KR20180066277A - 현가 코일 스프링 - Google Patents

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KR20180066277A
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seat
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KR1020187016169A
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히로노부 사야마
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미쓰비시 세이코 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 압축 상태에서의 휨량 및 쇽 업소버에 발생하는 마찰을 저감할 수 있는 현가 코일 스프링으로서, 현가 코일 스프링(10)은 자동차용 스트럿형 현가 장치(12)에 있어서 상측 시트(22)와 하측 시트(24)의 사이에 장착되는 현가 코일 스프링(10)이며, 상기 상측 시트(22)에 안착되는 상측 엔드 코일(32)과, 장착 상태에서 곡률이 가장 큰 부위가 차외측에 위치하도록 형성된 권취를 하나 이상 가지는 스프링 유효부(11)와, 하측 엔드 코일(34) 중심점으로부터 차외측에 위치하는 1개소의 하측 접촉점(P3)에서 상기 하측 시트(24)에 접촉하여 안착되는 하측 엔드 코일(34)을 포함한다.

Description

현가 코일 스프링{SUSPENSION COIL SPRING}
본 발명은 자동차용 스트럿형 현가 장치에 사용되는 현가 코일 스프링에 관한 것이다.
근래 자동차용 현가 장치로 널리 보급되어 있는 스트럿형 현가 장치는 실린더 및 실린더에 미끄럼 가능하게 지지되는 로드(rod)를 갖는 쇽 업소버(shock absorber)를 휠에 대한 위치 결정용 지주(支柱, 스트럿)로 하여 구성되며, 현가 코일 스프링이 로드 및 실린더의 외주에 설치되어 있다.
상기 구성에서, 로드 상단측은 스트럿 마운트 등을 사이에 두고 차체에 연결되며, 실린더 하단측은 휠을 회전 가능하게 지지하는 너클에 강체 결합되어 있다. 너클은 로어 암을 사이에 두고 차체에 피봇 결합되어 있다. 또한, 현가 코일 스프링은 로드 상단이 고정되는 상측 시트와 실린더 하단이 고정되는 하측시트 사이에서 압축 상태로 설치된다.
이와 같은 스트럿형 현가 장치는 다른 독립 현가식과 비교하여 부품 수가 적고 구조가 간단하며 설치 공간이 작게 든다는 장점이 있다.
그러나, 스트럿형 현가 장치에서는 스트럿 축과 하중 입력축(타이어 접지점과 스트럿 어퍼 마운트 지점을 연결한 축)의 어긋남에 의해 굽힘 모멘트가 발생한다. 이 굽힘 모멘트는 쇽 업소버의 미끄러짐 방향과는 다른 방향인 횡방향의 힘(횡력)을 발생시키고, 로드의 마찰을 증가시켜서 쇽 업소버의 원활한 동작을 방해하여 차량 승차감을 악화시키는 요인이 된다.
이러한 굽힘 모멘트를 저감하기 위하여, 다양한 형상의 현가 코일 스프링이 제안되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에서는, 현가 코일 스프링을 스트럿에 대해 편심시키고, 편심시켜 연결되게 설치한 피그 테일 엔드 코일을 가지는 구성이 제안되어 있다. 특허문헌 2에서는, 스프링 중심선이 무부하 상태에서 S자 형상으로 되도록 구성된 현가 코일 스프링이 제안되어 있다.
또한, 특허문헌 3에서는, 엔드 코일부에 복수의 돌기가 설치되고, 걸리는 하중의 크기에 따라 선택적으로 돌기부가 스프링 시트에 접촉하는 현가 코일 스프링이 제안되어 있다. 또한, 특허문헌 4에서는, 상측 엔드 코일 및 하측 엔드 코일에 각각 강(强) 접촉부가 설치된 현가 코일 스프링이 제안되어 있다.
특허문헌 1 : 일본국 공개실용신안공보 실공소58-032970호 특허문헌 2 : 일본국 특허공보 제2642163호 특허문헌 3 : 일본국 특허공보 제4336203호 특허문헌 4 : 유럽 공개특허공보 제728602호
그러나, 특허문헌 1에 개시되어 있는 현가 코일 스프링은 스트럿에 대해 편심되어 있으므로 소형화하기 어려울 가능성이 있다. 또한, 현가 코일 스프링의 하부에 피그테일 엔드 코일을 편심시켜 연결되도록 설치하는 구성에서는 굽힘 모멘트를 충분히 저감하는 효과를 얻을 수 없을 가능성이 있다. 특허문헌 2에 개시되어 있는 현가 코일 스프링은 S자 형상이므로 일정한 공간이 필요하게 되어 소형화하기가 어렵다는 문제점이 있다.
또한, 특허문헌 3에 개시되어 있는 현가 코일 스프링은 엔드 코일부에 복수의 돌기를 설치할 필요가 있어서 제조 공정이 복잡해진다는 문제점이 있다. 특허문헌 4에 개시되어 있는 현가 코일 스프링은 강(强) 접촉부가 엔드 코일의 소선(素線)상 한 점이므로, 특히 스프링 반력의 상측 시트에 대한 작용점(상측 하중 위치)을 엔드 코일의 중심으로 할 수 없어서 굽힘 모멘트를 저감하기 어려울 가능성이 있다.
또한, 스트럿형 현가 장치에서는, 하중 입력축과 현가 코일 스프링 중심축의 불일치에 의해, 특히 현가 코일 스프링의 외경(폭)에 대해 높이를 크게 한 경우 압축 상태에서의 휨량이 커지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 것들을 고려하여 이루어진 것으로서, 압축 상태에서의 휨량 및 쇽 업소버에 발생하는 마찰을 저감할 수 있는 현가 코일 스프링을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제는, 제1 관점으로부터는,
자동차용 스트럿형 현가 장치에 있어서 상측 시트와 하측 시트의 사이에 장착되는 현가 코일 스프링으로서,
상기 상측 시트에 안착되는 상측 엔드 코일과,
장착 상태에서 곡률이 가장 큰 부위가 차외측에 위치하도록 형성된 권취를 하나 이상 가지는 스프링 유효부와,
하측 엔드 코일 중심점으로부터 차외측에 위치하는 1개소의 하측 접촉점에서 상기 하측 시트에 접촉하여 안착되는 하측 엔드 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 현가 코일 스프링에 의해 해결된다.
본 발명의 실시형태에 의하면, 압축 상태에서의 휨량 및 쇽 업소버에 발생하는 마찰을 저감할 수 있는 현거 코일 스프링을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태인 현가 코일 스프링의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태인 현가 코일 스프링이 조립된 스트럿형 현가 장치의 구성을 나타내는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태인 현가 코일 스프링의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태인 현가 코일 스프링의 스프링 유효부의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시형태인 현가 코일 스프링의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시형태인 현가 코일 스프링의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5c는 본 발명의 일 실시형태인 현가 코일 스프링의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태인 현가 코일 스프링의 제1 변형예를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태인 현가 코일 스프링의 제2 변형예를 나타내는 사시도이다.
이하에서, 도면을 참조하여 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 설명한다. 각 도면에 있어서, 동일한 구성 부분에는 동일한 부호를 붙이며 중복되는 설명을 생략하는 경우가 있다.
도 1 및 도 3은 본 발명의 일 실시형태인 현가 코일 스프링(10)을 예시하는 도면이다. 또한, 도 2는 현가 코일 스프링(10)이 조립된 스트럿형 현가 장치(12)(이하, 현가 장치(12)라고만 한다)를 예시하는 도면이다. 한편, 도 2에서는, 현가 코일 스프링(10)인 상단 지지 부분을 제외한 부분에 대해서는 이점쇄선으로 나타내고 있다. 또한, 이하에 나타내는 도면에 있어서, 화살표의 IN 방향은 차체측(車體側)을 나타내고, OUT 방향은 차외측(車外側)을 나타내고 있다.
우선, 현가 장치(12)의 구성에 대해 설명한다.
현가 장치(12)는 도 2에 나타내는 바와 같이 차륜(44)을 위치 결정하기 위한 지주(스트럿)로서 쇽 업소버(14)를 구비하고 있다. 쇽 업소버(14)는, 가스, 오일 등 유체가 봉입된 실린더(16)와, 실린더(16) 내에 미끄럼 가능하게 배치된 피스톤(도시 생략)에 연결되어 실린더(16)로부터 상방으로 돌출하는 로드(18)를 구비하고 있다.
로드(18)는 상단부가 스트럿 마운트(20)를 사이에 두고 자동차의 차체(30)에 탄성적으로 연결되어 있다. 또한, 로드(18)의 상단측에는 상측 시트(22)가 설치되고, 실린더(16)의 중단 부분에는 하측 시트(24)가 설치되어 있다.
현가 코일 스프링(10)은 쇽 업소버(14)의 외주 위치에서 상측 시트(22)와 하측 시트(24)의 사이에 압축 상태로 설치된다. 이 결과, 장착 상태의 현가 코일 스프링(10)에는 스프링 반력(WR)이 발생한다. 이하의 설명에서는 스프링 반력(WR)이 작용하는 축선을 스프링 반력축(AR)이라고 한다.
쇽 업소버(14)의 하단부는 차륜(44)을 회전 가능하게 지지하는 너클(26)에 강체 결합되어 있다. 너클(26)은 로어 암(28)을 사이에 두고 자동차의 차체(30)에 피봇 결합되어 있다.
이와 같은 구성에 의해, 너클(26)에 축 지지되는 차륜(44)은 쇽 업소버(14) 및 현가 코일 스프링(10)을 사이에 두고 차체(30)를 지지하면서 로어 암(28)을 사이에 두고 차체(30)를 지지한다.
이어서, 현가 코일 스프링(10)의 구성에 대해 설명한다.
도 1은 자유 상태의 현가 코일 스프링(10)을 예시하는 정면도이다. 현가 코일 스프링(10)은, 스프링 유효부(11)의 상측에 상측 시트(22)에 안착되는 상측 엔드 코일부(32)가 형성되고, 하측에 하측 시트(24)에 안착되는 하측 엔드 코일부(34)가 형성되어 있다.
본 실시형태에 따른 현가 코일 스프링(10)은, 하중이 걸리지 않는 자유 상태에서 스프링 유효부(11)의 외형선(m)이 일직선이 되도록 구성되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 자유 상태에서 스프링 유효부(11)의 상측 엔드 코일부(32), 하측 엔드 코일부(34) 및 각 엔드 코일부로의 이행부를 제외한 부분의 코일을 정면에서 보았을 때의 외경(D)은 일정한 크기로 형성되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
현가 코일 스프링(10)은, 상측 엔드 코일부(32)가 상측 시트(22)에 안착하고 하측 엔드 코일부(34)가 하측 시트(24)에 안착하여 압축된 상태에서 현가 장치(12)에 장착된다. 현가 장치(12)의 상측 시트(22) 및 하측 시트(24)는 도 2에 나타내는 바와 같이, 대략 원판 형상으로 형성되어 있고, 각각의 중앙 위치에는 리브 형상의 장착부(22a,24a)가 형성되어 있다. 현가 코일 스프링(10)의 상측 엔드 코일부(32)는 장착부(22a)가 내부에 삽입되도록 상측 시트(22)에 장착된다. 또한, 하부 엔드 코일부(34)는 장착부(24a)가 내부에 삽입되도록 하측 시트(24)에 장착된다. 이와 같은 구성에 의해, 현가 코일 스프링(10)은 상측 시트(22)와 하측 시트(24)의 사이에서 위치 결정된다.
여기에서, 현가 코일 스프링(10)의 상측 엔드 코일부(32) 및 하측 엔드 코일부(34)의 구성, 상측 엔드 코일부(32)와 상측 시트(22)의 접촉 위치 및 하측 엔드 코일부(34)와 하측 시트(24)의 접촉 위치에 대해 설명한다.
한편, 이하의 설명에서, 상측 엔드 코일부(32)의 중심 위치를 상측 엔드 코일 중심점(CMU)이라 하고, 하측 엔드 코일부(34)의 중심 위치를 하측 엔드 코일 중심점(CML)이라 한다(도 3 참조).
또한, 상측 엔드 코일 중심점(CMU)을 지나며 자동차의 차체 전후 방향으로 연장되는 선분을 상측 전후 방향선(FBU)이라 하고, 상측 엔드 코일 중심점(CMU)을 지나며 자동차의 차체 좌우 방향으로 연장되는 선분을 상측 좌우 방향선(RLU)이라 한다. 마찬가지로, 하측 엔드 코일 중심점(CML)을 지나며 자동차의 차체 전후 방향으로 연장되는 선분을 하측 전후 방향선(FBL)이라 하고, 하측 엔드 코일 중심점(CML)을 지나며 자동차의 차체 좌우 방향으로 연장되는 선분을 하측 좌우 방향선(RLL)이라 한다.
본 실시형태에 따른 현가 코일 스프링(10)은, 하측 시트(24)와 하측 엔드 코일부(34)가, 하측 엔드 코일부(34) 상에서 하측 엔드 코일부(34)의 중심점(CML)보다 차외측에 위치하는 1개소의 하측 접촉점(P3)에서 실질적으로 접촉하도록 형성되어 있다.
여기에서, 하측 시트(24)와 하측 엔드 코일부(34)가 1개소의 하측 접촉점(P3)에서 실질적으로 접촉함이란 하측 엔드 코일부(34)의 하측 접촉점(P3) 이외의 위치(이하, P3 이외 위치라고 한다)가 하측 시트(24)와 접촉하더라도 이 P3 이외 위치에 작용하는 하중이 하측 접촉점(P3)에 작용하는 하중에 비해 작음을 의미한다.
하측 엔드 코일부(34)는 도 1에 나타내는 바와 같이, 스프링 유효부(11)의 외형선(m)에 직교하는 방향에 대해 각도(α)를 형성하는 역 피치(피치가 감소하도록 스프링 소선이 감겨지는 것)로 되어 있다. 또한, 하측 접촉부(P3)는 도 3에 나타내는 바와 같이, 하측 좌우 방향선(RLL) 상에서 하측 엔드 코일 중심점(CML)으로부터 차외측으로 거리 L 만큼 이격된 위치에 설치되어 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 현가 코일 스프링(10)은, 상측 엔드 코일부(32)의 권수가 0.5권(180°권)이며, 스프링 보유부(11)에 연결되는 부분에서 굴곡하여 도 1 및 도 3에 나타내는 상측 접촉부(P1,P2)에서 주로 상측 시트(22)에 접촉하도록 형성되어 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 상측 엔드 코일부(32)는 대략 반원호 형상으로 상측 전후 방향선(FBU)으로부터 차외측에 위치하도록 구성되어 있다. 또한, 상측 엔드 코일부(32)의 상측 접촉부(P1,P2)는 상측 전후 방향선(FBU)상에서 서로 180° 이격되어 설치되며, 상측 접촉부(P1,P2)를 잇는 선분과 상측 전후 방향선(FBU)이 중첩되도록 구성되어 있다.
여기에서, 상측 엔드 코일부(32)의 상측 접촉부(P1)는 현가 코일 스프링(10)을 구성하는 스프링 소선의 단부이다. 또한, 상측 접촉부(P2)는 상측 접촉부(P1)로부터 0.5권의 위치(상측 접촉부(P1)로부터 180° 감은 위치)에서 스프링 유효부(11)에 연결되는 부분이다. 상측 엔드 코일부(32)는 상측 좌우 방향선(RLU)에 대해 대략 대칭이 되도록 구성되어 있다.
상기 구성에 의해, 현가 코일 스프링(10)의 상측 엔드 코일부(32)는 실질적으로 상측 접촉부(P1,P2)만이 상측 엔드 코일부(32)의 다른 부위보다도 강하게 상측 시트(22)에 접촉하여 현가 장치(12)에 장착된다. 현가 코일 스프링(10)이 현가 장치(12)에 장착된 상태에서, 상측 접촉부(P1,P2)는 상측 전후 방향선(FBU) 상에 위치하고, 상측 접촉부(P1)와 상측 접촉부(P2)의 대략 중앙 위치가 상측 엔드 코일 중심점(CMU)이 된다.
여기에서 상측 시트(22)와 상측 엔드 코일부(32)가 2개소의 상측 접촉점(P1,P2)에서만 실질적으로 접촉함이란, 상측 엔드 코일부(32)의 상측 접촉점(P1,P2) 이외의 위치(이하, P1,P2 이외 위치라고 한다)가 상측 시트(22)에 접촉하더라도 이 P1,P2 이외 위치에 작용하는 하중이 상측 접촉점(P1,P2)에 작용하는 하중에 비해 작음을 의미한다.
이어서, 도 2에 근거하여 현가 코일 스프링(10)을 장착한 현가 장치(12)에 작용하는 하중에 대해 설명한다.
도 2에서, AS는 쇽 업소버(14)의 중심축인 스트럿 축, AK는 차륜(44)의 조타 중심축인 킹 핀 축, AL은 로어 암(28)의 중심축인 로어 암 축, 또한, AA는 노면으로부터 쇽 업소버(14)로의 하중 입력축이다.
현가 장치(12)에는 노면으로부터의 노면 반력(W)이 차륜(44)의 접촉면 중심 위치로부터 연직 방향으로 작용한다. 또한, 노면 반력(W)에 대항하는 하중 축선력(WU)은 현가 장치(12)에 대해 쇽 업소버(14)의 상단으로부터 하중 입력축(AA)을 따라 작용한다. 노면 반력(W)과 하중 축선력(WU)의 합성력인 로어 암 축력(WC)은 로어 암 축(AL)을 따라 로어 암(28)의 근원부(根元部)에 작용한다.
노면으로부터 차륜(44)을 사이에 두고 노면 반력(W)이 현가 장치(12)에 입력되어 하측 시트(24)에 대해 현가 코일 스프링(10)이 변위된 경우, 하측 접촉점(P3)에 더해 P3 이외 위치가 하측 시트(24)에 접촉하는 경우를 생각할 수 있다.
그러나, 이러한 접촉시에 P3 이외 위치에 작용하는 하중은 하측 접촉점(P3)에 작용하는 하중에 비해 작은 것이 된다. 따라서, P3 이외 위치가 하측 시트(24)에 접촉하는 경우이더라도, 스프링 반력(WR)은 주로 하측 접촉점(P3) 또는 이에 가까운 위치에 작용하게 된다.
여기에서, 하중 축선력(WU)이 작용하는 하중 입력축(AA)과 현가 코일 스프링(10)의 스프링 반력(WR)이 작용하는 스프링 반력축(AR)에 주목한다.
본 실시형태에서 하측 시트(24)와 하측 엔드 코일부(34)가 실질적으로 접촉하는 하측 접촉점(P3) 또는 그 근접하는 지점은 스프링 반력(WR)의 하측 작용점이 된다. 이 스프링 반력(WR)의 하측 작용점은 하측 엔드 코일부(34)의 각도(α) 등을 조정하여 이동가능하며, 스프링 반력축(AR)과 하중 입력축(AA)을 대략 일치(AR≒AA)시키는 위치에 설치되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 하중 축선력(WU)을 스프링 반력(WR)으로 없애서 쇽 업소버(14)에 횡력이 발생하는 것을 회피하여 마찰의 발생을 억제할 수 있도록 되어 있다.
한편, 본 실시형태에 따른 현가 코일 스프링(10)은 상측 접촉부(P1,P2)의 대략 중앙 위치가 상측 엔드 코일 중심점(CMU)로 되어 있고, 또한, 상측 엔드 코일부(32)는 상측 시트(22)에 실질적으로 두 점에서 접촉하고 있으므로, 상측 엔드 코일부(32)는 상측 접촉점(P1,P2)을 잇는 상측 전후 방향선(FBU)을 중심으로 상측 시트(22)에 대해 요동 가능한 구성으로 되어 있다.
이로써, 본 실시형태에 따른 현가 코일 스프링(10)을 현가 장치(12)에 사용한 경우, 스프링 반력(WR)의 상측 작용점은 대략 상측 엔드 코일 중심점(CMU)에 위치하며 이 위치로부터 벗어나는 일은 없다.
현가 코일 스프링(10)을 현가 장치(12)에 장착한 경우, 노면으로부터 차륜(44)을 통해 노면 반력(W)이 현가 장치(12)에 입력됨으로써, 현가 코일 스프링(10)은 상측 시트(22)에 대해 변위한다(도 5a, 도5b, 도5c 참조). 이 때, 상측 엔드 코일부(32)는 상측 접촉점(P1,P2)을 잇는 상측 전후 방향선(FBU)을 중심으로 요동하기 때문에, 상측 접촉점(P1,P2)에 더하여 P1,P2 이외 위치에서 상측 시트(22)에 접촉한다고 볼 수 있다.
그러나, 이러한 접촉시에 P1,P2 이외 위치에 작용하는 하중은 상측 접촉점(P1,P2)에 작용하는 하중에 비해 작다. 따라서, P1,P2 이외 위치가 상측 시트(22)에 접촉한다 하여도, 스프링 반력(WR)은 주로 상측 접촉점(P1,P2)의 중앙 위치, 즉, 상측 엔드 코일 중심점(CMU)의 위치에 작용하게 된다. 그리하여, 스트럿 마운트(20)의 베어링부(42)에 대략 균일한 하중이 걸려서 마운트의 뒤틀림이 억제된다.
이어서, 본 실시형태에 따른 현가 코일 스프링(10)의 스프링 유효부(11)의 형상에 대해 설명한다.
도 4는 본 실시형태에 따른 현가 코일 스프링(10)의 스프링 유효부의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 스프링 유효부(11)는 차외측의 제1 스프링부(11a)와 차체측의 제2 스프링부(11b)를 가진다. 스프링 유효부(11)는, 제1 스프링부(11a)와 제2 스프링부(11b)가 대략 반 권수(0.5 권수)마다 교대로 형성되어 있다.
여기에서, 제1 스프링부(11a)의 가장 차외측에 위치하는 Po에서의 곡률이 제1 스프링부(11a)의 다른 위치, 제2 스프링부(11b)의 모든 위치 및 제1 스프링부(11a)와 제2 스프링부(11b)를 연결하는 부분의 모든 위치에서의 곡률보다 크도록 형성되어 있다. 특히, 제1 스프링부(11a)의 Po에서의 곡률이 제2 스프링부(11b)의 가장 차체측에 위치하는 Pi에서의 곡률보다 큰 것이 특징으로 되어 있다. 스프링 유효부(11)는 각각 곡률이 서서히 변화하는 제1 스프링부(11a)와 제2 스프링부(11b)가 매끄럽게 연결되어, 상면에서 보았을 때 대략 달걀형으로 형성되어 있다.
스프링 유효부(11)의 형상은 예를 들어, 아래의 식(1)에서 나타내는 곡률 변화 계산식에 따라 구할 수 있다.
(X/W)a+(Y/H)a=1 ‥ (1)
H는 차체 전후 방향의 코일 반경이고, W는 차체 좌우 방향의 코일 반경이다. 스프링 유효부(11)의 형상은 W, H, a를 변수로 하여 변화시킨 형상의 조합에 기초하여 형성된다.
여기에서, 예를 들어 스프링 유효부(11)가 상면에서 보았을 때 진원(眞圓) 모양으로 형성되어 있는 경우에는, 스트럿형 현가 장치인 점에 더하여 하측 접촉부(P3)가 차외측으로 치우쳐져 있으므로, 압축 상태에서 차체측이 돌출하는 휨량이 더욱 커진다. 현가 코일 스프링(10)의 휨량이 크면, 스프링 반력(WR)의 작용 방향이 하중 입력축(AA)으로부터 어긋나 쇽 업소버(14)에 마찰이 발생하여, 쇽 업소버(14)의 원활한 동작이 방해 받으므로 차량 승차감이 악화하게 된다. 또한, 휨량이 크면, 스프링 유효부(11)에 응력 증가 개소가 국소적으로 발생하여 현가 코일 스프링(10)의 내구성을 저하시킨다.
그러나, 본 실시형태에 따른 현가 코일 스프링(10)은 전술한 형상을 가짐으로써 압축 상태에서 스프링 유효부(11)가 차체측으로 휘는 양이 저감된다. 그리하여, 쇽 업소버(14)에 발생하는 마찰이 저감되어 차량 승차감이 쾌적하게 유지된다. 또한, 압축 상태에서 스프링 유효부(11)에 국소적인 응력 증가 개소가 발생하지 않아 현가 코일 스프링(10)의 장기 사용이 가능해진다.
이어서, 현가 장치(12)에 차륜(44)으로부터 노면 반력(W)이 입력된 경우의 현가 코일 스프링(10)의 상태에 대해 설명한다.
도 5a 내지 도 5c는 차륜(44)으로부터 다른 크기의 노면 반력(W)이 입력된 경우의 현가 코일 스프링(10)의 상태를 예시하는 도면이다. 도 5a는 노면 반력(WA), 도 5b는 노면 반력(WB>WA), 도 5c는 노면 반력(WC>WB)이 입력된 경우를 나타내고 있다.
도 5a 내지 도 5c에 나타내는 바와 같이, 현가 코일 스프링(10)은 노면 반력(W)의 변화에 따라 변형하는데 압축시 휨량이 저감된다.
노면 반력(W)이 변화함에 따라 현가 코일 스프링(10)은 노면 반력(W)의 크기에 따라 변형한다. 이러한 현가 코일 스프링(10)의 변형에 수반하여, 하측 시트(24)에 대한 하측 엔드 코일부(34), 상측 시트(22)에 대한 상측 엔드 코일부(32)의 각각의 접촉 상태는 변화한다.
그리하여, 본 실시형태에 따른 현가 코일 스프링(10)은 현가 장치(12)에 장착된 상태에서 하측 시트(24)와 하측 엔드 코일부(34)가 하측 엔드 코일부(34)에 설치된 1개소의 하측 접촉점(P3)에서 실질적으로 접촉하도록 구성되어 있다. 이로써, 하측 엔드 코일부(34)도 하측 시트(24)와 하측 접촉점(P3)에서 강하게 접촉하여, 현가 코일 스프링(10)이 노면 반력(W)의 크기에 따라 변형하더라도 하측 좌우 방향선(RLL) 상에서 하측 엔드 코일 중심점(CML)으로부터 차외측으로 이격된 위치를 유지한다.
또한, 상측 엔드 코일부(32)에 대해서도, 현가 장치(12)에 장착된 상태에서 상측 시트(22)와 상측 엔드 코일부(32)가 상측 엔드 코일부(32)에 설치된 2개소의 상측 접촉점(P1,P2)에서만 실질적으로 접촉하고 있다.
따라서, 상측 엔드 코일부(32)와 상측 시트(22)는 2점의 상측 접촉점(P1,P2)에서 강하게 접촉하므로, 상측 시트(22)는 상측 접촉점(P1)과 상측 접촉점(P2)을 잇는 상측 전후 방향선(FBU)을 중심으로 요동한다. 그리하여, 현가 코일 스프링(10)이 노면 반력(W)의 크기에 따라 변형하더라도 상측 전후 방향선(FBU)은 늘 상측 엔드 코일 중심점(CMU)을 지나는 위치를 유지한다.
따라서, 노면 반력(W)이 변화하더라도 스프링 반력축(AR)이 뻗어 나오는 방향(도 5a 내지 도 5c에서 일점 쇄선의 화살표로 나타내는 방향)이 크게 변화하는 일은 없다. 그리하여, 하중 입력축(AA)과 스프링 반력축(AR)이 일치된 상태가 유지되어 쇽 업소버(14)에서의 마찰 발생이 방지되므로, 스트럿 마운트(20)의 뒤틀림이 억제된다.
이어서, 전술한 현가 코일 스프링(10)의 변형예에 대해 설명한다.
도 6 및 도 7은 각각 현가 코일 스프링(10)의 변형예인 현가 코일 스프링(60,70)을 나타내는 도면이다. 한편, 도 6 및 도 7에 있어서, 도 1 내지 도 5c에 나타낸 현가 코일 스프링(10)의 구성에 대응하는 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이며 그 설명을 생략한다.
도 6에 나타내는 변형예의 현가 코일 스프링(60)은 상측 엔드 코일부(32)가 약 0.6회 권취로 형성되어 있다. 현가 코일 스프링(60)은 상측 접촉점(P1`, P2`)을 잇는 선분인 상측 전후 방향선(SFBU1)과 상측 전후 방향선(FBU)이 평행이 되도록 구성되어 있다. 또한, 약 0.6회 권취로 되어 있는 상측 엔드 코일부(32)는 상측 좌우 방향선(RLU)에 대해 대략 대칭이 되도록 형성되어 있다. 또한, 상측 전후 방향선(SFBU1)은 상측 엔드 코일 중심점(CMU)으로부터 차체측 방향으로 도면 중 화살표 ΔM1이 나타내는 치수만큼 이격되도록 형성되어 있다.
도 7에 나타내는 변형예의 현가 코일 스프링(70)은 상측 엔드 코일부(32)가 약 0.4회 권취로 형성되어 있다. 현가 코일 스프링(70)은 상측 접촉점(P1``, P2``)을 잇는 선분인 상측 전후 방향선(SFBU2)과 상측 전후 방향선(FBU)이 평행이 되도록 구성되어 있다. 또한, 약 0.4회 권취로 되어 있는 상측 엔드 코일부(32)는 상측 좌우 방향선(RLU)에 대해 대략 대칭이 되도록 형성되어 있다. 또한, 상측 전후 방향선(SFBU2)은 상측 엔드 코일 중심점(CMU)으로부터 차외측 방향으로 도면 중 화살표 ΔM2가 나타내는 치수만큼 이격되도록 형성되어 있다.
상측 엔드 코일부(32)의 권취수가 0.4회 미만인 경우 및 상측 엔드 코일부(32)의 권취수가 0.6회를 초과하는 경우에는, 상측 접촉점(P1,P2)이 상측 엔드 코일 중심점(CMU)으로부터 이격하는 양이 커져서 쇽 업소버(14)의 미끄럼부에서의 마찰이 증가하므로, 스트럿 마운트(20)의 베어링부에 한쪽으로 치우친 하중(스프링 반력)이 작용하여 마운트의 뒤틀림이 생길 가능성이 높아진다.
이에 대해, 상측 엔드 코일부(32)의 권취수를 0.4회 이상 0.6회 이하로 하면, 쇽 업소버(14)의 미끄럼부에서의 마찰이 저감하여 마운트의 뒤틀림이 생길 가능성이 줄어든다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 현가 코일 스프링(10)은 예를 들어, 코일 외경을 작게 하거나 권수를 줄임으로써 소형화 및 경량화된 경우이더라도 압축 상태에서의 휨량이 저감된다. 또한, 이 현가 코일 스프링(10)을 구비하는 현가 장치(12)는 쇽 업소버(14)에서의 마찰 발생이 저감되고 스트럿 마운트(20)의 뒤틀림이 억제되어 차량 승차감을 쾌적하게 유지할 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 상세히 설명하였으나, 본 발명은 전술한 특정의 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위에 기재된 본 발명 요지의 범위 내에서 다양한 변형·변경이 가능한 것이다.
예를 들어, 상기 실시형태에서는, 하측 엔드 코일부(34)를 역 피치로 하고 이로써 하측 엔드 코일부(34)가 하측 시트(24)에 대해 실질적으로 한 점에서 강하게 접촉함으로 인해 스프링 반력축(AR)이 경사지는 구성으로 되어 있다. 그러나, 하측 엔드 코일부를 평평하게 하고 하측 시트에 경사부를 형성함으로써 스프링 반력축(AR)을 경사지게 하는 구성일 수도 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 상측 엔드 코일부(32)를 0.5회 권취 등으로 함으로써 두 점(상측 접촉부 P1, P2)에서 상측 엔드 코일부(32)와 상측 시트(22)가 강하게 접촉하는 구성으로 하였다. 그러나, 상측 엔드 코일부(32) 또는 상측 시트(22)의 상측 접촉부(P1,P2)에 대응하는 위치에 돌기를 형성하는 구성으로 할 수도 있다. 이 구성으로 함으로써 상측 엔드 코일부(32)와 상측 시트(22)를 확실하게 두 점에서 강하게 접촉시키는 것이 가능해진다.
본 국제출원은 2014년 5월 28일에 출원된 일본국 특허출원 제2014-109767호에 기초하는 우선권을 주장하는 것이고, 일본국 특허출원 제2014-109767호의 전체 내용을 본 국제출원에 원용한다.
10,60,70: 현가 코일 스프링 11: 스프링 유효부
11a: 제1 스프링부 11b: 제2 스프링부
12: 현가 장치 14: 쇽 업소버
20: 스트럿 마운트 22: 상측 시트
24: 하측 시트 30: 차체
32: 상측 엔드 코일부 34: 하측 엔드 코일부
42: 베어링부 44: 차륜
AA: 하중 입력축 AL: 로어 암 축
AR: 스프링 반력축 AS: 스트럿 축
CA: 코일 축 CMU: 상측 엔드 코일 중심점
CML: 하측 엔드 코일 중심점 FBU: 상측 전후 방향선
FBL: 하측 전후 방향선 FBM: 전후 방향선
M: 외형선 RLU: 상측 좌우 방향선
RLL: 하측 좌우 방향선 RLM: 좌우 방향선
SFBU1, SFBU2: 상측 전후 방향선 W: 노면 반력
WU: 하중 축선력 WC: 로어 암 축력
WR: 스프링 반력 P1, P2: 상측 접촉부
P3: 하측 접촉부

Claims (4)

  1. 자동차용 스트럿형 현가 장치에 있어서 상측 시트와 하측 시트의 사이에 장착되는 현가 코일 스프링으로서,
    상기 상측 시트에 안착되는 상측 엔드 코일과,
    장착 상태에서 곡률이 가장 큰 부위가 차외측에 위치하도록 형성된 권취를 하나 이상 가지는 스프링 유효부와,
    하측 엔드 코일 중심점으로부터 차외측에 위치하는 1개소의 하측 접촉점에서 실질적으로 상기 하측 시트에 접촉하여 안착되는 하측 엔드 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 현가 코일 스프링.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상측 엔드 코일은,
    상측 엔드 코일 중심점을 지나며 상기 자동차의 좌우 방향으로 연장되는 선분에 대해 대략 대칭으로 설치되어 있고,
    상기 자동차의 전후 방향으로 이격되어 설치된 2개소의 상측 접촉점에서 실질적으로 상기 상측 시트에 접촉하여 안착되는 것을 특징으로 하는 현가 코일 스프링.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상측 엔드 코일은,
    권취수가 0.4회 이상 0.6회 이하이고,
    상기 2개소의 상측 접촉점이 상기 자동차의 전후 방향으로 연장되는 선분에 평행한 선분상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 현가 코일 스프링.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하측 엔드 코일은 역 피치로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 현가 코일 스프링.
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