JP6148333B2 - 車両のサブフレーム - Google Patents

Description

本発明は、車体の下方に設けられ、左右の端部で左右のサスペンションを支持し、車両の駆動源となるパワープラントを支持する車両のサブフレームに関する。

車両のなかには、車体フレームに鋳造製のサブフレームが設けられ、サブフレームの車幅方向中央（以下、「連結部」という）にトルクロッドが連結されるものが知られている。サブフレームにトルクロッドが連結されることにより、トルクロッドを介して車両のパワープラントがサブフレームで支持される。
パワープラントは、一例として、エンジンとトランスミッションとが一体に形成されたエンジン／トランスミッションユニットである。

このサブフレームは、鋳造の際に、鋳造型のキャビティに配置した中子で中空状に形成されている。サブフレームを中空状に形成することによりサブフレームを軽量にすることが可能である（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、特許文献１のサブフレームは、連結部にトルクロッドを介してパワープラントが支持されることにより、サブフレームの車幅方向中央（すなわち、連結部）にトルクロッドから比較的大きな荷重が入力する。
このため、サブフレームの肉厚寸法（特に、車幅方向中央の肉厚寸法）を大きくして連結部の剛性・強度を確保する必要があり、そのことがサブフレームの軽量化を図る妨げになっていた。

特開２０１２−９１６９３号公報

本発明は、連結部の剛性・強度を確保でき、かつ、サブフレームの軽量化を図ることができる車両のサブフレームを提供することを課題とする。

請求項１に係る発明によれば、中子を用いて一体に鋳造形成され、前記中子で中空状に形成されることにより、上下方向に所定間隔をおいて設けられた上部および下部を有する本体部と、該本体部の左右端部に設けられ、サスペンションを支持するサスペンションアームが連結される左右のサスペンション支持部と、前記本体部に設けられ、車両の駆動源となるパワープラントを支持する連結部材が連結される連結部とを備えた車両のサブフレームであって、前記連結部は、前記本体部の車両前後方向の前部に設けられ、前記本体部は、前記連結部の車両後方において前記上部および前記下部に連結され、車両前後方向に延びる隔壁を含む車両のサブフレームが提供される。

請求項２に係る発明では、好ましくは、前記隔壁は、前記本体部の車両幅方向中央部に設けられている。

請求項１に係る発明では、本体部のうち、車両前後方向の前部に連結部を設けた。さらに、連結部の車両後方に隔壁を設け、隔壁を上部および下部に連結させた。
隔壁を上部および下部に連結させることにより、連結部の車両後方において上部および下部を隔壁で一体に連結することができ、サブフレーム（特に、連結部の後方部位）の剛性・強度を確保できる。
これにより、連結部材を経て連結部に入力される車両前後方向や上下方向の荷重を後方部位で支えることができる。

また、連結部の車両後方において隔壁を上部および下部に連結させるだけで、後方部位の剛性・強度を確保できる。これにより、サブフレームの肉厚寸法（特に、連結部の周囲全域の肉厚寸法）を大きくする場合と比べて、サブフレームの軽量化を図ることができる。

請求項２に係る発明では、本体部の車両幅方向中央部に隔壁を設けるようにした。
ここで、本体部の中空部を形成する中子を、本体部の車両幅方向中央部に相当する部位で２分割することにより、分割された中子間に溶湯を流して隔壁を形成することができる。
これにより、中子を２分割するだけで、分割された中子間に隔壁を簡単に形成することができる。

本発明に係るサブフレームを備えた車体前部構造体を示す斜視図である。 本発明に係るサブフレームにサスペンションアームを取り付けた状態を示す底面図である。 図１のサブフレームを示す斜視図である。 図３の４−４線断面図である。 図３の５矢視図である。 図３の６矢視図である。 図５の７−７線断面図である。 図５の８−８線断面図である。 本発明に係る中子ユニットを示す平面図である。 本発明に係るサブフレームの中央連結部に入力された荷重を支える例を説明する図である。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、「前（Ｆｒ）」、「後（Ｒｒ）」、「左（Ｌ）」、「右（Ｒ）」は運転者から見た方向にしたがう。

実施例に係る車両のサブフレーム１５について説明する。
図１、図２に示すように、車体前部構造体１０は、車体前後方向に向けて配置された左右のサイドフレーム１１，１２と、左右のサイドフレーム１１，１２の下方に取り付けられたサブフレーム１５と、サブフレーム１５の左右の端部に設けられた左右のサスペンションアーム１６，１７と、左右のサスペンションアーム１６，１７に連結された左右のサスペンション２１，２２とを備えている。

さらに、車体前部構造体１０は、サブフレーム１５の上部１５ａに取り付けられたステアリングギヤボックス２４と、サブフレーム１５およびパワープラント２５を連結するトルクロッド（連結部材）２６とを備えている。
ステアリングギヤボックス２４から延出されたステアリングシャフト２８にステアリングホイール２９が取り付けられている。
パワープラント２５は、一例として、エンジンとトランスミッションとが一体に形成され、車両の駆動源となるエンジン／トランスミッションユニットである。このパワープラント２５は、左右のサイドフレーム１１，１２間に横向きに配置されている。

図３、図４に示すように、サブフレーム１５は、中子ユニット８０（図９参照）を用いてアルミニウム合金により一体に高圧鋳造で肉厚寸法Ｔ１に成形されている。
このサブフレーム１５は、中子ユニット８０で中空状に形成された本体部３２と、本体部３２の左端部３２ａに設けられた左車体取付部３４および左サスペンション支持部３５と、本体部３２の右端部３２ｂに設けられた右車体取付部３６および右サスペンション支持部３７と、本体部３２の前中央部に設けられた中央連結部３８とを備えている。

左車体取付部３４は、本体部３２の左端部３２ａのうち前部３２ｃに設けられた左前取付部３４ａと、本体部３２の左端部３２ａのうち後部３２ｄに設けられた左後取付部３４ｂとを含む。
右車体取付部３６は、左車体取付部３４と同様に、本体部３２の右端部３２ｂのうち前部３２ｅに設けられた右前取付部３６ａと、本体部３２の右端部３２ｂのうち後部３２ｆに設けられた右後取付部３６ｂとを含む。

左前取付部３４ａおよび左後取付部３４ｂが左サイドフレーム１１（図１参照）にボルトで取り付けられる。さらに、右前取付部３６ａおよび右後取付部３６ｂが右サイドフレーム１２（図１参照）にボルトで取り付けられる。
これにより、サブフレーム１５が左右のサイドフレーム１１，１２に取り付けられる。

図１、図２に戻って、左サスペンション支持部３５は、本体部３２の左端部３２ａのうち前部３２ｃに設けられた左前連結部８１と、本体部３２の左端部３２ａのうち後部３２ｄに設けられた左後連結部８２とを含む。

左前連結部８１は、前部３２ｃから車両前方に張り出すように設けられることにより、左前取付部３４ａより車両前方に配置されている。
左後連結部８２は、左後取付部３４ｂ（図３も参照）より車幅方向内側に設けられることにより、左後取付部３４ｂおよび後部３２ｄ間に介在されている。
左前連結部８１に左サスペンションアーム１６の前取付部１６ａが左前支持ピン８４を介して連結されている。また、左後連結部８２に左サスペンションアーム１６の後取付部１６ｂが左後支持ピンを介して連結されている。

左サスペンションアーム１６に左サスペンション２１の下端部２１ａが連結され、左ダンパハウジング１３に左サスペンション２１の上端部２１ｂが連結されている。左ダンパハウジング１３は左サイドフレーム１１に一体に形成されている。
よって、左サスペンション２１が左サスペンションアーム１６に支持される。これにより、左サスペンション２１が左サスペンションアーム１６を介して左サスペンション支持部３５に支持される。

右サスペンション支持部３７は、左サスペンション支持部３５と同様に、本体部３２の右端部３２ｂのうち前部３２ｅに設けられた右前連結部８７と、本体部３２の右端部３２ｂのうち後部３２ｆに設けられた右後連結部８８とを含む。

右前連結部８７は、前部３２ｅから車両前方に張り出すように設けられることにより、右前取付部３６ａより車両前方に配置されている。
右後連結部８８は、右後取付部３６ｂ（図３も参照）より車幅方向内側に設けられることにより、右後取付部３６ｂおよび後部３２ｆ間に介在されている。
右前連結部８７に右サスペンションアーム１７の前取付部１７ａが右前支持ピン９１を介して連結されている。また、右後連結部８８に右サスペンションアーム１７の後取付部１７ｂが右後支持ピンを介して連結されている。

右サスペンションアーム１７は左サスペンションアーム１６と略左右対称の部材である。
右サスペンションアーム１７に右サスペンション２２の下端部２２ａが連結され、右ダンパハウジング１４に右サスペンション２２の上端部２２ｂが連結されている。右ダンパハウジング１４は右サイドフレーム１１に一体に形成されている。
よって、右サスペンション２２が右サスペンションアーム１７に支持される。これにより、右サスペンション２２が右サスペンションアーム１７を介して右サスペンション支持部３７に支持される。

図２、図３に示すように、本体部３２の車幅方向中央部３２ｈで、かつ、前半部（車両前後方向の前部）３２ｇに中央連結部３８が設けられている。
中央連結部３８にトルクロッド２６の基端部２６ａがボルト５１（図１参照）、ナット５２で連結されている。トルクロッド２６の先端部２６ｂがパワープラント２５にボルト５３で連結されている。これにより、パワープラント２５がトルクロッド２６で支持されている。

図３、図４に示すように、本体部３２は、上方に臨む上部４１と、下方に臨む下部４２と、上部４１および下部４２の各前端部４１ａ，４２ａを連結する前壁４３と、上部４１および下部４２の各後端部４１ｂ，４２ｂを連結する後壁４４を有する。この本体部３２は、上部４１、下部４２、前壁４３および後壁４４で中空部４５が形成されている。
中空部４５は、サブフレーム１５を鋳造する際に中子ユニット８０（図９参照）で形成される。
さらに、上部４１および下部４２は、上下方向に所定間隔をおいて設けられている。

上部４１の車幅方向中央で、かつ、前半部３２ｇに中央連結部３８が一体に形成されている。
下部４２の車幅方向中央で、かつ、前部（すなわち、中央連結部３８の下部３８ａに相当する部位）４２ｃに連結凹部４７が一体に形成されている。
中央連結部３８の上部３８ｂに上取付孔５４が形成され、中央連結部３８の下部３８ａ（下部４２の前部４２ｃを含む）に下取付孔５５が形成されている。上取付孔５４および下取付孔５５にボルト５１が差し込まれることにより、ボルト５１にトルクロッド２６が連結される。

図５、図６に示すように、本体部３２は、車幅方向中央部３２ｈに設けられた隔壁部６１を含む。隔壁部６１は、中央連結部３８の車両前方に設けられた前隔壁６２と、中央連結部３８の下部に設けられた中央隔壁６３と、中央連結部３８の車両後方に設けられた後隔壁（隔壁）６４とを有する。
隔壁部６１については後で詳しく説明する。

また、本体部３２は、上部４１の内面４１ｃ（図４参照）に設けられてサブフレーム１５を補強する左右の上前横リブ６７，６８および上後中央横リブ６９を含む。
左上前横リブ６７は、中央連結部３８の左端部３８ｃから車幅方向外方に延出され、内面４１ｃから中空部４５（図４参照）に向けて突出されている。
右上前横リブ６８は、左上前横リブ６７と左右対称のリブであり、中央連結部３８の右端部３８ｄから車幅方向外方に延出され、内面４１ｃから中空部４５に向けて突出されている。

上後中央横リブ６９は、後隔壁６４の後端部６４ａから左側および右側の両方向へ向けて車幅方向外方に延出し、内面４１ｃから中空部４５（図４参照）に向けて突出されている。
上部４１の内面４１ｃに左右の上前横リブ６７，６８および上後中央横リブ６９が設けられることにより、各リブ６７，６８，６９で上部４１（すなわち、サブフレーム１５）が補強されている。

さらに、本体部３２は、下部４２の内面４２ｄ（図４参照）に設けられてサブフレーム１５を補強する下前中央横リブ７１および左右の後傾斜リブ７２，７３を含む。
下前中央横リブ７１は、前隔壁６２から左側および右側の両方向へ向けて車幅方向外方に延出し、内面４２ｄから中空部４５（図４参照）に向けて突出されている。
左後傾斜リブ７２は、後隔壁６４の左側近傍から車両後方に向けて車幅方向外方に広がるように延出され、内面４２ｄから中空部４５に向けて突出されている。

右後傾斜リブ７３は、左後傾斜リブ７２と左右対称のリブであり、後隔壁６４の右側近傍から車両後方に向けて車幅方向外方に広がるように延出され、内面４２ｄから中空部４５に向けて突出されている。
下部４２の内面４２ｄに下前中央横リブ７１および左右の後傾斜リブ７２，７３が設けられることにより、各リブ７１，７２，７３で下部４２（すなわち、サブフレーム１５）が補強されている。

ここで、隔壁部６１について詳しく説明する。
図４に戻って、本体部３２の車幅方向中央部３２ｈに隔壁部６１が設けられている（図５も参照）。隔壁部６１は、中央連結部３８の車両前方に設けられた前隔壁６２と、中央連結部３８の下部に設けられた中央隔壁６３と、中央連結部３８の車両後方に設けられた後隔壁６４とで構成されている。

前隔壁６２は、本体部３２の車両幅方向中央部３２ｈのうち、中央連結部３８の車両前方で、かつ、中央連結部３８の下方に設けられている。
この前隔壁６２は、上部４１の前部４１ｄ、前壁４３、下部４２の前部４２ｅおよび連結凹部４７の前部４７ａに連結され、車両前後方向に延出されている。

図４、図７に示すように、中央隔壁６３は、本体部３２の車両幅方向中央部３２ｈのうち、中央連結部３８の下部３８ａで、かつ、中央連結部３８の下方に設けられている。
この中央隔壁６３は、中央連結部３８の下部３８ａ、連結凹部４７の後部４７ｂおよび下部４２の中央部４２ｆに連結され、前隔壁６２の延長線上において車両前後方向に延出されている。

図４、図８に示すように、後隔壁６４は、本体部３２の車両幅方向中央部３２ｈのうち、中央連結部３８の車両後方に設けられている。
この後隔壁６４は、上部４１の後部４１ｅ、中央連結部３８の後部３８ｅ、下部４２の後部４２ｇおよび後壁４４に連結され、中央隔壁６３の延長線上において車両前後方向に延出されている。
後隔壁６４の前端部６４ｂは中央隔壁６３の後端部６３ａに一体に連結されている。
よって、本体部３２の上部４１、下部４２、前壁４３および後壁４４が隔壁部６１（すなわち、前隔壁６２、中央隔壁６３および後隔壁６４）で一体に連結されている。

ここで、サブフレーム１５は鋳造の際に、鋳造型に中子ユニット８０（図９参照）を配置した状態で成形される。
図９に示すように、中子ユニット８０は、サブフレーム１５（図３参照）の車両幅方向中央部３２ｈに相当する部位で左中子８１および右中子８２に２分割した状態に中子用の砂で形成されている。

中子ユニット８０が鋳造型に配置された状態において、左中子８１および右中子８２間に間隔Ｓ１が確保されている。
よって、サブフレーム１５（図３参照）を鋳造型で鋳造成形する際に、左中子８１および右中子８２間の間隔Ｓ１にアルミニウム合金の溶湯が充填される。溶湯が間隔Ｓ１に充填されることにより、サブフレーム１５に隔壁部６１（前隔壁６２、中央隔壁６３および後隔壁６４）（図４参照）が形成される。

このように、中子ユニット８０を左中子８１および右中子８２に２分割して間隙Ｓ１を確保するだけの簡素な構成で、サブフレーム１５に隔壁部６１を簡単に形成することができる。これにより、サブフレーム１５（図３参照）のコストを抑えた状態で隔壁部６１を形成することができる。

また、左中子８１は、上部８４に左上前横溝８５および上後横溝８６の左半部が設けられている。左上前横溝８５および上後横溝８６の左半部で、図５に示すサブフレーム１５（上部４１）の左半部に左上前横リブ６７および上後中央横リブ６９の左半部が形成される。
さらに、左中子８１は、下部に下後中央横溝の左半部および左後傾斜溝が設けられている。下後中央横溝の左半部および左後傾斜溝で、図６に示すサブフレーム１５（下部４２）の左半部に下前中央横リブ７１の左半部および左後傾斜リブ７２が形成される。

右中子８２は、左中子８１と略左右対称の部材であり、上部８８に右上前横溝８９および上後横溝８６の右半部が設けられている。右上前横溝８９および上後横溝８６の右半部で、図５に示すサブフレーム１５（上部４１）の右半部に右上前横リブ６８および上後中央横リブ６９の右半部が形成される。
さらに、右中子８２は、下部に下後中央横溝の右半部および右後傾斜溝が設けられている。下後中央横溝の右半部および右後傾斜溝で、図６に示すサブフレーム１５（下部４２）の右半部に下前中央横リブ７１の右半部および右後傾斜リブ７３が形成される。

つぎに、サブフレーム１５の中央連結部３８に入力された荷重を支える例を図１０に基づいて説明する。
図１０に示すように、中央連結部３８の車両前下方に前隔壁６２が設けられ、中央連結部３８の下方に中央隔壁６３が設けられ、中央連結部３８の車両後方に後隔壁６４が設けられている。すなわち、本体部３２の車幅方向中央部３２ｈに隔壁部６１が設けられている。
さらに、本体部３２の上部４１、下部４２、前壁４３および後壁４４が隔壁部６１で一体に連結されている。

よって、サブフレーム１５（特に、中央連結部３８の下方部位３２ｉ、中央連結部３８の車両後方の後方部位３２ｊ）の剛性・強度を確保できる。
これにより、トルクロッド２６を経て中央連結部３８に入力される車両前後方向の荷重Ｆ１を下方部位３２ｉや後方部位３２ｊで支えることができる。
さらに、トルクロッド２６を経て中央連結部３８に入力される上下方向の荷重Ｆ２を下方部位３２ｉや後方部位３２ｊで支えることができる。
加えて、トルクロッド２６を経て中央連結部３８に入力される荷重Ｆ１，Ｆ２に限らないで、その他の方向の荷重も下方部位３２ｉや後方部位３２ｊで支えることができる。

このように、下方部位３２ｉや後方部位３２ｊで荷重Ｆ１，Ｆ２や他の方向の荷重を支えることができる。これにより、パワープラント２５（図２参照）の振動がトルクロッド２６を経てサブフレーム１５に伝えられた際に、伝えられた振動をサブフレーム１５で好適に支えることができる。

また、本体部３２の上部４１、下部４２、前壁４３および後壁４４を隔壁部６１で一体に連結させるだけで、サブフレーム１５（特に、下方部位３２ｉ、後方部位３２ｊ）の剛性・強度を確保できる。
これにより、サブフレーム１５の肉厚寸法Ｔ１（特に、連結部の周囲全域の肉厚寸法）を大きくする場合と比べて、サブフレーム１５の軽量化を図ることができる。

なお、本発明に係る車両のサブフレームは、前述した実施例に限定されるものではなく適宜変更、改良などが可能である。
例えば、前記実施例では、アルミニウム合金製のサブフレーム１５について説明したが、これに限らないで、本発明は他の金属に適用することも可能である。

また、前記実施例では、アルミニウム合金製のサブフレーム１５を高圧鋳造する例について説明したが、これに限らないで、本発明を他の鋳造に適用することも可能である。

さらに、前記実施例では、本体部３２の前中央部に中央連結部（連結部）３８を設け、本体部３２の車幅方向中央部３２ｈに隔壁部６１を設けた例について説明したが、これに限らないで、中央連結部３８および隔壁部６１を本体部３２の他の部位に設けることも可能である。

また、前記実施例で示したサブフレーム、左右のサスペンションアーム、左右のサスペンション、パワープラント、トルクロッド、本体部、左右のサスペンション支持部、中央連結部、上部、下部、隔壁部および後隔壁などの形状や構成は例示したものに限定するものではなく適宜変更が可能である。

本発明は、車体の下方に設けられ、左端部で左サスペンションを支持するとともに右端部で右サスペンションを支持するサブフレームを備えた自動車への適用に好適である。

１０…車体前部構造体、１５…サブフレーム（車両のサブフレーム）、１６，１７…左右のサスペンションアーム（サスペンションアーム）、２１，２２…左右のサスペンション（サスペンション）、２５…パワープラント、２６…トルクロッド（連結部材）、３２…本体部、３２ａ…本体部の左端部、３２ｂ…本体部の右端部、３２ｇ…前半部（車両前後方向の前部）、３２ｈ…本体部の車両幅方向中央部、３５，３７…左右のサスペンション支持部、３８…中央連結部（連結部）、４１…上部、４２…下部、６１…隔壁部、６４…後隔壁（隔壁）、８０…中子ユニット（中子）。

Claims (2)

1. 中子を用いて一体に鋳造形成され、
   前記中子で中空状に形成されることにより、上下方向に所定間隔をおいて設けられた上部および下部を有する本体部と、
   該本体部の左右端部に設けられ、サスペンションを支持するサスペンションアームが連結される左右のサスペンション支持部と、
   前記本体部に設けられ、車両の駆動源となるパワープラントを支持する連結部材が連結される連結部とを備えた車両のサブフレームであって、
   前記連結部は、
   前記本体部の車両前後方向の前部に設けられ、
   前記本体部は、
   前記連結部の車両後方において前記上部および前記下部に連結され、車両前後方向に延びる隔壁を含むことを特徴とする車両のサブフレーム。
2. 前記隔壁は、前記本体部の車両幅方向中央部に設けられている、請求項１記載の車両のサブフレーム。

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