中空螺旋弹簧和车辆用悬架装置

摘要

为由中空碳素线(20)制成的中空螺旋弹簧(10)，在碳素线(20)的端部(20a)形成有末端密封部(30)。末端密封部(30)形成为以穿过碳素线(20)的中心的轴线(X1)为对称轴的旋转对称形。该中空螺旋弹簧(10)具有端壁部(41)和弧形曲面(42)。端壁部(41)含有与轴线(X1)垂直的端面(40)。在端壁部(41)的中心轴线(X1)上形成有前端中心封闭部(43)。弹簧座(11)具有基底构件(50)和板构件(51)。中空螺旋弹簧(10)的支承圈(10a)与板构件(51)相接触。支承圈(10a)的端面(40)与弹簧座(11)的止动壁(52)相对。

权利要求

1.一种中空螺旋弹簧（10），所述中空螺旋弹簧（10）由卷绕成螺旋形的中空碳素线（20）制成的中空螺旋弹簧（10），其特征在于，所述中空螺旋弹簧（10）具有形成于所述碳素线（20）的端部的末端密封部（30）（30A）（30B），所述末端密封部（30）（30A）（30B）形成为以穿过碳素线（20）的中心的轴线（X1）为对称轴的旋转对称形；

在沿所述轴线（X1）的截面中，包括：

端壁部（41），所述端壁部（41）含有与轴线X1垂直的端面（40），弧形曲面（42），所述弧形曲面（42）形成于所述端面（40）和所述碳素线（20）的外圆周表面之间，前端中心封闭部（43），所述前端中心封闭部（43）位于所述端壁部（41）的中心的所述轴线（X1）上，在所述末端密封部（30）（30A）（30B）的所述端壁部（41）的内表面中具有位于所述轴线（X1）上的旋转对称形的凹部（45）。

2.一种车辆悬架装置，包括：

中空螺旋弹簧（10），所述中空螺旋弹簧（10）由卷绕成螺旋形的中空碳素线（20）制成，并包括支承圈（10a）；和支撑所述支承圈（10a）的弹簧座（11），其特征在于，

所述中空螺旋弹簧（10）具有形成于所述碳素线（20）的端部的末端密封部（30）（30A）（30B），所述末端密封部（30）（30A）（30B）形成为以穿过碳素线（20）的中心的轴线（X1）为对称轴的旋转对称形，在沿所述轴线（X1）的截面中，包括：

端壁部（41），所述端壁部（41）含有与轴线X1垂直的端面（40），弧形曲面（42），所述弧形曲面（42）形成于所述端面（40）和所述碳素线（20）的外圆周表面之间，前端中心封闭部（43），所述前端中心封闭部（43）位于所述端壁部（41）的中心的所述轴线（X1）上；

在所述末端密封部（30）（30A）（30B）的所述端壁部（41）的内表面中具有位于所述轴线（X1）上的旋转对称形的凹部（45），所述弹簧座（11）具有止动壁（52），在所述端面（40）和所述止动壁（52）彼此相对的状态下，所述支承圈（10a）设置于所述弹簧座（11）上。

3.根据权利要求2所述的车辆悬架装置，其特征在于，所述弹簧座（11）包括具有所述止动壁（52）的金属制基底构件（50）和设置于所述基底构件（50）上的非金属制的板构件（51），所述末端密封部（30）（30A）（30B）与所述板构件（51）相接触。

说明书

中空螺旋弹簧和车辆用悬架装置

技术领域

[0001] 本发明涉及能够有助于汽车等车辆的悬架装置的轻量化的中空螺旋弹簧和具有中空螺旋弹簧的车辆用悬架装置。

背景技术

[0002] 汽车等车辆的悬架装置有螺旋弹簧、上侧弹簧座和下侧弹簧座。上侧弹簧座支撑螺旋弹簧的上端。下侧弹簧座支撑螺旋弹簧的下端。螺旋弹簧在下侧弹簧座和上侧弹簧座之间被压缩。而且该螺旋弹簧根据在下侧弹簧座和上侧弹簧座之间施加的荷重大小进行伸缩。为了减少车辆的燃料消耗量，或为了提高驾驶性能，对车辆的轻量化要求越来越高。构成悬架装置的螺旋弹簧也不例外，不可避免地需要减轻重量。

[0003] 在专利文献1中，作为减轻螺旋弹簧重量的手段，记载了使用中空碳素线的中空螺旋弹簧。专利文献1的中空螺旋弹簧通过非碳素线的构件的盖子，来阻塞碳素线的前端的开口。因此当通过螺旋弹簧制造装置的夹头固定碳素的前端时，存在盖子被压碎的可能性。而且，存在盖子脱落的可能性。在专利文献2中，记载了通过对中空螺旋弹簧的碳素线的前端开口进行施压加工来封闭的技术。使该碳素线的前端通过施压加工形成为半球形(圆顶形)。

[0004] 先行技术文件

[0005] 专利文件

[0006] 【专利文献1】特开2007-127227号公报

[0007] 【专利文献2】特开2012-117612号公报。

发明内容

[0008] 发明待解决问题

[0009] 当压缩螺旋弹簧时，在该螺旋弹簧的支承圈处会产生围绕螺旋轴的扭矩。当设置于弹簧座上的所述支承圈通过所述扭矩而围绕螺旋轴旋转时，螺旋弹簧的载荷轴(反作用力线)会移位。载荷轴移位的螺旋弹簧可能无法发挥预定的特性。因此，用于悬架装置的螺旋弹簧为了防止支承圈旋转，会设置旋转抑制装置。旋转抑制装置的一例为形成于弹簧座的具有止动壁的台阶部。通过使支承圈的碳素线的前端与所述止动壁相抵接，来防止支承圈旋转。

[0010] 在专利文件2中，通过施压加工，支承圈的前端形成为半圆球形。因此当使支承圈旋转的扭矩起作用时，存在支承圈的前端越过所述止动壁的可能性。如果支承圈的前端越过所述止动壁的话，支承圈会偏离正常位置。一旦支承圈的位置偏离，螺旋弹簧的载荷轴(反作用力线)会发生变化。从而会导致作为悬架用的螺旋弹簧可能无法发挥所期望的特性。另外，当支承圈相对于弹簧座旋转时，由于弹簧座和支承圈之间的摩擦，会产生噪音或者导致弹簧座的磨损。

[0011] 因此本发明的目的在于提供一种中空螺旋弹簧和具有中空螺旋弹簧的车辆用悬架装置，其中所述中空螺旋弹簧既可以防止支承圈的前端相对于弹簧座从预定位置的偏离又可以抑制弹簧座的损伤。

[0012] 解决本课题的方式

[0013] 本发明的一个实施例为由卷绕成螺旋形的中空碳素线制成的中空螺旋弹簧，所述碳素线的端部形成有末端密封部。所述末端密封部形成为以穿过所述碳素线的中心的轴线为对称轴的旋转对称形，并且在沿所述轴线的截面中，具有端壁部，弧形曲面和封锁部。端壁部含有与所述轴线垂直的端面。所述弧形曲面形成于所述端面和碳素线的外圆周表面之间。所述前端中心封闭部形成在所述端壁部的中心的所述轴线上。所述端壁部的内表面中也可以具有位于所述轴线上的旋转对称形的凹部。在形成所述末端密封部之前，可以事先在所述碳素线的前端部的内侧或外侧形成倒角加工部。通过事先形成该倒角加工部，可以在形成所述末端密封部时形成所期望的所述凹部。

[0014] 通过拉伸加工来形成本实施例的末端密封部。拉伸加工为在使已加热的碳素线围绕所述轴线旋转的同时，使拉伸夹具接触碳素线的外圆周表面。一边使该拉伸夹具朝向碳素线的前端向在所述轴线方向移动，一边使拉伸夹具朝向碳素线的中心移动。通过反复进行该拉伸加工1次以上，中空碳素线的前端开口部被逐渐拉伸。最终碳素线的前端开口部在轴线(旋转中心)上接合并且形成整体。由此，形成密封的前端中心封闭部。此外，使所述拉伸夹具在碳素线的直径方向移动。或者通过非所述拉伸夹具的冲压夹具在轴线方向上按压末端密封部。通过以上方式，形成所述端面。

[0015] 与1个实施例相关的车辆用悬架装置，包括所述中空螺旋弹簧和支撑该中空螺旋弹簧的支承圈的弹簧座。在所述末端密封部的所述端面和所述止动壁彼此相对的状态下，所述支承圈设置于所述弹簧座上。所述弹簧座的一例包括金属制的基底部和设置于该基底部上的如橡胶板之类的非金属制的板构件，该板构件与所述末端密封部相接触。

[0016] 发明效果

[0017] 根据与本发明相关的中空螺旋弹簧，通过末端密封部的端面可以防止碳素线的端部越过弹簧座的止动壁。传统的普通的实心螺旋弹簧由于实心的碳素线的前端在碳素线的直径方向具有被切断的切断面，因此当切断面的角与弹簧座的橡胶板接触时，会损伤橡胶板构件。与此相对地，本发明的中空螺旋弹簧由于在末端密封部的端面和外圆周表面之间形成弧形曲面，因此即使末端密封部与如橡胶板之类的非金属制的板构件接触，也可以抑制板构件的损伤。

附图说明

[0018] 图1为示出具有与第1实施例相关的中空螺旋弹簧的车辆用悬架装置的一部分的透视图。

[0019] 图2为图1所示的悬架装置的中空螺旋弹簧的端部的截面图。

[0020] 图3为图2所示的中空螺旋弹簧的端部的主视图。

[0021] 图4为图1所示的悬架装置的一部分的截面图。

[0022] 图5为示意性地示出拉伸加工装置的一部分的侧视图。

[0023] 图6为示出在形成末端密封部之前的碳素线的端部的一例截面图。

[0024] 图7为示出图5所示的拉伸加工装置的拉伸夹具和碳素线的端部的截面图。

[0025] 图8为示出在端部的内侧具有倒角部的碳素线的一例截面图。

[0026] 图9为示出在端部的外侧具有倒角部的碳素线的一例截面图。

[0027] 图10为示出碳素线的端部和冲压夹具的截面图。

[0028] 图11为与第2实施例相关的末端密封部的截面图。

[0029] 图12为与第3实施例相关的末端密封部的截面图。

[0030] 符号说明

[0031] 1···悬架装置，10···中空螺旋弹簧，10a、10b···支承圈，11···下侧弹簧座，12···上侧弹簧座，20···碳素线，20a···端部，20c···外圆周表面，20d···内表面，20e···前端，30、30A、30B···末端密封部，31···密闭空间，
40···端面，41···端壁部，42···弧形曲面，43···前端中心封闭部，45···凹部，50···基底构件，51···板构件，52···止动壁，53···台阶部，60···拉伸加工装置，61···车床，62···加热装置，63···拉伸夹具，64···拉伸机构，
70···内侧倒角部，71···外侧倒角部，80···冲压夹具，X1···碳素线的轴线(对称轴)。

[0032] 具体实施形态

[0033] 下面参照图1至图7对与第1实施例相关的中空螺旋弹簧和具有该中空螺旋弹簧的车辆用悬架装置进行说明。

[0034] 图1作为车辆用悬架装置的一例，示出了麦弗逊式支柱类型的悬架装置1的一部分。本实施例的悬架装置1具备中空螺旋弹簧10，下侧弹簧座11，上侧弹簧座12和减震器13。下侧弹簧座11支撑中空螺旋弹簧10的下侧支承圈10a。上侧弹簧座12支撑中空螺旋弹簧10的上侧支承圈10b。减震器13发挥支柱的功能。中空螺旋弹簧10也可以用于麦弗逊式支柱类型以外的悬架装置。

[0035] 图1所示的中空螺旋弹簧10在压缩于下侧弹簧座11和上侧弹簧座12之间的状态(赋予预荷重的状态)下安装于车体中。该中空螺旋弹簧10弹性地支撑从车体的上方施加的载荷。中空螺旋弹簧10根据载荷的大小在弹簧座11、12之被压缩。因此，根据载荷的不同，弹簧座11、12之间的距离会发生变化。

[0036] 本实施例的中空螺旋弹簧10具有形成为螺旋状(卷取)的中空碳素线(中空钢丝)20。碳素线20是由弹簧钢制成的。中空螺旋弹簧10的具体形状不限于圆柱螺旋弹簧，也可以是桶形螺旋弹簧、沙漏螺旋弹簧、锥形螺旋弹簧、螺距不等螺旋弹簧，其他形状的螺旋弹簧等各种各样形状的螺旋弹簧。

[0037] 碳素线20的材料是通过热加工(例如钢奥氏体化温度范围)的用于弹簧的钢材。钢材的种类并没有特别限定，例如可以使用普通的悬架螺旋弹簧用的钢材。除了弹簧钢以外，也可以是例如高强度钢或渗碳用钢。或者也可以使用碳浓度约为0.15～0.60wt％的低碳钢。简而言之，可以应用各种钢材。

[0038] 中空螺旋弹簧10的两端即碳素线20的两端部20a、20b分别形成有末端密封部30。末端密封部30在碳素线20成型为螺旋状(卷取)之前，事先通过拉伸加工装置60成型。

[0039] 图2示出了沿末端密封部30的轴线的方向的截面。图3是图2所示的末端密封部30的主视图。与碳素线20的轴线X1垂直的直径方向的截面为圆形。图2所示的末端密封部30形成了以穿过碳素线20的中心C(如图3所示)的轴线X1为对称轴的旋转对称形。也就是说，即使该末端密封部30围绕轴线X1旋转任意角度，沿轴线X1的截面的形状也不会改变。沿轴线X1的截面为穿过碳素线20的中心C(轴线X1)在较长方向上的截面。碳素线20的内部形成有密闭空间31。

[0040] 末端密封部30具有端壁部41和弧形曲面42。端壁部41含有大致平坦的端面40。端面40相对于轴线X1(对称轴)垂直。弧形曲面42在碳素线20的外圆周表面20c和端面40之间形成圆弧状。该弧形曲面42在碳素线20的外圆周表面20c和端面40之间形成光滑的曲面来连接碳素线20的外圆周表面20c和端面40。碳素线20的内表面20d，与外圆周表面20c相同地，为以轴线X1为对称轴的旋转对称形。

[0041] 在端壁部41的中心轴线X1上形成有前端中心封闭部43。中空碳素线20的前端(前端开口部)20e通过拉伸加工朝向轴线X1变窄。变窄的碳素线20的前端(前端开口部)20e在轴线X1上合并接合并成为整体，从而形成前端中心封闭部43。中空碳素线20的前端20e在前端中心封闭部43中密封。在端壁部41的内表面中，形成有以轴线X1为对称轴的旋转对称形的凹部45。凹部45的中心(凹部45的前端45a)，与前端中心封闭部43相同地，位于轴线X1(对称轴)上。

[0042] 图4为图1所示的悬架装置1的一部分。图4示出了下侧弹簧座11的一部分和末端密封部30。弹簧座11具有金属制的基底构件50和非金属制的板构件51。板构件51设置于基底构件50上。板构件51是由橡胶板之类的非金属材料制成。板构件51也可以是合成树脂制成。

[0043] 弹簧座11上形成有台阶部53。台阶部53包括止动壁52。止动壁52具有限制中空螺旋弹簧10的支承圈10a的位置的功能。末端密封部30的端面40与弹簧座11的止动壁52相对地设置。末端密封部30的端面40的位置通过止动壁52被限制。通过以上方式，固定支承圈10a的位置，从而抑制支承圈10a围绕螺旋轴的旋转。在上侧弹簧座12中，也可以形成用于将上侧支承圈10b保持在预定位置的台阶部。

[0044] 本实施例的中空螺旋弹簧10的末端密封部30具有大致平坦的端面40。端面40与轴线X1垂直。该端面与弹簧座11的止动壁52相对。当围绕螺旋轴的扭矩作用在支承圈10a上时，平坦的端面40与止动壁52相抵接。通过以上方式，由于可以抑制末端密封部30越过台阶部53的动作，因此可以使支承圈10a的位置稳定。通过使支承圈10a的位置稳定，可以防止中空螺旋弹簧10的载荷轴发生变化。而且，由于可以抑制支承圈10a相对弹簧座11围绕螺旋轴旋转，从而可以防止由于摩擦产生的噪音，或摩擦导致弹簧座11的损耗。

[0045] 弧形曲面42形成在端面40和外圆周表面20c之间。末端密封部30为以轴线X1为对称轴的旋转对称形。卷取时被卷曲的碳素线20的端部20a无论位于围绕轴线X1的任何旋转位置，弧形曲面42都可以与板构件51相接触。因此，碳素线20的端部20a即使与橡胶板或树脂板之类的比较柔软的板构件51相接触，由于弧形曲面42也可以抑制对板构件51造成损伤。

[0046] 图5为示意性地示出拉伸加工装置60的一部分的侧视图。通过拉伸加工装置60，在碳素线(中空钢丝)20的端部20a形成末端密封部30。图6为示出在形成末端密封部30之前的碳素线20的截面图。碳素线20的外径D的一为 厚度T的一例为3mm。碳素线20为以轴线X1为对称轴的旋转对称形。

[0047] 如图5所示的拉伸加工装置60具有车床61，加热装置62和拉伸机构64。车床61用于夹住碳素线20并使碳素线20围绕轴线X1旋转。加热装置62用于加热碳素线20的端部20a。拉伸机构64包括辊形拉伸夹具63。加热装置62的一例是煤气灶。加热装置62的优选其他例为高频感应加热线圈。推荐使用高频感应加热线圈用于加热碳素线20的端部20a。在拉伸夹具63与旋转的碳素线20接触的状态下，拉伸夹具63围绕自转轴63a进行从动旋转。

[0048] 碳素线20的端部20a通过车床61进行旋转。旋转的碳素线20的端部20a通过加热装置62被加热到例如奥氏体化温度。已加热的碳素线20变红，并且变成适于加工的柔软度。已加热的碳素线20通过车床61围绕轴线X1进行旋转。如此使拉伸夹具63与已被加热并旋转的碳素线20的端部20a的外圆周表面20c相接触。拉伸夹具63的前端在距离碳素线20的前端(前端开口部)20e数十毫米(例如20mm)处的拉伸开始点P1(如图5和图6所示)处与碳素线20的端部20a的外圆周表面20c接触。并且使该拉伸夹具63沿箭头P2所示的方向(沿轴线X1的方向)移动。与此同时，使拉伸夹具63朝向轴线X1地在碳素线20的直径方向上移动。

[0049] 通过以上所述的拉伸夹具63的移动，使碳素线20的前端(前端开口部)20e可塑性流动以从外圆周表面20c侧向轴线X1摩擦靠近。从而使碳素线20的前端(前端开口部)20e的直径逐渐减小变窄。在碳素线20的温度没有下降太多之前多次进行该拉伸加工。通过该拉伸加工，变窄的碳素线20的前端20e在轴线X1上接合从而成为整体。其结果是，密封的前端中心封闭部43形成于端壁部41上。

[0050] 进一步地如图7所示，使拉伸夹具63在与轴线X1垂直(成直角)的方向(箭头P3所示的方向)上移动。通过该移动，形成与轴线X1大致垂直的被平坦化的端面40。在端壁部41的中心轴线X1上具有前端中心封闭部43。该前端中心封闭部分43通过拉伸加工已被密封。因此，通过前端中心封闭部分43，可以避免水或油、气体等流体从端壁部分41的外部渗入密闭空间31内。

[0051] 末端密封部30的端面40和弧形曲面42形成于通过拉伸加工装置60成型末端密封部30之时。也就是说，端面40和弧形曲面42可以在拉伸加工过程中，根据拉伸夹具63的移动轨迹来形成。因此，不需要特意增加用于形成端面40或弧形曲面42的机械加工之类的其他工序。在端壁部41的内表面形成有以轴线X1为对称轴的旋转对称形的凹部45。通过拉伸夹具63拉伸碳素线20的前端(前端开口部)20e，在轴线X1上形成前端中心封闭部43。由于在端壁部分41的内侧形成有以轴线X1为中心的旋转对称形的凹部45，因此可以较容易地在轴线X1上执行形成前端中心封闭部43的操作。

[0052] 分别在碳素线20的两端部20a、20b上形成末端密封部30。之后，通过螺旋弹簧制造装置将碳素线20卷成螺旋形，从而形成螺旋弹簧10。螺旋弹簧制造装置的一例为具备用于旋转的心轴，旋转头部，用于将碳素线的前端固定于旋转头部的夹头，用于引导碳素线的引导件等。碳素线20的前端(末端密封部30)通过所述卡盘来固定于旋转头部。通过一边旋转心轴，一边使所述引导件向心轴的轴线方向移动，来使碳素线20以预定螺距螺旋形地卷绕在心轴上。也就是说，该螺旋弹簧10通过热加工来形成螺旋状。

[0053] 在碳素线20的前端的末端密封部30中形成有具有与轴线X1垂直的端面40的端壁部41。具有端壁部41的末端密封部30可以相对于在碳素线20的直径方向上施加的载荷，发挥较大的钢度。因此，当末端密封部30被螺旋弹簧制造装置的夹头被夹住时，可以防止末端密封部30的压碎或变形。从而，可以在保持末端密封部30的形状的状态下，将碳素线20卷绕在心轴上。

[0054] 图8为在碳素线20的端部20a的内侧形成倒角部70的示例。在碳素线20的外径D为厚度T为3mm时，使倒角部70的长度L1为2mm。倒角部70也可以是该长度之外的长度。也可以将像该示例一样的在碳素线20的内侧具有倒角部70的碳素线20的端部20a，通过如图5所示的拉伸加工装置60进行拉伸加工，来形成如图2所示的末端密封部30。

[0055] 图9为在碳素线20的端部20a的外侧形成倒角部71的示例。在碳素线20的外径D为厚度T为3mm时，使倒角部71的长度L2为2mm。倒角部71也可以是该长度之外的长度。也可以将像该示例一样的在碳素线20的外侧具有倒角部71的碳素线20的端部20a，通过如图5所示的拉伸加工装置60进行拉伸加工，来形成如图2所示的末端密封部30。

[0056] 图10为示出作为用于形成端面40的其他装置而使用的冲压夹具80。使该冲压夹具80在沿着轴线X1的方向上(如图10的箭头P4所示的方向)向端壁部41按压。通过该冲压夹具
80，可以形成大致平坦的端面40。

[0057] 图11示出与第2实施例相关的末端密封部30A的截面。该末端密封部30A也和第1实施例的末端密封部30相同地，形成为以碳素线20的轴线X1为对称轴的旋转对称形。也就是说，末端密封部30A在沿轴线X1(对称轴)的截面中，具有端壁部分41，弧形曲面42，前端中心封闭部43和凹部45。端壁部41含有与轴线X1垂直的大致平坦的端面40a。弧形曲面42连接端面40和外圆周表面20c。前端中心封闭部分43形成于端壁部41的中心的轴线X1上。而且该末端密封部30A具有形成于端面40和弧形曲面42之间的锥度部90。

[0058] 图12示出与第3实施例相关的末端密封部30B的截面。该末端密封部30B也形成了以碳素线20的轴线X1为对称轴的旋转对称形。也就是说，末端密封部30B在沿轴线X1(对称轴)的截面中，具有端壁部分41，弧形曲面42，前端中心封闭部分43和凹部45。端壁部41含有与轴线X1垂直的大致平坦的端面40。弧形曲面42连接端面40和外周表面20c。前端中心封闭部43形成于端壁部41的中心的轴线X1上。

[0059] 工业上可利用性

[0060] 在实施本发明时，不言而喻的是，从中空螺旋弹簧的具体形状或配置开始，可以对至末端密封部的位置或形状、构成悬架装置的上侧弹簧座或下侧弹簧座的形状、配置等进行各种变形。本发明的中空螺旋弹簧既可以应用于除汽车以外的其他车辆悬架装置，也可以应用于除麦弗逊式支柱型以外的其他悬架装置。