JP2013226856A - 車両の軽合金製ロアアーム - Google Patents

Abstract

【課題】剛性及び強度を高めて変形や破損を防ぐことができる車両の軽金属製ロアアームを提供すること。
【解決手段】軽合金の押出材によって構成され、サスペンションフレームの左右両端にその前後端部がブッシュを介して取り付けられる車両の軽合金製ロアアーム１を、第１の押出材２と第２の押出材３とをそれぞれ別々に押出成形し、両者を摩擦攪拌接合によって接合するとともに、その接合部にリブ２Ａを形成する。又、前記第１の押出材２を閉断面構造とし、その外周の一辺を前記リブ２Ａとして構成するとともに、該リブ２Ａの幅方向内側に第１の押出材２と第２の押出材３との接合部（凹部２ａと凸部３ａ）を形成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、軽合金の押出材によって構成された車両の軽合金製ロアアームに関するものである。

車両のサスペンションには、車両のエンジンルームの下方に配置されたサスペンションフレームの両端にロアアームの車幅方向内端部の前後をブッシュを介して上下揺動可能に取り付け、左右の各ロアアームの車幅方向外端部にナックルを取り付ける構成を採用するものがある。

ところで、従来、ロアアームは、比較的安価である鉄系材料をプレス成形及び溶接することによって構成されていたが、近年は軽量化のためにロアアームをアルミニウム等の軽合金によって構成することが行われている。例えば、ロアアームを軽合金の鋳造や鍛造によって構成する方法が考えられるが、コストの面からは軽合金の押出材によって構成することが望ましい。

而して、ロアアームの全体を軽合金の押出材で一体成形すると製造設備が大型化する等の問題が発生するため、分割した形状に各々別々に押出し成形された２つの押出材を摩擦攪拌接合によって接合してロアアームを構成することが考えられる。尚、摩擦攪拌接合によって複数の部材を接合一体化して構造体を構成する技術は例えば特許文献１〜３等において開示されている。

特許第４７３２１０９号公報 特許第３４２０５０２号公報 特開平１１−０３３７５１号公報

ところで、ロアアームの車幅方向外端部には車体制動時にタイヤに掛かる制動力がナックルを介して入力される。そして、このロアアームの車幅方向内端部の前後がブッシュを介してサスペンションフレームに取り付けられているため、ナックルを介して入力される制動力によってロアアームに車両前後方向の曲げ力が作用し、剛性及び強度に関し余裕を持たせておかないと応力集中部で塑性変形したり、破損する可能性がある。

又、摩擦攪拌接合は、接合用工具である回転体を被接合部材の接合部に挿入して金属を流動化させるものであるため、軽合金製の押出材を摩擦攪拌接合によって接合してロアアームを製造する際にこれらの押出材の接合部には大きな力が作用し、この大きな力によってロアアームの接合部が変形するという問題も発生する。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、剛性及び強度を高めて変形や破損を防ぐことができる軽量で生産性が高い車両の軽金属製ロアアームを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、軽合金の押出材によって構成され、サスペンションフレームの左右両端にその前後端部がブッシュを介して取り付けられる車両の軽合金製ロアアームであって、第１の押出材と第２の押出材とをそれぞれ別々に押出成形し、両者を摩擦攪拌接合によって接合するとともに、その接合部にリブを形成したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１の押出材を閉断面構造とし、その外周の一辺を前記リブとして構成するとともに、該リブの幅方向内側に第１の押出材と第２の押出材との接合部を形成したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記第１の押出材の前記リブとして構成された外周の一辺の幅方向両角部に凹部を形成し、該凹部に前記第２の押出材の幅方向両端部に形成された凸部を嵌合し、その嵌合部を両押出材の接合部としたことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、前記第１の押出材と前記第２の押出材との接合部を車体制動時の入力に対して応力集中が発生する箇所に配置したことを特徴とする。

本発明によれば、それぞれ別々に押出成形された第１の押出材と第２の押出材とを摩擦攪拌接合によって接合する際に接合部に大きな力が作用しても、接合部はリブによって強度と剛性が高められているため、第１の押出材と第２の押出材との摩擦攪拌接合によって得られたロアアームに変形や破損が発生することがない。

車両の車体前部構造を示す図である。 車両のフロントサスペンションを示す部分斜視図である。 ロアアームの平面図であって（ａ）は接合前の２分割された状態を示す図、（ｂ）は接合後の状態を示す図である。 図３（ａ）のＡ部拡大詳細図である。 図３（ｂ）のＢ部拡大詳細図である。

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。

図１は車両の車体前部構造を示す図、図２は車両のフロントサスペンションを示す部分斜視図である。

図１に示すように、車体前部のエンジンルームＳには左右一対のエプロンサイドメンバ１１（図１には一方のみ図示）が車両前後方向に沿って配設されており、これらのエプロンサイドメンバ１１の下方には左右一対のエプロンロアメンバ１２(図１には一方のみ図示)が車両前後方向に沿って配設されている。そして、左右一対のエプロンロアメンバ１２の前端には、車幅方向（図１の紙面垂直方向）に配されたラジエータサポートメンバ１３が架設されており、同エプロンロアメンバ１２の後端には、エンジンルームＳの下部に配置されたサスペンションフレーム１４が連結されている。

上記左右の各エプロンサイドメンバ１１の前端には、変形することによって衝撃を吸収するクラッシュボックス１５がそれぞれ取り付けられており、左右のクラッシュボックス１５の車幅方向内面には、上下方向に延びるランプサポートブレース１６がそれぞれ取り付けられている。

又、前記サスペンションフレーム１４は、その前端部の左右に立設された支柱１４ａ(図１には一方のみ図示)が左右の前記エプロンサイドメンバ１１に取り付けられており、左右の後端部が左右の各エプロンサイドメンバ１１に連結されることによってエプロンサイドメンバ１１に取付支持されている。このサスペンションフレーム１４は、アルミニウム合金等の軽金属による鋳造（ダイキャスト等）によって一体成形された部材であって、図２に示すように、その左右両端（図２には一方のみ図示）には、本発明に係る軽金属製ロアアーム（以下、単に「ロアアーム」称する）１の内端部の前後が不図示のブッシュを介して取り付けられている。

そして、上記ロアアーム１の外端部にはナックル１７が取り付けられており、このナックル１７によって前輪１８が回転可能に支持されている。ここで、左右の各ロアアーム１について図３〜図５に基づいて以下に説明する。尚、左右のロアアーム１の基本構成は同じであるため、以下、一方（右側）のロアアーム１についてのみ図示及び説明する。

図３はロアアームの平面図であって（ａ）は接合前の２分割された状態を示す図、（ｂ）は接合後の状態を示す図、図４は図３（ａ）のＡ部拡大詳細図、図５は図３（ｂ）のＢ部拡大詳細図である。

ロアアーム１はアルミニウム合金等の軽合金の押出材によって構成されている。詳細には、このロアアーム１の製造に際しては、第１の押出材２部分と第２の押出材３部分とに分割して押出成形し、この押出成形された材料を適宜厚さに切り出すとともに、所望の形状に屈曲成形して第１の押出材２と第２の押出材３を形成する。そして、図３（ａ）に示すように、各々別々に押出成形された第１の押出材２と第２の押出材３とが摩擦攪拌接合によって図３（ｂ）に示すように接合する。同等の大きさに分割して各々別々に押出し成形された押出材を接合してロアアーム１を形成するため、製造設備を小型化することができ、生産性の向上を図ることができる。尚、その接合部にはリブ２Ａが形成されている。

上記第１の押出材２は、ナックル１７の取付部となるロアアーム１の車幅方向外端部と、サスペンションフレームの両端への取付部となるロアアームの車幅方向内端部のブッシュの取付部（取付ボス）２Ｂとを有し、車幅方向外端部と取付ボス２Ｂとを連結して車幅方向に延びる腕状に形成されている。

詳細には、ロアアーム１の車幅方向外端部の先端部には前記ナックル１７（図２参照）を取り付けるための取付孔４が形成されている。又、この第１の押出材２の他端（車幅方向内端部）の内側面には車幅方向内側（図３の左側）に向かって突出する円筒状の取付ボス２Ｂが一体に突設されている。尚、ロアアーム１の車幅方向内端部のサスペンションフレーム１４への取付部は前後２箇所あるが、この取付ボス２Ｂは、車両前後方向でロアアーム１の取付孔４に近い側のサスペンションフレーム１４への取付部であって、その内部には車両前後方向（図３の上下方向）に貫通する不図示の取付孔が貫設されている。

そして、上記第１の押出材２は閉断面構造となっている。詳細には、上記第１の押出材２は、取付ボス２Ｂの車両前側の端部とナックル１７の取付部（ロアアーム１の車幅方向外端部）の車両前側の部分とを連結して車幅方向に延びる前側腕部２ｂと、この前側腕部２ｂの車両後側でナックル１７の取付部の車両後側の部分に接続されて車幅方向に延びる後側腕部２ｃと、取付ボス２Ｂの車両後側の端部と後側腕部２ｃの車幅方向内端部とを連結するリブ２Ａを有し、これら前側腕部２ｂと後側腕部２ｃとリブ２Ａとで閉断面構造となっている。

そして、この第１の押出材２の外周の一辺は前記リブ２Ａとして構成されており、
後側腕部２ｃの面（後側腕部２ｃの延びる方向）とリブ２Ａの面（リブ２Ａの延びる方向）は略垂直に接続するように形成され、取付ボス２Ｂの車両後側の端部とリブ２Ａとは、取付ボス２Ｂから車両後側に突出した部分とリブ２Ａとが略垂直に接続するように形成されている。そして、第１の押出材２の幅方向内側となる該リブ２Ａの両端の両角部（後側腕部２ｃや取付ボス２Ｂとの接続部）には図４に詳細に示すように段状の凹部２ａが形成されている。凹部２ａは、リブ２Ａの幅方向内側（リブ２Ａの幅方向に関し、リブ２Ａの幅の範囲内であって、リブ２Ａの延長上）に形成されている。尚、凹部２ａは、第２の押出材３の端部を受け入れて第２の押出材３との接合部となり、切欠き状に第１の押出材２の厚さ方向（図３の紙面垂直方向）に一様に形成されている。

他方、前記第２の押出材３は、ロアアーム１の車幅方向内端部の前後２箇所あるサスペンションフレーム１４への取付部の他方（取付ボス２Ｂに対する他方であって、後側のブッシュの取付部）を有し、第１の押出材２のブッシュの取付部（取付ボス）２Ｂ側に向かって延びており、取付ボス２Ｂ側となる第２の押出材３の端部（接合側の端部）は第１の押出材２に接合できるように形成されている。つまり、前記第２の押出材３は、その反接合側の端部には円孔状のブッシュの取付孔５が形成されており、接合側の端部は開口して開断面構造となっている。

詳細には、円孔状のブッシュの取付孔５が形成された第２の押出材３のブッシュの取付部（ロアアーム１の後側のブッシュの取付部）の車幅方向外側から車両の前後方向に沿った方向に延びる（本発明の実施の形態では前方に向かって延びる）外側腕部３ｃと、第２の押出材３のブッシュの取付部の車幅方向内側から車両の前後方向に沿った方向に延びる（本発明の実施の形態では前方に向かって延びる）内側腕部３ｂとを、第２の押出材３は有しており、第２の押出材３のブッシュの取付部の反対側であって外側腕部３ｃと内側腕部３ｂの第１の押出材２への接合側の各端部には前方に向かって突出する凸部３ａがそれぞれ形成されている。

而して、第２の押出材３の接合側の幅方向両端部（接合側に位置する外側腕部３ｃと内側腕部３ｂの各先端部）に形成された凸部３ａを図３(ｂ)及び図５に示すように第１の押出材２に形成された凹部２ａに嵌合し、その嵌合部を両押出材２，３の接合部とし、その接合部を摩擦攪拌接合によって接合することによって図３（ｂ）に示すようなロアアーム１が得られる。

詳細には、第１の押出材２のリブ２Ａの両端部となるリブ２Ａの幅方向両角部に、外側腕部３ｃと内側腕部３ｂの端部に形成されて突出する凸部３ａの形状に合致した凹部２ａを形成して嵌合させている。つまり、第１の押出材２の後側腕部２ｃのロアアーム１の外周の面と第２の押出材３の外側腕部３ｃのロアアーム１の外周の面（車両幅方向外側の面）とがほぼ同一面で連続するように嵌合している。又、同様に、第１の押出材２の取付ボス２Ｂから車両後側に突出した部分のロアアーム１の外周の面（車幅方向内側の面）と第２の押出材３の内側腕部３ｂのロアアーム１の外周の面（車幅方向内側の面）とがほぼ同一面で連続するように嵌合している。この嵌合構造（形状）は押出成形によって形成されており、この嵌合構造（凸部３ａの先端を凹部２ａの面に突き当てる構造）よって、第１の押出材２と第２の押出材３との位置決めが可能となって生産性の向上を行っている。そして、ほぼ同一面で連続するロアアーム１の外周の第１の押出材２と第２の押出材３の境界を摩擦攪拌接合によって接合することによって図３（ｂ）に示すようなロアアーム１が得られる。

ロアアーム１の外周の面（車幅方向内側の面）がほぼ同一面で連続するように第１の押出材２と第２の押出材３が嵌合しているため、接合面が平坦となり、摩擦攪拌接合を安定的に行うことが可能となって、ロアアーム１の生産性と接合強度の信頼性を向上させることができる。又、第１の押出材２と第２の押出材３の境界部分（接合箇所）が、リブ２Ａの延長上に配置されているため、摩擦攪拌接合の荷重に耐えることができるとともに、両接合箇所に対して同時に接合作業することができ、接合時間の短縮と接合後の残留応力の発生を抑制している。

以上のように第１の押出材２と第２の押出材３を摩擦攪拌接合して得られるロアアーム１は、その内端部の前後が第１押出材２の取付ボス２Ｂに嵌着された不図示のブッシュと第２の押出材３の取付孔５に嵌め込まれた不図示のブッシュを介して図２に示すサスペンションフレーム１４の左右の端部に上下に回動可能に取り付けられ、該ロアアーム１の外端部（第１の押出材２の先端部に形成された取付孔４）には図２に示すナックル１７が取り付けられている。

而して、車両の走行時にブレーキ操作がなされると、ロアアーム１には前輪１８のタイヤに掛かる制動力（図２参照）がナックル１７を介して入力されるが、このロアアーム１の車幅方向内端部の前後がブッシュを介してサスペンションフレーム１４に取り付けられているため、ナックル１７を介して入力される制動力によってロアアーム１に曲げ応力が発生する。この曲げ応力が集中する箇所（応力集中部）は、ロアアーム１の長手方向中間部であり、本実施の形態では、第１の押出材２の車幅方向に延びる後側腕部２ｃと第２の押出材３の車両の前後方向に延びる外側腕部３ｃとが接合部される箇所となっており、この応力集中が発生する箇所に第１の押出材２と第２の押出材３との接合部及び後側腕部２ｃの車両中央側の端部と取付ボス２Ｂから突出する車両後側の端部とを連結するリブ２Ａを配置している。このリブ２Ａによって、効果的に後側腕部２ｃと外側腕部３ｃとの接合部を補強することができる。又、必要強度を満足させるために、リブ２Ａの幅（厚さ）を容易に調整することができる。

ところで、摩擦攪拌接合は、接合用工具である不図示の回転体を被接合部材である第１の押出材２と第２の押出材３の接合部（第１の押出材２の凹部２ａと第２の押出材３の凸部３ａとの嵌合部）に挿入して金属を流動化させるものであるため、接合作業にて接合部に大きな力が作用するが、本発明に係るロアアーム１においては、接合部はリブ２Ａによって強度と剛性が高められているため、別途荷重受けの治具を用いる必要がなく、製造時（接合作業時）に該ロアアーム１に変形や破損が発生することがない。このため、ロアアーム１の耐久性と生産性が高められる。

尚、以上説明した本発明の実施の形態では、ロアアーム１は、リブ２Ａを除き基本的に外周形状部を構成する部材のみで枠状に構成されているが、枠に囲まれた内部にトラス構造等の補強構造を追加しても良い。又、外側腕部３ｃと内側腕部３ｂとを連結するリブ３Ａをリブ２Ａと同等の幅（厚さ）で設けても良い。このとき、第１の押出材２と第２の押出材３の接合後に、リブ２Ａの近傍となるようにリブ３Ａを配置すると、外側腕部３ｃと内側腕部３ｂの先端部付近を連結することが可能となって、材料の流れを均等にすることができ、第２の押出材３の押出成形が安定するとともに、形状が安定する。更に、ロアアーム１の耐久性と生産性を高めることができる。

１ 軽金属製ロアアーム
２ 第１の押出材
２Ａ 第１の押出材のリブ
２ａ 第１の押出材の凹部
３ 第２の押し出し材
３ａ 第２の押出材の凸部
１４ サスペンションフレーム
１７ ナックル
１８ 前輪
Ｓ エンジンルーム

Claims (4)

1. 軽合金の押出材によって構成され、サスペンションフレームの左右両端にその前後端部がブッシュを介して取り付けられる車両の軽合金製ロアアームであって、
   第１の押出材と第２の押出材とをそれぞれ別々に押出成形し、両者を摩擦攪拌接合によって接合するとともに、その接合部にリブを形成したことを特徴とする車両の軽合金製ロアアーム。
2. 前記第１の押出材を閉断面構造とし、その外周の一辺を前記リブとして構成するとともに、該リブの幅方向内側に第１の押出材と第２の押出材との接合部を形成したことを特徴とする請求項１記載の軽合金製ロアアーム。
3. 前記第１の押出材の前記リブとして構成された外周の一辺の幅方向両角部に凹部を形成し、該凹部に前記第２の押出材の幅方向両端部に形成された凸部を嵌合し、その嵌合部を両押出材の接合部としたことを特徴とする請求項２記載の車両の軽合金製ロアアーム。
4. 前記第１の押出材と前記第２の押出材との接合部を車体で移動時の入力に対して応力集中が発生する箇所に配置したことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の車両の軽合金製ロアアーム。
   

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