JP2004116644A - Nonlinear spring mechanism using linear spring - Google Patents
Nonlinear spring mechanism using linear spring Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004116644A JP2004116644A JP2002280423A JP2002280423A JP2004116644A JP 2004116644 A JP2004116644 A JP 2004116644A JP 2002280423 A JP2002280423 A JP 2002280423A JP 2002280423 A JP2002280423 A JP 2002280423A JP 2004116644 A JP2004116644 A JP 2004116644A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- coil spring
- spring
- linear
- storage box
- coil
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 abstract 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Springs (AREA)
Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動工具、家庭用電化機器、事務用機器等の各種電気電子機器や各種機械装置などに用いられる機械要素部品であるコイルばねに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
【非特許文献1】
ばね技術研究会編「ばね」丸善株式会社、昭和57年12月20日発行。
【0003】
各種電気電子機器や機械装置などでは多くのコイルばねを使用しているが、一般的には線形ばね特性を持ったコイルばねが多く用いられている。しかしながら機器の性能を最適にするために、用途によっては非線形ばね特性が要求される場合がある。
例えば、電気電子機器などに広く用いられている小形直流モータでは、ブラシ圧力とブラシ磨耗度の関係は図9に示すように、ブラシ圧力が小さいと整流火花による電気的磨耗が多く、ブラシ圧力が大きくなると機械的磨耗が増大するといわれている。
しかしながら実際には、線形ばね特性を有するコイルばねを用いているので、ブラシ圧力の範囲はモータ運転の初期においては機械的磨耗範囲に有り、徐々にブラシの磨耗が進み最適範囲で運転される様になる。更にブラシの磨耗が進むとブラシ圧力が小さくなるので火花整流となり電気的磨耗の範囲に入る。これが進むとブラシが完全に磨耗し、ついには小形直流モータの寿命に至る。
従って小形直流モータの駆動開始の初期から、ブラシの有効長さ分が磨耗するまでの間、ブラシ圧力は図9の最適範囲に有り、ブラシ圧力の変化量は出来る限り少ない事が望ましい事となる。
【0004】
前述の様なブラシ磨耗の条件を考慮すると、ブラシ磨耗が少なくなる理想的なばね特性は図10となる。即ちコイルばねのたわみが少ないOからAの範囲は使用しない様に設計するので直線的でも良いが、実際に使用するたわみAからBの範囲における荷重はDからEで、出来る限り荷重の変化量が少ない事が望ましい。又たわみが大きくなるとコイルばねの素線がお互いに接触する様になるから急激に荷重が増しBからCの範囲となるが、この範囲は出来る限り使用しなことが望ましい。
【0005】
従来から非線形ばね特性を有するコイルばねとしては、不等ピッチコイルばね、円すいコイルばね、つづみ形コイルばね、たる形コイルばね等が知られているが、いずれも汎用的なばねではなく、また図10に示すような小形直流モータ用として理想的なばね特性は得られていない。
【0006】
非特許文献1には非線形ばね特性を得る方法が記されている。その大要を次に示す。
非線形ばね特性を得る方法として「直列法による組み合わせばね」がある。この方法は図11に示す様にばね定数(K1、K2、K3)の異なったコイルばねを直列に組み合わせる方法である。この時の総合ばね定数Kは次式のように成り、たわみと荷重の関係は図12となり非線形ばね特性が得られる。
1/K=1/K1+1/K2+1/K3+・・・
本発明では、この非線形ばね特性を得る方法をに着目して、「線形ばね特性を有する一つのコイルばね」を用いて、「非線形ばね機構」を得ようとするものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、例えばブラシタイプ小形直流モータの寿命を長くするために、ブラシ押圧用コイルばねのたわみに対して荷重の変化量が出来得る限り少なくなる様な「線形ばねを用いた非線形ばね機構」を提供することが課題である。
【0008】
【課題を解決するための手段】
線形ばね特性を有するコイルばねをコイルばね収納箱に入れ、このコイルばね収納箱の内面幅B2は、コイルばねが自由に移動出来る様にコイルばねの外形寸法より僅かに大きくする。
内面幅B2に直角方向の内面幅B1はコイルばねの外径寸法より充分大きく、コイルばね外径寸法の1.5倍から2倍程度とする。
コイルばね収納箱の長さは使用目的により異なるが、本例ではコイルばねの自由長程度とする。
このコイルばね収納箱にコイルばねを収納し、一方の収納開放部を塞ぎコイルばね受け部とし、他方の開放部からコイルばねをばね押し具で加圧する事により「線形ばねを用いた非線形ばね機構」を構成する。
【0009】
【実施例】
以下「線形ばね特性を有する一つのコイルばね」を用いて「非線形ばね機構」を構成する一実施例に付いて述べる。
図1に示すように線形特性のコイルばね1をコイルばね収納箱2に入れ、ばね押し具3で荷重を加えられる様に構成する。コイルばね収納箱2の内面幅B1はコイルばね1の外径S1に対して十分幅が広くコイルばね外径寸法の1.5倍から2倍程度となっている。内面幅B2は、コイルばねの外径S1より僅かに大きく、コイルばね1がコイルばね収納箱2の中で移動できる様に構成されている。
図2にコイルばね収納箱2にコイルばね1を収納し、ばね押し具3で荷重F1を加えた状態を示す。この時の矢視Yを図3に示す。コイルばね1は側板6,7より離れて、側板8,9にほぼ接触しながら、受け板10にコイルばね1の線輪端を受けられて固定される。
この状態でばね押し具3で荷重F1を加えると、たわみと荷重の関係は線形特性を示す。この時の総合ばね定数をkaとすると、ばね特性は図7のaからbの範囲となる。
【0010】
次に荷重を増してF2とすると、図4に示すようにコイルばねが圧縮されると共に「くの字状」に変形する。したがってコイルばねの中心線も非線形に変形することになる。点P1でコイルばね収納箱2の側板6と接触する様になる。この様な状態になるとコイルばね1の一巻き一巻きのたわみが異なってくるのでばね定数は一様にならないので、ほぼ同じようなたわみとなる複数の区間に区切ってばね定数k1、k2を仮定する。したがってこの時の総合ばね定数kbは等価的に次式に表すことが出来る。
1/kb=2/k1+1/k2
従って、この時のばね特性は図7のbからcの範囲となる。
【0011】
更に荷重を増してF3とすると、図5に示すようにコイルばね1が圧縮されると共に「S字状」に変形する。この時の複数の区間に区切ったばね定数をk3、k4、k5と仮定すると、総合ばね定数kcは等価的に次式に表すことが出来る。
1/kc=2/k3+2/k4+1/k5
従って、この時のばね特性は図7のcからdの範囲となる。
【0012】
また更に荷重を増してF4とすると、図6に示すようにコイルばね1が圧縮されると共に「S字状」が更にに圧縮変形させられる。前記と同様にばね定数k6、k7、k8を仮定すると、この時の総合ばね定数kdは等価的に次式に表すことが出来る。
1/kd=2/k6+2/k7+1/k8
従って、この時のばね特性は図7のdからeの範囲となる。
この状態から更に圧縮するとバネの素線がお互いに密着する様になり、図7のeからfの範囲となりたわみは限界に達する。
【0013】
前述の様に、線形コイルばね1をコイルばね収納箱2に入れ、内面幅B1はコイルばね1の外径S1に対して十分広く、内面幅B2はコイルばねの外径S1より僅かに幅広とし、コイルばね1がコイルばね収納箱2の中で移動できる様に構成し、ばね押し具3で荷重を加える事によって「線形ばね特性を有する一つのコイルばね」を用いて「非線形ばね機構」を構成することが出来る。
尚、コイルばね1に荷重を加えるに従いコイルばねはコイルばね収納箱2の4方向の側板6,7,8,9に強く押付けられるので摩擦損失が発生する。このためばね定数の変化と荷重低下により図8の曲線Hの様になるが、本「非線形ばね機構」に関する研究・解析が得られていないので、ここではその詳細を省略する。
【0014】
本発明により得られた図7に示す非線形ばね特性の内、bからeの範囲のほほ定荷重特性をブラシタイプ小形直流モータのブラシ押圧用コイルばねに用いれば、理想的なブラシ押圧特性を得る事が出来る。
図8は本発明になる「線形ばね特性を有する一つのコイルばね」を用いた「非線形ばね機構」を、ブラシタイプ小形直流モータのブラシ押圧用コイルばねに適用した一実施例で、たわみと荷重の関係を示す実測値である。
曲線Hは図7の曲線Gと同じ様な傾向を示し、非線形ばね特性となっている。実際のたわみの使用範囲は図8におけるp点からq点の範囲で、p点からr点までが荷重の変化量の少ないほぼ定荷重の範囲となっている。尚本ブラシタイプ直流モータの荷重推奨値は水平線Lと水平線Mの範囲に有り荷重推奨値を満足している。
前述の様に本発明になる「非線形ばね機構」をブラシタイプ小形直流モータに適用した結果、本発明の有用性が検証出来た。
【0015】
【発明の効果】本発明になる「非線形ばね機構」を、ブラシタイプ小形直流モータのブラシ押圧用コイルばねに適用した結果、非線形ばね特性となり、荷重変化量の少ないほぼ定荷重特性範囲が得られた。このため火花整流となる運転範囲が無くなり、長寿命のブラシタイプ直流モータが得られ、「非線形ばね機構」の有用性が実証された。
【図面の簡単な説明】
【図1】非線形ばね機構の構成
【図2】非線形ばね機構ー1
【図3】図2の矢視Y図
【図4】非線形ばね機構ー2
【図5】非線形ばね機構ー3
【図6】非線形ばね機構ー4
【図7】非線形ばね特性
【図8】たわみと荷重の関係を示す実測値
【図9】ブラシ圧力とブラシ磨耗度の関係
【図10】理想的なばね特性を示すたわみと荷重の関係グラフ
【図11】直列法による組み合わせばねを示す図
【図12】非線形ばね特性を示すたわみと荷重の関係グラフ。
【符号の説明】
1 コイルばね
2 コイルばね収納箱
3 ばね押し具
6,7,8,9 側板
10 受け板
a,b,c,d,e,f ばね特性の位置記号
p,q,r たわみ点記号
ka、kb、kc、kd 総合ばね定数
k1、k2、k3、k4、k5、k6、k7、k8 ばね定数
B1、B2 内面幅
F1、F2、F3、F4 荷重
A,B,C たわみ点記号
D,E 荷重点記号
G,H 曲線記号
K 総合ばね定数
K1、K2、K3 ばね定数
L、M 水平線記号
O 図形原点記号
S1 コイルばねの外径
Y 矢視記号[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a coil spring, which is a mechanical component used in various electric and electronic devices such as electric tools, household electric appliances, and office equipment, and various mechanical devices.
[0002]
[Prior art]
[Non-patent document 1]
Spring Technology Research Society edition "Spring" Maruzen Co., Ltd., issued on December 20, 1982.
[0003]
Many coil springs are used in various electric / electronic devices and mechanical devices, but generally, coil springs having linear spring characteristics are often used. However, in order to optimize the performance of the device, non-linear spring characteristics may be required in some applications.
For example, in a small DC motor widely used in electrical and electronic equipment, etc., the relationship between the brush pressure and the brush abrasion degree is as shown in FIG. It is said that as the size increases, mechanical wear increases.
However, in practice, since a coil spring having a linear spring characteristic is used, the range of the brush pressure is in the mechanical wear range at the beginning of the motor operation, and the brush wear gradually progresses so that the brush is operated in the optimum range. become. Further, as the brush wear progresses, the brush pressure is reduced, so that spark rectification is performed, and the brush enters the range of electrical wear. As this proceeds, the brush will be completely worn, eventually leading to the life of the small DC motor.
Therefore, the brush pressure is in the optimum range shown in FIG. 9 from the beginning of the drive of the small DC motor to the time when the effective length of the brush is worn, and it is desirable that the amount of change in the brush pressure be as small as possible. .
[0004]
Considering the conditions for brush wear as described above, the ideal spring characteristic for reducing brush wear is shown in FIG. That is, the coil spring is designed so that the range from O to A is small so as not to be used, so that it may be linear. However, the load in the range from A to B actually used is D to E, and the amount of change in the load is as small as possible. It is desirable that there be few. Further, when the deflection becomes large, the wires of the coil spring come into contact with each other, so that the load rapidly increases and the range becomes from B to C, but it is desirable that this range is not used as much as possible.
[0005]
Conventionally, coil springs having non-linear spring characteristics include unequal-pitch coil springs, conical coil springs, continuous coil springs, barrel coil springs, etc., but none of these are general-purpose springs. An ideal spring characteristic for a small DC motor as shown in FIG. 10 has not been obtained.
[0006]
As a method for obtaining nonlinear spring characteristics, there is a “combination spring by a series method”. This method is a method of combining coil springs having different spring constants (K1, K2, K3) in series as shown in FIG. At this time, the total spring constant K is given by the following equation, and the relationship between the deflection and the load is as shown in FIG.
1 / K = 1 / K1 + 1 / K2 + 1 / K3 +...
In the present invention, focusing on a method of obtaining the non-linear spring characteristic, an attempt is made to obtain a "non-linear spring mechanism" using "one coil spring having a linear spring characteristic".
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the present invention, for example, in order to prolong the life of a brush type small DC motor, a “non-linear spring mechanism using a linear spring” is such that the amount of change in load with respect to the deflection of the coil spring for brush pressing becomes as small as possible. The challenge is to provide
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A coil spring having linear spring characteristics is placed in a coil spring storage box, and the inner surface width B2 of the coil spring storage box is made slightly larger than the outer dimensions of the coil spring so that the coil spring can move freely.
The inner surface width B1 in the direction perpendicular to the inner surface width B2 is sufficiently larger than the outer diameter of the coil spring, and is about 1.5 to 2 times the outer diameter of the coil spring.
Although the length of the coil spring storage box varies depending on the purpose of use, in this example, the length is set to the free length of the coil spring.
By storing the coil spring in this coil spring storage box, closing one of the storage open portions as a coil spring receiving portion, and pressing the coil spring from the other open portion with a spring pressing tool, a "non-linear spring mechanism using a linear spring" is obtained. Is constituted.
[0009]
【Example】
An embodiment in which a "non-linear spring mechanism" is constructed using "one coil spring having linear spring characteristics" will be described below.
As shown in FIG. 1, a
FIG. 2 shows a state where the
When the load F1 is applied by the spring
[0010]
Next, when the load is increased to F2, as shown in FIG. 4, the coil spring is compressed and deformed into a "C" shape. Therefore, the center line of the coil spring is also nonlinearly deformed. It comes into contact with the side plate 6 of the coil
1 / kb = 2 / k1 + 1 / k2
Accordingly, the spring characteristic at this time is in the range from b to c in FIG.
[0011]
When the load is further increased to F3, the
1 / kc = 2 / k3 + 2 / k4 + 1 / k5
Accordingly, the spring characteristic at this time is in the range from c to d in FIG.
[0012]
When the load is further increased to F4, the
1 / kd = 2 / k6 + 2 / k7 + 1 / k8
Accordingly, the spring characteristic at this time is in the range from d to e in FIG.
When further compressed from this state, the element wires of the spring come into close contact with each other, and the deflection in the range from e to f in FIG. 7 reaches the limit.
[0013]
As described above, the
As the load is applied to the
[0014]
If the approximately constant load characteristic in the range of b to e among the non-linear spring characteristics shown in FIG. 7 obtained by the present invention is used for a brush pressing coil spring of a brush type small DC motor, an ideal brush pressing characteristic is obtained. Can do things.
FIG. 8 shows an embodiment in which the "non-linear spring mechanism" using the "one coil spring having a linear spring characteristic" according to the present invention is applied to a brush pressing coil spring of a brush type small DC motor. Is an actually measured value indicating the relationship.
The curve H shows the same tendency as the curve G in FIG. 7 and has a non-linear spring characteristic. The actual use range of the deflection is a range from the point p to the point q in FIG. 8, and the range from the point p to the point r is a substantially constant load range where the amount of change in the load is small. The recommended load value of the brush type DC motor falls within the range of the horizontal line L and the horizontal line M, and satisfies the recommended load value.
As described above, as a result of applying the "nonlinear spring mechanism" according to the present invention to a brush type small DC motor, the usefulness of the present invention was verified.
[0015]
As a result of applying the "non-linear spring mechanism" according to the present invention to a coil spring for pressing a brush of a brush type small DC motor, the spring characteristic becomes non-linear, and a substantially constant load characteristic range with a small load change amount can be obtained. Was. As a result, the operating range for spark rectification was eliminated, and a long-life brush-type DC motor was obtained, demonstrating the usefulness of the "non-linear spring mechanism".
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration of a nonlinear spring mechanism. FIG. 2 is a nonlinear spring mechanism-1.
FIG. 3 is a Y view of FIG. 2; FIG. 4 is a non-linear spring mechanism-2;
FIG. 5 shows a non-linear spring mechanism-3.
FIG. 6 shows a non-linear spring mechanism-4.
FIG. 7: Non-linear spring characteristics FIG. 8: Actual measurement values showing the relationship between deflection and load FIG. 9: Relationship between brush pressure and brush wear degree FIG. 10: Relationship graph between deflection and load showing ideal spring characteristics FIG. 11 is a diagram showing a combination spring according to a series method. FIG. 12 is a graph showing a relationship between deflection and load showing non-linear spring characteristics.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
コイルばね収納箱の一方の内面幅は、コイルばねが自由に移動出来る様にコイルばねの外形寸法より僅かに大きく、この内面幅に直角方向の他方の内面幅は、コイルばねの外径寸法より充分大きくコイルばね外径寸法の1.5倍から2倍程度とし、コイルばね収納箱の長さをコイルばね自由長と同程度以下の任意長さとして、コイルばねをばね押し具で加圧する事により、コイルばねの加圧方向中心線を非線形に変形させ、非線形ばね特性を得る様に構成した事を特徴としたばね機構。In a coil spring mechanism including a coil spring storage box including four side plates and a single receiving plate, a coil spring having linear spring characteristics, and a spring pressing tool,
One inner surface width of the coil spring storage box is slightly larger than the outer dimensions of the coil spring so that the coil spring can move freely, and the other inner surface width in a direction perpendicular to the inner surface width is larger than the outer diameter of the coil spring. Make the coil spring storage box approximately 1.5 to 2 times as large as the outer diameter of the coil spring, make the length of the coil spring storage box equal to or less than the free length of the coil spring, and press the coil spring with a spring press. The spring mechanism is characterized in that the center line in the pressing direction of the coil spring is non-linearly deformed to obtain a non-linear spring characteristic.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002280423A JP2004116644A (en) | 2002-09-26 | 2002-09-26 | Nonlinear spring mechanism using linear spring |
| US10/666,047 US7249757B2 (en) | 2002-09-26 | 2003-09-18 | Brush type small motor having non-linear spring device |
| CNB031598900A CN100399645C (en) | 2002-09-26 | 2003-09-26 | Brush type small motor with non-linear spring device |
| US11/561,469 US7362030B2 (en) | 2002-09-26 | 2006-11-20 | Brush type small motor having non-linear spring device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002280423A JP2004116644A (en) | 2002-09-26 | 2002-09-26 | Nonlinear spring mechanism using linear spring |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004116644A true JP2004116644A (en) | 2004-04-15 |
Family
ID=32275132
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002280423A Pending JP2004116644A (en) | 2002-09-26 | 2002-09-26 | Nonlinear spring mechanism using linear spring |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004116644A (en) |
-
2002
- 2002-09-26 JP JP2002280423A patent/JP2004116644A/en active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106489078B (en) | Probes and electronic devices using probes | |
| US3430084A (en) | Electric motor and brush assembly for a portable tool | |
| US3087038A (en) | Electric current interchange contact | |
| Poljanec et al. | Effect of polarity and various contact pairing combinations of electrographite, polymer-bonded graphite and copper on the performance of sliding electrical contacts | |
| JP2004116644A (en) | Nonlinear spring mechanism using linear spring | |
| US3298074A (en) | Rod clamp and tool utilizing same | |
| CN213845057U (en) | Capacitor core hot-pressing shaping clamp | |
| US4375040A (en) | Brush holder assembly | |
| US3053956A (en) | Rotary electric switches | |
| CN109713860A (en) | Winding wire manufacturing device and its control method | |
| US2506482A (en) | Push-pull rheostat | |
| US2471957A (en) | Electrical connector | |
| CN115045941A (en) | Constant force spring, operation method and mechanical equipment | |
| DE268788C (en) | ||
| US20040061412A1 (en) | Brush type small motor having non-linear spring device | |
| JP5876514B2 (en) | T clamp for electric wire connection | |
| US2221607A (en) | Reinforcement for contact members | |
| US2912816A (en) | Dead-end | |
| JP3703027B2 (en) | Brush type small DC motor with non-linear spring characteristics | |
| JPWO2014141323A1 (en) | Terminal structure, terminal structure of circuit breaker and terminal selection method | |
| KR100224083B1 (en) | Tension spring | |
| US3998511A (en) | Full-circle contact electrical slip-ring brush | |
| US965723A (en) | Insulator. | |
| US949072A (en) | Brush-holder for dynamo-electric machines. | |
| US2788420A (en) | Bus-bar |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040820 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20041014 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041201 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20050517 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |