JP6131787B2

JP6131787B2 - 車両用サスペンションアーム

Info

Publication number: JP6131787B2
Application number: JP2013181811A
Authority: JP
Inventors: 和彦松尾; 一志川井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-09-03
Filing date: 2013-09-03
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2033-09-03
Also published as: JP2015047996A

Description

本発明は、鋼板によって筒状に形成されたアーム本体部と、アーム本体部の端部に溶接によって接合される連結部とを備えた車両用サスペンションアームに関する。

例えば、特許文献１には、この種の車両用サスペンションアームが開示されている。この特許文献１に開示された車両用サスペンションアームは、鋼板によって円筒状に形成されたアーム本体部と、アーム本体部の両端に溶接により接合される連結部とを備えている。アーム本体部は、長手方向の中央に形成される大径部と、両端に形成される小径部と、大径部と小径部との間に形成され小径部から大径部に近づくにつれて直径が増加する徐変部とから構成されている。大径部と徐変部とには長手方向に延びる開口（スリット）が形成されている。一方、小径部は、開口が形成されていなく、端部の全周にて連結部分と溶接接合される。

特開２０１０−７６４７３号公報

サスペンションアームには、捩り等の様々な応力が働く。このため、アーム本体部と連結部との接合部（溶接部）に応力が集中しやすい。従って、接合部の接合強度を高める必要が生じる等の対策が必要となる。

本発明の目的は、上記問題に対処するためになされたもので、アーム本体部と連結部との接合部に働く応力を低減して接合部の寿命を向上させることにある。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、鋼板によって筒状に形成されたアーム本体部（２０）と、アーム本体部の両端部にそれぞれ溶接によって接合される連結部（３１，３２）とを備え、前記アーム本体部の一方端に接合される前記連結部が車輪を支持するキャリアに連結され、前記アーム本体部の他方端に接合される前記連結部が車体に連結される車両用サスペンションアームにおいて、
前記アーム本体部には、筒状に形成された面に、前記アーム本体部の両端間全域にわたって長手方向に沿って延びた開口部（２５）が形成されており、
前記開口部には、前記アーム本体部の長手方向の中央よりも前記連結部と接合される側であって、前記アーム本体部と前記連結部との各接合位置を避けて、前記各接合位置の近傍に、前記アーム本体部の長手方向の中央の開口部よりも開口幅の広い拡幅部（２６１，２６２）が形成されていることにある。

本発明によれば、アーム本体部に長手方向（アーム軸線方向）に沿って延びた開口部が形成されており、この開口部によってアーム本体部の捩り剛性を調整することができる。さらに、開口部には、アーム本体部の長手方向の中央の開口部よりも開口幅の広い拡幅部が、アーム本体部の長手方向の中央よりも連結部と接合される側に形成されている。このため、拡幅部によって、アーム本体部における連結部と接合される側の捩り剛性を低下させることができる。従って、拡幅部によって捩り剛性を低下させた部分で、入力に対する変形量を増やすことができる。この結果、アーム本体部と連結部とが溶接によって接合される接合部に働く応力を良好に低減することができ、接合部の寿命を向上させることができる。

また、本発明によれば、開口部がアーム本体部の両端間全域にわたって形成されている。このため、アーム本体部の全体の捩り剛性を低減することができる。また、拡幅部は、アーム本体部と連結部との各接合位置を避けて、各接合位置の近傍に形成されている。このため、十分な溶接接合長を確保しつつ、接合部に働く応力を良好に低減することができる。この結果、接合部の寿命をさらに向上させることができる。

本発明の他の特徴は、前記アーム本体部は、四角筒状に形成され、その下面（２２）に前記開口部が形成されるとともに、前記下面とは異なる面（２３，２４）の前記連結部との接合位置の近傍に、捩り剛性の低減を補助するための補助貫通孔（２７）が形成されていることにある。

本発明によれば、開口部が形成される下面とは異なる面に補助貫通孔が形成されている。この補助貫通孔は、アーム本体部と連結部との接合位置の近傍に形成され、捩り剛性の低減を補助する。従って、拡幅部と補助貫通孔とによって、捩り剛性を低下させた部分で、入力に対するアーム本体部の変形量を増やすことができる。この結果、アーム本体部と連結部とが溶接によって接合される接合部に働く応力を更に低減することができ、接合部の寿命をさらに向上させることができる。

尚、上記説明においては、発明の理解を助けるために、実施形態に対応する発明の構成に対して、実施形態で用いた符号を括弧書きで添えているが、発明の各構成要件は前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係るサスペンションアームの正面図である。図１の切断ラインＡ−Ａにおける矢印方向に視た断面図である。サスペンションアームの下面を上側にして視た斜視図である。アーム本体部の断面図であり、（ａ）は図２の切断ラインＢ−Ｂにおける断面のみを示した図であり、（ｂ）は図２の切断ラインＣ−Ｃにおける断面のみを示した図である。

以下、本発明の一実施形態に係る車両用サスペンションアームについて図面を用いて説明する。図１は、本実施形態のサスペンションアームの正面図を表し、図２は、図１の切断ラインＡ−Ａにおける断面図を表し、図３は、サスペンションアームの下面を上側にして視た斜視図を表す。

本実施形態のサスペンションアーム１０は、車両のトレーリングウィッシュボーン式サスペンションのアームに適用されるものであるが、他の形式のサスペンションのアーム、例えば、マルチリンク式サスペンションのアーム等、幅広く適用することができる。サスペンションアーム１０は、アーム本体部２０と、アーム本体部２０の一方端に設けられた第１連結部３１と、アーム本体部２０の他方端に設けられた第２連結部３２とを備えている。サスペンションアーム１０は、その長手方向を車幅方向に向けて配置され、第１連結部３１が車輪を支持するキャリア（図示略）に連結され、第２連結部３２が車体（サスペンションメンバ、図示略）に連結される。

アーム本体部２０は、鋼板をプレス加工して筒状に形成される。本実施形態においては、アーム本体部２０は、上面２１、下面２２、前面２３、後面２４からなる略四角筒状体であって、四角筒状体の軸線方向（図１の左右方向：アーム軸線方向と呼ぶ）に長く延びて形成される。アーム本体部２０におけるアーム軸線方向に沿って延びた４つのコーナーは、それぞれ丸みを帯びて湾曲状に形成されている。アーム本体部２０は、幅方向（図２の上下方向）の寸法は一定であるが、高さ方向（図１の上下方向）の寸法についてはアーム軸線方向の両端にいくほど大きくなっている。これにより、アーム本体部２０は、両端ほど剛性が高くなっている。

アーム本体部２０の下面２２には、幅方向中央において、アーム軸線方向に沿って延びた開口部２５が形成されている。開口部２５は、アーム本体部２０の一方端から他方端までの全域にわたってスリット状に形成されている。このアーム本体部２０の開口部２５は、鋼板を、その両端の２辺が所定の隙間をあけて向かい合うように四角筒状にプレス加工することで形成される。この開口部２５の幅は、アーム本体部２０の幅の約１／３程度となっている。

第１連結部３１と第２連結部３２とは、互いに大きさが異なるが基本的な構成は同じある。第１連結部３１は、鋼製の外側円筒チューブ３３１内に弾性ブッシュ４０を圧入して構成されている。第２連結部３２は、鋼製の外側円筒チューブ３３２内に弾性ブッシュ４０を圧入して構成されている。第１連結部３１および第２連結部３２に設けられる弾性ブッシュ４０は、基本的な構成が同じであるため、ここでは、同一の符号を使って説明している。各弾性ブッシュ４０は、鋼製のブッシュ円筒ケース４１と、ブッシュ円筒ケース４１内に同軸に設けられる鋼製の内側円筒チューブ４２と、ブッシュ円筒ケース４１と内側円筒チューブ４２との間に介装されるゴム弾性体４３とから構成されている。

以下、第１連結部３１と第２連結部３２とを区別しない場合には、両者を連結部３０と呼ぶ。また、第１連結部３１の外側円筒チューブ３３１と第２連結部３２の外側円筒チューブ３３２とを区別しない場合には、両者を外側円筒チューブ３３と呼ぶ。

アーム本体部２０の一方端は、その端面が第１連結部３１の外側円筒チューブ３３１の外周面と密着するように加工形成され、溶接によりその外側円筒チューブ３３１の外周面に接合される。同様に、アーム本体部２０の他方端は、その端面が第２連結部３２の外側円筒チューブ３３２の外周面と密着するように加工形成され、溶接によりその外側円筒チューブ３３２の外周面に接合される。

第１連結部３１は、締結用ボルト（図示略）を内側円筒チューブ４２に挿通してキャリア（図示略）に連結され、第２連結部３２は、締結用ボルト（図示略）を内側円筒チューブ４２に挿通して車体（図示略）に連結される。このような構成においては、サスペンションアーム１０に捩り等の様々な応力が加わるため、アーム本体部２０と連結部３０との溶接接合部ａに応力が集中しやすい。特に、開口部２５が形成されている箇所（下面２２）での接合強度を向上させる必要がある。一方で、溶接接合は、バラツキの要素（脚長、のど厚、トーチ角など）が多いため、溶接強度のバラツキが大きい。そこで、本実施形態においては、アーム本体部２０における連結部３０との接合位置近傍の捩り剛性を弱めることにより、その剛性を弱めた部分（最弱部）で変形を受け持つことにより溶接接合部ａに働く応力を低下させる。

そのようにするために、アーム本体部２０の開口部２５には、開口幅を部分的に拡大した２つの拡幅部２６１，２６２が形成されている。拡幅部２６１は、アーム本体部２０と第１連結部３１との溶接接合部ａの近傍に形成され、拡幅部２６２は、アーム本体部２０と第２連結部３２との溶接接合部ａの近傍に形成される。具体的には、拡幅部２６１は、アーム本体部２０と第１連結部３１との直接的な溶接接合部ａ、つまり、アーム本体部２０の端部を避けて、アーム本体部２０と第１連結部３１との溶接接合部ａの近傍に形成される。同様に、拡幅部２６２は、アーム本体部２０と第２連結部３２との直接的な溶接接合部ａ、つまり、アーム本体部２０の端部を避けて、アーム本体部２０と第２連結部３２との溶接接合部ａの近傍に形成される。

従って、アーム本体部２０の下面には、その両端にアーム本体部２０の長手方向の中央部とほぼ同じ開口幅の開口部２５が形成され、その両端の開口部２５よりも長手方向の中央側に拡幅部２６１，２６２が形成され、拡幅部２６１と拡幅部２６２との間に一定の開口幅の開口部２５が形成される。２つの拡幅部２６１，２６２は、その形状がほぼ同じであるため、以下、２つの拡幅部２６１，２６２を区別しない場合には、両者を拡幅部２６と呼ぶ。図４は、アーム本体部２０をアーム軸線に直交する平面で切断した断面を表し、（ａ）は、拡幅部２６が形成されていないアーム本体部２０の長手方向の中央部（図２の切断ラインＢ−Ｂ）における断面を表し、（ｂ）は、拡幅部２６１が形成されている箇所のアーム本体部２０（図２の切断ラインＣ−Ｃ）における断面を表す。

拡幅部２６は、開口部２５を略楕円状（長軸を長手方向に向けた楕円）に切り欠いた形状となっている。従って、開口部２５の開口幅は、拡幅部２６で急激に増加するのではなく、徐々に増加するようになっている。この拡幅部２６は、アーム本体部２０の基材となる鋼板の端部に円弧状に切り欠いた部分を形成しておくことにより、鋼板が四角筒状にプレス加工されたときに形成される。

この本実施形態のサスペンションアーム１０においては、アーム本体部２０と連結部３０との溶接接合部ａの近傍に、開口部２５の開口幅を拡げた拡幅部２６を設けたことにより、アーム本体部２０における拡幅部２６周囲の捩り剛性が低下する。

また、本実施形態においては、アーム本体部２０は、第１連結部３１よりも第２連結部３２側の方が高さ寸法が大きくなっている。これは、第２連結部３２の外側円筒チューブ３３の板厚が、第１連結部３１の外側円筒チューブ３３の板厚に比べて薄くなっているため、アーム本体部２０から第２連結部３２の外側円筒チューブ３３に働く力を広い面積で受けることにより第２連結部３２の強度を確保するためである。このため、アーム本体部２０における捩り剛性は、第１連結部３１側よりも第２連結部３２側の方が高くなっている。

そこで、アーム本体部２０には、その前面２３、後面２４に、それぞれ第２連結部３２との溶接接合部ａの近傍に捩り剛性低減用の補助貫通孔２７が形成されている。この２つの補助貫通孔２７は、開口部２５のアーム軸線方向寸法よりも短い直径の円形であって、互いに向かい合う位置に形成されている。この補助貫通孔２７を設けることにより、アーム本体部２０の第２連結部３２側における捩り剛性をさらに低下させることができる。また、アーム本体部２０の捩り剛性をアーム軸線方向にバランス良く設定することができる。

これらの結果、外部からの入力に対してアーム本体部２０の変形量が増えて、アーム本体部２０と連結部３０との溶接接合部ａに働く応力が低減される。この場合、アーム本体部２０の全体的な剛性は、開口部２５を形成することによって調整できるが、溶接接合部ａの近傍に拡幅部２６および補助貫通孔２７を設けることにより、アーム本体部２０における溶接接合部ａ側が変形しやすくなって溶接接合部ａに働く応力を適切に低減することができる。発明者等のＦＥＭによる解析によれば、溶接接合部ａに働く応力は、１〜２割程度低下することが確認されている。従って、溶接接合部ａの寿命を向上させることができる。また、拡幅部２６をアーム本体部２０の両端を避けて溶接接合部ａの近傍に形成しているため、アーム本体部２０の両端の溶接接合長（溶接接合ライン長）を十分に確保することができる。

また、溶接接合は、バラツキの要素（脚長、のど厚、トーチ角など）が多いため、耐久寿命のバラツキが大きいが、本実施形態のようにプレス加工により拡幅部２６を形成した場合には、バラツキの少ない安定した最弱部を形成することができる。

また、開口部２５および拡幅部２６を形成したことによりサスペンションアーム１０の軽量化を図ることができるとともに、アーム本体部２０に浸入した水、泥を開口部２５および拡幅部２６から排出することができる。

以上、本実施形態の車両用サスペンションアーム１０について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、本実施形態においては、アーム本体部２０の両側に互いに同じ構成の連結部３１，３２（弾性ブッシュ部）を設けているが、必ずしも、そのような構成である必要はなく、例えば、アーム本体部２０の一方端に本実施形態と同様の弾性ブッシュを有する連結部を接続し、他方端にＵ字状に形成した連結ブラケット（図示略）からなる連結部を接続した構成であってもよい。また、アーム本体部２０の両端に連結ブラケットからなる連結部を接続した構成であってもよい。

また、本実施形態においては、アーム本体部２０に補助貫通孔２７を設けているが、補助貫通孔２７を設けない構成であってもよい。また、本実施形態においては、補助貫通孔２７をアーム本体部２０の長手方向片側に設けているが、アーム本体部２０の両側（第１連結部３１側と第２連結部３２側）に設けた構成であってもよい。また、補助貫通孔２７をアーム本体部２０の上面に設けるようにしてもよい。この場合においても、補助貫通孔２７をアーム本体部２０と連結部３０との接続位置の近傍に設けるとよい。

また、本実施形態においては、鋼板を四角筒状に形成したアーム本体部２０を用いているが、四角筒状に限るものではなく、多角筒状、あるいは、円筒状に形成したアーム本体部を採用することもできる。

１０…車両用サスペンションアーム１０、２０…アーム本体部、２２…下面、２５…開口部、２６１，２６２…拡幅部、２７…補助貫通孔、３１…第１連結部，３２…第２連結部、３３１，３３２…外側円筒チューブ、４０…弾性ブッシュ、ａ…溶接接合部。

Claims

鋼板によって筒状に形成されたアーム本体部と、アーム本体部の両端部にそれぞれ溶接によって接合される連結部とを備え、前記アーム本体部の一方端に接合される前記連結部が車輪を支持するキャリアに連結され、前記アーム本体部の他方端に接合される前記連結部が車体に連結される車両用サスペンションアームにおいて、
前記アーム本体部には、筒状に形成された面に、前記アーム本体部の両端間全域にわたって長手方向に沿って延びた開口部が形成されており、
前記開口部には、前記アーム本体部の長手方向の中央よりも前記連結部と接合される側であって、前記アーム本体部と前記連結部との各接合位置を避けて、前記各接合位置の近傍に、前記アーム本体部の長手方向の中央の開口部よりも開口幅の広い拡幅部が形成されている車両用サスペンションアーム。
前記アーム本体部は、四角筒状に形成され、その下面に前記開口部が形成されるとともに、前記下面とは異なる面の前記連結部との接合位置の近傍に、捩り剛性の低減を補助するための補助貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１記載の車両用サスペンションアーム。