JPH04337128A - 中空コイルばね - Google Patents
中空コイルばねInfo
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- JPH04337128A JPH04337128A JP13592391A JP13592391A JPH04337128A JP H04337128 A JPH04337128 A JP H04337128A JP 13592391 A JP13592391 A JP 13592391A JP 13592391 A JP13592391 A JP 13592391A JP H04337128 A JPH04337128 A JP H04337128A
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- Japan
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- spring
- coil
- coil spring
- center
- hollow
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- Pending
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- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Springs (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、軽量化を図りつつばね
素線に生じる応力の均一化を実現することができるよう
にした中空コイルばねに関するものである。
素線に生じる応力の均一化を実現することができるよう
にした中空コイルばねに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】螺旋巻きされる円形断面のばね素線に中
空部を形成して軽量化を図るようにした中空コイルばね
として、従来は、中空部をばね素線と同心円状に形成し
たものが用いられていた。
空部を形成して軽量化を図るようにした中空コイルばね
として、従来は、中空部をばね素線と同心円状に形成し
たものが用いられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の中空コイルばね
でばね素線と同心円状の中空部がある中空コイルばねの
場合、中実コイルばねと同様に、剪断応力はコイル内側
の方が外径側より大きく不均一となる。この場合、確か
に軽量化を行うことができるが、応力の不均一による重
量のムダは完全に改善されない。このような観点より、
中空部を素線中心からコイル内側にずらすなどの中空コ
イルばねなどの提案がされているが、依然として、応力
の均一に関して大きな改善はなされていない。また、中
空コイルばねを設計する場合の具体的な応力、ばね定数
の計算方法がなく、実際の設計で中空コイルばねを用い
るのは困難であつた。
でばね素線と同心円状の中空部がある中空コイルばねの
場合、中実コイルばねと同様に、剪断応力はコイル内側
の方が外径側より大きく不均一となる。この場合、確か
に軽量化を行うことができるが、応力の不均一による重
量のムダは完全に改善されない。このような観点より、
中空部を素線中心からコイル内側にずらすなどの中空コ
イルばねなどの提案がされているが、依然として、応力
の均一に関して大きな改善はなされていない。また、中
空コイルばねを設計する場合の具体的な応力、ばね定数
の計算方法がなく、実際の設計で中空コイルばねを用い
るのは困難であつた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の中空コイルばね
は、上記課題を解決するための手段として、ばね素線の
断面における中空部の形状が、コイルの半径方向を短辺
とするとともにコイルの軸線方向を長辺とし、かつ、中
心がばね素線の中心からコイルの外径側にずれた長方形
に内接する略楕円形をなし、ばね素線の半径ｒ、長方形
の短辺寸法Ａ、長辺寸法Ｂ及びその長方形の中心がばね
素線の中心からずれた寸法Ｄが、コイル半径、ばね定数
、最大設計応力、負荷荷重及び有効巻部における密着高
さの各設計条件を同じとして設計される円形中実断面の
ばね素線からなる中実コイルばねのばね指数ｃ０ とそ
の中実コイルばねのばね素線の半径ｒ０ に基づいて次
式ｒ／ｒ０＝ １．０１３＋０．３００×（１／ｃ０）
＋０．８７３×（１／ｃ０）２Ａ／ｒ＝ １．０３５
＋２．１４３×（１／ｃ０）−１．９７５×（１／ｃ０
）２Ｂ／ｒ＝ １．０６４＋３．７２５×（１／ｃ０
）−４．４０３×（１／ｃ０）２Ｄ／ｒ＝−０．０１２
＋１．４２８×（１／ｃ０）−２．５８８×（１／ｃ０
）２により定められるとともに、有効巻数ｎが、中実コ
イルばねの有効巻数ｎ０ とばね指数ｃ０ とに基づい
て次式ｎ／ｎ０＝ ０．８７７＋０．００９×ｃ０−０
．０００２×ｃ０２ により定められる構成とした。
は、上記課題を解決するための手段として、ばね素線の
断面における中空部の形状が、コイルの半径方向を短辺
とするとともにコイルの軸線方向を長辺とし、かつ、中
心がばね素線の中心からコイルの外径側にずれた長方形
に内接する略楕円形をなし、ばね素線の半径ｒ、長方形
の短辺寸法Ａ、長辺寸法Ｂ及びその長方形の中心がばね
素線の中心からずれた寸法Ｄが、コイル半径、ばね定数
、最大設計応力、負荷荷重及び有効巻部における密着高
さの各設計条件を同じとして設計される円形中実断面の
ばね素線からなる中実コイルばねのばね指数ｃ０ とそ
の中実コイルばねのばね素線の半径ｒ０ に基づいて次
式ｒ／ｒ０＝ １．０１３＋０．３００×（１／ｃ０）
＋０．８７３×（１／ｃ０）２Ａ／ｒ＝ １．０３５
＋２．１４３×（１／ｃ０）−１．９７５×（１／ｃ０
）２Ｂ／ｒ＝ １．０６４＋３．７２５×（１／ｃ０
）−４．４０３×（１／ｃ０）２Ｄ／ｒ＝−０．０１２
＋１．４２８×（１／ｃ０）−２．５８８×（１／ｃ０
）２により定められるとともに、有効巻数ｎが、中実コ
イルばねの有効巻数ｎ０ とばね指数ｃ０ とに基づい
て次式ｎ／ｎ０＝ ０．８７７＋０．００９×ｃ０−０
．０００２×ｃ０２ により定められる構成とした。
【０００５】
【作用及び効果】上記構成になる本発明の中空コイルば
ねは、中空部がばね素線の中心からコイルの外径側にず
れているため、ばね素線は肉厚がコイルの外径側よりも
内径側の方が厚くなつた管状をなし、これによつて、ば
ね素線に生じる応力がその外周全体にわたつて均一とす
ることができた。
ねは、中空部がばね素線の中心からコイルの外径側にず
れているため、ばね素線は肉厚がコイルの外径側よりも
内径側の方が厚くなつた管状をなし、これによつて、ば
ね素線に生じる応力がその外周全体にわたつて均一とす
ることができた。
【０００６】また、中空部の形状、寸法及び配置を本発
明の構成としたことにより、中空部の形状、寸法及び配
置を異にする他のいずれの中空部コイルばねよりも軽量
化することができた。
明の構成としたことにより、中空部の形状、寸法及び配
置を異にする他のいずれの中空部コイルばねよりも軽量
化することができた。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の一実施例であつて中空部２を
有する円形断面のばね素線１を螺旋巻きすることによつ
て構成される中空コイルばねＳを、同じ設計条件のもと
で設計した中実円形断面のばね素線１１からなる中実コ
イルばねＳ０ と比較しながら説明する。
有する円形断面のばね素線１を螺旋巻きすることによつ
て構成される中空コイルばねＳを、同じ設計条件のもと
で設計した中実円形断面のばね素線１１からなる中実コ
イルばねＳ０ と比較しながら説明する。
【０００８】設計条件であるコイルの半径寸法、ばね定
数、最大設計応力、負荷荷重及び密着高さの各寸法の一
例として表１に示す値を定め、それらの値に基づいて中
実コイルばねＳ０ と中空コイルばねＳを以下の手順に
より設計した。
数、最大設計応力、負荷荷重及び密着高さの各寸法の一
例として表１に示す値を定め、それらの値に基づいて中
実コイルばねＳ０ と中空コイルばねＳを以下の手順に
より設計した。
【０００９】
なお、表１において、密着高さは有効巻部の値である。
【００１０】まず、設計条件に基づいて中実コイルばね
Ｓ０ のばね素線１１の半径ｒ０ を算出した結果、表
２に示すようにｒ０＝８．６ｍｍを得た。このばね素線
１１の半径ｒ０の値と表１に示すコイル半径の値（７１
．１ｍｍ）とから中実コイルばねＳ０ のばね指数ｃ０
＝８．２６７ を得た。
Ｓ０ のばね素線１１の半径ｒ０ を算出した結果、表
２に示すようにｒ０＝８．６ｍｍを得た。このばね素線
１１の半径ｒ０の値と表１に示すコイル半径の値（７１
．１ｍｍ）とから中実コイルばねＳ０ のばね指数ｃ０
＝８．２６７ を得た。
【００１１】このばね指数ｃ０ の値と次式（１）とか
ら、中空コイルばねＳのばね素線１の半径ｒを計算して
求めた。 ｒ／ｒ０＝ １．０１３＋０．３００×（１／
ｃ０）＋０．８７３×（１／ｃ０）２ ・・・・・（１
）計算の結果、ｒ＝９．１ｍｍ が得られた。この半径
ｒの値とばね指数ｃ０ の値とに基づき、ばね素線１の
中空部２の形状、寸法及び位置を以下の手順によつて求
めた。
ら、中空コイルばねＳのばね素線１の半径ｒを計算して
求めた。 ｒ／ｒ０＝ １．０１３＋０．３００×（１／
ｃ０）＋０．８７３×（１／ｃ０）２ ・・・・・（１
）計算の結果、ｒ＝９．１ｍｍ が得られた。この半径
ｒの値とばね指数ｃ０ の値とに基づき、ばね素線１の
中空部２の形状、寸法及び位置を以下の手順によつて求
めた。
【００１２】中空コイルばねＳのばね素線１の断面にお
いて、図１に示すように、コイルの半径方向を短辺３ａ
とし、コイルの軸線方向を長辺３ｂとする長方形３を、
その中心３ｐがばね素線１の中心Ｐからコイルの外径側
にすこしずれた位置に設定する。長方形３の短辺寸法Ａ
、長辺寸法Ｂ及びばね素線１の中心Ｐからのずれ寸法Ｄ
は、夫々、ばね指数ｃ０ とばね素線１の半径ｒに基づ
いて次式（２）、（３）及び（４）により定められる。 Ａ／ｒ＝ １．０３５＋２．１４３×（１／
ｃ０）−１．９７５×（１／ｃ０）２ ・・・・・（２
） Ｂ／ｒ＝ １．０６４＋３．７２５×（１
／ｃ０）−４．４０３×（１／ｃ０）２ ・・・・・（
３） Ｄ／ｒ＝−０．０１２＋１．４２８×（１
／ｃ０）−２．５８８×（１／ｃ０）２ ・・・・・（
４）計算の結果、Ａ＝１１．５１ｍｍ 、Ｂ＝１３．２
０ｍｍ 、Ｄ＝１．１１９ｍｍ が得られた。これらの
各寸法Ａ、Ｂ及びＤに基づいて設定された長方形３に内
接する滑らかな曲線から構成される略楕円形を形成し、
この略楕円形を中空部２の断面形状とした。
いて、図１に示すように、コイルの半径方向を短辺３ａ
とし、コイルの軸線方向を長辺３ｂとする長方形３を、
その中心３ｐがばね素線１の中心Ｐからコイルの外径側
にすこしずれた位置に設定する。長方形３の短辺寸法Ａ
、長辺寸法Ｂ及びばね素線１の中心Ｐからのずれ寸法Ｄ
は、夫々、ばね指数ｃ０ とばね素線１の半径ｒに基づ
いて次式（２）、（３）及び（４）により定められる。 Ａ／ｒ＝ １．０３５＋２．１４３×（１／
ｃ０）−１．９７５×（１／ｃ０）２ ・・・・・（２
） Ｂ／ｒ＝ １．０６４＋３．７２５×（１
／ｃ０）−４．４０３×（１／ｃ０）２ ・・・・・（
３） Ｄ／ｒ＝−０．０１２＋１．４２８×（１
／ｃ０）−２．５８８×（１／ｃ０）２ ・・・・・（
４）計算の結果、Ａ＝１１．５１ｍｍ 、Ｂ＝１３．２
０ｍｍ 、Ｄ＝１．１１９ｍｍ が得られた。これらの
各寸法Ａ、Ｂ及びＤに基づいて設定された長方形３に内
接する滑らかな曲線から構成される略楕円形を形成し、
この略楕円形を中空部２の断面形状とした。
【００１３】また、中空コイルばねＳの有効巻数ｎは、
設計条件に基づいて中実コイルばねＳ０ の有効巻数ｎ
０ の値を求めた後に、その値ｎ０＝５．０７ とばね
指数ｃ０ とに基づいて次式（５）により計算して求め
る。 ｎ／ｎ０＝ ０．８７７＋０．００９×ｃ０−
０．０００２×ｃ０２ ・・・・・（５）計算の結果、
ｎ＝４．７７が得られた。
設計条件に基づいて中実コイルばねＳ０ の有効巻数ｎ
０ の値を求めた後に、その値ｎ０＝５．０７ とばね
指数ｃ０ とに基づいて次式（５）により計算して求め
る。 ｎ／ｎ０＝ ０．８７７＋０．００９×ｃ０−
０．０００２×ｃ０２ ・・・・・（５）計算の結果、
ｎ＝４．７７が得られた。
【００１４】なお、各値ｒ、Ａ、Ｂ、Ｄ及びｎは、図２
に示す算出線図から求めるようにしてもよい。
に示す算出線図から求めるようにしてもよい。
【００１５】上述のようにして設計された中空コイルば
ねＳの諸元を、表２において中実コイルばねＳ０ の諸
元とともにあらわす。
ねＳの諸元を、表２において中実コイルばねＳ０ の諸
元とともにあらわす。
【００１６】
なお、表２において、密着高さ及び重量は有効巻部につ
いての値である。
いての値である。
【００１７】上述のようにして設計した中空コイルばね
Ｓのばね素線１の断面においてその外周に生じる応力の
分布は、図３に示すとおりである。同図から明らかなよ
うに、コイルの最外径側の僅かな部分において若干小さ
くなつているだけで、他の大部分においては、ほぼ均一
となつている。図４に示す中実コイルばねＳ０ の応力
分布と比較すると、応力分布の均一度は極めて高くなつ
ている。
Ｓのばね素線１の断面においてその外周に生じる応力の
分布は、図３に示すとおりである。同図から明らかなよ
うに、コイルの最外径側の僅かな部分において若干小さ
くなつているだけで、他の大部分においては、ほぼ均一
となつている。図４に示す中実コイルばねＳ０ の応力
分布と比較すると、応力分布の均一度は極めて高くなつ
ている。
【００１８】また、この中空コイルばねＳは、表２の値
に基づく計算の結果、その重量が中実コイルばねＳ０
の重量の約５５．２％であることがわかり、約４４．８
％の大幅な軽量化が達成されている。
に基づく計算の結果、その重量が中実コイルばねＳ０
の重量の約５５．２％であることがわかり、約４４．８
％の大幅な軽量化が達成されている。
【００１９】この中実コイルばねＳ０ の重量に対して
中空コイルばねＳの重量が軽減される比率はばね指数ｃ
０ の値に応じて変化する。上記と同じ設計条件のもと
でばね指数ｃ０ を変えて設計した場合におけるばね指
数別の軽量率（中実コイルばねＳ０の重量に対する中実
コイルばねＳ０ と中空コイルばねＳとの重量差の割合
）は、表３に示すとおりである。
中空コイルばねＳの重量が軽減される比率はばね指数ｃ
０ の値に応じて変化する。上記と同じ設計条件のもと
でばね指数ｃ０ を変えて設計した場合におけるばね指
数別の軽量率（中実コイルばねＳ０の重量に対する中実
コイルばねＳ０ と中空コイルばねＳとの重量差の割合
）は、表３に示すとおりである。
【００２０】
なお、表３において、軽量率は有効巻部の重量を比較し
たものである。
たものである。
【図１】本発明にかかる実施例である中空コイルばねの
ばね素線の断面図である。
ばね素線の断面図である。
【図２】各値の算出線図である。
【図３】中空コイルばねのばね素線の応力分布図である
。
。
【図４】中実コイルばねのばね素線の応力分布図である
。
。
Ｓ：中空コイルばね Ｓ０ ：中実コイルばね １
：（中空コイルばねの）ばね素線 ２：中空部 ３
：長方形 ３ａ：（長方形の）短辺 ３ｂ：（長方
形の）長辺 ３ｐ：（長方形の）中心 Ｐ：（中空
コイルばねのばね素線の）中心
：（中空コイルばねの）ばね素線 ２：中空部 ３
：長方形 ３ａ：（長方形の）短辺 ３ｂ：（長方
形の）長辺 ３ｐ：（長方形の）中心 Ｐ：（中空
コイルばねのばね素線の）中心
Claims (1)
- 【請求項１】 断面形状が円形をなし、中空部を有す
るばね素線を螺旋巻きすることによつて形成される中空
コイルばねであつて、前記ばね素線の断面における前記
中空部の形状が、コイルの半径方向を短辺とするととも
にコイルの軸線方向を長辺とし、かつ、中心が前記ばね
素線の中心からコイルの外径側にずれた長方形に内接す
る略楕円形をなし、前記ばね素線の半径ｒ、前記長方形
の短辺寸法Ａ、長辺寸法Ｂ及び該長方形の中心が前記ば
ね素線の中心からずれた寸法Ｄが、コイル半径、ばね定
数、最大設計応力、負荷荷重及び有効巻部における密着
高さの各設計条件を同じとして設計される円形中実断面
のばね素線からなる中実コイルばねのばね指数ｃ０ と
該中実コイルばねの前記ばね素線の半径ｒ０ に基づい
て次式 ｒ／ｒ０＝ １．０１３＋０．３００×（１／ｃ０）＋
０．８７３×（１／ｃ０）２Ａ／ｒ＝ １．０３５＋
２．１４３×（１／ｃ０）−１．９７５×（１／ｃ０）
２Ｂ／ｒ＝ １．０６４＋３．７２５×（１／ｃ０）
−４．４０３×（１／ｃ０）２Ｄ／ｒ＝−０．０１２＋
１．４２８×（１／ｃ０）−２．５８８×（１／ｃ０）
２により定められるとともに、有効巻数ｎが、前記中実
コイルばねの有効巻数ｎ０ とばね指数ｃ０ とに基づ
いて次式 ｎ／ｎ０＝ ０．８７７＋０．００９×ｃ０−０．００
０２×ｃ０２ により定められることを特徴とする中
空コイルばね。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13592391A JPH04337128A (ja) | 1991-05-10 | 1991-05-10 | 中空コイルばね |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13592391A JPH04337128A (ja) | 1991-05-10 | 1991-05-10 | 中空コイルばね |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04337128A true JPH04337128A (ja) | 1992-11-25 |
Family
ID=15163013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13592391A Pending JPH04337128A (ja) | 1991-05-10 | 1991-05-10 | 中空コイルばね |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04337128A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020085514A (ko) * | 2001-05-09 | 2002-11-16 | 현대자동차주식회사 | 중공식 밸브 스프링 |
| US20100289198A1 (en) * | 2009-04-28 | 2010-11-18 | Pete Balsells | Multilayered canted coil springs and associated methods |
| JP2011131127A (ja) * | 2009-12-22 | 2011-07-07 | Toshio Konuma | 廃棄有機物の低温磁気分解処理装置 |
| WO2011125189A1 (ja) * | 2010-04-07 | 2011-10-13 | トヨタ自動車株式会社 | ダンパ装置 |
| EP3508749A1 (en) * | 2017-12-15 | 2019-07-10 | Otis Elevator Company | Spring useful for elevator safety device |
-
1991
- 1991-05-10 JP JP13592391A patent/JPH04337128A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020085514A (ko) * | 2001-05-09 | 2002-11-16 | 현대자동차주식회사 | 중공식 밸브 스프링 |
| US20100289198A1 (en) * | 2009-04-28 | 2010-11-18 | Pete Balsells | Multilayered canted coil springs and associated methods |
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| CN102834645A (zh) * | 2010-04-07 | 2012-12-19 | 丰田自动车株式会社 | 减振装置 |
| US8608577B2 (en) | 2010-04-07 | 2013-12-17 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Damper device |
| JP5590119B2 (ja) * | 2010-04-07 | 2014-09-17 | トヨタ自動車株式会社 | ダンパ装置 |
| EP3508749A1 (en) * | 2017-12-15 | 2019-07-10 | Otis Elevator Company | Spring useful for elevator safety device |
| US10927915B2 (en) | 2017-12-15 | 2021-02-23 | Otis Elevator Company | Spring useful for elevator safety device |
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