JP6307323B2 - 懸架用コイルばね - Google Patents

Description

この発明は、自動車等の車両の懸架機構に使用される懸架用コイルばねに関する。

自動車等の車両の懸架機構は、圧縮コイルばねからなる懸架用コイルばね（これ以降、単にコイルばねと称す）と、該コイルばねの下側に配置された下側のばね座と、該コイルばねの上側に配置された上側のばね座とを有し、車両の重量によって上下のばね座の間でコイルばねが圧縮され、かつ、荷重の大きさに応じてコイルばねが伸縮するようになっている。

コイルばねが折損する原因の１つに、飛び石によってコイルばねの塗装が剥がれて錆が生じ、この錆が成長することによって腐食ピットが形成され、腐食ピットを起点としてコイルばねが折損することが知られている。そこで特許文献１に開示されているように、コイルばねの表面に２層構造の塗膜を形成することが提案されている。２層構造の塗膜の一例は、エポキシ樹脂系のアンダーコート層と、その上に形成されたエポキシポリエステル樹脂系のトップコート層とからなる。

コイルばねの座巻部は、荷重の大きさにかかわらず常にばね座と接する第１の部分と、荷重の大きさに応じてばね座と接したり離れたりする第２の部分と、荷重の大小にかかわらず常にばね座から離れている第３の部分とを含んでいる。このため、座巻部とばね座との間に砂などの異物が挟まれることがある。コイルばねの表面には防錆塗装が施されているが、座巻部とばね座との間に砂などの硬い異物が挟まった状態でコイルばねが伸縮すると、塗膜が剥がれて錆が生じたり、挟まった異物によってコイルばねの表面が傷ついたりすることもある。この傷に錆が生じ、錆びが大きくなると、コイルばねが折損する原因となる。

コイルばねの座巻部が摩耗することを防ぐために、特許文献２に記載されているように、ばね座の上にゴムブロックからなるインシュレータを設置し、このインシュレータによってコイルばねの座巻部を支持する懸架機構も公知である。あるいは特許文献３に記載されているように、コイルばねの座巻部に素線の長手方向に沿うスリットを有する合成樹脂製チューブを装着したコイルばねも提案されている。

特開２００５−１７１２９７号公報 特開平８−２００４１４号公報 特開２０００−３０４０７９号公報

特許文献１のように、アンダーコート層とトップコート層とからなる２層構造の塗膜を有するコイルばねは、飛び石に対しては有効であるが、座巻部とばね座との間に入り込んだ砂等が原因となって生じる腐食や傷に対して効果は少ない。しかも２層構造の塗膜は、一般的な塗膜を有するコイルばねと比較して、塗装に要するコストが高いという問題がある。

特許文献２のように、下側のばね座の上にブロック状のインシュレータを配置したものは、インシュレータの重量がかなり大きいためコイルばねの下側の質量（ばね下質量）が大きくなることが問題となる。しかもブロック状のインシュレータの上面に砂塵等の異物が乗る可能性があり、この異物が座巻部と接触することによって素線に傷がつく原因となる。

特許文献３のように、スリットを有する合成樹脂製チューブをコイルばねに装着したものでは、フルバンプ時のように大きな荷重によって座巻部付近の素線同士が互いに接近すると、合成樹脂製チューブが素線間に挟まれ圧縮されて反力を生じるため、コイルばねの荷重・撓み特性が設計値と異なってしまう懸念がある。またスリットを有する合成樹脂性チューブが座巻部に装着されていると、冬季に路面に撒かれる凍結防止剤等の腐食性の物質がスリット内に入り込んで素線に付着したままとなって残留し、素線を腐食させる原因となる。

従って本発明の目的は、座巻部の摩耗や傷によって素線が折損することを抑制できる懸架用コイルばねを提供することにある。

本発明に係る懸架用コイルばねは、螺旋形に巻かれた素線の下端側に形成された下側の座巻部と、該素線の上端側に形成された上側の座巻部とを有し、少なくとも前記下側の座巻部は、荷重の大小にかかわらず常に下側のばね座に接する第１の部分と、荷重の大きさに応じて前記ばね座に接したり離れたりする第２の部分と、荷重の大小にかかわらず常に前記ばね座から離れている第３の部分とを有し、かつ、前記下側の座巻部の少なくとも前記第２の部分に、ゴム弾性を有する材料からなり接着によって前記素線の下面に取付けられたインシュレータシートを備え、前記インシュレータシートは、前記下側の座巻部の前記素線の下面を覆いかつ前記素線の上面を覆わないよう構成され、かつ、前記インシュレータシートが前記第２の部分から前記第１の部分に向かって厚さが減少するテーパ部を有している。ゴム弾性を有する材料は、例えばエラストマのように弾性を有する合成樹脂であってもよいし、天然ゴムあるいは合成ゴムでもよい。

１つの実施形態では、前記インシュレータシートが前記第１の部分と前記第２の部分とに設けられている。また１つの実施形態では、ばね力作用線を調整するために前記インシュレータシートの下面に、前記ばね座に向けて突出する凸部が前記座巻部の巻き方向の少なくとも１箇所に形成されていてもよい。前記インシュレータシートが前記第２の部分のみに設けられていてもよい。また前記インシュレータシートが前記第２の部分と、該第２の部分に連なる前記第１の部分の一部と、該第２の部分に連なる前記第３の部分の一部とに設けられていてもよい。さらにこれらの実施形態において、前記インシュレータシートの端部に、前記第２の部分から前記第１の部分に向かって厚さが減少するテーパ部が形成されていてもよい。

本発明によれば、コイルばねの下端側の座巻部とばね座との間に挟まれた砂等の異物によって生じた摩耗や傷が原因となってコイルばねが折損することをインシュレータシートによって抑制でき、コイルばねの耐久性を向上させることができる。またこのインシュレータシートにばね力作用線を調整するための凸部を一体に設けることも可能である。

第１の実施形態に係るコイルばねを備えた懸架機構の縦断面図。 図１に示された懸架機構のコイルばねの斜視図。 図２に示されたコイルばねの座巻部の底面図。 図３中のＦ４−Ｆ４線に沿うコイルばねの断面図。 図４中のＦ５−Ｆ５線に沿うコイルばねの断面図。 第２の実施形態に係るコイルばねの斜視図。 図６に示されたコイルばねの座巻部の底面図。 図７中のＦ８−Ｆ８線に沿うコイルばねの断面図。 第３の実施形態に係るコイルばねの座巻部の底面図。 第４の実施形態に係るコイルばねの座巻部の底面図。 図１０中のＦ１１−Ｆ１１線に沿うコイルばねの断面図。 第５の実施形態に係るコイルばねの座巻部の底面図。 図１２中のＦ１３−Ｆ１３線に沿うコイルばねの断面図。

以下に第１の実施形態に係る懸架用コイルばねについて、図１から図５を参照して説明する。
図１は、車両用懸架機構の一例として、車体１０に設けられたマクファーソンストラットタイプの懸架機構１１を示している。この懸架機構１１は、コイルばね（圧縮コイルばね）１２と、コイルばね１２の下側に配置された下側のばね座１３と、コイルばね１２の上側に配置された上側のばね座１４と、ショックアブソーバ１５と、車体１０に取付けるためのマウント部材１６と、車軸側のナックル部材に取付けるブラケット１７などを備えている。

コイルばね１２は、下側のばね座１３と上側のばね座１４との間に圧縮された状態で配置されている。コイルばね１２とばね座１３，１４とによって、ばね装置１８が構成されている。ショックアブソーバ１５は、上下方向に延びる鉛直線Ｈに対して軸線Ｘ１が角度θだけ傾いた姿勢で車体１０に取付けられている。

図２は、コイルばね１２に圧縮の荷重が負荷されていない状態（いわゆる自由状態）を示している。この明細書では、自由状態のもとでのコイルばね１２の中心軸Ｘ２方向の長さを自由長と称している。コイルばね１２の中心軸Ｘ２に沿って圧縮の荷重が負荷されると、コイルばね１２は自由長よりも長さが短くなる方向に撓む。このコイルばね１２は、下側のばね座１３と上側のばね座１４との間に圧縮されたアセンブリ状態で、車体１０に取付けられている。

図２に示されたコイルばね１２は、螺旋形に成形された素線（ワイヤ）４０を有している。素線４０は断面が円形のばね鋼からなり、素線４０の外面全体に防錆のための塗膜が形成されている。このコイルばね１２は、素線４０の下端４０ａから例えば１巻目未満に形成された下側の座巻部１２ａと、素線４０の上端４０ｂから例えば１巻目未満に形成された上側の座巻部１２ｂとを有している。座巻部１２ａ，１２ｂ間の有効部１２ｃは、ピッチＰで巻かれている。コイルばね１２の一例は円筒コイルばねであるが、車両の仕様に応じて、たる形コイルばね、鼓形コイルばね、テーパコイルばね、不等ピッチコイルばね、その他のばねなど、種々の形態の圧縮コイルばねでもよい。

前記コイルばね１２は、下側のばね座１３と上側のばね座１４との間に圧縮された状態で車体１０に組付けられ、車体１０に負荷される荷重を弾性的に支持する。下側の座巻部１２ａは、ばね座１３の上面に接している。上側の座巻部１２ｂは、ばね座１４の下面に接している。このコイルばね１２は、フルリバウンド時に最大に伸張し、フルバンプ時に最大に圧縮される。「フルリバウンド」とは、車体をリフトしたときに、コイルばね１２の下方に加わる引張りの荷重によってコイルばね１２が最大に伸張した状態を言う。「フルバンプ」とは、車体１０に加わる負荷によってコイルばね１２が最大に圧縮された状態である。

図３は、コイルばね１２の下側の座巻部１２ａの底面図である。この座巻部１２ａは、素線４０の巻き方向に関して、矢印Ｒ１で示す範囲の第１の部分１２ａ_１（コイルばね１２に加わる荷重にかかわらず常にばね座１３に接する部分）と、矢印Ｒ２で示す範囲の第２の部分１２ａ_２（荷重に応じてばね座１３に接したり離れたりする部分）と、第３の部分１２ａ_３（荷重にかかわらず常にばね座１３から離れている部分）とを有している。

第１の部分１２ａ_１は、例えば素線４０の下端４０ａ（０巻目）から０．５巻目を越える範囲、例えば０巻目から０．６巻目付近にわたっており、コイルばね１２に加わる荷重にかかわらず、常にばね座１３に接している。ただし第１の部分１２ａ_１は、素線４０の下端４０ａから０．５巻目未満であってもよいし、下端４０ａから少し離れた箇所（例えば０．１巻目付近）から第１の部分１２ａ_１が始まっていてもよい。第２の部分１２ａ_２は、第１の部分１２ａ_１の端部から１巻目未満（例えば０．６巻目付近から０．９巻目付近）までである。この第２の部分１２ａ_２は、コイルばね１２がフルリバウンドとフルバンプとの間で撓む場合に、荷重が小さいときにばね座１３から離れ、荷重が大きいときにばね座１３に接する。第３の部分１２ａ_３は、荷重の大小にかかわらず常にばね座１３から離れている。

下側の座巻部１２ａの素線４０の下面に、ゴム弾性を有する材料からなるインシュレータシート５０が接着層５１（図４と図５に示す）を介して取付けられている。インシュレータシート５０の材料である弾性を有する材料は、天然ゴムでもよいし、ブタジエンゴムやスチレンブタジエンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ウレンタンゴム等の合成ゴムから選択されたゴムでもよく、あるいはウレタンエラストマ等の弾性を有する合成樹脂であってもよい。接着層５１は加硫接着剤でもよいし、例えばアクリル系等の構造用接着剤であってもよい。

インシュレータシート５０は、少なくとも座巻部１２ａの第２の部分１２ａ_２を含む領域に形成され、素線４０の外面を覆う防錆塗装の塗膜の上に接着層５１を介して固定されている。例えば図３に示されたインシュレータシート５０は、第１の部分１２ａ_１と第２の部分１２ａ_２との双方にわたる領域に形成されている。この場合、インシュレータシート５０の一端５０ａの位置は、素線４０の下端４０ａとほぼ同じである。インシュレータシート５０の他端５０ｂは、第３の部分１２ａ_３に向かって延びている。

図４は、第１の部分１２ａ_１と第２の部分１２ａ_２との境界部付近を示している。図５は、第１の部分１２ａ_１の素線４０の径方向の断面図である。第１の部分１２ａ_１において、インシュレータシート５０の下面がばね座１３に接している。第２の部分１２ａ_２では、インシュレータシート５０の下面とばね座１３との間に、隙間Ｇ（図４に示す）が形成されている。この隙間Ｇは、コイルばね１２に負荷される荷重が大きくなるにつれて次第に小さくなり、荷重が所定値を越えると隙間Ｇがゼロとなってインシュレータシート５０がばね座１３に接する。図５に示されるようにインシュレータシート５０の両側縁５０ｄ，５０ｅは、砂塵等の異物が乗らないように上下方向に延びる形状としている。

なお、上側の座巻部１２ｂにも下側の座巻部１２ａと同様のインシュレータシート５０を設けてもよいが、上側の座巻部１２ｂとばね座１４との間には砂塵などの異物が挟まる可能性が少ないため、車両の軽量化を図るためには下側の座巻部１２ａのみにインシュレータシート５０を設けるとよい。

コイルばね１２は、ばね座１３，１４間で圧縮し予荷重（プリロード）を与えた状態でショックアブソーバ１５に組付け、車体１０に取付ける。車体１０に取付けられたコイルばね１２に、上下方向の荷重が負荷される。この負荷の大きさに応じて、コイルばね１２が下側のばね座１３と上側のばね座１４との間で撓む。すなわちこのコイルばね１２は、荷重の大きさに応じてフルバンプ（最大圧縮状態）とフルリバウンド（最大伸張状態）との間で伸縮する。

コイルばね１２が伸びると、ばね座１３と第２の部分１２ａ_２との間の隙間が広がるため、この隙間に砂等の異物が進入する可能性がある。逆に、コイルばね１２が圧縮されると、ばね座１３と第２の部分１２ａ_２との間の隙間が狭くなる。このため、座巻部１２ａと素線４０との間に砂等の硬い異物が入り込むと、コイルばね１２の塗装が剥がれたり、素線４０が傷付いたりするなどして、素線４０に腐食が生じる原因となる。

本実施形態では、座巻部１２ａの少なくとも第２の部分１２ａ_２の素線４０の下面にインシュレータシート５０が接着されているため、ばね座１３と素線４０との間に砂や異物が入り込むことによって素線４０が腐食したり、腐食が原因となって素線４０が折れたりすることが抑制され、耐久性を向上させることができる。このインシュレータシート５０は素線４０に接着されているため、ばね座１３上に砂等の異物や水が侵入しても、その異物や水が素線４０とインシュレータシート５０との間に入り込むおそれがなく、座巻部１２ａの下面が異物や水と接することによる耐久性への悪影響を回避できるものである。

本実施形態のコイルばね１２は、素線４０とインシュレータシート５０が互いに接着され一体化されて１部品をなしているため、従来のようにコイルばねとは別体のブロック状のインシュレータをばね座の上に配置する場合と比較してサスペンション部品の数を減らすことができる。このため懸架機構１１を組立てる上でサスペンション部品の扱いが容易となり、部品管理や車両への組付けも容易となる。

図６から図８は、第２の実施形態に係るインシュレータシート５０を備えたコイルばね１２の座巻部１２ａを示している。図７から図８に示すように、インシュレータシート５０の下面の１箇所以上に、ばね座１３に向かって突出する凸部６０が形成されている。この凸部６０は、座巻部１２ａの巻き方向の少なくとも１箇所（例えば３箇所）に形成されている。図８に示すように凸部６０の下面がばね座１３に接した状態でコイルばね１２が圧縮されることにより、ばね力作用線Ｙ（図６に示す）をコイルばね１２の中心軸Ｘ２とずらすことができる。また必要に応じて凸部６０の位置と数に応じてばね力作用線Ｙを調整することもできる。それ以外の構成と作用は第１の実施形態のコイルばね１２と共通であるため、第１の実施形態と共通の部分に共通の符号を付して説明を省略する。

図９は、第３の実施形態に係るインシュレータシート５０を備えたコイルばね１２の座巻部１２ａを示している。図９に示されたインシュレータシート５０は、第２の部分１２ａ_２の全長と、第２の部分１２ａ_２の両側に連なる第１の部分１２ａ_１の一部と、第３の部分１２ａ_３の一部とにわたって接着されている。このためインシュレータシート５０の一端５０ａは第１の部分１２ａ_１に位置している。インシュレータシート５０の他端５０ｂは第３の部分１２ａ_３に位置している。それ以外の構成と作用は第１の実施形態のコイルばね１２と共通であるため、第１の実施形態と共通の部分に共通の符号を付して説明を省略する。

図１０と図１１は、第４の実施形態に係るインシュレータシート５０を備えたコイルばね１２の座巻部１２ａを示している。図１０に示すインシュレータシート５０は、実質的に第２の部分１２ａ_２のみに設けられている。また図１１に示すように、インシュレータシート５０の端部に、第２の部分１２ａ_２から第１の部分１２ａ_１に向かって厚さが減少するテーパ部５０ｃが形成されている。テーパ部５０ｃを設けたことにより、インシュレータシート５０の端部において座巻部１２ａとばね座１３との間に隙間が生じることが回避されている。それ以外の構成と作用は第１の実施形態のコイルばね１２と共通であるため、第１の実施形態と共通の部分に共通の符号を付して説明を省略する。

図１２と図１３は、第５の実施形態に係るインシュレータシート５０を備えたコイルばね１２の座巻部１２ａを示している。この実施形態のインシュレータシート５０は、図１３に示すように座巻部１２ａの素線４０の下半部の中央Ｃを中心として１８０°未満の狭い角度範囲θ１に接着されている。またインシュレータシート５０の両側縁５０ｄ，５０ｅは、砂塵等の異物が乗らないようにほぼ垂直方向に延びる形状としている。それ以外の構成と作用は第１の実施形態のコイルばね１２と共通であるため、第１の実施形態と共通の部分に共通の符号を付して説明を省略する。

なお本発明を実施するに当たって、コイルばねの素線の具体的な形状や寸法、巻数、材料、ばね定数をはじめとして、コイルばねを構成する素線やインシュレータシートの形状や寸法、配置等を種々に変更して実施できることは言うまでもない。また本発明は自動車以外の車両の懸架機構に適用することもできる。

１０…車体、１１…懸架機構、１２…コイルばね（懸架用コイルばね）、１２ａ…下側の座巻部、１２ａ_１…第１の部分、１２ａ_２…第２の部分、１２ａ_３…第３の部分、１２ｂ…上側の座巻部、１３…下側のばね座、１４…上側のばね座、１８…ばね装置、４０…素線、４０ａ…下端、４０ｂ…上端、５０…インシュレータシート、５０ａ…一端、５０ｂ…他端、５０ｃ…テーパ部、５０ｄ，５０ｅ…側縁、５１…接着層、６０…凸部、Ｙ…ばね力作用線。

Claims (5)

1. 螺旋形に巻かれた素線の下端側に形成された下側の座巻部と、該素線の上端側に形成された上側の座巻部とを有し、
   少なくとも前記下側の座巻部は、荷重の大小にかかわらず常に下側のばね座に接する第１の部分と、荷重の大きさに応じて前記ばね座に接したり離れたりする第２の部分と、荷重の大小にかかわらず常に前記ばね座から離れている第３の部分とを有し、かつ、
   前記下側の座巻部の少なくとも前記第２の部分に、ゴム弾性を有する材料からなり接着によって前記素線の下面に取付けられたインシュレータシートを備え、前記インシュレータシートは、前記下側の座巻部の前記素線の下面を覆いかつ前記素線の上面を覆わないよう構成され、かつ、前記インシュレータシートが前記第２の部分から前記第１の部分に向かって厚さが減少するテーパ部を有したことを特徴とする懸架用コイルばね。
2. 前記インシュレータシートが前記第１の部分と前記第２の部分とに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の懸架用コイルばね。
3. 前記インシュレータシートの下面に、前記ばね座に向けて突出する凸部が前記座巻部の巻き方向の少なくとも１箇所に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の懸架用コイルばね。
4. 前記インシュレータシートが前記第２の部分のみに設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の懸架用コイルばね。
5. 前記インシュレータシートが前記第２の部分と、該第２の部分に連なる前記第１の部分の一部と、該第２の部分に連なる前記第３の部分の一部とに設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の懸架用コイルばね。

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