JP2011162187A - 軸受ジャーナルを有するコントロールアーム及び該コントロールアームの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い剛性、軽量化、及び製造容易性を確保しつつ高い耐久性を有するコントロールアームを提供すること。
【解決手段】原動機付き車両の所定のアクスルに配置されるコントロールアーム１であって、金属板から成る板状部材であるとともに本体部２と複数の支持部３を備えて成る前記コントロールアームにおいて、前記複数の支持部３のうち１つを、前記本体部２と一体的に構成されつつ金属板から成る軸受ジャーナル４として形成した。また、前記軸受ジャーナル４を、軸受を収容するよう形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、原動機付き車両の所定のアクスルに配置されるコントロールアームであって、金属板から成る板状部材であるとともに本体部と複数の支持部を備えて成る前記コントロールアームに関するものである。

原動機付き車両（以下単に「車両」という。）の構造において、コントロールアームは車輪のガイド及び舵角変更を行うものであり、このコントロールアームは、一方では車輪の軸受装置との接続部の役割を果たし、他方では車両のシャシーとの接続部の役割を果たすものとなっている。ここで、軸受装置は、ホイールベアリングや駆動軸のほかに、自在軸受、アクスルジャーナル、ガイドジョイント、タイロッドなどの操舵部材との接続部、アクチュエータ、車両のサスペンション、ブレーキ等を含んで構成されている。

ところで、車両の動作中には多様な負荷の下にさらされており、そのため、１つの車輪につき複数のコントロールアームを用いる場合がよくある。コントロールアームへの大きな負荷に対しては特に強固な構造により対処することができるが、このような構造は、その重量が大きくなり、燃費に悪影響を及ぼすことになってしまう。

重量を最適化した構造は、特に高い剛性を有する材料又は様々な材料の組合せによって可能である。特に、大きな負荷を受ける軸受接続部を、鋼板から成る本体部に結合された鋳造部品又はフライス部材で構成することが考えられる。しかしながら、ハイブリッドの構造においては、各構成部材を接合する必要があり、生産コストの上昇を招くことになる。

また、車両の安全性に直結する特にコントロールアームの耐久性はコントロールアームの構成及び設計において考慮されるべき基本的な事項であり、ハイブリッドコントロールアームの各構成部材間の接続領域は特に綿密に形成される必要がある。

本発明の目的とするところは、高い剛性、軽量化、及び製造容易性を確保しつつ高い耐久性を有するコントロールアームを提供することにある。さらに、本発明の目的とするところは、このようなコントロールアームの安価な製造方法を提供することにもある。

上記目的は、請求項１記載のコントロールアームによって達成される。また、上記製造方法については、請求項１２記載の製造方法によって達成される。

なお、本発明の他の実施形態については、各従属請求項に記載されている。

本発明による、車両の所定のアクスルに配置されるコントロールアームは、金属板から成る板状部材であるとともに本体部と複数の支持部を備える構成となっている。また、前記複数の支持部のうち１つは、前記本体部と一体的に構成されつつ金属板から成る軸受ジャーナルとして形成されている。この軸受ジャーナルは、特にハイドロリックマウントである軸受を収容するようになっている。また、本体部と共に一体的に軸受ジャーナルを加工することで、負荷下でコントロールアームに生じる最大応力に関して、該コントロールアームを容易に最適化することが可能である。

また、従来の製造方法によれば、軸受ジャーナルから本体部への接続箇所において、締結、溶接継ぎ目等の潜在的な脆弱部位が生じることになるが、本発明においては、軸受ジャーナルが本体部と一体に形成されているとともに、例えば溶接のような材料の接合が行われないため、上記のような脆弱箇所は生じないようになっている。さらに、支持部において、重量の増加につながるようなコントロールアームの補強も必要ない。

また、コントロールアームは、本体部から軸受ジャーナルへの例えば漏斗状の移行部を有している。すなわち、軸受ジャーナルは、この移行部によって本体部に一体的に結合されている。さらに、コントロールアームを板状部材で形成することにより、移行部を、負荷下において生じる応力について最適化することが可能である。なお、本体部と軸受ジャーナルの間の移行部は特に滑らかに形成されている。また、エッジを付けたり、ビードを付けたりといった幾何学的な特徴を、性能向上のために設けてもよい。

また、軸受ジャーナルは特にほぼ円筒状の形状を有しているとともに、その断面形状は、特に円形及び／又は多角状に形成されている。なお、本発明において、この断面形状を三角形、四角形若しくは多角形又は円状若しくはだ円状とすることもでき、さらに、これらの形状を混ぜることも考えられる。なお、「円筒状」とは、外形が円筒状であることを意味している。

また、外面に形成されたエッジ部は、軸受の位置決め又は位置調整に使用することが可能である。したがって、例えば自家用車をメンテナンスのために持ち上げる場合に、コントロールアームを固定することができる。そして、継続して負荷がかかる場合にも、例えばウレタンやエラストマで形成された軸受内部が変位したり、回転したりすることがない。さらに、追加的なスリーブを軸受ジャーナル上に摺動させることなく軸受を軸受ジャーナルに接合するようにするのが好ましい。

また、軸受ジャーナルを中空に形成するのが望ましい。そして、この軸受ジャーナルは、コントロールアームの製造中の変形工程により同時に製造される。すなわち、軸受ジャーナルは、板状部材の構成部材であり、板状部材の一部となっている。また、軸受ジャーナルは、その形状が中空であることから、その形状は、変形用工具によってのみ形成される。

さらに、軸受ジャーナルの外形を、想定される力をその外周ですべて受け止めるよう設定することができるため、軸受ジャーナルの中空状の構造により軽量化を図ることが可能である。また、板状部材は、本発明によれば金属板から形成され、その厚さは、１〜１０ｍｍ、好ましくは２〜６ｍｍである。

また、本発明の好ましい実施形態は、軸受ジャーナルを２つの脚部によって形成し、該脚部それぞれに端面を設けるとともに、該端面を互いに対向するよう（特に互いに当接するよう）配置したことを特徴としている。ここで、互いに対向する端面とは、各端面が互いに間隔をもって平行に対向することだけではなく、任意の角度をもって互いに対向することも意味するものである。なお、この角度は、９０°までの角度である。

また、上記互いに対向する端面とは、互いに間隔をもって対向するという意味だけではなく、互いにずらして配置するということも意味するものである。さらに、このずれは、間隔によって特徴付けられてもよい。なお、理論的には、互いを部分的に重ね合わせることも考えられる。

また、車両及びこれに用いられる軸受の要求に応じてコントロールアームに追加的な剛性をもたせるために、上記端面は互いに接続されているのが好ましい。このような接続は、接着によって行うか、又は例えば熱などによって溶着することが考えられる。そして、この熱溶着のプロセスにおいて、本発明によれば、軸受ジャーナルを機械的に後処理することができる。なお、この後処理とは、例えば溶接継ぎ目を滑らかにすることなどを意味する。また、軸受ジャーナルは、変形工程において、機械加工（切削加工）によってその形状を変更することも可能である。

また、本発明の一実施形態においては、軸受ジャーナル内に支持部材が配置されている。この支持部材としては、例えばスリーブや中実の円筒状部材などが考えられる。そして、この支持部材は軸受ジャーナルの内部形状に完全に適合するようになっているため、該支持部材の形状も基本的には円筒状に形成されている。なお、この支持部材は、剛性を高めるためのものであるとともに、例えば軸受を軸受ジャーナルに嵌合させる際に共に取り付けられるか、又は変形工程において軸受ジャーナル内へはめ込まれるようになっている。このとき、軸受ジャーナルの形成に際してピン状の特別な工具が不要となるよう、支持部材は、変形ゲージあるいは仮想の形状としての役割を果たす。

また、支持部材が軸受ジャーナルの中空部をふさぐように（嵌合して）設けるようにするのが望ましい。こうすることで、取付時あるいはメンテナンス時に、例えばハンマによる打撃あるいはコントロールアームの落下による損傷や変形を大幅に減少させ、コントロールアームが使用できなくなる事態を回避することが可能である。さらに、一方からの力を直径上の正反対の点まで伝達することができ、全体の応力を減少させることも可能である。このとき、本発明の範囲内で、支持部材をハイブリッド材料又は複合材料で形成することが考えられる。なお、この支持部材は、軸受ジャーナルに係着、嵌着又は接着される。

また、本発明の一実施形態によれば、本体部を少なくとも部分的に多層状に形成することが可能である。さらに、支持部を少なくとも１つの層に一体的に形成するのが好ましい。コントロールアーム又は該コントロールアームの本体部の多層状の構成により、コントロールアームの曲げ剛性及び許容負荷を面全体にわたって高めることができる。したがって、軸受ジャーナルを、上半部と下半部を互いに熱溶着させて互いに結合して形成することが可能である。

また、コントロールアームの本体部は、ビード、凹部又は開口部を備えており、これらは、層の補強だけでなく、様々な取付形態及びメンテナンス形態を可能にするものである。

本体部を多層状に形成する実施形態においては、これらの層は少なくとも部分的に互いに特に熱溶着によって結合されているが、本体部におけるこれらの層を互いに係着させて互いに結合するようにしてもよい。さらに、これを例えばリベットによって補強することも可能である。

ところで、本発明の更なる利点は、製造方法にある。軸受ジャーナルは、支持部において、コントロールアームの本体部と共に１つの変形用工具によって製造される。これにより、１つの変形用工具で足りるため、コントロールアームを非常に安価に製造できるという効果が得られる。すなわち、コスト削減が可能である。

また、支持部を製造するための金属板が、変形用工具によって曲げられる２つの脚部を備えているのが望ましい。変形用工具の上部と下部により、軸受ジャーナルがほぼＵ字状に形成されるよう、製造されるべき支持部が金属板において曲げられる。なお、金属板の厚さを様々に形成することが可能であり、そのため、部分的に厚さの異なる範囲を形成することができる。

また、特に好ましい実施形態においては、脚部が、追加的な工具によって更に変形される。この脚部は、追加的な工具によって、上記端面が互いにほぼ当接するよう変形される。これにより、１つの追加的な工具のみで脚部を変形されることができ、また、例えばピンなどの補助工具によって、脚部を円状に形成することが可能である。なお、追加的な工具及び補助工具を変形用工具の構成部材としてもよいし、これらを変形用工具の上部及び下部に組み込んでもよい。

また、本発明による製造方法は、冷間加工の後に焼入れをするか、又はプレスハードニングを伴う熱間加工により行うことが可能である。

本発明の他の利点、特徴、特性及び観点は、図面を参照しつつ示す以下の実施形態の説明において記載されている。

本発明によれば、高い剛性、軽量化、及び製造容易性を確保しつつ高い耐久性を有するコントロールアームを提供することができるとともに、このようなコントロールアームの安価な製造方法を提供することも可能である。

本発明によるコントロールアームの斜視図である。 コントロールアームにおける軸受ジャーナルの断面図である。 軸受ジャーナルへ設けられる支持部材の斜視図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、図中において、同一又は類似の要素には同一の符号を付してあり、その繰り返しの説明は適宜省略する。

図１には本発明によるコントロールアーム１の斜視図が示されており、このコントロールアーム１は、ほぼＬ字状の本体部２と３つの支持部３を備えている。この３つの支持部３は、図の上側と左右側に位置しているとともに、これら上側及び左右側それぞれにおいて不図示のボールジョイントあるいは自在軸受が収容されるようになっている。なお、本発明においては、右側の支持部３が、コントロールアーム１の製造工程中に軸受ジャーナル４を有するよう形成されている。

このコントロールアーム１の製造工程は、基本的に、一部材である本体部２が同時に支持部３と共に形成されるような、金属板の変形工程である。また、このとき、ほぼＵ字状断面を有する本体部２からここでは円筒状に形成された軸受ジャーナル４への移行部１０が生じることになる。そのため、この移行部１０は、軸受ジャーナル４へ向かって先細になった漏斗状に形成されている。この漏斗状の移行部１０は、本体部２がＵ字状の形状を有する接続部を備えるよう、軸受ジャーナル４へ向かって閉じるように、あるいはこれとは逆方向へ向かって開くようになっている。なお、移行部１０の長さは、軸受ジャーナル４の長さよりも短く設定されている。

図２は軸受ジャーナル４の断面を示しており、この軸受ジャーナル４は、ここではその断面が円形の外形５を有している。また、図２における軸受ジャーナル４の左右側は、それぞれ脚部６で形成されている。これら脚部６はそれぞれその下端部に端面７を備えており、この端面７は、本実施の形態においては互いに平行かつこれらの間に間隔Ａを有するよう設定されている。

図３には支持部材８の斜視図が示されており、この支持部材８は、本発明においては軸受ジャーナル４の中空部９内に配置され、軸受ジャーナル４の外面と中空部９の内面が互いに嵌合するようになっている。

１ コントロールアーム
２ 本体部
３ 支持部
４ 軸受ジャーナル
５ 外形
６ 脚部
７ 端面
８ 支持部材
９ 中空部
１０ 移行部

Claims (17)

1. 原動機付き車両の所定のアクスルに配置されるコントロールアーム（１）であって、金属板から成る板状部材であるとともに本体部（２）と複数の支持部（３）を備えて成る前記コントロールアームにおいて、
   前記複数の支持部（３）のうち１つを、前記本体部（２）と一体的に構成されつつ金属板から成る軸受ジャーナル（４）として形成したことを特徴とするコントロールアーム。
2. 前記軸受ジャーナル（４）を、軸受を収容するよう形成したことを特徴とする請求項１記載のコントロールアーム。
3. 前記軸受ジャーナル（４）の外形（５）を、その断面について、円状、だ円状又は多角形状としたことを特徴とする請求項１又は２記載のコントロールアーム。
4. 前記軸受ジャーナル（４）を中空としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のコントロールアーム。
5. 前記軸受ジャーナル（４）を２つの脚部（６）によって形成し、該脚部（６）それぞれに端面（７）を設けるとともに、該端面（７）を互いに対向するよう配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のコントロールアーム。
6. 前記端面（７）を接続部によって互いに連結したことを特徴とする請求項５記載のコントロールアーム。
7. 前記軸受ジャーナル（４）内に支持部材（８）を配置したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のコントロールアーム。
8. 前記支持部材（８）を前記軸受ジャーナル（４）における中空部（９）に嵌合させたことを特徴とする請求項７記載のコントロールアーム。
9. 前記支持部材（８）を金属材料又は合成樹脂で形成したことを特徴とする請求項７又は８記載のコントロールアーム。
10. 前記本体部（２）を多層状に形成するとともに、前記支持部（３）を少なくとも１つの層に一体的に形成したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のコントロールアーム。
11. 前記金属板から成る部分を様々な肉厚を有するよう形成したことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のコントロールアーム。
12. 原動機付き車両の所定のアクスルに配置される、特に請求項１〜１１のいずれかに記載のコントロールアーム（１）の製造方法であって、該コントロールアーム（１）を、金属板からなる板状部材として形成するとともに複数の支持部（３）を有する本体部（２）で構成し、該本体部（２）及び前記支持部（３）において、前記金属板を変形用工具によって変形させることで軸受ジャーナル（４）を形成することを特徴とするコントロールアームの製造方法。
13. 前記支持部（３）を形成するために、前記変形用工具によって曲げられた２つの脚部（６）を前記金属板に形成することを特徴とする請求項１２記載の製造方法。
14. 前記脚部（６）の端面（７）が互いに対向するよう追加的な工具によって前記脚部（６）を変形させることを特徴とする請求項１２又は１３記載の製造方法。
15. 冷間加工の後に焼入れをするか、又はプレスハードニングを伴う熱間加工により行うことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の製造方法。
16. 前記板状部材が前記変形用工具による力を受ける際に、前記追加的な工具によって前記軸受ジャーナル（４）の変形を行うことを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の製造方法。
17. 前記軸受ジャーナル（４）内に支持部材（８）を配置することを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の製造方法。

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