JP2020001501A - 車両用サスペンション部材 - Google Patents

Abstract

【課題】車両前後方向の外力に対する強度が確保された車両用サスペンション部材を提供する。【解決手段】ロワアーム１２は、アーム本体１２０と、前側ブッシュ支持部１２１と、後側ブッシュ支持部１２２と、ボールジョイント支持部１２３と、第１リブ１２４と、第２リブ１２５と、第３リブ１２６と、を有する。第３リブ１２６は、ボールジョイント支持部１２３と後側ブッシュ支持部１２２とを接続する側部に配置されている。Ｓ字状の第３リブ１２６のリブ中心曲線ＬＲは直線Ｌ１と交点Ｐで交差している。リブ中心曲線ＬＲと第１直線Ｌ１とで画定される、第１領域の面積をＳ１、第２領域の面積をＳ２とした場合、｜（１−Ｓ２／Ｓ１）｜≦０．２が満たされている。【選択図】図３

Description

本発明は、自動車などに備えられる車両用サスペンション部材に関するものである。

従来、自動車など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。

このようなサスペンションユニットとして、ナックル部材と、ロワアーム（サスペンション部材）と、スタビライザーと、タイロッドと、ショックアブソーバと、を備えるものが知られている。ナックル部材は、車輪を回転可能に支持するとともに、その下端部および上端部が、ロワアームおよびショックアブソーバにそれぞれ接続される。

サスペンション部材は、他の部材との取付点（ピボット点）の数に応じて複数の種類に分類される。取付点が２点の場合、サスペンション部材は主に軸力を伝達し、取付点が３点以上の場合、サスペンション部材は主に曲げモーメントを受けて当該曲げモーメントを各ピボット点にそれぞれ分配する。一般に、タイヤ側のピボット点にはボールジョイントが装着され、他方のピボット点にはゴムブッシュが装着されることで、サスペンション部材と他部材との連結が行われる。また、サスペンション部材には、タイヤから伝達される車両前後方向、左右方向および上下方向の各方向に沿った入力荷重に対する十分な剛性、降伏強度、長期間の使用に耐えうる耐久性能がそれぞれ求められる。

一方、サスペンション部材の周囲には、タイヤやドライブシャフト、ショックアブソーバやコイルスプリングなどの他の部品が配置される。このため、サスペンション部材はこれらの可動部材と干渉しないように配置される必要がある。この結果、サスペンション部材の形状が大きく制限される。このようなサスペンション部材に大きな荷重が入力されると、曲げ変形による応力、ねじり変形による応力、軸変形による応力、更に応力集中が重なり合うことで、複雑な応力分布が生じる。

取付点３点のサスペンション部材の代表的なものとして、公知のフロントロアアームやトランスバースリンクが知られており、上面視で略Ｌ字形状を備えたサスペンション部材の３つの頂点部分にピボット点がそれぞれ配置される。このような略Ｌ字形状のサスペンション部材では、ボールジョイント支持部が車両幅方向外側に配置され、一対のブッシュ支持部が車両前後方向と平行になるように配置されている。

特許文献１には、上面視で略Ｌ字型形状を備えた自動車用サスペンションアームが開示されている。当該技術では、車両左右または異車種間でアームの共用化を図ると共に、アルミ化によって車両の軽量化が図られている。そして、アームの一端がボールジョイントを介して車輪のナックルに連結され、アームの他端がブッシュを介して車体に取り付けられる。また、アームは、車体側に取り付けられるサスペンションアーム本体と、当該サスペンションアーム本体に溶接結合されボールジョイントを有するボールジョイント支承体とから構成されている。ボールジョイント支承体はサスペンションアーム本体に挿入して連結され、ボールジョイントの取り付け位置が可変とされている。

特開平５−１１２１１１号公報

略Ｌ字形状のサスペンション部材は、走行中にタイヤが障害物に衝突することを想定した車両前後方向の外力に対する強度（最大荷重）が最も重要となる。この外力によって、サスペンション部材には主に面内曲げモーメントが生じる。この際、サスペンション部材の一部は圧縮荷重を受けるとともに、その周辺に面外曲げモーメントが生じる。このような面外曲げモーメントが生じると、サスペンション部材に面外曲げ変形が生じ、徐々に面外変形量が増加していく。このような面外変形量の増加は、更に面外曲げモーメントを増加させ、サスペンション部材の面外変形量は加速度的に増加する。特許文献１に記載されたような従来のサスペンション部材では、上記のような車両前後方向の外力に対する強度が不十分である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、車両前後方向の外力に対する強度が確保された車両用サスペンション部材を提供することにある。

前記課題を解決するための手段として、本発明に係る車両用サスペンション部材は、金属製の車両用サスペンション部材であって、本体部と、前記本体部に配置された第１ブッシュ支持部と、前記本体部のうち前記第１ブッシュ支持部の後方に配置された第２ブッシュ支持部と、前記本体部のうち前記第１ブッシュ支持部の車両幅方向外側に配置されたボールジョイント支持部と、を備え、前記本体部は、前記第１ブッシュ支持部と前記第２ブッシュ支持部とを接続する第１側部と、前記第１ブッシュ支持部と前記ボールジョイント支持部とを接続する第２側部と、前記ボールジョイント支持部と前記第２ブッシュ支持部とを接続する第３側部と、前記第３側部において前記ボールジョイント支持部から前記第２ブッシュ支持部にかけて側面視でＳ字状に延びる上下一対のリブと、を有し、前記ボールジョイント支持部と前記第２ブッシュ支持部とを結ぶ直線と、前記上下一対のリブの上端縁および下端縁の上下方向における中点を前記ボールジョイント支持部から前記第２ブッシュ支持部にかけて結ぶことで形成されるＳ字状の曲線とが、所定の交点で交差しており、前記交点と前記ボールジョイント支持部との間で前記直線および前記曲線によって画定される第１領域の面積をＳ１、前記交点と前記第２ブッシュ支持部との間で前記直線および前記曲線によって画定される第２領域の面積をＳ２とした場合、｜（１−Ｓ２／Ｓ１）｜≦０．２を満たすことを特徴とする。

本構成によれば、ボールジョイント支持部と第２ブッシュ支持部とを結ぶ直線と、上下一対のリブの上端縁および下端縁の上下方向における中点を結ぶことで形成されるＳ字状の曲線とが、所定の交点で交差する。そして、車両用サスペンション部材に対して、車両前後方向の外力が加わった場合、交点を境にリブの面外オフセット方向が上下２方向に分かれる。この結果、リブの屈曲変形モードが略Ｓ字状とされるとともに、面外変形量が抑制される。したがって、車両用サスペンション部材が受ける最大荷重が上昇するとともに荷重低下を抑制することが可能となる。よって、車両用サスペンション部材の車両前後方向の外力に対する強度が確保される。

上記の構成において、車両用サスペンション部材の前記本体部は、アルミニウム合金からなることが望ましい。

本構成によれば、車両用サスペンション部材の本体部がアルミニウム合金製であるため、鋼製の車両用サスペンション部材と比較して、より軽量化が実現可能とされる。

上記の構成において、前記本体部の０．２％耐力の平均値が３５０ＭＰａ以上であり、熱間鍛造によって成形されたことが望ましい。

本構成によれば、他のアルミニウム材料と比較して、車両用サスペンション部材が少ない重量で所望の強度を満足することができる。

本発明によれば、車両前後方向の外力に対する強度が確保された車両用サスペンション部材を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るサスペンション部材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サスペンション部材の平面図である。 本発明の一実施形態に係るサスペンション部材を後方かつ車両幅方向外側から見た側面図である。 本発明の一実施形態に係るサスペンション部材の正面図である。 本発明の一実施形態に係るサスペンション部材を車両幅方向内側から見た側面図である。 本発明の一実施形態に係るサスペンション部材の一部を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るサスペンション部材のリブに軸力Ｐが加わる際のリブの梁モデルを示す模式図である。 本発明の一実施形態に係るサスペンション部材のリブの数値解析に用いたモデル図である。 本発明の一実施形態に係るサスペンション部材のリブの第１領域と第２領域との面積比と最大荷重増加率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サスペンション部材と比較される他のサスペンション部材の数値解析におけるモデル形状である。 本発明の一実施形態に係るサスペンション部材の数値解析におけるモデル形状である。 本発明の一実施形態に係るサスペンション部材および他のサスペンション部材の変位と荷重との関係を示すグラフである。 サスペンション部材に車両前後方向の外力が加わった際の力の分布を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係るサスペンション部材の変形モードを示す模式図である。 本発明の一実施形態に係るサスペンション部材と比較される他のサスペンション部材の変形モードを示す模式図である。 本発明の変形実施形態に係るサスペンション部材の平面図である。 本発明の変形実施形態に係るサスペンション部材の側面図である。

以下に、本発明の一実施形態に係るサスペンション部材について概説する。図１は、本実施形態に係るサスペンションユニット１０の斜視図である。なお、図１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（サスペンション部材）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）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およびロワアーム１２は、アルミニウム合金素材（金属製）の熱間鍛造によって成形される。

ロワアーム１２は、平面視で略三角形の部材である。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（第１ブッシュ支持部）と、後側ブッシュ支持部１２２（第２ブッシュ支持部）と、ボールジョイント支持部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には、内部にゴム製の前側ブッシュ１８が圧入される。同様に、後側ブッシュ支持部１２２には、内部にゴム製の後側ブッシュ１９が圧入される。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ボールジョイント支持部１２３が前記軸心を中心として上下に移動可能とされる。また、ボールジョイント支持部１２３は、ボールジョイント２０を支持する。

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のボールジョイント支持部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望ましい。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。

図２は、本実施形態に係るロワアーム１２（サスペンション部材）の平面図である。図１に示すように、ロワアーム１２は、水平方向に延びるように配置される部材である。図２に示すように、ロワアーム１２は、アーム本体１２０（本体部）を備える。アーム本体１２０は、第１側部１２Ａと、第２側部１２Ｂと、第３側部１２Ｃと、を有する。第１側部１２Ａは、車両前後方向に沿って延びる、アーム本体１２０の側部である。第２側部１２Ｂは、第１側部１２Ａの前端部に接続され車両幅方向外側に向かって延びる、アーム本体１２０の側部である。第３側部１２Ｃは、第２側部１２Ｂの先端部と第１側部１２Ａの後端部とを接続するように延びている。本実施形態では、第３側部１２Ｃは、前方に進むにつれて車両幅方向外側に延びるように湾曲している（図２）。なお、上記のようにロワアーム１２が熱間鍛造によって成形され、アーム本体１２０の各部分における０．２％耐力の平均値が３５０ＭＰａ以上であることが望ましい。

更に、ロワアーム１２は、前述の前側ブッシュ支持部１２１（第１ブッシュ支持部）と、後側ブッシュ支持部１２２（第２ブッシュ支持部）と、ボールジョイント支持部１２３と、を有する。前側ブッシュ支持部１２１は、アーム本体１２０の第１側部１２Ａと第２側部１２Ｂとが交差する部分に配置されている。また、後側ブッシュ支持部１２２は、アーム本体１２０の第１側部１２Ａと第３側部１２Ｃとが交差する部分に配置されている。また、ボールジョイント支持部１２３は、アーム本体１２０の第２側部１２Ｂと第３側部１２Ｃとが交差する部分に配置されている。

上記について換言すれば、後側ブッシュ支持部１２２は、アーム本体１２０のうち前側ブッシュ支持部１２１の後方に配置されている。また、ボールジョイント支持部１２３は、アーム本体１２０のうち前側ブッシュ支持部１２１の車両幅方向外側に配置されている。そして、第１側部１２Ａは、前側ブッシュ支持部１２１と後側ブッシュ支持部１２２とを接続し、第２側部１２Ｂは、前側ブッシュ支持部１２１とボールジョイント支持部１２３とを接続する。更に、第３側部１２Ｃは、ボールジョイント支持部１２３と後側ブッシュ支持部１２２とを接続する。

図３は、本実施形態に係るロワアーム１２を後方かつ車両幅方向外側から見た側面図である。図４は、本実施形態に係るロワアーム１２の正面図である。図５は、本実施形態に係るロワアーム１２を車両幅方向内側から見た側面図である。図６は、本実施形態に係るロワアーム１２の一部を示す断面図である。

図３乃至図５を参照して、アーム本体１２０は、第１リブ１２４と、第２リブ１２５と、第３リブ１２６と、を有している。第１リブ１２４は、第２側部１２Ｂにおいて前側ブッシュ支持部１２１からボールジョイント支持部１２３にかけて延びている。第１リブ１２４は、アーム本体１２０から上方および下方に突出している上下一対のリブである。図４に示すように、第１リブ１２４のうち前側ブッシュ支持部１２１側の部分は、略水平方向に沿って延びている。また、第１リブ１２４のうちボールジョイント支持部１２３側の部分は、僅かに上方に突出した湾曲形状を備えている。図５に示すように、第２リブ１２５は、第１側部１２Ａにおいて前側ブッシュ支持部１２１から後側ブッシュ支持部１２２にかけて延びている。第２リブ１２５は、アーム本体１２０から上方および下方に突出している上下一対のリブである。図５に示すように、第２リブ１２５は、前側ブッシュ支持部１２１から後側ブッシュ支持部１２２にかけて略水平方向に沿って延びている。第３リブ１２６は、第３側部１２Ｃにおいてボールジョイント支持部１２３から後側ブッシュ支持部１２２にかけて側面視でＳ字状に延びる上下一対のリブである（図３、図６参照）。

このようなロワアーム１２が熱間鍛造で製造される場合、欠肉やシワ、焼付きをはじめとする鍛造欠陥防止や金型割れ抑制、金属組織的な異常防止の観点から、その形状にはさまざまな制約（以下，形状制約）が設定される。代表的な形状制約には、コーナー部分のＲの大きさ、隅部分のＲの大きさ、金型の抜き勾配、最小肉厚、リブ部の高さなどがある．熱間鍛造後のアルミニウム合金素材は、バリが削除された後、必要に応じて溶体化処理、焼入処理、人工時効処理が施される。その後，他部材との連結部にゴムブッシュやボールジョイント、ブラケットなどを取付けるため機械加工が施され、ゴムブッシュやボールジョイント、ブラケットが取付けられる。

平面視で略Ｌ字形状を備えたロワアーム１２は、走行中にタイヤが障害物に衝突することを想定した車両前後方向（前方から後方）の入力に対する強度（最大荷重）が最も重要とされる。この車両前後方向の入力によって、Ｌ字形状のロワアーム１２には主に面内曲げモーメントが生じる。ロワアーム１２が座屈などの顕著な変形を生じない場合、ロワアーム１２が受ける最大荷重Ｐｍａｘは、「（各部の全塑性モーメントＭｐ）÷（荷重点までの距離Ｌ）」が最小となる部分（場所）におけるＭｐ／Ｌにほぼ一致する。しかしながら、図２の第３側部１２Ｃにおける第３リブ１２６は、車両前後方向に対して傾いているため、車両前後方向と第３リブ１２６が延びる方向とを内積した分だけ、圧縮荷重を受ける（図１３の破線矢印参照）。通常、他の部材との干渉を避けるために、第３リブ１２６は面外（上下）にオフセットしている。この場合、第３リブ１２６には圧縮荷重による面外曲げモーメントが生じる。このように、圧縮力と面外オフセットに起因して、第３リブ１２６に面外曲げモーメントが生じると、面外曲げ変形が生じ、徐々に面外変形量が増加する。面外変形量の増加は、更に面外曲げモーメントを増加させ、第３リブ１２６の面外変形量は加速度的に増加する。そして、第３リブ１２６が受ける荷重は、第３リブ１２６が面外に大きく屈曲する前に最大荷重に到達し、その最大荷重は全塑性モーメントＭｐに比べて大幅に低くなる。更に、面外に大きく屈曲した後の荷重は、第３リブ１２６の変位が進むほど徐々に低下する。このように、ロワアーム１２の中でも、第３側部１２Ｃの第３リブ１２６には、車両前後方向における外力に対する高い強度が要求される。

上記のようにロワアーム１２の第３側部１２Ｃにおいて、車両前後方向における外力に対する高い強度を備えるために、本実施形態では、第３リブ１２６の形状に特徴を有する。具体的に、図３に示すように、ボールジョイント支持部１２３（荷重の中心、支持部荷重点１２３Ｓ）と後側ブッシュ支持部１２２（荷重の中心、後側荷重点１２２Ｓ）とを結ぶ直線が、第１直線Ｌ１と定義される。また、上下一対の第３リブ１２６の上端縁および下端縁の上下方向における中点をボールジョイント支持部１２３から後側ブッシュ支持部１２２にかけて結ぶことで形成されるＳ字状の曲線が、リブ中心曲線ＬＲと定義される。第１直線Ｌ１とリブ中心曲線ＬＲとは、所定の交点Ｐで交差している。そして、交点Ｐとボールジョイント支持部１２３との間で第１直線Ｌ１およびリブ中心曲線ＬＲによって画定される第１領域の面積がＳ１、交点Ｐと後側ブッシュ支持部１２２との間で第１直線Ｌ１およびリブ中心曲線ＬＲによって画定される第２領域の面積がＳ２と定義された場合、１−Ｓ２／Ｓ１の絶対値に関して下記の式１が満たされている。

このような構成によれば、上下一対の第３リブ１２６の側面視における形状が略Ｓ字形状とされ、ロワアーム１２に対して車両前後方向の外力が加わった場合における第３リブ１２６の上側への曲げモーメントの和（Ｓ１）と下側への曲げモーメントの和（Ｓ２）がほぼ一致する。このため、第３リブ１２６の面外座屈モードが略Ｓ字状に制御され、第３リブ１２６が受ける最大荷重が増大するとともに、最大荷重後の荷重低下が抑制される。すなわち、ロワアーム１２が大きな荷重に耐えることができるため、ロワアーム１２の損傷、破損が抑止される。

以下では、上記のような第３リブ１２６の形状が導き出される、本発明の作用について順に説明する。図７は、ロワアーム１２の第３リブ１２６に軸力Ｐが加わる際の第３リブ１２６の梁モデルを示す模式図である。図８は、後記の数値解析に用いた第３リブ１２６のモデル図である。図９は、第３リブ１２６の第１領域と第２領域との面積比と最大荷重増加率との関係を示すグラフである。図１０は、数値解析に用いた他のロワアーム１２Ｚのモデル形状である。図１１は、数値解析に用いた本実施形態に係るロワアーム１２（サスペンション部材）のモデル形状である。図１２は、各ロワアームの変位と荷重との関係を示すグラフである。また、図１３は、ロワアーム１２（１２Ｚ）に車両前後方向の外力が加わった際の力の分布を示す模式図である。更に、図１４は、本実施形態に係るロワアーム１２の変形モードを示す模式図であり、図１５は、他のロワアーム１２Ｚの変形モードを示す模式図である。なお、図１４および図１５は、図１３の観察方向から各ロワアームを見た側面図に相当する。

本実施形態に係るロワアーム１２の第３リブ１２６とは異なり、仮に、リブの面外オフセット方向が一方のみ、すなわち、図１５のＩで示す他のロワアーム１２Ｚのように、上方のみに第３リブ１２６Ｚの一部がオフセットしていると、ロワアーム１２Ｚに前後方向の外力が加わった場合に、第３リブ１２６Ｚには同じ向き（上向き）の面外曲げモーメントのみが生じる。この場合、第３リブ１２６Ｚの面外への曲げ変形が急速に進行し、面外の屈曲変形が容易に（早期に）生じる。一方、本実施形態に係るロワアーム１２の第３リブ１２６のように、面外オフセット方向が意図的に上下２方向とされ、第３リブ１２６が略Ｓ字形状のプロファイルを備える場合、第３リブ１２６内の面外曲げモーメントのプロファイルは途中の交点Ｐで反転する。この結果、ロワアーム１２に前後方向の外力が加わった場合に、面外変形量が抑制されるとともに、屈曲変形モードを略Ｓ字状にすることができるため、最大荷重が増大し荷重低下を大幅に抑制することが可能となる。

なお、このような変形モードを実現するためには、ロワアーム１２に前後方向の外力が加わった場合に、ボールジョイント支持部１２３と後側ブッシュ支持部１２２とを結ぶ前述の第１直線Ｌ１とリブ中心曲線ＬＲとの交点Ｐが殆ど変位しないことが必要となる。換言すれば、図３において、第１領域の面積Ｓ１と第２領域の面積Ｓ２とが概ね一致することが必要になる。

図７に示すように、第３リブ１２６の両端部にそれぞれ軸力Ｐが内側に向かって作用する梁モデルが想定される。ここで、ボールジョイント支持部１２３の支持部荷重点１２３Ｓから長さａの範囲は、上方に高さｈ１だけオフセットしている。また、後側ブッシュ支持部１２２の後側荷重点１２２Ｓから長さbの範囲は、下方に高さｈ２だけオフセットしている。そして、オフセット方向の変化点がＢと定義され、第３リブ１２６の曲げこわさがＥＩで一定と定義される。そして、公知の材料力学を用いて第３リブ１２６のたわみ方程式を解くと点Ｂの上下方向の変位δ_Ｂは以下の式２で表される。

式２において、δ_Ｂ＝０のとき、点Ｂは上下どちらにも変位せず、面外屈曲変形の節となり、第３リブ１２６の略Ｓ字形状の面外変形が実現される。したがって、この条件（δ_Ｂ＝０）を満たすために、式２から以下の式３が導かれる。

式３を一般化すると、面積Ｓ１、Ｓ２がほぼ等しいときに、第３リブ１２６の略Ｓ字状の変形が実現される。

本発明の効果を確認するため，ＦＥＭ（有限要素法）に基づく解析を公知の解析ツールであるＡＢＡＱＵＳを用いて実施した。本解析では、高さ４０×幅４０ｍｍの矩形状中実断面を有し、長さが４００ｍｍの棒リンクを対象として、図８に示すように各断面の図心をＳ字状に変化させた上で、荷重と変位との関係が計算される。なお、図８における図心プロファイルＦＰが各断面の図心によって描かれるＳ字状のプロファイルである。また、図８に示すように、ボールジョイント支持部１２３の支持部荷重点１２３Ｓに相当する位置が荷重点であり内側（後側ブッシュ支持部１２２側）に向かって外力が付与される。また、後側ブッシュ支持部１２２の後側荷重点１２２Ｓは拘束点（固定点）である。

また、荷重点と拘束点とを通る直線Ｌ１と、図心プロファイルＦＰとによって画定される２つの領域の面積がそれぞれＳ１、Ｓ２とされる。本解析では、Ｓ１は１０００ｍｍ^２で固定され、Ｓ２は０〜１０００ｍｍ^２の間で変化され、荷重変位関係が比較される。図９に解析結果が示されている。図９では、横軸が（１−Ｓ２／Ｓ１）を示し、縦軸が最大荷重増加率を示している。当該最大荷重増加率とは、Ｓ２が所定の面積に設定される各条件において、Ｓ２＝０ｍｍ^２の条件における最大荷重に対する各最大荷重の増加率に相当する。図９に示されるように、１−Ｓ２／Ｓ１が０．２０以下の場合に、最大荷重が５％以上増加し、本発明の効果が顕著に奏されることが知見された。なお、上記の効果は、Ｓ１＞Ｓ２、Ｓ１＜Ｓ２の何れの場合でも奏されることが確認された。

上記の解析結果を踏まえて、簡易的な略Ｌ字サスペンション部材を対象に本発明の効果を確認する解析を更に行った。図１０、図１１のロワアーム１２Ｚ、１２に示される寸法の単位はｍｍである。図１０のロワアーム１２Ｚでは、第３リブ１２６Ｚの長さ方向の中心を境にボールジョイント支持部１２３側において上方に湾曲する形状となっている。一方、上記の中心を境に後側ブッシュ支持部１２２側では第３リブ１２６Ｚは水平方向に平坦な形状を備えている。また、図１１に示されるロワアーム１２では、第３リブ１２６が前述のように側面視でＳ字形状を備えている。なお、図１０のロワアーム１２Ｚおよび図１１のロワアーム１２は互いに同じ質量を有している。図１２に、ロワアーム１２およびロワアーム１２Ｚにおける変位と荷重との関係が示されている。図１２に示すように、第３リブ１２６を略Ｓ字形状とすることで、最大荷重が約１割増大し、且つ最大荷重到達後の荷重低下が抑制されることが確認された。

なお、前述のように、ロワアーム１２（ロワアーム１２Ｚ）に対して、上記の解析で行ったような負荷条件は、図１３において、ボールジョイント支持部１２３の支持部荷重点１２３Ｓに後方に向かう外力Ｆが付与されたことに等しい。この場合、後側ブッシュ支持部１２２の後側荷重点１２２Ｓおよび前側ブッシュ支持部１２１の前側荷重点１２１Ｓには、それぞれ抗力Ｒ１、Ｒ２が発生する。そして、ボールジョイント支持部１２３の支持部荷重点１２３Ｓには外力Ｆの分力からなる圧縮力、後側ブッシュ支持部１２２の後側荷重点１２２Ｓには抗力Ｒ１の分力からなる圧縮力がそれぞれ付与される（図１３の破線矢印参照）。

なお、図１４および図１５の状態ＩおよびＩＩは、それぞれ、図１２のグラフにおける変位Ｉ、ＩＩにおける状態に相当する。ロワアーム１２では、図１４に示すように、第３リブ１２６に圧縮力が付与されると、Ｓ字形状の上側突出部と下側突出部とが個別に屈曲する。この結果、第３リブ１２６の交点Ｐ（図３）に向かって、第３リブ１２６が圧縮変形する（Ｉ→ＩＩ）。そのため、第３リブ１２６の面外変形量が抑制され、図１２に示すように、ロワアーム１２が受ける最大荷重が増大し荷重低下を抑制することが可能となる。よって、ロワアーム１２の車両前後方向の外力に対する強度が確保される。

一方、ロワアーム１２Ｚでは、図１５に示すように、第３リブ１２６Ｚに圧縮力が付与されると、第３リブ１２６Ｚのうち上方に突出した部分が更に上方に突出するように、第３リブ１２６Ｚが屈曲する（Ｉ→ＩＩ）。そのため、ロワアーム１２の第３リブ１２６と比較して、ロワアーム１２Ｚの第３リブ１２６Ｚの面外変形量が大きくなる。

なお、図１３に示すように、ボールジョイント支持部１２３の支持部荷重点１２３Ｓに後方に向かう外力Ｆが発生すると、前側ブッシュ支持部１２１の前側荷重点１２１Ｓには、ロワアーム１２の外側に向かって抗力Ｒ２が発生する。この結果、ロワアーム１２の第１側部１２Ａおよび第２側部１２Ｂ（図３）には、引張応力が発生する。したがって、第１側部１２Ａおよび第２側部１２Ｂの形状が第３側部１２Ｃの屈曲変形のトリガーになることはない、またはこれらの影響をほとんど無視することができる。すなわち、ロワアーム１２の第３側部１２Ｃにおける面外の屈曲変形のトリガーは、第３側部１２Ｃの第３リブ１２６が支配的となる。なお、第３リブ１２６の曲率、寸法、肉厚は図１２の最大荷重の値を変化させるが、本発明の効果が奏される第３リブ１２６（第３側部１２Ｃ）の変形モードは、前述の式１が満たされることで制御可能とされる。

以上、本発明の一実施形態に係るロワアーム１２（サスペンション部材）について説明した。このようなロワアーム１２によれば、ロワアーム１２に対して車両前後方向の外力が加わった場合、交点Ｐを境に第３側部１２Ｃの面外オフセット方向が上下２方向に分かれる。この結果、第３側部１２Ｃの屈曲変形モードが略Ｓ字状とされるとともに、面外変形量が抑制される。したがって、ロワアーム１２が受ける最大荷重が増大し荷重低下を抑制することが可能となる。よって、ロワアーム１２の車両前後方向の外力に対する強度が確保される。

なお、ロワアーム１２は、アルミニウム合金からなることが望ましい。この場合、鋼製のロワアームと比較して、ロワアーム１２の軽量化が実現可能とされる。また、ロワアーム１２（アーム本体１２０）の０．２％耐力の平均値が３５０ＭＰａ以上であり、ロワアーム１２が熱間鍛造によって成形されることが望ましい。この場合、他のアルミニウム材料と比較して、ロワアーム１２が少ない重量で所望の強度を満足することができる。

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。

図１６は、本発明の変形実施形態に係るロワアーム１２Ｍの平面図であり、図１７は、ロワアーム１２Ｍの側面図である。なお、図１６、図１７では、上記の実施形態に係るロワアーム１２と同じ機能を備える部分には、図３と同じ符号を付している。また、図１６、図１７における符号Ｐ、Ｑ、Ｒ、ＳおよびＴの位置は互いに同じ位置を示している。

本変形実施形態では、ロワアーム１２Ｍのアーム本体１２０Ｍは、ボールジョイント支持部１２３と後側ブッシュ支持部１２２とを結ぶアーチ形状を備えている。また、アーム本体１２０Ｍから延びる脚部１２１Ｍの先端に前側ブッシュ支持部１２１が配設されている。

このようなロワアーム１２Ｍにおいても、図１６の矢印で示すような側面視で第３側部１２Ｃを見た場合、図１７に示すように、第３リブ１２６がＳ字形状を備えている。そして、前述の式１が満たされることで、第３リブ１２６の面外変形量が抑制される。また、ロワアーム１２Ｍが受ける最大荷重が増大し荷重低下を抑制することが可能となる。よって、ロワアーム１２Ｍの車両前後方向の外力に対する強度が確保される。

１０ サスペンションユニット
１１ ハイマウントナックル
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
１２ ロワアーム（サスペンション部材）
１２０ アーム本体
１２１ 前側ブッシュ支持部（第１ブッシュ支持部）
１２１Ｓ 前側荷重点
１２２ 後側ブッシュ支持部（第２ブッシュ支持部）
１２２Ｓ 後側荷重点
１２３ ボールジョイント支持部
１２３Ｓ 支持部荷重点
１２４ 第１リブ
１２５ 第２リブ
１２６ 第３リブ（リブ）
１２Ａ 第１側部
１２Ｂ 第２側部
１２Ｃ 第３側部
１３ スタビライザー
１３Ｓ ロワアーム接続部
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
Ｌ１ 第１直線
Ｌ２ 第２直線
Ｌ３ 第３直線
ＬＲ リブ中心曲線（曲線）
Ｐ 交点
Ｔ 車輪

Claims (3)

1. 金属製の車両用サスペンション部材であって、
   本体部と、
   前記本体部に配置された第１ブッシュ支持部と、
   前記本体部のうち前記第１ブッシュ支持部の後方に配置された第２ブッシュ支持部と、
   前記本体部のうち前記第１ブッシュ支持部の車両幅方向外側に配置されたボールジョイント支持部と、
   を備え、
   前記本体部は、
   前記第１ブッシュ支持部と前記第２ブッシュ支持部とを接続する第１側部と、
   前記第１ブッシュ支持部と前記ボールジョイント支持部とを接続する第２側部と、
   前記ボールジョイント支持部と前記第２ブッシュ支持部とを接続する第３側部と、
   前記第３側部において前記ボールジョイント支持部から前記第２ブッシュ支持部にかけて側面視でＳ字状に延びる上下一対のリブと、
   を有し、
   前記ボールジョイント支持部と前記第２ブッシュ支持部とを結ぶ直線と、前記上下一対のリブの上端縁および下端縁の上下方向における中点を前記ボールジョイント支持部から前記第２ブッシュ支持部にかけて結ぶことで形成されるＳ字状の曲線とが、所定の交点で交差しており、
   前記交点と前記ボールジョイント支持部との間で前記直線および前記曲線によって画定される第１領域の面積をＳ１、前記交点と前記第２ブッシュ支持部との間で前記直線および前記曲線によって画定される第２領域の面積をＳ２とした場合、｜（１−Ｓ２／Ｓ１）｜≦０．２を満たすことを特徴とする車両用サスペンション部材。
2. 前記本体部がアルミニウム合金からなることを特徴とする、請求項１に記載の車両用サスペンション部材。
3. 前記本体部の０．２％耐力の平均値が３５０ＭＰａ以上であり、熱間鍛造によって成形されたことを特徴とする請求項２に記載の車両用サスペンション部材。

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