JP2017056916A - 車両のサスペンションタワー部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】サスペンションが締結される締結部における局部的な応力集中を防止して、上下方向の剛性を効果的に向上させることができる車両のサスペンションタワー部構造を提供する。
【解決手段】車両のサスペンションタワー部構造は、上面部が、サスペンション５０の上側被取付部５１が締結固定される複数の締結部１１が設けられた締結面部１０を有し、締結面部１０上には、複数の締結部１１それぞれの周囲に立設された複数の円弧壁部２１が形成されており、円弧壁部２１は、締結部１１に締結固定される締結部材３の締結座部３ｂの周部に対して、等間隔で沿うように形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両のサスペンションタワー部構造に関する。

サスペンションタワー部は、上面部にサスペンションの上端部が締結固定されるようになっており、該上面部にリブを形成することによって、上下方向の剛性を向上させたものが知られている。

例えば、特許文献１，２には、サスペンションタワー部の上面部が、サスペンション上端部締結用の締結面部と、該締結面部から環状リブを介して上方にオフセットして位置する頂面部とでなる２段構造に構成されたものが開示されている。このサスペンションタワー部は、締結面部の上面に、環状リブの外周側に放射状に延在する放射状リブが更に形成されており、環状リブと放射状リブとによって、上面部の剛性が高められている。

また、締結面部には、環状リブの外周側における隣接する放射状リブの間に、サスペンションの上端部が締結固定される複数の締結部が形成されている。

特開２０１５−０６７０６７号公報 特開２０１５−０９３５０８号公報

ところで、上述の如く、締結部は、環状リブの外周側における一対の放射状リブの間に形成されているので、締結部における締結座部の周縁部から各リブへの距離が不均一となる。このため、締結部周りの剛性は不均一となるので、サスペンションからの上下方向への入力荷重によって生じる応力が、締結座面の周縁部で一定とならず、局部的に集中する場合がある。

すなわち、サスペンションタワー部の上下方向の剛性向上に関して、各締結部における局部的な応力集中を緩和させる観点で更に改良する余地がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、サスペンションが締結される締結部における局部的な応力集中を防止して、上下方向の剛性を効果的に向上させることができる車両のサスペンションタワー部構造を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本願発明は次のように構成したことを特徴とする。

まず、本願の請求項１に記載の発明は、車両のサスペンションタワー部構造であって、サスペンションタワー部の上面部は、サスペンションの上端部が締結固定される複数の締結部が設けられた締結面部を有し、締結面部上には、複数の前記締結部それぞれの周囲に立設された複数の締結部周囲壁部が形成されており、前記締結部周囲壁部は、前記締結部に締結固定される締結部材の締結座部の周部に対して、等間隔で沿うように形成されていることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の車両のサスペンションタワー部構造において、前記締結面部の外縁から下方に延びている外周壁部を、更に有しており、
前記締結部周囲壁部は、前記締結部の周部において前記サスペンションの中心軸線側に円弧状に形成されており、前記締結面部上には、前記締結部周囲壁部の円弧方向の両端部から前記外周壁部側に延びる外周側リブが更に形成されていることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、前記請求項１又は２に記載の車両のサスペンションタワー部構造において、前記締結部は３箇所に設けられ、前記締結面部上には、複数の前記締結部周囲壁部を相互に直線的に連結する締結部連結壁部が、更に形成されており、複数の前記締結部連結壁部のそれぞれが、平面視で三角形の各辺に対応して配置されていることを特徴とする。

前記の構成により、本願各請求項の発明によれば、次の効果が得られる。

まず、請求項１に記載の発明によれば、締結部周囲壁部は、締結部材の締結座部に対して等間隔で沿うように形成されているので、締結部周りの剛性を略均一に向上させることができる。これによって、サスペンションからの荷重入力によって締結部に生じる応力は、略均一化されるので、局部的に応力が集中することがない。これによって、サスペンションタワー部の上下方向の剛性を効果的に向上できる。

なお、請求項１における締結部周囲壁部は、締結面部上に上下方向に突出したリブとして形成してもよく、又は、締結面部から上下方向に延びる縦壁部として形成してもよい。

また、請求項２に記載の発明によれば、外周側リブによって、締結面部の剛性を、締結部周囲壁部から外周壁部までにわたる広い範囲で向上させることができる。これによって、サスペンションタワー部の上下方向における剛性をより効果的に向上させることができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、締結部連結壁部は、平面視で三角形の各辺に対応して位置しているので、トラス効果によって相互に締結部連結壁部の剛性を効果的に向上させやすい。これによって、サスペンションタワー部の上下方向の剛性をより効果的に向上できる。

すなわち、本発明に係る車両のサスペンションタワー部構造によれば、サスペンションが締結される締結部における局部的な応力集中を防止して、上下方向の剛性を効果的に向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るサスペンションタワー部構造を示す斜視図である。 図１のサスペンションタワー部構造の平面視である。 図２のIII−III線における断面図である。 サスペンションタワー部構造の変形を模式的に示す図である。 変形例に係るサスペンションタワー部構造を示す斜視図である。 更なる変形例に係るサスペンションタワー部構造を示す斜視図である。

以下、本発明の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。以下の説明では、車幅方向の一方側（右側）のサスペンションタワー部構造について説明するが、他方側（左側）についても同様である。また、各図において示す、前／後、内／外、及び上／下の各方向はそれぞれ、特段の説明がある場合を除いて、車両の前後方向、車幅方向、及び上下方向の各方向を示している。

図１は、本発明の一実施形態に係る車両のサスペンションタワー部１を示している。図１に示すように、サスペンションタワー部１は、図示しない、前後方向に延びるフロントサイドメンバとエプロンレインとの車幅方向の間に架け渡されており、車両の前部右側に設けられたサスペンション５０（図３参照）が固定されるようになっている。

サスペンションタワー部１は、上面部が、サスペンション５０が締結固定される締結面部１０と、締結面部１０の中央部において縦壁部２０を介して上方にオフセットして位置する頂面部３０と、でなる２段構造に構成されており、さらに、締結面部１０の外縁には下方に延在する外周壁部４０が形成されており、これらが例えば、アルミダイカスト法によって一体的に形成されている。

締結面部１０には、サスペンション５０の上側被取付部５１（図３参照）が締結固定される複数の締結部１１が形成されている。図２に示す平面視において、各締結部１１は、締結固定されるサスペンション５０の中心軸線周りの円周上の３箇所に形成ピッチＰで略等間隔に形成されている。

頂面部３０は、締結固定されるサスペンション５０に対して上方から対向して位置しており、各締結部１１を頂点とする略三角形状に形成されている。具体的には、頂面部３０は、各頂点が各締結部１１を中心とする円弧によって切り欠かれた形態をなしている。すなわち、締結面部１０と頂面部３０とを接続する縦壁部２０は、略三角形状の頂面部３０の各頂点部分に位置する円弧状の円弧壁部（締結部周囲壁部）２１と、略三角形状の各辺部分に位置する連結壁部（締結部連結壁部）２２と、を含んでいる。

より具体的には、円弧壁部２１は、締結部１１の周囲において、サスペンション５０の中心軸線側にのみ形成されており、外周壁部４０側には形成されていない。このため、締結部１１は、外周壁部４０側が開放されており、水が溜まり難くなっている。また、円弧壁部２１は締結部１１上に締結される締結ナット３の締結座部３ｂに対して、略等間隔で沿うように形成されている。

ここで、締結ナット３は、本実施形態ではフランジナットであって、その締結座部３ｂは円筒状であるので、これに略等間隔で沿う円弧壁部２１は、平面視で締結部１１を中心とした円弧状に形成されている。また、締結ナット３が六角ナットであり、締結座部３ｂの形状が六角である場合にも、円弧壁部２１は、平面視で六角形の締結座部３ｂに略沿うように締結部を中心とする円弧状に形成される。また、締結ナット３がワッシャ（図示しない）を介して締結部１１に締結される場合には、円弧壁部２１は、平面視でワッシャの周部に沿うように形成される。

連結壁部２２は、隣接する各円弧壁部２１を相互に直線的に接続するように形成されている。

図３は、図２のIII−III線に沿った断面図であり、締結部１１を通るサスペンションタワー部１の縦断面を示している。図３に示すように、各締結部１１には、締結面部１０を上下に貫通するタワー部取付穴１２と、タワー部取付穴１２の周りの平面状の締結座面部１３と、が形成されている。また、サスペンション５０は、上側被取付部５１に、タワー部取付穴１２に対応して位置するサスペンション取付穴５２を有している。

そして、サスペンション５０は、締結ボルト２をこれらの取付穴５２，１２に下方から順に挿通させ、締結座面部１３上で締結ナット３を締結することによって、締結面部１０の下面に締結固定されるようになっている。

なお、締結座面部１３は、平面視で、締結部１１に締結された締結ナット３の締結座部３ｂに略一致するか、若しくは締結位置のバラツキを考慮しても締結ナット３が着座出来るような最小限の大きさの平面状に形成されている。また、円弧壁部２１は、締結座面部１３からＲ部１４を介して立設されており、上述したように、締結部１１上に締結される締結ナット３の締結座部３ｂに対して、平面視において等間隔で沿うように形成されている。したがって、締結ナット３の締結座部３ｂの周縁部からＲ部１４及び円弧壁部２１までの距離はそれぞれ、周方向で略均一となるように構成されている。

頂面部３０は、中央部に上下に貫通する開口部３１と、開口部３１の周囲において頂面部３０から下方に延びる環状の開口部リブ３２と、を備えている。図２を合わせて参照して、縦壁部２０の内周側には、頂面部３０の下面から下方に延びる複数の内周側リブ３３が形成されている。内周側リブ３３は、開口部リブ３２から放射状に外周側に向けて延びており、開口部リブ３２と縦壁部２０との間を連結するように形成されている。

内周側リブ３３は、締結面部１０に締結固定されたサスペンション５０の上方に位置しており、サスペンション５０に略当接するか、干渉しない程度の高さに形成されている。また、内周側リブ３３は、開口部リブ３２と各円弧壁部２１とを連結する３つの第１内周側リブ３３Ａと、開口部リブ３２と各連結壁部２２とを連結する３つの第２内周側リブ３３Ｂと、を含んでいる。

具体的には、第１内周側リブ３３Ａは、開口部リブ３２と円弧壁部２１とを略最短距離で連結するように形成されており、円弧壁部２１の円弧部の延在方向の略中央部２１ａを開口部リブ３２に連結する。

同様に、第２内周側リブ３３Ｂは、開口部リブ３２と連結壁部２２とを最短距離で連結するように形成されており、連結壁部２２の長手方向の略中央部２２ａを開口部リブ３２に連結する。

また、図１及び図２に示すように、締結面部１０の上面において、縦壁部２０の外周側には、複数の外周側リブ２３が形成されている。各外周側リブ２３は、外周壁部４０に向けて放射状に延びている。

外周側リブ２３は、高さが頂面部３０の高さと同様若しくは低く形成されており、外周壁部４０側に延びるにつれて高さが漸減するように形成されている。また、外周側リブ２３は、円弧壁部２１の円弧方向の両端部から外周壁部４０に向けて放射状に延びる６つの第１外周側リブ２３Ａと、連結壁部２２から外周壁部４０に向けて放射状に延びる３つの第２外周側リブ２３Ｂと、を含んでいる。

ここで、第２外周側リブ２３Ｂは、連結壁部２２の長手方向の略中央部分２２ａから延在しており、すなわち、連結壁部２２を介して、第２内周側リブ３３Ｂと連続的に延在するように形成されている。換言すると、サスペンションタワー部１の上部において、頂面部３０から縦壁部２０を介して締結面部１０にわたって、第２内周側リブ３３Ｂと、第２外周側リブ２３Ｂとが、連続的且つ放射状に延在している。

また、連結壁部２２と、この両側に位置する一対の第１内周側リブ３３Ａ，３３Ａとが、平面視において三角形状の各辺に対応して配置されている。

次に、本実施形態に係るサスペンションタワー部構造における作用効果について説明する。

上記実施形態では、各締結部１１の締結座面部１３は、締結ナット３の締結座部３ｂに略一致するか、若しくは締結位置のバラツキを考慮しても締結ナット３が着座出来るような最小限の大きさに形成されている。すなわち、締結座面部１３は、締結ナット３によって締結されていない非締結部分（平面部）が小さいので、該非締結部分に起因した締結座面部１３の面剛性の低下が抑制されている。

しかも、円弧壁部２１は、締結座面部１３からＲ部１４を介して立設されており、締結部１１上に締結される締結ナット３の締結座部３ｂに対して、平面視において等間隔で沿うように形成されている。すなわち、締結部１１の剛性が、円弧壁部２１によって、サスペンション５０の中心軸線側において略均一に向上する。

ここで、サスペンション５０からの上下方向への荷重入力によって締結部１１に生じる応力は、サスペンション５０の中心軸線側が相対的に高くなるが、上述したように、締結部１１はサスペンション５０の中心軸線側の剛性が略均一に向上されている。したがって、締結部１１に生じる応力は、サスペンション５０の中心軸線側において締結ナット３の締結座部３ｂの周縁部で略均一化されるので、局部的に応力が集中することがない。これによって、サスペンションタワー部１の上下方向の剛性を効果的に向上できる。

さらに、第１外周側リブ２３Ａは、円弧壁部２１の両端部から外周壁部４０まで延在しているので、締結面部１０の剛性が、円弧壁部２１から外周壁部４０までにわたる広い範囲で向上する。これによって、サスペンションタワー部１の上下方向における剛性をより効果的に向上させることができる。

図４は、図２のIＶ−IＶ線に沿う各締結部１１を通る縦断面であって、サスペンション５０からの上下方向への入力荷重が入力されたときの、サスペンションタワー部１の変形挙動を模式的に示しており、図４（ａ）には変形前の状態を示し、図４（ｂ）には下方向への変形挙動を示し、図４（ｃ）には上方向への変形挙動を示している。

図４（ａ）に示すように、サスペンション５０からの上下方向への荷重が、上側被取付部５１から締結ボルト２及び締結ナット３を介して締結部１１に入力される。このとき、サスペンションタワー部１は、サスペンション５０の上側被取付部５１、締結面部１０、縦壁部２０、及び頂面部３０を含む構造体の上下方向の略中心位置に位置する曲げ中心面Ｓを中立面として上下にドーム状に変形することになる。

すなわち、図４（ｂ）に示すように、サスペンションタワー部１は、サスペンション５０から下方への荷重が入力された場合、曲げ中心面Ｓを中立面として下方に湾曲するようにドーム状に変形する。同様に、図４（ｃ）に示すように、サスペンションタワー部１は、サスペンション５０から上方への荷重が入力された場合、曲げ中心面Ｓを中立面として上方に湾曲するようにドーム状に変形する。

ここで、上記実施形態では、頂面部３０は、曲げ中心面Ｓから離れて位置しており且つ下面に内周側リブ３３が形成されているので、内周側リブ３３が形成された部分の上下方向断面において、曲げ中心面Ｓを基準とした断面２次モーメントが効果的に増大され、これによって上下方向における剛性が向上する。この結果、サスペンションタワー部１は、上下方向の剛性が効果的に向上するので、サスペンション５０からの上下方向への入力荷重による上下方向への変形が抑制される。

しかも、内周側リブ３３は、頂面部３０の下面に形成されているので、サスペンションタワー部１が上方に大型化することがない。

また、図１及び図２に示すように、締結面部１０には、第２内周側リブ３３Ｂに連続する第２外周側リブ２３Ｂが、連結壁部２２を介して形成されているので、第２内周側リブ３３Ｂによって剛性が高められた部分と、第２外周側リブ２３Ｂによって剛性が高められた部分とが、分断されることなく連続することになる。これによって、第２内周側リブ３３Ｂと第２外周側リブ２３Ｂとで、連結壁部２２の内周側から外周側に向けて連続的に延在する放射状リブを構成することができるので、サスペンションタワー部１の上面部における上下方向の剛性を、頂面部３０から締結面部１０にわたる広範囲において向上させることができる。よって、サスペンションタワー部１の上下方向の剛性をより一層、効果的に向上させることができる。

さらに、第２外周側リブ２３Ｂは、いずれも外周壁部４０の上部まで延在しているので、第２外周側リブ２３Ｂを長く構成でき且つ外周壁部４０まで延在させることによって、第２外周側リブ２３Ｂの剛性を高めることができる。したがって、サスペンションタワー部１の上下方向の剛性をより効果的に向上させることができる。

しかも、開口部リブ３２によって頂面部３０の剛性を向上させることができると共に、内周側リブ３３によって開口部リブ３２と縦壁部２０とを連結することで、頂面部３０の剛性を更に向上させることができる。したがって、サスペンションタワー部１の上下方向の剛性を更により一層、効果的に向上させることができる。

また、上記実施形態では、各締結部１１は、周囲に位置する円弧壁部２１を介して、連結壁部２２によって互いに直線的に連結されているので、各締結部１１間の形成ピッチＰの拡縮が抑制される。例えば、サスペンション５０からの上下方向への荷重が入力された場合に、締結面部１０の上下方向へのドーム状変形に起因した各締結部１１間の形成ピッチＰの拡縮が抑制される。そして、各締結部１１間の拡縮を抑制することによって、締結面部１０のドーム状変形が抑制される。これによって、サスペンションタワー部１の上下方向の剛性を効果的に向上できる。

しかも、連結壁部２２は、平面視で三角形の各辺に対応して位置しているので、トラス効果によって相互に連結壁部２２の剛性を効果的に向上させやすく、各締結部１１間の形成ピッチＰの拡縮をより効果的に抑制できる。これによって、サスペンションタワー部１の上下方向の剛性をより効果的に向上できる。

さらに、連結壁部２２と、この両側に位置する第１内周側リブ３３Ａ，３３Ａとが、平面視で三角形の各辺に対応して位置しているので、トラス効果によって連結壁部２２及び各第１内周側リブ３３Ａの剛性がより一層向上する。これによって、各締結部１１間の形成ピッチＰの拡縮が更により一層、効果的に抑制される。これによって、サスペンションタワー部１の上下方向の剛性をより一層、効果的に向上できる。

なお、上記実施形態では、水溜まりを防止するために、円弧壁部２１を内周側にのみ形成し、外周壁部４０側は開放した形状としている。しかしながら、水溜まりに対してカバー等で対策がなされているか又は締結部１１に対する水溜まりが問題とならない場合には、図５に示す変形例に係るサスペンションタワー部１００のように、締結部１１１を全周で囲む円筒状に円筒壁部１２１を形成してもよい。この場合、円筒壁部１２１の外側壁部１４０側の縁部を接線で接続するように、直線的に連結壁部１２２を形成してもよい。

また、開口部リブ１３１と円筒壁部１２１とを連結する、第１内周側リブ１３３Ａを複数（例えば３ヶ）形成してもよい。第１内周側リブ１３３Ａを複数形成することで、円筒壁部１２１と頂面部１３０と第１内周側リブ１３３Ａとの間の連結剛性を更に向上させることができる。

また、サスペンションタワー部構造を、アルミダイカスト法の他、鉄又はアルミニウム以外の軽合金を原材料とした鋳造品もしくは鍛造品で形成してもよく、鋼板をプレス成形することで形成してもよく、または複数の部材を例えば溶接によって接合して形成してもよい。また、サスペンションタワー部構造を、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）で形成してもよい。

図６に、プレス成形によって形成した更なる変形例に係るサスペンションタワー部構造２００の上部を示している。図６に示すように、サスペンションタワー部構造２００は、各締結部２１１の締結座面部２１３がサスペンション５０の中心軸線側の形状が締結ナット３の締結座部３ｂに略一致するように形成されており、各締結部２１１を直線的に接続するように連結稜線部２２２が形成されている。

これによっても、各締結部２１１間の形成ピッチＰの拡縮を連結稜線部２２２によって効果的に抑制できると共に、締結ナット３の締結座部３ｂの周縁部に生じる応力をサスペンション５０の中心軸線側において略一定にできるので、締結座面部２１３における応力集中を抑制でき、これによって、サスペンションタワー部構造２００の上下方向における剛性を効果的に向上できる。

また、リブは、素材で形成してもよく、別部材で形成したものを例えば溶接によって接合してもよく、又はプレス成形で形成してもよい。また、リブの代わりに縦壁部としてもよく、逆に縦壁部の代わりにリブで形成してもよい。

また、上記実施形態では、各締結部１１を３点で構成したが、これに限らず、２点で構成してもよく、４点以上で構成してもよい。いずれの場合であっても、各締結部１１の周囲を中央側において円弧状に囲む円弧壁部又は円筒状に囲む円弧壁部を形成すると共に、隣接する各円弧壁部（円筒壁部）間を直線的に連結壁部で接続すればよく、また、円弧壁部（円筒壁部）及び連結壁部によって上方にオフセットして形成された頂壁面部の下面に、内周側リブを形成すればよい。なお、締結部１１を２点で構成する場合には、頂面部には開口部を形成しなくてもよい。

また、上記実施形態では、フロントサスペンションを固定するサスペンションタワー部構造について説明したがこれに限らない。リヤサスペンションを固定するサスペンションタワー部構造に適用してもよい。

特許請求の範囲に記載された本発明の精神および範囲から逸脱することなく、各種変形及び変更を行うことも可能である。

以上説明したように、本発明に係る車両のサスペンションタワー部構造によれば、上方への大型化を抑制しつつ、上下方向の剛性を効果的に抑制させることができるので、この種の製造技術分野において好適に利用される可能性がある。

１ サスペンションタワー部
２ 締結ボルト
３ 締結ナット
１０ 締結面部
１１ 締結部
１２ タワー部取付穴
１３ 締結座面部
１４ Ｒ部
２０ 縦壁部
２１ 円弧壁部
２２ 連結壁部
２３ 外周側リブ
３０ 頂面部
３１ 開口部
３２ 開口部リブ
３３ 内周側リブ
４０ 外周壁部
５０ サスペンション
５１ 上側被取付部
５２ サスペンション取付穴

Claims (3)

1. サスペンションタワー部の上面部は、サスペンションの上端部が締結固定される複数の締結部が設けられた締結面部を有し、
   締結面部上には、複数の前記締結部それぞれの周囲に立設された複数の締結部周囲壁部が形成されており、
   前記締結部周囲壁部は、前記締結部に締結固定される締結部材の締結座部の周部に対して、等間隔で沿うように形成されている車両のサスペンションタワー部構造。
2. 前記締結面部の外縁から下方に延びている外周壁部を、更に有しており、
   前記締結部周囲壁部は、前記締結部の周部において前記サスペンションの中心軸線側に円弧状に形成されており、
   前記締結面部上には、前記締結部周囲壁部の円弧方向の両端部から前記外周壁部側に延びる外周側リブが更に形成されている、
   請求項１に記載の車両のサスペンションタワー部構造。
3. 前記締結部は３箇所に設けられ、
   前記締結面部上には、複数の前記締結部周囲壁部を相互に直線的に連結する締結部連結壁部が、更に形成されており、
   複数の前記締結部連結壁部のそれぞれが、平面視で三角形の各辺に対応して配置されている、
   請求項１又は２に記載の車両のサスペンションタワー部構造。

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