JP3154074U - 異卵形断面ばね - Google Patents

Abstract

【課題】ばね軽量化及びばね圧縮工程を増加する効果を達成し、同時に応力を受ける時、内側の応力を平均に両側辺に移し、ばね断面が受ける応力の分布を均一にし、ばねの耐応力を向上し、ばねの使用寿命を増長する緩衝器専用の異卵形断面ばねを提供する。【解決手段】鋼材を巻いて形成する螺旋形のばね本体であり、該鋼材の断面が異卵形断面であり、該異卵形断面１Ａの外周縁は、第１円弧部と、第１円弧部より大きな曲率半径を有し、且つ前記第１円弧部と上下対称に接続する第２円弧部と、第２円弧部より大きな曲率半径を有する第３円弧部と、前記第２円弧部及び第３円弧部との間を接続する接線部が囲うように設けられて構成される。【選択図】図２

Description

本考案は、異卵形断面ばねに関し、特に、積載応力を向上し、圧縮工程を増加できると同時に、軽量化の効果を達成できる車両緩衝器に専門的に応用する異卵形断面ばねに関する。

車両が平らでない路面を走行する時、車両のタイヤと地面の接触を効率的に保持し、不要な飛び跳ねを減少し、車体に良好なトラクション及びカーブ性能を具備させると同時に、路面が平らでないことにより起こる振動及び衝撃を和らげ、ドライバーが車両を操作時により快適であるようにするため、現在の車両のシャーシは、何れも緩衝器を設けている。

図１に示すように、古くから今日まで、よく見られる緩衝器システムが用いるばねは、依然として円形断面線材で生産するループ状のばねが最も普遍であり、主に、製造工程が簡易であるからである。但し、円形断面ばねは、使用上多くの制限を受け、例えば、圧縮工程の不足であり、ばねの圧縮工程を向上する場合、ばねの長さを増加する必要があり、このように、ばねの重量が重くなり過ぎ、取り付けが容易でなくなる状況が発生する。また、円形断面ばねは、応用を受けて作用する時、応力がばねの内側に集中し、高い応力の集中によりばねの断裂の発生を早め、ばねの使用寿命に影響を及ぼす。

後に、業者は、矩形断面及び台形断面のばねを開発し、そのうち、矩形断面ばねは、その断面積が十分な運用を獲得することができるので、ばねのばね係数（Ｋ値）を更に向上することができるが、応力を受けた時にばね内側に集中し、圧縮工程が依然として制限を受けることにより大幅に増加することができない。台形断面ばねは、矩形断面ばねが遭遇する内側応力が大きすぎる状況を改善することができるが、成型時にばね断面の台形の下底が大き過ぎることによってばねの圧縮工程が依然として更に向上することができず、且つ製造か工場においても比較的不便であり、従って、実際の応用において、あまり見られない。

特開２０００−１０２４３８号公報

本考案の目的は、緩衝器専用の異卵形断面ばねを提供し、該ばねに軽量化を達成させるとともに、ばねの耐応力を向上し、圧縮工程を増加できるようにし、ばねの使用寿命を延長することにある。

上記の目的に基づき、本考案の緩衝器専用の異卵形断面ばねの特徴は、該ばねのばね断面が異卵形の断面設計であり、そのうち、該ばね断面の内縁が弧形であり、弧形両端が比較的緩やかな弧度で、ばね断面の上下縁に沿って断面外側縁に延伸し、更に、折れ角が弧度の比較的平坦な弧形を延伸し、それにより、異卵形の断面を周囲に形成することにある。
本考案の異卵形断面ばねは、下記の特徴を有する。
（１）鋼材を巻いて形成する螺旋形のばね本体であり、該鋼材の断面が異卵形断面であり、該異卵形断面１Ａの外周縁は、内側半径を有する第１円弧部と、外側半径を有し、且つ前記第１円弧部と上下対称に接続する第２円弧部と、外側半径を有する第３円弧部と、前記第２円弧部及び第３円弧部との間を接続する接線部が囲うように設けられて構成される異卵形断面ばね。
（２）前記第２円弧部及び接線部の交点が、外側仮定半形を有する外側仮定円の上に位置し、該接線部は、前記第２円弧部の交点により切り出される（１）記載の異卵形断面ばね。
（３）前記異卵形断面の構成は、断面中心線Ｌ上において内側半形とその円心、外側仮定半径及びその円心を選択し、それぞれ内側円と外側仮定円を書き出し、第１円弧部を構成してなり、側辺円及び内側円及び外側仮定円が予め設ける交点を選択し、該内側円及び側辺円の交点が内側円円心に接続する延伸線と、外側仮定円と側辺円の交点が外側仮定円円心に接続する延伸線との交点を側辺円円心とし、側辺半径を選択し、側辺円を書き出し、上下対称な第２円弧部を構成してなり、側辺円に内側円と外側仮定円を切らせ、外側半形を選択し、中心線と外側仮定円の外側の交錯点を起点とし、中心線上で外側仮定半径の円心を探し、外側円（弧）を書き出し、第３円弧部を構成し、側辺円と外側仮定円の交錯箇所において、側辺円から接線を延伸し、外側円（弧）と交錯させ、接線部を構成する（１）記載の異卵形断面ばね。
（４）前記側辺半径は、外側仮定半径より大きく、該外側仮定半径は、内側半径より大きい請求項３記載の異卵形断面ばね。
（５）前記外側半径は、外側仮定半径より大きい（３）記載の異卵形断面ばね。
（６）前記ばねのばね指数が４〜１０である（１）記載の異卵形断面ばね。
（７）前記ばねが直線巻き形構造である（１）記載の異卵形断面ばね。
（８）前記ばねが単錐形構造である（１）記載の異卵形断面ばね。
（９）前記ばねが酒樽形構造である（１）記載の異卵形断面ばね。

一般のばねと同一の長さの比較条件の下、本考案は、ばねを軽量化し、ばねの圧縮工程を増加する効果を達成し、同時に応力を受けた時、内側の応力を両側辺に平均して移し、ばね断面が受ける応力を均一に分布させ、ばねの耐応力を向上させ、ばねの使用寿命を増長することができる。

公知のばね及びその断面の説明図である。 本考案の直線巻き形ばね構造に応用した説明図である。 本考案の単錐形ばね構造に応用した説明図である。 本考案の酒樽形ばね構造に応用した説明図である。 本考案のばね断面の説明図である。 本考案のばね断面が受ける応力分布説明図である。

本考案のばねは、自動車、バイク、又は自転車等の各式車両上の緩衝器が使用するばねに応用され、車両の緩衝器の概念及び設置位置は、既に成熟した従来技術であり、本考案の重点ではないので、ここでは詳細を記載しない。

図２、図３及び図４は、本考案を各式ばね構造に応用した説明図である。

本考案は、鋼材料を利用して螺旋状のばね本体を巻いて形成し、成型したばね１は、直線巻き形（図２参照）、単錐形（図３参照）及び酒樽形（図４参照）等の構造態様であることができる。

図５は、本考案のばね断面の説明図である。

図に示すように、本考案の特徴は、前記ばね１のばね断面１Ａが異卵形断面を呈するように設計し、該異卵形断面１Ａの外周縁は、内側半径を有する第１円弧部と、外側半径を有し、且つ前記第１円弧部と上下対称に接続する第２円弧部と、外側半径を有する第３円弧部と、前記第２円弧部及び第３円弧部との間を接続する接線部が囲うように設けられて構成される。

該ばね断面１Ａを設計する時、先に中心線Ｌ上において内側円円心Ｐ１及び内側半径Ｒ１を選択し、更に内側円円心Ｐ１を起点とし、延伸距離ａが外側仮定円円心Ｐ３と外側仮定半径Ｒ３を見つけ、それぞれ内側円Ｃ１及び外側仮定半形Ｒ３を探し、それぞれ内側円Ｃ１と外側仮定円Ｃ３を書き出し、これに基づき、第１円弧部を構成する。側辺円Ｃ２及び内側円Ｃ１及び外側仮定円Ｃ３が予め設ける交点を選択し、該内側円Ｃ１及び側辺円Ｃ２の交点が内側円円心Ｐ１に接続する延伸線と、外側仮定円Ｃ３と側辺円Ｃ２の交点が外側仮定円円心Ｐ３に接続する延伸線との交点を利用し、側辺円延伸Ｐ２を作成し、側辺半形Ｒ２を選択し、側辺半形Ｒ２により側辺円Ｃ２を書き出し、側辺円Ｃ２に内側円Ｃ１及び外側仮定円Ｃ３にそれぞれ切らせ、これに基づき、上下対称な第２円弧部を構成する。その後、外側半形Ｒ４を選択し、外側半形Ｒ４を外側仮定半形Ｒ３より大きくし、中心線Ｌと外側仮定円Ｃ２の外側交錯点Ｘを外側半形Ｒ４の起点として選択し、中心線Ｌ上で外側円円心（図示せず）を探し、外側円（弧）Ｃ４を書き出し、これに基づき第３円弧部を構成する。更に側辺円Ｃ２と外側仮定円Ｃ３の交わる箇所の側辺円Ｃ２から延伸接線Ｔを延伸し外側円（弧）Ｃ４と交錯させ、外側仮定円Ｃ３と外側円（弧）Ｃ４の間に三角断面１Ａ０の態様を形成させ、これに基づき、本考案のばね断面１Ａを構成する。

前記の側辺半形Ｒ２は、外側仮定半形Ｒ３より大きく、該外側仮定半形Ｒ３は、内側半形Ｒ１より大きく、該外側半形Ｒ４は、外側仮定半形Ｒ３より大きい。

本考案は、前記のパラメータを利用し、系列数値の模擬及び整合を介し、円心距離ａと半径Ｒ１〜Ｒ４の比率を特定範囲に制限し（又は無次元パラメータ、例えば、Ｒ１／Ａ、Ｒ２／Ａ、Ｒ３／Ａ、Ｒ４／Ａを利用し、パラメータを限定する）、繰り返し測定試験及び修正することによって、該パラメータ構成するばね断面を探し出し、そのばね指数（Ｃ）が合致する範囲内に落ち着き（本考案は、選択ばね指数が４〜１０である）、最適化された断面パラメータ及び該異卵形ばね断面を獲得する。

図６は、本考案のばね断面が受ける応力分布の説明図である。

図から分かるように、前記設計の異卵形断面によって、本考案は、力を受ける時、ばねが受ける応力を分散し、ばねの内側１ＡＡと外側１ＡＢに移し、ばね内外が受ける応力をより均一にし、ばねの耐応力を向上することができる。

表１は、本考案の異卵形断面ばね及び従来の円形断面ばねの比較データを示している。
表１

表１に示すように、ばね長さが同一である比較条件において、本考案は、円形断面ばねに比べ、より高いばね係数を獲得し、同時にばね１の重量が５％〜１２％縮小できばね１の圧縮工程は、５％〜１２％大幅に増加し、ばね１が受けることができる最大応力も５％〜１３％向上することができる。

前記設計特徴及びその特性によって、本考案は、以下に示すような利点を達成することができる：
１、本考案は、従来技術のばね構造の内側応力が大きすぎる問題を効率的に解決し、ばねが応力を受ける時、内側応力が両側側辺に移り、分散し、ばねの各辺が受ける応力を均一にし、ばねの受ける応力を向上し、ばねの使用寿命を増加することができる。
２、一般の卵形断面ばねに比べて、本考案は、断面外縁の断面積を増加し、ばねの密着高度（圧縮工程）に影響を及ぼさない状況において、ばねの弾性係数（Ｋ値）を増加し、同時にばねの外側応力が内側応力を超えることがなく、ばねの性能の向上を補助する。
３、本考案は、ばね断面の高さを小さくするよう制御でき、ばねの圧縮工程を増加し、同時ばね軽量化の効果を達成するので、軽量で体積が小さい必要があるばねに応用する場合、極めて良好な効果を有する。

１ ばね
１Ａ ばね断面
１ＡＡ 内側
１ＡＢ 外側
１Ａ０ 三角断面
ａ 円心距離
Ｃ１ 内側円
Ｐ１ 内側円円心
Ｒ１ 内側半径
Ｃ２ 側辺円
Ｐ２ 側辺円円心
Ｒ２ 側辺半径
Ｃ３ 外側仮定円
Ｐ３ 外側仮定円円心
Ｒ３ 外側仮定半径
Ｃ４ 外側円（弧）
Ｒ４ 外側半径
Ｌ 中心線
Ｔ 接線
Ｘ 外側交錯点

Claims (9)

1. 鋼材を巻いて形成する螺旋形のばね本体であり、該鋼材の断面が異卵形断面であり、該異卵形断面１Ａの外周縁は、内側半径を有する第１円弧部と、外側半径を有し、且つ前記第１円弧部と上下対称に接続する第２円弧部と、外側半径を有する第３円弧部と、前記第２円弧部及び第３円弧部との間を接続する接線部が囲うように設けられて構成される異卵形断面ばね。
2. 前記第２円弧部及び接線部の交点が、外側仮定半形を有する外側仮定円の上に位置し、該接線部は、前記第２円弧部の交点により切り出される請求項１記載の異卵形断面ばね。
3. 前記異卵形断面の構成は、断面中心線Ｌ上において内側半形とその円心、外側仮定半径及びその円心を選択し、それぞれ内側円と外側仮定円を書き出し、第１円弧部を構成してなり、側辺円及び内側円及び外側仮定円が予め設ける交点を選択し、該内側円及び側辺円の交点が内側円円心に接続する延伸線と、外側仮定円と側辺円の交点が外側仮定円円心に接続する延伸線との交点を側辺円円心とし、側辺半径を選択し、側辺円を書き出し、上下対称な第２円弧部を構成してなり、側辺円に内側円と外側仮定円を切らせ、外側半形を選択し、中心線と外側仮定円の外側の交錯点を起点とし、中心線上で外側仮定半径の円心を探し、外側円（弧）を書き出し、第３円弧部を構成し、側辺円と外側仮定円の交錯箇所において、側辺円から接線を延伸し、外側円（弧）と交錯させ、接線部を構成する請求項１記載の異卵形断面ばね。
4. 前記側辺半径は、外側仮定半径より大きく、該外側仮定半径は、内側半径より大きい請求項３記載の異卵形断面ばね。
5. 前記外側半径は、外側仮定半径より大きい請求項３記載の異卵形断面ばね。
6. 前記ばねのばね指数が４〜１０である請求項１記載の異卵形断面ばね。
7. 前記ばねが直線巻き形構造である請求項１記載の異卵形断面ばね。
8. 前記ばねが単錐形構造である請求項１記載の異卵形断面ばね。
9. 前記ばねが酒樽形構造である請求項１記載の異卵形断面ばね。

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