JP2001150917A - 中空スタビライザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 材料に溶接管を用いた場合の問題点が解決さ
れ、耐久性が向上する中空スタビライザを提供する。 【解決手段】 溶接管２０を用いた中空スタビライザ１
０であって、溶接部２４の肉厚ｔ２が母材部２３の肉厚
ｔ１以下となるように、溶接管２０の内面ビードを除去
することによって内面ビード除去部２５が形成されてい
る。母材部２３に対する内面ビード除去部２５の肉厚減
少率は１５％以下で、かつ、母材部２３と内面ビード除
去部２５との肉厚差を０．５ｍｍ以下とする。内面ビー
ド除去部２５の幅Ｗ１は内面ビードの幅以上である。母
材部２３と内面ビード除去部２５との境を滑らかに連続
させるために、内面ビード除去部２５の幅方向の断面形
状を弧状に僅かに湾曲した浅い凹面としている。

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。中空スタビライザに使用される材
料は、主として溶接管（電縫管とも称される）が使われ
ている。また必要に応じて、溶接管に引抜き加工などの
縮径加工を行う場合もある。

【０００３】前記溶接管の内面と外面には、造管時に溶
接ビードと呼ばれる凸部が管の軸線方向に形成される。
この溶接ビードは、溶接突き合わせ部を管の内面と外面
とに突出させたものであり、溶接強度を高める上で不可
欠である。しかしこの溶接ビードは、形状的に応力集中
を生じやすく、金属組織の結晶粒が粗大化していること
があり、不純物の混入量も多い。このため溶接管をその
まま中空スタビライザの材料に用いると、前記溶接ビー
ドがスタビライザの疲労強度に悪影響を及ぼす要因とな
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような溶接管にお
いて、外面側の溶接ビードは切削等によって比較的容易
に除去することができるし、溶接管の外面はスタビライ
ザ製造工程における熱処理や外面ショットピーニングに
よって母材部と同等レベルまで溶接部の疲労強度を高め
ることができる。しかし管の内面側は、溶接ビードの形
状管理が難しく、しかも長尺な管の内面にショットピー
ニングを行うことが困難なことなどから、内面を強化す
ることが難しく、疲労強度がばらつきやすいなどの問題
がある。

【０００５】そこで、内面側に溶接ビードが残っている
溶接管を用いる従来の中空スタビライザにおいては、溶
接管の円周方向に関してスタビライザ使用時に発生する
応力が比較的低い領域に溶接ビードが位置するようにス
タビライザを成形することもある。但しその場合、スタ
ビライザ成形時に溶接ビードの位置を管理する必要があ
り、溶接ビードの位置を自由に設定できないという不便
さがあった。

【０００６】従って本発明の目的は、材料に溶接管を用
いる場合の問題点を解決し、耐久性の高い中空スタビラ
イザ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
本発明は、材料に溶接管を用いた中空スタビライザであ
って、前記溶接管の内面側に、溶接部の肉厚が母材部の
肉厚以下となるように溶接ビードを除去した内面ビード
除去部を、該溶接管の軸線方向に沿って形成したことを
特徴とする。本発明に用いる溶接管は、必要に応じてダ
イス等を用いて縮管加工を行ったものでもよい。前記内
面ビード除去部は、例えば溶接管の造管時に管の内面に
挿入されたバイト等の切削工具を用いて、溶接部を軸線
方向に引っ掻くことなどによって形成される。

【０００８】この発明において、好ましくは、母材部に
対する内面ビード除去部の肉厚減少率が１５％以下でか
つ母材部と内面ビード除去部との肉厚差を０．５ｍｍ以
下とするとよい。また、内面ビード除去部の幅を溶接ビ
ードの幅以上とし、かつ、母材部と内面ビード除去部と
の境に段差が生じないように母材部と内面ビード除去部
とを滑らかに連続させることが望まれる。この場合、内
面ビード除去部の幅方向の断面形状が弧状に僅かに湾曲
した浅い凹面をなすように成形するとよい。

【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６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１３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ることによ
り、図３に示すように湾曲部１６が形成されている。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】図１は、この中空スタビライザ１０の径方
向の断面を示している。この中空スタビライザ１０の材
料は溶接管２０である。図５に示すように造管直後の溶
接管２０Ａには、その内面側と外面側とにそれぞれ溶接
管２０Ａの軸線方向に沿う溶接ビード２１，２２が形成
されている。これら溶接ビード２１，２２は、母材部２
３よりも肉厚が増加している。外面側の溶接ビード２２
は、機械加工等によって比較的容易に除去できるため、
従来の溶接管を用いた中空スタビライザは、図９に示す
ように内面側の溶接ビード２１が残った状態で使用され
ていた。

【００１２】この実施形態の中空スタビライザ１０は、
図１に示すように外面側と内面側の溶接ビード２１，２
２がいずれも除去されていて、しかも溶接管２０の内面
側には、溶接部２４の肉厚が母材部２３の肉厚以下とな
るように内面側の溶接ビード２１を除去することによ
り、内面ビード除去部２５が形成されている。

【００１３】内面ビード除去部２５の幅Ｗ１は溶接ビー
ド２１の幅Ｗ２（図５に示す）以上とすることにより、
溶接ビード２１の一部が溶接管２０の内面に残らないよ
うにしている。しかも母材部２３と内面ビード除去部２
５との境に段差が生じないように、母材部２３と内面ビ
ード除去部２５とが滑らかに連続するように加工してい
る。例えばこの実施形態では、内面ビード除去部２５の
幅方向の断面形状を弧状に僅かに湾曲した浅い凹面とな
るように、バイト等の切削用工具によって溶接管２０の
内面が加工されている。

【００１４】内面ビード除去部２５を形成するには、図
６に示すように、平板状の金属材料２７から溶接管２０
Ａが造管される箇所において、開口部分２８から溶接管
２０Ａの内部にロッド２９を挿入し、このロッド２９の
先端部に設けたバイト３０によって造管直後の溶接部２
４の内面を溶接管２０Ａの軸線方向に引っ掻く。このこ
とにより、溶接管２０Ａの製造と同時に内面ビード除去
部２５を連続的に能率良く加工することができる。な
お、溶接管２０Ａを製造した後に、溶接管２０Ａの内部
に切削用の工具を挿入し、この工具によって内面ビード
除去部２５を加工してもよい。

【００１５】この発明の目的に沿う溶接管２０は、母材
部２３の肉厚ｔ１に対する内面ビード除去部２５の肉厚
ｔ２の減少率［（ｔ１−ｔ２／ｔ１）×１００］を、１
５％以下にすることが望まれ、さらに好ましくは肉厚の
減少率を１０％以下にするとよい。肉厚の減少率が１５
％を越えると、溶接管２０の外面側の応力が過大とな
り、疲労強度に悪影響が生じることがある。

【００１６】また、母材部２３と内面ビード除去部２５
の肉厚差が０．５ｍｍを越えると、内面ビード除去部２
５をバイト等の工具によって切削する際の切削抵抗が過
大となり、工具の支持が不安定となって振動が生じるな
どの不具合を生じる。このため、肉厚の大きい溶接管の
場合に、最大肉厚差が０．５ｍｍを越えないようにする
ことが望まれる。

【００１７】次表１は、前記実施形態に沿う中空スタビ
ライザ１０と、下記比較例１，２，３との耐久試験を行
った結果を示している。

【００１８】

【表１】

【００１９】表１中の実施例と各比較例１〜３に使用し
た溶接管（ＳＡＥ１０Ｂ２２）炭素鋼電縫管）は、いず
れも外径がφ１５．９ｍｍ，母材部の肉厚が２．９ｍｍ
である。この明細書で言う溶接位置とは、図４に示すよ
うに溶接管２０の径方向の断面において、溶接管２０の
中心Ｃと溶接部２４とを結ぶ線分Ｌが、湾曲部１６の内
側を向く基準線Ｈに対してなす角度θである。

【００２０】この耐久試験に用いた実施例の溶接管２０
は、母材部２３と内面ビード除去部２５との前記肉厚差
が０．２ｍｍである。その溶接位置は、使用時に比較的
高い応力が生じるθ＝９０°の位置となるようにスタビ
ライザを成形した。成形後に焼入れおよび焼戻しの熱処
理を行うことなどにより、１２２０Ｎ／ｍｍ² の強度を
有するように調質した。

【００２１】この実施例は、溶接部２４が比較的応力の
高い位置（溶接位置θ＝９０°）にあるにもかかわら
ず、耐久試験では、溶接部以外の母材部２３外面におい
て折損した。すなわち溶接管２０の内面側に内面ビード
除去部２５を形成したことにより、疲労強度が格段に向
上した。言い換えると、従来と同等の耐久回数であれば
より高応力で使用することが可能となり、その結果、中
空スタビライザをさらに軽量化できることになる。

【００２２】比較例１は、溶接管の内面側のビードを除
去せず、溶接位置が比較的応力の高い９０°の位置とな
るようにスタビライザを成形した。この比較例１の疲労
強度（耐久回数）は本発明の実施例の３分の１程度と低
く、内面側の溶接部において折損した。

【００２３】比較例２は、溶接管の内面ビードを除去せ
ずに用い、かつ、溶接位置が比較的応力の低いθ＝１８
０°の位置となるようにスタビライザを成形した。この
比較例２は比較例１よりも高い疲労強度を示したが、耐
久回数（折損に至る回数）のばらつきが大きく、一部の
試験品は溶接部の内面側において１３万回程度で折損を
生じた。このような回数で折損する場合、製品の設計応
力としては低い回数の方を基準として応力を設定せざる
をえず、このため製品仕様上は比較例１と同様に低応力
で使用せざるを得ない。

【００２４】比較例３は、図７に示すように、内面ビー
ド２１を０．１ｍｍ程度の高さを残して除去したもので
ある。そして溶接位置が比較的応力の高い９０°の位置
となるようにスタビライザを成形した。この比較例３の
耐久試験結果は、いずれも比較例１と同等で、疲労強度
は低レベルであり、しかもいずれの試験品も内面ビード
において折損を生じた。この比較例３のように、溶接ビ
ード２１を中途半端に除去したのでは、溶接ビード２１
を除去しないものと同等の疲労強度しか発揮することが
できない。つまり本発明の目的を達成するには、溶接ビ
ード２１の一部が残らないように完全に除去することが
必要である。

【００２５】なお、図８に示す内面ビード除去部２５′
のように、溶接部２４の肉厚が母材部２３の肉厚よりも
薄くなるように形成したとしても、内面ビード除去部２
５′と母材部２３との境に肉厚が急に変わる段差４０が
生じていると、疲労強度が低下してしまう。前述した図
１の実施形態のように、母材部２３と内面ビード除去部
２５との境が滑らかに連続する浅い凹曲面が望ましいの
である。

【００２６】

【発明の効果】請求項１に記載した発明によれば、溶接
管を用いる場合の問題点が解決され、耐久性の高い中空
スタビライザを提供できる。溶接管を用いた従来の中空
スタビライザは、発生応力の比較的低い領域に溶接部が
位置するようにスタビライザを成形していたが、この発
明によれば、溶接部の位置の制約を解消あるいは緩和す
ることが可能である。中空スタビライザの外面側はショ
ットピーニング等によって比較的容易に強化することが
できるため、この発明のように溶接管の内面側を強化で
きれば、中空スタビライザの強度をさらに向上させるこ
とができる。

【００２７】請求項２に記載した発明によれば、請求項
１による効果に加えて、溶接管の肉厚の大小にかかわら
ず耐久性の高い中空スタビライザが得られる。請求項３
に記載した発明によれば、母材部と内面ビード除去部と
の境に応力集中を生じることが回避でき、安定した耐久
性を発揮できる。請求項４に記載した発明によれば、バ
イト等の切削用工具によって、この発明の目的に沿う形
状の内面ビード除去部を比較的容易に形成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態を示す中空スタビライザ
の溶接管の径方向の断面図。

【図２】 図１に示された中空スタビライザを備えた懸
架機構の一部の斜視図。

【図３】 中空スタビライザの湾曲部を示す平面図。

【図４】 図３中のＦ４−Ｆ４線に沿う溶接管の断面
図。

【図５】 造管直後の内面ビードと外面ビードを有する
溶接管の断面図。

【図６】 内面ビードを除去する装置の概要を示す平面
図。

【図７】 内面ビードの一部が除去された溶接管を示す
断面図。

【図８】 内面ビード除去部の他の形態を示す溶接管の
断面図。

【図９】 外面ビードが除去された従来の溶接管の断面
図。

【符号の説明】

１０…中空スタビライザ ２０…溶接管 ２１…溶接ビード ２３…母材部 ２４…溶接部 ２５…内面ビード除去部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶接管を用いた中空スタビライザであっ
   て、 前記溶接管の内面側に、溶接部の肉厚が母材部の肉厚以
   下となるように溶接ビードを除去した内面ビード除去部
   を、該溶接管の軸線方向に沿って形成したことを特徴と
   する中空スタビライザ。
2. 【請求項２】母材部に対する前記内面ビード除去部の肉
   厚減少率が１５％以下でかつ前記母材部と前記内面ビー
   ド除去部との肉厚差を０．５ｍｍ以下としたことを特徴
   とする請求項１記載の中空スタビライザ。
3. 【請求項３】前記内面ビード除去部の幅が前記溶接ビー
   ドの幅以上であり、しかも母材部と内面ビード除去部と
   の境に段差が生じないように母材部と内面ビード除去部
   とを滑らかに連続させたことを特徴とする請求項１記載
   の中空スタビライザ。
4. 【請求項４】前記内面ビード除去部の幅方向の断面形状
   が弧状に湾曲した凹面をなすことを特徴とする請求項３
   記載の中空スタビライザ。