JPS63227741A - 車両用ナックル構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、鋼製のナックルスピンドルを球状黒鉛鋳鉄製
のナックル本体に組み付けてなる車両用ナックル構造の
改良に関する。

（従来の技術） 従来より、このような車両用ナックル構造として、例え
ば特開昭６０−１３８０４９号公報に開示されているよ
うに、ブレーキマウンティングブラケット部、ステアリ
ングアーム部、タイロッドアーム部およびナックルスピ
ンドル部を球状黒鉛鋳鉄で一体に成形したトラック用ス
テアリングナックルにオーステンパー処理を施すことに
より、その組織をベイナイトと残留オーステナイトとの
混在組織に改質し、これにより靭性２強度および耐摩耗
性等の物性を向上せしめるようにしたものが知られてい
る。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上述の如くオーステンパー処理によって生成
される残留オーステナイトは熱膨張を助長するという特
性を有しているため、上記の従来のものでは、ステアリ
ングナックル全体の熱膨張係数が大きくなる。特に、ナ
ックルスピンドル部は、ホイールハブがベアリングを介
して組み付けられるところであることから、熱膨張量が
大きくなると組付は時に設定したベアリングのプリロー
ドが大幅に変化してベアリングの信頼性が低下するとい
う問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、上述の如き車両のステアリングナッ
クルにおいて、その主構成部材であるナックル本体の組
織のみを改質することにより、その組織の特性によって
ナックル本体の靭性等の物性の向上を図り、なおかつ組
織の改質が行われていないナックルスピンドルにあって
は、その回転駆動時つまり実用温度範囲において、ナッ
クルスピンドルの熱膨張度合をナックル本体に比べて小
さくし得、これによりナックルスピンドルの軸受部とホ
イールハブとの間に介装されたベアリングのプリロード
の大幅な変化をなくしてベアリングの信頼性の向上を図
らんとすることにおる。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明の解決手段は、ベイ
ナイトと残留オーステナイトとの混在組織を有する球状
黒鉛鋳鉄製のナックル本体に鋼製のナックルスピンドル
を組み付ける構成とする。

また、この際、上記ナックル本体の残留オーステナイト
量を２５〜４５容量％の範囲に設定することが好ましい
。

（作用） 上記の構成により、本発明では、上述の如きステアリン
グナックルの主構成部材でおる球状黒鉛鋳鉄製のナック
ル本体は、その組織がオーステンパー処理によりベイナ
イトと残留オーステナイトとの混在組織に改質されてい
ることから、この残留オーステナイトの特性によりナッ
クル本体の靭性等の物性の向上が図られることとなる。

ざらに、ナックルスピンドルは鋼材にて形成されている
ことから、該ナックルスピンドルの回転駆動時つまり実
用温度範囲において、ナックルスピンドルの熱膨張度合
はナックル本体に比べて小さくなされ、これによりナッ
クルスピンドルの軸受部とホイールハブとの間に介装さ
れたベアリングのプリロードはオーステンパー処理した
場合に比べて大幅に変化することがなく、よってベアリ
ングの信頼性の向上が図られることとなる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る車両ナックル構造を自動
車の前輪懸架装置部分であるステアリングナックル１に
適用した場合を示し、２は該ステアリングナックル１の
主構成部材としてのナックル本体の１つを構成するナッ
クルアーム、３は一端側に軸受部３ａが形成され、他端
側か上記ナックルアーム２のスピンドル圧へ部２ａに圧
入されたナックルスピンドル、４は該ナックルスピンド
ル３の軸受部３ａにベアリング５を介して支承されたホ
イールハブである。

上記ナックルアーム２は、Ｃ２，６〜４．０重量％、ｓ
；　　１．５〜３．５重層％、ＭｒｌＯ。

１〜１．０重量％、Ｍｇ　０．００５〜０．０８重母％
、Ｐ０．０５重量％未満、３０．０３重量％未満、Ｍｏ
　　０．０３〜０．４０１ｉ％。

Ｃｕ　　０．３〜１．５重量％、Ｎｉ　０．１〜１゜５
重量％、残部がＦｅよりなり、かつ残留オーステナイト
量が２５〜４５容量％の範囲になるようオーステンパー
処理された。ベイナイトと残留オーステナイトとの混在
組織を有する球状黒鉛鋳鉄製のものである。

上記Ｃの含有量を２．６〜４．０重量％に設定したのは
、２．６重量％未満では鋳造性が悪化して健全な製品の
製造が困難となる一方、４．０重厘％を越えるとドロス
が発生し易くなって強度および耐摩耗性が低下すること
となって好ましくないからである。

また、３ｉの含有量を１．５〜３．５重量％に設定した
のは、これ以外の範囲では鋳造性が悪化することとなっ
て好ましくないからでおる。

さらに、Ｍｎの含有量を０．１〜１．０重石％に設定し
たのは、０．１重ｆｆ１％未満では焼入れ性を減じ、パ
ーライトの析出によって熱膨張ｉが小さくなるので不適
当でおる一方、１．０重量％を越えると炭化物が晶出し
易くなり、疲労強度特性を悪化させることとなって好ま
しくないからである。

また、Ｍｇの含有量を０．００５〜０．０８重量％に設
定したのは、黒鉛を球状化させるためにはこれたけ必要
だからでおる。

ざらに、Ｐの含有量を０．０５重量％未満に、Ｓの含有
量を０．０３＠母％未満にそれぞれ設定したのは、耐熱
性や強度等を確保するために不可欠だからである。

また、ＭＯの含有量を０．０３〜０．４０重量％に設定
したのは、０．０３重量％未満では焼入れ性を増し、疲
労強度を向上させ、ナックルアーム１仝体を均一なオー
ステナイト／黒鉛球状鋳鉄の組織となして適性な熱膨張
を得るというＭＯの効果を得ることができなくなる一方
、０．４０重量％を越えると共晶セル境界に炭化物とし
て晶出し、靭性が低下することとなって好ましくないか
らである さらに、Ｃｕの含有量を０．３〜１．５重量％に設定し
たのは、０．３型組％未満では焼入れ性を向上させ、さ
らに残留オーステナイトの生成を促進させるというＣｕ
の効果を得ることができなくなる一方、１．５重量％を
越えると球状化を阻害して機械的性質を損うこととなっ
て好ましくないからでおる。

また、Ｎｉの含有量を０．１〜１．５重量％に設定した
のは、０．１重量％未満では上記Ｃｕの場合と同様に焼
入れ性を向上させ、ざらに残留オーステナイトの生成を
促進させるというＮｉの効果を得ることができなくなる
一方、１．５重団％を越えると靭性が低下することとな
って好ましくないからでおる。なお、上記成分中、ＭＯ
，ＱｕおよびＮｉについてはナックルアーム２の肉厚に
応じて１種又は２種以上を選定すればよく、例えばＭｏ
−Ｎ　ｉ、Ｍｏ−ＣｕおよびＮｉ　−ＣＬＪ等の組合わ
せで用いると焼入れ性向上の効果が著しく、かつそれぞ
れ少量を複合化することで過剰添加による弊害を回避す
ることが可能となって好ましい。

ざらに、残留オーステナイト量は、鋳鉄の熱膨張係数、
疲労強度および硬度に影響を与、えるものであり、これ
を２５〜４５容量％の範囲に設定したのは、２５容量％
未満では衝撃強度が劣化し、足まわり部品として信頼性
を確保することができなくなる一方、４５容量％を越え
ると熱膨張係数が過大となってナックルアーム２のスピ
ンドル圧へ部２ａの温度変化が大きくなって好ましくな
く、さらには強度が低下するため部品設計重団が重くな
るからである。なお、残留オーステナイト量が２５〜４
５容量％の範囲に設定されたナックルアーム２の熱膨張
係数は、約１５　ｘ　１０−６／℃〜１７．５Ｘ１０’
／’Ｃである。

そして、上述の如きベイナイトと残留オーステナイトと
の混在組織を有する球状黒鉛鋳鉄製のナックルアーム２
を製作する手順は、下記の如くでおる。

まず、上記組成の鋳鉄つまりナックルアーム２の素材を
前処理工程に搬入して、加熱温度６５０〜９５０″Ｃ１
加熱時間０．５〜４．０時間の前処理条件の下で１段又
は２段の焼鈍を行い、フェライト量が７０容ε％になる
ように組織の均質化および鋳造歪の除去を行う。なお、
この前処理工程は例えば鋳造による残留歪が大きくなる
とき等に必要に応じて行われるものである。

次に、この前処理を終えたナックルアーム素材を１次加
工工程に搬入して、ナックルスピンドル３が圧入される
スピンドル圧へ部２ａのみ加工代を残し、その他の部分
に仕上げ加工を施す。

その後、この一部を残して仕上げ加工が施されたナック
ルアーム素材を、オーステナイト化処理工程と恒温変態
処理工程とからなるオーステンパー処理工程に搬入して
、該ナックルアーム素材に対しオーステンパー処理を施
す。この際における上記オーステナイト化処理工程での
オーステナイト化処理温度および時間は８００〜ｂ ５分以上に設定するのが好ましく、かつそれに続く恒温
変態処理工程での恒温変態処理温度および時間は３３０
〜ｂ するのが好ましい。

上記オーステナイト化処理温度は高いほど熱膨張量が大
きくなるという特性を有するが、この温度を８００〜９
３０℃に設定したのは、ａｏｏ’ｃ未満では均質なオー
ステナイト固溶体を得ることができなくなる一方、９３
０℃を越えると固溶炭素量が過剰となり、その結果、残
留オーステナイト量が増加して熱膨張係数の過大および
強度の低下をきたすこととなって好ましくないからであ
る。

また、オーステナイト化処理時間を１５分以上に設定し
たのは、１５分以上あれば十分に組織を均質化すること
ができるからでおる。

また、上記恒温変態処理温度を３３０〜４１０°Ｃに設
定したのは、３３０℃未満では引張強さは高いものの、
残留オーステナイト量が過少となる結果、伸びが大幅に
低下しかつ疲労強度が低下することとなって好ましくな
い一方、４１０℃を越えると引張強さおよび伸び共に低
下することとな好ましくないからである。また、恒温変
態処理時間を４．０時間以内に設定したのは、４．０時
間を越えると伸びが低下することとなって好ましくない
からである。

しかる後、上述の如くしてオーステンパー処理を終えた
ナックルアーム素材を防詰塗装工程に搬入して、該ナッ
クルアーム素材に対して電着塗装を施する。

次いで、この電着塗装が施されたナックルアーム素材を
２次加工工程に搬入して、該ナックルアーム素材の上記
スピンドル圧入部２ａに対して仕上げ加工を施し、ナッ
クルアーム２を得る。

一方、上記ナックルアーム２に組み付けられるナックル
スピンドル３は、例えば調質炭素鋼材。

合金鋼材、非調質鋼材および浸炭焼入鋼材等にて所定の
形状に成形されており、このナックルスピンドル３を圧
入力２〜８トンの圧入条件の下で上記ナックルアーム素
材のスピンドル圧入部２ａに圧入する。なお、このナッ
クルスピンドル３の熱膨張係数は１１　Ｘ　１０’／℃
〜１３　ｘ　１０−６／’Ｃである。

また、上記ナックルスピンドル３の軸受部３ａにベアリ
ング５を介して組み付けられるホイールハブ４は、一般
によく用いられている鋳鉄製のものであり、このナック
ルスピンドル３と上記ナックルアーム２とは熱膨張係数
が近似しており、実用温度範囲において両者の間に好適
なメタルクリアランスを維持できるようにつまりベアリ
ング５のプリロードを低減することができるようになさ
れている。

なお、上記ナックルスピンドル３とホイールハブ４との
間に介装されるベアリング５としては、熱膨張係数が例
えばホイールハブ４と同一か、あるいはナックルスピン
ドル３とホイールハブ４との中間である鋳鉄製のものを
用いるのが好ましい。

また、メタル材料を直接溶射等の手段を用いてホィール
ハブ４軸受部の内壁に接着することも採用可能である。

次に、このようにして構成された本実施例の具体例を比
較例と共に説明する。

（具体例■） Ｃ３，６０重量％、ｓ＋　　２．５５重量％。

Ｍｎ０．２１重足％、Ｎｉ　　Ｏ，４５重ｆｉ％。

Ｃｕ　　０．８０ｔ４％、Ｐ　　０．０２１重１％。

Ｓｏ、００９＠量％、Ｍｇ　Ｏ，０３５＠量％。

残部がｌ”ｅよりなる球状黒鉛鋳鉄製のナックルアーム
素材を用意し、このナックルアーム素材を、まず、前処
理工程に搬入して、加熱温度９２０℃、加熱時間２．０
時間の第１段目の焼鈍と、それに続く加熱温度７３０℃
、加熱時間３．０時間の第２段目の焼鈍とを行い、その
侵、５５０℃に温度に保持した状態で炉冷を行い、組織
の均質化および鋳造歪の除去を行う。次いで、１次加工
工程でスピンドル圧入部２ａを除く部分に対して仕上げ
加工を施した後、オーステンパー処理工程で、オーステ
ナイト化処理温度および７時間が８９０’ＣＸ２．０時
間の条件下で均質なオーステナイト固溶体とした後、３
９５℃のソルトヘ焼入れし、この温度で２．０時間恒温
変態させたのち空冷するオーステンパー処理を施すこと
により、球状黒鉛、ベイナイトおよび残留オーステナイ
トの混在した組織を生成せしめ、その後、２次加工工程
で上記スピンドル圧入部２ａに対して仕上げ加工を施し
てナックルアーム２を得た。この場合における機械的性
質は引張強さが１００Ｋｇｆ／Ｍｒ１２、伸びが１４％
であり、かつ残留オーステナイト量が３８容母％、熱膨
張係数が１６．３ｘ’ＩＯ−”／’Ｃであった。

また、ナックルスピンドル３としては、引張強ざが９５
ＫＩｆ／ｍｔｎ２　、伸びが２０％、熱膨張係数が１１
　、７Ｘ　１０’／’Ｃの調質炭素鋼材製のもの（ＪＩ
Ｓ　　５５５Ｃ）を用意した。

ざらに、ホイールハブ４としては、硬さがＨＢ１９５、
熱膨張係数が１１　、　Ｏｘ　１０−６／℃の片状黒鉛
鋳鉄製ものく組成：Ｃ３，５重量％、Ｓｉ２．ｏｆｆｉ
ｆｆ１％、Ｍｎ０．７重量％、Ｃｒ０．２重量％、残部
がＦｅ）を用意した。

そして、上記ナックルアーム２のスピンドル圧入部２ａ
にナックルスピンドル３を５トンの圧入力でもって圧入
し、かつ該ナックルスピンドル３の軸受部３ａに鋳鉄製
のベアリング５を介してホイールハブ４を組み付けた。

（比較例工） 上記具体例工におけるナックルアーム素材と同様の素材
を用いてナックルアームとナックルスピンドルとが一体
化したものを上記と同様の工程を経てオーステンパー処
理した。

また、ホイールハブとしては、上記具体例工と同様の片
状黒鉛鋳鉄製ものを用意した。

そして、上記ナックルスピンドルの軸受部に鋳鉄製のベ
アリングを介してホイールハブを組み付けた。

（比較例■） ナックルアームおよびナックルスピンドルとして上記具
体例工と同一材質のものを、ホイールハブとしては、ア
ルミニウム合金製もの（ＪＩＳＡＣ４Ｇ＞を用意した。

そして、上記ナックルアームのスピンドル圧入部にナッ
クルスピンドルを圧入し、かつ該ナックルスピンドルの
軸受部に鋳鉄製のベアリングを介してホイールハブを組
み付けた。

そして、上記具体例工および両比較例１．ＩＩにおいて
、各々ナックルスピンドルをベアリングを介して支承せ
しめた状態で、該ベアリングのプリロードの変化を調べ
た。その要領は、ナックルスピンドルを下に、ホイール
ハブを上に向けた状態で上記ナックルスピンドルをテー
ブル等の固定台上に固定し、ばね秤の掛合部を上記ホイ
ールハブのハブボルトに掛合させた状態で、上記ばね秤
をホイールハブの周方向に引っ張ることにより、ホイー
ルハブを回転させるのに要する引張り力をナックルスピ
ンドルの温度条件を変化せしめて測定した。このときの
測定データを第２図に示す。なお、測定順序としては、
まず、ナックルスピンドルを２５℃の状態で２時間保持
した直後に第１回目の測定を行い、次に５０’Ｃの状態
で２時間保持した直後に第２回目の測定をと、順次温度
を２５℃ずつ上昇させながら１７５℃まで測定を行った
。

なお、第２図中、・印は具体例■、Ｘ印は比較例■、Ｑ
印は比較例■であることをそれぞれ示す。

この測定データから明らかなように、ナックルスピンド
ルの温度が２５℃である初期セット時においては、具体
例工および両比較例■、■共、ホイールハブに対する引
張り力は約８００９の範囲にめった。そして、ナックル
スピンドルの温度が高くなるに従って、上記比較例工で
はホイールハブに対する引張り力が上昇している。この
ことは、ナックルスピンドルの熱膨張係数がオーステン
パー処理によって大きくなり、このため組付は時に設定
したベアリングのプリロードが高くなっていることによ
るものと推量される。また、比較例■ではナックルスピ
ンドルの温度が高くなるに従ってホイールハブに対する
引張り力が急激に低下している。このことは、ホイール
ハブがＡ、ｌ１合金製でおるため熱膨張係数がナックル
スピンドルに比べて高く、このためベアリングのプリロ
ードが低下してがたつきが生じているものと推最される
。

しかし、上記具体例■では、ナックルスピンドル３の温
度上昇に伴うホイールハブ４に対する引張り力は上記両
比較例工、■の場合に比べて変化が小さかった。このこ
とは、上記ナックルスピンドル３の熱膨張係数が比較例
工の場合に比べて小さく、つまりナックルスピンドル３
とホイールハブ４との熱膨張差が比較例工、■の場合に
比べて小さく、これによりメタルクリアランスが小さく
抑制されていることによるものである。したがって、具
体例■ではベアリング５のプリロードの変化が低減され
、その信頼性の向上を図り得ることが判る。しかも、ス
テアリングナックルの主構成部材であるナックルアーム
２の組織がオーステンパー処理によってベイナイトと残
留オーステナイトとの混在組織に改質されていることか
ら、全体としての靭性等の物性の向上を図ることができ
る。

また、上記具体例■におけるホイールハブ４の機械的強
度の試験をレギュレーション（運輸省技術基準）に基づ
き行った。その試験要領は、空気圧２．６Ｋｆｌ／ｃｒ
ｉに設定したタイＡ７をディスクホイールを介してホイ
ールハブ４に組み付け、該ホイールハブ４がベアリング
５を介して軸受部３ａに組み付けられたナックルスピン
ドル３を支持台の傾斜部にセットし、１トンの重りをク
インチ高さから上記タイヤに落下させることにより、損
傷の有無を調べるものである。そして、この衝撃試験の
結果、上記具体例のホイールハブ４には損傷が見られず
、上記基準を十分に満足するものであった。

また、上記ナックルアーム２の組成およびオーステンパ
ー処理条件は用途に応じて適宜選定すればよく、その具
体例■〜Ｘ■を比較例■〜Ｖと共に実験データを付して
表１および表２に示す。なお、画表１，２における熱処
理条件欄の上段はオーステナイト化処理条件を、下段は
恒温変態処理条件をそれぞれ示す。また、上記組成比欄
では各ナックルスピンドルの構成元素でおるＦｅは省略
した。また、各元素の含有量の単位は重量％でおる。

この実験データからも明らかなように、具体例■〜Ｘ■
においては、引張強ざおよび伸び共に上記具体例工の場
合と同様にｔＩ足する結果を得ることができ、かつ残留
オーステナイト量も２５〜４５容量％の範囲内にあった
。しかし、比較例■および比較例Ｖにおいては、恒温変
態処理温度が低いために引張強さは高いものの残留オー
ステナイト量が過少となる結果、伸びが大幅に低下した
。

また、比較例ＩＶにおいては、オーステナイト化処理温
度が高いために固溶炭素層が過剰となり、その結果、残
留オーステナイト量が増加し、しかも恒温変態処理温度
も高いために引張強さおよび伸び共に低下した。したが
って、上記具体例■〜Ｘ■においても、具体例工の場合
と同様にベアリング５のプリロードの変化を低減せしめ
てその信頼性の向上を図ることができるものでおる。

なお、上記実施例では、車両用ナックル構造を自動車の
前輪懸架装置部分であるステアリングナックルに適用し
た場合を示したが、これに限らず、例えばフォークリフ
ト等の後輪懸架装置部分に適用することも採用可能であ
る。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、球状黒鉛鋳鉄製
のナックル本体の組織をオーステンパー処理によりベイ
ナイトと残留オーステナイトとの混在組織に改質したの
で、残留オーステナイトの特性によりナックル本体の靭
性等の物性の向上を図ることができる。

さらに、上記ナックルスピンドルの回転駆動時つまり実
用温度節回において、ナックルスピンドルの熱膨張度合
がナックル本体に比べて小さくなっているので、ナック
ルスピンドルの軸受部とホイールハブとの間に介装され
たベアリングのプリロードはオーステンパー処理した場
合に比べて大幅に変化することがなく、よってベアリン
グの信頼性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る車両ナックル構造を自動
車の前輪懸架装置部分であるステアリングナックルに適
用した場合を一部破断して示す正面図、第２図は温度変
化に対するベアリングのプリロード変化を調べるために
測定した。ホイールハブに対するナックルスピンドルの
回転力を示す測定データである。 ２・・・ナックルアーム、３・・・ナックルスピンドル
第２図 湿炭（”Ｃ） 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ベイナイトと残留オーステナイトとの混在組織を
   有する球状黒鉛鋳鉄製のナックル本体に鋼製のナックル
   スピンドルを組み付けてなることを特徴とする車両のナ
   ックル構造。
2. （２）ナックル本体は、残留オーステナイト量が２５〜
   ４５容量％の範囲に設定されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第（１）項記載の車両のナックル構造。