JP4820176B2

JP4820176B2 - 自動車サスペンションアームおよびアルミニウム合金鍛造材

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Publication number: JP4820176B2
Application number: JP2006011359A
Authority: JP
Inventors: 晴之小西; 慶樹武林; 正悟阪本; 佳也稲垣
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2006-01-19
Filing date: 2006-01-19
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2026-01-19
Also published as: JP2007191054A

Description

本発明は、ボールジョイント部の外径が小さくても、かしめ加工性に優れた、アルミニウム合金自動車サスペンションアーム、および、この素材であるアルミニウム合金鍛造材に関するものである。

自動車などの車輪側に支持される支持部材に対して、ボールジョイントに接合するなどの接合構造を介して、自動車用足回り部材としてのサスペンションアームが取り付けられる。このサスペンションアームは、一般な構造として、所定の長さを備えるアーム部と、このアーム部の一端側で前記ボールジョイントに支持するためのジョイント部と、前記アーム部の他端側でサブメンバなどの車体側に係合される車体側係合部とを備えている。ただ、サスペンションアームの具体的な形状は、車種に応じて種々異なるものが使用されている。

サスペンションアームは、一般的に、車輪 (タイヤ) の車軸のサスペンションを構成する支持部材（キャリア等）のスタッドボルト（ボールスタッドボルト）を介して前記ボールジョイント部が支持される。また、車体側係合部が車軸の車体側となる係合位置に係合して支持されるものである。

サスペンションアームは、操縦安定性を向上させるために、一方のジョイント部から他方のジョイント部（車体側係合部）までの支点間の距離を長くすることが求められる。また、同じく操縦安定性を向上させるために、ジョイント部のジョイント中心をタイヤ中心に近づけることで、スクラブ半径（タイヤ接地面におけるホイールの中心線と上下ジョイントを結ぶ線の交点間距離）を小さくでき、トルクステアを小さくすることが求められる。また、サスペンションアームが設置される設置環境は、自動車の車輪の近傍であるため、設置スペースが限られており、前記したアーム部の構成を実現するためには制約がある。

このため、サスペンションアームはコンパクト化される傾向にあり、特に、前記ボールジョイント部においては、その外径などのボールジョイント寸法を小さく形成することが望まれている。また、このボールジョイント部の形状を小さくすることで、サスペンションアームの設計の自由度が増す効果もある。この結果、最近では、このボールジョイント部の外径を例えば50mmΦ以下の小径としたようなサスペンションアームも求められている。

これに対して、従来の鋼製のサスペンションアームは、プレス成形により形成されるため、ボールジョイント部が大きくなりがちで、外径を例えば50mmΦ以下の小径とするのは困難であった（特許文献１参照）。

そのため、この鋼製の素材に代わり、アルミニウム合金によりサスペンションアームを形成したものが提案されている（例えば特許文献２参照）。このアルミニウム合金製のサスペンションアームはボールジョイント部とアーム部とが一体で、かつ、ジョイント部が小さく、かつアーム部が長く形成することができ、また、強度および重量の点でも鋼製より優れている。

このようなアルミニウム合金サスペンションアームは、鋳造材によるものと、鍛造材によるものとがある。鍛造材にせよ、鋳造材にせよ、アルミニウム合金により形成されたサスペンションアームは、図6 にサスペンションアーム100 の断面図を示すように、そのボールジョイント部102 がアーム部106 の端部に一体に形成されている。このアーム部106 の他端側には、図示はしないが、サブメンバなどの車体側に係合される車体側係合部を備えている。アーム部およびジョイント部は、それぞれ機械加工代を付加されると共に、抜き勾配をつけて鍛造あるいは鋳造材とされている。

ボールジョイント部 (ソケット部とも言う) は、スタッドボルト133 のボール134 を収容（圧入）する挿入穴103 を有する略円筒状の収容部（ボールジョイント部）102 と、この収容部102 から、より小径にかつ挿入穴103 側に突出して、スタッドボルトのボールを挟持する略円筒状のかしめ部分 (あるいはかしめ爪部とも言う)107とからなる。

収容部102 は、挿入穴103 に収容したボール134 を、樹脂ベアリング137 を介して組み付け、揺動可能に支持している。

このボールジョイント部102 には、自動車の走行中に、スタッドボルト133 のボール134 が挿入穴103 を出入り (揺動) するため、スタッドボルト133 の軸方向 (図6 の上下方向) の大きな応力が繰り返し負荷される。

このため、挿入穴103 の周縁部分の中でも、スタッドボルト133 のボール134 側のかしめ部分107 には、特に、大きな応力がかかる。したがって、自動車の走行中に、このかしめ部分107 が局部的に破壊して、スタッドボルト133 のボール134 が挿入穴103 から抜け出さないように、このかしめ部分107 の強度を維持する必要がある。

かしめ部分107 の内径は、かしめ加工を受ける前の状態である、サスペンションアーム用素材（アルミニウム合金鋳造材あるいは鍛造材）の段階では、スタッドボルト133 のボール134 を挿入（圧入）するために、収容部102 と同程度に広幅である。

この状態で、挿入穴103 に、スタッドボルト133 のボール134 を挿入して装着（収容）後に、かしめ部分107 の内径側に周方向に亙って形成されたエンドプレート取り付け溝109 に、ボール134 保持用の鋼製のエンドプレート110 が取り付けられる。

その上で、前記かしめ部分107 は、内径を縮小させるとともに、その先端部107aを挿入穴103 側に向かって（内側に向けて）突出させる、かしめ加工によって形成される。このかしめ加工は、かしめ部分107 先端部の周縁部に沿ってロ−ル加工などによって行なわれる。

しかし、このようなかしめ加工では、アルミニウム合金サスペンションアームの場合には、エンドプレート取り付け溝109 の内面あるいは隅角部に、かしめ加工に起因する残留応力が蓄積し、この残留応力により、ジョイント部の結合強度が低下する場合がある。

この問題は、特に、前記ボールジョイント部の外径を例えば50mm以下の小径としたような場合に顕著となる。

このような課題に対して、従来から、アルミニウム合金をプレス加工して作製した１対のアルミニウム部材を袋構造に溶接して形成したサスペンションアーム本体と、このサスペンションアーム本体をバーリング加工して作製した、立ち上げ部を有するボールジョイント圧入部及びブッシュ圧入部と、から構成することが提案されている（特許文献２参照）。
特開平１０−３７９４４号公報（段落番号００１３〜００１７）特開２００４−２９９６６３公報（特許請求の範囲、図１）特開２００４−２２４２４６公報（特許請求の範囲、図１）

しかし、前記特許文献３は、アルミニウム合金鋳造材あるいは鍛造材からなる一体のサスペンションアームにおけるかしめ加工を回避して、サスペンションアーム本体を溶接による組み立て構造とするものである。このため、溶接部接合部の接合強度の信頼性が問題となり、保安部品としての信頼性や実用性に欠ける問題がある。したがって、アルミニウム合金鋳造材あるいは鍛造材から一体に構成されるサスペンションアームにおけるかしめ加工の課題の本質的な解決には繋がらない。

本発明は、このような課題に鑑み創案されたものであり、ボールジョイント部の外径を50mmΦ以下の小径にコンパクト化したとしても、かしめ加工の際の残留応力によるジョイント部の結合強度低下が生じないアルミニウム合金サスペンションアームおよびアルミニウム合金サスペンションアーム材を提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明自動車サスペンションアームの要旨は、アーム部と、このアーム部の一端側でスタッドボルトを支持するボールジョイント部とを有し、このボールジョイント部が、スタッドボルトのボールを収容する挿入穴を有する外径が50mmΦ以下の略円筒状の収容部と、この収容部からより小径にかつ挿入穴側に突出してスタッドボルトのボールを挟持する略円筒状のかしめ部分と、このかしめ部分の内径側に周方向に亙って形成されたエンドプレート取り付け溝とを有する、アルミニウム合金サスペンションアームにおいて、かしめ部分の半径方向の幅をx mm、かしめ部分の肉厚をh mm、エンドプレート取り付け溝の外半径をr mmとした時、 x×h/r で表されるかしめ部分断面の形状変数が0.3mm 〜0.8mm の範囲にあることとする。

また、同じくこの目的を達成するための、本発明自動車サスペンションアーム用アルミニウム合金鍛造材の要旨は、上記要旨の自動車サスペンションアームを得るためのアルミニウム合金鍛造材であって、前記自動車サスペンションアームにおける、アーム相当部と、このアーム相当部の一端側でスタッドボルトを支持するボールジョイント相当部とを有し、このボールジョイント相当部が、スタッドボルトのボールを収容する挿入穴を有する外径が50mmΦ以下の略円筒状の収容部相当部と、この収容部相当部からより小径にかつ挿入穴側に突出してスタッドボルトのボールを挟持する略円筒状のかしめ相当部分と、このかしめ相当部分の内径側に周方向に亙って形成されたエンドプレート取り付け溝相当部分とを有し、このかしめ相当部分をかしめ加工して得られる自動車サスペンションアームのかしめ部分における、かしめ部分の半径方向の幅をx mm、かしめ部分の肉厚をh mm、エンドプレート取り付け溝の外半径をr mmとした時、 x×h/r で表されるかしめ部分断面の形状変数が0.3mm 〜0.8mm の範囲となるように、前記かしめ相当部分が予め構成されていることである。

前記した通り、本発明が課題とするジョイント部の結合強度低下は、かしめ加工の際に生じる残留応力による。即ち、かしめ加工は、素材である鍛造材のかしめ相当部分の口絞り加工でもあるが、このような口絞り加工の際には、必然的に、鍛造材のかしめ相当部分の周方向に、ロールなどによって圧縮応力が負荷される。

そして、このかしめ加工終了後に、ロールなどによる圧縮応力負荷が除荷された場合には、この圧縮応力が開放される過程で、かしめ部分先端が外方に広がる方向に変形する。この変形に伴い、かしめ部分の根元部分である、前記したエンドプレート取り付け溝の内面あるいは隅角部には、子午線方向に引張の残留応力が生じ、これがジョイント部の結合強度低下の原因となる。

また、これら除荷後の変形や残留応力蓄積の傾向は、ボールジョイント部の外径を例えば50mm以下の小径としたような場合に、特に顕著となる。ボールジョイント部の外径が例えば50mmΦ以下の小径となるほど、かしめ加工の際のロールなどによる局部的な圧縮応力負荷が大きくなり、この分前記除荷後の変形や残留応力蓄積の傾向が大きくなる。

このため、本発明では、アルミニウム合金サスペンションアーム、あるいはサスペンションアーム用アルミニウム合金鍛造材において、従来よりも、前記かしめ部分乃至前記かしめ相当部分（かしめ加工を受ける部分）のメタル分（質量）を減少させる。

これによって、かしめ加工の際の、かしめ相当部分へのロールなどによる圧縮応力負荷を低減して、かしめ加工終了後の圧縮応力負荷の除荷時における、かしめ部分先端の外方へ広がる変形と、エンドプレート取り付け溝の内面及び隅角部の引張残留応力蓄積とを抑制する。

このかしめ部分乃至かしめ相当部分（かしめ加工を受ける部分）のメタル分を減少させた形状を、かしめ部分断面の形状変数で表したのが、前記 x×h/r である。

前記ボールジョイント部の外径を例えば50mm以下の小径としたような場合、エンドプレート取り付け溝の外半径 (あるいはかしめ部分内側に亙って半径方向に装着されるリング状エンドプレートの外半径) であるr は、これに応じて小さくなる。また、ボールジョイント部あるいはかしめ部分の強度向上のためには、かしめ部分の半径方向の幅x やかしめ部分の肉厚h （前記かしめ部分断面の形状変数の分子）を比較的大きくする。

このため、通常の自動車サスペンションアームや、素材であるアルミニウム合金鍛造材の、前記かしめ部分断面の形状変数である x×h/r は、各寸法をmm単位で表した場合に、0.8mm を超える値となりやすい。

このため、通常の自動車サスペンションアームや、素材であるアルミニウム合金鍛造材の、かしめ部分乃至前記かしめ相当部分（かしめ加工を受ける部分）のメタル分（質量）は、本発明に比して、必然的に多くなっていた。そして、このことが、前記した、かしめ加工におけるロールなどによる圧縮応力を増大させて、かしめ加工終了後の圧縮応力負荷の除荷時における前記かしめ部分先端の外方へ広がる変形や、それに伴うエンドプレート取り付け溝の内面あるいは隅角部の引張残留応力の蓄積を助長し、ジョイント部の結合強度低下を発生しやすくしていた。

これに対して、本発明では、自動車サスペンションアームや、素材であるアルミニウム合金鍛造材の、かしめ部分乃至前記かしめ相当部分（かしめ加工を受ける部分）のメタル分（質量）を比較的小さくする。

この結果、本発明自動車サスペンションアームや、素材であるアルミニウム合金鍛造材は、かしめ加工におけるロールなどによる圧縮応力が低減される。このため、かしめ加工終了後の圧縮応力負荷の除荷時における前記かしめ部分先端の外方へ広がる変形や、それに伴うエンドプレート取り付け溝の内面あるいは隅角部の引張残留応力の蓄積を抑制できる。

このため、本発明によれば、前記かしめ加工に起因するジョイント部の結合強度低下が生じないアルミニウム合金サスペンションアームや、素材であるアルミニウム合金鍛造材を提供でき、ボールジョイント部の外径を50mmΦ以下の小径にコンパクト化を可能とする。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明アルミニウム合金自動車サスペンションアームのボールジョイント部（かしめ加工後）の一実施形態を簡略化して要部のみ示す断面図である。図3 は、図1 のボールジョイント部に、スタッドボルトのボールを収容した態様を示す断面図である。

（ボールジョイント部の前提となる構成）
図１はかしめ加工後のボールジョイント部３の断面を示している。図の右側はボールジョイント部３の端部側を示しており、図の左側はアーム部２との接続部を示している。

このボールジョイント部３は、スタッドボルトのボールを収容する挿入穴１０を有する略円筒状の収容部４と、略円筒状のかしめ部分５、および、かしめ部分5 の内径側に周方向に亙って形成されたエンドプレート取り付け溝8 とから概略なる。

かしめ部分５とエンドプレート取り付け溝8 は、かしめ加工によって形成される。かしめ部分５はエンドプレート取り付け溝8 よりも小径であり、挿入穴１０側 (内側) に突出して、スタッドボルトのボールを挟持する先端部を有している。

ボールスタッドボルトのボール部34を収容後、前記エンドプレート取り付け溝8 に、リング状のエンドプレート7 を装着して、かしめ部分５の先端部とともに、ボール部34の上部を把持 (保持) する。

図3 を用いて、ボールスタッドボルトの装着をより具体的に説明する。図3 において、ボールスタッドボルト33は、図示しない支持部材に係合するためにナットにより固定されるネジ部35と、このネジ部35から連続する胴部36と、この胴部36の端部に設けたボール部34とを備えている。そして、このボールスタッドボルト33は、サスペンションアーム1 のボールジョイント部3 に支持される場合には、ニュートラル方向( スタッドボルト33突出側のかしめ部分5 に対して垂直の方ＳＮ向) に支持される。

ボールジョイント部3 は、挿入穴10に収容したボール部34を、樹脂ベアリング39を介して組み付け、揺動可能に支持している。エンドプレート7 は、ボールスタッドボルトのボール部34を収容後、エンドプレート取り付け溝8 に装着され、樹脂ベアリング39を介してボール部34を支持する。ここで、ボールジョイント部の外径である、図3 で示すＤの長さは、前記したサスペンションアームのコンパクト化の要求から、好ましくは５０ｍｍΦ以下とされる。

（ボールジョイント部の特徴的な構成）
以上のようなボールジョイント部の構成において、図１を用いて、本発明の特徴的なかしめ部分５の構成について説明する。

本発明自動車サスペンションアームは、かしめ部分5(エンドプレート取り付け溝8 の内面あるいは隅角部8a) の引張残留応力による、ジョイント部の結合強度低下を防止する。このために、かしめ部分5 のメタル分（質量）を比較的小さくし、かしめ加工におけるロールなどによる圧縮応力を低減する。これによって、かしめ加工終了後の圧縮応力負荷の除荷時における、かしめ部分先端の外方へ広がる変形や、それに伴うエンドプレート取り付け溝8 の内面あるいは隅角部8aの子午線方向の引張残留応力の蓄積を抑制する。

具体的には、図1 に示す通り、かしめ部分5 の半径方向の幅をx mm、かしめ部分の肉厚をh mm、エンドプレート取り付け溝8 の外半径をr mmとした時、 x×h/r で表されるかしめ部分5 断面の形状変数が0.3mm 〜0.8mm の範囲にあることとする。

ここで、かしめ部分5 の半径方向の幅x(単位mm) とは、より具体的には、かしめ部分5 の外縁形状によらず、かしめ部分最上部5aの外縁部 (角部)5b から、かしめ部分最上部5aの内縁部 (角部)5c までの半径方向の幅 (外縁径) である。

また、かしめ部分5 の肉厚h(単位mm) とは、より具体的には、かしめ部分最上部5aからエンドプレート取り付け溝8 上縁部までの距離である。

更に、エンドプレート取り付け溝8 の外半径r(単位mm) とは、より具体的には、リング状のエンドプレート取り付け溝8 の外径方向最端部乃至最奥部である隅角部8aの半径である。

(ジョイント部の結合強度低下防止の機構)
かしめ加工後におけるジョイント部の結合強度低下の原因は、前記した通り、かしめ加工によって、エンドプレート取り付け溝8 の内面あるいは隅角部8aに生じる残留応力である。

このため、本発明では、アルミニウム合金サスペンションアームにおける、かしめ部分5 のメタル分（質量）を減少させて、かしめ加工の際の、かしめ相当部分へのロールなどによる圧縮応力負荷を低減して、かしめ加工終了後の圧縮応力負荷の除荷時における、かしめ部分5 先端の外方へ広がる変形と、かしめ部分5 の残留応力蓄積を抑制する。

かしめ部分5 の前記メタル分（質量）は、かしめ部分5 断面の形状変数で表すと、前記 x×h で表される。一方、かしめ加工中に作用する同方向の圧縮応力が除去される際に、かしめ部分5 先端の外方へ広がる変形や、それに伴うエンドプレート取り付け溝8 の内面あるいは隅角部8aに引張残留応力が生じるのは、円筒状の形状を持つかしめ部分に生じる軸対称変形の作用である。この作用の大きさは1/r で表される。したがって、かしめ加工によって生じる残留応力の大きさは、かしめ部分5 断面の形状変数 x×h に1/r を掛けたx ×h/r で表現できる。

かしめ部分5 の各寸法をmm単位で表した場合に x×h/rmm で表される、このかしめ部分断面の形状変数が0.8mm を超えた場合、従来のかしめ部分と同様になり、かしめ部分5 の前記メタル分（質量）が大き過ぎ、かつ、軸対称変形の作用が強く現れる。このため、かしめ加工の際の、かしめ相当部分へのロールなどによる圧縮応力負荷を低減できず、かしめ部分5 の残留応力蓄積を抑制できない。

前記した通り、ボールジョイント部の外径を例えば50mm以下の小径としたような場合には、エンドプレート取り付け溝8 の外径 (あるいはかしめ部分内側に亙って半径方向に装着されるリング状エンドプレートの外半径) r は、これに応じて小さくなる。また、ボールジョイント部3 あるいはかしめ部分5 の強度を向上させる場合には、かしめ部分5 の半径方向の幅x やかしめ部分の肉厚h が大きくなる。このため、これらいずれの場合も、前記かしめ部分断面の形状変数である x×h/r は、各寸法をmm単位で表した場合に、0.8mm を超える大きな値となりやすい。

したがって、 x×h/r で表されるかしめ部分5 断面の形状変数は、後述する実施例で裏付ける通り、0.8mm 以下、好ましくは0.7mm 以下とする。

一方、x ×h/r で表されるかしめ部分断面の形状変数が小さ過ぎると、かしめ部分5 の半径方向の幅x やかしめ部分の肉厚h が小さくなり過ぎる。あるいは、かしめ部分5 のエンドプレート取り付け溝8 の外半径 rが大きくなり過ぎる。このため、自動車走行中の、ボールジョイント部3 へのスタッドボルトからの応力の繰り返し負荷に対し、かしめ部分5 の形状や強度が維持できなくなる。このため、x ×h/r で表されるかしめ部分断面の形状変数は、各寸法をmm単位で表した場合に、0.3mm 以上、好ましくは0.35mm以上とする。

（かしめ部分断面の形状変数制御方法）
かしめ部分断面の形状変数は、かしめ加工後の設計断面形状と、かしめ加工条件、アルミニウム合金鍛造材のかしめ部分相当部の断面形状とによって定まる。このため、かしめ部分断面の形状変数を制御するためには、形状変数を構成する、かしめ部分5 の半径方向の幅x 、かしめ部分5 の肉厚h 、エンドプレート取り付け溝の外半径r を、上記した設計思想に基づき、かしめ加工条件に応じて、最適値に設計する。そして、それに応じたアルミニウム合金鍛造材のかしめ部分相当部の断面形状とする。

この際、x 、h 、r を直接設計するだけでなく、かしめ部分５の外周縁６の形状を、かしめ部分最上部５ａ角部から収容部周縁４ａに向かって末広がりに傾斜させ、この傾斜角度や、外周縁６が形成する稜線形状を下方に向かって凹なる曲線とするなどに設計して、間接的に、かしめ部分5 の半径方向の幅x 、かしめ部分5 の肉厚h (かしめ部分5 のメタル量）を制御しても良い。

以上のように、上記実施態様によれば、x ×h/r で表されるかしめ部分5 断面の形状変数が0.3mm 〜0.8mm の範囲に制御することによって、かしめ加工に起因するジョイント部の結合強度低下が生じない。また、これによって、アルミニウム合金サスペンションアームのボールジョイント部の、外径が50mmΦ以下へのコンパクト化を可能とする。

なお、かしめ加工の際の、１パスあたりのロール押し込み量を少なくし，ロール荷重を小さくした場合にも、残留応力は小さくなる。しかし、これも効果を発揮するためには、ロール押し込み速度を小さくする必要があり、かしめ加工の際の効率を低下させる。

(アルミニウム合金鍛造材)
図２は、前記図1 のサスペンションアーム用の素材であるアルミニウム合金鍛造材のボールジョイント相当部（かしめ加工前）の一実施形態を示す断面図である。

図２では、図１のかしめ加工前のアルミニウム合金鍛造材の略円筒状のボールジョイント相当部13の周方向の一部分を断面にて示している。このボールジョイント相当部13は、かしめ部分相当部分15の形状や、エンドプレート取り付け溝相当部分18が、かしめ加工前の鍛造材形状である以外は、図１のボールジョイント部3 と略同じ構成、形状である。

即ち、アルミニウム合金鍛造材の略円筒状のボールジョイント相当部13は、スタッドボルトのボールを収容する挿入穴相当部分20を有する略円筒状の収容部相当部分14と、略円筒状のかしめ部分相当部分 (かしめ加工部分)15 、そして、このかしめ相当部分の内径側に周方向に亙って形成されたリング状の段差部分であるエンドプレート取り付け溝相当部分18とからなる。

この内、かしめ部分相当部分15は、かしめ加工によって、図1 のかしめ部分5 に成形されるべく、収容部相当部分14よりも先端 (上部) に向かうほど小径であり、収容部相当部分14の上方に突出している。

また、全体形状としても、アルミニウム合金鍛造材は、ボールジョイント相当部13とともに、サスペンションアームにおけるアーム相当部12を有し、図1 のサスペンションアームに近似する、ニアネットシェイプを有している。

ここで、かしめ加工後の図1 のサスペンションアームにおけるx ×h/r で表されるかしめ部分断面の形状変数を上記範囲内とするために、アルミニウム合金鍛造材における、かしめ部分相当部分15の半径方向の幅x₀、かしめ部分相当部分15の肉厚h₀、エンドプレート取り付け溝相当部分 (リング状の段差部分)18 の外半径r₀を、鍛造材に加えられる機械加工代を考慮した上で、かしめ加工条件に応じて、予め設計および構成する。

ここで、かしめ相当部分15の半径方向の幅x₀ (単位mm) とは、より具体的には、かしめ相当部分15の外縁形状によらず、かしめ相当部分最上部15a の外縁部 (角部)15bから、かしめ相当部分最上部15a の内縁部 (角部)15cまでの半径方向の幅 (外縁径) である。

また、かしめ部分相当部分15の肉厚h₀ (単位mm) とは、より具体的には、かしめ相当部分最上部15a からエンドプレート取り付け溝相当部分18までの距離である。

更に、エンドプレート取り付け溝相当部分18の外半径r₀ (単位mm) とは、より具体的には、リング状のエンドプレート取り付け溝相当部分18の外径方向最端部乃至最奥部である隅角部8aの半径である。

前記した通り、かしめ部分断面の形状変数は、かしめ加工後の設計断面形状と、かしめ加工条件、アルミニウム合金鍛造材のかしめ部分相当部の断面形状とによって定まる。

このため、かしめ加工後のサスペンションアームにおけるx ×h/r で表されるかしめ部分断面の形状変数を上記範囲内とする設計を行なった上で、かしめ加工条件に応じて、アルミニウム合金鍛造材における上記x₀、h₀、r₀を、予め設計および構成する。

この際、x₀、h₀、r₀を直接設計するだけでなく、かしめ部分相当部分15の外周縁16の形状を、かしめ部分最上部15ａ角部から収容部周縁14ａに向かって末広がりに傾斜させ、この傾斜角度や、外周縁16が形成する稜線形状を下方に向かって凹なる曲線とするなどに設計して、間接的に、上記x₀、h₀、r₀を制御して、アルミニウム合金鍛造材のかしめ部分相当部15のメタル量を制御しても良い。

(サスペンションアーム全体構造)
図４（ａ）、（ｂ）に、本発明サスペンションアーム乃至アルミニウム合金サスペンションアーム鍛造材の全体構造を示す。図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は側面図である。

サスペンションアーム1(あるいは鍛造材) は、アーム部２と、このアーム部２の一端に形成された、前記図１、３で示したボールジョイント部３と、アーム部２の他端に形成された車体側係合部１１とを備えている。

本発明サスペンションアームは、サスペンションアームの構造、形状、大きさ、各部の肉厚などは、車種に応じた要求特性に応じて、自由に選択することができる。例えば、形状としては、図4 のように車体側係合部１１が二箇所あるものや、あるいは、一箇所のみのものなどが適宜選択される。

(アルミニウム合金)
本発明アルミニウム合金サスペンションアーム乃至サスペンションアーム鍛造材は、ボールジョイント部のかしめ部分が、スタッドボルトのボール部が抜け出るのに必要な引張荷重以上の強度を有するためには、AA乃至JIS の規格で言う6000系(Al-Mg-Si 系) アルミニウム合金鍛造材からなることが好ましい。

サスペンションアームは、ブッシュなどの他の鉄鋼部材などとの接合や、引張応力が負荷されて使用されるような、高強度や高耐久性、あるいは耐食性が必要である。これに対して、6000系アルミニウム合金鍛造材は、高強度、高靱性で、耐応力腐食割れ性などの耐食性にも比較的優れている。また、6000系アルミニウム合金自体も、合金元素量が少なく、スクラップを再び6000系アルミニウム合金溶解原料として再利用しやすい点で、リサイクル性にも優れている。

この6000系アルミニウム合金鍛造材の中でも、JIS 6000系アルミニウム合金の成分規格 (JIS 6101、6111、6003、6151、6061、6N01、6063など) に相当する組成のアルミニウム合金鍛造材が好ましい。

これら6000系アルミニウム合金鍛造材は、アルミニウム合金鋳造材を均質化熱処理後、メカニカル鍛造、油圧鍛造などの熱間鍛造（型鍛造）を行い、サスペンションアーム製品形状乃至製品近似形状とされ、その後、溶体化および焼き入れ処理と人工時効硬化処理との所謂調質処理が施されて製造される。なお、鍛造用の素材には、前記鋳造材の他に、鋳造材を一旦押出した押出材が用いられることもある。

上記調質処理は、サスペンションアームとして必要で、更に前記周縁部分の必要強度を保障できる強度、および、サスペンションアームとして必要な靱性、耐食性を得るために、T6 (溶体化処理後、最大強さを得る人工時効硬化処理) 、T7 (溶体化処理後、最大強さを得る人工時効硬化処理条件を超えて過剰時効硬化処理) 、T8 (溶体化処理後、冷間加工を行い、更に最大強さを得る人工時効硬化処理) 等の調質処理と処理条件 (温度、時間) を適宜選択して行う。

図1 に示したアルミニウム合金サスペンションアーム1 において、ボールジョイント部3 のかしめ加工後のかしめ部5 の断面形状として、x 、h 、r を種々変えて、x ×h/r で表されるかしめ部分断面の形状変数を表1 に示す通り、種々変えて設計した。そして、このかしめ部分5 の断面形状に応じた断面形状とした、かしめ相当部分15を有するボールジョイント相当部13を持つ、図2 に示す6000系アルミニウム合金鍛造材を製造した。そして、この鍛造材を、かしめ加工などを通じて、図3 のようにスタッドボルト33を装着したサスペンションアーム1 に各々製作した。

なお、上記かしめ加工条件は、かしめロールを回転させつつ、最大2.2mm の押し込み量まで、かしめ部分相当部分の最上部 (図2 の15a)の周縁に沿って、押しつけて移動させつつ、行なうものとした。

(押し抜き試験)
上記各々製作したサスペンションアームに対して、かしめ加工に起因するジョイント部の結合強度低下を評価するため、一旦装着したスタッドボルト33を、ボールジョイント部3 から押し抜く押し抜き試験を実施した。

試験は、図3 のサスペンションアーム1 における、かしめ部分5 側 (図の上側) に台座を置き、図の下側からスタッドボルトに上向きの荷重を加えて、スタッドボルトを図の下側から上側に押し抜くように行なった。そして、ボールジョイント部３からスタッドボルト33が押し抜かれた際の荷重 (以下、押し抜き強度と言う:kN)を測定した。これらの結果を表1 に示す。また、これら表1 における、押し抜き強度(kN)とx ×h/r の値との関係を図5 に示す。

6000系アルミニウム合金鍛造材の、引張強さは３９６ＭＰａ、０．２％耐力は３５６ＭＰａ、ヤング率は６８６５０MPa 、ポアソン比は０．３３であった。

表1 、図5 から明らかな通り、x 、h 、r が適切に決定され、x ×h/r が0.3mm 〜0.8mm の範囲内にある、発明例1 〜12のアルミニウム合金サスペンションアームは、押し抜き強度が30kN以上を確保している。

ただ、発明例8 〜11は、押し抜き強度が30kN以上であるものの、x ×h/r の好ましい上限0.7 に近似している。このため、他の発明例に比べると、押し抜き強度が低くなっている。

一方、比較例13〜16は、x 、h 、r の決定（設計）が不適切で、x ×h/r が上限の0.8mm を超えている。このため、比較例13〜15のアルミニウム合金サスペンションアームは押し抜き強度が20kNを下回っており、著しく低い。また、比較例17、18も、x 、h 、r の決定（設計）が不適切で、x ×h/r が下限の0.3mm を下回っている。このため、比較例17、18も、アルミニウム合金サスペンションアームは押し抜き強度が20kNを下回っており、著しく低い。また、これら比較例17、18は、かしめ部分5 自体の必要強度も不足している。

これらの結果から、同じかしめ加工条件であっても、発明例の方が比較例よりも押し抜き強度が高く、かしめ加工に起因するジョイント部の結合強度低下が生じていないことが分かる。そして、本発明アルミニウム合金自動車サスペンションアームおよび、それ用のアルミニウム合金鍛造材のx ×h/r で表されるかしめ部分断面の形状変数規定の、かしめ加工に起因するジョイント部の結合強度低下防止の臨界的な意義が分かる。

本発明によれば、かしめ加工に起因するジョイント部の結合強度低下を防止し、スタッドボルトのボールジョイント部からの抜け出しを保障した上で、ボールジョイント部の外径を５０ｍｍΦ以下の小径にコンパクト化できるアルミニウム合金自動車サスペンションアームおよび、それ用のアルミニウム合金鍛造材を提供できる。このため、ジョイント部のジョイント中心をタイヤ中心に近づけられ、設計の自由度が広がり、かつ、スクラブ半径を小さくできる、アルミニウム合金自動車サスペンションアームおよび、それ用のアルミニウム合金鍛造材を提供できる。

本発明サスペンションアームのジョイント部を示す断面図である。図１用の鍛造材のジョイント相当部を示す断面図である。図１のサスペンションアームのスタッドボルトとの係合状態を示す断面図である。図１のサスペンションアームの全体形状を示し、図４(a) は平面図、図3 (a) 、(b) は側面図である。実施例における押し抜き強度とかしめ部分断面の形状変数との関係を示す説明図である。従来のサスペンションアームのジョイント部を示す断面図である。

符号の説明

１: サスペンションアーム、２: アーム部、３: ジョイント部、４: 収容部、
５: かしめ部、６: 外周縁、７：エンドプレート、
８：エンドプレート取り付け溝、１０: 挿入穴、１１: 車体側係合部、
１２：アーム相当部、１３：ジョイント部相当部、１４：収容部相当部、
１５: かしめ部相当部、１６: 外周縁、１８：エンドプレート取り付け溝相当部

Claims

アーム部と、このアーム部の一端側でスタッドボルトを支持するボールジョイント部とを有し、このボールジョイント部が、スタッドボルトのボールを収容する挿入穴を有する外径が50mmΦ以下の略円筒状の収容部と、この収容部からより小径にかつ挿入穴側に突出してスタッドボルトのボールを挟持する略円筒状のかしめ部分と、このかしめ部分の内径側に周方向に亙って形成されたエンドプレート取り付け溝とを有する、アルミニウム合金サスペンションアームにおいて、かしめ部分の半径方向の幅をx mm、かしめ部分の肉厚をh mm、エンドプレート取り付け溝の外半径をr mmとした時、 x×h/r で表されるかしめ部分断面の形状変数が0.3mm 〜0.8mm の範囲にあることを特徴とする自動車サスペンションアーム。
前記x×h/r で表されるかしめ部分断面の形状変数が0.35mm〜0.7mm の範囲にある請求項１に記載の自動車サスペンションアーム。
請求項１に記載の自動車サスペンションアームを得るためのアルミニウム合金鍛造材であって、前記自動車サスペンションアームにおける、アーム相当部と、このアーム相当部の一端側でスタッドボルトを支持するボールジョイント相当部とを有し、このボールジョイント相当部が、スタッドボルトのボールを収容する挿入穴を有する外径が50mmΦ以下の略円筒状の収容部相当部と、この収容部相当部からより小径にかつ挿入穴側に突出してスタッドボルトのボールを挟持する略円筒状のかしめ相当部分と、このかしめ相当部分の内径側に周方向に亙って形成されたエンドプレート取り付け溝相当部分とを有し、このかしめ相当部分をかしめ加工して得られる自動車サスペンションアームのかしめ部分における、かしめ部分の半径方向の幅をx mm、かしめ部分の肉厚をh mm、エンドプレート取り付け溝の外半径をr mmとした時、 x×h/r で表されるかしめ部分断面の形状変数が0.3mm 〜0.8mm の範囲となるように、前記かしめ相当部分が予め構成されていることを特徴とするアルミニウム合金鍛造材。