JP2003524127A - 横方向荷重バネ - Google Patents

横方向荷重バネ

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JP2003524127A
JP2003524127A JP2001561925A JP2001561925A JP2003524127A JP 2003524127 A JP2003524127 A JP 2003524127A JP 2001561925 A JP2001561925 A JP 2001561925A JP 2001561925 A JP2001561925 A JP 2001561925A JP 2003524127 A JP2003524127 A JP 2003524127A
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elastomer spring
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シュライニッツ，ウヴェ
カルス，エイク
ニクス，ステファン
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ヴァコ アーファウエス ゲーエムベーハー
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    • F16F1/12—Attachments or mountings
    • F16F1/126—Attachments or mountings comprising an element between the end coil of the spring and the support proper, e.g. an elastomeric annulus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F13/00—Units comprising springs of the non-fluid type as well as vibration-dampers, shock-absorbers, or fluid springs
    • F16F13/04—Units comprising springs of the non-fluid type as well as vibration-dampers, shock-absorbers, or fluid springs comprising both a plastics spring and a damper, e.g. a friction damper
    • F16F13/06—Units comprising springs of the non-fluid type as well as vibration-dampers, shock-absorbers, or fluid springs comprising both a plastics spring and a damper, e.g. a friction damper the damper being a fluid damper, e.g. the plastics spring not forming a part of the wall of the fluid chamber of the damper
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    • F16F3/00—Spring units consisting of several springs, e.g. for obtaining a desired spring characteristic
    • F16F3/08—Spring units consisting of several springs, e.g. for obtaining a desired spring characteristic with springs made of a material having high internal friction, e.g. rubber
    • F16F3/10—Spring units consisting of several springs, e.g. for obtaining a desired spring characteristic with springs made of a material having high internal friction, e.g. rubber combined with springs made of steel or other material having low internal friction

Abstract

(57)【要約】 本発明は、特にエンジン装着において、軸方向に配置されたコイルスプリングを支持するためのエラストマースプリングに関する。本発明においては、コイルスプリングにおける径方向負荷を減少させて制振させるため、エラストマースプリングに関し、横方向に柔軟な構成が開示されている。前記エラストマースプリングは、コイルスプリング内に挿入可能なセンタリング突部と、径方向の力の作用によって変形可能な部分とを備えている。そのため、エラストマースプリングの力支持部を安定化させるための成形シートが設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、軸方向に直列接続で位置合わせされた螺旋スプリングを支持するた
めのエラストマースプリングに関する。前記螺旋スプリングは、静圧および動圧
下で与えられる負荷を軸方向で受けることができる。 本発明は、特に、バネ鋼から成るタイプの螺旋スプリングを支持するためのエ
ラストマースプリングに関する。 バネ鋼から成る螺旋スプリングは、特に動圧荷重を吸収するために使用される
際に、優れた特性を示す。螺旋スプリングは、動的な負荷に伴って動作した際で
も、長い線形バネ偏移を許容するとともに、そのような負荷の作用下で驚くべき
ほどの良好な安定性を示す。また、螺旋スプリングは、丈夫で安価であり、また
、その低い吸収率に起因して、比較的高い範囲の自己共振周波数を有している。
このような螺旋スチールスプリングは、動的な負荷を受ける従来の機械ユニット
のベアリングに使用されると、２０％のリニアな軸方向弾性経路をもって機能を
損なうことなく数百万もの負荷の循環サイクルを達成する。そのため、螺旋スプ
リングは、自動車のベアリング構造のための理想的な構成要素であると見なされ
ている。そのような螺旋スチールスプリングが実際に車のユニットベアリング構
造において今まで殆ど使用されない理由は、殆ど克服することができない２つの
不利な特性が螺旋スプリングに内在しているからである。すなわち、その不利な
特性の１つは、螺旋スプリングが径方向の負荷の作用下で安定性が極めて低い点
であり、他の１つは、優れてはいるが極めて望ましくない良好な構造ノイズ伝導
率を螺旋スプリングが有している点である。螺旋スプリングは、その機械的な強
度において、軸方向の負荷に対しては永続的な安定性を有していると言えるが、
小さい径方向の負荷だけに晒された場合には、一時的にしか安定性を維持できな
い。 前述した螺旋スチールスプリングの２つの不利な特性が現われないようにする
幾つかの試みは、例えば、ドイツ公開公報ＤＥ １９５ ３４ ２３９ Ａ１および
ＤＥ ２３ ０７ ５６７ Ａ１等の従来技術から知られている。この従来技術にお
いて、サスペンションスプリングとしてベアリングに配置される螺旋スチールス
プリングは、ゴムクッション上に３次元的に装着され、螺旋スプリングに向かっ
て軸方向に延びるゴムコーティングパッドによって緩衝されている。しかしなが
ら、高い動的な応力の伝達により螺旋スプリングの上下に位置するゴムクッショ
ンが急速に摩耗するため、ベアリング特性を向上することができず、また、螺旋
スプリングにおける横方向の力を十分に軽減することができない。 前記従来技術に鑑みて、本発明は、静圧および動圧下で与えられる負荷を軸方
向で受けることができる軸方向に位置合わせされた螺旋スプリングを支持するた
めのエラストマースプリングであって、適当な負荷とともに大きな横方向の力を
径方向で受けるベアリングに使用された際に、前記螺旋スプリングが十分に永久
的な安定性を得ることができるようなエラストマースプリングを実現するという
技術的な目的に基礎を置いている。 本発明は、螺旋スプリングを支持する前記エラストマースプリングが、その構
成および形状によって、それぞれの場合に与えられる使用パラメータに一致され
るとともに、軸方向に位置合わせされた螺旋スプリングに対して横方向すなわち
径方向に曲がるように形成されて寸法付けられ、また、径方向で極めて低いバネ
剛性を有するという点において、この問題を解決する。 従来技術とは異なり、本発明が基本とする概念は、螺旋スプリングを構造機械
的に捕らえることによって、あるいは、螺旋スプリングの寸法を大きくすること
によって、螺旋スプリングを軸方向で安定させることにより、伝わる横方向の力
の作用を補償するといったものではない。本発明が基本とする概念は、むしろ、
特に横方向に曲がる横方向荷重バネとして適合するエラストマースプリング上に
螺旋スプリングが支持されるといったものである。このようなスプリング構成に
おいてベアリングとカウンタベアリングとの間に生じる横方向の力は、横方向に
曲がる横方向荷重バネで完全に吸収される。横方向荷重バネの径方向でのバネ剛
性は、螺旋スプリングの径方向でのバネ剛性よりも数段低い。したがって、その
ようなスプリング構成に作用する横方向の力すなわち剪断力を、軸方向の螺旋ス
プリングから殆ど完全にデカップルすることができる。 螺旋スプリングを支持するために使用されるエラストマースプリングは、螺旋
スプリングの径方向の耐限界荷重に極めて近くなる虞がある全ての横方向の力を
吸収することができるように、径方向の平面において柔軟に調整されなければな
らない。しかしながら、エラストマースプリングは、支持された螺旋スプリング
の自由な浮動を防止するために、この限界内において可能な限り横方向荷重に対
抗できるように形成される。 横方向に曲がりつつ径方向でバネ剛性を得るといった横方向荷重バネの調和を
実現する方法は、原理的には、ゴム技術における当業者にとって可能である。こ
こでは、好ましくは、エラストマースプリングの軸方向高さを増加させて、横方
向荷重バネのエラストマー母材の硬度を減少させるとともに、特に機械的な安定
性を得るためにエラストマーの硬度を高く選定する場合には、そのようなタイプ
の材料的に硬いエラストマー母材中に溝や穴を設けることによって、横方向荷重
バネとして役立つエラストマースプリングのバネ剛性が減少される。このように
して、螺旋スチールスプリングおよび横方向荷重を吸収するエラストマースプリ
ングの直列接続における軸方向剛性と径方向剛性との比を、１：１〜３０：１の
範囲内の値に設定することができる。したがって、一般に、軸方向剛性と径方向
剛性とのこのような比の実施範囲は、１０：１〜２０：１に設定されることが望
ましい。 本発明の構成において、エラストマースプリングの負荷受け面の表面直下には
、加硫によってエラストマースプリング内に組込まれる輪郭シートメタルが設け
られ、この輪郭シートメタルは、エラストマースプリングに対して面平行な状態
で、スプリングのエラストマーによって完全に封入されるとともに、輪郭シート
メタルの表面は、螺旋スプリングの支持面を形状的に補完するとともに、少なく
とも螺旋スプリングの前記力伝達支持面よりも僅かに大きい寸法に設定されてい
る。輪郭シートメタルの表面と、螺旋スプリングの最も下側の巻線を支持する環
状の支持面との間のエラストマー層は、一般的には可能な限り薄いが、同時に、
永久的な機械的応力に耐えることができ、かつ、早くもここに伝達される構造的
なノイズに対して螺旋スプリングを音響的に隔離できる十分な厚さを有していな
ければならない。 この種の径方向に位置合わせされたディスク、すなわち、加硫によって組込ま
れる輪郭シートメタルは、安定した広い面を備えており、したがって、螺旋スプ
リングによってエラストマースプリングに伝わる力のテンションが殆ど無い伝達
を提供する。したがって、輪郭シートメタルは、横方向に曲がるエラストマース
プリングに対する支持された螺旋スプリングの機械的な連結の向上に寄与する。 本発明の他の構成において、螺旋スプリングとエラストマースプリングとの動
的な接続は、螺旋スプリング内に軸方向で突出するドームを、エラストマースプ
リングの負荷受け面に形成することによって向上させることができる。この場合
、ドームは、一般に、スプリングのエラストマーが射出成形される際に一体で形
成される。負荷受け面の輪郭シートメタルが前記ドーム内したがって螺旋スプリ
ングの基部内へと延びることにより、連結を特に向上させることができる。この
場合、ドームは、円筒状もしくは平行六面体状に延びており、あるいは、主に螺
旋スプリングに適合する地面形状を有して延びている。いずれの場合においても
、空間的に広がる輪郭シートメタルは、加硫によって、ドームのエラストマーお
よびスプリング内に完全に組込まれる。 また、極めて重要な全体装置の安定性および向上は、本発明の他の構成によっ
て達成することができる。この本発明の他の構成において、エラストマースプリ
ングの負荷受け面と反対側の底面は、カウンタベアリングの接続部上に直接に載
置されず、形状を補完する形態でカウンタベアリングの接続部内に形成された受
け部に挿入されるが、その全体が輪郭シートメタル状の底板と材料適合状態で接
続される。前記底板は、接着もしくは加硫による結合によって、その全体が機械
的に固定された材料適合状態で、エラストマースプリングと接続された後、対応
する形状を成すベアリングのカウンタベアリング接続部、あるいは、径方向平面
内に好ましくは形状適合状態もしくは少なくとも形状適合固定された他の形状を
成す容器に挿入することができ、あるいは、その上に配置することができる。横
方向荷重エラストマースプリングの一方をカウンタベアリングに接続し且つエラ
ストマースプリングの他方を支持された螺旋スプリングの基部に接続するといっ
たこの種の形状適合接続によれば、発生する横方向の力成分を、横方向に曲がる
エラストマースプリングに対して最適に再生できるように伝達することができる
。また、発生する軸方向の力を２つの輪郭シートメタルを介して横方向荷重バネ
に均一に伝えることにより、ゴム材料固有の形態で、エラストマースプリングの
横方向の剛性は、軸方向の負荷の増大に伴って減少する。これは、結果として、
スプリングシステムのそれぞれの寸法および形状の限界範囲内の安全な公差とな
る。 螺旋スチールスプリングと横方向に曲がるエラストマースプリングとの直列接
続により、ベアリングは、これらのベアリングが自動車のユニットベアリングと
して使用される際、最適な特性レーティングデータフィールドを示すように製造
される。 本発明の他の構成は、サブクレームの主題であり、以下、図面を参照しながら
実施例によって詳細に説明する。 図１には、本発明の第１の実施例の概略的な軸方向断面図が示されている。エ
ラストマースプリング１上には、バネ鋼から成る螺旋スプリング２の基部４が支
持されている。エラストマースプリング１の底面５は、カウンタベアリング３上
に支持されている。螺旋スプリング２の負荷受けヘッド６は、動的に負荷に突き
当たるベアリング７を支持している。 エラストマースプリング１の負荷受け面８上には、エラストマースプリング１
の弾性母材から、ドーム９が一体的に形成されている。ドーム９の外側の輪郭は
、螺旋スプリング２のくっきりとした内側の輪郭に適合するようになっており、
これにより、ドーム９は、エラストマースプリング１の負荷受け面８上にある螺
旋スプリング２のためのセンタリングピンとして作用する。 エラストマースプリング１の負荷受け側の面の表面直下には、面平行な状態で
エラストマースプリング１の立体的な外形に沿うように、輪郭シートメタル１０
が加硫によってエラストマースプリング１内に組込まれている。これにより、シ
ートメタルは、エラストマーによって完全に封入される。シートメタルがエラス
トマースプリングのエラストマー中において表面に近接して位置しているにもか
かわらず、シートメタルの永久的で丈夫な一体性を確保するために、シートメタ
ル１０の環状の外側平面領域には溝１１が設けられており、この溝を通じてエラ
ストマースプリング１のエラストマーが延びている。 エラストマースプリング１の弾性母材には、横方向に曲がることができるよう
に、ゴムが混入されており、また、必要に応じて、別の溝（図２参照）が設けら
れている。これにより、エラストマースプリング１と螺旋スプリング２とから成
る直列接続のスプリングシステムに負荷１３の作用下で横方向の力成分１２が生
じた場合には、全ての横方向の力は、横方向に曲がって横方向荷重バネとして作
用するエラストマースプリング１で吸収される。したがって、螺旋バネ２は、デ
カップルされるとともに、耐用年数を短くする横方向の力成分の発生が防止され
る。図２には、この横方向の力のデカップリングが破線３'，１'で示されている
。 エラストマースプリング１の他の実施例は、概略的に示された一般的な自動車
のモータベアリングのアッセンブリにおいて示されている。 図２は、螺旋スプリング２とともにモータベアリング１４に組込まれた本発明
のエラストマースプリング１の断面を示している。モータベアリング１４は、図
２において部分的にのみ示されており、ベアリング接続部品７と、カウンタベア
リング３と同じように作用する下側ハウジング壁とによって認識することができ
る。 ベアリング接続部品７には、負荷を接続するためのベアリング接続部として、
ネジを有する中央孔１５が設けられている。この場合、中央孔１５は、ベアリン
グ側で開口するとともに、カウンタベアリング側の液圧ベアリングに向かって液
密状態で閉塞されている。 エラストマースプリング１は、カウンタベアリング側の底面に、底板１６を備
えている。また、エラストマースプリング１は、材料適合状態で底板１６と接続
されている。一方、前記底板１６は、形状適合状態で、また、必要に応じて更に
材料適合状態で、カウンタベアリング３と接続されている。 エラストマースプリング１の負荷受け面８上には、エラストマースプリング１
の弾性母材から、螺旋スプリング２のためのセンタリングピンとして作用するド
ーム９が一体的に形成されている。センタリングピンは、そのベアリング側端部
がテーパ状になっており、これにより、ベアリング組立時における螺旋スプリン
グ２内へのドーム９およびエラストマースプロング１の挿入を容易にする挿入肩
部１７を形成している。 ドーム９は、そのベアリング側に、開口溝１８を有している。開口溝１８は、
センタリングピン９の全長にわたって延びるとともに、エラストマースプリング
１内に入り込む深さまで延びている。 溝１８は、エラストマースプリング１の押圧面を減少させてエラストマースプ
リング１の再調整力を径方向で減少させるため、エラストマースプリング１のバ
ネ剛性を径方向で減少させるために役立つ。 溝１８の形成に伴って生じる望ましくないセンタリングピン９の弱化は、それ
を適切に相殺するように構成されたシートメタル１０によって補償される。シー
トメタル１０は環板状の平面部と中央の円筒部１９とから成り、円筒部１９を貫
通するように溝１８がエラストマスプリング１内へと延びている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例の概略的な軸方向断面図である。
【図２】 本発明の第２の実施例の概略的な軸方向断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＪＰ，Ｕ Ｓ (72)発明者 カルス，エイク ドイツ、デー‐63628 バート ゾーデン −ザルミュンステル、フェルトシュトラー セ 26 (72)発明者 ニクス，ステファン ドイツ、デー‐63607 ヴェヒテルスバッ ハ ロートガルテンシュトラーセ ４ Ｆターム(参考） 3J059 AC05 BA02 BA54 BB03 BB09 BC02 BC05 DA18 GA02

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 直列接続で軸方向に位置合わせされ、静圧および動圧下で与
    えられる負荷を軸方向で受けることができる、特にバネ鋼から成る螺旋スプリン
    グを支持するためのエラストマースプリングであって、 横方向荷重バネとして作用するエラストマースプリング（１）の構成および形
    状によって、横方向の曲げが調整されることを特徴とするエラストマースプリン
    グ。
  2. 【請求項２】 横方向荷重バネの軸方向高さを増加させて、横方向荷重バネ
    のエラストマーの硬度を減少させるとともに、横方向荷重バネ（１）の母材中に
    溝（１８）および穴を形成することによって、横方向荷重バネ（１）の径方向の
    バネ剛性を減少させることを特徴とする請求項１に記載のエラストマースプリン
    グ。
  3. 【請求項３】 螺旋スチールスプリング（２）および横方向荷重バネ（１）
    の直列接続における軸方向剛性と径方向剛性との比は、１：１〜３０：１の範囲
    内の値に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエラ
    ストマースプリング。
  4. 【請求項４】 １つの螺旋スプリングのワイヤ径に基づいて、横方向荷重バ
    ネ本体（１）の径方向平面（８）の表面が形状的に補完されるとともに、外周お
    よび周方向に形成された横方向荷重バネ本体の径方向平面の上側の寸法部分にお
    ける螺旋スプリング（２）の支持面の表面が形状的に補完されていることを特徴
    とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のエラストマースプリング
    。
  5. 【請求項５】 エラストマースプリング（１）の負荷受け面（８）の表面直
    下には、加硫によってエラストマースプリング（１）内に組込まれる輪郭シート
    メタル（１０）が設けられ、この輪郭シートメタル（１０）は、エラストマース
    プリングに対して面平行な状態で、スプリングのエラストマーによって完全に封
    入されるとともに、輪郭シートメタル（１０）の表面は、螺旋スプリング（２）
    の支持面を形状的に補完するように形成されるとともに、少なくとも螺旋スプリ
    ング（２）よりも僅かに大きい寸法に設定されていることを特徴とする請求項１
    ないし請求項４のいずれか１項に記載のエラストマースプリング。
  6. 【請求項６】 エラストマースプリング（１）の負荷受け面（８）上には、
    螺旋スプリング（２）のためのセンタリングピンとして、ドーム（９）が形成さ
    れていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のエラ
    ストマースプリング。
  7. 【請求項７】 １つのシートメタル（１０）が加硫によって全体的に組込ま
    れ、シートメタルの輪郭は、エラストマードーム（９）の立体的な外形に沿って
    いることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のエラストマースプリング
    。
  8. 【請求項８】 螺旋スプリング（２）の長手方向軸と同軸に位置合わせされ
    た穴、または、エラストマースプリングの母材中に形成された溝（１８）を有し
    、溝（１８）は、螺旋スプリング（２）の長手方向軸と同軸に位置合わせされる
    とともに、シートメタル（１０）を貫通して螺旋スプリングに向かって開口して
    いることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のエラスト
    マースプリング。
  9. 【請求項９】 負荷受け面（８）と反対側に位置するエラストマースプリン
    グ（１）の底面とその全体が材料適合状態で接続される底板（１６）を備えてい
    ることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のエラストマ
    ースプリング。
  10. 【請求項１０】 エラストマースプリングの負荷受け面（８）と底面との間
    において、エラストマースプリング（１）の径方向の変形が適切に許容され、そ
    の変形量は、エラストマースプリング本体の高さよりも大きいことを特徴とする
    請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載のエラストマースプリング。
  11. 【請求項１１】 横方向の力を解除する形態で、ベアリング、特に、自動車
    のユニットベアリングおよびユニットサポートにおいて、負荷を受ける軸方向螺
    旋スプリングを支持するための、請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記
    載の構成を有するエラストマースプリングの使用。
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