JPH0424110A - 車両懸架用アーム部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は繊維強化プラスチック製の車両懸架用アーム部
品に関する。

（従来の技術） 車両の懸架装置の主要部品であるばねやアーム類は高強
度な材料特性を生かして、！般に鋼によって製作されて
いるところ、近年の軽量化の要請に対処すべく、高強度
かつ軽量な繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）によって製
作したものも提案されている（特開昭６３−２７１５号
公報、特開昭６３−２７９９１０号公報、実開昭６２−
７６００９号公報など） （発明が解決しようとする課題） 前記提案に係るもののうち、前二者はばねをＦＲＰによ
って製作しているが、このばねと相まって車両の懸架機
能を発揮するアームは依然として従来の鋼材で作られて
いるため、結局、部品配置は基本的に従来の懸架装置と
同じであり、軽量化以外の、たとえば部品が占めるスペ
ースの減少のような効果はえられない。

実開昭６２−７６００９号公報に記載されたものでは、
サスペンションアームをＦＲＰによって製作しているこ
とから、このサスペンションアームによってばねの機能
をも兼ねさせることができる。しかし、サスペンション
アームの形状が特殊であってその実施範囲が限られる。

本発明の目的は、軽量化だけでなく、部品の占めるスペ
ースの減少を可能とし、しかも広い範囲での実施が可能
である、ＦＲＰ製の車両懸架用アーム部品を提供するこ
とにある。

（！！題を解決するための手段） 本発明は繊維強化プラスチック製の車両懸架用アーム部
品であって、車体に揺動可能に連結される回転部分を有
するアーム部と、前記回転部分から一体に伸びるつる巻
部分を有するねじりコイルばね部とからなり、前記回転
部分の回転軸線と前記つる巻部分の中心軸線とが実質的
に一致するように配置されている。

（作用および効果） アーム部品は単独で、または別のアーム部品と組み合せ
てサスペンションアームを構成する。このサスペンショ
ンアームによって支持した車輪に荷重が加わると、ねじ
りコイルばね部が変形し、荷重を吸収する。

アーム部品のアーム部がねじりコイルばね部を一体に備
えることから、ストラット式またはダブルウィツシュボ
ーン式懸架装置において従来使用されているコイルばね
を不要とすることができ、このコイルばねが占めていた
スペースを別の用途に使用できる。また、コイルばねな
不要とすることにより、懸架装置のショックアブソーバ
の傾斜角を小さくできるため、そのストロークを小さく
することが可能となり、ショックアブソーバの応答性が
向上する。

アーム部とねしりコイルばね部とが一体になっているた
め、部品点数を減らすことがてきる。また、アーム部の
回転部分を車体に連結したとき、懸架装置のショックア
ブソーバかねしりコイルばねから離れて位置するように
なる。こわによって、路面から車体に入る力の入力点の
分散化ができ、車体の振動や変形を低減できる。

アーム部の回転部分とねしりコイルばねのつる巻部分と
が実質的に同軸に位置することから、アーム部への上下
入力をねしりコイルばね部の巻き締め、あるいは巻き開
きによって受けることができる。

（実施例） アーム部品１０はＦＲＰ製の車両懸架用のものであって
、第１図および第２図に示すように、アーム部１２と、
ねじりコイルばね部１４とからなる。

アーム部１２は、車体に揺動可能に連結される回転部分
１１ａをその端部に有し、他方、ねじりコイルばね部１
４は、アーム部１２の回転部分１１ａから一体に伸びる
つる巻部分１５を有する。アーム部１２の回転部分１１
ａの回転軸線Ｃ８と、ねじりコイルばね部１４のつる巻
部分１５の中心軸線Ｃ２とは実質的に一致するように配
置されている。

図示の実施例では、アーム部１２は全体に湾曲して形成
されており、他方、ねじりコイルばね部１４は４巻きの
つる巻部分１５を有する。ねじりコイルばね部１４の、
回転部分１１ａとは反対側の自由端１６はアーム部１２
に直交する方向へ伸びている。この自由端１６は、アー
ム部品１０がその回転部分１１ａによって車体に連結さ
れるとき、車体に固定される。車体の横方向の外方とな
るアーム部１２の端部１１ｂに、ボールジヨイントのス
タッド１８が植え込まれている。ポールスタッドに代え
、通常の回転端部とすることもできる。

アーム部品１０はＦＲＰを成形してえられる。

たとえば日東紡株式会社製の平均径１３μの、エポキシ
樹脂を含浸させたガラス連続繊維を所定のマンドレルに
巻き付けて成形する。成形に先立ち、アーム部１２の外
方端１１ｂから回転部分１１ａまての距離を定め、さら
に回転部分１１ａの近傍に、ねじりコイルばね部１４の
つる巻部分１５の内周形状を備えた中子を固定してマン
ドレルを形成しておき、このマンドレルを用いる。

成形時のガラス繊維の配列方向は、加わる力やこの力を
受ける部分の機能を勘案して定める。

たとえば、アーム部１２は上下刃、前後力および横力を
受は持つため、これら力に対して十分な強度と剛性とを
備える必要がある。そこで、第１図および第２図に示す
ように、アーム部１２の全体の形状に沿う方向２０ａ、
この方向２０ａに交差する方向２０ｂ、２０ｃのように
種々の方向を組み合せる。他方、ねじりコイルばね部１
４では、この形態のばねの特長を生かし、曲げ応力に対
処すべく、ガラス繊維の配列方向はつる巻部分のつる巻
方向２０ｄに揃えである。

アーム部１２の断面形状は、第３図ａのように、Ｈ形と
して剛性を高め、他方、ねじりコイルばね部１４の断面
形状は、同図すのように、長方形として曲げ変形し易く
しである。

アーム部品１０を成形した後、２次成形型により、各部
の繊維体積率が６０％となるようにさらに圧縮しつつ、
１２０°Ｃの温度で２時間の加熱硬化処理を行った。

アーム部１２の回転部分１１ａを貫通するボルトによっ
て、車体にアーム部品１０を揺動可能に連結し、ねじり
コイルばね部１４の自由＄　１６を車体のブラケットに
固定すると、ねじりコイルばね部１４はサスペンション
ばねとして機能する。

したがって、懸架装置に従来設けられていたコイルばね
を省略することができる。

ＦＲＰを成形してアーム部品を得るには、樹脂と繊維と
の種々な組合せを利用できる。たとえば、樹脂素材は前
記したエポキシの外、不飽和ポリエステル等の熱硬化性
樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂
または各種のポリマーアロイを使用できる。他方、繊維
素材は前記したガラス繊維の外、カーボン繊維、有機繊
維等、あるいはこれらを混成した繊維を使用できる。こ
のような繊維素材の単独、または組合せにより、所望の
強度、弾性率、耐熱性その他の特性を得るようにする。

アーム部品は第４図および第５図に示すような形態とす
ることもできる。

第４図のａでは、アーム部品２２は、回転部分２５を有
する真直ぐなアーム部２４と、回転部分２５から一体に
伸びるつる巻部分２７を有するねじりコイル部２６とか
らなる。

第４図のｂでは、アーム部品２８は、回転部分３１を有
する真直ぐなアーム部３０と、回転部分３１から両側へ
一体に伸びるつる巻部分３３を有するねじりコイル部３
２とからなる。この場合、回転部分３１をはさんで両側
に位置するつる巻部分３３は、その巻き方向が逆となる
ように定めである。

第５図のａては、アーム部品３４は、２つの回転部分３
７を有する二叉状のアーム部３６と、一方の回転部分３
７から一体に伸びるつる巻部分３９を有するねじりコイ
ル部３８とからなる。

第５図のｂでは、アーム部品４０は、２つの回転部分４
３を有する二叉状のアーム部４２と、各回転部分４３か
ら一体に伸びるつる巻部分４５を有するねじりコイルば
ね部４４とからなる。この場合、一方の回転部分４３か
ら伸びているつる巻部分４５と、他方の回転部分４３か
ら伸びているつる巻部分４５とは、その巻き方向が同じ
向きとなるように定めである。

第６図は、アーム部品を別のアーム部品と組み合せてサ
スペンションアームを構成する例である。

同図ａでは、アーム部品４６は第１図に示したアーム部
品１０と実質的に同じであって、回転部分４９を有する
アーム部４８と、回転部分４９から一体に伸びるつる巻
部分５１を有するねじりコイルばね部５０とからなる。

他方、アーム部品５２は、アーム部品４６からねじりコ
イルばね部を取り除いたものと、対称形状を呈している
。

この場合のアーム部品５２は、ＦＲＰ製であってもよく
、または従来と同じく、鋼材で作ったものであってもよ
い。

同図すでは、アーム部品５４とアーム部品５６とは対称
形状であり、アーム部品５４は、回転部分５９を有する
アーム部５８と、回転部分５９から一体に伸びるつる巻
部分６１を有するねしりコイルばね部６０とからなる。

つる巻部分６１は、２つのアーム部品５４．５６を組み
合せてサスペンションアームを構成したとき、他のアー
ム部品から遠ざかる方向に向けて伸びている。

同図Ｃでは、アーム部品６２とアーム部品６４とは対称
形状であり、アーム部品６２は、回転部分６７を有する
アーム部６６と、回転部分６７から一体に伸びるつる巻
部分６９を有するねしりコイルばね部６８とからなる。

つる楔部分６９は、２つのアーム部品６２．６４を組み
合せてサスペンションアームを構成したとき、他のアー
ム部品に近づく方向に向けて伸びている。

同図ｄでは、アーム部品７０とアーム部品７２とは非対
称である。アーム部品７０は、回転部分７５を有するア
ーム部７４と、回転部分７５から一体に伸びているつる
楔部分７７を有するねしりコイルばね部７６とからなる
。他方、アーム部品７２は、回転部分７９を有するアー
ム部７８と、回転部分７９から一体に伸びているつる楔
部分８１を有するねしりコイルばね部８０とからなる。

つる楔部分７７．８１は同じ方向に伸びている。

前記アーム部品を単独で、または２つのアーム部品を組
み合せてサスペンションアームとしたものは、第７図お
よび第８図に示すように、懸架装置を構成する。第７図
では、本発明に従うアーム部品を含むサスペンションア
ーム８２は、下方に配置されるサスペンションアーム８
４と共にホイールキャリア８６を支持しており、ダブル
ウィツシュボーン式懸架装置を構成している。他方、第
８図では、本発明に従うアーム部品を含むサスペンショ
ンアーム８８は、上方に配置されるサスペンションアー
ム９０と共にホイールキャリア８６を支持しており、ダ
ブルウィツシュボーン式懸架装置を構成している。

アーム部品はまた、第９図に示すように、アーム部の回
転部分を車体に連結し、アーム部の他方の端部をホイー
ルキャリア９４に結合して、トレーリングアーム式懸架
装置を構成することもできる。

以下に、本発明に係るアーム部品のばね特性について、
第１０図の模式図を用いて説明する。

ねしりコイルばねの巻径をＤ、巻数をｎ、断面２次モー
メントをＩ、断面係数をＺ、弾性率をＥ、アームの長さ
をし、アーム端に加わる力をＰとすると、アームの回転
角φは、 アームストロークＨは、 Ｈ＝２Ｌｓ　ｉ　ｎ　（φ／　２　）　　　（ｍｍ）ね
じりコイルばねに発生する曲げ応力σは、で表される。

ただし、アームの断面２次モーメントがねじりコイルば
ねの断面２次モーメントに比べて十分大きく、アームの
たわみを無視てきるものとする。

第１図に示した実施例において、−例として、Ｄ−８０
ａ＋ｍ、　　ｌ−２０４００ｍｍ＋’、Ｅ−４２００ｋ
ｇｆ／ｎｍ２、Ｌ＝２００ｍｍとし、アームへの最大入
力がサスペンションの組み付は荷重を含めて５００ｋｇ
ｆの車両に組みけたところ、アーム回転角φ＝１．１７
２ｒａｄ　、アームストロークＨ＝２２１ｍｍ、ばね発
生応力ａ　−５３，９ｋｇｆ／ｍｍ２となり、サスペン
ションとして十分な特性を備えることがわかった。

前記計算例と同じ大きさのアーム部品を鋼材によって製
作したところ、アーム回転角φ−０，２３４ｒａｄ　　
　アームストロークＨ−４７１１１０１ばね発生応力σ
〜５３．９ｋｇｆ／ｍｍ２となり、乗用車として十分な
ホイールストロークが得られなかった。これは、鋼材の
場合、弾性率が大き過ぎる（　Ｅ＝２　］０００ｋｇｆ
／＋ｎｍ２）ためである。

前記鋼材製のアーム部品によって十分なホイールストロ
ークを得るためには、ばねの剛性を落とさなければなら
ず、その場合、ばね断面積を減らすかまたは巻径を太き
して巻数を増やす必要かある。しかし、前者では、発生
応力か大きくなり過き、また後者ではスペース効率か悪
くなるという問題かあり、実質的に成立が困難である。

これに対し、本発明では、ＦＲＰの材料設計自由度の大
きさを生かすことにより成立するものである、というこ
とができる。

慣用されているタプルウィツシュボーン式懸架装置では
、第１１図に示すように、コイルばね１０２がショック
アブソーバ１００を取り巻いて配置され、ショックアブ
ソーバ１００とコイルばね１０２それぞれの上方の端部
が車体１０４に取り付けられている。この取付けのため
、車体１０４にかなり大きな凹所１０６を設ける必要が
あった。これに対し、本発明に係るアーム部品を含むサ
スペンションアームを使用したものでは、第７図に示す
ように、ショックアブソーバ１００を取り巻くコイルば
ねを不要とすることができることから、凹所１０６に相
当するスペースが不要になり、この分車室またはエンジ
ンルームを広げることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係るアーム部品の平面図、第２図はア
ーム部品の側面図、第３図ａは第１図の３Ａ−３Ａ線に
、また第３図すは第１図の３Ｂ−３Ｂ線に沿って切断し
た断面図、第４図ａ、ｂは本発明に係るアーム部品の別
の実施例の平面図、第５図ａ、ｂは本発明に係るアーム
部品のさらに別の実施例の平面図、第６図ａ　％　ｄは
本発明に係るアーム部品のさらに別の実施例を示す一方
で、２つのアーム部品を組み合せてサスペンションアー
ムを構成する実施例を示す平面図、第７図および第８図
は、本発明に係るアーム部品を含むサスベションアーム
によって構成したダブルウィツシュボーン式懸架装置の
背面図、第９図は、本発明に係るアーム部品によって構
成したトレーリングアーム式懸架装置の斜視図、第１０
図は数式計算のための模式図、第１１図は従来のダブル
ウィツシュボーン式懸架装置の背面図である。 １０：アーム部品、 １２：アーム部、 １１ａ：回転部分、 １４：ねしりコイルばね、 １５：つる巻部分。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 繊維強化プラスチック製の車両懸架用アーム部品であっ
   て、車体に揺動可能に連結される回転部分を有するアー
   ム部と、前記回転部分から一体に伸びるつる巻部分を有
   するねじりコイルばね部とからなり、前記回転部分の回
   転軸線と前記つる巻部分の中心軸線とが実質的に一致す
   るように配置された、車両懸架用アーム部品。