JPH0320131A - ばね装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ 〈産業上の利用分野〉 本発明は、例えば、車輌川懸架装置あるいは内燃機関の
弁ばね装置などのように、往復運動を行うべき可動部材
に対して弾発的な復元力を与えるためのばね装置に関す
る。

〈従来の技術〉 ピストン式内燃機関の動弁装置，に用いられる弁ばねの
ように、高速運動を行なう装置に用いられるばね装置や
、車輌の懸架装置に用いられるばね装置のように、衝撃
的な振動を受けるばね装置にあっては、ばね自体の共振
に基因する不整運動の生ずることが問題にされている。

このような問題に対する解決手段として、特公昭４７−
２２３６３５号公報には、コイルのピッチを不均一にす
ることにより非線形なばね特性を獲得し、これによって
ばね装置の共振点を高める技術が教示されている。

一方、圧縮コイルばねにおいては、ばねの巻軸の湾萌を
避けるために、その端部を平坦に仕上げて座を形成する
ことがある。特に高い作動精度が要求されるばね装置に
おいては、端部のみを密着巻きとしたうえでその端面を
研削したクローズドエンドのコイルばねを用いることが
通例である。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところが、密着巻きした部分はばねの有効巻数としては
寄与せず、むしろ密着時の高さ寸法を増大させ、ばね単
体、あるいはばね装置の重量増大を招く不都合がある。

このことは、特に上記した不等ピッチコイルばねの場合
に顕著となる。

本発明は、このような問題点を解消すべくなされたもの
であり、その主な目的は、小形化及び軽量化を推進し、
より一層の高速化を達成し得る高性能のばね装置を提供
することにある。

［発明の構成］ 〈課題を解決するための手段〉 このような目的は、本発明によれば、往復運動を行うべ
き可動部材に対して弾発的な復元力を与えるためのばね
装置であって、前記可動部材に係合する端部をオープン
エンドにしてなりかつ鋼材からなるコイルばねと、前記
コイルばねのオープンエンド端を支承するばね座部材と
を有することを特徴とするばね装置を提供することによ
り達成される。

〈作用〉 このようにすれば、鋼材からなる圧縮コイルばねの可動
側端部の軽量化を達戊し得ると同時に、ばねの軸線方向
寸法を実質的に短縮することができる。

く実施例〉 以下、本発明の好適実施例について、添付の図面を参照
して詳細に説明する。

第１図及び第２図は、本発明に基づく圧縮コイルばねを
、内燃機関の動弁装置に適用すべく構成されたコイルば
ね１及びその各端を支承するばね座部材２・３の一例を
示している。

一般的に、従来形式の弁ばねの各端部は、クローズドエ
ンドにされ、更に軸線方向に直交する平坦面を形成する
ために、その各端部が研削加工されているＤ　Ｉ　Ｓ−
２７０４）。また、特に巻軸の湾萌を嫌う装置の場合に
は、端末の密着巻き部分は１．５巻き程度とされること
が通例であるが、この部分は、ばねの有効巻数として寄
与しないばかりでなく、密着時の高さ寸法の単寸化を咀
害し、運動部分の質量増大を招くこととなっている。し
かるに、本発明に基づくコイルばね１は、例えば弁ばね
用ＳｉＣｒ鋼線（Ｊ　Ｉ　Ｓ−Ｇ３５６６）からなり、
その各端部１ａ・１ｂをオープンエンドにされ、かつそ
の素線の最外端が研削されると共に、本実施例において
は、その全長に亘って略均一なピッチで巻かれている。

ばね座部材２●３は、合成樹脂、あるいはアルミニウム
合金からなり、コイルばね１の各端部１ａ・１ｂの研削
面を補完してコイルばねｌの巻軸に直交する平坦面を形
成するための扇形のフランジ４・５がそれぞれの外端側
に形成されると共に、コイルばね１の内周に密接して嵌
合する円筒部６●７がそれぞれの内端側に形成されてお
り、これらフランジ４・５と円筒部６・７との間に形成
された肩面８●９により、コイルばね１の各端部１ａ・
１ｂを支承するようにされている。このようにして、円
筒部６・７にコイルを巻付けることにより、円筒部６・
７の外周面とコイル内周面との間の摩擦抵抗によるダン
ピング効果が得られる。

尚、符号４ａ・５ａは、コイルばね１の最終端が当接し
てコイルばね１とばね座部材２・３との間の相対周方向
変位を規制するための突起である。

第３図は、第１◆２図に示した，コイルばね１及びばね
座部材２・３を動弁装置に適用した態様を示すもので、
弁１０は、ポートの開口に形成された弁座１１と共働す
ることにより、吸気弁または排気弁として混合気の吸入
及び燃焼ガスの排出を制御する。弁１０のステム部１２
は、シリンダヘッド内に圧人されたステムガイド１３内
に摺合しており、このステム部１２の最外端部には、コ
ツタ１４及びリテーナ１５を介して、一方のばね座部材
２が係止されている。一方、他方のばね座部材３は、金
属製あるいは耐熱樹脂製のワツシャ１６を介し、シリン
ダヘッドにおけるステムガイド１３が突出する部分に形
戊された環状平坦面により支持されている。尚、符号１
７は、燃焼室内へのオイルの侵入を防止するためのステ
ムシールである。

ステム部１２の外端には、その一端を油圧式ラッシュア
ジャスタ１８を介してシリンダヘッドに揺動可能に支持
されたロツカアーム１９の一端が当接している。更に、
ロツカアーム１９の中間部上面には、カム軸２０に形成
されたカム輪郭面２０ａが当接している。従って、本実
施例においては、カム軸２０が回転駆動されると、カム
輪郭面２０ａを介してロッカーアーム１９がラッシュア
ジャスタ１８を支点として下向きに傾動し、弁１０のス
テム部１２が、コイルばね１の付勢力に抗して第３図に
おける下向きに駆動され、弁１０が開かれる。

第４ａ図は、第３図に示した構造の動弁装置における５
．２０Ｏｒｐｍ時のばね応力波形を、従来構造のクロー
ズドエンド不等ピッチコイルばねと、第１図に示した本
発明構造のばね座部材付オープンエンド等ピッチコイル
ばねとで比較したグラフを示している。このグラフによ
ると、細線で示す従来構造ばねに比し、太線で示す本発
明構造ばねは、サージング波の低減に極めて大きな効果
のあることが分かる。

第４ｂ図は、縦軸に負荷応力比（αＣ＝実測応力／設計
応力）をとり、横軸にエンジン回転速度をとって示すグ
ラフである。このグラフによると、細線で示す従来構造
ばねの場合は，、エンジン回転速度が４．００Ｏｒｐｍ
を越えると応力増加が顕著に発生するが、太線で示す本
発明構造ばねによれば、５．００Ｏｒｐｍを越える回転
速度に至るまで、弁ばねの応力増加が好適に抑制される
ことが分かる。

第４Ｃ図は、軽量化の効果を示すもので、バルブバウン
ス量を示すグラフである。従来構造ばねに比して本発明
構造ばねは、２５パーセント程度の軽量化が達成されて
いるので、バルブバウンス急増エンジン回転速度が約３
０Ｏｒ　ｐｍ高まり、エンジンの高速化に寄与し得るこ
とが分かる。

第５図は、本発明の第２の実施例を示している。

本実施例のコイルばね２１は、各端部２１ａ・２ｌｂを
オープンエンドにされると共に、可動端２１ａ側が粗巻
に、基端２ｌｂ側が密券にされた不等２段ピッチコイル
ばねとされている。そしてこれら各端部２１ａ・２ｌｂ
をそれぞれ支承するばね座部材２２・２３は、前記第１
実施例に示したコイル内周に嵌人する円筒部６・７に代
えて、コイル外周を受容する円筒部２６・２７を有して
いる。

第６図は、本発明の第３の実施例を示している。

上記した各実施例のばね座部材は、素線最外端の研削面
を補完する部分のみが形成されたフランジを有している
が、本実施例においては、フランジ３４・３５を全周に
形戊し、これらフランジ３４●３５と円筒部３６●３７
との間に形成された肩面３８●３９にてコイルばね３１
の各端部３１ａ●３ｌｂを支承することをもって、コイ
ルばね３１の各端部３１ａ・３ｌｂに形成した研削面が
相手部材に直接接触しないようにしている。これによれ
ば、ばね座部材３４・３５自体の粘弾性によるダンピン
グ効果が期待できる。

第７図は、本発明の第４の実施例を示している。

本実施例におけるコイルばね４１は、前記した第１実施
例と同様に、等ピッチで巻かれると共にオープンエンド
にされ、しかもその各端部４１ａ◆４ｌｂは、何ら研削
されることなく、そのまま合成樹脂製のばね座部材４２
・４３内にインサートモールドされている。そして本実
施例においては、コイルばね４１の最終端は、ばね座部
材４２・４３の端面にまで達している。無論、ばね座部
材４２・４３の内部にて各端部４１ａ・４ｌｂが終息す
るようにしても良い。尚、ばね座部材４２●４３がアル
ミニウム合金等の金属からなる場合でも、同様なインサ
ートモールドが可能である。

第８図〜第１２図は、それぞれ本発明の変形実施例を示
している。第８図は、第１図に示したばね座部材２・３
にオープンエンドの不等２段ピッチコイルばね５１を組
合わせたものであり、第１実施例に対応する部分には同
一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

第９図に示すコイルばね６１は、オープンエンドにされ
た各端部６１ａ・６ｌｂを有すると共に、可動端６１ａ
側を小径にしてなる円錐コイルばねとされている。モし
て各端部６１ａ・６ｌｂには、上記各実施例と同一思想
に基づくばね座部相６２●６３がそれぞれ係止している
。

第１０図は、各嘲部７１ａ・７ｌｂが縮径された樽形コ
イルばね７１の例を示しており、両端７１ａ●７ｌｂ共
にオープンエンドとし、それぞれにばね座部材７２・７
３を取付けている。

これら円錐コイルばねによれば、非線形のばね特性を獲
得し、かつ可動端側の軽量化をより一層推進すると共に
、素線のねじり応力を軽減し得る。

第１１図は、第２実施例のコイルばね２１と同様に、基
端８ｌｂ側が密巻とされた不等２段ピッチコイルばね８
１であるが、基端８ｌｂ側のみがクローズドエンドとさ
れ、かつ研削処理されている。これにより、ばね座部材
８２を可動端８１ａ側にのみ取り付け、基端８ｌｂ側の
ばね座部材を省略し得るようにしている。これによると
、密着高さ寸法が幾分か増大するものの、特に動弁装置
に用いる場合には、基端側の質量の影響は桶めて小さく
、クローズドエンドとすることによる重量増大はさほど
問題とはならず、また鋼材からなるコイルばねの場合に
は、巻線構造による線間摩耗の問題が生じないので、む
しろ部晶点数を削減したい向きには有利である。。

また、本実施例の思想は、第１，２図に示すように、基
端９ｌｂ側を大径かつ密巻とし、可動端９１ａ側を小径
かつ粗巻とした２段ピッチ円錐コイルばね９１にも適用
することができ、この場合にも、可動端９１ａ側にのみ
ばね座部材９２を設ければ良い。

以上、各実施例に示した態様は、それぞれを適宜に組み
合わせて実施することも可能なことは言うまでもない。

尚、上記実施例は、本発明を内燃機関の動弁装置に適用
した場合についてのみ説明したが、本発明は、内燃機関
などの用途に限らず、例えば車輌用懸架装置など、往復
運動を行うべき可動部材に対して弾発的な復元力を与え
る構戊を具備する任意の機械装置に適用し得るものであ
る。

［発明の効果］ このように本発明によれば、ばね装置の特に可動端側を
軽量化し得るので、機械装置の運転速度の高速化を図る
ことができる。また、有効巻数に寄与しない捨巻き部分
を排除してコイルばねの密着高さを低減し得るので、ば
ね装置の小形化を図ることができる。更に、上記したよ
うにばね座部材の形状により、ばね座部材とコイルばね
との間の摩擦抵抗に基づくダンピング効果、あるいはば
ね座部材自体の粘弾性特性に基づくダンピング効果をも
得ることができる。従って、全体として内燃機関などの
機械装置の高速化及びコンパクト化を図る上に、極めて
多大な効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、動弁装置用に構成された本発明に基づくコイ
ルばね及びばね座部材を示す側面図であり、第２図は、
ばね座部材の端面図である。 第３図は、本発明が適用された動弁装置の一例を示す部
分断面図である。 第４ａ図〜第４Ｃ図は、従来構造の弁ばねと本発明構造
の弁ばねとの特性を比較して示すグラフの一例である。 第５図は、本発明装置の第２の実施例を示す第１図と同
様の図であり、第６図は、同じく第３の実施例を示す縦
断面図であり、第７図は、同じく第４の実施例を示す縦
断面図である。 第８図〜第１２図は、それぞれ本発明装置の変形実施例
を示す第１図と同様の図である。 １・・・コイルばね　　　１ａ・１ｂ・・・外端部２●
３・・・ばね座部材　４◆５・・・フランジ６・７・・
・円筒部　　　８・９・・・肩面第１ 図 第２図 Ｒぺ 第３図 ＜そ，＼べ一

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）往復運動を行うべき可動部材に対して弾発的な復
   元力を与えるためのばね装置であって、前記可動部材に
   係合する端部をオープンエンドにしてなり、かつ鋼材か
   らなるコイルばねと、前記コイルばねのオープンエンド
   端を支承するばね座部材とを有することを特徴とするば
   ね装置。
2. （２）前記コイルばねのピッチが不等であることを特徴
   とする第１請求項に記載のばね装置。
3. （３）前記オープンエンド端を縮径してなることを特徴
   とする第１もしくは第２請求項に記載のばね装置。
4. （４）前記ばね座部材が、前記コイルばねの内周あるい
   は外周に接触する円筒状部分を有することを特徴とする
   第１ないし第３請求項のいずれかに記載のばね装置。
5. （５）前記ばね座部材がアルミニウム若しくはアルミニ
   ウム合金からなることを特徴とする第１項ないし第４請
   求項のいずれかに記載のばね装置。
6. （６）前記ばね座部材が合成樹脂材からなることを特徴
   とする第１ないし第４請求項のいずれかに記載のばね装
   置。