JP4157242B2

JP4157242B2 - 中空スタビライザと、その製造方法

Info

Publication number: JP4157242B2
Application number: JP33185499A
Authority: JP
Inventors: 晃弘勝矢; 正人菅原
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 1999-11-22
Filing date: 1999-11-22
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2019-11-22
Also published as: JP2001152315A

Description

【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と、そ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、金属パイプ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】
【発明が解決しようとする課題】
中空スタビライザを強化するために、その製造工程において焼入れ焼戻しなどの熱処理が行われている。また、ショットピーニングによって中空スタビライザをさらに高強度化することもできる。しかし中空スタビライザの外面側はショットピーニングによって比較的容易に均一な残留応力を付与することができるが、内面側は均一な残留応力を付与することに困難を伴なう。また、内面ショットピーニングは製品（中空スタビライザ）のコストアップにつながるため、実施が難しいのが現状であった。
【０００４】
従って本発明の目的は、特に内面側を強化することによって耐久性の高い中空スタビライザを提供することにある。
【０００５】
【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、金属パイプからなる中空スタビライザであって、該金属パイプは溶接管（電縫管）であり、その内面側が浸炭処理層によって強化される。この中空スタビライザの外面側は、溶接ビード部が除去されかつショットピーニング等によって強化される。
【０００６】
また前記目的を果たすための溶接管からなる中空スタビライザは、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有し、かつ、前記溶接管の内面に浸炭処理層が形成されていることを特徴とする。なお、必要に応じて溶接管に引抜き加工などの縮管加工を行ってもよい。この中空スタビライザは、浸炭処理層に加えて内面ビード除去部を形成したことによって、内面側がさらに強化される。中空スタビライザの外面側は、例えば浸炭処理あるいはショットピーニング等によって強化してもよい。
【０００７】
本発明の製造方法は、溶接管の内面側の溶接ビードを切削することにより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する工程と、端部が開口する金属パイプの内面に浸炭処理剤を付着させる工程と、前記金属パイプの端部の開口を塞いで該金属パイプの内部を密閉する工程と、前記金属パイプをスタビライザ形状に成形する前または成形後に該金属パイプを加熱して熱処理を行うとともにこの熱処理時の熱を利用して前記浸炭処理剤をガス化させることにより前記金属パイプの内面に浸炭処理層を形成する工程とを具備している。
【０００８】
金属パイプをスタビライザ形状に成形する前に熱処理を行う場合、直管状のパイプの端部の開口に栓を詰めるなどして、パイプの内部を密閉すればよい。金属パイプをスタビライザ形状に成形したのち熱処理を行う場合には、その成形時にパイプの端部を潰すことにより、パイプの内部を密閉することができる。いずれの場合も、熱処理時（特に焼入れ時）にパイプが高温に加熱されることにより、パイプの内部で浸炭処理剤がガス化する。ガス化した浸炭処理剤を金属パイプの内部に閉じ込めた状態で、ガス浸炭が行われる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の第１の実施形態について、図１から図４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る。中空スタビライザ１０の端末部すなわちアーム部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の材料は金属パイプの一例として溶接管（電縫管）２０が採用されている。但しこの発明を実施するに当たって、溶接管の代りにシームレスパイプ（継ぎ目なし管）が使用されてもよい。
【００１２】
図５に示すように造管直後の溶接管２０Ａの溶接部２１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２２，２３が形成されるが、造管後に行われる機械加工等によって、外面側の溶接ビード２３が除去される。この中空スタビライザ１０の内面側には、後述するガス浸炭によって浸炭処理層２５が形成されている。
【００１３】
次にこの中空スタビライザ１０の製造工程について説明する。
まず、浸炭処理剤塗布工程において、所定の材質および所定寸法の溶接管２０の内面に浸炭処理剤を塗布する。例えば、両端が開口する溶接管２０を液状の浸炭処理剤中に浸漬するとか、溶接管２０の内面に浸炭処理剤液を噴霧するなどして、浸炭処理剤を溶接管２０の内面に付着させたのち、乾燥させる。
【００１４】
そののち、この溶接管２０を所定のスタビライザ形状に成形する。この成形に伴ない、溶接管２０の両端末１２ａが偏平に潰され、溶接管２０の内部空間が密閉される。
【００１５】
こうして中空スタビライザ１０を成形した後、この中空スタビライザ１０を加熱し、急冷することにより焼入れ処理を行う。加熱方法としては、スタビライザ１０の両端末１２ａを電極にて保持した状態で通電加熱を行う通電加熱方法でもよいし、あるいはスタビライザ全体を加熱炉中に保持して所定温度まで加熱する方法でもよい。
【００１６】
この熱処理時の熱によって、中空スタビライザ１０の内面に付着していた浸炭処理剤がガス化し、中空スタビライザ１０の内部においてガス浸炭処理が進行する。このとき中空スタビライザ１０の両端末１２ａは閉じているから、中空スタビライザ１０の内部でガス化した浸炭処理剤が外部に漏れることはない。つまり中空スタビライザ１０自体がガス浸炭用のチャンバの役割を兼ねることになる。
【００１７】
所定温度まで加熱された中空スタビライザ１０は、直ちに冷却液中に保持されることにより急冷されて焼入れが行われる。熱処理後に、必要に応じて、焼戻し処理や外面ショットピーニング、塗装などが行われ、中空スタビライザ１０として完成する。
【００１８】
なお、中空スタビライザ１０を製造する場合、直管状態の溶接管２０に焼入れ等の熱処理を行ったのちに、所定のスタビライザ形状に成形してもよい。その場合、溶接管２０の内面に浸炭処理剤を塗布したのち、溶接管２０の両端を栓によって塞ぐ。そして焼入れ等の熱処理を行う。この場合も熱処理時の熱によって溶接管２０の内面に付着していた浸炭処理剤がガス化し、溶接管２０の内部においてガス浸炭処理が行われる。溶接管２０の両端は栓によって塞がれているため、ガス化した浸炭処理剤が溶接管２０の外部に漏れることはない。
【００１９】
中空スタビライザ１０の外面側にも浸炭処理層を形成してもよい。その場合、溶接管２０の外面に浸炭処理材を塗布したのち、さらにその上に、浸炭処理剤のシール手段として塗装処理を施すとよい。こうすることにより、熱処理時の熱を利用して中空スタビライザ１０の内面と外面の双方に浸炭処理層を形成することができる。
【００２０】
浸炭深さは３０μｍ〜１５０μｍが望ましい。浸炭深さが３０μｍよりも浅い場合、浸炭の効果が生じにくい。また、浸炭深さが１５０μｍを越えると、表面に異常組織が発生しやすく、疲労強度が低下する可能性がでてくる。
【００２１】
図６は第２の実施形態の中空スタビライザ１０′の断面を示している。この中空スタビライザ１０′も溶接管２０を用いているが、溶接管２０の内面側に内面ビード除去部３１が形成されている。内面ビード除去部３１は、溶接部２１の肉厚ｔ２が母材部３０の肉厚ｔ１以下となるように、内面ビード２２を除去することによって形成される。
【００２２】
この場合、内面ビード除去部３１の幅Ｗ１を溶接ビード２２の幅Ｗ２（図５に示す）以上とすることにより、溶接ビード２２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３０と内面ビード除去部３１との境に段差が生じないように、母材部３０と内面ビード除去部３１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３１の幅方向の断面形状が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。
【００２３】
この第２の実施形態の中空スタビライザ１０′も、第１の実施形態と同様に、浸炭処理剤の塗布工程と、溶接管２０の両端を閉じる工程と、熱処理工程などを経ることにより、中空スタビライザ１０′の少なくとも内面側に浸炭処理層２５が形成される。
【００２４】
次表１は、前記第１の実施形態に沿う中空スタビライザ１０（実施例１）と、第２の実施形態に沿う中空スタビライザ１０′（実施例２）と、下記比較例との耐久試験を行った結果を示している。
【００２５】
実施例１，２と比較例に使用された溶接管（ＳＡＥ１０Ｂ２２炭素鋼電縫管）２０は、いずれも、外径がφ１５．９ｍｍ，母材部の肉厚が２．９ｍｍである。表１中の溶接位置θ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２１とを結ぶ線分Ｌが、湾曲部１６の内側を向く基準線Ｈに対してなす角度である。実施例１，２と比較例は、いずれも、使用時に比較的高い応力が生じるθ＝９０°の位置に溶接部２１がく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。
【００２６】
実施例１と実施例２では、前記熱処理時の熱を利用して溶接管２０の内面に浸炭処理層２５を形成した。比較例は浸炭処理を行わず、また内面ビード２２を残したままの溶接管を用いた。
【００２７】
【表１】

【００２８】
実施例１の中空スタビライザは、いずれの試験品も内面ビード部において折損したが、内面浸炭処理によって比較的高い耐久試験結果が得られている。
実施例２の中空スタビライザは、内面ビード２２が除去されていること、および内面浸炭処理によって、実施例１よりもさらに高い耐久試験結果が得られた。この実施例２は溶接管２０の外面側の最も応力の高い位置（外面母材部）において折損しており、疲労強度がさらに向上していることが確認された。
【００２９】
比較例は、内面ビード部において折損を生じ、疲労強度（耐久回数）は本発明の実施例１の約半分、実施例２の３分の１程度と、低いレベルであった。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１に記載した発明によれば、溶接管からなる中空スタビライザの内面が強化されることにより、疲労強度を著しく向上させることができる。また、従来品と同等の耐久回数で使用するのであれば、従来品よりも高い応力で使用することができ、その場合に中空スタビライザのさらなる軽量化が可能となる。
【００３１】
請求項１に記載した発明によれば、溶接管の内面側に形成された内面ビード除去部と浸炭処理層とによって溶接管の内面側をさらに強化できることにより、耐久性の高い中空スタビライザを提供できる。
請求項２に記載した製造方法によれば、溶接管の内面側に形成された内面ビード除去部と浸炭処理層とによって溶接管の内面側を強化でき、中空スタビライザの内面に浸炭処理層を形成するにあたって、熱処理時の熱を利用してガス浸炭を行うことができ、しかもガス化した浸炭処理剤を中空スタビライザの内部に閉じ込めることができるため、ガス浸炭に必要な設備を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す中空スタビライザの径方向の断面図。
【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】中空スタビライザを模式的に示す平面図。
【図４】図３中のＦ４−Ｆ４線に沿う中空スタビライザの断面図。
【図５】造管直後の溶接ビードを有する溶接管の断面図。
【図６】本発明の第２の実施形態を示す中空スタビライザの径方向の断面図。
【符号の説明】
１０，１０′…中空スタビライザ
２０…溶接管
２１…溶接部
２２…溶接ビード
２５…浸炭処理層
３１…内面ビード除去部

Claims

溶接管からなる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有し、かつ、
前記溶接管の内面に浸炭処理層が形成されていることを特徴とする中空スタビライザ。
溶接管の内面側の溶接ビードを切削することにより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する工程と、
端部が開口する金属パイプの内面に浸炭処理剤を付着させる工程と、
前記金属パイプの端部の開口を塞いで該金属パイプの内部を密閉する工程と、
前記金属パイプをスタビライザ形状に成形する前または成形後に該金属パイプを加熱して熱処理を行うとともにこの熱処理時の熱を利用して前記浸炭処理剤をガス化させることにより前記金属パイプの内面に浸炭処理層を形成する工程と、
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。