(57)【要約】【課題】  コイルスプリングの添え巻き部におけるたわみ量の軽減を目的として、添え巻き部の巻数を設定したコイルスプリングの強度の信頼性を高めること。【解決手段】  駆動源の駆動軸に連結されたドライブプレートと、該ドライブプレートと相対回転可能に略同軸に配置され、従動要素の従動軸に連結されたドリブンプレートと、前記ドライブプレートと前記ドリブンプレートの間に配置され、駆動源と従動要素間のトルク伝達とトルク変動を吸収するダンパ機構と、を備えたトルク伝達・変動吸収装置であって、前記ダンパ機構に用いられるコイルスプリングであり、該コイルスプリングの中央部の有効巻き数部分は第１の線間スキマで巻回され、両端の添え巻き部分では、巻端から中央に行くにしたがって、巻回の円周方向に線間スキマが略ゼロから前記第１の線間スキマへ次第に増加し、前記添え巻き部のスプリングの巻回数が所定巻き数より多くすること【選択図】  図４
2005106134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央部の有効巻き数部分は第１の線間スキマで巻回され、
両端の添え巻き部分では、巻端から中央に行くにしたがって、巻回の円周方向に第２の線間スキマが略ゼロから前記第１の線間スキマへ次第に増加する前記コイルスプリングであって、
前記添え巻き部のスプリングの巻回数が所定巻き数より多いこと、を特徴とするコイルスプリング。
【請求項２】
前記添え巻き部の巻回数が１回以上であること、を特徴とする請求項１に記載のコイルスプリング
【請求項３】
駆動源の駆動軸に連結されたドライブプレートと、
該ドライブプレートと相対回転可能に略同軸に配置され、従動要素の従動軸に連結されたドリブンプレートと、
前記ドライブプレートと前記ドリブンプレートの間に配置され、駆動源と従動要素間のトルク伝達とトルク変動を吸収するダンパ機構と、
を備えたトルク伝達・変動吸収装置であって、
前記ダンパ機構に用いられるコイルスプリングであり、
該コイルスプリングの中央部の有効巻き数部分は第１の線間スキマで巻回され、
両端の添え巻き部分では、巻端から中央に行くにしたがって、巻回の円周方向に第２の線間スキマが略ゼロから前記第１の線間スキマへ次第に増加し、前記添え巻き部のスプリングの巻回数が所定巻き数より多いこと、を特徴とするトルク伝達・変動吸収装置
【請求項４】
前記添え巻き部の巻回数が１回以上であること、を特徴とする請求項３に記載のトルク伝達・変動吸収装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルク伝達・変動吸収装置に用いられるコイルスプリングに関する。また、コイルスプリングを用いたダンパー機構を備えるトルク伝達・変動吸収装置に関連する。
【背景技術】
【０００２】
車両のクラッチディスク組立体に用いられるダンパ機構は、エンジンのクランクシャフトと一体に回転するフライホイールと摩擦材を介して摩擦係合するドライブプレートと、トランスミッションのインプットシャフトに連結されるドリブンプレートと、ドライブプレートとドリブンプレートとを回転方向に弾性的に連結する弾性連結部材とから構成されている。弾性連結部材には圧縮コイルスプリングや樹脂クッションが用いられる。各弾性連結部材は、ドライブプレートとドリブンプレートに周方向に形成された窓孔内に収容され、支持される。ドライブプレートとドリブンプレートとが相対回転すると、弾性連結部材は両プレートの窓孔の端部によって回転方向に圧縮される。この作用によって、クラッチディスク組立体に入力されたトルクはドライブプレートとドリブンプレートの間を伝達され、またトルク変動は吸収・減衰される。
【０００３】
最近、このようなトルク伝達・変動吸収装置において、トルク変動の吸収・減衰特性を向上させるため、コイルスプリングの巻きピッチを変化させたり、ヤング率の異なる弾性連結部材を複数配置して、ヒステリシス特性や減衰特性の最適化が行われており、さらにダンパ機構の軽量化、ダウンサイジングが進められている。特に、弾性連結部材に用いられるコイルスプリングは、軽量化と圧縮時の強度の確保という相反する要求があり、種々の開発がされてきた。
【０００４】
以上の理由から、特開２００３−２０２０３５においては、コイルスプリングが回転方向に圧縮される際に、コイルスプリングを圧縮する窓孔等の外周側部分の回転方向移動量が内周側の回転方向移動量より多く、コイルスプリングの外周側のたわみ量が内周側のたわみ量に比較して大きくなり、応力が大きくなることを考慮している。破損につながる過大なたわみ量や過大な応力を防止するために、コイルスプリング圧縮時において内周側と外周側とで１巻当たりのたわみ量の違いを減らし、たわみ量や応力の緩和を図っている。具体的には、コイルスプリングの内周側の有効巻数を外周側の有効巻数より多く設定し、さらに外周側の線間ピッチを等しくすることで過大なたわみ量や過大な応力を抑制しつつ、全長を短くする構成を開示している。
【特許文献１】特開２００３−２０２０３５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このようなトルク伝達・変動吸収装置のコイルスプリングは、ドライブプレート、ドリブンプレートに形成される窓孔に収納されて各窓孔の側壁圧縮されるため、コイルスプリングの両端は平らに形成されており、添え巻き部においてスプリングの素線の断面積は中央から端部にいくにしたがって、減少する。すなわち、圧縮時に添え巻き部に発生するたわみ量を破断たわみ量以下に抑える考慮が必要となる。
【０００６】
しかし、特許文献１に開示される構造では、外周側の線間ピッチに対して、内周側の線間ピッチは密に設定している。したがって、コイルスプリングの自由高さを低く抑えることができるが、一方外周側では、線間ピッチが添え巻き部から有効巻き部まで比較的大きい割合で増加することになり、圧縮時に許容たわみ量を超えやすくなると推測される。結果的に、機械的強度の確保のため、高価な高強度材料を使用したり、素線を太くすることになり、重量増加、コストアップにつながると考えられる。
【０００７】
本発明の課題は、添え巻き部におけるたわみ量の軽減を目的として、添え巻き部の巻数を設定したコイルスプリングの強度の信頼性を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、請求項１において講じた技術的手段は、中央部の有効巻き数部分は第１の線間スキマで巻回され、両端の添え巻き部分では、巻端から中央に行くにしたがって、巻回の円周方向に第２の線間スキマが略ゼロから前記第１の線間スキマへ次第に増加する前記コイルスプリングにおいて、前記添え巻き部のスプリングの巻回数が所定巻き数より多くしたことである。
【０００９】
上記の課題を解決するために、請求項２において講じた技術的手段は、前記添え巻き部の巻回数が１回以上に設定したことである。
【００１０】
上記の課題を解決するために、請求項３において講じた技術的手段は、駆動源の駆動軸に連結されたドライブプレートと、該ドライブプレートと相対回転可能に略同軸に配置され、従動要素の従動軸に連結されたドリブンプレートと、前記ドライブプレートと前記ドリブンプレートの間に配置され、駆動源と従動要素間のトルク伝達とトルク変動を吸収するダンパ機構と、を備えたトルク伝達・変動吸収装置であって、前記ダンパ機構に用いられるコイルスプリングであり、該コイルスプリングの中央部の有効巻き数部分は第１の線間スキマで巻回され、両端の添え巻き部分では、巻端から中央に行くにしたがって、巻回の円周方向に第２の線間スキマが略ゼロから前記第１の線間スキマへ次第に増加し、前記添え巻き部のスプリングの巻回数が所定巻き数より多くしたことである。
【００１１】
上記の課題を解決するために、請求項４において講じた技術的手段は、前記添え巻き部の巻回数が１回以上に設定したことである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１及び請求項３の発明によると、エンジンや電気モータ等の駆動源と従動要素に連結される変速機の間に配置され、両者間のトルクの伝達およびトルク変動吸収・減衰を行うフライホイールダンパやクラッチディスクに用いられるコイルスプリングの設計の際に問題になる添え巻き部の破損において、効果的に破損につながる過大なたわみ量や過大な応力を抑制することができる。具体的には、コイルスプリングの巻端から中央に行くに従う素線の断面積の変化が比較的小さいので圧縮時に働く応力の緩和が図られる、とともに、比較的断面積の小さい箇所では、線間スキマが小さく構成されるので、たわみが発生しても、破断たわみに達する前に隣の素線に接触し、それ以上のたわみが防止されて破断が回避される。以上の効果により、フライホイールダンパやクラッチディスクに用いられるコイルスプリングの機械的信頼性を著しく向上させることができる。また、添え巻き部におけるコイルスプリングの機械的特性を向上させることができるため、過剰な添え巻き長さを形成する必要がなくなり、コイルスプリングの全長を短く、線径および材質を最適に設定でき、軽量化、コストダウンが図られる。
【００１３】
請求項２及び請求項４の発明によると、車両等に用いられるクラッチ装置のクラッチディスクやフライホイールダンパに用いられ、バネ用オイルテンパー線から成形されるコイルスプリング（例えば、線直径３〜５ｍｍ、全長３０〜６０ｍｍ）に対して、効果的に破断強度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１及び図２は、本発明のコイルスプリングが適用される一例である自動車のエンジンと変速機との間に配設される摩擦クラッチ装置のクラッチディスク１を示している。図１はクラッチディスクの一部を切欠いた正面図、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図である。クラッチディスク１の外周部の両面にリベットかしめ固定されたクラッチフェーシング２１、２２が、駆動源であるエンジンのクランクシャフトに連結されたフライホイール（図示せず）と、フライホイールにボルト締結されたクラッチカバーのダイアダイアフラムスプリングに付勢されたプレッシャプレート（図示せず）と、に挟持され摩擦係合により、フライホイールと一体に回転する。一方、クラッチディスク１のハブ３０は、従動要素である変速機のインプットシャフト（図示せず）とスプライン嵌合している。従って、クラッチディスク１は、フライホイールとインプットシャフト間に発生するトルクを伝達する。
【００１５】
クラッチディスク１のハブ３０は、径方向に延在するフランジ部３１を有している。フランジ部３１の外周部には、円周上等分４箇所にコイルスプリング１０を収容する収容部３２が形成されており、収容部３２の両端にシート４０を介してコイルスプリング１０を収容する。
【００１６】
また、ハブの回転時に収容部３２の壁３３にて、シート４０を介してコイルスプリング１０を押圧する。
【００１７】
クラッチディスク１のドライブプレート５１の外周部の両面には、クラッチフェーシング２１、２２がリベットによりかしめ固定されている。また、ドライブプレート５１はクラッチフェーシング２１、２２より内周側にてサブドライブプレート５２とリベット５３でかしめ固定されており、ドライブプレート５１とサブドライブプレート５２で、ハブ３０のフランジ部３１を挟み込む。
【００１８】
ドライブプレート５１とサブドライブプレート５２は、軸受けの役割を果たすブッシュ、スラスト部材６１、６２を介して、略同軸に、相対回転可能に、ハブ３０に軸支される。一体的に構成されるドライブプレート５１とサブドライブプレート５２は、ハブ３０のフランジ部３１に形成されるコイルスプリング１０の収容部３２に対応して、略円周方向または接線方向に延びる窓孔５４、５５が形成され、シート４０を介してコイルスプリング１０を収容する。この窓孔５４、５５も、ハブ３の収容部と同様に、ドライブプレート５１の回転時に、壁５６、５７にてシート４０を介してコイルスプリング１０を押圧する。
【００１９】
このように構成されたクラッチディスク１のトルク伝達について説明する。自動車の加速時などに、エンジンからフライホイールに伝達されたトルクは、クラッチフェーシング２１、２２がフライホイールとプレッシャプレートに挟持され発生する摩擦係合力により、ドライブプレート５１とサブドライブプレート５２に伝達され、ドライブプレート５１とハブ３の間に相対回転が発生し、窓孔５４、５５の壁５６、５７がシート４０を介してコイルスプリング１０の一端を押圧しコイルスプリング１０を圧縮する。圧縮されたコイルスプリング１０の他端は復元力によりシート４０を介して、ハブ３０のフランジ部３１に形成された収容部３２の壁３３を押圧し、トルクをハブ３０に伝達する。そしてトルクは変速機のインプットシャフトに入力される。一方、減速時などに発生する逆向きのトルクもハブ３０から、コイルスプリング１０を介して逆の経路でドライブプレート５１に伝達される。
【００２０】
さらに、トルク伝達において、自動車のシフトチェンジなどで生じたエンジンとインプットシャフト間に生じた急激なトルク変動は、スラスト部材６１、６２にて熱エネルギに変換されるとともに、コイルスプリング１０の圧縮の弾性エネルギ、圧縮伸張による熱エネルギに変換されて効果的にトルク変動が減衰される。
【００２１】
次に、以上のように構成された、クラッチディスク１に用いられる本発明によるコイルスプリング１０の詳細について説明する。
【００２２】
コイルスプリング１０は、クラッチディスク１の回転中心より外側の任意の距離に形成された、ハブ３０の収容部３２と、ドライブプレート５１とサブドライブプレート５２の窓孔５４、５５にシート４０を介して収容される複数個のコイルばねである。コイルスプリング１０は、図３のコイルスプリング１０の側面図に示すように、全長はＬで、中央の線間スキマがａ（第１の線間スキマ）である有効巻き部Ａと両端の線間スキマがｂ（第２の線間スキマ）である添え巻き部Ｂから構成される。本実施例では、線間スキマａは、一定とし、線間スキマｂは巻き端から中央に行くにつれ０からａに次第に増加させている。（図６参照）コイルスプリング１０の素線の材質はバネ用オイルテンパー線であり、断面は直径が略４ｍｍの楕円、コイル外径２０ｍｍである右巻きのコイルばねである。両端は１１、１１は研削加工により平面に加工されており、クラッチディスク１のハブ３０とドライブプレート５１の相対回転時において、シート４０を介して軸方向に圧縮される。
【００２３】
図４は、コイルスプリング１０の軸方向の断面図であり、有効巻き部Ａでは、素線の断面１２は、素線自体の断面積であるが、添え巻き部Ｂにおいては巻端１１、１１が平坦に成形されているため素線の断面１３は、素線の断面積より小さく構成される部分がある。従って添え巻き部Ｂにおいて、コイルスプリング１０が圧縮された場合に、断面積が小さいため有効巻き部Ａに比較して大きな応力が発生し、応力が素線の各部において許容応力を超えた箇所で破断が生じる。本発明はこの破断を信頼性高く防止する手段を提供する発明であり、低コストで実施が可能である。
【００２４】
図５は、図３のコイルスプリング１０を右方から見た図であり、図５における右（０巻き目）に、添え巻き部の巻回の開始点１５があり、コイルスプリング１０は反時計周りにらせん状に構成され、座面１６は研削加工によって形成される。
【００２５】
図６は、添え巻き部Ｂにおける巻き端１１からに有効巻き部Ａにいくに伴うコイルスプリング１０の線間スキマｂの増加の様子を示すグラフである。グループαは本発明の考え方により、線間スキマの増加を抑えたコイルスプリングのデータであり、１巻き目において、線間スキマは有効巻き部Ａの線間スキマａに対して約８０％に設定したコイルスプリングである。グループβはグループαに対する比較例であり、１巻き目において、その線間スキマは急激に増加し線間スキマａに達している。
【００２６】
図７は、グループαとグループβのコイルスプリングを圧縮した際に、圧縮長さと添え巻き部Ｂに発生する応力の関係を示したものであり、圧縮が増えるとともに発生する応力が増加する。圧縮において、グループβは全て破断（曲線右端）したが、一方グループαでは破断したコイルスプリングがなく、発生した応力も約半分に抑えられた。これはグループαのコイルスプリングは圧縮された際に、添え巻き部Ｂにおいて、破断たわみに達する前に隣の素線に接触するためそれ以上のたわみが防止され、また、添え巻き部Ｂにおける線間スキマｂの増加が抑えられているために、素線の断面積１３の変化が緩やかで応力の緩和が図られているためである。
【００２７】
以上のように、本発明の考え方に基づき、コイルスプリング１０の添え巻き部Ｂの設定すれば、信頼性の高いコイルスプリングを提供することができ、強度対策のために添え巻き部Ｂに余分な巻き数を追加する必要がないため、全長が短く、低コストなコイルスプリングを提供することができる。また、素線を太くしたり、高強度な材質を使用する必要がなく軽量で、低コスト化が図られる。
【００２８】
本実施例では、コイルスプリングの材質として、オイルテンパー線、素線断面が楕円で、直径が略４ｍｍ、コイル外径２０ｍｍ、全長が４５ｍｍの例を示したが、これに限定する意図はなく、材質として、バネ鋼鋼材、ピアノ線、硬鋼線、ステンレス鋼線でもよい。素線断面形状として円形でもよい。
【００２９】
また、本実施例では、コイルスプリングの有効巻き部の巻きピッチは一定だが、コイルスプリングの圧縮量にてバネ特性を変える可変ピッチのコイルスプリングであってもよい。
【００３０】
さらに、実施例では、クラッチディスクのコイルスプリングを例示したが、これだけに限定されず、他のダンパ装置、たとえば、フライホイールダンパや、トルクコンバータのロックアップダンパに容易に適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明コイルスプリングを用いたクラッチディスクの正面図。
【図２】本発明コイルスプリングを用いたクラッチディスクの断面図（図１のＸ−Ｘに沿う断面図）。
【図３】本発明に係るコイルスプリングの正面図。
【図４】本発明に係るコイルスプリングの軸方向断面図。
【図５】本発明に係るコイルスプリングの側面図（図３において右方から見た図）。
【図６】本発明にコイルスプリングの特徴を表す図。
【図７】本発明にコイルスプリングの特徴を表す図。
【符号の説明】
【００３２】
１    クラッチディスク
１０  コイルスプリング
１１  巻端
１２  素線断面（有効巻き部）
１３  素線断面（添え巻き部）
１５  巻回の開始点
１６  座面
４０  シート
Ａ    有効巻き部
Ｂ    添え巻き部
ａ    線間スキマ（有効巻き部）
ｂ    線間スキマ（添え巻き部）
【図１】
2005106134.tif 000003
【図２】
2005106134.tif 000004
【図３】
2005106134.tif 000005
【図４】
2005106134.tif 000006
【図５】
2005106134.tif 000007
【図６】
2005106134.tif 000008
【図７】
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