JP2002188670A - 弾性材料から成るばね素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 所望の減衰特性を持つこじんまりとしたばね
素子を得る。 【構成】 運動エネルギを吸収するため、弾性材料特に
プラスチツク（ポリウレタン）から成るばね素子は、管
片１及びこれと固定的に結合される底板２から形成され
ている。管片１は、外径Ｄａと内径Ｄｉとの２より小さ
い比に相当する壁厚と、外径Ｄａの０．７〜１．３倍の
範囲にある全高Ｈｅを持っている。最初の全高の３５％
の程度の収縮の際管片１の開いた端部で、力の作用を受
ける面の折返しが行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、運動エネルギを吸
収するため弾性材料特にプラスチツク（例えばポリウレ
タン）から成るばね素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】（コイルばね、摩擦ばねのように）鋼か
ら成る古典的ばね及び液圧ばね（緩衝器）のほかに、大
きい運動エネルギを吸収するためプラスチツクから成る
ばねがますます好まれている。プラスチツクから成るば
ねの欠点は、大きい温度変動の際その性質が変化するこ
とである。しかしこの欠点は、小さい重量、存在する減
衰特性、簡単な製造及び清潔な取扱い（錆なし、油脂付
着なし）によって相殺される。圧縮応力及び曲げ応力に
より最適な材料利用が行われる。ゴムから成るばねは、
合成により製造される材料に原理的に類似な性質を持っ
ているが、その出力容量は著しく小さい。発泡材料から
成るばねは大きい全体積を必要とし、中実材料から成る
ばねは僅かな場所しか必要としない。

【０００３】中実材料から成る公知のばねは、ポリウレ
タンから成る管ばね（例えばＢａｙｅｒ社のＶｕｌｋｏ
ｌｌａｎ）及び共重合体ポリエステルから成るばねであ
る。比較的厚壁の管ばね（例えばドイツ連邦共和国特許
第１１４７２５５号から公知）は、材料を過度に伸ばさ
ないようにするため、その初期高さの４０％までしか荷
重をかけられず、増大する収縮と共に力が連続的に増大
する。共重合体ポリエステルから成るばね（米国特許第
４，１９８，０３７号に対応するドイツ連邦共和国特許
第２８４４４８６号及び米国特許第４，５ａ６６，６７
８号に対応するドイツ連邦共和国特許第３５３３４３５
号特許からも公知）は、まず費用をかけてその初期高さ
の６０％〜９０％に予備予縮されねばならない。なぜな
らば、その材料は本来大きいばね特性をもっていないか
らである。繊維のこのいわゆる伸びのために、プレスを
先行させねばならず、更に予備圧縮により最初の全高の
若干がなくなる。おなじことが、形状及び製造から一層
費用のかかる、米国特許第５，７９１，６３７号に対応
するドイツ連邦共和国特許第１９７００６２９号による
ばねについても当てはまる。

【０００４】多くの適用の際、高い減衰及び良好な反覆
精度で高いエネルギ吸収及び低い反力を持つ短い構造形
状のばねが、僅かしか荷重をかけられない（１時間当た
りの荷重より小さい）液圧緩衝器の特に安価な代用とし
て、必要とされる。これは、公知のプラスチツクばねで
は過負荷によって達せられる。しかしその欠点は、ばね
の寿命の著しい減少及び強い凝固である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って最初にあげた要
求を満たすと同時に前記の欠点を回避する、減衰特性を
持つこじんまりとしたばね素子を得ることが、本発明の
基礎となっている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この課題は、請求項１に
記載した本発明によるばね素子によって解決される。
（充分高い減衰を持つ本来弾性のある材料）なるべく中
実のポリウレタンから成る管片は、なるべく同じ材料か
ら成る底板と固定的に結合されている。管片は、２より
小さい外径と内径との比に相当する壁厚を持ち、外径の
０．７〜１．３倍の範囲にある全高を持っているように
する。なるべく底板は、過負荷に対して保護する部材の
水平又は垂直な面に結合部材（ねじ）によりばね素子を
簡単に取付けるための穴を中心に持っている。

【０００７】このように形成されて取付けられるばね素
子では、管片の開いた端部にある端面に、対向面により
力を作用させることができる。材料を過度に伸ばすこと
なく、ばね素子をその最初の全高の６０％に圧縮するこ
とができる。この場合ばね素子は、図３及び５に基いて
以下に説明する３つの段階を通過する。

【０００８】段階１ 底板に固定的に結合される管片が軸線方向に圧縮され、
その際中央範囲において半径方向に伸びる。

【０００９】段階２ ３５％の収縮の際（これは、管壁の一部が力を導入する
対向面に対して約４５°の角で外方へ変形された外側現
象像に相当する）、管片の端面が内方へ折畳まれ始め
る。この過程は内部形状強制から起こり、外部からの力
を殆ど必要としない。ばね素子は今や応力のかからない
一層有利な形状をとる。それによりばね素子の管片は、
材料を過度に伸ばすことなく、減少した力で更に圧縮さ
れることができる。

【００１０】段階３ 初期高さに関して約５０％の収縮の際、力は再び増大し
はじめる。なぜならば、力導入に対して直角な面、特に
半径方向伸びにより形成される内側面がますます互いに
接触し、曲げ力も再び増大するからである。約５５％の
収縮の際、力又は応力は３５％の収縮における値に達す
る。６０％への引続く増大は有害ではない。なぜなら
ば、力の分布は今や大きい面積にわたり、一部は一層大
きい曲げの結果生じるからである。

【００１１】力が除かれると、凝固現象なしにばね素子
の最初の形状及び高さが再び現われる。なおすべてのエ
ラストマばねが必要とする静止段階の維持後、場合によ
ってはすべての上記の段階を含む同じ値でも負荷過程が
再現可能である。

【００１２】本発明の有利な構成は従属請求項に示され
ている。

【００１３】図面に原理的に示されている実施例により
本発明が更に詳細に説明される。

【００１４】

【実施例】ばね素子は、それぞれなるべくポリウレタン
から成る管片１及びこれと固定的に結合される底板２か
ら形成されている。ばね素子の全高はＨｇで示され、管
片１の全高はＨｅで示されている。管片１の壁厚は、外
径Ｄａと内径Ｄｉとの２より小さい比に等しい。管片１
の全高Ｈｅは外径Ｄａの０．７〜１．３倍の範囲にあ
る。管片１と底板２との移行範囲にある外側包囲溝３
は、半径方向断面膨張を中央の方へずらし、それにより
所望の変形挙動を助長する。

【００１５】管片１は必ずしも中心に荷重をかけられな
いので、側方押し離しを避けるため、ばね素子を少なく
とも一部案内する。そのため同時にばね素子の取付けに
用いられる取付け手段としての平頭ねじ４の頭部を使用
することができ、この平頭ねじ４は底板２の直径Ｄｂを
持つ穴を貫通している。平頭ねじ４の頭部直径は管片１
の内径Ｄｉに等しい。ねじ頭部の高さは案内高さＨｆを
生じる。図４に示す別の実施例によれば、別個の案内ス
リーブ５の使用が可能である。この案内スリーブ５は、
ばね素子から一般に容易には見てとることができない過
負荷に対しストツパとしてばね素子を保護する一層小さ
い取付けねじ４を使用できる、という利点を持ってい
る。

【００１６】案内スリーブ５がねじ頭部から突出する
（図４参照）ように、取付けねじ４を案内スリーブ５へ
はめるのが有利である。こうしてストツパとしてのねじ
頭部上まで荷重が加わる際、案内スリーブ５がなお力を
ばね材料から成る底板２へ伝達することができ、それに
より例えばばね行程の最後の２〜３ｍｍまで穏やかな力
増大を伴う付加的な過負荷保護が行われる。

【００１７】案内スリーブ５の上部範囲にある面取り部
６又は段部は、管片１の折返されて力の作用を受ける面
の案内に用いられ、材料の押しつぶしを防止し、それに
よりばね素子の寿命を高める。

【００１８】図６に示すばね素子では、管片１へ入り込
んで取付けねじ４と共同作用する案内突起８を持つ付加
的なそらせ板７が設けられている。そらせ板７と案内突
起８との間に設けられる溝状凹所９は、管片１の開いた
端部における所望の折返しを可能にする。このばね素子
は、力が管片１の軸線方向に生じない荷重印加の場合に
特に適している。このような斜め衝撃は、ばね素子が車
両のバンパのために使用される時、例えば吸収可能であ
る。

【００１９】ばね素子は、円錐状側面を持つ板が力導入
側で管片１へ入り込み、板の最大直径が管片１の内径Ｄ
ｉに一致するように、図示しないやり方でばね素子が上
部案内部を持つ棒上に案内されるようにすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】個別部分としてのばね素子を断面で示す。

【図２】挿入される結合兼案内手段を持つ図１のばね素
子を示す。

【図３】異なる状態にある図２のばね素子を示す。

【図４】案内手段が変わっているばね素子を示す。

【図５】ばね行程ｓと力Ｆとの関係を示す静的変形グラ
フを示す。

【図６】ばね素子の別の実施例を示す。

【符号の説明】 １ 管片 ２ 底板 Ｄａ 外径 Ｄｉ 内径

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 運動エネルギを吸収するため、弾性材料
   から成るばね素子が、管片（１）及びこれと固定的に結
   合される底板（２）から形成され、管片（１）が、外径
   （Ｄａ）と内径（Ｄｉ）との２より小さい比に相当する
   壁厚と、外径（Ｄａ）の０．７〜１．３倍の範囲にある
   全高（Ｈｅ）とを持ち、従って管片（１）の開いた端部
   における最初の全高の３５％の程度の収縮の際力の作用
   を受ける面の折返しが起こる、弾性材料から成るばね素
   子。
2. 【請求項２】 管片（１）と底板（２）との移行範囲
   に、応力に関して有利な管片（１）の変形を行う外側包
   囲溝（３）が設けられていることを特徴とする、請求項
   １に記載のばね素子。
3. 【請求項３】 底板（２）の中心に穴が設けられて、結
   合手段（４）により、過負荷に対して保護する部材への
   ばね素子の水平又は水平な取付けを可能にすることを特
   徴とする、請求項１又は２に記載のばね素子。
4. 【請求項４】 管片（１）を案内する内側の案内スリー
   ブ（５）が設けられｒ、この案内スリーブ（５）の外径
   が管片（１）の内径（Ｄｉ）に等しく、案内面の高さ
   （Ｈｆ）が管片（１）の全高（Ｈｅ）の少なくとも０．
   ２倍であることを特徴とする、請求項１〜３の１つに記
   載のばね素子。
5. 【請求項５】 案内スリーブ（５）が面取り部（６）又
   は段部を持ち、更に荷重を受ける間この面取り部又は段
   部が、管片（１）の折返され力の作用を受ける面の容易
   な通過を可能にすることを特徴とする、請求項４に記載
   のばね素子。
6. 【請求項６】 案内スリーブ（６）が力の方向に対して
   直角に設けられる面を持ち、管片（１）の力を導入する
   面と接触する際この面を介して、底板（２）への力の伝
   達が行われ、それにより行程の終りの前にエネルギ吸収
   の増大が行われることを特徴とする、請求項４又は５に
   記載のばね素子。
7. 【請求項７】 過負荷に対して保護するため、力の方向
   に対して直角に設けられる結合手段（４）の面によって
   形成される内側の行程制限部を備えていることを特徴と
   する、請求項１〜６の１つに記載のばね素子。
8. 【請求項８】 力導入側に円錐状側面を持つ板が管片
   （１）へ入り込むように、上部の案内部を持つ棒上にば
   ね素子が案内され、板の最大直径が管片（１）の内径
   （Ｄｉ）に一致していることを特徴とする、請求項１に
   記載のばね素子。