JP2012025226A - サスペンション用アーム - Google Patents

Abstract

【課題】車両の前後方向に延びた軸心回りで上下揺動可能に車体側に支持される基端部と、車輪のナックルを取り付ける先端部とを有するサスペンション用アームの構造を、より簡便に製作可能なものにする。
【解決手段】コ字状の断面を備えた一対のビーム材１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂどうしを、コ字の開口部どうしが車両の前後方向に沿って向き合い、且つ、先端部Ｐから基端部Ｑに向かって次第に離間するように配置し、少なくとも先端部Ｐ付近において接合された構造のサスペンション用アーム１，２とした。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両の前後方向に延びた軸心回りで車体側に上下揺動可能に支持される基端部と、車輪のナックルを取り付ける先端部とを有するサスペンション用アームに関する。

この種のサスペンション用アームに関連する先行技術文献情報として下記に示す特許文献１がある。この特許文献１に記されたサスペンション用アームは、単一の先端部から２つの基端部に向かって別方向に延びた一対のフォーク状部材を互いに上下方向で対向させ、両部材どうしを側面で溶接して一体化している。得られたアームの２つの基端部どうしは車両の前後方向に離間配置して、車体側に上下揺動可能に支持される。

各フォーク状部材はコ字状断面を備え、先端部を除いてコ字の開口部どうしを上下方向で対向させて溶接しているため、先端部を除く箇所では矩形断面を備えた中空の構造が得られる。先端部については、ナックルアームを連結支持するためのボールジョイントを従来のような取付け部材を介さずに簡単にネジ固定できるように、両部材を上下に合わせても中空構造を持たない板状構造としている。

特開２００１−１２１９３３号公報（００２０〜００２３段落、図１）

特許文献１に記されたサスペンション用アームでは、溶接する前の個々のアーム部材に対して、断面がコ字形で、且つ、平面視では先端部から２つの基端部に向けて湾曲状に分岐したフォーク状である。しかも、基端部と先端部で断面形状が大きく異なる特殊な形状を与える必要がある。よって、これらのアーム部材を作製するために特殊な湾曲形状の専用プレス金型を必要とし、製作コストが高くなり易いという問題があった。また、アーム部材の分岐角度などに関する僅かな設計変更に際しても、新たな専用プレス金型を調達する必要があった。

尚、特許文献１に記された技術とは別に、ナックルを取り付け可能な閉じられた矩形断面の先端部を一枚の鋼板から曲げ加工で得る方法も考えられるが、これには少なくとも３箇所の曲げ加工を行う必要がある。このため、特殊なプレス治具や高度なプレス技術が必要となり、加工工数も多くなり、やはり、製作コストが高くなり易かった。

そこで、本発明の目的は、上に例示した従来技術によるサスペンション用アームが与える課題（従来技術の状況）に鑑み、より簡単に製作可能なサスペンション用アームを提供することにある。

本発明によるサスペンション用アームの第１の特徴構成は、
車両の前後方向に延びた軸心回りで上下揺動可能に車体側に支持される基端部と、車輪のナックルを取り付ける先端部とを有するサスペンション用アームであって、
コ字状の断面を備えた一対のビーム材どうしを、前記コ字の開口部どうしが車両の前後方向に沿って向き合い、且つ、前記先端部から前記基端部に向かって次第に離間するように配置し、少なくとも前記先端部において接合してある点にある。

本発明の第１の特徴構成によるサスペンション用アームでは、コ字状の断面を備えた一対のビーム材どうしを、コ字の開口部どうしが向き合い、且つ、先端部から基端部に向かって次第に離間するように配置し、先端部において接合すれば良く、コ字状の断面を備えたビーム材そのものの構造が簡単で、３枚の板材を溶接する方法や、一枚の板金に対して極一般的な金型と簡単なプレス技術を用いた曲げ加工で得られるため、製作コストを有効に削減できる。また、基端部どうしの離間距離などに関する設計変更が必要な場合にも、一対のビーム材どうしの組み合わせ角度を変更することで比較的簡単に対応できる。アームを車体に揺動可能に連結するためのブッシュなどを溶接し易いように基端部を加工する際も、コ字の縦材のみ端部を円弧状に切り欠くという簡単な加工で適切な形状が得られる。

本発明の他の特徴構成は、一方の前記ビーム材の互いに平行な２つの上面部位を他方の前記ビーム材の互いに平行な２つの下面部位に当接させつつ交差させ、同交差した箇所にて一対の前記ビーム材どうしが接合されている点にある。

本構成であれば、ビーム材を構成する板材どうしを上下で重ね合わせて溶接すれば良いため、一対のビーム材の端面どうしを同じ高さで当接させて、その当接面を溶接する方法に比して、溶接作業が容易である、また、接合箇所において、板材どうしの重なり合いに基づく高い剛性が得られる。さらに、アーム部材の仕上がり寸法となるように板材どうしの前後方向の重ね代を適宜調節する操作が可能なため、使用するアーム部材自体に高い寸法精度が要求されず、結果的にコスト削減が得られる。また、本構成であれば、２つの板材どうしを重ね合わせた箇所に、下方の板材の上面と上方の板材の端面とが直角に出会った理想的な溶接面が得られるため、溶接作業が非常に容易となり、しかも高い溶接強度が得られ易い。さらに、一方のビーム材のコ字の開口部の中に他方のビーム材の互いに平行な２つの板材部位を挿入する構成では、ビーム材のコ字の上下寸法に大小関係を持たせる必要があるが、本構成であれば、一対のビーム材どうしを全く同じ寸法とすることもできる。

本発明の他の特徴構成は、前記各ビーム材が一枚の板材を曲げ加工して形成されている点にある。

本構成であれば、３枚の板材を溶接する方法でビーム材を得る構成などに比して、短時間で製作でき、強度的な信頼性も高まる。

本発明の他の特徴構成は、前記先端部における前記各ビーム材の前後方向の最大長さが少なくとも前記先端部の前後長さを備えている点にある。

本構成であれば、アームが車両の前後方向からの応力に対して十分な強度を発揮し易い。また、先端部における各ビーム材の前後方向の最大長さが先端部の前後長さに満たない構成では、一対のビーム材どうしの重なり合う箇所が前後方向の中央付近に来るので、溶接箇所もコ字の縦材から中央寄りに外れた位置となり、アームの上下方向の強度が不十分となる虞がある。しかし、本構成であれば、一対のビーム材どうしの重なり合う箇所が前後方向の中央付近ではなくコ字の縦材付近に来るので、溶接によって一体化された箇所の上下方向の強度が確保され易い。また、車体重量を支持するダンパーの下端を取り付けるための領域もアームの上面に確保し易くなる。

本発明の他の特徴構成は、前記一対のビーム材どうしが前記基端部において単一の筒状部材に接続されており、前記基端部が前記筒状部材を介して前記車体側に枢支されている点にある。

本構成であれば、一対のビーム材の各基端部が互いに独立した別々の筒状部材に接続されている構成に比して、ビーム材の前後方向の長さと無関係に筒状部材への接合が可能になるなど、アームの設計自由度が増す。

本発明に係るサスペンション装置が適用された車両を示す側面図である。 車両の操舵輪付近を示す背面図である。 車両の操舵輪付近を示す平面図である。 サスペンション装置を示す斜視図である。 サスペンション装置の上部アームと下部アームを示す平面図である。 上部アームを示す分解説明図である。 下部アームを示す分解説明図である。 上部アームと下部アームの断面形状を示す略図である。 ステアリング部材の取り付け構造を示す平面図である。 ステアリング部材の取り付け構造を示す分解斜視図である。 別実施形態によるアームの断面形状を示す略図である。 さらに別の実施形態によるアームの断面形状を示す略図である。

以下に本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。
図１は四輪駆動式の車両５０を示し、この車両５０の前輪にあたる操舵輪６と車体フレーム４０との間に、本発明に係るサスペンション装置３０が配置されている。但し、このサスペンション装置の基本的な構成は非操舵輪にも適用可能である。

なお、この実施形態では、車両５０として、車体の前部にボンネットＡが配備され、車体の前後中間部における操舵輪６と駆動後輪との間に運転部Ｂが配備され、車体の後部にエンジンＥ及びミッションケースＭが配備され、さらに、車体の後部におけるエンジンＥ及びミッションケースＭの上側に荷台Ｃが装備された多目的作業車が示されている。

（サスペンション装置の構成）
サスペンション装置３０は、車体フレーム４０の下部に上下揺動可能に支持される左右の上部アーム１と下部アーム２、及び、上部アーム１の上面に支持されたショックアブソーバ３などを備えたダブルウィッシュボーン型のサスペンション装置となっている。

車体フレーム４０を構成する左右のメインフレーム４０Ｍの前端部には、サスペンション装置３０を取り付ける枠状の前部フレーム４０Ａが補強フレームにより補強された状態で連結されている。前部フレーム４０Ａには、その上下中間部に位置する状態で斜め前方上方向き傾斜姿勢で配備された左右の前後向きフレーム４０Ｂと、その下部に位置する状態で斜め前方上方向き傾斜姿勢で配備された下部フレーム４０Ｃと、左右のメインフレーム４０Ｍの前端部から立設された左右の後部上下向きフレーム４０Ｄと、左右の前後向きフレーム４０Ｂの前端部から斜め外方上方に向けて立設された左右の前部上下向きフレーム４０Ｅと、前部及び後部上下向きフレーム４０Ｄ，４０Ｅの上端部どうしに亘って連結された上部フレーム４０Ｆと、これらを互いに補強する補強フレーム等を備えて構成されている。左右の前後向きフレーム４０Ｂの後端側は、左右の後部上下向きフレーム４０Ｄに亘って連結された左右向きの横フレーム（不図示）に連結され、左右の前後向きフレーム４０Ｂの前端側は、下部フレーム４０Ｃの前端部から立設された前フレーム４０Ｇに連結されている。図２に示すように、下部フレーム４０Ｃは、左右中央部に下側に凹んだ凹部が形成され且つ左右両側部にクランク状に折り曲げられた折り曲げ部が形成された断面形状を有するように構成されており、その後端側が左右のメインフレーム４０Ｍに亘って連結された左右向きの横フレーム（不図示）に連結されている。

図２に示すように、ショックアブソーバ３の上端部はマウント３Ａを介して車体フレーム４０の前部フレーム４０Ａの上部に連結されて車体重量を支持し、ショックアブソーバ３の中間部にはコイルスプリング４が巻装されている。図４に示すように、上部アーム１と下部アーム２の各先端部Ｐには、操舵輪６を回転可能に支持するナックルアーム５が縦軸心Ｙ１，Ｙ２回りで揺動可能に支持されている。また、上部アーム１と下部アーム２の基端部Ｑは、車体フレーム４０の前部フレーム４０Ａの下部に横軸心Ｘ１，Ｘ２回りで揺動可能に支持されている。

各アーム１，２は、その先端部Ｐに取り付けられたボールジョイント９を介してナックルアーム５の上端５ａと下端５ｂとに連結されている。図３に示すように、ナックルアーム５の被操作部５ｃには、ハンドル（不図示）からの入力に基づいて操舵輪６を揺動操作するタイロッド７が連結されている。

図２及び図３に示すように、左右のタイロッド７の間にはステアリング部材８が介装されている。このステアリング部材８は、ハンドル操作に基づいて送られるオイルによって各タイロッド７を左右に押し引き操作する油圧シリンダー式とされているが、他のラックアンドピニオン式などのステアリング部材を用いてもよい。
両操舵輪６の間には、エンジン（不図示）の出力軸と連結された差動装置１０が配置され、差動装置１０から左右に延出された駆動軸１０Ａがナックルアーム５を介して各操舵輪６に連結されている。

図４〜図６に示すように、上部アーム１は、コ字状の断面を備えた同形状の一対のビーム材１１Ａ，１１Ｂを、コ字の開口部どうしが向き合い、ナックルアーム５を連結する先端部Ｐから車体フレーム４０の前部フレーム４０Ａに連結される基端部Ｑに向かって次第に離間するように配置して、溶接したものである。より具体的には、先端部Ｐにおいて前方のビーム材１１Ａの互いに平行な２つの上面部位を、後方のビーム材１１Ｂの互いに平行な２つの下面部位に当接するように、ビーム材１１Ａ，１１Ｂどうしを交差状に組み合わせ、図５（ａ）に示すように、上面と下面に得られる２箇所の交差箇所Ｔ１にてビーム材１１Ａ，１１Ｂどうしを溶接して一体化している。

同様に、下部アーム２も、コ字状の断面を備えた同形状の一対のビーム材１２Ａ，１２Ｂを、コ字の開口部どうしが向き合い、先端部Ｐから基端部Ｑに向かって次第に離間するように配置して、溶接したものである。より具体的には、先端部Ｐにおいて前方のビーム材１２Ａの互いに平行な２つの上面部位を後方のビーム材１２Ｂの互いに平行な２つの下面部位に当接するように、ビーム材１２Ａ，１２Ｂどうしを交差状に組み合わせ、図５（ｂ）に示すように、上面と下面に得られる２箇所の交差箇所Ｔ２にてビーム材１２Ａ，１２Ｂどうしを溶接して一体化している。

図６（ａ）に示すように、上部アーム１を構成するビーム材１１Ａ，１１Ｂは、互いに平行に延びた第１横板部１１ｈ及び第２横板部１１ｉと、これらの横板部１１ｈ，１１ｉを連結する縦板部１１ｊとからなる。第１横板部１１ｈの前後長さＬ_1hは先端部Ｐの前後長さＬ₀を上回っており、第２横板部１１ｉの前後長さＬ_1iはＬ_1hよりも短く設定されている。

同様に、図７（ａ）に示すように、下部アーム２を構成するビーム材１２Ａ，１２Ｂは、互いに平行に延びた第１横板部１２ｈ及び第２横板部１２ｉと、これらの横板部１２ｈ，１２ｉを連結する縦板部１２ｊとからなる。第１横板部１２ｈの前後長さＬ_2hは先端部Ｐの前後長さＬ₀を上回っており、第２横板部１２ｉの前後長さＬ_2iはＬ_2hよりも短く設定されている。

図６（ｂ）に示すように、上部アーム１を構成するビーム材１１Ａ，１１Ｂは、板状の鋼材からレーザー切断機などで切り出した平坦な板材２１Ａ，２１Ｂを、互いに平行な２本の破線Ｆの位置で谷折り状に曲げ加工することで得られる。
尚、板材２１Ａ，２１Ｂどうしは互いに全くの鏡像関係にあるので、図６（ｃ）に示すように、同じ形状・寸法の板材２１Ａ（または２１Ｂ）の一方を谷折り、他方を山折りすることでビーム材１１Ａ，１１Ｂを得ることも可能である。

図７（ｂ）に示すように、下部アーム２を構成するビーム材１２Ａ，１２Ｂも、平坦な板材２２Ａ，２２Ｂを、互いに平行な２本の破線Ｆの位置で谷折り状に曲げ加工することで得られる。
板材２２Ａ，２２Ｂどうしも全くの鏡像関係にあるので、同じ形状・寸法の板材２２Ａ（または２２Ｂ）の一方を谷折り、他方を山折りすることでビーム材１２Ａ，１２Ｂを得ることが可能である。

上部アーム１と下部アーム２の先端部Ｐ付近には、ボールジョイント９をネジ止めするための複数の貫通孔Ｈを形成する必要があるが、この貫通孔Ｈの形成は、板材２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂに対して破線Ｆの位置での曲げ加工を行う前に行ってもよいし、ビーム材１１Ａ，１１Ｂどうし及びビーム材１２Ａ，１２Ｂどうしを交差箇所Ｔ１，Ｔ２の溶接によって一体化した後で行ってもよい。
図４及び図５（ａ）に示すように、ビーム材１１Ａ，１１Ｂどうしを溶接によって一体化して得られた上部アーム１の上面の該当箇所には、ショックアブソーバ３の基端部側を枢支するためのブラケット３Ｂが溶接される。

図４及び図５（ａ）に示すように、上部アーム１の一対の基端部Ｑは、その縦板部１１ｊの端面を先端部Ｐ寄りに窪んだ円弧状に切り欠いた上で、単一のブッシュ２５（筒状部材の一例）に溶接され、このブッシュ２５を介して前部フレーム４０Ａの前後向きフレーム４０Ｂに枢支されている。
他方、図４及び図５（ｂ）に示すように、下部アーム２の一対の基端部Ｑは、その縦板部１２ｊの端面を円弧状に切り欠いた上で、互いに独立した２つのブッシュ２６（筒状部材の一例）に溶接され、これらのブッシュ２６を介して前部フレーム４０Ａの下部フレーム４０Ｃに枢支されている。
図４に示すように、上部アーム１及び下部アーム２が車体フレーム４０の前部フレーム４０Ａに枢支されると、各アーム１，２のコ字の開口部どうしは車両の前後方向に沿って向き合った状態となる。

上述した実施形態では、上部アーム１と下部アーム２とは平面視において車両の前後方向に対して垂直な中線を有する二等辺三角形の一部を切り取った形状を呈しているが、中線が車両の前後方向に対して前進方向などに傾斜した形状とすることが可能である。この場合、各アームを構成する一対のビーム材どうしは若干異なる形状となる。しかし、閉じられた矩形断面を曲げ加工で得る方法に比して、一般的な金型と簡単なプレス技術を用いた曲げ加工で得られる、基端部どうしの離間距離などに設計変更が必要な場合も比較的簡単に対応できる、アーム１，２を車体フレーム４０に揺動可能に連結するブッシュなどを溶接し易く基端部を加工する作業も簡単に行える、などの基本的な利点は維持される。

（ステアリング部材の取り付け構造）
図９はステアリング部材８を車体フレーム４０の前部フレーム４０Ａに取り付ける取り付け構造を示す。ステアリング部材８の外周面には、右旋回用の操作油圧を入力するための第１入力ポート１３ａと、左旋回用の操作油圧を入力するための第２入力ポート１３ｂとが左右に離間して配置されている。また、これら一対の入力ポート１３ａ，１３ｂの外側に形成された一対の環状溝１４には、ステアリング部材８の外径を超える外径を備えたＣリング１５ａ，１５ｂが係入されている。
また、図２に示すように、ステアリング部材８の取り付け構造は、前部フレーム４０Ａの下部フレーム４０Ｃから上向きに立設された第１ブラケット１６と第２ブラケット１７、及び、第２ブラケット１７にネジ止め可能な一枚の矩形フランジ状の押さえ板１８を有する。

図１０に示すように、下部フレーム４０Ｃの右寄りに位置する第１ブラケット１６には、Ｃリング１５ａの外径を下回る内径を備えた貫通孔１６Ｈが形成されている。他方、下部フレーム４０Ｃの左寄りに位置する第２ブラケット１７には、車両の後方に向かって開放された矩形の切り欠き１７Ｃが形成されている。切り欠き１７Ｃの上下幅はＣリング１５ｂの外径を十分に上回る寸法を有する。押さえ板１８には、ステアリング部材８の外径を僅かに上回り、Ｃリング１５ｂの外径を下回る内径を備えた貫通孔１８Ｈが形成されている。

ステアリング部材８を取り付ける際には、図１０の矢印に示すように、先ずステアリング部材８の右端部を第１ブラケット１６の貫通孔１６Ｈに対して平面視における斜め姿勢で車両の後方側から挿入し、次にステアリング部材８の左端部を第２ブラケット１７の切り欠き１７Ｃに進入させることで、ステアリング部材８の姿勢を真横向きにする。この状態からステアリング部材８の右側に係入されたＣリング１５ａを第１ブラケット１６の内面に当接させると、平面視において左側のＣリング１５ｂの外側面が第２ブラケット１７の外側面と一致するように第２ブラケット１７の位置が設定されている。そこで、押さえ板１８をステアリング部材８の左端から外嵌させて、第２ブラケット１７の外側面に当接させて、押さえ板１８と第２ブラケット１７とを複数のネジで固定する。その結果、ステアリング部材８の外周面に固定された１対のＣリング１５ａ，１５ｂが、第１ブラケット１６と押さえ板１８との間に挟着された状態となり、ステアリング部材８の取り付けが完了する。

〔別実施形態〕
〈１〉上部アーム１及び下部アーム２において、縦板部によって連結された第１横板部と第２横板部との前後長さが互いに等しい形態で実施してもよい。

〈２〉上記実施形態では、アームを構成する各ビーム材は互いに平行に延びた横板部どうしが平坦な縦板部によって連結された断面形状を備えている。しかし、図１１に例示するように、互いに平行に延びた横板部どうしが円弧状などに湾曲した縦板部によって連結された断面形状で実施することも可能である。

〈３〉上記実施形態では、一方の前記ビーム材の互いに平行な２つの上面部位を他方の前記ビーム材の互いに平行な２つの下面部位に当接させつつ交差させ、同交差箇所にて一対の前記ビーム材どうしが接合されている。しかし、図１２に例示するように、一対のビーム材の端面どうしを同じ高さで対向させて、その対向面を溶接する方法で実施することも可能である。

本発明は、車両の前後方向に延びた軸心回りで上下揺動可能に車体側に支持される基端部と、車輪のナックルを取り付ける先端部とを有するサスペンション用アームの構造として、多目的作業車に限らず、トラクタ等の他の作業車やトラックや乗用車等の他の車両においても利用できる。

Ｌ₀ 先端部Ｐの前後長さ
Ｌ_1h ビーム材の前後方向の最大長さ（上方ビーム材）
Ｌ_2h ビーム材の前後方向の最大長さ（下方ビーム材）
Ｐ 先端部
Ｑ 基端部
Ｔ１ 交差した箇所
Ｔ２ 交差した箇所
Ｘ１ 横軸心（上側）
Ｘ２ 横軸心（下側）
１ 上部アーム（サスペンション用アーム）
２ 下部アーム（サスペンション用アーム）
５ ナックルアーム（ナックル）
６ 車輪
１１Ａ ビーム材
１１Ｂ ビーム材
１２Ａ ビーム材
１２Ｂ ビーム材
２１Ａ 板材
２１Ｂ 板材
２２Ａ 板材
２２Ｂ 板材
２５ ブッシュ（筒状部材）
３０ サスペンション装置
４０ 車体フレーム（車体）
５０ 車両

Claims (5)

1. 車両の前後方向に延びた軸心回りで上下揺動可能に車体側に支持される基端部と、車輪のナックルを取り付ける先端部とを有するサスペンション用アームであって、
   コ字状の断面を備えた一対のビーム材どうしを、前記コ字の開口部どうしが車両の前後方向に沿って向き合い、且つ、前記先端部から前記基端部に向かって次第に離間するように配置し、少なくとも前記先端部において接合してあるサスペンション用アーム。
2. 一方の前記ビーム材の互いに平行な２つの上面部位を他方の前記ビーム材の互いに平行な２つの下面部位に当接させつつ交差させ、同交差した箇所にて一対の前記ビーム材どうしが接合されている請求項１に記載のサスペンション用アーム。
3. 前記各ビーム材が一枚の板材を曲げ加工して形成されている請求項１または２に記載のサスペンション用アーム。
4. 前記先端部における前記各ビーム材の前後方向の最大長さが少なくとも前記先端部の前後長さを備えている請求項１から３のいずれか一項に記載のサスペンション用アーム。
5. 前記一対のビーム材どうしが前記基端部において単一の筒状部材に接続されており、前記基端部が前記筒状部材を介して前記車体側に枢支されている請求項１から４のいずれか一項に記載のサスペンション用アーム。

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