(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
螺旋形に巻かれた素線からなり、上側のばね座と下側のばね座との間で圧縮される懸架用コイルばねであって、
前記素線の上端側の部分にポジティブピッチの巻端部を有し、この巻端部の先端にコイル中心軸に対しコイル径方向に片寄った位置の１箇所で前記上側のばね座に接する端末一点強当り部を有し、かつ、
前記素線の下端側の部分には前記端末一点強当り部とは反対側に寄った位置において前記下側のばね座に接する座巻部を有したことを特徴とする懸架用コイルばね。
【請求項２】
前記端末一点強当り部が前記コイル中心軸に対し車両内側に片寄った位置にて上側のばね座に接することを特徴とする請求項１に記載の懸架用コイルばね。
【請求項３】
前記ポジティブピッチの前記巻端部は、荷重が負荷された状態において前記素線の先端から０．４巻きまでの領域が前記上側のばね座に接するピッチ角を有したことを特徴とする請求項１または２に記載の懸架用コイルばね。
【請求項４】
前記端末一点強当り部に保護チップが設けられ、この保護チップが接する前記上側のばね座に受け部を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の懸架用コイルばね。
【請求項５】
前記座巻部が車両外側に寄った位置に形成され、かつこの座巻部は、圧縮の荷重が負荷されていない状態においてネガティブピッチで、荷重が負荷された状態において前記下側のばね座に押されることによってポジティブピッチに変形することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の懸架用コイルばね。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車等の車両の懸架機構に使用される懸架用コイルばねに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両の懸架機構は、例えば懸架用コイルばね（これ以降、単にコイルばねと称す）と、該コイルばねの上側に配置された上側のばね座と、該コイルばねの下側に配置された下側のばね座とを有し、これら上下のばね座間でコイルばねが圧縮され、かつ、荷重の大きさに応じてコイルばねが伸縮するようになっている。
【０００３】
懸架機構の一例としてマクファーソンストラットタイプの懸架機構が知られている。マクファーソンストラットタイプの懸架機構は、上側のばね座と下側のばね座との間に配置されたコイルばねと、コイルばねの内側に配置されたストラット（ショックアブソーバ）とを含んでいる。荷重の大きさに応じて前記コイルばねが伸縮するとともに、ストラットも伸縮する。
【０００４】
マクファーソンストラットタイプの懸架機構では、タイヤの接地点とストラット上端とを結ぶ入力作用線とストラットの中心軸とが角度をなしてずれているため、ストラットに横力（ストラットを曲げる分力）が作用し、これがストラットの摺動抵抗を大きくすることが知られている。このためストラットの摺動抵抗を低減させる手段として、特許文献１〜６に開示されているように、コイルばねの反力線位置（Force Line Position）を可能な限り入力作用線に沿わせるようにし、ストラットに生じる横力を軽減することが行われてきた。この明細書では反力線位置を荷重軸と称することもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実公昭５８−３２９７０号公報
【特許文献２】欧州特許公開第７２８６０２号明細書
【特許文献３】特許第３５１５９５７号公報
【特許文献４】特許第４３３６２０３号公報
【特許文献５】特開２０１３−１７３５３６号公報
【特許文献６】特開２０１４−２３７４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のコイルばねは、コイルばねの下側に形成された座巻部の径を有効部のコイル径よりも小さくし、かつ、有効部をストラットの中心軸に対し車両外側にオフセット配置している。しかしコイルばねの有効部がストラットの中心軸に対して車両外側にオフセットしているため、コイルばねを含む懸架機構を車体に配置するのに必要なスペースが大きくなってしまう。
【０００７】
特許文献２のコイルばねでは、コイルばねの上端部付近と下端部付近において素線を曲げることにより、コイルばねの両端部に、それぞれ下側のばね座と上側のばね座に接する突部を形成し、これら突部から素線の両端に至る部分をそれぞれネガティブピッチ（マイナスピッチ）の曲げ部としている。しかしネガティブピッチの曲げ部から素線の端末までの部分は、ばねとして機能することができない部分であるため、曲げ部を設けている分だけコイルばねの質量が大きくなる。
【０００８】
特許文献３のコイルばねは、コイルばねの有効部のピッチ角を素線の１巻きごとに巻数位置に応じて変化させている。このコイルばねは、懸架機構に組付けた使用状態において横方向（コイルの径方向）に荷重を加えることにより、初期横力およびモーメントを生じさせている。そしてこの状態のもとでコイルばねの両端をそれぞれ上下のばね座に強固に保持し、その状態を維持してコイルばねを圧縮している。このためこのコイルばねは、懸架機構に組付ける際に横方向（コイルの径方向）に予荷重を与える必要があり、懸架機構に対するコイルばねの組付けが容易でない。しかもコイルばねの両端に、それぞればねとして機能しない座巻部が存在するため、これら座巻部の分だけコイルばねの質量が大きくなる。
【０００９】
特許文献４のコイルばねは、座巻部に複数の突部を形成し、コイルばねに負荷される荷重に応じて、異なる突部に素線が接するようにしている。例えば荷重が大きくなるにつれて、素線の末端から遠い側の突部がばね座に接する。このため、コイルばねに負荷される荷重が変化すると、座巻部とばね座との接触位置が変化するため、反力線位置（荷重軸）も変化してしまう。
【００１０】
特許文献５のコイルばねは、ストラットの中心軸に対してコイルばねを車両外側にオフセット配置している。このため、コイルばねを含む懸架機構を車体に配置するのに必要なスペースが大きくなってしまう。
【００１１】
特許文献６のコイルばねは、コイルばねの上端と下端に、それぞれ、ばねとして機能しないネガティブピッチ（逆ピッチ）の座巻部を設けている。このためネガティブピッチの座巻部の分だけコイルばねの質量が大きくなる。
【００１２】
またマクファーソンストラットタイプの懸架機構に限らず、他のタイプの懸架機構においても、車両によっては、コイルばねの反力線位置（荷重軸）をコイル中心軸に対して所望の方向に傾けることが望まれることもある。
【００１３】
従って本発明の目的は、コイル中心軸に対して反力線位置を所望の方向に傾けることができ、かつ、軽量化が可能な懸架用コイルばねを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の１つの実施形態は、螺旋形に巻かれた素線からなり、上側のばね座と下側のばね座との間で圧縮される懸架用コイルばねであって、前記素線の上端側の部分にポジティブピッチの巻端部を有し、この巻端部の先端にコイル中心軸に対しコイル径方向に片寄った位置において１箇所で前記上側のばね座に接する端末一点強当り部を有し、かつ、前記素線の下端側の部分には、前記端末一点強当り部とは反対側の位置（例えば車両外側）において前記下側のばね座に接する座巻部を有している。
【００１５】
この実施形態において、前記端末一点強当り部が前記コイル中心軸に対し車両内側に片寄った位置にて上側のばね座に接してもよい。ばね座等の保護のために、前記ポジティブピッチの前記巻端部は、荷重が負荷された状態において前記素線の先端（端末一点強当り部）から０．４巻きまでの領域が前記上側のばね座に接するようなピッチ角を有していてもよい。また前記端末一点強当り部に保護チップが設けられ、この保護チップが接する前記上側のばね座に耐摩耗部等の受け部を備えてもよい。さらに前記座巻部が車両外側に寄った位置に形成され、かつこの座巻部は、圧縮の荷重が負荷されていない状態においてネガティブピッチで、荷重が負荷された状態において前記下側のばね座に押されることによってポジティブピッチに変形するように構成されてもよい。
【００１６】
他の実施形態では、素線の下端側の部分にポジティブピッチの巻端部を有し、この巻端部の先端にコイル中心軸に対し車両外側に片寄った位置において１箇所で下側のばね座に接する端末一点強当り部を有し、かつ、前記素線の上端側の部分には、車両内側に寄った位置において上側のばね座に接する座巻部を有し、前記下側のばね座が、前記端末一点強当り部が嵌合する凹部を有している。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、懸架用コイルばねの反力線位置を懸架機構にとって望ましい方向に傾けることができる。例えばマクファーソンストラットタイプの懸架機構の場合に、コイルばねの反力線位置を荷重の入力作用線に沿うようにすることができ、ストラットに生じる横力や曲げモーメントを軽減させることができる。また、コイルばねの上端側と下端側の少なくとも一方（端末一点強当り部が設けられている方）には、ばねとして機能しない座巻部を無くすことができ、その分、軽量化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態に係る懸架機構の縦断面図。
【図２】図１に示された懸架機構のコイルばねの斜視図。
【図３】第２の実施形態に係るコイルばねの端末一点強当り部を示す側面図。
【図４】第３の実施形態に係るコイルばねの端末一点強当り部を示す側面図。
【図５】第４の実施形態に係るコイルばねの下端側の部分を示す側面図。
【図６】図５に示されたコイルばねが上下のばね座間で圧縮された状態を模式的に示す側面図。
【図７】第５の実施形態に係る懸架機構の縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に第１の実施形態に係る懸架用コイルばねについて、図１と図２を参照して説明する。  
図１は、車両用懸架機構の一例として、車体１０（一部を示す）に設けられたマクファーソンストラットタイプの懸架機構１１を示している。この懸架機構１１は、コイルばね（圧縮コイルばね）１２と、コイルばね１２の上側に配置された上側のばね座１３と、コイルばね１２の下側に配置された下側のばね座１４と、ストラットとして機能するショックアブソーバ１５と、ショックアブソーバ１５の上端を車体１０に取付けるためのマウント部材１６と、車軸側のナックル部材１７が固定されるブラケット１８等を備えている。ショックアブソーバ１５はシリンダ１５ａとロッド１５ｂとを含み、上下方向に延びる鉛直線Ｈに対しショックアブソーバ１５の軸線ＸＳが角度θ１だけ傾いた姿勢で車体１０に取付けられている。
【００２０】
図１に示されるように、コイルばね１２は、上側のばね座１３と下側のばね座１４との間に圧縮された状態（予荷重を与えた状態）で車体１０に組付けられ、車体１０の上方から負荷される圧縮の荷重を弾性的に支持するようになっている。このためコイルばね１２とショックアブソーバ１５とは、荷重の大きさに応じてフルバンプ（最大圧縮状態）とフルリバウンド（最大伸張状態）との間で伸縮する。
【００２１】
懸架機構１１の上方から負荷される荷重は、ナックル部材１７を介して車輪（タイヤ）によって支持される。この荷重の入力作用線Ｌ１は、タイヤの接地点との関係でショックアブソーバ１５の軸線ＸＳに対して車両外側Ｖｏｕｔに角度θ２をなして傾いているため、ショックアブソーバ１５に横力が生じることが知られている。この横力はショックアブソーバ１５の摩擦を大きくする原因となるため、横力を小さくすることが望まれる。
【００２２】
図２は、コイルばね１２が上側のばね座１３と下側のばね座１４との間に配置された状態を模式的に示している。このコイルばね１２は、上側のばね座１３と下側のばね座１４との間で圧縮されたアセンブリ状態で、車体１０に取付けられている。コイル中心軸Ｘ１に沿う方向に圧縮の荷重Ｐが負荷されると、コイルばね１２は自由長（荷重が負荷されていない状態での長さ）よりも長さが短くなる方向に撓む。
【００２３】
コイルばね１２の一例は、断面が円形のばね鋼製の素線（ワイヤ）３０からなり、螺旋形に成形されている。コイルばね１２の一例は円筒コイルばねであるが、車両の仕様に応じて、たる形コイルばね、鼓形コイルばね、テーパコイルばね、不等ピッチコイルばね、その他の形状のばねなど、種々の形態の圧縮コイルばねを採用することができる。素線３０の外面全体に防錆のための塗膜が形成されている。
【００２４】
コイルばね１２は、素線３０の上端側の部分１２ａと、素線３０の下端側の部分１２ｂとを有している。上端側の部分１２ａと下端側の部分１２ｂとの間に、ピッチ角αで螺旋形に巻かれたコイル本体部１２ｃが形成されている。ピッチ角αはコイル中心軸Ｘ１に沿う方向に変化していてもよいし、コイル中心軸Ｘ１に沿う方向に実質的にピッチ角αが一定でもよい。コイル中心軸Ｘ１はコイル本体部１２ｃのほぼ中心を通っている。
【００２５】
上端側の部分１２ａに、ポジティブピッチ（図２に示すようにプラスのピッチ角α１）の巻端部３１が形成されている。この巻端部３１の先端（上端）に、上側のばね座１３に対し１箇所で接する端末一点強当り部３５が形成されている。端末一点強当り部３５は、コイル中心軸Ｘ１に対しコイル径方向、具体的には車両内側Ｖｉｎに、距離Ｙ１だけ片寄った位置において、上側のばね座１３に接している。好ましくは上側のばね座１３と端末一点強当り部３５との接触部に、耐摩耗性の力伝達部３７（図１に示す）が設けられているとよい。
【００２６】
コイルばね１２の下端側の部分１２ｂに座巻部４０が形成されている。座巻部４０の巻数は例えば０．５巻程度であり、コイル中心軸Ｘ１に対し車両外側Ｖｏｕｔに寄った位置において下側のばね座１４に接している。さらに詳しくは、この座巻部４０は、荷重Ｐの大きさにかわわらず常にばね座１４に接する第１の部分４０ａと、荷重Ｐが小さいときにばね座１４から離れ、荷重Ｐが大きくなるとばね座１４に接する第２の部分４０ｂとを有している。第１の部分４０ａは、ばねとして機能しない部分（非有効部）である。
【００２７】
本実施形態のコイルばね１２は、上側のばね座１３に対し車両内側Ｖｉｎに片寄った位置で接する端末一点強当り部３５と、下側のばね座１４に対し車両外側Ｖｏｕｔに片寄った位置で接する座巻部４０との間でコイルばね１２が圧縮される。これにより、コイルばね１２の反発荷重の中心線すなわち反力線位置ＦＬＰがコイル中心軸Ｘ１に対し、角度θ３（図２に示す）をなして入力作用線Ｌ１（図１に示す）に沿う方向に傾く。このように反力線位置ＦＬＰが入力作用線Ｌ１に沿う方向に傾くことにより、コイルばね１２の上端に車両外側Ｖｏｕｔに向かう分力が生じる。この分力はショックアブソーバ１５に生じる曲げモーメントをキャンセルする上で有効となる。
【００２８】
しかも本実施形態のコイルばね１２は、素線３０の上端側の部分１２ａが端末一点強当り部３５を介して上側のばね座１３に接するため、コイルばね１２の上端側に座巻部（ばねとして機能しない部分）が不要となる。すなわち本実施形態のコイルばね１２は、下側の座巻部４０を除くコイルばね１２のほぼ全長をばねの有効部として活用できるため、上端と下端にそれぞれ座巻部を有する従来のばねと比較して質量を軽減することができる。なお、圧縮の荷重Ｐが大きくなったときに、端末一点強当り部３５からある程度の長さ分が密着してもよい。この場合も実質的に端末一点強当り部３５に荷重が集中する。
【００２９】
例えば、ばね座１３等の保護のために、ポジティブピッチの巻端部３１は、コイルばね１２に圧縮の荷重が負荷された状態において素線３０の先端（端末一点強当り部３５）から０．４巻きまでの領域がばね座１３に接するように、自由状態でのピッチ角が定められていてもよい。
【００３０】
図３は、第２の実施形態に係るコイルばね１２の一部を示している。コイルばね１２の先端に形成された端末一点強当り部３５に、力伝達部３７の一例として保護チップ５０が設けられている。保護チップ５０の一例は、素線３０よりも硬度が大きくかつ摩耗しにくい材料（例えば超硬合金や高速度鋼、チタン合金等）からなる耐摩耗チップであり、素線３０の先端に取付けられている。なお、保護チップ５０の材料にウレタン等のエラストマや、ゴム、高分子材料（樹脂）が使用されてもよい。
【００３１】
保護チップ５０が接するばね座１３の表面に、耐摩耗部等の受け部５１が形成されている。受け部５１に黒鉛等の固体潤滑剤が含まれていてもよい。それ以外の構成と作用は第１の実施形態（図１と図２）のコイルばね１２と共通であるため、第１の実施形態と共通の部分に共通の符号を付して説明を省略する。
【００３２】
図４は、第３の実施形態に係るコイルばね１２の一部を示している。コイルばね１２の先端に形成された端末一点強当り部３５に保護チップ５０が設けられている。また保護チップ５０が接するばね座１３の表面に、耐摩耗部等の受け部５１が設けられている。この受け部５１に、保護チップ５０の球面部が回動可能に嵌合する凹部５２が形成されていてもよい。それ以外の構成と作用は第２の実施形態のコイルばね１２と共通であるため、第２の実施形態と共通の部分に共通の符号を付して説明を省略する。
【００３３】
図５は、第４の実施形態に係るコイルばね１２の一部を示す側面図である。図６は、図５に示されたコイルばね１２が上下のばね座１３，１４間で圧縮された状態を模式的に示す側面図である。コイルばね１２の上端に設けられた端末一点強当り部３５部は、コイル中心軸Ｘ１に対し車両内側Ｖｉｎに片寄った位置において、上側のばね座１３に１箇所で接している。
【００３４】
図５に示されるように、コイルばね１２の下端側に形成された座巻部５５は、荷重が負荷されていない自由状態において、コイル中心軸Ｘ１と直角な線分Ｌ２に対してマイナスの角度（−α）をなすネガティブピッチとなっている。この座巻部５５は、図６に示されるように、プラスの傾斜角βをなす下側のばね座１４の支持面１４ａによって、コイル中心軸Ｘ１に対し車両外側Ｖoutに寄った位置において支持されている。荷重Ｐによってコイルばね１２が上下のばね座１３，１４間で圧縮されると、座巻部５５は支持面１４ａの傾斜角βに応じて、見掛け上、ポジティブピッチに弾性変形する。このようなコイルばね１２によっても、反力線位置（荷重軸）ＦＬＰを入力作用線に沿う方向に傾けることができる。
【００３５】
図７は、第５の実施形態に係る懸架機構１１´を示している。コイルばね１２の下端側の巻端部６０の先端に、端末一点強当り部３５´が形成されている。この端末一点強当り部３５´は、コイル中心軸に対して車両外側Ｖｏｕｔに寄った位置において、下側のばね座１４に接している。コイルばね１２の上端側に形成された座巻部６１は、コイル中心軸に対し車両内側Ｖｉｎに寄った位置において上側のばね座１３に接している。この実施形態のように、下側の巻端部６０の先端が車両外側を向く場合に、巻端部６０の先端に端末一点強当り部３５´を形成することにより、反力線位置（荷重軸）を所望の方向に傾けることができる。
【００３６】
ばね座１４等の保護のために、ポジティブピッチの巻端部６０は、コイルばね１２に圧縮の荷重が負荷された状態において素線３０の下端の端末一点強当り部３５´から０．４巻きまでの領域がばね座１４に接するように、自由状態でのピッチ角が定められていてもよい。また端末一点強当り部３５´に、図３または図４に示された保護チップ５０と受け部５１が設けられてもよい。
【００３７】
図７に示された懸架機構１１´によれば、コイルばね１２の下端側が端末一点強当り部３５´を介して下側のばね座１４に支持されるため、コイルばね１２の下端側に座巻部を設ける必要がない。このため下側のばね座と座巻部との間に砂等の硬い異物が入り込んでコイルばねが損傷するといった可能性を回避することができる。それ以外の構成と作用は第１の実施形態（図１と図２）の懸架機構１１と共通であるため、第１の実施形態と共通の部分に共通の符号を付して説明を省略する。
【００３８】
懸架装置の仕様によっては、車両の前後方向にコイルばねの反力線位置（荷重軸）が傾いていることにより横力が生じることがある。この横力が車両性能に影響がある場合、反力線位置が前後方向に中立となるような位置に端末一点強当り部を配置することにより、横力をキャンセルするとよい。
【００３９】
なお本発明を実施するに当たって、コイルばねの具体的な形状や配置をはじめとして、端末一点強当り部の位置や形状、懸架装置を構成する上側のばね座や下側のばね座の形状、配置等を種々に変更して実施できることは言うまでもない。本発明は自動車以外の車両の懸架機構に適用することもできる。またマクファーソンストラットタイプ以外の懸架装置のコイルばねに適用することもできる。
【符号の説明】
【００４０】
１０…車体、１１，１１´…懸架機構、１２…コイルばね（懸架用コイルばね）、１２ａ…上端側の部分、１２ｂ…下端側の部分、１２ｃ…コイル本体部、１３…上側のばね座、１４…下側のばね座、１５…ショックアブソーバ（ストラット）、３０…素線、３１…ポジティブピッチの巻端部（上端側）、３５，３５´…端末一点強当り部、４０…下側の座巻部、５０…保護チップ、５１…受け部、５５…ネガティブピッチの座巻部、６０…ポジティブピッチの巻端部（下端側）、６１…上側の座巻部、Ｖｉｎ…車両内側、Ｖｏｕｔ…車両外側、Ｘ１…コイル中心軸、Ｐ…圧縮の荷重、Ｌ１…入力作用線、ＦＬＰ…反力線位置（荷重軸）。
【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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