JP2778735B2 - コイルばね装置 - Google Patents
コイルばね装置Info
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- JP2778735B2 JP2778735B2 JP1083668A JP8366889A JP2778735B2 JP 2778735 B2 JP2778735 B2 JP 2778735B2 JP 1083668 A JP1083668 A JP 1083668A JP 8366889 A JP8366889 A JP 8366889A JP 2778735 B2 JP2778735 B2 JP 2778735B2
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- Japan
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- coil spring
- coil
- spring
- wire
- stress
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F1/00—Springs
- F16F1/02—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
- F16F1/04—Wound springs
- F16F1/12—Attachments or mountings
- F16F1/122—Attachments or mountings where coils, e.g. end coils, of the spring are rigidly clamped or similarly fixed
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
- B60G2204/00—Indexing codes related to suspensions per se or to auxiliary parts
- B60G2204/10—Mounting of suspension elements
- B60G2204/12—Mounting of springs or dampers
- B60G2204/124—Mounting of coil springs
- B60G2204/1242—Mounting of coil springs on a damper, e.g. MacPerson strut
- B60G2204/12422—Mounting of coil springs on a damper, e.g. MacPerson strut anchoring the end coils on the spring support plate
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T403/00—Joints and connections
- Y10T403/32—Articulated members
- Y10T403/32606—Pivoted
- Y10T403/32861—T-pivot, e.g., wrist pin, etc.
- Y10T403/32918—T-pivot, e.g., wrist pin, etc. fork and tongue
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Springs (AREA)
- Vehicle Body Suspensions (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば車両のサスペンションや、各種機器
類の緩衝用あるいは弾力を付与するためなどに使用され
るコイルばね装置に関する。
類の緩衝用あるいは弾力を付与するためなどに使用され
るコイルばね装置に関する。
［従来の技術］ 圧縮コイルばねや引張コイルばね等の巻きばねが様々
な用途に用いられている。通常のコイルばねに荷重が負
荷される場合、コイルばねの自由度として、第９図に示
されるように、X,Y,Z軸に沿う方向の直線的変位と、X,
Y,Z軸まわりの回転変位ψX,ψY,ψＺの６要素に分けて
考えることができる。また、ばね素線１の各部には、素
線１の軸線Ｓに沿う軸力PSや、ねじりモーメントMS,剪
断力Ｐη，曲げモーメントＭη等が生じる。従って、こ
れらの合成された力によって生じる応力は、素線１の表
面において素線方向（第９図中の矢印Ｆ方向）に一様の
分布を示すことにはならない。
な用途に用いられている。通常のコイルばねに荷重が負
荷される場合、コイルばねの自由度として、第９図に示
されるように、X,Y,Z軸に沿う方向の直線的変位と、X,
Y,Z軸まわりの回転変位ψX,ψY,ψＺの６要素に分けて
考えることができる。また、ばね素線１の各部には、素
線１の軸線Ｓに沿う軸力PSや、ねじりモーメントMS,剪
断力Ｐη，曲げモーメントＭη等が生じる。従って、こ
れらの合成された力によって生じる応力は、素線１の表
面において素線方向（第９図中の矢印Ｆ方向）に一様の
分布を示すことにはならない。
例えば、第10図に示される従来のコイルばね装置２
は、コイルばね３の座巻部4,5をばね座6,7によって拘束
し、ばね座6,7を介してコイルばね３に図示上下方向の
荷重が負荷されるようになっている。例えば上側のばね
座６が下側のばね座７に向かって押圧された時、コイル
ばね３はいわゆる平行圧縮状態となり、さかも座巻部4,
5がばね座6,7によって回転不能に固定されているため、
第９図中のＺ軸方向にのみ動きうる。このような平行圧
縮状態にあるコイルばね３の素線方向の応力を調べたと
ころ、第11図ないし第14図に示されるように波状の応力
分布になっていることが判った。
は、コイルばね３の座巻部4,5をばね座6,7によって拘束
し、ばね座6,7を介してコイルばね３に図示上下方向の
荷重が負荷されるようになっている。例えば上側のばね
座６が下側のばね座７に向かって押圧された時、コイル
ばね３はいわゆる平行圧縮状態となり、さかも座巻部4,
5がばね座6,7によって回転不能に固定されているため、
第９図中のＺ軸方向にのみ動きうる。このような平行圧
縮状態にあるコイルばね３の素線方向の応力を調べたと
ころ、第11図ないし第14図に示されるように波状の応力
分布になっていることが判った。
一例としてこのコイルばね３は、線径9.5mm,巻数4.0
巻，コイル平均径80mm,自由高さ320mmであり、負荷荷重
は160kg fである。第11図はコイル内径側の最大主応
力、第12図はコイル内径側の最大剪断応力、第13図はコ
イル外径側の最大主応力、第14図はコイル外径側の最大
剪断応力を示している。この従来のコイルばね装置２の
ように、応力分布が極端に波状をなしていると、素線１
の表面に局部的に応力のきわめて高い部位が存在するた
め、この部位に傷等の表面欠陥があると折損しやすくな
る。
巻，コイル平均径80mm,自由高さ320mmであり、負荷荷重
は160kg fである。第11図はコイル内径側の最大主応
力、第12図はコイル内径側の最大剪断応力、第13図はコ
イル外径側の最大主応力、第14図はコイル外径側の最大
剪断応力を示している。この従来のコイルばね装置２の
ように、応力分布が極端に波状をなしていると、素線１
の表面に局部的に応力のきわめて高い部位が存在するた
め、この部位に傷等の表面欠陥があると折損しやすくな
る。
なお、ばね素線の端末支持構造を改良したものとし
て、特開昭60−85003号公報（従来例１）が提案されて
いる。この従来例は、ばね素線の一端側の端末を鋼球等
の支持要素によって全方向に回転自在に支持することに
より、素線端部に生じる曲げ応力の低減化を図ってい
る。また、特開昭56−60707号公報（従来例２）に開示
されている懸架用ばねは、コイルばねを保持するばね座
を、ピンあるいは鋼球によって揺動可能に支持すること
により、コイルばねに作用する曲げモーメントの解消を
図っている。これら従来例1,2においては、素線方向に
沿う応力分布が全く考慮されていなかった。
て、特開昭60−85003号公報（従来例１）が提案されて
いる。この従来例は、ばね素線の一端側の端末を鋼球等
の支持要素によって全方向に回転自在に支持することに
より、素線端部に生じる曲げ応力の低減化を図ってい
る。また、特開昭56−60707号公報（従来例２）に開示
されている懸架用ばねは、コイルばねを保持するばね座
を、ピンあるいは鋼球によって揺動可能に支持すること
により、コイルばねに作用する曲げモーメントの解消を
図っている。これら従来例1,2においては、素線方向に
沿う応力分布が全く考慮されていなかった。
［発明が解決しようとする課題］ 従来例１のように素線の端末を全方向に回転自在に支
持する場合、素線の端末支持部の構造が複雑になり、し
かも支持が不安定になりやすい。一方、従来例２は座巻
部とばね座が必要であるため、素線の圧縮時に座巻部と
ばね座とが接触することにより叩き音を生じ、騒音発生
の原因となる。また、ばね座と座巻部の占める重量が大
きいため、コイルばね装置が重くなる。
持する場合、素線の端末支持部の構造が複雑になり、し
かも支持が不安定になりやすい。一方、従来例２は座巻
部とばね座が必要であるため、素線の圧縮時に座巻部と
ばね座とが接触することにより叩き音を生じ、騒音発生
の原因となる。また、ばね座と座巻部の占める重量が大
きいため、コイルばね装置が重くなる。
従って本発明の目的は、簡易な構成の端末支持構造を
用いることによって、ばね表面に生じる素線方向の応力
を均等化に近付けることができるようなコイルばね装置
を提供することにある。
用いることによって、ばね表面に生じる素線方向の応力
を均等化に近付けることができるようなコイルばね装置
を提供することにある。
［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、コイルばねに荷重を負荷した時に生じ
る応力分布を素線方向に沿って調べたところ、意外に
も、素線の端末をある一方向にのみ回転自在に支持する
だけで、素線方向の応力がほぼ均等化に近付くことを見
出だした。すなわち、前述したψX,ψY,ψＺのうちの全
てを自由にする必要はなく、コイル中心軸に向かう軸ま
わりの回転のみで、負荷荷重の偏心をきわめて小さくで
きることがわかった。
る応力分布を素線方向に沿って調べたところ、意外に
も、素線の端末をある一方向にのみ回転自在に支持する
だけで、素線方向の応力がほぼ均等化に近付くことを見
出だした。すなわち、前述したψX,ψY,ψＺのうちの全
てを自由にする必要はなく、コイル中心軸に向かう軸ま
わりの回転のみで、負荷荷重の偏心をきわめて小さくで
きることがわかった。
このような観点から上記目的を果たすために開発され
た本発明のコイルばね装置は、両端部を有する素線を螺
旋状に巻いたもので前記両端部がコイル周方向に延びる
コイルばねと、前記素線の両端部に設けられかつそれぞ
れがコイル径方向に沿うピンと、これらのピンをそれぞ
れコイル中心軸に向かう軸まわりに回転自在に支持する
とともに互いに接離する方向に移動可能に設けた一対の
端末支持部材とを具備している。なお、前記特許請求の
範囲に記載した参照符号はこの発明の理解を助けるため
に付したに過ぎず、この発明の権利範囲を制約するもの
ではない。
た本発明のコイルばね装置は、両端部を有する素線を螺
旋状に巻いたもので前記両端部がコイル周方向に延びる
コイルばねと、前記素線の両端部に設けられかつそれぞ
れがコイル径方向に沿うピンと、これらのピンをそれぞ
れコイル中心軸に向かう軸まわりに回転自在に支持する
とともに互いに接離する方向に移動可能に設けた一対の
端末支持部材とを具備している。なお、前記特許請求の
範囲に記載した参照符号はこの発明の理解を助けるため
に付したに過ぎず、この発明の権利範囲を制約するもの
ではない。
［作用］ 本発明装置におけるコイルばねの両端部すなわち素線
の端末は、前記ピンと端末支持部材とによって、コイル
中心軸に向かう軸まわりに回転自在に支持される。これ
ら一対の端末支持部材は、互いに接離する方向に移動可
能に設けられている。このコイルばねにコイル軸線方向
の荷重が負荷されると、素線の両端部が上記軸まわりに
回転しつつばねが撓むことにより、後述するように素線
方向の応力分布が平坦化される。
の端末は、前記ピンと端末支持部材とによって、コイル
中心軸に向かう軸まわりに回転自在に支持される。これ
ら一対の端末支持部材は、互いに接離する方向に移動可
能に設けられている。このコイルばねにコイル軸線方向
の荷重が負荷されると、素線の両端部が上記軸まわりに
回転しつつばねが撓むことにより、後述するように素線
方向の応力分布が平坦化される。
［実施例］ 以下に本発明の一実施例について、第１図ないし第８
図を参照して説明する。
図を参照して説明する。
第１図に示されたコイルばね装置10は、両端部11,12
を有する素線１を螺旋状に巻いたコイルばね13と、上記
両端部11,12に設けた端末支持部材15,16とを備えて構成
されている。本実施例のコイルばね13の材料としては従
来と同様のばね綱が用いるが、ばね綱以外の素材、例え
ばセラミックスなどが用いられてもよい。素線１は中実
であってもよいし、中空でもかまわない。コイルばね13
の一例は、線径9.5mm,巻数4.0巻，コイル平均径80mm,自
由高さ320mmの等ピッチ円筒形コイルばねである。素線
１の両端部11,12は、それぞれコイルばね13を平面方向
から見てコイルばね13の周に対する接線方向に位置して
いる。すなわち第１図等に示されるように素線１の両端
部11,12はコイル周方向に延びている。
を有する素線１を螺旋状に巻いたコイルばね13と、上記
両端部11,12に設けた端末支持部材15,16とを備えて構成
されている。本実施例のコイルばね13の材料としては従
来と同様のばね綱が用いるが、ばね綱以外の素材、例え
ばセラミックスなどが用いられてもよい。素線１は中実
であってもよいし、中空でもかまわない。コイルばね13
の一例は、線径9.5mm,巻数4.0巻，コイル平均径80mm,自
由高さ320mmの等ピッチ円筒形コイルばねである。素線
１の両端部11,12は、それぞれコイルばね13を平面方向
から見てコイルばね13の周に対する接線方向に位置して
いる。すなわち第１図等に示されるように素線１の両端
部11,12はコイル周方向に延びている。
端末支持部材15,16は互いに同一の構成であるから、
第２図ないし第４図に示された一方の支持部材16を代表
して説明する。支持部材16の基体としてのベース20に、
一対のブラケット21,22が設けられており、このブラケ
ット21,22に開設された孔23,24に、軸ピン25がコイルば
ね13の中心軸（第９図のＺ軸）に向かう軸Ａまわりに回
転自在に挿通されている。なお、ピン25の上記回転を滑
らかにするために、ピン25とブラケット21,22との間に
カラー26,27を設けてもよい。すなわちピン25はコイル
ばね13の径方向に沿っている。
第２図ないし第４図に示された一方の支持部材16を代表
して説明する。支持部材16の基体としてのベース20に、
一対のブラケット21,22が設けられており、このブラケ
ット21,22に開設された孔23,24に、軸ピン25がコイルば
ね13の中心軸（第９図のＺ軸）に向かう軸Ａまわりに回
転自在に挿通されている。なお、ピン25の上記回転を滑
らかにするために、ピン25とブラケット21,22との間に
カラー26,27を設けてもよい。すなわちピン25はコイル
ばね13の径方向に沿っている。
ピン25の軸方向中央に貫通孔30が設けられている。そ
してこの孔30に、コイルばね13の端末小径部31が、素線
１の軸まわりに回転しないように拘束された状態で挿入
される。これら支持部材15,16は、互いに接離する方
向、すなわちコイルばね13のコイル軸方向に相対移動可
能に設けられている。例えば、車両用懸架装置の場合に
は図示上側の支持部材15のベース20が車体側の部材（図
示せず）に固定され、図示下側の支持部材16のベース20
が車軸側の部材（図示せず）に固定されるといった具合
である。
してこの孔30に、コイルばね13の端末小径部31が、素線
１の軸まわりに回転しないように拘束された状態で挿入
される。これら支持部材15,16は、互いに接離する方
向、すなわちコイルばね13のコイル軸方向に相対移動可
能に設けられている。例えば、車両用懸架装置の場合に
は図示上側の支持部材15のベース20が車体側の部材（図
示せず）に固定され、図示下側の支持部材16のベース20
が車軸側の部材（図示せず）に固定されるといった具合
である。
上記コイルばね13に、端末支持部材15,16を介して図
示上下方向の荷重が負荷された場合、コイルばね13はい
わゆる平行圧縮状態となる。コイルばね13が撓むと、端
部11,12に取付けられているピン25が軸Ａまわりに回転
する。このコイルばね13の素線方向の応力分布を実測し
た結果を、第５図ないし第８図に示す。この場合の負荷
荷重は160kg fである。第５図はコイル内径側の最大主
応力、第６図はコイル内径側の最大剪断応力、第７図は
コイル外径側の最大主応力、第８図はコイル外径側の最
大剪断応力を示している。これらの実測値から明らかな
ように、コイルばね装置10の素線方向の応力分布は平坦
化している。また、最大応力も従来品（第11〜14図）に
比較して、15％程度低減している。このため、本実施例
のコイルばね装置10は、従来品に比較して折損しにくい
ものとなる。疲労寿命に関しては、仮に応力振幅が10kg
f程度減少すると、従来品では７×104回で折損したも
のが本実施例では1.8×105で折損するようになり、疲労
寿命が２倍以上も延びる。
示上下方向の荷重が負荷された場合、コイルばね13はい
わゆる平行圧縮状態となる。コイルばね13が撓むと、端
部11,12に取付けられているピン25が軸Ａまわりに回転
する。このコイルばね13の素線方向の応力分布を実測し
た結果を、第５図ないし第８図に示す。この場合の負荷
荷重は160kg fである。第５図はコイル内径側の最大主
応力、第６図はコイル内径側の最大剪断応力、第７図は
コイル外径側の最大主応力、第８図はコイル外径側の最
大剪断応力を示している。これらの実測値から明らかな
ように、コイルばね装置10の素線方向の応力分布は平坦
化している。また、最大応力も従来品（第11〜14図）に
比較して、15％程度低減している。このため、本実施例
のコイルばね装置10は、従来品に比較して折損しにくい
ものとなる。疲労寿命に関しては、仮に応力振幅が10kg
f程度減少すると、従来品では７×104回で折損したも
のが本実施例では1.8×105で折損するようになり、疲労
寿命が２倍以上も延びる。
また本実施例品は、従来品（例えば第10図）のような
座巻部やばね座が不要であるから、圧縮荷重を負荷して
ゆく過程で直線的な荷重−撓み特性（線形ばね特性）が
得られる。そして従来品と比較して、同じ巻数ならば、
ばね定数が僅かに小さくなる。言い換えると、ばね定数
を等しくするなら巻数を減らすことが可能である。すな
わち軽量化につながる。ちなみに重量に関しては、座巻
部を必要としない本実施例のコイルばね13は従来品に比
較して約27％の軽量化が図れる。しかも、ばね定数を等
しくすることで更に約４％の軽量化が図れる。また従来
品のような大きなばね座の代わりに、コンパクトな支持
部材15,16を用いればよいから、重量を更に軽減でき、
しかもばねの取付けスペースを確保する上でも有利であ
る。そして座巻部とばね座との接触による叩き音の発生
も生じない。
座巻部やばね座が不要であるから、圧縮荷重を負荷して
ゆく過程で直線的な荷重−撓み特性（線形ばね特性）が
得られる。そして従来品と比較して、同じ巻数ならば、
ばね定数が僅かに小さくなる。言い換えると、ばね定数
を等しくするなら巻数を減らすことが可能である。すな
わち軽量化につながる。ちなみに重量に関しては、座巻
部を必要としない本実施例のコイルばね13は従来品に比
較して約27％の軽量化が図れる。しかも、ばね定数を等
しくすることで更に約４％の軽量化が図れる。また従来
品のような大きなばね座の代わりに、コンパクトな支持
部材15,16を用いればよいから、重量を更に軽減でき、
しかもばねの取付けスペースを確保する上でも有利であ
る。そして座巻部とばね座との接触による叩き音の発生
も生じない。
［発明の効果］ 本発明によれば、コイルばねの素線方向の応力分布が
均等化し、折損しにくいものにすることができるととも
に、安定した端末支持状態が得られる。しかも座巻部や
ばね座を不要にすることができるから、軽量化が図れか
つ叩き音が解消する。また、コイルばねの端末支持部の
コンパクト化等が図れる。
均等化し、折損しにくいものにすることができるととも
に、安定した端末支持状態が得られる。しかも座巻部や
ばね座を不要にすることができるから、軽量化が図れか
つ叩き音が解消する。また、コイルばねの端末支持部の
コンパクト化等が図れる。
第１図ないし第８図は本発明の一実施例を示し、第１図
はコイルばね装置の斜視図、第２図はコイルばね装置の
端部を示す正面図、第３図は第２図中のIII−III線に沿
う断面図、第４図は端末支持部材の分解斜視図、第５図
ないし第８図はそれぞれコイルばねの応力分布を示す
図、第９図はコイルばねに作用する力を示す図、第10図
は従来のコイルばね装置を示す断面図、第11図ないし第
14図はそれぞれ第10図に示された従来のコイルばね装置
の応力分布を示す図である。 １……ばね素線、10……コイルばね装置、11,12……両
端部、13……コイルばね、15,16……端末支持部材、25
……ピン、Ａ……コイル中心軸に向かう軸。
はコイルばね装置の斜視図、第２図はコイルばね装置の
端部を示す正面図、第３図は第２図中のIII−III線に沿
う断面図、第４図は端末支持部材の分解斜視図、第５図
ないし第８図はそれぞれコイルばねの応力分布を示す
図、第９図はコイルばねに作用する力を示す図、第10図
は従来のコイルばね装置を示す断面図、第11図ないし第
14図はそれぞれ第10図に示された従来のコイルばね装置
の応力分布を示す図である。 １……ばね素線、10……コイルばね装置、11,12……両
端部、13……コイルばね、15,16……端末支持部材、25
……ピン、Ａ……コイル中心軸に向かう軸。
Claims (1)
- 【請求項１】両端部（11,12）を有する素線（１）を螺
旋状に巻いたもので前記両端部（11,12）がコイル周方
向に延びるコイルばね（13）と、前記素線（１）の両端
部（11,12）に設けられかつそれぞれがコイル径方向に
沿うピン（25）と、これらのピン（25）をそれぞれコイ
ル中心軸に向かう軸（Ａ）まわりに回転自在に支持する
とともに互いに接離する方向に移動可能に設けた一対の
端末支持部材（15,16）とを具備したことを特徴とする
コイルばね装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1083668A JP2778735B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | コイルばね装置 |
| US07/495,833 US5092568A (en) | 1989-03-31 | 1990-03-19 | Coil spring device |
| EP90105253A EP0389930B1 (en) | 1989-03-31 | 1990-03-20 | Coil spring device |
| DE90105253T DE69004840T2 (de) | 1989-03-31 | 1990-03-20 | Gewickelte Federvorrichtung. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1083668A JP2778735B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | コイルばね装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02261933A JPH02261933A (ja) | 1990-10-24 |
| JP2778735B2 true JP2778735B2 (ja) | 1998-07-23 |
Family
ID=13808852
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1083668A Expired - Lifetime JP2778735B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | コイルばね装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5092568A (ja) |
| EP (1) | EP0389930B1 (ja) |
| JP (1) | JP2778735B2 (ja) |
| DE (1) | DE69004840T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101726377B1 (ko) * | 2016-11-10 | 2017-04-12 | 이상욱 | 자동차용 현가장치 |
Families Citing this family (17)
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