JP2012127388A - 渦巻きばね - Google Patents

Abstract

【課題】 断面が矩形状の内側取付部に取り付けられる渦巻きばねにおいて、従来と比較して広い角度範囲でリニアなばね特性を実現する。
【解決手段】 本願の渦巻きばねは、内側取付部３０の外周面を構成する４平面のうち３平面（３２，３６，４０）に倣う形状を有する係止部を有している。係止部は、内側取付部３０の第１平面３２に倣う形状を有する第１係止部１４と、内側取付部３０の第１平面３２に隣接する第２平面３６に倣う形状を有する第２係止部１８と、内側取付部３０の第２平面３６に隣接する第３平面４０に倣う形状を有する第３係止部２２を備えている。渦巻きばねを内側取付部３０に取付けた状態で内側取付部３０をその軸方向から見ると、第１係止部１４の先端１４ａが第１平面３２の中間の位置Ｃから第４平面側の端部Ｄまでの間に位置している。
【選択図】図３

Description

本発明は、ばね線材を渦巻き状に成形した渦巻きばねに関する。

渦巻きばねは、自動車用シートのリクライナや、ウィンドウレギュレータなどに広く使用されている。この種の渦巻きばねは、渦巻状に成形されたばね線材を有している。ばね線材は、通常、その内周端に内側取付部が取付けられ、その外周端に外側取付部が取付けられる。外側取付部は、内側取付部に対して所定の角度範囲で変位可能とされている。内側取付部に対して外側取付部を変位させると、渦巻ばねは変形して取付状態（渦巻きばねに初期負荷が作用する状態）から最大負荷状態（渦巻きばね１０に最大負荷が作用する状態）まで変化することができる。渦巻きばねが最大負荷状態では、渦巻きばねに、渦巻きばねを最大負荷状態から取付状態に復元させる方向の力が発生している。

かかる渦巻きばねの中には、特許文献１に示すように、軸に直交する方向の断面が矩形状となる内側取付部に取付けられる場合がある。すなわち、内側取付部の外周面は、断面が矩形状となるように配置された第１平面、第２平面、第３平面及び第４平面を有している。特許文献１の渦巻きばねでは、ばね線材を断面矩形状の内側取付部に取付けるために、ばね線材の内周端に、内側取付部の外周面に倣った係止部が形成される。この係止部を内側取付部に外嵌することで、ばね線材と内側取付部との相対移動が規制されるようになっている。

特開２００３−１４８５３３号公報

従来の渦巻きばねでは、図４に示すように、ばね線材の内周端に形成される係止部が、内側取付部の第１〜第４平面のそれぞれに倣う形状に形成されていた。このため、渦巻きばねを取付状態から最大負荷状態に変化させようとすると、その途中で係止部を構成するばね線材とその外側のばね線材とが複数個所で接触し、ばね線材の自由な変形を阻害した。その結果、従来の渦巻きばねでは、渦巻きばねを取付状態から最大負荷状態に変化させる際に、渦巻きばねに負荷される力が急激に大きくなり、リニアなばね特性が得られる角度範囲が狭いという問題を有していた。

このため、特許文献１の渦巻きばねでは、内側のばね線材の外側の面又は外側のばね線材の内側の面に突起を形成し、ばね線材同士が接触した際の接触面積の低減が図られている。対向するばね線材同士の接触面積が低減すると、ばね線材同士に発生する摩擦力も低減される。これにより、上記の問題の解決が図られている。しかしながら、特許文献１の技術は、係止部を構成するばね線材とその外側のばね線材とが複数個所で接触することを規制する技術ではないため、十分な効果を得ることはできていない。

本願は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、断面が矩形状の内側取付部に取り付けられる渦巻きばねにおいて、従来と比較して広い角度範囲でリニアなばね特性を得ることができる渦巻きばねを提供することを目的とする。

本願の渦巻きばねは、断面が矩形状となるように配置された第１平面、第２平面、第３平面及び第４平面と、隣接する平面同士を接続する４つの角部を有する外周面を備えた内側取付部に取付けられる。この渦巻きばねは、渦巻状に成形されたばね線材を備えている。ばね線材の内周側の端部には、内側取付部の４平面のうち３平面に倣う形状を有する係止部が形成されている。係止部は、ばね線材の内周側の端部に設けられ、内側取付部の第１平面に倣う形状を有する第１係止部と、第１係止部に隣接して設けられ、内側取付部の第１平面に隣接する第２平面に倣う形状を有する第２係止部と、第２係止部に隣接して設けられ、内側取付部の第２平面に隣接する第３平面に倣う形状を有する第３係止部を備えている。そして、渦巻きばねを内側取付部に取付けた状態で内側取付部をその軸方向から見ると、第１係止部の先端が第１平面の中間の位置から第４平面側の端部までの間に位置している。

この渦巻きばねでは、ばね線材の内周側の端部に設けられる係止部は、内側取付部の外周面の３つの平面に倣う形状に形成されている。このため、渦巻きばねに負荷を作用させたときに、係止部を構成するばね線材と、その外側のばね線材とが複数個所で接触が生じることが抑制される。その結果、従来と比較して、広い角度範囲でリニアなばね特性を得ることができる。一方、係止部を３つの平面に倣う形状としても、第１係止部は第１平面の少なくとも半分に倣う形状を有している。このため、渦巻きばねと内側取付部との相対移動が規制され、渦巻きばねとしての機能を発揮することができる。

上記の渦巻きばねでは、ばね線材に形成された係止部は、第１係止部と第２係止部の間に設けられ、内側取付部の第１平面と第２平面を接続する角部に倣う形状を有する第１角部と、第２係止部と第３係止部の間に設けられ、内側取付部の第２平面と第３平面を接続する角部に倣う形状を有する第２角部と、をさらに備えることができる。

また、上記の渦巻きばねでは、渦巻きばねを内側取付部に取り付けたときに、ばね線材の外周端をばね線材の内周端に対して所定の角度範囲で変位させることで、渦巻きばねは取付状態から最大負荷状態に変化可能とされており、渦巻きばねを最大負荷状態としたときに、係止部の第１角部においてのみ、係止部を構成するばね線材とその係止部の外側に位置するばね線材とが接触することが好ましい。このような構成によると、内側のばね線材と外側のばね線材の間隔を広くしなくてもばね線材同士の接触を抑制することができるため、限られたスペースの中でリニアなばね特性が得られる角度範囲をより広くすることができる。

また、上記の渦巻きばねでは、渦巻状に成形されたばね線材の互いに対向する面は平坦な平面であり、凸部が形成されていないことが好ましい。このような構成によると、ばね線材の対向面に凸部を形成しなくてもよいため、ばね線材の表面加工が不要となり、簡易に渦巻きばねを製造することができる。また、凸部が形成されない分だけ、最大負荷時の形状を小さくすることができる。

本実施例に係る渦巻きばねの平面図（取付状態）。 本実施例に係る渦巻きばねの平面図（取付状態から最大負荷状態に移行する中間の状態）。 本実施例の渦巻きばねの内周側の端部を拡大して示す図。 比較例に係る渦巻きばねの平面図（取付状態）。 本実施例の渦巻きばねのばね特性と比較例の渦巻きばねのばね特性とを併せて示すグラフ。 本実施例の渦巻きばねのばね線材の表面に生じる接触圧を計算した計算例と、比較例の渦巻きばねのばね線材の表面に生じる接触圧を計算した計算例とを併せて示す図。

本実施例に係る渦巻きばね１０を図面に基づいて説明する。本実施例に係る渦巻きばね１０は、自動車用シートのリクライナのリターンスプリングとして用いられる。図１に示すように、渦巻きばね１０は、渦巻き状に成形されたばね線材１２により構成されており、ばね線材１２間には所定の間隔が設けられている。ばね線材１２は、帯状の鋼材（例えば、硬鋼線材等）によって形成されている。ばね線材１２の互いに対向する面（すなわち、内側の面と外側の面）は平坦な平面とされており、これらの面には凸部が形成されていない。また、ばね線材１２の表面には、潤滑皮膜が形成されている。潤滑被膜は、反応型潤滑剤処理、被膜型潤滑剤処理又は塗膜型潤滑剤処理等によって形成することができる。典型的には、潤滑被膜に金属石鹸を用いることができる。

図３に示すように、ばね線材１２の一端（渦巻き状に成形された内周端）は、内側取付部３０に取付けられる。内側取付部３０は、図示しないハウジングに固定されており、軸に直交する方向の断面形状が矩形状となるように形成されている。すなわち、内側取付部３０の外周面は、第１平面３２、第２平面３６、第３平面４０及び第４平面４４と、隣接する平面同士を接続する４つの角部３４，３８，４２，４６を有している。

ばね線材１２の内周端には内側係止部２４が形成されている。内側係止部２４は、内側取付部３０の４平面のうち３平面に倣う形状を有している。すなわち、内側係止部２４は、内側取付部３０の第１平面３２に倣う第１係止部１４と、内側取付部３０の第２平面３６に倣う第２係止部１８と、内側取付部３０の第３平面４０に倣う第３係止部２２を有している。さらに、内側係止部２４は、第１平面３２と第２平面３６を接続する角部３４に倣う角部１６と、第２平面３６と第３平面４０を接続する角部３８に倣う角部２０と、第３平面４０と第４平面４４を接続する角部４２に倣う角部２３を有している。内側係止部２４が内側取付部３０の外周面に外嵌することで、渦巻きばね１０が内側取付部３０に取付けられる。なお、ここでいう「倣う」とは、内側係止部２４と内側取付部３０の外周面との間に隙間が生じることがないように両者が接触していることまでをも意味するものではない。このため、内側係止部２４と内側取付部３０の外周面との間に隙間が生じていても、その隙間が実質的に無視できるようなものであれば、ここでいう「倣う」に相当する。

渦巻きばね１０を内側取付部３０に取付けただけの自由状態（渦巻きばね１０に負荷が作用していない状態）で、渦巻きばね１０及び内側取付部３０を軸方向から見ると（すなわち、図３に示されるように見ると）、第１係止部１４の先端１４ａが、第１平面３２の中心位置（図中Ｃ）から第１平面３２の第４平面４４側の端部（図中Ｄ）までの範囲に位置するように、第１係止部１４の長さが調整されている。一方、第２係止部１８は、第２平面３６の第１平面３２側の端部から第３平面４０側の端部までの範囲に倣う形状とされており、第３係止部２２は、第３平面４０の第２平面３６側の端部から第４平面４４側の端部までの範囲に倣う形状とされている。

ばね線材１２の外周端には、外側係止部２６が形成されている（図１等参照）。渦巻きばね１０が自動車用シートのリクライナに取付けられると、外側係止部２６は、図示しない自動車用シートのリクライナの操作レバーに接続するようになっている。

上記の渦巻きばね１０を自動車用シートのリクライナに取付けた状態では、操作者がリクライナの操作レバーを回動操作すると、その回動操作が外側係止部２６に伝達される。渦巻きばね１０の内側係止部２４は、内側取付部３０に回転不能に取付けられている。このため、操作者のレバー操作が外側係止部２６に伝達されると、図２に示すように、外側係止部２６は内側取付部３０に対して周方向に回転（変位）する。外側係止部２６が内側取付部３０に対して周方向に回転すると、渦巻きばね１０は変形し、内側に位置するばね線材１２と外側に位置するばね線材１２との間隔が狭くなると共に、復元力が発生する。このため、リクライナの操作レバーを操作している力を解除すると、渦巻きばね１０は元の形状に戻り、内側に位置するばね線材１２と、外側に位置するばね線材１２との間隔が大きくなる。

なお、自動車用シートのリクライナでは、操作レバーを操作できる角度範囲が規制されているため、外側係止部２６が内側取付部３０に対して回動できる範囲も規制される。また、操作レバーが取付位置（取付状態）にあるときに、操作レバーには初期負荷が作用するように設定される。すなわち、外側係止部２６は、自由状態（すなわち、渦巻きばね１０に負荷が作用していない状態）から所定の角度回転した取付状態（図２の２点鎖線に示す位置）に取付けられ、操作者が操作レバーを最大限回動させた最大負荷状態［渦巻きばね１０に最大負荷が作用する状態（図２の実線に示す位置よりもさらに回転した位置）］まで回転する。渦巻きばね１０が自由状態や取付状態においては、渦巻きばね１０のばね線材１２間には所定の間隔が形成されている。すなわち、内側のばね線材１２と外側のばね線材１２とが接触することはない。一方、渦巻きばね１０が最大負荷状態となると、対向するばね線材１２間の隙間が小さくなり、内側係止部２４の角部１６（第１係止部１４と第２係止部１８とを接続する角部）において、内側係止部２４を構成するばね線材１２とその外側に位置するばね線材１２とが接触するようになっている。

次に、上述した渦巻きばね１０のばね特性を、図４に示す比較例の渦巻きばね５０と対比して説明する。比較例の渦巻きばね５０は、内側係止部５４が内側取付部の外周面を構成する４つの平面の全てに倣う形状に形成されている点で本実施例の渦巻きばね１０と相違し、ばね線材の材質及び外径等については本実施例の渦巻きばね１０と同一とされている。図５は、本実施例に係る渦巻きばね１０のばね特性と、比較例に係る渦巻きばね５０のばね特性とを併せて示す図である。図５の縦軸は渦巻きばねが発生するトルク（復元力）を示しており、図５の横軸は外側係止部（２６又は５６）の内側係止部（２４又は５４）に対する回動角度を示している。図より明らかなように、本実施例の渦巻きばね１０では、外側係止部２６の回動角度が０〜１４５°の範囲でリニアなばね特性を有している。一方、比較例に係る渦巻きばね５０では、外側係止部５６の回動角度が０〜１３０°の範囲ではリニアなばね特性を示すものの、回動角度が１３０°を超えると渦巻きばね５０から発生するトルクが急激に上昇する。したがって、本実施例の渦巻きばね１０は、比較例の渦巻きばね５０よりも、広い角度範囲でリニアなばね特性を有することが分かる。これにより、外側係止部２６が取付状態から最大負荷状態まで回動する角度範囲内において、本実施例の渦巻きばね１０はリニアなばね特性を実現している。

本実施例の渦巻きばね１０が比較例の渦巻きばね５０よりも広い角度範囲でリニアなばね特性を有する理由は、下記の理由によるものと考えられる。図６（ａ）は、本実施例の渦巻きばね１０を最大負荷状態としたときにばね線材１２の表面に生じる接触圧をシミュレーションにより求めた結果であり、図６（ｂ）は、比較例の渦巻きばね５０を最大負荷状態としたときにばね線材５２の表面に生じる接触圧をシミュレーションにより求めた結果である。図中、色が薄く表示されている部分は接触圧が高くなっている部分であり、ばね線材同士が接触している部分である。なお、図６（ａ），（ｂ）では、接触圧が高くなっている部分（色が薄くなっている部分）においても、ばね線材同士の間に隙間が形成されているように見えるが、この理由は、シミュレーションでは、ばね線材の板厚が考慮されていないためである。また、図６（ａ），（ｂ）では、外側係止部２６と係合する外側取付部（外側係止部の部分に表示された円形状の部分）も表示されている。
図６（ａ）に示すように、本実施例の渦巻きばね１０では、内側係止部２４を構成するばね線材１２とその内側係止部２４の外側に位置するばね線材１２とは、内側係止部２４の角部１６（第１係止部１４と第２係止部１８とを接続する角部）においてのみ接触する。このため、本実施例の渦巻きばね１０では、ばね線材１２の変形が拘束されてしまうことが抑制され、ばね線材１２の表面に生じる接触圧も低く抑えられているものと考えられる。一方、図６（ｂ）に示すように、比較例の渦巻きばね５０では、内側係止部５４を構成するばね線材５２とその内側係止部５４の外側に位置するばね線材５２とは、３つの角部（すなわち、本実施例の第１係止部と第２係止部とを接続する角部に相当する部分、第２係止部と第３係止部とを接続する角部に相当する部分、第３係止部と第４係止部とを接続する角部に相当する部分）でそれぞれ接触する。このため、比較例の渦巻きばね５０では、ばね線材５２の変形が大きく拘束され、ばね線材５２の表面に生じる接触圧も高くなっているものと考えられる。その結果、本実施例の渦巻きばね１０では、比較例の渦巻きばね５０よりも広い角度範囲でリニアなばね特性を実現できているものと考えられる。

なお、比較例の渦巻きばね５０のように内側係止部を内側取付部の外周面を構成する４つの平面に倣う形状としても、ばね線材間の間隔を広くすれば、ばね線材同士の接触を防止し、広い角度範囲でリニアなばね特性を得ることはできる。しかしながら、ばね線材間の間隔を広くすると、渦巻きばねの外径が大きくなり、外側取付部の位置を半径方向外側に移動させなければならないといった問題が生じることとなる。したがって、比較例の渦巻きばね５０のように内側係止部を内側取付部の外周面を構成する４つの平面に倣う形状とする構成では、渦巻きばねの小型化と、広い角度範囲でリニアなばね特性を得るという２つの効果を同時に実現することはできない。

また、本実施例の渦巻きばね１０では、内側係止部２４は内側取付部３０の外周面のうち３つの平面３２，３６，４０にのみ倣う形状をしているが、第１係止部１４の先端１４ａの位置を調整することで、内側係止部２４が内側取付部３０に対して回転してしまうことを防止している。すなわち、本実施例の渦巻きばね１０では、渦巻きばね１０を内側取付部３０に取付けた状態では、渦巻きばね１０及び内側取付部３０を軸方向から見ると（図３に示されるように見ると）、第１係止部１４の先端１４ａが、第１平面３２の中心位置（図中Ｃ）から第１平面３２の第４平面４４側の端部（図中Ｄ）までの範囲に位置するように、第１係止部１４の長さが調整されている。これによって、内側係止部２４が内側取付部３０に対して回転してしまうことが規制されている。

表１は、第１係止部１４の先端の位置を変えた渦巻きばねを製作し、実際の自動車用シートのリクライナに取付け、操作レバーを操作したときに内側係止部が内側取付部に対して回転したか否かを確認した実験の結果を示している。表１より明らかなように、第１係止部１４の先端１４ａが、第１平面３２の中心位置（図中Ｃ）より第４平面４４側とすることで、内側係止部２４の内側取付部３０に対する回転を防止することができた。

以上説明したように、本実施例の渦巻きばね１０では、内側係止部２４を内側取付部３０の３つの平面３２，３６，４０に倣う形状とすることで、渦巻きばね１０のばね線材１２間の間隔を広げることなく広い範囲でリニアなばね特性を実現することができる。また、内側係止部２４の先端１４ａの位置を上記のように調整することで、内側係止部２４が内側取付部３０に対して回転することを防止することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、ばね線材の材料は炭素鋼に限定されず、ステンレス、銅等、公知の材料を用いることができる。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０ 渦巻きばね
１２ ばね線材
２４ 内側係止部
２６ 外側係止部
３０ 内側取付部

Claims (4)

1. 断面が矩形状となるように配置された第１平面、第２平面、第３平面及び第４平面と、隣接する平面同士を接続する４つの角部を有する外周面を備えた内側取付部に取付けられる渦巻きばねであって、
   渦巻状に成形されたばね線材を備えており、
   そのばね線材の内周側の端部には、内側取付部の４平面のうち３平面に倣う形状を有する係止部が形成されており、
   その係止部は、
   ばね線材の内周側の端部に設けられ、内側取付部の第１平面に倣う形状を有する第１係止部と、
   第１係止部に隣接して設けられ、内側取付部の第１平面に隣接する第２平面に倣う形状を有する第２係止部と、
   第２係止部に隣接して設けられ、内側取付部の第２平面に隣接する第３平面に倣う形状を有する第３係止部を備えており、
   渦巻きばねを内側取付部に取付けた状態で内側取付部をその軸方向から見ると、第１係止部の先端が第１平面の中間の位置から第４平面側の端部までの間に位置している、渦巻きばね。
2. ばね線材に形成された係止部は、
   第１係止部と第２係止部の間に設けられ、内側取付部の第１平面と第２平面を接続する角部に倣う形状を有する第１角部と、
   第２係止部と第３係止部の間に設けられ、内側取付部の第２平面と第３平面を接続する角部に倣う形状を有する第２角部と、
   をさらに備えている、請求項１に記載の渦巻きばね。
3. 渦巻きばねを内側取付部に取り付けたときに、ばね線材の外周端をばね線材の内周端に対して所定の角度範囲で変位させることで、渦巻きばねは取付状態から最大負荷状態に変化可能とされており、
   渦巻きばねを最大負荷状態としたときに、係止部の第１角部においてのみ、係止部を構成するばね線材とその係止部の外側に位置するばね線材とが接触する、請求項２に記載の渦巻きばね。
4. 渦巻状に成形されたばね線材の互いに対向する面は平坦な平面であり、凸部が形成されていない、請求項１〜３のいずれか一項に記載の渦巻きばね。