JPS5813766B2 - コイルばね - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は素線に生じるせん断応力を均等化し、重量を軽
減したコイルはねに関する。

一般にコイルばねは中実素線をコイル状に巻回して形成
されている。

そしてこのコイルばねがコイルの軸方向に変形すると上
記素線が捩れ変形しエネルギを吸収蓄積するものである
。

ところで上記素線の捩れによって生じるせん断応力は素
線がコイル状に形成されている影響でコイルの内側部と
外側部とでは異なり、せん断応力が不均一であって素材
の単位体積すなわち重量当りの蓄積エネルギが低くなり
、ばねとしての効率が低下するものである。

このため、従来から異形断面を有する素線を用いてせん
断応力の均等化を計り、単位重量当りの蓄積エネルギを
増大させてばねの軽量化を計る試みがなされている。

しかし、このように異形断面を有する素線を用いると、
これをコイル状に巻回することが困難となり特殊の巻回
装置を必要とし、既存の巻回装置が利用できないため製
造コストが大巾に上昇する不具合があった。

また、上記とは別の観点より、中空状の素線を用いてば
ねの軽量化を計ったものもあるが、このようなものにお
いてもコイルの内側部と外側部とのせん断応力の不均等
は解消せず、その軽量化にも限界があった。

本発明は以上の事情にもとすいてなされたもので、その
目的とするところは素線のコイル内側部と外側部の応力
を均等化してばねの軽量化を計り、かつ従来のコイルは
ねと同様に既存の巻回装置によって巻回でき、製造コス
トを低減させることのできるコイルばねを得ることにあ
る。

以下本発明の一実施例を図面に示す実施例にしたがって
説明する。

第１図ないし第３図は本発明の第１実施例を示し、図中
１は素線である。

この素線１はその外形が断面円形をなし、その中心軸を
平行に、かつ中心軸の一方に所定量偏心して形成された
断面円形の中空部２を有する偏心中空状をなしている。

そしてこの素線１はその中空部２の偏心側がコイルの内
側に位置するようにコイル状に巻回されてコイルはね３
に形成されている。

なお、上記中空部２の偏心量εはコイルはね３の形状そ
の他によって適宜設定されるものであるが、コイル半径
をＲ、素線１の外径をｄ２、中空部２の直径をｄ１とし
た場合、この偏心量εはとすることが望ましい。

そして、このようなコイルばね３は、まず偏心していな
い中空管状の素材を用意し、この素材を熱間圧延、冷間
引抜き、あるいは切削加工等によりその外面を中空部に
対して所定量偏心した円形に形成し、第３図に示す如き
素線１を形成する。

そしてこの素線１を従来と同様の方法によってその偏心
側がコイルの内側に位置するように巻回してコイルはね
３を形成する。

次に以上の如く構成された本発明の第１実施例の作用を
説明する。

まず、第４図に示す如き断面円形の中実素線１′が直線
状の場合、この素線１′に捩りが作用すると、この素線
１′の中心軸０が捩り中心となる。

ところで、この素線１′がコイル状に巻回されてこれが
圧縮あるいは引張りが作用すると、この素線１′には捩
りが作用するが、この場合は素線１′がコイル状に巻回
されている影響でその捩り中心は素線１亦直線状の場合
の捩り中心Ｏよりコイル内側に偏した位置０′が捩り中
心となる。

このときの捩り中心の移動量δは、素線径をｄ、コイル
半径をＲとすると、通常の場合には となる。

この結果コイル半径方向のＸ−Ｘ線に沿う素線１′各部
のせん断応力分布は第４図に示す如くなる。

そしてこの素線１′のコイル外側部表面のａ２点のせん
断応力τａ２とコイル内側部表面のａ１点のせん断応力
τａ２ との比はばね指数をＣ＝２Ｒ／ｄとするとワー
ルの式により となる。

この値は実際にはかなり大きくなり、たとえば２Ｒ＝８
０羽、ｄ＝１０闘Ｃ＝２Ｒ／ｄ＝８として計算すると τａ１／τａ２＝１．４ となる。

したがってコイル内側のａ１点のせん断１応力の方が４
０％も大きなことになる。

次に第３図に示す前記第１実施例の如き偏心中空状の素
線１が直線状の場合、これに捩りが作用するとその捩り
中心は外形の中心軸Ｏより中空部２の偏心側の反対側に
生じる。

そしてこの素線１を前記第１実施例の如くその中空部２
の偏心側がコイル内側に位置するように巻回した場合に
は捩り中心は上記直線状の場合の捻り中心よりコイル内
側すなわち中空部２の偏心側に移動する。

したがって中空部２の偏心による捩り中心の変位置とコ
イルに巻回したことによる捩り中心の移動量とが等しく
なるように各部の寸法を設定しておけば第５図に示すご
とく、コイル状に巻回した場合の捩り中心を素線１外形
の中心軸０に合致させることができる。

そしてこの場合には素線１のコイル外側部表面のａ２点
と捩り中心との距離Ｏａ２と、コイル内側部表面のａ１
点と捻り中心との距離Ｏａ１は等しくなり、第５図に示
す如くこれらの点のせん断応力τａ１，τａ２は等しく
なり、せん断応力が均等化し、ばねの効率が向上して重
量の軽減が計れる。

なお、この場合せん断応力の小さな中心軸０の付近には
中空部２が形成されているので、従来の中心中空状の素
線を用いたコイルはねと同様に素線を中空にしたことに
よる重量軽減効果もあわせもつことになる。

そして、上記中空部２の直径ｄ１およびその偏心量εは
種々の条件において適宜これを設定するものであるが、
一般的な場合において、上記中空部２の偏心による重量
軽減の効果を充分に発揮させるためには素線外径をｄ２
とし、また中空部２の直径をｄ１ としコイル半径をＲ
とした場合にこのεは とするのがよい。

次にこの中空部２の偏心による効果を確認するためにお
こなった実験について説明する。

まず、同心中空素線および偏心中空素線を用いてはね指
数Ｃ＝８で同一仕様のコイルばねをそれぞれ製作した場
合の重量ＷＨを求め、これらを中実素線を用いて同仕様
のコイルばねを製作した場合の重量Ｗｓと比較した結果
を第６図に示す。

この結果から、同心中空素線を用いた場合（第６図中破
線で示す）には外径ｄ２ と中空部の径ｄ１ との比ｎ
＝ｄｌ／ｄが０．５〜０．６付近では中実素線との重量
比ＷＨ／Ｗｓが約０．９で１０％程度しか重量軽減され
ないのに対し、偏心中空素線を用いた本発明のもの（第
６図中実線で示す）ではＷＨ／Ｗｓが約０．８２で１８
％程度も重量軽減がなされる。

なお、本発明は上記の第１実施例に限定されず種々の変
形例が可能である。

たとえば第７図ないし第８図には本発明の第２実施例を
示す。

この第２実施例は両端部の外径が縮少された不等線径の
偏心中空素線１〃を用いてコイルはね３′を形成したも
のであって、中空部２′の構成および作用は上記第１実
施例と同様である。

また、本発明は上記の第１および第２実施例にも限定さ
れず、素線の断面形状は円形に限定されずその他の形状
でもよく、要は偏心した中空部を有するものであればど
のようなものでもよい。

さらにばね形状も円筒形に限らず円錐形鼓形、樽形その
他任意の形状のものに適用でき、また圧縮、引張、捩り
その他のコイルはねに適用できる。

上述の如く本発明は中心軸に対して偏心して形成された
中空部を有する偏心中空素線を、その中空部の偏心側が
コイルの内側に位置するように巻回したものである。

したがってコイルの内側部と外側部の素線各部の応力が
均等化され、単位体積すなわち重量当りの蓄積エネルギ
が増大してばねの軽量化を計ることができる。

また、素線の外形の断面形状は従来と同様の円形等でよ
くこれをコイル成形困難な異形断面とする必要はなく、
従来のコイル巻回装置を利用することができるのでコス
トを低減することができる等、その産業上の利用価値は
犬である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の第１実施例を示し、第１
図は縦断面図、第２図はその一部を拡大して示す断面図
、第３図ａはコイル成形前の素線の側面図、第３図ｂは
第３図ａの■ａ−■ａ線に沿う断面図である。 また第４図ないし第６図は上記第１実施例の作用、効果
説明図であって、第４図は中実素線の応力分布図、第５
図は偏心中空素線の応力分布図、第６図は重量軽減効果
を示すグラフである。 また第７図および第８図は本発明の第２実施例を示し、
第７図は縦断面図、第８図ａはコイル成形前の素線の側
面図、第８図ｂおよびＣはそれぞれ第８図ａの■ｂ一■
ｂ線および■Ｃ−■Ｃ線に沿う断面図である。 １，１”・・・素線（偏心中空素線）、２．２’…中空
部、３ ． ３’・・・コイルばね。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 中心軸に対して偏心して形成された中空部を有する
   偏心中空素線をその中空部の偏心側がコイルの内側に位
   置するように巻回してなるコイルはね。