネ１の板厚ｔの０．３倍の範囲で外側に突出する部分を円筒面に切り欠くなどし、皿バネ１に負荷が作用していない状態でこの板厚ｔの０．３倍の範囲の外周面１ｃ（隙間調整面５）が軸線Ｏ２（Ｏ１）と平行になるように構成する。
【0033】
なお、特許文献３でも同様の形状が提案されているが、切り欠き寸法をＦＥＭ解析で求めるため実務的でなく、本発明は、隙間調整面４、５の寸法を板厚ｔの係数倍で設定するだけであり、後述の実施例の通り、実用上十分な性能が得られることを確認している。
【0034】
［実施例］
本実施例では、防振基礎のバネ部材（バネ装置１００）として使用する皿バネ１について、皿バネ１の変位と最小内径の関係を試算する。
本実施例では、防振基礎のバネ部材（バネ装置１００）として使用する皿バネ１について、皿バネ１の変位と最小内径の関係を試算する。
【0035】
本実施例において、皿バネ１の緒元は、図５に示すように、外径Ｄａを３６０ｍｍ、内径Ｄｉを１９０ｍｍ、板厚ｔを１８ｍｍ、可撓高さｈを９ｍｍ、皿バネ高さＨ０を２７ｍｍとした。
【0036】
また、皿バネ１のバネ特性等の計算にはアルメン・ラスロ（J.O.Almen & A.Laszlo）の式を用いた。この式は皿バネ１の断面形状が変化せず円周長が変わらない中立点を中心に回転するように皿バネ１が変形するものとし、荷重および変形が円周方向に一様となる軸対称仮定としたものである。この回転中心となる中立点の直径Ｄｃは次の式（１）で表される。
【0037】
【数1】
【0038】
次に、変形前の皿部傾斜角θ０を６．１８°とすると、皿バネ１の皿部の半径方向の長さＬは、次の式（２）で求められる。
【0039】
【数2】
【0040】
また、皿バネ１のたわみδは次の式（３）で表される。
【0041】
【数3】
【0042】
そして、この皿バネ１を圧縮したときのたわみδと内径最小寸法Ｄｉとの関係を求める。
【0043】
［従来型皿バネ］
ここで、まず、従来型皿バネのたわみδと内径最小寸法Ｄｉとの関係を求める。
ここで、まず、従来型皿バネのたわみδと内径最小寸法Ｄｉとの関係を求める。
【0044】
図６は従来型皿バネ１を示す図であり、回転中心（中立点）Ｃ、内径を決定する下端の点をＡ、内径側で板厚中心点をＢとし、皿バネの皿部傾斜角をθとする。
変形前の傾斜角θ０＝６．１８°より、Ｃ～Ｂ間の寸法ｂは次の式（４）となる。
変形前の傾斜角θ０＝６．１８°より、Ｃ～Ｂ間の寸法ｂは次の式（４）となる。
【0045】
【数4】
【0046】
皿バネ１が圧縮変形する際、皿バネ１の断面形状は変化せず中立点Ｃを中心に回転するものとすると、Ｃ点に対するＡ点の水平距離（半径差）ａは次の式（５）で表される。
【0047】
【数5】
【0048】
よって、Ａ点で決定される皿バネ変形後の内径Ｄｉは次の式（６）となる。
【0049】
【数6】
【0050】
そして、従来型皿バネ１のたわみδと内径最小寸法Ｄｉとの関係は上記の式（３）と式（６）から得られる。
【0051】
［本発明に係る皿バネ（内周に隙間調整面４／切り欠き）］
次に、本発明に係る皿バネのたわみδと内径最小寸法Ｄｉとの関係を求める。
次に、本発明に係る皿バネのたわみδと内径最小寸法Ｄｉとの関係を求める。
【0052】
はじめに、本発明に係る皿バネ１を、内周面１ｂの下から０．４ｔの範囲だけ円筒面（中心軸：軸線Ｏ２と平行）に切り欠いて隙間調整面４を備えたものとする。
【0053】
図７において、回転中心（中立点）Ｃ、内径を決定する上端から０．６ｔの点をＡ’、内径側で板厚中心点をＢとし、皿バネ１の皿部傾斜角をθとする。
変形前の傾斜角θ０＝６．１８°より、Ｃ～Ｂ間の寸法ｂは３７．２５ｍｍとなる。
変形前の傾斜角θ０＝６．１８°より、Ｃ～Ｂ間の寸法ｂは３７．２５ｍｍとなる。
【0054】
ここで、皿バネ１が圧縮変形する際、皿バネ１の断面形状は変化せず中立点Ｃを中心に回転するものとし、Ｃ点に対するＡ’点の水平距離（半径差）ａは次の式（７）で表される。
【0055】
【数7】
【0056】
よって、Ａ’点で決定される皿バネ変形後の内径Ｄｉは次の式（８）となる。
【0057】
【数8】
【0058】
皿バネ１のたわみδは荷重伝達する内径上端と外径下端に切り欠きがないので従来型皿バネ１と同じになり、皿バネ１のたわみδと内径最小寸法Ｄｉとの関係は式（３）と式（８）から得られる。
【0059】
以上の［従来型皿バネ］と［本発明に係る皿バネ（内周面の下から０．４ｔの範囲だけ円筒面（中心軸と平行）に切り欠いて隙間調整面４を備えたもの）］の皿バネ１のたわみδと内径最小寸法Ｄｉとの関係をグラフ化すると、図８となる。
【0060】
従来型では、皿バネ１にたわみがない初期状態（δ＝０）で内径最小寸法Ｄｉ＝１９０ｍｍであるが、最大たわみδ＝９ｍｍになるとＤｉ＝１９１．５ｍｍとなり、１．５ｍｍ拡大することがわかる。このため、ガイド部材２との隙間が広がり芯ズレを生じやすくなってしまう。
【0061】
一方、本発明に係る皿バネ１においては、内径の一部を切り欠いて隙間調整面４を設けたことにより、初期状態（δ＝０ｍｍ）で内径最小寸法Ｄｉ＝１９１．５５ｍｍとなるが、たわみδ＝５ｍｍでＤｉ＝１９１．４１ｍｍ、最大たわみδ＝９ｍｍでＤｉ＝１９１．５０ｍｍとなり、内径の変動範囲１９１．４１～１９１．５５ｍｍとほとんど変化しないことが確認された。このように、内径の変動幅は０．１４ｍｍとなり従来型の１／１０しかない。
【0062】
よって、本発明に係る皿バネ（バネ装置１００）１においては、ガイド部材２との隙間が広がらず芯ズレを防止／抑止できることがわかる。
【0063】
そして、これを実現するための加工は、皿バネ１の内周面１ｂに切り欠くだけで（隙間調整面４を設けるだけで）極めて容易にできる。
【0064】
また、切り欠き寸法として板厚ｔの０．４倍としたが、０．３倍や０．５倍（板厚中央まで切り欠く）とした場合についても図９に示す通りであり、０．５倍にすると内径の変動幅が大きくなり、たわみδが増加すると内径が減少する傾向がある。また、０．３倍にするとたわみが５ｍｍ以上のケースで０．４ｍｍの場合より内径の変動幅が大きくなるが、たわみが小さければ安定した特性をもつことがわかる。
【0065】
［従来型皿バネ］
次に、皿バネ１の外径側に筒状などのガイド部材２を設ける場合において、上記と同じ皿バネ１に対して皿バネ１の最大外径の変化を検討した結果について説明する。
次に、皿バネ１の外径側に筒状などのガイド部材２を設ける場合において、上記と同じ皿バネ１に対して皿バネ１の最大外径の変化を検討した結果について説明する。
【0066】
まず、従来型皿バネ１では、図１０に示すように、回転中心（中立点）Ｃ、外径を決定する下端の点をＡ、外径側で板厚中心点をＢとし、皿バネ１の皿部傾斜角をθとする。
【0067】
変形前の傾斜角θ０＝６．１８より、Ｂ～Ｃ間の寸法ｂは次の式（９）となる。
【0068】
【数9】
【0069】
ここで、皿バネ１が圧縮変形する際、皿バネ１の断面形状は変化せず中立点Ｃを中心に回転するものとすると、Ｃ点に対するＡ点の水平距離（半径差）ａは次の式（１０）で表される。
【0070】
【数10】
【0071】
よって、Ａ点で決定される皿バネ変形後の外径Ｄａは次の式（１１）となる。
【0072】
【数11】
【0073】
そして、従来型皿バネの皿バネ１のたわみδと外径最大寸法Ｄａとの関係は式（３）と式（１１）から得られる。
【0074】
［本発明に係る皿バネ（外周に隙間調整面５／切り欠き）］
一方、本発明に係る皿バネ（外周面１ｃの上から０．３ｔの範囲だけ円筒面（中心軸Ｏ２と平行）に切り欠いて隙間調整面５を備えたもの）は、図１１に示すように、回転中心（中立点）Ｃ、外径を決定する下から０．７ｔの点をＡ’、外径側で板厚中心点をＢとし、皿バネ１の皿部傾斜角をθとする。
上記の式（９）より、Ｂ～Ｃ間の寸法ｂは４６．３ｍｍとなる。
一方、本発明に係る皿バネ（外周面１ｃの上から０．３ｔの範囲だけ円筒面（中心軸Ｏ２と平行）に切り欠いて隙間調整面５を備えたもの）は、図１１に示すように、回転中心（中立点）Ｃ、外径を決定する下から０．７ｔの点をＡ’、外径側で板厚中心点をＢとし、皿バネ１の皿部傾斜角をθとする。
上記の式（９）より、Ｂ～Ｃ間の寸法ｂは４６．３ｍｍとなる。
【0075】
ここで、皿バネ１が圧縮変形する際、皿バネ１の断面形状は変化せず中立点Ｃを中心に回転するものとすると、Ｃ点に対するＡ’点の水平距離（半径差）ａは次の式（１２）で表される。
【0076】
【数12】
【0077】
よって、Ａ’点で決定される皿バネ変形後の外径Ｄａは次の式（１３）となる。
【0078】
【数13】
【0079】
そして、本発明に係る皿バネ（外周に隙間調整面５／切り欠き）の皿バネ１のたわみδと外径最大寸法Ｄａとの関係は式（３）と式（１３）から得られる。
【0080】
図１２は、従来型皿バネと本発明に係る皿バネ（外周に隙間調整面５／切り欠き）の皿バネ１のたわみδと外径最大寸法Ｄａとの関係を示している。なお、切り欠き寸法を０．３ｔだけでなく０．４ｔ、０．５ｔも含めた結果を示している。
【0081】
この図から、従来型では皿バネ１のたわみにより、最大外径が３６０ｍｍ→３５８．６ｍｍと１．４ｍｍ変化することがわかる。一方、切り欠き（隙間調整面５）を板厚ｔの０．３倍とした本発明に係る皿バネ１では、最大外径が３５８．８８ｍｍ→３５８．６０ｍｍと０．２８ｍｍの変化となり、従来型に対して外径変動幅を１／５に低減できることが確認された。
【0082】
さらに、０．４倍では、皿バネたわみ０～６ｍｍの範囲であれば変動幅０．０８ｍｍと極めて小さくなる。また、たわみが小さいときの変動は０．３倍の方が高性能であることが確認された。
【0083】
したがって、本実施形態のバネ装置１００においては、まず、皿バネ１の内周縁１ｂ（又は外周縁１ｃ）とガイド部材２がスペーサー部２ｂだけで接することにより、両者のクリアランスが小さくても皿バネ１の変形による相対変位を阻害することがない。
【0084】
スペーサー部２ｂを備えない従来型では皿バネ１とガイド部材２の隙間（クリアランス）が内周全長にわたり小さいため、接触部にて大きな摩擦抵抗力が生じるおそれがあり、寸法精度管理を厳しくする必要があるが、本実施形態のバネ装置１００（皿バネ１）においては、皿バネ１の内周縁１ｂ（又は外周縁１ｃ）とガイド部材２の外周部（又は内周部）との隙間が十分大きく、過大な摩擦抵抗力が生じるおそれが小さい。また、隙間（クリアランス）の管理はスペーサー部２ｂの調整だけで済むので容易にできる。
【0085】
さらに、皿バネ１の内周縁１ｂ（又は外周縁１ｃ）とガイド部材２がスペーサー部２ｂだけで接するので接触面積が小さくなり、面圧が高くなる。このため、皿バネ１とスペーサー部２ｂとの摩擦係数は小さくなり、この摩擦による皿バネ１の履歴抵抗（ヒステリシス）を小さくすることができる。
【0086】
また、スペーサー部２ｂをガイド部材２の軸部２ａと別材にすることもできるので、スペーサー部２ｂを低摩擦の表面処理鋼材にしたり低摩擦のフッ素樹脂にしたりすることで、さらにこの摩擦を低減することができる。
【0087】
耐荷重が大きく安価な皿バネ１を用いて、ヒステリシスの小さい防振機構向けコンパクトなバネ装置（バネ部材）Ａをローコストに実現できる。組立時に積層した皿バネ群の芯ズレがなければ、スペーサー部２ｂに皿バネ１から作用する力は小さく、必ずしもスペーサー部２ｂに高強度材料を使用しなくてもよくなる。
【0088】
さらに、皿バネ１とガイド部材２との間の隙間が円周全長にわたり小さいと、皿バネ１の変形による空気の移動が阻害され、本来のバネ特性を発揮できなくなるおそれがあるが、本実施形態のバネ装置１００によれば、皿バネ１とガイド部材２との間にスペーサー部２ｂがあり、スペーサー部２ｂ両脇に十分な隙間を確保できるので、空気が密閉されず、上記の不都合が生じない。
【0089】
従来の皿バネ１は、例えば、圧縮変形すると内径が１～２ｍｍ増大し、外径が１～２ｍｍ縮小するため、ガイド部材２との隙間が広がって芯ズレが生じやすいのに対し、本実施形態のバネ装置１００においては、内外径の変化を０．２～０．３ｍｍ程度と大幅に縮小することができる。
【0090】
次に、本実施形態のバネ装置１００においては、図１３に示すように、皿バネ１の内周面１ｂの一部を中心軸Ｏ２に平行に切り欠いて隙間調整面４を設けることで、皿バネ１が圧縮変形したときの内径変化を大幅に低減できる。試算結果では、切り欠き／隙間調整面４なしの場合に比べて内径の変動幅を１／１０程度に低減できる。よって、ガイド部材２との隙間変化も大幅に減少し、芯ズレを生じにくくすることが可能になる。
【0091】
また、皿バネ１の外周面１ｃの一部を中心軸Ｏ２に平行に切り欠いて隙間調整面５を設けることで、皿バネ１が圧縮変形したときの外径変化を大幅に低減できる。試算結果では、切り欠き／隙間調整面５なしの場合に比べて外径の変動幅を１／５程度に低減できる。よって、ガイド部材２との隙間変化も大幅に減少し、芯ズレを生じにくくすることが可能になる。
【0092】
そして、皿バネ１の内周面１ｂや外周面１ｃの一部を中心軸Ｏ１と平行に切り欠く加工は極めて容易なので、ローコストで芯ズレの発生を防止することが可能になる。
【0093】
上記の内外径変化の小さい皿バネ１と、スペーサー部２ｂを備えたガイド部材２を併用すれば、皿バネ１の内周面１ｂや外周面１ｃとスペーサー部２ｂとの隙間は皿バネ１が変形してもほとんど変化しないことから、多段積層した皿バネ群の芯ズレを確実且つ効果的に防止（抑止）することが可能になる。
【0094】
よって、本実施形態のバネ装置１００によれば、従来と比較し、より簡便で効果的に多段積層した皿バネ１のヒステリシスを小さくし、線形性を向上させることが可能になる。
【0095】
なお、皿バネ１にプレロード（圧縮予荷重）をかけておけば皿バネ高さが小さくなる（縮められる）ため、皿バネ１（バネ装置１００）の全長をより短縮できる。この場合においても本発明を勿論採用することができる。
【0096】
（皿バネの別形態）
皿バネの形状については、上記図４に示す形状とは異なる形状であってもよい。具体的には、図１８に示すように、
ｉ）皿バネ１０１の内周面（内周縁１ｂ：隙間調整面４）において、下端から皿バネ１０１の板厚ｔの０．４倍の範囲で内側に突出する部分を湾曲面（半径Ｒ＝０．４ｔ）に加工する。また、皿バネ１０１の内周面（内周縁１ｂ）において、上端から皿バネ１０１の板厚ｔの０．２倍の範囲を湾曲面（半径Ｒ＝０．２ｔ）に加工する。
ｉｉ）皿バネ１０１の外周面（外周縁１ｃ：隙間調整面５）において、上端から皿バネ１０１の板厚ｔの０．３倍の範囲で外側に突出する部分を湾曲面（半径Ｒ＝０．３ｔ）に加工する。また、また、皿バネ１０１の外周面（外周縁１ｃ）において、下端から皿バネ１０１の板厚ｔの０．２倍の範囲を湾曲面（半径Ｒ＝０．２ｔ）に加工する。
皿バネの形状については、上記図４に示す形状とは異なる形状であってもよい。具体的には、図１８に示すように、
ｉ）皿バネ１０１の内周面（内周縁１ｂ：隙間調整面４）において、下端から皿バネ１０１の板厚ｔの０．４倍の範囲で内側に突出する部分を湾曲面（半径Ｒ＝０．４ｔ）に加工する。また、皿バネ１０１の内周面（内周縁１ｂ）において、上端から皿バネ１０１の板厚ｔの０．２倍の範囲を湾曲面（半径Ｒ＝０．２ｔ）に加工する。
ｉｉ）皿バネ１０１の外周面（外周縁１ｃ：隙間調整面５）において、上端から皿バネ１０１の板厚ｔの０．３倍の範囲で外側に突出する部分を湾曲面（半径Ｒ＝０．３ｔ）に加工する。また、また、皿バネ１０１の外周面（外周縁１ｃ）において、下端から皿バネ１０１の板厚ｔの０．２倍の範囲を湾曲面（半径Ｒ＝０．２ｔ）に加工する。
【0097】
なお、上記皿バネ１０１の内周面において、下端から皿バネ１０１の板厚ｔの０．３倍以上０．４倍以下の範囲で湾曲面を形成すれば同様の作用効果が得られる。また、上記皿バネ１０１の外周面において、上端から皿バネ１０１の板厚ｔの０．３倍以上０．４倍以下の範囲で湾曲面を形成すれば同様の作用効果が得られる。
【0098】
図１８に示す皿バネ１０１においても、皿バネ１を用いて説明した上記実施例と同様の作用効果が得られる。
さらに、本形態では、耐荷重が大きく安価な皿バネを用い、その内外周面の一部にＲ加工するだけで、ヒステリシスの小さい防振機構向けのコンパクトなバネ部材がローコストで製造できる。また、皿バネ１０１の上下端において、隣接部材と接触する部分にＲ加工（Ｒ＝０．２ｔ程度）することは一般的な加工機械を利用することで加工でき、さらにＲ＝０．３ｔ～０．４ｔ程度のＲ加工も容易に行うことができる。
さらに、本形態では、耐荷重が大きく安価な皿バネを用い、その内外周面の一部にＲ加工するだけで、ヒステリシスの小さい防振機構向けのコンパクトなバネ部材がローコストで製造できる。また、皿バネ１０１の上下端において、隣接部材と接触する部分にＲ加工（Ｒ＝０．２ｔ程度）することは一般的な加工機械を利用することで加工でき、さらにＲ＝０．３ｔ～０．４ｔ程度のＲ加工も容易に行うことができる。
【0099】
また、皿バネ１０１の内周面の一部をＲ加工することで、皿バネ１０１が圧縮変形したときの内径変化を大幅に低減できる。シミュレーションによれば、Ｒ加工無しの場合に比べて内径の変動幅を１／１０程度に低減できる。このため、ガイド部材との隙間変化も大幅に減少し、芯ズレが生じにくくなる。
【0100】
さらに、皿バネ１０１の外周面の一部をＲ加工することで、皿バネ１０１が圧縮変形したときの外径変化を大幅に低減できる。シミュレーションによれば、Ｒ加工無しの場合に比べて外径の変動幅を１／５程度に低減できる。このため、ガイド部材との隙間変化も大幅に減少し、芯ズレが生じにくくなる。
【0101】
以上、本発明に係るバネ装置の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【0102】
１ 皿バネ
１ａ 中心孔
１ｂ 内周縁／内周面
１ｃ 外周縁／外周面
２ ガイド部材
２ａ 軸部
２ｂ スペーサー部
２ｃ 嵌合凹部
４ 隙間調整面
５ 隙間調整面
１２ ガイド部材
１２ａ 内周面
１２ｂ スペーサー部
１２ｃ 嵌合凹部
１００ バネ装置
Ｏ１ ガイド部材の軸線
Ｏ２ 皿バネの軸線
１ａ 中心孔
１ｂ 内周縁／内周面
１ｃ 外周縁／外周面
２ ガイド部材
２ａ 軸部
２ｂ スペーサー部
２ｃ 嵌合凹部
４ 隙間調整面
５ 隙間調整面
１２ ガイド部材
１２ａ 内周面
１２ｂ スペーサー部
１２ｃ 嵌合凹部
１００ バネ装置
Ｏ１ ガイド部材の軸線
Ｏ２ 皿バネの軸線
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】