JP4068849B2

JP4068849B2 - オフセット部を有する自動車用サスペンション部品

Info

Publication number: JP4068849B2
Application number: JP2002011299A
Authority: JP
Inventors: 正悟阪本
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2002-01-21
Filing date: 2002-01-21
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2022-01-21
Also published as: JP2003211929A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アーム部を湾曲させて形成したオフセット部を有する自動車用サスペンション部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車用サスペンション部品は、軽量で信頼性の高いアルミ鍛造品が多く用いられている。これは、自動車にとってサスペンション部品が重要保安部品であること、および、燃費向上の観点から軽量化が望まれていることによる。
このような自動車用サスペンション部品の従来例を図３に示す。図３（ａ）に示すように自動車用サスペンション部品１０１は、自動車の車輪に連なるナックルアーム（不図示）にピボット連結するための取付部１０２と、車体側のブラケット（不図示）にピボット連結するための取付部１０３、および、取付部１０４とを有し、これらがアーム１０５で連結された構成を有している。さらに、アーム部１０５は、中央部分に凹部１０６を有すると共に、図３（ｂ）に示すように取付部１０２から取付部１０４に至る中間において平面Ｄに対して湾曲させたオフセット部１０７を有している。なお、平面Ｄとは、取付部１０３、取付部１０４、および、取付部１０２を結ぶ平面、あるいは、直線である。
【０００３】
このような自動車用サスペンション部品１０１は、他部品との干渉を避けるためにアーム部１０５をオフセットさせたものがある。このことを、オフセット部１０７を平面Ｄに垂直な面で切断した断面であるＣ−Ｃ断面における応力分布を例にして説明する。なお、図４は、図３（ａ）のＣ−Ｃ断面の形状と、その応力分布を示す模式図である。
【０００４】
前記したアーム部１０５の凹部１０６は、軽量設計を目指すために形成されており、この例においては断面形状として、図４に示すように外端面となる上端面１０８が閉じ、同じく外端面となる下端面１０９が開放された略コ字状になっている。そして、取付部１０２，１０３，１０４（図３参照）に荷重がかけられると、荷重のｘ成分による応力σ_x（図４参照）が発生する。この応力σ_xは、断面の応力中立点１１０を中心として外端面に向かって線形に増加する。
【０００５】
次に、このような自動車用サスペンション部品１０１の製造方法について説明する。自動車用サスペンション部品１０１は、軽量で高強度や疲労強度が要求される反面、高い耐衝撃性も必要とされることから、Ａ６０６１やその改善材等の６０００系のアルミニウム合金を鍛造加工することにより成形されている。鍛造加工に用いられる金型は、上型と下型の型割り線が自動車用サスペンション部品１０１の上端面１０８、または、反対側に下端面１０９の近傍の側面に位置するように製造されている。
【０００６】
これは、鍛造性および金型製作の容易化を考慮したためである。また、この型割り線の部分は、鍛造時に余剰のアルミニウム合金がバリとして排出される部分であり、このバリはトリミングにより除去される。よって、このように成形された自動車用サスペンション部品１０１には、型割り線に対応する位置、つまり、上端面１０８の近傍における側面に、バリを除去した後の剪断面からなるバリ面であるパーティングライン１１２が形成されている。なお、従来のパーティングライン１１２は、同様の理由により下端面１０９の近傍の側面に形成されることもある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなパーティングライン１１２は、剪断により生じた凸凹形状を有しているので、応力が集中して疲労破壊の起点となりやすく、他の部分に比べて疲労強度が１５％程度低いことがわかっている。
【０００８】
つまり、上端面１０８の近傍における上下方向の曲げに対する疲労強度はパーティングライン１１２により１５％だけ低くなり、この部分の実際の許容応力は１５％低下していることになる。図４に示すように応力σ_xが大きい領域において現実の許容応力が１５％低下すると、強度不足を起こすため、パーティングライン１１２を有する上端面１０８の近傍の設計応力を他の部分よりも１５％低く見積った上で強度計算を行い、肉厚などを決定する必要があった。
【０００９】
このように許容応力の低い部分に合わせて設計する場合は、オフセット部１０７の断面積が大きくなり、自動車用サスペンション部品の重量も増加してしまうので好ましくない。さらに、断面積を大きくすると、パーティングライン１１２の形成位置以外の部分である一般部は、本来必要とされる疲労強度より１５％も高い強度を有することになるが、これを活用する術がないことから、過剰品質となっていた。
【００１０】
したがって、本発明は、前記の問題点に鑑み創案されたものであり、重量増加を抑制しつつ、自動車用サスペンション部品の疲労強度を確保することが可能となるオフセット部を有する自動車用サスペンション部品を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、車輪と車体とを連結させるための複数の取付部と、この取付部を端部に設けるアーム部と、アーム部および取付部に渡って鍛造時に発生するバリの除去面であるパーティングラインとを備え、前記アーム部に断面コ字形状となる凹部を有すると共に、前記アーム部に前記取付部を直線で結んだ基準面に対して湾曲したオフセット部を有する自動車用サスペンション部品において、前記アーム部は、オフセット部において基準面側に位置する第一の面と、第一の面に対向する第二の面と、第一の面から第二の面に至る側面とを有し、オフセット部の断面における応力中立点から第一の面または第二の面までの距離の０．８５倍未満の側面にパーティングラインを備えるオフセット部を有する自動車用サスペンション部品とした。
【００１２】
このように構成したオフセット部を有する自動車用サスペンション部品は、最大応力が発生する第一の面および第二の面から所定距離だけ中央側にパーティングラインを備えることで、パーティングラインによる強度低下が起きてもオフセット部の全体としての疲労強度が低くなることを防止するものである。このようなパーティングラインは、設計時の許容応力に対して実際に発生する応力が低い領域に位置することになるので、パーティングラインの疲労強度が他の部分よりも低下したとしても、側面においてパーティングラインの強度が最も低くなることはなく、パーティングラインから破断することを防止できる。特に、オフセット部の断面における応力中立点から第一の面または第二の面までの距離の０．８５倍未満の位置にパーティングラインを備えることで、パーティングラインからの疲労破壊を確実に防止できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図１（ａ）は自動車用サスペンション部品の平面図であり、図１（ｂ）は側面図である。また、図２は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００１４】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、自動車用サスペンション部品１（以下、単にサスペンション部品１という）は、車輪側に連結するための取付部２と、車体側に連結するための取付部３，４とを端部に有するアーム部５を有しており、アーム部５は、図１（ｂ）に示すように、取付部２，３，４を通る基準面となる平面Ｂよりも下側にアーム部５を湾曲させたオフセット部７を有している。なお、このようなサスペンション部品１は、自動車のサスペンションのアッパーアーム、または、ロアアームとして活用される。
【００１５】
アーム部５は、この例では中央部分に凹部６が形成されており、その平面Ｂに垂直な断面は、図１のＡ−Ａ線断面図である図２に示すように、平面Ｂに近接するアーム部５の第一の面である上端面８と、上端面８に対向する位置にある第二の面である下端面９と、上端面８から下端面９までに至る側面１１とで区画されており、上端面８が閉塞し、下端面９が開放した略コ字形状になっている。また、アーム部５の側面１１には、鍛造時に形成されたバリを除去した際に形成されたバリ面であるパーティングライン１２を有している。図２において、側面１１は、パーティングライン１２から上端面８にかけて断面の幅が減少するような傾斜面１１Ａと、パーティングライン１２から下端面９にかけて断面の幅が減少するような傾斜面１１Ｂとを有している。これらの傾斜面１１Ａ，１１Ｂは、後に説明するサスペンション部品１の鍛造工程における金型の抜き勾配に相当する傾斜である。
【００１６】
ここで、このようなサスペンション部品１が自動車に取り付けられると、取付部２，３，４に荷重が作用し、オフセット部７に応力が発生する。このような応力のうち、図２に示すｘ軸まわりのモーメントを発生させる応力σ_xは、上端面８、および、下端面９が最大値σ_Fとなり、断面の応力中立点１０にかけて逓減するような線形分布をしている。なお、応力中立点１０よりも上側にかかる応力と、応力中立点１０よりも下側にかかる応力とは、正対する方向に作用している。また、応力中立点１０の位置は、オフセット部７の断面形状により決定されるものであり、必ずしも図２の位置にくるものではない。
【００１７】
このようなオフセット部７は、上端面８、下端面９に発生する最大応力σ_Fを許容応力として強度計算を行い、その断面積を決定すると共に、一般部である傾斜面１１Ａ，１１Ｂに比べて、疲労強度が１５％低いパーティングライン１２を許容応力（最大応力σ_F）よりも所定量だけ少ない応力が発生する位置に形成している。このような位置としては、図２の応力分布において最大応力σ_Fの０．８５倍となる位置Ｐ１よりも下側の位置があげられる。これは、最大応力σ_Fよりも１５％以上小さい応力しか発生しない領域にパーティングライン１２を形成させることにより、パーティングライン１２の形成位置の強度不足を防止するためである。
【００１８】
ここで、パーティングライン１２の形成位置を、応力中立点１０を通り平面Ｂに平行な平面Ｅから当該パーティングライン１２の形成位置までの距離Ｌ_pとして定義した場合、距離Ｌ_pとして設定可能な設定範囲Ｌ_Cは、上端面８側において最大応力σ_Fの０．８５倍の応力が作用する位置Ｐ１と、下端面９側において最大応力σ_Fの０．８５倍の応力が作用する位置Ｐ２との間であれば良いことになる。これを平面Ｅから上端面８までの距離ｅ₂と、平面Ｅから下端面９までの距離ｅ₁とにより表すと、距離ｅ₁が距離ｅ₂以上の場合には、距離Ｌ_pはゼロ以上で距離ｅ₁の０．８５倍未満となる。また、距離ｅ₁が距離ｅ₂未満の場合には、Ｌ_pはゼロ以上で距離ｅ₂の０．８５倍未満となる。つまり、距離ｅ₁または距離ｅ₂の大きい方が、距離Ｌ_Pが大きくなり、最大応力σ_Fの０．８５倍の応力未満の位置にパーティングライン１２を設ければ良い。パーティングライン１２の設定位置の応力中立点１０を中心として上下に距離Ｌ_pの範囲未満であれば、設計応力を１５％低下させることなく、断面の強度を確保することができる。
【００１９】
このように、本実施形態のサスペンション部品１は、前記した設定範囲Ｌ_C内にパーティングライン１２を形成させることにより、パーティングライン１２の疲労強度が一般部に比べて１５％低下しても、ここから破断することを防止することができる。つまり、一般部の許容応力のみで充分な強度を確保することができるので、パーティングライン１２による強度低下分を考慮して強度計算を行う場合に比べて、断面係数を低減させることが可能になる。これにより、断面形状を小型化することができ、サスペンション部品１全体としては８〜１５％の軽量化を図ることができる。
【００２０】
なお、このようなサスペンション部品１の製造工程を簡単に説明する。
まず、製造されたアルミニウム合金素材を所定形状に切断し、所定温度まで加熱してから、熱間鍛造する。そして、鍛造により形成されたバリをトリミングすると、図１（ａ）に示すサスペンション部品１が完成する。鍛造工程で用いられる金型は、上型と下型との境界である型割り線が図２に示すパーティングライン設定範囲Ｌ_C内に位置するように分割されている。すなわち、サスペンション部品１のうち、パーティングライン１２よりも上端面８側の部分が上型により成形され、パーティングライン１２よりも下端面９側の部分が下型により成形される。
【００２１】
本発明は前記の実施形態に限定されずに広く応用することができる。例えば、サスペンション部品１をその他の合金や、鉄鋼材料から製造することも可能である。また、アーム部５が凹部６を有する替わりに、貫通穴を有するなど、サスペンション部品１の形状は適宜変更することが可能である。
また、図１（ｂ）においてパーティングライン１２は、サスペンション部品１の全周に渡って、前記した設定範囲Ｌ_Cの範囲内に位置しているが、オフセット部５のみが設定範囲Ｌ_Cの範囲内にあれば、前記実施形態における作用・効果を奏することが可能である。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、パーティングラインをないとした場合の疲労強度計算による断面形状により自動車用サスペンション部品を得ることができるので、充分な疲労強度を保ちつつ、形状を小型化することができ、軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における自動車用サスペンション部品の（ａ）平面図、（ｂ）側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】従来の自動車用サスペンション部品の（ａ）平面図、（ｂ）側面図である。
【図４】図３（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【符号の説明】
１自動車用サスペンション部品
２，３，４取付部
５アーム部
７オフセット部
８上端面（第一の面）
９下端面（第二の面）
１０応力中立点
１２パーティングライン（バリ面）
Ｂ平面
Ｌ_C 設定範囲

Claims

車輪と車体とを連結させるための複数の取付部と、この取付部を端部に設けるアーム部と、前記アーム部および前記取付部に渡って鍛造時に発生するバリの除去面であるパーティングラインとを備え、前記アーム部に断面コ字形状となる凹部を有すると共に、前記アーム部に前記取付部を直線で結んだ基準面に対して湾曲したオフセット部を有する自動車用サスペンション部品において、
前記アーム部は、前記オフセット部において前記基準面側に位置する第一の面と、前記第一の面に対向する第二の面と、前記第一の面から前記第二の面に至る側面とを有し、前記オフセット部の断面における応力中立点から前記第一の面または前記第二の面までの距離の０．８５倍未満の前記側面に前記パーティングラインを備えることを特徴とするオフセット部を有する自動車用サスペンション部品。