JP6538141B2 - ダブルウイッシュボーン式サスペンション装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両の進行方向と平行な回転軸を備えるアッパーアームとロアアームで車軸を支えたうえで、コイルスプリングとショックアブソーバーで車体フレームに連結されるダブルウイッシュボーン式サスペンション装置に関する。

例えば、特許文献１には、車輪を回転自在に支持するナックルと、車軸が貫通するナックル本体部の下部を車体に上下動自在に支持するロアアームと、前記ナックル本体部から上方に延びたアーム部を車体に上下動自在に支持するアッパーアームとを備えた、いわゆるハイマウント型のダブルウイッシュボーン式サスペンション装置が開示されている（特許文献１の図１）。

特許文献２には、この発明に係るダブルウイッシュボーン式サスペンション装置を製造する際に利用可能な接着剤の例を開示している（特許文献２の［００６４］等）。

特開２０１０−１２６１３９号公報 国際公開第２０１６／０８４９６０号

特許文献１に開示されているような、ハイマウント式のダブルウイッシュボーン式サスペンション装置では、曲げモーメントがかかる前記アーム部が、鶴頸状の湾曲部で構成されているので、さらなる剛性を確保するためには、太くする必要がある。

しかしながら、太くすると重量が増加し、且つレイアウト性が悪化するので、好ましくない。

この発明は、このような課題を考慮してなされたものであって、レイアウト性を確保しながら、重量を抑制し、且つ剛性を向上させることを可能とするダブルウイッシュボーン式サスペンション装置を提供することを目的とする。

この発明に係るダブルウイッシュボーン式サスペンション装置は、アッパーアームとロアアームを連結するアルミニウム製のナックルのアーム部が、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics）からなる補強部材で補強された構造である。

このように、アッパーアームとロアアームを連結するナックルの、上下方向の曲げモーメントがかかるアーム部を炭素繊維強化プラスチックからなる補強部材で補強する構造としたので、車輪配置等に係わるレイアウト性を確保しながら、重量が抑制でき、且つ剛性を向上させることができる。
この場合、前記補強部材は、前記アーム部に接着剤により接着されている。

熱膨張歪の緩和対策を行った接着剤（例えば、上記特許文献２の接着剤）を用いることで、アルミニウム製ナックルのアルミニウム材と炭素繊維強化プラスチック材の境界面に発生する熱膨張歪を吸収することができる。結果として、強度、耐久性においてより信頼性の高い仕様を実現できる他、炭素繊維強化プラスチックからなる補強部材の剥がれや破損を防止することができる。

しかも、一般に、アルミニウム材と炭素繊維強化プラスチック材は電位差がある（イオン化傾向が異なる）ため直接接触させると水分と酸素を介して電食してしまう可能性があるが、絶縁性の高い接着剤を介在させることで電食を防止することができる。

なお、前記補強部材は、前記アーム部の、少なくとも車幅方向内側を覆うように前記アーム部の形状に倣って湾曲したＵ字溝状に形成されていることが好ましい。

このように、Ｕ字溝状の補強部材でアーム部を覆うことでアーム部の剛性を向上させることができるが、覆う際に、少なくとも車幅方向内側を覆うように接着固定することで、車輪が小石等を巻き上げて炭素繊維強化プラスチックからなる補強部材にクラックが生じる可能性を低下させることができる。なお、車輪により巻き上げられた小石等は、アーム部の車幅方向外側に当たる可能性が高い。

また、前記補強部材は、前記アーム部の、少なくとも車両後方側を覆うように前記アーム部の形状に倣って湾曲したＵ字溝状に形成されていることが好ましい。

このように、Ｕ字溝状の補強部材でアーム部を覆うことでアーム部の剛性を向上させることができるが、覆う際に、少なくとも車両後方側を覆うように接着固定することで、車輪が小石等を巻き上げて炭素繊維強化プラスチックからなる補強部材にクラックが生じる可能性を低下させることができる。なお、車輪により巻き上げられた小石等は、アーム部の車両前方側に当たる可能性が高い。

さらに、前記アーム部と補強部材との間に介在される接着剤層の厚みは、前記アーム部の車幅方向の接着剤層の厚みが、車両前後方向の接着剤層の厚みよりも厚くされていることが好ましい。

すなわち、ダブルウイッシュボーン式サスペンション装置のナックルのアーム部にかかる車両上下方向の曲げモーメント（応力）は、車両前後方向の曲げモーメント（応力）に比較して大きい。そのため、アーム部の車両走行に応じて振動する車幅方向の撓み量（振動振幅）が車両前後方向に比較して大きくなる。

よって、前記アーム部と補強部材との間に介在される接着剤層の厚みを、前記アーム部の車幅方向の接着剤層の厚みが、車両前後方向の接着剤層の厚みよりも厚くすることで、補強部材の剥がれ難さを車幅方向、車両前後方向で同等にすることができ、安定した接着状態を維持することができる。

この発明によれば、アッパーアームとロアアームを連結するナックルの、上下方向の曲げモーメントがかかるアーム部を炭素繊維強化プラスチックからなる補強部材で補強する構造としたので、車輪配置等に係わるレイアウト性を確保しながら、重量が抑制でき、且つ剛性を向上させることができる。

この発明の実施形態に係るダブルウイッシュボーン式サスペンション装置の一部切欠斜視図である。 図２Ａは、補強部材をアーム部に接着固定前の（補強前の）ナックルの一部切欠斜視図である。図２Ｂは、補強前のナックルと、接着剤層と、該接着剤層が施される補強部材と、を示す模式的分解斜視図である。 図３Ａは、補強前のナックルに対し、接着剤層を施した補強部材を対向させた状態を示す模式的分解斜視図である。図３Ｂは、接着剤層を施した補強部材を、ナックルに仮固定した状態を示す斜視図である。 ダブルウイッシュボーン式サスペンション装置の共振周波数等を上げる手法を示す表図である。 実施形態の変形例のダブルウイッシュボーン式サスペンション装置の一部省略斜視図である。 他の実施形態のダブルウイッシュボーン式サスペンション装置の一部省略斜視図である。 他の実施形態の変形例のダブルウイッシュボーン式サスペンション装置の一部省略斜視図である。

以下、この発明に係るダブルウイッシュボーン式サスペンション装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

［全体構成］
図１は、この発明の実施形態に係るダブルウイッシュボーン式サスペンション装置１０の一部切欠斜視図である。

例えば、転舵輪である前輪（車輪）Ｗを懸架するダブルウイッシュボーン式サスペンション装置（以降、単に、サスペンション装置ともいう。）１０は、基本的には、ナックル１２と、ロアアーム１４と、アッパーアーム１６と、油圧ダンパ１８と、サスペンションスプリング２０とから構成される。

ナックル１２は、ナックル本体部２２と、ナックル本体部２２から上方に鶴頸状に延びて車輪Ｗの上方に達するアーム部２４と、ナックル本体部２２の下端に設けられる支持ブラケット３０とを備える。

アーム部２４には、車幅方向外側からＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics：炭素繊維強化プラスチック）製の外側補強部材（単に、補強部材ともいう。）４０が接着剤層５０を介して接着固定されると共に、車幅方向内側からＣＦＲＰ製の内側補強部材（単に、補強部材ともいう。）４２が接着剤層５２を介して接着固定される。

なお、接着剤層５０、５２に利用した接着剤は、上記特許文献２に記載されている、エポキシ樹脂とアクリル粒子と硬化剤とを少なくとも含み、前記アクリル粒子が、ブタジエン系ゴムとポリメタクリエート又はポリアクリレートとを有するコアシェル構造体である粘着剤組成物からなる、熱膨張歪の緩和対策がなされた接着剤である。

外側補強部材４０は、アーム部２４の車幅方向外側の形状に倣う形状とされ、底面側が車両上下方向で凸状に湾曲したＵ字溝状（水平方向の断面がＵ字状）の構造とされている。

内側補強部材４２は、アーム部２４の車幅方向内側の形状に倣う形状とされ、底面側が車両上下方向で凹状に湾曲したＵ字溝状（水平方向の断面がＵ字状）の構造とされている。

アーム部２４の上端部には、アーム支持部３４が設けられる。アーム支持部３４は、ボールジョイント３６を介してアッパーアーム１６の先端を軸支する。

ナックル本体部２２の中央には、ボールベアリング（不図示）が嵌合するボールベアリング支持孔２６が形成され、ナックル本体部２２は、車輪Ｗの車軸（不図示）を、前記ボールベアリング（不図示）を介して回転自在に支持する。

サスペンションスプリング２０が係着されている油圧ダンパ１８は、二股部を介してロアアーム１４に連結されている。

ロアアーム１４の車幅方向外側の端部には、軸部４６を有するボールジョイント４４を備えるナックル締結部４８が、ネジ部材４９により締結されている。

ボールジョイント４４は、軸部４６を介してナックル１２の支持ブラケット３０に固定される。

これにより、ナックル１２は、ボールジョイント４４によって、ロアアーム１４に対して変位自在に軸支される。

［ナックル１２のアーム部２４の補強構造の製造手法］
図２Ａは、外側補強部材４０及び内側補強部材４２をアーム部２４に接着固定前の（補強前の）ナックル１１２単体の一部切欠斜視図である。補強前のナックル１１２は、例えば、アルミニウム材を用いて鋳造あるいは鍛造等により製造される。

図２Ｂは、補強前のナックル１１２と、外側補強部材４０と、内側補強部材４２と、補強部材４０、４２に塗布等により設けられる接着剤層５０、５２とを、層構造の理解の便宜のために、補強部材４０、４２から離間して模式的に描いた分解斜視図である。

外側補強部材４０に塗布等により設けられる（施される）接着剤層５０は、外側補強部材４０の底壁４０ｂに当接する底壁接着剤層５０ｂと該底壁接着剤層５０ｂと一辺を共有し外側補強部材４０の内側側壁４０ｓ（両側）に当接する側壁接着剤層５０ｓ（両側）からなる。

また、内側補強部材４２に塗布等により設けられる（施される）接着剤層５２は、内側補強部材４２の底壁４２ｂに当接する底壁接着剤層５２ｂと該底壁接着剤層５２ｂと一辺を共有し内側補強部材４２の内側側壁４２ｓ（両側）に当接する側壁接着剤層５２ｓ（両側）からなる。

この場合、図１に示すように、アーム部２４は車両走行中の車輪Ｗの上下動による車幅方向の撓み量が車両前後方向の撓み量に比較して大きいので、図２Ｂに示す補強部材４０、４２の底壁４０ｂ、４２ｂ側が、内側側壁４０ｓ、４２ｓ側に比較して接着が剥がれ易い。そこで、剥がれ難さを同等とするため、接着剤層５０中、底壁接着剤層５０ｂ、５２ｂの厚みを側壁接着剤層５０ｓ、５２ｓの厚みより厚くすることが好ましい。

接着剤層５０の厚みは、例えば接着剤層５０の膜厚を均一にするために混合されているガラスビーズの径を異なる値のものとすることで変更することができる。すなわち、底壁接着剤層５０ｂ、５２ｂに混合されるガラスビーズの径を、側壁接着剤層５０ｓ、５２ｓに混合されるガラスビーズの径よりも大径とすればよい。

図３Ａは、補強前のナックル１１２に接着剤層５０、５２を施した補強部材４０、４２を対向させた状態を示している。

図３Ｂは、接着剤層５０、５２を施した補強部材４０、４２を補強前のナックル１１２のアーム部２４に装着し仮固定した状態のナックル１２を示している。

仮固定した状態で仮固定部分を加圧加熱し接着剤層５０、５２を硬化させることで、アーム部２４に補強部材４０、４２が接着固定されたナックル１２が製造される。

アーム部２４に補強部材４０、４２が接着固定されて貼られたナックル１２が、図１に示すように、アッパーアーム１６とロアアーム１４とに係着されることで、ダブルウイッシュボーン式サスペンション装置１０が製造される。

［まとめ及び変形例］
この実施形態に係るダブルウイッシュボーン式サスペンション装置１０は、図１に示すように、アッパーアーム１６とロアアーム１４を連結するアルミニウム製のナックル１２のアーム部２４が、ＣＦＲＰからなる外側及び内側補強部材４０、４２で補強された構造になっている。

このように、図示しない車体フレームと車輪Ｗとの間でアッパーアーム１６及びロアアーム１４を介して車両上下方向の曲げモーメントがかかるアーム部２４をＣＦＲＰからなる外側及び内側補強部材４０、４２で補強する構造としたので、ナックル１２のアーム部２４を太くすることなく剛性を確保乃至向上できる。ナックル１２のアーム部２４が太くなることがないので、車輪Ｗの配置等に係わるレイアウト性を損なうことがない。

なお、図４に示す剛性とサスペンション共振周波数との関係を表す表図１００から分かるように、アーム部２４の剛性（アーム剛性）を上下させると、ナックル１２の剛性（ナックル剛性）が上下し、サスペンション共振周波数が上下する。つまり、アーム部２４の剛性を上げるために従来は、アーム部２４の軸径を大きくし断面を大きくする必要があったが、レイアウト性が悪くなり、重量も増加していた。これに対し、この実施形態によれば、アーム部２４の軸径を大きくすることなくナックル剛性を上げることができる。

さらに、補強部材４０、４２は、アーム部２４に接着剤層５０、５２により接着している。

このように、熱膨張歪の緩和対策を行った接着剤を用いることで、アルミニウム製のナックル１２のアルミニウム材とＣＦＲＰ材の境界面に発生する熱膨張歪を吸収することができる。結果として、強度、耐久性において、より信頼性の高い仕様を実現できる他、ＣＦＲＰからなる外側及び内側補強部材４０、４２の剥がれや破損を防止することができる。

しかも、一般に、アルミニウム材とＣＦＲＰ材は電位差がある（イオン化傾向が異なる）ため直接接触させると水分と酸素を介して電食してしまう可能性があるが、絶縁性の高い接着剤を介在させることで電食を防止することができる。

［変形例１］
図５は、ナックル１２Ａを備えた変形例１のダブルウイッシュボーン式サスペンション装置（単に、サスペンション装置ともいう。）１０Ａの構成を示している。

なお、サスペンション装置１０Ａでは、理解の便宜のために、ナックル１２Ａ以外の構成要素の図示を省略している。

このサスペンション装置１０Ａは、補強部材として、アーム部２４Ａに車幅方向内側の補強部材４２のみを接着剤層５２を介して接着固定したナックル１２Ａを備える。

このように、補強部材４２を少なくとも車幅方向内側を覆うように接着固定することで、車輪Ｗが小石等を巻き上げてＣＦＲＰからなる補強部材４２にクラックが生じる可能性を低下させることができる。なお、車輪Ｗにより巻き上げられた小石等は、アーム部２４Ａの車幅方向外側に当たる可能性が高いが、この変形例１のサスペンション装置１０Ａでは、その部分には、補強部材が設けられていない。

［変形例２］
図６は、ナックル１２Ｂを備えた変形例２（他の実施形態）のダブルウイッシュボーン式サスペンション装置（単に、サスペンション装置ともいう。）１０Ｂの構成を示している。

なお、サスペンション装置１０Ｂでも、理解の便宜のために、ナックル１２Ｂ以外の構成要素の図示を省略している。

このサスペンション装置１０Ｂは、補強部材として、アーム部２４Ｂに車両後方側の補強部材１４０と車両前方側の補強部材１４２をそれぞれ接着剤層１５０、１５２により接着した前記アーム部２４Ｂを有するナックル１２Ｂを備える。

この場合にも、図１に示したサスペンション装置１０と同様に、ナックル１２Ｂのアーム部２４Ｂの外周面の略全体を補強部材１４０、１４２により補強する構造になっているので、レイアウト性を確保しながら、剛性を向上させることができる。

［変形例３］
図７は、ナックル１２Ｃを備えた変形例３（他の実施形態の変形例）のダブルウイッシュボーン式サスペンション装置（単に、サスペンション装置ともいう。）１０Ｃの構成を示している。

なお、サスペンション装置１０Ｃでも、理解の便宜のために、ナックル１２Ｃ以外の構成要素の図示を省略している。

このサスペンション装置１０Ｃは、補強部材として、アーム部２４Ｃに車両後方側の補強部材１４０のみを接着剤層１５０を介して接着固定したナックル１２Ｃを備える。

このように、補強部材１４０を少なくとも車両後方側を覆うように接着固定することで、車輪Ｗが小石等を巻き上げてＣＦＲＰからなる補強部材１４０にクラックが生じる可能性を低下させることができる。なお、車輪Ｗにより巻き上げられた小石等は、アーム部２４Ｃの車両前方側に当たる可能性が高いが、この変形例３のサスペンション装置１０Ｃでは、その部分には、補強部材が設けられていない。

［変形例４］
上述したように、サスペンション装置１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを構成するナックル１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃのアーム部２４、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃには、サスペンション装置１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃが車輪Ｗを懸架しているので、車両上下方向の曲げモーメント（応力）が車両前後方向の曲げモーメント（応力）に比較して大きい。そのため、アーム部２４、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃの車両走行に応じて振動する車幅方向の撓み量（振動振幅）が車両前後方向に比較して大きくなる。

よって、例えば、アーム部２４、２４Ａに対し、車幅方向内外側から覆うように接着される補強部材４０、４２の底壁４０ｂ、４２ｂ側が内側側壁４０ｓ、４２ｓ側に比較して接着が剥がれ易い。剥がれ難さを同等とするため、接着剤層５０、５２中、底壁接着剤層５０ｂ、５２ｂの厚みを側壁接着剤層５０ｓ、５２ｓの厚みより厚くする。

同様に、図６、図７に示したサスペンション装置１０Ｂ、１０Ｃでは、アーム部２４Ｂ、２４Ｃに対し、車両前後方向から覆うように接着される補強部材１４０、１４２の内側側壁１５０ｓ、１５２ｓ側が底壁１５０ｂ、１５２ｂ側に比較して接着が剥がれ易い。剥がれ難さを同等とするため、Ｕ字構状の接着剤層｛１５０ｂ、１５０ｓ（両側）｝、｛（１５２ｂ、１５２ｓ（両側）｝中、側壁接着剤層１５０ｓ、１５２ｓの厚みを底壁接着剤層１５０ｂ、１５２ｂの厚みより厚くすることが好ましい。

なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ…ダブルウイッシュボーン式サスペンション装置
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ…ナックル
１４…ロアアーム １６…アッパーアーム
２４、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ…アーム部
４０、４２…補強部材 ５０、５２…接着剤層

Claims (5)

1. ダブルウイッシュボーン式サスペンション装置であって、
   アッパーアームとロアアームを連結するアルミニウム製のナックルのアーム部が、炭素繊維強化プラスチックからなる補強部材で補強された構造
   であることを特徴とするダブルウイッシュボーン式サスペンション装置。
2. 請求項１に記載のダブルウイッシュボーン式サスペンション装置において、
   前記補強部材は、前記アーム部に接着剤により接着されている
   ことを特徴とするダブルウイッシュボーン式サスペンション装置。
3. 請求項２に記載のダブルウイッシュボーン式サスペンション装置において、
   前記補強部材は、前記アーム部の、少なくとも車幅方向内側を覆うように前記アーム部の形状に倣って湾曲したＵ字溝状に形成されている
   ことを特徴とするダブルウイッシュボーン式サスペンション装置。
4. 請求項２に記載のダブルウイッシュボーン式サスペンション装置において、
   前記補強部材は、前記アーム部の、少なくとも車両後方側を覆うように前記アーム部の形状に倣って湾曲したＵ字溝状に形成されている
   ことを特徴とするダブルウイッシュボーン式サスペンション装置。
5. 請求項３又は４に記載のダブルウイッシュボーン式サスペンション装置において、
   前記アーム部と補強部材との間に介在される接着剤層の厚みは、前記アーム部の車幅方向の接着剤層の厚みが、車両前後方向の接着剤層の厚みよりも厚くされている
   ことを特徴とするダブルウイッシュボーン式サスペンション装置。

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