JP2011033119A - コイルばね - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コイル形状に巻かれるばね素線3の断面外周基礎形状を円形形状としたコイルばね1において、ばね素線3における断面外周形状のコイル内外径側部分5,7間に、コイル軸線4方向に隣接するコイル部分が当接して安定可能な扁平面9,11を設け、扁平面9,11を有した断面外周形状につきコイル軸線方向の扁平率T/Wを、断面外周基礎形状を円形形状としたコイルばねの応力比と同等以下の応力比となるように設定したため、扁平面9,11により密着状態で負荷を安定して受けさせると共に、密着長をより短くし、ストロークのより長い低剛性のばねを設計する上でより有利となり、且つ断面外周形状の周方向でのより良好な応力分散により応力分布の均一性をより向上させることができることを特徴とする。
【選択図】図3
Description
図1は、本発明実施例1に係るコイルばねの正面図、図2は、コイル形状内径側の要部拡大断面図、図3は、ばね素線の拡大断面図である。
図4,図5は、有限要素法による応力分布状態の解析結果を示した説明図であり、図4は本実施例、図5は比較例である。図5においては、図4と対応する構成部分に同符号にAを付する。
図6は、扁平率及び応力比の関係を示したグラフである。図6では密着高さHs=25を一定とし、扁平率T/Wの変化に対する応力比の変化を調べた。
自動車のトーション・スプリングでは、ばねが密着ないしはそれ以上の負荷を受けた時にコイルがコイル径方向にずれることを防ぐため、コイル軸方向で見て線材断面の片側ないし両側に扁平部を持たせることが行われる。
本発明実施例は、コイル形状に巻かれるばね素線3の断面外周基礎形状を円形形状としたコイルばね1において、前記ばね素線3における断面外周形状のコイル内外径側部分5,7間に、コイル軸線4方向に隣接するコイル部分が当接して安定可能な扁平面9,11を設け、前記扁平面9,11を有した断面外周形状につきコイル軸線方向の扁平率T/Wを、断面外周基礎形状を円形形状としたコイルばねの応力比と同等以下の応力比となるように設定した。
成形当接面は、完全な扁平面9,11に限らず、多少の凸面又は凹面で形成することもできる。また、成形当接面は、ばね素線3のコイル軸線4方向一方側が多少の凸面、同他側が多少の凹面等に形成することもできる。
[コイルばね全般]
上記内容において、扁平面を設けること、扁平率T/Wを、断面外周基礎形状を円形形状としたコイルばねの応力比と同等以下の応力比となるように設定すること等、トーション・スプリングに限られない事項は、コイルばね全般に適用でき、扁平面のない円形断面よりも応力が下がり、有利な設計ができる等の効果がある。
図7(a),(b),(c)は、扁平率及び密着高さ比の関係を示したグラフである。図7(a),(b),(c)では、応力比τ/Pを一定とし、ばね指数D/W=3,5,7の実施例に係る結果を示している。
ばね素線3の断面外周基礎形状が円形で、この断面をベースとして、断面には、座面に代わるものとしてコイル軸方向で見て両側に扁平部9を有している。
ここに、
X:扁平率
Y:総巻数
自動車のATやCVT用のリターンスプリング、ねじりダンパー用のトーション・スプリングやエンジン用のバルブ・スプリング等は、線形が比較的太くコイル径が比較的大きく作動荷重が高いため、コイル総巻数が概ね11.2巻き以下である。また、線形が太くコイル径が大きいため、研磨工程廃止による研磨時間、研磨量削減効果が大きい。
従来の円形断面と同等またはより有利な設計で、且つ研磨時間・研磨量低減を目的とし、従来よりも研磨代が少なくなるような扁平率を選択して実施することもできる。
ここに、
X:扁平率
Y:総巻数
(コイリング時の倒れ)
図10は、扁平面を有するコイルばねに係り、(a)が倒れなし、(b)が倒れ有りの一部断面図、図11は、倒れの有無を示すグラフである。
T/W:小→倒れ:大
D/W:小→倒れ:大
ガイドクリアランス:大→倒れ:大
の関係がある。
また、コイルばねは、使用時にばねを安定させるため端部を研磨し座面を成形する。このため研磨工程が必要となるが、この工程は時間がかかり、また、研磨かすの発生により環境に負荷を与える。特に、線形が太くコイル径がおおきいものはそれが顕著である。
[バルブ・スプリング]
バルブ・スプリングについては、上記の内容において、扁平面を設けること、扁平率T/Wを、断面外周基礎形状を円形形状としたコイルばねの応力比と同等以下の応力比となるように設定すること等、トーション・スプリングに限られない事項、及びコイルばね全般で述べた事項の他、さらに次のことも述べることができる。
端末と1巻目の線間接触部分は、接触圧により高い接触応力が発生すること、また、ショットピーニングにより線表面に付与された強化層が剥落する。このため、線間の高面圧部を起点として疲労折損する。
バブル・スプリングは、実使用時に共振現象、いわゆるサージングにより応力が増加し、耐久性の低下を招く。このサージングを抑制するには、線間の接着離反によるサージエネルギーの吸収が有効と考えられている。
ベストモードの扁平率でバルブ・スプリングに用いると密着高さが10%以上低くできるため、エンジン・ヘッドの高さを低くすることができ、エンジンの軽量化に大きく寄与できる。これは、燃費向上となる。
[ATリターン・スプリング]
ATリターン・スプリングについても、扁平面を設けること、扁平率T/Wを、断面外周基礎形状を円形形状としたコイルばねの応力比と同等以下の応力比となるように設定すること等、トーション・スプリングに限られない事項、及びコイルばね全般で述べたことの他、さらに次のことも述べることができる。
3 ばね素線
4 コイル軸線
5 コイル内径側部分
7 コイル外径側部分
9,11 扁平面(成形当接面)
T コイル内径側部分のコイル軸線方向の最大厚み寸法
W ばね素線の断面外周基礎形状の直径
T/W 扁平率
Claims (9)
- コイル形状に巻かれるばね素線の断面外周基礎形状を円形形状としたコイルばねにおいて、
前記ばね素線における断面外周形状のコイル内外径側部分間に、コイル軸線方向に隣接するコイル部分が当接して安定可能な成形当接面を設け、
前記成形当接面を有した断面外周形状につきコイル軸線方向の扁平率T/Wを、断面外周基礎形状を円形形状としたコイルばねの応力比と同等以下の応力比となるように設定した、
ことを特徴とするコイルばね。 - 請求項1記載のコイルばねであって、
前記扁平率をT/W≦0.83とした、
ことを特徴とするコイルばね。 - 請求項1又は2記載のコイルばねであって、
前記扁平率を0.2≦T/Wとした、
ことを特徴とするコイルばね。 - 請求項1〜3の何れかに記載のコイルばねであって、
前記成形当接面は、扁平面に成形された、
ことを特徴とするコイルばね。 - 請求項1〜4の何れかに記載のコイルばねであって、
前記成形当接面を、前記ばね素線における断面形状のコイル軸線方向両側に設けた、
ことを特徴とするコイルばね。 - 請求項1〜5の何れかに記載のコイルばねであって、
前記コイル形状のコイル軸線が直線形状であり、
前記成形当接面は、前記コイル軸線にほぼ直交するように形成された、
ことを特徴とするコイルばね。 - 請求項1〜6の何れかに記載のコイルばねであって、
前記コイル形状のコイル軸線が円弧形状であり、
前記成形当接面は、前記コイル軸線の曲率半径方向にほぼ沿うように形成された、
ことを特徴とするコイルばね。 - 請求項7記載のコイルばねであって、
前記ばね素線のコイル形状は、自由状態でコイル軸線が円弧形状である、
ことを特徴とするコイルばね。 - 請求項7記載のコイルばねであって、
前記ばね素線のコイル形状は、コイル軸線が自由状態で直線形状又は組み付け状態での曲率半径と異なる形状とし組み付けにより組付け状態での曲率半径を有した円弧形状となる
ことを特徴とするコイルばね。
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