JP5615387B2 - 自動車用板ばね - Google Patents

Description

本発明は、繊維補強されたプラスチック材料から成る自動車用板ばねに関する。この板ばねは、場合によっては生じる横方向案内荷重を吸収しかつ板ばね取付け装置に伝達することができる。

板ばねは、長年に亘って、車両のばね懸架のために広い範囲において使用されている。車両全体が過度な加速にさらされることなく、車両のホイールが走行路の凹凸に追従及び追動することを板ばねは保証するようになっている。他のばね懸架装置と比べて、極めて廉価に製造可能な板ばねは、とりわけばね懸架の低い快適性、及び単に制限された走行安定性の改良しか有しておらず、板ばねは現在では、一般的にはトラック及び小型搬送車においてのみ使用されるだけである。

自動車用板ばねは、湾曲した形状を備えており、無負荷で湾曲した状態にある板ばねは、所定の荷重により、ほぼ平坦若しくは平らな形状へと曲げられるように設定されることが通常である。荷重の変化により、板ばねは、このほぼ真っ直ぐな形状から変位するか若しくは変形する。

真っ直ぐ曲げることにより、元々湾曲して与えられている板ばねは伸ばされるので、板ばね両端部は互いに運動し、作用する力に対する合成てこ腕（die resultierenden Hebelarme）は大きくなる。この理由から、ばね定数若しくは戻り力は、無負荷で湾曲した状態からの変形に比べて、予め付勢された真っ直ぐな形状からの変形の場合には小さい。湾曲した状態から板ばねの真っ直ぐな状態へとさらに変形するに伴い小さくなる、さらなる変形に対抗する戻り力は、減退的な力−ストローク特性曲線により表すこともできる。

板ばねはよく、最大積載状態の自動車の重量により、ほぼ真っ直ぐ若しくは平坦な形状へと変形するように構成されかつ配置される。これにより、自動車の最大積載状態において、通常であれば既に著しく湾曲している板ばねは過剰に伸び、場合によっては損傷するか、又は小さな走行路の凹凸において既にばね撓み制限部に衝突する。とりわけ無負荷で湾曲している構成はまた、自動車の無負荷状態において板ばねが再び出発形状に戻るように湾曲し、戻り力若しくはばね定数が増大するという結果をもたらす。無負荷状態において湾曲した板ばねのばね作用は、基準通りでは極めて強力であるか若しくは硬いので、ドライビングダイナミクス及び走行快適性は著しく制限される。

無負荷の湾曲した状態から、負荷のかかったほぼ平らな状態への板ばねの変形時に、この変形によりもたらされる板ばねの長さ変化を補償することができるように、板ばねは両端部に、通常、はと目若しくは板ばねの目（Federaugen）を有している。この板ばねの目を介して板ばねは、長手方向若しくは板ばねの延在方向に移動可能でかつ通常旋回可能に支持されている保持ピンに取り付けることができる。負荷に起因する板ばねの変形に基づく板ばねの長さ変化において、保持ピンの移動により、板ばねの上記長さ変化を補償することができる。板ばねは、はと目又は板ばねの目を有している必要があり、かつ上記板ばねの支持は、移動可能な保持ピンを必要とするので、車両等における板ばねの上記取付けには、余分な手間、及びこれに付随して高い製造コストが必要となる。

とりわけ板ばねの有効なてこ腕も長さに関して変化し、これに付随して板ばねにより形成される戻り力も変化する。大抵一重の板ばねは、使用に関する変形領域において減退的な力−ストローク特性曲線を有している。しかし、所定の減退的な力−ストローク特性曲線を備えたばね懸架は、自動車のばね懸架の領域においてしばしば不都合であり望まれていない。力−ストローク特性曲線の漸進的な延在を可能にするために、板ばねを使用することもできる。この板ばねは、夫々適切な形式において構成されていて、互いに結合されているか若しくはスプリングプレート複合体に配置されている複数のスプリングプレートから組み立てられる。しかし複数の板状の板ばねの製造及び組立てには、付加的な手間及び高いコストが伴っている。

したがって、本発明の目的は、冒頭で述べた形式の板ばねを改良して、可能な限り少ない製造の手間及びコストでもって、自動車のための可能な限り良好なばね懸架特性を備えた板ばねを製造することができ、自動車に取り付けることができるように設定することである。

上記目的は、本発明によれば、板ばねの第１の端部及び第２の端部が、モーメントに対して耐性を有するように及び移動に対して耐性を有するように板ばね取付け装置に固定可能であり、かつ板ばねが、負荷に起因するばね懸架部分の変形時に、板ばねのばね懸架部分の長さ変化を補償することができるたわみ継手部分を有することにより達成される。板ばねの両端部の、例えば自動車におけるモーメントに対して耐性を有するような及び移動に対して耐性を有するような固定により、負荷に起因する板ばねの変形時には、板ばねの長手方向に対する横方向の曲げ負荷が形成されるだけでなく、板ばねの長手方向における引張負荷も惹起される。この引張負荷は、長手方向に対して横方向に変形されたばね懸架部分の長さ変化により惹起され、たわみ継手部分の、上記長さ変化に適合した変形により補償することができる。

たわみ継手部分なしでは、負荷がかけられた状態にある板ばねの小さな変位若しくは変形に対して既に極めて高い戻り力が作用することになる。板ばねの著しい長さ変化は、先行技術において既に公知であるように、板ばね取付け装置における板ばねの、移動に対して耐性を有するような固定に基づき防がれるので、不動に緊締された板ばねでもって有利なばね懸架特性を達成することができない。これに対して、板ばねの本発明に係る構成において、負荷に起因して変形した際に強制される、ばね懸架部分の長手方向延在に対して横方向における板ばねのばね懸架部分における長さ変化は、この変化に適合したたわみ継手部分の変形により補償することができる。この構成において、板ばねのたわみ継手部分は、戻り力に抗して変形する。たわみ継手部分の形状及び構成により、負荷に起因するばね懸架部分の変形に抗して作用する戻り力、ひいては板ばねのばね懸架特性は、大きな範囲において予め与えることができる。特に自動車のばね懸架のための板ばねの使用にとって重要である、漸進的なばね定数若しくは漸進的な力−ストローク特性曲線を板ばねに与えることも可能である。

好ましくは、板ばねは、移行部分を介して互いに結合されている第１のばね脚部と第２のばね脚部とを有しているようになっている。２つのばね脚部は、無負荷状態において夫々ほぼ平らであってよい。ほぼ平らに若しくは真っ直ぐに延在するばね脚部は廉価に製造され、省スペースで配置することができることが分かっている。一般的に連続して湾曲している、先行技術において公知の板ばねの構成とは異なり、やはり板ばねのための良好なばね懸架特性を可能にすることができる。

少なくとも１つのばね脚部が、少なくとも部分的に湾曲した形状を有していることも可能であり、改良されたばね懸架の快適性を考慮すれば有利である。ばね脚部の湾曲部を適切に構成した場合、ばね作用を担う戻り力を、湾曲したばね脚部の変形時における曲げ負荷によっても、変形したばね脚部の長さ変化による引張負荷によっても惹起する、ということを達成できる。上記板ばねの力−ストローク特性曲線は、まず小さな負荷及び圧倒的な曲げ負荷時に平らな延在を有することができ、これにより快適に柔軟なばね懸架がもたらされる。次いで、強力な負荷時においては、戻り力の過大に増大する成分は、引張負荷により惹起することができるので、力−ストローク特性曲線は一層急な勾配で上昇し、漸進的な特性曲線が発生している。

第１のばね脚部及び第２のばね脚部が互いに相対的に所定の角度を成して配置されていることにより、たわみ継手部分を簡単に板ばねに形成することができる。したがって２つのばね脚部を結合する移行部分において、板ばねは湾曲した延在部を有している。２つのばね脚部の互いに所定の角度を有するような方向付けに基づいて、一方のばね脚部の長さ変化は、他方のばね脚部の曲げ変形により補償することができる。板ばねは移行部分においても同様に変形可能に構成されていてよい。これに対して択一的には、移行部分は、両端部で夫々継手式にばね脚部に支持されている、剛性の高い若しくは形状安定性の移行部材により形成されていてもよい。

本発明の思想に基づく構成により、第１のばね脚部は、ばね懸架部分を形成するようになっている。第１のばね脚部の中央の領域に、好ましくは自動車の対応しているホイールに対する作用結合部が配置されているので、ばね懸架部分に負荷がかかった場合、第１のばね脚部の長さ変化が強制される。第１のばね脚部のこの長さ変化は、第１のばね脚部に対して相対的に所定の角度を成して配置されている第２のばね脚部のたわみにより少なくとも部分的に補償する必要がある。好ましくは板ばねのたわみ継手部分は、第２のばね脚部を含む。移行部分は、その変形可能性若しくはばね懸架部分の長さ補償を有利にする作用に関して、板ばねのたわみ継手部分に対して配置されてもよい。

第２のばね脚部が第１のばね脚部よりも小さいと、大抵の使用構成にとって有利であるということが試験から分かった。負荷に起因するばね懸架部分の変形のためにばね懸架部分の長手方向に対して横方向に与えられているか若しくは許容される、比較的大きなばねストロークにおいても、ばね懸架部分の長さは比較的小さく変化し、短いたわみ継手部分により補償することもできる。板ばねのばね懸架特性のために、２つのばね脚部の好ましくは種々異なる長さの比率、及びばね脚部の間の移行部分の構成が特に重要である。

さらに、少なくとも第１のばね脚部が少し湾曲した延在部を有していると有利であってよい。その理由は、完全に平坦なばね脚部の場合、ばね特性曲線は大抵の使用構成に対して、著しく漸進的に延在することになるからである。

比較的に長い第１のばね脚部に対して、相対的に短い第２のばね脚部が長ければ長いほど、負荷に起因する第１のばね脚部の変形若しくは長さ変化に対抗する第２のばね脚部の戻り力は一層小さい。この構成において、板ばねの力−ストローク特性曲線は、少なくとも最初においては相応に平らである。

本発明の思想に基づく別の構成は、第２のばね脚部が、第１のばね脚部に対してほぼ垂直に配置されているようになっている。第２のばね脚部は、第１のばね脚部に対して相対的に鈍角を有していてもよい。同様に考慮可能でもある、第１のばね脚部に対して相対的に第２のばね脚部を平行に方向付ける場合、負荷に起因して変形する第１のばね脚部の長さ補償を、この構成により著しく湾曲した移行部分の、変形する第１のばね脚部に適合した変形により実質的に保証しなければならない。この構成において、第２のばね脚部は、たいして長さ補償に貢献することはできない。

好ましくは、板ばねは移行部分の領域、及び場合によっては第１のばね脚部の領域において括れ部を有するようになっている。少なくとも１つの括れ部により、板ばねの横方向案内特性のために重要な、懸架されているタイヤに対して相対的な車両の横方向移動において発生する戻り力を、簡単かつ廉価な形式において付与できるか、若しくはこの戻り力に影響を与えることができる。

本発明の思想に基づく特に有利な構成により、板ばねは１つの部材から製造されているようになっている。これにより複数の個別部材を接合するか若しくは組付けて板ばねを形成することは回避されるか若しくは不必要となる。板ばねが１つの部材から成る構成により、接合個所又は個々の構成部材の互いの固定による板ばねの機械的な強度の弱化は回避され、ばね懸架特性への不都合な作用若しくはばね懸架特性の障害は防がれる。

特に簡単かつ廉価な製造方法に基づき、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の繊維、いわゆるプリプレグから成る板ばねは、プレス成形法により製造されるようになっている。こうして、無負荷状態における板ばねの所望の形状を確実でかつ廉価に与えることができ、達成することができる。

本発明に係る板ばねの概略図である。 自動車に用いられる板ばねの斜視図である。

以下に、図示されている本発明の思想の実施の形態を詳細に説明する。

図１に例示的にかつ単に概略的に示した板ばね１は、第１の端部２及び第２の端部３において夫々、板ばね取付け装置４（詳細に図示せず）に、作用するモーメントに対して耐性を有するように（momentenfest）及び移動に対して耐性を有するように（verschiebungsfest）に固定されている。第１の端部２又は第２の端部３の、夫々対応配置されている板ばね取付け装置４に対する相対的な変形又は移動は、モーメントに対して耐性を有するような及び移動に対して耐性を有するような固定により排除されている。

板ばね１は、移行部分７を介して互いに結合されている、第１のばね脚部５と第２のばね脚部６とを有している。移行部分７において板ばね１は、湾曲した延在部を有しているので、第２のばね脚部６は、第１のばね脚部５に対して相対的に所定の角度を成して方向付けられている。図１に概略的に示した実施の形態において、第２のばね脚部６は、ばね脚部５に対して相対的に、９０°より小さい角度若しくは約８０°の角度を有する。

第１のばね脚部５は、ばね懸架部分８を形成する。このばね懸架部分８の中央の領域９は、ハブ又はホイールアクスル１０と作用結合していて、かつハブ１０により負荷がかかった場合には、第１のばね脚部５の長手方向に対して横方向に変位及び変形される。所定の負荷により中央の領域９において、ばね懸架部分８の変形が強制される。これにより、ばね懸架部分８の長さは短縮され、移行部分７寄りのばね懸架部分８の一方の端部が、取付け装置４に、移動に対して耐性を有するように固定されている他方の端部に向かって引っ張られて移動する。

ばね懸架部分８の長さ変化は、第２のばね脚部６の曲げ変形により補償される。第２のばね脚部６は同様に、少しだけ変形可能な移行部分７と共に、たわみ継手部分１１を形成する。

図２にほぼ実物のように示す板ばね１の実施の形態は、短い第２のばね脚部６と、１０倍以上長い第１のばね脚部５とを有する。第２のばね脚部６は、第１のばね脚部５に対してほぼ直角に配置されているか、若しくは方向付けられている。第１のばね脚部５は、中央の領域９において、少し凸状の湾曲した形状を有する。この凸状に湾曲した形状はばね懸架特性にとって有利である。負荷に起因して完全に平らな状態へ、しかし同等な凹状の湾曲にまで変形した場合、小さな長さ変化しか起こらない。この長さ変化は、たわみ継手部分１１の変形により、比較的大きな引張負荷若しくは適切な戻り力を用いずに補償することができる。

移行部分７においても、第１のばね脚部５の互いに向かい合う端部領域においても夫々、板ばね１の横方向案内特性に有利に作用する括れ部１２が設けられている。

板ばね１は、繊維強化されたプラスチック材料から一体に製造されている。熱硬化性又は熱可塑性のマトリックスを備えた一方向プリプレグをプレス加工することにより、２つの図面に例示的に記載された形状を備えた板ばね１を、簡単かつ廉価に製造することができる。第２のばね脚部６に対してほぼ垂直に配置されている第１のばね脚部５に対して相対的に、第２のばね脚部６を短く寸法設定することにより、高い戻り力が強制される。この戻り力は、第１のばね脚部５若しくはばね懸架部分８の変形若しくは長さ変化に対抗して作用し、硬質のばね懸架特性をもたらす。

板ばね１の第１の端部２及び第２の端部３は、板ばねの目を有している必要はなく、湾曲した延在部を有するほぼ帯状に形成された板ばね１の舌片状の端部領域として、例えば廉価に構成されていてよい。費用をかけて製造される、板ばね１の端部２，３に設けられる板ばねの目の使用を回避することができる。特に、ほぼ必然と考えられる、繊維強化されたプラスチック複合材料から板ばね１を製造することと関連させることで、板ばね１の全重量若しくはこの板ばね１を有する、自動車のためのばね懸架装置の重量全体を極めて少なくすることができる。
本発明において好ましくは、板ばねは、移行部分を介して互いに結合されている第１のばね脚部と第２のばね脚部とを有している。
好ましくは、第１のばね脚部及び第２のばね脚部は夫々、無負荷状態において、ほぼ平坦である。
好ましくは、第１のばね脚部及び第２のばね脚部は、互いに相対的に所定の角度を成して配置されている。
好ましくは、第１のばね脚部はばね懸架部分を形成する。
好ましくは、たわみ継手部分は第２のばね脚部を含む。
好ましくは、第２のばね脚部は第１のばね脚部よりも短い。
好ましくは、第２のばね脚部は、第１のばね脚部に対してほぼ垂直に方向付けられている。
好ましくは、板ばねは、移行部分の領域、及び場合によっては第１のばね脚部の領域に括れ部を有する。
好ましくは、板ばねは１つの部材から製造されている。
好ましくは、板ばねはプレス加工法により、熱硬化性又は熱可塑性のマトリックスを備えた一方向プリプレグから製造されている。

Claims (4)

1. 場合によって発生する横方向案内荷重を吸収し、かつ板ばね取付け装置に伝達することができ、板ばねは、第１の端部（２）を備えた第１のばね脚部（５）と、第２の端部（３）を備えた第２のばね脚部（１１）と、前記両ばね脚部（５，１１）を互いに結合する移行部分（７）とを有する、繊維強化されたプラスチック材料から成る自動車用板ばねであって、
   前記板ばね（１）の第１の端部（２）及び第２の端部（３）は、モーメントに対して耐性を有するように及び移動に対して耐性を有するように、夫々に対応配置されている板ばね取付け装置（４）に固定されており、
   前記第１のばね脚部（５）は、自動車のハブ（１０）に作用結合しているばね懸架部分（８）を形成し、前記ハブ（１０）は、前記第１の端部（２）と前記第２の端部（３）との間で前記第１のばね脚部（５）に作用し、前記ばね懸架部分（８）は、前記ハブ（１０）により負荷がかかった場合に変形し、
   前記第２のばね脚部（１１）はたわみ継手部分（１１）を形成し、該たわみ継手部分（１１）はその変形により、前記たわみ継手部分（１１）寄りの、前記ばね懸架部分（８）の端部の移動を、負荷に起因して前記ばね懸架部分（８）が変形した場合に補償することができることを特徴とする、繊維強化されたプラスチック材料から成る自動車用板ばね。
2. 前記第２のばね脚部（６）は前記第１のばね脚部（５）よりも短いことを特徴とする、請求項１記載の板ばね。
3. 負荷に起因する前記ばね懸架部分（８）の変形時に前記板ばね（１）には、前記板ばね（１）の長手方向における引張負荷と、前記板ばね（１）の長手方向に対して横方向の曲げ負荷が形成されることを特徴とする、請求項１又は２記載の板ばね。
4. 前記板ばね（１）の第１の端部（２）及び第２の端部（３）は、舌片状の、ばねの目がない端部領域として構成されていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の板ばね。

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