JP4458246B2 - サスペンションクロスメンバ - Google Patents

Description

本発明はサスペンションクロスメンバに係り、詳しくは、メンバ本体の左右両側部に溶接したブラケットにサスペンション機構のアーム部材の基端を連結する構成のサスペンションクロスメンバに関するものである。

モノコック構造からなる車体では、特に入力の大きいフロントサスペンションの配設部位の強度及び剛性を増すため、車両幅方向に渡すようにサスペンションクロスメンバを車体下面に配設しており、このサスペンションクロスメンバの左右両端にフロントサスペンションのロアアームの基端が連結されている。
図８は従来のサスペンションクロスメンバの左側のロアアーム連結箇所を示す底面図であり、ロアアームの基端（サスペンションクロスメンバ側）は二股状に分岐し、同図では分岐した前側アームの連結箇所を示している。サスペンションクロスメンバ１０１はアッパメンバプレート２２とロアメンバプレート２３とを重ね合わせて周縁を溶接した閉断面構造が採用され、前側アーム４２の基端と対応する箇所ではアッパメンバプレート２２とロアメンバプレート２３とが乖離されて開口部５０が形成されている。開口部５０にはロアアームブラケット１０２が配設され、ロアアームブラケット１０２は前後両面５１，５２とこれらの前後両面５１，５２を連結する背面５３及び上面５４とから構成されて、全体として下方及び左方に開口する略四角箱状をなしている。

開口部５０においてロアメンバプレート２３の開口端はロアアームブラケット１０２の後面５２及び背面５３に突き当てられてロア側開口端溶接部５７において溶接される一方、アッパメンバプレート２２の開口端はロアアームブラケット１０２の上面５４に重ねられてアッパ側開口端溶接部５８において溶接されている。又、アッパメンバプレート２２の前縁５５とロアメンバプレート２３の前縁５６とは互いに溶接されて開口部５０まで延び、これらの前縁５５，５６の端部５５ａ，５６ａは、開口部５０においてロアアームブラケット１０２の前面５１と背面５３との間の角部近傍に突き当てられて端部溶接部１０３において溶接されている。

ロアアームブラケット１０２内にはロアアーム４０の前側アーム４２の基端が配設され、前側アーム４２の基端にはサスペンションブッシュ７０が設けられている。サスペンションブッシュ７０は、内筒７３をロアアームブラケット１０２の前後両側面５１，５２の間で挟持された状態でボルト７５及びナット７６により固定され、これによりロアアームブラケット１０２に対してロアアーム４０の前側アーム４２がサスペンションブッシュ７０を介して連結されている。

ところで、図８に２点鎖線で示すようにボルト７５で締付けられていないときのロアアームブラケット１０２の前後両面５１，５２の間隔は、ロアアーム４０の前側アーム４２を配置し易いようにサスペンションブッシュ７０の内筒７３の全長より若干広く設定されており、ボルト７５の締付けによりロアアームブラケット１０２が変形して内筒７３を挟持した実線で示す所期の固定状態となるように配慮されている。

ここで、アッパメンバプレート２２及びロアメンバプレート２３の前縁５５，５６が当接するロアアームブラケット１０２の前面５１と背面５３との角部を境界として、サスペンションクロスメンバ１０１の基端側では閉断面が形成され、先端側では閉断面が形成されないため、ロアアームブラケット１０２の剛性は角部を境界として急変し、ボルト締付けに伴ってロアアームブラケット１０２は角部近傍で変形して応力が発生している。

一方、車両走行時の加減速や路面の起伏等により前輪が受ける力はロアアーム４０を介してサスペンションクロスメンバ１０１に入力され（以下、この入力をサスペンション入力と称する）、サスペンション入力はロアアームブラケット１０２に対して図８に矢印で示す水平方向の回転力として作用する。この水平方向の回転力に対しては、主にロアアームブラケット１０２の角部近傍に突き当てられたアッパクロスメンバプレート２２及びロアクロスメンバプレート２３の前縁５５，５６の端部５５ａ，５６ａが抗し、必然的にロアアームブラケット１０２の角部近傍に応力が発生する。

しかしながら、ロアアームブラケット１０２の角部近傍はアッパクロスメンバプレート２２及びロアクロスメンバプレート２３の前縁５５，５６の端部５５ａ，５６ａに対する溶接箇所（端部溶接部１０３）でもあり、しかも、ボルト締付けによる応力が生じるロアアームブラケット１０２の角部近傍とも略一致するため、ボルト締付けによる応力とサスペンション入力による応力とが共に応力集中し易い溶接箇所に発生することになり、この箇所の耐久性が低下してしまうという問題があった。

そこで、ロアアームブラケット周辺を補強したサスペンションクロスメンバが提案されている（例えば、特許文献１参照）。当該特許文献１に開示されたサスペンションクロスメンバでは、ロアクロスメンバとロアアームブラケットとの接合部分を覆うようにガセットを配設し、ガセットをこれらのロアクロスメンバ及びロアアームブラケットとアッパクロスメンバとに溶接することで補強している。
特開平６−１０７２２５号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたサスペンションクロスメンバでは、ガセットの補強によりロアアームブラケットの剛性が増大するため、車両の組付け工程でロアアームを連結する際に、ロアアームブラケットを変形させるために大きなボルト締付けトルクを必要として軸力損失が増大する上に、ガセットを使用することにより部品点数が増加してしまい、ひいては製造コストを高騰させる要因になるという問題があった。

本発明の目的は、ロアアームブラケットにロアアームを連結する際のボルト締付けに伴う軸力損失の増大や部品点数の増加等に起因する製造コストの高騰を未然に回避した上で、ボルト締付けに伴う応力とサスペンション入力による応力に対して十分な耐久性を確保することができるサスペンションクロスメンバを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、アッパメンバプレート及びロアメンバプレートが閉断面を形成するよう周縁で相互に接合されてメンバ本体が構成され、メンバ本体の車両左右両側部にそれぞれブラケットが溶接されると共に、ブラケットの一側面がメンバ本体の閉断面より側方に突出して、一側面に対して車輪を支持するアーム部材の基端がブラケットの変形を伴って締結部材により締結されるサスペンションクロスメンバにおいて、ブラケットの一側面を、アッパメンバプレートとロアメンバプレートとの何れか一方の周縁に沿うように形成して、アッパメンバプレートとロアメンバプレートとの何れか一方の周縁の端部をメンバ本体の閉断面よりブラケットの一側面の先端側に延設して一側面上に重ねて一方の周縁の端部を一側面に溶接し、ブラケットの一側面上の基端近傍にアッパメンバプレートとロアメンバプレートとの他方の周縁の端部を当接させて他方の周縁の端部を基端近傍に溶接したものである。

従って、メンバ本体の車両左右両側部にブラケットが溶接され、この溶接箇所においてブラケットはメンバ本体の閉断面により補強される一方、ブラケットの一側面は閉断面から側方に突出して補強されないため、溶接箇所と一側面との間でブラケットの剛性が急変している。このため、締結部材によりブラケットの一側面にアーム部材の基端が締結されている状態では、ブラケットの一側面の基端近傍が変形して応力が発生している。

そして、締結部材の締結による応力発生箇所に対して、アッパメンバプレートとロアメンバプレートとの何れか一方の周縁の端部の溶接箇所はブラケットの一側面側上に離間して位置するため、この応力集中し易い溶接箇所に締結部材の締結による応力が発生する事態が回避される。

一方、ブラケットの周辺をガセット等により補強していないため、締結部材によりブラケットにアーム部材を締結する際には通常通りのトルクをもって軸力損失を増大させることなく締結可能となると共に、ガセット等の追加による部品点数の増加が防止される。

又、ブラケットの一側面がアッパメンバプレートとロアメンバプレートとの一方の周縁に沿って重ねられているため、この重ねられた領域全体がサスペンション入力によりブラケットが受ける回転力に対して抗し、この領域の何れかの箇所にサスペンション入力による応力が分散された状態で発生する。即ち、サスペンション入力による応力は、締結部材の締結により応力が発生するブラケットの一側面の基端近傍から離間した位置に発生するため、同一箇所に重複して応力が発生する事態が防止される。

以上説明したように請求項１の発明のサスペンションクロスメンバによれば、ブラケット周辺の補強用のガセットを不要として、ブラケットにアーム部材を連結する際の締結部材の締結に伴う軸力損失の増大や部品点数の増加等を防止して製造コストを低減でき、且つ、締結部材の締結に伴う応力の発生箇所とサスペンション入力による応力の発生箇所とを離間させると共に、これらの応力の発生箇所に対してアッパメンバプレートとロアメンバプレートとの何れか一方の周縁の端部の溶接箇所を離間させて、その耐久性を十分に確保することができる。

［第１実施形態］
以下、本発明に係るサスペンションクロスメンバの第１実施形態を添付図面に基づき説明する。
図１は本発明に係るサスペンションクロスメンバを示す平面図、図２は図１の矢視Ａ方向から視たサスペンションクロスメンバの車両幅方向左側部分の斜視図である。

サスペンションクロスメンバ１は、フロントサスペンションの配設される部位の車体強度及び車体剛性を増すため、車両幅方向に渡すようにして車体下面（例えば、一対のサイドメンバ下面）に配設される部材である。故に、サスペンションクロスメンバ１の両側には、車両前方側に鋼材からなる支持部材２，３を介して一対の車体連結部材４，５がメンバ本体２０に溶接して設けられ、車両後方側に車体連結部材６，７がメンバ本体２０に溶接して設けられている。

車体連結部材４，５，６，７は例えば金属ワッシャからなり、サスペンションクロスメンバ１は、車体連結部材４，５，６，７にボルトを通すことによって車体下面に取り付けられる。
詳しくは、メンバ本体２０は、トランスミッション等種々の機器の配設スペース等の関係から、車両幅方向の左右両端が、車両前方部分３０，３１と車両後方部分３２，３３のように二股に分岐しており、車体連結部材４，５の支持部材２，３については車両前方部分３０，３１に、車体連結部材６，７については車両後方部分３２，３３の先端にそれぞれ溶接されている。

メンバ本体２０は、厚板鋼板からなるアッパメンバプレート２２とロアメンバプレート２３とから構成されている。詳しくは、メンバ本体２０は、アッパメンバプレート２２とロアメンバプレート２３とが閉断面を形成するように配置され、アッパメンバプレート２２の周縁をロアメンバプレート２３の周縁の外側に重ね合わせて互いに溶接されると共に、車両前方部分３０，３１と車両後方部分３２，３３との間の領域、及び車両後方部分３２，３３の後側の領域では部分的にアッパメンバプレート２２とロアメンバプレート２３とが周縁フランジ２４を重ね合わせて互いに溶接されている。

そして、車両前方部分３０，３１にはロアアームブラケット８，９が溶接され、これらのロアアームブラケット８，９には車輪ＷL，ＷRを支持するロアアーム４０，４１の前側アーム４２，４３が連結されるようになっている。又、車両後方部分３２，３３のロアメンバプレート２３上（閉断面内）にはアーム連結孔１０，１１が設けられ、これらのアーム連結孔１０，１１には車両後方部分３２，３３に形成された開口部４６を介してロアアーム４０，４１の後側アーム４４，４５が連結されるようになっている。

次に、メンバ本体２０の車両前方部分３０，３１とロアアームブラケット８，９との接合状態を説明する。尚、以下の説明では左側のロアアームブラケット８の接合状態を述べるが、右側のロアアームブラケット９についても左右対称の同一構造である。
図３はサスペンションクロスメンバ１のロアアームブラケット８の接合箇所を示す平面図、図４は同じくサスペンションクロスメンバ１のロアアームブラケット８の接合箇所を示す底面図、図５は図３の矢視Ｂ方向斜め下方から視たサスペンションクロスメンバ１のロアアームブラケット８の接合箇所を示す斜視図である。

左側の車両前方部分３０は、メンバ本体２０から車両前方斜め左方に向けて突出し、先端側ではアッパメンバプレート２２とロアメンバプレート２３とが乖離されて開口部５０が形成され、開口部５０にロアアームブラケット８が配設されている。ロアアームブラケット８は前後両面５１，５２とこれらの前後両面５１，５２を連結する背面５３及び上面５４とから構成されて、全体として下方及び左方に開口する箱状をなしている。

ロアアームブラケット８の前面５１及び上面５４は平坦に形成され、後面５２は前面５１に対して相対向する平坦部５２ａと、平坦部５２ａから円弧状に連続する円弧部５２ｂとから構成されている。又、背面５３は、車両の前方斜め左方に延びるアッパメンバプレート２２の前縁５５に沿うように形成されて、前面５１と後面５２とを接続している。そして、本実施形態ではこれらの前面５１及び背面５３により一側面が構成されている。

図４に示すように、メンバ本体２０の開口部５０においてロアメンバプレート２３の開口端はロアアームブラケット８の後面５２と対応する形状をなして、後面５２に突き当てられてロア側開口端溶接部５７において溶接されている。又、図３に示すように、開口部５０においてアッパメンバプレート２２の開口端はロアアームブラケット８の上面５４に重ねられて、アッパ側開口端溶接部５８において上面５４に対して溶接されている。

又、図４，５に示すように、アッパメンバプレート２２の前縁５５とロアメンバプレート２３の前縁５６とは前縁溶接部５９において互いに溶接されて車両前方斜め左方に向けて延び、開口部５０においてロアメンバプレート２３の前縁５６の端部５６ａはロアアームブラケット８の後面５２と背面５３との間の角部近傍（一側面上の基端近傍）に突き当てられ、ロア側端部溶接部６０において溶接されている。

これに対してアッパメンバプレート２２の前縁５５の端部５５ａは、前縁５５に沿った形状のロアアームブラケット８の背面５３まで延設され、背面５３上に重ねられてアッパ側端部溶接部６１において溶接されている。尚、本実施形態では、上記前縁溶接部５９がアッパメンバプレート２２の前縁５５が延設された箇所まで延びて、前縁５５の延設箇所をロアアームブラケット８の背面５３上に溶接している。

図４に示すように、ロアアームブラケット８内にはロアアーム４０の前側アーム４２の基端が配設され、前側アーム４２の基端にはサスペンションブッシュ７０が設けられている。サスペンションブッシュ７０は外筒７１の内周面にゴム７２を介して内筒７３を接合して構成され、サスペンションブッシュ７０の内筒７３と対応するようにロアアームブラケット８の前面５１及び後面５２の平坦部５２ａにはボルト孔７４が貫設されている。これらのボルト孔７４及びサスペンションブッシュ７０の内筒７３には前方よりボルト７５が挿入され、ボルト７５はロアアームブラケット８の後面５２の平坦部５２ａに溶接されたナット７６に螺合している。ロアアームブラケット８の前後両面５１，５２の間でサスペンションブッシュ７０の内筒７３が挟持され、結果としてロアアームブラケット８に対してロアアーム４０の前側アーム４２がサスペンションブッシュ７０を介して連結されている。

ここで、ボルト７５により締付けられていないときのロアアームブラケット８の前後両面５１，５２の間隔は、ロアアーム４０の前側アーム４２を配置し易いようにサスペンションブッシュ７０の内筒７３の全長より若干広く設定されており、ボルト７５の締付けによりロアアームブラケット８が変形して前後両面５１，５２で内筒７３を挟持した図４に示す所期の固定状態となるように配慮されている。

次に，以上のように構成されたサスペンションクロスメンバ１におけるロアアームブラケット８部分の応力発生状態を説明する。
まず、ロアアーム４０の前部アーム４２を連結するためのボルト７５の締付けによりロアアームブラケット８は変形して応力を発生する。ここで、ロアメンバプレート２３の前縁５６の端部５６ａが当接しているロアアームブラケット８の後面５２と背面５３との角部（即ち、ロア側端部溶接部６０の箇所）を境界として、メンバ本体２０の基端側ではアッパメンバプレート２２とロアメンバプレート２３とで閉断面が形成され、メンバ本体２０の先端側では閉断面が形成されずに、ロアアームブラケット８の背面５３上にアッパメンバプレート２２の前縁５５が重なった領域Ｅが形成されている。従って、後面５２と背面５３との角部を境界としてロアアームブラケット８の剛性が急変しているため、ボルト締付けに伴ってロアアームブラケット８は後面５２と背面５３との角部近傍で変形して応力が発生している。

一方、車両走行時の加減速や路面の起伏等により前輪ＷLが受ける力はロアアーム４０を介してサスペンション入力としてサスペンションクロスメンバ１に入力され、サスペンション入力はロアアームブラケット８に対して図４に矢印で示す水平方向の回転力として作用する。上記のようにロアアームブラケット８の背面５３がアッパメンバプレート２２の前縁５５に沿っているため、この水平方向の回転力に対しては、ロアアームブラケット８の背面５３上にアッパメンバプレート２２の前縁５５が重なった領域Ｅ（即ち、ロア側端部溶接部６０からアッパ側端部溶接部６１までの領域）全体が抗し、この領域の何れかの箇所にサスペンション入力による応力が分散された状態で発生する。

即ち、サスペンション入力に起因する応力の発生箇所は、ボルト締付けによる応力が生じるロアアームブラケット８の後面５２と背面５３との角部近傍に対して離間し、且つ、ロアアームブラケット８の背面５３上にアッパメンバプレート２２の前縁５５の端部５５ａを溶接したアッパ側端部溶接部６１に対しても離間する。従って、応力集中し易い溶接箇所であるアッパ側端部溶接部６１にサスペンション入力による応力やボルト締付けによる応力が発生する事態が回避されると共に、これらのサスペンション入力による応力の発生箇所とボルト締付けによる応力の発生箇所とが相互に離間することから、メンバ本体２０のロアアームブラケット連結箇所周辺の耐久性を十分に確保することができる。

又、例えば特許文献１のサスペンションクロスメンバのようにロアアームブラケット周辺をガセットにより補強していないため、ロアアームブラケット８にロアアーム４０を連結する際には通常通りのトルクでボルト７５を締付け可能となって軸力損失の増大を防止できると共に、ガセットの追加による部品点数の増加を防止でき、もって、これらの要因による製造コストの高騰を未然に回避することができる。

尚、本実施形態では、図５に示すようにロアアームブラケット８の背面５３上に延設したアッパメンバプレート２２の前縁５５を前縁溶接部５９により背面５３上に溶接したが、図６に示すように前縁溶接部５９をロアメンバプレート２３の前縁５６の端部５６ａで中断して、アッパメンバプレート２２の前縁５５をロアアームブラケット８の背面５３に溶接しないようにしてもよい。又、同図に示すようにアッパメンバプレート２２の前縁５５をロアアームブラケット８の背面５３上において下方に延設した形状としてもよい。

［第２実施形態］
次に、本発明に係るサスペンションクロスメンバの第２実施形態を添付図面に基づき説明する。本実施形態のサスペンションクロスメンバ８０の全体的な構成は第１実施形態のものと同様であり、相違点はロアアームブラケット８１の形状にある。よって、同一構成の箇所は同一部材番号を付して説明を省略し、相違点を重点的に述べる。

図７は第２実施形態のサスペンションクロスメンバ８０のロアアームブラケット８１の接合箇所を示す底面図である。本実施形態のロアアームブラケット８１は、前後両面８２，８３及び背面８４が平坦に形成されて相互に直角に屈曲形成されている。
ロアメンバプレート２３の前縁５６の端部５６ａはロアアームブラケット８１の前面８２と背面８４との角部近傍に突き当てられてロア側端部溶接部８５において溶接されている。これに対してアッパメンバプレート２２の前縁５５の端部５５ａは、ロアアームブラケット８１の前面８２と背面８４との角部に倣って屈曲して前面８２側に延設され、前面８２上に重ねられてアッパ側端部溶接部８６において溶接されている。尚、本実施形態では前面８２により一側面が構成されている。

このように構成されたサスペンションクロスメンバ８０では、ロアアームブラケット８１の前面８２と背面８４との角部（即ち、ロア側端部溶接部８５の箇所）を境界として、メンバ本体２０の基端側でアッパメンバプレート２２とロアメンバプレート２３とで閉断面が形成され、メンバ本体２０の先端側では閉断面が形成されていないため、ボルト締付けに伴ってロアアームブラケット８１は前面８２と背面８４との角部近傍で変形して応力が発生している。

一方、ロアアームブラケット８１の前面８２にはアッパメンバプレート２２の前縁５５の端部５５ａが重ねられているが、第１実施形態で述べたロアアームブラケット８の背面５３とは異なり、ロアアームブラケット８１の前面８２はアッパメンバプレート２２の前縁５５に沿うことなく所定角度をもって交わっている。このため、サスペンション入力によりロアアームブラケット８１が受けた水平方向の回転力に対して、アッパメンバプレート２２の前縁５５はロアアームブラケット８１の前面８２上に重なった領域Ｅ全体で抗することなく、ロアアームブラケット８１の前面８２と背面８４との角部に対応する箇所で抗することになり、この箇所にサスペンション入力による応力が発生する。

即ち、サスペンション入力による応力はボルト締付けによる応力と略一致する箇所に発生するものの、これらの応力発生箇所に対して、ロアアームブラケット８１の前面８２上にアッパメンバプレート２２の前縁５５の端部５５ａが溶接されたアッパ側端部溶接部８６は離間して位置するため、応力集中し易いアッパ側端部溶接部８６にサスペンション入力による応力やボルト締付けによる応力が発生する事態を回避して十分な耐久性を確保することができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記各実施形態では、フロントサスペンションのロアアーム４０を支持するサスペンションクロスメンバ１，８０に具体化したが、適用する箇所はこれに限らず、例えばリアサスペンション用のサスペンションクロスメンバに具体化してもよい。
又、上記各実施形態では、アッパメンバプレート２２側の前縁５５の端部５５ａを延設してロアアームブラケット８の背面５３（第１実施形態）或いはロアアームブラケット８１の前面８２に重ねて溶接したが、これに代えてロアメンバプレート２３側の前縁５６の端部５６ａを溶接するようにしてもよい。

第１及び第２実施形態のサスペンションクロスメンバを示す平面図である。 図１の矢視Ａ方向から視たサスペンションクロスメンバの車両幅方向左側部分を示す斜視図である。 第１実施形態のサスペンションクロスメンバのロアアームブラケットの接合箇所を示す平面図である。 同じくサスペンションクロスメンバのロアアームブラケットの接合箇所を示す底面図である。 図３の矢視Ｂ方向斜め下方から視たサスペンションクロスメンバのロアアームブラケットの接合箇所を示す斜視図である。 溶接箇所を変更した別例を示す図５に対応する斜視図である。 第２実施形態のサスペンションクロスメンバのロアアームブラケットの接合箇所を示す底面図である。 従来のサスペンションクロスメンバのロアアームブラケットの接合箇所を示す底面図である。

符号の説明

８，８１ ロアアームブラケット
２０ メンバ本体
２２ アッパメンバプレート
２３ ロアメンバプレート
４２，４３ 前側アーム（アーム部材）
５１，８１ 前面（一側面）
５３ 背面（一側面）
５５，５６ 前縁（周縁）
５５ａ，５６ａ 端部
７５ ボルト（締結部材）
７６ ナット（締結部材）

Claims (1)

1. アッパメンバプレート及びロアメンバプレートが閉断面を形成するよう周縁で相互に接合されてメンバ本体が構成され、該メンバ本体の車両左右両側部にそれぞれブラケットが溶接されると共に、該ブラケットの一側面が上記メンバ本体の閉断面より側方に突出して、該一側面に対して車輪を支持するアーム部材の基端が該ブラケットの変形を伴って締結部材により締結されるサスペンションクロスメンバにおいて、
   上記ブラケットの一側面を、上記アッパメンバプレートとロアメンバプレートとの何れか一方の周縁に沿うように形成して、該アッパメンバプレートとロアメンバプレートとの何れか一方の周縁の端部を上記メンバ本体の閉断面より上記ブラケットの一側面の先端側に延設して該一側面上に重ねて該一方の周縁の端部を該一側面に溶接し、該ブラケットの一側面上の基端近傍に上記アッパメンバプレートとロアメンバプレートとの他方の周縁の端部を当接させて該他方の周縁の端部を該基端近傍に溶接したことを特徴とするサスペンションクロスメンバ。

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