WO2014167686A1

WO2014167686A1 - 中空円筒部材

Info

Publication number: WO2014167686A1
Application number: PCT/JP2013/060918
Authority: WO
Inventors: 裕司内山
Original assignee: 株式会社ヨロズ
Priority date: 2013-04-11
Filing date: 2013-04-11
Publication date: 2014-10-16

Abstract

【課題】クリンチ部を形成するときの材料歩留りを高めて材料費の低減を図り得る中空円筒部材を提供する。【解決手段】中空円筒部材としてのカラー部材６０は、短冊状の板材６１を曲げ成形することによって形成される。カラー部材の第１のクリンチ部７０は、第１の突き合わせ端面６３に挿入口７１が開口する凹所７２と、凹所内に設けられ第２のクリンチ部８０を係止する係止部７３と、を備えている。第１のクリンチ部は、第１の突き合わせ端面から外方に越えることなく形成される。第２のクリンチ部は、第２の突き合わせ端面６４を越えて外方に突出し、第１のクリンチ部の凹所に嵌まり合う凸片８１を備えている。第２のクリンチ部の凸片は、第１と第２の突き合わせ端面同士を周方向から突き合わせるときに、挿入口から凹所に挿入されつつ第２の突き合わせ端面に沿う方向に塑性変形して、係止部に係止される。

Description

中空円筒部材

　本発明は、板材を巻き成形することによって形成されるカラー部材などの中空円筒部材に関する。

　部材を支持したり、負荷を伝達したりするために、回転あるいは揺動自在に取り付けられるリンク部材が広く用いられている。例えば、自動車においては、車両用サスペンション機構にリンク部材が組み込まれている。車両用サスペンション機構は、トレーリングアームやサスペンションアームなどのアーム部材を有し、アーム部材にはアーム部材を車体に軸支する中空円筒形状のカラー部材が接合されている。アーム部材およびカラー部材からリンク部材が構成されている。カラー部材は、一般に中空パイプを切断することによって製造され、アーム部材の先端に溶接接合されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００３－３００４０５号公報

　カラー部材のような中空円筒部材のコストを低減するために、短冊状の板材を巻いて板材の両端面を突き合わせて円筒形状に成形することによって、中空円筒部材を製造することが行われている。突き合わせた両端面が開かないように、両端面に設けたクリンチ部の嵌め合いによって両端面を接合している。

　中空円筒部材のさらなるコスト低減を図って、この中空円筒部材を適用した部品等の低コスト化に寄与するために、クリンチ部を形成するときの材料歩留りを高めて材料費の低減を図り得る中空円筒部材の実現が要請されている。

　本発明は、上記要請に応えるべくなされたものであり、クリンチ部を形成するときの材料歩留りを高めて材料費の低減を図り得る中空円筒部材を提供することを目的とする。

　上記目的を達成する本発明は、短冊状の板材を曲げ成形することによって形成される中空円筒部材である。中空円筒部材は、板材の本体部の一端部側に設けられた第１の突き合わせ端面と、前記本体部の他端部側に設けられ、前記本体部を曲げ成形することによって前記第１の突き合わせ端面に突き合わされて接合される第２の突き合わせ端面と、前記一端部側に設けられた第１のクリンチ部と、前記他端部側に設けられ前記第１のクリンチ部と嵌り合う第２のクリンチ部と、を有している。前記第１のクリンチ部は、前記第１の突き合わせ端面に挿入口が開口する凹所と、前記凹所内に設けられ前記第２のクリンチ部を係止する係止部と、を備え、かつ、前記第１の突き合わせ端面から外方に越えることなく形成されている。前記第２のクリンチ部は、前記第２の突き合わせ端面を越えて外方に突出し、前記第１のクリンチ部の前記凹所に嵌まり合う凸片を備えている。前記第２のクリンチ部の前記凸片は、前記第１と第２の突き合わせ端面同士を周方向から突き合わせるときに、前記挿入口から前記凹所に挿入されつつ前記第２の突き合わせ端面に沿う方向に塑性変形して、前記係止部に係止される。

　本発明によれば、第１のクリンチ部は、第１の突き合わせ端面から外方に越えない。第１のクリンチ部の凹所内に設けた係止部が、第２のクリンチ部と嵌り合った状態において抜け防止の機能を十分に発揮する。したがって、板材は、クリンチ部を形成するときの材料歩留りが優れたものとなる。この結果、材料歩留りを高めて材料費の低減を図ることができ、中空円筒部材のさらなるコスト低減を図ることができる。ひいては、この中空円筒部材を適用した部品の低コスト化に寄与することが可能となる。

図１（Ａ）は、中空円筒部材の一例であるカラー部材が用いられたトーションビーム式サスペンションを示す底面図、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の矢印１Ｂから見た矢視図である。図２（Ａ）は、カラー部材を示す斜視図、図２（Ｂ）は、曲げ成形する前の短冊状の板材を示す正面図である。図３（Ａ）（Ｂ）は、第１の突き合わせ端面と第２の突き合わせ端面とを突き合わせて接合する様子を示す図である。材料歩留りが低いクリンチ部が形成された対比例の板材を示す正面図である。板材を周方向に曲げ加工する各工程のうち、予備成形用の第１成形型を示す断面図である。予備成形用の第２成形型を示す断面図である。折り曲げ用の第１成形型を示す断面図である。折り曲げ用の第２成形型を示す断面図である。折り曲げ用の第３成形型を示す断面図である。リストライク用の成形型を示す断面図である。

　以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる。

　図１（Ａ）は、中空円筒部材の一例であるカラー部材６０が用いられたトーションビーム式サスペンション１００を示す底面図、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の矢印１Ｂから見た矢視図である。

　図１（Ａ）（Ｂ）に示すトーションビーム式サスペンション１００は、車両のリア側に配置される車両用サスペンション機構である。トーションビーム式サスペンション１００は、車体の左右方向に伸延して配置されるトーションビーム１０と、トーションビーム１０の両端部に接合されるアーム部材としてのトレーリングアーム２０と、トーションビーム１０の内部に配置されロール剛性を調整するロールバー３０と、を有する。

　トーションビーム１０は、Ｕ字状のビームであり、車両搭載時にＵ字形状の開口部分が下方を向くように配置される。

　トレーリングアーム２０は、凹部を有するアッパー部材２２と、平板状のロア部材２３と、を有する。アッパー部材２２は、タイヤからの衝撃を吸収するスプリングを受けるスプリングシート２４を有する。ロア部材２３は、アッパー部材２２の凹部を塞ぐように配置され、アッパー部材２２の変形を防止する。トレーリングアーム２０には、このトレーリングアーム２０を車体に軸支する中空円筒形状のカラー部材６０が溶接接合されている。

　図２（Ａ）は、カラー部材６０を示す斜視図、図２（Ｂ）は、曲げ成形する前の短冊状の板材６１を示す正面図、図３（Ａ）（Ｂ）は、第１の突き合わせ端面６３と第２の突き合わせ端面６４とを突き合わせて接合する様子を示す図である。なお、図２（Ｂ）において、軸Ｘは板材６１の長手方向を示し、軸Ｙは第１と第２の突き合わせ端面６３、６４に沿う方向を示している。

　図２（Ａ）（Ｂ）および図３（Ａ）（Ｂ）を参照して、中空円筒部材としてのカラー部材６０は、短冊状の板材６１を曲げ成形することによって形成されている。カラー部材６０は、概説すると、板材６１の本体部６２の一端部側に設けられた第１の突き合わせ端面６３と、本体部６２の他端部側に設けられ、本体部６２を曲げ成形することによって第１の突き合わせ端面６３に突き合わされて接合される第２の突き合わせ端面６４と、一端部側に設けられた第１のクリンチ部７０と、他端部側に設けられ第１のクリンチ部７０と嵌り合う第２のクリンチ部８０と、を有している。第１のクリンチ部７０は、第１の突き合わせ端面６３に挿入口７１が開口する凹所７２と、凹所７２内に設けられ第２のクリンチ部８０を係止する係止部７３と、を備え、かつ、第１の突き合わせ端面６３から外方に越えることなく形成されている。第２のクリンチ部８０は、第２の突き合わせ端面６４を越えて外方に突出し、第１のクリンチ部７０の凹所７２に嵌まり合う凸片８１を備えている。第２のクリンチ部８０の凸片８１は、第１と第２の突き合わせ端面６３、６４同士を周方向から突き合わせるときに、挿入口７１から凹所７２に挿入されつつ第２の突き合わせ端面６４に沿う方向に塑性変形して、係止部７３に係止される。以下詳述する。

　本実施形態では、中空円筒部材として、可動自在な部材であるトレーリングアーム２０を軸支するカラー部材６０に適用している。この適用を行う範囲内で、板材６１の大きさおよび肉厚、第１と第２のクリンチ部７０、８０の個数、形状、および大きさなどが適宜選択される。

　第１のクリンチ部７０の凹所７２は、挿入口７１から本体部６２の内方に向けて細長く伸びた舌形状を有している。凹所７２は、板材６１の長手方向（Ｘ軸）に対して交差する方向に伸びて形成されている。挿入口７１を形成する縁部には、凹所７２内に向けてひさしのように張り出したオーバーハング部６５が設けられている。このオーバーハング部６５によって、第２のクリンチ部８０を係止する係止部７３が構成されている。第１のクリンチ部７０は、第１の突き合わせ端面６３から外方（図２（Ｂ）において２点鎖線によって示される第１の突き合わせ端面６３の右側）に越えることなく形成されている。

　第２のクリンチ部８０の凸片８１は、その先端部が、凹所７２の挿入口７１に挿入可能に形成されている。凸片８１のＸ軸方向の長さは、第１と第２の突き合わせ端面６３、６４同士を周方向から突き合わせるときに、第１と第２の突き合わせ端面６３、６４同士が当接するよりも前に、凹所７２の内壁に当接する長さ寸法に設定される（図３（Ａ）を参照）。第１と第２の突き合わせ端面６３、６４同士をさらに接近させるように押し込むと、凸片８１は、その先端部が凹所７２の内壁に沿ってガイドされ、第２の突き合わせ端面６４に沿うＹ軸方向に塑性変形する。凸片８１は、その先端部がオーバーハング部６５を超えて凹所７２の底部に達するまで塑性変形する（図３（Ｂ）を参照）この結果、凸片８１が係止部７３に係止されることになる。

　第１のクリンチ部７０は、第１の突き合わせ端面６３に沿う方向に対をなして設けられ、第２のクリンチ部８０は、第２の突き合わせ端面６４に沿う方向に対をなして設けられている。対をなす第１のクリンチ部７０のそれぞれの凹所７２は、挿入口７１から本体部６２の内方に向けて伸びる方向ｄが、互いに離反する方向となっている。図示する実施形態では、第１のクリンチ部７０および第２のクリンチ部８０は、それぞれ、２対の４個が設けられている。

　図４は、材料歩留りが低いクリンチ部が形成された対比例の板材９１を示す正面図である。図４に示すように、板材９１の本体部９２の両側に第１と第２の突き合わせ端面９３、９４のそれぞれから外方に越える第１と第２のクリンチ部９５、９６を設ける場合には、板材９１の本体部９２の長さは、実施形態の場合に比べて、第１のクリンチ部９５の突出部分９５ａのΔＬだけ長くなる。第１のクリンチ部９５の突出部分９５ａは、第２のクリンチ部９６と嵌り合った状態において抜け防止の機能を発揮する部位ではない。したがって、対比例の板材９１は、第１のクリンチ部９５の突出部分９５ａの存在によって、クリンチ部９５、９６を形成するときの材料歩留りが悪い。この結果、材料費の低減を図ることができない。

　これに対して、実施形態のカラー部材６０にあっては、第１のクリンチ部７０は、第１の突き合わせ端面６３から外方に越えない。第１のクリンチ部７０の凹所７２内に設けた係止部７３が、第２のクリンチ部８０と嵌り合った状態において抜け防止の機能を十分に発揮する。したがって、本実施形態の板材６１は、クリンチ部７０、８０を形成するときの材料歩留りが優れたものとなる。この結果、材料歩留りを高めて材料費の低減を図ることができ、カラー部材６０のさらなるコスト低減を図ることができる。ひいては、このカラー部材６０を適用した部品（例えば、トレーリングアーム２０）の低コスト化に寄与することが可能となる。

　比較的薄肉の板材から中空円筒部材を形成する場合には、ロール成形することによって、板材の第１と第２の突き合わせ端面同士を端面に沿う方向（中空円筒部材の径方向）から重ね合わせることはできる。しかしながら、強い剛性が必要とされるカラー部材６０では比較的厚肉の板材６１を用いることから、ロール成形を適用することは難しい。この場合には、プレス成形することによって、第１と第２の突き合わせ端面６３、６４同士を周方向から突き合わせている。第１と第２の突き合わせ端面６３、６４同士を周方向から突き合わせるときに、凸片８１を挿入口７１から凹所７２に挿入させている。プレス成形によって板材６１を周方向に曲げ加工していることから、板材６１の本体部６２はもちろんのこと、凸片８１にも直線部が残留することがない。この結果、カラー部材６０の真円度を高めることが可能となる。

　次に、図５（Ａ）～図５（Ｆ）を参照して、プレス成形によって板材６１を周方向に曲げ加工する手順について概説する。

　カラー部材６０の製造に使用される成形型は、予備成形用の第１と第２の成形型１１０、１２０（図５（Ａ）（Ｂ））と、予備成形された板材６１を円弧状に折り曲げる折り曲げ用の第１～第３の成形型１３０、１４０、１５０（図５（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ））と、リストライク用の成形型１６０（図５（Ｆ））と、を有している。これらの図面では、板材６１の送り方向に交差する断面で成形型を示している。

　図示しないプレス装置によって、板材６１の本体部６２の一端部側には第１のクリンチ部７０が設けられ、他端部側には第２のクリンチ部８０が設けられている。

　図５（Ａ）に示すように、予備成形用の第１成形型１１０は、上下一対の型１１１、１１２を備えている。上型１１１の凸部１１３と下型１１２の凹部１１４とによって、板材６１の送り方向に交差する方向での板材６１の中央部と両側縁部とを競り上げる予備成形工程を行う。

　図５（Ｂ）に示すように、予備成形用の第２成形型１２０は、上下一対の型１２１、１２２を備えている。上型１２１の凸部１２３と下型１２２の凹部１２４とによって、板材６１の送り方向に交差する方向での板材６１の両側縁部をさらに競り上げる予備成形工程を行う。第２成形型１２０には、下型１２２の中央部分に、バネ部材１２５により付勢されたポンチ部材１２６が設けられている。加圧時にポンチ部材１２６が下型１２２の型面よりさらに下降し、板材６１の中央部分が円弧状に成形され易いようにしている。

　図５（Ｃ）に示すように、折り曲げ用の第１成形型１３０は、上下一対の型１３１、１３２を備えている。上型１３１の凸部１３３と下型１３２の凹部１３４とによって、前工程で予備成形された板材６１を断面Ｕ字状にする折り曲げ工程を行う。第１成形型１３０にも、下型１３２の中央部分に、バネ部材１３５により付勢されたポンチ部材１３６が設けられている。加圧時にポンチ部材１３６が上型１３１の凸部１３３によって押圧され下型１３２の型面よりさらに下降し、板材６１の中央部分がより円弧状に近付くようにしている。

　図５（Ｄ）に示すように、折り曲げ用の第２成形型１４０は、上下一対の型１４１、１４２を備えている。上型１４１の凸部１４３と下型１４２の凹部１４４とによって、前工程で第１段階の折り曲げ成形された板材６１を円弧状に近付けるように第２段階の折り曲げ工程を行う。第２成形型１４０にも、下型１４２の中央部分に、バネ部材１４５により付勢されたポンチ部材１４６が設けられている。上型１４１の凸部１４３の形状は、板材６１の両側縁部がより円弧状に成形され易いように、下端が板材６１の送り方向に軸線が伸延する円柱状部１４７とされている。

　図５（Ｅ）に示すように、折り曲げ用の第３成形型１５０は、上下一対の型１５１、１５２を備えている。上型１５１には半円状の凹部１５３が設けられ、下型１５２には上型１５１の凹部１５３とともに略円形状をなす凹部１５４が設けられている。両凹部１５３、１５４によって、前工程で第２段階の折り曲げ成形された板材６１を円弧状にさらに近付けるように第３段階の折り曲げ工程を行う。なお、下型１５２の凹部１５４は、第３段階の折り曲げ成形時にその側縁部１５５の上端部分が上型１５１の凹部１５３の口縁部内に僅かに入り込むように構成されている。円形状に近くなった板材６１を外周から締め付け、より円弧状に近付く成形が行われる。

　図５（Ｆ）に示すように、リストライク用の成形型１６０は、上下一対の型１６１、１６２を備えている。上型１６１には半円状の凹部１６３が設けられ、下型１６２には上型１６１の凹部１６３とともに略円形状をなす凹部１６４が設けられている。両凹部１６３、１６４によって、前工程で第３段階の折り曲げ成形された板材６１を断面円状に仕上げるリストライク工程を行う。

　第３段階の折り曲げ工程およびリストライク工程によって、第２のクリンチ部８０の凸片８１は、第１と第２の突き合わせ端面６３、６４同士を周方向から突き合わせるときに、挿入口７１から凹所７２に挿入されつつ第２の突き合わせ端面６４に沿う方向に塑性変形して、係止部７３に係止される。

　以上説明したように、本実施形態によれば、第１のクリンチ部７０は第１の突き合わせ端面６３から外方に越えることなく形成されている。さらに、第２のクリンチ部８０の凸片８１は第１と第２の突き合わせ端面６３、６４同士を周方向から突き合わせるときに、挿入口７１から凹所７２に挿入されつつ第２の突き合わせ端面６４に沿う方向に塑性変形して、係止部７３に係止される。このように第１のクリンチ部７０の凹所７２内に設けた係止部７３が、第２のクリンチ部と嵌り合った状態において抜け防止の機能を十分に発揮する。したがって、板材６１は、クリンチ部７０、８０を形成するときの材料歩留りが優れたものとなる。この結果、材料歩留りを高めて材料費の低減を図ることができ、カラー部材６０のさらなるコスト低減を図ることができる。ひいては、このカラー部材６０を適用した部品（例えば、トレーリングアーム２０）の低コスト化に寄与することが可能となる。

　第１のクリンチ部７０は、第１の突き合わせ端面６３に沿う方向に対をなして設け、第２のクリンチ部８０は、第２の突き合わせ端面６４に沿う方向に対をなして設けている。対をなす第１のクリンチ部７０のそれぞれの凹所７２は、挿入口７１から本体部６２の内方に向けて伸びる方向ｄが、互いに離反する方向である。かかる構成によれば、第１のクリンチ部７０と第２のクリンチ部８０との嵌り合いが強固となり、第１と第２のクリンチ部７０、８０同士の抜けを抑えて、カラー部材６０における第１と第２の突き合わせ端面６３、６４同士が開いてしまうことを防止することができる。

　中空円筒部材として、可動自在な部材を軸支するカラー部材６０に適用したので、可動自在な部材、例えばトレーリングアーム２０の低コスト化に寄与することが可能となる。

　なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜改変することができる。例えば、対をなす第１のクリンチ部７０のそれぞれの凹所７２に関して、挿入口７１から本体部６２の内方に向けて伸びる方向ｄが互いに離反する方向である実施形態について説明したが、この場合に限定されるものではない。これとは逆に、対をなす第１のクリンチ部７０のそれぞれの凹所７２に関して、挿入口７１から本体部６２の内方に向けて伸びる方向ｄが互いに接近する方向であってもよい。この場合であっても、上述したのと同様の作用効果を奏する。

　第１と第２のクリンチ部７０、８０の形状（クリンチ長さ、ラップ代、クリンチ幅、クリンチ数量など）は種々の形状を採用することができ、図示した形状に限定されるものではない。

　中空円筒部材としてカラー部材６０に適用した実施形態について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、短冊状の板材６１を曲げ成形することによって形成される中空円筒部材に広く適用可能であることはいうまでもない。

１０　　トーションビーム、
２０　　トレーリングアーム（可動自在な部材）、
３０　　ロールバー、
６０　　カラー部材（中空円筒部材）、
６１　　板材、
６２　　本体部、
６３　　第１の突き合わせ端面、
６４　　第２の突き合わせ端面、
６５　　オーバーハング部、
７０　　第１のクリンチ部、
７１　　挿入口、
７２　　凹所、
７３　　係止部、
８０　　第２のクリンチ部、
８１　　凸片、
１００　トーションビーム式サスペンション、
ｄ　　　挿入口から本体部の内方に向けて伸びる方向。

Claims

　短冊状の板材を曲げ成形することによって形成される中空円筒部材であって、
　板材の本体部の一端部側に設けられた第１の突き合わせ端面と、
　前記本体部の他端部側に設けられ、前記本体部を曲げ成形することによって前記第１の突き合わせ端面に突き合わされて接合される第２の突き合わせ端面と、
　前記一端部側に設けられた第１のクリンチ部と、
　前記他端部側に設けられ前記第１のクリンチ部と嵌り合う第２のクリンチ部と、を有し、
　前記第１のクリンチ部は、
　　前記第１の突き合わせ端面に挿入口が開口する凹所と、
　　前記凹所内に設けられ前記第２のクリンチ部を係止する係止部と、を備え、
　　かつ、前記第１の突き合わせ端面から外方に越えることなく形成され、
　前記第２のクリンチ部は、
　　前記第２の突き合わせ端面を越えて外方に突出し、前記第１のクリンチ部の前記凹所に嵌まり合う凸片を備え、
　前記第２のクリンチ部の前記凸片は、前記第１と第２の突き合わせ端面同士を周方向から突き合わせるときに、前記挿入口から前記凹所に挿入されつつ前記第２の突き合わせ端面に沿う方向に塑性変形して、前記係止部に係止される、中空円筒部材。
　前記第１のクリンチ部は、前記第１の突き合わせ端面に沿う方向に対をなして設けられ、
　前記第２のクリンチ部は、前記第２の突き合わせ端面に沿う方向に対をなして設けられ、
　対をなす前記第１のクリンチ部のそれぞれの前記凹所は、前記挿入口から前記本体部の内方に向けて伸びる方向が、互いに離反する方向あるいは互いに接近する方向である、請求項１に記載の中空円筒部材。
　可動自在な部材を軸支するカラー部材に適用されてなる請求項１または請求項２に記載の中空円筒部材。