JP2011168101A

JP2011168101A - スタビライザ及びスタビライザ製造方法

Info

Publication number: JP2011168101A
Application number: JP2010031743A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Kuroda; 茂黒田; Shuji Omura; 修司大村
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2010-02-16
Filing date: 2010-02-16
Publication date: 2011-09-01
Also published as: CN102762396B; WO2011102371A1; EP2537692A1; CN102762396A; EP2537692A4; US20120306136A1; EP2537692B1; ES2674877T3; US8827288B2

Abstract

【課題】軽量化のために中空部材を用いた場合であっても、中実部材と同様に主応力を均一化することが簡易な設計で実現できること。
【解決手段】車両幅方向に延び、第１断面積Ｓ１を有するトーション部２１と、トーション部２１の両端に位置し、第１断面積Ｓ１より大きい第２断面積Ｓ２を有する肩部２２と、肩部２２からそれぞれ車両前後方向に延び、第１断面積Ｓ１を有するアーム部２３とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、中空部材を備えた車両用のスタビライザ及びその製造方法に関し、特に、軽量化を図れるとともに、設計及び製造を容易化できる技術に関する。

車両用スタビライザは、スタビライザバーを車両の懸架装置に連結し、スタビライザバーのねじり反力を利用して車両の姿勢を安定させる機能を有している。例えば車両用スタビライザは、Ｕ字状に形成されたスタビライザバーの両端を懸架装置の作動部分に連結させ、スタビライザバーのトーション部を車体フレームに固定部材で固定させ、ねじり反力を受けるように構成されている。なお、スタビライザバーは、軽量化を図るため中空パイプ（中空部材）を曲げて形成されたものもある。

一方、中実部材を用い、断面を部位によって変化させることで、技術が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。これは、加わる外力に応じて生じる主応力やせん断応力を均一化する技術が知られている。

実公昭５８−４５１３０号公報特公昭６２−２１６４２号公報特許３３５０４４６号公報

上述した断面を部位によって変化させたスタビライザにあっては、次のような問題があった。すなわち、スタビライザバーの断面積を変化させることは製造上難しく、製造コストが高くなる虞があった。また、熱処理も複雑な工程が必要であった。特に軽量化のために中空部材を用いる場合には、断面積を変化させてスタビライザバーを製造することは設計が困難であるという問題もあった。

そこで本発明は、軽量化のために中空部材を用いた場合であっても、中実部材と同様に主応力を均一化することが簡易な設計及び製造方法で実現できるスタビライザ及びその製造方法を提供することを目的としている。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明のスタビライザ及びその製造方法は次のように構成されている。

中空部材からなる車両用のスタビライザにおいて、車両幅方向に延び、第１断面積を有するトーション部と、このトーション部の両端に位置し、上記第１断面積より大きい第２断面積を有する肩部と、この肩部からそれぞれ車両前後方向に延び、第１断面積を有するアーム部とを備えていることを特徴とする。

中空部材からなり、車幅方向に延び第１断面積を有するトーション部と、このトーション部の両端に位置し、上記第１断面積より大きい第２断面積を有する肩部と、この肩部からそれぞれ車両前後方向に延び、第１断面積を有するアーム部とを有する車両用のスタビライザ製造方法において、上記肩部において曲げ加工する曲げ加工工程と、少なくとも肩部を含む領域で予備加熱する予備加熱工程と、上記トーション部、上記肩部、上記アーム部を本加熱する本加熱工程とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、中空部材を用いた場合であっても、主応力を均一化することが簡易な設計及び製造方法で実現することが可能となる。

本発明の一実施の形態に係る車両用スタビライザ及び車両前輪の懸架装置を示す斜視図。同車両用スタビライザに組み込まれたスタビライザバーの要部を示す平面図。同スタビライザバーに加わる主応力のピーク値を示す応力分布図。同スタビライザバーの断面変化部の位置とスタビライザバーの質量との関係を示す説明図。同スタビライザバーにおける材料径変化前の中空部材を示す平面図。同スタビライザバーにおける材料径変化部位と軽量化率との関係を示す説明図。

図１は本発明の一実施の形態に係る車両用スタビライザ１０及び車両前輪の懸架装置１００を示す斜視図、図２は車両用スタビライザ１０に組み込まれたスタビライザバー２０の要部を示す平面図、図３は、スタビライザバー２０に加わる主応力のピーク値を示す応力分布図、図４はスタビライザバー２０に加わる断面変化部２５の位置とスタビライザバー２０の質量との関係を示す説明図である。

車両用スタビライザ１０は、中空部材から構成されたスタビライザバー２０と、スタビライザバー２０を車体のフレーム部（不図示）に固定する固定部材３０と、スタビライザバー２０の先端２３ａを懸架装置１００の作動部分に連結させるスタビライザリンク４０とを備えている。スタビライザバー２０は、入力荷重に応じて外径が１０〜１００ｍｍ程度に設定されている。

スタビライザバー２０は、図２に示すように、車体の幅方向に渡された第１断面積Ｓ１を有するトーション部２１と、このトーション部２１の両端に位置し、第１断面積Ｓ１より大きい第２断面積Ｓ２を有する肩部２２と、この肩部２２からそれぞれ車両前後方向に延び、第１断面積Ｓ１を有するアーム部２３とを備え、略Ｕ字状に形成されている。また、トーション部２１と肩部２２、アーム部２３と肩部２２との間には、その断面積が第１断面積Ｓ１から第２断面積Ｓ２へ漸次的に大きくなる断面変化部２５が形成されている。断面変化部２５は一対の肩部２２を挟む位置に設けられているため、合計４箇所設けられている。

なお、断面変化部２５の位置は、肩部２２に発生する最大主応力の最大値の６５〜７５％の最大主応力が発生する位置に配置されている。断面変化部２５の位置の位置決定方法については後述する。

また、第１断面積Ｓ１を有するトーション部２１とアーム部２３、第２断面積Ｓ２を有する肩部２２とは、内径が同一に形成されており、外径が異なることにより、その断面積が異なっている。

スタビライザバー２０は、懸架装置１００の作動部分が上下動すると、アーム部２３がそれに追従して作動し、トーション部２１にねじれが生じ、そのねじれ反力により懸架装置１００を安定に保持する機能を有している。このとき、スタビライザバー２０の各部には荷重がかかる。図３は、各部に生じる主応力のピーク値を示す応力分布図である。

懸架装置１００は、例えば、ダブルウィシュボーンタイプの懸架装置であり、左右に設けられた車軸部１１０に前輪等（不図示）が取り付けられる。

このように構成されたスタビライザバー２０は、次のようにして設計されている。すなわち、図５に示すように、断面積が一定のスタビライザバーＱを基準となるベース材とし、各部にかかる最大主応力を算出する（図６参照）。図６から判るように、最大主応力が最大値Ｘとなるのは肩部２２となり、最大主応力が最小となるのはアーム部２３の先端２３ａとなる。このため、肩部２２とアーム部２３の先端２３ａとの最大主応力の差が小さくなるように設計することで、スタビライザバーの断面積の最適化を検討する。この際、第１断面積Ｓ１を有する小径部においても最大主応力に対する耐久要件を満たすように算出を行う。

なお、スタビライザバーの断面積は製造工程の容易化を図るため、例えば大径と小径の２種類とする。また、断面積が変わる部分には断面変化部２５を配置する。

ここで、最大主応力が最大値となる肩部２２の外径を大径とし、トーション部２１とアーム部２３の外径を小径とし、最大主応力の最大値（１００％）を基準として、断面変化部２５の位置を変化させたものが図４に示すものとなる。具体的には、最大主応力の最大値の７０％、６０％、５０％、４０％、３０％となる位置にそれぞれ断面変化部２５を配置し、各部の最大主応力の計測を行う。また、その場合のスタビライザバー２０の質量を計測する。

図４から判るように、最大主応力の最大値の７０％となる位置に断面変化部２５を配置した場合に、スタビライザバー２０の質量が極小値となる。このため、したがって、最大主応力の最大値の７０％となる位置に断面変化部２５を配置することが好ましい。

一方、スタビライザバー２０の曲げ加工の制約から断面変化部２５は直線部に配置する必要がある。また、スタビライザバー２０は周辺部品（例えば固定部材３０）との兼ね合いにより様々な曲げ形状をしており、その曲げ形状によっては必ずしも最大主応力の７０％となる位置に直線部が設定されるとは限らない。したがって、実質的に最大主応力の７０％となる位置に最も近い位置に断面変化部２５が設定するようにしてもよい。このため、断面変化部２５は、肩部２２に発生する最大主応力の最大値の６５〜７５％の最大主応力が発生する位置に配置されることとなる。

なお、上述したスタビライザバー２０は、次のような工程で製造される。すなわち、直線状に形成された中空パイプが準備される。次に、切削加工により外径を切削し、第１断面積Ｓ１を有する部位（トーション部２１とアーム部２３に相当）、第２断面積Ｓ２を有する部位（肩部２２となる部分）、断面積が変化する部位（断面変化部２５となる部位）を形成する。この際、内径が同一に形成され、外径のみが異なることとなる。

なお、切削工程の代わりに、芯金を用いたスエージ加工により外径を変化させてもよい。この場合、内径差は０．５〜１ｍｍ程度となる。また、引抜き加工により外径一定のまま、内径を変化させるようにしてもよい。

次に、中空パイプを曲げ加工することにより、トーション部２１，肩部２２，アーム部２３を形成する（曲げ加工工程）。

次に、中空パイプを焼入れ加工する。この際、肩部２２を挟む一対の断面変化部２５が形成されているので、この位置に電極を接続し、通電することで大径の肩部２２の予備加熱を行う（予備加熱工程）。続いて、アーム部２３の一対の先端２３ａに電極を接続し、通電することでスタビライザバー２０全体の本加熱を行う（本加熱工程）。

これにより、スタビライザバー２０を均一に加熱することができ、所望の熱処理（焼入れ・焼戻し等）を行うことができる。

このように構成された車両用スタビライザ１０は、次のように作動する。すなわち、例えば車両走行中に、片側の車輪が窪みに入り、懸架装置１００の一方が下がったとする。すると、左右のアーム部２３に挟み角が生じ、あるいは挟み角が広がるので、トーション部２１がねじられ、ねじれ反力が生じる。このねじれ反力によりトーション部２１が元の状態に戻り、懸架装置１００を元の位置に戻す。これにより、車両の操縦安定性が保たれている。

懸架装置１００の上下動による最大のストロークを与えた場合、スタビライザバー２０には荷重により主応力が発生する。このとき、断面変化部２５の位置を図２に示す位置に配置すれば、図３に示すように最大主応力の最大値が、断面積が一定の中空パイプを用いた場合に比べて設計前の最大主応力の最大値Ｘを超えない。このため、最大主応力の最大値が発生する肩部の断面積を小さくすることができ、スタビライザバー２０全体の軽量化を図ることができる。一方、断面積を２種類に限定することで、設計及び製造を簡略化することができる。

上述したように、本実施の形態に係る車両用スタビライザ１０に組み込まれたスタビライザバー２０では、軽量化のために中空部材を用いた場合であっても、中実部材と同様に主応力を均一化することが簡易な設計及び製造方法で実現できる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

軽量化のために中空部材を用いた場合であっても、主応力を均一化することが簡易な設計及び製造方法で実現できるスタビライザ及びその製造方法を提供できる。

１０…車両用スタビライザ、２０…スタビライザバー、２１…トーション部、２２…肩部、２３…アーム部。

Claims

中空部材からなる車両用のスタビライザにおいて、
車両幅方向に延び、第１断面積を有するトーション部と、
このトーション部の両端に位置し、上記第１断面積より大きい第２断面積を有する肩部と、
この肩部からそれぞれ車両前後方向に延び、第１断面積を有するアーム部とを備えていることを特徴とするスタビライザ。
上記トーション部と上記肩部、上記アーム部と上記肩部との間には、その断面積が上記第１断面積から上記第２断面積へ大きくなる断面変化部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のスタビライザ。
上記断面変化部は、上記肩部に発生する最大主応力の６５〜７５％の最大主応力が発生する位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のスタビライザ。
中空部材からなり、車幅方向に延び第１断面積を有するトーション部と、このトーション部の両端に位置し、上記第１断面積より大きい第２断面積を有する曲げ部と、この曲げ部からそれぞれ車両前後方向に延び、第１断面積を有するアーム部とを有する車両用のスタビライザ製造方法において、
上記曲げ部において曲げ加工する曲げ加工工程と、
少なくとも曲げ部を含む領域で予備加熱する予備加熱工程と、
上記トーション部、上記曲げ部、上記アーム部を本加熱する本加熱工程とを備えていることを特徴とするスタビライザ製造方法。