JP5383382B2 - トーションビーム式サスペンション装置 - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、トーションビームを備えたトーションビーム式サスペンション装置に関する。

近年、地球温暖化を抑制する観点から、自動車においては燃費向上によるＣＯ_２の排出量削減が求められている。そのための方策の例として、自動車の軽量化やハイブリッド化が挙げられる。自動車の軽量化を実現する観点からのサスペンション形式の選択としては、例えばトーションビームアクスルを選択することが考えられる。トーションビームアクスルは、例えばマルチリンク等の他の形式のサスペンションと比較して、車重に対するサスペンション重量を、より軽量化し得る。また、ハイブリッド車両においては、バッテリ等の配置のために床下スペースを確保する観点から、リヤサスペンションとして、トーションビームアクスルが採用される傾向にある。このような理由から、トーションビームアクスルは、今後ますます採用が増えると予想される。

トーションビームアクスルは、車輪を支持するトレーリングアームと、車幅方向両側のトレーリングアームを互いに連結するように、車幅方向に延びるトーションビームとを含んで構成される。トーションビームには、ねじり剛性及び曲げ剛性が要求され、例えば特許文献１，２には、筒状体の長手方向中央部を径方向に押し潰すようにプレス成形することによって、その中央部に、横断面がＵ字乃至Ｖ字状となるように凹みを形成したトーションビームが開示されている。ここで、仮に、前記凹みをトーションビームの長手方向の全域に亘って形成することにより、トーションビームの端面、つまり、前記トレーリングアームとの接合端面をＵ字乃至Ｖ字状にした場合には、その周長が短くなって十分な接合強度を確保することができないことから、トーションビームに形成される凹みは、その長手方向の中央部にのみ形成され、両端部には形成されない。このことにより、トーションビームにおける凹みが形成された中央部と、凹みが形成されない各端部との間には、その横断面が中央側から端に向かうに従って連続的に変化する移行部が設けられることになる。

特開２００１−１２３２２７号公報 特開２００１−１４６１１０号公報

ところで、前記凹みを有するトーションビームは、断面円形状を有する筒状の素管における長手方向の中央部をプレス成形機によって径方向に押し潰して凹みを形成することになるが、本願発明者らが検討したところ、プレス成形によって凹みを形成することに伴い、トーションビームの両端部に、応力集中が起こり得ることが判明した。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、凹陥部を有するトーションビームにおいて、その端部における応力集中を緩和乃至回避することにある。

ここに開示するサスペンション装置は、車幅方向の両側それぞれに配置されかつ、それぞれ車輪を支持する一対のトレーリングアーム、及び、前記一対のトレーリングアーム同士を連結するように前記車幅方向に延びて配設されると共に、前記各トレーリングアームに接合される接合端部と、前記車幅方向の中央に位置する中央部と、前記各接合端部と中央部との間に介在する断面徐変部と、を含んで構成された筒状のトーションビーム、を備え、前記トーションビームの前記中央部には、プレス成形によって筒状のトーションビームを、その横断面がＵ字状乃至Ｖ字状となるように径方向に押し潰すことにより、前記車幅方向に延びる凹陥部が所定の向きに開口して形成されており、前記各断面徐変部は、Ｕ字状乃至Ｖ字状横断面の前記中央部と、環状横断面の前記各接合端部との間で、その横断面形状が連続的に変化しており、前記接合端部には、前記プレス成形に伴う応力集中を緩和乃至回避するビードが形成されている。

この構成によると、トーションビームは、接合端部と、中央部と、断面徐変部と、を含んで構成され、中央部には凹陥部が形成されることによりＵ字状乃至Ｖ字状の横断面となる一方、各接合端部には凹陥部が形成されないことにより環状の横断面となる。これによって、中央部と各接合端部との間に介在する断面徐変部は、凹陥部の深さが変化することで、その横断面形状が徐々に変化することになる。

こうしたトーションビームにおいては、プレス成形により筒状のトーションビームが変形するに伴い、各接合端部に応力集中が生じ得るものの、前記のトーションビームには、各接合端部にビードを形成することによって、その応力集中が緩和乃至回避される。

前記ビードは、前記各接合端部における周方向に互いに離れた２箇所に形成されており、前記各ビードの形成位置は、前記凹陥部の開口を前記車幅方向に直交する方向に挟んだ一対の開口縁部それぞれを、前記車幅方向に延長した各延長線上に設定されている。

つまり、プレス成形により凹陥部を形成した際には、その凹陥部の開口を車幅方向に直交する方向に挟んだ一対の開口縁部それぞれを、接合端部まで延長した各延長線上に応力集中が発生し易いが、この延長線上にビードを形成することによって、応力集中が効果的に緩和乃至回避し得る。

前記ビードは、前記各接合端部を、径方向の内方に凹ませることによって形成されている、としてもよい。こうすることで、応力集中が効果的に緩和乃至回避し得る。

前記トーションビームは、前記凹陥部が開口する方向と前記車幅方向との双方に直交する方向から前記トーションビームを見たときに、前記凹陥部の開口側の縁が、前記中央部、断面徐変部及び接合端部に亘って概略真っ直ぐに形成されている、としてもよい。

このことにより、トーションビームにおける応力集中が緩和乃至回避し得る。つまり、前述したように、凹みを有するトーションビームは、断面円形状を有する筒状の素管をプレス成形機によって径方向に押し潰して凹みを形成することになるが、前述したように、凹みの深さが変化する移行部が設けられることから、凹みが開口する方向に直交すると共に、トーションビームの長手方向に直交する方向からトーションビームを見たときの、凹みの開口側の縁は、トーションビームの中央部に対応する箇所が、端部に対応する箇所に比べて径方向内方に窪むようになって、前記移行部に対応する箇所おいては、前記縁が傾斜するようになる。このことは、特許文献１，２にも図示されている。例えば特許文献２のトーションビームは、凹みが車両前方に向かって開口しているから、特許文献２の図４に示されているように、その車両前方及び車幅方向の双方に直交する上方向（又は下方向）からトーションビームを見たときに、図４におけるトーションビームの上縁が、移行部において傾斜している。

しかしながらこのような縁の傾斜は、応力集中を発生させることに、本願発明者は気づいた。つまり、凹みの形成に伴いトーションビームの縁が、中央部と移行部との境界付近において概略水平の状態から傾斜が開始するように曲がると共に、移行部と端部との境界付近において傾斜の状態から概略水平に戻るように曲がることになり、この２箇所の曲がりに応力が集中してしまうのである。

これに対し前記の構成では、凹陥部が開口する方向と車幅方向との双方に直交する方向からトーションビームを見たときに、凹陥部の開口側の縁が、中央部、断面徐変部及び接合端部に亘って概略真っ直ぐに形成されている。つまり、特許文献１，２に図示されているような中央部に対応する箇所が端部に対応する箇所に比べて径方向内方に窪むようになって、それらの間の断面徐変部に対応する箇所おいて縁が傾斜することがない。このことは、プレス成形時に縁が曲がらないことを意味するから、トーションビームにおける応力集中は緩和乃至回避される。

前記凹陥部の長手方向端部における開口縁は、丸みを帯びている、としてもよい。

仮に凹陥部の長手方向端部における開口縁を、トーションビームの端部に向かって尖ったような形状にした場合、その開口縁の尖鋭部分において応力集中が生じてしまう。

これに対し、凹陥部の長手方向端部における開口縁を丸みを帯びて形成することにより、応力集中が緩和乃至回避し得る。

以上説明したように、前記のトーションビーム式サスペンション装置は、各接合端部にビードを形成することによって、プレス成形によって凹陥部を形成することに伴い発生する端部の応力集中を緩和乃至回避し得る。このことは、トーションビームの構成材料として、より高強度の材料の採用を可能にし、材料効率の向上及びサスペンション重量の軽量化の点で有利になる。

トーションビームアクスルの斜視図である。 トーションビームの斜視図である。 トーションビームの底面図である。 トーションビームの片側断面図である。 トーションビームの右側面図である。 図４のVI−VI端面図である。 図４のVII−VII端面図である。 図４のVIII−VIII端面図である。 図４のIX−IX端面図である。 トーションビームの成形手順を示す説明図である。 トーションビームの成形手順を示す説明図（図１０の断面XI−XI）である。 図１０のXII−XII断面図である。 図１０とは異なるトーションビームの成形手法を示す説明図である。

以下、トーションビーム式サスペンション装置の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。

図１は、トーションビーム式のサスペンション（トーションビームアクスル１）を示しており、このトーションビームアクスル１は、図示省略の車輪を支持する２つのトレーリングアーム１１，１１と、車幅方向に延びて、この２つのトレーリングアーム１１，１１を互いに連結するトーションビーム２と、を含んで構成されている。トレーリングアーム１１は、図示は省略するが、閉断面形状を有するパイプ状の部材からなり、前後方向に延びる車体中心線に対して左右対称となるように、形成及び配置されている。

トーションビーム２は、図２等に示すように、閉断面形状を有する超高張力鋼（例えば９８０ＭＰａ鋼）の筒状体からなり、トーションビーム２は、長手方向に互いに連続する、中央部２１、断面徐変部２３及び接合端部２２からなる。この内、中央部２１は、トーションビーム２における長手方向の中央に位置する部分であり、後述するようにこの中央部２１には、凹陥部２４が形成されている。接合端部２２は、トーションビーム２における長手方向の両端に位置する部分であり、この接合端部２２は、トレーリングアーム１１に接合される。断面徐変部２３は、中央部２１と接合端部２２との間に介在する部分であり、この断面徐変部２３は、詳しくは後述するが、その横断面形状が長手方向に連続的に変化する。

凹陥部２４は、前述した筒状体からなるトーションビーム２に対して、その筒状体を径方向に押し潰すようにプレス成形を行うことによって形成され、これにより凹陥部２４は、長手方向に延びると共に、このトーションビーム２においては下向きに開口している。尚、凹陥部２４の開口の向きは特に限定されるものではない。例えば車体前方に向かって開口していてもよい。また、図３に示すように、この凹陥部２４のその両端の開口形状はそれぞれ、丸みを帯びた形状、より具体的には円弧形状を有している。

トーションビーム２に凹陥部２４が形成されることに伴い、中央部２１の横断面は、図６に示すように、上下を逆転させたＵ字状乃至Ｖ字状をなしている。一方、トーションビーム２の接合端部２２には、凹陥部２４が形成されていないため、その端面及び横断面は、例えば図５及び図９に示すように、鉛直方向に比べて車体前後方向（図９における左右方向）に扁平な、角丸長方形状を有している。このように、少なくともトーションビーム２の両側端面に凹陥部２４を形成しないことは、トーションビーム２とトレーリングアーム１１との接合に際しその接合周長を長くして、十分な接合強度を確保する上で有利な構成である。またここに開示するように、トーションビーム２の接合端面の形状を扁平形状に設定することは、トレーリングアーム１１の径が比較的小さいときに特に有効である。つまり、比較的小径のトレーリングアーム１１に対し、例えば真円形状の接合端面を有するトーションビーム２を接合しようとしても、その接合端面の一部がトレーリングアーム１１からはみ出てしまうところ、トーションビーム２の接合端面の形状を扁平形状に設定することにより、そうしたはみ出しを回避しつつ、接合周長を長く確保することが実現し得る。

トーションビーム２は、前述の通り、中央部２１には凹陥部２４が形成される一方で、接合端部２２には凹陥部２４が形成されないことから、それらの間の断面徐変部２３においては、図４に明示されるように、凹陥部２４の深さが接合端部２２に向かうに従って浅くなるように形成される。その結果、この断面徐変部２３は、図７，８に示すように、その横断面が、中央部２１側においてはＵ字状乃至Ｖ字状に近い形状（図７参照）になり、接合端部２２側においては角丸長方形状に近い形状（図８参照）になって、その長手方向に連続的に変化するようになる。

そうしてこのトーションビーム２においては、図４に端的に示されるように、凹陥部２４が開口する方向（図４における下方）と車幅方向（図４における左右方向）との双方に直交する方向（車両前方）から前記トーションビーム２を見たときに、つまり、図４に示す状態でトーションビーム２を見たときに、凹陥部２４の開口側の縁、つまり下縁が、中央部２１、断面徐変部２３及び接合端部２２に亘って概略真っ直ぐに形成されている。一方で、凹陥部２４の開口側とは逆側の縁、つまり上縁は、その中央部２１に対応する箇所が、接合端部２２に対応する箇所と比較して径方向の内方、換言すれば下方に凹んでおり、これによって断面徐変部２３に対応する上縁は、各接合端部２２から中央部２１に向かって斜め下方に傾斜している（同図の一点鎖線の補助線を参照）。

このように、トーションビーム２の凹陥部２４の開口側の縁が、中央部２１、断面徐変部２３及び接合端部２２に亘って概略真っ直ぐに形成されていることは、トーションビーム２の応力集中を緩和乃至回避する上で有効である。つまり、後述するようにトーションビーム２の凹陥部２４は筒状体を径方向に押し潰すように（図４に示す状態においては、筒状体の下部を上向きに押し潰すように）プレス成形を行うことによって形成されると共に、この凹陥部２４は、前述したように、断面徐変部２３においてはその深さが徐々に変化するように形成されているため、通常であれば、プレス成形に伴い、断面徐変部２３においては凹陥部２４の深さ変化に対応するように、下縁が傾斜するようになる。このような傾斜は、トーションビーム２の下縁に、２箇所の曲がりを生じさせることになり、この曲がり部分に応力が集中する。

これに対し、ここに示すトーションビーム２は、図４に示すように、トーションビーム２の下縁が傾斜せず、概ね真っ直ぐになっている。このことは、応力が集中し得る曲がり部分が存在しないことを意味するから、トーションビーム２の応力集中を緩和乃至回避し得る。ここで、トーションビーム２の下縁は、完全に直線となっている必要はなく、応力集中を緩和乃至回避し得る程度に曲がりが無ければよい。

また、凹陥部２４の車幅方向両端の開口形状は、図３に示すように円弧形状に設定されており、このことによっても、この両端開口近傍における応力集中を緩和乃至回避することが可能である。つまり、プレス成形によって、凹陥部２４の両端開口の形状が、トーションビーム２の端に向かって尖るような尖鋭な形状となった場合には、この部分において応力集中が生じ得るのに対し、ここに示すトーションビーム２のように、凹陥部２４の両端開口の形状が丸みを帯びていることにより、この部分における応力集中を緩和乃至回避し得る。

さらに、このトーションビーム２では、各断面徐変部２３の車幅方向の長さが比較的長く設定されている。これによって、このトーションビーム２では、各断面徐変部２３の車幅方向の長さが、中央部２１の車幅方向の長さと概略同じである。各断面徐変部２３の車幅方向の長さは、具体的に、ここでは３００ｍｍ程度に設定されている。このように断面徐変部２３の長さが比較的長いことは、この断面徐変部２３における凹陥部２４の開口縁部の応力を車幅方向に分散して、応力集中を緩和乃至回避する上で有利になる。

このトーションビーム２にはまた、その接合端部２２に、図３，５に端的に示されるように、ビード２５，２５が形成されている。このビード２５は、トーションビーム２におけるトレーリングアーム１１との接合端面を含む、トーションビーム２の端部に形成されており、角丸長方形状の接合端面における、下側の２つの角部付近において、径方向の内方に凹むように形成されている。このビード２５の形成位置は、言い換えると、図３に示すように、凹陥部２４の開口を車体前後（図３における上下）に挟む開口縁部２６を、トーションビーム２の接合端面にまで延長した延長線２７上の位置に相当する。つまりこのビード２５の形成箇所は、前述したようにプレス成形によって筒状体を押し潰して凹陥部２４を形成した際に、接合端部２２において応力が集中しやすい箇所に相当するが、この箇所にビード２５を形成することにより、その応力の集中を緩和乃至回避し得ることになる。尚、ビード２５の形状は図示の形状に限定されるものではなく、適宜の形状を採用し得る。

次に、図１０〜１２を参照しながら、このトーションビーム２の成形手順について、簡単に説明する。このトーションビーム２の成形に用いる成形装置３は、上下方向に相対して配置されたパンチ３１及びダイス３２を有するプレス成形機である。この成形装置３は、両端開口でかつ、横断面形状が略円形状の筒状体４の筒軸方向中央部分を径方向に押し潰すように冷間プレス成形を行うことで、前記凹陥部２４を有するトーションビーム２を成形する。この成形装置３は、図４に示すトーションビーム２の上下を逆転させた状態で、トーションビーム２の成形を行うように構成されている。筒軸が水平方向となるように支持された筒状体４に対し上方に配置されたパンチ３１は、図１０に示すように、その下端面が、筒軸方向に対する中央部分は略水平である一方で、そこから各端部に向かうに連れて上向きに傾斜しており、全体として下向きに凸となるように湾曲している。また、パンチ３１は、図１１に示すように、前記凹陥部２４の横断面形状に対応するように下向きに先細となった、山形の横断面形状を有している。パンチ３１の形状は、トーションビーム２の凹陥部２４の形状に対応し、凹陥部２４の形状、特に断面徐変部２３の長さや、その断面徐変部２３における凹陥部２４の傾斜角度等は、トーションビーム２の成形性や、トーションビーム２に要求される特性等に応じて変更されることから、パンチ３１の形状は、図示する形状に限らず適宜変更すればよい。

成形装置３のダイス３２には、前記筒軸方向に延びる凹溝３２１が形成されており、この凹溝３２１は、図１１に示すようにその筒軸方向の中央部２１では概略逆三角形状の横断面形状をなす一方、図１２に示すようにその筒軸方向の端部では角丸長方形状の下半分の横断面形状をなすように形成されている。ここで、ダイス３２は筒状体４の筒軸方向の全域に亘って延びているのに対し、パンチ３１は、筒状体４の両端部を除く範囲において、換言すれば凹陥部２４が形成される範囲に亘って、筒軸方向に延びている。

成形装置３はまた、筒状体４の両端開口それぞれから筒軸方向に内挿される軸押し中子３３を備えていると共に、前記パンチ３１の両側方位置に、前記筒状体４の各端部（接合端部２２）を成形するための成形型３４を備えている。これら軸押し中子３３及び成形型３４は、図１２に示すように、接合端部２２の横断面形状を、前述した角丸長方形状に成形すると共に、その接合端部２２に２つのビード２５を成形する。

この成形装置３では、図１０，１１に示すように、筒軸が水平方向となるように筒状体４を配置し、その両端開口に軸押し中子３３を内挿すると共に、パンチ３１及び成形型３４をそれぞれ、油圧により下降させることによって、筒状体４をダイス３２に押し付ける（Ｐ１，Ｐ２及びＰ３参照）。このことにより、筒状体４の中央部は、図１１に示すように、パンチ３１及びダイス３２によって径方向に押し潰されて、横断面がＵ字状乃至Ｖ字状になることで、凹陥部２４が形成される一方、筒状体４の両端部は、図１２に示すように、成形型３４、ダイス３２及び軸押し中子３３によって横断面が角丸長方形状になると共に、径方向の内方に凹んだビード２５が形成される。尚、このプレス成形時に筒状体４の内圧を高めて、トーションビーム２の形状安定性を高めるようにしてもよい。

こうしてプレス成形が完了すれば、その両端部を例えばレーザやプラズマにより所定の形状、つまりトレーリングアーム１１の接合箇所に対応する形状に溶断することによって、トーションビーム２が完成することになる。尚、レーザやプラズマにより溶断するのではなく、油圧プレスによってトーションビーム２の両端部を所定形状に切断するようにしてもよい。

尚、軸押し中子３３を筒状体４の両端部に内挿する代わりに、筒状体４内の内圧を高めることによって、ビード２５の形成を含む、トーションビーム２の両端部の成形を行うようにしてもよい。

また、図１３に示すように、パンチ３１を筒軸方向に延長して、筒状体４の両端部を含む全面当たりに構成してもよい。

以上説明したように、ここに開示したトーションビーム式サスペンション装置は、凹陥部を有するトーションビームの応力集中を緩和乃至回避し得る点で有用である。

１ トーションビームアクスル（トーションビーム式サスペンション装置）
１１ トレーリングアーム
２ トーションビーム
２１ 中央部
２２ 接合端部
２３ 断面徐変部
２４ 凹陥部
２５ ビード
２６ 開口縁部
２７ 延長線

Claims (4)

1. 車幅方向の両側それぞれに配置されかつ、それぞれ車輪を支持する一対のトレーリングアーム、及び、
   前記一対のトレーリングアーム同士を連結するように前記車幅方向に延びて配設されると共に、前記各トレーリングアームに接合される接合端部と、前記車幅方向の中央に位置する中央部と、前記各接合端部と中央部との間に介在する断面徐変部と、を含んで構成された筒状のトーションビーム、を備え、
   前記トーションビームの前記中央部には、プレス成形によって筒状のトーションビームを、その横断面がＵ字状乃至Ｖ字状となるように径方向に押し潰すことにより、前記車幅方向に延びる凹陥部が所定の向きに開口して形成されており、
   前記各断面徐変部は、Ｕ字状乃至Ｖ字状横断面の前記中央部と、環状横断面の前記各接合端部との間で、その横断面形状が連続的に変化しており、
   前記接合端部には、前記プレス成形に伴う応力集中を緩和乃至回避するビードが形成されており、
   前記ビードは、前記各接合端部における周方向に互いに離れた２箇所に形成されており、
   前記各ビードの形成位置は、前記凹陥部の開口を前記車幅方向に直交する方向に挟んだ一対の開口縁部それぞれを、前記車幅方向に延長した各延長線上に設定されているトーションビーム式サスペンション装置。
2. 請求項１に記載のトーションビーム式サスペンション装置において、
   前記ビードは、前記各接合端部を、径方向の内方に凹ませることによって形成されているトーションビーム式サスペンション装置。
3. 請求項１又は２に記載のトーションビーム式サスペンション装置において、
   前記トーションビームは、前記凹陥部が開口する方向と前記車幅方向との双方に直交する方向から前記トーションビームを見たときに、前記凹陥部の開口側の縁が、前記中央部、断面徐変部及び接合端部に亘って概略真っ直ぐに形成されているトーションビーム式サスペンション装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のトーションビーム式サスペンション装置において、
   前記凹陥部の長手方向端部における開口縁は、丸みを帯びているトーションビーム式サスペンション装置。
   

Images