JP2009509774A - 長さが調節可能なパンチ及び／又は金型を具備する閉断面のクロスメンバーを製造するための装置と方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、自動車の柔軟なアクスルの二つの縦方向アームを接続する閉断面のクロスメンバーを製造するための一装置に関する。本発明の装置は、パンチ（２）と協働してクロスメンバーの閉断面上に特定の長さの捻れエリア（Ｌ）を形成する少なくとも一つの金型（３）と、クロスメンバーを所定の位置に維持する手段とを具備している。本発明は、金型（３）及び／又はパンチ（２）の長さを調節することにより、捻れエリア（Ｌ）の長さを調節できることを特徴とする。

Description

本発明の分野は、自動車の分野である。特に、本発明は、自動車用の非剛性アクスルに関する。
非剛性アクスルは、一般的に、二つの車輪間に捻れ要素を形成するように設計されたアクスルを意味するために用いられる用語である。

従来、非剛性アクスルは、各々が車輪を搭載するための支持体を有する二つの縦方向アームを具備しており、これらのアームは、クロスメンバー又はプロフィールとして知られる横方向の接続要素によって接続されている。
アクスルの設計中に、アクスルの品質を評価するために特に考慮される二つのパラメータがある。それらは曲げと捻れである。

非剛性アクスルの原理は、相対的な捻り撓み性に大きな曲げ剛性を組み合わせることを可能にする。一般に、曲げ剛性と（相対的な）捻り撓み性との所望のバランスは、クロスメンバーの断面の幾何学的形状により、その慣性の捻れモーメント及び曲げが得られることから達成される。
最近数年の間に、多数の利点が提供されたことに起因して、自動車製造市場の下部及び中間セクターでは非剛性アクスル技術が大きく進歩した。これらの利点には、動作と設計の良好なバランス、及び主に全てが溶接された構造のアセンブリを用いていることにより製造費が安いという事実が含まれる。

これらの利点は、接地システムの設計者を、一貫して技術を絶対的な限界へ推し進める方向へ導く。実際に、非剛性アクスルは、大きな弾性的変形を受ける構成部品の各々の耐久性により左右される寿命、及び縦方向と横方向の剛性の微妙なバランスを含む、特定数の限界に直面している。
絶えず増大する快適さと運転性の向上に対する要望は、特に、二つのトレーリングアーム間に捻れ剛性を導入する解決法のための非剛性アクスルの設計に向けられている。このアクスルは、広く「アンチロールバー」又は「ＡＲＢ」として知られ、コーナーリングの際の車両本体のローリングを制限すると同時に、路面の不均一性のボディへの伝達を確実に除外するアクスルアセンブリの優れた垂直方向の柔軟性を維持することを目的としている。

しかしながら、動作品質と全く折り合うことなく大型車両（大型セダン型乗用車、ミニバン又は場合によっては実用車）に非剛性アクスル技術を拡大することは、偶発的な力に対する静的抵抗力であるか又はアクスルアセンブリの寿命を表す荷重サイクルに対する疲労強度であるかに関わらず、最も大きな応力を受ける構成部品を、その絶対的な動作限界に導くことになる。
従って、接続要素又はクロスメンバーは、特に耐久性と動作の観点から、開発の難しい構成部品の一つを形成する。

現在、非剛性アクスルの、縦方向のアームを接続するクロスメンバーは、二つの異なる技術を用いて製造されている。
第一の技術では、クロスメンバーは、Ｕ字型、Ｖ字型又はＬ字型の断面を作るように曲げられる（又はプレス加工される）シート状の金属要素から製造される。これらのクロスメンバーは通常、アクスルに捻れ剛性を提供するアンチロールバーと組み合わせなければならない。

第二の技術は、クロスメンバーにアンチロール剛性機能を組み込む。
この場合、クロスメンバーはほぼ円形の断面を有するチューブから製造され、このチューブの少なくとも中心部に変形ステップが行われて（その結果壁の一部が壁の別の部分に対して押しつぶされる）、所望の捻れ及び曲げ剛性が得られる（例：Ｐｅｕｇｅｏｔ８０６（登録商標）又はＯｐｅｌ Ｚａｆｉｒａ（登録商標））

要件を満たすのに必要な多種多様なアンチロール剛性は、クロスメンバーの断面形状を変えることにより及び／又はチューブの厚みを変更することにより、提供される。
本発明は、この第二の技術を用いて製造されたクロスメンバーに適用される。これらのクロスメンバーは、「閉じた形状のクロスメンバー」又は「閉断面のクロスメンバー」という名称で知られている。

一般に、チューブ製のクロスメンバーを用いる非剛性アクスルは全て、中心領域にＵ字型又はＶ字型断面を有するくぼみを有している。
クロスメンバーのチューブは、その捻れ剛性を低減するために横方向の部分だけが変形され、端部には大きな捻れ慣性を有する断面（例えば、円形断面）が維持されるので、サスペンションアームへの溶接が容易である。

上述の技術の一方では、非剛性アクスルのクロスメンバーは、大きな曲げ剛性と小さい捻れ剛性とを特徴とし、捻れ剛性を正確に測定することが必要である（アクスルのアンチロール剛性に関連して）。
閉断面のクロスメンバーに関する限り、全剛性はクロスメンバーによって付与され、その捻れ慣性は技術的仕様に必要なアンチロール剛性に適合するように慎重に選択される。その結果、アクスルのアンチロール剛性の公差は、完全にクロスメンバー自体の同交差に依存している。

閉断面のアクスルクロスメンバーの製造（チューブの変形による）の間、製造者は通常、技術的仕様により自動車製造者によって特定されるアンチロール剛性の公差に適合することの難しさに直面する。
アンチロール剛性に影響する要因の一つは、チューブ厚のばらつきである。

この問題は、チューブ厚のばらつきに対するアクスルのアンチロール剛性の感度を低減することにある。
大きさの程度は、チューブ厚の±０．１ｍｍのばらつきが、技術的仕様において約３倍のアクスルのアンチロール剛性の公差の幅を生じるようなものである。

閉断面のトーションビームアクスルのアンチロール剛性に対する制御を保つというこの問題には、複数の解決法が適用されている。
第一の解決法は、分類方法を用いて、チューブ供給者と協働し、（圧延及び溶接プロセスに起因する）チューブ厚のばらつきを制御することである。
しかし現実には、このような解決法の可能性は比較的限定されている。

第二の解決法は、厚みの公差を改善するために、圧延及び溶接プロセスにより得られるチューブに再び同様の加工を行って使用することである。
この解決法は効果的であることが分かっているが、付随するコストが高くなる。従って、アクスルの全体的なコストが増大し、これは通常自動車製造業者の要求に合わない。

別の解決法によれば、形成される断面の幾何学的形状の制御を改善するホットプレス処理を行う。
しかしながら、現実には、この技術では、厚みのばらつきに対する感受性を低減できないことが分かっている。

更に別の解決法によれば、クロスメンバーの両端の、チューブのシート状金属は、（押し抜きにより一方の金属シートを他方のシートに入れる）「クリンチ」の方法を用いて接続されている。
この解決法は、動作区域（最小の捻れ慣性を有する区域）の実際の長さのばらつきを良好に制御できるが、チューブ厚のばらつきを補償しない。

本発明は、特に、従来技術の欠点を低減することを目的とする。
具体的には、本発明の目的は、従来技術の解決法と比べて、クロスメンバーの捻れ剛性のばらつきを良好に制御できる、非剛性アクスルの閉断面のクロスメンバーを製造する技術を提案することである。

本発明の別の目的は、設計が単純で実施が容易な、このような技術を提供することである。
本発明の別の目的は、このような技術に対応する製造方法を提案することである。

これらの目的は、後述で明らかになる他の目的と共に、自動車の非剛性アクスルの二つの縦方向アームを接続する閉断面のクロスメンバーを製造するための工作機械機器設備を課題とする本発明によって実現される。前記工作機械機器設備は、パンチと協働して前記クロスメンバーの前記閉断面上に一定の長さの捻じれゾーンを形成する少なくとも一つの金型と、前記クロスメンバーを規定の位置に保持する手段とを具備し、前記金型及び／又は前記パンチの長さが調節可能であることにより、前記捻れゾーンの前記長さを変更できることを特徴とする。
従って、これは、クロスメンバーの捻れゾーン（「作動ゾーン」としても知られる）の長さと、従ってその捻れ剛性の調節を可能にする適応システムとなる。

捻れゾーンの長さのこのような変更は、単に成形工作機械機器設備のパンチと金型の寸法形状を調節することにより、並びにそのような調節を工作機械機器設備に統合された方法で行うことにより達成できる。これについて後述で更に詳細に説明する。
好ましい解決法によれば、前記金型と前記パンチの各々は、互いに離れたり近づいたりできる少なくとも二つの部品を具備している。

これは、次に、クロスメンバーの望ましい捻れ剛性に適合するように工作機械機器設備を調節するための、特に単純で効果的な方法を提供する。
第一の実施形態によれば、前記金型及び／又は前記パンチの前記二つの部品は、少なくとも一つの作動シリンダーによって作動させることができる。

第二の実施形態によれば、前記金型及び／又は前記パンチの前記二つの部品は、ネジ手段により保持されて互いに連続する。
この場合、工作機械機器設備は、好ましくは、前記金型及び／又は前記パンチの前記二つの部品間に配置できる一組のシムを具備する。

この場合、この一組のシムは、所望の精度で一定の範囲を覆うことができる、異なる厚みの多様なシムを含むことができる。
有利な解決法によれば、前記保持手段は、少なくとも一つの可変移動クランプを具備している。
このようなクランプは、工作機械機器設備のモジュール特性に寄与し、クロスメンバーの厚みと長さの両方に工作機械機器設備を適応させることができる。

本発明はまた、自動車の非剛性アクスルの二つの縦方向アームを接続するための閉断面のクロスメンバーの製造方法に関し、本方法では、パンチと協働して前記クロスメンバーの前記閉断面上に一定の長さの捻れゾーンを形成する少なくとも一つの金型と、前記クロスメンバーを規定の位置に保持する手段とを具備する工作機械機器設備を使用し、前記金型及び／又は前記パンチの長さを調整することにより前記捻れゾーンの前記長さを調節するステップを含むことを特徴とする。
好ましくは、本方法は、前記クロスメンバーの所望の捻れ剛性及び前記断面の壁厚に従って、前記捻れゾーンの前記長さを計算する予備ステップを含む。
有利な解決法によれば、本方法は、前記保持手段を形成する二つのクランプの移動を調整するステップを含む。

本発明の他の特徴及び長所は、完全に非制限的な例示的実施形態として提示され、及び添付図面に示される本発明の好ましい実施形態についての後述の説明により更に明らかとなる。

図１〜３に示すように、閉断面のクロスメンバーは、従来技術によりチューブ１から製造され、このチューブの断面は、捻れゾーンを製造するために、プレス機を用いて変形される。
従来の工作機械機器設備は、プレス機によって作動され、互いに協働して捻れゾーンを形成するパンチ２及び金型３、並びにチューブ１の両端に押し付けられるクランプ４を具備している。

最初の段階では、チューブをプレス機上に置き、チューブを固定するためにクランプをチューブの近くに配置し、次いでプレス機を閉じる。
図２は、所定の固定長を有する捻れゾーンを形成するステップを示し、金型３とパンチ２との間でチューブが押しつぶされている。
形成ステップの最後にプレス機を開き（従って金型３とパンチ２が互いに離れる）、クランプをチューブから外す（図３）。

図４ａ及び４ｂに示すように、閉断面のクロスメンバーの捻じれゾーンは、クロスメンバーの中心部に対応するゾーンＬに付与された名称である。
このようなクロスメンバーでは、チューブの断面の幾何学的形状と、チューブ厚と、捻れゾーンの長さとが、クロスメンバーの捻れ剛性を得る上で重要な要因である。

加えて、任意の断面形状とチューブ厚について、捻れゾーンの長さΔＬが変動すると、次のように、クロスメンバーの捻れ剛性Ｒが変動する。即ち、Ｌが増えるとＲが減少し、逆にＬが減るとＲが増加する。
従って、捻れゾーンＬの長さが最小の時、クロスメンバーの捻れ剛性は最大である（図５）。逆に、捻れゾーンＬの長さが最大の時、クロスメンバーの捻れ剛性は最小である（図６）。

前述のように、図７に示す本発明の原理は、パンチ２と金型３の長さを調整可能にすることにより、必要な捻れゾーンの長さに応じて長さΔＬを変更可能にすることにある。
このために、図８に示す実施形態によれば、パンチ２と金型３の各々は、それぞれ互いに近づいたり遠ざかったりすることができる二つの部品２ａ及び２ｂ、並びに３ａ及び３ｂを有し、これによりΔＬを変動させることが可能である。

部品２ａと２ｂの間の分離と、部品３ａと３ｂの間の分離は、それらの間に一つ又は複数のシム６を配置することにより行われる。
当然のことながら、シムの数と厚みは、所望のΔＬに適合するように選択される。

パンチの部品２ａ、２ｂは、ネジ付きロッド５を用いてシム６と共に保持される。金型の部品３ａ、３ｂとシム６も同様である。
更に、クランプ４の移動は、クランプを並進移動させる油圧シリンダーアクチュエータ（図示せず）によって制御される。

パンチと金型の長さは、例えば考慮可能な別の実施形態により車上シリンダーを用いて、油圧制御により変更できる。
このような工作機械機器設備の適応的調整は、工作機械機器設備の部分的な分解の有無に関わらず、プレス機上で、各製造工程の間に行われる（一の工程は、特定の平均チューブ厚を特徴とする一バッチのチューブによって規定される）。

工作機械機器設備を組み立てる前に、チューブ厚に従って捻れゾーンの長さを計算する。これは、技術的仕様に定められた剛性に準じて行われる。
従って、このような工作機械機器設備により、製造期間中に、複数の工程で構成部品を形成することが可能である。

図９〜１１は、厚みの所与のばらつきと、作動長の所与の変化量の関数として、本発明により得られる捻れ剛性の公差帯の一実施例を示すグラフである。
図９のグラフは、一のバッチのチューブのチューブ厚のばらつき（３．３５ｍｍ〜３．５５ｍｍ）を示す。

図１０のグラフは（捻れゾーンの長さに対応する）作動長の変動を示す。
図１１のグラフは捻れ剛性に関する出力データを示す。

上記実施例では、作動長（図４ａではＬと表示）を６１８〜７００ｍｍで変動させることにより、±０．１ｍｍのチューブ厚の公差について、±２ｍ．ｄａＮ／°の剛性の公差帯に適合することが可能になる。
作動ゾーンの長さを変えないと（つまり従来技術の技術を用いると）、チューブ厚のばらつきは、捻れ剛性に±７．２５ｍ．ｄａＮ／°（±８％）のばらつきを招く。

従来技術による閉断面のクロスメンバーの製造の、一のステップを示す。 従来技術による閉断面のクロスメンバーの製造の、次の一のステップを示す。 従来技術による閉断面のクロスメンバーの製造の、次の一のステップを示す。 ａ及びｂは、クロスメンバーの捻じれゾーンが当該クロスゾーンの捻じれ剛性に及ぼす影響を示す。 クロスメンバーの捻じれゾーンが当該クロスゾーンの捻じれ剛性に及ぼす影響を示す。 クロスメンバーの捻じれゾーンが当該クロスゾーンの捻じれ剛性に及ぼす影響を示す。 本発明の全体的な原理を示す概略図である。 本発明の好ましい実施形態の概略図である。 厚みの所与のばらつき及び作動長の所与のばらつきの関数として、本発明により得られる捻れ剛性の公差帯の一実施例を示すグラフである。 厚みの所与のばらつき及び作動長の所与のばらつきの関数として、本発明により得られる捻れ剛性の公差帯の一実施例を示すグラフである。 厚みの所与のばらつき及び作動長の所与のばらつきの関数として、本発明により得られる捻れ剛性の公差帯の一実施例を示すグラフである。

Claims (9)

1. 自動車の非剛性アクスルの二つの縦方向アームを接続する閉断面のクロスメンバーを製造するための工作機械機器設備であって、パンチ（２）と協働して前記クロスメンバーの前記閉断面上に一定の長さ（Ｌ）の捻れゾーンを形成する少なくとも一つの金型（３）と、前記クロスメンバーを規定の位置に保持する手段とを具備し、前記金型（３）及び／又は前記パンチ（２）の長さが調節可能であることにより、前記捻れゾーンの前記長さ（Ｌ）が調節可能であることを特徴とする、工作機械機器設備。
2. 前記金型（３）及び前記パンチ（２）の各々が、互いに遠ざかったり近づいたりすることができる少なくとも二つの部品（３ａ）、（３ｂ）、（２ａ）、（２ｂ）を具備することを特徴とする、請求項１に記載の閉断面のクロスメンバーを製造するための工作機械機器設備。
3. 前記金型（３）及び／又は前記パンチ（２）の前記二つの部品（３ａ）、（３ｂ）、（２ａ）、（２ｂ）が、少なくとも一つの作動シリンダーによって作動することを特徴とする、請求項２に記載の閉断面のクロスメンバーを製造するための工作機械機器設備。
4. 前記金型（３）及び／又は前記パンチ（２）の前記二つの部品（３ａ）、（３ｂ）、（２ａ）、（２ｂ）が、ネジ止め手段（５）を用いて保持されて互いに連続していることを特徴とする、請求項２に記載の閉断面のクロスメンバーを製造するための工作機械機器設備。
5. 前記金型（３）及び／又は前記パンチ（２）の前記二つの部品（３ａ）、（３ｂ）、（２ａ）、（２ｂ）の間に配置できる一組のシム（６）を具備することを特徴とする、請求項４に記載の閉断面のクロスメンバーを製造するための工作機械機器設備。
6. 前記保持手段が少なくとも一つの可変移動クランプ（４）を具備することを特徴とする、請求項１ないし５の何れか一項に記載の閉断面のクロスメンバーを製造するための工作機械機器設備。
7. 自動車の非剛性アクスルの二つの縦方向アームを接続する閉断面のクロスメンバーを製造する方法であって、パンチ（２）と協働して前記クロスメンバーの前記閉断面上に一定の長さ（Ｌ）の捻じれゾーンを形成する少なくとも一つの金型（３）と、前記クロスメンバーを規定の位置に保持する手段とを具備する工作機械機器設備を使用し、前記金型（３）及び／又は前記パンチ（２）の長さを調整することにより、前記捻れゾーンの前記長さ（Ｌ）を調節するステップを含むことを特徴とする方法。
8. 前記クロスメンバーの所望の捻れ剛性と前記断面の壁厚とに従って、前記捻れゾーンの長さ（Ｌ）を計算する予備ステップを含むことを特徴とする、請求項７に記載の閉断面のクロスメンバーの製造方法。
9. 前記保持手段を形成する二つのクランプ（４）の移動を調整するステップを含むことを特徴とする、請求項７又は８に記載の閉断面のクロスメンバーの製造方法。

Images