JP3936427B2 - 圧縮コイルばね - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、コイルばねに関し、特に車両用自動変速機に代表される変速機構の切替えに用いられる摩擦係合装置であるクラッチ及びブレーキの係合解放に用いられる圧縮コイルばねに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、エネルギー問題及び環境問題から自動変速機には、小型軽量であり、かつ耐久性の高いものが求められている。このような自動変速機の摩擦係合装置においては、燃費低減、作動ショックの低減のため、走行中におけるクラッチの連続滑り状態を拡大し、クラッチ効率を変化させたり、クラッチ係合時にエンジンを制御し、入力トルク／クラッチ容量の比を低下させるなど、高度な制御が数多く採用されつつある。
【０００３】
図２６は、従来の自動変速機１００を示す。図２７は、図２６のＡ部の拡大断面図であり、自動変速機１００の一部に用いられる摩擦係合装置１１０を示している。
【０００４】
クラッチハブ３に支持された湿式摩擦材を芯金に貼りつけた駆動側プレート４は、クラッチドラム３０に支持された受動側プレート２と交互に装着されている。油圧によりピストン６が作動することにより受動側プレート２と駆動側プレート４（以下摩擦板２、４）が係合し、動力を伝達する。その後、油圧が下降すると、摩擦版２から摩擦版４を引き離すリターンスプリング７ａの付勢力が油圧力を上回り、ピストン６が係合前の状態に戻り、摩擦板２と４は係合状態から解放され、動力の伝達が遮断される。すなわち、圧縮コイルばねである、リターンスプリング７ａは、摩擦板どうしの係合、解放を精確に制御するため安定した付勢力を与える必要がある。
【０００５】
従来用いられている圧縮コイルばね（リターンスプリング）としては、コイル端部が図２８（ａ）−（ｇ）に示す７種類のものがＪＩＳに定められている。座面（コイル端部のうち図３０のＡ′からＢ間の斜線部と接触する面）のすわりをよくして直角度を良好に保ち、荷重の偏心や座屈を防止するため、研削加工されたクローズドエンドが一般的には多く用いられる。端部は経済的な面から研削されない場合も多いが、テーパ加工する場合は、図３０に示すように先端の厚さは材料直径の１／４、テーパ部の長さは約３／４巻にとられているのが通常である。
【０００６】
ばねの端部の構造は、図２９に示す座巻（斜線部：コイルばねの端部で見掛け上、ばねとして作用しない部分）から正規のピッチを備えた部分にいたるまでピッチ角が０から連続的に変化している。このために、ばねに荷重を加えていくと座巻に近い部分のコイルは互いに接触を始め、有効巻数が減少する。つまり、座巻から正規のピッチにいたるまでは不等ピッチになっているからであり、座巻の線の傾斜角よりコイル部のピッチ角が大きいので、そのピッチ角に到着するまでの範囲は角度が次第に増大するように成形せざるをえない。従って、図３０に示すように圧縮が始まると座巻に近い部分のコイルは、傾斜角βからピッチ角αになるまで順次にコイルの接触を生じ、有効巻数が減少することになる。しかし、接触し始める部分（Ａ点）は、製造上の精度の面からたわみが開始してからどのくらいで接触し始めるかは不確実であり、また、クローズドエンドのようにＡ点のスキマをたとえゼロとしても、荷重によって線がねじられる影響からずれが生じ、必ずしもたわみ開始とともに接触するかは不確実である。そのため、荷重とたわみの関係は、圧縮の始めにおいては図２５のａ部のように非線形になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、荷重とたわみの比例関係が成り立ち始めるのは荷重をある程度加えてからで、通常のばねではたわみ量が全たわみ量（自由高さと密着高さの差）の１０％以上に達してからであり、実際には、図２５に示すようにばね特性の安全率を加味して、たわみと荷重の関係の線形関係が確実に得られる領域までたわませた状態（たわみ：δ1 以上）で使う必要があった。
【０００８】
また、ばねをさらに圧縮して密着点近くまでくると急激にばね定数が増加する。これが図２５における非線形部ｂで示す状態であり、ばねが密着荷重に近づくと、等ピッチであるべきコイル部のわずかなピッチの不同で部分的な接触が始まり、やがて全面接触になるためである。これはピッチ不同のため有効巻数の現象が生ずることによるもので、ＪＩＳでは全たわみの８０％以内での座巻部に接する部分を除くコイルの接触は生じてはならないと規定している。このように厳密に見た場合には、有効巻数がたわみとともに変化するため、たわみの全域でばね定数は一定でない。
【０００９】
座巻のある圧縮コイルばねは全たわみの間に有効巻数が０．５巻くらい変化するので、巻数の多いほど座巻の影響は少ないことになる。逆にいえば、少なくとも有効巻数が３巻未満のばねの場合には非線形特性が著しいということで、ＪＩＳでは一般的に有効巻数が３巻以上となるように定めている。
【００１０】
しかしながら、従来、特に自動変速機の摩擦係合装置としては、係合解放用ばねは低荷重の圧縮コイルばね７ａをピストン６の円周方向上に多数配置し、必要荷重を設定していた。これに対して、装置の小型軽量化の手法として、太い材料直径・少ない有効巻数の圧縮コイルばねを用いて、部品点数の削減と限られた容積でかつ少ないたわみで高荷重を成立させる有効巻数が３巻未満の圧縮コイルばねの採用が近年多くなってきている。（例えば、図１に示すように圧縮コイルばね１６を参照）ところが、有効巻数が３巻未満の車両の自動変速機用の摩擦係合装置のばねは、上述のように、安定して使用できる線形領域は限られたものとなっており、作動上、必ずしも安定領域で使用されているとは限らない。
【００１１】
また、
▲１▼ コイルと接触するＡ点の底Ａ′点と座巻の始まる点Ｂ点で荷重を支持するため、特に２点に荷重が集中することにより、上部と下部の荷重の合力による荷重中心が存在し、設計上の荷重中心（ばねの中心）とのズレが作動時に、ばねの荷重方向を傾斜させ、ばねを傾斜させる。その結果、ピストン面を傾ける恐れがある。
【００１２】
▲２▼ ばね自身が摩擦係合装置内で回転する仕様の場合、荷重方向を傾斜させたコイルは、中心軸がずれていることと、巻数が少ないことによるコイル巻数の非対称から、遠心力の影響を大きく受け、作動時にばねの荷重方向をより傾斜させる力を与える。その結果、ピストン面の傾きが更に増大する恐れがある。
【００１３】
この２点のばねの荷重方向を傾斜させる要因とばねの非線形特性が、摩擦係合装置に悪影響を及ぼす。
【００１４】
その悪影響とは、自動変速機の小型・軽量化の流れから、摩擦係合装置の摩擦板２、４は、より平面精度が高められ、プレート間のクリアランスもスペース等の制約で必要最小限に抑えられてきているため、変速時、
【００１５】
(a) 摩擦板２、４同士がピストン面の傾きによって、低温下における潤滑油の粘性抵抗と摩擦板２、４同士の接触による引きずりトルク（動力）が駆動側から受動側に伝達され、ニュートラル状態であるにもかかわらず車両が動き出す問題が発生する。
【００１６】
(b) 摩擦板２、４同士がピストン面の傾きによって、係合初期、設定以上に早く接触が開始したり、係合油圧を解放のために下げていっても、設定通りにピストンが元の状態（係合前の状態）に戻らないことにより、交互の切替えによって変速を行う２つの係合装置が速やかに係合解放できず、車両における変速ショックや急激な減速等が発生する。
【００１７】
この問題は、ばね設計に関する問題であるが、従来言われてきた座巻の仕上げの影響によるばねの巻軸のわん曲、荷重の偏心とは別物であり、座面に発生する面圧の荷重分布の不均一、ばねの非線形特性およびコイル巻数の少なさが要因となって、摩擦板２、４を押すピストン面の不均一な荷重分布の発生やシリンダーとの摩擦を発生させるピストンの傾きが、係合解放時の摩擦板の作動性や変速性能の悪化につながっているものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
油圧がピストン室に供給され始めると、ばねの各要素のばらつきによる図２６の非線形部ａの荷重と正規のピッチを備えた部分にいたるまでのたわみ量のばらつきは、ピストンの動きすなわち摩擦板の初期の動きに影響を与え、係合タイミングのズレとして現れるため、従来、ばね特性の安全率を加味して、たわみと荷重の関係の線形関係が確実に得られる領域までたわませた状態を取付時高さ（δ1 ）としていた。
【００１９】
ここで、図３３に図示の有効巻数２．５巻、テーパ部の長さを約３／４巻としたクローズドエンド型の圧縮コイルばねのばね形状と矢視方向の座面から見た、指定荷重時の荷重分布の一例を図３２に示す。
【００２０】
荷重分布図における荷重分布の形状は、座面が接触する部分の形状であり、荷重の大きさは、色の濃淡によって検出される。まず荷重分布図３２（ａ）によると、圧縮コイルばねの先端が直線状に切られている場合、先端部の座面の方が荷重面積が多いことから、先端部に荷重が高く集中する傾向にあり、下部座面の荷重中心は中心より先端部の方へずれる。また荷重分布図３２（ｂ）によると、先端部と座巻の始まり部以外に座面のうねりの影響から部分的な接触が存在することが幸いし、上部座面の荷重中心はより中心に近くなっている。しかし、ばねの荷重中心を考えた場合、上下面の中心を結んだものがばねの真の荷重中心となるため、結局、設計上の荷重中心（ばねの中心）とは一致しないことは、荷重分布図から明らかとなる。
【００２１】
本発明では、オープンエンドのばねを取付時にばね先端上部のみをコイルに接触させる設計とする等により、図２５の非線形部ａを取付高さ（取付時のばねの長さ）の状態（δ0 ）から排除することができ、線形のばね特性をばねの稼動長さとして最大限に活用することができる。同時に先端部と座巻の始まり部とがほぼ１８０度対称の位置にあることにより、両端の座の荷重の集中が、１８０度対称の位置となることから、荷重の作用する荷重方向が中心に移動し、設計上の荷重中心と一致することで、摩擦板２、４を動かすピストン面の傾きを減少させることができる。
【００２２】
ここで、本発明の特許請求の範囲としている「座巻開始部と座巻の先端部とが円周方向でほぼ１８０度対称の位置」という定義を明確にすると、荷重分布の結果より、荷重が発生している領域は先端部と座巻の始まり部、その中でも特に荷重が高い領域は、端から材料の断面積とほぼ一致する範囲であることがわかった。そこで、荷重の理想的なバランスを考慮し、ばねの中心線と先端部および座巻の始まり部の端から材料の断面積と一致する形状の中心線を一致させる。つまり特許請求の範囲は、お互いの中心線をほぼ１８０度対称の位置に設定しているという意味である。
【００２３】
つまり、図３１に示すように、先端部と座巻の始まり部の端から断面積が一致する領域の中心線を見出し、ばねの中心線と一致させたことであり、先端部と座巻の始まり部の端がほぼ１８０度対称の位置あるということではない。よって、単なる端がほぼ１８０度対称の位置にあるとは異なった意味を持つ（図３１の例は、材料断面が円形である一般的な線材を用いた場合である）。
【００２４】
また、取付時にばね先端上部をコイルに接触させる設計とすることが重要なのは、例えば先端部と座巻の始まり部とが１８０度対称の位置にあったとしても、ばねを若干たわませた時、先端部と座巻の始まり部が受ける荷重は座巻の始まり部の方が大きいため、荷重の中心は座巻の始まり部の方に移動し、設計上の荷重中心と一致しないためである。したがって、取付時にばね先端上部をコイルに接触させる設計とすることで、荷重の作用する荷重中心と設計上の荷重中心を一致させることができる。
【００２５】
クローズドエンド、特に太線を用いている場合、製造上、ばね先端上部のＡ点におけるスキマを０、すなわち自由高さ時にばね先端上部をコイルに接触させることが厳密には難しい。しかしながら、オープンエンドと同様に、クローズドエンドでも取付時に、ばね先端上部をコイルに接触させる設計とすることで同様の効果が期待される。しかし、指定荷重の設定がある場合、スキマの小さいクローズドエンドでは初期状態で十分な荷重を発生させる事ができず、オープンエンドに比較して線形のばね特性をばねの稼動長さとして最大限に活用する範囲が小さくなる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
オープンエンドのばねの取付時にばね先端上部をコイルに接触させることにより、図２６の非線形部ａを取付高さ（長さ）の状態から排除することができ、線形のばね特性をばねの稼動長さ（δ0 −δ3 ）として最大限に有効活用できる（図２６の→印が効果的）ことから、ばねを設計する上で、たわみ（δ）と荷重（Ｐ）の関係をより広い範囲で検討でき、材料直径・巻数およびコイル径の設計自由度が増す。また、ばねの先端部と座巻の始まり部の荷重の集中を材料直径の断面積を考慮した設計を行うことにより、先端部と座巻の始まり部を１８０度対称の位置、荷重の作用する荷重中心と設計上の荷重（ばね）中心を一致させることができ、摩擦板２、４を動かすピストン面の中心軸に対する傾きを減少させることができる。図２Ａの（ａ）参照。
【００２７】
しかし、先端部と座巻の始まり部がほぼ１８０度対称の位置であっても、ばねの上下における座の始まり部と先端部は、巻数によって一致しない。また、材料が太く、先端部が直線に切り取られた形状の場合、座面における先端部と座巻の始まり部の幅（径方向の寸法）の差は必然的に大きくなってしまい、お互いの中心（材料の断面積と同一面積における）を一致させても負担する荷重の周方向の幅（形状）が大きく異なり、荷重中心がばねの中心からはずれることがある。そこで、ばねを設計する上で、先端部と座巻の始まり部を上下位置において１８０度対称もしくは、同位置に座をつくることを最優先として材料直径等を決定することにより、荷重分布を常にばねの上下位置（ほぼ１８０度対称）で一致させることができるため、より安定した荷重中心を形成させたばねとすることができる。図２Ａの（ｂ）及び（ｃ）参照。
【００２８】
クローズドエンドのばねも同様に、ばねの先端部が座巻の始まり部と１８０度対称の位置とし、取付時高さ時にばね先端上部がコイルに接触させることにより、荷重の作用する荷重中心と設計上の荷重中心が一致し、摩擦板２、４を動かすピストン面の傾きは減少する。図２Ａの（ｄ）参照。
【００２９】
一般的な丸い材料を用いた場合、例えば研削を施した座巻の始まり部の形状は、図２９に示されるように先端に向かって徐々に大きくなる形状となる。これは、荷重分布における形状と一致するため、ばねの先端形状を座巻の始まり部と形状を同一（近似）とするか先端部の底形状（座面）を座巻の始まり部と形状を同一（近似）とすることにより、荷重分布は均一になる。また、座巻の始まり部の座面上の一部を削り取る等の加工により、接触しない領域を作り、座巻の始まり部をばねの先端形状と形状を同一（近似）とすることにより、同様に荷重分布は均一となる。従って、荷重中心がばねの中心と一致し、より安定した荷重中心を形成することができる。図２Ｂの（ｅ）及び（ｆ）参照。
【００３０】
ばねの先端上部が、取付時にコイルのピッチ角に平行となるように面取り加工に相当する機械加工を行うことにより、点もしくは線で接触していた先端上部を面で接触させることにより、より接触点をより安定させる。図２Ｂの（ｇ）参照。
【００３１】
同様に、先端上部もしくは材料の断面形状をばねの高さ方向に凹とさせることにより、接触の安定を図る。その際コイルの途中で材料をねじることによって、先端上部の凹部は上下対称とすることができる。図２Ｂの（ｈ）参照。
【００３２】
他部品と接触する座の荷重分布は、座巻の始まりの部分と先端部が極端に強くあたり、また、他の部分は平面度やうねりの影響を受け、荷重分布は安定しない。それに伴い、荷重中心はばねの中心からずれてしまう。そこで、座巻の始まりの部分と先端部が安定してあたるよう座巻の始まりの部分と先端部を除いた、少なくとも１／２の座の部分は接触しないように凹となっていることを特徴とする。また、その際座巻の始まりの部分と先端部の座の面積を同一にすることにより、荷重分布がより安定し、荷重中心がばねの中心と一致させることができる。図３（ａ）−（ｃ）参照。
【００３３】
同様の考えに基づいて、ばねの内外径と一致する円周上ほぼ１８０度対称となる２個所に凸部を設け、座巻の始まりの部分と先端部を一致させ、台座もしくは部品の間にばねをはさむことにより、座を削ることなく荷重分布を安定させる。図４（ａ）及び（ｂ）また図５及び図６参照。
【００３４】
更に、振動等により台座間でばねが移動し、安定した性能が維持できないことを排除するため、ばねの先端部を固定する部位を設けている。図７−９参照。
【００３５】
一般に、座巻をテーパ加工する場合は、先端の厚さは材料直径の１／４、テーパ部の長さは約３／４巻にとられているのが通常である。しかし、今まで述べているように、取付時にばね先端上部がコイルに接触する位置によって荷重中心がずれてしまう問題点がある。また、ばねを設計する上で、先端部と座巻の始まり部を上下位置においてほぼ１８０度対称もしくは、同位置に座をつくることを最優先として材料直径等を決定することが不可能な場合がある。そこで取付時にばねの座の反対面のコイルと接触する一部分を、ばねの高さ方向に凸部を形成するように機械加工するか、もしくは材料を折り曲げることにより形成させ、かつ座巻の始まり部と１８０度対称の位置とさせることにより、従来の座りの安定性を兼ね備え、荷重中心をばねの中心と一致させることできる。図１０−１１参照。
【００３６】
また、他部品を接合もしくは環状の部品を先端部から挿入する等により凸部を形成させ、同様の効果を得ることもできる。図１２−１４参照。
【００３７】
座巻の材料上部の接触部形状は、平坦とする。または、少なくとも先端部を含めた材料の断面形状を矩形とすることで接触部の安定を得る。図１５及び１６図参照。
【００３８】
他部品と接触する座の荷重分布は、座巻の始まりの部分と先端部が極端に強くあたるが、先端形状によっては、荷重分布がばねの内外径の範囲で移動する。そこで、他部品と接触するばね先端部の座の中心を、ばねの内外径の範囲内で径方向にずらし、はみ出した部分を削除することにより、内外径の寸法上は何ら変化しないばねをつくる。同様に先端部分の一部を削除することにより、荷重分布を均一としたばねをつくる。従って、荷重中心がばねの中心と一致し、より安定した荷重中心を形成することができる。図１７参照。
【００３９】
コイルと接触する部分は局部的なあたりとなるため、へたりや変形を防止するため、浸炭焼き入れ・窒化処理・ショットピーニング等の強度を高めるための加工を行い、耐久性の向上を図る。図１８参照。
【００４０】
同様に凸部を形成する他部品のみ強度を高めるための処理を行い、コスト面と耐久面の両立を図る。図１９参照。
【００４１】
取付時にばね先端上部がコイルに接触するばねの設計や製造は、必ずしも安易ではないため、取付時にばね先端上部がコイルに接触する高さの立上片を基板に設け、この基板面に圧縮コイルばねの座を接触させ、取付時にコイルと基板の舌片が接触する設定とすることで、簡便に精度の良い機構を得る。図２０参照。
【００４２】
同様に、穴と溝を形成した板もしくは円盤が取付時にコイルに接触する位置に挿入することにより、簡便な機構を得る。図２１参照。
【００４３】
しかしながら、この機構は振動等によりコイル内部を移動する可能性があるため、弾性体の壁面を持つ円筒状の基板により固定することで、精度をより高める。図２２参照。
【００４４】
よって、本発明は、前記のような課題を解決するために、ばねの先端部が座巻の始まり部とほぼ１８０度対称の位置であり、取付時にばね先端上部がコイルに接触することにより、荷重の作用する荷重中心と設計上の荷重中心を一致させることにより、圧縮コイルばねの座の荷重分布を改善することにより前記問題点を解決するものである。
【００４５】
【実施例】
以下、添付図面を参照して、本発明の各実施例を説明する。尚、図面において同一部分は同一符号で示してある。尚、以下の各実施例において、圧縮コイルばねは、所定のばね定数を有する断面がほぼ円形の線材から形成されている。
【００４６】
図１は、本発明の圧縮コイルばねが適用できる車両用の自動変速機の軸方向断面図である。自動変速機１０は、不図示のエンジンからの動力を断続するロックアップクラッチ付きのトルクコンバータ１１と、多数の摩擦板を交互に配置した自動変速機構である摩擦係合装置１３とを備えている。摩擦係合装置１３は、摩擦板どうしを係合離脱させるためのピストン部材１２とピストン部材１２が軸方向移動自在に嵌合する出力軸１５とを備えている。出力軸１５の周囲には、圧縮コイルばね１６が嵌装されている。
【００４７】
油圧制御されるピストン部材１６は、摩擦板どうしを係合させる。ピストン部材１２による押圧が解除されると摩擦板どうしの係合は解かれるが、その際圧縮コイルばね１６が各摩擦板が係合しない中立位置に保持されるように、ピストン１２に対して所定の反力を与えるためのリターンスプリングの機能を備えている。
【００４８】
以下、上述のように用いられる圧縮コイルばねの各実施例を詳細に説明する。尚、図１では出力軸１５、すなわちピストン部材１２に対して単一の圧縮コイルばね１６を用いているが、必要であれば、出力軸１５の円周方向に複数、以下説明する各実施例の圧縮コイルばね１６を配置することもできる。また、以下説明の便宜上、本明細書では「圧縮コイルばね」を単に「ばね」と称する。
【００４９】
図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の各実施例の圧縮コイルばねを示している。図２Ａの（ａ）の（イ）は、ばね２６の一端面の正面図であり、ばね２６の端部では座巻開始部２７と先端部２８とが円周方向でほぼ１８０度の位相に、すなわち円周方向でほぼ対向する位置に設けられている。図２Ａの（ａ）において、座巻のうち、座巻開始部２７から先端部２８までほぼ半周（１８０度）にわたりばね２６の座は研削加工により平坦化されている。尚、先端部２８の先端は、研削部との境界が丸く形成されている。（ロ）はばね２６の軸方向一端部を取付時の状態で示している。座巻の先端部２８は、研削加工された側と反対側でばね２６の隣接するコイル部２９に接触している。したがって、荷重の作用する荷重中心と設計上の荷重（ばね）中心を一致させることができ、ピストン部材１２の傾きを防ぐことができる。また、（ハ）は、取付前のばね２６を示している。取付前のばね２６は、座巻の先端部２８が隣接するコイル部２９に接触していない。
【００５０】
図２Ａの（ｂ）の（イ）は、ばね３６の一端面の正面図であり、ばね３６の端部では座巻開始部３７と先端部３８とが円周方向でほぼ１８０度の位相に、すなわち円周方向でほぼ対向する位置に設けられている。図２Ａの（ｂ）において、座巻のうち、座巻開始部３７から先端部３８までほぼ半周（１８０度）にわたりばね３６の座は研削加工により平坦化されている。尚、先端部３８の先端は研削部の境界が直線で形成されている。（ロ）はばね３６の軸方向一端部を取付前の状態で示している。座巻の先端部３８は、取付時には研削加工された側と反対側でばね３６の隣接するコイル部３９と接触する。また、（ハ）は、ばね３６の他端の正面図であり、座巻の先端部３８と座巻開始部３７とは、（イ）に示す端部と同位相（円周方向ほぼ１８０度対称）で設けられている。本実施例でも、荷重の作用する荷重中心と設計上の荷重（ばね）中心を一致させることができ、ピストン部材１２の傾きを防ぐことができる。
【００５１】
図２Ａの（ｃ）の（イ）は、ばね４６の一端面の正面図であり、ばね４６の端部では座巻開始部４７と先端部４８とが円周方向でほぼ１８０度の位相に、すなわち円周方向でほぼ対向する位置に設けられている。図２Ａの（ｃ）において、座巻のうち、座巻開始部４７から先端部４８までほぼ半周（１８０度）にわたりばね４６の座は研削加工により平坦化されている。尚、先端部４８の先端は研削部の境界が直線で形成されている。（ロ）はばね４６を取付前の状態で示している。座巻の先端部４８は、取付時には研削加工された側と反対側でばね４６の隣接するコイル部４９と接触する。また、（ハ）は、ばね４６の他端の正面図であり、座巻の先端部４８と座巻開始部４７とは、（イ）に示す端部と逆位相（円周方向でばね４６の軸と対称に）で設けられている。本実施例でも、荷重の作用する荷重中心と設計上の荷重（ばね）中心を一致させることができ、ピストン部材１２の傾きを防ぐことができる。
【００５２】
尚、上述の図２Ａの（ａ）−（ｃ）に示す各実施例ではばねの座はオープンエンドとなっている。
【００５３】
図２Ａの（ｄ）の（イ）は、ばね５６の一端面の正面図であり、ばね５６の端部では座巻開始部５７と先端部５８とが円周方向でほぼ１８０度の位相に、すなわち円周方向でほぼ対向する位置に設けられている。図２Ａの（ｄ）において、座巻開始部５７から先端部５８までの座巻部分は、特別な加工はされていない。（ロ）はばね５６の取付時の状態で示している。座巻の先端部５８は、取付時にばね５６の隣接するコイル部５９と接触している。また、座巻部分は他のコイル部分と同様に断面円形である。本実施例でも、荷重の作用する荷重中心と設計上の荷重（ばね）中心を一致させることができ、ピストン部材１２の傾きを防ぐことができる。
【００５４】
図２Ｂの（ｅ）の（イ）は、ばね６６の一端面の正面図であり、ばね６６の端部では座巻開始部６７と先端部６８とが円周方向でほぼ１８０度の位相に、すなわち円周方向でほぼ対向する位置に設けられている。図２Ｂの（ｅ）においては、座巻の先端部６８の座面の形状を座巻開始部６７のＶ字型の平面形状とほぼ同一としている。このため、先端部６８は他の座巻部分と同様に研削により平坦にされているが、図示のように更にその一部を研削により削ってある。残った部分の形状は、座巻開始部６７の平面形状とほぼ同じになっている。（ロ）はばね６６の取付前の状態を示している。取付時には、先端部６８と隣接するコイル部６９とが接触する。本実施例でも、荷重分布が均一となり、荷重の作用する荷重中心と設計上の荷重（ばね）中心を一致させることができ、ピストン部材１２の傾きを防ぐことができる。
【００５５】
図２Ｂの（ｆ）の（イ）は、ばね７６の一端面の正面図であり、ばね７６の端部では座巻開始部７７と先端７８とが円周方向でほぼ１８０度の位相に、すなわち円周方向でほぼ対向する位置に設けられている。図２Ｂの（ｆ）においては、先端部７８の終端は線材を横断するようにほぼ直線状に規定されている。但し、座巻開始部７７の研削形状を先端部７８に合わせるため、（ロ）に示すように、座巻開始部７７の末端の一部は更に研削されて、線材を横断するようにほぼ直線状に規定された段部７９となっている。この結果、座巻開始部７７と先端部７８とが同一の形状になり、より安定した荷重中心が得られる。尚、（ロ）はばね７６の取付前の状態を示している。本実施例でも、荷重分布が均一となり、荷重の作用する荷重中心と設計上の荷重（ばね）中心を一致させることができ、ピストン部材１２の傾きを防ぐことができる。
【００５６】
図２Ｂの（ｇ）の（イ）は、ばね８６の一端面の正面図であり、ばね８６の端部では座巻開始部８７と先端８８とが円周方向でほぼ１８０度の位相に、すなわち円周方向でほぼ対向する位置に設けられている。図２Ｂの（ｇ）においては、先端部８８の終端はほぼ直線状に形成されている。座巻部分全体が研削加工されてほぼ平坦になっている。また、（ロ）に示すように、本実施例では先端部８８の研削されていない側の面も一部研削されている。この平坦な研削面９０は、ばね８８の取付時に隣り合うコイル部８９の外周に接触する。この結果、コイル部８９と先端部８８との接触が安定する尚、（ロ）はばね８６の取付前の状態を示している。本実施例でも、荷重の作用する荷重中心と設計上の荷重（ばね）中心を一致させることができ、ピストン部材１２の傾きを防ぐことができる。
【００５７】
図２Ｂの（ｇ）の実施例と同様に、ばねと隣接するコイル部との接触の安定を図るための改良の他例が図２Ｂの（ｈ）に示した実施例である。（イ）は、オープンエンド型のばね９６の側面図であり、ばね９６の端部では座巻開始部９７と先端９８とが円周方向でほぼ１８０度の位相に、すなわち円周方向でほぼ対向する位置に設けられている。（イ）のＡ−Ａ線で切った断面図である（ロ）に示すように、先端部９８は、座となる研削された平坦部１０１と対向し、隣接するコイル部９９と接触する側が凹部１００となっている。凹部１００は、ばね９６の取付時に隣り合うコイル部９９の外周に接触する。この結果、コイル部９９と先端部９８との接触が安定する。より安定させるためには、凹部１００の曲率はばね９６の断面の曲率と一致させることが好ましい。すなわち、凹部１００とコイル部９９とは互いに相補的な形状を有するようにすることが好ましい。尚、（イ）はばね９６の取付前の状態を示している。本実施例でも、荷重の作用する荷重中心と設計上の荷重（ばね）中心を一致させることができ、ピストン部材１２の傾きを防ぐことができる。また、コイルの途中で線材をねじることにより、先端上部の凹部を上下対称とすることができる。
【００５８】
尚、上述の図２Ｂの（ｅ）−（ｇ）に示す各実施例ではばねの座はオープンエンドとなっている。
【００５９】
図３に示す実施例では、（ａ）に示すように、オープンエンド型のばね１０６の座巻開始部１０７と先端部１０８だけが、平坦に研削された座の他の部分からばね１０６の軸方向に突出した凸部として形成されている。これは、他部品と接触する座の荷重分布は、座巻の始まりの部分と先端部が極端に強くあたり、また、他の部分は平面度やうねりの影響を受け、荷重分布は安定せず、荷重中心はばねの中心からずれてしまうからである。そこで、座巻開始部１０７と先端部１０８が安定してあたるよう座巻開始部１０７と先端部１０８とを除いた、少なくとも１／２の座の部分は接触しないように凹部１０９となっている。尚、（ｂ）に示すばね１１６のように、座巻開始部１１７と先端部１１８の他部品と接触する座の面積を同一にすることにより、荷重分布がより安定し、荷重中心をばねの中心と一致させることができる。尚、（ｃ）は、ばね１０６を取付前の状態で示している。尚、この実施例ではばね１０６は、断面が矩形のばねとなっている。
【００６０】
図４、図５及び図６に示す実施例では、前記実施例と逆の発想から、ばねの取り付けられる台座などの、他部品の側に凸部を設けている。図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、ばね１２６が取り付けられる台座１１０は中央にほぼ円形の貫通孔１１４を設けたほぼ円形の円板部１１３とその外周から軸方向に一体に延在する円筒部１１１とからなる部材である。円筒部分１１１と貫通孔１１４とで囲まれる環状の部分１１５には円周方向でほぼ対向する位置（１８０度の位相で）に平坦は頂部を有する２つの凸部１１２が軸方向内方に向かって突出するように設けられている。２つの凸部１１２の位相は、ばね１２６の座巻開始部１２７と先端部１２８との位相関係と同じである。
【００６１】
図５に示すように、オープンエンド型のばね１２６は、端部で座巻開始部１２７と先端１２８とが円周方向でほぼ１８０度の位相に、すなわち円周方向でほぼ対向する位置に設けられている。座巻開始部１２７から先端部１２８にかけての座巻部分全体が研削加工されてほぼ平坦になっている。ばね１２６の軸方向両端で互いに１８０度位相が異なる位置に配置された先端部１２８が、それぞれ２つの台座１１０の凸部１１２に挟まれるように載置されている。また、図６に示すように、座巻開始部１２７も同様に２つの台座１１０の凸部１１２に挟まれるように載置さてれている。このような構成のため、本実施例においても図３で説明した前記実施例と同様な効果が得られる。尚、図５及び６は、摩擦係合装置に取り付ける前の状態でばね１２６を示している。
【００６２】
図３、４、５及び６の実施例では、ばねの座巻開始部や先端部を部分的に研削しなくても、荷重分布を安定できる。
【００６３】
図７、図８及び図９は、振動などによりばねが台座間で回転等で移動することを防止するため、移動防止手段を設けた実施例である。尚、本実施例においても図３、４、５及び６に示した実施例と同様に、ばね１３６の座巻開始部や先端部を部分的に研削しなくても、荷重分布を安定できる。
【００６４】
図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、ばね１３６（図９参照）が取り付けられる台座２１０は中央にほぼ円形の貫通孔２１４を設けたほぼ円形の円板部２１６とその外周から軸方向に一体に延在する円筒部２１１とからなる部材である。円筒部分２１１と貫通孔２１４とで囲まれる環状の部分２１５には円周方向でほぼ対向する位置（１８０度の位相で）に２つの凸部２１２及び２１３が軸方向内方に向かって突出するように設けられている。２つの凸部１１２及び１１３の位相は、ばね１３６の座巻開始部（図８では裏側なので見えない）と先端部１３８との位相関係と同じである。
【００６５】
但し、台座２１０の凸部２１２と２１３とはそれぞれ構成が異なる。凸部２１２は、頂部が平坦であるが凸部２１３は平坦な凸部の円周方向の一部で軸方向内方に更に突出する壁部２１７を備えている。
【００６６】
図８に示すように、オープンエンド型のばね１３６は、端部で座巻開始部と先端１３８とが円周方向でほぼ１８０度の位相に、すなわち円周方向でほぼ対向する位置に設けられている。座巻開始部から先端部１３８にかけての座巻部分全体が研削加工されてほぼ平坦になっている。ばね１３６の軸方向両端で互いに１８０度位相が異なる位置に配置された先端部１３８が、それぞれ２つの台座２１０の凸部２１２と２１３に挟まれるように載置されている。また、不図示であるが、座巻開始部も同様に２つの台座２１０の凸部２１２及び２１３に挟まれるように載置さてれている。
【００６７】
このとき、凸部２１２に座巻の先端部１３８が載置されるが、凸部２１２の円周方向の縁部に設けた壁部２１７によって、円周方向の動きが規制される。このような構成のため、ばね１３６が台座間で移動することを防止できる。また、本実施例においても図３で説明した前記実施例と同様な効果が得られる。尚、図８は、摩擦係合装置に取り付ける前の状態でばね１３６を示している。
【００６８】
同様に、図９の（ａ）及び（ｂ）に壁部を設けた他の実施例を示す。本実施例の構成は、基本的に図７の実施例と同様である。
【００６９】
図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、ばね１３６（図８参照）が取り付けられる台座３１０は中央にほぼ円形の貫通孔３１４を設けたほぼ円形の円板部３１６とその外周から軸方向に一体に延在する円筒部２１１とからなる部材である。円筒部分３１１と貫通孔３１４とで囲まれる環状の部分３１５には円周方向でほぼ対向する位置（１８０度の位相で）に２つの凸部２１２及び２１３が軸方向内方に向かって突出するように設けられている。２つの凸部３１２及び３１３の位相は、ばね１３６の座巻開始部と先端部１３８との位相関係と同じである。
【００７０】
但し、台座３１０の凸部３１２と３１３とはそれぞれ構成が異なる。凸部３１３は、頂部全面が平坦であるが凸部３１２は平坦な凸部の円周方向の一縁部及び半径方向の内縁部が軸方向内方に更に突出する壁部３１７、３１８を備えている。
【００７１】
図９に示す台座３１０も図８に示すような形態でオープンエンド型のばねを収容する。このとき、凸部２１２に座巻の先端部１３８が載置されるが、凸部３１２の円周方向の縁部に設けた壁部３１７によって、円周方向の動きが規制され、半径方向内方の壁部３１８によって半径方向の移動が制限される。すなわち、円周方向と半径方向の両方向でばね１３６の移動が防止できる。このような構成のため、ばね１３６が台座間で移動することを防止できる。また、本実施例においても図３で説明した前記実施例と同様な効果が得られる。
【００７２】
図１０−１４は、更に他の実施例を示す。これらの実施例では隣接するコイルに面する先端部の面に突起を設けている。これは、座巻を形成する上で座巻開始部と先端部とを必ずしも１８０度の位相で形成できないことがあるので、それを補正するために、先端部の所定位置に突起を設けている。
【００７３】
図１０は、ばね１４６の座巻開始部１４７から先端部１４８に到る座面を平坦に研削し、先端部１４８の隣接するコイル１４９に接触する面に突起１５０が一体に設けられていることを示している。この突起１５０の位置を座巻開始部１４７と１８０度対称となる位置に調節することで、ばねの座りの安定と荷重中心とばねの中心とを一致させることができる。
【００７４】
図１１は、ばね１５６の座巻開始部１５７から先端部１５８に到る座面を平坦に研削し、先端部１５８の隣接するコイル１５９に接触する面に突起１６０が一体に形成されるように、先端部１５８の一部を外側に折り返して重畳構造にしてある。この突起１６０の位置を座巻開始部１５７と１８０度対称となる位置に調節することで、ばねの座りの安定と荷重中心とばねの中心とを一致させることができる。
【００７５】
図１２−１３は、ばねの座巻の先端部に別部材を取り付けて、先端部と隣接するコイル部との接触点を調節して座りの安定化を達成しようとするものである。
【００７６】
図１２は、不図示のばね本体の座巻の先端部１６１は、その先端に断面円形の延長部１６２が形成されている。この延長部１６２には取付部材１６３が取り付けられる。取付部材１６３は全体としてほぼ正方形をしており、延長部１６２の直径より僅かに大きな直径を有する円筒形の貫通孔１６４が設けられている。図１２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、貫通孔１６４に延長部１６２を嵌合させることで、取付部材１６３が延長部に取り付けられる。この際、取付部材１６３の底面１６６と先端部１６１の底面１６５とは面一となるように構成される。尚、貫通孔１６４は、必ずしも貫通している必要はない。先端部１６１と隣接するコイル部との接触点を調節して座りの安定化と座巻開始部との間の１８０゜対称性を達成できるものであればよい。また、取付部材１６３は必要であれば溶接などで延長部１６２もしくは先端部１６１に固定される。
【００７７】
次に、図１３に示す実施例では、不図示のばね本体の先端部１７１の中程の底面に切り欠き部１７２を設け、この切り欠き部１７２の位置に円環部材１７３を嵌合する。切り欠き部１７２の面は円環部材１７３の内周円筒面１７４と密接するような形状とすることが好ましい。また、切り欠き部１７２の軸方向長さは円環部材１７３の軸方向長さとほぼ等しい。更に、円環部材の肉厚は切り欠き部１７２の深さと一致しているので、取付後は、先端部１７１の底面と円環部材１７３の外周とは面一になる。尚、本実施例でも、円環部材１７３は、必要であれば溶接などにより切り欠き部１７２または先端部１７１に固定できる。
【００７８】
図１２の実施例では取付部材１６３の上面が、また図１３の実施例では円環部材１７３の外周面がそれぞれ隣接するコイル部に接触する。
【００７９】
図１４（ａ）は、ばね１７６の座巻開始部１７７と先端部１７８とのほぼ中間位置に突起１８１を設けている。突起１８１は、先端部１７８と一体に設けている。この突起１８１がばねの取付時に隣接するコイル部に接触する。この場合でも、荷重の作用する荷重中心と設計上の荷重（ばね）中心を一致させることができ、ピストン部材１２の傾きを防ぐことができる。
【００８０】
突起は、例えば図１４（ｂ）に示すように、別部材として設け、溶接などで先端部に固定してもよい。突起部材１８２は、円弧状の上面１８４と同じく円弧状の下面１８３とを有する。この下面１８３を先端部の外側円弧面に取り付け固定する。従って、突起部材１８２の上面１８４が隣接するコイル部に当接する。
【００８１】
図１５は、座巻の先端部のうち隣接するコイル部に当接する部位に平坦面を設けた実施例である。ばね１８６は、座巻開始部１８７から先端部１８８まで研削加工により平坦になっており、座巻開始部１８７と先端部１８８とは他の実施例と同様に円周方向で１８０度の位相で設けられている。先端部１８８の隣接するコイル部１８９に対向する部分は、研削などにより平坦部１９０が形成されており、この平坦部１９０が隣接するコイル部１８９に当接する。従って、先端部１８８と隣接するコイル部１８９との接触がより安定する。
【００８２】
図１６は、いままでの実施例とことなり、ばね１９６は断面円形の線材から作られるのではなく、断面矩形の線材から作られている。座巻開始部１９７と先端部１９８とは円周方向で１８０度対向する位相で設けられている。研削加工により他のコイル部より薄くなった座巻の先端部１９８は、断面矩形のため、研削加工することなく、隣接するコイル部１９９に対して平坦な面で接触する。従って、先端部１９８と隣接するコイル部１９９との接触が安定する。
【００８３】
図１７（ａ）及び（ｂ）は、ばねの先端部を内方または外方に径方向にずらして座の中心をずらし、荷重分布を均一にした実施例を示している。図１７（ａ）では、ばね４１６の座巻開始部４１７と円周方向でほぼ１８０度の位相に設けられた先端部４１８は、径方向の外方に位置をずらされている。その際、外方にずれてばね４１６の外径からはみ出した部分４２０（斜線部分）は削除するので、ばね全体の内外径には変化がない。しかしながら、先端部４１８は実線で示すように、隣接するコイル部と接触する部分で先が細くなっている。一般に、他部品と接触する座の荷重分布は、座巻の始まりの部分と先端部が極端に強くあたるが、先端形状によっては、荷重分布がばねの内外径の範囲で移動する。そこで、本実施例のように隣接するコイル部に当たる部分の先端部を変形することで、荷重分布を均一としたばねを作ることができる。従って、荷重中心がばねの中心と一致し、より安定した荷重中心を形成することができる。
【００８４】
次に図１７（ｂ）では、図１７（ａ）とは反対に、座巻開始部５１７とほぼ１８０度対向する位相に設けられたばね５１６の先端部５１８を、径方向で内方へずらしている。この場合、内径側へばね５１６の内径からはみ出した部分５２０（斜線部分）は、削除するのでばね全体の内外径にはまったく変化がない。この例でも、図１７（ａ）と同様に、先端部を変形することで、荷重分布を均一としたばねを作ることができる。従って、荷重中心がばねの中心と一致し、より安定した荷重中心を形成することができる。
【００８５】
図１７（ａ）及び（ｂ）と同様の目的で先端部の一部を削除する実施例を図１７（ｃ）及び（ｄ）に示す。図１７（ｃ）では、ばね６１６の座巻開始部６１７と円周方向でほぼ１８０度の位相で対向して設けられた先端部６１８の径方向の内側の一部６２０（斜線部分）を削除する。ほぼ矩形の削除部分６２０は、先端部６１８のばね６１６の軸方向の肉厚全体を削除してもよいが、一部は残して段部として形成してもよい。例えば、（ｅ）や（ｆ）のように形成することができる。
【００８６】
図１７（ｃ）−（ｆ）の実施例でも図１７（ａ）及び（ｂ）と同様に、先端部を変形することで、荷重分布を均一としたばねを作ることができる。従って、荷重中心がばねの中心と一致し、より安定した荷重中心を形成することができる。
【００８７】
図１８及び図１９では、コイル部と接触する部分は局部的なあたりとなるため、へたりや変形を防止するため、浸炭焼き入れ・窒化処理・ショットピーニング等の強度を高めるための処理をした実施例である。図１８のばね７２６は、座巻開始部７２７から円周方向でほぼ１８０度の位相で対向して設けられた先端部７２８の、隣接するコイル部７２９に接触する部分７３０に浸炭焼き入れ・窒化処理・ショットピーニング等の表面処理を施してある。
【００８８】
図１９では、ばね７３６は、座巻開始部７３７から円周方向でほぼ１８０度の位相で対向して設けられた先端部７３８までのほぼ中間に、隣接するコイル部７３９に接触する部位に突起７４０が固定されている。この突起７４０には、強度を高めるため浸炭焼き入れ・窒化処理・ショットピーニング等の表面処理を施してある。
【００８９】
尚、このような表面処理加工をする部位は、必ずしも先端部を含む座巻側に限定さえすればよい。例えば、図１８において、隣接するコイル部７２９の先端部７２８に接触する面７３１に前記表面処理を施すこともできる。同様に、図１９においては、隣接するコイル部７３９の突起７４０と接触する面７４１に前記表面処理を施すこともできる。すなわち、所定の強度を確保するため接触する部材のいずれか一方、また両方にそのような処理を施すことができる。図１８及び図１９の実施例によれば、ばねの耐久性が向上するという効果が得られる。特に図１９によれば、他部品である突起７４０のみ表面処理するので更にコスト面でも有利となる。
【００９０】
図１８及び図１９に示した、浸炭焼き入れ・窒化処理・ショットピーニング等の表面処理を施すことは、必要に応じて本発明の他のすべての実施例にも適用できることは言うまでもない。
【００９１】
図２０（ａ）及び（ｂ）は、取付時にばね先端上部がコイルに接触するばねの設計や製造が必ずしも安易ではない点を考慮して、取付時にばね先端上部がコイルに接触する高さの立上片を基板に設け、この基板面に圧縮コイルばねの座を接触させ、取付時にコイルと基板の舌片が接触する設定とすることで、簡便に精度の良い機構を得るための実施例を示す。
【００９２】
図２０（ａ）は、ばね７４６を取り付ける台座７５０である。台座７５０は、中央に貫通孔を有する平板な環状部材であるが、円周方向の一部は、軸方向に立ち上がり、そこから半径方向内方に延在するフランジ部７５１となっている。図２０（ｂ）に示すように、座巻開始部７４７と円周方向でほぼ１８０度の位相で対向する先端部７４８とからなるばね７４６の座巻は、台座７５０の環状部７５２に載置される。この際、先端部７４８は、台座７５０の環状部７５２とそこから立ち上がってフランジ部７５１との間で挟まれるように載置される。
【００９３】
従って、取付時にはばね７４６の先端部７４８は隣接するコイル部７４９に接触せず、台座７５０のフランジ部７５１の上面と接触する。このように構成することで、簡便に精度の良いばね組立体が得られる。
【００９４】
図２１は、ばねを載置するための台座に溝を設けた実施例である。ばね７５６は、座巻開始部７５７と、座巻開始部７５７と円周方向で１８０度の位相で対向する位置に先端部７５８が設けられた座巻を備えている。図２１（ｂ）に示すように台座７６０は、ばね７５６の座巻部の径とほぼ同じ肉厚を有し、正面から見るとほぼ正方形の基板である。台座７６０には座巻の先端部７５８が嵌入する溝孔７６１が設けられており、この溝孔７６１に先端部７５８が完全に挿入された状態で、ばね７５６は台座７６０に載置される。この状態を図２１（ａ）が示している。図から明らかなように、ばね７５６の先端部７５８は、溝孔７６１に潜るように嵌合している。従って、先端部７５８は隣接するコイル部７５９には接触しない。隣接するコイル部７５９に接触するのは、先端部７５８の上を覆う、台座の表面部７７０である。このように構成することで、更に簡便に精度の良いばねユニットが得られる。なお、図２２では、台座７６０は、円筒部材７６２に合わせて円形にすることもできる。
【００９５】
しかしながら、上記機構は振動等によりコイルが内部で移動してずれる恐れがあるため、これを防ぐ必要がある。このための実施例が図２２に示したものである。基本的な構成は、図２１の実施例にしめすばね７５６と台座７６０との関係と同じである。しかし、台座７６０の上部のばね７５６の載置側に弾性を有するほぼ円筒形の円筒部材を固定してある点で異なる。このようにすることで、取付時にばね７５６が円筒部材７６２の表面に接触して、摩擦等によりばね７５６の回動することにより移動することなどが防げる。従って、精度をより高めることができる。
【００９６】
最後に、図２３及び２４は、ばね７６６、ピストン部材１２、平板な板部材である台座８６０との関係を示す他の例である。図２３（ｂ）に示すばね７６６は、コイルの軸方向の一端と他端とで座巻の状態が異なる。一端では、座巻開始部７６７と座巻の先端部７６８は、円周方向の位相が１８０度ではなく、２７０度から３６０度の間にある。また、他端では、上述の他の実施例と同様に座巻開始部７７７と先端部７７８との位置は円周方向でほぼ１８０度の位相となっている。一端の座巻は、図２３（ａ）に示してあり、他端の座巻は図２３（ｃ）に示してある。
【００９７】
図２４は、図２３のばね７６６をピストン部材１２と台座８６０間に取り付けた状態を示している。図２３（ａ）に示すばね７６６の一端側が台座８６０に接触しており、図２３（ｃ）に示す他端側がピストン部材１２に当接している。すなわち、荷重中心の一致と当たりの確実性を要求されるピストン側には座巻開始部７７７と先端部７７８とが円周方向でほぼ１８０度の位相で設けられているばね７６６の他端側が位置するようにばね７６６を取り付ける。このようにすれば、ばねのコイルの軸方向両側で座巻を揃える必要がない。
【００９８】
本発明は、特に有効巻数３巻未満の圧縮コイルばねの問題について述べているが、これは構造上問題が顕在化しやすいものが有効巻数３巻未満の圧縮コイルばねであるというだけで、３巻以上の圧縮コイルばねも同様な問題を抱えているものである。よって、本発明は、有効巻数３巻以上の圧縮コイルばねに適用して、有効巻数３巻未満のばねと同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００９９】
また、座巻の座巻開始部と先端部との関係は、ばねの取付方向の両側で、まったく同じにするかどうかは任意である。例えば、図２３に示すようにばねの取付方向の一端でのみ座巻開始部と先端部との位相をほぼ１８０度にすることができる。また、両端とも両者がほぼ１８０度の位相にする場合でも、両端で座巻の開始位置を１８０度変えることもでき、この場合、より精度が向上したばねが得られる。
【０１００】
更に、ピストン部材に対してのばねの取付に関しては、直接ばねをピストン部材に当接させることもできるが、例えば、図９等に示すような台座を介して取り付けることもできる。
【０１０１】
【発明の効果】
以上説明した本発明の圧縮コイルばね及び圧縮コイルばねを用いたばねユニットによれば、次のような効果が得られる。
【０１０２】
(1) 設計上の荷重中心（ばねの中心）が真の荷重中心と一致するため、ピストン部材の傾きが防げる。
【０１０３】
(2) 車両用の自動変速機の摩擦係合装置に用いられると、ピストン部材の傾きがないため、係合解放が速やかに行われるため、変速ショックが少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧縮コイルばねが適用された自動変速機の断面図である。
【図２Ａ】（ａ）は、本発明の第１実施例を示しており、（イ）は、ばねの正面図、（ロ）はばね取付時の側面図、（ハ）は取付前の側面図である。
（ｂ）は、本発明の第２実施例を示しており、（イ）は、ばねの正面図、（ロ）はばね取付前の側面図、（ハ）は、（イ）とは反対側から見たばねの正面図である。
（ｃ）は、本発明の第３実施例を示しており、（イ）は、ばねの正面図、（ロ）はばね取付前の側面図、（ハ）は、（イ）とは反対側から見たばねの正面図である。
（ｄ）は、本発明の第４実施例を示しており、（イ）は、ばねの正面図、（ロ）はばね取付時の側面図である。
【図２Ｂ】（ｅ）は、本発明の第５実施例を示しており、（イ）は、ばねの正面図、（ロ）はばね取付前の側面図である。
（ｆ）は、本発明の第６実施例を示しており、（イ）は、ばねの正面図、（ロ）はばね取付前の側面図である。
（ｇ）は、本発明の第７実施例を示しており、（イ）は、ばねの正面図、（ロ）はばね取付前の側面図である。
（ｈ）は、本発明の第８実施例を示しており、（イ）は、取付前のばねの側面図、（ロ）は、（イ）のＡ−Ａ線に沿ったばね先端部の矢視方向から見た断面図である。
【図３】本発明の第９実施例を示しており、（ａ）は、ばねの正面図、（ｂ）は、（ａ）の変形例を示すばねの正面図、（ｃ）は取付前のばねの側面図である。
【図４】本発明の第１０実施例を示しており、（ａ）は台座の正面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿った矢視方向から見た断面図である。
【図５】本発明の第１０実施例を示しており、台座にばねを載置した状態を示す側面図（台座は断面図）である。
【図６】本発明の第１０実施例を示しており、図５のＢ−Ｂ線に沿った矢視方向から見た、台座にばねを載置した状態を示す側面図（台座は断面図）である。
【図７】本発明の第１１実施例を示しており、（ａ）は台座の正面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿った矢視方向から見た断面図である。
【図８】本発明の第１１実施例を示しており、台座にばねを載置した状態を示す側面図（台座は断面図）である。
【図９】本発明の第１２実施例を示しており、（ａ）は台座の正面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿った矢視方向から見た断面図である。
【図１０】本発明の第１２実施例を示す取付前のばねの側面図である。
【図１１】本発明の第１３実施例を示す取付時のばねの側面図である。
【図１２】本発明の第１３実施例を示すばねの先端部の部分斜視図であり、先端部に設ける突起の各種の変更例を示している。
【図１３】本発明の第１３実施例を示すばねの先端部の部分斜視図であり、先端部に設ける突起の各種の変更例を示している。
【図１４】本発明の第１４実施例を示しており、（ａ）は取付前のばねの側面図であり、（ｂ）は、突起を形成するためにばねに取り付けられる他部品の一例を示す斜視図である。
【図１５】本発明の第１５実施例を示しており、（ａ）は、ばねの正面図、（ｂ）は、取付時のばねの側面図である。
【図１６】本発明の第１６実施例を示しており、（ａ）は、ばねの正面図、（ｂ）は、取付時のばねの側面図である。
【図１７】本発明の第１７実施例を示しており、（ａ）−（ｄ）は、ばねの先端形状の変形例を示すばねの正面図であり、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ（ｃ）及び（ｄ）に対応する先端部の詳細を示す部分斜視図である。
【図１８】本発明の第１８実施例を示しており、（ａ）は、ばねの先端部に表面処理をした取付前のばねの側面図、（ｂ）は、ばねの座巻の中間部に表面処理をした取付前のばねの側面図である。
【図１９】本発明の第１８実施例を示しており、（ａ）は、ばねの先端部に表面処理をした取付前のばねの側面図、（ｂ）は、ばねの座巻の中間部に表面処理をした取付前のばねの側面図である。
【図２０】本発明の第１９実施例を示しており、（ａ）は台座の正面図、（ｂ）は（ａ）の題材に載置されたばねを取り付け前の状態で示す側面図（台座は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った矢視方向より見た断面図）である。
【図２１】本発明の第２０実施例を示しており、（ａ）は台座に嵌合したばねを取り付け前の状態で示す側面図（台座は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った矢視方向より見た断面図）、（ｂ）は（ａ）で右方向より見た台座及びばねの正面図である。
【図２２】本発明の第２１実施例を示しており、円筒部材を有する台座に嵌合したばねを取り付け前の状態で示す側面図（台座は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った矢視方向より見た断面図）である。
【図２３】本発明の第２２実施例を示しており、（ａ）はばねの取付方向の一端部の正面図、（ｂ）はばねの側面図、（ｃ）は、ばねの他端部の正面図である。
【図２４】本発明の第２２実施例を示しており、ばねがピストン部材と台座との間に取り付けられた状態を示す側面図（台座は断面図）である。
【図２５】圧縮コイルばねの荷重とたわみの関係を示すグラフである。
【図２６】従来の自動変速機の軸方向断面図である。
【図２７】図２６のＡ部の詳細であり、従来例のクラッチ部の断面図である。
【図２８】ＪＩＳによる圧縮コイルばねの端末形状である。
【図２９】圧縮コイルばねの各部の説明図である。
【図３０】圧縮コイルばねの座巻部の展開図である。
【図３１】先端部と座巻開始部の端から断面積が一致する領域の中心を説明する図であり、（ａ）は、ばねの正面図であり、（ｂ）は、ばねの材料である線材の断面である。
【図３２】圧縮コイルばねの荷重分布を示す図であり、（ａ）は下部座面の荷重分布を示す図であり、２つの円の外側がコイルの外径、内側が内径を示している。また（ｂ）は、上部座面の荷重分布を示しており、２つの円の外側がコイルの外径、内側が内径を示している。
【図３３】従来のクローズドエンド型の圧縮コイルばねの側面図である。
【符号の説明】
１０：自動変速機
１２：ピストン部材
１３：摩擦係合装置
１４：摩擦板
１６、２６、３６、４６、５６、６６、７６、８６、９６、１０６、１１６、１２６、１３６、１４６、１５６、１７６、１８６、１９６、４１６、５１６、６１６、７１６、７２６、７３６、７４６、７５６、７６６：圧縮コイルばね（リターンスプリング）
２１０、７５０、７６０、８６０：台座
【産業上の利用分野】
本発明は、コイルばねに関し、特に車両用自動変速機に代表される変速機構の切替えに用いられる摩擦係合装置であるクラッチ及びブレーキの係合解放に用いられる圧縮コイルばねに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、エネルギー問題及び環境問題から自動変速機には、小型軽量であり、かつ耐久性の高いものが求められている。このような自動変速機の摩擦係合装置においては、燃費低減、作動ショックの低減のため、走行中におけるクラッチの連続滑り状態を拡大し、クラッチ効率を変化させたり、クラッチ係合時にエンジンを制御し、入力トルク／クラッチ容量の比を低下させるなど、高度な制御が数多く採用されつつある。
【０００３】
図２６は、従来の自動変速機１００を示す。図２７は、図２６のＡ部の拡大断面図であり、自動変速機１００の一部に用いられる摩擦係合装置１１０を示している。
【０００４】
クラッチハブ３に支持された湿式摩擦材を芯金に貼りつけた駆動側プレート４は、クラッチドラム３０に支持された受動側プレート２と交互に装着されている。油圧によりピストン６が作動することにより受動側プレート２と駆動側プレート４（以下摩擦板２、４）が係合し、動力を伝達する。その後、油圧が下降すると、摩擦版２から摩擦版４を引き離すリターンスプリング７ａの付勢力が油圧力を上回り、ピストン６が係合前の状態に戻り、摩擦板２と４は係合状態から解放され、動力の伝達が遮断される。すなわち、圧縮コイルばねである、リターンスプリング７ａは、摩擦板どうしの係合、解放を精確に制御するため安定した付勢力を与える必要がある。
【０００５】
従来用いられている圧縮コイルばね（リターンスプリング）としては、コイル端部が図２８（ａ）−（ｇ）に示す７種類のものがＪＩＳに定められている。座面（コイル端部のうち図３０のＡ′からＢ間の斜線部と接触する面）のすわりをよくして直角度を良好に保ち、荷重の偏心や座屈を防止するため、研削加工されたクローズドエンドが一般的には多く用いられる。端部は経済的な面から研削されない場合も多いが、テーパ加工する場合は、図３０に示すように先端の厚さは材料直径の１／４、テーパ部の長さは約３／４巻にとられているのが通常である。
【０００６】
ばねの端部の構造は、図２９に示す座巻（斜線部：コイルばねの端部で見掛け上、ばねとして作用しない部分）から正規のピッチを備えた部分にいたるまでピッチ角が０から連続的に変化している。このために、ばねに荷重を加えていくと座巻に近い部分のコイルは互いに接触を始め、有効巻数が減少する。つまり、座巻から正規のピッチにいたるまでは不等ピッチになっているからであり、座巻の線の傾斜角よりコイル部のピッチ角が大きいので、そのピッチ角に到着するまでの範囲は角度が次第に増大するように成形せざるをえない。従って、図３０に示すように圧縮が始まると座巻に近い部分のコイルは、傾斜角βからピッチ角αになるまで順次にコイルの接触を生じ、有効巻数が減少することになる。しかし、接触し始める部分（Ａ点）は、製造上の精度の面からたわみが開始してからどのくらいで接触し始めるかは不確実であり、また、クローズドエンドのようにＡ点のスキマをたとえゼロとしても、荷重によって線がねじられる影響からずれが生じ、必ずしもたわみ開始とともに接触するかは不確実である。そのため、荷重とたわみの関係は、圧縮の始めにおいては図２５のａ部のように非線形になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、荷重とたわみの比例関係が成り立ち始めるのは荷重をある程度加えてからで、通常のばねではたわみ量が全たわみ量（自由高さと密着高さの差）の１０％以上に達してからであり、実際には、図２５に示すようにばね特性の安全率を加味して、たわみと荷重の関係の線形関係が確実に得られる領域までたわませた状態（たわみ：δ1 以上）で使う必要があった。
【０００８】
また、ばねをさらに圧縮して密着点近くまでくると急激にばね定数が増加する。これが図２５における非線形部ｂで示す状態であり、ばねが密着荷重に近づくと、等ピッチであるべきコイル部のわずかなピッチの不同で部分的な接触が始まり、やがて全面接触になるためである。これはピッチ不同のため有効巻数の現象が生ずることによるもので、ＪＩＳでは全たわみの８０％以内での座巻部に接する部分を除くコイルの接触は生じてはならないと規定している。このように厳密に見た場合には、有効巻数がたわみとともに変化するため、たわみの全域でばね定数は一定でない。
【０００９】
座巻のある圧縮コイルばねは全たわみの間に有効巻数が０．５巻くらい変化するので、巻数の多いほど座巻の影響は少ないことになる。逆にいえば、少なくとも有効巻数が３巻未満のばねの場合には非線形特性が著しいということで、ＪＩＳでは一般的に有効巻数が３巻以上となるように定めている。
【００１０】
しかしながら、従来、特に自動変速機の摩擦係合装置としては、係合解放用ばねは低荷重の圧縮コイルばね７ａをピストン６の円周方向上に多数配置し、必要荷重を設定していた。これに対して、装置の小型軽量化の手法として、太い材料直径・少ない有効巻数の圧縮コイルばねを用いて、部品点数の削減と限られた容積でかつ少ないたわみで高荷重を成立させる有効巻数が３巻未満の圧縮コイルばねの採用が近年多くなってきている。（例えば、図１に示すように圧縮コイルばね１６を参照）ところが、有効巻数が３巻未満の車両の自動変速機用の摩擦係合装置のばねは、上述のように、安定して使用できる線形領域は限られたものとなっており、作動上、必ずしも安定領域で使用されているとは限らない。
【００１１】
また、
▲１▼ コイルと接触するＡ点の底Ａ′点と座巻の始まる点Ｂ点で荷重を支持するため、特に２点に荷重が集中することにより、上部と下部の荷重の合力による荷重中心が存在し、設計上の荷重中心（ばねの中心）とのズレが作動時に、ばねの荷重方向を傾斜させ、ばねを傾斜させる。その結果、ピストン面を傾ける恐れがある。
【００１２】
▲２▼ ばね自身が摩擦係合装置内で回転する仕様の場合、荷重方向を傾斜させたコイルは、中心軸がずれていることと、巻数が少ないことによるコイル巻数の非対称から、遠心力の影響を大きく受け、作動時にばねの荷重方向をより傾斜させる力を与える。その結果、ピストン面の傾きが更に増大する恐れがある。
【００１３】
この２点のばねの荷重方向を傾斜させる要因とばねの非線形特性が、摩擦係合装置に悪影響を及ぼす。
【００１４】
その悪影響とは、自動変速機の小型・軽量化の流れから、摩擦係合装置の摩擦板２、４は、より平面精度が高められ、プレート間のクリアランスもスペース等の制約で必要最小限に抑えられてきているため、変速時、
【００１５】
(a) 摩擦板２、４同士がピストン面の傾きによって、低温下における潤滑油の粘性抵抗と摩擦板２、４同士の接触による引きずりトルク（動力）が駆動側から受動側に伝達され、ニュートラル状態であるにもかかわらず車両が動き出す問題が発生する。
【００１６】
(b) 摩擦板２、４同士がピストン面の傾きによって、係合初期、設定以上に早く接触が開始したり、係合油圧を解放のために下げていっても、設定通りにピストンが元の状態（係合前の状態）に戻らないことにより、交互の切替えによって変速を行う２つの係合装置が速やかに係合解放できず、車両における変速ショックや急激な減速等が発生する。
【００１７】
この問題は、ばね設計に関する問題であるが、従来言われてきた座巻の仕上げの影響によるばねの巻軸のわん曲、荷重の偏心とは別物であり、座面に発生する面圧の荷重分布の不均一、ばねの非線形特性およびコイル巻数の少なさが要因となって、摩擦板２、４を押すピストン面の不均一な荷重分布の発生やシリンダーとの摩擦を発生させるピストンの傾きが、係合解放時の摩擦板の作動性や変速性能の悪化につながっているものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
油圧がピストン室に供給され始めると、ばねの各要素のばらつきによる図２６の非線形部ａの荷重と正規のピッチを備えた部分にいたるまでのたわみ量のばらつきは、ピストンの動きすなわち摩擦板の初期の動きに影響を与え、係合タイミングのズレとして現れるため、従来、ばね特性の安全率を加味して、たわみと荷重の関係の線形関係が確実に得られる領域までたわませた状態を取付時高さ（δ1 ）としていた。
【００１９】
ここで、図３３に図示の有効巻数２．５巻、テーパ部の長さを約３／４巻としたクローズドエンド型の圧縮コイルばねのばね形状と矢視方向の座面から見た、指定荷重時の荷重分布の一例を図３２に示す。
【００２０】
荷重分布図における荷重分布の形状は、座面が接触する部分の形状であり、荷重の大きさは、色の濃淡によって検出される。まず荷重分布図３２（ａ）によると、圧縮コイルばねの先端が直線状に切られている場合、先端部の座面の方が荷重面積が多いことから、先端部に荷重が高く集中する傾向にあり、下部座面の荷重中心は中心より先端部の方へずれる。また荷重分布図３２（ｂ）によると、先端部と座巻の始まり部以外に座面のうねりの影響から部分的な接触が存在することが幸いし、上部座面の荷重中心はより中心に近くなっている。しかし、ばねの荷重中心を考えた場合、上下面の中心を結んだものがばねの真の荷重中心となるため、結局、設計上の荷重中心（ばねの中心）とは一致しないことは、荷重分布図から明らかとなる。
【００２１】
本発明では、オープンエンドのばねを取付時にばね先端上部のみをコイルに接触させる設計とする等により、図２５の非線形部ａを取付高さ（取付時のばねの長さ）の状態（δ0 ）から排除することができ、線形のばね特性をばねの稼動長さとして最大限に活用することができる。同時に先端部と座巻の始まり部とがほぼ１８０度対称の位置にあることにより、両端の座の荷重の集中が、１８０度対称の位置となることから、荷重の作用する荷重方向が中心に移動し、設計上の荷重中心と一致することで、摩擦板２、４を動かすピストン面の傾きを減少させることができる。
【００２２】
ここで、本発明の特許請求の範囲としている「座巻開始部と座巻の先端部とが円周方向でほぼ１８０度対称の位置」という定義を明確にすると、荷重分布の結果より、荷重が発生している領域は先端部と座巻の始まり部、その中でも特に荷重が高い領域は、端から材料の断面積とほぼ一致する範囲であることがわかった。そこで、荷重の理想的なバランスを考慮し、ばねの中心線と先端部および座巻の始まり部の端から材料の断面積と一致する形状の中心線を一致させる。つまり特許請求の範囲は、お互いの中心線をほぼ１８０度対称の位置に設定しているという意味である。
【００２３】
つまり、図３１に示すように、先端部と座巻の始まり部の端から断面積が一致する領域の中心線を見出し、ばねの中心線と一致させたことであり、先端部と座巻の始まり部の端がほぼ１８０度対称の位置あるということではない。よって、単なる端がほぼ１８０度対称の位置にあるとは異なった意味を持つ（図３１の例は、材料断面が円形である一般的な線材を用いた場合である）。
【００２４】
また、取付時にばね先端上部をコイルに接触させる設計とすることが重要なのは、例えば先端部と座巻の始まり部とが１８０度対称の位置にあったとしても、ばねを若干たわませた時、先端部と座巻の始まり部が受ける荷重は座巻の始まり部の方が大きいため、荷重の中心は座巻の始まり部の方に移動し、設計上の荷重中心と一致しないためである。したがって、取付時にばね先端上部をコイルに接触させる設計とすることで、荷重の作用する荷重中心と設計上の荷重中心を一致させることができる。
【００２５】
クローズドエンド、特に太線を用いている場合、製造上、ばね先端上部のＡ点におけるスキマを０、すなわち自由高さ時にばね先端上部をコイルに接触させることが厳密には難しい。しかしながら、オープンエンドと同様に、クローズドエンドでも取付時に、ばね先端上部をコイルに接触させる設計とすることで同様の効果が期待される。しかし、指定荷重の設定がある場合、スキマの小さいクローズドエンドでは初期状態で十分な荷重を発生させる事ができず、オープンエンドに比較して線形のばね特性をばねの稼動長さとして最大限に活用する範囲が小さくなる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
オープンエンドのばねの取付時にばね先端上部をコイルに接触させることにより、図２６の非線形部ａを取付高さ（長さ）の状態から排除することができ、線形のばね特性をばねの稼動長さ（δ0 −δ3 ）として最大限に有効活用できる（図２６の→印が効果的）ことから、ばねを設計する上で、たわみ（δ）と荷重（Ｐ）の関係をより広い範囲で検討でき、材料直径・巻数およびコイル径の設計自由度が増す。また、ばねの先端部と座巻の始まり部の荷重の集中を材料直径の断面積を考慮した設計を行うことにより、先端部と座巻の始まり部を１８０度対称の位置、荷重の作用する荷重中心と設計上の荷重（ばね）中心を一致させることができ、摩擦板２、４を動かすピストン面の中心軸に対する傾きを減少させることができる。図２Ａの（ａ）参照。
【００２７】
しかし、先端部と座巻の始まり部がほぼ１８０度対称の位置であっても、ばねの上下における座の始まり部と先端部は、巻数によって一致しない。また、材料が太く、先端部が直線に切り取られた形状の場合、座面における先端部と座巻の始まり部の幅（径方向の寸法）の差は必然的に大きくなってしまい、お互いの中心（材料の断面積と同一面積における）を一致させても負担する荷重の周方向の幅（形状）が大きく異なり、荷重中心がばねの中心からはずれることがある。そこで、ばねを設計する上で、先端部と座巻の始まり部を上下位置において１８０度対称もしくは、同位置に座をつくることを最優先として材料直径等を決定することにより、荷重分布を常にばねの上下位置（ほぼ１８０度対称）で一致させることができるため、より安定した荷重中心を形成させたばねとすることができる。図２Ａの（ｂ）及び（ｃ）参照。
【００２８】
クローズドエンドのばねも同様に、ばねの先端部が座巻の始まり部と１８０度対称の位置とし、取付時高さ時にばね先端上部がコイルに接触させることにより、荷重の作用する荷重中心と設計上の荷重中心が一致し、摩擦板２、４を動かすピストン面の傾きは減少する。図２Ａの（ｄ）参照。
【００２９】
一般的な丸い材料を用いた場合、例えば研削を施した座巻の始まり部の形状は、図２９に示されるように先端に向かって徐々に大きくなる形状となる。これは、荷重分布における形状と一致するため、ばねの先端形状を座巻の始まり部と形状を同一（近似）とするか先端部の底形状（座面）を座巻の始まり部と形状を同一（近似）とすることにより、荷重分布は均一になる。また、座巻の始まり部の座面上の一部を削り取る等の加工により、接触しない領域を作り、座巻の始まり部をばねの先端形状と形状を同一（近似）とすることにより、同様に荷重分布は均一となる。従って、荷重中心がばねの中心と一致し、より安定した荷重中心を形成することができる。図２Ｂの（ｅ）及び（ｆ）参照。
【００３０】
ばねの先端上部が、取付時にコイルのピッチ角に平行となるように面取り加工に相当する機械加工を行うことにより、点もしくは線で接触していた先端上部を面で接触させることにより、より接触点をより安定させる。図２Ｂの（ｇ）参照。
【００３１】
同様に、先端上部もしくは材料の断面形状をばねの高さ方向に凹とさせることにより、接触の安定を図る。その際コイルの途中で材料をねじることによって、先端上部の凹部は上下対称とすることができる。図２Ｂの（ｈ）参照。
【００３２】
他部品と接触する座の荷重分布は、座巻の始まりの部分と先端部が極端に強くあたり、また、他の部分は平面度やうねりの影響を受け、荷重分布は安定しない。それに伴い、荷重中心はばねの中心からずれてしまう。そこで、座巻の始まりの部分と先端部が安定してあたるよう座巻の始まりの部分と先端部を除いた、少なくとも１／２の座の部分は接触しないように凹となっていることを特徴とする。また、その際座巻の始まりの部分と先端部の座の面積を同一にすることにより、荷重分布がより安定し、荷重中心がばねの中心と一致させることができる。図３（ａ）−（ｃ）参照。
【００３３】
同様の考えに基づいて、ばねの内外径と一致する円周上ほぼ１８０度対称となる２個所に凸部を設け、座巻の始まりの部分と先端部を一致させ、台座もしくは部品の間にばねをはさむことにより、座を削ることなく荷重分布を安定させる。図４（ａ）及び（ｂ）また図５及び図６参照。
【００３４】
更に、振動等により台座間でばねが移動し、安定した性能が維持できないことを排除するため、ばねの先端部を固定する部位を設けている。図７−９参照。
【００３５】
一般に、座巻をテーパ加工する場合は、先端の厚さは材料直径の１／４、テーパ部の長さは約３／４巻にとられているのが通常である。しかし、今まで述べているように、取付時にばね先端上部がコイルに接触する位置によって荷重中心がずれてしまう問題点がある。また、ばねを設計する上で、先端部と座巻の始まり部を上下位置においてほぼ１８０度対称もしくは、同位置に座をつくることを最優先として材料直径等を決定することが不可能な場合がある。そこで取付時にばねの座の反対面のコイルと接触する一部分を、ばねの高さ方向に凸部を形成するように機械加工するか、もしくは材料を折り曲げることにより形成させ、かつ座巻の始まり部と１８０度対称の位置とさせることにより、従来の座りの安定性を兼ね備え、荷重中心をばねの中心と一致させることできる。図１０−１１参照。
【００３６】
また、他部品を接合もしくは環状の部品を先端部から挿入する等により凸部を形成させ、同様の効果を得ることもできる。図１２−１４参照。
【００３７】
座巻の材料上部の接触部形状は、平坦とする。または、少なくとも先端部を含めた材料の断面形状を矩形とすることで接触部の安定を得る。図１５及び１６図参照。
【００３８】
他部品と接触する座の荷重分布は、座巻の始まりの部分と先端部が極端に強くあたるが、先端形状によっては、荷重分布がばねの内外径の範囲で移動する。そこで、他部品と接触するばね先端部の座の中心を、ばねの内外径の範囲内で径方向にずらし、はみ出した部分を削除することにより、内外径の寸法上は何ら変化しないばねをつくる。同様に先端部分の一部を削除することにより、荷重分布を均一としたばねをつくる。従って、荷重中心がばねの中心と一致し、より安定した荷重中心を形成することができる。図１７参照。
【００３９】
コイルと接触する部分は局部的なあたりとなるため、へたりや変形を防止するため、浸炭焼き入れ・窒化処理・ショットピーニング等の強度を高めるための加工を行い、耐久性の向上を図る。図１８参照。
【００４０】
同様に凸部を形成する他部品のみ強度を高めるための処理を行い、コスト面と耐久面の両立を図る。図１９参照。
【００４１】
取付時にばね先端上部がコイルに接触するばねの設計や製造は、必ずしも安易ではないため、取付時にばね先端上部がコイルに接触する高さの立上片を基板に設け、この基板面に圧縮コイルばねの座を接触させ、取付時にコイルと基板の舌片が接触する設定とすることで、簡便に精度の良い機構を得る。図２０参照。
【００４２】
同様に、穴と溝を形成した板もしくは円盤が取付時にコイルに接触する位置に挿入することにより、簡便な機構を得る。図２１参照。
【００４３】
しかしながら、この機構は振動等によりコイル内部を移動する可能性があるため、弾性体の壁面を持つ円筒状の基板により固定することで、精度をより高める。図２２参照。
【００４４】
よって、本発明は、前記のような課題を解決するために、ばねの先端部が座巻の始まり部とほぼ１８０度対称の位置であり、取付時にばね先端上部がコイルに接触することにより、荷重の作用する荷重中心と設計上の荷重中心を一致させることにより、圧縮コイルばねの座の荷重分布を改善することにより前記問題点を解決するものである。
【００４５】
【実施例】
以下、添付図面を参照して、本発明の各実施例を説明する。尚、図面において同一部分は同一符号で示してある。尚、以下の各実施例において、圧縮コイルばねは、所定のばね定数を有する断面がほぼ円形の線材から形成されている。
【００４６】
図１は、本発明の圧縮コイルばねが適用できる車両用の自動変速機の軸方向断面図である。自動変速機１０は、不図示のエンジンからの動力を断続するロックアップクラッチ付きのトルクコンバータ１１と、多数の摩擦板を交互に配置した自動変速機構である摩擦係合装置１３とを備えている。摩擦係合装置１３は、摩擦板どうしを係合離脱させるためのピストン部材１２とピストン部材１２が軸方向移動自在に嵌合する出力軸１５とを備えている。出力軸１５の周囲には、圧縮コイルばね１６が嵌装されている。
【００４７】
油圧制御されるピストン部材１６は、摩擦板どうしを係合させる。ピストン部材１２による押圧が解除されると摩擦板どうしの係合は解かれるが、その際圧縮コイルばね１６が各摩擦板が係合しない中立位置に保持されるように、ピストン１２に対して所定の反力を与えるためのリターンスプリングの機能を備えている。
【００４８】
以下、上述のように用いられる圧縮コイルばねの各実施例を詳細に説明する。尚、図１では出力軸１５、すなわちピストン部材１２に対して単一の圧縮コイルばね１６を用いているが、必要であれば、出力軸１５の円周方向に複数、以下説明する各実施例の圧縮コイルばね１６を配置することもできる。また、以下説明の便宜上、本明細書では「圧縮コイルばね」を単に「ばね」と称する。
【００４９】
図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の各実施例の圧縮コイルばねを示している。図２Ａの（ａ）の（イ）は、ばね２６の一端面の正面図であり、ばね２６の端部では座巻開始部２７と先端部２８とが円周方向でほぼ１８０度の位相に、すなわち円周方向でほぼ対向する位置に設けられている。図２Ａの（ａ）において、座巻のうち、座巻開始部２７から先端部２８までほぼ半周（１８０度）にわたりばね２６の座は研削加工により平坦化されている。尚、先端部２８の先端は、研削部との境界が丸く形成されている。（ロ）はばね２６の軸方向一端部を取付時の状態で示している。座巻の先端部２８は、研削加工された側と反対側でばね２６の隣接するコイル部２９に接触している。したがって、荷重の作用する荷重中心と設計上の荷重（ばね）中心を一致させることができ、ピストン部材１２の傾きを防ぐことができる。また、（ハ）は、取付前のばね２６を示している。取付前のばね２６は、座巻の先端部２８が隣接するコイル部２９に接触していない。
【００５０】
図２Ａの（ｂ）の（イ）は、ばね３６の一端面の正面図であり、ばね３６の端部では座巻開始部３７と先端部３８とが円周方向でほぼ１８０度の位相に、すなわち円周方向でほぼ対向する位置に設けられている。図２Ａの（ｂ）において、座巻のうち、座巻開始部３７から先端部３８までほぼ半周（１８０度）にわたりばね３６の座は研削加工により平坦化されている。尚、先端部３８の先端は研削部の境界が直線で形成されている。（ロ）はばね３６の軸方向一端部を取付前の状態で示している。座巻の先端部３８は、取付時には研削加工された側と反対側でばね３６の隣接するコイル部３９と接触する。また、（ハ）は、ばね３６の他端の正面図であり、座巻の先端部３８と座巻開始部３７とは、（イ）に示す端部と同位相（円周方向ほぼ１８０度対称）で設けられている。本実施例でも、荷重の作用する荷重中心と設計上の荷重（ばね）中心を一致させることができ、ピストン部材１２の傾きを防ぐことができる。
【００５１】
図２Ａの（ｃ）の（イ）は、ばね４６の一端面の正面図であり、ばね４６の端部では座巻開始部４７と先端部４８とが円周方向でほぼ１８０度の位相に、すなわち円周方向でほぼ対向する位置に設けられている。図２Ａの（ｃ）において、座巻のうち、座巻開始部４７から先端部４８までほぼ半周（１８０度）にわたりばね４６の座は研削加工により平坦化されている。尚、先端部４８の先端は研削部の境界が直線で形成されている。（ロ）はばね４６を取付前の状態で示している。座巻の先端部４８は、取付時には研削加工された側と反対側でばね４６の隣接するコイル部４９と接触する。また、（ハ）は、ばね４６の他端の正面図であり、座巻の先端部４８と座巻開始部４７とは、（イ）に示す端部と逆位相（円周方向でばね４６の軸と対称に）で設けられている。本実施例でも、荷重の作用する荷重中心と設計上の荷重（ばね）中心を一致させることができ、ピストン部材１２の傾きを防ぐことができる。
【００５２】
尚、上述の図２Ａの（ａ）−（ｃ）に示す各実施例ではばねの座はオープンエンドとなっている。
【００５３】
図２Ａの（ｄ）の（イ）は、ばね５６の一端面の正面図であり、ばね５６の端部では座巻開始部５７と先端部５８とが円周方向でほぼ１８０度の位相に、すなわち円周方向でほぼ対向する位置に設けられている。図２Ａの（ｄ）において、座巻開始部５７から先端部５８までの座巻部分は、特別な加工はされていない。（ロ）はばね５６の取付時の状態で示している。座巻の先端部５８は、取付時にばね５６の隣接するコイル部５９と接触している。また、座巻部分は他のコイル部分と同様に断面円形である。本実施例でも、荷重の作用する荷重中心と設計上の荷重（ばね）中心を一致させることができ、ピストン部材１２の傾きを防ぐことができる。
【００５４】
図２Ｂの（ｅ）の（イ）は、ばね６６の一端面の正面図であり、ばね６６の端部では座巻開始部６７と先端部６８とが円周方向でほぼ１８０度の位相に、すなわち円周方向でほぼ対向する位置に設けられている。図２Ｂの（ｅ）においては、座巻の先端部６８の座面の形状を座巻開始部６７のＶ字型の平面形状とほぼ同一としている。このため、先端部６８は他の座巻部分と同様に研削により平坦にされているが、図示のように更にその一部を研削により削ってある。残った部分の形状は、座巻開始部６７の平面形状とほぼ同じになっている。（ロ）はばね６６の取付前の状態を示している。取付時には、先端部６８と隣接するコイル部６９とが接触する。本実施例でも、荷重分布が均一となり、荷重の作用する荷重中心と設計上の荷重（ばね）中心を一致させることができ、ピストン部材１２の傾きを防ぐことができる。
【００５５】
図２Ｂの（ｆ）の（イ）は、ばね７６の一端面の正面図であり、ばね７６の端部では座巻開始部７７と先端７８とが円周方向でほぼ１８０度の位相に、すなわち円周方向でほぼ対向する位置に設けられている。図２Ｂの（ｆ）においては、先端部７８の終端は線材を横断するようにほぼ直線状に規定されている。但し、座巻開始部７７の研削形状を先端部７８に合わせるため、（ロ）に示すように、座巻開始部７７の末端の一部は更に研削されて、線材を横断するようにほぼ直線状に規定された段部７９となっている。この結果、座巻開始部７７と先端部７８とが同一の形状になり、より安定した荷重中心が得られる。尚、（ロ）はばね７６の取付前の状態を示している。本実施例でも、荷重分布が均一となり、荷重の作用する荷重中心と設計上の荷重（ばね）中心を一致させることができ、ピストン部材１２の傾きを防ぐことができる。
【００５６】
図２Ｂの（ｇ）の（イ）は、ばね８６の一端面の正面図であり、ばね８６の端部では座巻開始部８７と先端８８とが円周方向でほぼ１８０度の位相に、すなわち円周方向でほぼ対向する位置に設けられている。図２Ｂの（ｇ）においては、先端部８８の終端はほぼ直線状に形成されている。座巻部分全体が研削加工されてほぼ平坦になっている。また、（ロ）に示すように、本実施例では先端部８８の研削されていない側の面も一部研削されている。この平坦な研削面９０は、ばね８８の取付時に隣り合うコイル部８９の外周に接触する。この結果、コイル部８９と先端部８８との接触が安定する尚、（ロ）はばね８６の取付前の状態を示している。本実施例でも、荷重の作用する荷重中心と設計上の荷重（ばね）中心を一致させることができ、ピストン部材１２の傾きを防ぐことができる。
【００５７】
図２Ｂの（ｇ）の実施例と同様に、ばねと隣接するコイル部との接触の安定を図るための改良の他例が図２Ｂの（ｈ）に示した実施例である。（イ）は、オープンエンド型のばね９６の側面図であり、ばね９６の端部では座巻開始部９７と先端９８とが円周方向でほぼ１８０度の位相に、すなわち円周方向でほぼ対向する位置に設けられている。（イ）のＡ−Ａ線で切った断面図である（ロ）に示すように、先端部９８は、座となる研削された平坦部１０１と対向し、隣接するコイル部９９と接触する側が凹部１００となっている。凹部１００は、ばね９６の取付時に隣り合うコイル部９９の外周に接触する。この結果、コイル部９９と先端部９８との接触が安定する。より安定させるためには、凹部１００の曲率はばね９６の断面の曲率と一致させることが好ましい。すなわち、凹部１００とコイル部９９とは互いに相補的な形状を有するようにすることが好ましい。尚、（イ）はばね９６の取付前の状態を示している。本実施例でも、荷重の作用する荷重中心と設計上の荷重（ばね）中心を一致させることができ、ピストン部材１２の傾きを防ぐことができる。また、コイルの途中で線材をねじることにより、先端上部の凹部を上下対称とすることができる。
【００５８】
尚、上述の図２Ｂの（ｅ）−（ｇ）に示す各実施例ではばねの座はオープンエンドとなっている。
【００５９】
図３に示す実施例では、（ａ）に示すように、オープンエンド型のばね１０６の座巻開始部１０７と先端部１０８だけが、平坦に研削された座の他の部分からばね１０６の軸方向に突出した凸部として形成されている。これは、他部品と接触する座の荷重分布は、座巻の始まりの部分と先端部が極端に強くあたり、また、他の部分は平面度やうねりの影響を受け、荷重分布は安定せず、荷重中心はばねの中心からずれてしまうからである。そこで、座巻開始部１０７と先端部１０８が安定してあたるよう座巻開始部１０７と先端部１０８とを除いた、少なくとも１／２の座の部分は接触しないように凹部１０９となっている。尚、（ｂ）に示すばね１１６のように、座巻開始部１１７と先端部１１８の他部品と接触する座の面積を同一にすることにより、荷重分布がより安定し、荷重中心をばねの中心と一致させることができる。尚、（ｃ）は、ばね１０６を取付前の状態で示している。尚、この実施例ではばね１０６は、断面が矩形のばねとなっている。
【００６０】
図４、図５及び図６に示す実施例では、前記実施例と逆の発想から、ばねの取り付けられる台座などの、他部品の側に凸部を設けている。図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、ばね１２６が取り付けられる台座１１０は中央にほぼ円形の貫通孔１１４を設けたほぼ円形の円板部１１３とその外周から軸方向に一体に延在する円筒部１１１とからなる部材である。円筒部分１１１と貫通孔１１４とで囲まれる環状の部分１１５には円周方向でほぼ対向する位置（１８０度の位相で）に平坦は頂部を有する２つの凸部１１２が軸方向内方に向かって突出するように設けられている。２つの凸部１１２の位相は、ばね１２６の座巻開始部１２７と先端部１２８との位相関係と同じである。
【００６１】
図５に示すように、オープンエンド型のばね１２６は、端部で座巻開始部１２７と先端１２８とが円周方向でほぼ１８０度の位相に、すなわち円周方向でほぼ対向する位置に設けられている。座巻開始部１２７から先端部１２８にかけての座巻部分全体が研削加工されてほぼ平坦になっている。ばね１２６の軸方向両端で互いに１８０度位相が異なる位置に配置された先端部１２８が、それぞれ２つの台座１１０の凸部１１２に挟まれるように載置されている。また、図６に示すように、座巻開始部１２７も同様に２つの台座１１０の凸部１１２に挟まれるように載置さてれている。このような構成のため、本実施例においても図３で説明した前記実施例と同様な効果が得られる。尚、図５及び６は、摩擦係合装置に取り付ける前の状態でばね１２６を示している。
【００６２】
図３、４、５及び６の実施例では、ばねの座巻開始部や先端部を部分的に研削しなくても、荷重分布を安定できる。
【００６３】
図７、図８及び図９は、振動などによりばねが台座間で回転等で移動することを防止するため、移動防止手段を設けた実施例である。尚、本実施例においても図３、４、５及び６に示した実施例と同様に、ばね１３６の座巻開始部や先端部を部分的に研削しなくても、荷重分布を安定できる。
【００６４】
図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、ばね１３６（図９参照）が取り付けられる台座２１０は中央にほぼ円形の貫通孔２１４を設けたほぼ円形の円板部２１６とその外周から軸方向に一体に延在する円筒部２１１とからなる部材である。円筒部分２１１と貫通孔２１４とで囲まれる環状の部分２１５には円周方向でほぼ対向する位置（１８０度の位相で）に２つの凸部２１２及び２１３が軸方向内方に向かって突出するように設けられている。２つの凸部１１２及び１１３の位相は、ばね１３６の座巻開始部（図８では裏側なので見えない）と先端部１３８との位相関係と同じである。
【００６５】
但し、台座２１０の凸部２１２と２１３とはそれぞれ構成が異なる。凸部２１２は、頂部が平坦であるが凸部２１３は平坦な凸部の円周方向の一部で軸方向内方に更に突出する壁部２１７を備えている。
【００６６】
図８に示すように、オープンエンド型のばね１３６は、端部で座巻開始部と先端１３８とが円周方向でほぼ１８０度の位相に、すなわち円周方向でほぼ対向する位置に設けられている。座巻開始部から先端部１３８にかけての座巻部分全体が研削加工されてほぼ平坦になっている。ばね１３６の軸方向両端で互いに１８０度位相が異なる位置に配置された先端部１３８が、それぞれ２つの台座２１０の凸部２１２と２１３に挟まれるように載置されている。また、不図示であるが、座巻開始部も同様に２つの台座２１０の凸部２１２及び２１３に挟まれるように載置さてれている。
【００６７】
このとき、凸部２１２に座巻の先端部１３８が載置されるが、凸部２１２の円周方向の縁部に設けた壁部２１７によって、円周方向の動きが規制される。このような構成のため、ばね１３６が台座間で移動することを防止できる。また、本実施例においても図３で説明した前記実施例と同様な効果が得られる。尚、図８は、摩擦係合装置に取り付ける前の状態でばね１３６を示している。
【００６８】
同様に、図９の（ａ）及び（ｂ）に壁部を設けた他の実施例を示す。本実施例の構成は、基本的に図７の実施例と同様である。
【００６９】
図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、ばね１３６（図８参照）が取り付けられる台座３１０は中央にほぼ円形の貫通孔３１４を設けたほぼ円形の円板部３１６とその外周から軸方向に一体に延在する円筒部２１１とからなる部材である。円筒部分３１１と貫通孔３１４とで囲まれる環状の部分３１５には円周方向でほぼ対向する位置（１８０度の位相で）に２つの凸部２１２及び２１３が軸方向内方に向かって突出するように設けられている。２つの凸部３１２及び３１３の位相は、ばね１３６の座巻開始部と先端部１３８との位相関係と同じである。
【００７０】
但し、台座３１０の凸部３１２と３１３とはそれぞれ構成が異なる。凸部３１３は、頂部全面が平坦であるが凸部３１２は平坦な凸部の円周方向の一縁部及び半径方向の内縁部が軸方向内方に更に突出する壁部３１７、３１８を備えている。
【００７１】
図９に示す台座３１０も図８に示すような形態でオープンエンド型のばねを収容する。このとき、凸部２１２に座巻の先端部１３８が載置されるが、凸部３１２の円周方向の縁部に設けた壁部３１７によって、円周方向の動きが規制され、半径方向内方の壁部３１８によって半径方向の移動が制限される。すなわち、円周方向と半径方向の両方向でばね１３６の移動が防止できる。このような構成のため、ばね１３６が台座間で移動することを防止できる。また、本実施例においても図３で説明した前記実施例と同様な効果が得られる。
【００７２】
図１０−１４は、更に他の実施例を示す。これらの実施例では隣接するコイルに面する先端部の面に突起を設けている。これは、座巻を形成する上で座巻開始部と先端部とを必ずしも１８０度の位相で形成できないことがあるので、それを補正するために、先端部の所定位置に突起を設けている。
【００７３】
図１０は、ばね１４６の座巻開始部１４７から先端部１４８に到る座面を平坦に研削し、先端部１４８の隣接するコイル１４９に接触する面に突起１５０が一体に設けられていることを示している。この突起１５０の位置を座巻開始部１４７と１８０度対称となる位置に調節することで、ばねの座りの安定と荷重中心とばねの中心とを一致させることができる。
【００７４】
図１１は、ばね１５６の座巻開始部１５７から先端部１５８に到る座面を平坦に研削し、先端部１５８の隣接するコイル１５９に接触する面に突起１６０が一体に形成されるように、先端部１５８の一部を外側に折り返して重畳構造にしてある。この突起１６０の位置を座巻開始部１５７と１８０度対称となる位置に調節することで、ばねの座りの安定と荷重中心とばねの中心とを一致させることができる。
【００７５】
図１２−１３は、ばねの座巻の先端部に別部材を取り付けて、先端部と隣接するコイル部との接触点を調節して座りの安定化を達成しようとするものである。
【００７６】
図１２は、不図示のばね本体の座巻の先端部１６１は、その先端に断面円形の延長部１６２が形成されている。この延長部１６２には取付部材１６３が取り付けられる。取付部材１６３は全体としてほぼ正方形をしており、延長部１６２の直径より僅かに大きな直径を有する円筒形の貫通孔１６４が設けられている。図１２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、貫通孔１６４に延長部１６２を嵌合させることで、取付部材１６３が延長部に取り付けられる。この際、取付部材１６３の底面１６６と先端部１６１の底面１６５とは面一となるように構成される。尚、貫通孔１６４は、必ずしも貫通している必要はない。先端部１６１と隣接するコイル部との接触点を調節して座りの安定化と座巻開始部との間の１８０゜対称性を達成できるものであればよい。また、取付部材１６３は必要であれば溶接などで延長部１６２もしくは先端部１６１に固定される。
【００７７】
次に、図１３に示す実施例では、不図示のばね本体の先端部１７１の中程の底面に切り欠き部１７２を設け、この切り欠き部１７２の位置に円環部材１７３を嵌合する。切り欠き部１７２の面は円環部材１７３の内周円筒面１７４と密接するような形状とすることが好ましい。また、切り欠き部１７２の軸方向長さは円環部材１７３の軸方向長さとほぼ等しい。更に、円環部材の肉厚は切り欠き部１７２の深さと一致しているので、取付後は、先端部１７１の底面と円環部材１７３の外周とは面一になる。尚、本実施例でも、円環部材１７３は、必要であれば溶接などにより切り欠き部１７２または先端部１７１に固定できる。
【００７８】
図１２の実施例では取付部材１６３の上面が、また図１３の実施例では円環部材１７３の外周面がそれぞれ隣接するコイル部に接触する。
【００７９】
図１４（ａ）は、ばね１７６の座巻開始部１７７と先端部１７８とのほぼ中間位置に突起１８１を設けている。突起１８１は、先端部１７８と一体に設けている。この突起１８１がばねの取付時に隣接するコイル部に接触する。この場合でも、荷重の作用する荷重中心と設計上の荷重（ばね）中心を一致させることができ、ピストン部材１２の傾きを防ぐことができる。
【００８０】
突起は、例えば図１４（ｂ）に示すように、別部材として設け、溶接などで先端部に固定してもよい。突起部材１８２は、円弧状の上面１８４と同じく円弧状の下面１８３とを有する。この下面１８３を先端部の外側円弧面に取り付け固定する。従って、突起部材１８２の上面１８４が隣接するコイル部に当接する。
【００８１】
図１５は、座巻の先端部のうち隣接するコイル部に当接する部位に平坦面を設けた実施例である。ばね１８６は、座巻開始部１８７から先端部１８８まで研削加工により平坦になっており、座巻開始部１８７と先端部１８８とは他の実施例と同様に円周方向で１８０度の位相で設けられている。先端部１８８の隣接するコイル部１８９に対向する部分は、研削などにより平坦部１９０が形成されており、この平坦部１９０が隣接するコイル部１８９に当接する。従って、先端部１８８と隣接するコイル部１８９との接触がより安定する。
【００８２】
図１６は、いままでの実施例とことなり、ばね１９６は断面円形の線材から作られるのではなく、断面矩形の線材から作られている。座巻開始部１９７と先端部１９８とは円周方向で１８０度対向する位相で設けられている。研削加工により他のコイル部より薄くなった座巻の先端部１９８は、断面矩形のため、研削加工することなく、隣接するコイル部１９９に対して平坦な面で接触する。従って、先端部１９８と隣接するコイル部１９９との接触が安定する。
【００８３】
図１７（ａ）及び（ｂ）は、ばねの先端部を内方または外方に径方向にずらして座の中心をずらし、荷重分布を均一にした実施例を示している。図１７（ａ）では、ばね４１６の座巻開始部４１７と円周方向でほぼ１８０度の位相に設けられた先端部４１８は、径方向の外方に位置をずらされている。その際、外方にずれてばね４１６の外径からはみ出した部分４２０（斜線部分）は削除するので、ばね全体の内外径には変化がない。しかしながら、先端部４１８は実線で示すように、隣接するコイル部と接触する部分で先が細くなっている。一般に、他部品と接触する座の荷重分布は、座巻の始まりの部分と先端部が極端に強くあたるが、先端形状によっては、荷重分布がばねの内外径の範囲で移動する。そこで、本実施例のように隣接するコイル部に当たる部分の先端部を変形することで、荷重分布を均一としたばねを作ることができる。従って、荷重中心がばねの中心と一致し、より安定した荷重中心を形成することができる。
【００８４】
次に図１７（ｂ）では、図１７（ａ）とは反対に、座巻開始部５１７とほぼ１８０度対向する位相に設けられたばね５１６の先端部５１８を、径方向で内方へずらしている。この場合、内径側へばね５１６の内径からはみ出した部分５２０（斜線部分）は、削除するのでばね全体の内外径にはまったく変化がない。この例でも、図１７（ａ）と同様に、先端部を変形することで、荷重分布を均一としたばねを作ることができる。従って、荷重中心がばねの中心と一致し、より安定した荷重中心を形成することができる。
【００８５】
図１７（ａ）及び（ｂ）と同様の目的で先端部の一部を削除する実施例を図１７（ｃ）及び（ｄ）に示す。図１７（ｃ）では、ばね６１６の座巻開始部６１７と円周方向でほぼ１８０度の位相で対向して設けられた先端部６１８の径方向の内側の一部６２０（斜線部分）を削除する。ほぼ矩形の削除部分６２０は、先端部６１８のばね６１６の軸方向の肉厚全体を削除してもよいが、一部は残して段部として形成してもよい。例えば、（ｅ）や（ｆ）のように形成することができる。
【００８６】
図１７（ｃ）−（ｆ）の実施例でも図１７（ａ）及び（ｂ）と同様に、先端部を変形することで、荷重分布を均一としたばねを作ることができる。従って、荷重中心がばねの中心と一致し、より安定した荷重中心を形成することができる。
【００８７】
図１８及び図１９では、コイル部と接触する部分は局部的なあたりとなるため、へたりや変形を防止するため、浸炭焼き入れ・窒化処理・ショットピーニング等の強度を高めるための処理をした実施例である。図１８のばね７２６は、座巻開始部７２７から円周方向でほぼ１８０度の位相で対向して設けられた先端部７２８の、隣接するコイル部７２９に接触する部分７３０に浸炭焼き入れ・窒化処理・ショットピーニング等の表面処理を施してある。
【００８８】
図１９では、ばね７３６は、座巻開始部７３７から円周方向でほぼ１８０度の位相で対向して設けられた先端部７３８までのほぼ中間に、隣接するコイル部７３９に接触する部位に突起７４０が固定されている。この突起７４０には、強度を高めるため浸炭焼き入れ・窒化処理・ショットピーニング等の表面処理を施してある。
【００８９】
尚、このような表面処理加工をする部位は、必ずしも先端部を含む座巻側に限定さえすればよい。例えば、図１８において、隣接するコイル部７２９の先端部７２８に接触する面７３１に前記表面処理を施すこともできる。同様に、図１９においては、隣接するコイル部７３９の突起７４０と接触する面７４１に前記表面処理を施すこともできる。すなわち、所定の強度を確保するため接触する部材のいずれか一方、また両方にそのような処理を施すことができる。図１８及び図１９の実施例によれば、ばねの耐久性が向上するという効果が得られる。特に図１９によれば、他部品である突起７４０のみ表面処理するので更にコスト面でも有利となる。
【００９０】
図１８及び図１９に示した、浸炭焼き入れ・窒化処理・ショットピーニング等の表面処理を施すことは、必要に応じて本発明の他のすべての実施例にも適用できることは言うまでもない。
【００９１】
図２０（ａ）及び（ｂ）は、取付時にばね先端上部がコイルに接触するばねの設計や製造が必ずしも安易ではない点を考慮して、取付時にばね先端上部がコイルに接触する高さの立上片を基板に設け、この基板面に圧縮コイルばねの座を接触させ、取付時にコイルと基板の舌片が接触する設定とすることで、簡便に精度の良い機構を得るための実施例を示す。
【００９２】
図２０（ａ）は、ばね７４６を取り付ける台座７５０である。台座７５０は、中央に貫通孔を有する平板な環状部材であるが、円周方向の一部は、軸方向に立ち上がり、そこから半径方向内方に延在するフランジ部７５１となっている。図２０（ｂ）に示すように、座巻開始部７４７と円周方向でほぼ１８０度の位相で対向する先端部７４８とからなるばね７４６の座巻は、台座７５０の環状部７５２に載置される。この際、先端部７４８は、台座７５０の環状部７５２とそこから立ち上がってフランジ部７５１との間で挟まれるように載置される。
【００９３】
従って、取付時にはばね７４６の先端部７４８は隣接するコイル部７４９に接触せず、台座７５０のフランジ部７５１の上面と接触する。このように構成することで、簡便に精度の良いばね組立体が得られる。
【００９４】
図２１は、ばねを載置するための台座に溝を設けた実施例である。ばね７５６は、座巻開始部７５７と、座巻開始部７５７と円周方向で１８０度の位相で対向する位置に先端部７５８が設けられた座巻を備えている。図２１（ｂ）に示すように台座７６０は、ばね７５６の座巻部の径とほぼ同じ肉厚を有し、正面から見るとほぼ正方形の基板である。台座７６０には座巻の先端部７５８が嵌入する溝孔７６１が設けられており、この溝孔７６１に先端部７５８が完全に挿入された状態で、ばね７５６は台座７６０に載置される。この状態を図２１（ａ）が示している。図から明らかなように、ばね７５６の先端部７５８は、溝孔７６１に潜るように嵌合している。従って、先端部７５８は隣接するコイル部７５９には接触しない。隣接するコイル部７５９に接触するのは、先端部７５８の上を覆う、台座の表面部７７０である。このように構成することで、更に簡便に精度の良いばねユニットが得られる。なお、図２２では、台座７６０は、円筒部材７６２に合わせて円形にすることもできる。
【００９５】
しかしながら、上記機構は振動等によりコイルが内部で移動してずれる恐れがあるため、これを防ぐ必要がある。このための実施例が図２２に示したものである。基本的な構成は、図２１の実施例にしめすばね７５６と台座７６０との関係と同じである。しかし、台座７６０の上部のばね７５６の載置側に弾性を有するほぼ円筒形の円筒部材を固定してある点で異なる。このようにすることで、取付時にばね７５６が円筒部材７６２の表面に接触して、摩擦等によりばね７５６の回動することにより移動することなどが防げる。従って、精度をより高めることができる。
【００９６】
最後に、図２３及び２４は、ばね７６６、ピストン部材１２、平板な板部材である台座８６０との関係を示す他の例である。図２３（ｂ）に示すばね７６６は、コイルの軸方向の一端と他端とで座巻の状態が異なる。一端では、座巻開始部７６７と座巻の先端部７６８は、円周方向の位相が１８０度ではなく、２７０度から３６０度の間にある。また、他端では、上述の他の実施例と同様に座巻開始部７７７と先端部７７８との位置は円周方向でほぼ１８０度の位相となっている。一端の座巻は、図２３（ａ）に示してあり、他端の座巻は図２３（ｃ）に示してある。
【００９７】
図２４は、図２３のばね７６６をピストン部材１２と台座８６０間に取り付けた状態を示している。図２３（ａ）に示すばね７６６の一端側が台座８６０に接触しており、図２３（ｃ）に示す他端側がピストン部材１２に当接している。すなわち、荷重中心の一致と当たりの確実性を要求されるピストン側には座巻開始部７７７と先端部７７８とが円周方向でほぼ１８０度の位相で設けられているばね７６６の他端側が位置するようにばね７６６を取り付ける。このようにすれば、ばねのコイルの軸方向両側で座巻を揃える必要がない。
【００９８】
本発明は、特に有効巻数３巻未満の圧縮コイルばねの問題について述べているが、これは構造上問題が顕在化しやすいものが有効巻数３巻未満の圧縮コイルばねであるというだけで、３巻以上の圧縮コイルばねも同様な問題を抱えているものである。よって、本発明は、有効巻数３巻以上の圧縮コイルばねに適用して、有効巻数３巻未満のばねと同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００９９】
また、座巻の座巻開始部と先端部との関係は、ばねの取付方向の両側で、まったく同じにするかどうかは任意である。例えば、図２３に示すようにばねの取付方向の一端でのみ座巻開始部と先端部との位相をほぼ１８０度にすることができる。また、両端とも両者がほぼ１８０度の位相にする場合でも、両端で座巻の開始位置を１８０度変えることもでき、この場合、より精度が向上したばねが得られる。
【０１００】
更に、ピストン部材に対してのばねの取付に関しては、直接ばねをピストン部材に当接させることもできるが、例えば、図９等に示すような台座を介して取り付けることもできる。
【０１０１】
【発明の効果】
以上説明した本発明の圧縮コイルばね及び圧縮コイルばねを用いたばねユニットによれば、次のような効果が得られる。
【０１０２】
(1) 設計上の荷重中心（ばねの中心）が真の荷重中心と一致するため、ピストン部材の傾きが防げる。
【０１０３】
(2) 車両用の自動変速機の摩擦係合装置に用いられると、ピストン部材の傾きがないため、係合解放が速やかに行われるため、変速ショックが少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧縮コイルばねが適用された自動変速機の断面図である。
【図２Ａ】（ａ）は、本発明の第１実施例を示しており、（イ）は、ばねの正面図、（ロ）はばね取付時の側面図、（ハ）は取付前の側面図である。
（ｂ）は、本発明の第２実施例を示しており、（イ）は、ばねの正面図、（ロ）はばね取付前の側面図、（ハ）は、（イ）とは反対側から見たばねの正面図である。
（ｃ）は、本発明の第３実施例を示しており、（イ）は、ばねの正面図、（ロ）はばね取付前の側面図、（ハ）は、（イ）とは反対側から見たばねの正面図である。
（ｄ）は、本発明の第４実施例を示しており、（イ）は、ばねの正面図、（ロ）はばね取付時の側面図である。
【図２Ｂ】（ｅ）は、本発明の第５実施例を示しており、（イ）は、ばねの正面図、（ロ）はばね取付前の側面図である。
（ｆ）は、本発明の第６実施例を示しており、（イ）は、ばねの正面図、（ロ）はばね取付前の側面図である。
（ｇ）は、本発明の第７実施例を示しており、（イ）は、ばねの正面図、（ロ）はばね取付前の側面図である。
（ｈ）は、本発明の第８実施例を示しており、（イ）は、取付前のばねの側面図、（ロ）は、（イ）のＡ−Ａ線に沿ったばね先端部の矢視方向から見た断面図である。
【図３】本発明の第９実施例を示しており、（ａ）は、ばねの正面図、（ｂ）は、（ａ）の変形例を示すばねの正面図、（ｃ）は取付前のばねの側面図である。
【図４】本発明の第１０実施例を示しており、（ａ）は台座の正面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿った矢視方向から見た断面図である。
【図５】本発明の第１０実施例を示しており、台座にばねを載置した状態を示す側面図（台座は断面図）である。
【図６】本発明の第１０実施例を示しており、図５のＢ−Ｂ線に沿った矢視方向から見た、台座にばねを載置した状態を示す側面図（台座は断面図）である。
【図７】本発明の第１１実施例を示しており、（ａ）は台座の正面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿った矢視方向から見た断面図である。
【図８】本発明の第１１実施例を示しており、台座にばねを載置した状態を示す側面図（台座は断面図）である。
【図９】本発明の第１２実施例を示しており、（ａ）は台座の正面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿った矢視方向から見た断面図である。
【図１０】本発明の第１２実施例を示す取付前のばねの側面図である。
【図１１】本発明の第１３実施例を示す取付時のばねの側面図である。
【図１２】本発明の第１３実施例を示すばねの先端部の部分斜視図であり、先端部に設ける突起の各種の変更例を示している。
【図１３】本発明の第１３実施例を示すばねの先端部の部分斜視図であり、先端部に設ける突起の各種の変更例を示している。
【図１４】本発明の第１４実施例を示しており、（ａ）は取付前のばねの側面図であり、（ｂ）は、突起を形成するためにばねに取り付けられる他部品の一例を示す斜視図である。
【図１５】本発明の第１５実施例を示しており、（ａ）は、ばねの正面図、（ｂ）は、取付時のばねの側面図である。
【図１６】本発明の第１６実施例を示しており、（ａ）は、ばねの正面図、（ｂ）は、取付時のばねの側面図である。
【図１７】本発明の第１７実施例を示しており、（ａ）−（ｄ）は、ばねの先端形状の変形例を示すばねの正面図であり、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ（ｃ）及び（ｄ）に対応する先端部の詳細を示す部分斜視図である。
【図１８】本発明の第１８実施例を示しており、（ａ）は、ばねの先端部に表面処理をした取付前のばねの側面図、（ｂ）は、ばねの座巻の中間部に表面処理をした取付前のばねの側面図である。
【図１９】本発明の第１８実施例を示しており、（ａ）は、ばねの先端部に表面処理をした取付前のばねの側面図、（ｂ）は、ばねの座巻の中間部に表面処理をした取付前のばねの側面図である。
【図２０】本発明の第１９実施例を示しており、（ａ）は台座の正面図、（ｂ）は（ａ）の題材に載置されたばねを取り付け前の状態で示す側面図（台座は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った矢視方向より見た断面図）である。
【図２１】本発明の第２０実施例を示しており、（ａ）は台座に嵌合したばねを取り付け前の状態で示す側面図（台座は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った矢視方向より見た断面図）、（ｂ）は（ａ）で右方向より見た台座及びばねの正面図である。
【図２２】本発明の第２１実施例を示しており、円筒部材を有する台座に嵌合したばねを取り付け前の状態で示す側面図（台座は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った矢視方向より見た断面図）である。
【図２３】本発明の第２２実施例を示しており、（ａ）はばねの取付方向の一端部の正面図、（ｂ）はばねの側面図、（ｃ）は、ばねの他端部の正面図である。
【図２４】本発明の第２２実施例を示しており、ばねがピストン部材と台座との間に取り付けられた状態を示す側面図（台座は断面図）である。
【図２５】圧縮コイルばねの荷重とたわみの関係を示すグラフである。
【図２６】従来の自動変速機の軸方向断面図である。
【図２７】図２６のＡ部の詳細であり、従来例のクラッチ部の断面図である。
【図２８】ＪＩＳによる圧縮コイルばねの端末形状である。
【図２９】圧縮コイルばねの各部の説明図である。
【図３０】圧縮コイルばねの座巻部の展開図である。
【図３１】先端部と座巻開始部の端から断面積が一致する領域の中心を説明する図であり、（ａ）は、ばねの正面図であり、（ｂ）は、ばねの材料である線材の断面である。
【図３２】圧縮コイルばねの荷重分布を示す図であり、（ａ）は下部座面の荷重分布を示す図であり、２つの円の外側がコイルの外径、内側が内径を示している。また（ｂ）は、上部座面の荷重分布を示しており、２つの円の外側がコイルの外径、内側が内径を示している。
【図３３】従来のクローズドエンド型の圧縮コイルばねの側面図である。
【符号の説明】
１０：自動変速機
１２：ピストン部材
１３：摩擦係合装置
１４：摩擦板
１６、２６、３６、４６、５６、６６、７６、８６、９６、１０６、１１６、１２６、１３６、１４６、１５６、１７６、１８６、１９６、４１６、５１６、６１６、７１６、７２６、７３６、７４６、７５６、７６６：圧縮コイルばね（リターンスプリング）
２１０、７５０、７６０、８６０：台座
Claims (29)
- 作動領域ではコイル部が互いに密着しない圧縮コイルばねにおいて、圧縮コイルばねの取付方向の少なくとも一方の端部に有する座巻が、前記座巻の座巻開始部と前記座巻の先端部とが円周方向で１８０度対称の位置にあり、前記圧縮コイルばねの取付時に前記座巻の背面の一部でのみ前記座巻と隣接するコイル部に接触すると共に、他部品と接触する座の内、前記座巻開始部と前記先端部を除き、少なくとも１／２の座の底面部分が他部品と接触しないことを特徴とする圧縮コイルばね。
- 請求項１に記載の圧縮コイルばねにおいて、前記座巻は無研削、もしくは研削されたオープンエンド型であることを特徴とする圧縮コイルばね。
- 請求項１に記載の圧縮コイルばねにおいて、前記座巻は無研削、もしくは研削されたクローズドエンド型であることを特徴とする圧縮コイルばね。
- 請求項１−３のいずれか１項に記載の圧縮コイルばねにおいて、前記圧縮コイルばねの両端の座が、ばねの中心に対して１８０度対称であることを特徴とする圧縮コイルばね。
- 請求項１−３のいずれか１項に記載の圧縮コイルばねにおいて、前記圧縮コイルばねの両端の座が、円周方向の位相において上下同位置にあることを特徴とする圧縮コイルばね。
- 請求項１−５のいずれか１項に記載の圧縮コイルばねにおいて、前記先端部の座の形状と前記座巻開始部の座の形状とが同一または類似形状を有することを特徴とする圧縮コイルばね。
- 請求項１−６のいずれか１項に記載の圧縮コイルばねにおいて、前記圧縮コイルばねの前記先端部の背面が、取付時にコイル部のピッチ角に平行であることを特徴とする圧縮コイルばね。
- 請求項１−６のいずれか１項に記載の圧縮コイルばねにおいて、前記圧縮コイルばねの前記先端部の背面が、コイル部の外面形状と相補的な形状を有することを特徴とする圧縮コイルばね。
- 請求項１−８のいずれか１項に記載の圧縮コイルばねにおいて、前記圧縮コイルばねのコイルの有効巻数が３巻以下であることを特徴とする圧縮コイルばね。
- 請求項１−８のいずれか１項に記載の圧縮コイルばねにおいて、前記圧縮コイルばねのコイルの有効巻数が３巻を越えることを特徴とする圧縮コイルばね。
- 請求項１−３のいずれか１項に記載の圧縮コイルばねにおいて、前記背面の一部には凸部が設けられており、前記凸部のみで隣接するコイル部に接触することを特徴とする圧縮コイルばね。
- 請求項１１に記載の圧縮コイルばねにおいて、
前記凸部は、前記背面と一体的に設けられていることを特徴とする圧縮コイルばね。 - 請求項１１に記載の圧縮コイルばねにおいて、
前記凸部は、前記圧縮コイルばねとは別部材であり、前記先端部に設けられることを特徴とする圧縮コイルばね。 - 請求項１−３のいずれか１項に記載の圧縮コイルばねにおいて、前記圧縮コイルばねのコイル部の断面の形状はほぼ円形であることを特徴とする圧縮コイルばね。
- 請求項１−３のいずれか１項に記載の圧縮コイルばねにおいて、前記圧縮コイルばねのコイル部の断面の形状はほぼ矩形であることを特徴とする圧縮コイルばね。
- 請求項１−６のいずれか１項に記載の圧縮コイルばねにおいて、前記先端部の背面は平坦に形成されていることを特徴とする圧縮コイルばね。
- 作動領域ではコイル部が互いに密着しない圧縮コイルばねと前記圧縮コイルばねを載置する台座からなるばねユニットにおいて、圧縮コイルばねの取付方向の少なくとも一方の端部が座巻を有し、前記座巻の座巻開始部と座巻の先端部とが円周方向で１８０度対称の位置にあり、前記先端部は前記台座に一体に形成したフランジ部に挿入され、前記圧縮コイルばねの取付時に前記フランジ部のみが隣接するコイル部に接触することを特徴とするばねユニット。
- 作動領域ではコイル部が互いに密着しない圧縮コイルばねと前記圧縮コイルばねを載置する台座からなるばねユニットにおいて、圧縮コイルばねの取付方向の少なくとも一方の端部に有する座巻が、前記座巻の座巻開始部と座巻の先端部とが円周方向で１８０度対称の位置にあり、前記先端部は前記台座に一体に形成した突起部に載置され、前記圧縮コイルばねの取付時に前記座巻の背面の一部でのみ隣接するコイル部に接触することを特徴とするばねユニット。
- 請求項１８に記載のばねユニットにおいて、前記台座は、前記圧縮コイルばねの取付方向の両端に設けられ、前記突起部は１８０度の位相で円周方向２カ所に設けられていることを特徴とするばねユニット。
- 請求項１８または１９に記載のばねユニットにおいて、前記突起部に前記圧縮コイルばねの移動を制限する手段が設けられていることを特徴とするばねユニット。
- 請求項１８に記載のばねユニットにおいて、前記台座に前記先端部が嵌入される溝孔が設けられていることを特徴とするばねユニット。
- 請求項２１に記載のばねユニットにおいて、前記台座には前記圧縮コイルばねを包囲する円筒部材が設けられていることを特徴とするばねユニット。
- 請求項１−１６のいずれか１項に記載の圧縮コイルばねにおいて、前記背面の一部、または前記背面の一部と接触する隣接するコイル部の部位のいずれか一方に表面処理がなされていることを特徴とする圧縮コイルばね。
- 請求項１８−２２のいずれか１項に記載のばねユニットにおいて、前記背面の一部、または前記背面の一部と接触する隣接するコイル部の部位のいずれか一方に表面処理がなされていることを特徴とするばねユニット。
- 請求項１１−１３のいずれか１項に記載の圧縮コイルばねにおいて、前記凸部に表面処理がなされていることを特徴とする圧縮コイルばね。
- 請求項２３に記載の圧縮コイルばねにおいて、前記表面処理は、浸炭焼き入れ、窒化処理、またはショットピーニングのいずれか一つであることを特徴とする圧縮コイルばね。
- 請求項２４に記載のばねユニットにおいて、前記表面処理は、浸炭焼き入れ、窒化処理、またはショットピーニングのいずれか一つであることを特徴とするばねユニット。
- 請求項１７−２７のいずれか１項に記載のばねユニットにおいて、前記圧縮コイルばねのコイルの有効巻数が３巻以下であることを特徴とするばねユニット。
- 請求項１７−２７のいずれか１項に記載のばねユニットにおいて、前記圧縮コイルばねのコイルの有効巻数が３巻を越えることを特徴とするばねユニット。
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