コイルスプリング
【課題】相手部材との摩擦抵抗によるヒステリシス損失の低減を図ることができ、線同士の接触に対する耐久性を向上させることができるコイルスプリングを提供する。
【解決手段】クラッチユニット１内にアークスプリング４１が配置されている。ヒステリシス損失の低減を図るために、アークスプリング４１の表面には、摩擦係数μが０．１５未満、硬度がＨｖ１０００以上となる耐摩耗層を形成している。耐摩耗層は、ＭｏＳ２層（二硫化モリブデン層）、無電解ＮｉＰ層（無電解ニッケルリン層）、ＤＬＣ層（ダイヤモンドライクカーボン層）、あるいは、ＴｉＮ層（窒化チタン層）である。ＭｏＳ２層を用いる場合以外には、耐摩耗性の向上も図ることができる。特に、ＤＬＣ層の場合、その硬度はＨｖ３０００程度であるから、高耐摩耗性が要求される図２に示すコイルスプリング表面にＤＬＣ層を形成することは好適である。
【解決手段】クラッチユニット１内にアークスプリング４１が配置されている。ヒステリシス損失の低減を図るために、アークスプリング４１の表面には、摩擦係数μが０．１５未満、硬度がＨｖ１０００以上となる耐摩耗層を形成している。耐摩耗層は、ＭｏＳ２層（二硫化モリブデン層）、無電解ＮｉＰ層（無電解ニッケルリン層）、ＤＬＣ層（ダイヤモンドライクカーボン層）、あるいは、ＴｉＮ層（窒化チタン層）である。ＭｏＳ２層を用いる場合以外には、耐摩耗性の向上も図ることができる。特に、ＤＬＣ層の場合、その硬度はＨｖ３０００程度であるから、高耐摩耗性が要求される図２に示すコイルスプリング表面にＤＬＣ層を形成することは好適である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダンパ装置に用いられるコイルスプリングに係り、特に、コイルスプリングへの表面処理技術の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
クラッチユニット、ロックアップ、フライホイール等のダンパ装置には、コイルスプリングが用いられている（たとえば特許文献１〜３）。たとえばクラッチユニットでは、ハブとプレートとの間にアークスプリングが設けられ、クラッチ締結時にコイルスプリングがエンジン側から変速機側へトルクを伝達するとともに、そのときに生じる衝撃を吸収している。アークスプリングは、円弧状に曲げられた圧縮コイルスプリングである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１７２１８４号公報
【特許文献２】特開昭６３−１４９４４７号公報
【特許文献３】特開平８−１０５５０８号公報
【特許文献４】特許３９９８７３３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、クラッチユニット等のダンパ装置内部でアークスプリングを使用すると次のような問題があった。
【０００５】
アークスプリングがダンパ装置内部で相手部材と接触摺動することにより、摩擦損失が発生し、その摩擦損失がトルク伝達特性に影響を与える。このため、そのような内部ヒステリシス損失（おもに相手部材との接触摺動による摩擦抵抗分）をスプリング単体の荷重公差分として圧縮する必要があるから、製造が困難であった。
【０００６】
また、アークスプリングでは、その表面に発生する高応力への耐久性向上を図るために、材料の開発や表面改質(おもにショットピーニングや窒化処理)等を行っている（たとえば特許文献４）。ところが、ばねの線同士の間隔が狭く設定されている場合や、線同士が略密着状態で使用される場合、強振動下で使用する場合等、伸縮の繰り返しにより、線同士の接触が発生しやすい。また、線同士の接触が強い場合には、線同士の接触磨耗により線の一部が減肉し、線の断面形状が小さくなる。
【０００７】
これらの場合、スプリングの表面に形成した強化層(表面改質層)が消滅するため、ばねの耐久性が著しく低下し、早期折損に至る虞がある。このため、線間の間隔を大きく設定することにより、線間接触の発生の抑制を図る必要があった。
【０００８】
したがって、本発明は、相手部材との摩擦抵抗によるヒステリシス損失の低減を図ることができ、かつ線同士の接触に対する耐久性を向上させることができるコイルスプリングを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、以上のような各目的を実現するために、次のような検討を行った。図１，２は、本発明者による検討内容を説明するために用いるコイルスプリング４１，４２の具体例が設けられたクラッチユニット１，２の概略構成を表し、（Ａ）は駆動シャフトの軸線に垂直な方向の断面図、（Ｂ）は駆動シャフトの軸線に平行な方向の断面図である。クラッチユニット１，２は、コイルばね４１，４２の形態が異なる以外は、同様な構成を有するから、同様な構成には同符号を付している。以下の説明では、本発明のコイルスプリングをクラッチユニットに適用した例を用いているが、本発明のコイルスプリングは、クラッチユニットだけでなく、ロックアップ、フライホイール等のダンパ装置（機構）に適用することができるのは言うまでもない。
【００１０】
クラッチユニット１，２のそれぞれは、１対のプレート１１，１２と、ハブ２１とを備えている。プレート１１，１２は、互いに対向するとともにピン３３で連結されている。エンジン側プレート１１にはエンジン側駆動シャフト３１が接続されている。ハブ２１は、プレート１１，１２の間に配置されている。ハブ２１には変速機側駆動シャフト３２に接続されている。プレート１１，１２とハブ２１との間には、コイルスプリング４１，４２が設けられている。具体的には、プレート１１，１２には凹部１１Ａ，１２Ａが形成され、ハブ２１には凹部１１Ａ，１２Ａに対向する位置に開口部２１Ａが形成され、凹部１１Ａ，１２Ａおよび開口部２１Ａにコイルスプリングが配置されている。
【００１１】
図１に示すクラッチユニット１では、コイルスプリングとして、アークスプリング４１が設けられている。アークスプリング４１は、円弧状に曲げられた圧縮コイルスプリングである。アークスプリング４１はクラッチユニット１内部で所定の曲げ角度α（＞０）で設置されている。図２に示すクラッチユニット２では、コイルスプリングとして、直線状に配置されたコイルスプリング４２が設けられている。コイルスプリング４２はクラッチユニット２内部で曲げられていないから、曲げ角度αは０度である。クラッチユニット１，２では、クラッチ締結時にコイルスプリング４１，４２がエンジン側から変速機側へトルクを伝達するとともに、そのときに生じる衝撃を吸収している。
【００１２】
（１）従来技術の問題点の検討
（Ａ）相手部材との摩擦抵抗によるヒステリシス損失について
図１に示すクラッチユニット１では、図３に示すようにエンジン側駆動シャフト３１をねじり角度θでねじった場合、アークスプリング４１の入力端部４１Ａに入力トルクＴａが作用し、アークスプリング４１の出力端部４１Ｂに出力トルクＴｂが作用する。
【００１３】
図５は、アークスプリング４１およびコイルスプリング４２のねじり角度θと出力トルクＴｂとの関係を表すトルク線図である。図５では、矢印Ｓｐ，Ｓｑは、θが大きくなる方向（行き）を示し、太字矢印Ｒｐ，Ｒｑは、θが小さくなる方向（帰り）を示しており、下記の説明では、その方向について明記がない限り、太字矢印（帰り）側の線を用いている。
【００１４】
アークスプリング４１は、図３に示すようにクラッチユニット１の壁部に向けて押圧されるようにして、そこに接触しながらたわみ、その壁部にはアークスプリング４１の各線に垂直な接触力ΔＦが作用する。力ΔＦは、場所により異なり、概ね図３に示すような分布を示す。接触力ΔＦ、および、アークスプリング４１の線とクラッチユニット１の壁部との摩擦係数μによってΔＴｍが生じ、その総和として摩擦トルクＴｍが生じる。このようなクラッチユニット１のアークスプリング４１では、図５に示すトルク線Ｑが得られる。
【００１５】
一方、図２に示すクラッチユニット２のコイルスプリング４２では、アークスプリング４１とは異なり、図４に示すように曲げ角度は０度であるから、クラッチユニット２の壁部との接触による摩擦損失を無視することができる（すなわち、Ｔａ＝Ｔｂ，Ｔｍ≒０）。これにより、エンジン側駆動シャフト３１をねじり角度θでねじった場合、図５に示すトルク線Ｐが得られる。
【００１６】
クラッチユニット１内部のアークスプリング４１では、図５に示すトルク線Ｐ，Ｑから判るように、入力トルクＴａ，出力トルクＴｂ，摩擦トルクＴｍの間には、Ｔａ＝Ｔｂ＋Ｔｍ（すなわち、Ｔｍ＝Ｔｂ−Ｔａ）の関係式が成立すると考えられる。なお、ｅは自然対数を示している。ここで、入力トルクＴａおよび出力トルクＴｂについて、トルク伝達効率ηという観点で見ると、下記の関係式Ｐが成立する。数１に示す関係式Ｐから判るように、出力トルクＴｂとトルク伝達効率ηは同じとして考えてよく、出力トルクＴｂが高くなると、ηはそれに比例して高くなり、摩擦トルクＴｍはその逆で低くなる。
【００１７】
【数１】
【００１８】
通常、クラッチユニットでは、アークスプリング゛の外周部との摩擦抵抗が大きいとき、トルク線図にうねりが生じたり、出力トルクＴｂが変動して、変速フィーリングや実燃費の低下等の問題が引き起こされることから、出力トルクＴｂ(＝η)には、出来るだけ大きな特性(トルク伝達効率ηが大きい)が要求されている。関係式Ｐから判るように、曲げ角度α，摩擦係数μの値が大きくなるに従い、トルク伝達効率ηは低下する。
【００１９】
（Ｂ）線同士の接触に対する耐久性低下について
従来技術では、スプリングの高強度化を図るために、発生応力が最高となる材料表面の強度を向上することが有効であることから、材料の改良（たとえば耐久限度の高い材料の使用）や表面改質（ショットピーニングや窒化処理等）を行ってきた。
【００２０】
圧縮スプリングの使用では、一般的に軸線方向に荷重を作用させているが、サージングや過大荷重による過剰圧縮によって線同士の接触が繰り返し起こる。このような線同士の接触は、スプリングに偏荷重が加わる形態（たとえば図４に示すように、クラッチユニット２内部のコイルスプリング４２では、クラッチユニット２の壁部側に極端に圧縮される形態）において顕著である。
【００２１】
この形態では、コイルスプリング４２のクラッチユニット２の壁部側のたわみ量が増加し、線同士が接触しやすく、しかも、過大トルクがクラッチユニットに入力したとき、コイルスプリング４２の線同士の衝撃的な接触が繰り返される。このような線同士の局部接触は、図２に示すアークスプリング４１でも発生する。
【００２２】
このようなスプリングの使用により線接触を繰り返すと、線表面には磨耗(減肉)が生じる。そこで、ばね線の表面が高い応力に対して耐久性を有するように強化層(表面改質層)を形成する場合があるが、従来の強化層では、磨耗により消滅し、耐久性が著しく低下する虞があった。また、材料表面に表面改質を行い、被膜を形成する場合がある。しかしながら、表面改による従来技術の被膜は、硬度が低く、長時間の接触により摩滅するため、線表面の強化層まで磨耗が到達する虞が大きかった。このような磨耗は、強化層の硬度に反比例し、表面硬度が高くなるに従い、少なくなる傾向がある。
【００２３】
（２）従来技術の問題点への検討に基づく本発明による対策
事項（Ａ）の検討から、ヒステリシス損失の低減のためには、コイルスプリングについて摩擦係数μの低い材質を用いることが好適である。通常、スプリングの材質は、ＳＷＯＳＣ−ＶやＳＷＰ等のばね用鋼であり、クラッチユニットとの摺動による摩擦係数μは０．１５程度である。したがって、コイルスプリング摩擦係数がばね用鋼よりも小さくなるように表面処理を行い、クラッチユニット内部でのヒステリシス損失を低減する。
【００２４】
事項（Ｂ）の検討のように、コイルスプリングの線同士の磨耗は、強化層の硬度に反比例し、表面硬度が高くなるに従い、少なくなる傾向がある。しかしながら、ショットピーニングや窒化処理等の表面改質では、表面硬度はＨｖ８００〜１０００前後までしか得られない。したがって、コイルスプリングにその表面硬度よりも高くなる表面処理を行うことにより、摩耗による耐久性低下を抑制する。
【００２５】
以上のようにヒステリシス損失の低減を図るためには、摩擦係数μが０．１５未満となる耐摩耗層をコイルスプリングの表面に形成する必要がある。また、耐摩耗性の向上を図るためには、硬度がＨｖ１０００以上となる耐摩耗層をコイルスプリングの表面に形成する必要がある。本発明のコイルスプリングは、上記知見に鑑みて得られたものであり、ダンパ装置に適用されるスプリングであって、表面に耐摩耗層が形成され、耐摩耗層は、ＭｏＳ２層（二硫化モリブデン層）、無電解ＮｉＰ層（無電解ニッケルリン層）、ＤＬＣ層（ダイヤモンドライクカーボン層）、あるいは、ＴｉＮ層（窒化チタン層）であることを特徴としている。
【００２６】
本発明のコイルスプリングでは、耐摩耗層としてＭｏＳ２層を用いる場合、摩擦係数が０．０８程度となり、滑り性が向上するので、クラッチユニット内部でのヒステリシス損失を低減することができる。
【００２７】
また、本発明のコイルスプリングでは、耐摩耗層として無電解ＮｉＰ層を用いる場合、摩擦係数が０．０８程度となるから、ＭｏＳ２層を用いた場合と同様にクラッチユニット内部でのヒステリシス損失を低減することができることに加えて、表面硬度がＨｖ１０００以上となるので、耐摩耗性が向上し、その結果、線同士の接触に対する耐久性を向上させることができる。さらに、耐摩耗層としてＤＬＣ層あるいはＴｉＮ層を用いる場合、摩擦係数が０．１程度であり、滑り性が向上するので、クラッチユニット内部でのヒステリシス損失を低減することができる。しかも、ＴｉＮ層自体は、Ｈｖ２０００程度であり、ＤＬＣ層自体の硬度はＨｖ３０００程度であるから、ＭｏＳ２層および無電解ＮｉＰ層と比較して、耐摩耗性が向上し、その結果、線同士の接触に対する耐久性をさらに向上させることができる。
【００２８】
本発明のコイルスプリングは種々の構成を用いることができる。たとえば耐摩耗層としてＤＬＣ層を用いる場合、ＤＬＣ層の層厚を１〜１０μｍに設定することができる。ＤＬＣ層は硬度が極めて高いから、膜厚が１０μｍを超える場合、コイルスプリングの伸縮中にＤＬＣ層にクラックが進行し、折損に至る虞がある。ＤＬＣ層の層厚を１μｍ未満の場合、ＤＬＣ層が磨耗により短時間で消滅する虞がある。したがって、ＤＬＣ層の層厚を１〜１０μｍに設定することが好適である。
【発明の効果】
【００２９】
本発明のコイルスプリングによれば、耐摩耗層としてＭｏＳ２層を用いると、クラッチユニット内部でのヒステリシス損失を低減することができる。また、無電解ＮｉＰ層、ＤＬＣ層、あるいは、ＴｉＮ層を用いると、クラッチユニット内部でのヒステリシス損失を低減することができることに加えて、耐摩耗性を向上させることができることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】コイルスプリングの具体例が設けられたクラッチユニットの概略構成を表し、（Ａ）は（Ｂ）の１Ａ−１Ａ線断面図、（Ｂ）は（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ線断面図である。
【図２】コイルスプリングの具体例が設けられたクラッチユニットの概略構成を表し、（Ａ）は（Ｂ）の１Ａ−１Ａ線断面図、（Ｂ）は（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ線断面図である。
【図３】図１に示すクラッチユニットでエンジン側駆動シャフトを所定のねじり角度θでねじった状態を表す断面図である。
【図４】図２に示すクラッチユニットでエンジン側駆動シャフトを所定のねじり角度θでねじった状態を表す断面図である。
【図５】図３，４に示すアークスプリングおよびコイルスプリングのねじり角度θと出力トルクＴｂとの関係を表すトルク線図である。
【図６】本発明の第１実施形態において、ＤＬＣ層を表面に形成したアークスプリングの実験例、および、材質としてばね用鋼を用いたアークスプリングの比較実験例を、図１に示すクラッチユニット１内に用いて得られた実験結果を表し、（Ａ）は、ねじり角度θと出力トルクＴｂの関係を表すグラフ、（Ｂ）は、摩擦係数μに変動が生じたときの実験例および比較実験例のねじり角度θと出力トルクＴｂの関係を表すグラフである。
【図７】曲げ角度αとトルク伝達効率ηとの関係を表すグラフである。
【図８】摩擦係数μの変動幅は±２０％程度に設定した場合の摩擦係数μの変動に伴う出力トルクＴｂあるいはトルク伝達効率ηの変動率を表すグラフである。
【図９】本発明の第１実施形態においてＤＬＣ・ＳＴＡＲ処理を施したコイルスプリングの構成を表す断面図である。
【図１０】本発明の第１，第２実施形態に係るスプリングの変形例を表す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
（１）第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態について、実施例を用いて説明する。第１実施形態のアークスプリングは、図１，３に示すクラッチユニット１のアークスプリング４１への適用が好適な一形態である。アークスプリング４１は、図３，４に示すコイルスプリング４２と比較して、その形状から曲げ角度αを大きく設定することができるので、大きなたわみ量を得ることができる。これにより、ねじり角度θを大きく設定することができることから、クラッチユニットによく採用されている。
【００３２】
第１実施形態では、アークスプリング４１の表面にＤＬＣ処理（ダイヤモンドライクカーボン処理）を施すことにより、アークスプリング４１の表面に耐摩耗層としてＤＬＣ層（ダイヤモンドライクカーボン層）を形成している。
【００３３】
アークスプリング４１の曲げ角度αを大きく設定した場合、摩擦トルクＴｍが増加する。ＳＷＯＳＣ−ＶやＳＷＰ等のばね用鋼を用いた従来のアークスプリング４１では、クラッチユニット１との摺動による摩擦係数μは０．１５程度である。ここで、アークスプリング４１の摩擦係数がばね用鋼の摩擦係数よりも小さくなるように、アークスプリング４１の表面にＤＬＣ層を形成すると、アークスプリング４１表面の摩擦係数μは０．１程度となる。この場合、上記関係式Ｐの摩擦係数μの低下により、出力トルクＴｂ，トルク伝達効率ηが増加し、摩擦トルクＴｍが低下する。
【００３４】
図６（Ａ）は、ＤＬＣ層を表面に形成したアークスプリングの実験例（摩擦係数μ＝０．１）、および、材質としてばね用鋼を用いたアークスプリングの比較実験例（摩擦係数μ＝０．１５）を、図１に示すクラッチユニット１内に用いて得られたねじり角度θと出力トルクＴｂの関係を表すグラフである。実験例および比較実験例では、アークスプリングの曲げ角度αを１２０度に設定した。図６中の摩擦係数μ＝０のときのトルク線は、摩擦がないときの理論値を示している。
【００３５】
図６（Ａ）から判るように、実験例（摩擦係数μ＝０．１）のトルク線は、比較実験例（摩擦係数μ＝０．１５）のトルク線と比較して、摩擦係数μの低下により、理論値（摩擦係数μ＝０）に近づいていることを確認した。
【００３６】
摩擦係数μの変動幅は±２０％程度を設計時に想定している。たとえば、比較実験例（摩擦係数μ＝０．１５）の場合 ０．１２〜０．１８程度となる。図６（Ｂ）は、摩擦係数μに変動が生じたときの実験例および比較実験例のねじり角度θと出力トルクＴｂの関係を表すグラフである。図６（Ｂ）は、ねじり角度θが２０度付近である領域を拡大したグラフである。図６（Ｂ）では、実験例および比較実験例のトルク線の上下に位置する細い破線は、実験例および比較実験例の変動上下限線であり、図にはそれら間の出力トルクＴｂの変動幅を示している。図中の摩擦トルクＴｍの変動幅は、ねじり角度θが２０度である場合の理論値（摩擦係数μ＝０）との差である。
【００３７】
図６（Ｂ）から判るように、実験例の出力トルクＴｂの変動幅は、比較実験例のものよりも小さいことを確認した。
【００３８】
通常、アークスプリングをクラッチユニットに配置した場合、特定のねじり角度θに対して出力トルクＴｂの所定の公差が、曲げ角度αに関係なく要求されている。出力トルクＴｂの公差は、機種によって差はあるが、一般的に出力トルクＴｂの±１０％程度である。
【００３９】
ここで、アークスプリングでは、摩擦トルクＴｍが発生し、摩擦トルクＴｍにばらつきが生じ、かつ変動することが問題となる。これにより、出力トルクＴｂが影響を受け、たとえば曲げ角度αが０度の場合と曲げ角度αが１８０度の場合では、曲げ角度αが１８０度の場合は、曲げ角度αが０度の場合と比較して、摩擦トルクＴｍの変動による出力トルクＴｂの変動がトルク公差を消費し、ばね単体としてのトルク公差が実質的に圧縮される。その結果、曲げ角度αが１８０度の場合は、出力トルクＴｂをその公差中心に設定するために、ばね定数の調整が必要になる。
【００４０】
ところが、実際のアークスプリングでは図面上の各寸法や公差の規制が厳しくなる一方であるため、ばね定数を調整するための調整代はほとんどないのが現状である。実際、出力トルクＴｂの公差幅±１０％の範囲内でロット毎の出力トルクＴｂの平均値が±２％を超えると、歩留まりに大きな影響が発生する傾向があった。
【００４１】
図７は、曲げ角度α（＝接触角度α）とトルク伝達効率ηとの関係を表すグラフ（数１の関係式Ｐを示すグラフ）である。図７から判るように、摩擦係数μが小さくなるに従い、トルク伝達効率ηが大きくなり、曲げ角度αが小さくなるに従い、トルク伝達効率ηが大きくなる。
【００４２】
図８は、摩擦係数μの変動幅を±２０％程度に設定した場合の摩擦係数μの変動に伴う出力トルクＴｂあるいはトルク伝達効率ηの変動率を表すグラフである。図中の破線は、トルク伝達効率ηが変動許容値である２％を超えるラインに対応する曲げ角度α＝３８度を示している。図８から判るように、摩擦係数μが±２０％程度変動する場合、曲げ角度αが３８度程度を示すとき、トルク伝達効率ηが±２％を超える。すなわち、摩擦係数μの変動によって出力トルクＴｂおよびトルク伝達効率ηが変動許容値である±２％を超える場合、アークスプリングへの表面処理による摩擦係数μの低減効果が効果的になる。
【００４３】
以上のような結果から、曲げ角度αが４０度以上に設定されたアークスプリング４１の摩擦係数がばね用鋼の摩擦係数（摩擦係数μ＝０．１５）よりも小さくなるように、アークスプリング４１の表面にＤＬＣ層を形成すると、出力トルクＴｂ，トルク伝達効率ηの安定化する。
【００４４】
本実施形態では、耐摩耗層としてＤＬＣ層を形成した例を説明したが、これに限定されるものではない。たとえば、ＤＬＣ層の代わりに、摩擦係数μが０．１程度である程度ＴｉＮ層（窒化チタン層）や、摩擦係数μが０．０８程度であるＭｏＳ２層、摩擦係数μが０．０８程度である無電解ＮｉＰ層（たとえば無電解Ni-P/Ni-P-PTFE）を形成してもよい。
【００４５】
従来技術においてクラッチユニット内でのアークスプリング４１の相手部材との摺動によるヒステリシス損失が問題となっていたが、第１実施形態では、以上のようにアークスプリング４１の表面に上記耐摩耗層を形成することにより、滑り性を向上させることができるので、クラッチユニット１内部でのヒステリシス損失を低減することができる。
【００４６】
（２）第２実施形態
本発明の第２実施形態について、実施例を用いて説明する。本発明の第２実施形態は、図２，４に示すクラッチユニット２のコイルスプリング４２への適用が好適な一形態である。第２実施形態では、コイルスプリング４２の表面にＤＬＣ処理あるいはＤＬＣ・ＳＴＡＲ処理を行うことにより、コイルスプリング４２表面にＤＬＣ層を形成する。
【００４７】
ＤＬＣ・ＳＴＡＲ処理では、図９に示すように、スプリング母材５１および強化層５２を有するスプリング本体部５３の表面から順にＣｒＮ層５４（クロムナイトライド層５４）およびＤＬＣ層５５を形成する。この場合、ＤＬＣ・ＳＴＡＲ処理は、ＣｒＮ層が形成される点において、ＣｒＮ層が形成されないＤＬＣ処理とは異なる。
【００４８】
ＤＬＣ・ＳＴＡＲ処理では、ＣｒＮ層５４が形成されるので、非常に硬く（Ｈｖ３０００以上）、かつ強化層５２との密着性が高い。また、ＤＬＣ・ＳＴＡＲ処理では、強化層５２表面の凹凸構造の凹部が埋まり、コイルスプリング４２表面の平滑性が向上する。
【００４９】
高応力が作用するばね表面では、小さな疵が起点となりそこから亀裂が拡大し、折損に至る虞があるが、第２実施形態では上記のようにＤＬＣ・ＳＴＡＲ処理により疵が埋められるから、高強度ばねの課題であった切欠き感受性を鈍化させることができる。
【００５０】
従来技術においてクラッチユニット２内でのコイルスプリング４２では、その線同士の接触による摩耗が問題となっていたが、第２実施形態では、コイルスプリング４２表面にＤＬＣ層を形成することにより、耐磨耗性が顕著に向上するので、強化層５１上にＤＬＣ層を形成しない場合と比較して、磨耗量を低減することができる。
【００５１】
具体的には、ＤＬＣ層自体の硬度はＨｖ３０００程度であるから、Ｈｖ１０００程度であるＭｏＳ２層および無電解ＮｉＰ層と比較して、耐摩耗性が向上し、その結果、線同士の接触に対する耐久性を向上させることができる。また、ＤＬＣ・ＳＴＡＲ処理により強化層５２表面の疵が埋められるから、耐摩耗性向上を図ることができることに加えて、高強度ばねの課題であった切欠き感受性を鈍化させることができる。特に、ＤＬＣ層の層厚を１〜１０μｍに設定することにより、ＤＬＣ層の磨耗による消滅を防止することができ、かつＤＬＣ層でのクラック発生を防止することができる。なお、ＤＬＣ層５５の代わりに、ＭｏＳ２層、無電解ＮｉＰ層、あるいは、ＴｉＮ層を形成してもよい。
【００５２】
以上のように本発明を第１実施形態および第２実施形態を用いて説明したが、これら形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、複数のスプリング（複数のアークスプリング４１あるいは複数のコイルスプリング４２）を用い、一方のばねの内側に他方のばねを挿入する形態を用いることができる。この場合、ばね同士の軸線を一致させる。図１０は、スプリング６２の内側にスプリング６１を配置した態様を示している。上記態様では、スプリング６１，６２表面にＤＬＣ層を形成することにより、互いの接触時の磨耗を低減することができる。また、スプリング６１，６２同士の間に所定の圧入代を設定した場合、線同士の接触抵抗を低減することができるので、ばねの荷重−たわみの特性の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１，２…クラッチユニット、４１…アークスプリング（コイルスプリング）、４２…コイルスプリング、５５…ＤＬＣ層（耐摩耗層）、６１，６２…スプリング
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダンパ装置に用いられるコイルスプリングに係り、特に、コイルスプリングへの表面処理技術の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
クラッチユニット、ロックアップ、フライホイール等のダンパ装置には、コイルスプリングが用いられている（たとえば特許文献１〜３）。たとえばクラッチユニットでは、ハブとプレートとの間にアークスプリングが設けられ、クラッチ締結時にコイルスプリングがエンジン側から変速機側へトルクを伝達するとともに、そのときに生じる衝撃を吸収している。アークスプリングは、円弧状に曲げられた圧縮コイルスプリングである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１７２１８４号公報
【特許文献２】特開昭６３−１４９４４７号公報
【特許文献３】特開平８−１０５５０８号公報
【特許文献４】特許３９９８７３３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、クラッチユニット等のダンパ装置内部でアークスプリングを使用すると次のような問題があった。
【０００５】
アークスプリングがダンパ装置内部で相手部材と接触摺動することにより、摩擦損失が発生し、その摩擦損失がトルク伝達特性に影響を与える。このため、そのような内部ヒステリシス損失（おもに相手部材との接触摺動による摩擦抵抗分）をスプリング単体の荷重公差分として圧縮する必要があるから、製造が困難であった。
【０００６】
また、アークスプリングでは、その表面に発生する高応力への耐久性向上を図るために、材料の開発や表面改質(おもにショットピーニングや窒化処理)等を行っている（たとえば特許文献４）。ところが、ばねの線同士の間隔が狭く設定されている場合や、線同士が略密着状態で使用される場合、強振動下で使用する場合等、伸縮の繰り返しにより、線同士の接触が発生しやすい。また、線同士の接触が強い場合には、線同士の接触磨耗により線の一部が減肉し、線の断面形状が小さくなる。
【０００７】
これらの場合、スプリングの表面に形成した強化層(表面改質層)が消滅するため、ばねの耐久性が著しく低下し、早期折損に至る虞がある。このため、線間の間隔を大きく設定することにより、線間接触の発生の抑制を図る必要があった。
【０００８】
したがって、本発明は、相手部材との摩擦抵抗によるヒステリシス損失の低減を図ることができ、かつ線同士の接触に対する耐久性を向上させることができるコイルスプリングを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、以上のような各目的を実現するために、次のような検討を行った。図１，２は、本発明者による検討内容を説明するために用いるコイルスプリング４１，４２の具体例が設けられたクラッチユニット１，２の概略構成を表し、（Ａ）は駆動シャフトの軸線に垂直な方向の断面図、（Ｂ）は駆動シャフトの軸線に平行な方向の断面図である。クラッチユニット１，２は、コイルばね４１，４２の形態が異なる以外は、同様な構成を有するから、同様な構成には同符号を付している。以下の説明では、本発明のコイルスプリングをクラッチユニットに適用した例を用いているが、本発明のコイルスプリングは、クラッチユニットだけでなく、ロックアップ、フライホイール等のダンパ装置（機構）に適用することができるのは言うまでもない。
【００１０】
クラッチユニット１，２のそれぞれは、１対のプレート１１，１２と、ハブ２１とを備えている。プレート１１，１２は、互いに対向するとともにピン３３で連結されている。エンジン側プレート１１にはエンジン側駆動シャフト３１が接続されている。ハブ２１は、プレート１１，１２の間に配置されている。ハブ２１には変速機側駆動シャフト３２に接続されている。プレート１１，１２とハブ２１との間には、コイルスプリング４１，４２が設けられている。具体的には、プレート１１，１２には凹部１１Ａ，１２Ａが形成され、ハブ２１には凹部１１Ａ，１２Ａに対向する位置に開口部２１Ａが形成され、凹部１１Ａ，１２Ａおよび開口部２１Ａにコイルスプリングが配置されている。
【００１１】
図１に示すクラッチユニット１では、コイルスプリングとして、アークスプリング４１が設けられている。アークスプリング４１は、円弧状に曲げられた圧縮コイルスプリングである。アークスプリング４１はクラッチユニット１内部で所定の曲げ角度α（＞０）で設置されている。図２に示すクラッチユニット２では、コイルスプリングとして、直線状に配置されたコイルスプリング４２が設けられている。コイルスプリング４２はクラッチユニット２内部で曲げられていないから、曲げ角度αは０度である。クラッチユニット１，２では、クラッチ締結時にコイルスプリング４１，４２がエンジン側から変速機側へトルクを伝達するとともに、そのときに生じる衝撃を吸収している。
【００１２】
（１）従来技術の問題点の検討
（Ａ）相手部材との摩擦抵抗によるヒステリシス損失について
図１に示すクラッチユニット１では、図３に示すようにエンジン側駆動シャフト３１をねじり角度θでねじった場合、アークスプリング４１の入力端部４１Ａに入力トルクＴａが作用し、アークスプリング４１の出力端部４１Ｂに出力トルクＴｂが作用する。
【００１３】
図５は、アークスプリング４１およびコイルスプリング４２のねじり角度θと出力トルクＴｂとの関係を表すトルク線図である。図５では、矢印Ｓｐ，Ｓｑは、θが大きくなる方向（行き）を示し、太字矢印Ｒｐ，Ｒｑは、θが小さくなる方向（帰り）を示しており、下記の説明では、その方向について明記がない限り、太字矢印（帰り）側の線を用いている。
【００１４】
アークスプリング４１は、図３に示すようにクラッチユニット１の壁部に向けて押圧されるようにして、そこに接触しながらたわみ、その壁部にはアークスプリング４１の各線に垂直な接触力ΔＦが作用する。力ΔＦは、場所により異なり、概ね図３に示すような分布を示す。接触力ΔＦ、および、アークスプリング４１の線とクラッチユニット１の壁部との摩擦係数μによってΔＴｍが生じ、その総和として摩擦トルクＴｍが生じる。このようなクラッチユニット１のアークスプリング４１では、図５に示すトルク線Ｑが得られる。
【００１５】
一方、図２に示すクラッチユニット２のコイルスプリング４２では、アークスプリング４１とは異なり、図４に示すように曲げ角度は０度であるから、クラッチユニット２の壁部との接触による摩擦損失を無視することができる（すなわち、Ｔａ＝Ｔｂ，Ｔｍ≒０）。これにより、エンジン側駆動シャフト３１をねじり角度θでねじった場合、図５に示すトルク線Ｐが得られる。
【００１６】
クラッチユニット１内部のアークスプリング４１では、図５に示すトルク線Ｐ，Ｑから判るように、入力トルクＴａ，出力トルクＴｂ，摩擦トルクＴｍの間には、Ｔａ＝Ｔｂ＋Ｔｍ（すなわち、Ｔｍ＝Ｔｂ−Ｔａ）の関係式が成立すると考えられる。なお、ｅは自然対数を示している。ここで、入力トルクＴａおよび出力トルクＴｂについて、トルク伝達効率ηという観点で見ると、下記の関係式Ｐが成立する。数１に示す関係式Ｐから判るように、出力トルクＴｂとトルク伝達効率ηは同じとして考えてよく、出力トルクＴｂが高くなると、ηはそれに比例して高くなり、摩擦トルクＴｍはその逆で低くなる。
【００１７】
【数１】
【００１８】
通常、クラッチユニットでは、アークスプリング゛の外周部との摩擦抵抗が大きいとき、トルク線図にうねりが生じたり、出力トルクＴｂが変動して、変速フィーリングや実燃費の低下等の問題が引き起こされることから、出力トルクＴｂ(＝η)には、出来るだけ大きな特性(トルク伝達効率ηが大きい)が要求されている。関係式Ｐから判るように、曲げ角度α，摩擦係数μの値が大きくなるに従い、トルク伝達効率ηは低下する。
【００１９】
（Ｂ）線同士の接触に対する耐久性低下について
従来技術では、スプリングの高強度化を図るために、発生応力が最高となる材料表面の強度を向上することが有効であることから、材料の改良（たとえば耐久限度の高い材料の使用）や表面改質（ショットピーニングや窒化処理等）を行ってきた。
【００２０】
圧縮スプリングの使用では、一般的に軸線方向に荷重を作用させているが、サージングや過大荷重による過剰圧縮によって線同士の接触が繰り返し起こる。このような線同士の接触は、スプリングに偏荷重が加わる形態（たとえば図４に示すように、クラッチユニット２内部のコイルスプリング４２では、クラッチユニット２の壁部側に極端に圧縮される形態）において顕著である。
【００２１】
この形態では、コイルスプリング４２のクラッチユニット２の壁部側のたわみ量が増加し、線同士が接触しやすく、しかも、過大トルクがクラッチユニットに入力したとき、コイルスプリング４２の線同士の衝撃的な接触が繰り返される。このような線同士の局部接触は、図２に示すアークスプリング４１でも発生する。
【００２２】
このようなスプリングの使用により線接触を繰り返すと、線表面には磨耗(減肉)が生じる。そこで、ばね線の表面が高い応力に対して耐久性を有するように強化層(表面改質層)を形成する場合があるが、従来の強化層では、磨耗により消滅し、耐久性が著しく低下する虞があった。また、材料表面に表面改質を行い、被膜を形成する場合がある。しかしながら、表面改による従来技術の被膜は、硬度が低く、長時間の接触により摩滅するため、線表面の強化層まで磨耗が到達する虞が大きかった。このような磨耗は、強化層の硬度に反比例し、表面硬度が高くなるに従い、少なくなる傾向がある。
【００２３】
（２）従来技術の問題点への検討に基づく本発明による対策
事項（Ａ）の検討から、ヒステリシス損失の低減のためには、コイルスプリングについて摩擦係数μの低い材質を用いることが好適である。通常、スプリングの材質は、ＳＷＯＳＣ−ＶやＳＷＰ等のばね用鋼であり、クラッチユニットとの摺動による摩擦係数μは０．１５程度である。したがって、コイルスプリング摩擦係数がばね用鋼よりも小さくなるように表面処理を行い、クラッチユニット内部でのヒステリシス損失を低減する。
【００２４】
事項（Ｂ）の検討のように、コイルスプリングの線同士の磨耗は、強化層の硬度に反比例し、表面硬度が高くなるに従い、少なくなる傾向がある。しかしながら、ショットピーニングや窒化処理等の表面改質では、表面硬度はＨｖ８００〜１０００前後までしか得られない。したがって、コイルスプリングにその表面硬度よりも高くなる表面処理を行うことにより、摩耗による耐久性低下を抑制する。
【００２５】
以上のようにヒステリシス損失の低減を図るためには、摩擦係数μが０．１５未満となる耐摩耗層をコイルスプリングの表面に形成する必要がある。また、耐摩耗性の向上を図るためには、硬度がＨｖ１０００以上となる耐摩耗層をコイルスプリングの表面に形成する必要がある。本発明のコイルスプリングは、上記知見に鑑みて得られたものであり、ダンパ装置に適用されるスプリングであって、表面に耐摩耗層が形成され、耐摩耗層は、ＭｏＳ２層（二硫化モリブデン層）、無電解ＮｉＰ層（無電解ニッケルリン層）、ＤＬＣ層（ダイヤモンドライクカーボン層）、あるいは、ＴｉＮ層（窒化チタン層）であることを特徴としている。
【００２６】
本発明のコイルスプリングでは、耐摩耗層としてＭｏＳ２層を用いる場合、摩擦係数が０．０８程度となり、滑り性が向上するので、クラッチユニット内部でのヒステリシス損失を低減することができる。
【００２７】
また、本発明のコイルスプリングでは、耐摩耗層として無電解ＮｉＰ層を用いる場合、摩擦係数が０．０８程度となるから、ＭｏＳ２層を用いた場合と同様にクラッチユニット内部でのヒステリシス損失を低減することができることに加えて、表面硬度がＨｖ１０００以上となるので、耐摩耗性が向上し、その結果、線同士の接触に対する耐久性を向上させることができる。さらに、耐摩耗層としてＤＬＣ層あるいはＴｉＮ層を用いる場合、摩擦係数が０．１程度であり、滑り性が向上するので、クラッチユニット内部でのヒステリシス損失を低減することができる。しかも、ＴｉＮ層自体は、Ｈｖ２０００程度であり、ＤＬＣ層自体の硬度はＨｖ３０００程度であるから、ＭｏＳ２層および無電解ＮｉＰ層と比較して、耐摩耗性が向上し、その結果、線同士の接触に対する耐久性をさらに向上させることができる。
【００２８】
本発明のコイルスプリングは種々の構成を用いることができる。たとえば耐摩耗層としてＤＬＣ層を用いる場合、ＤＬＣ層の層厚を１〜１０μｍに設定することができる。ＤＬＣ層は硬度が極めて高いから、膜厚が１０μｍを超える場合、コイルスプリングの伸縮中にＤＬＣ層にクラックが進行し、折損に至る虞がある。ＤＬＣ層の層厚を１μｍ未満の場合、ＤＬＣ層が磨耗により短時間で消滅する虞がある。したがって、ＤＬＣ層の層厚を１〜１０μｍに設定することが好適である。
【発明の効果】
【００２９】
本発明のコイルスプリングによれば、耐摩耗層としてＭｏＳ２層を用いると、クラッチユニット内部でのヒステリシス損失を低減することができる。また、無電解ＮｉＰ層、ＤＬＣ層、あるいは、ＴｉＮ層を用いると、クラッチユニット内部でのヒステリシス損失を低減することができることに加えて、耐摩耗性を向上させることができることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】コイルスプリングの具体例が設けられたクラッチユニットの概略構成を表し、（Ａ）は（Ｂ）の１Ａ−１Ａ線断面図、（Ｂ）は（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ線断面図である。
【図２】コイルスプリングの具体例が設けられたクラッチユニットの概略構成を表し、（Ａ）は（Ｂ）の１Ａ−１Ａ線断面図、（Ｂ）は（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ線断面図である。
【図３】図１に示すクラッチユニットでエンジン側駆動シャフトを所定のねじり角度θでねじった状態を表す断面図である。
【図４】図２に示すクラッチユニットでエンジン側駆動シャフトを所定のねじり角度θでねじった状態を表す断面図である。
【図５】図３，４に示すアークスプリングおよびコイルスプリングのねじり角度θと出力トルクＴｂとの関係を表すトルク線図である。
【図６】本発明の第１実施形態において、ＤＬＣ層を表面に形成したアークスプリングの実験例、および、材質としてばね用鋼を用いたアークスプリングの比較実験例を、図１に示すクラッチユニット１内に用いて得られた実験結果を表し、（Ａ）は、ねじり角度θと出力トルクＴｂの関係を表すグラフ、（Ｂ）は、摩擦係数μに変動が生じたときの実験例および比較実験例のねじり角度θと出力トルクＴｂの関係を表すグラフである。
【図７】曲げ角度αとトルク伝達効率ηとの関係を表すグラフである。
【図８】摩擦係数μの変動幅は±２０％程度に設定した場合の摩擦係数μの変動に伴う出力トルクＴｂあるいはトルク伝達効率ηの変動率を表すグラフである。
【図９】本発明の第１実施形態においてＤＬＣ・ＳＴＡＲ処理を施したコイルスプリングの構成を表す断面図である。
【図１０】本発明の第１，第２実施形態に係るスプリングの変形例を表す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
（１）第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態について、実施例を用いて説明する。第１実施形態のアークスプリングは、図１，３に示すクラッチユニット１のアークスプリング４１への適用が好適な一形態である。アークスプリング４１は、図３，４に示すコイルスプリング４２と比較して、その形状から曲げ角度αを大きく設定することができるので、大きなたわみ量を得ることができる。これにより、ねじり角度θを大きく設定することができることから、クラッチユニットによく採用されている。
【００３２】
第１実施形態では、アークスプリング４１の表面にＤＬＣ処理（ダイヤモンドライクカーボン処理）を施すことにより、アークスプリング４１の表面に耐摩耗層としてＤＬＣ層（ダイヤモンドライクカーボン層）を形成している。
【００３３】
アークスプリング４１の曲げ角度αを大きく設定した場合、摩擦トルクＴｍが増加する。ＳＷＯＳＣ−ＶやＳＷＰ等のばね用鋼を用いた従来のアークスプリング４１では、クラッチユニット１との摺動による摩擦係数μは０．１５程度である。ここで、アークスプリング４１の摩擦係数がばね用鋼の摩擦係数よりも小さくなるように、アークスプリング４１の表面にＤＬＣ層を形成すると、アークスプリング４１表面の摩擦係数μは０．１程度となる。この場合、上記関係式Ｐの摩擦係数μの低下により、出力トルクＴｂ，トルク伝達効率ηが増加し、摩擦トルクＴｍが低下する。
【００３４】
図６（Ａ）は、ＤＬＣ層を表面に形成したアークスプリングの実験例（摩擦係数μ＝０．１）、および、材質としてばね用鋼を用いたアークスプリングの比較実験例（摩擦係数μ＝０．１５）を、図１に示すクラッチユニット１内に用いて得られたねじり角度θと出力トルクＴｂの関係を表すグラフである。実験例および比較実験例では、アークスプリングの曲げ角度αを１２０度に設定した。図６中の摩擦係数μ＝０のときのトルク線は、摩擦がないときの理論値を示している。
【００３５】
図６（Ａ）から判るように、実験例（摩擦係数μ＝０．１）のトルク線は、比較実験例（摩擦係数μ＝０．１５）のトルク線と比較して、摩擦係数μの低下により、理論値（摩擦係数μ＝０）に近づいていることを確認した。
【００３６】
摩擦係数μの変動幅は±２０％程度を設計時に想定している。たとえば、比較実験例（摩擦係数μ＝０．１５）の場合 ０．１２〜０．１８程度となる。図６（Ｂ）は、摩擦係数μに変動が生じたときの実験例および比較実験例のねじり角度θと出力トルクＴｂの関係を表すグラフである。図６（Ｂ）は、ねじり角度θが２０度付近である領域を拡大したグラフである。図６（Ｂ）では、実験例および比較実験例のトルク線の上下に位置する細い破線は、実験例および比較実験例の変動上下限線であり、図にはそれら間の出力トルクＴｂの変動幅を示している。図中の摩擦トルクＴｍの変動幅は、ねじり角度θが２０度である場合の理論値（摩擦係数μ＝０）との差である。
【００３７】
図６（Ｂ）から判るように、実験例の出力トルクＴｂの変動幅は、比較実験例のものよりも小さいことを確認した。
【００３８】
通常、アークスプリングをクラッチユニットに配置した場合、特定のねじり角度θに対して出力トルクＴｂの所定の公差が、曲げ角度αに関係なく要求されている。出力トルクＴｂの公差は、機種によって差はあるが、一般的に出力トルクＴｂの±１０％程度である。
【００３９】
ここで、アークスプリングでは、摩擦トルクＴｍが発生し、摩擦トルクＴｍにばらつきが生じ、かつ変動することが問題となる。これにより、出力トルクＴｂが影響を受け、たとえば曲げ角度αが０度の場合と曲げ角度αが１８０度の場合では、曲げ角度αが１８０度の場合は、曲げ角度αが０度の場合と比較して、摩擦トルクＴｍの変動による出力トルクＴｂの変動がトルク公差を消費し、ばね単体としてのトルク公差が実質的に圧縮される。その結果、曲げ角度αが１８０度の場合は、出力トルクＴｂをその公差中心に設定するために、ばね定数の調整が必要になる。
【００４０】
ところが、実際のアークスプリングでは図面上の各寸法や公差の規制が厳しくなる一方であるため、ばね定数を調整するための調整代はほとんどないのが現状である。実際、出力トルクＴｂの公差幅±１０％の範囲内でロット毎の出力トルクＴｂの平均値が±２％を超えると、歩留まりに大きな影響が発生する傾向があった。
【００４１】
図７は、曲げ角度α（＝接触角度α）とトルク伝達効率ηとの関係を表すグラフ（数１の関係式Ｐを示すグラフ）である。図７から判るように、摩擦係数μが小さくなるに従い、トルク伝達効率ηが大きくなり、曲げ角度αが小さくなるに従い、トルク伝達効率ηが大きくなる。
【００４２】
図８は、摩擦係数μの変動幅を±２０％程度に設定した場合の摩擦係数μの変動に伴う出力トルクＴｂあるいはトルク伝達効率ηの変動率を表すグラフである。図中の破線は、トルク伝達効率ηが変動許容値である２％を超えるラインに対応する曲げ角度α＝３８度を示している。図８から判るように、摩擦係数μが±２０％程度変動する場合、曲げ角度αが３８度程度を示すとき、トルク伝達効率ηが±２％を超える。すなわち、摩擦係数μの変動によって出力トルクＴｂおよびトルク伝達効率ηが変動許容値である±２％を超える場合、アークスプリングへの表面処理による摩擦係数μの低減効果が効果的になる。
【００４３】
以上のような結果から、曲げ角度αが４０度以上に設定されたアークスプリング４１の摩擦係数がばね用鋼の摩擦係数（摩擦係数μ＝０．１５）よりも小さくなるように、アークスプリング４１の表面にＤＬＣ層を形成すると、出力トルクＴｂ，トルク伝達効率ηの安定化する。
【００４４】
本実施形態では、耐摩耗層としてＤＬＣ層を形成した例を説明したが、これに限定されるものではない。たとえば、ＤＬＣ層の代わりに、摩擦係数μが０．１程度である程度ＴｉＮ層（窒化チタン層）や、摩擦係数μが０．０８程度であるＭｏＳ２層、摩擦係数μが０．０８程度である無電解ＮｉＰ層（たとえば無電解Ni-P/Ni-P-PTFE）を形成してもよい。
【００４５】
従来技術においてクラッチユニット内でのアークスプリング４１の相手部材との摺動によるヒステリシス損失が問題となっていたが、第１実施形態では、以上のようにアークスプリング４１の表面に上記耐摩耗層を形成することにより、滑り性を向上させることができるので、クラッチユニット１内部でのヒステリシス損失を低減することができる。
【００４６】
（２）第２実施形態
本発明の第２実施形態について、実施例を用いて説明する。本発明の第２実施形態は、図２，４に示すクラッチユニット２のコイルスプリング４２への適用が好適な一形態である。第２実施形態では、コイルスプリング４２の表面にＤＬＣ処理あるいはＤＬＣ・ＳＴＡＲ処理を行うことにより、コイルスプリング４２表面にＤＬＣ層を形成する。
【００４７】
ＤＬＣ・ＳＴＡＲ処理では、図９に示すように、スプリング母材５１および強化層５２を有するスプリング本体部５３の表面から順にＣｒＮ層５４（クロムナイトライド層５４）およびＤＬＣ層５５を形成する。この場合、ＤＬＣ・ＳＴＡＲ処理は、ＣｒＮ層が形成される点において、ＣｒＮ層が形成されないＤＬＣ処理とは異なる。
【００４８】
ＤＬＣ・ＳＴＡＲ処理では、ＣｒＮ層５４が形成されるので、非常に硬く（Ｈｖ３０００以上）、かつ強化層５２との密着性が高い。また、ＤＬＣ・ＳＴＡＲ処理では、強化層５２表面の凹凸構造の凹部が埋まり、コイルスプリング４２表面の平滑性が向上する。
【００４９】
高応力が作用するばね表面では、小さな疵が起点となりそこから亀裂が拡大し、折損に至る虞があるが、第２実施形態では上記のようにＤＬＣ・ＳＴＡＲ処理により疵が埋められるから、高強度ばねの課題であった切欠き感受性を鈍化させることができる。
【００５０】
従来技術においてクラッチユニット２内でのコイルスプリング４２では、その線同士の接触による摩耗が問題となっていたが、第２実施形態では、コイルスプリング４２表面にＤＬＣ層を形成することにより、耐磨耗性が顕著に向上するので、強化層５１上にＤＬＣ層を形成しない場合と比較して、磨耗量を低減することができる。
【００５１】
具体的には、ＤＬＣ層自体の硬度はＨｖ３０００程度であるから、Ｈｖ１０００程度であるＭｏＳ２層および無電解ＮｉＰ層と比較して、耐摩耗性が向上し、その結果、線同士の接触に対する耐久性を向上させることができる。また、ＤＬＣ・ＳＴＡＲ処理により強化層５２表面の疵が埋められるから、耐摩耗性向上を図ることができることに加えて、高強度ばねの課題であった切欠き感受性を鈍化させることができる。特に、ＤＬＣ層の層厚を１〜１０μｍに設定することにより、ＤＬＣ層の磨耗による消滅を防止することができ、かつＤＬＣ層でのクラック発生を防止することができる。なお、ＤＬＣ層５５の代わりに、ＭｏＳ２層、無電解ＮｉＰ層、あるいは、ＴｉＮ層を形成してもよい。
【００５２】
以上のように本発明を第１実施形態および第２実施形態を用いて説明したが、これら形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、複数のスプリング（複数のアークスプリング４１あるいは複数のコイルスプリング４２）を用い、一方のばねの内側に他方のばねを挿入する形態を用いることができる。この場合、ばね同士の軸線を一致させる。図１０は、スプリング６２の内側にスプリング６１を配置した態様を示している。上記態様では、スプリング６１，６２表面にＤＬＣ層を形成することにより、互いの接触時の磨耗を低減することができる。また、スプリング６１，６２同士の間に所定の圧入代を設定した場合、線同士の接触抵抗を低減することができるので、ばねの荷重−たわみの特性の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１，２…クラッチユニット、４１…アークスプリング（コイルスプリング）、４２…コイルスプリング、５５…ＤＬＣ層（耐摩耗層）、６１，６２…スプリング
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダンパ装置に適用されるコイルスプリングにおいて、
表面に耐摩耗層が形成され、
前記耐摩耗層は、ＭｏＳ２層、無電解ＮｉＰ層、ＤＬＣ層、あるいは、ＴｉＮ層であることを特徴とするコイルスプリング。
【請求項２】
前記ＤＬＣ層の層厚は、１〜１０μｍであることを特徴とする請求項１に記載のコイルスプリング。
【請求項３】
前記耐摩耗層は、Ｈｖが１０００以上で、かつ摩擦係数が０．１５未満であることを特徴とする請求項１または２に記載のコイルスプリング。
【請求項１】
ダンパ装置に適用されるコイルスプリングにおいて、
表面に耐摩耗層が形成され、
前記耐摩耗層は、ＭｏＳ２層、無電解ＮｉＰ層、ＤＬＣ層、あるいは、ＴｉＮ層であることを特徴とするコイルスプリング。
【請求項２】
前記ＤＬＣ層の層厚は、１〜１０μｍであることを特徴とする請求項１に記載のコイルスプリング。
【請求項３】
前記耐摩耗層は、Ｈｖが１０００以上で、かつ摩擦係数が０．１５未満であることを特徴とする請求項１または２に記載のコイルスプリング。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２５５７５９（Ｐ２０１０−２５５７５９Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０６９５９（Ｐ２００９−１０６９５９）
【出願日】平成２１年４月２４日（２００９．４．２４）
【出願人】（０００００４６４０）日本発條株式会社 (1,048)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２４日（２００９．４．２４）
【出願人】（０００００４６４０）日本発條株式会社 (1,048)
【Ｆターム（参考）】
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