本実施形態の異形断面コイルばねは、コ� ��ル素線をばね形状にコイリングしてなるも� ��である。更に、コイリング形成された異形� ��面コイルばねに対して疲労強度改善処理が� ��われる。なお、疲労強度改善処理は少なく� ��もショットピーニング処理を含み、その他� ��処理工程を有するものである。

 また、本実施形態の異形断面コイルばね� ��コイル素線は異形断面である。具体的には� ��図1に示すように、本実施形態の異形断面コ イルばねのコイル素線1の縦断面輪郭線10は、 極Oと、極Oからコイル中心軸に向かってコイ� ��半径方向に延びる始線OXとを有する極座標� �において、極Oを中心とするとともにコイル� ��径方向を長径方向とする略楕円形をなす。� ��お、図1は、本実施形態の異形断面コイルば ねのコイル素線1のコイル軸方向に沿う縦断� �輪郭線10を示すものである。

 また、コイル素線1の縦断面輪郭線10は内� ��側部分101と外周側部分102とを備え、外周側� ��分102は、さらに、二つの曲線部分1021と、そ の間に形成されたほぼ直線の直線部分1022と� �備える。

 前記極座標系において、縦断面輪郭線10� �長径側最大径を2LR、縦断面輪郭線10の短径側 最大径を2SR、長径方向における中心オフセッ ト係数をδbとするとともに、極Oを原点、始� �OXをx軸の正の部分とする直交座標系におい� �、 内側x軸係数をnxr、内側y軸係数をnyrとし� ��とき、本実施形態の異形断面コイルばねの� ��イル素線1の縦断面輪郭線10のコイル内周側� ��分101が前記(1)式及び(2)式で表される。

 ここで、本実施形態の異形断面コイルば� ��は、前記(1)式及び(2)式において、0°≦θ<9 0°、270°≦θ<360°、0.7≦nxr≦0.9、0.8≦nyr≦1. 0、0.1SR≦δb≦0.3SRとされている。

 内側x軸係数nxr、内側y軸係数nyr及び中心� �フセット係数δbを上記範囲とすることによ� �、ショットピーニング処理を含む疲労強度� �善処理が表面応力分布に及ぼす影響が考慮� �れ、コイル内周側部分101の断面周方向にお� �て  疲労強度がより均等且つ高くなるよう� ��設定できる。また、0.7≦nxr≦0.85、0.9≦nyr≦ 1.0、0.15SR≦δb≦0.25SRであることは、より好ま しい。

 また、外側x軸係数をnxl、外側y軸係数をny lとしたとき、本実施形態の異形断面コイル� �ねのコイル素線1の縦断面輪郭線10のコイル� �周側部分102は前記(3)式及び(4)式で表される� �

 ここで、本実施形態の異形断面コイルば� ��は、前記(3)式及び(4)式において、90°≦θ< 270°、0.8≦nxl≦1.6、0.3≦nyl≦0.6とされ、δbは� ��記(1)式及び(2)式におけるδbの値に同等とさ� ��ている。

 外側x軸係数nxl、外側y軸係数nylを上記範� �とすることにより、コイル外周側部分102の� �面周方向において疲労強度がより均等かつ� �くなるように設定できる。

 このように、nxr、nyr、nxl、nyl、δbの5つの パラメータを上記所定範囲に設定することに より、本実施形態の異形断面コイルばねは、 コイル素線1の縦断面輪郭線10の周方向の全体 において、より均等且つ高い疲労強度を有す ることができる。つまり、コイル素線1の縦� �面輪郭線(断面形状)10を細かく調整すること� ��、表面応力に対する疲労強度改善処理の悪� ��響を軽減することができ、結果的に、図2に 示すように、本 実施形態の異形断面コイル� ��ね(実線で示す)のコイル素線1の断面周方向� ��沿って、より均等かつ高い疲労強度を持つ� ��形断面コイルばねが実現できる。図2は、本 実施形態の異形断面コイルばね(実線で示す)� ��び従来の異形断面コイルばね(点線で示す)� �ついて、表面応力を加味した疲労強度割合� �比較したものである。なお、「表面応力を� �味した疲労強度割合」における「表面応力� �加味した」とは、断面周方向の応力の変化� �加味したことを意味し、ここでの「表面応� �」は表面に生じる剪断応力を意味する。

 図2に示すように、従来品(点線で示す)では� ��コイル素線の 縦断面輪郭線の周上におい� �、表面応力を加味した疲労強度割合は、偏� �θが10°~70°の間で、40°付近を底とする谷状� �なっている。
 一方、図9にも示したように、一般のコイル ばねでは、ショット  ピーニング等の疲労� �度改善処理を実施した場合、コイル素線の� �イル内周側における疲労強度割合は、偏角θ が約10°以上になると減少し、特に偏角θが10� �から45°付近の間では、疲労強度割合が急激� ��減少している。この結果、図2に示すように 、従来の異形断面コイルばねでは、表面応力 を加味した疲労強度割合の低下は、偏角θが1 0°付近から60°付近までの部分に集中しやす� �、特に偏角θが10°付近から45°までの範囲に� ��急激な低下傾向が見られる(図2に点線で示� �)。

 これに対して、本実施形態の異形断面コ� ��ルばね( 実線で示す)は、コイル素線1の断� �周方向全体、特に内周側部分101(0°≦θ<90° 、270°≦θ<360°も同様)において、周方向に� ��り均等な、表面応力を加味した疲労強度割� ��が得られている。よって、本実施形態の異� ��断面コイルばねは、より均等かつ高い疲労� ��度を有している。

 また、上記5つのパラメータを用いること により、本実施形態の異形断面コイルばねで は、コイル素線1の縦断面輪郭線10を表面応力 分布がより均等にかつ高くなるように自由に 設定することができる(図3に示す)。図3は、� �記5つのパラメータを所定範囲に設定するこ� ��により、本実施形態の異形断面コイルばね� ��コイル素線1の縦断面輪郭線10(断面形状)の� �整可能な領域の一例を示す。

 具体的には、図3に示すように、本実施形 態の異形断面コイルばねでは、内側x軸係数nx r、内側y軸係数xyr及び中心オフセット係数δb� ��所定範囲に設定することにより、コイル素� ��1の縦断面輪郭線10の内周側部分101において� ��り均等かつ高い疲労強度を維持することが� ��き、また、外側x軸係数nxl、外側y軸係数nyl� �所定範囲に設定することにより、縦断面輪� �線10の外周側部分102の直線部分1022の長さ等� �自由に調整することができる。

 また、本実施形態の異形断面コイルばね� ��コイル素線1は、外側x軸係数nxl、外側y軸係� ��nylを上記範囲に調整することで、コイル外� ��側に平坦面又はほぼ平らな面を有する。こ� ��により、縦断面輪郭線10の形状がコイル内� �側とコイル外周側とで異なるコイル素線1と� ��るため、このコイル素線1を異形断面コイル ばね形状にコイリングする際に、コイル素線 1の「コイル内周側になる」側と「コイル外� �側になる」側とを簡単に識別することがで� �、その作業効率が向上するとともに、高い� �労強度を持つ異形断面コイルばねを確実に� �造することができる。

 また、本実施形態の異形断面コイルばね� ��コイルの重心径をDとし、コイルの丸線換算 径をdとしたとき、ばね指数(D/d)を3.0~6.0とす� �ことができる。なお、重心径とは、異形断� �の重心位置におけるコイル径のことである� �また、丸線換算径とは、異形断面の断面積� �断面積が同一の真円線の直径のことである� �

 ここで、ばね指数(D/d)が3.0以下である場� �には、加工上の問題で成形が難しく、また� �ばね指数(D/d)が6.0以上である場合には、異形 線による表面応力分散効果が薄れ、また、疲 労強度の低下割合が図9に示す程ではなくな� �。

 本実施形態の異形断面コイルばねは、例� ��ば、 以下の4つのステップにより製造する� ��とができる。まず、異形断面コイルばねの� ��本形状を予め設定する。そして、疲労強度� ��善処理が表面応力分布に及ぼす影響を調べ� ��為に、コイル素線の断面周方向における疲� ��強度改善度合の分布を実験などにより求め� ��。次に、疲労強度改善度合の分布の実験デ� ��タから上記各パラメータ値が所定範囲内と� ��るように検討、算出し、等疲労強度断面線� ��近づくようにコイル素線の縦断面輪郭線を� ��計する。最終的に設計された縦断面輪郭線( 断面形状)のコイル素線を用いてコイリング� �工し、更に疲労強度改善処理を行うことに� �り異形断面コイルばねを製造する。

 以下、本実施形態の異形断面コイルばね� ��製造 方法における上記の4つのステップを� ��り具体的に説明する。

 まず、異形断面コイルばねを製造するに� ��、異形断面コイルばねの基本形状が必要な� ��め、予めその基本形状を決定する。

 そして、コイル素線1(断面形状を問わな� �)を前記基本形状にコイリング加工して、実� ��用コイルばねとする。実際に異形断面コイ� ��ばねを製造する際に行う疲労強度改善処理� ��実験用コイルばねに施す。コイル素線1の重 なり具合によって発生する疲労強度改善度合 の分布を調べる。具体的には、疲労強度改善 処理を施す前後のコイル素線の断面周方向に おける表面応力分布をそれぞれ求め、その差 異により疲労強度割合の分布を求める。なお 、ここでは、実験により疲労強度改善度合の 分布を調べる方法を採用したが、この他には 、例えば、パソコンにおけるシミュレーショ ンにより疲労強度割合を調べる方法も採用で きる。

 次に、疲労強度改善処理による疲労強度� ��善度合の分布の実験データに応じて、有限� ��素法(FEM)により、(1)式~(4)式に用いるパラメ� ��タ値を最適化し、等疲労強度断面線に近づ� ��ようにコイル素線の縦断面輪郭線10を設計� �る。

 最後に、最終的に設計された縦断面輪郭� ��10(断面形状)を持つコイル素線1を実際にコ� �リング加工し、疲労強度改善処理を行って� �形断面コイルばねを製造する。

 このように製造された本実施形態の異形� ��面コイルばねは、好ましくは自動車用マニ� ��アルトランスミッションのクラッチダンパ� ��又はオートマチックトランスミッションロ� ��クアップダンパーに使用される。

(実施例)
 本実施例の異形断面コイルばねのコイル素� ��1の 縦断面輪郭線(断面形状)10は、図1に示� �極座標系において、前記(1)式~(4)式で表され� ��。

 図1に示すように、本実施例の異形断面コ イルばねのコイル素線1の縦断面輪郭線10は、 内周側部分101と外周側部分102とを備えている 。また、外周側部分102は、二つの曲線部分102 1と、その間に形成されたほぼ直線の直線部� �1022とを備えている。

 また、本実施例では、前記(1)式~(4)式を満 たす縦断面輪郭線10を有するコイル 素線1を� ��イリング加工し、一定条件のショットピー� ��ング処理を行い、コイルばねを製造した。

 なお、コイリング加工の条件は、オイル� ��ンパー線を用い、冷間にてコイリング成形� ��行い、さらにコイリング時の残留応力除去� ��ため、450℃で均熱30分以上の低温焼きなま� �を行うものであった。また、ショットピー� �ング処理の条件は、粒径φ0.6mm(HV550)にて30分� ��1段ショットピーニング処理を行った後、ね じり降伏点を回復させるために、225℃で均熱 15分以上の低温焼きなましを行うものであっ� ��。

 各実施例に基づき、上記(1)式~(4)式に係る パラメータである内側x軸係数nxr、内側y軸係� ��nyr、外側x軸係数nxl、外側y軸係数nyl及び中� �オフセット係数δbが、コイル素線1の断面周� ��向の表面応力分布に及ぼす影響について検� ��した。

(実施例1~6) 
 実施例1~6では、前記(1)式~(4)式において、外 側x軸係数nxl、外側y軸係数nyl及び中心オフセ� ��ト係数δbを固定し、内側x軸係数nxr、内側y� �係数nyrを表1に示すように変化させて、異形� ��面コイルばねのコイル素線1の(内周側部分10 1)の 表面応力分布をパソコンでシミュレー� �ョンした(図4に示す)。なお、図4は、実施例1 ~6のコイル素線1の縦断面輪郭線10(内周側部分 101)における、シミュレーションされた表面� �力分布を示す。この表面応力分布は、コイ� �ング加工した時点(ショットピーニング処理� ��)でのコイル素線1についてのものである。

 図4に示す実施例1~6から理解できるように 、内側x軸係数nxrを0.7~0.9の範囲に、内側y軸係 数nyrを0.8~1.0の範囲にすることにより、偏角θ が10°付近から45°付近までの間に、断面周上� ��おける表面応力の所定の減少傾向が得られ� ��。また、偏角θが45°を過ぎてもほぼ平坦な� ��線(表面応力分布)が得られた。特に、内側x� ��係数nxrを0.7~0.8の範囲とし、かつ、内側y軸� �数nyrを0.9~1.0の範囲とした実施例1~4では、偏� ��θが10°付近から45°付近までの間において、 偏角θが増加するにつれて表面応力が徐々に� ��少した。コイリング加工した時点でこのよ� ��な表面応力分布を持つコイル素線1に対して 、ショットピーニングなどの疲労強度改善処 理を実施することにより、コイル素線1のコ� �ル内周側部分において表面応力が周方向に� �均等になることを有効に抑制することがで� �、したがって、周方向により均等な表面応� �を加味した疲労強度割合を得ることができ� �(図2に 実線で示す)。

即ち、ショットピーニング等の疲労強度改 善処理による、コイル素線1の縦断面輪郭線10 の周方向における疲労強度の改善度合の差異 (特に10°<θ<45°の範囲内)を予め考慮し、� ��側x軸係数nxr、内側y軸係数nyrを用いて異形� �面コイルばねの縦断面輪郭線10(断面形状)を� ��かく操作することによって、周方向により� ��等な、表面応力を加味した疲労強度割合を� ��する異形断面コイルばねを設計することが� ��きた。よって、より均等かつ高い疲労強度� ��持つ異形断面コイルばねを製造することが� ��きた。また、本実施例の異形断面コイルば� ��の表面応力を加味した疲労強度割合の値は� ��図2に示すように、偏角θが10°~70°の範囲内� ��いて、周方向にほぼ均等になっていた。

(比較例1~11) 
 以下、比較例として、内側x軸係数nxr、内側 y軸係数nyrを所定範囲外に設定した場合に、� �れらがコイル素線の断面周方向に沿った表� �応力の分布に及ぼす影響について検討した� �

比較例1~11は、実施例1と基本的に同様である� ��、内側x軸係数nxr、内側y軸係数nyrの設定を� �定 範囲外に変更した例である。なお、比較 例1~11では、nxr、nyrを表2に示すように変化さ� ��て、異形断面コイルばねのコイル素線1の(� �周側部分101)の 表面応力分布をパソコンで� �ミュレーションした(図5に示す)。図5は、比� ��例1~11のコイル素線1の縦断面輪郭線10(内周� �部分101)における、シミュレーションされた� ��面応力分布を示す。

 図5から理解できるように、比較例2~9に示 す異形断面コイルばねでは、コイル素線1の� �断面輪郭線10の周方向(内側部分101)に沿って� ��角θが0°~20°の範囲内において、表面応力の 分布が増加傾向にある。このため、これらの 異形断面コイルばねに対してショットピーニ ング処理を実施しても、表面応力を加味した 疲労強度割合を周方向に有効に均等化するこ とができず、等疲労強度(近似)断面線になり� ��ない。

 また、図5から理解できるように、比較例 1、10、11に示す異形 断面コイルばねでは、� �イル素線1の縦断面輪郭線10の周方向(内側部� ��101)に沿って偏角θが10°~45°の範囲内におい� ��、表面応力の分布が減少傾向にあるが、偏� ��θが45°を過ぎると急激に上昇する傾向にあ� ��、その度合いが大きい。このため、これら� ��異形断面コイルばねに対してショットピー� ��ング処理を実施しても、表面応力を加味し� ��疲労強度割合を周方向に有効に均等化する� ��とができず、等疲労強度(近似)断面線にな� �得ない。

 図5に示す比較例1~11から理解できるよう� �、比較例2~9では、偏角θが10°付近からの表� �応力の分布に低下傾向が見られないため、� �労強度改善処理後の表面応力を加味した疲� �強度割合の均等化に不利である。また、比� �例1、10、11では、偏角θが10°付近から表面応 力の分布は低下する傾向にあるが、45°を過� �ると、急激に上昇する傾向になり、同様に� �労強度改善処理後の表面応力の均等化に不� �である。

さらに、内側x軸係数nxrが0.7よりも小さい� �き、偏角θが45°を過ぎると表面応力が急激� �上昇する傾向になりやすく、一方、内側x軸� ��数nxrは0.9よりも大きいとき、偏角θが0°付� �での表面応力を加味した疲労強度割合が下� �り過ぎる傾向になりやすい。

 図5に示す比較例1~11と図4に示す実施例1~6� ��比較してみると、  実施例1~6の異形断面コ イルばねの(内周側)表面応力分布は、偏角θ� �10°付近から45°付近までは所定の低下傾向に なっており、そして45°を過ぎても、急激に� �昇する傾向にならないため、疲労強度改善� �理後の表面応力を加味した疲労強度割合の� �等化に有利であることが分かった。

(実施例7~9)
 実施例7~9は、基本的に実施例1と同様であり 、更に内側x軸係数nxr、内側y軸係数nyrを0.75、 1.0にそれぞれ固定し、中心オフセット係数δb の設定を変更した例である。

 実施例7~9では、δbを表3に示すように変更さ せた上で、異形断面コイルばねのコイル素線 1の(内周側部分101)の表面応力分布をパソコン でシミュレーションした(図6に示す)。なお、 図6は、実施例7~9のコイル素線1の縦断面輪郭� ��10(内側周部分101)における、シミュレーショ ンされた表面応力分布を示す。

 図6から理解できるように、実施例7~9の異 形断面コイルばねでは、コイル素線1の縦断� �輪郭線10の周方向(内側)に沿って偏角θが10°~ 45°の範囲内において、表面応力の分布は所� �の減少傾向にある。また、偏角θが45°付近� �表面応力は0°付近の表面応力よりも低いこ� �が分かる。このため、中心オフセット係数δ bを所定の範囲に設定することにより、ショ� �トピーニング処理により有効な表面応力を� �味した疲労強度割合の向上を促進すること� �でき、コイル素線1の縦断面輪郭線10に対し� �、表面応力を加味した疲労強度割合を等疲� �強度(近似)断面線になるように微調整するこ とができる。

(比較例12、13)
 以下、δbを所定範囲外に設定してシミュレ� ��ションを行った比較例について説明する。

 比較例12、13は、実施例7~9と基本的に同様 であり、中心オフセット係数δbの設定を所定 範囲外に変更した例である。

 比較例12、13では、δbを表4に示すように変� �させた上で、異形断面コイルばねのコイル� �線1の(内周側部分101)の表面応力分布をパソ� �ンでシミュレーションした(図6に示す)。

 図6から理解できるように、比較例12、13� �異形断面コイルばねでは、コイル素線1の縦� ��面輪郭線10の周方向(内側)に沿って偏角θが1 0°~45°の範囲内において、表面応力の分布は� ��定の減少傾向が見られない。また、偏角θ� �45°付近の表面応力は0°付近の表面応力より� ��高いことが分かる。このため、この異形断� ��コイルばねでは、ショットピーニング処理� ��よる表面応力を加味した疲労強度割合の有� ��な向上にならず、等疲労強度(近似)断面線� �なり得ない。

 また、図6に示す実施例7~9と比較例12、13� �比較して理解できるように、中心オフセッ� �係数δbを所定範囲内に調整することで、コ� �ル素線1の縦断面輪郭線10(断面形状)が調整さ れ、表面応力曲線の傾き具合を細かく補正す ることができる。

 一方、中心オフセット係数δbは、0.3SRを� �えると、偏角θが45°付近の表面応力が0°付� �の表面応力よりも大きくなり、疲労強度改� �処理後の表面応力を加味した疲労強度割合� �均等化に不利である。

(実施例10~18)
 実施例10~18では、前記(1)式~(4)式において、� ��側x軸係数nxr、内側y軸係数nyr及び中心オフ� �ット係数δbを固定し、外側x軸係数nxl、外側y 軸係数nylを表5に示すように変化させて、異� �断面コイルばねの表面応力分布をパソコン� �シミュレーションした(図7に示す)。なお、� �7は、実施例10~18の異形断面コイルばねの縦� �面輪郭線10の外周側部分102における、シミュ レーションされた表面応力  分布を示す。

 図7から理解できるように、実施例10~18の� ��形断面コイルばねでは、コイル素線1の縦断 面輪郭線10の周方向において、外側x軸係数nxl 、外側y軸係数nylは、縦断面輪郭線10の外周側 部分102の表面応力分布にさほど影響を与えな いことが分かる。なお、nxl、nylを設定するこ とにより、コイル素線の縦断面輪郭線10の外� ��側部分102の形状を決定することができる。

 図7に示す実施例10~18から理解できるよう� ��、外側x軸係数nxl、外側y軸係数nylを変化さ� �ることにより外周側の表面応力分布を微調� �することができる。また、図3にも示したよ� ��に、外側x軸係数nxl及び外側y軸係数nylを調� �することにより、異形断面コイルばねのコ� �ル素線1の縦断面輪郭線10の外周側部分102の� �形を曲線から直線或いは直線に近い線形に� �定することができる。これにより、縦断面� �郭線10の形状がコイル内周側101とコイル外周 側102とで異なるコイル素線1となる。このた� �、このコイル素線1をコイルばね形状にコイ� ��ングする際に、コイル素線1の「コイル内周 側になる」側と「コイル外周側になる」側と を簡単に識別することができ、異形断面コイ ルばねの生産効率が向上する。

 このように、内側x軸係数nxr、内側y軸係数ny r及び(原点の)中心オフセット係数δbを所定の 範囲で適宜に設定することにより、コイル素 線1の縦断面輪郭線(断面形状)の内周側部分101 を細かく調整することができる。また、外側 x軸係数nxl、外側y軸係数nyl及び中心オフセッ� ��係数δbを所定の範囲で適宜に設定すること� ��より、コイル素線1の縦断面輪郭線1の外側� �分102を細かく調整することができる。これ� �より、本実施例の異形断面コイルばねのコ� �ル素線1の断面周方向に、より均等かつ高い� ��労強度を有することができ、コイル内周側� ��おける表面応力が高くなることによる折損� ��発生が有効に抑制され、コイルばねの疲労� ��命が長くなる。