JP2003148531A - 多段コイルスプリング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多段コイルスプリングにおいて、軽量化と材
料コストの低減を図りながら、胴曲がりを少なくするこ
と。 【解決手段】 多段コイルスプリング４０において、大
径の第１の密巻部４１と大径の第２の密巻部４２を、小
径の粗巻部４３の両側に一体に形成したもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は車両用フロントフォ
ーク、リヤクッション等に用いて好適な多段コイルスプ
リングに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、実開平4-107193の図２、
図４に示す如く、車両用フロントフォークにおいて、車
輪側と車体側の間に介装される懸架スプリングとして、
同一の素線径、かつ同一のコイル平均径にて巻回した、
小ピッチの密巻部と、大ピッチの粗巻部と、それらの密
巻部と粗巻部を直列につなぐ接続部とからなる多段コイ
ルスプリングを用いるものがある。

【０００３】このコイルスプリングでは、密巻部のばね
定数Ｋ1が小さく、粗巻部のばね定数Ｋ2が大きい、２段
階特性を示し、全体の合成ばね定数ＫはＫ＝Ｋ1・Ｋ2／
（Ｋ1＋Ｋ2）になる。

【０００４】また、このコイルスプリングのクッション
ストローク特性は、合成ばね定数Ｋが働く小さなばね定
数の領域Ａと、密巻部が密着し、粗巻部の大きなばね定
数Ｋ２が働く大きなばね定数の領域Ｂとを有する。そし
て、コイルスプリングは、密巻部が路面からの比較的小
さな高周波の振動を領域Ａで吸収し、路面のうねり等に
起因する比較的大きな低周波の振動が作用したときには
粗巻部がストロークして、この大きな振動を領域Ｂで吸
収する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術では、多段コイルスプリングが密巻部と粗巻部のコイ
ル平均径を同一としているため、コイル素線径が全体的
に大径となり、軽量化ができず、材料コストもかさむ。

【０００６】尚、本出願人は、多段コイルスプリングの
軽量化と材料コストの低減を図るため、特願2001-28999
9により、同一の素線径を有し、それぞれ所定の長さを
有する密巻部と粗巻部を軸方向に直列に巻回した多段コ
イルスプリングにおいて、前記粗巻部のコイル平均径を
前記密巻部より小径に形成したものを提案している。と
ころが、コイルスプリングは、コイル平均径、素線径が
小さい程、また巻ピッチが大きいほど胴曲がり（バック
リング）し易く、特願2001-289999の多段コイルスプリ
ングではコイル平均径が小径で巻ピッチが大きい粗巻部
で胴曲がりを生じ易い。

【０００７】本発明の課題は、多段コイルスプリングに
おいて、軽量化と材料コストの低減を図りながら、胴曲
がりを少なくすることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、一本
の同一径の素線から第１の密巻部と該第１の密巻部より
巻きピッチの大きな粗巻部を同芯に直列に巻回した多段
コイルスプリングにおいて、前記粗巻部のコイル平均径
を前記第１の密巻部より小径に形成し、前記粗巻部の前
記第１の密巻部の側とは反対側に、該粗巻部よりコイル
平均径が大径の第２の密巻部又は座巻部を設けたもので
ある。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て更に、前記第２の密巻部又は座巻部を前記第１の密巻
部と同一径に形成したものである。

【００１０】請求項３の発明は、請求項１又は２の発明
において更に、前記第１の密巻部の端部に座巻部を設
け、該座巻部の座面と前記粗巻部の反対側に設けた座巻
部の座面を前記コイル軸に対し直角に形成したものであ
る。

【００１１】請求項４の発明は、請求項１又は２の発明
において更に、前記第１の密巻部の端部と前記第２の密
巻部の端部のそれぞれに座巻部を設け、それら両座巻部
の座面を前記コイル軸に対し直角に形成したものであ
る。

【００１２】請求項５の発明は、請求項１〜４の発明に
おいて更に、前記粗巻部と前記第１の密巻部のコイル平
均半径の差の値と、該粗巻部と前記第２の密巻部又は座
巻部のコイル平均半径の差の値をそれぞれそれらの素線
径の大きさより小さくしたものである。

【００１３】請求項６の発明は、請求項１〜５の発明に
おいて更に、前記粗巻部と前記第１の密巻部をつなぐ接
続部のピッチと、該粗巻部と前記第２の密巻部又は座巻
部をつなぐ接続部のピッチをそれぞれ前記粗巻部のピッ
チより小さく、かつ、それらの接続部に相隣る前記第１
又は第２の密巻部のピッチ以上に設定したものである。

【００１４】請求項７の発明は、請求項１〜６の発明に
おいて更に、前記第２の密巻部の巻数が前記第１の密巻
部の巻数と異なるものであるようにしたものである。

【００１５】

【作用】請求項１の発明によれば下記(1)〜(3)の作用が
ある。 (1)多段コイルスプリングの粗巻部で、コイル平均径を
小さくしたことにより、一定の剪断応力の発生を許容し
ながら、素線径を細くすることができ、軽量化と材料コ
ストの低減を図ることができる。

【００１６】(2)多段コイルスプリングの密巻部で、素
線径を一定とするとき、コイル平均径を大きくしたこと
により、巻数を少なくでき、有効ストロークを大きく取
ることができる。

【００１７】(3)多段コイルスプリングは、小径で巻き
ピッチが大きいためにそれだけでは胴曲がりを生じ易い
粗巻部が、一端側に設けた大径の第１の密巻部と、他端
側に設けた大径の第２の密巻部又は座巻部を介してスプ
リングシートに支持されるので、粗巻部の支持面積が広
くなって粗巻部の胴曲がりが発生しにくくなる。

【００１８】請求項２の発明によれば下記(4)の作用が
ある。 (4)多段コイルスプリングが粗巻部の一端側に設けた第
１の密巻部と、他端側に設けた第２の密巻部又は座巻部
とを同一径にしたから、多段コイルスプリングの両端を
支持する両側のスプリングシートとして同一径のものを
採用でき、スプリングシートの共用による量産効果を得
ることができる。

【００１９】請求項３の発明によれば下記(5)、(6)の作
用がある。 (5)多段コイルスプリングが小径の粗巻部の両端側のそ
れぞれに大径の座巻部を設け、両座巻部の座面をコイル
軸に直角に形成したから、胴曲がりが発生しにくい。

【００２０】(6)多段コイルスプリングの両端を座面研
削するとき、両側研削砥石間で多段コイルスプリングを
支えるストレート状のパイプ治具に多段コイルスプリン
グを挿入したとき、多段コイルスプリングの両端側の座
巻部がともに大径をなして該多段コイルスプリングをパ
イプ治具内に水平配置可能とするから、多段コイルスプ
リングの両端側のコイル平均径が大径と小径をなすこと
による傾斜化を生ずることがなく、ストレートな標準コ
イルスプリングのための生産設備を共用化できる。

【００２１】請求項４の発明によれば下記(7)、(8)の作
用がある。 (7)多段コイルスプリングが小径の粗巻部の両端側のそ
れぞれに大径の第１の密巻部と第２の密巻部とを設け、
第１の密巻部と第２の密巻部のそれぞれの座面をコイル
軸に直角に形成したから、胴曲がりが発生しにくい。

【００２２】(8)多段コイルスプリングの両端を座面研
削するとき、両側研削砥石間で多段コイルスプリングを
支えるストレート状のパイプ治具に多段コイルスプリン
グを挿入したとき、多段コイルスプリングの両端側の第
１の密巻部と第２の密巻部とがともに大径をなして該多
段コイルスプリングをパイプ治具内に水平配置可能とす
るから、多段コイルスプリングの両端側のコイル平均径
が大径と小径をなすことによる傾斜化を生ずることがな
く、ストレートな標準コイルスプリングのための生産設
備を共用化できる。

【００２３】請求項５の発明によれば下記(9)の作用が
ある。 (9)多段コイルスプリングの第１の密巻部と、第２の密
巻部又は座巻部とが小さな変動を吸収して密着した後、
粗巻部が大きな振動を吸収するとき、粗巻部が必ず第１
の密巻部と、第２の密巻部又は座巻部とに支えられて、
粗巻部と第１の密巻部との接続部、粗巻部と第２の密巻
部又は座巻部との接続部のそれ以上の変位が阻止され、
接続部での素線の折れを生じない。

【００２４】請求項６の発明によれば下記(10)の作用が
ある。 (10)多段コイルスプリングの粗巻部のピッチより小ピッ
チの接続部は粗巻部より早く密着して、接続部の、第１
の密巻部と、第２の密巻部又は座巻部とにつながる大コ
イル径部位で発生する剪断応力がそれ以上に高くなるこ
とを回避し、接続部での素線の折れを生じない。

【００２５】請求項７の発明によれば下記(11)の作用が
ある。 (11)第１の密巻部の巻数と第２の密巻部の巻数を異なる
ものとすることにより、第１の密巻部と第２の密巻部が
密着する時期が異なり、密着時の衝撃を分散できる。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は第１実施形態のフロントフ
ォークを示す全体断面図、図２は図１の下部断面図、図
３は図１の上部断面図、図４は多段コイルスプリングを
示す正面図、図５は多段コイルスプリングのクッション
ストローク特性を示す線図、図６は第２実施形態のフロ
ントフォークを示す上部断面図、図７は多段コイルスプ
リングを示す正面図、図８は第３実施形態の多段コイル
スプリングを示す正面図、図９は第４実施形態の多段コ
イルスプリングを示す正面図、図１０は座面研削用パイ
プ治具の使用状態を示す断面図である。

【００２７】（第１実施形態）（図１〜図５） 車両用フロントフォーク１０は、図１〜図３に示す如
く、車体に支持されるステアリングシャフト１１の上下
に固定した上部ブラケット１２と下部ブラケット１３に
車体側に取付けられるインナーチューブ１４を取付ける
とともに、このインナーチューブ１４を車輪側に取付け
られるアウターチューブ１５内に摺動自在に挿入して正
立し、両チューブ１４、１５の間に懸架スプリング１６
を介装するとともに、単筒型ダンパ１７を正立にして内
挿している。アウターチューブ１５は車軸ブラケット１
８を介して車軸に結合される。

【００２８】アウターチューブ１５の底部にはダンパ１
７を構成するダンパシリンダ２１の下端部が固定されて
立設している。インナーチューブ１４の上端部にはキャ
ップ２２が螺着され、キャップ２２の内周にピストンロ
ッド２４が螺着されている。ピストンロッド２４の先端
部はダンパシリンダ２１に挿入されている。

【００２９】アウターチューブ１５の内部で、ダンパシ
リンダ２１の上端外周部にはスプリング受２５が圧入さ
れている。他方、インナーチューブ１４の内部で、ピス
トンロッド２４の基端部に衝合されているロックナット
２６にはスプリング受２７、スプリングシート２８が支
持され、スプリング受２７、スプリングシート２８とス
プリング受２５の間に前述の懸架スプリング１６を介装
している。

【００３０】インナーチューブ１４とアウターチューブ
１５の内部で、ダンパシリンダ２１の外周部には、油溜
室３１と気体室３２が設けられ、気体室３２に閉じ込め
られている気体が気体ばねを構成する。懸架スプリング
１６と気体ばねの弾発力は、車両が路面から受ける衝撃
力を吸収する。

【００３１】ダンパ１７は、ピストンロッド２４の先端
部に設けたピストンホルダ３３まわりに設けられるピス
トンバルブ装置３４と、アウターチューブ１５の底部側
に設けたボトムホルダ３５まわりに設けられるボトムバ
ルブ装置３６とを有する。ピストンバルブ装置３４とボ
トムバルブ装置３６は、詳細には例えば特願2000-21948
3に記載のものを採用できる。ダンパ１７は、ピストン
バルブ装置３４とボトムバルブ装置３６が発生する減衰
力により、懸架スプリング１６と気体ばねによる衝撃力
の吸収に伴うインナーチューブ１４とアウターチューブ
１５の伸縮振動を制振する。

【００３２】しかるに、多段コイルスプリング１０にあ
っては、インナーチューブ１４に内挿される懸架スプリ
ング１６として、多段コイルスプリング４０を用いてい
る。多段コイルスプリング４０は、図４に示す如く、一
本の同一径ｄの素線をコイル軸Ｏに同芯に直列に巻回
し、第１の密巻部４１と第２の密巻部４２を、粗巻部４
３の両側に接続部４４、４５を介して一体に備えるもの
である。多段コイルスプリング４０は、第１の密巻部４
１、第２の密巻部４２、粗巻部４３のそれぞれについ
て、自由長をＬ1、Ｌ2、Ｌ3、巻数をＮ1、Ｎ2、Ｎ3（Ｎ
1、Ｎ2、Ｎ3は少なくとも１巻以上の有効巻数を有す
る）、巻ピッチをｐ1、ｐ2、ｐ3（ｐ1＜ｐ3、ｐ2＜ｐ
3）（ｐ1とｐ2は同一又は不同一のいずれでも良い）と
している。このとき、多段コイルスプリング４０は以下
の諸元を有する。

【００３３】(A)第１の密巻部４１と第２の密巻部４２
と粗巻部４３のコイル平均径 粗巻部４３のコイル平均径Ｄ3を第１の密巻部４１のコ
イル平均径Ｄ1より小径にする。本実施形態では、多段
コイルスプリング４０の先端座面を後述するように小径
化せざるを得ないことからくる制約のために、第１の密
巻部４１の先端側を絞り部４６とし、絞り部４６をＤ1
からテーパ状に縮径し、絞り部４６の先端部をスプリン
グ受２５に着座する小径の座巻部４１Ａとしている。
尚、接続部４４のコイル径は、小径の粗巻部４３のコイ
ル平均径Ｄ3から大径の第１の密巻部４１のコイル平均
径Ｄ1に向けて次第に拡径する。

【００３４】第２の密巻部４２のコイル平均径Ｄ2を粗
巻部４３のコイル平均径Ｄ3より大径に形成し、第２の
密巻部４２の先端部をスプリング受２７、スプリングシ
ート２８に着座する座巻部４２Ａとしている。尚、接続
部４５のコイル径は、小径の粗巻部４３のコイル平均径
Ｄ3から大径の第２の密巻部４２のコイル平均径Ｄ2に向
けて次第に拡径する。

【００３５】第１の密巻部４１のコイル平均径Ｄ1と第
２の密巻部４２のコイル平均径Ｄ2とは同一に設定され
ている。但し、Ｄ1とＤ2は同一であることを必須としな
い。

【００３６】(B)第１の密巻部４１と第２の密巻部４２
の座巻部４１Ａ、４２Ａの座面 第１の密巻部４１と第２の密巻部４２の座巻部４１Ａ、
４２Ａの座面は、それらのコイル軸に対し直角に形成さ
れている。多段コイルスプリング４０は、図１０（Ａ）
に示す如く、研削機に設けられたパイプ治具１００の中
空部に挿入されて水平に保持された状態で、座巻部４１
Ａ、４２Ａの端面が両側の研削砥石により研削されて座
面が形成される。

【００３７】(C)第１の密巻部４１、第２の密巻部４２
と粗巻部４３のコイル平均径の差 小径の粗巻部４３のコイル平均径Ｄ3と大径の第１の密
巻部４１のコイル平均径Ｄ1の差の値を、それらの素線
径ｄの２倍の値2ｄの大きさより小さくする。

【００３８】また、小径の粗巻部４３のコイル平均径Ｄ
3と大径の第２の密巻部４２のコイル平均径Ｄ２の差の
値を、それらの素線径ｄの２倍の値2ｄの大きさより小
さくする。

【００３９】(D)接続部４４、４５のピッチ 本実施形態では、粗巻部４３と密巻部４１をつなぐ接続
部４４のピッチｐ4を、第１の密巻部４１のピッチｐ1と
同一又は略同一に設定している。

【００４０】また、粗巻部４３と第２の密巻部４２をつ
なぐ接続部４５のピッチｐ5を、第２の密巻部４２のピ
ッチｐ2と同一又は略同一に設定している。

【００４１】しかしながら、粗巻部４３と密巻部４１、
４２の接続部４４、４５は、径が大きくなるのに比例し
て応力が高くなるので、径が大きくなるのに比例して接
続部４４、４５の巻ピッチを小さくするように設定する
こともできる。また、粗巻部４３のピッチｐ3より小さ
く、かつ、密巻部４１、４２のピッチｐ1、ｐ2以上に設
定することもできる。要するに、密巻部４１、４２が密
着した後、粗巻部４３から密巻部４１、４２につながる
接続部４４、４５に応力集中が発生しないように粗巻部
４３よりピッチを小さくしたものであれば良い。

【００４２】(E)接続部４４、４５の巻数 接続部４４、４５の巻数Ｎ4、Ｎ5を0.75〜1.0巻とす
る。しかし、これ以上の巻数であっても良い。

【００４３】(F)密巻部４１、４２の巻数 第２の密巻部４２の巻数Ｎ2を、第１の密巻部４１の巻
数Ｎ1と異なるものにする。但し、Ｎ1とＮ2は異にする
ことを必須としない。

【００４４】フロントフォーク１０においては、インナ
ーチューブ１４の内径部に、懸架スプリング１６（多段
コイルスプリング４０）を収納し、大径の密巻部４１、
４２の外周をインナーチューブ１４の内径部でガイド又
は規制可能とする。

【００４５】尚、アウターチューブ１５に固定のダンパ
シリンダ２１の上端外周部に設けられているスプリング
受２５は、インナーチューブ１４との相対移動量が大き
く、インナーチューブ１４の内径部のかじりを防止する
ため、インナーチューブ１４の内径部に対して小径に設
定している。このとき、多段コイルスプリング４０の第
１の密巻部４１は、スプリング受２５に着座してインナ
ーチューブ１４との相対移動量がスプリング受２５と同
様に大きく、インナーチューブ１４の内径部のかじりを
防止する必要があるし、該第１の密巻部４１が着座する
スプリング受２５が上述の如く小径に設定されているか
ら、前述の如くその先端側を小径化した絞り部４６と
し、絞り部４６の先端部を小径の座巻部４１Ａとして小
径スプリング受２５に着座せしめるものである。

【００４６】従って、本実施形態によれば以下の作用が
ある。 (1)多段コイルスプリング４０のクッションストローク
特性（荷重ＷとクッションストロークＳの関係）は、図
５に示す如く、密巻部４１、４２の小さなばね定数Ｋ
1、Ｋ2と粗巻部４３の大きなばね定数Ｋ3の合成ばね定
数Ｋ（Ｋ＝Ｋ1・Ｋ2・Ｋ3／（Ｋ1・Ｋ2+Ｋ2・Ｋ3＋Ｋ3・Ｋ
1））が働く小さなばね定数の領域Ａと、密巻部４１、
４２が密着し、粗巻部４３の大きなばね定数Ｋ3が働く
大きなばね定数の領域Ｂとを有する。従って、フロント
フォーク１０にあっては、多段コイルスプリング４０の
密巻部４１、４２と粗巻部４３の合成ばね定数Ｋが働く
小さなばね定数の領域Ａで路面からの比較的小さな高周
波の振動を吸収し、路面のうねり等に起因する比較的大
きな低周波の振動が作用したときには密巻部４１、４２
が密着して、この大きな振動を粗巻部４３の大きなばね
定数Ｋ3が働く大きなばね定数の領域Ｂで吸収し、乗心
地が良い。

【００４７】(2)多段コイルスプリング４０の密巻部４
１、４２、粗巻部４３で発生する剪断応力τは、下記
(1)式で表される。

【００４８】τ＝８κＤＷ／πｄ^３ …(1) κ 応力修正係数 Ｄ コイル平均径 Ｗ 荷重 ｄ コイル素線径

【００４９】多段コイルスプリング４０は、密巻部４
１、４２が先に密着し、続いて粗巻部４３が密着する。
従って、粗巻部４３に最大荷重が作用し、(1)式より、
密巻部４１、４２より粗巻部４３で大きな剪断応力を生
ずる。

【００５０】多段コイルスプリング４０では、(1)式よ
り、粗巻部４３で、コイル平均径Ｄ3を小さくしたこと
により、一定の剪断応力の発生を許容しながら、素線径
ｄを細くすることができ、軽量化と材料コストの低減を
図ることができる。

【００５１】(3)多段コイルスプリング４０の密巻部４
１、４２、粗巻部４３の巻数Ｎは、下記(2)式で表され
る。

【００５２】Ｎ＝Ｇｄ^３／８Ｄ^３Ｋ …(2) Ｇ 横弾性係数 Ｋ ばね定数

【００５３】多段コイルスプリング４０では、(2)式よ
り、密巻部４１、４２で、素線径ｄを一定とするとき、
コイル平均径Ｄ1を大きくしたことにより、巻数Ｎ1を少
なくでき、有効ストロークを大きく取ることができる。

【００５４】(4)多段コイルスプリング４０は、小径で
巻きピッチが大きいためにそれだけでは胴曲がりを生じ
易い粗巻部４３が、一端側に設けた大径の第１の密巻部
４１と、他端側に設けた大径の第２の密巻部４２を介し
てスプリングシートに支持されるので、粗巻部４３の支
持面積が広くなって粗巻部４３の胴曲がりが発生しにく
くなる。

【００５５】(5)多段コイルスプリング４０が小径の粗
巻部４３の両端側のそれぞれに大径の第１の密巻部４１
と第２の密巻部４２とを設け、第１の密巻部４１と第２
の密巻部４２のそれぞれの座面をコイル軸に直角に形成
したから、胴曲がりが発生しにくい。

【００５６】(6)多段コイルスプリング４０の両端を座
面研削するとき、両側研削砥石間で多段コイルスプリン
グ４０を支えるストレート状のパイプ治具１００（図１
０（Ａ））、に多段コイルスプリング４０を挿入したと
き、多段コイルスプリング４０の両端側の第１の密巻部
４１と第２の密巻部４２とがともに大径をなして該多段
コイルスプリング４０をパイプ治具内に水平配置可能と
するから、多段コイルスプリング４０の両端側のコイル
平均径が大径と小径をなすことによる傾斜化を生ずるこ
とがなく、ストレートな標準コイルスプリングのための
生産設備を共用化できる。

【００５７】(7)多段コイルスプリング４０の小径の粗
巻部４３と大径の密巻部４１、４２のコイル平均径の差
の値（Ｄ1−Ｄ3）、（Ｄ2−Ｄ3）をそれらの素線径ｄの
２倍の値2ｄの大きさより小さくした。即ち、粗巻部４
３と密巻部４１、４２のコイル平均半径の差の値（Ｄ1/
2−Ｄ3/2）、（Ｄ2/2−Ｄ3/2）をそれらの素線径ｄの大
きさより小さくした。従って、多段コイルスプリング４
０の密巻部４１、４２が小さな振動を吸収して密着した
後、粗巻部４３が大きな振動を吸収するに至るとき、粗
巻部４３が必ず密巻部４１、４２に支えられて、粗巻部
４３と密巻部４１、４２との接続部４４、４５のそれ以
上の変位が阻止され、接続部４４、４５での素線の折れ
を生じない。

【００５８】(8)多段コイルスプリング４０の小径の粗
巻部４３と大径の密巻部４１、４２をつなぐ接続部４
４、４５のピッチｐ4、ｐ5を小径の粗巻部４３のピッチ
ｐ3より小さく、かつ、大径の密巻部４１、４２のピッ
チｐ1、ｐ2以上に設定した。従って、多段コイルスプリ
ング４０の粗巻部４３より小ピッチの接続部４４、４５
は粗巻部４３より早く密着して、接続部４４、４５の密
巻部４１、４２につながる大コイル径部位（図４のＭ1
点、Ｍ2点）で発生する剪断応力がそれ以上に高くなる
ことを回避し、接続部４４、４５での素線の折れを生じ
ない。

【００５９】尚、接続部４４、４５のピッチｐ4、ｐ5を
粗巻部４３のピッチｐ3と同等にする場合には、接続部
４４、４５と粗巻部４３が圧縮される。このとき、粗巻
部４３が許容剪断応力に至るものと仮定すると、粗巻部
４３よりコイル径の大きな、接続部４４、４５の密巻部
４１、４２につながる大コイル径部位で発生する剪断応
力は材料の許容値を超えるものになって素線の折れを生
じてしまう。

【００６０】(9)第１の密巻部４１の巻数Ｎ1と、第２の
密巻部４２の巻数Ｎ2を異なるものとすることにより、
各密巻部４１、４２のそれぞれが密着する時期が異な
り、密着時の衝撃を分散できる。

【００６１】(10)懸架スプリング１６（多段コイルスプ
リング４０）は大径の密巻部４１、４２がインナーチュ
ーブ１４の内径部でガイドされ、胴曲がりを生じない。

【００６２】（第２実施形態）（図６、図７） 第２実施形態のフロントフォーク１０が第１実施形態の
フロントフォーク１０と異なる点は、懸架スプリング１
６として、多段コイルスプリング４０に代わる多段コイ
ルスプリング５０を用いたことにある。そして、多段コ
イルスプリング５０が多段コイルスプリング４０と実質
的に異なる点は、第２の密巻部４２の部分を巻数が１以
下の座巻部５２としたことにある。即ち、以下の通りで
ある。

【００６３】多段コイルスプリング５０は、図７に示す
如く、一本の同一径ｄの素線をコイル軸Ｏに同芯に直列
に巻回し、第１の密巻部５１と座巻部５２を、粗巻部５
３の両側に接続部５４、５５を介して一体に備えたもの
である。多段コイルスプリング５０は、第１の密巻部５
１、座巻部５２、粗巻部５３のそれぞれについて、自由
長をＬ1、Ｌ2、Ｌ3、巻数をＮ1、Ｎ2、Ｎ3（Ｎ1、Ｎ3は
少なくとも１巻以上の有効巻数を有し、Ｎ2は１巻以下
である）、巻ピッチをｐ1、ｐ2、ｐ3（ｐ1＜ｐ3、ｐ2＜
ｐ3）（ｐ1とｐ2は同一又は不同一のいずれでも良い）
としている。このとき、多段コイルスプリング５０は以
下の諸元を有する。

【００６４】(A)第１の密巻部５１と座巻部５２と粗巻
部５３のコイル平均径 粗巻部５３のコイル平均径D3を第１の密巻部５１のコイ
ル平均径D1より小径にする。本実施形態では、多段コイ
ルスプリング５０の先端座面を小径化せざるを得ないこ
とからくる制約のために、第１の密巻部５１の先端側を
絞り部５６とし、絞り部５６をD1からテーパ状に縮径
し、絞り部５６の先端部をスプリング受２５に着座する
小径の座巻部５１Ａとしている。尚、接続部５４のコイ
ル径は、小径の粗巻部５３のコイル平均径Ｄ3から大径
の第１の密巻部５１のコイル平均径Ｄ1に向けて次第に
拡径する。

【００６５】座巻部５２のコイル平均径Ｄ2を、粗巻部
５３のコイル平均径Ｄ3より大径に形成し、スプリング
受２７、スプリングシート２８に着座可能とする。尚、
接続部５５のコイル径は、小径の粗巻部５３のコイル平
均径Ｄ3から大径の座巻部５２のコイル平均径Ｄ2に向け
て次第に拡径する。

【００６６】第１の密巻部５１のコイル平均径Ｄ1と、
座巻部５２のコイル平均径Ｄ2とは同一に設定されてい
る。但し、Ｄ1とＤ2は同一であることを必須としない。

【００６７】(B)第１の密巻部５１の座巻部５１Ａと座
巻部５２の座面 第１の密巻部５１の座巻部５１Ａと、座巻部５２の座面
は、それらのコイル軸に対し直角に形成されている。多
段コイルスプリング５０は、図１０（Ｂ）に示す如く、
研削機に設けたパイプ治具１００の中空部に挿入されて
水平に保持された状態で、座巻部５１Ａ、５２の端面が
両側の研削砥石により研削されて座面が形成される。

【００６８】(C)第１の密巻部５１、座巻部５２と粗巻
部５３のコイル平均径の差 小径の粗巻部５３のコイル平均径D3と大径の第１の密巻
部５１のコイル平均径D1の差の値を、それらの素線径ｄ
の２倍の値２ｄの大きさより小さくする。

【００６９】また、小径の粗巻部５３のコイル平均径D3
と大径の座巻部５２のコイル平均径D2の差の値を、それ
らの素線径ｄの２倍の値２ｄの大きさより小さくする。

【００７０】(D)接続部５４、５５のピッチ 本実施形態では、粗巻部５３と第１の密巻部５１をつな
ぐ接続部５４のピッチｐ4を、第１の密巻部５１のピッ
チｐ1と同一又は略同一に設定している。

【００７１】また、粗巻部５３と座巻部５２をつなぐ接
続部５５のピッチｐ5を、接続部５４のピッチｐ4と同一
又は略同一に設定している。

【００７２】しかしながら、粗巻部５３と第１の密巻部
５１、座巻部５２の接続部５４、５５は、径が大きくな
るのに比例して応力が高くなるので、径が大きくなるの
に比例して接続部５４、５５の巻ピッチを小さくするよ
うに設定することもできる。また、粗巻部５３のピッチ
ｐ3より小さく、かつ、第１の密巻部５１、座巻部５２
のピッチｐ1、ｐ2以上に設定することもできる。要する
に、第１の密巻部５１、座巻部５２が密着した後、粗巻
部５３から第１の密巻部５１、座巻部５２につながる接
続部５４、５５に応力集中が発生しないように粗巻部５
３よりピッチを小さくしたものであれば良い。

【００７３】(E)接続部５４、５５の巻数 接続部５４、５５の巻数Ｎ4、Ｎ5を0.75〜1.0巻とす
る。しかし、これ以上の巻数であっても良い。

【００７４】また、フロントフォーク１０においては、
インナーチューブ１４の内径部に、懸架スプリング１６
（多段コイルスプリング５０）を収納し、大径の第１の
密巻部５１、座巻部５２の外周をインナーチューブ１４
の内径部でガイド又は規制可能とする。

【００７５】尚、アウターチューブ１５に固定のダンパ
シリンダ２１の上端外周部に設けられているスプリング
受２５は、インナーチューブ１４との相対移動量が大き
く、インナーチューブ１４の内径部のかじりを防止する
ため、インナーチューブ１４の内径部に対して小径に設
定している。このとき、多段コイルスプリング５０の第
１の密巻部５１は、スプリング受２５に着座してインナ
ーチューブ１４との相対移動量がスプリング受２５と同
様に大きく、インナーチューブ１４の内径部のかじりを
防止する必要があるし、該第１の密巻部５１が着座する
スプリング受２５が上述の如く小径に設定されているか
ら、前述の如くその先端側を小径化した絞り部５６と
し、絞り部５６の先端部を小径の座巻部５１Ａとしてス
プリング受２５に着座せしめるものである。

【００７６】従って、本実施形態によれば以下の作用が
ある。 (1)多段コイルスプリング５０のクッションストローク
特性（荷重ＷとクッションストロークＳの関係）は、密
巻部５１の小さなばね定数Ｋ1と粗巻部５３の大きなば
ね定数Ｋ3の合成ばね定数Ｋ（Ｋ＝Ｋ1・Ｋ3／（Ｋ1＋Ｋ
3））が働く小さなばね定数の領域Ａと、密巻部５１が
密着し、粗巻部５３の大きなばね定数Ｋ3が働く大きな
ばね定数の領域Ｂとを有する。従って、フロントフォー
ク１０にあっては、多段コイルスプリング５０の密巻部
５１と粗巻部５３の合成ばね定数Ｋが働く小さなばね定
数の領域Ａで路面からの比較的小さな高周波の振動を吸
収し、路面のうねり等に起因する比較的大きな低周波の
振動が作用したときには密巻部５１が密着して、この大
きな振動を粗巻部５３の大きなばね定数Ｋ3が働く大き
なばね定数の領域Ｂで吸収し、乗心地が良い。

【００７７】(2)多段コイルスプリング５０の密巻部５
１、粗巻部５３で発生する剪断応力τは、下記(3)式で
表される。

【００７８】τ＝８κＤＷ／πｄ^３ …(3) κ 応力修正係数 Ｄ コイル平均径 Ｗ 荷重 ｄ コイル素線径

【００７９】多段コイルスプリング５０は、密巻部５１
が先に密着し、続いて粗巻部５３が密着する。従って、
粗巻部５３に最大荷重が作用し、(3)式より、密巻部５
１より粗巻部５３で大きな剪断応力を生ずる。

【００８０】多段コイルスプリング５０では、(3)式よ
り、粗巻部５３で、コイル平均径Ｄ3を小さくしたこと
により、一定の剪断応力の発生を許容しながら、素線径
ｄを細くすることができ、軽量化と材料コストの低減を
図ることができる。

【００８１】(3)多段コイルスプリング５０の密巻部５
１、粗巻部５３の巻数Ｎは、下記(4)式で表される。

【００８２】Ｎ＝Ｇｄ^３／８Ｄ^３Ｋ …(4) Ｇ 横弾性係数 Ｋ ばね定数

【００８３】多段コイルスプリング５０では、(4)式よ
り、密巻部５１で、素線径ｄを一定とするとき、コイル
平均径Ｄ1を大きくしたことにより、巻数Ｎ1を少なくで
き、有効ストロークを大きく取ることができる。

【００８４】(4)多段コイルスプリング５０は、小径で
巻きピッチが大きいためにそれだけでは胴曲がりを生じ
易い粗巻部５３が、一端側に設けた大径の第１の密巻部
５１と、他端側に設けた大径の座巻部５２を介してスプ
リングシートに支持されるので、粗巻部５３の支持面積
が広くなって粗巻部５３の胴曲がりが発生しにくくな
る。

【００８５】(5)多段コイルスプリング５０が小径の粗
巻部５３の両端側のそれぞれに大径の第１の密巻部５１
と座巻部５２とを設け、第１の密巻部５１と座巻部５２
のそれぞれの座面をコイル軸に直角に形成したから、胴
曲がりが発生しにくい。

【００８６】(6)多段コイルスプリング５０の両端を座
面研削するとき、両側研削砥石間で多段コイルスプリン
グ５０を支えるストレート状のパイプ治具１００（図１
０（Ｂ））に多段コイルスプリング５０を挿入したと
き、多段コイルスプリング５０の両端側の第１の密巻部
５１と座巻部５２とがともに大径をなして該多段コイル
スプリング５０をパイプ治具内に水平配置可能とするか
ら、多段コイルスプリング５０の両端側のコイル平均径
が大径と小径をなすことによる傾斜化を生ずることがな
く、ストレートな標準コイルスプリングのための生産設
備を共用化できる。

【００８７】(7)多段コイルスプリング５０の小径の粗
巻部５３と大径の密巻部５１、座巻部５２のコイル平均
径の差の値（Ｄ1−Ｄ3）、（Ｄ2−Ｄ3）をそれらの素線
径ｄの２倍の値２ｄの大きさより小さくした。即ち、粗
巻部５３と密巻部５１、座巻部５２のコイル平均半径の
差の値（Ｄ1/2−Ｄ3/2）、（Ｄ2/2−Ｄ3/2）をそれらの
素線径ｄの大きさより小さくした。従って、多段コイル
スプリング５０の密巻部５１が小さな振動を吸収して密
着した後、粗巻部５３が大きな振動を吸収するに至ると
き、粗巻部５３が必ず密巻部５１、座巻部５２に支えら
れて、粗巻部５３と密巻部５１、座巻部５２との接続部
５４、５５のそれ以上の変位が阻止され、接続部５４、
５５での素線の折れを生じない。

【００８８】(8)多段コイルスプリング５０の小径の粗
巻部５３と大径の密巻部５１、座巻部５２をつなぐ接続
部５４、５５のピッチｐ4、ｐ5を小径の粗巻部５３のピ
ッチｐ3より小さく、かつ、大径の密巻部５１のピッチ
ｐ1と同一又は略同一に設定した。従って、多段コイル
スプリング５０の粗巻部５３より小ピッチの接続部５
４、５５は粗巻部５３より早く密着して、接続部５４、
５５の密巻部５１、座巻部５２につながる大コイル径部
位（図４のＭ1点、Ｍ2点）で発生する剪断応力がそれ以
上に高くなることを回避し、接続部５４、５５での素線
の折れを生じない。

【００８９】尚、もし、接続部５４、５５のピッチｐ
4、ｐ5を粗巻部５３のピッチｐ3と同等にする場合に
は、接続部５４、５５と粗巻部５３が圧縮される。この
とき、粗巻部５３が許容剪断応力に至るものと仮定する
と、粗巻部５３よりコイル径の大きな、接続部５４、５
５の密巻部５１、座巻部５２につながる大コイル径部位
で発生する剪断応力は材料の許容値を超えるものになっ
て素線の折れを生じてしまう。

【００９０】(9)懸架スプリング１６（多段コイルスプ
リング５０）は大径の第１の密巻部５１、座巻部５２が
インナーチューブ１４の内径部でガイドされ、胴曲がり
を生じない。

【００９１】（第３実施形態）（図８） 第３実施形態は、第１実施形態の多段コイルスプリング
４０を図８の多段コイルスプリング６０に代えたもので
ある。多段コイルスプリング６０は、多段コイルスプリ
ング４０と同様に、第１の密巻部４１と第２の密巻部４
２を、粗巻部４３の両側に接続部４４、４５を介して一
体に備える。多段コイルスプリング６０が多段コイルス
プリング４０と異なる点は、第１の密巻部４１に絞り部
４６を備えず、第１の密巻部４１をストレート状にした
ことのみにある。

【００９２】従って、第３実施形態にあっても、第１実
施形態におけると同様の作用を奏する他に、多段コイル
スプリング６０が粗巻部４３の一端側に設けた第１の密
巻部４１と、他端側に設けた第２の密巻部４２とを同一
径にしたから、多段コイルスプリング６０の両端を支持
する両側のスプリングシートとして同一径のものを採用
でき、スプリングシートの共用による量産効果を得るこ
とができる。

【００９３】（第４実施形態）（図９） 第４実施形態は、第２実施形態の多段コイルスプリング
５０を図９の多段コイルスプリング７０に代えたもので
ある。多段コイルスプリング７０は、多段コイルスプリ
ング５０と同様に、第１の密巻部５１と座巻部５２を、
粗巻部５３の両側に接続部５４、５５を介して一体に備
える。多段コイルスプリング７０が多段コイルスプリン
グ５０と異なる点は、第１の密巻部５１に絞り部５６を
備えず、第１の密巻部５１をストレート状にしたことの
みにある。

【００９４】従って、第４実施形態にあっても、第２実
施形態におけると同様の作用を奏する他に、多段コイル
スプリング７０が粗巻部５３の一端側に設けた第１の密
巻部５１と、他端側に設けた座巻部５２とを同一径にし
たから、多段コイルスプリング７０の両端を支持する両
側のスプリングシートとして同一径のものを採用でき、
スプリングシートの共用による量産効果を得ることがで
きる。

【００９５】尚、本発明の多段コイルスプリングは車両
用リヤクッションに用いることもできる。

【００９６】車両用リヤクッションは、車体側取付ブラ
ケットに固定されるダンパシリンダの内部に、車輪側取
付ブラケットに固定されるピストンロッドを挿入し、ピ
ストンロッドに固定されるピストンをダンパシリンダに
摺動自在に挿入し、ピストンに減衰力発生装置を設けて
いる。

【００９７】リヤクッションは、車体側取付ブラケット
に設けたスプリングシートと、車輪側取付ブラケットに
設けたスプリングシートの間に懸架スプリングを介装し
ている。リヤクッションは、懸架スプリングの弾発力に
より、車両が路面から受ける衝撃力を吸収し、ピストン
に設けた減衰力発生装置が発生する減衰力により、懸架
スプリングによる衝撃力の吸収に伴うダンパシリンダと
ピストンロッドの伸縮振動を制振する。

【００９８】しかるに、リヤクッションにあっても、懸
架スプリングとして前述の各実施形態で用いたと同様の
多段コイルスプリング４０、５０、６０、７０を用いる
ことができ、第１実施形態、第２実施形態で前述した
(1)〜(8)と同様の作用を奏する。

【００９９】以上、本発明の実施の形態を図面により詳
述したが、本発明の具体的な構成はこの実施の形態に限
られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の
設計の変更等があっても本発明に含まれる。

【０１００】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、多段コイ
ルスプリングにおいて、軽量化と材料コストの低減を図
りながら、胴曲がりを少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は第１実施形態のフロントフォークを示す
全体断面図である。

【図２】図２は図１の下部断面図である。

【図３】図３は図１の上部断面図である。

【図４】図４は多段コイルスプリングを示す正面図であ
る。

【図５】図５は多段コイルスプリングのクッションスト
ローク特性を示す線図である。

【図６】図６は第２実施形態のフロントフォークを示す
上部断面図である。

【図７】図７は多段コイルスプリングを示す正面図であ
る。

【図８】図８は第３実施形態の多段コイルスプリングを
示す正面図である。

【図９】図９は第４実施形態の多段コイルスプリングを
示す正面図である。

【図１０】図１０は座面研削用パイプ治具の使用状態を
示す断面図である。

【符号の説明】

１６ 懸架スプリング ４０、５０、６０、７０ 多段コイルスプリング ４１ 第１の密巻部 ４１Ａ 座巻部 ４２ 第２の密巻部 ４２Ａ 座巻部 ４３ 粗巻部 ４４、４５ 接続部 ５１ 第１の密巻部 ５１Ａ 座巻部 ５２ 座巻部 ５３ 粗巻部 ５４、５５ 接続部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｆ 9/32 Ｆ１６Ｆ 9/32 Ａ Ｃ (72)発明者 小川 鋭浩 愛知県春日井市松河戸町767 株式会社小 川スプリング製作所内 Ｆターム(参考） 3D014 DD06 DE08 DF03 3J059 AA03 AE04 BA05 BA06 BB01 BD01 CA02 GA02 3J069 AA46 CC01 CC03 DD50

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一本の同一径の素線から第１の密巻部と
   該第１の密巻部より巻きピッチの大きな粗巻部を同芯に
   直列に巻回した多段コイルスプリングにおいて、 前記粗巻部のコイル平均径を前記第１の密巻部より小径
   に形成し、 前記粗巻部の前記第１の密巻部の側とは反対側に、該粗
   巻部よりコイル平均径が大径の第２の密巻部又は座巻部
   を設けたことを特徴とする多段コイルスプリング。
2. 【請求項２】 前記第２の密巻部又は座巻部を前記第１
   の密巻部と同一径に形成した請求項１に記載の多段コイ
   ルスプリング。
3. 【請求項３】 前記第１の密巻部の端部に座巻部を設
   け、該座巻部の座面と前記粗巻部の反対側に設けた座巻
   部の座面を前記コイル軸に対し直角に形成した請求項１
   又は２に記載の多段コイルスプリング。
4. 【請求項４】 前記第１の密巻部の端部と前記第２の密
   巻部の端部のそれぞれに座巻部を設け、それら両座巻部
   の座面を前記コイル軸に対し直角に形成した請求項１又
   は２に記載の多段コイルスプリング。
5. 【請求項５】 前記粗巻部と前記第１の密巻部のコイル
   平均半径の差の値と、該粗巻部と前記第２の密巻部又は
   座巻部のコイル平均半径の差の値をそれぞれそれらの素
   線径の大きさより小さくした請求項１〜４のいずれかに
   記載の多段コイルスプリング。
6. 【請求項６】 前記粗巻部と前記第１の密巻部をつなぐ
   接続部のピッチと、該粗巻部と前記第２の密巻部又は座
   巻部をつなぐ接続部のピッチをそれぞれ前記粗巻部のピ
   ッチより小さく、かつ、それらの接続部に相隣る前記第
   １又は第２の密巻部のピッチ以上に設定した請求項１〜
   ５のいずれかに記載の多段コイルスプリング。
7. 【請求項７】 前記第２の密巻部の巻数が前記第１の密
   巻部の巻数と異なるものである請求項１〜６のいずれか
   に記載の多段コイルスプリング。