(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
上板および一対の側板を有する上側部材と、下板および一対の側板を有する下側部材とを備え、上側部材の側板と下側部材の側板とが溶接された中空のサスペンションアームであって、当該サスペンションアームは、結合部品を介して路面からの入力を受けるものであり、
上側部材または下側部材の側板は、結合部品の近傍において下方または上方に突出する突状部、又は上方または下方に切り欠いた切り欠き部を有して、略直線状の縁と、略直線状の縁端部から下板側または上板側に向かう方向に曲げられた屈曲縁を有し、
上側部材または下側部材の略直線状の縁と屈曲縁に沿って溶接線が形成され、当該溶接線は、屈曲縁にて終端する、
ことを特徴とするサスペンションアーム。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
近年、燃費向上や排出ガスの低減、また運動性能の向上を目的として、車両全体の軽量化に対する要求が強くなっている。サスペンションアームの軽量化のためには、アームを薄板部材で形成することが1つの解決法であるが、薄板化による母材疲労強度の低下は避けなければならない。サスペンションアームに取り付けられるロアボールジョイント近傍の溶接端部周辺には応力が集中しやすいため、特に、溶接端部周辺の母材疲労強度を確保する必要がある。
【0005】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、断面略コの字状の上側部材と下側部材とを溶接接合したサスペンションアームにおいて、溶接端部周辺における母材疲労強度の向上を実現する溶接構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために、本発明のある態様のサスペンションアームは、上板および一対の側板を有する上側部材と、下板および一対の側板を有する下側部材とを備え、上側部材の側板と下側部材の側板とが溶接された中空のサスペンションアームに関する。
上側部材または下側部材の側板は、結合部品の近傍において下方または上方に突出する突状部、又は上方または下方に切り欠いた切り欠き部を有して、略直線状の縁と、略直線状の縁端部から下板側または上板側に向かう方向に曲げられた屈曲縁を有する。上側部材または下側部材の略直線状の縁と屈曲縁に沿って溶接線が形成され、当該溶接線は、屈曲縁にて終端する。たとえば結合部品はロアボールジョイントであって、サスペンションアームは、路面から車輪への入力をロアボールジョイントを介して受けるものであってよい。
【0007】
この態様によると、溶接線が曲げられて結合部品の近傍において終端することで、溶接端部周辺において母材に発生する応力の方向を曲げ方向とすることができる。母材の曲げ方向における許容応力は引っ張り(または圧縮)方向における許容応力よりも高いため、溶接線を曲げて溶接端部周辺に曲げ方向の応力を生じさせることで、溶接端部周辺の母材疲労強度を向上できる。
また側板に屈曲縁を設け、屈曲縁に沿った溶接を行うことで、溶接線を曲げて終端させることができる。
【0009】
屈曲縁に沿った溶接線
の延在方向は、その終端である溶接端部の近傍において、
結合部品を介して路面から受けた入力が当該サスペンションアームにおいて伝達される応力方向に対して所定の角度以上傾いてもよい。たとえば溶接線は、溶接端部近傍において応力方向に対して45度以上傾いてもよい。なお屈曲縁に沿った溶接線
の延在方向は、その終端である溶接端部の近傍において応力方向に対して略直交してもよい。溶接端部近傍における溶接線と応力方向との角度を大きくすることで、溶接端部周辺の母材に発生する応力の曲げ方向成分を大きくでき、母材疲労強度を向上できる。
【0010】
この態様のサスペンションアームは、第1連結部および第2連結部において車体に支持され
る。結合部品に対応する第1仮想点、第1連結部に対応する第2仮想点、第2連結部に対応する第3仮想点
で形成される仮想的な三角形を、第1仮想点と第2仮想点を結ぶ第1軸線と、第1仮想点と第3仮想点を結ぶ第2軸線とが重なるように当該サスペンションアームを側面からみたときに当該サスペンションアームに投影されるラインが、結合部品から、第1連結部および第2連結部に伝わる
入力の方
向として定義される。このとき溶接線は、
当該ラインから離れる方向に曲げられて終端してもよい。溶接線が
当該ラインに対して曲げられることで、溶接端部周辺の母材に発生する応力の曲げ方向成分を大きくできるとともに、溶接端部と
当該ラインとの距離を長くすることで、溶接端部周辺に発生する応力を小さくできる。
【0011】
溶接線は、側板において、下板側または上板側に向かう方向に曲げられてもよい。溶接端部を下板または上板の近くに位置させることで、溶接端部周辺に生じる応力を小さくできる。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、断面略コの字状の上側部材と下側部材とを溶接接合したサスペンションアームにおいて、溶接端部周辺における母材疲労強度の向上を実現する溶接構造を提供できる。
【発明を実施するための形態】
【0014】
図1は、ストラット式サスペンション装置1の構造を示す。本実施例のサスペンションアーム10は、断面略コの字状の上側部材および下側部材の側板の重なり部分を溶接されたL型アームとして形成される。サスペンションアーム10は、ゴムブッシュを含む第1連結部14、第2連結部16において車体に枢支され、取付部12においてブラケットを介してロアボールジョイント22を取り付ける。ロアボールジョイント22はナックル20の下端に取り付けられ、したがって取付部12は、ロアボールジョイント22を介してナックル20を揺動可能に支持する。ナックル20は車輪30を回転可能に支持するキャリアであり、その上部はブラケット24によりストラット26の下端部に固定される。ストラット26の上端部は、アッパサポート28により車体に枢支される。サスペンションアーム10の取付部12に、結合部品であるロアボールジョイント22が取り付けられることで、サスペンションアーム10は、ロアボールジョイント22を介して路面からの入力を受けることになる。
【0015】
図2は、本実施例のサスペンションアーム10の上面を示す。取付部12には、ブラケットを介してロアボールジョイント22が取り付けられ、車輪30が路面から受けた力が、ロアボールジョイント22を介してサスペンションアーム10に伝えられる。第1連結部14および第2連結部16は車体に支持されており、取付部12が受ける荷重は、第1連結部14および第2連結部16に伝えられる。
【0016】
図2において、第1仮想点32は、ロアボールジョイント22に対応する仮想点、第2仮想点34は、第1連結部14に対応する仮想点、第3仮想点36は、第2連結部16に対応する仮想点を表現している。具体的に第1仮想点32は、ロアボールジョイント22の中心点、第2仮想点34は、第1連結部14の中心点、第3仮想点36は、第2連結部16の中心点に相当し、サスペンションアーム10において伝達される荷重は、3つの仮想点を頂点とする仮想的な三角形を変形させるように作用する。
【0017】
図3は、
図2に示すサスペンションアーム10のA−A断面を示す。サスペンションアーム10は、上板42および一対の側板44を有する上側部材40と、下板52および一対の側板54を有する下側部材50とを備える中空アームである。このようにサスペンションアーム10は、上側部材40と下側部材50とを溶接接合したもなか構造を有している。上側部材40および下側部材50は、鋼板をプレス加工することにより形成される。上側部材40の側板44と下側部材50の側板54とが溶接され、この例では、溶接部60が側板44の縁部と側板54の表面とを接合している。なお下側部材50の側板54が、上側部材40の側板44の外側に位置して、側板54の縁部と側板44の表面とが接合されてもよい。
【0018】
図4(a)は、本実施例のサスペンションアーム10の溶接構造を示す図であり、
図2の矢印B方向からみた取付部12近傍の部分側面を示している。
図4(a)における荷重軸線80は、サスペンションアーム10において、ロアボールジョイント22を介して路面から受ける入力が、第1仮想点32、第2仮想点34および第3仮想点36の間で伝達される方向を示す。この荷重軸線80は、第1仮想点32と第2仮想点34を結ぶ第1軸線と、第1仮想点32と第3仮想点36を結ぶ第2軸線とが重なるように、矢印B方向からみたときのサスペンションアーム10の姿勢に対して仮想的に定義されるラインであり、すなわち第1仮想点32、第2仮想点34、第3仮想点36で形成される仮想的な三角形を、第1軸線と第2軸線とが重なるようにサスペンションアーム10に投影したラインである。
【0019】
ロアボールジョイント22の中心点である第1仮想点32が受けた入力は、この荷重軸線80に沿って第1連結部14の第2仮想点34および第2連結部16の第3仮想点36に伝えられる。なお同様に、第2仮想点34が受けた入力は、荷重軸線80に沿って第1仮想点32および第3仮想点36に伝達され、第3仮想点36が受けた入力は、荷重軸線80に沿って第1仮想点32および第2仮想点34に伝達される。このように荷重軸線80は、サスペンションアーム10にて伝達される荷重の方向を示している。
【0020】
サスペンションアーム10が略平坦なL型アームとして形成される場合、荷重軸線80は、
図4(a)にも示すように側面視において、上側部材40の上板42ないしは下側部材50の下板52と略平行となる。
【0021】
図4(b)は上側部材40の側面を示す。なお上側部材40の対向する側面も同様の形状を有して構成される。
本実施例の上側部材40は、側板44の取付部12a近傍において、下方に突出する突状部48を有する。側板44は、取付部12aに向かう方向(
図4(b)において左から右に向かう方向)に略直線状の縁部を有し、突状部48により縁部が下方に曲げられる。すなわち突状部48は、側板44の縁部を、略直線状の縁端部である屈曲開始点45から屈曲終了点46まで、荷重軸線80から離れる方向に屈曲させる。以下、屈曲開始点45から屈曲終了点46までの間の縁部を屈曲縁47と呼ぶ。なお側板44の縁部は、屈曲縁47の終端部である屈曲終了点46から取付部12aに向かう方向に上方に曲げられる。
【0022】
図4(c)は下側部材50の側面を示す。なお下側部材50の対向する側面も同様の形状を有して構成される。
本実施例の下側部材50は、側板54の取付部12b近傍において、下方に突出する突状部55を有する。突状部55は、上側部材40の突状部48の形状に合わせて形成され、上側部材40の屈曲縁47との溶接代を確保するために設けられる。なお溶接代が確保できるのであれば、突状部55を設けなくてもよい。
【0023】
図4(a)に戻り、上側部材40の側板44が、下側部材50の側板54の外側に重なって配置される。上側部材40の側板44と、下側部材50の側板54とは、その重なり部分において溶接により接合されており、側板44の縁部および側板54の表面の間に溶接部60が形成される。溶接部60が形成する溶接線は曲げられて、ロアボールジョイント22の近傍において終端する。
【0024】
溶接部60は、側板44の縁部に沿って形成されるため、溶接線は、取付部12から離れた位置では略直線となる。一方、取付部12近傍においては屈曲開始点45から屈曲縁47が形成されているため、溶接線は、屈曲開始点45から屈曲縁47に沿って曲げられる。溶接線は、屈曲縁47における屈曲終了点46の手前で終端し、したがって溶接端部62が、屈曲終了点46の手前に設けられることになる。
【0025】
溶接端部62が屈曲縁47に位置することで、略直線の溶接線の終端に溶接端部が位置する場合と比較すると、溶接端部62周辺の母材に作用する応力方向を異ならせることができる。また屈曲縁47が荷重軸線80から離れる方向に屈曲していることで、溶接端部62は、荷重軸線80から離れて位置することになる。
以上の本実施例の溶接構造の作用について説明する前に、本実施例の溶接構造と対比するための溶接構造を
図5に示す。
【0026】
図5は、比較技術となるサスペンションアーム200の溶接構造を示す。サスペンションアーム200は、略コの字状の上側部材100および下側部材110を備え、上側部材100の側板104と下側部材110の側板114とが、溶接により接合されている。ロアボールジョイント22は、取付部122においてサスペンションアーム200に取り付けられる。本実施例のサスペンションアーム10と比較すると、比較技術のサスペンションアーム200においては、上側部材100が側板104に突状部48を有しておらず、また下側部材110が側板114に突状部55を有しておらず、溶接線が略直線となる点で相違する。なお、それ以外の構造は実質的に同一であってよい。
【0027】
本実施例のサスペンションアーム10と異なり、上側部材100が突状部48を有していないために、側板104の縁部は、長手方向に略直線状に形成され、したがって溶接部120が形成する溶接線は略直線となり、溶接端部64は、略直線の溶接線の終端に位置する。この比較技術で示す溶接構造は、従来のサスペンションアームにおいてよく見られる構造である。
【0028】
路面からの入力はロアボールジョイント22を介してサスペンションアームに伝えられるため、ロアボールジョイント22近傍に位置する溶接端部付近は応力集中点となりやすい。そのためサスペンションアームにおいて、ロアボールジョイント22近傍の溶接端部付近は母材疲労強度の最弱部の一つとなりやすい。この溶接端部付近の疲労強度を確保する1つの解決法は板厚を厚くすることであるが、これはサスペンションアームの軽量化の要求に沿わず好ましくない。そこで本実施例のサスペンションアーム10における溶接構造は、溶接端部62付近の母材疲労強度を高めた構造を有しており、以下、比較技術であるサスペンションアーム200における溶接構造と対比して、本実施例の溶接構造の作用について説明する。
【0029】
図6(a)は、比較技術である溶接端部64近傍のD−D断面を示す説明図である。
図6(a)においては、理解を容易にするために、側板104と側板114が離間しているように示されているが、実際には側板104と側板114とは接触している。ここでロアボールジョイント22の中心点である第1仮想点32に、車両前後方向の力が加えられた場合を想定する。
【0030】
第1仮想点32に荷重が入力されると、サスペンションアーム200における上側部材100および下側部材110に歪みが発生する。このときロアボールジョイント22を取り付けている取付部122を構成する上側部材100および下側部材110の形状の違いにより、上側部材100および下側部材110の歪み量が異なる。そのため溶接端部64付近において、上側部材100および下側部材110に、それぞれ逆向きの力が作用する。
図6(a)には、溶接端部64の近傍において、上側部材100の側板104に引張応力f1が作用し、下側部材110の側板114に圧縮応力f2が作用している様子が示される。ここで、引張応力f1および圧縮応力f2は、互いに逆向きに作用し、側板104に圧縮応力、側板114に引張応力が作用してもよい。
【0031】
比較技術のサスペンションアーム200においては、溶接端部64の近傍における溶接部120の延在方向が、荷重の作用方向(応力方向)に略一致する。そのため側板104の表面と裏面とで応力の向きは同じであり、溶接端部64近傍には、引張方向または圧縮方向(以下、「引圧方向」と呼ぶ)の応力が発生することになる。母材は、曲げ方向の許容応力に比べて引圧方向の許容応力の方が低いことが知られており、応力集中する溶接端部64近傍に入力される荷重が引圧方向となることは好ましくない。そのため比較技術のサスペンションアーム200においては、最弱部の一つとなりうる溶接端部64近傍の母材強度を上げるために、板厚を厚くしなければならないという事情が存在している。
【0032】
図6(b)は、本実施例の溶接端部62近傍のC−C断面を示す説明図である。
図6(b)においては、
図6(a)と同様に理解を容易にするために、側板44と側板54が離間しているように示されているが、実際には側板44と側板54とは接触している。
【0033】
第1仮想点32に車両前後方向の荷重が入力されると、サスペンションアーム10における上側部材40および下側部材50に生じる歪み量の違いにより、溶接端部62付近において、上側部材40および下側部材50に、それぞれ逆向きの力が作用する。
図6(b)には、溶接端部62の近傍において、上側部材40の側板44に引張応力f1が作用し、下側部材50の側板54に圧縮応力f2が作用している様子が示される。引張応力f1および圧縮応力f2は、互いに逆向きに作用し、側板44に圧縮応力、側板54に引張応力が作用してもよい。
【0034】
本実施例のサスペンションアーム10においては、屈曲縁47に沿った溶接線が、その終端である溶接端部62の近傍において、応力方向に対して略直交する。そのため上側部材40の溶接端部62近傍において、側板44の表面と裏面とでは応力の向きは逆となり、溶接端部62近傍の母材には、曲げ方向の応力が発生することになる。母材は、曲げ方向の許容応力の方が引圧方向の許容応力に比べて高いため、溶接端部62の近傍にて曲げ方向の応力が生じるようにすることで、板厚の薄肉化を実現しつつ、母材疲労強度を高めることが可能となる。
【0035】
図7(a)は、比較技術のサスペンションアーム200の溶接構造の部分斜視図であり、
図7(b)は、本実施例のサスペンションアーム10の溶接構造の部分斜視図である。この図からも明らかなように、比較技術のサスペンションアーム200においては、溶接部120が、応力f1、f2の方向に延在するため、母材の溶接端部64周辺には、引圧方向の応力が生じる。一方、本実施例のサスペンションアーム10においては、溶接部60が屈曲縁47に沿って形成されて、溶接線が、応力f1、f2の方向に略直交するように配置されるため、母材の溶接端部62周辺に、曲げ方向の応力を発生させられる。このようにサスペンションアーム10においては、溶接線を屈曲させて終端させたことにより、母材の溶接端部62周辺に曲げ方向の応力を生じさせている。溶接端部62周辺の応力を引圧方向ではなく、曲げ方向とすることで、曲げ方向の許容応力が高い母材の疲労強度を向上させることが可能となり、母材の薄板化を実現できる。
【0036】
なお
図4(a)に示す屈曲縁47において、溶接線は、側板44の延在方向に略直交する位置で終端しているが、溶接線は屈曲縁47における他の位置で終端してもよい。たとえば溶接線は、
図4(a)にて溶接端部62として示す位置と屈曲開始点45との間で終端してもよい。溶接線を荷重軸線80に対して曲げて終端させることで、溶接線を曲げずに終端させる場合と比較して、溶接端部62付近に発生する応力の引圧方向成分を小さくし、応力の曲げ方向成分を大きくできる。このように屈曲縁47にて溶接線を終端させることで、溶接端部62周辺の母材疲労強度を向上できる。屈曲縁47に沿った溶接線は、溶接端部62の近傍において、応力方向に対して所定の角度以上傾いていることが好ましく、たとえば45度以上傾いていることが好ましい。溶接端部62近傍の溶接線を応力方向に対して所定角度以上傾けることで、応力の引圧方向成分に対する曲げ方向成分の割合を高めることが可能となる。
【0037】
また溶接線を荷重軸線80から離れる方向に曲げて、溶接端部62を屈曲縁47に位置させることで、溶接端部62と荷重軸線80の距離を長くできる。荷重軸線80からの距離が長くなると、発生する応力自体が小さくなるため、溶接端部62を荷重軸線80から遠ざけることで、溶接端部62近傍に生じる応力を小さくできる。このように溶接線を下板52側に向かう方向に曲げて、溶接端部62と荷重軸線80の距離を長くすることで、溶接端部62近傍の発生応力を小さくすることができ、溶接端部62付近の母材疲労強度をさらに向上できる。
【0038】
以上、実施例をもとに本発明を説明した。実施例はあくまでも例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【0039】
実施例では、側板44が下方に突出する突状部48を有しているが、変形例として側板44は、上方に切り欠いた切り欠き部を有してもよい。この場合であっても、溶接線を曲げてロアボールジョイント22の近傍で終端させることで、溶接端部周辺に曲げ方向の応力を生じさせることが可能となる。この変形例の溶接構造は、荷重軸線80が、溶接線の下方に位置するような場合に特に有効であるが、この場合に限られるものでもない。
【0040】
また既述したように、実施例では上側部材40の側板44が下側部材50の側板54の外側から重なって溶接されているが、下側部材50の側板54が上側部材40の側板44の外側から重なって溶接されてもよい。その場合には、側板54が上方に突出した突状部を有し、突状部の屈曲縁に沿って溶接線が曲げられて、ロアボールジョイント22の近傍において終端させればよい。つまり屈曲縁が上板42に向かう方向に曲げられて、上板42の付近で溶接線が終端すればよい。このようにサスペンションアーム10において、上側部材40および下側部材50の上下は相対的なものであり、実施例で説明した上下関係が逆であってもよい。