(57)【要約】【課題】懸架装置に組み付けられた状態で、ばね反力軸を荷重入力軸と一致又は十分近接させ、しかもコイルばねの設計及び製造を簡略化する。【解決手段】自由状態にある懸架コイルばね１０は、屈折点ＰＢにてコイル軸ＡＣがＶ字状に屈曲するように成形され、上側座面３８の座巻中心点ＣＵから仮想コイル軸ＡＩまでの距離が上側傾斜量ＶＵとされ、かつ座巻中心点ＣＬから仮想コイル軸ＡＩまでの距離が下側傾斜量ＶＬとされている。また懸架コイルばね１０は、懸架装置におけるスプリングシート２２，２４との間に介装されると、ストラット軸に沿って圧縮状態とされる。これにより、傾斜量ＶＵ，ＶＬに応じて、懸架コイルばね１０のばね反力軸が仮想コイル軸ＡＩに対して傾斜及び偏倚する。【選択図】  図１
2008241043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用のストラット型懸架装置における上側座と下側座との間に介装される懸架コイルばねであって、
自由状態においては、コイル軸上にあるとともに前記懸架コイルばねのばね端末からＲ（Ｒは正の実数）巻目の巻線部に対応する部位に対応する点を屈折点としてコイル軸がＶ字状に屈曲するように成形され、前記屈折点における屈折角が０°であると仮定した場合の仮想コイル軸に対して上側座巻部の中心及び下側座巻部の中心の少なくとも一方を所定の偏心方向へ所定の偏心量だけ偏心させると共に、上側座面及び下側座面が前記仮想コイル軸に対して実質的に直交した平面となるように、前記上側座巻部のリード角及び下側座巻部のリード角をそれぞれ設定し、
前記懸架装置における上側座と下側座との間に介装され、ストラット軸に沿って圧縮された状態で、ばね反力軸が懸架装置における荷重入力軸に十分に近接するように、前記上側座巻部の中心及び下側座巻部の中心の前記仮想コイル軸に対する前記偏心方向及び偏心量を設定したことを特徴とする懸架コイルばね。
【請求項２】
車両用のストラット型懸架装置における上側座と下側座との間に介装される懸架コイルばねであって、
前記懸架コイルばねが自由状態にあるときは、
コイル軸ＡＣは、前記コイル軸ＡＣ上にあるとともに前記懸架コイルばねのばね端末からＲ（Ｒは正の実数）巻目の巻線部に対応する点である屈折点ＰＢにおいてＶ字状に屈曲し、
上側座巻部中心ＣＵと下側座巻部中心ＣＬとはコイル軸ＡＣ上にあり、
上側座巻部中心ＣＵは、屈折点ＰＢを通る直線である仮想コイル軸ＡＩに対して前記仮想コイル軸ＡＩに対して直角な方向である偏心方向に沿って偏心量ＶＵだけ偏心し、
下側座巻部中心ＣＬは、仮想コイル軸ＡＩに対して前記偏心方向に沿って偏心量ＶＬだけ偏心するとともに、
前記懸架コイルばねにおける偏心量ＶＵと偏心量ＶＬとは、前記懸架コイルばねを、前記ストラット型懸架装置の上側座と下側座との間に介装し、前記ストラット型懸架装置のストラット軸に沿って圧縮したときに、上側座巻部中心ＣＵと下側座巻部中心ＣＬとが仮想コイル軸ＡＩ上に位置し、ばね反力軸が前記ストラット型懸架装置における荷重入力軸上に位置するように設定されていることを特徴とする懸架コイルばね。
【請求項３】
前記上側座巻部の中心及び下側座巻部の中心の偏心量及び偏心方向は、
（ａ）前記懸架コイルばねの上側座巻部の中心の偏心量及び偏心方向と下側座巻部の中心の偏心量及び偏心方向との組合せをｎ組（ｎは正の整数である。）仮定し、
（ｂ）境界条件を設定して、前記偏心量及び偏心方向のｎ組の組合せのそれぞれについて懸架コイルばねのばね特性を有限要素法解析し、
（ｃ）得られた解析結果から、上側座巻部の中心の偏心量、偏心方向及び下側座巻部の中心の偏心量、偏心方向と、懸架コイルばねのばね特性との関係を示す回帰式を求め、
（ｄ）求められた回帰式に基いて所望のばね特性が得られる上側座巻部の中心及び下側座巻部の中心の偏心量と偏心方向との組合せを求め、
（ｅ）上側座巻部の中心と下側座巻部の中心とが前記組合せの偏心量及び偏心方向を有する懸架コイルばねについて有限要素法解析し、前記懸架コイルばねが所望のばね特性を有するか否かを調べ、
（ｆ）前記懸架コイルばねが所望のばね特性を満足していれば解析処理を終了し、前記懸架コイルばねが所望のばね特性を満足していなければ前記ステップ（ａ）〜（ｅ）を繰り返す
というステップを有する偏心量・偏心方向決定方法に従って決定されている請求項１に記載の懸架コイルばね。
【請求項４】
前記偏心量ＶＵと偏心量ＶＬとは、
（ａ）前記懸架コイルばねの上側座巻部中心ＣＵの偏心量と下側座巻部中心ＣＬの偏心量との組合せをｎ組（ｎは正の整数である。）仮定し、
（ｂ）境界条件を設定して、前記偏心量のｎ組の組合せのそれぞれについて懸架コイルばねのばね特性を有限要素法解析し、
（ｃ）得られた解析結果から、上側座巻部中心ＣＵの偏心量及び下側座巻部中心ＣＬの偏心量と、懸架コイルばねのばね特性との関係を示す回帰式を求め、
（ｄ）求められた回帰式に基いて所望のばね特性が得られる上側座巻部中心ＣＵの偏心量と下側座巻部中心ＣＬの偏心量との組合せを求め、
（ｅ）前記組合せの上側座巻部中心ＣＵの偏心量と下側座巻部中心ＣＬの偏心量とを有する懸架コイルばねについて有限要素法解析し、前記懸架コイルばねが所望のばね特性を有するか否かを調べ、
（ｆ）前記懸架コイルばねが所望のばね特性を満足していれば解析処理を終了し、前記懸架コイルばねが所望のばね特性を満足していなければ前記ステップ（ａ）〜（ｅ）を繰り返す
というステップを有する偏心量決定方法に従って決定された請求項２に記載の懸架コイルばね。
【請求項５】
前記懸架装置における上側座と下側座との間に介装されると、前記上側座巻部の中心と前記下側座巻部の中心とが前記仮想コイル軸と実質的に一致するように前記コイル軸の撓み方向に沿って弾性変形されることを特徴とする請求項１または３に記載の懸架コイルばね。
【請求項６】
前記ストラット型懸架装置における上側座と下側座との間に介装されると、該上側座及び下側座により前記上側座巻部及び下側座巻部がそれぞれ前記仮想コイル軸に対して実質的に直交した状態で、前記ストラット軸に沿って圧縮されることを特徴とする請求項１、３、または５に記載の懸架コイルばね。
【請求項７】
車両用のストラット型ストラット型懸架装置における上側座と下側座との間に介装される懸架コイルばねの設計方法であって、
懸架コイルばねが自由状態にあるときは、コイル軸上にあるとともに前記懸架コイルばねのばね端末からＲ（Ｒは正の実数）巻目の巻線部に対応する部位に対応する点である屈折点において前記コイル軸がＶ字状に屈曲し、しかも、前記屈折点における屈折角が０°であると仮定した場合の仮想コイルの軸線である仮想コイル軸に対し、上側座巻部の中心点及び下側座巻部の中心点を所定の偏心方向に沿って所定の偏心量だけ偏心するようにし、
前記懸架コイルばねにおける前記上側座巻部の中心点及び下側座巻部の中心点の偏心方向および偏心量を、前記懸架コイルばねがストラット型懸架装置における上側座と下側座との間に介装され、ストラット軸に沿って圧縮された状態において、上側座巻部中心と下側座巻部中心とが仮想コイル軸上に位置し、ばね反力軸がストラット型懸架装置における荷重入力軸に一致するように設定することを特徴とする懸架コイルばねの設計方法。
【請求項８】
前記懸架コイルばねにおける上側座巻部の中心及び下側座巻部の中心の偏心量及び偏心方向の設定は、
（ａ）前記懸架コイルばねの上側座巻部の中心の偏心量及び偏心方向と下側座巻部の中心の偏心量及び偏心方向との組合せをｎ組（ｎは正の整数である。）仮定し、
（ｂ）境界条件を設定して、前記偏心量及び偏心方向のｎ組の組合せの夫々について懸架コイルばねのばね特性を有限要素法解析し、
（ｃ）得られた解析結果から、上側座巻部の中心の偏心量、偏心方向及び下側座巻部の中心の偏心量、偏心方向と、懸架コイルばねのばね特性との関係を示す回帰式を求め、
（ｄ）求められた回帰式に基いて所望のばね特性が得られる上側座巻部の中心及び下側座巻部の中心の偏心量と偏心方向との組合せを求め、
（ｅ）上側座巻部の中心と下側座巻部の中心とが前記組合せの偏心量及び偏心方向を有する懸架コイルばねについて有限要素法解析し、前記懸架コイルばねが所望のばね特性を有するか否かを調べ、
（ｆ）前記懸架コイルばねが所望のばね特性を満足していれば解析処理を終了し、前記懸架コイルばねが所望のばね特性を満足していなければ前記ステップ（ａ）〜（ｅ）を繰り返す
というステップを有する偏心量・偏心方向決定方法に従って行われる請求項７に記載の懸架コイルばねの設計方法。
【請求項９】
前記懸架コイルばねの上側座面及び下側座面が前記仮想コイル軸に対して実質的に直交した平面となるように、前記懸架コイルばねの上側座巻部及び下側座巻部のそれぞれのリード角を設定する請求項７または８に記載の懸架コイルばねの設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車両用の懸架装置に適用される懸架コイルばねに係り、特にストラット型の懸架装置に好適な懸架コイルばねに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車用の懸架装置として広く普及しているストラット型懸架装置は、ショックアブソーバをホイールに対する位置決め用の支柱（ストラット）として利用する形式のものであり、このストラットとしてのショックアブソーバは、シリンダ、このシリンダにより摺動可能に支持されたロッド及び、このロッドの外周側に配置された圧縮コイルばねを備えている。このストラット型懸架装置では、ロッドの上端部がストラットマウント等を介して車体へ連結されると共に、シリンダの下端部がホイールを回転可能に支持するナックルに剛体結合される。ここで、ナックルはロアーアームを介して車体にピボット結合されている。また圧縮コイルばね（以下、単に「コイルばね」という。）は、車体側に固定された上側スプリングシートとシリンダ外周面に固定された下側スプリングシートとの間に圧縮状態となるように配置され、ロッドの外周側に支持される。
【０００３】
上記のようなストラット型懸架装置は、他の独立懸架式のものと比較し、部品点数が少なく構造が簡単であると共に、設置スペースが小さくすむというメリットがあるが、ストラット軸と荷重入力軸（タイヤ接地点とストラットのアッパマウント点とを結んだ軸）がずれているため、ストラットに曲げモーメントを発生させる。この曲げモーメントは、ショックアブソーバの摺動部であるピストン及びブッシュにコジリを発生させるため、ロッドのフリクションを増大させてショックアブソーバの円滑な作動を妨げ、自動車の乗心地を悪化させる要因となる。現在、このような曲げモーメントの改善策としては、例えば、コイルばねをストラット軸とオフセットして取り付け、曲げモーメントをキャンセルする対策や、ストラット内の軸受部やピストン部の摺動面を低摩擦材により形成する対策が採られている。
【０００４】
しかし、ストラット型懸架装置において、自動車のタイヤ幅が広くなるに従ってタイヤ接地点が外方へ移動するため、コイルばねのばね反力の作用線（ばね反力軸）が荷重入力軸と一致し、又は十分近接するようにコイルばねをオフセットすることが事実上できなくなり、またタイヤ幅が広くない場合でも、コイルばねによる車体への干渉を避けるためコイルばねのオフセットは小さいほうが望ましい。
【０００５】
上記のような観点から、例えば、特開２０００−１０４７７２号公報には、圧縮コイルばねのコイル軸が自由状態において実質的に所定の曲率で湾曲するように圧縮コイルばねを形成し、懸架装置における下側座に着座する下側座面及び上側座面に着座する上側座面の少なくとも一方が下側座及び上側座に対して所定方向へ、所定角度傾斜するように下側座巻部及び上側座巻部のピッチが設定された懸架コイルばねが開示されている。この懸架コイルばねによれば、下側座又は上側座に対する懸架コイルばねにおける下側座面又は上側座面の傾き及びコイル軸線の曲がり量（胴曲がり量）をそれぞれ調整することにより、ばね反力軸の傾き及び車体幅方向に沿った位置調整がそれぞれ可能になる。この結果、コイルばねのストラット軸に対するオフセットを増大させることなく、懸架コイルばねのばね反力軸を荷重入力軸と一致させ、又は十分近接させることが可能になるので、ショックアブソーバのフリクションを減少させてショックアブソーバの作動が円滑になる。これを換言すれば、下側座面又は上側座面の傾き及び胴曲がり量をそれぞれ調整することにより、コイルばねによって横反力を発生させ、この横反力によるモーメントをストラットの曲げモーメントに対抗させることで、ショックアブソーバにおけるピストン、ブッシュ等の摺動部への横力を減少できる。また、コイルばねのばね反力軸をアッパマウント（ストラットマウント）の中心を通過するように位置調整すれば、こじりによる軸受部のフリクションを効果的に防止できるので、操舵性を良好にできる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特開２０００−１０４７７２号公報の懸架コイルばねを設計する際に、ばね特性に影響を与える設計上のパラメータとして胴曲がり量及び座巻ピッチが新たに追加されるため、コイルばねの設計が煩瑣になるという問題が生じる。またコイルばねにおける座巻ピッチ、すなわち座面の傾きの大きさ及び方向が、横反力の大きさ及び方向に対して極めて敏感に影響するため、コイルばねを十分高い寸法精度で製造する必要があり、例えば、座面の傾きの大きさや方向が設計上の目標値から僅かに外れただけでも、所要のばね特性が得られなくなるおそれがある。このため、コイルばねを製造する製造設備についても、高い寸法精度を得るために特別なものが必要となり、又はコイルばねの製造工程において特別な生産管理が必要となり、コイルばねの製造コストが大幅に上昇するという問題も生じる。
【０００７】
また、上記のような懸架コイルばねは、通常、その特性が有限要素法を用いた非線形解析により解析され、解析された結果に基づいて設計される。これを換言すれば、新たに要求されるようになった横反力や荷重軸等の特性についても、モデル化さえ行えば汎用の有限要素コードで解析が可能であるが、有限要素法による解析（ＦＥＮ解析）では、ばね諸元と境界条件を入力してばね特性を得ることはできても、逆に設計者が意図する所要の特性を満たすばね諸元を求めることはできず、結果が目的の特性を満たすようになるまで、ばね諸元を変えながらの反復計算が必要となる。
【０００８】
図１３のフローチャートに基づいて有限要素法を用いた懸架コイルばねの設計方法を具体的に説明する。先ず、ステップ３００で懸架コイルばねの寸法及び形状をそれぞれ仮定した後、ステップ３０２〜ステップ３０６で、境界条件と組み合わせてＦＥＭ解析を行い、この解析結果が要求される特性を満足するか否かを判断する。このとき、解析結果が要求される特性を満足していれば、その解析結果に基づいて懸架コイルばねの寸法及び形状を確定し、また解析結果が要求される特性を満足していない場合には、ステップ３００にリターンして要求される特性を満足する解析結果が得られるまで、仮定する懸架コイルばねの寸法及び形状を変えながら反復計算を行う。このような設計方法により懸架コイルばねを設計する場合には、懸架コイルばねの寸法及び形状を仮定する際に設計者の勘や経験に頼る他はなく、最適解が見付かるかどうかは設計者の熟練度次第になってしまうという問題が生じる。
【０００９】
本発明の目的は、上記事実を考慮して、懸架装置に組み付けられた状態で、ばね反力軸を荷重入力軸と一致又は十分近接させることができ、しかも設計及び製造が簡単な懸架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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る懸架コイルばねは、自由状態においては、ばね端末からＲ（Ｒは正の実数）巻目の巻線部に対応する部位を屈折点としてコイル軸がＶ字状に屈曲するように成形され、前記屈折点における屈折角が０°であると仮定した場合の仮想コイル軸に対して上側座巻部の中心及び下側座巻部の中心の少なくとも一方を所定の偏心方向へ所定の偏心量だけ偏心させ、前記懸架装置における上側座と下側座との間に介装されストラット軸に沿って圧縮された状態で、懸架装置におけるばね反力軸が荷重入力軸に十分に近接するように、前記上側座巻部の中心及び下側座巻部の中心の前記仮想コイル軸に対する前記偏心方向及び偏心量を設定したものである。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成の懸架コイルばねが、懸架装置における上側座と下側座との間に介装されストラット軸に沿って圧縮状態とされることにより、懸架コイルばねにより圧縮反力と共に横反力が発生し、これらの合成力であるばね反力の作用線（ばね反力軸）に仮想コイル軸に対する傾きが生じる。さらに懸架コイルばねが仮想コイル軸に対して非対称的に弾性変形することにより、ばね反力軸が仮想コイル軸に対して偏倚する。
【００１２】
この結果、仮想コイル軸をコイル軸とするコイルばね（基準コイルばね）の設計上のパラメータに対して、懸架コイルばねにおける上側座巻部の中心から仮想コイル軸までの距離（上側偏心量）と下側座巻部の中心から仮想コイル軸までの距離（下側偏心量）と、それぞれの座巻部の偏心方向とを新たな設計上のパラメータとして追加するだけで、ばね反力軸が荷重入力軸及びアッパマウント中心と一致し、又は十分近接する懸架コイルばねを設計できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態に係るコイルばね及びその製造方法について図面を参照して説明する。
【００１４】
（懸架コイルばねの構成及び作用）
図１の（Ａ）、（Ｂ）には本発明の実施形態に係る懸架コイルばねの一例が示されている。この懸架コイルばね１０は、図２に示される自動車におけるストラット型の懸架装置１２に適用されるものである。なお、図２では懸架コイルばね１０の上端部の支持部分を除く部分については二点鎖線により示されている。
【００１５】
先ず、本実施形態に係る懸架装置１２の構成について説明する。懸架装置１２は、図２に示されるように、車輪を位置決めするための支柱（ストラット）としてショックアブソーバ１４を備えている。ショックアブソーバ１４は、ガス、オイル等の流体が封入されたシリンダ１６及び、このシリンダ１６内に摺動可能に配置されたピストン（図示省略）に連結されシリンダ１６から上方へ突出するロッド１８を備えている。
【００１６】
懸架装置１２では、ロッド１８の上端部がストラットマウント２０を介して自動車の車体３０に弾性的に連結されている。またロッド１８の上端側には上側座としてスプリングシート２２が固定され、シリンダ１６の中間部には下側座としてスプリングシート２４が固定されている。ショックアブソーバ１４の外周側には懸架コイルばね１０が支持されており、この懸架コイルばね１０は、ショックアブソーバ１４のスプリングシート２２，２４間に配置され、ショックアブソーバ１４の中心軸（ストラット軸ＡＳ）に沿って圧縮状態とされている。またショックアブソーバ１４の下端部は、タイヤ及びホイールからなる車輪４４を回転可能に支持するナックル２６に剛体結合され、このナックル２６は、ロアーアーム２８を介して自動車の車体３０にピボット結合されている。これにより、ナックル２６に軸支される車輪４４は、ショックアブソーバ１４及び懸架コイルばね１０を介して車体３０に支持されると共に、ロアーアーム２８を介して車体３０に支持される。
【００１７】
次に、懸架コイルばね１０の構成について説明する。自由状態にある懸架コイルばね１０は、図１の（Ａ）に示されるように下側のばね端末１１からＲ巻目の巻線部に対応する位置を屈折点ＰＢとしてコイル軸ＡＣがＶ字状に屈曲するように成形されている。また図１の（Ａ）において二点鎖線で示される直線ＡＩは、屈折点ＰＢにおける屈折角が０°であると仮定した場合の仮想コイル軸である。懸架コイルばね１０は、その上側座面３８及び下側座面４０が仮想コイル軸ＡＩに対して直交し、又は所定角度傾いた平面となるように、上側座巻部３２及び下側座巻部３４のリード角が設定されている。
【００１８】
本実施形態の懸架コイルばね１０は、仮想コイル軸ＡＩをコイル軸とする基準コイルばね３６（図１の（Ａ）参照）を基礎として設計される。このことから、本実施形態の懸架コイルばね１０を設計するに際には、基準コイルばね３６を設計する際に要求される設計上のパラメータに対し、新に追加される基本的なパラメータは上側偏心量ＶＵ及び下側偏心量ＶＬと上側座巻部３２及び下側座巻部３４の偏心方向とを追加すれば良い。
【００１９】
ここで、図１の（Ａ）に示されるように、上側偏心量ＶＵは上側座巻部３２の座巻中心点ＣＵから仮想コイル軸ＡＩまでの距離により規定され、下側偏心量ＶＬは下側座巻部３４の座巻中心点ＣＬから仮想コイル軸ＡＩまでの距離により規定される。すなわち、仮想コイル軸ＡＩの位置を座標軸の原点と考えると、偏心量ＶＵ，偏心量ＶＬは、それぞれ仮想コイル軸ＡＩに直交する座標軸上の点となる。この座標軸は車体３０の幅方向と略平行な直線軸であるとし、前記幅方向に沿って車体３０の外側へ向かう方向を座標軸の正方向、車体３０の内側へ向かう方向を座標軸の負方向として以下の説明を行う。但し、図１の（Ａ）に示される座標軸は、必ずしも車体３０の幅方向と平行になるものではなく、多くの場合、懸架装置１２の構造に応じて車体３０の幅方向に対して若干傾いたものになる。
【００２０】
また、上側偏心量ＶＵ及び下側偏心量ＶＬに加えて屈折点ＰＢについても、当然、設計上のパラメータとなるが、この屈折点ＰＢは、上側偏心量ＶＵ及び下側偏心量ＶＬとの相関関係により定められるパラメータであり、上側偏心量ＶＵ及び下側偏心量ＶＬとの相関関係を満たす範囲内で任意の値に設定できる。但し、屈折点ＰＢを変化させると、自動車走行時に受ける荷重による懸架コイルばね１０の応力分布が変化するため、このような応力分布を予め解析しておき、可能な限り応力が均一に分布する、すなわち可能な限り応力集中が生じないような屈折点ＰＢを選択し、設定する必要がある。
【００２１】
図１の（Ｂ）には実線により懸架装置１２に組み付けられた懸架コイルばね１０が示され、二点鎖線により自由状態にある懸架コイルばね１０が示されている。懸架装置１２に組み付けられた懸架コイルばね１０は、前述したようにスプリングシート２２，２４間に配置され圧縮状態とされる。ここで、懸架装置１２におけるスプリングシート２２，２４は略円板状に形成されている。またスプリングシート２２の下面側には、圧縮状態とされた懸架コイルばね１０の上側座面３８と圧接し、上側座巻部３２を軸直角方向に沿って所定位置に強制的に位置決めするリブ状の係合部２３が設けられ、スプリングシート２４の上面側には、圧縮状態とされた懸架コイルばね１０の下側座面４０と圧接し、下側座巻部３４を軸直角方向に沿って所定位置に強制的に位置決めする円柱状の係合部２５が設けられている。
【００２２】
スプリングシート２２，２４は、図１の（Ｂ）に示されるように圧縮前後において上側座面３８と下側座面４０との仮想コイル軸ＡＩに対する傾きを変化させることなく、懸架コイルばね１０をストラット軸ＡＳに沿って圧縮する。このとき、懸架コイルばね１０は、座面３８，４０がスプリングシート２２の下面側及びスプリングシート２４の上面側と平行になっている。またスプリングシート２２，２４は、係合部２３，２５により上側座巻部３２の座巻中心点ＣＵと下側座巻部３４の座巻中心点ＣＬとをそれぞれ仮想コイル軸ＡＩと一致するように強制的に位置決めする。これにより、スプリングシート２２，２４間に配置された懸架コイルばね１０は、コイル軸ＡＣの撓み方向に沿って弾性変形し、コイル軸ＡＣは、仮想コイル軸ＡＩに対して軸方向中央部が車体３０の外側へ向かって僅かに膨らむように曲線となる。
【００２３】
上記のように懸架コイルばね１０がスプリングシート２２，２４間で圧縮方向及び撓み方向へ弾性変形されることにより、懸架コイルばね１０が圧縮反力及び横反力をスプリングシート２２，２４へ作用させる。このとき、懸架コイルばね１０のばね反力は、圧縮反力と横反力との合成力と見なすことができる。また懸架コイルばね１０がスプリングシート２２，２４に作用させる横反力は、上側偏心量ＶＵ及び下側偏心量ＶＬを適宜設定することで、その力の大きさを設定できると共に、横反力の方向を座標軸（図１の（Ａ）参照）における正方向及び負方向の何れかに設定できる。この結果、上側偏心量ＶＵ及び下側偏心量ＶＬの大きさをそれぞれ適宜設定することで、仮想コイル軸ＡＩに対する懸架コイルばね１０のばね反力の作用線であるばね反力軸の傾きが調整可能になる。
【００２４】
さらに、懸架コイルばね１０がスプリングシート２２，２４間で懸架コイルばね１０が仮想コイル軸ＡＩに対して非対称的に弾性変形することにより、懸架コイルばね１０のばね反力軸が座標軸に沿って仮想コイル軸ＡＩを中心として偏倚する。この結果、上側偏心量ＶＵ及び下側偏心量ＶＬの大きさをそれぞれ適宜設定することで、仮想コイル軸ＡＩに対する懸架コイルばね１０のばね反力の作用線であるばね反力軸の傾き及び座標軸に沿った位置調整が可能になる。
【００２５】
次に、図２に示されるストラット型の懸架装置１２に作用する荷重について説明する。図２において、ＡＳはショックアブソーバ１４の中心軸であるストラット軸、ＡＫは車輪４４の操舵中心軸であるキングピン軸、ＡＬはロアーアーム２８の中心軸であるロアーアーム軸、ＡＡは路面からショックアブソーバ１４への荷重入力軸である。
【００２６】
懸架装置１２には、図２に示されるように、先ず路面からの路面反力Ｗが車輪４４の中心に垂直な直線に沿って作用する。さらに路面反力Ｗに対抗するため、懸架装置１２には、ショックアブソーバ１４の上端からの荷重軸線力ＷＵが荷重入力軸ＡＡに沿って作用し、路面反力Ｗと荷重軸線力ＷＵとの合成力であるロアーアーム軸力ＷＣがロアーアーム軸ＡＬに沿ってロアーアーム２８の根元部に作用する。これらの路面反力Ｗ、荷重軸線力ＷＵ及びロアーアーム軸力ＷＣは、図３の（Ａ）に示されるように力の三角形を構成し、懸架コイルばね１０はばね反力ＷＲを発生する。一方、図３の（Ｂ）は、懸架コイルばね１０との比較のために懸架装置１２に基準コイルばね３６を組み付けた場合の路面反力Ｗ、荷重軸線力ＷＵ及びロアーアーム軸力ＷＣ並びに基準コイルばね３６によるばね反力ＷＲ´を示している。
【００２７】
基準コイルばね３６のばね反力軸ＡＲ´は、仮想コイル軸ＡＩと略一致しており、基準コイルばね３６をストラット軸ＡＳに対して十分にオフセットできない場合には、図３の（Ｂ）に示されるように荷重軸線力ＷＵの作用線である荷重入力軸ＡＡと平行にならず、かつロッド１８の上端部が連結されるストラットマウント２０のマウント中心点ＣＭを通過しない。このため、基準コイルばね３６を用いた場合には横力ＷＴが発生し、この横力ＷＴはショックアブソーバ１４に対して曲げモーメントとして作用する。この曲げモーメントは、ショックアブソーバ１４におけるピストン、ブッシュ等の摺動部（図示省略）にこじりを発生させるため、ロッド１８のフリクションを増大させる。また、基準コイルばね３６を用いた場合のように、ばね反力軸ＡＲ´がロッド１８の上端部が連結されるストラットマウント２０のマウント中心点ＣＭ（図２参照）を通過しないと、ストラットマウント２０にコジリが発生する。これにより、ストラットマウント２０における軸受部４２のフリクションを増大することから、自動車の操舵性が悪化する。
【００２８】
一方、本実施形態の懸架コイルばね１０では、懸架装置１２に組み付けられた状態で、懸架コイルばね１０のばね反力ＷＲの作用線であるばね反力軸ＡＲが荷重入力軸ＡＡと平行になり、かつばね反力軸ＡＲがストラットマウント２０のマウント中心点ＣＭを通過するように、上側偏心量ＶＵ及び下側偏心量ＶＬと偏心方向とがそれぞれ適宜設定されている。このため、懸架コイルばね１０を用いた場合には、図３の（Ａ）に示されるようにショックアブソーバ１４に作用する横力が発生せず、ショックアブソーバ１４における摺動部にコジリが発生しなくなる。また、ばね反力軸ＡＲがストラットマウント２０のマウント中心点ＣＭを通過するので、ストラットマウント２０にもこじりが発生せず、ストラットマウント２０における軸受部４２（図２参照）のフリクション増大により操舵性の悪化が生じなくなる。
【００２９】
以上説明した本実施形態の懸架コイルばね１０によれば、懸架コイルばね１０がストラット型の懸架装置１２におけるスプリングシート２２，２４との間に介装され、ストラット軸ＡＳに沿って圧縮状態とされると共に、上側座巻部３２の座巻中心点ＣＵと下側座巻部３４の座巻中心点ＣＬとが仮想コイル軸ＡＩと近づくようにコイル軸ＡＣの撓み方向に沿って弾性変形されることにより、懸架コイルばね１０により圧縮反力と共に横反力が発生し、これらの合成力であるばね反力ＷＲの作用線であるばね反力軸ＡＲに仮想コイル軸ＡＩに対する傾きが生じる。さらに懸架コイルばね１０が仮想コイル軸ＡＩに対して非対称的に弾性変形することにより、ばね反力軸ＡＲが仮想コイル軸ＡＩに対して車体３０の幅方向に沿って偏倚する。
【００３０】
さらに懸架コイルばね１０では、上側偏心量ＶＵ及び下側偏心量ＶＬと偏心方向とによりばね反力軸ＡＲの傾き及び位置を調整できるので、上側座面３８及び下側座面４０の傾きを設計上のパラメータとする必要もなくなる。この結果、仮想コイル軸ＡＩをコイル軸とする基準コイルばね３６の設計上のパラメータに対して、懸架コイルばね１０における上側偏心量ＶＵ及び下側偏心量ＶＬと偏心方向とを新たな設計上のパラメータとして追加するだけで、ばね反力軸ＡＲが荷重入力軸ＡＡ及びアッパマウント中心ＣＭと一致し、又は十分近接する懸架コイルばね１０を設計できるようになる。
【００３１】
次に、本発明の実施形態に係る懸架コイルばねの変形例を図４の（Ａ）〜（Ｆ）及び図５の（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明する。
【００３２】
図４の（Ａ）には基準コイルばね３６が示され、図４の（Ｂ）〜（Ｆ）には、それぞれ上述した懸架コイルばね１０（図１の（Ａ）、１Ｂ参照）に対して上側偏心量ＶＵ及び下側偏心量ＶＬの設定が異なる懸架コイルばね１５０，１５２，１５４，１５６，１５８が示されている。
【００３３】
図１の（Ａ）、（Ｂ）に示される懸架コイルばね１０では、上側偏心量ＶＵ及び下側偏心量ＶＬの絶対値が０より大きくされ、かつ上側偏心量ＶＵ及び下側偏心量ＶＬが負の値になっている。すなわち、懸架コイルばね１０では、仮想コイル軸ＡＩに対して上側座巻部３２及び下側座巻部３４が共に車体３０内側へ偏倚している。それに対し、図４の（Ｂ）〜（Ｆ）に示される懸架コイルばね１５０〜１５８のように、上側偏心量ＶＵ及び下側偏心量ＶＬの絶対値を双方とも“０”より大きくしても、また上側偏心量ＶＵ及び下側偏心量ＶＬの何れかを“０”とするようにしても良く、さらに上側偏心量ＶＵ及び下側偏心量ＶＬの双方を正の値としても、また上側偏心量ＶＵ及び下側偏心量ＶＬの一方を正とし他方を負の値とするようにしてもても良い。
【００３４】
すなわち、上記したように懸架コイルばね１５０〜１５８における上側偏心量ＶＵ及び下側偏心量ＶＬの設定を懸架コイルばね１０と異ならせた場合も、懸架コイルばね１０と同様に、座巻部３２，３４を除く巻線部のリード角及びピッチが基準コイルばね３６と共通していることから、基本的なばね特性については基準コイルばね３６と共通になり、ばね反力軸ＡＲの傾きの大きさ及び方向、並びにばね反力軸ＡＲの偏倚量及び偏倚方向が懸架コイルばね１０とは異なるものになる。これを換言すれば、上側偏心量ＶＵ及び下側偏心量ＶＬの絶対値を“０”を含む範囲で変化させると共に、上側偏心量ＶＵ及び下側偏心量ＶＬを正負の何れかに変化させることで、ばね反力軸ＡＲの傾きの大きさ及び方向、並びにばね反力軸ＡＲの仮想コイル軸ＡＩに対する偏倚量及び偏倚方向をそれぞれ広い範囲で調整できるようになる。
【００３５】
また、懸架コイルばね１０は、全ての巻線部の巻径が略一定された円筒状の基準コイルばね３６を基礎として設計されるものであるが、本実施形態の懸架コイルばねは、図５の（Ａ）〜（Ｃ）に示されるような非円筒状のコイルばねを基礎として設計することも可能である。すなわち、図５Ａに示される軸方向中央部から両端部へ向かって巻線部の巻径が縮小して行く樽型コイルばね１６０、図５の（Ｂ）に示される軸方向中央部から両端部へ向かって巻線部の巻径が拡大して行く鼓型コイルばね１６２、図５の（Ｃ）に示される軸方向一端部から他端部へ向かって巻線部の巻径が拡大して行く円錐コイルばね１６４、図５の（Ｄ）に示される軸方向一端部にテーパ部が形成された片絞りコイルばね１６６及び、図５の（Ｅ）に示される巻線部の形状が楕円状又は長円状とされた楕円コイルばね１６８等の各種の異形コイルばねを基礎として本実施形態の懸架コイルばねを設計及び製造することも可能である。
【００３６】
上記のような異形コイルばね１６０〜１６８を基礎として本実施形態の懸架コイルばねを設計する場合にも、コイルばね１６０〜１６８に対して新に追加される設計上のパラメータは、基本的には上側偏心量ＶＵ及び下側偏心量ＶＬと偏心方向とであるので、ばね反力軸が図２に示される荷重入力軸ＡＡ及びアッパマウント中心ＣＭと一致し、又は十分近接する懸架コイルばねを簡単に設計できる。
【００３７】
なお、本実施形態に係る懸架装置１２では、スプリングシート２２，２４が懸架コイルばね１０における上側座巻部３２の座巻中心点ＣＵと下側座巻部３４の座巻中心点ＣＬとをそれぞれ仮想コイル軸ＡＩと一致するように強制的に位置決めしているが、懸架コイルばね１０に横反力を発生させるためには、座巻中心点ＣＵ，ＣＬが仮想コイル軸ＡＩに近接するように懸架コイルばね１０をコイル軸ＡＣの撓み方向へ弾性変形させれば良く、必ずしもＣＵ，ＣＬを仮想コイル軸ＡＩに一致させる必要はない。
【００３８】
（懸架コイルばねの設計方法）
次に、上記のように構成された本発明の実施形態に係る懸架コイルばねの設計方法の一例について説明する。懸架コイルばね１０を設計する際には、先ず、図１４のフローチャートに示されるような方法により懸架コイルばね１０の形状及び寸法が決定される。すなわち、懸架コイルばね１０の寸法及び形状を決定するためには、ステップ３１０〜ステップ３１８で、懸架コイルばねの寸法及び形状について可能なｎ組（ｎは正の整数）の組み合わせを仮定した後、ステップ３２０〜ステップ３２８で、境界条件を設定して１〜ｎ組目の懸架コイルばねの特性（ばね特性）についてそれぞれＦＥＭ解析する（予備計算）。
【００３９】
ステップ３３０では、ＦＥＭ解析により得られた１〜ｎ組目の懸架コイルばねについての解析結果を分析し、懸架コイルばねの寸法及び形状とばね特性との間の相関関係を見出し数式化する（回帰式の算出）。ステップ３３２〜ステップ３３４では、ステップ３３０で得られた回帰式に基づいて所要のばね特性が得られると予測される懸架コイルばねの寸法及び形状を算出する。このようにして懸架コイルばねの寸法及び形状が得られたならば、ステップ３３６では、ステップ３３４で算出された寸法及び形状を有する懸架コイルばねに対してＦＥＭ解析を再び行う（検算）。ステップ３３８では、ステップ３３８のＦＥＭ解析より得られたばね特性が所要の特性を満足していれば、懸架コイルばねの形状及び寸法を得るための解析処理を終了し、またステップ３３６のＦＥＭ解析より得られたばね特性が所要の特性を満足していない場合には、ステップ３１０に処理をリターンして所要のばね特性が得られるまで、仮定する懸架コイルばねの寸法及び形状の組み合わせを変えながら反復計算を行う。
【００４０】
図１４に示される解析プロセスにおいて、ステップ３３０の回帰分析で用いるデータ（多変量データ）は、ＦＥＭ解析の入力条件と結果を用いる。多変量データを構成する目的変数と説明変数はその個数を増やすと、回帰分析に用いるデータを作成するための予備計算の回数が増えてしまう。そこで、先ず目的変数は、ばね特性を表す量的変数の中から、特に制限を必要とするものを数種類に絞って選択する。次に、説明変数は、形状パラメータの中から選択した目的変数に影響を与える量的変数を選べばよいが、その個数は以下に示す通り、目的変数と同じとするとよい。
【００４１】
ｍ個の目的変数におけるｉ番目の目的変数ｙｉ（ｉ＝１，２，…，ｍ）が、ｎ個の説明変数ｘ１〜ｘｎとｎ＋１個の回帰係数ａ０ｉ〜ａｎｉを用いた次の１次式回帰式（１）で表されるものとする。
【００４２】
ｙｉ＝ａ０ｉ＋ａ１ｉ×ｘ１＋ａ２ｉ×ｘ２＋・・・＋ａｎｉ×ｘｎ・・・（１）
【００４３】
このとき、ｉ番目の目的変数ｙｉの狙い値がｙｉ０とすると、説明変数ｘ１〜ｘｎは以下の連立方程式の解となり、この連立方程式が一意的に解を持つためにはｍ＝ｎ、すなわち目的変数と説明変数の個数が同じであることが必要条件となる。
【００４４】
2008241043.tif 000003
【００４５】
次に、懸架コイルばね１０のばね反力軸（荷重軸ＡＬ）を制御する方法を説明する。ここで、荷重軸ＡＬの位置及び傾きは、荷重軸ＡＬと上下の座面との交点の座標を用いて表現が可能である。このことから、図１５に示されるような座標系を考えることができる。この座標系では、Ｚ方向が懸架コイルばねの高さ方向を、Ｙ軸が懸架コイルばねのオフセット方向を、Ｘ軸が高さ方向及びオフセット方向へ直交する方向（車体の前後方向と略一致する方向）をそれぞれ示している。ここでは、説明を簡単にするために、荷重軸ＡＬはオフセット方向へのみ制御が要求されているものとする。これにより、目的変数は、図１６に示されるＹＵとＹＬとの２種類となる。
【００４６】
懸架コイルばね１０の荷重軸ＡＬは、前述したように、コイル軸ＡＣ（図１の（Ａ）、１Ｂ参照）をオフセット方向に沿ってＶ字状に曲げることにより制御可能である。この場合、コイル軸ＡＣの曲げ量と荷重軸ＡＬの移動量には一定の関係があるものと推定される。そこで、説明変数としては、図１７に示されるばねの曲げ量ＶＵとＶＬを採用する。
【００４７】
このとき、回帰方程式ＹＵ＝Ａ１＋Ｂ１×ＶＵ＋Ｃ１×ＶＬ及びＹＬ＝Ａ２＋Ｂ２×ＶＵ＋Ｃ２×ＶＬ（Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２：回帰係数）を考えると、これは、ＹＵ−ＶＵＶＬ座標系及びＹＬ−ＶＵＶＬ座標系において、それぞれ点Ｐｉ（ＹＵｉ，ＶＵｉ，ＶＬｉ）及び点Ｑｉ（ＹＬｉ，ＶＵｉ，ＶＬｉ）（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）と最もあてはまりのよい（残差平方和が最小の）平面を表す。つまり、実際には曲面と予想されるものを、図１８に示されるようなＶＵＶＬ平面（投影面）で近似するので、出来るだけ解に近い範囲で、予備計算と回帰分析を行う方がよい。また、通常の回帰計算ではデータ数を多くして、外れ値の影響を除くようにするが、今回の場合は定数と変数がはっきりしており、極値を除けば外れ値の影響は少ないものと考えられる。そこで、回帰精度を上げるためには、予備計算を行う際に計算範囲の中での組み合わせ数を多くするよりも、一回の予備計算当たりの組み合わせ数は少なくし、予備計算を繰り返し行い、範囲を小さくして行く方が有効である。具体的には、初期条件として、解の推定値（ＶＵｏ，ＶＬｏ）と、解の誤差幅を（ΔＶＵ，ΔＶＬ）を仮定し、下記（表１）の組み合わせで予備計算を行い回帰式を得る。もし、解の見当がつかない場合は、まず（ＶＵｏ，ＶＬｏ）＝（０，０）を解の推定値とし、解の誤差幅をやや大きくとって予備計算を行い回帰式を求めればよい。
【００４８】
【表１】
2008241043.tif 000004
【００４９】
次に、連立回帰方程式より求めた解を、初期値として、誤差幅を先ほどより小さくして、予備計算を繰り返し行う。回帰式より求める解は以下の通りである。
【００５０】
2008241043.tif 000005
ただしＢ１Ｃ２−Ｃ１Ｂ２≠０
【００５１】
この解を用いて、ＦＥＭ解析を行い結果のばね特性が所要の特性を満たしているかどうか確認する。
【００５２】
以上説明したように、汎用の有限要素コードと統計的手法を組み合わせることで、所要の特性を満たす懸架コイルばねの形状及び寸法を得ることができる。従って、ここで述べた統計処理をＦＥＭ解析のプリポストに組み込むことで、設計者が比較的簡単にばねの最適設計を行うことができる。なお、ここでは簡単な具体例でその手法を示したが、目的変数（狙いのばね特性）の数が増え、必要な説明変数（ばね形状等の入力条件）の数が増えた場合でも、変数の選択がやや複雑になるものの、同様の取り扱いが可能である。
【００５３】
次に、図１９の（Ａ）〜（Ｉ）〜図２１の（Ａ）、（Ｂ）に基づいてＦＥＭ解析により得られた懸架コイルばねに対する解析結果の一例を説明する。本実施形態に係る懸架コイルばねを設計する際には、前述したように直線状の仮想コイル軸を有する基準コイルばねに基づいて設計される。具体的には、図１９の（Ｅ）に示されるように、上側偏心量ＶＵ＝０及び下側偏心量ＶＬ＝０である懸架コイルばね１０Ｅを基準コイルばねとした場合、上側偏心量ＶＵを正、０及び負の何れかに変化させると同時に、下側偏心量ＶＬを正、０及び負の何れかに変化させることで、図１９の（Ａ）〜（Ｉ）に示される９種類のパターンで懸架コイルばね１０Ａ〜１０Ｉを考えることができる。
【００５４】
図１９の（Ａ）〜（Ｉ）に示される懸架コイルばね１０Ａ〜１０Ｉでは、ＦＥＭ解析の結果を簡単に説明するため、上側偏心量ＶＵを−２０ｍｍ、０ｍｍ及び２０ｍｍの何れかに設定すると共に、下側偏心量ＶＬも−２０ｍｍ、０ｍｍ及び２０ｍｍの何れかに設定し、またコイル軸ＡＣの屈折点ＰＢは、懸架コイルばねの総巻数の１／２巻目に対応する位置に設定した。これらの懸架コイルばね１０Ａ〜１０ＩについてそれぞれＦＥＭ解析を行った結果が下記（表２）に示されている。
【００５５】
【表２】
2008241043.tif 000006
【００５６】
図２０にはＦＥＭ解析により得られた懸架コイルばね１０Ａ〜１０Ｉのばね反力軸ＡＲＡ〜ＡＲＩ及び目標とするばね反力軸ＡＲＳがＹ−Ｈ座標面上にそれぞれ示されている。また図２１Ａには、ＦＥＭ解析により得られた懸架コイルばね１０Ａ〜１０Ｉの上側座面における着力点ＰＵＡ〜ＰＵＩ及び目標とする着力点の狙いＰＵＳがそれぞれ示され、図２１Ｂには、ＦＥＭ解析により得られた懸架コイルばね１０Ａ〜１０Ｉの下側座面における着力点ＰＬＡ〜ＰＬＩ及び目標とする着力点の狙いＰＬＳがそれぞれ示されている。
【００５７】
図２０及び図２１の（Ａ）、（Ｂ）から明らかなように、懸架コイルばねのコイル軸をＶ字状に屈曲して上側偏心量ＶＵ及び下側偏心量ＶＬの偏心量及び偏心方向（正方向又は負方向）をそれぞれ変化させることで、懸架コイルばねのばね反力軸の位置及び傾きをそれぞれオフセット方向に沿って制御可能になる。そして、前述したように、このようなＦＥＭ解析の結果を分析し、懸架コイルばねの寸法及び形状とばね特性との間の相関関係を見出し数式化することで（回帰式の算出）、要求されるばね特性を有する懸架コイルばねを簡単に設計できるようになる。
【００５８】
次に、図６〜図１１の（Ａ）、（Ｂ）を参照して本実施形態に係る懸架コイルばね１０を懸架装置１２に適用した場合の実施例について説明する。
【実施例１】
【００５９】
図２に示されるような懸架装置１２では、車輪４４におけるタイヤ幅等の条件が一定で、路面反力Ｗの大きさが著しく変化しないならば、荷重入力軸ＡＡの傾き及び位置は変化しないものと考えることができる。これを前提として、図７〜図１１の（Ａ）、（Ｂ）には、それぞれ荷重入力軸ＡＡとばね反力軸ＡＲとのスプリングシート２２，２４における通過位置（着力点）が座標平面上に示されている。これらの座標平面において、横軸は車体３０の前後方向を、縦軸は車体３０の幅方向をそれぞれ示している。なお、図７〜図１１の（Ａ）、（Ｂ）の座標平面の横軸及び縦軸に付された数値は相対的な指数であって実際の長さを表すものではない。
【００６０】
また図７〜図１１の（Ａ）、（Ｂ）において、荷重入力軸ＡＡの上側スプリングシート２２における着力点をＰＡＵ、下側スプリングシート２４における着力点をＰＡＬでそれぞれ表す。またばね反力軸ＡＲの上側スプリングシート２２における着力点をＰＲＵ、下側スプリングシート２４における着力点をＰＲＬでそれぞれ表す。ここで、図７の（Ａ）〜図１１の（Ａ）に示されるように、着力点ＰＡＵは座標平面上において（−３．７，０）により表される位置にあり、上側スプリングシート２２の中心は座標平面における原点（０，０）とされている。また図７の（Ｂ）〜図１１の（Ｂ）に示されるように、着力点ＰＡＬは座標平面上において（−３７．３，０）により表される位置にある。
【００６１】
図６には、ばね反力軸ＡＲの着力点ＰＲＵをスプリングシート２２において着力点ＰＡＵに一致させ、かつ着力点ＰＲＬをスプリングシート２４において着力点ＰＡＬに一致させるために必要となる上側偏心量ＶＵ及び下側偏心量ＶＬの大きさと屈折点ＰＢとの関係が示されている。前述したように、上側偏心量ＶＵ及び下側偏心量ＶＬと屈折点ＰＢとは、互いに相関する設計上のパラメータであり、偏心量ＶＵ，ＶＬ及び屈折点ＰＢの一方が変化すると、それに応じて他方も変化する関係になっている。また図６に示される偏心量ＶＵ，ＶＬと屈折点ＰＢとの関係は、懸架装置１２の設計上の特性値と基準コイルばね３６の設計上のパラメータに基づいて公知の有限要素法により算出したものである。
【００６２】
一方、図７〜図１１の（Ａ）、（Ｂ）には、図６に示される算出結果に基づいて偏心量ＶＵ，ＶＬ及び屈折点ＰＢがそれぞれ異なる５種類の懸架コイルばね１０を製造し、これらの懸架コイルばね１０を懸架装置１２に組み付けた状態で、ばね反力軸ＡＲの着力点ＰＲＵ、着力点ＰＲＬを実測した結果が示されている。ここで、図７の（Ａ）、（Ｂ）は屈折点ＰＢ＝２．２５０巻目である場合が示され、図８の（Ａ）、（Ｂ）は屈折点ＰＢ＝２．７５０巻目である場合が示され、図９の（Ａ）、（Ｂ）は屈折点ＰＢ＝３．２５０巻目である場合が示され、図１０の（Ａ）、（Ｂ）は屈折点ＰＢ＝３．７５０巻目である場合が、図１１の（Ａ）、（Ｂ）は屈折点ＰＢ＝４．２５０巻目である場合が示されている。
【００６３】
また図７の（Ａ）、（Ｂ）〜図１１の（Ａ）、（Ｂ）には、本実施形態の懸架コイルばね１０との比較のために、基準コイルばね３６を懸架装置１２に組み付けた場合のばね反力軸ＡＲ´の上側スプリングシート２２における着力点ＰＲＵ´及び着力点ＰＲＬ´が、懸架コイルばね１０の着力点ＰＲＵ，ＰＲＬと共に示されている。
【００６４】
図７の（Ａ）〜図１１の（Ａ）から明らかなように、図６の算出結果に基づいて製造された懸架コイルばね１０の上側スプリングシート２２における着力点ＰＲＵは、基準コイルばね３６の着力点ＰＲＵ´と比較してばね反力軸ＡＲの着力点ＰＡＵに十分近接している。また図７Ｂ〜図１１Ｂから明らかなように、図６の算出結果に基づいて製造された懸架コイルばね１０の下側スプリングシート２４における着力点ＰＲＬも、基準コイルばね３６の着力点ＰＲＬ´と比較してばね反力軸ＡＲの着力点ＰＡＬに十分近接している。
【００６５】
従って、本実施形態の懸架コイルばね１０を懸架装置１２に組み付けた場合には、基準コイルばね３６を懸架装置１２に組み付けた場合と比較し、着力点ＰＲＵの着力点ＰＡＵに対する偏差及び着力点ＰＲＬの着力点ＰＡＬに対する偏差に応じて生じる横力ＷＴ（図３の（Ｂ）参照）を大幅に減少又は消失できるので、横力ＷＴによるショックアブソーバ１４のフリクション増大を効果的に防止し自動車の乗り心地を向上でき、かつばね反力軸ＡＲのストラットマウント２０のマウント中心ＣＭ（図２参照）に対する偏差を大幅に減少又は消失できるので、ストラットマウント２０におけるこじりにより操舵性が低下することを効果的に防止できる。
【実施例２】
【００６６】
実施例１では、懸架コイルばね３６におけるばね反力軸ＡＲ´の着力点ＰＲＵ´及び着力点ＰＲＬ´が、荷重入力軸ＡＡの着力点ＰＡＵ及び着力点ＰＡＬに対して車体前後方向においては殆ど偏倚していない場合について説明した。ところで、懸架コイルばね１０のばね反力軸ＡＲの着力点ＰＲＵ及び着力点ＰＲＬが、荷重入力軸ＡＡの着力点ＰＡＵ及び着力点ＰＡＬに対して車体前後方向において偏倚していると、操舵中心軸であるキングピン軸ＡＫ（図２参照）周りのモーメントに不釣合いが生じて、自動車の直進安定性が低下する。
【００６７】
上記のような問題を解決するため、従来構造の懸架コイルばね３６では、その総巻数Ｔを調整（増減）して上側座巻部の端末位置及び下側座巻部の端末位置をそれぞれ最適化することで、着力点ＰＲＵ´及び着力点ＰＲＬ´の着力点ＰＡＵ及び着力点ＰＡＬに対する車体前後方向の偏倚を十分小さくしていた。従って、このような方法で設計された懸架コイルばね３６を基礎とする懸架コイルばね１０では、その着力点ＰＲＵ及び着力点ＰＲＬの着力点ＰＡＵ及び着力点ＰＡＬに対する車体前後方向の偏倚が十分小さくなっている。
【００６８】
しかし、懸架コイルばね１０の総巻数Ｔを調整して上側座巻部の端末位置及び下側座巻部の端末位置をそれぞれ最適化する方法を採ると、懸架コイルばね１０の軽量化にとって不利になる場合がある。このため、総巻数Ｔを調整することなく、懸架コイルばね１０の着力点ＰＲＵ及び着力点ＰＲＬを荷重入力軸ＡＡの着力点ＰＡＵ及び着力点ＰＡＬに十分近接させることが望まれる。
【００６９】
本実施例では、図１２の（Ａ）、（Ｂ）に基づいて、懸架コイルばね１０の総巻数Ｔを調整することなく、着力点ＰＲＵ及び着力点ＰＲＬを、車体前後方向及び車体幅方向においてそれぞれ荷重入力軸ＡＡの着力点ＰＡＵ及び着力点ＰＡＬに十分近接させる場合の懸架コイルばね１０の設計及び製造方法について説明する。
【００７０】
図１２の（Ａ）、（Ｂ）には荷重入力軸ＡＡとばね反力軸ＡＲとのスプリングシート２２，２４における通過位置（着力点）が座標平面上に示されている。これらの座標平面において、横軸は車体３０の前後方向を、縦軸は車体３０の幅方向をそれぞれ示している。なお、図１２の（Ａ）、（Ｂ）の座標平面の横軸及び縦軸に付された数値は相対的な指数であって実際の長さを表すものではない。
【００７１】
また図１２の（Ａ）、（Ｂ）においても、図７の（Ａ）、（Ｂ）〜図１１の（Ａ）、（Ｂ）と同様に、荷重入力軸ＡＡの上側スプリングシート２２における着力点をＰＡＵ、下側スプリングシート２４における着力点をＰＡＬでそれぞれ表す。またばね反力軸ＡＲの上側スプリングシート２２における着力点がＰＲＵ、下側スプリングシート２４における着力点がＰＲＬでそれぞれ表されている。さらに図１２の（Ａ）、（Ｂ）では、基準コイルばね３６を懸架装置１２に組み付けた場合のばね反力軸ＡＲ´の上側スプリングシート２２における着力点がＰＲＵ´、下側スプリングシート２４における着力点がＰＲＬ´でそれぞれ表されている。
【００７２】
本実施例の懸架コイルばね１０も、実施例１の場合と同様に、仮想コイル軸ＡＩをコイル軸とする基準コイルばね３６（図１の（Ａ）参照）を基礎として設計される。但し、この基準コイルばね３６は、総巻数Ｔが調整されることなく設計されたものであるため、着力点ＰＲＵ´、ＰＲＬ´が着力点ＰＡＵ，ＰＡＬに対して車体前後方向にも無視できない程度偏倚しており、この基準コイルばね３６を懸架装置１２（フロントサスペンション）に装着すると、自動車の直進安定性を損なうおそれがある。
【００７３】
本実施形態では、基準コイルばね３６を基礎として懸架コイルばね１０を設計する際に、先ず、着力点ＰＲＵ´、ＰＲＬ´を車体幅方向に沿って着力点ＰＡＵ，ＰＡＬと一致させるためにパラメータが算出される。このパラメータのうち基本的になものは、実施例１の場合と同様に、上側偏心量ＶＵ１、下側偏心量ＶＬ１、上側座巻部３２及び下側座巻部３４それぞれの上側偏心方向ＤＵ１及び下側偏心方向ＤＬ１であり、これらのパラメータに相関するパラメータとして屈折点ＰＢが圧縮状態とされた懸架コイルばね１０の応力分布等が考慮されて算出される。これら上側偏心量ＶＵ１、下側偏心量ＶＬ１、上側偏心方向ＤＵ及び下側偏心方向ＤＬ１が得られるように、屈折点ＰＢを起点として基準コイルばね３６のコイル軸をＶ字状に屈曲することにより、この基準コイルばね３６（以下、これを「中間コイルばね」という。）の上側着力点は、図１２の（Ａ）に示されるように車体幅方向に沿ってＰＲＵ´からＰＲＵ１へ移動し、また図１２の（Ｂ）に示されるように下側着力点はＰＲＬ´からＰＲＬ１へ移動する。
【００７４】
上記の基準コイルばねでは、その着力点ＰＲＵ１，ＰＲＬ１の車体幅方向に沿って位置が荷重入力軸ＡＡの着力点ＰＡＵ，ＰＡＬと理論上一致する。従って、仮に基準コイルばねが懸架装置１２に装着された場合には、そのばね反力軸ＡＲが荷重入力軸ＡＡと一致するので、横力ＷＴによるショックアブソーバ１４のフリクション増大が防止されると共に、ストラットマウント２０における軸受部４２のこじりが防止される。
【００７５】
次いで、上記の中間コイルばねを基礎として懸架コイルばね１０を設計するために、中間コイルばねの着力点ＰＲＵ１、ＰＲＬ１´を車体前後方向に沿って着力点ＰＡＵ，ＰＡＬと一致させるためにパラメータが算出される。このパラメータのうち基本的になものは、上側偏心量ＶＵ２、下側偏心量ＶＬ２、上側座巻部３２及び下側座巻部３４それぞれの上側偏心方向ＤＵ２及び下側偏心方向ＤＬ２であり、屈折点ＰＢについては、原則的には基準コイルばね３６から中間コイルばねを設計する場合と共通の値が設定される。これら上側偏心量ＶＵ２、下側偏心量ＶＬ２、上側偏心方向ＤＵ２及び下側偏心方向ＤＬ２が得られるように、屈折点ＰＢを起点として中間コイルばねのコイル軸を１回目の屈曲時とは異なる方向へ屈曲する。これにより、この中間コイルばねを基礎として懸架コイルばね３６が製造され、その上側着力点は、図１２の（Ａ）に示されるように車体幅方向に沿ってからＰＲＵ１からＰＡＵへ移動し、また図１２の（Ｂ）に示されるように下側着力点はＰＲＬ１からＰＡＬへ移動する。このようにして製造された懸架コイルばね１０を懸架装置１２へ装着すると、キングピン軸ＡＫ（図２参照）周りのモーメントを釣り合った状態にできるので、懸架コイルばね１０の横力に起因して直進安定性が低下することを防止できる。
【００７６】
なお、本実施例では、懸架コイルばね３６の設計方法を理解し易くするため、基準コイルばね３６から懸架コイルばね１０への中間製造物として中間コイルばねが製造されるものとして説明を行ったが、このような中間コイルばねは、実際の懸架コイルばね１０の製造工程において必ずしも製造する必要は無く、設計時にパラメータ演算のために便宜的に仮想されるものである。
【００７７】
すなわち、基準コイルばね３６を基礎として懸架コイルばね１０を製造する際には、懸架コイルばね１０の上側偏心方向は上側偏心方向ＤＵ１と上側偏心方向ＤＵ２とが合成された方向となり、下側偏心方向は下側偏心方向ＤＬと下側偏心方向ＤＬ２とが合成された方向となる。また懸架コイルばね１０の上側偏心量及び下側偏心量は方向と大きさを有するベクトル量と考えることができるので、懸架コイルばね１０の上側偏心量は上側偏心量ＶＵ１と上側偏心量ＶＵ２とが合成されたものとなり、下側偏心量はベクトル量として下側偏心量ＶＬ１と上側偏心量ＶＵ２とが合成されたものになる。従って、懸架コイルばね１０を実際に製造する場合には、上記のようにして合成された偏心方向へ合成された偏心量が得られるように屈折点ＰＢを起点としてコイル軸ＬＣをＶ字状に屈曲すれば、コイル軸を１回屈曲するだけで懸架コイルばね１０が製造可能になる。但し、製造設備の制約等によりコイルばねのコイル軸を３次元的に屈曲することができない場合には、直線状のコイル軸を屈曲して中間コイルばねを得た後に、この中間コイルばねのコイル軸を更に異なる方向へ屈曲して懸架コイルばね１０を製造するようにしても良い。
【００７８】
また、本実施例では、車体幅方向に沿ってコイルばねの着力点をＰＡＵ，ＰＡＬと一致させるためにパラメータが算出した後に、車体前後方向に沿って着力点をＰＡＵ，ＰＡＬと一致させるためにパラメータを算出したが、これとは逆に、車体前後方向に沿って着力点をＰＡＵ，ＰＡＬと一致させるためにパラメータを算出した後に、車体幅方向に沿ってコイルばねの着力点をＰＡＵ，ＰＡＬと一致させるためにパラメータが算出するようにしても、同一ばね特性の懸架コイルばね１０を設計できることは言うまでも無い。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
以上のように、本発明に係る懸架コイルばねは、ばね反力軸を荷重入力軸と一致又は十分近接させることが要求される懸架装置の使用に適しており、しかも設計及び製造の簡略化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る懸架コイルばねの側面図であり、該懸架コイルばねの自由状態及び懸架装置に組み付けられた圧縮状態をそれぞれ示している。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る懸架コイルばねが組み付けられたストラット型の懸架装置の構成を示す側面図である。
【図３】図３は、図２に示される懸架装置における路面反力、荷重軸線力及びロアーアーム軸力の関係を示す説明図である。
【図４】図４は、図１においてＡおよびＢに示される懸架コイルばねとは上側偏心量ＶＵ及び下側偏心量ＶＬの設定が異なる懸架コイルばねを示す側面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る懸架コイルばねの設計上の基礎とすることが可能な異形コイルばねの例を示す側面図である。
【図６】図６は、本発明の実施例１に係る懸架コイルばねにおける上側偏心量ＶＵ及び下側偏心量ＶＬと屈折点ＰＢとの関係を示す特性図である。
【図７】図７は、本発明の実施例１に係る懸架コイルばねの上側及び下側のスプリングシートにおける着力点をそれぞれ示す座標図である。
【図８】図８は、本発明の実施例１に係る懸架コイルばねの上側及び下側のスプリングシートにおける着力点をそれぞれ示す座標図である。
【図９】図９は、本発明の実施例１に係る懸架コイルばねの上側及び下側のスプリングシートにおける着力点をそれぞれ示す座標図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施例１に係る懸架コイルばねの上側及び下側のスプリングシートにおける着力点をそれぞれ示す座標図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施例１に係る懸架コイルばねの上側及び下側のスプリングシートにおける着力点をそれぞれ示す座標図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施例２に係る懸架コイルばねを設計する際の着力点の移動過程を示す座標図である。
【図１３】図１３は、有限要素法を用いた従来の懸架コイルばねに対する設計方法の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１４】図１４は、本発明の実施形態に係る懸架コイルばねを統計的手法により設計するための設計方法の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１５】図１５は、本発明の実施形態に係る懸架コイルばねのばね反力軸の位置及び傾きを３次元的に表した座標図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施形態に係る懸架コイルばねを設計する際の目的変数を２次元的に表した座標図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施形態に係る懸架コイルばねにおける上側偏心量及び下側偏心量を説明するための懸架コイルばねの模式的な側面図である。
【図１８】図１８は、図１４に示される設計方法に基づいて得られた回帰方程式により表されるＶＵ−ＶＬ平面（投影面）を表す座標図である。
【図１９】図１９は、図１４に示される設計方法におけるＦＥＭ解析により得られる懸架コイルばねに対する解析結果を説明するための懸架コイルばねの模式的な側面図である。
【図２０】図２０は、図１４に示される設計方法におけるＦＥＭ解により得られた懸架コイルばねのばね反力軸及び目標とするばね反力軸を２次元的に表した座標図である。
【図２１】図２１は、図１４に示される設計方法におけるＦＥＭ解により得られた懸架コイルばねのばね反力軸及び目標とするばね反力軸の着力点を２次元的に表した座標図である。
【符号の説明】
【００８１】
１１   端末
１２   懸架装置
１４   ショックアブソーバ
１６   シリンダ
１８   ロッド
２０   ストラットマウント
２２   スプリングシート
２３   係合部
２４   スプリングシート
２５   係合部
２６   ナックル
２８   ロアーアーム
３０   車体
３２   上側座巻部
３４   下側座巻部
３８   上側座面
４０   下側座面
４２   軸受部
４４   車輪
３００ ステップ
３０２ ステップ
３０６ ステップ
３１０ ステップ
３１８ ステップ
３２０ ステップ
３２８ ステップ
３３０ ステップ
３３２ ステップ
３３４ ステップ
３３６ ステップ
３３８ ステップ
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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