JPWO2018163987A1 - フロントアクスルビーム - Google Patents

Abstract

開示されるフロントアクスルビーム（１００）は、ビーム部（１１０）を含む。ビーム部（１１０）は、第１のフランジ部（１３１）と、第２のフランジ部（１３２）と、第１のフランジ部（１３１）と第２のフランジ部（１３２）とをつなぐウエブ部（１２０）とを含む。ウエブ部（１２０）は、複数の第１の傾斜部と複数の第２の傾斜部とを含む傾斜変化部（１２１）を含む。複数の第１の傾斜部のそれぞれは、長手方向（ＬＤ）に垂直な断面において、車高方向に対して一方向に傾いている。複数の第２の傾斜部のそれぞれは、長手方向（ＬＤ）に垂直な断面において、車高方向に対して前記一方向とは逆の方向に傾いている。第１の傾斜部と第２の傾斜部とは、長手方向（ＬＤ）に沿って交互に配置されている。これにより、フロントアクスルビーム（１００）の剛性を高めることが可能になる。

Description

本発明は、フロントアクスルビームに関し、特にたとえば、貨物自動車やバス等の車両に用いられるフロントアクスルビームに関する。

フロントアクスルビーム（以下では「フロントアクスル」と称する場合がある）は、主に、車両の前輪が取り付けられて車体を支持するために使用される。フロントアクスルは、左右の前輪に車体の荷重を伝達する部品として、および、構造保安部品として、重要である。フロントアクスルは、所定位置に車輪を固定するとともに前輪の操舵性能を確保することによって、走行安定性を担う。また、ブレーキ時において、フロントアクスルは、車輪の制動力を伝える伝達経路となる。このように、フロントアクスルは、走行性、操舵性、および制動性に強く影響を及ぼす部品である。フロントアクスルには高い剛性が求められるため、フロントアクスルの質量は大きい。一方、燃費向上の観点から、フロントアクスルの軽量化が求められている。

特開２００３−２８５７７１号公報（特許文献１）は、車両走行時の空力抵抗を減らすことが可能なフロントアクスルを提案している。特許文献１に記載の発明は、空力抵抗を減らすことによる燃費向上を目的としている。

特開平１０−１１９５０４号公報（特許文献２）は、アルミニウム合金などの軽合金によって形成されたフロントアクスル本体と、当該軽合金よりも引張応力が高い材料で形成された補強材とを含むフロントアクスルを開示している。

特開平９−１７５１０３号公報（特許文献３）は、特定の部位に鋼材を鋳込んだアルミニウム合金鋳造によって形成されたフロントアクスルを開示している。特許文献２および３に記載の発明は、アルミニウム合金などの軽合金を用いることによる軽量化を図っている。

特開２００３−２８５７７１号公報 特開平１０−１１９５０４号公報 特開平９−１７５１０３号公報

フロントアクスルの構造として、軽量でかつ高剛性な構造が求められている。つまり、１つ目のニーズとして燃費の観点から、フロントアクスルが軽量であることが求められている。また、２つ目のニーズとして高度化する車両の運動性能からの要求、すなわち、より高い走行速度からのブレーキ制動による車両の安全停止の達成が求められている。そのため、フロントアクスルの負荷荷重の増加に対応する剛性の増大が求められている。

フロントアクスルに対するこれら２つのニーズである軽量化と高剛性化とは、一般には相反する要求である。現在、その相反する要求に可能な限り応えることが可能な新しいフロントアクスルが求められている。

軽量化と高剛性化を両立させることが可能なフロントアクスルは、下記のような典型的な例で示す様々な設計場面の多くのケースで活用できる。
（１）フロントアクスルの剛性を効率よく高める形状であるので、従来品と同じ剛性を、より軽いフロントアクスルや、よりコンパクトなフロントアクスルで実現できる。すなわち、同じ剛性のフロントアクスルを軽量化できる。
（２）フロントアクスルの剛性の向上を、従来品と同じサイズや重量、またはサイズや重量のわずかな増加で達成できる。すなわち、軽量なフロントアクスルで高剛性化できる。

一方で、フロントアクスルの周囲には、エンジンおよび操舵用の可動部品が密集して配置されている。そのため、フロントアクスルには、これら周辺部品と干渉しないように狭いスペースに収まることも求められている。したがって、フロントアクスルのサイズを大きくすることなくその剛性を高めることが可能な新たな技術が、特に求められている。

このような状況において、本発明の目的は、コンパクト且つ軽量で剛性を高めることが可能な新たなフロントアクスルビームを提供することである。

本発明の一実施形態によるフロントアクスルビームは、ビーム部と、ビーム部の長手方向両端にあるキングピン取付け部と、を備える。ビーム部は、第１のフランジ部と、第１のフランジ部に対向する第２のフランジ部と、第１のフランジ部と第２のフランジ部とに立って接続するウエブ部と、を備える。ウエブ部は、ビーム部の横断面において、車高方向に対して一方向に傾く第１の傾斜部と、ビーム部の他の横断面において、車高方向に対して前記一方向とは逆の方向に傾く第２の傾斜部と、を備える。

本発明によれば、剛性を高めることが可能なフロントアクスルビームが得られる。このフロントアクスルビームを用いることによって、車両の軽量化や性能向上が可能である。本発明では、特定の形状を有するウエブ部を用いることによって剛性を向上させる。そのため、フランジの外形で決定されるフロントアクスルの全体のサイズを増大させることなく剛性を向上させることが可能である。

図１は、第１実施形態のフロントアクスルを模式的に示す斜視図である。 図２は、図１に示したフロントアクスルの傾斜変化部を模式的に示す斜視図である。 図３は、図１に示したフロントアクスルを前方から見たときの正面図を模式的に示す。 図４Ａは、図２に示した傾斜変化部の水平方向の断面の一例を模式的に示す図である。 図４Ｂは、図２に示した傾斜変化部の水平方向の断面の他の一例を模式的に示す図である。 図４Ｃは、図２に示した傾斜変化部の水平方向の断面の他の一例を模式的に示す図である。 図５Ａは、図４Ａ〜図４Ｃの線ＶＡ−ＶＡにおける断面を模式的に示す図である。 図５Ｂは、図４Ａ〜図４Ｃの線ＶＢ−ＶＢにおける断面を模式的に示す図である。 図５Ｃは、図４Ａ〜図４Ｃの線ＶＣ−ＶＣにおける断面を模式的に示す図である。 図６は、傾斜変化部の筋交い構造を説明するための模式図である。 図７は、傾斜変化部の傾きの角度Ｘの変化の一例を示す図である。 図８は、傾斜変化部のアーチ形状を説明するための模式図である。 図９は、フランジ部の抜き勾配を示す模式図である。 図１０は、第２実施形態のフロントアクスルを模式的に示す斜視図である。 図１１Ａは、第２実施形態のフロントアクスルに関して、傾斜変化部の水平方向の断面の一例を模式的に示す図である。 図１１Ｂは、第２実施形態のフロントアクスルに関して、傾斜変化部の水平方向の断面の他の一例を模式的に示す図である。 図１１Ｃは、第２実施形態のフロントアクスルに関して、傾斜変化部の水平方向の断面の他の一例を模式的に示す図である。 図１２Ａは、図１１Ａ〜図１１Ｃの線XIIＡ−XIIＡにおける断面を模式的に示す図である。 図１２Ｂは、図１１Ａ〜図１１Ｃの線XIIＢ−XIIＢにおける断面を模式的に示す図である。 図１２Ｃは、図１１Ａ〜図１１Ｃの線XIIＣ−XIIＣにおける断面を模式的に示す図である。 図１３Ａは、第３実施形態のフロントアクスルに関して、傾斜変化部の水平方向の断面の一例を模式的に示す図である。 図１３Ｂは、第３実施形態のフロントアクスルに関して、傾斜変化部の水平方向の断面の他の一例を模式的に示す図である。 図１３Ｃは、第３実施形態のフロントアクスルに関して、傾斜変化部の水平方向の断面の他の一例を模式的に示す図である。 図１４Ａは、図１３Ａ〜図１３Ｃの線XIVＡ−XIVＡにおける断面を模式的に示す図である。 図１４Ｂは、図１３Ａ〜図１３Ｃの線XIVＢ−XIVＢにおける断面を模式的に示す図である。 図１４Ｃは、図１３Ａ〜図１３Ｃの線XIVＣ−XIVＣにおける断面を模式的に示す図である。 図１５Ａは波打ち形状の他の一例を模式的に示す斜視図である。 図１５Ｂは波打ち形状のその他の一例を模式的に示す斜視図である。 図１５Ｃは波打ち形状のその他の一例を模式的に示す斜視図である。 図１６は、型鍛造工程の一例を説明するための模式図である。

鋭意検討した結果、本願発明者らは、特定の構造によって、剛性を高めることが可能なフロントアクスルが得られることを新たに見出した。本発明は、この新たな知見に基づくものである。

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。

この明細書において、フロントアクスルおよびそれを構成する部材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使用時の向きに配置した状態における方向を意味する。たとえば、フロントアクスルの上下方向というときには、特に記載がない限り、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上下方向（重力の方向と平行な方向であり、後述する鉛直方向Ｖｔである。）を意味する。この上下方向（鉛直方向）は車高方向と同じ方向である。フロントアクスルは端部にキングピン取付け部を備える。キングピン取付け部の形状から車高方向は特定できる。キングピンは車高方向に沿って取り付けられるからである。水平方向および前後方向についても同様に、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。すなわち、水平方向とは正しくは車幅方向である。車幅方向はキングピン取付け部の位置から特定できる。キングピンは車両の幅の両側に取り付けられるからである。なお、フロントアクスルの前方および後方はそれぞれ、フロントアクスルが配置される車両の前方（後述する方向Ｆｗ）および後方と同じ方向を意味する。ただし、フロントアクスルが前後で対称の形状である場合には、いずれか一方向を前方とし他方向を後方とする。前方、後方とは、車長方向である。車長方向は車高方向と車幅方向から特定できる。この明細書において、「断面」という用語は、特に説明がなくても文脈から判断される限り、フロントアクスルの長手方向（後述する「長手方向ＬＤ」）に垂直な断面を意味する。

（フロントアクスルビーム）
本実施形態のフロントアクスル（フロントアクスルビーム）は、ビーム部と、ビーム部の長手方向両端にあるキングピン取付け部と、を備える。ビーム部は、第１のフランジ部と、第１のフランジ部に対向する第２のフランジ部と、第１のフランジ部と第２のフランジ部とに立って接続するウエブ部と、を備える。ウエブ部は、ビーム部の横断面において、車高方向に対して一方向に傾く第１の傾斜部と、ビーム部の他の横断面において、車高方向に対して前記一方向とは逆の方向に傾く第２の傾斜部と、を備える。第１の傾斜部と第２の傾斜部は、長手方向に交互にあるのが望ましい。なお、ビーム部の横断面は、ビーム部の長手方向に垂直な断面を意味する。

別の観点では、本実施形態のフロントアクスルは、ビーム部と、２つのキングピン取付け部と、を含む。２つのキングピン取付け部は、各々が対応するビーム部の長手方向の両端にそれぞれ設けられる。キングピン取付け部に設けられたキングピンを収納する穴は車高方向に空いている。ビーム部は、上方に配置された第１のフランジ部と、第１のフランジ部の下方に配置された第２のフランジ部と、第１のフランジ部と第２のフランジ部とをつなぐウエブ部とを含む。以下では、ビーム部の長手方向を、「長手方向ＬＤ」と称する場合がある。

ウエブ部は、複数の第１の傾斜部と複数の第２の傾斜部とを含む傾斜変化部を含む。複数の第１の傾斜部のそれぞれは、長手方向に垂直な断面において、鉛直方向（上下方向、車高方向）に対して一方向に傾いている。複数の第２の傾斜部のそれぞれは、長手方向に垂直な断面において、鉛直方向に対して一方向とは逆の方向に傾いている。第１の傾斜部と第２の傾斜部とは、長手方向ＬＤに沿って交互に配置されている。

従来のウエブ部は、概ね、鉛直方向に平行な板状の形状（ストレートな形状）を有する。この場合、フロントアクスルの剛性に異方性が生じる。すなわち、フロントアクスルは、車高方向の曲げには強いが、車長方向の曲げには車高方向に比べて弱い。このため、車長方向の曲げに対する剛性も改善したい。対策として、本実施形態のウエブ部は、車高方向に対して相互に逆向きに傾く第１の傾斜部と第２の傾斜部がある。これによりフロントアクスルの強度の異方性が緩和される。第１の傾斜部と第２の傾斜部とが偏って配置されると、偏って配置された箇所の剛性の異方性配分が、偏らずに配置された箇所の剛性の異方性配分と異なり、バランスが良くない。故に、第１の傾斜部と第２の傾斜部とは車幅方向（長手方向ＬＤ）に沿って交互に配置されていることが望ましい。また、第１の傾斜部と第２の傾斜部とは隣接していることが望ましい。この構成によれば、後述するように、第１の傾斜部と第２の傾斜部との隣接した箇所で筋交い構造が形成されるため、フロントアクスルの剛性を高めることが可能である。１つの観点では、ウエブ部は、車高方向（鉛直方向）に対して傾きが変化する傾斜変化部を含む。傾斜変化部はたとえば、表面が波打つように変化している波打ち部である。なお、ウエブ部のうち傾斜変化部以外の部分は、上記した従来のウエブ部と同様のストレートな形状を有してもよい。

第１の傾斜部と第２の傾斜部とは、交互に配置されるようにつながっている。ただし、第１の傾斜部と第２の傾斜部との間には、鉛直方向に対して傾いていない部分が存在してもよい。

長手方向ＬＤに垂直な断面において、傾斜変化部は直線状であってもよいし、直線状でなくてもよいし、直線状の部分と曲線状の部分とを含んでもよい。第１および第２の傾斜部はそれぞれ独立に、鉛直方向と平行な部分を含んでもよい。

第１の傾斜部の数と第２の傾斜部の数との合計は、５以上であってもよく、６以上（３波長以上）であってもよい。これらの数の上限について特に限定はなく、傾斜変化部の長さや求められる特性に応じて任意に決めることができる。一例では、第１の傾斜部の数と第２の傾斜部の数との合計は、５０以下であってもよい。なお、傾斜変化部が、フロントアクスルの長手方向の中央に対して、左右対称である場合、第１および第２の傾斜部のいずれか一方の数は、他方の数よりも１つ多い。

傾斜変化部は、ウエブ部の少なくとも一部に形成される。傾斜変化部は、ウエブ部の長手方向の全体にわたって形成されてもよいし、ウエブ部の長手方向の一部のみに形成されてもよい。一例の傾斜変化部は、２つのバネ取り付け座の間の領域の全部または一部に形成される。この領域は長手方向に長いので、この部分に傾斜変化部を適用すると軽量化の効果が大きい。つまり一定の波長の波を考えた場合、この部分に傾斜変化部を形成することによって波の数を多くできる。また、この領域のフランジ部は形状の変化が小さいため、同一の波打ち形状を繰り返し形成することが可能である。そのため、２つのバネ取り付け座の間の領域に傾斜変化部を形成することは、型鍛造工程を含む製造方法で製造する場合に、型が抜きやすいというメリットや、型設計が容易になるというメリットなどの利点がある。他の一例の傾斜変化部は、２つのバネ取り付け座の間の領域の全部または一部に加えて、２つのバネ取り付け座の間の領域ではない領域（たとえば、バネ取り付け座とキングピン取付け部との間の領域）に形成されてもよい。

鉛直方向に対する傾斜変化部の傾きの角度に関して、当該角度の絶対値の最大値は、ウエブ部からのフランジ部の突出量とウエブ部の高さとによって限定される。鉛直方向に対する傾斜変化部の傾きの角度は、たとえば５°〜４５°の範囲にあってもよい。当該角度（角度Ｘ）については、第１実施形態で説明する。

フロントアクスルに求められる主要な剛性としては、上下方向（車高方向、鉛直方向）の曲げに対する剛性、前後方向（車長方向）の曲げに対する剛性、および、ねじれに対する剛性が挙げられる。本実施形態のフロントアクスルによれば、これらの剛性を向上させることが可能である。

第１のフランジ部の上において、ウエブ部と第１のフランジ部との間の接続部（以下では「第１の接続部」と称する場合がある）は、車長方向に張り出す形状を有する。第２のフランジ部の上において、ウエブ部と第２のフランジ部との間の接続部（以下では「第２の接続部」と称する場合がある）は、車長方向に張り出す形状を有する。第１の接続部および第２の接続部の一方が、車長方向に張り出す形状を有してもよいし、第１の接続部および第２の接続部の両方が、車長方向に張り出す形状を有してもよい。

別の観点では、傾斜変化部において、ウエブ部と第１のフランジ部との間の第１の接続部、および、ウエブ部と第２のフランジ部との間の第２の接続部から選ばれる少なくとも１つの接続部は、長手方向ＬＤに沿って波打っている波打ち形状を有してもよい。波打ち形状の例には、曲線で構成される波打ち形状（たとえば正弦波状の波打ち形状）、および、直線状の部分を含む波打ち形状（たとえば矩形波状の波打ち形状や三角波状の波打ち形状）が含まれる。

第１の接続部および第２の接続部の両方が、車長方向に張り出す形状を有する場合、第１のフランジ部と第２のフランジ部との中間の断面において、第１の傾斜部と第２の傾斜部とは直線形状であることが好ましい。

別の観点では、傾斜変化部において、第１の接続部および第２の接続部の両方が、上記の波打ち形状を有してもよい。この場合、第１の接続部の波打ち形状の位相に対して、第２の接続部の波打ち形状の位相が実質的に逆位相となっていることが好ましい。ここで、「実質的に逆位相」とは、第１の接続部の波打ち形状の位相と、第２の接続部の波打ち形状の位相とが、長手方向ＬＤに沿って約１８０°（たとえば１６０°〜２００°の範囲であり、典型的には１８０°）ずれていることを意味する。

車長方向に張り出す形状が、６か所以上の張り出し部を備える形状であることが好ましい。

別の観点では、上記波打ち形状は、３波長以上の波を含む形状であってもよい。波打ち形状を、３波長以上の波を含む形状とすることによって、より高い剛性を実現できる。

本実施形態のフロントアクスルでは、第１の傾斜部と第２の傾斜部が隣接することが好ましい。

別の観点では、本実施形態のフロントアクスルでは、長手方向ＬＤに垂直な断面において鉛直方向に対する傾斜変化部の角度（後述する角度Ｘ）が、長手方向ＬＤに沿って連続的に変化していてもよい。あるいは当該角度が、長手方向ＬＤに沿って不連続に変化していてもよい。

長手方向ＬＤに垂直な断面における傾斜変化部は、当該断面における傾斜変化部の中間部を中心として回転往復振動するように、長手方向ＬＤに沿って変化してもよい。ここで、傾斜変化部の中間部とは、第１の接続部と第２の接続部との間にある部分であり、たとえば中央部（第１実施形態で説明する中心点およびその近傍）である。あるいは、長手方向ＬＤに垂直な断面における傾斜変化部は、第１の接続部または第２の接続部を支点とする振り子のように、長手方向ＬＤに沿って変化してもよい。フロントアクスルは強度上の観点から、フランジ部、ウエブ部、シート部（バネ取り付け座）、およびキングピン取付け部は一体ものであることが望ましい。また、同じ理由で、フロントアクスルは鍛造で製造されることが望ましい。

以下では、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下で説明する実施形態は例示であり、以下の実施形態の構成の少なくとも一部を、上述した構成に置き換えることができる。以下の説明では、同様の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略する場合がある。以下の図はすべて模式的なものであり、実際の形状とは異なる場合があり、さらに、説明に不要な部分を省略している場合がある。

（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の一例について説明する。第１実施形態のフロントアクスル１００の斜視図を、図１に模式的に示す。

図１を参照して、フロントアクスル（フロントアクスルビーム）１００は、ビーム部１１０と、ビーム部１１０の長手方向ＬＤの両端にそれぞれ設けられた２つのキングピン取付け部１５０とを含む。なお、図には、ビーム部１１０の長手方向ＬＤおよび前方の方向Ｆｗを示す場合がある。キングピン取付け部１５０には、キングピンが取り付けられる貫通孔が形成されている。通常、フロントアクスル１００は、左右対称の形状を有し、且つ、全体としては概ね弓形の形状を有する。

ビーム部１１０は、ウエブ部１２０、第１のフランジ部１３１、および第２のフランジ部１３２を含む。第１のフランジ部１３１は上方に配置され、第２のフランジ部１３２は第１のフランジ部１３１の下方に配置されている。ウエブ部１２０は、第１のフランジ部１３１と第２のフランジ部１３２とをつないでいる。つまり、第１のフランジ部１３１は第２のフランジ部１３２と対向する。ウエブ部１２０は第２のフランジ部１３２上に立って、第１のフランジ部１３１と第２のフランジ部１３２とを接続する。

第１のフランジ部１３１および第２のフランジ部１３２はそれぞれ、ウエブ部１２０の車高方向の上端および下端から前後（車長方向）に突き出しており、通常はほぼ水平に前後に延びている。ただし、第１のフランジ部１３１および第２のフランジ部１３２はそれぞれ、水平に延びていなくてもよい。

ビーム部１１０の上面（第１のフランジ部１３１の上面）には、２つのバネ取り付け座１１１が形成されている。バネ取り付け座１１１にはバネが配置され、バネの上には車体（エンジンを含む）が取り付けられる。

ウエブ部１２０は、傾斜変化部１２１を含む。傾斜変化部１２１の傾きは、傾斜変化部１２１が波打つように長手方向ＬＤに沿って変化している。図１に示す一例では、傾斜変化部１２１は、２つのバネ取り付け座１１１の間に形成されている。しかし、傾斜変化部１２１は、必要に応じて他の部分にも形成されてもよい（他の実施形態においても同様である）。

傾斜変化部１２１の一部の斜視図を、図２に模式的に示す。理解を容易にするため、図２の斜視図では、第１のフランジ部１３１の輪郭を点線で示す。さらに、フロントアクスル１００を前方から見たときの正面図を、図３に模式的に示す。なお、図３では、傾斜変化部１２１の部分をハッチングで示す。

図２において、ウエブ部１２０と第１のフランジ部１３１との間の接続部を第１の接続部１２０ａとし、ウエブ部１２０と第２のフランジ部１３２との間の接続部を第２の接続部１２０ｂとする。第１実施形態で説明する一例では、第１の接続部１２０ａおよび第２の接続部１２０ｂの両方が、長手方向ＬＤに沿って波打っている波打ち形状を有する。つまり、第１のフランジ部１３１の上において、第１の接続部１２０ａは、車長方向に張り出す形状を有する。第２のフランジ部１３２の上において、第２の接続部１２０ｂは、車長方向に張り出す形状を有する。

傾斜変化部１２１は、複数の第１の傾斜部１２１ａと複数の第２の傾斜部１２１ｂとを含む。第１の傾斜部１２１ａと第２の傾斜部１２１ｂとは、長手方向ＬＤに沿って交互に配置されている。

第１の接続部１２０ａにおける傾斜変化部１２１の水平方向の断面の一部を、図４Ａに模式的に示す。傾斜変化部１２１の上下方向の中間点における、傾斜変化部１２１の水平方向の断面の一部を、図４Ｂに模式的に示す。第２の接続部１２０ｂにおける傾斜変化部１２１の水平方向の断面の一部を、図４Ｃに模式的に示す。

図４Ａ〜図４Ｃの線ＶＡ−ＶＡ、線ＶＢ−ＶＢ、および線ＶＣ−ＶＣにおける断面（長手方向ＬＤに垂直な断面）をそれぞれ、図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃに模式的に示す。図５Ａに示す断面は、第１の傾斜部１２１ａにおける断面である。図５Ｃに示す断面は、第２の傾斜部１２１ｂにおける断面である。なお、図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃに示す断面図では、ハッチングを省略する。長手方向ＬＤに垂直な断面を表示する以下の図においても、ハッチングを省略する場合がある。

長手方向ＬＤにおける位置を横軸とし、前後方向における位置を縦軸としたときに、第１の接続部１２０ａにおける傾斜変化部１２１は、図４Ａに示される波打ち形状を有する。同様に、第２の接続部１２０ｂにおける傾斜変化部１２１は、図４Ｃに示される波打ち形状を有する。

図５Ａに示すように、複数の第１の傾斜部１２１ａのそれぞれは、長手方向ＬＤに垂直な断面において、鉛直方向（上下方向）Ｖｔに対して一方向に傾いている。一方、図５Ｃに示すように、複数の第２の傾斜部１２１ｂのそれぞれは、長手方向ＬＤに垂直な断面において、鉛直方向Ｖｔに対して前記一方向とは逆の方向に傾いている。

第１の傾斜部１２１ａと第２の傾斜部１２１ｂとは長手方向ＬＤに沿って交互に配置されている。すなわち、それらの傾斜部は、筋交い構造（トラス構造的要素）を形成している。図５Ａにおける断面と図５Ｃにおける断面とを重ね合わせた図を、図６に模式的に示す。図６に示すように、第１の傾斜部１２１ａと第２の傾斜部１２１ｂとは、筋交い構造を形成している。そのため、傾斜変化部１２１を含むフロントアクスル１００は、高い剛性を実現することが可能である。

傾斜変化部１２１の板厚は、位置によらずにほぼ一定であってもよいし、位置によって異なってもよい。

なお、図４Ａ〜図４Ｃには、傾斜変化部１２１の一部として、接続部１２０ａおよび１２０ｂにおける波打ち形状が２．５波長の波を含む範囲を示した。第１の傾斜部１２１ａにおける波打ち形状の振幅の一例（振幅Ａｍ１）、および、第２の傾斜部１２１ｂにおける波打ち形状の振幅の一例（振幅Ａｍ２）を、それぞれ図４Ａに示す。それらの振幅は、第１の接続部１２０ａと第２の接続部１２０ｂとにおいて同じであってもよいし異なってもよく、また、長手方向ＬＤの位置によって変化してもよいし変化しなくてもよい。

図４Ａおよび図４Ｃに示すように、傾斜変化部１２１は、波打ち形状を有する。この波打ち形状によって、波打ち形状ではない従来のストレートな形状よりも断面２次モーメントが増加して剛性が向上することが、材料力学の観点から言える。

図４Ａに示される波の位相と図４Ｃに示される波の位相とは、第１の傾斜部１２１ａと第２の傾斜部１２１ｂとが長手方向ＬＤに沿って交互に配置されるようにずれる。図４Ａ〜図４Ｃに示した一例では、図４Ｃに示される波の位相は、図４Ａに示される波の位相の逆であり、具体的には１８０°ずれている。

図示した一例では、図４Ｂにおける傾斜変化部１２１は、波打ち形状を有さない。つまり、第１のフランジ部１３１と第２のフランジ部１３２との中間の水平断面において、第１の傾斜部１２１ａと第２の傾斜部１２１ｂとは直線形状である。しかし、傾斜変化部１２１の上下方向の中間点において傾斜変化部１２１が波打ち形状を有してもよい（たとえば、後述する図１１Ｂ参照）。

図５Ａに示すように、長手方向ＬＤに垂直な断面において、第１の傾斜部１２１ａの前方側の表面は、斜め上方の方向Ｄｕｆを向くように傾いており、その後方側の表面は、斜め下方に向くように傾いている。一方、図５Ｃに示すように、長手方向ＬＤに垂直な断面において、第２の傾斜部１２１ｂの前方側の表面は、斜め下方の方向Ｄｄｆを向くように傾いており、その後方側の表面は、斜め上方を向くように傾いている。

ここで、図５Ａ〜図５Ｃに示すように、長手方向ＬＤに垂直な断面において、傾斜変化部１２１と鉛直方向（上下方向）Ｖｔとがなす角度を角度Ｘとする。より具体的には、点１２０ａｃと点１２０ｂｃとを結ぶ線と、鉛直方向Ｖｔとがなす角度を、傾斜変化部１２１と鉛直方向Ｖｔとがなす角度Ｘとする。図５Ａ〜図５Ｃに示すように、点１２０ａｃは、長手方向ＬＤに垂直な断面において、第１の接続部１２０ａの、前後方向Ｈｆｂにおける中央に位置する。また、点１２０ｂｃは、長手方向ＬＤに垂直な断面において、第２の接続部１２０ｂの、前後方向Ｈｆｂにおける中央に位置する。

さらに、前方の方向Ｆｗを右手に見たとき（図５Ａ〜図５Ｃの状態）に、反時計回りに回る角度をプラスの角度とし、時計回りに回る角度をマイナスの角度とする。その場合、図５Ａに示す第１の傾斜部１２１ａの角度Ｘはプラスとなる。一方、図５Ｃに示す第２の傾斜部１２１ｂの角度Ｘはマイナスとなる。角度Ｘは、長手方向ＬＤに沿ってプラスとマイナスとに交互に変化する。好ましい一例では、角度Ｘは、連続的に変化する。そのような角度Ｘの変化の一例を、図７に示す。図７に示すように、第１の傾斜部１２１ａにおいて角度Ｘはプラスとなり、第２の傾斜部１２１ｂにおいて角度Ｘはマイナスとなる。角度Ｘは、長手方向ＬＤの位置の変化にともなって連続的に変化している。この場合、第１の傾斜部１２１ａと第２の傾斜部１２１ｂが隣接する。図７には、３．５波長の波を示す。

図７では、角度Ｘの絶対値の最大値が、すべての第１の傾斜部１２１ａおよび第２の傾斜部１２１ｂで同じである一例について示した。しかし、角度Ｘの絶対値の最大値は、それらの各部分で異なってもよい。なお、角度Ｘの絶対値の最大値は、波打ち形状の振幅に関係する。

図５Ａ〜図５Ｃには、中心点１２１ｃｔを示す。中心点１２１ｃｔは、傾斜変化部１２１の上下方向の中間点を通る水平断面において、傾斜変化部１２１の前後方向の中心に位置する点である。

長手方向ＬＤに垂直な断面における傾斜変化部１２１は、第１の接続部１２０ａと第２の接続部１２０ｂとの間の部分を中心として回転を含む往復振動（以下では「回転往復振動」と称する場合がある）するように、長手方向ＬＤに沿って変化している。なお、図示した一例では中心点１２１ｃｔを中心に回転往復振動する一例を示したが、回転往復振動の中心は中心点１２１ｃｔからずれていてもよい。

図５Ａの中心点１２１ｃｔよりもわずかに前方の方向Ｆｗにずれた点を通り、且つ、鉛直方向Ｖｔおよび長手方向ＬＤに平行な断面の一部を、図８に模式的に示す（ハッチングは省略する）。図８に示される断面は、図４Ａ〜図４Ｃの線ＶIII−ＶIIIにおける断面に相当する。図８に示すように、第１の傾斜部１２１ａは、第２のフランジ部１３２を底面とするアーチ部を形成している。このアーチ部は、後方から見たときに半ドーム状の形状を有する。一方、第２の傾斜部１２１ｂは、第１のフランジ部１３１を底面とするアーチ部を形成している。このアーチ部は、前方から見たときに半ドーム状の形状を有する。図８に示すように、フロントアクスル１００では、向きが異なるこれらのアーチ形状が多数配置されている。それに対し、一般的なフロントアクスルのウエブ部は平板状であり、アーチ形状を含まない。そのため、本実施形態のフロントアクスルは、一般的なフロントアクスルに対して、高い剛性を実現することが可能である。

なお、図５Ａ〜図５Ｃの模式図ではフランジ部の勾配について表示を省略した。ただし、一般的な型鍛造で製造されるフロントアクスルのフランジ部は、型抜きのための勾配（型抜き方向に対する傾き）を有する（他の実施形態でも同様である）。そのような勾配を、図９に示す。図９を参照して、第１のフランジ部１３１の表面は、水平方向ＨＤに対して傾いており、抜き勾配Ｙが存在する。同様に、第２のフランジ部１３２の表面は、水平方向ＨＤから傾いており、抜き勾配Ｙが存在する。なお、抜き勾配Ｙは、フランジ部の位置によって異なってもよい。いずれにしても、一般的な型鍛造工程を含む一般的な製造方法によって製造されるフランジ部は、型抜きが可能な形状を有する。

さらに、図５Ａ〜図５Ｃの模式図ではフランジ部の角部は丸められていない。ただし、一般的にはフランジ部の角部は丸められた形状（Ｒ形状）を有する。また、フランジ部とウエブ部との境界のコーナー部（図５Ａのコーナー部Ｃｒｎ）は、一般的には丸められた形状を有する（他の実施形態においても同様である）。

（第２実施形態）
第１実施形態では、第１の接続部１２０ａおよび第２の接続部１２０ｂの両方が波打ち形状を有する一例について説明した。しかし、それら接続部の一方のみが波打ち形状を有してもよい。そのようなフロントアクスル１００の傾斜変化部１２１の一例について、一部の斜視図を図１０に示す。さらに、水平方向の断面図の一部を図１１Ａ〜図１１Ｃに示す。

図１１Ａは、第１の接続部１２０ａにおける傾斜変化部１２１の水平方向の断面の一部を模式的に示す。図１１Ｂは、傾斜変化部１２１の上下方向の中間点における傾斜変化部１２１の水平方向の断面の一部を模式的に示す。図１１Ｃは、第２の接続部１２０ｂにおける傾斜変化部１２１の水平方向の断面の一部を模式的に示す。

図１１Ａ〜図１１Ｃの線XIIＡ−XIIＡ、線XIIＢ−XIIＢ、および線XIIＣ−XIIＣにおける断面（長手方向ＬＤに垂直な断面）をそれぞれ、図１２Ａ、図１２Ｂ、および図１２Ｃに模式的に示す。なお、傾斜変化部１２１以外の部分は第１実施形態で説明したフロントアクスル１００と同様であるため、重複する説明は省略する。

図１０〜図１２Ｃに示した傾斜変化部１２１は、２つの接続部１２０ａおよび１２０ｂのうち、第２の接続部１２０ｂのみが波打ち形状を有する。第１の接続部１２０ａは、直線状である。図１１Ｂを参照して、第１のフランジ部１３１と第２のフランジ部１３２との中間点におけるウエブ部１２０の水平方向の断面も波打ち形状を有する。ただし、その振幅は、第２の接続部１２０ｂの波打ち形状の振幅の約半分である。

第２実施形態のフロントアクスル１００においても、傾斜変化部１２１は、複数の第１の傾斜部１２１ａと複数の第２の傾斜部１２１ｂとを含む。第１の傾斜部１２１ａと第２の傾斜部１２１ｂとは、長手方向ＬＤに沿って交互に配置されている。図１２Ａに示すように、第１の傾斜部１２１ａは、長手方向ＬＤに垂直な断面において、鉛直方向（上下方向）Ｖｔに対して一方向に傾いている。一方、図１２Ｃに示すように、第２の傾斜部は、長手方向ＬＤに垂直な断面において、鉛直方向Ｖｔに対して前記一方向とは逆の方向に傾いている。その結果、傾斜変化部１２１の傾きは、長手方向ＬＤに沿って変化している。具体的には、傾斜変化部１２１の傾きは、第１の接続部１２０ａを支点とする振り子のように、長手方向ＬＤに沿って変化している。なお、図示した一例とは異なり、第２の接続部１２０ｂを支点とする振り子（倒立振り子）のように、長手方向ＬＤに沿って傾斜変化部１２１の傾きが変化してもよい。その場合、傾斜変化部１２１は、図１０の傾斜変化部１２１の上下を反転させた形状を有する。あるいは、図１０を１８０°回転させ、第１のフランジ部１３１を第２のフランジ部とし第２のフランジ部１３２を第１のフランジ部としてもよい。

第２実施形態のフロントアクスル１００においても、角度Ｘは、図７に示すように、長手方向ＬＤに沿ってプラスとマイナスとに交互に変化する。

第２実施形態のフロントアクスル１００においても、第１の傾斜部１２１ａと第２の傾斜部１２１ｂとは筋交い構造を構成する。さらに、傾斜変化部１２１には、第１フランジ部１３１を底面とする上下方向アーチ形状と、第２フランジ部１３２を底面とする上下方向アーチ形状とが交互に配置されていると見なすことができる。また、長手方向の波打ち形状にも長手方向アーチ形状が連続していると見なせる。そのため、第２実施形態のフロントアクスル１００でも、高い剛性を実現することが可能である。

（第３実施形態）
上記実施形態では、傾斜変化部１２１の断面（長手方向ＬＤに垂直な断面）が、直線状である場合（すなわち、傾きが断面で一定である場合）について説明した。しかし、傾斜変化部１２１の断面は、直線状でなくてもよい。そのようなフロントアクスル１００の傾斜変化部１２１の一例について、水平方向の断面図を図１３Ａ〜図１３Ｃに示す。

図１３Ａは、第１の接続部１２０ａにおける傾斜変化部１２１の水平方向の断面の一部を模式的に示す。図１３Ｂは、傾斜変化部１２１の上下方向の中間点における傾斜変化部１２１の水平方向の断面の一部を模式的に示す。図１３Ｃは、第２の接続部１２０ｂにおける傾斜変化部１２１の水平方向の断面の一部を模式的に示す。これらの断面は、図４Ａ〜図４Ｃに示した断面と同様であるため、重複する説明を省略する。

図１３Ａ〜図１３Ｃの線XIVＡ−XIVＡ、線XIVＢ−XIVＢ、および線XIVＣ−XIVＣにおける断面（長手方向ＬＤに垂直な断面）をそれぞれ、図１４Ａ、図１４Ｂ、および図１４Ｃに模式的に示す。なお、傾斜変化部１２１以外の部分は第１実施形態で説明したフロントアクスル１００と同様であるため、重複する説明は省略する。

図１３Ａ〜図１４Ｃに示した傾斜変化部１２１は、２つの接続部１２０ａおよび１２０ｂの両方が、波打ち形状を有する。上述した実施形態のフロントアクスルと同様に、傾斜変化部１２１は、複数の第１の傾斜部１２１ａと複数の第２の傾斜部１２１ｂとを含み、それらは長手方向ＬＤに沿って交互に配置されている。すなわち、傾斜変化部１２１の傾きは、その表面が波打つように長手方向ＬＤに沿って変化している。

図１４Ａおよび図１４Ｃに示すように、第３実施形態のフロントアクスル１００の第１および第２の傾斜部１２１ａおよび１２１ｂの断面は、直線状ではなく曲線状の部分を含む。この場合でも、第１の傾斜部１２１ａは、長手方向ＬＤに垂直な断面において、鉛直方向（上下方向）Ｖｔに対して一方向に傾いている。一方、第２の傾斜部１２１ｂは、長手方向ＬＤに垂直な断面において、鉛直方向Ｖｔに対して前記一方向とは逆の方向に傾いている。

第３実施形態のフロントアクスル１００においても、第１の傾斜部１２１ａと第２の傾斜部１２１ｂとは筋交い構造を構成していると見なすことができる。さらに、傾斜変化部１２１には、第１フランジ部１３１を底面とするアーチ形状（半ドーム形状）と、第２フランジ部１３２を底面とするアーチ形状（半ドーム形状）とが交互に配置されている。半ドーム形状は軽量化および剛性の向上に有効であるため、第３実施形態のフロントアクスル１００でも、高い剛性を実現することが可能である。

なお、上記の一例では、第１の接続部１２０ａおよび第２の接続部１２０ｂの両方が波打ち形状を有する場合について説明した。しかし、いずれか一方のみが波打ち形状を有してもよい。たとえば、第２実施形態で説明したフロントアクスル１００において、傾斜変化部１２１の断面（長手方向ＬＤに垂直な断面）が曲線状の部分を含んでもよい。そのような場合でも半ドーム形状が形成されるので、軽量化および高い剛性を実現することが可能である。

なお、波打ち形状は、上記実施形態において図示した形状に限定されない。たとえば、波打ち形状は、図１５Ａに示すように、半円を連結したような形状であってもよい。あるいは波打ち形状は、図１５Ｂに示すように、矩形波状であってもよい。あるいは波打ち形状は、図１５Ｃに示すように、三角波状であってもよい。これらの波打ち形状は、上記実施形態のいずれかの波打ち形状に置き換えることができる。これらの波打ち形状を用いる場合でも、上述した構造（筋交い構造、アーチ形状、半ドーム形状）が実現される。そのため、これらの波打ち形状を用いる場合でも、上述した効果が得られる。

本発明者らが行ったシミュレーションの結果より、波打ち形状は３波長以上の波を含むことが好ましい。つまり、接続部１２０ａおよび／または１２０ｂが有する、車長方向に張り出す形状が、６か所以上の張り出し部を備える形状であることが好ましい。

（フロントアクスルの製造方法の一例）
本実施形態のフロントアクスルの製造方法に特に限定はなく、公知の技術を用いて製造できる。たとえば、本実施形態のフロントアクスルは、熱間鍛造工程を含む製造方法で製造してもよい。フロントアクスルの製造方法の一例について、以下に説明する。なお、本実施形態のフロントアクスルの製造方法に限定はなく、以下で説明する方法以外の方法で製造してもよい。

まず、材料となるビレットを準備する。次に、ビレットを、型鍛造に適した形状を有する予備成形品に加工する（予備成形工程）。予備成形工程には、ビレットを絞る工程や、曲げ打ち工程が含まれてもよい。次に、予備成形品を型鍛造して、フロントアクスルの形状を有する鍛造品を成形する（型鍛造工程）。この型鍛造工程において、ウエブ部に波打ち形状が付与される。これらの予備成形工程および型鍛造工程は、熱間で行われる。このようにしてフロントアクスルの形状を有する鍛造品が得られる。得られた鍛造品は、必要に応じて様々な工程に供されてもよい。それらの工程の例には、バリ抜き工程、整形工程、曲がり取り工程、熱処理工程、表面処理工程、穴あけ工程、塗装工程などが含まれる。

本実施形態のフロントアクスルを製造する際の型鍛造工程の一例について説明する。プレス型の型打ち方向ＳＤと、型鍛造された後のビーム部１１０（傾斜変化部１２１を含む）の断面とを図１６に示す。図１６に示すビーム部１１０は、第２実施形態で説明したフロントアクスル１００のビーム部１１０である。

型鍛造によってフロントアクスルの大まかな形状を形成する場合、通常、フロントアクスルの前後方向となる側から型を押し当てて鍛造を行う。このとき、型抜きの際に逆勾配となる部分は、型鍛造による成形ができない。そのため、ウエブ部は、型鍛造する際に逆勾配となる形状を含まないことが好ましい。すなわち、ウエブ部は、ウエブ部を前方および後方から見たときに死角となる部分を含まないことが好ましい。第１〜第３実施形態で説明した傾斜変化部１２１は、型鍛造する際に逆勾配となる形状を含まない。そのため、第１〜第３実施形態で説明したフロントアクスル１００の傾斜変化部１２１は、型設計において波打ち形状を型に反映しさえすれば、一般的な型鍛造工程を用いて容易に形成できる。すなわち、本実施形態のフロントアクスルは、一般的な製造方法によって容易に製造することが可能である。

本発明は、フロントアクスルビームに利用できる。

１００：フロントアクスル（フロントアクスルビーム）
１１０：ビーム部
１２０：ウエブ部
１２０ａ：第１の接続部
１２０ｂ：第２の接続部
１２１：傾斜変化部
１２１ａ：第１の傾斜部
１２１ｂ：第２の傾斜部
１３１：第１のフランジ部
１３２：第２のフランジ部
１５０：キングピン取付け部
ＬＤ：長手方向
Ｆｗ：前方の方向

Claims (7)

1. 第１のフランジ部と、前記第１のフランジ部に対向する第２のフランジ部と、前記第１のフランジ部と前記第２のフランジ部とに立って接続するウエブ部とを備えるビーム部と、前記ビーム部の長手方向両端にあるキングピン取付け部と、を備えるフロントアクスルビームであって、
   前記ウエブ部は、
   前記ビーム部の横断面において、車高方向に対して一方向に傾く第１の傾斜部と、
   前記ビーム部の他の横断面において、前記車高方向に対して前記一方向とは逆の方向に傾く第２の傾斜部と、を備える、フロントアクスルビーム。
2. 前記第１の傾斜部と前記第２の傾斜部は、前記長手方向に交互にある、請求項１に記載のフロントアクスルビーム。
3. 前記第１のフランジ部の上において、前記ウエブ部と前記第１のフランジ部との間の第１の接続部は、車長方向に張り出す形状を有する、請求項１又は請求項２に記載のフロントアクスルビーム。
4. 前記第２のフランジ部の上において、前記ウエブ部と前記第２のフランジ部との間の第２の接続部は、前記車長方向に張り出す形状を有する、請求項３に記載のフロントアクスルビーム。
5. 前記第１のフランジ部と前記第２のフランジ部との中間の断面において、前記第１の傾斜部と前記第２の傾斜部とは直線形状である、請求項４に記載のフロントアクスルビーム。
6. 前記車長方向に張り出す形状が、６か所以上の張り出し部を備える形状である、請求項３〜５のいずれか１項に記載のフロントアクスルビーム。
7. 前記第１の傾斜部と前記第２の傾斜部が隣接する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のフロントアクスルビーム。

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