(57)【要約】【課題】    幾何学的な中心軸線に対してオフセットした荷重軸を有するコイルばね及びそのようなコイルばねを用いた車両用懸架装置を提供する。【解決手段】    巻き径が、軸線方向について、端部よりも中間部にて大きくなるようにコイルばね１が巻かれ、一側方位置８では、コイルの輪郭が軸線方向にほぼ一直線に整列しているの対し、他側方位置９では、コイルの輪郭が外向きに凸形をなすように膨出している。即ち、コイルの輪郭が、特定の側方向から見たときに、Ｄ字形をなす。これにより、挫屈変位を受けることなく、その軸線に対して平行にオフセットした荷重軸線を有するコイルばねが実現する。【選択図】    図１
2005226673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻き径が、軸線方向について、端部よりも中間部にて大きくなるように巻かれたコイルばねであって、
前記軸線方向に対して直交する投影面上で見たときに、コイルワイヤが、その概ね全長に渡って、一側方にて互いに整合し、前記一側方に対向する他側方にて、前記コイルばね中間部のコイルワイヤが最も外方に延出していることを特徴とするコイルばね。
【請求項２】
巻き径が前記端部から前記中間部にかけて徐々に大きくなるように、前記コイルワイヤが巻かれていることを特徴とする請求項１に記載のコイルばね。
【請求項３】
車体と車輪との間に、筒型ショックアブソーバと、該ショックアブソーバを囲繞する圧縮コイルばねとを有する車両用懸架装置であって、
前記圧縮コイルばねが、その巻き径が、軸線方向について、端部よりも中間部にて大きくなるように巻かれており、前記軸線方向に対して直交する投影面上で見たときに、コイルワイヤが、その概ね全長に渡って、一側方にて互いに整合し、前記一側方に対向する他側方にて、前記コイルばね中間部のコイルワイヤが最も外方に延出していることを特徴とする車両用懸架装置。
【請求項４】
巻き径が前記端部から前記中間部にかけて徐々に大きくなるように、前記コイルワイヤが巻かれていることを特徴とする請求項４に記載の車両用懸架装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、幾何学的な中心軸線に対してオフセットした荷重軸を有するコイルばね及びそのようなコイルばねを用いた車両用懸架装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車等に用いられる例えばストラット型懸架装置に於いて、内部にオイルが充填されたシリンダと、それに受容されたピストンとを有する筒型ショックアブソーバとこれを囲繞するように設けられた圧縮コイルばねとからなるアセンブリを、車体とホイールキャリアとを連結するように組み付けるものがある。ところが、タイヤからの入力が必ずしもショックアブソーバの軸線と一致せず、横荷重を伴うことから、ショックアブソーバのシリンダとピストンとの摺動部に横荷重及びモーメントが作用し、摺動抵抗が発生して車の乗り心地を損ねると共にショックアブソーバの寿命をも短くするという問題があった。
【０００３】
そこで、従来から、ショックアブソーバの軸線に対して、オフセットしてコイルばねを装着して、コイルばねが発生する横荷重及びモーメントによって、ショックアブソーバのシリンダとピストンとの摺動部に生じる横荷重及びモーメントを低減する方法が知られている。しかしながら、オフセット量が、コイルばねの径、取付けスペースなどの制約を受け、タイヤからの入力により受ける横荷重及びモーメントを完全に打ち消すのに十分な横荷重及びモーメントを発生することができなかった。
【０００４】
特開平１−１５６１１９号公報には、自由状態では軸線が湾曲しているようなコイルばねを用いて、ショックアブソーバのシリンダとピストンとの摺動部に生じる横荷重及びモーメントを低減することが提案されている。しかしながら、湾曲するコイルばねをどのようにして伸直状態で保持し得るのか明らかでなく、また、車輪懸架装置に適するような湾曲するコイルばねは、低コストで製造することができない。しかも、このようなコイルばねは使用時に大きな挫屈変位を受けるため、取り付けスペースの限られた用途、特に車輪懸架装置に適用することが実用上不可能であった。
【０００５】
そこで、同一出願人による特開表２０００−５６２２２９号公報に於いて、軸線に対して傾斜した荷重軸線を有するコイルばね及びそのようなコイルばねを用いた車輪懸架装置が提案された。これにより、挫屈変位を殆ど伴うことなく、荷重軸線を軸線に対して傾斜させることができ、ショックアブソーバのシリンダとピストンとの摺動部に生じる横荷重及びモーメントを低減することができる。その後の発明者による研究によれば、コイル径の分布を適切に定めれば、挫屈変位を受けることなく、その軸線に対して平行にオフセットした荷重軸線を有するコイルばねを実現できるのではないかという知見を得た。特に、コイルばねの軸線に対して傾斜し、かつ平行にオフセットした荷重軸線を有するコイルばねを実現することができれば、より一層好適に横荷重及びモーメントを低減することができるという知見を得た。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような従来技術の問題点及び発明者の知見に鑑み、本発明の主な目的は、取付け軸線或いは幾何学的軸線に対して概ね平行にオフセットした荷重軸線を有し、しかも圧縮変形時に挫屈変位を受けることのないコイルばねを提供することにある。
【０００７】
本発明の第２の目的は、このようなコイルばねを用いた車両用懸架装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的は、本発明によれば、巻き径が、軸線方向について、端部よりも中間部にて大きくなるように巻かれたコイルばねであって、前記軸線方向に対して直交する投影面上で見たときに、コイルワイヤが、その概ね全長に渡って、一側方にて互いに整合し（即ち、コイルばねの外径を結ぶ線がコイルの中心軸線と略平行になり）、前記一側方に対向する他側方にて、前記コイルばね中間部のコイルワイヤが最も外方に延出していることを特徴とするコイルばね（以下「Ｄ形圧縮コイルばね」とする）を提供することにより達成される。
【０００９】
また、本発明によれば、このような圧縮コイルばねを用いた車両用懸架装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
このようにすることにより、取付け軸線或いは幾何学的な軸線と荷重軸線とを概ね平行にオフセットさせることができる。従って、このようなコイルばねを用いれば、車両用懸架装置等に於いて、コイルばねの取付け軸線とコイルに加わる荷重の軸線とが一致しないことによる問題を解消することができる。特に、このようなコイルばねをストラット型の車両用懸架装置に用いれば、ショックアブソーバのピストンとシリンダとの間に作用する横力を極小化することにより、ショックアブソーバのシリンダとピストンとの間に生じる横力に起因する摺動抵抗を好適に低減することができ、車の乗り心地を改善し、ショックアブソーバの耐久性を向上することができる。
【００１１】
また、巻き径が端部から中間部にかけて徐々に大きくなるように、コイルワイヤが巻かれていることにより、隣接する巻き間で巻き径が急激に変化することを回避することができる。巻き径が急激に変化すると、挫屈変位が発生しやすくなり、コイルばねの用途が限定される。更に、中間部が軸線方向の中点に位置する必要はなく、取り付けスペースの要請に応じて、中間部が軸線方向の中点に対して上側又は下側に偏っていてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好適実施例について図面を参照しながらより詳しく説明する。
【００１３】
図２ａ及び２ｂは、従来形式の座巻き部を備えた圧縮コイルばね２を示す。一般に、コイルワイヤ４を中心軸線５回りに巻くことにより形成されるが、巻数が有限であり、中心軸線５回りに完全に対称ではないことから、荷重軸線６は、中心軸線５に対してやや傾斜している。荷重軸線６とは、中心軸線５の方向に負荷を加えたときにばね２に発生する反力の方向と考えることができる。
【００１４】
図１ａ及び１ｂは、本発明に基づくＤ形圧縮コイルばね１を示す。一側方位置８を巻き径を変更する基準位置とし、一側方位置８を結ぶ直線８’が、中心軸線（両座面の中心位置を結ぶ取付け軸線）５に対して略平行をなしている。更に、Ｄ形圧縮コイルばね１の軸線方向各端部から、軸線方向中間位置にかけて、コイルワイヤ３の巻き径が順次増大するようになっている。従って、一側方位置８に対向する他方の側方位置９に於いて、コイルワイヤ３が、中心軸線５から最も外方に突出し、外向きに凸形をなす曲線９’に沿って位置することとなる。
【００１５】
図３は、両圧縮コイルばね１、２の、巻き数換算の軸線方向位置に対するコイルワイヤの巻き径を示すグラフである。従来形式の圧縮コイルばね２では、座巻き部では巻き径が小さいが、残余の部分では巻き径が一定である。Ｄ形圧縮コイルばね２では、軸線方向各端部から、軸線方向中間位置にかけて、コイルワイヤ３の巻き径が順次増大している。また、図１ａに示されているように、一側方位置８と他方の側方位置９とを結ぶ面に対して直交する方向から見たときに、一側方位置８では、コイルの輪郭が軸線方向に一直線に整列しているの対し、他方の側方位置９では、コイルの輪郭が外向きに凸形をなすように膨出している。即ち、コイルの輪郭が、特定の側方向から見たときに、Ｄ字形をなす。
【００１６】
Ｄ形圧縮コイルばね１に於いては、座面の中心位置を結ぶ軸線方向に対して、コイルワイヤ３の大きな部分が、他方の側方位置９の側に偏って存在していることから、コイルワイヤ３の各点に発生する反力の合力が、中心軸線から他方の側方位置９の方向にオフセットするものと考えられる。即ち、従来形式の圧縮コイルばねの荷重軸線６が、Ｄ形圧縮コイルばね１では、荷重軸線７で示す位置に変位する。Ｄ形圧縮コイルばねは、様々な方法で製造することができる。
（１）通常のコイルばねの一側方位置８を冶具により拘束した状態で、座巻き部を形成するためのピッグテーラを用いて、コイルワイヤの各端を把持し、それを巻き締めることにより、所望の形状に仕上げる。
（２）コイリングマシンを用いて樽型のコイルばねを形成し、それを曲げ変形させ、所望の形状に仕上げる。
（３）拡開・収縮可能な心金を用いて、コイルワイヤを冷間又は熱間で拡開した心金に巻き付け、所望の形状に仕上げた後、心金を収縮させ、コイルから引き抜く。
（４）ピン又はロールを用いた冷間成形により、所望の形状に仕上げる。
【００１７】
このようなコイルばねに於いては、コイルばねの取付け軸線と荷重軸線とが互いにオフセットすると同時に、挫屈変形量を最小化することが望まれる。取付けスペースの限られた位置にコイルばねを取付ける場合が多いからである。従来技術に基づく湾曲コイルばねの場合には、圧縮変形するに伴い、コイルばねの湾曲が増大する。Ｄ形圧縮コイルばねの場合には、圧縮変形しても、コイルワイヤがいずれの方向に張り出すこともない。
【００１８】
図４及び５は、Ｄ形コイルばね及び湾曲コイルばねが圧縮変形したときの様子を示すもので、コイルワイヤの張り出し量をΔＲにより示す。図６は、これら二種類のばねについて、達成される荷重軸オフセット量に対するコイルワイヤの張り出し量ΔＲを示すグラフで、湾曲コイルばねの場合には、荷重軸オフセット量を増大させようとすると、コイルワイヤの張り出し量ΔＲも増大し、取付けスペースの制約を受けるのに対し、Ｄ形圧縮コイルばねでは、荷重軸オフセット量を増大させても、コイルワイヤが外方に殆ど張り出すことがなく、取付けスペースの制約を受けないことが分かる。
【００１９】
図７は、本発明が適用された車両用懸架装置の要部を模式的に示す一部破断部分正面図である。タイヤ１９はホイールキャリア１２に取り付けられ、ホイールキャリア１２の下端はリンク部材１３を介して、車体１１の下部に揺動可能に取り付けられ、ホイールキャリア１２の上端がストラットアセンブリ１４を介して車体上部に枢着されている。ストラットアセンブリ１４は、筒型オイルダンパからなるショックアブソーバ１５と、このショックアブソーバ１５のシリンダとピストンロッド上端との間にばね座１７、１８をもって保持された圧縮コイルばね１６とからなる。上側のばね座１７は、ショックアブソーバ１５のピストンロッドの上端と共に、車体１１にゴムブッシング等を介して枢着され、下側のばね座１８は、ショックアブソーバ１５のシリンダの外周に一体的に結合されている。
【００２０】
ここで、圧縮コイルばね１６の中心軸線２１は、路面と車体との間に作用する路面反力としての荷重の軸線２２に対して一致しない。路面側からの路面反力２２は、ホイールキャリア１２から外側に離隔したタイヤ１９から受けるのに対し、圧縮コイルばね１６は、ホイールキャリア１２に取り付けざるを得ないからである。そのため、通常の圧縮コイルばねを用いた場合には、ショックアブソーバのシリンダとピストンとの摺動部に横荷重及びモーメントが作用し、種々の問題の原因となる。しかるに、本発明に基づくＤ形圧縮コイルばねを用いれば、符号２３により示すように、荷重軸線を中心軸線に対して平行にオフセットすることができ、このような横荷重及びモーメントの発生を最小化することができる。
【００２１】
特に、同一出願人による特開表２０００−５６２２２９号公報に於いて提案されているような、垂直な軸線に沿って各巻きごとに一定の巻き方向角度位置にて、ばねの素線に沿う長さの変分に対する素線上の対応する点の高さの変化量として与えられるピッチ角が、コイルの略全長に渡って、唯１回づつ極大及び極小となるように巻かれたコイルばねを、その垂直軸線方向に伸縮するように保持してなることにより、その伸縮に伴い、両端間に横方向力が発生するように適合された圧縮コイルばねに、Ｄ形圧縮コイルばねの特徴を組み合わせれば、荷重軸線のオフセット量及び傾斜量を、それぞれ独立して制御することができ、あらゆる場面に於いて横荷重及びモーメントの発生を最小化することができる。
【００２２】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、当業者であれば、本発明の請求範囲を逸脱することなく、種々の改変をなし得るであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ａ及びｂからなり、ａは本発明に基づくＤ形圧縮コイルばねの側面図、ｂはその底面図である。
【図２】ａ及びｂからなり、ａは従来技術に基づく通常の圧縮コイルばねの側面図、ｂはその底面図である。
【図３】本発明に基づくＤ形圧縮コイルばねの従来技術に基づく通常の圧縮コイルばねの巻き径の分布を示すグラフである。
【図４】本発明に基づくＤ形圧縮コイルばねの圧縮変形を受ける様子を示す側面図である。
【図５】従来技術に基づく湾曲圧縮コイルばねの圧縮変形を受ける様子を示す側面図である。
【図６】図４及び５に示した圧縮コイルばねの圧縮変形に伴う、達成される横方向の荷重軸線のオフセット量に対するコイルの横方向の張り出し量を示すグラフである。
【図７】本発明に基づくＤ形圧縮コイルばねが適用された車輪懸架装置を示す模式的正面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  Ｄ形圧縮コイルばね
２  従来形式の圧縮コイルばね
３、４  コイルワイヤ
５  中心軸線
６、７  荷重軸線
８  一側方位置
９  他側方位置
１１  車体
１２  ホイールキャリア
１３  リンク部材
１４  ストラットアセンブリ
１５  ショックアブソーバ
１６  圧縮コイルばね
１７、１８  ばね座
１９  タイヤ
２１  中心軸線
２２  （路面反力の）荷重軸線
２３  （Ｄ形コイルばねの）荷重軸線
【図１】
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【図２】
2005226673.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005226673.tif 000006
【図５】
2005226673.tif 000007
【図６】
2005226673.tif 000008
【図７】
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