特許 6753652 鍛造サスペンション部材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6753652

(24)【登録日】2020年8月24日

(45)【発行日】2020年9月9日

(54)【発明の名称】鍛造サスペンション部材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B21K 1/26 20060101AFI20200831BHJP

   B21J 5/00 20060101ALI20200831BHJP

   B60G 7/00 20060101ALI20200831BHJP

【ＦＩ】

   B21K1/26

   B21J5/00 D

   B60G7/00

【請求項の数】5

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-73017(P2015-73017)

(22)【出願日】2015年3月31日

(65)【公開番号】特開2016-190267(P2016-190267A)

(43)【公開日】2016年11月10日

【審査請求日】2017年9月1日

【審判番号】不服2019-8875(P2019-8875/J1)

【審判請求日】2019年7月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100120329

【弁理士】

【氏名又は名称】天野 一規

(72)【発明者】

【氏名】細井 寛哲

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 泰彰

(72)【発明者】

【氏名】岡田 慶太

【合議体】

【審判長】 見目 省二

【審判官】 刈間 宏信

【審判官】 田々井 正吾

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−４６０３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−８２１４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−２２０２４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−７４９７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平９−１９７３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１８９８５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１３８２３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

B21K 1/26 B21J 5/00 B60G 7/00

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

自動車に取り付けられ、中心軸を含む貫通孔を有する円柱状で、それぞれの前記中心軸が平行である複数の支持部と、
前記複数の支持部それぞれの外周を連結して周縁を形成するリブと
を備える鍛造サスペンション部材の製造方法であって、
前記中心軸方向に分割される金型を用いて金属素材を熱間鍛造する工程と、
前記鍛造後に機械加工する工程と
を有し、
前記鍛造工程で、前記鍛造後の前記リブの外周部分を、前記自動車に取り付けられる他の部材の可動域と干渉する領域を超えるように前記金型の抜き勾配を大きくして形成し、
前記加工工程で、前記領域以内、かつ前記中心軸方向の断面における断面積が小さくなるように前記領域を超えたリブの外周部分を除去することを特徴とする鍛造サスペンション部材の製造方法。

【請求項2】

前記リブと直交する中央部としてのウエブをさらに備え、
前記加工工程で除去された箇所には、前記サスペンション部材のウエブを含むことを特徴とする請求項１に記載の鍛造サスペンション部材の製造方法。

【請求項3】

前記加工工程で除去された箇所の質量は、前記熱間鍛造後のサスペンション部材の質量の１０〜２０％であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鍛造サスペンション部材の製造方法。

【請求項4】

前記金属素材は、アルミニウム合金であることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の鍛造サスペンション部材の製造方法。

【請求項5】

前記アルミニウム合金の０．２％耐力が３８０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項４に記載の鍛造サスペンション部材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属素材から熱間鍛造によって製造されたサスペンション部材に関するものである。

【背景技術】

【0002】

サスペンション部材はサスペンションの構成部材であり、極めて高い安全性が求められる重要保安部品に位置づけられている。

【0003】

この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、軽量化のなかでも特に優先順位が高いと考えられている。１９９０年代以前は、鋼板製や鋳鉄製のサスペンションアームが主であったが、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アームの採用が増加している。

【0004】

また、このアルミニウム合金製のサスペンションアームが採用されたサスペンション部材は、アルミニウム合金素材から熱間鍛造によって製造される場合が多い（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に開示された熱間鍛造後のサスペンション部材は、サスペンションアームと一体に製造されるボールジョイント取付部の輪郭を円形にせず、「非円形」にしたところに特徴がある。これにより、ボールジョイント取付部の周壁部のうちの第二基準面を挟んで対向する部分において、不必要な余肉部分が削ぎ落とされた格好となるので、熱間鍛造後のサスペンション部材の軽量化を図ることが可能になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１１−８３８１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述した特許文献１に開示された熱間鍛造後のサスペンション部材は、確かにボールジョイント取付部の軽量化には貢献する。しかし、熱間鍛造によって製造する場合には、上下金型（鍛造型）に所定の抜き勾配を設ける必要があるので、熱間鍛造後のサスペンション部材の肉厚は、パーティングライン（鍛造型の型合せ面）に向うに従って大きくなる（すなわち、形状制約を受ける）。したがって、どうしても、この形状制約による余肉部分が発生してしまい、熱間鍛造後のサスペンション部材の質量が嵩んでしまい、依然として軽量化が阻害されるという問題点があった。ましてや、熱間鍛造でリブ高さを大きくしたサスペンション部材を製造する場合は、上記余肉部分の体積は益々増加し、軽量化にとって、より深刻な問題であった。

【0007】

また、上記特許文献１に開示された熱間鍛造後のサスペンション部材は、熱間鍛造により製造する際に、アルミニウム合金素材の体積を上下金型のキャビティ体積に比べ、常にやや大きくなるように設計する。したがって、上下金型のキャビティに入りきらない素材は、パーティングラインからバリとして排出されていく。このバリは、一般的に、鍛造終了後にトリム加工によって除去されるが、工具とのクリランスの問題から完全に除去することはできず、２〜５ｍｍ程度の厚みのバリが残存してしまう。この残存するバリがあることによって、熱間鍛造後のサスペンション部材としては、他部材の可動域と干渉しないための指定の設計領域を実質的に狭くしなければならない。このように、実質的な設計領域が狭くなったとはいえ、所定の機械強度は確保しなければならない（例えば、曲げ中心軸まわりの断面係数は、所定の値を確保しなければならない）ため、どうしても熱間鍛造後のサスペンション部材の断面積も大きくなり（したがって、質量も嵩み）、熱間鍛造後のサスペンション部材の軽量化が阻害されるという問題点があった。

【0008】

発明の目的は、指定の設計領域と所定の機械強度を確保しながらも、熱間鍛造の鍛造型（上下金型）に設定された抜き勾配に基づく形状制約による質量増加や熱間鍛造によるバリ残存によって実質的な設計領域が狭くなることによる軽量化の阻害等を解消し、軽量化を可能にする鍛造サスペンション部材を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この目的を達成するために、第１発明に係る鍛造サスペンション部材は、
金属素材から熱間鍛造によって製造されたサスペンション部材であって、
このサスペンション部材の一部の箇所は機械加工によって除去されており、前記機械加工によって除去された箇所は前記熱間鍛造に際して抜き勾配が設定された箇所を含む、ことを特徴とする鍛造サスペンション部材である。

【0010】

また、第２発明に係る鍛造サスペンション部材は、第１発明に係る鍛造サスペンション部材において、
前記機械加工によって除去された後の前記サスペンション部材の表面の勾配は、前記抜き勾配の角度よりも小さいことを特徴とする。

【0011】

また、第３発明に係る鍛造サスペンション部材は、第１発明に係る鍛造サスペンション部材において、
前記機械加工によって除去された箇所は、前記サスペンション部材のリブ外側のバリを含む外周部であることを特徴とする。

【0012】

また、第４発明に係る鍛造サスペンション部材は、第３発明に係る鍛造サスペンション部材において、
前記機械加工によって除去された箇所には、前記サスペンション部材のウエブを含むことを特徴とする。

【0013】

また、第５発明に係る鍛造サスペンション部材は、第１発明に係る鍛造サスペンション部材において、
前記機械加工で除去された箇所の質量は、前記熱間鍛造後のサスペンション部材の質量の１０〜２０％であることを特徴とする。

【0014】

また、第６発明に係る鍛造サスペンション部材は、第１〜第５発明の内のいずれか１つに係る鍛造サスペンション部材において、
前記金属素材は、アルミニウム合金であることを特徴とする。

【0015】

また、第７発明に係る鍛造サスペンション部材は、第６発明に係る鍛造サスペンション部材において、
前記アルミニウム合金の０．２％耐力が３８０ＭＰａ以上であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

以上のように、本発明の鍛造サスペンション部材は、
金属素材から熱間鍛造によって製造されたサスペンション部材であって、このサスペンション部材の一部の箇所は機械加工によって除去されており、前記機械加工によって除去された箇所は前記熱間鍛造に際して抜き勾配が設定された箇所を含む、ことを特徴とする。

【0017】

これにより、指定の設計領域と所定の機械強度を確保しながらも、熱間鍛造の鍛造型（上下金型）に設定された抜き勾配に基づく形状制約による質量増加や熱間鍛造によるバリ残存によって実質的な設計領域が狭くなることによる軽量化の阻害等を解消し、軽量化を可能にする鍛造サスペンション部材を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の鍛造サスペンション部材の実施形態１であり、熱間鍛造後のサスペンション部材（機械加工を行う前の形状）とこの熱間鍛造後のサスペンション部材の他部材と結合する部位以外の箇所（例えば、リブ外側のバリを含む外周部）に機械加工を行う領域とともに示した鍛造サスペンション部材の平面図である。

【図2】図１のＡＡ断面図である。

【図3】図１に示した機械加工を行う領域に加えて、さらに追加して機械加工を行う領域（例えば、ボールジョイント支持部周囲やブッシュ支持部周囲）とともに示した鍛造サスペンション部材の平面図である。

【図4】図３に示した機械加工を行う領域に加えて、さらに追加して機械加工を行う領域（例えば、ウエブ）とともに示した鍛造サスペンション部材の平面図である。

【図5】図４のＡＡ断面図であり、図２に示した機械加工を行う領域の変形例１を示した断面図である。

【図6】図５に示した機械加工を行う領域の変形例２を示した断面図である。

【図7】図６に示した機械加工を行う領域の変形例３を示した断面図である。

【図8】図５に示した機械加工を行う領域の変形例４を示した断面図である。

【図9】図２に示した機械加工を行う領域の変形例５を示した断面図である。

【図10】図５に示した機械加工を行う領域の変形例６を示した断面図である。

【図11】図２に示した機械加工を行う領域の変形例７を示した断面図である。

【図12】本発明の鍛造サスペンション部材の実施形態２であり、図２に示した断面形状と異なる断面形状を有した熱間鍛造後のサスペンション部材に機械加工を行う領域とともに示した断面図である。

【図13】図１２に示した機械加工を行う領域の変形例８を示した断面図である。

【図14】図１２に示した機械加工を行う領域の変形例９を示した断面図である。

【図15】本発明の鍛造サスペンション部材の実施形態３であり、図２や図１２に示した断面形状とさらに異なる断面形状を有した熱間鍛造後のサスペンション部材に機械加工を行う領域とともに示した断面図である。

【図16】図１５に示した機械加工を行う領域の変形例１０を示した断面図である。

【図17】本発明に係る鍛造サスペンション部材の軽量化効果を検証するための各種断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明者らは、如何にすれば、指定の設計領域と所定の機械強度を確保しながらも、熱間鍛造の鍛造型（上下金型）に設定された抜き勾配に基づく形状制約による質量増加や熱間鍛造によるバリ残存によって実質的な設計領域が狭くなることによる軽量化の阻害等を解消し、軽量化を可能にする鍛造サスペンション部材を実現できるのか鋭意検討した。その結果、予め指定の設計領域よりも大きな形状となるように、金属素材から熱間鍛造によってサスペンション部材を製造しておき、そこから前記設計領域以内に収まるように、「前記サスペンション部材の一部の箇所を機械加工によって除去し、前記機械加工によって除去された箇所が前記熱間鍛造に際して抜き勾配が設定された箇所を含む」ように構成すれば目的とする鍛造サスペンション部材を実現できることを初めて見出した。ここで、上記指定の設計領域とは、「熱間鍛造後の鍛造サスペンション部材が他部材の可動域と干渉しない設計領域」を言う。また、上記抜き勾配とは、「型からの製品の離型を容易にするために、型表面および／または製品外周部に設けられた、型の離型方向に対する傾き」を言う。以下、本発明について、実施形態を例示しつつ、詳細に説明する。

【0020】

（実施形態１）
図１は本発明の鍛造サスペンション部材の実施形態１であり、熱間鍛造後のサスペンション部材（機械加工を行う前の形状）とこの熱間鍛造後のサスペンション部材の他部材と結合する部位以外の箇所（例えば、リブ外側のバリを含む外周部）に機械加工を行う領域とともに示した鍛造サスペンション部材の平面図、図２は図１のＡＡ断面図である。また、図１の紙面に直交する方向が自動車の上下方向を指す。

【0021】

図１において、１は金属素材から熱間鍛造によって製造されたサスペンション部材（機械加工を行う前の形状）、２は自動車の車軸側に取り付けられるボールジョイント支持部、３は車体側に取り付けられる車体側係合部としてのブッシュ支持部、４は車体側に取り付けられる車体側係合部としてのブッシュ支持部、５はアーム部９におけるボールジョイント支持部２（一端側）からブッシュ支持部４（他端側）に繋がる周縁部としてのリブ、６はボールジョイント支持部２（一端側）からブッシュ支持部３（中間側）に繋がる周縁部としてのリブ、７はブッシュ支持部３（中間側）からブッシュ支持部４（他端側）に繋がる周縁部としてのリブ、８はリブ５とリブ６とそれぞれ直交する中央部としてのウエブおよびリブ５とリブ７とそれぞれ直交する中央部としてのウエブである。なお、アーム部９は、リブ５、６、７とウエブ８から構成されている。また、サスペンション部材１は、アーム部９、ボールジョイント支持部２とブッシュ支持部３、４とから構成されている。また、このサスペンション部材１は、ボールジョイント支持部２、ブッシュ支持部３、４を頂点とし、これらをリブ５、６、７やウエブ８を有するアーム部９にてつなぐ、平面視で略三角形の一体形状（全体形状）に構成されている。

【0022】

また、上記熱間鍛造では、上下金型を用いて製造され、鍛造サスペンション部材の断面形状は、後記図２で説明するように略Ｈ字状である。ただし、断面形状は、略Ｈ字状以外に、略Ｕ字状、または略Ｔ字状とすることも多い。ここで、上記熱間鍛造におけるプレス方向と略平行な辺を上述したリブ、プレス方向と略直交する辺を上述したウエブと呼称する。

【0023】

上記金属素材としては、例えば、アルミニウム、鉄、マグネシウム、およびこれらを主成分とする合金を挙げることができる。また、ここで、アルミニウム合金であれば、要求される、高強度、耐応力腐食割れ性などの高い耐食性乃至耐久性を前提として保証する必要がある。このため、アルミニウム合金の中でも、ＪＩＳあるいはＡＡに規格される６０００系アルミニウム合金からなることが好ましい。この６０００系Ａｌ合金の具体的な化学成分組成は、質量％で、主要元素を、Ｓｉ：０．８〜１．３％、Ｍｇ：０．７０〜１．３％を含有し、これに必要により、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉなどを加え、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなるものとする。また、鍛造サスペンション部材をアルミニウム合金化した場合は、ボールジョイント支持部やブッシュ支持部等の支持部を一体で製造できるようになるため、鉄鋼材料製のサスペンション部材で必要であった支持部とアーム部との接合コストが不要となるため、素材費の増加分を吸収でき、部品を軽くするために必要なコストが低減できる。また、このような支持部との一体製造化が図られることで、他の金属素材に比べて、アルミニウム合金化がより進みやすい。

【0024】

このような組成を有するアルミニウム合金鋳塊素材を均質化熱処理後に、各実施形態（後記図面参照）に示す断面形状を有したサスペンション部材１に、上下金型を用いた熱間鍛造を行って安価に製造でき、量産化も可能である。そして、この熱間鍛造によって製造されたサスペンション部材１に、溶体化および焼入れ処理や、その後の人工時効処理（Ｔ６またはＴ７などの調質）を施し、所定の強度（０．２％耐力が３８０ＭＰａ以上）を満足させることで、より一層の軽量化が図られる。

【0025】

図２は図１のＡＡ断面図であり、熱間鍛造後のサスペンション部材１の断面形状Ｍが上述した略Ｈ字状である。また、図２に符号Ｂで示す一点鎖線は、サスペンション部材１における曲げ中心軸である。また、図２に示すように、熱間鍛造後のサスペンション部材１の他部材と結合する部位以外の箇所（例えば、リブ５、６の抜き勾配に沿う外側面５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂとバリ５ｃ、６ｃを含む外周部の領域１０、１１）を機械加工で除去することにより、指定の設計領域（以下、単に設計領域とも言う）Ｎ以内に収まる鍛造サスペンション部材を実現できる。なお、図２に示すように、この機械加工によって除去された後の前記サスペンション部材の表面の勾配は、前記抜き勾配の角度よりも小さいことを特徴とする。

【0026】

このような機械加工が施されたことにより、指定の設計領域と所定の機械強度を確保しながらも、熱間鍛造の鍛造型（上下金型）に設定された抜き勾配に基づく形状制約による質量増加やバリ残存によって実質的な設計領域が狭くなることによる軽量化の阻害を解消し、大幅な軽量化が可能となる。これは、図２に示す断面形状Ｍの断面積を可能な限り小さくしながらも、曲げ中心軸Ｂまわりの所定の断面２次モーメントＩや断面係数Ｚを確保するには、熱間鍛造後のサスペンション部材１の断面形状Ｍにおけるハッチングを施した領域１０、１１に対して機械加工を施し、設計領域Ｎ以内に収め、かつ、曲げ中心軸Ｂからできるだけ遠方に（すなわち、Ｉでは３乗、Ｚでは２乗で寄与する曲げ中心軸Ｂからできるだけ離れた距離に）、材料を効率的に配置することが重要であるという本発明のメカニズムに立脚しているからに他ならない。すなわち、バリ５ｃ、６ｃやリブ５、６の抜き勾配に基づく外周部の領域１０、１１は、曲げ中心軸Ｂから最も遠方であり、上記ＩやＺへの寄与が最も大きい位置に材料を効率的に配置することを阻害しており、かつ、断面積増加の要因ともなっている。例えば、図２に示すように、設計領域Ｎ以内に収まるように機械加工を施し、機械加工後のリブ５、６の左右両端までの余肉のない有効な距離Ｗを１０％増やすことができれば、前記Ｉが一定であれば断面積は、熱間鍛造後の断面形状Ｍを有したサスペンション部材１の約０．８３倍、前記Ｚが一定であれば断面積は、熱間鍛造後の断面形状Ｍを有したサスペンション部材１の約０．９１倍にでき、大幅に軽量化を図ることが可能である。また、後述するウエブ８の過剰な肉厚やリブ５、６等のコーナーＲや隅Ｒの肉が曲げ中心軸Ｂからの距離の短い位置に多く配置されることも、上記ＩやＺへの寄与が最も大きい位置に材料を効率的に配置することを阻害しており、かつ、断面積増加の要因ともなっている。この解消に関しては、後述する。

【0027】

ここで、抜き勾配は３〜５°であり、機械加工は３軸のエンドミルを備えたＮＣ加工機で行った。なお、機械加工は複雑な３次元形状である場合は、５軸のエンドミルを備えたＮＣ加工機が望ましく、機械加工で除去する部位が狭い場合や図２に示すような比較的単純な場合は、３軸のエンドミルを備えたＮＣ加工機も可能である。また、本発明で言う機械加工とは、ワークと加工工具（例えば、エンドミル）が直接接触する加工、レーザービームや電子ビームのようなワークと非接触なエネルギービーム加工等の総称である。
また、機械加工プロセスのタイミングは、ゴムブッシュやボールジョイントなど他部材との結合部へ機械加工を施すときに同時に行うのが最も合理的であるが、熱間鍛造後のバリのトリム加工直後や熱処理前後とすることも可能である。また、機械加工時間は、工具の送り速度と加工距離によって決まるが、一般にアルミニウム合金は、工具メーカ推奨の送り速度が鋼材に比べて１桁近く早く分速５００〜２０００ｍｍ程度であり、機械加工時間を短縮できる。例えば、代表的な略Ｌ字扁平形状の鍛造サスペンション部材の外周長約１２００ｍｍの全周を機械加工する場合、３６秒〜１４４秒で加工できると試算できる。

【0028】

また、上記構成を採用した本発明の鍛造サスペンション部材は、設計自由度の向上（任意の肉厚、高さの形状が可能になる）および他部材の可動範囲との干渉クリアランスの限界まで材料を配置できることによって、従来の鍛造サスペンション部材よりも最大約２０％の軽量化を実現できる。

【0029】

また、機械加工を組合せることで、これまで応力集中によって金型割れが生じやすかった、例えばリブの形状を応力集中の少ない形状とすることが可能になり、型応力低減による金型の長寿命化も可能となる（すなわち、金型コストの低減になる）。

【0030】

また、従来の鍛造サスペンション部材では、欠肉やしわなどの鍛造欠陥が直接不良率増加の要因となるが、本発明の鍛造サスペンション部材では、機械加工で除去される上記箇所に存在する鍛造欠陥自体は不良率増加の問題とならないという利点もある。また、従来ならば熱間鍛造による変形量の大きい場所は、材料表面で焼付きが生じやすくなり、これにより焼付きが生じた製品は、不良品として処分されるかあるいは表面の仕上げ加工を施す必要があるが、本発明の鍛造サスペンション部材では、機械加工で除去される上記箇所であれば問題にならないという利点もある（すなわち、不良率の低減になる）。

【0031】

また、本発明の鍛造サスペンション部材では、機械加工で除去される上記箇所の表面に仮に割れや焼付き、欠肉などといった欠陥が存在しても、機械加工で除去されてしまうため、割れや焼付き、欠肉などといった欠陥を検査することが不要となる（すなわち、検査コストの削減になる）。また、機械加工で除去される上記箇所ならば、微小な欠陥を仕上げ直すことも不要となる。

【0032】

図３は図１に示した機械加工を行う領域に加えて、さらに追加して機械加工を行う領域（例えば、ボールジョイント支持部２の周囲やブッシュ支持部３、４の周囲）とともに示した鍛造サスペンション部材の平面図である。このようにすることで、図１に示す鍛造サスペンション部材に比べてさらに軽量化に貢献する。

【0033】

以下、本実施形態の変形例、本発明の別の実施形態やそれらの変形例について、説明する。これらは、いずれも上述した本発明のメカニズムに立脚したものである。

【0034】

（変形例１）
図４は図３に示した機械加工を行う領域に加えて、さらに追加して機械加工を行う領域（例えば、ウエブ８）とともに示した鍛造サスペンション部材の平面図である。このようにすることで、図３に示す鍛造サスペンション部材に比べて一層の軽量化に貢献する（詳細は、後記図５を参照）。

【0035】

図５は図４のＡＡ断面図であり、図２に示した機械加工を行う領域の変形例１を示した断面図である。本変形例１に関しては、図２に示す機械加工を行う領域との差異についてのみ説明する。図５において、ウエブ８の紙面上端側の領域１２を機械加工で除去し、ウエブ８を薄肉化することで、設計領域Ｎ以内に収まるばかりでなく、図２に示す鍛造サスペンション部材に比べて軽量化率がさらに高くなる鍛造サスペンション部材を実現できる。これは、機械加工を行う領域として、曲げ中心軸Ｂから近い距離にあるウエブ８も加え、断面積の減少効果を高めたものである。

【0036】

（変形例２）
図６は図５に示した機械加工を行う領域の変形例２を示した断面図である。本変形例２に関しては、図５に示す機械加工を行う領域との差異についてのみ説明する。図６において、ウエブ８の紙面上端側の領域に加えてリブ５、６の各上部内側の領域を合わせた領域１３を機械加工で除去し、ウエブ８を薄肉化すると同時にリブ５、６の各上部を薄肉化する（すなわち、リブ５、６の各上部においては、曲げ中心軸Ｂからより遠方に集中的に材料を配置する）ことで、設計領域Ｎ以内に収まるばかりでなく、図５に示す鍛造サスペンション部材に比べて軽量化率がさらに高い鍛造サスペンション部材を実現できる。

【0037】

（変形例３）
図７は図６に示した機械加工を行う領域の変形例３を示した断面図である。本変形例３に関しては、図６に示す機械加工を行う領域との差異についてのみ説明する。図７においては、機械加工を行う領域として、ウエブ８を中心に紙面の上下対称となるように、ウエブ８の紙面下端側の領域に加えてリブ５、６の各下部内側の領域を合わせた領域１４も対象にしているので、設計領域Ｎ以内に収まるばかりでなく、図６に示す鍛造サスペンション部材に比べて軽量化率がさらに高い鍛造サスペンション部材を実現できる。これは、鍛造サスペンション部材の断面形状として、理想形に近いものである。

【0038】

（変形例４）
図８は図５に示した機械加工を行う領域の変形例４を示した断面図である。本変形例４に関しては、図５に示す機械加工を行う領域との差異についてのみ説明する。図８においては、機械加工を行う領域として、図５に示す領域１４に加えて、紙面上端側のウエブ８の左右両端から上部リブ５、６の各内側の根元に食い込むような領域も合わせた領域１５も対象にしているので、設計領域Ｎ以内に収まるばかりでなく、図５に示す鍛造サスペンション部材に比べて軽量化率が少し高い鍛造サスペンション部材を実現できる。これも、当然上述した本発明のメカニズムに立脚したものである。

【0039】

（変形例５）
図９は図２に示した機械加工を行う領域の変形例５を示した断面図である。本変形例５に関しては、図２に示す機械加工を行う領域との差異についてのみ説明する。図９においては、図２に示す機械加工を行う領域１０、１１に比べて、外側面５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂにおけるバリ５ｃ、６ｃに近い側の領域１６、１７を集中的に機械加工で除去することにより、設計領域Ｎ以内に収まるばかりでなく、軽量化率の高い鍛造サスペンション部材を実現している。

【0040】

（変形例６）
図１０は図５に示した機械加工を行う領域の変形例６を示した断面図である。本変形例６に関しては、図５に示す機械加工を行う領域との差異についてのみ説明する。図１０においては、図５に示す機械加工を行う領域１０に比べて大きな面積となる、外側面５ａ、５ｂ、バリ５ｃを含む外周部の領域１８を集中的に機械加工で除去し、逆に図５に示す機械加工を行う領域１１に相当する箇所の機械加工による除去は実施せずに、設計領域Ｎ以内に収めると同時に、軽量化率の高い鍛造サスペンション部材を実現している。

【0041】

（変形例７）
図１１は図２に示した機械加工を行う領域の変形例７を示した断面図である。本変形例７に関しては、図２に示す機械加工を行う領域との差異についてのみ説明する。図１１に示す設計領域Ｏは、図２に示す設計領域Ｎに比べて、左側の領域が狭くなり、逆に右側の領域が拡張された異形を呈した形状の設計領域となっている。これに対応するように、図１１に示す機械加工を行う領域１８は、図２に示す機械加工を行う領域１０に比べて大きな面積となっている。これにより、設計領域Ｏ以内に収めると同時に、軽量化率の高い鍛造サスペンション部材を実現している。

【0042】

（実施形態２）
図１２は本発明の鍛造サスペンション部材の実施形態２であり、図２に示した断面形状と異なる断面形状を有した熱間鍛造後のサスペンション部材に機械加工を行う領域とともに示した断面図である。図１２においては、熱間鍛造後のサスペンション部材１の断面形状Ｐが略Ｕ字状である。また、図１２に符号Ｃで示す一点鎖線は、サスペンション部材１における曲げ中心軸である。また、図１２に示すように、熱間鍛造後のサスペンション部材１の他部材と結合する部位以外（例えば、リブ５、６の抜き勾配に沿う外側面５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂとバリ５ｃ、６ｃを含む外周部の領域２０、２１）を機械加工で除去することにより、設計領域Ｑ以内に収まる鍛造サスペンション部材を実現できる。

【0043】

このような機械加工が施されたことにより、熱間鍛造の上下金型（鍛造型）に設定された抜き勾配に基づく形状制約による質量増加やバリ残存によって実質的な設計領域が狭くなることによる軽量化の阻害を解消し、大幅な軽量化が可能となる。これは、図１２に示す断面形状Ｐの断面積を可能な限り小さくしながらも、曲げ中心軸Ｃまわりの所定の断面２次モーメントＩや断面係数Ｚを確保するには、熱間鍛造後のサスペンション部材１の断面形状Ｐにおけるハッチングを施した領域２０、２１に対して機械加工を施し、設計領域Ｑ以内に収め、かつ、曲げ中心軸Ｃからできるだけ遠方に（すなわち、Ｉでは３乗、Ｚでは２乗で寄与する曲げ中心軸Ｃからできるだけ離れた距離に）、材料を効率的に配置することが重要であるという上述した本発明のメカニズムに立脚しているからに他ならない。

【0044】

（変形例８）
図１３は図１２に示した機械加工を行う領域の変形例８を示した断面図である。本変形例８に関しては、図１２に示す機械加工を行う領域との差異についてのみ説明する。図１３において、ウエブ８の紙面上端側の領域に加えてリブ５、６の各上部内側の領域を合わせた領域２２を機械加工で除去し、ウエブ８を薄肉化すると同時にリブ５、６の各上部を薄肉化する（すなわち、リブ５、６の各上部においては、曲げ中心軸Ｃ（図示せず）からより遠方に集中的に材料を配置する）ことで、設計領域Ｑ以内に収まるばかりでなく、図１２に示す鍛造サスペンション部材に比べて軽量化率がさらに高い鍛造サスペンション部材を実現できる。

【0045】

（変形例９）
図１４は図１２に示した機械加工を行う領域の変形例９を示した断面図である。本変形例９に関しては、図１２に示す機械加工を行う領域との差異についてのみ説明する。図１４に示す設計領域Ｒは、図１２に示す設計領域Ｑに比べて、右側の領域のみが狭くなった異形を呈した形状の設計領域となっている。これに対応するように、図１４に示す機械加工を行う領域２４は、図１２に示す機械加工を行う領域２１に比べて大きな面積となっている。ただし、図１４に示す機械加工を行う領域２３は、図１２に示す機械加工を行う領域２０と略同じ面積の機械加工を行う領域である。これにより、設計領域Ｒ以内に収めると同時に、軽量化率の高い鍛造サスペンション部材を実現している。

【0046】

（実施形態３）
図１５は本発明の鍛造サスペンション部材の実施形態３であり、図２や図１２に示した断面形状とさらに異なる断面形状を有した熱間鍛造後のサスペンション部材に機械加工を行う領域とともに示した断面図である。図１５においては、熱間鍛造後のサスペンション部材１の断面形状Ｓが略逆Ｔ字状である。また、図１５に符号Ｄで示す一点鎖線は、サスペンション部材１における曲げ中心軸である。また、図１５に示すように、熱間鍛造後のサスペンション部材１の他部材と結合する部位以外（例えば、ウエブ３０の抜き勾配に沿う外側面３０ａ、３０ｂ、３０ｄ、３０ｅとバリ３０ｃ、３０ｆを含む外周部の領域３２、３３）を機械加工で除去することにより、設計領域Ｔ以内に収まる鍛造サスペンション部材を実現できる。

【0047】

このような機械加工が施されたことにより、熱間鍛造の上下金型（鍛造型）に設定された抜き勾配に基づく形状制約による質量増加やバリ残存によって実質的な設計領域が狭くなることによる軽量化の阻害を解消し、大幅な軽量化が可能となる。これは、図１５に示す断面形状Ｓの断面積を可能な限り小さくしながらも、曲げ中心軸Ｄまわりの所定の断面２次モーメントＩや断面係数Ｚを確保するには、熱間鍛造後のサスペンション部材１の断面形状Ｓにおけるハッチングを施した領域３２、３３に対して機械加工を施し、設計領域Ｔ以内に収め、かつ、曲げ中心軸Ｄからできるだけ遠方に（すなわち、Ｉでは３乗、Ｚでは２乗で寄与する曲げ中心軸Ｄからできるだけ離れた距離に）、材料を効率的に配置することが重要であるという上述した本発明のメカニズムに立脚しているからに他ならない。

【0048】

（変形例１０）
図１６は図１５に示した機械加工を行う領域の変形例１０を示した断面図である。本変形例１０に関しては、図１５に示す機械加工を行う領域との差異についてのみ説明する。図１６においては、機械加工を行う領域として、図１５に示す領域３２、３３における各バリ３０ｃ、３０ｆ部分に相当する領域３４、３５に加えて、ウエブ３０の紙面上端側とリブ３１が交わる部分のリブ３１の根元において左右から食い込むような領域３６、３７も合わせた領域も対象にしているので、設計領域Ｕ以内に収まるばかりでなく、図５に示す鍛造サスペンション部材に近い軽量化率の鍛造サスペンション部材を実現できる。

【実施例】

【0049】

以下、図１７（ａ）〜（ｉ）に示すアルミニウム合金製鍛造サスペンション部材の断面形状を用いて、本発明の軽量化効果を検証した。図１７においては、上述した図２に示すような略Ｈ字状の断面形状をした一般的な断面３パターン（Ａ、Ｂ、Ｃ）を対象とした。この３つの断面形状パターンは、下記表１および図１７に示すように、それぞれ断面形状パターンＡ｛図１７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）参照｝が幅Ｗ＝６３．７４ｍｍ、断面形状パターンＢ｛図１７（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）参照｝が幅Ｗ＝８５．７４ｍｍ、断面形状パターンＣ｛図１７（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）参照｝が幅Ｗ＝１２１．７４ｍｍに設計されている。また、図１７（ａ）〜（ｉ）に示す鍛造サスペンション部材は、いずれも抜き勾配＝５°、コーナーＲ＝５ｍｍ、隅Ｒ＝８ｍｍ、ウエブ８の最小肉厚＝６ｍｍ、リブ５、６の最小肉厚１０ｍｍを形状制約としている。また、図１７（ａ）〜（ｉ）に示す鍛造サスペンション部材でも、熱間鍛造後のサスペンション部材（機械加工を行う前の形状）１の時点においては、バリ厚３ｍｍを含んでいる。

【0050】

【表1】

【0051】

上記表１および図１７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、図１７（ａ）が断面形状パターンＡにおける基準断面（バリ付；比較例）で従来のようにバリを含む外周部へ機械加工を施してない熱間鍛造後のままの断面形状を有した鍛造サスペンション部材であり、図１７（ｂ）、（ｃ）が本発明例であり、バリを含むリブ５、６の外周部へそれぞれ機械加工を行った断面形状を有した鍛造サスペンション部材であり、図１７（ｂ）と（ｃ）ではリブ５、６の高さを変えてある。また、図１７（ａ）〜（ｃ）においては、図２に示す位置と同じ位置に設けられる曲げ中心軸（図示せず）まわりの面内曲げの断面係数Ｚが一致するよう断面設計され、本発明の軽量化率を検証できるように設定してある（上記表１参照）。

【0052】

同様に、上記表１および図１７（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）に示すように、図１７（ｄ）が断面形状パターンＢにおける基準断面（バリ付；比較例）で従来のようにバリを含む外周部へ機械加工を施してない熱間鍛造後のままの断面形状を有した鍛造サスペンション部材であり、図１７（ｅ）、（ｆ）が本発明例であり、バリを含むリブ５、６の外周部へそれぞれ機械加工を行った断面形状を有した鍛造サスペンション部材であり、図１７（ｅ）と（ｆ）ではリブ５、６の高さを変えてある。また、図１７（ｄ）〜（ｆ）においては、図２に示す位置と同じ位置に設けられる曲げ中心軸（図示せず）まわりの面内曲げの断面係数Ｚが一致するよう断面設計され、本発明の軽量化率を検証できるように設定してある（上記表１参照）。

【0053】

同様に、上記表１および図１７（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）に示すように、図１７（ｇ）が断面形状パターンＣにおける基準断面（バリ付；比較例）で従来のようにバリを含む外周部へ機械加工を施してない熱間鍛造後のままの断面形状を有した鍛造サスペンション部材であり、図１７（ｈ）、（ｉ）が本発明例であり、バリを含むリブ５、６の外周部へそれぞれ機械加工を行った断面形状を有した鍛造サスペンション部材であり、図１７（ｈ）と（ｉ）ではリブ５、６の高さを変えてある。また、図１７（ｇ）〜（ｉ）においては、図２に示す位置と同じ位置に設けられる曲げ中心軸（図示せず）まわりの面内曲げの断面係数Ｚが一致するよう断面設計され、本発明の軽量化率を検証できるように設定してある（上記表１参照）。

【0054】

また、３つの断面形状パターン（Ａ、Ｂ、Ｃ）に関して、それぞれ上記表１内に示す（１）｛リブ高さ一定；それぞれ、図１７（ｂ）、（ｅ）、（ｈ）に対応｝は、高い軽量化率を重視するために、リブ５、６の高さをそれぞれ比較例である図１７（ａ）、（ｄ）、（ｇ）と同一にした例である。また、同（２）｛リブ高さ可変；それぞれ、図１７（ｃ）、（ｆ）、（ｉ）に対応｝は、熱間鍛造しやすい形状に近づけることで不良率低減や金型の長寿命化、機械加工の速度を重視するために、リブ５、６の高さをそれぞれ図１７（ｂ）、（ｅ）、（ｈ）に比べて低くした例である。

【0055】

上記表１の（１）（すなわち、それぞれ図１７（ｂ）、（ｅ）、（ｈ）に示すように、機械加工が行なわれた断面形状をなす）の場合は、それぞれ約２６％、約１６％、約９％の軽量化率（断面積Ｓは、それぞれ約２０％、約１０％、約１０％の減少率）が可能であった。また、上記表１の（２）（すなわち、それぞれ図１７（ｃ）、（ｆ）、（ｉ）に示すように、機械加工が行なわれた断面形状をなす）の場合は、それぞれ約１７％、約１１％、約７％の軽量化率（断面積Ｓは、それぞれ約１０％、約１０％、約１０％の減少率）が可能であった。なお、上記表１の（１）、（２）ともに、鍛造サスペンション部材の断面の幅Ｗが狭いほど、それぞれ軽量化率は高くなった。このように、本発明を適用することによって、従来のアルミニウム合金製鍛造サスペンション部材から約１０〜２０％前後の軽量化を実現できることが判明した。

【0056】

なお、本実施例においては、バリを含むリブ５、６の外周部へそれぞれ機械加工を行った場合について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。上述したように、ウエブ８に対しても機械加工を施し薄肉化することで、軽量化率はさらに高くできる。例えば、３つの断面形状パターン（Ａ、Ｂ、Ｃ）の（１）において、ウエブ８の肉厚を６ｍｍから４ｍｍに薄くすることで、強度上への影響は小さいにも拘らず、約６％、約１０％、約１４％のさらなる軽量化がそれぞれ可能となる。この場合は、鍛造サスペンション部材の断面の幅Ｗが広いほど、それぞれ軽量化率は高くなった。

【符号の説明】

【0057】

１ 熱間鍛造によって製造されたサスペンション部材（機械加工を行う前の形状）
２ ボールジョイント支持部
３、４ ブッシュ支持部
５、６、７、３１ リブ
５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、３０ａ、３０ｂ、３０ｄ、３０ｅ 外側面
５ｃ、６ｃ、３０ｃ、３０ｆ バリ
８、３０ ウエブ
９ アーム部
１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７，１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、３２、３３、３４、３５、３６、３７ 機械加工を行う領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】