JP2002331326A - 中空スタビライザおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
り求められる耐久性を得ることができ、設計の選択範囲
が広く中実スタビライザから中空スタビライザへの設計
変更に容易に対応する。 【解決手段】 電縫管を熱間または温間の温度範囲で縮
管して外径に対する肉厚の割合を18〜35%にする縮
管工程を行い、縮管された電縫管をスタビライザ形状に
冷間で成形する成形工程を行い、成形されたスタビライ
ザ半製品を焼入れ、焼戻しする熱処理工程を行い、次い
で、スタビライザ半製品にショットを投射するショット
ピーニングを行い、次いでスタビライザ半製品に塗装を
行う。
Description
に使用される中空スタビライザの製造方法に係り、特
に、耐久性を可及的に高める技術に関する。
剛性を高めるためにスタビライザが装着されており、こ
のスタビライザには、丸棒を材料とする中実スタビライ
ザと、軽量化を目的としてパイプを材料とした中空スタ
ビライザとがある。スタビライザでは、自動車に必要な
ロール剛性を得るために各車種毎にバネ定数が設定さ
れ、そのために中実スタビライザでは線径が選定され
る。自動車の軽量化のために中実スタビライザを中空ス
タビライザに設計変更する場合には、ロール剛性を維持
するために中空スタビライザの外径は必然的に中実スタ
ビライザの線径よりも大きくなる。その結果、中空スタ
ビライザでは、中実スタビライザに負荷される荷重と同
じ荷重が負荷された場合に、発生する応力は中空スタビ
ライザの方が大きい。この応力の増加率は、パイプであ
る鋼管の肉厚比(肉厚t/外径D)と中空スタビライザ
に求められる軽量化率に依存する。
タビライザへの設計変更を可能とするには、材料として
の最適な鋼管の選定、熱処理の実施、曲げ加工方法の工
夫による曲げ部の扁平化等のダメージの軽減、および外
面へのショットピーニングの実施による耐久性の向上な
どを図る必要がある。
製造方法のフローを示す。中空スタビライザの材料とし
ては廉価な電縫管が用いられ、所定長さに切断された電
縫管はスタビライザ形状に曲げ成形される。この曲げ成
形には、NCベンダー等が用いられ、NCベンダーで
は、曲げたときの材料の扁平化を抑制するために、曲げ
ロールとこの曲げロールの外周に沿って移動する曲げ駒
とで電縫管の外周を拘束しながら曲げる。次いで、曲げ
成形された成形品には、加熱、焼入れおよび焼戻しから
なる熱処理が施され、ショットピーニングが施された後
に塗装されて中空スタビライザとされる。
料は、その殆どが肉厚比(t/D)が10〜17%の薄
肉の電縫管であり、しかも、その電縫管の内周面には溶
接時に形成されるビードが欠陥として残っている。した
がって、このような電縫管を材料とする中空スタビライ
ザへの設計変更を可能にするためには、熱処理の実施、
曲げ加工方法の工夫による曲げ部の扁平化等のダメージ
の軽減、ビード位置検出と制御、およびショットピーニ
ングの実施などが必須の検討事項となる。さらに、材料
面については、厚肉の電縫管を採用して外径を中実スタ
ビライザの外径に少しでも近付けて応力を軽減する必要
がある。そして、そのような製造工程と材料面での工夫
が中空スタビライザへの設計変更として実現するには、
現在用いられている中実スタビライザの耐久性が、ユー
ザが要求する耐久性に対してどの程度余裕をもって満足
しているかが重要となる。
疲労寿命向上がなされた結果、一般にはショットピーニ
ングが行われない中空スタビライザの内面部は、発生応
力が外面よりも小さいにも拘わらず最も疲労強度の低い
部位になることがある。従来の中空スタビライザの肉厚
比は一般には15%程度であるため、外面部と内面部と
の応力の差が小さい。その結果、ショットピーニングに
より疲労破壊の起点が外面部から内面部に移ってしまう
ことが多い。したがって、外面部にショットピーニング
を行うことの効果を半減させないために、内面部が疲労
破壊の起点とならないような設計が望まれている。
NCベンダーで冷間において曲げ加工されるのが一般的
であるが、曲げた部分での材料の扁平化が疲労強度を低
下させる原因となっている。加えて、生産タクトを向上
させるために、加熱した電縫管を総曲げ型を用いて各加
工部位を一括して曲げ成形する要請があるが、そのよう
な加工は材料の扁平化が著しく殆ど不可能というのが現
状である。
ライザの製造方法としては、薄肉かつ大径の電縫管を冷
間で引抜加工して肉厚比を18〜20%とし、成形後に
熱処理およびショットピーニングを施す技術が知られて
いる。しかしながら、この技術では、引抜加工を実施す
るために製造コストが割高になるという問題がある。
には、大径の電縫管を熱間で肉厚比0.2未満まで縮管
して素管とし、この素管を冷間で引抜加工して肉厚比を
0.2〜0.27とし、成形後に歪取り焼鈍とショット
ピーニングとを施す製造方法が記載されている。しかし
ながら、この製造方法においても引抜加工を実施するた
めに製造コストが割高になり、また、冷間引抜能力の限
界から最大板厚が制限されて設計の選択範囲が狭いとい
う問題がある。
得て求められる耐久性を得ることができ、したがって、
設計の選択範囲が広く中実スタビライザから中空スタビ
ライザへの設計変更に容易に対応することができる中空
スタビライザの製造方法を提供することを目的としてい
る。また、本発明は、疲労破壊を極力外面部で生じさせ
ることができ、外面部へのショットピーニングの効果を
充分に発揮することができる中空スタビライザを提供す
ることを目的としている。
ザの製造方法は、電縫管を熱間または温間の温度範囲で
縮管して外径に対する肉厚の割合を18〜35%にする
縮管工程を行い、縮管された電縫管をスタビライザ形状
に冷間で成形する成形工程を行い、成形されたスタビラ
イザ半製品に対して熱処理工程を行い、次いで、スタビ
ライザ半製品にショットを投射するショットピーニング
を行い、次いでスタビライザ半製品に塗装を行うことを
特徴としている。
抗の小さい熱間または温間の温度範囲で縮管するから、
炭素濃度が高く焼入れ性の良い材料であっても、肉厚比
の大きな厚肉管を容易に得ることができる。ここで、熱
間とはA3変態点以上の温度範囲を言い、温間とはA3
変態点以下の温度範囲を言う。また、縮管は、例えば多
段ロール圧延によって行うことができるが、熱間または
温間で縮管可能であればその手段は問わない。
ットピーニングにより外面部の強度向上は可能である
が、内面部にはビード等の欠陥があり、しかも内面のシ
ョットピーニングは製造コストが割高になることからあ
まり実施されない。このため、前述のように、耐久試験
においては、内面部の方が外面よりも応力が低いにも拘
わらず内面部が折損の起点となる場合が多々ある。
いて肉厚比を18〜35%にするから、内径をかなり小
さくすることができる。これにより、内面部での応力が
充分に軽減され、内面部に起因する寿命の低下を抑制す
ることができる。また、本発明では、スタビライザ半製
品にショットピーニングを行うので、内面部の疲労強度
向上と相俟って耐久性を大幅に向上させることができ
る。したがって、求められる耐久性を得ることができ、
設計の選択範囲が広く中実スタビライザから中空スタビ
ライザへの設計変更に容易に対応することができる。な
お、電縫管の製造では外周のビードカットは通常に行わ
れるが、内周のビードカットも可能である。よって、求
められる仕様によっては内周ビードの無い電縫管を用い
ることも考えられる。
形状に成形する成形工程を冷間で行う。この冷間成形に
は、ほぼ任意の形状に成形可能なNCベンダーを用いる
と汎用性があり、また、肉厚比が18%以上であるた
め、材料の扁平化を抑制できるという利点もある。材料
の扁平化を確実に防止するためには、縮管後の肉厚比は
20%以上が望ましく、25%以上さらには27%を上
回ると一層好適である。
には、中実スタビライザのように、加熱した電縫管を総
曲げ型を用いて各加工部位を一括して曲げ成形すること
も検討すべきである。この場合、肉厚比が18%以上の
電縫管を用いれば、総曲げ型を用いて一括曲げ成形して
もあまり扁平化は生じないため、熱間での一括曲げを行
うことができる。この場合においても、熱間での一括曲
げ形成において確実に扁平化を防止するためには、縮管
後の肉厚比を20%以上にすることが望ましく、25%
以上、さらには27%を上回ると一層好適である。
げ成形時の扁平形状が耐久性の上で問題とならない場合
には、中実スタビライザと同じ成形方法を用いることが
できる。冷間での成形を行うか、熱間で総曲げ型を用い
た成形を行うかは、生産数量が少なく専用の総曲げ型を
準備するよりも多少タクトが遅くてもコスト的に有利な
ケースと、生産数量が多いために総曲げ型の費用の影響
が少なく、加工タクトが速い方がコスト的に有利なケー
スとが考えられ、ケースバイケースでコスト的に有利な
方法を選択することができる。
ザの製造方法は、電縫管を熱間または温間の温度範囲で
縮管して外径に対する肉厚の割合を18〜35%にする
縮管工程を行い、縮管された電縫管をスタビライザ形状
に熱間で成形する成形工程を行い、成形されたスタビラ
イザ半製品に対して熱処理工程を行い、次いで、スタビ
ライザ半製品にショットを投射するショットピーニング
を行い、次いでスタビライザ半製品に塗装を行うことを
特徴としている。
ているのは、35%を上回る肉厚比の中空スタビライザ
ーでは殆ど軽量化にならないからである。この点に鑑み
ると、縮管後の肉厚比は30%以下が望ましく、この場
合には20%以上の軽量化を達成することができる。ま
た、本発明における熱処理は、焼入れおよび焼戻しが一
般的であるが、そのような熱処理を行わずに加工後の歪
取り焼鈍を行うこともできる。
肉厚比と外面部へのショットピーニングとの関係を調査
した。前述のとおり、外面部にショットピーニングを施
すと、外面部よりも応力の低い内面部で疲労破壊が生じ
ることがある。発明者等は、疲労破壊と肉厚比との関係
を定量的に解析した結果、肉厚比が18%以上であれ
ば、ショットピーニングを施した中空スタビライザにお
いて外面部で疲労破壊が生じる傾向が強くなることを見
い出した。
基づいてなされたもので、電縫管を熱間または温間の温
度範囲で縮管して外径に対する肉厚の割合を18〜35
%にした材料を曲げ成形され、肉厚比が18〜35%と
されるとともに外面部にショットピーニングがなされて
いることを特徴としている。
ットピーニングが施されているために外面部での疲労強
度が向上するとともに、肉厚比が18%以上であるた
め、内面部の疲労強度が向上し、外面部で疲労破壊が生
じ易くなる。したがって、外面部にショットピーニング
を施す効果がいかんなく発揮される。なお、前述した理
由により、肉厚比は30%以下であることが望ましい。
また、肉厚比は、20%以上が望ましく、25%以上さ
らには27%を上回ると一層好適である。
よび図2を参照して説明する。図1は、実施形態の中空
スタビライザの製造方法を示すフローである。この製造
方法では、先ず、製造する中空スタビライザの外径より
も大径の電縫管を熱間または温間の温度範囲で縮管し、
その肉厚比(t/D)を18〜35%とする(S1)。
次いで、所定長さに切断された電縫管を冷間加工により
スタビライザ形状に成形する(S2)。なお、この成形
には例えばNCベンダーを用いることができる。また、
成形の前または後に、端末にプレス成形を行う。
熱し、それを焼入れ槽に投入して焼入れを行う(S
3)。焼入れ加熱には、スタビライザ半製品の両端部を
電極でクランプして通電する電気抵抗加熱が半製品の変
形が少なく、また、設備費も廉価なため好適である。た
だし、加熱炉による雰囲気加熱を行うことも可能であ
る。また、焼入れ剤としては、材料の炭素濃度が高い場
合には焼入れ油を用いるが、炭素濃度が低い場合には水
を用い、場合によっては塩水を用いることもある。水ま
たは塩水を用いて焼入れを行う場合には、スタビライザ
半製品が水蒸気に包まれて冷却速度が低下するので、こ
れを焼入れ槽中で動かして水蒸気を切るのが望ましい。
い(S4)、主としてその肩部にショットピーニングを
行った後に(S5)、塗装を行って中空スタビライザと
する(S6)。以上は電縫管を冷間で成形する場合の工
程であるが、熱間で成形する場合には図1の右側の工程
を行う。
料の各加工部位を総曲げ型を用いて一括して曲げ成形す
ることが行われ、この成形方法を中空スタビライザの成
形に適用することができる。したがって、この成形方法
を採用する場合には、先ず電縫管を加熱し(S2’)、
この電縫管を総曲げ型で曲げ成形した後、焼入れ槽に投
入して焼入れする(S3’)。
タビライザ11に必要な部品を装着した車両用スタビラ
イザ装置10を示す斜視図である。中空スタビライザ1
1は、アーム部13,14と、それらの間を連結するト
ーション部15とを備えている。トーション部15に
は、車両の車体に取り付けるためのブッシュ21が装着
されている。また、アーム部13,14の先端部には、
車両のホイール側に支持されるスタビライザコントロー
ルリンク12がスタッド33によって取り付けられてい
る。そして、中空スタビライザ11の肉厚比(t/D)
は18〜35%に設定されている。なお、上記車両用ス
タビライザ装置は、アーム部13,14を車体に、トー
ション部15をホイール側に取り付けることもできる。
本発明をさらに詳細に説明する。表1に線径27mmの
中実スタビライザと、この中実スタビライザとほぼ同等
のバネ定数を有する中空スタビライザの各諸元を示す。
なお、各スタビライザは、熱処理、ショットピーニング
および塗装が施されたものである。また、各スタビライ
ザに同じストロークの変形を与えたときの主応力を表1
に併記するとともに、それらの値を図3に示す。
管であり、試料No.5は肉厚比が27.6%の厚肉管
である。薄肉管では、厚肉管に対して内面部主応力が1
00%大きく、外面部主応力は37.4%大きくなって
いる。したがって、薄肉管は、厚肉管に比べて耐久性が
かなり劣ることが予想される。換言すると、耐久試験で
は、折損の起点が内面で生じることから、厚肉管は薄肉
管と比較して耐久性が大幅に向上することが推察され
る。
と肉厚比が27.6%の厚肉管の耐久試験の結果を示す
ものである。この耐久試験では、薄肉管の中空スタビラ
イザは全て内面部を起点として折損し、厚肉管は全て外
面部を起点として折損した。また、薄肉管の中空スタビ
ライザの耐久回数は41000〜67000回であるの
に対して、厚肉管の中空スタビライザの耐久回数は34
0000〜785000回であり、薄肉管の場合のほぼ
10倍の耐久回数を示している。薄肉管の中空スタビラ
イザの内面部と厚肉管の中空スタビライザの外面部の応
力振幅はほぼ同じである。それにも拘わらずこのような
耐久回数の差が生じていることは、薄肉管および厚肉管
の中空スタビライザの耐久性の傾向を証明するものと言
える。そして、このことから、肉厚比が10%から30
%へと増加するに従って耐久性が向上することが判る。
る中空スタビライザと直径25mmの中実スタビライザ
を各9本づつ用いて耐久試験を行った。また、疲労折損
の起点が中空スタビライザの内外面部のいずれで生じた
かを調査するとともに、内外面に生じる最大応力の比
(内面応力/外面応力)を調査し、それらの結果を表2
に併記した。さらに、中実スタビライザの疲労寿命
(回)に対する中空スタビライザの疲労寿命の比と質量
比を算出し、それらの結果を表2に併記した。中空スタ
ビライザのS−N線図を図5に示す。
0%以上の中空スタビライザでは、折損起点が全て外面
部にあり、また、10万回前後の疲労寿命を示した。肉
厚比が19.2%の中空スタビライザでは、折損起点が
内外面部に混在していたが疲労寿命は充分な値を示し
た。また、肉厚比が15.1%以下の中空スタビライザ
では、折損起点が内面部にあり、疲労寿命は本発明のも
のよりも大幅に低下した。
縫管を熱間または温間の温度範囲で縮管して外径に対す
る肉厚の割合を18〜35%にする縮管工程を行うの
で、所望の肉厚を安価な製造工程で得て求められる耐久
性を得ることができ、したがって、設計の選択範囲が広
く中実スタビライザから中空スタビライザへの設計変更
に容易に対応することができる等の効果が得られる。
フローチャートである。
ザを示す斜視図であり、(B)は(A)のB−B線断面
図である。
応力を示す線図である。
振幅との関係を示す線図である。
振幅との関係を示す線図である。
ローチャートである。
28)
に使用される中空スタビライザの製造方法に係り、特
に、耐久性を可及的に高める技術に関する。
剛性を高めるためにスタビライザが装着されており、こ
のスタビライザには、丸棒を材料とする中実スタビライ
ザと、軽量化を目的としてパイプを材料とした中空スタ
ビライザとがある。スタビライザでは、自動車に必要な
ロール剛性を得るために各車種毎にバネ定数が設定さ
れ、そのために中実スタビライザでは線径が選定され
る。自動車の軽量化のために中実スタビライザを中空ス
タビライザに設計変更する場合には、ロール剛性を維持
するために中空スタビライザの外径は必然的に中実スタ
ビライザの線径よりも大きくなる。その結果、中空スタ
ビライザでは、中実スタビライザに負荷される荷重と同
じ荷重が負荷された場合に、発生する応力は中空スタビ
ライザの方が大きい。この応力の増加率は、パイプであ
る鋼管の肉厚比(肉厚t/外径D)と中空スタビライザ
に求められる軽量化率に依存する。
タビライザへの設計変更を可能とするには、材料として
の最適な鋼管の選定、熱処理の実施、曲げ加工方法の工
夫による曲げ部の扁平化等のダメージの軽減、および外
面へのショットピーニングの実施による耐久性の向上な
どを図る必要がある。
製造方法のフローを示す。中空スタビライザの材料とし
ては廉価な電縫管が用いられ、所定長さに切断された電
縫管はスタビライザ形状に曲げ成形される。この曲げ成
形には、NCベンダー等が用いられ、NCベンダーで
は、曲げたときの材料の扁平化を抑制するために、曲げ
ロールとこの曲げロールの外周に沿って移動する曲げ駒
とで電縫管の外周を拘束しながら曲げる。次いで、曲げ
成形された成形品には、加熱、焼入れおよび焼戻しから
なる熱処理が施され、ショットピーニングが施された後
に塗装されて中空スタビライザとされる。
料は、その殆どが肉厚比(t/D)が10〜17%の薄
肉の電縫管であり、しかも、その電縫管の内周面には溶
接時に形成されるビードが欠陥として残っている。した
がって、このような電縫管を材料とする中空スタビライ
ザへの設計変更を可能にするためには、熱処理の実施、
曲げ加工方法の工夫による曲げ部の扁平化等のダメージ
の軽減、ビード位置検出と制御、およびショットピーニ
ングの実施などが必須の検討事項となる。さらに、材料
面については、厚肉の電縫管を採用して外径を中実スタ
ビライザの外径に少しでも近付けて応力を軽減する必要
がある。そして、そのような製造工程と材料面での工夫
が中空スタビライザへの設計変更として実現するには、
現在用いられている中実スタビライザの耐久性が、ユー
ザが要求する耐久性に対してどの程度余裕をもって満足
しているかが重要となる。
疲労寿命向上がなされた結果、一般にはショットピーニ
ングが行われない中空スタビライザの内面部は、発生応
力が外面よりも小さいにも拘わらず最も疲労強度の低い
部位になることがある。従来の中空スタビライザの肉厚
比は一般には15%程度であるため、外面部と内面部と
の応力の差が小さい。その結果、ショットピーニングに
より疲労破壊の起点が外面部から内面部に移ってしまう
ことが多い。したがって、外面部にショットピーニング
を行うことの効果を半減させないために、内面部が疲労
破壊の起点とならないような設計が望まれている。
NCベンダーで冷間において曲げ加工されるのが一般的
であるが、曲げた部分での材料の扁平化が疲労強度を低
下させる原因となっている。加えて、生産タクトを向上
させるために、加熱した電縫管を総曲げ型を用いて各加
工部位を一括して曲げ成形する要請があるが、そのよう
な加工は材料の扁平化が著しく殆ど不可能というのが現
状である。
ライザの製造方法としては、薄肉かつ大径の電縫管を冷
間で引抜加工して肉厚比を18〜20%とし、成形後に
熱処理およびショットピーニングを施す技術が知られて
いる。しかしながら、この技術では、引抜加工を実施す
るために製造コストが割高になるという問題がある。
には、大径の電縫管を熱間で肉厚比0.2未満まで縮管
して素管とし、この素管を冷間で引抜加工して肉厚比を
0.2〜0.27とし、成形後に歪取り焼鈍とショット
ピーニングとを施す製造方法が記載されている。しかし
ながら、この製造方法においても引抜加工を実施するた
めに製造コストが割高になり、また、冷間引抜能力の限
界から最大板厚が制限されて設計の選択範囲が狭いとい
う問題がある。
得て求められる耐久性を得ることができ、したがって、
設計の選択範囲が広く中実スタビライザから中空スタビ
ライザへの設計変更に容易に対応することができる中空
スタビライザの製造方法を提供することを目的としてい
る。また、本発明は、疲労破壊を極力外面部で生じさせ
ることができ、外面部へのショットピーニングの効果を
充分に発揮することができる中空スタビライザを提供す
ることを目的としている。
ザの製造方法は、電縫管を熱間または温間の温度範囲で
縮管して外径に対する肉厚の割合を18〜35%にする
縮管工程を行い、縮管された電縫管をスタビライザ形状
に冷間で成形する成形工程を行い、成形されたスタビラ
イザ半製品に対して熱処理工程を行い、次いで、スタビ
ライザ半製品にショットを投射するショットピーニング
を行い、次いでスタビライザ半製品に塗装を行うことを
特徴としている。
抗の小さい熱間または温間の温度範囲で縮管するから、
焼入れ性の良い材料であっても、肉厚比の大きな厚肉管
を容易に得ることができる。ここで、熱間とはA3変態
点以上の温度範囲を言い、温間とはA3変態点以下の温
度範囲を言う。また、縮管は、例えば多段ロール圧延に
よって行うことができるが、熱間または温間で縮管可能
であればその手段は問わない。
ットピーニングにより外面部の強度向上は可能である
が、内面部にはビード等の欠陥があり、しかも内面のシ
ョットピーニングは製造コストが割高になることからあ
まり実施されない。このため、前述のように、耐久試験
においては、内面部の方が外面よりも応力が低いにも拘
わらず内面部が折損の起点となる場合が多々ある。
いて肉厚比を18〜35%にするから、内径をかなり小
さくすることができる。これにより、内面部での応力が
充分に軽減され、内面部に起因する寿命の低下を抑制す
ることができる。また、本発明では、スタビライザ半製
品にショットピーニングを行うので、内面部の疲労強度
向上と相俟って耐久性を大幅に向上させることができ
る。したがって、求められる耐久性を得ることができ、
設計の選択範囲が広く中実スタビライザから中空スタビ
ライザへの設計変更に容易に対応することができる。な
お、電縫管の製造では外周のビードカットは通常に行わ
れるが、内周のビードカットも可能である。よって、求
められる仕様によっては内周ビードの無い電縫管を用い
ることも考えられる。
形状に成形する成形工程を冷間で行う。この冷間成形に
は、ほぼ任意の形状に成形可能なNCベンダーを用いる
と汎用性があり、また、肉厚比が18%以上であるた
め、材料の扁平化を抑制できるという利点もある。材料
の扁平化を確実に防止するためには、縮管後の肉厚比は
20%以上が望ましく、25%以上さらには27%を上
回ると一層好適である。
には、中実スタビライザのように、加熱した電縫管を総
曲げ型を用いて各加工部位を一括して曲げ成形すること
も検討すべきである。この場合、肉厚比が18%以上の
電縫管を用いれば、総曲げ型を用いて一括曲げ成形して
もあまり扁平化は生じないため、熱間での一括曲げを行
うことができる。この場合においても、熱間での一括曲
げ形成において確実に扁平化を防止するためには、縮管
後の肉厚比を20%以上にすることが望ましく、25%
以上、さらには27%を上回ると一層好適である。
げ成形時の扁平形状が耐久性の上で問題とならない場合
には、中実スタビライザと同じ成形方法を用いることが
できる。冷間での成形を行うか、熱間で総曲げ型を用い
た成形を行うかは、生産数量が少なく専用の総曲げ型を
準備するよりも多少タクトが遅くてもコスト的に有利な
ケースと、生産数量が多いために総曲げ型の費用の影響
が少なく、加工タクトが速い方がコスト的に有利なケー
スとが考えられ、ケースバイケースでコスト的に有利な
方法を選択することができる。
ザの製造方法は、電縫管を熱間または温間の温度範囲で
縮管して外径に対する肉厚の割合を18〜35%にする
縮管工程を行い、縮管された電縫管をスタビライザ形状
に熱間で成形する成形工程を行い、成形されたスタビラ
イザ半製品に対して熱処理工程を行い、次いで、スタビ
ライザ半製品にショットを投射するショットピーニング
を行い、次いでスタビライザ半製品に塗装を行うことを
特徴としている。
ているのは、35%を上回る肉厚比の中空スタビライザ
ーでは殆ど軽量化にならないからである。この点に鑑み
ると、縮管後の肉厚比は30%以下が望ましく、この場
合には20%以上の軽量化を達成することができる。ま
た、本発明における熱処理は、焼入れおよび焼戻しが一
般的であるが、そのような熱処理を行わずに加工後の歪
取り焼鈍を行うこともできる。
肉厚比と外面部へのショットピーニングとの関係を調査
した。前述のとおり、外面部にショットピーニングを施
すと、外面部よりも応力の低い内面部で疲労破壊が生じ
ることがある。発明者等は、疲労破壊と肉厚比との関係
を定量的に解析した結果、肉厚比が18%以上であれ
ば、ショットピーニングを施した中空スタビライザにお
いて外面部で疲労破壊が生じる傾向が強くなることを見
い出した。
基づいてなされたもので、電縫管を熱間または温間の温
度範囲で縮管して外径に対する肉厚の割合を18〜35
%にした材料を曲げ成形され、肉厚比が18〜35%と
されるとともに外面部にショットピーニングがなされて
いることを特徴としている。
ットピーニングが施されているために外面部での疲労強
度が向上するとともに、肉厚比が18%以上であるた
め、内面部の疲労強度が外面部に対して相対的に向上
し、外面部で疲労破壊が生じ易くなる。したがって、外
面部にショットピーニングを施す効果がいかんなく発揮
される。なお、前述した理由により、肉厚比は30%以
下であることが望ましい。また、肉厚比は、20%以上
が望ましく、25%以上さらには27%を上回ると一層
好適である。
よび図2を参照して説明する。図1は、実施形態の中空
スタビライザの製造方法を示すフローである。この製造
方法では、先ず、製造する中空スタビライザの外径より
も大径の電縫管を熱間または温間の温度範囲で縮管し、
その肉厚比(t/D)を18〜35%とする(S1)。
次いで、所定長さに切断された電縫管を冷間加工により
スタビライザ形状に成形する(S2)。なお、この成形
には例えばNCベンダーを用いることができる。また、
成形の前または後に、端末にプレス成形を行う。
熱し、それを焼入れ槽に投入して焼入れを行う(S
3)。焼入れ加熱には、スタビライザ半製品の両端部を
電極でクランプして通電する電気抵抗加熱が半製品の変
形が少なく、また、設備費も廉価なため好適である。た
だし、加熱炉による雰囲気加熱を行うことも可能であ
る。また、焼入れ剤としては、材料の焼入れ性が高い場
合には焼入れ油を用いるが、焼入れ性が低い場合には水
を用い、場合によっては塩水を用いることもある。水ま
たは塩水を用いて焼入れを行う場合には、スタビライザ
半製品が水蒸気に包まれて冷却速度が低下するので、こ
れを焼入れ槽中で動かして水蒸気を切るのが望ましい。
い(S4)、主としてその肩部にショットピーニングを
行った後に(S5)、塗装を行って中空スタビライザと
する(S6)。以上は電縫管を冷間で成形する場合の工
程であるが、熱間で成形する場合には図1の右側の工程
を行う。
料の各加工部位を総曲げ型を用いて一括して曲げ成形す
ることが行われ、この成形方法を中空スタビライザの成
形に適用することができる。したがって、この成形方法
を採用する場合には、先ず電縫管を加熱し(S2’)、
この電縫管を総曲げ型で曲げ成形した後、焼入れ槽に投
入して焼入れする(S3’)。
タビライザ11に必要な部品を装着した車両用スタビラ
イザ装置10を示す斜視図である。中空スタビライザ1
1は、アーム部13,14と、それらの間を連結するト
ーション部15とを備えている。トーション部15に
は、車両の車体に取り付けるためのブッシュ21が装着
されている。また、アーム部13,14の先端部には、
車両のホイール側に支持されるスタビライザコントロー
ルリンク12がスタッド33によって取り付けられてい
る。そして、中空スタビライザ11の肉厚比(t/D)
は18〜35%に設定されている。なお、上記車両用ス
タビライザ装置は、アーム部13,14を車体に、トー
ション部15をホイール側に取り付けることもできる。
本発明をさらに詳細に説明する。表1に線径27mmの
中実スタビライザと、この中実スタビライザとほぼ同等
のバネ定数を有する中空スタビライザの各諸元を示す。
なお、各スタビライザは、熱処理、ショットピーニング
および塗装が施されたものである。また、各スタビライ
ザに同じストロークの変形を与えたときの主応力を表1
に併記するとともに、それらの値を図3に示す。
管であり、試料No.5は肉厚比が27.6%の厚肉管
である。薄肉管では、厚肉管に対して内面部主応力が1
00%大きく、外面部主応力は37.4%大きくなって
いる。したがって、薄肉管は、厚肉管に比べて耐久性が
かなり劣ることが予想される。換言すると、耐久試験で
は、折損の起点が内面で生じることから、厚肉管は薄肉
管と比較して耐久性が大幅に向上することが推察され
る。
と肉厚比が27.6%の厚肉管の耐久試験の結果を示す
ものである。この耐久試験では、薄肉管の中空スタビラ
イザは全て内面部を起点として折損し、厚肉管は全て外
面部を起点として折損した。また、薄肉管の中空スタビ
ライザの耐久回数は41000〜67000回であるの
に対して、厚肉管の中空スタビライザの耐久回数は34
0000〜785000回であり、薄肉管の場合のほぼ
10倍の耐久回数を示している。薄肉管の中空スタビラ
イザの内面部と厚肉管の中空スタビライザの外面部の応
力振幅はほぼ同じである。それにも拘わらずこのような
耐久回数の差が生じていることは、薄肉管および厚肉管
の中空スタビライザの耐久性の傾向を証明するものと言
える。そして、このことから、肉厚比が11.7%から
27.6%へと増加するに従って耐久性が向上すること
が判る。
る中空スタビライザと直径25mmの中実スタビライザ
を各9本づつ用いて耐久試験を行った。また、疲労折損
の起点が中空スタビライザの内外面部のいずれで生じた
かを調査するとともに、内外面に生じる最大応力の比
(内面応力/外面応力)を調査し、それらの結果を表2
に併記した。さらに、中実スタビライザの疲労寿命
(回)に対する中空スタビライザの疲労寿命の比と質量
比を算出し、それらの結果を表2に併記した。中空スタ
ビライザのS−N線図を図5に示す。
0%以上の中空スタビライザでは、折損起点が全て外面
部にあり、また、10万回前後の疲労寿命を示した。肉
厚比が19.2%の中空スタビライザでは、折損起点が
内外面部に混在していたが疲労寿命は充分な値を示し
た。また、肉厚比が15.1%以下の中空スタビライザ
では、折損起点が内面部にあり、疲労寿命は本発明のも
のよりも大幅に低下した。
縫管を熱間または温間の温度範囲で縮管して外径に対す
る肉厚の割合を18〜35%にする縮管工程を行うの
で、所望の肉厚を安価な製造工程で得て求められる耐久
性を得ることができ、したがって、設計の選択範囲が広
く中実スタビライザから中空スタビライザへの設計変更
に容易に対応することができる等の効果が得られる。
フローチャートである。
ザを示す斜視図であり、(B)は(A)のB−B線断面
図である。
応力を示す線図である。
振幅との関係を示す線図である。
振幅との関係を示す線図である。
ローチャートである。
Claims (3)
- 【請求項1】 電縫管を熱間または温間の温度範囲で縮
管して外径に対する肉厚の割合を18〜35%にする縮
管工程を行い、縮管された電縫管をスタビライザ形状に
冷間で成形する成形工程を行い、成形されたスタビライ
ザ半製品に対して熱処理工程を行い、次いで、スタビラ
イザ半製品にショットを投射するショットピーニングを
行い、次いでスタビライザ半製品に塗装を行うことを特
徴とする中空スタビライザの製造方法。 - 【請求項2】 電縫管を熱間または温間の温度範囲で縮
管して外径に対する肉厚の割合を18〜35%にする縮
管工程を行い、縮管された電縫管をスタビライザ形状に
熱間で成形する成形工程を行い、成形されたスタビライ
ザ半製品に対して熱処理工程を行い、次いで、スタビラ
イザ半製品にショットを投射するショットピーニングを
行い、次いでスタビライザ半製品に塗装を行うことを特
徴とする中空スタビライザの製造方法。 - 【請求項3】 電縫管を熱間または温間の温度範囲で縮
管して外径に対する肉厚の割合を18〜35%にした材
料を曲げ成形されてなり、肉厚比が18〜35%である
とともに外面部にショットピーニングがなされているこ
とを特徴とする中空スタビライザ。
Priority Applications (8)
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CNB021192774A CN1267295C (zh) | 2001-03-08 | 2002-03-08 | 空心稳定器及其制造方法 |
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EP02005196A EP1238750B1 (en) | 2001-03-08 | 2002-03-08 | Method of manufacturing hollow stabilizers |
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JP2001-64906 | 2001-03-08 | ||
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DE (1) | DE60233769D1 (ja) |
ES (1) | ES2333701T3 (ja) |
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