JP6742310B2 - 車両用ステアリングナックル - Google Patents
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Description
本願は、2014年9月30日に出願された、米国の意匠特許出願番号第29/503,919号、第29/503,927号、第29/503,929号、第29/503,930号および第29/503,931号の一部継続出願であって、「Steering Knuckle Apparatus for a Vehicle」を名称とし、2014年11月4に出願され、本願の譲受人に譲渡された米国特許出願第14/532,564号の一部継続出願であって、2015年10月6日に出願された米国特許出願第14/876,367号に基づくものであり、それらの内容は参照により本願に包含される。
車軸が装着される本体部と、
一端が前記本体部の外周に一体的に接続されているとともに、当該本体部から延伸軸に沿い外方に延びるアーム部と、
前記アーム部の他端に一体的に接続された、車両構成部材が連結される連結部と、を有する車両用ステアリングナックルであって、
前記アーム部は、
前記延伸軸に沿う方向において、前記連結部と一体的に接続された第1部位と、
前記第1部位と前記本体部との間に介在する第2部位と、
前記第1部位および前記第2部位に連通するように形成された中空部と、を有し、
前記第1部位は、前記延伸軸周りにおいて閉じるように形成された周壁を有し、
前記第2部位は、前記延伸軸周りにおいて一部が開口した開口部を備える周壁を有し、
前記延伸軸に交差する断面において、前記第2部位の周壁の前記開口部側の端部が、当該端部と隣接する複数の側部の厚さよりも大きい幅を有する拡幅部であり、
前記拡幅部は、前記周壁よりも外側に突出した部分を有する。
車軸が装着される車両用ステアリングナックルであって、
前記車軸が装着される本体部と、
一端が前記本体部の外周に一体的に接続されているとともに、当該本体部から延伸軸に沿い外方に延びるアーム部と、
前記アーム部の他端に一体的に接続された、車両構成部材が連結される連結部と、を有し、
前記アーム部は、
前記延伸軸に沿う開口部と、
前記開口部を囲むように構成された端部と、前記端部に接続して前記延伸軸を囲む周壁とを有し、前記端部の前記延伸軸に直交する方向の幅は、前記開口部側の縁から前記端部の前記開口部と反対側の縁までと定義され、
前記端部は、前記開口部の前記延伸軸の方向の中心における第1の幅が前記連結部の近くで測定された第2の幅より小さく、前記第1の幅が前記本体部の近くで測定された第3の幅より小さく、
前記端部は、前記周壁よりも外側に突出した部分を有する。
車軸が装着される車両用ステアリングナックルであって、
前記車軸が装着される本体部と、
一端が前記本体部の外周に一体的に接続されているとともに、当該本体部から延伸軸に沿い外方に延びるアーム部と、
前記アーム部の他端に一体的に接続された、車両構成部材が連結される連結部と、を有し、
前記アーム部は、
前記連結部と前記本体部との間に介在する部分と、
前記延伸軸に沿う開口部と、
前記開口部および前記部分と連通するように構成された中空部と、を有し、
前記部分は、第1の長さの厚さを有する周壁を含み、
前記延伸軸に交差する断面において、前記部分の前記周壁の前記開口部側の端部は第2の長さの幅を有する拡幅部を備え、
前記第2の長さが前記第1の長さより大きく、
前記拡幅部は、前記周壁よりも外側に突出した部分を有し、
前記開口部は、前記延伸軸に沿う方向の長さが前記延伸軸に直交する方向の長さの1.2〜3倍の楕円形状を有する。
(ii)前記延伸軸に交差する断面において、前記拡幅部は、前記開口部の両側に形成されてもよい。
(iii)前記延伸軸に沿う方向において、前記拡幅部は、前記第1部位に向かって延び、
当該第1部位の周壁と一体化してもよい。
(iv)前記延伸軸に沿う方向において、前記拡幅部は、前記本体部に向かって延び、当該本体部と一体化してもよい。
(v)前記延伸軸に沿う方向において、前記第2部位の中央から前記第1部位または前記本体部に向かって、前記拡幅部の幅は拡大してもよい。
(vi)前記拡幅部の表側の外表面は、前記延伸軸に沿って形成された曲面で構成されてもよい。
(vii)前記延伸軸に交差する断面において、前記拡幅部は、前記周壁の複数の側部と交差して略T字形状をなしてもよい。
以下、図5の上側の拡幅部11hにおける幅Wの詳細を説明する(図5の下側の拡幅部11hの幅Wについても同様である。)。
次に、拡幅部11hの第2の幅W2は、位置H3と位置Oとの中間位置H2から位置Oまでの領域の幅であって第1の幅W1に平行な任意の位置H1で測定される幅と定義する。また、位置Oにおける拡幅部11hの幅をWB、位置H2における拡幅部11hの幅をW(2−1) としたとき、W1≦W(2−1)≦W2≦WBである。好ましくは、第2の幅W2は、第1の幅W1より大きい(W1<W2)。より好ましくは、第2の幅W2は、第1の幅W1の1.1〜1.7倍であってもよい。また、第2の幅W2は、第1の幅W1の1.15〜1.55倍がより好ましい。更に好ましくは、第2の幅W2は、第1の幅W1の1.2〜1.51倍でもよい。最も好ましくは、第2の幅W2は、第1の幅W1の1.22倍または1.5倍でもよい。以上の関係は図5の下側の拡幅部11fについても同様である。
また、拡幅部11hの第3の幅W3は、位置H3とHLとの中間位置H4から位置HLまでの領域の幅であって第1の幅W1に平行な任意の場所で測定される幅と定義する。位置H4における拡幅部11hの幅をW(3−1)としたとき、W1≦W(3−1)≦W3である。好ましくは、第3の幅W3は、第1の幅W1より大きい。より好ましくは、第3の幅W3は、第1の幅W1の1.1〜2.6倍であってもよい。第3の幅W3は、第1の幅W1の1.3〜2.2倍がより好ましい。第3の幅W3は、第1の幅W1の1.3〜1.7倍、または1.65〜2.2倍とすることができる。最も好ましくは、第3の幅W3は、第1の幅W1の1.35倍、1.65倍、または2.15倍でもよい。以上の関係は図5の下側の拡幅部11fについても同様である。
第1の実施の形態によれば、以下の作用・効果を奏することができる。
図7B〜図7Eの断面の変形例は、荷重F1およびF2を担持するのに必要な機械的強度を提供し、重量効率及び費用対効果を変更した構造を提供するために、図7Aの断面形状を変更した変形例を示す断面図である。
図9及び図10は、図1に示す車両用ステアリングナックル1のアーム部1a及び連結部11aを単純モデル化した実施例を説明するための図である。実施例のモデルTPは、図9の破線で囲んだ本体部1eの外周1gは剛体とみなしてアーム部1a及び連結部11aを単純モデル化したものである。実施例のモデルTPは、図10に示すように、延伸軸Lを直線とし、第1部位11cの周壁11eは断面矩形状とし、第2部位11dの一対の側部11kは互いに平行で奥部11pに直交するものとした。そして開口部11fの形状や寸法が最大主応力と重量にどのように影響するかを検討した。
モデルTPの各実施例における、上記で定義した拡幅部の幅W1に相当する幅w1の測定位置を説明する。拡幅部11hの幅W1は、開口部11fの端部がアーム部1aの外表面をなす拡幅部11hの遠位縁に最も近接する場所で測定される幅と定義される。この定義を実施例の各モデルTPに適用すると、開口部11fが楕円であるTP17(図13D)と、円形であるTP15(図13E)では、幅w1は一義的にhL/2であるh3の位置で測定される。一方、開口部11fが短い長方形であるTP1(図13A)、長円形(丸角部を備えた長方形または楕円形)であるTP16(図13E)、および長い長方形であるTP12(図13F)では、開口部11fの延伸軸Lに沿う辺が直線部分を有するため、W1はこの直線部分の任意の位置で測定できるため、幅w1の測定位置が一義的には決まらなかった。このことは、図11に示した開口部11fの延伸軸Lに沿う辺が直線を有するTP10、TP9、TP8、TP7、TP11、およびTP18も同様であった。このため、幅w1の測定位置を一義的に決めることができないこれらの実施例では、幅w1の測定位置h3をhL/2の位置とした。この幅w1の測定位置は、開口部の幅の端からアーム部の外表面をなす端部の遠位縁までの距離が最短となる位置の幅の位置の一例である。
上記した第2の幅W2の定義に準拠すると、モデルTPでは、上記中間位置H2に対応する位置は、図13Aに示すようにh2(=h3/2)である。そして、本体部1e側端部の位置を基準oとしたとき、位置h2〜基準oまでの領域における、幅w1に平行な任意の場所の拡幅部の幅が幅w2となるが、本モデルTPでは、基準oから5mmだけ位置h2よりの位置h1の拡幅部11hの幅を、幅w2として求めた。また、上記位置h2および基準oの幅を、各々w(2−1)およびwBとして求めた。
同様に、上記したW3の定義に準拠すると、モデルTPでは、上記中間位置H4に対応する位置は、図13Aに示すように、h4(=(h3+hL)/2)である。そして位置h4〜hLまでの領域における、幅w1に平行な任意の場所の拡幅部の幅が幅w3となるが、本TPではhLの位置の拡幅部11hの幅をw3として求めた。また上記位置h4の幅をw(3-1)として求めた。
第1の観点は、開口部11fの高さhLを一定(70mm)にし、開口部11fの幅の最大値x(以下、xと記載する場合がある。)、すなわち拡幅部11hの幅を変化させて側部11kの厚さt1と拡幅部11hの幅w1との関係を観たものである。
実施例のTP1(x=45mm、w1=20mm、w1/t1=4.0、開口部面積率=30.3%)では、評価結果は、重量=1.759kg、重量指数=0.90、最大主応力(並進)=168MPa、最大主応力指数(並進)=0.44、最大主応力(回転)=608MPa、最大主応力指数(回転)=0.58であった。
実施例のTP10(x=25mm、w1=30mm、w1/t1=6.0、開口部面積率=13.6%)では、評価結果は、重量=1.809kg、重量指数=0.92、最大主応力(並進)=135MPa、最大主応力指数(並進)=0.35、最大主応力(回転)=390MPa、最大主応力指数(回転)=0.37であった。
実施例のTP9(x=55mm、w1=15mm、w1/t1=3.0、開口部面積率=38.6%)では、評価結果は、重量=1.735kg、重量指数=0.89、最大主応力(並進)=200MPa、最大主応力指数(並進)=0.52、最大主応力(回転)=775MPa、最大主応力指数(回転)=0.74であった。
実施例のTP8(x=35mm、w1=25mm、w1/t1=5.0、開口部面積率=21.9%)では、評価結果は、重量=1.784kg、重量指数=0.91、最大主応力(並進)=150MPa、最大主応力指数(並進)=0.39、最大主応力(回転)=499MPa、最大主応力指数(回転)=0.48であった。
比較例のTP5は、重量=1.545kg、重量指数=0.79、最大主応力(並進)=385MPa、最大主応力指数(並進)=1.00、最大主応力(回転)=1050MPa、最大主応力指数(回転)=1.00であった。
比較例のTP6は、重量=1.959kg、重量指数=1.00、最大主応力(並進)=100MPa、最大主応力指数(並進)=0.26、最大主応力(回転)=160MPa、最大主応力指数(回転)=0.15であった。
第2の観点は、矩形の開口部11fの幅の最大値xを一定(45mm)、すなわち拡幅部11hの幅Wを一定とし、開口部11fの高さhLを変化させてアーム部1aの高さK(120mm)との高さの比(以下、開口部高さ比、hL/Kと記載する場合がある。)を変化させることにより、開口部面積率を変化させた効果を観たものである。
実施例のTP1(hL=70mm、hL/K=0.58、開口部面積率=30.3%)では、評価結果は、重量=1.759kg、重量指数=0.90、最大主応力(並進)=168MPa、最大主応力指数(並進)=0.44、最大主応力(回転)=608MPa、最大主応力指数(回転)=0.58であった。
実施例のTP7(hL=35mm、hL/K=0.29、開口部面積率=13.2%)では、評価結果は、重量=1.815kg、重量指数=0.93、最大主応力(並進)=236MPa、最大主応力指数(並進)=0.61、最大主応力(回転)=428MPa、最大主応力指数(回転)=0.41であった。
実施例のTP11(hL=45mm、hL/K=0.38、開口部面積率=18.1%)では、評価結果は、重量=1.799kg、重量指数=0.92、最大主応力(並進)=207MPa、最大主応力指数(並進)=0.54、最大主応力(回転)=485MPa、最大主応力指数(回転)=0.46であった。
実施例のTP18(hL=100mm、hL/K=0.83、開口部面積率=44.8%)では、評価結果は、重量=1.711kg、重量指数=0.87、最大主応力(並進)=173MPa、最大主応力指数(並進)=0.45、最大主応力(回転)=623MPa、最大主応力指数(回転)=0.59であった。
第3の観点は、開口部11fの面積を一定とし、開口部11fの形状を変化させて、w1に対するw2およびw3の関係とその効果を観たものである。
実施例のTP11では、開口部11fの形状が角部を半径5mmのフィレットとした正方形であり(x=45mm、hL=45mm、w3=25mm、w(3−1)=25mm、w1=20mm、w(2−1)=20mm、w2=20mm、wB=25mm、w1/t1=4.00、w3/w1=1.25、w(3−1)/w1=1.25、w(2−1)/w1=1.00、w2/w1=1.00、wB/w1=1.25)、評価結果は、重量=1.799kg、重量指数=0.92、最大主応力(並進)=207MPa、最大主応力指数(並進)=0.54、最大主応力(回転)=485MPa、最大主応力指数(回転)=0.46であった。
実施例のTP17では、開口部11fの形状が楕円形であり(x=36mm、hL=72mm、w3=42.5mm、w(3−1)=27.0mm、w1=24.5mm、w(2−1)=27.0mm、w2=33.35mm、wB=42.5mm、w1/t1=4.90、w3/w1=1.73、w(3−1)/w1=1.10、w(2−1)/w1=1.10、w2/w1=1.36、wB/w1=1.73)、評価結果は、重量=1.798kg、重量指数=0.92、最大主応力(並進)=125MPa、最大主応力指数(並進)=0.32、最大主応力(回転)=222MPa、最大主応力指数(回転)=0.21であった。
実施例のTP16では、開口部11fの形状が長円形((短辺を半円とする)長丸長方形)であり(x=22.5mm、hL=94.5mm、w3=42.5mm、w(3−1)=31.25mm、w1=31.25mm、w(2−1)=31.25mm、w2=33.00mm、wB=42.5mm、w1/t1=6.25、w3/w1=1.36、w(3−1)/w1=1.00、w(2−1)/w1=1.00、w2/w1=1.06、wB/w1=1.36)、評価結果は、重量=1.799kg、重量指数=0.92、最大主応力(並進)=117MPa、最大主応力指数(並進)=0.30、最大主応力(回転)=311MPa、最大主応力指数(回転)=0.30であった。
実施例のTP12では、開口部11fの形状が角部をφ5mmのフィレットとした長方形であり(x=22.5mm、hL=90mm、w3=36.25mm、w(3−1)=31.25mm、w1=31.25mm、w(2−1)=31.25mm、w2=31.25mm、wB=36.25mm、w1/t1=6.25、w3/w1=1.16、w(3−1)/w1=1.00、w(2−1)/w1=1.00、w2/w1=1.00、wB/w1=1.16)、評価結果は、重量=1.799kg、重量指数=0.92、最大主応力(並進)=137MPa、最大主応力指数(並進)=0.36、最大主応力(回転)=424MPa、最大主応力指数(回転)=0.40であった。
実施例のTP15では、開口部11fの形状が円形であり(x=50.8mm、hL=50.8mm、w3=42.5mm、w(3−1)=20.73mm、w1=17.10mm、w(2−1)=20.73mm、w2=27.37mm、wB=42.50mm、w1/t1=3.42、w3/w1=2.49、w(3−1)/w1=1.21、w(2−1)/w1=1.21、w2/w1=1.60、wB/w1=2.49)、評価結果は、重量=1.799kg、重量指数=0.92、最大主応力(並進)=202MPa、最大主応力指数(並進)=0.52、最大主応力(回転)=280MPa、最大主応力指数(回転)=0.27であった。
実施例1は開口部11fを有する。開口部11fの形状は、W1の位置から接続部11a側を略放物線形状とし、W1の位置から本体部1e側を略矩形としている。「開口部面積率」は、「開口部11f側領域の面積(開口部11fの側の領域の面積)」で「開口部11fの面積」を除した値とした。
図6を参照しつつ、試験条件を説明する。実施例1、比較例1ともに、本体部1eの中心Psを拘束した。このとき本体部1eはZ軸周りにも回転しないように拘束した。荷重点Pfは、Psからアーム部1aの3倍の長さEの距離とした。荷重F3はY軸(−)方向(紙面に対し垂直手前向き)であり、アーム部1aを捩る力の成分を有するため、以下、このF3による最大主応力を「最大主応力(回転)」という場合がある。荷重F3の値は4kNとした。また、荷重F4はZ軸(−)方向であり、アーム部1aを倒す力の成分のみで、捩る力の成分を有しないため、以下このF4による最大主応力を「最大主応力(並進)」という場合がある。荷重F4の値は4kNとした。
先ず、荷重F4を入力した結果を示す。図20Aは、実施例1のアーム部1aにおける最大主応力(並進)の測定結果を示す図である。実施例1の開口部11fの形状は、上記した第3の観点のモデルTP17の楕円形の開口部に近い形状である。一方、図20Bは、図1に示す車両用ステアリングナックル1に対して拡幅部11hを設けなかった比較例1の最大主応力(並進)の測定結果を示すものであり、上記した第1、第2の観点のモデルTP5に相当するものである。
次に、荷重F3を負荷した結果を示す。図21Aは、実施例1のアーム部1aにおける最大主応力(回転)の測定結果を示す図である。図21Bは、比較例1の最大主応力(回転)の測定結果を示す図である。
1a アーム部
1b タイロッドアーム部
1c ブレーキアーム部
1d ロアアーム部装着アーム部
1e 本体部
1f 車軸装着孔
1g 外周
3−3 矢
4−4 矢
5−5 矢
6−6 矢
11a 連結部
11b ストラット装着孔
11c 第1部位
11d 第2部位
11e 周壁
11f 開口部
11g 周壁
11h 拡幅部(側部の端部)
11h1 外表面
11i 上部開口部
11j 中空部
11k 側部
11m,11n 表面
11o 曲線部
11p 奥部
12d 第2部位
12g 周壁
12h 拡幅部
12k 側部
13d 第2部位
13g 周壁
13h 拡幅部
13k 側部
14d 第2部位
14g 周壁
14h 拡幅部
14k 側部
14p 奥部
15d 第2部位
15f 開口部
15g 周壁
15h 拡幅部
15k 側部
16d 第2部位
16f 開口部
16g 周壁
16h 拡幅部
16k 側部
16p 奥部
81 ストラット
82 タイロッド
83 ロアアーム部
84 タイヤ
110 底部
110a 底部の上面
110b 底部の下面
Claims (18)
- 車軸が装着される本体部と、
一端が前記本体部の外周に一体的に接続されているとともに、当該本体部から延伸軸に沿い外方に延びるアーム部と、
前記アーム部の他端に一体的に接続された、車両構成部材が連結される連結部と、を有する車両用ステアリングナックルであって、
前記アーム部は、
前記延伸軸に沿う方向において、前記連結部と一体的に接続された第1部位と、
前記第1部位と前記本体部との間に介在する第2部位と、
前記第1部位および前記第2部位に連通するように形成された中空部と、を有し、
前記第1部位は、前記延伸軸周りにおいて閉じるように形成された周壁を有し、
前記第2部位は、前記延伸軸周りにおいて一部が開口した開口部を備える周壁を有し、
前記延伸軸に交差する断面において、前記第2部位の周壁の前記開口部側の端部が、当該端部と隣接する複数の側部の厚さよりも大きい幅を有する拡幅部であり、
前記拡幅部は、前記周壁よりも外側に突出した部分を有する、車両用ステアリングナックル。 - 前記拡幅部は、前記連結部を通じて前記アーム部へ作用する力の方向に対し、交差するように配置されている請求項1に記載の車両用ステアリングナックル。
- 前記延伸軸に交差する断面において、前記拡幅部は、前記開口部の両側に形成されている請求項1に記載の車両用ステアリングナックル。
- 前記延伸軸に沿う方向において、前記拡幅部は、前記第1部位に向かって延び、当該第1部位の周壁と一体化している、請求項1に記載の車両用ステアリングナックル。
- 前記延伸軸に沿う方向において、前記拡幅部は、前記本体部に向かって延び、当該本体部と一体化している、請求項4に記載の車両用ステアリングナックル。
- 前記延伸軸に沿う方向において、前記第2部位の中央から前記第1部位または前記本体部に向かって、前記拡幅部の幅は拡大している請求項5に記載の車両用ステアリングナックル。
- 前記拡幅部は、前記本体部の近くで測定された幅が前記開口部の前記延伸軸の方向の中心における幅の1.1〜1.7倍であり、又は前記連結部の近くで測定された幅が前記開口部の前記延伸軸の方向の中心における幅の1.1〜2.6倍である請求項6に記載の車両用ステアリングナックル。
- 前記拡幅部の表側の外表面は、前記延伸軸に沿って形成された曲面で構成されている請求項1に記載の車両用ステアリングナックル。
- 前記拡幅部の幅が前記側部の厚さの2.0〜7.0倍である請求項1に記載の車両用ステアリングナックル。
- 車軸が装着される車両用ステアリングナックルであって、
前記車軸が装着される本体部と、
一端が前記本体部の外周に一体的に接続されているとともに、当該本体部から延伸軸に沿い外方に延びるアーム部と、
前記アーム部の他端に一体的に接続された、車両構成部材が連結される連結部と、を有し、
前記アーム部は、
前記延伸軸に沿う開口部と、
前記開口部を囲むように構成された端部と、前記端部に接続して前記延伸軸を囲む周壁とを有し、前記端部の前記延伸軸に直交する方向の幅は、前記開口部側の縁から前記端部の前記開口部と反対側の縁までと定義され、
前記端部は、前記開口部の前記延伸軸の方向の中心における第1の幅が前記連結部の近くで測定された第2の幅より小さく、前記第1の幅が前記本体部の近くで測定された第3の幅より小さく、
前記端部は、前記周壁よりも外側に突出した部分を有する、車両用ステアリングナックル。 - 前記第3の幅は前記第1の幅の1.1〜2.6倍であり、前記第2の幅は前記第1の幅の1.1〜1.7倍である、請求項10記載の車両用ステアリングナックル。
- 車軸が装着される車両用ステアリングナックルであって、
前記車軸が装着される本体部と、
一端が前記本体部の外周に一体的に接続されているとともに、当該本体部から延伸軸に沿い外方に延びるアーム部と、
前記アーム部の他端に一体的に接続された、車両構成部材が連結される連結部と、を有し、
前記アーム部は、
前記連結部と前記本体部との間に介在する部分と、
前記延伸軸に沿う開口部と、
前記開口部および前記部分と連通するように構成された中空部と、を有し、
前記部分は、第1の長さの厚さを有する周壁を含み、
前記延伸軸に交差する断面において、前記部分の前記周壁の前記開口部側の端部は第2の長さの幅を有する拡幅部を備え、
前記第2の長さが前記第1の長さより大きく、
前記拡幅部は、前記周壁よりも外側に突出した部分を有し、
前記開口部は、前記延伸軸に沿う方向の長さが前記延伸軸に直交する方向の長さの1.2〜3倍の楕円形状を有する、車両用ステアリングナックル。 - 前記第2の長さが前記第1の長さの2.0〜7.0倍である、請求項12記載の車両用ステアリングナックル。
- 前記開口部は、前記延伸軸に沿う方向の長さが前記延伸軸に直交する方向の長さの1.2〜3倍の楕円形状を有する、請求項1に記載の車両用ステアリングナックル。
- 前記開口部の面積は、前記アーム部の前記開口部側の領域の面積の10〜80%である、請求項1に記載の車両用ステアリングナックル。
- 前記開口部は、前記延伸軸に沿う方向の長さが前記延伸軸に直交する方向の長さの1.2〜3倍の楕円形状を有する、請求項10に記載の車両用ステアリングナックル。
- 前記開口部の面積は、前記アーム部の前記開口部側の領域の面積の10〜80%である、請求項10に記載の車両用ステアリングナックル。
- 前記開口部の面積は、前記アーム部の前記開口部側の領域の面積の10〜80%である、請求項12に記載の車両用ステアリングナックル。
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