(57)【要約】【課題】  汎用性が必要されるコイルばねにおいて横力の発生を抑制する。【解決手段】  コイルばねは、車両のサスペンションに用いられる。このコイルばねでは、各端末が平坦に形成されたクローズドエンドの構造を有する。各端末から少なくとも１ピッチ分の各区間は、コイルばねの中央部に向かうにつれてコイル径が増大する徐変区間となっている。徐変区間における１ピッチあたりのコイル径の増大幅は、コイルばねの素線径よりも小さい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のサスペンションに用いられるコイルばねであって、
各端末は平坦に形成されており、
各端末から少なくとも１ピッチ分の各区間は、前記コイルばねの中央部に向かうにつれてコイル径が増大する徐変区間となっており、
前記徐変区間における１ピッチあたりの前記コイル径の増大幅が、前記コイルばねの素線径よりも小さい、
コイルばね。
【請求項２】
前記徐変区間の全体での前記コイル径の増大幅が、前記コイルばねの前記素線径よりも小さい、請求項１に記載のコイルばね。
【請求項３】
前記各端末から前記中央部までの各区間が前記徐変区間である、請求項１又は２に記載のコイルばね。
【請求項４】
前記徐変区間では、前記コイル径の変化に応じてピッチが変化している、請求項１から３のいずれか一項に記載のコイルばね。
【請求項５】
前記コイルばねのばね軸線が湾曲又は屈曲している、請求項１から４のいずれか一項に記載のコイルばね。
【請求項６】
前記コイルばねの各端末における中心点を結んだ直線に対して前記ばね軸線が変位する最大変位量は、前記徐変区間の全体での前記コイル径の増大幅の半分以下である、請求項５に記載のコイルばね。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、車両のサスペンションに用いられるコイルばねに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のサスペンションに用いられるコイルばねは、概して、主に新車装着向けに設計される荒巻きタイプと、主にアフターマーケット向けに設計される直巻きタイプに大別される。荒巻きタイプのコイルばねは、使用される車種が具体的に特定されていることから、当該車種の構造等に応じて、その形状を様々に設計することができる。それに対して、直巻きタイプのコイルばねは、様々な車種に対応し得る汎用性が必要とされることから、単純な形状を有することが好ましい。そのことから、従来の直巻きタイプのコイルばねは、両端末が平坦に形成された円筒形状とされており、ばね定数、内径及び自由長の三要素によって体系化（即ち、製品ラインナップが構成）されている。例えば特許文献１に、直巻きスプリングの一例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１４８２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
直巻きタイプのコイルばねでは、主に前述した三要素で仕様が決定されており、ばね反力線については特に考慮されていない。ばね反力線とは、ばねが発生する反力の方向を示すものである。理想的なコイルばねでは、ばね反力線がばね軸線と一致するが、実際のコイルばねでは、ばね反力線がばね軸線と必ずしも一致しない。ばね反力線がばね軸線に対して傾いていると、コイルばねからショックアブソーバへ横力が加えられる。ここでいう横力とは、ショックアブソーバの伸縮方向に対して垂直な方向の力を意味する。このような横力は、ショックアブソーバの動きを阻害することから、車両の操縦安定性や乗り心地を悪化させる要因となり得る。
【０００５】
従って、本明細書は、汎用性が必要されるコイルばねにおいて、横力の発生を抑制し得る技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書は、車両のサスペンションに用いられるコイルばねを開示する。このコイルばねでは、各端末が平坦に形成されている。各端末から少なくとも１ピッチ分の各区間は、コイルばねの中央部に向かうにつれてコイル径が増大する徐変区間となっている。徐変区間における１ピッチあたりのコイル径の増大幅は、コイルばねの素線径よりも小さい。
【０００７】
上記したコイルばねでは、各端末でコイル径が小さく、中央部でコイル径が大きくなっている。このような形状によると、ばね軸線に対するばね反力線の傾きが抑制され、横力の発生を抑制することができる。なお、コイル径の変化は比較的に小さくされており、具体的には、１ピッチあたりのコイル径の増大幅が、コイルばねの素線径よりも小さくなっている。これにより、コイルばねの形状は、依然として円筒形状に近い形状が維持されており、汎用性が大きく損なわれることもない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例のコイルばね１０を示す正面図。
【図２】実施例のコイルばね１０の平面図。
【図３】コイルばね１０のサンプル１と従来品１の仕様を表形式で示す。
【図４】コイルばね１０のサンプル２と従来品２の仕様を表形式で示す。
【図５】サンプル１と従来品１の横力を測定した実験結果を表形式で示す。
【図６】サンプル２と従来品２の横力を測定した実験結果を表形式で示す。
【図７】他の実施形態のコイルばね１１０を示す正面図。
【図８】別の実施形態のコイルばね１２０を示す正面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本技術の一実施形態では、徐変区間の全体でのコイル径の増大幅が、コイルばねの素線径より小さくてもよい。このような構成によると、コイル径の変化がさらに抑制されることから、優れた汎用性を維持することができる。
【００１０】
本技術の一実施形態では、各端末から中央部までの各区間が、徐変区間であってもよい。即ち、コイルばねの全体が徐変区間であってもよい。このような構成によると、横力の発生をより効果的に抑制することができる。
【００１１】
本技術の一実施形態では、徐変区間において、コイル径の変化に応じてピッチが変化していてもよい。コイル径を単に変化させると、ピッチ角が変化する。このピッチ角の変化を避けるために、徐変区間では、コイル径の変化に応じてピッチをさらに変化させてもよい。
【００１２】
本技術の一実施形態では、コイルばねのばね軸線が湾曲又は屈曲していてもよい。このような構成によると、コイル径を変化させるだけでは解消できない横力が存在するときに、ばね軸線を湾曲又は屈曲を適度に湾曲又は屈曲させることによって、その横力を解消又は低減することができる。ここで、コイルばねのばね軸線とは、コイルばねのコイル形状の中心を結んだ直線であり、素線の曲率中心を結んだ直線である。
【００１３】
上記した実施形態では、コイルばねの各端末における中心点を結んだ直線に対してばね軸線が変位する最大変位量が、徐変区間の全体でのコイル径の増大幅の半分以下とするとよい。このような構成によると、コイルばねの中心線が湾曲又は屈曲する場合でも、素線の内面がコイルばねの内部空間へ突出せず、ショックアブソーバを収容する空間を維持することができる。
【実施例】
【００１４】
図面を参照して実施例のコイルばね１０について説明する。コイルばね１０は、自動車のサスペンションに用いられ、ショックアブソーバ（図示省略）と組み合わされる。なお、本実施例で説明するコイルばね１０の構成は、例えば二輪車といった他の車両のサスペンションにも適用することができる。コイルばね１０は、アフターマーケット向けに設計されており、主に車高調性機能付きのショックアブソーバと組み合わせて用いられる。この種のコイルばね１０は、直巻きタイプと称される。アフターマーケット向けのコイルばね１０には、様々な車種に対応し得る汎用性が必要とされている。但し、コイルばね１０は、新車装着用のサスペンションにも採用することができる。
【００１５】
図１、図２に示すように、コイルばね１０は、素線１２をコイル状に成形したものであり、概して円筒形状を有している。コイルばね１０のばね軸線Ｘは直線状に伸びている。ばね軸線Ｘとは、コイル形状の中心を結んだ線である。コイルばね１０の自由長Ｌは、特に限定されないが、１５０ｍｍ〜３００ｍｍとすることができる。また、素線１２の直径である素線径Ｅは、特に限定されないが、８ｍｍ〜１８ｍｍとすることができる。素線１２の材料には、特に限定されないが、例えばばね鋼鋼材（ＳＵＰ１２等）といった、コイルばねに適した金属材料を採用することができる。コイルばね１０の総巻数は、特に限定されないが、例えば整数巻きであって、５巻き〜１０巻きとすることができる。コイルばね１０のばね定数は、特に限定されないが、２０〜２００Ｎ／ｍｍである。また、コイルばね１０の引っ張り強さは、特に限定されないが、１８００〜２０００ＭＰａであるとよい。
【００１６】
コイルばね１０の各端末１０ａ、１０ｂは、クローズドエンドであり、素線１２の各端１２ａ、１２ｂが、隣接する素線１２にそれぞれ接触している。素線１２の各端１２ａ、１２ｂは、隣接する素線１２から僅かに（例えば１．５ｍｍ以内の距離で）離れていてもよい。コイルばね１０の各端末１０ａ、１０ｂは、例えば研削によって平坦に形成されている。素線１２の各端１２ａ、１２ｂの厚みｔは、特に限定されないが、Ｅ／３〜Ｅ／２とすることができる。また、各端末１０ａ、１０ｂの研削する角度範囲θ（図２参照）は、特に限定されないが、例えば２７０度以上とすることができる。
【００１７】
本実施例のコイルばね１０では、各端末１０ａ、１０ｂから中央部１０ｃまでの各区間Ｓ１、Ｓ２において、コイル径（図１ではコイル外径）が変化している。以下、コイル径が変化する各区間Ｓ１、Ｓ２を徐変区間という。一方の徐変区間Ｓ１では、一方の端末１０ａから中央部１０ｃに向かうにつれて、コイル径が徐々に増大している。即ち、一方の端末１０ａにおけるコイル径Ｄａよりも、中央部１０ｃにおけるコイル径Ｄｃの方が大きい。同様に、他方の徐変区間Ｓ２では、他方の端末１０ｂから中央部１０ｃに向かうにつれて、コイル径が徐々に増大している。即ち、他方の端末１０ｂにおけるコイル径Ｄｂよりも、中央部１０ｃにおけるコイル径Ｄｃの方が大きい。特に限定されないが、本実施例では、両端末１０ａ、１０ｂにおけるコイル径Ｄａ、Ｄｂが互いに等しくされており、中央部１０ｃを境界として対称的な形状を有している。
【００１８】
上述したコイル径の変化は、例えば従来のピッグテールエンド型のコイルばねと比較すると、十分に小さい。具体的には、それぞれの徐変区間Ｓ１、Ｓ２において、全体におけるコイル径の増大幅ΔＤ（即ち、Ｄｃ−Ｄａ，Ｄｂ−Ｄａ）が、素線１２の素線径Ｅよりも小さくなっている。これにより、コイルばね１０の形状は、依然として円筒形状に近い形状が維持されており、アフターマーケット向けの製品に必要とされる汎用性が大きく損なわれことがない。なお、他の実施形態として、コイル径の増大幅ΔＤが素線径Ｅ以上とすることもできる。但し、この場合でも、１ピッチあたりのコイル径の増大幅ΔＤ’は、素線径Ｅより小さくするとよい。なお、１ピッチあたりのコイル径の増大幅ΔＤ’は、例えば徐変区間Ｓ１の巻き数をＮ１としたときに、ΔＤ’＝ΔＤ／Ｎ１の式で表される。
【００１９】
本実施例のコイルばね１０では、各端末１０ａ、１０ｂでコイル径Ｄａ、Ｄｂが小さく、中央部１０ｃでコイル径Ｄｃが大きくなっている。このような形状によると、ばね軸線Ｘに対するばね反力線の傾きが抑制され、横力の発生を抑制することができる。以下、それを示す実験結果について説明する。この実験では、コイルばね１０の二つのサンプル１、２と、各サンプルに対する比較対象の従来品１、２を用意し、それぞれについて圧縮したときに生じる横力を測定した。
【００２０】
図３は、サンプル１とその比較対象である従来品１の仕様を示す。図３に示すように、サンプル１では、素線径Ｅが１０．２ｍｍであり、各端末１０ａ、１０ｂにおけるコイル径Ｄａ、Ｄｂは６５．０ｍｍであり、中央部１０ｃにおけるコイル径Ｄｃは６９．９ｍｍであり、自由長Ｌが１８５．０ｍｍであり、ばね定数は４９．５Ｎ／ｍである。それに対して、従来品１では、コイル径Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃが６５．０ｍｍで一定となっており、その他の点についてはサンプル１と同じである。なお、ここでいうコイル径Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃはコイル内径を意味する。
【００２１】
図４は、サンプル２とその比較対象である従来品２の仕様を示す。図４に示すように、サンプル２では、素線径Ｅが１１．３ｍｍであり、各端末１０ａ、１０ｂにおけるコイル径Ｄａ、Ｄｂ（ここでは内径）は６５．０ｍｍであり、中央部１０ｃにおけるコイル径Ｄｃが６９．９ｍｍであり、自由長Ｌが１７５．０ｍｍであり、ばね定数は６５．０Ｎ／ｍである。それに対して、従来品１では、コイル径Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃが６５．０ｍｍで一定となっており、その他の点についてはサンプル２と同じである。ここでいうコイル径Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃについてもコイル内径を意味する。
【００２２】
図５は、サンプル１と従来品１の実験結果を示す。図５に示すように、サンプル１のコイルばね１０では、高さ（長さ）が１５０．０ｍｍとなるまで圧縮した場合、そのときの荷重が１７４３．０Ｎとなり、１．３Ｎの横力が発生した。同様に、高さが１３２．５ｍｍとなるまで圧縮した場合は、荷重が２６１４．７Ｎとなって９．８Ｎの横力が発生し、高さが７７．０となるまで圧縮した場合は、荷重が５３３１．４Ｎとなって５３．３Ｎの横力が発生した。それに対して、従来品１では、高さが１５０．０ｍｍとなるまで圧縮した場合、そのときの荷重が１９１２．４Ｎとなり、８．５Ｎの横力が発生した。同様に、高さが１３２．３ｍｍとなるまで圧縮した場合は、荷重が２８８１．０Ｎとなって４７．９Ｎの横力が発生し、高さが７９．５となるまで圧縮した場合は、荷重が５９１１．７Ｎとなって２６２．７Ｎの横力が発生した。この実験結果から明らかなように、コイル径が一定の従来品１と比較して、サンプル１のコイルばね１０では横力の発生が有意に抑制されている。
【００２３】
図６は、サンプル２と従来品２の実験結果を示す。図６に示すように、サンプル２のコイルばね１０では、高さ（長さ）が１５０．０ｍｍとなるまで圧縮した場合、そのときの荷重が１８７０．９Ｎとなり、１０．４Ｎの横力が発生した。同様に、高さが１２９．０ｍｍとなるまで圧縮した場合は、荷重が３３８８．９Ｎとなって４．６Ｎの横力が発生し、高さが８１．０となるまで圧縮した場合は、荷重が６８１０．１Ｎとなって３６．５Ｎの横力が発生した。それに対して、従来品２では、高さが１５０．０ｍｍとなるまで圧縮した場合、そのときの荷重が１８９８．６Ｎとなり、３９．２Ｎの横力が発生した。同様に、高さが１２９．０ｍｍとなるまで圧縮した場合は、荷重が３４９０．０Ｎとなって９１．５Ｎの横力が発生し、高さが８３．０となるまで圧縮した場合は、荷重が７０４５．０Ｎとなって３２１．７Ｎの横力が発生した。この実験結果から明らかなように、コイル径が一定の従来品２と比較して、サンプル２のコイルばね１０でも横力の発生が有意に抑制されている。
【００２４】
図１に示すコイルばね１０の形状は一例であり、様々に変更することができる。図７に、他の実施形態のコイルばね１１０を示す。図７において、図１のコイルばね１０と同一又は対応する要素には同一の符号が付されており、ここでは重複する説明を省略する。図７に示すように、コイルばね１１０では、二つの徐変区間Ｓ１、Ｓ２に加えて、コイル径が一定である一定区間Ｓ３をさらに設けられている。一定区間Ｓ３は、二つの徐変区間Ｓ１、Ｓ２の間に設けることができる。この場合、各徐変区間Ｓ１、Ｓ２は、各端末１０ａ、１０ｂから少なくとも１ピッチ分の長さを有するとよく、さらには、座巻きの部分を除いて少なくとも１ピッチ分の長さを有するとよい。なお、図７に示すコイルばね１１０においても、各徐変区間Ｓ１、Ｓ２では、一ピッチあたりのコイル径の増大幅ΔＤ’を、素線径Ｅよりも小さくするとよく、より好ましくは、各徐変区間Ｓ１、Ｓ２の全体によるコイル径の増大幅ΔＤを、素線径Ｅよりも小さするとよい。また、コイルばね１１０では、二つの徐変区間Ｓ１、Ｓ２が同一の長さを有しているが、二つの徐変区間Ｓ１、Ｓ２は互いに異なる長さであってもよい。
【００２５】
図８は、また別の実施形態のコイルばね１２０を示す。図８において、図１のコイルばね１０と同一又は対応する要素には同一の符号が付されており、ここでは重複する説明を省略する。図８に示すように、コイルばね１２０では、ばね軸線Ｘが屈曲している。このように、コイルばね１２０のばね軸線Ｘは、屈曲又は湾曲していてもよい。この点は、図１、図７に示すコイルばね１０、１１０においても同様である。このような構成によると、コイル径を変化させるだけでは解消できない横力が存在するときに、ばね軸線Ｘを湾曲又は屈曲を適度に湾曲又は屈曲させることによって、その横力を解消又は低減することができる。ここで、ばね軸線Ｘを湾曲又は屈曲させると、ばね軸線Ｘは、各端末１０ａ、１０ｂにおける中心点Ｃａ、Ｃｂを結ぶ直線Ｙから変位する。この直線Ｙに対するばね軸線Ｘの最大変位量Ｆは、特に限定されないが、各徐変区間Ｓ１、Ｓ２の全体におけるコイル径の増大幅ΔＤの半分以下であるとよい。このような構成によると、コイルばね１２０のばね軸線Ｘが湾曲又は屈曲する場合でも、素線１２の内面がコイルばね１２０の内部空間へ突出せず、ショックアブソーバを収容する空間を維持することができる。
【００２６】
以上、具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載された組み合わせに限定されない。本明細書又は図面に例示した技術は、複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で、技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２７】
１０、１１０、１２０：コイルばね
１０ａ：コイルばねの端末
１０ｃ：コイルばねの中央部
１２：コイルばねの素線
Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ：コイル径
Ｅ：素線径
Ｓ１、Ｓ２：徐変区間
Ｓ３：一定区間
Ｘ：ばね軸線
ΔＤ：コイル径の増大幅
ΔＤ’：１ピッチあたりのコイル径の増大幅
【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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