特許 7379729 コイルばね

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-06

(45)【発行日】2023-11-14

(54)【発明の名称】コイルばね

(51)【国際特許分類】

   F16F 1/06 20060101AFI20231107BHJP

【ＦＩ】

F16F1/06 E

F16F1/06 C

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022568107

(86)(22)【出願日】2021-11-02

(86)【国際出願番号】 JP2021040372

(87)【国際公開番号】W WO2022123960

(87)【国際公開日】2022-06-16

【審査請求日】2023-02-22

(31)【優先権主張番号】17/113,438

(32)【優先日】2020-12-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】000004640

【氏名又は名称】日本発條株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西沢 真一

(72)【発明者】

【氏名】森山 千里

(72)【発明者】

【氏名】ダイ ファン

(72)【発明者】

【氏名】古瀬 武志

【審査官】後藤 健志

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５１－１２９５５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５４－５２２５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－１５５３４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実公昭１５－１１７９（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】米国特許第３７２７９０２（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許第１９６３０５４（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｆ １／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一端と他端とを有する素線(2)からなり、
前記素線(2)の前記一端を含む第１の座巻部(11)と、
前記素線(2)の前記他端を含む第２の座巻部(12)と、
前記第１の座巻部(11)と前記第２の座巻部(12)との間に形成された複数の巻部(13a)を有し、互いに隣り合う前記巻部(13a)の間に隙間(G1)が存する有効部(13)と、
を有したコイルばねであって、
前記素線(2)が、
前記素線(2)の長さ方向と直角な第１の断面(S1)が円形の円形断面部(30)と、
前記素線(2)の前記一端から前記第１の座巻部(11)を超える長さを有し、前記長さ方向と直角な第２の断面(S2)が実質的に正方形で、かつ前記第２の断面(S2)の一辺の長さが前記円形断面部(30)の素線(2)の径のルート２分の１以下で、かつ前記第２の断面(S2)が前記長さ方向に一定の正方形断面部(31)と、
前記円形断面部(30)と前記正方形断面部(31)との間に１．０巻以上形成され、前記長さ方向と直角な第３の断面(S3)が、前記円形断面部(30)から前記正方形断面部(31)に向かって、円形から略正方形に変化しかつ断面積が減少するテーパ部(32)と、
を具備したコイルばね。

【請求項2】

請求項１に記載のコイルばねにおいて、
前記正方形断面部(31)が、前記コイルばねの中心軸(C1)に沿う外側の第１の面(31a)および内側の第２の面(31b)と、前記第１の面(31a)および第２の面(31b)と直角で互いに平行な第３の面(31c)および第４の面(31d)と、を有したコイルばね。

【請求項3】

請求項２に記載のコイルばねにおいて、
前記正方形断面部(31)が少なくとも第１の巻部(41)と第２の巻部(42)とを有し、前記コイルばねが圧縮された状態において、前記第１の巻部(41)の前記第３の面(31c)と前記第２の巻部(42)の前記第４の面(31d)とが互いに接する当接部(43)を有したコイルばね。

【請求項4】

請求項２に記載のコイルばねにおいて、
前記テーパ部(32)が、
前記正方形断面部(31)の前記第１の面(31a)に連なる第１平面部(32a)と、
前記第２の面(31b)に連なる第２平面部(32b)と、
前記第３の面(31c)に連なる第３平面部(32c)と、
前記第４の面(31d)に連なる第４平面部(32d)と、
前記第１平面部(32a)と前記第３平面部(32c)との間の第１円弧部(32e)と、
前記第１平面部(32a)と前記第４平面部(32d)との間の第２円弧部(32f)と、
前記第２平面部(32b)と前記第３平面部(32c)との間の第３円弧部(32g)と、
前記第２平面部(32b)と前記第４平面部(32d)との間の第４円弧部(32h)と、
を有したコイルばね。

【請求項5】

請求項１に記載のコイルばねにおいて、
前記第２の座巻部(12)の前記素線(2)の断面が円形でかつ前記第２の座巻部(12)の前記素線(2)の径が前記円形断面部(30)の前記素線(2)の径と同じであるコイルばね。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、例えば車両の懸架装置などに使用されるコイルばね（Coil spring）に関する。

【背景技術】

【0002】

車両の懸架装置に使用されるコイルばねの一例は、螺旋形に巻かれた素線(wire rod)からなる。一般にコイルばねの素線の断面（素線の長さ方向と直角な断面）は円形である。前記コイルばねは、懸架装置の第１のばね座に接する第１の座巻部と、第２のばね座に接する第２の座巻部と、前記第１の座巻部と前記第２の座巻部との間の有効部とを有している。

【0003】

前記有効部は複数の巻部(coil portion)を有している。このコイルばねが荷重によって所定長さに圧縮された状態において、前記有効部の前記巻部の間に隙間が存在している。座巻部は、荷重の大きさにかかわらず常にばね座に接している。有効部の一部は荷重の大きさに応じてばね座に接したり、ばね座から離れたりする。

【0004】

前記コイルばねは、想定された最小荷重と最大荷重との間で、所定のストロークで伸縮する。車両によっては、非線形特性を有するコイルばねが望まれることがある。非線形特性を有するコイルばねは、荷重の大きさに応じてばね定数（spring constant）が変化する。例えば荷重が小さいうちはコイルばねが第１のばね定数で撓み、荷重が大きくなると第２のばね定数で撓む。第２のばね定数は、第１のばね定数よりも大きい。

【0005】

有効部の途中から素線の端に向かって素線径を小さくしたテーパ部を有したテーパコイルばねも知られている。テーパコイルばねは、テーパ部の剛性が小さいため小荷重域では主にテーパ部が撓む。荷重が大きくなるとテーパ部が密着状態となり有効部が撓むため、非線形特性となる。

【0006】

特開昭５７－１１７４３号公報（特許文献１）に記載されたテーパコイルばねは、有効部の途中から座巻部に向かって素線径が減少している。特開昭５６－１４１４３１号公報（特許文献２）に記載されたテーパコイルばねは、テーパ部と座巻部の素線の断面が円形に近い丸みを帯びた８角形である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開昭５７－１１７４３号公報

【文献】特開昭５６－１４１４３１号公報

【文献】特開２０００－３３７４１５号公報

【文献】特開昭５４－５２２５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

断面が略円形の素線からなるコイルばねにおいて、素線径が極端に小さい部分を加工することは容易でない。例えば塑性加工によって素線径を十分小さくするには、特殊な圧延ロールを用いる必要がある。切削やスエージンング（swaging）によって線径を小さくすることもできるが、加工に要するコストが高く、加工時間が長くかかるなど、実用に不向きである。このような事情から、素線の一部の素線径を極端に小さくすることが困難であった。

【0009】

非線形特性のコイルばねにおいて、テーパ部と小断面部（小径部）の素線径を小さくすることに限界があっても、テーパ部と小断面部の巻き数を多くすれば小荷重域でのばね定数を下げることが可能である。しかし非線形特性のコイルばねのテーパ部と小断面部は、荷重が大きくなると密着状態となる。密着状態となったテーパ部と小断面部は、ばねとして機能しない死巻部となる。死巻部の巻き数が多いコイルばねは、車両の重量が大きくなる原因となる。

【0010】

特開２０００－３３７４１５号公報（特許文献３）や特開昭５４－５２２５７号公報（特許文献４）に記載されたコイルばねは、素線の長さ方向の一部（座巻部を含む部分）を圧延することにより、扁平な矩形断面のフラット部を形成している。矩形断面のフラット部は、一般の圧延ロールを用いて比較的容易に形成することができる。しかしフラット部は、円形断面の素線と比較して断面二次極モーメント（Polar Moment of inertia of area）が格段に大きい。このためフラット部を有する非線形特性のコイルばねは、所望の非線形特性が得られても、軽量化させることは困難であった。

【0011】

本発明の目的は、非線形特性を有しかつ軽量なコイルばねを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の１つの実施形態は、一端と他端とを有する素線からなるコイルばねであって、前記素線の前記一端を含む第１の座巻部（first end turn part）と、前記素線の前記他端を含む第２の座巻部（second end turn part）と、有効部（effective spring part）とを有している。前記有効部は、前記第１の座巻部と前記第２の座巻部との間に形成された複数の巻部（coil portion）を有し、互いに隣り合う前記巻部の間に隙間を存している。前記有効部は、前記素線の長さ方向と直角な第１の断面が円形の円形断面部を含んでいる。

【0013】

さらに本実施形態のコイルばねは、前記素線の前記一端から第１の座巻部を超える長さの正方形断面部と、前記円形断面部と前記正方形断面部との間に形成された１．０巻以上のテーパ部とを有している。前記正方形断面部は、前記長さ方向と直角な第２の断面が実質的に正方形で、かつ前記第２の断面の一辺の長さが前記円形断面部の素線の径のルート（√）２分の１以下で、かつ前記第２の断面が前記長さ方向に一定である。前記テーパ部の断面（素線の長さ方向と直角な第３の断面）は、前記円形断面部から前記正方形断面部に向かって、円形から略正方形に変化しかつ断面積が減少する。

【0014】

前記正方形断面部が、前記コイルばねの中心軸に沿う外側の第１の面および内側の第２の面と、前記第１の面および第２の面と直角で互いに平行な上側の第３の面および下側の第４の面とを有してもよい。本実施形態のコイルばねにおいて、前記正方形断面部が少なくとも第１の巻部（first coil portion）と第２の巻部（second coil portion）とを有し、前記コイルばねが圧縮された状態において、第１の巻部の前記第３の面と第２の巻部の前記第４の面とが互いに接する当接部を有してもよい。前記正方形断面部の前記第２の巻部のコイル径が、前記第２の巻部のコイル径よりも小さくてもよい。

【0015】

前記テーパ部が、前記正方形断面部の前記第１の面に連なる第１平面部と、前記第２の面に連なる第２平面部と、前記第３の面に連なる第３平面部と、前記第４の面に連なる第４平面部と、前記第１平面部と前記第３平面部との間の第１円弧部と、前記第１平面部と前記第４平面部との間の第２円弧部と、前記第２平面部と前記第３平面部との間の第３円弧部と、前記第２平面部と前記第４平面部との間の第４円弧部とを有してもよい。

【発明の効果】

【0016】

前記正方形断面部は、圧延ロール等を用いて比較的容易に加工することが可能である。前記正方形断面部の断面積を円形断面部の断面積と比較して十分小さくすることもそれほど困難ではない。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】第１の実施形態に係るコイルばねの斜視図。

【図2】図１に示されたコイルばねが圧縮された状態において、同コイルばねの一部を断面で表した斜視図。

【図3】コイリングされる前の前記コイルばねの素線の一部を示した側面図。

【図4】前記素線の正方形断面部の一例を模式的に示した断面図。

【図5】断面が互いに異なる３種類の素線のそれぞれの断面二次極モーメント（polar moment of inertia of area）を示した図。

【図6】図１に示されたコイルばねのばね特性（撓みと荷重との関係）を模式的に表した図。

【図7】同コイルばねの下端からの位置（turns from lower end）と応力（inner side of coil）との関係を示した図。

【図8】圧延装置を模式的に示した斜視図。

【図9】コイリングマシンの一部の平面図。

【図10】第２の実施形態に係るコイルばねの斜視図。

【図11】図１０に示されたコイルばねの一部を断面で表した斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下に本発明の１つの実施形態に係るコイルばねについて、図１から図９を参照して説明する。
図１は、自動車等の車両の懸架装置に使用されるコイルばね１を示している。コイルばね１は、螺旋形に巻かれた素線(wire rod)２を有している。素線２は例えばばね鋼からなる。コイルばね１は、素線２の一端２ａを含む第１の座巻部１１と、素線２の他端２ｂを含む第２の座巻部１２と、有効部１３とを有している。有効部１３は、第１の座巻部１１と第２の座巻部１２との間に形成され、複数の巻部１３ａを有している。コイルばね１が車両の懸架装置に組込まれると、第１の座巻部１１が上側に位置し、第２の座巻部１２が下側に位置する。この場合、コイルばね１の中心軸Ｃ１は上下方向に延びている。

【0019】

有効部１３の一例は、ピッチＰ１（図１に示す）が一定でかつコイル径Ｒ１が実質的に一定の円筒形である。ここで「実質的に一定」とは、コイリングマシンによって製造されたコイルばねの公差の範囲のばらつきや、スプリングバックによる許容範囲のばらつきが実用上無視できる程度であることを意味している。なおピッチＰ１とコイル径Ｒ１とが、中心軸Ｃ１に沿う方向に変化する非円筒形のコイルばねであってもよい。

【0020】

第１の座巻部１１は、懸架装置の上側のばね座２０（図２に示す）によって支持される。図１に示すように第２の座巻部１２は、懸架装置の下側のばね座２１によって支持される。コイルばね１は、上側のばね座２０と下側のばね座２１との間で圧縮される。コイルばね１が所定の荷重域（懸架装置として使用される荷重の範囲）で圧縮された状態において、有効部１３は、互いに隣り合う巻部１３ａの間に隙間Ｇ１を有している。

【0021】

車両の懸架装置に使用されるコイルばね１は、想定される最小荷重と最大荷重との間の荷重域で使用される。有効部１３は、最大に圧縮されたフルバンプ（full bump）状態と、最大に伸びたフルリバウンド（full rebound）状態とのいずれにおいても、互いに隣り合う巻部１３ａどうしが互いに接することがなく、ばねとして有効に機能する。

【0022】

図２は、コイルばね１が圧縮された状態で、コイルばね１の一部（座巻部１１付近）を断面で表した斜視図である。本実施形態のコイルばね１は、有効部１３の円形断面部３０と、第１の座巻部１１の正方形断面部３１と、円形断面部３０と正方形断面部３１との間に形成されたテーパ部３２とを含んでいる。第１の座巻部１１は正方形断面部３１を有し、螺旋形に成形されている。第２の座巻部１２は円形断面部３０の一部を有し、螺旋形に成形されている。有効部１３は円形断面部３０からなり、螺旋形に成形された複数の巻部１３ａを有している。

【0023】

図３は、素線２がコイリングされる前の素線２の一部を示している。素線２の中心を通る軸線Ｘ１は、素線２の長さ方向に延びている。図３に示された素線２は、長さＬ１の円形断面部３０と、長さＬ２の正方形断面部３１と、長さＬ３のテーパ部３２とを有している。円形断面部３０は、有効部１３の複数の巻部１３ａに必要な長さＬ１を有している。正方形断面部３１は、素線２の一端２ａから長さＬ２にわたって形成されている。テーパ部３２は、円形断面部３０と正方形断面部３１との間に、長さＬ３にわたって形成されている。

【0024】

図２に示されたように円形断面部３０の断面（素線２の軸線Ｘ１と直角な第１の断面Ｓ１）は円形である。しかも第１の断面Ｓ１は、素線２の長さ方向（軸線Ｘ１に沿う方向）に実質的に一定である。第２の座巻部１２は円形断面部３０の一部からなるため、断面が円形である。第２の座巻部１２の素線径は有効部１３の円形断面部３０の素線径と同じである。

【0025】

正方形断面部３１は、コイルばね１の中心軸Ｃ１（図１と図２に示す）に沿う外側の第１の面３１ａおよび内側の第２の面３１ｂと、第１の面３１ａと直角な上側の第３の面３１ｃおよび下側の第４の面３１ｄとを有している。第３の面３１ｃと第４の面３１ｄとは、コイルばね１の中心軸Ｃ１に対し、ほぼ直角な平面となっている。正方形断面部３１は第１の巻部４１と第２の巻部４２とを有している。第２の巻部４２のコイル径ｒ２は、第１の巻部４１のコイル径ｒ１よりも小さい。

【0026】

図２は、コイルばね１が中心軸Ｃ１に沿う荷重によって圧縮された状態を示している。コイルばね１が圧縮されると、正方形断面部３１の第１の巻部４１の上面３１ｃと、第２の巻部４２の下面３１ｄとが、コイルばね１の中心軸１Ｃに沿う方向に重なる。これにより当接部４３が形成される。このため第２の巻部４２が第１の巻部４１の内側に入り込むこと（滑り込み）を回避することができた。

【0027】

正方形断面部３１の断面（軸線Ｘ１と直角な第２の断面Ｓ２）は、実質的に正方形（略正方形）である。この明細書で言う「実質的に正方形（略正方形）」とは、幾何学上の厳密な意味での正方形ではない。図４に模式的に示された第２の断面Ｓ２のように、断面の４つの辺Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４のそれぞれの長さＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４が、加工上の公差の範囲で互いに同等であればよい。各辺Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の長さＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、それぞれ、円形断面部３０の径Ｄ１のルート（√）２分の１以下である。

【0028】

各辺Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４が互いになす内角θ１，θ２，θ３，θ４は、加工上の公差の範囲でほぼ９０°である。各辺Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４が交わる箇所に、丸みを帯びたコーナー部Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４が形成されていてもよい。第２の断面Ｓ２は、素線２の長さ方向（軸線Ｘ１に沿う方向）に実質的に一定である。

【0029】

テーパ部３２の断面（軸線Ｘ１と直角な第３の断面Ｓ３）は、円形断面部３０から正方形断面部３１に向かって、円形から略正方形に徐々に変化するとともに断面積が減少する。テーパ部３２は、円形断面部３０と正方形断面部３１との間に、１．０巻以上形成されている。

【0030】

図２に示されたように、テーパ部３２の断面（第３の断面Ｓ３）は、第１平面部３２ａと、第２平面部３２ｂと、第３平面部３２ｃと、第４平面部３２ｄと、第１円弧部３２ｅと、第２円弧部３２ｆと、第３円弧部３２ｇと、第４円弧部３２ｈとを有している。第１平面部３２ａは、正方形断面部３１の第１の面３１ａに連なっている。第１平面部３２ａはコイルばね１の中心軸Ｃ１に沿っている。

【0031】

第２平面部３２ｂは、正方形断面部３１の第２の面３１ｂに連なっている。第２平面部３２ｂはコイルばね１の中心軸Ｃ１に沿っている。第３平面部３２ｃは、正方形断面部３１の第３の面３１ｃに連なっている。第３平面部３２ｃは、第１平面部３２ａと直角である。第４平面部３２ｄは、正方形断面部３１の第４の面３１ｄに連なっている。第４平面部３２ｄは、第１平面部３２ａと直角である。

【0032】

第１円弧部３２ｅは、第１平面部３２ａと第３平面部３２ｃとの間に形成された円弧形の曲面からなる。第２円弧部３２ｆは、第１平面部３２ａと第４平面部３２ｄとの間に形成された円弧形の曲面からなる。第３円弧部３２ｇは、第２平面部３２ｂと第３平面部３２ｃとの間に形成された円弧形の曲面からなる。第４円弧部３２ｈは、第２平面部３２ｂと第４平面部３２ｄとの間に形成された円弧形の曲面からなる。これらの円弧部３２ｅ，３２ｆ，３２ｇ，３２ｈは、それぞれ、正方形断面部３１のコーナー部Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４（図４に示す）に連なっている。

【0033】

図５は、断面が互いに異なる３種類の素線について、それぞれの長さ方向の位置と断面二次極モーメント（ねじり剛性）との関係を表した図である。図５中の実線Ｍ１は、本実施形態に係る素線２（図３に示す）の断面二次極モーメントを示している。本実施形態の円形断面部３０の素線径は１５．４ｍｍ、正方形断面部３１の一辺の長さが６ｍｍである。図５において、横軸のゼロ（０）から長さＬ３ａがテーパ部３２の断面二次極モーメント、長さＬ２ａが正方形断面部３１の断面二次極モーメントである。正方形断面部３１の断面二次極モーメントは、円形断面部３０の断面二次極モーメントと比較して十分小さい。

【0034】

図５中の２点鎖線Ｍ２は、フラットテーパ部（flat taper portion）を有する従来例１の素線の断面二次極モーメントを示している。従来例１の素線は、素線径が１５．４ｍｍの円形断面部の端から、素線の先端までの長さＬ４にわたり、フラットテーパ部を有している。フラットテーパ部の断面は扁平な矩形である。フラットテーパ部の端面の幅は１５．４ｍｍ、厚さは５．５ｍｍである。

【0035】

フラットテーパ部を有した従来例１の断面二次極モーメント（２点鎖線Ｍ２）は、本実施例の断面二次極モーメント（実線Ｍ１）と比較して格段に大きい。フラットテーパ部を有する従来例１のコイルばねの第１のばね定数を小さくするには、フラットテーパ部の巻き数を多くする必要がある。このため第２のばね定数域のもとでは死巻部の巻き数が多くなり、重量が大きくなる。

【0036】

図５中の破線Ｍ３は、ラウンドテーパ部（round taper portion）を有する従来例２の素線の断面二次極モーメントを示している。従来例２の素線は、円形断面部の端から長さＬ３ａのラウンドテーパ部と、長さＬ２ａの小断面部（素線径１１．４ｍｍ）とを有している。円形断面部の素線径は１５．４ｍｍである。

【0037】

従来例２の断面二次極モーメント（破線Ｍ３）は、本実施例の断面二次極モーメント（実線Ｍ１）よりも大きい。ラウンドテーパ部を有する従来例２のコイルばねの第１のばね定数を小さくするには、ラウンドテーパ部の巻き数を多くする必要がある。このため第２のばね定数域のもとでは死巻部の巻き数が多くなり、重量が大きくなる。

【0038】

正方形断面と円形断面のそれぞれの断面二次極モーメントが互いに同じである場合、正方形断面の一辺の長さは円形断面の直径の約０．８７－０．８９であり、両者の差は小さい。互いに等価サイズの円形断面と正方形断面は、ねじり剛性に関して大差はない。断面が円形の素線を加工し、径が極端に小さいラウンドテーパを形成することは容易ではない。これに対し正方形断面部３１は、少なくとも一対の圧延ロールを用いて比較的容易に加工することができる。正方形断面部は、断面の一辺の長さを円形断面部の素線径のルート２分の１以下に塑性加工することも実用上可能である。

【0039】

図６は、本実施形態のコイルばね１のばね特性（荷重と撓みとの関係）を模式的に表している。図６中の横軸は撓みを示し、縦軸は荷重を示している。コイルばね１は、下側のばね座２１（図１に示す）と上側のばね座２０（図２に示す）との間で圧縮される。荷重がゼロからＷ１の間は、主として正方形断面部３１が撓む。

【0040】

このため図６中の線Ｋ１で示すように、比較的小さなばね定数の第１のばね定数域Ｅ１となる．荷重がＷ１を越えると、正方形断面部３１が密着状態となり、主として円形断面部３０が撓む。このため図６中の線Ｋ２で示すように、ばね定数が大きくなる（第２のばね定数域Ｅ２）。

【0041】

図７は、コイルばね１が圧縮されたときに素線の内側に生じる応力と、素線２の下端からの位置（turns from lower end）との関係を示している。有効部１３の巻部１３ａごとに応力のピークτmaxが生じている。これらのピークτmaxは、懸架装置において許容される応力よりも小さい。座巻部１１付近に小さなピークτ1が生じている。

【0042】

本発明者が鋭意研究を行ったところ、テーパ部３２の巻き数が１．０未満では、図７中にτ2で示したように、テーパ部３２の応力が有効部１３の応力のピークτmaxを越えてしまうことがわかった。テーパ部３２の応力が有効部１３の応力を越えることは好ましくない。そこで本実施形態では、テーパ部３２の巻き数を１．０以上とした。

【0043】

図８は、断面が円形の素線２に正方形断面部３１とテーパ部３２とを成形する圧延装置５０を模式的に示している。素線２は矢印Ｆ１で示す方向に移動する。この圧延装置５０は圧延ロール５１，５２を有している。圧延ロール５１，５２の間隔を調整することができる。素線２が圧延ロール５１，５２を通ることによって素線２が圧延される。そののち素線２が軸線Ｘ１まわりに９０°回転され、素線２が再び圧延ロール５１，５２によって圧延される。

【0044】

図９は、コイルばねを熱間（例えばＡ_３変態点以上、１１５０℃以下）で成形するコイリングマシン６０の一部を示している。コイリングマシン６０は、円柱形のマンドレル６１と、チャック６２と、ガイド部６３とを含んでいる。ガイド部６３は、一対の第１のガイドロール６５，６６を含んでいる。

【0045】

ばね鋼からなる素線２は、予めコイルばねの１個分の長さに切断されている。素線２がオーステナイト化温度（Ａ_３変態点以上、１１５０℃以下）に加熱され、供給機構によってマンドレル６１に供給される。チャック６２は、素線２の先端をマンドレル６１に固定する。ガイド部６３は、素線２を案内することにより、マンドレル６１に巻付く素線２の位置を制御する。

【0046】

マンドレル６１の一方の端部６１ａは、チャック６２によって駆動ヘッド７０に保持されている。マンドレル６１は、駆動ヘッド７０によって、軸線Ｘ２まわりに回転する。マンドレル６１の他方の端部６１ｂは、マンドレルホルダ７１によって回転自在に支持されている。ガイド部６３は、マンドレル６１の軸線Ｘ２に沿う方向に移動し、成形すべきコイルばねのピッチ角に応じて素線２を案内する。

【0047】

素線２はコイルばね１個分の長さである。素線２がマンドレル６１に供給される前に、素線２が加熱炉によって加熱される。加熱された素線２の先端がチャック６２によってマンドレル６１に固定される。マンドレル６１が回転するとともに、マンドレル６１の回転に同期して、ガイド部６３がマンドレル６１の軸線Ｘ２に沿う方向に移動する。これにより、素線２がマンドレル６１に所定ピッチで巻付いてゆく。

【0048】

以下に述べる比較例１，２，３，４は、それぞれ、円形断面部を含む有効部と、ラウンド形のテーパ部および小断面部と、を有する非線形特性のコイルばねである。これに対し実施例１，２，３，４は、それぞれ、図１に示されたコイルばね１と同様に、円形断面部３０と、正方形断面部３１と、テーパ部３２とを有する非線形特性のコイルばねである。

【0049】

［比較例１］
比較例１のコイルばねは、円形断面部の素線径が１８ｍｍ、小断面部の素線径が１３ｍｍ、総巻数８．５、重量が７．０ｋｇである。

【0050】

［実施例１］
実施例１のコイルばねは、円形断面部３０の素線径が１８ｍｍ、正方形断面部３１の断面の一辺の長さが７ｍｍ、総巻数８．５である。正方形断面部３１の断面の一辺の長さは、円形断面部３０の素線径の４０％であった。実施例１のばね特性（荷重と撓みとの関係）は比較例１と同等である。実施例１のコイルばねの重量は５．２ｋｇであり、比較例１のコイルばねと比較して約２４％の軽量化となった。

【0051】

［比較例２］
比較例２のコイルばねは、円形断面部の素線径が１５ｍｍ、小断面部の素線径が１１ｍｍ、総巻数８．５、重量が７．０ｋｇである。

【0052】

［実施例２］
実施例２のコイルばねは、円形断面部３０の素線径が１５ｍｍ、正方形断面部３１の断面の一辺の長さが７ｍｍ、総巻数９．０である。正方形断面部３１の断面の一辺の長さは、円形断面部３０の素線径の４７％であった。実施例２のばね特性は比較例２と同等である。実施例２のコイルばねの重量は４．０ｋｇであり、比較例２のコイルばねと比較して約２３％の軽量化となった。

【0053】

［比較例３］
比較例３のコイルばねは、円形断面部の素線径が２２ｍｍ、小断面部の素線径が１７ｍｍ、総巻数８．０、重量が８．５ｋｇである。

【0054】

［実施例３］
実施例３のコイルばねは、円形断面部３０の素線径が２２ｍｍ、正方形断面部３１の断面の一辺の長さが７ｍｍ、総巻数８．０である。正方形断面部３１の断面の一辺の長さは、円形断面部３０の素線径の３２％であった。実施例３のばね特性は比較例３と同等である。実施例３のコイルばねの重量は６．５ｋｇであり、比較例３のコイルばねと比較して約２２％の軽量化となった。

【0055】

［比較例４］
比較例４のコイルばねは、円形断面部の素線径が１６ｍｍ、小断面部の素線径が１２ｍｍ、総巻数１０．０、重量が６．０ｋｇであった。

【0056】

［実施例４］
実施例４のコイルばねは、円形断面部３０の素線径が１５ｍｍ、正方形断面部３１の断面の一辺の長さが７ｍｍ、総巻数９．０である。正方形断面部３１の断面の一辺の長さは、円形断面部３０の素線径の４７％であった。実施例４のばね特性は比較例４と同等である。実施例４のコイルばねの重量は５．０ｋｇであり、比較例４のコイルばねと比較して約１８％の軽量化となった。

【0057】

実施例１－４のコイルばねの正方形断面部３１の断面の一辺の長さは、円形断面部３０の素線径の５０％以下である。正方形断面部３１を形成する際に断面の一辺の長さが多少ばらつくことがあるが、正方形断面部の断面の一辺の長さを円形断面部の素線径のルート２分の１以下としたことにより、従来のコイルばねと比較して２０％近い軽量化が可能となった。

【0058】

図１０は、第２の実施形態に係るコイルばね１Ａを示している。図１１は、コイルばね１Ａの一部（座巻部１１付近）を断面で示した斜視図である。コイルばね１Ａは、２巻以上の正方形断面部３１と、１．０巻以上のテーパ部３２とを有している。第２の座巻部１２の素線の断面は円形である。第２の座巻部１２の素線径は円形断面部３０の素線径と同じである。第２の座巻部１２は、素線２の他端２ｂに向かってコイル径が減少する小径巻部９０を有している。第２の座巻部１２の素線径は、円形断面部３０の素線径よりも小さくてもよい。

【0059】

コイルばね１Ａの第１の座巻部１１を含む正方形断面部３１は、少なくとも第１の巻部４１と第２の巻部４２とを有している。第２の巻部４２の外側のコイル径ｒ４は第１の巻部４１の内側のコイル径ｒ３よりも小さい。コイルばね１Ａが圧縮されると、図１１に２点鎖線Ｚ１で示すように、第２の巻部４２が第１の巻部４１の内側に入り込むことができる。

【0060】

上記以外の構成と作用について第２の実施形態のコイルばね１Ａは、第１の実施形態のコイルばね１と共通であるため、両者に共通の符号を付して説明は省略する。

【産業上の利用可能性】

【0061】

本発明のコイルばねは、車両の懸架装置をはじめとして、様々な態様の機器に使用されるコイルばねに適用することができる。

【符号の説明】

【0062】

１，１Ａ…コイルばね、２…素線、１１…第１の座巻部、１２…第２の座巻部、１３…有効部、１３ａ…巻部、３０…円形断面部、３１…正方形断面部、３１ａ…第１の面、３１ｂ…第２の面、３１ｃ…第３の面、３１ｄ…第４の面、Ｓ１…第１の断面、Ｓ２…第２の断面、Ｓ３…第３の断面、３２…テーパ部、３２ａ…第１平面部、３２ｂ…第２平面部、３２ｃ…第３平面部、３２ｄ…第４平面部、３２ｅ…第１円弧部、３２ｆ…第２円弧部、３２ｇ…第３円弧部、３２ｈ…第４円弧部、Ｃ１…中心軸、４１…第１の巻部、４２…第２の巻部、４３…当接部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】