JP4087765B2 - 車両用高応力スタビライザー - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車両の旋回時における車体のロールを少なくして乗り心地を改善し、車体の安定性を向上させるための中実の車両用高応力スタビライザーに関する。

一般に、自動車などの車両では、コーナーリング時に生じる車体のロールを少なくするために、ばね鋼鋼材などを熱間で曲げ加工して成形したスタビライザーを備えている（例えば、特許文献１参照）。

このようなスタビライザーは、車体の下部構造及び懸架装置との干渉を避けつつ車両へ装着するために、長手方向中間部が複数箇所で湾曲した複雑な形状になっているが、一般に、車両に装着された状態で車両の幅方向に延在するトーション部と、このトーション部の左右両端部からそれぞれ車両の前後方向へ延出するアーム部とを有している。また、これらトーション部と各アーム部の間の連続した部分は、それぞれ円弧状に成形されて曲げ部が設けられている。

ここで、このトーション部は、ゴムブッシュ、ブラケット等を介して車体側へ連結される。また、アーム部の先端部には、ボルト等によりリンク部材が連結され、アーム部はこのリンク部材を介して、それぞれサスペンションアーム等のアクスル側の部材に連結される。そして、このスタビライザーは、車両のコーナーリング時に各アーム部の先端部に互いに逆向きの上下方向の荷重がそれぞれ入力することによって、各アーム部が互いに逆向きに撓むと共に、モーメントによりトーション部が捻られる。これにより、スタビライザーはアクスル側の部材に弾性反力を作用させ、車体のローリングを抑制する構成とされている。

このため、このようなスタビライザーには、高い荷重が繰り返し負荷されるので、疲労寿命などの耐久性が問題となる。特に、スタビライザーに負荷される最大の応力は曲げ部に発生しやすいが、この曲げ部には、一般に熱間曲げ加工時の金型との接触により、所謂「ツールマーク」と呼ばれる平らな部分が生じ、曲げ部の断面が略Ｄ字状に偏平化している。このため、実際に車両に装着されて実用されているスタビライザーでは、この曲げ部のツールマークに応力が集中して、この応力集中により折損する事例が多い。したがって、スタビライザーの耐久性を向上させるためには、この曲げ部の疲労寿命を長く確保する必要がある。

特に、所謂ＳＵＶ（スポーツユーティリティービークル）系などの車高の高い車種の増加によりスタビライザーのロール剛性の向上が求められている。さらに、クラッシャブルゾーンを確保するために、アーム部を短くレイアウトしなければならないという要請もある。このため、曲げ部に負荷される応力は増加する傾向にあり、このような高応力下で使用されるスタビライザーにおいて、さらなる耐久性の向上が求められている。
特開平７−２１５０３８号公報

本発明は、上記事実を考慮し、曲げ部の疲労寿命が長く耐久性に優れた車両用高応力スタビライザーを得ることを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明に係る車両用高応力スタビライザーは、中実の丸棒鋼材を熱間で曲げ加工して成形され、５００ＭＰａ以上の応力下で使用されると共に、前記曲げ加工時の金型との接触により曲げ部に平らな部分が生じ前記曲げ部の断面が偏平化した車両用高応力スタビライザーであって、前記中実の丸棒鋼材の素材径をｄ、前記曲げ部の曲げ半径をＲ、前記曲げ部の断面の短径をｄ１、前記曲げ部の断面の長径をｄ２、前記曲げ部の断面の偏平率φをφ＝（ｄ２−ｄ１）／ｄ２×１００とするとき、０＜φ≦１．９２、でかつ、（φ×ｄ／Ｒ）≦１．１１の関係が成り立つ状態に、前記曲げ部を成形した、ことを特徴としている。

請求項１記載の車両用高応力スタビライザーでは、一般に最大の応力が負荷され最も折損し易い部位である曲げ部において、曲げ半径Ｒと、断面の偏平率φと、曲げ加工前の素材径ｄとが所定の範囲内に設定されている。ここで、素材径ｄ及び曲げ部の曲げ半径Ｒは、車種ごとに個別に設定される値である。すなわち、本車両用高応力スタビライザーは、予め設定された素材径ｄ及び曲げ部の曲げ半径Ｒの値に応じて、曲げ部断面の偏平率φを所定の範囲内に設定したものである。これにより、荷重入力時に曲げ部に生じる剪断応力の応力集中が抑制され、この曲げ部での応力集中による車両用スタビライザーの折損を防止することができる。

以上説明したように、本発明の車両用高応力スタビライザーによれば、曲げ部の疲労寿命が長くなり耐久性が向上する。

図１には、本発明の実施の形態に係る車両用高応力スタビライザー１０（以下、スタビライザー１０という）の正面図が示されている。また、図２には、スタビライザー１０の側面図が示されている。

スタビライザー１０は、中実の丸棒鋼材を熱間で曲げ加工し、直ちに焼入れ焼戻し処理を施して成形したものであり、５００ＭＰａ以上の高応力下で使用されるものである。

このスタビライザー１０は、車体の下部構造及び懸架装置との干渉を避けつつ車両へ装着するために、長手方向中間部が複数箇所で湾曲した複雑な形状になっており、車両に装着された状態で車両の幅方向（矢印ＷＣ方向）に延在するトーション部１２と、このトーション部１２の左右両端部からそれぞれ車両の前後方向（矢印ＦＲ方向）へ延出するアーム部１４とを有している。また、トーション部１２の長手方向中間部には、クランク状に屈曲した曲げ部１８が２箇所設けられており、各アーム部１４の長手方向中間部は、それぞれ円弧状に湾曲して曲げ部２０が設けられている。さらに、これらトーション部１２と各アーム部１４との間の連続した部分は、それぞれ円弧状に成形されて曲げ部１６が設けられている。

この曲げ部１６の外周には、図３及び図４に示す如く、熱間曲げ加工時の金型との接触により、所謂ツールマーク２２と呼ばれる平らな部分が生じ、曲げ部１６の断面が略Ｄ字状に偏平化している。なお、図示はしないが、曲げ部１８、２０にも曲げ部１６と同様にツールマークが生じているが、以下は説明を簡単にするために曲げ部１６について説明する。

ここで、スタビライザー１０では、曲げ部１６の形状は、前記中実の丸棒鋼材の素材径をｄ、曲げ部１６の曲げ半径をＲ、曲げ部１６の断面の短径をｄ１、曲げ部１６の断面の長径をｄ２、曲げ部１６の断面の偏平率φを、

φ＝（ｄ２−ｄ１）／ｄ２×１００（％）…（１）

とするとき、

０＜φ≦４、でかつ、（φ×ｄ／Ｒ）≦２

の関係が成り立つ状態に成形されている。

なお、曲げ部１６の曲げ半径Ｒは、図５に示す如く曲げ部１６における中心線ＳＰに沿った曲げ半径を示すものである。また、中実の丸棒鋼材の素材径ｄ及び曲げ部の曲げ半径Ｒは、一般に車種ごとに個別に設定される値である。

次に、疲労試験について説明する。

図６には、本発明の実施の形態に係るスタビライザー１０の疲労試験に適用した試験片５０の斜視図が示されている。

試験片５０は、ＪＩＳばね鋼鋼材ＳＵＰ９の所定の素材径をもつ丸棒を、略コ字形に熱間で曲げ加工し、直ちに焼入れ焼戻し処理を施したものであり、トーション部５２の長さを８００ｍｍ、両側のアーム部５４の長さを４００ｍｍに設定した。このとき、試験片５０の曲げ部５６の形状（曲げ半径Ｒや、断面の偏平率φなど）を種々異ならせて、以下の表１に示す如く番号がＡ１乃至Ａ８、及びＢ１乃至Ｂ８の合計１６本の試験片５０を用意した。なお、図示はしないが試験片５０の曲げ部５６には、スタビライザー１０の曲げ部１６と同様に、熱間曲げ加工に伴ってツールマークが生じているのもである。

表１に示す如く、番号がＡ１乃至Ａ８の試験片５０は、曲げ部５６の形状が、０＜φ≦４、でかつ、（φ×ｄ／Ｒ）≦２の関係を満足する状態に成形した（本発明）。すなわち、番号がＡ１乃至Ａ８の試験片５０の曲げ部５６は、スタビライザー１０の曲げ部１６と同等のものである。一方、番号がＢ１乃至Ｂ８の試験片５０は、曲げ部５６の形状が、０＜φ≦４、でかつ、（φ×ｄ／Ｒ）≦２の関係を満足しない状態に成形した（比較例）。

一方、疲労試験の方法は、試験片５０のトーション部５２の２個所を支持し、片方のアーム部５４を水平に固定し、他方のアーム部５４を回転ピンを介して繰返し試験装置に接続し、この他方のアーム部５４に垂直な方向に繰り返し荷重を加え、この他方のアーム部５４とトーション部５２の間の曲げ部５６が破断するまでの回数を測定した。なお、試験片５０のアーム部５４に加えた負荷応力は５５０ＭＰａと８００ＭＰａの２種類を設定し、番号がＡ１乃至Ａ４、及びＢ１乃至Ｂ４の試験片５０を５５０ＭＰａの試験に供し、番号がＡ５乃至Ａ８、及びＢ５乃至Ｂ８の試験片５０を８００ＭＰａの試験に供した。また、上記他方のアーム部５４の曲げ角度は９０度乃至１００度に設定した。

ここで、負荷応力が５５０ＭＰａの場合における疲労試験の測定結果を表２に示す。

また、表２の偏平率φと破断繰返し数との関係をグラフにしたものを図７に示し、表２の（φ×ｄ／Ｒ）と破断繰返し数との関係をグラフにしたものを図８に示す。なお、図７及び図８において●印は、曲げ部５６の形状が、０＜φ≦４、でかつ、（φ×ｄ／Ｒ）≦２の関係を満足していた試験片５０（番号がＡ１乃至Ａ４の試験片５０）の測定結果を示し、△印は、曲げ部５６の形状が、０＜φ≦４、でかつ、（φ×ｄ／Ｒ）≦２の関係を満足していなかった試験片５０（番号がＢ１乃至Ｂ４の試験片５０）の測定結果を示す。

表２、図４、図５より、負荷応力が５５０ＭＰａの場合において、曲げ部５６の形状が、０＜φ≦４、でかつ、（φ×ｄ／Ｒ）≦２の関係を両方とも満足していた試験片５０（番号がＡ１乃至Ａ４の試験片５０）は、破断繰返し数が２９．５万回以上であることがわかる。

一方、曲げ部５６の形状が、０＜φ≦４、でかつ、（φ×ｄ／Ｒ）≦２の関係を満足していなかった試験片５０（番号がＢ１乃至Ｂ４の試験片５０）は、破断繰返し数が１５．２万回以下であることがわかる。

これらの結果から、負荷応力が５５０ＭＰａの場合において、曲げ部５６の形状が、０＜φ≦４でかつ（φ×ｄ／Ｒ）≦２の関係を両方とも満足する状態に成形されていれば、曲げ部５６の破断繰返し数（疲労寿命）が飛躍的に伸びることがわかる。

次に、負荷応力８００ＭＰａの疲労試験の測定結果を表３に示す。

また、表３の偏平率φと破断繰返し数との関係をグラフにしたものを図９に示し、表３の（φ×ｄ／Ｒ）と破断繰返し数との関係をグラフにしたものを図１０に示す。なお、図９及び図１０において●印は、曲げ部５６の形状が、０＜φ≦４、でかつ、（φ×ｄ／Ｒ）≦２の関係を満足していた試験片５０（番号がＡ５乃至Ａ８の試験片５０）の測定結果を示し、△印は、曲げ部５６の形状が、０＜φ≦４、でかつ、（φ×ｄ／Ｒ）≦２の関係を満足していなかった試験片５０（番号がＢ５乃至Ｂ８の試験片５０）の測定結果を示す。

表３、図９、図１０より、負荷応力が８００ＭＰａの場合において、曲げ部５６の形状が、０＜φ≦４、でかつ、（φ×ｄ／Ｒ）≦２の関係を両方とも満足していた試験片５０（番号がＡ５乃至Ａ８の試験片５０）は、破断繰返し数が３．２万回以上であることがわかる。

一方、曲げ部５６の形状が、０＜φ≦４、でかつ、（φ×ｄ／Ｒ）≦２の関係を満足していなかった試験片５０（番号がＢ５乃至Ｂ８の試験片５０）は、破断繰返し数が２．１万回以下であることがわかる。

これらの結果から、負荷応力が８００ＭＰａの場合においても、曲げ部５６の形状が、０＜φ≦４でかつ（φ×ｄ／Ｒ）≦２の関係を両方とも満足する状態に成形されていれば、曲げ部５６の破断繰返し数（疲労寿命）が飛躍的に伸びることがわかる。

以上の結果により、熱間で曲げ加工して熱処理した５００ＭＰａ以上の応力下で使用される中実のスタビライザー１０において、曲げ部１６の偏平率φと、曲げ加工前の素材径ｄと、曲げ部１６の曲げ半径Ｒとの関係が、０＜φ≦４でかつ（φ×ｄ／Ｒ）≦２を両方とも満足すれば、耐久性の優れたスタビライザー１０が得られることが確認され、本発明の有効性が確認された。

このように、本車両用高応力スタビライザー１０では、曲げ部１６の疲労寿命が長くなり、耐久性が向上する。

なお、上記実施の形態では、車両用高応力スタビライザー１０の曲げ部１６の形状と疲労寿命との関係について説明したが、車両用高応力スタビライザー１０では、曲げ部１８、２０の形状も０＜φ≦４、でかつ、（φ×ｄ／Ｒ）≦２の関係が成り立つ状態に成形されているものである。

本発明の実施の形態に係る車両用高応力スタビライザーを示す正面図である。 本発明の実施の形態に係る車両用高応力スタビライザーを示す側面図である。 本発明の実施の形態に係る車両用高応力スタビライザーの曲げ部の構成を示す斜視図である。 図３のＡ−Ａ線図に沿った断面図である。 本発明の実施の形態に係る車両用高応力スタビライザーの曲げ部の構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る車両用高応力スタビライザーの疲労試験に適用した試験片を示す斜視図である。 負荷応力が５５０ＭＰａの場合における、偏平率φと破断繰返し回数との関係を示すグラフである。 負荷応力が５５０ＭＰａの場合における、偏平率φ×素材径ｄ／曲げ半径Ｒと破断繰返し回数との関係を示すグラフである。 負荷応力が８００ＭＰａの場合における、偏平率φと破断繰返し回数との関係を示すグラフである。 負荷応力が８００ＭＰａの場合における、偏平率φ×素材径ｄ／曲げ半径Ｒと破断繰返し回数との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ 車両用高応力スタビライザー
１２ トーション部
１４ アーム部
１６ 曲げ部
１８ 曲げ部
２０ 曲げ部
２２ ツールマーク
Ｒ 曲げ半径
ｄ 素材径
ｄ１ 短径
ｄ２ 長径
φ 偏平率
５０ 試験片
５２ トーション部
５４ アーム部
５６ 曲げ部

Claims (1)

1. 中実の丸棒鋼材を熱間で曲げ加工して成形され、５００ＭＰａ以上の応力下で使用されると共に、前記曲げ加工時の金型との接触により曲げ部に平らな部分が生じ前記曲げ部の断面が偏平化した車両用高応力スタビライザーであって、
   前記中実の丸棒鋼材の素材径をｄ、前記曲げ部の曲げ半径をＲ、前記曲げ部の断面の短径をｄ１、前記曲げ部の断面の長径をｄ２、前記曲げ部の断面の偏平率φをφ＝（ｄ２−ｄ１）／ｄ２×１００とするとき、
   ０＜φ≦１．９２、でかつ、（φ×ｄ／Ｒ）≦１．１１
   の関係が成り立つ状態に、前記曲げ部を成形した、
   ことを特徴とする車両用高応力スタビライザー。

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