JP5436904B2 - 車両用スタビライザの表面加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車両に使用される車両用スタビライザの疲労強度を向上させるための表面加工方法に関する。

車体のロール剛性を高めるために、車両の左右のサスペンションを連結するスタビライザが用いられる。スタビライザは、略Ｕ字状をなしている棒体であり、その両端が夫々左右のサスペンションに連結される。走行中に左右のサスペンションの夫々が位相差或いは変位差を伴って上下動する毎にスタビライザは荷重を受ける。スタビライザは繰り返し荷重を受けるため疲労し易い。そこで、スタビライザにはショットピーニングなど、疲労強度を向上させるための表面加工が施される（例えば、特許文献１を参照）。そのような表面加工は、多数の微小粒体又はエネルギをスタビライザに投射し、残留応力を付与することによって疲労強度を向上させる。なお、以下では、「多数の微小粒体又はエネルギ」を単に「粒体等」と総称することがある。また、本明細書では、ショットピーニングやエアーブラストなど、「疲労強度を向上させるための表面加工」を「耐疲労表面加工」と略称する。ショットピーニングやエアーブラストが、多数の微小粒体を用いる耐疲労表面加工の例である。エネルギを投射する耐疲労表面加工には、例えばレーザーピーニングがある。

特開２０００−２３３６２５号公報

従来は、専用ハンガに複数のスタビライザを密に吊るして一度に耐疲労表面加工を施していた。複数のスタビライザを密に吊るすと粒体等が投射されない領域が残ってしまう可能性がある。本発明は、上記課題に鑑みて創作された。本発明の目的は、スタビライザに耐疲労表面加工を効率よく施す技術を提供することにある。

本発明は、車両用スタビライザの表面に粒体等を投射して疲労強度を向上させるスタビライザ用表面加工方法に具現化することができる。その表面加工方法は、支持工程、位置決め工程、及び、投射工程を含む。支持工程では、粒体等を投射する投射器を配置可能な空間を、表面加工を施すべき予定加工部位の全周に確保してスタビライザを支持する。ここで、車両用スタビライザは湾曲した棒体であるので、「全周」とは予定加工部位の軸線周りの周囲を意味する。また、以下では、「投射器を配置可能な空間」を「配置空間」と称する。位置決め工程では、配置空間内に投射器を位置決めする。投射工程では、位置決めされた投射器から予定加工部位に向けて粒体等を投射する。粒体等を投射することによって加工予定部位の疲労強度が向上する。「予定加工部位」は、使用時に高応力が発生すると推定される部位であり、応力解析等によって予め特定される。

本発明の表面加工方法によれば、予定加工部位の全周に配置空間が確保されているので、投射器を自在に位置決めすることができる。従って、本発明の表面加工方法によれば、粒体等が当らない未加工部分を残すことなく、予定加工部位に確実に耐疲労表面加工を施すことができる。

予定加工部位の全周に配置空間を確保することで、本発明の表面加工方法はさらに次のように発展させることができる。発展型の一つは、位置決め工程では複数の投射器を配置空間内に位置決めし、投射工程ではそれぞれの投射器の投射方向が交差しないように予定加工部位に向けて粒体等を投射する。複数の投射器を用いることによって耐疲労表面加工に要する時間を短縮することができる。また、それぞれの投射器の投射方向が交差しないように投射器の向きを調整して粒体等を投射することによって、投射した粒体等が干渉することを防止し、もって耐疲労表面加工を予定加工部位に一様に施すことができる。

発展型の他の一つは、位置決め工程では配置空間にスタビライザを挟んで互いに対向する位置に２個の投射器を位置決めし、投射工程では２個の投射器を互いに逆方向に交互に揺動させながら粒体等を投射する。２個の投射器を用いることで耐疲労表面加工に要する時間を短縮することができる。また、２個の投射器を互いに逆方向に交互に揺動させながら粒体等を投射することによって、２個の投射器のそれぞれから投射される粒体等の干渉を抑制しながら同一の予定加工部位に耐疲労表面加工を施すことができる。

本発明は、投射工程において、スタビライザに周期的な捻り荷重を加えながら粒体等を投射する。スタビライザの使用状況において、左右のサスペンションが非同期に上下動するため、スタビライザに捻り荷重が加わることが多い。スタビライザに周期的な捻り荷重を加えながら粒体等を投射することによって、車両用スタビライザに特有の捻り荷重に対する疲労強度を効果的に向上させることができる。

本発明によれば、スタビライザに耐疲労表面加工を効率よく施すことができる。

図１は、スタビライザの耐疲労表面加工システムの模式的斜視図である。 図２は、耐疲労表面加工中のスタビライザの模式的断面図である。

実施例の表面加工方法の特徴を概説する。実施例における支持工程は、スタビライザをいわゆる「立てた状態」で支持する。「立てた状態」を具体的に説明すると以下の通りである。車両用スタビライザは、腕部が中央部の両端から同じ方向に湾曲して伸びる略Ｕ字状をなしている。「立てた状態」とは、腕部の長手方向に沿って伸びる直線と中央部の長手方向に沿って伸びる直線によって形成される平面を略鉛直方向に向けてスタビライザを支持することを意味する。簡単に表現すると、「立てた状態」とはスタビライザ中央部の長手方向を鉛直方向に向けてスタビライザを支持することを意味する。そのように支持することによって、配置空間を容易に確保することができるとともに、耐疲労表面加工を実施するのに必要な床面積を小さくすることができる。

図１に、車両用スタビライザの耐疲労表面加工システム１００の模式図を示す。以下、「耐疲労表面加工システム１００」を単に「システム１００」と称する。このシステム１００は、スタビライザ支持アーム２０と投射器支持アーム３２から構成される。スタビライザ支持アーム２０は、車両用スタビライザ１０を支持するアームであり、投射器支持アーム３２は、耐疲労表面加工のための微小粒体群を投射する投射器３０を支持するアームである。夫々のアームは、所定の稼動範囲内でアーム先端（即ちスタビライザ１０や投射器３０）を自在に位置決めすることができる。

車両用スタビライザ１０（以下、単に「スタビライザ１０」と称する）は、ＳＵＰ９の棒鋼から成形される。スタビライザ１０は、腕部１０ｂ、１０ｃが中央部１０ａの両端から同方向に湾曲して伸びている略Ｕ字状をなしている。スタビライザ１０は、その両端、即ち腕部１０ｂの先端１０ｂｅと１０ｃの先端１０ｃｅが車両の左右のサスペンションにそれぞれ連結されて使用される。

車両の左右のサスペンションはそれぞれ独立に上下動する。従って、スタビライザ１０が使用されるとき、その両端１０ｂｅと１０ｃｅに上下方向の荷重が加わる。そのため、中央部１０ａと腕部１０ｂの境界を含む湾曲部１０ｄ、及び中央部１０ａと腕部１０ｃの境界を含む湾曲部１０ｅに、使用時に最も高い応力が発生する。

システム１００は、湾曲部１０ｄ、１０ｅに耐疲労表面加工を施す。湾曲部１０ｄ、１０ｅは、耐疲労表面加工を施す予定加工部位に相当する。予定加工部位は、事前の応力解析によって、発生する応力が予め決められた閾値以上となる部位として特定される。本実施例における「耐疲労表面加工」は、良く知られたショットピーニング加工である。ショットピーニングの場合、投射される微小粒体は「ショット材」と呼ばれる。

システム１００が実施する耐疲労表面加工では、まず、スタビライザ支持アーム２０がスタビライザ１０を支持する。この工程は「支持工程」に相当する。具体的には、スタビライザ支持アーム２０は、スタビライザ１０の中央部１０ａを把持し、中央部１０ａの長手方向を略鉛直方向に向けてスタビライザ１０を支持する。別言すると、スタビライザ支持アーム２０は、腕部１０ｂ、１０ｃのそれぞれの長手方向に沿って伸びる直線と中央部１０ａの長手方向に沿って伸びる直線によって形成される平面を略鉛直方向に向けてスタビライザ１０を支持する。なお、図１に描いている座標系のＺ軸が鉛直方向を示している。

図１は、一方の腕部１０ｂが他方の腕部１０ｃの上方に位置するようにスタビライザ１０が支持されている状態を示している。スタビライザ支持アーム２０は、スタビライザ１０の中央部１０ａを把持しており、湾曲部１０ｄ（即ち予定加工部位）の全周には配置空間ＳＰが確保される。ここで、「配置空間ＳＰ」は、湾曲部１０ｄ（即ち予定加工部位）の全周に亘る空間領域であり、投射器３０を配置可能なボリュームを有する空間領域である。本実施例では、配置空間ＳＰは、湾曲部１０ｄの一断面Ｑの中心から半径Ｒであり、断面Ｑの法線に沿って伸びている長さがＷの円柱状の空間である。半径Ｒは投射器３０の全長よりも長い。

投射器３０は、投射器支持アーム３２の先端に支持されている。投射器支持アーム３２は、配置空間ＳＰ内の所定の位置に投射器３０を位置決めする（位置決め工程）。より具体的には、投射器支持アーム３２は、湾曲部１０ｄ（予定加工部位）に向けて投射器３０を位置決めする。

その状態でシステム１００は、投射器３０からショットピーニングの微小粒体群（ショット材）を投射する。微小粒体群が湾曲部１０ｄに投射される。こうして、湾曲部１０ｄに圧縮残留応力が付与されて疲労強度が向上する。

投射器３０の具体的一例を説明する。ここで、スタビライザ１０の直径は略２０ｍｍである。投射器３０は毎分約２ｋｇの微小粒体群を投射（噴射）する。ノズルの直径は約５ｍｍであり、微小粒体群はノズルから約６度の頂角範囲で投射される。そのような条件において、投射器３０は予定加工部位に対して約３６０ｍｍの距離から微小粒体群を投射する。

湾曲部１０ｄの耐疲労表面加工が終了した後、スタビライザ支持アーム２０は支持しているスタビライザ１０を逆さに回転させ、次に湾曲部１０ｅに同様に耐疲労表面加工を施す。

上記のシステム１００は、予定加工部位（湾曲部１０ｄ、１０ｅ）の全周に亘って投射器３０を位置決め可能な配置空間ＳＰを確保する。従って予定加工部位に自在に耐疲労表面加工を施すことができるので、システム１００は、微小粒体が投射されない未加工領域を残すことなく均一な耐疲労表面加工を施すことができる。

上記説明した耐疲労表面加工方法の好適な変形例を説明する。
（変形例１）２つの湾曲部１０ｄと１０ｅに同時に耐疲労表面加工を施してもよい。その場合、システム１００は、投射器３０と投射器支持アーム３２の組をもう１セット備える。スタビライザ支持アームは、２つの湾曲部１０ｄと１０ｅのそれぞれに配置空間を確保してスタビライザ１０を支持する。２つの投射器支持アームが各配置空間に投射器を位置決めする。そして２つの投射器で２箇所の予定加工部位（湾曲部１０ｄ、１０ｅ）に同時に微小粒体群を投射する。このとき、２つの投射器支持アームは、それぞれの投射器の投射方向が交差しないように予定加工部位に向けて微小粒体群を投射する。複数の予定加工部位に同時に耐疲労表面加工を施すことによって加工時間を短縮することができる。また２つの投射器をその投射方向が交差しないように微小粒体群を投射するため、２つの微小粒体群が干渉することがなく、均一な耐疲労表面加工を実現できる。

（変形例２）２つの投射器を用いて同一の予定加工部位（例えば湾曲部１０ｄ）を表面加工してもよい。図２に、耐疲労表面加工中のスタビライザ１０の模式的断面図を示す。図２に示すように、システム１００は、２つの投射器３０ａ、３０ｂを配置空間ＳＰ内に配置する。このとき、２つの投射器３０ａ、３０ｂをともに湾曲部１０ｄへ向ける。より詳しく言えば、２つの投射器３０ａ、３０ｂを、スタビライザ１０を挟んで互いに対向する位置に配置する。図示を省略しているが、２つの投射器３０ａ、３０ｂは、夫々別個の投射器支持アームに支持されており、システム１００は２つの投射器を互いに独立に動かすことができる。システム１００は、一方の投射器３０ａを、位置ａ１を軸として揺動させながら微小粒体群を投射し、同時に他方の投射器３０ｂを、位置ｂ１を軸として揺動させながら微小粒体群を投射する。このときシステム１００は、２つの投射器３０ａ、３０ｂを互いに逆方向に交互に揺動させながら微小粒体群を同一の湾曲部１０ｄへ投射する。例えば、図２に示すように、システム１００は、一方の投射器３０ａを矢印ａ２の方向へ揺動させながら同時に他方の投射器３０ｂを矢印ｂ２の方向へ揺動させる。システム１００は、一方の投射器３０ａを矢印ａ２とは反対の方向へ揺動させる場合は同時に他方の投射器３０ｂを矢印ｂ２とは反対の方向へ揺動させる。システム１００は、そのように２つの投射器を用いることで耐疲労表面加工に要する時間を短縮することができる。また、２つの投射器を互いに逆方向に交互に揺動させながら微小粒体を投射することによって、２個の投射器のそれぞれから投射される粒体の干渉を抑制しながら、同一の予定加工部位に耐疲労表面加工を施すことができる。

（変形例３）投射工程では、スタビライザ１０に周期的な捻り荷重を加えながら微小粒体群を投射してもよい。その場合、例えば、スタビライザ支持アーム２０は、中央部１０ａをその軸線周りに回転可能に支持するとともに、スタビライザ１０の両端１０ｂｅ、１０ｃｅ（図１参照）を把持する。システム１００は、両端１０ｂｅ、１０ｃｅに、中央部１０ａの軸線周りの捻り荷重を加えながら投射器３０から微小粒体群を投射する。車両用スタビライザ１０にはその使用中に捻り荷重が繰り返し加わる。システム１００は、スタビライザ１０に周期的な捻り荷重を加えながら微小粒体群を投射することによって、車両用スタビライザ１０に特有の捻り荷重に対する疲労強度を効果的に向上させることができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、スタビライザは中空であってもよい。また、耐疲労表面加工方法は、ショットピーニングのほかに、フラッパーピーニング、超音波ピーニング、レーザーピーニング、キャビテーションピーニング、エアーブラストなどの表面加工方法を採用してもよい。また、予定加工部位は、高い応力が発生する部位のほかに、磨耗し易い部位、或いは塗装の高密着性が要求される部位であってもよい。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：スタビライザ
２０：スタビライザ支持アーム
３０：投射器
３２：投射器支持アーム
１００：耐疲労表面加工システム

Claims (3)

1. 車両用スタビライザの表面に微小粒体又はエネルギを投射して疲労強度を向上させる表面加工方法であり、
   微小粒体又はエネルギを投射する投射器を配置可能な空間を、表面加工を施す予定加工部位の全周に確保してスタビライザを支持する支持工程と、
   前記空間内に投射器を位置決めする位置決め工程と、
   スタビライザに周期的な捻り荷重を加えながら、投射器から予定加工部位に向けて微小粒体又はエネルギを投射する投射工程と、
   を備えることを特徴とする表面加工方法。
2. 前記位置決め工程では、複数の投射器を前記空間内に位置決めし、
   投射工程では、それぞれの投射器の投射方向が交差しないように予定加工部位に向けて微小粒体を投射することを特徴とする請求項１に記載の表面加工方法。
3. 前記位置決め工程では、前記空間に、スタビライザを挟んで互いに対向する位置に２個の投射器を位置決めし、
   前記投射工程では、２個の投射器を互いに逆方向に交互に揺動させながら微小粒体又はエネルギを投射することを特徴とする請求項１に記載の表面加工方法。

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