JP4146298B2

JP4146298B2 - Coil spring

Info

Publication number: JP4146298B2
Application number: JP2003183399A
Authority: JP
Inventors: 昌彦浅野; 隆志出尾; 喜治川北; 英樹遠矢
Original assignee: Chuo Hatsujo KK; Toyota Motor Corp
Current assignee: Chuo Hatsujo KK; Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2023-06-26
Also published as: JP2005016645A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コイルばねに関し、特にその荷重偏心の低減に係る改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常のコイルばねは、そのコイル中心線が全長に渡って直線となるように形成されている。こうしたコイルばねでは、軸方向の荷重が作用されたときに、その座面の荷重分布が均一とはならないため、軸荷重の作用点がコイル中心線から偏心する荷重偏心が生じ、コイルばねに恒常的な横力やモーメントが発生してしまう。
【０００３】
従来、そうした荷重偏心の低減を図る手法として、コイルばねのコイル中心線を湾曲形状化することが知られている（特許文献１，２等）。すなわち図１０に示すように、コイルばねＣ両端の座巻部に対してその軸方向中央の有効巻部を上記荷重偏心の方向と反対側に膨出させるように、コイル中心線Ｌを湾曲形状化することで、荷重偏心を低減させる手法が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１０４７７２号公報
【特許文献２】
特開２００１−２０８１１６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで内燃機関の吸気弁、排気弁に用いられる弁ばね用のコイルばねでは、コイル径に対する巻線径の比が大きく、ばね指数が小さくなっている。このようなばね指数の小さいコイルばねでは、コイル中心線を所望とする曲率に成形することが非常に困難となっている。
【０００６】
すなわちコイル中心線を湾曲形状化するには、コイルばねの巻線のコイル半径をその全長に亘って連続的に変化させる精密な巻線の曲げ加工が必要となる。ところが上記のようなばね指数の小さいコイルばねでは、巻線の曲げ加工度が大きく、また曲げ加工時の巻線のスプリングバックも大きい。そのため、巻線への精密な曲げ加工は施し難く、コイルばねの形状精度が悪化して、図１１に示すようにコイルばねＣの形状がその上半分（Ｕ）と下半分（Ｌ）とでアンバランスとなり、場合によっては、かえって荷重偏心を悪化させる虞がある。
【０００７】
このようにコイル中心線の湾曲形状化は、たしかに荷重偏心の低減に有効ではあるが、コイルばね形状の精密な成形が必要であり、その製造が困難となっていた。またそのため、精密な巻線の曲げ加工が困難な、弁ばね等のばね指数の小さいコイルばねには、応用し難いものとなっていた。
【０００８】
本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、形状精度の悪化を招くことなく好適に、荷重偏心の低減を図ることのできるコイルばねを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以下、上述した目的を達成するための手段及びその作用効果を記載する。
請求項１に記載の発明は、コイル中心線がその全長に亘って直線となるよう形成されたとき、そのコイル中心線に対して、端末からの巻数がＮ巻の方向に荷重偏心が生じる、座巻部及び有効巻部のコイル径が等しいコイルばねにおいて、前記端末からの巻数がＮ巻の位置と同巻数がＮ＋０．５巻の位置との間の、前記座巻部と前記有効巻部との境界部のみでコイル中心線の曲率を変化させ、前記座巻部及び前記有効巻部のコイル中心線を直線としたことをその要旨とする。
【００１０】
上述のように、コイルばねでは、その座面での荷重分布の非対称性に起因して荷重偏心が発生する。その点、上記構成では、上記境界部のみでコイル中心線の曲率を変化させることで、座巻部及び有効巻部のコイル中心線が直線とされている。このようにコイル中心線を成形することで、有効巻部のコイル中心線を直線としたまま、座巻部のコイル中心線に対して、端末からの巻数がＮ＋０．５巻の方向、すなわち上記荷重偏心の方向と反対方向にオフセットさせることができる。こうしたオフセットの方向は、上記荷重偏心を低減させる方向となる。また上記構成では、有効巻部のコイル中心線には曲率がなく、巻線のスプリングバックが一律となるため、巻線の成形精度、すなわちコイルばねの形状精度を容易に確保することができる。したがって上記構成によれば、形状精度の悪化を招くことなく好適に、荷重偏心の低減を図ることができる。
上記構成のように座巻部及び有効巻部のコイル径を設定すれば、コイルばねの体格の大型化を抑えながらも、コイル中心線のオフセット量を大きくすることが可能となり、大きい荷重偏心の低減効果を確保することができる。
【００１１】
また請求項２に記載の発明は、コイル中心線がその全長に亘って直線となるよう形成されたとき、そのコイル中心線に対して、端末からの巻数がＮ巻の方向に荷重偏心が生じる、座巻部及び有効巻部のコイル径が等しいコイルばねにおいて、前記端末とその端末からの巻数がＮ巻の位置との間の前記座巻部のコイル中心線、及び一方及び他方の端末からの巻数がそれぞれＮ＋０．５巻の位置の間の前記有効巻部のコイル中心線を互いに平行な直線としつつ、前記有効巻部のコイル中心線を前記座巻部のコイル中心線に対してオフセットさせたことをその要旨とする。
【００１２】
上記構成では、座巻部のコイル中心線と有効巻部のコイル中心線とが互いに平行な直線とされながらも、有効巻部のコイル中心線が座巻部のコイル中心線に対してオフセットされている。すなわち、座巻部と有効巻部との境界部のみで、コイル中心線の曲率が変化されている。したがって上記構成によっても、形状精度の悪化を招くことなく好適に、荷重偏心の低減を図ることができるようになる。
上記構成のように座巻部及び有効巻部のコイル径を設定すれば、コイルばねの体格の大型化を抑えながらも、コイル中心線のオフセット量を大きくすることが可能となり、大きい荷重偏心の低減効果を確保することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、座巻部及び有効巻部のコイル径が等しいクローズドエンドのコイルばねであって、端末からの巻数が１巻の位置と同巻数が１．５巻の位置との間の、前記座巻部と前記有効巻部との境界部のみでコイル中心線の曲率を変化させ、前記座巻部及び前記有効巻部のコイル中心線を直線としたことをその要旨とする。
【００１４】
更に請求項４に記載の発明は、座巻部及び有効巻部のコイル径が等しいクローズドエンドのコイルばねであって、前記端末とその端末からの巻数が１巻の位置との間の前記座巻部のコイル中心線、及び一方及び他方の端末からの巻数がそれぞれ１．５巻の位置の間の前記有効巻部のコイル中心線を互いに平行な直線としつつ、前記有効巻部のコイル中心線を前記座巻部のコイル中心線に対してオフセットさせたことをその要旨とする。
【００１５】
端末と端末からの巻数が１巻の部位とが当接するように座巻部の形成されたクローズドエンドのコイルばねでは、コイル中心線がその全長に亘って直線となるよう形成されたとき、そのコイル中心線に対する荷重偏心の方向は、コイル中心線から見て、端末の位置する方向となる。換言すれば、同コイルばねの上記荷重偏心の方向は、コイル中心線に対して、端末からの巻数が１巻の位置の方向となる。よってクローズドエンドのコイルばねであれば、請求項３、４のように構成することで、形状精度の悪化を招くことなく好適に、荷重偏心の低減を図ることができる。
上記構成のように座巻部及び有効巻部のコイル径を設定すれば、コイルばねの体格の大型化を抑えながらも、コイル中心線のオフセット量を大きくすることが可能となり、大きい荷重偏心の低減効果を確保することができる。
【００１８】
また請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のコイルばねにおいて、当該コイルばねの座面を、前記有効巻部のコイル中心線に対して垂直な面としたことをその要旨とする。
【００１９】
上記構成では、コイルばねの座面が、有効巻部のコイル中心線に対して垂直に形成されているため、その組付を容易且つ的確に行うことができる。すなわちコイルばねの組付性、及び組付精度を向上することができる。
【００２０】
また請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載のコイルばねにおいて、当該コイルばねは、弁ばねとして用いられることをその要旨とする。
【００２１】
例えば内燃機関の吸気弁、排気弁等の弁ばねには一般に、ばね指数の小さいコイルばねが用いられている。上記各請求項に記載の構成を適用することで、そうした弁ばね用のコイルばねにおいても、荷重偏心の低減を容易に実現することができるようになる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をクローズドエンドのコイルばねに適用した一実施形態について、図１〜図５を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１に、本実施形態の前提となるコイルばね５０の側面構造を示す。
同図に示すように、コイルばね５０は、全体の巻数が自然数（同図では巻数５）とされ、その全長に亘ってコイル中心線Ｌが一直線に形成された通常のクローズドエンドのコイルばねとして構成されている。コイルばね５０両端の端末Ｅはそれぞれ、その端末Ｅから１巻目の位置Ｓに当接されている。またコイルばね５０両端には、図２にハッチングで示すように、コイル中心線Ｌに対して垂直な面となるように加工された座面５２が形成されている。
【００２４】
ちなみに、このコイルばね５０の座巻部５１のように、巻線の端末Ｅが、その端末Ｅから１巻目の位置Ｓ０に当接するように形成されたコイルばねの座巻部形状を「クローズドエンド」という。これに対して、巻線の端末Ｅとその端末Ｅから１巻目の位置との間に隙間が形成されるコイルばねの座巻部形状を「オープンエンド」という（図６参照）。
【００２５】
圧縮状態で配設されたときのコイルばね５０の座面５２では、軸荷重は、巻線同士が重なった端末Ｅにほぼ集中して作用する。そのため、図２に示すように、軸荷重の重心位置Ｐは、コイル中心線Ｌから見て、端末Ｅの側にずれることとなる。すなわち、コイル中心線Ｌが全長に亘って一直線とされた通常のクローズドエンドのコイルばね５０では、コイル中心線Ｌから見て、端末Ｅの側に向けて、換言すれば端末Ｅから１巻目の位置Ｓ０の側に向けて荷重偏心が生じるようになる。
【００２６】
図３に側面構造を示す本実施形態のコイルばね１０では、そうした荷重偏心を低減するため、以下のように構成されている。なおこのコイルばね１０の座巻部形状も、上記コイルばね５０と同様のクローズドエンドとなっており、その両端の端末Ｅの巻線が、その端末Ｅからの巻数が１巻の位置Ｓ１の巻線に当接されている。
【００２７】
同図に示すように、コイルばね１０では、その両端の座巻部１１のコイル中心線Ｌ０、及びその軸方向中央の有効巻部１２のコイル中心線Ｌ１は、それぞれ直線とされている。また有効巻部１２のコイル径は、座巻部１１のコイル径と等しくされている。
【００２８】
一方、端末Ｅからの巻数が１巻の上記位置Ｓ１と同巻数が１．５巻の位置Ｓ２との間の境界部１３では、コイル中心線の曲率が変化されている。そのため、このコイルばね１０では、有効巻部１２のコイル中心線Ｌ１は、座巻部１１のコイル中心線Ｌ０に平行な直線とされながら、そのコイル中心線Ｌ０に対して所定のオフセット量ΔＬだけ、オフセットされている。こうした有効巻部１２のコイル中心線Ｌ１のオフセット方向は、座巻部１１のコイル中心線Ｌ０から見て、端末Ｅからの巻数が１．５巻の位置Ｓ２の方向となっている。
【００２９】
コイルばね１０の両端には、座面１４が形成されている。座面１４は、上記有効巻部１２のコイル中心線Ｌ１に対して垂直な面とされている。
更にこのコイルばね１０では、座面１４の荷重ベクトル方向が、その両端で一致するように、その全体の巻数が設定されている。すなわち、クローズドエンドとされたこのコイルばね１０では、その全体の巻数は、自然数（本実施形態のコイルばね１０では巻数５）とされている。
【００３０】
以上説明した本実施形態のコイルばね１０では、端末Ｅからの巻数が１巻の位置Ｓ１と同巻数が１．５巻の位置Ｓ２との間の境界部１３のみでコイル中心線の曲率を変化させ、それ以外の座巻部１１及び有効巻部１２のコイル中心線Ｌ０，Ｌ１は直線とされている。すなわち、コイルばね１０では、有効巻部１２のコイル中心線Ｌ１を、座巻部１１のコイル中心線Ｌ０と平行な直線としつつ、そのコイル中心線Ｌ０に対して、端末Ｅからの巻数が１．５巻の位置Ｓ２の方向にオフセットさせている。このときの上記オフセットの方向は、荷重偏心を低減させる方向となる。ちなみに上記オフセット量ΔＬは、荷重偏心を十分に低減可能な適宜な大きさに、予め設定されている。
【００３１】
更に有効巻部１２のコイル中心線Ｌ１には曲率がなく、巻線のスプリングバックが一律となるため、巻線の成形精度、すなわちコイルばね１０の形状精度を容易に確保することができる。したがって、このコイルばね１０では、上記のような荷重偏心の低減を、形状精度の悪化を招くことなく好適に、荷重偏心の低減を図ることができる。
【００３２】
続いて、以上説明したコイルばね１０を、内燃機関の機関バルブである吸気バルブや排気バルブの弁ばねとして適用した場合について説明する。なお、以下の説明では、例として、吸気バルブの弁ばねとしてコイルばね１０を用いた場合を説明するが、排気バルブの弁ばねにも同様に適用することができる。
【００３３】
図５に、コイルばね１０が弁ばねとして用いられた吸気バルブ３及びその周辺部の断面構造を示す。同図に示すように、内燃機関のシリンダヘッド１に形成された吸気ポート２を開閉する吸気バルブ３は、傘部３ａ及び弁軸３ｂを備えて構成されている。吸気ポート２の燃焼室１ａへの開口部には、上記傘部３ａが着座可能な弁座２ａが設けられている。吸気ポート２は、傘部３ａが弁座２ａに着座することで燃焼室１ａに対して閉じられ、傘部３ａが弁座２ａから離座することで燃焼室１ａに対して開かれる。また吸気バルブ３の弁軸３ｂは、シリンダヘッド１に設けられたバルブガイド３ｃに軸方向に往復動可能に支持されている。
【００３４】
シリンダヘッド１の吸気バルブ３上方には、バルブリフタ５が、弁軸３ｂの軸方向に往復動可能に配設されており、弁軸３ｂの上端がそのバルブリフタ５に当接されている。更にシリンダヘッド１のバルブリフタ５上方には、カム７の設けられたカムシャフト６が回転可能に支持されている。
【００３５】
一方、弁軸３ｂの上端部にはリテーナ３ｄが装着されている。そしてシリンダヘッド１に形成されたばね座４と上記リテーナ３ｄとの間に、コイルばね１０が圧縮状態で配設されている。
【００３６】
こうした機関バルブの弁ばねとして用いられるコイルばねに、上記のような荷重偏心によって横力が発生すると、その横力が弁軸３ｂに作用して、弁軸３ｂとバルブガイド３ｃとの摺動面の摩擦力が増大されてしまう。その点、そうした弁ばねに本実施形態のコイルばね１０を用いれば、上記弁軸３ｂに作用する横力が低減されて、弁軸３ｂとバルブガイド３ｃとの摺動面に作用する摩擦が低減されるため、吸気バルブ３の開閉駆動の円滑化を図ることができる。
【００３７】
以上説明した本実施形態のコイルばね１０によれば、下記の効果を奏することができる。
（１）コイルばね１０の形状精度の悪化を招くことなく好適に、荷重偏心を低減することができる。
【００３８】
（２）座巻部１１及び有効巻部１２のコイル径が等しくされているため、上記コイル中心線Ｌ０、Ｌ１のオフセット量ΔＬを大きく確保しつつも、コイルばね１０の体格の大型化を抑えられる。その結果、例えば機関バルブの弁ばねのような、搭載の制約を受ける部位に用いる場合にも、大きい荷重偏心の低減効果を得ることができる。
【００３９】
（３）座面１４を、有効巻部１２のコイル中心線Ｌ１に対して垂直な面としているため、コイルばね１０の組付性、及び組付精度が向上される。
（４）コイルばね１０両端の荷重ベクトルの方向が同一となるように、全体の巻数が設定されているため、コイルばね１０両端に生じるモーメントが釣り合うようになり、コイルばね１０両端に発生する横力も、好適に低減することができる。
【００４０】
（５）コイルばね１０を、内燃機関の機関バルブの弁ばねとして用いることで、弁軸３ｂ等の摺動部の摩擦力を低減して、機関バルブの開閉駆動の円滑化を図ることができる。
【００４１】
＜オープンエンドのコイルばねへの適用例＞
続いて、本発明を、オープンエンドのコイルばねに適用した場合について説明する。
【００４２】
図６は、コイル中心線が全長に亘って一直線に形成された通常のオープンエンドのコイルばね６０の側部断面構造を示している。このコイルばね６０は、その両端の座巻部６１において、巻線の端末Ｅとその端末Ｅから１巻目の位置との間に隙間が形成された状態で使用される。またコイルばね６０の両端には、そのコイル中心線Ｌに垂直な面となるように座面６２が形成されている。
【００４３】
こうしたオープンエンドのコイルばね６０が圧縮状態で配設されたとき、その座面６２では、巻線がばね座から離間する位置Ｓ３で最大となり、その位置Ｓ３から端末Ｅに向かうほど小さくなるように、軸荷重が分布する。そのため、オープンエンドのコイルばね６０では、端末Ｅに軸荷重が集中する上記クローズドエンドのコイルばね５０とは異なり、座面６２の形状や巻線のピッチ等に応じて、コイル中心線Ｌに対して軸荷重の重心位置Ｐがずれる方向、すなわち荷重偏心の方向が変化する。こうしたオープンエンドのコイルばね６０における座面６２での軸荷重分布の非対称性に起因した荷重偏心の方向は、実験や解析等で予め求めることができる。
【００４４】
ここでは図７に示すように、このコイルばね６０での荷重偏心の方向が、コイル中心線Ｌから見て、端末Ｅからの巻数がＮ巻の位置Ｓ４の方向であるとする。この場合、以下のようにコイルばねを構成することで、形状精度の悪化を招くことなく好適に、荷重偏心の低減を図ることができる。
【００４５】
図８に、そうしたコイルばね２０の側面構造を示す。このコイルばね２０も、上記コイルばね６０と同様に、オープンエンドのコイルばねとして構成されている。すなわち、このコイルばね２０の座巻部２１では、巻線の端末Ｅが、端末Ｅからの巻数が１巻の位置の巻線とが離間された状態となっている。
【００４６】
同図に示すように、コイルばね２０では、端末Ｅからの巻数が上記Ｎ巻の位置Ｓ４と同巻数がＮ＋０．５巻の位置Ｓ５との間の境界部２３のみでコイル中心線の曲率を変化させ、それ以外の部分のコイル中心線は直線とされている。すなわち、このコイルばね２０では、端末Ｅと上記位置Ｓ４との間の座巻部２１のコイル中心線Ｌ４、及びコイルばね２０上下の上記位置Ｓ５の間の有効巻部２２のコイル中心線Ｌ５は、それぞれ直線とされている。そして上記境界部２３でコイル中心線の曲率を変化させることで、有効巻部２２のコイル中心線Ｌ５は、座巻部２１のコイル中心線Ｌ４に対して所定のオフセット量ΔＬだけオフセットされている。図９に示すように、そうした有効巻部２２のコイル中心線Ｌ５のオフセット方向は、座巻部２１のコイル中心線Ｌ４から見て、上記位置Ｓ５の方向とされている。
【００４７】
このコイルばね２０でも、有効巻部２２のコイル径と座巻部２１のコイル径とは等しくされている。またコイルばね２０の両端には、有効巻部２２のコイル中心線Ｌ５に対して垂直な面とされた座面２４が形成されている。
【００４８】
なお、このコイルばね２０全体の巻数Ｍは、両端の座面２４での荷重ベクトル方向が一致するように設定されている。この場合、上記巻数Ｎに基づき、Ｍ＝２Ｎ＋ｎとなるようにコイルばね２０全体の巻数Ｍを設定することで、コイルばね２０両端の荷重ベクトルの方向を一致させることができる（ｎ：任意の自然数）。
【００４９】
このようにコイルばね２０を構成すれば、オープンエンドのコイルばねにおいても、上記コイルばね１０と同様の作用効果を奏することができる。
なお、上記実施形態は次のように変更して実施することもできる。
【００５０】
・コイルばね１０，２０では、座巻部１１，２１及び有効巻部１２，２２のコイル径を等しくしていたが、座巻部及び有効巻部のコイル中心線が直線であれば、それらのコイル径を異ならせたり、或いは座巻部や有効巻部内でコイル径を変化させたりしても、荷重偏心の低減は可能である。
【００５１】
・コイルばね１０，２０では、座面１４，２４を、有効巻部１２，２２のコイル中心線Ｌ１，Ｌ３に対して垂直な面としているが、コイルばねの組付性や組付精度が十分確保できるのであれば、座面１４，２４をコイル中心線Ｌ１，Ｌ３に垂直とならないように形成しても良い。
【００５２】
・上記実施形態では、コイルばね１０の弁ばねとしての使用例を示したが、本発明のコイルばねは、弁ばね以外の用途にも用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のコイルばねについてその前提となる構成の側面図。
【図２】同じく前提となる構成の平面図。
【図３】本発明の一実施形態に係るコイルばねの側面図。
【図４】同コイルばねの平面図。
【図５】同コイルばねの弁ばねとしての使用状態を示す断面図。
【図６】オープンエンドのコイルばねへの本発明の適用例についてその前提となる構成の側面図。
【図７】同前提となる構成の座巻部の荷重分布を示す図。
【図８】オープンエンドのコイルばねへの本発明の適用例の側面図。
【図９】同コイルばねの平面図。
【図１０】コイル中心線の湾曲形状化された従来のコイルばねの側面図。
【図１１】形状精度の悪化した従来のコイルばねの側面図。
【符号の説明】
１…シリンダヘッド、２…吸気ポート、２ａ…弁座、３…吸気バルブ、３ａ…傘部、３ｂ…弁軸、３ｃ…バルブガイド、３ｄ…リテーナ、４…ばね座、５…バルブリフタ、６…カムシャフト、７…カム、１０，２０，５０，６０…コイルばね、１１，２１，５１，６１…座巻部、１２，２２…有効巻部、１３，２３…境界部、１４，２４，５４，６４…座面。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a coil spring, and more particularly to an improvement related to reduction of load eccentricity.
[0002]
[Prior art]
A normal coil spring is formed such that its coil center line is a straight line over its entire length. In such a coil spring, when an axial load is applied, the load distribution on the seating surface is not uniform, so that a load eccentricity occurs in which the point of application of the axial load is eccentric from the coil center line, and the coil spring is constantly Side force and moment are generated.
[0003]
Conventionally, as a technique for reducing such load eccentricity, it is known to curve the coil center line of a coil spring (Patent Documents 1, 2, etc.). That is, as shown in FIG. 10, the coil center line L is curved so that the effective winding portion at the center in the axial direction of the end winding portions at both ends of the coil spring C bulges on the opposite side to the direction of the load eccentricity. A technique for reducing load eccentricity is known.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2000-104772 A [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-208116
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in a coil spring for a valve spring used for an intake valve and an exhaust valve of an internal combustion engine, a ratio of a winding diameter to a coil diameter is large, and a spring index is small. In such a coil spring having a small spring index, it is very difficult to mold the coil center line to a desired curvature.
[0006]
That is, in order to make the coil center line into a curved shape, it is necessary to perform a precise winding bending process in which the coil radius of the coil spring winding is continuously changed over its entire length. However, a coil spring having a small spring index as described above has a large degree of bending of the winding and a large spring back of the winding during bending. Therefore, it is difficult to perform a precise bending process on the winding, and the shape accuracy of the coil spring is deteriorated, and the shape of the coil spring C is divided into an upper half (U) and a lower half (L) as shown in FIG. There is a possibility that the load eccentricity may be worsened in some cases.
[0007]
Thus, the curved shape of the coil center line is effective in reducing the load eccentricity, but requires precise shaping of the coil spring shape, which makes it difficult to manufacture. For this reason, it has been difficult to apply to a coil spring having a small spring index such as a valve spring, which is difficult to bend precisely.
[0008]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a coil spring that can suitably reduce load eccentricity without causing deterioration in shape accuracy.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In the following, means for achieving the above-described object and its operational effects are described.
In the invention according to claim 1, when the coil center line is formed to be a straight line over its entire length, load eccentricity occurs in the direction of N windings from the terminal with respect to the coil center line . in the coil spring coil diameter is equal end turn portion and a useful load unit, the position and the number of turns of winding number N winding from terminal between the position of the N + 0.5 vol., wherein the effective winding portion and the end turn portion changing the curvature of the coil center line only at the boundary between, as its gist in that a straight line the seat winding portion and the coil center line of the effective winding portion.
[0010]
As described above, in the coil spring, load eccentricity occurs due to the asymmetry of the load distribution on the seat surface. In that respect, in the above configuration, the coil center lines of the end turn portion and the effective winding portion are made straight by changing the curvature of the coil center line only at the boundary portion. By forming the coil center line in this way, the number of turns from the terminal is N + 0.5 turns with respect to the coil center line of the end winding portion while keeping the coil center line of the effective winding portion straight, that is, the above It can be offset in the direction opposite to the direction of load eccentricity. The direction of such an offset is a direction that reduces the load eccentricity. In the above configuration, since the coil center line of the effective winding portion has no curvature and the spring back of the winding is uniform, the winding forming accuracy, that is, the shape accuracy of the coil spring can be easily ensured. Therefore, according to the said structure, reduction of load eccentricity can be aimed at suitably, without causing deterioration of shape accuracy.
If the coil diameters of the end winding part and the effective winding part are set as in the above configuration, it is possible to increase the offset amount of the coil center line while suppressing an increase in the size of the coil spring, and a large load eccentricity. A reduction effect can be secured.
[0011]
In the invention according to claim 2, when the coil center line is formed to be a straight line over its entire length, load eccentricity occurs in the direction of N turns from the terminal with respect to the coil center line. in the coil spring equal coil diameter end turn portion and the effective winding part, the terminal and the coil center line of the end turn portion between the turns from the terminal is the location of the N windings, and the one and the other terminal wherein while the mutually parallel linear coil center line of the effective winding portion, the offset coil center line of the effective winding portion relative to the coil center line of the seat winding portion between the winding position of each N + 0.5 Volume The gist of this is
[0012]
In the above configuration, the coil center line of the effective winding portion is offset from the coil center line of the end winding portion while the coil center line of the end winding portion and the coil center line of the effective winding portion are straight lines parallel to each other. ing. That is, the curvature of the coil center line is changed only at the boundary portion between the end winding portion and the effective winding portion. Therefore, even with the above configuration, it is possible to suitably reduce the load eccentricity without causing deterioration of the shape accuracy.
If the coil diameters of the end winding part and the effective winding part are set as in the above configuration, it is possible to increase the offset amount of the coil center line while suppressing an increase in the size of the coil spring, and a large load eccentricity. A reduction effect can be secured.
[0013]
The invention according to claim 3 is a closed-end coil spring in which the coil diameters of the end turn part and the effective turn part are equal , and the number of turns from the terminal is one turn and the number of turns is 1.5 turns. between the end turn portion and to change the curvature of the coil center line only at the boundary portion between the effective winding unit, and its gist that a straight line the seat winding portion and the coil center line of the effective winding portion To do.
[0014]
Further the invention described in claim 4 is the end turn portion and the effective winding portion of the coil spring coil diameter is equal closed end, said seat between a position of the number of turns, Volume 1 from the terminal and the terminal windings of the coil center line, and one and with the number of turns from the other terminal and said a parallel mutually effective winding portion coil center line of the straight line between the position of 1.5 vol each coil center of the effective winding portion The gist is that the wire is offset with respect to the coil center line of the end winding portion.
[0015]
In a closed-end coil spring in which the end winding part is formed so that the terminal and the number of turns from the terminal are in contact with each other, when the coil center line is formed to be a straight line over its entire length, The direction of load eccentricity with respect to the coil center line is the direction in which the terminal is located when viewed from the coil center line. In other words, the direction of the load eccentricity of the coil spring is the direction in which the number of turns from the terminal is one turn with respect to the coil center line. Therefore, if it is a closed-end coil spring, it can reduce load eccentricity suitably, without causing deterioration of a shape precision by comprising like Claim 3, 4.
If the coil diameters of the end winding part and the effective winding part are set as in the above configuration, it is possible to increase the offset amount of the coil center line while suppressing an increase in the size of the coil spring, and a large load eccentricity. A reduction effect can be secured.
[0018]
The invention according to claim 5 is the coil spring according to any one of claims 1 to 4 , wherein the seating surface of the coil spring is a surface perpendicular to the coil center line of the effective winding portion. This is the gist.
[0019]
In the said structure, since the seat surface of a coil spring is formed perpendicularly | vertically with respect to the coil centerline of an effective volume part, the assembly | attachment can be performed easily and exactly. That is, the assembling property and the assembling accuracy of the coil spring can be improved.
[0020]
The gist of the invention described in claim 6 is that the coil spring according to any one of claims 1 to 5 is used as a valve spring.
[0021]
For example, a coil spring having a small spring index is generally used as a valve spring such as an intake valve or an exhaust valve of an internal combustion engine. By applying the configurations described in the above claims, load eccentricity can be easily reduced even in such a coil spring for a valve spring.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a closed-end coil spring will be described in detail with reference to FIGS.
[0023]
In FIG. 1, the side structure of the coil spring 50 used as the premise of this embodiment is shown.
As shown in the figure, the coil spring 50 is a normal closed-end coil spring in which the total number of turns is a natural number (5 turns in the figure) and the coil center line L is formed in a straight line over the entire length. It is configured. The terminals E at both ends of the coil spring 50 are in contact with the position S of the first volume from the terminal E. Further, at both ends of the coil spring 50, as shown by hatching in FIG. 2, seat surfaces 52 processed so as to be surfaces perpendicular to the coil center line L are formed.
[0024]
By the way, like the end winding portion 51 of the coil spring 50, the end winding shape of the coil spring formed so that the terminal E of the winding comes into contact with the position S0 of the first winding from the end E is “closed”. "End". On the other hand, the end winding shape of the coil spring in which a gap is formed between the terminal E of the winding and the position of the first winding from the terminal E is referred to as “open end” (see FIG. 6).
[0025]
In the seating surface 52 of the coil spring 50 when disposed in a compressed state, the axial load acts almost concentrated on the terminal E where the windings overlap. Therefore, as shown in FIG. 2, the center of gravity position P of the axial load is shifted toward the terminal E when viewed from the coil center line L. That is, in a normal closed-end coil spring 50 in which the coil center line L is a straight line over the entire length, the coil center line L is directed toward the terminal E as viewed from the coil center line L, in other words, the first winding from the terminal E. The load eccentricity is generated toward the position S0.
[0026]
In order to reduce such load eccentricity, the coil spring 10 of the present embodiment whose side structure is shown in FIG. 3 is configured as follows. The end winding portion of the coil spring 10 has a closed end similar to that of the coil spring 50, and the winding of the terminal E at both ends thereof is the winding at the position S1 where the number of turns from the terminal E is one. It is in contact with the wire.
[0027]
As shown in the figure, in the coil spring 10, the coil center line L0 of the end winding part 11 at both ends and the coil center line L1 of the effective winding part 12 at the center in the axial direction are straight lines. Further, the coil diameter of the effective winding portion 12 is made equal to the coil diameter of the end winding portion 11.
[0028]
On the other hand, at the boundary portion 13 between the position S1 where the number of turns from the terminal E is 1 and the position S2 where the number of turns is 1.5, the curvature of the coil center line is changed. Therefore, in this coil spring 10, the coil center line L1 of the effective winding portion 12 is a straight line parallel to the coil center line L0 of the end winding portion 11, but only a predetermined offset amount ΔL with respect to the coil center line L0. Has been offset. The offset direction of the coil center line L1 of the effective winding portion 12 is the direction of the position S2 where the number of turns from the terminal E is 1.5, as viewed from the coil center line L0 of the end winding portion 11.
[0029]
Seat surfaces 14 are formed at both ends of the coil spring 10. The seat surface 14 is a surface perpendicular to the coil center line L1 of the effective winding portion 12.
Further, in this coil spring 10, the total number of turns is set so that the load vector direction of the seating surface 14 is coincident at both ends thereof. That is, in this coil spring 10 having a closed end, the total number of turns is a natural number (5 turns in the coil spring 10 of the present embodiment).
[0030]
In the coil spring 10 of the present embodiment described above, the curvature of the coil center line is changed only at the boundary portion 13 between the position S1 where the number of turns from the terminal E is 1 and the position S2 where the number of turns is 1.5. The coil center lines L0 and L1 of the other end winding part 11 and effective winding part 12 are straight lines. That is, in the coil spring 10, the coil center line L1 of the effective winding portion 12 is a straight line parallel to the coil center line L0 of the end winding portion 11, and the number of turns from the terminal E is 1 with respect to the coil center line L0. .5 offset in the direction of the position S2 of the volume. The direction of the offset at this time is a direction to reduce load eccentricity. Incidentally, the offset amount ΔL is set in advance to an appropriate size that can sufficiently reduce the load eccentricity.
[0031]
Furthermore, since the coil center line L1 of the effective winding portion 12 has no curvature and the spring back of the winding is uniform, the forming accuracy of the winding, that is, the shape accuracy of the coil spring 10 can be easily ensured. Therefore, in this coil spring 10, it is possible to reduce the load eccentricity suitably without causing deterioration of the shape accuracy.
[0032]
Next, the case where the coil spring 10 described above is applied as a valve spring of an intake valve or an exhaust valve that is an engine valve of an internal combustion engine will be described. In the following description, the case where the coil spring 10 is used as the valve spring of the intake valve will be described as an example, but the same can be applied to the valve spring of the exhaust valve.
[0033]
FIG. 5 shows a cross-sectional structure of the intake valve 3 in which the coil spring 10 is used as a valve spring and its peripheral portion. As shown in the figure, an intake valve 3 for opening and closing an intake port 2 formed in a cylinder head 1 of an internal combustion engine includes an umbrella portion 3a and a valve shaft 3b. A valve seat 2a on which the umbrella 3a can be seated is provided at the opening of the intake port 2 to the combustion chamber 1a. The intake port 2 is closed with respect to the combustion chamber 1a when the umbrella portion 3a is seated on the valve seat 2a, and is opened with respect to the combustion chamber 1a when the umbrella portion 3a is separated from the valve seat 2a. A valve shaft 3b of the intake valve 3 is supported by a valve guide 3c provided in the cylinder head 1 so as to be capable of reciprocating in the axial direction.
[0034]
A valve lifter 5 is disposed above the intake valve 3 of the cylinder head 1 so as to be capable of reciprocating in the axial direction of the valve shaft 3 b, and the upper end of the valve shaft 3 b is in contact with the valve lifter 5. Further, a cam shaft 6 provided with a cam 7 is rotatably supported above the valve lifter 5 of the cylinder head 1.
[0035]
On the other hand, a retainer 3d is attached to the upper end of the valve shaft 3b. A coil spring 10 is disposed in a compressed state between the spring seat 4 formed on the cylinder head 1 and the retainer 3d.
[0036]
When a lateral force is generated in the coil spring used as a valve spring of such an engine valve due to the load eccentricity as described above, the lateral force acts on the valve shaft 3b, and the sliding surface between the valve shaft 3b and the valve guide 3c. The frictional force is increased. In that respect, if the coil spring 10 of this embodiment is used for such a valve spring, the lateral force acting on the valve shaft 3b is reduced, and the friction acting on the sliding surface between the valve shaft 3b and the valve guide 3c is reduced. Therefore, the opening / closing drive of the intake valve 3 can be smoothed.
[0037]
According to the coil spring 10 of the present embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) The load eccentricity can be suitably reduced without deteriorating the shape accuracy of the coil spring 10.
[0038]
(2) Since the coil diameters of the end turn part 11 and the effective winding part 12 are made equal, an increase in the size of the coil spring 10 is suppressed while ensuring a large offset amount ΔL of the coil center lines L0 and L1. It is done. As a result, a large load eccentricity reduction effect can be obtained even when used for a part subject to mounting restrictions such as a valve spring of an engine valve.
[0039]
(3) Since the seat surface 14 is a surface perpendicular to the coil center line L1 of the effective winding portion 12, the assembling property and the assembling accuracy of the coil spring 10 are improved.
(4) Since the total number of turns is set so that the directions of the load vectors at both ends of the coil spring 10 are the same, the moments generated at both ends of the coil spring 10 are balanced, and the lateral forces generated at both ends of the coil spring 10 are balanced. The force can also be suitably reduced.
[0040]
(5) By using the coil spring 10 as a valve spring of an engine valve of an internal combustion engine, the frictional force of the sliding portion such as the valve shaft 3b can be reduced, and the opening / closing drive of the engine valve can be made smooth. .
[0041]
<Application example to open-end coil spring>
Next, the case where the present invention is applied to an open-end coil spring will be described.
[0042]
FIG. 6 shows a side sectional structure of a normal open-end coil spring 60 in which the coil center line is formed in a straight line over the entire length. The coil spring 60 is used in a state where a gap is formed between the end E of the winding and the position of the first turn from the end E at the end winding portions 61 at both ends. In addition, seat surfaces 62 are formed at both ends of the coil spring 60 so as to be surfaces perpendicular to the coil center line L.
[0043]
When such an open-ended coil spring 60 is disposed in a compressed state, the seat surface 62 is maximized at a position S3 where the winding is separated from the spring seat, and becomes smaller from the position S3 toward the terminal E. The axial load is distributed. Therefore, in the open-end coil spring 60, unlike the closed-end coil spring 50 in which the axial load is concentrated on the terminal E, the open-end coil spring 60 is in relation to the coil center line L depending on the shape of the seating surface 62, the winding pitch, and the like. Thus, the direction in which the center of gravity position P of the axial load shifts, that is, the direction of load eccentricity changes. The direction of the load eccentricity caused by the asymmetry of the axial load distribution on the seating surface 62 in the open-end coil spring 60 can be obtained in advance by experiment, analysis, or the like.
[0044]
Here, as shown in FIG. 7, it is assumed that the direction of load eccentricity in the coil spring 60 is the direction of the position S4 of N turns when viewed from the coil center line L. In this case, by configuring the coil spring as described below, it is possible to appropriately reduce the load eccentricity without causing deterioration of the shape accuracy.
[0045]
FIG. 8 shows a side structure of such a coil spring 20. Similar to the coil spring 60, the coil spring 20 is also configured as an open-end coil spring. That is, in the end winding portion 21 of the coil spring 20, the terminal E of the winding is in a state of being separated from the winding at the position where the number of turns from the terminal E is one.
[0046]
As shown in the figure, in the coil spring 20, the curvature of the coil center line is changed only at the boundary portion 23 between the position S4 of the N winding and the position S5 of the N + 0.5 winding from the terminal E. The coil center line in the other portions is a straight line. That is, in this coil spring 20, the coil center line L4 of the end winding part 21 between the terminal E and the position S4 and the coil center line L5 of the effective winding part 22 between the position S5 above and below the coil spring 20 are , Each is a straight line. Then, by changing the curvature of the coil center line at the boundary portion 23, the coil center line L5 of the effective winding portion 22 is offset from the coil center line L4 of the end winding portion 21 by a predetermined offset amount ΔL. . As shown in FIG. 9, the offset direction of the coil center line L5 of the effective winding portion 22 is the direction of the position S5 when viewed from the coil center line L4 of the end winding portion 21.
[0047]
Even in this coil spring 20, the coil diameter of the effective winding portion 22 and the coil diameter of the end winding portion 21 are equal. Further, at both ends of the coil spring 20, seat surfaces 24 that are surfaces perpendicular to the coil center line L 5 of the effective winding portion 22 are formed.
[0048]
The total number M of turns of the coil spring 20 is set so that the load vector directions at the seating surfaces 24 at both ends coincide. In this case, the direction of the load vector at both ends of the coil spring 20 can be matched by setting the number M of turns of the coil spring 20 so that M = 2N + n based on the number of turns N (n: any natural number) ).
[0049]
If the coil spring 20 is configured in this way, the same effect as that of the coil spring 10 can be obtained even in an open-end coil spring.
In addition, the said embodiment can also be changed and implemented as follows.
[0050]
-In the coil springs 10 and 20, the coil diameters of the end winding parts 11 and 21 and the effective winding parts 12 and 22 are equal, but if the coil center line of the end winding part and the effective winding part is a straight line, The load eccentricity can be reduced even if the coil diameter is changed or the coil diameter is changed in the end winding part or the effective winding part.
[0051]
-In the coil springs 10 and 20, the seat surfaces 14 and 24 are surfaces perpendicular to the coil center lines L1 and L3 of the effective winding portions 12 and 22, but the assembly and accuracy of the coil spring are sufficient. If it can be ensured, the seat surfaces 14 and 24 may be formed so as not to be perpendicular to the coil center lines L1 and L3.
[0052]
In the above embodiment, the use example of the coil spring 10 as a valve spring has been described. However, the coil spring of the present invention can be used for applications other than the valve spring.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a side view of a precondition of a coil spring according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the same underlying configuration.
FIG. 3 is a side view of a coil spring according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a plan view of the coil spring.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a use state of the coil spring as a valve spring.
FIG. 6 is a side view of a configuration that is a prerequisite for an application example of the present invention to an open-end coil spring.
FIG. 7 is a view showing a load distribution of an end turn part having the same configuration.
FIG. 8 is a side view of an application example of the present invention to an open-end coil spring.
FIG. 9 is a plan view of the coil spring.
FIG. 10 is a side view of a conventional coil spring in which a coil center line is curved.
FIG. 11 is a side view of a conventional coil spring whose shape accuracy is deteriorated.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cylinder head, 2 ... Intake port, 2a ... Valve seat, 3 ... Intake valve, 3a ... Umbrella part, 3b ... Valve shaft, 3c ... Valve guide, 3d ... Retainer, 4 ... Spring seat, 5 ... Valve lifter, 6 ... Camshaft, 7 ... Cam, 10, 20, 50, 60 ... Coil spring, 11, 21, 51, 61 ... End winding, 12, 22 ... Effective winding, 13, 23 ... Border, 14, 24, 54 , 64 ... seating surface.

Claims

When the coil center line is formed to be a straight line over its entire length, the coil of the end winding part and the effective winding part has a load eccentricity in the direction of N turns from the terminal with respect to the coil center line. In coil springs with the same diameter ,
The position and the number of turns of winding number N winding from terminal between the position of the N + 0.5 vol, to change the curvature of the coil center line only at the boundary portion between the effective winding portion and the end turn portion, said coil springs, characterized in that the linear coil center line of the end turn portion and the useful load unit.

When the coil center line is formed to be a straight line over its entire length, the coil of the end winding part and the effective winding part has a load eccentricity in the direction of N turns from the terminal with respect to the coil center line. In coil springs with the same diameter ,
The effective winding portion between the end turn portions of the coil center line, and one and the number of turns positions of N + 0.5 volumes from the other terminal between the number of turns N positions wound from the terminal and the terminal The coil spring is characterized in that the coil center line of the effective winding portion is offset with respect to the coil center line of the end winding portion while the coil center lines are straight lines parallel to each other.

A closed-end coil spring in which the coil diameters of the end turn and the effective turn are equal ,
Between turns the position of 1.5 vol position and the number of turns of the winding from the terminal, to change the curvature of the coil center line only at the boundary portion between the effective winding portion and the end turn portion, said seat coil springs, characterized in that a straight line and the winding portion and the coil center line of the effective winding portion.

A closed-end coil spring in which the coil diameters of the end turn and the effective turn are equal ,
The effective winding portion between the end turn portions of the coil center line, and one and the number of turns the position of 1.5 vol each from the other terminal between the number of turns located one reel from the terminal and the terminal The coil spring is characterized in that the coil center line of the effective winding portion is offset with respect to the coil center line of the end winding portion while the coil center lines are straight lines parallel to each other.

The coil spring according to any one of claims 1 to 4 , wherein a seating surface of the coil spring is a surface perpendicular to a coil center line of the effective winding portion .

The coil spring according to claim 1 , wherein the coil spring is used as a valve spring.