(57)【要約】【課題】横力の発生を可及的に防止し得るコイルばねを提供する。【解決手段】本発明のコイルばねは、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、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、軸線方向一方側の第１端部から自然長状態での線間隙間がゼロとされた第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いる。前記第１座面は、前記第１座巻き部エッジ領域及び前記第１座巻き部移行領域に跨がって形成されている。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、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たコイルばねであって、
前記第１座巻き部は、軸線方向一方側の第１端部から、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及び前記第１座巻き部移行領域に跨がって形成されていることを特徴とするコイルばね。
【請求項２】
前記第２座巻き部は、軸線方向他方側の第２端部から、軸線方向他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及び前記第２座巻き部移行領域に跨がって形成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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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、
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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）。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２０５３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前記目的を達成するために、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、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たコイルばねであって、前記第１座巻き部は、軸線方向一方側の第１端部から、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及び前記第１座巻き部移行領域に跨がって形成されているコイルばねを提供する。
【００１２】
好ましくは、前記第２座巻き部は、軸線方向他方側の第２端部から、軸線方向他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ており、前記第２座面は、前記第２座巻き部エッジ領域及び前記第２座巻き部移行領域に跨がって形成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るコイルばねにおいては、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、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座巻き部のうち軸線方向一方側の第１端部から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基準点を形成する部分まで延びる第１座巻き部エッジ領域が、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座巻き部移行領域に比して、当該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座面が前記第１座巻き部エッジ領域及び前記第１座巻き部移行領域に跨がって形成されているので、前記第１座面の研磨量を十分に確保して当該第１座面の平坦性を担保しつつ、前記第１座巻き部を厚くすることができ、圧縮動作時の横力発生を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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】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】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】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】図５は、前記コイルばねの製造装置の模式図である。
【図６】図６は、前記実験結果を示すグラフである。
【図７】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。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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
【００４１】
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。
【００４２】
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
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【符号の説明】
【００５２】
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
１１１          第１座巻き部エッジ領域
１１２          第１座巻き部移行領域
【図１】
2018100777.tif 000003
【図２】
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【図３】
2018100777.tif 000005
【図４】
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【図５】
2018100777.tif 000007
【図６】
2018100777.tif 000008
【図７】
2018100777.tif 000009