JPS60121333A - コイルばね - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はコイルはね、特に素線断面がほぼ卵形のコイ
ルはねの改良に関する。

（従来技術） 従来コイルはねは断面円形の素線によって作られるのが
普通であるが、この円形断面コイルはねに軸Ｍｍが作用
すると、周知のように、コイル素線が湾曲している影響
と、直接ぜん断力により、断面周上の発生応力はコイル
内側で大きく、エネルギー効率が悪いだけでなく、折損
の原因となるクランクが生じ易い等の問題があった。

この峡大応力τ□ａ遵クールの式によってめられ、次の
ようである。

８ＤＰ　４０−１　０．６１５ ＴｒｎａＸ−■曹（４Ｃ４”−で−）　・−・−（１）
Ｃはばね指数と呼ばれるもので、コイル直径をり、素ｗ
の直径をｄとしたとき、 ０＝ｌＪ／ｄ　である。

このような最大応力が増大する欠点を改良したものとし
て特公昭２７−３２６１号及び米国特許第２９９８２４
号が知られている。前者は素線断面を卵形状としたもの
であわ、後者はその形状を半円と牛だ円の組会せと、よ
如明確にしたものである０そして、その素線の長ＩＷと
短Ｈｔとの関係を次式で決定されるとしているゎ叉＝１
＋且　Ｃ＝−・・・・・・（２）ｔ　ＣＷ 一方、峡近自動車の１董化が図られる中で、エンジンＯ
弁はねやクラッチのトーションばね等において、限られ
たスペース内で、しかも騒音なばねを設耐する必要が生
じてきた。このことは、ばね圧縮時の！！！層長を出来
るだけ小にし、しかも−足置のエネルギーを吸収する電
値を小さくすること、すなわちエネルギー効率を向上さ
せることを意味しているＤ ばねの密看長はＥ、は一般に次式によシ算出される １（ｓ＝　（Ｎ　Ｏ，５）　ｔ　・・・・・・（３）こ
こでＮはコイルの総巻数、ｔは素線の縦方向寸法である
。

すなわち、密庸梃を低くするには総巻数Ｎを少なくシ、
素線Ｑ縦方向寸法を小さくすればよい。またエネルギー
効率を向上させるには、断面周上の応力を均一化し、最
大応力’ｍａｘを低くすればよい〇 上記の半円と半だ円υ組会ぜによる素線形状は、素線断
面を篩干にすることによって密曹長を低くでき、最大応
力を低下させている点で上記の敦求に合致し、峡近にわ
かに注目を浴び始めた。

従来■材料力学的解法では、任意断面形状の６カ解析は
非常に困難であり、素線形状も上記のように比較的Ｗ８
嚇なものとしたものと考えられる。しかし近年、断面外
周境界を多数υ線素に分割し、各線素に沿ってフーリエ
展開を行い、それを境界全域に拡張するという弾性力学
的解法（フーリエ展開境界値平均法）が確立され、任を
形状ｃＤ応力解析が可能となった。

その紬釆によれは、上記公知υ半円・半だ円断面形状は
し応力の均−化及び最大応力の低減の点で必ずしも十分
ではないことが明らかになつた。

（発明の目的） こυ発明は、上記の解析に基づき、最大応力を低下させ
、ｂカを出来るだけ均一化させることの出来る断面形状
を見出し、コイルはねの密着長の減少とエネルギー効率
Ｏ向上を計ろうとするものである。

（発明の構収及び効果） 以下図面を８照して詳細に説明する。

従来公知の改良された素線＊面形状は、第１図に示すよ
うに部分１は半円、部分２は半だ円である。従ってだ円
■長半匝をａ１短半匝をｂとすれば 上＝ｐ−１・・・・・・（４） ｂ　【 で表わされる。そして、その応力分布は、第２図にコイ
ル内側を０、コイル外側を１８０とし菖心点における角
度θの関数として曲線Ｂで示すように、はぼ５５度あた
りに最大応力点が我われる。

この発ＦＪＡは、この最大応力点近傍にいわば肉盛りし
た形とし、最大応力を低下させるものである。第３図に
示す実施的は、半円３とだ円４とはこれらに接する大円
５によって形成される断面形状をしており、素線の長匝
、短径を（２）式で与えたとき、大円５の半匝Ｒ及びだ
円４の形状は次式で与えられている。

Ｒ−３ｔ　・・・・・・（５） 上＝−Ｚ−（計−１）　・・・・・・（６）ａｔ この形状においては、同一座標θに対する半円中心から
外周面に到る長さは第１図のり。に対し長く、Ｌｏ＜Ｌ
となる。そして、そＶ応力分布は第２図中曲ｉＡで示す
ように２５〜７５にわたってほぼ均一となシ、最大応力
τｍａｘも低下する。

一般にばね寿命はｗＴ断面周上最大応力によって決定づ
けられるため、この発明のばねは半円と牛だ円のばねよ
シ高寿命となることが明らかでおる。また、最大応力を
同じとすれは、素線の細線化がＨＪ能となシ、はねの＠
曹長の短縮と型針軽減が図れることとなる。

次我はこ■ような細線化を図った具体的事例を示し、比
較のため円形断面はね、半円と半た衆甲、警着長短縮率
、菖皺勧減率はコイル１匝、はね定数、荷電會一定とし
、最大応力を同一とした場合に円形断面はねに対する比
率を示したものであり、半円、半だ円形状のものに比べ
ても大幅な改善が々されている。

上記のように、この発明は第１図の半円中心から木線表
面までの長さＬを半円自生だ円の場合の長さり。に比し
て大きくしたことによシ最大応力を低下させるものであ
ることは先に説明した。前掲の衣に示す同においては、
半円・半だ円形状のもののだ円の長径・短匝比ａ／ｂは
（４）式により１．６であシ、この発明の実ｔＩＡ列で
は（６）式によシ１．４である。こｖ　＆／ｂを１．３
．１．２．１．１とした場合■断面形状の拡大比較図を
第４図に、その応力分布を第５図に示すＯａ／ｂの低下
に従い５０近辺の応力は低下するが、その均一性はむし
ろ態化する。

一方、Ｌがり。よシ大となるに従い、素線断面積は増加
し、はね重量は増加する。第６図は同一断面積の円形断
面のものとの応力比α、すなわち、同一断面積に規準化
した場合を示す。これによれば、８／ｂが１．１％［で
最大応力は公知の半円・半だ円形状のものと同程度に達
し、最大応力を低下させるというこの発明の目的を達す
ることが出来なくなることを示している。

従って、この発明においては １．１＜ａ／ｂ＜埜−１ の範囲をとるのがよいこととなる。この範囲において、
素線形状は実施例に示した半円と部分だ円とこれらに接
する大円とで形成されるだけでなく、半円と半だ円と直
線との組会せ、或いは半円とこれよ多小匝の円とこれら
に接する直線或いは大円によって形成されてもよく、ま
た、中空状の素線とすることによって更に重量軽減率を
増大さぜることが出来る。

更に、このようなｗｒ面形状では、コイルの長さ方向の
断面曲率が円形断面のものに比して小さいので、汐υえ
は非線形荷重特性を得るためにはねの一部θコイルを故
意に接触させるときに発生する面圧、あるいは通常発生
するばねの座巻部とπ効コイルの接触部０面圧等が減少
し、（９） 該部分の拳粍が少なくなシ、ばねの長寿命化が図りうる
という利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は公知のばね素線の断面図、第２図は応力分布図
、第３図はこの発明のばね素線の１実施９１　ｖ断面図
、第４図は他の実ｍ例の断面図、第５図、第６図はその
応力分布図、第７因、第８図は更に池の実施例の断面図 １．３：半円部　２．４：半だ内部 ５：大内部 ％軒高願人　村出発録株式会社 出願人代理人　弁理士　佐　藤　文　男（ほか１名） （１０） ］ 第５図 ＼ ＼ 一−Ｚ □Ｇ −−−−＝　Ｆ −−−Ｓ ｍ−Ｈ ＼、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）コイル素線の断面形状がコイル外側が半円形状でコ
   イル内側が半だ同様の形状を有するコイルばねにおいて
   、その長匝Ｗ、短Ｈｔに対し、その半円中心から点前に
   到る長さしがＷ 長匝ａ短匝すとしたとき＆／ｂ；−ｖ−１で次わされる
   だ円のり。に比してり。＜Ｌであシ、かつコイル軸方向
   の寸法がｔを超えず、これと直両な方向の寸法がＷを超
   えないことを特徴とするコイルばね ２）上記コイル内側のだ円形状が、 Ｗ １、１　＜　ａ７ｂ＜〒−１ であることを特徴とする特許請求の馳囲第１項のコイル
   はね