JPH1035237A - 車軸式懸架装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋳造成形であっても疲労強度と変形強度を確
保できる構造にするとともに、製造工程を簡略化する。 【解決手段】 車軸部材２０の中央部Ｃを延性を有する
鉄パイプ２１にて構成し、この鉄パイプ２１とリーフス
プリング取付部２２Ｌ，２２Ｒおよびナックルスピンド
ル取付部２３Ｌ，２３Ｒを鋳造により一体化している。
鉄パイプ２１の端部２１ａに蓋２１ｂを嵌着し、鋳造時
に鉄パイプ２１内に溶湯が入らないようにして鋳造す
る。これにより、鉄パイプ２１の両端部の接合部２４
は、鉄パイプ２１の端部２１ａ近傍の外表面が溶湯の熱
により若干溶けて鋳鉄と一体化されて鋳込み接合される
こととなるので、その接合強度は大きいものとなり、延
性を有する鉄パイプ２１の応力に対する強度および軽量
性を合わせ持った車軸部材２０を鋳造により容易に製造
できるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、左右の車輪を一本
の車軸で結び、その車軸をスプリングを介して車体に取
り付ける車軸式懸架装置いわゆるリジッドアクスルサス
ペンションに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】サスペンションは車輪と車体を結ぶ装置
であって、車体を支えるとともに、自動車の振動、乗り
心地、繰安性に大きな影響を与える重要な装置である。
その構成は、走行中、路面から受ける衝撃を緩和するス
プリング、車体の上下振動を抑制して乗り心地を良くす
るショックアブソーバ、自動車のローリングを抑制する
スタビライザ、そしてこれらを保持して車輪の動きを抑
制するリンク機構からなっている。

【０００３】この装置は、車体を支え、路面からの振動
や衝撃を緩和させるために、望ましいばね特性・減衰特
性を持たせ、車体・乗員・積み荷等を保護するととも
に、加減速時の駆動力・制動力または旋回時の横力等あ
らゆる方向の力に対して、適度な剛性と十分な強度・耐
久性を有し、車体に対して車輪を所定の正しい位置に保
持し、かつ、車体および路面に対する車輪の動きを適切
に制御することにより、その車両に最も適した運動性能
を与える機能が要求されるものである。このため、いろ
いろな種類のサスペンションが考えられている。

【０００４】その１つとして、車軸式懸架装置いわゆる
リジッドアクスルサスペンションがある。これは、左右
の車輪が一本の車軸で結ばれ、その車軸をスプリングを
介して車体に取り付ける形式であって、通常、車体を支
えるサスペンション（懸架装置）と、車輪を支持するア
クスル（走行装置）とから構成される。アクスルはばね
座にかかる上下方向荷重と、旋回時等の横荷重による垂
直曲げモーメントと、制動力および駆動力による水平曲
げモーメント、ねじりモーメントを受ける。この形式の
サスペンションはトラック、バス等の前後軸に多く使用
されている。

【０００５】このリジッドアクスルサスペンションの
内、非駆動輪の場合はアクスルビーム（Ｉビーム）であ
って、このアクスルビームにはタイヤから車両の積載状
態および走行状態に基づく上下力と、制動状態に基づく
上下力および前後力が同時に作用し、それらの各力に基
づく曲げモーメントや捻りモーメントが作用する。特
に、アクスルビームの中央部（リーフスプリング取付部
の間）は最も大きな荷重を受ける。このため、アクスル
ビームの中央部の横断面形状がＩ型断面になるように鍛
造成形している。鍛造成形によりＩ型断面に形成された
アクスルビームは高い疲労強度と変形強度と耐衝撃性を
有しており、かつ、大量生産に適した製法である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、鍛造成
形は製造設備が大型で、鍛造型も大型であるため、車種
毎に対応した変更がしにくいという問題がある。そこ
で、強度および軽量化に優れた鋳造アクスルビームが特
開平７−２１５００４号公報において提案された。この
ものは、アクスルビームを矩形断面として鋳造により成
形し、見切り部をアクスルビームの側面に設けること
で、鍛造成形のアクスルビームに匹敵する強度が得られ
るようにするとともに、軽量化を達成しようとするもの
である。

【０００７】上記した鋳造アクスルビームは軽量化のた
めに断面矩形の中空構造として、大きな断面係数が得ら
れるため、鍛造成形と同等の強度が得られるとともに、
コスト低減、軽量化が図れる反面、鋳鉄は脆性材料であ
るとともに、伸びが少ない材料であるため、大きな応力
により変形する可能性があって、耐久性と軽量化の両立
を図ることが難しいという問題がある。また、砂中子を
用いて中空に鋳造すると、鋳造後に砂中子を取り除く工
程が必要となって、製造工程が増えるという問題も生じ
る。そこで、本発明は上記した問題点に鑑みてなされた
ものであり、鋳造成形であっても疲労強度と変形強度を
確保できる構造にするとともに、製造工程を簡略化する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は車幅方向に延び
て左右の車輪支持体を連結するとともに車体を懸架する
車軸部材を備えた車軸式懸架装置であって、上記課題を
解決するため、請求項１に記載の発明においては、車軸
部材は車輪支持体に連結される端部材と同端部材に一体
的に接合される中央部材とからなり、中央部材を延性材
料により構成するとともに端部材を鋳鉄により構成し、
端部材を鋳造により形成すると同時に中央部材を一体的
に鋳込み接合したことにある。

【０００９】請求項２に記載の発明においては、上述の
中央部材の両端部を端部材と一体的に鋳込み接合したこ
とにある。請求項３に記載の発明においては、上述の中
央部材の外表面全体を端部材と一体的に鋳込み接合した
ことにある。請求項４に記載の発明においては、一対の
スプリングを車幅方向に所定の間隔を隔てて車軸部材上
に取り付けるスプリング取付部の間に中央部材を設けた
ことにある。

【００１０】請求項５に記載の発明においては、上述の
中央部材を中空体としたことにある。 請求項６に記載
の発明においては、中空体の両端部を閉塞して端部材と
一体的に鋳込み接合するようにしたことにある。請求項
７に記載の発明においては、中央部材を中子として使用
し、同中子を保持する複数の幅木の配置位置をそれぞれ
ずらして配置して中央部材の外表面全体と端部材とを一
体的に鋳込み接合して車軸部材を製造するようにしたこ
とにある。

【００１１】

【発明の作用・効果】上述のように構成した本発明にお
いて、請求項１に記載のように中央部材を延性材料によ
り構成することにより、車両の走行上、車軸部材で最も
強度を必要とする中央部材の強度が向上するとともに、
延性材料の特性から肉厚を薄くすることができるように
なるので、車軸部材の軽量化が可能になる。また、延性
材料を適宜選択することにより、必要荷重毎の車軸部材
を製造することが可能となる。そのため、車種毎に車軸
部材を製造することができるようになって、多品種、少
量生産に適した車軸部材が得られるようになるととも
に、生産設備も簡易となって、コスト低減が可能とな
る。

【００１２】請求項２に記載のように、中央部材の両端
部を端部材と一体的に鋳込み接合すれば、鋳造時の溶湯
の熱により中央部材の両端部の表面が溶けて端部材と接
合されることとなるので、その接合強度を大きくするこ
とができるとともに、延性材料の高強度と軽量性を合わ
せ持った車軸部材を鋳造により容易に製造できるように
なる。請求項３に記載のように、中央部材の外表面全体
を端部材と一体的に鋳込み接合すれば、鋳造時の溶湯の
熱により中央部材の外表面全体が溶けて端部材と接合さ
れることとなるので、その接合強度をより大きくするこ
とができるとともに、延性材料の高強度と軽量性を合わ
せ持った車軸部材を鋳造により容易に製造できるように
なる。

【００１３】請求項４に記載のように、スプリング取付
部の間は車両で最も低い位置に配置されて、路面からの
衝撃荷重を受け易くかつ積載時および制動時に最も大き
な荷重を受け易いので、スプリング取付部の間に中央部
材を設けるようにすれば、効率よく車軸部材の強度を補
強できるようになる。請求項５に記載のように、中央部
材を中空体とすれば、中央部材は軽量となるので車軸部
材をより軽量に形成することが可能となる。

【００１４】請求項６に記載のように、中空体の両端部
を閉塞して端部材と一体的に接合するようにすれば、中
空部の内部まで鋳鉄が浸入することが防止できるように
なるので、車軸部材をより軽量に形成することが可能と
なる。

【００１５】請求項７に記載のように、中央部材を中子
として使用し、かつ中子を保持する複数の幅木をそれぞ
れずらして配置するようにして車軸部材を製造するよう
にすれば、中子落としの工程を省略することが可能とな
って、車軸部材の製造工程を簡略化できるようになると
ともに、溶湯の湯流れが滑らかとなって、溶湯の湯流性
を改善することが可能となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の各実施形態を図
に基づいて説明する。

【００１７】実施形態１ 図１は本発明の車軸式懸架装置をＦＲ車のフロント側
（非駆動輪側）リジッドアクスルサスペンションに適用
した場合の本実施形態１の全体構成を示す斜視図であ
る。このリジッドアクスルサスペンションは左車輪支持
体１０Ｌと右車輪支持体１０Ｒとを結ぶ車軸部材２０
と、この車軸部材２０に対して前後方向に配設した一対
の重ね板ばね（リーフスプリング）３０Ｌ，３０Ｒとか
ら構成される。これらのリーフスプリング３０Ｌ，３０
Ｒの一端３１Ｌ，３１Ｒを車体側に固定のスプリングブ
ラケットにピン結合し、他端はリーフスプリング３０
Ｌ，３０Ｒのたわみによるスパンの変化を逃すためのシ
ャックル３２Ｌ，３２Ｒを設けている。車軸部材２０と
リーフスプリング３０Ｌ，３０ＲとはＵボルト３３，３
３，３３，３３で結合している。車軸部材２０の両端部
近傍にはショックアブソーバ４０Ｌ，４０Ｒを取り付け
ている。

【００１８】図２は車軸部材２０の構造を示す図であ
り、図２（ａ）は車軸部材２０の半部上面図を示し、図
２（ｂ）はその半部側面図を示す。車軸部材２０は、鉄
パイプ２１からなる中央部Ｃと、この中央部Ｃの両端部
に設けられてリーフスプリング（図１参照）を取り付け
るリーフスプリング取付部２２Ｌ（なお、図２は右半部
を示しているので２２Ｌは図示していない），２２Ｒ
と、このリーフスプリング取付部２２Ｌ，２２Ｒより上
方に湾曲して設けられるナックルスピンドル取付部２３
Ｌ（なお、図２は右半部を示しているので２３Ｌは図示
していない），２３Ｒとからなる。なお、ナックルスピ
ンドル取付部２３Ｌ，２３Ｒは車輪を操舵するナックル
スピンドルを取り付けるために設けられている。

【００１９】この車軸部材２０には、タイヤ（図示せ
ず）から車両の積載状態および走行状態に基づく上下力
と、制動状態に基づく上下力および前後力が同時に作用
する。特に、リーフスプリング取付部２２Ｌと２２Ｒと
の間に設けられる中央部Ｃは積載時および制動時に最も
大きな荷重を受け易く、そのため、中央部Ｃにはそれら
の各力に基づく曲げモーメントや捻りモーメントが作用
する。

【００２０】そこで、本実施形態においては、中央部Ｃ
を延性を有する鉄パイプ２１にて構成し、この鉄パイプ
２１にて構成した中央部Ｃとリーフスプリング取付部２
２Ｌ，２２Ｒおよびナックルスピンドル取付部２３Ｌ，
２３Ｒを鋳造により一体化している。図３は鉄パイプ２
１にて構成した中央部Ｃとリーフスプリング取付部２２
Ｌ，２２Ｒとの接合部２４を拡大して示した縦断面図で
ある。ここで、鉄パイプ２１の端部２１ａに蓋２１ｂを
嵌着し、鋳造時に鉄パイプ２１内に溶湯が入らないよう
にして鋳造している。

【００２１】このようにして車軸部材２０を鋳造により
形成すると、鉄パイプ２１の両端部の接合部２４は、鉄
パイプ２１の端部２１ａ近傍の外表面が溶湯の熱により
若干溶けて鋳鉄と一体化されて鋳込み接合されることと
なるので、その接合強度は大きいものとなり、延性を有
する鉄パイプ２１の応力に対する強度および軽量性を合
わせ持った車軸部材２０を鋳造により容易に製造できる
ようになる。

【００２２】なお、上述の実施形態１においては、鉄パ
イプ２１にて構成した車軸部材２０の中央部Ｃの端部２
１ａに蓋２１ｂを嵌着して鉄パイプ２１内に溶湯が入ら
ない構成としたが、図４〜図６に示すような種々の変形
例を採用できる。

【００２３】図４は、第１変形例の接合部の縦断面を示
す図であり、この第１変形例においては、鉄パイプ２５
の端部２５ａ同士が閉じるように圧縮成形して、鋳造時
に鉄パイプ２５内に溶湯が入らないようにして鉄パイプ
２５の端部２５ａ近傍の外表面と鋳鉄とを鋳込み接合し
て一体的に鋳造している。

【００２４】図５は、第２変形例の接合部の縦断面を示
す図であり、この第２変形例においては、鉄パイプ２６
の端部２６ａから鉄パイプ２６の内方に蓋２６ｂを押し
込んで嵌着して、鋳造時に鉄パイプ２６内に溶湯が入ら
ないようにして鉄パイプ２６の端部２６ａ近傍の内表面
と鋳鉄とを鋳込み接合して一体的に鋳造している。

【００２５】図６は、第３変形例の接合部の縦断面を示
す図であり、この第３変形例においては、鉄パイプ２７
の端部２７ａから鉄パイプ２７の内方に蓋２７ｂを押し
込んで嵌着して、鋳造時に鉄パイプ２７内に溶湯が入ら
ないようにして鉄パイプ２７の端部２７ａ近傍の外表面
と鋳鉄とを鋳込み接合して一体的に鋳造している。

【００２６】上述した本実施形態１および各変形例にお
いては、車軸部材２０の中央部Ｃを鉄パイプ２１にて形
成することにより、大きな荷重による応力を車軸部材２
０が受けても、延性を有する鉄パイプ２１は変形するこ
とはなくなる。また、鉄パイプ２１を用いることによ
り、車軸部材２０全体を軽量化、小型化することが可能
となって、この種の車軸部材を安価に製造することが可
能となる。また、使用する鉄パイプを適宜選択して鋳込
み接合することにより、必要荷重毎、即ち、車種毎の車
軸部材２０を形成することができるようになる。

【００２７】また、鋳造成形は鍛造成形に較べて大規模
な製造設備を必要としないので、多品種少量生産に適
し、車種毎の車軸部材を安価に製造できるようになると
ともに、製造設備も簡単になる。さらに、鍛造成形と同
等の強度を有する車軸であっても、使用する鉄パイプ２
１を適宜選択することに車種毎の車軸部材２０が得られ
るようになるので、車種毎の自由度、設計の自由度が大
幅に向上する。

【００２８】さらに、車軸部材２０に中空部を形成する
に際して、単に鉄パイプ２１を用いてこの鉄パイプ２１
の両端部を鋳込み接合するだけであるので、中空部を形
成するための中子を用いる必要がなくなって、中子砂を
抜くための孔を設ける必要がなくなるとともに、中子砂
を抜くための作業も不必要となって、作業工程を簡略化
できるようになる。

【００２９】実施形態２ 上述の実施形態１においては、車軸部材２０の中央部Ｃ
に鉄パイプ２１を用い、この鉄パイプ２１とリーフスプ
リング取付部２２Ｌ，２２Ｒおよびナックルスピンドル
取付部２３Ｌ，２３Ｒを鋳造により一体的に成形して、
鉄パイプ２１の両端部の接合部２４を鋳込み接合して一
体化する例について説明したが、本実施形態２の車軸部
材５０においては、鉄パイプ５１の全体を鋳込み接合す
ることにある。

【００３０】図７は本実施形態２の車軸部材５０の構造
を示す図であり、図７（ａ）は車軸部材５０の半部上面
図を示し、図７（ｂ）はその側面図を示す。本実施形態
２の車軸部材５０は、鉄パイプ５１よりなる中央部Ｃ
と、この中央部Ｃの両端部に設けられてリーフスプリン
グ（図１参照）を取り付けるリーフスプリング取付部５
２Ｌ（なお、図７は右半部を示しているので５２Ｌは図
示していない），５２Ｒと、このリーフスプリング取付
部５２Ｌ，５２Ｒより上方に湾曲して設けられるナック
ルスピンドル取付部５３Ｌ（図７は右半部を示している
ので５３Ｌは図示していない），５３Ｒとからなる。な
お、ナックルスピンドル取付部５３Ｌ，５３Ｒは車輪を
操舵するナックルスピンドルを取り付けるために設けら
れている。

【００３１】本実施形態２においては、車軸部材５０の
中央部Ｃを延性を有する鉄パイプ５１にて構成し、図８
に示すように、この鉄パイプ５１を中子として下型６１
と上型６２とからなる鋳造砂型６０内に配置し、鉄パイ
プ５１とリーフスプリング取付部５２Ｌ，５２Ｒおよび
ナックルスピンドル取付部５３Ｌ，５３Ｒとを鋳造によ
り一体化して、中子とした鉄パイプ５１の外表面全体を
鋳鉄と一体的に鋳込み接合するものである。

【００３２】図８は、下型６１と上型６２とからなる鋳
造砂型６０内に鉄パイプ５１よりなる中子を配置して鋳
造する状態を示す断面図である。鉄パイプ５１よりなる
中子は幅木６３，６４を備えており、この幅木６３，６
４により鉄パイプ５１よりなる中子は鋳造砂型６０内の
所定の位置に保持されて、車軸部材５０の中央部Ｃの肉
厚は所定の厚みとなる。なお、幅木６３，６４を用いる
ことにより、鋳造された車軸部材５０の中央部Ｃには鋳
抜き孔５４，５５が形成される。

【００３３】ここで、鉄パイプ５１よりなる中子を上下
で保持する幅木６３と、中子を前後で保持する幅木６４
の位置とはそれぞれずらして配置している。これによ
り、図示しない湯口より注入される溶湯の湯流れが良好
となり、鋳造効率が向上する。また、中子となる鉄パイ
プ５１の端部５１ａには上述の実施形態１と同様に蓋５
１ｂを嵌着しており、鋳造時に鉄パイプ５１内に溶湯が
入らないようにして鋳造している。なお、蓋５１ｂを嵌
着することに代えて、上述の実施形態１の図４〜図６に
示すような各変形例のようにしてもよいことは説明する
までもない。

【００３４】このようにして鉄パイプ５１を中子として
車軸部材５０を鋳造により形成すると、鉄パイプ５１の
外表面全体が溶湯の熱により若干溶けて鋳鉄と一体化さ
れて鋳込み接合されることとなるので、その接合強度は
大きいものとなり、延性を有する鉄パイプ５１の応力に
よる高強度および鉄パイプ５１の軽量性を合わせ持った
車軸部材５０を鋳造により容易に製造できるようにな
る。

【００３５】上述した本実施形態２においては、車軸部
材５０の中央部Ｃを鉄パイプ５１を用いこの鉄パイプ５
１の外表面を鋳込み接合することにより、大きな荷重に
よる応力を車軸部材５０が受けても、延性を有する鉄パ
イプ５１により車軸部材５０が変形することはなくな
る。また、鉄パイプ５１を用いることにより、車軸部材
５０全体を軽量化、小型化することが可能となって、こ
の種の車軸部材を安価に製造することが可能となる。ま
た、幅木を用いて中子となる鉄パイプ５１を保持するの
で、鉄パイプ５１に鋳込み接合される鋳鉄の厚みが均一
化するとともに、幅木により形成される鋳抜き孔５３，
５４の分だけ軽量となる。

【００３６】また、鋳造成形は鍛造成形に較べて大規模
な製造設備を必要としないので、多品種少量生産に適
し、車種毎の車軸部材を安価に製造できるようになると
ともに、製造設備も簡単になる。さらに、鍛造成形と同
等の強度を有する車軸であっても、使用する鉄パイプ５
１を適宜選択することに車種毎の車軸部材５０が得られ
るようになるので、車種毎の自由度、設計の自由度が大
幅に向上する。さらに、鉄パイプ５１を中子として鋳造
することにより、中子砂を抜くための作業が不必要とな
って、作業工程が簡略化できるようになる。

【００３７】なお、上述の各実施形態１，２において
は、本発明の車軸式懸架装置をＦＲ車のフロント側リジ
ッドアクスルサスペンションに適用する例について説明
したが、本発明の車軸式懸架装置はＦＲ車のリア側（駆
動輪側）リジッドアクスルサスペンションにも適用する
ことができる。また、本発明の車軸式懸架装置をＦＦ車
のフロント側リジッドアクスルサスペンションあるいは
リア側リジッドアクスルサスペンションにも適用できる
ことも明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の車軸式懸架装置の非駆動輪側の全体
構成を示す斜視図である。

【図２】 図１の第１実施形態の車軸部材の構造を示す
を図である。

【図３】 図２の接合部を拡大した縦断面図である。

【図４】 図３の第１変形例を示す図である。

【図５】 図３の第２変形例を示す図である。

【図６】 図３の第３変形例を示す図である。

【図７】 図１の第２実施形態の車軸部材の構造を示す
図である。

【図８】 図７の車軸部材を鋳造する状態の要部を示す
縦断面図である。

【符号の説明】

１０Ｌ，１０Ｒ…車輪支持体、２０…車軸部材、２１…
鉄パイプ、２２Ｒ…リーフスプリング取付部、２４…接
合部、３０…リーフスプリング、４０Ｌ，４０Ｒ…ショ
ックアブソーバ、５０…車軸部材、５１…鉄パイプ（中
子）、５２Ｒ…リーフスプリング取付部、５４，５５…
鋳抜き孔、６０…鋳造砂型、６１…下型、６２…上型、
６３，６４…幅木

フロントページの続き (72)発明者 宮城 淳一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 松浦 裕 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 河森 敏克 名古屋市中川区富川町３丁目１番地の１ 中央可鍛工業株式会社内 (72)発明者 石川 訓 名古屋市中川区富川町３丁目１番地の１ 中央可鍛工業株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車幅方向に延びて左右の車輪支持体を連
   結するとともに車体を懸架する車軸部材を備えた車軸式
   懸架装置であって、 前記車軸部材は前記車輪支持体に連結される端部材と同
   端部材に一体的に接合される中央部材とからなり、 前記中央部材を延性材料により構成するとともに前記端
   部材を鋳鉄により構成し、 前記端部材を鋳造により形成すると同時に前記中央部材
   を一体的に鋳込み接合したことを特徴とする車軸式懸架
   装置。
2. 【請求項２】 前記中央部材の両端部を前記端部材と一
   体的に鋳込み接合したことを特徴とする請求項１に記載
   の車軸式懸架装置。
3. 【請求項３】 前記中央部材の外表面全体を前記端部材
   と一体的に鋳込み接合したことを特徴とする請求項１に
   記載の車軸式懸架装置。
4. 【請求項４】 一対のスプリングを車幅方向に所定の間
   隔を隔てて前記車軸部材上に取り付けるスプリング取付
   部の間に前記中央部材を設けたことを特徴とする請求項
   １から請求項３のいずれかに記載の車軸式懸架装置。
5. 【請求項５】 前記中央部材は中空体であることを特徴
   とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の車軸式
   懸架装置。
6. 【請求項６】 前記中空体の両端部を閉塞して前記端部
   材と一体的に鋳込み接合するようにしたことを特徴とす
   る請求項５に記載の車軸式懸架装置。
7. 【請求項７】 前記中央部材を中子として使用し、同中
   子を保持する複数の幅木の配置位置をそれぞれずらして
   配置して前記中央部材の外表面全体と前記端部材とを一
   体的に鋳込み接合して前記車軸部材を製造するようにし
   たことを特徴とする請求項３から請求項６のいずれかに
   記載の車軸式懸架装置の製造方法。