JP4798602B2 - トルクロッド - Google Patents

Description

この発明はパワーユニットを車体へ連結するために用いられるトルクロッドに係り、特に、圧縮荷重に対する破壊位置及び破壊荷重をコントロールするものに関する。

このようなトルクロッドの一例として、ロッドを略菱形に形成し、その中間部に山形をなす屈曲部を設け、ロッド部へ衝突荷重が圧縮入力したとき、この屈曲部に応力を集中させて破壊をコントロールするようにしたものがある（特許文献１参照）。
特開２００４−２５５９６７号公報

図８は上記特許文献１のトルクロッドに対して衝突荷重が圧縮方向へ入力するときの屈曲部における応力状態を示す。このトルクロッドのロッド部１００は、４つの辺からなる略菱形形状をなし、そのうちの長手方向において山形をなす一組の辺１０１と１０２との接続部が屈曲部１０３をなす。このトルクロッドの長手方向に衝突荷重Ｆが圧縮方向へ入力すると、辺１０１は矢示ａ方向へ曲げられ、辺１０２は矢示ｂ方向へ曲げられる。この曲げによって屈曲部１０３の外側部分１０４には引っ張り方向の応力ｆ３がかかって伸び歪みが発生し、屈曲部１０３の内側部分１０５には圧縮方向の応力ｆ４がかかって圧縮歪みが生じる。

外側部分１０４及内側部分１０５には衝突時の圧縮入力により、圧縮力ｆ５がいずれも負荷されているため、外側部分１０４に発生する引っ張り応力ｆ３は圧縮力ｆ５によって一部が相殺される。一方、内側部分１０５は圧縮応力ｆ４が圧縮力ｆ５によって増大され、この部分が最大応力発生部位になる。
しかしながらこれらの応力によって破壊する場合、経験上、引っ張り応力による破壊荷重は安定するが、圧縮応力による破壊荷重は安定しにくいことが判っている。このため、伸び歪み側に最大応力を発生させて破壊させたいが、上記の例では圧縮入力において伸び歪み側を最大応力発生部にすることができない。
そこで本願発明は、圧縮入力においても、伸び歪み側に最大応力を発生させて破壊でき、かつ破壊位置及び破壊荷重を容易にコントロールできるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するため本願のトルクロッドに係る請求項１は、ロッド部とその両端に設けたブッシュ取付用ブラケットとを備え、これらのブッシュ取付用ブラケットにてブッシュを介してパワーユニットと車体とを連結するトルクロッドにおいて、
ッドにおいて、
前記ロッド部は前記ブッシュ取付用ブラケットの外周部に接続する太幅の張り出し部とこれに接続する細幅部を備え、
前記張り出し部はブッシュ取付用ブラケットと前記細幅部を結ぶ略Ｌ字状の屈曲形状をなし、最弱部をなす屈曲部と、この屈曲部を挟んで設けられた第１腕部と第２腕部を備え、
前記第１腕部は、前記各ブッシュ取付用ブラケットに支持されるブッシュの中心間を結んだ直線である作用軸線から略直交方向へ張り出し、
前記第２腕部は前記作用軸線と略平行し、
前記第２腕部に前記屈曲部へ向かって圧縮荷重が入力し、前記第１腕部と前記細幅部との接続部に反力が入力することにより、前記第１腕部に曲げモーメントを発生させるとともに、
前記ロッド部は前記作用軸線に対して対称形であり、
前記張り出し部は、前記ブッシュ取付用ブラケットの軸線方向へ前記ロッド部を貫通する張り出し部穴を囲み、前記作用軸線に対して対称に設けられることを特徴とする。

請求項２は上記請求項１において、前記ロッド部にその作用軸線と斜交するガイド部を設け、前記衝突荷重の圧縮入力による破壊時に移動する前記衝突荷重の入力部を、前記ロッド部からその作用軸線外方へ離脱させることを特徴とする。

請求項１によれば、ロッド部に対して圧縮方向へ衝突荷重が入力すると、張り出し部が作用軸線と略直交方向へ張り出しているため、この張り出し部に張り出し幅を隔てて衝突荷重とその反力が入力して曲げモーメントを発生する。このとき、張り出し部が作用軸線と略直交方向外方へ張り出しているので、図８における圧縮力ｆ５に相当するような引っ張り応力を相殺する力が生じない。
その結果、この曲げモーメントによる曲げ応力が張り出し部へ集中し、張り出し部は最大応力が集中する最弱部になる。しかも、この曲げ応力は最弱部において伸び歪みとなり、かつこのときの伸び歪み量は最大となる。このため、伸び歪み側を最大応力発生部にすることができる。

そこで、張り出し部の強度を所定の衝突荷重が入力したとき、上記伸び歪みによって破壊されるように設定しておけば、トルクロッドは所定の衝突荷重が圧縮入力することにより、最大応力発生部すなわち最弱部である張り出し部が曲げ応力による伸び歪みで確実に破壊される。その結果、最大応力発生部にて伸び歪みによって破壊できるようになるので、破壊位置をより正確に特定でき、破壊荷重のコントロールもより正確になる。

請求項２によれば、ロッド部にその軸線と斜交するガイド部を設けたので、破壊時に移動する衝突荷重の入力部がガイド部に至ると、ガイド部に案内されて、ロッド部の作用軸線外方へ移動されて離脱させられる。このため、トルクロッドの破壊後も衝突荷重の入力部がロッド部の作用軸線上に残存し、ロッド部へ衝突荷重を伝達し続けるような事態を回避でき、破壊後は圧縮入力の伝達を確実に遮断できる。

以下、図面に基づいて一実施形態を説明する。図１はトルクロッドの使用状態を示す概略図である。トルクロッド１は長手部材であって、その長手方向両端に設けたブッシュ２を介してパワーユニット３と車体４とを防振的に連結している。パワーユニット３はエンジンとミッションを一体化したものであってＦＦ車に横置きされ、慣性主軸形式で車体側へ防振マウントされている。本例におけるブッシュ２はサイドマウントとして構成されている。

トルクロッド１は、パワーユニット３が慣性主軸回りのローリングを規制するためのものであり、その長手方向を車体の前後方向へ向けて配置され、その長手方向にて衝突荷重Ｆを受けるようになっている。本例では、パワーユニット３の後ろ側に配置して衝突時に後退するパワーユニット３により、トルクロッド１が圧縮方向の衝突荷重Ｆを受けるようになっている。

ここで、本願において言及する各種の方向に関する表現を以下のように定義する。図１の取付状態において、前後方向とは車体の前後方向をいう。また、車体上方からトルクロッドを見た状態をその上面視、これと直交する車体側方から見た状態を正面視とする。上面視における車体左右方向を横方向もしくは厚さ方向とし、この方向におけるトルクロッドの幅を横幅もしくは厚さとする。正面視における車体上下方向を縦方向又は上下方向とし、この方向におけるトルクロッドの幅を単に幅とする。

図２はトルクロッド１の斜視図、図３はその正面図である。これらの図に示すように、トルクロッド１は長手形状のロッド部５とその長手方向両端に設けられる円筒部６及び７を備える。円筒部６及び円筒部７の各中心軸線をＣ１，Ｃ２、それぞれに取付けられるブッシュ２の中心点をｃ１及びｃ２とする。Ｃ１とＣ２は平行する。円筒部６及び７はブッシュ取付用ブラケットの一例である。

ロッド部５は、円筒部６側へ一体に設けられた太幅の張り出し部８とこれに接続する細幅部９を備える。張り出し部８と細幅部９の間は段差をなす。この段差を形成する部分が張り出し部８を構成する第１腕部１０になっている。

図３に示すように、トルクロッド１は、円筒部６及び円筒部７の各中心点ｃ１，ｃ２を結ぶ長手方向の作用軸線Ｃに対して対称形である。第１腕部１０は作用軸線Ｃに対して略直角方向へ張り出しており、その作用軸線Ｃからの張り出し量をａとする。

作用軸線Ｃはロッド部５の長手方向の軸線でもあり、図３に示す状態におけるロッド部５の幅の中心線である。また、作用軸線Ｃは円筒部６及び円筒部７の各中心軸線Ｃ１，Ｃ２（図２）と直交する。

第１腕部１０と細幅部９の接続部１１は肉厚部分をなす。張り出し部８は横方向へ貫通する張り出し部穴１２を囲んでおり、この張り出し部穴１２内へ接続部１１の一部が正面視略３角形状をなして内へ突出している。この張り出し部穴１２内に臨む接続部１１の面は作用軸線Ｃに対して斜交する傾斜面からなるガイド部１３になっている。

ロッド部５は、第１腕部１０と細幅部９の表面はＲ状に連続し、このアール部１４から円筒部７側へ向かって次第に拡幅するテーパー部１５をなし、さらにこのテーパー部１５から作用軸線Ｃと平行に変化する水平部１６を介して円筒部７と連続している。

ここで、アール部１４と作用軸線Ｃとの最も狭い幅をｂとし、水平部１６と作用軸線Ｃの最大幅をｃとする。第１腕部１０の側方へ突出する量であるオフセット量をｄとすれば、ｄ＝ａ−ｂ である。また、水平部１６の幅は張り出し部８の幅よりは狭くなっている（ｃ＜ａ）。

テーパー部１５及び水平部１６部分にも、肉抜き穴１７〜１９が形成されている。これらも張り出し部穴１２と同じく横方向へ貫通している。但し、これらの数及び大きさは任意であり、トルクロッド１が非衝突時に必要とされる強度が得られるように設定される。

図４は張り出し部８近傍部分を拡大して示す図である。張り出し部８は円筒部６とロッド部５の細幅部９を結ぶ屈曲形状をなし、その屈曲部２０を挟んで第１腕部１０と第２腕部２１になっている。屈曲部２０は第１腕部１０の張り出し端部であり、張り出し部８の上面側第２腕部２１に連続している。張り出し部８の下方側も同様であり、第１腕部１０と下面側第２腕部２２との間に屈曲部２０が形成されている。

第１腕部１０の屈曲部２０近傍部分は、作用軸線Ｃ上における円筒部６の張り出し部８側の点Ｐに衝突荷重Ｆ（図５参照）が圧縮入力したとき最大応力が発生する部分であり、その結果、最も弱体部となっている部分である。この部分の強度は肉厚やオフセット量ｄ等を調節することにより自由に設定でき、所定の大きさの衝突荷重Ｆが入力したときに発生する曲げ応力により割れて、この部分から破壊されるように設定されている。

上面側第２腕部２１，下面側第２腕部２２は張り出し部穴１２を囲む壁部であり、円筒部６のうち張り出し部穴１２に臨む内側部２３及びアール部１４並びに第１腕部１０とによって張り出し部穴１２を囲んでいる。第１腕部１０は屈曲部２０を挟んで、上面側第２腕部２１又は下面側第２腕部２２と正面視で略Ｌ字状の屈曲形状をなし、第１腕部１０における応力の集中を強くし、この部分を最弱部とする構造になっている。

図３において、円筒部６の筒状をなす空間はブッシュ穴２４をなし、ここにブッシュ２（図１）が焼き付けや嵌合等で取付けられる。ブッシュ２は中心に内筒２５を一体化した防振ゴム２６からなる公知のものであり、内筒２５に通したボルト等の連結軸（図示省略）によりパワーユニット３（図１）へ取付けられる。

円筒部７側も同様であり、ブッシュ２がブッシュ穴２７の内側に設けられ、このブッシュ２を介して車体４のブラケット４ａへ取付けられる（図１）。なお、ブッシュ２は外筒を有する独立したものとして形成し、円筒部６及び７の内側へ圧入したものでもよい。

トルクロッド１は、アルミ合金等の金属又は適当な樹脂等によりロッド部５と円筒部６及び７が一体に形成される。樹脂の場合は６−６ナイロン等公知のものを利用でき、必要により繊維強化をすることができる。金属又は樹脂のいずれでも、図３における正面視形状を断面形状とした押し出し素形を押し出し成形する。

その後、押し出し素形を押し出し方向に直交して横幅間隔でカットすることにより効率的に形成できる。特に、円筒部６及び７の中心作用軸線Ｃ１，Ｃ２が横方向に平行し、かつ張り出し部穴１２、１７〜１９の貫通方向とも一致しているから、全体の押し出し成形が可能になる。

しかも、全体を押し出し成形することにより、ロッド部５と円筒部６及び７との溶接接合部が存在しない。このような溶接接合部は応力集中による弱体部となるので、破壊部位が一定しなくなったり、破壊荷重をコントロールしにくくなりがちである。しかし、このような溶接接合部が存在しないことにより、破壊部位の特定及び破壊荷重のコントロールがさらに正確になる。

次に作用を説明する。図５は所定の値以上の大きな衝突荷重Ｆが圧縮入力したときの張り出し部８における変形状態を示す。まず、作用軸線Ｃ上となる内側部２３の点Ｐへ衝撃荷重Ｆが圧縮入力すると、屈曲部２０は衝突荷重Ｆで図の右側へ押される。一方、接続部１１には作用軸線Ｃに沿って円筒部７側から反力Ｆが加わる。

したがって、第１腕部１０の外方端部である屈曲部２０近傍の点Ｑと内方端部となるアール部１４近傍の点Ｒとは互いに逆方向に力ｆを受け、点ＱＲ間はオフセット量ｄに略等しい距離があるので、第１腕部１０に曲げモーメントが生じ、曲げ応力が加わる。しかも、第１腕部１０を挟んで点ＱとＲが逆方向の力ｆを受けるので、曲げ変形を確実に生じさせる。下方の屈曲部２０においても同様である。その結果、上面側第２腕部２１（及び下面側第２腕部２２）と第１腕部１０は屈曲部２０を挟んで曲がる。

図６はこのとき発生する応力について示す。この図は第１腕部１０を拡大したものであり、第１腕部１０における前方側部分及び後方側の部分のいずれにも引っ張り応力ｆ１及びｆ２が働く。このとき、第１腕部１０は作用軸線Ｃから略直交方向へ張り出しているから、力ｆは引っ張り応力ｆ１及びｆ２を打ち消すものではなく、このような引っ張り応力ｆ１及びｆ２を打ち消す力は発生しない。

このため、第１腕部１０に最大応力が集中し、伸び歪みも最大になり、第１腕部１０は張り出し部８における最大応力発生部すなわち最弱部にもなっている。しかも第１腕部１０の強度は、この衝突荷重Ｆの圧縮入力によって生じる応力によって割れを生じるように予め設定されているので、第１腕部１０が破断部２８で割れて破壊の起点となる。

したがって、所定の衝突荷重Ｆが圧縮入力することにより、最大応力発生部（最弱部）にて伸び歪みによって破壊できるようになるので、確実に第１腕部１０で破壊を生じることになる。しかも所定の衝突荷重Ｆと第１腕部１０の強度の関連づけは、計算又は実験等により容易にできる。このため、破壊位置をより正確に特定でき、かつ所定の衝突荷重Ｆであるに破壊荷重の値をより正確にコントロールできる。しかも本来破壊しにくい衝突時の圧縮入力でも確実に破壊できる。

図７は張り出し部８の破壊時における内筒２５の挙動を示す。衝突荷重はブッシュ２を介して入力されるが、より厳密には内筒２５から入力され、内筒２５が衝突荷重の入力部をなす。したがって、以下はブッシュ２の移動を内筒１７の移動によって説明する。内筒２５が衝突荷重Ｆにより相対移動してガイド部１３の突出端へ至ると、ガイド部１３の斜面に案内されて作用軸線Ｃから遠ざかるように作用軸線Ｃの直交方向外方へ移動し、やがては第１腕部１０の破断部２８を通ってトルクロッド１から外部へ離脱する。

このため、衝突荷重Ｆの入力部である内筒２５が作用軸線Ｃ上に残存し、ロッド部５の圧縮方向へ衝突荷重を加え続けることはないので、張り出し部８の破壊後における衝突荷重Ｆのロッド部５及び円筒部７側に対する伝達を確実に遮断できる。しかも、ガイド部１３は張り出し腕部穴１２を有効に利用して形成できるので、形成が容易になる。

なお、本願発明は上記の各実施例に限定されるものではなく、発明の原理内において種々に変形や応用が可能である。例えば、上記の説明では衝突荷重の圧縮入力について説明したが、衝突荷重が引っ張り方向へ入力した場合でも、同様に
して第１腕部１０における曲げが生じ、それに伴う伸び歪みで破壊できる。
したがって、衝突荷重の入力方向が、圧縮方向及び引っ張り方向のいずれであっても有効に使用できる。

さらに、ロッド部５，円筒部６及び７をそれぞれ別体に鋳造や鍛造等によって作製し、相互に溶接等で結合してもよい。また、張り出し部８を円筒部７側に設けてもよい。さらには円筒部６及び円筒部７の双方側に設けてもよい。また、円筒部６又は７のうちいずれか一方側又は双方を略Ｕ字状の二股構造をなすヨーク状としてもよい。

使用状態を示す概略図 トルクロッドの斜視図 トルクロッドの正面図 張り出し部部分の拡大図 破壊時の作用説明図 同上図 ガイド部の作用説明図 公知例における作用説明図

符号の説明

１：トルクロッド、２：ブッシュ、３：パワーユニット、４：車体、５：ロッド部、６：円筒部、７：円筒部、８：張り出し部、９：細幅部、１０：第１腕部、１２：張り出し部穴、１３：ガイド部、１４：アール部、２０：屈曲部、２１：上面側第２腕部、２２：下面側第２腕部、２５：内筒、２８７：破断部

Claims (2)

1. ロッド部（５）とその両端に設けたブッシュ取付用ブラケット（６・７）とを備え、これらのブッシュ取付用ブラケットにてブッシュを介してパワーユニットと車体とを連結するトルクロッドにおいて、
   前記ロッド部（５）は前記ブッシュ取付用ブラケット（６）の外周部に接続する太幅の張り出し部（８）とこれに接続する細幅部（９）を備え、
   前記張り出し部（８）はブッシュ取付用ブラケット（６）と前記細幅部（９）を結ぶ略Ｌ字状の屈曲形状をなし、
   最弱部をなす屈曲部（２０）と、この屈曲部（２０）を挟んで設けられた第１腕部（１０）と第２腕部（２１）を備え、
   前記第１腕部（１０）は、前記各ブッシュ取付用ブラケット（６・７）に支持されるブッシュの中心間を結んだ直線である作用軸線（Ｃ）から略直交方向へ張り出し、
   前記第２腕部（２１）は前記作用軸線（Ｃ）と略平行し、
   前記第２腕部（２１）に前記屈曲部（２０）へ向かって圧縮荷重が入力し、前記第１腕部（１０）と前記細幅部（９）との接続部に反力が入力することにより、前記第１腕部（１０）に曲げモーメントを発生させるとともに、
   前記ロッド部（５）は前記作用軸線（Ｃ）に対して対称形であり、
   前記張り出し部（８）は、前記ブッシュ取付用ブラケット（６）の軸線方向へ前記ロッド部（５）を貫通する張り出し部穴（１２）を囲み、
   前記作用軸線（Ｃ）に対して対称に設けられることを特徴とするトルクロッド。
2. 前記ロッド部（５）にその作用軸線（Ｃ）と斜交するガイド部（１３）を設け、前記衝突荷重の圧縮入力による破壊時に移動する衝突荷重の入力部（２５）を、前記ロッド部（５）からその作用軸線（Ｃ）外方へ離脱させることを特徴とする請求項１に記載したトルクロッド。

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