JP2019031267A - 車両用ナックル - Google Patents

Abstract

【課題】アルミニウム合金製の車両用ナックルにおける、車両幅方向外側から内側に向かう力に対する剛性を向上する。【解決手段】ハイマウントナックル１１は、軸受支持部１１１と、ナックル上部１１３と、ナックル下部１１２と、を備える。ハイマウントナックル１１が車両本体に装着された姿勢において、ナックル上部１１３を鉛直方向に沿って５つ以上の領域に等分分割し、軸受支持部１１１の中心が固定されるとともにナックル上端部１１５に車両幅方向外側から内側に向かう水平荷重Ｆを加えた場合の、前記５つ以上の領域のうちの第１領域１１Ａを除く他の領域のそれぞれにおけるひずみエネルギを対応する各領域の質量で除した値の最小値が最大値の０．７０以上となる形状をナックル上部１１３が有している。【選択図】図２

Description

本発明は、車輪を軸支する車両用ナックルに関するものである。

従来、自動車の車体と車輪とを接続するとともに、車輪を軸支するサスペンションユニットが知られている。サスペンションユニットは、車輪の姿勢を維持する機能と、路面の凹凸（ロードノイズ）が車体に伝達されることを抑止する機能とを備える。このようなサスペンションユニットは、自動車の中でも高い安全性が要求される重要保安部品に位置づけられる。そして、このようなサスペンションユニットの軽量化は、自動車の運動性能や搭乗者の乗り心地に寄与する。このため、近年、サスペンションユニットを構成する部材には、鋼板や鋳鉄に代わってアルミニウム合金が用いられる傾向にある。

特許文献１には、アルミ製のステアリングナックルが開示されている。ナックルは、サスペンションユニットを構成する部材の一つであり、ロワアームなどのサスペンションアームやステアリングラックと、車輪を軸支するハブとを接続する機能を有する。特に、ダブルウィッシュボーン方式やマルチリンク方式と呼ばれる支持構造では、ハイマウントナックルと呼ばれる、上下方向に長く延びるナックルが用いられる。

このようなナックルには、車輪のタイヤ接地点において発生する荷重に対する剛性と強度が要求される。特に、ナックルに要求される剛性として、車両幅方向外側から内側に向かう力に対する剛性が高く要求される。また、ナックルに要求される強度して、車両前側から後側に向かう力に対する強度が高く要求される。特許文献２には、一対のアッパーアームを支持するナックル構造が開示されている。ナックルの上端部に設けられた連結部に、一対のアッパーアームが接続される。連結部が山状に膨らんだ膨出部を備えることで、ナックルの連結部の強度が向上される。

特開２０１４−０９１４６９号公報 特開２０１６−０６０４５９号公報

上記のように、サスペンションユニットを構成する車両用ナックルをアルミニウム合金製とすることで、自動車の軽量化に貢献することができる。近年、アルミニウム合金の強度は向上されているが、そのヤング率は大きく変化していない。このため、ナックルをアルミニウム合金によって軽量化する場合、ナックルの剛性、特に、車両幅方向外側から内側に向かう力に対する剛性が確保しにくいという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、アルミニウム合金製の車両用ナックルにおける、車両幅方向外側から内側に向かう力に対する剛性を向上することにある。

前記課題を解決するための手段として、本発明の車両用ナックルは、アルミニウム合金製の車両用ナックルであって、車輪の回転軸を形成する軸受部を支持する軸受支持部と、前記軸受支持部から上方に延び、ナックル上端部を有する、ナックル上部と、前記軸受支持部から下方に延び、ロワアームに接続されるナックル下部と、を備え、前記車両用ナックルが車両本体に装着された姿勢において、前記ナックル上部を鉛直方向に沿って５つ以上の領域に等分分割し、前記軸受支持部の中心が固定されるとともに前記ナックル上端部に車両幅方向外側から内側に向かう水平荷重を加えた場合の、前記５つ以上の領域のうち前記ナックル上端部を含み最も上方に位置する領域を除く他の領域のそれぞれにおけるひずみエネルギを対応する各領域の質量で除した値の最小値が最大値の０．７０以上となる形状を前記ナックル上部が有している。

本構成によれば、車両用ナックルの車両幅方向外側から内側に向かう力に対する剛性を向上するとともに、ナックルを軽量化することが可能となる。

上記の構成において、アルミニウム合金素材の熱間鍛造によって成形されることが望ましい。

本構成によれば、車両用ナックルの材料組織の信頼性および強度を高めることができる。

上記の構成において、引張試験における０．２％耐力が３５０ＭＰａ以上であることが望ましい。

本構成によれば、車両用ナックルの軽量化を促進することができる。

本発明によれば、アルミニウム合金製の車両用ナックルにおける、車両幅方向外側から内側に向かう力に対する剛性を向上することができる。

本発明の一実施形態に係る車両用ナックルを含むサスペンションユニットの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る車両用ナックルの模式的な側面図である。 本発明の一実施形態に係る車両用ナックルの模式的な背面図である。 本発明の一実施形態に係る車両用ナックルが、車両前後方向の幅が小さくなるように設計される様子を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る車両用ナックルの形状が決定される過程を示すグラフであって、車両用ナックルの部分的な質量とひずみエネルギとの関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る車両用ナックルの形状が決定される過程を示すグラフであって、車両用ナックルの部分的な質量とひずみエネルギとの関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る車両用ナックルの形状が決定される過程における質量の変化（質量比）と単位体積あたりのひずみエネルギの最大／最小比との関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る車両用ナックルが、車両前後方向の幅および車両幅方向の厚みが小さくなるように設計される様子を示す断面図である。

以下に、本発明の一実施形態に係るハイマウントナックル１１（車両用ナックル）について、図１乃至図３を参照しながら概説する。図１は、本実施形態に係るハイマウントナックル１１を含むサスペンションユニット１０の斜視図である。図２は、ハイマウントナックル１１の模式的な側面図である。図３は、ハイマウントナックル１１の模式的な背面図である。なお、各図に示される方向において、左（外）、右（内）は、それぞれ、左方向であって車両幅方向外側に向かう方向、右方向であって車両幅方向内側に向かう方向を意味する。

サスペンションユニット１０は、不図示の自動車の車両本体に装着されるユニットであって、自動車の車輪Ｔを回転可能および操舵可能に支持する。一例として、本実施形態では、一対のサスペンションユニット１０がそれぞれ自動車の左右の前輪に対応して配設される。サスペンションユニット１０は、ハイマウントナックル１１と、ロワアーム１２と、タイロッド１４と、ショックアブソーバ１５と、一対の上部アーム２５と、を備える。

ハイマウントナックル１１は、車輪Ｔを回転可能に支持するとともに、ロワアーム１２およびショックアブソーバ１５に接続される、アルミニウム合金製の部材である。ハイマウントナックル１１は、軸受支持部１１１と、ナックル下部１１２と、ナックル上部１１３と、タイロッド軸支部１１４と、を有する。

軸受支持部１１１は、車両幅方向に沿って延びる円筒状部分である。軸受支持部１１１は、車輪Ｔの回転軸を形成する不図示の軸受部を支持する。当該軸受支持部１１１には、車輪Ｔのシャフトが挿入される。

ナックル下部１１２は、軸受支持部１１１から下方に延びる。ナックル下部１１２は、ナックル下端部１１６を有する。ナックル下端部１１６は、ナックル下部１１２の下端部に配置され、ショックアブソーバ１５の下部アーム１５２の下端部に下側ジョイント１６を介して接続され回動可能に軸支されている。

ナックル上部１１３は、軸受支持部１１１から上方に延びる。ナックル上部１１３は、ナックル上端部１１５を有する。ナックル上端部１１５は、ナックル上部１１３の上端部に配置され、一対の上部アーム２５の一端部にそれぞれ上側ジョイント１７を介して接続され回動可能に軸支されている。なお、一対の上部アーム２５の他端部は、上下方向に回動可能なように車両本体にそれぞれ接続される。

図１に示すように、ハイマウントナックル１１のナックル上部１１３は軸受支持部１１１から車両幅方向内側に湾曲した後に車両幅方向外側に湾曲するように上方に延びており、その結果、ナックル上端部１１５は車輪Ｔの上端部よりも上方に位置している。換言すれば、軸受支持部１１１が車輪Ｔの内部に配置されるとともに、ナックル上端部１１５が車輪Ｔの上方に配置され、ナックル上部１１３が車輪Ｔとの干渉を避けるように車両幅方向内側に湾曲しており、結果として、ナックル上部１１３は、軸受支持部１１１とナックル上端部１１５とを結ぶようなアーチ形状を有している。そして、ナックル上端部１１５とナックル下端部１１６との間に、ハイマウントナックル１１の回動軸となるナックル軸心Ｌが形成されている。

タイロッド軸支部１１４（図１、図２）は、軸受支持部１１１の下方においてナックル下部１１２から後方に向かって延びている。タイロッド軸支部１１４は、タイロッド１４の先端部１４Ｓを回動可能に軸支する。

なお、本実施形態では、ハイマウントナックル１１は、アルミニウム合金素材の熱間鍛造によって一体的に成形される。また、後記のとおり、ハイマウントナックル１１の引張試験における０．２％耐力は３５０ＭＰａ以上に設定されている。

ロワアーム１２は、平面視で略三角形の板状部材である。ロワアーム１２は、それぞれ前記三角形の角部に位置する、前側ブッシュ支持部１２１と、後側ブッシュ支持部１２２と、ジョイント支持部１２３と、を有する。前側ブッシュ支持部１２１および後側ブッシュ支持部１２２は、ロワアーム１２の車両幅方向内側において前後方向に間隔をおいて配置される。前側ブッシュ支持部１２１は、内部に前側ブッシュ１８を受け入れる。同様に、後側ブッシュ支持部１２２は、内部に後側ブッシュ１９を受け入れる。この結果、ロワアーム１２は、前側ブッシュ１８および後側ブッシュ１９を介して、不図示の車両本体に揺動可能に支持される。この際、前側ブッシュ１８および後側ブッシュ１９を通り前後方向に延びる軸心回りに、ロワアーム１２が揺動可能とされる。換言すれば、ロワアーム１２の車両幅方向外側に配置されるジョイント支持部１２３が前記軸心を中心として上下に移動可能とされる。

タイロッド１４は、不図示のステアリングギヤボックスから延びている。タイロッド１４は、先端部１４Ｓを有する。先端部１４Ｓは、ハイマウントナックル１１のタイロッド軸支部１１４に回動可能に接続されている。自動車の操縦に伴って、タイロッド１４が左右に移動するとハイマウントナックル１１がナックル軸心Ｌ回りに回動し、車輪Ｔがナックル軸心Ｌ回りに転舵される。

ショックアブソーバ１５は、伸縮可能な油圧シリンダ１５１と、下部アーム１５２と、スプリング１５Ｓと、を有する。油圧シリンダ１５１は、ショックアブソーバ１５の本体部分であって、路面の凹凸に応じた車輪Ｔの上下移動に伴って伸縮する。スプリング１５Ｓは、油圧シリンダ１５１の上部の外周に油圧シリンダ１５１と同軸上に配置され、油圧シリンダ１５１の伸縮に応じて伸縮することで緩衝機能を発揮する。下部アーム１５２は、油圧シリンダ１５１から下方に延びるアーム部分であって、ロワアーム１２のジョイント支持部１２３にボールジョイント２０を介して軸支されている。

このようなサスペンションユニット１０は、自動車の車両本体と車輪Ｔの間にある懸架装置であり、車輪Ｔ（タイヤ）を保持し車輪Ｔの姿勢を維持する機能と路面状態（ロードノイズ）の車両本体への伝達を防止する機能とを有している。このため、サスペンションユニット１０を構成する各部材には、高い安全性が要求される。このようなサスペンションユニット１０の各部材の軽量化は，自動車のバネ下重量の軽量化に貢献し、自動車の運動性能やドライバの乗り心地の向上などに大きく寄与する。このため、自動車の軽量化の中でも、サスペンションユニット１０の軽量化は、特に優先順位が高い。従来、サスペンションユニット１０には鋼板や鋳鉄が用いられていたが、近年、高級車を中心としてアルミニウム合金の採用が増加している。また、サスペンションユニット１０の各部材には、さまざまな入力方向の外力に対する剛性、降伏強度、疲労強度が要求される。更にサスペンションユニット１０の各部材には、腐食環境下での信頼性についても厳しく評価される。

アルミニウム合金は、鉄鋼材料に比べて密度が約１／３であり，比較的高強度でもある。このため、サスペンションユニット１０の材料が鋼板や鋳鉄からアルミニウム合金に置換されることで、一般的には４０〜６０％程度の軽量化が可能となる。アルミニウム合金の中でも０．２％耐力が高い合金や調質ほど、一般に高い軽量化効果を得ることができる。このようなアルミニウム合金には、材料強度の観点から熱処理型合金の２０００系、６０００系、７０００系合金が適しているが、２０００系および７０００系合金は６０００系合金と比較して耐食性に劣る。したがって、サスペンションユニット１０には、強度と耐食性とを両立する６０００系合金、特に６０８２合金や６０６１合金およびそれらと類似の組成の改善合金が採用されることが多い。このような６０００系合金の場合、一般には、Ｔ６処理またはＴ７処理による時効処理が施される。

サスペンションユニット１０を構成する部材のうち、ハイマウントナックル１１、ロワアーム１２は熱間鍛造によって成形される。本実施形態では、２〜４回の熱間鍛造工程を経て最終形状が得られる。この場合、板材や押出形材と比較して、形状の自由度が高く、任意の肉厚、断面形状が実現できるため、自由な構造設計が可能となる。

一般的に、ナックルはサスペンションユニット１０を構成する部材であり、公知のダブルウィッシュボーン方式やマルチリンク方式では、本実施形態のように、ハイマウントナックルと呼ばれるナックルが用いられる。ハイマウントナックル１１には、タイヤ接地点における荷重に対する高い剛性および強度が要求される。剛性としては、特に、車両幅方向外側から内側に向かう外力に対する高い剛性が要求される。一方、強度としては、特に、車両前側から後側に向かう外力に対する高い強度が要求される。

上記のように、サスペンションユニット１０を構成するハイマウントナックル１１をアルミニウム合金製とすることで、自動車の軽量化に貢献することができる。近年、アルミニウム合金の強度は向上されているが、そのヤング率は大きく変化していない。このため、ハイマウントナックル１１をアルミニウム合金によって軽量化する場合、ハイマウントナックル１１の剛性、特に、車両幅方向外側から内側に向かう力に対する剛性が確保しにくいという問題があった。

上記のような課題を解決するために、本実施形態では、ハイマウントナックル１１が、ナックル上部１１３の形状に特徴を有する。ハイマウントナックル１１が自動車の車両本体に装着された姿勢において、図２および図３に示すように、ナックル上部１１３が鉛直方向に沿って５つの領域に仮想的に等分分割される。なお、図２において、ナックル上部１１３の鉛直方向における長さがＨと定義される。当該長さＨは、後記の効果がより発現されるために、１５０ｍｍ以上４００ｍｍ以下の範囲に設定されることが望ましい。この際、５つの各領域が上から順に、第１領域１１Ａ、第２領域１１Ｂ、第３領域１１Ｃ、第４領域１１Ｄ、第５領域１１Ｅと定義される。なお、軸受支持部１１１をハイマウントナックル１１に固定するための４つのボルトＶ（図２）のうちの上側の２つのボルトＶの軸心が、第５領域１１Ｅの下端部と一致するように、第１領域１１Ａから第５領域１１Ｅが設定される。換言すれば、本実施形態に係るナックル上部１１３は、前記上側の２つのボルトＶの軸心よりも上方の部分に相当する。

車輪Ｔがタイヤ接地点において受ける荷重が軸受支持部１１１からハイマウントナックル１１に伝達される場合、ハイマウントナックル１１は、軸受支持部１１１の中心が固定されるとともにナックル上端部１１５に車両幅方向外側から内側に向かう水平荷重Ｆ（図３）が加えられる、いわゆる片持ち梁状態となる。

本発明の発明者は、このような片持ち梁（ナックル上部１１３）が仮想的に１、２、３・・・Ｎの領域に分割され、所定の曲げ剛性を満足する形状において、ひずみエネルギＵｉおよび質量Ｍｉが下記の式１を満足するときに、ハイマウントナックル１１の質量が最も小さく設定されることを材料力学から導き出すに至った。
Ｕｉ／Ｍｉ＝一定 （ｉ＝１、２、３・・・Ｎ） ・・・（式１）
なお、ナックル上部１１３のうちナックル上端部１１５を含む第１領域１１Ａは、ショックアブソーバ１５に対する接続強度が必要とされるため、式１の対象から除外されることが望ましい。すなわち、片持ち梁（ナックル上部１１３）が上記のように分割された複数の領域のうち、ナックル上端部１１５を含み最も上方に位置する領域（第１領域１１Ａ）を除く他の領域（第２領域１１Ｂ〜第５領域１１Ｅ）のそれぞれにおけるひずみエネルギを対応する各領域の質量で除した値が、一定となることが望ましい（式１）。一方、ハイマウントナックル１１の設計工程を踏まえると、式１が完全に満たされることは困難である。そこで、本発明の発明者は、以下の関係が満たされた場合に、ハイマウントナックル１１に要求される剛性と、ハイマウントナックル１１の設計工数の低減とが両立されることを知見した。すなわち、片持ち梁（ナックル上部１１３）が上記のように分割された複数の領域のうち、ナックル上端部１１５を含み最も上方に位置する領域（第１領域１１Ａ）を除く他の領域（第２領域１１Ｂ〜第５領域１１Ｅ）のそれぞれにおけるひずみエネルギを対応する各領域の質量で除した値の最小値が最大値の０．７０以上となるような形状をナックル上部１１３が有していることが望ましい。

図４は、本実施形態に係るハイマウントナックル１１が、その設計過程において車両幅方向の幅が小さくなるように設計される様子を示す断面図である。図５は、本実施形態に係るハイマウントナックル１１の形状が決定される過程を示すグラフであって、ハイマウントナックル１１の部分的な質量（第２領域１１Ｂ〜第５領域１１Ｅ）とひずみエネルギとの関係の第１の実施例を示すグラフである。なお、以下の実施例では、ナックル上端部１１５に２０００Ｎの大きさの水平荷重Ｆがかかるものとする。また、水平荷重Ｆによって生じる各領域（第１領域１１Ａ〜第５領域１１Ｅ）におけるひずみエネルギは、Ａｂａｑｕｓ（ＨＫＳ社により開発された有限要素解析ソフトウェア）によって演算した。

表１は、第１の実施例の第１領域１１Ａ〜第５領域１１Ｅにおける質量およびひずみエネルギを示したものである。

図５および表１では、ハイマウントナックル１１が形状１−１から形状１−２、形状１−３と順に最適化される様子を示している。この際、図４に示すように、ナックル上部１１３の第１領域１１Ａ〜第５領域１１Ｅの断面形状のうち、車両前後方向の幅Ｗ_０がＷ’に縮小されることで、各領域の質量が低下される。まず、形状１−１を有するハイマウントナックル全体の重量は、約４０００ｇである。なお、ハイマウントナックルのうちナックル下部の形状は変更されていない。そして、表１に示すように、形状１−１のナックル上部１１３を５等分した第１領域１１Ａ〜第５領域１１Ｅの質量は、それぞれ１００（ｇ）〜１０８１（ｇ）に分布しており、上方から下方に向かって質量は増大している。また、各領域のひずみエネルギは、１４（ｍＪ）〜１３４（ｍＪ）に分布している。この結果、各領域における単位質量あたりのひずみエネルギは、０．１４０（Ｊ／ｋｇ）〜０．３１４（Ｊ／ｋｇ）に分布している。そして、第１領域１１Ａを除く第２領域１１Ｂ〜第５領域１１Ｅにおいて、形状１−１における単位質量あたりのひずみエネルギの最小値／最大値は、０．３８９（＝０．１２２／０．３１４）である。

一方、形状１−１に対して、各領域における単位質量あたりのひずみエネルギの平準化を図った形状１−２では、第１領域１１Ａ〜第５領域１１Ｅの質量は、それぞれ１２８（ｇ）〜９２５（ｇ）に分布しており、上方から下方に向かって質量は増大している。また、各領域のひずみエネルギは、１５（ｍＪ）〜１３０（ｍＪ）に分布している。この結果、各領域における単位質量あたりのひずみエネルギは、０．１１７（Ｊ／ｋｇ）〜０．２５８（Ｊ／ｋｇ）に分布している。そして、第１領域１１Ａを除く第２領域１１Ｂ〜第５領域１１Ｅにおいて、形状１−２における単位質量あたりのひずみエネルギの最小値／最大値は、０．５４６（＝０．１４１／０．２５８）である。

更に、形状１−２に対して、各領域における単位質量あたりのひずみエネルギの平準化を更に図った形状１−３では、第１領域１１Ａ〜第５領域１１Ｅの質量は、それぞれ１６０（ｇ）〜７１９（ｇ）に分布しており、上方から下方に向かって質量は増大している。また、各領域のひずみエネルギは、１９（ｍＪ）〜１３１（ｍＪ）に分布している。この結果、各領域における単位質量あたりのひずみエネルギは、０．１１９（Ｊ／ｋｇ）〜０．２２０（Ｊ／ｋｇ）に分布している。そして、第１領域１１Ａを除く第２領域１１Ｂ〜第５領域１１Ｅにおいて、形状１−３における単位質量あたりのひずみエネルギの最小値／最大値は、０．８３０（＝０．１８２／０．２２０）である。

以上のように、形状１−１から形状１−３への変化に伴って、単位質量あたりのひずみエネルギの最小値／最大値は、０．３８９から０．８３０に増加し、ひずみエネルギの体積配分（平準化）が達成された。この際、ハイマウントナックル１１のナックル上部１１３の質量は２３２２（ｇ）から２０４７（ｇ）と約１２％軽量化できたにもかかわらず、ナックル上部１１３の剛性（ひずみエネルギの合計に反比例）は、約１６％増加する結果となった（１／４６１→１／３９７）。なお、図５に示すように、ハイマウントナックル１１の形状が形状１−１から形状１−２、形状１−３に変化されるにつれて、質量とひずみエネルギとの関係を示すグラフがゼロ点（原点）を通る直線の周辺に分布し、両者の相関係数が１に近づくように変化していることがわかる。

同様に、図６は、本実施形態に係るハイマウントナックル１１の形状が決定される過程を示すグラフであって、ハイマウントナックル１１の部分的な質量（第２領域１１Ｂ〜第５領域１１Ｅ）とひずみエネルギとの関係の第２の実施例を示すグラフである。

また、表２は、第２の実施例の第１領域１１Ａ〜第５領域１１Ｅにおける質量およびひずみエネルギを示したものである。

図６および表２では、ハイマウントナックル１１が形状２−１から形状２−２、形状２−３と順に最適化される様子を示している。この場合も、図４に示すように、ナックル上部１１３の第１領域１１Ａ〜第５領域１１Ｅの断面形状のうち、車両前後方向の幅Ｗ_０がＷ’に縮小されることで、各領域の質量が低下される。本実施例では、形状２−１を有するハイマウントナックル全体の重量は、約５４００ｇである。なお、ハイマウントナックルのうちナックル下部の形状は変更しない。そして、表２に示すように、形状２−１のナックル上部１１３を５等分した第１領域１１Ａ〜第５領域１１Ｅの質量は、それぞれ１４１（ｇ）〜１４５９（ｇ）に分布しており、上方から下方に向かって質量は増大している。また、各領域のひずみエネルギは、２１（ｍＪ）〜２２９（ｍＪ）に分布している。この結果、各領域における単位質量あたりのひずみエネルギは、０．１４９（Ｊ／ｋｇ）〜０．３００（Ｊ／ｋｇ）に分布している。そして、第１領域１１Ａを除く第２領域１１Ｂ〜第５領域１１Ｅにおいて、形状２−１における単位質量あたりのひずみエネルギの最小値／最大値は、０．５２３（＝０．１５７／０．３００）である。

一方、形状２−１に対して、各領域における単位質量あたりのひずみエネルギの平準化を図った形状２−２では、第１領域１１Ａ〜第５領域１１Ｅの質量は、それぞれ１４２（ｇ）〜１３３７（ｇ）に分布しており、上方から下方に向かって質量は増大している。また、各領域のひずみエネルギは、２０（ｍＪ）〜２６５（ｍＪ）に分布している。この結果、各領域における単位質量あたりのひずみエネルギは、０．１４１（Ｊ／ｋｇ）〜０．３００（Ｊ／ｋｇ）に分布している。そして、第１領域１１Ａを除く第２領域１１Ｂ〜第５領域１１Ｅにおいて、形状２−２における単位質量あたりのひずみエネルギの最小値／最大値は、０．６６１（＝０．１９８／０．３００）である。

更に、形状２−２に対して、各領域における単位質量あたりのひずみエネルギの平準化を更に図った形状２−３では、第１領域１１Ａ〜第５領域１１Ｅの質量は、それぞれ１４２（ｇ）〜１２１８（ｇ）に分布しており、上方から下方に向かって質量は増大している。また、各領域のひずみエネルギは、２０（ｍＪ）〜２８５（ｍＪ）に分布している。この結果、各領域における単位質量あたりのひずみエネルギは、０．１４１（Ｊ／ｋｇ）〜０．２９１（Ｊ／ｋｇ）に分布している。そして、第１領域１１Ａを除く第２領域１１Ｂ〜第５領域１１Ｅにおいて、形状２−３における単位質量あたりのひずみエネルギの最小値／最大値は、０．８０５（＝０．２３４／０．２９１）である。

以上のように、形状２−１から形状２−３への変化に伴って、単位質量あたりのひずみエネルギの最小値／最大値は、０．５２３から０．８０５に増加し、ひずみエネルギの体積配分（平準化）が達成された。この際、ハイマウントナックル１１のナックル上部１１３の質量は３１４１（ｇ）から２７６１（ｇ）と約１２％軽量化できたにもかかわらず、ナックル上部１１３の剛性（ひずみエネルギの合計に反比例）は、ほぼ同等の結果となった（１／６８２→１／６９６）。なお、図６に示すように、ハイマウントナックル１１の形状が形状２−１から形状２−２、形状２−３に変化されるにつれて、質量とひずみエネルギとの関係を示すグラフがゼロ点（原点）を通る直線の周辺に分布し、両者の相関係数が１に近づくように変化していることがわかる。

図７は、本実施形態に係るハイマウントナックル１１の形状が決定される過程における質量の変化（質量比）と単位体積あたりのひずみエネルギ比（最小値／最大値）との関係を示すグラフである。より詳しくは、図７では、先の第１実施例および第２実施例における、表１の形状１−１、１−２および１−３、または表２の形状２−１、２−２、２−３における各領域の質量の合計がそれぞれ縦軸にプロットされ、単位質量あたりのひずみエネルギの最小値／最大値の比が横軸にプロットされている。なお、縦軸は、形状１−１または形状２−１に対する質量比で示されている。図７に示すように、単位質量あたりのひずみエネルギの最小値／最大値の比が０．７０以上となるようにナックル上部１１３の形状が設定されることで、ハイマウントナックル１１のナックル上部１１３が１０％以上軽量化される。

以上、本発明の一実施形態に係るハイマウントナックル１１（車両用ナックル）について説明した。このようなハイマウントナックル１１によれば、ハイマウントナックル１１の車両幅方向外側から内側に向かう力に対する剛性を向上するとともに、ハイマウントナックル１１を軽量化することが可能となる。なお、ハイマウントナックル１１がアルミニウム合金素材の熱間鍛造によって成形されることで、車両用ハイマウントナックルの材料組織の信頼性および強度を高めることができる。また、ハイマウントナックル１１の引張試験における０．２％耐力が３５０ＭＰａ以上であることが望ましい。この場合、車両用ハイマウントナックルの軽量化を促進することができる。なお、本発明はこれらの形態に限定されるものではない。本発明として、以下のような変形実施形態が可能である。

（１）上記の実施形態では、本発明に係る車両用ナックルとして、ハイマウントナックル１１をもとに説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上記のハイマウントナックル１１とは異なる形状（長さ）を有する、アルミニウム合金製の車両用ナックルにも、本発明が適用可能とされる。なお、車両用ナックルの剛性を向上するとともに当該車両用ナックルを軽量化するためには、前述のように図２の５つの領域１１Ａ〜１１Ｅを含む領域の長さＨが１５０ｍｍ〜４００ｍｍの範囲に設定されることが望ましい。

（２）上記の実施形態では、ハイマウントナックル１１のナックル上部１１３が５つの領域に等分分割される態様にて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。ナックル上部１１３は、６つ以上の領域に等分分割される態様でもよい。

（３）上記の実施形態では、ナックル上部１１３の各領域における単位質量あたりのひずみエネルギが平準化されるにあたって、図４に示すように、ナックル上部１１３の断面形状における前後方向の幅が縮小される態様にて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。図８は、本発明の一実施形態に係るハイマウントナックル１１が、車両前後方向の幅および車両幅方向の厚みが小さくなるように設計される様子を示す断面図である。図８に示すように、ハイマウントナックル１１のナックル上部１１３は、断面Ｕ字形状を備え、車両前後方向における幅がＷ_０からＷ’に縮小され、車両幅方向における厚みがＴ_Ｗ０からＴ_Ｗ’に縮小されることで、各領域における単位質量あたりのひずみエネルギが平準化されてもよい。

また、上記のように、本発明に係るハイマウントナックル１１は、自動車の車両本体に装着された姿勢において、ナックル上部１１３を鉛直方向に沿って５つ以上の領域に等分分割し、軸受支持部１１１の中心が固定されるとともにナックル上端部１１５に車両幅方向外側から内側に向かう水平荷重Ｆを加えた場合の、前記５つ以上の領域のうちナックル上端部１１５を含み最も上方に位置する領域（第１領域１１Ａ）を除く他の領域のそれぞれにおけるひずみエネルギを対応する各領域の質量で除した値の最小値が最大値の０．７０以上となるように設計されている。当該設計方法によれば、アルミニウム合金製のハイマウントナックル１１（車両用ナックル）における、車両幅方向外側から内側に向かう力に対する剛性を向上するとともに、ハイマウントナックル１１を軽量化することが可能となる。

１０ サスペンションユニット
１１ ハイマウントナックル（車両用ナックル）
１１１ 軸受支持部
１１２ ナックル下部
１１３ ナックル上部
１１４ タイロッド軸支部
１１５ ナックル上端部
１１６ ナックル下端部
１１Ａ 第１領域
１１Ｂ 第２領域
１１Ｃ 第３領域
１１Ｄ 第４領域
１１Ｅ 第５領域
１２ ロワアーム
１２１ 前側ブッシュ支持部
１２２ 後側ブッシュ支持部
１２３ ジョイント支持部
１４ タイロッド
１５ ショックアブソーバ
１５１ 油圧シリンダ
１５２ 下部アーム
１５３ 上部アーム
１５Ｓ スプリング
１６ 下側ジョイント
１７ 上側ジョイント
１８ 前側ブッシュ
１９ 後側ブッシュ
Ｌ ナックル軸心
Ｔ 車輪

Claims (3)

1. アルミニウム合金製の車両用ナックルであって、
   車輪の回転軸を形成する軸受部を支持する軸受支持部と、
   前記軸受支持部から上方に延び、ナックル上端部を有する、ナックル上部と、
   前記軸受支持部から下方に延び、ロワアームに接続されるナックル下部と、
   を備え、
   前記車両用ナックルが車両本体に装着された姿勢において、前記ナックル上部を鉛直方向に沿って５つ以上の領域に等分分割し、前記軸受支持部の中心が固定されるとともに前記ナックル上端部に車両幅方向外側から内側に向かう水平荷重を加えた場合の、前記５つ以上の領域のうち前記ナックル上端部を含み最も上方に位置する領域を除く他の領域のそれぞれにおけるひずみエネルギを対応する各領域の質量で除した値の最小値が最大値の０．７０以上となる形状を前記ナックル上部が有している、車両用ナックル。
2. アルミニウム合金素材の熱間鍛造によって成形される、請求項１に記載の車両用ナックル。
3. 引張試験における０．２％耐力が３５０ＭＰａ以上である、請求項２に記載の車両用ナックル。
   
   
   
   
   

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