JP5098968B2 - サスペンション部品用素形材およびサスペンション部品用素形材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、サスペンション部品用素形材およびサスペンション部品用素形材の製造方法に関する。

アッパリンク、ロアリンク、ラジアスロッドなどサスペンション部品（サスペンションリンク）の素となる素形材（以下、「サスペンション部品用素形材」という。）には、鉄鋼材料が用いられていたが、車両の軽量化という観点から、アルミニウム合金材料が用いられることも多い。例えば、特許文献１〜３には、アルミニウム合金製のパイプ状部材の両端にアルミニウム合金製のエンド部材を摩擦圧接してなるサスペンション部品用素形材が開示されている。なお、サスペンション部品用素形材をアルミニウム合金製とする場合には、耐食性に優れた６０００系アルミニウム合金を使用することが多い。

特開平１１−１５６５６２号公報 国際公開第２００８／０１０２６５号パンフレット 特開２００８−５５４８６号公報

６０００系アルミニウム合金に代えて、これよりも強度の高い２０００系や７０００系のアルミニウム合金を使用すれば、サスペンション部品用素形材のさらなる軽量化を実現することができるが、６０００系アルミニウム合金に比べて耐食性に劣るという問題がある。

このような観点から、本発明は、高い耐食性を確保しつつ軽量化を図ることが可能なサスペンション部品用素形材およびその製造方法を提供することを課題とする。

このような課題を解決する本発明に係るサスペンション部品用素形材は、棒状部の両端にエンド部を接合してなるサスペンション部品用素形材であって、前記棒状部は、棒状の芯部と、当該芯部の外周面を被覆する被覆層とを備えており、前記芯部は、前記被覆層よりも強度の高いアルミニウム合金からなり、前記エンド部および前記被覆層は、前記芯部よりも耐食性の高いアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする。

本発明によれば、被覆層よりも強度の高いアルミニウム合金製の芯部を具備しているので、被覆層と同質のアルミニウムまたはアルミニウム合金のみで棒状部を形成する場合に比べて、棒状部の断面積を小さくすることが可能になり、ひいては、サスペンション部品用素形材の軽量化を図ることが可能になる。また、本発明によれば、芯部よりも耐食性の高いアルミニウム製またはアルミニウム合金製の被覆層およびエンド部で芯部を覆っているので、高い耐食性を確保することが可能となる。なお、芯部は、中実であってもよいし、管状（中空）であってもよい。

耐食性の高いアルミニウムまたはアルミニウム合金として、例えば、ＪＩＳ規格の１０００系アルミニウム（純アルミニウム）や６０００系アルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金）などの耐食アルミニウム合金を使用する場合には、それよりも強度の高いアルミニウム合金として、例えば、ジュラルミンあるいは超ジュラルミンと呼ばれるＪＩＳ規格の２０００系アルミニウム合金（Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金）や、超々ジュラルミンと呼ばれるＪＩＳ規格の７０００系アルミニウム合金（Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金）といった高力アルミニウム合金を使用すればよい。

本発明では、棒状部の端面にエンド部を摩擦圧接する。摩擦圧接によれば、棒状部とエンド部を簡易迅速に接合することが可能になる。

本発明に係るサスペンション部品用素形材の製造方法は、棒状部の両端にエンド部を設けたサスペンション部品用素形材の製造方法であって、１０００系アルミニウム製または６０００系アルミニウム合金製の管材の内空部に２０００系アルミニウム合金製または７０００系アルミニウム合金製の棒材を挿入して棒状複合材を形成する複合材準備過程と、前記棒状複合材から、前記棒状部の素となる棒状素形材を形成する素形材準備過程と、前記棒状素形材の両端面のそれぞれに、前記エンド部の素となる高耐食性のアルミニウム合金製のブロック状素形材を摩擦圧接する摩擦圧接過程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、高い耐食性を確保しつつ軽量化を図ることが可能なサスペンション部品用素形材を、簡単に製造することが可能となる。なお、棒材は、中実であってもよいし、管状であってもよい。また、ブロック状素形材は、例えば、６０００系のアルミニウム合金にて構成するとよい。６０００系を選定すれば耐食性もよく、強度も比較的高いので好都合である。

なお、棒状素形材およびブロック状素形材の形状が、棒状部およびエンド部の仕上形状から掛け離れているような場合には、前記摩擦圧接過程で得られた摩擦圧接部品に対して鍛造加工を施し（鍛造過程）、得られた鍛造品に対して溶体化処理、焼入れ処理および人工時効処理を施すとよい（Ｔ６処理過程）。いわゆるＴ６処理を行えば、摩擦圧接により形成された熱影響部（ＨＡＺ＝Heat Affected Zone）の強度を向上させることが可能になり、さらには、摩擦圧接過程や鍛造過程で発生した残留応力を除去することが可能になる。

前記複合材準備過程では、前記棒材が挿入された状態の前記管材に対して引抜加工、しごき加工またはスピニング加工を施すことで、前記棒材の外周面と前記管材の内周面とを密着させるとよい。このようにすると、棒材と管材の一体化が図られるようになるので、単一のアルミニウム合金からなる棒状部材と同等の加工性を確保することが可能となる。

本発明に係るサスペンション部品用素形材によれば、高い耐食性を確保しつつ軽量化を図ることが可能となる。
また、本発明に係るサスペンション部品用素形材の製造方法によれば、高い耐食性を確保しつつ軽量化を図ることが可能なサスペンション部品用素形材を容易に得ることが可能となる。

本実施形態に係るサスペンション部品用素形材は、アッパリンク、ロアリンク、ラジアスロッドといったサスペンション部品の素となる部材である。

図１に示すように、本実施形態に係るサスペンション部品用素形材Ｓは、棒状部１の両端面のそれぞれに、エンド部２を接合して構成したものである。

棒状部１は、棒状の芯部１ａと、芯部１ａの外周面を被覆する管状の被覆層１ｂとを備えている。図１の（ｂ）に示すように、芯部１ａは中実であり、芯部１ａの外周面は、被覆層１ｂの内周面に密着している。図１の（ａ）に示すように、被覆層１ｂは、芯部１ａの全長に亘って形成されており、被覆層１ｂの長手方向の端面は、芯部１ａの長手方向の端面と面一になっている。

芯部１ａは、被覆層１ｂよりも強度の高いアルミニウム合金からなり、被覆層１ｂは、芯材１ａよりも耐食性の高いアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる。

本実施形態の芯部１ａは、ＪＩＳ規格の７０７５アルミニウム合金からなる。７０７５アルミニウム合金は、アルミニウム合金の中で最も高い強度をもつＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金の一種であり、超々ジュラルミンと呼ばれる７０００系アルミニウム合金（Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金）に分類されるものである。なお、７０７５アルミニウム合金以外の７０００系アルミニウム合金にて芯部１ａを構成してもよいし、ジュラルミン若しくは超ジュラルミンと呼ばれるＪＩＳ規格の２０００系アルミニウム合金（Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金）にて芯部１ａを構成しても差し支えない。

本実施形態の被覆層１ｂは、ＪＩＳ規格の６０６１アルミニウム合金からなる。６０６１アルミニウム合金は、耐食性に優れたアルミニウム合金であり、６０００系アルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金）に分類されるものである。なお、６０６１アルミニウム合金以外の６０００系アルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金）にて被覆層１ｂを構成してもよいし、１０００系アルミニウム（純アルミニウム）にて被覆層１ｂを構成しても差し支えない。

なお、棒状部１の強度（耐力）は、芯部１ａおよび被覆層１ｂのそれぞれの材料強度（耐力）と、芯部１ａと被覆層１ｂの断面比率とに基づいて算出することができる。例えば、後記するＴ６処理過程を経た後の７０７５アルミニウム合金の強度が５１０Ｎ／ｍｍ^２であり、６０６１アルミニウム合金の強度が２８０Ｎ／ｍｍ^２であり、芯部１ａと被覆層１ｂの断面比率が８：２である場合、棒状部１の強度は、４６４Ｎ／ｍｍ^２（＝５１０×０．８＋２８０×０．２）となる。

エンド部２は、棒状部１の端面に接合されている。エンド部２の接合端面２ａは、芯部１ａおよび被覆層１ｂの両方に摩擦圧接されており、芯部１ａの長手方向の端面を完全に覆い隠している。

エンド部２は、芯部１ａよりも耐食性が高く且つ必要な強度を有するアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる。本実施形態のエンド部２は、ＪＩＳ規格の６０６１アルミニウム合金からなる。

次に、サスペンション部品用素形材Ｓの製造方法を説明する。
本実施形態の製造方法は、図２の（ａ）に示すように、棒状部１（図１参照）の素となる棒状素形材１’の両端面のそれぞれに、エンド部２（図１参照）の素となるブロック状素形材２’を摩擦圧接し、得られた摩擦圧接部品Ｆｗに対して鍛造加工とＴ６処理を施す、というものであり、複合材準備過程と、素形材準備過程と、摩擦圧接過程と、鍛造過程と、Ｔ６処理過程とを含んでいる。

複合材準備過程は、棒状素形材１’の素となる棒状複合材１０（図３の（ｂ）参照）を製造する過程である。本実施形態の複合材準備過程では、図３の（ａ）に示すように、管材１Ｂの内空部に棒材１Ａを挿入し、棒材１Ａが挿入された状態の管材１Ｂに対して引抜加工を施すことで、図３の（ｂ）に示す棒状複合材１０を製造している。引抜加工を行うと、管材１Ｂが縮径し、棒材１Ａの外周面と管材１Ｂの内周面とが密着した棒状複合材１０が得られる。なお、棒材１Ａは、芯部１ａ（図１参照）の素となる部材であり、７０７５アルミニウム合金製の押出形材からなる。また、管材１Ｂは、被覆層１ｂ（図１参照）の素となる部材であり、６０６１アルミニウム合金製の中空押出形材からなる。

素形材準備過程は、棒状複合材１０から棒状素形材１’を形成する過程である。本実施形態の素形材準備過程では、棒状複合材１０を適宜な長さで切断することで、棒状素形材１’を得ている。また、素形材準備過程では、ブロック状素形材２’（図２の（ａ）参照）も形成する。図示は省略するが、ブロック状素形材２’は、例えば、６０６１アルミニウム合金製の押出形材を適宜な長さで切断することで得ることができる。

摩擦圧接過程は、図２の（ａ）に示すように、棒状素形材１’の両端面のそれぞれに、ブロック状素形材２’を摩擦圧接し、摩擦圧接部品Ｆｗを得る過程である。具体的には、図示せぬ摩擦圧接装置のクランプで棒状素形材１’を把持するとともに、摩擦圧接装置の回転主軸に設けたチャックでブロック状素形材２’を把持し、ブロック状素形材２’を回転させつつ棒状素形材１’の長手方向の端面に突き合せればよい。なお、摩擦圧接の過程で接合部の外周側に押し出されたバリ３は、鍛造過程を行う前に切除する。

鍛造過程は、摩擦圧接過程で得られた摩擦圧接部品Ｆｗに対して鍛造加工を施し、図２の（ｂ）に示すような形態の鍛造品Ｆｏを得る過程である。本実施形態の鍛造過程では、熱間の型鍛造にてブロック状素形材２’に対して鍛造加工を行い、サスペンション部品用素形材Ｓの仕上形状に近似した形状の鍛造品Ｆｏを製造する。その後必要に応じて、鍛造品Ｆｏに機械加工を施し、鍛造の過程で発生するバリや、鍛造型の抜き勾配によって不可避的に形成される余肉などを切除する。なお、棒状部１と棒状素形材１’とで断面形状等が異なる場合には、棒状素形材１’にも鍛造加工を施す。

Ｔ６処理過程は、鍛造過程で得られた鍛造品Ｆｏに対して溶体化処理、焼入れ処理および人工時効処理を施す過程である。Ｔ６処理を行えば、摩擦圧接により形成された熱影響部の強度を向上させること可能になり、さらには、摩擦圧接過程や鍛造過程で発生した残留応力を除去することが可能になる。Ｔ６処理過程を経ると、図１に示すサスペンション部品用素形材Ｓとなる。

以上説明した本実施形態に係るサスペンション部品用素形材Ｓによれば、被覆層１ｂよりも強度の高いアルミニウム合金製の芯部１ａを具備しているので、被覆層１ｂと同質のアルミニウムまたはアルミニウム合金のみで棒状部１を形成する場合に比べて、棒状部１の断面積を小さくすることが可能になり、ひいては、棒状部１の軽量化を図ることが可能になる。軽量化の程度は、サスペンション部品用素形材Ｓの寸法・形状等によって異なるが、引張強度のみに着目して検討すると、芯部１ａと被覆層１ｂの断面比率を８：２とした場合、前述の通り、６０６１アルミニウム合金の強度が２８０Ｎ／ｍｍ^２であるのに対し、７０７５アルミニウム合金と６０６１アルミニウム合金とを複合化した棒状部１の強度は４６４Ｎ／ｍｍ^２となるので、その重量（断面積）は、２８０／４６４＝６０％となる。すなわち、７０７５アルミニウム合金と６０６１アルミニウム合金とを複合化した棒状部１を用いると、６０６１アルミニウム合金のみで形成した場合に比べて、重量は４０％軽量化する。

また、サスペンション部品用素形材Ｓによれば、芯部１ａよりも耐食性の高いアルミニウム合金製の被覆層１ｂおよびエンド部２で芯部１ａを覆っているので、高い耐食性を確保することが可能となる。

また、本実施形態に係るサスペンション部品用素形材Ｓの製造方法によれば、高い耐食性を確保しつつ軽量化を図ることが可能なサスペンション部品用素形材Ｓを、簡単に製造することが可能となる。特に本実施形態では、棒状部１とエンド部２とを摩擦圧接にて接合しているので、両者を簡易迅速に接合することが可能になる。

なお、本実施形態では、棒状複合材１０の製造方法として、棒材１Ａが挿入された状態の管材１Ｂに対して引抜加工を施す方法を例示したが、棒状複合材１０の製造方法を限定する趣旨ではない。図示は省略するが、棒材１Ａが挿入された状態の管材１Ｂに対してしごき加工やスピニング加工を施すことで、管材１Ｂと棒材１Ａとが密着した棒状複合材１０を製造してもよい。

また、本実施形態では、棒状複合材１０の製造方法として、管材１Ｂの内径よりも小さな外径の棒材１Ａを管材１Ｂの内空部に遊挿し、管材１Ｂを縮径させることで、管材１Ｂと棒材１Ａとが密着した棒状複合材１０を製造する方法を例示したが、管材１Ｂの内径と同一もしくはやや大きな外径の棒材１Ａを管材１Ｂの内空部に押し込んで（嵌合して）、管材１Ｂと棒材１Ａとが密着した棒状複合材１０を製造してもよい。

本実施形態では、エンド部２の仕上形状から掛け離れた形状のブロック状素形材２’を棒状素形材１’に接合し、鍛造過程を行ってブロック状素形材２’をエンド部２の仕上形状に近づける場合を例示したが、ブロック状素形材２’の形態等を限定する趣旨ではない。図示は省略するが、エンド部２と同一形状のブロック状素形材もしくはエンド部２に近似した形状のブロック状素形材を棒状素形材１’に接合してもよい。このようなブロック状素形材を使用すれば、荒型が不要になるなど、鍛造回数を削減することが可能になり、場合によっては、鍛造過程を省略することが可能になる。

本実施形態では、棒状部１の断面形状を円形とした場合を例示したが、棒状部１の断面形状を限定する趣旨ではない。また、本実施形態では、棒状部１の芯部１ａ（棒材１Ａ）が中実である場合を例示したが、管状（中空）の芯部１ａ（棒材１Ａ）としても差し支えない。

本実施形態では、押出形材からなるブロック状素形材２’を例示したが、鋳造品からなるブロック状素形材を使用しても差し支えない。

（ａ）は本発明の実施形態に係るサスペンション部品用素形材の構成を説明するための断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態に係るサスペンション部品用素形材の製造方法を説明するための断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態に係るサスペンション部品用素形材の製造方法および棒状複合材の構成を説明するための断面図である。

符号の説明

Ｓ サスペンション部品用素形材
１ 棒状部
１ａ 芯部
１ｂ 被覆層
２ エンド部
１’ 棒状素形材
２’ ブロック状素形材
１０ 棒状複合材
１Ａ 棒材
１Ｂ 管材
Ｆｗ 摩擦圧接部品
Ｆｏ 鍛造品

Claims (4)

1. 棒状部の両端にエンド部を接合してなるサスペンション部品用素形材であって、
   前記棒状部は、棒状の芯部と、当該芯部の外周面を被覆する被覆層とを備えており、
   前記芯部は、前記被覆層よりも強度の高いアルミニウム合金からなり、
   前記エンド部および前記被覆層は、前記芯部よりも耐食性の高いアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、
   前記各エンド部が、前記棒状部の端面に摩擦圧接されていることを特徴とするサスペンション部品用素形材。
2. 棒状部の両端にエンド部を設けたサスペンション部品用素形材の製造方法であって、
   １０００系アルミニウム製または６０００系アルミニウム合金製の管材の内空部に２０００系アルミニウム合金製または７０００系アルミニウム合金製の棒材を挿入して棒状複合材を形成する複合材準備過程と、
   前記棒状複合材から、前記棒状部の素となる棒状素形材を形成する素形材準備過程と、
   前記棒状素形材の両端面のそれぞれに、前記エンド部の素となる高耐食性のアルミニウム合金製のブロック状素形材を摩擦圧接する摩擦圧接過程と、を含むことを特徴とするサスペンション部品用素形材の製造方法。
3. 棒状部の両端にエンド部を設けたサスペンション部品用素形材の製造方法であって、
   １０００系アルミニウム製または６０００系アルミニウム合金製の管材の内空部に２０００系アルミニウム合金製または７０００系アルミニウム合金製の棒材を挿入して棒状複合材を形成する複合材準備過程と、
   前記棒状複合材から、前記棒状部の素となる棒状素形材を形成する素形材準備過程と、
   前記棒状素形材の両端面のそれぞれに、前記エンド部の素となる高耐食性のアルミニウム合金製のブロック状素形材を摩擦圧接する摩擦圧接過程と、
   前記摩擦圧接過程で得られた摩擦圧接部品に対して鍛造加工を施す鍛造過程と、
   前記鍛造過程で得られた鍛造品に対して溶体化処理、焼入れ処理および人工時効処理を施すＴ６処理過程と、を含むことを特徴とするサスペンション部品用素形材の製造方法。
4. 前記複合材準備過程では、前記棒材が挿入された状態の前記管材に対して引抜加工、しごき加工またはスピニング加工を施すことで、前記棒材の外周面と前記管材の内周面とを密着させる、ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のサスペンション部品用素形材の製造方法。

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