(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状のばね材料を波形に加工するとともに螺旋状に巻回して構成されたばね本体からなり、当該ばね本体の互いに対向する面が複数箇所で当接した状態にて軸方向の圧縮荷重を受ける波形コイルばねにおいて、
前記互いに対向する面の当接部は、
圧縮荷重の作用に伴い前記ばね本体を螺旋状に巻き込む方向へ滑らせようとする分力が生じる第１当接部と、
圧縮荷重の作用に伴い前記ばね本体を螺旋状に開く方向へ滑らせようとする分力が生じる第２当接部と、
を含むことを特徴とする波形コイルばね。
【請求項２】
前記第１当接部は、前記ばね本体のｎ巻目（ｎは自然数）の段に形成された任意の山部の一方側の斜面に、前記ばね本体のｎ＋１巻目の段に形成された任意の谷部が当接した部位であり、
前記第２当接部は、前記ばね本体のｎ巻目の段に形成された任意の山部の他方側の斜面に、前記ばね本体のｎ＋１巻目の段に形成された任意の谷部が当接した部位であることを特徴とする請求項１の波形コイルばね。
【請求項３】
前記ばね本体は、波形のピッチが交互に長尺のピッチと短尺のピッチになるよう設定し、さらに長尺ピッチに設定された谷部に対して短尺ピッチに設定された山部を対向させるとともに、短尺ピッチに設定された谷部には長尺ピッチに設定された山部を対向させることを特徴とする請求項１の波形コイルばね。
【請求項４】
前記各当接部は、前記ばね本体に作用する圧縮荷重に対し当該当接部の法線のなす角θが次式を満たすような傾きを有している請求項１乃至３のいずれか一項に記載の波形コイルばね。
ｔａｎθ＞μ
但し、μはばね本体の静摩擦係数
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、自動車部品である自動変速機のクラッチ装置等に組み込まれる波形コイルばねに関する。
【背景技術】
【０００２】
波形コイルばねは、帯状のばね材料を波形に加工するとともに螺旋状に巻回して構成され、自動変速機のクラッチ装置に内蔵された油圧ピストンのリターン用スプリングとして、あるいは、各種機器類における緩衝用のスプリングとして広く一般に使用されている。この種の波形コイルばねとしては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。
【０００３】
図７は、従来の波形コイルばねの課題を説明するための図である。同図では、波形コイルばねにおいて上下に隣接するｎ巻目の段とｎ＋１巻目の段とを直線的に展開し模式的に示している。そして、同図（ａ）は圧縮荷重が作用していない状態を示し、同図（ｂ）は圧縮荷重が作用する状態を示している。
同図（ａ）に示すように、波形コイルばねは、波形加工によって山部１０１，２０１と谷部１０２，２０２とが交互に形成され、ｎ巻目の段（下段）の山部１０１とｎ＋１巻目の段（上段）の谷部２０２とが、頂部Ｔにおいて接触又は対向している。そして、軸方向に圧縮荷重が加えられると、本来であれば、山部１０１と谷部２０２の頂部Ｔにその圧縮荷重Ｐが作用して、山部１０１と谷部２０２が頂部Ｔを中心として均等にたわみ変形する。
【０００４】
しかしながら、加工誤差や組付け誤差、あるいは軸方向以外の方向からの外力作用などによって、隣接するｎ巻目の段とｎ＋１巻目の段の当接部にずれが生じた場合、同図（ｂ）に示すように、ｎ巻目の段とｎ＋１巻目の段と間の当接部が一方向へスライドして、山部１０１と谷部２０２の中腹部に圧縮荷重Ｐが作用することがあった。
【０００５】
この場合、圧縮荷重Ｐの接線方向分力Ｐｈが各当接部で同じ方向を向くため、これら接線方向分力Ｐｈが各当接部に作用する摩擦力より大きくなったとき、周方向へすべり（座屈）を生じてしまい、波形コイルばねの耐荷重性能が急激に低下してしまうおそれがあった。
【０００６】
このようなすべり（座屈）を防止するため、特許文献２のウエーブコイルスプリングは、山部と谷部の頂部（当接部）に凹部と凸部からなる係止機構を形成し、これら凹部と凸部の係合によってすべり（座屈）を防止する構成となっている。
また、特許文献３のウエーブコイルばねは、山部と谷部の頂部（当接部）に緩衝用部材を装着し、この緩衝用部材で当接部を固定してすべり（座屈）を防止する構成となっている。
【特許文献１】特開平２００２−１７４２８２号公報
【特許文献２】実開平５−６７８３６号公報
【特許文献３】特開２００２−２７６７０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２のウエーブコイルスプリングにあっては、当接部の凹部と凸部からなる係止機構を設けなければならず、また特許文献３のウエーブコイルばねにあっては、当接部に緩衝用部材を装着しなければならないため、作業工数が多く、製作が煩雑となる課題があった。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、容易に製作でき、しかも周方向のすべり（座屈）を防止して良好な耐荷重性能を維持できる波形コイルばねの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、帯状のばね材料を波形に加工するとともに螺旋状に巻回して構成されたばね本体からなり、当該ばね本体の互いに対向する面が複数箇所で当接した状態にて軸方向の圧縮荷重を受ける波形コイルばねにおいて、
前記互いに対向する面の当接部は、
圧縮荷重の作用に伴い前記ばね本体を螺旋状に巻き込む方向へ滑らせようとする分力が生じる第１当接部と、
圧縮荷重の作用に伴い前記ばね本体を螺旋状に開く方向へ滑らせようとする分力が生じる第２当接部と、
を含むことを特徴とする。
【００１０】
さらに、請求項２の発明は、前記第１当接部が、前記ばね本体のｎ巻目（ｎは自然数）の段に形成された任意の山部の一方側の斜面に、前記ばね本体のｎ＋１巻目の段に形成された任意の谷部が当接した部位であり、
前記第２当接部が、前記ばね本体のｎ巻目の段に形成された任意の山部の他方側の斜面に、前記ばね本体のｎ＋１巻目の段に形成された任意の谷部が当接した部位であることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３の発明は、前記ばね本体に形成される波形のピッチが交互に長尺のピッチと短尺のピッチになるよう設定し、さらに長尺ピッチに設定された谷部に対して短尺ピッチに設定された山部を対向させるとともに、短尺ピッチに設定された谷部には長尺ピッチに設定された山部を対向させることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４の発明は、前記各当接部が、前記ばね本体に作用する圧縮荷重に対し当該当接部の法線のなす角θが次式を満たすような傾きを有していることを特徴とする。
ｔａｎθ＞μ
ここで、μは、ばね本体の静摩擦係数である。
【００１３】
上述した請求項１の発明にあっては、第１当接部に生じる、ばね本体を螺旋状に巻き込む方向へ滑らせようとする分力と、第２当接部に生じる、ばね本体を螺旋状に開く方向へ滑らせようとする分力とが互いに相殺しあって、ばね本体の周方向へのすべり（座屈）を規制する。しかも、本発明の波形コイルばねは、第１当接部と第２当接部の形成位置を調整するだけで特別な作業工程を追加することなく容易に製作することができる。
【００１４】
例えば、請求項２の発明は、ｎ巻目の段の山部に対するｎ＋１巻目の段の谷部の当接位置を調整するだけで、容易に製作することができる。
また、請求項３の発明によれば、波形のピッチを調整するだけで、容易に製作することができる。
【００１５】
また、請求項４の発明にあっては、圧縮荷重の作用に伴い各当接部に生じる接線方向分力が大きくなり、すべり（座屈）しやすい条件にもかかわらず、第１当接部に生じる当該分力と、第２当接部に生じる当該分力とが互いに相殺しあうため、かかる条件下にあってもばね本体の周方向へのすべり（座屈）を確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、容易に製作でき、しかも周方向のすべり（座屈）を防止して良好な耐荷重性能を維持できる波形コイルばねを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る波形コイルばねの全体構成を示す斜視図である。
図１に示すように、波形コイルばねは、帯状のばね材料を波形に加工するとともに螺旋状に巻回してばね本体１を構成している。このばね本体１は、波形加工によって山部Ａと谷部Ｂとが交互に形成され、ｎ巻目の段（下段）の山部Ａとｎ＋１巻目の段（上段）の谷部Ｂとが対向するように調整してある。なお、本明細書において、ｎは自然数を示している。
【００１８】
図２は、本実施形態の波形コイルばねにおいて、上下に隣接するｎ巻目の段とｎ＋１巻目の段とを直線的に展開し模式的に示した図である。また、図３は図２の模式図を一部拡大して示す図である。なお、これらの図においては、上下方向が波形コイルばねの軸方向となる。
波形コイルばねを構成するばね本体１は、図３に拡大して示すように、ｎ巻目の段（下段）にある任意の山部Ａ１においては、頂部Ｔを境とする一方側（図示左側）の斜面Ｓ１に、ｎ＋１巻目の段（上段）の谷部Ｂが当接している。この当接部を第１当接部１ａとする。
また、ｎ巻目の段（下段）にある別の任意の山部Ａ２においては、頂部Ｔを境とする他方側（図示右側）の斜面Ｓ２に、ｎ＋１巻目の段（上段）の谷部Ｂが当接している。この当接部を第２当接部１ｂとする。
本実施形態では、これら山部Ａ１と山部Ａ２は、図２に示すように順次交互に設定してある。すんわち、第１当接部１ａと第２当接部１ｂとが交互に設けられた構成となっている。
【００１９】
さて、図３に示すように、第１当接部１ａに軸方向（図の上下方向）の圧縮加重Ｐ１が作用すると同時に、第２当接部１ｂにも軸方向（図の上下方向）の圧縮加重Ｐ２が作用した場合を考える。第１当接部１ａに作用する圧縮加重Ｐ１は、接線方向分力Ｐ１ｈと法線方向分力Ｐ１ｖに分解できる。同様に、第２当接部１ｂに作用する圧縮加重Ｐ２は、接線方向分力Ｐ２ｈと法線方向分力Ｐ２ｖに分解できる。
ここで、接線方向分力Ｐ１ｈおよびＰ２ｈは、ばね本体１に対して周方向のすべり（座屈）を生じさせるように作用する。ところが、本実施形態にあっては、これら第１当接部１ａに生じる接線方向分力Ｐ１ｈと、第２当接部１ｂに生じる接線方向分力Ｐ２ｈとが、互いに相殺し合う（打ち消し合う）方向に生じているので、かかる接線方向分力の相殺作用により、ばね本体１のすべり（座屈）が規制される。
【００２０】
ここで、第２当接部１ｂにおける接線方向分力Ｐ２ｈと、当該第２当接部１ｂに生じる摩擦力との関係について説明すると、図４に示すように、第２当接部に軸方向の圧縮加重Ｐ２が作用したとき、第２当接部１ｂに作用する摩擦力Ｍは、垂直抗力Ｎ（＝Ｐ２・ｃｏｓθ）に静摩擦係数μを乗した値となる。なお、θは第２当接部１ｂにおける法線と圧縮加重Ｐ２とのなす角度である。
第２当接部１ｂにおける力の作用のみで考えた場合、ばね本体１は、圧縮加重Ｐ２の接線方向分力Ｐ２ｈ（＝Ｐ２・ｓｉｎθ）が、上記摩擦力Ｍ（＝Ｐ２・ｃｏｓθ・μ）よりも大きくなったとき、すべりを生じる。
すなわち、Ｐ２・ｓｉｎθ＞Ｐ２・ｃｏｓθ・μ
よって、ｔａｎθ＞μを満たす傾きが、第２当接部１ｂの斜面にあるとき、本来であればばね本体１にすべりが生じる。しかし、本実施形態では、ｔａｎθ＞μを満たす傾きが第２当接部１ｂの斜面につけられていても、第１当接部１ａに生じる接線方向分力Ｐ１ｈがばね本体１のすべりを規制するように作用するため、当該すべり現象が抑制される。
以上は、第１当接部１ａにおける接線方向分力Ｐ１ｈと、当該第１当接部１ａに生じる摩擦力との間の関係についても同様である。
【００２１】
本実施形態の波形コイルばねは、例えば、次の工程をもって容易に製作することができる。すなわち、帯状のばね材料に対して、まず波形を連続的に形成していく。このとき、図２に示すように谷部Ｂのピッチが交互に長尺のピッチＬＢ１と短尺のピッチＬＢ２になるよう設定するとともに、山部Ａのピッチも交互に長尺のピッチＬＡ１と短尺のピッチＬＡ２になるよう設定する。次に、ばね材料を螺旋状に曲げ加工して、所定長さ毎に切断する。螺旋状に曲げ加工するに際しては、長尺ピッチＬＢ１に設定された谷部Ｂに対して短尺ピッチＬＡ２に設定された山部Ａを対向させるとともに、短尺ピッチＬＢ２に設定された谷部には長尺ピッチＬＡ１に設定された山部を対向配置する。これによって、上述したとおり第１当接部１ａと第２当接部１ｂを有する波形コイルばねが製作される（図１，図２参照）。
【００２２】
なお、第１当接部１ａおよび第２当接部１ｂは、波形コイルばねに軸方向の圧縮加重が作用した際に形成されれば充分であり、外力が作用していない状態にあっては、ｎ巻目の段（下段）とｎ＋１巻目の段（上段）と間が当接していなくともよい。
【００２３】
また、上述した製作方法では、山部Ａと谷部Ｂのピッチを交互に変更することで、第１当接部１ａと第２当接部１ｂとが形成されるように調整していたが、ピッチの調整に替えて、又はピッチの調整と併せて相互に対向する山部Ａと谷部Ｂの深さ（振幅）を変更することにより、第１当接部１ａおよび第２当接部１ｂを形成することもできる。
【００２４】
さらに、上述した実施形態にあっては、図２に示したように、連続して形成される山部Ａに対して第１当接部１ａと第２当接部１ｂを交互に連続して形成したが、これら各当接部１ａ，１ｂを連続して形成することなく、例えば、図５に示すように複数ピッチの間隔をあけて形成することもできる。この場合、第１当接部１ａと第２当接部１ｂに囲まれた領域内において部分的に当接部がすべり易くなるものの、要所要所で第１当接部１ａに生じる接線方向分力と第２当接部１ｂに生じる背線方向分力とが相殺し合い、全体的にはばね本体１のすべりが抑制される。
【００２５】
また、上述した実施形態にあっては、ｎ巻目の段の山部Ａとｎ＋１巻目の段の谷部Ｂとを対向配置したが、図６に示すようにｎ巻目の段の山部に浅い谷部Ｂｓを形成し、この谷部Ｂｓにｎ＋１巻目の段の谷部Ｂを対向配置させることもできる。この場合にあっても、この谷部Ｂｓと谷部Ｂとの間の当接部を、上述した第１当接部１ａまたは第２当接部１ｂとすることができることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施形態に係る波形コイルばねの全体構成を示す斜視図である。
【図２】本実施形態の波形コイルばねにおいて、上下に隣接するｎ巻目の段とｎ＋１巻目の段とを直線的に展開し模式的に示した図である。
【図３】図２の模式図を一部拡大して示す図である。
【図４】第２当接部における接線方向分力と、当該第２当接部に生じる摩擦力との関係を説明するための図である。
【図５】本発明の波形コイルばねの変形例を示す図である。
【図６】本発明の波形コイルばねの他の変形例を示す図である。
【図７】従来の波形コイルばねの課題を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２７】
１：ばね本体、１ａ：第１当接部、１ｂ：第２当接部、Ａ，Ａ１，Ａ２：山部、Ｂ，Ｂｓ：谷部
【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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