JP2019137207A - サスペンションアーム及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性を高めると共に軽量化を実現すること。【解決手段】サスペンションアームは、棒状のアーム部と、アーム部の端部に一体成形された筒状のカラー部と、を備えている。アーム部には、内部が空洞の中空部がアーム部の軸方向に沿って形成されている。カラー部のアーム部端部と接続する接続部分には、カラー部内部と中空部とが連通する連通孔が形成されている。連通孔は、アーム部をアーム部の軸に垂直な面によって切断した際の各断面形状の図心をアーム部の軸方向に繋げた線である中心軸を中心にして形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、サスペンションアーム及びその製造方法に関する。

棒状のアーム部と、アーム部端部に溶接された筒状のカラー部と、を備えるサスペンションアームが知られている（特許文献１参照）。アーム部にはスリットが形成され、軽量化とねじり剛性を低減している。

特開２０１３−０３２１５８号公報

上記サスペンションアームにおいて、アーム部端部にカラー部が溶接されている。このため、この溶接部に応力集中が起き、耐久性が低下し易い。一方で、３Ｄプリンタなどを用いた場合、アーム部とカラー部とを一体成形することが可能である。

しかし、軽量化を行うために、アーム部を中空構造にする場合、その中空構造内からサポート材を抜くための抜き穴を形成する必要がある。新たに抜き穴を形成した場合、その抜き穴の場所に応力集中が生じ易く、耐久性が低下する虞がある。そのため、耐久性を高めると共に軽量化を実現したサスペンションアームが要望されている。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、耐久性を高めると共に軽量化を実現したサスペンションアーム及びその製造方法を提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、
棒状のアーム部と、該アーム部の端部に一体成形された筒状のカラー部と、を備えるサスペンションアームであって、
前記アーム部には、内部が空洞の中空部が前記アーム部の軸方向に沿って形成されており、
前記カラー部の前記アーム部端部と接続する接続部分には、該カラー部内部と前記中空部とが連通する連通孔が形成されており、
前記連通孔は、前記アーム部を前記アーム部の軸に垂直な面によって切断した際の各断面形状の図心を前記アーム部の軸方向に繋げた線である中心軸を中心にして形成されている、
ことを特徴とするサスペンションアーム
である。
この一態様において、前記アーム部の径は、前記カラー部に向かって徐々に広がり、該アーム部の最大径は、前記カラー部の外径と一致していてもよい。
この一態様において、前記アーム部の中心軸と、前記アーム部において荷重がかかる線を示す荷重線と、が一致するように、前記アーム部には少なくとも１つ以上の欠肉部が形成されていてもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、
棒状のアーム部と、該アーム部の端部に一体成形された筒状のカラー部と、を備えるサスペンションアームの製造方法であって、
前記アーム部に、内部が空洞の中空部が前記アーム部の軸方向に沿って形成され、前記カラー部の前記アーム部端部と接続する接続部分に、該カラー部内部と前記中空部とが連通する連通孔が形成され、前記連通孔は、前記アーム部を前記アーム部の軸に垂直な面によって切断した際の各断面形状の図心を前記アーム部の軸方向に繋げた線である中心軸を中心にして形成される、
ことを特徴とするサスペンションアームの製造方法
であってもよい。
この一態様において、前記アーム部とカラー部とは３Ｄプリンタにより一体成形されてもよい。

本発明によれば、耐久性を高めると共に軽量化を実現したサスペンションアーム及びその製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態１に係るサスペンションアームの概略的構成を示す斜視図である。 図１に示すサスペンションアームを面Ａで切断した際の断面図である。 図２に示すサスペンションアームを直線Ｂ−Ｂで垂直に切断した際の断面図である。 中空構造のアーム部を示す図である。 本発明の実施形態２に係るサスペンションアームの断面図を示す図である。 本発明の実施形態３に係るサスペンションアームを示す斜視図である。 図６に示すサスペンションアームを面Ａで切断した際の断面図である。 図６に示すサスペンションアームを面Ｂで切断した際の断面図である。

実施形態１
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態１に係るサスペンションアームの概略的構成を示す斜視図である。図２は、図１に示すサスペンションアームを面Ａで切断した際の断面図である。図３は、図２に示すサスペンションアームを直線Ｂ−Ｂで垂直に切断した際の断面図である。

本実施形態１に係るサスペンションアーム１は、棒状のアーム部２と、該アーム部２の端部に形成された筒状のカラー部３と、を備えている。アーム部２とカラー部３とは、例えば、３Ｄプリンタで一体成形されている。３Ｄプリンタは、例えば、コンピュータ上で作ったサスペンションアーム１の３次元データを設計図として、積層造形法などを用いて、その断面形状を付加加工で積層していくことで、３次元のサスペンションアーム１を成形するものである。なお、３Ｄプリンタの構成などは周知であることから、詳細な説明は省略する。

ところで、従来のサスペンションアームにおいて、アーム部端部にカラー部が溶接されている。このため、この溶接部に応力集中が起き、耐久性が低下し易い。

一方で、本実施形態１に係るサスペンションアーム１は、上述の如く、３Ｄプリンタを用いて、アーム部２とカラー部３とを一体成形している。これにより、アーム部２端部とカラー部３との接続部分が一体となり、この接続部分に応力集中が起き難い。したがって、サスペンションアーム１の耐久性を向上させることができる。また、サスペンションアーム１に対する圧縮及び引張強度を確保しつつ、溶接工程を廃止することで、その溶接工程によって生じる余肉を排除でき、サスペンションアーム１の軽量化を図ることができる。

さらに、図２及び図３に示す如く、本実施形態１に係るサスペンションアーム１において、アーム部２の端部には、内部が空洞の中空部４が形成されている。中空部４は、アーム部２の軸方向に沿って、アーム部２端部から所定距離だけ空洞となるように形成されている。このようにアーム部２の端部を空洞とすることで、サスペンションアーム１の軽量化を図ることができる。

なお、上述の如く、３Ｄプリンタを用いて、アーム部２に中空部４を形成する場合、その中空部４内からサポート材を抜くための抜き穴を、新たにアーム部２に形成する必要がある。従来、この抜き穴を形成した場所に応力集中が生じ易く、耐久性が低下する虞があった。

これに対し本実施形態１に係るサスペンションアーム１において、カラー部３のアーム部２端部と接続する接続部分には、カラー部３内部と中空部４とが連通する連通孔５が形成されている。そして、連通孔５は、アーム部２をアーム部２の軸に垂直な面によって切断した際の各断面形状の図心をアーム部２の軸方向に繋げた線である中心軸Ｏを中心にして形成されている。

上述の如く３Ｄプリンタを用いてサスペンションアーム１を形成する場合、この連通孔５を用いて中空部４内からサポート材を抜くことができる。さらに、連通孔５は、図心（重心）を繋げた中心軸Ｏを中心にして形成されている。したがって、サスペンションアーム１は、この連通孔５の位置で座屈し難くなる（変な方向に曲がり難くなる）ため、応力集中が生じ難くなり、その耐久性を向上させることができる。すなわち、サスペンションアーム１の耐久性を高めると共に軽量化を実現できる。なお、アーム部２端部とカラー部３とが接続されている部分は、図心から外れていることから、サスペンションアーム１の強度及びロバスト性を確保することができる。

本実施形態１において、アーム部２は中実構成であり、アーム部２の端部に中空部４が形成されているが、これに限定されない。例えば、図４に示す如く、アーム部２０は中空構造であり、アーム部２０全体に中空部が形成されていてもよい。これにより、サスペンションアーム１をより軽量化することができる。

本実施形態１において、カラー部３のアーム部２端部との接続部分に中心軸Ｏを中心にして連通孔５が形成されているが、これに限定されない。例えば、上記アーム部２のカラー部３が接続される接続部分と逆側の端部に、中心軸Ｏを中心にしてサポート材を抜くための連通孔が形成されていてもよい。

続いて、本発明の実施形態１に係るサスペンションアーム１の製造方法について説明する。サスペンションアーム１は、３Ｄプリンタによって一体成形される。サスペンションアーム１の３次元データは、例えば、予めメモリなどに記憶されている。上述の如く、連通孔５が中心軸Ｏを中心にして形成されように３次元データは設定されている。

３Ｄプリンタは、メモリに記憶されたサスペンションアーム１の３次元データに基づいて、ノズルを駆動させて、ノズルから、アーム部２及びカラー部３の断面形状に対応する部分に金属、セラミック、ナイロンなどの粉末を吐出すと共に、アーム部２及びカラー部３の断面形状以外の部分にサポート材を吐出する。そして、３Ｄプリンタは、レーザー装置を駆動させて、高電力のレーザーを、アーム部２及びカラー部３の断面形状に対応する部分の粉末に照射することで、各層の断面形状を成形する。

３Ｄプリンタは、上記工程を繰り返すことで、各断面形状を積層し所望のサスペンションアーム１を成形する。最後に、アーム部２及びカラー部３周辺のサポート材を除去すると共に、アーム部２の中空部４内のサポート材を連通孔５から除去する。

以上、本実施形態１において、アーム部２とカラー部３とを一体成形することで、アーム部２とカラー部３との接続部分に応力集中が起き難くなり、その耐久性を向上させることができる。また、アーム部２に中空部４を形成することで、サスペンションアーム１の軽量化を図ることができる。さらに、カラー部３のアーム部２端部と接続する接続部分には、カラー部３内部と中空部４とが連通する連通孔５が形成されている。そして、連通孔５は図心を繋げた中心軸Ｏを中心にして形成されている。これにより、連通孔５を用いて中空部４内からサポート材を抜くことができるだけでなく、この連通孔５で応力集中が生じ難くなるため、その耐久性を向上させることができる。すなわち、サスペンションアーム１の耐久性を高めると共に軽量化を実現できる。

実施形態２
上記実施形態１において、アーム部２は同一径の棒状部材であるが、本実施形態２において、アーム部の径は、カラー部に向かって大きくなる構成であってもよい。

図５は、本発明の実施形態２に係るサスペンションアームの断面図を示す図である。本実施形態２に係るサスペンションアーム１０において、アーム部２１の径は、カラー部３０に向かって徐々に大きくなり、アーム部２１の端部の最大径は、カラー部３０の外径と一致している。

アーム部２１の端部の径をカラー部３０に向かって大きくし、アーム部２１を太くすることで、アーム部２１の強度を増加させることができる。アーム部２１には中空部４０が形成されているため、アーム部２１の端部の径を大きくした場合でもその重量増加は小さく抑えられる。すなわち、アーム部２１の強度を増加させつつ、軽量化を図ることができる。

実施形態３
図６は、本発明の実施形態３に係るサスペンションアームを示す斜視図である。図７は、図６に示すサスペンションアームを面Ａで切断した際の断面図である。図８は、図６に示すサスペンションアームを面Ｂで切断した際の断面図である。

本実施形態３において、アーム部２２の中心軸Ｏと、アーム部２２の荷重線Ｙと、が一致するように、アーム部２２には少なくとも１つ以上の欠肉部２３が形成されている。アーム部２２の荷重線Ｙとは、アーム部２２において荷重がかかる線であり、アーム部２２に荷重が付加されたときに力が通る線である。例えば、アーム部２２の長手方向において、アーム部２２が固定された点である固定点と、アーム部２２に対して荷重が付加された点である荷重点と、を直線で結んだ線が、アーム部１の荷重線Ｙとなる。

アーム部２２に欠肉部２３を形成することで、アーム部２２の軽量化を図りつつ、ねじり剛性を最適に低減させることができる。さらに、アーム部２２の中心軸Ｏとアーム部２２の荷重線Ｙと一致させることで、アーム部２２の強度の急変を抑制し、アーム部２２に生じる応力集中を抑制できる。すなわち、アーム部２２のねじり剛性の低減と耐久性の維持を両立できる。

次に、本実施形態３にかかる欠肉部の設定方法について詳細に説明する。
上述の如く、アーム部２２の中心軸Ｏとアーム部２２の荷重線Ｙとが一致するように、アーム部２２に少なくとも１つの欠肉部２３を形成する。

例えば、欠肉部２３の断面形状の面積を大きくし、アーム部２２の断面形状の面積を小さくした場合、アーム部２２のねじり剛性が小さくなる。逆に、欠肉部２３の断面形状の面積を小さくし、アーム部２２の断面形状の面積を大きくした場合、アーム部２２のねじり剛性が大きくなる。

同様に、アーム部２２の軸方向における欠肉部２３の長さを、長くした場合、アーム部２２のねじり剛性が小さくなる。逆に、アーム部２２の軸方向における欠肉部２３の長さを、短くした場合、アーム部２２のねじり剛性が大きくなる。なお、欠肉部２３の長さは、最大でも、欠肉部２３がカラー部３に到達しない長さとなっている。これは、欠肉部２３がカラー部３まで延在すると、そのカラー部３と欠肉部２３とが交わる位置で応力集中が生じ易いからである。

以上を考慮して、アーム部２２のねじり剛性が所定値となり、かつ、アーム部２２の中心軸Ｏとアーム部２２の荷重線Ｙと一致するように、アーム部２２に欠肉部２３を設定する。

例えば、図８に示す如く、アーム部２２には、断面形状が略Ｘ形状となるような欠肉部２３が形成されている。各欠肉部２３の断面形状は、略対称形状となるように形成されている。断面形状が略Ｘ形状となるような欠肉部２３が形成された場合でも、アーム部２２の必要な断面積は確保されている。さらに、アーム部２２の中心軸Ｏとアーム部２２の荷重線Ｙとは一致していることから、アーム部２２は屈曲し難い構造となっている。これにより、アーム部２２の引張強度や圧縮強度を確保しつつ、ねじり応力に応じて柔軟かつ良好にねじれ変形を生じるように、最適なねじり剛性の低減が実現できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ サスペンションアーム、２ アーム部、３ カラー部、４ 中空部、５ 連通孔

Claims (5)

1. 棒状のアーム部と、該アーム部の端部に一体成形された筒状のカラー部と、を備えるサスペンションアームであって、
   前記アーム部には、内部が空洞の中空部が前記アーム部の軸方向に沿って形成されており、
   前記カラー部の前記アーム部端部と接続する接続部分には、該カラー部内部と前記中空部とが連通する連通孔が形成されており、
   前記連通孔は、前記アーム部を前記アーム部の軸に垂直な面によって切断した際の各断面形状の図心を前記アーム部の軸方向に繋げた線である中心軸を中心にして、形成されている、
   ことを特徴とするサスペンションアーム。
2. 請求項１記載のサスペンションアームであって、
   前記アーム部の径は、前記カラー部に向かって徐々に広がり、該アーム部の最大径は、前記カラー部の外径と一致している、
   ことを特徴とするサスペンションアーム。
3. 請求項１又は２記載のサスペンションアームであって、
   前記アーム部の中心軸と、前記アーム部において荷重がかかる線を示す荷重線と、が一致するように、前記アーム部には少なくとも１つ以上の欠肉部が形成されている、
   ことを特徴とするサスペンションアーム。
4. 棒状のアーム部と、該アーム部の端部に一体成形された筒状のカラー部と、を備えるサスペンションアームの製造方法であって、
   前記アーム部に、内部が空洞の中空部が前記アーム部の軸方向に沿って形成され、前記カラー部の前記アーム部端部と接続する接続部分に、該カラー部内部と前記中空部とが連通する連通孔が形成され、前記連通孔は、前記アーム部を前記アーム部の軸に垂直な面によって切断した際の各断面形状の図心を前記アーム部の軸方向に繋げた線である中心軸を中心にして形成される、
   ことを特徴とするサスペンションアームの製造方法。
5. 請求項４記載のサスペンションアームの製造方法であって、
   前記アーム部とカラー部とは３Ｄプリンタにより一体成形される、
   ことを特徴とするサスペンションアームの製造方法。

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