JP2000104772A - 自動車用懸架コイルばね - Google Patents

自動車用懸架コイルばね

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JP2000104772A JP11140649A JP14064999A JP2000104772A JP 2000104772 A JP2000104772 A JP 2000104772A JP 11140649 A JP11140649 A JP 11140649A JP 14064999 A JP14064999 A JP 14064999A JP 2000104772 A JP2000104772 A JP 2000104772A
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修二 神谷
Kouji Gotou
交司 後藤
Koichi Irie
光一 入江
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Chuo Hatsujo KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造で、ストラットに対して所望の横
力を適切に付与し得る自動車用懸架コイルばねを提供す
る。 【解決手段】 圧縮コイルばね5の上側座面USの中心
を通るコイル軸が、圧縮コイルばね5の自由状態におい
て所定の曲率で湾曲するように圧縮コイルばね5を形成
する。そして、湾曲内側の軸方向長さが短くなる方向に
圧縮コイルばね5の下側座面LSが下側座4に対して所
定角度傾斜するように、下側座巻5aのピッチを設定
し、及び/又は、湾曲外側の軸方向長さが短くなる方向
に上側座面USが上側座3に対して所定角度傾斜するよ
うに、上側座巻5bのピッチを設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用懸架コイ
ルばねに関し、特に、ストラット型懸架装置に好適な自
動車用懸架コイルばねに係る。
【0002】
【従来の技術】従来より、自動車の車体懸架に圧縮コイ
ルばねが供されており、一般的に圧縮コイルばねはその
コイル軸とばね反力の方向が一致するように設計されて
いる。自動車用懸架装置に関しては、種々の形式のもの
が知られているが、車輪の位置決め用の支柱(ストラッ
ト)としてショックアブソーバ(緩衝器)を利用したス
トラット型懸架装置が普及している。このストラット型
懸架装置においては、荷重入力軸とストラット軸との間
のずれが不可避であるため、ストラットに曲げモーメン
トが発生し、ストラットのガイド部及びピストン部に作
用する横力によってショックアブソーバとしての円滑な
摺動作動が阻害される。これを防止するため、例えば円
筒状の圧縮コイルばねのコイル軸をストラット軸に対し
てオフセットさせて曲げモーメントを相殺する技術が利
用されている。
【0003】上記の圧縮コイルばねのコイル軸とストラ
ット軸の関係は幾何学的に決められるため、圧縮コイル
ばね単体としてはオフセットが生じないように、即ちコ
イル軸とばね反力の方向が一致するように設計すること
が要求されていた。例えば、ストラット型懸架装置に供
される圧縮コイルばねに関しては、本願発明者を含む研
究者によって発表された「サスペンション設計における
懸架コイルばねの横力低減技術」と題する論文(ばね技
術研究会、1995年8月28日発行)に記載のよう
に、圧縮コイルばねの横力を最小化することが課題とさ
れていた。
【0004】一方、ストラット型懸架装置に関し、例え
ば実公昭48−39290号公報には、緩衝支柱(スト
ラット)に生ずる横力を減少させる方法として、自由状
態においてコイル軸が直線の円筒状に形成された汎用の
コイルスプリングをばね中心に関して実質的に直角方向
に湾曲させて取付ける方法、及びあらかじめ自由状態に
おいてばね中心を湾曲させて形成されたコイルスプリン
グを取付状態においてばね中心が直線状になるようにセ
ットすることによりばね横反力によるモーメントを得る
方法が提案されている。結局、コイルスプリングを、そ
のばね中心に関して実質的に直角方向に弾性変形させて
横荷重をもって取付け、コイルスプリングはその横荷重
によって緩衝支柱に作用するモーメントが路面反力によ
るモーメントに対抗して作用するように取付けて、緩衝
支柱のブッシュ及びピストンの横力を減少させるように
構成されている。
【0005】同様に、英国特許第1198713号公報
にも、ストラット型懸架装置において、ショックアブソ
ーバ即ちストラットに対し車輪による曲げモーメントと
反対方向に曲げモーメントが生ずるようにコイルばねを
圧縮して装着する方法が提案されている。同公報Fig
2においては、実質的に直線状の軸回りに巻回され、両
端の巻回部が相互にα°屈曲形成されたコイルばねが開
示されている。このコイルばねはショックアブソーバの
ハウジングとロッドに結合された平行なプレート間に、
コイルばねの両端を含む面が車両の内側で交差するよう
に配置されると、コイルばねの圧縮量が内側より外側の
ほうが大となるので、その付勢力によって、ストラット
に対し、車輪による曲げモーメントと反対方向に曲げモ
ーメントが生ずる旨記載されている。
【0006】同公報のFig3には、自由状態において
一つの円弧状の軸回りに巻回され、二つの座面が相互に
傾斜するように形成されたコイルばねが開示されてい
る。このコイルばねが平行なプレート間に介装され、自
由状態で長い方の側面が車両の外側に向くように配置さ
れると、コイルばねの圧縮量が内側より外側のほうが大
となる旨記載されている。また、Fig4には、二つの
プレートが相互に傾斜し、その二つの面が車両の外側で
交差するようにショックアブソーバのハウジングとロッ
ドに結合されており、これらのプレート間に、直線状の
軸回りに巻回された円筒状のコイルばねが配置される旨
記載されている。これにより、コイルばねの圧縮量が内
側より外側のほうが大となる旨記載されている。
【0007】更に、特許第2642163号公報には、
ストラット型懸架装置において、自動車のタイヤ幅が広
くなると車輪支持点が外方へ移るため、ばね力作用線を
設定すべき支持作用線と緩衝器軸線の間の角度が大きく
なり、これを満足する構造とすることはできないことに
鑑み、緩衝器のピストン棒に生じる横力を大幅に除去で
きるようにすることを目的として、ばね中心線が無負荷
状態においてほぼS字形に延びた圧縮コイルばねを有す
る懸架装置が提案されている。
【0008】上記特許第2642163号公報の第5図
には、比較対象として、無負荷状態においてばね中心線
が湾曲した圧縮コイルばねが開示されており、この圧縮
コイルばねに関し曲率半径が一定で、且つ一つの平面内
だけで湾曲しているため、ばね力作用線はばね中心線に
対して平行にシフトするのみで、横力の減少を十分に達
成することは困難としている。即ち、無負荷状態におい
てばね中心線が湾曲した圧縮コイルばねの使用は否定さ
れている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】自動車用懸架装置の一
層の小型化が要請される今日においては、通常の円筒状
圧縮コイルばねを用いストラット及びその支持機構の改
良を加えるだけでは、路面荷重によってストラットに発
生する曲げモーメントを打ち消すことは困難である。従
って、圧縮コイルばねの横力を積極的に増大させ、この
圧縮コイルばねをストラット型懸架装置に適用すること
が必要となる。然し乍ら、汎用のコイルばねでは所定の
横力を付与することは容易ではない。
【0010】前掲の実公昭48−39290号公報に開
示された、自由状態においてばね中心を湾曲させて形成
されたコイルスプリングを取付状態においてばね中心が
直線状になるようにセットする構造は、組付けが困難で
あり、所望の効果を得ることは至難である。しかも、ど
のようなコイルスプリングが適切かは具体的に示されて
おらず、より具体的な構成の開示が望まれる。
【0011】これに対し、英国特許第1198713号
公報に開示された懸架装置においては、コイルばねの構
造が開示されているが、同公報に記載のコイルばね及び
その取付構造によっても所望の効果を得ることは困難で
ある。この点に関しては、前掲の特許第2642163
号公報においてもストラットのガイド部及びピストン部
に作用する横力の減少を十分に達成することは困難とし
ている。もっとも、特許第2642163号公報に開示
された、ばね中心線が無負荷状態においてほぼS字形に
延びた圧縮コイルばねでは、製造が困難でありコストア
ップ要因となる。
【0012】結局、前述のように圧縮コイルばねを湾曲
させるだけでは、ばね反力軸(ばね力作用線)がコイル
軸(ばね中心線)に対して平行にシフトし、圧縮コイル
ばねの上側座面の中心を通らないため、上側座に対し偏
心力が生じ、上側座の支持構造に悪影響を及ぼすおそれ
がある。
【0013】そこで、本発明は、簡単な構造で、ストラ
ットに対して所望の横力を適切に付与し得る自動車用懸
架コイルばねを提供することを課題とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は請求項1に記載のように、上側座と下側座
との間に圧縮コイルばねを圧縮可能に配置する自動車用
懸架コイルばねにおいて、前記圧縮コイルばねのコイル
軸が自由状態において実質的に所定の曲率で湾曲するよ
うに前記圧縮コイルばねを形成すると共に、前記圧縮コ
イルばねの自由状態において湾曲内側の軸方向長さが短
くなる方向に、前記下側座に着座する前記圧縮コイルば
ねの下側座面が前記下側座に対して所定角度傾斜するよ
うに、前記圧縮コイルばねの下側座巻のピッチを設定
し、及び/又は、前記圧縮コイルばねの自由状態におい
て湾曲外側の軸方向長さが短くなる方向に、前記上側座
に着座する前記圧縮コイルばねの上側座面が前記上側座
に対して所定角度傾斜するように、前記圧縮コイルばね
の上側座巻のピッチを設定することとしたものである。
【0015】従って、請求項1によれば下記の三態様が
構成される。第1の態様は、前記圧縮コイルばねのコイ
ル軸が自由状態において実質的に所定の曲率で湾曲する
ように前記圧縮コイルばねを形成すると共に、前記圧縮
コイルばねの下側座巻のピッチを、前記圧縮コイルばね
の自由状態において湾曲内側の軸方向長さが短くなる方
向に、前記圧縮コイルばねの下側座面が前記下側座に対
して所定角度傾斜するように設定する態様である。
【0016】第2の態様は、前記圧縮コイルばねのコイ
ル軸が自由状態において実質的に所定の曲率で湾曲する
ように前記圧縮コイルばねを形成すると共に、前記圧縮
コイルばねの上側座巻のピッチを、前記圧縮コイルばね
の自由状態において湾曲外側の軸方向長さが短くなる方
向に、前記圧縮コイルばねの上側座面が前記上側座に対
して所定角度傾斜するように設定する態様である。
【0017】第3の態様は、前記圧縮コイルばねのコイ
ル軸が自由状態において実質的に所定の曲率で湾曲する
ように前記圧縮コイルばねを形成すると共に、前記圧縮
コイルばねの下側座巻のピッチを、前記圧縮コイルばね
の自由状態において湾曲内側の軸方向長さが短くなる方
向に、前記圧縮コイルばねの下側座面が前記下側座に対
して所定角度傾斜するように設定し、且つ、前記圧縮コ
イルばねの上側座巻のピッチを、前記圧縮コイルばねの
自由状態において湾曲外側の軸方向長さが短くなる方向
に、前記圧縮コイルばねの上側座面が前記上側座に対し
て所定角度傾斜するように設定する態様である。
【0018】あるいは、請求項2に記載のように、前記
圧縮コイルばねのコイル軸が自由状態において実質的に
所定の曲率で湾曲するように前記圧縮コイルばねを形成
すると共に、前記圧縮コイルばねの湾曲内側の軸方向長
さが短くなる方向に、前記下側座面が前記下側座に対し
て所定角度傾斜するように前記下側座巻のピッチを設定
し、且つ前記上側座面の中心が前記下側座面の中心に対
して前記圧縮コイルばねの湾曲内側方向に偏心するよう
に、前記圧縮コイルばねのコイル軸を設定する構成とし
てもよい。これにより、当該圧縮コイルばねを前記上側
座と前記下側座との間に配置したときには、前記上側座
面が前記上側座に対して湾曲外側の軸方向長さが短くな
る方向に所定角度傾斜するように、前記上側座巻のピッ
チを設定した場合と同等の効果を得ることができる。
【0019】また、請求項3に記載のように、前記圧縮
コイルばねのコイル軸が自由状態において実質的に所定
の曲率で湾曲するように前記圧縮コイルばねを形成する
と共に、前記圧縮コイルばねの湾曲外側の軸方向長さが
短くなる方向に、前記上側座面が前記上側座に対して所
定角度傾斜するように前記上側座巻のピッチを設定し、
且つ前記下側座面の中心が前記上側座面の中心に対して
前記圧縮コイルばねの湾曲外側方向に偏心するように、
前記圧縮コイルばねのコイル軸を設定する構成としても
よい。これにより、当該圧縮コイルばねを前記上側座と
前記下側座との間に配置したときには、前記下側座面が
前記下側座に対して湾曲内側の軸方向長さが短くなる方
向に所定角度傾斜するように、前記下側座巻のピッチを
設定した場合と同等の効果を得ることができる。
【0020】上記の自動車用懸架コイルばねにおいて、
請求項4に記載のように、前記圧縮コイルばねのコイル
軸が同一方向で実質的に少なくとも二つの異なる曲率を
以って湾曲するように、前記圧縮コイルばねを形成する
とよい。
【0021】尚、上記の自動車用懸架コイルばねにおい
て、前記圧縮コイルばねは、その上側座面の中心を通る
コイル軸が、前記圧縮コイルばねの自由状態において実
質的に所定の曲率で湾曲するように形成されるもので、
当該コイル軸は、曲線に限らず、連続する少くとも二つ
の直線で構成し、これらの複数の直線によって実質的に
所定の曲率で湾曲するように構成することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図1は自動車用懸架コイルばねに供
する圧縮コイルばね5の一実施形態の断面を示す。図2
は圧縮コイルばね5をストラット型懸架装置(以下、単
に懸架装置という)に組付けた状態を示し、圧縮コイル
ばね5の上端を支持する部分を除き、懸架装置の構成を
二点鎖線で示している。図3は、図1の圧縮コイルばね
5を図2の懸架装置のストラット2に取り付けた状態の
拡大断面図である。
【0023】先ず、図2を参照して懸架装置の全体構成
を説明すると、車体1にストラット2の上端が弾性的に
支持されると共に、上側座3が車体1に支持され、スト
ラット2の中間部に下側座4が固定されている。これら
上側座3と下側座4との間に、ストラット2を囲繞する
ように圧縮コイルばね5が配置されている。ストラット
2の下端はナックル6に固定され、ナックル6はロアア
ーム7を介して車体1にピボット結合されている。而し
て、ナックル6に軸支される車輪8はストラット2及び
圧縮コイルばね5を介して車体1に支持されると共に、
ロアアーム7を介して車体1に支持されている。尚、ス
トラット2の上端及び上側座3はストラットマウント1
0を介して車体1に取り付けられているが、これについ
ては後述する。
【0024】ストラット2はシリンダ2aと、このシリ
ンダ2a内に摺動自在に支持されたロッド2bを備え、
これらによってショックアブソーバが構成されている。
ロッド2bの上端はストラットマウント10を介して車
体1に取り付けられ、シリンダ2aの下端がナックル6
に取り付けられ、例えば前掲の実公昭48−39290
号公報に開示された機構と同様に構成されている。
【0025】本実施形態の圧縮コイルばね5は図1に示
すように、その上側座面USの中心を通るコイル軸CA
が、自由状態において所定の曲率で湾曲するように形成
されており、胴曲がり量dの初期胴曲がりを有する。特
に、本実施形態のコイル軸CAは同一方向で二つの異な
る曲率を以って湾曲するように形成されている。即ち、
図1に示すように、圧縮コイルばね5の上方部分UPの
コイル軸CAが曲率半径R1で湾曲し、下方部分LPの
コイル軸CAが曲率半径R2で湾曲するように形成され
ている。
【0026】そして、圧縮コイルばね5の自由状態にお
いて湾曲内側(図1の左側)の軸方向長さが短くなる方
向に、圧縮コイルばね5の下側座巻5aの座面、即ち下
側座面LSが、装着対象の下側座4(図1に2点鎖線で
示す)に対して所定角度α傾斜するように、下側座巻5
aのピッチが設定されている。この場合において、下側
座面LSと下側座4との関係は相対的であり、図1では
下側座4が水平で、これに対し下側座面LSが所定角度
α傾斜する関係にあるが、逆に図1において下側座面L
Sを水平とし、これに対し下側座4が所定角度α傾斜す
る関係としてもよい。尚、この圧縮コイルばね5を製造
する場合には、圧縮コイルばね5の素線を巻回しながら
ピッチを減少させる必要が生じ(所謂、逆ピッチ付
け)、下側座面LSの傾斜が大きくなるとピッチの設定
が困難となる。このため、本実施形態においては異なる
曲率半径の二つの円弧で湾曲するように形成されてい
る。
【0027】このように構成された圧縮コイルばね5
は、図3に示すように従前の懸架装置と同様、略平行の
上側座3と下側座4との間に介装される。このとき、圧
縮コイルばね5はコイル軸CAの湾曲方向が車体外側方
向となるように保持される。ストラットマウント10
は、軸受11を介して上側座3を車体1に支持する下側
ブラケット12と、この下側ブラケット12と共に車体
1にボルト結合する上側ブラケット13を備え、これら
の間に防振ゴム14が収容されている。一方、ストラッ
ト2のロッド2bの先端には支持ブラケット16が固定
されており、この支持ブラケット16が下側ブラケット
12と上側ブラケット13の間で防振ゴム14に挟持さ
れている。
【0028】而して、本実施形態のストラットマウント
10は荷重経路分離型となっており、ストラット2は防
振ゴム14を介して車体1に支持されているので車輪8
からの振動が吸収され、圧縮コイルばね5は軸受11を
介して車体1に支持されているので圧縮、拡張作動時に
生ずる応力が適切に吸収される。尚、防振ゴム14は、
本願では詳細な説明は省略するが、圧縮コイルばね5の
ばね反力軸が上側座面USの略中心を通るように設計さ
れている。
【0029】ここで、例えば図4に示すように単に圧縮
コイルばねを初期胴曲がりさせるだけでは、ばね反力軸
RAが平行移動するだけで、ばね反力の着力点はコイル
軸CAからずれるので(ずれ量を図4にeで示す)、軸
受11に偏摩耗が生ずるおそれがある。これに対し、本
実施形態においては、図5に示す態様と同様、ばね反力
の着力点が上側座面USの略中心にあって略コイル軸C
A上に位置するように構成されているので、軸受11に
偏摩耗が生ずることもなく安定した状態でストラット2
に横力が付与される。尚、この点については図12乃至
図14を参照して詳細に後述する。
【0030】上記の構成になる懸架装置においては、図
2に示すように、荷重入力軸AAとばね反力軸RAは一
致せず、ストラット2のストラット軸SAと荷重入力軸
AAとは角度θ1をなすのに対し、ストラット軸SAと
ばね反力軸RAとは角度θ2をなしている。尚、LAは
ロアアーム7の軸、KAはキングピン軸を表す。上記荷
重入力軸AAとストラット軸SAの不一致に起因し、ス
トラット2のシリンダ2aとロッド2bとの間に摺動抵
抗が生じ得るが、この摺動抵抗は後述するように圧縮コ
イルばね5の付勢力によって発生が抑えられ、ロッド2
bの円滑な摺動作動が確保される。
【0031】図6は、前述の圧縮コイルばね5のよう
に、上側座面の中心を通るコイル軸が自由状態において
所定の曲率で湾曲するように形成された、初期胴曲がり
を有する圧縮コイルばねに関し、下側座に対する下側座
面の傾斜及び/又は上側座に対する上側座面の傾斜がば
ね反力に及ぼす影響を実験するためのモデル圧縮コイル
ばね5xを示すものである。以下、この圧縮コイルばね
5xに対し所定の一側面の軸方向長さが短くなる方向に
圧縮した場合、即ち、図6に示すように圧縮コイルばね
5xの下側座面をx軸回りに反時計方向にα度回転させ
た場合と、圧縮コイルばね5xの上側座面をx軸回りに
時計方向にβ度回転させた場合における実験結果につい
て説明する。
【0032】図7は、図6の圧縮コイルばね5xを所定
高さに圧縮した状態で下側座面をx軸回りに反時計方向
に回転させた場合のばね反力軸の変化を実線で示すもの
で、破線は通常の圧縮コイルばねにおける同様の場合の
ばね反力軸の変化を示す。図7において、図6のx軸回
りの回転角(傾斜角度α)を反時計方向に増加したとき
のばね反力軸の変化を表している(図7の矢印はαの増
加方向を示す)。尚、ばね反力軸は上側座面及び下側座
面に作用するばね反力の着力点を結ぶ線である。
【0033】図7から以下の事項が明らかとなる。即
ち、(1)初期胴曲がりによってばね反力軸はy方向、
即ち胴曲がり方向に平行移動する。(2)下側座面の傾
斜角度αの図6の反時計方向への増加により、ばね反力
軸のy方向の傾きが増加する。換言すれば、下側座面の
傾斜角度αの増加に応じて圧縮コイルばねに対する横力
が増加する。(3)下側座面の傾斜角度αの増加に伴
い、上側座面におけるばね反力の着力点は、圧縮コイル
ばね5xでは実線で示すように上側座面の中心(図7の
z軸)に近づくのに対し、通常の圧縮コイルばねでは破
線で示すように遠ざかる。これに対し、圧縮コイルばね
5xを所定高さに圧縮した状態で上側座面をx軸回りに
時計方向に回転させた場合には、上側座面の傾斜角度β
の時計方向への増加により、ばね反力軸のy方向の傾き
が減少する、即ち圧縮コイルばねに対する横力が減少す
ることになる(この関係を示す図は省略)。
【0034】従って、図6の圧縮コイルばね5xを所定
高さに圧縮した状態で、上側座面の傾斜角度が0度のと
き、下側座面を図6のx軸回りに反時計方向にα度回転
させた場合には、横力は図8に実線で示すように変化す
る。尚、図8の横軸は下側座面の傾斜角度αで、縦軸は
x及びy方向の横力Fx,Fyであり、実線は本実施形
態の圧縮コイルばね5の横力Fxb,Fybの変化を示
し、破線は通常の圧縮コイルばねにおける上記と同様の
場合の横力Fxn,Fynの変化を示す。
【0035】而して、図8から以下の事項が明らかとな
る。即ち、(1)y方向に初期胴曲がりさせると、通常
の圧縮コイルばねにおける横力Fxn,Fynに比し、
x方向の横力Fxbは増加し、y方向の横力Fybが減
少する。(2)図6のx軸回りに反時計方向に下側座面
を傾斜させたとき、その傾斜角度αの増加により、y方
向の横力Fybが大幅に増加するのに対し、x方向の横
力Fxbは僅かに減少する。(3)x方向の横力Fxb
も、その絶対値は、ばね反力軸を理想的なオフセット線
に合致させる上では無視できない大きさの値となる。
尚、x方向の横力Fxbを小さくする方法としては、例
えば胴曲がり方向を平行圧縮時の横力の方向と一致させ
て、ばね巻端位置を調整する方法がある。
【0036】これに対し、圧縮コイルばね5xを所定高
さに圧縮した状態で、その下側座面を図6のx軸回りに
反時計方向に傾斜させたときの傾斜角度αが8.0度の
とき、更に圧縮コイルばね5xの上側座面を図6のx軸
回りに時計方向に傾斜させた場合には、その傾斜角度β
の増加に伴い圧縮コイルばね5xの横力Fxb,Fyb
は図9に実線で示すように変化する。尚、破線は通常の
圧縮コイルばねにおける同様の場合の横力の変化を示
す。図9から、上側座面の傾斜角度βの時計方向への増
加に伴いy方向の横力Fyb,Fynは大きく減少し、
x方向の横力Fxb,Fxnは僅かに増加することが分
かる。
【0037】以上から明らかなように、初期胴曲がりを
有する圧縮コイルばねにおいては、(1)ばね反力軸は
胴曲がりさせた方向に略平行移動する。(2)下側座面
を傾斜させるとy方向の横力が急激に増加し、コイル軸
とばね反力軸のなす角度は増加する。(3)下側座面を
図6のx軸回りに反時計方向に傾斜させたとき、その傾
斜角度αを大きくすると、上側座面におけるばね反力の
着力点は、上側座面の中心に近づく。(4)しかし、上
側座面を図6のx軸回りに時計方向に傾斜させると、そ
の傾斜角度βの増加に伴いy方向の横力が急激に減少す
るため、下側座面を傾斜させた場合の効果が相殺される
ことになる。(5)胴曲がりさせた方向と直角な方向
(x方向)の横力自体は大きいが(これは前述の方法で
解決し得る)、座面の傾斜による変化は小さく、無視し
得る。
【0038】従って、本実施形態の圧縮コイルばね5
は、図3に示すように上側座3と下側座4との間に介装
したときに、図5に示す圧縮コイルばね5xを所定高さ
に圧縮した状態で下側座4xを反時計方向にα度回転さ
せた場合と同様の状態となるように、図1の胴曲がり量
d及び傾斜角度α(図1の時計方向の回転角)が設定さ
れ、下側座巻5aのピッチが設定されている。これによ
り、図1に示すように形成された圧縮コイルばね5を、
従前のように略平行に配置された上側座3と下側座4と
の間に介装すると図2及び図3に示す状態となり、図4
の圧縮コイルばね5xに対し下側座4xを傾斜させて図
5の状態とした場合と同様の効果を奏することができ
る。
【0039】図10は本発明の他の実施形態に係るもの
で、前述の実施形態に比し、圧縮コイルばね15が、湾
曲外側(図10の右側)の軸方向長さが短くなる方向に
上側座巻5bの座面、即ち上側座面USが装着対象の上
側座3(図10に2点鎖線で示す)に対して所定角度β
傾斜するように、上側座巻5bのピッチが設定されてい
る。その他の構成は前述の実施形態と同様であるので、
同一の符号で示し、説明は省略する。
【0040】図11は、前述の図6の圧縮コイルばね5
xを所定高さに圧縮した状態で上側座面をx軸回りに反
時計方向(図6の矢印とは逆の方向で、図6の矢印方向
をβ増方向とするとβ減方向となる)に回転させた場合
のばね反力軸の変化を実線で示すもので、破線は通常の
圧縮コイルばねにおける同様の場合のばね反力軸の変化
を示す。図11において、x軸回りの回転角(傾斜角度
β)を図6に矢印で示した方向と反対の反時計方向に増
加したとき(即ち、β減方向)のばね反力軸の変化を表
している。而して、上側座面の傾斜角度βを図6に矢印
で示す時計方向と反対の方向(反時計方向)に増加する
ことにより、ばね反力軸のy方向の傾きが増加する。換
言すれば、図6に矢印で示す時計方向の上側座面の傾斜
角度βの減少に応じて圧縮コイルばね5に対する横力が
増加する。
【0041】従って、図10に示す圧縮コイルばね15
を、図2に示すように配置された上側座3と下側座4と
の間に介装したときに、図6の圧縮コイルばね5xを所
定高さに圧縮した状態で上側座面USを反時計方向にβ
度回転させた場合と同様の状態となるように、図10に
示すように自由状態における胴曲がり量d及び傾斜角度
βが設定され、上側座巻5bのピッチが設定されてい
る。これにより、図10に示すように形成された圧縮コ
イルばね15を、従前のように略平行に配置された上側
座3と下側座4との間に介装すれば、図11の状態と同
様の効果を奏することができる。
【0042】前述の図6に示すように、初期胴曲がりさ
せた(湾曲した)圧縮コイルばね5xの下側座面を傾斜
させることによってばね反力軸RAが上側座面の略中心
を通ることになるが、この点について図12乃至図14
を参照して説明する。図12は図6の圧縮コイルばね5
xを所定高さに圧縮した状態でその下側座面を図6のx
軸回りに反時計方向に回転させた場合の力関係を示すも
ので、横力Fy及び着力点のずれ量eは、圧縮コイルば
ね5xの下側座面の下側座(図12では図示省略)に対
する傾斜角度αの大きさに応じて図13及び図14に示
すように変化する。
【0043】図13及び図14において、実線は湾曲し
ない圧縮コイルばねの場合、1点鎖線は胴曲がり量dで
10mm湾曲した圧縮コイルばねの場合の実験結果を示
し、2点鎖線は13mm、破線は16mm湾曲した圧縮コイ
ルばねの場合の実験結果を夫々示す。これらの実験結果
から明らかなように、湾曲が大きくなると横力Fyが減
少し、上側座面の着力点位置が胴曲がりさせた方向(湾
曲させた方向)に移動する。また、下側座面を傾斜させ
たときの傾斜角度αを大きくすると、横力Fyが増大
し、上側座面におけるばね反力の着力点は圧縮コイルば
ねを湾曲させた方向と逆方向に移動する。
【0044】図15は本発明の更に他の実施形態に係る
もので、圧縮コイルばね25は、前述の圧縮コイルばね
5と同様、コイル軸CAは自由状態において一つ又は二
つの曲率で湾曲するように形成されている。そして、湾
曲内側(図15の左側)の軸方向長さが短くなる方向に
圧縮コイルばね25の下側座面LSが下側座4に対して
所定角度γ傾斜するように、下側座巻25aのピッチが
設定されている。更に、湾曲外側(図15の右側)の軸
方向長さが短くなる方向に上側座面USが上側座3に対
して所定角度δ傾斜するように、上側座巻25bのピッ
チが設定されている。
【0045】換言すれば、図15に示す圧縮コイルばね
25を、2点鎖線で示すように平行に配置した上側座3
と下側座4との間に介装して圧縮したときに、図16に
示すように、円弧状に湾曲させた圧縮コイルばね5xを
所定高さに圧縮した状態で、下側座4yひいては圧縮コ
イルばね5xの下側座面をx軸回りに反時計方向にγ度
傾斜させると共に、上側座3yひいては圧縮コイルばね
5xの上側座面を反時計方向にδ度回転させた場合と同
様の状態となるように、図15に示す下側座面LS及び
上側座面USの傾斜角度γ,δが設定され、上側座巻2
5b及び下側座巻25aのピッチが設定されている。こ
れにより、図15に示すように形成された圧縮コイルば
ね25を、従前のように略平行に配置された上側座3と
下側座4との間に介装すれば、図1及び図10の実施形
態と同様の効果を奏することができる。
【0046】ところで、前述の実施形態は何れもコイル
軸が圧縮コイルばねの自由状態において2つの異なる曲
率の円弧で形成されているが、コイル軸は、円弧あるい
は曲線に限らず、実質的に所定の曲率で湾曲するように
形成すれば略同等の効果を奏することができる。例え
ば、図17に示すように、連続する二つの直線a11,a
12によって、実質的に所定の曲率で湾曲するコイル軸C
A1を構成することができる。図18は、図16に示す
ように円弧状に湾曲させた圧縮コイルばね5xを、上側
座3yと下側座4yとの間に介装し夫々反時計方向にδ
度,γ度傾斜させたときのばね反力軸(図18の破線)
と、図17に示すように直線a11,a12によって実質的
に所定の曲率で湾曲するように構成した圧縮コイルばね
5yを、上側座3yと下側座4yとの間に介装し夫々反
時計方向にδ度,γ度傾斜させたときのばね反力軸(図
18の実線)を示す。同図から、直線a11,a12によっ
て実質的に所定の曲率で湾曲するように構成された圧縮
コイルばね5y(図17)は、実質的に湾曲の大きさが
等しければ、略同様のばね反力軸となることが分かる。
【0047】而して、図15に示す圧縮コイルばね25
に代えて、図19に示すように、コイル軸CA1を、連
続する二つの直線a11,a12によって実質的に所定の曲
率で湾曲するように構成すると共に、湾曲内側(図19
の左側)の軸方向長さが短くなる方向に圧縮コイルばね
35の下側座面が下側座(図示省略)に対して所定角度
γ傾斜するように、下側座巻35aのピッチを設定し、
且つ湾曲外側(図19の右側)の軸方向長さが短くなる
方向に上側座面が上側座(図示省略)に対して所定角度
δ傾斜するように、上側座巻35bのピッチを設定した
圧縮コイルばね35を用いることとしても、図15の圧
縮コイルばね25と略同等の効果を奏することができ
る。
【0048】あるいは、図20に示すように、連続する
三つの直線a21,a22,a23によって、実質的に所定の
曲率で湾曲するコイル軸CA2を構成することとしても
よい。この場合にも、湾曲内側(図20の左側)の軸方
向長さが短くなる方向に、圧縮コイルばね45の下側座
面を所定角度γ傾斜するように下側座巻45aのピッチ
を設定し、且つ湾曲外側(図20の右側)の軸方向長さ
が短くなる方向に上側座面が上側座(図示省略)に対し
て所定角度δ傾斜するように、上側座巻45bのピッチ
を設定すれば、図15の圧縮コイルばね25と略同等の
効果を奏することができる。
【0049】図21乃至図23は本発明の別の実施形態
に係るもので、図21及び図22の圧縮コイルばね5
5,65は、前述の圧縮コイルばね5と同様、コイル軸
CA3,CA4が自由状態において一つ又は二つの曲率
で湾曲するように形成されている。そして、湾曲内側
(図21の左側)の軸方向長さが短くなる方向に、圧縮
コイルばね55,65の下側座面が下側座(図示省略)
に対して所定角度γ傾斜するように、下側座巻55a,
65aのピッチが設定されている。更に、上側座巻55
b,65bの座面中心が、下側座巻55a,65aの座
面中心に対して湾曲内側(図21及び図22の左側方
向)に水平距離で夫々S1,S2偏心するように、コイ
ル軸CA3,CA4が設定されている。
【0050】而して、例えば図22に示す圧縮コイルば
ね65が、図23に示すように上側座3と下側座4との
間に介装されると、下側座巻65aの座面中心に対して
S2だけ偏心した上側座巻65bの座面中心が、下側座
4に対して偏心していない上側座3の中心に合致するよ
うに装着されることになる。この結果、図23に示すよ
うに、上側座巻65bの上側座面を反時計方向にδ度回
転させた場合と同様の状態となり、図15の実施形態と
略同等の効果を奏することができる。
【0051】このように、図21及び図22の圧縮コイ
ルばね55,65によれば、前述の圧縮コイルばねの上
側座面を傾斜させるためのピッチ設定に比し、極めて容
易に加工することができる。尚、図21及び図22の圧
縮コイルばね55,65とは逆に、下側座巻55a,6
5aの座面中心が、上側座巻55b,65bの座面中心
に対して湾曲外側(図21及び図22の右側方向)に偏
心するように、コイル軸を設定することとしてもよい。
【0052】図24は、本発明の更に別の実施形態に係
るもので、圧縮コイルばね75は前述の圧縮コイルばね
5と異なり、下側座巻75a及び上側座巻75bが何れ
も所謂ピッグテール巻とされている。これにより、圧縮
コイルばねの密着高さを低くでき、懸架装置のストロー
クを大きくすることができる。尚、下側座巻75aは前
述の圧縮コイルばね5と同様、下側座(図示せず)に対
して所定角度傾斜するように設定されているが、上側座
巻75bを上側座(図示せず)に対して所定角度傾斜す
るように設定してもよく、あるいは両座巻を傾斜するよ
うに設定してもよい。また、コイル軸は前述の圧縮コイ
ルばね5と同様、自由状態において二つの曲率で湾曲す
るように設定されているが、一つの曲率で湾曲するよう
に設定してもよい。
【0053】
【発明の効果】本発明は上述のように構成されているの
で以下の効果を奏する。即ち、請求項1に係る自動車用
懸架コイルばねは、圧縮コイルばねのコイル軸が自由状
態において実質的に所定の曲率で湾曲するように形成す
ると共に、その下側座巻のピッチを、自由状態において
湾曲内側の軸方向長さが短くなる方向に、圧縮コイルば
ねの下側座面が下側座に対して所定角度傾斜するように
設定し、及び/又は、上側座巻のピッチを、自由状態に
おいて湾曲外側の軸方向長さが短くなる方向に、圧縮コ
イルばねの上側座面が上側座に対して所定角度傾斜する
ように設定することとしているので、上側座及び下側座
を含む従前の懸架装置に対し変更を加えることなく、上
記の構成の圧縮コイルばねを組み付けるだけでストラッ
トに対して所望の横力を適切に付与し、円滑な緩衝作動
を確保することができる。しかも、製造が容易で、スト
ラット側での特段の調整を行なうことなく、上側座に対
し着力点近傍で適切に支持することができる。
【0054】更に、請求項2又は請求項3に記載のよう
に構成した場合には、上側座巻及び下側座巻の何れか一
方にピッチ設定を行なうだけで、上側座巻及び下側座巻
の両者に対してピッチ設定を行なった場合と略同等の効
果を得ることができるので、一層容易に、ストラットに
対して円滑な緩衝作動を確保することができる。
【0055】また、請求項4に記載の自動車用懸架コイ
ルばねは、圧縮コイルばねのコイル軸が同一方向で少な
くとも二つの異なる曲率を以って湾曲するように、圧縮
コイルばねを形成する構成とされているので、下側座巻
及び/又は上側座巻のピッチ設定を容易に行なうことが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の自動車用懸架コイルばねに供する圧縮
コイルばねを示す断面図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る圧縮コイルばねを自
動車用懸架装置に装着した状態を示す正面図である。
【図3】本発明の一実施形態に係る圧縮コイルばねを自
動車用懸架装置のストラットに取り付けた状態を示す拡
大断面図である。
【図4】本発明の比較対象の圧縮コイルばねの一例を示
す断面図である。
【図5】本発明の比較対象の圧縮コイルばねの他の例を
示す断面図である。
【図6】初期胴曲がりを有する圧縮コイルばねに関し、
上側座面に対する下側座面の傾斜がばね反力に及ぼす影
響を実験するためのモデル圧縮コイルばねを示す斜視図
である。
【図7】図6の圧縮コイルばねを所定高さに圧縮した状
態で下側座面をx軸回りに反時計方向に回転させた場合
のばね反力軸の変化を示すグラフである。
【図8】図6の圧縮コイルばねを所定高さに圧縮した状
態で下側座面をx軸回りに反時計方向に回転させた場合
の横力の変化を示すグラフである。
【図9】図6の圧縮コイルばねを所定高さに圧縮した状
態で下側座面をx軸回りに反時計方向に回転させた状態
で、更に上側座面をx軸回りに時計方向に回転させた場
合の横力の変化を示すグラフである。
【図10】本発明の他の実施形態に係る圧縮コイルばね
を示す断面図である。
【図11】図6の圧縮コイルばねを所定高さに圧縮した
状態で上側座面をx軸回りに反時計方向に回転させた場
合のばね反力軸の変化を示すグラフである。
【図12】図6の圧縮コイルばねを所定高さに圧縮した
状態で下側座面をx軸回りに反時計方向に回転させた場
合の力関係を示す特性図である。
【図13】図6の圧縮コイルばねを所定高さに圧縮した
状態で下側座面をx軸回りに反時計方向に回転させた場
合において、下側座面の傾斜角度αに応じた横力の変化
を示すグラフである。
【図14】図6の圧縮コイルばねを所定高さに圧縮した
状態で下側座面をx軸回りに反時計方向に回転させた場
合において、下側座面の傾斜角度αに応じた着力点のず
れ量を示すグラフである。
【図15】本発明の更に他の実施形態に係る圧縮コイル
ばねを示す断面図である。
【図16】図15の圧縮コイルばねに対し、比較対象の
圧縮コイルばねの一例を示す断面図である。
【図17】図15の圧縮コイルばねに対し、比較対象の
圧縮コイルばねの他の例を示す断面図である。
【図18】図16及び図17に示す圧縮コイルばねを上
側座と下側座との間に介装し夫々反時計方向にδ度,γ
度傾斜させたときのばね反力軸を示すグラフである。
【図19】連続する二つの直線によって実質的に所定の
曲率で湾曲するようにコイル軸を構成した圧縮コイルば
ねを示す断面図である。
【図20】連続する三つの直線によって実質的に所定の
曲率で湾曲するようにコイル軸を構成した圧縮コイルば
ねを示す断面図である。
【図21】本発明の別の実施形態に係る圧縮コイルばね
の正面図である。
【図22】本発明の更に別の実施形態に係る圧縮コイル
ばねの正面図である。
【図23】図22の圧縮コイルばねを上側座と下側座と
の間に介装した状態を示す正面図である。
【図24】本発明の更に別の実施形態に係る圧縮コイル
ばねの正面図である。
【符号の説明】
1 車体, 2 ストラット, 3 上側座, 4 下
側座,5 圧縮コイルばね, 6 ナックル, 7 ロ
アアーム, 8 車輪,10 ストラットマウント,
US 上側座面, LS 下側座面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神谷 修二 愛知県名古屋市緑区鳴海町字上汐田68番地 中央発條株式会社内 (72)発明者 後藤 交司 愛知県名古屋市緑区鳴海町字上汐田68番地 中央発條株式会社内 (72)発明者 入江 光一 愛知県名古屋市緑区鳴海町字上汐田68番地 中央発條株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上側座と下側座との間に圧縮コイルばね
    を圧縮可能に配置する自動車用懸架コイルばねにおい
    て、前記圧縮コイルばねのコイル軸が自由状態において
    実質的に所定の曲率で湾曲するように前記圧縮コイルば
    ねを形成すると共に、前記圧縮コイルばねの自由状態に
    おいて湾曲内側の軸方向長さが短くなる方向に、前記下
    側座に着座する前記圧縮コイルばねの下側座面が前記下
    側座に対して所定角度傾斜するように、前記圧縮コイル
    ばねの下側座巻のピッチを設定し、及び/又は、前記圧
    縮コイルばねの自由状態において湾曲外側の軸方向長さ
    が短くなる方向に、前記上側座に着座する前記圧縮コイ
    ルばねの上側座面が前記上側座に対して所定角度傾斜す
    るように、前記圧縮コイルばねの上側座巻のピッチを設
    定することを特徴とする自動車用懸架コイルばね。
  2. 【請求項2】 前記圧縮コイルばねのコイル軸が自由状
    態において実質的に所定の曲率で湾曲するように前記圧
    縮コイルばねを形成すると共に、前記圧縮コイルばねの
    湾曲内側の軸方向長さが短くなる方向に、前記下側座面
    が前記下側座に対して所定角度傾斜するように前記下側
    座巻のピッチを設定し、且つ前記上側座面の中心が前記
    下側座面の中心に対して前記圧縮コイルばねの湾曲内側
    方向に偏心するように、前記圧縮コイルばねのコイル軸
    を設定することを特徴とする請求項1記載の自動車用懸
    架コイルばね。
  3. 【請求項3】 前記圧縮コイルばねのコイル軸が自由状
    態において実質的に所定の曲率で湾曲するように前記圧
    縮コイルばねを形成すると共に、前記圧縮コイルばねの
    湾曲外側の軸方向長さが短くなる方向に、前記上側座面
    が前記上側座に対して所定角度傾斜するように前記上側
    座巻のピッチを設定し、且つ前記下側座面の中心が前記
    上側座面の中心に対して前記圧縮コイルばねの湾曲外側
    方向に偏心するように、前記圧縮コイルばねのコイル軸
    を設定することを特徴とする請求項1記載の自動車用懸
    架コイルばね。
  4. 【請求項4】 前記圧縮コイルばねのコイル軸が同一方
    向で実質的に少なくとも二つの異なる曲率を以って湾曲
    するように、前記圧縮コイルばねを形成することを特徴
    とする請求項1,2又は3記載の自動車用懸架コイルば
    ね。
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