JP5089494B2 - サスペンション装置 - Google Patents

Description

本発明は、サスペンション装置に関するものである。

アクスルをフレームに懸架する為に用いられるサスペンション装置には、各種の形式を採用したものがあるが、それらのうちで複数枚のリーフスプリングを積層して成るサスペンション装置は、構造が簡単でコストが安く済む上に強度が大きくて耐久性も高いという特徴を有しており、従来よりトラック等の車両に広く用いられている。

図６は従来におけるリーフスプリング方式のサスペンション装置の一例を示すもので、図中１は車両前後方向に延びてシャシフレームの一部を成す左右一対のサイドレール、２Ａ，２Ｂはサイドレール１に沿い二枚重ねで配置されているリーフスプリング、３はビーム材から成るアクスルを示し、該アクスル３はリーフスプリング２Ａ，２Ｂの長手方向中間部下面にＵボルト４を介し結合されている。

ここで、前記各リーフスプリング２Ａ，２Ｂの前端部は、上向きに巻かれてアイ５Ａ，５Ｂとして形成されており、該アイ５Ａ，５Ｂをサイドレール１側のフロントブラケット６に装備されたスプリングピン７に対し回動自在に巻き掛けるようにしている。

他方、上段のリーフスプリング２Ａの後端部は、前端部側と同様に上向きに巻かれてアイ８Ａとして形成され、該アイ８Ａをサイドレール１側のリヤブラケット９に装備されたシャックル１０のスプリングピン１１に対し回動自在に巻き掛けるようにしており、リーフスプリング２Ａ，２Ｂが弓状に撓むことによる前後方向の伸び縮みが前記シャックル１０の揺動で吸収されるようにしてある。

また、リーフスプリング２Ａ，２ＢによりＵボルト４を介してアクスル３が担持されている箇所には、ブラケット１２も一緒にＵボルト４で固定されており、このブラケット１２の先端部と、その直上のサイドレール１との間がショックアブソーバ１３により連結されている。

尚、この種のリーフサスペンションに関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１等がある。
特開２００４−３０６８０５号公報

斯かる従来構造においては、両リーフスプリング２Ａ，２Ｂが上下の異なる位置で撓み変形することになるため、その撓み時に板間に相対変位が生じることが避けられないが、両リーフスプリング２Ａ，２Ｂの前後端部における当接部分がメタルタッチとなって大きな摩擦抵抗を生じる結果、両リーフスプリング２Ａ，２Ｂの相対変位を拘束しようとする反力が大きくなってしまい、これにより両リーフスプリング２Ａ，２Ｂが撓み難くなってバネ定数を思うように下げられなくなり、乗心地の良好な改善を図ることが難しくなっていた。

また、リーフスプリング２Ａ，２Ｂの撓み時における前後方向の伸び縮みを後方のシャックル１０の揺動で吸収するようにしているため、アクスル３の軌跡が後方へ向けて斜めに立ち上がる後傾軌跡となり、車両のコーナリング時に車体にローリングが生じると、車幅方向の車体が沈み込む側でアクスル３が後方へずれ且つ車体が浮き上がる側でアクスル３が前方へずれてアクスルステアが発生し、このアクスルステアが操縦安定性に影響を及ぼす虞れがあった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、両リーフスプリングを従来よりも撓み易くして乗心地の改善を図り且つローリング時におけるアクスルステアの発生を抑制して操縦安定性の向上を図ることを目的とする。

本発明は、二枚重ねで配置したリーフスプリングによりアクスルを車体側に懸架するようにしたサスペンション装置であって、両リーフスプリングの前後端部における当接部分に板間ラバーを介装した上、両リーフスプリングのアクスル連結箇所を挟んだ前後の適宜位置に側面視でＳ字状に屈曲する曲折部を夫々が対称を成すように形成し、上段のリーフスプリングの曲折部で連続して逆向きに曲がる各曲面の曲率半径が下段のリーフスプリングの曲折部における各曲面の曲率半径よりも大きくなり、上段のリーフスプリングの曲折部におけるリーフ長手方向外側寄りの曲げ始めが下段のリーフスプリングの曲折部における曲げ始めよりもリーフ長手方向外側に先行し且つその曲げ終わりが下段のリーフスプリングの曲折部における曲げ終わりよりもリーフ長手方向内側に後退するように構成したことを特徴とするものである。

而して、このようにすれば、両リーフスプリングの撓み時に板間に生じるずれを板間ラバーの剪断歪みで受けさせることが可能となり、従来のメタルタッチの場合の如き大きな摩擦抵抗を生じなくて済むので、両リーフスプリングの相対変位を拘束しようとする反力が大幅に低減される。

しかも、両リーフスプリングの前後の適宜位置に曲折部を夫々が対称を成すように形成し、該各曲折部に対し上段と下段で各曲面の曲率半径や曲げ始めと曲げ終わりの位置を変えて構成すると、両リーフスプリングの撓み時に板間に生じるずれ量が少なくなる。

ここで、両リーフスプリングの相対変位を拘束しようとする反力は、板間のずれ量と板間ラバーのバネ定数との乗算値として算出されるため、板間のずれ量が少なくなれば、単に板間ラバーを介装させた場合よりも反力が一層低減されることになり、両リーフスプリングが撓み易くなってバネ定数が小さくなる。

また、単にバネ定数が小さくなるというだけでなく、両リーフスプリングの動特性も大幅に改善されることが確認されており、両リーフスプリングが撓み始めや撓み終わりにおいて撓み易くなって一層柔らかい印象の乗心地が得られる。

更に、両リーフスプリングにおける各曲折部が関節的な働きをすることでアクスルの軌跡の後傾が是正され、その軌跡が従来よりも鉛直方向に起こされるため、車両のコーナリング時に車体にローリングが生じても、アクスルの車体が沈み込む側と浮き上がる側とで前後方向の位置ずれが大きく生じなくなり、アクスルステアの発生が抑制されて操縦安定性への影響が軽微なものとなる。

上記した本発明のサスペンション装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）両リーフスプリングの撓み時に板間に生じるずれを板間ラバーの剪断歪みで受けさせると共に、各曲折部の形成により両リーフスプリングの撓み時に板間に生じるずれ量を減少させ、両リーフスプリングの相対変位を拘束しようとする反力を大幅に低減することができるので、両リーフスプリングを撓み易くしてバネ定数を小さくすることができ、しかも、両リーフスプリングの動特性を大幅に改善して撓み始めや撓み終わりにおける撓み易さを向上することもでき、これらの相互作用により従来よりも乗心地を大幅に改善することができる。

（ＩＩ）アクスルの軌跡の後傾を是正して、その軌跡を鉛直方向に起こされた形に変えることができるので、ローリング時におけるアクスルステアの発生を抑制することができ、これにより従来よりも操縦安定性を大幅に向上することができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１〜図５は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図６と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。

図１及び図２に示す如く、本形態例においては、先の図６に示した従来例の場合と略同様に、二枚重ねで配置したリーフスプリング２Ａ，２Ｂによりアクスル３がサイドレール１に懸架され、これらリーフスプリング２Ａ，２Ｂの長手方向中間部下面にＵボルト４を介しアクスル３が結合されており、ここに一緒にＵボルト４で固定されたブラケット１２の先端部と、その直上のサイドレール１との間がショックアブソーバ１３により連結されている。

ここで、前記各リーフスプリング２Ａ，２Ｂの前端部は、上向きに巻かれてアイ５Ａ，５Ｂとして形成されており、該アイ５Ａ，５Ｂがサイドレール１側のフロントブラケット６に装備されたスプリングピン７に対しラバーブッシュ（図示せず）を介して回動自在に巻き掛けられ、他方、上段のリーフスプリング２Ａの後端部は、前端部側と同様に上向きに巻かれてアイ８Ａとして形成され、該アイ８Ａがサイドレール１側のリヤブラケット９に装備されたシャックル１０のスプリングピン１１に対しラバーブッシュ（図示せず）を介して回動自在に巻き掛けられ、リーフスプリング２Ａ，２Ｂが弓状に撓むことによる前後方向の伸び縮みが前記シャックル１０の揺動で吸収されるようにしてある（図中１６は下段のリーフスプリング２Ｂの後端部に取り付けられて上段のリーフスプリング２Ａの後段部に対し摺動自在に係合する矩形枠状のクリップを示す）。

ただし、本形態例における両リーフスプリング２Ａ，２Ｂの前後端部における当接部分には、両リーフスプリング２Ａ，２Ｂの何れか一方の面に対し加硫等の手段を用いて装着された薄板状の板間ラバー１５が介装されていると共に、両リーフスプリング２Ａ，２Ｂにおけるアクスル３の連結箇所を挟んだ前後の適宜位置には、側面視でＳ字状に屈曲する曲折部１４Ａ，１４Ｂが互いに対称を成すように形成されており、本形態例における図示では、各曲折部１４Ａ，１４Ｂがリーフ長手方向外側寄りの曲げ始めから内側へ向け反り返りながら立ち上がり、その立ち上がりの途中から逆向きに曲げ戻されて曲げ終わりを迎えるようになっている。

即ち、本発明者らは、二枚重ねで配置したリーフスプリング２Ａ，２Ｂによりアクスル３をサイドレール１に懸架するに際し、両リーフスプリング２Ａ，２Ｂの前後端部における当接部分に板間ラバー１５を介装して、両リーフスプリング２Ａ，２Ｂの撓み時に板間に生じるずれを板間ラバー１５の剪断歪みで受けさせることを創案するに到り、しかも、両リーフスプリング２Ａ，２Ｂの前後の適宜位置に図示の如き曲折部１４Ａ，１４Ｂを形成することによって、両リーフスプリング２Ａ，２Ｂの撓み時に板間に生じるずれ量を減少させられるという事実を鋭意研究の末に見いだし、これらの曲折部１４Ａ，１４Ｂを既存のリーフスプリング２Ａ，２Ｂには存在しない新規な構成要件として付加している。

これら曲折部１４Ａ，１４Ｂの形成にあたっては、リーフスプリング２Ａ，２Ｂの長さや厚さ、弾性能等の諸条件に応じ、リーフスプリング２Ａ，２Ｂの前後端部近傍の適切な位置と範囲に形成する必要があるが、最も重要な事項として本発明者らにより見いだされたことは、図３に拡大して示す如く、上段のリーフスプリング２Ａの曲折部１４Ａで連続して逆向きに曲がる各曲面の曲率半径Ｒ₁が下段のリーフスプリング２Ｂの曲折部１４Ｂにおける各曲面の曲率半径Ｒ₂よりも大きくなり、上段のリーフスプリング２Ａの曲折部１４Ａにおけるリーフ長手方向外側寄りの曲げ始めＳ₁が下段のリーフスプリング２Ｂの曲折部１４Ｂにおける曲げ始めＳ₂よりもリーフ長手方向外側（図３は前端部側を示しているので図中の左側）に先行し且つその曲げ終わりＥ₁が下段のリーフスプリング２Ｂの曲折部１４Ｂにおける曲げ終わりＥ₂よりもリーフ長手方向内側（図３は前端部側を示しているので図中の右側）に後退するように構成することである。

そして、これら各曲折部１４Ａ，１４Ｂの各曲面の曲率半径Ｒ₁，Ｒ₂についても、リーフスプリング２Ａ，２Ｂの長さや厚さ、弾性能等の諸条件に応じて適切な組み合わせが存在するが、これについては曲率半径Ｒ₁，Ｒ₂をパラメータとして様々な組み合わせの解析を行うことで最適な組み合わせを見いだすことができる。

事実、本発明者らは、解析により算出された曲率半径Ｒ₁，Ｒ₂の組み合わせで試作品を製作して検証実験を行い、曲折部１４Ａ，１４Ｂを形成しない場合と比較して、両リーフスプリング２Ａ，２Ｂの撓み時に板間に生じるずれ量を著しく減少できることを既に確認しており、その検証結果においては、曲折部１４Ａ，１４Ｂを形成しない場合に板間のずれ量が約１１ｍｍの最大値をとったのに対し、曲折部１４Ａ，１４Ｂを形成した場合には、板間のずれ量の最大値を約９．５ｍｍ（１．５ｍｍ差）まで減少させることができた。

尚、図１及び図２中における符号の１７はワインドアップストッパーラバーを示し、このワインドアップストッパーラバー１７は、制動時等にアクスル３に回転モーメントが作用した場合に、アクスル３より後方部分の上方への反り返りを押え込んでリーフスプリング２Ａ，２ＢがＳ字状に撓むワインドアップを規制するストッパとして作用するものであるが、リーフスプリング２Ａ，２Ｂが所定以上に大きく撓んだ時に当接してリーフスプリング２Ａ，２Ｂと一緒に作用するヘルパラバーとしても作用するものである。

而して、このようにすれば、両リーフスプリング２Ａ，２Ｂの撓み時に板間に生じるずれを板間ラバー１５の剪断歪みで受けさせることが可能となり、従来のメタルタッチの場合の如き大きな摩擦抵抗を生じなくて済むので、両リーフスプリング２Ａ，２Ｂの相対変位を拘束しようとする反力が大幅に低減される。

しかも、両リーフスプリング２Ａ，２Ｂの前後の適宜位置に曲折部１４Ａ，１４Ｂを夫々が対称を成すように形成し、該各曲折部１４Ａ，１４Ｂに対し上段と下段で各曲面の曲率半径Ｒ₁，Ｒ₂や曲げ始めＳ₁，Ｓ₂と曲げ終わりＥ₁，Ｅ₂の位置を変えて構成すると、両リーフスプリング２Ａ，２Ｂの撓み時に板間に生じるずれ量が少なくなる。

ここで、両リーフスプリング２Ａ，２Ｂの相対変位を拘束しようとする反力は、板間のずれ量と板間ラバー１５のバネ定数との乗算値として算出されるため、板間のずれ量が少なくなれば、単に板間ラバー１５を介装させた場合よりも反力が一層低減されることになり、両リーフスプリング２Ａ，２Ｂが撓み易くなってバネ定数が著しく小さくなる。

また、単にバネ定数が小さくなるというだけでなく、両リーフスプリング２Ａ，２Ｂの動特性も大幅に改善されることが確認されており、両リーフスプリング２Ａ，２Ｂが撓み始めや撓み終わりにおいて撓み易くなって一層柔らかい印象の乗心地が得られる。

即ち、図４にグラフで示す如く、縦軸を荷重とし且つ横軸を振幅としてヒステリシスループを描いた場合に、曲折部１４Ａ，１４Ｂを形成しない場合は、鎖線のような立ち上がり勾配ｘが急なヒステリシスループとなるのに対し、曲折部１４Ａ，１４Ｂを形成した場合には、実線のような立ち上がり勾配ｙが緩やかなヒステリシスループとなることが確認されている。

尚、立ち上がり勾配ｘ，ｙは、各ヒステリシスループの撓み始め付近における近似曲線に接線を引いたものであり、図４のグラフでは特に図示していないが、撓み終わりについても同様の勾配をとって比較することが可能である。

更に、両リーフスプリング２Ａ，２Ｂにおける各曲折部１４Ａ，１４Ｂが関節的な働きをすることでアクスル３の軌跡の後傾が是正され、その軌跡が従来よりも鉛直方向に起こされるため、車両のコーナリング時に車体にローリングが生じても、アクスル３の車体が沈み込む側と浮き上がる側とで前後方向の位置ずれが大きく生じなくなり、アクスルステアの発生が抑制されて操縦安定性への影響が軽微なものとなる。

事実、図５にグラフで示す如く、曲折部１４Ａ，１４Ｂを形成した場合（曲線Ａ）と、曲折部１４Ａ，１４Ｂを形成しない場合（曲線Ｂ）とでリーフ中央部の軌跡（アクスル３軌跡）を検証したところ、曲折部１４Ａ，１４Ｂを形成することによりアクスル３の軌跡の後傾が是正されることが確認された。

即ち、図５のグラフは、縦軸を上下方向の変位とし且つ横軸を前後方向の変位として、リーフスプリング２Ａ，２Ｂを逆さにして該リーフスプリング２Ａ，２Ｂを撓ませながらリーフ中央部の軌跡をトレースしたものであり、曲折部１４Ａ，１４Ｂを形成しない場合（曲線Ｂ）には、リーフスプリング２Ａ，２Ｂが大きく下方（図５のグラフでは上方）に撓んだ状態からリーフ水平の状態を経て上方（図５のグラフでは上方）に反り返る状態となるまで軌跡が後方へ移動し続けるが、曲折部１４Ａ，１４Ｂを形成した場合（曲線Ａ）には、リーフ水平の状態を経てから再び前方に戻るような軌跡となり、リーフ水平の状態の付近での近似曲線に接線を引いて比較すれば、リーフ中央部の軌跡（アクスル３軌跡）の後傾が是正されていることが判る。

従って、上記形態例によれば、両リーフスプリング２Ａ，２Ｂの撓み時に板間に生じるずれを板間ラバー１５の剪断歪みで受けさせると共に、各曲折部１４Ａ，１４Ｂの形成により両リーフスプリング２Ａ，２Ｂの撓み時に板間に生じるずれ量を減少させ、両リーフスプリング２Ａ，２Ｂの相対変位を拘束しようとする反力を大幅に低減することができるので、両リーフスプリング２Ａ，２Ｂを撓み易くしてバネ定数を小さくすることができ、しかも、両リーフスプリングの動特性を大幅に改善して撓み始めや撓み終わりにおける撓み易さを向上することもでき、これらの相互作用により従来よりも乗心地を大幅に改善することができる。

また、アクスル３の軌跡の後傾を是正して、その軌跡を鉛直方向に起こされた形に変えることができるので、ローリング時におけるアクスルステアの発生を抑制することができ、これにより従来よりも操縦安定性を大幅に向上することができる。

更に付言しておくと、この種のサスペンション装置がフロント側に適用されている場合、アクスル３の軌跡の後傾が是正されて、その軌跡が従来よりも鉛直方向に起こされることによって、ステアリングシステムのリンク機構のアクスル３側に対する連結位置の軌跡を合わせ易くなり、リンク干渉によるステアリング側への振動や、リンクモーションエラー（リーフスプリング２Ａ，２Ｂの上下動によりステアリングが切れてしまう現象）が回避し易くなるという利点もある。

つまり、ステアリングシステムのリンク機構のアクスル３側に対する連結位置の軌跡は、アクスル３より前方の車体側の連結位置を中心として上下方向の円弧軌跡を成すようになっているため、アクスルの軌跡が後傾していると、車体が沈み込んだ時に相互の軌跡のずれが大きくなり、前述の如きリンク干渉によるステアリング側への振動や、リンクモーションエラーの懸念が高まるため、ステアリングシステム側で連結位置の移設等の措置を採らなければならなくなるが、アクスル３の軌跡の後傾が是正されていれば、このような懸念を回避し易くなる。

また、特に本形態例においては、各リーフスプリング２Ａ，２Ｂの前後端部をスプリングピン７，１１に対しラバーブッシュ（図示せず）を介して取り付けているため、各曲折部１４Ａ，１４Ｂの段差分がなければ、このラバーブッシュの厚さ分だけ車高が上がってしまうことになるが、このような車高の嵩上げを未然に回避することができるという利点もある。

尚、本発明のサスペンション装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例を示す側面図である。 図１のサスペンション装置の斜視図である。 図１の上段と下段の曲折部について変更すべき諸条件を示す説明図である。 リーフスプリングの動特性を曲折部の有無で比較したグラフである。 アクスルの軌跡を曲折部の有無で比較したグラフである。 従来例を示す側面図である。

符号の説明

１ サイドレール
２Ａ リーフスプリング
２Ｂ リーフスプリング
３ アクスル
１４Ａ 曲折部
１４Ｂ 曲折部
１５ 板間ラバー

Claims (1)

1. 二枚重ねで配置したリーフスプリングによりアクスルを車体側に懸架するようにしたサスペンション装置であって、両リーフスプリングの前後端部における当接部分に板間ラバーを介装した上、両リーフスプリングのアクスル連結箇所を挟んだ前後の適宜位置に側面視でＳ字状に屈曲する曲折部を夫々が対称を成すように形成し、上段のリーフスプリングの曲折部で連続して逆向きに曲がる各曲面の曲率半径が下段のリーフスプリングの曲折部における各曲面の曲率半径よりも大きくなり、上段のリーフスプリングの曲折部におけるリーフ長手方向外側寄りの曲げ始めが下段のリーフスプリングの曲折部における曲げ始めよりもリーフ長手方向外側に先行し且つその曲げ終わりが下段のリーフスプリングの曲折部における曲げ終わりよりもリーフ長手方向内側に後退するように構成したことを特徴とするサスペンション装置。

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