(57)【要約】【課題】振動の減衰機能を高める。【解決手段】組合せスプリングＳ１は、アウタスプリングＯ１とこのアウタスプリングＯ１の内側へほぼ同軸で挿通されたインナスプリングＩ１とを備え、それぞれは圧縮コイルばねにより形成されている。インナスプリングＩ１とアウタスプリングＯ１は同一巻き方向にて形成され、かつ両スプリングＯ１，Ｉ１は、常には、インナスプリングＩ１における少なくとも有効巻部分での素線の位置が、軸方向に関しては、アウタスプリングＯ１の素線ピッチ間に位置し、かつ径方向に関しては、その外周縁がアウタスプリングＯ１の素線内周縁よりも径方向外側に位置している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ圧縮コイルばねにより形成され、アウタスプリングとこのアウタスプリングの内側へほぼ同軸で挿通された少なくとも一つ以上のインナスプリングとを備えた組合せスプリングであって、
前記インナスプリングと前記アウタスプリングは同一巻き方向にて形成され、かつ前記両スプリングは、常には、前記インナスプリングにおける少なくとも有効巻部分での素線の位置が、軸方向に関しては、前記アウタスプリングの素線ピッチ間に位置し、かつ径方向に関しては、その外周縁が前記アウタスプリングの素線内周縁よりも径方向外側に位置していることを特徴とする組合せスプリング。
【請求項２】
前記アウタ及びインナの両スプリングにおける軸方向の少なくとも一方の端部には座巻部が設けられ、この座巻部では両スプリング同士が組み付けられていることを特徴とする請求項１記載の組合せスプリング。
【請求項３】
前記アウタ及びインナの両スプリングは、前記アウタスプリングの素線間に前記インナスプリングの素線を密着状態で挟み込んだ擬似密着状態から、さらに圧縮力が加えられたときに、前記アウタスプリング及び／又はインナスプリングが拡径及び／又は縮径方向へ変形することにより、前記アウタスプリングは前記擬似密着状態を超えてさらに圧縮変形が可能となっていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の組合せスプリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は組合せスプリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、エンジンの弁ばねのように高速度で往復運動をするものでは、サージングの防止を図る工夫が求められる。その一例として、下記特許文献１が知られている。このものは、主コイルばねの内側に振動減衰用コイルばねを同軸で嵌め入れた二重ばね構造となっている。
【特許文献１】実開昭６０−５２４３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した従来のコイルばねにおいては、内側に嵌め入れられる振動減衰用コイルばねは主コイルばねの巻き方向が逆向きにしてある。したがって、主コイルばねと減衰振動用コイルばねとは、互いの素線同士が交差する部位において接触し合う。このことによって、コイルばねが共振するのを抑制することができる。
【０００４】
しかし、両ばねが接触し合う部位は交差部位に限られ、ほぼ点接触の状態であることから、振動減衰性において未だ充分に改良の余地がある、と言える。
【０００５】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、振動の減衰機能に優れる組合せスプリングを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、それぞれ圧縮コイルばねにより形成され、アウタスプリングとこのアウタスプリングの内側へほぼ同軸で挿通された少なくとも一つ以上のインナスプリングとを備えた組合せスプリングであって、前記インナスプリングと前記アウタスプリングは同一巻き方向にて形成され、かつ前記両スプリングは、常には、前記インナスプリングにおける少なくとも有効巻部分での素線の位置が、軸方向に関しては、前記アウタスプリングの素線ピッチ間に位置し、かつ径方向に関しては、その外周縁が前記アウタスプリングの素線内周縁よりも径方向外側に位置している構成としたところに特徴を有する。
【０００７】
但し、本発明のインナスプリングは複数個に分割構成される形態も含む概念である。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記アウタ及びインナの両スプリングにおける軸方向の少なくとも一方の端部には座巻部が設けられ、この座巻部では両スプリング同士が組付けられているところに特徴を有する。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のものにおいて、前記アウタ及びインナの両スプリングは、前記アウタスプリングの素線間に前記インナスプリングの素線を密着状態で挟み込んだ擬似密着状態から、さらに圧縮力が加えられたときに、前記アウタスプリング及び／又はインナスプリングが拡径及び／又は縮径方向へ変形することにより、前記アウタスプリングは前記擬似密着状態を超えてさらに圧縮変形が可能となっているところに特徴を有する。
【発明の効果】
【００１０】
＜請求項１の発明＞
請求項１の発明によれば、インナスプリングとアウタスプリングとが同一巻き方向であるため、組合せスプリング全体が伸縮動作をしたときに、アウタ及びインナの両スプリングは線当たり状態で接触する。これに対し、アウタ及びインナの両スプリングの巻き方向を相互に逆方向とした場合には、接触部位がほぼ点当たり状態となってしまうのに比較して、請求項１の発明の方が大きな減衰性を得ることができる。また、圧縮ばねの場合、応力の最大部位は素線の内周部であることはよく知られているが、請求項１の場合、少なくとも有効巻部分では、軸方向に関してインナスプリングの素線は、アウタスプリングの線間に位置するようにしてアウタスプリングの素線最内周縁部とインナスプリングとの接触機会を減らしてあるため、摩耗等を生じにくく、耐久性に優れる。
【００１１】
＜請求項２の発明＞
請求項２の発明によれば、座巻部においてアウタ及びインナの両スプリングが組み付けられているため、組合せスプリングの伸縮動作中に絡み合う事態を回避することができる。
【００１２】
＜請求項３の発明＞
請求項３の発明によれば、組合せスプリング全体が圧縮する過程で、アウタスプリングの素線間にインナスプリングの素線が挟み込まれた擬似密着状態となった後も、アウタスプリング及び／又はインナスプリングが拡径及び／又は縮径変形することで、擬似密着高さを越えてアウタスプリングを圧縮させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図４によって説明する。実施形態１における組合せスプリングＳ１は、エンジンの吸気バルブあるいは排気バルブの弁ばねとして使用されている。図１に示すように、組合せスプリングＳ１は両バルブのバルブステム（図示しない）を挿通させ、その一端側（図示上端側）はバルブステムの上端部に配されたスプリングシート１に当接され、他端側（図示下端側）はシリンダヘッド３に形成されたステム通し孔２周りの壁面に当接されている。組合せスプリングＳ１がシリンダヘッド３中に組み付けられた状態では、自然状態（図２に示す状態）から所定長さだけ圧縮された状態となっている。
【００１４】
組合せスプリングＳ１は、外側のアウタスプリングＯ１とこのアウタスプリングＯ１の内側に同軸で組み込まれるインナスプリングＩ１とからなっている。両スプリングＯ１，Ｉ１は、共にばね鋼からなる素線を筒型形状に螺旋巻きしてなる圧縮コイルばねである。より詳細には、アウタスプリングＯ１は全長に亘って均一な外径を持つ円筒形状に形成され、インナスプリングＩ１は両端部のみ縮径された略樽型形状に形成されている。
【００１５】
インナスプリングＩ１はアウタスプリングＯ１の巻き方向と同一方向で巻かれており、アウタスプリングＯ１への組み込みに際しては、軸線周りに回転させながら組み込まれる。アウタ及びインナの両スプリングＯ１，Ｉ１の素線は共に断面略円形状（その他、スプリング全体の径方向に長円となる形態、外周側又は内周側に尖る略卵型形状としてもよい。）に形成されるとともに、インナスプリングＩ１の素線径はアウタスプリングの素線径に比して小さく、つまりインナスプリングＩ１側の方が細径になっている。
【００１６】
組合せスプリングＳ１の両端部において、アウタ及びインナの両スプリングＯ１，Ｉ１は共に座巻部ＳＯ１，ＳＩ１を形成している。インナスプリングＩ１の両座巻部ＳＩ１における外径は、アウタスプリングＯ１の両座巻部ＳＯ１における内径よりも僅かに大きめに設定されることで、この寸法差分がアウタ及びインナの両スプリングＯ１，Ｉ１における締め代となり、アウタ及びインナの両スプリングＯ１，Ｉ１は両端の座巻部ＳＯ１，ＳＩ１において相互に締結される。これにより、両スプリングＯ１，Ｉ１が絡み合ってしまう事態を極力に回避することができる。
【００１７】
また、インナスプリングＩ１は軸方向に関して密着状態（図３に示す状態）に至るまでの間は、インナスプリングＩ１の素線（座巻部ＳＩ１を除く）はアウタスプリングＯ１の各素線間に位置するようにしてある。また、径方向に関しては、常に、インナスプリングＩ１の素線（座巻き部分を除く）の外周縁（径方向に関して最も外側となる縁部）がアウタスプリングＯ１の素線の内周縁（径方向に関して最も内側となる縁部）よりも僅かに径方向外側に位置するようになっている。このような位置関係によって、アウタスプリングＯ１の収縮変形に伴ってインナスプリングＩ１の素線はアウタスプリングＯ１の素線と線当たり状態で接触する関係となる。
【００１８】
上記のように構成された実施形態１によれば、インナスプリングＩ１はアウタスプリングＯ１に対しその一方の端部側から組合せ作業を行う。そして、インナスプリングＩ１の両座巻部ＳＩ１とアウタスプリングＯ１の両座巻部ＳＯ１において共に締め付けられることで、アウタ及びインナの両スプリングＯ１，Ｉ１が一体化される。
【００１９】
図１の取り付け状態において、組合せスプリングＳ１の往復運動が繰り返されると、アウタスプリングＯ１の素線とインナスプリングＩ１の素線とは干渉し合う位置関係（径方向に関して、インナスプリングＩ１の素線がアウタスプリングＯ１の素線間に入り込む位置関係）にあることから、インナスプリングＩ１側の素線と、これを挟むアウタスプリングＯ１側の素線とが接触することによるダンパ効果によって共振現象を緩和することができる。具体的には、アウタスプリングＯ１が振動をしたときに、インナスプリングＩ１はこれに追従しないため、インナスプリングＩ１の各素線がこれを挟むアウタスプリングＯ１の素線にぶつかりあって、共振の緩和が図られる。特に、本実施形態では、インナスプリングＩ１とアウタスプリングＯ１とは同一の巻き方向としてあるため、両スプリングＯ１，Ｉ１が圧縮したときに、アウタ及びインナの両スプリングＯ１，Ｉ１は巻き方向に沿って「線当たり状態」となる。したがって、相互に巻き方向を逆にして「点当たり状態」としていた従来と比較して接触し合う長さ領域が長いため、その分、振動の減衰性に優れる。
【００２０】
また、有効巻き部において、軸方向に関してインナスプリングＩ１の素線は、アウタスプリングＯ１の素線間に位置し、通常に使用される圧縮領域では、インナスプリングＩ１の素線はアウタスプリングＯ１の素線の最内周縁部分に接触しない。したがって、接触に起因した摩耗が生じない。前述したように、アウタスプリングＯ１に対して圧縮力が作用したときに応力が最大となる部位は内周縁部であることから、ここに摩耗を生じさせないことは耐久性の向上を図る上で、極めて有効である。
【００２１】
図３はアウタスプリングＯ１の各素線同士が密着して、組合せスプリングＳ１がこれ以上に圧縮ができない真の密着高さとなった状態を示している。本実施形態の場合、このような真の密着高さとなる前に擬似密着状態（図４参照）を経る。この擬似密着状態は、アウタスプリングＯ１の素線間にインナスプリングＩ１の素線を挟み込んだ状態を言い、このときにはアウタスプリングＯ１の素線間には軸方向にインナスプリングＩ１の素線外径より小さい寸法のクリアランスが保有されている。この擬似密着状態からさらに圧縮力が加わると、インナスプリングＩ１の各素線を挟んでいるアウタスプリングＯ１の両素線が、インナスプリングＩ１の素線を径方向内方へ押し出すように作用する。これに伴い、アウタスプリングＯ１及び／又はインナスプリングＩ１が拡径及び／又は縮径変形することで、アウタスプリングＯ１の素線間を密着状態に至らしめることができる。したがって、吸気・排気のバルブに異常動作が生じたときの弾性変形領域を保有することができる。
【００２２】
また、一般的に二重ばねの構造をとった場合に、アウタ及びインナの両スプリングＯ１，Ｉ１は単品状態での密着高さを揃える必要があるが、本実施形態のように、座巻部ＳＯ１，ＳＩ１においてアウタ及びインナの両スプリングＯ１，Ｉ１が組み付けられて組合せ状態で一つの密着高さを得るため、アウタ及びインナの組合せ状態において、お互いの密着高さを考慮する必要がない。
【００２３】
＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図５によって説明する。実施形態２の組合せスプリングＳ２では、インナスプリングＩ２を全長さ範囲に亘って均一の外径を有する円筒形状に形成し、アウタスプリングＯ２を軸方向の両端部のみが拡径した略鼓型形状に形成している。したがって、本実施形態では座巻部ＳＯ２，ＳＩ２において両スプリングＯ２，Ｉ２相互の締め込みはなされていない構造となっている。
【００２４】
他の構成は実施形態１と同様であり、同様の作用効果を発揮することができる。
【００２５】
＜実施形態３＞
図６は本発明の実施形態３を示している。本実施形態の組合せスプリングＳ３では、インナスプリングＩ３の軸方向の長さ寸法がアウタスプリングＯ３に比較して短く形成され、アウタスプリングＯ３に対し軸方向の中間部において組合せたものである。アウタスプリングＯ３は全長さ範囲に亘って均一な外径を有した円筒形状に形成され、軸方向の両端部には座巻部ＳＯ３が形成されている。一方、インナスプリングＩ３も軸方向両端部に座巻部ＳＩ３を有し、この座巻部ＳＩ３を除く範囲は座巻部ＳＩ３に比較して大き目で軸方向に均一な外径を有しており、全体として略鼓型形状に形成されている。
【００２６】
アウタ及びインナの両スプリングＯ３，Ｉ３は、インナスプリングＩ３の両座巻部ＳＩ３においてアウタスプリングＯ３に対する締め込みがなされている。
【００２７】
他の構成は、実施形態１,２と同様であり、同様の作用効果を発揮することができる。
【００２８】
＜実施形態４＞
図７は本発明の実施形態４を示している。本実施形態の組合せスプリングＳ４では、アウタスプリングＯ４が全長さ範囲に亘って均一な外径を有する円筒形状に形成され、インナスプリングＩ４は軸方向の両端部において、それぞれ同じ巻数分の素線同士が密着した座巻部ＳＩ４が形成されている。インナスプリングＩ４側の座巻部ＳＩ４の軸方向の端面はアウタスプリングＯ４側の座巻部ＳＯ４の端面から軸方向内方へ引っ込んだ位置にある。インナスプリングＩ４の両座巻部ＳＩ４は有効巻き部よりも小径に形成され、アウタスプリングＯ４側に対し所定の締め代をもって組み合わされている。
【００２９】
他の構成は、他の実施形態と同様であり、同様の作用効果を発揮することができる。
【００３０】
＜実施形態５＞
図８は本発明の実施形態５を示している。本実施形態の組合せスプリングＳ５は上記した実施形態４と類似した形態となっている。相違する点は、実施形態５では、インナスプリングＩ５を第１及び第２のインナスプリングＩ５−Ａ，Ｉ５−Ｂに分割し、全体として３つの部材によって構成されている。また、実施形態４では、インナスプリングＩ４の両座巻部ＳＩ４は共にアウタスプリングＯ４側と同じ巻き方向で密着巻きしたが、実施形態５では第２のインナスプリングＩ５−Ｂは座巻部のみによって形成され、かつアウタスプリングＯ５側とは逆の巻き方向としてある。
【００３１】
このように構成された実施形態５においても、他の実施形態と同様の作用効果を発揮することができる。なお、第２のインナスプリングＩ５−Ｂは第１のインナスプリングＩ５−Ａの素線径と同一の設定としても、あるいは異なる設定としてもよい。
【００３２】
＜実施形態６＞
図９は本発明の実施形態６を示している。本実施形態の組合せスプリングＳ６も上記した実施形態５と同様、インナスプリングＩ６を第１、第２のインナスプリングＩ６−Ａ，Ｉ６−Ｂに分割した形態となっている。しかし、実施形態５では第２のインナスプリングＩ５−Ｂは座巻部のみによって形成され有効巻部を有さない形態であったが、本実施形態では第１、第２のインナスプリングＩ６−Ａ，Ｉ６−Ｂ共に有効巻部及び座巻部ＳＩ６−Ａ，ＳＩ６−Ｂを有し、それぞれ軸方向の長さ寸法がほぼ等しく形成されている。また、第１及び第２のインナスプリングＩ６−Ａ，Ｉ６−Ｂは共にアウタスプリングＯ６と巻き方向が同一としてある。また、アウタスプリングＯ６−Ａと両インナスプリングＩ６−Ａ，Ｉ６−Ｂは全て線径が異なっており、さらに、両インナスプリングＩ６−Ａ，Ｉ６−Ｂの有効巻き部同士が突き当てられる端面相互は、軸線とほぼ直交する平面を構成しつつ突き当てがなされるよう、相互に平坦な研削面が形成されている。
【００３３】
他の構成は、実施形態５と同様であり、もって他の実施形態と同様の作用効果を発揮することができる。
【００３４】
＜実施形態７＞
図１０は本発明の実施形態７を示している。本実施形態の組合せスプリングＳ７は、インナスプリングＩ７の軸方向の一端側（図示下端側）において、アウタスプリングＯ７との間に中間スプリングＭを介在させたものである。本実施形態でのアウタスプリングＯ７は全長に亘って同一径の円筒形状に形成されている。インナスプリングＩ７の他端側（図示上端側）には小径の座巻部ＳＩ７が形成されてアウタスプリングＯ７の座巻部ＳＯ７に締め込まれている。インナスプリングＩ７の一端側は、他端側の座巻部ＳＩ７の外径よりも小径に形成された絞り座巻部ＳＩ７´が形成されている。この絞り座巻部ＳＩ７´の外周面とアウタスプリングＯ７側の内周面との間には、この間の隙間寸法よりやや大径の素線径をもった中間スプリングＭが圧入気味にして介在されている。絞り座巻部ＳＩ７´はインナスプリングＩ７の一端側及びアウタスプリングＯ７の一端側の座巻部ＳＯ７に対してそれぞれ締め代が設定されている。
【００３５】
他の構成は他の実施形態と同様であり、もって同様の作用効果を発揮することができる。
【００３６】
＜実施形態８＞
図１１は本発明の実施形態８を示している。本実施形態の組合せスプリングＳ８は、インナスプリングＩ８の両端部にそれぞればね受け部材４を組み込んだものである。両ばね受け部材４は金属製であり、アウタスプリングＯ８の両座巻部ＳＯ８の端面に当接するベースプレート部４Ａを有する。このベースプレート部４ＡはアウタスプリングＯ８の座巻部ＳＯ８の外径とほぼ同径に形成されている。ベースプレート４Ａの内面側には同心で円板状の段部４Ｂが突出形成されている。段部４Ｂの外径は、アウタスプリングＯ８の座巻部ＳＯ８の内径より大きめに形成され、これがアウタスプリングＯ８に対する締め代となっている。段部４Ｂの内面側には軸部４Ｃが同心で突出形成されている。インナスプリングＩ８の両端部は径が絞ってあり、インナスプリングＩ８全体は樽型形状に形成されている。軸部４Ｃは、インナスプリングＩ８の両端部へ圧入されている。つまり、軸部４Ｃの外径はインナスプリングＩ８の両端部の内径よりやや大きめに形成され、これがインナスプリングＩ８に対する締め代となっている。
【００３７】
他の構成は、他の実施形態と同様であり、もって同様の作用効果を発揮することができる。
【００３８】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００３９】
（１）何れの実施形態においても、インナスプリングの素線径はアウタスプリング側の素線径よりも小さくなっていたが、同径あるいは逆に大きく設定してもよい。
【００４０】
（２）また、インナスプリングとアウタスプリングの材質は、同材質でも異なるものであってもよい。
【００４１】
（３）図７に示す実施形態４では、インナスプリングＩ４の両座巻部ＳＩ４は共に密着巻きによって形成したが、片側のみを密着巻きにしたものであってもよい。また、密着巻きに代えて、密着にまでは至らないが有効巻き部よりはピッチの狭い程度のピッチとして不等ピッチで座巻部を形成してもよい。その場合の座巻部も片側だけに配置した形態とすることも可能である。
【００４２】
（４）図１０に示した実施形態７では、片側端部にのみ中間スプリングＭを介在したが、両端部に配するようにしてもよい。
【００４３】
（５）図１１で示した実施形態８では、ばね受け部材を金属製としたが、合成樹脂製であってもよい。もっとも、ばねを受けることさえできれば良いのであって、材質は特に問わない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】実施形態１における組合せスプリングを弁ばねとして組付けた状態での断面図
【図２】同じく自由状態における断面図
【図３】密着高さに至るまで圧縮された状態での断面図
【図４】擬似密着状態での断面図
【図５】実施形態２における自由状態での断面図
【図６】実施形態３における自由状態での断面図
【図７】実施形態４における自由状態での断面図
【図８】実施形態５における自由状態での断面図
【図９】実施形態６における自由状態での断面図
【図１０】実施形態７における自由状態での断面図
【図１１】実施形態８における自由状態での断面図
【符号の説明】
【００４５】
Ｓ１〜Ｓ８…組合せスプリング
Ｏ１〜Ｏ８…アウタスプリング
Ｉ１〜Ｉ８…インナスプリング
ＳＯ１〜ＳＯ８…座巻部
ＳＩ１〜ＳＩ８…座巻部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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