JP5060981B2

JP5060981B2 - 異形断面形状を有する緩衝器用スプリング材料

Info

Publication number: JP5060981B2
Application number: JP2008020253A
Authority: JP
Inventors: 充櫻井; 芳樹瀬戸; 茂夫遠所; 樹片山; 敏史上本
Original assignee: Neturen Co Ltd; CHITA KOGYO CO Ltd
Current assignee: Neturen Co Ltd; CHITA KOGYO CO Ltd
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2028-01-31
Also published as: JP2009180303A

Description

本発明は、緩衝器の緩衝器用スプリングとして使用される異形断面形状を有する緩衝器用スプリング材料に関する。

携帯電話の小型化のニーズにより、携帯電話用のアンテナ用コイルばねも軽量化、小容積化に加え、ばね剛性の向上も求められている。この求めに応じるためには、指定された空間内でばね剛性を大きくすることになる。そのためには、如何にしてばね体積を大きくするかにかかっている。そして、この場合、アンテナ用コイルばねの材料径を大きくすればするほどばね剛性を大きくすることができる。コイルばねの成形後、ばね線の断面形状はコイルばねの外径側面が凹状形状となる。そのため、この凹部を埋めて平坦にし、その部分の面積を増加させることでコイルばねの成形後のばね線の断面積を増大にする断面形状を求めることになる。

具体的には、図３に示すように、平行四辺形断面形状の材料１０１とコイルばね１０２の外径側面の凹みを防止するためにコイルばね外径側面に当たる材料面に凸みを、さらに、図４に示すように、内径側面の凸みを防止するためにコイルばね内径面に当たる材料面に凹みをもたせた断面形状の材料２０１を組み合わせ、コイルばね成形後の外径側面の凹みと内径側面の凸みを解消することでコイルばねの成形後のばね線の断面積を増大している（特許文献１）。
特開２００３−１４０２１（段落０００３、０００６、００１２、図３、図４）

特許文献１では、コイルばね（ばね線）の断面積を大きくとることでばね剛性を最大にしている。特許文献１に示すアンテナ用コイルばねの場合には、アンテナ用コイルばねの外径部外側には寸法規制部材がない。そのため、ばねの厚みを、アンテナ用コイルばねの外径部外側へ厚くすることでアンテナ用コイルばねの断面積を大きくし、ばね剛性を最大にしている。また、角ばね材を緩衝器用スプリングコイル５０に成形すると、図５に示すように、緩衝器用スプリングコイル５０の断面形状が外側に弓形状５０ａになり、シリンダ４０の内壁４０ａと接触する可能性が高くなる。

また、断面形状が２．８ｍｍ（厚さ）×７．０ｍｍ（長さ）の角ばね材を成形すると厚さが３．０ｍｍとなることが判明している。特に、特許文献１の図３及び図４では、ばね線材の断面積を最大化するために、コイルばねの、中心から内周面までの径方向の長さが、コイルばねの、中心から外周面までの径方向の長さより小さくなっている。つまり、コイルばねの、中心から内周面までの径方向の長さ（コイル中心側Ｒ）＜コイルばねの、中心から外周面までの径方向の長さ（コイル外径側Ｒ）の関係となっている。

しかしながら、緩衝器用の緩衝器用スプリングの場合には、緩衝器用スプリングの外径側はシリンダが設けられており、緩衝器用スプリングの内径側はピストンが設けられているため、緩衝器内での緩衝器用スプリングの領域が規制されている。そのため、緩衝器用スプリングとして使用するコイルばねの厚み公差が厳しくなっており、そのコイルばねの厚さを設計値に近づけることが必要になる。

本発明は、上記の事情に鑑みなされたものであり、コイルばねの厚み公差を厳しくしても、コイルばねの厚さを設計値に近づけることが可能な異形断面形状を有する緩衝器用スプリング材料を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、緩衝器内に組み込まれる緩衝器用スプリングコイルの長手方向に沿う断面方向では、前記緩衝器用スプリングコイルの内周面までの径方向の長さが前記緩衝器用スプリングコイルの外周面までの径方向の長さより大きくなるように前記緩衝器用スプリングコイルの断面形状を設定し、前記緩衝器用スプリングコイルの前記内周面までの径方向の長さ／前記緩衝器用スプリングコイルの前記外周面までの径方向の長さ、の比の値を１．２以上２．０以下の範囲となるように設定したことを特徴とする。

従って、請求項１に記載の発明によれば、緩衝器用スプリングコイルの断面形状が前記緩衝器用スプリングコイルの内周面までの径方向の長さ（コイル中心側の半径（コイル中心側Ｒ（Ｒ_ＩＮ））が緩衝器用スプリングコイルの外周面までの径方向の長さ（コイル外径側の半径（コイル外径側Ｒ（Ｒ_ＯＵＴ））より大きくなるように設定されているため、緩衝器用スプリングコイルの断面形状の面積を最大化することが可能になる。

また、緩衝器用スプリングコイルの内周面までの径方向の長さ／緩衝器用スプリングコイルの外周面までの径方向の長さ、の比の値は１．２以上２．０以下の範囲となるように設定してあるため、緩衝器用スプリングコイルの断面形状の面積を最大化し、設計値どおりのばね剛性を得ることが可能になる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記緩衝器用スプリングコイルの前記外周面までの径方向の長さは、前記緩衝器用スプリングコイルの前記内周面の中心から前記内周面に対して垂直方向に伸びる軸から前記緩衝器用スプリングコイルの前記外周面までの距離であり、前記緩衝器用スプリングコイルの前記内周面までの径方向の長さは、前記緩衝器用スプリングコイルの前記内周面の中心から前記内周面に対して垂直方向に伸びる前記軸から前記緩衝器用スプリングコイルの前記内周面までの距離であることを特徴とする。

従って、請求項２に記載の発明によれば、緩衝器用スプリングコイルの前記内周面の中心から前記内周面に対して垂直方向に伸びる軸（Ｙ軸）を基準にしている。

そのため、緩衝器用スプリングコイルの内周面までの径方向の長さ及び緩衝器用スプリングコイルの外周面までの径方向の長さの設定がし易く、緩衝器用スプリングコイルの内周面までの径方向の長さが緩衝器用スプリングコイルの外周面までの径方向の長さより大きくなるように前記緩衝器用スプリングコイルの断面形状を設定し易くすることを可能にする。

さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加え、前記緩衝器用スプリングコイルの前記内周面までの径方向の長さの基点となる、前記緩衝器用スプリングコイルの前記内周面の中心から前記内周面に対して垂直方向に伸びる前記軸上の位置は、前記緩衝器用スプリングコイルの前記外周面までの径方向の長さの基点となる、前記緩衝器用スプリングコイルの前記内周面の中心から前記内周面に対して垂直方向に伸びる前記軸上の位置より前記緩衝器用スプリングコイルから遠い位置にあることを特徴とする。

従って、請求項３に記載の発明によれば、緩衝器用スプリングコイルの内周面までの径方向の長さの基点となる、緩衝器用スプリングコイルの内周面の中心から内周面に対して垂直方向に伸びる軸上の位置は、緩衝器用スプリングコイルの外周面までの径方向の長さの基点となる、前記緩衝器用スプリングコイルの内周面の中心から内周面に対して垂直方向に伸びる軸上の位置より前記緩衝器用スプリングコイルから遠い位置にあるので、緩衝器用スプリングコイルの内周面までの径方向の長さが緩衝器用スプリングコイルの外周面までの径方向の長さより大きくすることが可能になる。

本発明によれば、緩衝器用スプリングコイルに使用するコイルばね線材のコイル中心側の半径（緩衝器用スプリングコイルの内周面までの径方向の長さ（コイル中心側Ｒ（Ｒ_ＩＮ）））とコイル外径側の半径（緩衝器用スプリングコイルの外周面までの径方向の長さ（コイル外径側Ｒ（Ｒ_ＯＵＴ）））の関係を規定することで、ばねの断面形状が、設計値に近づき、設計値どおりのばね剛性を得ることができる。また、このように、コイルばね線材のコイル中心側の半径（コイル中心側Ｒ（Ｒ_ＩＮ））とコイル外径側の半径（コイル外径側Ｒ（Ｒ_ＯＵＴ））の関係を規定して、ばね厚さが設計値どおりできているため、緩衝器用スプリングコイルの外径側では、緩衝器用スプリングコイルとシリンダとのクリアランスを確保できるとともに、緩衝器用スプリングコイルの内径側では、緩衝器用スプリングコイルとピストンとのクリアランスを確保することができる。

その結果、緩衝器用スプリングコイルはシリンダやピストンとも接触することがなくなり、緩衝器内の損傷を防止でき、緩衝器として正常に機能させることができる。また、コイル中心側の半径（緩衝器用スプリングコイルの内周面までの径方向の長さ（コイル中心側Ｒ（Ｒ _ＩＮ）））／コイル外径側の半径（緩衝器用スプリングコイルの外周面までの径方向の長さ（コイル外径側Ｒ（Ｒ _ＯＵＴ）））は１．２以上、２．０以下の範囲内にあれば緩衝器用スプリングコイルの不良率を減少させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

図１では、本発明である異形断面形状を有する緩衝器用スプリング材料で作られた緩衝器用スプリングコイル１を組み込んだ緩衝器１０が示されている。緩衝器１０では、図１に示すように、シリンダ４内の中央にピストン２が配置されており、そのピストン２の回りに緩衝器用スプリング１が巻回され、緩衝器用スプリング１の両端部側にフランジ３が配置されており、フランジ３のいずれか一方がピストン２に固定されている。

図２には、本発明である異形断面形状を有する緩衝器用スプリング材料で作られた緩衝器用スプリングコイル１の断面が示されている。図２では、図１に示す、緩衝器１０内に組み込まれる、ばね線材である緩衝器用スプリングコイル１の長手方向に沿う断面方向では、緩衝器用スプリングコイル１の内周面１ａに沿うようにＸ軸を設け、内周面１ａの中心ＯでＸ軸に対して（内周面１ａに対して）垂直にＹ軸が設けられている。つまり、緩衝器用スプリングコイル１の内周面１ａの中心Ｏから内周面１ａに対して垂直方向に伸びる軸（Ｙ軸）から緩衝器用スプリングコイル１の内周面１ａ、外周面１ｂの距離が径方向の長さとしている。図２では、Ｙ軸のＹ１から内周面１ａまでの径方向の長さが示されており、Ｙ軸のＹ２から外周面１ｂまでの径方向の長さが示されている。

緩衝器用スプリングコイル１の外周面１ｂまでの径方向の長さは、緩衝器用スプリングコイル１の内周面１ａの中心Ｏから内周面１ａに対して垂直方向に伸びる軸（Ｙ軸）から緩衝器用スプリングコイル１の外周面１ｂまでの距離であり、緩衝器用スプリングコイル１の内周面１ａまでの径方向の長さは、緩衝器用スプリングコイル１の内周面１ａの中心Ｏから内周面１ａに対して垂直方向に伸びる軸（Ｙ軸）から緩衝器用スプリングコイル１の内周面１ａまでの距離である。

また、緩衝器用スプリングコイル１の内周面１ａまでの径方向の長さの基点となる、緩衝器用スプリングコイル１の内周面１ａの中心Ｏから内周面に対して垂直方向に伸びる軸（Ｙ軸）上の位置（Ｙ１）は、緩衝器用スプリングコイル１の外周面１ｂまでの径方向の長さの基点となる、緩衝器用スプリングコイル１の内周面１ａの中心Ｏから内周面１ａに対して垂直方向に伸びる軸（Ｙ軸）上の位置（Ｙ２）より緩衝器用スプリングコイル１から遠い位置にある。

そして、本発明である異形断面形状を有する緩衝器用スプリング材料で作られた緩衝器用スプリングコイル１の内周面１ａまでの径方向の長さが緩衝器用スプリングコイル１の外周面１ｂまでの径方向の長さより大きくなるように緩衝器用スプリングコイル１の断面形状を設定している。具体的には、図２に示すＹ１、Ｙ２を種々選定して緩衝器用スプリングコイル１の断面形状を設定することになる。そして、緩衝器用スプリングコイル１の内周面１ａまでの径方向の長さ（コイル中心側Ｒ（Ｒ_ＩＮ））が緩衝器用スプリングコイル１の外周面１ｂまでの径方向の長さ（コイル外径側Ｒ（Ｒ_ＯＵＴ））より大きいという関係が成り立つようにしている。このような関係が成立することで緩衝器用スプリングコイル１は成形後のばね厚さが設計値である２．８となっている。

なお、本例では、図２に示すＹ軸を基準に緩衝器用スプリングコイル１の長手方向に沿う断面方向では、緩衝器用スプリングコイル１の内周面１ａまでの径方向の長さが緩衝器用スプリングコイル１の外周面１ｂまでの径方向の長さより大きくなるように緩衝器用スプリングコイル１の断面形状を設定しているが、このように図２に示すＹ軸を基準に緩衝器用スプリングコイル１の断面形状を設定することに限定されるものではない。例えば、図２に示すＸ軸を基準に緩衝器用スプリングコイル１の長手方向に沿う断面方向において、緩衝器用スプリングコイル１の内周面１ａまでの径方向の長さが緩衝器用スプリングコイル１の外周面１ｂまでの径方向の長さより大きくなるように緩衝器用スプリングコイル１の断面形状を設定することも可能である。

その結果、緩衝器用スプリングコイル１の外径側では、緩衝器用スプリングコイル１とシリンダ４とのクリアランスが確保されており、緩衝器用スプリングコイル１の内径側では、緩衝器用スプリングコイル１とピストン２とのクリアランスが確保されている。

図１に示す、本発明である異形断面形状を有する緩衝器用スプリング材料作られた緩衝器用スプリングコイル１を組み込んだ緩衝器１０の作動の際には、ピストン２に固定されたフランジ３を基点に、緩衝器用スプリングコイル１が伸縮しても緩衝器用スプリング１の外径側がシリンダ４と接触することもなく、緩衝器用スプリング１の内径側がピストン２と接触することもない。

また、図２における緩衝器用スプリングコイル１のコイル外径側の半径（緩衝器用スプリングコイルの外周面までの径方向の長さ（コイル外径側Ｒ（ＲＯＵＴ）））とコイル中心側の半径（緩衝器用スプリングコイルの内周面までの径方向の長さ（コイル中心側Ｒ（ＲＩＮ）））とで示す、コイル中心側の半径（緩衝器用スプリングコイルの内周面までの径方向の長さ（コイル中心側Ｒ（Ｒ _ＩＮ）））／コイル外径側の半径（緩衝器用スプリングコイルの外周面までの径方向の長さ（コイル外径側Ｒ（Ｒ _ＯＵＴ）））の、比の値は１．２以上２．０以下の範囲内が最適であることが種々の実験結果より明らかとなっている。この１．２以上２．０以下の範囲内であれば不良率の減少を実現することが可能であることが判明している。

なお、本例では、本発明である異形断面形状を有する緩衝器用スプリング材料で作られた緩衝器用スプリングコイル１は、ＳＡＥ９２５４で冷間成形のばね鋼線を使用しているが、本例で使用した冷間成形のばね鋼線に限定されることなく、熱間成形のばね鋼線を使用することも可能である。

本発明である異形断面形状を有する緩衝器用スプリング材料で作られた緩衝器用スプリングコイルを組み込んだ緩衝器を断面方向から示す説明図である。本発明である異形断面形状を有する緩衝器用スプリング材料で作られた緩衝器用スプリングコイルの断面形状の説明図である。特許文献１における、平行四辺形断面の材料とその材料を使用したコイルばねおよびばね線の断面形状を示す図である。特許文献１における、平行四辺形断面の長辺に凸みと短辺に凹みを有する断面形状の材料とその材料を使用したコイルばねおよびばね線の断面形状を示す図である。コイルばねに成形した角ばねの、外側に弓形状となる断面形状がシリンダの内壁と接触する状況を示す説明図である。

符号の説明

１…緩衝器用スプリングコイル、１ａ…内周面、１ｂ…外周面２…ピストン、３…フランジ、４…シリンダ、１０…緩衝器

Claims

緩衝器内に組み込まれる緩衝器用スプリングコイルの長手方向に沿う断面方向では、前記緩衝器用スプリングコイルの内周面までの径方向の長さが前記緩衝器用スプリングコイルの外周面までの径方向の長さより大きくなるように前記緩衝器用スプリングコイルの断面形状を設定し、前記緩衝器用スプリングコイルの前記内周面までの径方向の長さ／前記緩衝器用スプリングコイルの前記外周面までの径方向の長さ、の比の値を１．２以上２．０以下の範囲となるように設定したことを特徴とする異形断面形状を有する緩衝器用スプリング材料。
前記緩衝器用スプリングコイルの前記外周面までの径方向の長さは、前記緩衝器用スプリングコイルの前記内周面の中心から前記内周面に対して垂直方向に伸びる軸から前記緩衝器用スプリングコイルの前記外周面までの距離であり、前記緩衝器用スプリングコイルの前記内周面までの径方向の長さは、前記緩衝器用スプリングコイルの前記内周面の中心から前記内周面に対して垂直方向に伸びる前記軸から前記緩衝器用スプリングコイルの前記内周面までの距離であることを特徴とする請求項１に記載の異形断面形状を有する緩衝器用スプリング材料。
前記緩衝器用スプリングコイルの前記内周面までの径方向の長さの基点となる、前記緩衝器用スプリングコイルの前記内周面の中心から前記内周面に対して垂直方向に伸びる前記軸上の位置は、前記緩衝器用スプリングコイルの前記外周面までの径方向の長さの基点となる、前記緩衝器用スプリングコイルの前記内周面の中心から前記内周面に対して垂直方向に伸びる前記軸上の位置より前記緩衝器用スプリングコイルから遠い位置にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の異形断面形状を有する緩衝器用スプリング材料。