JP6488096B2 - Structural I-beam automotive suspension arm - Google Patents
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Description
発明の分野
本発明は、シートメタル(sheet metal、板金)から形成される構造要素の製造プロセス
に適用され、より詳細には、重量に対する高い剛性と、荷重配分比(weight ratios)に対
する強度とを必要とするそれらの構成部品に適用される。本発明は、特に、自動車用サスペンションアームに適用される。
FIELD OF THEINVENTION The present invention applies to the manufacturing process of structural elements formed from sheet metal, and more particularly to those components requiring high stiffness to weight and strength to weight ratios, in particular to automotive suspension arms.
先行技術の説明
現代のほとんどの道路車両(road vehicles)は、路面の凹凸によって引き起こされるホ
イールの外乱から乗員室（passenger compartment）を隔離するために、何らかの形態の
サスペンションシステムを利用している。これらのサスペンションシステムは通常、バネなどの何らかの形態のエネルギー蓄積手段と、バネの動作を制御するための減衰器などの装置と、ホイールの運動のキネマティクス（kinematics）を制御するためのリンク機構とを備えている。この構成部品の組合せは、車両のホイールがコントロールされた態様にて上方へ動いて道路の凹凸を越えていくことを可能とするように構成される。リンク機構の最も一般的な形態は四棒リンク(four-bar linkage)構造であり、該構造は、スピンドル組立体、車両本体、および、ピボット回転する２つの構造要素（通常、コントロールアームと呼ばれる）から構成される。
2. Description of the Prior Art Most modern road vehicles utilize some form of suspension system to isolate the passenger compartment from wheel disturbances caused by road irregularities. These suspension systems typically include some form of energy storage means such as a spring, a device such as a damper to control the action of the spring, and a linkage to control the kinematics of the wheel motion. This combination of components is configured to allow the wheels of the vehicle to move upward in a controlled manner over road irregularities. The most common form of linkage is a four-bar linkage structure, which consists of a spindle assembly, a vehicle body, and two pivoting structural elements (commonly called control arms).
図１は、一般的な先行技術の四棒リンク構造を示している。コントロールアーム（１）（２）は、車両本体（４）に対して、スピンドル組立体（３）の動作を位置付け、ガイドする。スピンドル組立体は、ホイール、タイヤ、ベアリング組立体、およびブレーキ組立体を担持し、これらは、車両のバネ下質量(unsprung mass、ばねした質量)（５）と総じ
て呼ばれる。このバネ下質量には、コントロールアームの重量部分も含まれる。路面からの外乱に対してバネ下質量を移動させるには相当なエネルギーが必要になるので、可能な限りこのサブ組立体の総重量を低減することが好ましい。加えて、車両のハンドリング特性はバネ下構成部品の制御された動作に直接左右されるので、コントロールアームは、それらに付与されるかなりの荷重に耐えるためのかなりの剛性および強度を有することが必須となる。
FIG. 1 shows a typical prior art four-bar linkage structure. The control arms (1)(2) position and guide the movement of the spindle assembly (3) relative to the vehicle body (4). The spindle assembly carries the wheels, tires, bearing assemblies, and brake assemblies, collectively referred to as the vehicle's unsprung mass (5). This unsprung mass includes the weight of the control arms. Since it takes significant energy to move the unsprung mass in response to road disturbances, it is preferable to reduce the total weight of this subassembly as much as possible. In addition, since the handling characteristics of the vehicle are directly dependent on the controlled movement of the unsprung components, it is essential that the control arms have significant stiffness and strength to withstand the significant loads placed upon them.
従って、サスペンションコントロールアームは、荷重を受けた時に十分に機能するための強度と剛性とを有し、かつ、バネ下質量を低減するために軽量であることが重要である。重量を低減すると、通常、強度と剛性の両方が低下する。重量は低減されているが性能上の特性は同等であるという部品を設計するには、創意工夫が大いに必要である。サスペンションコントロールアーム（複数）に付与される作動荷重（複数）は個別であり、また良く理解されており、当該用途に必要とされる方向と位置に、選択的な剛性と強度とを提供する均一でない構造を開発することができるようになっている。車両用サスペンションコントロールアームは、スピンドルと本体取付け具との関係の構成に応じて、概しては、平面図において「Ａ」形状または「Ｌ」形状のいずれかに構成される。いずれの場合も、主たる誘導荷重(induced load)は、「Ａ」または「Ｌ」フォーメーションの面内にあり、そのため、高い面内剛性が要求される。これらの誘導荷重に耐えるための最も効果的な形状においては、「Ａ」または「Ｌ」フォーメーションの縁部（エッジ）周辺に、大きく集中させた材料を位置させて、面内の断面二次モーメント(second moment of area)の値を
最大化することが必要とされる。図２は、一般的な先行技術の「Ｌ」形状サスペンションコントロールアーム（８）を示しており、このサスペンションコントロールアーム（８）は、該構造の縁部の周りに材料を大きく集中させたものとなっており、鋳造製造プロセス
によって容易に作られる。この構造は、一般の構造的な断面の慣例と合致しており、Ｉ形ビーム(I-beams)が曲げ荷重を支える最も効果的な方法であると考えられている。Ｉ形ビ
ームの構成では、図心または中立軸から離れた断面の末端部に材料が集中する。図２Ａは、典型的な先行技術のＩ形ビーム、すなわち、図２の鋳造「Ｌ」形状サスペンションコントロールアームの横断面図である。Ｉ形ビームの互いに反対側にある末端部はフランジ（６）と呼ばれ、一方、単独の中央の構成部分はウェブ（７）と呼ばれる。Ｉ形ビームの構造上の利点を十分に具現化するためには、ウェブよりも厚いフランジを有することが有益である。
It is therefore important that suspension control arms have the strength and stiffness to perform adequately under load, yet are lightweight to reduce unsprung mass. Reducing weight usually reduces both strength and stiffness. Great ingenuity is required to design a part with reduced weight but equivalent performance characteristics. The working loads applied to suspension control arms are distinct and well understood, allowing non-uniform structures to be developed that provide selective stiffness and strength in the directions and locations required for the application. Vehicle suspension control arms are generally configured in either an "A" or "L" shape in plan view, depending on the configuration of the spindle and body mount relationship. In either case, the primary induced loads are in the plane of the "A" or "L" formation, thus requiring high in-plane stiffness. The most effective shape to withstand these induced loads requires a large concentration of material around the edges of the "A" or "L" formation to maximize the value of the in-plane second moment of area. FIG. 2 shows a typical prior art "L" shaped suspension control arm (8) that has a large concentration of material around the edges of the structure and is easily made by a casting manufacturing process. This structure is consistent with common structural cross-sectional conventions, and I-beams are believed to be the most effective way to support bending loads. In an I-beam configuration, material is concentrated at the ends of the cross section away from the centroid or neutral axis. FIG. 2A is a cross-sectional view of a typical prior art I-beam, i.e., the cast "L" shaped suspension control arm of FIG. 2. The opposing ends of the I-beam are called flanges (6) while the single central component is called the web (7). To fully realize the structural advantages of an I-beam, it is beneficial to have the flanges thicker than the web.
最適なコントロールアーム構造に求められていることが均一でない形状であることから、数多くの複雑な製造プロセスが使用されてきた。車両用コントロールアーム構造に関連する最も一般的な製造方法は、鋳造、鍛造、および、サブ組立体になっているプレス形成された金属スタンピング(press formed metal stamping)の溶接である。複雑な形状を伴
うことが原因で、単純なプレス形成された金属スタンピングから、最適な車両用コントロールアームを製造することは非常に困難である。
Due to the non-uniform geometries required for an optimal control arm structure, numerous complex manufacturing processes have been used. The most common manufacturing methods associated with vehicle control arm structures are casting, forging, and welding of press formed metal stampings that are sub-assembled. Due to the complex geometries involved, it is very difficult to manufacture an optimal vehicle control arm from a simple press formed metal stamping.
製造の際にプレス形成された金属スタンピングを利用する大部分のサスペンションコントロールアームは、閉じた箱の断面として構成される。図３は、２つのＵ形状にプレス形成した金属スタンピングから構成された、典型的なサスペンションコントロールアームの断面を示している。この種の構造断面は、面内の曲げ荷重への耐性について、Ｉ形ビームよりもはるかに効率が低く、また、必要とされる隅肉溶接接合を容易にするためには、材料のかなりのオーバラップ（重なり合い）を必要とする。この材料のオーバラップは、結局は構造的に余剰(redundant)になり、代替的な鋳造または鍛造構造よりも重量が大きい
解決方法となる。
Most suspension control arms that utilize press-formed metal stampings in their manufacture are constructed as closed box sections. Figure 3 shows a typical suspension control arm cross section constructed from two U-shaped press-formed metal stampings. This type of structural section is much less efficient than an I-beam in resisting in-plane bending loads and requires significant material overlap to facilitate the required fillet weld joint. This material overlap ultimately results in a structurally redundant and heavier solution than alternative cast or forged constructions.
Ｋｕｓａｍａらに対して発行された米国特許第５，６６２，３４８号には、プレス形成部品のみから製造されるサスペンションアームが開示されている。Ｋｕｓａｍａは、広範な異なる断面構造を請求（クレーム）しており、それらは全て、誘導荷重と適合する様式で車両用サスペンションコントロールアームを強固にすることを目的としている。しかしながら、Ｋｕｓａｍａは、プレス形成技術を用いた真のＩ形ビーム断面を形成するための方法を教示していない。 U.S. Patent No. 5,662,348 issued to Kusama et al. discloses a suspension arm manufactured entirely from press-formed parts. Kusama claims a wide variety of different cross-sectional configurations, all of which are intended to stiffen the vehicle suspension control arm in a manner compatible with induced loads. However, Kusama does not teach a method for forming a true I-beam cross-section using press-forming techniques.
Ｉ形ビーム断面を使用することは、サスペンションアームの技術においては知られており、通常、図２および２Ａに示すとおり、鋳造または鍛造技術を用いた製造を伴う。しかしながら、２つのカップ形状(cup-shaped)のプレス形成されたスタンピングを用いることも良く行われており、それらのスタンピングは、背面同士を合わせてプロジェクション溶接され、必要とされる平面図形状を有するＩ形ビーム断面が形成される。Ｉ形ビーム断面は、このようにして２つの比較的単純なスタンピングを組み合わせることによって形成されてきたが、フランジがウェブの半分の厚さであったため、構造性能が低くなっていた。図４は、２つのカップ形状のプレス形成されたスタンピングから構成された典型的な先行技術のＩ形ビームサスペンションコントロールアームの横断面図を示している。先行技術の製造プロセスが、フランジが１枚(single、単一)の材料の厚さのものでありながら、ウェブが２重(double)の材料の厚さのものである、ということを押し付けていることに留意するのも重要である。これは、最適な構造的構成ではない。 The use of I-beam sections is known in the suspension arm art and typically involves manufacture using casting or forging techniques, as shown in Figures 2 and 2A. However, it is also common to use two cup-shaped press-formed stampings that are projection welded back-to-back to form an I-beam section with the required plan view shape. I-beam sections have been formed in this manner by combining two relatively simple stampings, but the flanges were half the thickness of the web, resulting in poor structural performance. Figure 4 shows a cross-sectional view of a typical prior art I-beam suspension control arm constructed from two cup-shaped press-formed stampings. It is also important to note that the prior art manufacturing process forces the flanges to be of a single thickness of material while the webs are of a double thickness of material. This is not an optimal structural configuration.
Ｌａｙｍａｎに対して発行された米国特許第１，３８０，６５９号は、リンクおよびレバーなどに関し、より詳細には、シートメタルから形成された場合のそのような物品に関する。Ｌａｙｍａｎは、自動車用サスペンションコントロールアームについて言及しておらず、また、該発明の目的は該発明が関するようなリンクまたはレバーなどについて製造コストを安くすることであると明示的に述べている。自動車用サスペンションコントロー
ルアームに付随する、誘導荷重の理解についての示唆はなく、また、図は一般的なリンクおよびレバーに関する。Ｌａｙｍａｎは、シートメタルから形成され得るであろう数多くの可能性のある横断面を示しているが、一つのみが、真のＩ形ビーム断面を表していると解釈され得るであろう。しかしながら、このＩ形ビーム断面は、自動車用サスペンションコントロールアームの文脈で示されておらず、また、必要とされる構成部品の個数、溶接などのシートメタルを繋げる何らかのジョイントまたは方法について示していない。この観点から、ＬａｙｍａｎのＩ形ビーム断面は、実施可能な程度まで十分に記載されていない。最後に、ＬａｙｍａｎのＩ形ビーム断面は、フランジとウェブとが同等の材料の厚さであることを示している。これは、最適な構造的構成ではない。
U.S. Patent No. 1,380,659 issued to Layman relates to links and levers and the like, and more particularly to such articles when formed from sheet metal. Layman does not mention automobile suspension control arms, and expressly states that the object of the invention is to reduce the manufacturing costs of such links or levers and the like. There is no suggestion of understanding the induced loads associated with automobile suspension control arms, and the drawings relate to links and levers in general. Layman shows many possible cross sections that could be formed from sheet metal, but only one could be interpreted as representing a true I-beam cross section. However, this I-beam cross section is not shown in the context of an automobile suspension control arm, nor does it show the number of components required, any joints or methods of joining the sheet metal, such as welding. In this respect, Layman's I-beam cross section is not fully described to an enabling degree. Finally, Layman's I-beam cross section shows the flanges and web to be of equal material thickness. This is not the optimal structural configuration.
Ｈｏｗｅｌｌらの米国特許出願第ＵＳ２００５／０１０４３１５Ａ１には、プレス形成(press formed)されたシートメタル構成部品を使用して構成された真のＩ形ビーム断面の車両用サスペンションアームが開示されている。Ｌａｙｍａｎとは異なり、Ｈｏｗｅｌｌには、実現可能なＩ形ビーム自動車用コントロールアームを形成するために、スタンプされた金属構成部品を連結するための方法論が十分記載されている。しかしながら、ＨｏｗｅｌｌのＩ形ビーム断面は、フランジとウェブとが同等の材料の厚さであるという点で、Ｌａｙｍａｎと同様の制限を抱えている。加えて、Ｈｏｗｅｌｌでは、真のＩ形ビーム断面を形成するために２つのスタンプされた構成部品が連結されることを必要としている。 Howell et al., U.S. Patent Application No. US 2005/0104315 A1, discloses a true I-beam cross-section vehicle suspension arm constructed using stamped sheet metal components. Unlike Layman, Howell fully describes the methodology for joining stamped metal components to form a viable I-beam automotive control arm. However, Howell's I-beam cross-section suffers from the same limitations as Layman in that the flanges and web are of equal material thickness. In addition, Howell requires that two stamped components be joined to form the true I-beam cross-section.
発明の要旨
従って、シートメタルプレス形成などの低コストの製造技術を使用して、比較的低質量を維持しながら、高い固有の剛性および強度を提供し得るサスペンションコントロールアームを開発することが有利であろう。自動車産業が必然的に要求するような大きな体積の用途のためには、シートメタルプレス形成が最もコスト効率の良い構造部品の製造方法であることは証明されてきた。現在生産されているほぼ全ての車両において、プレス形成技術(press-forming techniques)を使用して製造されたアルミニウムまたはスチール(鋼)のスタンピングのいずれかからほぼ全体が構成された本体構造および選択されたサブフレームが用いられている。それゆえ、本発明の目的は、車両用サスペンションコントロールアームの製造において金属プレス形成を用いることである。
SUMMARY OF THE DISCLOSURE It would therefore be advantageous to develop a suspension control arm that can provide high inherent stiffness and strength while maintaining a relatively low mass using low cost manufacturing techniques such as sheet metal press forming. For large volume applications such as those necessitated by the automotive industry, sheet metal press forming has proven to be the most cost-effective method of manufacturing structural components. Nearly every vehicle produced today uses a body structure and selected subframes constructed almost entirely from either aluminum or steel stampings manufactured using press-forming techniques. It is therefore an object of the present invention to use metal press forming in the manufacture of vehicle suspension control arms.
本発明の一つの実施形態では、車両用サスペンションコントロールアームを有する構造要素は、均一な厚さの材料から形成された、複雑な(complex)、シングルピースの、シー
トメタルのスタンプされた構成部品(sheet metal stamped component)から構成される。
スタンピングは、妥当な平面図形状、すなわち「Ａ」形状、「Ｌ」形状、または、当該用途のために適切な他の形状を有するように構成され、かつ、中央のウェブ部分と、２つのフランジ部分とを有するＩ形ビーム横断面(I-beam cross section)へと形成される。中央のウェブ部分は、単一の材料厚さとして構成され、かつ、フランジ部分は、上へ立った閉断面(upstanding closed section)と、下へ立った閉断面(downstanding closed section)とを有する。上へ立った閉断面と下へ立った閉断面は、均一な厚さのシートメタルの連続的な二重折れしたセグメントを有するように構成され、それにより、各フランジ部分の厚さは、ウェブ部分の厚さの２倍となっている。該シートメタルの開端部(open end)は、中央のウェブ部分に当たって終了するように構成され、かつ、ＭＩＧ、ＴＩＧ、アークもしくはレーザー溶接、または、同様の手段を用いてウェブ部分に溶接される。フランジ部分がウェブ部分の２倍の厚さであるため、最終的な組立体は、好ましい構造用Ｉ形ビーム断面を有する。
In one embodiment of the present invention, a structural element comprising a vehicle suspension control arm is constructed from a complex, single-piece, sheet metal stamped component formed from a uniform thickness of material.
The stamping is configured to have a suitable plan view shape, i.e., "A"-shaped, "L"-shaped, or other shape appropriate for the application, and is formed into an I-beam cross section having a central web section and two flange sections. The central web section is configured as a single thickness of material, and the flange sections have an upstanding closed section and a downstanding closed section. The upstanding closed section and the downstanding closed section are configured to have continuous double folded segments of sheet metal of uniform thickness, whereby the thickness of each flange section is twice the thickness of the web section. The open ends of the sheet metal are configured to terminate against the central web section and are welded to the web sections using MIG, TIG, arc or laser welding, or similar means. Because the flange sections are twice as thick as the web sections, the final assembly has a preferred structural I-beam cross section.
従って、車両用サスペンションアームを有し、シートメタルから形成された構造要素は、均一な厚さの材料から形成されるシートメタルのスタンプされた構成部品を有し、該構成部品は、中央のウェブ部分と、前記中央のウェブ部分のうちの互いに反対の側にある２
つのフランジ部分を有し、前記中央のウェブ部分は、一枚の材料厚さであるように構成され、前記フランジ部分は、上へ立った閉断面と、下へ立った閉断面とを有し、前記の上へ立った閉断面と下へ立った閉断面は、シートメタルの連続的な二重折れしたセグメントを有するように構成され、それにより、各フランジ部分の厚さは、前記中央のウェブ部分の厚さの２倍となっており、シートメタルの開端部は、中央のウェブ部分に当たって終了するように、および、不動に固定されるように構成されて、当該構造要素はＩ形ビーム断面で作ったものとなっており、それにより、各フランジ部分の厚さが、中央のウェブ部分の厚さの２倍となっている。
Thus, a structural element having a suspension arm for a vehicle and formed from sheet metal may include a stamped component of sheet metal formed from a material of uniform thickness, the component having a central web portion and two opposing web portions.
The structural element has two flange portions, the central web portion being configured to be one piece of material thick, the flange portions having an upstanding closed section and an understanding closed section, the upstanding closed section and the understanding closed section being configured to have continuous double folded segments of sheet metal whereby the thickness of each flange portion is twice the thickness of the central web portion, and an open end of the sheet metal is configured to terminate against and be fixedly secured to the central web portion, the structural element being made of an I-beam section whereby the thickness of each flange portion is twice the thickness of the central web portion.
本発明のさらなる態様では、
ａ）シートメタルのスタンプされた構成部品(sheet metal stamped component)は、均
一な厚さのシートアルミニウム、シート鋼、または同様のシートメタル材料からプレス形成され、中央のウェブ部分と、前記中央のウェブ部分のうちの互いに反対の側にある２つのフランジ部分とを有し、
ｂ）前記中央のウェブ部分は、一枚の材料厚さであるように構成され、かつ、予め定められた位置に、押出された開口部を有し、該開口部は、スピンドル組立体のボールジョイントを受け入れるために適した構造を形成するように構成されており、
ｃ）前記フランジ部分は、上へ立った閉断面と、下へ立った閉断面とを有し、
ｄ）上へ立った閉断面と下へ立った閉断面は、シートメタルの連続的な二重折れしたセグメントを有するように構成され、それにより、各フランジ部分の厚さは、前記中央のウェブ部分の厚さの２倍となっており、
ｅ）シートメタルのトリム端部(trim ends)は、前記中央のウェブ部分に当たって終了
するように構成され、かつ、ＭＩＧ、ＴＩＧ、アークもしくはレーザー溶接、または、同様の手段によって、前記中央のウェブ部分に不動に固定されるように構成されており、
ｆ）前記フランジ部分に、少なくとも１つの途切れ部が導入され、それにより、車両本体アタッチメントの細部を受け入れるために適した構造が形成されている。
In a further aspect of the invention,
a) a sheet metal stamped component pressed from sheet aluminum, sheet steel, or similar sheet metal material of uniform thickness, having a central web portion and two flange portions on opposite sides of the central web portion;
b) the central web portion is configured to be one piece of material thick and has extruded openings at predetermined locations configured to form structures suitable for receiving ball joints of a spindle assembly;
c) the flange portion has an upwardly extending closed cross section and a downwardly extending closed cross section;
d) the upstanding closed section and the downstanding closed section are constructed with a continuous double folded segment of sheet metal whereby the thickness of each flange portion is twice the thickness of the central web portion;
e) sheet metal trim ends configured to terminate against said central web portion and to be fixedly secured thereto by MIG, TIG, arc or laser welding or similar means;
f) at least one interruption is introduced into said flange portion, thereby forming a structure suitable for receiving a vehicle body attachment detail;
本発明の一つの好ましい実施形態では、必要とされる平面図形状、すなわち「Ａ」、「Ｌ」、または、当該用途のために適切な他の形状は、ＭＩＧ、ＴＩＧ、アーク（ＡＲＣ）もしくはレーザー溶接、または、同様の手段を使用して、ブッシング支持構造体を主（メイン）アーム構成部品に不動に取付けることにより形成される。主アーム構成部品は、先に記載したシートメタルのスタンプされた構成部品と同様にして構成されるが、完全に分岐した構造よりも製造が容易な、より単純な平面図形状である。ブッシング支持構造体は、開(open)または閉(closed)のいずれかの断面の単純な金属スタンピングとして構成され、かつ、丸形のブッシング支持体を受け入れるように構成される。このようにして、車両のサスペンションの幾何学的形状の必要性によってしばしば必然的に要求される非常に複雑な平面図形状に対して、比較的単純な平面図形状のシートメタルのスタンプされた構成部品を用いて対応することができ、それと同時に、先に記載した優れたＩ形ビーム断面の全ての利点が維持される。 In one preferred embodiment of the invention, the required plan shape, i.e., "A", "L", or other shape appropriate for the application, is formed by rigidly attaching the bushing support structure to the main arm component using MIG, TIG, ARC or laser welding or similar means. The main arm component is constructed in a manner similar to the sheet metal stamped components described above, but with a simpler plan shape that is easier to manufacture than a fully bifurcated structure. The bushing support structure is constructed as a simple metal stamping of either open or closed cross section, and is configured to accept a round bushing support. In this way, the highly complex plan shapes often necessitated by the needs of vehicle suspension geometry can be accommodated using relatively simple planform sheet metal stamped components, while at the same time maintaining all the advantages of the superior I-beam cross section described above.
発明の詳細な説明
図５、６、７および８を参照すると、車両用サスペンションコントロールアーム（１０）が、複雑な(complex)単一ピースであるシートメタルのスタンプされた(sheet metal stamped)構成部品（１１）と、丸形のブッシング支持体（１８）と、インラインピン・ブッシング支持体（１９）と、ボールジョイント（２７）とから実質的に構成されている。シートメタルのスタンプされた構成部品（１１）は、鋼、アルミニウムもしくは他の好適な金属（例、チタン、タングステンなど）または合金の、均一な厚さの平面状シートを、必要とされる平面図の形状(plan view shape)へとプレス形成することによって製造され、
平面図の形状は、車両のサスペンションの幾何学的形状の必要性によって必然的に要求される形状である。付加的には、該スタンプされた構成部品は、プレス形成工程の間に、一枚の材料厚さのウェブ部分（１２）を有し、かつ、中央のウェブ部分（１２）の互いに反対側にある２つのフランジ部分（１３）を有するように構成される。各フランジ部分（１３）は、上へ立った閉断面（１４）と、下へ立った閉断面（１５）とを含み、これらの断面は、連続して折り返されたセグメント（１６）を持って形成され、該セグメント(segment)は、閉断面のうちの一つで二重折れ(double returned、全折れ)して、トリム端部(trim end)（１７）が中央のウェブ部分（１２）に当たって終了するようになっており、それが、この領域における断面の厚さを効果的に２倍にしている。これら、２倍の材料厚さのフランジ部分（１３）は、スタンプされた構成部品の周囲全体をとりまいているが、車両本体アタッチメント（即ち、丸型のブッシング支持体（１８）およびインラインのブッシング支持体（１９）、およびボールジョイント（２７））を助けるために特殊な形成を必要とする局所的な領域は除く。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Referring to Figures 5, 6, 7 and 8, a vehicle suspension control arm (10) is substantially comprised of a complex single piece sheet metal stamped component (11), a round bushing support (18), an in-line pin bushing support (19) and a ball joint (27). The sheet metal stamped component (11) is manufactured by pressing a uniform thickness planar sheet of steel, aluminum or other suitable metal (e.g. titanium, tungsten, etc.) or alloy into the required plan view shape,
The plan view shape is dictated by the requirements of the vehicle suspension geometry. Additionally, the stamped component is constructed during the press forming process to have web portions (12) of one material thickness and two flange portions (13) on opposite sides of the central web portion (12). Each flange portion (13) includes an upstanding closed section (14) and a downstanding closed section (15) formed with successive folded segments (16) that are double returned at one of the closed sections to terminate at a trim end (17) against the central web portion (12), effectively doubling the thickness of the section in this region. These double material thickness flange portions (13) go all the way around the stamped component, except for localized areas requiring special formation to aid in vehicle body attachment (i.e., round bushing support (18) and in-line bushing support (19), and ball joint (27)).
最終的なサスペンションコントロールアーム構造体（１０）は、ＭＩＧ（メタル・イナート・ガス、Metal Inert Gas）、ＴＩＧ（タングステン・イナート・ガス、Tungsten Inert Gas）、アーク(Arc)もしくはレーザー溶接、または、同様の手段を使用して、該二重折れシートメタル断面(double returned sheet metal section)のトリム端部（１７）を
中央のウェブ部分（１２）に不動に取り付けることによって完成される。記載した形成および取付け工程から生じる典型的な断面を、図９の横断面図に示す。溶接のすみ肉(fillet)（２２）は、連続的または間欠的のいずれかで構成され、かつ、該二重折れシートメタル断面のトリム端部（１７）を、中央のウェブ部分（１２）に不動に取付けるように構成される。このようにして、非常に効果的なＩ形ビーム断面が形成され、フランジ部分（１３）の厚さ（Ｔ１）が中央のウェブ部分（１２）の厚さ（Ｔ２）の２倍となり、従って、
図４に示した先行技術の断面よりも構造的に優れたものとなる。
The final suspension control arm structure (10) is completed by rigidly attaching the trim end (17) of the double returned sheet metal section to the central web portion (12) using MIG (Metal Inert Gas), TIG (Tungsten Inert Gas), Arc or Laser welding or similar means. A typical cross section resulting from the described forming and attachment process is shown in cross section in FIG. 9. Weld fillets (22) are configured either continuously or intermittently and are configured to rigidly attach the trim end (17) of the double returned sheet metal section to the central web portion (12). In this manner, a highly effective I-beam cross section is formed, with the thickness (T1) of the flange portion (13) being twice the thickness (T2) of the central web portion (12), and therefore
This provides a structural advantage over the prior art cross section shown in FIG.
図１０および１１は、本発明の代替的な実施形態を示してり、該実施形態では、二重折れシートメタル断面のトリム端部（１７）は、中央のウェブ部分（１２）からわずかに離れて終了し、間隙（Ｄ１）を形成する。この間隙（Ｄ１）は、ＭＩＧまたは同様の溶接手段によって形成される３材料の溶接接合を容易するように構成される。結果として得られる溶接すみ肉（２３）は、トリム端部（１７）と、中央のウェブ部分（１２）と、フランジ部分（１３）の連続的に折り返されたセグメント（１６）とを、いっしょにして、単一の構造的な接合部になるように不動(rigidly)に取付ける。このようにして、フランジ部
分（１３）の閉断面は、中央のウェブ部分（１２）に対して非常に効果的に接続される。
10 and 11 show an alternative embodiment of the invention in which the trim end (17) of the double folded sheet metal section terminates slightly away from the central web portion (12) to form a gap (D1). This gap (D1) is configured to facilitate a three-material welded joint formed by MIG or similar welding means. The resulting weld fillet (23) rigidly attaches the trim end (17), the central web portion (12), and the continuously folded segments (16) of the flange portion (13) together into a single structural joint. In this way, the closed section of the flange portion (13) is very effectively connected to the central web portion (12).
図５および７を参照すると、当該サスペンションコントロールアーム（１０）は、ボールジョイント（２７）を受け入れるのに適した、押出された(extruded)開口部（２０）を有するように構成されている。この押出された開口部（２０）は、シートメタルのスタンプされた構成部品（１１）の中央のウェブ部分（１２）に、パンチングで穴を開けて、その穴に押出し(extrusion)をプレス形成することによって形成される。当該サスペンショ
ンコントロールアーム（１０）は、また、フランジ部分に少なくとも１つの途切れ部(discontinuity、連続のとぎれ）を有するように構成されており、車両本体アタッチメント（１８）（１９）がうまく助けられ得るようになっている。この途切れ部は、直立的に配向された丸形のブッシング支持体（１８）を受け入れるように構成された複雑な形状であっても良いし、あるいは、インラインピン（１９）を受け入れるように構成された単純な直線状の切断であっても良い。
5 and 7, the suspension control arm (10) is configured with an extruded opening (20) adapted to receive a ball joint (27). The extruded opening (20) is formed by punching a hole in the central web portion (12) of the sheet metal stamped component (11) and press forming an extrusion into the hole. The suspension control arm (10) is also configured with at least one discontinuity in the flange portion to facilitate vehicle body attachment (18)(19). The discontinuity may be a complex shape adapted to receive an upright oriented round bushing support (18) or may be a simple straight cut adapted to receive an in-line pin (19).
図１２は、本発明の代替的な好ましい実施形態を示しており、該実施形態では、サスペンションコントロールアーム（１０）の必要とされる平面図形状は、ＭＩＧ、ＴＩＧ、アークもしくはレーザーによる溶接または同様の手段を使用して、ブッシング支持構造体（３０）を主アーム構成部品（３１）に不動に取付けることによって形成される。該主アーム構成部品（３１）は、先に記載したシートメタルのスタンプされた構成部品（１１）と同様にして構成される。ブッシング支持構造体（３０）は、開断面または閉断面のいずれかの単純な金属スタンピングとして構成され、かつ、丸形のブッシング支持体（１８）を受け入れるように構成される。このようにして、車両のサスペンションの幾何学的形状の必要性によってしばしば必然的に要求される非常に複雑な平面図形状に対して、比較的単純な平面図形状ではあるが先に記載したシートメタルのスタンプされた構成部品（１１）と同様にして構成される主アーム構成部品（３１）を用いて対応することができ、それと同時に、先に記載した優れたＩ形ビーム断面の全ての利点が維持される。 Figure 12 shows an alternative preferred embodiment of the invention, in which the required plan view shape of the suspension control arm (10) is formed by rigidly attaching a bushing support structure (30) to a main arm component (31) using MIG, TIG, arc or laser welding or similar means. The main arm component (31) is constructed in a similar manner to the sheet metal stamped component (11) described above. The bushing support structure (30) is constructed as a simple metal stamping of either open or closed cross section and is configured to receive a round bushing support (18). In this way, the very complex plan view shapes often necessitated by the needs of the vehicle suspension geometry can be accommodated using a main arm component (31) of relatively simple plan view shape but constructed in a similar manner to the sheet metal stamped component (11) described above, while at the same time maintaining all the advantages of the superior I-beam cross section described above.
本発明の好ましい実施形態を説明してきたが、示した構造の変形または改良が本発明の精神または範囲から離れることなく為され得ることは当業者に明らかであろう。 While preferred embodiments of the present invention have been described, it will be apparent to those skilled in the art that variations or modifications of the structure shown may be made without departing from the spirit or scope of the present invention.
Claims (14)
ａ）均一な厚さのシートメタルで形成された構成部品を有し、該構成部品は、中央のウェブ部分と、前記中央のウェブ部分のうちの互いに反対の側にある２つのフランジ部分とを有し、
ｂ）前記中央のウェブ部分は、単一の材料厚さであるように構成され、
ｃ）前記フランジ部分は、中央のウェブ部分が水平になっているとした場合に、上方および下方に垂直に延びる部分を有し、
ｄ）前記の上方および下方に垂直に延びる部分は、前記シートメタルからなる連続的な二重の折り返されたセグメントを有するように構成され、それにより、各フランジ部分の厚さは、前記中央のウェブ部分の厚さの２倍となっており、
前記シートメタルのトリム端部は、中央のウェブ部分に当たって終了するか、または、該中央のウェブ部分から少し離れて終了して間隙を形成しており、かつ、該トリム端部は、不動に固定されて、前記構成部品はＩ形断面を有するものとなっており、それにより、各フランジ部分の厚さが、中央のウェブ部分の厚さの２倍となっており、
前記構成部品は、シートアルミニウム、または、シート鋼から形成されたものであり、かつ、
前記フランジ部分に少なくとも１つの途切れ部が導入され、かつ、該途切れ部には、車両本体アタッチメントの細部を前記フランジ部分に接続するために、該車両本体アタッチメントの細部を受け入れるための構造が形成されており、
前記中央のウェブ部分は、当該ウィッシュボーン型サスペンションアームの質量を減少させるためのさらなる開口部を含んでいない、
前記車両用のウィッシュボーン型サスペンションアーム。 A wishbone-type suspension arm for a vehicle, the wishbone-type suspension arm comprising:
a) a component formed from sheet metal of uniform thickness, the component having a central web portion and two flange portions on opposite sides of the central web portion;
b) the central web portion is configured to be of a single material thickness;
c) the flange portion has portions that extend vertically upward and downward when the central web portion is horizontal;
d) said upwardly and downwardly extending vertical portions are constructed with continuous double folded segments of said sheet metal whereby the thickness of each flange portion is twice the thickness of said central web portion;
said sheet metal trim ends terminating against or a short distance from said central web portion forming a gap, and said trim ends are immovably fixed such that said component has an I-shaped cross section whereby the thickness of each flange portion is twice the thickness of the central web portion;
the component is formed from sheet aluminum or sheet steel; and
at least one interruption is introduced into the flange portion and is formed with a structure for receiving a vehicle body attachment detail for connecting the vehicle body attachment detail to the flange portion;
the central web portion does not include any additional openings to reduce the mass of the wishbone suspension arm;
A wishbone-type suspension arm for the vehicle.
ａ）均一な厚さのシートアルミニウムまたはシート鋼で形成された、シートメタルの構成部品を有し、該構成部品は、中央のウェブ部分と、前記中央のウェブ部分のうちの互いに反対の側にある２つのフランジ部分とを有し、
ｂ）前記中央のウェブ部分は、単一の材料厚さであるように構成され、かつ、スピンドル組立体のボールジョイントを受け入れるための構造を形成するように構成された開口部を有しており、
ｃ）前記フランジ部分は、中央のウェブ部分が水平になっているとした場合に、上方および下方に垂直に延びる部分を有し、かつ、少なくとも１つの途切れ部を有し、該途切れ部には、車両本体アタッチメントの細部を前記フランジ部分に接続するために、該車両本体アタッチメントの細部を受け入れるための構造が形成されておりかつ該構造はブッシング支持体であり、
ｄ）前記の上方および下方に垂直に延びる部分は、前記シートメタルからなる連続的な二重の折り返されたセグメントを有するように構成され、それにより、各フランジ部分の厚さは、前記中央のウェブ部分の厚さの２倍となっており、
前記シートメタルのトリム端部は、中央のウェブ部分に当たって終了し、かつ、該中央のウェブ部分に不動に固定されて、前記構成部品はＩ形断面を有するものとなっており、それにより、各フランジ部分の厚さが、中央のウェブ部分の厚さの２倍となっており、
前記中央のウェブ部分は、当該ウィッシュボーン型サスペンションアームの質量を減少させるためのさらなる開口部を含んでいない、
前記車両用のウィッシュボーン型サスペンションアーム。 A wishbone-type suspension arm for a vehicle, the wishbone-type suspension arm comprising:
a) a sheet metal component formed from sheet aluminum or steel of uniform thickness, the component having a central web portion and two flange portions on opposite sides of the central web portion;
b) the central web portion is constructed to be a single thickness of material and has an opening configured to form a structure for receiving a ball joint of a spindle assembly;
c) the flange portion has portions that extend vertically upward and downward when the central web portion is horizontal, and has at least one interruption formed therein, the interruption having a structure for receiving a vehicle body attachment detail for connecting the vehicle body attachment detail to the flange portion, the structure being a bushing support;
d) said upwardly and downwardly extending vertical portions are constructed with continuous double folded segments of said sheet metal whereby the thickness of each flange portion is twice the thickness of said central web portion;
said sheet metal trim ends terminate against and are fixedly secured to a central web portion such that said component has an I-shaped cross section whereby the thickness of each flange portion is twice the thickness of the central web portion;
the central web portion does not include any additional openings to reduce the mass of the wishbone suspension arm;
A wishbone-type suspension arm for the vehicle.
ａ）均一な厚さのシートアルミニウムまたはシート鋼で形成された、シートメタルの構成部品を有し、該構成部品は、中央のウェブ部分と、前記中央のウェブ部分のうちの互いに反対の側にある２つのフランジ部分とを有し、
ｂ）前記中央のウェブ部分は、単一の材料厚さであるように構成され、かつ、スピンドル組立体のボールジョイントを受け入れるための構造を形成するように構成された開口部を有しており、
ｃ）前記フランジ部分は、中央のウェブ部分が水平になっているとした場合に、上方および下方に垂直に延びる部分を有し、かつ、少なくとも１つの途切れ部を有し、該途切れ部には、車両本体アタッチメントの細部を前記フランジ部分に接続するために、該車両本体アタッチメントの細部を受け入れるための構造が形成されており、
ｄ）前記の上方および下方に垂直に延びる部分は、前記シートメタルからなる連続的な二重の折り返されたセグメントを有するように構成され、それにより、各フランジ部分の厚さは、前記中央のウェブ部分の厚さの２倍となっており、
前記シートメタルのトリム端部は、中央のウェブ部分から少し離れて終了して間隙を形成し、かつ、該トリム端部は、該中央のウェブ部分と、前記の連続的な二重の折り返されたセグメントとの両方に不動に固定されて、前記構成部品はＩ形断面を有するものとなっており、それにより、各フランジ部分の厚さが、中央のウェブ部分の厚さの２倍となっており、
前記中央のウェブ部分は、当該ウィッシュボーン型サスペンションアームの質量を減少させるためのさらなる開口部を含んでいない、
前記車両用のウィッシュボーン型サスペンションアーム。 A wishbone-type suspension arm for a vehicle, the vehicle suspension arm comprising:
a) a sheet metal component formed from sheet aluminum or steel of uniform thickness, the component having a central web portion and two flange portions on opposite sides of the central web portion;
b) the central web portion is constructed to be a single thickness of material and has an opening configured to form a structure for receiving a ball joint of a spindle assembly;
c) the flange portion has vertically extending portions above and below the central web portion when the central web portion is horizontal, and has at least one interruption formed in the interruption to receive a vehicle body attachment detail for connecting the vehicle body attachment detail to the flange portion;
d) said upwardly and downwardly extending vertical portions are constructed with continuous double folded segments of said sheet metal whereby the thickness of each flange portion is twice the thickness of said central web portion;
said sheet metal trim edge terminating a short distance from said central web portion to form a gap, and said trim edge being fixedly secured to both said central web portion and said continuous double folded segment, said component having an I-shaped cross section whereby the thickness of each flange portion is twice the thickness of the central web portion;
the central web portion does not include any additional openings to reduce the mass of the wishbone suspension arm;
A wishbone-type suspension arm for the vehicle.
ａ）均一な厚さのシートアルミニウムまたはシート鋼で形成された、シートメタルの構成部品を有し、該構成部品は、中央のウェブ部分と、前記中央のウェブ部分のうちの互いに反対の側にある２つのフランジ部分とを有し、
ｂ）ブッシング支持構造体を有し、該ブッシング支持構造体は、前記シートメタルの構成部品と同じ材料から形成され、かつ、前記シートメタルの構成部品に不動に取付けられるように構成されており、
ｃ）前記ブッシング支持構造体は、単純な開断面または閉断面として構成され、かつ、車両本体アタッチメントの細部を受け入れるように構成されており、
ｄ）前記中央のウェブ部分は、単一の材料厚さであるように構成され、かつ、スピンドル組立体のボールジョイントを受け入れるための構造を形成するように構成された開口部を有しており、
ｅ）前記フランジ部分は、中央のウェブ部分が水平になっているとした場合に、上方および下方に垂直に延びる部分を有し、かつ、少なくとも１つの途切れ部を有し、該途切れ部には、前記車両本体アタッチメントの細部を前記フランジ部分に接続するために、該車両本体アタッチメントの細部を受け入れるための前記ブッシング支持構造体が形成されており、
ｆ）前記の上方および下方に垂直に延びる部分は、前記シートメタルからなる連続的な二重の折り返されたセグメントを有するように構成され、それにより、各フランジ部分の厚さは、前記中央のウェブ部分の厚さの２倍となっており、
前記シートメタルのトリム端部は、中央のウェブ部分に当たって終了し、かつ、該中央のウェブ部分に不動に固定されて、前記構成部品はＩ形断面を有するものとなっており、それにより、各フランジ部分の厚さが、前記中央のウェブ部分の厚さの２倍となっており、
前記中央のウェブ部分は、当該ウィッシュボーン型サスペンションアームの質量を減少させるためのさらなる開口部を含んでいない、
前記車両用のウィッシュボーン型サスペンションアーム。 A wishbone-type suspension arm for a vehicle, the wishbone-type suspension arm comprising:
a) a sheet metal component formed from sheet aluminum or steel of uniform thickness, the component having a central web portion and two flange portions on opposite sides of the central web portion;
b) a bushing support structure , the bushing support structure being formed from the same material as the sheet metal component and configured to be fixedly attached to the sheet metal component;
c) the bushing support structure is configured as a simple open or closed cross section and is configured to receive details of a vehicle body attachment;
d) the central web portion is constructed to be a single thickness of material and has an opening configured to form a structure for receiving a ball joint of a spindle assembly;
e) the flange portion has vertically extending portions above and below the central web portion being horizontal, and has at least one interruption in which the bushing support structure is formed for receiving a vehicle body attachment detail for connecting the vehicle body attachment detail to the flange portion;
f) said upwardly and downwardly extending vertical portions are constructed to have continuous double folded segments of said sheet metal whereby the thickness of each flange portion is twice the thickness of said central web portion;
said sheet metal trim ends terminate against and are fixedly secured to a central web portion such that said component has an I-shaped cross section whereby the thickness of each flange portion is twice the thickness of said central web portion;
the central web portion does not include any additional openings to reduce the mass of the wishbone suspension arm;
A wishbone-type suspension arm for the vehicle.
ａ）均一な厚さのシートアルミニウムまたはシート鋼で形成された、シートメタルの構成部品を有し、該構成部品は、中央のウェブ部分と、前記中央のウェブ部分のうちの互いに反対の側にある２つのフランジ部分を有し、
ｂ）ブッシング支持構造体を有し、該ブッシング支持構造体は、前記シートメタルの構成部品と同じ材料から形成され、かつ、前記シートメタルの構成部品に不動に取付けられるように構成されており、
ｃ）前記ブッシング支持構造体は、単純な開断面または閉断面として構成され、かつ、車両本体アタッチメントの細部を受け入れるように構成されており、
ｄ）前記中央のウェブ部分は、単一の材料厚さであるように構成され、かつ、スピンドル組立体のボールジョイントを受け入れるための構造を形成するように構成された開口部を有しており、
ｅ）前記フランジ部分は、中央のウェブ部分が水平になっているとした場合に、上方および下方に垂直に延びる部分を有し、かつ、少なくとも１つの途切れ部を有し、該途切れ部には、前記車両本体アタッチメントの細部を前記フランジ部分に接続するために、該車両本体アタッチメントの細部を受け入れるための前記ブッシング支持構造体が形成されており、
ｆ）前記の上方および下方に垂直に延びる部分は、前記シートメタルからなる連続的な二重の折り返されたセグメントを有するように構成され、それにより、各フランジ部分の厚さは、前記中央のウェブ部分の厚さの２倍となっており、
前記シートメタルのトリム端部は、中央のウェブ部分から少し離れて終了して間隙を形成し、かつ、該トリム端部は、該中央のウェブ部分と、前記の連続的な二重の折り返されたセグメントとの両方に不動に固定されて、前記構成部品はＩ形断面を有するものとなっており、それにより、各フランジ部分の厚さが、中央のウェブ部分の厚さの２倍となっており、
前記中央のウェブ部分は、当該ウィッシュボーン型サスペンションアームの質量を減少させるためのさらなる開口部を含んでいない、
前記車両用のウィッシュボーン型サスペンションアーム。 A wishbone-type suspension arm for a vehicle, the wishbone-type suspension arm comprising:
a) a sheet metal component formed from sheet aluminum or steel of uniform thickness, the component having a central web portion and two flange portions on opposite sides of the central web portion;
b) a bushing support structure , the bushing support structure being formed from the same material as the sheet metal component and configured to be fixedly attached to the sheet metal component;
c) the bushing support structure is configured as a simple open or closed cross section and is configured to receive details of a vehicle body attachment;
d) the central web portion is constructed to be a single thickness of material and has an opening configured to form a structure for receiving a ball joint of a spindle assembly;
e) the flange portion has vertically extending portions above and below the central web portion being horizontal, and has at least one interruption in which the bushing support structure is formed for receiving a vehicle body attachment detail for connecting the vehicle body attachment detail to the flange portion;
f) said upwardly and downwardly extending vertical portions are constructed to have continuous double folded segments of said sheet metal whereby the thickness of each flange portion is twice the thickness of said central web portion;
said sheet metal trim edge terminating a short distance from said central web portion to form a gap, and said trim edge being fixedly secured to both said central web portion and said continuous double folded segment, said component having an I-shaped cross section whereby the thickness of each flange portion is twice the thickness of the central web portion;
the central web portion does not include any additional openings to reduce the mass of the wishbone suspension arm;
A wishbone-type suspension arm for the vehicle.
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