JP2009515123A - 横断面が凹面の上面及び下面を備えた板ばね - Google Patents

Abstract

本発明は、車両で使用するための繊維複合材料から成る板ばね（１）に関する。板ばね（１）を車両に固定する際に、板ばねの長手方向を向いたエッジ（１０）における板ばね材料の亀裂形成又は破断を防止するために、本発明では、板ばね（１）の少なくとも上面及び／又は下面が、板ばねの長手方向延在部に対して横方向で凸面に湾曲されている。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の、繊維複合材料から成る板ばねに関する。

板ばねは、一般に車両のホイールサスペンション用に使用され、これにより、車両をでこぼこのオフロード若しくは走行路状態に対して弾ませる。このような車両は、特に乗用車、トラック及びその他の商用車であってよいが、レール車両等であってもよい。

鋼製の板ばねはずっと以前から公知である。これらの板ばねの場合、個々の細い鋼薄板が、徐々に長さが短くなるように重ね合わされており、これにより、増大する負荷における可変のばね係数が得られる。板ばねの薄板はそれぞれ、クランプ及び／又はねじ締結によって１つのパッケージを成すように結合されている。自動車に板ばねを組み込む場合、この組込みは例えば走行方向に対して横方向で行われ、この場合、板ばねの中心領域が車両ボデーに固定されている一方で、板ばねの両軸方向端部は、右側若しくは左側の車輪のサスペンションの領域に配置されている。金属の板ばねは比較的廉価に製作可能であり且つ確実に作動するが、但しこのような板ばねは重いことが欠点であり、このことは、比較的大きな車両重量に寄与し、これにより最終的には燃料消費量の増大を惹起する。

例えば合成樹脂が浸透したガラス繊維又は炭素繊維から形成されており且つ同じ大きさ及び比較可能なばね特性において、鋼製板ばねよりもはるかに少ない重量を有する繊維複合材料から成る板ばねも公知である。このような繊維複合板ばねは、例えば「プリプレグ」という概念で公知の、樹脂が浸透した個々の複数の繊維層から製作される。これらのプリプレグは所望の形状に製作され且つ／又は切断されて、板ばねの寸法に対応したプレス型に重ねて入れられる。次いで未加工の板ばねは、プレス型内で圧力及び熱の作用下で硬化される。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２２１５８９号明細書から公知の繊維複合材料から成る板ばねは、中央の一体の湾曲区分と、端部側の各外縁区分とから成っている。これらの外縁区分は各軸方向端部に、板ばねを車両シャシーに固定するためのピンを収容するための開口を備えたハトメを有している。この場合の欠点は、板ばねに固定ハトメを装備することであり、このことは、構造的に手間のかかるプレス型又は繊維を分断する打抜き過程を介してのみ、実現され得る。

繊維複合材料から成る別の板ばね構造では端部区分が傾斜されている。この場合、各端部区分は、板ばねの硬化後に傾斜形状に相応して切断される。その結果、材料繊維も切断される。切断箇所は、板ばねが疲労負荷されると頻繁に、当該切断箇所から出発して繊維の長手方向延在部に対してほぼ平行に延びる亀裂をもたらす。これらの亀裂もやはり、板ばねの破断を招く恐れがある。

ヨーロッパ特許第００９３７０７号明細書若しくは該明細書に並行する米国特許第４５５７５００号明細書から公知の繊維複合材料から成る板ばねは、軸方向端部がそれぞれ、中央の方形区分におけるよりも狭幅に且つ厚く形成されている。この場合、この板ばねの軸方向端部の領域は、上から見てほぼ台形に形成されていてよい。一方のばね端部から他方のばね端部まで、板ばねを直角に横断した面積は、別の変化態様では一定であってよい。この板ばねの別の構成形式では、複合繊維は一方の軸方向端部から他方の軸方向端部まで、切断はされていない。板ばねのジオメトリは、プレス成形による製作中に形成される。

更に、同一出願人のドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００４０１０７６８号明細書から公知の、中央長手方向区分と、車両のホイールサスペンションのための軸方向端部とを備えた、繊維複合材料から成る板ばねでは、軸方向端部がそれぞれ、板ばね幅に関してテーパするように形成されており、しかも、繊維複合材料の軸方向に向けられた繊維は短縮されずに、板ばねの終端縁部まで通じている。更に、この板ばねにおいては、樹脂が浸透された繊維層から構成されており、当該板ばねの製作に際して、両軸方向端部が上から見てV字形のジオメトリ若しくはV字形の切込みを有しており延いては板ばねの長手方向延在部に対して横方向に形成された各２つの脚片を形成しているということが規定されている。これらの両脚片は、製作プロセス中に相接して密着され且つ硬化され、これにより、完成した板ばねの両端部域はほぼ台形に形成されており且つこの領域に材料肥大部を有してはいない。

更に、当該明細書からは、板ばねの中央領域が、ジオメトリ的に単純な方形の繊維層に基づき、その構成部材厚さに関して厚くすることができる一方で、板ばねのV字形の軸方向端部を形成するためには、適宜形成された、構成部材長さ全体にわたって案内された繊維層が使用されるということが公知である。

前掲のドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００４０１０７６８号明細書に記載の板ばねは、若干の利点と結びつけられている。それというのも、この板ばねは、当該板ばねの軸方向端部が切断される必要なしに、そのほぼ全長にわたってほぼ一定の横断面積及び一定の厚さを、軸方向端部では減少された幅と共に有しているからである。

繊維複合材料から成る公知の板ばねに関する構成部材ユーザ調査では、これらの板ばねが、プレス型により規定される直角の横断面を常に有している訳ではないということが判った。むしろ、当該の板ばねは、長手方向延在部に対して横方向でやや凹面に湾曲された上面及び／又は下面を有しており、これにより、板ばねの長手方向を向いたエッジは、やや上向き若しくは下向きで突出している。

このようなコンベンショナルな板ばねの固定箇所が、これに関連する固定手段により、弾発されるべき構成部材に緊締されると、当該固定箇所に亀裂が形成されるか、又は板ばねのエッジは、前記固定箇所若しくは緊締箇所において部分的に破断する。このような亀裂又は破断箇所は、板ばねの耐用年数に不都合な影響を及ぼす。それというのも、前記亀裂箇所又は破断箇所において、板ばねに湿分が侵入し、板ばねの結合部がネガティブに損なわれる恐れがあるからである。

従って本発明の課題は、繊維複合板ばねを改良して、前記亀裂形成又はそれどころかエッジ破断が板ばねの固定箇所に生じないようにすることである。

この課題は、請求項１の特徴部に記載の構成、即ち、板ばねの少なくとも上面及び／又は下面が、当該の板ばねの長手方向延在部に対して横方向で凸面に湾曲されていることによって解決される。本発明の有利な改良は従属請求項に記載されている。

本発明は、繊維複合板ばねを製作するためのプレス型に直角の横断面ジオメトリが付与されているにもかかわらず、非直角の板ばね横断面ジオメトリが生ぜしめられる恐れがあるという認識に基づくものである。特に、凹面に湾曲された上面及び／又は下面が頻繁に形成される。これに抵抗するためには、本発明による板ばねを製作するために、板ばねの少なくとも上面及び下面に関して、横断面が凹面に湾曲された成形面を有しているプレス型が使用され、その結果、凸面の表面を有する板ばねが製作可能である。

従って本発明は、繊維複合材料から成る板ばねであって、少なくとも該板ばねの上面及び／又は下面が、板ばねの長手方向延在部に対して横方向で凸面に湾曲されているということを特徴とする板ばねに関する。従って、車両に設けられた、関連する固定装置に当該の板ばねを緊締する場合、この板ばねのエッジは最早上向き又は下向きで突出してはいないので、板ばねは最早固定に起因して裂断及び／又は破断する恐れもない。

有利には、当該の繊維複合板羽根は、横断面が凸面の側面を備えて形成されていてもよく、これにより、板ばねのエッジは特に、これらのエッジの亀裂形成又は破断の危険を
大幅に低下させる鈍角を有している。

有利には、板ばねの少なくとも上面及び／又は下面の凸面の湾曲部は、板ばねを車両に位置固定する固定手段が、緊締時に板ばねのエッジに少なくとも最初には接触しないように形成されている。

本発明の別の有利な構成では、板ばねの少なくとも上面及び／又は下面が、長手方向で見てその固定箇所の領域だけを凸面に湾曲されているか、若しくは球形に形成されている。これにより、軸方向で見て前記緊締箇所間の材料消費の増大が回避され得る。

更に、板ばねの少なくとも上面及び／又は下面の凸面の湾曲部は、板ばねの横断面幅全体にわたって形成されているか、又は軸方向を向いたエッジの領域にのみ形成されている。

勿論、同じ技術的効果を得るためには、即ち、板ばねの長手方向縁部の亀裂形成若しくは破断を防止するためには、板ばねを緊締する固定装置の接触面が凸面の表面を有していてもよい。この場合も、板ばねのエッジの、各固定装置との直接の接触は、やはり実現されない。但し、このような固定装置の製作は切削式の製作過程で行われ、この製作過程は、繊維複合板ばねの製作用の、簡単に変更されるプレス型を用いた成形過程よりも手間がかかる。

以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１には板ばね１を上から見た概略図が示されており、この板ばね１は、繊維複合材料から成っており且つ概ね四角棒状の周囲輪郭を有している。前記繊維複合材料は主として、互いに概ね平行に向けられた複数の繊維４、例えばガラス繊維、炭素繊維又はアラミド繊維等から成っており、これらの繊維は、短縮されずに板ばねの一方の軸方向端部３から対向位置する軸方向端部３へ延びており且つ硬化された合成樹脂に埋め込まれている。当該の板ばね１は、例えば市街地走行車両等の自動車に組み込むために規定されており、この自動車において板ばね１は、車両長手方向軸線に対して横方向に配置されている。

板ばね１は、固定領域５，６，６′，７を以て車両部分に結合可能であり、この場合、軸方向外側の固定領域５，７はそれぞれ、一般に左側若しくは右側の車両前輪のホイールサスペンションに対応配置されており、中間の固定領域６，６′は二重に偏心して、車両ボデーの固定点に対応配置されている。

前記車両部分における、従来技術による板ばね１５の固定は、図２の横断面図Ａ−Ａに簡単に示したように行われる。この場合、固定領域５では圧着力Ｆの適用下で、第１の固定手段８が板ばね１５の上面１１に載置されており且つ第２の固定手段９が板ばね１５の下面に載置されている。従来技術による板ばね１５は、製作に起因してやや凹面の上面１１若しくはやや凹面下面１２を備えて形成されているので、板ばね１５が初めて負荷されたときに、前記圧着力Ｆは主として板ばね１５の長手方向に向けられたエッジ１０に作用し、その結果、これらのエッジ１０は部分的に折れてしまうか、又は少なくとも亀裂を有することになる。このことは図２に示されており、防止されるのが望ましい。

図３には、図１に示した本発明による板ばね１をＡ−Ａで横断した図が示されている。ここでは、板ばね１が凸面の上面１３及び凸面の下面１４を有しているということをはっきりと認識することができる。この場合、表面１３，１４の湾曲若しくは球形性は、有利には板ばね１のエッジ１０が圧着力Ｆにより最初に負荷されるのではなく、大面積の中間領域がまず最初に負荷される程度に、小さく形成されている。これにより、板ばね１における亀裂形成が防止されるので、板ばね１の耐用年数は確実に長くなる。

本発明による板ばねを上から見た概略図である。 コンベンショナルな板ばねの固定領域及び対応配置された固定装置を、図１に示した位置Ａ−Ａで横断して示した図である。 本発明により形成された板ばねを、図２と同様に横断して示した図である。

Claims (6)

1. 繊維複合材料から成る板ばねであって、該板ばね（１）の少なくとも上面（１３）及び／又は下面（１４）が、当該の板ばねの長手方向延在部に対して横方向で凸面に湾曲されていることを特徴とする、繊維複合材料から成る板ばね。
2. 前記板ばね（１）の側面も凸面に湾曲されている、請求項１記載の板ばね。
3. 板ばね（１）の少なくとも上面（１３）及び／又は下面（１４）が、該板ばねの固定領域（５，６，６′，７）でのみ凸面に湾曲されている、請求項１又は２記載の板ばね。
4. 前記凸面の湾曲部が、板ばね（１）を車両に位置固定する固定手段（８，９）が緊締時に板ばね（１）のエッジ（１０）に最初には接触しないように形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の板ばね。
5. 少なくとも上面（１３）及び下面（１４）の前記凸面の湾曲部が、板ばね（１）の横断面全幅にわたって、又はエッジ（１０）の領域にのみ形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の板ばね。
6. 板ばね（１）の少なくとも上面（１３）及び／又は下面（１４）の凸面の湾曲部が、凹面の成形面を備えた工具型により形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の板ばね。

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