JP2023146018A - 板ばね - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を削減することを可能にする板ばねを提供する。【解決手段】荷重が入力される主ばね部３と、主ばね部３に直列的に結合される副ばね部５と、副ばね部５が有する対向部１５及び１７と、対向部１５及び１７間のクリアランスＣとを備え、主ばね部３が荷重の入力に応じ副ばね部５へ荷重が伝達されて副ばね部５が変形し、対向部１５及び１７がクリアランスＣを無くして接触する。【選択図】 図１

Description

本発明は、車両のリーフスプリング等に供され、ばね定数が変化する板ばねに関する。

従来のばね定数が変化する板ばねとしては、特許文献１に記載されたリーフスプリングサスペンションがある。このリーフスプリングサスペンションは、揺動可能なシャックルによりリーフスプリングを支持する。リーフスプリングは、荷重がかるとシャックルの揺動に応じて有効長さが短くなり、ばね定数を変化させる。

しかし、かかる従来のリーフスプリングサスペンションでは、シャックルを介して板ばねを車体側に支持させる必要があり、構造が煩雑になるという問題がある。

実開平６－４３３８０号公報

解決しようとする問題点は、ばね定数を変化させるために構造が煩雑になる点である。

本発明は、荷重が入力される主ばね部と、前記主ばね部に直列的に結合される副ばね部と、前記副ばね部が有する対向部と、前記対向部間のクリアランスと、を備え、前記主ばね部が荷重の入力に応じ前記副ばね部へ荷重が伝達されて前記副ばね部が変形し、前記対向部が前記クリアランスを無くして接触する。

本発明は、クリアランスが無くなるまでは副ばね部と主ばね部を直列に繋いだ際のばね定数による変形をし、クリアランスが無くなると主に主ばね部のばね定数による変形をするため、簡単な構造でばね定数を変化させることが可能となる。

図１は、本発明の実施例に係る板ばねの概略側面図である。 図２は、図１の副ばね部を拡大して示す概略側面図である。 図３は、図１の板ばねの主ばね部への荷重の入力状態を示す概略側面図である。 図４（Ａ）は、対向部の当接前における板ばねの一部を省略した概略側面図、図４（Ｂ）は、同副ばね部を拡大して示す概略側面図である。 図５（Ａ）は、対向部が当接した時点の板ばねの一部を省略した概略側面図、図５（Ｂ）は、同副ばね部を拡大して示す概略側面図である。 図６（Ａ）は、対向部が当接した後の変形を示す板ばねの一部を省略した概略側面図、図６（Ｂ）は、同副ばね部を拡大して示す概略側面図である。 図７は、実施例に係る荷重と変位との関係を示すグラフである。 図８は、変形例に係る板ばねの一部を省略した概略側面図である。

本発明は、簡単な構造でばね定数を変化可能とするという目的を、主ばね部及び副ばね部を結合した板ばねにより実現した。

すなわち、板ばね１は、主ばね部３と、副ばね部５と、対向部１５及び１７と、クリアランスＣとを備える。主ばね部３は、荷重が入力される部分である。副ばね部５は、主ばね部３に直列的に結合された部分である。対向部１５及び１７は、副ばね部５が有し、クリアランスＣは、対向部１５及び１７間に備えられている。この板ばね１は、主ばね部３への荷重の入力に応じ、副ばね部５へ荷重が伝達されて副ばね部５が変形し、対向部１５及び１７がクリアランスＣを無くして接触する。

主ばね部３は、副ばね部５よりもばね定数が低い設定としてもよい。

副ばね部５は、取付けの相手側に回転自在に支持させる支持部７を備えてもよい。

板ばね１は、副ばね部５を主ばね部３に結合する湾曲結合部１１を備えてもよい。

副ばね部５は、対向部１５及び１７に連続して湾曲したフック部９を備えてもよい。

主ばね部３は、一定の曲率で湾曲し、フック部９は、主ばね部３の湾曲よりも大きな曲率で湾曲してもよい。

フック部９は、主ばね部３の湾曲内側に向かった凸形状を有してもよい。

［板ばねの構成］
図１は、本発明の実施例に係る板ばねの概略側面図である。図２は、図１の副ばね部を拡大して示す概略側面図である。

板ばね１は、例えば車両用のリーフスプリングとして構成され、炭素鋼、ステンレス鋼等の金属やＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）等の樹脂で形成されている。なお、板ばね１の材質は、板ばね１の使用目的に応じて適宜変更可能である。

この板ばね１は、主ばね部３と副ばね部５とを含み、両端にそれぞれ支持部７を有している。

主ばね部３は、一定の板厚及び板幅で長尺に形成され、側面から見て弧状に湾曲している。ただし、板厚及び板幅は、部分的に増減させてもよい。また、主ばね部３は、一枚の板からなるが、複数枚の板を重ね合わせたもの、または部分的に複数枚の板としたものであってもよい。

主ばね部３の湾曲は、単一の曲率中心を持つ一定の曲率であるが、複数の曲率中心を有してもよい。また、主ばね部３は、曲率を有さない直線状であってもよい。或いは、主ばね部３は、弧状と直線状との組み合わせ、複数の短い直線状の組み合わせによって全体として弧状を呈し、又は山型、谷型、若しくは波型等としてもよい。

この主ばね部３は、相対的に低いばね定数を有し、荷重の入力が行われる部分となる。

副ばね部５は、主ばね部３に直列的に結合され、相対的に高いばね定数を有する部分である。本実施例の副ばね部５は、主ばね部３の両端に結合されており、それぞれ主ばね部３と板ばね１の端部の支持部７との間に直列的に結合されている。これら副ばね部５は、対称形状となっているが、非対称にすることも可能である。

副ばね部５の主ばね部３及び支持部７に対する結合は、一体又は一体的であり、本実施例において一体成形で実現されている。直列的とは、主ばね部３及び副ばね部５のばね作用としての結合状態を意味し、二つのばねを直列に接続した状態に対応する。

なお、副ばね部５の数や位置は任意に設定できる。例えば、副ばね部５は、主ばね部３の一端にのみ、主ばね部３の中間部にのみ、主ばね部３の一端又は両端と中間部に設けること等が可能である。複数の副ばね部５を設ける場合は、何れか一つ又はいくつか或いは全ての副ばね部５の形状を異ならせてもよい。

本実施例の副ばね部５は、主ばね部３と同一の板厚、板幅で形成され、フック部９並びに第１湾曲結合部１１及び第２湾曲結合部１３を備えている。なお、副ばね部５は、主ばね部３に対して板厚及び板幅の何れか一方又は双方を異ならせてもよい。

フック部９は、側面視の形状において直線部９ａ、第１湾曲部９ｂ、第２湾曲部９ｃを一体に有している。なお、フック部９は、単純なＵ字状やＶ字状等で実現することもできる。

フック部９の直線部９ａは、一端が第１湾曲結合部１１の一端に結合されている。なお、第１湾曲結合部１１は、角部に代えてもよい。直線部９ａの他端には、第１湾曲部９ｂの一端が結合されている。これにより、直線部９ａは、第１湾曲部９ｂの一端の接線方向に連続する。

この直線部９ａの設定により、主ばね部３から第１湾曲結合部１１を介して直線部９ａへ荷重が伝達されたとき、直線部９ａにより第１湾曲部９ｂへ曲げ荷重を確実に伝達させることができる。

第１湾曲部９ｂは、主ばね部３の湾曲よりも大きな曲率で湾曲している。第１湾曲部９ｂの他端は、第２湾曲部９ｃの一端に結合されている。第１及び第２湾曲部９ｂ及びｃ間は、変曲点をもって連続し、湾曲方向が反転している。第２湾曲部９ｃの他端は、第２湾曲結合部１３の一端に結合されている。なお、第２湾曲結合部１３は、角部に代えてもよい。

第２湾曲部９ｃと第２湾曲結合部１３とは、同一の曲率で連続して形成されている。第２湾曲部９ｃ及び第２湾曲結合部１３の曲率は、第１湾曲結合部１１の曲率よりも小さい。ただし、第２湾曲部９ｃ及び第２湾曲結合部１３の曲率は、第１湾曲結合部１１の曲率と同一に又は第１湾曲結合部１１の曲率よりも大きくしてもよい。また、第２湾曲部９ｃ及び第２湾曲結合部１３の曲率を異ならせることもできる。

第１湾曲結合部１１の他端は、主ばね部３の端部に結合されている。第２湾曲結合部１３の他端は、支持部７に結合されている。

支持部７は、板ばね１とは別体の筒状部材で形成され、第２湾曲結合部１３の他端が結合されている。ただし、第２湾曲結合部１３の他端を筒状に巻いて支持部７を構成してもよい。

支持部７は、取付けの相手側に回転自在に支持される部分である。この支持部７が取付けにより、板ばね１の端部は、相手側に回転自在に支持され、主ばね部３の板厚方向及び主ばね部３の長手方向に移動しない取付構成となる。なお、支持部７は、回転不能に支持される構成としてもよい。

フック部９は、主ばね部３の湾曲内側に向かった凸形状を有する。ただし、フック部９は、副ばね部５を変形させることができればよく、主ばね部３の湾曲外側に向かった凸形状であってもよい。

なお、凸形状の指向方向は、板ばね１の要求特性により種々変更することができる。例えば、両端のフック部９の第１湾曲部９ｂの対称線が重なるように指向し、或は第１湾曲部９ｂを上下方向へ指向させることもできる。上下とは、重力方向を意味するが、板ばね１の取り付け状態によっては重力方向以外を意味してもよい。

フック部９は、主ばね部３から副ばね部５に荷重が伝達されたとき開かなければよく、概ね角度θが９０°程度まで設定できる。角度θは、上下方向に対する後述する第１及び第２対向部１５及び１７を通る仮想線とのなす角度とする。

かかる副ばね部５は、第１対向部１５及び第２対向部１７を有している。

第１対向部１５は、第１湾曲結合部１１とフック部９の直線部９ａとの間で構成される。第２対向部１７は、第２湾曲結合部１３と第２湾曲部９ｃとの間で構成される。

第１及び第２対向部１５及び１７の相互間には、クリアランスＣが形成されている。第１及び第２対向部１５及び１７は、このクリアランスＣにおいて対向及び接触をする。クリアランスＣは、大小設定することができ、板ばね１のばね定数の変化特性を決定することができる。

例えば、両端のクリアランスＣの大きさを変更することにより、一方のクリアランスＣで先に第１及び第２対向部１５及び１７を接触させ、その後に他方のクリアランスＣで第１及び第２対向部１５及び１７を接触させるといった特性とすることも可能である。

［板ばねの作用］
図３は、主ばね部３への荷重の入力状態を示す概略側面図である。図４（Ａ）は、対向部の当接前における板ばねの一部を省略した概略側面図、図４（Ｂ）は、同副ばね部を拡大して示す概略側面図である。図５（Ａ）は、対向部が当接した時点の板ばねの一部を省略した概略側面図、図５（Ｂ）は、同副ばね部を拡大して示す概略側面図である。図６（Ａ）は、対向部が当接した後の変形を示す板ばねの一部を省略した概略側面図、図６（Ｂ）は、同副ばね部を拡大して示す概略側面図である。

図３のように、板ばね１は、主ばね部３が荷重Ｆを受けると二点鎖線の状態から実線のように変形する。このとき、板ばね１の端部は、支持部７で車体等に回転可能に支持され、荷重が受け止められている。

板ばね１に対する荷重と板ばね１の変形との関係は、図４（Ａ）～図６（Ｂ）のようになる。

図４（Ａ）及び（Ｂ）のように、主ばね部３に荷重が働かないとき、副ばね部５のクリアランスＣは維持される。

主ばね部３の中央に板厚方向で下向きの荷重Ｆが入力されると、主ばね部３が下方へ変位するように板ばね１が変形する。ここでの変形としては、板ばね１が、副ばね部５と主ばね部３を直列に繋いだ際のばね定数による変形をする。

すなわち、主ばね部３が受けた荷重Ｆは、第１湾曲結合部１１、フック部９、第２湾曲結合部１３を順に介して支持部７で受けられて、主ばね部３及び副ばね部５が変形する。

この変形では、副ばね部５の第１対向部１５が第２対向部１７に向かってクリアランスＣ内で変位する。

こうして、荷重Ｆの入力初期において、主ばね部３及び副ばね部５の双方が変形し、ばね性を発揮する。これは、二つのばねを直列につないだ場合に近くなる。このため、クリアランスＣが無くなるまで、板ばね１は、主ばね部３と副ばね部５を直列に繋いた場合と近いばね特性となる。

図５（Ａ）及び（Ｂ）のように、荷重Ｆによって板ばね１の変形が進むと、第１及び第２対向部１５及び１７間のクリアランスＣが無くなり、第１及び第２対向部１５及び１７が相互に接触する。

図６（Ａ）及び（Ｂ）のように、第１及び第２対向部１５及び１７が接触してから板ばね１の変形がさらに進むと、副ばね部５は、ばね変形し難く或いはばね変形できなくなり、副ばね部５のばね定数が上昇する。この結果、板ばね１は、主ばね３が主として変形し、ばね性を発揮する。つまり、板ばね１は、主ばね部３に依存したばね定数のばね特性となる。

図７は、荷重と変位との関係を示すグラフである。図７において、縦軸は荷重の大きさ（Ｎ）を示し、横軸は負荷に応じた主ばね部３の変位（ｍｍ）を示す。なお、図７中、変形例１は、副ばね部５のばね定数を実施例と比較して大きくした板ばね１、変形例２は、副ばね部５のばね定数を主ばね部３のばね定数よりも低くした板ばね１である。図８は、変形例２に係る板ばねの一部を省略した概略側面図である。

変形例１の板ばね１は、端部において取付けの相手側に回転及び移動不能に固定し、その他を実施例１の板ばね１と同一にしたものである。変形例２の板ばね１は、図８のように、副ばね部５の曲率を実施例１よりも小さくし且つ副ばね部５が主ばね部３よりも薄肉に構成されている。なお、主ばね部３と副ばね部５のばね定数の設定は形状等によって任意に行うことが可能である。

図７のように、実施例の板ばね１の荷重－変位特性は、第１及び第２対向部１５及び１７が接触するときＣを境にばね定数が変化し、接触前Ｂは、接触後Ａよりもばね定数が低い特性となっている。変形例１や変形例２においても、実施例と同様の特性が得られている。

従って、板ばね１は、荷重に応じた第１及び第２対向部１５及び１７の接触によって、クリアランスＣが無くなるまでは主ばね部３と副ばね部５を直列に繋いだ場合と近いばね定数による変形をし、クリアランスＣが無くなると主に主ばね部３のばね定数による変形をするため、簡単な構造でばね定数を変化させることを可能とする。また、板ばね１は、簡単な構造であるため、部品点数が増加せず、組み付け、部品管理を容易にすることができる。

また、板ばね１は、副ばね部５のフック部９等の設定により特性を簡単に変更することができる。例えば、クリアランスＣの大きさやフック部９の突出長さにより板ばね１のばね定数が変化するタイミングを容易に設定できる。また、両端のクリアランスＣの大きさを変更すれば、多段の特性を得ることもできる。

板ばね１は、取付けの相手側に回転自在に支持させる支持部７を端部に備え、支持部７の位置を動かさなくても自然な変形が可能であり、支持部７にブッシュ等が必要ない。

板ばね１は、副ばね部５を主ばね部３へ結合する第１湾曲結合部１１を備えたため、第１湾曲結合部１１により主ばね部３からフック部９の直線部９ａに荷重を確実に伝達し、直線部９ａから第１のフック湾曲部９ｂへ荷重が伝達されて第１及び第２対向部１５及び１７を円滑且つ確実に接触させることができる。

また、主ばね部３は、一定の曲率で湾曲し、フック部９は、主ばね部３の湾曲よりも大きな曲率で湾曲したため、主ばね部３から副ばね部５へ荷重が伝達されたとき副ばね部５に応力集中をさせ易く、クリアランスＣを容易に無くすことができる。

フック部９は、主ばね部３の湾曲内側に向かった凸形状を有するため、副ばね部５を含む板ばね１の形状をコンパクトにし易く、取付けの相手側に容易に配置することができる。

また、変形例１や変形例２においても実施例と同様の特性が得られることから、主ばね部３や副ばね部５のばね定数を変更した場合や板ばね１の端部の固定方法を変更した場合も、実施例と同様の効果がある。主ばね部３や副ばね部５のばね定数を変更する場合、主ばね部３と副ばね部５とを同一のばね定数としてもよい。

１ 板ばね
３ 主ばね部
５ 副ばね部
７ 支持部
９ フック部
ａ 直線部
ｂ 第１湾曲部
ｃ 第２湾曲部
１１ 第１湾曲部
１３ 第２湾曲部
１５ 第１対向部
１７ 第２対向部
Ｃ クリアランス

Claims (7)

1. 荷重が入力される主ばね部と、
   前記主ばね部に直列的に結合される副ばね部と、
   前記副ばね部が有する対向部と、
   前記対向部間のクリアランスと、を備え、
   前記主ばね部が荷重の入力に応じ、前記副ばね部へ荷重が伝達されて前記副ばね部が変形し、前記対向部が前記クリアランスを無くして接触する、
   板ばね。
2. 請求項１の板ばねであって、
   前記主ばね部は、前記副ばね部よりもばね定数が低い、
   板ばね。
3. 請求項１又は２の板ばねであって、
   取付けの相手側に回転自在に支持させる支持部を端部に備えた、
   板ばね。
4. 請求項１～３の何れか一項の板ばねであって、
   前記副ばね部を前記主ばね部に結合する湾曲結合部を備えた、
   板ばね。
5. 請求項１～４の何れか一項の板ばねであって、
   前記副ばね部は、前記対向部に連続して湾曲したフック部を備えた、
   板ばね。
6. 請求項５の板ばねであって、
   前記主ばね部は、一定の曲率で湾曲し、
   前記フック部は、前記主ばね部の湾曲よりも大きな曲率で湾曲した、
   板ばね。
7. 請求項５又は６の板ばねであって、
   前記フック部は、前記主ばね部の湾曲内側に向かった凸形状を有する、
   板ばね。
   

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