テーパスプリングのメリット・デメリット

バイブレーターに使われていると言うことなら円錐状のこれでしょうか？
http://tokaibane.com/tech/tech_info_cone.html
スポーツタイプの自転車にはよく使われていたりします。

さてメリット、デメリット以前にスプリングの形状を考えましょう。
普通の（ストレートの）圧縮コイルスプリングを指でつまむなりして圧縮してみてください。
次に円錐状のばねを同様に圧縮してみてください。

普通のコイルスプリングは圧縮しても線径 * 巻き数分の高さになりますが、円錐状なら圧縮時には線径分の高さにしかなりません。
そのことを考えればメリットや必要とする場所は思いつくと思います。
たとえばバイブレーターのスプリングが普通のスプリングなら、バイブレーターの全長がどれだけ伸びることかなど。

デメリットはあまり思いつきませんが、その形状上あまり長くはできないでしょうから使える場所は限定されるでしょう。

またバイブレーターの用途からは加重云々はあまり考慮せずに全長を優先している物と思います。

お礼

2011/07/31 23:35

ありがとうございました。

質問者

コイルバネであるかぎり、途中でピッチを変えても線径を変えても、その局部を見ると荷重に対して線形（リニア）な変形をする。
なので、そしてその合計をした１本のばねの挙動も線形であるはず。

線形で無くなるのは、線径小、巻き径大、巻き密の柔い部分が密着してしまうから回答（２）資料の如く折れ線のような変化になったり、
　　非線形ばねを用いた剛性可変機構の研究
　　http://www.cc.toin.ac.jp/haya-lab/paper/conference25.pdf
　　不等ピッチコイルばね
　　ピッチの小さい部分から線材が順次衝突して、ばねが働かなくなる。これにより、
　　連続的にばね係数が増大する

のはず。それ以外に応答が変化する原理って何かあるのでしょうか？
教えて頂ける関係者がおられれば・・・

回答（３）の形状なら、テーパをきつくすれば、線どうしは当たらず座でトグロを巻くような圧縮も出来るのではないか？
つまり、ストローク、縮みシロを普通のバネよりかなり大きく出来る。応力が持つの前提で

お礼

2011/07/31 23:37

ありがとうございました。

質問者

一般にコイルバネは線形の荷重特性を持っていますので線形ばねと言いま
す。それに対し動作応答を非線形にして、荷重特性に変化を持たせたばねを
非線形ばねと呼びます。非線形ばねは線形を変化させる場合とピッチを変化
させる場合の２通りが有ります。下記参照下さい。

圧縮コイルバネにおけるばね定数は　K＝Gd^4/(8N・D^3)で与えられます。
ここにGは横弾性係数です。
一般のばねではK＝一定(線形)ですが、?線径d　?平均径D　?巻き数N(ピッ
チを変化)を漸次変化されることにより、非線形のばねを製作できます。
つまり非線形ばねとして?線径がテーパ状に変化?平均径が円錐状(太鼓、
鼓)?不等ピッチの３種が考えられます。各因子の次数からその変化の効果は
?＞?＞?となります。参考までに
http://www.actment.co.jp/baneset2.htm#BANE21

質量Ｍをコイルばねで支える場合の固有振動数ｐは
ｐ＝√(Ｋ/Ｍ）で与えられます。線径ばねの場合ｐは一定ですので,ｐの近傍
で共振する可能性があり、注意が必要です。またＭに対し変位に比例した
反力が働きます。この特性を非線形にすると共振に対する影響を緩和できる
だけでなく、変位に応じて反力を大きく取ることができるので、振動の減衰
特性が向上します。

コイルスプリングの外径寸法がテーパになっているものですか？
それとも、素線径そのものをテーパにしてあるものですか？

何れにしても、非線形特性って事で理解出来ると思います。

用途によっては、メリットにもデメリットにもなります。
生産性も悪いです。

> あまり世間では使われていないのでしょうか。
お書きの様に、サスペンションには多用されています。
別に珍しいものでもありません。

テーパスプリングに関連して、
不等ピッチのスプリングについて、ちょっとだけ。
（質問者さんの、お勉強用です。）

エンジンのバルブスプリング限定用途ですが、
不等ピッチスプリングを採用する場合があります。
バルブのサージング現象を起こす回転数（つまり、周波数）を
ずらすのが目的です。

テーパスプリングの非線形特性と併せて、色々調べてみて下さい。

＃　ばねの設計に関する本を一冊読んでおくのを勧めます。

お礼

2011/08/06 12:20

ありがとうございました

質問者