JP4439281B2 - 板ばね式車軸装置 - Google Patents

Description

本発明は、板ばね式車軸装置に関する。

車軸の基本的要件は、ロードホイールを自動車の他の部分に対して、所定の位置または位置範囲に維持することである。車軸は、少なくとも古代ローマ時代の二輪戦車まで遡る単純なビーム設計でもよく、現代の高級車に見られるような、多数の可動部を含む複雑な設計に対し、今日の最も一般的なタイプの車軸もそうである。
懸架装置の基本的要件は、運転者および乗客を、不完全な路面によって生じる衝撃および振動から隔離し、自動車への機械的応力を低減することである。

自動車化輸送が発展して以来、車軸および懸架装置の分野では常に開発がなされ、自動車の速度がより高速になるにしたがって、その制御、快適性、および耐久性の維持が難しくなっている。このため、車軸および懸架装置がますます複雑化している。コイルおよび放物線状の板ばねなど、ひずみエネルギー蓄積効率においては著しい発展があったが、一般に、車軸／懸架装置は、制御、快適性、および耐久性のこうした要件をうまく満たすにしたがって、より複雑で重くかさばるものになっている。

車軸／懸架装置の要件を満たすには、自動車のホイールとシャシ／フレームの間に柔軟な構成要素を有する必要がある。これは、道路が凹凸である間、ホイールから伝えられるエネルギーを蓄積し、わずか後にそのエネルギーをホイールに戻し、最低限の加速がシャシ／フレームに伝達されるようにするものである。
本発明は、エネルギー蓄積機能を車軸自体に一体化して、１つの構成要素が、（ホイールを位置付ける）車軸および（エネルギーを蓄積する）ばねとして機能するようにさせるものである。これは、独自の設計の板ばねを用いて実施される。この板ばねは、断面積、形状、および係数が変化する断面で特徴付けられる他に、最も単純な形で、一様に成形された中央部も有する。この複合中央部は、具体的な適用例の製造経済性によって、一様に、または数個の部片から作成することができる。

本発明のうち請求項１に係る板ばね式車軸装置は、ホイールを自動車に弾性的に取り付けるための板ばね式車軸装置であって、中央部分を有する単体部材と、前記中央部分から反対向きに延び、独立して移動可能な端部を備えた第１および第２の中央ばね板と、前記中央部分から反対向きに延び、独立して移動可能な端部を備え、第１および第２の中央ばね板のそれぞれの端部に対して垂直方向に離間した少なくとも１対の側部ばね板と、前記第１および第２の中央ばね板と前記少なくとも１対の側部ばね板とを自動車のホイールに連結するための手段であって、前記第１および第２の中央ばね板と前記少なくとも１対の側部ばね板の端部間に担持される連結手段とを備えることを特徴とする。

本発明のうち請求項２に係る板ばね式車軸装置は、請求項１記載の発明において、プレテンション力を、前記第１および第２の中央ばね板のうちの少なくとも一つ、および前記少なくとも１対の側部ばね板のうちの少なくとも一つに与える手段をさらに備えることを特徴とする。
本発明のうち請求項３に係る板ばね式車軸装置は、請求項２記載の発明において、前記プレテンション力を与える手段は、前記第１および第２の中央ばね板の前記連結手段と前記少なくとも１対の側部ばね板の前記連結手段との間の距離が自動車のホイールが連結された状態と非連結状態で異なることを特徴とする。

本発明のうち請求項４に係る板ばね式車軸装置は、請求項１記載の発明において、前記第１および第２の中央ばね板と前記少なくとも１対の側部ばね板との間で異なるばね定数を生成する手段をさらに備えることを特徴とする。
本発明のうち請求項５に係る板ばね式車軸装置は、請求項１記載の発明において、前記第１および第２の中央ばね板と前記少なくとも１対の側部ばね板とが、異なる剛性をもつことを特徴とする。

本発明のうち請求項６に係る板ばね式車軸装置は、請求項１記載の発明において、前記中央部分が、自動車への取付けに適合されていることを特徴とする。
本発明のうち請求項７に係る板ばね式車軸装置は、請求項１記載の発明において、前記第１および第２の中央ばね板、前記少なくとも１対の側部ばね板、および前記中央部分が、単一構造の一片の部材で成形されていることを特徴とする。

本発明のうち請求項８に係る板ばね式車軸装置は、請求項１記載の発明において、前記第１および第２の中央板ばねが、前記少なくとも１対の側部ばね板と異なる長さを有することを特徴とする。
本発明のうち請求項９に係る板ばね式車軸装置は、請求項１記載の発明において、前記第１および第２の中央ばね板と前記少なくとも１対の側部ばね板との間の前記中央部分に形成された弓形縁部の移行部分をさらに備えることを特徴とする。

本発明のうち請求項１０に係る板ばね式車軸装置は、請求項１記載の発明において、前記少なくとも１対の側部ばね板が、第１および第２の対の側部ばね板を備え、前記第１および第２の中央ばね板の幅が、それぞれ、前記第１の対の側部板ばねの最も内側の縁部と前記第２の対の側部板ばねの最も内側の縁部との間に、実質的に完全に配置されていることを特徴とする。

本発明のうち請求項１１に係る板ばね式車軸装置は、請求項１記載の発明において、前記少なくとも１対の側部ばね板が、第１および第２の対の側部ばね板を備え、前記第１および第２の中央ばね板の幅が、前記第１の対の側部板ばねの最も内側の縁部と前記第２の対の側部板ばねの最も内側の縁部との間のスペースよりも大きいことを特徴とする。
本発明のうち請求項１２に係る板ばね式車軸装置は、請求項１記載の発明において、前記少なくとも１対の側部ばね板が、第１および第２の対の側部ばね板を備え、前記第１および第２の中央ばね板の幅が、前記第１の対の側部板ばねの最も外側の縁部と前記第２の対の側部板ばねの最も外側の縁部との間の合計幅と実質的に等しいことを特徴とする。

本発明のうち請求項１３に係る板ばね式車軸装置は、請求項１記載の発明において、前記少なくとも１対の側部ばね板が、第１および第２の対の側部ばね板を備え、前記第１の対の側部板ばねと前記第２の対の側部板ばねとが互いに平行であることを特徴とする。
本発明のうち請求項１４に係る板ばね式車軸装置は、請求項１３記載の発明において、前記少なくとも１対の側部ばね板が、第１および第２の対の側部ばね板を備え、前記第１および第２の中央ばね板が、前記第１の対の側部板ばねと前記第２の対の側部板ばねとに平行であることを特徴とする。

本発明のうち請求項１５に係る板ばね式車軸装置は、請求項１記載の発明において、前記少なくとも１対の側部ばね板が、第１および第２の対の側部ばね板を備え、前記第１の対の側部板ばねの端部と前記第２の対の側部ばね板の端部とが重なっていることを特徴とする。
本発明のうち請求項１６に係る板ばね式車軸装置は、請求項１５記載の発明において、前記少なくとも１対の側部ばね板が、第１および第２の対の側部ばね板を備え、前記第１の対の側部板ばねの端部及び前記第２の対の側部ばね板の端部が、前記第１および第２の中央ばね板の端部と同軸であることを特徴とする。

本発明の一態様で、ホイールを自動車に弾性的に取り付けるための、自動車の板ばね式車軸装置を開示する。この装置は、中央部分を有する単体構造体と、前記中央部分から反対向きに延びる第１および第２の中央ばね板と、前記中央部分から反対向きに延びる少なくとも１対の側部ばね板と、前記少なくとも１対の側部ばね板と前記第１および第２の中央ばね板とを自動車のホイールに連結するための手段であって、前記第１および第２の中央ばね板と前記少なくとも１対の側部ばね板の端部上に担持される手段とを備えている。

個々のばね板は、ホイールハブキャリア／ナックルをフレームに連結するものであるが、ホイールの反り制御を提供するため、互いの長さが不等でもよく、互いに異なる剛性またはばね定数を提供するために、互いに異なる断面積または幅でもよい。（通常、複数のばね定数と呼ばれる）２つ以上の負荷／たわみ率を、個々のばね板へのさまざまなプレテンションによって導出することができる。これは、自然な状態でのばね板の形状が、設置した状態のばね板の形状とは異なるように形成することによって行われる。個々のばね板間の異なる剛性により、複数のばね定数をもたらす場合に、設計により大きい自由が与えられる。複数のばね定数の目的は、自動車の荷重が小さい場合は、軟性の（低い固有周波数の）懸架装置を提供し、自動車の荷重が増えるにしたがって、輸送力または耐久性を低減せずに、懸架装置をより剛性にすることである。この板ばね式車軸は、構成要素をばね板に追加せずに、多様なばね定数をもたらすことができる。

本発明の板ばね式車軸は、１つまたは複数の以下の特徴を有する。
１．板ばね式車軸は、一体式機構を用いて車軸および懸架装置の機能を果たす。
２．板ばね式車軸は、板ばね式車軸として機能するための最小限の数の構成部品を使用する。
３．板ばね式車軸は、構成部品を追加せずに２つ以上のばね定数を提供することができる。
４．板ばね式車軸は、自動車の対向する側部上に位置する、板ばね式車軸に取り付けたホイールの独立した動作を可能にする。
５．板ばね式車軸は、車両、バン、スポーツユーティリティービークル、小型トラック、バス、大型トラック、軽またはレクリエーショントレーラ、セミおよびけん引トレーラでの使用に適応できる。
本発明のさまざまな特徴、利点、および他の使用は、以下の詳細な説明および図面を参照することによって、さらに明らかになるであろう。

本発明に係る板ばね式車軸装置によれば、車軸式に、ホイールを横方向および長手方向に位置付けし、懸架装置式に、ホイールが垂直に変位できるようにすることによって、車軸および懸架装置の機能を組み合わせた一体型横向き板ばね式車軸を提供できる。

本発明を、現時点で最も実用的かつ好ましい態様であると考えられるものに関して記載するが、本発明は、開示した態様に限定されるものではなく、単一で、または任意の組合せで用いられる多様な変更および等価の構成を包含するものであることを理解されたい。
各図面の頂部に向けて示した板ばね式車軸の表面は、自動車に配置された位置では、必ずしも板ばね式車軸の上面である必要はない。

表面はどれも、必ずしも平面でなくてもよい。表面は、不規則または処理されてもよい。縁部はどれも必ずしも真直ぐでなくてもよい。縁部は、不規則または処理されてもよい。
図面で示唆した上面、すなわち各図面の頂部に最も近い表面は、設置された位置では、必ずしも上面でなくてもよい。

図１は、ハブキャリア／ナックル８に連結して完全な車軸を形成する可撓性ビーム１を示す。このビーム１は、自動車のホイール９およびタイヤ１０を横方向に配置する唯一の構成要素であり、ホイールの動作によって生じるひずみエネルギーを蓄積するものでもある。ビーム１は、車軸および懸架装置として働き、板ばね式車軸と呼ばれる。一態様では、板ばね式車軸１は、高強度材料の単一のシートから形成された単一の一様の構成部品である。高抗張力のばね鋼が予想される材料であるが、炭素またはガラス繊維などの合成物も、いくつかの応用例に適しているであろう。可撓性ビーム１を、いくつかの別個の構成部品のアセンブリによってシミュレートし、板ばね式車軸の重要な機能を果たすこともできる。複製における部品の数は、製造経済性によって決定される。

ビーム１は、ホイール９を自動車に弾性的に取り付けるための板ばね式車軸装置であって、中央部分３を有する単体部材と、中央部分３から反対向きに延びる第１および第２の中央ばね板４，４と、中央部分３から反対向きに延びる、第１の対の側部ばね板５，５および第２の対の側部ばね板５，５と、第１および第２の中央ばね板４，４と第１および第２の対の側部ばね板５，５、５，５とを自動車のホイール９に連結するためのブッシュアイ７，６であって、第１および第２の中央ばね板４，４と第１および第２の対の側部ばね板５，５、５，５の端部上に担持されるブッシュアイ（連結手段）７，６とを備えている。

これは、中央部分、１対の中央ばね板、および中央部分から反対側に延びる少なくとも１対の側部ばね板を備えた板ばねを用いて行うことができる。ばね板の反駆動側の端部は、ホイールハブキャリア／ナックルに取り付けられている。ばねの駆動軸側の中央部分は、シャシ／ボデーフレームに取り付けられている。板ばね式車軸のばね板の２つの対向する反駆動側の端部は、互いに独立して移動することができる。この板ばね式車軸は、操舵式または非操舵式、被駆動式または非被駆動式でもよい。

中央ばね板４および側部ばね板５の反駆動側端部は、図１、２、４、５、および８を参照すると、ブッシュアイ７および６で、または図１０では、玉継手１１および１２のための受け部で、あるいはハブキャリア／ナックルを取り付ける他の手段で終端している。第１および第２の対の側部ばね板５と単一の対の中央ばね板４とは、それぞれ互いに異なる剛性でもよい。ブッシュアイ６と７の間の距離は、ハブキャリア／ナックルに取り付けた場合は、自然な状態でのその間の距離とは異なる。この場合、アセンブリに必要なプレテンションは、中央ばね板４と側部ばね板５の個々の断面によってもたらされる差に加えて、中央ばね板４と側部ばね板５の間のばね定数の差をもたらす。ビーム１の中央ばね板４及び側部ばね板５の２つの対向する反駆動側の端部は、互いに独立して移動することができる。

板ばね式車軸１の中央部分３は、複合断面を有し、この領域を高剛性にし、中央部分３をシャシ／ボデーフレームに取り付けるのに適したものにしている。板ばね式車軸１は、上面が必ずしも、図面の頂部に向けて示される必要はない。中央ばね板４と側部ばね板５の間の湾曲した移行部分２を用いて、中央ばね板４および側部ばね板５の有効な長さを区別し、その両方に、反り制御および二重の懸架のレートをもたらす。

図２に示すビーム１においては、第１の対の側部ばね板５，５と第２の対の側部ばね板５，５とが互いに平行になっている。
また、ビーム１においては、第１および第２の中央ばね板４，４が、第１の対の側部板ばね５５，５と第２の対の側部板ばね５，５とに平行であっても平行でなくてもよい。
さらに、図１に示すビーム１においては、第１の対の側部板ばね５，５の端部と第２の対の側部ばね板５，５の端部とが重なっている（同軸となっている）。
また、ビーム１においては、第１の対の側部板ばね５，５の端部及び第２の対の側部ばね板５，５の端部が、第１および第２の中央ばね板４，４の端部と同軸であってもよい。

図２、４、５、および８で示したように、部分３２および３３は、側部ばね板５および中央ばね板４が重ならないように形成されている。
図３、６、７、および９で示したように、部分３２および３３は、側部ばね板５および中央ばね板４が重なるように形成されている。
図１０は、部分３２および３３を形成する代替の態様、および玉継手など他のハブキャリア／ナックル８の取付け部に対応するための構成１１１，１２を示す。
図１１は、図５と同様であるが、板ばね式車軸１が、複数の部片から組み立てられている、自動車の長手方向の中心で切り取られた、板ばね式車軸１の断面図を示す。
図１２は、やはり複数の部片から組み立てられた、自動車の長手方向の中心で切り取られた、板ばね式車軸１の断面図を示す。

図１３は、複数の部分から組み立てられた板ばね式車軸の斜視図である。これは、より多くの部品を必要とするが、全体の製造経済性により好ましい設計にすることができる。この板ばね式車軸は、図９に対して逆さに示されている。この軸の機能は、単一の部品または複数の部品、あるいは任意の組合せで作成されても同じである。
図１４では、板ばね式車軸１の中央部分３から反対向きに延びる１対の側部ばね板５，５が、単一のばね板部材に形成されたものとして示されている。１対の側部ばね板５，５が、単一のばね板であるものとするこの構造は、本発明の上記に記載した態様すべて、および板ばね式車軸１の任意の方向付けに適用されることを理解されたい。

図１４で示した板ばね式車軸１の中央部分は、図１５で示したような管状の断面を有することができる。この管状の断面は、管状のストックからの一体式の一片の部材、または屈曲部分として形成することができ、管状構成の端部が互いに衝合する。この衝合する端部を、溶接または他の結合技法などによって、互いに固定して接合することができる。
図１６では、図１４で示した板ばね式車軸１の中央部分の断面が、図１５と同様に示されているが、離間した端部を有している。この構成は、屈曲シート構築プロセスですぐ役立つものである。

本発明による板ばね式車軸の一実施形態を示す背面図である。 図１の板ばね式車軸の平面図である。 本発明の板ばね式車軸の他の実施形態を示す平面図である。 図２に示す板ばね式車軸の側面図である。 図２の５−５線に沿う断面図である。 図３に示す板ばね式車軸の側面図である。 図３の７−７線に沿う断面図である。 図２でに示す板ばね式車軸の斜視図である。 図３の代替の板ばね式車軸を示す斜視図である。 ハブキャリア／ナックルへの玉継手連結に適した他の実施形態の板ばね式車軸の斜視図である。 本発明の板ばね式車軸の他の実施形態の、図５と同様の５−５線に沿う断面図である。 本発明の板ばね式車軸の他の実施形態の、図７と同様の７−７線に沿う断面図である。 図９と同様であるが、複数の部片で作成された中央部を示す、代替の板ばね式車軸の底面斜視図である。 図９と同様であるが、側部ばね板が単一のばね板で形成されているものとして示す、他の代替の板ばね式車軸を示す斜視図である。 図１４の１５−１５線に沿う断面図である。 図１５と同様の、本発明の板ばね式車軸の中央部分の断面図の代替の態様を示す図である。

符号の説明

１ 板ばね式車軸
２ 移行部分
３ 中央部分
４、５ ばね板
６、７ ブッシュアイ
８ ハブキャリア／ナックル
９ ホイール
１０ タイヤ
１１、１２ ばね板
３２、３３ 部分

Claims (16)

1. ホイールを自動車に弾性的に取り付けるための板ばね式車軸装置であって、
   中央部分を有する単体部材と、
   前記中央部分から反対向きに延び、独立して移動可能な端部を備えた第１および第２の中央ばね板と、
   前記中央部分から反対向きに延び、独立して移動可能な端部を備え、第１および第２の中央ばね板のそれぞれの端部に対して垂直方向に離間した少なくとも１対の側部ばね板と、
   前記第１および第２の中央ばね板と前記少なくとも１対の側部ばね板とを自動車のホイールに連結するための手段であって、前記第１および第２の中央ばね板と前記少なくとも１対の側部ばね板の端部間に担持される連結手段とを備えることを特徴とする板ばね式車軸装置。
2. プレテンション力を、前記第１および第２の中央ばね板のうちの少なくとも一つ、および前記少なくとも１対の側部ばね板のうちの少なくとも一つに与える手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の板ばね式車軸装置。
3. 前記プレテンション力を与える手段は、
   前記第１および第２の中央ばね板の前記連結手段と前記少なくとも１対の側部ばね板の前記連結手段との間の距離が自動車のホイールが連結された状態と非連結状態で異なることを特徴とする請求項２に記載の板ばね式車軸装置。
4. 前記第１および第２の中央ばね板と前記少なくとも１対の側部ばね板との間で異なるばね定数を生成する手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の板ばね式車軸装置。
5. 前記第１および第２の中央ばね板と前記少なくとも１対の側部ばね板とが、異なる剛性をもつことを特徴とする請求項１に記載の板ばね式車軸装置。
6. 前記中央部分が、自動車への取付けに適合されていることを特徴とする請求項１に記載の板ばね式車軸装置。
7. 前記第１および第２の中央ばね板、前記少なくとも１対の側部ばね板、および前記中央部分が、単一構造の一片の部材で成形されていることを特徴とする請求項１に記載の板ばね式車軸装置。
8. 前記第１および第２の中央板ばねが、前記少なくとも１対の側部ばね板と異なる長さを有することを特徴とする請求項１に記載の板ばね式車軸装置。
9. 前記第１および第２の中央ばね板と前記少なくとも１対の側部ばね板との間の前記中央部分に形成された弓形縁部の移行部分をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の板ばね式車軸装置。
10. 前記少なくとも１対の側部ばね板が、第１および第２の対の側部ばね板を備え、
    前記第１および第２の中央ばね板の幅が、それぞれ、前記第１の対の側部板ばねの最も内側の縁部と前記第２の対の側部板ばねの最も内側の縁部との間に、実質的に完全に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の板ばね式車軸装置。
11. 前記少なくとも１対の側部ばね板が、第１および第２の対の側部ばね板を備え、
    前記第１および第２の中央ばね板の幅が、前記第１の対の側部板ばねの最も内側の縁部と前記第２の対の側部板ばねの最も内側の縁部との間のスペースよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の板ばね式車軸装置。
12. 前記少なくとも１対の側部ばね板が、第１および第２の対の側部ばね板を備え、
    前記第１および第２の中央ばね板の幅が、前記第１の対の側部板ばねの最も外側の縁部と前記第２の対の側部板ばねの最も外側の縁部との間の合計幅と実質的に等しいことを特徴とする請求項１に記載の板ばね式車軸装置。
13. 前記少なくとも１対の側部ばね板が、第１および第２の対の側部ばね板を備え、
    前記第１の対の側部板ばねと前記第２の対の側部板ばねとが互いに平行であることを特徴とする請求項１に記載の板ばね式車軸装置。
14. 前記少なくとも１対の側部ばね板が、第１および第２の対の側部ばね板を備え、
    前記第１および第２の中央ばね板が、前記第１の対の側部板ばねと前記第２の対の側部板ばねとに平行であることを特徴とする請求項１３に記載の板ばね式車軸装置。
15. 前記少なくとも１対の側部ばね板が、第１および第２の対の側部ばね板を備え、
    前記第１の対の側部板ばねの端部と前記第２の対の側部ばね板の端部とが重なっていることを特徴とする請求項１に記載の板ばね式車軸装置。
16. 前記少なくとも１対の側部ばね板が、第１および第２の対の側部ばね板を備え、
    前記第１の対の側部板ばねの端部及び前記第２の対の側部ばね板の端部が、前記第１および第２の中央ばね板の端部と同軸であることを特徴とする請求項１５に記載の板ばね式車軸装置。

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