(57)【要約】【課題】取付アームの剛性を高めて、車輪から荷重が入力された際に取付アームの先端部分を変位しにくくした自動車用クロスメンバを提供することを目的とする。【解決手段】車輪の支持部材が接続されるクロスメンバであって、前記クロスメンバは、車幅方向に延びる形状であり、その両端部に配される車輪の支持部材の取付部と、一対の取付アームとを有しており、前記取付アームは、中空管から構成されており、基端部が前記クロスメンバに固定され、先端部が車体への取付部となっており、前記取付アームは、前記中空管の管軸方向に垂直な平面の断面において、車長方向における外径に対して、車長方向に直交する方向における外径が大きくなっている部分を有する自動車用クロスメンバ。【選択図】図１
2020104650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪の支持部材が接続されるクロスメンバであって、
前記クロスメンバは、車幅方向に延びる形状であり、その両端部に配される車輪の支持部材の取付部と、一対の取付アームとを有しており、
前記取付アームは、中空管から構成されており、基端部が前記クロスメンバに固定され、先端部が車体への取付部となっており、
前記取付アームは、前記中空管の管軸方向に垂直な平面の断面において、車長方向における外径に対して、車長方向に直交する方向における外径が大きくなっている部分を有する自動車用クロスメンバ。
【請求項２】
前記取付アームは、第１曲部と第２曲部とを有する中空管から構成されている請求項１に記載の自動車用クロスメンバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用のクロスメンバに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の車体に車輪を取り付ける際に、クロスメンバと呼ばれる車幅方向に延びる形状を有する部材が使用される。例えば、特許文献１には、車幅方向に延びる形状を有するシャシフレームと、シャシフレームの左右の端部に設けられる湾曲した形状を有する一対のアームとを有する。アームは、シャシフレームから上方に突出し、アームの中ほどの１ヶ所において湾曲し、先端部が車幅方向の外側を向く形状となっている。
【０００３】
上記のアームは、先端部分がパイプを潰した形状となっており、先端部分に貫通孔を備えている。シャシフレームを車体に取り付ける際には、先端部分の貫通孔を利用して、シャシフレームを車体に対して螺子留めする。引用文献１のシャシフレーム両端部には、車輪の支持部材を介して、車輪が支持される構造となっている。
【０００４】
特許文献２には、車長方向に延びる一対のサイドメンバと、両サイドメンバとの間に架け渡されるリアクロスメンバとからなるシャシフレームが記載されている。サイドメンバの端部は、パイプを潰した形状となっており、先端部分に貫通孔を備えている。シャシフレームを車体に取り付ける際には、先端部分の貫通孔を利用して、シャシフレームを車体に対して螺子留めする。引用文献２のシャシフレーム両端部には、車輪の支持部材を介して、車輪が支持される構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ２０１２／１４７９２１Ａ１公報
【特許文献２】特開平１０−３２４２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１及び特許文献２のシャシフレームでは、シャシフレームを介して、車輪を車体に対して取り付ける構造となっている。これらのシャシフレームでは、管状のアームの先端部分を車体に対して固定することにより、シャシフレームを車体に対して取り付ける。アームの剛性が低いと、車輪から走行中の荷重が入力された際に、アームの先端部分がシャシフレームと共に変位してしまう。上述の通りシャシフレームには、車輪の支持部材が接続されているため、アームの先端部分が変位するたびにステアリング特性が変化し、設計した通りのステアリング特性を発揮することが難しくなるという問題がある。
【０００７】
本発明は、取付アームの剛性を高めて、車輪から荷重が入力された際に取付アームの先端部分を変位しにくくしたクロスメンバを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
車輪の支持部材が接続されるクロスメンバであって、前記クロスメンバは、車幅方向に延びる形状であり、その両端部に配される車輪の支持部材の取付部と、一対の取付アームとを有しており、前記取付アームは、中空管から構成されており、基端部が前記クロスメンバに固定され、先端部が車体への取付部となっており、前記取付アームは、前記中空管の管軸方向に垂直な平面の断面において、車長方向における外径に対して、車長方向に直交する方向における外径が大きくなっている部分を有する自動車用クロスメンバにより、上記の課題を解決する。
【０００９】
上記の自動車用クロスメンバによれば、取付アームの剛性を高めることが可能であり、例えば、自動車の走行時に車輪から荷重が入力された際に、取付アームの先端部分の変位量を低減することが可能になる。これによって、車輪から荷重が入力された際に、ハンドリング特性が、大きく変化することを防止することができる。
【００１０】
上記の自動車用クロスメンバにおいて、前記取付アームは、第１曲部と第２曲部とを有する中空管から構成されたものとすることが好ましい。上記のように、車長方向における外径に対して、車長方向に直交する方向における外径が大きくなっている部分を有する中空パイプにおいて、第１曲部と第２曲部とを有する形状を採用することにより、車長方向、車幅方向、及び車両の高さ方向における剛性のバランスを取って、種々の方向からの荷重に対して、剛性を発揮させることが可能になる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、取付アームの剛性を高めて、車輪から荷重が入力された際に取付アームの先端部分を変位しにくくしたクロスメンバを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】自動車用クロスメンバの一実施形態を背面側から見た状態を示す斜視図である。
【図２】図１の自動車用クロスメンバを車体に取り付けた状態を車体の前方の下側から見た状態を示した斜視図である。
【図３】図２の状態を車体の前方から見た状態を示す正面図である。
【図４】自動車用クロスメンバの一部を拡大して示した背面図である。
【図５】図４及び図６のＡＡ部分における断面図である。
【図６】図１の自動車用クロスメンバの取付アームの先端部を拡大して示した図である。
【図７】取付アームに荷重を掛ける方向を示す説明図である。
【図８】試験例２に係る自動車用クロスメンバを示す背面図である。
【図９】図８のＢＢ部分における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面を参照しながら、自動車用クロスメンバの一実施形態について説明する。
【００１４】
図１に示したように、本実施形態の自動車用クロスメンバ１（以下、クロスメンバと称する。）は、車幅方向に延びる形状であり、その両端部に配される車輪の支持部材（図示略）の取付部１１と、一対の取付アーム１２とを有する。
【００１５】
クロスメンバ１は、左右の端部に、第一凸部１３、及び第二凸部１４とを有する。左右それぞれの第一凸部１３と第二凸部１４との間は車両の中央に向かって凹んだ形状となっている。第一凸部１３と第二凸部１４との間の凹部は、懸架装置の構成部品を納める空間として利用することができる。同様に、左右の第一凸部１３、１３の間、及び左右の第二凸部１４、１４の間も凹んだ形状となっている。これらの左右の第一凸部１３、１３の間の凹部及び左右の第二凸部１４、１４の間の凹部もその他の部品を納める空間として利用することができる。クロスメンバ１では、車体の前方側に車輪の支持部材の取付部１１を有する第一凸部１３が配されており、車体の後方側に第２凸部１４が配されている。
【００１６】
クロスメンバ１は、中空状の横長な部材であり、上部材と下部材と含む。上部材８は、図１に示したように、上板８１と、上板８１の端部から下方に延びる側壁８２とを含む。下部材９は、下板９１と、下板９１の端部から上方に延びる側壁９２とを含む。上部材８と下部材９は、上部材の側壁８２と下部材の側壁９２とを溶接することにより、接合されている。このため、クロスメンバ１は、中空構造となっており、車体の軽量化に寄与する。クロスメンバの構成は、これに限定されず、取付アームと車輪の支持部材とを接続できる構成であればよい。
【００１７】
図２に示したように、クロスメンバ１の左右の第二凸部１４は、車体７のサイドフレーム７１に対して、螺子止めされる。より具体的には、第二凸部１４の先端部分には、貫通孔が配されている。第二凸部１４の貫通孔と車体７のサイドフレームの貫通孔とに連通するにように螺子を挿通して、螺子止めする。サイドフレーム７１は、車長方向に高低２段に屈折した形状を有しており、屈折した形状を利用して、懸架装置を収納する空間を形成している。クロスメンバ１の取付アーム１は、高い位置にあるサイドフレーム７１に固定され、第二凸部１４は低い位置にあるサイドフレーム７１に固定される。車体のサイドフレーム７１と第二凸部１４とは、溶接によって、相互に固定してもよい。クロスメンバ１を車体側の部材に接続する構成は、第二凸部１４に限定されず、第二凸部は省略してもよい。図２に示したクロスメンバ１は、車体の前輪側に固定されるフロントクロスメンバの例である。クロスメンバは、車体の後輪側に固定されるリアクロスメンバであってもよい。
【００１８】
クロスメンバ１の第一凸部１３には、車輪６の支持部材の取付部１１として、一対の支持板１１１を備える。この支持板１１１には、車体の前後方向に沿って延びる軸を固定するための貫通孔１１２が配される。図２に示した、車体ではストラット式の懸架装置を採用している。このため、貫通孔１１２には、図示しない、ロアアームの基端部の軸が接続される。ロアアームは、前記の軸を中心として、車体の上下方向に揺動可能な状態とされる。ロアアームの先端部には、図示しないナックルが接続される。そしてナックルには、図示しないハブが接続される。車輪の支持部材の取付部の構成は、これに限定されず、車輪の支持部材の構成によって、適宜変更することができる。
【００１９】
上記の例では、ストラット式の懸架装置を一例として示した。車輪の支持部材は、特に限定されないが、ロアアーム、マルチリンクアーム、ナックル、ハブ、スプリング、又はダンパーなどが挙げられる。クロスメンバの形状も、特に限定されず、懸架装置の部材のレイアウトによって、変更することができる。
【００２０】
図１に示したように、一対の取付アーム１２のそれぞれの基端部は、クロスメンバ１に固定され、それぞれの先端部は車体への取付部となっている。取付アームの基端部は、クロスメンバ１に対して固定されていればよく、その構成は特に制限されない。図１のクロスメンバ１では、その基端部がクロスメンバ１の上板８１及び下板９１を貫通した状態で、クロスメンバ１と取付アーム１２とが溶接によって、固定されている。本実施形態のクロスメンバ１では、取付アーム１２の基端部は、車輪６の支持部材の取付部１１寄りに接続されている。取付部１１寄りとは、取付アーム１２の基端部と車輪の支持部材の取付部１１との直線距離が、取付アーム１２の基端部と第二凸部１４に設けられる車体への接続部との直線距離に比して、短いことをいう。
【００２１】
取付アームの先端部の形状は、車体に対して取付アームを固定できる形状であればよく、その構成は特に制限されない。図１のクロスメンバ１では、その先端部が、図６に示したように、断面円形のパイプの先端部をクランプして押し潰した形状となっている。そして、先端部の中ほどは平坦部１２１となっており、平坦部１２１は、略水平方向に延びる形状である。平坦部１２１の両端部には、下方に延びる余部１２２が配される形状となっている。余部１２２は、パイプを押し潰す際に直接に圧力が加えられない領域を下方に折り曲げて形成する。余部１２２は、パイプの先端部の剛性を向上させる補強部として機能する。パイプは角パイプであってもよい。
【００２２】
図１に示したように取付アーム１２の平坦部１２１には、貫通孔１２５が配されている。この貫通孔１２５と、車体のサイドフレーム７１の貫通孔を連通させた状態で螺子止めすることにより、図２及び図３に示したように、車体７のサイドフレーム７１に対して取付アーム１２が固定される。取付アーム１２と車体７との固定は、螺子止めによらず、溶接によって固定してもよい。取付アーム１２の先端に平坦部１２１を設けることによって、車体側の部材に平坦部１２１が接面することで取付アーム１２を安定させることができる。
【００２３】
本実施形態のクロスメンバ１では、クロスメンバ１に対して取付アーム１２の基端部が固定されている。このため、車輪６及び車輪の支持部材を介してクロスメンバ１に入力される荷重は、取付アーム１２に伝達される。取付アーム１２の剛性が十分でない場合には、クロスメンバ１及びそれに接続される車輪の支持部材の位置が、入力される荷重に応じて大きく変位する。つまり、取付アームが変位すると、車輪の位置も変化してしまうため、予め設計したハンドリング特性が乱れてしまう。
【００２４】
車両が走行している際には、路面の凹凸、車両の加速、車両の減速、又は車両の旋回運動などに伴って、車輪を介して、クロスメンバに荷重が入力される。特に車両の高さ方向に対して、大きな荷重が作用することが多く、取付アーム１２の剛性が高さ方向において不足していると、ハンドリング特性への影響が顕著に現れる。
【００２５】
本実施形態のクロスメンバ１では、取付アーム１２は、中空管から構成されており、図４に示したように、車長方向に沿う視点において、第１曲部１２３と第２曲部１２４とを有する形状となっている。取付アームを中空管から構成することによって、車体の軽量化に寄与することができる。第１曲部１２３と第２曲部１２４とは、取付アーム１２の先端部と基端部との間に配される。そして、取付アーム１２の形状は、図５に示したように、取付アーム１２の横断面をとった際に、車長方向における外径Ａに対して、車長方向に直交する方向における外形Ｂが大きくなっている部分を有する。横断面とは、前記中空管の管軸方向に垂直な平面の断面のことをいう。すなわち、取付アーム１２では、取付アーム１２を折り曲げる荷重が入力される方向に対して中空管の外径が大きくなる方向が沿うように配置されているため、中空管の断面係数が大きくなる。本明細書において、車長方向とは、車体の前後方向のことである。本実施形態のクロスメンバ１では、丸パイプを使用しているので、外径Ａに対して外径Ｂが大きくなる部分は、楕円形の外径が大きくなる部分である。当該部分の形状は、例えば、長方形などの形状としてもよい。
【００２６】
取付アームを上記のような形状にすることによって、取付アームが、車長方向、車幅方向、及び車体の高さ方向に変位する量をバランスよく低減することができる。外径Ａに対して外径Ｂが大きくなる部分が設けられる位置は、特に制限されないが、例えば、第１曲部１２３と第２曲部１２４との間に連続して設けることが好ましい。
【００２７】
本実施形態のクロスメンバ１では、取付アーム１２は、クロスメンバ１の上面から車体の高さ方向に突出し、第１曲部１２３と第２曲部１２４により車幅方向の外側に向けて折れ曲がり、その先端部が略水平に突出する形状である。取付アームを設ける場所は特に制限されないが、クロスメンバの上面に設けられることが好ましい。取付アーム１２の基端部と先端部とがなす角度は、特に限定されないが、例えば６０〜１３０°であることが好ましい。取付アームが、第１曲部１２３と第２曲部１２４とにより折れ曲がり、突出する方向は、車幅方向の外側に限定されず、車長方向などにしてもよい。
【００２８】
上記の取付アーム１２は、例えば、断面円形のパイプに複数回曲げ加工を施すことによって製造することができる。取付アーム１２の先端部は、パイプの先端をクランプして潰して先端部の両端部を曲げることにより成形することができる。一回の曲げ加工で、パイプを屈曲されると、アールの内側ではパイプの構成材が圧縮され、アールの外側ではパイプの構成材が引張される。パイプを複数個所で曲げることによって、引張や圧縮による、パイプの剛性の低下を低減することができる。また、車長方向における外径に対して、車長方向に直交する方向における外径が大きくなっている部分を有する中空パイプにおいて、第１曲部１２３と第２曲部１２４とを有する形状を採用することにより、車長方向、車幅方向、及び車両の高さ方向における剛性のバランスを取って、種々の方向からの荷重に対して、剛性を発揮させることが可能になる。
【００２９】
取付アーム、又はクロスメンバの構成材は、特に限定されないが、例えば、炭素鋼などの金属を使用することができる。
【実施例】
【００３０】
〔試験例１〕
図１ないし図６のクロスメンバに使用した取付アーム１２の基端部の２点を、図７に記載したように、完全に拘束して、先端部のＭ点に対して、Ｘ方向、Ｙ方向、又はＺ方向にそれぞれ１０００Ｎの荷重を負荷して、荷重を負荷する前の状態を基準として、どの程度Ｍ点が変位するか調べた。これを試験例１とする。試験例１で使用した取付アームの形状は、図４及び５の取付アームの形状と同一である。すなわち、試験例１の取付アームは、第１曲部と第２曲部とを有する中空管から構成されており、取付アームは、その横断面形状において、車長方向における外径に対して、車長方向に直交する方向における外径が大きくなっている部分を有する。Ｘ方向は、車体の車長方向に対応し、Ｙ方向は車幅方向に対応し、Ｚ方向は車体の高さ方向に対応する。
【００３１】
〔試験例２ないし３〕
比較のために、図８及び図９に示した試験例２に係る取付アーム４２と、試験例３に係る取付アームと、試験例４に係る取付アームについても、同様の条件で負荷を加えて、Ｘ方向、Ｙ方向、又はＺ方向における変位量を調べた。なお、の取付アーム４２は、図８及び９に示したように、Ｂ部における断面形状は、真円であり、１回の曲げ加工で、基端部と先端部とがなす角度が９０°となるように折り曲げた形状である。すなわち、試験例２の取付アーム４２は、第１曲部と第２曲部とを備えていない形状である。
【００３２】
試験例３に係る取付アームは、図４に示したのと同様に、第１曲部と第２曲部とを備えるものの、図４のＡ部分に相当する断面形状が真円のものである。試験例４に係る取付アームは、図４のＡ部分の断面相当する断面形状は、図５と同様の楕円形であり、図８に示したのと同様に、１回の曲げ加工で基端部と先端部とがなす角度が９０°となるように折り曲げた形状である。すなわち、試験例４の取付アームは、中空パイプの車長方向における外径に比して、車長方向に直交する方向における外径が大きく構成された形状であり、第１曲部と第２曲部とを備えていない形状である。
【００３３】
変位量の結果を表１にまとめる。表１では、試験例２の変位量を基準（１００％）として、試験例１、試験例３、及び試験例４について、Ｘ方向、Ｙ方向、又はＺ方向に対する各変位量が増減した割合をパーセンテージで示した。
【００３４】
【表１】
2020104650.tif 000003
【００３５】
表１に示したように、第１曲部と第２曲部とを有する中空管から構成されており、取付アームは、その横断面形状において、車長方向における外径に対して、車長方向に直交する方向における外径が大きくなっている部分を有する試験例１に係る取付アームでは、車両の高さ方向（Ｚ方向）における剛性が、顕著に向上していることがわかる。車長方向（Ｘ方向）及び車幅方向（Ｙ方向）方向における剛性もバランスが取れている。また、試験例４と試験例１との比較から明らかなように、中空管を車長方向に対して潰した形状（楕円形）としたことによる車長方向（Ｘ方向）における剛性の低下は、第１曲部及び第２曲部を有する形状を採用したことによって、補われていることがわかる。
【符号の説明】
【００３６】
１      自動車用クロスメンバ
１２    取付アーム
１１    車輪の支持部材の取付部
１２３  第１曲部
１２４  第２曲部
【図１】
2020104650.tif 000004
【図２】
2020104650.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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