JP4261567B2 - ゴムブッシュ - Google Patents

Description

本発明は、自動車のサスペンション等の連結部に使用される防振用のゴムブッシュに関するものである。

自動車の操縦安定性と乗り心地性能を向上させるために、サスペンション等の連結部には、防振機構としてゴムブッシュが汎用されている。このゴムブッシュは、軸部材の周囲にゴム状弾性体が加硫接着されたものが一般的であり、このゴム状弾性体の周囲に、サスペンションアームの連結筒を直接嵌合したり、外筒を介して連結筒に嵌合する形態で使用されている。

このようなゴムブッシュには、外筒接着型のゴムブッシュよりも大きな圧縮率を得るために、外筒やサスペンションアームの連結筒等の圧入部材に軸方向からゴム状弾性体を圧入し、軸直角方向のばね剛性を高めるとともに、ゴム状弾性体に予備圧縮を与え、その耐久性を向上させるようにした圧入型ゴムブッシュがある。さらに、この圧入型ゴムブッシュには、ゴム状弾性体の軸長を圧入部材に比べて長くし、その軸方向両端にゴムフランジを一体成形し、圧入部材を軸方向の両側から挟み込み、圧入部材の軸方向への移動を規制するものがある。

このゴムフランジ付きのゴムブッシュにおいては、圧入部材への嵌合圧力により、その軸方向中央部では、軸直角方向の押圧力が作用し、ゴム状弾性体のゴムが軸中央部から軸方向外側へ流動変形して、両端のゴムフランジの軸方向内側への圧縮変形に変換され、この部分に残留歪みを生じることになるため、ゴムフランジの軸方向内側に周状の凹部を形成し、この凹部で圧入部材への嵌合時の流動変形を吸収する構造のものが出現している。

さらに、この周状凹部が形成されたゴムフランジ付きのゴムブッシュにおいても、サスペンション性能の関係から、すなわち、軸直角方向のばね定数と、軸方向のばね定数並びに軸方向に対して傾斜したこじり方向のばね定数を所望のばね定数に設定する関係から、圧入部材への圧入によるゴムの軸方向への膨張変形により、圧入後に凹部が打ち消されてなくなる形式のものと、周状凹部が残る形式のものとが存在する。

図５は圧入後に周状凹部が残る形式のゴムフランジ付きのゴムブッシュにおける圧入部材への圧入工程を示す図である。実際の圧入工程においては、図５に示す、右側に位置するゴムブッシュを左側に位置する圧入部材に軸方向から圧入するため、図面中、ゴムブッシュの左側を圧入前端側とし、右側を圧入後端側とする（以下の説明について同じ）。

図５の（ａ）のごとく、このゴムブッシュ１０１では、軸部材１０２の周囲にゴム状弾性体１０３が加硫接着され、このゴム状弾性体１０３の軸方向両端にゴムフランジ１０４、１０５が形成され、そのゴムフランジ１０４、１０５間が圧入部材１０６の嵌合部１０７とされている。圧入前の嵌合部１０７は、ゴムフランジ１０４、１０５の軸方向内側の周状の凹部１０８、１０９と、その軸方向中央部において圧入部材１０６の内径よりも大径に形成された接触部１１０とから構成されている。また、嵌合部１０７の軸方向長さは、圧入時におけるゴムの流動による軸方向への伸張を考慮して、圧入部材１０６の軸方向幅よりも小に形成されており、圧入部材１０６への圧入時にゴムフランジ１０４、１０５により圧入部材１０６を軸方向で挟圧する構造となっている。

前記周状の凹部１０８、１０９は、圧入部材への圧入後においても存在する深さに設定されており、この両凹部１０８、１０９の圧入部材接触部１１０側の側壁１１１、１１２が軸部材１０２の中心軸線Ａに対して傾斜する円錐状の傾斜面とされ、その傾斜角α、βはともにほぼ４０°に設定されている。なお、図５において、傾斜角α、βは、軸線Ａとのなす角度として表すべきであるが、図示の都合上、軸線Ａと平行な接触部１１０の軸方向外周縁と側壁１１１、１１２とのなす角度（錯角）として表した。

このゴムブッシュ１０１を圧入部材１０６に圧入する場合、図５の（ａ）のごとく、圧入前端側のゴムフランジ１０４を、圧入部材１０６の軸方向一端側１０６ａから、圧入部材１０６の他端部開口縁１０６ｂに係合するまで挿入することになる。因みに、圧入前のゴムフランジ１０４、１０５の間隔は、圧入部材１０６の軸方向幅よりも小に設定されているため、圧入前端側のゴムフランジ１０４が圧入部材１０６の他端部開口縁１０６ｂに係合するには、図５の（ｂ）の位置までゴムブッシュ１０１を過量に挿入移動させる必要があり、その後、軸方向の挿入力を解除することにより、ゴム状弾性体１０３の復元力を利用して、図５の（ｃ）の位置に安定させることになる。

ところで、図５のごとく、ゴムフランジ付きのゴムブッシュにおいては、圧入前の嵌合部１０７の凹部１０８、１０９の側壁１１１、１１２の傾斜角α、βが等角（約４０度）に設定されているため、圧入部材１０６に圧入した場合、図５（ｃ）のごとく、圧入後の圧入後端側の凹部１０９の側壁１１２が大きく膨張変形し、屈曲部が形成されてしまう。そのため、圧入部材接触部１１０の軸直角方向の設定ばね定数が一定せず、ばね特性の安定性が悪くなる。

また、この圧入後端側の凹部側壁１１２が大きく膨張変形しているため、当該部分の振動疲労特性も悪くなる。さらに、この凹部側壁１１２の膨張屈曲部に残留応力があるため、その他の接触部との圧縮応力が一様とならず、圧入部材１０６が抜けやすくなる可能性もあった。

本発明は、上記課題を解決して圧入後端側の凹部側壁の膨張屈曲部をなくし、ばね特性の安定と振動疲労特性の改善を図り、さらには圧入部材の抜け出しを防止することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明者は、ゴム状弾性体の嵌合部における圧入前形状を変更することに着眼し、鋭意研究した結果、圧入前の圧入後端側の凹部側壁の軸線に対する傾斜角を、圧入前端側の凹部側壁の軸線に対する傾斜角よりも小さく設定すれば、圧入後において、圧入後端側の凹部に膨張屈曲部の形成が抑制されるとの知見が得られた。

そこで、本発明は、ゴムフランジの軸方向内側の周状の凹部と、その軸方向中央部において圧入部材の内径よりも大径に形成された接触部とから構成された嵌合部において、前記両凹部を前記圧入部材への圧入後においても存在する深さに設定し、前記両凹部の前記接触部側の側壁を、軸方向中央部に向かって徐々に大径となる円錐状の傾斜面とし、この両側壁につき、前記圧入部材への圧入後に圧入後端側の凹部側壁に膨張屈曲部が形成されないように、前記圧入後端側の凹部側壁の軸線に対する傾斜角を、圧入前端側の凹部側壁の軸線に対する傾斜角よりも小さく設定し、前記接触部の軸方向両側の前記ゴムフランジにつき、圧入前端側のゴムフランジの外側壁を圧入後端側のゴムフランジの外側壁よりも軸線に対する傾斜角度の小さい円錐面とし、前記圧入後端側のゴムフランジの前記軸方向における肉厚を前記圧入前端側のゴムフランジの前記軸方向における肉厚よりも薄く形成した圧入型ゴムブッシュを提供するものである。

この膨張屈曲部の形成を抑制する、好ましい圧入後端側の側壁傾斜角としては、圧入前端側の側壁傾斜角に対し、１５〜２５度小さく設定すればよい。具体的には、圧入前端側の側壁傾斜角を約４０度に設定した場合、圧入後端側の側壁傾斜角を１５〜２５度に設定すればよい。この圧入前端側の側壁傾斜角４０度に対し、圧入後端側の側壁傾斜角を１５〜２５度の範囲としたのは、軸直角方向、設定ばね定数や圧縮率等にも関連するため、一義的に決定できないからであり、また、１５度よりも小さいと圧入後に圧入後端側の凹部がゴムの変形により消滅してしまい、圧入部材との接触面積で決まるばね定数が正確に設定できないと考えられるからであり、さらに、２５度よりも大きいと、圧入後にゴムの変形により膨張屈曲部が形成されてしまうからである。

なお、図２に示す実施の形態のごとく、ある特定条件下、圧入前端側の側壁傾斜角αを４０度、圧入後端側の側壁傾斜角βを２０度に設定した場合、圧入後の側壁にゴムの膨張屈曲部が全く形成されず、好適な結果が得られた。

このように、凹部側壁の傾斜角の設定は圧入時の軸方向への膨張による屈曲部の形成を防止することができるので、この側壁部分で、屈曲疲労時にしわの発生が防止でき、耐久性が大幅に改善される。また、膨張屈曲部が存在しないため、圧入部材接触部のばね特性も安定することになる。

さらに、圧入時におけるゴムの軸方向への流動も円滑となり、外筒やサスペンションアーム等へのゴムブッシュの装着も行いやすくなり、生産性の向上にも繋がる。また、凹部側壁に残留応力が発生しないため、圧入部材接触部の圧入状態が安定化されて、軸方向から外力による耐抜け性が著しく改善される。

なお、本発明は、圧入部材への圧入時におけるゴムブッシュの周状凹部の側壁の変形防止を目的としており、圧入後においても周状凹部が残る形態のゴムブッシュを対象としている。圧入後において周状凹部が残らない形態のゴムブッシュでは、圧入によりゴムがゴムフランジ側に流動することになり、ばね特性、振動疲労等の問題は発生しないと考えられるので、本発明の適用対象外である。

しかしながら、凹部側壁の変形防止の観点から考察すれば、ゴム状弾性体を固着する軸部材については、中実状態のロッド、パイプ状のもののいずれであってもよく、さらに拡大して、中心部にロッドを挿通可能で外周部にゴム状弾性体が固着された内筒をも含むことができる。また、中実状態のロッド、パイプを問わず、軸直角方向のばね定数を高くするとともに、こじり方向のばね定数を低く抑えるために、軸部材の軸方向中央部に半球面状の突部が形成された、いわゆるバルジタイプのゴムブッシュにおいても本発明を適用できる。さらに、軸部材が内筒等のパイプ状のものの場合、ゴム状弾性体との固着は、加硫接着方式のみならず、圧入方式を採用してもよい。

また、ゴム状弾性体は、一般的に防振ゴムに使用される天然ゴムあるいは合成ゴム、あるいは樹脂性のエラストマーであれば、どのような素材であってもよい。また、ゴム状弾性体の中央接触部の外形形状は、丸棒状のみならず、軸方向中央が窪んだ凹状形状や逆に膨らんだ凸状のもの等であっても本発明を適用できる。また、ゴム状弾性体を内嵌圧入する圧入部材は、外筒やサスペンションアーム等の連結筒等のいずれであっても本発明を適用できる。

以上の説明から明らかな通り、本発明によると、ゴムブッシュの両端ゴムフランジの内側に形成された周状凹部のうち、圧入後端側の凹部側壁の傾斜角を圧入前端側の凹部側壁の傾斜角よりも小さく設定したので、圧入後において、圧入後端側の側壁にゴムの流動変形による膨張屈曲部ができず、そのため、耐久性が向上し、安定したばね特性が得られ、また、圧入部材の抜け落ちも防止できる。本発明によると、また、接触部の軸方向両側のゴムフランジにつき、圧入前端側のゴムフランジの外側壁を傾斜角度の小さい円錐面としたことで、圧入部材への圧入が容易となり、また、圧入後端側のゴムフランジの肉厚を薄く形成したので、圧入時における圧入部材による軸方向への変形が容易となる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施の形態を示す自動車のサスペンションの主要部を示す分解斜視図である。図１のごとく、本発明に係るゴムブッシュ１は、マクファーソン・ストラット式のサスペンションのロアーアーム２において、車体側フレーム３の連結部４に使用されるもので、圧入部材であるロアーアーム２の連結筒５に圧入して使用されるものである。

図２は圧入前のゴムブッシュ１の状態を示す断面図、図３は同じく圧入後のゴムブッシュの状態を示す断面図である。図２及び図３のごとく、このゴムブッシュ１は、その軸部材６と、その周囲に加硫接着され、かつ軸方向から圧入する圧入部材５に比べて軸長を長くさせたゴム状弾性体７とを備えている。

ゴム状弾性体７は、その軸方向両端にゴムフランジ８、９が形成され、その内側の領域が圧入部材である連結筒５の嵌合部１０とされている。この嵌合部１０は、その軸方向中央部に圧入前の外径が連結筒５の内径よりも大径に形成され、連結筒５の内面と接触する接触部１１と、その両側にゴムフランジ８、９に至るまで形成された周状の凹部１２、１３とから構成されている。

周状の凹部１２、１３は、嵌合部１０を連結筒５に圧入したときの接触部１１のゴムの軸方向への流動を許容して、圧入後においても周状の凹部１２、１３が存在する程度の深さで、両凹部１２、１３が同一深さに設定されている。

圧入前におけるゴム弾性体７の周状凹部１２、１３は、その側壁のうち、少なくとも圧入部材接触部１１側の側壁１４、１５が、接触部１１に向かって徐々に大径となる円錐状の傾斜面とされ、この両傾斜面のうち、圧入後端側の凹部側壁１５の軸線Ａ（軸部材の軸中心線）に対する傾斜角βが圧入前端側の側壁１４の軸線Ａに対する傾斜角αよりも小さく設定されている。その結果、圧入前端側の側壁１４の幅Ｌ２に対して、圧入後端側の側壁１５の幅Ｌ１が長くなるようになっている。一方、各凹部１２、１３のゴムフランジ側の側壁は、嵌合する連結筒５の端部壁面に合わせてほぼ垂直壁とされている。

ゴムフランジ８、９は、圧入後に連結筒５から抜け落ちないように、接触部１１の外径よりも大径に形成されている。また、ゴムフランジ８、９は、連結筒５に圧入したときに両側から連結筒５への圧入を容易にするため、圧入前端側のゴムフランジ８の外側壁が円錐面とされており、また、圧入後端側のゴムフランジ９の肉厚が薄く形成され、圧入時における連結筒５による軸方向への変形を容易にしている。

前記軸部材６は、中実状態のロッドの鍛造品であり、圧入後端側のゴムフランジ９の外側に連結筒の脱落防止用のフランジ１８が一体的に成形され、両外端に車体への取り付け用連結孔１９が形成されている。なお、図示しないが、連結筒５への圧入後に軸部材６の圧入側前端に、連結筒５の脱落防止用のフランジが嵌合装着される。

前記周状凹部１２、１３の側壁１４、１５の傾斜角α、βは、ゴム状弾性体７の圧入前の嵌合部の径、圧縮率、設定ばね定数等によって一様ではないが、具体的に例示すると、軸部材６の外径を２０ｍｍ、連結筒５の軸方向長さ４４ｍｍ、内径が３０ｍｍ、ゴムフランジ８、９の外径が３４ｍｍ、ゴムフランジ間の距離が３５ｍｍ、接触部１１の外径が３２ｍｍ、接触部１１の軸方向長さが１８ｍｍ、周状凹部１２、１３の深さを２．５ｍｍ（底部の径が２７ｍｍ）とした場合、圧入前端側の凹部１２の接触部１１側の側壁傾斜角αを４０度、圧入後端側の凹部１３の接触部１１側の側壁傾斜角βを２０度に設定すれば、図３のごとく、圧入後における圧入後端側の凹部側壁１３にゴムの軸方向への流動による膨張屈曲部が形成されなかった。

図４はゴムブッシュ１の連結筒５への圧入工程を示す図である。連結筒５への圧入作業は、図５に示す従来の方法と同様な方法で行われる。すなわち、ゴムブッシュ１を連結筒５に圧入する場合、図４の（ａ）の矢印のごとく、圧入前端側のゴムフランジ８を、連結筒５の軸方向一端側５ａから、その他端部開口縁５ｂに係合するまで挿入することになる。

このとき、圧入前のゴムフランジ８、９の間隔は、連結筒５の軸方向幅よりも小に設定されているため、圧入前端側のゴムフランジ８が連結筒５の他端部開口縁５ｂに係合するには、図４の（ｂ）の位置までゴムブッシュ１を過量に挿入移動させることになり、その後、軸方向の挿入力を解除することにより、ゴム状弾性体７の復元力を利用して、図４の（ｃ）の位置に安定させることになる。

この場合、圧入後端側の凹部１３の側壁１５の圧入前傾斜角βを圧入前端側の凹部１２の側壁１４の傾斜角αに対して小さく設定しているから、圧入後の圧入後端側の側壁１５には、図４の（ｃ）のごとく、ゴムの流動による膨張屈曲部が存在せず、圧入前端側の側壁傾斜角とほぼ等角の傾斜面となる。

そのため、側壁部にしわ等が発生せず、耐久性を向上させることができる。また、側壁１５に屈曲部が存在しないため、連結筒５の接触部である接触部中央部で定まるばね定数にも影響を与えることなく、設定ばね定数も安定したものになる。また、従来では、膨張屈曲部の存在が圧入押圧力を増大させる起因になるが、本実施の形態では、屈曲部が存在しないので、連結筒５の嵌合装着が容易になり、生産性が向上することになる。

また、連結筒５が抜け落ちる可能性も極力抑えることができた。連結筒５の引き抜き力を図５に示す従来のものと比較試験を行った。試験条件として、軸部材に軸方向から一定の力（例えば、１００ｋｇｆ）を与えておきながら、連結筒とゴムブッシュとの間で相対的に±１５度の振幅を与え、連結筒から軸部材が抜け出し始める振幅回数で引き抜き力の評価を行った。その結果、従来のものが約２０万回で軸部材が抜け出し始めたのに対し、本実施の形態で示すものは約５０万回で抜け出し始め、従来に比べて約２．５倍の引き抜き耐力があることが実証された。

本発明の一実施の形態を示す自動車のサスペンションの主要部を示す分解斜視図 ゴムブッシュの圧入前の状態を示す断面図 ゴムブッシュの圧入後の状態を示す断面図 ゴムブッシュの連結筒への圧入工程を示す図 従来のゴムフランジ付きのゴムブッシュを圧入部材へ圧入する工程を示す図

符号の説明

Ａ 軸線
α、β 傾斜角
１ ゴムブッシュ
２ ロアーアーム
５ 連結筒
６ 中央軸部材
７ ゴム状弾性体
８、９ ゴムフランジ
１０ 嵌合部
１１ 接触部
１２、１３ 周状凹部
１４、１５ 側壁

Claims (4)

1. 軸部材の周囲に固設され、軸方向から外嵌圧入する圧入部材に比べて軸長を長くさせたゴム状弾性体を含み、該ゴム状弾性体の軸方向両端部に前記圧入部材を軸方向の両側から挟み込むゴムフランジが形成されるとともに、該ゴムフランジの軸方向内側に前記圧入部材の嵌合部が設けられ、該嵌合部が、軸方向中央部において前記圧入部材の内径よりも大径に形成されて該圧入部材の内面と接触する接触部と、該接触部の軸方向の両側において前記ゴムフランジに至るまで形成された周状の凹部とからなる圧入型ゴムブッシュにおいて、
   前記両凹部は前記圧入部材への圧入後においても存在する深さに設定され、
   前記両凹部の前記接触部側の側壁が、軸方向中央部に向かって徐々に大径となる円錐状の傾斜面とされ、この両側壁は、前記圧入部材への圧入後に圧入後端側の凹部側壁に膨張屈曲部が形成されないように、前記圧入後端側の凹部側壁の軸線に対する傾斜角が、圧入前端側の凹部側壁の軸線に対する傾斜角よりも小さく設定されており、
   前記接触部の軸方向両側の前記ゴムフランジは、圧入前端側のゴムフランジの外側壁が圧入後端側のゴムフランジの外側壁よりも軸線に対する傾斜角度の小さい円錐面とされ、前記圧入後端側のゴムフランジの前記軸方向における肉厚が前記圧入前端側のゴムフランジの前記軸方向における肉厚よりも薄く形成された
   ことを特徴とするゴムブッシュ。
2. 前記両ゴムフランジの間隔が前記圧入部材の軸方向長さよりも小さく設定された請求項１記載のゴムブッシュ。
3. 前記圧入部材への圧入後における前記圧入後端側の側壁が、前記圧入後における前記圧入前端側の側壁と等角の傾斜面となるように、圧入後端側の凹部側壁の軸線に対する傾斜角が、圧入前端側の凹部側壁の軸線に対する傾斜角よりも小さく設定された請求項１又は２記載のゴムブッシュ。
4. 前記圧入後端側の凹部側壁の傾斜角が、前記圧入前端側の凹部側壁の傾斜角に対し、１５〜２５度小さく設定された請求項１〜３のいずれか１項に記載のゴムブッシュ。

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