JP7088298B2 - サポートビーム - Google Patents

Description

本発明は、トラックやバスや自動車等の車両に設けられるサポートビームに関する。

車両において、サポートビームは車体と車軸とを接続する重要な足回り部品である。サポートビームは、車両の後輪付近に配置されて、車体を支える。具体的には、例えば特許文献１（特開平１１－３１４５１１号公報）、特許文献２（実開平３－７１９０７号公報）、特許文献３（実開平３－７８６１４号公報）及び特許文献４（特開平９－９９７２０号公報）に開示されるように、サポートビームは、第１の支持部と、第２の支持部と、アームとを備える。アームは、第１の支持部と第２の支持部とをつなぐ。

第１の支持部の上には、車軸を支持するアクスルカバーが固定される。第２の支持部の上には、車体に取り付けられた空気ばねが固定される。通常、第２の支持部及びアームの数は２つである。２つの第２の支持部は、互いの間に第１の支持部を配置するように、車両の前後方向（以下、「車長方向」とも言う）に配置される。これに伴い、２つのアームは、それぞれ第１の支持部から車長方向に延びる。

車両において、乗り心地や積載荷物への振動を抑制し、また積車・空車時の車高を一定にするため、車体には、複数の空気ばねが互いに間隔を空けて設けられる。空気ばねを介して車体と車軸とを接続するための足回り部品として、サポートビームが使用される。

サポートビームには、常に車両の上下方向（以下、「車高方向」とも言う）の荷重が負荷される。さらに、サポートビームには、車長方向の荷重が負荷されたり、車両の幅方向（以下、「車幅方向」とも言う）の荷重が負荷されたりする場合もある。したがって、サポートビームのアームには、常に車高方向の曲げ荷重が負荷される。さらに、アームには、車幅方向の曲げ荷重が負荷される場合もある。

このようにサポートビームには大きな曲げ荷重が負荷される。そのため、走行安定性の観点、及び疲労に対する耐久性の観点から、サポートビームの変形を抑制することが要求される。サポートビームの変形を抑制する方策の１つとして、サポートビームの剛性（特に、アームの車高方向の剛性）を高めることが考えられる。

サポートビームの質量あたりの剛性を高めることができれば、より軽いサポートビームや、よりコンパクトなサポートビームを実現できる。サポートビームの軽量化は、燃費を向上させることに有益である。また、サポートビームの周囲には、車体、車軸、車輪及びその他の部品が密集している。サポートビームのコンパクト化は、サポートビームがそれらの周辺部品と干渉するのを防止することに有益である。

しかしながら、特許文献１～４では、サポートビームの剛性を高めることは全く着目されていない。

特開平１１－３１４５１１号公報 実開平３－７１９０７号公報 実開平３－７８６１４号公報 特開平９－９９７２０号公報

本発明の１つの目的は、質量あたりの剛性の高いサポートビームを提供することである。

本発明の実施形態によるサポートビームは、第１の支持部と、第２の支持部と、第１の支持部と第２の支持部とをつなぐアームと、を備える。アームは、ウエブと、フランジと、を備える。フランジは、第１の端部、第２の端部及び中央部を含む。フランジの中央部がウエブの端部につながる。フランジは、アームの横断面において、第１の端部と第２の端部との間の領域に、フランジの厚みの中心線がウエブの延在方向外側に曲がる曲がり部を含む。

本発明の実施形態によるサポートビームによれば、質量あたりの剛性を高めることが可能となる。

図１は、サポートビームの一例を模式的に示す側面図である。 図２は、サポートビームの一例を模式的に示す平面図である。 図３Ａは、実際のアームの形状の一例を模式的に示す横断面図である。 図３Ｂは、簡略化したアームの形状の一例を模式的に示す横断面図である。 図４Ａは、本実施形態のサポートビームにおけるアームの一例を模式的に示す横断面図である。 図４Ｂは、本実施形態のサポートビームにおけるアームの一例を模式的に示す横断面図である。 図４Ｃは、本実施形態のサポートビームにおけるアームの一例を模式的に示す横断面図である。 図５は、本実施形態のサポートビームにおけるアームの一例を模式的に示す横断面図である。 図６は、本実施形態のサポートビームにおけるアームの一例を模式的に示す横断面図である。 図７は、比較例であるモデルＢのアームの横断面形状を示す模式図である。 図８は、本発明例であるモデルＯのアームの横断面形状を示す模式図である。 図９は、モデルＢに関する断面２次モーメントをまとめた図である。 図１０は、モデルＯに関する断面２次モーメントをまとめた図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、本発明の実施形態について例を挙げて説明するが、本発明は以下で説明する例に限定されない。以下の説明において特定の数値や特定の材料を例示する場合があるが、本発明はそれらの例示に限定されない。

本実施形態のサポートビームは、第１の支持部と、第２の支持部と、第１の支持部と第２の支持部とをつなぐアームと、を備える。アームは、ウエブと、フランジと、を備える。フランジは、第１の端部、第２の端部及び中央部を含む。フランジの中央部がウエブの端部につながる。フランジは、アームの横断面において、第１の端部と第２の端部との間の領域に、フランジの厚みの中心線がウエブの延在方向外側に曲がる曲がり部を含む（第１の構成）。以下では、本実施形態のサポートビームのアームをアーム（Ｏ）と称する場合がある。

本明細書において、サポートビーム及びそれを構成する部材（例：アーム、ウエブ及びフランジ）の方向について言及するときは、特に記載がない限り、サポートビームを車両に搭載して使用時の向きに配置した状態における方向を意味する。例えば、車両の上下方向、すなわち車高方向は、サポートビームのアームの上下方向に対応する。車両の前後方向、すなわち車長方向は、サポートビームのアームの長手方向に対応する。アームの横断面において、ウエブは車高方向に延びる。つまり、ウエブの延在方向は車高方向と一致する。アームの横断面において、フランジは、車両の左右方向、すなわち車幅方向に延びる。つまり、フランジの延在方向は車幅方向と一致する。

本実施形態のサポートビームでは、第１の支持部の上に、車軸を支持するアクスルカバーが固定される。第２の支持部の上に、車体に取り付けられた空気ばねが固定される。アーム（Ｏ）において、フランジが曲がり部を含むため、ウエブの延在方向（車高方向）の曲げの中心軸、及びフランジの延在方向（車幅方向）の曲げの中心軸のいずれからも遠い位置に、材料が配置される。前者の車高方向の曲げの中心軸は、アームの横断面におけるウエブの厚みの中心線に垂直な直線に相当する。後者の車幅方向の曲げの中心軸は、アームの横断面における厚みの中心線に相当する。そのため、車高方向及び車幅方向のいずれでも、アーム（Ｏ）の横断面の断面２次モーメントが高まる。これによって、車高方向及び車幅方向のいずれでも、アーム（Ｏ）の剛性が高まる。しかもその結果として、軽量化を実現できる。さらに、アーム（Ｏ）の横断面の外形寸法をコンパクトにすることができる。

典型的な例では、アーム（Ｏ）の横断面において、ウエブの２つの端部のそれぞれにフランジが設けられる。ただし、ウエブの２つの端部のうちのいずれか１つの端部にのみフランジが設けられてもよい。アーム（Ｏ）の剛性を高める観点から、ウエブの２つの端部のそれぞれにフランジが設けられることが好ましい。つまり、フランジの数は２つであることが好ましい。

曲がり部は、１つのフランジに１つ設けられてもよいし、２つ設けられてもよいし、３つ以上設けられてもよい。典型的な例では、１つのフランジにおいて、第１の端部と中央部と間の領域、及び第２の端部と中央部と間の領域のそれぞれに、曲がり部が設けられる。この場合、曲がり部が設けられたフランジの横断面形状は、ウエブの厚みの中心線を中心に対称であることが好ましい。また、ウエブの２つの端部のそれぞれにフランジが設けられる場合、曲がり部は、２つのフランジの一方のみに設けられてもよいし、２つのフランジの両方に設けられてもよい。アーム（Ｏ）の剛性を高める観点から、２つのフランジの両方に曲がり部が設けられることが好ましい。

典型的な例では、第２の支持部及びアーム（Ｏ）の数は２つである。２つの第２の支持部は、互いの間に第１の支持部を配置するように、車長方向（車両の前後方向）に配置される。２つのアーム（Ｏ）は、それぞれ第１の支持部から車長方向に延びる。つまり、アーム（Ｏ）の長手方向は、車長方向に沿う。別の観点では、２つのアーム（Ｏ）のうち、一方のアーム（Ｏ）は第１の支持部から前方に延び、他方のアーム（Ｏ）は第１の支持部から後方に延びる。ただし、２つのアーム（Ｏ）は、それぞれ第１の支持部から厳密に車長方向に延びていなくてもよい。つまり、アーム（Ｏ）の長手方向は、概ね車長方向に沿っていればよい。また、２つのアーム（Ｏ）の長手方向は、互いに一致しなくてもよい。第２の支持部及びアーム（Ｏ）の数は、１つでもよいし、３つ以上でもよい。

典型的な例では、アーム（Ｏ）の横断面形状（外形、板厚等の寸法）はアーム（Ｏ）の長手方向で一定である。ただし、アーム（Ｏ）の横断面形状はアーム（Ｏ）の長手方向で変化してもよい。例えば、アーム（Ｏ）に作用する曲げモーメントは、固定点となる第１の支持部に近いほど大きい。そのため、アーム（Ｏ）の横断面形状は、第２の支持部近傍に比べて、第１の支持部近傍で大きいことが好ましい。この場合、応力集中を防止するため、アーム（Ｏ）の横断面形状の長手方向での変化は緩やかであることが好ましい。

典型的な例では、アーム（Ｏ）は、曲がり梁のようにアーム（Ｏ）の長手方向に沿って湾曲する。ただし、アーム（Ｏ）は、直線梁のように真っ直ぐであってもよい。一般に曲がり梁は直線梁よりも剛性が高い。剛性を高める観点からは、車高方向の下向きに凸となるように湾曲したアーム（Ｏ）が好ましい。

その他に、アーム（Ｏ）には、振動減衰ダンパ等の取り付け座が設けられてもよい。

第１の構成のサポートビームにおいて、フランジは、第１の薄肉部をさらに含むことが好ましい（第２の構成）。この第２の構成に加え、フランジは第２の薄肉部をさらに含むことが好ましい（第３の構成）。

ここで、第１の薄肉部及び曲がり部は、アームの横断面において、第１の端部と中央部と間の領域のうちのウエブ側に位置する第１の中央領域に配置される。第１の中央領域は、ウエブの厚みの中心線から第１の端部までの距離の５０％の範囲である。第１の薄肉部の厚みは、第１の中央領域の外側に位置する領域の最大厚みよりも小さい。

第２の薄肉部及び曲がり部は、アームの横断面において、第２の端部と中央部と間の領域のうちのウエブ側に位置する第２の中央領域に配置される。第２の中央領域は、ウエブの厚みの中心線から第２の端部までの距離の５０％の範囲である。第２の薄肉部の厚みは、第２の中央領域の外側に位置する領域の最大厚みよりも小さい。

第２及び第３の構成の場合、フランジの中央部側（ウエブ側）の位置に薄肉部が配置される。言い換えれば、フランジの端部側の位置に厚肉部が配置される。つまり、フランジの延在方向（車幅方向）の曲げの中心軸から遠い位置に厚肉部が配置される。そのため、車幅方向の断面２次モーメントがより高まり、これによって車幅方向の剛性がより高まる。

第２の構成のサポートビームの場合、典型的な例では、フランジにおいて、第１の端部と中央部との間の領域の表面のうち、ウエブの延在方向（車高方向）の外側の表面は、ウエブから離れるに従って、ウエブの延在方向の外側に向かって傾斜した後に、ウエブの延在方向の内側に向かって傾斜している（第４の構成）。また、第３の構成のサポートビームの場合、典型的な例では、フランジにおいて、第２の端部と中央部との間の領域の表面のうち、ウエブの延在方向（車高方向）の外側の表面は、ウエブから離れるに従って、ウエブの延在方向の外側に向かって傾斜した後に、ウエブの延在方向の内側に向かって傾斜している（第５の構成）。

第１の構成のサポートビームの場合、例えば、第１の端部と中央部との間の領域に曲がり部が設けられる。この場合の典型的な例では、フランジにおいて、第１の端部と中央部との間の領域の表面のうち、ウエブの延在方向（車高方向）の外側の表面は、ウエブから離れるに従って、ウエブの延在方向の内側に向かって傾斜した後に、ウエブの延在方向の外側に向かって傾斜している（第６の構成）。

第６の構成に加え、第２の端部と中央部との間の領域に前記曲がり部がさらに設けられてもよい。この場合の典型的な例では、フランジにおいて、第２の端部と中央部との間の領域の表面のうち、ウエブの延在方向（車高方向）の外側の表面は、ウエブから離れるに従って、ウエブの延在方向の内側に向かって傾斜した後に、ウエブの延在方向の外側に向かって傾斜している（第７の構成）。

以下に、図面を参照しながら、本実施形態のサポートビームを考案した経緯、及び本実施形態のサポートビームの詳細を説明する。

［基本設計］
図１は、サポートビームの一例を模式的に示す側面図である。図２は、サポートビームの一例を模式的に示す平面図である。図３Ａ及び図３Ｂは、サポートビームのアームの一例を模式的に示す横断面図である。図３Ａには、実際の形状が示され、図３Ｂには、簡略化した形状が示される。本明細書において、「アームの横断面」とは、アームをその長手方向に垂直な面で切断したときの断面を意味する。アームの長手方向は、サポートビームが車両に設けられた状態で、車長方向ＦＤと概ね一致する。

図１及び図２を参照して、サポートビーム１は、第１の支持部２と、２つの第２の支持部３と、２つのアーム４とを備える。各アーム４は、第１の支持部２と、対応する第２の支持部３と、をつなぐ。

第１の支持部２の上には、アクスルカバー１１が固定される。アクスルカバー１１は車軸１０を支持する。つまり、第１の支持部２は、車軸１０を支持するための台座である。第２の支持部３の上には、空気ばね１３が固定される。空気ばね１３は、車体１２に取り付けられる。つまり、第２の支持部３は、車体１２を支持するための台座である。

図１及び図２には、第２の支持部３及びアーム４の数が２つである例が示される。２つの第２の支持部３は、互いの間に第１の支持部２を配置するように、車長方向ＦＤに配置される。これに伴い、２つのアーム４は、それぞれ第１の支持部２から車長方向ＦＤに延びる。つまり、アーム４の長手方向は、実質的に車長方向ＦＤに沿う。アーム４は、車高方向ＨＤの下向きに凸となるように、アーム４の長手方向に沿って湾曲する。

サポートビーム１は第１の支持部２を支持され、２つの第２の支持部３で車体１２の重量を受ける。そのため、サポートビーム１には、常に車高方向ＨＤ（車両の上下方向）の荷重が負荷される。さらに、車両が発進したり停止したりするとき、サポートビーム１には、車長方向ＦＤの荷重が負荷される。さらに、車両が曲線路を走行するとき、サポートビーム１には、車幅方向ＷＤ（車両の幅方向）の荷重が負荷される。したがって、サポートビーム１のアーム４には、常に車高方向ＨＤの曲げ荷重が負荷される。さらに、アーム４には、車幅方向ＷＤの曲げ荷重が負荷される場合もある。

図３Ａ及び図３Ｂに示すアーム４の横断面形状は本検討の基本形である。以下では、図３Ａ及び図３Ｂに示すアーム４を参考アーム（Ｂ）と称する場合がある。参考アーム（Ｂ）の横断面形状は単純なＩ形である。

図３Ａ及び図３Ｂを参照して、アーム４は、ウエブ５と、第１のフランジ６Ａと、第２のフランジ６Ｂとを備える。アーム４の横断面において、ウエブ５は車高方向ＨＤに延びる。つまり、ウエブ５の延在方向は、車高方向ＨＤと一致する。ウエブ５は、上側の端部５ａ、及び下側の端部５ｂを含む。アーム４の横断面において、第１のフランジ６Ａ及び第２のフランジ６Ｂは車幅方向ＷＤに延びる。つまり、各フランジ６Ａ、６Ｂの延在方向は、車幅方向ＷＤと一致する。

アーム４の横断面において、第１のフランジ６Ａは、第１の端部６Ａａ、第２の端部６Ａｂ及び中央部６Ａｃを含む。第１のフランジ６Ａの中央部６Ａｃがウエブ５の上側の端部５ａにつながる。これと同様に、第２のフランジ６Ｂは、第１の端部６Ｂａ、第２の端部６Ｂｂ及び中央部６Ｂｃを含む。第２のフランジ６Ｂの中央部６Ｂｃがウエブ５の下側の端部５ｂにつながる。

参考アーム（Ｂ）の場合、アーム４の横断面において、第１のフランジ６Ａの厚みの中心線６Ａｌが直線である。つまり、第１の端部６Ａａと第２の端部６Ａｂとの間の全域にわたって、中心線６Ａｌは曲がりの無い直線である。これと同様に、第２のフランジ６Ｂの厚みの中心線６Ｂｌは直線である。つまり、第１の端部６Ｂａと第２の端部６Ｂｂとの間の全域にわたって、中心線６Ｂｌは曲がりの無い直線である。中心線６Ａｌ及び中心線６Ｂｌのいずれもウエブ５の厚みの中心線５ｌと垂直に交わる。

サポートビーム１は一体成形品である。このサポートビーム１は、例えば型鍛造によって製造される。そのため、図３Ａに示すように、実際、第１のフランジ６Ａ及び第２のフランジ６Ｂには、型抜きのための勾配が設けられる。これにより、第１のフランジ６Ａは、第１の端部６Ａａ及び第２の端部６Ａｂのそれぞれに向けて先細りに形成される。これと同様に、第２のフランジ６Ｂは、第１の端部６Ｂａ及び第２の端部６Ｂｂのそれぞれに向けて先細りに形成される。さらに、第１の端部６Ａａ、６Ｂａ及び第２の端部６Ａｂ、６Ｂｂそれぞれの角部はラウンド形状になっている。また、第１のフランジ６Ａとウエブ５とのつなぎに形成される隅部、及び第２のフランジ６Ｂとウエブ５とのつなぎに形成される隅部もラウンド形状になっている。

サポートビームは厚板を溶接して製造してもよい。具体的にはウエブとフランジとを溶接接合してもよい。また、支持部とアームとを溶接接合してもよい。この場合、溶接部の腐食や疲労に十分注意する必要がある。

アーム４の剛性設計の際、各フランジ６Ａ、６Ｂの型抜き勾配、並びに角部及び隅部のラウンド形状は省略できる。つまり、図３Ｂに示すように、各フランジ６Ａ、６Ｂ及びウエブ５それぞれの横断面形状は直線をつなぎ合わせた形状（単純な矩形）に簡略化できる。このように簡略化しても、アーム４の剛性を実際の形状と同等に評価できる。

［本実施形態のサポートビームの検討］
サポートビームには、剛性が高いことが求められる。さらに、軽量であること、及びコンパクトであることが求められる。これらの相反する要求事項を満足するサポートビームの形状を検討する。

アームの横断面形状は、上記の参考アーム（Ｂ）のような単純なＩ形を基本とする。剛性は、物理量である断面２次モーメントで表わされる。材料力学の観点から、曲げ荷重に対する剛性を高めるには、アームの横断面に関し、曲げの中心軸回りの断面２次モーメントを大きくすればよい。

サポートビームにおいて、アームが単純なＩ形の横断面を有する場合、車高方向の曲げ荷重に対する剛性、すなわちウエブの延在方向の剛性を高めるには、アームの横断面視でウエブの長さ（高さ）を拡大させるのが有効である。アームの断面２次モーメントがウエブの長さの３乗に比例するからである。ただし、ウエブの長さを単に拡大させれば、ウエブの重量が増加する。そこでこの場合、ウエブの重量増加を抑えるために、ウエブの板厚を減少させる必要がある。

しかしながら、ウエブの長さを拡大させるとともに、ウエブの板厚を減少させた場合、ウエブの延在方向（車高方向）の剛性が高まる反面、フランジの延在方向（車幅方向）の剛性が低下する。そのため、車幅方向の曲げ荷重に対する剛性が低下する。そうすると、車幅方向の剛性に対する車高方向の剛性の比率が大きくなる。つまり、車高方向の剛性と車幅方向の剛性との乖離が大きくなる。この場合、アームの横座屈（ねじれ変形）が生じる危険性がある。

横座屈は、アームが荷重方向とは垂直な方向に倒れて、アームがねじれる現象である。横座屈は、車高方向の荷重が負荷されるだけでも発生するが、さらに車幅方向の荷重が負荷されるとより発生しやすい。対策として、フランジの延在方向の剛性を高めるために、アームの横断面視でフランジの長さ（幅）を拡大させることが考えられる。

しかしながら、周辺部品（例：車軸、車輪及びその他の部品（ギヤ、カバー等））の存在により、フランジの延在方向に十分なスペースはない。要するに、アームの横断面の外形寸法をコンパクトにするという制約条件が課される。その制約条件のもとで、ウエブの延在方向の剛性を高め、且つフランジの延在方向の剛性を高める必要がある。

以上の検討結果を踏まえ、サポートビームのアームの横断面において、断面２次モーメントを高めるには、曲げの中心軸から遠い位置に材料を配置すればよい。曲げの中心軸は、アームの横断面の重心を通る直線である。

具体的には、車高方向（ウエブの延在方向）の断面２次モーメントに関しては、車高方向の曲げの中心軸から遠い位置に材料を配置すればよい。この場合の曲げの中心軸は、アームの横断面の重心を通る直線のうち、アームの横断面におけるウエブの厚みの中心線に垂直な直線である。

車幅方向（フランジの延在方向）の断面２次モーメントに関しては、車幅方向の曲げの中心軸から遠い位置に材料を配置すればよい。この場合の曲げの中心軸は、アームの横断面におけるウエブの厚みの中心線である。

曲げの中心軸から遠い位置に材料を配置すれば、断面２次モーメントが高まり、これによって剛性が高まる。これは軽量化につながり、コンパクト化にもつながる。これらを実現するためには、フランジが曲がり部を含むことが適切である。この曲がり部は、アームの横断面において、フランジの厚みの中心線がウエブの延在方向外側に曲がる部分である。なお、本明細書において、ウエブの延在方向の「外側」とは、ウエブの延在方向のうち、ウエブから遠ざかる方向を意味する。ウエブ部の延在方向の「内側」とは、ウエブ部の延在方向のうち、ウエブに近づく方向を意味する。

さらに、車幅方向の剛性をより高めるためには、サポートビームのアームの横断面において、ウエブの厚みの中心軸から遠い位置に厚肉部を配置することが好ましい。つまり、フランジにおいて、フランジの端部側の位置に厚みの厚い厚肉部を配置し、フランジの中央部側（ウエブ側）の位置に厚みの薄い薄肉部を配置することが好ましい。この場合、車幅方向の断面２次モーメントがより高まり、これによって車幅方向の剛性がより高まる。

具体的には、曲がり部を有するフランジは薄肉部を含む。薄肉部は、例えばフランジの第１の端部と中央部と間の領域のうちのウエブ側に位置する第１の中央領域に配置される。第１の中央領域は、ウエブの厚みの中心線から第１の端部までの距離の５０％の範囲である。この場合の薄肉部の厚みは、第１の中央領域の外側に位置する領域の最大厚み、すなわち厚肉部の厚みよりも小さい。なお、本明細書において、第１の中央領域の外側に位置する領域とは、第１の端部と中央部と間の領域のうちの第１の端部側の領域を意味する。

また、薄肉部は、例えばフランジの第２の端部と中央部と間の領域のうちのウエブ側に位置する第２の中央領域に配置される。第２の中央領域は、ウエブの厚みの中心線から第２の端部までの距離の５０％の範囲である。この場合の薄肉部の厚みは、第２の中央領域の外側に位置する領域の最大厚み、すなわち厚肉部の厚みよりも小さい。なお、本明細書において、第２の中央領域の外側に位置する領域とは、第２の端部と中央部と間の領域のうちの第２の端部側の領域を意味する。

［具体例］
図４Ａ～図４Ｃは、本実施形態のサポートビームにおけるアームの一例を模式的に示す横断面図である。これらの図には、上記の図３Ａに示す２つのフランジ６Ａ、６Ｂのうち、ウエブ５の上側の端部５ａにつながる第１のフランジ６Ａの右半分（第１の端部６Ａａ側のもの）が代表的に示される。さらに、図４Ａ～図４Ｃには、アーム４の横断面の重心Ｇ０、及び第１のフランジ６Ａの右半分の横断面の重心Ｇを示される。比較のため、参考アーム（Ｂ）における第１のフランジ６Ａの右半分の横断面の重心Ｒが示される。

図４Ａ～図４Ｃを参照して、本実施形態のサポートビーム１のアーム（Ｏ）では、アーム４の横断面において、フランジ６Ａは曲がり部７を含む。曲がり部７は、フランジ６Ａの厚みの中心線６Ａｌがウエブ５の延在方向（車高方向ＨＤ）外側に曲がる部分である。

図４Ａ及び図４Ｂに示す曲がり部７は、第１の端部６Ａａの近傍に設けられる。図４Ａに示す曲がり部７の曲がり角度θは９０°程度である。図４Ｂに示す曲がり部７の曲がり角度θは４５°程度である。図４Ｃに示す曲がり部７は、中央部６Ａｃに設けられる。この曲がり部７の曲がり角度θは１５°程度である。曲がり角度θは、ウエブ５の厚みの中心線５ｌに垂直な直線に対する角度を意味する。

いずれのアーム（Ｏ）においても、車高方向ＨＤ（ウエブ５の延在方向）の曲げの中心軸Ｌｈからフランジ６Ａの重心Ｇまでの距離ＬｈＧは、参考アーム（Ｂ）における中心軸Ｌｈから重心Ｒまでの距離ＬｈＲと比べて、大きい。また、車幅方向ＷＤ（フランジ６Ａの延在方向）の曲げの中心軸Ｌｃからフランジ６Ａの重心Ｇまでの距離ＬｃＧは、参考アーム（Ｂ）における中心軸Ｌｃから重心Ｒまでの距離ＬｃＲと比べて、大きい。

要するに、いずれのアーム（Ｏ）においても、車高方向ＨＤの曲げの中心軸Ｌｈ、及び車幅方向ＷＤの曲げの中心軸Ｌｃのいずれからも遠い位置に、材料が配置される。そのため、車高方向ＨＤ及び車幅方向ＷＤのいずれでも、アーム（Ｏ）の剛性が高まる。しかもその結果として、軽量化を実現できる。さらに、アーム（Ｏ）の横断面の外形寸法をコンパクトにすることができる。

図５は、本実施形態のサポートビームにおけるアームの一例を模式的に示す横断面図である。図５には、図４Ｂに示される曲がり部７を設けた例が示される。図５を参照して、本実施形態のサポートビーム１のアーム４（アーム（Ｏ））は、ウエブ５と、第１のフランジ６Ａと、第２のフランジ６Ｂとを備える。つまり、ウエブ５の２つの端部５ａ、５ｂのそれぞれにフランジ６Ａ、６Ｂが設けられる。

そして、第１のフランジ６Ａには、第１の端部６Ａａと中央部６Ａｃとの間の領域、及び第２の端部６Ａｂと中央部６Ａｃとの間の領域に、それぞれ曲がり部７が設けられる。さらに、第２のフランジ６Ｂには、第１の端部６Ｂａと中央部６Ｂｃとの間の領域、及び第２の端部６Ｂｂと中央部６Ｂｃとの間の領域に、それぞれ曲がり部７が設けられる。つまり、第１のフランジ６Ａ及び第２のフランジ６Ｂのいずれにも、曲がり部７が２つ設けられる。

図５に示すアーム４（アーム（Ｏ））の場合、第１のフランジ６Ａにおいて、第１の端部６Ａａと中央部６Ａｃとの間の領域の表面のうち、車高方向ＨＤ（ウエブ５の延在方向）の外側の表面６Ａａｏは、ウエブ５から離れるに従って、車高方向ＨＤの内側に向かって傾斜した後に、車高方向ＨＤの外側に向かって傾斜している。つまり、外側の表面６Ａａｏは、ウエブ５に近い方から順に、内側に向かって傾斜している面６Ａａｏａと、外側に向かって傾斜している面６Ａａｏｂと、を含む。面６Ａａｏａと面６Ａａｏｂとの境界が曲がり部７に対応する。

一方、第１のフランジ６Ａにおいて、第１の端部６Ａａと中央部６Ａｃとの間の領域の表面のうち、車高方向ＨＤ（ウエブ５の延在方向）の内側の表面６Ａａｉは、外側の表面６Ａａｏと同様に、ウエブ５から離れるに従って、車高方向ＨＤの内側に向かって傾斜した後に、車高方向ＨＤの外側に向かって傾斜していてもよい。あるいは、当該内側の表面６Ａａｉは、図５に示すように、全体にわたって車高方向ＨＤの外側に向かって傾斜していてもよい。この場合の傾斜は、ウエブ５から離れるに従って大きくなってもよい。

また、第１のフランジ６Ａにおいて、第２の端部６Ａｂと中央部６Ａｃとの間の領域の表面のうち、車高方向ＨＤ（ウエブ５の延在方向）の外側の表面６Ａｂｏは、ウエブ５から離れるに従って、車高方向ＨＤの内側に向かって傾斜した後に、車高方向ＨＤの外側に向かって傾斜している。つまり、外側の表面６Ａｂｏは、ウエブ５に近い方から順に、内側に向かって傾斜している面６Ａｂｏａと、外側に向かって傾斜している面６Ａｂｏｂと、を含む。面６Ａｂｏａと面６Ａｂｏｂとの境界が曲がり部７に対応する。

一方、第１のフランジ６Ａにおいて、第２の端部６Ａｂと中央部６Ａｃとの間の領域の表面のうち、車高方向ＨＤ（ウエブ５の延在方向）の内側の表面６Ａｂｉは、外側の表面６Ａｂｏと同様に、ウエブ５から離れるに従って、車高方向ＨＤの内側に向かって傾斜した後に、車高方向ＨＤの外側に向かって傾斜していてもよい。あるいは、当該内側の表面６Ａｂｉは、図５に示すように、全体にわたって車高方向ＨＤの外側に向かって傾斜していてもよい。この場合の傾斜は、ウエブ５から離れるに従って大きくなってもよい。

第２のフランジ６Ｂの表面（外側の表面６Ｂａｏ及び６Ｂｂｏ、並びに内側の表面６Ｂａｉ及び６Ｂｂｉ）についても、第１のフランジ６Ａの表面（外側の表面６Ａａｏ及び６Ａｂｏ、並びに内側の表面６Ａａｉ及び６Ａｂｉ）と同様のことが言える。

図６は、本実施形態のサポートビームにおけるアームの一例を模式的に示す横断面図である。図６を参照して、本実施形態のサポートビーム１のアーム４（アーム（Ｏ））は、ウエブ５と、第１のフランジ６Ａと、第２のフランジ６Ｂとを備える。第１のフランジ６Ａ及び第２のフランジ６Ｂのいずれにも、曲がり部７が少なくとも２つ設けられる。第１のフランジ６Ａには、図４Ｃと同様に中央部６Ａｃにも曲がり部７が設けられる。

第１のフランジ６Ａは、第１の中央領域Ａａに厚みの薄い薄肉部８ａを含む。第１の中央領域Ａａは、第１の端部６Ａａと中央部６Ａｃと間の領域のうちのウエブ５側に位置する領域であって、ウエブ５の厚みの中心線５ｌから第１の端部６Ａａまでの距離Ｗａの５０％の範囲である。薄肉部８ａの厚みｔａは、第１の中央領域Ａａの外側に位置する領域の最大厚みｔａｍａｘよりも小さい。このように、第１のフランジ６Ａには、第１の端部６Ａａと中央部６Ａｃとの間の領域（第１の中央領域Ａａ）に薄肉部８ａが設けられる。曲がり部７は、第１の中央領域Ａａに存在する。

第１のフランジ６Ａは、第２の中央領域Ａｂに厚みの薄い薄肉部８ｂを含む。第２の中央領域Ａｂは、第２の端部６Ａｂと中央部６Ａｃと間の領域のうちのウエブ５側に位置する領域であって、ウエブ５の厚みの中心線５ｌから第２の端部６Ａｂまでの距離Ｗｂの５０％の範囲である。薄肉部８ｂの厚みｔｂは、第２の中央領域Ａｂの外側に位置する領域の最大厚みｔｂｍａｘよりも小さい。このように、第１のフランジ６Ａには、第２の端部６Ａｂと中央部６Ａｃとの間の領域（第２の中央領域Ａｂ）に薄肉部８ｂが設けられる。曲がり部７は、第２の中央領域Ａｂに存在する。

このような薄肉部８ａ、８ｂは、第２のフランジ６Ｂにも設けられる。第１のフランジ６Ａでは、第１の中央領域Ａａと第２の中央領域Ａｂとの境界にも曲がり部７が存在する。

この場合、フランジ６Ａ、６Ｂの中央部６Ａｃ、６Ｂｃ側（ウエブ５側）の位置に薄肉部８ａ、８ｂが配置される。言い換えれば、フランジ６Ａ、６Ｂの端部６Ａａ、６Ａｂ、６Ｂａ、６Ｂｂ側の位置に厚肉部が配置される。つまり、車幅方向ＷＤの曲げの中心軸Ｌｃから遠い位置に厚肉部が配置される。そのため、車幅方向ＷＤのアーム（Ｏ）の剛性がより高まる。

図６に示すアーム４（アーム（Ｏ））の場合、第１のフランジ６Ａにおいて、第１の端部６Ａａと中央部６Ａｃとの間の領域の表面のうち、車高方向ＨＤ（ウエブ５の延在方向）の外側の表面６Ａａｏは、ウエブ５から離れるに従って、車高方向ＨＤの外側に向かって傾斜した後に、車高方向ＨＤの内側に向かって傾斜している。車高方向ＨＤ外側に向かう傾斜は、曲がり部７の位置で変化している。つまり、外側の表面６Ａａｏは、ウエブ５に近い方から順に、外側に向かって傾斜している面６Ａａｏ１と、さらに外側に向かって傾斜している６Ａａｏ２と、内側に向かって傾斜している面６Ａａｏ３と、を含む。第１のフランジ６Ａの第１の端部６Ａａ側では、面６Ａａｏ１と面６Ａａｏ２との境界が曲がり部７に対応する。

一方、第１のフランジ６Ａにおいて、第１の端部６Ａａと中央部６Ａｃとの間の領域の表面のうち、車高方向ＨＤ（ウエブ５の延在方向）の内側の表面６Ａａｉは、全体にわたって車高方向ＨＤの外側に向かって傾斜している。ただし、当該内側の表面Ａａｉの傾斜は、図６に示される傾斜に限定されない。

また、第１のフランジ６Ａにおいて、第２の端部６Ａｂと中央部６Ａｃとの間の領域の表面のうち、車高方向ＨＤ（ウエブ５の延在方向）の外側の表面６Ａｂｏは、ウエブ５から離れるに従って、車高方向ＨＤの外側に向かって傾斜した後に、車高方向ＨＤの内側に向かって傾斜している。車高方向ＨＤ外側に向かう傾斜は、曲がり部７の位置で変化している。つまり、外側の表面６Ａｂｏは、ウエブ５に近い方から順に、外側に向かって傾斜している面６Ａｂｏ１と、さらに外側に向かって傾斜している６Ａｂｏ２と、内側に向かって傾斜している面６Ａｂｏ３と、を含む。第１のフランジ６Ａの第２の端部６Ａｂ側では、面６Ａｂｏ１と面６Ａｂｏ２との境界が曲がり部７に対応する。

一方、第１のフランジ６Ａにおいて、第２の端部６Ａｂと中央部６Ａｃとの間の領域の表面のうち、車高方向ＨＤ（ウエブ５の延在方向）の内側の表面６Ａｂｉは、全体にわたって車高方向ＨＤの外側に向かって傾斜している。ただし、当該内側の表面Ａｂｉの傾斜は、図６に示される傾斜に限定されない。

第２のフランジ６Ｂの表面（外側の表面６Ｂａｏ及び６Ｂｂｏ、並びに内側の表面６Ｂａｉ及び６Ｂｂｉ）についても、第１のフランジ６Ａの表面（外側の表面６Ａａｏ及び６Ａｂｏ、並びに内側の表面６Ａａｉ及び６Ａｂｉ）と同様のことが言える。

本実施形態のアーム（Ｏ）を有するサポートビームは一体成形品である。このサポートビームは、型鍛造によって製造できる。ただし、フランジが曲がり部を含むため、通常の型鍛造工程のみでサポートビームを形成することは困難である。ここで、熱間で型鍛造品を製造する際、一連の工程には、型鍛造工程及びバリ抜き工程のみならず、寸法矯正のための整形工程が含まれる。この整形工程において、フランジを潰したり、曲げたりすることによって、曲がり部を形成することは可能である。整形工程の後に別途の工程を追加し、その工程で曲がり部を形成することも可能である。したがって、本実施形態のサポートビームは、型鍛造を活用することによって製造できる。また、本実施形態のサポートビームは、鋳造によって製造できる。

サポートビームは一体成形品に限らない。サポートビームは厚板を溶接して製造してもよい。具体的にはウエブとフランジとを溶接接合してもよい。また、支持部とアームとを溶接してもよい。この場合、溶接部の腐食や疲労に十分注意する必要がある。溶接と型鍛造とでは溶接の方が容易にサポートビームを製造できる。しかし、サポートビームの性能面ではウエブとフランジとの接合部の腐食や疲労の点で一体成形品のサポートビームの方が優れている。したがって、鍛造による一体成形品のサポートビームが最も好ましい。

ＣＡＥ解析により、アームの横断面形状を種々変更し、アームの剛性を調査した。アームの剛性の評価は、アームの断面２次モーメントを比較することによって行った。断面２次モーメントが大きいほど、剛性が大きいことによる。

［比較例の解析モデル］
図７は、比較例であるモデルＢのアームの横断面形状を示す模式図である。図７に示すモデルＢのアーム４は、上記の図３Ａに示す参考アーム（Ｂ）に相当する。つまり、モデルＢのアーム４は、車高方向ＨＤに延びるウエブ５と、車幅方向ＷＤに延びる第１のフランジ６Ａ及び第２のフランジ６Ｂとを有するものであった。

モデルＢは、下記の諸寸法を有するモデルＢ１を基準にした。
・ｈ＝ｈ₀＝８０ｍｍ、ｂ₀＝８０ｍｍ、ｔ₁＝１０ｍｍ、及びｔ₂＝１０ｍｍ

モデルＢについて、ウエブ５の長さ（高さ）を種々変更して、ｈを増加させた。その際、断面積を一定とした。つまり、重量を一定とした。そのため、ｈの増加に伴って、フランジ６Ａ、６Ｂの板厚ｔ₂を調整した。具体的には、ｈ₀に対するｈの増加量Δｈの比率Δｈ／ｈ₀（以下、「高さ比率」とも言う）を、０．５％、１．０％、５．０％、１０．０％、２０．０％、３０．０％、及び４０．０％に変更した。

［本発明例の解析モデル］
図８は、本発明例であるモデルＯのアームの横断面形状を示す模式図である。図８に示すモデルＯのアーム４は、上記の図４Ａに示すアーム（Ｏ）に相当する。つまり、モデルＯは、車高方向ＨＤに延びるウエブ５と、車幅方向ＷＤに延びる第１のフランジ６Ａ及び第２のフランジ６Ｂとを有するものであり、さらに第１のフランジ６Ａの第１の端部６Ａａ及び第２の端部６Ａｂそれぞれの近傍に曲がり部７を有するものであった。

モデルＯは、上記のモデルＢ１を基準にした。

モデルＯについて、曲がり部７による第１及び第２の端部６Ａａ、６Ａｂの車高方向ＨＤへの突出長さ（折れ曲がり高さ）Ｄ₁を種々変更（増加）させた。その際、断面積を一定とした。つまり、重量を一定とした。そのため、Ｄ₁の増加に伴って、フランジ６Ａ、６Ｂの板厚ｔ₂を調整した。具体的には、ｈ₀に対するＤ₁の比率Ｄ₁／ｈ₀（以下、「突出比率」とも言う）を、０．５％、１．０％、５．０％、１０．０％、２０．０％、３０．０％、及び４０．０％に変更した。

なお、ウエブ５の長さ（ｈ相当）を変更した各モデルＢ、及び曲がり部７による突出長さＤ₁を変更した各モデルＯにおいて、高さ比率と突出比率が同じモデルは、断面の外形寸法（ウエブの延在方向の最大高さ、フランジの延在方向の最大幅）が同じであった。

［評価］
モデルＢ１、ウエブ５の長さ（ｈ相当）を変更した各モデルＢ、及び曲がり部７による突出長さＤ₁を変更した各モデルＯのそれぞれで、断面２次モーメントを算出した。断面２次モーメントの算出には材料力学の理論を用いた。ここでは、各モデルについて、車高方向ＨＤの曲げの中心軸Ｌｈ回りの断面２次モーメント、すなわち車高方向ＨＤの断面２次モーメントを算出した。さらに、車幅方向ＷＤの曲げの中心軸Ｌｃ回りの断面２次モーメント、すなわち車幅方向ＷＤの断面２次モーメントを算出した。

図９は、モデルＢに関する断面２次モーメントをまとめた図である。図１０は、モデルＯに関する断面２次モーメントをまとめた図である。図９及び図１０では、各モデルの断面２次モーメントは、モデルＢ１の断面２次モーメントの値を基準「１．００」とした比率で示される。

図９を参照して、比較例であるモデルＢでは、ウエブの長さが増加するにつれて、ウエブの延在方向（車高方向ＨＤ）の曲げに対する断面２次モーメントが増加するが、フランジの延在方向（車幅方向ＷＤ）の曲げに対する断面２次モーメントが減少する。つまり、車高方向の剛性が増加するほど、車幅方向の剛性が減少する。

これに対し、図１０を参照して、本発明例であるモデルＯでは、曲がり部による突出長さが増加するにつれて、ウエブの延在方向（車高方向ＨＤ）の曲げに対する断面２次モーメント、及びフランジの延在方向（車幅方向ＷＤ）の曲げに対する断面２次モーメントのいずれも増加する。つまり、車高方向の剛性が増加するにつれて、車幅方向の剛性が増加する。

以上のことから、本実施形態のサポートビームによれば、車高方向ＨＤ及び車幅方向ＷＤのいずれでも、アームの剛性が高まると言える。また、モデルＢでは、車高方向の剛性が増加するにつれて、車幅方向の剛性に対する車高方向の剛性の比率が大きくなる。これに対して、モデルＯでは、車高方向の剛性が増加しても、車幅方向の剛性に対する車高方向の剛性の比率はほとんど変わらない。したがって、モデルＯでは、横座屈に対する安全度が高いと言える。

その他、本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能であることは言うまでもない。

本発明は、サポートビームに有効に利用できる。

１ サポートビーム
２ 第１の支持部
３ 第２の支持部
４ アーム
５ ウエブ
５ａ 端部
５ｂ 端部
６Ａ 第１のフランジ
６Ａａ 第１の端部
６Ａｂ 第２の端部
６Ａｃ 中央部
６Ｂ 第２のフランジ
６Ｂａ 第１の端部
６Ｂｂ 第２の端部
６Ｂｃ 中央部
７ 曲がり部
ＦＤ 車長方向
ＨＤ 車高方向
ＷＤ 車幅方向

Claims (6)

1. 第１の支持部と、第２の支持部と、前記第１の支持部と前記第２の支持部とをつなぐアームと、を備え、
   前記アームは、ウエブと、フランジと、を備え、
   前記フランジは、第１の端部、第２の端部、及び前記ウエブの端部につながる中央部を含み、
   前記フランジは、前記アームの横断面において、前記第１の端部と前記第２の端部との間の領域に、前記フランジの厚みの中心線が前記ウエブの延在方向外側に曲がる曲がり部を含み、
   前記フランジは、第１の薄肉部をさらに含み、
   前記第１の薄肉部及び前記曲がり部は、前記アームの横断面において、前記第１の端部と前記中央部と間の領域のうちの前記ウエブ側に位置する第１の中央領域に配置され、
   前記第１の中央領域は、前記ウエブの厚みの中心線から前記第１の端部までの距離の５０％の範囲であり、前記第１の薄肉部の厚みは、前記第１の中央領域の外側に位置する領域の最大厚みよりも小さい、サポートビーム。
2. 請求項１に記載のサポートビームであって、
   前記フランジは、第２の薄肉部をさらに含み、
   前記第２の薄肉部及び前記曲がり部は、前記アームの横断面において、前記第２の端部と前記中央部と間の領域のうちの前記ウエブ側に位置する第２の中央領域に配置され、
   前記第２の中央領域は、前記ウエブの厚みの中心線から前記第２の端部までの距離の５０％の範囲であり、前記第２の薄肉部の厚みは、前記第２の中央領域の外側に位置する領域の最大厚みよりも小さい、サポートビーム。
3. 請求項１に記載のサポートビームであって、
   前記フランジにおいて、前記第１の端部と前記中央部との間の領域の表面のうち、前記ウエブの前記延在方向の外側の表面は、前記ウエブから離れるに従って、前記ウエブの前記延在方向の外側に向かって傾斜した後に、前記ウエブの前記延在方向の内側に向かって傾斜している、サポートビーム。
4. 請求項２に記載のサポートビームであって、
   前記フランジにおいて、前記第２の端部と前記中央部との間の領域の表面のうち、前記ウエブの前記延在方向の外側の表面は、前記ウエブから離れるに従って、前記ウエブの前記延在方向の外側に向かって傾斜した後に、前記ウエブの前記延在方向の内側に向かって傾斜している、サポートビーム。
5. 第１の支持部と、第２の支持部と、前記第１の支持部と前記第２の支持部とをつなぐアームと、を備え、
   前記アームは、ウエブと、フランジと、を備え、
   前記フランジは、第１の端部、第２の端部、及び前記ウエブの端部につながる中央部を含み、
   前記フランジは、前記アームの横断面において、前記第１の端部と前記第２の端部との間の領域に、前記フランジの厚みの中心線が前記ウエブの延在方向外側に曲がる曲がり部を含み、
   前記第１の端部と前記中央部との間の領域に前記曲がり部が設けられ、
   前記フランジにおいて、前記第１の端部と前記中央部との間の領域の表面のうち、前記ウエブの前記延在方向の外側の表面は、前記ウエブから離れるに従って、前記ウエブの前記延在方向の内側に向かって傾斜した後に、前記ウエブの前記延在方向の外側に向かって傾斜している、サポートビーム。
6. 請求項５に記載のサポートビームであって、
   前記第２の端部と前記中央部との間の領域に前記曲がり部がさらに設けられ、
   前記フランジにおいて、前記第２の端部と前記中央部との間の領域の表面のうち、前記ウエブの前記延在方向の外側の表面は、前記ウエブから離れるに従って、前記ウエブの前記延在方向の内側に向かって傾斜した後に、前記ウエブの前記延在方向の外側に向かって傾斜している、サポートビーム。

Images