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Title:
COIL SPRING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/090748
Kind Code:
A1
Abstract:
A coil spring receiving a load stably in a tight contact state, shortening the tight contact length by decreasing the oblateness, and enhancing uniformity of stress distribution by the continuity of stress dispersion in the circumferential direction of a cross-section shape. A coil spring (1), in which, with regard to the outer circumferential shape of a cross-section of a spring strand (3) wound in a coil shape, the outer diameter side portion (7) or the inner diameter side portion (5) of the coil has a semicircular shape expressed by x2+y2=b2, and the inner diameter side portion (5) or the outer diameter side portion (7) of the coil has a noncircular shape expressed by (x/a)α+(y/b)α=1 where a is the long diameter, b is the short diameter and α has a value in the range of 1.85-2.45, characterized in that flat surfaces (9, 11) against which the coil portions adjoining in the direction of the coil axis (4) can abut are provided between the inner and outer diameter side portions (5, 7) of the coil in the outer circumferential shape of a cross-section of the spring strand (3).

Inventors:
FENIOUX DANIEL (FR)
KATO NOBUHARU (JP)
YABUSHITA TAKESHI (JP)
Application Number:
PCT/JP2008/000089
Publication Date:
July 31, 2008
Filing Date:
January 25, 2008
Export Citation:
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Assignee:
VALEO EMBRAYAGES (FR)
NHK SPRING CO LTD (JP)
FENIOUX DANIEL (FR)
KATO NOBUHARU (JP)
YABUSHITA TAKESHI (JP)
International Classes:
F16F1/06; F16D13/64; F16F15/123; F16F15/134; F16F15/31; F16H45/02
Domestic Patent References:
WO2006023583A22006-03-02
Foreign References:
JPH0623583B21994-03-30
JPH01224541A1989-09-07
JPH06300035A1994-10-25
JPH0238528U1990-03-14
JPH06300065A1994-10-25
JPH1082440A1998-03-31
Other References:
See also references of EP 2128480A4
Attorney, Agent or Firm:
SUDO, Yuichi (Atago Minato-k, Tokyo 02, JP)
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Claims:
 コイル形状に巻かれるばね素線の断面外周形状につき、
 コイル外径側部分又はコイル内径側部分を、x 2 +y 2 =b 2 で表わされる半円形状とし、
 コイル内径側部分又はコイル外径側部分を、(x/a) α +(y/b) α =1で表わされる長径=a,短径=bの非円形形状とし、
 前記αの値を、α=1.85~2.45の範囲としたコイルばねであって、
 前記ばね素線における断面外周形状のコイル内外径側部分間に、コイル軸線方向に隣接するコイル部分が当接可能な成形当接面を設けた、
 ことを特徴とするコイルばね。
 請求項1記載のコイルばねであって、
 前記成形当接面は、扁平面に成形された、
 ことを特徴とするコイルばね。
 請求項1又は2記載のコイルばねであって、
 前記成形当接面を、前記ばね素線における断面形状のコイル軸線方向両側に設けた、
 ことを特徴とするコイルばね。
 請求項3記載のコイルばねであって、
 前記両成形当接面は、ばね素線の断面形状が楔状となるように相互に傾斜形成されている、
 ことを特徴とするコイルばね。
 請求項1~4の何れかに記載のコイルばねであって、
 前記ばね素線のコイル形状は、自由状態でコイル軸線が円弧形状である、
 ことを特徴とするコイルばね。
 請求項1~4の何れかに記載のコイルばねであって、
 前記ばね素線のコイル形状は、コイル軸線が組付け状態での曲率半径を有した円弧形状である
 ことを特徴とするコイルばね。
 請求項1~6の何れかに記載のコイルばねであって、
 デュアルマス・フライ・ホイール又はトルクコンバーター用ロック・アップ又は湿式或いは乾式のクラッチ機構用フリクションディスクのトーショナル・ダンパ(捩り振動減衰器)内に組付けられる
 ことを特徴とするコイルばね。
Description:
コイルばね

 本発明は、捩り振動減衰器のトーション スプリング等に供されるコイルばねに関す 。

 従来、クラッチ・ディスクに使用されて るトーション・スプリング等において、コ ル形状に巻かれるばね素線の円形断面の外 形状に成形当接面として扁平面を設けたも がある。

 このコイルばねは、コイル形状が密着状 若しくはロック状態になるまでばねに負荷 かかると、扁平面が隣接するコイル部分に 接して負荷を安定して受け、コイル径方向 のずれを抑制することができる。

 しかし、一般にコイルばねは、ばね素線 コイル形状に対して内径側となる部分(コイ ル内径側部分)の応力が、同外径側となる部 (コイル外径側部分)よりも高くなる。さらに 、前記扁平面を設けることにより、前記応力 の偏りと併せ、ばね素線の断面周方向の応力 の分散状態がさらに影響を受ける。

 一方、ばね素線に扁平面を設けた場合、 の断面形状の扁平率が小さくなれば、扁平 が当接するときのコイル軸線方向の密着長 短くすることができ、ストロークの長い低 性のばねを設計する上で有利でもある。

 図13は、扁平率T/Wの相違によるばね指数D/ Wと応力比との関係を示すグラフ、図14は、扁 平率T/Wの相違によるばね指数D/Wと密着高さ比 との関係を示すグラフである。図15のばね素 101の符号を参照すると、Tは、コイル軸線方 向の最大寸法、Wは、コイル半径方向の最大 法、Dは、コイル中心径である。

 図13では、円形断面のばね素線に扁平面 設けた場合について、ばね定数及び密着高 を一定とし、応力比を確認した。図14では、 円形断面のばね素線に扁平面を設けた場合に ついて、ばね定数及び応力を一定とし、密着 高さ比を確認した。図13,図14の何れも、扁平 T/W=0.92のばね指数D/Wに対する応力の変化を1 し、この扁平率T/W=0.92に対する扁平率T/W=0.76 のコイルばねについて応力比及び密着高さ比 を確認した。

 図13,図14のように、扁平率T/W=0.92に対して 扁平率T/W=0.76になると、応力及び密着高さの れも小さくなった。

 図15,図16は、従来のコイルばねにおける ね素線の断面において、有限要素法による 力分布状態の解析結果を示した説明図であ 。ばね素線101は、ベースとなる円形の断面 扁平面103を伸線等により形成し、扁平率T/W=0 .92としたものである。ばね素線105は、ベース となる円形の断面に扁平面107を伸線等により 形成し、扁平率T/W=0.76としたものである。

 図15,図16の比較から明らかなように、ベ スが円形断面のばね素線101,105では、扁平面1 03,107の形成によりコイル内径側部分108の応力 を扁平面103,107にまで分散できている。しか 、円形断面の場合には、扁平率T/Wが小さく ると周方向での応力分散はできているが、 力分散の連続性が低下する結果となり、扁 面103,107の形成により扁平率T/Wを小さくして 力の均一化を図ることに限界がある。

 図17は、図15,図16と同様に、有限要素法に よる応力分布状態の解析結果を示したもので ある。ばね素線109は、矩形の断面に形成され たものである。この矩形の断面を有するばね 素線109の場合も、コイル内径側部分108の応力 を分散することができると共に、密着状態で 安定して負荷を受けることができる点では図 15,図16と同様である。

 しかし、図17のばね素線の場合も、応力 散の連続性に関しては、同一の扁平率T/W=0.76 である図16の例と比較しても低下している。

 すなわち、従来の円形断面や矩形断面の ね素線に扁平面を設けたコイルばねでは、 着状態で負荷を安定して受けさせると共に 平率を小さくして密着長を短くし、且つ断 形状の周方向での応力分散の連続性により 力分布の均一性を向上させることに限界が った。

特開平6-300065号公報

特開平10-82440号公報

 解決しようとする問題点は、従来のばね 線に成形当接面を設けたコイルばねでは、 着状態で負荷を安定して受けさせると共に 平率を小さくして密着長を短くし、且つ断 形状の周方向での応力分散の連続性により 力分布の均一性を向上させることに限界が った点である。

 本発明は、密着状態で負荷を安定して受け せると共に扁平率を小さくして密着長を短 し、且つ断面形状の周方向での応力分散の 続性により応力分布の均一性をより向上さ るために、コイル形状に巻かれるばね素線 断面外周形状につき、コイル外径側部分又 コイル内径側部分を、x 2 +y 2 =b 2 で表わされる半円形状とし、コイル内径側部 分又はコイル外径側部分を、(x/a) α +(y/b) α =1で表わされる長径=a,短径=bの非円形形状と 、前記αの値を、α=1.85~2.45の範囲としたコイ ルばねであって、前記ばね素線における断面 外周形状のコイル内外径側部分間に、コイル 軸線方向に隣接するコイル部分が当接可能な 成形当接面を設けたことを最も主要な特徴と する。

 本発明は、コイル形状に巻かれるばね素線 断面外周形状につき、コイル外径側部分又 コイル内径側部分を、x 2 +y 2 =b 2 で表わされる半円形状とし、コイル内径側部 分又はコイル外径側部分を、(x/a) α +(y/b) α =1で表わされる長径=a,短径=bの非円形形状と 、前記αの値を、α=1.85~2.45の範囲としたコイ ルばねであって、前記ばね素線における断面 形状のコイル内外径側部分間に、コイル軸線 方向に隣接するコイル部分が当接可能な成形 当接面を設けたため、成形当接面により密着 状態で負荷を安定して受けさせると共に扁平 率を小さくして密着長を短くし、且つ断面外 周形状の周方向での応力分散の連続性により 応力分布の均一性をより向上させることがで きる。

 密着状態で負荷を安定して受けさせると共 扁平率を小さくして密着長を短くし、且つ 面形状の周方向での応力分散の連続性によ 応力分布の均一性を向上させることを同時 達成させるという目的を、x 2 +y 2 =b 2 で表わされる半円形状と、コイル内径側部分 又はコイル外径側部分を、(x/a) α +(y/b) α =1で表わされる長径=a,短径=bの非円形形状と 形成した断面外周形状に、成形当接面を設 ることで実現した。

 [コイルばね]
 図1は、本発明実施例1に係るコイルばねの 面図、図2は、コイル形状内径側の要部拡大 面図、図3は、ばね素線の拡大断面図、図4 、ばね素線の断面に用いる外周基礎形状を す説明図である。

 図1のコイルばね1は、例えばデュアルマ ・フライ・ホイール又はトルクコンバータ 用ロック・アップ又は湿式或いは乾式のク ッチ機構用(として設計された)フリクション ディスクのトーショナル・ダンパ(捩り振動 衰器)内に組付けられるものであり、ばね素 3が、コイル形状に巻かれたものである。こ のコイルばね1は、自由状態でコイル軸線4が 弧形状であり、この円弧形状は、組付け状 での曲率半径Rを有している。

 図2~図4のように、コイルばね1のばね素線3 、x 2 +y 2 =b 2 で表わされる半円形状のコイル内径側部分5 (x/a) α +(y/b) α =1で表わされる長径=a,短径=bの非円形形状の イル外径側部分7とでなる外周基礎形状(図4) 対し、成形当接面としての扁平面9,11を設け た構成となっている。αの値は、α=1.85~2.45の 囲とした。

 扁平面9,11は、ばね素線3における断面形 のコイル軸線方向両側に設けられ、図2,図3 ように、ばね素線3の断面形状が楔状となる うに相互に傾斜形成されている。本実施例 おいて、扁平面9,11の傾斜は、コイルばね1 円弧形状の曲率半径方向に沿っている。扁 面9,11の幅Hは、扁平率T/Wに依存し、本実施例 では、T/W=0.76に設定されている。

 この扁平面9,11は、扁平率T/W及び傾斜設定 により、相互角度θ及び半円形状のコイル内 側部分5の最大寸法Tを有する。相互角度θは 、コイルばね1の曲率中心を中心とする。

 [応力分散]
 図5は、有限要素法による応力分布状態の解 析結果を示した説明図である。図5のように ばね素線3では、扁平面9,11の形成によりコイ ル内径側部分5の応力を扁平面9,11にまで連続 て分散できている。同じ扁平率T/W=0.76の図15 の例と比較して明らかなように、図5の本実 例では扁平率を小さくしながら応力の連続 た均一な分散を確実に達成できた。

 前記コイル内外径側部分5,7の形状を逆に 成することもできる。

 図6は、コイル外径側部分7を半円形状とし コイル内径側部分5を非円形形状とした場合 、有限要素法による応力分布状態の解析結 を示した説明図である。すなわち、図6のば ね素線3Aは、コイル外径側部分7をx 2 +y 2 =b 2 で表わされる半円形状とし、同コイル内径側 部分5を(x/a) α +(y/b) α =1で表わされる長径=a,短径=bの非円形形状と た外周基礎形状とし、この外周基礎形状に して成形当接面としての扁平面9,11を外周面 設けている。図6のように、このばね素線3A も、扁平率を小さくしながら応力の連続し 均一な分散を確実に達成できた。しかも、 5の例よりも、さらに連続した均一な分散を 達成できた。

 なお、図6の外周基礎形状を持つコイルば ねについては、本出願人が既に提案した(特 平6-23583号公報)。

 [応力比、密着高さ比、重量比]
 図7は、外周基礎形状(ベース)の相違による ね指数D/Wと応力比との関係を示すグラフ、 8は、ベースの相違によるばね指数D/Wと密着 高さ比との関係を示すグラフ、図9は、ベー の相違によるばね指数D/Wと重量比との関係 示すグラフ、図10は、ばね指数D/Wの相違によ る扁平率T/Wと応力比との関係を示すグラフ、 図11は、ばね指数D/Wの相違による扁平率T/Wと 着高さ比の関係を示すグラフである。

 図7~図9では、外周基礎形状(ベース)が円 矩形、半円部内径側(図5の断面形状)、半円 外径側(図6の断面形状)の各ばね素線に扁平 を設けた場合に、図7では、ばね定数及び密 高さを一定とし、扁平率T/W=0.76について応 比を確認した。図8では、同ばね定数及び応 を一定とし、扁平率T/W=0.76について密着高 比を確認した。図9では、同ばね定数及び応 を一定とし、扁平率T/W=0.76について重量比 確認した。図7~図9の何れも、扁平率T/W=0.76で ベースが円のときを1として、ベースが矩形 半円部内径側(図5の断面形状)、半円部外径 (図6の断面形状)の各ばね素線について、そ ぞれのばね指数D/Wに対して応力比、密着高 比、重量比を確認した。

 図7~図9のように、ベースが矩形の結果は 応力比、密着高さ、重量比の何れもベース 円の結果を大幅に上回ったのに対し、ベー が半円部内径側(図5の断面形状)、半円部外 側(図6の断面形状)の何れのばね素線の結果 、ベースが円の時の応力、密着高さ、重量 下回ることが確認できた。

 図10では、ベースが半円部外径側(図6の断 面形状)のばね素線について、ばね定数及び 着高さを一定として応力比を確認し、図11で は、ベースが半円部外径側(図6の断面形状)の ばね素線について、ばね定数及び応力を一定 として密着高さ比を確認した。図10,図11の何 においても、扁平率T/W=0.76の時の応力及び 着高さを1とし、扁平率T/Wを変化させて確認 た。

 図10,図11のように、何れのばね指数D/Wに いても扁平率が小さくなるにつれて応力、 着高さの同様な変化傾向を得ることができ 。

 [αと応力比]
 図12は、αの値を変えたときの応力比の変化 を示すグラフである。図12は、ベースが半円 外径側(図6の断面形状)、扁平率T/W=0.76のば 素線に係り、ばね定数、コイル外径、密着 さを一定とした。図12には、比較例として、 ベースが円形で扁平率T/W=0.76、0.92の2例と、 ースが矩形で扁平率T/W=0.76との応力比も併せ て示している。

 ここで、ベースが円形で扁平率T/W=0.92の 力比を1として比較し、応力比が1を下回る範 囲を特定すると、図12よりα=1.85~2.45となる。 のα=1.85~2.45の範囲であれば、ベースが円形 扁平率T/W=0.92の比較例に対して設計的に有 である。

 [実施例1の効果]
 本発明実施例1は、コイル形状に巻かれるば ね素線3の断面外周形状につき、コイル外径 部分7又はコイル内径側部分5を、x 2 +y 2 =b 2 で表わされる半円形状とし、コイル内径側部 分5又はコイル外径側部分7を、(x/a) α +(y/b) α =1で表わされる長径=a,短径=bの非円形形状と 、前記αの値を、α=1.85~2.45の範囲としたコイ ルばね1であって、前記ばね素線3における断 外周形状のコイル内外径側部分5,7間に、コ ル軸線4方向に隣接するコイル部分が当接可 能な扁平面9,11を設けたため、扁平面9,11によ 密着状態で負荷を安定して受けさせると共 扁平率T/Wを小さくして密着長を短くし、且 断面形状の周方向での応力分散の連続性に り応力分布の均一性をより向上させること できる。

 このため、ねじりダンパ用コイルばね等 必要とされる長いストロークで低剛性のば を設計する上で十分な品質を得ることが容 となる。また、動的状態でのノイズや振動 発生を低減するフィルタ機能を容易に向上 せることができる。この機能は、エンジン 統に組み付けられるトーショナル・ダンパ( ねじれ振動ダンパ)に要求される。

 扁平面9,11を、ばね素線3における断面形 のコイル軸線4方向両側に設けたため、コイ 密着状態でのコイル軸線4方向の負荷を確実 に受けることができ、コイル径方向へのずれ を確実に抑制することができる。

 扁平面9,11は、ばね素線の断面形状が楔状 となるように相互に傾斜形成されているため 、コイル軸線4が円弧形状の場合であっても コイル軸線4方向の負荷を確実に受けること でき、コイル径方向へのずれを確実に抑制 ることができる。

 特に、コイル外径側部分7が前記非円形形 状であると、コイルばね1の円弧形状の内周 において、図2のようにばね素線3の断面形状 に与える影響を極力少なくして扁平面9,11を 成することができる。

 ばね素線3のコイル形状は、自由状態でコ イル軸線が円弧形状であるため、コイル軸線 4を円弧形状に組み付けることが容易となり 且つ扁平面9,11コイル軸線4の円弧形状に応じ て容易に設定することができる。

 ばね素線3のコイル形状は、組み付け状態 でコイル軸線4の曲率半径Rを有する形状に設 することもできる。この場合、扁平面9,11の コイル軸線4の曲率に応じた設計自由度を確 することができる。

 コイルばね1は、デュアルマス・フライ・ホ イール又はトルクコンバーター用ロック・ア ップ又は湿式或いは乾式のクラッチ機構のト ーショナル・ダンパ(ねじれ振動吸収装置)に み付けることができる。このため、長いス ロークで低剛性のコイルばねの適用が可能 なる。
[その他]
 成形当接面は、扁平面9,11に限らず、多少の 凸面又は凹面で形成することもできる。また 、成形当接面は、ばね素線3のコイル軸線4方 一方側が多少の凸面、同他側が多少の凹面 に形成することもできる。

コイルばねの正面図である(実施例1)。 コイル形状内径側の要部拡大断面図で る(実施例1)。 ばね素線の拡大断面図である(実施例1) ばね素線の断面に用いる外周基礎形状 示す説明図である(実施例1)。 有限要素法による応力分布状態の解析 果を示した説明図である(実施例1)。 有限要素法による応力分布状態の解析 果を示した説明図である(実施例1)。 ベースの相違によるばね指数D/Wと応力 との関係を示すグラフである(実施例1)。 ベースの相違によるばね指数D/Wと密着 さ比との関係を示すグラフである(実施例1) ベースの相違によるばね指数D/Wと重量 との関係を示すグラフである(実施例1)。 ばね指数D/Wの相違による扁平率T/Wと応 力比との関係を示すグラフである(実施例1)。 ばね指数D/Wの相違による扁平率T/Wと密 着高さ比の関係を示すグラフである(実施例1) 。 ベースが半円部外径側のばね素線の場 合について、αの値を変えたときの応力比の 化を示すグラフである(実施例1)。 扁平率T/Wの相違によるばね指数D/Wと応 力比との関係を示すグラフである(従来例)。 扁平率T/Wの相違によるばね指数D/Wと密 着高さ比との関係を示すグラフである(従来 )。 有限要素法による応力分布状態の解析 結果を示した説明図である(従来例)。 有限要素法による応力分布状態の解析 結果を示した説明図である(従来例)。 有限要素法による応力分布状態の解析 結果を示した説明図である(従来例)。

符号の説明

 1 コイルばね
 3 ばね素線
 4 コイル軸線
 5 コイル内径側部分
  7 コイル外径側部分
 9,11 扁平面(成形当接面)