(57)【要約】複合コイルスプリング（２０）は、コイル状の軸（２４）に沿って延びるコイル本体（２）を含む。コイル本体は、コア（３８）と、ポリマー材料が浸み込まされる複数のファイバー層（３２）とを備える。複数のファイバー層は、コイル状の軸から異なるラジアル距離にてコアの周囲に配置される。複数のファイバー層のそれぞれは、コイル状の軸に対して傾いたファイバー角にてコイル状の軸の周囲に延びる。複数のファイバー層のそれぞれは、正の０でない整数の集合からの正の０でない一つの整数が乗算された共通の基本の数のファイバーの生成物である多数のファイバーを含む。複数のファイバー層の内の少なくとも一つの正の０でない整数は、複数のファイバー層の内の少なくとも他の一つの正の０でない整数とは異なる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイル状の軸に沿って延びるコイル本体を備える複合コイルスプリングであって、
前記コイル本体は、コアと、ポリマー材料が浸み込まされる複数のファイバー層とを備え、
前記複数のファイバー層は前記コイル状の軸から異なるラジアル距離にて前記コアの周囲に配置され、複数のファイバー層のそれぞれは、コイル状の軸に対して傾いたファイバー角にてコイル状の軸の周囲に延び、複数のファイバー層のそれぞれは、正の０でない整数の集合からの正の０でない一つの整数が乗算された共通の基本の数のファイバーの生成物である多数のファイバーを含み、複数のファイバー層の内の少なくとも一つの正の０でない整数は、複数のファイバー層の内の少なくとも他の一つの正の０でない整数とは異なる、複合コイルスプリング。
【請求項２】
前記正の０でない整数の集合は、１乃至２０である、請求項１記載の複合コイルスプリング。
【請求項３】
前記傾いたファイバー角は＋／−２０乃至５４°である、請求項１記載の複合コイルスプリング。
【請求項４】
前記コイル状の軸に対して、前記複数のファイバー層の最も内側の層と、前記複数のファイバー層の最も外側の層は、同じ値の正の０でない整数を有する、請求項１記載の複合コイルスプリング。
【請求項５】
前記コアはファイバー状のコアであり、前記複数のファイバー層の複数の中間ファイバー層は同値の正の０でない整数を有し、前記複数の中間ファイバー層は前記コイル状の軸に対して、前記ファイバー状のコアと複数のファイバー層の内の最も外側のファイバー層の間に配置される、請求項１記載の複合コイルスプリング。
【請求項６】
異なる複数のファイバー層のうちの少なくとも２つの正の０でない整数は、少なくとも１だけ異なる、請求項１記載の複合コイルスプリング。
【請求項７】
複数のファイバー層のそれぞれの傾いたファイバー角は、複数のファイバー層の内の一つに直接的に隣接する少なくとも一つについて傾いている、請求項１記載の複合コイルスプリング。
【請求項８】
前記ポリマー材料はエポキシを含む、請求項１記載の複合コイルスプリング。
【請求項９】
前記ポリマー材料はポリエステルを含む、請求項１記載の複合コイルスプリング。
【請求項１０】
前記複数のファイバー層は、ガラスファイバー、カーボンファイバー、アラミドファイバー及びそれらの組み合わせを含むグループから選択される、請求項１記載の複合スプリングコイル。
【請求項１１】
前記複数のファイバー層は、金属ファイバー、セラミックファイバー、有機ファイバー及びそれらの組み合わせを含むグループから選択される、請求項１記載の複合スプリングコイル。
【請求項１２】
前記コアはファイバー状のコアであり、さらに正の０でない整数の集合からの正の０でない整数が乗算される共通の基本数のファイバーの生産物である多くのファイバーを含み、さらに前記複数のファイバー層の少なくとも一つの正の０でない整数は前記ファイバー状のコアの正の０でない整数と異なる、請求項１記載の複合スプリングコイル。
【請求項１３】
前記コアは固体コアである、請求項１記載の複合スプリングコイル。
【請求項１４】
前記固体コアはポリマーである、請求項１３記載の複合スプリングコイル。
【請求項１５】
前記固体コアは金属である、請求項１３記載の複合スプリングコイル。
【請求項１６】
前記コアは形状記憶合金を含む、請求項１記載の複合スプリングコイル。
【請求項１７】
前記コアは中空のチューブである、請求項１記載の複合スプリングコイル。
【請求項１８】
前記コアは、充填材料を含む内部空洞を定義するチューブである、請求項１記載の複合スプリングコイル。
【請求項１９】
コイル状の軸に沿って延びるコイル本体を備える複合コイルスプリングであって、
前記コイル本体は、ファイバー状のコアと、ポリマー材料が浸み込まされる複数のファイバー層とを備え、
前記複数のファイバー層は前記コイル状の軸から異なるラジアル距離にて前記ファイバー状のコアの周囲に配置され、複数のファイバー層のそれぞれは、コイル状の軸に対して傾いたファイバー角にてコイル状の軸の周囲に延び、複数のファイバー層及びファイバー状コアのそれぞれは、正の０でない整数の集合からの正の０でない一つの整数が乗算された共通の基本数のファイバーの生成物である多数のファイバーを含み、複数のファイバー層の内の少なくとも一つの正の０でない整数は、ファイバー状コアの正の０でない整数とは異なる、複合コイルスプリング。
【請求項２０】
複数の中間層のそれぞれは、少なくとも一つの第１ファイバー層及び少なくとも一つの第２ファイバー層を有し、前記第１ファイバー層は多数のファイバーＮ１を有し、前記第２ファイバー層は前記多数のファイバーＮ１とは異なる多数のファイバーＮ２を有する、請求項１９記載の複合コイルスプリング。
【請求項２１】
前記ファイバーＮ２の数は前記ファイバーＮ１の数とは、２乃至２０の正の乗数だけ異なる、請求項２０記載の複合コイルスプリング。
【請求項２２】
前記コイル状の軸に対して、前記第２ファイバー層は最も外側の層であり、前記第１ファイバー層は前記最も外側の層と前記ファイバー状のコアとの間に配置される中間ファイバー層である、請求項２０記載の複合コイルスプリング。
【請求項２３】
複数のファイバー層のそれぞれの傾いたファイバー角は、複数のファイバー層の内の一つに直接的に隣接する少なくとも一つについても傾いている、請求項１９記載の複合コイルスプリング。
【請求項２４】
前記傾いたファイバー角は＋／−２０乃至５４°である、請求項１９記載の複合コイルスプリング。
【請求項２５】
コアからコイル状の軸に沿ってコイル本体を形成すること、及びポリマー材料が浸み込まされた複数のファイバー層を形成することを含み、
前記複数のファイバー層は前記コイル状の軸から異なるラジアル距離にて前記コアの周囲に配置され、複数のファイバー層のそれぞれは、コイル状の軸に対して傾いたファイバー角にてコイル状の軸の周囲に延び、複数のファイバー層のそれぞれは、正の０でない整数の集合からの正の０でない一つの整数が乗算された共通の基本の数のファイバーの生成物である多数のファイバーを含み、複数のファイバー層の内の少なくとも一つの正の０でない整数は、複数のファイバー層の内の少なくとも他の一つの正の０でない整数とは異なる、
複合コイルスプリングを製造するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本発明は、２０１２年７月１８日に出願された、米国特許出願第１３／５５１，９７７号明細書の優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、車両のサスペンションシステムにて用いられてもよい複合コイルスプリングに関する。
【０００３】
コイルスプリングは周知であり、車両のサスペンションシステムのような、様々な異なる適用（application）にて用いられる。典型的なコイルスプリングは、様々な異なる適用にて要求される所望の機械的特性及び耐久性を提供するために鋼鉄（steel）材料により製造される。代替として、複合コイルスプリングは、重量をセーブするために鋼鉄コイルスプリングの代替品として望まれている。しかし、複合コイルスプリングは、周知であり、いくつかの適用にて用いられているが、与えられている適用のための所望の機械的特性にてそのような複合コイルスプリングを設計し、さらに複合コイルスプリングを経済的に製造するのは困難である。
【発明の概要】
【０００４】
複合コイルスプリングは、コイル状の軸に沿って延びるコイル本体を含む。コイル本体は、コアと、ポリマー材料が浸み込まされる複数のファイバー（fiber）層とを備える。複数のファイバー層は、コイル状の軸から異なるラジアル距離にてコアの周囲に配置される。複数のファイバー層のそれぞれは、コイル状の軸に対して傾いたファイバー角にてコイル状の軸の周囲に延びる。複数のファイバー層のそれぞれは、正の０でない整数の集合からの正の０でない一つの整数が乗算された共通の基本の数（common base number）のファイバーの生成物である多数のファイバーを含む。複数のファイバー層の内の少なくとも一つの正の０でない整数は、複数のファイバー層の内の少なくとも他の一つの正の０でない整数とは異なる。
【０００５】
他のアスペクトにあって、複合コイルスプリングは、コイル状の軸に沿って延びるコイル本体を含む。コイル本体は、ファイバー状のコアと、ポリマー材料が浸み込まされる複数のファイバー層とを備える。複数のファイバー層は、コイル状の軸から異なるラジアル距離にてファイバー状のコアの周囲に配置される。複数のファイバー層のそれぞれは、コイル状の軸に対して傾いたファイバー角にてコイル状の軸の周囲に延びる。複数のファイバー層及びファイバー状コアのそれぞれは、正の０でない整数の集合からの正の０でない一つの整数が掛けられた共通の基本数のファイバーの生成物である多数のファイバーを含む。複数のファイバー層の内の少なくとも一つの正の０でない整数は、ファイバー状コアの正の０でない整数とは異なる。
【０００６】
別のアスペクトにあって、複合コイルスプリングを製造する方法は、前述されたコイル本体を形成することを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本開示の様々な特徴及び有利な効果が以下の発明の詳細な説明から当業者にとって明らかになるであろう。発明の詳細な説明に添付される図面は次のように簡単に説明される。
【０００８】
【図１】複合コイルスプリングを示す図である。
【図２】図１の複合コイルスプリングのコイル状の軸に直交するコイルスプリングの断面図である。
【図３】図１の複合コイルスプリングの一ファイバー層の一部を示す図である。
【図４】図１の複合コイルスプリングのファイバー層の交互のファイバーの向きを示す図である。
【図５】複合コイルスプリングのファイバー状コアの一具現化例を示す図である。
【図６】複合コイルスプリングの固体コアの一具現化例を示す図である。
【図７】複合コイルスプリングの中空のチューブコアの一具現化例を示す図である。
【図８】複合コイルスプリングの埋め込まれたチューブコアの一具現化例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、例えば車両のサスペンションシステムにて用いられる具体的な複合コイルスプリング２０を示す。しかし、複合コイルスプリング２０はそのような使用に限定されるものではないことが理解される。複合コイルスプリング２０は螺旋状であるか、又は異なるコイル形状を有してもよい。この明細書にあって、「コイル」又はコイルのバリエーションは、図１における軸Ａのような固定された線形軸の周りを連続的にカーブしている本体を意味する。理解されるように、複合コイルスプリング２０は強くかつ軽量であるので、車両又は他の適用における金属のコイルスプリングの代替品用に、燃費を向上させることができる重量削減を提供する。
【００１０】
複合コイルスプリング２０は、一方の終端２６と他方の終端２８の間のコイル状の軸２４に沿って延びるコイル本体２２を含む。図２に示すコイル本体２２の断面及び図３に示す複合コイルスプリングの一部をさらに参照すると、コイル本体２２はポリマー材料（polymer material）３０とこのポリマー材料３０が浸み込まされる複数のファイバー層３２を含む。例えば、ポリマー材料３０は、エポキシ又はポリエステルである。代替的に、ポリマー材料はエポキシ又はポリエステルとは異なる有機ポリマー材料であってもよい。「層」は、全体的な層周囲の周りに均一のラジアル厚さを有する。
【００１１】
複数のファイバー層３２のそれぞれは、コイル状の軸２４に対して角度αで傾いているファイバーで配置される。例えば、複数のファイバー３４は、金属ファイバー、セラミックファイバー、有機ファイバー又はそれらの組み合わせであるか、又はそれら金属ファイバー、セラミックファイバー、有機ファイバー又はそれらの組み合わせを含む。別の具現化例にあって、複数のファイバー３４は、ガラスファイバー、カーボンファイバー、アラミドファイバー又はそれらの組み合わせである。説明の都合上、複数のファイバー層３２の内の複数のファイバー３４は図２には示していない。
【００１２】
複数のファイバー層３２のそれぞれの複数のファイバー３４は、選択された斜めのファイバー角度αにて、コイル状の軸２４の周りに延びる。一具現化例にあって、斜めのファイバー角度αは、高強度にてコイル本体を提供するために、＋／−２０乃至５４°である。複数のファイバー層３２は、複数のファイバー層３２のうちのいずれの一つの斜めのファイバー角度αがコイル状の軸２４に沿った各場所にて複数のファイバー層３２（図４）の一つに直接的に隣接する一つ又は二つに対して斜めでもあるように、ファイバー方向にあって互い違いであってもよい。
【００１３】
複数のファイバー層３２は、コイル状の軸２４から、符号３６で示されるように、異なるラジアル距離に配置される。この開示にあって、ラジアル半径３６は、コイル状の軸２４と複数ファイバーの層３２のラジアル状の内面の間の距離である。
【００１４】
図２に示すように、複数のファイバー層３２は、ファイバー層３２ａ−３２ｆを含む。ファイバー層３２ａはコイル状の軸２４からのラジアル距離について最も内側にあり、ファイバー層３２ｆはコイル状の軸２４からのラジアル距離について最も外側にある。この開示にあって用いられるように、用語「最も内側」及び「最も外側」は、最も内側のファイバー層３２ａ及び最も外側のファイバー層３２ｆのそれぞれ、半径についての内側又は外側には他のファイバー層が無いことを意味する。
【００１５】
この具現化例にあって、複数のファイバー層３２は、コア３８の周りに巻きつけられる。コア３８は、ポリマー３０（図５）が浸み込まされるファイバー状のコア１３８である。ファイバー状のコア１３８の複数のファイバー３４は、コイル状の軸２４に対して、＋／−２０°内で、概ね平行に延びる。他の代替にあって、コア３８は固体の、ポリマーの又は金属の非ファイバー状のコア２３８（図６）である。さらに他の代替にあって、コア３８は、中空のチューブ（図７）であるか、又は充填材料４５２を含む内部空洞４５０を有するチューブ４３８（図８）である。充填材料４５２は、二つの異なるポリマー複合物、金属複合物又は組み合わせ物のように、チューブ４４８の材料の複合物とは異なっている。コア３８の材料及び直径はコア３８が所望のコイル形状の組成を許容できるためにフレキシブルであるように選択される。前述の具現化例のいずれにあっても、コア３８は、コイル形状の組成を手伝うように、温度の閾値に対する温度の変化に反応して形状を変化する形状記憶合金であるか、又は含んでよい。
【００１６】
複数のファイバー層３２のそれぞれ及び、任意に、ファイバー状のコア１３８は、正の０でない整数の集合から選択された一つの正の０でない整数が乗算された共通の基本数の生産物である、多数のファイバー３４を含んでいる。共通の基本数は、複数のファイバー層３２のそれぞれ及びファイバー状のコア１３８に同値の所定の数である。複数のファイバー層３２の内の少なくとも一つの正の０でない整数は、ファイバー状のコア３８の正の０でない整数と異なり、さらに複数のファイバー層３２の少なくとも一つの他の正の０でない整数とも異なってよい。正の０でない整数の集合から選択された一つの正の０でない整数が乗算された共通の基本数のファイバーの生成物である複数のファイバー３４を用いることは、製造を容易とし、かつ所望の強度特性を提供する。
【００１７】
他の具現化例にあって、ファイバー状のコア１３８及び最も外側のファイバー層３２ｆ（複数の第２複数ファイバー層）は等しい正の０でない整数を有する。複数のファイバー層３２ａ−ｅは、ファイバー状のコア１３８と最も外側のファイバー層３２ｆとの間に放射状に配置された複数の中間層（複数の第１の複数ファイバー層）である。この具体例にあって、複数の中間層３２ａ−３２ｅは、同値の正の０でない整数を有し、これらの整数はファイバー状のコア１３８と最も外側のファイバー層３２ｆの複数の整数と等しくはない。つまり、複数のファイバー層３２の少なくとも二つは異なる正の０でない整数を有し、さらに複数の層３２の少なくとも一つは、ファイバー状のコア１３８とは異なる正の０でない整数を有する。この具体例にあって、複数の中間層３２ａ−３２ｅの正の０でない整数は、ファイバー状のコア１３８及び最も外側の層３２ｆの等しい正の０でない整数よりも小さい。
【００１８】
他の具体例にあって、複数の中間層３２ａ−３２ｅのそれぞれは、多数のファイバーＮ１を有し、かつファイバー状のコア及び最も外側の層３２ｆのそれぞれは、多数のファイバーＮ２を有する。多数のファイバーＮ２は、乗数だけ、多数のファイバーＮ１とは異なる。他の具体例にあって、正の乗数は２−２０である。
【００１９】
他の具体例にあって、複数のファイバー層３２の内のいずれか一つにおける層及びファイバー状のコア１３８の複数のファイバー３４の数は、コイル本体２２の複数ファイバー層３２及びファイバー状のコア１３８を製造するために用いられる一つ以上のファイバーロービング（rovings）における複数ファイバーの数３４に対応する。例えば、単一のファイバーロービングは２０００本のファイバーを有し、１１のロービングは、この具体例では２２，０００ファイバーである、共通の基本数のファイバーを定義する。このように、複数のファイバー層３２の内のいずれか一つ及びファイバー状のコア１３８における、実際の複数のファイバー３４の数は、個々のファイバー層３２のために選択された正の０でない整数が乗算される２２，０００である。例えば、正の０でない整数の集合は、１と２０の間である。しかし、ロービング当たりの複数のファイバー３４の数及びファイバーの共通の基本数を判断するために用いられるロービングの数は変更されることが理解される。他の具現化例にあって、ロービング当たり２０００又は４０００のいずれかのファイバーである、４と６０の間のロービングが用いられる。
【００２０】
複数のファイバー層３２のうちのいずれか又はファイバー状のコア１３８における複数のファイバー３４の数は、実際にはファイバー３４の少数が製造中に破断するので、いくらか変更されてもよく、及び／又はロービングは基準のファイバー総数から変更されてもよい。このように、複数のファイバー層３２における複数ファイバーの数が等しい、又は複数のファイバー層３２のうちのいずれか、及びファイバー状のコア１３８における複数ファイバー３４の数が等しい具体例にあって、同値はファイバーの基準の数に基づいている。同様に、複数のファイバー層３２における複数のファイバー３４の数が異なる具体例、又は複数のファイバー層３２のいずれか及びファイバー状のコア１３８における複数のファイバー３４の数が異なる具体例にあって、その相違はファイバーの基準の総数に基づいてもよい。
【００２１】
ロービング当たり２０００本のファイバーが、ファイバーの共通の基本数を確立するためにある、前述の具現化例にあって、複数の中間層３２ａ−３２ｅの正の０でない整数は１であり、ファイバー状のコア１３８及び最も外側のファイバー層３２ｆのそれぞれの正の０でない整数は３である。このように、複数のファイバー層３２の少なくとも二つの正の０でない整数は、少なくとも２だけ異なり、さらに正の０でない整数の乗数は３である。
【００２２】
複合コイルスプリング２０の製造方法は、前述のコイル本体２２を形成することを含む。例えば、定められたファイバー層３２又は任意のファイバー状のコア１３８のため、ファイバー層３２又はファイバー状のコア１３８のために選択された正の０でない整数に対応する適切な数のスプロール又はファイバーロービングが、複数のファイバー３４に浸み込ませるためにポリマー樹脂材料のガイドデバイス及び容器に複数のファイバー３４を提供する。浸み込まされたファイバーは次に、コア３８の周囲に巻き上げ装置を用いて巻かれる。このプロセスは、所望の数のファイバー層３２が巻かれるまで複数のファイバー層３２のそれぞれのために繰り返される。
【００２３】
樹脂が浸み込まされたファイバー構造ができた後、巻き上げ装置が取り除かれる。その構造は、心棒のコイル溝に配置される。コイル溝は、複合コイルスプリング２０の所望の端部形状に対応する。この心棒及び構造は、その後、樹脂を硬化し、それによって複合コイルスプリング２０の永久的な形状を形成するために、炉にて加熱される。加熱温度及び加熱時間は、選択されるポリマー材料のタイプに依存し、本説明が提供される、当業者は特有のニーズに合った適切な加熱温度と時間を判断できる。心棒はその後、機械的又は他の手段によって、除去されて、仕上げられた又は仕上げに近い複合コイルスプリング２０が出来上がる。
【００２４】
例示の複数の具体例にあって複数の特徴の組み合わせが示されたが、本開示の様々な具現化例の利益を実現するために複数の特徴の全てが複合される必要はない。言い換えると、本開示の具現化例に係り設計されたシステムは、複数の図面のうちのいずれかに示される全ての特徴又は図面に概略的に示される全ての部品を含む必要はない。さらに、一具現化例の選択された特徴は、他の具現化例の選択された特徴に組み合わされてもよい。
【００２５】
前述の説明は特徴を制限するというよりも、具現化例である。開示された具体例についてのバリエーション及び変更が、本開示の本質から逸脱することがない当業者によって明らかになるであろう。本開示に与えられる法的な保護の範囲は添付の特許請求の範囲を検討することによって判断される。
【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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【国際調査報告】
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2015526661.tif 000012
2015526661.tif 000013