(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両懸架装置を構成する構成要素を中間部材を介してボルト及びナッ
トで締結する締結部位に用いられる車両用懸架装置用ナットの設計方法において、
前記締結部位において前記車両懸架装置を構成する構成要素を車体に締結するために使
用されるナットの高さＨを
【数１】
0003551237.tif 000005
の関係が満足されるように設定することを特徴とする車両用懸架装置用ナットの設計方法
。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両懸架装置を構成する構成要素を車体に締結し又は懸架装置を構成する
構成要素同士を締結するために使用される車両用懸架装置用ナットの設計方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ショックアブソーバとスプリングとを組み合わせた種々のサスペンションが存在する。
【０００３】
その一例としてストラット式サスペンションは、図６に示すように、コイルスプリング５０及びストラット式ショックアブソーバ５２等を備えて構成されており、ストラット式ショックアブソーバ５２のアッパーサポート部５２ａがボルト及びナット５４を用いて車体５６に締結されている。ここで図７は、ナット５４の部分断面図である。このナット５４は、ナット高さＨが低く即ちナット５４の中空円筒部５４ａの高さＡが低く形成されている。
【０００４】
上述のストラット式サスペンションにおいては、ナット高さＨが低いナット５４を用いていることからアッパーサポート部５２ａを締結する車体５６側の剛性を十分に確保できない。従って、アッパーサポート部５２ａを締結する締結部の剛性を向上させるためにサスペンションタワープレート５８を介してナット５４を締結している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、別体のサスペンションタワープレート５８を用いていることから部品点数及び重量が増大するという問題があった。
【０００６】
この発明の課題は、部品点数を増加させることなく車体及び懸架装置を構成する構成要素同士の取付け剛性を高めた車両用懸架装置用ナットの設計方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の車両用懸架装置用ナットの設計方法は、車両懸架装置を構成する構成要
素を中間部材を介してボルト及びナットで締結する締結部位に用いられる車両用懸架装置
用ナットの設計方法において、締結部位において車両懸架装置を構成する構成要素を車体
に締結するために使用されるナットの高さＨを、
【数２】
0003551237.tif 000002
の関係が満足されるように設定することを特徴とする。
【０００９】
この請求項１記載の車両用懸架装置用ナットの設計方法によれば、ナットの高さが所定の高さ（Ｄe≧Ｄcの条件を満たす高さ）に設定されることから、ナットの接合面の応力が均一となってナットの接合面全体で車両用懸架装置を車体に安定的に締結することができる車両用懸架装置用ナットを設計することが可能となる。従って、強固に締結された２つの被締結部材が締結部位に作用するあらゆる力に対して相対的に変位し難くなり、部品点数を増加させることなく車両用懸架装置の車体への取付け剛性を向上させることができる車両用懸架装置用ナットを設計することが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態にかかる車両用懸架装置について説明する。
【００１１】
図１は、この発明の実施の形態にかかるストラット式サスペンションの断面図である。図中、符号１０で示すものは、ストラット式ショックアブソーバであり、このストラット式ショックアブソーバ１０の下端部が図示しない車輪を回転可能に支持する車輪支持部材に取り付けられている。このストラット式ショックアブソーバ１０は、アウタシェル１２及びピストンロッド１４等を備えている。
【００１２】
ピストンロッド１４の下端部には図示しないピストンが形成されている。一方、ピストンロッド１４の上部にはアッパーサポート部１６が設けられており、ピストンロッド１４の上端部がアッパーサポート部１６において、弾性部材１６ａを介して車体部材１８にボルト及びナット２０により締結されている。
【００１３】
図中、符号２２で示すものはコイルスプリングである。このコイルスプリング２２の上端部は、円板形状を有するアッパスプリングシート２４の下面によって支持されている。また、コイルスプリング２２の下端部は、アウタシェル１２の外周に固定された円板形状を有するロアスプリングシート２６の上面によって支持されている。
【００１４】
また、コイルスプリング２２の内側にはピストンロッド１４及びアウタシェル１２の上端部を覆うようにダストカバー２８が設けられている。
【００１５】
図２は、アッパーサポート部１６を車体部材１８に締結するためのナット２０の部分断面図である。このナット２０は、高さＨが高く、即ち中空円筒部２０ａの高さＡが高く（ねじ部２０ｂの長さＢは従来のナットと同じ）形成されている。ここで、このナット２０の高さＨは、被締結部材内における応力を表す等価モデルをナット内部に適用することにより定められている。
【００１６】
図３は、被締結部材内における応力発生域と等価モデルを平板について表している（山本晃「ねじ締結の原理と設計」養賢堂）。図３においては、外径Ｄｃ、内径ｄｈ（ボルト穴径）、長さｌｋ／２（ｌｋはグリップ長さ）なる２個の中空円筒を同軸に重ねたものを被締付け部材とし、ボルト・ナットで軸力Ｆｓのもとに締付けた場合、被締付け部材内において軸方向応力が発生している領域を点々のパターンで示している。
【００１７】
応力発生域は、その外縁を表す一点鎖線の曲線が接合面において接線を共有するような二つの軸対称形態からなっている。軸直角断面における軸方向応力の分布は、ボルト頭又はナットの負荷座面との接触部を除き縦ハッチングで示すように半径の増加と共に減少し、応力発生域の外縁でゼロになる。また、接合面における軸方向応力の分布は、負荷座面の外径にｄｗに等しい円を頂面とする半頂角４５°の円錐面と接合面とが交わってできる円の位置でほぼゼロとなり、その外側では接合面同士が離間する。
【００１８】
ここで被締付け部材の圧縮ばね定数を近似的に計算するために図３中に二点鎖線で描いた等価モデルを仮想する。即ち、ボルト頭又はナットの負荷座面に接触する円環を頂面とする半頂角γなる上下二つの有孔円錐台を等価モデルとする。この等価モデルの軸直角断面では、斜線のハッチングで示したように軸方向応力の分布が一様であり、軸方向応力にその断面の面積をかけて得られる軸力は、どの断面においても締付け軸力Ｆｓに等しい。
【００１９】
なお、半頂角γは、Ｗ．ＬＯＲＩらによりＦＥＭ（有限要素法）による解析結果に基づいて、
【数３】
0003551237.tif 000003
の式により与えられている。
【００２０】
上述のように等価モデルの内側においては、軸方向応力の分布が一様と考えることができるため、この等価モデルをナットの内部に適用する。即ち、等価モデルをナットの内部に適用した場合には、図４に示すように、等価モデル線は、ねじ部の接合面側の端部から出発し角度γで進む。ここで図５に示す、ナットの各ねじ山の分担する荷重を説明するための図（吉沢武男「大学演習  機械要素設計」裳華房）によれば、各ねじ山にかかる荷重は、ねじ部の根元側にかかる荷重が大きくなることが記載されている。従って、等価モデル線の出発点、即ち、ボルトからナットへの力の伝達の等価的な着力点は、各ねじ山にかかる荷重が一定であればねじ部長さの中間点となる。
【００２１】
しかし、上述の図５に示すように、各ねじ山にかかる力は接合面に近いほど大きくなる。従って、等価モデル線の出発点、即ちボルトからナットへの力の伝達の等価的な着力点は、ねじ部長さの中間点と接合面側の端部との間になる。各ねじ山にかかる力は、ねじの諸元等に基づいて変化するため、等価モデル線の出発点を規定することは容易ではない。そこで、接合面の応力が均一となることを確実にするために、等価モデル線の出発点、即ちボルトからナットへの力の伝達の等価的な着力点をねじ部の接合面側の端部とした。
【００２２】
なお、ｄｗは、被締結部材内における応力を表す等価モデルにおいては、ワッシャ径であるが、ここでは、ねじの呼び径とした。また、Ｄｃは、ナットの外径である。
【００２３】
ここで、
【数４】
0003551237.tif 000004
これらの式よりＨをパラメータとして計算して、Ｄe≧ＤcとなるＨを求める。即ち、ナット２０の高さＨは、この条件を満たす高さＨとして設定される。
【００２４】
なお、図５に示すように、おねじの軸引張力は、かみ合った各ねじ山に等しく分担されず、ねじ山が荷重をささえる座面に近いほど大きい荷重を分担する。従って、ナット２０の高さＨを上述の条件を満たすように定めた場合には、ねじ部２０ｂの長さＢは従来のナットと同じ高さであり中空円筒部２０ａの高さＡが高く形成される（図２参照）。ナット高さＨをＤｅ≧Ｄｃの条件を満たす高さとすることにより、ナットの車体部材に締結する接合面の応力が均一となり、より広い範囲で拘束することができる。
【００２５】
このストラット式サスペンションによれば、ナットの高さをＨをＤｅ≧Ｄｃの条件を満たす高さとしていることから、ナットの接合面の応力が均一となってナットの接合面全体で車両用懸架装置を車体に安定的に締結することができる。従って、締結部位に作用するあらゆる力に対して強固に締結される２つの被締結部材は相対的に変位し難くなり、部品点数を増加させることなく車両用懸架装置の車体への取付け剛性を向上させることができ、サスペンションタワープレートを用いる必要がなくなり、部品点数を増加させることなくストラット式サスペンションの車体部材１８への取付け剛性を向上させることができる。
【００２６】
なお、上述の実施の形態においては、ナット２０をストラット式サスペンションのアッパーサポート部１６を車体部材１８に締結するために用いているが、他の形式のサスペンションを車体部材に締結する場合に用いてもよい。
【００２７】
また、上述の実施の形態においては、ナット２０をアッパーサポート部材１６を車体部材１８に締結するために用いているが、サスペンションを構成するアームやリンク等の構成要素同士を締結する場合に用いてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
この発明によれば、ナットの高さが所定の高さ（Ｄe≧Ｄcの条件を満たす高さ）に設定
されることから、ナットの接合面の応力が均一となってナットの接合面全体で車両用懸架
装置を車体に安定的に締結することができる車両用懸架装置用ナットを設計することが可
能となる。従って、強固に締結された２つの被締結部材が締結部位に作用するあらゆる力
に対して相対的に変位し難くなり、部品点数を増加させることなく車両用懸架装置の車体
への取付け及び懸架装置の構成要素同士の締結部の剛性を向上させることができる車両用
懸架装置用ナットを設計することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態にかかるストラット式サスペンションの構成図である。
【図２】この発明の実施形態にかかるストラット式サスペンションを車体に締結するナットの部分断面図である。
【図３】被締結部材内における応力発生域と等価モデルを平板について表す図である。
【図４】被締結部材内における等価モデルをナットの内部に適用した状態を説明するための図である。
【図５】ナットの各ねじ山が分担する荷重について説明するための図である。
【図６】従来のストラット式サスペンションの構成図である。
【図７】従来のストラット式サスペンションを車体に締結するナットの部分断面図である。
【符号の説明】
１０…ストラット式ショックアブソーバ、１２…アウタシェル、１４…ピストンロッド、１６…アッパーサポート部、２０…ナット、２０ａ…中空円筒部、２０ｂ…ねじ部、２２…コイルスプリング、２４…アッパスプリングシート、２６…ロアスプリングシート、２８…ダストカバー。
【図１】
0003551237.tif 000006
【図２】
0003551237.tif 000007
【図３】
0003551237.tif 000008
【図４】
0003551237.tif 000009
【図５】
0003551237.tif 000010
【図６】
0003551237.tif 000011
【図７】
0003551237.tif 000012