JP2005054995A - 改良された調節作用を有する板ばね - Google Patents

Abstract

【課題】寿命全体に関して所定の特性曲線を維持するように、改良された弛緩作用を含む板ばねおよびかかる板ばねを製造する方法を提供する。
【解決手段】実質上円形のリング形状の形からなる板ばねは、それらの間に外方環状縁部１４および内方環状縁部１５が位置決めされる実質上外方に円錐の上方側１２および実質上内方に円錐の下方側１３を有し、そのさい負荷されてない状態において、前記下方側１３の表面層１７が前記上方側１２の表面層１６より高い固有の圧縮応力を含んでいる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、実質上外方に円錐の上方側および実質上内方に円錐の下方側を有しかつそれらの間に外方環状縁部および内方環状縁部が位置決めされる実質上円形のリング形状の形からなる板ばね、かつ板ばねを製造する方法に関する。非常に短い長さを有するが、板ばねは、非常に急な弾撥率を通常有し、すなわち、それらは短いばね走行と高い復帰力を結合している。それらは、しばしば、同一のまたは変化している円錐位置を有するばねパッケージの形において、しかしまた個々のばね要素の形において、例えば、自動車内の圧縮結合ばねとしてまたは自動変速装置におけるピストン復帰ばねの形において使用される。

板ばねの疲労強度を増大するために固有の圧縮応力および圧縮予備応力を導入する概念は一般に知られている。工業上の慣例において、これは板ばねをショットブラスティングすることによって通常達成される。このため、遠心ブラスティング（ドラムブラスティング）またはインジェクタブラスティング（空気ジェットによるショットブラスティング）のごとき多数の異なるショットブラスティングが利用可能である。前者の方法は、バルク材料の処理、すなわち、たった数ｍｍのより小さい直径を有する板ばねにとくに適する一方、後者の方法はより大きな個々の部品、例えば、数１００ｍｍの直径を有する板ばねに適する。かかる処理の目的はすべての表面の圧縮をできるだけ均一に達成することである。これは構成要素のすべての表面層に均一の内部圧縮予備応力を結果として生じ、「表面層」は圧縮過程に従わされた構成要素表面層に言及している。

一般に知られるように、上述した型の板ばねは調節作用、すなわち、時間の関数としてまたは負荷サイクルの数の関数として力の弛緩関連の減少を含んでいる。寿命全体に関して所定の特性曲線を維持することができるように、板ばねは、まず、最初に当該機能部品の過度にきつい作業を最初に導く、予備応力の過剰により構成されねばならないか、または当該設計のコストを増大する、それらのストッパに関して再調整容易さを設けることが必要である。

それゆえ、本発明の目的は、改良された弛緩作用を含む板ばねおよびかかる板ばねを製造する方法を提供することにある。

本目的は、負荷されてない状態において、下方側の表面層が上方側の表面層より高い固有の圧縮応力を含んでいる前記型の板ばねを設けることによって達成される。このようにして、圧力負荷されるとき、板ばねの上方側が、従来技術の板ばねに発生するような印加された固有の圧縮予備応力によるとくに顕著な調節作用にしたがうことを阻止することができる。多くても、標準の熱処理により、負荷されない状態の上方側の表面層が、僅かな固有の圧縮予備応力を含むか、または、好ましくは、固有の圧縮応力がないか、または熱処理後の標準の平面プレスの結果として、固有の引っ張り予備応力を含む本発明の板ばねは、かくして、短い時間後および／または力／走行ダイアグラムの僅かな損失後、完了されるかまたはもはやさらに他の逆の作用を持たないような範囲に失われる非常に良好な調節作用を含んでいる。しかしながら、板ばねの緊張負荷された下方側で、表面層における固有の圧縮予備応力の存在は、僅かな調節作用の意味において事実上現実である。

作業において板ばねの調節の損失を減少することを目途とする製造方法はかくして範囲において減少されるかまたは同様に完全に除去されることができる。作業において板ばねの低い調節損失により、さらに他の利点がより低い力のレベルを含むように始めから板ばねを設計する可能性が存在する。かくして特定された条件下でより小さい空間においてより小さい寸法を有する板ばねを使用することが可能になる。

好適な実施の形態において、負荷されてない状態において、また、外方環状縁部のおよび内方環状縁部の表面層が上方側の表面層より高い固有の圧縮予備応力を含み；とくに、後者の表面層は下方側の表面層と同一の増大された固有の圧縮予備応力を含んでいる。

本発明による板ばねは、連続する円形の外方および内方環状縁部を備えるかまたは外方の円形のリング形状の環状縁部を含むかまたは内方環状縁部から出発する半径方向のスロットを含むかまたは内方の円形のリング形状の環状縁部ならびに外方環状縁部から出発する半径方向のスロットを有することができる。

前記板ばねを製造するための第１の本発明の方法は、成形および熱処理作業後、下方側の表面層が、それにより上方側の表面層が除外される機械的な圧縮過程に従わされることによって特徴付けられる。とくに、外方および内方環状縁部の表面層が前記下方側の表面層と同一の機械的な圧縮過程に従わされることができる。とくに、ここで述べられる方法は、この場合に、特別なブラスティング方向により固定の板ばねについてのみ使用される必要がある最初に述べたショットブラスティング方法である。

第２の本発明の方法は、成形および熱処理作業後、下方側の表面層が、それにより上方側の表面層が除外される固有の圧縮予備応力を発生するためのさらに他の熱処理段階に従わされることによって特徴付けられる。この場合に、また、外方および内方環状縁部は、好ましくは、下方側用の処理過程に包含される。適宜な追加の処理段階はそれぞれの表面層の材料の成長を導くものでありかつそれによって個々の表面部分、すなわち、この場合に上方側が除外され得る。これらの処理段階は或る種のレーザ熱処理方法または窒化処理方法にすることができる。

本発明の好適な実施の形態が図面に示されかつ以下で説明される。

図１の個々の例示は以下で共同して説明される。実質上均一の材料厚さおよび円錐の基本形状の円形のリング形状の板ばねが外方に円錐の上方側１２および内方に円錐の下方側１３、外方環状縁部１４および内方環状縁部１５を含むように示されている。この型の板ばねは、しばしば、円錐位置に一致することによりまた高い軸方向のばね力を発生するために円錐位置を変化することにより板ばねパッケージの形において使用される。ｂ）にのみ見ることができるように、本発明の板ばねは、その下方側１３においてかつ外方および内方環状縁部１４，１５において、増大された固有の圧縮予備応力を有する（十字ハッチングの）表面層１７，１７’，１７″を含み、これに反して上方側１２は表面層１７，１７’，１７″より低い固有の圧縮予備応力を含む（点の）表面層１６を含んでいる。表面層１６の特性は板ばねの標準熱処理および平面プレスから結果として生じる。他方で、表面層１７の固有の圧縮予備応力は機械的な圧縮過程または追加の熱処理段階によって増大される。

図２の個々の例示はいかで共同して説明される。実質上均一の材料厚さおよび円錐の基本形状の円形のリング形状の板ばねが外方に円錐の上方側２２および内方に円錐の下方側２３、外方環状縁部２４および内方環状縁部２５を含むように示されている。内方環状縁部２５から、各々応力解放の丸みを付けた部分２９において板ばねの中心直径上で終端する半径方向に延びているスロット２８が出発している。この型の板ばねは自動車のカップリングに幅広く使用される。ｂ）にのみ見ることができるように、本発明の板ばねは、その下方側２３においてかつ外方および内方環状縁部２４，２５において、増大された固有の圧縮予備応力を有する（十字ハッチングの）表面層２７，２７’，２７″を含み、これに反して上方側２２は表面層２７より低い固有の圧縮予備応力を含む（点の）表面層２６を含んでいる。表面層２６の特性は板ばねの標準熱処理および平面プレスから結果として生じる。他方で、表面層２７，２７’，２７″の固有の圧縮予備応力は機械的な圧縮過程または追加の熱処理段階によって増大される。

図３の個々の例示は以下で共同して説明される。実質上均一の材料厚さおよび円錐の基本形状の円形のリング形状の板ばねが外方に円錐の上方側３２および内方に円錐の下方側３３、外方環状縁部３４および内方環状縁部３５を含むように示されている。外方環状縁部３４から、各々応力解放の丸みを付けた部分３９において板ばねの中心直径上で終端する半径方向に延びているスロット３８が出発している。ｂ）にのみ見ることができるように、本発明の板ばねは、その下方側３３においてかつ外方および内方環状縁部３４，３５において、増大された固有の圧縮予備応力を有する（十字ハッチングの）表面層３７，３７’，３７″を含み、これに反して上方側３２は表面層３７より低い固有の圧縮予備応力を含む（点の）表面層３６又は引張予備応力を含んでいる。表面層３６の特性は板ばねの標準熱処理および平面プレスから結果として生じる。他方で、表面層３７の固有の圧縮予備応力は機械的な圧縮過程または追加の熱処理段階によって増大される。

図１ないし図３の板ばねは円形リングの形のプレート金属から通常形成されかつ次いで円錐形状に変形される。それらは次いで熱処理されかつ表面処理される。これに、越えられている降伏点によりかつ塑性変形により、板ばねが一度平面プレスされる平面プレス方法が追随する。上方側に加えられた内部引っ張り応力は存続することができる。

本発明の実施の形態を以下に要約して列挙する。

＜１＞ 実質上外方に円錐の上方側（１２，２２，３２）および実質上内方に円錐の下方側（１３，２３，３３）を有しかつそれらの間に外方環状縁部（１４，２４，３４）および内方環状縁部（１５，２５，３５）が位置決めされる実質上円形のリング形状の形からなる板ばねにおいて、負荷されてない状態において、前記下方側（１３，２３，３３）の表面層（１７，２７，３７）が前記上方側（１２，２２，３２）の表面層（１６，２６，３６）より高い固有の圧縮応力を含んでいる板ばね。

＜２＞ 負荷されてない状態において、前記上方側の表面層（１６，２６，３６）が固有の圧縮応力から自由であるかまたは内部引っ張り応力に従っている板ばね。

＜３＞ 負荷されていない状態において、前記外方環状縁部（１４，２４，３４）のおよび前記内方環状縁部（１５，２５，３５）の前記表面層（１７，２７，３７）が前記上方側（１２，２２，３２）の前記表面層（１６，２６，３６）より高い固有の圧縮応力を含んでいる板ばね。

＜４＞ 負荷されてない状態において、前記下方側（１３，２３，３３）の表面層（１７，２７，３７）および前記外方および内方環状縁部（１４，２４，３４；１５，２５，３５）の表面層（１７，’２７’，３７’ ；１７″，２７″，３７″）が同一の増大された固有の圧縮応力を実質上含んでいる板ばね。

＜５＞ 前記外方環状縁部（１４）および前記内方環状縁部（１５）が連続して円形のリング形状である板ばね。

＜６＞ 前記環状縁部（２４，３５）の一方が円形のリング形状でありそして他の環状縁部（２５，３４）から制限された長さの半径方向に延びているスロット（２８，３８）が出発する板ばね。

＜７＞ 実質上外方に円錐の上方側（１２，２２，３２）および実質上内方に円錐の下方側（１３，２３，３３）を有しかつそれらの間に外方環状縁部（１４，２４，３４）および内方環状縁部（１５，２５，３５）が位置決めされる実質上円形のリング形状の形からなる板ばねの製造方法において、成形および熱処理作業後、前記下方側（１３，２３，３３）の表面層（１７，２７，３７）が、それにより前記上方側（１２，２２，３２）の表面層（１６，２６，３６）が除外される機械的な圧縮過程に従う板ばねの製造方法。

＜８＞ 前記内方および外方環状縁部（１４，１５，２４，２５，３４，３５）の表面層（１７，’２７’，３７’ ）が前記下方側（１３，２３，３３）の表面層（１７，２７，３７）と同一の機械的な圧縮過程に従う板ばねの製造方法。

＜９＞ 実質上外方に円錐の上方側（１２，２２，３２）および実質上内方に円錐の下方側（１３，２３，３３）を有しかつそれらの間に外方環状縁部（１４，２４，３４）および内方環状縁部（１５，２５，３５）が位置決めされる実質上円形のリング形状の形からなる板ばねの製造方法において、成形作業および熱処理作業後、前記下方側（１３，２３，３３）の表面層（１７，２７，３７）が、それにより前記上方側（１２，２２，３２）の表面層（１６，２６，３６）が除外される固有の圧縮応力を発生するためのさらに他の熱処理過程に従う板ばねの製造方法。

＜１０＞ 前記外方および内方環状縁部（１４，１５；２４，２５；３４，３５）の表面層（１７，’２７’，３７’ ）が前記下方側（１３，２３，３３）の表面層（１７，２７，３７）と同一のさらに他の熱処理過程に従う板ばねの製造方法。

＜１１＞ 前記圧縮過程がショットブラスティング方法である板ばねの製造方法。

＜１２＞ レーザ硬化方法または窒化処理方法がさらに他の熱処理過程として使用される上記＜９＞または＜１０＞のプロセス。

本発明の板ばねの第１の実施の形態を示し、ａ） 長手方向断面図、ｂ） 図１ａの拡大詳細の形の図、ｃ） 平面図である。 本発明の板ばねの第２の実施の形態を示し、ａ） 長手方向断面図、ｂ） 図２ａの拡大詳細図、ｃ） 平面図である。 本発明の板ばねの第３の実施の形態を示し、ａ） 長手方向断面図、ｂ） 図３ａの拡大詳細の形の図、ｃ） 平面図である。

符号の説明

１１ 板ばね
１２ 上方側
１３ 下方側
１４ 外方環状縁部
１５ 内方環状縁部
１６ 表面層
１７ 表面層
２１ 板ばね
２２ 上方側
２３ 下方側
２４ 外方環状縁部
２５ 内方環状縁部
２６ 表面層
２７ 表面層
２８ スロット
２９ 丸みを付けた部分

Claims (12)

1. 実質上外方に円錐の上方側（１２，２２，３２）および実質上内方に円錐の下方側（１３，２３，３３）を有しかつそれらの間に外方環状縁部（１４，２４，３４）および内方環状縁部（１５，２５，３５）が位置決めされる実質上円形のリング形状の形からなる板ばねにおいて、
   負荷されてない状態において、前記下方側（１３，２３，３３）の表面層（１７，２７，３７）が前記上方側（１２，２２，３２）の表面層（１６，２６，３６）より高い固有の圧縮応力を含んでいることを特徴とする板ばね。
2. 負荷されてない状態において、前記上方側の表面層（１６，２６，３６）が固有の圧縮応力から自由であるかまたは内部引っ張り応力に従わされることを特徴とする請求項１に記載の板ばね。
3. 負荷されていない状態において、前記外方環状縁部（１４，２４，３４）のおよび前記内方環状縁部（１５，２５，３５）の前記表面層（１７，２７，３７）が前記上方側（１２，２２，３２）の前記表面層（１６，２６，３６）より高い固有の圧縮応力を含んでいることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の板ばね。
4. 負荷されてない状態において、前記下方側（１３，２３，３３）の表面層（１７，２７，３７）および前記外方および内方環状縁部（１４，２４，３４；１５，２５，３５）の表面層（１７，’２７’，３７’ ；１７″，２７″，３７″）が同一の増大された固有の圧縮応力を実質上含んでいることを特徴とする請求項３に記載の板ばね。
5. 前記外方環状縁部（１４）および前記内方環状縁部（１５）が連続して円形のリング形状であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の板ばね。
6. 前記環状縁部（２４，３５）の一方が円形のリング形状でありそして他の環状縁部（２５，３４）から制限された長さの半径方向に延びているスロット（２８，３８）が出発することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の板ばね。
7. 実質上外方に円錐の上方側（１２，２２，３２）および実質上内方に円錐の下方側（１３，２３，３３）を有しかつそれらの間に外方環状縁部（１４，２４，３４）および内方環状縁部（１５，２５，３５）が位置決めされる実質上円形のリング形状の形からなる板ばねの製造方法において、
   成形および熱処理作業後、前記下方側（１３，２３，３３）の表面層（１７，２７，３７）が、それにより前記上方側（１２，２２，３２）の表面層（１６，２６，３６）が除外される機械的な圧縮過程に従わされることを特徴とする板ばねの製造方法。
8. 前記内方および外方環状縁部（１４，１５，２４，２５，３４，３５）の表面層（１７，’２７’，３７’ ）が前記下方側（１３，２３，３３）の表面層（１７，２７，３７）と同一の機械的な圧縮過程に従わされることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 実質上外方に円錐の上方側（１２，２２，３２）および実質上内方に円錐の下方側（１３，２３，３３）を有しかつそれらの間に外方環状縁部（１４，２４，３４）および内方環状縁部（１５，２５，３５）が位置決めされる実質上円形のリング形状の形からなる板ばねの製造方法において、
   成形作業および熱処理作業後、前記下方側（１３，２３，３３）の表面層（１７，２７，３７）が、それにより前記上方側（１２，２２，３２）の表面層（１６，２６，３６）が除外される固有の圧縮応力を発生するためのさらに他の熱処理過程に従わされることを特徴とする板ばねの製造方法。
10. 前記外方および内方環状縁部（１４，１５；２４，２５；３４，３５）の表面層（１７，’２７’，３７’ ）が前記下方側（１３，２３，３３）の表面層（１７，２７，３７）と同一のさらに他の熱処理過程に従わされることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記圧縮過程がショットブラスティング方法であることを特徴とする請求項７または８のいずれか１項に記載の方法。
12. レーザ硬化方法または窒化処理方法がさらに他の熱処理過程として使用されることを特徴とする請求項９または１０のいずれか１項に記載のプロセス。

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