号数	ばね論文集３６号（１９９１年）
ページ数	pp.54-76
種類	共同研究
論文名	異形断面線を用いたコイルばね調査報告
Title	Report on Coil Springs with Wires of Noncircular Cross Section
著者	異形断面線を用いたコイルばねに関する調査委員会
Author	Committee for Surveying The Coil Springs with Wires of Noncircular Section
抄録	本報告は、自動車エンジン用弁ばねを中心に近年我が国で採用が急速に拡がりつつある異形断面線を用いたコイルばねについて、自動車メーカー9社、ばねメーカー1社、材料メーカ6社および2大学が協力してその現状と問題点を調査した結果ならびに今後協力して解決すべき課題について明らかにしたものであり、その内容は以下のように要約される。 　　　異形断面線を用いたコイルばねの現状 1.自動車エンジン用弁ばねを中心に数年前より実用化され、現在国内ばねメーカ数社による生産量は合計月産30万個以上に達している。 2.用途は上記弁ばねのほか、クラッチばね、自動変速機用ばね等で、懸架用その他も検討されている。 3.線の断面形状として卵形、楕円形およびそれらを修正した多数の実用断面形状が特許出願されており、それらの一部が量産ばねに採用されている。 4.素線径、ばね指数、断面の長短径比などの実績は、ばねの用途別にある程度一定している。 5.丸線ばねと比較して20〜30%のコスト高となる。 　　　解析・設計面からみた利点と問題点 1.密着高さの低減など、省スペース設計に寄与。 2.線の断面形状とコイルの有効巻数を変化させて最適化を行なうことにより、ばねの軽量化が可能。 3.応用分布の一様性の観点より円形、楕円形、Fuchs卵形の素線断面を比較すると、適当な長短径比の下では、楕円断面が有利となる。 4.応用解析の方法としては、3次元ソリッド要素を用いた有限要素法、解析と有限要素法又は境界要素法を併用した解法、フーリエ展開境界値平均法などが確立されており、いずれも実用上十分な精度で解析できるが、実務的には簡易設計法の確立が望まれる。 5.素線の倒れなどコイルの不完全性が応力分布におよぼす影響を解明する必要がある。 　　　加工・評価面からみた問題点 1.コイル素線の倒れは応力分布に影響するため、倒れの正確かつ迅速に測定する方法の確立 2.異形線の引張り破断部断面積の測定法およびコイル素線の断面形状の正確かつ迅速な測定法の確立。 3.異形線の表面疵の検出精度の向上。
Abstract	This report refers to the development of the coil springs with wires of non circular cross section which has been applied more to the automotive engine valve springs and to other springs of motor cars.  Investigation on the subject had been made by the cooperation of 9 automobile manufacturers, 13 spring makers and 6 spring wire makers in Japan from October 1988 to September 1989.   The report makes clear the recent development of the noncircular wire springs (N.C.W.S) and the problems to be solved which are summarized as follows.  Development of N.C.W.S. in Japan :  1)The springs have been mass produced for automotive engine valve springs by some Japanese spring makers since about 1984. The total production of N.C.W.S. in Japan is more than 3,000,000 springs per month in 1989.  2)The N.C.W.S. has been applied not only to the valve springs but also to the clutch springs and the automatic transmission springs. Non some new applications on N.C.W.S. including suspension springs of cars are tried.  3)More than 18 types of N.C.W.S. with wire section of oval, elliptic, and their modifications have b en applied for patent. Some of them have been app ed to the mass production.  4)The investigation shows that the wire size, the spring indices and the aspect ratio of the wire cross sections are in some range respectively for practical uses.  5)The cost of N.C.W.S. in mass production is 20-30% higher than the one for circular wire springs.  Merits of N.C.W.S. in Designing and Problems to be solved :  1)Small solid height of N.C.W.S. makes possible the compact designing of automotive parts.  2)Mass reduction of the springs are possible by the optimum designing which varies both of the shape of wire cross section and the effective turns of coils.  3)The stress variation around the wire cross section is smallest for ellipse comparing with circle and Fuchs' oval section.  4)The stress of N.C.W.S. can be analyzed with sufficient accuracy by the FEM using solid elements or by the analytical method with two dimensional FEM or BEM, or the Fourier expansion collocation method developed by Nagaya. But the conventional designing formulae must be derived for the practical use.  5)The effect of the inclination of wire cross section on the stress distribution must be made clear.  Problems in Production and Inspection of N.C.W.S.:  1)The torsion of the wire of coil about it's axis varies the stress distribution which is especially important for the N.C.W.S. Therefore the practical methods of measuring the torsion must b settled for each type of the sections.  2)A practical method must be established for measuring the area of the breaking section of the N.C.W.S. tensile specimen.  3)The detecting accuracy must be improved for the detection of the surface flaws of the non circular wires.
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