JP5599794B2 - 補助スプリング - Google Patents

Description

本発明は、中空で回転対称な軟質スプリングエレメント（ｉ）、例えば卵型の基部と横表面に凸部を有する成形体などの中空で回転非対称な軟質スプリングエレメント（ｉ）に関し、特に中空で回転対称である軟質スプリングエレメント（ｉ）であって、
スプリングエレメントの外表面、即ち横の表面が、少なくとも一個の、好ましくは１〜６個、特に好ましくは１〜４個、特に１〜３個の周溝（ｘｉｉ）を有し、その基部に曲率半径（ｘｉｖ）が１ｍｍ未満、好ましくは０．３ｍｍ未満、特に好ましくは０．１ｍｍ〜０．２５ｍｍである溝外形を持つものに関する。「周辺」とは、溝が、スプリングエレメントの全周にわたってスプリングエレメントの径を短縮していることを意味する。本発明はまた、本発明のスプリングエレメントを有する自動車シャーシ、特に内部で本発明のスプリングエレメントがショックアブゾーバーのピストンロッドの上に位置している、即ちピストンロッドが、スプリングエレメント（ｉ）の中空空間に軸的に連続して並んで位置している自動車シャーシに関する。本発明はまた、本発明のスプリングエレメントを有する、乗用車やトラック、バスなどの自動車に関する。

ポリウレタンエラストマー製のサスペンションエレメントが、自動車内で、例えばシャーシ内で使用されており、これらは、例えばＤＥ１０２００４０４９６３８Ａ１や、ＷＯ２００５／０１９６８１、ＤＥ２０３２４２Ｕ１により公知である。これらは、特に自動車中で制振スプリングエレメントとして使用されている。この場合、このスプリングエレメントは、末端停止機能を担い、車両サスペンションの漸進的な性能を形成または強化してホイールの力変換特性に影響を与える。車両の縦ゆれ効果が減少し、横揺れの防止効果が増加する。特に幾何学的デザインを巧く選ぶと、初期剛性が最適化され、車両のサスペンション効果に決定的な影響を及ぼす。幾何配置を特定のデザインとすることで、使用期間中の部品の性能を実質的に一定に保つことができる。この機能により、旅行の快適さが増加し、道路上で高レベルの安全性が保証される。

これらの補助スプリングの三次元構造において、弾性部品がスプリングエレメント中でかみ合う時にできるだけ目立たなくさせることが難しい。スプリングエレメントの変化は、どのようなものであっても、スプリング性能中の剛性の急変につながるためである（図３、（ｘｘｘｉ）参照）。同時に、その輪郭は、高い繰返し負荷に耐えるとともに、材料の存在する据え付け空間を超えて膨張しないようにしなければならない。

したがって、本発明の目的は、補助スプリング、好ましくは自動車シャーシ用の補助スプリングであって、その三次元形状が、均一な、即ち乱降下しない剛性曲線（図３、（ｘｘｘｉｉ）を参照）を示し、材料を非常に均一に積荷可能であるものを開発することである。このためには、スプリングエレメントが、曲がらず折れず膨張しないことが必須である。

これらの要件は、冒頭に記載したスプリングエレメントで満たされる。本発明のスプリングエレメントは、例えば図１と図２に詳細に示されている。すべての図において、記載寸法は、［ｍｍ］で表されている。

剛性をスプリングの歪みに対してプロットした図３から明らかなように、（ｘｘｘｉｉ）で示される曲線を持つ本発明の構成は、（ｘｘｘｉ）で示される剛性曲線を持つ比較用スプリングより、かなり均一な剛性曲線を示す。

本発明のスプリングエレメントを示す図である。 本発明のスプリングエレメントを示す図である。 剛性をスプリングの歪みに対してプロットしたグラフである。 本発明のスプリングエレメントを示す図である。

本発明のプリングエレメント（ｉ）は、非常に狭い溝（Ｖ形溝等）に特徴がある。この場合、これらの溝は好ましくは同軸状に配置されている。これらの溝はくびれであり、スプリングエレメントの全周にわたってスプリングエレメント（ｉ）の外径を縮小させる。

先行技術と比べると溝の構成は、非常に狭いため、溝の底で溝が特定の形で折れ曲がったり、径が大きい場合は相当する剛性の低下により、突然の崩壊があるという効果を奏することができる。

半径（ｘｖ）が大きいと、溝が閉じた後、有効圧縮断面の大きさが均一に増加することとなる。

通常、鋭く尖ったデザインが、負荷や大きな歪みの下でスプリングエレメント（ｉ）が裂けやすい点となり、結果的に弱点となると考えられているため、本発明の溝の構成でこのような技術的成功がもたらされたことは、当業界の熟練者にとって驚くべきことである。また、このような輪郭は、上昇してくる泡が鋭端への移行部分に覆いかぶさって空気を閉じ込めるため、空気を内蔵するポケットによる製造上の問題が伴うと考えられている。

外表面上の円周状くびれがすべて、本発明の溝（ｘｉｉ）の形でできているスプリングエレメント（ｉ）が好ましい。

溝（ｘｉｉ）の溝角度（ｘｖｉ）は、好ましくは９０°未満であり、特に好ましくは７０°未満である。特に、溝（ｘｉｉ）の溝角度（ｘｖｉ）は５０°〜７０°である。

溝の角度は、くびれの最低点を通過する、円柱軸に対して水平な面に対して対照的に配置されていることが好ましい。この水平な面は、円柱の回転軸に対して垂直に伸びる面と定義される。

また、溝の溝円周面（ｘｖ）の曲率半径は、３ｍｍより大きいことが好ましく、７ｍｍより大きいこと、特に９ｍｍ〜１１ｍｍであることが特に好ましい。溝円周面（ｘｖ）の曲率半径が、Ｄａ−Ｄｉの差に相当する半径を持つことが特に好ましい。なお、Ｄｉは、溝円周面に最も近い溝（ｘｉｉ）の底部でのスプリングエレメント（ｉｉ）の直径であり、Ｄａは、丸みが接線状となる点でのスプリングエレメントの直径である。これを図２に示す。

スプリングエレメント（ｉ）は、スプリングエレメントの軸方向の一方の端部に取り付けられた曲げリップ（ｘｘ）を持つことが好ましい。一般的には、この曲げリップとしては、スムーズな圧縮を可能とする既知の形状が考えられ、具体的には、花びら状（花びら状スプリングが、例えばＤＥ２０２００４００３８２９Ｕ１に記載されている）や波状（ＷＯ２００５／０１９６８１）、外側向き円周（ＤＥ１０２００４０４９６３８Ａ１）の形状が考えられる。これらの中で好ましいのは、曲げリップ（ｘｘ）の周辺部（ｉｉ）が外側を向き、スプリングエレメント（ｉ）の中空空間（ｖ）が、曲げリップ（ｘｘ）の高さのところで広がっているスプリングエレメント（ｉ）である。この場合に、「曲げリップの高さ」とは、軸方向のスプリングエレメント中で曲げリップ（ｘｘ）が位置している領域内にある部分を意味する。図１では、この高さは、点（ｘｉｉｉ）から始まりスプリングエレメントの下端に至る軸方向の長さである。この領域を、ランアウト領域と呼ぶこともある。図１と図２に記載のように、周辺部（ｉｉ）は、実質的には曲げリップ（ｘｘ）であり、この曲げリップ（ｘｘ）が、内部で中空空間（ｖ）が広がっているスプリングエレメント（ｉ）の下端の領域となる。一軸方向の負荷がほとんどであり外側を向いた曲げリップが使用される用途では、初期の急激な剛性変化を、この曲げリップの形状により防止することができる。これは、波型構造物（ｘｘｉ）または切れ目（ｘｘｉｉ）によりなされることが好ましい。最初の接触で始まる表面積の減少により、力または剛性の挙動がかなり大きく影響される。完全に軸方向ではない接触をする補助スプリングの場合、外側を向いた円周面を持つ、輪郭に沿わない曲げリップが好ましい。これは、その結果として、ほんの小さな領域のみが早くかみ合う事となるためである。

この特に好ましい周辺部（ｉｉ）の構成は、これらの図から明らかである。この円周面は、外側に面していることが、即ちスプリングエレメントの中空空間の反対側を向いていることが好ましい。このことは、周辺部（ｉｉ）の特殊な構成の結果として、中空空間がスプリングエレメントの端面に向かって広がることを意味する。なお、「端面」とは、円柱の横表面を意味するのでなく、円柱の軸方向の両末端の横の表面に垂直に位置している少なくとも一領域、好ましくは両方の末端領域を意味するものとする。なお、「軸方向」は円柱の高さに平行な方向を意味するものとする。一方では、この構成によりスプリングの初期の応答がスムースとなる。他方、本発明の構成により、スプリングエレメントを、金型から容易に、早く、出る屑の量を少なく取り出すことが可能となり、製造上の利点が得られる。図１と図２中で、より好ましい周辺部（ｉｉ）が、明らかに特定される。これは、スプリングエレメント（ｉ）の軸方向の末端であり、その縁（ｉｉｉ）により終了している。

この好ましい、この曲げリップと、スプリングエレメント（ｉ）の全周の延びる本発明の狭い溝との構成により、剛性の増加が、最大負荷量まで均一に増加し、変動しないようになる。また、軸方向の歪みの下で、この材料が、ショックアブゾーバーのピストンロッドが通常入っている中空空間（ｖ）の方向に押すこととなり、これが大きな負荷下での膨張を減少させる。従来の構成の場合では、特定の幾何条件下で、曲げリップが接触体（通常、ショックアブゾーバーである）の上を滑ることがある。この結果、補助スプリングの長期強度の低下や他のいろいろな望まざる効果が現れる。上記の構成では、基本的にこの効果を避けることができる。

スプリングエレメント（ｉ）の内部で中空空間（ｖ）広がる領域に、即ち曲げリップ（ｘｘ）の領域に溝（ｘｉｉ）が設けられたスプリングエレメントが特に好ましい。図２中では、曲げリップの領域に設けられたこの溝（ｘｉｉ）が、（ｘｉｉ）とともに（ｘｘｘ）で表されている。この結果、有効断面積の急激な増加が無いという利点が出てくる。これは、曲げリップ（ｘｘ）の領域で溝が閉じても、曲げリップのところでの断面積の増加が不完全であるためである。中空空間（ｖ）から曲げリップ（ｘｘ）への変化点（ｘｉｉｉ）とスプリングエレメント（ｉｉｉ）の端面との間に溝（ｘｘｘ）が設けられているなら、この効果が増強される。

周辺部（ｉｉ）、好ましくは中空空間に向かう円周面の表面、特に好ましくは中空空間（ｖ）に向かう周辺部（ｉｉ）の表面と周辺部（ｉｉ）の外側表面の両方の表面と、中空空間（ｖ）の縦軸との間の角度が２５°〜７０°であるスプリングエレメントが、特に好ましくは３５°〜６０°、特に５０°であるスプリングエレメントが好ましい。

周辺部（ｉｉ）の厚み（ｖｉ）は、好ましくは２ｍｍ〜８ｍｍであり、特に好ましくは２ｍｍ〜６ｍｍ、特に３ｍｍ〜４ｍｍである。この周辺部（ｉｉ）の高さ（ｉｘｘ）は、好ましくは５ｍｍ〜２０ｍｍであり、特に好ましくは５ｍｍ〜１０ｍｍである。

補助スプリング用のスプリングエレメントは、一般的には従来の寸法、即ち長さと直径をもつ。このスプリングエレメント（ｉ）の高さ（ｉｘ）は、好ましくは３０ｍｍ〜２００ｍｍであり、特に好ましくは４０ｍｍ〜１２０ｍｍである。スプリングエレメント（ｉ）の外径（ｘ）は、好ましくは３０ｍｍ〜１００ｍｍであり、特に好ましくは４０ｍｍ〜７０ｍｍである。スプリングエレメント（ｉ）の中空空間の直径（ｘｉ）は、好ましくは１０ｍｍ〜３０ｍｍである。「中空空間」は、好ましくは軸方向に連続的である、即ち全体のスプリングエレメント中に延びている中空空間を意味するものとする。中空空間を形成するスプリングエレメント（ｉ）の壁面は、好ましくは回転対称なスプリングエレメント（ｉ）中で同軸状に位置していることが好ましい。

本発明のプリングエレメント（ｉ）は、一般に知られているエラストマー製、例えばゴムまたはポリイソシアネート重付加生成物製であることが好ましい。これらは、好ましくは多孔性ポリウレタンエラストマー製（必要に応じて、ポリウレア構造を含んでいてもよい）であり、特に好ましくは多孔性ポリウレタンエラストマーであって、ＤＩＮ−ＥＮ−ＩＳＯ８４５に準じて求めた密度が２００〜１１００ｋｇ／ｍ³、好ましくは３００〜８００ｋｇ／ｍ³でありＤＩＮ−ＥＮ−ＩＳＯ１７９８に準じて求めた引張強度が＞２Ｎ／ｍｍ²、好ましくは＞４Ｎ／ｍｍ²、特に好ましくは２〜８Ｎ／ｍｍ²であり、ＤＩＮ−ＥＮ−ＩＳＯ１７９８に準じて求めた伸度が＞２００％、好ましくは＞２３０％、特に好ましくは３００〜７００％であり、ＤＩＮ−ＩＳＯ３４−１Ｂ（ｂ）に準じて求めた引裂伝搬抵抗が＞６Ｎ／ｍｍ、好ましくは＞１０Ｎ／ｍｍであるものからなるものである。これらのエラストマーは、好ましくはポリイソシアネート重付加生成物系の微多孔性エラストマーであり、その孔径は直径で０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍ、特に好ましくは０．０１〜０．１５ｍｍである。ポリイソシアネート重付加生成物系のエラストマーおよびそれらの製造方法は、公知であり、例えばＥＰ−Ａ６２８３５や、ＥＰ−Ａ３６９９４、ＥＰ−Ａ２５０９６９、ＤＥ−Ａ１９５４８７７０、ＤＥ−Ａ１９５４８７７１に詳しく記載されている。

製造は、通常、イソシアネートを、イソシアネートに対して反応性を示す化合物と反応させて行われる。

多孔性ポリイソシアネート重付加生成物系のエラストマーは、通常金型中で製造され、金型中でこれらの反応性出発成分が相互に反応する。好適な金型は、一般的には従来から使用されている金型、例えば金属金型であり、その形状のために、本発明のスプリングエレメントが三次元的な形で得られる。

ポリイソシアネート重付加生成物の製造を、公知の方法で、例えば以下の出発原料を一段または二段のプロセスで行ってもよい。
（ａ）イソシアネート、
（ｂ）イソシアネートに反応性の化合物、
（ｃ）水、および必要に応じて
（ｄ）触媒、
（ｅ）発泡剤及び／又は
（ｆ）助剤及び／又は添加物（例えば、ポリシロキサン及び／又は脂肪酸スルホネート）。

金型の内壁面の表面温度は、通常４０〜９５℃であり、好ましくは５０〜９０℃である。

成形部品の製造は、ＮＣＯ／ＯＨ比率を０．８５〜１．２０として、加熱出発成分を混合し、加熱された好ましくは強固に密閉可能な金型中に成形部品の希望密度に対応する量で導入して行うことが好ましい。

成形部品を硬化させた後、最大でも６０分間後に金型から取り出す。

反応混合物は、通常成型物が上記の密度となるような量で金型に供給される。

これらの出発成分は、通常、金型中に１５〜１２０℃の温度で、好ましくは３０〜１１０℃の温度で導入される。成型物の製造の際の圧縮度は、１．１〜８であり、好ましくは２〜６である。

これらの多孔性ポリイソシアネート重付加生成物は、好ましくは低圧法でのワンショットプロセスにより、あるいは特に開放金型または好ましくは閉鎖金型中での反応射出成形法（ＲＩＭ法）により製造される。この反応は、特に閉鎖金型中で、圧縮しながら行われる。この反応射出成形法は、例えば、Ｈ． Ｐｉｅｃｈｏｔａ ａｎｄ Ｈ． Ｒｏｈｒ， “Ｉｎｔｅｇｒａｌｓｃｈａｕｍｓｔｏｆｆｅ” ［一体成形発泡体］， Ｃａｒｌ Ｈａｎｓｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ， Ｍｕｎｉｃｈ， Ｖｉｅｎｎａ， １９７５； Ｄ．Ｊ． Ｐｒｅｐｅｌｋａ ａｎｄ Ｊ．Ｌ Ｗｈａｒｔｏｎ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｐｌａｓｔｉｃｓ， Ｍａｒｃｈ／Ａｐｒｉｌ １９７５， ｐａｇｅｓ ８７ ｔｏ ９８； ａｎｄ Ｕ． Ｋｎｉｐｐ ｉｎ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｐｌａｓｔｉｃｓ， Ｍａｒｃｈ／Ａｐｒｉｌ １９７３， ｐａｇｅｓ ７６−８４に記載されている。

Claims (15)

1. スプリングエレメントの外表面が少なくとも一個の周溝（ｘｉｉ）をもち、該溝（ｘｉｉ）が、基部での曲率半径（ｘｉｖ）が１ｍｍ未満である溝外形を取り、溝（ｘｉｉ）の溝角度（ｘｖｉ）が９０°未満であり、溝周外形（ｘｖ）の曲率半径が３ｍｍより大きいことを特徴とする中空スプリングエレメント（ｉ）。
2. 上記溝の溝角度が円柱軸に対して対称的に配置されている請求項１に記載のスプリングエレメント。
3. スプリングエレメント（ｉ）が曲げリップ（ｘｘ）をもち、該曲げリップ（ｘｘ）がスプリングエレメントの軸方向の一方の端部に配置されている請求項１に記載のスプリングエレメント。
4. 上記曲げリップ（ｘｘ）の周辺部（ｉｉ）が外側に向けられ、スプリングエレメント（ｉ）の中空空間（ｖ）が曲げリップ（ｘｘ）の高さのところで広がる請求項３に記載のスプリングエレメント。
5. 曲げリップの端面が波型構造（ｘｘｉ）または切れ目（ｘｘｉｉ）をもつ請求項４に記載のスプリングエレメント。
6. 溝（ｘｉｉ）がスプリングエレメントの中空空間（ｖ）が広がる位置に設けられている請求項１に記載のスプリングエレメント。
7. 周辺部（ｉｉ）と中空空間の縦軸との間の角度が２５°〜７０°である請求項１に記載のスプリングエレメント。
8. 上記周辺部（ｉｉ）の厚み（ｖｉ）が２ｍｍ〜８ｍｍである請求項１に記載のスプリングエレメント。
9. 上記周辺部（ｉｉ）の高さが５ｍｍ〜２０ｍｍである請求項１に記載のスプリングエレメント。
10. 上記スプリングエレメント（ｉ）の高さ（ｉｘ）が３０ｍｍ〜２００ｍｍである請求項１に記載のスプリングエレメント。
11. スプリングエレメント（ｉ）の外径（ｘ）が３０ｍｍ〜１００ｍｍである請求項１に記載のスプリングエレメント。
12. スプリングエレメント（ｉ）の中空空間の直径（ｘｉ）が１０ｍｍ〜３０ｍｍである請求項１に記載のスプリングエレメント。
13. スプリングエレメントがゴムまたはポリイソシアネート重付加生成物を基材とする請求項１に記載のスプリングエレメント。
14. スプリングエレメント（ｉ）が多孔性ポリウレタンエラストマーを基材とする請求項１に記載のスプリングエレメント。
15. スプリングエレメント（ｉ）が、ＤＩＮ−ＥＮ−ＩＳＯ８４５に準じて求めた密度が２００〜１１００ｋｇ／ｍ³であり、ＤＩＮ−ＥＮ−ＩＳＯ１７９８に準じて求めた引張強度が＞２Ｎ／ｍｍ²であり、ＤＩＮ−ＥＮ−ＩＳＯ１７９８に準じて求めた伸度が＞２００％であり、及びＤＩＮ−ＩＳＯ３４−１Ｂ（ｂ）に準じて求めた引裂伝搬抵抗が＞６Ｎ／ｍｍであるもの多孔性ポリウレタンエラストマーを基材とする請求項１に記載のスプリングエレメント。

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