JP4098898B2

JP4098898B2 - ストラット型懸架装置

Info

Publication number: JP4098898B2
Application number: JP28727498A
Authority: JP
Inventors: 敏幸今泉; 敏保青山
Original assignee: Chuo Hatsujo KK
Current assignee: Chuo Hatsujo KK
Priority date: 1998-09-24
Filing date: 1998-09-24
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2018-09-24
Also published as: JP2000094920A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ストラットを囲繞するように圧縮コイルばねを配置した自動車用のストラット型懸架装置に関し、特に、ストラットの緩衝作用を円滑に行ない得るストラット型懸架装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の懸架装置に関しては、従来より種々の形式のものが知られているが、車輪の位置決め用の支柱（ストラット）としてショックアブソーバ（緩衝器）を利用したストラット型懸架装置が普及している。このストラット型懸架装置においては、荷重入力軸とストラット軸との間のずれが不可避であるため、ストラットに曲げモーメントが発生し、ストラットのガイド部及びピストン部に作用する横力によってショックアブソーバとして円滑な摺動作動が阻害される。これを防止するため、例えば円筒状の圧縮コイルばねのコイル軸をストラット軸に対してオフセットさせて曲げモーメントを相殺する技術が利用されている。
【０００３】
このようなストラット型懸架装置に関し、例えば実公昭４８−３９２９０号公報には、緩衝支柱（ストラット）に生ずる横力を減少させる方法として、自由状態においてコイル軸が直線の円筒状に形成された汎用のコイルスプリングをばね中心に関して実質的に直角方向に湾曲させて取付ける方法、及びあらかじめ自由状態においてばね中心を湾曲させて形成されたコイルスプリングを取付状態においてばね中心が直線状になるようにセットすることによりばね横反力によるモーメントを得る方法が提案されている。結局、コイルスプリングを、そのばね中心に関して実質的に直角方向に弾性変形させて横荷重をもって取付け、コイルスプリングはその横荷重によって緩衝支柱に作用するモーメントが路面反力によるモーメントに対抗して作用するように取付けて、緩衝支柱のブッシュ及びピストンの横力を減少させるように構成されている。
【０００４】
同様に、英国特許第１１９８７１３号公報にも、ストラット型懸架装置において、ショックアブソーバ即ちストラットに対し車輪による曲げモーメントと反対方向に曲げモーメントが生ずるようにコイルばねを圧縮して装着する方法が提案されている。同公報Ｆｉｇ２においては、実質的に直線状の軸回りに巻回され、両端の巻回部が相互にα°屈曲形成されたコイルばねが開示されている。このコイルばねはショックアブソーバのハウジングとロッドに結合された平行なプレート間に、コイルばねの両端を含む面が車両の内側で交差するように配置されると、コイルばねの圧縮量が内側より外側のほうが大となるので、その付勢力によって、ストラットに対し、車輪による曲げモーメントと反対方向に曲げモーメントが生ずる旨記載されている。
【０００５】
同公報のＦｉｇ３には、自由状態において一つの円弧状の軸回りに巻回され、二つの座面が相互に傾斜するように形成されたコイルばねが開示されている。このコイルばねが平行なプレート間に介装され、自由状態で長い方の側面が車両の外側に向くように配置されると、コイルばねの圧縮量が内側より外側のほうが大となる旨記載されている。また、Ｆｉｇ４には、二つのプレートが相互に傾斜し、その二つの面が車両の外側で交差するようにショックアブソーバのハウジングとロッドに結合されており、これらのプレート間に、直線状の軸回りに巻回された円筒状のコイルばねが配置される旨記載されている。これにより、コイルばねの圧縮量が内側より外側のほうが大となる旨記載されている。
【０００６】
更に、特許第２６４２１６３号公報には、ストラット型懸架装置において、自動車のタイヤ幅が広くなると車輪支持点が外方へ移るため、ばね力作用線を設定すべき支持作用線と緩衝器軸線の間の角度が大きくなり、これを満足する構造とすることはできないことに鑑み、緩衝器のピストン棒に生じる横力を大幅に除去できるようにすることを目的として、ばね中心線が無負荷状態においてほぼＳ字形に延びた圧縮コイルばねを有する懸架装置が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ストラット型懸架装置の一層の小型化が要請される今日においては、通常の円筒状圧縮コイルばねを用いストラット及びその支持機構の改良を加えるだけでは、路面荷重によってストラットに発生する曲げモーメントを打ち消すことは困難である。従って、圧縮コイルばねの横力を積極的に増大させ、この圧縮コイルばねをストラット型懸架装置に適切に取り付けることが必要となる。然し乍ら、前掲の実公昭４８−３９２９０号公報に開示された、自由状態においてばね中心を湾曲させて形成されたコイルスプリングを取付状態においてばね中心が直線状になるようにセットする構造では所望の効果を得ることは至難である。
【０００８】
これに対し、英国特許第１１９８７１３号公報に開示された懸架装置においては、コイルばねの構造が開示されているが、同公報に記載のコイルばね及びその取付構造によっても所望の効果を得ることは困難である。この点に関しては、前掲の特許第２６４２１６３号公報においてもストラットのガイド部及びピストン部に作用する横力の減少を十分に達成することは困難としている。もっとも、特許第２６４２１６３号公報に開示された、ばね中心線が無負荷状態においてほぼＳ字形に延びた圧縮コイルばねでは、製造が困難でありコストアップ要因となる。
【０００９】
結局、前述のように圧縮コイルばねを湾曲させるだけでは、ばね反力軸（ばね力作用線）がコイル軸（ばね中心線）に対して平行にシフトし、圧縮コイルばねの上側座面の中心を通らないため、上側座に対し偏心力が生じ、上側座の支持構造に悪影響を及ぼすおそれがある。
【００１０】
そこで、本発明は、簡単な構造で、圧縮コイルばねによってストラットに対し所望の横力を適切に付与し得るストラット型懸架装置を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は請求項１に記載のように、車体にストラットの上端を支持すると共に、前記ストラットに固定する下側座と前記車体に支持する上側座との間に、前記ストラットを囲繞するように圧縮コイルばねを配置し、前記ストラットを介して前記車体に車輪を支持するストラット型懸架装置において、前記圧縮コイルばねの上側座面の中心を通るコイル軸が、前記圧縮コイルばねの自由状態において所定の曲率で湾曲するように前記圧縮コイルばねを形成すると共に、前記圧縮コイルばねの前記車体外側に位置し前記下側座近傍で隣接する素線間に弾性部材を介装し、及び／又は前記圧縮コイルばねの前記車体内側に位置し前記上側座近傍で隣接する素線間に弾性部材を介装し、前記下側座と前記上側座との間に配置する前記圧縮コイルばねを、前記コイル軸の湾曲方向が前記車体外側方向となるように保持することとしたものである。例えば、前記圧縮コイルばねを前記ストラットに対しコイル軸がオフセットするように配置する場合には、前記弾性部材を介装した圧縮コイルばねを、前記コイル軸の湾曲方向が前記圧縮コイルばねの配置時の前記ストラットに対するオフセット方向と一致するように保持するとよい。
【００１２】
特に、請求項２に記載のように、車体にストラットの上端を支持すると共に、前記ストラットに固定する下側座と前記車体に支持する上側座との間に、前記ストラットを囲繞するように圧縮コイルばねを配置し、前記ストラットを介して前記車体に車輪を支持するストラット型懸架装置において、前記圧縮コイルばねの上側座面の中心を通るコイル軸が、前記圧縮コイルばねの自由状態において所定の曲率で湾曲するように前記圧縮コイルばねを形成すると共に、前記圧縮コイルばねの前記車体外側に位置する下側座巻部の素線と、該下側座巻部の素線に隣接する素線との間に弾性部材を介装し、前記下側座と前記上側座との間に配置する前記圧縮コイルばねを、前記コイル軸の湾曲方向が前記車体外側方向となるように保持する構成とするとよい。
【００１３】
前記弾性部材は、請求項３に記載のように、前記圧縮コイルばねの軸心を中心とする中心角が６５°以下の範囲で、前記下側座巻部の素線と、前記下側座巻部の素線に隣接する素線に当接するように配設するゴムブロックによって構成することが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１はストラット型懸架装置（以下、単に懸架装置という）の一実施形態の全体構成を示し、図２は上側座３、下側座４及びストラットマウント１０を示す拡大断面図である。図１において、車体１にストラット２の上端が弾性的に支持されると共に、上側座３が車体１に支持され、ストラット２の中間部に下側座４が固定されている。これら上側座３と下側座４との間に、ストラット２を囲繞するように圧縮コイルばね５が配置されている。ストラット２の下端はナックル６に固定され、ナックル６はロアアーム７を介して車体１にピボット結合されている。而して、ナックル６に軸支される車輪８はストラット２及び圧縮コイルばね５を介して車体１に支持されると共に、ロアアーム７を介して車体１に支持されている。尚、ストラット２の上端及び上側座３はストラットマウント１０を介して車体１に取り付けられているが、これについては後述する。
【００１５】
ストラット２はシリンダ２ａと、このシリンダ２ａ内に摺動自在に支持されたロッド２ｂを備え、これらによってショックアブソーバが構成されている。ロッド２ｂの上端はストラットマウント１０を介して車体１に取り付けられ、シリンダ２ａの下端がナックル６に取り付けられ、例えば前掲の実公昭４８−３９２９０号公報に開示された機構と同様に構成されている。そして、これらの間のシリンダ２ａに下側座４が固定されている。
【００１６】
圧縮コイルばね５は、図２に示すように上側座面ＵＳの中心を通るコイル軸ＣＡが、圧縮コイルばね５の自由状態において所定の曲率で湾曲するように形成されており、胴曲がり量ｄの初期胴曲がりを有する。そして、圧縮コイルばね５を車体に装着した際に車体外側に位置する下側座巻部の素線５ａと、この素線５ａに隣接する素線５ｂとの間には、本発明の弾性部材たるゴムブロック２０が介装されている。
【００１７】
このゴムブロック２０は、図３に示すように、圧縮コイルばね５の軸心を中心とする中心角が６５°以下となる円弧の内外周を有するゴム製円筒体の一部で、少なくとも最小荷重時に、圧縮コイルばね５の円周方向に沿って下側座巻部の素線５ａとこれに隣接する素線５ｂに当接するように形成されている。
【００１８】
而して、素線５ａと素線５ｂとの間にゴムブロック２０が介装された圧縮コイルばね５が、図２に示すように上側座３と下側座４との間に介装される。即ち、圧縮コイルばね５のコイル軸の湾曲方向が車体外側方向となるように下側座４と上側座３との間に支持される。例えば、図１に示すようにストラット２がオフセットして配置されている場合には、圧縮コイルばね５のストラット２に対するオフセット方向（図２の右側）と一致するように保持される。この結果、圧縮コイルばね５は図２の右側が左側より大きな圧縮力で保持される。
【００１９】
ストラットマウント１０は、図２に示すように軸受１１を介して上側座３を車体１に支持する下側ブラケット１２と、この下側ブラケット１２と共に車体１にボルト結合する上側ブラケット１３を備え、これらの間に防振ゴム１４が収容されている。一方、ストラット２のロッド２ｂの先端には支持ブラケット１５が固定されており、この支持ブラケット１５が下側ブラケット１２と上側ブラケット１３の間で防振ゴム１４に挟持されている。即ち、本実施形態のストラットマウント１０は荷重経路分離型となっており、ストラット２は防振ゴム１４を介して車体１に支持されているので車輪８からの振動が吸収され、圧縮コイルばね５は軸受１１を介して車体１に支持されているので圧縮、拡張作動時に生ずる応力が適切に吸収される。
【００２０】
ここで、例えば図７に示すように単に圧縮コイルばねを初期胴曲がりさせるだけでは、ばね反力軸ＲＡが平行移動するだけで、ばね反力の着力点はコイル軸ＣＡからずれるので（ずれ量を図７にｅで示す）、軸受１１（図２）に偏摩耗が生ずるおそれがある。これに対し、本実施形態においては図２に示すように、ばね反力の着力点が上側座面ＵＳの略中心にあって略コイル軸ＣＡ上に位置するように構成されている。
【００２１】
而して、上記の構成になる懸架装置においては、図１に示すように、荷重入力軸ＡＡとばね反力軸ＲＡは一致せず、ストラット２のストラット軸ＳＡと荷重入力軸ＡＡとは角度θ１をなすのに対し、ストラット軸ＳＡとばね反力軸ＲＡとは角度θ２をなしている。尚、ＬＡはロアアーム７の軸、ＫＡはキングピン軸を表す。上記荷重入力軸ＡＡとストラット軸ＳＡの不一致に起因し、ストラット２のシリンダ２ａとロッド２ｂとの間に摺動抵抗が生じ得るが、この摺動抵抗は圧縮コイルばね５の付勢力によって発生が抑えられ、ロッド２ｂの円滑な摺動作動が確保される。
【００２２】
図４乃至図６は、図３の左下に示した座標を有し、ゴムブロック２０が介装された圧縮コイルばね５に対応する解析モデル（図示せず）を用いてＦＥＭ解析を行なったときの結果を示すものである。尚、この解析モデルは、コイルばねの下側座面から０．７５巻と１．７５巻の間に介装した数個のスカラーばねによってモデル化したもので、そのばね定数はゴムブロック２０のばね定数が４５Ｎ／ｍｍとなるように設定し、最小荷重時にゴムブロック２０が素線５ａ，５ｂに当接するようにばね特性を設定したものである。
【００２３】
先ず、図４はゴムブロック２０を円弧とする中心角θｃに応じた横力の変化を表すもので、中心角θｃが増加すると圧縮コイルばね５の横力Ｆｓ（Ｎ）が減少することが分かる。また、図５は中心角θｃと横力減少率（％）の関係を示すもので、θｃ＝０°の場合に比し、θｃ＝７０°で横力が約５％減少することになる。尚、θｃ＝０°はシミュレーション上の極小値であり、実際には存在しないので、現実的には製造可能な最小値とする必要があるが、本実施形態では後述のように最小値を必要とすることはない。
【００２４】
図６は、前述の圧縮コイルばね５のように、上側座面の中心を通るコイル軸が自由状態において所定の曲率で湾曲するように形成された、初期胴曲がりを有する圧縮コイルばねに関し、前述のゴムブロック２０がばね反力に及ぼす影響を実験したときの実験結果である。具体的には、下側座巻部の素線５ａとこれに隣接する素線５ｂに当接する範囲を特定するための、種々の中心角θｃの範囲を有するゴムブロックを圧縮コイルばね５の素線５ａ，５ｂ間に介装したときのばね反力軸を、ｘ−ｚ面に投影した図である。尚、ばね反力軸は上側座面及び下側座面に作用するばね反力の着力点を結ぶ線である。
【００２５】
図６において、最も下側に位置し最小のｘ軸方向の傾きを有する太い一点鎖線は、ゴムブロックが無い場合の解析結果を表し、最も上側に位置し最大のｘ軸方向の傾きを有する実線は、中心角θｃが０°の場合を表す。図６から明らかなように、中心角θｃが０°から増大（素線との当接部分が増大）するに応じてｘ軸方向のばね反力軸の傾きが小さくなる。
【００２６】
上記の解析結果から以下の事項が明らかとなる。即ち、（１）ゴムブロック２０の中心角θｃの範囲は小さい程、圧縮コイルばねの横力増大効果が大きい。（２）ゴムブロック２０の中心角θｃの範囲を大きくし過ぎると、横力増大効果が低下するだけでなく、工作精度上、隣接する素線５ａ及び素線５ｂに対し均等に当接させることが困難となる。（３）逆に、ゴムブロック２０の中心角θｃの範囲を小さくし過ぎると、製作、組付けが困難となり、安定した状態で素線５ａ及び素線５ｂに当接し得る形状の設計が困難となる。
【００２７】
この結果、ゴムブロック２０の中心角θｃは６５°以下とすることが望ましいが、中心角θｃの範囲を小さくし過ぎると上記の問題が生ずるので、中心角θｃの下限を、例えば図３に示すゴムブロック２０の素線５ａ及び素線５ｂに当接する部分の幅ｗが２０ｍｍ以上となるように設定することが望ましい。尚、上記の解析結果から最大主応力分布（図示せず）も得られたが、ゴムブロック２０の中心角θｃを変化させても応力分布及びその最大値は殆ど変化しないことが確認できた。
【００２８】
而して、本実施形態においては、図２に示すように圧縮コイルばね５の胴曲がり量ｄとゴムブロック２０の中心角θｃが適宜設定され、ストラット２に対する横力の大きさが適宜調整されると共に、ばね反力の着力点が上側座面ＵＳの略中心に位置するように調整される。これにより、軸受１１に偏摩耗が生ずることもなく安定した状態でストラット２に横力が付与される。尚、防振ゴム１４は、本願では詳細な説明は省略するが、圧縮コイルばね５のばね反力軸が上側座面ＵＳの略中心を通るように設計されている。
【００２９】
更に、図示は省略するが、上記ゴムブロック２０に代えて、あるいは上記ゴムブロック２０と共に、圧縮コイルばね５の上側座３近傍で隣接する素線間にゴムブロックを介装することとしてもよい。この場合には、圧縮コイルばね５の上側座３近傍に介装するゴムブロックは車体内側に配置される。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。即ち、請求項１に係るストラット型懸架装置は、圧縮コイルばねの上側座面の中心を通るコイル軸が自由状態において所定の曲率で湾曲するように圧縮コイルばねを形成すると共に、圧縮コイルばねの車体外側に位置し下側座近傍で隣接する素線間に弾性部材を介装し、及び／又は圧縮コイルばねの車体内側に位置し上側座近傍で隣接する素線間に弾性部材を介装し、且つコイル軸の湾曲方向が車体外側となるように圧縮コイルばねを保持することとしているので、ストラットに対して所望の横力を適切に付与し、円滑な緩衝作動を確保することができる。また、圧縮コイルばねの装着時に特別な手段を講ずる必要もないので、組付けが容易である。
【００３１】
特に、請求項２に記載のストラット型懸架装置においては、圧縮コイルばねの上側座面の中心を通るコイル軸が自由状態において所定の曲率で湾曲するように圧縮コイルばねを形成すると共に、圧縮コイルばねの車体外側に位置する下側座巻部の素線と、該下側座巻部の素線に隣接する素線との間に弾性部材を介装し、且つコイル軸の湾曲方向が車体外側方向となるように圧縮コイルばねを保持することとしているので、簡単な構成でストラットに対して所望の横力を適切に付与し、円滑な緩衝作動を確保することができる。
【００３２】
また、弾性部材を、請求項３に記載のように、圧縮コイルばねの軸心を中心とする中心角が６５°以下の範囲で、下側座巻部の素線と、これに隣接する素線に当接するように配設するゴムブロックによって構成すれば、安価且つ容易にストラットに対して所望の横力を適切に付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るストラット型懸架装置の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態における上側座、下側座及びストラットマウントを示す拡大断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るストラット型懸架装置に供するゴムブロックの斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るストラット型懸架装置に供するゴムブロックの中心角と横力との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係るストラット型懸架装置に供するゴムブロックの中心角と横力減少率との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施形態において、種々の中心角の範囲を有するゴムブロックを介装したときのばね反力軸を、ｘ−ｚ面に投影した状態を示すグラフである。
【図７】本発明の比較対象の圧縮コイルばねの一例の支持状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１車体，２ストラット
３上側座，４下側座
５圧縮コイルばね
６ナックル，７ロアアーム，８車輪
１０ストラットマウント，２０ゴムブロック
ＵＳ上側座面，ＬＳ下側座面

Claims

車体にストラットの上端を支持すると共に、前記ストラットに固定する下側座と前記車体に支持する上側座との間に、前記ストラットを囲繞するように圧縮コイルばねを配置し、前記ストラットを介して前記車体に車輪を支持するストラット型懸架装置において、前記圧縮コイルばねの上側座面の中心を通るコイル軸が、前記圧縮コイルばねの自由状態において所定の曲率で湾曲するように前記圧縮コイルばねを形成すると共に、前記圧縮コイルばねの前記車体外側に位置し前記下側座近傍で隣接する素線間に弾性部材を介装し、及び／又は前記圧縮コイルばねの前記車体内側に位置し前記上側座近傍で隣接する素線間に弾性部材を介装し、前記下側座と前記上側座との間に配置する前記圧縮コイルばねを、前記コイル軸の湾曲方向が前記車体外側方向となるように保持することを特徴とするストラット型懸架装置。
車体にストラットの上端を支持すると共に、前記ストラットに固定する下側座と前記車体に支持する上側座との間に、前記ストラットを囲繞するように圧縮コイルばねを配置し、前記ストラットを介して前記車体に車輪を支持するストラット型懸架装置において、前記圧縮コイルばねの上側座面の中心を通るコイル軸が、前記圧縮コイルばねの自由状態において所定の曲率で湾曲するように前記圧縮コイルばねを形成すると共に、前記圧縮コイルばねの前記車体外側に位置する下側座巻部の素線と、該下側座巻部の素線に隣接する素線との間に弾性部材を介装し、前記下側座と前記上側座との間に配置する前記圧縮コイルばねを、前記コイル軸の湾曲方向が前記車体外側方向となるように保持することを特徴とするストラット型懸架装置。
前記弾性部材は、前記圧縮コイルばねの軸心を中心とする中心角が６５°以下の範囲で、前記下側座巻部の素線と、前記下側座巻部の素線に隣接する素線に当接するように配設するゴムブロックから成ることを特徴とする請求項２記載のストラット型懸架装置。