JPS61167727A - 楕円断面素線のコイルばね - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （岐東上の利用分針） この発明は、コイルはね、特に、その素ＩＮが楕円断面
を有するコイルばねに関する。

（従来技術） 従来のコイルばねは、断面円形の素線から構成されてい
るものが大部分であり、このような円形断面は鏝も効率
的な断面形状であると考えられてい友。

また、特殊用途のものとして、素線断面が正方形、艮方
杉のものもあるが、これらのばねの拳位体積に吸収され
るエネルギーは、円形断面のものの場汁の約６０９６慢
度であシ、効率的な断面形状ではない◎ ところで、償円断面を有するコイルばねは古くから文献
等では紹介されているが、その実用化列は少ない。この
ように実用化列が少ない理由としては、■円杉断面のも
のに比べて楕円断面のものは加工がむずかしい、■楕円
の＆ｆｆ１ａ。

短径ｂの比により発生応力が変化し円形哨面よシ効率的
なものを見い出すことが回能である、等があげられる◎ （発明が解決しようとする問題点） 本発明は、楕円断面素巌のコイルばねにおいて、その発
生応力が従来の円形断面のものより小さく、エネルギー
効率の良い特定の楕円形状の断面を有する素線からなる
コイルばねを提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明のコイルばねは、第１図に示すように１その素線
が楕円断面を何し、この楕円の艮匝ａと短径ｂとの比が
、 ６≦Ｃ′≦８のとき、１．０≦８７ｂ≦１．７−０．０
５　Ｃ’ここで、Ｃ’　＝Ｄ　／　ｍ　ｔ　　Ｄ　：断
面中心間のコイル径、 の関係にあるものである。

（ｒμ用） 上記の関係を満たす楕円断面素様のコイルばねにあって
は、ＷｆＴ曲周上の（６カり円Ｉし断面の場ピよシ小さ
い。

特に、　／１）＃１＋０．８５／Ｃ（ただし、Ｃ＝Ｄ　
／　ａ　）の場けは、この応力は峻小となる。

（実施列） 以下、図面を参照にして本発明の実Ｍ　ｉＨＪを詳細に
説明する。

素線が円形断面以外の任意断面ｔ−Ｗするコイルばねに
おいては、従来の材料力学的解法では断面周上の応力を
求めることができない。そこで、本発明において効率的
な楕円断面コイルばねを求めるために、７−リエ展開境
界１ｉ！−Ｐ均去（Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｅｘｐａｎｓｉｏ
ｎ　ＣｏｌｏｃａＬｉｏｎＭｅｔｈｏｄ、　　Ｆ、　Ｅ
％Ｃ，Ｍ）を用いた。この解法は、断面外周境界を多数
の一素に分割し、―素を直−近似し、各−素に沿って、
フーリエ展開を施し、それを境界全域に拡張するという
、弾性学に基づいた１１９１法である。

第１図は本発明の実施列を示すが、図において、素線は
艮匝ａ１短径ｂの、楕円断面を有し、断面中心間のコイ
ル紙がＤのコイルばねについてＦ、Ｅ％Ｃ，Ｍ％を用い
て断面周上の一６カを水めた。

第２図に楕円形状と応力の関係を、Ｃ′をパラメータと
して示す。ここに、Ｃ′は次式で計算されるものである
。

Ｃ’　＝　Ｄ　／へτ この係数Ｃ′は円形断面の場汗（＆／ｂ＝１のと１りに
は、ばね指数Ｄ／ｄとよばれるものである。

４２図において、横軸はコイルばねの軸と垂直方向の素
線の匝ａと軸方向の匝すとの比＆／ｂを示す。

また、縦軸は、楕円断面コイルばねの断面周上の峡大応
力）と、この楕円と同一断面積の円形断面（１″／ｂ＝
１のとき）のコイルはねの未修正応力ちとの比β＝τ、
／τ０を示す。未修正応力τ０は次式で計゛算される。

ここで、丙えは’／ｂ＝１．０上のβの１直は、円形断
面におけるワール修正保叙とよばれるものである。

第２図において： Ｃ′＝３のとき、円形のもの（ａ／ｂ　＝　１　）よシ
βが小さくなるのは、 概略１≦／ｂ≦１．７ Ｃ′＝６のとき、円形のもの（’／ｂ＝　１　）よシβ
が小さくなるのは、 概略１≦ａ／ｂ≦１．４ Ｃ′＝８のとき、円形のもの（＆／ｂ＝　１　）よシβ
が小さくなるのは、 概略ｌ≦／ｂ≦１．３ である。

つまり、はぼ次式のような関係式が成り立つ。

３≦Ｃ′≦６のとき、１．０≦１′／ｂ≦２．０−０．
　Ｉ　Ｃ’、６≦Ｃ′≦８のとき、１．０　≦ａ／ｂ≦
１．７　０．０５　Ｃ’。

当然のことながら、これらの範囲外においては、断面周
上のリカは円形断面の場げに比較してより大きくなり、
本発明の目的であるエネルギー効率の良いばねは得られ
ず、しかも、６寸法が円形断面の機影ｄよυ大きくなる
（ａ／ｂ＜１．０）範囲では、密着艮がより大きくなっ
てしまい、実用的でなくなる。

また、第２図において、６カが峡小となる３４の関係は
、次式で峨略求まる。

（発明の効果） 以上の関係にある本発明の楕円断面ばねを用いれば、素
線が円形断面のばね（／ｂ−１）より応力は小さくでき
、そのため、一定量のエネルギーを吸収する直ｔをよシ
小さくでき、エネルギー効率を向上させることができる
。また、−ｆｆに、ばね寿命は断面周上の最大１６カに
よって決定づけられるので、この発明のばねは円形断面
のばねよシ高寿命となる。

ところで、ばねの密着艮Ｈ！Ｉは一般に、八＝（Ｎ−Ｑ
、５）ｔ（ここで、Ｎはコイルの略巻数、ｔは素板の縦
刃同寸法）により算出されるが、この発明の楕円断面の
６寸法は円形喀血の巌匝ｄより小さいので、ばねの密着
艮を円形断面のコイルばねより小さくできる。

これらから、ばね全体がコン７くクトな設計となり、非
常に効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の楕円断面素紛のコイルばねの縦断面図
（ＪＬ）とその一部拡大図（ｂ）、第２図は撰円杉状と
リカの関係を示すグラフである。 ａ：断面楕円の長径、ｂ＝＠而楕面の短径Ｄ：断面中心
間のコイル匝 特許出願人　　村田発條味式会仕 出願人代理人　弁理士　佐　　藤　　文　　男（ほか１
名）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）素線が楕円断面を有し、この楕円の長径ａと短径
   ｂとの比が次の関係にあることを特徴とする楕円断面素
   線のコイルばね。 ３≦Ｃ′≦６のとき、１．０≦ａ／ｂ≦２．０−０．１
   Ｃ′、６≦Ｃ′≦８のとき、１．０≦ａ／ｂ≦１．７−
   ０．０５Ｃ′、ここで、Ｃ′＝Ｄ／√（ａｂ）、Ｄ：断
   面中心間のコイル径。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、ａ／ｂが次の関
   係にあることを特徴とする楕円断面素線のコイルばね。 （ａ／ｂ）≒１＋（０．８５／Ｃ）、 ここでＣ＝Ｄ／ａ。