JPWO2014118915A1 - トーションビーム、トーションビーム組立体及びトーションビーム式サスペンション装置 - Google Patents

Abstract

自動車の車体に揺動自在に連結され車輪を回転自在に取付けるようにした自動車の前後方向に延びる一対のアーム部材を備えた自動車のサスペンション装置で用いるトーションビームが開示される。トーションビームには長手方向に延びる凹所が形成されており、それによって、該トーションビームは、長手方向に垂直な平面において第１と第２の脚部を有して略Ｖ字形の断面形状を呈している。トーションビームは、該トーションビームの両端に設けられアーム部材に結合される接続部と、該トーションビームの長手方向の中央部に設けられた一定形状部と、該一定形状部と接続部との間に設けられた非対称形状部とを備えている。非対称形状部では、凹所の深さが接続部から一定形状部へ向けて次第に深くなり、かつ、第１の脚部が第２の脚部の幅寸法よりも大きな幅寸法を有しいる。

Description

本発明は、自動車用トーションビーム式サスペンション装置に関し、特に金属疲労を抑制可能なトーションビーム、該トーションビームを備えたトーションビーム組立体及びトーションビーム式サスペンション装置に関する。

周知のように、自動車の分野では、トーションビーム式サスペンション装置が広範に用いられている。トーションビーム式サスペンション装置は、左右一対のアーム部材と、該アーム部材を互いに連結するトーションビームとを備えている。アーム部材の各々は、基端部が車体に回転自在に連結され、先端部に車輪が回転自在に取り付けられる。アーム部材の各々と、車体との間にダンパーが取付けられる。トーションビームの各端部の近傍にはスプリング受部が設けられており、該スプリング受部と車体との間にコイルスプリングが配設される。トーションビームは、車体が路面から外力を受けた場合にトーションビームの主に捻れ剛性により車体にロール剛性を与えるようになっている。トーションビームは、車体のロール剛性を考慮して適切な捻れ剛性を発揮するような断面形状を有しており、該断面形状は、一般的には車体の前後方向に対称に形成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−３０６１７７号公報

路面から受ける外力により、トーションビームには複雑な応力分布が発生し、車両の使用状況によりトーションビームの金属疲労が進展し易くなる場合がある。
本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、自動車のサスペンションシステムとして用いられ、金属疲労を効率的に抑制可能なトーションビーム、該トーションビームを備えたトーションビーム組立体およびトーションビーム式サスペンション装置を提供することを目的とする。

発明者らは、トーションビームの捻れ剛性と応力分布との関係につき鋭意研究した結果、トーションビームの長手方向に対して垂直な断面形状に関して、外壁部頂点と内壁部頂点の相対位置を制御することによって、トーションビームの捻れ剛性を一定に保ちながら、トーションビームに生じる応力分布を望ましく変更可能であることを見出した。

本発明によれば、一端において自動車の車体にピボット軸を中心に上下方向に揺動自在に連結され、前記自動車の車体に連結された端部とは反対側の端部に車輪を回転自在に取付けるようにした前記自動車の前後方向に延びる一対のアーム部材を備えた自動車のサスペンション装置で用いるトーションビームにおいて、前記トーションビームは長手方向に延びる凹所を有しており、それによって、該トーションビームは、前記長手方向に垂直な平面において第１と第２の脚部を有して略Ｖ字形または略Ｕ字形の断面形状を呈し、前記トーションビームは、該トーションビームの両端に設けられ前記アーム部材に結合される接続部と、該トーションビームの長手方向の中央部に設けられた一定形状部と、該一定形状部と前記接続部との間に設けられた非対称形状部とを備え、前記一定形状部では、前記凹所が一定の深さを有し、かつ、前記第１と第２の脚部が概ね同一の太さ或いは幅寸法を有しており、前記非対称形状部では、前記凹所の深さが前記接続部から前記一定形状部へ向けて次第に深くなり、かつ、前記第１の脚部が前記第２の脚部の幅寸法よりも大きな幅寸法を有して成るトーションビームが提供される。

本発明によるトーションビームによれば、トーションビームが、トーションビームに発生する最大主応力の値をトーションビームの捻れ剛性と独立して制御することにより、最大主応力の値とトーションビームの剛性とを効率的に設定することができる。その結果、所望のサスペンション性能を確保しつつトーションビームの最大主応力の値を小さくしてトーションビームに生じる金属疲労を効果的に低減することができる。

本発明によるトーションビーム、トーションビーム組立体及びトーションビーム式サスペンション装置によれば、トーションビームに発生する最大主応力の値をトーションビームの剛性と独立して制御することができ、最大主応力の値とトーションビームの剛性とを効率的に設定することができる。その結果、トーションビームの金属疲労に対する強度が向上して耐久性を向上することができる。

本発明を適用可能なサスペンション装置の一例としてのトーションビーム式リアサスペンション装置の略示斜視図である。 本発明によるトーションビームを備えたトーションビーム組立体の一例を示す略示斜視図である。 図２のトーションビーム組立体の略示平面図である。 トーションビームに発生する主応力と共に示す図２のトーションビーム組立体の略示底面図である。 図２の矢視線Ａ−Ａに沿うトーションビームの略示断面図である。 図２の矢視線Ｂ−Ｂに沿うトーションビームの略示断面図である。 図２の矢視線Ｃ−Ｃに沿うトーションビームの略示断面図である。 図２の矢視線Ｄ−Ｄに沿うトーションビームの略示断面図である。 図２の矢視線Ｂ−Ｂに沿う断面（図５Ｂ）の拡大図である。 第１の実施形態によるトーションビームの断面の変化を示す略図である。 第２の実施形態によるトーションビームの略示断面を示す図であり、図２の矢視線Ａ−Ａに沿うトーションビームの略示断面図である。 第２の実施形態によるトーションビームの略示断面を示す図であり、図２の矢視線Ｂ−Ｂに沿うトーションビームの略示断面図である。 第２の実施形態によるトーションビームの略示断面を示す図であり、図２の矢視線Ｃ−Ｃに沿うトーションビームの略示断面図である。 第２の実施形態によるトーションビームの略示断面を示す図であり、図２の矢視線Ｄ−Ｄに沿うトーションビームの略示断面図である。 第３の実施形態によるトーションビームの略示断面を示す図であり、図２の矢視線Ａ−Ａに沿うトーションビームの略示断面図である。 第３の実施形態によるトーションビームの略示断面を示す図であり、図２の矢視線Ｂ−Ｂに沿うトーションビームの略示断面図である。 第３の実施形態によるトーションビームの略示断面を示す図であり、図２の矢視線Ｃ−Ｃに沿うトーションビームの略示断面図である。 第３の実施形態によるトーションビームの略示断面を示す図であり、図２の矢視線Ｄ−Ｄに沿うトーションビームの略示断面図である。 第４の実施形態によるトーションビームの略示断面を示す図であり、図２の矢視線Ａ−Ａに沿うトーションビームの略示断面図である。 第４の実施形態によるトーションビームの略示断面を示す図であり、図２の矢視線Ｂ−Ｂに沿うトーションビームの略示断面図である。 第４の実施形態によるトーションビームの略示断面を示す図であり、図２の矢視線Ｃ−Ｃに沿うトーションビームの略示断面図である。 第４の実施形態によるトーションビームの略示断面を示す図であり、図２の矢視線Ｄ−Ｄに沿うトーションビームの略示断面図である。 第５の実施形態によるトーションビームの略示断面を示す図であり、図２の矢視線Ａ−Ａに沿うトーションビームの略示断面図である。 第５の実施形態によるトーションビームの略示断面を示す図であり、図２の矢視線Ｂ−Ｂに沿うトーションビームの略示断面図である。 第５の実施形態によるトーションビームの略示断面を示す図であり、図２の矢視線Ｃ−Ｃに沿うトーションビームの略示断面図である。 第５の実施形態によるトーションビームの略示断面を示す図であり、図２の矢視線Ｄ−Ｄに沿うトーションビームの略示断面図である。 第６の実施形態によるトーションビームの略示断面を示す図であり、図２の矢視線Ａ−Ａに沿うトーションビームの略示断面図である。 第６の実施形態によるトーションビームの略示断面を示す図であり、図２の矢視線Ｂ−Ｂに沿うトーションビームの略示断面図である。 第６の実施形態によるトーションビームの略示断面を示す図であり、図２の矢視線Ｃ−Ｃに沿うトーションビームの略示断面図である。 第６の実施形態によるトーションビームの略示断面を示す図であり、図２の矢視線Ｄ−Ｄに沿うトーションビームの略示断面図である。 第７の実施形態によるトーションビームの略示断面を示す図であり、図２の矢視線Ａ−Ａに沿うトーションビームの略示断面図である。 第７の実施形態によるトーションビームの略示断面を示す図であり、図２の矢視線Ｂ−Ｂに沿うトーションビームの略示断面図である。 第７の実施形態によるトーションビームの略示断面を示す図であり、図２の矢視線Ｃ−Ｃに沿うトーションビームの略示断面図である。 第７の実施形態によるトーションビームの略示断面を示す図であり、図２の矢視線Ｄ−Ｄに沿うトーションビームの略示断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の複数の実施形態を説明する。なお、図に示した符号Ｆ、Ｒは、トーションビームを自動車の車体に取り付けたときに車両の前方および後方を示している。
先ず、図１から図７を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。
図１において、トーションビーム式リアサスペンション装置１は、トーションビーム組立体１０、トーションビーム組立体１０と車体との間に配設されたスプリング２０およびダンパー３０を備える。トーションビーム組立体１０は、図１、２に示すように、車体に取り付けたときに、自動車の前後方向に延設された左右一対のアーム部材としてのトレーリングアーム１１Ｌ、１１Ｒと、該トレーリングアーム１１Ｌ、１１Ｒを互いに連結するトーションビーム１２とを具備している。トーションビーム組立体１０は、更に、スプリング２０の下端部を支持する左右一対のスプリング受部１６Ｌ、１６Ｒ、および、ダンパー３０の下端部を支持するダンパー受部（図示せず）を備えている。トレーリングアーム１１Ｌ、１１Ｒは、基端部がピボット軸ＪＬ、ＪＲを中心として上下方向に或いは鉛直面内で揺動自在に車体に連結されている。基端部とは反対側のトレーリングアーム１１Ｌ、１１Ｒの先端部には、車輪ＷＬ、ＷＲが回転自在に取り付けられるようになっている。

トーションビーム１２は、該トレーリングアーム１１Ｌ、１１Ｒ間で自動車の左右方向つまり幅方向に延設された中空部材よりなる。スプリング受部１６Ｌ、１６Ｒは、トーションビーム１２に関してピボット軸ＪＬ、ＪＲの反対側、本実施形態では自動車の後方側で、かつ、トレーリングアーム１１Ｌ、１１Ｒとトーションビーム１２との間に形成されており、ダンパー受部（図示せず）は、トレーリングアーム１１Ｌ、１１Ｒ上においてスプリング受部１６Ｌ、１６Ｒの近傍に設けられている。

第１の実施形態によるトーションビーム１２は、その長手方向の略中央に設けられた一定形状部１３、両端部に設けられトレーリングアーム１１Ｌ、１１Ｒに結合される第１と第２の接続部１５ａ、１５ｂ、一定形状部１３と第１と第２の接続部１５ａ、１５ｂとの間に設けられた第１と第２の非対称形状部１４ａ、１４ｂを備えている。トーションビーム１２は、図３、図４、図５Ａ〜図５Ｄに示すように、車体に取り付けたときにピボット軸ＪＬ、ＪＲに近い側に配置される第１の脚部１８ａと、ピボット軸ＪＬ、ＪＲから遠い側に配置される第２の脚部１８ｂとを有する概ね倒立ＶまたはＵ字形の断面を有している。第１と第２の脚部１８ａ、１８ｂの間に、トーションビーム１２の長手方向に延びる凹所１７が形成される。凹所１７は、第１と第２の接続部１５ａ、１５ｂから一定形状部１３へ向けて、第１と第２の非対称形状部１４ａ、１４ｂを通じて深さが次第に深くなり、一定形状部１３では深さが略一定となる。

一定形状部１３は、トーションビーム１２の長手方向に対して垂直な断面形状が、トーションビーム１２の長手方向に略変化しなくなる領域である。
第１と第２の接続部１５ａ、１５ｂは、トーションビーム１２をトレーリングアーム１１Ｌ、１１Ｒに結合するのに適した形状を有している。また、第１と第２の接続部１５ａ、１５ｂには、第１と第２の非対称形状部１４ａ、１４ｂに隣接した領域にのみ浅い凹所１７（図５Ｄ）が形成されている。本実施形態では、凹所１７は、トレーリングアーム１１Ｌ、１１Ｒに結合されるトーションビーム１２の先端および該先端に隣接した部分には形成されていない。或いは、第１と第２の接続部１５ａ、１５ｂに凹所１７を設けなくともよい。第１と第２の接続部１５ａ、１５ｂは、トーションビーム１２の先端から該第１と第２の接続部１５ａ、１５ｂの相当直径に略等しい長さの領域とすることができる。

第１と第２の非対称形状部１４ａ、１４ｂは、図５Ａ、５Ｂに示すように、第１の脚部１８ａが第２の脚部１８ｂよりも太くなるように、該第１と第２の非対称形状部１４ａ、１４ｂの断面が前後方向に非対称に形成された領域である。

ここで、図２の矢視線Ｂ−Ｂに沿う断面（図５Ｂ）の拡大図である図６を参照すると、トーションビーム１２は、外壁部１９ａと内壁部１９ｂとから成り、両者間に内部空間が形成される。外壁部１９ａは第１の脚部１８ａの先端点Ｐ１から頂点Ｐ４を経て第２の脚部１８ｂの先端点Ｐ２へ至る壁部分である。内壁部１９ｂは、第１の脚部１８ａの先端点Ｐ１からから凹所１７の頂点Ｐ３を経て第２の脚部１８ｂの先端点Ｐ２へ至る壁部分である。軸線ＯＶは、第１と第２の脚部１８ａ、１８ｂの先端点Ｐ１、Ｐ２の間の中央を線分Ｐ１Ｐ２に関して垂直に通過する軸線である。第１の実施形態によるトーションビーム１２では、外壁部１９ａの頂点Ｐ４は、軸線ＯＶ上に配置されているが、内壁部１９ｂの頂点Ｐ３は、非対称形状部１４ａ、１４ｂでは、軸線ＯＶから後方に、つまりピボット軸ＪＬ、ＪＲから離反する方向にオフセットされている。

また、図６において、直線Ｌ１は、第１と第２の脚部１８ａ、１８ｂ双方の先端点Ｐ１、Ｐ２に接する共通の接線である。直線Ｌ２は、直線Ｌ１に平行でかつ凹所１７の頂点Ｐ３に接する直線である。直線Ｌ３は、直線Ｌ１、Ｌ２に平行で、かつ、直線Ｌ１、Ｌ２から等距離にある直線である。非対称形状部１４ａ、１４ｂでは、第１と第２の脚部１８ａ、１８ｂが直線Ｌ３と交差する部分において、第１の脚部１８ａの太さ或いは幅寸法が、第２の脚部１８ｂの太さ或いは幅寸法よりも大きくなっている。第１の脚部１８ａの太さ或いは幅寸法は、第１の脚部１８ａにおいて外壁部１９ａと内壁部１９ｂの間の中間面ＩＰａと直線Ｌ３との交点Ｃ１を通過する外壁部１９ａと内壁部１８ｂとの間の距離ＬＦとすることができる。同様に、第２の脚部１８ｂの太さ或いは幅寸法は、第２の脚部１８ｂにおいて外壁部１９ａと内壁部１９ｂの間の中間面ＩＰｂと直線Ｌ３との交点Ｃ２における外壁部１９ａと内壁部１８ｂとの間の距離ＬＲで定義される。

第１と第２の非対称形状部１４ａ、１４ｂにおいて、第１と第２の脚部１８ａ、１８ｂの太さ或いは幅寸法の比α＝ＬＦ／ＬＲはトーションビーム１２の長手方向に変化するが、第１の実施形態では、最大でαｍａｘ＝１．８となっている。本発明の発明者らは、トーションビーム１２の数値解析から以下の事実を発見した。
（１）αの値が大きいほど、第１の脚部１８ａにおいて凹所１７を形成する内壁部１９ｂに生じる引張応力Ｓ１が低減される。
（２）αの値が大きいほど、第２の脚部１８ｂにおいて凹所１７を形成する内壁部１９ｂに生じる引張応力Ｓ２が増加する。

上記の理由（１）（２）から、第１と第２の非対称形状部１４ａ、１４ｂにおける第１と第２の脚部１８ａ、１８ｂの太さ或いは幅寸法の比であるαの値には適切な範囲が存在し、数値解析からは１．１≦α≦２．５とすることが好ましいことが分かった。また、αの値が必要以上に大きいと、トーションビーム１２を金属管部材からプレス成形するときの成形性が低下する。更に、数値解析から、十分な応力緩和の効果を得るためには、第１と第２の非対称形状部１４ａ、１４ｂの長手方向の寸法は互いに等しくし、かつ、トーションビーム１２の長さの５％以上とすることが好ましいことが分かった。更に、第１と第２の非対称形状部１４ａ、１４ｂの長手方向の寸法は、トーションビーム１２の長さの４０％以下とすることが好ましい。なお、第１の実施形態では、第１と第２の非対称形状部１４ａ、１４ｂの長さはトーションビーム１２の長さの２０％である。

次に、再び図４を参照しつつ、第１の実施形態によるトーションビーム１２の作用を説明する。
左右一対のトレーリングアーム１１Ｒ、１１Ｌの一方が、ピボット軸ＪＲ、ＪＬを中心として揺動すると、他方のトレーリングアームは相対的に反対側に揺動する。例えば、トーションビーム式リアサスペンション装置１に取り付けた右車輪が上向きの力を受けると、右側のトレーリングアーム１１Ｒがピボット軸ＪＲを中心として上方に揺動し、左側のトレーリングアーム１１Ｌは右側のトレーリングアーム１１Ｒに対して相対的に下方に揺動することとなる。これによって、図４に示すように、トーションビーム１２の右半分において第１の脚部１８ａの内壁部１８ｂに方向Ｆ１に大きな引張応力Ｓ１が生じ、左半分では第２の脚部１８ｂの内壁部１９ｂに方向Ｆ２にＳ１よりも小さい引張応力Ｓ２が生じる。反対に、トーションビーム１２の右半分において第２の脚部１８ｂの内壁部１９ｂに圧縮応力Ｐ１が生じ、左半分では第１の脚部１８ａの内壁部１８ｂに圧縮応力Ｐ２が生じる。また、左車輪が上向きの力を受け、左側のトレーリングアーム１１Ｌが上方に揺動する場合は、上記の作用とは反対に作用することは理解されよう。

第１の実施形態によるトーションビーム１２によれば、トーションビーム１２の第１と第２の非対称形状部１４ａ、１４ｂにおいて第１の脚部１８ａの内壁部１８ｂに生じる方向Ｆ１への引張応力Ｓ１を大幅に低減することができる。これは、トーションビーム１２の非対称形状部１４ａ、１４ｂにおいて第１の脚部１８ａを太く、つまり外壁部１９ａと内壁部１８ｂとの間の距離ＬＦを大きくすることによって、非対称形状部１４ａ、１４ｂにおいて第１の脚部１８ａの断面剛性が高くなり、引張応力が低減されるためである。一方、トーションビーム１２の非対称形状部１４ａ、１４ｂにおいて第２の脚部１８ｂでは、外壁部１９ａと内壁部１９ｂとの間の距離ＬＲが、第１の脚部１８ａの外壁部１９ａと内壁部１８ｂとの間の距離ＬＦよりも小さいので、断面剛性が低下する。そのため、トーションビーム１２の非対称形状部１４ａ、１４ｂにおいて第２の脚部１８ｂの内壁部１９ｂに生じる引張応力Ｓ２は増大するが、非対称形状部１４ａ、１４ｂにおけるαの値を適正にとることで、引張応力Ｓ２を引張応力Ｓ１より小さくすることが可能となる。

第１の実施形態によるトーションビーム１２、トーションビーム組立体１０及びトーションビーム式リアサスペンション装置１によれば、トーションビーム１２が、外壁部１９ａと内壁部１９ｂの車両前後方向における間隔ＬＦ、ＬＲが非対称に形成された第１と第２の非対称形状部１４ａ、１４ｂを備えているので、トーションビーム１２に発生する応力をトーションビーム１２の剛性と独立して制御することができ、トーションビーム１２の捻れ剛性と最大主応力の値とを容易かつ適切に設定することができる。

また、第１の実施形態によるトーションビーム１２は、外壁部１９ａを従来のトーションビームと同様に軸線ＯＶに関して前後方向に対称な断面形状とすることにより、従来のトーションビーム式リアサスペンションに容易に置換可能である。本実施形態によるトーションビーム１２によれば、所望のサスペンション性能を維持しつつトーションビーム１２の最大主応力の値を小さくしてトーションビーム１２に生じる金属疲労を効果的に低減することができる。

次に、図８Ａ〜図８Ｄを参照して、本発明の第２の実施形態を説明する。図８Ａ〜図８Ｄにおいて、図５Ａ〜図５Ｄに示した実施形態と同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。

第２の実施形態によるトーションビーム４２も、第１の実施形態によるトーションビーム１２と同様に、一定形状部（図８Ａ）、非対称形状部１４ａ、１４ｂ（図８Ｂ、８Ｃ）および接続部（図８Ｄ）を備えており、非対称形状部１４ａ、１４ｂにおいて第１の脚部１８ａが第２の脚部１８ｂよりも太く形成されている。然しながら、第２の実施形態は、外壁部１９ａの頂点Ｐ４が、軸線ＯＶから後方に、つまりピボット軸ＪＬ、ＪＲから離反する方向にオフセットされている点で第１の実施形態とは異なっている。内壁部１９ｂの頂点Ｐ３もまた軸線ＯＶから後方にオフセットされている。

第２の実施形態によるトーションビーム４２によれば、外壁部４９ａの頂点Ｐ４の位置を軸線ＯＶ上に拘束されないので、一定形状部および非対称形状部１４ａ、１４ｂの断面形状を第１の実施形態と比較して一層自由に選択可能であり、第１の実施形態によるトーションビーム１２と比べて、トーションビーム４２の捻れ剛性を一層抑制しながら引張応力を低減可能となる。

次に、図９Ａ〜図９Ｄを参照して、本発明の第３の実施形態を説明する。図９Ａ〜図９Ｄでも、図５Ａ〜図５Ｄに示した実施形態と同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。
第３の実施形態によるトーションビーム５２も、第１の実施形態によるトーションビーム１２と同様に、一定形状部（図９Ａ）、非対称形状部１４ａ、１４ｂ（図９Ｂ、９Ｃ）および接続部（図９Ｄ）を備えており、非対称形状部１４ａ、１４ｂにおいて第１の脚部１８ａが第２の脚部１８ｂよりも太く形成されている。然しながら、第３の実施形態は、外壁部１９ａの頂点Ｐ４が、一定形状部では軸線ＯＶ上に配置されているが、非対称形状部１４ａ、１４ｂおよび接続部では軸線ＯＶから前方に、つまりピボット軸ＪＬ、ＪＲに接近する方向にオフセットされている点で第１の実施形態とは異なっている。また、第３の実施形態では、内壁部１９ｂの頂点Ｐ３が、一定形状部では軸線ＯＶ上に配置されているが、非対称形状部１４ａ、１４ｂおよび接続部では軸線ＯＶから後方にオフセットされている点でも第１の実施形態とは異なっている。

第３の実施形態によるトーションビーム５２によれば、第１の実施形態に比べ内壁部１９ｂの断面形状が小さい範囲で変化しても、第１の実施形態と同等の応力低減ができるので成形性に優れる点で有利である。

次に、図１０Ａ〜図１０Ｄを参照して、本発明の第４の実施形態について説明する。図１０Ａ〜図１０Ｄでも、図５Ａ〜図５Ｄに示した実施形態と同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。
第４の実施形態によるトーションビーム６２も、第１の実施形態によるトーションビーム１２と同様に、一定形状部（図１０Ａ）、非対称形状部１４ａ、１４ｂ（図１０Ｂ、１０Ｃ）および接続部（図１０Ｄ）を備えており、非対称形状部１４ａ、１４ｂにおいて第１の脚部１８ａが第２の脚部１８ｂよりも太く形成されている。然しながら、第４の実施形態は、外壁部１９ａの頂点Ｐ４が、一定形状部では軸線ＯＶ上に配置されているが、非対称形状部１４ａ、１４ｂおよび接続部では軸線ＯＶから前方つまりピボット軸ＪＬ、ＪＲに接近する方向にオフセットされている点で第１の実施形態とは異なっている。また、第４の実施形態では、内壁部１９ｂの頂点Ｐ３は、凹所１７の全長に亘って軸線ＯＶ上に配置されている。

第４の実施形態によるトーションビーム６２によれば、外壁部１９ａの形状の選択の範囲が広くなるため、第１の実施形態に比べて非対称形状部１４ａ、１４ｂにおいてαの値を大きくすることができ、小さな非対称形状部１４ａ、１４ｂであっても同等の効果を得ることが可能になる。

次に、図１１Ａ〜図１１Ｄを参照して、本発明の第５の実施形態について説明する。図１１Ａ〜図１１Ｄでも、図５Ａ〜図５Ｄに示した実施形態と同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。
第５の実施形態によるトーションビーム７２も、第１の実施形態によるトーションビーム１２と同様に、一定形状部（図１１Ａ）、非対称形状部１４ａ、１４ｂ（図１１Ｂ、１１Ｃ）および接続部（図１１Ｄ）を備えており、非対称形状部１４ａ、１４ｂにおいて第１の脚部１８ａが第２の脚部１８ｂよりも太く形成されている。然しながら、第５の実施形態は、外壁部１９ａおよび内壁部１９ｂの双方の頂点Ｐ４、Ｐ３が、軸線ＯＶ上に配置されている点で第１の実施形態とは異なっている。

第５の実施形態によるトーションビーム７２によれば、非対称形状部１４ａ、１４ｂにおけるＲ値を大きくすることができ、第１の実施形態に比べて非対称形状部１４ａ、１４ｂが小さくとも同等の効果を得るとともに、外壁部１９ａと内壁部１９ｂの頂点Ｐ４、Ｐ３が軸線ＯＶ上にある、つまりトーションビーム１２の幅方向中心に位置することから第１の実施形態に比べて成形性が良好になる。

次に、図１２Ａ〜図１２Ｄを参照して、本発明の第６の実施形態について説明する。図１２Ａ〜図１２Ｄでも、図５Ａ〜図５Ｄに示した実施形態と同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。
第６の実施形態によるトーションビーム８２も、第１の実施形態によるトーションビーム１２と同様に、一定形状部（図１２Ａ）、非対称形状部１４ａ、１４ｂ（図１２Ｂ、１２Ｃ）および接続部（図１２Ｄ）を備えており、非対称形状部１４ａ、１４ｂにおいて第１の脚部１８ａが第２の脚部１８ｂよりも太く形成されている。然しながら、第６の実施形態は、外壁部１９ａおよび内壁部１９ｂの双方の頂点Ｐ４、Ｐ３が軸線ＯＶ上に配置されている点で、第１の実施形態とは異なっている。更に、凹所１７が軸線ＯＶに関して自動車の前後方向に対称形状となっている。

第６の実施形態によるトーションビーム８２によれば、非対称形状部１４ａ、１４ｂにおけるＲの値を大きくすることができ、第１の実施形態に比べて非対称形状部１４ａ、１４ｂが小さくても同等の効果を得ることができる。更に、第６の実施形態によるトーションビーム８２では、外壁部１９ａと内壁部１９ｂの頂点Ｐ４、Ｐ３がトーションビーム８２の軸線ＯＶ上にあるため、第１の実施形態に比べて成形性が良好になる。

次に、図１３を参照して、本発明の第７の実施形態について説明する。図１３Ａ〜図１３Ｄでも、図５Ａ〜図５Ｄに示した実施形態と同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。
第７の実施形態によるトーションビーム９２も、第１の実施形態によるトーションビーム１２と同様に、一定形状部（図１３Ａ）、非対称形状部１４ａ、１４ｂ（図１３Ｂ、１３Ｃ）および接続部（図１３Ｄ）を備えており、非対称形状部１４ａ、１４ｂにおいて第１の脚部１８ａが第２の脚部１８ｂよりも太く形成されている。然しながら、第７の実施形態は、外壁部１９ａおよび内壁部１９ｂの双方の頂点Ｐ４、Ｐ３が軸線ＯＶ上に、すなわち、トーションビームの幅方向の中央に配置されている点で、第１の実施形態とは異なっている。更に、凹所１７が軸線ＯＶに関して自動車の前後方向に対称形状となっている。

第７の実施形態によるトーションビーム７２によれば、非対称形状部１４ａ、１４ｂにおけるαの値を大きくすることができ、第１の実施形態に比べて非対称形状部１４ａ、１４ｂが狭くても同等の効果を得るとともに、外壁部１９ａと内壁部１９ｂの頂点がトーションビーム幅方向中心に位置することから第１の実施形態に比べて成形性を向上させることが可能になる。

＜実施例＞
次に、本発明の実施例について説明する。
上方に頂点が形成された略∨字またはＵ字形のトーションビームを用いたシミュレーション結果を表１に示す。なお、表１では、各実施例のシミュレーション結果は、従来のトーションビームである比較例に対する比で示されている。シミュレーションで用いたトーションビームの概寸は、長手方向長さ１０００ｍｍ、長手方向中心における幅９５ｍｍ、長手方向中心における高さ５５ｍｍである。また、シミュレーションは、左右の車輪に５０００Ｎの反対向きの外力を印加して、左右の車輪の高さ差が１４０ｍｍとなるように変位を与えて行った。

比較例としてのトーションビームは、非対称形状部を備えておらず、トーションビームの全長に亘って前後方向に対称に形成されている。
実施例１は、第１の実施形態によるトーションビームであって、非対称形状部１４ａ、１４ｂがトーションビーム長手方向に片側２００ｍｍに亘って延在し、非対称形状部１４ａ、１４ｂにおけるαの最大値が１．８のトーションビームである。

実施例２は第２の実施形態によるトーションビームであって、非対称形状部１４ａ、１４ｂがトーションビーム長手方向に片側４００ｍｍに亘って延在し、非対称形状部１４ａ、１４ｂにおけるαの最大値が１．８のトーションビームによるものである。

実施例３は第３の実施形態によるトーションビームであって、非対称形状部１４ａ、１４ｂがトーションビーム長手方向に片側２００ｍｍに亘って延在し、非対称形状部１４ａ、１４ｂにおけるαの最大値が１．８のトーションビームによるものである。

実施例４は第４の実施形態によるトーションビームであって、非対称形状部１４ａ、１４ｂがトーションビーム長手方向に片側１５０ｍｍに亘って延在し、非対称形状部１４ａ、１４ｂにおけるαの最大値が１．８のトーションビームによるものである。

実施例５は第５の実施形態によるトーションビームであって、非対称形状部１４ａ、１４ｂがトーションビーム長手方向に片側１５０ｍｍに亘って延在し、非対称形状部１４ａ、１４ｂにおけるαの最大値が１．８のトーションビームによるものである。

実施例６は第６の実施形態によるトーションビームであって、非対称形状部１４ａ、１４ｂがトーションビーム長手方向に片側１５０ｍｍに亘って延在し、非対称形状部１４ａ、１４ｂにおけるαの最大値が１．８のトーションビームによるものである。

実施例７は第７の実施形態によるトーションビームであって、非対称形状部１４ａ、１４ｂがトーションビーム長手方向に片側１５０ｍｍに亘って延在し、非対称形状部１４ａ、１４ｂにおけるαの最大値が１．８のトーションビームによるものである。

なお、表１において、成形性は、ＦＥＭによる成形解析結果による外壁部１９ａと内壁部１９ｂの頂点の幅方向および高さ方向の位置精度で判断するものとし、外壁部１９ａと内壁部１９ｂの頂点の幅方向および高さ方向の位置精度が、設定に対して２ｍｍを超える場合を△、１ｍｍを超え２ｍｍ以下である場合を○、１ｍｍ以下である場合を◎とした。

表１から理解されるように、実施例２では、最大主応力の値が１０％低減され、捻れ剛性がほぼ同等であった。また、実施例７では、成形性は従来トーションビームと同等で、最大主応力の値が６％低減され、捻れ剛性がほぼ同等であった。最大主応力の値が６％低減されるとトーションビームの疲労耐久性は約１．５倍となり、最大主応力の値が１０％低減されるとトーションビームの疲労耐久性は約２倍となるので、本発明によれば、捻れ剛性を一定に保ちながら、トーションビームの疲労耐久性向上させるとの効果が得られることが理解されよう。

なお、本発明は、既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の精神と範囲とを逸脱すること無く、種々の変形と改良が可能である。
例えば、既述の実施の形態では、下方に開口し頂点が上側に形成された略Ｖ字形または略Ｕ字形のトーションビーム１２、４２、５２、６２、７２、８２、９２について説明したが、上方に開口し頂点が下側に形成された構成としてもよい。

また、既述の実施の形態では、非対称形状部１４ａ、１４ｂが、一定形状部１３と接続部１５ａ、１５ｂの間に形成され、一定形状部１３から接続部１５ａ、１５ｂに漸次変形される場合について説明したが、非対称形状部１４ａ、１４ｂをトーションビーム長手方向におけるどの位置に配置するか、又一定形状部１３及び接続部１５ａ、１５ｂに対してどのように変形させるかは、任意に設定することができる。

また、トーションビーム１２、４２、５２、６２、７２、８２、９２の長手方向と直交する断面の頂点を上方と下方のいずれに配置するか、又頂点を車両の前後方向及び上下方向のいずれの方向にどれだけ変位させるかは任意に選択することができる。

また、既述の実施の形態では、トーションビーム式サスペンション装置がトーションビーム式リアサスペンション装置１である場合について説明したが、例えば、リーディングアーム式サスペンション装置に本発明を適用してもよい。

トーションビーム式サスペンション装置を構成するトーションビームの金属疲労が抑制されて、トーションビーム式サスペンション装置の疲労強度が向上されるので、産業上利用可能である。

１ トーションビーム式リアサスペンション装置
１０ トーションビーム組立体
１１Ｌ トレーリングアーム
１１Ｒ トレーリングアーム
１２ トーションビーム
１３ 一定形状部
１４ａ 第１の非対称形状部
１４ｂ 第２の非対称形状部
１５ａ 第１の接続部
１５ｂ 第２の接続部
１６Ｌ スプリング受部
１６Ｒ スプリング受部
１７ 凹所
１８ａ 第１の脚部
１８ｂ 第２の脚部
１９ａ 外壁部
１９ｂ 内壁部
２０ スプリング
３０ ダンパー
４２ トーションビーム
５２ トーションビーム
６２ トーションビーム
７２ トーションビーム
８２ トーションビーム
９２ トーションビーム
ＪＬ ピボット軸
ＪＲ ピボット軸
ＷＬ 車輪
ＷＲ 車輪

Claims (19)

1. 一端において自動車の車体にピボット軸を中心に上下方向に揺動自在に連結され、前記自動車の車体に連結された端部とは反対側の端部に車輪を回転自在に取付けるようにした前記自動車の前後方向に延びる一対のアーム部材を備えた自動車のサスペンション装置で用いるトーションビームにおいて、
   前記トーションビームは長手方向に延びる凹所を有しており、それによって、該トーションビームは、前記長手方向に垂直な平面において第１と第２の脚部を有して略Ｖ字形または略Ｕ字形の断面形状を呈し、
   前記トーションビームは、
   該トーションビームの両端に設けられ前記アーム部材に結合される接続部と、
   該トーションビームの長手方向の中央部に設けられた一定形状部と、
   該一定形状部と前記接続部との間に設けられた非対称形状部とを備え、
   前記一定形状部では、前記凹所が一定の深さを有し、かつ、前記第１と第２の脚部が概ね同一の太さ或いは幅寸法を有しており、
   前記非対称形状部では、前記凹所の深さが前記接続部から前記一定形状部へ向けて次第に深くなり、かつ、前記第１の脚部が前記第２の脚部の幅寸法よりも大きな幅寸法を有して成るトーションビーム。
2. 前記第１の脚部は、前記トーションビームを組込んだサスペンション装置を自動車の車体に取り付けたときに、前記第２の脚部よりも前記ピボット軸の近くに配置される請求項１に記載のトーションビーム。
3. 前記接続部が、該トーションビームの端部から該接続部の相当直径に等しい長さを以って該トーションビームの長手方向に延設されている請求項１に記載のトーションビーム。
4. 前記非対称形状部の各々は、該トーションビームの長さの５％以上かつ４０％以下の長さを有している請求項１に記載のトーションビーム。
5. 前記第１の脚部は前記第２の脚部の幅寸法の１．１倍以上かつ２．５倍以下の幅寸法を有している請求項１に記載のトーションビーム。
6. 前記第１と第２の脚部の各々は先端点を有しており、該トーションビームは前記第１と第２の脚部の先端点の間で前記凹所を形成する内壁部と、それ以外の外壁部とから成り、前記非対称形状部において、前記外壁部の頂点が、前記非対称形状部において、前記第１と第２の脚部の先端点の中間で該先端点を通過する直線に対して垂直な軸線上に配置されている請求項１に記載のトーションビーム。
7. 前記内壁部の頂点が、前記非対称形状部において、前記軸線上に配置されている請求項６に記載のトーションビーム。
8. 前記内壁部の頂点が、前記非対称形状部において、前記軸線から前記第１の脚部側にオフセットされている請求項６に記載のトーションビーム。
9. 前記内壁部の頂点が、前記非対称形状部において、前記軸線から前記第２の脚部側にオフセットされている請求項６に記載のトーションビーム。
10. 前記第１と第２の脚部の各々は先端点を有しており、該トーションビームは前記第１と第２の脚部の先端点の間で前記凹所を形成する内壁部と、それ以外の外壁部とから成り、前記非対称形状部において、前記外壁部の頂点が、前記非対称形状部において、前記第１と第２の脚部の先端点の中間で該先端点を通過する直線に対して垂直な軸線から前記第１の脚部側にオフセットされている請求項１に記載のトーションビーム。
11. 前記内壁部の頂点が、前記非対称形状部において、前記軸線上に配置されている請求項１０に記載のトーションビーム。
12. 前記内壁部の頂点が、前記非対称形状部において、前記軸線から前記第１の脚部側にオフセットされている請求項１０に記載のトーションビーム。
13. 前記内壁部の頂点が、前記非対称形状部において、前記軸線から前記第２の脚部側にオフセットされている請求項１０に記載のトーションビーム。
14. 前記第１と第２の脚部の各々は先端点を有しており、該トーションビームは前記第１と第２の脚部の先端点の間で前記凹所を形成する内壁部と、それ以外の外壁部とから成り、前記非対称形状部において、前記外壁部の頂点が、前記非対称形状部において、前記第１と第２の脚部の先端点の中間で該先端点を通過する直線に対して垂直な軸線から前記第２の脚部側にオフセットされている請求項１に記載のトーションビーム。
15. 前記内壁部の頂点が、前記非対称形状部において、前記軸線上に配置されている請求項１４に記載のトーションビーム。
16. 前記内壁部の頂点が、前記非対称形状部において、前記軸線から前記第１の脚部側にオフセットされている請求項１４に記載のトーションビーム。
17. 前記内壁部の頂点が、前記非対称形状部において、前記軸線から前記第２の脚部側にオフセットされている請求項１４に記載のトーションビーム。
18. 一端において自動車の車体にピボット軸を中心に上下方向に揺動自在に連結され、前記自動車の車体に連結された端部とは反対側の端部に車輪を回転自在に取付けるようにした前記自動車の前後方向に延びる一対のアーム部材と、
    請求項１〜１７の何れか１項に記載のトーションビームとを具備するトーションビーム組立体。
19. 一端において自動車の車体にピボット軸を中心に上下方向に揺動自在に連結され、前記自動車の車体に連結された端部とは反対側の端部に車輪を回転自在に取付けるようにした前記自動車の前後方向に延びる一対のアーム部材と、
    前記車体と前記アーム部材との間に配置されたコイルスプリングと、
    前記車体と前記アーム部材との配置されたダンパーと、
    請求項１〜１８の何れか１項に記載のトーションビームとを具備するトーションビーム式サスペンション装置。

Images