JP2018176240A - トーションビームの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】クラッシュドパイプ式の構造のトーションビームを、使用時（車両走行時）に求められる特性を確保しながら、比較的簡便な方法で製造する。【解決手段】車両用トーションビーム式サスペンション構造に適用されるトーションビームの製造方法であって、パイプを焼き入れする焼き入れ工程と、前記焼き入れ工程後に前記パイプを焼き戻しする焼き戻し工程とを含む熱処理工程と、熱処理済みの前記パイプを、その断面形状がＵ字状になるように押し潰す成形工程と、を含み、前記パイプは、軸方向における中央部の肉厚が端部の肉厚よりも薄い閉断面構造を有する。【選択図】図４
Description
本発明は、車両用サスペンション構造に用いられるトーションビームの製造方法に関する。
車両用のトーションビーム式サスペンション構造は、一対のトレーリングアームと、トーションビームとを備える。一対のトレーリングアームは車幅方向に離間して配置される。トーションビームは、車幅方向に延在し、左右の端部において一対のトレーリングアームにそれぞれ接続される。例えば車両の走行中に路面に段差があった場合、このサスペンション構造は、トーションビームの捻れによってタイヤをその段差に追従させて接地させることで車両の乗り心地をよくする。
トーションビーム式サスペンション構造のなかには、トーションビームに、いわゆるクラッシュドパイプ式の構造が適用されたものがある。このような構造は、閉断面構造のパイプを車両前後方向の断面においてＵ字状になるように押し潰して成形することで得られる（特許文献１参照）。
トーションビームには、その中央部及び端部間において互いに異なる特性が求められる場合がある。例えば、使用時（車両走行時）のトーションビームに求められる性能として、中央部には、車両の乗り心地をよくするため、捻れ特性（捻れやすさ）、及び、捻れに対する耐久性（壊れにくさ）が求められる。また、端部には、トレーリングアームからの剥離を防ぐため、捻れに対する剛性（硬さ）が求められる。一方、トーションビームの製造の観点では、パイプをＵ字状に押し潰すための成形性（パイプの成形のしやすさ。加工性。）も求められる。
本発明は、クラッシュドパイプ式の構造のトーションビームを、使用時（車両走行時）に求められる特性を確保しながら、比較的簡便な方法で製造することを目的とする。
本発明の一つの側面は、車両用トーションビーム式サスペンション構造に適用可能なトーションビームの製造方法であって、パイプを焼き入れする焼き入れ工程と、前記焼き入れ工程後に前記パイプを焼き戻しする焼き戻し工程とを含む熱処理工程と、熱処理済みの前記パイプを、その断面形状がＵ字状になるように押し潰す成形工程と、を含み、前記パイプは、軸方向における中央部の肉厚が端部の肉厚よりも薄い閉断面構造を有することを特徴とする。
本発明によれば、上記トーションビームを、使用時に求められる特性を確保しながら、比較的簡便な方法で製造することができる。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、各図は、実施形態の構造ないし構成を示す模式図であり、図示された各部材の寸法は必ずしも現実のものを反映するものではない。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る車両１の上面図である。本実施形態では、車両１は四輪車であり、図中には左後輪２Ｌおよび右後輪２Ｒのみを示す。車両１は、後輪２Ｌ及び２Ｒの間に配されたトーションビーム式サスペンション構造３を備える。
図１は、第１実施形態に係る車両１の上面図である。本実施形態では、車両１は四輪車であり、図中には左後輪２Ｌおよび右後輪２Ｒのみを示す。車両１は、後輪２Ｌ及び２Ｒの間に配されたトーションビーム式サスペンション構造３を備える。
構造の理解を容易にするため、図中には、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を示す（他の図においても同様とする。）。Ｘ方向は車両前後方向に対応し、Ｙ方向は車幅方向に対応し、また、Ｚ方向は車両上下方向に対応する。本明細書において、前、後、上、下等の表現は、相対的な位置関係を示す。例えば、「前」、「前方」等の表現は＋Ｘ方向に対応し、「後」、「後方」等の表現は−Ｘ方向に対応する。また、「右」、「右側」等の表現は＋Ｙ方向に対応し、「左」、「左側」等の表現は−Ｙ方向に対応する。また、「上」、「上方」等の表現は＋Ｚ方向に対応し、「下」、「下方」等の表現は−Ｚ方向に対応する。
図２は、サスペンション構造３の斜視図である。サスペンション構造３は、一対のトレーリングアーム３１Ｌ及び３１Ｒ、並びに、トーションビーム３２を備える。左側のトレーリングアーム３１Ｌと、右側のトレーリングアーム３１Ｒとは、Ｙ方向に離間して左右対称に配置される。トーションビーム３２は、Ｙ方向に延設され、左右の端部においてトレーリングアーム３１Ｌ及び３１Ｒとそれぞれ接続される。これらの接続は、一般には溶接により実現される。
トレーリングアーム３１Ｌの左側端部には、後輪２Ｌが配置される車輪配置部３１１が設けられる。また、トレーリングアーム３１Ｌの車輪配置部３１１より車内側には、スプリング（懸架用ばね）配置部３１２が設けられる。また、トレーリングアーム３１Ｌの後方端部には、ダンパ（ショックアブソーバー）配置部３１３が設けられる。また、トレーリングアーム３１Ｌの前方端部には、トレーリングアーム３１Ｌを車体に対して固定するためのブッシュ３１４が設けられる。トレーリングアーム３１Ｒは、トレーリングアーム３１Ｌと左右対称になるようにトレーリングアーム部３１Ｌ同様に構成される。以下において、トレーリングアーム３１Ｌ及び３１Ｒを特に区別しない場合には単に「トレーリングアーム３１」と表現する。
図３（Ａ）〜３（Ｆ）は、トーションビーム３２の構造を説明するための模式図である。トーションビーム３２は、いわゆるクラッシュドパイプ式であり、即ち、閉断面構造を有するパイプ（円筒形のパイプ）３２０が押し潰された形状である。
図３（Ａ）は、トーションビーム３２の上面図である。トーションビーム３２は、左右対称に設けられ、本実施形態では、中央部３２１、２つの端部３２２、及び、２つの徐変部３２３を含む。中央部３２１は、トーションビーム３２のうち車幅方向内側に設けられた部分である。端部３２２は、トーションビーム３２のうち車幅方向外側の部分であり、トレーリングアーム３１との接続部およびその近傍部分を含む。徐変部３２３は、詳細については後述とするが、トーションビーム３２のうち中央部３２１と端部３２２との間に設けられた部分である。
本実施形態では、トーションビーム３２の一端から他端まで（例えば、トレーリングアーム３１Ｌ側の端からトレーリングアーム３１Ｒ側の端まで）の距離は、１２６０ｍｍである。そして、端部３２２は、各端から３００ｍｍまでの領域に設けられる。また、中央部３２１は、一端から３５０ｍｍの位置から、該一端から９１０ｍｍ（他端から３５０ｍｍ）の位置まで、の領域に設けられる。なお、ここで例示されたトーションビーム３２の各部分３２１等の距離（Ｙ方向の長さ）は一例であり、この数値に限られるものではない。
図３（Ｂ）は、端部３２２の切断線Ｂ−Ｂでの端面図（Ｘ−Ｚ平面での端面図）を示す。図３（Ｃ）は、徐変部３２３の切断線Ｃ−Ｃでの端面図を示す。図３（Ｄ）は、中央部３２１の切断線Ｄ−Ｄでの端面図を示す。図３（Ｅ）は、中央部３２１の切断線Ｅ−Ｅでの端面図を示す。図３（Ｆ）は、トーションビーム３２の切断線Ｆ−Ｆでの端面図（Ｙ−Ｚ平面での端面図）を示す。
トーションビーム３２の中央部３２１では、パイプ３２０は押し潰され、Ｕ字状の断面形状になっている。例えば図３（Ｄ）〜３（Ｅ）を参照すると、中央部３２１では、パイプ３２０が押し潰されてパイプ３２０の内壁同士が近接し又は接触し、Ｕ字状の断面形状になっている。一方、端部３２２では、例えば図３（Ｂ）を参照すると、パイプ３２０は中央部３２１に比べて押し潰されておらず、パイプ３２０の内壁同士が接触しない程度にＵ字状の断面形状になっている。
なお、本明細書において、Ｕ字状とは、頂部を有し且つその頂部とは反対側が開放された形状をいう。よって、本明細書において、Ｕ字状の概念には、頂部の形状が比較的尖った形状（Ｖ字状）、頂部の形状が比較的平らな形状（コの字状）、外形全体が比較的丸みを帯びた形状（Ｃ字状）等も包含される。
本実施形態では、トーションビーム３２は頂部が上方側かつ開放側が下方側となるように設けられるが、トーションビーム３２の車体に対する向きは、車体底部に配置される他の機構との関係で決定されればよい。例えば、他の実施形態として、頂部が下方側かつ開放側が上方側となってもよいし、頂部が前方側かつ開放側が後方側となってもよいし、或いは、頂部が後方側かつ開放側が前方側となってもよい。なお、車体底部に配置される他の機構の例としては、消音器（マフラー）、排気管（エキゾーストパイプ）、燃料管（フューエルパイプ）、プロペラシャフト等が挙げられる。
本実施形態では、端部３２２におけるパイプ３２０の肉厚（厚さ）Ｔ３２２は、２．３ｍｍである。一方、中央部３２１におけるパイプ３２０の肉厚Ｔ３２１は、２．０ｍｍであり、端部３２２における肉厚Ｔ３２２より薄い。徐変部３２３におけるパイプ３２０の肉厚Ｔ３２３は、Ｔ３２１以上かつＴ３２２以下の範囲内で徐々に（緩やかに）変化し、中央部３２１に近いほど薄く、端部３２２に近いほど厚い（Ｔ３２１≦Ｔ３２３≦Ｔ３２２）。なお、肉厚とは、パイプ３２０の内壁から外壁までの距離を示す。ここで例示されたトーションビーム３２の各部分３２１等の肉厚は一例であり、この数値に限られるものではない。
サスペンション構造３は、例えば車両の走行中に路面に段差等があった場合、トーションビーム３２が捻れることでタイヤをその段差に追従させて接地させることを可能にする。この捻れに起因して過度な応力を発生すると、例えばトーションビーム３２とトレーリングアーム３１との接合剥離等の原因となる場合がある。
そのため、本実施形態では、中央部３２１におけるパイプ３２０の肉厚Ｔ３２１を、端部３２２における肉厚Ｔ３２２よりも薄くしている。これにより、比較的簡素な構成で、トーションビーム３２の捻れやすさを中央部３２１側に寄せることが可能となり、トーションビーム３２の捻れ特性が向上する。一方、端部３２２においては、剛性が確保され、トーションビーム３２とトレーリングアーム３１との接合剥離等を防ぐことが可能となる。
また、図３（Ｄ）〜３（Ｅ）から分かるように、中央部３２１では、パイプ３２０は、その内壁が接触するようにＵ字状に押し潰されている。よって、中央部３２１が捻れやすく、トーションビーム３２の捻れ特性が更に向上する。一方、図３（Ｂ）から分かるように、端部３２２では、パイプ３２０は、その内壁が接触しない程度にＵ字状に押し潰されている。そのため、端部３２２は、中央部３２１に比べて捻れにくく、端部３２２の剛性が更に向上する。
中央部３２１と端部３２２との間には、パイプ３２０の肉厚が緩やかに変化する徐変部３２３が設けられている。これにより、トーションビーム３２が捻れる際に生じうる応力が局所的に集中することを防ぐことができ、トーションビーム３２の捻れに対する耐久性が向上する。なお、本実施形態では、徐変部３２３における肉厚Ｔ３２３は、中央部３２１と徐変部３２３との境界からの距離（又は、端部３２２と徐変部３２３との境界からの距離）に対して線形に変化する（換言すると、肉厚Ｔ３２３は、上記距離を変数とする一次関数である。）。よって、徐変部３２３は容易に形成可能である。
トーションビーム３２の一端から他端までの長さをＬとした場合、徐変部３２３は、トーションビーム３２の一端から０．２Ｌ〜０．４Ｌの範囲内と、他端から０．２Ｌ〜０．４Ｌの範囲内（一端から０．６Ｌ〜０．８Ｌの範囲内）と、にそれぞれ設けられるとよい。この構造によれば、トーションビーム３２を捻れやすくするための中央部３２１の長さを確保しつつ、端部３２２の剛性を向上させることができる。本実施形態では、Ｌ＝１２６０ｍｍであり、中央部３２１の長さを５６０ｍｍで設計し、各端部３２２の長さを３５０ｍｍで設計し、各徐変部３２３の長さを５０ｍｍで設計したが、この値に限られるものではない。
クラッシュドパイプ式のトーションビームは、例えば、金属板を丸めて閉断面構造のパイプを準備し、その後、所定の熱処理によってパイプの特性調節を行い、そのパイプの少なくとも中央部を押し潰すことで得られる。以下、図４（Ａ）〜４（Ｆ）を参照しながら、本実施形態に係るトーションビーム部３２の形成方法を説明する。
まず、図４（Ａ）の工程では、圧延機４１により、Ｆｅ（鉄）のコイル材３２０Ｓを圧延し、鋼板３２０Ａを準備する。この鋼板３２０Ａは、いわゆる差厚鋼板であり、長尺方向において板厚が異なっている。この板厚は、圧延機４１が備える圧延用ローラ間の距離を制御しながらコイル材３２０Ｓを圧延することで、調節可能である。本実施形態では、圧延機４１から出力された長尺状の鋼板を、所定の長さの単位で切断することで、図中に例示される差厚鋼板３２０Ａを準備する。
ここで、前述の中央部３２１及び端部３２２に関して（図３参照）、中央部３２１に対応する部分３２０Ａ１の板厚は、端部３２２に対応する部分３２０Ａ２の板厚よりも薄い。また、部分３２０Ａ１と部分３２０Ａ２との間の部分３２０Ａ３は、徐変部３２３に対応しており、部分３２０Ａ３では板厚が緩やかに変化する。本実施形態では、部分３２０Ａ３の上面は、部分３２０Ａ１の上面と部分３２０Ａ２の上面とを接続する傾斜面を形成する。
図４（Ｂ）の工程では、プレス機４２及び４３により、鋼板３２０Ａをパイプ状に（丸めた形に）成形する。本実施形態では、鋼板３２０Ａの長手方向の辺の部分である辺部Ｅ１および辺部Ｅ２が互いに近接し又は接触するように成形する。
先ず、プレス機４２は、鋼板３２０Ａに対してＵプレスを行い、鋼板３２０ＡをＵ字状に成形する（湾曲させる）。これにより、Ｕ字状の鋼板３２０ＡＵが得られる。次に、プレス機４３は、この鋼板３２０ＡＵに対してＯプレスを行い、この鋼板３２０ＡＵをＯ字状に成形する（辺部Ｅ１および辺部Ｅ２を互いに近接させ又は接触させる）。これにより、パイプ状に丸められた鋼板３２０ＡＯが得られる。
図４（Ｃ）の工程では、レーザ４４を用いて、上記パイプ状に丸められた鋼板３２０ＡＯの辺部Ｅ１および辺部Ｅ２をレーザ光により接合させる。これにより、図中に例示される閉断面構造のパイプ３２０Ｂが得られる。ここで、図中には、構造の理解のため、パイプ３２０Ｂの内壁を破線で示す。ここで、パイプ３２０Ｂにおいて、前述の部分３２０Ａ１〜３２０Ａ３に対応する部分（図４（Ａ）参照）を、それぞれ、部分３２０Ｂ１〜３２０Ｂ３と示す。即ち、パイプ３２０Ｂは、中央部３２０Ｂ１、端部３２０Ｂ２、及び、徐変部３２０Ｂ３を含む。
なお、本実施形態では、パイプ３２０Ｂは、外径が一定で且つ内径が変化する構造（内壁が段差を有する構造）であるが、他の実施形態として、内径が一定で且つ外径が変化する構造（外壁が段差を有する構造）であってもよい。また、図４（Ｂ）の工程では、プレス機４２及び４３により鋼板３２０Ａをパイプ状に（丸めた形に）成形する態様を例示したが、この製法に限られるものではなく、図４（Ａ）〜４（Ｃ）に替えて冷間引き抜き製法等の他の製法が行われてもよい。
図４（Ｄ）の工程では、例えばバッチ式の加熱装置４５を用いて、パイプ３２０Ｂの焼き入れを行う。例えば、亜共析鋼のパイプ３２０Ｂの場合、上記焼き入れ工程は、加熱炉内の設定温度を８５０℃程度にして行われ、その後、パイプ３２０Ｂは急冷される。この焼き入れ工程により、パイプ３２０Ｂの剛性（硬さ）が確保される。
図４（Ｅ）の工程では、例えば高周波誘導加熱を用いて、パイプ３２０Ｂの焼き戻しを行う。本実施形態では、搬送ローラ４６によりパイプ３２０Ｂを搬送しながら、高周波誘導加熱装置の加熱用コイル４７に対してパイプ３２０Ｂを相対移動させることで、焼き戻しを行う。このとき、コイル４７に供給される電力（例えば交流電流の周波数および振幅）は一定に維持され、また、コイル４７に対するパイプ３２０Ｂの相対移動速度は一定に維持される。これにより、温度調節等が不要となり、比較的容易に焼き戻しを行うことができる。コイル４７を通過したパイプ３２０Ｂは、搬送ローラ４６により搬送されながら、冷却装置４８により所定の冷却速度で冷却される。
例えば、亜共析鋼のパイプ３２０Ｂの場合、上記焼き戻し工程は、コイル４７による目標加熱温度を６００℃程度にして行われる。詳細については後述とするが、この焼き戻しを行うことにより、パイプ３２０Ｂに靭性を発生させ、パイプ３２０Ｂの耐久性（壊れにくさ）および成形性（成形のしやすさ）が確保される。
図４（Ｆ）の工程では、パイプ３２０Ｂの表面処理を行った後、このパイプ３２０Ｂの中央部を押し潰す成形処理を行う。この押し潰しは、例えば、プレス加工、ハイドロフォーム加工等によって行われ、これにより、図中に例示されるパイプ３２０が得られる。
以上の手順により、サスペンション構造３に適用可能なトーションビーム３２が得られる。図４の各工程の間では、必要に応じて洗浄処理等が適宜行われてもよい。このようにして得られたトーションビーム３２は、図３を参照しながら述べた構造を有し、その後、両端部３２２において、図２を参照しながら述べたトレーリングアーム３１Ｌ及び３１Ｒと、それぞれ溶接により接続される。これにより、サスペンション構造３が得られる。
例えば、パイプ３２０（コイル材３２０Ｓ、鋼板３２０Ａ、又は、パイプ３２０Ｂ）の材料には、質量％で、
Ｃ ：０．０５％〜０．６％、
Ｓｉ：０．０１％〜０．８％、
Ｍｎ：０．５％ 〜２．５％、
Ｐ ：０．１％ 以下（ゼロを含む）、
Ｓ ：０．１％ 以下、
を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる亜共析鋼が用いられる。この亜共析鋼は、付随的に、
Ｎｉ：０．３５％以下、
Ａｌ：０．１％ 以下、
Ｔｉ：０．２％ 以下、
Ｎ ：０．０１％以下、
の不純物を更に含有してもよいし、その他、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ等の不純物を更に含有していてもよい。
Ｃ ：０．０５％〜０．６％、
Ｓｉ：０．０１％〜０．８％、
Ｍｎ：０．５％ 〜２．５％、
Ｐ ：０．１％ 以下（ゼロを含む）、
Ｓ ：０．１％ 以下、
を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる亜共析鋼が用いられる。この亜共析鋼は、付随的に、
Ｎｉ：０．３５％以下、
Ａｌ：０．１％ 以下、
Ｔｉ：０．２％ 以下、
Ｎ ：０．０１％以下、
の不純物を更に含有してもよいし、その他、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ等の不純物を更に含有していてもよい。
上記亜共析鋼の鋼板３２０Ａを成形してパイプ３２０Ｂを形成した後（図４（Ｃ）参照）、前述のとおり、このパイプ３２０Ｂに対して焼き入れ（図４（Ｄ）参照）および焼き戻し（図４（Ｅ）参照）を行う。上記亜共析鋼の例では、焼き入れ工程は、例えば８００℃〜９００℃の範囲内等、少なくともＡ１変態点（７３０℃程度）よりも高く（好ましくはＡ３変態点（７５０℃〜９００℃程度）よりも高く）且つ融点より低い温度となる条件の下で行われるとよい。この条件の焼き入れにより、所定の剛性を有するパイプ３２０Ｂが得られる。そして、焼き戻し工程は、例えば５５０℃〜６５０℃の範囲内等、Ａ１変態点より低い温度となる条件の下で行われるとよい。この条件の焼き戻しによれば、詳細については後述とするが、パイプ３２０Ｂには主にソルバイトの組織が形成され、これにより、パイプ３２０Ｂの靭性が向上する。
ここで、パイプ３２０Ｂ（図４（Ｃ）参照）の中央部３２０Ｂ１と端部３２０Ｂ２とでは熱容量が互いに異なる。そのため、本実施形態の焼き戻し（図４（Ｅ）参照）によれば、中央部３２０Ｂ１の温度と端部３２０Ｂ２の温度とは互いに異なる温度になる。
本実施形態では、中央部３２０Ｂ１の肉厚が端部３２０Ｂ２の肉厚よりも薄い。そのため、中央部３２０Ｂ１の熱容量（「熱容量ＣＣ」とする。）および端部３２０Ｂ２の熱容量（「熱容量ＣＥ」とする。）の間では、ＣＣ＜ＣＥが成立する。よって、パイプ３２０が軸方向全体にわたって均一に加熱された場合（即ち、単位長さあたりに加わった熱量が各部位において等しい場合）、中央部３２０Ｂ１の温度（温度「ＴＣ」とする。）と端部３２０Ｂ２の温度（温度「ＴＥ」とする。）の間で、ＴＣ＞ＴＥが成立する。他の説明として、肉厚が比較的薄い中央部３２０Ｂ１の方が、肉厚が比較的厚い端部３２０Ｂ２に比べて抵抗値が大きいため、誘導電流に伴う発熱量が大きくなりやすく、その結果、ＴＣ＞ＴＥとなる。例えば、コイル４７による中央部３２０Ｂ１の目標加熱温度が６００℃の場合、ＴＣ≒６００℃、かつ、ＴＥ＞６００℃（例えば５００℃〜５８０℃等、５５０℃程度）となる。なお、上記均一な加熱は、コイル４７に供給される電力を一定に維持しながらコイル４７に対するパイプ３２０Ｂの相対移動速度を一定に維持することで実現可能である。
上記焼き戻しにおいてＴＣ＞ＴＥとなった結果、本実施形態では、中央部３２０Ｂ１には端部３２０Ｂ２よりも大きい靭性が生じる。このことは、パイプ３２０Ｂの組織構成の観点では、上記焼き戻しの結果、中央部３２０Ｂ１には、靭性が比較的高いソルバイトが主に形成され、その一方で、端部３２０Ｂ２には、硬さが比較的高いトルースタイトが形成されやすいことに起因する、と考えられる。換言すると、上記焼き戻しの結果、中央部３２０Ｂ１ではソルバイトが主たる組織構成となるのに対して、端部３２０Ｂ２では、トルースタイトの割合が多くなる（或いは、トルースタイトに近い組織構成になる）、とも言える。
しがたって、本実施形態によれば、パイプ３２０Ｂにおいて、中央部３２０Ｂ１では、相当の剛性（硬さ）の他、高い耐久性（壊れにくさ）および高い成形性（成形のしやすさ）が得られ、端部３２０Ｂ２では、相当の耐久性の他、高い剛性が得られる形となる。まとめると、剛性については、中央部３０２Ｂ１よりも端部３０２Ｂ２の方が大きくなり、耐久性および成形性については、端部３０２Ｂ２よりも中央部３０２Ｂ１の方が大きくなる。そのため、その後のパイプ３２０Ｂを押し潰す成形工程（図４（Ｆ）参照）では、中央部３２０Ｂ１を適切にＵ字状に押し潰すことが可能となる。
一方、上記押し潰し（図４（Ｆ）参照）により得られたパイプ３２０を備えるサスペンション構造３の観点では、使用時（車両１の走行時。特に、トーションビーム３２が捻れる場合。）において、中央部３２１は、捻れやすく、且つ、捻れに対する耐久性（耐捻れ疲労強度）も高い。よって、本実施形態によれば、上記使用時におけるトーションビーム３２の捻れ特性が向上する。一方、端部３２２は、耐久性が高いと共に剛性も高いため、本実施形態によれば、上記使用時におけるトーションビーム３２の捻れに伴うトレーリングアーム３１との接合剥離等が抑制される。
本実施形態で説明された各工程（図４の各工程）は、必要に応じて、その一部が変更されてもよい。例えば、本実施形態では、図４（Ａ）の工程で鋼板３２０Ａを切断したが、この切断工程は、例えば、図４（Ｂ）の工程の後、図４（Ｃ）の工程の後、図４（Ｄ）の工程の後、又は、図４（Ｅ）の工程の後、に行われてもよい。或いは、この切断工程は、図４（Ｆ）の工程の後、且つ、トレーリングアーム３１との接続工程の前、に行われてもよい。よって、本明細書でいう端部（例えば、３２０Ａ２および３２０Ｂ２）は、将来的な切断面およびその近傍部分を指し、上記各工程における特定のタイミングにおいて必ずしも切断面およびその近傍部分でなくてもよい。
本実施形態では、熱処理の典型的な例として、焼き入れ工程によりパイプ３２０Ｂを高硬度とし、その後、焼き戻し工程によりパイプ３２０Ｂに靭性を発生させる態様を例示したが、熱処理の内容はパイプ３２０Ｂに求められる特性に応じて変更可能である。そして、その後、熱処理済みのパイプ３２０Ｂに対してＵ字状に押し潰す成形工程が行われればよい。
また、本実施形態の焼き戻し工程（図４（Ｅ）参照）では、コイル４７に供給される電力を一定に維持しながらコイル４７に対するパイプ３２０Ｂの相対移動速度を一定に維持することで、パイプ３２０Ｂに対して均一な加熱を行う態様を例示した。しかしながら、他の実施形態として、例えば、上記電力および／または上記相対移動速度を調節することで、パイプ３２０Ｂの中央部３２０Ｂ１及び端部３２０Ｂ２間で、単位長さあたりに加える熱量を変更することも可能である。これにより、中央部３２０Ｂ１及び端部３２０Ｂ２のそれぞれの目標加熱温度を個別に調節し、それらの特性を調節可能となる。
その他、以上で説明されたパイプの各種特性は、所定の規格に準拠する試験で評価されればよい。例えば、パイプの或る部分（中央部、端部など）の靭性は、ＪＩＳ Ｚ ２２４２規格に準拠する試験で評価されうる。また、例えば、パイプの或る部分の成形性は、ＪＩＳ Ｚ ２２４１規格、ＪＩＳ Ｚ ２２４８規格などに準拠する各種試験で評価されうる。
（第２実施形態）
前述の第１実施形態では、パイプ３２０の肉厚はＸ−Ｚ平面（周方向）において均一であるものとしたが、第２実施形態は、パイプ３２０が、Ｘ−Ｚ平面において肉厚が互いに異なる部分を有する、という点で第１実施形態と異なる。本実施形態においても、前述の第１実施形態同様の効果が実現可能である。
前述の第１実施形態では、パイプ３２０の肉厚はＸ−Ｚ平面（周方向）において均一であるものとしたが、第２実施形態は、パイプ３２０が、Ｘ−Ｚ平面において肉厚が互いに異なる部分を有する、という点で第１実施形態と異なる。本実施形態においても、前述の第１実施形態同様の効果が実現可能である。
図５（Ａ）〜（Ｅ）は、本実施形態に係るトーションビーム３２の構造を示す模式図である。図５（Ａ）は、トーションビーム３２の上面図である。図５（Ｂ）は、端部３２２の切断線Ｂ−Ｂでの端面図を示す。図５（Ｃ）は、徐変部３２３の切断線Ｃ−Ｃでの端面図を示す。図５（Ｄ）は、中央部３２１の切断線Ｄ−Ｄでの端面図を示す。図５（Ｅ）は、中央部３２１の切断線Ｅ−Ｅでの端面図を示す。
本実施形態では、説明のため、Ｕ字状に押し潰された閉断面構造のパイプ３２０の各部分を区別する。即ち、パイプ３２０は、外側頂部３２０１、内側頂部３２０２、および、２つの折り曲げ部３２０３を含む。Ｕ字状の頂部は、パイプ３２０における２つの部分が、それらの一方が他方を覆う形で同方向に湾曲することで形成され、外側頂部３２０１はこの一方に対応し、内側頂部３２０２は他方に対応する。２つの折り曲げ部３２０３のそれぞれは、外側頂部３２０１と内側頂部３２０２とを接続する。
本実施形態では、図５（Ｂ）〜５（Ｅ）から分かるように、２つの折り曲げ部３２０３のそれぞれの肉厚は、外側頂部３２０１の肉厚および内側頂部３２０２の肉厚の双方より薄い。前述のとおり（図４（Ａ）〜４（Ｆ）参照）、トーションビーム３２は、鋼板３２０Ａをパイプ状に成形してパイプ３２０Ｂにした後、このパイプ３２０Ｂを押し潰すことで得られる。本実施形態では、折り曲げ部３２０３の肉厚を外側頂部３２０１の肉厚および内側頂部３２０２の肉厚より薄くすることにより、折り曲げ部３２０３が外側頂部３２０１および内側頂部３２０２よりも曲がりやすい。よって、本実施形態によれば、パイプ３２０Ｂをクラッシュドパイプ式の構造に成形しやすくなり、製造面の観点から第１実施形態に対して更に有利である。
なお、本実施形態では、図４（Ａ）の工程において、鋼板３２０Ａを準備した後、更に、各部分３２０Ａ１〜３２０Ａ３の上面に、折り曲げ部３２０３を形成するための切欠きを長手方向に沿って形成すればよい。或いは、図４（Ａ）の工程で、圧延機４１のローラの鋼板３２０Ａとの接触面を凸凹形状にすることで、上記切欠きを各部分３２０Ａ１〜３２０Ａ３と共に一度に形成することも可能である。
本実施形態では、外側頂部３２０１の肉厚と、内側頂部３２０２の肉厚とは互いに等しいものとするが、これらは互いに異なっていてもよい。他の実施形態として、内側頂部３２０２の肉厚は、外側頂部３２０１の肉厚よりも薄くするとよい。図５（Ｄ）〜５（Ｅ）からも分かるように、一般に、内側頂部３２０２の曲率（曲率半径の逆数）は、外側頂部３２０１の曲率より大きくなると考えられる。そのため、内側頂部３２０２の肉厚を外側頂部３２０１の肉厚より薄くすることにより、内側頂部３２０２を曲げやすくすることができ、パイプ３２０を更に容易に成形可能となる。
（実施形態のまとめ）
本発明の第１の態様は、車両用トーションビーム式サスペンション構造（例えば３）に適用されるトーションビーム（例えば３２）の製造方法であって、パイプを焼き入れする焼き入れ工程（例えば図４（Ｄ）の工程）と、前記焼き入れ工程後に前記パイプを焼き戻しする焼き戻し工程（例えば図４（Ｅ）の工程）とを含む熱処理工程と、熱処理済みの前記パイプを、その断面形状がＵ字状になるように押し潰す成形工程（例えば図４（Ｆ）の工程）と、を含み、前記パイプは、軸方向における中央部の肉厚が端部の肉厚よりも薄い閉断面構造（例えば３０２Ｂ）を有する。
第１の態様によれば、焼き入れ工程によってパイプに剛性を発生させ、焼き戻し工程によってパイプに靭性を発生させる。ここで、パイプの中央部と端部とで肉厚に差があることにより、中央部の熱容量ＣＣ＜端部の熱容量ＣＥ、の関係となる。そのため、焼き戻し工程では、中央部の温度ＴＣ＞端部の温度ＴＥ、となることで、中央部と端部との間で靭性の差が生じ、結果として、端部では中央部に比べて剛性が高くなる傾向となり、中央部では端部に比べて耐久性および成形性が高くなる傾向となる。
中央部の成形性の観点では、パイプを押し潰す成形工程において、中央部を適切にＵ字状に押し潰すことが可能となる。
また、中央部の耐久性の観点では、使用時（車両走行時）において、中央部の捻れ特性が確保されると共に耐久性が高くなる。一方、端部では剛性および耐久性が確保される。そのため、トーションビームの捻れ特性を向上させることができる。
本発明の第１の態様は、車両用トーションビーム式サスペンション構造（例えば３）に適用されるトーションビーム（例えば３２）の製造方法であって、パイプを焼き入れする焼き入れ工程（例えば図４（Ｄ）の工程）と、前記焼き入れ工程後に前記パイプを焼き戻しする焼き戻し工程（例えば図４（Ｅ）の工程）とを含む熱処理工程と、熱処理済みの前記パイプを、その断面形状がＵ字状になるように押し潰す成形工程（例えば図４（Ｆ）の工程）と、を含み、前記パイプは、軸方向における中央部の肉厚が端部の肉厚よりも薄い閉断面構造（例えば３０２Ｂ）を有する。
第１の態様によれば、焼き入れ工程によってパイプに剛性を発生させ、焼き戻し工程によってパイプに靭性を発生させる。ここで、パイプの中央部と端部とで肉厚に差があることにより、中央部の熱容量ＣＣ＜端部の熱容量ＣＥ、の関係となる。そのため、焼き戻し工程では、中央部の温度ＴＣ＞端部の温度ＴＥ、となることで、中央部と端部との間で靭性の差が生じ、結果として、端部では中央部に比べて剛性が高くなる傾向となり、中央部では端部に比べて耐久性および成形性が高くなる傾向となる。
中央部の成形性の観点では、パイプを押し潰す成形工程において、中央部を適切にＵ字状に押し潰すことが可能となる。
また、中央部の耐久性の観点では、使用時（車両走行時）において、中央部の捻れ特性が確保されると共に耐久性が高くなる。一方、端部では剛性および耐久性が確保される。そのため、トーションビームの捻れ特性を向上させることができる。
本発明の第２の態様では、前記熱処理工程で、前記端部よりも前記中央部に大きい靭性が生じるように、前記パイプを熱処理する。
第２の態様によれば、中央部に靭性が生じさせることで、成形工程においては中央部を押し潰しやすくすることができ、また、使用時（車両走行時）においては中央部の捻れ特性および耐久性を向上させることができる。
第２の態様によれば、中央部に靭性が生じさせることで、成形工程においては中央部を押し潰しやすくすることができ、また、使用時（車両走行時）においては中央部の捻れ特性および耐久性を向上させることができる。
本発明の第３の態様では、前記焼き戻し工程で、前記軸方向における単位長さあたりに加わる熱量が前記中央部か前記端部かに関わらず等しくなるように、前記パイプを加熱する。
第３の態様によれば、加熱装置の設定温度の調節等を行う必要がないため、パイプの焼き戻しを比較的容易に行うことができる。
第３の態様によれば、加熱装置の設定温度の調節等を行う必要がないため、パイプの焼き戻しを比較的容易に行うことができる。
本発明の第４の態様では、前記焼き戻し工程で、コイル（例えば４７）を用いた誘導加熱によって前記パイプを加熱し、該加熱において、前記コイルに供給する電力を一定に維持しながら前記パイプの前記コイルに対する相対移動速度を一定に維持する。
第４の態様によれば、コイルへの供給電力の調節、及び、コイルに対するパイプの走査速度調節が不要であるため、パイプの焼き戻しを比較的容易に行うことができる。
第４の態様によれば、コイルへの供給電力の調節、及び、コイルに対するパイプの走査速度調節が不要であるため、パイプの焼き戻しを比較的容易に行うことができる。
本発明の第５の態様では、前記焼き戻し工程で、前記中央部の単位長さあたりに加わる熱量が前記端部の単位長さあたりに加わる熱量よりも大きくなる条件で、前記パイプを加熱する。
第５の態様によれば、中央部および端部のそれぞれの加熱温度を、中央部および端部のそれぞれの熱容量に基づいて個別に調節することで、それらに生じる特性を個別に調節可能となる。なお、この場合も、コイルを用いた誘導加熱で実現可能であるが、中央部および端部のそれぞれに対する加熱温度は、該コイルへの供給電力を変えることで調節されてもよいし、該コイルに対するパイプの相対移動速度を変えることで調節されてもよい。
第５の態様によれば、中央部および端部のそれぞれの加熱温度を、中央部および端部のそれぞれの熱容量に基づいて個別に調節することで、それらに生じる特性を個別に調節可能となる。なお、この場合も、コイルを用いた誘導加熱で実現可能であるが、中央部および端部のそれぞれに対する加熱温度は、該コイルへの供給電力を変えることで調節されてもよいし、該コイルに対するパイプの相対移動速度を変えることで調節されてもよい。
本発明の第６の態様では、前記パイプは、前記中央部と前記端部との間に、肉厚が緩やかに変化する徐変部（例えば３２０Ｂ３）を更に含む。
第６の態様によれば、成形工程において、及び／又は、使用時（車両走行時）において、中央部と端部との境界に応力が局所的に集中することを防ぐことができる。
第６の態様によれば、成形工程において、及び／又は、使用時（車両走行時）において、中央部と端部との境界に応力が局所的に集中することを防ぐことができる。
本発明の第７の態様では、前記トーションビームの一端から他端までの距離をＬとした場合に、前記徐変部は、前記一端から０．２Ｌ〜０．４Ｌの範囲内と、前記他端から０．２Ｌ〜０．４Ｌの範囲内と、にそれぞれ設けられる。
第７の態様によれば、中央部の捻れやすさの向上と、端部の耐久性の向上とを両立させるのに特に好適である。例えば、Ｌ＝１２６０ｍｍの場合、徐変部は、一端から３００〜３５０ｍｍの間と、他端から３００〜３５０ｍｍの間と、にそれぞれ設けられるとよい。
第７の態様によれば、中央部の捻れやすさの向上と、端部の耐久性の向上とを両立させるのに特に好適である。例えば、Ｌ＝１２６０ｍｍの場合、徐変部は、一端から３００〜３５０ｍｍの間と、他端から３００〜３５０ｍｍの間と、にそれぞれ設けられるとよい。
（その他）
以上、いくつかの好適な態様を例示したが、本発明はこれらの例に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、その一部が変更されてもよい。また、本明細書に記載された個々の用語は、本発明を説明する目的で用いられたものに過ぎず、本発明は、その用語の厳密な意味に限定されるものでないことは言うまでもなく、その均等物をも含みうる。
以上、いくつかの好適な態様を例示したが、本発明はこれらの例に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、その一部が変更されてもよい。また、本明細書に記載された個々の用語は、本発明を説明する目的で用いられたものに過ぎず、本発明は、その用語の厳密な意味に限定されるものでないことは言うまでもなく、その均等物をも含みうる。
１：車両、３：トーションビーム式サスペンション構造、３１（３１Ｌ、３１Ｒ）：トレーリングアーム、３２：トーションビーム、３２０（３２０Ｂ）：パイプ、３２１（３２０Ｂ１）：中央部、３２２（３２０Ｂ２）：端部。
Claims (7)
- 車両用トーションビーム式サスペンション構造に適用されるトーションビームの製造方法であって、
パイプを焼き入れする焼き入れ工程と、前記焼き入れ工程後に前記パイプを焼き戻しする焼き戻し工程とを含む熱処理工程と、
熱処理済みの前記パイプを、その断面形状がＵ字状になるように押し潰す成形工程と、
を含み、
前記パイプは、軸方向における中央部の肉厚が端部の肉厚よりも薄い閉断面構造を有する
ことを特徴とするトーションビームの製造方法。 - 前記熱処理工程では、前記端部よりも前記中央部に大きい靭性が生じるように、前記パイプを熱処理する
ことを特徴とする請求項１に記載のトーションビームの製造方法。 - 前記焼き戻し工程では、前記軸方向における単位長さあたりに加わる熱量が前記中央部か前記端部かに関わらず等しくなるように、前記パイプを加熱する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトーションビームの製造方法。 - 前記焼き戻し工程では、コイルを用いた誘導加熱によって前記パイプを加熱し、該加熱において、前記コイルに供給する電力を一定に維持しながら前記パイプの前記コイルに対する相対移動速度を一定に維持する
ことを特徴とする請求項３に記載のトーションビームの製造方法。 - 前記焼き戻し工程では、前記中央部の単位長さあたりに加わる熱量が前記端部の単位長さあたりに加わる熱量よりも大きくなる条件で、前記パイプを加熱する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトーションビームの製造方法。 - 前記パイプは、前記中央部と前記端部との間に、肉厚が緩やかに変化する徐変部を更に含む
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のトーションビームの製造方法。 - 前記トーションビームの一端から他端までの距離をＬとした場合に、前記徐変部は、前記一端から０．２Ｌ〜０．４Ｌの範囲内と、前記他端から０．２Ｌ〜０．４Ｌの範囲内と、にそれぞれ設けられる
ことを特徴とする請求項６に記載のトーションビームの製造方法。
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