JP2022175742A - アーム部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジングのかしめ部によるボール部の保持強度を確保可能なアーム部材及びその製造方法を提供する。【解決手段】アーム部材１は、ボールジョイント２と、アーム部３と、を備える。ボールジョイント２は、ボール部６を備えるボールスタッド５を有する。ボールジョイント２は、かしめ部２８を備えかしめ部２８の変形によりボール部６を内部に保持するハウジング１５を有する。アーム部３は、不連続繊維強化樹脂により形成され、ハウジング１５に連なるアーム部本体部３０を有する。アーム部３は、連続繊維強化樹脂により形成され、かしめ部２８の少なくとも一部を覆う被覆部３１を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、かしめ部を備える受け側部材を有するボールジョイントと受け側部材に連なって形成されるアーム部とを備えるアーム部材及びその製造方法に関する。

従来、自動車等の車両の操舵装置や懸架装置において、一部を繊維強化樹脂（ＦＲＰ）により形成することで軽量化を図った部品が用いられることがある。

例えば、不連続繊維強化樹脂（ランダムチョップ材）を熱プレスして成形したサスペンションアームがある。このようなサスペンションアームにおいて強度を確保するためには、不連続繊維強化樹脂の使用量を多くする必要があり、この場合には結果として軽量化が図れないという課題がある。そこで、不連続繊維強化樹脂の表面に連続繊維強化樹脂を配置することにより、強度向上及び軽量化を両立するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許第６４０８８５１号公報（第５－８頁、図６）

上記特許文献１に記載されているようなサスペンションアームの場合、アーム部の端部には、ボールジョイントが設けられている。ボールジョイントが、受け側部材であるハウジングの一部をかしめ変形することにより内部に収容したボール部を回動可能に保持する場合、ボール部に入力された外部からの荷重によってかしめ部が開いてハウジングからボール部が脱落しないようにすることが求められる。このような課題は、サスペンションアーム以外のアーム部材でも同様に生じる。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、受け側部材のかしめ部によるボール部の保持強度を確保可能なアーム部材及びその製造方法を提供することを目的とする。

請求項１記載のアーム部材は、ボール部を備えるボール側部材と、かしめ部を備えこのかしめ部の変形により前記ボール部を内部に保持する受け側部材と、を有するボールジョイントと、不連続繊維強化樹脂により形成され、前記受け側部材に連なるアーム部本体部と、連続繊維強化樹脂により形成され、前記かしめ部の少なくとも一部を覆う被覆部と、を有するアーム部と、を備えるものである。

請求項２記載のアーム部材は、請求項１記載のアーム部材において、受け側部材は、筒状の受け側部材本体部と、この受け側部材本体部の一端部側を覆う閉塞部材と、をさらに備え、かしめ部は、前記受け側部材本体部の一端部側に形成され、かしめ変形により前記閉塞部材を前記受け側部材本体部に固定するものである。

請求項３記載のアーム部材は、請求項１または２記載のアーム部材において、被覆部は、かしめ部に隣接するアーム部本体部の表面の少なくとも一部を覆うものである。

請求項４記載のアーム部材の製造方法は、請求項１ないし３いずれか一記載のアーム部材を製造するアーム部材の製造方法であって、ボール部を受け側部材に挿入した状態でかしめ部をかしめ変形することにより前記ボール部を前記受け側部材の内部に保持するかしめ工程と、このかしめ工程の後に、不連続繊維強化樹脂及び連続繊維強化樹脂を熱プレス成形してアーム部本体部及び被覆部を形成する成形工程と、を備えるものである。

請求項１記載のアーム部材によれば、ボール部に入力された外部からの荷重に対し、被覆部の強度がかしめ部の復帰変形に対する抵抗力として作用するため、受け側部材のかしめ部の強度を確保可能となる。

請求項２記載のアーム部材によれば、請求項１記載のアーム部材の効果に加えて、受け側部材本体部からの閉塞部材の脱落を被覆部によって抑制し、ボール部を受け側部材の内部に確実に保持可能となる。

請求項３記載のアーム部材によれば、請求項１または２記載のアーム部材の効果に加えて、アーム部本体部からかしめ部に亘り連なって被覆部が配置されるため、ボール部に入力された外部からの荷重に対する被覆部の強度を向上でき、受け側部材のかしめ部によるボール部の保持強度を向上できる。

請求項４記載のアーム部材の製造方法によれば、アーム部本体部及び被覆部の成形工程がかしめ部をかしめ変形するかしめ工程に阻害されることがなく、かしめ部の少なくとも一部を覆う被覆部を容易に形成できる。

本発明の一実施の形態のアーム部材を示す一部の断面図である。 （ａ）は同上アーム部材の一例を示す斜視図、（ｂ）は同上アーム部材の他の例を示す斜視図、（ｃ）は同上アーム部材のさらに他の例を示す斜視図、（ｄ）は同上アーム部材のさらに他の例を示す斜視図である。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１において、１はアーム部材を示す。本実施の形態において、アーム部材１は、例えば自動車の操舵装置や懸架装置に用いられる車両用アーム部材である。アーム部材１は、ボールジョイント２と、このボールジョイント２と一体的に成形されるアーム部３と、を備えるボールジョイント装置である。アーム部材１は、任意の物としてよいが、例えば図２（ａ）に示すタイロッドエンド、図２（ｂ）に示すＩアーム等とも呼ばれる直線状のマルチリンク式サスペンションアーム、図２（ｃ）に示すダブルウィッシュボーン式サスペンションのアッパアームまたはロアアーム、図２（ｄ）に示すマクファーソンストラット式サスペンションのロアアーム等に好適に用いられる。

図１に示すように、ボールジョイント２は、ボール側部材であるボールスタッド５を備える。ボールスタッド５は、例えば鋼鉄等により軸状に形成されている。ボールスタッド５は、一端部にボール部６を有し、ボール部６から他端部に、軸状（円柱状）のスタッド部７が突設されている。スタッド部７は、図示しない外部の被接続部材と接続される。以下、本実施の形態では、説明を明確にするために、ボール部６側を一端側または下側、スタッド部７側を他端側または上側として説明するが、アーム部材１における上下方向は、その設置される向きや角度に応じて適宜設定されるものとする。

ボール部６は、摺動部材であるベアリングシート８により回動可能に保持される。ベアリングシート８は、合成樹脂により円筒状に形成されている。本実施の形態において、ベアリングシート８は、２ピース構造となっている。つまり、図示されるベアリングシート８は、第一シート部材１０と、第二シート部材１１と、を有する。第一シート部材１０は、ボール部６の赤道位置Ｅから上側に亘る範囲を回動可能に保持する。ここで、ボール部６の赤道位置Ｅとは、ボールスタッド５の軸方向においてボール部６の最大径となる位置である。第二シート部材１１は、第一シート部材１０の下端部側に内挿されている。第二シート部材１１は、ボール部６の赤道位置Ｅよりも下側の範囲を回動可能に保持する。図示される例では、第二シート部材１１には、ボール部６の外周面に対向する内周側の位置に、潤滑剤の溜め部１３が凹設されている。

ベアリングシート８は、ボール部６とともに、受け側部材であるハウジング１５に収容されている。ハウジング１５は、ソケットなどとも呼ばれるもので、鍛造、あるいは鋳造などにより形成された金属製である。本実施の形態において、ハウジング１５は、円筒状の受け側部材本体部であるハウジング本体部１７と、ハウジング本体部１７の端部を閉塞する閉塞部材であるプラグ１８と、を有する。ハウジング本体部１７とプラグ１８とによって、ハウジング１５の内部にベアリングシート８が嵌着されてベアリングシート８を収容保持する内室が形成されている。

ハウジング本体部１７は、一定または略一定の内径寸法及び外径寸法を有する直円筒状に形成されている。ハウジング本体部１７は、両端部が開口され、下端部がプラグ１８により閉塞されるとともに、上端部が内室と連通する開口部２０となっている。開口部２０からボールスタッド５のスタッド部７が上方に突出している。開口部２０に向かいハウジング本体部１７の内周面が徐々に縮径されている。開口部２０は、上方に向かい拡開されている。

開口部２０は、ダストカバー２２により覆われる。ダストカバー２２は、弾性を有する部材により円筒状に形成されている。ダストカバー２２は、ハウジング本体部１７の外周面とボールスタッド５のスタッド部７とに亘り取り付けられる。ダストカバー２２は、下端部がハウジング本体部１７に固定され、上端部がスタッド部７の外周面に圧接されている。図示される例では、ダストカバー２２の下端部は、ハウジング本体部１７の外周面に形成された取付溝２３に嵌合され、固定部材である円環状等のクリップ２４により取付溝２３に締め付け固定されている。本実施の形態において、取付溝２３は、ハウジング本体部１７の外周面の上端部寄りの位置に形成されている。

また、ハウジング本体部１７の外周面には、アーム部３との接触面積を増加させる抜け防止部２６が形成されている。抜け防止部２６は、段差状に形成されている。本実施の形態において、抜け防止部２６は、ハウジング本体部１７の外周面から外方に突出する突出部として形成されている。図示される例では、抜け防止部２６は、ハウジング本体部１７の軸方向である上下方向の中央部に位置している。

プラグ１８は、ハウジング１５の底部をなす。プラグ１８は、ハウジング本体部１７の下端部を閉塞することでベアリングシート８をハウジング１５の内部に保持する。プラグ１８は、ベアリングシート８を介してボール部６と軸方向に対向する位置にあり、ハウジング１５においてボールスタッド５側から最も大きな荷重を受ける部分である。

プラグ１８は、円環状または円板状（円盤状）に形成されている。本実施の形態において、プラグ１８の中央部は、下方に窪んで形成されている。プラグ１８には、ベアリングシート８の下端部が当接されている。本実施の形態において、プラグ１８には、第一シート部材１０及び第二シート部材１１のそれぞれの下端部が当接されている。

また、プラグ１８は、外縁部がハウジング本体部１７の下端部側に形成された支持部２７に支持されている。支持部２７は、ハウジング本体部１７の内周面（内室）に溝状に形成されている。支持部２７は、ハウジング本体部１７の周方向に連なって形成されている。さらに、プラグ１８は、ハウジング本体部１７に対し、かしめ部２８のかしめ変形により保持固定される。かしめ部２８は、支持部２７に近接してハウジング本体部１７の下端部に形成されている。かしめ部２８は、中心軸側にかしめ変形されることでプラグ１８の外縁部を支持部２７との間で上下に挟み込むようになっている。

かしめ部２８は、ハウジング本体部１７が形成された時点では変形されておらず、ハウジング本体部１７の軸方向に沿っており、プラグ１８をハウジング本体部１７に固定する際にハウジング本体部１７の中心軸側に倒れるようにかしめ変形される。

そして、ハウジング１５には、アーム部３が一体的に形成されている。アーム部３は、合成樹脂、本実施の形態では繊維強化樹脂により成形される。アーム部３は、ハウジング１５に対し、軸直方向に長尺状に延びて形成される。本実施の形態において、アーム部３の長手方向の一端部にボールジョイント２が形成されている。図２（ａ）ないし図２（ｄ）に示すように、アーム部３の長手方向の他端部には、雌ねじ部やブッシュ部等の接続部２９が形成されていてもよい。

図１に示すように、アーム部３は、ハウジング１５に連なるアーム部本体部３０を有する。アーム部本体部３０は、ハウジング１５のハウジング本体部１７の外周面の軸方向すなわち上下方向の中央部を含む所定の上下幅の範囲を覆うように形成されている。本実施の形態において、アーム部本体部３０は、ハウジング本体部１７の抜け防止部２６を含む所定の上下幅の範囲を覆うように形成されている。アーム部本体部３０の下部に対し、かしめ部２８が下方に突出し、アーム部本体部３０の上部に対し、取付溝２３を含むハウジング本体部１７の上端部側が上方に突出する。すなわち、アーム部本体部３０に対し、ボールジョイント２のハウジング１５の両端部がそれぞれ突出している。

アーム部本体部３０は、不連続繊維強化樹脂により形成される。本実施の形態において、不連続繊維強化樹脂は、不連続繊維を含有する熱可塑性樹脂である。不連続繊維とは、連続繊維が所定長さに裁断されたチョップドファイバをいう。不連続繊維としては、例えば不連続炭素繊維が好適に用いられる。

アーム部本体部３０には、被覆部３１が一体的に成形される。被覆部３１は、アーム部本体部３０よりも上下方向の厚みが小さい層状に形成されている。被覆部３１は、ハウジング１５のかしめ部２８の少なくとも一部を覆う。すなわち、本実施の形態の被覆部３１は、アーム部本体部３０の下部に位置する。本実施の形態において、被覆部３１は、かしめ部２８の少なくとも一部と、かしめ部２８に隣接するアーム部本体部３０の下部表面の少なくとも一部と、を連なって覆う。好ましくは、被覆部３１は、かしめ部２８全体及びプラグ１８の少なくとも一部と、アーム部本体部３０の下部表面とを連なって覆う。図示される例では、被覆部３１は、かしめ部２８全体を含むプラグ１８の下面及びアーム部本体部３０の下部表面全体及び側面全体を連なって覆う。つまり、本実施の形態の被覆部３１は、アーム部本体部３０の上面を除く表面全体を連続的に覆う。

被覆部３１は、シート状の連続繊維強化樹脂（プリプレグ）により形成される。連続繊維強化樹脂は、連続繊維に熱可塑性樹脂を含浸させて予めシート状に形成されている。連続繊維は、所定の一方向に連続するように配置された一方向材（ＵＤプリプレグ）でもよいし、互いに交差する所定の二方向に連続するように配置された織物材（クロスプリプレグ）でもよい。連続繊維としては、例えば連続炭素繊維が好適に用いられる。

次に、アーム部材１の製造方法について説明する。

アーム部材１を製造する際には、まず、ボールジョイント２を組み立てる。ボールジョイント２は、ボール部６を回動可能に保持したベアリングシート８がハウジング１５の内部に収容されるように配置する（配置工程）。配置工程において、ベアリングシート８は、予め成形してボール部６の外周面に嵌着してもよいし、ボール部６を中子として射出成形してもよい。また、ハウジング１５は、ハウジング本体部１７を予め成形してボール部６及びベアリングシート８をハウジング本体部１７の内部に組み付けてもよいし、ボール部６及びベアリングシート８を中子としてハウジング本体部１７を鋳造してもよい。なお、スタッド部７は、ボール部６と一体的に予め成形していてもよいし、ボール部６に対して溶接等の後工程によって接続してもよい。

次いで、プラグ１８をハウジング本体部１７の支持部２７に載置し、かしめ部２８をかしめ変形することでプラグ１８をハウジング本体部１７に抜け止め固定する（かしめ工程）。

この後、かしめ部２８をかしめ変形したハウジング１５を成形型にセットするとともに、不連続繊維強化樹脂、及び、連続繊維強化樹脂を成形型にセットし、加熱及び加圧して、アーム部３を、かしめ部２８の少なくとも一部を覆う所定形状に熱プレス成形する（成形工程）。なお、ブッシュ部等の接続部２９を備えるアーム部材１の場合には、ハウジング１５を成形型にセットする際にブッシュ部等も成形型にセットしておく。

そして、ダストカバー２２をハウジング１５からスタッド部７に亘り取り付けてクリップ２４により締め付け固定し（取付工程）、アーム部材１を完成する。

このように製造されたアーム部材１は、アーム部３が不連続繊維強化樹脂により形成されたアーム部本体部３０と、連続繊維強化樹脂により形成された被覆部３１とからなり、被覆部３１がかしめ部２８の少なくとも一部を覆うことで、ボール部６に入力された外部からの下方、すなわちかしめ部２８のかしめ変形を復帰させようとする荷重に対し、被覆部３１の強度（引張強度）がかしめ部２８の復帰変形に対する抵抗力として作用するため、ハウジング１５のかしめ部２８によるボール部６の保持強度を確保可能となる。すなわち、ボール部６に入力された外部からの荷重によってかしめ部２８が開くことを抑制でき、ボール部６をハウジング１５の内部に確実に保持しておくことができる。

特に、アーム部材１は、製造時に、まずボール部６をハウジング１５に挿入した状態でかしめ部２８をかしめ変形することによりボール部６をハウジング１５の内部に保持し、その後、不連続繊維強化樹脂及び連続繊維強化樹脂を熱プレス成形してアーム部本体部３０及び被覆部３１を形成するため、アーム部本体部３０及び被覆部３１の成形工程がかしめ部２８をかしめ変形するかしめ工程に阻害されることがなく、かしめ部２８の少なくとも一部を覆う被覆部３１を容易に形成できる。

ハウジング１５を、ハウジング本体部１７と、その一端部側を覆うプラグ１８とにより形成し、かしめ部２８をハウジング本体部１７の一端部側に形成して、かしめ部２８のかしめ変形によりプラグ１８をハウジング本体部１７に固定する構成とすることで、ハウジング本体部１７からのプラグ１８の脱落を被覆部３１によって抑制し、ボール部６をハウジング１５の内部に確実に保持可能となる。

被覆部３１がかしめ部２８に隣接するアーム部本体部３０の表面の少なくとも一部を覆うことで、アーム部本体部３０からかしめ部２８に亘り連なって被覆部３１が配置されるため、ボール部６に入力された外部からの下方、すなわちかしめ部２８のかしめ変形を復帰させようとする荷重に対する被覆部３１の強度を向上でき、ハウジング１５のかしめ部２８によるボール部６の保持強度を向上できる。

なお、上記一実施の形態において、ハウジング１５は、ハウジング本体部１７とプラグ１８とからなる構成に限らず、有底円筒状に予め形成されてその開口部側をかしめ変形するかしめ部２８とした構成であっても、同様に適用できる。

また、アーム部材１は、車両の操舵装置、あるいは懸架装置に限らず、任意の装置に用いてよい。

本発明は、例えば自動車の操舵装置あるいは懸架装置に好適に用いられる。

１ アーム部材
２ ボールジョイント
３ アーム部
５ ボール側部材であるボールスタッド
６ ボール部
１５ 受け側部材であるハウジング
１７ 受け側部材本体部であるハウジング本体部
１８ 閉塞部材であるプラグ
２８ かしめ部
３０ アーム部本体部
３１ 被覆部

Claims (4)

1. ボール部を備えるボール側部材と、かしめ部を備えこのかしめ部の変形により前記ボール部を内部に保持する受け側部材と、を有するボールジョイントと、
   不連続繊維強化樹脂により形成され、前記受け側部材に連なるアーム部本体部と、連続繊維強化樹脂により形成され、前記かしめ部の少なくとも一部を覆う被覆部と、を有するアーム部と、
   を備えることを特徴とするアーム部材。
2. 受け側部材は、筒状の受け側部材本体部と、この受け側部材本体部の一端部側を覆う閉塞部材と、をさらに備え、
   かしめ部は、前記受け側部材本体部の一端部側に形成され、かしめ変形により前記閉塞部材を前記受け側部材本体部に固定する
   ことを特徴とする請求項１記載のアーム部材。
3. 被覆部は、かしめ部に隣接するアーム部本体部の表面の少なくとも一部を覆う
   ことを特徴とする請求項１または２記載のアーム部材。
4. 請求項１ないし３いずれか一記載のアーム部材を製造するアーム部材の製造方法であって、
   ボール部を受け側部材に挿入した状態でかしめ部をかしめ変形することにより前記ボール部を前記受け側部材の内部に保持するかしめ工程と、
   このかしめ工程の後に、不連続繊維強化樹脂及び連続繊維強化樹脂を熱プレス成形してアーム部本体部及び被覆部を形成する成形工程と、
   を備えることを特徴とするアーム部材の製造方法。

Images