(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端の基端側に車体との連結用の金属製の車体側エンド部材を少くとも２つ有し、中間の先端側に車輪との連結用の金属製の車輪側エンド部材を有するほぼＶ字状のサスペンションアームであって、
前記車体側エンド部材と前記車輪側エンド部材との間に介在される軽量コア材を少くとも２つ有し、
前記車体側エンド部材および車輪側エンド部材の上下面が前記軽量コア材の上下面と連続するように、前記軽量コア材の両端に前記車体側エンド部材と車輪側エンド部材が配され、
前記軽量コア材の上下面に繊維強化樹脂製の上下の成形板を重合わせ、該上下の成形板は上記車体側エンド部材および車輪側エンド部材の上下面のほぼ全体に及び、
前記成形板によって狭着された前記軽量コア材、前記車体側エンド部材、および前記車輪側エンド部材の外側をさらに繊維強化合成樹脂材料によって被覆したことを特徴とするサスペンションアーム。
【請求項２】
成形板の強化繊維が炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、または高強度ポリエチレン繊維である請求項１に記載のサスペンションアーム。
【請求項３】
外側に被覆される繊維強化合成樹脂材料の強化繊維が炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、または高強度ポリエチレン繊維である請求項１に記載のサスペンションアーム。
【請求項４】
軽量コア材が発泡硬質ウレタン、アクリル系発泡体、ポリメタクリルイミド発泡体、アルミハニカム、またはアラミドハニカムである請求項１に記載のサスペンションアーム。
【請求項５】
基端側または先端側のエンド部材がアルミニウム合金、マグネシウム合金、またはチタン合金から成る請求項１に記載のサスペンションアーム。
【請求項６】
車体と連結する金属製の車体側エンド部材と、車輪と連結する金属製の車輪側エンド部材とをそれぞれ作成する工程と、
両端の金属製の車体側エンド部材と車輪側エンド部材との間に介在され、かつ上下面が前記車体側エンド部材および車輪側エンド部材の上下面と連続する上下面を有する少くとも２つの軽量コア材を作成する工程と、
繊維強化樹脂製の上下の成形板を作成する工程と、
前記上下の成形板間において基端に金属製の車体側エンド部材を配するとともに、先端側に金属製の車輪側エンド部材を配し、前記上下の成形板が前記車体側エンド部材および前記車輪側エンド部材の上下面のほぼ全体に及び、両端の金属製のエンド部材間に軽量コア材を全体としてほぼＶ字状になるように配し、これらを相互に接着する工程と、
接着された後に前記成形板によって狭着された前記軽量コア材、前記車体側エンド部材、および前記車輪側エンド部材の外側を繊維強化樹脂材料で覆って成形する工程と、
を具備するサスペンションアームの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はサスペンションアームおよびその製造方法に係り、とくに自動車においてサスペンションばねによって懸架される車輪を車体と連結するためのサスペンションアームおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
サスペンションアームは自動車の車体と車輪とを連結する重要部品であって、このようなサスペンションアームによって車輪の動きが規制されるとともに、ジオメトリが決定される。従ってサスペンションアームによって自動車の操舵性、操縦安定性、運動性、乗り心地等に大きな影響を与える。
【０００３】
サスペンションアームの使用例は例えば図１１に示される。この例は前輪１をマルチリンク式サスベンション装置によって懸架した構成を示しており、前輪側の車輪１はナックル２に突設された支軸３にベアリングを介して回転可能に支持されるようになっている。
【０００４】
このように車輪１を取付けたナックル２はアッパアーム４とロアアーム５とによって車体側に連結されるようになっている。そしてナックル２とロアアーム５との連結部はフォーク６を介してショックアブソーバ７の下端側に連結されるようになっている。ショックアブソーバ７の上端側であってその外周部にはサスペンションばねを構成するコイルスプリング８が取付けられるようになっている。なおコイルスプリング８は円筒状のカバーによって覆われるようになっている。
【０００５】
図１２はこのようなマルチリンク式サスペンション装置に採用される金属製のアッパアーム４を示しており、鋼板のプレス成形あるいは鍛造等の方法によって製作されている。
【０００６】
このようなアッパアーム４はその基端側の一対の端部に車体側連結部１１が設けられるとともに、先端側には車輪側連結部１２が設けられるようになっている。これらの連結部１１、１２はそれぞれボールジョイントを介して回動可能に車体側あるいは車輪側に連結されるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
自動車の軽量化による燃費の改善と走行性能の向上とを目的として、車両の各部品の軽量化が推進されている。とくにスポーツ車等のような高性能車においてはその傾向が著しい。
【０００８】
このような高性能車に用いられるサスペンションアームとして、例えば図１３に示すようなアルミニウム合金パイプ１３を用いたサスペンションアームが提案されている。これは車体側連結部１１と車輪側連結部１２との間をアルミニウム合金パイプ１３によって連結した構造をなすものである。
【０００９】
このように連結部１１、１２間の中間部分のみをアルミニウム合金パイプ１３によって構成しても、このパイプ１３と連結部１１、１２との接合強度を十分にとるためには、これらの連結部１１、１２を構成する部品を大きくしなければならず、このために大幅な軽量化が望めないという問題があった。
【００１０】
図１４に示すように、アルミニウム合金パイプ１３を繊維強化樹脂パイプ１７に置換えることも考察されるが、この場合においても、連結部１１、１２をそれぞれ金属によって製作することになる。そして繊維強化樹脂パイプ１７と車体側連結部１１あるいは車輪側連結部１２との接合部の強度を十分な値とする場合には、やはり連結部１１、１２の大きさを大きくしなければならず、このために軽量化が妨げられることになっていた。
【００１１】
外型を使用して内圧成形法等によって繊維強化樹脂製サスペンションアームを成形し、金属製の連結部を構成する部品を極力小さくすることも考察されるが、このような外型を利用する方法は、異なる形状毎に金型を必要とし、金型によってサスペンションアームのコストが非常に高価なものになる欠点がある。
【００１２】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、軽量であってしかも高価な金型を用いることなく製造可能なサスペンションアームおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本願の主たる発明は、両端の基端側に車体との連結用の金属製の車体側エンド部材を少くとも２つ有し、中間の先端側に車輪との連結用の金属製の車輪側エンド部材を有するほぼＶ字状のサスペンションアームであって、
前記車体側エンド部材と前記車輪側エンド部材との間に介在される軽量コア材を少くとも２つ有し、
前記車体側エンド部材および車輪側エンド部材の上下面が前記軽量コア材の上下面と連続するように、前記軽量コア材の両端に前記車体側エンド部材と車輪側エンド部材が配され、
前記軽量コア材の上下面に繊維強化樹脂製の上下の成形板を重合わせ、該上下の成形板は上記車体側エンド部材および車輪側エンド部材の上下面のほぼ全体に及び、
前記成形板によって狭着された前記軽量コア材、前記車体側エンド部材、および前記車輪側エンド部材の外側をさらに繊維強化合成樹脂材料によって被覆したことを特徴とするサスペンションアームに関するものである。
【００１５】
成形板または外側に被覆される繊維強化合成樹脂材料の強化繊維が炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、または高強度ポリエチレン繊維であってよい。
【００１６】
また軽量コア材が発泡硬質ウレタン、アクリル系発泡体、ポリメタクリルイミド発泡体、アルミハニカム、またはアラミドハニカムであってよい。
【００１７】
さらにはまた基端側または先端側のエンド部材がアルミニウム合金、マグネシウム合金、またはチタン合金から成るものであってよい。
【００１８】
また製造方法に関する発明は、車体と連結する金属製の車体側エンド部材と、車輪と連結する金属製の車輪側エンド部材とをそれぞれ作成する工程と、
両端の金属製の車体側エンド部材と車輪側エンド部材との間に介在され、かつ上下面が前記車体側エンド部材および車輪側エンド部材の上下面と連続する上下面を有する少くとも２つの軽量コア材を作成する工程と、
繊維強化樹脂製の上下の成形板を作成する工程と、
前記上下の成形板間において基端に金属製の車体側エンド部材を配するとともに、先端側に金属製の車輪側エンド部材を配し、前記上下の成形板が前記車体側エンド部材および前記車輪側エンド部材の上下面のほぼ全体に及び、両端の金属製のエンド部材間に軽量コア材を全体としてほぼＶ字状になるように配し、これらを相互に接着する工程と、
接着された後に前記成形板によって狭着された前記軽量コア材、前記車体側エンド部材、および前記車輪側エンド部材の外側を繊維強化樹脂材料で覆って成形する工程と、
を具備するサスペンションアームの製造方法に関するものである。
【００１９】
このような発明によって、非常に軽量であって、しかも大きな荷重に十分耐える強度を有し、製造が容易な自動車のサスペンションアームおよびその製造方法を提供することができる。
【００２０】
なおサスペンションアームの両端に取付けられる金属製エンド部材は、車体側および車輪側と、通常はボールジョイントあるいはゴムブッシュを介して連結されるために、軽量な金属材料が用いられることが好ましく、上述の如くアルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金等が好適に使用されてよい。またこれらの金属製エンド部材の耐蝕性あるいは接着性を改善するために、アルミニウム合金のアルマイト処理等の表面処理を適宜実施することが好ましい。
【００２１】
繊維強化合成樹脂から成る上下の成形板によってサンドイッチ状に挟着保持されて成るサスペンションアームをさらにその外側から覆うように被覆する繊維強化合成樹脂材料としては、炭素繊維織物プリプレグ、炭素繊維ＵＤプリプレグ、ガラス繊維織物プリプレグ等のプリプレグ類、あるいはＳＭＣ（シートモールディングコンパウンド）等の成形材料が好適に用いられる。またＦＷ（フィラメントワインディング）装置等によって、強化繊維樹脂を含浸させながら巻回する方法も可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１および図２は本発明の一実施の形態に係るサスペンションアームの一例を示している。このサスペンションアームはアッパアームを構成するものである。なおアッパアームは図１１に示す従来のアッパアーム４と同一の機能を達成するための構成部品として用いられる。図１はその平面図を、図２は側面図をそれぞれ示している。
【００２３】
これらの図から明らかなように、アッパアームを構成するサスペンションアームは、車体側と連結するための一対のエンド部材２１と、車輪側と連結するための単一のエンド部材２２と、これらのエンド部材２１、２２間に介在される軽量コア材２３と、エンド部材２１、２２を両端に配した軽量コア材２３の上下に配される上側成形板２５と下側成形板２６とから構成される。
【００２４】
このようなサスペンションアームは、エンド部材２１、２２がともに軽合金から構成されるとともに、軽量コア材２３が軽量発泡成形体から構成され、さらに上下の成形板２５、２６が何れも繊維強化合成樹脂材料から構成されている。
【００２５】
このようなアッパアームは、とくにその車輪側のエンド部材２２にボールジョイント３０が連結されるようになっている。ボールジョイント３０はボルト３１を備え、このボルト３１が車輪側エンド部材２２を貫通し、両側で一対のナット３２、３３によって螺着されるようになっている。これに対して車体側のエンド部材２１は円形孔３５を備えるとともに、この円形孔３５内にボールジョイント３６を組込むようにしている。従ってこのようなサスペンションアームはボールジョイント３０によってナックルに連結されるとともに、ボールジョイント３６によって車体側に連結されることになる。
【００２６】
次にこのようなサスペンションアームの製造方法を以下に順に説明する。図３は車輪側エンド部材２２を示しており、ホールジョイント３０のボルト３１を挿通させるためのボルト挿通孔３９を形成したブロック状の形状をなしている。また図４は車体側のエンド部材２１を示しており、ここでは円形孔３５にボールジョイント３６を組込むようにしている。
【００２７】
これらのエンド部材２２、２１は何れも軽合金、例えばマグネシウム合金、アルミニウム合金等の材料から構成される。またとくに車体側エンド部材２１については、図４に示すように、円形孔３５が形成されている端部とは反対側の端部に凹部４０を形成し、このような凹部４０によって駄肉を除去してより一層の軽量化を図ることが可能である。またアルミニウム合金によって製作する場合には、その表面にアルマイト処理のような表面処理や適当な熱処理を施すようにしている。
【００２８】
次に上側成形板２５と下側成形板２６の製造方法について説明する。矩形の繊維強化合成樹脂板４５を用意する。その厚みは例えば１ｍｍであってよい。そしてこのような成形板４５をＮＣルータ等によって機械加工によって切出し、上側成形板２５と下側成形板２６とを製作する。
【００２９】
上側成形板２５あるいは下側成形板２６を切出すための材料を構成する繊維強化合成樹脂成形板は、炭素繊維（東邦レーヨン製、ベスファイトＨＴＡ１２０００）を一方向に引き揃えて樹脂を含浸させた炭素繊維強化プリプレグを０°／９０°／±４５°の方向に積層して成形した、疑似等方性積層板であってよい。このような疑似等方性積層板は、ほぼ全方向に対して等しい弾性率を示す。なお成形板４５の厚さは、サスペンションアームに要求される剛性によって決定されてよい。
【００３０】
次に軽量コア材２３の製造方法について図６により説明する。例えば硬質アクリル発泡体（積水化学製、フォーマック）４７のブロックから成る発泡成形体を原料とし、このような発泡成形体４７を切出して軽量コア材２３を製作する。なお軽量コア材２３は容易に切断が可能であるために、カッタ等によって切断してよい。
【００３１】
このようにして製作されたエンド部材２１、２２、軽量コア材２３、および上下の成形板２５、２６を図７に示すように組合わせる。すなわち車体側エンド部材２１と車輪側エンド部材２２と軽量コア材２３とを上下の繊維強化合成樹脂製の成形板２５、２６によってサンドイッチ状にしてこれらを互いに接着する。なお接着の前処理として、脱脂および研磨を行なった後に、エポキシ系接着剤（チバガイギー製、アラルダイト）等によって接着することが好ましい。
【００３２】
次に図８に示すように、繊維強化合成樹脂製材料によって上記のサスペンションアームの全体を外側から覆うようにする。すなわち上下の成形板２５、２６によってサンドイッチ構造で挟着されて接着されたサスペンションアームを、例えば炭素繊維織物プリプレグ（東邦レーヨン製  Ｗ−３１０１／Ｑ１１２）によって全体を巻くように取付ける。なおこのときに、ボールジョイント３０のボルト３１が挿通される車輪側エンド部材２２のボルト挿通孔３９の近傍、およびボールジョイント３６が組込まれる円形孔３５の近傍については、繊維強化合成樹脂材料５０で覆うことなく露出させる。覆われてしまった場合には後から当該部位の合成樹脂材料５０を除去するようにしてもよい。
【００３３】
このようにして炭素繊維織物のプリプレグを全体に被覆した後に、オートクレーブで１００℃×２時間成形し、これによって図９に示すような一体化されたサスペンションアームが製作される。このサスペンションアームは中間位置が図１０に示すような構造を有している。すなわち中間の軽量コア材２３を上下の成形板２５、２６によって挟着するとともに、それらの外側に繊維強化合成樹脂材料５０が配された構造をなし、一体化している。
【００３４】
このようにして製造されたサスペンションアームは、従来のサスペンションアームであって例えば図１３に示すようなアルミニウムパイプ１３を用いたサスペンションアームに比べてはるかに軽量化できる。すなわち同等の剛性のサスペンションアームで比較した場合には、アルミニウム合金のパイプ１３を用いた場合には１６０ｇであるのに対し、本実施の形態に係るサスペンションアームは９０ｇ以下になり、４０％以上の軽量化が可能になっている。またこのようなサスペンションアームを実際に車両に取付けてテスト走行したところ、極めて安定した走行性能を発揮した。
【００３５】
なお上記実施の形態は、マルチリンク式サスペンション装置のアッパアームに関するものであるが、本発明はアッパアームのみならずロアアームにも適用可能である。さらにはストラット式サスペンション装置やダブルウイッシュボーン式サスペンション装置等にも適用可能である。また操舵輪のみならず、固定輪のサスペンション装置のアームにも適用可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明は、両端の基端側に車体との連結用の金属製の車体側エンド部材を少くとも２つ有し、中間の先端側に車輪との連結用の金属製の車輪側エンド部材を有するほぼＶ字状のサスペンションアームであって、車体側エンド部材と車輪側エンド部材との間に介在される軽量コア材を少くとも２つ有し、車体側エンド部材および車輪側エンド部材の上下面が軽量コア材の上下面と連続するように、軽量コア材の両端に車体側エンド部材と車輪側エンド部材が配され、軽量コア材の上下面に繊維強化樹脂製の上下の成形板を重合わせ、該上下の成形板は上記車体側エンド部材および車輪側エンド部材の上下面のほぼ全体に及び、成形板によって狭着された軽量コア材、車体側エンド部材、および車輪側エンド部材の外側をさらに繊維強化合成樹脂材料によって被覆したものである。
【００３７】
従って本発明によれば、必要な強度と剛性とを有しながらしかも軽量なサスペンションアームを得ることが可能になり、サスペンションアームの軽量化が達成される。なお外側をさらに繊維強化合成樹脂材料によって被覆することにより、より確実に一体化されるとともに、強度と剛性とを高めることが可能になる。
【００３８】
車体と連結する金属製の車体側エンド部材と、車輪と連結する金属製の車輪側エンド部材とをそれぞれ作成する工程と、両端の金属製の車体側エンド部材と車輪側エンド部材との間に介在され、かつ上下面が車体側エンド部材および車輪側エンド部材の上下面と連続する上下面を有する少くとも２つの軽量コア材を作成する工程と、繊維強化樹脂製の上下の成形板を作成する工程と、上下の成形板間において基端に金属製の車体側エンド部材を配するとともに、先端側に金属製の車輪側エンド部材を配し、上下の成形板が車体側エンド部材および車輪側エンド部材の上下面のほぼ全体に及び、両端の金属製のエンド部材間に軽量コア材を全体としてほぼＶ字状になるように配し、これらを相互に接着する工程と、接着された後に成形板によって狭着された軽量コア材、車体側エンド部材、および車輪側エンド部材の外側を繊維強化樹脂材料で覆って成形する工程と、を具備するサスペンションアームの製造方法に関する発明によれば、非常に軽量なサスペンションアームを効率的に製造することができるとともに、製造に際して高価な金型を必要としなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アッパアームの平面図である。
【図２】アッパアームの側面図である。
【図３】車輪側エンド部材の斜視図である。
【図４】車体側エンド部材の斜視図である。
【図５】上下の成形板のカッティングを示す斜視図である。
【図６】軽量コア材の切出しを示す斜視図である。
【図７】アッパアームの組立てを示す分解斜視図である。
【図８】炭素繊維織物の被覆を示す斜視図である。
【図９】成形されたアッパアームの斜視図である。
【図１０】アッパアームの中間部分の断面図である。
【図１１】従来のアッパアームを用いたマルチリンク式サスペンション装置の要部斜視図である。
【図１２】従来のアッパアームの平面図である。
【図１３】別の従来のアッパアームの平面図である。
【図１４】さらに別の従来のアッパアームの平面図である。
【符号の説明】
１  車輪
２  ナックル
３  支軸
４  アッパアーム
５  ロアアーム
６  フォーク
７  ショックアブソーバ
８  コイルスプリング
１１  車体側連結部
１２  車輪側連結部
１３  アルミニウム合金パイプ
１４、１５  ボールジョイント
１７  繊維強化樹脂パイプ
２１  エンド部材（車体側連結部材）
２２  エンド部材（車輪側連結部材）
２３  軽量コア材
２５  上側成形板
２６  下側成形板
３０  ボールジョイント
３１  ボルト
３２、３３  ナット
３５  円形孔
３６  ボールジョイント
３９  ボルト挿通孔
４０  凹部
４５  成形板（材料）
４７  発泡成形体（材料）
５０  繊維強化樹脂材料
【図１】
0003705384.tif 000002
【図２】
0003705384.tif 000003
【図３】
0003705384.tif 000004
【図４】
0003705384.tif 000005
【図５】
0003705384.tif 000006
【図６】
0003705384.tif 000007
【図７】
0003705384.tif 000008
【図８】
0003705384.tif 000009
【図９】
0003705384.tif 000010
【図１０】
0003705384.tif 000011
【図１１】
0003705384.tif 000012
【図１２】
0003705384.tif 000013
【図１３】
0003705384.tif 000014
【図１４】
0003705384.tif 000015