号数	ばね論文集 61 号（ 2016 年）
ページ数	pp.25-32
種類	論文
論文名	コイルドウェーブスプリング（CWS）における非線形変形特性の解析
Title	Analysis of Nonlinear Deformations in Coiled Wave Springs（ CWS）
著者	大槻敦巳1)，桜山真吾2)
Author	Atsumi OHTSUKI1), Shingo SAKURAYAMA2)
抄録	一般に，ばねは作用する力やトルクを制御するためあるいは機械的エネルギーを蓄えたり放出したりするために用いられる柔軟性のある機械要素である．コイルドウェーブスプリング（CWS）はスクロウェーブスプリングともいわれるが，ばね効果を与えるために波形に成形したコイル状のワイヤあるいは薄板からできている圧縮ばねであり，従来のコイルばねと置き換えて使用するときにはスペースが節約できるなどユニークな利点がある．また，作動するときの高さを減じることができるためばね空隙も小さくすることができる．さらに，組み立てサイズも小さいことやばね製作時の材料費も少なくて済むなど，ばねに要する製作コストの低減が実現できる．CWSはワイヤや薄板の寸法，波形の数，波形の高さ，巻き数などにも依存するが，決められた軸方向空間に対しより大きなスラスト荷重能力を持たせることが可能である．このようにとても高い性能を有するCWSは，近年スリップクラッチを初め，多歯カッターやリテイニングリング，フェースシールなど広範囲に利用されている．ところが，こうしたCWSにおける大変形時に見られる非線形変形特性は未だ明らかになっていない．したがって，大変形の解析がかなり注目を集めているが，十分な解析が成されていない．本解析は，このCWSの非線形大変形特性ついて理論的に解析したもので，解析には非線形大変形理論を適用し，大変形についてだ円積分を用いて厳密な解析解を誘導するとともに大変形現象の容易な理解のために無次元化を行った．さらに，CWSのばね定数について３種類の概念を新しく提案した．また，本研究ではいくつかの実験も行うとともに実験結果と理論解析の比較も行った．その結果，軸圧縮負荷荷重と非線形たわみについては実験から得られた結果と理論から予測されるものがよく一致することが分かった．
Abstract	In general, springs are flexible machine elements used for controlled application of force (or torque) or for storing and release of mechanical energy. A coiled wave spring (CWS), also known as a scrowave spring is a compression spring made of coiled wire or thin plate with waves giving a spring effect and offers the unique advantage of space savings when used to replace conventional coil springs. By reducing spring operating height, the coiled wave springs also offers a decreased spring cavity. A production cost savings is realized with a smaller assembly size and less material used in the manufacturing process. CWS makes it possible to accommodate higher thrust load within the limited axial space depending on the size of the wire (or plate), the number of waves, the height of waves, and the number of turns. In recent years, CWS with very high performance are widely applied to“ Slip Clutch” and“ Multi-Tooth Cutter”,“ Retaining Ring”,“ Face Seal”, and so on. However, nonlinear characteristics observed in large deformation of CWS has not been made clear yet. The large deformation analysis has been eagerly looking forward to as calculation formula. As it is, there exists no persuasive analysis. In this research, these nonlinear characteristics and spring constant for CWS are analyzed theoretically. A nonlinear large deformation theory is applied and exact analytical solutions are derived in terms of elliptic integrals, and then put into a nondimensional formula to facilitate the common understanding of large deformation phenomenon. Moreover, three concepts for the spring constant are newly proposed. In this study, some experiments were presented and the experimental results were compared with the theoretical formulas. As a results, the relation between the applied axial compression force and the nonlinear deflection obtained from the experiments is in good agreement with the relation predicted by the analytical theory.
著者の所属	1) 名城大学 2）名城大学大学院
Belonging	1) Meijo University 2) Meijo University Graduate School
Key Words	Coiled wave spring, Large deformation, Nonlinear deformation, Spring characteristics, Spring constant