JPS59171707A - サスペンシヨン用ア−ム部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は各種自動車におけるサスペンション機構を構
成するコントロールアームやナックルアーム等のサスペ
ンション用アーム部材に関するものである。

一般に各種自動車における車輪は、ナックルアームに回
転自在に取付けたアクスルハブに固定され、またそのナ
ックルアームはコン１−ロールアーム等からなるサスペ
ンションＩＨＲによって車体に取付けられている。した
がって走行時の振動を車輪自体の有する弾性およびサス
ペンション機構を構成するショックアブソーバやコイル
バネの弾性によって吸収し、快適な乗心地を確保するよ
うになっている。しかるに、ナックルアームは車輪と共
に上下動させる必要があり、また前輪では旋回時に鉛直
軸を中心に回転させる必要があるから、例えば第１図に
示すように、ナックルアーム１とコントロールアーム２
とはボールジョイン１〜３を介して連結する構成が一般
的である。

ところで、ボールジヨイント３はその軸部（スタット部
）４を例えばナックルアーム１のテーパ嵌合部５に挿入
するとともに、軸部４の先端にナツト６をねじ込んで固
定するのが通常である。、したがってナックルアーム１
とコントロールアーム２とは相対的に回動自在となるが
、ボールジヨイント３の球形部にわずかながらも摩擦力
が働くうえに、走行時に極めて複雑な荷重がかかるから
、ナックルアーム１特にそのテーバ嵌合部５には相当大
きな剛性、強度が要求され、そこで従来では、ナックル
アーム１を鋳鉄製としていた。

また従来、コントロールアームの端部にテーパ嵌合部を
形成してそのテーパ嵌合部にポールシミインドの軸部を
挿入して固定し、そのボールジヨイントによってコント
ロールアームとナックルアームとを連結する構成が採用
されているが、このような構成であっても前述した構成
と事情は同じであって、コントロールアームのテーパ嵌
合部に相当大きな剛性、強度が要求される。

他方、最近では車体重量の軽量化を目的として各種の部
品をアルミニウム合金等の軽合金製とする試みがなされ
ており、そこでこのような目的に沿うようナックルアー
ムやコントロールアームを鋳鉄や鋼板等よりも軽量なア
ルミニウム合金等の軽合金製とすることが望まれる。ナ
ックルアームヤコントロールアームを軽合金製とした場
合には、車体の総重量の軽量化による燃費の向上に加え
、ばね上質量が低下することにより、乗心地や操縦性を
向上させることができるが、その反面剛性および強度が
低下するために、テーパ嵌合部が拡大したり、テーパ嵌
合部に所謂へたりが生じるおそれがある。

このような不都合を解消するにテーパ嵌合部を厚肉化す
ることが考えられるが、厚肉化すれば重量が増すから、
軽量化という所期の目的に反することになり、またコス
ト高となる問題が生じる。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、テーパ
嵌合部の剛性、強度を低下させることなく軽量化するこ
とのできるサスペンション用アーム部材を提供すること
を目的とするものである。すなわちこの発明は、ボール
ジヨイントの軸部を挿入して固定するテーパ嵌合部を、
繊維と軽合金材料とを複合一体化した複合材料によって
構成することにより、テーパ嵌合部の剛性、強度を向上
させることを特徴とするものである。

以下この発明のサスペンション用アーム部材について更
に詳細に説明する。

この発明のサスペンション用アーム部材は、ナックルア
ームあるいはコントロールアーム等のいずれのアーム部
材であってもよく、要は少なくともテーパ嵌合部が軽合
′金材料と繊維とを複合一体化した複合材料で構成され
ていればよい。例えば第２図に示すように、全体を軽合
金材料（例えばアルミニウム合金）で構成し、テーパ嵌
合部５に１１ｉｉ７を埋め込んで複合化した構成、すな
わちテーパ嵌合部５のみを複合材料とし、その他の部分
は複合化せずに軽合金のみとしてもよい。あるいは全体
を複合材料で構成してもよい。

他方、前記軽合金材料としては、アルミニウム合金が好
ましいが、前述した目的に沿う範囲で他の軽合金材料例
えばマグネシウム合金を用いてもよい。

また複合材料中のｌｉＡＭとしては、長繊維（連続１Ｉ
ｔｓ）、短！ｌ帷、ボイス力のいずれも使用可能である
が、前記テーパ嵌合部のへたりや拡大を防ぐ点からは、
長繊維を使用することが最も好ましい。

その長繊維は具体的には、高強度炭素繊維、ボロン（Ｂ
）長ａｍ、高弾性炭素繊維、アルミナ（＾１１２０３　
）長繊維、炭化ケイ素（Ｓｉ　Ｃ）長ｌ！雑等であるこ
とが望ましく、これらのうち炭素ａｍ、ボロンｌＪＮが
剛性および強度向上の点では最も有効である。他方、短
繊維もしくはボイス力としては、具体的には、アルミナ
短繊維、アルミナ−シリカ（八Ｑ２０３−３ｉＯ２）短
繊維、炭素類ＩＩ雑、炭化ケイ素（ＳｉＣ）ボイス力、
−窒化ケイ素（Ｓｉ　３Ｎ４）ボイス力等を使用するこ
とができ、これらのうち特にＳｉＣホイスカやＳｉ３Ｎ
４ホイスカが剛性および強度向上に有効である。

ところでテーパ嵌合部５には、ここに挿入したボールジ
ヨイント３の軸部４により周方向への引張力が作用する
から、長繊維を使用する場合には、第３図に示すように
周方向に配向することにより、テーパ嵌合部５の拡大や
へたりが最も有効に防止され、その強度が向上する。ま
た短繊維もしくはボイス力を用いる場合には、第４図に
示すように、周方向に沿う面すなわちテーバ孔の軸線に
垂直な面内に２次元ランダムに配向することにより、剛
性および強度を相当向上させることができる。

さらに複合材料中に占めるｍｔｓの割合は、体積率で１
０〜７０％程度とすることが望ましい。１０％以下では
剛性あるいは強度の向上が不充分であり、また７０％を
越えるように複合化することは工業的に困難である。

つぎにこの発明のアーム部材の製造方法について説明す
る。先ず長繊維を用いる場合について説明すると、長繊
維をフィラメントワインディング装置を用いて所定の形
状例えばテーパ嵌合部に対応する形状に巻いて繊維成形
体を作り、その繊維成形体を高圧鋳造用金型内の所定位
置すなわち軽合金材料と複合一体化するべき部分に配置
する。

その状態で金型内にアルミニウム合金等の軽合金溶湯を
注湯し、かつその溶湯に加圧プランジャにより５００ｋ
（１／１７〜１５００ｋＱ／ｃａｒ程度の高圧を加えて
所謂高圧鋳造を行なうことにより、合金溶湯を前記繊維
成形体の各繊維間の空隙に密に充填させ、合金溶湯が凝
固した後に金型から取外し、適宜熱処理や仕上げ加工を
行なう。またその他の加圧鋳造法を適用することもでき
る。さらに繊維としてクロスを使用する場合には、クロ
スを上述の場合と同様に金型内の所定位置に配置して高
圧鋳造、その他の加圧鋳造を行なえばよい。

他方、繊維として短繊維もしくはボイス力を用いる場合
には、短繊維もしくはボイス力の混濁液中に、例えばテ
ーパ嵌合部の形状に対応する形状のメツシュ側面を有す
る有底円筒状の網状体を浸漬し、その網状体内の液を吸
引することにより前記短！ｉｉｌもしくはボイス力を網
状体のメツシュ側面に吸引集積させ、その後メツシュ側
面からそのまま取外して乾燥させることにより、繊維成
形体を得ればよい。このような繊維成形体を用いる代り
に、鋳型内面の所定位置にＭｌ雑もしくはボイス力を吹
付けあるいは塗布しておき、その状態で前述したような
加圧鋳造法を適用して軽合金材料と複合一体化してもよ
い。

ざらに、複合材料における繊維の割合が小さい場合には
、半溶融加工によってこの発明のアーム部材を製造する
ことができる。すな、わち繊維と軽合金材料とを複合化
したブロックを作成しておき、これを軽合金材料が溶融
開始する温度に加熱し、その状態で所定の形状に加圧成
形し、凝固させればよい。

つぎにこの発明の実施例を記す。

実施例 平均直径２０５Ｊｍの連続ケイ素繊維（商品名二カロン
：日本カーボン社製）をフィラメントワインディング装
置によって巻いて軽合金材料と複合させたときに体積率
が５５％となるような円筒状の繊維成形体を作成した。

その繊維成形体を約８００℃に加熱してナックルアーム
用高圧鋳造金型内の所定位置すなわちテーパ嵌合部に対
応する位置に配置し、その状態で約７２０℃のアルミニ
ウム合金（ＮＵ−１；日本軽金属社製）の溶湯を注湯し
た後、加圧力１２００ｋ（Ｊ／ｃｎｒで加圧して繊維と
アルミニウム合金とを複合させ、がっ溶）易が凝固する
まで保持した。こうして得られた粗形材に機械加工を施
して、テーパ嵌合部を複合材料で４３成したナックルア
ームとした。

そのナックルアームを実車に組付けて走行試験を行なっ
たところ、そのテーパ嵌合部は従来のナックルアームに
おけると同様な剛性、強度を示し１１ガタの発生は認め
られなかった。またナックルアームのＩＩは従来のもの
に比べて５０％程度軽量化されていた。

以上の説明から明らかなようにこの発明のサスベンシミ
ン用アーム部材は、少なくともテーパ嵌合部を、繊維と
軽合金材料とを複合一体化し・た複合材料によって構成
したから、全体を軽合金材料で形成してもよくテーパ嵌
合部の拡大やへたりなどの変形を防止でき、したがって
この発明によればテーパ嵌合部の剛性、強度を損うこと
なくアーム部材を軽量化でき、その結果ばね下質舌を低
減できるために、乗心地や操縦性などの性能を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はナックルアームの一例を示す概略図、第２図は
この発明の一実施例を示す部分断面図、第３図および第
４図はそれぞ繊維の、配向方向の例を示す部分断面斜視
図である。 １・・・ナックルアーム、　２・・・コントロールアー
ム、３・・・ボー　ルジョイント、　４・・・（ボール
ジヨイントの）軸部、　５・・・テーパ嵌合部、　７・
・・繊維。 出願人　　トヨタ自動車株式会社 代理人　　弁理士　豊田武久 （ほか１名） 第２（２） 第３１ｍ ■ 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ボールジヨイントの軸部を挿入して固定するため
   のテーパ嵌合部を備えたサスペンション用アーム部材に
   おいて、少なくとも前記テーパ嵌合部が、軽合金材料と
   繊維とを複合一体化した複合材料によって形成されてい
   ることを特徴とするサスペンション用アーム部材。
2. （２）前記繊維が、前記テーパ嵌合部の周方向に向けて
   配向されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のサスペンション用アーム部材。