JP6116191B2 - 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、前記タイロッド連結部（２５）が先端に形成される前記アーム（２４）には、肉抜部（２４ａ）が形成されており、前記肉抜部（２４ａ）は、前記アーム（２４）の上側に形成される上側リブ（２４ｂ）と、前記アーム（２４）の下側に位置して前記上側リブ（２４ｂ）よりも肉厚に形成される下側リブ（２４ｃ）と、前記上側リブ（２４ｂ）と前記下側リブ（２４ｃ）との間に上下方向に亘って形成される縦辺部（２４ｄ）と、によって構成されることで、前記肉抜部（２４ａ）の形成位置における前記アーム（２４）の断面形状が、コ字形となるように形成され、前記ダンパー連結部（２２）が形成された箇所における前記車輪支持体（１０）の取り付け側に、第二肉抜部（２２ａ）が形成され、前記第二肉抜部（２２ａ）の内部には、肉抜補強リブ（２２ｂ）が形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明に係るアルミ製ステアリングナックル（２０）であって、前記本体部（２１）には壁面（２１ｃ）が形成されており、また、前記壁面（２１ｃ）の内部側については、前記複数のボルト孔（２１ｂ）の形成箇所以外の箇所（２１ｄ）が徐肉形成されるとともに、前記複数のボルト孔（２１ｂ）の形成箇所（２１ｂ´）が前記壁面（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おり、前記複数のボルト孔（２１ｂ）の形成箇所（２１ｂ´）と、前記複数のボルト孔（２１ｂ）の形成箇所以外の箇所（２１ｄ）との間には、段差が設けられていることとすることができる。

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。 図２中のＶ−Ｖ断面を示す図である。

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５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。また、図５は、図２中のＶ−Ｖ断面を示す図である。

図２〜図５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下方より嵌め込むことで、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、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。

すなわち、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が形成されている。この第一肉抜部２４ａについては、アルミ製ステアリングナックル２０の軽量化のために形成されたものであるが、一方で、アーム２４の剛性は維持しなければならない。そこで、発明者らは、鉄系材料と同等の剛性を維持しながらも、さらなる軽量化を実現するための第一肉抜部２４ａの最適形状を鋭意研究した。その結果、図５で示すように、第一肉抜部２４ａの形成位置におけるアーム２４の断面形状を、コ字形とすることで、高い剛性を維持できることが明らかとなった。すなわち、発明者らは、第一肉抜部２４ａの形成位置におけるアーム２４の断面形状を様々に変更して検討したが、本実施形態で採用した断面コ字形については、その他の形状に比べて高い剛性を維持できることが確認できている。具体的には、第一肉抜部２４ａの形成位置におけるアーム２４の断面形状を、Ｈ字形にした場合に比べて、コ字形にした場合の方が、約２０％以上の剛性向上が実現できることを、発明者らは確認している。これは、断面形状をＨ字形にした場合に比してコ字形にした場合の方が、中立軸と部材との間の距離が大きくなることから、アーム２４の断面二次モーメントが大きくなるためと考えられる。

また、アーム２４には、第一肉抜部２４aを形成することにより、その上側及び下側にそれぞれ上側リブ２４ｂ及び下側リブ２４ｃ、並びにそれらの間に上下方向に亘る縦辺部２４ｄが残ることとなる。上述のように、タイロッド５は、アーム２４のタイロッド連結部２５に対して下方から連結される一方、図５に示すように、タイロッド５が連結される側に近い下側リブ２４ｃは、上側リブ２４ｂよりも肉厚に構成されている。このような構成により、タイロッド５から伝達される操舵力が直接印加される部位、つまり下側リブ２４ｃの剛性が局部的に向上されることとなり、不必要に重量増加を招くことなくアーム２４に求められる剛性を確保することができる。

なお、アルミ製ステアリングナックル２０の鋳造等による成形時において、溶湯を成形型内に注入する部位によっては、アーム２４の末端部付近を形成する溶湯の凝固タイミングが異なることを考慮して、縦辺部２４ｄの肉厚を、アーム２４の基端部から末端部にかけて変化させるようにしてもよい。あるいは、アーム２４の剛性を確保できる範囲において、部分的に縦辺部２４ｄの肉厚をゼロとするようにしてもよい。

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。

なお、上述した肉抜補強リブ２２ｂについて、本実施形態では、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、本体部２１には、図２及び図４にて詳細に示されるように、壁面２１ｃが形成されている。そしてさらに、この壁面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。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との間には、段差が設けられているのである。この段差の形成方向は、車両の本体側に向かって形成されているので、かかる構成によって、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。そして、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。

以上のような特徴的な構成を採用することで、本実施形態に係るアルミ製ステアリングナックル２０は、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が可能となっている。

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´ ボルト孔の形成箇所、２１ｃ 壁面、２１ｄ ボルト孔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 第一肉抜部、２４ｂ 上側リブ、２４ｃ 下側リブ、２４ｄ 縦辺部、２５，１２５ タイロッド連結部、２６，１２６ ブレーキキャリパー設置部。

Claims (2)

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、
   前記タイロッド連結部が先端に形成される前記アームには、肉抜部が形成されており、
   前記肉抜部は、
   前記アームの上側に形成される上側リブと、
   前記アームの下側に位置して前記上側リブよりも肉厚に形成される下側リブと、
   前記上側リブと前記下側リブとの間に上下方向に亘って形成される縦辺部と、
   によって構成されることで、前記肉抜部の形成位置における前記アームの断面形状が、コ字形となるように形成され、
   前記ダンパー連結部が形成された箇所における前記車輪支持体の取り付け側に、第二肉抜部が形成され、
   前記第二肉抜部の内部には、肉抜補強リブが形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。
2. 請求項１に記載のアルミ製ステアリングナックルであって、
   前記本体部には壁面が形成されており、また、
   前記壁面の内部側については、前記複数のボルト孔の形成箇所以外の箇所が徐肉形成されるとともに、前記複数のボルト孔の形成箇所が前記壁面の内部側のその他の箇所より高くなるように形成されており、
   前記複数のボルト孔の形成箇所と、前記複数のボルト孔の形成箇所以外の箇所との間には、段差が設けら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。

Images