JP6392591B2 - 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延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、前記アーム（２４）は、複数のアーム（２４）としての第一アーム（２４ａ）と第二アーム（２４ｂ）とから形成されるとともに前記本体部（２１）の車両前後方向に互いに沿って形成され、前記第一アーム（２４ａ）及び前記第二アーム（２４ｂ）は、平面視円弧形状となっているとともに、前記ダンパー連結部（２２）方向を円の中心とした劣弧形状となっており、また、前記第一アーム（２４ａ）と前記第二アーム（２４ｂ）とは、平面視において隙間を有さず車両後方向に互いに沿って形成され、２本で構成される前記第一アーム（２４ａ）と前記第二アーム（２４ｂ）が、段違いを有する１本のアーム（２４）として見えるように構成され、前記第一アーム（２４ａ）の長手方向の軸線と前記第二アーム（２４ｂ）の長手方向の軸線とは、交差するように構成され、前記第一アーム（２４ａ）の基端部と、前記第二アーム（２４ｂ）の基端部と、前記第一アーム（２４ａ）及び前記第二アーム（２４ｂ）の末端部とを結んだ線が、三角形状となるように構成されており、前記第一アーム（２４ａ）と前記第二アーム（２４ｂ）との間に、車両左右方向に貫通する略三角形状の貫通孔（２４ｃ）が形成され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）は、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、前記ダンパー連結部（２２）と前記本体部（２１）との間に上下方向に亘って形成される平面視略台形状の縦穴（２２ａ）を有し、前記本体部（２１）には壁面（２１ｃ）が形成され、当該壁面（２１ｃ）の内部側にハブボルトが締結される前記複数のボルト孔（２１ｂ）が形成され、前記壁面（２１ｃ）の内部側には、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、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平面図である。 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側斜視図である。 本実施形態に係るアルミ製ステアリングナックルの背面側斜視図である。

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から車両後方向に延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２０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６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の平面図である。また、図５は、本実施形態に係るアルミ製ステアリングナックル２０の正面側斜視図であり、図６は、本実施形態に係るアルミ製ステアリングナックル２０の背面側斜視図である。

図２〜図６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、３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、３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３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が延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。

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アーム２４の最適形状を鋭意研究した。その結果、図２〜図６に示すように、本実施形態に係るアーム２４が複数のアームで構成される形態、具体的には、２本のアーム２４ａ，２４ｂを有して構成されることで、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、アーム２４の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複数のアーム２４としての２本のアーム２４ａ，２４ｂを用いることで、その他の形状に比べて高い剛性を維持できるアーム２４を実現できることが確認できた。また、アーム２４には、２本のアーム２４ａ，２４ｂの間に貫通孔２４ｃを形成することにより、鉄系材料で得られる剛性と同等以上の高い剛性を維持しつつ、さらなる軽量化を実現することができることを確認した。具体的には、図２〜図６に示すように、本実施形態に係るアーム２４は、複数のアーム２４としての第一アーム２４ａと第二アーム２４ｂとから構成される。

第一アーム２４ａは、本体部２１から車両後方向（図２における紙面右方向）に延びて形成されるとともに、車両用懸架装置１にアルミ製ステアリングナックル２０を設置した状態において車輪１５の接地面と略平行となるように構成されている（図１及び図２参照）。より詳しくは、第一アーム２４ａは、本体部２１のダンパー連結部２２寄りであって本体部２１の背面側から車両後方向（図２における紙面右方向）に延びてタイロッド連結部２５に接続している。

第二アーム２４ｂは、本体部２１の正面側から車両後方向（図２における紙面右方向）に延びて形成されるとともに、車両用懸架装置１にアルミ製ステアリングナックル２０を設置した状態において車輪１５の接地面に対して傾斜した状態となっている（図１及び図２参照）。より詳しくは、第二アーム２４ｂは、本体部２１のロワアーム連結部２３寄りであって本体部２１の正面側から車両後方向（図２における紙面右方向）に延びてタイロッド連結部２５に接続している。また、第二アーム２４ｂは、第二アーム２４ｂの基端部から末端部に向けて車両上下方向（図２の紙面上下方向）の幅が小さくなっている。

第一アーム２４ａ及び第二アーム２４ｂは、図４に示すように、平面視円弧形状となっており、ダンパー連結部２２方向を円の中心とした劣弧形状となっている。そして、第一アーム２４ａと第二アーム２４ｂとは、平面視において隙間を有さず車両後方向（図４における紙面右方向）に互いに沿って形成され、２本のアーム２４ａ，２４ｂが、段違いを有する１本のアーム２４のように見えるように構成されている。第一アーム２４ａと第二アーム２４ｂとは、それぞれのアーム２４（２４ａ，２４ｂ）の基端部が、本体部２１の別々の箇所に配置されているが、アーム２４（２４ａ，２４ｂ）の長さの略半分の位置で接合され、それぞれのアーム２４（２４ａ，２４ｂ）の末端部が、タイロッド連結部２５に接続するように構成される。また、第一アーム２４ａの長手方向の軸線と第二アーム２４ｂの長手方向の軸線とは、交差するように構成されている。さらに、第一アーム２４ａの基端部と、第二アーム２４ｂの基端部と、第一アーム２４ａ及び第二アーム２４ｂの末端部とを結んだ線が、三角形状となるように構成されている。

そして、本実施形態に係るアルミ製ステアリングナックル２０は、図２、図３、図５及び図６に示すように、第一アーム２４ａと第二アーム２４ｂとの間に、車両左右方向に貫通する略三角形状の貫通孔２４ｃが形成される。この貫通孔２４ｃは、アーム２４の剛性上、必要のない個所であるということができる。したがって、当該位置に貫通孔２４ｃを形成することにより、鉄系材料で得られる剛性と同等以上の高い剛性を維持しつつ、さらなる軽量化を実現することができる。

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、ダンパー連結部２２と本体部２１との間に上下方向に亘って形成される平面視略台形状の縦穴２２ａを有している。縦穴２２ａを形成することにより、さらなる軽量化が可能となっている。

本体部２１には、図２及び図５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。

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は、複数のアーム２４として２本のアーム２４ａ，２４ｂを有することとしているが、その数は、アーム２４の剛性を確保できる範囲において変更することができる。

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において、貫通孔２４ｃが形成されている箇所を徐肉形成してもよい。

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 縦穴、２３，１２３ ロワアーム連結部、２４，１２４ アーム、２４ａ 第一アーム、２４ｂ 第二アーム、２４ｃ 貫通孔、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延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、
   前記アームは、複数のアームとしての第一アームと第二アームとから形成されるとともに前記本体部の車両前後方向に互いに沿って形成され、
   前記第一アーム及び前記第二アームは、平面視円弧形状となっているとともに、前記ダンパー連結部方向を円の中心とした劣弧形状となっており、また、
   前記第一アームと前記第二アームとは、平面視において隙間を有さず車両後方向に互いに沿って形成され、２本で構成される前記第一アームと前記第二アームが、段違いを有する１本のアームとして見えるように構成され、
   前記第一アームの長手方向の軸線と前記第二アームの長手方向の軸線とは、交差するように構成され、
   前記第一アームの基端部と、前記第二アームの基端部と、前記第一アーム及び前記第二アームの末端部とを結んだ線が、三角形状となるように構成されており、
   前記第一アームと前記第二アームとの間に、車両左右方向に貫通する略三角形状の貫通孔が形成され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において、
   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、前記ダンパー連結部と前記本体部との間に上下方向に亘って形成される平面視略台形状の縦穴を有し、
   前記本体部には壁面が形成され、当該壁面の内部側にハブボルトが締結される前記複数のボルト孔が形成され、
   前記壁面の内部側には、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、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。

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