专利名称：连接构造及其所使用的垫圈和螺栓的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种安装部件由至少含有螺栓的连接部件连接于被安装部件的连接构造及其所使用的垫圈和螺栓。
背景技术：
以往，公知的连接构造是通过橡胶衬套由螺栓、螺母及垫圈把转向齿轮箱连接于车架(例如，特开平9-290761号公报(参照第3页和第5页第5图)。在该以前的连接构造中，螺栓贯通于组装在转向齿轮箱中的中空圆筒型的套环，套环的一端面构成垫圈的支承面。还有，垫圈在套环的一端面所对着的中央部以外的区域(即外周部)，与转向齿轮箱是分开的。
然而，对于安装在车外(典型的是车体下面)的零部件及其连接部，尤其是转向齿轮箱，由于容易与路上的障碍物(例如路缘石和止车楔等凸起物)发生冲突，因此，优选的是，或者防止该冲突，或者在不能避开该冲突时，把该冲突造成的破损或变形控制在最小限度，确保其必要的功能。对于这一点，在上述的以前的连接构造中，如果路上的障碍物与垫圈的外周部发生冲突的话，随着垫圈的外周部的变形，垫圈中央部(即螺栓支承面部)也会发生变形，从而产生螺栓的轴向力减小的问题。
发明内容
对此，本发明的目的是提供一种连接构造及其所使用的垫圈和螺栓，当较大外力作用于垫圈时，也能够防止螺栓的轴向力降低。
对此，按照作为本发明的一例的实施方式，提供一种连接构造，用在车体下部，安装部件由至少包含螺栓的连接部件连接于被安装部件，其特征在于，在上述连接部件与上述安装部件之间，设有具有螺栓轴贯通的中央孔的垫圈，该垫圈包括包括上述连接部件的支承面的中央部；和形成弱部的外周部。
还有，优选的是，上述垫圈的外周部比上述垫圈的中央部薄。
还有，优选的是，上述垫圈的外周部的板厚为上述中央部的板厚的2分之1以下。
还有，优选的是，位于上述垫圈的外周部的弱部为沟部。
还有，上述沟部可以在上述垫圈的两面上形成，或者在单面上形成。无论哪种情况，优选的是，弱部沿垫圈的周向连续地形成。
还有，优选的是，在上述垫圈的外周部与上述安装部件之间形成间隙。
即使在这样的垫圈易于发生变形的情况下，垫圈外周部发生变形，而中央部的变形则被控制在最小限度。
按照本发明另外的观点，提供上述连接构造中所使用的垫圈。
此时，优选的是，上述垫圈为弹簧垫圈。
还有，按照本发明的另外的观点，提供一体地组装了上述连接构造中所使用的垫圈的螺栓。
按照具有如上所述的垫圈和螺栓的连接构造，将其用于会与诸如路缘石或止车楔等路面上的凸起物或台阶等发生强冲突的车体下部的连接，就能够防止该强冲突后的螺栓轴向力的降低。另外，本发明中，安装部件和被安装部件只要借助于由螺栓及螺母组成的连接部件，或者借助于螺栓和在被安装部件上形成的螺纹，而被连接就可以。因而，垫圈可以设在安装部件与螺栓和/或螺母之间。
为理解以后详细说明的本发明的实施的方式而要参考以下附图，因而先简单进行说明。即，图1是表示车辆的转向齿轮箱周边的主要部分的主视图。
图2表示沿图1的线I-I剖切后本发明的连接构造的剖面图。
图3(A)是第1实施方式的垫圈40的俯视图，图3(B)是垫圈40的侧视图。
图4是本发明的连接构造的作用的说明图。
图5是表示垫圈的板厚与垫圈中央部的变形量的关系的试验结果。
图6是表示垫圈的替代实施方式的图。
图7是表示连接部件的其它实施方式的图。
图8表示沿图1的线I-I剖切后本发明的第2实施方式的连接构造的剖面图。
图9(A)是从车辆前方看去时保护托架50的主视图，图9(B)是保护托架50的侧视图。
图10是本发明的第2实施方式的连接构造的作用的说明图。
图11是表示实车路面冲突试验结果的图。
具体实施例方式
以下，参照附图对本发明优选的实施方式进行说明。
图1是表示车辆的转向齿轮箱周边的主要部分的主视图。在第1及第2实施方式中，本发明的连接构造适用于动力转向齿轮外罩10(以下称为“PS齿轮外罩10”)与悬架梁20之间的连接部。但是，本发明并不仅限于该两者的连接部，而是还可以用于车体下部的所有2零部件之间的连接部。
如图1所示，PS齿轮外罩10通过本发明的连接构造(图中X所指)而被悬架梁20支承。悬架梁20大体上与PS齿轮外罩10并排地在车宽方向延伸，构成车架的一部分。本发明的连接构造分别用于悬架梁20的左右两侧，PS齿轮外罩10以2点支承于悬架梁20。另外，考虑到发动机等的搭载性，PS齿轮外罩10与悬架梁20相比，安装于车辆前侧。
另外，如公知的，PS齿轮外罩10中装有构成车辆的转向机构的一部分的齿轮类及动力气缸等。简而言之，设在转向轴下端的小齿轮在PS齿轮外罩10中与齿条相啮合，齿条两端分别连接于转向横拉杆的一端，而各转向横拉杆的另一端则通过转向节臂连接于方向盘。另外，本发明并不限于包含PS齿轮外罩10的构成的转向机构的构成，而是适用于任意的转向机构的构成。
图2表示沿图1的线I-I剖切后本发明的连接构造的剖面图。如图2所示，第1实施方式的PS齿轮外罩10通过螺栓30、螺母32及垫圈40而连接于悬架梁20。
在PS齿轮外罩10上形成用于贯通螺栓30的中空部12。实际上，该中空部12中设有中空圆筒型套环14，螺栓30贯通于套环14的中空部。另外，把套环14的中空部设为与悬架梁20的贯通孔22大体上同直径。在套环14的外围设有橡胶衬套16。套环14在硫化粘接着橡胶衬套16的状态下，被压入PS齿轮外罩10的中空部12。因此，橡胶衬套16就被配置在套环14的外周面和中空部12的周面之间所形成的环状间隙中。在本构成中，PS齿轮外罩10就由橡胶衬套16弹性支承于悬架梁20。即，橡胶衬套16所发挥的作用是，通过其径向的弹性变形来吸收从路面通过车轮等传到PS齿轮外罩10的输入。
套环14的车辆前侧的端面15构成垫圈40的支承面。该套环的端面15具有比垫圈40的外径小的外形。因此，垫圈40只有其中央部42与套环的端面15构成面接触。另外，在图2所示的第1实施方式中，套环的端面15的外形与螺栓30的头部的外形大体相同。
在垫圈40的外周部44与PS齿轮外罩10的车辆前侧的端面11之间，在螺栓轴方向形成了间隙Δ。该间隙中，配置有橡胶衬套16的端部。在本构成中，与上述相同，橡胶衬套16所发挥的作用是，通过其径向的弹性变形来吸收从路面通过车轮等传到PS齿轮外罩10的输入。还有，垫圈40的外周部44还具有保护橡胶衬套16的端部的作用(即，防止端部突出的作用)。
图3(A)是本第1实施方式的垫圈40的俯视图，图3(B)是垫圈40的侧视图。如图3(A)及图3(B)所示，垫圈40为具有与螺栓30的轴径对应的中央孔的圆板状部件。垫圈40的中央部42被划定于中央孔的外周侧，垫圈40的外周部44被划定于中央部42的外周侧。在本第1实施方式中，垫圈40的中央部42的板厚比垫圈40的外周部44的厚。垫圈40的中央部42，如上所述，是被夹在螺栓30的头部和套环的端面15之间的部位(即螺栓30的支承面部)，成为确保螺栓30的必要的轴向力的重要部位。因此，垫圈40的中央部42的外径r2，优选的是，至少与螺栓30的头部的外形相同，或比其大(参照图2)。
然而，如上所述，由于各种要素，PS齿轮外罩10与悬架梁20相比，设在车辆前侧，两者的连接节设在车辆下方时(尤其是连接部设在车体下部、对路面露出时)，该连接部就可能与路上的路缘石和止车楔等路上凸起物发生冲突。
其次，参照图4，对与凸起物发生冲突时本发明的连接构造的作用进行说明。图4表示放大了图2的Z部的状态。本第1实施方式中，如上所述，在垫圈40的外周部44和PS齿轮外罩10的端面11之间形成了间隙Δ，垫圈40的支承面并非以垫圈40的整个面来确保。因此，如图4(A)所示，如果在车辆前进中垫圈40与位于车辆前方的凸起物发生冲突的话，就会导致垫圈40的变形。
此时，如果使用了以前的垫圈，即板厚一定的垫圈，就会产生垫圈整体的变形，因而变形波及到垫圈中央部(即螺栓的支承面部)，由于该垫圈中央部的变形而使螺栓的轴向力降低。
对此，在本第1实施方式中，如上所述，使垫圈40的外周部44比中央部42薄，因此，如图4(B)所示，与垫圈40的外周部44的变形伴随的中央部42的变形被控制在最小限度。即，按照本第1实施方式，与凸起物发生冲突时，能够仅使作为最弱部位的垫圈40的外周部44产生实质性的变形，由此对中央部42的弯曲力矩的影响就会减小，能够最大限度地防止垫圈40的中央部42的变形。因此，按照本第1实施方式，即使垫圈40与凸起物发生冲突，也能够防止由垫圈40的中央部42的变形而引起的螺栓30的轴向力的降低。
还有，在本第1实施方式中，由于如上所述的仅垫圈40的外周部44发生变形的变形方式，随着车辆向前移动，能够使凸起物平滑地钻入PS齿轮外罩10的下方(即，车辆平滑地跨过凸起物)(参照图中箭头Y)，能够把对车辆的冲击和对PS齿轮外罩10的损坏控制在最小限度。
图5是表示证实上述垫圈40的作用的试验结果的曲线图，表示垫圈40的外周部44的板厚t1与中央部42的板厚t2的关系以及与垫圈40的中央部42的变形量的关系。具体而言，图5中横轴表示板厚t1对板厚t2的比值t1/t2，纵轴表示中央部42的变形量。该试验是使用再现如图4所示的与凸起物发生冲突的规定的用具来实施的。
如图5所示，可以看出，随着比值t1/t2变大，垫圈40的中央部42的变形量就会增加。换言之，可以看出，随着外周部44的板厚t1变小，垫圈40的中央部42的变形就得以抑制。垫圈40的中央部42的变形容许限度，由与螺栓30的轴向力的降低的关系来定，根据本试验，可以看出，在比值t1/t2比约1/2小时，垫圈40的中央部42的变形就在容许限度内。因此，作为垫圈40的具体尺寸，可以设定为，例如，外周部44的板厚t为0.2mm，中央部42的板厚t2为0.4mm。但是，垫圈40的具体尺寸应根据与连接部位及连接部件等相关的各种要素来定。
其次，参照图6，对上述第1实施方式的变形例进行说明。图6表示与各种替代实施方式有关的垫圈40，是与图4(B)对应的侧视图。
在图6(A)所示的第1变形例中，垫圈40的外周部44，与上述第1实施方式相同，比中央部42薄。但是，在上述第1实施方式中，在垫圈40的两面形成台阶，来实现从垫圈40的中央部42向外周部44的过渡，相比之下，在本第1变形例中，仅垫圈40的螺栓30一侧的面形成台阶，来实现从垫圈40的中央部42向外周部44的过渡。因此，本第1变形例的垫圈40在套环14一侧包括整个面都为平面。当然，也可以仅垫圈40的套环14一侧的面形成台阶，来实现从垫圈40的中央部42向外周部44的过渡。无论哪种情况，与上述第1实施方式相同，都能仅使与凸起物发生冲突时作为最弱部位的垫圈40的外周部44产生实质性的变形，能够最大限度地防止垫圈40的中央部42的变形。另外，对于本第1变形例，可以与上述第1实施方式相同地决定垫圈40的外周部44的板厚t1和中央部42的板厚t2的关系。
另外，上述第1实施方式的情况也相同，优选的是，使从垫圈40的中央部42向外周部44的过渡，即板厚变化，急剧地实现(即，垫圈40中央部42的周围(板厚变化面)与外周部44的基本面所构成的角度为90°)。但是，板厚变化如果是在径向短范围内实现，也可以使其缓慢变化。还有，在触垫圈40的中央部42的周围与外周部44的基本面之间，优选的是，取为小角R(理想的是R＝0)，从制造的观点来看，可以取为某种程度的角R(例如R＝0.5)。
在图6(B)所示的第2变形例中，在垫圈40的两面，在相对的位置，沿纵向形成沟46。在本第2变形例中，比沟46靠向中央的侧构成垫圈40的中央部42(即螺栓30的支承面部)，比沟46靠向外周的侧构成垫圈40的外周部44。另外，沟46在垫圈40的任意一个面上形成都可以。无论哪种情况，只要形成沟46的部位的垫圈40的板厚与其他部位的板厚的关系，对应于上述第1实施方式的外周部44的板厚t1与中央部42的板厚t2的关系就可以。
在本第2变形例中，与凸起物发生冲突时，能够以沟46所形成的应力集中部位为起点，仅使垫圈40的外周部44弯曲变形，能够最大限度地防止垫圈40的中央部42的变形。
另外，在上述第1实施方式及其变形例中，垫圈40是大体上平的圆板状部件，不过，垫圈40的外形并不限于此，也可以是矩形或椭圆形等。还有，在上述第1实施方式及其变形例中，垫圈40也可以是弹簧垫圈。还有，无论哪种情况，垫圈40可以是与螺栓30分开组装的，也可以是与螺栓30一体组装的。
还有，上述第1实施方式及其变形例涉及PS齿轮外罩10对悬架梁20的连接构造，不过，本发明可以用作车体下部(对着路面的车体部位)的任何2个部件的连接构造。即，如图7所示，本发明可以用于由于某种原因，安装部件100对垫圈40的外周部44不能提供支承面的构成。即使在这种情况下，也能在冲击力对垫圈40的外周部44作用时，仅使垫圈40的外周部44变形，能够最大限度地防止垫圈40的中央部42的变形。
还有，在上述各第1实施方式及其变形例中，垫圈40的中央部42构成螺栓30的支承面，对于螺栓30和螺母32的位置关系反转的构成，垫圈40的中央部42就构成螺母32的支承面。
还有，在上述第1实施方式及其变形例中，通过螺栓30与螺母32螺合而实现连接，不过，也可以在被安装部件(悬架梁20的中空部周面)上设置螺纹，不使用螺母而实现连接。
还有，在上述第1实施方式及其变形例中，与凸起物发生冲突时使垫圈40的外周部44产生塑性变形(即，在中央部42与外周部44的分界部使之压曲)，此时也可以使垫圈40的外周部44断裂。
还有，在上述第1实施方式及其变形例中，构成连接构造的螺栓30具有大体上在水平面内向车辆前后方向延伸的螺栓轴，不过，螺栓轴只要大体上在水平面内延伸，在哪个方向延伸都可以。还有，上述第1实施方式及其变形例涉及车辆前侧的连接构造，不过，本发明也可以用于在车体下面的车辆后侧的连接构造。因此，例如在螺栓30的头部朝向车辆后侧的车辆后侧连接构造中，也可以在该螺栓30和安装部件之间设置上述垫圈40。本连接构造在车辆后退，与车辆后方的凸起物发生冲突时，能够取得与上述相同的效果。
其次，参照图8以后的附图，对本发明的第2实施方式的连接构造进行说明。图8表示第2的实施方式的连接构造的剖面图，是与上述第1实施方式有关的图2对应的剖面图。本第2实施方式设有从车辆前侧遮盖连接构造的保护托架50，这一点与上述的第1实施方式不同。如图8所示，保护托架50可以由螺栓52连接于PS齿轮外罩10，从而固定、支承于PS齿轮外罩10。
图9(A)是从车辆前方看去时本第2实施方式的保护托架50的主视图，图9(B)是保护托架50的侧视图。保护托架50由金属板(例如板厚2mm)弯曲加工而成，如图8及图9(B)所示，具有向车辆前方凸起的凸状剖面。即，本第2实施方式的保护托架50具有与螺栓30的头部相对的大体在铅垂面内的基本面54；和从基本面54的上下端延续，向PS齿轮外罩10、对基本面54倾斜的上下倾斜面56a、b，还具有从上倾斜面56a延续，构成螺栓52的支承面的大体在铅垂面内的安装面58。如图9(A)所示，对于保护托架50的外形，将其大小设定为能够整体遮盖螺栓30的头部及垫圈40。还有，保护托架50仅由安装面58悬臂支承，在保护托架50的基本面54及倾斜面56a、b与螺栓30的头部之间，形成规定的间隙。
其次，参照图10，对与凸起物发生冲突时本第2实施方式的连接构造的作用进行说明。图10表示放大了图8的Z部的状态。在本第2实施方式中，如图10(A)所示，如果在车辆移动中路面上的凸起物通过车体下方的话，凸起物首先与保护托架50发生冲突。如果车辆再继续移动的话，保护托架50的变形就会加大，与其背后的螺栓30的头部发生冲突。此后，如图10(B)所示，保护托架50就以螺栓30的头部的边缘部分为支点而开始变形。
在本第2实施方式中，由于如上所述的保护托架50的变形方式，随着车辆向前方移动，能够使凸起物平滑地钻入PS齿轮外罩10的下方(即，车辆平滑地跨过凸起物)(参照图中的箭头Y)，就能够回避凸起物和垫圈40的冲突。由此就能够防止垫圈40的变形，与上述第1实施方式相同，就能够防止螺栓30的轴向力的降低。
因此，本第2实施方式的垫圈40与上述实施方式的垫圈40不同，可以是有一定厚度的通常的垫圈40，不过，也可以是与上述第1实施方式及其变形例一样的垫圈40。
本发明者为确认保护托架50的效果，在有无保护托架50的各种情况下实施了实车路面冲突试验。图11是表示其试验结果的表。在本试验中，在试验前后测量了PS齿轮外罩10的螺栓30的紧固转矩，评价了该紧固转矩的降低率。
如图11所示，可以看出，如果未设保护托架50，冲突后紧固转矩下降很大(即，降低率37.5％)，相比之下，如果设有保护托架50，冲突后的紧固转矩的降低就会得以改善(即，降低率25％)。由该结果可以看出，如果设有保护托架50，随着保护托架50的变形，就会使凸起物平滑地向PS齿轮外罩10的下方钻入，因此，与未设保护托架50的情况相比，能够在相对于垫圈40的更外周侧使垫圈40与凸起物发生冲突。即，设有保护托架50的情况与未设保护托架50的情况相比，能大幅度降低垫圈40的中央部42(螺栓30的支承面)的变形，能防止螺栓30的轴向力的降低。
以上，对本发明优选的实施方式进行了详细说明，不过，本发明并不限于上述各实施方式，而是可以在不超出本发明的范围内，对上述各实施方式进行种种变形及置换。
根据以上的说明，本发明具有以下所述的效果。即，按照本发明，即使在较大外力作用于垫圈的情况下，也能防止螺栓的轴向力的降低。
权利要求
1.一种连接构造，用在车体下部，安装部件(10)由至少包含螺栓(30)的连接部件(30，32)连接于被安装部件(20)，其特征在于，在所述连接部件(30)与所述安装部件(10)之间，设有具有螺栓轴贯通的中央孔的垫圈(40)，该垫圈(40)包括包括所述连接部件(30)的支承面的中央部(42)；和形成弱部的外周部(44)。
2.按照权利要求1所述的连接构造，其中所述垫圈(40)的外周部(44)比所述垫圈(40)的中央部(42)薄。
3.按照权利要求2所述的连接构造，其中所述垫圈(40)的外周部(44)的板厚为所述垫圈(40)的中央部(42)的板厚的2分之1以下。
4.按照权利要求1所述的连接构造，其中位于所述垫圈(40)的外周部(44)的弱部为沟部(46)。
5.按照权利要求4所述的连接构造，其中所述沟部(46)在所述垫圈(40)的两面上形成。
6.按照权利要求4所述的连接构造，其中所述沟部(46)在所述垫圈(40)的单面上形成。
7.按照权利要求1所述的连接构造，其中在所述垫圈(40)的外周部(44)与所述安装部件(10)之间形成间隙。
8.一种垫圈(40)，用于权利要求1至7中的任意一项所述的连接构造中。
9.按照权利要求8所述的垫圈，其中所述垫圈(40)为弹簧垫圈。
10.一种螺栓(30)，一体地组装了权利要求8所述的连接构造中所使用的垫圈(40)。
全文摘要
一种连接构造，PS齿轮外罩(10)由螺栓(30)及螺母(32)连接于悬架梁(20)，其特征在于，在螺栓(30)与PS齿轮外罩(10)之间，设有具有螺栓轴贯通的中央孔的垫圈(40)，该垫圈(40)在中央孔的外周侧具有包括螺栓(30)的支承面的中央部(42)，在中央部(42)的外周侧具有形成弱部的外周部(44)。
文档编号F16B43/00GK1576619SQ200410071670
公开日2005年2月9日 申请日期2004年7月21日 优先权日2003年7月23日
发明者大桥义之, 竹田优子 申请人:丰田自动车株式会社