JP2016106055A - 自動車のダンパーハウジング構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 軽量でありながら強度が高く、しかも形状の自由度が高い自動車のダンパーハウジングを提供する。【解決手段】 フロントサスペンションのダンパーから入力する荷重を支持するダンパーハウジング２１は、金属板をプレス加工したプレス成形部３１と、プレス成形部３１の少なくとも一部を鋳ぐるむようにアルミニウムで鋳造されて車体に固定される鋳造部３２とからなり、鋳造部３２の肉厚はプレス成形部３１の肉厚よりも大きいので、応力が小さい部分をプレス成形部３１で構成して肉厚を薄くすることで、ダンパーハウジング２１全体を一体に鋳造する場合に比べて重量を軽減しながら、鋳造時におけるアルミニウムの溶湯の流動性を確保して薄肉化による鋳造性の低下を回避することができ、しかも鋳造を併用することで形状の自由度が高められる。【選択図】 図２

Description

本発明は、フロントサスペンションのダンパーから入力する荷重を支持するダンパーハウジングを金属で構成した自動車のダンパーハウジング構造に関する。

自動車のフロントダンパーの上端を支持するダンパーハウジングを、鋼板のプレス成形品で構成したものが、下記特許文献１により公知である。

また自動車のフロントダンパーの上端を支持するダンパーハウジングを、アルミニウムの鋳造品で構成したものが、下記特許文献２により公知である。

特許第３９９７９９６号公報 特許第４９８９４６６号公報

上記特許文献１に記載されたものは、鋼板をプレス成形してダンパーハウジングを構成するので、ダンパーハウジングを薄肉にして軽量化することは可能であるが、鋳造品のダンパーハウジングに比べて形状の自由度が低いという問題がある。

また上記特許文献２に記載されたものは、アルミニウムでダンパーハウジングを鋳造するので、形状の設定自由度が高くなるが、鋳造時におけるアルミニウムの溶湯の流動性を確保するために薄肉化することができず、そのために軽量化が困難であるという問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、軽量でありながら強度が高く、しかも形状の自由度が高い自動車のダンパーハウジングを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、フロントサスペンションのダンパーから入力する荷重を支持するダンパーハウジングを金属で構成した自動車のダンパーハウジング構造であって、前記ダンパーハウジングは、金属板をプレス加工したプレス成形部と、前記プレス成形部の少なくとも一部を鋳ぐるむようにアルミニウムで鋳造されて車体に固定される鋳造部とからなり、前記鋳造部の肉厚は前記プレス成形部の肉厚よりも大きいことを特徴とする自動車のダンパーハウジング構造が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記プレス成形部は前記荷重の入力方向に沿う稜線を有することを特徴とする自動車のダンパーハウジング構造が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記鋳造部は前後方向に配置されたフロントサイドフレームの後部を鋳ぐるむことを特徴とする自動車のダンパーハウジング構造が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、前記鋳造部および前記プレス成形部の界面は、前記鋳造部から前記プレス成形部の孔を貫通して膨大するアルミニウムのアンカー部により結合されることを特徴とする自動車のダンパーハウジング構造が提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、前記鋳造部および前記プレス成形部の界面は、摩擦攪拌溶接により結合されることを特徴とする自動車のダンパーハウジング構造が提案される。

また請求項６に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記鋳造部は、前記ダンパーの上端を支持するダンパーベース部と、前記ダンパーベース部の下方でフロントサイドフレームを支持するフロントサイドフレーム支持部と、前記ダンパーベース部および前記フロントサイドフレーム支持部を上下方向に接続する補強リブとを備えることを特徴とする自動車のダンパーハウジング構造が提案される。

また請求項７に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記鋳造部はフロントサイドフレームを一体に備えることを特徴とする自動車のダンパーハウジング構造が提案される。

また請求項８に記載された発明によれば、請求項１〜請求項７の何れか１項の構成に加えて、前記鋳造部の肉厚は２ｍｍ以上であり、アルミニウム製の前記プレス成形部の肉厚は２ｍｍ未満であることを特徴とする自動車のダンパーハウジング構造が提案される。

請求項１の構成によれば、フロントサスペンションのダンパーから入力する荷重を支持するダンパーハウジングは、金属板をプレス加工したプレス成形部と、プレス成形部の少なくとも一部を鋳ぐるむようにアルミニウムで鋳造されて車体に固定される鋳造部とからなり、鋳造部の肉厚はプレス成形部の肉厚よりも大きいので、応力が小さい部分をプレス成形部で構成して肉厚を薄くすることで、ダンパーハウジング全体を一体に鋳造する場合に比べて重量を軽減しながら、鋳造時におけるアルミニウムの溶湯の流動性を確保して薄肉化による鋳造性の低下を回避することができ、しかも鋳造を併用することで形状の自由度が高められる。

また請求項２の構成によれば、プレス成形部は荷重の入力方向に沿う稜線を有するので、プレス成形部の薄肉化による剛性および強度の低下を稜線による補強効果で補うことができる。

また請求項３の構成によれば、鋳造部は前後方向に配置されたフロントサイドフレームの後部を鋳ぐるむので、前面衝突の衝突荷重がフロントサイドフレームに入力したときに、鋳造部に対するフロントサイドフレームの結合状態を維持し、フロントサイドフレームの圧壊によるエネルギー吸収を効果的に行うことができるだけでなく、フロントサイドフレームの全長を最大限に確保してエネルギー吸収効果を更に高めることができる。フロントサイドフレームの後端を鋳造部の前端に溶接により結合した場合には、フロントサイドフレームの全長が短くなってエネルギー吸収効果が低下するだけでなく、溶接により生じる内部応力の影響で衝突荷重の入力時に溶接部が割れやすくなり、フロントサイドフレームが傾いて圧壊によるエネルギー吸収が効果的に行えなくなる。

また請求項４の構成によれば、鋳造部およびプレス成形部の界面は、鋳造部からプレス成形部の孔を貫通して膨大するアルミニウムのアンカー部により結合されるので、鋳造部およびプレス成形部を強固に結合してダンパーハウジングの剛性および強度を更に高めることができる。

また請求項５の構成によれば、鋳造部およびプレス成形部の界面は、摩擦攪拌溶接により結合されるので、鋳造部およびプレス成形部を強固に結合してダンパーハウジングの剛性および強度を更に高めることができる。

また請求項６の構成によれば、鋳造部は、ダンパーの上端を支持するダンパーベース部と、ダンパーベース部の下方でフロントサイドフレームを支持するフロントサイドフレーム支持部と、ダンパーベース部およびフロントサイドフレーム支持部を上下方向に接続する補強リブとを備えるので、プレス成形部の上部および下部をダンパーベース部およびフロントサイドフレーム支持部で覆って補強し、更にダンパーベース部およびフロントサイドフレーム支持部を補強リブで接続して補強することで、上下方向の荷重に対するダンパーハウジングの剛性および強度を一層高めることができる。

また請求項７の構成によれば、鋳造部はフロントサイドフレームを一体に備えるので、部品点数を削減して構造を簡素化することができる。

また請求項８の構成によれば、鋳造部の肉厚は２ｍｍ以上であるので、鋳造時におけるアルミニウムの溶湯の流動性を確保でき、しかもアルミニウム製のプレス成形部の肉厚は２ｍｍ未満であるので、プレス成形部を鋼板製とする場合と同等の剛性および強度を維持しながら薄肉化による重量軽減が可能になる。

自動車の車体の斜視図。（第１の実施の形態） 図１の２拡大図。（第１の実施の形態） 図２の３−３線断面図。（第１の実施の形態） 図２の４−４線断面図。（第１の実施の形態） 図３の５−５線断面図。（第１の実施の形態） 図２に対応する図。（第２の実施の形態） 図６の７−７線断面図。（第２の実施の形態） 図２に対応する図。（第３の実施の形態） 図８の９−９線断面図。（第３の実施の形態）

第１の実施の形態

以下、図１〜図５に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。尚、本明細書において上下方向、左右方向（車幅方向）および前後方向とは、運転席に着座した乗員を基準として定義される。

図１に示すように、カーボン繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）製のキャビン１１は、フロントフロアパネル１２と、フロントフロアパネル１２の後端にキックアップ部１３を介して接続されたリヤフロアパネル１４と、フロントフロアパネル１２およびリヤフロアパネル１４の車幅方向両側縁に沿って前後方向に延びる左右のサイドシル部１５，１５と、フロントフロアパネル１２および左右のサイドシル部１５，１５の前端から起立するフロント壁部１６と、リヤフロアパネル１４および左右のサイドシル部１５，１５の後端から起立するリヤ壁部１７とを備えてバスタブ状に形成される。左右のサイドシル部１５，１５の上面に、逆Ｕ字状のロールバー１８と、このロールバー１８を補強する左右のステー１９，１９とが固定される。

キャビン１１のフロント壁部１６の前面の車幅方向両端部には、金属製の連結モジュール２０，２０が固定される。各々の連結モジュール２０は、一体に結合されたダンパーハウジング２１およびフロントサイドフレーム２３を備える。左右の連結モジュール２０，２０のフロントサイドフレーム２３，２３の前端には、ＣＦＲＰ製の左右のバンパービームエクステンション２４，２４の後端が固定され、また連結モジュール２０，２０のダンパーハウジング２１，２１の上端には、ＣＦＲＰ製の左右のアッパーメンバ２５，２５が固定される。そして左右のアッパーメンバ２５，２５の前端には、ＣＦＲＰ製の左右のロアメンバ２６，２６の後端が固定される。

左右のバンパービームエクステンション２４，２４の前端の車幅方向内面にＣＦＲＰ製のバンパービーム２７の車幅方向両端部が接続され、また車幅方向外面に左右のロアメンバ２６，２６の前端の車幅方向内面が接続される。そして左右のバンパービームエクステンション２４，２４の車幅方向内面にＣＦＲＰ製のアッパ部材２８ａ，ロア部材２８ｂおよび左右のサイド部材２８ｃ，２８ｃを四角枠状に結合したフロントバルクヘッド２８が接続される。

次に、図２〜図５に基づいて連結モジュール２０の構造を詳細に説明する。

連結モジュール２０の一部であるフロントサイドフレーム２３は、長手方向に一定の矩形断面を有するアルミニウムの押し出し材で構成されるもので、その前部は直線状に形成されるが、その後部は僅かに下向きに湾曲する。また連結モジュール２０の一部であるダンパーハウジング２１は、アルミニウムの板材をプレス成形したプレス成形部３１と、プレス成形部３１の一部およびフロントサイドフレーム２３の一部を包むようにアルミニウムで鋳造された鋳造部３２とで構成される。このような連結モジュール２０は、プレス成形部３１およびフロントサイドフレーム２３を予めインサートした金型内にアルミニウムの溶湯を注入することで製造される。

プレス成形部３１は水平断面がコ字状の部材であり、上下方向かつ前後方向に延びる側壁３１ａと、側壁３１ａの前縁から車幅方向外側に折り曲げられた前壁３１ｂと、側壁３１ａの後縁から車幅方向外側に折り曲げられた後壁３１ｃとを備える。側壁３１ａおよび前壁３１ｂ間の稜線ａと、側壁３１ａおよび後壁３１ｃ間の稜線ｂとは、図示せぬサスペンションダンパーからの荷重の入力方向に沿う方向である上下方向に延びている。

鋳造部３２は、プレス成形部３１の上端を上方から覆ってサスペンションダンパーの上端を支持するダンパーベース部３２ａと、プレス成形部３１の前壁３１ｂの車幅方向外端から前方に延びる前部側壁３２ｂと、プレス成形部３１の後壁３１ｃの車幅方向外端から後方に延びる後部側壁３２ｃと、前部側壁３２ｂの車幅方向内端に接続されてフロントサイドフレーム２３の外周を覆う環状の前部フロントサイドフレーム支持部３２ｄと、後部側壁３２ｃの車幅方向内端に接続されてフロントサイドフレーム２３の表周を覆う環状の後部フロントサイドフレーム支持部３２ｅと、前部側壁３２ｂからプレス成形部３１の前壁３１ｂおよび側壁３１ａの表面を覆うように延びる前部リブ３２ｆと、後部側壁３２ｃからプレス成形部３１の後壁３１ｃおよび側壁３１ａの外面を覆うように延びる後部リブ３２ｇと、後部側壁３２ｃおよびフロントサイドフレーム２３の後端に接続された取付壁３２ｈとを一体に備える。

実施の形態では、鋳造部３２の全ての部分の肉厚は、鋳造時における溶湯の流動性を確保できる２ｍｍ以上とされる。またプレス成形部３１の板厚は、厚さ０．９ｍｍの鋼板と同等以上の曲げ剛性が得られる１．６ｍｍ以上で２ｍｍ未満とされる。

プレス成形部３１の外周と、前部リブ３２ｆおよび後部リブ３２ｇに覆われた部分とには複数の円形の孔３１ｄ…が形成されており、鋳造部３２から一体に延びるアンカー部３２ｉ…がプレス成形部３１の孔３１ｄ…を貫通して該孔３１ｄ…の直径よりも大きく膨大することで、プレス成形部３１が鋳造部３２に結合される。アンカー部３２ｉ…は金型内にプレス成形部３１をインサートして鋳造部３２を鋳造する際に、溶湯の一部がプレス成形部３１の孔３１ｄ…を通過することで自動的に成形される。鋳造時にプレス成形部３１と鋳造部３２との界面に結合力が発生することはないが、アンカー部３２ｉ…によってプレス成形部３１と鋳造部３２との界面を強固に結合することができる。

フロントサイドフレーム２３の後部の２カ所は、鋳造部３２の前部フロントサイドフレーム支持部３２ｄおよび後部フロントサイドフレーム支持部３２ｅにより外周の四面を覆われて一体化される。その際に、フロントサイドフレーム２３および鋳造部３２を溶接により結合することは行わない、その理由は、溶接の熱で鋳造部３２の前部フロントサイドフレーム支持部３２ｄおよび後部フロントサイドフレーム支持部３２ｅが脆くなるのを防止するためである。

連結モジュール２０の鋳造部３２の取付壁３２ｈはキャビン１１のフロント壁部１６の前面にボルト３３…で締結され、鋳造部３２の前部側壁３２ｂおよび後部側壁３２ｃの上端はアッパーメンバ２５の車幅方向内面に接着やリベットにより固定される。

以上のように、図示せぬダンパーから入力する荷重を支持するダンパーハウジング２１は、アルミニウムの板材をプレス加工したプレス成形部３１と、プレス成形部３１の一部を鋳ぐるむようにアルミニウムで鋳造された鋳造部３２とからなり、鋳造部３２の肉厚はプレス成形部３１の肉厚よりも大きいので、ダンパーから入力する荷重により発生する応力が小さい部分をプレス成形部３１で構成して肉厚を薄くすることで、ダンパーハウジング２１全体を一体に鋳造する場合に比べて重量を軽減しながら、鋳造時におけるアルミニウムの溶湯の流動性を確保して薄肉化による鋳造性の低下を回避することができ、しかも鋳造を併用することでダンパーハウジング２１の形状の自由度が高められる。

またプレス成形部３１はダンパーからの荷重の入力方向（上下方向）に沿う稜線ａ，ｂを有するので、プレス成形部３１の薄肉化による剛性および強度の低下を稜線ａ，ｂによる補強効果で補うことができる。

ところで、自動車が前面衝突して衝突荷重がバンパービーム２７からバンパービームエクステンション２４を介してフロントサイドフレーム２３に伝達されたとき、フロントサイドフレーム２３が前後方向の姿勢を維持したまま前部から後部に向かって順次圧壊すれば、衝突エネルギーを効果的に吸収することができる。しかしながら、ダンパーハウジング２１に対してフロントサイドフレーム２３が前後方向に対して傾いてしまうと、前部から後部に向かって順次圧壊できなくなり、衝突エネルギーの吸収効果が低下してしまう問題がある。

仮に、フロントサイドフレーム２３の後端が鋳造部３２の前端に溶接されていると、溶接時に発生する内部応力で鋳造部３２が脆くなり、衝突荷重で鋳造部３２が割れてフロントサイドフレーム２３が傾いてしまい、衝突エネルギーの吸収効果が低下するだけでなく、フロントサイドフレーム２３の全長が短くなって衝突エネルギーの吸収効果が低下する懸念がある。しかしながら、本実施の形態によれば、鋳造部３２はフロントサイドフレーム２３の後部を鋳ぐるむので、鋳造部３２に対するフロントサイドフレーム２３の結合状態を維持し、フロントサイドフレーム２３の圧壊によるエネルギー吸収を効果的に行うことができるだけでなく、フロントサイドフレーム２３の全長を最大限に確保してエネルギー吸収効果を更に高めることができる。

アルミニウム製のプレス成形部３１の曲げ剛性を、従来の厚さ０．９ｍｍの鋼板で構成したものと同等にするためには断面係数を３倍にする必要があり、断面係数を３倍にするには板厚を√３倍にする必要がある。よって、アルミニウム製のプレス成形部３１の板厚を、０．９ｍｍ×√３＝１．６ｍｍとすることで、鋼板製のプレス成形部と同等の曲げ強度を得ることができる。また鋳造部３２を鋳造する際のアルミニウムの溶湯の流動性を確保するには、その肉厚が２．０ｍｍ以上であることが必要である。よってプレス成形部３１の肉厚を１．６ｍｍ以上で２ｍｍ未満とすれば、プレス成形部３１を鋼板製とする場合と同等の剛性および強度を維持しながら、ダンパーハウジング２１の全体を鋳造品で構成する場合に比べて、プレス成形部３１の薄肉化による重量軽減が可能になる。

尚、稜線ａ，ｂや補強リブによりプレス成形部３１の肉厚を１．６ｍｍ未満とすることも可能であり、これにより一層の軽量化を図ることができる。

第２の実施の形態

次に、図６および図７に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態のプレス成形部３１は、側壁３１ａ、前壁３１ｂおよび後壁３１ｃを有して断面コ字状に形成されているが、第２の実施の形態では、鋳造部３２の前部側壁３２ｂおよび後部側壁３２ｃ（図２参照）に相当する部分が、プレス成形部３１の前部側壁３１ｅおよび後部側壁３１ｆとして一体に形成されている。

また第１の実施の形態の鋳造部３２は、前部フロントサイドフレーム支持部３２ｄおよび後部フロントサイドフレーム支持部３２ｅでフロントサイドフレーム２３の後部の四面を鋳ぐるんで固定しているが、第２の実施の形態の鋳造部３２は、一つのフロントサイドフレーム支持部３２ｊでフロントサイドフレーム２３の後部を固定している。このとき、フロントサイドフレーム２３の後部は完全に鋳ぐるまれず、上面、車幅方向外面および下面だけが鋳ぐるまれており、車幅方向内面は露出している。

鋳造部３２は複数の補強リブ３２ｋ…を備えており、それらの補強リブ３２ｋ…のうち、上下方向に延びるものが鋳造部３２のダンパーベース部３２ａおよびフロントサイドフレーム支持部３２ｊを接続する。また第１の実施の形態と同様に、プレス成形部３１および鋳造部３２の界面は、鋳造部３２に設けた複数のアンカー部３２ｉ…により強固に結合される。

この第２の実施の形態によれば、プレス成形部３１が占める面積を第１の実施の形態よりも拡大することで、ダンパーハウジング２１の重量を更に削減することができる。しかもダンパーベース部３２ａおよびフロントサイドフレーム支持部３２ｊを補強リブ３２ｋ…で接続して補強するので、上下方向の荷重に対するダンパーハウジング２１の剛性および強度を更に高めることができる。

第３の実施の形態

次に、図８および図９に基づいて本発明の第３の実施の形態を説明する。

第２の実施の形態のフロントサイドフレーム２３は、鋳造部３２のフロントサイドフレーム支持部３２ｊにより覆われて固定されているが、第３の実施の形態のフロントサイドフレーム２３は、鋳造部３２と一体に鋳造されている。フロントサイドフレーム２３の後部は車幅方向内向きに開放して補強リブ２３ａ…により補強され、フロントサイドフレーム２３の前部は矩形状断面に形成される。この構造により、部品点数を削減して構造を簡素化することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態ではプレス成形部３１および鋳造部３２の界面をアンカー部３２ｉで結合しているが、アンカー部３２ｉの代わりに摩擦攪拌溶接により結合しても同様の作用効果を達成することができる。

また鋳造部３２の材質であるアルミニウムは、アルミニウム合金を含むものとする。

またフロントサイドフレーム２３およびプレス成形部３１の材質は実施の形態のアルミニウムに限定されず、アルミニウム以外の金属であっても良い。

また鋳造部３２の前部フロントサイドフレーム支持部３２ｄおよび後部フロントサイドフレーム支持部３２ｅはフロントサイドフレーム２３の外周の四面を完全に鋳ぐるむ必要はなく、その一部が開放していても良い。

２１ ダンパーハウジング
２３ フロントサイドフレーム
３１ プレス成形部
３１ｄ 孔
３２ 鋳造部
３２ａ ダンパーベース部
３２ｉ アンカー部
３２ｊ フロントサイドフレーム支持部
３２ｋ 補強リブ
ａ 稜線
ｂ 稜線

Claims (8)

1. フロントサスペンションのダンパーから入力する荷重を支持するダンパーハウジング（２１）を金属で構成した自動車のダンパーハウジング構造であって、
   前記ダンパーハウジング（２１）は、金属板をプレス加工したプレス成形部（３１）と、前記プレス成形部（３１）の少なくとも一部を鋳ぐるむようにアルミニウムで鋳造されて車体に固定される鋳造部（３２）とからなり、前記鋳造部（３２）の肉厚は前記プレス成形部（３１）の肉厚よりも大きいことを特徴とする自動車のダンパーハウジング構造。
2. 前記プレス成形部（３１）は前記荷重の入力方向に沿う稜線（ａ，ｂ）を有することを特徴とする、請求項１に記載の自動車のダンパーハウジング構造。
3. 前記鋳造部（３２）は前後方向に配置されたフロントサイドフレーム（２３）の後部を鋳ぐるむことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の自動車のダンパーハウジング構造。
4. 前記鋳造部（３２）および前記プレス成形部（３１）の界面は、前記鋳造部（３２）から前記プレス成形部（３１）の孔（３１ｄ）を貫通して膨大するアルミニウムのアンカー部（３２ｉ）により結合されることを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の自動車のダンパーハウジング構造。
5. 前記鋳造部（３２）および前記プレス成形部（３１）の界面は、摩擦攪拌溶接により結合されることを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の自動車のダンパーハウジング構造。
6. 前記鋳造部（３２）は、前記ダンパーの上端を支持するダンパーベース部（３２ａ）と、前記ダンパーベース部（３２ａ）の下方でフロントサイドフレーム（２３）を支持するフロントサイドフレーム支持部（３２ｊ）と、前記ダンパーベース部（３２ａ）および前記フロントサイドフレーム支持部（３２ｊ）を上下方向に接続する補強リブ（３２ｋ）とを備えることを特徴とする、請求項１に記載の自動車のダンパーハウジング構造。
7. 前記鋳造部（３２）はフロントサイドフレーム（２３）を一体に備えることを特徴とする、請求項１に記載の自動車のダンパーハウジング構造。
8. 前記鋳造部（３２）の肉厚は２ｍｍ以上であり、アルミニウム製の前記プレス成形部（３１）の肉厚は２ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の自動車のダンパーハウジング構造。

Images