JP2004156654A

JP2004156654A - 円弧運動用圧縮コイルばね

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Publication number: JP2004156654A
Application number: JP2002320614A
Authority: JP
Inventors: Toshikazu Okuno; 利和奥野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2022-11-05
Also published as: JP4184757B2

Abstract

【課題】ばね撓み（たわみ）と共に反発荷重方向を変化でき、しかも長寿命な円弧運動用圧縮コイルばねを提供する。
【解決手段】コイル巻きされた１本の線材で構成され、少なくとも二巻き以上のコイル部分を単位としてそれらが繰り返し現れるように構成する。具体的には、例えば、前記二巻き以上のコイル部分は、大径のコイル部分（１２、２２、３２）と小径のコイル部分（１４、２４、３６）とからなるように構成し、さらに好ましくはコイル中心軸線が相対的に円周方向にずらされているように構成することが好ましい。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のストラット（車輪位置決め用の支柱）にショックアブソーバ（緩衝器）を利用したストラット式サスペンション（自動懸架装置）などに用いられる円弧運動用の圧縮コイルばねに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ストラット式サスペンションは、図５に示すように、レバー５３の先端部に取り付けられた車輪５４の円弧運動Ｐ１を、レバー５３と車体５５との間に取り付けられたショックアブソーバ５０の直線運動Ｐ２で受け止めるため、路面荷重線ＡＡと、圧縮コイルばね５２のばね反力線ＲＡとが一致せず、ストラット５１のシリンダ５１ａとロッド５１ｂとの間に摺動抵抗が生じやすい。その結果、ショックアブソーバ５０に摩擦力が発生し、円滑な摺動作用が阻害され操舵性（ハンドリング）が低下する。
【０００３】
このような円弧運動部分に使用できる圧縮コイルばねを実現するためには、ストラットに発生する曲げモーメントを打ち消すことが必要となる。そこで、圧縮コイルばねの作用線を湾曲させ移動量の大きい側と小さい側とで伸縮量（伸縮荷重）が異なるようにして、ストラットに作用する横力を相殺するようにしたばねが提案されている。
【０００４】
従来の圧縮コイルばねの一例として、コイル軸が湾曲するように形成すると共に、ピッグテール巻された下側座面及び上側座面が所定角度ずつ傾斜するように、上下座巻のピッチがそれぞれ設定された構造が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、ピッグテール巻された下側座巻及び上側座巻の座巻中心軸が胴部の直線状コイル軸に対し、所定距離オフセットするように形成すると共に、下側座面及び上側座面が所定角度ずつ傾斜するように、上下座巻のピッチがそれぞれ設定された構造が開示されているものもある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２３４３２４号公報（第２７段落、第１図）
【特許文献２】
特開２００２−１７８７３６号公報（第２７〜第２８段落、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、１本のばねの特定箇所のピッチのみを変化させると、変化点近傍に応力集中点が発生し、そこで金属疲労を起こすため、ばねの寿命が短くなるという欠点がある。
【０００８】
上述した特許文献１及び特許文献２はいずれも、一巻きの下側座面及び一巻きの上側座面を傾斜させるために部分的にピッチを変えているので、少なくとも２つの応力集中点が存在していた。また、ピッグテール巻された下側及び上側座巻と下側座面及び上側座面との傾斜角がわずかでも狂うと、ばね全体の特性が大きく変わるため、製作時に微妙な調整を必要とするという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、ばね撓み（たわみ）と共に反発荷重方向を変化でき、しかも長寿命な円弧運動用圧縮コイルばねを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る円弧運動用圧縮コイルばねは、コイル巻きされた１本の線材で構成され、少なくとも二巻き以上のコイル部分を単位としてそれらが繰り返し現れることを特徴とする。
【００１１】
このように、二巻き以上のコイル部分を単位としたことにより、応力集中が緩和され、ばねの寿命が従来のものよりも飛躍的に長くなる。また、局所的に荷重方向を変更させるのではなく、二巻き以上のコイル部分を単位としてそれらが繰り返し現れることで荷重方向を変更させているため、製作時に微妙な調整が容易できる。
【００１２】
この二巻き以上のコイル部分は、大径のコイル部分１２（２２、３２）と小径のコイル部分１４（２４、３６）とからなるように構成してもよい。その場合、コイル中心軸線が相対的に円周方向にずらされているように構成することが好ましい。
【００１３】
このようにすると、荷重方向を容易に変化させることができる。なお、軸線をずらす場合は、同一コイル径の二巻き以上のコイル部分でずらしてもよいが、コイル径が異なっているとよりばね定数を大きく変化させることができ、より強い横力を付加することができる。また、同一ピッチであってもコイル径の小さいところはピッチ角度が大きくなり強くなるため、自由な反発力要求に対応できると共に応力集中点を長い線長に分散させることができるため、長寿命の円弧運動用圧縮コイルばねが得られる。
【００１４】
大径のコイル部分及び小径のコイル部分のいずれか一方の中心軸線を直線又は湾曲させ、他方を直線又は湾曲させるように構成してもよい。このようにしても、１本のコイルばねのうち片側は強く他方は弱い、長寿命の円弧運動用圧縮コイルばねが得られる。
【００１５】
上述した本発明に係る円弧運動用圧縮コイルばねは、コイル径及び／またはコイル巻数が異なる複数のコイル部分を単位としてそれらが複数存在するようにしてもよい。このようにしても、圧縮コイルばねの荷重方向を容易に変更することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（基本的構成）
自動車のサスペンションのように円弧運動する部分に取り付けることができる円弧運動用の圧縮コイルばねは、１本のコイルばねのうち、片側は弱く（ばね定数ｋが小）、他方の側は強い（ばね定数ｋが大）という特性を備えている。このようなばねは、荷重方向がコイル中心軸方向と一致せず、湾曲している。
【００１７】
図５を参照すると、円弧運動の中心は左右タイヤの中央部にあるため、圧縮コイルばね５３は、車体中心から見てレバー５３の外側（すなわちタイヤ側）ほど大きく伸縮する。そこで、ばね定数ｋの大きい側が外側に、ばね定数ｋの小さい側が内側になるように圧縮コイルばね５２を取付ける。
【００１８】
このようにすると、ばね作用線がタイヤの円弧運動に沿うような形で湾曲し、ストラットに作用する横力を相殺する横力を付与することができる。
【００１９】
（発明の実施形態）
このようなばねを実現するため、本発明に係る圧縮コイルばねは、従来のように一巻きで強弱部を設けるのではなく、一巻きよりも大きく長い線長部分で自然に応力分散ができる構造、より具体的には、二巻き以上のコイル部分を単位としてこれを繰り返し設けることで、強弱部を設けている。こうすることで、より長い距離で応力を分散することができ、応力集中点が形成されにくくなり長寿命化するほか、後述する種々の効果が得られる。
【００２０】
繰り返しの単位となるコイルは、互いにコイル中心をずらしたり、互いにコイル径を異ならせたり、コイルピッチを変化させたり、或はこれらの組み合わせにより、圧縮コイルばね全体のばね作用線を湾曲させることができる。
【００２１】
−ばね定数ｋを変化させる基本原則−
（１）コイル径が小さい部分ほど、ばね定数ｋが大きい。
（２）ピッチが大きい側ほど、ばね定数ｋが大きい。
−荷重方向を変化させる基本原則−
（３）２つのコイルの中心が異なると反発荷重方向が中心軸からずれる。
（４）ピッチを変化させると荷重方向が中心軸からずれる。
【００２２】
本発明は、これらの基本原則を、少なくとも二巻き以上のコイル部分の単位に、適用する。すなわち、従来の円弧運動用の圧縮コイルばねは、荷重方向を湾曲させるために、１本のコイルばねのピッチを局所的に或は一巻周期で異ならせたり、一巻きのコイル径のみに変化を与えていたが、本発明は、少なくとも二巻き以上のコイル部分を単位として、１本のばねに強弱をつけ荷重方向を湾曲させている。以下、実施例を説明する。
【００２３】
【実施例】
（実施例１）−コイル径及びコイル中心をずらす−
以下添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。図１は本発明の圧縮コイルばねを説明するの図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の線ＢＢから下方に見たコイルの二巻き部分を示す図であり、図１（ｃ）は、ばねの作用線を説明するための図である。
【００２４】
図１（ａ）において、コイルばね１０は、１本の線材で構成されており、大径のコイル部分１２と小径のコイル部分１４とを組み合わせた二巻きを単位として、それらが複数設けられてなる。なお、大径のコイル部分１２から小径のコイル部分１４に至る移行部分を考慮すると、１つの大径のコイル部分１２と小径のコイル部分１４とが厳密に一巻きずつ形成される必要はなく、全体として二巻き（乃至二巻き以上）となるようになっていればよい。
【００２５】
複数存在する小径のコイル部分１４（１４ａ乃至１４ｅ）はそのコイル軸線１１が湾曲した線上に位置するように構成され、一方、大径のコイル部分１２のコイル軸線１３は同一直線上に位置するように構成されている。なお、このコイルは等ピッチコイルとしているが必ずしも等ピッチである必要はない。なお、このような形状のコイルは、コイリングマシンに適切なデータを入力することにより比較的容易に製作することができる。
【００２６】
図１（ｂ）に示すように、小径のコイル部分１４の各々（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ）は、大径コイルを基準として、円周方向にその中心を９０°ずつ回転させるように配置されている。
【００２７】
その結果、図１（ａ）のように最も上側の小径のコイル部分１４ａは、図面上では左側に寄っており、そのコイル中心が大径のコイル部分の中心よりも左側にずれている。上から２番目の小径のコイル部分１４ｂはほぼ中央部に位置し、そのコイル中心が大径のコイル部分のコイル中心とほぼ同じ位置（軸線上近傍）にある。上から３番目の小径のコイル部分１４ｃは図面上では右側に寄っている。上から４番目の小径のコイル部分１４ｄは中央部に位置し、そのコイル中心が大径のコイル部分の中心とほぼ同じ位置（軸線上）にある。上から５番目の小径のコイル部分１４ｅは、図面上では左側に寄っており、そのコイル中心が大径のコイル部分の中心よりも左側にずれており、コイルの中心軸線方向からみると先に説明した小径のコイル部分１４ａとほぼ同じ位置にくる。
【００２８】
従って、小径のコイル部分１４の各々の中心点を結ぶと、図１（ａ）の一点鎖線１１で示したようにコイル中心軸が右側に凸の弓なりとなっている。
【００２９】
このコイルばね１０は、コイル径の異なる部分を含んでいるので、上述した原則（１）より、小径のコイル部分は大径のコイル部分と比較してばね定数ｋが大きい。また、コイルばね１０を全体としてみると、小径のコイル部分の軸線が大径のコイル部分よりも相対的に左側にずれているので、上述した原則（３）より、図１（ａ）の図面上、左側の方が右側よりも、ばね定数ｋが大きい。
【００３０】
その結果、この構造のコイルばねに下方から圧縮荷重を加えると、図１（ｃ）に示すように、このばね１０の作用線１５は、全体として左に凸の円弧状に湾曲する。
【００３１】
従って、このばねを左側のサスペンションに用いる（すなわち、タイヤがばね１０の左側にくるように設置する）と、ばね作用線がタイヤの円弧運動に沿うような形で湾曲し、ストラットに作用する横力を相殺する横力を付与することができる。
【００３２】
なお、コイルのピッチＬはコイル径の大小によらず一定としたものを例示したが、上述の原則（２）を適用し、ばね定数ｋを大きくしたい側、図１（ａ）の例では左側のピッチを大きくすれば、付加される横力が一層増大する。ただし、その場合、コイルピッチを局所的に大きくするとそこに荷重が集中するため、少なくとも二巻き以上のコイル部分を単位としてそれらが繰り返し現れるようにするとよい。このようして、応力集中点がなくなるようにすることが本発明の本質だからである。
【００３３】
また、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、小径のコイル部分２４の軸線２１を湾曲させず、大径のコイル部分の軸線２３と同様に、直線状にしてもよい。つまり、小径のコイル部分２４を９０°ずつ回転させるのではなく、１周期（すなわち３６０°）毎に、同じ位置に来るように配置してもよい。このようにしても、図２（ｃ）のようにばねの作用線２５が円弧状となり、ばねに圧縮荷重を加えたときにＡ方向の横力（Ａ方向に曲がろうとする力）が付与される。
【００３４】
この場合、上述の図１に示す場合よりは、ばね定数ｋの差が小さくなり付加される横力がやや減少する。つまり、ばね定数の左右のバランスはこのようにして調整が可能となる。このように、繰り返し単位で強弱が設けられていると、応力集中点が無くなり、従来のばねよりも長寿命化する。なお、これらは上述の原則を適宜適用することで容易に設計変更等することができる。
【００３５】
（第１の実施例の変形例）
大径のコイル部分１２と小径のコイル部分１４とが一本の線材の中で１つずつ交互に配置されるのではなく、複数（又は１つ）の大径のコイル部分１２と、複数（又は１つ）の小径のコイル部分１４とが交互に配置されていてもよい。これらも広い意味で、「少なくとも二巻き以上のコイル部分（＝大径のコイル部分と小径のコイル部分）を単位として、強弱部を設けること」に含まれるものとする。
【００３６】
また、大径のコイル部分１２の軸心を湾曲させ小径のコイル部分１４の軸心を同一直線上に配置するように構成したり、あるいは、大小両方のコイル部分の軸心を湾曲させるようにしてもよい。このようにしても、左右のばね定数ｋに差を設けることができる。これらは上述の原則を適宜適用することで容易に設計変更等することができる。
【００３７】
（実施例２）−コイル径及びコイル巻き数を変化させる−
図３は本発明の圧縮コイルばねを説明するの図であり、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）の線ＢＢ’から下方に見たコイルの二巻き部分を示す図であり、図３（ｃ）は、ばねの作用線を説明するための図である。
【００３８】
図３において、コイルばね３０は、一巻きの部分が大径のコイル部分３２と小径のコイル部分３６とを組み合わせてなる。この例では、大径のコイル部分３２と小径のコイル部分３６とが交互に繰り返し現れている。また、このコイルばね３０の大径のコイル部分３２は巻き数が例えば０．８巻、小径のコイル部分１６の巻き数が例えば１．２巻というように、巻数比が異ならせてある。
【００３９】
図３（ｂ）に示すように、複数存在する大径のコイル部分３２及び小径のコイル部分３６の中心軸３１及び３３は、同一直線上にのっている。
【００４０】
しかし、巻数比が相対的に多い小径のコイル部分が繰り返しコイルばね３０の中心軸３１（３３）よりも左側に多く現れるため、原則（１）により、図３（ａ）の図面上、全体として左側のばね定数ｋが大きくなり、右側のばね定数ｋが小さくなる。
【００４１】
その結果、この構造のコイルばねに下方から荷重を加えると、図３（ｃ）に示すように、一点鎖線で示したこのばね３０の作用線３５は、全体として左に凸の円弧状に湾曲する。
【００４２】
従って、このばねを左側のサスペンションに用いる（すなわち、タイヤがばね３０の左側にくるように設置する）と、ばね作用線がタイヤの円弧運動に沿うような形で湾曲し、ストラットに作用する横力を相殺する横力を付与することができる。
【００４３】
なお、大小コイル部分の巻数比が０．８巻と１．２巻（合計２巻き）の例を示したが、これに限られず、巻数比を異ならせるとともに、全体として二巻き以上を単位として、これらが１本の線材からなるコイルばねの中で繰り返し現れるようにしてもよい。
【００４４】
なお、コイルのピッチＬはコイル径の大小によらず一定としたものを例示したが、上述の原則（２）を適用し、ばね定数ｋを大きくしたい側（図３の例では左側）のピッチを大きくすれば、付加される横力が一層増大する。また、小径のコイル部分１４の軸線を湾曲させず、小径のコイル部分１４の軸線も直線上に一致するようにしてもよい。こうすれば、ばね定数ｋの差が小さくなり付加される横力が減少する。これらは上述の原則を適宜適用することで容易に設計変更等することができる。
【００４５】
（その他の実施例）
本発明は以上の実施例に限られず、二巻き以上を単位として上述した原則（１）乃至原則（４）に則り、これらを適宜組み合わせた実施例も可能である。例えば、図４（ａ）のように、順次コイル径を中心側ほど小さくしていくと共に順次変心させていくと、応力が分散され、ばねが長寿命化する。
【００４６】
同様に、図４（ｂ）のように順次コイル径を中心側ほど大きくしていくと共に順次変心させていってもよい。すなわち、図４（ａ）や図４（ｂ）のように、コイル径及びコイル巻数が異なる複数のコイル部分を単位としてそれらが複数存在するようにしてもよい。
【００４７】
或いは、ピッチ角を変化させて、二巻き以上を単位として１本のコイルばねに強弱をつけてもよい。ただし、ピッチ角を変化させるときは局所的に変化させるのではなく、少なくとも二巻き以上のコイル部分を単位としてそれらが複数存在するようにすることが重要である。
【００４８】
【発明の効果】
本発明に係る円弧運動用圧縮コイルばねは、応力集中点が二巻き以上を単位としてばね全体として分散するように構成されているため、従来のものよりも長寿命でかつ、微調整も容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は第１の実施例において説明する本発明の圧縮コイルばねを説明するための図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の線ＢＢ’から下方に見たコイルの二巻き部分を示す図であり、図１（ｃ）は、ばねの作用線（反発軸線）を説明するための図である。
【図２】図２は第１の実施例において本発明の圧縮コイルばねを説明するための図であり、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）の線ＢＢ’から下方に見たコイルの二巻き部分を示す図であり、図２（ｃ）は、ばねの作用（反発軸線）を説明するための図である。
【図３】図３は第２の実施例において本発明の圧縮コイルばねを説明するための図であり、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）の線ＢＢ’から下方に見たコイルの二巻き部分を示す図であり、図３（ｃ）は、ばねの作用線を説明するための図である。
【図４】図４（ａ）及び（ｂ）はその他の実施例において本発明の圧縮コイルばねを説明するための図である。
【図５】図５はストラット式サスペンションを示す図である。
【符号の説明】
１０コイルばね
１１小径のコイル部分の軸線
１３大径のコイル部分の軸線
１４小径のコイル部分
１５作用線
５０ショックアブソーバ
５１ａシリンダ
５１ｂロッド
５２圧縮コイルばね
５３ロアアーム
５４車輪
５５車体
ＡＡ路面荷重線
ＲＡばね反力線

Claims

コイル巻きされた１本の線材で構成され、少なくとも二巻き以上のコイル部分を単位としてそれらが繰り返し現れることを特徴とする円弧運動用圧縮コイルばね。
前記二巻き以上のコイル部分は、大径のコイル部分（１２、２２、３２）と小径のコイル部分（１４、２４、３６）とからなるようにしていることを特徴とする請求項１記載の円弧運動用圧縮コイルばね。
前記小径のコイル部分は、コイル中心が相対的に円周方向にずらされていることを特徴とする請求項２記載の円弧運動用圧縮コイルばね。
前記大径のコイル部分（１２、２２、３２）及び小径のコイル部分（１４、２４、３６）のいずれか一方の中心軸線を直線又は湾曲させ、他方を湾曲又は直線状にさせるように構成したことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の円弧運動用圧縮コイルばね。
前記二巻き以上のコイル部分は、コイル径及び／またはコイル巻き数が異なる複数のコイル部分を単位としてそれらが複数存在することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の円弧運動用圧縮コイルばね。