JPH0439432A - 重ね板ばね - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、親板と子板を重ねて形成した車両懸架用の
重ね板ばねに関する。

〔従来の技術〕

従来、自動車の懸架用重ね板ばねとしては、第８図に示
すように、親板１１の端部形状が上巻き目玉即ちアップ
ターンドアイ１２の目玉形状を有するもの、或いは第９
図に示すように、親板１３の端部形状がベルリン形目玉
即ちベルリンアイ１４の目玉形状を有するものが良く知
られている。

これらの重ね板ばねは、板間摩擦を有する構造に構成さ
れているため、その荷重−撓み線図は、第１０図に示す
ように、横軸に撓みＸを且つ縦軸に荷重Ｗをプロットす
ると、重ね板ばねに対する加圧時Ｐと減圧時りとではそ
の軌跡は異なり、ヒステリシス・ロスを発生する。第１
０図では、横軸に撓みＸをプロットし、縦軸に荷重Ｗを
プロットしている。

また、第１０図に示すような荷重−撓み線図を有する重
ね板ばねは、標準荷重状態において定振幅を与えた場合
、第１１図に示すように、重ね板ばねに対する加圧と減
圧によってヒステリシス・ループを描く、第１１図では
、横軸に撓みＸを且つ縦軸に荷重Ｗをプロットしている
。即ち、重ね板ばねを加圧して任意の撓み；＋Ａ１を与
えた後に、減圧して撓み；−Ａ１まで減じた場合に、加
圧時の特性線図即ちａｌ−ｂｌの線上を戻らずに、１）
　、　−１１Ｃ、−６ｄ　、　−ｎ　ｅｔ−ｈ　＠　、
のような別の特性線図上に沿って戻ることになる。更に
、重ね板ばねを加圧すると、６Ｉ−ｈｆ、→ａ、の特性
＆１回を描くことになり、重ね板ばねは、振幅±Ａ１で
のループを形成する。この現象は極微小な振幅の場合を
除き、任意の振幅Ａｔ　、Ａｓ等の場合にも同様の現象
が認められる。

また、車両懸架装置として、特開昭６２−１６０９０７
号公報に開示されたものがある。該車両懸架装置は、数
枚のリーフから成る重ね板ばねと車両とから構成された
ものであり、重ね板ばねの一番リーフを中空箱状の車軸
箱の外部の頂面又は底面の上に配置し、また、二番リー
フ以下のリーフの群を車軸箱の内部に適当な締め付は力
の下に収容し、この車軸箱を二番リーフ以下のリーフ群
を収容したまま一番リーフに適当な締め付は力を与えな
がら車軸に取付けたものである。更に、−番リーフを車
軸箱にアワパパッドを介して車軸に締め付けたものであ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、重ね板ばねについては、上記のような特性線
図を有する重ね板ばねの車両性能への影響度は、通常ｂ
ｌ　−８＋　＋　　ｂｚ　　ｅｘ　＋　−’−’−を結
ぶ直線の傾きとして定義され、動ばね定数とみなされる
対角線ばね定数、及びａｌ　　　ｄｌ　＋　　ａ３　”
”’ｄ、の幅として定義されるフリクションによってほ
ぼ決定されるものである。また、これらの特性値は振幅
依存性が顕著であり、車両性能と密接な関係を持ってい
る。以下、重ね板ばねについて、対角線ばね定数を例に
とり、その問題点について説明する。

第８図及び第９図に示すような重ね板ばねについては、
その対角線ばね定数即ち動ばね定数の振幅依存性は、第
１２図に示すように、線図は実線Ｔに示すようになる。

第１２図では、横軸に振幅Ｆをプロットし、且つ縦軸に
対角線ばね定数Ｋをプロットしている。その大きな特徴
は、対角線ばね定数には、小振幅では急激に上昇し、振
幅が大きくなるに従い低下し、静ばね定数に近づくこと
である。ところが、車両のサスペンションとじては、小
振幅でばばね定数が低く、車両のソフトな乗り心地が得
られ、また、大振幅でばばね定数が高く安定性の高い剛
性管の得られる重ね板ばねが理想である。従って、従来
の重ね板ばねでは理想とは全く逆の性能を有していると
言える。

この種の重ね板ばねを車両に適用した場合に、車両に対
してソフトな乗り心地を得るため、即ち重ね板ばねの小
振幅での対角線ばね定数の上昇を抑えるために、前掲特
開昭６２−１６０９０７号公報に開示された車両懸架装
置、或いは第１３図に示すように、親板１５と子板１６
との間及び子板１６と子板１７との間の板端に、摩擦係
数の低い材料を用いたライナ１８を挿入する構造のもの
がある。このような構造を有する重ね板ばねの対角線ば
ね定数Ｋを、第１２図に点線Ｓで示している。この構造
を有する重ね板ばねでは、リーフ間即ち板間に発生する
摩擦力を低下させることによって、対角線ばね定数にの
低下効果は明らかであるが、まだ十分に低減できている
とは言い難いものである。また、この構造の重ね板ばね
では、大振幅での対角線ばね定数にも同時に低下させて
しまうため、大振幅での乗り心地には不利に働いてしま
う。

また、従来の重ね板ばねにおいて、一番リーフとしてベ
ルリン形目玉を有する親板を用い、二番リーフとして子
板を全長板を用いた構造を有するものは開示されている
０通常、このような構造を有する重ね板ばねは、親板で
ある一番リーフが折損した時に、重ね板ばね自体を保護
するが目的である。

この発明の目的は、上記のＲ題を解決することであり、
一番リーフとしてベルリン形目玉を有する親板を用い、
二番リーフとして子板を片側又は両側が全長板であるも
のを用い、特に、一番リーフと二番リーフとの接触位置
を特定することによって、従来の重ね板ばねに較べて大
振幅での対角線ばね定数を維持したままで、小振幅での
対角線ばね定数のみを大幅に低減させ、車両の乗り心地
の向上を図るための重ね板ばねを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、上記の目的を達成するため、次のように構
成されている。即ち、この発明は、少なくとも一端にベ
ルリン形目玉を有する親板と少なくとも一枚の子板から
成る重ね板ばねにおいて、前記親板である一番リーフに
隣接する前記子板の二番リーフを前記親板の荷重点外側
へ伸長した形状に形成し、前記一番リーフの端部と前記
二番リーフの端部との接触部を前記目玉の中心鉛直面か
ら内側へ角度１５±８゛の位置に設定した重ね板ばねに
関する。

〔作用〕

この発明による重ね板ばねは、上記のように構成されて
おり、次のように作用する。即ち、この重ね板ばねは、
一番リーフとしてベルリン型目玉を有する親板を使用し
、且つ二番リーフとしての子板を目玉内側の前記親板の
所定の位置即ち角度１５±８゛の位置で接触させるよう
に設定したので、小振幅では前記一番リーフの前記目玉
と前記二番リーフとの接触部にすべり摩擦が発生するこ
となく、該接触部には前記親板の前記目玉が前記子板上
を転がる状態即ち転がり摩擦を発生させることができる
。また、大振幅では前記親板の前記目玉と前記子板との
接触部にすべり摩擦を発生させることができる。従って
、大振幅での対角線ばね定数を低下させることなく、所
定の対角線ばね定数を維持したままで従来の車両の良好
な乗り心地を確保し、特に、小振幅では対角線ばね定数
を低下させて車両の乗り心地を向上できる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、この発明による重ね板ばねの実
施例を説明する。

第１図はこの発明による重ね板ばねの一実施例を全体的
に示す概略図、第２図は第１図の重ね板ばねの上下方向
荷重による力関係を示す説明図、第３図は第１図の重ね
板ばねの水平方向力による力関係を示す説明図、及び第
４図は第１図の重ね板ばねの定積時の状態を示す概略図
である。

第１図において、この発明による重ね板ばねの一実施例
として、両端にベルリン形目玉４を有する親板ｌと二枚
の子板２．３から成る重ね板ばねが示されている。一番
リーフの親板１に隣接する二番リーフの子板２の片側又
は両側を親板１の荷重点以上のスパンに形成している。

即ち、子板２は、親板ｌの荷重点外側へ伸長した形状に
形成されている。この重ね板ばねは、親板ｌと子板２３
とをリーフ全長に渡って重ね、且つ親板１と子板２．３
とは、リーフ中央部においてセンタボルト５によって互
いに固定されている。また、図では明確に示されていな
いが、親板１及び子板２３から成る重ね板ばねは、テー
バリーフスプリングに構成されている。

特に、この重ね板ばねにおいて、一番リーフの親板１の
端部に設けた目玉４の下面と二番リーフの子板２の端部
の上面とが接触部ＴＰで接触するように構成されている
。この目玉４の下面と子板２の端部の上面との接触部Ｔ
Ｐは、第４図に示すように、車両の定積ｔｕ；ｉで目玉
４の中心０を通る鉛直面Ｖから内側へ角度θ−１５±８
°の位置に設定されている。親板１の端部と子板２の端
部の接触部ＴＰを、上記位置に設定することによって一
番リーフである親板１の目玉４と二番リーフの子板２と
の接触部ＴＰ即ち接触面が小振幅では転がり摩擦となり
、また大振幅ではすべり摩擦となるように構成すること
ができる。このように構成した重ね板ばねは、第６図に
示すようなヒステリシス・ループを描く特性を有するも
のとなる。即ち、重ね板ばねに対して、標準荷重状態で
定振幅を与えた場合、第６図に示すように、横軸に撓み
Ｘを且つ縦軸に荷重Ｗをプロットすると、図示のような
ヒステリシス・ロスを示すものとなる。

この発明による重ね板ばねにおいて、上記の条件で親板
１と子板２とが接触することによって、定積状態で荷重
が加わった時或いは除かれた時に、親板１の目玉４と二
番リーフの子板２の端部との接点には、第２図及び第３
図に示すような力が発生する。以下、第２図及び第３図
を参照して力の関係を説明する。

親板１の目玉４と二番リーフの子板２の端部との接触部
ＴＰには、第２図に示すように、上下方向荷重Ｐによる
力μ・Ｎ１が発生すると共に、第３図に示すように、水
平方向力Ｑによる力μ・Ｎ２が発生する。但し、 Ｐ　：重ね板ばねの片側分担荷重 Ｎ、：目玉４と子板２に発生する垂直抗力μ　：＊擦係
数 Ｑ　：目玉４と子板２との水平方向の変位量のの差によ
って生じる力 Ｎ！　：力Ｑによって生じる目玉４と子板２に発生する
垂直抗力 θ　：目玉４の中心鉛直面から内側への角度である。ま
た、図において、Ｆｌ及びＦ２は摩擦力を示しており、
Ｆ、＝μ・Ｎ１であり、また、Ｆ、＝μ・Ｎ！である。

従って、これらの力μ・Ｎ３．力μ・Ｎ２によって発生
するトータルの摩擦力Ｆｔは、次式で表される。

Ｆｔ”μ・Ｎｌ　＋μ・Ｎ！ ＝ｐ（Ｐ／ｃｏｓ　θ＋Ｑ−ｓｉｎ　θ”）　−−−−
（１）この力Ｆ、が水平方向力Ｑの目玉接触方向の分力
Ｑ−ｃｏｓ　θより小さい時、即ち次の不等式が成り立
つ時に、目玉４と子板２との接触点ＴＰには、すべり即
ち相対変位が発生する。

μ（Ｐ／ｃｏｓ　θ＋Ｑ−ｓｉｎ　θ）＜Ｃ１ｃｏｓ　
θこの時に、目玉４には回転モーメントＭが発生する。

即ち、目玉４の半径をＲとすると、Ｍ　　＝Ｆ、　　・
Ｒ ”’ｌ　（Ｐ／ｃｏｓ　θ＋Ｑ−ｓｉｎ　θ）Ｒ−・−
・（３） また、目玉４と子板２との接触点ＴＰにすべりを生じな
いための等式として、次式が成り立つ。

μ（Ｐ／ｃｏｓ　θ＋に１ｓｉｎ　θ）＝Ｑ−ｃｏｓ　
θ・−・−（４） この時、目玉４には回転モーメントＭが発生する。

Ｍ　　　＝＝Ｑ　−Ｃｏｓ　θ　　　　　　　　　　　
　−−−−（５）ここで、トータルの摩擦力Ｆ、及び目
玉４の回転モーメントＭを、接触点ＴＰを目玉４の中心
鉛直面Ｖから内側へ変位した角度θの変数として、Ｆｔ
””ｆ＋（θ）とし、また、Ｍ＝ｆ、（θ）とする。

即ち、 ｆ＋（θ）　＝μ（Ｐ／ｃｏｓ　θ＋Ｑ−ｓｉｎ　θ）
ｒｚ（θ）＝Ｑ−ｃｏｓθ である。

第５図において、ｆ、（θ）とｒｚ（θ）との関係をグ
ラフに示す。第５図では、横軸に角度θをプロットし、
縦軸に力Ｆをプロットしている。

ここで、上下荷重Ｐについては、中型トランクを想定し
、この時、水平方向力Ｑは、ばね定数、リーフ構成等の
違いから図中のＱ　Ｌ　−Ｑ　Ｈ程度の値をとる。

この時、ＱＬでは、角度θ＝８゛の点でｆ、（θ）とｒ
ｚ（θ）とが交点となる。従って、角度θ＝８°以下で
は、親板１と子板２とはすべり摩擦になり、角度θ−８
°以上では、親板ｌと子板２とは転がり摩擦になる。ま
た、ＱＭでは、角度θ−２３゛の点でｆ＋（θ）とｒｚ
（θ）とが交点になる。従って、角度θ−２３°以下で
は、親板１と子板２とはすべり摩擦になり、角度θ−２
３’以上では、親板１と子板２とは転がり摩擦になる。

目玉４と子板２との接触部ＴＰがこれ以上の角度θでは
、親板１と子板２間には、すべりは生じない。更に、目
玉４を回転させようとするモーメント量Ｍは、上記（５
）式で与えられ、交点が最大値となり、最も効果的であ
る。

即ち、上記の現象から考慮して、角度θの最適値は、両
者間にすべりを生じず、目玉４の回転モーメントＭを最
大とする位置であり、ばね仕様によって異なるものの、
角度θ−１５±８°の範囲が最適条件であるといえる。

このように、重ね板ばねの親板１の目玉４と子板２との
接触面ＴＰを設定することによって、第７図に示すよう
な対角線ばね定数Ｋを得ることができる。第７図では、
横軸に振幅Ｆをプロットし、縦軸に対角線ばね定数Ｋを
プロットしている。即ち、この重ね板ばねにおいて、小
振幅では、親板１の目玉４と子板２との接触面がすべり
摩擦を発生することなく、該接触部ＴＰには親板１の目
玉４は子板２上を転がる状態即ち転がり摩擦が発生する
ので、この発明による対角線ばね定数には実線Ｅで示す
ように、点線■（で示す従来の対角線ばね定数に比較し
て低下させることができ、車両の乗り心地を向上できる
。また、大振幅では、親板１の目玉４と子板２との接触
部ＴＰにすべり摩擦が発生するので、従来と同様に対角
線ばね定数Ｋを低下させることなく、実線Ｇで示すよう
に、従来と同等の所定の対角線ばね定数Ｋを維持したま
まであるので、従来の車両の良好な乗り心地を確保する
ことができる。

〔発明の効果〕

この発明による重ね板ばねは、上記のように構成されて
おり、次のような効果を有する。

即ち、この重ね板ばねは、少なくとも一端にベルリン形
目玉を有する親板と少なくとも一枚の子板から成る重ね
板ばねにおいて、親板の二番リーフの端部と子板の二番
リーフの端部の接触部を前記目玉の中心鉛直面から内側
へ角度１５±８°の位置に設定したので、小振幅では、
前記一番リーフの目玉と前記二番リーフとの接触部にす
べり摩擦が発生することなく、該接触部には前記目玉が
前記子板上を転がる状態即ち転がり摩擦を発生させるこ
とができる。また、大振幅では、前記目玉と前記子板と
の接触面にすべり摩擦を発生させることができる。

従って、大振幅では、対角線ばね定数を低下させること
なく、所定の対角線ばね定数を維持したままで従来の車
両の乗り心地を確保する。また、小振幅では、対角線ば
ね定数を低下させて車両の乗り心地を向上できる。即ち
、大振幅では、従来の重ね板ばねと同様に両者間にすべ
り摩擦が発生し、同等のフリクシぢンを有するため悪路
での乗り心地も低下しない、また、小振幅では、対角線
ばね定数の上昇が抑えられ、良路或いは一般路において
、車両のソフトな乗り心地を提供することができる。

更に、小振幅では、親板と子板間ですべりを生じない目
玉の転がりによる接触点の移動が起きていることから重
ね板ばねにおいて将来からの懸案であったキシミ音の発
生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による重ね板ばねの一実施例を示す概
略図、第２図は第１図の重ね板ばねの上下方向荷重によ
る力関係を示す説明図、第３図は第１図の重ね板ばねの
水平方向力による力関係を示す説明図、第４図は第１図
の重ね板ばねの定積時の状態を示す概略図、第５図はこ
の発明による重ね板ばねに対する上下方向荷重と水平方
向力により発生する摩擦力と接触点の角度との関係を示
すグラフ、第６図はこの発明による重ね板ばねの荷重−
撓み特性を示す線図、第７図はこの発明による重ね板ば
ねと従来の重ね板ばねとの対角線ばね定数の振幅依存性
を示すグラフ、第８図は従来の重ね板ばねの一例を示す
概略図、第９図は従来の重ね板ばねの別の例を示す概略
図、第１θ図は従来の重ね仮ばねの荷重と撓みとの関係
を示す荷重−撓み線図、第１１図は従来の重ね板ばねに
標準荷重状態で定振幅を与えた場合のヒステリシスロス
を示す線図、第１２図は従来の重ね板ばねの対角線ばね
定数の振幅依存性を示すグラフ、及び第１３図は従来の
重ね板ばねの更に別の例を示す概略図である。 １−−−一親板（一番リーフ）、２−　　子板（二番リ
ーフ）　、３−−子板、４−−−−−ベルリン形目玉、
θ−−−−接触部の角度、Ｐ−−一上下方向荷重、Ｑ・
水平方向力、ＴＰ−・・−接触部、Ｒ〜−ｍ−目玉の半
径。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも一端にベルリン形目玉を有する親板と少なく
   とも一枚の子板から成る重ね板ばねにおいて、前記親板
   である一番リーフに隣接する前記子板の二番リーフを前
   記親板の荷重点外側へ伸長した形状に形成し、前記一番
   リーフの端部と前記二番リーフの端部の接触部を前記目
   玉の中心鉛直面から内側へ角度１５±８゜の位置に設定
   したことを特徴とする重ね板ばね。