JP2013256260A - トーションビーム式サスペンションのトーションビーム構造 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性の向上と軽量化を図りつつ、必要な捩り剛性を確保することができるトーションビーム式サスペンションのトーションビーム構造を提供すること。
【解決手段】車両両側部に前後方向に配された左右一対のトレーリングアームと、車幅方向に配されて前記トレーリングアームを連結する開断面形状のトーションビーム３を備えるトーションビーム式サスペンションの前記トーションビーム３の構造として、前記トーションビーム３の横断面における厚みを周方向に変化させて厚肉部３ａを部分的に形成する。具体的には、前記トーションビーム３の横断面重心Ｇに対して開放端とは反対側の位置と開放端の計４箇所に厚肉部３ａを形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、トーションビーム式サスペンションを構成するトーションビームの構造に関するものである。

近年、車両に対しては燃費向上のために軽量化の要求が高まっており、サスペンションとして、部品点数が少なくて省スペース化、低コスト化、軽量化等の点で有利なトーションビーム式サスペンションを採用する車両が増えつつある。

斯かるトーションビーム式サスペンションは、車両両側部に前後方向に配された左右一対のトレーリングアームと、車幅方向に配されて前記トレーリングアームを連結する開断面形状のトーションビームを備えるものであって、各トレーリングアームに支持された左右の車輪相互間の上下方向の相対変位（逆方向の上下動）をトーションビームの捩り反力によって規制する機能を果たす。

ところで、トーションビーム式サスペンションを構成する左右のトレーリングアームには、これに入力される左右荷重や前後荷重に対して高い剛性が確保されているが、トーションビームは、旋廻時のロール荷重や路面の凹凸によって左右の車輪相互間に生じる上下方向の相対変位を捩れによって吸収する必要があるとともに、左右の車輪相互間の上下方向の相対変位を捩り反力によって規制する必要があるため、トーションビームには適度な剛性が要求される。このため、トーションビームは、その横断面形状が捩り剛性が極めて高い閉断面形状ではなく、Ｕ字状、Ｖ字状、Ｃ字状等の開断面形状とされている。

従来、トーションビームは、板厚が一定の板金部材で構成されており、捩りに対して必要な強度と剛性を確保するため、最大応力が発生する部位に必要な板厚から全体の板厚を設定するようにしていた。このため、トーションビームは、板厚が厚くて重量の大きなものとなっていた。

そこで、特許文献１には、板厚を薄くした上で、応力が高い部分を補強部材によって補強する構成が提案されている。

又、トーションビームに必要な捩り剛性や曲げ剛性を確保しつつ板厚を薄くして軽量化を図る手段として、特許文献２，３には、横断面Ｕ字状又はＶ字状のトーションビームの開口端縁を内側又は外側に折り返したループ部を形成し、このループ部の端縁を溶接によって接合する構成が提案されている。

特開２００１−０８８５２５号公報 特開平５−２７８４２４号公報 特開２００５−０２９１５５号公報

しかしながら、特許文献１において提案されているようにトーションビームの応力の高い部位を補強部材によって補強する構成では、部品点数が増えて重量増加や生産性の低下、生産コストの高騰を招く等の問題が発生する。

又、特許文献２，３において提案されている構成では、トーションビームの左右両端部を各トレーリングアームに接合する際、トーションビームのループ部の溶接が困難であるために溶接が途切れ、応力集中が発生し易くなるという問題がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、生産性の向上と軽量化を図りつつ、必要な捩り剛性を確保することができるトーションビーム式サスペンションのトーションビーム構造を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、車両両側部に前後方向に配された左右一対のトレーリングアームと、車幅方向に配されて前記トレーリングアームを連結する開断面形状のトーションビームを備えるトーションビーム式サスペンションの前記トーションビームの構造として、前記トーションビームの横断面における厚みを周方向に変化させて厚肉部を部分的に形成したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記トーションビームの横断面重心に対して開放端とは反対側の位置に前記厚肉部を形成したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記トーションビームの開放端に前記厚肉部を形成したことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、前記トーションビームを軽合金の押出材又は軽合金の鋳造品で構成したことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記トーションビームを軽合金の押出材で構成し、前記トレーリングアームを軽合金の鋳造品で構成したことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、トーションビームの横断面における最大応力が発生する箇所に厚肉部を部分的に形成することができるため、重量増加を最小限に抑えて軽量化を図りつつ、トーションビームに必要な捩り剛性を確保することができる。又、補強部材を溶接する必要がないため、部品点数の削減と生産性の向上を図ることができる。

請求項２記載の発明によれば、トーションビームの重量増加を最小限に抑えつつ、該トーションビームの応力が高くなる部位を厚肉部によって効果的に補強することができる。

請求項３記載の発明によれば、トーションビームの開放端を厚肉部によって補強することができるとともに、トーションビームの横断面において周方向に厚肉部をバランス良く配置することができ、例えばトーションビームを押出材によって構成する場合、押出成形時の材料の流速差が小さくなって成形品の曲がりや捩れ、減肉等の形状不良の発生が防がれる。

請求項４記載の発明によれば、トーションビームを軽合金の押出材又は軽合金の鋳造品で構成したため、該トーションビームの高い応力が発生する部位に厚肉部を容易に形成することができる。

請求項５記載の発明によれば、トーションビームを軽合金の押出材で構成し、トレーリングアームを軽合金の鋳造品で構成したため、トーションビームとトレーリングアームとは軽合金同士の接合となり、両者が容易に接合されるとともに、トーションビーム式サスペンションの軽量化が図られる。

トーションビーム式サスペンションの斜視図である。 図１のＡ-Ａ線断面に相当するトーションビームの横断面図である。 トレーリングアームの斜視図である。 図１のＢ-Ｂ線断面に相当するトーションビームとトレーリングアームとの接合構造を示す破断斜視図である。 本発明の変形例を示すトーションビームの横断面図である。 本発明の変形例を示すトーションビームの横断面図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は車両のリアサスペンションに使用されるトーションビーム式サスペンションの斜視図であり、図示のトーションビーム式サスペンション１は、車両両側部に前後方向に配された左右一対のトレーリングアーム２と、車幅方向に配されてトレーリングアーム２を連結する開断面形状を有するトーションビーム３を含んで構成されている。

本実施の形態では、左右の各トレーリングアーム２はアルミニウム合金等の軽合金を素材とする鋳造によって平面視Ｔ字状に一体成形して構成されている。そして、このトレーリングアーム２は、そのＴ字の横棒を車両の前後方向に概略沿って配置するとともに、その前後方向の一端部（前端部）には、車幅方向に貫通するように円孔４が形成されており、この円孔４に嵌め込まれる不図示のブッシュを介して車体に上下揺動可能に支持されている。

又、各トレーリングアーム２の前後方向他端部（後端部）には、不図示のスピンドル等の車輪支持部材を取り付けるための円孔５が形成されており、この円孔５に取付けられる車輪支持部材を介して車輪（不図示）が取り付けられる。更に、前後方向他端部（後端部）には、不図示のショックアブソーバの下端を取り付けるためのチャンネル状の取付部２ａ及び不図示のコイルバネの下端を受けるために略水平に広がるバネ受け２ｂが形成されている。詳細には、トレーリングアーム２の後端部における車幅方向で車両の中央側に、ショックアブソーバの取付部２ａ及びバネ受け２ｂが形成されている。

そして、左右の各トレーリングアーム２の前後方向中間部の内側（車幅方向で車両の中央側）には車幅方向中央側に向かって水平に突出する先細状の連結部２Ａが一体に形成されている。この連結部２Ａの後縁には、バネ受け２ｂの前縁が接続されている。つまり、バネ受け２ｂは、トレーリングアーム２の後端部の側縁と連結部２Ａの後縁に接続されて、不図示のコイルバネからの荷重を後端部と連結部２Ａに効率良く伝えるとともに、トレーリングアーム２の後端部の側縁と連結部２Ａの後縁を連結し、各トレーリングアーム２の剛性を向上させている。尚、このバネ受け２ｂは、トーションビーム３には連結されておらず、トーションビーム３の捩り剛性に影響を与えないため、トーションビーム３の捩り剛性の調整（サスペンションの剛性の調整）が容易となっている。そして、各連結部２Ａの先端部には前記トーションビーム３の左右の端部が接合され、左右のトレーリングアーム２は車幅方向に配されたトーションビーム３によって連結されている。

以上のように構成されたトーションビーム式サスペンション１においては、車両の走行中にトレーリングアーム２の長手方向一端に回転可能に支持された左右の車輪が上下動すると、これらの車輪の挙動は不図示のコイルバネで吸収され、車輪の上下動はショックアブソーバによって減衰される。そして、左右の車輪相互間に生じる上下方向の相対変位は、トーションビーム３を捩るように作用する。尚、この捩りによって最大応力が発生するトーションビーム３の部位は、トーションビーム３の左右の端部となっている。このため、後述の厚肉部３ａは、少なくともトーションビーム３の左右の端部に形成されており、更に詳細には、トーションビーム３の左右の端部における断面（車幅方向に垂直な断面）にて所定の範囲に形成されている。

ところで、本実施の形態では、トーションビーム３は、アルミニウム合金等の軽合金の押出材又は軽合金の鋳造品で構成されており、その左右両端が左右のトレーリングアーム２の連結部２Ａの先端部に接合されている。

ここで、本発明に係るトーションビーム３の構造とトレーリングアーム２への接合構造を図２〜図４に基づいて以下に説明する。

図２は図１のＡ-Ａ線断面に相当するトーションビームの横断面図、図３はトレーリングアームの斜視図、図４は図１のＢ-Ｂ線断面に相当するトーションビームとトレーリングアームとの接合構造を示す破断斜視図である。

本実施の形態では、トーションビーム３にはアルミニウム合金（Ａ６０６１）の押出材が使用され、図２に示すように、該トーションビーム３は下方が開放された横断面逆Ｕ字状に一体成形されている。詳細には、トーションビーム３の上部は断面外径Ｒの円弧状に形成され、下部は円弧状の上部に滑らかに連続する平面にて構成されており、長手方向に一様な断面の押出材が使用されている。そして、その横断面（車幅方向に垂直な断面）における厚みは周方向に変化させており、図示の４箇所（高い応力が発生する箇所）に厚肉部３ａが部分的に形成されている。具体的には、トーションビーム３の前後の開放端縁にトーションビーム３の内側に突出する凸形状が形成されて厚肉部３ａが形成されるとともに、トーションビーム３の横断面の重心Ｇに対して開放端縁とは反対側（上側）となる前後の位置にトーションビーム３の内側に突出する凸形状が形成されて厚肉部３ａが形成されている。

詳細には、開放部分の反対側となるトーションビーム３の頂部稜線を挟んでトーションビーム３の円弧状上部の外径Ｒの中心Ｏを通る基準線（垂直線）からの角度が１２°〜３８°の範囲に厚肉部３ａが形成されている。つまり、開放部分の反対側となるトーションビーム３の頂部稜線部分（Ｕ字状断面の最奥部）は、トーションビーム３の長手方向（車幅方向）に沿って一般肉厚（厚肉部３ａに対して薄い肉厚）になっており、その一般肉厚部分（頂部稜線部分）を挟んだ両側の部分位置にトーションビーム３の内側に突出する凸形状が形成されて厚肉部３ａが形成されている。又、図２に示すように、Ｕ字状断面の奥部に配置されたこの厚肉部３ａとＵ字状断面の開放端縁に配置された厚肉部３ａとの間にも、トーションビーム３の長手方向（車幅方向）に沿って一般肉厚（厚肉部３ａに対して薄い肉厚）部分が配置されている。

他方、図３に示すように、トレーリングアーム２の連結部２Ａの先端部には、トーションビーム３の長手方向一端の接合端部の内部に入り込んでトーションビーム３の接合端部に嵌合するように、トーションビーム３の内面形状に合わせた形状に成形された嵌合凸部２ｃが一体に形成されている。つまり、トレーリングアーム２の連結部２Ａの先端部に形成された嵌合凸部２ｃは、トーションビーム３の内面形状に沿った形状に形成されており、トーションビーム３の内側に突出する凸形状（厚肉部３ａ）を受け入れる嵌合凹部がトーションビーム３の長手方向に沿って形成されている。尚、本実施の形態では、トレーリングアーム２にはアルミニニウム合金（ＡＣ４ＣＨ）の鋳造品が使用されている。

而して、トーションビーム３の左右の両端接合部の内部には、図４に示すようにトレーリングアーム２の連結部２Ａの先端に形成された嵌合凸部２ｃが嵌め込まれ、両者は厚肉部３ａの箇所も含めて摩擦攪拌接合（ＦＳＷ）によって接合される。トーションビーム３の左右の両端接合部の内部に嵌合凸部２ｃが嵌め込まれているため、トーションビーム３を捩る方向の力とトレーリングアーム２を捩る方向の力に関し、トーションビーム３とトレーリングアーム２との間の力の伝達を嵌合凸部２ｃでも負担することができ、トーションビーム３の左右の両端接合部の負担を軽減することができる。これには、トレーリングアーム２の嵌合凸部２ｃの嵌合凹部とトーションビーム３の凸形状（厚肉部３ａ）の係合も効果的に作用する。ここで、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ）とは、接合用工具である回転体を回転させながら被接合部材の接合部に挿入する（押し込む）ことによって金属を流動化させ、これによって被接合部材同士を接合する接合方法である。

以上のように、本実施においては、トーションビーム３の横断面における大きな応力が発生する箇所に厚肉部３ａを部分的に形成したため、該トーションビーム３の応力が高くなる部位を厚肉部３ａによって効果的に補強することができ、重量増加を最小限に抑えて軽量化を図りつつ、トーションビーム３に必要な捩り剛性を確保することができる。そして、補強部材を溶接する必要がないため、部品点数の削減と生産性の向上を図ることができる。

又、トーションビーム３の開放端を厚肉部３ａによって補強することができるとともに、該トーションビーム３の横断面において周方向に厚肉部３ａをバランス良く配置することができ、トーションビーム３の押出成形時における材料の流速差が小さくなって成形品の曲がりや捩れ、減肉等の形状不良の発生が防がれる。

更に、本実施の形態では、トーションビーム３を軽合金の押出材で構成したため、該トーションビーム３の高い応力が発生する部位に厚肉部３ａを容易に形成することができる。そして、本実施の形態では、トレーリングアーム２を軽合金の鋳造品で構成したため、トーションビーム３とトレーリングアーム２とは軽合金同士の接合となり、両者が容易に接合されるとともに、トーションビーム式サスペンション１の軽量化が図られるという効果も得られる。

ところで、以上の実施の形態では、トーションビーム３の内周側を部分的に膨出させて内側に突出する凸形状の厚肉部３ａを形成したが、図５に示すように上部の２つの厚肉部３ａを外周側に膨出させても良く、図６に示すように４つの厚肉部３ａの全てを外周が側に膨出させても良い。そのようにすれば、トレーリングアーム２の嵌合凸部２ｃの形状が単純形状となり、生産性を更に向上させることができる。

１ トーションビーム式サスペンション
２ トレーリングアーム
２Ａ トレーリングアームの連結部
２ｃ トレーリングアームの嵌合凸部
３ トーションビーム
３ａ トーションビームの厚肉部

Claims (5)

1. 車両両側部に前後方向に配された左右一対のトレーリングアームと、車幅方向に配されて前記トレーリングアームを連結する開断面形状のトーションビームを備えるトーションビーム式サスペンションの前記トーションビームの構造であって、
   前記トーションビームの横断面における厚みを周方向に変化させて厚肉部を部分的に形成したことを特徴とするトーションビーム式サスペンションのトーションビーム構造。
2. 前記トーションビームの横断面重心に対して開放端とは反対側の位置に前記厚肉部を形成したことを特徴とする請求項１記載のトーションビーム式サスペンションのトーションビーム構造。
3. 前記トーションビームの開放端に前記厚肉部を形成したことを特徴とする請求項１又は２記載のトーションビーム式サスペンションのトーションビーム構造。
4. 前記トーションビームを軽合金の押出材又は軽合金の鋳造品で構成したことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のトーションビーム式サスペンションのトーションビーム構造。
5. 前記トーションビームを軽合金の押出材で構成し、前記トレーリングアームを軽合金の鋳造品で構成したことを特徴とする請求項４記載のトーションビーム式サスペンションのトーションビーム構造。
   

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