JP4098898B2 - ストラット型懸架装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ストラットを囲繞するように圧縮コイルばねを配置した自動車用のストラット型懸架装置に関し、特に、ストラットの緩衝作用を円滑に行ない得るストラット型懸架装置に係る。
【0002】
【従来の技術】
自動車用の懸架装置に関しては、従来より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】
このようなストラット型懸架装置に関し、例えば実公昭48−39290号公報には、緩衝支柱(ストラット)に生ずる横力を減少させる方法として、自由状態においてコイル軸が直線の円筒状に形成された汎用のコイルスプリングをばね中心に関して実質的に直角方向に湾曲させて取付ける方法、及びあらかじめ自由状態においてばね中心を湾曲させて形成されたコイルスプリングを取付状態においてばね中心が直線状になるようにセットすることによりばね横反力によるモーメントを得る方法が提案されている。結局、コイルスプリングを、そのばね中心に関して実質的に直角方向に弾性変形させて横荷重をもって取付け、コイルスプリングはその横荷重によって緩衝支柱に作用するモーメントが路面反力によるモーメントに対抗して作用するように取付けて、緩衝支柱のブッシュ及びピストンの横力を減少させるように構成されている。
【0004】
同様に、英国特許第1198713号公報にも、ストラット型懸架装置において、ショックアブソーバ即ちストラットに対し車輪による曲げモーメントと反対方向に曲げモーメントが生ずるようにコイルばねを圧縮して装着する方法が提案されている。同公報Fig2においては、実質的に直線状の軸回りに巻回され、両端の巻回部が相互にα°屈曲形成されたコイルばねが開示されている。このコイルばねはショックアブソーバのハウジングとロッドに結合された平行なプレート間に、コイルばねの両端を含む面が車両の内側で交差するように配置されると、コイルばねの圧縮量が内側より外側のほうが大となるので、その付勢力によって、ストラットに対し、車輪による曲げモーメントと反対方向に曲げモーメントが生ずる旨記載されている。
【0005】
同公報のFig3には、自由状態において一つの円弧状の軸回りに巻回され、二つの座面が相互に傾斜するように形成されたコイルばねが開示されている。このコイルばねが平行なプレート間に介装され、自由状態で長い方の側面が車両の外側に向くように配置されると、コイルばねの圧縮量が内側より外側のほうが大となる旨記載されている。また、Fig4には、二つのプレートが相互に傾斜し、その二つの面が車両の外側で交差するようにショックアブソーバのハウジングとロッドに結合されており、これらのプレート間に、直線状の軸回りに巻回された円筒状のコイルばねが配置される旨記載されている。これにより、コイルばねの圧縮量が内側より外側のほうが大となる旨記載されている。
【0006】
更に、特許第2642163号公報には、ストラット型懸架装置において、自動車のタイヤ幅が広くなると車輪支持点が外方へ移るため、ばね力作用線を設定すべき支持作用線と緩衝器軸線の間の角度が大きくなり、これを満足する構造とすることはできないことに鑑み、緩衝器のピストン棒に生じる横力を大幅に除去できるようにすることを目的として、ばね中心線が無負荷状態においてほぼS字形に延びた圧縮コイルばねを有する懸架装置が提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ストラット型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切に取り付けることが必要となる。然し乍ら、前掲の実公昭48−39290号公報に開示された、自由状態においてばね中心を湾曲させて形成されたコイルスプリングを取付状態においてばね中心が直線状になるようにセットする構造では所望の効果を得ることは至難である。
【0008】
これに対し、英国特許第1198713号公報に開示された懸架装置においては、コイルばねの構造が開示されているが、同公報に記載のコイルばね及びその取付構造によっても所望の効果を得ることは困難である。この点に関しては、前掲の特許第2642163号公報においてもストラットのガイド部及びピストン部に作用する横力の減少を十分に達成することは困難としている。もっとも、特許第2642163号公報に開示された、ばね中心線が無負荷状態においてほぼS字形に延びた圧縮コイルばねでは、製造が困難でありコストアップ要因となる。
【0009】
結局、前述のように圧縮コイルばねを湾曲させるだけでは、ばね反力軸(ばね力作用線)がコイル軸(ばね中心線)に対して平行にシフトし、圧縮コイルばねの上側座面の中心を通らないため、上側座に対し偏心力が生じ、上側座の支持構造に悪影響を及ぼすおそれがある。
【0010】
そこで、本発明は、簡単な構造で、圧縮コイルばねによってストラットに対し所望の横力を適切に付与し得るストラット型懸架装置を提供することを課題とする。
【0011】
【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、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上側座面の中心を通るコイル軸が、前記圧縮コイルばねの自由状態において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前記車体外側に位置し前記下側座近傍で隣接する素線間に弾性部材を介装し、及び/又は前記圧縮コイルばねの前記車体内側に位置し前記上側座近傍で隣接する素線間に弾性部材を介装し、前記下側座と前記上側座との間に配置する前記圧縮コイルばねを、前記コイル軸の湾曲方向が前記車体外側方向となるように保持することとしたものである。例えば、前記圧縮コイルばねを前記ストラットに対しコイル軸がオフセットするように配置する場合には、前記弾性部材を介装した圧縮コイルばねを、前記コイル軸の湾曲方向が前記圧縮コイルばねの配置時の前記ストラットに対するオフセット方向と一致するように保持するとよい。
【0012】
特に、請求項2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上側座面の中心を通るコイル軸が、前記圧縮コイルばねの自由状態において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前記車体外側に位置する下側座巻部の素線と、該下側座巻部の素線に隣接する素線との間に弾性部材を介装し、前記下側座と前記上側座との間に配置する前記圧縮コイルばねを、前記コイル軸の湾曲方向が前記車体外側方向となるように保持する構成とするとよい。
【0013】
前記弾性部材は、請求項3に記載のように、前記圧縮コイルばねの軸心を中心とする中心角が65°以下の範囲で、前記下側座巻部の素線と、前記下側座巻部の素線に隣接する素線に当接するように配設するゴムブロックによって構成することが望ましい。
【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はストラット型懸架装置(以下、単に懸架装置という)の一実施形態の全体構成を示し、図2は上側座3、下側座4及びストラットマウント10を示す拡大断面図である。図1において、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の中間部に下側座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。尚、ストラット2の上端及び上側座3はストラットマウント10を介して車体1に取り付けられているが、これについては後述する。
【0015】
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、例えば前掲の実公昭48−39290号公報に開示された機構と同様に構成されている。そして、これらの間のシリンダ2aに下側座4が固定されている。
【0016】
圧縮コイルばね5は、図2に示すように上側座面USの中心を通るコイル軸CAが、圧縮コイルばね5の自由状態において所定の曲率で湾曲するように形成されており、胴曲がり量dの初期胴曲がりを有する。そして、圧縮コイルばね5を車体に装着した際に車体外側に位置する下側座巻部の素線5aと、この素線5aに隣接する素線5bとの間には、本発明の弾性部材たるゴムブロック20が介装されている。
【0017】
このゴムブロック20は、図3に示すように、圧縮コイルばね5の軸心を中心とする中心角が65°以下となる円弧の内外周を有するゴム製円筒体の一部で、少なくとも最小荷重時に、圧縮コイルばね5の円周方向に沿って下側座巻部の素線5aとこれに隣接する素線5bに当接するように形成されている。
【0018】
而して、素線5aと素線5bとの間にゴムブロック20が介装された圧縮コイルばね5が、図2に示すように上側座3と下側座4との間に介装される。即ち、圧縮コイルばね5のコイル軸の湾曲方向が車体外側方向となるように下側座4と上側座3との間に支持される。例えば、図1に示すようにストラット2がオフセットして配置されている場合には、圧縮コイルばね5のストラット2に対するオフセット方向(図2の右側)と一致するように保持される。この結果、圧縮コイルばね5は図2の右側が左側より大きな圧縮力で保持される。
【0019】
ストラットマウント10は、図2に示すように軸受11を介して上側座3を車体1に支持する下側ブラケット12と、この下側ブラケット12と共に車体1にボルト結合する上側ブラケット13を備え、これらの間に防振ゴム14が収容されている。一方、ストラット2のロッド2bの先端には支持ブラケット15が固定されており、この支持ブラケット15が下側ブラケット12と上側ブラケット13の間で防振ゴム14に挟持されている。即ち、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、ストラット2は防振ゴム14を介して車体1に支持されているので車輪8からの振動が吸収され、圧縮コイルばね5は軸受11を介して車体1に支持されているので圧縮、拡張作動時に生ずる応力が適切に吸収される。
【0020】
ここで、例えば図7に示すように単に圧縮コイルばねを初期胴曲がりさせるだけでは、ばね反力軸RAが平行移動するだけで、ばね反力の着力点はコイル軸CAからずれるので(ずれ量を図7にeで示す)、軸受11(図2)に偏摩耗が生ずるおそれがある。これに対し、本実施形態においては図2に示すように、ばね反力の着力点が上側座面USの略中心にあって略コイル軸CA上に位置するように構成されている。
【0021】
而して、上記の構成になる懸架装置においては、図1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。
【0022】
図4乃至図6は、図3の左下に示した座標を有し、ゴムブロック20が介装された圧縮コイルばね5に対応する解析モデル(図示せず)を用いてFEM解析を行なったときの結果を示すものである。尚、この解析モデルは、コイルばねの下側座面から0.75巻と1.75巻の間に介装した数個のスカラーばねによってモデル化したもので、そのばね定数はゴムブロック20のばね定数が45N/mmとなるように設定し、最小荷重時にゴムブロック20が素線5a,5bに当接するようにばね特性を設定したものである。
【0023】
先ず、図4はゴムブロック20を円弧とする中心角θcに応じた横力の変化を表すもので、中心角θcが増加すると圧縮コイルばね5の横力Fs(N)が減少することが分かる。また、図5は中心角θcと横力減少率(%)の関係を示すもので、θc=0°の場合に比し、θc=70°で横力が約5%減少することになる。尚、θc=0°はシミュレーション上の極小値であり、実際には存在しないので、現実的には製造可能な最小値とする必要があるが、本実施形態では後述のように最小値を必要とすることはない。
【0024】
図6は、前述の圧縮コイルばね5のように、上側座面の中心を通るコイル軸が自由状態において所定の曲率で湾曲するように形成された、初期胴曲がりを有する圧縮コイルばねに関し、前述のゴムブロック20がばね反力に及ぼす影響を実験したときの実験結果である。具体的には、下側座巻部の素線5aとこれに隣接する素線5bに当接する範囲を特定するための、種々の中心角θcの範囲を有するゴムブロックを圧縮コイルばね5の素線5a,5b間に介装したときのばね反力軸を、x−z面に投影した図である。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線である。
【0025】
図6において、最も下側に位置し最小のx軸方向の傾きを有する太い一点鎖線は、ゴムブロックが無い場合の解析結果を表し、最も上側に位置し最大のx軸方向の傾きを有する実線は、中心角θcが0°の場合を表す。図6から明らかなように、中心角θcが0°から増大(素線との当接部分が増大)するに応じてx軸方向のばね反力軸の傾きが小さくなる。
【0026】
上記の解析結果から以下の事項が明らかとなる。即ち、(1)ゴムブロック20の中心角θcの範囲は小さい程、圧縮コイルばねの横力増大効果が大きい。(2)ゴムブロック20の中心角θcの範囲を大きくし過ぎると、横力増大効果が低下するだけでなく、工作精度上、隣接する素線5a及び素線5bに対し均等に当接させることが困難となる。(3)逆に、ゴムブロック20の中心角θcの範囲を小さくし過ぎると、製作、組付けが困難となり、安定した状態で素線5a及び素線5bに当接し得る形状の設計が困難となる。
【0027】
この結果、ゴムブロック20の中心角θcは65°以下とすることが望ましいが、中心角θcの範囲を小さくし過ぎると上記の問題が生ずるので、中心角θcの下限を、例えば図3に示すゴムブロック20の素線5a及び素線5bに当接する部分の幅wが20mm以上となるように設定することが望ましい。尚、上記の解析結果から最大主応力分布(図示せず)も得られたが、ゴムブロック20の中心角θcを変化させても応力分布及びその最大値は殆ど変化しないことが確認できた。
【0028】
而して、本実施形態においては、図2に示すように圧縮コイルばね5の胴曲がり量dとゴムブロック20の中心角θcが適宜設定され、ストラット2に対する横力の大きさが適宜調整されると共に、ばね反力の着力点が上側座面USの略中心に位置するように調整される。これにより、軸受11に偏摩耗が生ずることもなく安定した状態でストラット2に横力が付与される。尚、防振ゴム14は、本願では詳細な説明は省略するが、圧縮コイルばね5のばね反力軸が上側座面USの略中心を通るように設計されている。
【0029】
更に、図示は省略するが、上記ゴムブロック20に代えて、あるいは上記ゴムブロック20と共に、圧縮コイルばね5の上側座3近傍で隣接する素線間にゴムブロックを介装することとしてもよい。この場合には、圧縮コイルばね5の上側座3近傍に介装するゴムブロックは車体内側に配置される。
【0030】
【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に係るストラット型懸架装置は、圧縮コイルばねの上側座面の中心を通るコイル軸が自由状態において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、圧縮コイルばねの車体外側に位置し下側座近傍で隣接する素線間に弾性部材を介装し、及び/又は圧縮コイルばねの車体内側に位置し上側座近傍で隣接する素線間に弾性部材を介装し、且つコイル軸の湾曲方向が車体外側となるように圧縮コイルばねを保持することとしているので、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。また、圧縮コイルばねの装着時に特別な手段を講ずる必要もないので、組付けが容易である。
【0031】
特に、請求項2に記載のストラット型懸架装置においては、圧縮コイルばねの上側座面の中心を通るコイル軸が自由状態において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、圧縮コイルばねの車体外側に位置する下側座巻部の素線と、該下側座巻部の素線に隣接する素線との間に弾性部材を介装し、且つコイル軸の湾曲方向が車体外側方向となるように圧縮コイルばねを保持することとしているので、簡単な構成で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。
【0032】
また、弾性部材を、請求項3に記載のように、圧縮コイルばねの軸心を中心とする中心角が65°以下の範囲で、下側座巻部の素線と、これに隣接する素線に当接するように配設するゴムブロックによって構成すれば、安価且つ容易にストラットに対して所望の横力を適切に付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るストラット型懸架装置の断面図である。
【図2】本発明の一実施形態における上側座、下側座及びストラットマウントを示す拡大断面図である。
【図3】本発明の一実施形態に係るストラット型懸架装置に供するゴムブロックの斜視図である。
【図4】本発明の一実施形態に係るストラット型懸架装置に供するゴムブロックの中心角と横力との関係を示すグラフである。
【図5】本発明の一実施形態に係るストラット型懸架装置に供するゴムブロックの中心角と横力減少率との関係を示すグラフである。
【図6】本発明の一実施形態において、種々の中心角の範囲を有するゴムブロックを介装したときのばね反力軸を、x−z面に投影した状態を示すグラフである。
【図7】本発明の比較対象の圧縮コイルばねの一例の支持状態を示す断面図である。
【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
6 ナックル, 7 ロアアーム, 8 車輪
10 ストラットマウント, 20 ゴムブロック
US 上側座面, LS 下側座面
Claims (3)
- 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上側座面の中心を通るコイル軸が、前記圧縮コイルばねの自由状態において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前記車体外側に位置し前記下側座近傍で隣接する素線間に弾性部材を介装し、及び/又は前記圧縮コイルばねの前記車体内側に位置し前記上側座近傍で隣接する素線間に弾性部材を介装し、前記下側座と前記上側座との間に配置する前記圧縮コイルばねを、前記コイル軸の湾曲方向が前記車体外側方向となるように保持することを特徴とするストラット型懸架装置。
- 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上側座面の中心を通るコイル軸が、前記圧縮コイルばねの自由状態において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前記車体外側に位置する下側座巻部の素線と、該下側座巻部の素線に隣接する素線との間に弾性部材を介装し、前記下側座と前記上側座との間に配置する前記圧縮コイルばねを、前記コイル軸の湾曲方向が前記車体外側方向となるように保持することを特徴とするストラット型懸架装置。
- 前記弾性部材は、前記圧縮コイルばねの軸心を中心とする中心角が65°以下の範囲で、前記下側座巻部の素線と、前記下側座巻部の素線に隣接する素線に当接するように配設するゴムブロックから成ることを特徴とする請求項2記載のストラット型懸架装置。
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Cited By (1)
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CN103660830A (zh) * | 2013-12-04 | 2014-03-26 | 浙江万向系统有限公司 | 一种基于旋转机构的麦弗逊悬架偏置弹簧侧向力调校机构 |
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1998
- 1998-09-24 JP JP28727498A patent/JP4098898B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN103660830A (zh) * | 2013-12-04 | 2014-03-26 | 浙江万向系统有限公司 | 一种基于旋转机构的麦弗逊悬架偏置弹簧侧向力调校机构 |
CN103660830B (zh) * | 2013-12-04 | 2016-01-13 | 浙江万向系统有限公司 | 一种基于旋转机构的麦弗逊悬架偏置弹簧侧向力调校机构 |
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