JP2016049940A - トーションビーム式サスペンション - Google Patents

Abstract

【課題】トーションビームとトレーリングアームの位置決め、特に回転方向の位置決めを容易に行うことができるトーションビーム式サスペンション。
【解決手段】長手方向の両端部に、長手方向と交差する方向に曲げられた湾曲部を有し、湾曲部の両端縁部に長手方向と交差する方向の突出縁部５３を形成したトーションビーム５と、トーションビームの両端部湾曲部に重ねて連結されるビーム接合部６ａを有し、ビーム接合部の終端部にトーションビームの突出縁部と同方向に突出した突出縁部６９を形成した一対のトレーリングアーム６とを備え、トレーリングアームは、トーションビームの湾曲部と互いに重ね合わされてトーションビームの湾曲部先端が接合される第一の接合部と、トレーリングアームの突出縁部の軸方向の端面６９ａに対向する前記トーションビームの突出縁部の軸方向の端面５３ａが突き合わされて接合される第二の接合部とを備えた。
【選択図】図１０

Description

本発明は、トーションビームと、トーションビームのそれぞれの端部に溶接で接合される一対のトレーリングアームと、を備えるトーションビーム式サスペンションに関する。

近年、自動車の燃費向上を目的として、車体の軽量化のために足回り部品のアルミ化が進められている。
足回り部品であるトーションビーム式サスペンションは、トーションビームと、トーションビームのそれぞれの端部に溶接で接合される一対のトレーリングアームと、を備えている。トレーリングアームは横力、前後力、上下力に対して高い剛性が要求される。一方、トーションビームは左右の車輪が上下逆位相でストロークするロール荷重を受けるために適度な剛性が要求される。

特許文献１には、重量増加を回避しながらトーションビームのエッジ部に発生する応力を緩和できるように、トーションビームをトレーリングアームに差し込むように構成したトーションビーム式サスペンションが開示されている。

特開２０１２−１４００３１

しかしながら、特許文献１のトーションビーム式サスペンションでは、下記の課題がある。
（ｉ）トーションビームとトレーリングアームは片側の端部しか固定されておらず、特に回転方向の位置決めが困難である。
（ｉｉ）トーションビームはトレーリングアームの端部に突合せられているが、例えば、トーションビームとトレーリングアームを車体上側から接合する際には、突合せ位置が合っているかを目視で確認しながら、突合せ部を接合することはできない。

本発明は、トーションビームとトレーリングアームの位置決め、特に回転方向の位置決めを容易に行うことができるトーションビーム式サスペンションを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、少なくとも長手方向の両端部に、長手方向と交差する方向に曲げられた湾曲部を有し、該湾曲部の両端縁部に長手方向と交差する方向の突出縁部を形成したトーションビームと、該トーションビームの両端部湾曲部に重ねて連結されるビーム接合部を有し、該ビーム接合部の終端部に前記トーションビームの突出縁部と同方向に突出した突出縁部を形成した一対のトレーリングアームとを備え、前記トレーリングアームは、前記トーションビームの湾曲部と互いに重ね合わされて前記トーションビームの湾曲部先端が接合される第一の接合部と、該トレーリングアームの前記突出縁部の軸方向の端面に対向する前記トーションビームの前記突出縁部の軸方向の端面が突き合わされて接合される第二の接合部とを備えたことにある。

本発明によれば以下の効果を奏することができる。
本発明は、トレーリングアームは、前記トーションビームの湾曲部と互いに重ね合わされて前記トーションビームの湾曲部先端が接合される第一の接合部と、該トレーリングアームの前記突出縁部の軸方向の端面に対向する前記トーションビームの前記突出縁部の軸方向の端面が突き合わされて接合される第二の接合部とを備えているので、トーションビームとトレーリングアームの回転を抑制することができる。トーションビームの突出縁部とトレーリングアームの突出縁部との軸方向の端面を突き合わせて接合しているので、軸方向の位置決めを図ることができる。

本発明の第１の実施の形態に係るトーションビーム式サスペンションを適用した車両を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る車輪に取り付けられたトーションビーム式サスペンションを示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る車輪に取り付けられたトーションビーム式サスペンションを分解して示す分解斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係るトーションビーム式サスペンションのトレーリングアームを示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係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とトレーリングアームの継ぎ手部を示す上方から見た平面図である。 図５のＡ−Ａ線断面図である。 図５のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係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とトレーリングアームの継ぎ手部の接合部を示す斜視図である。 トーションビームの断面形状を示し、（ａ）は略Ｃ形断面形状、（ｂ）は略Ｖ形断面形状、（ｃ）は略Ｕ形断面形状を示す概念図である。 本発明の第１の実施の形態に係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とトレーリングアームの継手部を示す概念斜視図である。 （ａ）は図１０のＣ−Ｃ線断面図、（ｂ）は図１０のＤ−Ｄ線断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係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とトレーリングアームの継手部を示す縦断面図である。 図１２と逆側のトレーリングアームの穴を示す概念図である。 トーションビームとマフラーの位置関係を示す概念図である。

以下、本発明の実施の形態を、図１から図８の図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るトーションビーム式サスペンションを適用した車両を示し、図２および図３はトーションビーム式サスペンションの第１の実施の形態を示す斜視図である。

図１において、１は、リヤサスペンションとしてトーションビーム式サスペンション２を備えた車両である。車両１は、トーションビーム式サスペンション２を介して、左右の車輪３を車体４に懸架している。
トーションビーム式サスペンション２は、図２および図３に示すように、車幅方向に沿って設けられる長尺のトーションビーム５と、トーションビーム５の両端に連結された一対のトレーリングアーム６を備えている。トレーリングアーム６には、スプリング７およびショックアブソーバ８が取り付けられて車体４に懸架されている。

前記トレーリングアーム６は、図４ないし図８に示すように、アルミニウム合金など非鉄合金を用いた鋳物製のもので、中空構造の閉断面形状に形成されている。このトレーリングアーム６は、継手部として車幅方向に延びるビーム接合部６ａを一端に有し、このビーム接合部６ａの他端側に車体の前後方向に延びる前アーム６ｂと後ろアーム６ｃが設けられている。

前記前アーム６ｂには、弾性部材である管状ブッシュが圧入されたブッシュ圧入部６１が設けられ、このブッシュ圧入部６１は、車体４に取り付けられるブラケット９に固定ボルト１０を介して搖動可能に取り付けられている。前記後ろアーム６ｃには、車体の外側に向けてキャリア６２が設けられ、ビーム接合部６ａと後ろアーム６ｃとの車幅方向内側の角部にはスプリングシート６３およびショックアブソーバ取付け部６４が設けられている。前記キャリア６２には、ハブ１１およびブレーキドラム１２が取り付けられ、車輪３を回転可能に支持している。スプリングシート６３は、上端を車体４に取り付けられたスプリング７の下端を支持するもので、シート板面には取り付け穴６３ａが設けられている。また、応力集中対策として、キャリア６２およびブッシュ圧入部６１からビーム接合部６ａまで、Ｒを大きくとった形状にしている。

前記トレーリングアーム６は、車幅方向に延びる断面略角筒状に形成され、先端６５から車幅方向外側に向けて下面側を斜面に形成した斜面部６６を前記トーションビーム５との継手部分１３となるビーム接合部６ａとして設けている。
この斜面部６６は、図７に示すようにトーションビーム５の下端の長手方向に延びる線を基準線ＢＬとすると、この基準線ＢＬに対して、傾斜、すなわち前記トーションビーム５下端から上方に離れる方向に傾斜している。すなわち、この斜面部６６は図７に示すように基準線ＢＬに対してトーションビーム５の長手方向に沿って弧状に湾曲させて形成されている。
この斜面部６６が前記継手部分１３となるビーム接合部６ａとなっており、ビーム接合部６ａの壁面部分が僅かに細くなるように凹部６７に形成され、トーションビーム５内壁面との間に後述する間隙が形成されている。前記斜面部６６には、図６に示すように開口穴６８Ａが形成されている。前記トレーリングアーム６の継手部分１３は、前記斜面部６６が設けられた傾斜部分の開口側よりも非開口側を、前記トーションビーム５の長手方向における車体中央側に設けられている。
前記ビーム接合部６ａの基端には前記トーションビーム５の先端を係止する係止部となる壁部６７ａが図５に示すように平面視、車体前方に向けて広がる方向の斜めになるように設けられている。前記トレーリングアーム６は、ビーム接合部６ａにトーションビーム５が組み付けられた状態でトーションビーム５と略同一面になるように形成されている。トーションビーム５の長手方向の両端部には、トレーリングアーム６のビーム接合部６ａに設けられた係止部となる壁部６７ａに沿うように平面視、斜めに形成されている。

前記トーションビーム５は、板状部材を長手方向と交差する方向に湾曲して長手方向に沿って下面に開口した凹条部５１を形成した略Ｕ字状の長尺の成形品である。このトーションビーム５は、アルミ押し出し材またはアルミ板のプレス成形品からなり、図９（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、ビームの軸方向に対する直角断面が略Ｃ形、Ｖ字形、Ｕ字形の開断面に形成されている。前記トーションビーム５は、管状のパイプの下面に長手方向に切り欠き部を形成することで、形成することも可能である。
前記トーションビーム５は、湾曲部５２の両端縁部に長手方向と交差する方向の突出縁部５３を形成している。前記トレーリングアーム６のビーム接合部６ａの壁部６７ａが設けられた終端部には前記トーションビーム５の突出縁部５３と同方向の突出縁部６９が設けられている。

前記トーションビーム５は、図１０および図１１に示すように、その両端部湾曲部内面側に前記トレーリングアーム６のビーム接合部６ａが重ねて配置されて組み付けられており、下面側の開口部以外全周が溶接されている。前記トーションビーム５とビーム接合部６ａの溶接個所は、前記トーションビーム５の先端縁部５ａと前記トレーリングアーム６のビーム接合部６ａの壁部６７近傍の係止部となる壁面６７ａに沿って溶接（ｗ１）し、また、ビーム接合部６ａの先端縁部６５ａと、トーションビーム５の凹条部５１の壁面５ｂとを溶接（ｗ３）している。前記トーションビーム５の突出縁部５３は、前記トレーリングアーム６の突出縁部６９と軸方向に端面５３ａ，６９ａ相互が対向しており、端面５３ａ，６９ａ相互を互いに当接して位置決めが図られている。前記トーションビーム５の突出縁部５３と前記トレーリングアーム６の突出縁部６９は対向面を互いに突き合わせて溶接（ｗ２）されている。前記トレーリングアーム６は前記トーションビーム５の先端部との溶接個所として、前記トーションビーム５の先端縁部５ａと前記トレーリングアーム６のビーム接合部６ａの壁面６７ａとの溶接個所ｗ１が第一の接合部となり、トーションビーム５の突出縁部５３と前記トレーリングアーム６の突出縁部６９との溶接個所ｗ２が第二の接合部となっている。前記トレーリングアーム６の突出縁部６９の突出方向の長さＬ１とトーションビーム５の突出縁部５３の突出方向の長さＬ２は略同一Ｌ１＝Ｌ２に形成されている。また、前記トレーリングアーム６の突出縁部６９の厚みｍ１とトーションビーム５の突出縁部５３の厚みｍ２は略同一ｍ１＝ｍ２に形成されている。さらに、このトレーリングアーム６の継手部分１３の非開口側から開口側に向かう高さ方向の長さＨ１と、前記トーションビーム５の高さ方向の長さＨ２を略同一Ｈ１＝Ｈ２に設定している。

次に、トーションビーム５に入力される荷重および拘束方法について説明する。
図２に示すように、トーションビーム５に入力される荷重は、タイヤ接地点に対して、横力Ｆ１、前後力Ｆ２、上下力Ｆ３、および左右タイヤへ上下方向で逆位相の変位を与えるロール荷重がある。また、トーションビーム５前方に圧入された弾性部材であるブッシュによって、回転フリーで拘束し、スプリング７およびショックアブソーバ８により車体４の上下位置を決めている。

上記第１の実施の形態の作用を説明する。
トレーリングアーム６のビーム接合部６ａにトーションビーム５の凹条部５１を被せるように重ね合わせ、トーションビーム５の突出縁部５３の軸方向端面５３ａをトレーリングアーム６の突出縁部６９の端面６９ａに突き当てるまで組み付ける。
トレーリングアーム６のビーム接合部６ａ端部の壁部６７ａにトーションビーム５の湾曲部５２先端を突き合わせるように配置する。図１１（ａ）に示すように、トレーリングアーム６のビーム接合部６ａ端部の壁部６７ａと、トーションビーム５の湾曲部５２先端との間には、間隙ｇ１を設けている。また、トレーリングアーム６のビーム接合部６ａとトーションビーム５の壁面との間にも間隙ｇ２が形成されている。

そして、トーションビーム５の先端縁部５ａとトレーリングアーム６のビーム接合部６ａの壁部６７近傍の係止部となる壁面６７ａとを溶接（ｗ１）する。また、同時に、ビーム接合部６ａの先端縁部６５ａと、トーションビーム５の湾曲部５２の内壁面５ｂとを溶接（ｗ３）する。こうして、トレーリングアーム６のビーム接合部６ａとトーションビーム５の湾曲部５２とは、２か所の部分で溶接されるので、十分な剛性を得ることができる。一方、トレーリングアーム６のビーム接合部６ａの終端部には、先端縁部６５ａが途切れた下端部に、突出縁部６９が設けられていることから、トーションビーム５の突出縁部５３の軸方向端面５３ａが突出縁部６９の端面６９ａに突き当てることで係止されて位置決めが図られる。したがって、トレーリングアーム６のビーム接合部６ａ端部の壁部６７ａにトーションビーム５の湾曲部５２先端が突き当たる前に、トーションビーム５の突出縁部５３の軸方向端面５３ａが突出縁部６９の端面６９ａに突き当たり、トーションビーム５の湾曲部５２先端と壁部６７ａとの間に間隙ｇ１が形成される。
そして、トレーリングアーム６の突出縁部６９の端面６９ａとトーションビーム５の突出縁部５３の端面５３ａを突き合わせて溶接して接合する（ｗ２）。

この接合構造とすることで、トレーリングアーム６からトーションビーム５に向かってトレーリングアーム６の断面積が徐々に小さくなるため、トレーリングアーム６側接合部の剛性が低くなる。その結果、トレーリングアーム６とビーム接合部６ａの急激な剛性変化を抑制することができ応力集中の緩和を図ることができる。トレーリングアーム６とビーム接合部６ａの上下方向の長さを略同一としているので、接合部の剛性変化を抑制し、応力集中を緩和することができる。トーションビーム５に上下荷重が入力したとき、車両前側の溶接部とビーム接合部６ａに発生する応力集中を離すことができ、破損対策となる。

上記第１の実施の形態によれば、トレーリングアーム６のビーム接合部６ａの終端部には、先端縁部６５ａが途切れた下端部に、突出縁部６９が設けられていることから、トーションビーム５の突出縁部５３の軸方向端面５３ａが突出縁部６９の端面６９ａに突き当てることで係止されて位置決めが図られる。そして、トレーリングアーム６の突出縁部６９とトーションビーム５の突出縁部５３を突き合わせて溶接して接合するので、軸方向の位置決めを図ることができる。
前記トレーリングアーム６の突出縁部６９と前記トーションビーム５の突出縁部５３の突出方向の長さが略同一Ｌ１＝Ｌ２に設定したので、トレーリングアーム６とトーションビーム５の段差部がなくなるため、溶接部の応力集中を緩和することができる。トレーリングアーム６とトーションビーム５の車体上下方向の位置合わせが容易となる。
前記トレーリングアーム６の突出縁部６９と前記トーションビーム５の突出縁部５３の厚みを略同一ｍ１＝ｍ２に設定したので、トレーリングアーム６とトーションビーム５の段差部がなくなるため、溶接部の応力集中を緩和することができる。
前記トレーリングアーム６の前記トーションビーム５との継手部分１３は、前記トーションビーム５の長手方向に延びる基準線ＢＬに対して傾斜しているので、接合部を長くできるとともに応力集中を緩和することができる。
前記トレーリングアーム６の継手部分１３の傾斜部分は、該傾斜部分の開口側よりも非開口側を、前記トーションビーム５の長手方向における車体中央側に設けたので、急激な剛性変化を抑制でき、応力集中を緩和することができる。
前記トレーリングアーム６の継手部分１３の非開口側から開口側に向かう高さ方向の長さと、前記トーションビーム５の高さ方向の長さを略同一Ｈ１＝Ｈ２に設定したので、急激な剛性変化を抑制でき、応力集中を緩和することができる。接合部を全周に渡り溶接できるため、溶接部と未溶接部の境目が発生しないことから、応力集中を緩和することができる。

前記第一の接合部近傍における前記トレーリングアーム６と前記トーションビーム５との間には間隙ｇ２が設けられているので、溶接時に発生するガスが逃げやすくなり、溶接不良の発生を抑制することができる。荷重が加わって変形した際にも異音の発生を防ぐことができる。
前記第一の接合部における前記トレーリングアーム６の係止部となる壁部６７ａと前記トーションビーム５の端面５ａとの間には間隙ｇ１が設けられているので、溶接時に発生するガスが逃げやすくなり、溶接不良の発生を抑制することができる。
前記第一の接合部における前記トレーリングアーム６の係止部となる壁部６７ａと前記トーションビーム５の端面５ａとは全周が溶接されているので、溶接部と未溶接部の境目がなくなるため、応力集中を緩和することができる。
前記トレーリングアーム６の継手部の先端縁部周囲と前記トーションビーム５内部壁面とが溶接されているので、トーションビーム５の端面５ａだけでなくトレーリングアーム６の先端部も接合できることから２方向の接合継ぎ手を備えることができる。

トーションビーム５とトレーリングアーム６のビーム接合部６ａとのトレーリングアーム６端部側の接合部ｗ３の剛性変化を小さくすることで、接合部の応力集中を緩和することができる。
また、トーションビーム５とトレーリングアーム６のビーム接合部６ａとのトーションビーム５端部側の接合部ｗ１を剛性の高い位置で接合することで、接合部の応力集中を緩和できる。
さらに、トーションビーム５とトレーリングアーム６のビーム接合部６ａとの溶接の方向を斜め方向と上下方向の２方向とすることができることから、継ぎ手強度が弱い剥離方向の荷重を抑制し、継ぎ手強度を高くすることができる。
トーションビーム５とトレーリングアーム６のビーム接合部６ａとの接合部ｗ１，ｗ２，ｗ３は、全周溶接できるため、溶接部と未溶接部の境目が発生せず、応力集中を抑制できる。
トーションビーム５とトレーリングアーム６のビーム接合部６ａとの接合部ｗ１，ｗ２は、トーションビーム５径方向の外表面に段差がないため、応力集中を緩和することができる。
トレーリングアーム６を中空断面としているため、鋳造時に中子を必要とするが、トーションビーム５とトレーリングアーム６のビーム接合部６ａとのトレーリングアーム６側へ穴を設置することで、キャリア部の穴と２点で中子を安定して支持することができる。
トーションビーム５の断面を開断面とすることで、ねじり剛性をそれ程必要とされない車種に対応することができる。

図１２および図１３は本発明の第２の実施の形態で、図７と同一部分は同符号を付して示す、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とトレーリングアームの継手部を示している。
この実施の形態では、トレーリングアーム６のビーム接合部６ａの上面側の壁部６７に開口穴６８Ｂが形成されている。
この開口穴６８Ｂを通して、全周溶接における溶接終了時でもガスを逃がすことができ、溶接部の品質が向上する。トーションビーム５が嵌合しているトレーリングアーム６のビーム接合部６ａの面積が小さくなるため、トーションビーム５を軽量化できるとともに、トーションビーム５変形時にトレーリングアーム６とトーションビーム５が接触する可能性が格段に低くなり、接触に伴う異音の発生を抑制できる。開口穴６８Ｂの大きさ、および形状で、嵌合部の剛性を調節することができ、急激な剛性変化を抑制できる。開口穴６８Ｂを利用してトレーリングアーム６とトーションビーム５を接合することで、接合部の補強が可能となる。トーションビーム５の両面が外気と接触することで放熱性が向上し、図１４に示すように付近に配置されるマフラー１４の熱影響を抑制できる。

なお、本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものではなく、トレーリングアーム６とトーションビーム５の接合は、溶接ではなく、ＦＳＷ（摩擦攪拌接合）を用いることで、溶接部の材料強度低下が小さい良好な継ぎ手を得ることができる。など、その他、本発明の技術的範囲を変更しない範囲内で適宜変更して実施し得ることは言うまでもない。

１ 車両
２ トーションビーム式サスペンション
３ 車輪
４ 車体
５ トーションビーム
６ トレーリングアーム
７ スプリング
８ ショックアブソーバ
１３ 継手部分
６ａ ビーム接合部
５１ 凹条部
５２ 湾曲部
５３、６９ 突出縁部
５３ａ，６９ａ 端面
６５ 先端
６６ 斜面部
６７ 凹部
６７ａ 壁部
６８Ａ，６８Ｂ， 開口穴

Claims (11)

1. 少なくとも長手方向の両端部に、長手方向と交差する方向に曲げられた湾曲部を有し、該湾曲部の両端縁部に長手方向と交差する方向の突出縁部を形成したトーションビームと、該トーションビームの両端部湾曲部に重ねて連結されるビーム接合部を有し、該ビーム接合部の終端部に前記トーションビームの突出縁部と同方向に突出した突出縁部を形成した一対のトレーリングアームとを備え、
   前記トレーリングアームは、前記トーションビームの湾曲部と互いに重ね合わされて前記トーションビームの湾曲部先端が接合される第一の接合部と、該トレーリングアームの前記突出縁部の軸方向の端面に対向する前記トーションビームの前記突出縁部の軸方向の端面が突き合わされて接合される第二の接合部とを備え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。
2. 前記トレーリングアームの突出縁部と前記トーションビームの突出縁部の突出方向の長さが略同一であることを特徴とする請求項１に記載のトーションビーム式サスペンション。
3. 前記トレーリングアームの突出縁部と前記トーションビームの突出縁部の厚みが略同一であることを特徴とする請求項１に記載のトーションビーム式サスペンション。
4. 前記トレーリングアームの前記トーションビームとの継手部分は、前記トーションビームの長手方向に延びる基準線に対して傾斜していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のトーションビーム式サスペンション。
5. 前記トレーリングアームの継手部分の傾斜部分は、該傾斜部分の開口側よりも非開口側を、前記トーションビームの長手方向における車体中央側に設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のトーションビーム式サスペンション。
6. 前記トレーリングアームの継手部分の非開口側から開口側に向かう高さ方向の長さと、前記トーションビームの高さ方向の長さを略同一に設定したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のトーションビーム式サスペンション。
7. 前記第一の接合部近傍における前記トレーリングアームと前記トーションビームとの間には間隙を設けたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のトーションビーム式サスペンション。
8. 前記第一の接合部における前記トレーリングアームの係止部となる壁部と前記トーションビーム端面との間には間隙を設けたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のトーションビーム式サスペンション。
9. 前記第一の接合部における前記トレーリングアームの係止部となる壁部と前記トーションビーム端面とは全周が溶接されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のトーションビーム式サスペンション。
10. 前記トレーリングアームの継手部の先端縁部周囲と前記トーションビーム内部壁面とが溶接されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載のトーションビーム式サスペンション。
11. 前記トレーリングアームの継手部には開口穴が設けられていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のトーションビーム式サスペンション。

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