JP6046450B2 - アルミ製ステアリングナックル - Google Patents

Description

本発明は、車両に用いられるアルミ製ステアリングナックルの改良に関するものである。

自動車等の車両には、通常、ディスク式ブレーキ機構等の摩擦ブレーキ機構が設けられている。摩擦ブレーキ機構は、車輪と一体に回転するブレーキローターと、ブレーキキャリパーに保持されたブレーキパッド等の摩擦部材とを摺接させて、ブレーキローターと摩擦部材との間に摩擦力を生じさせることで、車輪の回転を制動する。このような摩擦ブレーキ機構において、通常、ブレーキローターはホイールハブと一体に回転し、ブレーキキャリパーはステアリングナックルやアクスルキャリア（アクスルハウジング）等、ホイールハブを回転可能に支持する部材にボルト等により結合されている。当該支持部材の端部は、一般的に、ゴムブッシュ等を介してサスペンションアームに接続されており、車両用の懸架装置を構成している。

このような摩擦ブレーキ機構を含む懸架装置の構成部材は、車両の安全性を維持する必要があるため、重要保安部品として位置付けられており、例えばステアリングナックルについては、鉄系材料を鋳造又は鍛造して製造されることが一般的であった。なぜなら、鉄系材料であれば、高い剛性を容易に得ることができるからである。

一方、車両の燃費向上などを目的に、車両を構成する重要保安部品についても、鉄系材料に替えて例えばアルミ合金のような軽量化金属材料を採用することが、近年になって実施されてきている。具体的には、高い燃費性能が求められるハイブリッド自動車などにおいて、アルミ製のステアリングナックルを採用する動きもみられる。

なお、アルミニウムやアルミニウム合金等の軽量化金属材料を用いてステアリングナックル等の部材を製造する場合には、例えば下記特許文献１に開示されるような重力鋳造や傾斜重力鋳造などといった従来公知の鋳造方法が採用されている。

特開２０１１−１０４６１３号公報

しかしながら、アルミ製のステアリングナックルは、軽量化の面で非常に有利な効果を得られるものの、剛性の面では鉄系材料を用いたステアリングナックルには劣るといった課題が存在していた。すなわち、従来の技術では、剛性の向上と軽量化という相反する効果を両立できる技術は存在しておらず、かかる効果を両立可能な技術の実現が求められていた。

本発明は、上述した従来技術に存在する課題の存在に鑑みて成されたものであり、その目的は、軽量であるという特性を維持しながらも鉄系材料で得られる剛性と同等以上の高い剛性を有するアルミ製のステアリングナックルを提供することにある。

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照番号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

本発明に係るアルミ製ステアリングナックル（２０）は、車両に用いられるものであって、略円形空洞（２１ａ）と、当該略円形空洞（２１ａ）の周囲に配置される複数のボルト孔（２１ｂ）とを有することで、車輪支持体（１０）の取り付け箇所となる本体部（２１）と、前記本体部（２１）の上方に設けられてダンパー（２）に連結されるダンパー連結部（２２）と、前記本体部（２１）の下方に設けられてロワアーム（３）に連結されるロワアーム連結部（２３）と、前記本体部（２１）から車両前後方向のいずれか一方に伸びて形成されるアーム（２４）の先端に設けられてタイロッド（５）に連結されるタイロッド連結部（２５）と、前記本体部（２１）から車両前後方向のいずれか他方に形成されてブレーキキャリパー（６）が設置されるブレーキキャリパー設置部（２６）と、を備え、さらに、前記複数のボルト孔（２１ｂ）の周囲を取り囲むように設置されるとともに車両本体側に立設して設けられる壁面（２１ｃ）を有し、前記壁面（２１ｃ）が、隣り合う前記ボルト孔（２１ｂ）同士を直線的につなぐように形成されるとともに、立設する当該壁面（２１ｃ）の高さが壁面全周において略同一に形成され、前記ダンパー連結部（２２）、前記タイロッド連結部（２５）及び前記本体部（２１）の間には、リブ（３１）が形成されており、当該リブ（３１）の外郭形状が、前記ダンパー連結部（２２）と前記タイロッド連結部（２５）とを直線的に結ぶような稜線を描いて形成され、前記ダンパー連結部（２２）、前記ブレーキキャリパー設置部（２６）及び前記本体部（２１）の間には、別のリブ（３３）が形成されており、当該別のリブ（３３）の外郭形状が、前記ダンパー連結部（２２）と前記ブレーキキャリパー設置部（２６）とを直線的に結ぶような稜線を描いて形成され、前記ダンパー連結部（２２）は、上下方向に延びた形状を有しており、前記リブ（３１）と前記別のリブ（３３）の配置位置が、前記ダンパー連結部（２２）を基準としたときに、車両の前後方向の位置に相当する位置で配置されるとともに、前記リブ（３１）と前記別のリブ（３３）が車両の前後方向で略前後対称形状となるように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、アルミニウムやアルミニウム合金等の軽量化金属材料が有する軽量であるという特性を維持しながらも、鉄系材料で得られる剛性と同等以上の高い剛性を有するアルミ製のステアリングナックルを提供することができる。

本実施形態に係るアルミ製ステアリングナックルが用いられる一般的な車両用懸架装置の概略構成を説明する概略図である。 本実施形態に係るアルミ製ステアリングナックルの正面図であり、取付時において車両本体側を向く面を示している。 本実施形態に係るアルミ製ステアリングナックルの背面図であり、取付時において車輪側を向く面を示している。 本実施形態に係るアルミ製ステアリングナックルの外観斜視図である。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

まず、本実施形態に係るアルミ製ステアリングナックル２０が設置される一般的な車両用懸架装置１の構成について、図１を用いて説明する。ここで、図１は、本実施形態に係るアルミ製ステアリングナックルが用いられる一般的な車両用懸架装置１の概略構成を説明する概略図である。なお、図１は、あくまで本発明の使用態様を説明するための概略図であるため、図１中に示されるアルミ製ステアリングナックル１２０については、本発明の構成とは異なる一般的なものが描かれている。

この車両用懸架装置１は、前輪用の懸架装置であり、不図示のホイールハブを回転可能に支持する支持部材としてアルミ製ステアリングナックル１２０が設けられている。また、この車両用懸架装置１は、マクファーソン・ストラット形式の懸架装置であり、支持部材としてのアルミ製ステアリングナックル１２０は、ホイールハブ（不図示）等の車輪支持体の取り付け箇所となる本体部１２１と、本体部１２１の上方に設けられてダンパー２に連結されるダンパー連結部１２２と、本体部１２１の下方に設けられてロワアーム３に連結されるロワアーム連結部１２３と、本体部１２１から車両後方向に伸びて形成されるアーム１２４の先端に設けられてタイロッド５に連結されるタイロッド連結部１２５と、本体部１２１から車両前方向に形成されてブレーキキャリパー６が設置されるブレーキキャリパー設置部１２６と、を有して構成されている。なお、図１では、車両用懸架装置１が前輪に用いられる場合を例示しているが、マクファーソン・ストラット形式の懸架装置については、ロワアーム３の前後幅を広くとったり、ロワアーム３を２本にするパラレルリンク式を採用する等の対策を取ることで、後輪にも用いることができる。

また、車両用懸架装置１は、摩擦ブレーキ機構（ディスク式ブレーキ）を構成する部品として、不図示のホイールハブに係合して、車輪１５と一体に回転するディスクローター１０を有している。ホイールハブ（不図示）には、ロータ回転軸を中心とする周方向に複数のハブボルト（不図示）が配設されており、当該ハブボルトを用いることで、ディスクローター１０は、車輪１５と共に、ホイールハブ（不図示）にボルト結合される。これにより、ディスクローター１０は、車輪１５及びホイールハブ（不図示）と一体に回転する。

また、車両用懸架装置１には、摩擦ブレーキ機構を構成する部品として、ディスクローター１０の摺接面と接して摩擦力を生じさせる摩擦部材としての不図示のブレーキパッドと、当該ブレーキパッドを介してディスクローター１０を両側から挟みこむブレーキキャリパー６とを有している。ブレーキキャリパー６は、ディスクローター１０を挟み込むよう配置された２箇所のブレーキパッドを保持しており、図示しないホイールシリンダによりブレーキパッドを押圧して、当該ブレーキパッドに作動力を伝達することで、ブレーキパッドとディスクローター１０との間に摩擦力を生じさせることができるようになっている。当該摩擦力は、ロータ回転軸の周方向に作用して、ディスクローター１０に結合された車輪１５の接地面に制動力を生じさせる。

このように構成された車両用懸架装置１は、車輪１５と一体にディスクローター１０が回転しているときに、ブレーキキャリパー６が不図示のブレーキパッドに作動力を伝達すると、当該ブレーキパッドとディスクローター１０との摺接面には、ロータ回転軸の周方向に摩擦力が作用する。この摩擦力は、車輪１５の接地面に制動力を生じさせる一方、その反力としてロータ回転軸の周方向の力（力のモーメント）が、ブレーキパッドから、ブレーキキャリパー６等を介してアルミ製ステアリングナックル１２０に伝達される。つまり、不図示のブレーキパッドとディスクローター１０との間に摩擦力が生じると、ブレーキキャリパー６からアルミ製ステアリングナックル１２０に、ロータ回転軸まわりの力のモーメントが伝達されることとなる。

以上、一般的なアルミ製ステアリングナックル１２０が設置される車両用懸架装置１の概略構成について、図１を用いて説明を行った。そして、本発明に係るアルミ製ステアリングナックルは、この種の一般的な車両用懸架装置１に対して用いることが可能である。そこで、次に、本実施形態に係るアルミ製ステアリングナックル２０の詳細な形態的特徴について、図２〜図４を用いて説明を行う。ここで、図２は、本実施形態に係るアルミ製ステアリングナックル２０の正面図であり、取付時において車両本体側を向く面を示している。また、図３は、本実施形態に係るアルミ製ステアリングナックル２０の背面図であり、取付時において車輪側を向く面を示している。さらに、図４は、本実施形態に係るアルミ製ステアリングナックル２０の外観斜視図である。

図２〜図４に示す本実施形態に係るアルミ製ステアリングナックル２０は、重力鋳造や傾斜重力鋳造などといった従来公知の鋳造方法によって製造されており、その形態的な形状に有意な特徴を有している。まず、本実施形態に係るアルミ製ステアリングナックル２０の基本構成を説明する。

本実施形態に係るアルミ製ステアリングナックル２０は、その中央部分に上述したホイールハブ（不図示）等の車輪支持体の取り付け箇所となる本体部２１を有している。本体部２１の中央には、略円形空洞２１ａが形成されており、さらに、この略円形空洞２１ａの周囲には、４つのボルト孔２１ｂが形成されている。

略円形空洞２１ａには、車輪支持体を構成する不図示のハブベアリングが配置される。一方、４つのボルト孔２１ｂには、ハブボルト（不図示）が螺合接合される。つまり、不図示のハブボルトが４つのボルト孔２１ｂに螺合されることで、上述した車輪支持体や車輪１５等がアルミ製ステアリングナックル２０の本体部２１に設置されることとなる。

本体部２１の上方には、ダンパー２を連結するためのダンパー連結部２２が形成されている。ダンパー２は、バネとピストンロッドとを有して構成されており、図１にて例示したように、ピストンロッドの下端側がダンパー連結部２２に対して連結部材を介してボルトにより連結接合されることとなる。したがって、ダンパー連結部２２は、主として本体部２１に向かう方向のモーメントを受けることとなる。

本体部２１の下方には、ロワアーム３を連結するためのロワアーム連結部２３が形成されている。このロワアーム連結部２３についても、図１にて例示したロワアーム３をボルト等の締結手段を用いることでロワアーム連結部２３に対して確実に連結できるように構成されている。

本体部２１の車両後方向（図２における紙面右方向）には、アーム２４が伸びて形成されており、このアーム２４の先端には、図１にて例示したタイロッド５を連結するためのタイロッド連結部２５が形成されている。本実施形態に係るタイロッド連結部２５には、車両の上下方向を向く開口孔が形成されており、タイロッド５が有する凸部をこの開口孔に嵌め込むことで、タイロッド５とアルミ製ステアリングナックル２０との連結が実現するように構成されている。

一方、本体部２１の車両前方向（図２における紙面左方向）には、ブレーキキャリパー６を設置するためのブレーキキャリパー設置部２６が形成されている。なお、本実施形態に係るブレーキキャリパー設置部２６は、２つのボルト孔として構成されており、ボルト等の締結手段を用いることで、ブレーキキャリパー６をアルミ製ステアリングナックル２０に対して確実に固定できるようになっている。

以上のような基本構成を有する本実施形態に係るアルミ製ステアリングナックル２０であるが、このアルミ製ステアリングナックル２０は、軽量であるという特性を維持しながらも、鉄系材料で得られる剛性と同等以上の高い剛性を獲得するために、種々の有意な形態的特徴を備えている。以下に、その具体的な構成を説明する。

まず、本実施形態に係るアルミ製ステアリングナックル２０には、本体部２１に形成された複数のボルト孔２１ｂの周囲を取り囲むように、壁面２１ｃが形成されている。この壁面２１ｃは、車両本体側に向けて立設して設けられており、また、隣り合うボルト孔２１ｂ同士を直線的につなぐように形成されている。さらに、この壁面２１ｃについては、立設する当該壁面２１ｃの高さが、壁面全周において略同一となるように形成されている。本実施形態に係る壁面２１ｃが、前述のような構成を備えることで、壁面２１ｃの立設方向、すなわち車両本体側の方向に加わる内向きの剛性を向上させることが可能となる。かかる効果は、特に、旋回時に加わるモーメントを好適に受容できることにつながるため、本実施形態に係るアルミ製ステアリングナックル２０が、アルミの有する軽量であるという特性を維持しながらも、鉄系材料で得られる剛性と同等以上の高い剛性を獲得することを可能としている。

なお、アルミ製ステアリングナックル２０の前方に設けられたブレーキキャリパー設置部２６の形成位置には、ブレーキキャリパー６が設置されていることから、このブレーキキャリパー６からは、車輪１５の回転方向の力の他、ブレーキのモーメントや車両前後方向の力や内向きの力などが加わることになるが、本体部２１に対してお椀形に形成された壁面２１ｃが好適に回転方向の力等を受容することに寄与するので、かかる点からも、本実施形態に係る壁面２１ｃが、アルミ製ステアリングナックル２０の剛性を高めることを実現している。

本体部２１における壁面２１ｃの内部側については、複数のボルト孔２１ｂの形成箇所以外の箇所２１ｄが徐肉形成されており、複数のボルト孔２１ｂの形成箇所２１ｂ´が壁面２１ｃの内部側のその他の箇所２１ｄより高くなるように形成されている。かかる構成、すなわち、ハブボルトが締結される複数のボルト孔２１ｂの形成箇所２１ｂ´と、複数のボルト孔２１ｂの形成箇所以外の箇所２１ｄとの間に段差を設けることによって、この段差が前述の壁面２１ｃと同様の作用を発揮するので、内向きの剛性の向上効果をさらに得ることが可能となっている。

また、アルミ製ステアリングナックル２０が有するアーム２４には、第一肉抜部２４ａ，２４ｂが形成されている。この第一肉抜部２４ａ，２４ｂは、アーム２４の正面側、すなわち、取付時において車両本体側を向く面側に形成された肉抜部位（２４ａ）と、アーム２４の背面側、すなわち、取付時において車輪側を向く面側に形成された肉抜部位（２４ｂ）とで構成されている。したがって、本実施形態に係る第一肉抜部２４ａは、その形成位置におけるアーム２４の断面形状がＨ字形となるように構成されている。かかる形状については、アルミ製ステアリングナックル２０を軽量化するために形成されたものである。

さらに、本実施形態に係るアルミ製ステアリングナックル２０では、ダンパー連結部２２、タイロッド連結部２５及び本体部２１の間に対して、第一リブ３１を形成した。この第一リブ３１については、その外郭形状が、ダンパー連結部２２とタイロッド連結部２５とを直線的に結ぶような稜線を描くように形成されている。

またさらに、本実施形態に係るアルミ製ステアリングナックル２０では、ロワアーム連結部２３、タイロッド連結部２５及び本体部２１の間に対して、第二リブ３２を形成した。この第二リブ３２については、その外郭形状が、ロワアーム連結部２３とタイロッド連結部２５とを直線的に結ぶような稜線を描くように形成されている。

これら第一リブ３１と第二リブ３２の形状は、無駄な肉付けを行うことなくアーム２４等の剛性向上を実現するものである。特に、ダンパー連結部２２とタイロッド連結部２５、及びロワアーム連結部２３とタイロッド連結部２５とを直線的に結ぶことで、非常にシンプルな形状が実現されており、かかる形状が製造の容易化と剛性の向上、さらには軽量化といった複数の効果を生み出している。

さらにまた、本実施形態に係るアルミ製ステアリングナックル２０では、ダンパー連結部２２、ブレーキキャリパー設置部２６及び本体部２１の間に対して、第三リブ３３を形成した。この第三リブ３３については、その外郭形状が、ダンパー連結部２２とブレーキキャリパー設置部２６とを直線的に結ぶような稜線を描くように形成されている。この第三リブ３３についても、上述した第一リブ３１及び第二リブ３２と同様の作用効果を発揮することは明らかであるが、さらに、この第三リブ３３が設置される箇所は、ブレーキキャリパー６の設置位置に近接しているので、車輪１５の回転方向の力やブレーキのモーメント等が及ぼされることとなる。また、第三リブ３３の設置箇所は、特に、車両が急制動したり急発進したりしたときに倒れ方向のモーメントが加わることになるのであるが、本実施形態に係る第三リブ３３が好適に作用することで、アルミ製ステアリングナックル２０の剛性を高めることを実現している。

また、本実施形態のダンパー連結部２２は、上下方向に延びた形状を有しているが、このダンパー連結部２２の左右方向には、第一リブ３１と第三リブ３３が配置されている。第一リブ３１と第三リブ３３の配置位置は、ダンパー連結部２２から見たときに、ちょうど車両の前後方向の位置に相当する。つまり、第一リブ３１と第三リブ３３とは、ダンパー連結部２２が車両の前後方向に倒れることを防止する機能を発揮できるように構成されている。このような第一リブ３１と第三リブ３３とが協働して発揮するダンパー連結部２２に対する倒れ防止効果は、本実施形態に係るアルミ製ステアリングナックル２０の剛性と強度をより向上させることに寄与するものである。

さらに、本実施形態に係るアルミ製ステアリングナックル２０では、ダンパー連結部２２の裏面側、すなわち、ダンパー連結部２２が形成された箇所における車輪支持体の取り付け側に、第二肉抜部２２ａが形成されている。また、この第二肉抜部２２ａの内部には、さらに、肉抜補強リブ２２ｂが形成されている。

ここで、第二肉抜部２２ａは、軽量化のために形成されるものであるが、ダンパー連結部２２の設置箇所周辺でのバランスのよい軽量化を実現するために、本実施形態の第二肉抜部２２ａについては、ダンパー連結部２２の形成箇所の裏面中央位置に形成することとした。かかる構成により、第二肉抜部２２ａの左右でほぼ均等に外力を受けることが可能となる。また、軽量化と高剛性という相反する特性を最大限に両立させるために、本実施形態では、第二肉抜部２２ａの内部の中央位置に対して肉抜補強リブ２２ｂを形成することとした。これにより、第二肉抜部２２ａの形成によって最大限の軽量化を図りながらも、肉抜補強リブ２２ｂの存在によって剛性の維持が実現するので、軽量化と高剛性という相反する特性を両立することが実現している。なお、本実施形態に係る肉抜補強リブ２２ｂは、車両の前後方向に沿った壁面を有するように形成されていることから、車両の前後方向での剛性の向上に特に寄与している。ただし、本発明に係る肉抜補強リブの形状や形成箇所等については、ステアリングナックルに対して及ぼされる外力の方向等の特性に応じて任意に決定すればよい。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。

例えば、本実施形態に係る肉抜補強リブ２２ｂについては、ダンパー連結部２２の裏面側に形成された第二肉抜部２２ａの内部にのみ形成されていたが、本実施形態に係る第一肉抜部２４ａ，２４ｂや、その他の肉抜部に相当する部位に対して形成することができる。

また、例えば、本実施形態に係るアルミ製ステアリングナックル２０では、本体部２１の車両後方向（図２における紙面右方向）に対してアーム２４とタイロッド連結部２５が形成され、本体部２１の車両前方向（図２における紙面左方向）に対してブレーキキャリパー設置部２６が形成されていた。しかしながら、アーム２４及びタイロッド連結部２５の形成位置と、ブレーキキャリパー設置部２６の形成位置については、本実施形態の場合と左右逆に形成されていてもよい。

さらに、上述した本実施形態に係るアルミ製ステアリングナックル２０は、マクファーソン・ストラット形式の懸架装置に使用されるものであったが、本発明の適用範囲は、この形式に限定されるものではない。例えば、ダブルウイッシュボーン式やマルチリンク式などといったその他のあらゆる形式に対して、本発明の技術思想を適用することが可能である。

またさらに、本実施形態に係るアルミ製ステアリングナックル２０の製造方法については、背景技術の欄で例示した重力鋳造や傾斜重力鋳造などといった鋳造技術だけではなく、鍛造などのその他の製法によっても製造することが可能である。

その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１ 車両用懸架装置、２ ダンパー、３ ロワアーム、５ タイロッド、６ ブレーキキャリパー、１０ ディスクローター、１５ 車輪、２０，１２０ アルミ製ステアリングナックル、２１，１２１ 本体部、２１ａ 略円形空洞、２１ｂ ボルト孔、２１ｂ´ （ボルト孔２１ｂの）形成箇所、２１ｃ 壁面、２１ｄ （ボルト孔２１ｂの形成箇所以外の）箇所、２２，１２２ ダンパー連結部、２２ａ 第二肉抜部、２２ｂ 肉抜補強リブ、２３，１２３ ロワアーム連結部、２４，１２４ アーム、２４ａ，２４ｂ 第一肉抜部、２５，１２５ タイロッド連結部、２６，１２６ ブレーキキャリパー設置部、３１ 第一リブ、３２ 第二リブ、３３ 第三リブ。

Claims (1)

1. 車両に用いられるアルミ製ステアリングナックルであって、
   略円形空洞と、当該略円形空洞の周囲に配置される複数のボルト孔とを有することで、車輪支持体の取り付け箇所となる本体部と、
   前記本体部の上方に設けられてダンパーに連結されるダンパー連結部と、
   前記本体部の下方に設けられてロワアームに連結されるロワアーム連結部と、
   前記本体部から車両前後方向のいずれか一方に伸びて形成されるアームの先端に設けられてタイロッドに連結されるタイロッド連結部と、
   前記本体部から車両前後方向のいずれか他方に形成されてブレーキキャリパーが設置されるブレーキキャリパー設置部と、
   を備え、さらに、
   前記複数のボルト孔の周囲を取り囲むように設置されるとともに車両本体側に立設して設けられる壁面を有し、
   前記壁面が、隣り合う前記ボルト孔同士を直線的につなぐように形成されるとともに、立設する当該壁面の高さが壁面全周において略同一に形成され、
   前記ダンパー連結部、前記タイロッド連結部及び前記本体部の間には、リブが形成されており、
   当該リブの外郭形状が、前記ダンパー連結部と前記タイロッド連結部とを直線的に結ぶような稜線を描いて形成され、
   前記ダンパー連結部、前記ブレーキキャリパー設置部及び前記本体部の間には、別のリブが形成されており、
   当該別のリブの外郭形状が、前記ダンパー連結部と前記ブレーキキャリパー設置部とを直線的に結ぶような稜線を描いて形成され、
   前記ダンパー連結部は、上下方向に延びた形状を有しており、前記リブと前記別のリブの配置位置が、前記ダンパー連結部を基準としたときに、車両の前後方向の位置に相当する位置で配置されるとともに、前記リブと前記別のリブが車両の前後方向で略前後対称形状となるように構成されていることを特徴とするアルミ製ステアリングナックル。

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