(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記溶接部は、前記膨張部、前記挟持部及び前記頸部の範囲をさらに覆い、前記外周面から見て円形状になっていることを特徴とする請求項1又は2に記載のスタビライザ。
【背景技術】
【0002】
自動車等の車両は、車体のローリングを抑制して走行安定性を向上させるために、左右の車輪のサスペンション装置を連係動作させるスタビライザを備えている。スタビライザは、U字状に曲げられたばね鋼の棒材であり、筒状のブッシュを介して車体の底面に吊り下げられるトーション部と、サスペンション装置のスタビリンクに取り付けられる一対のアーム部と、を備えている。
【0003】
車両が旋回するとき、遠心力によって外輪側のサスペンション装置のスプリングが圧縮され、内輪側のサスペンション装置のスプリングが伸長する。このとき、外輪側に取り付けられたアーム部が上方に押され、内輪側に取り付けられたアーム部が下方に押される。トーション部は、ブッシュに完全に固定されているわけではなく、周方向に回転してねじれ応力を生じる。ねじられたトーション部の復元力は、車両が水平になる方向に作用して車体のローリングを抑制する。
【0004】
しかるに、スタビリンクは、スプリングの伸縮方向に対して斜めに傾いて取り付けられている。スプリングが伸縮すると、トーション部を周方向にねじる荷重だけでなく、トーション部を軸方向に移動させようとする分力荷重もスタビライザに入力される。スタビライザの位置が軸方向にずれると、スタビライザと車両の装備品とが干渉して異音が発生する。また、スタビライザのばね特性が変化して車両の乗り心地が変化するおそれがある。
【0005】
スタビライザの位置ずれを防ぐため、ブッシュに当接してトーション部の移動を規制する規制リングを備えたスタビライザが提案されている(例えば、特許文献1及び2参照)。しかしながら、車重が重くなるとトーション部を軸方向に移動させようとする分力荷重が大きくなる。大型車に装着されるスタビライザに規制リングを適用すると、分力荷重に耐えられずに規制リングが脱落するおそれがある。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の一実施形態に係るスタビライザ1について、
図1乃至
図14を参照して説明する。
図1は、車両に装着された状態のスタビライザ1の一例を示す斜視図である。スタビライザ(スタビライザバー)1は、ばね鋼の棒材をU字状に曲げ成形して形成されている。
【0012】
鋼種として、例えば、米国自動車技術者会の規定に準拠するSAE10B21、SAE15B26、SAE5160等、例えば、JISに準拠するSUP9等、例えば、26MnB5、34MnB5等が挙げられる。スタビライザ1の鋼種は、ばね鋼のみに限られず、高強度鋼や浸炭用鋼であってもよい。スタビライザ1は、耐食性成分を含んだエポキシ系塗料等の塗膜5に覆われている。
【0013】
スタビライザ1は、トーション部2と、一対のアーム部3,4と、規制リング10と、を備えている。トーション部2は、車両の車幅方向(左右方向)に延びる略直線状に形成されている。一対のアーム部3,4は、トーション部2の両端2L,2Rから左右の車輪Wに向かってそれぞれ延びている。アーム部3,4の先端には、目玉部3E,4Eが形成されている。
【0014】
左右の車輪Wには、サスペンション装置ISがそれぞれ装着されている。サスペンション装置ISは、例えば、スプリングSと、ダンパDと、スタビリンクLと、を備えている。スプリングS及びダンパDは、車輪Wを支えている。スタビリンクLの基端Lpは、ダンパDに取り付けられている。スタビリンクLはスプリングSの伸縮方向Pに対して傾いており、スプリングSが伸縮すると、スタビリンクLの先端LdはスプリングSの伸縮方向Pとは異なる方向Qに揺動する。
【0015】
スタビライザ1のトーション部2は、筒状のブッシュ(軸受筒)Bを介して車体に吊り下げられている。トーション部2は、ブッシュBに完全に固定されているわけではなく、周方向Yに回転してねじれ応力を生じることができる。一対のアーム部3,4は、目玉部3E,4Eでサスペンション装置ISのスタビリンクLの先端Ldに連結されている。
【0016】
トーション部には、トーション部2の移動を規制する規制リング10が結合されている。規制リング10は、ブッシュBに隣接した結合部位2Bに結合されており、スタビライザ1に分力荷重が入力されたとき、ブッシュBに当接してトーション部2の軸方向Xの移動を阻止する。トーション部2の軸方向Xは、車両の幅方向と一致する。規制リング10は、ブッシュBに軸方向Xの内側から隣接してもよいし、外側から隣接してもよい。
【0017】
図2は、
図1に示された規制リング10を拡大して示す斜視図である。
図2に示すように、規制リング10は、本体11と、オス部12と、メス部13と、溶接部14と、を有している。
図2に示す例では、規制リング10は、厚肉部15,16と、囲繞部17と、をさらに有している。
【0018】
本体11は、トーション部2の周方向Yに延びる帯状に形成されている。オス部(第1係止部)12は、本体11の一端11Aに形成されている。メス部(第2係止部)13は、本体11の他端11Bに形成され、オス部12に係止している。溶接部14は、オス部12及びメス部13と同種の金属材料から略円形に形成され、オス部12及びメス部13を溶接している。
【0019】
厚肉部15,16は、規制リング10の他の部位よりも0.5mm以上厚肉に形成されている。厚肉部15は、オス部12及びメス部13を規制リング10の幅方向に横断する帯状に形成されている。規制リングの幅方向は、トーション部2の軸方向X及び車両の車幅方向と一致する。厚肉部16は、周方向Yにおいて厚肉部15の180°反対側に形成されている。
【0020】
囲繞部17は、本体11の一端11A及び他端11Bに跨って設けられ、溶接部14の周りを囲っている。囲繞部17において、規制リング10の外周面10A及び側面10Cは、溶接部14から露出している。囲繞部17は、本体11の一端11Aに設けられたオス側囲繞部17Mと、他端11Bに設けられたメス側囲繞部17Fと、を含んでいる。オス側囲繞部17Mは、オス部12と一体的に形成されている。メス側囲繞部17Fは、メス部13と一体的に形成されている。
【0021】
オス側囲繞部17Mとメス側囲繞部17Fとは、トーション部2の軸方向Xにおいて面一に形成されている。囲繞部17では、溶接部14が排除されている。つまり、オス部12及びメス部13において、オス側囲繞部17M及びメス側囲繞部17Fで構成された側面10Cは、平坦に形成されている。規制リング10の側面10Cは、トーション部2に分力荷重が入力されたとき、ブッシュBに当接する。
【0022】
図3は、規制リング10のオス部12及びメス部13を拡大して示す側面図である。
図3に示すように、メス部13は、オス部12に向かって開口した凹状に形成されており、谷底部31と、一対の挟持部32,33と、を有している。谷底部31は、本体11の他端11Bにおいてメス部13の底を構成している。一対の挟持部32,33は、規制リング10の幅方向(軸方向X)に互いに間隔OPをあけて配置されている。
【0023】
一対の挟持部32,33は、谷底部31から周方向Yに遠ざかるに従い、軸方向Xに間隔OPが狭くなる。
図3中の上から下に向かう方向が谷底部31から遠ざかる方向である。
図3中の上から下に向かう方向を、本体11において一端11Aから他端11Bに向かう方向、或いは、本体11からメス部13に向かう方向と言い換えてもよい。一対の挟持部32,33の先端32D,33Dは、メス部13の他の部位よりも間隔OPが狭い隘路を構成している。
【0024】
オス部12は、メス部13に向かって突出した凸状に形成されており、頸部21と、膨張部22と、収縮部23と、案内部24,25と、を有している。頸部21は、本体11の一端11Aから延び、本体11よりも幅狭に形成されている。頸部21は、一対の挟持部32,33の先端32D,33Dの間に挿通されている。
【0025】
膨張部22は、頸部21から遠ざかるに従い規制リング10の幅方向(軸方向X)に大きくなる。収縮部23は、頸部21から遠ざかるに従い規制リング10の幅方向に小さくなる。
図3中の下から上に向かう方向が頸部21から遠ざかる方向である。
図3中の下から上に向かう方向を、本体11において他端11Bから一端11Aに向かう方向、或いは、本体11からオス部12に向かう方向と言い換えてもよい。
【0026】
図3に示す例では、収縮部23は、半円状に形成されている。膨張部22は、頸部21に連続する部位を除いて、半円状に形成されている。案内部(肩部)24,25は、規制リング10の幅方向において頸部21を挟んでその両側にそれぞれ設けられている。案内部24,25には、オス部12から本体11に向かうに従い頸部21に近づく傾斜面が形成されている。
【0027】
溶接部14は、規制リング10の外周面10Aから見て少なくともオス部12の収縮部23及びメス部13の谷底部31の範囲を覆っている。
図3に示す例では、溶接部14が、オス部12の収縮部23、膨張部22、頸部21、メス部13の谷底部31及び挟持部32,33の先端32D,33Dを覆っている。また、溶接部14は、規制リング10の外周面10Aから見て円形状を有している。
【0028】
図4は、
図3中のF4−F4線に沿う断面図である。
図4に示すように、溶接部14は、規制リング10の外周面10Aから板厚方向Zに溶け込んでオス部12の収縮部23及びメス部13の谷底部31を一体化している。厚肉部15,16とは異なる部位における規制リング10の板厚をZtとする。溶接部14の高さZhは、規制リング10の板厚Ztの例えば1/2以下である。
【0029】
規制リング10の内周面10Bには、トーション部2の塗膜5よりも硬い凹凸パターン18が形成されており、凹凸パターン18が塗膜5と噛み合っている。凹凸パターン18は、例えばローレット加工によって形成できる。規制リング10が結合した結合部位2Bの塗膜5を、目玉部3E,4Eの塗膜5よりも厚膜に形成してもよい。塗膜5は、例えば粉体焼付塗装により形成できる。塗膜5の膜厚は、例えば塗装時間や塗装回数によって調整できる。
【0030】
規制リング10は、例えばアルミやアルミ合金等の金属材料から形成され、トーション部2に後付けされる。トーション部2に結合される前の状態の規制リング10は、C字状に湾曲した帯状に形成されている。この状態の規制リング10は、
図4に示す一対の挟持部32,33の間隔OPが一定であり、先端32D,33Dが隘路になっていない。
【0031】
本実施形態のスタビライザ1を製造する製造方法は、準備工程と、かしめ工程と、溶接工程と、を備えている。準備工程では、規制リング10の本体11をトーション部2に巻き付けるように配置する。かしめ工程では、メス部13をオス部12に押し付けて、メス部13の挟持部32,33をオス部12の膨張部22に倣う形状に塑性変形させる。
【0032】
メス部13をオス部12に押し付けると、一対の挟持部32,33が、案内部24,25の傾斜面に案内されて頸部21に向かって変形する。やがて、一対の挟持部32,33が、膨張部22に倣う形状に形成され、メス部13がオス部12に係止する。溶接工程では、オス部12及びメス部13を溶接して、
図2及び
図3に示す溶接部14を形成する。
【0033】
このとき、収縮部23と谷底部31との間には、
図3に示すように、スプリングバックによって僅かな隙間が生じることがある。つまり、かしめ工程で形成された規制リング10では、収縮部23と谷底部31とが切断されており、収縮部23が規制リング10の結合力に寄与していない。
【0034】
しかるに、本実施形態に係る製造方法は、かしめ工程の後に溶接工程を含んでいる。溶接工程では、
図3及び
図4に示すように、収縮部23と谷底部31とを一体化した溶接部14を形成する。溶接工程を経た規制リング10は、膨張部22と一対の挟持部32,33との係合に加えて、さらに収縮部23と谷底部31との係合を有している。
【0035】
以下、溶接工程において種々の形状の溶接部14を形成した第1乃至第7実施例並びに第1及び第2比較例について、
図5乃至
図13を参照して説明する。第1乃至第7実施例並びに第1及び第2比較例はすべて、幅が14mm、板厚Ztが4.2mmの規制リング10に直径5mmの収縮部23を形成した点が共通している。
図5乃至
図8中に右上がり斜線で示した範囲は厚肉部15に相当し、板厚Ztよりも0.5mm以上厚肉に形成されている。
【0036】
第1実施例は、
図5に示すように、直径10mm、高さZhが2mmの溶接部14をオス部12の中央に形成した。溶接部14の中心14Xは厚肉部15に重なっている。
第2実施例は、
図6に示すように、直径10mm、高さZhが2mmの溶接部14を第1実施例と比べて幅方向にずらして形成した。溶接部14の中心14Xは厚肉部15に重なっている。
第3実施例は、
図7に示すように、直径10mm、高さZhが2mmの溶接部14を第1実施例と比べてオス部12の収縮部23側にずらして形成した。溶接部14の中心14Xは厚肉部15の範囲から外れている。
第4実施例は、
図8に示すように、直径10mm、高さZhが2mmの溶接部14を第1実施例と比べてオス部12の膨張部22側にずらして形成した。溶接部14の中心14Xは厚肉部15の範囲から外れている。
【0037】
第5実施例は、
図9に示すように、直径8mm、高さZhが2mmの溶接部14を形成した。溶接部14の高さZhは規制リング10の板厚Ztの1/2以下である。
第6実施例は、
図10に示すように、直径8mm、高さZhが2mmの溶接部14を第5実施例と比べて幅方向にずらして形成した。溶接部14の高さZhは規制リング10の板厚Ztの1/2以下である。
第7実施例は、
図11に示すように、直径7mm、高さZhが3mmの溶接部14を形成した。溶接部14の高さZhは規制リング10の板厚Ztの1/2を超えている。
第1比較例は、
図12に示すように、直径5mmの溶接部14を形成した。
第2比較例は、溶接部14を形成しなかった。
【0038】
図13は、第1乃至第7実施例並びに第1及び第2比較例について測定した規制リング10の結合力を示す図である。規制リング10が結合した結合部位2B及びその近傍を試験片として切り出し、ブッシュBと同様の形状の治具を規制リング10に押し当てて、規制リング10が破断した際の荷重を測定している。
【0039】
図13に示すように、結合部位2Bにおける塗膜5の膜厚が大きくなるほど、規制リング10の結合力は大きくなった。同じ膜厚で比べると、第1実施例>第2実施例>第3実施例>第4実施例>第5実施例>第6実施例>第7実施例>第1比較例>第2比較例の順に、規制リング10の結合力は大きくなった。
【0040】
溶接部14の中心14Xが厚肉部15の範囲に重なっていた測定結果(第1及び第2実施例)と、溶接部14の中心14Xが厚肉部15の範囲から外れていた測定結果(第3及び第4実施例)とを比べると、溶接部14の中心14Xが厚肉部15の範囲から外れた規制リング10で結合力が下がる傾向があった。
【0041】
さらに、溶接部14の中心14Xが厚肉部15の範囲から外れていた第3及び第4実施例を比べると、厚肉部15から収縮部23側にずらした第3実施例は、第1及び第2実施例とほとんど差異がなかった。一方で、厚肉部15から膨張部22側にずらした第4実施例は、第1乃至第3実施例よりも結合力が大きく下がっていた。収縮部23を覆う溶接部14が結合力に大きく寄与していることが分かる。
【0042】
また、溶接部14の高さZhが規制リング10の板厚Ztの1/2以下であった測定結果(第5及び第6実施例)と、溶接部14の高さZhが規制リング10の板厚Ztの1/2を超えた測定結果(第7実施例)とを比べると、溶接部14の高さZhが規制リング10の板厚Ztの1/2を超えた規制リング10で結合力が下がる傾向があった。
【0043】
図14は、溶接部14の裏側で測定した溶接工程におけるトーション部2の表面温度の一例を示す図である。
図14に示すように、溶接工程においてトーション部2及び規制リング10の温度が瞬間的に上昇する。その後、冷却された規制リング10は、収縮して結合部位2Bの塗膜5と噛み合う。
【0044】
また、オス部12及びメス部13の内、溶接によって一体化されていない部位において、冷却された規制リング10の収縮により、オス部12とメス部13とが互いにさらに強固に係止される。トーション部2の表面温度は、例えば80℃以下であり、トーション部2のばね鋼の焼戻し温度や塗膜5の焼き付け温度と比べてはるかに低温である。
【0045】
以上のように構成された本実施形態のスタビライザ1は、これまで結合力に寄与していなかった収縮部23及び谷底部31を溶接部14によって一体化している。本実施形態によれば、膨張部22と一対の挟持部32,33との係合に加えて、さらに収縮部23と谷底部31との係合を規制リング10の結合力に寄与するように構成できる。
【0046】
その結果、規制リング10が大きな分力荷重に耐えられるようになり、トーション部2の軸方向Xの位置ずれをより確実に防止できる。また、これまで規制リング10を適用できなかった剛性の大きなスタビライザ1にも規制リング10を適用できるようになり、より広範な車種においてトーション部2の軸方向Xの位置ずれを防止できる。
【0047】
仮に、トーション部2の軸方向Xの移動を阻止する目的で、トーション部2をブッシュBに完全に固定すると、トーション部2が回転運動できなくなってスタビライザ1のばね特性が変化してしまう。
仮に、スラスト荷重を加えてトーション部2それ自体が局部的に太径になるように塑性変形させると、規制リング10を後付けする場合と比べて、工数が大幅に増えてコストが増加する。車種によって規制リング10の有無や寸法を柔軟に変更することもできなくなる。
これに対し、本実施形態であれば、規制リング10の優れた長所を活かしつつ、トーション部2に対する規制リング10の結合力を向上させることができる。
【0048】
溶接部14の高さZhは、板厚Ztの1/2以下が好適である。溶接部14の高さZhが板厚Ztの1/2以下であれば、溶接部14が十分な深さZdまで板厚方向Zに溶け込んでいるため、収縮部23と谷底部31とを強固に一体化できる。また、溶接部14の高さZhを、板厚Ztの1/2以下とすることで、規制リング10と他の部品との干渉を防ぐことができる。さらに、溶接部14の高さZhを指標とするため、溶接部14の溶け込み量を管理することが容易になり、溶接時の過度の入熱によって、スタビライザ1の塗膜に悪影響が生じることを効果的に防止できる。
【0049】
本実施形態は、オス部12及びメス部13を横断する帯状の厚肉部15を有している。厚肉部15に重なるように溶接部14の中心14Xを配置すれば、厚肉部15を起点に広がる溶接部14でオス部12すべてを覆うように溶接部14を形成できる。収縮部23及び谷底部31に加え、さらにオス部12とメス部13との境界すべてを覆う溶接部14を形成できるため、規制リング10を強固に結合できる。
【0050】
本実施形態は、溶接部14が排除された囲繞部17を有している。囲繞部17は、オス部12及びメス部13に跨って形成され、オス部12及びメス部13において側面10Cが面一になるように形成されている。本実施形態によれば、ブッシュBに側面10Cが当接するとき、オス部12及びメス部13に過大な荷重が集中しないように側面10Cを平坦に構成できる。また、囲繞部17を有することにより、溶接時の入熱による影響を緩和でき、規制リング10において溶接部14以外の組織変化を防止できる。
【0051】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。