JP2016525478A - 自動車用の板ばね装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、自動車のホイールサスペンション用の板ばね装置であって、自動車のホイールマウントをばね弾性的に支持する、繊維強化プラスチック材料製の板ばね（３）であって、第１の端部分（５）とばね弾性部分（８）と屈曲部分（１０）と第２の端部分（７）とを有する板ばね（３）と、第１の端部分（５）を支持する第１の収容装置（４）と、第２の端部分（７）を支持する第２の収容装置（６）と、を有しており、第１の収容装置（４）及び第２の収容装置（６）は、第１の端部分（５）と第２の端部分（７）とが相対的にシフト不能に保持されているように構成されている、板ばね装置において、第１及び第２の収容装置（４，６）のうちの少なくとも１つは、それぞれ所属の前記端部分（５，７）が、モーメントフリーに収容装置（４，６）に支持されているように構成されている。

Description

本発明は、自動車のホイールサスペンション用の板ばね装置であって、当該板ばね装置は、板ばねと、第１のばね端部を支持する第１の収容装置と、第２のばね端部を支持する第２の収容装置とを有している。

独国特許出願公開第１０２０１００１５９５１号明細書に基づいて、繊維強化プラスチック材料から製造された、自動車用の板ばねが公知である。この板ばねは、発生する横方向案内荷重を吸収し、板ばね収容装置に伝達するようになっている。板ばねは、屈曲継手部分とばね弾性部分とを有しており、屈曲継手部分は、ばね弾性部分の長さ変化を補償することができる。板ばねの両端部は、耐モーメント性にかつシフト不能に板ばね収容装置において固定されている。

独国特許出願公開第１０２０２１１４号明細書に基づいて、車両ボディにおいて使用されるガラス繊維・複合材・単板・湾曲ばねが公知である。湾曲ばね（Bogenfeder）の両端部は、ボルト式端部保持装置を介して車両ボディに取り付けられ、軸線の真ん中において固定されている。湾曲ばねは、波形の形状を有していて、この波形形状は、中央の鉛直な軸線を中心にして対称的に延在している。湾曲ばねは、上方に向かって湾曲した中央領域を有しており、この中央領域は、下方に湾曲した２つの領域の間に配置されている。湾曲ばねは、負荷の作用下において圧縮され、つまり押圧荷重を受ける。

米国特許出願公開第２００８／０２５２０３３号明細書に基づいて、自動車のホイールマウント用の板ばねが公知である。板ばねは、繊維強化プラスチックから製造されていて、両端部において、自動車のシャーシに固定されている弾性体と結合されている。１つの実施の形態では、両端部は、上方に向かって曲げられていて、各１つの弾性ブシュにおいて自動車の長手方向軸線を中心にして旋回可能に支持されている。

独国特許出願公開第１０２００９０３２９１９号明細書に基づいて、繊維複合材料製の板ばねを備えたばね装置が公知である。板ばねは中央部分と、この中央部分に接続された２つの端部分とを有しており、両端部分はそれぞれ軸受台に収容されている。ばね特性線を変化させるために、軸受台のうちの一方には、板ばねが負荷時に当て付けられ得る支持手段が配置されている。

独国特許出願公開第８９８１５４号明細書に基づいて、板ばねを備えたレール車両のばね装置が公知である。板ばねの一方の端部は、アイとして形成されていて、このアイを介してボギー台車もしくはアンダフレームに支持されている。撓みの増大と共に、板ばねの両端部は、弾性の支持部に支持される。

独国特許出願公開第３６３７２８１号明細書に基づいて、シャーシのフレームに固定されたばね台（Federbock）が公知である。この公知の構成では、プラスチック製の板ばねが設けられており、この板ばねは一端にベアリングアイを有し、かつ他端においてばね台に対して鉛直方向で支持されている。

独国特許発明第２００９０１５６６２号明細書に基づいて、自動車用の板ばねを備えたばね装置が公知である。板ばねは、繊維複合材料から製造されていて、一端でクランプ体において保持されている。クランプ体は、自動車の軸受台に旋回可能に取り付けられている。軸受台には、クランプ体を支持することができるストッパが設けられている。

独国特許発明第３６１３８０４号明細書に基づいて、繊維強化プラスチック製の板ばね及び端部側における力導入部分を備えた装置が公知である。板ばねは、くさび形の端部分を有していて、この端部分は、力導入部分内に形状結合式にクランプされている。

米国特許第４８０２６５９号明細書に基づいて、繊維強化プラスチック材料製の板ばねが公知である。板ばねは、肉厚の中央部分と、両端部に向かって先細の端部分とを有している。

本発明の課題は、簡単に製造可能でかつ取付け可能であり、しかも負荷時において漸進的なばね特性線を有する、自動車用の板ばね装置を提供することである。

この課題を解決するために本発明に係る装置では、自動車のホイールサスペンション用の板ばね装置が、自動車のホイールマウントをばね弾性的に支持する、繊維強化プラスチック材料製の板ばねであって、第１の端部分とばね弾性部分と屈曲部分と第２の端部分とを有する板ばねと、第１の端部分を支持する第１の収容装置と、第２の端部分を支持する第２の収容装置と、を有しており、第１の収容装置及び第２の収容装置は、第１の端部分と第２の端部分とが相対的にシフト不能に保持されているように構成されており、第１及び第２の収容装置のうちの少なくとも１つは、それぞれ所属の端部分が、車両長手方向軸線に対して横方向に延びる旋回軸線を中心にして旋回可能に支持されているように構成されている。板ばねは、該板ばねに、少なくともホイールマウントから導入された比較的大きな鉛直方向力を受けた場合に、より強く引張り荷重が加えられるように構成されており、従ってこのような板ばねは、引張り板ばねとも呼ぶことができる。このことは少なくとも、可能な全ばねストロークの一部に対して言える。

本発明に係る板ばね装置の利点としては、板ばねに、その端部分のシフト不能な固定に基づいて、曲げ荷重と引張り荷重の両方が加えられる、ということが挙げられる。このとき、ばねにおいて発生する引張り応力と曲げ応力とが重畳され、これにより全体として漸進的なばね特性線が生ぜしめられる。板ばねの端部分がそれぞれ所属の収容装置においてシフト不能に固定されていることによって、板ばねにおいて引張り力が生ぜしめられる。これに関連して、「シフト不能」というのは、端部分が自動車の長手方向軸線において不動に緊締されており、その結果、両端部が板ばねの負荷時に少なくとも実質的に長手方向においては移動することができない、ということを意味する。例えば負荷に起因する弾性変形に基づいて特に旋回可能な収容装置において生じ得る僅かなシフト可能性が、シフト不能という表現に含まれるべきであることは、自明である。このような僅かなシフト可能性は、各収容装置において、２０ｍｍまで、好ましくは１０ｍｍまでであってもよい。板ばね端部の実質的にシフト不能な収容によって、引張り応力は、板ばねに対する負荷の増大に連れて漸進的に増大し、その結果、板ばねのばね特性線も漸進的に上昇する。これによって取付け状態において、ばね特性は自動車の荷重増大時により剛性になり、これは、走行快適性及び走行安定性に対して好適な作用を及ぼす。

ばね弾性部分及び屈曲部分においてそれぞれ生じる応力は、負荷の増大時に変化し、かつその個々の応力成分に関して互いに異なる。ばね弾性部分には、ホイールマウントから導入された鉛直力によって、特に引張り荷重が加えられ、屈曲部分には、ばね弾性部分に引張り荷重が加えられた時に、特に曲げ荷重が加えられる。特に又は主として、この関係には、与えられた荷重状態においてそれぞれ別の荷重成分もしくは応力成分が各ばね部分において存在し得ること、もしくは個々の応力成分が加重の増大に連れて変化することが、含まれているべきである。

収容装置のうちの少なくとも１つというのは、１つの可能性によれば、第１及び第２の収容装置のうちの１つだけが、所属のばね端部のための旋回可能なもしくはモーメントフリーな支持部として構成されており、これに対してそれぞれ他方の収容装置が、剛性にもしくは耐モーメント性の支持部として構成されていることを意味している。旋回可能性によって、旋回軸線を中心にしたモーメント自由度が得られるので、旋回可能及びモーメントフリーという概念は、本明細書では同義語として使用される。耐モーメント性の支持部は、旋回不能であり、従って本明細書では剛性とも呼ばれる。ばね弾性部分もしくは屈曲部分に対する、旋回可能（モーメントフリー）及び剛性（耐モーメント性）の支持部の対応配置は、ばね特性に対する要求に応じて、自由に選択することができる。

モーメントフリーな支持部は、収容装置において、ばねと収容装置との間において僅かな力を発生させる。モーメントフリーな支持部は、特に、所属の端部分が旋回軸線を中心にして旋回可能に収容装置に、もしくは位置固定の部材に対して支持されていることによって、実現される。旋回軸線は、好ましくは車両長手方向軸線に対して少なくとも実質的に垂直に延びており、このとき車両長手方向軸線に対する垂線に対して±１０°の角度偏差は、一緒に含まれるべきである。旋回支持部は、好ましくは、旋回可能に収容されたばね端部の回転運動が最小でも１０°まで及び／又は最大でも６０°まで、好ましくは２５°〜４５°の回転角だけ、旋回軸線を中心にして可能であるように構成されている。

好適な態様によれば、ばね弾性部分は板ばねの第１のばね脚として構成され、屈曲部分は、板ばねの第２のばね脚として構成されており、第１のばね脚と第２のばね脚とは、その長さ及び／又は曲率に関して互いに異なっていてもよい。板ばねの取付け状態において、ばね弾性部分にはホイールマウントが固定されており、このホイールマウントを介して車両ホイールの力が板ばねに導入される。従ってばね弾性部分は、取付け状態において好ましくは実質的に自動車の長手方向において、もしくは水平に延びている。屈曲部分は、自動車における取付け状態において、好ましくは鉛直方向における主延在方向を有している。ホイールマウントからばね弾性部分に導入された鉛直方向力によって、ばね弾性部分においては引張り荷重が発生し、この引張り荷重によって、屈曲部分は、該屈曲部分から離れている方のばね端部に向かって曲げられる。

例えば横断面積、長さ又は幅のような物理的なパラメータに関する、ばね弾性部分もしくは屈曲部分の構造上の設計によって、板ばねのばね弾性特性もしくは漸進性を調節することができる。このとき、屈曲部分が長ければ長いほど又は屈曲部分の横断面積が小さければ小さいほど、ばねは柔軟になり、逆に、屈曲部分が短くなればなるほど又は厚くなればなるほど、ばねの剛性は高まる、ということが言える。

好ましくは、ばね弾性部分は、板ばねの、荷重が加えられていない取付け状態において、下側が突出した湾曲部を有している。荷重が加えられていない取付け状態というのは、特に、板ばねに対して何ら力が作用していない状態を意味する。さらに、ばね弾性部分は、板ばねの、荷重が加えられた取付け状態において、最大のばね弾性変形時に、下側が凹んだ湾曲部を有するようになっている。言い換えれば、板ばねの荷重増大に連れて、ばね弾性部分の湾曲は凸面から凹面に逆転し、この両方の位置の間において中立位置が通過される。ばね弾性部分が下側に突出している初期の荷重時に、ばね弾性部分においては、特に曲げ応力と押圧応力が存在している。荷重増大時に、下側に突出した湾曲部は平らになり、このときばね弾性部分における押圧応力は、初めに増大し、次いで再び低減し、そして最後には０になる。ばね弾性部分が実質的に押圧応力及び引張り応力なしになる位置によって、中立位置が確定される。このとき板ばねは好ましくは、中立位置がばね弾性可能に荷重を加えられた取付け状態に位置するように、つまりまったく又は僅かしか積載されていない場合に位置するように、構成されている。荷重がさらに増大すると、つまり積載された状態又は荷重による動的な変形運動（Einfederbewegung）において、板ばねはさらに弾性変形し、このときばね部分には、益々、引張り荷重が加えられる。言い換えれば、板ばねは好ましくは、ばね弾性部分に、ホイールマウントから導入された鉛直方向力による弾性変形時に、第１のばねストローク領域範囲では押圧荷重が加えられ、かつ荷重増大時に、ひいては増大する弾性変形時に、第２のばねストローク範囲では引張り荷重が加えられるように構成されている。

屈曲部分は、板ばねの取付け状態において、好ましくは下側が凹んだ湾曲部を有している。ばね弾性部分と屈曲部分との間には、湾曲した結合部分が設けられていてもよく、この結合部分の半径は、屈曲部分の半径よりも小さく、かつ／又はばね弾性部分の半径よりは小さい。

好適な態様によれば、ばね弾性部分は、屈曲部分よりも長く、ばね弾性部分の長さと屈曲部分の長さとの比は、特に３：１よりも大きく、特に４：１よりも大きく、又は５：１よりも大きい。可能な構成によれば、ばね弾性部分の長さと屈曲部分の長さとの比は、特に１０：１よりも小さく、特に９：１よりも小さく、又は８：１よりも小さく、このとき上に挙げた上限値と下限値とを互いに組み合わせることが可能である。

モーメントフリーなもしくは耐モーメント性の収容装置に対する、比較的長いばね脚もしくは短いばね脚の対応配置は、所望のばね弾性特性に関連して、自由に選択することができる。長い方のばね脚が耐モーメント性に支持され、短い方のばね脚がモーメントフリーに支持されていると、比較的大きなばね定数もしくは大きなばね力が生ぜしめられる。逆の対応配置では、つまり長い方のばね脚がモーメントフリーに支持され、短い方のばね脚が耐モーメント性に支持されていると、数倍小さなばね定数及び小さなばね力が生ぜしめられる。最も小さなばね定数及びばね力は、板ばねの両端部がモーメントフリーに支持されている場合に生じる。

ばね弾性部分として形成された第１のばね脚及び屈曲部分として形成された第２のばね脚の他に、１つ又は複数の別のばね脚を設けることが可能である。特に、ばね弾性部分の両端部にそれぞれ屈曲部分が接続されているような構成が可能である。しかしながら、荷重が加えられた場合にばね弾性部分に作用する引張り応力を調節することができる、少なくとも１つの屈曲部分が設けられている。

所属のばね端部をモーメントフリーに支持する少なくとも１つの収容装置は、旋回軸線を中心にした板ばねの旋回運動を制限するストッパを有していてもよい。板ばねの両端部においてモーメントフリーな支持形態が使用されている場合には、第１及び／又は第２の収容装置に相応にストッパが設けられていてもよい。ストッパの相応の構造的な態様によって、板ばねのばね弾性特性に影響を及ぼすことが可能である。板ばねの旋回運動のストッパが設けられていると、ひいては旋回運動が制限されていると、ばね力が高まり、これによってばね特性線の漸進性が上昇する。好ましくは、ストッパは可変に調節可能であり、そのようになっていると、力・ばね特性線を簡単に変化させる、もしくは調節することができる。

簡単な製造及び高い強度のために、本発明の別の態様では、第１の端部分及び／又は第２の端部分は、機械的な加工を施されておらず、特に穿孔なしに構成されている。大きな荷重が加えられた場合でも、収容装置において両ばね端部をより確実に収容するために、本発明の好適な態様では、第１の端部分及び／又は第２の端部分は、端部に向かって厚さが増大するくさび形に構成されている。このように構成されていると、板ばねが収容装置から滑り抜けることが回避される。

好ましくは、ばね弾性部分は、ホイールマウントを収容する中央の収容領域を有しており、このとき該中央の収容領域は、ばね弾性部分の、収容領域に接続する領域よりも、大きな厚さを有している。この大きな厚さによって、同時にホイールマウントからの力導入領域を形成する収容領域における応力が、小さく保たれる。この収容領域は、特に平らな上側面及び／又は平らな下側面を有しており、この上側面と下側面とは互いに平行に方向付けられていてもよい。このように構成されていると、車両ホイールの、板ばねに固定される支持部分の良好な力導入が保証される。この平らな収容領域は、約１５０ｍｍ〜２００ｍｍの長さを有することができる。

好適な態様によれば、板ばねは一体に製造されている。板ばねは例えば、樹脂注入成形法（レジントランスファーモールディング、ＲＴＭ）によって又はプレス法によって製造することができる。板ばねの一体の構成によって、接合箇所又はこれに類したものによる機械的な強度の弱化が回避される。ばねは特に、熱硬化性又は熱可塑性のマトリックスを備えた、予め含浸された一方向性の繊維、いわゆるプリプレグからプレス法によって製造することができる。このようにすると、荷重を加えられていない状態における板ばねの所望の形状付与を、簡単に得ることができる。

モーメントフリーな支持のための収容装置は、位置固定の部材に対して旋回軸線を中心にして旋回可能に支持された収容体と、この収容体に解離可能に取付け可能な緊締体とを有することができ、このとき板ばねの端部分は、収容体と緊締体との間において緊締可能である。収容体と緊締体との間における解離可能な取付けは、任意の適宜な結合手段によって、例えばねじ結合装置を用いて実現することができる。

耐モーメント性の支持のための収容装置は、位置固定の部材に固定された収容体と、該収容体に解離可能に取付け可能な緊締体とを有しており、このとき板ばねの端部分は、収容体と緊締体との間において緊締可能である。収容体は、位置固定の部材に、例えば自動車のシャーシ部分に、シフト不能及び回動不能に保持されているので、自動車の横軸線を中心にして作用する曲げモーメントを、板ばねから収容装置に導入することができる。

本発明の別の態様では、ばね弾性部分及び屈曲分のうちの少なくとも１つが、長さにわたって変化する厚さを有している。択一的に又はさらに加えて、ばね弾性部分及び屈曲分のうちの少なくとも１つが、長さにわたって実質的に一定の厚さを有していてもよい。「実質的に一定」というのは、特に±５％までのある程度の誤差が含まれていることを意味する。別の可能な態様では、板ばねの横断面積は、長さにわたって少なくとも実質的に一定であってもよく、このとき板ばねの厚さ及び高さは長さにわたって変化していてもよい。特に、板ばねの厚さは、板ばねのホイールマウント収容部又は両端部分の領域において、増大していてもよい。一定の横断面積によって、板ばねにおいて長さにわたって均一な繊維経過が得られ、これにより大きな強度が生ぜしめられる。しかしながら、横断面積は板ばねの長さにわたって変化してもよく、このような構成は、例えば相応の領域におけるプリプレグの追加的な層によって得ることができる。

次に図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について説明する。

自動車のホイールサスペンション用の本発明に係る板ばね装置の第１の実施の形態を示す図であって、Ａ）は斜視図、Ｂ）は平面図、Ｃ）は側面図である。 図１に示した板ばね装置の力・ストローク特性線を示す図である。 自動車のホイールサスペンション用の本発明に係る板ばね装置の第２の実施の形態を示す図であって、Ａ）は斜視図、Ｂ）は平面図、Ｃ）は側面図、Ｄ）は弛緩状態における第１の支持部を示す図、Ｅ）は第１のストッパ位置における第１の支持部を示す図、Ｆ）は第２のストッパ位置における第１の支持部を示す図である。 ストッパの異なった調節によって得られる、図３に示した板ばね装置の力・ストローク特性線を示す図である。 自動車のホイールサスペンション用の本発明に係る板ばね装置の第３の実施の形態を示す図であって、Ａ）は斜視図、Ｂ）は平面図、Ｃ）は側面図である。 自動車のホイールサスペンション用の本発明に係る板ばね装置の第４の実施の形態を示す図であって、Ａ）は斜視図、Ｂ）は平面図、Ｃ）は側面図である。

図１Ａ）〜図１Ｃ）については、以下において一緒に説明する。ここには板ばね装置２の第１の実施形態が示されている。板ばね装置２は、自動車のホイールマウント（図示せず）をばね弾性的に支持する、繊維強化プラスチック材料製の板ばね３と、この板ばね３の第１の端部分５を支持する第１の収容装置４と、板ばね３の第２の端部分７を支持する第２の収容装置６とを有している。

第１の端部５を起点として、板ばね３は、第１のばね脚８と第２のばね脚１０とを有しており、両方のばね脚８，１０は移行部分９によって互いに結合されている。第２のばね脚１０は第２の端部分７で終端しており、この第２の端部分７は、第２の収容装置６において固定されている。第１のばね脚８は、車両ホイールが固定されているホイールマウント（図示せず）を収容するために働く。そのために第１のばね脚８は、中央の収容領域１２を有しており、この収容領域１２は、その両側に接続する領域に比べて大きな厚さＤ１２を有している。収容領域１２の上側面１３及び下側面１４は、特に互いに平行に方向付けられた平らな面を有している。このような平らな面によって、良好な取付け可能性と、板ばね３へのホイールマウントの均等な力導入とが可能になる。収容領域１２は例えば、１５０ｍｍ〜２００ｍｍの長さを有することができる。

第１のばね脚８は、取付け状態において、自動車の長手方向もしくは水平方向に主延在長さを有しており、これに対して第２のばね脚１０は、自動車のヨー軸方向もしくは鉛直方向に主延在長さを有している。取付け状態において、第１の端部５は好ましくは走行方向（前方）を向いており、これに対して第２の端部７は後方に位置していて、特に下方を向いている。第１のばね脚８は、板ばね装置の負荷時にばね弾性的に縮み、従ってばね弾性部分を形成している。第２のばね脚１０は、板ばね３の負荷時に屈曲し、従って屈曲部分を形成している。このときホイールマウントからばね弾性部分１０に導入された鉛直方向力は、板ばねの中立位置を越えた後で、ばね弾性部分における引張り荷重を増大させる。これによって屈曲部分は、この屈曲部分から離れた端部分５に向かって屈曲される。ばねの中立位置が得られるまで、ばね弾性部分８においては特に曲げ応力及び押圧応力が存在している。

第１の及び第２のばね脚８，１０は、その長さ及び／又は曲率に関して互いに異なっていてもよい。本実施の形態では、ばね弾性部分８の長さは、屈曲部分１０の長さの数倍の大きさを有しており、ばね弾性部分の長さと屈曲部分の長さとは比は、好ましくは、５よりも大きく、かつ１０よりも小さい。さらに図面から認識できるように、ばね弾性部分８は無負荷の取付け状態（実線で示す）において、下側が突出したもしくは上側が凹んだ湾曲部を、特に平均曲率半径Ｒ８を有する湾曲部を有している。導入された鉛直方向力に基づくばねの負荷時に、ばね弾性部分には上方に向かって荷重が加えられ、これによって、ばね弾性部分が実質的に真っ直ぐである中立位置が得られるまで、まずは曲げ応力及び押圧応力が生ぜしめられる。中立位置が越えられると、ばね弾性部分８の湾曲は逆転し、つまりばね弾性部分８は下側が凹んでいて上側が突出した湾曲部を有する。中立位置が越えられると共に、ばね弾性部分８における曲げ応力には引張り応力が重畳される。このとき引張り応力は、増大する荷重に連れて、ひいては板ばね３の増大する弾性変形に連れて、増大する。これによって漸進的なばね特性線が生ぜしめられる。最大のばね弾性的な押込み時もしくはばね弾性変形（Einfederung）時における、荷重を加えられた取付け状態は、破線で示されている。図面から認識できるように、ばね弾性部分８は、明らかに上方に向かって湾曲されていて、屈曲部分１０は第１の収容装置４に向かって曲げられている。

第１のばね脚８は、移行部分９を介して第２のばね脚１０に移行しており、このとき第２のばね脚１０は、下側が凹んだもしくは上側が突出した湾曲部を有している。これによって移行部分９においては、板ばね形状の曲率が逆転している。ばね弾性部分とも呼ばれる第１のばね脚８、移行部分９、及び屈曲部分とも呼ばれる第２のばね脚１０の構成によって、負荷時における板ばね３のばね弾性特性、ひいては推移（Progression）を調節することができる。このとき一般的に、屈曲部分１０が長ければ長いほど、ばねはより剛性になる。本実施形態では、ばね弾性部分８の半径Ｒ８は、移行部分９の半径Ｒ９及び屈曲部分１０の半径Ｒ１０よりも数倍大きい。

第１の収容装置４は、板ばね３の第１の端部５がこの第１の収容装置４内にシフト不能（verschiebefest）にかつモーメントフリー（momentenfrei）に収容されるように構成されている。特に、第１の端部５は、シフト方向においてはすべての３つの三次元座標軸（ｘ，ｙ，ｚ）に関して、実質的に剛性に保持されるようになっている。このとき上の定義によるシフト不能な支持は、２０ｍｍまでの僅かなシフトを一緒に含んでいるべきであり、この僅かなシフトは、例えば、ばねの負荷時における収容装置の弾性変形に基づいて生じることがある。モーメントフリーの支持は、端部分５が第１の収容装置４の旋回軸線Ｘ４を中心にして旋回可能に支持されていることによって生ぜしめられる。旋回軸線Ｘ４は、取付け状態において車両長手方向軸線に対して実質的に垂直に延びており、このときある程度の角度偏差は考慮することができる。特にばね端部５は少なくとも１０°及び／又は最大６０°だけ、好ましくは２５°〜４５°の回転角だけ、収容部に対して旋回可能であるようになっている。他の２つの三次元座標軸（ｙ，ｚ）に対しては、ばね端部５は回転に関して、少なくとも実質的に剛性に保持されており、つまり旋回不能である。

第１の収容装置４は、位置固定の支持体１６に対して適宜な軸受手段もしくは支持手段１７を用いて旋回軸線Ｘ４を中心にして回転可能に支持された収容体１５と、例えばねじ結合部１９を用いて収容体１５に解離可能に結合可能な緊締体１８とを有している。板ばね３の第１の端部分５は、くさび形に形成されていて、端部に向かって大きくなる厚さを備えている。このように構成されていることによって、端部分５が第１の収容装置４から滑り抜けることが、板ばね３の最高負荷時においても効果的に阻止される。板ばね３の第１の端部５の旋回可能なもしくはモーメントフリーの支持によって、収容装置４内において、板ばねと収容装置４との間における力が減じられる。

反対側に位置する第２の端部分７は、第２の収容装置６において収容されており、このとき第２の収容装置６は、第２の端部分７のための耐モーメント性（momentenfest）でかつシフト不能な軸受もしくは支持部を形成している。そのために第２の収容装置６は、ボディ部分のような位置固定の部材と結合されている収容体２０と、この収容体２０に例えばねじ結合部２３を用いて解離可能に取付け可能な緊締体２２とを有している。第２の端部分７は、緊締体２２と収容体２０との間において堅固に緊締されており、このときここにおいても、特に、板ばね３は端部に向かってくさび形状に拡大するように構成されている。このようなっていると、比較的大きな負荷時においてもより確実な固定が保証されている。

さらに認識できるように、板ばね３がその長さにわたって実質的に一定の幅Ｂ３を有しているのに対して、厚さＤ３は長さにわたって変化している。例えば端部分５，７の領域又は中央領域１２における、局部的な肉厚部によって、ここにおいて応力を減じることができる。局部的な肉厚部は、例えば、相応な領域におけるプリプレグの追加的な層によって得ることができる。

板ばね３は例えば、熱硬化性又は熱可塑性のマトリックスを備えた、予め含浸された一方向性の繊維、いわゆるプリプレグからプレス法によって、好ましくは一体に製造されている。しかしながら例えば樹脂注入成形法（レジントランスファーモールディング、ＲＴＭ）のような他の製造方法も、同様に可能である。

図２には、図１に示した板ばね装置２の力・ストローク特性線Ｆ（ｓ）が示されている。Ｙ軸には力Ｆがとられ、Ｘ軸にはばねストロークｓがとられている。この特性線から分かるように、力Ｆはばねストロークｓの増大に連れて増大する。この漸進的なばね特性線は、負荷が増大した場合もしくは自動車のばね弾性変形がより強くなった場合に、より剛性のばね特性を生ぜしめ、このことは、自動車の走行快適性及び走行安定性に好適な作用を及ぼす。

ばね弾性部分８が実質的に真っ直ぐな状態、もしくは押圧応力及び引張り応力なしの状態である中立位置Ｎは、図２において破線で示されている。中立位置Ｎに達するまでのばね領域においては、ばね弾性部分８は下方に突出するように湾曲されている。中立位置Ｎの左側に位置するこの領域において、板ばね３のばね定数Ｆ（ｓ）は実質的に一定である。ばね弾性部分８においては特に曲げ応力及び押圧応力が生じており、これらの応力は、中立位置Ｎに達するまでの弾性変形の増大に連れて減少する。中立位置Ｎを超えると共に、つまりばね弾性部分８の下側が突出した湾曲から下側が凹んだ湾曲への移行時に、曲げ応力に加えて引張り応力が発生し、この引張り応力は、負荷の増大に連れて上昇するので、板ばね３のばね定数Ｆ（ｓ）も漸進的に高くなる。この領域は、中立位置Ｎの右側に位置している。

本発明に係る板ばね装置２の力・ストローク特性線Ｆ（ｓ）の推移には、個々の板ばね部分の長さ、幅及び厚さのような物理的な値に関する板ばね３の相応の構成及び収容装置４，６の相応の構成によって、影響を及ぼすことができる。基本的にはモーメントフリーの収容装置４もしくは耐モーメント性の収容装置６に対する、長い方のばね脚８もしくは短い方のばね脚１０の対応配置は、自由に選択可能である。長いばね脚８がモーメントフリーに支持されかつ短いばね脚１０が耐モーメント性に支持されている、図１に示した実施の形態では、比較的僅かなばね力が板ばね３において発生し、従ってこの板ばね３は比較的小さなばね定数を有している。しかしながらまた、ばね特性に対する要求に応じて、他の配置形態を選択することも可能であり、これについては、以下においてさらに詳しく述べる。

以下において一緒に説明がなされる図３Ａ）〜図３Ｆ）には、本発明に係る板ばね装置３の第２の実施の形態が示されている。この第２の実施の形態は、図１に示した実施の形態に実質的に相当しているので、共通の事項に関しては上の記載を参照するものとする。このとき同じもしくは互いに対応する部材には、図１におけると同じ符号が使用されている。

図３Ａ）〜図３Ｆ）に示した実施の形態における特殊性は、第１の収容装置４の構成にある。この第１の収容装置４は同様に、板ばね３の第１の端部分５の、モーメントフリーでかつシフト不能な支持のために構成されている。図１に示した実施の形態に対して補足的に、本実施の形態ではストッパ２４が設けられており、このストッパ２４は、周方向における収容体１５もしくは緊締体１８の旋回運動を制限する。ストッパ２４は２つのプレート２５を有しており、両プレート２５は、例えばねじ結合部を用いて、支持体１６と堅固に結合されている。ストッパプレートの上端部には、ねじ山付孔が設けられており、このねじ山付孔を貫いてボルト２６がねじ込まれている。ボルト２６のねじ山側端部は、緊締体１８が板ばね３の負荷時及び旋回軸線Ｘ４を中心とした相応の回転運動時にねじ端部に当接するように、緊締体１８と共働する。ストッパ２４によって、基本的にモーメントフリーの支持装置は固定されるようになるので、板ばね３がストッパ２４に達した後では、旋回軸線Ｘ４を中心にして作用する曲げモーメントは、第１の収容装置４によって受け止められかつ支持される。その結果、板ばね装置３の力・ストローク特性線Ｆ（ｓ）の漸進性はより短いストローク（ｓ）に移る。このときストッパ２４ひいてはばね特性線Ｆ（ｓ）の経過は、ボルト２６の相応の回動によって無段階式に必要に応じて調節することができる。

図３Ｄ）には、第１の収容装置４が、板ばね３に荷重が加えられていない無負荷状態において詳細に側面図で示されている。この図３Ｄ）において、緊締体１８とボルト２６の端部との間における間隔が認識可能である。図３Ｅ）には、第１の収容装置４が、板ばね装置３に荷重が加えられている負荷状態において示されている。この図３Ｅ）から認識できるように、第１のばね脚８は、板ばね３の負荷に基づいて、旋回軸線Ｘ４を中心にして逆時計回り方向に、緊締体１８がボルト２６の端部に当接するまで、回転させられている。所属の力・ストローク特性線Ｆ（ｓ）の推移は、図４に破線で示されている。図４に示された屈曲点２７によって、ばね力Ｆの飛躍的な上昇が得られる。

図３Ｆ）に示した第１の収容装置４では、ストッパ２４が早期に有効になるので、ばね軸受もしくはばね支持部の回転運動は、既に比較的短い回転距離において制限がかけられる。そのために緊締ボルト２６は、さらに支持プレート２５のねじ山付孔内にねじ込まれ、これによって緊締体１８は既に比較的短いばねストロークにおいてストッパ２４に当接する。所属の力・ストローク特性線Ｆ（ｓ）′は、図４において実線で示されている。この力・ストローク特性線Ｆ（ｓ）′から認識できるように、既により短いばねストローク（ｓ）′において屈曲点２７′が得られ、この屈曲点２７′以降において力Ｆ′は飛躍的に上昇する。これによって全体として、図３Ｅ）に示した、停止に到るまでの比較的長いばねストロークにおけるよりも、急勾配の力・ストローク特性線Ｆ（ｓ）′が得られる。

図５Ａ）〜図５Ｃ）には、別の実施の形態による本発明に係る板ばね装置２が示されている。この板ばね装置２は、大部分が図１に示した実施の形態に相当しているので、共通事項に関しては上記の説明を参照するものとする。このとき、同じもしくは互いに対応する部材もしくは部分は、図１におけると同じ符号（もしくはダッシュを付けた符号）が付されている。

図５に示した本実施の形態の特殊性は、図１に示した実施の形態に対して、モーメントフリーな支持部とモーメントに抗した支持部とが交換されていることにある。すなわち第１の収容装置４′は、シフト不能でかつモーメントに抗した支持部をばね端部５のために形成しており、これに対して第２の収容装置６′はシフト不能でかつモーメントフリーな支持部を第２のばね端部７のために形成している。本実施の形態においても、「シフト不能」という概念は、ばね３の負荷時の自動車長手方向における、端部５，７の僅かなシフトをも含むべきである。第１の端部５は本実施の形態では、すべて３つの三次元座標軸（ｘ，ｙ，ｚ）に関して、シフト方向においても回転方向においても、実質的に剛性に保持されている。第２の端部７は、横軸（ｘ）に関して回転運動が可能であり、かつ縦軸及びヨー軸（ｙ，ｚ）を中心にした回転に関しては少なくともほぼ剛性に保持されている。

収容体１５′は、例えば車両部分である支持体１６と堅固に結合されており、このとき「堅固」というのは、収容体１５′と支持体１６との間において、シフト運動又は旋回運動のような如何なる相対運動も不可能であることを意味する。板ばね３の端部分５は、緊締体１８′と収容体１５′との間において緊締されており、そのために緊締ボルト（図示せず）を、対応するねじ山付孔内にねじ込むことができる。

板ばね３の第２の端部分７が支持されている第２の収容装置６′は、モーメントフリーな支持部として形成されている。ここには旋回可能な収容体２０′が設けられており、この収容体２０′は、相応の支持部１７′を用いて、位置固定の支持エレメント１６′に対して、旋回軸線Ｘ６′を中心にして旋回可能に支持されている。板ばね３のくさび形の端部７は、旋回可能な収容体２０′と緊締体２２′との間において緊締されているので、当該端部７は、確かにシフト不能ではあるが回転運動可能に、第２の収容装置６′内に保持されている。

第１の端部分５におけるもしくは第１のばね脚８のモーメントに抗した支持部のこのような対応配置によって、比較的高いばね定数もしくは大きなばね力が生ぜしめられ、すなわち所属の力・ストローク特性線Ｆ（ｓ）は、図１に示した実施の形態におけるよりも急勾配の漸進性を有している。

以下において一緒に説明される図６Ａ）〜図６Ｃ）には、別の実施の形態による本発明に係る板ばね装置２が示されている。この実施の形態は、図１に示した実施の形態と図５に示した実施の形態との組合せに相当しているので、共通点に関しては、上の記載を参照するものとする。このとき同じもしくは互いに対応する部材には、図１〜５におけると同じ符号が使用されている。

図６に示した実施の形態の特殊性は、第１の収容装置４及び第２の収容装置６′の両方が、モーメントフリーな支持部を形成していることにある。そのために、第１のばね脚８の端部５を緊締する第１の収容装置４は、旋回軸線Ｘ４を中心にして旋回可能に支持されている。第２のばね脚１０の、反対側に位置する第２の端部７は、相応に収容装置６において旋回軸線Ｘ６を中心にして旋回可能に支持されている。このとき両方のばね端部５，７において、好ましくは、所属の収容部に対してそれぞれ少なくとも１０°及び／又は最大６０°の旋回可能性が、好適には２５°〜４５°の旋回可能性が可能であることが望ましい。板ばね３の両端部５，７は、両収容装置４，６′においてそれぞれ長手方向においてシフト不能に緊締されており、この実施の形態においても、シフト不能な支持部の上に述べた定義が通用するべきである。シフト不能な支持のために、くさび形の端部５，７はそれぞれ収容体１５，２０′と緊締体１８，２２′との間において固定されている。

本実施の形態における両ばね端部５，７のモーメントフリーな支持形式によって、特に低いばね定数及びばね力が生ぜしめられ、つまり板ばね装置２の力・ストローク特性線Ｆ（ｓ）は、特にフラットな推移を有する。

上に述べたすべての実施の形態に対して言えることであるが、第１の端部５もしくは長いばね脚８は、自動車における取付け状態において前方に位置しており、第２の端部７もしくは第２の収容装置６は、相応に後方に位置している。しかしながらまた、逆の取付け配置形態も可能である。

本発明に係る板ばね装置２の利点としては、板ばね３にはその端部分５，７のシフト不能な固定に基づいて、曲げ荷重と引張り荷重の両方が加えられる、ということが挙げられる。このとき板ばね３において発生する引張り応力と曲げ応力とが重畳され、これにより全体として漸進的なばね特性線Ｆ（ｓ）が生ぜしめられる。引張り力は、端部分５，７が自動車の長手方向において軸方向で不動にもしくは堅固に緊締されていることによって生ぜしめられる。その結果板ばね３の負荷時に、板ばね３もしくは板ばね３の両端部５，７は互いに向かって移動することができず、これによってばね特性線の漸進的な上昇が引き起こされる。両端部分５，７の少なくとも一方がモーメントフリーに支持されていることによって、モーメントに抗した支持形式に比べて、板ばね３において減じられた応力が生じる。

２ 板ばね装置
３ 板ばね
４ 第１の収容装置
５ 第１の端部分
６ 第２の収容装置
７ 第２の端部分
８ ばね弾性部分／第１のばね脚
９ 移行部分
１０ 屈曲部分／第２のばね脚
１２ 中央領域
１３ 上側面
１４ 下側面
１５ 収容体
１６ 支持体
１７ 支持部
１８ 緊締体
１９ ねじ結合部
２０ 収容体
２２ 緊締体
２３ ねじ結合部
２４ ストッパ
２５ プレート
２６ ボルト
２７ 屈曲点
Ｂ 幅
Ｄ 厚さ
Ｆ 力
Ｌ 長さ
Ｒ 半径
ｓ ストローク
Ｘ 旋回軸線

Claims (18)

1. 自動車のホイールサスペンション用の板ばね装置であって、
   自動車のホイールマウントをばね弾性的に支持する、繊維強化プラスチック材料製の板ばね（３）であって、第１の端部分（５）とばね弾性部分（８）と屈曲部分（１０）と第２の端部分（７）とを有する板ばね（３）と、
   前記第１の端部分（５）を支持する第１の収容装置（４）と、
   前記第２の端部分（７）を支持する第２の収容装置（６）と、
   を有しており、
   前記第１の収容装置（４）及び前記第２の収容装置（６）は、前記第１の端部分（５）と前記第２の端部分（７）とが相対的にシフト不能に保持されていて、これによって前記板ばね（３）に、ホイールマウントから導入される鉛直方向力による負荷の上昇に連れて、より強く引張り荷重が加えられるように構成されている、板ばね装置において、
   前記第１及び第２の収容装置（４，６）のうちの少なくとも１つは、それぞれ所属の前記端部分（５，７）が、車両長手方向軸線に対して横方向に延びる旋回軸線（Ｘ４，Ｘ６）を中心にして旋回可能に支持されているように構成されていることを特徴とする、自動車のホイールサスペンション用の板ばね装置。
2. 前記少なくとも１つの収容装置（４，６）は、前記所属の端部分（５）が最小でも１０°まで及び／又は最大でも６０°まで前記旋回軸線（Ｘ４，Ｘ６）を中心にして旋回可能であるように構成されている、請求項１記載の板ばね装置。
3. 前記少なくとも１つの収容装置（４，６）は、前記旋回軸線（Ｘ４，Ｘ６）を中心にした前記板ばね（３）の旋回運動を制限するストッパ（２４）を有している、請求項１又は２記載の板ばね装置。
4. 前記ばね弾性部分（８）は、前記屈曲部分（１０）よりも長く、前記ばね弾性部分（８）の長さと前記屈曲部分（１０）の長さとの比が、３：１よりも大きく、１０：１よりも小さい、請求項１から３までのいずれか１項記載の板ばね装置。
5. 前記板ばね（３）は、前記ばね弾性部分（８）に、ホイールマウントから導入された鉛直方向力による弾性変形時に、第１のばねストローク範囲では押圧荷重が加えられ、かつ第２のばねストローク範囲では引張り荷重が加えられるように構成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の板ばね装置。
6. 前記ばね弾性部分（８）は、前記板ばね（３）の、荷重が加えられていない取付け状態において、下側が突出した湾曲部を有し、前記板ばね（３）の、荷重が加えられた取付け状態において、最大のばね弾性変形時に、下側が凹んだ湾曲部を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載の板ばね装置。
7. 前記ばね弾性部分（８）は、板ばね（３）の、部分的に荷重が加えられた取付け状態において、実質的に引張り応力も押圧応力も有していない、請求項１から６までのいずれか１項記載の板ばね装置。
8. 前記屈曲部分（１０）は、前記板ばね（３）の取付け状態において、下側が凹んだ湾曲部を有している、請求項１から７までのいずれか１項記載の板ばね装置。
9. 前記ばね弾性部分（８）と前記屈曲部分（１０）との間に、移行部分（９）が設けられており、該移行部分（９）の半径（Ｒ９）が、前記屈曲部分（１０）の半径（Ｒ１０）よりも小さく、かつ／又は前記ばね弾性部分（８）の半径（Ｒ８）よりも小さい、請求項１から８までのいずれか１項記載の板ばね装置。
10. 前記ばね弾性部分（８）は、変化する厚さ（Ｄ）と前記長さ（Ｌ）にわたって実質的に一定の幅（Ｂ）とを有している、請求項１から９までのいずれか１項記載の板ばね装置。
11. 前記第１の端部分（５）及び／又は前記第２の端部分（７）は、機械的な加工を施されておらず、特に穿孔なしに構成されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の板ばね装置。
12. 前記第１の端部分（５）及び／又は前記第２の端部分（７）は、端部に向かって厚さが増大するくさび形に構成されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の板ばね装置。
13. 前記ばね弾性部分（８）は、ホイールマウントを収容する中央の収容領域（１２）を有しており、該中央の収容領域（１２）は、前記ばね弾性部分（８）の、前記収容領域（１２）に接続する領域よりも、大きな厚さ（Ｄ１２）を有している、請求項１から１２までのいずれか１項記載の板ばね装置。
14. 前記収容領域（１２）は、平らな上側面（１３）及び／又は平らな下側面（１４）を有しており、前記収容領域（１２）の、前記上側面（１３）と前記下側面（１４）とは、特に互いに平行に位置している、請求項１３記載の板ばね装置。
15. 前記板ばね（３）は、樹脂注入成形法（レジントランスファーモールディング）によって又はプレス法によって製造されている、請求項１から１４までのいずれか１項記載の板ばね装置。
16. 前記少なくとも１つの収容装置（４，６′）は、モーメントフリーな支持形式のために、位置固定の部材（１６，１６′）に対して前記旋回軸線（Ｘ４，Ｘ６′）を中心にして旋回可能に支持された収容体（１５，２０′）と、該収容体（１５，２０′）に解離可能に取付け可能な緊締体（１８，２２）とを有しており、前記板ばね（３）の前記端部分（５）は、前記収容体（１５，２０′）と前記緊締体（１８，２２）との間において緊締可能である、請求項１から１５までのいずれか１項記載の板ばね装置。
17. 前記第１及び第２の収容装置（４′，６）のうちの１つは、所属の端部分（５，７）が耐モーメント性に収容装置（４′，６）に支持されているように構成されている、請求項１から１６までのいずれか１項記載の板ばね装置。
18. 前記収容装置（４′，６）は、モーメントに抗して支持するための収容体（１５′，２０）であって前記位置固定の部材（１６，１６′）に固定された収容体（１５′，２０）と、該収容体（１５′，２０）に解離可能に取付け可能な緊締体（１８′，２２）とを有しており、前記板ばね（３）の前記端部分（５，７）は、前記収容体（１５′，２０）と前記緊締体（１８′，２２）と間において緊締可能である、請求項１７記載の板ばね装置。

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