WO2014181872A1 - 懸架コイルばね及びストラット型懸架装置 - Google Patents

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WO2014181872A1
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coil spring
suspension coil
seat
suspension
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佐野 正典
博信 佐山
徹 広兼
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三菱製鋼株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a suspension coil spring used for a strut type suspension system for a motor vehicle, and a strut type suspension system provided with the suspension coil spring.
  • a strut type suspension system widely used as a suspension system for automobiles is configured to use a shock absorber as a strut for positioning with respect to a wheel.
  • the shock absorber as the strut includes a cylinder, a rod slidably supported by the cylinder, and a suspension coil spring disposed on the outer peripheral side of the rod.
  • the upper end of the rod is connected to the vehicle body via a strut mount or the like, and the lower end of the cylinder is rigidly connected to a knuckle that rotatably supports the wheel.
  • the knuckle is pivotally connected to the vehicle body via a lower arm.
  • the suspension coil spring is disposed in a compressed state between an upper seat fixed to the vehicle body side and a lower seat fixed to the cylinder outer peripheral surface, and is supported on the outer peripheral side of the rod.
  • the above-mentioned strut type suspension system has the merit that the number of parts is small and the structure is simple and the installation space is small as compared with other independent type suspension systems.
  • Patent Document 1 proposes that a suspension coil spring be S-shaped in a no-load state.
  • Patent Document 3 provides a plurality of protrusions in the end winding portion, and the protrusion selectively receives a spring seat depending on the size of the load applied to the suspension coil spring.
  • Patent Document 4 proposes a configuration in which one strong contact portion is provided on each of the upper end winding and the lower end winding of the suspension coil spring.
  • the present invention has been made in view of the above points, and is provided with a suspension coil spring that can reduce the installation space and can suppress the occurrence of friction in the shock absorber, and the suspension coil spring. It is an object of the present invention to provide a strut type suspension system.
  • a suspension coil spring mounted between an upper seat and a lower seat in a strut type suspension system for a motor vehicle has an upper seat coil seated on the upper seat when the suspension coil spring is mounted. And a lower end coil has a coil spring main body seated on the lower seat.
  • the upper seat and the upper winding substantially contact at two upper contact points on the upper winding.
  • the lower seat and the lower end winding substantially contact at one lower contact point of the lower end winding.
  • the two upper contact points are arranged to be separated in the front-rear direction of the upper end-turn vehicle.
  • the lower contact point of one point is disposed at a position in the vehicle outward direction from a plane parallel to the center axis of the seat winding, passing through the upper contact points of the two points of the lower seat.
  • the mounting space of the coil spring can be reduced, and the occurrence of friction of the shock absorber can be suppressed, and furthermore, a uniform load (spring reaction force) can be applied to the strut mount bearing portion. It is possible to suppress the prying of the strut mount by acting.
  • FIGS. 1 and 3 show a suspension coil spring 10 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a strut type suspension system 12 (hereinafter simply referred to as a suspension system 12) on which the suspension coil spring 10 is assembled. It shows.
  • a suspension system 12 strut type suspension system 12
  • FIG. 2 about the part except the support part of the upper end part of the suspension apparatus 12, it has shown with the dashed-two dotted line.
  • the suspension system 12 includes a shock absorber 14 as a strut for positioning the wheel 44, as shown in FIG.
  • the shock absorber 14 is connected to a cylinder 16 in which a fluid such as gas or oil is sealed and a piston (not shown) slidably disposed in the cylinder 16 and has a rod 18 protruding upward from the cylinder 16.
  • a fluid such as gas or oil
  • a piston not shown
  • the rod 18 is elastically connected at its upper end to the vehicle body 30 of the vehicle via a strut mount 20. Further, an upper seat 22 is disposed on the upper end side of the rod 18, and a lower seat 24 is disposed at an intermediate portion of the cylinder 16.
  • the suspension coil spring 10 is disposed at an outer peripheral position of the shock absorber 14 in a compressed state between the upper seat 22 and the lower seat 24. As a result, a spring reaction force WR is generated in the suspension coil spring 10 in the mounted state.
  • an axis on which the spring reaction force WR acts is referred to as a spring reaction axis AR.
  • the lower end of the shock absorber 14 is rigidly coupled to a knuckle 26 that rotatably supports the wheel 44.
  • the knuckle 26 is pivotally connected to the vehicle body 30 of the vehicle via a lower arm 28.
  • the wheel 44 pivotally supported by the knuckle 26 supports the vehicle body 30 via the shock absorber 14 and the suspension coil spring 10, and supports the vehicle body 30 via the lower arm 28.
  • FIG. 1 shows a suspension coil spring 10 in a free state in which no load is applied.
  • the suspension coil spring 10 is formed with an upper end winding portion 32 seated on the upper seat 22 on the upper side of the coil spring main body 11 and a lower end winding portion seated on the lower side seat 24 below the coil spring main body 11 34 are formed.
  • the suspension coil spring 10 is configured such that the coil axis connecting the centers of the outer diameters of the coil spring main body 11 is in a straight line in a free state where no load is applied, but is limited thereto is not.
  • D is set equally, it is not limited to this.
  • the upper wound portion 32 is seated on the upper seat 22 and the lower wound portion 34 is seated on the lower seat 24.
  • the upper seat 22 and the lower seat 24 are formed in a substantially disc shape, and rib-shaped mounting portions 22a and 24a are formed at the central position thereof.
  • the upper wound portion 32 and the lower wound portion 34 of the suspension coil spring 10 are mounted on the upper seat 22 and the lower seat 24 so that the mounting portions 22a and 24a are inserted therein.
  • the suspension coil spring 10 is positioned at the upper seat 22 and the lower seat 24.
  • the center position of the upper end winding portion 32 is referred to as the upper end wound center point CMU, and the center position of the lower end winding portion 34 is referred to as the lower end wound center point CML (see FIG. 3).
  • a line segment extending in the longitudinal direction of the vehicle through the upper end winding center point CMU is referred to as an upper longitudinal direction line FBU, and a line segment extending in the lateral direction of the vehicle through the upper end winding center point CMU is an upper left lateral direction line It is called RLU.
  • a line segment extending through the lower end winding center point CML in the vehicle longitudinal direction is called a lower longitudinal line FBL, and a line segment extending through the lower end winding center point CML in the vehicle lateral direction is lower. It is called the side left and right direction line RLL.
  • an axis connecting the upper end winding center point CMU of the upper seat 22 and the lower end winding center point CML is referred to as an end winding center axis CM.
  • the suspension coil spring 10 is configured such that the coil shaft and the end-fold central axis CM coincide with each other in the free state where no load is applied, but the present invention is not limited thereto.
  • the upper wound portion 32 has 0.5 turns (180 degrees). Further, as shown in FIG. 3, the upper end winding portion 32 is configured to be substantially symmetrical with respect to the upper left and right direction line RLU.
  • the upper end-turn portion 32 of 0.5 turns has a substantially semicircular shape in a plan view (that is, when the upper end-turn portion 32 is viewed from above in the direction of the end-turn central axis CM). Therefore, the upper end-turning portion 32 of 0.5 turns is configured to have a pair of end portions P1 and P2 separated by 180 ° (see FIG. 3).
  • the upper wound portion 32 mainly contacts the upper seat 22 at the ends P1 and P2 (hereinafter, the ends P1 and P2 are referred to as an upper contact point P1 and an upper contact point P2).
  • the upper contact point P1 is an upper end portion of a spring wire constituting the suspension coil spring 10. Further, the upper contact point P2 is at a position wound 0.5 times the upper contact point P1 (that is, a position wound 180 ° from the upper contact point P1).
  • the two upper contact points P1 and P2 of the upper wound portion 32 are configured to be located on the upper front and rear direction line FBU. Therefore, a line segment connecting the upper contact points P1 and P2 of the upper end winding portion 32 is in a state of being overlapped on the upper front and rear direction line FBU.
  • the approximate center position of the upper contact point P1 and the upper contact point P2 is the upper end winding center point CMU.
  • the lower wound portion 34 has a reverse pitch.
  • the reverse pitch means winding a spring wire so as to reduce the pitch.
  • the lower end winding portion 34 is configured to have an angle ⁇ indicated by a double arrow with respect to the horizontal direction.
  • the lower wound portion 34 is 0.75 wound from the lower end of the spring wire constituting the suspension coil spring 10.
  • the number of turns from the lower end portion of the spring wire is not limited to 0.75, and may be from 0 (in this case, the lower end winding portion 34 does not have a reverse pitch) to nearly 1 turn.
  • the lower wound portion 34 contacts the lower seat 24 at substantially one point.
  • a plane PLA (a plane shown by a dashed dotted line in FIG. 3) passing through the two upper contact points P1 and P2 described above is parallel to the center winding axis CM
  • the lower side winding portion 34 has this plane PLA.
  • the lower seat 24 is configured to be in contact with the lower seat 24 at a substantially single point P3 located in the vehicle outer direction (indicated by the arrow OUT in FIG. 3 and the like) (hereinafter, this point P3 is referred to as the lower contact point P3).
  • the lower contact point P3 is spaced apart from the lower end winding center point CML by a distance L indicated by a double arrow in FIG. 3 on the lower left and right direction line RLL as shown in FIG. It is considered to be a position.
  • AS denotes a strut axis which is a central axis of the shock absorber 14
  • AK denotes a kingpin axis which is a steering central axis of the wheel 44
  • AL denotes a lower arm axis which is a central axis of the lower arm 28
  • AA denotes a shock absorber 14 from the road surface. Indicates the load input axis.
  • the road surface reaction force W from the road surface acts on the suspension device 12 in the vertical direction from the center position of the contact surface of the wheel 44 with the road surface. Furthermore, the load axial force WU that opposes the road surface reaction force W acts on the suspension device 12 from the upper end of the shock absorber 14 along the load input shaft AA.
  • the lower arm axial force WC which is a combined force of the road surface reaction force W and the load axial force WU acts on the root portion of the lower arm 28 along the lower arm axis AL.
  • the end wound central axis CM coincides with the strut axis AS.
  • the end-worn central axis CM may be inclined or translated with respect to the strut axis AS.
  • FIG. 8 shows a suspension coil spring 100 in which the entire surface of the upper wound portion 132 contacts the upper seat 22 when mounted on the suspension device.
  • the lower wound portion 134 has a reverse pitch.
  • the lower end winding portion 134 has an angle ⁇ 1 indicated by a double arrow with respect to the horizontal direction.
  • the spring reaction force WR mainly acts on the lower contact point P3 because the lower wound portion 134 has the reverse pitch.
  • the lower contact point P3 is spaced apart from the lower end winding center point CML in the vehicle outward direction.
  • the whole of the upper wound portion 132 is in contact with the upper seat 22.
  • the spring reaction force WR acts on the upper seat 22 at a point P4 opposite to the lower contact point P3 with respect to the end-worn central axis CM.
  • FIG. 9A and 9B are drawings which demonstrate this.
  • FIG. 9A shows the upper seat when the suspension coil 12 is assembled to the suspension 12 and the normal load is applied, in which the entire surface of the upper wound portion 132 contacts the upper seat 22 when assembled to the suspension.
  • the stress distribution in the contact between the winding portion 132 and the upper seat 22 is shown
  • FIG. 9B shows the stress distribution in the contact between the lower winding portion 134 and the lower seat 24.
  • the position P4 at which the spring reaction force WR acts on the upper seat 22 is the inward direction of the vehicle from the upper end winding center point CMU (FIG. 8). In the middle, the position shown by the arrow IN) is greatly separated.
  • the spring reaction axis AR connecting the lower contact point P3 and the position P4 is largely inclined and deviates from the load input axis AA.
  • the displacement of the load input shaft AA and the spring reaction shaft AR causes a bending moment to act on the shock absorber 14 to increase the friction in the sliding portion of the shock absorber 14 (the portion where the rod 18 slides on the cylinder 16). .
  • the upper seat 22 and the upper wound portion 32 substantially form only the two upper contact points P1 and P2. It is configured to contact. Accordingly, the upper seat 22 and the upper wound portion 32 make strong contact at the two upper contact points P1 and P2.
  • FIG. 4A shows a stress distribution generated between the upper end turn 32 and the upper seat 22 in a state in which the suspension coil spring 10 according to the present embodiment is assembled to the suspension device 12. It can be seen from FIG. 4A that a large stress is generated between the upper seat 22 and the upper wound portion 32 at the upper contact points P1 and P2.
  • the central positions of the upper contact points P1 and P2 substantially coincide with the position of the upper end wound center point CMU. Since upper winding portion 32 is in contact with upper seat 22 substantially at two points, upper winding portion 32 is placed against upper seat 22 centering on upper front and rear direction line FBU connecting upper contact points P1 and P2. Is configured to be rockable.
  • the upper action point of the spring reaction force WR is located substantially at the upper end winding center point CMU and does not deviate from this position. .
  • the upper seat 22 and the upper wound portion 32 substantially contact each other only at the two upper contact points P1 and P2 is a position other than the upper contact points P1 and P2 of the upper wound portion 32 (hereinafter referred to as The load applied to the positions other than P1 and P2 is smaller than the load applied to the upper contact points P1 and P2 even if the positions P1 and P2 contact the upper seat 22).
  • the suspension coil spring 10 When the suspension coil spring 10 is assembled to the suspension device 12, the suspension coil spring 10 is displaced relative to the upper seat 22 by the road surface reaction force W from the road surface via the wheels 44 being input to the suspension device 12 ( See Figures 5A, 5B, 5C). At this time, since the upper wound portion 32 swings about the upper front-rear direction line FBU connecting the upper contact points P1 and P2, in addition to the upper contact points P1 and P2, positions other than P1 and P2 and the upper seat 22 It is conceivable to make contact.
  • the load acting on positions other than P1 and P2 at the time of contact is smaller than the load acting on the upper contact points P1 and P2. Therefore, even if the position other than P1 and P2 contacts the upper seat 22, the spring reaction force WR mainly acts on the center position of the upper contact points P1 and P2, that is, the position of the upper end winding center point CMU.
  • the lower seat 24 and the lower wound portion 34 are configured to substantially contact at one lower contact point P3. Therefore, the lower seat 24 and the lower wound portion 34 make strong contact at one lower contact point P3.
  • FIG. 4B shows a stress distribution diagram generated between the lower end winding portion 34 and the lower seat 24 in a state where the suspension coil spring 10 is assembled to the suspension device 12. It can be seen from FIG. 4B that a large stress is mainly generated between the lower seat 24 and the lower end winding portion 34 at the lower contact point P3.
  • the load acting on the position other than P3 at the time of contact is smaller than the load acting on the lower contact point P3. Therefore, even when the position other than P3 contacts the lower seat 24, the spring reaction force WR mainly acts on the lower contact point P3 or a position close thereto.
  • the lower contact point P3 at which the lower seat 24 substantially contacts the lower seat winding portion 34 or its proximity point is the lower action point of the spring reaction force WR.
  • the lower action point of the spring reaction force WR can be moved by adjusting the angle ⁇ or the like of the lower wound portion 34 with respect to the horizontal direction. Therefore, by adjusting the angle ⁇ or the like with respect to the horizontal direction of the lower end winding portion 34, it is possible to make the spring reaction axis AR substantially coincide with the load input axis AA (AR ⁇ AA).
  • the load axial force WU can be canceled by the spring reaction force WR, the lateral force of the shock absorber 14 can be avoided, and the occurrence of friction can be suppressed. Furthermore, since the spring reaction force WR acts on the substantially upper end wound center point CMU, a substantially uniform load is applied to the bearing portion 42 of the strut mount 20, and it is possible to suppress the pricking of the strut mount 20.
  • 5A to 5C show the contact states of the upper end winding portion 32 and the upper end seat 22 and the lower end winding portion 34 and the lower end seat 24 when the value of the road surface reaction force W from the wheel 44 changes. There is.
  • FIG. 5A shows a state in which the road surface reaction force W is small
  • FIG. 5B shows a state in which the road surface reaction force W is normal
  • FIG. 5C shows a state in which the road surface reaction force W is large.
  • the suspension coil spring 10 deforms according to the magnitude of the road surface reaction force W. With the deformation of the suspension coil spring 10, the contact states of the upper wound portion 32 with respect to the upper seat 22 and the lower wound portion 34 with respect to the lower seat 24 change.
  • the upper seat 22 is an upper front-rear direction line connecting the upper contact point P1 and the upper contact point P2. Swing around the FBU. Therefore, even if the suspension coil spring 10 is deformed according to the magnitude of the road surface reaction force W, the upper front and rear direction line FBU always maintains the position passing through the upper end wound center point CMU.
  • the lower seat 24 and the lower wound portion 34 also have the lower wound portion 34 in the state where the suspension coil spring 10 according to the present embodiment is assembled to the suspension device 12 also in the lower wound portion 34. It is comprised so that it may contact substantially at one lower contact point P3 provided in. As a result, the lower end winding portion 34 also makes strong contact with the lower seat 24 and the lower contact point P3, and the lower left and right direction line RLL is obtained even if the suspension coil spring 10 is deformed according to the magnitude of the road surface reaction force W. The position is maintained above the lower end winding center point CML in the direction outward of the vehicle.
  • FIGS. 6 and 7 show suspension coil springs 60 and 70 which are modified examples of the suspension coil spring 10, respectively.
  • the components corresponding to the components of the suspension coil spring 10 shown in FIGS. 1 to 5A are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
  • the suspension coil spring 60 of the modification shown in FIG. 6 has the upper wound portion 32 of about 0.6 turns.
  • upper front-rear direction line SFBU1 which is a line segment connecting upper contact points P1 'and P2', extends parallel to upper front-rear direction line FBU.
  • the upper wound portion 32 of about 0.6 turns is configured to be substantially symmetrical with respect to the upper left and right direction line RLU.
  • the upper front-rear direction line SFBU1 does not intersect with the upper end wound center point CMU, and is separated from the upper end wound center point CMU by a dimension ⁇ M1 indicated by a double arrow in FIG. There is.
  • the suspension coil spring 70 of the modification shown in FIG. 7 has the upper wound portion 32 of approximately 0.4 turns.
  • upper front-rear direction line SFBU2 which is a line segment connecting upper contact points P1 ′ ′ and P2 ′ ′, is configured to extend parallel to upper front-rear direction line FBU.
  • the upper wound portion 32 of about 0.4 turns is configured to be substantially symmetrical with respect to the upper left and right direction line RLU.
  • the upper front-rear direction line SFBU2 does not intersect the upper end wound center point CMU, and is separated from the upper end wound center point CMU by a dimension ⁇ M2 indicated by a double arrow in FIG. There is.
  • the amount of separation is preferably set in the range of not less than 0.4 and not more than 0.6 in the number of turns of the upper wound portion 32. This is because the upper contact points P1 and P2 are the upper seats when the number of turns of the upper wound portion 32 is less than 0.4 and when the number of turns of the upper wound portion 32 exceeds 0.6. As it is largely separated from the winding center point CMU, friction in the sliding portion of the shock absorber 14 increases, and a biased load (spring reaction force) acts on the bearing portion 42 of the strut mount 20 to cause the strut mount 20 to be distorted. It is because the possibility is high.
  • the upper wound portion 32 and the upper seat 22 strongly contact at substantially two points (upper contact points P1 and P2). It was composition.
  • the projections may be formed at positions corresponding to the upper contact points P1 and P2 of the upper end turn 32 or the upper seat 22. With this configuration, it is possible to ensure that the upper wound portion 32 and the upper seat 22 make strong contact at two points.
  • the lower end winding portion 34 has a reverse pitch, whereby the lower end winding portion 34 makes strong contact with the lower seat 24 at substantially one point, thereby tilting the spring reaction force axis AR. It was composition.
  • the spring reaction force axis AR may be configured to be inclined by making the lower wound portion flat and forming the inclined portion in the lower seat.

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Abstract

 自動車用のストラット型懸架装置における上側座と下側座との間に装着される懸架コイルばねは、懸架コイルばねの装着状態において上側座巻が前記上側座に着座し、下側座巻が前記下側座に着座するコイルばね本体を有する。前記装着状態において、前記上側座と前記上側座巻とが、前記上側座巻上の二箇所の上側接触点で実質的に接触する。前記装着状態において、前記下側座と前記下側座巻とが、前記下側座巻上の一箇所の下側接触点で実質的に接触する。二点の前記上側接触点を前記上側座巻の車両の前後方向に離間するよう配設される。一点の前記下側接触点を前記下側座の前記二点の上側接触点を通り座巻中心軸に平行な平面より車両外側方向の位置に配設される。

Description

懸架コイルばね及びストラット型懸架装置
 本発明は、自動車用のストラット型懸架装置に用いられる懸架コイルばね、及びこの懸架コイルばねを備えたストラット型懸架装置に関する。
 近年、自動車用の懸架装置として広く普及しているストラット型懸架装置は、ショックアブソーバをホイールに対する位置決め用の支柱(ストラット)として利用する構成とされている。このストラットとしてのショックアブソーバは、シリンダと、このシリンダに摺動可能に支持されたロッドと、このロッドの外周側に配置された懸架コイルばねとを備えている。
 このストラット型懸架装置では、ロッドの上端部がストラットマウント等を介して車体へ連結されると共に、シリンダの下端部がホイールを回転可能に支持するナックルに剛体結合される。ナックルは、ロアーアームを介して車体にピボット結合されている。
 また懸架コイルばねは、車体側に固定された上側座とシリンダ外周面に固定された下側座との間に圧縮状態となるように配置され、ロッドの外周側に支持される。
 上記のストラット型懸架装置は、他の独立懸架式のものと比較し、部品点数が少なく構造が簡単であると共に、設置スペースが小さくすむというメリットがある。
 しかしながら、ストラット型懸架装置では、ストラット軸と荷重入力軸(タイヤ接地点とストラットのアッパマウント点とを結んだ軸)がずれているため、ストラットに曲げモーメントを発生させる。この曲げモーメントは、ショックアブソーバの摺動部に横力を及ぼすため、ロッドの摩擦を増大させてショックアブソーバの円滑な作動を妨げ、自動車の乗り心地を悪化させる要因となる。
 このような曲げモーメントの低減策としては、従来から懸架コイルばねの形状を変形させたり、また座巻に強当たり部を設けたりすることが提案されている。懸架コイルばねの形状を変形させた低減策として、例えば特許文献1には懸架コイルばねをストラットに対し偏心させて嵌装すると共に、懸架コイルばねの下部に偏心させて連設したピッグテイル座巻を設けた構成が提案されている。また特許文献2には、懸架コイルばねのばね中心線が無負荷状態においてS字形状となるよう構成することが提案されている。
 また、座巻に強当たり部を設ける低減策として、例えば特許文献3には座巻部に複数の突起を設け、懸架コイルばねに印加される荷重の大きさにより選択的に突起部がばね座に接触するようにした構成が提案されている。更に、特許文献4には、懸架コイルばねの上側座巻及び下側座巻にそれぞれ1個の強当たり部を設けた構成が提案されている。
実公昭58-032970号公報 特許2642163号 特許4336203号 欧州特許公開728602号公報
 しかしながら、特許文献1に開示された構成では、懸架コイルばねをストラットに対し偏心させるため、懸架コイルばねの取り付けスペースが大きくなる。また、懸架コイルばねの下部にピッグテイル座巻を偏心させて連設するという構成では十分な曲げモーメント低減効果が得られない。また、特許文献2に開示された構成では、懸架コイルばねの形状がS字形状であるため、設置スペースが大きくなってしまうという問題点がある。
 また、特許文献3に開示された構成では、座巻部に複数の突起を設ける必要があり、その製造が複雑であるという問題点がある。更に、特許文献4に開示された構成では、強当たり部が座巻の素線上一点であったため、特にばね反力の上側座に対する作用点(上側荷重位置)に座巻の中心を持ってくることができず、ストラットに発生する曲げモーメントを確実に除去することができない。
 本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、取り付けスペースの縮小化を図ることができると共にショックアブソーバにフリクションが発生するのを抑制しうる懸架コイルばね、及びこの懸架コイルばねを備えたストラット型懸架装置を提供することを目的とする。
 本発明の一側面によると、自動車用のストラット型懸架装置における上側座と下側座との間に装着される懸架コイルばねは、懸架コイルばねの装着状態において上側座巻が前記上側座に着座し、下側座巻が前記下側座に着座するコイルばね本体を有する。前記装着状態において、前記上側座と前記上側座巻とが、前記上側座巻上の二箇所の上側接触点で実質的に接触する。前記装着状態において、前記下側座と前記下側座巻とが、前記下側座巻上の一箇所の下側接触点で実質的に接触する。二点の前記上側接触点を前記上側座巻の車両の前後方向に離間するよう配設される。一点の前記下側接触点を前記下側座の前記二点の上側接触点を通り座巻中心軸に平行な平面より車両外側方向の位置に配設される。
 本発明の一側面によれば、コイルばねの取り付けスペースの縮小化を図ることができると共に、ショックアブソーバのフリクションの発生を抑制し、更に、ストラットマウント軸受部に均一な荷重(ばね反力)が作用してストラットマウントのこじりを抑えることができる。
本発明の一実施形態である懸架コイルばねの正面図である。 本発明の一実施形態である懸架コイルばねが組み付けられたストラット型懸架装置を示す構成図である。 本発明の一実施形態である懸架コイルばねの斜視図である。 本発明の一実施形態である懸架コイルばねをストラット型懸架装置に組み付けて通常の荷重が印加された場合の、上側座と上側座巻部との接触における応力分布図である。 本発明の一実施形態である懸架コイルばねをストラット型懸架装置に組み付けて通常の荷重が印加された場合の、下側座と下側座巻部との接触における応力分布図である。 本発明の一実施形態である懸架コイルばねの動作を説明するための図である。 本発明の一実施形態である懸架コイルばねの動作を説明するための図である。 本発明の一実施形態である懸架コイルばねの動作を説明するための図である。 本発明の一実施形態である懸架コイルばねの第1変形例を示す斜視図である。 本発明の一実施形態である懸架コイルばねの第2変形例を示す斜視図である。 参考例である懸架コイルばねを示す図である。 参考例である懸架コイルばねをストラット型懸架装置に組み付けて通常の荷重が印加された場合の、上側座と上側座巻部との接触における応力分布図である。 参考例である懸架コイルばねをストラット型懸架装置に組み付けて通常の荷重が印加された場合の、下側座と下側座巻部との接触における応力分布図である。
 次に、添付の図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。
 なお、添付の全図面の中の記載で、同一又は対応する部材又は部品には、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、特に指定しない限り、部材もしくは部品間の相対比を示すことを目的としない。従って、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定することができる。
 また、以下説明する実施形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施形態に記述される全ての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
 次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
 図1及び図3は本発明の一実施形態である懸架コイルばね10を示しており、図2はこの懸架コイルばね10が組み付けられたストラット型懸架装置12(以下、単に懸架装置12という)を示している。なお図2では、懸架装置12の上端部の支持部分を除く部分については、二点鎖線で示している。
 まず、懸架装置12の構成について説明する。
 懸架装置12は、図2に示されるように、車輪44を位置決めするための支柱(ストラット)としてショックアブソーバ14を備えている。ショックアブソーバ14は、ガス、オイル等の流体が封入されたシリンダ16及び、このシリンダ16内に摺動可能に配置されたピストン(図示省略)に連結され、シリンダ16から上方へ突出するロッド18を備えている。
 ロッド18は、その上端部がストラットマウント20を介して自動車の車体30に弾性的に連結されている。また、ロッド18の上端側には、上側座22が配設され、シリンダ16の中間部には下側座24が配設されている。
 懸架コイルばね10は、ショックアブソーバ14の外周位置に、上側座22と下側座24との間に圧縮状態で配置される。この結果、装着状態の懸架コイルばね10には、ばね反力WRが発生する。以下の説明では、このばね反力WRが作用する軸線をばね反力軸ARというものとする。
 ショックアブソーバ14の下端部は、車輪44を回転可能に支持するナックル26に剛体結合されている。このナックル26は、ロアーアーム28を介して自動車の車体30にピボット結合されている。
 これにより、ナックル26に軸支される車輪44は、ショックアブソーバ14及び懸架コイルばね10を介して車体30を支持すると共に、ロアーアーム28を介して車体30を支持する。
 次に、懸架コイルばね10の構成について説明する。
 図1は、荷重が印加されない自由状態の懸架コイルばね10を示している。懸架コイルばね10は、コイルばね本体11の上側に上側座22に着座する上側座巻部32が形成され、またコイルばね本体11の下側に、下側座24に着座する下側座巻部34が形成されている。
 本実施形態に係る懸架コイルばね10は、荷重が印加されない自由状態において、コイルばね本体11の外径の中心を結んだコイル軸が一直線となるよう構成されているが、これに限定されるものではない。また、自由状態において、コイルばね本体11の、上側座巻部32、下側座巻部34及び各座巻部32,34への移行部を除いた部分のコイル軸を中心としたコイル外径Dは等しく設定されているが、これに限定されるものではない。
 一方、上記のように懸架コイルばね10は懸架装置12に装着された状態で、上側座巻部32が上側座22に着座し、下側座巻部34が下側座24に着座する。上側座22及び下側座24は略円板状に形成されており、その中央位置にはリブ状の装着部22a,24aが形成されている。
 懸架コイルばね10の上側座巻部32及び下側座巻部34は、この装着部22a,24aが内部に挿入されるように上側座22及び下側座24に装着される。これにより、懸架コイルばね10は上側座22及び下側座24に位置決めされる。
 ここで図1乃至図4A,4Bを用いて、上側座巻部32が上側座22に接触する位置、及び下側座巻部34が下側座24に接触する位置について説明する。
 なお、以下の説明において、上側座巻部32の中心位置を上側座巻中心点CMUといい、下側座巻部34の中心位置を下側座巻中心点CMLという(図3参照)。
 また、上側座巻中心点CMUを通り車両前後方向に延在する線分を上側前後方向線FBUといい、上側座巻中心点CMUを通り車両左右方向に延在する線分を上側左右方向線RLUという。
 また、下側座巻中心点CMLを通り車両前後方向に延在する線分を下側前後方向線FBLといい、下側座巻中心点CMLを通り車両左右方向に延在する線分を下側左右方向線RLLという。
 更に、上側座22の上側座巻中心点CMUと下側座巻中心点CMLを結んだ軸を座巻中心軸CMという。
 本実施形態に係る懸架コイルばね10は、荷重が印加されない自由状態において、コイル軸と座巻中心軸CMとが一致するよう構成されているが、これに限定されるものではない。
 本実施形態では、上側座巻部32を0.5巻(180°巻)としている。また上側座巻部32は、図3に示されるように、上側左右方向線RLUに対して略対称となるよう構成されている。
 0.5巻とされた上側座巻部32は、平面視すると(即ち、座巻中心軸CM方向の上方から上側座巻部32を見ると)、略半円形状を有している。よって0.5巻とされた上側座巻部32は、180°離間した一対の端部P1,P2を有した構成となっている(図3参照)。上側座巻部32は、主に端部P1,P2において上側座22と接触する(以下、この端部P1,P2を上側接触点P1及び上側接触点P2という)。
 上側接触点P1は、懸架コイルばね10を構成するばね素線の上端部である。また上側接触点P2は、上側接触点P1よりも0.5巻された位置(即ち、上側接触点P1から180°巻かれた位置)となる。
 この上側座巻部32の二つの上側接触点P1,P2は、上側前後方向線FBU上に位置するよう構成されている。よって、上側座巻部32の上側接触点P1,P2を結ぶ線分は、上側前後方向線FBU上に重なった状態となっている。また、上側接触点P1と上側接触点P2の略中央位置は、上側座巻中心点CMUとなる。
 一方、下側座巻部34は逆ピッチとされている。ここで逆ピッチとは、ばね素線をピッチが減少するよう巻回することをいう。
 図1に示されるように、下側座巻部34は水平方向に対して両矢印で示す角度αを有した構成とされている。この下側座巻部34は懸架コイルばね10を構成するばね素線の下端部から0.75巻とされている。なお、ばね素線下端部からの巻数は0.75巻に限定されるものではなく、0巻(この場合のみ、下側座巻部34は逆ピッチとならない)から1巻近くまで取り得る。
 下側座巻部34を逆ピッチとすることにより、下側座巻部34は下側座24と略一点において接触することになる。いま、上記した上側接触点P1,P2の二点を通り座巻中心軸CMに平行な平面PLA(図3に一点鎖線で示す平面)を想定した場合、下側座巻部34はこの平面PLAより車両外側方向(図3等中、矢印OUTで示す)に位置した略一点P3において下側座24と接触するよう構成されている(以下、この点P3を下側接触点P3という)。
 この下側接触点P3は、図3に示されるように下側左右方向線RLL上で、かつ下側座巻中心点CMLよりも車両外側方向に図3中両矢印で示す距離Lだけ離間した位置とされている。
 次に図2を用いて、上記構成とされた懸架コイルばね10を装着した懸架装置12に作用する荷重について説明する。
 図2において、ASはショックアブソーバ14の中心軸であるストラット軸、AKは車輪44の操舵中心軸であるキングピン軸、ALはロアーアーム28の中心軸であるロアーアーム軸、またAAは路面からショックアブソーバ14への荷重入力軸を示す。
 懸架装置12には、路面からの路面反力Wが車輪44の路面との接触面の中心位置から鉛直方向に作用する。更に、路面反力Wに対抗する荷重軸線力WUは、懸架装置12に対し、ショックアブソーバ14の上端から荷重入力軸AAに沿って作用する。路面反力Wと荷重軸線力WUとの合成力であるロアーアーム軸力WCは、ロアーアーム軸ALに沿ってロアーアーム28の根元部に作用する。
 本実施形態によれば、懸架コイルばね10が懸架装置12に組み付けられた状態においては、座巻中心軸CMがストラット軸ASと一致している構成となっているがこれに限定されるものではなく、座巻中心軸CMがストラット軸ASに対して傾斜又は平行移動した構成としてもよい。
 ここで、荷重軸線力WUが作用する荷重入力軸AAと、懸架コイルばね10のばね反力WRが作用するばね反力軸ARに注目する。
 まず参考のため、懸架装置に装着した際に上側座巻部132の全面が上側座22に接触する構成の懸架コイルばね100を図8に示す。
 この懸架コイルばね100は、図8に示されるように下側座巻部134が逆ピッチとされている。下側座巻部134は水平方向に対し両矢印で示す角度α1を有している。このように、下側座巻部134が逆ピッチとされていることにより、ばね反力WRは下側接触点P3に主に作用する。この下側接触点P3は、下側座巻中心点CMLから車両外側方向に離間した位置となる。
 これに対して上側座巻部132は、その全面が上側座22と接触している。このため、ばね反力WRは、座巻中心軸CMに対して下側接触点P3と反対側の位置の点P4において上側座22に作用する。
 図9A,9Bは、これを実証する図面である。図9Aは、懸架装置に組み付けた際に上側座巻部132の全面が上側座22に接触する構成の懸架コイルばね100を懸架装置12に組み付けて通常の荷重が印加された場合の、上側座巻部132と上側座22との接触における応力分布を示しており、図9Bは下側座巻部134と下側座24との接触における応力分布を示している。
 このように、図8に示した懸架コイルばね100では、図9Aに示されるようにばね反力WRが上側座22に作用する位置P4は、上側座巻中心点CMUから車両内側方向(図8等中、矢印INで示す)に大きく離間した位置となる。
 従って図8に示す懸架コイルばね100では、下側接触点P3と位置P4を結んだばね反力軸ARは大きく傾いて、荷重入力軸AAとずれてしまう。この荷重入力軸AAとばね反力軸ARのずれにより、ショックアブソーバ14には曲げモーメントが作用しショックアブソーバ14の摺動部(ロッド18がシリンダ16と摺接する部分)におけるフリクションが増大してしまう。
 更に、ばね反力WRが作用する位置P4は、上側座巻中心点CMUから車両内側方向に大きく離間している。このため、ストラットマウント20の軸受部42(図2)に偏った荷重(ばね反力)が作用してマウントにこじりが生じ、これも乗り心地悪化の要因となってしまう。
 これに対して本実施形態に係る懸架コイルばね10は、懸架装置12に組み付けられた状態において、上側座22と上側座巻部32が、二箇所の上側接触点P1,P2のみで実質的に接触するよう構成している。従って、上側座22と上側座巻部32は、二箇所の上側接触点P1,P2において強く接触する。
 図4Aは、本実施形態による懸架コイルばね10を懸架装置12に組み付けた状態における上側座巻部32と上側座22との間に発生する応力分布を示している。図4Aより、上側接触点P1,P2において上側座22と上側座巻部32との間に大きな応力が発生していることが分かる。
 この上側接触点P1,P2の中央位置は、上側座巻中心点CMUの位置と略一致している。また上側座巻部32は上側座22と実質的に二点で接触しているため、上側座巻部32は上側接触点P1,P2を結ぶ上側前後方向線FBUを中心として上側座22に対して揺動可能な構成となっている。
 このため、本実施形態に係る懸架コイルばね10を懸架装置12に用いた場合、ばね反力WRの上側作用点は略上側座巻中心点CMUに位置し、この位置から外れるようなことはない。
 ここで、上側座22と上側座巻部32とが、二箇所の上側接触点P1,P2のみで実質的に接触するとは、上側座巻部32の上側接触点P1,P2以外の位置(以下、P1,P2以外位置という)が上側座22と接触しても、このP1,P2以外位置に作用する荷重が上側接触点P1,P2に作用する荷重に比べて小さいことをいう。
 懸架コイルばね10を懸架装置12に組み付けた場合、路面から車輪44を介しての路面反力Wが懸架装置12に入力されることにより、懸架コイルばね10は上側座22に対して変位する(図5A,5B,5C参照)。この際、上側座巻部32は上側接触点P1,P2を結ぶ上側前後方向線FBUを中心として揺動するため、上側接触点P1,P2に加え、P1,P2以外位置と上側座22とが接触することが考えられる。
 しかしながら、この接触時にP1,P2以外位置に作用する荷重は、上側接触点P1,P2に作用する荷重に比べて小さい。従って、P1,P2以外位置が上側座22と接触しても、ばね反力WRは主に上側接触点P1,P2の中央位置、つまり上側座巻中心点CMUの位置に作用することになる。
 また懸架コイルばね10の下側においては、下側座24と下側座巻部34は、一箇所の下側接触点P3で実質的に接触するよう構成されている。従って、下側座24と下側座巻部34は、一箇所の下側接触点P3において強く接触する。
 図4Bは、懸架コイルばね10を懸架装置12に組み付けた状態における下側座巻部34と下側座24との間に発生する応力分布図を示している。図4Bより、主に下側接触点P3において下側座24と下側座巻部34との間に大きな応力が発生していることが分かる。
 ここで、下側座24と下側座巻部34とが、一箇所の下側接触点P3で実質的に接触するとは、下側座巻部34の下側接触点P3以外の位置(以下、P3以外位置という)が下側座24と接触しても、このP3以外位置に作用する荷重が下側接触点P3に作用する荷重に比べて小さいことをいう。
 路面から車輪44を介しての路面反力Wが懸架装置12に入力され、下側座24に対して懸架コイルばね10が変位した場合、下側接触点P3に加え、P3以外位置が下側座24と接触することが考えられる。
 しかしながら、この接触時にP3以外位置に作用する荷重は、下側接触点P3に作用する荷重に比べて小さいものとなる。従って、P3以外位置が下側座24と接触する場合であっても、ばね反力WRは主に下側接触点P3又はこれに近い位置に作用することになる。
 この下側座24と下側座巻部34が実質的に接触する下側接触点P3又はその近接点は、ばね反力WRの下側の作用点となる。このばね反力WRの下側作用点は下側座巻部34の水平方向に対する角度α等を調整で移動することができる。よって、下側座巻部34の水平方向に対する角度α等の調整することにより、ばね反力軸ARを荷重入力軸AAと略一致させることが可能となる(AR≒AA)。
 これにより荷重軸線力WUをばね反力WRで打ち消して、ショックアブソーバ14の横力を回避し、フリクションの発生を抑制することができる。更に、ばね反力WRは略上側座巻中心点CMUに作用するため、ストラットマウント20の軸受部42に略均一な荷重が掛かり、ストラットマウント20のこじりを抑えることができる。
 次に、懸架コイルばね10を装着した懸架装置12に対し、車輪44から路面反力Wが入力された際の上側座巻部32と上側座22、下側座巻部34と下側座24の各接触状態について説明する。
 図5A乃至5Cは、車輪44からの路面反力Wの値が変化したときの上側座巻部32と上側座22、及び下側座巻部34と下側座24の各接触状態を示している。
 図5Aは路面反力Wが小さい状態、図5Bは路面反力Wが通常の状態、図5Cは路面反力Wが大きい状態を示している。
 路面反力Wが変化することにより、懸架コイルばね10は路面反力Wの大きさに応じて変形する。この懸架コイルばね10の変形に伴い、上側座22に対する上側座巻部32、下側座24に対する下側座巻部34の各接触状態は変化する。
 しかしながら、本実施形態に係る懸架コイルばね10は懸架装置12に組み付けられた状態において、上側座22と上側座巻部32とが上側座巻部32に設けられた二箇所の上側接触点P1,P2のみで実質的に接触している。
 よって、上側座巻部32と上側座22とは上側接触点P1,P2の2点で強く接触しているため、上側座22はこの上側接触点P1と上側接触点P2を結ぶ上側前後方向線FBUを中心として揺動する。このため、懸架コイルばね10が路面反力Wの大きさに応じて変形しても、上側前後方向線FBUは常に上側座巻中心点CMUを通る位置を維持する。
 また下側座巻部34についても、本実施形態に係る懸架コイルばね10が懸架装置12に組み付けられた状態において、下側座24と下側座巻部34とが、下側座巻部34に設けられた一箇所の下側接触点P3で実質的に接触するよう構成されている。これにより下側座巻部34も下側座24と下側接触点P3において強く接触し、懸架コイルばね10が路面反力Wの大きさに応じて変形しても、下側左右方向線RLL上で、かつ下側座巻中心点CMLよりも車両外側方向に離間した位置を維持する。
 よって、路面反力Wが変動してもばね反力軸ARの延出する方向(図5A~5Cに一点鎖線の矢印で示す方向)が大きく変化することはない。よって、荷重入力軸AAとばね反力軸ARとが一致した状態は維持されるため、ショックアブソーバ14にフリクションが発生することを防止し、ストラットマウント20のこじりを抑えることができる。
 次に、上記した懸架コイルばね10の変形例について説明する。
 図6及び図7は、懸架コイルばね10の変形例である懸架コイルばね60,70をそれぞれ示している。なお、図6及び図7において、図1乃至図5A~5Cに示した懸架コイルばね10の構成と対応する構成については、同一符号を付してその説明を省略する。
 図6に示す変形例の懸架コイルばね60は、上側座巻部32を約0.6巻としている。この構成では、上側接触点P1’,P2’を結ぶ線分である上側前後方向線SFBU1は、上側前後方向線FBUに対し平行に延在した構成となっている。また、この約0.6巻とされた上側座巻部32は、上側左右方向線RLUに対して略対称となるよう構成されている。更に、上側前後方向線SFBU1は上側座巻中心点CMUとは交差しておらず、上側座巻中心点CMUよりも車両内側方向に図6中両矢印で示す寸法ΔM1だけ離間した構成となっている。
 図7に示す変形例の懸架コイルばね70は、上側座巻部32を約0.4巻としている。この構成においても、上側接触点P1’ ’,P2’ ’を結ぶ線分である上側前後方向線SFBU2は、上側前後方向線FBUに対し平行に延在した構成となっている。また、この約0.4巻とされた上側座巻部32は、上側左右方向線RLUに対して略対称となるよう構成されている。更に、上側前後方向線SFBU2は上側座巻中心点CMUとは交差しておらず、上側座巻中心点CMUよりも車両外側方向に図7中両矢印で示す寸法ΔM2だけ離間した構成となっている。
 この離間量は、上側座巻部32の巻数にして、0.4巻以上0.6巻以下の範囲に設定することが望ましい。これは、上側座巻部32の巻数が0.4巻未満になった場合、及び上側座巻部32の巻数が0.6巻を超えた場合には、上側接触点P1,P2が上側座巻中心点CMUから大きく離間するため、ショックアブソーバ14の摺動部におけるフリクションが増大し、ストラットマウント20の軸受部42に偏った荷重(ばね反力)が作用してストラットマウント20のこじりが生じる可能性が高くなるからである。
 これに対し、上側座巻部32を0.4巻以上0.6巻以下とした場合には、ショックアブソーバ14の摺動部におけるフリクションが増大し、ストラットマウント20の軸受部42に偏った荷重(ばね反力)が作用してストラットマウント20のこじりが生じることはない。
 以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。
 例えば、上記実施形態では上側座巻部32を0.5巻等にすることにより、実質的に二点(上側接触点P1,P2)で上側座巻部32と上側座22とが強く接触する構成とした。しかしながら、上側座巻部32又は上側座22の上側接触点P1,P2に対応する位置に突起を形成する構成としてもよい。この構成とすることにより、上側座巻部32と上側座22とを確実に二点で強く接触させることが可能となる。
 また、上記実施形態では下側座巻部34を逆ピッチとし、これにより下側座巻部34が下側座24に対して実質的に一点で強く接触することによりばね反力軸ARを傾ける構成とした。しかしながら、下側座巻部をフラットにすると共に下側座に傾斜部を形成することにより、ばね反力軸ARを傾ける構成としてもよい。
 本願は2013年5月10日に出願した日本国特許出願第2013-100630号及び2014年5月8日に出願した日本国特許出願第2014-097117号に基づきその優先権を主張するものであり、同日本国出願の全内容を参照することにより本願に援用する。
10,60,70 懸架コイルばね
11 コイルばね本体
12 懸架装置
14 ショックアブソーバ
20 ストラットマウント
22 上側座
24 下側座
30 車体
32 上側座巻部
34 下側座巻部
42 軸受部
44 車輪
AA 荷重入力軸
AL ロアーアーム軸
AR ばね反力軸
AS ストラット軸
CM 座巻中心軸
CMU 上側座巻中心点
CML 下側座巻中心点
FBU 上側前後方向線
SFBU1、SFBU2 上側前後方向線
FBL 下側前後方向線
RLU 上側左右方向線
RLL 下側左右方向線
W 路面反力
WU 荷重軸線力
WC ロアーアーム軸力
WR ばね反力
P1,P2 上側接触点
P3 下側接触点

Claims (8)

  1.  自動車用のストラット型懸架装置における上側座と下側座との間に装着される懸架コイルばねであって、
     懸架コイルばねの装着状態において上側座巻が前記上側座に着座し、下側座巻が前記下側座に着座するコイルばね本体を有し、
     前記装着状態において、前記上側座と前記上側座巻とが、前記上側座巻上の二箇所の上側接触点で実質的に接触し、
     前記装着状態において、前記下側座と前記下側座巻とが、前記下側座巻上の一箇所の下側接触点で実質的に接触し、
     かつ、二点の前記上側接触点を前記上側座巻の車両の前後方向に離間するよう配設すると共に、一点の前記下側接触点を前記下側座の前記二点の上側接触点を通り座巻中心軸に平行な平面より車両外側方向の位置に配設したことを特徴とする懸架コイルばね。
  2.  前記上側座巻が前記上側座の中心点を通り車両左右方向に延在する線分に対して略対称となるよう構成したことを特徴とする請求項1記載の懸架コイルばね。
  3.  前記下側座巻を逆ピッチとしたことを特徴とする請求項1又は2記載の懸架コイルばね。
  4.  前記上側座巻が前記上側座と接触する二点を結ぶ前記車両の前後方向に延在する線分が、前記上側座巻の中心位置に対し前記車両の左右方向の所定範囲内に位置するよう設定したことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の懸架コイルばね。
  5.  前記所定範囲を前記上側座巻の巻数で0.4巻以上0.6巻以下の範囲とすると共に、前記上側座巻が前記上側座の中心点を通り車両左右方向に延在する線分に対して略対称となるよう構成したことを特徴とする請求項4記載の懸架コイルばね。
  6.  装着前の自由状態において、前記コイルばね本体のコイル軸が直線となるよう構成したことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の懸架コイルばね。
  7.  前記上側座巻が前記上側座と実質的に接触する二点を結ぶ前記車両の前後方向に延在する線分が、前記上側座の中心点を通り車両前後方向に延在する線分上又は、該車両前後方向に延在する線分に対して略平行となるよう構成したことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の懸架コイルばね。
  8.  請求項1乃至7のいずれか一項に記載の懸架コイルばねを備えたストラット型懸架装置。
     
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