KR20060041740A - 코일 스프링 및 현가 장치 - Google Patents

Abstract

기하학적인 중심축선에 대해 오프셋된 하중축을 갖는 코일 스프링 및 그와 같은 코일 스프링을 이용한 차량용 현가 장치를 제공한다.

권취 직경이, 축선방향에 대해, 단부보다도 중간부에서 커지도록 코일 스프링(1)이 권취되고, 한쪽 측부 위치(8)에서는 코일의 윤곽이 바깥쪽으로 볼록 형상을 이루도록 팽창 돌출하고 있다. 즉, 코일의 윤곽이 특정한 측방향으로부터 보았을 때에 D자형을 이룬다. 이로써, 좌굴 변위를 받지 않고, 그 축선에 대해 평행하게 오프셋된 하중축선을 갖는 코일 스프링이 실현된다.

Description

코일 스프링 및 현가 장치{COIL SPRING AND SUSPENSION SYSTEM}

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 D형 압축 코일 스프링의 측면도 및 저면도,

도 2a 및 도 2b는 종래 기술에 따른 통상의 압축 코일 스프링의 측면도 및 저면도,

도 3은 본 발명에 따른 D형 압축 코일 스프링의 종래 기술에 따른 통상의 압축 코일 스프링의 권취 직경 분포를 나타낸 그래프,

도 4는 본 발명에 따른 D형 압축 코일 스프링의 압축 변형을 받는 형상을 도시한 측면도,

도 5는 종래 기술에 따른 만곡 압축 코일 스프링의 압축 변형을 받는 형상을 도시한 측면도,

도 6은 도 4 및 도 5에 도시한 압축 코일 스프링의 압축 변형에 따라서, 달성되는 횡방향의 하중축선의 오프셋량에 대한 코일의 횡방향의 튀어나온 양을 나타낸 그래프,

도 7은 본 발명에 따른 D형 압축 코일 스프링이 적용된 차륜 현가 장치를 도시하한 모식적인 정면도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1 : D형 압축 코일 스프링 3, 4 : 코일 와이어

5 : 중심축선 6, 7 : 하중축선

11 : 차체 12 : 휠 캐리어

13 : 링 부재 14 : 스트럿 조립체

15 : 쇼크 업소버 16 : 압축 코일 스프링

본 발명은 기하학적인 중심축선에 대해 오프셋된 하중축을 갖는 코일 스프링 및 그러한 코일 스프링을 이용한 차량용 현가 장치에 관한 것이다.

종래부터, 자동차 등에 이용되고 있는 예컨대 스트럿형 현가 장치(strut suspension)에 있어서, 내부에 오일이 충전된 실린더와, 거기에 수용된 피스톤을 갖는 통형 쇽 업소버(shock absorber)와 이것을 둘러싸도록 설치된 압축 코일 스프링으로 이루어지는 조립체를 차체와 휠 캐리어(wheel carrier)를 연결하도록 조립되어 있는 것이 있다. 그런데, 타이어로부터의 입력이 반드시 쇽 업소버의 하중축선과 일치하지 않고, 횡하중을 수반하기 때문에, 쇽 업소버의 실린더와 피스톤의 미끄럼 운동부에 횡하중 및 모멘트가 작용하고, 미끄럼 저항이 발생하여 승차감을 손상시키는 동시에 쇽 업소버의 수명도 짧게 하는 문제가 있었다.

그래서, 종래부터, 쇽 업소버의 하중축선에 대해, 오프셋하여 코일 스프링을 장착하고, 코일 스프링이 발생하는 횡하중 및 모멘트에 의해, 쇽 업소버의 실린더와 피스톤의 미끄럼 운동부에 발생하는 횡하중 및 모멘트를 저감하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 오프셋량이 코일 스프링의 직경, 부착 스페이스 등의 제약을 받고, 타이어로부터의 입력에 의해 받는 횡하중 및 모멘트를 완전히 제거하는데 충분한 횡하중 및 모멘트를 발생할 수 없었다.

일본 특허 공개 제 1989-156119 호 공보에는, 자유 상태에서는 하중축선이 만곡하고 있도록 코일 스프링을 이용하여, 쇽 업소버의 실린더와 피스톤의 미끄럼 운동부에 발생하는 횡하중 및 모멘트를 저감하는 것이 제안되어 있다. 그러나, 만곡한 코일 스프링을 어느 것과 같이 하여 신장 상태로 유지할 수 있는 것이 명확하지 않고, 또한 차륜 현가 장치에 적합하도록 만곡한 코일 스프링은 저비용으로 제조할 수 없다. 더구나, 이러한 코일 스프링은 사용시에 큰 좌굴(挫屈) 변위를 받기 때문에, 부착 스페이스가 한정된 용도, 특히 차륜 현가 장치에 적용하는 것이 실용상 불가능하였다.

그래서, 동일 출원인에 의한 일본 특허 공개 제 2002-521266 호 공보에 있어서, 하중축선에 대해 경사진 하중축선을 갖는 코일 스프링 및 그러한 코일 스프링을 이용한 차륜 현가 장치가 제안되었다. 이로써, 좌굴 변위를 거의 따르지 않고, 하중축선을 하중축선에 대해 경사시킬 수 있고, 쇽 업소버의 실린더와 피스톤의 미끄럼 운동부에 발생하는 횡하중 및 모멘트를 저감할 수 있다. 그 후의 발명자에 의한 연구에 따르면, 권취 직경의 분포를 적절하게 정하면, 죄굴 변위를 받지 않 고, 그 하중축선에 대하여 평행하게 오프셋된 하중축선을 갖는 코일 스프링을 실현할 수 없다는 것을 알게 되었다. 특히, 코일 스프링의 하중축선에 대해 경사지고, 또한 평행하게 오프셋된 하중축선을 갖는 코일 스프링을 실현할 수 있다면, 보다 한층 적합하게 횡하중 및 모멘트를 저감할 수 있다는 것을 알게 되었다.

이러한 종래 기술의 문제점 및 발명자의 지견을 감안하여, 본 발명의 주요 목적은, 부착 하중축선 혹은 기하학적 하중축선에 대해 대략 평행하게 오프셋된 하중축선을 갖고, 더구나 압축 변형시에 좌굴 변위를 받는 않는 코일 스프링을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 2 목적은 이러한 코일 스프링을 이용한 차량용 현가 장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적은, 본 발명에 따르면, 권취 직경이, 축선방향에 대해, 단부보다도 중간부에서 커지도록 감긴 코일 스프링에 있어서, 상기 축선방향에 대해 직교하는 투영면상에서 보았을 때에, 코일 와이어가 그 대략 전체 길이에 걸치고, 한쪽 측부에서 서로 정합하고(즉, 코일 스프링의 외경을 잇는 선이 코일의 중심축선과 대략 평행해짐), 상기 한쪽 측부에 대향하는 다른쪽 측부에서, 상기 코일 스프링 중간부의 코일 와이어가 가장 외측에 연장하고 있는 것을 특징으로 하는 코일 스프링(이하 「D형 압축 코일 스프링」이라고 함)을 제공함으로써 달성된다.

또한, 본 발명에 따르면, 이러한 압축 코일 스프링을 이용한 차량용 현가 장 치가 제공된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 보다 자세하게 설명한다.

도 2a 및 도 2b는 종래 형식의 위치 권부를 구비한 압축 코일 스프링(2)을 도시한다. 일반적으로, 코일 와이어(4)를 중심축선(5) 주위에 감는 것에 의해 형성되지만, 권수가 한정되어 있고, 중심축선(5) 주위에 완전히 대칭되지 않기 때문에, 하중축선(6)은 중심축선(5)에 대해 약간 경사져 있다. 하중축선(6)과는 중심축선(5)의 방향으로 부하를 가했을 때에 스프링(2)에 발생하는 반력의 방향과 고려할 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 D형 압축 코일 스프링(1)을 도시한다. 한쪽 측부 위치(8)를 권취 직경을 변경하는 기준 위치로 하고, 한쪽 측부 위치(8)를 익는 직선(8')이 중심축선(양쪽 위치면의 중심 위치를 잇는 부착축선)(5)에 대해 대략 평행을 이루고 있다. 더욱이, D형 압축 코일 스프링(1)의 축선방향 각 단부로부터, 축선방향 중간 위치에 걸쳐서, 코일 와이어(3)의 권취 직경이 순차적으로 증대하게 되어 있다. 따라서, 한쪽 측부 위치(8)에 대향하는 다른쪽 측부 위치(9)에 있어서, 코일 와이어(3)가 중심축선(5)으로부터 가장 외측으로 돌출하고, 바깥 방향으로 볼록부를 이룬 곡선(9')을 따라 위치하게 된다.

도 3은 양자의 압축 코일 스프링(1, 2)의, 권수 환산의 축선방향 위치에 대 한 코일 와이어의 권취 직경을 도시한 그래프이다. 종래 형식의 압축 코일 스프링(2)에서는, 위치 권취부에서는 권취 직경이 작지만, 나머지 부분에서는 권취 직경이 일정하다. D형 압축 코일 스프링(2)에서는, 축선방향 각 단부로부터, 축선방향 중간 위치에 걸쳐서, 코일 와이어(3)의 권취 직경이 순차적으로 증대하고 있다. 또한, 도 la에 도시한 바와 같이, 한쪽 측부 위치(8)와 다른쪽 측쪽 위치(9)를 있는 잇는 면에 대해 직교하는 방향으로부터 보았을 때에, 한쪽 측부 위치(8)에서는, 코일의 윤곽이 축선방향으로 일직선에 정렬하고 있는 것에 비해, 다른쪽 측부 위치(9)에서는, 코일의 윤곽이 바깥쪽으로 볼록 형상을 이루도록 팽창 돌출하고 있다. 즉, 코일의 윤곽이 특정한 측방향으로부터 보았을 때에 D자형을 이룬다.

D형 압축 코일 스프링(1)에 있어서는, 위치면의 중심 위치를 잇는 축선방향에 대해, 코일 와이어(3)의 큰 부분이 다른쪽 측부 위치(9)쪽에 편위되어 존재하기 때문에, 코일 와이어(3)의 각 점에 발생하는 반력의 합력이 중심축선으로부터 다른쪽 측부 위치(9)의 방향으로 오프셋되는 것이 고려된다. 즉, 종래 형식의 압축 코일 스프링의 하중축선(6)이, D형 압축 코일 스프링(1)에서는, 하중축선(7)에서 나타낸 위치에 변위한다. D형 압축 코일 스프링은 여러 가지 방법으로 제조할 수 있다.

(1) 통상의 코일 스프링의 한쪽 측부 위치(8)를 지그(jig)에 의해 구속한 상태에서, 위치 권취부를 형성하기 위한 피그 테일러(pig-tailer)를 이용하여, 코일 와이어의 각 단부를 파지하고, 그를 감아 체결함으로써, 원하는 형상으로 마무리한다.

(2) 코일링 머신을 이용하여 통형의 코일 스프링을 형성하고, 그것을 굽혀 변형시켜, 원하는 형상으로 마무리한다.

(3) 확대·수축가능한 코어를 이용하여, 코일 와이어를 냉간 또는 열간으로 확대한 코어에 권취하고, 원하는 형상으로 마무리한 후, 코어를 수축시켜서, 코일로부터 뽑아낸다.

(4) 핀 또는 롤을 이용한 냉간 성형으로 의해 원하는 형상으로 마무리한다.

이러한 코일 스프링에 있어서는, 코일 스프링의 부착축선과 하중축선이 서로 오프셋한 동시에, 좌굴 변형량을 최소화하는 것이 바람직하다. 부착 스페이스가 한정된 위치에 코일 스프링을 부착할 경우가 많기 때문이다. 종래 기술에 따른 만곡 코일 스프링의 경우에는, 압축 변형에 따라, 코일 스프링의 만곡이 증대한다. D형 압축 코일 스프링의 경우에는, 압축 변형하여도, 코일 와이어가 어느 방향으로 튀어나오지도 않는다.

도 4 및 도 5는 D형 코일 스프링 및 만곡 코일 스프링이 압축 변형했을 때의 형상을 도시한 것으로, 코일 와이어의 튀어나온 양을 ΔR에 의해 나타낸다. 도 6은 이들 2종류의 용수철에 관하여, 달성되는 하중축 오프셋량에 대한 코일 와이어의 튀어나온 양(ΔR)을 도시한 그래프이고, 만곡 코일 스프링의 경우에는, 하중축 오프셋량을 증대시키려고 하면, 코일 와이어의 튀어나온 양(ΔR)도 증대하고, 부착 스페이스의 제약을 받는 것에 대해, D형 압축 코일 스프링에서는, 하중축 오프셋량을 증대시켜도, 코일 와이어가 외측으로 거의 튀어나오지 않고, 부착 스페이스의 제약을 받지 않는 것이 이해된다.

도 7은 본 발명이 적용된 차량용 현가 장치의 주요부를 모식적으로 도시한 일부 파단 부분 정면도이다. 타이어(19)는 휠 캐리어(12)에 장착되고, 휠 캐리어(12)의 하단부는 링크 부재(13)를 거쳐서, 차체(11)의 하부에 요동가능하게 장착되고, 휠 캐리어(12)의 상단부가 스트럿 조립체(14)를 거쳐서 차체 상부에 부착되어 있다. 스트럿 조립체(14)는 통형 오일 댐퍼(oil damper)로 이루어진 쇽 업소버(15)와, 이 쇽 업소버(15)의 실린더와 피스톤의 상단부 사이에 스프링 위치(17, 18)를 가져서 유지된 압축 코일 스프링(16)으로 이루어진다. 상측의 스프링 위치(17)는 쇽 업소버(15)의 피스톤의 상단부와, 차체(11)에 고무 부싱 등을 거쳐서 회전가능하게 부착되고, 하측의 스프링 위치(18)는 쇽 업소버(15)의 실린더의 외주에 일체적으로 결합되어 있다.

여기서, 압축 코일 스프링(16)의 중심축선(21)은 노면과 차체 사이에 작용하는 노면 반력으로서의 하중 축선(22)에 대해 일치하지 않는다. 노면측에서의 노면 반력(22)은 휠 캐리어(12)로부터 외측으로 격리한 타이어(19)로부터 받는 것에 대해, 압축 코일 스프링(16)은 휠 캐리어(12)에 부착된 것을 얻지 않기 때문이다. 그 때문에, 통상의 압축 코일 스프링을 이용할 경우에는, 쇽 업소버의 실린더와 피스톤의 미끄럼 운동부에 횡하중 및 모멘트가 작용하고, 각종 문제의 원인이 된다. 그런데, 본 발명에 따른 D형 압축 코일 스프링을 이용하면, 참조부호(23)로 도시한 바와 같이, 하중축선을 중심축선에 대해 평행하게 오프셋할 수 있고, 이러한 횡하중 및 모멘트의 발생을 최소화할 수 있다.

특히, 동일 출원인에 의한 일본 특허 공개 제 2000-562229 호 공보에 있어서 제안되어 있는 바와 같은 수직한 축선을 따라 각 권취된 것에 일정한 권취 방향 각도 위치에서, 스프링의 소선을 따르는 길이의 변화량에 대한 소선상이 대응하는 점의 높이의 변화량으로서 주어진 피치가 코일의 대략 전체 길이에 걸쳐서, 단지 1회만 극대 및 극소가 되도록 권취된 코일 스프링을 그 수직축선 방향으로 신축하도록 유지하여 이루어짐으로써, 그 신축에 따라, 양단부 간에 횡방향력이 발생하기에 적합한 압축 코일 스프링에, D형 압축 코일 스프링의 특징을 조립하면, 하중축선의 오프셋량 및 경사량을 독립하여 제어할 수 있고, 모든 장소에 있어서 횡하중 및 모멘트의 발생을 최소화할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명했지만, 당업자에 본 발명의 청구범위를 벗어나지 않고, 여러 가지의 변경을 할 수 있을 것이다.

이와 같이 함으로써, 부착축선 혹은 기하학적인 축선과 하중축선을 대략 평행하게 오프셋시킬 수 있다. 따라서, 이러한 코일 스프링을 이용하면, 차량용 현가 장치 등에 있어서, 코일 스프링의 부착축선과 코일에 가해지는 하중의 축선이 일치하지 않는 것에 의한 문제를 해소할 수 있다. 특히, 이러한 코일 스프링을 스트럿형 차량용 현가 장치를 이용하면, 쇽 업소버의 피스톤과 실린더 사이에 작용하는 횡력을 극소화함으로써, 쇽 업소버의 실린더와 피스톤 사이에 발생하는 횡력에 기인한 미끄럼 운동 저항을 바람직하게 저감할 수 있고, 승차감을 개선하고, 쇽 업소버의 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 권취 직경이 단부로부터 중간부에 걸쳐서 서서히 커지도록, 코일 와이어가 감겨 있으므로, 인접한 권취부 사이에서 권취 직경이 급격하게 변화되는 것을 회피할 수 있다. 권취 직경이 급격하게 변화되면, 좌굴 변위가 발생하기 쉬워져서, 코일 스프링의 용도가 한정된다. 더욱이, 중간부가 축선방향의 중심점에 위치할 필요는 없고, 설치 스페이스의 요청에 따라서, 중간부가 축선방향의 중심점에 대해 상측 또는 하측에 오프셋되어 있어도 좋다.

Claims (4)

1. 축선방향에 대해, 권취 직경이 단부보다도 중간부에서 커지도록 감긴 코일 스프링에 있어서,

   상기 축선방향에 대해 직교하는 투영면상에서 보았을 때에, 코일 와이어가 대체로 전체 길이에 걸쳐서, 한쪽 측부에서 서로 정합하고, 상기 한쪽 측부에 대향하는 다른쪽 측부에서, 상기 코일 스프링 중간부의 코일 와이어가 가장 외측으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는

   코일 스프링.
2. 제 1 항에 있어서,

   권 직경이 상기 단부로부터 상기 중간부에 걸쳐서 서서히 커지도록, 상기 코일 와이어가 감겨 있는 것을 특징으로 하는

   코일 스프링.
3. 차체와 차륜 사이에, 통형 쇽 업소버와, 상기 쇽 업소버를 둘러싸는 압축 코일 스프링을 갖는 차량용 현가 장치에 있어서,

   상기 압축 코일 스프링이, 그 권취 직경이, 축선방향에 대해, 단부보다도 중간부에서 커지도록 감겨 있고, 상기 축선방향에 대해 직교하는 투영면상에서 보았을 때에, 코일 와이어가 그 대략 전체 길이에 걸쳐서, 한쪽 측부에서 서로 정합하 고, 상기 한쪽 측부에 대향하는 다른쪽 측부에서, 상기 코일 스프링 중간부의 코일 와이어가 가장 외측으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는

   차량용 현가 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   권취 직경이 상기 단부로부터 상기 중간부에 걸쳐서 서서히 커지도록, 상기 코일 와이어가 감겨 있는 것을 특징으로 하는

   차량용 현가 장치.

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