(57)【要約】【課題】ねじりモーメントに対するねじり剛性が必要とされる構造部材において、軽量化とねじり剛性の低下の抑制とを両立する。【解決手段】構造部材１０は、第１取付部１１を含む第１端部１と、第２取付部１２を含む第２端部２と、第１端部１から前記第２端部２まで延びるアーム部４と、を備える。アーム部４は、第１外側面４０Ｃ及び第２外側面４０Ｄと、アーム表面４０Ａと、を有する。アーム部４は、アーム表面４０Ａから厚さ方向Ｄ１に起立する第１リブ部７Ａ及び第２リブ部７Ｂを有する。第１リブ部７Ａは、第１外側面４０Ｃから第２外側面４０Ｄに向かう方向であってアーム方向ＡＤの成分を持った方向である傾斜方向ＤＴ１に延びている。第２リブ部７Ｂは、第１リブ部７Ａに交差するように設けられている。【選択図】図３
2020111173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造部材であって、
当該構造部材とは別の第１部材に取り付けられる第１取付部を含む第１端部と、
当該構造部材とは別の第２部材に取り付けられる第２取付部を含む第２端部と、
前記第１端部から前記第２端部まで延びるアーム部であって湾曲した形状を有する湾曲部を含むものと、を備え、
前記アーム部は、当該アーム部の幅方向の両側に位置して前記アーム部の延びる方向であるアーム方向に沿って設けられた第１外側面及び第２外側面と、前記幅方向に直交する前記アーム部の厚さ方向の一方に位置して前記アーム方向に沿って設けられた表面であるアーム表面と、を有し、
前記アーム部は、前記アーム表面から前記厚さ方向に起立する第１リブ部及び第２リブ部を有し、
前記第１リブ部は、前記第１外側面から前記第２外側面に向かう方向であって前記アーム方向の成分を持った方向である第１傾斜方向に延び、
前記第２リブ部は、前記第１リブ部に交差するように設けられている、構造部材。
【請求項２】
前記アーム方向が前記第１端部から前記第２端部に向かう方向であり、
前記第２リブ部は、前記第２外側面から前記第１外側面に向かう方向であって前記アーム方向の成分を持った方向である第２傾斜方向に延びている、請求項１に記載の構造部材。
【請求項３】
前記アーム部を前記厚さ方向に見たときに、前記アーム部における前記幅方向の中央位置を前記第１端部から前記第２端部に向かって連続的に結んだ線を中央線と定義する場合において、
前記アーム部を前記厚さ方向に見たときに、前記第１リブ部及び前記第２リブ部は、前記中央線に対して互いに反対向きに傾斜するとともに前記中央線と交差している、請求項１又は２に記載の構造部材。
【請求項４】
前記第１リブ部及び前記第２リブ部の少なくとも一方のリブ部は、前記アーム方向に対する当該リブ部の傾斜角度が２０°〜６０°の範囲に含まれるように構成されている、請求項１〜３の何れか１項に記載の構造部材。
【請求項５】
前記構造部材は、車輪と車両本体との間に介在する自動車用のサスペンション部材であり、
前記第１取付部及び前記第２取付部の一方は、前記車輪からの荷重を受ける部分であり、前記第１取付部及び前記第２取付部の他方は、前記車両本体からの荷重を受ける部分である、請求項１〜４の何れか１項に記載の構造部材。
【請求項６】
前記サスペンション部材は、アルミニウム合金により構成されている、請求項５に記載の構造部材。
【請求項７】
前記アーム部は、前記厚さ方向に凹む凹部を有し、
前記凹部は、前記アーム方向に沿って延びるベース部と、当該ベース部の前記幅方向の両端部から前記厚さ方向の前記一方にそれぞれ起立する第１側壁部及び第２側壁部と、を有し、
前記ベース部は、当該ベース部の前記厚さ方向の前記一方に位置して前記アーム方向に沿って設けられた内面であるアーム内面を有し、当該アーム内面は、前記アーム表面の少なくとも一部を構成しており、
前記第１リブ部及び前記第２リブ部は、前記アーム内面から前記厚さ方向に起立するように設けられている、請求項１〜６の何れか１項に記載の構造部材。
【請求項８】
前記アーム部における前記アーム方向に直交する任意の断面の周囲を最短距離の線で囲むことにより形成される領域を包含領域と定義し、
前記包含領域における前記厚さ方向の端を領域端Ａと定義し、
前記断面に直交するベクトルをベクトルｎと定義し、
前記構造部材に対して荷重が作用する点を荷重点Ｏと定義し、
前記ベクトルｎに平行な方向における前記領域端Ａと前記荷重点Ｏとの距離を第１距離Ｌと定義し、
前記ベクトルｎに直交する方向における前記領域端Ａと前記荷重点Ｏとの距離を第２距離δと定義する場合において、
前記第１リブ部及び前記第２リブ部は、前記アーム部のうち、Ｌ≦４δの不等式で表される条件を満たす範囲に設けられている、請求項１〜７の何れか１項に記載の構造部材。
【請求項９】
前記第１リブ部及び前記第２リブ部のそれぞれは、前記アーム表面からの前記厚さ方向の起立高さが５ｍｍ以上となるように構成されており、
前記第１リブ部及び前記第２リブ部のそれぞれは、前記厚さ方向に直交する方向の幅が１ｍｍ以上となるように構成されている、請求項１〜８の何れか１項に記載の構造部材。
【請求項１０】
引張試験における０．２％耐力が３４０ＭＰａ以上である、請求項１〜９の何れか１項に記載の構造部材。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか１項に記載の構造部材を、アルミニウム合金素材の熱間鍛造によって成形する工程を備える構造部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじりモーメントに対するねじり剛性が必要とされる構造部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業界では、環境保護やエネルギー消費の抑制のために、製品を構成する構造部材の軽量化の取り組みが行われている。このような取り組みの一つとして、自動車業界における自動車用構造部材の軽量化の取り組みが挙げられる（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２１１９２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、自動車は多数の部品によって構成されるので、各部品のレイアウトは大きく制約される。その結果、自動車用構造部材は、三次元的に複雑に湾曲した形状を有する湾曲部を含むことが多い。このような湾曲部を含む構造部材に荷重が入力されると、当該構造部材には、曲げモーメントだけでなくねじりモーメントも作用するため、当該構造部材には曲げ変形による応力に加えてねじり変形による応力も発生する。このため、当該構造部材には、高いねじり剛性が求められる。したがって、前記構造部材を軽量化する場合には、ねじり剛性の低下を抑制する必要がある。
【０００５】
上記の課題は、自動車用構造部材以外の構造部材であって、上記のような湾曲部を含み、軽量化が求められる他の構造部材についても広く生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ねじりモーメントに対するねじり剛性が必要とされる構造部材において、軽量化とねじり剛性の低下の抑制とを両立することを目的とする。
【０００７】
本発明により提供されるのは、構造部材であって、当該構造部材とは別の第１部材に取り付けられる第１取付部を含む第１端部と、当該構造部材とは別の第２部材に取り付けられる第２取付部を含む第２端部と、前記第１端部から前記第２端部まで延びるアーム部であって湾曲した形状を有する湾曲部を含むものと、を備える。前記アーム部は、当該アーム部の幅方向の両側に位置して前記アーム部の延びる方向であるアーム方向に沿って設けられた第１外側面及び第２外側面と、前記幅方向に直交する前記アーム部の厚さ方向の一方に位置して前記アーム方向に沿って設けられた表面であるアーム表面と、を有する。前記アーム部は、前記アーム表面から前記厚さ方向に起立する第１リブ部及び第２リブ部を有する。前記第１リブ部は、前記第１外側面から前記第２外側面に向かう方向であって前記アーム方向の成分を持った方向である第１傾斜方向に延びている。前記第２リブ部は、前記第１リブ部に交差するように設けられている。
【０００８】
本発明の構造部材では、前記アーム部が上記のような湾曲部を含むので、当該構造部材とは別の部材である前記第１部材及び前記第２部材から前記第１端部及び前記第２端部を介して前記アーム部が荷重を受けると、当該アーム部には、曲げモーメントだけでなくねじりモーメントも作用し、当該ねじりモーメントは、前記アーム部にねじり応力を発生させる。このように本発明の構造部材は、ねじりモーメントに対するねじり剛性が必要とされるものである。本発明の構造部材では、前記アーム部のねじり剛性は、当該アーム部に設けられた前記第１リブ部及び前記第２リブ部によって高められている。したがって、本発明の構造部材は、前記第１リブ部及び前記第２リブ部が設けられていない場合に比べて、アーム部を構成する材料として密度の低いものを用いたり、アーム部の幅や厚みなどの寸法を小さくしたりすることを可能にする。よって、本発明の構造部材は、軽量化と、ねじり剛性が低下するのを抑制することとを両立することを可能にする。
【０００９】
前記構造部材において、前記アーム方向が前記第１端部から前記第２端部に向かう方向であり、前記第２リブ部は、前記第２外側面から前記第１外側面に向かう方向であって前記アーム方向の成分を持った方向である第２傾斜方向に延びているのが好ましい。この態様では、第１リブ部が第１外側面から第２外側面に向かう方向に延びる一方で、第２リブ部が第２外側面から第１外側面に向かう方向に延びている。すなわち、第１リブ部及び第２リブ部は、アーム部の第１外側面及び第２外側面に対して比較的バランスのよい位置に配置されているので、前記アーム部のねじり剛性がより効果的に高められる。
【００１０】
前記構造部材において、前記アーム部を前記厚さ方向に見たときに、前記アーム部における前記幅方向の中央位置を前記第１端部から前記第２端部に向かって連続的に結んだ線を中央線と定義する場合において、前記アーム部を前記厚さ方向に見たときに、前記第１リブ部及び前記第２リブ部は、前記中央線に対して互いに反対向きに傾斜するとともに前記中央線と交差しているのが好ましい。この態様では、第１リブ部及び第２リブ部は、これらのリブ部がアーム部の前記中央線に対して反対向きに傾斜し、かつ、これらのリブ部のそれぞれが前記中央線と交差するように配置されている。すなわち、第１リブ部及び第２リブ部は、アーム部の前記中央線に対して比較的バランスのよい位置に配置されているので、前記アーム部のねじり剛性がより効果的に高められる。
【００１１】
前記構造部材において、前記第１リブ部及び前記第２リブ部の少なくとも一方のリブ部は、前記アーム方向に対する当該リブ部の傾斜角度が２０°〜６０°の範囲に含まれるように構成されていることが好ましい。この態様では、前記アーム部のねじり剛性がより効果的に高められる。
【００１２】
前記構造部材は、車輪と車両本体との間に介在する自動車用のサスペンション部材であり、前記第１取付部及び前記第２取付部の一方は、前記車輪からの荷重を受ける部分であり、前記第１取付部及び前記第２取付部の他方は、前記車両本体からの荷重を受ける部分であるのが好ましい。サスペンション部材の周囲には、車輪、ドライブシャフト、ショックアブソーバ、コイルスプリングなどの種々の部材が配置されており、これらの部材のそれぞれは可動範囲を有している。したがって、サスペンション部材は他の部材と干渉しないことが要求され、サスペンション部材のレイアウトは大幅に制約される。その結果、サスペンション部材は、通常、三次元的に複雑に湾曲した形状を有する湾曲部を含んでいる。このような湾曲部を含むサスペンション部材に荷重が入力されると、サスペンション部材には曲げ変形による応力に加えてねじり変形による応力も発生するため、当該サスペンション部材には、高いねじり剛性が求められる。また、サスペンション部材の軽量化は、自動車のバネ下重量の軽量化に貢献し、運動性能やドライバの乗り心地の向上などに大きく寄与するために、軽量化の取り組みの中でも優先順位が高い。よって、前記構造部材が自動車用のサスペンション部材であることにより、サスペンション部材において、軽量化による運動性能及び乗り心地の向上とねじり剛性の低下の抑制とを両立できる。
【００１３】
前記サスペンション部材は、アルミニウム合金により構成されているのが好ましい。近年、自動車用構造部材の軽量化の取り組みの一つとして、高級車を中心としてアルミニウム合金製のサスペンション部材の採用が増加する傾向にある。サスペンション部材をアルミニウム合金製とすることで、自動車の軽量化に貢献することができる。アルミニウム合金の強度は以前に比べて向上しているが、アルミニウム合金のヤング率は、例えば鋼板や鋳鉄のヤング率に比べると小さい。このため、上記のような湾曲部を含むサスペンション部材をアルミニウム合金によって軽量化する場合、ねじり剛性の低下を抑制する必要がある。よって、この態様では、前記サスペンション部材において、アルミニウム合金による軽量化と、ねじり剛性の低下の抑制とを両立できる。
【００１４】
前記構造部材において、前記アーム部は、前記厚さ方向に凹む凹部を有し、前記凹部は、前記アーム方向に沿って延びるベース部と、当該ベース部の前記幅方向の両端部から前記厚さ方向の前記一方にそれぞれ起立する第１側壁部及び第２側壁部と、を有し、前記ベース部は、当該ベース部の前記厚さ方向の前記一方に位置して前記アーム方向に沿って設けられた内面であるアーム内面を有し、当該アーム内面は、前記アーム表面の少なくとも一部を構成しており、前記第１リブ部及び前記第２リブ部は、前記アーム内面から前記厚さ方向に起立するように設けられているのが好ましい。この態様のようにアーム部の一部又は全部が、前記ベース部、第１側壁部及び第２側壁部により構成される場合、すなわち、略Ｕ字断面を有する構造により構成される場合には、せん断中心を荷重点に近づけることが可能になる。これにより、構造部材に作用するねじりモーメントを小さくすることができるので、前記構造部材のさらなる軽量化が可能になる。したがって、この態様では、第１リブ部及び第２リブ部を設けることにより軽量化効果と、略Ｕ字断面を有する前記凹部を設けることによる軽量化効果とを得ることができる。
【００１５】
前記構造部材において、前記アーム部における前記アーム方向に直交する任意の断面の周囲を最短距離の線で囲むことにより形成される領域を包含領域と定義し、前記包含領域における前記厚さ方向の端を領域端Ａと定義し、前記断面に直交するベクトルをベクトルｎと定義し、前記構造部材に対して荷重が作用する点を荷重点Ｏと定義し、前記ベクトルｎに平行な方向における前記領域端Ａと前記荷重点Ｏとの距離を第１距離Ｌと定義し、前記ベクトルｎに直交する方向における前記領域端Ａと前記荷重点Ｏとの距離を第２距離δと定義する場合において、前記第１リブ部及び前記第２リブ部は、前記アーム部のうち、Ｌ≦４δの不等式で表される条件を満たす範囲に設けられているのが好ましい。この態様において、前記第２距離δは、前記アーム部の湾曲部における湾曲の度合いに相関する。すなわち、前記アーム部の湾曲部が例えばアーチ状に大きく湾曲すると、前記第２距離δが大きくなる。また、前記荷重点Ｏは、前記構造部材のうちの第１取付部又は第２取付部に対応する部位である。したがって、前記不等式は、第２距離δが大きくなるほど、第１リブ部及び第２リブ部を設ける範囲、すなわち、第１取付部又は第２取付部からの前記ベクトルｎの方向の距離を大きくすればよいことを示している。そして、第１リブ部及び第２リブ部が前記不等式の範囲に設けられることにより、前記構造部材のねじり剛性をより効果的に高めることができる。
【００１６】
前記構造部材において、前記起立高さ及び前記幅は、ある程度小さくても剛性向上効果が得られるが、構造部材が例えば鍛造により製造される場合には、前記第１リブ部及び前記第２リブ部のそれぞれは、前記アーム表面からの前記厚さ方向の起立高さが５ｍｍ以上となるように構成されており、前記第１リブ部及び前記第２リブ部のそれぞれは、前記厚さ方向に直交する方向の幅が１ｍｍ以上となるように構成されているのが好ましい。
【００１７】
前記構造部材において、引張試験における０．２％耐力が３４０ＭＰａ以上であるのが好ましい。
【００１８】
本発明の構造部材の製造方法は、上述した構造部材を、アルミニウム合金素材の熱間鍛造によって成形する工程を備える。前記熱間鍛造は、板材や押出形材と比較して、形状の自由度が高く、任意の肉厚、断面形状が実現できるため、自由な構造設計が可能となる。したがって、本発明の製造方法によれば、前記構造部材において上述した第１リブ部及び第２リブ部を精度良く成形することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、湾曲した形状を有する湾曲部を含む構造部材において、軽量化とねじり剛性が低下するのを抑制することとを両立できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るサスペンション部材を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態に係るサスペンション部材を示す斜視図である。
【図３】第１実施形態に係るサスペンション部材をアーム部の厚さ方向に見たときの図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線における断面図である。
【図６】図３の一部を拡大した図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るサスペンション部材を示す斜視図である。
【図８】第２実施形態に係るサスペンション部材を示す斜視図である。
【図９】第２実施形態に係るサスペンション部材をアーム部の厚さ方向に見たときの図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線における断面図である。
【図１１】図９のＸＩ−ＸＩ線における断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係るサスペンション部材を示す斜視図である。
【図１３】第３実施形態に係るサスペンション部材を示す斜視図である。
【図１４】第３実施形態に係るサスペンション部材をアーム部の厚さ方向に見たときの図である。
【図１５】図１４のＸＶ−ＸＶ線における断面図である。
【図１６】図１４のＸＶＩ−ＸＶＩ線における断面図である。
【図１７】交差リブを設けることによる剛性向上効果を確認するための解析に用いられた略Ｈ字断面モデルを示す図である。
【図１８】交差リブを設けることによる剛性向上効果を確認するための解析に用いられた略Ｕ字断面モデルを示す図である。
【図１９】交差リブを設けることによる剛性向上効果を確認するための解析に用いられた略Ｕ字断面モデルであって交差リブを設けたものを示す図である。
【図２０】交差リブを設けることによる剛性向上効果を確認するための解析条件を説明するための図である。
【図２１】交差リブを設けることによる剛性向上効果を確認するための解析条件及び解析結果を示す表である。
【図２２】トポロジ最適化モデルを示す図である。
【図２３】トポロジ最適化手法の解析条件及び解析結果を示す表である。
【図２４】交差リブを設ける領域として好ましい範囲を示すグラフである。
【図２５】包含領域及び包含面積について説明するためのグラフである。
【図２６】剛性向上効果に対するリブ部の角度の影響の確認するための解析条件を示す図である。
【図２７】交差リブの角度と単位質量あたりの剛性との関係を示すグラフである。
【図２８】交差リブの角度と単位質量あたりの剛性との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２２】
［第１実施形態］
図１及び図２は、本発明の第１実施形態に係るサスペンション部材１０を示す斜視図である。第１実施形態に係るサスペンション部材１０は、ハイマウントナックル１０Ａであり、当該ハイマウントナックル１０Ａは、自動車用の図略のサスペンションユニットの一部を構成する。図１及び図２は、ハイマウントナックル１０Ａが前記サスペンションユニットに組み込まれたときの姿勢を示している。
【００２３】
前記サスペンションユニットは、図略の自動車の車両本体に装着されるユニットであって、自動車の車輪（タイヤ）を回転可能および操舵可能に支持する。一例として、本実施形態では、一対の前記サスペンションユニットがそれぞれ自動車の左右の前輪に対応して配設される。前記サスペンションユニットは、ハイマウントナックル１０Ａと、後述するロアアーム１０Ｂ（図８参照）と、を備え、さらに、図略のタイロッド、ショックアブソーバ、一対の上部アームなどを備える。ハイマウントナックル１０Ａは、前記車輪を回転可能に支持するとともに、前記ロアアーム１０Ｂ及び前記ショックアブソーバに接続される。
【００２４】
図１及び図２に示すように、ハイマウントナックル１０Ａは、第１端部１（上端部）と、第２端部２（下端部）と、アーム部４と、を備える。前記アーム部４は、アーチ状に延びる形状を有し、前記第１端部１は、前記アーム部４の一端（上端）につながり、前記第２端部２は、前記アーム部４の他端（下端）につながっている。
【００２５】
第１端部１は、第１取付部１１を含む。第１取付部１１は、ハイマウントナックル１０Ａとは別の部材に取り付けられる部分である。具体的には、第１取付部１１は、前記一対の上部アームの一端部に接続され、前記一対の上部アームに回動可能に軸支される。前記一対の上部アームの他端部は、前記車両本体にそれぞれ接続される。したがって、第１取付部１１は、前記車両本体からの荷重を受ける部分である。
【００２６】
第２端部２は、第２取付部１２と、第３の取付部１３と、を含む。第２取付部１２及び第３取付部１３は、ハイマウントナックル１０Ａとは別の部材に取り付けられる部分である。具体的には、第２取付部１２は、前記車輪に取り付けられる部分である。したがって、第２取付部１２は、前記車輪からの荷重を受ける部分である。第２取付部１２は、車両幅方向に貫通する貫通孔１２Ａを有する。第２取付部１２は、前記車輪の回転軸を形成する図略の軸受部を支持する。当該第２取付部１２の貫通孔１２Ａには、前記車輪のシャフト（図示省略）が挿入される。図１及び図２に示す一点鎖線ＲＣは、前記車輪の前記シャフトの回転中心ＲＣの位置であり、貫通孔１２Ａの中心ＲＣの位置である。
【００２７】
第３の取付部１３は、前記ショックアブソーバに取り付けられる部分である。第３の取付部１３は、第２取付部１２から前記第１取付部１１とは反対側に延びる部分に設けられている。第３の取付部１３は、前記ショックアブソーバの下端部に接続され、前記ショックアブソーバに回動可能に軸支される。このようにハイマウントナックル１０Ａは、第１取付部１１において前記一対の上部アームに回動可能に軸支され、第３の取付部１３において前記ショックアブソーバに回動可能に軸支されることにより、図２に示す中心軸Ｃ１回りに回動可能に構成されている。
【００２８】
ハイマウントナックル１０Ａは、タイロッド支持部１４をさらに備え、当該タイロッド支持部１４は、前記タイロッドの先端部を回動可能に軸支する。前記タイロッドは、図略のステアリングギヤボックスから延びている。自動車の操縦に伴って、前記タイロッドが左右に移動するとハイマウントナックル１０Ａが中心軸Ｃ１回りに回動し、前記車輪が中心軸Ｃ１回りに転舵される。
【００２９】
図３は、ハイマウントナックル１０Ａをそのアーム部４の厚さ方向に見たときの図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線における断面図であり、図５は、図３のＶ−Ｖ線における断面図である。
【００３０】
本実施形態では、アーム部４の厚さ方向Ｄ１は、第２取付部１２の貫通孔１２Ａの中心ＲＣ（前記シャフトの回転中心ＲＣ）の方向と同じ方向である。また、本実施形態では、アーム部４の幅方向Ｄ２は、前記厚さ方向Ｄ１に直交する方向である。より具体的には、次の通りである。図３に示すようにアーム部４を厚さ方向Ｄ１に見たときに、アーム部４の幅方向Ｄ２は、第１端部１の中央位置１Ｃと貫通孔１２Ａの中心ＲＣとを結ぶ直線に直交し、かつ、前記厚さ方向Ｄ１に直交する方向である。
【００３１】
また、本実施形態では、図３に示すアーム方向ＡＤは、アーム部４の延びる方向であり、第１端部１から第２端部２に向かう方向である。当該アーム方向Ｄは、図３に示すようにアーム部４を厚さ方向Ｄ１に見たときに、アーム部４における幅方向Ｄ２の中央位置を第１端部１から第２端部２に向かって連続的に結んだ線である中央線ＣＬで示すことができる。
【００３２】
前記アーム部４は、第１端部１から第２端部２まで延びる形状を有する。アーム部４は、前記車輪などの部材との干渉を避けるために湾曲した形状を有する湾曲部５を含む。図２に示すように、湾曲部５は、ハイマウントナックル１０Ａの中心軸Ｃ１に対して側方に外れた位置に配置される部分である。
【００３３】
本実施形態では、アーム部４が上記のような湾曲部５を含むので、第１端部１及び第２端部２を介してアーム部４が荷重を受けると、当該アーム部４には、曲げモーメントだけでなくねじりモーメントも作用し、当該ねじりモーメントは、アーム部４にねじり応力を発生させる。このように本実施形態に係るハイマウントナックル１０Ａは、ねじりモーメントに対するねじり剛性が必要とされるものである。湾曲部５の湾曲度合いが大きくなると、ハイマウントナックル１０Ａは、曲げモーメントによる変形に比べてねじりモーメントによる変形の方が大きくなる部位を有する場合がある。
【００３４】
前記アーム部４は、当該アーム部４の厚さ方向Ｄ１の両側に位置してアーム方向ＡＤに沿って設けられた表面４０Ａ（アーム表面４０Ａ）及び裏面４０Ｂを有する。また、アーム部４は、当該アーム部４の幅方向Ｄ２の両側に位置してアーム方向ＡＤに沿って設けられた第１外側面４０Ｃ及び第２外側面４０Ｄを有する。
【００３５】
図２、図３及び図５に示すように、前記アーム部４は、アーム表面４０Ａから厚さ方向Ｄ１の一方（図５では上方）に起立する第１リブ部７Ａ及び第２リブ部７Ｂを有する。第１リブ部７Ａ及び第２リブ部７Ｂは、互いに交差する交差リブ７を構成する。第１リブ部７Ａと第２リブ部７Ｂは交差部７Ｃにおいて交差している。第１実施形態では、アーム部４は、複数の交差リブ７（具体的には、３つの交差リブ７）を有する。これらの交差リブ７は、アーム方向ＡＤに沿って並んで配置されている。本実施形態では、隣り合う交差リブ７は、隣接して配置されているが、これに限られず、アーム方向ＡＤに間隔をおいて配置されていてもよい。
【００３６】
図６に示すように、第１リブ部７Ａは、第１外側面４０Ｃから第２外側面４０Ｄに向かう方向であって前記アーム方向ＡＤの成分を持った方向である第１傾斜方向ＤＴ１に延びるように設けられている。第２リブ部７Ｂは、第１リブ部７Ａに交差するように設けられている。第２リブ部７Ｂは、第２外側面４０Ｄから第１外側面４０Ｃに向かう方向であって前記アーム方向ＡＤの成分を持った方向である第２傾斜方向ＤＴ２に延びるように設けられている。第１リブ部７Ａ及び第２リブ部７Ｂは、図３及び図６に示すようにアーム部４を厚さ方向Ｄ１に見たときに、互いに交差し、且つ、アーム方向ＡＤ（中央線ＣＬ）に対して互いに反対向きに傾斜するように設けられている。
【００３７】
第１リブ部７Ａ及び第２リブ部７Ｂのそれぞれのアーム方向ＡＤ（中央線ＣＬ）に対する傾斜角度θ１，θ２は、２０°〜６０°の範囲に含まれるのが好ましく、３０°〜４５°の範囲に含まれるのがより好ましい。
【００３８】
図６に示す一点鎖線ＴＬは、アーム部４を厚さ方向Ｄ１に見たときに、第１リブ部７Ａと前記中央線ＣＬとの交点Ｐ１における前記中央線ＣＬの接線ＴＬである。アーム方向ＡＤに対する第１リブ部７Ａの傾斜角度θ１は、アーム部４を厚さ方向Ｄ１に見たときに、中央線ＣＬの接線ＴＬに対する第１傾斜方向ＤＴ１のなす角度である。また、図６に示す具体例では、第２リブ部７Ｂと中央線ＣＬとの交点Ｐ２は、前記交点Ｐ１とほぼ同じ位置にあり、前記一点鎖線ＴＬは、第２リブ部７Ｂと前記中央線ＣＬとの交点Ｐ２における前記中央線ＣＬの接線ＴＬをも示している。アーム方向ＡＤに対する第２リブ部７Ｂの傾斜角度θ２は、アーム部４を厚さ方向Ｄ１に見たときに、中央線ＣＬの接線ＴＬに対する第２傾斜方向ＤＴ２のなす角度である。なお、前記交点Ｐ１と交点Ｐ２は異なる位置にあってもよい。
【００３９】
第１リブ部７Ａ及び第２リブ部７Ｂのそれぞれの起立高さＨは、５ｍｍ以上であるのが好ましく、８ｍｍ以上であるのがより好ましい。また、第１リブ部７Ａ及び第２リブ部７Ｂのそれぞれの幅Ｗは、１ｍｍ以上であるのが好ましく、４ｍｍ以上であるのがより好ましい。
【００４０】
リブ部の前記起立高さＨは、厚さ方向Ｄ１に平行な平面でアーム部４を切断したときの断面（例えば図５に示すような断面）において、アーム表面４０Ａからリブ部（第１リブ部７Ａ又は第２リブ部７Ｂ）の厚さ方向Ｄ１の先端までの厚さ方向Ｄ１の距離をいう。リブ部の前記幅Ｗは、図６に示すようにアーム部４を厚さ方向Ｄ１に見たときに、リブ部の延びる方向に直交する方向のリブ部の寸法をいう。
【００４１】
［第２実施形態］
図７及び図８は、本発明の第２実施形態に係るサスペンション部材１０を示す斜視図である。第２実施形態に係るサスペンション部材１０は、ロアアーム１０Ｂ（フロントロアアーム）であり、当該ロアアーム１０Ｂは、前記サスペンションユニットの一部を構成する。
【００４２】
図７及び図８に示すように、ロアアーム１０Ｂは、第１端部１と、第２端部２と、アーム部４と、を備える。前記アーム部４は、アーチ状に延びる形状を有し、前記第１端部１は、前記アーム部４の一端につながり、前記第２端部２は、前記アーム部４の他端につながっている。
【００４３】
第１端部１は、第１取付部１１と、第３取付部１３と、を含む。具体的には、第１端部１は、第１取付部１１と、第３取付部１３と、これらを接続する接続部１５と、を含む。当該接続部１５は、第１端部１のうち、後述する幅方向Ｄ２に延びる部分である。接続部１５のうち、第１取付部１１と第３取付部１３との間の中間部分には、アーム部４が接続されている。
【００４４】
第２端部２は、第２取付部１２を含む。第１取付部１１、第２取付部１２及び第３取付部１３は、ロアアーム１０Ｂとは別の部材に取り付けられる部分である。具体的には、第１取付部１１は、前記ショックアブソーバの下部及びハイマウントナックル１０Ａの下部の両方又は一方に接続され、第２取付部１２及び第３取付部１３は、前記サスペンションユニットの他の部品又は前記車両本体に支持される。第１取付部１１は、前記車輪からの荷重を受ける部分であり、第２取付部１２及び第３取付部１３は、前記車両本体からの荷重を受ける部分である。
【００４５】
第１取付部１１は、中心軸Ｃ２の方向に貫通する穴部１１Ａ（貫通孔）又は中心軸Ｃ２の方向に凹む穴部１１Ａ（凹部）を有する。本実施形態では、第１取付部１１の穴部１１Ａの中心軸Ｃ２の方向は、図２に示すハイマウントナックル１０Ａの中心軸Ｃ１の方向と同じ方向であるが、これに限られず、中心軸Ｃ１の方向とは異なる方向であってもよい。
【００４６】
第２取付部１２は、中心軸１２ＣＬに沿って延びる柱状（例えば円柱状）の形状を有する。また、第３取付部１３は、中心軸１３ＣＬに沿って延びる筒状（例えば円筒状）の形状を有する。本実施形態では、第２取付部１２の中心軸１２ＣＬと第３取付部１３の中心軸１３ＣＬは、同一線上にあるが、これに限られず、互いにずれていてもよい。なお、第２取付部１２は、第３取付部１３のような筒状の形状を有していてもよく、第３取付部１３は、第２取付部１２のような柱状の形状を有していてもよい。
【００４７】
図９は、第２実施形態に係るサスペンション部材１０をアーム部４の厚さ方向Ｄ１に見たときの図である。図１０は、図９のＸ−Ｘ線における断面図であり、図１１は、図９のＸＩ−ＸＩ線における断面図である。
【００４８】
本実施形態では、アーム部４の厚さ方向Ｄ１は、第１取付部１１の穴部１１Ａの中心軸Ｃ２の方向と同じ方向である。また、本実施形態では、アーム部４の幅方向Ｄ２は、前記厚さ方向Ｄ１に直交する方向である。より具体的には、次の通りである。図９に示すようにアーム部４を厚さ方向Ｄ１に見たときに、アーム部４の幅方向Ｄ２は、第２取付部１２の中心軸１２ＣＬ（又は第３取付部１３の中心軸１３ＣＬ）に直交し、かつ、前記厚さ方向Ｄ１に直交する方向である。
【００４９】
また、本実施形態では、図９に示すアーム方向ＡＤは、アーム部４の延びる方向であり、第１端部１から第２端部２に向かう方向である。当該アーム方向Ｄは、図９に示すようにアーム部４を厚さ方向Ｄ１に見たときに、アーム部４における幅方向Ｄ２の中央位置を第１端部１から第２端部２に向かって連続的に結んだ線である中央線ＣＬで示すことができる。
【００５０】
前記アーム部４は、第１端部１から第２端部２まで延びる形状を有する。アーム部４は、他の部材との干渉を避けるために湾曲した形状を有する湾曲部５を含む。前記アーム部４は、当該アーム部４の厚さ方向Ｄ１の両側に位置してアーム方向ＡＤに沿って設けられた表面４０Ａ（アーム表面４０Ａ）及び裏面４０Ｂを有する。また、アーム部４は、当該アーム部４の幅方向Ｄ２の両側に位置してアーム方向ＡＤに沿って設けられた第１外側面４０Ｃ及び第２外側面４０Ｄを有する。
【００５１】
第２実施形態では、アーム部４は、厚さ方向Ｄ１（厚さ方向Ｄ１の裏面４０Ｂ側）に凹む凹部６を有する。凹部６は、アーム方向ＡＤに沿って延びるベース部６０と、当該ベース部６０の幅方向Ｄ２の両端部から厚さ方向Ｄ１の一方（図１１では上方）にそれぞれ起立する第１側壁部６１及び第２側壁部６２と、を有する。
【００５２】
ベース部６０は、当該ベース部６０の厚さ方向Ｄ１の一方に位置して前記アーム方向ＡＤに沿って設けられた内面であるアーム内面６０Ａを有する。当該アーム内面６０Ａは、前記アーム表面４０Ａの少なくとも一部を構成している。
【００５３】
図８、図９及び図１１に示すように、前記アーム部４は、アーム表面４０Ａのうち前記アーム内面６０Ａから厚さ方向Ｄ１の一方（図１１では上方）に起立する第１リブ部７Ａ及び第２リブ部７Ｂを有する。第１リブ部７Ａ及び第２リブ部７Ｂは、互いに交差する交差リブ７を構成する。第１リブ部７Ａと第２リブ部７Ｂは交差部７Ｃにおいて交差している。第２実施形態では、アーム部４は、一つの交差リブ７のみを有するが、これに限られず、第１実施形態のように複数の交差リブ７を有していてもよい。
【００５４】
図９に示すように、第１リブ部７Ａは、第１外側面４０Ｃから第２外側面４０Ｄに向かう方向であって前記アーム方向ＡＤの成分を持った方向である第１傾斜方向に延びるように設けられている。第２リブ部７Ｂは、第１リブ部７Ａに交差するように設けられている。
【００５５】
第２実施形態では、図９に示すように、第２リブ部７Ｂは、第１端部１の接続部１５から第１外側面４０Ｃに向かう方向であって前記アーム方向ＡＤの成分を持った方向である第２傾斜方向に延びるように設けられている点が、第１実施形態と異なっている。
【００５６】
第１リブ部７Ａ及び第２リブ部７Ｂは、図９に示すようにアーム部４を厚さ方向Ｄ１に見たときに、互いに交差し、且つ、アーム方向ＡＤ（中央線ＣＬ）に対して互いに反対向きに傾斜するように設けられている。
【００５７】
第１リブ部７Ａ及び第２リブ部７Ｂの前記傾斜角度θ１，θ２、前記起立高さＨ、及び前記幅Ｗの好ましい範囲は、第１実施形態と同様である。
【００５８】
［第３実施形態］
図１２及び図１３は、本発明の第３実施形態に係るサスペンション部材１０を示す斜視図である。第３実施形態に係るサスペンション部材１０は、リアアッパーアーム１０Ｃであり、当該リアアッパーアーム１０Ｃは、左右の後輪に対応して配設される一対のサスペンションユニットのそれぞれの一部品を構成する。リアアッパーアーム１０Ｃは、図略のリアロアアームとともに図略のナックルを介して後輪を支持する。
【００５９】
図１２及び図１３に示すように、リアアッパーアーム１０Ｃは、第１端部１と、第２端部２と、アーム部４と、を備える。前記アーム部４は、アーチ状に延びる形状を有し、前記第１端部１は、前記アーム部４の一端につながり、前記第２端部２は、前記アーム部４の他端につながっている。
【００６０】
第１端部１は、第１取付部１１を含む。第２端部２は、第２取付部１２と、第３取付部１３と、を含む。第１取付部１１、第２取付部１２及び第３取付部１３は、リアアッパーアーム１０Ｃとは別の部材に取り付けられる部分である。具体的には、第１取付部１１は、前記ナックルを介して後輪に取り付けられる部分である。第２取付部１２及び第３取付部１３は、前記サスペンションユニットの他の部品又は前記車両本体に支持される。第１取付部１１は、前記車輪からの荷重を受ける部分であり、第２取付部１２及び第３取付部１３は、前記車両本体からの荷重を受ける部分である。
【００６１】
第１取付部１１は、中心軸Ｃ３の方向に貫通する穴部１１Ａ（貫通孔）又は中心軸Ｃ３の方向に凹む穴部１１Ａ（凹部）を有する。本実施形態では、第１取付部１１の穴部１１Ａの中心軸Ｃ３の方向は、例えば上下方向を向いているが、これに限られず、他の方向を向いていてもよい。
【００６２】
第２取付部１２は、中心軸１２ＣＬに沿って延びる筒状（例えば円筒状）の形状を有する。また、第３取付部１３は、中心軸１３ＣＬに沿って延びる筒状（例えば円筒状）の形状を有する。本実施形態では、第２取付部１２の中心軸１２ＣＬと第３取付部１３の中心軸１３ＣＬは、同一線上にあるが、これに限られず、互いにずれていてもよい。
【００６３】
図１４は、第３実施形態に係るリアアッパーアーム１０Ｃをアーム部４の厚さ方向Ｄ１に見たときの図である。図１５は、図１４のＸＶ−ＸＶ線における断面図であり、図１６は、図１４のＸＶＩ−ＸＶＩ線における断面図である。
【００６４】
本実施形態では、アーム部４の厚さ方向Ｄ１は、第１取付部１１の穴部１１Ａの中心軸Ｃ３の方向と同じ方向である。また、本実施形態では、アーム部４の幅方向Ｄ２は、前記厚さ方向Ｄ１に直交する方向である。より具体的には、次の通りである。図１４に示すようにアーム部４を厚さ方向Ｄ１に見たときに、アーム部４の幅方向Ｄ２は、第２取付部１２の中心軸１２ＣＬ（又は第３取付部１３の中心軸１３ＣＬ）に平行な方向である。
【００６５】
また、本実施形態では、図１４に示すアーム方向ＡＤは、アーム部４の延びる方向であり、第１端部１から第２端部２に向かう方向である。当該アーム方向Ｄは、図１４に示すようにアーム部４を厚さ方向Ｄ１に見たときに、アーム部４における幅方向Ｄ２の中央位置を第１端部１から第２端部２に向かって連続的に結んだ線である中央線ＣＬで示すことができる。
【００６６】
前記アーム部４は、第１端部１から第２端部２まで延びる形状を有する。アーム部４は、他の部材との干渉を避けるために湾曲した形状を有する湾曲部５を含む。前記アーム部４は、当該アーム部４の厚さ方向Ｄ１の両側に位置してアーム方向ＡＤに沿って設けられた表面４０Ａ（アーム表面４０Ａ）及び裏面４０Ｂを有する。また、アーム部４は、当該アーム部４の幅方向Ｄ２の両側に位置してアーム方向ＡＤに沿って設けられた第１外側面４０Ｃ及び第２外側面４０Ｄを有する。
【００６７】
第３実施形態では、アーム部４は、厚さ方向Ｄ１（厚さ方向Ｄ１の裏面４０Ｂ側）に凹む凹部６を有する。凹部６は、アーム方向ＡＤに沿って延びるベース部６０と、当該ベース部６０の幅方向Ｄ２の両端部から厚さ方向Ｄ１の一方（図１６では上方）にそれぞれ起立する第１側壁部６１及び第２側壁部６２と、を有する。
【００６８】
ベース部６０は、当該ベース部６０の厚さ方向Ｄ１の一方に位置して前記アーム方向ＡＤに沿って設けられた内面であるアーム内面６０Ａを有する。当該アーム内面６０Ａは、前記アーム表面４０Ａの少なくとも一部を構成している。
【００６９】
図１３、図１４及び図１６に示すように、前記アーム部４は、アーム表面４０Ａのうち前記アーム内面６０Ａから厚さ方向Ｄ１の一方（図１６では上方）に起立する第１リブ部７Ａ及び第２リブ部７Ｂを有する。第１リブ部７Ａ及び第２リブ部７Ｂは、互いに交差する交差リブ７を構成する。第１リブ部７Ａと第２リブ部７Ｂは交差部７Ｃにおいて交差している。第３実施形態では、アーム部４は、一つの交差リブ７のみを有するが、これに限られず、第１実施形態のように複数の交差リブ７を有していてもよい。
【００７０】
図１４に示すように、第１リブ部７Ａは、第１外側面４０Ｃから第２外側面４０Ｄに向かう方向であって前記アーム方向ＡＤの成分を持った方向である第１傾斜方向に延びるように設けられている。第２リブ部７Ｂは、第１リブ部７Ａに交差するように設けられている。第２リブ部７Ｂは、第２外側面４０Ｄから第１外側面４０Ｃに向かう方向であって前記アーム方向ＡＤの成分を持った方向である第２傾斜方向に延びるように設けられている。
【００７１】
第１リブ部７Ａ及び第２リブ部７Ｂは、図１４に示すようにアーム部４を厚さ方向Ｄ１に見たときに、互いに交差し、且つ、アーム方向ＡＤ（中央線ＣＬ）に対して互いに反対向きに傾斜するように設けられている。
【００７２】
第１リブ部７Ａ及び第２リブ部７Ｂの前記傾斜角度θ１，θ２、前記起立高さＨ、及び前記幅Ｗの好ましい範囲は、第１実施形態と同様である。
【００７３】
［製造方法］
第１〜第３実施形態では、ハイマウントナックル１０Ａ、ロアアーム１０Ｂ及びリアアッパーアーム１０Ｃは、アルミニウム合金製の部材である。第１〜第３実施形態では、これらのサスペンション部材１０は、アルミニウム合金素材の熱間鍛造によって一体的に成形される。サスペンション部材１０は、当該サスペンション部材１０の任意の部位から採取された試験片を用いた引張試験における０．２％耐力が３４０ＭＰａ以上に設定されている。前記０．２％耐力は複数回の試験結果の平均値であってもよい。前記試験片としては、例えばＪＩＳ４号試験片を用いることができる。
【００７４】
本実施形態では、２〜４回の熱間鍛造工程を経て最終形状が得られる。この場合、板材や押出形材と比較して、形状の自由度が高く、任意の肉厚、断面形状が実現できるため、自由な構造設計が可能となる。
【００７５】
アルミニウム合金は、鉄鋼材料に比べて密度が約１／３であり，比較的高強度でもある。このため、サスペンション部材１０の材料が鋼板や鋳鉄からアルミニウム合金に置換されることで、一般的には４０〜６０％程度の軽量化が可能となる。アルミニウム合金の中でも０．２％耐力が高い合金や調質ほど、一般に高い軽量化効果を得ることができる。このようなアルミニウム合金には、材料強度の観点から熱処理型合金の２０００系、６０００系、７０００系合金が適しているが、２０００系および７０００系合金は６０００系合金と比較して耐食性に劣る。したがって、サスペンション部材１０には、強度と耐食性とを両立する６０００系合金、特に６０８２合金や６０６１合金およびそれらと類似の組成の改善合金が採用されることが多い。このような６０００系合金の場合、一般には、Ｔ６処理またはＴ７処理による時効処理が施される。
【００７６】
以上説明した前記実施形態に係るサスペンション部材１０によれば、アーム部４のねじり剛性が、当該アーム部４に設けられた第１リブ部７Ａ及び第２リブ部７Ｂによって高められているので、これらのリブ部が設けられていない場合に比べて、サスペンション部材１０を軽量化しつつ、ねじり剛性の低下を抑制することができる。具体的には次の通りである。
【００７７】
ねじりモーメントの大きさは、荷重点を構造部材の断面と同じ平面に投影したときの、断面のせん断中心と荷重点との距離に比例する。上述した第１〜第３実施形態のハイマウントナックル１０Ａ、ロアアーム１０Ｂ及びリアアッパーアーム１０Ｃは上述のような湾曲部５を有するので、せん断中心と荷重点との距離が大きくなり、ねじりモーメントが大きくなる。ねじりモーメントを抑制するためには、せん断中心を荷重点に近づける設計を行うことが効果的であるが、自動車用のサスペンション部材１０では、周囲の他の部品との干渉を避けることが必要であり、レイアウトが制約されるため、そのような設計を行うことが難しい。サスペンション部材１０の断面を略Ｕ字断面にすることにより、せん断中心が荷重点に近づく。しかしながら、略Ｕ字断面の構造を採用することによるせん断中心の移動可能な範囲は小さいため、自動車用のサスペンションのように荷重点が断面下端から大きくはずれた位置にある場合、略Ｕ字断面構造の採用によるねじりモーメントの抑制効果は小さい。
【００７８】
ねじりによる主応力は、丸棒の場合、長手方向に対して±４５°の方向への引張応力と圧縮応力である。このことは、任意の断面形状においても成り立つ。本発明の発明者は、この点に着目し、前記主応力の方向に沿って延びる交差リブを構造部材に設けることにより、構造部材におけるねじり剛性の向上を試みた。
【００７９】
具体的には、発明者は、１）構造部材において交差リブ（第１リブ部及び第２リブ部）を設けることによる剛性向上効果の確認、２）前記交差リブを設けることによる高い効果が得られる条件の確認、３）剛性向上効果に対するリブ部の角度の影響の確認を行った。
【００８０】
１）構造部材において交差リブを設けることによる剛性向上効果の確認
解析対象の構造部材としては、略Ｈ字断面を有する構造部材Ｍ１、略Ｕ字断面を有する構造部材Ｍ２、略Ｕ字断面に交差リブを設けた構造部材Ｍ３、及び中実の構造部材Ｍ４を用いた。図１７、図１８及び図１９は、構造部材Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３を示す図である。図２０は、解析条件を説明するための図であり、図２１は、解析条件及び解析結果を示す表である。
【００８１】
構造部材Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４のそれぞれにおいて、長手方向の寸法を２５０ｍｍとし、高さを４０ｍｍとし、幅を５０ｍｍとした。図２１に示すように、構造部材Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３では、薄肉モデルと、厚肉モデルとが解析に用いられた。
【００８２】
構造部材Ｍ１（略Ｈ字断面モデル）の薄肉モデルでは、リブ厚ＴＲ及びウエブ厚ＴＷを５ｍｍとし、構造部材Ｍ１の厚肉モデルでは、リブ厚ＴＲ及びウエブ厚ＴＷを１５ｍｍとした。なお、図１７は構造部材Ｍ１の厚肉モデルを示している。
【００８３】
構造部材Ｍ２（略Ｕ字断面モデル）の薄肉モデルでは、リブ厚ＴＲ及びウエブ厚ＴＷを５ｍｍとし、構造部材Ｍ２の厚肉モデルでは、リブ厚ＴＲ及びウエブ厚ＴＷを１５ｍｍとした。なお、図１８は構造部材Ｍ２の厚肉モデルを示している。
【００８４】
構造部材Ｍ３（略Ｕ字断面に交差リブを設けたモデル）の薄肉モデルでは、リブ厚ＴＲ及びウエブ厚ＴＷを４ｍｍとし、構造部材Ｍ３の厚肉モデルでは、リブ厚ＴＲ及びウエブ厚ＴＷを１０ｍｍとした。また、構造部材Ｍ３の薄肉モデルでは、交差リブ厚ＴＣを４ｍｍとし、構造部材Ｍ３の薄肉モデルでは、交差リブ厚ＴＣを１０ｍｍとした。当該交差リブ厚ＴＣは、図６に示すリブ部の幅Ｗに相当する部位の寸法である。構造部材Ｍ３では、交差リブの傾斜角度を４５°とした。当該傾斜角度は、図６に示す第１リブ部７Ａの傾斜角度θ１及び第２リブ部７Ｂの傾斜角度θ２に相当する角度である。なお、図１９は構造部材Ｍ３の厚肉モデルを示している。
【００８５】
図２０に示すように、解析では、各構造部材が片持ちはりの状態で支持され、各構造部材の端面Ｓ１の下端に対応する位置から下方に距離δだけオフセットした点を荷重点とし、当該荷重点に２０００Ｎの曲げ荷重が加えられるモデルが採用された。このモデルでは、荷重点と端面節点は多点拘束（ＭＰＣ）とし、固定側の端面における端面節点をすべて並進拘束（１２３拘束）とした。
【００８６】
図２１の表に示すように、解析は、荷重点のオフセット距離δを２０ｍｍ、６０ｍｍ、１００ｍｍの３通りの条件で行われた。各構造部材の材料特性としては、ヤング率を６８６００ＭＰａとし、ポアソン比を０．３とした。解析には、汎用ＦＥＭソフトウェアであるＡＢＡＱＵＳを使用し、荷重点の荷重方向の変位から剛性を求めた。モデル毎に質量が異なるため、図２１の表では単位質量あたりの剛性を比較している。
【００８７】
図２１の表に示されているように、単位質量あたりの剛性は、オフセット距離δが大きくなるほど顕著に低下した。これは、オフセット距離δが大きくなるほどねじりモーメントの影響が増加するためであると考えられる。
【００８８】
また、図２１の表に示されているように、オフセット距離δが２０ｍｍの条件では、構造部材Ｍ２（略Ｕ字断面モデル）の単位質量あたりの剛性が最も高く、構造部材Ｍ３（略Ｕ字断面に交差リブを設けたモデル）における交差リブによる剛性向上効果は認められなかった。一方、オフセット距離δが大きくなり、ねじりモーメントの影響が増加するにつれて交差リブによる剛性向上効果が明確に認められた。すなわち、オフセット距離δが６０ｍｍ又は１００ｍｍの条件では、構造部材Ｍ３（略Ｕ字断面に交差リブを設けたモデル）の単位質量あたりの剛性が最も高くなった。特に、オフセット距離δが１００ｍｍの条件では、交差リブによる剛性向上効果が顕著に認められ、単位質量あたりの剛性は、構造部材Ｍ２（略Ｕ字断面モデル）の単位質量あたりの剛性に比べて、１．５倍以上となった。
【００８９】
また、構造部材Ｍ３（略Ｕ字断面に交差リブを設けたモデル）の単位質量あたりの剛性は、構造部材Ｍ４（中実モデル）の単位質量あたりの剛性に比べてやや高い結果となり、質量比での剛性に優れていた。
【００９０】
２）前記交差リブを設けることによる高い効果が得られる条件の確認
次に、トポロジ最適化手法を適用し、前記交差リブを設けることによる高い効果が得られる条件を確認した。トポロジ最適化に用いた解析ソフトとして、Ａｌｔａｉｒ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ社製の構造最適化ソフトＯｐｔｉＳｔｒｕｃｔを用いた。
【００９１】
図２２は、トポロジ最適化モデルを示す図であり、図２３は、トポロジ最適化手法の解析条件及び解析結果を示す表である。図２２に示すトポロジ最適化モデルにおいて、長手方向の寸法Ｌを３２０ｍｍとし、高さＨを４０ｍｍとした。また、当該トポロジ最適化モデルにおいて、幅Ｗ（断面幅Ｗ）を図２３の表に示すように変化させ、オフセット距離δを図２３の表に示すように変化させることにより、合計３０条件の剛性最適化計算を行った。制約条件として、最小肉厚を１０ｍｍとし、ひずみエネルギーを初期モデル比の２．５倍以下とした。また、鍛造による製造が可能な形状に近づけるために、Ｙ軸方向の型抜きの方向制約も加えた。
【００９２】
また、この解析では、トポロジ最適化モデルが片持ちはりの状態で支持され、当該モデルの端面の下端（領域端Ａ）に対応する位置から下方に距離δだけオフセットした点を荷重点とし、当該荷重点Ｏに荷重Ｐが加えられる条件が採用された。このモデルでは、荷重点Ｏと端面節点は多点拘束（ＭＰＣ）とし、固定側の端面における端面節点をすべて並進拘束（１２３拘束）とした。
【００９３】
図２３の表に示されているように、前記オフセット距離δが大きく、且つ、曲げモーメントが小さい領域では、長手方向に対して約４５°の傾きを持ち、前記長手方向に対して互いに反対方向に傾斜して交差する交差リブがウエブ位置に発生した。また、前記モデルにおいて、荷重点からの長手方向の距離が大きくなると、曲げモーメント支配となり、上記した交差リブは消滅する傾向にあった。
【００９４】
図２４は、図２３に示される解析結果をまとめたグラフである。図２４のグラフは、前記モデルにおいて、交差リブが有効な領域を図示したものである。当該グラフは、オフセット距離δと前記モデルの端面からの長手方向の距離Ｌとの関係を示すものである。図２３の解析結果に基づいて図２４のグラフを作成するにあたり、図２５に示すモデルの任意の断面について包含領域を定義し、この包含領域の面積である包含面積Ｓを用いて図２４に示すグラフの縦軸及び横軸の値を無次元数とした。具体的には、図２４のグラフの縦軸は、包含面積Ｓを用いて「Ｌ／Ｓ０．５」とし、横軸は、包含面積Ｓを用いて「δ／Ｓ０．５」とした。なお。包含領域は、前記断面の周囲を最短距離の線で囲むことにより形成される領域であり、包含面積Ｓは、当該包含領域の面積である。
【００９５】
図２４に示すように、不等式「Ｌ／Ｓ０．５≦４．０δ／Ｓ０．５」で表される領域、すなわち、不等式「Ｌ≦４．０δ」で表される領域に交差リブを設けることが剛性向上のために有効であることが確認された。なお、当該距離Ｌは、交差リブが設けられる断面に直交する法線ベクトルｎの方向において、前記モデルの端面から当該断面までの距離である。
【００９６】
３）剛性向上効果に対するリブ部の角度の影響の確認
次に、リブ部の角度と単位質量あたりの剛性との関係を解析した。図２６は、当該解析に用いたモデルを示す。図２７及び図２８は、解析結果を示すグラフである。
【００９７】
図２６に示すように、この解析では、荷重点に２０００Ｎの曲げ荷重が加えられるモデルが採用され、荷重点と端面節点は多点拘束（ＭＰＣ）とされ、固定側の端面における端面節点は並進拘束とされた。なお、図２６において示されているモデルの寸法は、図２８に関する解析に用いられた解析対象のモデルの寸法である。モデルの寸法の詳細については後述する。
【００９８】
図２６に示すモデルは、交差リブが設けられていない略Ｕ字断面を有する構造部材（Ｕ字断面モデル）を示している。このＵ字断面モデルの単位質量あたりの剛性を解析した結果は、図２７及び図２８に示すグラフにおいて横軸（交差リブの角度）がゼロの位置にプロットされている。すなわち、図２７及び図２８では、当該Ｕ字断面モデルの単位質量あたりの剛性が基準とされている（Ｕ字断面モデルの単位質量あたりの剛性が「１」とされている）。
【００９９】
図２７及び図２８に示すグラフには、交差リブが設けられた複数の構造部材（複数の交差リブモデル）の単位質量あたりの剛性を解析した結果もプロットされている。前記複数の交差リブモデルは、２０°、３０°、４５°、６０°及び７５°の交差リブの角度（傾斜角度）をそれぞれ有する。これらの交差リブモデルは、図２６に示すＵ字断面モデルに対して、上記の所定の角度を有する交差リブがさらに付加されたものである。これらの交差リブモデルの単位質量あたりの剛性は、前記Ｕ字断面モデルの単位質量あたりの剛性を基準とした値、すなわち、前記Ｕ字断面モデルの単位質量あたりの剛性を「１」とした場合の比率で図２７及び図２８に示すグラフにそれぞれプロットされている。
【０１００】
図２７のグラフに示される結果が得られた解析の条件と図２８のグラフに示される結果が得られた解析の条件とは、解析対象とされた構造部材の寸法が次のように異なっている。
【０１０１】
すなわち、図２７に関する解析では、高さ４０ｍｍ、幅５０ｍｍ、肉厚４ｍｍ、長さ２５０ｍｍの略Ｕ字断面を有する構造部材が解析対象の前記Ｕ字断面モデルとして用いられた。また、図２７に関する解析では、上記寸法を有する前記Ｕ字断面モデルに肉厚４ｍｍの交差リブがそれぞれ付加された複数の構造部材が解析対象の前記複数の交差リブモデルとして用いられた。当該複数の交差リブモデルでは、交差リブが構造部材の長手方向となす角度を上記のようにさまざまに変化させた。
【０１０２】
一方、図２８に関する解析では、高さ５０ｍｍ、幅５０ｍｍ、肉厚５ｍｍ、長さ２５０ｍｍの略Ｕ字断面を有する構造部材が解析対象の前記Ｕ字断面モデルとして用いられた。また、図２８に関する解析では、上記寸法を有する前記Ｕ字断面モデルに肉厚５ｍｍの交差リブがそれぞれ付加された複数の構造部材が解析対象の前記複数の交差リブモデルとして用いられた。当該複数の交差リブモデルでは、交差リブが構造部材の長手方向となす角度を上記のようにさまざまに変化させた。
【０１０３】
図２７及び図２８に示されているように、構造部材の長手方向に対するリブ部の傾斜角度が２０°〜６０°の範囲に含まれる場合に、高い剛性向上効果が得られることが確認され、構造部材の長手方向に対するリブ部の傾斜角度が３０°〜４５°の範囲に含まれる場合に、特に高い剛性向上効果が得られることが確認された。
【０１０４】
［変形例］
本発明は、以上説明した実施の形態に限定されない。本発明は、例えば次のような態様を包含する。
【０１０５】
Ａ）前記実施形態では、サスペンション部材１０のアーム部４が表面４０Ａ（アーム表面４０Ａ）及び裏面４０Ｂを有し、第１リブ部７Ａ及び第２リブ部７Ｂが前記表面４０Ａに設けられる場合を例示したが、これに限られない。アーム部４の表面４０Ａと裏面４０Ｂは相対的なものであり、前記実施形態では便宜上「表面４０Ａ」、「裏面４０Ｂ」という名称で呼んだが、これらは逆の名称で呼んでも良い。したがって、第１リブ部７Ａ及び第２リブ部７Ｂは、前記裏面４０Ｂに対応する部分に設けられていてもよい。また、第１リブ部７Ａ及び第２リブ部７Ｂは、表面４０Ａと裏面４０Ｂは及び裏面４０Ｂの両方に設けられていてもよい。
【０１０６】
Ｂ）前記実施形態では、サスペンション部材１０が熱間鍛造により製造される場合を例示したが、本発明の構造部材は、例えば鋳造により製造されてもよい。
【０１０７】
Ｃ）本発明の構成部材は、前記実施形態に係るサスペンション部材１０に限られず、サスペンション部材１０以外の自動車用構造部材であってもよく、自動車用構造部材以外の構造部材であって、上記のような湾曲部を含み、軽量化が求められる他の構造部材であってもよい。
【符号の説明】
【０１０８】
１  第１端部
２  第２端部
４  アーム部
５  湾曲部
６  凹部
７  交差リブ
７Ａ  第１リブ部
７Ｂ  第２リブ部
１０  サスペンション部材（構造部材の一例）
１０Ａ  ハイマウントナックル（サスペンション部材の一例）
１０Ｂ  ロアアーム（サスペンション部材の一例）
１０Ｃ  リアアッパーアーム（サスペンション部材の一例）
１１  第１取付部
１２  第２取付部
４０Ａ  アーム表面
４０Ｃ  第１外側面
４０Ｄ  第２外側面
６０  ベース部
６０Ａ  アーム内面
６１  第１側壁部
６２  第２側壁部
ＡＤ  アーム方向
ＣＬ  中央線
Ｄ１  アーム部の厚さ方向
Ｄ２  アーム部の幅方向
ＤＴ１  第１リブ部の傾斜方向
ＤＴ２  第２リブ部の傾斜方向
θ１  アーム方向に対する第１リブ部の傾斜角度
θ２  アーム方向に対する第２リブ部の傾斜角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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