(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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４５度以上傾いていることを特徴とする請求項１に記載のサスペンションアーム。
【請求項３】
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略直交することを特徴とする請求項１または２に記載のサスペンションアーム。
【請求項４】
当該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、
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ものであって、
溶接線は、当該ラインから離れる方向に曲げられて終端することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のサスペンションアーム。
【請求項５】
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ることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のサスペンションアーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のサスペンションアームに関し、特にサスペンションアームにおける溶接構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両のサスペンションアームとして、断面コの字状の上板部材と下板部材の外周端部を溶接接合した中空のサスペンションアームが知られている（たとえば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１４３９５３号公報
【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。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ストラット式サスペンション装置の構造を示す図である。
【図２】本実施例のサスペンションアームの上面を示す図である。
【図３】図２に示すサスペンションアームのＡ−Ａ断面を示す図である。
【図４】（ａ）は本実施例のサスペンションアームの溶接構造を示す図であり、（ｂ）は上側部材の側面を示す図であり、（ｃ）は下側部材の側面を示す図である。
【図５】比較技術となるサスペンションアームの溶接構造を示す図である。
【図６】（ａ）は比較技術である溶接端部近傍のＤ−Ｄ断面を示す説明図であり、（ｂ）は本実施例の溶接端部近傍のＣ−Ｃ断面を示す説明図である。
【図７】（ａ）は比較技術のサスペンションアームの溶接構造の部分斜視図であり、（ｂ）は本実施例のサスペンションアームの溶接構造の部分斜視図である。
【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。
【符号の説明】
【００４１】
１０・・・サスペンションアーム、１２，１２ａ，１２ｂ・・・取付部、１４・・・第１連結部、１６・・・第２連結部、２２・・・ロアボールジョイント、３２・・・第１仮想点、３４・・・第２仮想点、３６・・・第３仮想点、４０・・・上側部材、４２・・・上板、４４・・・側板、４５・・・屈曲開始点、４６・・・屈曲終了点、４７・・・屈曲縁、４８・・・突状部、５０・・・下側部材、５２・・・下板、５４・・・側板、５５・・・突状部、６０・・・溶接部、６２・・・溶接端部、８０・・・荷重軸線。
【図１】
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【図２】
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【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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