JP2004183869A - Suspension coil spring for automobile, and strut type suspension device provided with the suspension coil spring - Google Patents
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Abstract
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型懸架装置に好適な自動車用懸架コイルばね、及びこの懸架コイルばねを備えたストラット型懸架装置に係る。
【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】
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望の横力を付与することは容易ではない。
【0004】
この点に鑑み、下記の特許文献1には、簡単な構造で、ストラット型懸架装置への装着時に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が提案されている。即ち、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関し、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圧縮コイルばねを形成すると共に、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、下側座に着座する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、圧縮コイルばねの下側座巻のピッチを設定し、及び/又は、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、上側座に着座する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、圧縮コイルばねの上側座巻のピッチを設定するように構成されている。これにより、従前の懸架装置に対し特に変更を加えることなく、上記の圧縮コイルばねを組み付けるだけで、ばね反力軸が上側座の略中心を通るように適切に支持することができると共に、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。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−104772号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特許文献1に記載の自動車用懸架コイルばね(以下、湾曲コイルばねという)によれば、ばね反力軸を適切に調整することができるが、胴部(中間部)が湾曲しているので、装着対象車両によっては、例えば図8に示すように湾曲コイルばねCSの胴部の膨出側が周辺部品(例えば車体のフェンダFD等)に接触するおそれがある。尚、図8は湾曲コイルばねCSを模式的に記載したもので、一点鎖線で示すばね反力軸RApが形成されるように設定されている。この湾曲コイルばねCSによれば、ばね反力軸RApは所望の位置に設定されているが、湾曲コイルばねCSの取付状態(初期圧縮状態)で、その胴部がフェンダFDに接触する位置関係にある。
【0007】
上記のような干渉を回避するためには、湾曲コイルばねCSにおける胴部の膨出量(湾曲量)を減らす必要があるが、そうすると、ばね反力軸RApを所望の位置に設定することができなくなる。従って、このように湾曲コイルばねの胴部に対し厳格な寸法調整が要請される場合には、湾曲量以外のパラメータを調整することによって、ばね反力軸RApを所望の位置に設定し得るように構成することが必要とされる。
【0008】
そこで、本発明は、コイル軸が湾曲した圧縮コイルばねをストラット型懸架装置に装着するときに、所望のばね反力軸を確保しつつ、圧縮コイルばねの胴部が周辺部品に接触しないように適切に調整した形状を有す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。
【0009】
また、本発明は、コイル軸が湾曲した圧縮コイルばねを、所望のばね反力軸を確保しつつ、胴部が周辺部品に接触しないように適切な形状に調整すると共に、適切な位置関係で装着し得るストラット型懸架装置を提供することを別の課題とする。
【0010】
【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であって、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第1の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第2の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した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胴部の湾曲量を調整すると共に、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第3の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調整し、且つ、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前記第4の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調整することとしたものである。尚、上記の圧縮コイルばねの胴部の湾曲量の調整は、例えば基本構成の胴部の湾曲量に対し所定量増加するように設定される。
【0011】
上記の自動車用懸架コイルばねにおいて、請求項2に記載のように、前記第3の所定角度と前記第4の所定角度は略同一の角度に設定することが望ましい。尚、前記上側座巻及び下側座巻を、ピッグテール巻きとし、上側座及び下側座をピッグテール側の座巻に合致する形状とすることにより、装着時の位置決めが容易となる。
【0012】
また、本発明のストラット型懸架装置は、請求項3に記載のように、車体にストラットの上端を支持すると共に、前記ストラットに固定する下側座と前記車体に支持する上側座との間に、前記ストラットを囲繞するように圧縮コイルばねを配置し、前記ストラットを介して前記車体に車輪を支持するストラット型懸架装置において、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第1の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第2の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し、且つ、前記圧縮コイルばねに対する前記下側座及び前記上側座の支持傾斜角度に応じて前記圧縮コイルばねの胴部の湾曲量を調整した自動車用懸架コイルばねを、前記圧縮コイルばねの取付状態において湾曲外側の軸方向長さが短くなる方向に、前記下側座を第3の所定角度傾斜させて支持し、且つ、前記圧縮コイルばねの取付状態において湾曲外側の軸方向長さが短くなる方向に、前記上側座を前記第4の所定角度傾斜させて支持し、前記湾曲したコイル軸の内側が前記車体の内側となるように保持することとしたものである。
【0013】
上記のストラット型懸架装置においては、請求項4に記載のように、前記第3の所定角度と前記第4の所定角度は略同一の角度に設定することが望ましい。更に、前記圧縮コイルばねの前記上側座巻及び下側座巻を、ピッグテール巻きとし、上側座及び下側座をピッグテール側の座巻に合致する形状とすれば、装着時の位置決めが容易となる。
【0014】
【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の(B)は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の一実施形態を示すもので、この圧縮コイルばね5をストラット型懸架装置(以下、単に懸架装置という)に組付けると図2に示す状態となる。尚、図1の(B)においては、圧縮コイルばね5の基本構成である図1の(A)に示す後述の湾曲コイルばね5xに対応する部分を二点鎖線で示している。また、図2においては、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。
【0015】
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の胴部に下側座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。
【0016】
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に取り付けられる。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、圧縮コイルばね5のばね反力軸が上側座面の略中心を通るように設計されている。
【0017】
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2bの円滑な摺動作動が確保される。
【0018】
ここで、一般的に、圧縮コイルばねを圧縮したときに発生するばね反力はコイル軸に沿うことはなく、図3に示すように、x−y平面に投影した成分が横力(SFで示す)と呼ばれる。そして、y軸から時計方向の角度(図3にθで示す)が横力SFの向きを表し、横力方向と呼ばれる。尚、図3は、下側座巻及び上側座巻の座巻中心軸と胴部のコイル軸が一致する(図3のz軸)ように形成された圧縮コイルばねのモデルMS(以下、単に圧縮コイルばねMSという)を示すものである。従って、図1及び図2は、図3のx,y,z軸の3次元座標における圧縮コイルばねMSと同様に配置したときの圧縮コイルばね5を、y−z面に投影した側面図を示している。
【0019】
本実施形態の圧縮コイルばね5は図1の(B)に示すように構成されており、先ず、図1の(A)を参照して基本構成となる湾曲コイルばね5xについて説明する。この湾曲コイルばね5xは、前掲の特許文献1に記載の圧縮コイルばねと同様に構成されており、下側座巻5ax及び上側座巻5bxの座巻中心、即ち下側座面LSxの中心と上側座面USxの中心を通る軸CE(以下、座巻中心軸CEという)をz軸とし、所定方向(車体の左右方向)をy軸とするy−z面上において、湾曲コイルばね5xのコイル軸CAxが所定の曲率半径Rxで湾曲するように形成されており、その胴部(中間部)は湾曲量δの初期胴曲がりを有する。尚、コイル軸CAxは、同一方向で複数の曲率を以って実質的に所定の曲率で湾曲するように形成してもよい。あるいは、複数の直線軸を連結して実質的に所定の曲率で湾曲したコイル軸となるように構成してもよい。
【0020】
そして、湾曲コイルばね5xの自由状態において、湾曲コイルばね5xの湾曲内側(図1(A)の左側)の軸方向長さが短くなる方向(図1(A)の時計方向)に、下側座面LSxが下側座4に対して所定角度α傾斜するように、下側座巻5axのピッチが設定されている。また、湾曲コイルばね5xの湾曲外側(図1(A)の右側)の軸方向長さが短くなる方向(図1(A)の時計方向)に、上側座面USxが上側座3に対して所定角度β傾斜するように、上側座巻5bxのピッチが設定されている。
【0021】
この場合において、下側座面LSxと下側座4との関係は相対的であり、図1(A)では下側座面LSxが水平で、これに対し下側座4が所定角度α傾斜する関係にあるが、逆に図1(A)において下側座4を水平とし、下側座面LSxが下側座4に対して所定角度α傾斜する関係としてもよい。同様に、上側座面USxと上側座3との関係も相対的であり、図1(A)において、上側座3が傾斜し、この傾斜面に対し上側座面USxが所定角度β傾斜する関係としてもよいし、逆に上側座面USxが傾斜し、上側座3が上側座面USに対して所定角度β傾斜する関係としてもよい。尚、図2の懸架装置における上側座3と下側座4は支持面が平行となるように配設されており、これに応じて上記の相対関係を充足するように、圧縮コイルばねが形成される。
【0022】
図1(A)においては、湾曲コイルばね5xの自由状態において、下側座面LSxが下側座4に対して図1の時計方向に所定角度α傾斜するように下側座巻5axのピッチが設定されると共に、上側座面USxが上側座3に対して図1(A)の時計方向に所定角度β傾斜するように、上側座巻5bxのピッチが設定されているが、下側座巻5ax及び上側座巻5bxのいずれか一方側のみに対してピッチ設定を行なうこととしてもよい。即ち、この態様のほか、図示は省略するが、第2の態様として、コイル軸CAxが湾曲するように形成し、下側座巻5axのピッチのみを、湾曲コイルばね5xの自由状態において下側座面LSxが下側座4に対して所定角度傾斜するように設定する態様がある。そして、第3の態様(図示省略)として、コイル軸CAxが湾曲するように形成し、上側座巻5bxのピッチのみを、湾曲コイルばね5xの自由状態において上側座面USxが上側座3に対して所定角度傾斜するように設定する態様がある。
【0023】
ここで、コイル軸がy軸方向に膨出するように湾曲した圧縮コイルばね(湾曲コイルばね5xに相当)に対し、一方の側面の軸方向長さが短くなる方向に圧縮した場合、即ち、y−z面上でコイル軸が湾曲した湾曲コイルばねを、図3に示す圧縮コイルばねMSと同様の位置に配置し、その上側座面及び下側座面をx軸回りに、x軸の+側から原点をみたとき反時計方向となる方向に、夫々α度及び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。
【0024】
図4は、y−z面上でコイル軸が湾曲した湾曲コイルばね(湾曲量δ)を所定高さに圧縮した状態で上側座面及び下側座面をx軸回りに、x軸の+側から原点をみたとき反時計方向となる方向に、夫々α度及びβ度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(胴曲り無しの)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4において、図3のx軸回りの回転角(傾斜角度α、β)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4の矢印はα、β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軸である。
【0025】
図4から以下の事項が明らかとなる。即ち、(1)湾曲量δの初期胴曲がりによって、ばね反力軸はy方向(胴曲がり方向)に平行移動する。(2)上側座面及び下側座面の傾斜角度α、βの図3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、傾斜角度α、βの増加に応じて湾曲コイルばねに対する横力が増加する。(3)上側座面及び下側座面の傾斜角度α、βの増加に伴い、上側座面におけるばね反力の着力点は、湾曲コイルばねでは実線で示すように上側座面の中心(図4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上側座面の中心から遠ざかる。これとは逆に、y−z面上でコイル軸が湾曲した湾曲コイルばねを所定高さに圧縮した状態で上側座面及び下側座面をx軸回りに、x軸の+側から原点をみたとき時計方向となる方向に回転させた場合には、上側座面及び下側座面の傾斜角度α、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、即ち湾曲コイルばねに対する横力が減少することになる。
【0026】
尚、図5は、y−z面上で湾曲コイルばねを所定高さに圧縮した状態で、上側座面及び下側座面を夫々図3のx軸回りに、x軸の+側から原点をみたとき反時計方向となる方向に、夫々α、β度回転させる場合において、傾斜角度αあるいはβを増加させたときの横力の変化を示すもので、実線は湾曲コイルばねを示し、破線は通常の圧縮コイルばねを示す。図5から明らかなように、何れのコイルばねもαあるいはβの増加に応じて横力が増加するが、その差は殆どない。
【0027】
そして、本実施形態の圧縮コイルばね5においては、図1の(B)に示すように、2点鎖線で示す湾曲コイルばね(図1(A)の湾曲コイルばね5xに相当)に対し、胴部の湾曲量がΔδだけ増加するように調整される(δ+Δδ)と共に、圧縮コイルばね5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、下側座面LSが下側座4に対して第3の所定角度γ傾斜するように、下側座巻5aのピッチが調整され、且つ、圧縮コイルばね5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、上側座面USが上側座3に対して第4の所定角度傾斜するように、上側座巻5bのピッチが調整される。この第4の所定角度は本実施形態では第3の所定角度と略同一のγに設定される。即ち、下側座面LS及び上側座面USが同一の所定角度γで湾曲外側に開く方向に、下側座巻5a及び上側座巻5bのピッチが調整される。
【0028】
換言すれば、本実施形態の圧縮コイルばね5は、図2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、圧縮コイルばね5を所定高さに圧縮した状態で上側座及び下側座を、図3に示すx軸の+側から原点をみたとき反時計方向となる方向に、夫々α、β度回転させた場合と同様の状態となるように、図1(A)の曲率Rx(湾曲量δ)及び傾斜角度α、β(図1(A)では時計方向の回転角)が設定され、上側座巻5b及び下側座巻5aのピッチが設定されている。これにより、図1の(A)に示すように形成された湾曲コイルばね5xを、上側座3と下側座4との間に介装(圧縮)して取付状態とすると、湾曲コイルばね5xに対し上側座巻及び下側座巻を、図3のx軸の+側から原点をみたときに反時計方向となる方向に傾斜させた場合と同様の効果を奏する。
【0029】
また、図1の(B)に示すように、胴部の湾曲量がΔδだけ増加するように調整される(δ+Δδ)と共に、上側座と下側座との間に介装したときに、圧縮コイルばね5を所定高さに圧縮した状態で下側座を、図3に示すx軸の+側から原点をみたとき反時計方向となる方向に、下側座面LSの下側座4に対する調整用の所定角度γ(図1(B)では時計方向の回転角)が設定され、下側座巻5aのピッチが調整されている。同時に、上側座3と下側座4との間に介装したときに、圧縮コイルばね5を所定高さに圧縮した状態で上側座を、図3に示すx軸の+側から原点をみたとき時計方向となる方向に、上側座面USの上側座3に対する調整用の所定角度γ(図1(B)では反時計方向の回転角)が設定され、上側座巻5bのピッチが調整されている。これにより、図1の(B)に示すように形成された圧縮コイルばね5を、上側座3と下側座4との間に介装(圧縮)して取付状態とすると、圧縮コイルばね5に対し下側座巻5aを、図3のx軸の+側から原点をみたときに反時計方向となる方向に傾斜させ、且つ、上側座巻5bを、図3のx軸の+側から原点をみたときに時計方向となる方向に傾斜させた場合と同様の効果を奏する。
【0030】
上記の構成になる圧縮コイルばねの具体例のシミュレーション結果について図6を参照して説明する。先ず、ベースサンプルは湾曲コイルばね5xとし、その下側座面の傾斜角度αが3.0°で、上側座面の傾斜角度βは0°(即ち、前述の第2の態様)で、胴部の湾曲量δが3mmのものとした。このベースサンプルの緒元として、ばね定数:16.7N/mm、総巻数:7.0巻、自由長:338.9mm、コイル外径:89.5mm、線径:9.4mmとし、取付荷重:2236Nとした。そして、第3及び第4の所定角度たる角度γを2.5°とした場合(サンプル1という)及び5.0°とした場合(サンプル2という)において、これらのサンプルを取付状態に圧縮したときの湾曲量が基本構成の湾曲コイルばね5xの圧縮時の湾曲量δと同じ値となるように、湾曲量δに対する増加量Δδを設定した。この結果生ずるばね反力軸(荷重軸)及び外形の変化を図6に示している。
【0031】
従って、角度γが2.5°のサンプル1は、湾曲コイルばね5xの上側座面の傾斜角度αが5.5°となり、下側座面の傾斜角度βは−2.5°(αと反対方向に傾斜)となる。このとき、自由状態での胴部の湾曲量の増加量Δδは2mmに設定され、従って自由状態におけるサンプル1の胴部の湾曲量は5mmとなる。同様に、角度γが5.0°のサンプル2は、湾曲コイルばね5xの上側座面の傾斜角度αが8.0°となり、下側座面の傾斜角度βは−5.0°(αと反対方向)となる。このとき、自由状態での胴部の湾曲量の増加量Δδは4mmに設定され、従って自由状態におけるサンプル2の胴部の湾曲量は7mmとなる。
【0032】
図6は、上記のベースサンプル、サンプル1及びサンプル2を取付状態に圧縮したときのばね反力軸(荷重軸)と外形を示すもので、サンプル1及びサンプル2は、ばね反力軸が車体外側(図6の右側)方向に平行移動しているのに対し、胴部における同方向への湾曲量が略同じとなっており、湾曲量は相対的に抑えられている。従って、サンプル1及びサンプル2のばね反力軸をベースサンプルのばね反力軸と一致するように配置させると、胴部の外側は相対的に中心軸方向に移動することになる。尚、図6においてベースサンプルの荷重軸を点線(細かい破線)で示し、その外形のデータを丸で示す。また、サンプル1の荷重軸を破線で示し、その外形のデータを四角形で示す。そして、サンプル2の荷重軸を実線で示し、その外形のデータを三角形で示す。
【0033】
而して、図8の湾曲コイルばねCSと対比して本実施形態の圧縮コイルばねを模式的に表し5eとした図7に示すように、圧縮コイルばね5eのばね反力軸RAeは、ばね反力軸RApと同じ所望の位置に設定された場合には、図6から明らかなように胴部が相対的に中心軸方向に移動することになる。即ち、胴部は周辺部品(例えばフェンダFD)から退避した位置関係となるので、胴部が周辺部品に接触することはない。このように、本実施形態によれば、所望のばね反力軸RAeを確保し得ると共に、圧縮コイルばねの胴部が周辺部品に接触しないように適切な形状に調整することができる。
【0034】
尚、本発明のストラット型懸架装置を構成する場合には、図1(A)の湾曲コイルばね5xにおける胴部の湾曲量を、装着対象の上側座及び下側座との最終的な相対的位置関係に応じて予め調整しておき(δ+Δδ)、図1(B)に示す所定角度γの調整に代えて、上側座及び下側座を図1(B)の傾斜方向と反対方向に所定角度γ傾斜させることとしてもよい。即ち、本発明の他の実施形態として、図1(B)の下側座4及び上側座3の支持傾斜角度に応じて湾曲コイルばね5xの胴部の湾曲量を調整し、このばねの取付状態において湾曲外側の軸方向長さが短くなる方向に、下側座4を所定角度γ傾斜させて支持し、且つ、取付状態において湾曲外側の軸方向長さが短くなる方向に、上側座3を所定角度γ傾斜させて支持し、湾曲したコイル軸の内側が車体の内側となるように保持することとすれば、相対的な位置関係が、図1(B)の圧縮コイルばね5を上側座3と下側座4との間に介装したときと同様の関係となる。
【0035】
更に、上側座巻5b及び下側座巻5aを、ピッグテール巻きとし、上側座3及び下側座4をピッグテール側の座巻に合致する形状とすれば、装着時の位置決めが容易となる。
【0036】
【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及び2に係る自動車用懸架コイルばねにおいては、湾曲コイルばねの胴部の湾曲量を調整すると共に、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、下側座面が下側座に対して第3の所定角度傾斜するように、下側座巻のピッチを調整し、且つ、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、上側座面が上側座に対して第4の所定角度(望ましくは第3の所定角度と略同一)傾斜するように、上側座巻のピッチを調整することとしているので、ストラット型懸架装置に装着するときに、所望のばね反力軸を確保しつつ、胴部が周辺部品に接触しないように適切に調整した湾曲コイルばねの自動車用懸架コイルばねを提供することができる。
【0037】
また、請求項3及び4に記載のストラット型懸架装置は、装着対象の下側座及び上側座の支持傾斜角度に応じて湾曲コイルばねの胴部の湾曲量を調整した自動車用懸架コイルばねを、取付状態において湾曲外側の軸方向長さが短くなる方向に、下側座を第3の所定角度傾斜させて支持し、且つ、取付状態において湾曲外側の軸方向長さが短くなる方向に、上側座を第4の所定角度傾斜(望ましくは第3の所定角度と略同一)させて支持し、湾曲したコイル軸の内側が車体の内側となるように保持する構成とされているので、所望のばね反力軸を確保しつつ、胴部が周辺部品に接触しないように、湾曲コイルばねを適切な形状に調整すると共に、適切な位置関係で装着することができる。
【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の一実施形態に供する圧縮コイルばね及び基本構成の湾曲コイルばねを示す側面図である。
【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】上側座面及び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圧縮コイルばねのモデルを示す斜視図である。
【図4】本発明の一実施形態に係る圧縮コイルばねに関し、y−z面上で圧縮コイルばねを所定高さに圧縮した状態で上側座面及び下側座面をx軸回りに、x軸の+側から原点をみたとき反時計方向に回転させた場合におけるばね反力軸の変化を示すグラフである。
【図5】本発明の一実施形態に係る圧縮コイルばねに関し、y−z面上で圧縮コイルばねを所定高さに圧縮した状態で上側座面及び下側座面をx軸回りに、x軸の+側から原点をみたとき反時計方向に回転させた場合における回転角度に応じた横力の変化を示すグラフである。
【図6】本発明の一実施形態に係る圧縮コイルばねに関し、その具体例のシミュレーション結果によるばね反力軸及び胴部の外形の変化を示すグラフである。
【図7】本発明の一実施形態に係る圧縮コイルばねの取付状態を模式的に示す側面図である。
【図8】模式的に記載した従来の湾曲コイルばねの取付状態を示す側面図である。
【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, 5x 湾曲コイルばね, 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,USx 上側座面, LS,LSx 下側座面[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle suspension coil spring suitable for a vehicle strut suspension, and a strut suspension including the suspension coil spring.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a compression coil spring is provided on a vehicle body suspension of an automobile, and the compression coil spring is generally designed so that its coil axis and a direction of a spring reaction force coincide with each other.
Various types of vehicle suspensions are known, and strut type suspensions using shock absorbers (buffers) as struts for positioning wheels have become widespread. In this strut type suspension device, since a displacement between the load input shaft and the strut shaft is inevitable, a bending moment is generated in the strut, and the lateral force acting on the guide portion and the piston portion of the strut causes the strut to function as a shock absorber. Smooth sliding operation is hindered. In order to prevent this, for example, a technique of offsetting a coil axis of a cylindrical compression coil spring with respect to a strut axis to cancel a bending moment is used.
[0003]
In today's demand for more compact suspension systems for automobiles, simply improving the strut and its supporting mechanism using a normal cylindrical compression coil spring can negate the bending moment generated on the strut due to road surface load. It is difficult. Therefore, it is necessary to positively increase the lateral force of the compression coil spring and apply this compression coil spring to a strut type suspension. However, it is not easy to apply a desired lateral force with a general-purpose coil spring.
[0004]
In view of this point,
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2000-104772 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
According to the vehicle suspension coil spring (hereinafter referred to as a curved coil spring) described in
[0007]
In order to avoid the above-described interference, it is necessary to reduce the bulging amount (curvature amount) of the trunk portion in the curved coil spring CS. However, in such a case, the spring reaction force axis RAp may be set to a desired position. become unable. Therefore, when strict dimensional adjustment is required for the body of the curved coil spring, the spring reaction force axis RAp can be set to a desired position by adjusting parameters other than the amount of bending. Is required.
[0008]
Therefore, the present invention is to secure a desired spring reaction force axis when mounting a compression coil spring having a curved coil axis on a strut type suspension device, and to prevent the body of the compression coil spring from contacting peripheral components. An object of the present invention is to provide a suspension coil spring for an automobile having a shape adjusted appropriately.
[0009]
In addition, the present invention adjusts a compression coil spring having a curved coil axis to an appropriate shape so that a trunk portion does not contact peripheral components while securing a desired spring reaction force axis, and in an appropriate positional relationship. It is another object to provide a strut-type suspension that can be mounted.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention provides a suspension coil spring for a vehicle, wherein a compression coil spring is arranged between an upper seat and a lower seat in a compressible manner. The compression coil spring is formed so that the coil axis of the coil spring is substantially bent at a predetermined curvature in the free state, and the axial length of the inside of the curve is reduced in the free state of the compression coil spring, Setting a pitch of a lower winding of the compression coil spring such that a lower seating surface of the compression coil spring seated on the lower seat is inclined at a first predetermined angle with respect to the lower seat; and And / or an upper seating surface of the compression coil spring seated on the upper seat in a direction in which the axial length of the outside of the curve becomes shorter in a free state of the compression coil spring is a second predetermined angle with respect to the upper seat. In front of you to incline In a vehicle suspension coil spring in which the pitch of the upper winding of the compression coil spring is set, the amount of curvature of the body of the compression coil spring is adjusted, and the axial length of the inside of the curve in the free state of the compression coil spring is adjusted. The pitch of the lower end turns of the compression coil spring such that the lower seat surface of the compression coil spring seated on the lower seat is inclined at a third predetermined angle with respect to the lower seat in the shorter direction. In the free state of the compression coil spring, the upper seating surface of the compression coil spring seated on the upper seat in the direction in which the axial length of the inside of the curve becomes shorter in the free state of the compression coil spring is the third position relative to the upper seat. The pitch of the upper winding of the compression coil spring is adjusted so as to incline at a predetermined angle of 4. The adjustment of the bending amount of the body of the compression coil spring is set so as to be increased by a predetermined amount with respect to the bending amount of the body of the basic configuration, for example.
[0011]
In the above suspension coil spring for an automobile, it is preferable that the third predetermined angle and the fourth predetermined angle are set to be substantially the same angle. It should be noted that the upper and lower end windings are pig tail windings, and the upper and lower seats are shaped to match the end windings on the pig tail side, thereby facilitating positioning during mounting.
[0012]
Further, the strut type suspension device of the present invention, as described in
[0013]
In the above-mentioned strut-type suspension device, it is preferable that the third predetermined angle and the fourth predetermined angle are set to substantially the same angle. Furthermore, if the upper end turn and the lower end turn of the compression coil spring are pigtail turns, and the upper and lower seats are shaped to match the end turns on the pig tail side, positioning at the time of mounting is facilitated. .
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1B shows an embodiment of a compression coil spring used for a suspension coil spring for a vehicle according to the present invention, and this
[0015]
First, the overall structure of the suspension device will be described with reference to FIG. 2. The upper end of the
[0016]
The
[0017]
In the suspension having the above configuration, as shown in FIG. 2, the load input axis AA does not coincide with the spring reaction force axis RA, and the strut axis SA of the
[0018]
Here, generally, the spring reaction force generated when the compression coil spring is compressed does not follow the coil axis. As shown in FIG. 3, the component projected on the xy plane has a lateral force (SF). Shown). An angle clockwise from the y-axis (indicated by θ in FIG. 3) indicates the direction of the lateral force SF, and is called a lateral force direction. FIG. 3 shows a model MS (hereinafter simply referred to as a simple model) of a compression coil spring formed such that the center axis of the lower end turn and the upper end turn and the coil axis of the body coincide (the z axis in FIG. 3). (Referred to as a compression coil spring MS). Therefore, FIGS. 1 and 2 are side views in which the
[0019]
The
[0020]
When the bending
[0021]
In this case, the relationship between the lower seating surface LSx and the
[0022]
In FIG. 1A, the pitch of the lower end turns 5ax is such that the lower seat surface LSx is inclined at a predetermined angle α clockwise in FIG. 1 with respect to the
[0023]
Here, when a compression coil spring (corresponding to a
[0024]
FIG. 4 shows the upper and lower seating surfaces around the x-axis in a state where a curved coil spring (bending amount δ) in which the coil axis is bent on the yz plane is compressed to a predetermined height, and the x-axis + The solid line shows the change in the axis of the spring reaction force when rotated by α and β degrees in the counterclockwise direction when viewed from the side from the origin, and the broken line is a normal (no body bending) compression coil. 3 shows the change in the spring reaction axis in a similar case for a spring. FIG. 4 shows a change in the spring reaction force axis when the rotation angle (tilt angle α, β) about the x-axis in FIG. 3 is increased in the counterclockwise direction (arrows in FIG. 4 indicate increases in α, β). Direction). Incidentally, the spring reaction force axis is an axis connecting the contact points of the spring reaction force acting on the upper seat surface and the lower seat surface.
[0025]
The following matters become clear from FIG. That is, (1) due to the initial bending of the bending amount δ, the spring reaction force axis moves in parallel in the y-direction (the bending direction of the body). (2) Increasing the inclination angles α and β of the upper seat surface and the lower seat surface in the counterclockwise direction in FIG. 3 increases the inclination of the spring reaction force axis in the y direction. In other words, the lateral force on the curved coil spring increases as the inclination angles α and β increase. (3) As the inclination angles α and β of the upper seat surface and the lower seat surface increase, the point of application of the spring reaction force on the upper seat surface is, as shown by the solid line in the curved coil spring, the center of the upper seat surface (see FIG. (Z axis of FIG. 4), whereas a normal compression coil spring moves away from the center of the upper seating surface as shown by the broken line. Conversely, the upper and lower seating surfaces are rotated around the x-axis in a state in which a curved coil spring whose coil axis is curved on the yz plane is compressed to a predetermined height. When the clockwise rotation is viewed, the inclination angles α and β of the upper seat surface and the lower seat surface increase in the clockwise direction, so that the inclination of the spring reaction force axis in the y direction decreases. That is, the lateral force on the curved coil spring is reduced.
[0026]
FIG. 5 shows a state in which the upper and lower seating surfaces are respectively rotated around the x-axis in FIG. 3 from the + side of the x-axis in a state where the curved coil spring is compressed to a predetermined height on the yz plane. When the angle of rotation is α and β degrees, respectively, in the counterclockwise direction when viewed, the change in the lateral force when the inclination angle α or β is increased, the solid line indicates a curved coil spring, and the broken line Indicates a normal compression coil spring. As is clear from FIG. 5, the lateral force of any of the coil springs increases as α or β increases, but there is almost no difference.
[0027]
In the
[0028]
In other words, when the
[0029]
Also, as shown in FIG. 1B, the amount of curvature of the trunk is adjusted to increase by Δδ (δ + Δδ), and when the body is interposed between the upper seat and the lower seat, the compression is reduced. In a state where the
[0030]
A simulation result of a specific example of the compression coil spring having the above configuration will be described with reference to FIG. First, the base sample is a
[0031]
Therefore, in the
[0032]
FIG. 6 shows the spring reaction force axis (load axis) and the outer shape when the above-mentioned base sample,
[0033]
Thus, as shown in FIG. 7, which schematically shows the compression coil spring of this embodiment in comparison with the curved coil spring CS of FIG. 8 and shows 5e, the spring reaction force axis RAe of the
[0034]
When configuring the strut type suspension device of the present invention, the bending amount of the trunk in the bending
[0035]
Furthermore, if the
[0036]
【The invention's effect】
The present invention has the following effects because it is configured as described above. That is, in the vehicle suspension coil spring according to the first and second aspects, the amount of bending of the body of the bending coil spring is adjusted, and the lower seat is disposed in a direction in which the axial length of the inside of the bending becomes shorter in the free state. The pitch of the lower end winding is adjusted so that the surface is inclined at a third predetermined angle with respect to the lower seat, and the upper seating surface is oriented in a direction in which the axial length of the inside of the curve becomes shorter in a free state. Since the pitch of the upper end turn is adjusted so as to be inclined at a fourth predetermined angle (preferably substantially the same as the third predetermined angle) with respect to the upper seat, when the upper seat is mounted on the strut type suspension device, It is possible to provide a vehicle suspension coil spring of a curved coil spring that is appropriately adjusted so that a trunk portion does not contact peripheral components while securing a desired spring reaction force axis.
[0037]
Further, the strut type suspension device according to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a compression coil spring and a curved coil spring having a basic configuration provided in an embodiment of a vehicle suspension coil spring of the present invention.
FIG. 2 is a front view showing a state in which the compression coil spring according to one embodiment of the present invention is mounted on a vehicle suspension.
FIG. 3 is a perspective view showing a model of a compression coil spring for testing the effect of the inclination of the upper seat surface and the lower seat surface on the spring reaction force.
FIG. 4 relates to a compression coil spring according to an embodiment of the present invention, with the compression coil spring compressed to a predetermined height on the yz plane, and the upper and lower seating surfaces around the x-axis; It is a graph which shows the change of the spring reaction force axis | shaft when rotating in a counterclockwise direction when the origin is seen from the + side of an axis | shaft.
FIG. 5 relates to a compression coil spring according to an embodiment of the present invention, in which the upper and lower seating surfaces are rotated around the x axis while the compression coil spring is compressed to a predetermined height on the yz plane, 9 is a graph showing a change in a lateral force according to a rotation angle when rotated in a counterclockwise direction when the origin is viewed from the + side of the axis.
FIG. 6 is a graph showing a change in a spring reaction force axis and an outer shape of a body portion according to a simulation result of a specific example of the compression coil spring according to one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a side view schematically showing an attached state of the compression coil spring according to one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a side view showing an attached state of a conventional curved coil spring schematically described.
[Explanation of symbols]
1 body, 2 struts, 3 upper seat, 4 lower seat,
5 compression coil spring, 5x curved coil spring, 6 knuckle,
7 lower arms, 8 wheels, 10 strut mounts,
US, USx Upper seating surface, LS, LSx Lower seating surface
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