JP2000233625A - 中空スタビライザの製造方法 - Google Patents

中空スタビライザの製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電縫管の問題点を解消し、中空スタビライザ
の実用化を促進できるような中空スタビライザの製造方
法を提供する。 【解決手段】 中空スタビライザの製造方法において、
大径な電縫管を熱間で縮管加工することにより素管を得
るとともにこの素管をコイル状に巻取る素管製造工程S
1と、前記素管を減面率が30%以上となるように冷間
で引抜き加工を行なうことによって肉厚比が前記電縫管
の肉厚比よりも大きい0.20〜0.27で、引張強さ
が800〜1000N/mm2 の厚肉パイプ材を得る冷
間引抜き工程S2と、必要に応じて行なう内面ショット
ピーニング工程S3と、前記厚肉パイプ材を冷間で所望
のスタビライザ形状に曲げ成形する成形工程S4と、成
形工程S4後に300〜450℃の温度で歪み取り焼鈍
を行なう焼鈍工程S5と、焼鈍後にショットピーニング
を行なうショットピーニング工程S6とを具備してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、自動車等の車両
に使用される中空スタビライザの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、車両のロール剛性を高める手
段として、スタビライザが採用されている。また、車両
の軽量化を図るために、パイプ材を用いた中空スタビラ
イザも知られている。図6は従来の中空スタビライザの
製造工程を示している。従来の中空スタビライザは、一
般に低炭素鋼(炭素量0.2〜0.3%)の電縫管を所
望のスタビライザ形状に冷間成形したのち加熱し、焼入
れおよび焼戻しの熱処理を行なうことによって調質し、
さらにショットピーニングを行なっている。
【0003】上記電縫管は、熱間圧延フープ材を周知の
ロールフォーミング法によって造管しつつその管軸方向
に沿う継ぎ目を溶接するようにしている。このためロー
ルフォーミング法によって造管できるパイプの肉厚比す
なわち(肉厚/外径)をあまり大きくすることができ
ず、肉厚比が0.15〜0.17を越えるような厚肉電
縫管の製造は通常の設備では実施困難であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このため電縫管からな
る中空スタビライザは、これまでのところ肉厚比が比較
的小さい薄肉管を使用せざるを得なかった。薄肉管は、
従来の中実材料からなるスタビライザに比較して軽量化
を図る上では有効であるが、肉厚比が小さくなればなる
ほど、つまり薄肉管になるほど、スタビライザの設計応
力(スタビライザ形状とばね定数を一定とした場合の基
準応力)が大きくなるため、応力面で制約を受けやすく
なる。すなわち、スタビライザの設計上、応力に余裕が
ある場合には電縫管を用いた中空スタビライザを採用す
ることができ、その場合に中実スタビライザと比較して
50%以上の軽量化を達成できる。
【0005】しかしながら、設計上、応力が高い中空ス
タビライザについては、電縫管で入手可能な上限の肉厚
比0.15〜0.17(軽量化率で40%〜35%)の
電縫管を用いても、設計基準をクリアーすることができ
ないことがあり、その場合には中実材が使用されること
になる。従って中空スタビライザは、その軽量化のメリ
ットにかかわらず、スタビライザ全体の数十%に採用さ
れているに過ぎないのが現状であった。
【0006】従って本発明の目的は、電縫管の問題点を
解消し、中空スタビライザの実用化を促進できるような
中空スタビライザの製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記目的を果たすための
本発明の製造方法は、大径な電縫管を熱間で連続的に縮
管加工することにより素管を得るとともにこの素管をコ
イル状に巻取る素管製造工程と、前記素管を減面率が3
0%以上となるように冷間で引抜き加工を行なうことに
よって肉厚比(t/d)が前記電縫管の肉厚比よりも大
きい0.20以上0.27以下で引張強さが800〜1
000N/mm2 の厚肉パイプ材を得る冷間引抜き工程
と、前記冷間引抜き工程によって得られた厚肉パイプ材
を冷間で所望のスタビライザ形状に曲げ成形する成形工
程とを具備している。
【0008】この発明は請求項2,3に記載したよう
に、成形工程後に300℃から450℃の温度で前記厚
肉パイプ材の歪み取り焼鈍を行なう焼鈍工程と、この焼
鈍工程後に前記厚肉パイプ材を室温まで冷却したのち、
もしくは焼鈍工程直後の300〜400℃の温度にある
うちにショットピーニングを行なうショットピーニング
工程とを具備することを含んでいる。さらにこの発明は
請求項4,5に記載したように、前記成形工程を行なう
前に前記厚肉パイプ材の内面にショットピーニングを行
なう内面ショットピーニング工程を具備することも含ん
でいる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施形態につい
て、図1から図5を参照して説明する。図2に一例を示
した中空スタビライザ10は、車体(図示せず)の幅方
向に延びる主部11と、主部11の両端に連なる左右一
対のアーム部12とを有している。主部11はゴムブッ
シュ14等を介して車体側に支持され、アーム部12の
端末12aは左右のサスペンション機構15にスタビラ
イザリンク(図示せず)等を介して連結される。
【0010】主部11やアーム部12は車体側の部品や
サスペンション機構15との干渉を避けるために、数か
所ないし十数か所において曲げ加工が施されている。こ
のスタビライザ10を有する車両がカーブ走行する際な
どのように、左右のサスペンション機構15に上下逆相
の入力があったとき、左右のアーム部12が互いに逆方
向に撓むとともに主部11がねじられ、このスタビライ
ザ10は車体の横揺れを抑制するばねとして機能する。
【0011】次に本発明に係る中空スタビライザの製造
方法について、図1等を参照して説明する。まず、素管
製造工程S1において、スタビライザの製品外径よりも
大径な電縫管を熱間で連続的に縮管加工することによ
り、この電縫管よりも径の小さい長尺な素管20a(図
3に断面を示す)を得るとともに、この素管20aを直
径数メートル程度のコイル状に巻取り、いわゆるPIC
(Pipe In Coil)を得る。素管20aの肉厚比(t′/
d′)は0.2未満である。この素管製造工程S1での
縮管加工は、例えば炭素鋼のオーステナイト化温度(例
えば750℃〜900℃以上)で行なわれる。
【0012】前記電縫管は炭素量が0.45重量%以下
の熱間圧延フープ材を材料とし、周知のロールフォーミ
ング法によって造管しつつ、その管軸方向に沿う継ぎ目
を連続的に高周波誘導溶接することによって製造され
る。
【0013】次いで冷間引抜き工程S2において、前記
素管20aを減面率が30%以上となるように、ダイス
と浮きプラグ等を用いて冷間で引抜き加工を行なう。こ
の明細書で言う冷間とは、積極的に加熱しない室温程度
(常温:例えば15℃)を意味するが、加工熱による温
度上昇や、それ以外の要因による多少の温度上昇は冷間
の概念に含むものとする。減面率は[(加工前の断面積
−加工後の断面積)/加工前の断面積]×100で表さ
れる。
【0014】前記冷間引抜き工程S2により、肉厚比
(t/d)すなわち(肉厚/外径)を0.20〜0.2
7に増加させるとともに、引張強さσB が800〜10
00N/mm2 のストレートな厚肉パイプ材20b(図
4に断面を示すPIC引抜管)を得る。炭素鋼では減面
率を大きくするほど引張強さを高めることができ、鋼種
に応じて減面率を加減することによって、所望の引張強
さを得ることが可能である。なお、冷間で行なわれるパ
イプ引抜き加工の減面率は、通常45%が限界である。
【0015】図5は、米国自動車技術会(SAE)で規
定されている鋼種SAE1022とSAE1541につ
いて、減面率と引張強さとの関係を示している。これ以
外の鋼種でも図5と同様の傾向がみられる。SAE10
22はFeを主成分として、Cが0.17〜0.23,
Mnが0.70〜1.00(いずれも重量%),残部が
微量のSiとPおよびSなどである。SAE1541も
Feを主成分として、Cが0.36〜0.45,Mnが
1.30〜1.65(いずれも重量%),残部が微量の
SiとPおよびSなどである。
【0016】上記冷間引抜き工程S2において素管20
aを強加工することにより、従来の中実スタビライザあ
るいは中空スタビライザの製造工程で行なわれていた焼
入れおよび焼戻しの熱処理を実施することなく、前述の
引張強さσB を有する厚肉パイプ材20bが得られる。
この厚肉パイプ材(PIC引抜管)20bは所定のスタ
ビライザ長さに切断される。
【0017】冷間引抜き工程S2を実施したのち、成形
工程S4を行なう前に、例えば後述する実施例6のよう
に、必要に応じて内面ショットピーニング工程S3を行
なってもよい。内面ショットピーニング工程S3では、
ストレートな形状の厚肉パイプ材20bの内面に、直圧
式のショットブラスト装置によって多数のショットを圧
搾空気と共に打付け、厚肉パイプ材20bの内面表層部
に圧縮の残留応力を生じせしめる。この場合、直管状態
のパイプ材20bにショットピーニングを行なうことに
なるためショットブラスト装置が複雑化せず、実施が容
易である。
【0018】そして成形工程S4において、成形機等を
用いて厚肉パイプ材20bを冷間で曲げ加工することに
より、主部11やアーム部12などが所望のスタビライ
ザ形状に成形される。また、アーム部12の端末12a
の成形等も行なわれる。
【0019】成形工程S4を実施したのち、焼鈍工程S
5において、厚肉パイプ材20bをオーブン等によって
300℃〜450℃に加熱し、この温度で適当な時間
(例えば数十分)保持することにより、厚肉パイプ材2
0bの歪み取り焼鈍が行なわれる。この焼鈍工程S5に
より、成形工程S4後に厚肉パイプ材20bに残留して
いる有害な残留応力が除去されることになる。
【0020】焼鈍工程S5を実施したのち、ショットピ
ーニング工程S6において、厚肉パイプ材20bの外面
にショットピーニングが行なわれる。このショットピー
ニング工程S6は、下記実施例1,3,5のように厚肉
パイプ材20bの温度が室温まで下がった状態において
実施されることもあるし、あるいは、下記実施例2,
4,6のように焼鈍工程S5の直後に厚肉パイプ材20
bが300℃から400℃の温度にあるうちに行なわれ
ることもある。
【0021】最後に、塗装工程S7において中空スタビ
ライザ10の外面に防錆塗装が施され、必要に応じて内
面にも防錆処理が施される。そして所定の検査等をパス
したものが中空スタビライザ10として完成する。
【0022】下記表1は、本発明の技術思想に基いて設
計された中空スタビライザの設計例1〜3について、そ
の設計応力や軽量化率等を従来技術1(中実丸棒)およ
び従来技術2(電縫管)と比較したものである。
【0023】
【表1】
【0024】表1に示されるように、軽量化率に関して
は従来技術2(電縫管)が最も優位であるが、従来技術
2は従来技術1と比較して応力増加率が大きすぎるた
め、使用条件等によっては耐久性が悪化することが懸念
される。前述した厚肉パイプ材を用いる設計例1〜3
は、いずれも軽量化率が30%〜20%と軽量化率に関
しては従来技術2よりも少ないが、応力増加率は低く抑
えられているため、中実丸棒からなる従来技術1と同等
レベルの設計応力で中空スタビライザを実現可能であ
る。
【0025】表1の設計に基き、従来の外径15mmの
中実スタビライザを中空化するために、実施例1〜4に
ついてそれぞれ3個ずつのサンプルの耐久特性(疲労強
度)の確認試験を行ない、比較のためにまとめた結果を
下記表2に示した。表2中の従来例1,2と実施例1〜
4は、互いに共通のスタビライザ形状でばね定数(剛
性)も同一であり、それぞれが同一撓み(変位)で15
万回以上の耐久性を有することが基準となっている。
【0026】
【表2】
【0027】表2中の実施例1と実施例3は、前記製造
プロセス(図1)で説明した素管製造工程S1と、冷間
引抜き工程S2と、成形工程S4と、焼鈍工程S5と、
室温で行なうショットピーニング工程S6を経て中空ス
タビライザを製造した。実施例2と実施例4は、素管製
造工程S1と、冷間引抜き工程S2と、成形工程S4
と、焼鈍工程S5と、焼鈍直後の300〜400℃で行
なうショットピーニング工程S6を経て中空スタビライ
ザを製造したものである。
【0028】表2中の従来例1は、中実丸棒に焼入れと
焼戻しの熱処理を行なうことによって、1270N/m
2 の強度を有するように調質された中実スタビライザ
であり、重量は大きいが耐久回数については十分な値が
得られている。従来例2は、肉厚比が0.16の電縫管
に焼入れと焼戻しを行なうことによって、1220N/
mm2 の強度を有するように調質した中空スタビライザ
であり、軽量化率38%を達成できたが、耐久回数につ
いては、中実スタビライザ(従来例1)の3分の1から
4分の1程度に過ぎなかった。
【0029】これに対し本発明の実施例1〜4は、前述
の素管20aに冷間引抜き工程S2を実施することによ
って、焼入れ・焼戻しを行なうことなく950N/mm
2 または830N/mm2 の強度を厚肉パイプ材20b
(PIC引抜管)に与えたものであり、設計応力の増加
が極力抑えられているとともに、耐久性が従来例2に比
較して大幅に向上している。
【0030】特に実施例2では、焼鈍工程S5直後の3
00〜400℃の温度でショットピーニングしたことに
より、従来例1の中実スタビライザと同一レベルの耐久
性が得られている。このように300〜400℃の温度
でショットピーニングすることにより、厚肉パイプ材2
0bの表層部に加工硬化および歪時効による高強度化が
生じ、表層部の強度がショットピーニング前に比べて5
0〜100N/mm2程度向上するため耐久性の安定に
つながる。
【0031】次表3は、従来の中実スタビライザ(外径
27mm)を中空化する場合について、本発明の実施例
5,6の耐久特性(疲労強度)の確認試験を行ない、ま
とめた結果である。表3中の従来例3は、中実丸棒に焼
入れ・焼戻しの熱処理を行なうことによって、1270
N/mm2 の強度を有するように調質された中実スタビ
ライザである。
【0032】
【表3】
【0033】表3中の実施例5は、前述の素管製造工程
S1と、冷間引抜き工程S2と、成形工程S4と、焼鈍
工程S5と、室温で行なうショットピーニング工程S6
とを経て中空スタビライザを製造した。この実施例5
は、冷間引抜き工程S2を実施することによって、焼入
れ・焼戻しを行なうことなく950N/mm2 の強度を
厚肉パイプ材20bに与えたものであり、従来例3の中
実スタビライザと比較して僅かな設計応力増加ですみ、
耐久性に関しても目標の15万回を大きく上回ってい
る。
【0034】実施例6は、素管製造工程S1と、冷間引
抜き工程S2と、内面ショットピーニング工程S3と、
成形工程S4と、焼鈍工程S5と、焼鈍直後の300〜
400℃で行なうショットピーニング工程S6を経て中
空スタビライザを製造したものである。この実施例6で
は、内面ショットピーニング工程S3と、焼鈍直後の3
00℃〜400℃の温度でショットピーニング工程S6
を実施したことによって、従来例3の中実スタビライザ
と同一レベルの耐久性が得られている。
【0035】なお、軽量化率が35%を越えるようなパ
イプ材(肉厚比0.2未満)を用いると設計応力が上が
りすぎ、15万回未満で折損することがある。パイプ材
の引張強さが750N/mm2 以下の場合も15万回未
満で折損することが確認されている。冷間引抜き工程S
2において、厚肉パイプ材20bの肉厚比が0.2〜
0.27の範囲(軽量化率:20〜30%)となるよう
に加工すれば、表2に示されるように15万回以上の耐
久性を満足することができる。肉厚比が0.27を越え
るように加工することは、ダイス等を用いた現在のパイ
プ引抜き加工技術では実現が困難なだけでなく軽量化メ
リットがなくなる。
【0036】引張強さは材料中の炭素量によって大きく
左右される。例えば図5に示すようにSAE1022の
場合、引張強さ800N/mm2 を確保するには、30
%以上の減面率が必要である。さらに引張強さを高める
ためにC量の多い材料(例えばSAE1541)を用い
た場合には、減面率45%で引抜くことによって引張強
さ1000N/mm2 が確保されるが、それ以上の引張
強さはパイプ引抜き加工の限界上、製造が困難である。
またSAE1541の炭素量(0.45w%)を越える
材料は、電縫管製造時の溶接品質が不安定になることが
懸念されるため適切でない。
【0037】これらの理由から、冷間引抜き工程S2に
よって減面する厚肉パイプ材20bの肉厚比t/dを
0.20〜0.27に限定し、かつ、引張強さを800
〜1000N/mm2 に限定することにした。また、本
発明で用いる電縫管の炭素量は0.17〜0.45w%
が望まれる。
【0038】焼鈍工程S5における温度については、3
00℃未満では成形工程S4における塑性加工による有
害な残留応力の除去ができず、450℃を越える温度で
はパイプ材20bの軟化が始まってしまうことから、焼
鈍温度は300℃〜450℃の範囲が推奨される。
【0039】
【発明の効果】請求項1に記載した発明によれば、電縫
管を用いていながら従来の電縫管製の中空スタビライザ
の問題点を解消することができ、従来の中実スタビライ
ザに比較して十分な軽量化を図ることができるととも
に、所望の耐久性をクリアーすることができ、焼入れ焼
戻しの熱処理を省略できるため熱処理に必要な製造設備
やエネルギーも節約され、製造コストも下げることがで
きる。
【0040】請求項2に記載された発明によれば、請求
項1による効果に加えて、耐久性をさらに向上させるこ
とが可能となり、請求項3に記載された発明によれば、
耐久性をさらに向上させることができる。また請求項4
に記載された発明によれば、内面ショットピーニングに
よって耐久性をさらに向上させることができ、請求項5
に記載された発明によれば、耐久性を向上させる上でさ
らに有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の中空スタビライザの製造工程の一実
施形態を示すフローチャート。
【図2】 本発明の一実施形態を示す中空スタビライザ
と懸架機構の一部の斜視図。
【図3】 本発明の中空スタビライザに用いる素管の断
面図。
【図4】 図3に示された素管を冷間引抜き加工するこ
とによって得た厚肉パイプ材の断面図。
【図5】 冷間引抜き工程におけ減面率と引張強さとの
関係を示す図。
【図6】 従来の中空スタビライザの製造工程を示すフ
ローチャート。
【符号の説明】
10…中空スタビライザ 20a…素管 20b…厚肉パイプ材(PIC引抜管)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電縫管を熱間で連続的に縮管加工すること
    により素管を得るとともにこの素管をコイル状に巻取る
    素管製造工程と、 前記素管を減面率が30%以上となるように冷間で引抜
    き加工を行なうことによって肉厚比が前記電縫管の肉厚
    比よりも大きい0.20以上0.27以下で、引張強さ
    が800N/mm2 から1000N/mm2 の厚肉パイ
    プ材を得る冷間引抜き工程と、 前記冷間引抜き工程によって得られた前記厚肉パイプ材
    を冷間で所望のスタビライザ形状に曲げ成形する成形工
    程と、 を具備したことを特徴とする中空スタビライザの製造方
    法。
  2. 【請求項2】前記成形工程後に300℃から450℃の
    温度で前記厚肉パイプ材の歪み取り焼鈍を行なう焼鈍工
    程と、この焼鈍工程後に前記厚肉パイプ材を室温まで冷
    却したのちショットピーニングを行なうショットピーニ
    ング工程とを具備した請求項1記載の中空スタビライザ
    の製造方法。
  3. 【請求項3】前記成形工程後に300℃から450℃の
    温度で前記厚肉パイプ材の歪み取り焼鈍を行なう焼鈍工
    程と、この焼鈍工程後に前記厚肉パイプ材が300℃か
    ら400℃の温度にあるうちにショットピーニングを行
    なうショットピーニング工程とを具備した請求項1記載
    の中空スタビライザの製造方法。
  4. 【請求項4】前記冷間引抜き工程後、前記成形工程を行
    なう前に前記厚肉パイプ材の内面にショットピーニング
    を行なう内面ショットピーニング工程と、前記成形工程
    後に300℃から450℃の温度で前記厚肉パイプ材の
    歪み取り焼鈍を行なう焼鈍工程と、この焼鈍工程後に前
    記厚肉パイプ材を室温まで冷却したのちショットピーニ
    ングを行なうショットピーニング工程とを具備した請求
    項1記載の中空スタビライザの製造方法。
  5. 【請求項5】前記冷間引抜き工程後、前記成形工程を行
    なう前に前記厚肉パイプ材の内面にショットピーニング
    を行なう内面ショットピーニング工程と、前記成形工程
    後に300℃から450℃の温度で前記厚肉パイプ材の
    歪み取り焼鈍を行なう焼鈍工程と、この焼鈍工程後に前
    記厚肉パイプ材が300℃から400℃の温度にあるう
    ちにショットピーニングを行なうショットピーニング工
    程とを具備した請求項1記載の中空スタビライザの製造
    方法。
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