WO2016152671A1 - 中空スタビライザの製造方法 - Google Patents

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WO2016152671A1
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hollow stabilizer
quenching
pipe
tube
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若林　豊
高橋　研
正人 菅原
岡田　秀樹
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日本発條株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a hollow stabilizer having a hollow structure.
  • Vehicles such as automobiles are provided with a stabilizer (stabilizer bar or anti-roll bar) that suppresses the roll of the vehicle body due to the vertical shift of the wheels.
  • the stabilizer generally includes a torsion portion that extends in the vehicle width direction and a pair of left and right arm portions that are bent toward the front and rear direction of the vehicle, and includes a substantially U-shaped rod.
  • the stabilizer In a vehicle, the stabilizer is in a state of being suspended between the left and right suspension devices by connecting the tip of each arm portion to a wheel suspension device and inserting the torsion portion into a bush fixed to the vehicle body side. Supported.
  • the solid stabilizer has features such as excellent mechanical strength and low manufacturing cost.
  • the hollow stabilizer is in a form suitable for reducing the weight of the vehicle, although it is not easy to ensure the mechanical strength as compared with the solid stabilizer.
  • a material for the hollow stabilizer an electric resistance welded steel pipe, a seamless steel pipe, a forged steel pipe or the like is generally used.
  • ERW steel pipe is frequently used as a material for a hollow stabilizer because of its low manufacturing cost and excellent mass productivity.
  • a hollow stabilizer is often manufactured by subjecting such a steel pipe to bending and shaping it into a product shape, followed by heat treatment.
  • a cold bending process performed using an NC bender, a hot bending process performed using a total bending mold, and the like are performed according to the thickness and diameter of the steel pipe.
  • oil quenching or water quenching and tempering are generally performed.
  • an as-roll type process may be performed in which cold-bending steel pipe is annealed instead of quenching and tempering.
  • the heat-treated steel pipe is commercialized through surface processing by shot peening and finishing processing such as painting.
  • the ratio (t / D) of the tube thickness (t) to the outer diameter (D) is relatively small, and the tube thickness is less than about 5.5 mm.
  • thin-walled ERW pipes having good moldability have been used.
  • thicker steel pipes are manufactured for a wide variety of outer diameters by hot-shrinking large diameter and thick ERW pipes.
  • Patent Document 1 discloses an electric resistance welded steel pipe for a hollow stabilizer in which the ratio of the thickness t to the outer diameter D is t / D ⁇ 20% as a technique for providing an inexpensive and good quality steel pipe. ing.
  • the ratio ratio of thickness t to outer diameter D is t / D ⁇ 20%.
  • the electric resistance welded steel pipe for hollow stabilizer is realized by adopting the electric resistance welded steel pipe that is reduced in diameter after electric resistance welding. It is described that by hot-rolling a steel pipe with a stretch reducer, the outer diameter of the steel pipe can be reduced, and as a result, t / D can be increased compared with that before drawing. (See paragraph 0009).
  • Patent Document 2 discloses a technique for obtaining the durability of a stabilizer, in which an electric resistance welded tube is contracted in a hot or warm temperature range so that the ratio of the thickness to the outer diameter is 18 to 35%.
  • a shot to perform a process perform a molding process to cold-form the contracted electric sewing tube into a stabilizer shape, perform a heat treatment process on the molded stabilizer semi-finished product, and then project a shot to the stabilizer semi-finished product
  • a method for producing a hollow stabilizer is disclosed, characterized in that peening is performed, and then the stabilizer semi-finished product is coated.
  • the bending portion of a hollow stabilizer is a portion where both a large bending stress and a torsional stress are generated during actual use, and the stress is high. For this reason, the bent portion is the most desired part for improving the strength and fatigue strength (durability) of the hollow stabilizer.
  • the heat processing by an electrical heating may be performed.
  • the bending portion of the hollow stabilizer may have a high current density and cause local high temperature during energization heating. Also, when cooling at the time of quenching, since the bent portion is concave, the cooling rate tends to be low. For this reason, the bent portion may be insufficiently quenched, resulting in a decrease in hardness.
  • the pipe end of the steel pipe is previously closed, and the steel pipe is then immersed in a coolant to perform a cooling process. Since the steel pipe whose both pipe ends are sealed is cooled from the outer surface side, the inner surface side is poorly quenched compared to the outer surface side, and it is difficult to ensure hardness. Therefore, the inner surface of the steel pipe, especially the inner surface of the bent portion, tends to be a starting point of fatigue failure more than the outer surface side of the hollow stabilizer.
  • the deterioration of the quenching that occurs on the inner surface side of the steel pipe in this manner becomes more prominent as the ratio (t / D) of the pipe thickness (t) to the outer diameter (D) increases.
  • a method is known in which shot peening is performed on the inner surface of a steel pipe to ensure the hardness on the inner surface side.
  • man-hours and manufacturing costs are greatly increased, and in the manufacturing process, It is also difficult to make it compatible with quenching treatment. Therefore, there is a demand for a technique that can make the bending portion of the steel pipe have good quenching hardness.
  • an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a hollow stabilizer that can make a bent portion of a steel pipe, which is a material of the hollow stabilizer, have good quenching hardness.
  • a first method for manufacturing a hollow stabilizer according to the present invention is provided in a vehicle, and a torsion portion extending in a vehicle width direction, an arm portion extending in the front-rear direction of the vehicle, and the torsion portion
  • a tubular hollow stabilizer manufacturing method comprising a bent portion connecting the arm portion, a forming step of bending a raw tube serving as a material of the hollow stabilizer into a product shape including the bent portion;
  • a second method for manufacturing a hollow stabilizer according to the present invention is provided in a vehicle, and connects the torsion part extending in the vehicle width direction, the arm part extending in the front-rear direction of the vehicle, and the torsion part and the arm part.
  • a method for manufacturing a hollow stabilizer that can make a bent portion of a steel pipe, which is a material of the hollow stabilizer, have good quenching hardness.
  • a manufacturing method can provide a lightweight hollow stabilizer having high strength with improved hardness of the bent portion.
  • the perspective view which shows an example of the hollow stabilizer connected with the suspension apparatus with which a vehicle is equipped.
  • the top view which shows an example of the hollow stabilizer connected with the suspension apparatus with which a vehicle is equipped.
  • the figure which compared the solid stabilizer and the hollow stabilizer of equivalent size by weight, external surface stress, and internal surface stress.
  • Process drawing which shows the manufacturing method of the hollow stabilizer which concerns on embodiment of this invention.
  • the top view which shows the state which is quenching locally from the outer surface of the bending part of the bending-molded raw pipe.
  • the top view which shows the state which is quenching from the inner surface by the hardening method by the inner surface jet.
  • the top view which shows the state which is quenching locally from the inner surface by the hardening method by the inner surface jet of another example.
  • the figure which shows the effect by an outer surface jet by hardness An SN chart showing the effect of water quenching and quenching by an internal jet in a fatigue test in comparison with water quenching alone.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a hollow stabilizer.
  • FIG. 1A is a perspective view of a hollow stabilizer connected to a suspension device provided in a vehicle
  • FIG. 1B is a plan view of the hollow stabilizer.
  • a hollow stabilizer 1 for a vehicle as shown in FIGS. 1A and 1B can be manufactured.
  • the hollow stabilizer 1 is a tubular stabilizer formed using a hollow steel pipe or the like.
  • the hollow stabilizer 1 includes a torsion portion 1a extending in the vehicle width direction and a pair of left and right arm portions 1b, 1b extending in the vehicle front-rear direction.
  • the hollow stabilizer 1 is bent at bending portions 1c and 1c (shown by broken lines in FIG. 1B) symmetrically positioned at both ends of a torsion portion 1a extending in the vehicle width direction, and a pair of left and right arm portions 1b. , 1b and a substantially U-shaped shape. In addition, it is good also as a structure which has the bending part 1c two or more places.
  • the hollow stabilizer 1 has an outer diameter D of the torsion part 1a of about 10 mm to about 43 mm, and a plate thickness t of about 2 mm to about 10 mm. T / D described later indicates the above (plate thickness t / outer diameter D).
  • the connecting portions (eyeball portions) 1d and 1d are formed in a flat plate shape (flat shape) having mounting holes 1d1 and 1d1 by pressing.
  • the connecting portions 1d and 1d at the tips of the arm portions 1b and 1b are connected to a pair of left and right suspension devices 3 and 3 fixed to a vehicle body (not shown) via stabilizer links 2 and 2, respectively.
  • a wheel (not shown) is attached to the axle portion 3 a of each suspension device 3.
  • the suspension device 3 has a compression spring and an oil damper, and works to attenuate and transmit shocks, vibrations, and the like from the wheels to the vehicle body by being attenuated by internal friction and viscous resistance.
  • the torsion part 1a is inserted into a rubber bush 4 fixed to a cross member (not shown) of the vehicle body and is suspended between the left and right suspension devices 3, 3.
  • a load due to displacement is transmitted from each suspension device 3 and 3 to each arm portion 1b and 1b, and the torsion portion 1a is Torsional deformation.
  • an elastic force is generated in the torsion portion 1a so as to restore the torsional deformation.
  • the hollow stabilizer 1 suppresses the left-right inclination of the vehicle body by the elastic force against the torsional deformation, thereby increasing the roll rigidity and stabilizing the traveling of the vehicle.
  • the hollow stabilizer 1 is made of steel pipes such as ERW pipes, SR (Stretch® Reduce) pipes (hot rolled ERW steel pipes), and ERW drawn steel pipes.
  • ERW pipes SR (Stretch® Reduce) pipes (hot rolled ERW steel pipes), and ERW drawn steel pipes.
  • SR Speed® Reduce
  • a steel plate is formed into a pipe shape by a roll while hot, and the edge in the short direction, which is a seam in the longitudinal direction of the pipe, is joined by electric resistance welding.
  • the outer surface bead at the joint of the pipe becomes a functional obstacle and is removed by cutting.
  • As the SR tube a large-diameter electric resistance tube is prepared, and high-frequency heating is performed. Thereafter, the thin pipe is thickened by molding by hot drawing, so that a thick-walled small-diameter pipe is produced.
  • the electric resistance drawing steel pipe is a steel pipe obtained by reducing the diameter of an electric resistance welding pipe or SR pipe as a base material by cold drawing or the like performed by inserting a plug.
  • the area reduction rate of the cross-sectional area associated with the drawing process of the ERW drawn steel pipe is generally in the range of about 30% to 45%.
  • an electric resistance tube is used for the hollow stabilizer 1 having an outer diameter of about 12 mm to about 44 mm and a plate thickness t of about 2 mm to about 6.5 mm.
  • An SR tube is used for the hollow stabilizer 1 having an outer diameter of about 12 mm to about 44 mm and a plate thickness t of about 2 mm to about 10 mm.
  • Fig. 2 shows a comparison between solid stabilizer and hollow stabilizer of equivalent size in terms of weight, external stress and internal stress.
  • the horizontal axis represents t (plate thickness) / D (outer diameter), and the vertical axis represents weight (solid line), outer surface stress (dashed line), and inner surface stress (dashed line).
  • FIG. 2 shows how the weight, the outer surface stress, and the inner surface stress change in the hollow stabilizer, assuming that the solid stabilizer is 100%. Therefore, the weight and the external stress of the solid stabilizer are 100%. Since the solid stabilizer has no internal surface and no internal stress is generated, the internal stress is 0%.
  • the weight is 100% for the solid stabilizer, and as the t / D decreases (the thickness t decreases), the change in the thickness t is a change in the diameter, so the weight ratio decreases as a quadratic function. .
  • the solid stabilizer is changed to a hollow stabilizer in which t / D is reduced, the cross-sectional area is reduced, so that the outer surface stress and the inner surface stress tend to increase.
  • the internal stress is 0% for the solid stabilizer, and the internal stress increases as the cross-sectional area decreases as t (plate thickness) decreases (decreases t / D).
  • the change in the internal stress when t / D is about 0.275 or less is larger than the external stress.
  • t / D is about 0.18 or less, fatigue failure occurs from the inner surface.
  • t / D about 0.18 or less, both the internal stress and the external stress rise rapidly. Therefore, when t / D is about 0.18 or less, it is more important to improve the hardness of the inner surface.
  • the internal stress is 0% for the solid stabilizer, and the internal stress increases as the cross-sectional area decreases as t (plate thickness) decreases (decreases t / D).
  • the change in the internal stress when t / D is about 0.275 or less is larger than the external stress.
  • t / D is about 0.18 or less, fatigue failure occurs from the inner surface.
  • t / D about 0.18 or less, both the internal stress and the external stress rise rapidly. Therefore, when t / D is about 0.18 or less, it is more important to improve the hardness of the inner surface.
  • both the inner surface stress and the outer surface stress are rapidly increased, and hence the inner surface side and the outer surface side need to be improved in hardness.
  • the torsion part 1a and the arm part 1b included in the hollow stabilizer 1 each have a substantially straight tubular shape.
  • the bent portion 1 c has a bent shape having a curvature in the axial direction of the hollow stabilizer 1.
  • the bending portion 1c includes a boundary between the substantially straight torsion portion 1a and a portion having a curvature in the axial direction of the hollow stabilizer 1, and a substantially straight tubular shape. It shall mean a region sandwiched between the arm portion 1c and the boundary between the hollow stabilizer 1 and a portion having a curvature in the axial direction. Therefore, when the hollow stabilizer 1 has a product shape that is bent in multiple stages, it is not prevented that the bent portion 1c has a straight tubular section in part.
  • the bent portion 1c When the hollow stabilizer 1 is actually used, the bent portion 1c generates bending stress and torsional stress because the load applied to one end side of the arm portion 1b is connected to the other end side. It is an area where stress is distributed. Therefore, when the ratio (t / D) of the tube thickness (t) to the outer diameter (D) is within a predetermined range, the hardness on the inner surface side of the steel tube is improved in improving the fatigue strength of the hollow stabilizer 1. In particular, it can be said that it is important to secure hardness on the inner surface side of the bent portion 1c.
  • the hollow stabilizer 1 may not be completely quenched inside the bent portions 1c and 1c (see FIGS. 1A and 1B). This is because when cooling is performed, the cooling rate is lowered due to thickening and the difficulty of hitting the coolant in terms of shape. When quenching does not completely occur, the durability of the hollow stabilizer 1 is adversely affected.
  • the hollow stabilizer when hardening with respect to the steel pipe used as the raw material of the hollow stabilizer 1, it cools by injecting a coolant into a steel pipe, and not only the outer surface of the bending part 1c.
  • the inner surface is also improved in quenching to improve the quenching hardness inside the bent portion 1c.
  • FIG. 3 is a process diagram showing a method for manufacturing a hollow stabilizer according to an embodiment of the present invention.
  • the hollow stabilizer 1 is manufactured by sequentially performing these steps.
  • the length and diameter of the raw tube used as the material of the hollow stabilizer 1 can be set to appropriate dimensions according to the desired product shape.
  • the outer diameter of the torsion part 1a is about 12 mm to about 44 mm
  • the plate thickness t is about 2 mm to about 10 mm.
  • t / D 0.12 to about 0.31.
  • the base tube of the hollow stabilizer 1 preferably has a ratio (t / D) of the tube thickness (t) to the outer diameter (D) of 0.10 or more.
  • a ratio (t / D) of the tube thickness (t) to the outer diameter (D) of 0.10 or more.
  • the base tube of the hollow stabilizer 1 can be made of an appropriate material such as manganese boron steel or spring steel.
  • a preferable material is manganese boron steel.
  • the amount of carbon (C) in the manganese boron steel is preferably 0.20% by mass or more and 0.35% by mass or less. By setting the carbon amount to 0.20% by mass or more, good strength and hardness can be ensured. Moreover, favorable moldability and weldability at the time of manufacture of an ERW pipe are securable by making carbon amount 0.35 mass% or less.
  • the forming step S10 is a step of forming a product shape provided with a bent portion by bending an element tube as a material of the hollow stabilizer.
  • a pair of left and right bent portions 1c and 1c are formed by bending the raw tube, and the torsion portion 1a and the arm portion 1c are shaped near the product shape via each bent portion 1c.
  • the surplus of the welded portion of the raw tube may be one in which only the outer surface side of the raw tube is removed, or one in which both the outer surface side and the inner surface side are removed.
  • the bending process can be performed at a plurality of locations so that a plurality of bent portions 1c are formed according to a desired product shape.
  • the raw tube is formed by bending.
  • the bending process may be any one of mold forming using a total bending mold and bending forming using a vendor. Molding using a total bending mold is particularly suitable.
  • the bending outer side of the raw pipe tends to be pulled toward both pipe ends, and the cross-sectional shape of the bent portion 1c tends to be flattened.
  • the ratio (t / D) of the tube thickness (t) to the outer diameter (D) is 0.10 or more, the risk of flattening is low. It is often possible to perform multistage bending.
  • a heating method in bending an appropriate method such as heating with a heating furnace, electric heating, high frequency induction heating, or the like can be used.
  • the electric heating can heat the element tube while suppressing decarburization by rapid heating. Therefore, it is preferable to use current heating.
  • the heating temperature in mold forming is preferably about 900 ° C. or higher and about 1200 ° C. or lower. Molding at this temperature has good processability and high mass productivity.
  • bending using a vendor may be used in addition to mold forming.
  • the quenching step S20 is a step of quenching the element tube that has been subjected to the bending process.
  • the steel pipe austenitized by the heat treatment is subjected to a cooling treatment using a liquid coolant at a lower critical cooling rate or higher.
  • the heat treatment of the raw tube can be performed by an appropriate method such as heating with a heating furnace, electric heating, high frequency induction heating or the like.
  • a particularly preferable method is energization heating.
  • the energization heating can be performed, for example, by connecting clamps that also serve as electrodes to both ends of the elementary tube and energizing both ends of the elementary tube.
  • the electric heating can be carried out with a low-cost processing facility, and rapid heating is also possible, so that it is suitable for realizing good productivity.
  • the temperature of the raw pipe can be increased rapidly and uniformly in the length direction, which is effective in that decarburization and thermal deformation can be suppressed to a low level.
  • heat treatment of the raw tube may be performed as a pre-bending step.
  • the heat treatment of the raw tube can be performed using a carburizing agent in combination. That is, in the quenching step S20, it is possible to carburize and quench the raw pipe. Carburizing and quenching can be performed only on the outer surface, only the inner surface, or both the outer surface and the inner surface of the raw tube.
  • a carburizing method any of a solid carburizing method, a gas carburizing method, and a liquid carburizing method may be used.
  • a carburizing accelerator such as barium carbonate (BaCO 3 ) is used for charcoal or bone charcoal.
  • the gas carburizing method is carried out by mixing air in a furnace using a gas such as natural gas containing C, incompletely burning, and heating.
  • the liquid carburizing method is performed by heating in a salt bath containing NaCN as a main component.
  • the ratio (t / D) between the thickness (t) and the outer diameter (D) of the raw tube is preferably 0.10 or more and less than 0.275, and preferably 0.10 or more and 0.0. More preferably, it is less than 18.
  • the ratio (t / D) where the requirement of quenching hardness on the inner surface side becomes high by implementing the carburizing quenching, in realizing the hollow stabilizer 1 having a predetermined hardness on the surface, Unnecessary carburizing and quenching that does not contribute to the improvement of fatigue strength can be avoided. Further, the effect of quenching in the quenching process described later can be made more reliable regardless of the material of the raw tube.
  • the ratio (t / D) between the thickness (t) and the outer diameter (D) of the raw tube is 0.275 or more, the inner surface of the raw tube may not be carburized and quenched. .
  • the element tube cooling treatment can be performed by an appropriate method using a liquid coolant such as water quenching, aqueous quenching, brine quenching, or oil quenching.
  • a liquid coolant such as water quenching, aqueous quenching, brine quenching, or oil quenching.
  • Water quenching is a method that uses water as a coolant.
  • the water temperature can be in the temperature range of about 0 ° C. to 100 ° C., preferably 5 ° C. to 40 ° C.
  • Aqueous solution quenching is a method using an aqueous solution to which a polymer is added as a coolant.
  • the polymer for example, various polymers such as polyalkylene glycol and polyvinyl pyrrolidone can be used.
  • Salt water quenching is a method using an aqueous solution to which salts such as sodium chloride are added as a coolant.
  • the cooling treatment can be carried out so as to obtain an appropriate cooling rate according to the material of the raw tube, the thickness (t), the outer diameter (D), etc. of the tube.
  • a particularly preferable cooling treatment is water quenching. This is because water quenching can reduce the disposal cost of the used coolant and the environmental load due to the coolant. Further, it is advantageous in that the handling of the coolant itself and the removal of the coolant from the blank after quenching can be performed relatively easily.
  • FIG. 4 is a top view showing a state where the inside of the bent portion of the bent tube is locally quenched from the outer surface.
  • the bent pipe 1S as shown in FIG. 4 is introduced into a quenching tank (not shown) filled with a coolant and immersed in the coolant in the quenching tank for quenching.
  • FIG. 4 shows a state in which the blank tube 1S to be quenched is fixed to the quenching jig J and is put into the quenching tank together with the quenching jig J.
  • the raw tube 1S is entirely immersed in the coolant in a state where the openings of both tube ends 1s1, 1s2 are not closed. Therefore, most of the outer surface 1e of the elementary tube 1S and the inner surface 1f of the elementary tube 1S are both in contact with the coolant.
  • the raw tube 1 ⁇ / b> S has a perspective section shown by a broken line
  • the quenching jig J has a schematic shape shown by a two-dot chain line in a rectangular shape.
  • the quenching jig J includes clamps c1, c2, c3, and c4 and support portions j1 and j2.
  • the quenching jig J supports the blank tube 1S to be quenched, and facilitates the conveyance of the blank tube 1S between the inside and outside of the quenching tank.
  • the quenching jig J may have a function of swinging the raw tube 1S in the coolant filled in the quenching tank.
  • the quenching jig J can be configured to include a main body having an appropriate shape such as a plate shape, an assembled plate shape, or a lath shape. Moreover, it can be set as the suitable magnitude
  • the quenching jig J is connected to a movable mechanism (not shown) so that the raw tube 1S fixed outside the quenching tank can be transferred into the quenching tank, and the inside and outside of the quenching tank. It is possible to make it freely enter and exit.
  • the quenching jig J can be reciprocated in one axial direction or the other axial direction by a movable mechanism (not shown) or the like so that the raw tube 1S can swing in the coolant.
  • the rocking speed is preferably 220 mm / sec or more, and more preferably 350 mm / sec or more.
  • the upper limit of the rocking speed is preferably about 650 mm / sec or less, although it depends on the fixed state of the raw tube 1S, the shaking state of the coolant, and the like.
  • the clamps c1, c2, c3, and c4 are fixed on the quenching jig J and detachably grip the blank 1S to be quenched.
  • four clamps c1, c2, c3, and c4 are provided on the torsion portion 1a.
  • the clamps c1, c2, c3, and c4 are provided at positions where at least one of the straight tubular portion of the raw tube 1S, that is, the torsion portion 1a and the arm portion 1c is fixed so as to prevent thermal deformation of the raw tube 1S. It is preferable to provide at a position where only the torsion part 1a is fixed.
  • the constrained portion 1h (see FIG. 1B) that is in contact with the clamps c1, c2, c3, and c4 in the outer surface of the raw tube 1S deteriorates in contact with the coolant and decreases the cooling rate. It is preferable to provide it at a position where it is gripped in a section away from the bent portion 1c.
  • the support portions j1 and j2 are portions that support the raw tube 1S to be quenched.
  • the support portions j1 and j2 are configured by a pedestal or the like so as to have a height with respect to the quenching jig J, and are fixed on the quenching jig J, for example.
  • the support portions j1 and j2 are provided on the tube ends 1s1 and 1s2 side of the arm portion 1b.
  • the clamps c1, c2, c3, and c4 are provided at a position where the torsion part 1a is gripped, it is preferable to provide at least a position where the arm part 1b is supported.
  • the jet which is a jet of a coolant on each outer surface 1e of the inner side 1c1, 1c2 of the bending parts 1c, 1c of the raw tube 1S immersed in the coolant
  • a cooling process in which a water stream is continuously jetted (outside jet) is performed.
  • the coolant injection can be performed by the coolant injection means (n1, h1, p1, n2, h2, p2) shown in FIG.
  • the injection of the coolant from the coolant injection means is preferably started at the same time as immersing the raw tube 1S in the quenching tank, and is preferably continued at least until the Ms transformation point is reached.
  • the coolant injection means includes nozzles (n1, n2), hoses (h1, h2), and small submersible pumps (p1, p2). As shown in FIG. 4, the coolant injection means is disposed at both pipe ends 1s1 and 1s2 of the raw pipe 1S to be quenched. It is preferable that the relative position of the coolant injection unit with respect to the raw pipe 1S to be quenched is fixed during the cooling process. Therefore, when the raw tube 1S is swung in the coolant, for example, it is fixed to the quenching jig J or provided integrally with the quenching jig J so that the coolant injection means is also synchronized. Can do.
  • the nozzles n1 and n2 are portions that eject the coolant. As shown in FIG. 4, one nozzle n1 is disposed so as to face the outer surface 1e of the inner side 1c1 of one bent portion 1c of the raw tube 1S immersed in the coolant, and the other nozzle n2 It is preferable to arrange so as to face the outer surface 1e of the inner side 1c2 of the bent portion 1c.
  • the inner sides 1c1 and 1c2 of the bent portion 1c of the base tube 1S tend to be easily heated due to the concentration of current density. Therefore, it is advantageous in that the cooling rate can be efficiently increased by directly injecting the coolant onto the outer surfaces 1e of the bent inner sides 1c1 and 1c2 of the bent portions 1c and 1c.
  • the hoses h1 and h2 connect the nozzles n1 and n2 and a coolant supply source (not shown) via pumps p1 and p2.
  • the hose n1 is preferably composed of a flexible tube having a bellows structure made of rubber, resin, metal, such as stainless steel (SUS), and smoothly and smoothly supplies coolant water for a long time. If it has a function which can be supplied, it will not be limited in particular.
  • the hoses h1 and h2 form a flow path through which the coolant flows from the coolant supply source to the pumps p1 and p2.
  • a quenching tank itself filled with the coolant a coolant storage tank for storing the coolant supplied to the quenching tank, or the like can be used. That is, the hose h1, h2 may be communicated with the inside of the quenching tank, and the coolant in the quenching tank may be sprayed from the nozzles n1, n2, and the hose n1, n2 may be communicated with the coolant storage tank.
  • the coolant newly supplied from outside the quenching tank may be jetted from the nozzles n1 and n2.
  • the coolant injection means (n1, h1, p1, n2, h2, p2)
  • the coolant is sprayed onto the outer surfaces 1e of the bent inner sides 1c1, 1c2 of the bent portion 1c of the raw tube 1S immersed in the coolant.
  • the cooling process it is possible to increase the heat transfer coefficient between the outer surfaces 1e of the bent inner sides 1c1 and 1c2 of the bent portion 1c of the raw tube 1S and the coolant in the vicinity of the bent portion 1c. Therefore, it is possible to further increase the cooling rate of the bent portion 1c of the raw tube 1S.
  • the flow rate of the outer jet by the coolant injection means is preferably a jet flow rate of 8.5 liters / min or more and a flow rate of 2000 mm / sec or more.
  • the tempering step S30 is a step of tempering the quenched pipe. Specifically, in this step, the raw tube is heated to a predetermined temperature below the AC1 transformation point, and then subjected to an appropriate cooling process.
  • the heat treatment of the raw tube can be performed by an appropriate method such as heating in a heating furnace, energization heating, high frequency induction heating or the like.
  • the tempering temperature can be an appropriate temperature according to the desired product specifications, but is usually preferably 200 ° C. or higher and lower than 400 ° C., more preferably 200 ° C. or higher and 290 ° C. or lower, and 230 ° C. The temperature is more preferably 270 ° C. or lower.
  • the cooling treatment of the raw tube can be performed by an appropriate method and time such as water cooling or air cooling.
  • the tempering step S30 can be omitted depending on the material and product specifications of the manufactured hollow stabilizer 1.
  • the tube end processing step S40 is a step of forming a connecting portion by performing tube end processing on the raw tube.
  • the end of the bent pipe is plastically deformed by pressing to form a flat shape, and then drilled with a punching die.
  • connecting portions 1d and 1d having attachment holes 1d1 and 1d1 at the ends of the bent tube are formed.
  • the form and formation method of connection part 1d, 1d are not restrict
  • the painting step S60 is a step of painting the surface of the raw tube.
  • surface cleaning and surface treatment are performed.
  • Various pretreatments such as a removal treatment for removing oils and fats, foreign matters, and the like are applied to the surface of the raw tube.
  • a coating such as zinc phosphate or iron phosphate can be formed.
  • painting is performed on the base tube using a paint.
  • a powder paint is preferably used, and for example, a powder paint made of an epoxy resin can be suitably used.
  • a coating method for example, a method of spraying a paint so that a coating film having a thickness of about 50 ⁇ m or more is formed on the surface of the hollow stabilizer 1 or a method of immersing in a paint can be used.
  • the heat treatment for baking may be performed by either heating in a heating furnace or infrared heating.
  • electrodeposition coating, solvent coating, or the like may be performed.
  • the hollow stabilizer 1 can be manufactured through the above steps. Since the manufactured hollow stabilizer 1 is subjected to a quenching process in which the cooling rate of the bent portion 1c of the raw pipe is increased in the quenching step S20, not only the outer surface 1e but also the inner surface 1f of the bent portion 1c is a target. A high quenching hardness approximating the hardness is realized. Therefore, according to the manufacturing method of the hollow stabilizer which concerns on this embodiment, the hollow stabilizer 1 with favorable fatigue durability can be manufactured.
  • FIG. 5 is a top view showing a state in which a bent tube is quenched from the inner surface by a quenching method using an inner surface jet.
  • the element tube 1S is provided in the quenching step S20.
  • a cooling process for injecting a coolant onto the outer surfaces of the inner sides 1c1, 1c2 of the bent portions 1c, 1c of the element tube 1S.
  • the coolant is injected (inner surface jet) into the inside of the raw tube 1S (see FIG. 5).
  • the coolant can be injected by the coolant injection means (n3, h3, p3, n4, h4, p4) shown in FIG.
  • the injection of the coolant is preferably started immediately at the same time that the raw tube 1S is immersed in the quenching tank, and is preferably continued until at least the Ms transformation point is reached. Further, from the viewpoint of suppressing the difference in cooling rate between the outer surface and the inner surface of the raw tube 1S, it is preferable to inject the coolant into the raw tube 1S and to swing the raw tube 1S.
  • the raw tube of the hollow stabilizer 1 has a ratio (t / D) between the tube thickness (t) and the outer diameter (D) of 0.10 or more, and 0.25 or more. More preferably, it is less than 0.275. If the ratio (t / D) of the tube thickness (t) to the outer diameter (D) is 0.10 or more, it can be suitably used as a material as described above. On the other hand, when the ratio (t / D) of the tube thickness (t) to the outer diameter (D) is less than 0.275, the stress (main stress) generated on the inner surface side of the hollow stabilizer 1 increases.
  • the coolant injection means includes nozzles (n3, n4), hoses (h3, h4), and small submersible pumps (p3, p4).
  • the coolant injection means is disposed at both pipe ends 1s1 and 1s2 of the raw pipe 1S to be quenched. It is preferable that the relative position of the coolant injection means with respect to the raw pipe 1S to be quenched is fixed during the cooling process. Therefore, when the raw tube 1S is swung in the coolant, for example, it is fixed to the quenching jig J or provided integrally with the quenching jig J so that the coolant injection means is also synchronized. be able to.
  • the nozzles n3 and n4 are portions that eject the coolant.
  • the nozzles n3 and n4 are arranged close to the both ends 1s1 and 1s2 of the base tube 1S immersed in the coolant and substantially concentric with the openings of the both ends 1s1 and 1s2.
  • the tips of the nozzles n3 and n4 are arranged at positions slightly separated from the tube ends 1s1 and 1s2, and the freedom of the entrance and exit of the coolant is ensured between the inside of the raw tube 1S and the quenching tank. It has become so.
  • the other configurations of the coolant injection means (n3, h3, p3, n4, h4, p4) are the same as those in the coolant injection means (n1, h1, p1, n2, h2, p2). Can be.
  • the heat transfer coefficient between the inner surface 1f of the raw tube 1S and the coolant flowing through the inner portion of the raw tube 1S is increased, and the cooling rate on the inner surface side of the raw tube 1S is set to the ideal hardness. It is possible to raise it to the level close
  • the martensite generation ratio can be increased for the inner surface 1f of the hollow stabilizer 1, particularly the inner surfaces 1f1 and 1f2 of the bent portions 1c and 1c and the inner surface 1f of the constrained portion 1h. And since the hardness of the inner surface 1f of the hollow stabilizer 1 is ensured, the hollow stabilizer with favorable fatigue durability can be manufactured.
  • the flow rate of the inner jet by the coolant injection means depends on the inner diameter of the raw tube 1S, the length of the arm portion 1b, the shape of the bent portion 1c, etc., but the jet flow rate is 8.5 liters / min or more and the flow rate is 2000 mm / sec. The above is desirable.
  • Refrigerant injection means (n3, h3, p3, n4, h4, p4) arranged at both pipe ends 1s1, 1s2 of the raw pipe 1S allow the flow of the coolant injected from the nozzles n3, n4 to be raw pipes. It is preferable to set the flow rate near the center inside 1S to be high.
  • Coolant is jetted from both pipe ends 1s1, 1s2 of the raw pipe 1S by means of the coolant injection means (n3, h3, p3, n4, h4, p4) arranged near both pipe ends 1s1, 1s2 of the pipe 1S. By entering, the thermal deformation which occurs along the axial direction of the raw tube 1S can be suppressed.
  • Each coolant injection means (n3, h3, p3, n4, h4, p4) disposed at both tube ends 1s1, 1s2 of the raw tube 1S simultaneously injects coolant from both tube ends 1s1, 1s2. You may inject alternately.
  • the cooling rate of the inner surface 1f of the elementary tube 1S, particularly the inner surfaces 1f1 and 1f2 of the pair of left and right bent portions 1c and 1c can be made uniform and high. .
  • FIG. 6 is a top view showing a state in which the bent pipe is locally quenched from the inner surface by the quenching method using the inner surface jet of another example.
  • the coolant injection means (n3, h3, p3, n4, h4, p4) used for the cooling process in the quenching step S20 are quenched. It is arrange
  • the coolant injection means (n5, h5, p5) are arranged only on one pipe end 1s1 of the pipe 1S, and the inside of the pipe 1S is unidirectionally arranged. A method of allowing the coolant to flow can also be employed.
  • the coolant injection means includes a nozzle n5, a hose h5, and a small submersible pump p5.
  • the other configurations of the coolant injection means (n5, h5, p5) can be the same as the configurations of the coolant injection means (n3, h3, p3, n4, h4, p4).
  • the coolant injection means (n5, h5, p5) is arranged only at one end 1s1 of the raw pipe 1S to be quenched.
  • An injection guard g1 is disposed on the other tube end 1s2.
  • the injection guard g1 covers the tube end 1s2 of the raw tube 1S fixed to the quenching jig J.
  • the injection guard g1 is provided with a larger diameter than the elementary tube 1S so that the inner surface thereof is separated from the elementary tube 1S.
  • the coolant injected into the raw tube 1S collides with the injection guard g1 when discharged from the tube end 1s2, and has the effect of softening the flow velocity of the discharged jet water flow.
  • the heat transfer coefficient between the inner surface 1f of the raw tube 1S and the coolant flowing through the inner portion of the raw tube 1S is increased, and the cooling rate on the inner surface side of the raw tube 1S is set to the ideal hardness. It is possible to raise it to the level close
  • the martensite generation ratio can be increased for the inner surface 1f of the hollow stabilizer 1, particularly the inner surfaces 1f1 and 1f2 of the bent portions 1c and 1c and the inner surface 1f of the constrained portion 1h. And since the hardness of the inner surface 1f of the hollow stabilizer 1 is ensured, the hollow stabilizer with favorable fatigue durability can be manufactured.
  • the cooling process by the inner surface jet using the coolant injection unit may be performed together with the cooling process by the outer surface jet using the coolant injection unit.
  • the coolant injection means may be disposed only on one end side of the raw pipe to be quenched, or may be disposed on both end sides of the raw pipe.
  • connecting part 1d performed in pipe end processing process S40 is a forming process. You may perform in S10.
  • Example 1 As Example 1, the manufacturing method of the hollow stabilizer of the form which performs a cooling process by injecting the raw material pipe
  • the tube thickness (t) is 7.5 mm
  • the outer diameter (D) is 30 mm
  • the ratio (t / D) between the tube thickness (t) and the outer diameter (D) is as follows.
  • a plurality of test materials (Example 1-1, Example 1-2) made of 0.25 SR steel pipes were evaluated.
  • Comparative Example 1 As Comparative Example 1, the manufacturing method of the hollow stabilizer was carried out in the same manner as in Example 1 except that the cooling treatment was performed without injecting the coolant onto the outer surface of the bent portion of the raw pipe that is the material of the hollow stabilizer. did. And as a control of Example 1, the manufactured hollow stabilizer was evaluated. In Comparative Example 1, the tube thickness (t) is 7.5 mm, the outer diameter (D) is 30 mm, and the tube thickness (t) and the outer diameter (D) are the same as in Example 1. A plurality of test materials (Comparative Example 1-1 and Comparative Example 1-2) made of SR steel pipe having a ratio (t / D) of 0.25 were evaluated.
  • FIG. 7 is a diagram showing the effect of the outer jet in terms of hardness.
  • the horizontal axis indicates the distance (depth) (mm) from the outer surface of the bending portion to the bending inner side
  • the vertical axis indicates the Vickers hardness (HV) at a test force of 300 gf.
  • the thick solid line is the hollow stabilizer according to Comparative Example 1-1
  • the thin solid line is the hollow stabilizer according to Comparative Example 1-2
  • the thick broken line is the hollow stabilizer according to Example 1-1
  • the thin broken line is the Example 1- 2 is a measurement value of the hollow stabilizer according to FIG.
  • FIG. 7 also shows a reference line converted to Rockwell hardness HRC40 and HRC43.
  • the bent portion As shown in FIG. 7, in the hollow stabilizer according to Example 1-1 and Example 1-2 in the quenching step S20, compared to the hollow stabilizer according to Comparative Example 1-1 and Comparative Example 1-2, the bent portion It can be seen that the quenching hardness is increased. Further, it can be confirmed that the hardness distribution over the depth direction from the outer surface has relatively good uniformity. Therefore, it is recognized that the manufacturing method of the hollow stabilizer in the form of performing the cooling process by injecting the coolant onto the outer surface of the bent portion is effective in improving the fatigue durability in consideration of the stress concentration during actual use. It is done.
  • Example 2 As Example 2, the manufacturing method of the hollow stabilizer of the form which cools by injecting a coolant into the inside of a steel pipe while immersing the element pipe used as the raw material of a hollow stabilizer in the inside of a steel pipe was carried out. And the fatigue durability of the manufactured hollow stabilizer was evaluated. As shown in FIG. 5, the coolant was injected from the both ends of the raw pipe to be quenched as shown in FIG. As the material of the hollow stabilizer, the tube thickness (t) is 7.5 mm, the outer diameter (D) is 30.0 mm, and the ratio of the tube thickness (t) to the outer diameter (D) (t / D). Used a 0.25 SR steel pipe.
  • Comparative Example 2 As Comparative Example 2, a method for producing a hollow stabilizer was carried out in the same manner as in Example 2 except that the cooling treatment was performed without injecting the coolant into the raw pipe serving as the material of the hollow stabilizer. As a control for Example 2, the produced hollow stabilizer was evaluated.
  • FIG. 8 is an SN graph showing the effect of quenching by water quenching and internal jet using a fatigue test in comparison with the case of water quenching alone.
  • the alternate long and short dash line shows the average of 50% cumulative breakage probability under the Weibull distribution for a hollow stabilizer product that has undergone conventional cooling treatment
  • the broken line shows the 10% cumulative breakage under the Weibull distribution.
  • the results of calculating the average of the probabilities are shown.
  • the plot of ⁇ is the measured value in the hollow stabilizer according to Comparative Example 2
  • the plot of ⁇ is the measured value in the hollow stabilizer according to Example 2.
  • the SR steel pipe having a relatively large ratio (t / D) of the pipe thickness (t) to the outer diameter (D) of 0.25 is used as a material. Nevertheless, it can be confirmed that the fatigue durability is improved as compared with the hollow stabilizer according to Comparative Example 2, and the breakage probability is suppressed to a low level. Therefore, it is recognized that the manufacturing method of the hollow stabilizer in the form of performing the cooling process by injecting the coolant into the raw tube is effective in improving the fatigue durability.

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Abstract

　本発明の中空スタビライザの製造方法は、素管（１Ｓ）に曲げ加工を施して曲げ部（１ｃ，１ｃ）を備える製品形状に成形する成形工程と、曲げ加工が施された素管（１Ｓ）に焼入れを施す焼入れ工程とを含み、前記焼入れ工程において、鋼管素管（１Ｓ）を冷却剤に浸漬すると共に曲げ部（１ｃ）の外面（１ｅ）に冷却剤を噴射して冷却処理を行うことを特徴とする。

Description

中空スタビライザの製造方法
　本発明は、中空構造の中空スタビライザの製造方法に関する。
　自動車等の車両には、車輪の上下の偏移による車体のロールを抑制するスタビライザ（スタビライザーバー又はアンチロールバー）が備えられている。スタビライザは、一般に、車幅方向に延びるトーション部と、車両の前後方向に向けて曲げ成形された左右一対のアーム部とを備えており略コ字状の棒体からなる。車両において、スタビライザは、各アーム部の先端が車輪の懸架装置にそれぞれ連結され、トーション部が車体側に固定されたブッシュに挿通されることによって、左右の懸架装置の間に懸架された状態で支持される。
　運転時に車両がコーナリングしたり路面の起伏を乗り越えたりする際には、左右の車輪の上下により左右の懸架装置にストローク差が生じる。このとき、スタビライザの各アーム部には、各懸架装置間のストローク差に起因する荷重（変位）がそれぞれ入力され、各アーム部からの荷重（変位差）によってトーション部がねじれ、ねじれ変形を復元しようとする弾性力が生じる。スタビライザは、このねじれ変形を復元しようとする弾性力によって左右の車輪の上下変位差を抑え車体のロール剛性を高め、車体のロールを抑制する。
　スタビライザの形態としては、中実構造を有する中実スタビライザと、中空構造を有する中空スタビライザとがある。中実スタビライザは、機械的強度に優れ、製造コストも低廉に抑えられるといった特徴を有している。これに対して、中空スタビライザは、中実スタビライザと比較して機械的強度の確保が容易でないものの、車両の軽量化を図るのに適した形態となっている。中空スタビライザの素材としては、一般に、電縫鋼管、継目無鋼管、鍛接鋼管等が利用されている。これらの中でも、電縫鋼管は、製造コストが低く量産性にも優れていることから中空スタビライザの素材として多用されている。
　中空スタビライザは、このような鋼管に曲げ加工を施して製品形状に賦形した後、熱処理を施すことによって製造することが多い。曲げ加工としては、ＮＣベンダを使用して行う冷間曲げ加工や、総曲げ型を使用して行う熱間曲げ加工等が鋼管の厚さや径に応じて実施されている。また、熱処理としては、一般に、油焼入れ又は水焼入れと焼戻しとが行われている。或いは、冷間曲げ加工された鋼管に、焼入れ焼戻しに代えて焼鈍を施すアズロール型の工程が実施されることもある。そして、熱処理が施された鋼管は、ショットピーニングによる表面加工処理や、塗装処理等の仕上処理を経て製品化されている。
　近年、自動車等の車両においては、電気モータや二次電池の搭載等によって車両重量が大重量化する傾向がみられる。これに伴って、中空スタビライザについても、より高い応力に対応すべく、機械的強度や疲労耐久性等の更なる向上が求められている。従来、中空スタビライザの素材としては、管の厚さ（ｔ）と外径（Ｄ）との比（ｔ／Ｄ）が比較的小さく、管の厚さが５．５ｍｍ程度未満であり、寸法精度や成形性が良好な薄肉の電縫管が利用されてきた。しかしながら、現在では、大径且つ厚肉の電縫管を熱間で縮径圧延することによって、多岐にわたる外径について、より厚肉の鋼管が製造されるようになっている。そして、鋼管の厚さ（ｔ）と外径（Ｄ）との比（ｔ／Ｄ）の選択幅が拡大されることで、機械的強度の確保に主眼を置いた中空スタビライザの設計範囲も拡がってきている。
　例えば、特許文献１には、安価で品質の良好な鋼管を提供する技術として、肉厚ｔと外径Ｄの％比がｔ／Ｄ≧２０％である中空スタビライザー用電縫溶接鋼管が開示されている。また、肉厚ｔと外径Ｄの％比がｔ／Ｄ≧２０％である中空スタビライザー用電縫溶接鋼管は、電縫溶接後に縮径圧延されてなる電縫溶接鋼管を採用することによって実現することができ、鋼管をストレッチレデューサによって熱間絞り圧延することにより、鋼管の外径を縮径し、結果として絞り圧延前に比較してｔ／Ｄを増加させることができることが記載されている（段落０００９参照）。
　また、特許文献２には、スタビライザの耐久性を得る技術として、電縫管を熱間または温間の温度範囲で縮管して外径に対する肉厚の割合を１８～３５％にする縮管工程を行い、縮管された電縫管をスタビライザ形状に冷間で成形する成形工程を行い、成形されたスタビライザ半製品に対して熱処理工程を行い、次いで、スタビライザ半製品にショットを投射するショットピーニングを行い、次いでスタビライザ半製品に塗装を行うことを特徴とする中空スタビライザの製造方法が開示されている。
特開２００４－００９１２６号公報 特開２００２－３３１３２６号公報
　一般に、中空スタビライザの曲げ部は、実使用時において、大きな曲げ応力とねじり応力がともに発生し、応力が高い部位である。そのため、曲げ部は、中空スタビライザの強度や疲労強度（耐久性）の向上が最も望まれる部位となっている。また、中空スタビライザの素材となる鋼管に焼入れを施す製造方法においては、通電加熱による加熱処理が施される場合がある。中空スタビライザの曲げ部は、通電加熱に際して、電流密度が高くなり局所的な高温化を生じる場合がある。また、焼入れ時の冷却に際しても、曲げ部は凹状のために冷却速度が低く成り易い。そのため、曲げ部は、焼入れが不充分となり、硬度が低下するおそれがある。
　また、鋼管に焼入れを施すにあたっては、鋼管の管端の開口をあらかじめ閉塞させた後に、鋼管を冷却剤に浸漬させて冷却処理を行う場合がある。両管端が封止された鋼管は外面側から冷却されることになるため、内面側は、外面側と比較して焼の入りが悪く、硬度を確保し難い。そのため、鋼管の内面、中でも曲げ部の内面は、中空スタビライザの外面側等よりも疲労破壊の起点となり易い傾向がある。
　このようにして鋼管の内面側に生じる焼の入りの悪化は、管の厚さ（ｔ）と外径（Ｄ）との比（ｔ／Ｄ）が大きくなるほど顕著となる。一般には、鋼管の内面にショットピーニングを施して内面側の硬さを確保する方法が知られているが、このような方法では、工数や製造コストが大きく増加してしまうし、製造工程上で焼入れ処理と両立させることも難しい。そのため、鋼管の曲げ部を良好な焼入れ硬さにすることが可能な技術が求められている。
　そこで、本発明は、中空スタビライザの素材となる鋼管の曲げ部を良好な焼入れ硬さにすることが可能な中空スタビライザの製造方法を提供することを目的とする。
　前記課題を解決するために、本発明に係る第１の中空スタビライザの製造方法は、車両に備えられ、車幅方向に延びるトーション部と、車両の前後方向に延びるアーム部と、前記トーション部と前記アーム部とを接続する曲げ部とを備える管状の中空スタビライザの製造方法であって、中空スタビライザの素材となる素管に曲げ加工を施して前記曲げ部を備える製品形状に成形する成形工程と、曲げ加工が施された前記素管に焼入れを施す焼入れ工程とを含み、前記焼入れ工程において、前記素管を冷却剤に浸漬すると共に前記曲げ部の外面に冷却剤を噴射して冷却処理を行うことを特徴とする。
　また、本発明に係る第２の中空スタビライザの製造方法は、車両に備えられ、車幅方向に延びるトーション部と、車両の前後方向に延びるアーム部と、前記トーション部と前記アーム部とを接続する曲げ部とを備える管状の中空スタビライザの製造方法であって、中空スタビライザの素材となる素管に曲げ加工を施して前記曲げ部を備える製品形状に成形する成形工程と、曲げ加工が施された前記素管に焼入れを施す焼入れ工程とを含み、前記焼入れ工程において、前記素管を冷却剤に浸漬すると共に前記素管の内部に冷却剤を噴入して冷却処理を行うことを特徴とする。
　本発明によれば、中空スタビライザの素材となる鋼管の曲げ部を良好な焼入れ硬さにすることが可能な中空スタビライザの製造方法を提供することができる。また、このような製造方法によって、曲げ部の硬度が向上した強度が高い軽量な中空スタビライザを提供することができる。
車両に備えられる懸架装置に連結された中空スタビライザの一例を示す斜視図。 車両に備えられる懸架装置に連結された中空スタビライザの一例を示す平面図。 中実スタビライザと等価サイズの中空スタビライザとを重量、外面応力、内面応力で比較した図。 本発明の実施形態に係る中空スタビライザの製造方法を示す工程図。 曲げ成形された素管の曲げ部の内側を外面から局所的に焼入れを行っている状態を示す上面図。 内面ジェットによる焼入れ方法で、曲げ成形された素管を内面から焼入れを行っている状態を示す上面図。 他例の内面ジェットによる焼入れ方法で、曲げ成形された素管を内面から局所的に焼入れを行っている状態を示す上面図。 外面ジェットによる効果を硬度で示す図。 水焼入れおよび内面ジェットによる焼入れの効果を、水焼入れのみの場合との比較を疲労試験で示すＳ－Ｎ線図。
　はじめに、本発明の実施形態に係る中空スタビライザの製造方法によって製造される中空スタビライザについて図を用いて説明する。なお、各図において共通する構成要素については同一の符号を付して示し、重複する説明を省略する。
　図１は、中空スタビライザの一例を示す図である。図１Ａは、車両に備えられる懸架装置に連結された中空スタビライザの斜視図であり、図１Ｂは、中空スタビライザの平面図である。
　本実施形態に係る中空スタビライザの製造方法では、図１Ａ及び図１Ｂに示されるような車両用の中空スタビライザ１を製造することができる。中空スタビライザ１は、中空の鋼管などを用いて成形される管状のスタビライザである。中空スタビライザ１は、車幅方向に延びるトーション部１ａと、車両の前後方向に延びる左右一対のアーム部１ｂ，１ｂとを備えている。
　中空スタビライザ１は、中空スタビライザ１は、車幅方向に延びるトーション部１ａの両端に対称的に位置する曲げ部１ｃ，１ｃ（図１Ｂに破線で示す）でそれぞれ屈曲され、左右一対のアーム部１ｂ，１ｂに連なる略コ字状の形状を有している。なお、曲げ部１ｃは２か所以上有する構成としてもよい。
　中空スタビライザ１は、トーション部１ａの外径Ｄが約１０ｍｍ～約４３ｍｍであり、板厚ｔが約２ｍｍ～約１０ｍｍである。後記するｔ／Ｄとは、上記の（板厚ｔ／外径Ｄ）を示す。各アーム部１ｂ，１ｂの先端には、取り付け部となる平板状の連結部（目玉部）１ｄ、１ｄを有している。連結部（目玉部）１ｄ、１ｄは、プレス加工によって取り付け孔１ｄ１、１ｄ１を有する平板状（扁平状）に形成されている。
　アーム部１ｂ，１ｂの先端の各連結部１ｄ、１ｄは、スタビライザリンク２，２を介して、不図示の車体に固定される左右一対の懸架装置３，３にそれぞれ連結されている。各懸架装置３の車軸部３ａには、不図示の車輪が取り付けられる。懸架装置３は、圧縮ばね、オイルダンパを有し、車輪からの衝撃、振動等を内部摩擦、粘性抵抗により減衰して車体に和らげて伝える働きをする。
　トーション部１ａは、車体の不図示のクロスメンバ等に固定されるゴム製のブッシュ４に挿通されて、左右の懸架装置３，３の間に懸架される。この構成により、左右の車輪の上下移動により左右の懸架装置３，３にストローク差が生じると、各懸架装置３，３から各アーム部１ｂ，１ｂに変位による荷重が伝達され、トーション部１ａがねじり変形する。そして、トーション部１ａには、該ねじり変形を復元しようとする弾性力が生じる。中空スタビライザ１は、このねじり変形に抗する弾性力によって、車体の左右の傾きを抑えてロール剛性を高め、車両の走行を安定化させる。
　中空スタビライザ１は、電縫管、ＳＲ（Stretch Reduce）管（熱間圧延電縫鋼管）、電縫引抜鋼管等の鋼管を素材としている。電縫鋼管は、熱間で鋼板がロールによりパイプ状に成形され、パイプの長手方向の継目となる短手方向の端縁が電気抵抗溶接で接合される。そして、パイプの継目にある外面ビードは、機能上障害となるため、切削加工により除去される。ＳＲ管は、大径の電縫管が用意され、高周波加熱が行われる。その後、熱間絞り加工による成形により小径管に厚肉化され、いわば厚肉小径管の電縫管が製管される。また、電縫引抜鋼管は、母材となる電縫管やＳＲ管を、プラグを挿入して行う冷間引抜加工等により縮径化することによって得られる鋼管である。電縫引抜鋼管の引抜加工に伴う断面積の減面率は、一般に３０％以上４５％以下程度の範囲である。
　例えば、外径約１２ｍｍ～約４４ｍｍ、板厚ｔが約２ｍｍ～約６．５ｍｍの中空スタビライザ１には、電縫管が使用される。ｔ／Ｄ＝０．０９～０．２２程度の中空スタビライザ１である。また、外径約１２ｍｍ～約４４ｍｍ、板厚ｔが約２ｍｍ～約１０ｍｍの中空スタビライザ１には、ＳＲ管が使用される。ｔ／Ｄ＝０．１２～０．３１程度の中空スタビライザ１である。
　図２は、中実スタビライザと等価サイズの中空スタビライザとを重量、外面応力、内面応力で比較したものである。横軸にｔ（板厚）／Ｄ（外径）をとり、縦軸に重量（実線）、外面応力（破線）、内面応力（一点鎖線）をとっている。図２においては、中実スタビライザの場合を１００％として、中空スタビライザでどのように重量、外面応力、内面応力が変化するかを表わしている。そのため、中実スタビライザの重量、外面応力が１００％であり、中実スタビライザは、内面がなく内面応力が発生しないので、内面応力は０％である。
　重量は中実スタビライザが１００％であり、ｔ／Ｄが低下する（板厚ｔが薄くなる）に従って、板厚ｔの変化は径の変化であるので、重量比は２次関数的に低下する。中実スタビライザからｔ／Ｄが低下する中空スタビライザとなると断面積が減少することから、外面応力、内面応力は増加する傾向となる。
　外面応力は、中実スタビライザからｔ／Ｄ＝０．２７５以上の中空スタビライザ１まで同等であり、ｔ／Ｄ＝約０．２７５を境にｔ／Ｄが低下するに従って外面応力は増加する。なお、ｔ／Ｄ＝約０．２７５の中空スタビライザ１とすると重量が約２０％低下できる。
　内面応力は、中実スタビライザが０％であり、ｔ（板厚）が減少する（ｔ／Ｄ低下する）に従って断面積が減少するに伴い、内面応力が増加する。ｔ／Ｄが約０．２７５以下での内面応力は外面応力より変化が大である。ｔ／Ｄ＝約０．１８以下では、内面からの疲労破壊が発生する。ｔ／Ｄ＝約０．１８以下では、内面応力および外面応力ともに急激に上昇する。そこで、ｔ／Ｄ＝約０．１８以下では、内面の硬度の向上がより重要である。
　内面応力は、中実スタビライザが０％であり、ｔ（板厚）が減少する（ｔ／Ｄ低下する）に従って断面積が減少するに伴い、内面応力が増加する。ｔ／Ｄが約０．２７５以下での内面応力は外面応力より変化が大である。ｔ／Ｄ＝約０．１８以下では、内面からの疲労破壊が発生する。ｔ／Ｄ＝約０．１８以下では、内面応力および外面応力ともに急激に上昇する。そこで、ｔ／Ｄ＝約０．１８以下では、内面の硬度の向上がより重要である。
　以上のことから、ｔ／Ｄ＝約０．１８以下では、内面応力および外面応力ともに急激に上昇するため、内面側および外面側の硬度向上がより必要となる。また、中空スタビライザ１は、ｔ／Ｄ＝約０．１８～０．２７５など板厚ｔが厚くなるので、前記したように、曲げ部１ｃの内側の焼入れが不充分となるおそれがある。一方、ｔ（板厚）が厚く中実に近いｔ／Ｄ＝０．２７５以上では、外面応力が中実の場合と同様であり、内面応力が低いため、内面応力の管理は不要としてもよいと考えられる。
　図１Ｂに示すように、中空スタビライザ１が備えるトーション部１ａ及びアーム部１ｂは、略直管状の形状をそれぞれ有している。その一方で、曲げ部１ｃは、中空スタビライザ１の軸方向に曲率を持つ曲げ形状を有している。なお、本明細書においては、曲げ部１ｃは、図１Ｂに破線で示すように、略直管状のトーション部１ａと中空スタビライザ１の軸方向に曲率を持つ部位との境界と、略直管状のアーム部１ｃと中空スタビライザ１の軸方向に曲率を持つ部位との境界とによって挟まれる領域を意味するものとする。したがって、中空スタビライザ１が多段曲げされた製品形状を有する場合には、曲げ部１ｃが直管状の区間を一部に有することも妨げられない。
　この曲げ部１ｃは、中空スタビライザ１の実使用時において、アーム部１ｂの一端側に加わる荷重が他端側に連結するために曲げ応力とねじり応力が発生し、通常、中空スタビライザ１における最大主応力が分布する領域となっている。したがって、管の厚さ（ｔ）と外径（Ｄ）との比（ｔ／Ｄ）が所定範囲にある場合には、中空スタビライザ１の疲労強度を向上させる上で、鋼管の内面側の硬さ、特に曲げ部１ｃの内面側の硬さの確保が重要であるといえる。
　特に、ＳＲ管の場合、中空スタビライザ１は、曲げ部１ｃ，１ｃ（図１Ａ及び図１Ｂ参照）の内側が焼入れが完全に入らないおそれがある。何故なら、焼入れした際、厚肉化や形状的に冷却剤が当たり難いことによる冷却速度の低下が起因するものと考えられる。焼入れが完全に入らない場合、中空スタビライザ１の耐久性に悪影響がある。
　そこで、本実施形態に係る中空スタビライザの製造方法では、中空スタビライザ１の素材となる鋼管に焼入れを施す際に、鋼管に冷却剤を噴射して冷却処理を行い、曲げ部１ｃの外面のみならず内面についても焼の入りを向上させて、曲げ部１ｃの内側の焼入れ硬さの向上を実現するものとしている。
　図３は、本発明の実施形態に係る中空スタビライザの製造方法を示す工程図である。
　図３に示す中空スタビライザの製造方法は、成形工程Ｓ１０と、焼入れ工程Ｓ２０と、焼戻し工程Ｓ３０と、管端加工工程Ｓ４０と、表面加工工程Ｓ５０と、塗装工程Ｓ６０とを含んでなる。この製造方法では、これらの工程を順次経ることによって中空スタビライザ１の製造を行う。
　中空スタビライザ１の素材となる素管の長さ及び径は、所望の製品形状に応じて適宜の寸法とすることが可能である。前記したように、電縫管の場合、トーション部１ａの外径は約１２ｍｍ～約４４ｍｍ、板厚ｔが約２ｍｍ～約６．５ｍｍの範囲を用いる。ｔ／Ｄ＝０．０９～０．２２程度である。ＳＲ管の場合、例えば、トーション部１ａの外径は約１２ｍｍ～約４４ｍｍ、板厚ｔが約２ｍｍ～約１０ｍｍの範囲を用いる。ｔ／Ｄ＝０．１２～０．３１程度である。
　中空スタビライザ１の素管は、管の厚さ（ｔ）と外径（Ｄ）との比（ｔ／Ｄ）が、０．１０以上であることが好ましい。曲げ成形時に素管が屈曲されると、素管の曲げ外側は、曲げ方向に引っ張られて管の厚さ（ｔ）が薄くなる一方で、曲げ内側は、曲げ方向に圧縮されて管の厚さ（ｔ）が厚くなる傾向がある。管の厚さ（ｔ）と外径（Ｄ）との比（ｔ／Ｄ）が０．１０以上であれば、このようにして素管の断面形状が扁平化することが少ないため、素材として好適に用いることができる。
　中空スタビライザ１の素管は、マンガンボロン鋼、ばね鋼等の適宜の材質とすることができる。これらの中でも好ましい材質は、マンガンボロン鋼である。マンガンボロン鋼の炭素（Ｃ）量は、０．２０質量％以上０．３５質量％以下であることが好ましい。炭素量を０．２０質量％以上とすることで、良好な強度や硬さを確保することができる。また、炭素量を０．３５質量％以下とすることで、良好な成形性や、電縫管の製造時の溶接性を確保することができる。
　成形工程Ｓ１０は、中空スタビライザの素材となる素管に曲げ加工を施して曲げ部を備える製品形状に成形する工程である。この工程では、素管を曲げることによって、左右一対の曲げ部１ｃ，１ｃを形成し、各曲げ部１ｃを介してトーション部１ａとアーム部１ｃとが連なる製品形状近くに賦形する。素管の溶接部の余盛は、素管の外面側のみが除去されたものであっても、外面側と内面側との両方が除去されたものであってもよい。なお、曲げ加工は、所望の製品形状に応じて、複数の曲げ部１ｃが形成されるように複数箇所に施すことが可能である。
　素管の成形は、曲げ加工によって行う。また、曲げ加工は、総曲げ型を使用した型成形、及び、ベンダを使用した曲げ成形のいずれであってもよい。総曲げ型を使用した型成形が特に好適である。一般に、総曲げ型を使用した型成形においては、素管の曲げ外側が両管端側にそれぞれ引張られて、曲げ部１ｃの断面形状が扁平化する傾向がある。しかしながら、素管の管の厚さ（ｔ）と外径（Ｄ）との比（ｔ／Ｄ）が０．１０以上であれば扁平化のおそれは低いため、総曲げ型を使用して一括した多段曲げを施すことが可能なことが多い。
　曲げ加工における加熱方法としては、加熱炉による加熱、通電加熱、高周波誘導加熱等の適宜の方法を用いることができる。通電加熱は、急速加熱によって脱炭を抑制しつつ素管を加熱処理することができる。そのため、通電加熱を用いることが好ましい。型成形における加熱温度は、約９００℃以上約１２００℃以下が好ましい。この温度での型成形は、加工性がよく、量産性も高い。一方、７２０℃以下で曲げ加工を行う場合は、型成形に加えて、ベンダを使用した曲げ成形でもよい。
　焼入れ工程Ｓ２０は、曲げ加工が施された素管に焼入れを施す工程である。この工程では、詳細には、加熱処理によってオーステナイト化させた鋼管を、液体の冷却剤を用いて下部臨界冷却速度以上で冷却処理する。
　素管の加熱処理は、加熱炉による加熱、通電加熱、高周波誘導加熱等の適宜の方法によって行うことができる。これらの中でも特に好ましい方法は、通電加熱である。通電加熱は、例えば、素管の両端に電極を兼ねたクランプをそれぞれ接続し、素管の両端間に通電することによって行うことができる。通電加熱は、低廉な処理設備で実施することが可能であり、急速な加熱も可能であるため、良好な生産性を実現するのに適している。また、素管を急速且つ長さ方向に均一に昇温させることができるため、脱炭や熱変形を低度に抑えることができる点で有効である。なお、成形工程Ｓ１０において、総曲げ型を使用した熱間曲げ加工を行う場合は、素管の加熱処理を曲げ加工の前工程として行う工程としてもよい。
　素管の加熱処理は、浸炭剤を併用して行うこともできる。すなわち、焼入れ工程Ｓ２０において、素管に浸炭焼入れを施すものとすることも可能である。浸炭焼き入れは、素管の外面のみ、内面のみ又は外面と内面との両方のいずれに施すこともできる。浸炭法としては、固体浸炭法、ガス浸炭法及び液体浸炭法のいずれを用いてもよい。固体浸炭法としては、木炭または骨炭に炭酸バリウム（ＢａＣＯ３）などの浸炭促進剤を用いる。ガス浸炭法は、Ｃを含む天然ガスなどのガスを用いて炉中で空気を混合して不完全燃焼させ、加熱して行われる。液体浸炭法は、ＮａＣＮなどを主成分とする塩浴中で加熱して行われる。
　浸炭焼入れを施す場合、素管の厚さ（ｔ）と外径（Ｄ）との比（ｔ／Ｄ）は、０．１０以上０．２７５未満であることが好ましく、０．１０以上０．１８未満であることがより好ましい。このような内面側の焼入れ硬さの要求が高くなる比（ｔ／Ｄ）の範囲において、浸炭焼入れを実施する形態とすることで、表面に所定硬さを有する中空スタビライザ１を実現するにあたり、疲労強度の向上に寄与しない不必要な浸炭焼入れの実施を避けることができる。また、後記する焼入れ処理における焼の入りの効果を、素管の材質によらず、より確実なものとすることができる。その一方で、素管の厚さ（ｔ）と外径（Ｄ）との比（ｔ／Ｄ）が０．２７５以上である場合には、素管の内面に浸炭焼入れを施さなくてもよい。
　素管の冷却処理（焼入れ処理）は、水焼入れ、水溶液焼入れ、塩水焼入れ、油焼入れ等の液体冷却剤を用いる適宜の方法によって行うことができる。水焼入れは、冷却剤として、水を用いる方法である。水温は、０℃以上１００℃以下程度、好ましくは５℃以上４０℃以下の温度範囲とすることができる。水溶液焼入れ（ポリマー焼入れ）は、冷却剤として、高分子を添加した水溶液を用いる方法である。高分子としては、例えば、ポリアルキレングリコール、ポリビニルピロリドン等の各種の高分子を用いることができる。塩水焼入れは、冷却剤として、塩化ナトリウム等の塩類を添加した水溶液を用いる方法である。
　冷却処理は、素管の材質や管の厚さ（ｔ）や外径（Ｄ）等に応じて、適宜の冷却速度となるように実施することができる。特に好ましい冷却処理は、水焼入れを行うものである。水焼入れであれば、使用済みの冷却剤の廃棄コストや冷却剤による環境負荷を低減することができるためである。また、冷却剤自体の取り扱いや、焼入れ後の素管からの冷却剤の除去等も比較的簡便に行うことができる点で有利である。
　図４は、曲げ成形された素管の曲げ部の内側を外面から局所的に焼入れを行っている状態を示す上面図である。
　焼入れ工程Ｓ２０においては、図４に示すように曲げ加工された素管１Ｓを、冷却剤が満たされている焼入れ槽（不図示）に導入し、焼入れ槽中の冷却剤に浸漬させて焼入れを施す。図４では、焼入れ処理される素管１Ｓが、焼入れ治具Ｊに固定され、焼入れ治具Ｊごと焼入れ槽に投入された状態を示している。素管１Ｓは、両管端１ｓ１，１ｓ２の開口が閉塞していない状態で全体が冷却剤に浸漬されている。そのため、素管１Ｓの外面１ｅの大部分と素管１Ｓの内面１ｆとは、いずれも冷却剤に接触した状態となっている。なお、図４において、素管１Ｓは、透視断面が破線で示されており、焼入れ治具Ｊは、概略形状が２点鎖線で矩形状に示されている。
　焼入れ治具Ｊは、図４に示すように、クランプｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４と、支持部ｊ１、ｊ２とを備えている。焼入れ治具Ｊは、焼入れ処理される素管１Ｓを支持し、焼入れ槽の槽内と槽外との間における素管１Ｓの搬送を容易にしている。焼入れ治具Ｊには、焼入れ槽に満たされている冷却剤中で、素管１Ｓを揺動させる機能を持たせてもよい。
　焼入れ治具Ｊは、例えば、板状、組板状、ラス状等の適宜の形態の本体を備える構成とすることができる。また、焼入れ処理される素管１Ｓを支持し得る適宜の大きさとすることができる。焼入れ治具Ｊは、焼入れ槽の槽外で固定された素管１Ｓが焼入れ槽の槽内に移送され得るように、不図示の可動機構等と連結し、焼入れ槽の槽内と槽外との間を入脱自在にすることができる。また、焼入れ治具Ｊは、冷却剤中で素管１Ｓが揺動し得るように、不図示の可動機構等によって、一軸方向又は他軸方向に往復動自在にすることができる。揺動の速度は、２２０ｍｍ／ｓｅｃ以上とすることが好ましく、３５０ｍｍ／ｓｅｃ以上とすることがより好ましい。揺動の速度の上限は、素管１Ｓの固定状態、冷却剤の振とう状態等にもよるが、６５０ｍｍ／ｓｅｃ以下程度とすることが好ましい。
　クランプｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４は、焼入れ治具Ｊ上に固定され、焼入れ処理される素管１Ｓを着脱自在に把持する。クランプｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４は、図４においては、トーション部１ａ上に４体備えられているが、これに代えて、適宜の個数や配置で設けることも可能である。但し、クランプｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４は、素管１Ｓの熱変形を防止し得るように、素管１Ｓの直管状部分、すなわちトーション部１ａ及びアーム部１ｃの少なくとも一方を固定する位置に設けることが好ましく、トーション部１ａのみを固定する位置に設けることがより好ましい。また、素管１Ｓの外面のうちでクランプｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４に接している被拘束部１ｈ（図１Ｂ参照）は、冷却剤との接触が悪化して冷却速度が低下してしまうため、曲げ部１ｃから離れた区間で把持する位置に設けることが好ましい。
　支持部ｊ１、ｊ２は、焼入れ処理される素管１Ｓを支持する部位である。支持部ｊ１、ｊ２は、例えば、焼入れ治具Ｊに対して高さを持つように台座等で構成され、焼入れ治具Ｊ上に固設される。支持部ｊ１、ｊ２は、図４においては、アーム部１ｂの管端１ｓ１，１ｓ２側に備えられているが、これに代えて、適宜の個数や配置で設けることも可能である。但し、クランプｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４をトーション部１ａを把持する位置に設ける場合は、アーム部１ｂを支持する位置に少なくとも設けることが好ましい。
　本実施形態に係る中空スタビライザの製造方法では、焼入れ工程Ｓ３０において、冷却剤に浸漬された素管１Ｓの曲げ部１ｃ，１ｃの内側１ｃ１、１ｃ２の各外面１ｅに冷却剤のジェット流であるジェット水流を連続的に噴射（外面ジェット）する冷却処理を実施する。冷却剤の噴射は、図４に示される冷却剤噴射手段（ｎ１，ｈ１，ｐ１、ｎ２，ｈ２，ｐ２）によって行うことができる。冷却剤噴射手段からの冷却剤の噴射は、素管１Ｓを焼入れ槽に浸漬させると同時に速やかに開始することが好ましく、少なくともＭｓ変態点に達するまで継続することが好ましい。
　冷却剤噴射手段は、ノズル（ｎ１，ｎ２）と、ホース（ｈ１，ｈ２）と、小型水中ポンプ（ｐ１，ｐ２）とを備えている。冷却剤噴射手段は、図４に示すように、焼入れ処理される素管１Ｓの両管端１ｓ１，１ｓ２にそれぞれ配置されている。冷却剤噴射手段は、冷却処理の間には、焼入れ処理される素管１Ｓに対する相対位置が固定されることが好ましい。そのため、素管１Ｓを冷却剤中で揺動させる場合には、冷却剤噴射手段も同期するように、例えば、焼入れ治具Ｊに固定したり、焼入れ治具Ｊと一体的に設けたりすることができる。
　ノズルｎ１，ｎ２は、冷却剤を噴出する部位となっている。図４に示すように、一方のノズルｎ１は、冷却剤に浸漬された素管１Ｓの一方の曲げ部１ｃの内側１ｃ１の外面１ｅに対向するように配置し、他方のノズルｎ２は、他方の曲げ部１ｃの内側１ｃ２の外面１ｅに対向するように配置することが好ましい。焼入れ工程Ｓ２０において通電加熱を実施する場合、素管１Ｓの曲げ部１ｃの内側１ｃ１，１ｃ２が、電流密度の集中により高温化し易い傾向がある。そのため、冷却剤を曲げ部１ｃ，１ｃの曲げ内側１ｃ１，１ｃ２の各外面１ｅに直接噴射すると、冷却速度を効率的に高められる点で有利である。
　ホースｈ１，ｈ２は、ノズルｎ１，ｎ２と不図示の冷却剤供給源とをポンプｐ１，ｐ２を介して接続している。ホースｎ１は、好ましくはゴム製、樹脂製、金属製例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）でできたジャバラ構造のフレキシブル管で構成され、可撓性、防錆性など、冷却剤の水を円滑に長時間供給できる機能を有すれば、特に限定されない。ホースｈ１，ｈ２は、冷却剤供給源からポンプｐ１，ｐ２まで、冷却剤を通流させる流路を形成する。冷却剤供給源としては、冷却剤が満たされている焼入れ槽自体や、焼入れ槽に供給される冷却剤を貯留する冷却剤貯槽等を利用することができる。すなわち、ホースｈ１，ｈ２を焼入れ槽の槽内と連通し、焼入れ槽内の冷却剤を循環的にノズルｎ１，ｎ２から噴射する形態としてよいし、ホースｎ１，ｎ２を冷却剤貯槽等と連通し、焼入れ槽外から新たに供給される冷却剤をノズルｎ１，ｎ２から噴射する形態としてもよい。
　以上の冷却剤噴射手段（ｎ１，ｈ１，ｐ１、ｎ２，ｈ２，ｐ２）によって、冷却剤に浸漬された素管１Ｓの曲げ部１ｃの曲げ内側１ｃ１，１ｃ２の各外面１ｅに冷却剤を噴射する冷却処理を実施することで、素管１Ｓの曲げ部１ｃの曲げ内側１ｃ１，１ｃ２の各外面１ｅと曲げ部１ｃの近傍の冷却剤との間の熱伝達率を増大させることができる。そのため、素管１Ｓの曲げ部１ｃの冷却速度をより高めることが可能である。その結果、中空スタビライザ１の曲げ部１ｃの外面１ｅのみならず内面１ｆについても、マルテンサイト生成比率を高めることができる。そして、曲げ部１ｃの外面１ｅ及び内面１ｆの硬さが確保されることで、疲労耐久性が良好な中空スタビライザ１を製造することができるようになる。冷却剤噴射手段による外面ジェットの流量は、ジェット流量８．５リットル／ｍｉｎ以上、流速２０００ｍｍ／ｓｅｃ以上が望ましい。
　焼戻し工程Ｓ３０は、焼入れが施された素管に焼戻しを施す工程である。この工程では、詳細には、素管をＡＣ１変態点以下の所定の温度に加熱処理した後、適宜の冷却処理を行う。素管の加熱処理は、加熱炉による加熱、通電加熱、高周波誘導加熱等の適宜の方法によって行うことができる。焼戻し温度は、所望の製品仕様に応じて適宜の温度とすることができるが、通常、２００℃以上４００℃未満とすることが好ましく、２００℃以上２９０℃以下とすることがより好ましく、２３０℃以上２７０℃以下とすることがさらに好ましい。一方で、素管の冷却処理は、水冷、空冷等の適宜の方法及び時間で行うことができる。なお、焼戻し工程Ｓ３０は、製造される中空スタビライザ１の材質や製品仕様によっては、実施を省略化することも可能である。
　管端加工工程Ｓ４０は、素管に管端加工を施して連結部を形成する工程である。この工程では、例えば、曲げ成形された素管の末端をプレスによる圧縮加工で塑性変形させて扁平状に形成した後、穴開け型で孔開けする。これにより、曲げ成形された素管の末端に取り付け孔１ｄ１、１ｄ１をそれぞれ有する連結部１ｄ、１ｄが形成される。なお、連結部１ｄ、１ｄの形態や形成方法は、特に制限されない。
　表面加工工程Ｓ５０は、素管の外面にショットピーニングを施す工程である。ショットピーニングは、約９００℃以下及び約７２０℃以下のいずれで行ってもよく、粒子径や投射速度等の条件を変えて複数回繰り返し行ってもよい。ショットピーニングを施すことによって、中空スタビライザ１の表面に圧縮残留応力が付加され、疲労強度や耐摩耗性の向上と共に、置割れや応力腐食割れ等の防止が図られる。ショットピーニングは、ｔ／Ｄ＝約０．１８以下の中空スタビライザ１の耐久性向上等に有効である。なお、表面加工工程Ｓ５０は、中空スタビライザ１の材質や製品仕様によっては、実施を省略化することも可能である。
　塗装工程Ｓ６０は、素管の表面に塗装を施す工程である。この工程では、素管に塗装処理を行うため、まず表面洗浄や表面処理を行う。素管の表面に、油脂分や異物等を除去する除去処理や下地処理等の各種の前処理を施す。下地処理としては、例えば、リン酸亜鉛、リン酸鉄等の被膜を形成することができる。そして、素管に塗料を用いた塗装が行われる。塗料としては、粉体塗料が好ましく用いられ、例えば、エポキシ樹脂製の粉体塗料を好適に用いることができる。塗装方法としては、例えば、中空スタビライザ１の表面に厚さ５０μｍ以上程度の塗膜が形成されるように塗料の噴射を行う方法や、塗料への浸漬を行う方法を用いることができる。粉体塗料を用いる場合、焼付けのための加熱処理は、加熱炉による加熱及び赤外線加熱のいずれによって行ってもよい。塗装処理として、電着塗装、溶剤塗装等を実施してもよい。
　以上の工程を経て、中空スタビライザ１を製造することができる。製造される中空スタビライザ１は、焼入れ工程Ｓ２０において、素管の曲げ部１ｃの冷却速度が高められた焼入れ処理を施されているため、曲げ部１ｃの外面１ｅのみならず内面１ｆについても、目標硬さに近似した高い焼入れ硬さが実現されることになる。そのため、本実施形態に係る中空スタビライザの製造方法によれば、疲労耐久性が良好な中空スタビライザ１を製造することができる。
　次に、本発明の他の実施形態に係る中空スタビライザの製造方法について説明する。
　図５は、内面ジェットによる焼入れ方法で、曲げ成形された素管を内面から焼入れを行っている状態を示す上面図である。
　この中空スタビライザの製造方法では、焼入れ工程Ｓ２０において、素管１Ｓの曲げ部１ｃ，１ｃの内側１ｃ１、１ｃ２の各外面に冷却剤を噴射する冷却処理（図４参照）に代えて、素管１Ｓを冷却剤に浸漬すると共に素管１Ｓの内部に冷却剤を噴入（内面ジェット）する冷却処理を採用している（図５参照）。冷却剤の噴入は、図５に示される冷却剤噴入手段（ｎ３，ｈ３，ｐ３、ｎ４，ｈ４，ｐ４）によって行うことができる。冷却剤の噴入は、素管１Ｓを焼入れ槽に浸漬させると同時に速やかに開始することが好ましく、少なくともＭｓ変態点に達するまで継続することが好ましい。また、素管１Ｓの外面と内面との冷却速度差を抑える観点からは、素管１Ｓの内部に冷却剤を噴入すると共に素管１Ｓを揺動させることが好ましい。
　この製造方法では、中空スタビライザ１の素管は、管の厚さ（ｔ）と外径（Ｄ）との比（ｔ／Ｄ）が、０．１０以上であることが好ましく、０．２５以上０．２７５未満であることがより好ましい。管の厚さ（ｔ）と外径（Ｄ）との比（ｔ／Ｄ）が０．１０以上であれば、前記のとおり素材として好適に用いることができる。一方で、管の厚さ（ｔ）と外径（Ｄ）との比（ｔ／Ｄ）が０．２７５未満であると、中空スタビライザ１の内面側に発生する応力（主応力）が高くなり、材料毎の理想硬さを目標として焼入れが施される外面側に対して、より近似した内面応力を発生するようになる（図２参照）。そのため、このような場合に、素管１Ｓの内部に冷却剤を噴入する冷却処理を適用すると、内面側の焼の入りを向上させることができる点で有利である。他方、管の厚さ（ｔ）と外径（Ｄ）との比（ｔ／Ｄ）が０．２７５以上の鋼管については、中空スタビライザの疲労耐久性に関して内面側の硬さの寄与は低いため、素管１Ｓの内部に冷却剤を噴入する冷却処理を適用しなくてもよい。
　図５に示すように、冷却剤噴入手段は、ノズル（ｎ３，ｎ４）と、ホース（ｈ３，ｈ４）と、小型水中ポンプ（ｐ３，ｐ４）とを備えている。冷却剤噴射手段は、焼入れ処理される素管１Ｓの両管端１ｓ１，１ｓ２にそれぞれ配置されている。冷却剤噴入手段は、冷却処理の間には、焼入れ処理される素管１Ｓに対する相対位置が固定されることが好ましい。そのため、素管１Ｓを冷却剤中で揺動させる場合には、冷却剤噴入手段も同期するように、例えば、焼入れ治具Ｊに固定したり、焼入れ治具Ｊと一体的に設けたりすることができる。
　ノズルｎ３，ｎ４は、冷却剤を噴出する部位となっている。ノズルｎ３，ｎ４は、冷却剤に浸漬された素管１Ｓの両管端１ｓ１，１ｓ２にそれぞれ近接すると共に両管端１ｓ１，１ｓ２の開口と略同心上にに配置されている。ノズルｎ３，ｎ４の先端は、図５に示すように、管端１ｓ１，１ｓ２からやや離間した位置に配置され、素管１Ｓの内部と焼入れ槽との間で冷却剤の出入りの自由が確保されるようになっている。なお、冷却剤噴入手段（ｎ３，ｈ３，ｐ３、ｎ４，ｈ４，ｐ４）が備えるその他の構成は、冷却剤噴射手段（ｎ１，ｈ１，ｐ１、ｎ２，ｈ２，ｐ２）における構成と同様のものにすることができる。
　以上の冷却剤噴入手段（ｎ３，ｈ３，ｐ３、ｎ４，ｈ４，ｐ４）によって、冷却剤に浸漬された素管１Ｓの内部に冷却剤を噴入する冷却処理を実施することで、一方のノズルｎ３から高圧で噴射される冷却剤は、素管１Ｓの一方の管端１ｓ１，１ｓ２から内部に噴入される（図５の白抜き矢印β１，β２）。そして、素管１Ｓの内部を通流した後に管端１ｓ１，１ｓ２から排出される（図５の矢印β３，β４）。このようにすることによって、素管１Ｓの内面１ｆと素管１Ｓの内部を通流する冷却剤との間の熱伝達率を増大させ、素管１Ｓの内面側の冷却速度を、理想硬さを目標とした冷却が行われる外面側に近い水準に高めることが可能である。その結果、中空スタビライザ１の内面１ｆ、特に、曲げ部１ｃ，１ｃの内面１ｆ１，１ｆ２や、被拘束部１ｈの内面１ｆについて、マルテンサイト生成比率を高めることができる。そして、中空スタビライザ１の内面１ｆの硬さが確保されることで、疲労耐久性が良好な中空スタビライザを製造することができるようになる。冷却剤噴入手段による内面ジェットの流量は、素管１Ｓの内径、アーム部１ｂの長さ、曲げ部１ｃの形状等にもよるが、ジェット流量８．５リットル／ｍｉｎ以上、流速２０００ｍｍ／ｓｅｃ以上が望ましい。
　素管１Ｓの両管端１ｓ１，１ｓ２に配置される各冷却剤噴入手段（ｎ３，ｈ３，ｐ３、ｎ４，ｈ４，ｐ４）は、ノズルｎ３，ｎ４から噴射される冷却剤の流れを素管１Ｓの内部の中心付近の流速が高くなるように設定することが好ましい。冷却剤の噴射を曲げ部１ｃ，１ｃの内面１ｆ１，１ｆ２付近に到達させる（図５の白抜き矢印β１０、β２０）ことで、図５に矢印で示すように素管１Ｓの両管端１ｓ１，１ｓ２の周壁側から冷却剤を効率的に排出させることができる（図５の矢印β３、β４）。素管１Ｓの両管端１ｓ１，１ｓ２付近に配置される各冷却剤噴入手段（ｎ３，ｈ３，ｐ３、ｎ４，ｈ４，ｐ４）により素管１Ｓの両管端１ｓ１，１ｓ２から冷却剤を噴入することによって、素管１Ｓの軸方向に沿って生じる熱変形を抑制することができる。
　素管１Ｓの両管端１ｓ１，１ｓ２に配置される各冷却剤噴入手段（ｎ３，ｈ３，ｐ３、ｎ４，ｈ４，ｐ４）は、冷却剤を両管端１ｓ１，１ｓ２から同時に噴入してよいし、交互に噴入してもよい。冷却剤を両管端１ｓ１，１ｓ２から同時に噴入することによって、素管１Ｓの内面１ｆ、特に左右一対の曲げ部１ｃ，１ｃの内面１ｆ１，１ｆ２の冷却速度を均一且つ高速にすることができる。一方、適宜の噴射間隔で冷却剤を両管端１ｓ１，１ｓ２から交互に噴入すると、鋼管の曲げ部１ｃ，１ｃの内面１ｆ１，１ｆ２の冷却速度を高めつつ、トーション部１ａの中央付近に昇温した冷却剤が滞留するのを抑制することができるため、素管１Ｓの両管端１ｓ１，１ｓ２にわたる軸方向の冷却速度の均一性を高め易い。
　次に、本発明の変形例に係る中空スタビライザの製造方法について説明する。
　図６は、他例の内面ジェットによる焼入れ方法で、曲げ成形された素管を内面から局所的に焼入れを行っている状態を示す上面図である。
　前記の他の実施形態に係る中空スタビライザの製造方法では、焼入れ工程Ｓ２０における冷却処理に用いられる冷却剤噴入手段（ｎ３，ｈ３，ｐ３、ｎ４，ｈ４，ｐ４）が、焼入れ処理される素管１Ｓの両管端１ｓ１，１ｓ２に配置され、両管端１ｓ１，１ｓ２から素管１Ｓの内部に冷却剤が噴入されている（図５参照）。しかしながら、これに代えて、図６に示すように、冷却剤噴入手段（ｎ５，ｈ５，ｐ５）を素管１Ｓの一方の管端１ｓ１のみに配置し、素管１Ｓの内部を一方向に冷却剤を通流させる方法を採ることもできる。
　図６に示すように、冷却剤噴入手段は、ノズルｎ５と、ホースｈ５と、小型水中ポンプｐ５とを備えている。なお、冷却剤噴入手段（ｎ５，ｈ５，ｐ５）が備えるその他の構成は、冷却剤噴入手段（ｎ３，ｈ３，ｐ３、ｎ４，ｈ４，ｐ４）における構成と同様のものにすることができる。冷却剤噴入手段（ｎ５，ｈ５，ｐ５）は、焼入れ処理される素管１Ｓの一方の管端１ｓ１のみに配置されている。そして、他方の管端１ｓ２には、噴射ガードｇ１が配設されている。
　噴射ガードｇ１は、焼入れ治具Ｊに固定された素管１Ｓの管端１ｓ２を覆っている。噴射ガードｇ１は、その内面が素管１Ｓと離間するように素管１Ｓよりも大径に設けられている。素管１Ｓの内部に噴入された冷却剤は、管端１ｓ２から排出されたときに噴射ガードｇ１に衝突し、排出されるジェット水流の流速を柔げて流す作用を奏する。
　以上の冷却剤噴入手段（ｎ５，ｈ５，ｐ５）によって、冷却剤に浸漬された素管１Ｓの内部に冷却剤を噴入する冷却処理を実施することで、一方のノズルｎ５から高圧で噴射される冷却剤は、素管１Ｓの一方の管端１ｓ１から内部に噴入される（図６の白抜き矢印β５）。そして、素管１Ｓの内部を通流した後に他方の管端１ｓ２から排出される（図６の矢印β６）。このようにすることによって、素管１Ｓの内面１ｆと素管１Ｓの内部を通流する冷却剤との間の熱伝達率を増大させ、素管１Ｓの内面側の冷却速度を、理想硬さを目標とした冷却が行われる外面側に近い水準に高めることが可能である。その結果、中空スタビライザ１の内面１ｆ、特に、曲げ部１ｃ，１ｃの内面１ｆ１，１ｆ２や、被拘束部１ｈの内面１ｆについて、マルテンサイト生成比率を高めることができる。そして、中空スタビライザ１の内面１ｆの硬さが確保されることで、疲労耐久性が良好な中空スタビライザを製造することができるようになる。
　以上の他の実施形態に係る中空スタビライザの製造方法における、冷却剤噴入手段を用いた内面ジェットによる冷却処理は、前記の冷却剤噴射手段を用いた外面ジェットによる冷却処理と併せて行うことも可能である。すなわち、焼入れ工程Ｓ２０において、素管を冷却剤に浸漬し、素管の内部に冷却剤を噴入すると共に、曲げ部の外面に冷却剤を噴射して冷却処理を行うことも可能である。また、このとき、冷却剤噴入手段は、焼入れ処理される素管の一端側にのみ配置してよいし、素管の両端側に配置してもよい。なお、素管の内部に冷却剤を噴入すること無く、曲げ部の外面に冷却剤を噴射して冷却処理を行う形態については、管端加工工程Ｓ４０において行う連結部１ｄの形成を成形工程Ｓ１０において行ってもよい。
　以下、本発明の実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれに限定されるものではない。
［実施例１］
　実施例１として、中空スタビライザの素材となる素管を冷却剤に浸漬すると共に曲げ部の外面に冷却剤を噴射して冷却処理を行う形態の中空スタビライザの製造方法を実施した。そして、製造した中空スタビライザの曲げ部における硬さ分布について評価を行った。なお、実施例１においては、管の厚さ（ｔ）が７．５ｍｍ、外径（Ｄ）が３０ｍｍ、管の厚さ（ｔ）と外径（Ｄ）との比（ｔ／Ｄ）が０．２５のＳＲ鋼管を素材とする複数の試験材（実施例１－１、実施例１－２）を評価した。
［比較例１］
　比較例１として、中空スタビライザの素材となる素管の曲げ部の外面に冷却剤を噴射すること無く冷却処理を行った点を除いて、実施例１と同様にして中空スタビライザの製造方法を実施した。そして、実施例１の対照として、製造した中空スタビライザの評価を行った。なお、比較例１においては、実施例１と同様に、管の厚さ（ｔ）が７．５ｍｍ、外径（Ｄ）が３０ｍｍ、管の厚さ（ｔ）と外径（Ｄ）との比（ｔ／Ｄ）が０．２５のＳＲ鋼管を素材とする複数の試験材（比較例１－１、比較例１－２）を評価した。
　図７は、外面ジェットによる効果を硬度で示す図である。
　図７において、横軸は、曲げ部の曲げ内側の外表面からの距離（深さ）（ｍｍ）、縦軸は、試験力３００ｇｆにおけるビッカース硬さ（ＨＶ）を示す。太実線は、比較例１－１に係る中空スタビライザ、細実線は、比較例１－２に係る中空スタビライザ、太破線は、実施例１－１に係る中空スタビライザ、細破線は、実施例１－２に係る中空スタビライザにおける測定値である。また、図７には、ロックウェル硬さＨＲＣ４０及びＨＲＣ４３に換算した基準線を併せて示している。
　図７に示すように、焼入れ工程Ｓ２０において実施例１－１及び実施例１－２に係る中空スタビライザでは、比較例１－１及び比較例１－２に係る中空スタビライザと比較して、曲げ部の焼入れ硬さが高められていることが分かる。また、外表面からの深さ方向にわたる硬さ分布は、均一性が比較的良好になっていることが確認できる。よって、曲げ部の外面に冷却剤を噴射して冷却処理を行う形態の中空スタビライザの製造方法は、実使用時における応力の集中等を考慮すると、疲労耐久性の向上に有効であることが認められる。
［実施例２］
　実施例２として、中空スタビライザの素材となる素管を冷却剤に浸漬すると共に鋼管の内部に冷却剤を噴入して冷却処理を行う形態の中空スタビライザの製造方法を実施した。そして、製造した中空スタビライザの疲労耐久性について評価を行った。なお、冷却剤の素管への噴入は、図５に示すように、焼入れ処理される素管の両端から行う方法によった。中空スタビライザの素材としては、管の厚さ（ｔ）が７．５ｍｍ、外径（Ｄ）が３０．０ｍｍ、管の厚さ（ｔ）と外径（Ｄ）との比（ｔ／Ｄ）が０．２５のＳＲ鋼管を用いた。
［比較例２］
　比較例２として、中空スタビライザの素材となる素管の内部に冷却剤を噴入すること無く冷却処理を行った点を除いて、実施例２と同様にして中空スタビライザの製造方法を実施した。そして、実施例２の対照として、製造した中空スタビライザの評価を行った。
　図８は、水焼入れおよび内面ジェットによる焼入れの効果を、水焼入れのみの場合との比較を疲労試験で示すＳ－Ｎ線図である。
　図８における、一点鎖線は、従来の冷却処理を経た中空スタビライザ製品について、ワイブル分布の下で５０％の累積折損確率の平均を求めた結果、破線は、ワイブル分布の下で１０％の累積折損確率の平均を求めた結果をそれぞれ示している。▲のプロットは、比較例２に係る中空スタビライザにおける測定値、△のプロットは、実施例２に係る中空スタビライザにおける測定値である。
　図８に示すように、実施例２に係る中空スタビライザでは、管の厚さ（ｔ）と外径（Ｄ）との比（ｔ／Ｄ）が０．２５と比較的大きいＳＲ鋼管を素材としているにもかかわらず、比較例２に係る中空スタビライザと比較して疲労耐久性が向上しており、折損確率が低水準に抑えられていることが確認できる。よって、素管の内部に冷却剤を噴入して冷却処理を行う形態の中空スタビライザの製造方法は、疲労耐久性の向上に有効であることが認められる。
１　スタビライザ
１ａ　トーション部
１ｂ　アーム部
１ｃ　曲げ部
１ｄ　連結部
１ｅ　外面
１ｆ　内面
１ｈ　被拘束部
２　スタビライザリンク
３　懸架装置
３ａ　車軸部
４　ブッシュ
ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４　クランプ（拘束部）
ｊ１，ｊ２　支持部
ｎ１，ｎ２　ノズル（冷却剤噴射手段）
ｈ１，ｈ２　ホース（冷却剤噴射手段）
ｐ１，ｐ２　小型水中ポンプ（冷却剤噴射手段）
Ｊ　焼入れ治具
Ｓ１０　加熱工程
Ｓ２０　成形工程
Ｓ３０　焼入れ工程
Ｓ４０　焼戻し工程
Ｓ５０　管端加工工程
Ｓ６０　表面加工工程
Ｓ７０　塗装工程

Claims (11)

  1. 　車両に備えられ、車幅方向に延びるトーション部と、車両の前後方向に延びるアーム部と、前記トーション部と前記アーム部とを接続する曲げ部とを備える管状の中空スタビライザの製造方法であって、
    　中空スタビライザの素材となる素管に曲げ加工を施して前記曲げ部を備える製品形状に成形する成形工程と、
    　曲げ加工が施された前記素管に焼入れを施す焼入れ工程とを含み、
    　前記焼入れ工程において、前記素管を冷却剤に浸漬すると共に前記曲げ部の外面に冷却剤を噴射して冷却処理を行うことを特徴とする中空スタビライザの製造方法。
  2. 　前記素管は、管の厚さ（ｔ）と外径（Ｄ）との比（ｔ／Ｄ）が、０．１０以上であることを特徴とする請求項１に記載の中空スタビライザの製造方法。
  3. 　前記焼入れ工程において、前記曲げ部の曲げ内側の外面に冷却剤を噴射することを特徴とする請求項１に記載の中空スタビライザの製造方法。
  4. 　前記焼入れ工程において、前記素管を冷却剤に浸漬し、前記素管の内部に冷却剤を噴入すると共に、前記曲げ部の外面に冷却剤を噴射して冷却処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の中空スタビライザの製造方法。
  5. 　車両に備えられ、車幅方向に延びるトーション部と、車両の前後方向に延びるアーム部と、前記トーション部と前記アーム部とを接続する曲げ部とを備える管状の中空スタビライザの製造方法であって、
    　中空スタビライザの素材となる素管に曲げ加工を施して前記曲げ部を備える製品形状に成形する成形工程と、
    　曲げ加工が施された前記素管に焼入れを施す焼入れ工程とを含み、
    　前記焼入れ工程において、前記素管を冷却剤に浸漬すると共に前記素管の内部に冷却剤を噴入して冷却処理を行うことを特徴とする中空スタビライザの製造方法。
  6. 　前記素管は、管の厚さ（ｔ）と外径（Ｄ）との比（ｔ／Ｄ）が、０．１０以上０．２７５未満であることを特徴とする請求項５に記載の中空スタビライザの製造方法。
  7. 　焼入れが施された前記素管に焼戻しを施す焼戻し工程をさらに含むことを特徴とする請求項１又は請求項５に記載の中空スタビライザの製造方法。
  8. 　焼戻しが施された前記素管の外面にショットピーニングを施す表面加工工程をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の中空スタビライザの製造方法。
  9. 　前記成形工程において、加熱された前記素管に総曲げ型を使用した曲げ加工を施すことを特徴とする請求項１又は請求項５に記載の中空スタビライザの製造方法。
  10. 　前記焼入れ工程において、浸炭焼き入れを施すことを特徴とする請求項１又は請求項５に記載の中空スタビライザの製造方法。
  11. 　前記素管は、管の厚さ（ｔ）と外径（Ｄ）との比（ｔ／Ｄ）が、０．１０以上０．１８未満であることを特徴とする請求項１０に記載の中空スタビライザの製造方法。
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