JP5363861B2 - 自動車サスペンションアーム用鍛造材 - Google Patents

Description

本発明は、自動車サスペンションアーム、特にＩ型リンクまたはＩ型アームと呼ばれるサスペンションアームに用いられる自動車サスペンションアーム用鍛造材に関するものである。

従来、Ｉ型リンクまたはＩ型アームと呼ばれる自動車サスペンションアームに用いられる鍛造材は、例えば、特許文献１で提案された鍛造金型によって製造される。具体的には、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、鍛造材１１は、アーム部１２と、アーム部１２の一端側でボールスタッドボルト２１が支持されるボール支持穴１４を有するボールジョイント部１３と、アーム部１２の他端側でブッシュ２２が圧入されるブッシュ圧入穴１６を有するブッシュ圧入部１５とを備える。また、鍛造材１１は、鍛造時にアーム部１２、ボールジョイント部１３およびブッシュ圧入部１５に亘って発生したバリのトリミング面であるパーティングラインＰＬを有し、パーティングラインＰＬは、ボール支持穴１４の穴方向と垂直な面に設けられている。

特開昭６２−１５６０３９号（第1図）

近年、自動車サスペンションアームには高剛性と軽量化への要望が強く、その要望に応えるために、前記鍛造材１１をアルミニウム合金で製造することが行われている。また、軽量化効果を高めるために、鍛造材１１の様々な部位に肉盗み部１７を設けることも行われている。通常、その軽量化効果が高いことから、アーム部１２に肉盗み部１７を設けることが多い。そして、鍛造後に鍛造金型（図示せず）から鍛造材１１を抜き取るために、肉盗み部１７は、パーティングラインＰＬが設けられた面（鍛造金型の上型と下型の型割面）と平行な面（ボール支持穴１４の穴方向と垂直な面）であるアーム部１２の上下面１２ａ、１２ｂにしか設けることができない。

一方で、自動車サスペンションアーム（鍛造材１１）が実際に使用される際は、ボール支持穴１４に収納、支持されるボールスタッドボルト２１の横方向（図５（ａ）のＰ２方向）から大荷重を受ける。そして、この荷重に耐えるためには、図５（ｃ）に示すアーム部１２の断面が、一定以上の断面２次モーメントまたは断面係数を有する必要がある。ところが、図５（ｃ）に示すような、アーム部１２の上下面１２ａ、１２ｂに肉盗み部１７を設けたＨ型形状の断面においては、断面２次モーメントまたは断面係数が大きくないため、発生する応力が大きくなり、高剛性を有すると共に、軽量化を図ることに限界がある。すなわち、肉盗み部１７を大きくとることができない。

そこで、本発明は、このような問題を解決すべく創案されたもので、その目的は、自動車サスペンションアームとして使用した際に、高剛性を有すると共に、軽量化を図ることができる自動車サスペンションアーム用鍛造材を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明に係る自動車サスペンションアーム用鍛造材は、アーム部と、前記アーム部の一端側でボールスタッドボルトが支持されるボール支持穴を有する略円筒状のボールジョイント部と、前記アーム部の他端側でブッシュが圧入されるブッシュ圧入穴を有する略円筒状のブッシュ圧入部とを備える鍛造品からなる自動車サスペンションアーム用鍛造材において、前記アーム部は、肉厚を減少させた肉盗み部を軸方向に有し、前記アーム部、前記ボールジョイント部および前記ブッシュ圧入部には、鍛造時に発生したバリのトリミング面であるパーティングラインを有し、前記アーム部および前記ボールジョイント部における前記パーティングラインは、前記ボール支持穴の穴方向と平行な面に設けられていることを特徴とする。

前記構成によれば、アーム部におけるパーティングラインがボール支持穴の穴方向と平行な面に設けられていることによって、アーム部の肉盗み部がボール支持穴の穴方向と平行な面、すなわち、アーム部の側面に設けられることとなる。そのため、ボール支持穴の穴方向でのアーム部の断面形状が、自動車サスペンションアームとして使用した際に発生するモーメントの方向に２箇所の梁を持った形状（工型形状）となり、その断面の断面２次モーメントまたは断面係数が大きくなり、発生する応力を小さくできる。その結果、鍛造材の剛性が高くなると共に、肉盗み部を大きく設計することができるため、鍛造材の軽量化を図ることができる。

本発明に係る自動車サスペンションアーム用鍛造材は、前記ブッシュ圧入穴が、前記ボール支持穴の穴方向と垂直な方向に設けられていることを特徴とする。

前記構成によれば、ブッシュ圧入穴がボール支持穴の穴方向と垂直な方向に設けられていることによって、ブッシュ圧入部のブッシュ圧入面にパーティングラインが無いため、強度が高くなる。また、ブッシュ圧入面に肉盗み部を設けることができるため、ブッシュ圧入穴の加工の際に、加工代が小さくなり、材料歩留まりおよび生産性が向上する。

本発明に係る自動車サスペンションアーム用鍛造材は、前記ボールジョイント部における前記パーティングラインが、前記ボール支持穴が開口するボール支持面の周縁に設けられていることを特徴とする。

前記構成によれば、パーティングラインがボール支持面の周縁に設けられていることによって、ボール支持穴の穴方向が型割面に対して傾いている場合であっても、鍛造品（ボールジョイント部）に鍛造抜け勾配をつける必要がない。その結果、鍛造品の形状を小さく、すなわち加工代を小さくできる。

本発明に係る自動車サスペンションアーム用鍛造材は、前記ボール支持穴が開口するボール支持面に設けられた前記パーティングラインを、機械加工によって除去することを特徴とする。

前記構成によれば、ボール支持面に設けられたパーティングラインを機械加工によって除去することによって、ボールジョイント部の強度低下が抑制される。

本発明に係る自動車サスペンションアーム用鍛造材によれば、アーム部におけるパーティングラインがボール支持穴の穴方向と平行な面に設けられることによって、アーム部における肉盗み部がボール支持穴の穴方向と垂直な方向に設けられることとなる。その結果、自動車サスペンションアームとして使用した際に、高剛性を有すると共に、軽量化を図ることができる。

また、本発明に係る自動車サスペンションアーム用鍛造材によれば、パーティングラインをボール支持面の周縁に設けることによって、ボールジョイント部の加工代が小さくなるため、鍛造材の材料歩留まりおよび生産性が向上する。または、ボール支持面に設けられたパーティングラインを機械加工によって除去することによって、ボールジョイント部の強度低下が抑制できる。

さらに、本発明に係る自動車サスペンションアーム用鍛造材によれば、ブッシュ圧入穴がボール支持穴に対して垂直な方向に設けられていることによって、自動車サスペンションアームとして使用した際に剛性がさらに高くなる。また、鍛造材の生産性を向上させる肉盗み部をブッシュ圧入部にも設けることができる。

本発明に係る自動車サスペンションアーム用鍛造材の構成を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）はアーム部の部分拡大図とＸ−Ｘ線における断面図である。 アーム部の断面２次モーメントを計算する際に使用される各部の寸法を表す断面図である。 本発明に係る自動車サスペンションアーム用鍛造材のパーティングラインの変形例を示す部分平面図である。 本発明に係る自動車サスペンションアーム用鍛造材のブッシュ圧入穴の変形例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。 従来の自動車サスペンションアーム用鍛造材の構成を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）はアーム部の部分拡大図とＸ−Ｘ線における断面図である。

本発明に係る自動車サスペンションアーム用鍛造材の実施形態について、図面を参照して説明する。
自動車サスペンションアーム用鍛造材（以下、鍛造材と称す）は、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、自動車サスペンションアームの製品形状または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等の調質処理が施されて製造される。

調質処理は、自動車サスペンションアームとして必要な強度、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を行う）、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る過剰時効硬化処理を行う）、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を行う）等の処理方法と処理条件（温度、時間）を適宜選択して行う。

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。また、鍛造用の素材は、自動車サスペンションアームとして必要な前記特性を得るために、アルミニウム合金からなることが好ましく、ＡＡまたはＪＩＳ規格でいう６０００系合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金）がさらに好ましい。

図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、鍛造材１は、棒状のアーム部２と、アーム部２の一端側でボール支持穴４を有する略円筒状のボールジョイント部３と、アーム部２の他端側でブッシュ圧入穴６を有する略円筒状のブッシュ圧入部５とを備える。なお、図１（ａ）〜（ｃ）においては、ボール支持穴４およびブッシュ圧入穴６は、穴方向が同一方向に形成されているが、穴方向が互いに異なるように形成されていてもよい。

そして、鍛造材１を自動車サスペンションアームとして使用する際には、ボールスタッドボルト２１をボール支持穴４（ボールジョイント部３）に嵌め込み、ボール支持面３ａを曲げるカシメ加工を行うことにより、ボールジョイント部３にボールスタッドボルト２１を固定する。また、ブッシュ圧入穴６（ブッシュ圧入部５）には、ゴム等の弾性体で構成されたブッシュ２２を圧入する。そして、鍛造材１は、ボールスタッドボルト２１を介して車輪に接続され、ブッシュ２２に内挿したボルト等でブラケット等を介して車体に接続される。

鍛造材１は、アーム部２に肉厚を減少させた肉盗み部７を軸方向に有し、アーム部２、ボールジョイント部３およびブッシュ圧入部５には、鍛造時に発生したバリのトリミング面であるパーティングラインＰＬを有し、アーム部２のパーティングラインＰＬが、ボール支持穴４の穴方向と平行な面に設けられている。その結果、アーム部２の肉盗み部７は、ボール支持穴４の穴方向と平行な面、すなわち、アーム部２の側面２ａ、２ｂに設けられることとなる。

自動車サスペンションアームとして鍛造材１を使用した際には、図１（ａ）に示すように、鍛造材１には、最大荷重のかかるボールスタッドボルト２１（ボールジョイント部３）からアーム部２の軸方向（Ｐ１方向）に荷重がかかることとなる。したがって、鍛造材１の剛性または軽量化は、ボールスタッドボルト２１の軸方向（ボール支持穴４の穴方向）におけるアーム部２（肉盗み部７）の断面形状に大きく影響されることとなる。

図１（ｃ）に示すように、本発明に係る鍛造材１は、アーム部２（肉盗み部７）において、ボールスタッドボルト２１の軸方向（ボール支持穴４の穴方向）での断面形状が、使用の際に発生するモーメントの方向（Ｍ１方向）に２箇所の梁を持った断面形状（工型形状）となる。その結果、本発明に係る鍛造材１では、剛性が高くなると共に、軽量化を図ることが可能となる。
このことは、鍛造材１のアーム部２（肉盗み部７）における断面２次モーメントが、従来の鍛造材１１に比べて大きくなることから説明できる。

本発明に係る鍛造材１の断面２次モーメントＩａは、以下の式（１）によって、計算される。なお、Ｂ、Ｈ、ｂおよびｈは、図２に示すように、断面の各寸法を表す。
Ｉａ＝（ＢＨ^３−ｂｈ^３）／１２・・・（１）
また、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、従来の鍛造材１１は、アーム部１２（肉盗み部１７）において、ボールスタッドボルト２１の軸方向（ボール支持穴１４の穴方向）での断面形状が、使用の際に発生するモーメントの方向（Ｍ２方向）に梁を持たない断面形状（Ｈ型形状）となる。そして、その断面２次モーメントＩｂは、以下の式（２）によって、計算される。なお、Ｂ、Ｈ、ｂおよびｈは前式（１）と同様である。
Ｉｂ＝〔（Ｈ−ｈ）Ｂ^３＋ｈ（Ｂ−ｂ）^３〕／１２・・・（２）

ここで、同一の断面積（Ｂ＝５０ｍｍ、Ｈ＝５０ｍｍ、ｂ＝４０ｍｍ、ｈ＝３０ｍｍ）での、本発明に係る鍛造材１、従来の鍛造材１１の断面２次モーメントを計算すると、鍛造材１の断面２次モーメントＩａは約４３１、鍛造材１１の断面２次モーメントＩｂは２１１となる。したがって、本発明に係る鍛造材１は、従来の鍛造材１１に比べて、断面２次モーメントが大きいことがわかる。

そして、発生する応力σは、以下の式（３）によって計算される。ここで、ＭはモーメントＭ１、Ｍ２（図１（ｃ）、図２、図５（ｃ）参照）、Ｃは係数、Ｉは断面２次モーメント（ＩａまたはＩｂ）である。
σ＝ＭＣ／Ｉ・・・（３）
したがって、本発明に係る鍛造材１は、従来の鍛造材１１に比べて、発生する応力σが小さくなることから、剛性が高くなることがわかる。同時に、同一の剛性であれば、本発明に係る鍛造材１は、断面２次モーメントＩａを小さくできるため、肉盗み部７を従来の肉盗み部１７より大きくとり（前式（１）のｂ、ｈを大きくできる）、従来の鍛造材１１よりも軽量化を図ることが可能なことがわかる。

なお、断面係数については、前記断面２次モーメントと同様なので説明を省略するが、図２に示す断面形状では、本発明に係る鍛造材１は、従来の鍛造材１１に比べて、断面係数も大きくなる。

本発明に係る鍛造材１は、前記構成において、ボールジョイント部３におけるパーティングラインＰＬが、ボール支持穴４が開口するボール支持面３ａの周縁に設けられていてもよい（図３参照）。

そして、パーティングラインＰＬがボール支持面３ａの周縁に設けられていることによって、図示しないが、ボール支持穴４の穴方向が型割面に対して傾いている場合であっても、鍛造品（ボールジョイント部３）に鍛造抜け勾配をつける必要がない。その結果、鍛造品の形状を小さく、すなわち、加工代を小さくでき、鍛造品の材料歩留まりおよび生産性が向上する。

また、本発明に係る鍛造材１は、前記構成において、ボール支持面３ａに設けられたパーティングラインＰＬを、機械加工によって除去してもよい。

そして、ボール支持面３ａに設けられたパーティングラインＰＬを機械加工によって除去することによって、ボールジョイント部３の強度低下を抑制することができる。

また、本発明に係る鍛造材は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、前記構成において、ブッシュ圧入穴６が、ボール支持穴４の穴方向と垂直な方向に設けられた鍛造材１Ａであってもよい。

そして、ブッシュ圧入穴６がボール支持穴４の穴方向と垂直な方向に設けられていることによって、ブッシュ圧入部５のブッシュ圧入面５ａ、５ｂにパーティングラインＰＬが無いため、強度が高くなる。また、ブッシュ圧入面５ａ、５ｂに肉盗み部を設けることができるため、ブッシュ圧入穴６の加工の際に、加工代が小さくなり、材料歩留まりおよび生産性が向上する。

鍛造材１Ａにおいても、ボールスタッドボルト２１の軸方向（ボール支持穴４の穴方向）でのアーム部２の断面形状が、使用の際にかかる荷重方向（Ｐ１方向）に２箇所の梁を持った断面形状（工型形状、図１（ｃ）参照）となるため、鍛造材１Ａの剛性が高くなると共に、軽量化を図ることが可能となる。

ここで、鍛造材１Ａの使用の際には、ブッシュ圧入部５にも荷重がかかるが、ボールジョイント部３（ボールスタッドボルト２１）にかかる荷重に比べて小さい。したがって、鍛造材１Ａの剛性の向上、または、軽量化には、ブッシュ圧入穴６の穴方向での断面形状よりも、ボール支持穴４の穴方向での断面形状を考慮する必要がある。

また、鍛造材１Ａは、前記した鍛造材１と同様に、ボールジョイント部３のパーティングラインＰＬがボール支持面３ａの周縁に設けられていることが好ましい。その結果、端贓品１Ａ（ボールジョイント部３）の加工代を小さくでき、鍛造品１Ａの歩留まりおよび生産性が向上する。さらに、ボール支持面３ａに設けられたパーティングラインＰＬを機械加工によって除去することが好ましい。その結果、ボールジョイント部３の強度低下を抑制することができる。

本発明に係る鍛造材１は、前記の実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。例えば、図示しないが、鍛造材１は、１つのボールジョイント部３に対して複数のブッシュ圧入部分５を有するもの、アーム部２の肉盗み部７が貫通穴であるものであってもよい。また、図１（ａ）、図４（ａ）に示すように、鍛造材１は、アーム部２が、ボールジョイント部３とブッシュ圧入部５とを直線で結んだ基準面に対して湾曲した形状であってもよい。

１ 自動車サスペンショアーム用鍛造材（鍛造材）
２ アーム部
３ ボールジョイント部
３ａ ボール支持面
４ ボール支持穴
５ ブッシュ圧入部
５ａ ブッシュ圧入面
６ ブッシュ圧入穴
７ 肉盗み部
２１ ボールスタッドボルト
２２ ブッシュ
ＰＬ パーティングライン

Claims (4)

1. アーム部と、前記アーム部の一端側でボールスタッドボルトが支持されるボール支持穴を有する略円筒状のボールジョイント部と、前記アーム部の他端側でブッシュが圧入されるブッシュ圧入穴を有する略円筒状のブッシュ圧入部とを備える鍛造品からなる自動車サスペンションアーム用鍛造材において、
   前記アーム部は、肉厚を減少させた肉盗み部を軸方向に有し、
   前記アーム部、前記ボールジョイント部および前記ブッシュ圧入部には、鍛造時に発生したバリのトリミング面であるパーティングラインを有し、
   前記アーム部および前記ボールジョイント部における前記パーティングラインは、前記ボール支持穴の穴方向と平行な面に設けられていることを特徴とする自動車サスペンションアーム用鍛造材。
2. 前記ブッシュ圧入穴が、前記ボール支持穴の穴方向と垂直な方向に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の自動車サスペンションアーム用鍛造材。
3. 前記ボールジョイント部における前記パーティングラインが、前記ボール支持穴が開口するボール支持面の周縁に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自動車サスペンションアーム用鍛造材。
4. 前記ボール支持穴が開口するボール支持面に設けられた前記パーティングラインを、機械加工によって除去することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の自動車サスペンションアーム用鍛造材。

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