JPWO2017155056A1 - 自動車用部品の製造方法及び自動車用部品 - Google Patents

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Abstract

自動車用部品の製造方法は、金属材料または金属と樹脂とを含む複合材料によって形成された中空管の一部をプレス加工によって管外方から管内方へ前記中空管の軸心を越えて変形させて、前記中空管の一部が凹状に変形した変形部を成形する成形工程と、前記変形部が構成する閉断面のうち、残留応力の高い部位を面外変形させる、変形工程と、を備える。

Description

本開示は、自動車用部品の製造方法及び自動車用部品に関するものである。
中空管（素管）を管外方から管内方へと潰すプレス加工と、プレス加工により得られる塑性加工品は、自動車用部品として広く用いられている。以下、自動車用部品の代表例としてトーションビームを例にして説明する。
トーションビーム式サスペンション装置は、トーションビームとトレーリングアームなどで構成されている。このトーションビームには板トーションビームとパイプトーションビームがある。パイプトーションビームの軸方向の端部には、トレーリングアームに接合される管端接合部が設けられている。また、パイプトーションビームの軸方向の中央近傍には、車体のロール剛性を確保するために断面形状がＶ字またはＵ字状に成形したトーション部が設けられている。このトーション部の断面形状を得るために、パイプトーションビームの製造方法では、プレス加工で素管を軸方向に沿って管外方から管内方へと潰している（例えば、特開２０１１−６３５号公報）。
トーションビームは、使用中に路面から受ける外力によって変形して疲労するため、疲労破壊しない材料・形状・工程を検討する必要がある。また燃費向上の観点からトーションビームの軽量化が求められており、疲労特性向上と軽量化を両立することが重要である。これらの解決技術は種々提案されており、大別すると以下４点に集約できる。
（１）応力集中や局部変形を避けることで疲労特性が向上するトーションビームの形状に関する技術（例えば、特開２００７−７６４１０号公報、特開２０１３−５２７４０号公報）。
（２）成形後に焼入れして材料強度を上げ、残留応力を除去せずに疲労特性を向上させる技術（例えば、特開２００１−３２１８４６号公報）。
（３）成形時の残留応力を焼鈍で除去して疲労特性を向上させる技術（焼鈍時に表面軟化しない材料を使用する。例えば、特開２００９−１５５７３０号公報）
（４）残留応力を低減可能な成形方法に関する技術（例えば、特開２０１３−９１４３３号公報）。
上記のうち（１）の技術は部品剛性と軽量化を両立できる形状は限られ、適用範囲が狭い。（２）、（３）の技術は熱処理が必要で、品質管理と生産コストに課題がある。このため、トーションビームのコスト低減とグローバル調達性の観点から、熱処理せずに疲労特性を向上させる技術が求められている。また、管内表面の引張残留応力を低減するのみならず圧縮残留応力にできれば、管内表面に生じた疲労き裂を閉口する作用があるため疲労特性が向上する。したがって圧縮残留応力を発生させて疲労特性を向上する技術も求められている。そこで、本発明者らは（４）の観点で新技術の開発を目指した。
本発明者らは、特開２０１３−９１４３３号公報において、トーションビームを成形後に残留応力の高い部位を拡管することにより引張り残留応力を低減させる方法を先に開発している。しかしこの方法では、トーションビームの疲労特性を十分に向上させることができない虞がある。
上記事実を考慮して本開示は、成形後に焼入れや焼鈍をしなくても、変形部における管内面の引張残留応力を低減して変形部の疲労特性を向上させた自動車用部品を得ることができる自動車用部品の製造方法及び自動車用部品を提供することを課題とする。
本開示の一態様の自動車用部品の製造方法は、金属材料または金属と樹脂とを含む複合材料によって形成された中空管であって、前記中空管の一部をプレス加工によって管外方から管内方へ前記中空管の軸心を越えて変形させて、前記中空管の一部が凹状に変形した変形部を成形する成形工程と、前記変形部が構成する閉断面のうち、残留応力の高い部位を面外変形させる、変形工程と、を備える。
本開示の他の態様の自動車用部品は、金属材料または金属と樹脂とを含む複合材料によって形成された筒状部と、前記筒状部の軸方向外側に設けられ、前記筒状部に対して周壁の一部が管外方から管内方へ前記筒状部の軸心を越えて凹状に変形した第１変形部と、前記筒状部と第１変形部とをつなぎ、前記筒状部から前記第１変形部へ向けて変形量が徐々に変化する第２変形部と、を有する変形部と、前記第２変形部の前記筒状部の軸方向と直交する閉断面において、互いに対向する部分にそれぞれ形成された凸状又は凹状の面外変形部と、を備える。
本開示の自動車用部品の製造方法及び自動車用部品によれば、成形後に焼入れや焼鈍をしなくても、変形部における管内面の引張残留応力を低減して変形部の疲労特性を向上させた自動車用部品を得ることができる自動車用部品の製造方法及び自動車用部品を提供することができる。
図１は、第１実施形態の自動車用部品であるトーションビームを斜視図である。 図２は、図１に示されるトーションビームを下方から見た下面図である。 図３は、図２の３−３線断面図である。 図４は、図２の４−４線断面図である。 図５は、図１に示されるトーションビームの断面を上下反転して見た斜視図である。 図６Ａは、中空管をプレス加工するための金型の断面図である。 図６Ｂは、中間成形品を軸方向に圧縮している状態を示す金型の側断面図である。 図７は、図６Ａに示される中空管をプレス加工した状態を示す金型の断面図である。 図８は、図７の矢印８Ｘで示される部分の拡大図である。 図９は、図７に示される金型を型開きした状態を示す金型の断面図である。 図１０は、図９の矢印１０Ｘで示される部分の拡大図である。 図１１は、中間成形品をハイドロフォーム加工するための金型の断面図である。 図１２は、図１１に示される金型を型閉じした状態を示す金型の断面図である。 図１３は、図１２の矢印１３Ｘで示される部分の拡大図である。 図１４は、図１２に示される中間成形品の内部に液圧を作用させつつ、中間成形品を軸方向に圧縮している状態を示す金型の断面図である。 図１５は、図１４の矢印１５Ｘで示される部分の拡大図である。 図１６は、図１５に示される金型を型開きした状態を示す金型の断面図である。 図１７は、図１６の矢印１７Ｘで示される部分の拡大図である。 図１８は、中間成形品をハイドロフォーム加工するための第２実施形態の金型の断面図である。 図１９は、図１８に示される金型を型閉じしつつ、中間成形品をプレス加工した状態を示す金型の断面図である。 図２０は、図１９の矢印２０Ｘで示される部分の拡大図である。 図２１は、図２０に示される中間成形品の内部に液圧を作用させつつ、中間成形品を軸方向に圧縮している状態を示す金型の断面図である。 図２２は、図２１の矢印２２Ｘで示される部分の拡大図である。 図２３は、図２２に示される金型を型開きした状態を示す金型の断面図である。 図２４は、図２３の矢印２４Ｘで示される部分の拡大図である。 図２５Ａは、本開示の製造方法を用いて中空管をプレス加工した際の残留応力が高くなる部位における応力状態を示す応力分布図である。 図２５Ｂは、図２５Ａに示される部位において、プレスされた中空管の応力を解放した際の解放応力を示す応力分布図である。 図２５Ｃは、図２５Ａに示される部位において、スプリングバック後の中間成形品（プレス加工された中空管）の応力状態を示す応力分布図である。 図２６Ａは、比較例の製造方法を用いて中間成形品の内部に液圧を作用させて中間成形品を成形した際の残留応力が高くなる部位における応力状態を示す応力分布図である。 図２６Ｂは、図２６Ａに示される部位において、液圧が作用した中間成形品を解放した際の解放応力を示す応力分布図である。 図２６Ｃは、図２６Ａに示される部位において、スプリングバック後の完成品（トーションビーム）の応力状態を示す応力分布図である。 図２７Ａは、本開示の製造方法を用いて中間成形品の内部に液圧を作用させて中間成形品を成形した際の残留応力が高くなる部位における応力状態を示す応力分布図である。 図２７Ｂは、図２７Ａに示される部位において、液圧が作用した中間成形品を解放した際の解放応力を示す応力分布図である。 図２７Ｃは、図２７Ａに示される部位において、スプリングバック後の完成品（トーションビーム）の応力状態を示す応力分布図である。 本開示の実施例１の第２変形部における解析モデルの説明図である。 本開示の実施例１１の第２変形部における解析モデルの説明図である。
［第１実施形態］
以下に、第１実施形態の自動車用部品の製造方法（以下、適宜「製造方法」と省略して記載する。）について説明する。
まず、本実施形態の製造方法で製造される自動車用部品について説明し、次に、本実施形態の製造方法で用いる製造装置について説明する。その後、本実施形態の製造方法について説明する。
本実施形態の製造方法で製造される自動車用部品は、金属材料または金属と樹脂からなる複合材料により構成された中空管（素管）２０をプレス加工及びハイドロフォーム加工（液圧成形）によって形成されたトーションビーム２２である。トーションビーム２２は、自動車のサスペンション装置（図示省略）に用いられ、左右のトレーリングアーム２３を連結する部品である。なお、本実施形態の製造方法で製造される自動車用部品は、トーションビームに限定されない。
＜自動車用部品＞
図１及び図２に示されるようにトーションビーム２２は、金属材料または金属と樹脂とを含む複合材料によって形成された筒状部２４と、この筒状部２４の軸方向の一方側に設けられたトーション部２６（変形部の一例）と、トーション部２６の後述する第２変形部３４に設けられた面外変形部２８と、を備えている。
（筒状部２４）
図２及び５に示されるように、筒状部２４は、トーションビーム２２の軸方向両側にそれぞれ設けられている。言い換えると、筒状部２４の軸方向の中間部分にトーション部２６が設けられている。この筒状部２４は、略矩形筒状とされている。また、筒状部２４は、左右のトレーリングアーム２３が接合される管端接合部とされている。
（トーション部２６）
図２に示されるように、トーション部２６は、トーションビーム２２の車体のロール剛性を確保するための部分である。このトーション部２６は、中空管２０の一部を後述するプレス加工によって管外方から管内方へ筒状部２４の軸心ＣＬを越えて変形させることで、筒状部２４に形成された管外方から管内方へ向けて変形した部分である。
また、トーション部２６は、第１変形部３２（図３参照）と、第１変形部３２と筒状部２４とをつなぐ、第２変形部３４（図４参照）とを有している。第１変形部３２は、筒状部２４に対して周壁２５の一部が管外方から管内方へ軸心ＣＬを越えて凹状に変形した部分である。また、第１変形部３２は軸方向に沿って断面が一定とされている。一方、第２変形部３４は、筒状部２４から第１変形部３２へ向けて周壁２５の一部が管外方から管内方へ徐々に変形量が増した部分である。
また、本実施形態では、図３に示されるように、第１変形部３２の構成する閉断面がＶ字状とされている。なお、第１変形部３２の構成する閉断面はＵ字状又はＣ字状であってもよい。トーション部２６の断面形状は、後述するプレス加工によって形成される。
（面外変形部２８）
図４及び図５に示されるように、面外変形部２８は、第２変形部３４の筒状部２４の軸方向と直交する閉断面において、凹状に変形した互いに対向する部分にそれぞれ形成されている。具体的には、面外変形部２８は、Ｖ字状の開口端部近傍で互いに対向する部分にそれぞれ形成されている。また、本実施形態の面外変形部２８は、周壁２５を管内方から管外方へ凸となるように面外変形させた凸状部分である。
＜自動車用部品の製造装置＞
次に、本実施形態の自動車用部品の製造装置について説明する。
図６Ａ及び図１１に示されるように、製造装置４０は、中空管２０をプレス加工して中間成形品を成形した後、ハイドロフォーム加工によってトーションビーム２２を成形するための装置である。製造装置４０は、中空管２０の一部をプレス加工して中間成形品２１を成形するための上金型４４と下金型４６とを備えている。
上金型４４は、中空管２０の一部（図６Ａ及び図７では上側部分）を管外方から管内方へ向けてプレスして変形させるプレス部４４Ａと、トーション部２６のＶ字状の開口端部を成形するための凹部４４Ｂが形成された成形部４４Ｃとを有している。なお、本実施形態の製造装置４０は、下金型４６に対して上金型４４が下降（本実施形態ではプレス方向（矢印Ｐ方向））するように構成されているが、本開示はこの構成に限定される必要がない。例えば、上金型４４に対して下金型４６が上昇する構成でもよい。また、上金型４４は、プレス部４４Ａが成形部４４Ｃに対してプレス方向に相対移動可能とされている。
下金型４６には、トーション部２６の頂部２６Ａ（図６Ａ及び図７では下側部分）を成形するための凹部４６Ａが形成されている。
また、製造装置４０は、上金型４４と下金型４６を相対的に移動させる移動装置４８と、プレス部４４Ａをプレス方向に移動させる加圧装置５０とを備えている。
本実施形態では、移動装置４８が上金型４４に接続されており、上金型４４を下金型４６に対して移動（図６Ａでは下方に向けて移動）させるように構成されている。この移動装置４８は、例えば、油圧式のシリンダなどで構成される。
加圧装置５０は、上金型４４のプレス部４４Ａに接続されており、プレス部４４Ａを上金型４４の他の部分に対してプレス方向に移動（図４及び図５では、下方に向けて移動）させるように構成されている。この加圧装置５０は、例えば、油圧装置、電動駆動装置等などで構成される。
また、製造装置４０は、ハイドロフォーム加工によって中間成形品の一部を曲げ戻して面外変形部２８を成形するための上金型４５（図１１参照）を備えている。
この上金型４５は、図１１に示されるように、上金型４４のプレス部４４Ａ、凹部４４Ｂ及び成形部４４Ｃとそれぞれ同形状のプレス部４５Ａ、凹部４５Ｂ及び成形部４５Ｃとを備えている。この凹部４５Ｂには、トーション部２６の面外変形部２８に対応する位置に窪み部４５Ｄが形成されている。具体的には、窪み部４５Ｄによって上金型４５と下金型４６とで中間成形品２１を押えた状態で、凹部４５Ｂと第２変形部３４のＵ字の開口端部との間に隙間（図１３参照）ができる。
また、製造装置４０は、上金型４５と下金型４６を相対的に移動させる移動装置４９と、プレス部４５Ａをプレス方向に移動させる加圧装置５１とを備えている。
なお、移動装置４９及び加圧装置５１の構成は、それぞれ移動装置４８及び加圧装置５０同様の構成である。また、移動装置４８、４９、加圧装置５０、５１は、制御装置４７によって制御されている。
また、製造装置４０は、上金型４５と下金型４６とで筒状部２４を抑えた状態で、筒状部２４の中空部に液体を注入する液体注入装置５２と、筒状部２４を軸方向に圧縮する（所謂、軸押しする）圧縮装置５４（図６Ｂ参照）と、を備えている。
液体注入装置５２は、中間成形品２１の軸方向の両端部をそれぞれ閉止する一対の閉止型５３（図６Ｂ参照）を通して液体を筒状部２４の中空部に注入する装置である。この液体注入装置５２による液体の液圧は、第２変形部３４を面外変形させられる大きさに設定されている。すなわち、上金型４５と下金型４６とで筒状部２４を押えた状態で、液体注入装置５２によって流体を筒状部２４の中空部に注入することで、第２変形部３４の一部が上金型４４の窪み部４５Ｄに向けて面外変形して面外変形部２８が形成される。
圧縮装置５４は、図６Ｂに示されるように、一方の閉止型（可動型）５３Ａと他方の閉止型（固定型）５３Ｂを中間成形品２１の軸方向へ近接移動させて中間成形品を圧縮する装置である。
＜自動車用部品の製造方法＞
次に、本実施形態の自動車用部品の製造方法について説明する。
（第１セット工程）
まず、図６Ａに示されるように、金属材料または金属と樹脂とを含む複合材料によって形成された中空管２０を製造装置４０の下金型４６の凹部４６Ａにセットする。
（成形工程）
次に、図７に示されるように、移動装置４８を作動させて上金型４４を下降させる。そして、上金型４４と下金型４６を型閉じすることで、中空管２０に管外方から管内方へ向けて凹状に変形したトーション部２６（第１変形部３２及び第２変形部３４含む）が成形される。
ここで、図７及び図８の円で囲った部分（残留応力が高い部分）の第２変形部３４の管内面Ｉには、周方向の圧縮応力Ｃが生じる。
プレス加工後、図９に示されるように、上金型４４を上昇させる。このとき、プレス加工された中空管２０（中間成形品）は、スプリングバックを生じ、残留応力が高い部分の応力状態が図１０に示されるように変化する。すなわち、第２変形部３４の管内面Ｉには、周方向の引張応力Ｔが残留する。
（第２セット工程）
次に、図１１に示されるように、中間成形品を下金型４６の凹部４６Ａに残したまま、上金型４４と上金型４５を入れ替える。その後、移動装置４９を作動させて上金型４５を下降させる。これにより、上金型４５と下金型４６との間で形成されるキャビティ内に中間成形品２１がセットされる（図１２参照）。
（変形工程）
次に、図１４及び図１５に示されるように、中間成形品２１の第２変形部３４が構成する閉断面のうち、残留応力の高い部位を面外変形させる。具体的には、筒状部２４の中空部に液体注入装置５２から液体を注入し、液圧によって第２変形部３４を上金型４５の窪み部４５Ｄに向けて面外変形させる。言い換えると、筒状部２４の構成する閉断面内に圧力（液圧）を付与して凹状に変形した第２変形部３４の残留応力の高い部位を管外方へ面外変形させる。
このとき、中間成形品２１の中空部に液圧を作用させながら、圧縮装置５４によって筒状部２４を軸方向に圧縮する。言い換えると、圧縮装置５４によって筒状部２４を軸押しする。
上記のように、第２変形部３４の管内面Ｉの引張残留応力が高い部位をプレス方向と反対側へ面外変形させる、すなわち、曲げ戻すことで、第２変形部３４の管内面Ｉに圧縮応力を生じさせることができる。
そして、中間成形品のハイドロフォーム加工が完了した後は、中間成形品２１の中空部から液体を抜く。また、圧縮装置５４の動作を停止する。その後、図１６に示されるように、上金型４５を上昇させる。
ハイドロフォーム加工が完了した塑性加工品（トーションビーム２２）は、上金型４５の上昇によりスプリングバックを生じ、残留応力が高い部分の応力状態が図１７に示されるように変化する。すなわち、第２変形部３４の管内面Ｉには、周方向の圧縮応力Ｃが残留する。
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
まず、弾塑性材料からなる自動車用部品の肉厚内の応力分布について説明する。図２５Ａ〜図２５Ｃは、中空管２０にプレス加工のみを行った比較例１のトーションビームの応力分布図である。曲げ時には図２５Ａに示すように管外面Ｏで引張、管内面Ｉで圧縮の曲げ応力が発生するが、曲げ荷重を解放したときにスプリングバックが生じ図２５Ｂに示すように応力が解放され、スプリングバック後には図２５Ｃに示すように管外面Ｏで圧縮、管内面Ｉで引張りの残留応力が発生する。これは図２５Ａの曲げ応力から図２５Ｂのスプリングバックにより解放される応力を差し引いた値である。この状態では前記したように疲労特性が悪化する。なお、図中の符号Ｃは、圧縮応力を示し、符号Ｔは引張応力を示している。
このため本発明者は、特開２０１３−９１４３３号公報に示すように、中空管２０にプレス加工を実施した後、周方向に引張り力を作用させる技術を開発した。図２６Ａ〜図２６Ｃは特開２０１３−９１４３３号公報の技術を採用した比較例２のトーションビームの応力分布図であり、液圧で周方向に引張り力を加えて変形させると、図２６Ａに示すように肉厚内の弾性変形部位が全て塑性変形して引張残留応力が減少する。その後、液圧を解放したときにスプリングバックが生じ図２６Ｂに示すように応力が解放され、スプリングバック後には図２６Ｃに示すように管外面Ｏと管内面Ｉの残留応力がゼロになる。このため、トーションビームの疲労特性が向上する。しかしこの方法では管内面Ｉの引張残留応力が圧縮になることは少なく、圧縮残留応力が得られたとしても−１５０ＭＰａ程度である。
これに対して本実施形態では、中空管２０にプレス加工を実施した後、曲げ戻すことで、図２７Ａ〜図２７Ｃのように応力が変化する。具体的には、図２７Ａに示すように肉厚内の弾性変形部位が塑性変形して引張残留応力が減少する。その後、液圧を解放したときにスプリングバックが生じ図２７Ｂに示すように応力が解放され、スプリングバック後には図２７Ｃに示すように管内面Ｉに圧縮応力が残留する。このとき、管内面Ｉには−３００ＭＰａ程度の大きな圧縮残留応力を発生させることが可能となる。このため、本実施形態の製造方法によれば、比較例２以上の疲労特性向上効果が得られる。
上記のことから、本実施形態の製造方法では、変形工程において、第２変形部３４が構成する閉断面のうち、残留応力の高い部位を曲げ戻すため、第２変形部３４の管内面の引張残留応力を低減させることができる。これにより、変形工程の後に焼入れや焼鈍をしなくても、第２変形部３４における管内面Ｉの引張残留応力を低減してトーションビーム２２の疲労特性を向上させることができる。
特に面外変形部２８の面外変形量Ｈを大きくする、すなわち、曲げ戻し量を大きくすることで、第２変形部３４の管内面Ｉの引張残留応力がゼロ又は圧縮残留応力となる。第２変形部３４の管内面Ｉの引張残留応力が圧縮残留応力となることで、トーションビーム２２の疲労特性が向上する。
また、本実施形態の製造方法では、中間成形品２１の中空部に液体注入装置５２から液体を注入し、液圧によって第２変形部３４を上金型４４の窪み部４５Ｄに向けて面外変形させる。このため、製造装置４０に中間成形品２１の第２変形部３４を管内側から管外方へ向けて突出させる部材を設ける構成と比べて、簡単な構成（簡単な金型形状）で面外変形部２８を成形することができる。
さらに、本実施形態の製造方法では、中間成形品２１の中空部に液圧を作用させながら、圧縮装置５４によって筒状部２４を軸方向に圧縮する。すなわち、筒状部２４に対してハイドロフォーム加工を実施するため、第２変形部３４を上金型４４の窪み部４５Ｄに沿った形状に成形することができる。
本実施形態の製造装置４０では、上金型４４のプレス部４４Ａがプレス方向に移動可能な構成としたが、この構成に限定されない。上金型４５が一体成品であってもよい。この構成の場合、加圧装置５１を省略することができる。
本実施形態の製造方法では、変形工程において、中間成形品２１の中空部に液圧を作用させながら、圧縮装置５４によって中間成形品２１を軸方向に圧縮する構成としているが、この構成に限定されない。中間成形品２１の中空部に液圧を作用させる構成のみで第２変形部３４を窪み部４５Ｄに向けて面外変形させる（曲げ戻す）構成としてもよい。
本開示によれば、曲げ戻した部位の曲げ戻し量は、管内面が塑性変形する程度の形状でよく、その高さはおよそ肉厚の半分程度である。この場合、負荷時の応力集中などで疲労特性を悪化させることはない。また、曲げ戻した部位の管外面には引張残留応力が発生するが、トーションビーム負荷時の発生応力は管内面のほうが大きく、管外面に若干の引張残留応力が発生しても疲労特性は悪化しない。
また、本開示では、トーションビーム２２において、管内面Ｉへ圧縮残留応力を発生させ、かつトーションビーム負荷時の応力集中を避ける観点から、面外変形部２８の変形量をＨ、面外変形部２８の曲率半径Ｒを以下にするとよい。ここでｔは中空管の肉厚である。
Ｈ≦５ｔ
０．５ｔ≦Ｒ≦１０ｔ （ｔは中空管の肉厚）
さらに好ましくは、面外変形部２８の面外変形量Ｈ、面外変形部２８の曲率半径Ｒを以下のようにするとよい。
Ｈ≦ｔ
２ｔ≦Ｒ≦５ｔ
［第２実施形態］
以下に、第２実施形態の自動車用部品の製造方法（以下、適宜「製造方法」と省略して記載する。）について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。
まず、本実施形態の製造方法で製造される自動車用部品について説明し、次に、本実施形態の製造方法で用いる製造装置について説明する。その後、本実施形態の製造方法について説明する。
＜自動車用部品＞
図２３及び図２４に示されるようにトーションビーム７２は、トーション部２６に形成された面外変形部７４の構成を除いて第１実施形態のトーションビーム２２と同様の構成のため、説明を省略する。
（面外変形部７４）
面外変形部７４は、凹状に変形した第２変形部３４を管外方から管内方へ凹となるように面外変形させた凹状部分である。
＜自動車用部品の製造装置＞
次に、本実施形態の自動車用部品の製造装置について説明する。
図６Ａ及び図１８に示されるように、製造装置７６は、中空管２０をプレス加工して中間成形品を成形した後、ハイドロフォームによってトーションビーム７２を成形するための装置である。製造装置７６は、中空管２０の一部をプレス加工して中間成形品２１を成形するための上金型４４と下金型４６とを備えている。なお、上金型４４と下金型の構成は、第１実施形態と同様のため、説明を省略する。
製造装置７６は、ハイドロフォーム加工によって第２変形部３４を曲げ戻して後述する面外変形部７４を成形するための上金型８０備えている。
上金型８０は、中空管２０の一部分（図１８では上側部分）を管外方から管内方へ向けてプレスして変形させるプレス部８０Ａと、トーション部２６のＶ字状の開口端部を成形するための凹部８０Ｂが形成された成形部８０Ｃとを有している。なお、本実施形態の上金型８０は、プレス部８０Ａが成形部８０Ｃに対してプレス方向（矢印Ｐ方向）に移動可能とされている。
また、プレス部８０Ａには、トーション部２６の面外変形部７４に対応する位置に突部８０Ｄが形成されている。
また、製造装置７６は、上金型８０と下金型４６を相対的に移動させる移動装置４９と、プレス部８０Ａをプレス方向に移動させる加圧装置５１とを備えている。なお、移動装置４９と加圧装置５１は、第１実施形態と同じ構成のため、説明を省略する。
また、製造装置７６は、上金型８０と下金型４６とで筒状部２４を押えた状態で、中間成形品２１の中空部に液体を注入する液体注入装置５２と、中間成形品２１を軸方向に圧縮する（所謂、軸押しする）圧縮装置５４と、を備えている。なお、液体注入装置５２と圧縮装置５４は、第１実施形態と同じ構成のため、説明を省略する。
＜自動車用部品の製造方法＞
次に、本実施形態の自動車用部品の製造方法について説明する。
なお、中空管２０の筒状部２４を、製造装置７６の下金型４６の凹部４６Ａにセットする第１セット工程及び成形工程については、第１実施形態と同様のため、説明を省略する。
（第２セット工程）
次に、図１８に示されるように、中間成形品を下金型４６の凹部４６Ａに残したまま、上金型４４と上金型８０を入れ替える。その後、移動装置４９を作動させて上金型８０を下降させる。そして、上金型８０と下金型４６との間で形成されるキャビティ内に中間成形品をセットする（図１９及び図２０参照）。このとき、プレス部８０Ａの突部８０Ｄによって中間成形品２１の第２変形部３４がプレスされる。
（変形工程）
次に、図２１及び図２２に示されるように、中間成形品２１の第２変形部３４が構成する閉断面のうち、残留応力の高い部位を面外変形させる。具体的には、中間成形品２１の中空部に液体注入装置５２から液体を注入し、液圧によって筒状部２４の凹状に変形した第２変形部３４をプレス部８０Ａの突部８０Ｄ周辺に向けて面外変形させる。言い換えると、第２変形部３４の構成する閉断面内に圧力（液圧）を付与して第２変形部３４の残留応力の高い部位を管内方へ面外変形させる。
このとき、中間成形品２１の中空部に液圧を作用させながら、圧縮装置５４によって中間成形品２１を軸方向に圧縮する。言い換えると、圧縮装置５４によって筒状部２４を軸押しする。
上記のように、第２変形部３４の管内面Ｉの引張残留応力が高い部位をプレス方向と反対側へ面外変形させる、すなわち、曲げ戻すことで、第２変形部３４の管内面Ｉの引張残留応力を低減させることができる。
そして、中間成形品のハイドロフォームが完了した後は、中間成形品２１の中空部から液体を抜く。また、圧縮装置の動作を停止する。その後、図２２に示されるように、上金型４５を上昇させる。
なお、第２実施形態では、第１実施形態の金型形状を簡単にできる効果を除き、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
以下に本開示の実施例を示す。
中空管として電縫鋼管を用い、本開示の製造方法により中空管をトーションビームに加工した。その後、熱処理せずにトーションビームの疲労特性を満足できるか検討した。熱処理せずにトーションビームの疲労特性を満足するためには、管内面における残留応力を−３００ＭＰａ以下とする必要がある。
そこで、表１に示すような素管（中空管）を複数の加工条件下でトーションビームに加工し、トーションビームの残留応力が高い部位について肉厚減少率、最大残留応力、表層部残留応力、負荷時発生応力を調べた。その結果、表１に示すように、本開示の実施例のいずれもが比較例と比べて最大残留応力が減少し、かつ表層部残留応力が−３００ＭＰａよりも小さくなった。また肉厚減率と負荷時の発生応力はほぼ同等であった。以上より、本開示によれば熱処理なくトーションビームの疲労強度を満たすことが明らかになった。参考のため、表１に示す条件１の解析モデルを図２８に、条件１１の解析モデルを図２９に示す。
なお、０．５ｔ≦Ｈ≦５ｔ、ｔ≦Ｒ≦１０ｔ（ｔは中空管の肉厚）とすれば、表層部に確実に圧縮残留応力を付与でき、かつ負荷時の発生応力が増大することなく残留応力を低減可能で、疲労特性の向上には好ましい。
以上説明したように、本開示の中空管の自動車用部品の製造方法によれば，成形後の焼入れや焼鈍を必要とせず、自動車用のトーションビームとして等として使用するに適した、疲労特性を向上させた自動車用部品を製造することができる。なお、本開示の自動車用部品の製造方法は、トーションビームの製造方法に限定されるものではなく、トーションビーム以外の自動車用部品にも広く適用できることはいうまでもない。
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
金属材料または金属と樹脂とを含む複合材料によって形成された中空管の一部をプレス加工によって管外方から管内方へ前記中空管の軸心を越えて変形させて、前記中空管の一部が凹状に変形した変形部を成形する成形工程と、
前記変形部が構成する閉断面のうち、残留応力の高い部位を面外変形させる、変形工程と、
を備える自動車用部品の製造方法。
（付記２）
前記変形工程では、前記変形部が構成する閉断面内に圧力を付与して前記残留応力の高い部位を管外方へ面外変形させる、付記１に記載の自動車用部品の製造方法。
（付記３）
前記変形工程では、前記変形部が構成する閉断面内に圧力を付与しながら、前記中空管を軸方向に圧縮する、付記２に記載の自動車用部品の製造方法。
（付記４）
前記変形工程では、前記変形部が構成する閉断面の前記残留応力の高い部位を管外方から押圧して管内方へ面外変形させる、付記１に記載の自動車用部品の製造方法。
（付記５）
前記変形工程では、前記変形部が構成する閉断面の前記残留応力の高い部位を管内方へ押圧しながら、前記中空管を軸方向に圧縮する、付記４に記載の自動車用部品の製造方法。
（付記６）
前記変形部が構成する閉断面の前記残留応力の高い部位を面外変形させた変形量をＨ、面外変形した部分の曲率半径をＲ、前記中空管の肉厚をｔとしたとき、０．５ｔ≦Ｈ≦５ｔでかつｔ≦Ｒ≦１０ｔを満たす、付記１〜付記５のいずれか１項に記載の自動車用部品の製造方法。
（付記７）
前記変形部は、前記中空管の一部をプレス加工によって管外方から管内方へ前記中空管の軸心を越えて変形させた第１変形部と、前記第１変形部と前記中空管の他の部分とをつなぎ、前記他の部分から前記第１変形部へ向けて変形量が徐々に変化する第２変形部と、有し、
前記変形工程では、前記第２変形部が構成する閉断面の前記残留応力の高い部位を面外変形させる、付記１〜付記６のいずれか１項に記載の自動車用部品の製造方法。
（付記８）
前記中空管を、車両のサスペンション装置に用いられ、前記第１変形部が構成する閉断面がＶ字状、Ｕ字状又はＣ字状とされたトーションビームに加工する、付記７に記載の自動車用部品の製造方法。
（付記９）
金属材料または金属と樹脂とを含む複合材料によって形成された筒状部と、
前記筒状部の軸方向外側に設けられ、前記筒状部に対して周壁の一部が管外方から管内方へ前記筒状部の軸心を越えて凹状に変形した第１変形部と、
前記筒状部と第１変形部とをつなぎ、前記筒状部から前記第１変形部へ向けて変形量が徐々に変化する第２変形部と、を有する変形部と、
前記第２変形部の前記筒状部の軸方向と直交する閉断面において、互いに対向する部分にそれぞれ形成された凸状又は凹状の面外変形部と、
を備える自動車用部品。
（付記１０）
車両のサスペンション装置に用いられ、前記第１変形部が構成する閉断面がＶ字状、Ｕ字状又はＣ字状とされたトーションビームである、付記９に記載の自動車用部品。
（付記１１）
金属材料または金属と樹脂からなる複合材料により構成された中空管に、外方から内方に向かう変位を与えて成形した自動車用部品の製造方法であって、
中空管の筒状部に外方から内方に向かって変位する成形部を成形し、
前記成形部が構成する閉断面のうち、残留応力の高い部位を逆方向に面外変形させて、前記成形部の残留応力を減少させることを特徴とする自動車用部品の製造方法。
（付記１２）
前記成形部に対して前記面外変形を付与するために、前記残留応力の高い対象部位の外方に隙間を設けて前記成形部により構成される閉断面の内方を加圧することを特徴とする付記１１に記載の自動車用部品の製造方法。
（付記１３）
前記成形部に対して前記面外変形を付与するために、前記残留応力の高い対象部位の外方に隙間を設けて、前記成形部により構成される閉断面の内方を加圧しながら、前記成形部の管端部から材料を軸押しすることを特徴とする付記１１に記載の自動車用部品の製造方法。
（付記１４）
前記成形部に対して前記面外変形を付与するために、前記残留応力の高い対象部位を内方に押し込んで前記成形部により構成される閉断面の内方を加圧することを特徴とする付記１１に記載の自動車用部品の製造方法。
（付記１５）
前記成形部に対して前記面外変形を付与するために、前記残留応力の高い対象部位を内方に押し込んで前記成形部により構成される閉断面の内方を加圧しながら、前記成形部の管端部から材料を軸押しすることを特徴とする付記１１に記載の自動車用部品の製造方法。
（付記１６）
前記中空管の自動車用部品が、サスペンション装置において左右のアームを連結し、車体の幅方向と直交する断面において、Ｖ字状又はＵ字状の閉断面とされたトーションビームであることを特徴とする付記１１〜付記１５のいずれか１項記載の自動車用部品の製造方法。
この場合にも、前記Ｖ字状又はＵ字状の閉断面において、残留応力の高い部位を逆方向に面外変形させるために、疲労強度向上の対象とされる前記Ｖ字状又はＵ字状の閉断面の外方に隙間を設けて、前記閉断面の内方を加圧することができる。また、前記Ｖ字状又はＵ字状の閉断面における周方向の引張応力を付与するために、疲労強度向上の対象とされる前記Ｖ字状又はＵ字状の閉断面の外方に隙間を設けて、前記閉断面の内方を加圧しながら、前記成形部の管端部から材料を軸押しすることができる。
（付記１７）
前記Ｖ字状又はＵ字状の閉断面において、残留応力の高い部位を逆方向に面外変形させるために、疲労強度向上の対象とされる前記Ｖ字状又はＵ字状の閉断面の外方に隙間を設けて、前記閉断面の内方を加圧することを特徴とする付記１６に記載の自動車用部品の製造方法。
（付記１８）
前記Ｖ字状又はＵ字状の閉断面における周方向の引張応力を付与するために、疲労強度向上の対象とされる前記Ｖ字状又はＵ字状の閉断面の外方に隙間を設けて、前記閉断面の内方を加圧しながら、前記成形部の管端部から材料を軸押しすることを特徴とする付記１６に記載の自動車用部品の製造方法。
（付記１９）
前記Ｖ字状又は字状の閉断面において、残留応力の高い部位を逆方向に面外変形させるために、疲労強度向上の対象とされる前記Ｖ字状又はＵ字状の閉断面を内方に押し込んで、前記閉断面の内方を加圧することを特徴とする付記１６に記載の自動車用部品の製造方法。
（付記２０）
前記Ｖ字状又はＵ字状の閉断面における周方向の引張応力を付与するために、疲労強度向上の対象とされる前記Ｖ字状又はＵ字状の閉断面を内方に押し込んで、前記閉断面の内方を加圧しながら、前記成形部の管端部から材料を軸押しすることを特徴とする付記１６に記載の自動車用部品の製造方法。
付記１１〜付記２０の自動車用部品の製造方法によれば、成形部の厚さ方向に分布する周方向の引張残留応力（圧縮・引張応力）を低減できる。その結果、当該品の疲労強度を向上することができる。さらに管内表面に大きな圧縮残留応力を発生させることができるため、疲労強度をさらに向上することができる。特に本開示をトーションビームの製造方法に適用すれば、その疲労特性を向上することができる。
なお、２０１６年３月１０日に出願された日本国特許出願２０１６−０４６８９８号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (10)

  1. 金属材料または金属と樹脂とを含む複合材料によって形成された中空管の一部をプレス加工によって管外方から管内方へ前記中空管の軸心を越えて変形させて、前記中空管の一部が凹状に変形した変形部を成形する成形工程と、
    前記変形部が構成する閉断面のうち、残留応力の高い部位を面外変形させる、変形工程と、
    を備える自動車用部品の製造方法。
  2. 前記変形工程では、前記変形部が構成する閉断面内に圧力を付与して前記残留応力の高い部位を管外方へ面外変形させる、請求項１に記載の自動車用部品の製造方法。
  3. 前記変形工程では、前記変形部が構成する閉断面内に圧力を付与しながら、前記中空管を軸方向に圧縮する、請求項２に記載の自動車用部品の製造方法。
  4. 前記変形工程では、前記変形部が構成する閉断面の前記残留応力の高い部位を管外方から押圧して管内方へ面外変形させる、請求項１に記載の自動車用部品の製造方法。
  5. 前記変形工程では、前記変形部が構成する閉断面の前記残留応力の高い部位を管内方へ押圧しながら、前記中空管を軸方向に圧縮する、請求項４に記載の自動車用部品の製造方法。
  6. 前記変形部が構成する閉断面の前記残留応力の高い部位を面外変形させた変形量をＨ、面外変形した部分の曲率半径をＲ、前記中空管の肉厚をｔとしたとき、０．５ｔ≦Ｈ≦５ｔでかつｔ≦Ｒ≦１０ｔを満たす、請求項１〜５のいずれか１項に記載の自動車用部品の製造方法。
  7. 前記変形部は、前記中空管の一部をプレス加工によって管外方から管内方へ前記中空管の軸心を越えて変形させた第１変形部と、前記第１変形部と前記中空管の他の部分とをつなぎ、前記他の部分から前記第１変形部へ向けて変形量が徐々に変化する第２変形部と、有し、
    前記変形工程では、前記第２変形部が構成する閉断面の前記残留応力の高い部位を面外変形させる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の自動車用部品の製造方法。
  8. 前記中空管を、車両のサスペンション装置に用いられ、前記第１変形部が構成する閉断面がＶ字状、Ｕ字状又はＣ字状とされたトーションビームに加工する、請求項７に記載の自動車用部品の製造方法。
  9. 金属材料または金属と樹脂とを含む複合材料によって形成された筒状部と、
    前記筒状部の軸方向の一方側に設けられ、前記筒状部に対して周壁の一部が管外方から管内方へ前記筒状部の軸心を越えて凹状に変形した第１変形部と、
    前記筒状部と第１変形部とをつなぎ、前記筒状部から前記第１変形部へ向けて変形量が徐々に変化する第２変形部と、を有する変形部と、
    前記第２変形部の前記筒状部の軸方向と直交する閉断面において、互いに対向する部分にそれぞれ形成された凸状又は凹状の面外変形部と、
    を備える自動車用部品。
  10. 車両のサスペンション装置に用いられ、前記第１変形部が構成する閉断面がＶ字状、Ｕ字状又はＣ字状とされたトーションビームである、請求項９に記載の自動車用部品。
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