WO2017179273A1 - コイルばね - Google Patents

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WO2017179273A1
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axial direction
line
coil spring
winding
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English (en)
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Inventor
岸原　竜二
誠士 岡村
Original Assignee
サンコール株式会社
トヨタ自動車株式会社
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Publication date
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Priority to EP17782092.5A priority patent/EP3425235B1/en
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    • F16F1/00—Springs
    • F16F1/02—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
    • F16F1/04—Wound springs
    • F16F1/06—Wound springs with turns lying in cylindrical surfaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16F1/00—Springs
    • F16F1/02—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
    • F16F1/04—Wound springs
    • F16F1/047—Wound springs characterised by varying pitch
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16F1/04—Wound springs
    • F16F1/12—Attachments or mountings
    • F16F1/123—Attachments or mountings characterised by the ends of the spring being specially adapted, e.g. to form an eye for engagement with a radial insert
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2238/00—Type of springs or dampers
    • F16F2238/02—Springs
    • F16F2238/026—Springs wound- or coil-like

Definitions

  • the present invention relates to a coil spring that can be used for a valve spring of an internal combustion engine, a spring for a high pressure pump, or the like.
  • a coil spring formed by forming a spring wire in a spiral shape extending from one side to the other in the axial direction is widely used as a valve spring for an internal combustion engine, a spring for a high pressure pump, etc.
  • the coil spring is a member intended to exert an elastic force along the axial direction when compressed in the axial direction, but in addition to the elastic force along the axial direction when compressed, the axial direction is It is known that force (lateral force) is also generated in the orthogonal direction.
  • lateral force it is desirable to prevent the occurrence of lateral force as much as possible. That is, for example, when a lateral force is generated when the coil spring is used as a pressing member for a plunger that reciprocates, friction generated between the plunger and a guide surface in which the plunger is reciprocally accommodated. Strength increases. The increase in the frictional force causes wear due to the sliding resistance of the plunger and an increase in frictional heat, which may cause a malfunction in a device such as a high-pressure pump in which the plunger is used.
  • the coil spring described in Patent Document 1 is designed so that the effective number of turns is an integer between the set height and the maximum use height, and the effective number of turns is not an integer or an integer.
  • the lateral force can be reduced as compared with the coil spring.
  • the said coil spring has the end winding part located in the axial direction both ends, and the center winding part located between the end winding parts of the said both ends, Between the spring wire materials adjacent to an axial direction A region where a gap (a gap between lines) exists is an effective winding portion.
  • the present invention has been made in view of such conventional technology, and an object thereof is to provide a coil spring that can prevent the occurrence of lateral force as much as possible.
  • the present invention is a coil spring in which a spring wire is formed in a spiral shape extending from one side in the axial direction to the other side, and is formed by a gap between the spring wires adjacent in the axial direction.
  • the line winding to be drawn is in the natural length state as it advances in the circumferential direction along the spiral shape from the first reference point where the line gap in the natural length state is zero on one side in the axial direction to the other side in the axial direction.
  • the first end region where the line-to-line gap becomes larger, and the line-to-line gap in the natural length state is set to a reference value L (L> 0).
  • the first transition region between the position and the reference region, the distance between the lines decreases as it advances along the spiral shape from the end position of the first end region to the other side in the axial direction, and reaches the reference value L
  • a coil spring is provided.
  • the inter-line winding defined by the inter-line gap between the adjacent spring wire rods in the axial direction is the first in which the inter-line gap in the natural length state is zero on one side in the axial direction.
  • a reference region in which the gap between the lines in the natural length state is set to a reference value L (L> 0), and is positioned on the other side in the axial direction from the reference region, and surrounds along the spiral shape toward the other side in the axial direction.
  • the distance between the lines in the natural length state at the terminal position exceeding 1 is greater than L
  • the inter-winding is provided between the end position of the first end region and the reference region, and from the end position of the first end region to the other side in the axial direction. Since the first transition region is provided in which the distance between the lines decreases as it advances along the spiral shape and reaches the reference value L, a zero gap between the lines is generated in the first end region during the compression operation. This can be effectively suppressed, and thereby the generation of lateral force can be prevented as much as possible.
  • the first end region has a constant inter-line gap pitch angle from the first reference point to the end position, and the inter-line gap pitch angle is an inter-line gap in one axial direction.
  • the amount of displacement between the line gaps per winding is set to L.
  • the coil spring according to the present invention is provided on one side in the axial direction of the coil spring, and has a first seat winding portion on which the first seat surface facing the one side in the axial direction is formed, and on the other side in the axial direction of the coil spring.
  • a second end winding portion provided with a second seat surface facing the other side in the axial direction, and a central winding portion between the first and second end winding portions.
  • the first end winding portion includes a first end winding portion edge region extending from a first end portion on one side in the longitudinal direction of the spring wire to a portion forming the first reference point, and the first seat.
  • a first end winding portion transition region extending from the winding portion edge region to the central winding portion, and the first end winding portion edge region is more coiled than the first end winding portion transition region. It is bent to one side in the axial direction of the spring.
  • the first seat surface is formed so as to reach the first end turn portion transition region from the first end turn portion edge region across the boundary between the first end turn portion transition region and the first end turn portion transition region.
  • the second end region is configured such that the number of windings between the lines exceeds 1, and the distance between the lines in the natural length state at the start position is greater than L.
  • the interwinding is performed in a circumferential direction along the spiral shape from the end position of the reference region to the other side in the axial direction between the end position on the other side in the axial direction of the reference region and the start position of the second end region. As the travel proceeds, the distance between the lines increases from the reference value L, and the second transition region reaches the start position of the second end region.
  • the second end region has a constant inter-line gap pitch angle from a start position to the second reference point, and the inter-line gap pitch angle is a line winding to one side in the axial direction.
  • the amount of displacement between the line gaps per winding is set to ⁇ L.
  • the second end winding portion includes a second end winding portion edge region extending from a second end portion on the other side in the longitudinal direction of the spring wire to a portion forming the second reference point, and the second seat.
  • a second end winding portion transition region extending from the winding portion edge region to the central winding portion, and the second end winding portion edge region is more coiled than the second end winding portion transition region. It is bent to the other side in the axial direction of the spring.
  • the second seat surface is formed so as to reach the second end turn portion transition region from the second end turn portion edge region across the boundary with the second end turn portion transition region.
  • the number of windings between the lines from the first reference point to the second reference point is preferably an integer multiple.
  • FIG. 1 is a perspective view of a coil spring according to an embodiment of the present invention in a natural length state.
  • FIG. 2 is a front view of the coil spring in a natural length state.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the number of turns between lines and the gap between lines in the coil spring.
  • FIG. 4 is a front view of the coil spring in a compressed state.
  • FIG. 5 is a schematic view of the coil spring manufacturing apparatus.
  • FIG. 6 is a graph showing the experimental results.
  • FIG. 7 is a partial front view of a coil spring according to a modification of the embodiment.
  • FIG. 1 and 2 show a perspective view and a front view, respectively, of the coil spring 1A according to the present embodiment in a natural length state.
  • a coil spring 1 ⁇ / b> A is formed by forming a spring wire 100 into a spiral shape extending from one side in the axial direction to the other side. It is suitably used for springs for high pressure pumps.
  • the coil spring 1 ⁇ / b> A includes a first end portion 110 on one side in the longitudinal direction of the spring wire 100, and is directed to one side in the axial direction of the coil spring 1 ⁇ / b> A, based on the actual winding of the spring wire 100.
  • a second seat that includes a first seat winding portion 10 on which one seat surface 11 is formed and a second end portion 120 on the other side in the longitudinal direction of the spring wire 100 and faces the other side in the axial direction of the coil spring 1A. It has the 2nd end winding part 20 in which the surface 21 was formed, and the center winding part 30 between the said 1st and 2nd end winding parts 10 and 20.
  • a region where a gap between the wires exists between the spring wire rods 100 adjacent to each other in the axial direction of the coil spring 1A acts as an effective winding portion that exerts an elastic force.
  • the inter-line gap between the spring wire rods 100 adjacent in the axial direction widens in a spiral direction from the first reference point 51 where the inter-line gap in the natural length state is zero on one side in the axial direction toward the one side in the axial direction.
  • the reference value L is set according to the elastic force required for the coil spring 1A (L> 0, see FIG. 3 below), and on the other side in the axial direction, it narrows as it advances spirally toward one side in the axial direction. 2 at the reference point 52.
  • the spiral shape formed by the inter-line gap (hereinafter referred to as inter-line winding) has the zero inter-line gap in the natural length state on one side in the axial direction.
  • a reference region 65 located on the other side and having a gap between lines in a natural length state of a reference value L, is located on the other side in the axial direction from the reference region 65, and spirals toward the other side in the axial direction.
  • the gap between the lines becomes narrower as it goes in the circumferential direction
  • the second reference point 52 has a second end region 62 in which the gap between the lines in the natural length state becomes zero.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the number of turns between lines and the gap between lines in the coil spring 1A.
  • the first end region 61 has a line-to-line distance in a natural length state in which the number of inter-wire windings exceeds 1 and the terminal position 61E is in a natural length state. Is configured to be larger than the reference value L.
  • the end position 61E of the first end region 61 is at a position of about 1.2 turns between the first reference point 51 and the other side in the axial direction.
  • the reference value L is set to 4.7 mm, and the line length in the natural length state at the end position 61E is set to 5.5 mm (reference value L ⁇ 1.17).
  • the coil spring 1 ⁇ / b> A is configured such that the wire winding has a first transition region 63 (1) between the first end region 61 and the reference region 65. Has been.
  • the first transition region 63 (1) has a line-to-line distance that decreases from the terminal position 61E of the first end region 61 to the other side in the axial direction along the spiral shape, and reaches the reference value L. It is configured.
  • the line-to-line distance at the terminal position 61 ⁇ / b> E of the first end region 61 provided on one side in the axial direction is larger than the reference value L. Therefore, in the compression operation of the coil spring 1A as shown in FIG. 4, it is possible to effectively prevent a change in the effective number of windings on one side in the axial direction, thereby generating a lateral force during the compression operation. It can be effectively suppressed.
  • the second end region 62 has a line-to-line distance in a natural length state in which the number of windings between the lines exceeds 1 and the terminal position 61E is in the natural length state. Is configured to be larger than the reference value L.
  • the second end region 62 has substantially the same configuration as the first end region 61. That is, as shown in FIG. 3, the start position 62S of the second end region 62 is located at a position of about 1.2 turns from the second reference point 52 to one side in the axial direction in the number of windings between the lines.
  • the line length in the natural length state at the start position 62S is set to 5.5 mm (reference value L ⁇ 1.17), which is the same as the line distance at the end position 61E in the first end region 61.
  • the coil spring 1 ⁇ / b> A is configured such that the wire winding has a second transition region 63 (2) between the reference region 65 and the second end region 62. Has been.
  • the distance between the lines increases from the reference value L as the distance from the terminal position 65E of the reference area 65 advances to the other side in the axial direction along the spiral shape.
  • 62 is configured to reach a start position 62S.
  • the coil spring 1A is manufactured by, for example, a manufacturing apparatus 200 shown in FIG. As shown in FIG. 5, the manufacturing apparatus 200 is guided by a supply roller 210 that supplies the spring wire 100, a guide member 215 that guides the spring wire 100 conveyed by the supply roller 210, and the guide member 215.
  • the first and second coiling tools 220 (1) are provided on the downstream side in the transport direction of the spring wire 100 transported by the supply roller 210 in a state where the linear spring wire 100 is formed into a spiral coil spring 1A. 220 (2), a cored bar member 225 that guides the coil spring 1A spirally formed by the first and second coiling tools 220 (1) and 220 (2), and the pitch of the coil spring 1A.
  • the positions of the first and second coiling tools 220 (1) and 220 (2) can be adjusted with respect to the radial direction with reference to the center of the coil spring 1A to be molded.
  • the coil diameter of the coil spring 1A is changed.
  • the position of the pitch tool 230 can be adjusted in the radial direction with respect to the center of the coil spring 1A, and the pitch of the coil spring 1A is changed in accordance with the change in the radial position.
  • the cutting tool 235 is capable of reciprocating in the radial direction with respect to the center of the coil spring 1 ⁇ / b> A, and has a cutting position where the spring wire 100 is cut in cooperation with the engagement surface 226 of the cored bar 225. It can be moved between a retreat position separated from the metal core 225.
  • the first end region 61 has a constant line gap pitch angle from the first reference point 51 to the end position 61E, and the line gap pitch angle is set. Is set so that the amount of displacement between the line gaps per winding between the lines in one axial direction is L. According to such a configuration, the position control of the pitch tool 230 can be facilitated.
  • the second end region 62 has a constant line-to-line gap pitch angle from a start position 62S to the second reference point 52, and the line-to-line gap The pitch angle is set such that the amount of displacement between the line gaps per one turn of the line winding in the axial direction is ⁇ L.
  • a coil spring 1a having the following configuration was prepared.
  • Material of the spring wire Silicon chrome Steel wire equivalent to a steel oil temper wire (SWOSC-V)
  • Wire diameter of the spring wire 3.3 mm
  • Coil diameter of coil spring 17.4mm
  • Length of coil spring in natural length 41 mm
  • Total number of turns 6.0
  • Effective winding number 4.0
  • Distance between line gaps in the reference area 65 (reference value L): 4.6 mm End position 61E of first end region 61 (number of windings from first reference point 51): 0.9 Distance between line gaps at the end position 61E of the first end region 61: 5.7 mm Number of windings between lines of the first transition region 63 (1): 0.5 Starting position 62S of the second end region 62 (number of windings from the second reference point 52): 0.9 Distance between line gaps at the start position 62S of the second end region
  • the lateral force generated in the coil spring 1a according to the example was measured with a side force spring tester (SFT series, manufactured by Japan Measuring System Co., Ltd.).
  • FIG. 6 shows the result.
  • Example 1a in which the line-to-line distance at the start position 62S is greater than the line-to-line distance L in the reference region 65, the generation of lateral force is significantly suppressed compared to the comparative example. Yes.
  • This result means that in the coil spring 1a according to the embodiment, it is possible to effectively prevent the occurrence of a gap between lines in the first and second end regions 61 and 62 during the compression operation.
  • the coil spring 1A is configured such that the number of inter-wire turns from the first reference point 51 to the second reference point 52 is an integral multiple. That is, the first reference point 51 and the second reference point 52 are configured to be located at the same position in the circumferential direction. According to such a configuration, it is possible to more effectively prevent the occurrence of lateral force during the compression operation.
  • a region of the first end turn portion 10 located on the end side from the first reference point 51 can be bent to one side in the axial direction.
  • FIG. 7 shows a partial front view of Modification 1B in which a region of the first end turn portion 10 located on the end side from the first reference point 51 is bent toward one side in the axial direction.
  • the first end turn portion 10 is a portion that forms the first reference point 51 from the first end portion 110 on one side in the longitudinal direction of the spring wire 100. And a first end turn part transition region 112 extending from the first end turn part edge region 111 to the central turn part 30.
  • the said 1st seat surface 11 is It is formed so as to reach the first end turn portion transition region 112 across the boundary between the first end turn portion edge region 111 and the first end turn portion transition region 112.
  • the first seat winding portion 10 is thickened while ensuring a sufficient amount of polishing of the first seat surface 11 to ensure flatness of the first seat surface 11. It is possible to reduce the generation of lateral force during the compression operation.
  • the second end winding part 20 extends from the second end part 120 on the other side in the longitudinal direction of the spring wire 100 to a part forming the second reference point 52 (not shown).
  • a second end winding part transition region (not shown) extending from the second end winding part edge region to the central winding part 30, and the second end winding part edge region being the second end winding part edge region.
  • the coil spring 1 is bent toward the other side in the axial direction, and the second seat surface 21 is bounded by the second end winding portion edge region to the second end winding portion transition region. Can be formed so as to reach the second end turn part transition region.

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Abstract

本発明のコイルばねにおいては、線間隙間によって形成される線間巻きが、線間隙間ゼロの第１基準点から軸線方向他方側へ進むに従って線間隙間が大きくなる第１端部領域と、線間隙間が基準値のＬ（Ｌ＞０）とされた基準領域と、軸線方向他方側へ進むに従って線間隙間が狭くなり、第２基準点において線間隙間がゼロとなる第２端部領域とを含み、前記第１端部領域は、線間巻き数が１を超え且つ終端位置における線間距離がＬより大となるように構成され、前記線間巻きは、前記第１端部領域の終端位置と前記基準領域との間に、前記第１端部領域の終端位置から軸線方向他方側へ螺旋形状に沿って進むに従って線間距離が小さくなって基準値のＬに到達する第１移行領域を有している。

Description

コイルばね
　本発明は、内燃機関の弁ばねや高圧ポンプ用ばね等に利用可能なコイルばねに関する。
　ばね線材を軸線方向一方側から他方側へ延びる螺旋形状に成形してなるコイルばねは、内燃機関の弁ばねや高圧ポンプ用ばね等として、広く利用されている、
　前記コイルばねは、軸線方向に圧縮された際に軸線方向に沿った弾性力を発揮することを意図した部材であるが、圧縮時に、軸線方向に沿った弾性力に加えて、軸線方向とは直交する方向にも力（横力）を発生することが知られている。
　横力の発生は可能な限り防止することが望まれる。
　即ち、例えば、前記コイルばねを往復動するプランジャーの押圧部材として用いた場合に横力が生じると、前記プランジャーと当該プランジャーが往復動可能に収容される案内面との間に生じる摩擦力が大きくなる。
　前記摩擦力の増加は、前記プランジャーの摺動抵抗に起因する摩耗や摩擦熱の上昇を招き、前記プランジャーが用いられる高圧ポンプ等の装置に作動不具合を生じさせる恐れがある。
　この点に関し、本願の筆頭出願人は、横力の低減を目的としたコイルばねを提案している（下記特許文献１参照）。
　前記特許文献１に記載のコイルばねは、セット高さから最大使用高さまでの間で有効巻数が整数となるように設計されたものであり、前記有効巻数が整数又は整数近傍とはされていないコイルばねに比して、横力を低減することができる。
　ところで、前記コイルばねは、軸線方向両端部に位置する座巻き部と、前記両端の座巻き部の間に位置する中央巻き部とを有しており、軸線方向に隣接するばね線材の間に隙間（線間隙間）が存在する領域が有効巻き部となる。
　前記特許文献１は、前記有効巻き部の巻数がセット高さから最大使用高さまでの間で整数となるように設計するという思想を開示するものではあるが、使用状態下において前記有効巻き部の巻数が変化しないようにするための具体的構成については記載されていない。
特開２０００－２０５３２０号公報
　本発明は、斯かる従来技術に鑑みなされたものであり、横力の発生を可及的に防止し得るコイルばねの提供を目的とする。
　本発明は、前記目的を達成するために、ばね線材が軸線方向一方側から他方側へ延びる螺旋形状に成形されてなるコイルばねであって、軸線方向に隣接するばね線材間の線間隙間によって画される線間巻きが、軸線方向一方側において自然長状態での線間隙間がゼロとされた第１基準点から軸線方向他方側へ螺旋形状に沿って周方向に進むに従って自然長状態での線間隙間が大きくなる第１端部領域と、前記第１端部領域よりも軸線方向他方側に位置し、自然長状態での線間隙間が基準値のＬ（Ｌ＞０）とされた基準領域と、前記基準領域より軸線方向他方側に位置し、軸線方向他方側へ螺旋形状に沿って周方向に進むに従って線間隙間が狭くなり、第２基準点において自然長状態での線間隙間がゼロとなる第２端部領域とを含み、前記第１端部領域は、線間巻き数が１を超え且つ終端位置における自然長状態での線間距離がＬより大となるように構成され、前記線間巻きは、前記第１端部領域の終端位置と前記基準領域との間に、前記第１端部領域の終端位置から軸線方向他方側へ螺旋形状に沿って進むに従って線間距離が小さくなって基準値のＬに到達する第１移行領域を有しているコイルばねを提供する。
　本発明に係るコイルばねにおいては、軸線方向に隣接するばね線材間の線間隙間によって画される線間巻きが、軸線方向一方側において自然長状態での線間隙間がゼロとされた第１基準点から軸線方向他方側へ螺旋形状に沿って周方向に進むに従って自然長状態での線間隙間が大きくなる第１端部領域と、前記第１端部領域よりも軸線方向他方側に位置し、自然長状態での線間隙間が基準値のＬ（Ｌ＞０）とされた基準領域と、前記基準領域より軸線方向他方側に位置し、軸線方向他方側へ螺旋形状に沿って周方向に進むに従って線間隙間が狭くなり、第２基準点において自然長状態での線間隙間がゼロとなる第２端部領域とを含み、前記第１端部領域は、線間巻き数が１を超え且つ終端位置における自然長状態での線間距離がＬより大となるように構成されており、さらに、前記線間巻きには、前記第１端部領域の終端位置と前記基準領域との間に、前記第１端部領域の終端位置から軸線方向他方側へ螺旋形状に沿って進むに従って線間距離が小さくなって基準値のＬに到達する第１移行領域が設けられているので、圧縮動作時において前記第１端部領域に線間隙間ゼロが発生することを有効に抑えることができ、これにより、横力の発生を可及的に防止することができる。
　好ましくは、前記第１端部領域は、前記第１基準点から前記終端位置まで一定の線間隙間ピッチ角を有するものとされ、前記線間隙間ピッチ角は、軸線方向一方側への線間巻き１巻き当たりの線間隙間の変位量がＬとなるように設定される。
　本発明に係るコイルばねは、前記コイルばねの軸線方向一方側に設けられ、軸線方向一方側を向く第１座面が形成された第１座巻き部と、前記コイルばねの軸線方向他方側に設けられ、軸線方向他方側を向く第２座面が形成された第２座巻き部と、前記第１及び第２座巻き部の間の中央巻き部とを備える。
　好ましくは、前記第１座巻き部は、前記ばね線材のうち長手方向一方側の第１端部から前記第１基準点を形成する部分まで延びる第１座巻き部エッジ領域と、前記第１座巻き部エッジ領域から前記中央巻き部まで延びる第１座巻き部移行領域とを含むものとされ、前記第１座巻き部エッジ領域は、前記第１座巻き部移行領域に比して、前記コイルばねの軸線方向一方側へ折り曲げられる。
　そして、前記第１座面は、前記第１座巻き部エッジ領域から前記第１座巻き部移行領域との境界を跨いで前記第１座巻き部移行領域へ至るように形成される。
　前記種々の構成において、好ましくは、前記第２端部領域は、線間巻き数が１を超え且つ開始位置における自然長状態での線間距離がＬより大となるように構成され、前記線間巻きは、前記基準領域の軸線方向他方側の終端位置と前記第２端部領域の開始位置との間に、前記基準領域の終端位置から軸線方向他方側へ螺旋形状に沿って周方向に進むに従って線間距離が基準値のＬから大きくなって前記第２端部領域の開始位置に到達する第２移行領域を有するように構成される。
　好ましくは、前記第２端部領域は、開始位置から前記第２基準点まで一定の線間隙間ピッチ角を有するものとされ、前記線間隙間ピッチ角は、軸線方向一方側への線間巻き１巻き当たりの線間隙間の変位量が－Ｌとなるように設定される。
　好ましくは、前記第２座巻き部は、前記ばね線材のうち長手方向他方側の第２端部から前記第２基準点を形成する部分まで延びる第２座巻き部エッジ領域と、前記第２座巻き部エッジ領域から前記中央巻き部まで延びる第２座巻き部移行領域とを含むものとされ、前記第２座巻き部エッジ領域は、前記第２座巻き部移行領域に比して、前記コイルばねの軸線方向他方側へ折り曲げられる。
　そして、前記第２座面は、前記第２座巻き部エッジ領域から前記第２座巻き部移行領域との境界を跨いで前記第２座巻き部移行領域へ至るように形成される。
　前記種々の構成において、好ましくは、前記第１基準点から前記第２基準点までの線間巻き数が整数倍とされる。
図１は、本発明の一実施の形態に係るコイルばねの自然長状態での斜視図である。 図２は、前記コイルばねの自然長状態での正面図である。 図３は、前記コイルばねにおける、線間巻き数と線間隙間との関係を示すグラフである。 図４は、前記コイルばねの圧縮状態での正面図である。 図５は、前記コイルばねの製造装置の模式図である。 図６は、前記実験結果を示すグラフである。 図７は、前記実施の形態の変形例に係るコイルばねの部分正面図である。
　以下、本発明に係るコイルばねの一実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
　図１及び図２に、それぞれ、本実施の形態に係るコイルばね１Ａの自然長状態での斜視図及び正面図を示す。
　図１及び図２に示すように、本実施の形態に係るコイルばね１Ａは、ばね線材１００が軸線方向一方側から他方側へ延びる螺旋形状に成形されてなるものであり、内燃機関の弁ばねや高圧ポンプ用ばね等に好適に利用される。
　前記コイルばね１Ａは、前記ばね線材１００の実巻きを基準とすると、前記ばね線材１００の長手方向一方側の第１端部１１０を含み、且つ、前記コイルばね１Ａの軸線方向一方側を向く第１座面１１が形成された第１座巻き部１０と、前記ばね線材１００の長手方向他方側の第２端部１２０を含み、且つ、前記コイルばね１Ａの軸線方向他方側を向く第２座面２１が形成された第２座巻き部２０と、前記第１及び第２座巻き部１０、２０の間の中央巻き部３０とを有している。
　前記コイルばね１Ａにおいては、前記コイルばね１Ａの軸線方向に隣接するばね線材１００同士の間に線間隙間が存在する領域が、弾性力を発揮する有効巻き部として作用する。
　ここで、軸線方向に隣接するばね線材１００同士の間の前記線間隙間について詳述する。
　前記線間隙間は、軸線方向一方側においては自然長状態での線間隙間がゼロとされた第１基準点５１から軸線方向一方側へ螺旋状に進むに従って広がり、前記中央巻き部３０においては前記コイルばね１Ａに求められる弾性力に応じて設定される基準値Ｌ（Ｌ＞０、下記図３参照）とされ、軸線方向他方側においては軸線方向一方側へ螺旋状に進むに従って狭まって第２基準点５２においてゼロとされている。
　即ち、図２に示すように、前記線間隙間によって形成される螺旋形状（以下、線間巻きと言う）は、軸線方向一方側において自然長状態での線間隙間がゼロとされた前記第１基準点５１から軸線方向他方側へ螺旋形状に沿って周方向に進むに従って自然長状態での線間隙間が大きくなる第１端部領域６１と、前記第１端部領域６１よりも軸線方向他方側に位置し、自然長状態での線間隙間が基準値のＬとされた基準領域６５と、前記基準領域６５より軸線方向他方側に位置し、軸線方向他方側へ螺旋形状に沿って周方向に進むに従って線間隙間が狭くなり、前記第２基準点５２において自然長状態での線間隙間がゼロとなる第２端部領域６２とを有している。
　図３に、前記コイルばね１Ａにおける、線間巻き数と線間隙間との関係を表すグラフを示す。
　図３に示すように、本実施の形態に係る前記コイルばね１Ａにおいては、前記第１端部領域６１は、線間巻き数が１を超え且つ終端位置６１Ｅにおける自然長状態での線間距離が基準値Ｌよりも大となるように構成されている。
　本実施の形態においては、図３に示すように、前記第１端部領域６１の終端位置６１Ｅは、前記第１基準点５１から軸線方向他方側へ線間巻き約１．２巻きの位置に位置されており、基準値Ｌは４．７ｍｍに設定され、終端位置６１Ｅにおける自然長状態の線間距離は５．５ｍｍ（基準値Ｌ×１．１７）に設定されている。
　その上で、図３に示すように、前記コイルばね１Ａは、前記線間巻きが前記第１端部領域６１及び前記基準領域６５の間に第１移行領域６３（１）を有するように構成されている。
　前記第１移行領域６３（１）は、前記第１端部領域６１の終端位置６１Ｅから軸線方向他方側へ螺旋形状に沿って進むに従って線間距離が小さくなって基準値のＬに到達するように構成されている。
　かかる構成を備えることにより、前記コイルばね１Ａが自然長状態から圧縮動作される際に、前記第１端部領域６１に線間隙間ゼロが生じることを有効に防止でき、圧縮動作時の横力の発生を有効に抑えることができる。
　即ち、前記コイルばね１Ａにおいては、軸線方向一方側に設けられる前記第１端部領域６１の終端位置６１Ｅでの線間距離が基準値Ｌよりも大とされている。
　従って、図４に示すような前記コイルばね１Ａの圧縮動作に、軸線方向一方側において有効巻き数の変化が生じることを有効に防止することができ、これにより、圧縮動作時の横力発生を有効に抑えることができる。
　図３に示すように、本実施の形態に係る前記コイルばね１Ａにおいては、前記第２端部領域６２は、線間巻き数が１を超え且つ終端位置６１Ｅにおける自然長状態での線間距離が基準値Ｌよりも大となるように構成されている。
　本実施の形態においては、前記第２端部領域６２は、前記第１端部領域６１と実質的に同一構成とされている。
　即ち、図３に示すように、前記第２端部領域６２の開始位置６２Ｓは、前記第２基準点５２から線間巻き数において軸線方向一方側へ約１．２巻きの位置に位置されており、開始位置６２Ｓにおける自然長状態の線間距離は前記第１端部領域６１における終端位置６１Ｅの線間距離と同一の５．５ｍｍ（基準値Ｌ×１．１７）に設定されている。
　その上で、図３に示すように、前記コイルばね１Ａは、前記線間巻きが前記基準領域６５及び前記第２端部領域６２の間に第２移行領域６３（２）を有するように構成されている。
　前記第２移行領域６３（２）は、前記基準領域６５の終端位置６５Ｅから軸線方向他方側へ螺旋形状に沿って進むに従って線間距離が基準値のＬから大きくなって前記第２端部領域６２の開始位置６２Ｓに到達するように構成されている。
　かかる構成を備えることにより、前記コイルばね１Ａが自然長状態から圧縮動作される際に、前記第２端部領域６２に線間隙間ゼロが生じることを有効に防止でき、圧縮動作時の横力の発生を有効に抑えることができる。
　前記コイルばね１Ａは、例えば、図５に示す製造装置２００によって製造される。
　図５に示すように、前記製造装置２００は、ばね線材１００を供給する供給ローラ２１０と、前記供給ローラ２１０によって搬送されるばね線材１００をガイドするガイド部材２１５と、前記ガイド部材２１５によってガイドされた状態で前記供給ローラ２１０によって搬送されるばね線材１００の搬送方向下流側に設けられ、直線状のばね線材１００を螺旋状のコイルばね１Ａに成形する第１及び第２コイリングツール２２０（１）、２２０（２）と、前記第１及び第２コイリングツール２２０（１）、２２０（２）によって螺旋状に成形されたコイルばね１Ａをガイドする芯金部材２２５と、前記コイルばね１Ａのピッチを調整するピッチツール２３０と、前記芯金２２５と共働してばね線材１００を切断する切断ツール２３５とを有している。
　前記第１及び第２コイリングツール２２０（１）、２２０（２）は、成形されるコイルばね１Ａの中心を基準とした径方向に関し位置調整可能とされており、径方向位置の変更に応じてコイルばね１Ａのコイル径を変更する。
　前記ピッチツール２３０は、コイルばね１Ａの中心を基準とした径方向に関し位置調整可能とされており、径方向位置の変更に応じてコイルばね１Ａのピッチを変更する。
　前記切断ツール２３５は、コイルばね１Ａの中心を基準とした径方向に関し往復動可能とされており、前記芯金２２５の係合面２２６と共働して前記ばね線材１００を切断する切断位置と前記芯金２２５から離間された退避位置との間で移動可能とされている。
　好ましくは、図３に示すように、前記第１端部領域６１は、前記第１基準点５１から前記終端位置６１Ｅまで一定の線間隙間ピッチ角を有するものとされ、前記線間隙間ピッチ角は、軸線方向一方側への線間巻き１巻き当たりの線間隙間の変位量がＬとなるように設定される。
　かかる構成によれば、前記ピッチツール２３０の位置制御の容易化を図ることができる。
　同様に、好ましくは、図３に示すように、前記第２端部領域６２は、開始位置６２Ｓから前記第２基準点５２まで一定の線間隙間ピッチ角を有するものとされ、前記線間隙間ピッチ角は、軸線方向一方側への線間巻き１巻き当たりの線間隙間の変位量が－Ｌとなるように設定される。
　ここで、本実施の形態に係るコイルばね１Ａ及び従来のコイルばねに対して行った、横力に関する実験結果について説明する。
　本実施の形態に係るコイルばね１Ａの一例（実施例）として、下記構成のコイルばね１ａを用意した。
・実施例に係るコイルばね１ａの構成
　ばね線材の材質：シリコンクロム 鋼オイルテンパー線（SWOSC-V）相当の鋼線
　ばね線材の線径：３．３ｍｍ
　コイルばねのコイル径：１７．４ｍｍ
　自然長状態のコイルばねの長さ：４１ｍｍ
　総巻き数：６．０
　有効巻き数：４．０
　基準領域６５での線間隙間の距離（基準値Ｌ）：４．６ｍｍ
　第１端部領域６１の終端位置６１Ｅ（第１基準点５１からの線間巻き数）：０．９
　第１端部領域６１の終端位置６１Ｅでの線間隙間の距離：５．７ｍｍ
　第１移行領域６３（１）の線間巻き数：０．５
　第２端部領域６２の開始位置６２Ｓ（第２基準点５２からの線間巻き数）：０．９
　第２端部領域６２の開始位置６２Ｓでの線間隙間の距離：５．７ｍｍ
　第２移行領域６３（２）の線間巻き数：０．５
　前記実施例に係るコイルばね１ａに生じる横力をサイドフォースばね試験機（日本計測システム株式会社製　ＳＦＴシリーズ）にて測定した。
　図６に、その結果を示す。
　従来のコイルばねの一例（比較例）として、下記構成のコイルばねを用意し、同様の実験を行った。
・比較例に係るコイルばねの構成
　ばね線材の材質：シリコンクロム 鋼オイルテンパー線（SWOSC-V）相当の鋼線
　ばね線材の線径：３．３ｍｍ
　コイルばねのコイル径：１７．４ｍｍ
　自然長状態のコイルばねの長さ：４０ｍｍ
　総巻き数：５．８
　有効巻き数：３．８
　基準領域６５での線間隙間の距離（基準値Ｌ）：６．１ｍｍ
　第１端部領域６１の終端位置６１Ｅ（第１基準点５１からの線間巻き数）：１
　第１端部領域６１の終端位置６１Ｅでの線間隙間の距離：６．１ｍｍ
　第２端部領域６２の開始位置６２Ｓ（第２基準点５２からの線間巻き数）：１
　第２端部領域６２の開始位置６２Ｓでの線間隙間の距離：６．１ｍｍ
　前記比較例に生じる横力も前記サイドフォースばね試験機（日本計測システム株式会社製　ＳＦＴシリーズ）にて測定した。
　その結果を図６に併せて示す。
　図６に示されるように、前記第１及び第２端部領域６１、６２の線間巻き数が１を超え、前記第１端部領域６１の終端位置６１Ｅ及び前記第２端部領域６２の開始位置６２Ｓでの線間距離が基準領域６５での線間距離Ｌよりも大とされている前記実施例１ａにおいては、前記比較例に比して、横力の発生が格段に抑えられている。
　この結果は、前記実施例に係るコイルばね１ａにおいては、圧縮動作に際し、前記第１及び第２端部領域６１、６２において線間隙間ゼロの発生が有効に防止できていることを意味する。
　好ましくは、前記コイルばね１Ａは、前記第１基準点５１から前記第２基準点５２までの線間巻き数が整数倍となるように構成される。
　即ち、前記第１基準点５１及び前記第２基準点５２が周方向に関し同一位置に位置するように構成される。
　かかる構成によれば、圧縮動作時の横力発生をより有効に防止することができる。
　また、好ましくは、前記第１座巻き部１０のうち前記第１基準点５１より端部側に位置する領域を軸線方向一方側へ折り曲げることができる。
　図７に、前記第１座巻き部１０のうち前記第１基準点５１より端部側に位置する領域を軸線方向一方側へ折り曲げた変形例１Ｂの部分正面図を示す。
　図７に示すように、前記変形例１Ｂにおいては、前記第１座巻き部１０は、前記ばね線材１００のうち長手方向一方側の第１端部１１０から前記第１基準点５１を形成する部分まで延びる第１座巻き部エッジ領域１１１と、前記第１座巻き部エッジ領域１１１から前記中央巻き部３０まで延びる第１座巻き部移行領域１１２とを含んでいる。
　そして、前記第１座巻き部エッジ領域１１１は、前記第１座巻き部移行領域１１２に比して、前記コイルばね１Ｂの軸線方向一方側へ折り曲げられており、前記第１座面１１は、前記第１座巻き部エッジ領域１１１から前記第１座巻き部移行領域１１２との境界を跨いで前記第１座巻き部移行領域１１２へ至るように形成されている。
　斯かる構成の前記変形例１Ｂによれば、前記第１座面１１の研磨量を十分に確保して前記第１座面１１の平坦性を担保しつつ、前記第１座巻き部１０を厚くすることができ、圧縮動作時の横力発生をさらに減少させることができる。
　当然ながら、前記第２座巻き部２０にも同様の構成を適用することができる。
　即ち、前記第２座巻き部２０が、前記ばね線材１００のうち長手方向他方側の第２端部１２０から前記第２基準点５２を形成する部分まで延びる第２座巻き部エッジ領域（図示せず）と、前記第２座巻き部エッジ領域から前記中央巻き部３０まで延びる第２座巻き部移行領域（図示せず）とを含むものとし、前記第２座巻き部エッジ領域を、前記第２座巻き部移行領域に比して、前記コイルばね１の軸線方向他方側へ折り曲げ、前記第２座面２１を、前記第２座巻き部エッジ領域から前記第２座巻き部移行領域との境界を跨いで前記第２座巻き部移行領域へ至るように形成することができる。
１Ａ、１Ｂ　　　コイルばね
１０　　　　　　第１座巻き部
１１　　　　　　第１座面
２０　　　　　　第２座巻き部
２１　　　　　　第２座面
３０　　　　　　中央巻き部
５１　　　　　　第１基準点
５２　　　　　　第２基準点
６１　　　　　　第１端部領域
６１Ｅ　　　　　第１端部領域の終端位置
６２　　　　　　第２端部領域
６２Ｓ　　　　　第２端部領域の開始位置
６３（１）　　　第１移行領域
６３（２）　　　第２移行領域
６５　　　　　　基準領域
６５Ｅ　　　　　基準領域の終端位置
１００　　　　　ばね線材
１１０　　　　　ばね線材の第１端部
１１１　　　　　第１座巻き部エッジ領域
１１２　　　　　第１座巻き部移行領域

Claims (7)

  1. 　ばね線材が軸線方向一方側から他方側へ延びる螺旋形状に成形されてなるコイルばねであって、
    　軸線方向に隣接するばね線材間の線間隙間によって画される線間巻きが、軸線方向一方側において自然長状態での線間隙間がゼロとされた第１基準点から軸線方向他方側へ螺旋形状に沿って周方向に進むに従って自然長状態での線間隙間が大きくなる第１端部領域と、前記第１端部領域よりも軸線方向他方側に位置し、自然長状態での線間隙間が基準値のＬ（Ｌ＞０）とされた基準領域と、前記基準領域より軸線方向他方側に位置し、軸線方向他方側へ螺旋形状に沿って周方向に進むに従って線間隙間が狭くなり、第２基準点において自然長状態での線間隙間がゼロとなる第２端部領域とを含み、
    　前記第１端部領域は、線間巻き数が１を超え且つ終端位置における自然長状態での線間距離がＬより大となるように構成され、
    　前記線間巻きは、前記第１端部領域の終端位置と前記基準領域との間に、前記第１端部領域の終端位置から軸線方向他方側へ螺旋形状に沿って進むに従って線間距離が小さくなって基準値のＬに到達する第１移行領域を有していることを特徴とするコイルばね。
  2. 　前記第１端部領域は、前記第１基準点から前記終端位置まで一定の線間隙間ピッチ角を有し、
    　前記線間隙間ピッチ角は、軸線方向一方側への線間巻き１巻き当たりの線間隙間の変位量がＬとなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載のコイルばね。
  3. 　前記コイルばねの軸線方向一方側に設けられ、軸線方向一方側を向く第１座面が形成された第１座巻き部と、
    　前記コイルばねの軸線方向他方側に設けられ、軸線方向他方側を向く第２座面が形成された第２座巻き部と、
    　前記第１及び第２座巻き部の間の中央巻き部とを備え、
    　前記第１座巻き部は、前記ばね線材のうち長手方向一方側の第１端部から前記第１基準点を形成する部分まで延びる第１座巻き部エッジ領域と、前記第１座巻き部エッジ領域から前記中央巻き部まで延びる第１座巻き部移行領域とを含み、
    　前記第１座巻き部エッジ領域は、前記第１座巻き部移行領域に比して、前記コイルばねの軸線方向一方側へ折り曲げられており、
    　前記第１座面は、前記第１座巻き部エッジ領域から前記第１座巻き部移行領域との境界を跨いで前記第１座巻き部移行領域へ至るように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のコイルばね。
  4. 　前記第２端部領域は、線間巻き数が１を超え且つ開始位置における自然長状態での線間距離がＬより大となるように構成され、
    　前記線間巻きは、前記基準領域の軸線方向他方側の終端位置と前記第２端部領域の開始位置との間に、前記基準領域の終端位置から軸線方向他方側へ螺旋形状に沿って周方向に進むに従って線間距離が基準値のＬから大きくなって前記第２端部領域の開始位置に到達する第２移行領域を有していることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のコイルばね。
  5. 　前記第２端部領域は、開始位置から前記第２基準点まで一定の線間隙間ピッチ角を有し、
    　前記線間隙間ピッチ角は、軸線方向一方側への線間巻き１巻き当たりの線間隙間の変位量が－Ｌとなるように設定されていることを特徴とする請求項４に記載のコイルばね。
  6. 　前記コイルばねの軸線方向一方側に設けられ、軸線方向一方側を向く第１座面が形成された第１座巻き部と、
    　前記コイルばねの軸線方向他方側に設けられ、軸線方向他方側を向く第２座面が形成された第２座巻き部と、
    　前記第１及び第２座巻き部の間の中央巻き部とを備え、
    　前記第２座巻き部は、前記ばね線材のうち長手方向他方側の第２端部から前記第２基準点を形成する部分まで延びる第２座巻き部エッジ領域と、前記第２座巻き部エッジ領域から前記中央巻き部まで延びる第２座巻き部移行領域とを含み、
    　前記第２座巻き部エッジ領域は、前記第２座巻き部移行領域に比して、前記コイルばねの軸線方向他方側へ折り曲げられており、
    　前記第２座面は、前記第２座巻き部エッジ領域から前記第２座巻き部移行領域との境界を跨いで前記第２座巻き部移行領域へ至るように形成されていることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のコイルばね。
  7. 　前記第１基準点から前記第２基準点までの線間巻き数が整数倍とされていることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載のコイルばね。
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