JP2000233621A5 - - Google Patents

Description

【発明の名称】エアサスペンション装置用スタビライザ
【特許請求の範囲】
【請求項１】上下方向よりも左右方向に撓みやすい板ばね状部材からなり車両前後方向に互いに平行に延在して車体フレームとアクスルとを連結する左右一対のリンクアームと、前記両リンクアームの一端同士を連結して左右方向に延在するトーションバーとを有し、前記両リンクアームの他端及び前記トーションバーのいずれか一方をゴムブッシュまたはボールジョイントを介して前記車体フレーム側に結合すると共に他方をゴムブッシュまたはボールジョイントを介して前記アクスルに結合することによって左右輪の揺れを抑制するためのエアサスペンション装置用スタビライザであって、
前記両リンクアームが、前記一端側の板厚に比較して前記他端側の板厚の方が薄くなっていると共にその間の前記他端側寄りに前記他端側の板厚よりも更に薄い部分を有し、且つ各部の板厚がなだらかに変化していることを特徴とするエアサスペンション装置用スタビライザ。
【請求項２】前記両リンクアームの両結合部間の長さをＬ１としたときに、前記一端側の板厚Ｄ１が２．７５〜３．２５×１０^−２×Ｌ１の範囲、前記他端側の板厚Ｄ２が１．５〜２．０×１０^−２×Ｌ１の範囲、前記他端側の板厚よりも更に薄い部分の板厚Ｄ３が０．８５〜２．７５×１０^−２×Ｌ１の範囲、とそれぞれなっていることを特徴とする請求項１に記載のエアサスペンション装置用スタビライザ。
【請求項３】前記両リンクアームの両結合部間の長さをＬ１とし、前記両リンクアームの最も板厚の薄い部分の前記他端側の結合部からの距離をＬ２としたときに、Ｌ２／Ｌ１＝０．２５〜０．３５の範囲となっていることを特徴とする請求項１に記載のエアサスペンション装置用スタビライザ。
【請求項４】前記両リンクアームが、前記一端側の板幅に比較して前記他端側の板幅の方が狭くなっていると共にその間の板幅がなだらかに変化していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のエアサスペンション装置用スタビライザ。
【請求項５】前記両リンクアームの結合部間の長さをＬ１としたときに、前記一端側の板幅Ｗ１が０．３２５〜０．３７５×Ｌ１の範囲、前記他端側の板幅Ｗ２が０．２５〜０．３０×Ｌ１の範囲、とそれぞれなっており、かつＷ１／Ｗ２＝１．１〜１．５の範囲となっていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のエアサスペンション装置用スタビライザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大型トラック、バス等に用いるのに適し、車体フレームとアクスルとを連結するべく車両前後方向に互いに平行に延在する左右一対のリンクアームを有するエアサスペンション装置用スタビライザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、大型トラック、バス等に用いられる車軸式サスペンション装置に於いて、リーフスプリングを用いたものに比較して乗り心地等が改善された空気ばねを用いたものが知られている。この空気ばねは、単体で用いると基本的には２点を作用点とし、幅や長さがないことから、板ばねと異なり、単体では前後・左右の連結ができず、公知の連結ロッド等を併用する必要がある。これには、例えば車体フレームとアクスルとを連結するべく車両前後方向に互いに平行に延在する左右一対のリンクアームと、その上側に同様な一対のリンクアームまたはＶ字ロッド状のリンクアームとを設けた平行リンク式のものがある。二対のリンクアームを設けたものにあっては、車体フレームとアクスルとを連結するラテラルロッドをも設けることが一般的である。
【０００３】
上記の如きサスペンション装置にあっては、左右輪の揺れを抑制するためのスタビライザが別途設けられていることが多いが、このスタビライザの重量が２０ｋｇ〜３０ｋｇと重く、車体の重量化を招いていた。
【０００４】
このような不都合に対処するために、本願と同一出願人は、特願平９−２２３７８４号明細書に於いて、エアサスペンション装置の左右リンクアームを、上下方向よりも左右方向に撓みやすい板ばね状部材で形成し、その一端同士を左右方向に延在するトーションバーで連結し、各他端及びトーションバーのいずれか一方を車体側に連結すると共に他方をアクスルに連結し、両リンクアーム及びトーションバーにより左右輪の揺れを抑制するスタビライザを構成することを提案している。
【０００５】
この構造によれば、別付スタビライザ及びスタビライザを車体フレームに支持するのに用いていたスタビハンガーブラケットを省略して車両重量が軽くなると共に部品点数が削減され、車両コストが低廉化される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成のリンクアームに於いては、トーションバー側は剛結され、反トーションバー側はブシュを介して支持されるなど、トーションバー側と反トーションバー側とで可動範囲の差や支持構造の違いがあるので、トーションバー側の板厚よりも反トーションバー側の板厚を薄くした所謂テーパリーフを用いた方がばね定数の調整がし易くなると共に左右方向への撓み時にリンクアームの最大発生応力を低減できる。ところがその反面、反トーションバー側の板厚をあまり薄くするとその部分の強度が低下し、この逆に反トーションバー側の板厚を確保したままトーションバー側の板厚を厚くすると、リンクアームが過度に厚くなって装置が大型化・重量化するという問題が発生する。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、部分的な強度の低下を伴うことなく、また大型化・重量化を伴うことなくリンクアームの最大発生応力を低減し、耐久性を向上し得るエアサスペンション装置用スタビライザを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した目的は、上下方向よりも左右方向に撓みやすい板ばね状部材からなり車両前後方向に互いに平行に延在して車体フレーム１、２とアクスル７とを連結する左右一対のリンクアーム８、９と、前記両リンクアームの一端同士を連結して左右方向に延在するトーションバー１０とを有し、前記両リンクアームの他端及び前記トーションバーのいずれか一方をゴムブッシュまたはボールジョイントを介して前記車体フレーム側に結合すると共に他方をゴムブッシュまたはボールジョイントを介して前記アクスルに結合することによって左右輪Ｔの揺れを抑制するためのエアサスペンション装置用スタビライザであって、前記両リンクアームが、前記一端側の板厚Ｄ１に比較して前記他端側の板厚Ｄ２の方が薄くなっていると共にその間の前記他端側寄りに前記他端側の板厚よりも更に薄い板厚Ｄ３の部分を有し、且つ各部の板厚がなだらかに変化していることを特徴とするエアサスペンション装置用スタビライザを提供することにより達成される。特に、前記両リンクアームの両結合部間の長さをＬ１としたときに、前記一端側の板厚Ｄ１が２．７５〜３．２５×１０^−２×Ｌ１の範囲、前記他端側の板厚Ｄ２が１．５〜２．０×１０^−２×Ｌ１の範囲、前記他端側の板厚よりも更に薄い部分の板厚Ｄ３が０．８５〜２．７５×１０^−２×Ｌ１の範囲、とそれぞれなっていると良く、また、前記両リンクアームの両結合部間の長さをＬ１とし、前記両リンクアームの最も板厚の薄い部分の前記他端側の結合部からの距離をＬ２としたときに、Ｌ２／Ｌ１＝０．２５〜０．３５の範囲となっていると良い。
【０００９】
更に、前記両リンクアームが、前記一端側の板幅に比較して前記他端側の板幅の方が狭くなっていると共にその間の板幅がなだらかに変化していることで、最大応力低減効果が一層高くなる。その場合、前記両リンクアームの結合部間の長さをＬ１としたときに、前記一端側の板幅Ｗ１が０．３２５〜０．３７５×Ｌ１の範囲、前記他端側の板幅Ｗ２が０．２５〜０．３０×Ｌ１の範囲、とそれぞれなっており、かつＷ１／Ｗ２＝１．１〜１．５の範囲となっていることが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１１】
図１〜図３は、本発明が適用された第１の実施形態に於けるトラックの従動輪のエアサスペンション装置の概略構成を示す。このサスペンション装置は、空気ばねを用いた車軸式サスペンション装置である。車体の左右に前後方向に延在するフレーム１、２には、一対のアッパーリンクアーム３、４の一端がブラケット５、６及びブッシュを介して主に上下方向に揺動可能に枢着されている。このアッパーリンクアーム３、４の他端には、ブッシュを介してアクスル７が連結されている。
【００１２】
図２及び図３に良く示すように、アッパーリンクアーム３、４の下部には、これと平行にロアリンクアーム８、９が配置され、その一端同士が左右方向に延在するトーションバー１０で一体的に剛結されている。また、ロアリンクアーム８、９の各他端は、フレーム１、２に、ブラケット５、６及びブシュ１１、１２を介して主に上下方向に揺動可能に枢着されている。トーションバー１０の左右端部近傍には、首部１０ａ、１０ｂにてブッシュ１３、１４を介してアクスル７が連結されている。これらアッパーリンクアーム３、４及びロアリンクアーム８、９により平行リンクが構成されている。
【００１４】
両ロアリンクアーム８、９のみを、その厚み及び幅を誇張した図４（ａ）、図４（ｂ）、及びロアリンクアーム８、９の動きを表す図５（ａ）、図５（ｂ）に良く示すように、ロアリンクアーム８、９は上下方向には比較的剛性が高く、かつ左右方向には比較的撓みやすい板ばね状部材からなる。また、ロアリンクアーム８、９のトーションバー１０側（一端側）の板厚Ｄ１に比較して反トーションバー側（他端側）即ちフレーム１、２側の板厚Ｄ２の方が薄くなっていると共にその間のフレーム１、２側（他端側）寄りにフレーム１、２側の板厚Ｄ２よりも更に薄い板厚Ｄ３の部分が形成され、それら各部の板厚がなだらかに変化している（図４（ｂ））。
【００１５】
ここで、両リンクアーム８、９の連結部間の長さをＬ１としたときに、トーションバー１０側の板厚Ｄ１は、２．７５〜３．２５×１０^−２×Ｌ１の範囲、フレーム１、２側の板厚Ｄ２は、１．５〜２．０×１０^−２×Ｌ１の範囲、フレーム１、２寄りの最も板厚の薄い部分の板厚Ｄ３は、０．８５〜２．７５×１０^−２×Ｌ１の範囲、にそれぞれなっている。トーションバー１０側の板厚Ｄ１が２．７５×１０^−２×Ｌ１よりも、フレーム１、２側の板厚Ｄ２が１．５×１０^−２×Ｌ１よりも、最も板厚の薄い部分の板厚Ｄ３が０．８５×１０^−２×Ｌ１よりも、それぞれ薄いとその強度を確保できず、トーションバー１０側の板厚Ｄ１が３．２５×１０^−２×Ｌ１よりも厚いと不必要に重量化する。
【００１６】
また、両リンクアーム８、９の連結部間の長さをＬ１とし、リンクアーム８、９の最も板厚の薄い部分（板厚Ｄ３の部分）のフレーム１、２側の支持部からの距離をＬ２としたときに、Ｌ２／Ｌ１＝０．２５〜０．３５の範囲となっている。この範囲を外れると最大発生応力が増大する。図６はＤ１＝３．０７×１０^−２×Ｌ１とし、Ｄ２＝１．７３×１０^−２×Ｌ１とし、Ｄ３＝１．１５×１０^−２×Ｌ１としたときのＬ２／Ｌ１、即ち板厚がＤ３の部分の位置と最大発生応力との関係を示すグラフである。
【００１７】
尚、本構成ではリンクアーム８、９の材質として、ブッシュのカラー及びトーションバー１０を溶接することから、通常のばね鋼ＳＵＰ９、９Ａでは、溶接割れが発生してしまうため、溶接後、熱処理して上記ばね鋼と同じ硬さの出せるＳＣＭ４２５を使用したが、例えばフレーム１、２側の板厚Ｄ２を１．１５×１０^−２×Ｌ１、トーションバー１０側の板厚Ｄ１を３．０７×１０^−２×Ｌ１としてなだらかに変化させてもフレーム１、２側の溶接部の応力が、４３５（Ｍｐａ）より大きくなるため、フレーム１、２側の板厚Ｄ２を１．７３×１０^−２×Ｌ以上に設定した。実際にはその材料によってフレーム１、２側の板厚Ｄ２を更に薄くすることも可能であることは云うまでもない。
【００１８】
このような構成では図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、車輪Ｔからの上下方向の入力ではロアリンクアーム８、９は殆ど変形せず、トーションバー１０のねじれにより左右のロアリンクアーム８、９が相対回動して変位を得る（上下方向ばね定数はトーションバー１０のねじれにより発生する）。また、左右方向の入力（車体とアクスルとの間の左右ずれ）に対しては、ロアリンクアーム８、９が或る程度撓んでこれを吸収するようになっている。
【００１９】
以下に、本実施形態の作動要領について説明する。まず、左右の両車輪Ｔに同相の上下入力があった場合、空気ばね１５、１６が上下に撓む。そしてラテラルロッド１９のフレーム１側の支点を中心に、アクスル７の軌跡がラテラルロッド１９の支持点間距離を半径とする弧を描くので、車体とアクスル７との間の左右ずれが生じる。これに対してアッパーリンクアーム３、４は、その両端でブッシュを介して支持されているため、このずれに追随する。また、ロアリンクアーム８、９は上記したように板ばね状部材をなすことから、左右に容易に撓むことができ、アクスル７との連結端はこのずれに追随できる。従って、ばね下部分が上下動し易くなり、車体フレーム側への振動伝達量を低減できる。尚、首部１０ａ、１０ｂには段差があるため、ブッシュ１３、１４とトーションバー１０との間で左右ずれが生じることはない。
【００２０】
次に、左右両車輪Ｔに逆相の入力があった場合、ラテラルロッド１９のフレーム１側の支点を中心に、アクスル７が傾動し、一方のタイヤは上昇し、他方は下降する。このとき、ロアリンクアーム８、９には、左右撓みが発生し、同時にトーションバー１０にねじれが発生する（図５（ａ）及び図５（ｂ）参照）。上記と同様にこの左右撓みにより車体フレーム側への振動伝達量を低減できる。尚、上記と同様に首部１０ａ、１０ｂには段差があるため、ブッシュ１３、１４とトーションバー１０との間で左右ずれが生じることはない。
【００２１】
更に、左右両車輪Ｔに横加速度の入力があってロールが発生した場合は、逆相入力時と同様に、ラテラルロッド１９のフレーム１側の支点を中心に、車体フレームとアクスル７とが相対的に回転し、ロアリンクアーム８、９には、左右撓みが発生し、同時にトーションバー１０にねじれが発生してそれらの反力によりロールを抑制することができる。尚、上記したようにロアリンクアーム８、９は比較的左右に撓み易く設定されていることからその反力も小さく、適度なロールが運転者に伝達されるため、コーナリング時の適正速度を知らせることができるようになっている。尚、上記と同様に首部１０ａ、１０ｂには段差があるため、ブッシュ１３、１４とトーションバー１０との間で左右ずれが生じることはない。
【００２２】
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、本発明が適用された第２の実施形態に於けるトラックの従動輪のエアサスペンション装置用スタビライザの要部構成を示す図４（ａ）及び図４（ｂ）と同様な図である。上記構成では両ロアリンクアーム８、９の板幅（上下の寸法）は一定としたが、本構成では、トーションバー１０側の板幅Ｗ１に比較してフレーム１、２側の板幅Ｗ２の方が狭くなっていると共にその間の板幅がなだらかに変化している。それ以外の構成は上記第１の実施形態と同様である。
【００２３】
ここで、両リンクアーム８、９の連結部間の長さをＬ１としたときに、トーションバー１０側の板幅Ｗ１が０．３２５〜０．３７５×Ｌ１の範囲に、フレーム１、２側の板幅Ｗ２が０．２５〜０．３０×Ｌ１の範囲にそれぞれなっており、かつＷ１／Ｗ２＝１．１〜１．５の範囲となっている。トーションバー１０側の板幅Ｗ１が０．３２５×Ｌ１よりも狭く、フレーム１、２側の板幅Ｗ２が０．２５〜０．３０×Ｌ１よりも狭いとその強度を確保できず、トーションバー１０側の板幅Ｗ１が３．２５×１０^−２×Ｌ１よりも広いと不必要に大型化・重量化する。また、Ｗ１／Ｗ２が１．１よりも小さくなるとトーションバー１０側の応力が急激に増大し、１．５よりも大きくなると、フレーム１、２側の応力が急激に増大することで最大発生応力が増大する。図８はＤ１＝３．０７×１０^−２×Ｌ１とし、Ｄ２＝１．７３×１０^−２×Ｌ１とし、Ｄ３＝１．１５×１０^−２×Ｌ１とし、Ｌ２／Ｌ１＝０．３としたときのＷ１／Ｗ２と最大発生応力との関係を示すグラフである。
【００２４】
尚、上記各実施形態ではロアリンクアーム８、９の一端同士をトーションバー１０で一体的に剛結し、これでアクスル７を支持し、ロアリンクアーム８、９の各他端をフレーム１、２に枢着したが、図９に示すように、トーションバー１０をフレーム１、２に枢着し、ロアリンクアーム８、９の各他端でアクスル７を支持しても良い。また、アッパーリンクアームに代えてアクスルハウジングの中心部とフレーム１、２との間にＶ字ロッドを介在させ、これとロアリンクアーム８、９とにより平行リンクが構成し、アクスルハウジングとフレーム１、２との間に左右各一対の空気ばねを設ける構成としても良い。
【００２５】
【発明の効果】
上記した説明により明らかなように、本発明によるエアサスペンション装置用スタビライザによれば、両リンクアームに於けるトーションバー側の板厚に比較して反トーションバー側の板厚を薄くすると共にその間の反トーションバー側寄りに反トーションバー側の板厚よりも更に薄い部分を形成し、各部の板厚をなだらかに変化させることで、リンクアームの各部への応力集中を防止し、最大発生応力を低減し、耐久性を向上することができる。また、両リンクアームに於けるトーションバー側の板幅に比較して反トーションバー側の板幅を狭くすると共にその間の板幅をなだらかに変化させることで、最大発生応力低減効果が一層高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された第１の実施形態に於けるトラックの従動輪のサスペンション装置の概略構成を示す平面図。
【図２】図１に示したサスペンション装置の側面図。
【図３】図１に示したサスペンション装置の要部底面図。
【図４】（ａ）はリンクアームのみの平面図、（ｂ）はその側面図。
【図５】（ａ）は本発明によるエアサスペンション装置の作動を説明するロアリンクアームの側面図、（ｂ）はその底面図。
【図６】リンクアームの最も板厚の薄い部分の位置と最大発生応力との関係を示すグラフ。
【図７】本発明が適用された第２の実施形態に於けるトラックの従動輪のサスペンション装置のリンクアームのみの平面図、（ｂ）はその側面図。
【図８】Ｗ１（トーションバー側の板幅）／Ｗ２（トーションバーと相反する側板幅）と最大発生応力との関係を示すグラフ。
【図９】本発明の応用例を示す図３と同様な図。
【符号の説明】
１、２ 車体フレーム
３、４ アッパーリンクアーム
５、６ ブラケット
７ アクスル
８、９ ロアリンクアーム
１０ トーションバー
１０ａ、１０ｂ 首部
１１、１２ ブッシュ
１３、１４ ブッシュ
１５、１６ 空気ばね
１７、１８ ショックアブソーバ
１９ ラテラルロッド
Ｔ 車輪

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