JP2002307921A

JP2002307921A - 自動車用サスペンションアーム

Info

Publication number: JP2002307921A
Application number: JP2001118857A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Yasuda; 久安田; Takeya Matsuyama; 健也松山; Yoshimasa Fujii; 義正藤井; Yoshitaka Fukuda; 能隆福田
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2001-04-17
Filing date: 2001-04-17
Publication date: 2002-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】ナックルとの連結部と車体の支持部とこれを
繋ぐアーム部が鋳造一体とされ、強度を確保しつつ大幅
に軽量化が可能な自動車用サスペンションアームを得
る。【解決手段】アーム部の少なくとも一部の断面形状
を、略コ字の対向、略コ字の背向、又は略コ字の対向と
背向の組み合わせとし、好ましくは、球状黒鉛鋳鉄材と
して略コ字の端部に玉縁を形成し、更に好ましくは、ナ
ックルとの連結部、車体との支持部、又はアーム部に形
成された中空部の少なくとも１つを連通させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車のサスペン
ション装置を構成する、例えば鋳造で製造される自動車
用サスペンションアームに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車のサスペンション装置は、路面か
らの振動や衝撃が車体に伝達するのを緩和して、乗員の
乗り心地を確保すると共に、車輪の向きを抑制して走行
安定性を図っている。自動車のサスペンション装置のう
ち、例えば独立懸架式サスペンションは、各車輪を個別
に車体に支持する構造であるため乗り心地や走行安定性
が向上でき、また、ばね下荷重を小さくできるという利
点を有する。この独立懸架式サスペンションには、ウイ
ッシュボーン型、ストラット型、スイングアーム型、マ
ルチリンク型などがある。

【０００３】図１０は、ウイッシュボーン型のうち、上
下一対（ダブル）のサスペンションアームで車輪を懸架
するダブルウイッシュボーン型サスペンション１０の一
例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。ダ
ブルウイッシュボーン型サスペンション１０は、コイル
スプリング１３と一体的に設けられたショックアブソー
バー１４と、タイヤ１５を回転自在に支持するスピンド
ル１６と、鋳造製または鍛造製のナックル１７と、一端
がナックル１７の下端部に固定されたボールジョイント
（図示せず）と軸孔１１ａで連結すると共に、他端がゴ
ムブッシュを圧入した目玉部１１ｂ、１１ｃで車体（図
示せず）に支持されるロアーアーム１１（下側のサスペ
ンションアーム）と、一端がナックル１７の上端部に固
定されたボールジョイント（図示せず）に軸孔１２ａで
連結すると共に、他端がゴムブッシュを圧入した目玉部
１２ｂ、１２ｃで車体に支持されるアッパーアーム１２
（上側のサスペンションアーム）などからなる。なお、
上述した各ボールジョイントは、タイヤ１５の上下運動
と旋回変向運動を自由に行うとともに、目玉部を支点に
ロアーアーム１１及びアッパーアーム１２が円滑に上下
に動作するように、またゴムブッシュは、ロアーアーム
１１及びアッパーアーム１２からの振動が車体に伝わら
ないように設けられている。このようなダブルウイッシ
ュボーン型サスペンションは、上下のサスペンションア
ームの長さ、形状、配置などにより車体の姿勢制御など
を自由に設計でき剛性も高いので、他の型式に較べ乗り
心地や走行安定性に優れていることから、近年、多くの
自動車に用いられている。

【０００４】ところで、ロアーアーム１１やアッパーア
ーム１２などのサスペンションアームは、車重の一部を
支えており、走行中のタイヤ１５が受ける外力も支えな
ければならない。また、サスペンションの狭い取り付け
スペースに配置されて車体やナックル１７と連結する構
造のためその形状は複雑となる。このため頑丈で複雑成
形が可能なプレスまたは鋳造で製造されている。しか
し、プレス成形によるサスペンションアームは薄板をプ
レス後、溶接して成形するため、狭い取り付けスペース
内で強度を成立させて形成することが難しい。そこで、
鋳造一体となったサスペンションアームが用いられてき
ている。なお、サスペンションアームは左右で勝手違い
形状なのが一般的なので、以下、一方のサスペンション
アームについて説明する。

【０００５】図６は、従来の鋳造一体となったロアーア
ーム６の平面図である。ロアーアーム６は、ナックルと
の連結部となる軸孔６ａと、車体の支持部となる目玉部
６ｂ、６ｃとが、アーム部６ｄで鋳造一体となってい
る。そして、アーム部６ｄに空隙６ｇが形成され、また
アーム部６ｄの断面を図示のように略Ｉ形として強度が
確保されている。

【０００６】また、図７は、従来の鋳造一体となったア
ッパーアーム７の平面図である。このアッパーアーム７
は、ナックルとの連結部となる軸孔７ａと、車体の支持
部となる目玉部７ｂ、７ｃと、各アーム部７ｄ及び繋ぎ
部７ｅが鋳造一体となっている。そして、各アーム部７
ｄと繋ぎ部７ｅで空隙７ｇが形成され、またアーム部７
ｄ及び繋ぎ部７ｅの断面を図示のように略Ｉ形として強
度が確保されている。

【０００７】しかし、図６のロアーアーム６や図７のア
ッパーアーム７は、アーム部の断面形状を略Ｉ形として
いるが、アーム部６ｄまたはアーム部７ｄの全質量比が
６０％と高いことと、抜け勾配のために略Ｉ形の根元の
肉厚が増すので、軽量にすることが難しい。

【０００８】強度を確保しつつ軽量化するために、アー
ム部の断面形状をＨ形の外抜きにすることも検討されて
いる。しかし、Ｈ形の外抜きの断面形状では剛性がかな
り低下するので、詳細に形状を検討しても、略Ｉ形断面
に対して５％軽量化できる程度である。

【０００９】そこで、アーム部に中空部を形成して軽量
化する試みが行われている。図８は、従来の中空部を形
成したロアーアーム８の平面図である。ロアーアーム８
は、ナックルとの連結部となる軸孔８ａと、車体の支持
部となる目玉部８ｂ、８ｃとが、アーム部８ｄで鋳造一
体となっている。そして、アーム部８ｄの断面を図示の
ように略ロ形の中空部を形成し、またアーム部８ｄに空
隙８ｇを多数形成して、強度を確保すると共に軽量化を
図っている。

【００１０】また図９は、従来の中空部を形成したアッ
パーアーム９の平面図である。アッパーアーム９は、ナ
ックルとの連結部となる軸孔９ａと、車体の支持部とな
る目玉部９ｂ、９ｃとが、各アーム部９ｄ及び繋ぎ部９
ｅで鋳造一体となっている。そして、各アーム部９ｄに
図示のように略ロ形の中空部を形成し、繋ぎ部９ｅの断
面を図示のように略Ｉ形とし、また各アーム部９ｄと繋
ぎ部９ｅ間で空隙９ｇと各アーム部９ｄに鋳抜き孔９ｈ
を形成し、強度を確保すると共に軽量化を図っている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】図８に示すロアーアー
ム８や図９に示すアッパーアーム９の中空部の形成には
鋳造時に中子が使われ、Ｉ形断面での抜け勾配を付与し
た場合に比べて肉厚を少なくできて薄肉も可能となる。
しかし、中子を安定して支える幅木穴が必要となり、こ
の幅木穴を大きくすると、断面係数から必要なアーム部
の断面積を確保し難くなる。一方、幅木穴を小さくする
と、鋳造後、中子の砂落としが難しくなる。さらに、中
子の数が多く、中子納めを数回行う必要がある。また、
数の多い中子の型合わせ精度が悪いと偏肉となるおそれ
があり、偏肉を見込んで中子を小さくすると厚肉となっ
て十分な軽量化ができないといった課題がある。

【００１２】従って本発明の課題は、ナックルとの連結
部と車体の支持部とこれを繋ぐアーム部が鋳造一体とさ
れ、強度を確保しつつ大幅に軽量化が可能な自動車用サ
スペンションアームを得ることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、アーム部
の少なくとも一部の断面形状が、略コ字の対向、略コ字
の背向、または略コ字の対向と背向の組み合わせからな
り、好ましくは、略コ字の端部に玉縁が形成され、さら
に好ましくは、ナックルとの連結部、車体との支持部、
またはアーム部に形成された中空部の少なくとも１つが
連通していれば、強度を確保しつつ大幅に軽量化が可能
であるとの知見を得、本発明に想到した。

【００１４】即ち本発明の自動車用サスペンションアー
ムは、ナックルとの連結部と車体の支持部とこれを繋ぐ
アーム部が鋳造一体とされた自動車用サスペンションア
ームであって、前記アーム部の少なくとも一部の断面形
状を、略コ字の対向、略コ字の背向、または略コ字の対
向と背向の組み合わせとしていることを特徴とする。

【００１５】アーム部の少なくとも一部の断面形状を、
略コ字の対向、略コ字の背向、または略コ字の対向と背
向の組み合わせとしていれば、ナックルとの連結部また
は車体の支持部に大きな荷重が加わった場合に、中空断
面と同等の変位となって強度が確保される。なお、対向
または背向は、斜め方向や円で囲むものを含み、アーム
部は各アームの繋ぎ部を含むものとする。

【００１６】そして、アーム部の少なくとも一部の断面
形状を、略コ字の対向、略コ字の背向、または略コ字の
対向と背向の組み合わせで、例えば、アーム部の最大主
応力がかかる断面での肉厚を２〜６ｍｍとすれば、中空
断面で同じ肉厚にした場合に比較して約１５％の軽量化
が可能である。なお、鋳造一体とは、サスペンションア
ームを構成する各部が単一の材料で形成され、各部間に
継ぎ目の無いものをいう。また、アーム部とは、前述し
たナックルとの連結部、車体との支持部を繋ぐ部位のほ
か、ショックアブソーバー取り付け部を有する場合はシ
ョックアブソーバー取り付け部を繋ぐ部位を含むものと
する。

【００１７】本発明のサスペンションアームは、球状黒
鉛鋳鉄材からなり、前記略コ字の端部に玉縁が形成され
ていることが好ましい。端部に玉縁が形成されているこ
とで、鋳造時に端部が急冷して球状黒鉛鋳鉄材の組織が
チル化するのを抑制できるので強度が確保される。

【００１８】また本発明のサスペンションアームにおい
ては、前記ナックルとの連結部、車体の支持部、または
アーム部の少なくとも１つが連通していることが好まし
い。ナックルとの連結部、車体の支持部、またはアーム
部の少なくとも１つが連通していることで中子の数を少
なくでき、また、中子の幅木部で下型及び／または上型
に正確に位置決めできて、中子を納める際の型合わせ精
度が良くなる。そして、鋳造後、偏肉が防止され、略コ
字の対向、略コ字の背向、または略コ字の対向と背向の
組み合わせからなる断面で、薄肉軽量のサスペンション
アームとなる。さらに、中子から発生するガスを中子の
幅木部から逃がして鋳造品に侵入させることが少なく、
鋳造欠陥の発生を少なくして健全なサスペンションアー
ムとなる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を詳細に
説明する。（実施の形態１）図１は、実施の形態１のロアーアーム
１の平面図である。ロアーアーム１は、ナックルとの連
結部となる軸孔１ａと、車体の支持部となる目玉部１
ｂ、１ｃと、これを繋ぐアーム部１ｄとが球状黒鉛鋳鉄
材で鋳造一体となっている。そして、アーム部１ｄに空
隙１ｇを形成し、アーム部１ｄの断面を図示のように略
コ字１ｈとして空隙１ｇを囲み対向させている。また、
略コ字１ｈの端部には玉縁１ｉを形成している。また、
目玉部１ｂ、１ｃとアーム部１ｄは、それぞれ連通部１
ｅ、１ｆで連通している。

【００２０】ロアーアーム１は、アーム部１ｄの断面形
状が略コ字１ｈの対向とし、また玉縁１ｉを形成してい
るので、軸孔１ａまたは目玉部１ｂ、１ｃに大きな荷重
が加わった場合に、中空部を形成した場合と同等の変位
となって強度が確保される。また、例えば、アーム部１
ｄの最大主応力がかかる断面での肉厚を２〜６ｍｍとす
れば、中空部を形成した場合に比較して約１５％の軽量
化が可能となる。さらに、目玉部１ｂ、１ｃとアーム部
１ｄをそれぞれ連通部１ｅ、１ｆで連通しているので、
鋳造時に中子の数を少なくできる。なお、ロアーアーム
１では略コ字１ｈを対向させているが、略コ字を背向
（背中合わせ）または略コ字の対向と背向の組み合わせ
としても同様の効果が得られる。

【００２１】（実施の形態２）図２は、実施の形態２の
アッパーアーム２の平面図である。アッパーアーム２
は、ナックルとの連結部となる軸孔２ａと、車体の支持
部となる目玉部２ｂ、２ｃと、これを繋ぐアーム部２ｄ
とが球状黒鉛鋳鉄材で鋳造一体となっている。そして、
アーム部２ｄに空隙２ｇを形成し、アーム部２ｄの断面
を図示のように略コ字２ｈとして空隙２ｇを囲み対向さ
せている。また、略コ字２ｈの端部には玉縁２ｉを形成
している。また、目玉部２ｂ、２ｃとアーム部２ｄは、
それぞれ連通部２ｅ、２ｆで連通している。なお、略コ
字２ｈ及び玉縁２ｉの寸法は必要強度から部位ごとに変
えている。

【００２２】アッパーアーム２は、アーム部２ｄの断面
形状が略コ字２ｈの対向とし、また玉縁２ｉを形成して
いるので、軸孔２ａまたは目玉部２ｂ、２ｃに大きな荷
重が加わった場合に、中空部を形成した場合と同等の変
位となって強度が確保される。また、例えば、アーム部
２ｄの最大主応力がかかる断面での肉厚を２〜６ｍｍと
すれば、中空部を形成した場合に比較して約１５％の軽
量化が可能となる。さらに、目玉部２ｂ、２ｃとアーム
部２ｄをそれぞれ連通部２ｅ、２ｆで連通しているの
で、鋳造時に中子の数を少なくできる。なお、アッパー
アーム２では略コ字２ｈを対向させているが、略コ字を
背向（背中合わせ）または略コ字の対向と背向の組み合
わせとしても同様の効果が得られる。

【００２３】

【実施例】次に、実施例について説明する。図３（ａ）
は実施例のロアーアーム３の平面図である。ロアーアー
ム３は、前述した実施の形態１のロアーアーム１の構造
に加え、ショックアブゾーバーと連結する締結部３ｊを
形成し、横方向３ｘを約５００ｍｍ、縦方向３ｙを約４
００ｍｍ、最大主応力がかかる断面での肉厚を３〜６ｍ
ｍ、略コ字は幅を約５０ｍｍで奥行きを約５０ｍｍ、玉
縁は外径を約６ｍｍとした。

【００２４】このロアーアーム３は以下のようにして製
造した。図４は、ロアーアーム３鋳造用の鋳型４の要部
を示し、（ａ）は見切面で切断した平面図、（ｂ）はそ
の断面図である。なお、図４中の括弧内文字はロアーア
ーム３鋳造後の各部位を示す。鋳型４は、下型４−１、
上型４−２、中子４−３で構成した。そして、中子４−
３は、幅木４ｂ１を形成した目玉部４ｂとアーム部４ｄ
を繋ぎ部４ｅで連結し、また幅木４ｊ１を形成した締結
部４ｊとアーム部４ｄを繋ぎ、また下型４−１及び上型
４−２の幅木穴に嵌合する幅木４ｇ１を形成した空隙４
ｇの部分を含め、一体で形成した。そして、下型４−
１、上型４−２、中子４−３を、幅木４ｂ１、４ｇ１、
４ｊ１で上下左右に位置決めして型合わせし、ロアーア
ーム３のキャビティを形成した。

【００２５】そして、鋳型４の湯口（図示せず）から
（ＪＩＳ）ＦＣＤ３７０相当の球状黒鉛鋳鉄の溶湯を注
入した。中子４−３から発生するガスは幅木４ｂ１、４
ｇ１、４ｊ１から逃げ、鋳造欠陥の発生はなかった。ま
た、中子４−３が一個と少ないので、造型効率が良かっ
た。また、中子４−３の幅木４ｂ１、４ｇ１、４ｊ１で
下型４−１及び／または上型４−２に位置決めできて型
合わせ精度が良く、鋳造後、偏肉が防止され、略コ字が
対向する断面で、従来の中空断面に比較して約１５％軽
量のロアーアーム３となった。

【００２６】次に、実施例のロアーアーム３の荷重−変
位の試験を行った。試験は、図３（ａ）に示すように、
目玉部３ｂ、３ｃのそれぞれにサスペンションブッシュ
（図示せず）を嵌合して試験治具で支持（二重丸印で示
す）し、軸孔３ａにボールスタッド（図示せず）をナッ
トで固定し、ボールスタッドの他端を右斜め上に引っ張
って荷重Ｗａを付加した。この試験はアーム部３ｄに亀
裂が発生するまで行い、ボールスタッドの他端に付加し
た荷重Ｗａ及び変位をＸ−Ｙレコーダーで記録した。

【００２７】一方、アーム部の断面形状がＨ形で最大主
応力がかかる断面での肉厚を６〜１２ｍｍとし、図３
（ｂ）に示す従来のロアーアーム７を鋳造した。そし
て、この従来のロアーアーム７についても、実施例のロ
アーアーム３と同じ試験を行い、荷重Ｗａ及び変位をＸ
−Ｙレコーダーで記録した。

【００２８】その結果を図５に、実施例と比較例のロア
ーアームの荷重−変位の線図として示す。図５から、実
施例のロアーアーム３は、比較例７のロアーアーム７と
全く同程度の荷重−変位を示し、実施例３のロアーアー
ム３は、比較例のロアーアーム７と同等の強度を有する
ことが確認された。なお、実施例のロアーアーム３は、
比較例のロアーアーム７に対して２４％軽量であった。

【００２９】以上、本発明の実施の形態では、ダブルウ
イッシュボーン型サスペンションのロアーアーム及び／
またはアッパーアームを例示して説明したが、本発明は
これに限定されるものでなく、ストラット型、スイング
アーム型、マルチリンク型などその他の型式の独立懸架
式サスペンションはもとより、広く自動車のサスペンシ
ョン装置を構成するサスペンションアームに実施可能で
ある。

【００３０】

【発明の効果】以上、詳細に説明のとおり、本発明の自
動車用サスペンションアームは、ナックルとの連結部と
車体の支持部とこれを繋ぐアーム部が鋳造一体とされ、
強度を確保しつつ大幅に軽量化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１のロアーアームの平面図である。

【図２】実施の形態２のアッパーアームの平面図であ
る。

【図３】（ａ）は実施例のロアーアームの平面図であ
り、（ｂ）は比較例のロアーアームの平面図である。

【図４】実施例のロアーアーム鋳造用の鋳型の要部を示
し、（ａ）は見切面で切断した平面図、（ｂ）はその断
面図である。

【図５】実施例と比較例のロアーアームの荷重−変位の
線図である。

【図６】従来の鋳造一体となったロアーアームの平面図
である。

【図７】従来の鋳造一体となったアッパーアームの平面
図である。

【図８】従来の中空部を形成したロアーアームの平面図
である。

【図９】従来の中空部を形成したアッパーアームの平面
図である。

【図１０】ダブルウイッシュボーン型サスペンションの
一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。

【符号の説明】

１、３、６、８、１１：ロアーアーム２、７、９、１２：アッパーアーム１ａ、２ａ、３ａ、６ａ、７ａ、８ａ、９ａ、１１ａ、
１２ａ：軸孔１ｂ、１ｃ、２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃ、６ｂ、６ｃ、７
ｂ、７ｃ、８ｂ、８ｃ、９ｂ、９ｃ、１１ｂ、１１ｃ、
１２ｂ、１２ｃ：目玉部１ｄ、２ｄ、３ｄ、６ｄ、７ｄ、８ｄ、９ｄ：アーム部１ｇ、２ｇ、３ｇ、６ｇ、７ｇ、８ｇ、９ｇ：空隙１ｅ、１ｆ、２ｅ、２ｆ、３ｅ：連通部１ｈ、２ｈ、３ｈ：略コ字１ｉ、２ｉ、３ｉ：玉縁７ｅ、９ｅ：繋ぎ部９ｈ：鋳抜き孔３ｊ：締結部４：鋳型４−１：下型４−２：上型４−３：中子１０：ダブルウイッシュボーン型サスペンション

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福田能隆栃木県真岡市鬼怒ケ丘13番地日立金属株式会社真岡工場内Ｆターム(参考） 3D001 AA17 BA03 DA04 4E093 TA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ナックルとの連結部と車体の支持部とこ
れを繋ぐアーム部が鋳造一体とされた自動車用サスペン
ションアームであって、前記アーム部の少なくとも一部
の断面形状を、略コ字の対向、略コ字の背向、または略
コ字の対向と背向の組み合わせとしていることを特徴と
する自動車用サスペンションアーム。
【請求項２】前記サスペンションアームは球状黒鉛鋳
鉄材からなり、前記略コ字の端部に玉縁が形成されてい
ることを特徴とする請求項１に記載の自動車用サスペン
ションアーム。
【請求項３】前記サスペンションアームは、前記ナッ
クルとの連結部、車体との支持部、またはアーム部の少
なくとも１つが連通していることを特徴とする請求項１
または請求項２に記載の自動車用サスペンションアー
ム。