(57)【要約】  扁平かつ中空の閉断面形状を有し、いっそうの小型化、軽量化、高強度化が図られた、自動車のダブルウイッシュボーン式懸架装置等を構成するアッパーアームおよびロアアームのアーム素材を提供する。  金属製の部材からなる本体を備える自動車の懸架装置のアーム素材である。金属製の部材は、対向して配置される一対の長辺を有する扁平かつ中空の閉断面形状を有するとともに、長手方向へ一体に構成される。本体は、少なくとも、一対の長辺と略平行な面内で屈曲する第１の屈曲部を有する。
2010055747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の部材からなる本体を備え、
該金属製の部材は、対向して配置される一対の長辺を有する扁平かつ中空の閉断面形状を有するとともに、長手方向へ一体に構成され、さらに
前記本体は、少なくとも、前記一対の長辺と略平行な面内で屈曲する第１の屈曲部を有することを特徴とする自動車の懸架装置のアーム素材。
【請求項２】
前記本体は、長手方向へ向けて少なくとも第１の部分および第２の部分を備え、かつ
前記第１の部分に含まれる前記一対の長辺と、前記第２の部分に含まれる前記一対の長辺とが互いに異なる平面内に存在するように、前記第１の部分と前記第２の部分との間に第２の屈曲部を有することを特徴とする請求項１に記載された自動車の懸架装置のアーム素材。
【請求項３】
扁平かつ中空の閉断面形状を有する金属製の部材を、その長手方向へ相対的に送りながら、第１の位置において支持すること、
該金属製の部材の送り方向について前記第１の位置よりも下流の第２の位置において、送られる金属製の部材を部分的に加熱すること、
前記金属製の部材の送り方向について前記第２の位置よりも下流の第３の位置において、前記第２の位置で加熱された部分を冷却すること、および
前記金属製の部材の送り方向について前記第３の位置よりも下流の領域で、前記金属製の部材を支持する支持手段の位置を、少なくとも前記一対の長辺と略平行な面内で二次元または三次元の方向へ変更して、前記金属製の部材における前記加熱された部分に曲げモーメントを与えることを特徴とするアーム素材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーム素材およびその製造方法に関する。具体的には、本発明は、扁平な断面形状を有することから軽量、小型、高強度、高歩留り、かつ低コストである、自動車のダブルウイッシュボーン式懸架装置またはマルチリンク式懸架装置の構成要素であるアッパーアーム素材およびロアアーム素材、ならびにその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ウイッシュボーン式懸架装置（wishbone type suspension)またはマクファーソン・ストラット式懸架装置（MacPherson strut type suspension）が乗用車の懸架装置として多く用いられる。ウイッシュボーン式懸架装置のうちダブルウイッシュボーン式懸架装置（double wishbone type suspension)は、アッパーアーム（upper arm)およびロアーアーム（lower arm)によって構成される平行四辺形のリンク機構を介して、ホイールおよびタイヤを支持する。ダブルウイッシュボーン式懸架装置は、路面からの入力によってホイールが上下動してもキングピン傾角（kingpin inclination)やキャンバー角（camber angle)が狂い難いため、タイヤの接地面積を安定して確保し易い。また、ダブルウイッシュボーン式懸架装置の変形であるマルチリンク式懸架装置（multi-link type suspension）も乗用車の懸架装置として多く用いられる。【０００３】
ダブルウイッシュボーン式懸架装置やマルチリンク式懸架装置（以下、本明細書では「ダブルウイッシュボーン式懸架装置」と総称する）の構成部品であるアッパーアーム（「アッパーコントロールアーム」ともいわれる）素材およびロアアーム素材は、これまで、鋼板のプレス加工部品の溶接、厚板の打ち抜き加工、さらにはアルミニウム合金の鍛造等によって、製造されてきた。【０００４】
近年、自動車の軽量化が地球温暖化対策の一環として推進されている。ダブルウイッシュボーン式懸架装置は、マクファーソン・ストラット式懸架装置よりも、構造が大型化し易いためにその重量も増加し易い。このため、ダブルウイッシュボーン式懸架装置の構成部品、例えば上述したアッパーアームおよびロアアームには、いっそうの軽量化、小型化、高強度化さらには低コストが強く要請されている。【０００５】
特許文献１には、一枚の金属板を折り曲げ加工してＡ型に成形され、上部、内側フランジ部、及び外側フランジ部を有するアッパーアームを備えるウイッシュボーン式懸架装置に係る発明が開示されている。ボールジョイント支持部が上部における、車体幅方向の外側の端部の領域に設けられる。ブッシュ支持部が内側フランジ部における、車体幅方向の内側の端部に設けられる。内側フランジ部及び外側フランジ部は、車体幅方向の外側において、外側フランジ部の上下方向長さが内側フランジ部の上下方向長さよりも長くなるように、形成される。また、内側フランジ部及び外側フランジ部は、車体幅方向の内側において、内側フランジ部の上下方向長さが外側フランジ部の上下方向長さよりも長くなるように、形成される。この発明によればアッパーアームの軽量化および高剛性化が図られる。【０００６】
このアッパーアームは、原材料である一枚の金属板を折り曲げ加工してＡ型に成形することによって製造されるため、必然的に製造コストが嵩むとともに、曲げ加工可能な限界が不可避的に存在するために性能上理想的な形状に成形することが難しく、歩留りが悪い。さらに、よりいっそうの強度の向上がこのアッパーアームに対しても要求されている。【０００７】
特許文献２には、強度を必要とする箇所を２重管構造としたサスペンション用アームが開示されている。この発明によれば、強度を必要とする箇所に補強用パイプ材を嵌合し、絞り加工、バルジ加工、プレス加工を経て、最終形態となるサスペンション用アームを製造するものである。この製造方法では、複雑な加工工程を経ているため、製品の歩留まりが悪く、低コスト化が難しい。さらには、補強されていない箇所では強度が著しく小さくなるという問題がある。【０００８】
本出願人は、先に特許文献３により曲げ加工装置に係る発明を開示した。図３は、この曲げ加工装置０の概略を示す説明図である。概説すると、この発明では、図３に示すように、支持手段２によって軸方向へ移動自在に支持される金属管または金属棒（以下、「金属管」と総称する）１を、上流側から下流側へ向けて送り装置３により送りながら、支持手段２の下流でこの金属管１に曲げ加工を行う曲げ加工方法を用いることによって、曲げ加工製品を製造する。【０００９】
すなわち、高周波加熱コイル５は、支持手段２の下流において金属管１を部分的に焼入れが可能な温度域へ急速に加熱する。水冷装置６は、高周波加熱コイル５の下流において加熱された金属管１を急速に冷却する。さらに、可動ローラダイス４は、金属管１を送りながら支持することができるロール対４ａを少なくとも一組有する。可動ローラダイス４は、水冷装置６の下流において、二次元又は三次元の方向へ移動することによって、金属管１における高温に加熱された部分に曲げモーメントを与え、これにより、金属管１の曲げ加工を行う。この発明によれば、所望の加工精度を確保しながら高い作業能率で、曲げ加工製品を製造することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−２９１９６３号公報
【特許文献２】特開平１０−１６６８２３号公報
【特許文献３】国際公開第２００６／９３００６号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１および特許文献２により開示されたアッパーアームやアームの製造方法では、軽量、小型、高強度、高歩留り、かつ低コストを同時に達成することは極めて困難であった。特に、複数の工程を有する製造方法であるため、製造時間が長く、製造コストがかかり、歩留まりが悪い。【００１２】
特許文献３により開示された曲げ加工装置は、円形の断面を有する金属管を原材料とすることを前提とする。この曲げ加工装置を用いてダブルウイッシュボーン式懸架装置のアッパーアームを製造しようとすると、少なくとも一対の長辺を含む扁平な断面を有する金属製の原材料を、この長辺を含む平面内で屈曲させることによって、一対の長辺と略平行な面内で屈曲する曲げ加工製品を製造する必要が生じる。【００１３】
しかし、この曲げ加工では、扁平な断面を有する金属製の原材料を、変形抵抗が極めて大きい方向へ屈曲させることになる。このため、この曲げ加工時の原材料に変形や破断が発生することが懸念される。このため、この加工方法を用いてアッパーアームおよびロアアームを製造することは、これまで全く検討されていない。【００１４】
本発明の目的は、自動車のダブルウイッシュボーン式懸架装置を構成するアッパーアームおよびロアアームのさらなる軽量化、小型化、高強度化、高歩留り化、かつ低コスト化を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、特許文献３により開示された曲げ加工装置について鋭意検討を重ねた結果、この曲げ加工装置は、極めて斬新な装置であって、当業者の技術常識に従うとこれまでには加工できないと考えられてきた複雑な形状を有する曲げ加工製品を、容易かつ確実に加工できる能力を有することが判明した。そこで、本発明者らは、この曲げ加工装置についてさらに検討を重ねた結果、この曲げ加工装置を用いれば、さらなる軽量化、小型化、高強度化、高歩留り化、かつ低コスト化が図られたアーム素材を提供できることを知見して、本発明を完成した。【００１６】
本発明は、金属製の部材からなる本体を備える自動車の懸架装置のアーム素材、より具体的にはアッパーアーム素材またはロアアーム素材である。そして、金属製の部材は、対向して配置される一対の長辺を有する扁平かつ中空の閉断面形状を有するとともに、長手方向へ一体に構成される。さらに、本体は、少なくとも、一対の長辺と略平行な面内で屈曲する第１の屈曲部を有する。【００１７】
別の観点からは、本発明は、（ａ）扁平かつ中空の閉断面形状を有する金属製の部材を、その長手方向へ相対的に送りながら第１の位置において支持すること、（ｂ）金属製の部材の送り方向について第１の位置よりも下流の第２の位置において、送られる金属製の部材を部分的に加熱すること、（ｃ）金属製の部材の送り方向について第２の位置よりも下流の第３の位置において、第２の位置で加熱された部分を冷却すること、および（ｄ）金属製の部材の送り方向について第３の位置よりも下流の領域で、金属製の部材を支持する支持手段の位置を、少なくとも一対の長辺と略平行な面内で二次元または三次元の方向へ変更して、金属製の部材における加熱された部分に曲げモーメントを与えることによって、上述した本発明に係るアーム素材の製造方法である。【００１８】
これらの本発明では、本体は、長手方向へ向けて少なくとも第１の部分および第２の部分を備え、第１の部分に含まれる一対の長辺と、第２の部分に含まれる一対の長辺とが互いに異なる平面内に存在するように、第１の部分と第２の部分との間に第２の屈曲部を有することが望ましい。【００１９】
これらの本発明では、アーム素材にボールジョイント支持部およびホイールハブ取付け部等の取付け孔を設ける等を行い、最終的にアッパーアームまたはロアアームとなる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、自動車のダブルウイッシュボーン式懸架装置を構成するアーム素材が提供される。このアーム素材は、扁平かつ中空の閉断面形状を有するため、いっそう軽量化、小型化、高強度化、高歩留り化、かつ低コスト化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明に係るダブルウイッシュボーン式懸架装置のアッパーアームの構成例を、簡略化および概念化して示す説明図である。
【図２】図２は、本発明に係るアーム素材の製造方法の一例を、模式的に示す説明図である。
【図３】図３は、本出願人が特許文献３により開示した発明に係る曲げ加工装置の概略を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  金属材
１−１  金属製の部材
２  支持手段
３  送り装置
４ａ  ロール対
４  可動ローラダイス（移動支持手段）
５  高周波加熱コイル
６  水冷装置
１０  ダブルウイッシュボーン型サスペンション装置
１１  アーム素材
１１ａ  アーム素材本体
１２，１３  長辺
１４  閉断面形状
１５  面
１６  第１の屈曲部
１７  第１の部分
１８  第２の部分
１９  第２の屈曲部
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以降の説明では、本発明に係るアーム素材が、ダブルウイッシュボーン式懸架装置を構成するアッパーアーム素材である場合を例にとる。しかし、本発明は、この態様に限定されるものではなく、マルチリンク式懸架装置を構成するアッパーアーム素材、およびロアアーム素材にも同様に適用される。
【００２４】
［アーム素材］
図１は、本発明に係るダブルウイッシュボーン式懸架装置１０のアーム素材１１の構成例を、簡略化および概念化して示す説明図である。
【００２５】
同図に示すように、このアーム１１素材は、金属製の部材からなる本体１１ａを有する。本体１１ａは長手方向へ一体に構成される。本体１１ａは、その横断面の周方向についても一体に構成されるが、本発明はこれに限定されるものではなく、周方向に１または２以上の接合部（例えば溶接部）を有していてもよい。
【００２６】
本体１１ａは、その長手方向の全域に、扁平かつ中空の閉断面形状１４を有する。閉断面形状１４は、対向して配置される一対の長辺１２、１３を有する。本体１１ａは、少なくとも、一対の長辺１２、１３と略平行な面１５内に第１の屈曲部１６を有する。第１の屈曲部１６は、二次元に屈曲する。
【００２７】
また、図１に一点鎖線で示すように、この本体１１ａは、長手方向へ向けて少なくとも第１の部分１７および第２の部分１８を備える。
本体１１ａは、第２の屈曲部１９を、第１の部分１７と第２の部分１８との間に有する。これにより、本体１１ａは、第１の部分１７に含まれる一対の長辺１２、１３と、第２の部分１８に含まれる一対の長辺１２、１３とが互いに異なる平面内に存在するように、変形した形状を有する。
【００２８】
屈曲部１６は、アーム素材本体において２つ以上存在していてもよい。同様に、屈曲部１９も、アーム素材本体において２つ以上存在していてもよい。
次に、このアーム素材１１の製造方法を説明する。
【００２９】
［製造方法］
図２は、このアーム素材１１の製造方法の一例を、模式的に示す説明図である。
図２に示すように、金属製の長尺の部材１−１を原材料として用いる。金属製の長尺の部材１−１は、扁平かつ中空の閉断面形状１４を有する。
【００３０】
送り装置３は、この金属部材１−１をその長手方向へ送る。この送り装置３としては、電動サーボシリンダーを用いる送り装置が例示される。送り装置３は、特定の型式の送り装置である必要はなく、例えばボールネジを用いる送り装置やタイミングベルトやチェーンを用いる送り装置といった、この種の送り装置として公知の送り装置を用いることができる。
【００３１】
この金属製の部材１−１は、つかみ部７により保持されながら、送り装置３によりその長手方向（軸方向）へ所定の送り速度で送られる。
支持手段２は、金属製の部材１−１を第１の位置Ａにおいて支持する。支持手段２は、送り装置３によりその軸方向へ送られる金属部材１−１を、第１の位置Ａにおいて移動自在に支持する。支持手段２としては、対向して配置される一対の非駆動のロールを用いることが例示される。支持手段２は、特定の型式のものに限定する必要はなく、この種の支持装置として公知の支持手段を用いることができる。このようにして金属製の部材１−１は、支持手段２の設置位置Ａを通過して、その長手方向へ送られる。
【００３２】
高周波加熱装置５は、金属製の部材１−１の送り方向について第１の位置Ａよりも下流の第２の位置Ｂにおいて、送られる金属製の部材１−１を部分的に加熱する。
高周波加熱装置５としては、金属製の部材１−１を高周波誘導加熱することができるコイルを有するものを用いればよい。高周波加熱装置５には、この種の高周波加熱装置として公知のものを用いることができる。
【００３３】
金属製の部材１−１の軸方向と直交する方向と平行な方向に関する、金属製の部材１−１に対する高周波加熱装置５の加熱コイルの距離を、変更することによって、送り出される金属製の部材１−１の一部をその周方向へ不均一に加熱することができる。
【００３４】
高周波加熱装置５の上流側に少なくとも１つ以上設けられる金属製の部材１−１の予熱手段を高周波加熱装置５と併用することによって、金属製の部材１−１を複数回加熱することもできる。
【００３５】
さらに、高周波加熱装置５の上流側に少なくとも１つ以上設けられる金属製の部材１−１の予熱手段を高周波加熱装置５と併用することによって、送り出される金属製の部材１−１の一部をその周方向へ不均一に加熱することもできる。このようにして、金属製の部材１−１は、高周波加熱装置５により、部分的に急速に加熱される。
【００３６】
水冷装置６は、金属部材１−１の送り方向について第２の位置Ｂよりも下流の第３の位置Ｃにおいて、第２の位置Ｂで加熱された部分を水冷して冷却する。水冷装置６は、第２の位置Ｂで加熱されて位置Ｂ〜位置Ｃ間において高温にあって変形抵抗が大幅に低下した状態の金属部材１−１を、冷却する。
【００３７】
水冷装置６としては、所望の冷却速度が得られるものであればよく、特定の方式の冷却装置に限定する必要はない。一般的には、水冷装置を用いる。水冷装置は、冷却水を金属製の部材１−１の外周面の所定の位置に噴射することにより金属製の部材１−１を冷却する。
【００３８】
冷却水は、金属製の部材１−１が送り出される方向へ向けて傾斜して吹き付けられる。金属製の部材１−１の軸方向と直交する方向と平行な方向に関する、金属製の部材１−１に対する冷却手段の距離を、変更することによって、金属製の部材１−１の軸方向への被加熱領域の範囲を調整することができる。このようにして、水冷装置６は、金属製の部材１−１における、高周波加熱装置５により加熱された部分を、急速に冷却する。
【００３９】
水冷装置６による水冷の開始温度および冷却速度を適宜調整することにより、金属製の部材１−１における冷却部の一部または全部を焼入れることも可能である。これにより、金属製の部材１−１の一部または全部の強度を例えば１５００ＭＰａ以上と大幅に高めたり、曲げ加工後に穴あけ加工等の機械加工を行われる部位（例えばボールジョイント支持部やホイールハブ取付け部等）の強度を、例えば６００ＭＰａ程度に低下して、機械加工性を確保することができる。
【００４０】
このようにして、高周波加熱コイル５により部分的に加熱されて変形抵抗が大幅に低下した部分が、金属製の部材１−１の一部に形成される。
可動ローラダイス４は、金属製の部材１−１を移動しながら支持するための移動支持手段である。可動ローラダイス４における一対の可動ロール４ａ、４ａが、金属部材１−１の送り方向について第３の位置Ｃよりも下流の領域において、金属製の部材１−１における少なくとも一対の長辺１２、１３と略平行な面内で二次元の方向へ移動する。これにより、曲げモーメントが、金属部材１−１における加熱された部分に与えられる。
【００４１】
このように、移動支持手段４は、金属製の部材１−１の送り方向について第３の位置Ｃよりも下流の領域Ｄにおいて、送られる金属製の部材１−１を支持するとともに、少なくとも金属製の部材１−１の送り方向を含む二次元の方向へ移動することによって、金属製の部材１−１における、高周波加熱装置１４により加熱された部分に曲げモーメントを与える。
【００４２】
移動支持手段としては、上述した可動ローラダイス４以外に、金属製の部材１−１の内面または外面を把持するチャック機構を用いることができる。チャック機構を用いる場合には、このチャック機構を、例えば垂直多関節型の産業用ロボットにより支持させるようにしてもよい。
【００４３】
このチャック機構を垂直多関節型の産業用ロボットにより支持させる場合には、さらに、支持手段２に替えて垂直多関節型の産業用ロボットにより支持されるチャック機構を用いるとともに、送り装置３として垂直多関節型の産業用ロボットを用い、さらに高周波加熱装置５および水冷装置６を垂直多関節型の産業用ロボットにより支持させることが、例示される。これにより、図２に示す製造装置の構成を簡素化することが可能になる。
【００４４】
移動支持手段４が、金属製の部材１−１における少なくとも一対の長辺１２、１３と略平行な面内で二次元に移動することによって、図１に実線で示す形状の本体１１ａを有するアーム素材１１を製造することができる。
【００４５】
移動支持手段４が、さらに上下方向にも移動するとともにこれに高周波加熱装置５および水冷装置６を同調させて移動させることによって、図１に一点鎖線で示す第２の屈曲部１９を有する形状の本体１１ａを有するアーム素材１１を製造することができる。
【００４６】
以上の説明では、加工素材である扁平かつ中空の閉断面形状１４を有する金属製の部材１−１をその長手方向へ送り、かつ支持手段２、高周波加熱装置５および水冷装置６を、金属部材１−１の送り方向に対して固定して配置する態様を例にとった。しかし、本発明は、この態様に限定されるものではなく、この態様とは逆に、加工素材である金属製の部材１−１を固定して配置し、かつ支持手段２、高周波加熱装置５および水冷装置６を、金属製の部材１−１の長手方向に対して移動自在に配置するようにしてもよい。
【００４７】
このようにして、上述した本発明に係るアーム素材１１が製造される。この本発明に係るアーム素材１１は、扁平かつ中空の断面形状を有する。このため、本発明に係るアーム素材１１は、軽量かつ小型である。さらに、本発明に係るアーム素材１１は、上述したように水冷装置６による水冷の開始温度および冷却速度を適宜調整して引張強度を例えば１５００ＭＰａ以上と大幅に高めることによって、いっそうの小型化、軽量化さらには高強度化が図られる。このため、本発明に係るアーム素材１１は、ダブルウイッシュボーン式懸架装置１０のアッパーアームに用いることに極めて適している。
【００４８】
上述したように、自動車のアッパーアームには、地球温暖化対策の一環として軽量化が強く求められている。本発明に係るアーム素材１１により製造されるアッパーアームは、例えば鋼板のプレス加工部品の溶接や特許文献２により製造される従来のアッパーアームに対して、約１０％〜２０％の軽量化を図ることができる
本発明に係るアーム素材１１は、上述したように水冷装置６による水冷の開始温度および冷却速度を適宜調整することによって焼入れを行われる。このため、本発明に係るアーム素材は、本体１１ａの外表面に圧縮の残留応力が発生するので、疲労強度も向上する。
【００４９】
さらに、本発明に係るアーム素材１１は、図１を参照しながら説明したように、極めて簡便な製造工程により製造されるため、歩留りが高く、製造コストも低い。
また、本発明に係るアーム素材は、上述のアッパーアームの素材と同様にロアアームの素材としても製造できる
【図１】
2010055747.tif 000003
【図２】
2010055747.tif 000004
【図３】
2010055747.tif 000005
【国際調査報告】
2010055747.tif 000006
2010055747.tif 000007
2010055747.tif 000008
2010055747.tif 000009