JP3661404B2 - サスペンションアーム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車体への取付部位となる車体側拘束点と車輪を回転自在に支持する車輪支持体への取付部位となる車輪側拘束点とを有するサスペンションアームに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
サスペンション形式及びサスペンションアームには種々のタイプがあるが、ここではダブルウイッシュボーン形式のサスペンションに使用される鋳鉄製のアッパアームを例にして従来の技術を説明することにする。
【０００３】
この種のアッパアームは重要保安部品であることから、良好なサスペンション性能が要求されるだけでなく、車体へ所定の高荷重（高負荷）が作用した場合にも走行機能が確保されるような性能が要求される。このため、従来では、アッパアームの設計基準荷重を高く設定し、非常に高い剛性を確保していた。従って、アッパアームの重量が必然的に重くなっていた。
【０００４】
本発明は上記事実を考慮し、通常の車両走行時に必要とされる剛性は確保した上で、車体へ所定の高荷重が作用した場合にも走行可能な状態を維持することができ、しかも軽量化を図ることができるサスペンションアームを得ることが目的である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、車体への取付部位となる車体側拘束点と車輪を回転自在に支持する車輪支持体への取付部位となる車輪側拘束点とを有する鋳鉄製のサスペンションアームであって、車両走行時に車輪側拘束点に入力される略車両前方側への荷重に対して突っ張るように車体側拘束点と車輪側拘束点とを結ぶ線分に沿って延出されたアーム部を備えており、当該アーム部における車体側拘束点と車輪側拘束点とを結ぶ線分からアーム中心線までの最大オフセット量に０．８を乗じて得た値以上の範囲の中に、当該アーム部を平面視でかつ車体側拘束点から車輪側拘束点へ向かう方向へ見た場合に当該アーム部の幅方向寸法が増加し始める部位を設けることで、或いは、凹部を設けることで、所定の高荷重作用時にアーム部を破断させることなく変形させる応力集中部を設定した、ことを特徴としている。
【０００８】
請求項１記載の本発明によれば、サスペンションアームが鋳鉄製とされているため、引張強度に対して圧縮強度が大幅に高い。本発明では、かかる鋳鉄の本来的特性を有効に活用するべく、車両走行時に車輪側拘束点に入力される略車両前方側への荷重に対して突っ張るように車体への取付部位となる車体側拘束点と車輪を回転自在に支持する車輪支持体への取付部位となる車輪側拘束点とを結ぶ線分に沿ってサスペンションアームのアーム部が延出されているため、前記線分に沿ってアーム部が延出されておらず、突っ張り効果が得られないサスペンションアームに比し、高い剛性（特には、圧縮荷重に対する剛性）を確保することができる。このため、通常の車両走行時における荷重入力に対しては、十分な剛性が確保される。
【０００９】
一方、上記サスペンションアームのアーム部における車体側拘束点と車輪側拘束点とを結ぶ線分からアーム中心線までの最大オフセット量に０．８を乗じて得た値以上の範囲の中に、当該アーム部を平面視でかつ車体側拘束点から車輪側拘束点へ向かう方向へ見た場合に当該アーム部の幅方向寸法が増加し始める部位を設けることで、或いは、凹部を設けることで、所定の高荷重作用時にアーム部を破断させることなく変形させる応力集中部を設定したので、車体へ所定の高荷重が作用すると、アーム部は応力集中部を起点として変形される。アーム部が変形しても破断している訳ではないので、車両は走行可能な状態にある。このため、乗員は最寄りの場所まで緊急避難的に車両を走行させることができる。
【００１０】
このことを従来のサスペンションアームとの比較において説明すると、変形性を有さない従来のサスペンションアームではアーム部が折れないようにするため（即ち、走行不能な状態に陥らないようにするため）、設計基準荷重を非常に高く設定する必要があったが、本発明では車体への所定の高荷重作用時にアーム部が応力集中部にて変形されるため（即ち、前述したように変形しても走行状態は維持されるため）、アーム部の設計基準荷重を低くすることが可能になる。このため、サスペンションアームの軽量化を図ることができる。
また、本発明のサスペンションアームは鋳鉄製であるため、鋳造過程でそのまま応力集中部を作ることができるというメリットもある。
【００１１】
また、本発明によれば、前述した応力集中部を、車体側拘束点と車輪側拘束点とを結ぶ線分に対するアーム部中心線までのオフセット量並びにアーム部の断面形状に基づいて設定することとしたので、以下の作用が得られる。
【００１２】
まず、最大オフセット量が決まれば、これに基づいて応力集中部の設定範囲の最適化を図ることができる。つまり、最大オフセット量に０．８を乗じて得た値以上の範囲が、応力集中部の設定範囲として最適な範囲となる。次に、このようにして特定された応力集中部の設定最適範囲の中で、当該アーム部を平面視でかつ車体側拘束点から車輪側拘束点へ向かう方向へ見た場合に当該アーム部の幅方向寸法が増加し始める部位を設けることにより、或いは、凹部を設けることにより、当該アーム部の幅方向寸法が増加し始める部位或いは当該凹部に確実に応力を集中させることができる。つまり、車体へ所定の高荷重が作用すると、当該アーム部の幅方向寸法が増加し始める部位又は凹部が設けられた部位に応力が集中し、確実にアーム部の変形起点となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図５を用いて、本発明の一実施形態に係るアッパアーム１０について説明する。なお、本実施形態に係るアッパアーム１０は、ダブルウイッシュボーン形式のフロントサスペンションに適用されるアッパアームである。
【００１６】
図１には本実施形態に係るアッパアーム１０の平面図が示されており、又図２には当該アッパアーム１０の左側面図が示されており、更に図３には当該アッパアーム１０の右側面図が示されている。なお、これらの図において適宜示される矢印ＦＲは車両前方側を示しており、又矢印ＩＮは車両幅方向内側を示しており、更に矢印ＵＰは車両上方側を示している。
【００１７】
これらの図（特には図１）に示されるように、「サスペンションアーム」としてのアッパアーム１０は、所謂Ａ型アームとして構成されている。また、本実施形態に係るアッパアーム１０は、鋳鉄製とされている。なお、一般には、この種の鋳鉄製のアッパアーム１０は、サスペンションレイアウト上の制約（即ち、設置スペースの制約）を受ける場合に採用されることが多い。
【００１８】
アッパアーム１０は、車両幅方向外側に位置された基部１０Ａと、この基部１０Ａから略車両幅方向内側へ向けて延出された第１アーム部１０Ｂと、基部１０Ａから略車両前方内側へ向けて斜めに延出された第２アーム部１０Ｃと、を含んで構成されている。なお、このうち、第２アーム部１０Ｃが、本発明における「アーム部」に相当する。
【００１９】
基部１０Ａの外端部には、下向きに開放された略半球状の受け部１２が一体に形成されている。この受け部１２と車輪（前輪）を回転自在に支持する図示しない車輪支持体（ステアリングナックル）の上端部とが、図示しないアッパボールブシュを介して相対回転可能に連結されている。従って、図１に示されるＰ点がアッパアーム１０の車輪側拘束点となる。
【００２０】
また、第１アーム部１０Ｂの先端部には側面視で環状に形成された受け部１４が一体に形成されている。同様に、第２アーム部１０Ｃの先端部にも環状の受け部１６が一体に形成されている。これらの受け部１４、１６には図示しないボディー側ブシュの外筒が圧入されるようになっている。ボディー側ブシュは同心円状に配置された外筒及び内筒とこれらの内外筒間に介在されて両者に加硫接着された弾性体（ゴム）とによって構成されており、内筒がボディー側に取り付けられることにより、第１アーム部１０Ｂ及び第２アーム部１０Ｃがボディー側に相対回転可能に連結されている。従って、図１に示されるＱ点が第１アーム部１０Ｂの車体側拘束点となり、又Ｒ点が第２アーム部１０Ｃの車体側拘束点となる。
【００２１】
ここで、本実施形態では、前述した車輪側拘束点Ｐと車体側拘束点Ｒとを結ぶ線分Ａに沿って第２アーム部１０Ｃが延出されており、更に第２アーム部１０Ｃにおける所定位置（本実施形態では、Ｃ線矢視部）に応力集中部１８を形成した点に特徴がある。
【００２２】
詳細に説明すると、車両走行時にアッパアーム１０の車輪側拘束点Ｐには略車両前方側への荷重Ｆが入力されるが、この荷重Ｆに対して第２アーム部１０Ｃが突っ張るように延出されることにより、後述する鋳鉄特有の特性（引張強度に対して圧縮強度が大幅に高いという特性）を最大限に利用しようというものである。これが即ち、本発明における「車輪側拘束点Ｐと車体側拘束点Ｒとを結ぶ線分Ａに沿って延出された」の意味であり、換言すれば前記線分Ａに対する第２アーム部１０Ｃの中心線Ｄまでのオフセット量Ｂが所定範囲内にあるということになる。
【００２３】
つまり、仮に本実施形態における第２アーム部１０Ｃよりもかなり湾曲した第２アーム部を想定してみると、当該第２アーム部のオフセット量Ｂは当然に本実施形態のそれよりもかなり大きくなり、その場合には荷重Ｆに対して突っ張ることはできず、予定した設計基準荷重よりも低い荷重で変形することが予想され、鋳鉄特有の特性を生かすことができない。それを回避するべく、本実施形態では、第２アーム部１０Ｃを前記線分Ａに沿って延出させているのである。
【００２４】
次に、応力集中部１８の詳細（応力集中部１８を設ける理由並びに応力集中部１８の設定の仕方）について言及する。
【００２５】
まず、応力集中部１８を設ける理由についてであるが、これは、第２アーム部１０Ｃの変形（座屈）部位或るいは変形（座屈）起点を特定する（ヒューズ効果を得る）ため、並びに、変形（座屈）方向を特定するためである。
【００２６】
次に、応力集中部１８の設定の仕方についてであるが、応力集中部１８は、車輪側拘束点Ｐと車体側拘束点Ｒとを結ぶ線分Ａに対する第２アーム部１０Ｃの中心線Ｄまでのオフセット量Ｂ並びに第２アーム部１０Ｃの断面形状に基づいて設定されている。
【００２７】
すなわち、オフセット量Ｂの最大値をＢMAX とすると、当該ＢMAX となる位置に応力集中部１８を設けるのが理想的といえるが、車種に応じたサスペンションレイアウト上の制約等も加味すると、設定要件としては概ね「応力集中部１８を設定するＢ ≧ ＢMAX ×０．３」を満たせばよい。この式を満たす範囲の任意のＢ値で示される位置が、本発明における「（第２）アーム部（１０Ｃ）における車体側拘束点と車輪側拘束点とを結ぶ線分からアーム中心線までの最大オフセット量に基づいて設定した最適範囲」の意味するところである。なお、前記式における０．３という係数は実験的に求めたものであり、本実施形態ではより好ましいレンジである「応力集中部１８を設定するＢ ≧ ＢMAX ×０．８」を設定要件として応力集中部１８を設定している。
【００２８】
さらに、本実施形態では、「応力集中部１８を設定するＢ ≧ ＢMAX ×０．８」を満たすＢの位置（Ｃ線矢視部）において、第２アーム部１０Ｃの断面形状を変化させている。つまり、第２アーム部１０Ｃの幅方向寸法Ｅを応力集中部１８から増加させる構成を採っている。
【００２９】
なお、本実施形態では、第２アーム部１０Ｃについてのみ本発明を適用し、第１アーム部１０Ｂについては本発明を適用していないが、これは第１アーム部１０Ｂ側には図示しないトルクアーム等の他部品が配設される関係で応力集中部を設けて変形させるのに適さないからである。
【００３０】
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。
【００３１】
図４には、鋳鉄の代表特性が示されている。この図に示されるように、鋳鉄の供試体に引張荷重（縦軸＋側）を加えていくと、比較的早い段階で破断に至るが、圧縮荷重（縦軸−側）を加えていった場合には非常に高い強度を示す。このように鋳鉄は引張強度に対して圧縮強度が大幅に高いという材料特性を本来的に有している。
【００３２】
このような鋳鉄の材料特性を最大限に活用するべく、本実施形態では、アッパアーム１０の第２アーム部１０Ｃを、車輪側拘束点Ｐと車体側拘束点Ｑとを結ぶ線分Ａに沿って延出させたので、前記線分Ａに沿ってアーム部が延出されていないアッパアームに比し、高い剛性（特には、圧縮荷重に対する剛性）を確保することができる。このため、通常の車両走行時における荷重入力〔後述する図５の設計基準荷重Ｙ以下の荷重領域（即ち、常用荷重領域）での荷重入力〕に対しては、十分な剛性を確保することができる。
【００３３】
一方、車体前部へ所定の高荷重が作用した場合〔後述する図５の荷重Ｓ（＞Ｙ）以上の高荷重領域での荷重入力があった場合〕、本実施形態では、第２アーム部１０ＣにおけるＣ線矢視部に応力集中部１８を設けたので、当該第２アーム部１０Ｃは応力集中部１８を起点として変形される。第２アーム部１０Ｃが変形しても破断している訳ではないので、車両は走行可能な状態にある。このため、乗員は最寄りの場所まで緊急避難的に車両を走行させることができる。
【００３４】
このことを従来の高剛性な鋳鉄製のアッパアームとの比較において説明すると、変形性を有さない従来のアッパアームでは第２アーム部が折れないようにするため（即ち、走行不能な状態に陥らないようにするため）、図５に示されるように、設計基準荷重Ｙ’を非常に高く設定する必要があったが、本実施形態に係るアッパアーム１０では車体前部への所定の高荷重作用時に第２アーム部１０Ｃが応力集中部１８にて変形されるため（即ち、前述したように変形しても走行状態は維持されるため）、第２アーム部１０Ｃの設計基準荷重をＹ’よりもΔＹだけ低いＹに設定することが可能になる。このため、アッパアーム１０の軽量化を図ることができる。
【００３５】
上述したことを総括すると、本実施形態に係るアッパアーム１０によれば、通常の車両走行時に必要とされる剛性は確保した上で、車体前部へ所定の高荷重が作用した場合にも走行可能な状態を維持することができ、しかも軽量化を図ることができる。
【００３６】
また、本実施形態によれば、前述した応力集中部１８を、車輪側拘束点Ｐと車体側拘束点Ｑとを結ぶ線分Ａに対する第２アーム部１０Ｃの中心線Ｄまでのオフセット量Ｂ並びに第２アーム部１０Ｃの断面形状に基づいて設定することとしたので、以下の作用が得られる。
【００３７】
まず、最大オフセット量ＢMAX が決まれば、これに基づいて応力集中部１８の設定範囲の最適化を図ることができる。つまり、上述したように、最大オフセット量ＢMAX に基づいて、応力集中部１８の設定範囲として最適な範囲を特定することができる。次に、このようにして特定された応力集中部１８の設定最適範囲の中で、第２アーム部１０Ｃの断面形状を変化させることにより、当該断面変化させた部位に確実に応力を集中させることができる。つまり、断面変化させた部位が確実に第２アーム部１０Ｃの変形起点となる。
【００３８】
その結果、本実施形態によれば、応力集中部１８の設定最適範囲の明瞭化及び第２アーム部１０Ｃの変形起点の明瞭化を図ることができる。
【００３９】
さらに、本実施形態によれば、アッパアーム１０を鋳鉄製としたので、鋳造過程でそのまま応力集中部１８を形成することができる。つまり、本実施形態のように第２アーム部１０Ｃの幅方向寸法Ｅが応力集中部１８となるＣ線矢視部にて変化（増加）するように金型を製作しておくことにより、そのまま製品形状として応力集中部１８を得ることができる。従って、応力集中部１８の形成の容易化を図ることができる。
【００４０】
なお、本実施形態では、ダブルウイッシュボーン形式のフロントサスペンションのアッパアーム１０に対して本発明を適用したが、これに限らず、種々の形式のサスペンションアームに本発明は適用可能である。
【００４１】
また、本実施形態では、Ａ型のアッパアーム１０の第２アーム部１０Ｃについてのみ本発明を適用したが、これに限らず、アーム形状によっては第１アーム部についてのみ本発明を適用してもよいし、第１アーム部及び第２アーム部の双方に本発明を適用してもよい。
【００４４】
さらに、請求項１記載の本発明との関係では、オフセット量Ｂ及び第２アーム部１０Ｃの断面形状に基づいて応力集中部１８を設定することが必須となるが、この場合、本実施形態のように幅方向寸法Ｅを変化させるという手法を用いて断面形状を変化させる構成に限らず、種々の構成を採ることができる。例えば、応力集中させたい部位に凹部を設ける等の構成を採ってもよい。
【００４５】
さらに、上述した説明においては、車体前部へ所定の高荷重が作用した場合に、第２アーム部１０Ｃは応力集中部１８を起点として変形されると説明したが、これは最終的に変形する時の状態を意味している。すなわち、応力集中部１８が設けられたＣ線矢視部が初期段階で最大応力発生部でなくても（つまり、初期変形部位でなくても）、最終的にＣ線矢視部の応力集中部１８で変形すればそれでよい。例えば、初期段階ではアッパアーム１０の車体側拘束点Ｑ、Ｒ付近が若干変形したとしても、最終状態での変形起点がＣ線矢視部の応力集中部１８であればそれでよい。これは、アッパアーム１０の実際の製品では、初期段階の変形によって応力分布が変わることがあるからである。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の本発明に係るサスペンションアームは、鋳鉄製とされ、車両走行時に車輪側拘束点に入力される略車両前方側への荷重に対して突っ張るように車体への取付部位となる車体側拘束点と車輪を回転自在に支持する車輪支持体への取付部位となる車輪側拘束点とを結ぶ線分に沿って延出されたアーム部を備えており、当該アーム部における車体側拘束点と車輪側拘束点とを結ぶ線分からアーム中心線までの最大オフセット量に０．８を乗じて得た値以上の範囲の中に、当該アーム部を平面視でかつ車体側拘束点から車輪側拘束点へ向かう方向へ見た場合に当該アーム部の幅方向寸法が増加し始める部位を設けることで、或いは、凹部を設けることで、所定の高荷重作用時にアーム部を破断させることなく変形させる応力集中部を設定したので、通常の車両走行時に必要とされる剛性は確保した上で、車体へ所定の高荷重が作用した場合にも走行可能な状態を維持することができ、しかも軽量化を図ることができるという優れた効果を有する。
さらに、上記請求項１記載の本発明は、サスペンションアームを鋳鉄製としたので、製造方法（鋳造）をそのままアーム部の剛性確保に生かすことができると共に、応力集中部の形成の容易化を図ることができ、更に重量軽減効果が顕著に得られるという優れた効果を有する。
加えて、上記請求項１記載の本発明は、アーム部における車体側拘束点と車輪側拘束点とを結ぶ線分からアーム中心線までの最大オフセット量に０．８を乗じて得た値以上の範囲の中に、当該アーム部を平面視でかつ車体側拘束点から車輪側拘束点へ向かう方向へ見た場合に当該アーム部の幅方向寸法が増加し始める部位を設けることで、或いは、凹部を設けることで、所定の高荷重作用時にアーム部を破断させることなく変形させる応力集中部を設定したので、応力集中部の設定最適範囲の明瞭化及びアーム部の変形起点の明瞭化を図ることができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係るアッパアームの平面図である。
【図２】図１に示されるアッパアームの左側面図である。
【図３】図１に示されるアッパアームの右側面図である。
【図４】鋳鉄の代表特性を示すグラフである。
【図５】本実施形態に係る鋳鉄製アッパアームを用いた場合の効果を、従来の高剛性の鋳鉄製アッパアームとの比較において説明するためのグラフである。
【符号の説明】
１０ アッパアーム（サスペンションアーム）
１０Ｃ 第２アーム部（アーム部）
１８ 応力集中部
【発明の属する技術分野】
本発明は、車体への取付部位となる車体側拘束点と車輪を回転自在に支持する車輪支持体への取付部位となる車輪側拘束点とを有するサスペンションアームに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
サスペンション形式及びサスペンションアームには種々のタイプがあるが、ここではダブルウイッシュボーン形式のサスペンションに使用される鋳鉄製のアッパアームを例にして従来の技術を説明することにする。
【０００３】
この種のアッパアームは重要保安部品であることから、良好なサスペンション性能が要求されるだけでなく、車体へ所定の高荷重（高負荷）が作用した場合にも走行機能が確保されるような性能が要求される。このため、従来では、アッパアームの設計基準荷重を高く設定し、非常に高い剛性を確保していた。従って、アッパアームの重量が必然的に重くなっていた。
【０００４】
本発明は上記事実を考慮し、通常の車両走行時に必要とされる剛性は確保した上で、車体へ所定の高荷重が作用した場合にも走行可能な状態を維持することができ、しかも軽量化を図ることができるサスペンションアームを得ることが目的である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、車体への取付部位となる車体側拘束点と車輪を回転自在に支持する車輪支持体への取付部位となる車輪側拘束点とを有する鋳鉄製のサスペンションアームであって、車両走行時に車輪側拘束点に入力される略車両前方側への荷重に対して突っ張るように車体側拘束点と車輪側拘束点とを結ぶ線分に沿って延出されたアーム部を備えており、当該アーム部における車体側拘束点と車輪側拘束点とを結ぶ線分からアーム中心線までの最大オフセット量に０．８を乗じて得た値以上の範囲の中に、当該アーム部を平面視でかつ車体側拘束点から車輪側拘束点へ向かう方向へ見た場合に当該アーム部の幅方向寸法が増加し始める部位を設けることで、或いは、凹部を設けることで、所定の高荷重作用時にアーム部を破断させることなく変形させる応力集中部を設定した、ことを特徴としている。
【０００８】
請求項１記載の本発明によれば、サスペンションアームが鋳鉄製とされているため、引張強度に対して圧縮強度が大幅に高い。本発明では、かかる鋳鉄の本来的特性を有効に活用するべく、車両走行時に車輪側拘束点に入力される略車両前方側への荷重に対して突っ張るように車体への取付部位となる車体側拘束点と車輪を回転自在に支持する車輪支持体への取付部位となる車輪側拘束点とを結ぶ線分に沿ってサスペンションアームのアーム部が延出されているため、前記線分に沿ってアーム部が延出されておらず、突っ張り効果が得られないサスペンションアームに比し、高い剛性（特には、圧縮荷重に対する剛性）を確保することができる。このため、通常の車両走行時における荷重入力に対しては、十分な剛性が確保される。
【０００９】
一方、上記サスペンションアームのアーム部における車体側拘束点と車輪側拘束点とを結ぶ線分からアーム中心線までの最大オフセット量に０．８を乗じて得た値以上の範囲の中に、当該アーム部を平面視でかつ車体側拘束点から車輪側拘束点へ向かう方向へ見た場合に当該アーム部の幅方向寸法が増加し始める部位を設けることで、或いは、凹部を設けることで、所定の高荷重作用時にアーム部を破断させることなく変形させる応力集中部を設定したので、車体へ所定の高荷重が作用すると、アーム部は応力集中部を起点として変形される。アーム部が変形しても破断している訳ではないので、車両は走行可能な状態にある。このため、乗員は最寄りの場所まで緊急避難的に車両を走行させることができる。
【００１０】
このことを従来のサスペンションアームとの比較において説明すると、変形性を有さない従来のサスペンションアームではアーム部が折れないようにするため（即ち、走行不能な状態に陥らないようにするため）、設計基準荷重を非常に高く設定する必要があったが、本発明では車体への所定の高荷重作用時にアーム部が応力集中部にて変形されるため（即ち、前述したように変形しても走行状態は維持されるため）、アーム部の設計基準荷重を低くすることが可能になる。このため、サスペンションアームの軽量化を図ることができる。
また、本発明のサスペンションアームは鋳鉄製であるため、鋳造過程でそのまま応力集中部を作ることができるというメリットもある。
【００１１】
また、本発明によれば、前述した応力集中部を、車体側拘束点と車輪側拘束点とを結ぶ線分に対するアーム部中心線までのオフセット量並びにアーム部の断面形状に基づいて設定することとしたので、以下の作用が得られる。
【００１２】
まず、最大オフセット量が決まれば、これに基づいて応力集中部の設定範囲の最適化を図ることができる。つまり、最大オフセット量に０．８を乗じて得た値以上の範囲が、応力集中部の設定範囲として最適な範囲となる。次に、このようにして特定された応力集中部の設定最適範囲の中で、当該アーム部を平面視でかつ車体側拘束点から車輪側拘束点へ向かう方向へ見た場合に当該アーム部の幅方向寸法が増加し始める部位を設けることにより、或いは、凹部を設けることにより、当該アーム部の幅方向寸法が増加し始める部位或いは当該凹部に確実に応力を集中させることができる。つまり、車体へ所定の高荷重が作用すると、当該アーム部の幅方向寸法が増加し始める部位又は凹部が設けられた部位に応力が集中し、確実にアーム部の変形起点となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図５を用いて、本発明の一実施形態に係るアッパアーム１０について説明する。なお、本実施形態に係るアッパアーム１０は、ダブルウイッシュボーン形式のフロントサスペンションに適用されるアッパアームである。
【００１６】
図１には本実施形態に係るアッパアーム１０の平面図が示されており、又図２には当該アッパアーム１０の左側面図が示されており、更に図３には当該アッパアーム１０の右側面図が示されている。なお、これらの図において適宜示される矢印ＦＲは車両前方側を示しており、又矢印ＩＮは車両幅方向内側を示しており、更に矢印ＵＰは車両上方側を示している。
【００１７】
これらの図（特には図１）に示されるように、「サスペンションアーム」としてのアッパアーム１０は、所謂Ａ型アームとして構成されている。また、本実施形態に係るアッパアーム１０は、鋳鉄製とされている。なお、一般には、この種の鋳鉄製のアッパアーム１０は、サスペンションレイアウト上の制約（即ち、設置スペースの制約）を受ける場合に採用されることが多い。
【００１８】
アッパアーム１０は、車両幅方向外側に位置された基部１０Ａと、この基部１０Ａから略車両幅方向内側へ向けて延出された第１アーム部１０Ｂと、基部１０Ａから略車両前方内側へ向けて斜めに延出された第２アーム部１０Ｃと、を含んで構成されている。なお、このうち、第２アーム部１０Ｃが、本発明における「アーム部」に相当する。
【００１９】
基部１０Ａの外端部には、下向きに開放された略半球状の受け部１２が一体に形成されている。この受け部１２と車輪（前輪）を回転自在に支持する図示しない車輪支持体（ステアリングナックル）の上端部とが、図示しないアッパボールブシュを介して相対回転可能に連結されている。従って、図１に示されるＰ点がアッパアーム１０の車輪側拘束点となる。
【００２０】
また、第１アーム部１０Ｂの先端部には側面視で環状に形成された受け部１４が一体に形成されている。同様に、第２アーム部１０Ｃの先端部にも環状の受け部１６が一体に形成されている。これらの受け部１４、１６には図示しないボディー側ブシュの外筒が圧入されるようになっている。ボディー側ブシュは同心円状に配置された外筒及び内筒とこれらの内外筒間に介在されて両者に加硫接着された弾性体（ゴム）とによって構成されており、内筒がボディー側に取り付けられることにより、第１アーム部１０Ｂ及び第２アーム部１０Ｃがボディー側に相対回転可能に連結されている。従って、図１に示されるＱ点が第１アーム部１０Ｂの車体側拘束点となり、又Ｒ点が第２アーム部１０Ｃの車体側拘束点となる。
【００２１】
ここで、本実施形態では、前述した車輪側拘束点Ｐと車体側拘束点Ｒとを結ぶ線分Ａに沿って第２アーム部１０Ｃが延出されており、更に第２アーム部１０Ｃにおける所定位置（本実施形態では、Ｃ線矢視部）に応力集中部１８を形成した点に特徴がある。
【００２２】
詳細に説明すると、車両走行時にアッパアーム１０の車輪側拘束点Ｐには略車両前方側への荷重Ｆが入力されるが、この荷重Ｆに対して第２アーム部１０Ｃが突っ張るように延出されることにより、後述する鋳鉄特有の特性（引張強度に対して圧縮強度が大幅に高いという特性）を最大限に利用しようというものである。これが即ち、本発明における「車輪側拘束点Ｐと車体側拘束点Ｒとを結ぶ線分Ａに沿って延出された」の意味であり、換言すれば前記線分Ａに対する第２アーム部１０Ｃの中心線Ｄまでのオフセット量Ｂが所定範囲内にあるということになる。
【００２３】
つまり、仮に本実施形態における第２アーム部１０Ｃよりもかなり湾曲した第２アーム部を想定してみると、当該第２アーム部のオフセット量Ｂは当然に本実施形態のそれよりもかなり大きくなり、その場合には荷重Ｆに対して突っ張ることはできず、予定した設計基準荷重よりも低い荷重で変形することが予想され、鋳鉄特有の特性を生かすことができない。それを回避するべく、本実施形態では、第２アーム部１０Ｃを前記線分Ａに沿って延出させているのである。
【００２４】
次に、応力集中部１８の詳細（応力集中部１８を設ける理由並びに応力集中部１８の設定の仕方）について言及する。
【００２５】
まず、応力集中部１８を設ける理由についてであるが、これは、第２アーム部１０Ｃの変形（座屈）部位或るいは変形（座屈）起点を特定する（ヒューズ効果を得る）ため、並びに、変形（座屈）方向を特定するためである。
【００２６】
次に、応力集中部１８の設定の仕方についてであるが、応力集中部１８は、車輪側拘束点Ｐと車体側拘束点Ｒとを結ぶ線分Ａに対する第２アーム部１０Ｃの中心線Ｄまでのオフセット量Ｂ並びに第２アーム部１０Ｃの断面形状に基づいて設定されている。
【００２７】
すなわち、オフセット量Ｂの最大値をＢMAX とすると、当該ＢMAX となる位置に応力集中部１８を設けるのが理想的といえるが、車種に応じたサスペンションレイアウト上の制約等も加味すると、設定要件としては概ね「応力集中部１８を設定するＢ ≧ ＢMAX ×０．３」を満たせばよい。この式を満たす範囲の任意のＢ値で示される位置が、本発明における「（第２）アーム部（１０Ｃ）における車体側拘束点と車輪側拘束点とを結ぶ線分からアーム中心線までの最大オフセット量に基づいて設定した最適範囲」の意味するところである。なお、前記式における０．３という係数は実験的に求めたものであり、本実施形態ではより好ましいレンジである「応力集中部１８を設定するＢ ≧ ＢMAX ×０．８」を設定要件として応力集中部１８を設定している。
【００２８】
さらに、本実施形態では、「応力集中部１８を設定するＢ ≧ ＢMAX ×０．８」を満たすＢの位置（Ｃ線矢視部）において、第２アーム部１０Ｃの断面形状を変化させている。つまり、第２アーム部１０Ｃの幅方向寸法Ｅを応力集中部１８から増加させる構成を採っている。
【００２９】
なお、本実施形態では、第２アーム部１０Ｃについてのみ本発明を適用し、第１アーム部１０Ｂについては本発明を適用していないが、これは第１アーム部１０Ｂ側には図示しないトルクアーム等の他部品が配設される関係で応力集中部を設けて変形させるのに適さないからである。
【００３０】
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。
【００３１】
図４には、鋳鉄の代表特性が示されている。この図に示されるように、鋳鉄の供試体に引張荷重（縦軸＋側）を加えていくと、比較的早い段階で破断に至るが、圧縮荷重（縦軸−側）を加えていった場合には非常に高い強度を示す。このように鋳鉄は引張強度に対して圧縮強度が大幅に高いという材料特性を本来的に有している。
【００３２】
このような鋳鉄の材料特性を最大限に活用するべく、本実施形態では、アッパアーム１０の第２アーム部１０Ｃを、車輪側拘束点Ｐと車体側拘束点Ｑとを結ぶ線分Ａに沿って延出させたので、前記線分Ａに沿ってアーム部が延出されていないアッパアームに比し、高い剛性（特には、圧縮荷重に対する剛性）を確保することができる。このため、通常の車両走行時における荷重入力〔後述する図５の設計基準荷重Ｙ以下の荷重領域（即ち、常用荷重領域）での荷重入力〕に対しては、十分な剛性を確保することができる。
【００３３】
一方、車体前部へ所定の高荷重が作用した場合〔後述する図５の荷重Ｓ（＞Ｙ）以上の高荷重領域での荷重入力があった場合〕、本実施形態では、第２アーム部１０ＣにおけるＣ線矢視部に応力集中部１８を設けたので、当該第２アーム部１０Ｃは応力集中部１８を起点として変形される。第２アーム部１０Ｃが変形しても破断している訳ではないので、車両は走行可能な状態にある。このため、乗員は最寄りの場所まで緊急避難的に車両を走行させることができる。
【００３４】
このことを従来の高剛性な鋳鉄製のアッパアームとの比較において説明すると、変形性を有さない従来のアッパアームでは第２アーム部が折れないようにするため（即ち、走行不能な状態に陥らないようにするため）、図５に示されるように、設計基準荷重Ｙ’を非常に高く設定する必要があったが、本実施形態に係るアッパアーム１０では車体前部への所定の高荷重作用時に第２アーム部１０Ｃが応力集中部１８にて変形されるため（即ち、前述したように変形しても走行状態は維持されるため）、第２アーム部１０Ｃの設計基準荷重をＹ’よりもΔＹだけ低いＹに設定することが可能になる。このため、アッパアーム１０の軽量化を図ることができる。
【００３５】
上述したことを総括すると、本実施形態に係るアッパアーム１０によれば、通常の車両走行時に必要とされる剛性は確保した上で、車体前部へ所定の高荷重が作用した場合にも走行可能な状態を維持することができ、しかも軽量化を図ることができる。
【００３６】
また、本実施形態によれば、前述した応力集中部１８を、車輪側拘束点Ｐと車体側拘束点Ｑとを結ぶ線分Ａに対する第２アーム部１０Ｃの中心線Ｄまでのオフセット量Ｂ並びに第２アーム部１０Ｃの断面形状に基づいて設定することとしたので、以下の作用が得られる。
【００３７】
まず、最大オフセット量ＢMAX が決まれば、これに基づいて応力集中部１８の設定範囲の最適化を図ることができる。つまり、上述したように、最大オフセット量ＢMAX に基づいて、応力集中部１８の設定範囲として最適な範囲を特定することができる。次に、このようにして特定された応力集中部１８の設定最適範囲の中で、第２アーム部１０Ｃの断面形状を変化させることにより、当該断面変化させた部位に確実に応力を集中させることができる。つまり、断面変化させた部位が確実に第２アーム部１０Ｃの変形起点となる。
【００３８】
その結果、本実施形態によれば、応力集中部１８の設定最適範囲の明瞭化及び第２アーム部１０Ｃの変形起点の明瞭化を図ることができる。
【００３９】
さらに、本実施形態によれば、アッパアーム１０を鋳鉄製としたので、鋳造過程でそのまま応力集中部１８を形成することができる。つまり、本実施形態のように第２アーム部１０Ｃの幅方向寸法Ｅが応力集中部１８となるＣ線矢視部にて変化（増加）するように金型を製作しておくことにより、そのまま製品形状として応力集中部１８を得ることができる。従って、応力集中部１８の形成の容易化を図ることができる。
【００４０】
なお、本実施形態では、ダブルウイッシュボーン形式のフロントサスペンションのアッパアーム１０に対して本発明を適用したが、これに限らず、種々の形式のサスペンションアームに本発明は適用可能である。
【００４１】
また、本実施形態では、Ａ型のアッパアーム１０の第２アーム部１０Ｃについてのみ本発明を適用したが、これに限らず、アーム形状によっては第１アーム部についてのみ本発明を適用してもよいし、第１アーム部及び第２アーム部の双方に本発明を適用してもよい。
【００４４】
さらに、請求項１記載の本発明との関係では、オフセット量Ｂ及び第２アーム部１０Ｃの断面形状に基づいて応力集中部１８を設定することが必須となるが、この場合、本実施形態のように幅方向寸法Ｅを変化させるという手法を用いて断面形状を変化させる構成に限らず、種々の構成を採ることができる。例えば、応力集中させたい部位に凹部を設ける等の構成を採ってもよい。
【００４５】
さらに、上述した説明においては、車体前部へ所定の高荷重が作用した場合に、第２アーム部１０Ｃは応力集中部１８を起点として変形されると説明したが、これは最終的に変形する時の状態を意味している。すなわち、応力集中部１８が設けられたＣ線矢視部が初期段階で最大応力発生部でなくても（つまり、初期変形部位でなくても）、最終的にＣ線矢視部の応力集中部１８で変形すればそれでよい。例えば、初期段階ではアッパアーム１０の車体側拘束点Ｑ、Ｒ付近が若干変形したとしても、最終状態での変形起点がＣ線矢視部の応力集中部１８であればそれでよい。これは、アッパアーム１０の実際の製品では、初期段階の変形によって応力分布が変わることがあるからである。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の本発明に係るサスペンションアームは、鋳鉄製とされ、車両走行時に車輪側拘束点に入力される略車両前方側への荷重に対して突っ張るように車体への取付部位となる車体側拘束点と車輪を回転自在に支持する車輪支持体への取付部位となる車輪側拘束点とを結ぶ線分に沿って延出されたアーム部を備えており、当該アーム部における車体側拘束点と車輪側拘束点とを結ぶ線分からアーム中心線までの最大オフセット量に０．８を乗じて得た値以上の範囲の中に、当該アーム部を平面視でかつ車体側拘束点から車輪側拘束点へ向かう方向へ見た場合に当該アーム部の幅方向寸法が増加し始める部位を設けることで、或いは、凹部を設けることで、所定の高荷重作用時にアーム部を破断させることなく変形させる応力集中部を設定したので、通常の車両走行時に必要とされる剛性は確保した上で、車体へ所定の高荷重が作用した場合にも走行可能な状態を維持することができ、しかも軽量化を図ることができるという優れた効果を有する。
さらに、上記請求項１記載の本発明は、サスペンションアームを鋳鉄製としたので、製造方法（鋳造）をそのままアーム部の剛性確保に生かすことができると共に、応力集中部の形成の容易化を図ることができ、更に重量軽減効果が顕著に得られるという優れた効果を有する。
加えて、上記請求項１記載の本発明は、アーム部における車体側拘束点と車輪側拘束点とを結ぶ線分からアーム中心線までの最大オフセット量に０．８を乗じて得た値以上の範囲の中に、当該アーム部を平面視でかつ車体側拘束点から車輪側拘束点へ向かう方向へ見た場合に当該アーム部の幅方向寸法が増加し始める部位を設けることで、或いは、凹部を設けることで、所定の高荷重作用時にアーム部を破断させることなく変形させる応力集中部を設定したので、応力集中部の設定最適範囲の明瞭化及びアーム部の変形起点の明瞭化を図ることができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係るアッパアームの平面図である。
【図２】図１に示されるアッパアームの左側面図である。
【図３】図１に示されるアッパアームの右側面図である。
【図４】鋳鉄の代表特性を示すグラフである。
【図５】本実施形態に係る鋳鉄製アッパアームを用いた場合の効果を、従来の高剛性の鋳鉄製アッパアームとの比較において説明するためのグラフである。
【符号の説明】
１０ アッパアーム（サスペンションアーム）
１０Ｃ 第２アーム部（アーム部）
１８ 応力集中部
Claims (1)
- 車体への取付部位となる車体側拘束点と車輪を回転自在に支持する車輪支持体への取付部位となる車輪側拘束点とを有する鋳鉄製のサスペンションアームであって、
車両走行時に車輪側拘束点に入力される略車両前方側への荷重に対して突っ張るように車体側拘束点と車輪側拘束点とを結ぶ線分に沿って延出されたアーム部を備えており、
当該アーム部における車体側拘束点と車輪側拘束点とを結ぶ線分からアーム中心線までの最大オフセット量に０．８を乗じて得た値以上の範囲の中に、当該アーム部を平面視でかつ車体側拘束点から車輪側拘束点へ向かう方向へ見た場合に当該アーム部の幅方向寸法が増加し始める部位を設けることで、或いは、凹部を設けることで、所定の高荷重作用時にアーム部を破断させることなく変形させる応力集中部を設定した、
ことを特徴とするサスペンションアーム。
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