JP7501955B2 - 弾性体ブッシュの支持構造 - Google Patents
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Description
サスペンションのリンクと車体側部材等との連結部には、振動騒音の抑制や、弾性変形を利用して所望の車輪変位を得るコンプライアンスステアを得ることなどを目的として、ゴムなどの弾性材を有する弾性体ブッシュが設けられる。
このような弾性体ブッシュを車体側部材に取り付ける支持構造に関する従来技術として、例えば特許文献2、及び、特許文献3には、円筒状の弾性体ブッシュの内径側に挿入される軸状の部材の両端部を弾性体から突出させ、この突出部を車体側に設けられた被締結部にボルト等の機械的締結手段により締結することが記載されている。
また、特許文献4には、キャビンとサイドメンバとをインシュレータを介してボルトで締結する自動車の車体構造において、経時変化によるボルトの締結力低下を抑制するため、球面座及び半球形のワッシャを摺接回動可能な状態で用いることが記載されている。
これに対し、ボルト等の締結軸力を向上させたり、座面部に突起などを形成して摩擦係数を増加させるなどの対策が行われる場合もあるが、サスペンションのリンクに設けられる弾性体ブッシュの支持部では、組付作業性やサスペンションのストローク(アーム等の揺動)のため、必ずしも外力に対して締結座面が圧縮される方向で荷重を受けることができず、締結ずれに十分な耐性をもたせることは難しい。
また、締結面の面内に加わる大荷重に対する耐力を確保するため、締結座面を拡大することも考えられるが、製造工程においては拡大された締結座面をブッシュの外筒内に通す必要があり、ブッシュ全体の大型化、重量増加につながることが懸念される。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、簡素な構造により締結箇所の信頼性を向上した弾性体ブッシュの支持構造を提供することである。
本発明の一態様によれば、弾性体ブッシュの支持構造は、筒状に形成されるとともに外周面部に被支持部材が接続される弾性体と、前記弾性体の内周面に保持されるとともに基部に締結される締結部材とを有し、前記締結部材は、前記弾性体の端面から突出した突出部を、前記基部に形成された被締結部に締結することで前記基部に固定され、前記突出部における前記被締結部との接触面は、凸面に形成され、前記被締結部における前記突出部との接触面は、前記突出部の前記凸面と面接触する凹面に形成される弾性体ブッシュの支持構造であって、前記凸面は、前記弾性体の中心軸方向から見たときに前記中心軸に対して前記被締結部側とは反対側に偏心した円弧状となる凸曲面に形成され、前記被締結部の前記凹面は、前記突出部の前記凸面と面接触する凹曲面に形成されることを特徴とする。
これによれば、突出部における被締結部との接触面を凸面としたことにより、弾性体の径方向に沿って被支持部材から入力される外力(一例として、サスペンションのリンクの軸力として作用する引張力又は圧縮力)を、広い入力角度の範囲において接触面間の垂直抗力を発生する状態で受けることができる。
このため、外力に起因する接触面のずれを抑制するとともに、例えばボルトで締結する場合にはボルトへの曲げ力を低減し、ボルトの曲げ変形やボルト座面の座屈を防止し、締結箇所の信頼性を向上することができる。
また、外力が大きい場合に対する耐力を向上するための締結面の拡大や、ボルト径の拡大を抑制することができ、弾性体ブッシュの支持構造を小型化、軽量化することができる。
これによれば、揺動部材の軸方向に作用する力が、外力として弾性体ブッシュに入力された場合に、この入力を締結部材の突出部の凸曲面部と被締結部の凹曲面との接触面間で確実に垂直抗力を発生する状態で受けることができ、外力による接触面のずれやボルト等の変形を確実に防止し、締結箇所の信頼性を向上することができる。
さらに、前記直線は、前記凸面と2箇所で交差する構成とすることができる。
これによれば、被締結部材から入力される軸力が圧縮方向、引張方向のいずれの場合であっても上述した効果を得ることができ、締結箇所の信頼性をより確実に高めることができる。
実施形態の弾性体ブッシュの支持構造は、例えば、4輪の乗用車等の自動車の後輪用ダブルウィッシュボーン式サスペンションに設けられる。
図1は、実施形態の弾性体ブッシュの支持構造を有するサスペンション装置の模式的外観斜視図である。
なお、特記ない限り、サスペンション装置1は実質的に左右対称の構成を有する。
サブフレーム10は、フロントメンバ11、リアメンバ12、サイドメンバ13等を有して構成されている。
フロントメンバ11は、サブフレーム10の前端部に設けられ、車幅方向にほぼ沿って配置された梁状の部材である。
フロントメンバ11の両端部は、サブフレームブッシュを介して車体に取り付けられている。
リアメンバ12は、サブフレーム10の後端部に設けられ、車幅方向にほぼ沿って配置された梁状の部材である。
リアメンバ12の両端部は、サブフレームブッシュを介して車体に取り付けられている。
サイドメンバ13は、フロントメンバ11の側端部近傍の部分と、リアメンバ12の側端部近傍の部分とを車両前後方向にほぼ沿って連結する梁状の部材である。
サイドメンバ13は、車幅方向に離間して左右一対設けられている。
サイドメンバ13には、アッパリンク50を揺動可能に支持するゴムブッシュ100が締結される被締結部であるブラケット14が設けられている。
ブラケット14は、ゴムブッシュ100と協働して、本実施形態の弾性体ブッシュの支持構造を構成する。
ブラケット14における締結箇所(図1においては図示を省略する。図3を参照。)の詳細な構成については、後に詳しく説明する。
サスペンション装置1は、ハウジング20をサブフレーム10に対して、サスペンションジオメトリにより規定される所定の軌跡に沿って、上下方向にストローク(車体に対して上下変位)可能に支持するものである。
フロントラテラルリンク30、リアラテラルリンク40は、車幅方向にほぼ沿い、かつ、車両の前後方向に離間して配置されている。
フロントラテラルリンク30、リアラテラルリンク40の両端部は、それぞれ防振用のゴムブッシュを介して、サイドメンバ13及びハウジング20に対して揺動可能に接続されている。
アッパリンク50は、車幅方向にほぼ沿って配置されている。
アッパリンク50の両端部は、それぞれ防振用のゴムブッシュ及びボールジョイントを介して、サイドメンバ13及びハウジング20に対して揺動可能に接続されている。
アッパリンク50のサイドメンバ13側の端部に設けられるゴムブッシュ100は、本実施形態の支持構造が適用された弾性体ブッシュである。
ゴムブッシュ100は、車両の前後方向にほぼ沿った中心軸を有する円筒ブッシュである。
ゴムブッシュ100は、例えば、前後に離間して一対が設けられている。
ゴムブッシュ100、及び、そのブラケット14との締結箇所の詳細な構成については、後に詳しく説明する。
トレーリングリンク60は、車両前後方向にほぼ沿って配置されている。
トレーリングリンク60の両端部は、それぞれ防振用のゴムブッシュを介して、フロントメンバ11及びハウジング20に対して揺動可能に接続されている。
ダンパユニット70の上端部は、防振ゴムを有するトップマウントを介して図示しない車体に取り付けられている。
ダンパユニット70の下端部71は、リアラテラルリンク40の中間部に取り付けられている。
下端部71は、例えばボールジョイント(スフェリカルベアリング)を介して、リアラテラルリンク40に接続されている。
スタビライザ装置80は、バネ鋼によって形成され中間部が車幅方向にほぼ沿って配置されたスタビライザバーの両端を、リンクを介して左右のリアラテラルリンク40に接続されている。
図2は、実施形態における弾性体ブッシュの構成を示す図である。
図2(a)は、実施形態の弾性体ブッシュであるゴムブッシュ100を、弾性体130の中心軸を含む平面で切って見た断面図であり、図2(b)は、図2(a)のb-b部矢視図である。
図3は、実施形態における弾性体ブッシュとサブフレームとの締結箇所の模式的断面図である。
図3においては、ボルトBの中心軸を含みかつシャフト120の中心軸と直交する平面で切って見た断面を示している。図3において、右側が車幅方向外側を示す。
外筒110は、例えば鋼などの弾性体130の材料に対して高硬度の材料により円筒状に形成されている。
外筒110の外周面部は、被支持部材であるアッパリンク50に形成される円筒状部の内径側に、例えば圧入により固定される。
シャフト120は、車体側に設けられるサブフレーム10のブラケット14に締結される締結部材である。
シャフト120は、例えば鋼などの弾性体130に対して高硬度の材料により形成されている。
シャフト120の本体部は円柱状に形成され、無負荷状態(外力の入力がない場合)において、弾性体130により外筒110と同心に保持されるように配置されている。
突出部121は、シャフト120の長手方向(軸方向)における両端部に設けられ、弾性体130の両側の端面からそれぞれ突出して設けられた部分(いわゆる耳部)である。
突出部121は、サブフレーム10のサイドメンバ13に形成されたブラケット14に、機械的締結手段(本実施形態においては一例としてボルトB)によって締結されるものである。
実施形態においては、突出部121は、ブラケット14に、車載状態における上方側から取り付けられるようになっている。
ボルト座面部122は、ボルト穴124の軸心と直交する平面に沿って形成されている。
ボルト座面部122は、突出部121をブラケット14に締結する座金付きボルトB(図3参照)の座金部と当接し、ボルトBの締結荷重を突出部121に伝達する部分である。
凸曲面部123は、シャフト120の中心軸方向から見たときに、ブラケット14側(図2、図3における下面側)が凸となる円弧状の凸曲面として形成されている。
凸曲面部123におけるこの円弧形状の中心は、シャフト120、及び、外筒110の中心軸に対して、ブラケット14側とは反対側(図2、図3における上方側)にオフセットされるよう、偏心して配置されている。
また、この円弧の半径は、例えば、シャフト120の本体部の半径とほぼ同じとすることができる。
上記構成により、突出部121は、シャフト120の軸方向から見たときに、ほぼ半円状あるいはD字状の形状を有する。
ボルト穴124は、ボルト座面部122の法線方向に沿った中心軸を有する円形の貫通穴である。
ボルト穴124は、ゴムブッシュ100を車両に取り付けた状態において、中心軸方向を鉛直方向にほぼ沿わせて配置されている。
外筒110の内周面、シャフト120の外周面は、それぞれ弾性体130と加硫接着等により接合されている。
弾性体130は、図2に示す例では、一例として、軸方向、周方向のいずれにも一様な中実の構造となっているが、剛性の調整のため、部分的に適宜空間部(すぐり)を形成したり、弾性体130本体の材料に対して硬質な部材(インサート)を設けてもよい。
弾性体130の外周面は、外筒110を介して被支持部材、揺動部材であるアッパリンク50が連結されている。
凹曲面部15は、シャフト120の凸曲面部123と面接触するよう、凸曲面部123と実質的に同一の曲率を有する凹曲面として形成されている。
ボルト穴16は、シャフト120のボルト穴124を介して挿入されるボルトBの先端部が挿入され、締結される部分である。
ボルト穴16の内周面部には、ボルトBとねじ結合され、ボルト軸力を発生させるメネジ部が形成されている。
この点について、以下詳細に説明する。
車両の走行時にゴムブッシュ100の外筒110にアッパリンク50から入力される外力は、アッパリンク50に軸力として作用する引張力又は圧縮力が支配的である。
ここで、アッパリンク50の軸力とは、車両の前後方向(ゴムブッシュ100の中心軸方向)から見たときに、サブフレーム10側(車体側)の揺動中心と、ハウジング20側の揺動中心とを結んだ直線に沿って作用する引張力又は圧縮力を意味するものとする。
サブフレーム10側の揺動中心は、弾性体130の弾性中心であり、本実施形態の場合には外筒110及び弾性体130の中心軸と実質的に一致する。
図3において、サスペンション装置1が最もリバウンド側(伸側)にストロークした際のアッパリンク50の軸力の作用方向を直線L1で示し、最もバンプ側(縮側)にストロークした際のアッパリンク50の軸力の作用方向を直線L2で示す。
なお、直線L1、L2は、各軸力の作用中心を通る直線として示している。
サスペンション装置1のストロークに応じて、アッパリンク50からゴムブッシュ100への入力方向は、直線L1、L2の間の角度範囲θ内で変化する。
各軸力は、サスペンションジオメトリやタイヤ接地点への入力(接地荷重、コーナリングフォース、制駆動力等)に応じて、引張力である場合、圧縮力である場合があり得る。
また、直線L2に沿った方向の引張力、圧縮力の少なくとも一部を、上述した接触面部における領域R3、R4において、垂直抗力として受けることができる。
領域R1乃至R4は、弾性体130の中心軸方向から見たときに、直線L1又はL2が、凸曲面部123、凹曲面部15と交差する箇所を含み、アッパリンク50の軸力が面圧として作用する領域である。
なお、サスペンション装置1のストローク量が最もリバウンド側、最もバンプ側の中間領域であっても、弾性体130の中心軸方向から見たときのアッパリンク50の軸力の作用方向は、凸曲面部123、凹曲面部15と交差するようになっている。
凸曲面部123の曲率や、弾性体130の中心軸方向から見たときの円弧形状の中心角などは、上述した条件を充足可能なよう設定されている。
比較例において、実施形態と共通する箇所には同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
図4は、比較例における弾性体ブッシュの構成を示す図である。
図4(a)は、比較例の弾性体ブッシュであるゴムブッシュ100Aを、中心軸を含む平面で切って見た断面図であり、図4(b)は、図4(a)のb-b部矢視図である。
比較例のゴムブッシュ100Aは、実施形態のゴムブッシュ100の凸曲面部123に代えて、以下説明する平面部125を有する。
平面部125は、ブラケット14と当接する面部であって、ボルト座面部122と平行な平面として形成されている。
平面部125は、ブラケット14に形成された図示しない平面部と面接触した状態でボルトBにより締結される。
上述した比較例においては、直線L1、L2の方向、あるいは、直線L1、L2の中間の方向に沿って、アッパリンク50からゴムブッシュ100Aに外力(軸力)が作用した場合に、外力が平面部125をブラケット14の平面部に対して面方向にずらす方向に作用し、いわゆる締結ずれが発生する場合がある。
また、このような締結ずれが生ずると、ボルトBに曲げ変形が発生し、さらにボルト座面部122の変形も誘発する場合がある。
このため、ボルトBの曲げ変形や、これに伴うボルト座面部122の変形も防止することができる。
(1)突出部121におけるブラケット14との接触面を、弾性体130の中心軸に対してブラケット14側とは反対側(上方)に偏心した円弧状となる凸曲面部123としたことにより、弾性体130の径方向に沿ってアッパリンク50から入力される外力(引張力又は圧縮力)を、広い入力角度の範囲において接触面間の垂直抗力を発生する状態で受けることができる。
このため、外力に起因する接触面のずれを抑制するとともに、ボルトBへの曲げ力を低減し、ボルトBの曲げ変形及びボルト座面部122の座屈を防止し、締結箇所の信頼性を向上することができる。
また、外力が大きい場合に対する耐力を向上するための締結面の拡大や、ボルト径の拡大を抑制することができ、弾性体ブッシュの支持構造を小型化、軽量化することができる。
(2)弾性体130の中心軸方向から見たときに、アッパリンク50が所定の揺動角度範囲θ内にある場合に、アッパリンク50から弾性体130に入力される軸力方向と同一方向でありかつ軸力の作用中心を通る直線L1、L2あるいはこれらの中間の角度範囲にある直線が、突出部121の凸曲面部123と交差する構成としたことにより、アッパリンク50の軸力が外力としてゴムブッシュ100に入力された場合に、この入力をシャフト120の突出部121の凸曲面部123と、ブラケット14の凹曲面部15との接触面間で、確実に垂直抗力を発生する状態で受けることができ、外力による接触面のずれやボルトBの変形を防止し、締結箇所の信頼性を向上することができる。
(3)上述した直線L1,L2等が、凸曲面部123と2箇所で交差することにより、アッパリンク50から入力される軸力が圧縮方向、引張方向のいずれの場合であっても上述した効果を得ることができ、締結箇所の信頼性をより確実に高めることができる。
本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
(1)弾性体ブッシュの支持構造の構成は、上述した実施形態に限定されず、適宜変更することができる。
例えば、各部品の形状、構造、材質、配置、数量などは、適宜変更することができる。
(2)実施形態においては、弾性体ブッシュの支持構造は、例えば、ダブルウィッシュボーン式リアサスペンションのアッパリンクの車体側(サブフレーム側)端部に設けられるものであったが、本発明はフロントサスペンションを含む他のサスペンション装置にも適用が可能であり、適用の対象となるリンク(アーム)の種類も特に限定されない。
(3)本発明は、サスペンション装置におけるリンク(アーム)の端部に設けられるいわゆるサスペンションブッシュに限らず、他の部位に設けられる弾性体ブッシュにも適用することが可能である。
例えば、エンジンマウント、トランスミッションマウント、ディファレンシャルマウント、サブフレームブッシュなどに本発明を適用してもよい。
(4)実施形態では、凸曲面部及び凹曲面部が弾性体の中心軸方向から見たときに円弧状の断面形状を有する構成としているが、これに限らず、例えば楕円、長円などの弧や、放物線形状など、他の形状の曲面として形成してもよい。
さらに、このような凸曲面、凹曲面に代えて、例えば複数の平面を組み合わせて構成された凸面、凹面としてもよい。
(5)実施形態では、弾性体の材料は一例としてゴム系材料であったが、これに限定されず、弾性及び可撓性を有する他の材料であってもよい。
例えば、ウレタン系の材料などを用いてもよい。
11 フロントメンバ 12 リアメンバ
13 サイドメンバ 14 ブラケット
15 凹曲面部 16 ボルト穴
20 ハウジング 30 フロントラテラルリンク
40 リアラテラルリンク 50 アッパリンク
60 トレーリングリンク 70 ダンパユニット
80 スタビライザ装置
100 ゴムブッシュ(実施形態) 100A ゴムブッシュ(比較例)
110 外筒 120 シャフト
121 突出部 122 ボルト座面部
123 凸曲面部 124 ボルト穴
125 平面部 130 弾性体
B ボルト
L1 アッパリンクからの入力の作用方向(リバウンド時)
L2 アッパリンクからの入力の作用方向(バンプ時)
R1~R4 入力方向と接触面部とが交差する領域
Claims (4)
- 筒状に形成されるとともに外周面部に被支持部材が接続される弾性体と、
前記弾性体の内周面に保持されるとともに基部に締結される締結部材と
を有し、
前記締結部材は、前記弾性体の端面から突出した突出部を、前記基部に形成された被締結部に締結することで前記基部に固定され、
前記突出部における前記被締結部との接触面は、凸面に形成され、
前記被締結部における前記突出部との接触面は、前記突出部の前記凸面と面接触する凹面に形成される
弾性体ブッシュの支持構造であって、
前記凸面は、前記弾性体の中心軸方向から見たときに前記中心軸に対して前記被締結部側とは反対側に偏心した円弧状となる凸曲面に形成され、
前記被締結部の前記凹面は、前記突出部の前記凸面と面接触する凹曲面に形成されること
を特徴とする弾性体ブッシュの支持構造。 - 前記被支持部材は、前記弾性体の中心軸回りに所定の角度範囲内で揺動する揺動部材であり、
前記弾性体の中心軸方向から見たときに、前記揺動部材が前記角度範囲内にある場合に、前記揺動部材から前記弾性体への入力方向と同一方向でありかつ入力の作用中心を通る直線が、前記突出部の前記凸面と交差すること
を特徴とする請求項1に記載の弾性体ブッシュの支持構造。 - 筒状に形成されるとともに外周面部に被支持部材が接続される弾性体と、
前記弾性体の内周面に保持されるとともに基部に締結される締結部材と
を有し、
前記締結部材は、前記弾性体の端面から突出した突出部を、前記基部に形成された被締結部に締結することで前記基部に固定され、
前記突出部における前記被締結部との接触面は、凸面に形成され、
前記被締結部における前記突出部との接触面は、前記突出部の前記凸面と面接触する凹面に形成される
弾性体ブッシュの支持構造であって、
前記被支持部材は、前記弾性体の中心軸回りに所定の角度範囲内で揺動する揺動部材であり、
前記弾性体の中心軸方向から見たときに、前記揺動部材が前記角度範囲内にある場合に、前記揺動部材から前記弾性体への入力方向と同一方向でありかつ入力の作用中心を通る直線が、前記突出部の前記凸面と交差すること
を特徴とする弾性体ブッシュの支持構造。 - 前記直線は、前記凸面と2箇所で交差すること
を特徴とする請求項2又は請求項3に記載の弾性体ブッシュの支持構造。
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