JP4871872B2 - 接着構造によって組み立てられた自動車のアクスル - Google Patents

Description

本発明は、接着構造によって組み立てられた自動車のアクスルと、その組み立て方法に関する。特に本発明は、捩りに柔軟なアクスルに関する。

一般に、捩りに柔軟なアクスルは、溶接によって組み立てられたスチールによって作られる。このような構造は、経済的で、アクスルに良好な性能をもたらすが、重量が大きいことと、接合領域における材料の機械的特性に、溶接によって変化がもたらされるという欠点を有する。

接合領域に応力を発生させることを回避するために、ピボットによって連結されたアルミニウムによって作られた縦アームを含む軽量アクスルが知られている。この構造は、部品の運動を複雑化し、全体のコストを増加させるという欠点を有する。

文献ＥＰ−１ ０３６ ６８０には、成型されたアルミニウムのアームとスチールのクロスバーからなる軽量アクスルが開示されている。クロスバーは、アームの中へ嵌め込まれ、クロスバーとアームとの間に設けられたスペースに接着剤が充填される。次いで、接合部を圧縮して、組み立てが完成される。この圧縮工程は、組み立てられた材料と接着剤の中に応力を発生させ、組立体を脆化させる可能性がある。また、この接合部は、厳しい製造公差を必要とし、嫌気性の接着剤の使用を必要とする。嫌気性の接着剤は、特に２つの部品の組み立ての際における接着剤の削りとりの回避に適した特性を有していない。

また、文献ＵＳ−６ ０９９ ０８４には、サスペンションアームに嵌合、場合によっては焼きばめによって組み付けられた、アルミニウムのクロスバーからなる、軽量アクスルが開示されている。この場合も、嵌合は接合部を脆化させる可能性がある大きな応力をもたらし、先の文献と同じ理由で、厳しい製造公差と、嫌気性の接着剤の使用を必要とする。更に、得られる締め付けトルクは限られる。
ＥＰ−１ ０３６ ６８０ ＵＳ−６ ０９９ ０８４

本発明は、２つの異なる材料から形成され、簡単で、信頼性が高く、安価な方法で組み立てられる、自動車のアクスルを提供することによって、従来技術における上記欠点を解消することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の対象は、鋳造された材料からなる２つの縦アームと、上記縦アームの材料とは異なる高強度材料からなる捩りに柔軟なクロスビームとを含み、各上記縦アームは、上記クロスビームを上記縦アームへ接着構造によって接合するための、概ね管状の形状をなし、上記縦アームの軸に概ね直交する軸を有する突起部を含む、自動車のアクスルにおいて、各上記突起部は、上記クロスビームの表面との間に自己締め付けを発生させることによって上記クロスビームの１つの端部と接合されるように適合化された接合端部と、上記接合端部と上記クロスビームの面との間に塗布された接着剤層とを有し、各上記突起部の上記接合端部は、上記接合端部の周囲に沿って、上記突起部の軸方向に変化する厚さを有し、該厚さは、接合領域における上記接着剤層が受ける応力を最小化するように選ばれることを特徴とする、自動車のアクスルに関する。

縦アームが鋳造によって作られるので、縦アームの接合部の厚さを高精度で制御することが可能であり、したがって接着剤に加えられる応力も制御可能である。その結果、接着剤が裂けるリスクはきわめて低い。接合される部品の間の自己締め付けに関連して、この接着は、自動車の寿命に概ね等しい寿命を有する組立体を得ることを可能にする。自己締め付けは、プレスすなわち加圧による装着の場合よりも、著しく低い接合領域における内部応力をもたらし、接合領域における材料の機械的性質が殆ど損なわれないという利点を有する。また、実施の際に接着剤の削りとりを回避するという利点も有し、したがって、自動車産業における従来の接着構造の使用および接着実施方法に比して有利である。

各上記突起部の上記接合端部は、上記接合端部の周囲に沿って、変化する幅を有利に有する。この幅は、接着剤に作用する応力を最小値まで減少させるように選ばれる。例えば、応力が高い領域においては、接着剤に加えられる局部的な応力を減少させ、組立体の強度を改良するように、この幅を増加させることが望ましい。またこの幅は、接合される部品の間における力の正確な伝達を可能にするのに充分であるように選ばれる。

特有の実施の形態においては、各上記突起部の上記接合端部は、管状壁からなる。

他の１つの実施の形態においては、各上記突起部の上記接合端部は、上記クロスビームの上記端部を受け入れることが可能な溝によって分離された、内側管状壁と外側管状壁とからなる。接合端部のこのような形態は、組立体の堅牢性を向上させることを可能にする。

上記接合端部の管状壁または上記接合端部の上記溝の上記内側管状壁は、上記クロスビームの上記端部の内面との間に、自己締め付けを発生させることが可能であることが望ましい。この第２の実施の形態においては、溝の外側管状壁は、接着剤が裂けるリスクを制限することに加えて、接着剤の中の機械的応力が制限されるように、クロスビームの端部が、内側管状壁と接してその位置に留まることを強制する。

また、上記接合端部が、上記内側管状壁と上記外側管状壁との２つの壁からなる場合に、組立体の堅牢性を更に向上させるように、第２接着剤層が、上記クロスビームの上記端部の外面と上記溝の上記外側管状壁との間に塗付されることが望ましい。

組立体の堅牢性を更に向上させるように、内側の寸法が、上記クロスビームまたは上記突起部の外側の寸法に概ね相当するリングが、各上記突起部の上記接合領域において、上記クロスビームの上記端部または上記突起部の周りに有利に嵌められる。

第１の実施の形態においては、上記クロスビームの各上記端部は、地面へ向けられた開口部を有する。このような形態は、アクスルの低い捩り剛性を得ることを可能にする。

他の１つの実施の形態においては、上記クロスビームの上記端部は、先端へ向けて拡がる閉じた断面を有し、上記突起部の上記接合端部は、上記端部の形状に概ね対応する先端へ向けて縮小する断面を有する。この形態は、アクスルの捩り剛性を増加する。

上記クロスビームの中央部は、アクスルの形状を維持するのに適した大きい曲げ強度と、快適性を提供する捩りの柔軟性とをもたらす、開いた断面を有利に有する。 上記クロスビームと上記縦アームは、金属工学上互いに溶接することができない材料からなる。上記クロスビームは高強度スチールからなり、上記縦アームは鋳造されたアルミニウムからなることが望ましい。したがって、特有の機能性に関して高性能な材料が用いられる。スチールは、疲労、捩り、曲げおよび引張の外力を支持しながら、クロスビームに弾性機能をもたらす、最も耐久性のある材料であり、一方、クロスビームを鋳造によって製作するアルミニウムは、車輪支持機能と、サスペンションのバネ支持機能と、ピボット機能と、縦アームの取り付け機能との、全ての機能を組み入れる、極めて精巧な形状を作ることを可能にする。このようにして、高性能で軽量のアクスルが得られる。

本発明は、このような自動車のアクスルの組み立て方法にも関する。

特に、上記クロスビームの中央部が開口部を有し、各上記突起部の上記接合端部が管状壁からなる場合に、上記組み立て方法は、以下の工程：
ａ．上記クロスビームの上記端部に上記接着剤層を塗付し、
ｂ．次いで、上記端部の開いた端を僅かに広げ、
ｃ．上記端部を上記接合端部の周囲に取り付け、
ｄ．次いで、上記接着剤層を、室温で、または加熱して、養生する、
を含む。

他方、上記クロスビームの上記端部が、先端へ向けて拡がる閉じた断面を有し、各上記突起部の上記接合端部が管状壁からなる場合に、
上記組み立て方法は、以下の工程：
ａ．上記クロスビームの上記端部に上記接着剤層を塗付し、
ｂ．上記端部を上記接合端部の周囲に取り付け、
ｃ．次いで、上記接着剤層を、室温で、または加熱して、養生する、
を含む。

上記クロスビームの上記端部が、先端へ向けて拡がる開いた断面を有し、各上記突起部の上記接合端部が、上記クロスビームの上記端部を受け入れることが可能な溝によって分離された、内側管状壁と外側管状壁とからなる場合に、上記組み立て方法は、以下の工程：
ａ．上記接合端部の上記内側管状壁に（または上記クロスビームの上記端部の内面に）接着剤層を塗付し、
ｂ．上記クロスビームの上記端部の外面に（または上記接合端部の上記外側管状壁に）接着剤層を塗付し、
ｃ．次いで、上記端部の開いた端を僅かに広げ、
ｄ．上記端部を上記溝の中へ嵌め込み、次いで上記端を放し、
ｅ．次いで、上記接着剤層を、室温で、または加熱して、養生する、
を有利に含む。

最後に、上記クロスビームの中央部は開いた断面を有し、各上記突起部の上記接合端部は、上記クロスビームの上記端部を受け入れることが可能な溝によって分離された、内側管状壁と外側管状壁とからなる場合に、上記組み立て方法は、以下の工程：
ａ．上記接合端部の上記内側管状壁に（または上記クロスビームの上記端部の内面に）接着剤層を塗付し、
ｂ．上記クロスビームの上記端部の外面に（または上記接合端部の上記外側管状壁に）接着剤層を塗付し、
ｃ．上記端部を上記接合端部の周りに嵌め込み、
ｄ．次いで、上記接着剤層を、室温で、または加熱して、養生する、
を含む。

さて、非限定的な添付図面を参照して本発明を説明する。これらの図面において：
−図１は、本発明の第１の実施の形態による自動車のアクスルを下から見た斜視図であり；
−図２は、図１のアクスルの縦アームとクロスビームとの接合部の、組立て前の拡大図であり；
−図３〜５は、本発明による他の実施の形態による自動車のアクスルの接合部の、組立て前の拡大図である。

図１は、捩りに対して柔軟なクロスビーム２によって接続された２つの縦アーム１からなる自動車のアクスルを示す。

縦アーム１は、鋳造されたアルミニウム（鋳造された材料）で作られ、それぞれが、車輪支持３、サスペンション支持４、車体への連接（図示しない）のような、さまざまな機能を有する。

クロスビーム自身は、高強度弾性スチール（高強度材料）からなる。クロスビームは、例えば、所望の断面と厚さを有するように、金属板に複数工程のプレス加工を施して作られる。クロスビームは、その全長に亘って開いた断面を有し、開いた断面の形状と寸法は、所望の剛性と柔軟性を付与するように、クロスビームの両端間で変化する。この断面は、大部分の長さに亘って、捩りに対する柔軟性を維持しながら、大きい曲げ剛性を有することが望ましい。図１における線Ｓは、クロスビームの中央の近辺における断面の例を示す。

各縦アーム１は、縦アームをクロスビームの端部２０と接合するための、断面が閉じ、軸が縦アームの軸と概ね直交する、突起部１０を有する。このため、突起部１０の外面は、クロスビームの内面と接触するための、接合端部１１を有する。

図１、２に示す第１の実施の形態においては、突起部１０の接合端部１１は、この例においては円筒状である、閉じた管状の形を有する。クロスビームの各端部２０は、開いた断面を有する。開いた断面の開口部は地面を向き、突起部１０の接合端部１１に張り付けられる。端部の断面は、突起部１０の周囲の約半分、望ましくは約２／３に亘って接合端部を覆うように選ばれる。開いた断面の開放の程度は、突起部１０に対するクロスビームの端部の適当な締め付けを可能にするのに充分であるようにしながら、クロスビームの捩り剛性の仕様に応じて定められる。開いた断面の寸法は、クロスビームの曲げ強度に応じて定められる。

縦アームの突起部１０の接合端部１１及びクロスビームの端部２０の寸法は、接合される部品と接触する面との間、すなわち示された例においては、クロスビームの端部２０の内面と接合端部１１の外面との間に圧縮力が発生する、すなわち、自己締め付け（ｓｅｌｆ−ｂｉｎｄｉｎｇ）が発生するように選ばれる。

突起部１０の接合端部１１に張り付けられる端部２０の端は、その概ね全表面に亘って、接着剤層５で覆われる（接着剤は、接合端部の対応する部分にも塗布することができる。）。クロスビームと縦アームとの接合後には、この接着剤層５は、接合端部の自由端１２の近傍と、クロスビームの長さ方向に平行に伸びる、クロスビームの端部の自由端２１の近傍において、より大きい応力を受けるようになる。これらの応力を分散するために、接合端部の厚さは、突起部の軸方向に、突起部の周囲に沿って、これらの高応力領域に適応化される。この厚さは、例えば減らされる。

この例において、接着剤が受ける最も大きい応力に対応する接合端部１１の接合領域の厚さは、最小値が約１〜９ｍｍ、最大値が約３〜１５ｍｍの範囲で変わる。厚さの形は、応力集中が制限され、応力の分布が、接着の幅の全体に亘って均一になる傾向を有するようにする。

また、接合端部１１の幅も、接合後に接着剤層が受ける応力の分布が改良されるように選ばれる。この幅は、例えば約４０ｍｍである。

アクスルの組み立ては、以下のように実行される。クロスビームの端部２０の内面を、接着剤層５で覆う。次いで、端部２０の開口部分が増加するように、端部２０の端を僅かに開いて、端部２０を接合端部の周りに配置する。端部２０を接合端部の周りに配置したら、クロスビームの端部２０を放す。放されると、端部２０は接合端部１１を締め付け、接着の固着を助長する嵌め込みを可能にする。次いで、接着剤層５は、その性質に応じて、室温で、または加熱して、養生される。接着剤としては、例えばエポキシアクリルまたはポリウレタン接着剤を使用することができる。

図３は、先の実施の形態の１変形を示す。この実施の形態においては、クロスビームの端部２０は、先端へ向けて拡がる閉じた断面を有する。この例においては、この断面は、部分円錐の形状をなす。したがって、接合端部１１も、接触する両面間に自己締め付けが発生するように、これに概ね対応する部分円錐の形状をなす。接着剤層５は、接合端部１１に塗布される。接合端部１１と端部２０が嵌合するまで、接合端部１１の上にクロスビームの端部２０が嵌め込まれる。

このような、クロスビームの端部２０の先端へ向けて拡がる形状は、縦アームの突起部の理想的な形状を受け入れることを可能にする。接続部の曲率半径は、縦アームとクロスビームとの接合部と、突起部１０を車輪支持３と車体への連結部へ接続する突起部の周りの縦アームの湾曲した部分との間における応力の形成を制限するように選ぶことが望ましい。

上記の２つの実施の形態において、縦アームの突起部の接合端部は、接合されたときに、クロスビームの外面が縦アームのその他の外面とほとんど同じ高さでその上に僅かに露出するように、縦アームのその他の面よりも僅かに引っ込んでいる。しかしながら、以下に説明する他の実施の形態においては、この形状は採用されない。

図４は、突起部の接合端部１１の更に他の実施の形態を示す。この図における接合端部１１は、内側管状壁１１ａと外側管状壁１１ｂとの２つの管状壁からなる。内側管状壁１１ａと外側管状壁１１ｂは互いに対向し、クロスビームの端部２０を受け入れるように設計された溝によって分離されている。図に示す例において、間に溝を挟む内側管状壁１１ａと外側管状壁１１ｂは円筒状をなし、クロスビームの端部２０は、図１に示した実施の形態と類似の、開いた断面を有する。溝の内側管状壁１１ａは、クロスビームの端部の内面との間に自己締め付けが発生するように設計される。

この例においては、第１接着剤層５ａは、接合端部１１の内側管状壁１１ａ（または、クロスビームの端部の内面）に塗布され、第２接着剤層５ｂは、クロスビームの端部の外面（または、内側管状壁１１ａと対向する、接合端部１１の外側管状壁１１ｂ）に塗布される。クロスビームの端部２０を、その端を僅かに開いて、溝の中へ挿入し、次いで放す。端部２０は、接合端部１１の内側管状壁１１ａを締め付けるようになる。

変形として、外側管状壁１１ｂを、クロスビームの端部２０との間に自己締め付けが発生するように設計してもよい。この場合、端部２０は、その自由端を開くことに代えて、僅かに閉じて溝の中へ挿入する。

図５は、この実施の形態の変形を示す。この場合、クロスビームの端部２０は、先が開いた閉じた断面を有する。この例においては、端部２０と、内側管状壁１１ａと、外側管状壁１１ｂは、部分円錐の形状をなす。組み立ては、クロスビームの外側と内側との２つの接着剤層を用いて、図３に相当する例と同様に実行される。オーバラップの幅は、約４０〜６０ｍｍにすることができる。

これらの例において、突起部の接合端部とクロスビームの端部は、円形断面を有する。断面をその他の形状に作ることも勿論可能であり、図を参照して説明したさまざまな変形を組み合わせることも可能である。また、クロスビームの端部を縦アームの突起部の内側へ嵌め込むことも可能である。この場合、端部の外面と突起部の内面との間に自己締め付けが発生する。

アクスル組立体の堅牢性を補強するために、突起部または接合端部の近傍におけるクロスビームに、リングを嵌めることができる。このようなリングは、リングが囲む部分の表面との間に自己締め付けを発生するためにも配置される。

Claims (17)

1. 鋳造された材料からなる２つの縦アーム（１）と、上記縦アームの材料とは異なる高強度材料からなる捩りに柔軟なクロスビーム（２）とを含み、各上記縦アームは、上記クロスビームを上記縦アームへ接着構造によって接合するための、概ね管状の形状をなし、上記縦アームの軸に概ね直交する軸を有する突起部（１０）を有する、自動車のアクスルにおいて、各上記突起部（１０）は、上記クロスビームの表面との間に自己締め付けを発生させることによって上記クロスビームの１つの端部（２０）と接合されるように適合化された接合端部であって、上記縦アームの軸に概ね直交する軸を有した概ね管状の形状をなした接合端部（１１）と、上記接合端部（１１）と上記クロスビームの面との間に塗布された接着剤層（５、５ａ）とを有し、各上記突起部（１０）の上記接合端部（１１）は、上記接合端部の周方向及び軸方向に沿って変化する厚さを有し、該厚さは、接合領域における上記接着剤層が受ける応力を最小化するように選ばれることを特徴とする、自動車のアクスル。
2. 各上記突起部（１０）の上記接合端部（１１）は、上記接合端部（１１）の周囲に沿って変化する軸方向の長さを有することを特徴とする、請求項１に記載の自動車のアクスル。
3. 各上記突起部の上記接合端部は、管状壁（１１）からなることを特徴とする、請求項１または２に記載の自動車のアクスル。
4. 各上記突起部（１０）の上記接合端部（１１）は、上記クロスビームの上記端部（２０）を受け入れることが可能な溝によって分離された、内側管状壁（１１ａ）と外側管状壁（１１ｂ）とからなることを特徴とする、請求項１または２に記載の自動車のアクスル。
5. 上記接合端部の管状壁（１１）は、上記クロスビームの上記端部（２０）の内面との間に、自己締め付けを発生させることが可能であることを特徴とする、請求項３に記載の自動車のアクスル。
6. 上記接合端部の上記溝の上記内側管状壁（１１ａ）は、上記クロスビームの上記端部（２０）の内面との間に、自己締め付けを発生させることが可能であることを特徴とする、請求項４に記載の自動車のアクスル。
7. 第２接着剤層（５ｂ）が、上記クロスビームの上記端部（２０）の外面と上記溝の上記外側管状壁（１１ｂ）の間に塗付されることを特徴とする、請求項４または６に記載の自動車のアクスル。
8. 内側の寸法が、上記クロスビームまたは上記突起部の外側の寸法に概ね相当するリングが、各上記突起部の上記接合領域において、上記クロスビームの上記端部または上記突起部の周りに嵌められることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１つに記載の自動車のアクスル。
9. 上記クロスビームの各上記端部は、地面へ向けられた開口部を有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１つに記載の自動車のアクスル。
10. 上記クロスビームの上記端部は、先端へ向けて拡がる閉じた断面を有し、上記突起部の上記接合端部は、上記端部の形状に概ね対応する先端へ向けて縮小する断面を有することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１つに記載の自動車のアクスル。
11. 上記クロスビームの中央部は、開いた断面を有することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１つに記載の自動車のアクスル。
12. 上記クロスビームと上記縦アームは、金属工学上互いに溶接することができない材料からなることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１つに記載の自動車のアクスル。
13. 上記クロスビームは高強度スチールからなり、上記縦アームは鋳造されたアルミニウムからなることを特徴とする、請求項１２に記載の自動車のアクスル。
14. 請求項１〜１３のいずれか１つに記載の自動車のアクスルの組み立て方法において、上記クロスビームの中央部が開口部を有し、各上記突起部（１０）の上記接合端部が管状壁（１１）からなる場合に、上記組み立て方法は、以下の工程：
    ａ．上記クロスビームの上記端部（２０）に上記接着剤層（５）を塗付し、
    ｂ．次いで、上記端部（２０）の開いた端を僅かに広げ、
    ｃ．上記端部（２０）を上記接合端部の周囲に取り付け、
    ｄ．次いで、上記接着剤層（５）を、室温で、または加熱して、養生する、
    を含むことを特徴とする、自動車のアクスルの組み立て方法。
15. 請求項１〜１３のいずれか１つに記載の自動車のアクスルの組み立て方法において、上記クロスビームの上記端部（２０）が、先端へ向けて拡がる閉じた断面を有し、各上記突起部の上記接合端部が管状壁（１１）からなる場合に、
    上記組み立て方法は、以下の工程：
    ａ．上記クロスビームの上記端部（２０）に上記接着剤層（５）を塗付し、
    ｂ．上記端部（２０）を上記接合端部（１１）の周囲に取り付け、
    ｃ．次いで、上記接着剤層（５）を、室温で、または加熱して、養生する、
    を含むことを特徴とする、自動車のアクスルの組み立て方法。
16. 請求項１〜１３のいずれか１つに記載の自動車のアクスルの組み立て方法において、上記クロスビームの上記端部（２０）が、先端へ向けて拡がる開いた断面を有し、各上記突起部の上記接合端部（１１）が上記クロスビームの上記端部（２０）を受け入れることが可能な溝によって分離された、内側管状壁（１１ａ）と外側管状壁（１１ｂ）とからなる場合に、上記組み立て方法は、以下の工程：
    ａ．上記接合端部（１１）の上記内側管状壁（１１ａ）の外面、または上記クロスビームの上記端部（２０）の内面に接着剤層（５ａ）を塗付し、
    ｂ．上記クロスビームの上記端部（２０）の外面、または上記接合端部（１１）の上記外側管状壁（１１ｂ）の内面に接着剤層（５ｂ）を塗付し、
    ｃ．次いで、上記端部（２０）の開いた端を僅かに広げ、
    ｄ．上記端部を上記溝の中へ嵌め込み、次いで上記端を放し、
    ｅ．次いで、上記接着剤層（５）を、室温で、または加熱して、養生する、
    を含むことを特徴とする、自動車のアクスルの組み立て方法。
17. 請求項１〜１３のいずれか１つに記載の自動車のアクスルの組み立て方法において、上記クロスビームの中央部が開いた断面を有し、各上記突起部の上記接合端部（１１）が、上記クロスビームの上記端部（２０）を受け入れることが可能な溝によって分離された、内側管状壁（１１ａ）と外側管状壁（１１ｂ）とからなる場合に、上記組み立て方法は、以下の工程：
    ａ．上記接合端部（１１）の上記内側管状壁（１１ａ）の外面、または上記クロスビームの上記端部（２０）の内面に接着剤層（５ａ）を塗付し、
    ｂ．上記クロスビームの上記端部（２０）の外面、または上記接合端部（１１）の上記外側管状壁（１１ｂ）の内面に接着剤層（５ｂ）を塗付し、
    ｃ．上記端部（２０）を上記接合端部（１１）の周りに嵌め込み、
    ｄ．次いで、上記接着剤層を、室温で、または加熱して、養生する、
    を含むことを特徴とする、自動車のアクスルの組み立て方法。

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