JP7328545B2 - フロントアクスルビーム及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、フロントアクスルビーム及びその製造方法に関する。

フロントアクスルビーム（以下、単に「フロントアクスル」ともいう。）は、トラックやバス等の車両に搭載される。フロントアクスルは長尺な部品であり、左右の前輪と車体（シャシー）と接続する重要保安部品である。例えば特開２００３－２８５７７１号公報（特許文献１）に記載されるように、フロントアクスルは、通常、２つのキングピン取付け部、２つのバネ取付け座部、ビーム部、及び２つのアーム部を備える。キングピン取付け部は、フロントアクスルの両端部にそれぞれ配置される。バネ取付け座部は、キングピン取付け部同士の間に配置される。ビーム部は、バネ取付け座部同士をつなぐ。アーム部は、キングピン取付け部とバネ取付け座部とをつなぐ。

フロントアクスルが車両に搭載されるとき、キングピン取付け部にキングピンが取り付けられ、キングピンに車両の前輪が取り付けられる。バネ取付け座部にはバネが取り付けられ、バネの上に車体が取り付けられる。車両に搭載されたフロントアクスルは、キングピン取付け部で支えられつつ、車重をバネ取付け座部で受ける。

乗り心地の観点から、フロントアクスルには車高方向の曲げ剛性が高いことが要求される。つまり、バネ取付け座部を固定した状態で、キングピン取付け部に車高方向下向きの荷重が加えられたときに、バネ取付け座部とキングピン取付け部との間の車高方向の変位が小さいことが要求される。

また、車両走行中に前輪に急ブレーキが加えられた場合、車体の慣性力がバネ取付け座部に作用する。この慣性力は車長方向前向きの荷重である。この場合、車両が車線を逸脱しないことが必要である。このため、急ブレーキ時の走行安定性の観点から、フロントアクスルには車長方向の曲げ剛性が高いことも要求される。つまり、バネ取付け座部を固定した状態で、キングピン取付け部に車長方向の荷重が加えられたときに、バネ取付け座部とキングピン取付け部との間の車長方向の変位が小さいことも要求される。

フロントアクスルの曲げ剛性を高める手法として、単純には、ビーム部及びアーム部を太くすることが考えられる。しかしながら、この場合、フロントアクスルの重量が大幅に増加する。また、フロントアクスルの周辺には様々な部品が配置されている。ビーム部及びアーム部を太くしてその断面積を大きくした場合、フロントアクスルの設置スペースが拡大する。このため、車両全体が不必要に大きくならざるを得ない。

一般に、車両には燃費性能が求められる。このため、フロントアクスルの重量の増加は可能な限り抑える必要がある。また、上記の通り、フロントアクスルは重要保安部品である。このため、フロントアクスルには高い信頼性が要求される。この点、型鍛造によって製造される鍛造品は、疲労強度及び破壊靭性に優れる。したがって、多くのフロントアクスルは鍛造品である。

鍛造品であるフロントアクスル（以下、「鍛造フロントアクスル」ともいう。）において、従来、ビーム部、バネ取付け座部及びアーム部の各横断面はＩ字形である。型鍛造時に、鍛造品となる鍛造材を一対の鍛造型から取り出すためである。Ｉ字形の横断面を有する、ビーム部、バネ取付け座部及びアーム部は、いずれも、車高方向に沿うウェブ部と、車長方向に沿う２つのフランジ部と、から構成される。フランジ部は、ウェブ部の両側端にそれぞれつながる。Ｉ字形の横断面は、ウェブ部及び２つのフランジ部の全体の横断面によって形作られる。

このような鍛造フロントアクスルにおいて、車高方向の曲げ剛性を確保しつつ、車長方向の曲げ剛性を高める手法として、フランジ部の幅（横断面における車長方向の長さ）を大きくすることが考えられる。しかしながら、フランジ部の幅の拡大は、型鍛造による製造上の制約から限界がある。また、フランジ部と周辺部品との干渉を避けるために、フランジ部の幅を無限に拡大することはできない。

特開２００３－２８５７７１号公報

本発明の１つの目的は、車高方向の曲げ剛性を確保しつつ、車長方向の曲げ剛性を高めることができるフロントアクスルビームを提供することである。また、本発明の他の目的は、そのようなフロントアクスルビームを鍛造品として製造できる製造方法を提供することである。

本発明の実施形態によるフロントアクスルビームは、車両に搭載されるフロントアクスルビームである。当該フロントアクスルビームは、２つのキングピン取付け部と、２つのバネ取付け座部と、ビーム部と、２つのアーム部と、を備える。キングピン取付け部は、相互に車幅方向に間隔をあけて配置される。バネ取付け座部は、相互にキングピン取付け部同士の間で車幅方向に間隔をあけて配置される。ビーム部は、バネ取付け座部同士をつなぐ。アーム部は、相互に車幅方向に間隔をあけて配置される。アーム部は、各々が対応するキングピン取付け部と各々が対応するバネ取付け座部とをつなぐ。ここで、アーム部それぞれはＩ字形の横断面を有する。バネ取付け座部それぞれはＩ字形の横断面を有する。ビーム部は、主ビーム部と、２つの軸部と、を含む。主ビーム部は、Ｈ字形の横断面を有する。軸部は、各々が主ビームの対応する両端につながる。軸部は、各々が軸回りに捩じられたＯ字形の横断面を有する。

本発明の実施形態による製造方法は、上記した本実施形態のフロントアクスルビームの製造方法である。当該製造方法は、型鍛造工程と、バリ抜き工程と、捩じり工程と、を含む。型鍛造工程では、バリ付きの鍛造材を得る。バリ付きの鍛造材は、２つのキングピン取付け相当部、各々がＩ字形の横断面を有する２つのバネ取付け座相当部、ビーム相当部、及び各々がＩ字形の横断面を有する２つのアーム相当部を備える。バリ付きの鍛造材は、ビーム相当部として、Ｉ字形の横断面を有する主ビーム相当部、及び各々が主ビーム相当部の対応する両端につながり、各々がＯ字形の横断面を有する２つの軸相当部を含む。バリ抜き工程では、上記の鍛造材からバリを除去する。捩じり工程では、キングピン取付け相当部、アーム相当部、及びバネ取付け座相当部に対して、主ビーム相当部を軸相当部の範囲で軸回りに捩じる。

本発明の実施形態によるフロントアクスルビームによれば、車高方向の曲げ剛性を確保しつつ、車長方向の曲げ剛性を高めることができる。また、本実施形態による製造方法によれば、そのようなフロントアクスルビームを鍛造品として製造できる。

図１は、第１実施形態のフロントアクスルの斜視図である。 図２は、機械加工後の第１実施形態のフロントアクスルの斜視図である。 図３は、第１実施形態のフロントアクスルを前方から見たときの正面図である。 図４は、第１実施形態のフロントアクスルを上方から見たときの平面図である。 図５は、図３の線V－Vにおける断面図である。 図６は、図３の線VI－VIにおける断面図である。 図７は、図３の線VII－VIIにおける断面図である。 図８は、図３の線VIII－VIIIにおける断面図である。 図９は、第２実施形態のフロントアクスルを前方から見たときの正面図である。 図１０は、第２実施形態のフロントアクスルを上方から見たときの平面図である。 図１１は、図９の線XI－XIにおける断面図である。 図１２は、第３実施形態のフロントアクスルの製造方法を示すフロー図である。 図１３は、型鍛造工程によって得られるバリ付きの鍛造材の模式図である。 図１４は、バリ抜き工程後の鍛造材の模式図である。 図１５は、捩じり工程前の状況を示す模式図である。 図１６は、捩じり工程後の状況を示す模式図である。 図１７は、調査で作成したフロントアクスルの解析モデルの車幅方向の半分を示す正面図である。 図１８は、調査１で作成したフロントアクスルの解析モデルの状況を示す図である。 図１９は、調査１の結果をまとめた図である。 図２０は、調査２で作成したフロントアクスルの解析モデルの状況を示す図である。 図２１は、調査２の結果をまとめた図である。 図２２は、調査２の結果を別の指標でまとめた図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、本発明の実施形態について例を挙げて説明するが、本発明は以下で説明する例に限定されない。以下の説明において特定の数値や特定の材料を例示する場合があるが、本発明はそれらの例示に限定されない。

本実施形態のフロントアクスルビームは、車両に搭載されるフロントアクスルビームである。当該フロントアクスルビームは、２つのキングピン取付け部と、２つのバネ取付け座部と、ビーム部と、２つのアーム部と、を備える。キングピン取付け部は、相互に車幅方向に間隔をあけて配置される。バネ取付け座部は、相互にキングピン取付け部同士の間で車幅方向に間隔をあけて配置される。ビーム部は、バネ取付け座部同士をつなぐ。アーム部は、相互に車幅方向に間隔をあけて配置される。アーム部は、各々が対応するキングピン取付け部と各々が対応するバネ取付け座部とをつなぐ。ここで、アーム部それぞれはＩ字形の横断面を有する。バネ取付け座部それぞれはＩ字形の横断面を有する。ビーム部は、主ビーム部と、２つの軸部と、を含む。主ビーム部は、Ｈ字形の横断面を有する。軸部は、各々が主ビームの対応する両端につながる。軸部は、各々が軸回りに捩じられたＯ字形の横断面を有する（第１の構成）。

本明細書において、フロントアクスル及びそれを構成する部位の方向について言及するときは、特に記載がない限り、フロントアクスルを車両に搭載した状態、すなわちフロントアクスルを使用時の向きに配置した状態における方向を意味する。例えば、車高方向は車両の上下方向を意味する。車幅方向は車両の左右方向を意味する。車長方向は車両の前後方向を意味する。本明細書において、フロントアクスルを構成する部位の横断面とは、該当の部位の長手方向（概ね車幅方向）に垂直な断面を意味する。

Ｉ字形及びＨ字形とは、いずれも、ウェブ部及び２つのフランジ部の全体の横断面によって形作られる横断面形状を意味する。Ｉ字形の横断面の場合、ウェブ部は車高方向（上下方向）に沿う。この場合のフランジ部は、ウェブ部の上側端及び下側端にそれぞれつながり、車長方向（前後方向）に沿う。一方、Ｈ字形の横断面の場合、ウェブ部は車長方向（前後方向）に沿う。この場合のフランジ部は、ウェブ部の前側端及び後側端にそれぞれつながり、車高方向（上下方向）に沿う。いずれの場合も、横断面において、フランジ部の厚み中心線がウェブ部の厚み中心線と交差する。ここで、Ｉ字形の横断面の場合、フランジ部の厚み中心線が、横断面の図心を通る鉛直軸と交差する。Ｈ字形の横断面の場合、フランジ部の厚み中心線が、横断面の図心を通る水平軸と交差する。

第１の構成のフロントアクスルビームでは、アーム部及びバネ取付け座部の各横断面はＩ字形であり、ビーム部を主体的に構成する主ビーム部の横断面はＨ字形である。Ｉ字形の横断面を有する、アーム部及びバネ取付け座部は、従来のアーム部及びバネ取付け座部と同様に、車高方向に沿うウェブ部と、車長方向に沿う２つのフランジ部と、から構成される。これに対して、Ｈ字形の横断面を有する主ビーム部は、従来のビーム部と異なり、車長方向に沿うウェブ部と、車高方向に沿う２つのフランジ部と、から構成される。材料力学の観点から、Ｉ字形の横断面では、縦方向の剛性が高く、横方向の剛性は比較的低い。一方、Ｈ字形の横断面では、横方向の剛性が高く、縦方向の剛性は比較的低い。

フロントアクスルにおいて、縦方向の剛性は車高方向の曲げ剛性に対応し、横方向の剛性は車長方向の曲げ剛性に対応する。このため、車高方向の曲げ剛性を確保するためには、縦方向の剛性が高いＩ字形の横断面が適する。一方、車長方向の曲げ剛性を確保するためには、横方向の剛性が高いＨ字形の横断面が適する。

第１の構成のフロントアクスルの場合、アーム部及びバネ取付け座部の各横断面はＩ字形であり、ビーム部を主体的に構成する主ビーム部の横断面はＨ字形である。このため、各アーム部では、縦方向の剛性、すなわち車高方向の曲げ剛性が高い。さらに、ビーム部を主体的に構成する主ビームでは、横方向の剛性、すなわち車長方向の曲げ剛性が高い。要するに、第１の構成のフロントアクスルでは、車高方向の曲げ剛性の確保に寄与するＩ字形の横断面の部分（アーム部）と、車長方向の曲げ剛性の確保に寄与するＨ字形の横断面の部分（主ビーム部）とが共存する。したがって、第１の構成のフロントアクスルによれば、車高方向の曲げ剛性を確保しつつ、車長方向の曲げ剛性を高めることができる。

典型的な例では、第１の構成のフロントアクスルにおいて、ビーム部を構成する上記の軸部それぞれは、各々が対応するバネ取付け座部につながる（第２の構成）。他の典型的な例では、第１の構成のフロントアクスルにおいて、ビーム部は、各々が対応する軸部と各々が対応するバネ取付け座部とをつなぐ２つの副ビーム部を含み、副ビーム部それぞれはＩ字形の横断面を有する（第３の構成）。

第１～第３の構成のフロントアクスルにおいて、好ましくは、ビーム部を構成する軸部それぞれの車幅方向の長さは、バネ取付け座部同士の間隔の半分の長さの４０％以下である（第４の構成）。第４の構成のフロントアクスルの場合、軸部による重量増加を抑えつつ、車長方向の曲げ剛性を向上することができる。軸部の車幅方向の長さの上限は、より好ましくは、バネ取付け座部同士の間隔の半分の長さの３０％である。一方、軸部の車幅方向の長さの下限は、特に限定されないが、製造上の観点から、好ましくは、バネ取付け座部同士の間隔の半分の長さの１０％である。軸部は捩じられた部分であるため、軸部の車幅方向の長さがあまりに小さければ、軸部に捩じりを与えることが困難になるからである。なお、本明細書において、軸部の車幅方向は、軸部の軸方向（長手方向）を意味する。

本実施形態の製造方法は、上記した本実施形態のフロントアクスルビームの製造方法である。当該製造方法は、型鍛造工程と、バリ抜き工程と、捩じり工程と、を含む。型鍛造工程では、バリ付きの鍛造材を得る。バリ付きの鍛造材は、２つのキングピン取付け相当部、各々がＩ字形の横断面を有する２つのバネ取付け座相当部、ビーム相当部、及び各々がＩ字形の横断面を有する２つのアーム相当部を備える。バリ付きの鍛造材は、ビーム相当部として、Ｉ字形の横断面を有する主ビーム相当部、及び各々が主ビーム相当部の対応する両端につながり、各々がＯ字形の横断面を有する２つの軸相当部を含む。バリ抜き工程では、上記の鍛造材からバリを除去する。捩じり工程では、キングピン取付け相当部、アーム相当部、及びバネ取付け座相当部に対して、主ビーム相当部を軸相当部の範囲で軸回りに捩じる（第５の構成）。

第５の構成の製造方法によれば、第１～第４の構成のフロントアクスルを鍛造品として製造できる。

典型的な例では、キングピン取付け相当部、アーム相当部、及びバネ取付け座相当部に対する主ビーム相当部の捩じれ角度は９０°である。ただし、捩じれ角度は厳密な９０°のみならず、９０°からの多少のずれ（例：９０°±４５°、好ましくは９０°±１０°、より好ましくは９０°±５°）を含む。

以下に、図面を参照しながら、本実施形態のフロントアクスルビーム及びその製造方法の具体例を説明する。

［第１実施形態］
第１実施形態では、本実施形態のフロントアクスルビームの一例を説明する。図１～図８は、第１実施形態のフロントアクスルビーム１の模式図である。これらの図のうち、図１は機械加工前のフロントアクスル１の斜視図を示す。図２は機械加工後のフロントアクスル１の斜視図を示す。図３は、フロントアクスル１を前方から見たときの正面図を示す。図４は、フロントアクスル１を上方から見たときの平面図を示す。図３及び図４には、機械加工前のフロントアクスル１の形状が示される。図５は、図３の線V－Vにおける断面図を示す。この図５には、アーム部５の横断面が示される。図６は、図３の線VI－VIにおける断面図を示す。この図６には、ビーム部４を構成する主ビーム部４１の横断面が示される。図７は、図３の線VII－VIIにおける断面図を示す。この図７には、ビーム部４を構成する軸部４２の横断面が示される。図８は、図３の線VIII－VIIIにおける断面図を示す。この図８には、バネ取付け座部３の横断面が示される。これらの図及び以下で説明する図には、車幅方向ＷＤ、車長方向ＬＤ、及び車高方向ＨＤを示す場合がある。なお、フロントアクスル１の構造の理解を容易にするために、図３には、車両の左右の前輪７０を示している。

図１～図４を参照して、フロントアクスル１は、車幅方向ＷＤの中央を中心に概ね対称の形状を有し、且つ、全体としては概ね弓形の形状を有する。フロントアクスル１は、２つのキングピン取付け部２と、２つのバネ取付け座部３と、ビーム部４と、２つのアーム部５と、を含む。

キングピン取付け部２は、フロントアクスル１の両端部にそれぞれ配置される。つまり、キングピン取付け部２は、相互に車幅方向ＷＤに間隔をあけて配置される。キングピン取付け部２には、機械加工によって、キングピンが取り付けられる貫通孔２ｃが形成される（図２参照）。キングピン取付け部２には、キングピンを介して前輪７０が接続される（図３参照）。

バネ取付け座部３は、キングピン取付け部２同士の間に配置される。バネ取付け座部３は、相互に車幅方向ＷＤに間隔をあけて配置される。バネ取付け座部３は、フロントアクスル１の車幅方向ＷＤの中央を中心に対称な位置に配置される。バネ取付け座部３は、キングピン取付け部２よりも低い位置（車高方向下方の位置）に配置される。バネ取付け座部３には、機械加工によって、バネ取付け面３ｃが形成される（図２参照）。バネ取付け面３ｃにバネ（図示省略）が取り付けられ、バネの上に車体が取り付けられる。ここで、バネは、複数のボルトによりバネ取付け面３ｃに固定される。このため、バネ取付け面３ｃには、機械加工によって、複数のボルト穴３ｄが形成される（図２参照）。

ビーム部４は、バネ取付け座部３同士をつなぐ。アーム部５は、相互に車幅方向ＷＤに間隔をあけて配置される。アーム部５は、キングピン取付け部２とバネ取付け座部３とをつなぐ。アーム部５は、バネ取付け座部３に向けて斜め下方に延びるドロップ部を含む。

図５を参照して、アーム部５はＩ字形の横断面を有する。つまり、アーム部５の横断面はＩ字形である。具体的には、アーム部５は、車高方向ＨＤに沿うウェブ部５ａと、車長方向ＬＤに沿う２つのフランジ部５ｂと、から構成される。フランジ部５ｂの厚みは、ウェブ部５ａから遠ざかるにつれて小さくなっている。型鍛造によって成形されたためである。アーム部５のＩ字形の横断面は、ウェブ部５ａ及び２つのフランジ部５ｂの全体の横断面によって形作られる。

図８を参照して、バネ取付け座部３はＩ字形の横断面を有する。つまり、バネ取付け座部３の横断面は、アーム部５の横断面と同様に、Ｉ字形である。具体的には、バネ取付け座部３は、車高方向ＨＤに沿うウェブ部３ａと、車長方向ＬＤに沿う２つのフランジ部３ｂと、から構成される。バネ取付け座部３のウェブ部３ａは、アーム部５のウェブ部５ａと連続する。バネ取付け座部３のフランジ部３ｂは、アーム部５のフランジ部５ｂと連続する。フランジ部３ｂの厚みは、ウェブ部３ａから遠ざかるにつれて小さくなっている。型鍛造によって成形されたためである。バネ取付け座部３のＩ字形の横断面は、ウェブ部３ａ及び２つのフランジ部３ｂの全体の横断面によって形作られる。

図１～図４を参照して、ビーム部４は、主ビーム部４１と、２つの軸部４２と、を含む。主ビーム部４１は、フロントアクスル１の車幅方向ＷＤの中央を含み、ビーム部４を主体的に構成する。軸部４２は主ビーム部４１の両端にそれぞれ設けられる。つまり、軸部４２は、主ビーム部４１の両端にそれぞれつながる。本実施形態では、軸部４２はバネ取付け座部３につながる。

図６を参照して、主ビーム部４１は、Ｈ字形の横断面を有する。つまり、主ビーム部４１の横断面はＨ字形である。具体的には、主ビーム部４１は、車長方向ＬＤに沿うウェブ部４１ａと、車高方向ＨＤに沿う２つのフランジ部４１ｂと、から構成される。フランジ部４１ｂの厚みは、ウェブ部４１ａから遠ざかるにつれて小さくなっている。型鍛造によって成形されたためである。主ビーム部４１のＨ字形の横断面は、ウェブ部４１ａ及び２つのフランジ部４１ｂの全体の横断面によって形作られる。

図７を参照して、軸部４２それぞれはＯ字形の横断面を有する。つまり、軸部４２の横断面はＯ字形である。別の観点では、軸部４２の横断面は円形である。ここで言う円形とは、真円形のみならず、多少変形した円形（例：楕円形）も含む。軸部４２の横断面形状は、主ビーム部４１及びバネ取付け座部３のうちの大きい方の横断面の輪郭と外接するＯ字形（例：外接円）である。軸部４２は軸回りに捩じられている。

図３を参照して、軸部４２の車幅方向ＷＤの長さＬｂは、バネ取付け座部３同士の間隔の半分の長さＬの４０％以下である。ここで言うバネ取付け座部３同士の間隔とは、一方のバネ取付け座部３の車幅方向ＷＤ内側の端から他方のバネ取付け座部３の車幅方向ＷＤ内側の端までの距離を意味する。別の観点では、バネ取付け座部３同士の間隔とは、ビーム部４の全長を意味する。したがって、バネ取付け座部３同士の間隔の半分の長さＬは、ビーム部４の全長の半分の長さとも言える。

このように本実施形態のフロントアクスル１の場合、アーム部５及びバネ取付け座部３の各横断面はＩ字形であり、ビーム部４を主体的に構成する主ビーム部４１の横断面はＨ字形である。このため、アーム部５では、車高方向ＨＤの曲げ剛性（横断面における縦方向の剛性）が高い。さらに、ビーム部４を主体的に構成する主ビーム部４１では、横方向の剛性、すなわち車長方向ＬＤの曲げ剛性（横断面における横方向の剛性）が高い。要するに、本実施形態のフロントアクスル１では、車高方向ＨＤの曲げ剛性の確保に寄与するＩ字形の横断面の部分（アーム部５）と、車長方向ＬＤの曲げ剛性の確保に寄与するＨ字形の横断面の部分（主ビーム部４１）とが共存する。したがって、本実施形態のフロントアクスル１によれば、車高方向ＨＤの曲げ剛性を確保しつつ、車長方向ＬＤの曲げ剛性を高めることができる。

また、軸部４２の車幅方向ＷＤの長さＬｂは、バネ取付け座部３同士の間隔の半分の長さＬの４０％以下である。このため、軸部４２による重量増加を抑えつつ、車長方向ＬＤの曲げ剛性を向上することができる。

［第２実施形態］
第２実施形態では、本実施形態のフロントアクスルビームの他の一例を説明する。図９～図１１は、第２実施形態のフロントアクスルビーム１の模式図である。これらの図のうち、図９はフロントアクスル１を前方から見たときの正面図を示す。図１０は、フロントアクスル１を上方から見たときの平面図を示す。図９及び図１０には、機械加工前のフロントアクスル１の形状が示される。図１１は、図９の線XI－XIにおける断面図を示す。この図１１には、ビーム部４を構成する副ビーム部４３の横断面が示される。なお、フロントアクスル１の構造の理解を容易にするために、図９には、車両の左右の前輪７０を示している。第２実施形態のフロントアクスル１は、第１実施形態のフロントアクスル１を変形したものである。以下、第１実施形態のフロントアクスル１と重複する構成についての説明は適宜省略する。後述する実施形態でも同様とする。

図９及び図１０を参照して、ビーム部４は、主ビーム部４１と、２つの軸部４２と、２つの副ビーム部４３と、を含む。副ビーム部４３は、軸部４２とバネ取付け座部３との間に設けられる。つまり、副ビーム部４３は、軸部４２とバネ取付け座部３とをつなぐ。

図１１を参照して、副ビーム部４３はＩ字形の横断面を有する。つまり、副ビーム部４３の横断面は、アーム部５及びバネ取付け座部３の各横断面と同様に、Ｉ字形である。具体的には、副ビーム部４３は、車高方向ＨＤに沿うウェブ部４３ａと、車長方向ＬＤに沿う２つのフランジ部４３ｂと、から構成される。副ビーム部４３のウェブ部４３ａは、バネ取付け座部３のウェブ部３ａと連続する。副ビーム部４３のフランジ部４３ｂは、バネ取付け座部３のフランジ部３ｂと連続する。フランジ部４３ｂの厚みは、ウェブ部４３ａから遠ざかるにつれて小さくなっている。型鍛造によって成形されたためである。副ビーム部４３のＩ字形の横断面は、ウェブ部４３ａ及び２つのフランジ部４３ｂの全体の横断面によって形作られる。

本実施形態の場合、軸部４２の横断面形状は、主ビーム部４１及び副ビーム部４３のうちの大きい方の横断面の輪郭と外接するＯ字形（例：外接円）である。

［第３実施形態］
第３実施形態では、本実施形態のフロントアクスルビームの製造方法の一例を説明する。図１２は、第３実施形態のフロントアクスルビームの製造方法を示すフロー図である。図１２を参照して、本実施形態の製造方法は、型鍛造工程（＃５）と、バリ抜き工程（＃１０）と、捩じり工程（＃１５）と、を含む。これらの工程は一連に行われる。いずれの工程も熱間加工である。

図１３は、型鍛造工程によって得られるバリ１０２付きの鍛造材１０１の模式図である。図１４は、バリ抜き工程後の鍛造材１１１の模式図である。図１５は、捩じり工程前の状況を示す模式図である。図１６は、捩じり工程後の状況を示す模式図である。これらの図は、フロントアクスル１を前方から見たときの正面図を示す。これらの図には、第１実施形態のフロントアクスル１を製造する場合の例が示される。

図１３を参照して、型鍛造工程（＃５）では、バリ１０２を有する鍛造材１０１を得る。型鍛造工程は、一対の鍛造型（図示省略）によって行われる。鍛造方向は、図１３の紙面に垂直な方向である。つまり、一対の鍛造型のうちの一方の鍛造型が図１３の紙面の奥に配置され、他方の鍛造型が図１３の紙面の手前に配置される。

バリ１０２付きの鍛造材１０１は、２つのキングピン取付け相当部１１２、２つのバネ取付け座相当部１１３、ビーム相当部１１４、及び２つのアーム相当部１１５を含む。ビーム相当部１１４は、バネ取付け座相当部１１３同士をつなぐ。アーム相当部１１５は、キングピン取付け相当部１１２とバネ取付け座相当部１１３とをつなぐ。

キングピン取付け相当部１１２は、フロントアクスル１のキングピン取付け部２となる部分である。キングピン取付け相当部１１２は、キングピン取付け部２と同一の形状を有する。

アーム相当部１１５は、フロントアクスル１のアーム部５となる部分である。アーム相当部１１５の横断面はＩ字形である。アーム相当部１１５は、アーム部５と同一の形状を有する。

バネ取付け座相当部１１３は、フロントアクスル１のバネ取付け座部３となる部分である。バネ取付け座相当部１１３の横断面は、アーム相当部１１５と同様に、Ｉ字形である。バネ取付け座相当部１１３は、バネ取付け座部３と同一の形状を有する。

バリ１０２付きの鍛造材１０１は、ビーム相当部１１４として、主ビーム相当部１４１、及び軸相当部１４２を含む。主ビーム相当部１４１は、フロントアクスル１の主ビーム部４１となる部分である。主ビーム相当部１４１の横断面は、アーム相当部１１５及びバネ取付け座相当部１１３と同様に、Ｉ字形である。つまり、主ビーム相当部１４１の横断面形状は、主ビーム部４１の横断面形状（Ｈ字形）とは異なる。ただし、主ビーム相当部１４１の横断面形状は、９０°回転すれば、主ビーム部４１の横断面形状と同じである。

軸相当部１４２は、フロントアクスル１の軸部４２となる部分である。軸相当部１４２の横断面はＯ字形である。軸相当部１４２は、軸部４２と同一の形状を有する。軸相当部１４２は、主ビーム相当部１４１の両端にそれぞれつながる。本実施形態では、軸相当部１４２は、バネ取付け座相当部１１３につながる。

なお、型鍛造工程の被加工材となる鋼材は、通常、型鍛造に適した形状を有する。そのような鋼材は、出発材料であるビレットを予備成形工程で予備成形することによって形成できる。すなわち、鋼材は、予備成形品であってもよい。予備成形工程に限定はなく、公知の予備成形工程を適用してもよい。例えば、予備成形工程は、ビレットを絞る工程や、曲げ打ち工程を含んでもよいし、機械加工工程を含んでもよい。予備成形工程には熱間加工を用いることもできる。

次に、バリ抜き工程（＃１０）では、バリ１０２付きの鍛造材１０１からバリ１０２を除去する。バリ抜き工程では、鍛造材１０１を一対の金型（図示省略）によって保持して、刃物型（図示省略）によって、バリ１０２を除去する。これにより、図１４に示すように、バリ無しの鍛造材１１１が得られる。

次に、捩じり工程（＃１５）では、キングピン取付け相当部１１２、アーム相当部１１５、及びバネ取付け座相当部１１３に対して、主ビーム相当部１４１を軸相当部１４２の範囲で軸回りに９０°捩じる。具体的には、図１５を参照して、捩じり工程は、一対の第１捩じり型６１、一対の第２捩じり型６２、及び一対の第３捩じり型６３によって行われる。バリ無しの鍛造材１１１の長手方向（車幅方向）に沿って、一対の第２捩じり型６２、一対の第１捩じり型６１、及び一対の第３捩じり型６３がこの順に配置される。一対の第１捩じり型６１のうちの一方の第１捩じり型６１が図１５の紙面の奥に配置され、他方の第１捩じり型が図１５の紙面の手前に配置される。一対の第２捩じり型６２、及び一対の第３捩じり型６３も、一対の第１捩じり型６１と同様に配置される。

第１捩じり型６１は、バリ無しの鍛造材１１１の主ビーム相当部１４１を保持する。第２捩じり型６２は、バリ無しの鍛造材１１１の一方のキングピン取付け相当部１１２、一方のアーム相当部１１５、及び一方のバネ取付け座相当部１１３を保持する。第３捩じり型６３は、バリ無しの鍛造材１１１の他方のキングピン取付け相当部１１２、他方のアーム相当部１１５、及び他方のバネ取付け座相当部１１３を保持する。バリ無しの鍛造材１１１の軸相当部１４２は、第１捩じり型６１によって緩く保持される。バリ無しの鍛造材１１１の軸相当部１４２は、第２捩じり型６２又は第３捩じり型６３によって、緩く保持されてもよい。

一対の捩じり型６１、６２、及び６３それぞれによる保持後、第１捩じり型６１が軸相当部１４２の軸を中心に４５°回転する。第１捩じり型６１の回転とともに、第２捩じり型６２及び第３捩じり型６３が軸相当部１４２の軸を中心に第１捩じり型６１の回転方向とは逆向きに４５°回転する。これにより、軸相当部１４２が軸回りに９０°捩じられる。つまり、キングピン取付け相当部１１２、アーム相当部１１５、及びバネ取付け座相当部１１３に対して、主ビーム相当部１４１が軸相当部１４２の範囲で軸回りに９０°捩じられる。このようにして、図１６に示すように、本実施形態のフロントアクスル１が得られる。したがって、本実施形態の製造方法によれば、本実施形態のフロントアクスル１を鍛造品として製造できる。

本実施形態のフロントアクスル１は、車両に搭載される。その際、機械加工によって、キングピン取付け部２に貫通孔２ｃが形成される。さらに、機械加工によって、バネ取付け座部３にバネ取付け面３ｃ及びボルト穴３ｄが形成される。また、ビーム部４を構成する軸部４２に機械加工を施してもよい。この場合、例えば、軸部４２の上部をバネ取付け面３ｃと同じ高さ又はその高さ以下まで切削する。

第２実施形態のフロントアクスル１を製造する場合は、ビーム相当部１１４として、さらに２つの副ビーム相当部を設ければよい。副ビーム相当部は、フロントアクスル１の副ビーム部４３となる部分である。副ビーム相当部の横断面は、アーム相当部１１５、バネ取付け座相当部１１３及び主ビーム相当部１４１と同様に、Ｉ字形である。副ビーム相当部は、副ビーム部４３と同一の形状を有する。この場合、捩じり工程において、一方の副ビーム相当部が第２捩じり型６２によって保持され、他方の副ビーム相当部が第３捩じり型６３によって保持される。

ＦＥＭ解析により、フロントアクスルの車長方向の曲げ剛性及びその車高方向の曲げ剛性を調査した。車高方向の曲げ剛性を評価するために、バネ取付け座部を固定した状態で、キングピン取付け部に車高方向上向きの荷重を加えた。その際、バネ取付け座部とキングピン取付け部との間の車高方向（上下方向）の変位を計測した。車長方向の曲げ剛性を評価するために、バネ取付け座部を固定した状態で、キングピン取付け部に車長方向前向きの荷重を加えた。その際、バネ取付け座部とキングピン取付け部との間の車長方向（前後方向）の変位を計測した。各剛性は、（荷重）／（変位量）［単位：Ｎ／ｍｍ］で表さる。つまり、変位量が小さいほど剛性が高い。このため、変位量を剛性として評価した。また、重量も評価した。

調査にあたり、ビーム部の横断面形状を種々変更した解析モデルを作成した。図１７は、調査で作成したフロントアクスル１の解析モデルの車幅方向の半分を示す正面図である。

［調査１］
図１７を参照して、調査１では、ビーム部４において、Ｏ字形の横断面を有する軸部４２の長さＬｂを一定とし、Ｈ字形の横断面を有する主ビーム部４１の長さＬｃ、及びＩ字形の横断面を有する副ビーム部４３の長さＬａを種々変更した。また、比較例として、従来のフロントアクスルを想定して、ビーム部４の全域をＩ字形の横断面とした。

図１８は、調査１で作成したフロントアクスルの解析モデルの状況を示す図である。図１８には、バネ取付け座部３同士の間隔の半分の長さＬ、すなわちビーム部４の全長の半分の長さを１００％としたときの、各横断面形状（Ｉ字形、Ｏ字形及びＨ字形）の長さの割合が示される。例えば、試験番号Ａ－１では、Ｏ字形及びＨ字形の各横断面が存在するが、Ｉ字形の横断面が存在しなかった。つまり、試験番号Ａ－１では、ビーム部４が主ビーム部４１及び軸部４２から構成された。試験番号Ａ－１は上記の第１実施形態のフロントアクスルに対応する。また、試験番号Ａ－２～Ａ－５では、Ｏ字形及びＨ字形の各横断面のみならず、Ｉ字形の横断面も存在した。つまり、試験番号Ａ－２～Ａ－５では、ビーム部４が主ビーム部４１、軸部４２及び副ビーム部４３から構成された。試験番号Ａ－２～Ａ－５は上記の第２実施形態のフロントアクスルに対応する。

図１９は、調査１の結果をまとめた図である。図１９には、比較例の結果を１００％としたときの、各結果（車高方向の曲げ剛性（上下曲げ剛性）、車長方向の曲げ剛性（前後曲げ剛性）及び重量）の割合が示される。図１９より下記のことが示される。

Ｈ字形の横断面を有する主ビーム部４１の長さが大きいほど、車長方向の曲げ剛性（前後曲げ剛性）が高まる。つまり、車長方向の曲げ剛性を高めるには、ビーム部４の全長に対して主ビーム部４１の長さの割合を大きくすればよい。また、Ｉ字形の横断面を有する副ビーム部４３の長さが小さいほど、車長方向の曲げ剛性が高まる。つまり、車長方向の曲げ剛性を高めるには、ビーム部４の全長に対して副ビーム部４３の長さの割合を小さくすればよい。特に、試験番号Ａ－１のように副ビーム部４３が存在せず、主ビーム部４１が広範囲に存在すれば、車長方向の曲げ剛性が顕著に高まる。

ビーム部４が、Ｈ字形の横断面を有する主ビーム部４１、及びＯ字形の横断面を有する軸部４２を含む場合、車高方向の曲げ剛性（上下曲げ剛性）は、ビーム部４の全域がＩ字形の横断面を有するものと変わらない。また、重量は、ビーム部４の全域がＩ字形の横断面を有するものと比較して、やや増加する程度である。

［調査２］
上記の図１７を参照して、調査２では、ビーム部４において、Ｏ字形の横断面を有する軸部４２の長さＬｂ、Ｈ字形の横断面を有する主ビーム部４１の長さＬｃ、及びＩ字形の横断面を有する副ビーム部４３の長さＬａを種々変更した。なお、調査２では、軸部４２の長さＬｂを変更したとき、主ビーム部４１の長さＬｃと副ビーム部４３の長さＬａとを同じにした。

図２０は、調査２で作成したフロントアクスルの解析モデルの状況を示す図である。図２０には、上記の図１８と同様の指標が示される。例えば、試験番号Ｂ－１では、Ｈ字形及びＩ字形の各横断面の存在領域が最も大きかった。換言すれば、Ｏ字形の横断面の存在領域が最も小さかった。この場合、軸部４２の長さＬｂは、バネ取付け座部３同士の間隔の半分の長さＬの５％であった。試験番号Ｂ－７では、Ｈ字形及びＩ字形の各横断面の存在領域が最も小さかった。換言すれば、Ｏ字形の横断面の存在領域が最も大きかった。この場合、軸部４２の長さＬｂは、バネ取付け座部３同士の間隔の半分の長さＬの８０％であった。また、試験番号Ｂ－４では、軸部４２の長さＬｂは、バネ取付け座部３同士の間隔の半分の長さＬの４０％であった。

図２１は、調査２の結果をまとめた図である。図２１には、調査１の比較例の結果を１００％としたときの、各結果（車高方向の曲げ剛性（上下曲げ剛性）、車長方向の曲げ剛性（前後曲げ剛性）及び重量）の割合が示される。図２１より下記のことが示される。

Ｏ字形の横断面を有する軸部４２の長さが大きいほど、車長方向の曲げ剛性（前後曲げ剛性）が高まる。一方、車高方向の曲げ剛性（上下曲げ剛性）はほとんど変化しない。また、Ｏ字形の横断面を有する軸部４２の長さが大きいほど、重量が大きくなる。

図２２は、調査２の結果を別の指標でまとめた図である。図２２において、横軸は重量倍率を示し、縦軸は剛性倍率を示す。重量倍率とは、調査１の比較例の重量を１．０としたときの、各重量の割合を意味する。剛性倍率とは、調査１の比較例の剛性を１．０としたときの、各剛性（車高方向の曲げ剛性（上下曲げ剛性）及び車長方向の曲げ剛性（前後曲げ剛性））の割合を意味する。図２２より下記のことが示される。

図２２において、左側にプロットされ、かつ上側にプロットされるものが、重量の増加が抑えられつつ、剛性がより高いものであることを意味する。このため、図２２において、破線よりも左側にプロットされるものがより望ましいものと言える。これに該当するものは、試験番号Ｂ－１～Ｂ－４である。したがって、軸部４２の長さＬｂは、バネ取付け座部３同士の間隔の半分の長さＬの４０％以下であることが望ましい。

その他、本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能であることは言うまでもない。

本発明は、フロントアクスルビームに有効に利用できる。

１：フロントアクスルビーム
２：キングピン取付け部
３：バネ取付け座部
４：ビーム部
５：アーム部
４１：主ビーム部
４２：軸部
４３：副ビーム部
１０１：バリ付きの鍛造材
１１１：バリ無しの鍛造材
１１２：キングピン取付け相当部
１１３：バネ取付け座相当部
１１４：ビーム相当部
１１５：アーム相当部
１４１：主ビーム相当部
１４２：軸相当部
６１：第１捩じり型
６２：第２捩じり型
６３：第３捩じり型
ＷＤ：車幅方向
ＬＤ：車長方向
ＨＤ：車高方向

Claims (5)

1. 車両に搭載されるフロントアクスルビームであって、
   当該フロントアクスルビームは、
   相互に車幅方向に間隔をあけて配置される２つのキングピン取付け部と、
   相互に前記キングピン取付け部同士の間で車幅方向に間隔をあけて配置される２つのバネ取付け座部と、
   前記バネ取付け座部同士をつなぐビーム部と、
   相互に車幅方向に間隔をあけて配置され、各々が対応する前記キングピン取付け部と各々が対応する前記バネ取付け座部とをつなぐ２つのアーム部と、を備え、
   前記アーム部それぞれはＩ字形の横断面を有し、
   前記バネ取付け座部それぞれはＩ字形の横断面を有し、
   前記ビーム部は、
   Ｈ字形の横断面を有する主ビーム部と、
   各々が前記主ビームの対応する両端につながり、各々が軸回りに捩じられたＯ字形の横断面を有する２つの軸部と、を含む、フロントアクスルビーム。
2. 請求項１に記載のフロントアクスルビームであって、
   前記軸部それぞれは、各々が対応する前記バネ取付け座部につながる、フロントアクスルビーム。
3. 請求項１に記載のフロントアクスルビームであって、
   前記ビーム部は、各々が対応する前記軸部と各々が対応する前記バネ取付け座部とをつなぐ２つの副ビーム部を含み、
   前記副ビーム部それぞれはＩ字形の横断面を有する、フロントアクスルビーム。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載のフロントアクスルビームであって、
   前記軸部それぞれの車幅方向の長さは、前記バネ取付け座部同士の間隔の半分の長さの４０％以下である、フロントアクスルビーム。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載のフロントアクスルビームの製造方法であって、
   当該製造方法は、
   ２つのキングピン取付け相当部、各々がＩ字形の横断面を有する２つのバネ取付け座相当部、ビーム相当部、及び各々がＩ字形の横断面を有する２つのアーム相当部を備え、前記ビーム相当部として、Ｉ字形の横断面を有する主ビーム相当部、及び各々が前記主ビーム相当部の対応する両端につながり、各々がＯ字形の横断面を有する２つの軸相当部を含む、バリ付きの鍛造材を得る型鍛造工程と、
   前記鍛造材から前記バリを除去するバリ抜き工程と、
   前記キングピン取付け相当部、前記アーム相当部、及び前記バネ取付け座相当部に対して、前記主ビーム相当部を前記軸相当部の範囲で軸回りに捩じる捩じり工程と、を含む、フロントアクスルビームの製造方法。
   

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