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リーフスプリングは、車輪付き車両のサスペンションによく用いられるシンプルな形状のスプリングです。元々は積層スプリングまたはキャリッジスプリングと呼ばれ、半楕円形スプリング、楕円形スプリング、またはカートスプリングと呼ばれることもあり、車両サスペンションの最も古い形態の一つです。リーフスプリングは、1枚または複数枚の細長い弧状の薄い板で構成され、車軸とシャーシに取り付けられ、路面の凹凸に応じて垂直方向にたわむようになっています。横方向リーフスプリングが最も一般的に使用される配置で、車両の全長にわたって車軸に垂直に取り付けられますが、横方向リーフスプリングの例も数多く存在します。
板ばねは、位置決め、バネ作用、そして板間の摩擦による減衰作用など、複数のサスペンション機能を果たすことができます。しかし、この摩擦は十分に制御されていないため、スティクション（固着）やサスペンションの不規則な動きが生じます。そのため、一部のメーカーはモノリーフスプリングを採用しています。
リーフスプリングは、長方形断面の細長い弧状のばね鋼の形をしています。最も一般的な構成では、弧の中心が車軸の位置となり、両端に形成されたループが車両のシャーシへの取り付けに使用されます。非常に重い車両の場合、リーフスプリングは、多くの場合、徐々に短くなるリーフを何層にも重ねて作られます。最も長いリーフは、メインリーフ、マスターリーフ、またはNo.1リーフとも呼ばれ、リーフは長さの降順で番号が付けられます。[ 1 ]： 1～3リーフスプリングの端にあるアイは、マスターリーフに形成されます。[ 2 ]： 6一般的に、メインリーフを除いて、他のリーフは両端がテーパー状になっています。[ 2 ]： 8補助リーフまたはリバウンドリーフがメインスプリングパックの一部となっている場合があり、その場合はメインリーフに最も近い補助リーフがNo.1、次に近いものがNo.2、といった具合になります。 [ 1 ]： 3リーフは、リーフスプリングの長さの中央付近にあるセンターボルトを介して互いに取り付けられています。[ 2 ]： 8リーフが横方向に整列するようにするには、リーフ間の切り欠きや溝、外部クリップなど、いくつかの方法が使用できます。[ 2 ]： 9～12
ばね鋼は炭素含有量が約1%のときに最も効率的であることが発見された。[ 2 ]： 13～15個々のリーフの厚さはスタッブスゲージまたはバーミンガムゲージで規定され、典型的な厚さは0.203～0.375インチ（5.2～9.5mm ）（6～3/8または00ゲージ）の範囲である。[ 2 ]： 16材料と寸法は、各リーフがセクション全体にわたって完全にマルテンサイト組織になるように硬化できるような方法で選択する必要がある。適切なばね鋼合金には、55Si7、60Si7、65Si7、50Cr4V2、および60Cr4V2が含まれる。[ 1 ]： 6
リーフスプリングの両端は通常、丸いアイレットまたはアイレットに成形されており、そこにファスナーを通してスプリングの両端を車両のフレームまたはボディに接続します。一部のスプリングは、代わりに旋回部材を支えるために、スプーンエンドと呼ばれる凹状の端部で終端されています（現在ではほとんど使用されていません）。通常、一方のアイは固定されていますが、スプリングの動きに合わせて回転できます。一方、もう一方のアイは、その端部が回転して限定的な動きをすることができるヒンジ機構に固定されています。リーフスプリングは、両方のアイでフレームに直接取り付けるか、片方の端（通常は前側）で直接取り付け、もう一方の端をシャックル（短いスイングアーム）で接続することができます。シャックルは、圧縮されたときにリーフスプリングが伸びる傾向を吸収し、サスペンションを柔らかくします。シャックルは、リーフスプリングにある程度柔軟性を持たせることで、重荷重がかかったときに破損しないようにします。車軸は通常、Uボルトでスプリングの中央に固定されます。[ 3 ]
リーフスプリングは車軸を所定の位置に保持するリンク機構として機能するため、別個のリンク機構は不要です。その結果、シンプルで丈夫なサスペンションが実現します。リーフ間の摩擦によりスプリングの動きが減衰し、反発が軽減されるため、ショックアブソーバーが広く採用されるまでは、らせん状のスプリングに比べて非常に大きな利点でした。[ 4 ]ただし、リーフスプリングは車軸を所定の位置に保持する役割も果たすため、柔らかいスプリング、つまりばね定数の低いスプリングは適していません。その結果生じる剛性とリーフ間の摩擦により、このタイプのサスペンションはライダーにとって特に快適ではありません。
リーフスプリングにはさまざまな種類があり、一般的に「楕円形」という言葉が使われます。「楕円形」または「完全楕円形」リーフスプリングは、1804年にイギリスの発明家オバディア・エリオットによって特許が取得され、先端で連結された2つの円弧を指していました。これは、上側の円弧の中央上部でフレームに取り付けられ、下側の円弧の中央は、固定式フロントアクスルなどの「ライブ」サスペンション部品に取り付けられていました。この設計では、通常、トレーリングアームなどの追加のサスペンション部品が必要でしたが、ホットキスドライブで使用されている「半楕円形」リーフスプリングでは必要ありませんでした。これは下側の円弧を使用しているため、その名前が付けられました。
「四分の一楕円形」のリーフスプリングは、1920年代のオースチンセブンのように、リーフスプリングの最も厚い部分が短いラダーフレームのサイドピースの後端に差し込まれ、自由端がディファレンシャルに取り付けられていることが多かった。非楕円形のリーフスプリングの例として、フォード モデルTは、ディファレンシャルの上にヨーク状に湾曲した複数のリーフスプリングを備えていた。ダンパー（ショックアブソーバー）の代わりとして、一部のメーカーは、金属製のリーフの間に木材などの非金属板を挟み込んだ。
エリオットの発明は馬車の設計と製造に革命をもたらし、重い荷台の必要性をなくし、でこぼこ道での輸送をより速く、より簡単に、より安価にした。[ 5 ]
より現代的な実装方法として、放物線状のリーフスプリングがあります。この設計は、リーフの枚数が少なく、リーフの厚さが中央から両端にかけて放物線状に変化するのが特徴です。この設計の目的は、リーフ間の摩擦を低減することであり、そのためリーフ同士の接触は、車軸が接続されている中央部と両端のみで発生します。スペーサーによって、他の箇所での接触は防止されます。軽量化に加え、放物線状のリーフスプリングの主な利点は、柔軟性が高いことです。これにより、乗り心地が向上し、コイルスプリングに近い乗り心地を実現します。ただし、その代償として、積載能力は低下します。快適性を向上させるため、バスに広く採用されています。
英国のGKN社やシボレー（コルベットなど）によるさらなる開発として、複合プラスチック製リーフスプリングへの移行が挙げられる。しかしながら、リーフ間の摩擦やその他の内部減衰効果がないため、このタイプのスプリングにはより強力なダンパー／ショックアブソーバーが必要となる。
自動車のサスペンションで一般的に使用されるリーフスプリングは、車軸を支えるだけでなく、車軸の位置を固定する役割も果たします。しかし、スプリングの柔軟性によって車軸の非ばね下質量を正確に制御することが難しくなるため、ハンドリングの問題（「アクスルトランプ」など）が発生する可能性があります。一部のサスペンション設計では、ワッツリンク（またはパナールロッド）とラジアスアームを使用して車軸の位置を固定するため、このような欠点はありません。このような設計では、より柔らかいスプリングを使用できるため、乗り心地が向上します。例としては、オースチン・ヒーレー3000やフィアット128の各種リアサスペンションが挙げられます。
最も初期の板バネは、17世紀半ばにフランスの馬車に2分割エルボースプリング（リスボンの図解例）の形で登場し、後にイギリスとドイツに伝わり[ 6 ] 、 1750年頃にはこれらの国の富裕層の馬車に見られるようになった[ 2 ]。リチャード・ラヴェル・エッジワース博士は、 1768年にスプリング式馬車の優位性を実証した功績により、英国芸術製造業者協会から3つの金メダルを授与された。1796年までに、ウィリアム・フェルトンの『馬車論』は、18世紀後半の馬車産業で板バネが定期的に販売されていたことを示している[ 7 ]。[ 2 ]： 87-97
オバディア・エリオットは、1804年に楕円形板ばねの特許を取得し、現代の板ばねの発明者として知られています。この特許は彼に大きな名声と収入をもたらし、技術者たちは改良された設計と製造プロセスを開発するために板ばねの研究を始めました。板ばねの力学とたわみは、クラーク（1855年）、フランツ・ロイロー（1861年）[ 8 ] 、およびGR・ヘンダーソン（1894年）[ 2 ] : 1 [ 9 ] [ 10 ]によって研究されました。19世紀後半には、鋼圧延プロセス、プロセス機器、およびばね鋼合金の改良も行われ、板ばねの製造はより安定し、コストも削減されました[ 2 ] : 2
リーフスプリングは、自動車メーカーが主に前輪駆動に移行し、コイルスプリングを使用したより洗練されたサスペンション設計が開発された1970年代まで、自動車で非常に一般的でした。今日でも、リーフスプリングは、バンやトラック、SUV、鉄道車両などの大型商用車で使用されています。大型車両の場合、リーフスプリングは荷重を車両のシャーシ全体に広く分散させるという利点があり、コイルスプリングは荷重を一点に集中させます。コイルスプリングとは異なり、リーフスプリングは後車軸の位置も決定するため、トレーリングアームやパナールロッドが不要になり、シンプルなライブアクスル式後部サスペンションでコストと重量を削減できます。リーフスプリングのヘリカルスプリングに対するもう1つの利点は、リーフスプリングの端を一定の経路に沿ってガイドできることです。1990年代後半から2000年代初頭の多くのトラックでは、リーフスプリングはヒンクルビームボールジョイントに接続されています。
リーフスプリングは、現代の自動車にも応用されています。例えば、1963年型シボレー・コルベット・スティングレイは、独立懸架式リアサスペンションに横置きリーフスプリングを採用しています。同様に、2016年型ボルボXC90も、 1984年型コルベットのフロントサスペンションとコンセプトが似ている、複合材料を使用した横置きリーフスプリングをリアサスペンションに採用しています。この構造では、中央部でシャーシにしっかりと固定された直線状のリーフスプリングを使用し、スプリングの両端はホイールサスペンションにボルトで固定されているため、各ホイールでスプリングが独立して機能します。このサスペンションは、従来の構造よりも小型で、薄型で、軽量です。
多板ばねは以下のように作られます。
板ばねは比較的高品質の鋼でできているため、鍛冶屋にとって好ましい材料です。インド、ネパール、バングラデシュ、フィリピン、ミャンマー、パキスタンなどの国々では、伝統的な鍛冶屋が今でも国内の工具の大部分を生産しており、廃車になった車の板ばねはナイフ、ククリ、その他の工具を作るのに頻繁に使用されています。[ 11 ]また、アマチュアや趣味の鍛冶屋にもよく使われています。
リーフスプリングは、一部のトランポリン（ソフトエッジトランポリンとして知られています）で従来のコイルばねに取って代わり、使用者の安全性を向上させ、脳震盪のリスクを軽減します。 [ 12 ]リーフスプリングは、ベースフレームから分岐してジャンプマットを吊り下げる「脚」としてフレームの周囲に配置され、柔軟性と弾力性を提供します。[ 13 ]
自動車のクラッチによく使われる「ダイヤフラム」は、板バネの一種である。
車両の分野におけるチューニング（英語の tune、調整、調和、微調整に由来）とは、個人の好みや特定のニーズに合わせて車両を大量生産基準から変更することを意味する用語です。[ 14 ] [ 15 ]サスペンションのチューニングには、スプリング、ショックアブソーバー、スタビライザー、その他の関連部品の交換が含まれます。[ 16 ]多くのトラックはリーフスプリングサスペンションで支えられています。[ 17 ]リーフスプリングサスペンションは、優れた関節可動性、高い積載能力を提供し、かなりの酷使にも耐えることができます。適切な方法を使用すれば、車両が重い荷物を運んだり、関節可動性を向上させたり、より大きな特大タイヤを装着したりできるように改造できます。一部の車両には、フロントとリアのリーフスプリング、または独立したフロントサスペンションを備えたリアリーフスプリングのみが装備されている場合があります。リーフスプリングをアップグレードする主な方法は 2 つあります。1 つ目は、予算に優しいが効果的な方法で、工場出荷時のリーフスプリングパックにリーフを追加することです。これにより、地上高と積載能力が向上します。[ 18 ] 2つ目の選択肢は、純正のリーフスプリングパックをより頑丈なパックに完全に交換することです。これにより、最低地上高が増加し、積載能力が大幅に向上し、リアエンドのストローク（ドロップ/コンプレッション）が増加してパフォーマンスが向上します。[ 19 ] 3つ目の選択肢は、純正のリーフスプリングパックをコイルスプリングに交換することです。全体として、このアプローチはリアサスペンションのダイナミクスのあらゆる側面を変え、高さ、積載能力、ホイールトラベルなど、結果をより細かく制御できるようになります。[ 20 ]
リフトブロックなど、リアには適していてもフロントには適さないリフト方法もあります。ブロックを使ってリアをリフトアップするのは、希望の高さにするための一般的な方法です。これは、リーフスプリングとリーフスプリングパーチの間に希望の高さのブロックを取り付け、より長いUボルトを装着することで行います。しかし、これはフロントには適さない方法です。主な理由は、ブレーキ時の安全性の問題です。ブレーキをかけると、前輪が制動力の大部分を発生させます。ブロックは、ブレーキによって発生するこの横方向の力を、標準の状態よりも車軸より高い位置に移動させます。そのため、ブロックがずれて、完全に制御不能になる可能性があります。
リーフスプリングを強化するより適切な方法は、アド・ア・リーフを使用することです。これは、車両のリーフスプリングパックにリーフを1枚追加することで行います。アド・ア・リーフを使用すると車高は上がりますが、スプリングの剛性が増すため、サスペンションのストロークが硬くなる場合があります。
オフロード車の場合、サスペンションのストロークを延長し、より大きなタイヤを装着することに重点が置かれています。より大きなタイヤ（ホイールが大きい場合もそうでない場合も）は、最低地上高を上げ、荒れた地形での乗り心地を滑らかにし、クッション性を高め、接地圧を低減します（これは柔らかい路面で重要です）。[ 21 ] [ 22 ]オフロード車の後部サスペンションは、多くの場合、リーフスプリングで構成されています。