塑性加工品、塑性加工品の製造方法、トーションビーム、トーションビームＡｓｓｙ、トーションビーム式サスペンション装置、トーションビームの製造方法
【課題】筒状部を有する材料に筒状部の外方から内方に向かう変位が成形された塑性加工品に関して、筒状部の周方向に作用する捻り力等の外力に対する疲労強度が向上可能な塑性加工品、この塑性加工品の製造方法、この塑性加工品の製造方法を応用して製造したトーションビーム、トーションビームＡｓｓｙ、トーションビーム式サスペンション装置、及びトーションビームの製造方法を提供すること。
【解決手段】サスペンション装置において左右のアームを連結するトーションビームの製造方法であって、素材管の長手方向に外方から内方に向かう変位を与えて前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状とし、前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面に周方向の引張応力を付与して、前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状を構成する材料の厚さ方向に分布する周方向の応力を均一に近づけ、スプリングバック後の残留応力が低減することを特徴とする。
【解決手段】サスペンション装置において左右のアームを連結するトーションビームの製造方法であって、素材管の長手方向に外方から内方に向かう変位を与えて前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状とし、前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面に周方向の引張応力を付与して、前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状を構成する材料の厚さ方向に分布する周方向の応力を均一に近づけ、スプリングバック後の残留応力が低減することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、疲労を抑制することが可能な塑性加工品、塑性加工品の製造方法、トーションビーム、トーションビームＡｓｓｙ、トーションビーム式サスペンション装置、トーションビームの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、プラント等の構成部材から自動車用部品まで、筒状部を有する材料の該筒状部に外方から内方に向かって変位する成形を施すことが、種々の産業分野で広く用いられている。
例えば、自動車用のトーションビーム式サスペンション装置は、トーションビームと、左右の車輪を支持する左右一対のアームと、スプリング受部と、スプリングと、アブソーバとを備えており、左右のアームはトーションビームにより連結され、トーションビームは車体の左右側から中央に伸びるピボット軸を介して車体と揺動可能に接続されている。
【０００３】
トーションビームは、左右のトレーリングアームと接続される接合部と、トーションビームの長手方向と直交する閉断面が略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面とされ路面から車体が受ける外力を主に捻れ剛性により車体のロール剛性を確保するトーション部とを備え、例えば、パイプをその軸線方向に沿って塑性加工することにより成形されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
しかしながら、トーションビーム式サスペンション装置のトーションビームは、充分なロール剛性を備えていても、路面からの外力によって、車輪、アームを介して複雑な応力分布が発生して、車両の使用状況によりトーションビームの疲労が進展し易くなる場合があり、トーションビームに発生する疲労亀裂を抑制することに対する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−６３５号公報
【特許文献２】特開２００７−７６４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、トーションビームが、上述のように路面から受ける外力によって疲労が進展し易くなることは、筒状部を有する鋼材に成形を施した場合に共通している。そこで、発明者らは、筒状部を有する鋼材の該筒状部に外方から内方に向かう変位を成形し、この成形部における疲労を鋭意研究した結果、例えば、圧縮応力が減少して引張応力が増加した場合でも、成形部の厚さ方向に分布する周方向の応力（圧縮応力、引張応力）分布を均一に近づけて引張応力の平均値を低くすることにより、疲労の進展が抑制されて疲労強度が向上するとの知見を得た。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、筒状部を有する材料に筒状部の外方から内方に向かう変位が成形された塑性加工品に関して、筒状部の周方向に作用する捻り力等の外力に対する疲労強度が向上可能な塑性加工品、この塑性加工品の製造方法、この塑性加工品の製造方法を応用して製造したトーションビーム、トーションビームＡｓｓｙ、トーションビーム式サスペンション装置、及びトーションビームの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に記載の発明は、金属材料、又は金属と樹脂とからなる複合材料により構成されて筒状部を有する材料に前記筒状部の外方から内方に向かう変位を与えて成形部とした塑性加工品の製造方法であって、前記筒状部を外方から内方に向かって変位する成形部を成形し、前記成形部に、前記成形部が構成する閉断面に周方向の引張応力を付与して、前記成形部の厚さ方向に分布する周方向の応力を均一に近づけ、スプリングバック後の残留応力を低減することを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、塑性加工品であって、請求項１〜４に記載の塑性加工品の製造方法を用いて製造したことを特徴とする。
【００１０】
この発明に係る塑性加工品、塑性加工品の製造方法によれば、筒状部の外方から内方に向かう変位を与えて成形部とする場合に、筒状部に成形部を成形しながら、又は成形した後に、成形部が構成する閉断面に周方向（閉断面を構成する肉が延在する方向）の引張応力を付与するので、筒状部の厚さ方向に分布する周方向の応力（圧縮応力、引張応力）を均一に近づけることができる。その結果、スプリングバック後に対象部位における引張応力の最大値又は平均値を低くすることができ、圧縮応力が減少して引張応力が増加した場合でも、疲労亀裂の発生が抑制されて疲労強度を向上することができる。
【００１１】
ここで、筒状部を外方から内方に向かって変位する成形部とは、筒状部に外方から内方に窪む凹部が形成されることにより、材料（例えば、素材管等）の厚さ方向に圧縮応力と引張応力を伴う変位が形成されることをいい、外方から内方への押圧によるプレス成形、ハイドロフォーム成形、押圧部材による成形の他、周方向の座屈等により成形させてもよい。また、閉断面の周方向における外方から内方への変位に加えて、長手方向において外方から内方に変位していてもよい。
【００１２】
また、成形部が構成する閉断面における周方向の引張応力の付与とは、成形部の厚さ方向に分布する周方向の応力を均一に近づけるのみでもよく、引張応力により変位が形成されることが好適であり、形成された変位がスプリングバック後に復元することがさらに好適である。
また、成形部が構成する閉断面における周方向の引張応力の付与は、閉断面の周方向に引張力を付与して行なう場合のほか、閉断面の側部に外力（圧力を含む）を付与し、又は対象部位近傍にルータ等により変位を与えて引張応力を形成してもよい。さらに、軸方向に圧縮応力を加えることによって、周方向に引張応力を形成してもよい。
【００１３】
また、この明細書において、金属材料、又は金属と樹脂とからなる複合材料により構成される材料とは、鉄鋼、アルミニウム等の金属（純金属、合金を含む）、これら金属と樹脂から構成される複合材料をいい、弾塑性変形が生じるものをいう。
複合材料の形態としては、複合材料の広がる方向に沿って、樹脂と金属が層状に配置されたクラッド構造、樹脂と金属繊維が配置されたもの、金属に樹脂板（クラッド）、樹脂繊維が配置されたもの、及び複合材料の広がる方向と交差（例えば、直交）する方向に沿って、樹脂材料と金属板が層状に配置されたもの、金属繊維が配置されたもの、金属内に樹脂板、樹脂繊維が配置されたもの、樹脂材料内に金属粒子が分散されたもの、金属内に樹脂が分散されたものを含むものとする。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項1に記載の塑性加工品の製造方法であって、前記成形部に対する前記周方向の応力は、前記成形部の対象部位の外方に隙間を設けて前記成形部により構成される閉断面の内方を加圧することを特徴とする。
【００１５】
この発明に係る塑性加工品の製造方法によれば、成形部の外方に隙間を設けて、成形部により構成される閉断面の内方をハイドロフォームの液圧などにより加圧するので、厚さ方向に分布する周方向の応力を効率的に均一に近づけることができる。また、対象部位の外方に隙間を設けることにより、加圧によって対象部位の近傍のみが選択的に加工され、周方向の応力分布が大きい箇所のみ、厚さ方向に分布する周方向の応力を選択的に均一に近付けることができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項1に記載の塑性加工品の製造方法であって、前記成形部に対する前記周方向の応力は、前記成形部により構成される閉断面の内方を加圧しながら、前記筒状部の端部から材料を軸押しすることによって与えられることを特徴とする。
【００１７】
この発明に係る塑性加工品の製造方法によれば、材料の軸押しによって周方向に引張応力が形成されるので、厚さ方向に分布する周方向の応力を効率的に均一に近づけることができる。また、材料を軸押しすることにより、周方向に材料を伸延せずに引張応力を付与することができ、材料の肉厚の減少を伴わずに、厚さ方向に分布する周方向の応力を均一に近付けることができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項1に記載の塑性加工品の製造方法であって、前記成形部に対する前記周方向の応力は、前記成形部の対象部位の外方に隙間を設けて、前記成形部により構成される閉断面の内方を加圧しながら、前記筒状部の端部から材料を軸押しすることによって与えられることを特徴とする。
【００１９】
この発明に係る塑性加工品の製造方法によれば、成形部の外方に隙間を設けて、成形部により構成される閉断面の内方を液圧などにより加圧するので、厚さ方向に分布する周方向の応力を効率的に均一に近づけることができる。また、対象部位の外方に隙間を設けることにより、加圧によって対象部位の近傍のみが選択的に加工され、周方向の応力分布が大きい箇所のみ、厚さ方向に分布する周方向の応力を選択的に均一に近付けることができる。さらに、対象部位の外方に材料が塑性加工されて周方向に材料が伸延するが、材料を軸押しすることにより、材料の肉厚の減少を伴わずに、厚さ方向に分布する周方向の応力を均一に近づけることができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、サスペンション装置において左右のアームを連結し、車体の幅方向と直交する断面において、前記車体の前後方向における前端及び後端間が上下方向のいずれかに突出する略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面とされたトーションビームの製造方法であって、素材管の長手方向の少なくとも一部に前記素材管の外方から内方に向かう変位を与えて前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面を成形し、前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面に周方向の引張応力を付与して、前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状を構成する材料の厚さ方向に分布する周方向の応力を均一に近づけることを特徴とする。
【００２１】
請求項１０に記載の発明は、トーションビームであって、請求項６〜９に記載のトーションビームの製造方法を用いて製造したことを特徴とする。
【００２２】
請求項１１に記載の発明は、トーションビームＡｓｓｙであって、請求項１０に記載のトーションビームを備えることを特徴とする。
【００２３】
請求項１２に記載の発明は、トーションビーム式サスペンション装置であって、請求項１１に記載のトーションビームを備えることを特徴とする。
【００２４】
この発明に係るトーションビームの製造方法、トーションビーム、トーションビームＡｓｓｙ、トーションビーム式サスペンション装置によれば、トーションビームに略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面を成形した後に、閉断面に周方向の引張応力を付与するので、材料の厚さ方向に分布する周方向の応力を均一に近づけることができる。
その結果、スプリングバック後に圧縮応力が減少して引張応力が増加した場合でも、対象部位における引張応力の平均値を低くなって疲労亀裂の発生が抑制され、ひいては所望のサスペンション性能を確保しつつトーションビームの疲労強度を向上することができる。
【００２５】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のトーションビームの製造方法であって、前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面における周方向の引張応力を付与するために、疲労強度向上の対象とされる前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面の外方に隙間を設けて、前記閉断面の内方を加圧することを特徴とする。
【００２６】
この発明に係るトーションビームの製造方法によれば、疲労強度向上の対象とされる閉断面の外方に隙間を設けて、閉断面の内方をハイドロフォームの液圧などにより加圧して閉断面内方から外方に向かう均一な力により略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面の周方向に引張応力を付与するので、厚さ方向に分布する周方向の応力を効率的に均一に近づけることができる。また、対象部位の外方に隙間を設けることにより、加圧により対象部位の近傍のみが選択的に加工され、周方向の応力分布が大きい箇所のみ、厚さ方向に分布する周方向の応力を選択的に均一に近付けることができる。
【００２７】
請求項８に記載の発明は、請求項６に記載のトーションビームの製造方法であって、前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面における周方向の引張応力を付与するために、疲労強度向上の対象とされる前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面の内方を加圧しながら、前記素材管の端部から材料を軸押しすることを特徴とする。
【００２８】
この発明に係るトーションビームの製造方法によれば、材料の軸押しによって周方向に引張応力が形成されるので、厚さ方向に分布する周方向の応力を効率的に均一に近づけることができる。また、材料を軸押しすることにより、周方向に材料を伸長せずに引張応力を付与することができ、材料の肉厚の減少を伴わずに、厚さ方向に分布する周方向の応力を均一に近付けることができる。
【００２９】
請求項９に記載の発明は、請求項６に記載のトーションビームの製造方法であって、前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面における周方向の引張応力を付与するために、疲労強度向上の対象とされる前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面の外方に隙間を設けて、前記成形部により構成される閉断面の内方を加圧しながら、前記素材管の端部から材料を軸押しすることを特徴とする。
【００３０】
この発明に係るトーションビームの製造方法によれば、疲労強度向上の対象とされる閉断面の外方に隙間を設けて、閉断面の内方をハイドロフォームの液圧などにより加圧して閉断面内方から外方に向かう均一な力により略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面の周方向に引張応力を付与するので、厚さ方向に分布する周方向の応力を効率的に均一に近づけることができる。また、対象部位の外方に隙間を設けることにより、加圧により対象部位の近傍のみが選択的に加工され、周方向の応力分布が大きい箇所のみ、厚さ方向に分布する周方向の応力を選択的に均一に近付けることができる。さらに、対象部位の外方に材料が塑性加工されて周方向に材料が伸長するが、材料を軸押しすることにより、材料の肉厚の減少を伴わずに、厚さ方向に分布する周方向の応力を均一に近づけることができる。
【発明の効果】
【００３１】
この発明に係る塑性加工品、塑性加工品の製造方法によれば、成形部の厚さ方向に分布する周方向の応力（圧縮応力、引張応力）を均一に近づけることができる。その結果、スプリングバック後に対象部位における引張応力の最大値又は平均値を低くすることができ、圧縮応力が減少して引張応力が増加した場合でも、疲労亀裂の発生が抑制されて疲労強度を向上することができる。
また、この発明に係るトーションビーム、トーションビームＡｓｓｙ、トーションビーム式サスペンション装置、トーションビームの製造方法によれば、トーションビームの疲労強度を向上することができ、ひいてはトーションビームＡｓｓｙ、トーションビーム式サスペンション装置の耐久性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るトーションビーム式リアサスペンション装置の概略を示す斜視図である。
【図２】第１の実施形態に係るトーションビームＡｓｓｙの概略を示す斜視図である。
【図３】第１の実施形態に係るトーションビームＡｓｓｙの概略を示す上面図である。
【図４】第１の実施形態に係るトーションビームＡｓｓｙの概略を示す下面図である。
【図５】第１の実施形態に係るトーションビームの概略断面を示す図であり、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、図２の矢視Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄと対応する閉断面を示している。
【図６】第１の実施形態に係るトーションビームの閉断面の詳細を示す図である。
【図７】第１の実施形態に係るトーションビームの製造工程の概略を説明するブロック図である。
【図８】第１の実施形態に係るトーションビームの製造工程の概略を説明する図である。
【図９】第１の実施形態に係るトーションビームの作用を説明する図である。
【図１０】第１の実施形態に係るトーションビームの作用の変形例を説明する図である。
【図１１】第２の実施形態に係る塑性加工品を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図１から図１０を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るトーションビーム式リアサスペンション装置（トーションビーム式サスペンション装置）の概略を示す図であり、符号１はトーションビーム式リアサスペンション装置を、符号１０はトーションビームＡｓｓｙを、符号１２はトーションビームを示している。なお、図に示した符号Ｆは車両の前方を、符号Ｒは後方を示している。
【００３４】
トーションビーム式リアサスペンション装置１は、図１に示すように、トーションビームＡｓｓｙ１０と、トーションビームＡｓｓｙ１０と車体とを連結するスプリング２０と、アブソーバと３０とを備え、トーションビームＡｓｓｙ１０は車体の左右側から少し前側中央に伸びるピボット軸ＪＬ、ＪＲを介して車体と接続され、車体に対して左右の車輪ＷＬ、ＷＲが揺動可能とされている。なお、ピボット軸ＪＬ、ＪＲの向きは、車体の前後方向と直交する構成であってもよい。
【００３５】
トーションビームＡｓｓｙ１０は、図１、図２に示すように、左右の車輪ＷＬ、ＷＲを回転自在に支持する左右一対のトレーリングアーム（アーム）１１Ｌ、１１Ｒと、トレーリングアーム１１Ｌとトレーリングアーム１１Ｒとを連結するトーションビーム１２と、スプリング２０を支持する左右一対のスプリング受部１６Ｌ、１６Ｒとを備えている。
また、トーションビーム１２を挟んでピボット軸ＪＬ、ＪＲの反対側には、スプリング２０の一端側を支持するスプリング受部１６Ｌ、１６Ｒが形成されている。また、緩衝装置であるアブソーバの一端側が、図示しない緩衝受部に接続されるようになっている。
【００３６】
第１の実施形態では、トーションビーム１２は、図３、図４、図５に示すように上方を頂部とする略Ｖ字状（一部略Ｕ字状）とされており、例えば、パイプをその軸線方向に沿って、例えば、プレス成形により塑性加工して形成されている。
【００３７】
また、トーションビーム１２は、略Ｖ字状とされたトーション部１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃと、トレーリングアーム１１Ｌ、１１Ｒと接続される接続部１２Ｄとを備え、トーション部１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃは、トーションビーム１２の長手方向と直交する断面が車両前後方向に対称なトーション部１２Ａから接合部１２Ｄに向かい漸次変位する構成とされている。なお、図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、図２の矢視Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄと対応する閉断面を示している。
【００３８】
図６は、トーション部に含まれる閉断面の一例として、閉断面１２Ｂ（以下、トーション部１２Ｂという）の詳細を説明する図である。
トーション部１２Ｂは、図６に示すように、略Ｖ字状の突出（上側）外面１３Ａをなす第１壁部１４と、くぼみ（下側）外面１３Ｂをなす第２壁部１５により囲まれた略Ｖ字状（又は略Ｕ字状）の閉断面とされており、第１壁部１４には頂部１４Ｔが形成され、第２壁部１５には頂部１５Ｔが形成されている。ここで、頂部は、第１壁部１４、第２壁部１５の屈曲部により構成されている。また、トーションビーム１２の外壁部１４と内壁部１５とは、Ｕ字状の折返形状部１２Ｋにより接続されている。
【００３９】
接続部１２Ｄは、トーションビーム１２をトレーリングアーム１１Ｌ、１１Ｒと接続する部位であり、図５（Ｄ）に示すように、トレーリングアーム１１Ｌ、１１Ｒの形状と接続可能な閉断面とされている。
【００４０】
次に、図７、図８を参照して、第１の実施形態に係るトーションビーム１２の製造方法について説明する。
図７は、トーションビーム１２の製造方法の概略を示すブロック図である。
（１）まず、鋼管Ｗ０をプレス加工して、トーションビーム１２の中間成形品（以下、トーションビームの中間成形品１２Ｌという）を構成する略Ｖ字状（又は略Ｕ字状）のトーション部１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃと、接続部１２Ｄを成形する（Ｓ１）。
トーションビーム１２を成形する際のプレス加工の工程数は、任意に設定することができる。
（２）次に、プレス加工により形成された略Ｖ字状（又は略Ｕ字状）の疲労強度向上対象部位の外方に隙間を設ける（Ｓ２）。
前記Ｓ１のプレス加工に用いる金型に、あらかじめ外方に隙間を設けることにより、Ｓ１とＳ２の工程を同一としてもよい。
（３）次いで、トーションビームの中間成形品１２Ｌの両端開口部を液密に密封して内方をハイドロフォームの液圧により加圧する。（Ｓ３）その結果、対象部位の閉断面における周方向の引張応力が付与され、対象部位の厚さ方向に分布する周方向応力が均一に近づき、スプリングバック後の周方向応力の平均値または最大値が低減する。
【００４１】
図８は、トーションビーム１２の製造方法の概略を示す図であり、図８（Ａ）、（Ｂ）は図７のＳ１と、図８（Ｃ）は、図７のＳ２、Ｓ３と対応している。
（１）図８（Ａ）に示すように、鋼管Ｗ０をプレス金型ＰＡの下型Ｐ１と上型Ｐ２の間に配置し、下型Ｐ１と上型Ｐ２を相対移動させて型締し、上型Ｐ２の中子Ｐ３を前進させて鋼管Ｗ０をプレス成形する。
（２）図８（Ｂ）は、プレス成形の最終工程においてプレス金型ＰＢにおいて、トーションビームの中間成形品１２Ｌが成形された状態を示している。プレス成形の回数は、１回でも複数回でもよい。
（３）次に、図８（Ｃ）に示すように、トーションビームの中間成形品１２Ｌを、Ｕ字状の折返形状部１２Ｋの外方に金型の間に隙間Ｔが設けられた型Ｐ４、Ｐ５内に配置して、トーションビームの中間成形品１０Ａの内方をハイドロフォームにより加圧することにより対象部位に周方向の引張応力を付与する。
【００４２】
次に、図９を参照して、トーションビーム１２の作用について説明する。
図９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、鋼管Ｗ０をプレス加工してトーションビームの中間成形品１２Ｌを成形した場合の折返形状部１２Ｋの厚さ方向に分布する周方向の応力を示す図である。なお、図中に示す矢印は右向きが引張応力を、左向きが圧縮応力を表している。
【００４３】
図９（Ａ）は、鋼管Ｗ０をプレス加工した後の折返形状部１２Ｋの厚さ方向に分布する周方向の応力を示しており、中立線Ｚを挟んでトーションビームの中間品１２Ａの突出外側に引張応力Ｓ１が、内側に圧縮応力Ｓ２が形成されている。
【００４４】
図９（Ｂ）は、ハイドロフォームによりトーションビーム１２Ａの内方を加圧することで、折返形状部１２Ｋに周方向の引張力Ｒを与え、周方向の引張応力Ｓ３を発生させた状態を示している。
【００４５】
図９（Ｃ）は、折返形状部１２Ｋに周方向の引張応力Ｓ３を与えたことにより、折返形状部１２Ｋの圧縮応力Ｓ２が引張応力Ｓ１１となり、折返形状部１２Ｋが周方向に伸延された状態を示している。
【００４６】
図９（Ｄ）は、ハイドロフォームにより折返形状部１２Ｋに形成された引張応力Ｓ１１及び周方向の伸延が、ハイドロフォームによる加圧を解除することにより矢印ＳＰ方向にスプリングバックするのを示す概略図である。
【００４７】
図９（Ｅ）は、引張応力Ｓ１１及び周方向の伸延がスプリングバックした後の一例を示す概略図であり、例えば、スプリングバック後の厚さ方向に分布する引張応力Ｓ１２がプレス成形時の引張応力Ｓ１よりも小さくなる。また、圧縮応力Ｓ２１、２２が、プレス成形時の圧縮応力Ｓ２より小さくなることがより好適である。ここで、中立線Ｚは折返形状部１２Ｋの外（凹側）に変位していることが好適であり、この変位は引張応力Ｓ３が付与されることにより実現される（図９（Ｃ）〜（Ｅ）参照）。
【００４８】
このように、スプリングバック後の引張応力の平均値、好適には局所的な引張応力の最大値を低減することにより、金属疲労の進展が抑制される。なお、図９（Ｅ）に示すスプリングバック後の厚さ方向の応力分布は一例を示すものであり、例えば、引張応力Ｓ２１がプレス成形時の引張応力Ｓ１よりも小さければ、図９（Ｅ）に示す応力分布に限定されない。
【００４９】
なお、図１０は、トーションビーム１２の作用の変形例を示す図であり、図９（Ｅ）と対応している。図１０が、図９（Ｅ）と異なるのは、ハイドロフォームによる加圧を解除した後に、折返形状部１２Ｋの厚さ方向に引張応力Ｓ３１と一部に圧縮応力Ｓ３２が分布し、中立線Ｚが折返形状部１２Ｋの厚さ方向の内部に位置している点である。
このように、圧縮応力Ｓ３２が一部に残留した場合であっても、スプリングバック後の引張応力の平均値、好適には局所的な引張応力の最大値が材料の降伏点以下とされることにより金属疲労が抑制される。なお、残留する引張応力の平均値又は局所的な引張応力の最大値が降伏点よりも大きい場合であっても、金属疲労を抑制することができる点で有効である。
【００５０】
以上のように、折返形状部１２Ｋが拡管されて、折返形状部１２Ｋにトーションビーム中間品１２Ａの周方向に引張応力を発生させることにより、折返形状部１２Ｋの厚さ方向に分布する応力に均一に近づけることができ、スプリングバック後に、引張応力の平均値、好適には局所的な引張応力の最大値を低減することができる。
【００５１】
第１の実施形態に係るトーションビーム１２によれば、折返形状部１２Ｋの厚さ方向に分布する周方向の応力を均一に近づけて残留させ、スプリングバック後の引張応力を低減することで、金属疲労が抑制されて疲労強度を向上することができ、ひいては、所望のサスペンション性能を確保しつつトーションビームの金属疲労を効果的に低減することができる。
【００５２】
また、外形形状に関する変化は小さいため、トーションビームの形状が設定された後においても、車両部品の空間的な取り合いを気にすることなく疲労強度を向上することができる。
【００５３】
＜実施例＞
次に、本発明を実施例でさらに説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【００５４】
実施例として、第１の実施形態の要領において、表１に示す素材管を用いて、表２に示すような複数の加工条件下でトーションビーム１２を製造し、該トーションビームの折返形状部１２Ｋにおける肉厚減少率と、残留応力の最大値およびと表層部における最大値を調べた。その結果を表２に示すが、本発明例のいずれもが比較例に比べて残留応力の最大値が低減し、疲労強度を向上することができると分かる。また、表層部の最大残留応力も減少し、疲労亀裂の発生を抑制できると分かる。
【００５５】
【表１】
【００５６】
【表２】
【００５７】
次に、図１１を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る、例えば、プラントに使用されて周方向の回動を繰り返す中空の回動軸（塑性加工品）５０を示す図であり、図１１（Ａ）は、回動軸５０の斜視図を、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）におけるＸ−Ｘ断面を、図１１（Ｃ）は図１１（Ａ）におけるＹ−Ｙ断面を示している。
【００５８】
次回動軸５０は、回動軸外周に配置するセンサ（不図示）の頭部を回動軸５０の外周面より内周側に配置するために回動軸５０の内方に膨出する球面の一部からなる取付凹形状部（成形部）５５が形成され、取付凹形状部５５には、回動軸５０の側方から見た場合の中央にセンサの取付孔５６が形成されている。
【００５９】
取付凹形状部５５は、例えば、鋼管に押圧部材を外方から当接して、外方から内方に向かって押圧することにより成形されている。
取付凹形状部５５を成形した後に、回動軸５０の両端開口部を液密に封じし、取付凹形状部５５における対象部位（疲労強度を向上させるべき対象部位）の外方に隙間を設けて外型を配置し、内方をハイドロフォームにより加圧して対象部位を外方に拡管して変位させる。
ハイドロフォームによる加圧を解除して、外方に変位した部位がスプリングバックする。
なお、取付孔５６は、ハイドロフォームによる加圧終了後に、機械加工等により加工する。
【００６０】
第２の実施形態に係る回動軸５０によれば、取付凹形状部５５が構成する閉断面に周方向の引張応力が付与されることにより、対象部位の厚さ方向に分布する周方向の応力を均一に近づけることができ、スプリングバック後の残留応力が低減して疲労強度を向上することができる。また、第２の実施形態によれば、対象部位の厚さ方向に分布する周方向の応力に加えて、鋼管の長手方向における応力についても均一に近づけることができる。
【００６１】
なお、第２の実施形態においては、取付凹形状部５５を押圧部材により成形する場合について説明したが、プレス成形等により成形させてもよいし、内方に膨出する球面の一部からなる取付凹形状部５５に代えて他の形状に成形してもよい。
【００６２】
また、ハイドロフォームにより取付凹形状部５５を拡管することにより付与する場合について説明したが、例えば、閉断面の周方向に直接引張力を加えてもよいしルータ等により変位を与えて引張応力を付与してもよい。
【００６３】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
例えば、上記実施の形態においては、トーションビーム１２の頂部１４Ｔが上方に形成され、閉断面が車両の前後方向において対称とされた場合について説明したが、頂部１４Ｔが下方に形成された構成としてもよい。また、閉断面を略Ｖ字状と略Ｕ字状のいずれとするかは任意に設定可能であり、閉断面が車両の前後方向において非対称に形成されていてもよい。また、引張応力Ｓ３を折返形状部１２Ｋに付与する場合について説明したが、折返形状部１２Ｋ以外の部位に適用してもよいことはいうまでもない。
【００６４】
また、上記実施の形態においては、周方向の引張応力をハイドロフォームにより与える場合について説明したが、閉断面内方から拡管する機械的手段等、ハイドロフォーム以外の閉断面の側部に外力（圧力を含む）を付与する手段、対象部位近傍にルータ等により変位を与えて引張応力を形成してもよい。
【００６５】
また、上記実施の形態においては、トーションビーム式サスペンション装置がトーションビーム式リアサスペンション装置１である場合について説明したが、例えば、リーディングアーム式サスペンション装置に適用してもよい。
【００６６】
また、上記第２の実施形態においては、塑性加工品が全長にわたって筒状とされた回動軸５０である場合について説明したが、回動軸に限定されないことはいうまでもなく、鋼材の筒状部が、例えば、テーパを有している場合、鋼材の長さ方向の一部に筒状部が形成されている場合、成形部が長さ方向の一部に形成されている場合、又は成形部が複数形成されている場合に適用できることはいうまでもない。また成形部の位置、大きさは任意に設定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
この発明に係る塑性加工品、塑性加工品の製造方法、トーションビーム、トーションビームＡｓｓｙ、トーションビーム式サスペンション装置、トーションビームの製造方法によれば、疲労強度が向上されるので、産業上利用可能である。
【符号の説明】
【００６８】
Ｗ０ 鋼管
１ トーションビーム式リアサスペンション装置（トーションビーム式サスペンション装置）
１０ トーションビームＡｓｓｙ
１２ トーションビーム
１２Ｋ 折返形状部（対象部位）
５０ 回動軸（塑性加工品）
５５ 取付凹形状部（成形部）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、疲労を抑制することが可能な塑性加工品、塑性加工品の製造方法、トーションビーム、トーションビームＡｓｓｙ、トーションビーム式サスペンション装置、トーションビームの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、プラント等の構成部材から自動車用部品まで、筒状部を有する材料の該筒状部に外方から内方に向かって変位する成形を施すことが、種々の産業分野で広く用いられている。
例えば、自動車用のトーションビーム式サスペンション装置は、トーションビームと、左右の車輪を支持する左右一対のアームと、スプリング受部と、スプリングと、アブソーバとを備えており、左右のアームはトーションビームにより連結され、トーションビームは車体の左右側から中央に伸びるピボット軸を介して車体と揺動可能に接続されている。
【０００３】
トーションビームは、左右のトレーリングアームと接続される接合部と、トーションビームの長手方向と直交する閉断面が略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面とされ路面から車体が受ける外力を主に捻れ剛性により車体のロール剛性を確保するトーション部とを備え、例えば、パイプをその軸線方向に沿って塑性加工することにより成形されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
しかしながら、トーションビーム式サスペンション装置のトーションビームは、充分なロール剛性を備えていても、路面からの外力によって、車輪、アームを介して複雑な応力分布が発生して、車両の使用状況によりトーションビームの疲労が進展し易くなる場合があり、トーションビームに発生する疲労亀裂を抑制することに対する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−６３５号公報
【特許文献２】特開２００７−７６４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、トーションビームが、上述のように路面から受ける外力によって疲労が進展し易くなることは、筒状部を有する鋼材に成形を施した場合に共通している。そこで、発明者らは、筒状部を有する鋼材の該筒状部に外方から内方に向かう変位を成形し、この成形部における疲労を鋭意研究した結果、例えば、圧縮応力が減少して引張応力が増加した場合でも、成形部の厚さ方向に分布する周方向の応力（圧縮応力、引張応力）分布を均一に近づけて引張応力の平均値を低くすることにより、疲労の進展が抑制されて疲労強度が向上するとの知見を得た。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、筒状部を有する材料に筒状部の外方から内方に向かう変位が成形された塑性加工品に関して、筒状部の周方向に作用する捻り力等の外力に対する疲労強度が向上可能な塑性加工品、この塑性加工品の製造方法、この塑性加工品の製造方法を応用して製造したトーションビーム、トーションビームＡｓｓｙ、トーションビーム式サスペンション装置、及びトーションビームの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に記載の発明は、金属材料、又は金属と樹脂とからなる複合材料により構成されて筒状部を有する材料に前記筒状部の外方から内方に向かう変位を与えて成形部とした塑性加工品の製造方法であって、前記筒状部を外方から内方に向かって変位する成形部を成形し、前記成形部に、前記成形部が構成する閉断面に周方向の引張応力を付与して、前記成形部の厚さ方向に分布する周方向の応力を均一に近づけ、スプリングバック後の残留応力を低減することを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、塑性加工品であって、請求項１〜４に記載の塑性加工品の製造方法を用いて製造したことを特徴とする。
【００１０】
この発明に係る塑性加工品、塑性加工品の製造方法によれば、筒状部の外方から内方に向かう変位を与えて成形部とする場合に、筒状部に成形部を成形しながら、又は成形した後に、成形部が構成する閉断面に周方向（閉断面を構成する肉が延在する方向）の引張応力を付与するので、筒状部の厚さ方向に分布する周方向の応力（圧縮応力、引張応力）を均一に近づけることができる。その結果、スプリングバック後に対象部位における引張応力の最大値又は平均値を低くすることができ、圧縮応力が減少して引張応力が増加した場合でも、疲労亀裂の発生が抑制されて疲労強度を向上することができる。
【００１１】
ここで、筒状部を外方から内方に向かって変位する成形部とは、筒状部に外方から内方に窪む凹部が形成されることにより、材料（例えば、素材管等）の厚さ方向に圧縮応力と引張応力を伴う変位が形成されることをいい、外方から内方への押圧によるプレス成形、ハイドロフォーム成形、押圧部材による成形の他、周方向の座屈等により成形させてもよい。また、閉断面の周方向における外方から内方への変位に加えて、長手方向において外方から内方に変位していてもよい。
【００１２】
また、成形部が構成する閉断面における周方向の引張応力の付与とは、成形部の厚さ方向に分布する周方向の応力を均一に近づけるのみでもよく、引張応力により変位が形成されることが好適であり、形成された変位がスプリングバック後に復元することがさらに好適である。
また、成形部が構成する閉断面における周方向の引張応力の付与は、閉断面の周方向に引張力を付与して行なう場合のほか、閉断面の側部に外力（圧力を含む）を付与し、又は対象部位近傍にルータ等により変位を与えて引張応力を形成してもよい。さらに、軸方向に圧縮応力を加えることによって、周方向に引張応力を形成してもよい。
【００１３】
また、この明細書において、金属材料、又は金属と樹脂とからなる複合材料により構成される材料とは、鉄鋼、アルミニウム等の金属（純金属、合金を含む）、これら金属と樹脂から構成される複合材料をいい、弾塑性変形が生じるものをいう。
複合材料の形態としては、複合材料の広がる方向に沿って、樹脂と金属が層状に配置されたクラッド構造、樹脂と金属繊維が配置されたもの、金属に樹脂板（クラッド）、樹脂繊維が配置されたもの、及び複合材料の広がる方向と交差（例えば、直交）する方向に沿って、樹脂材料と金属板が層状に配置されたもの、金属繊維が配置されたもの、金属内に樹脂板、樹脂繊維が配置されたもの、樹脂材料内に金属粒子が分散されたもの、金属内に樹脂が分散されたものを含むものとする。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項1に記載の塑性加工品の製造方法であって、前記成形部に対する前記周方向の応力は、前記成形部の対象部位の外方に隙間を設けて前記成形部により構成される閉断面の内方を加圧することを特徴とする。
【００１５】
この発明に係る塑性加工品の製造方法によれば、成形部の外方に隙間を設けて、成形部により構成される閉断面の内方をハイドロフォームの液圧などにより加圧するので、厚さ方向に分布する周方向の応力を効率的に均一に近づけることができる。また、対象部位の外方に隙間を設けることにより、加圧によって対象部位の近傍のみが選択的に加工され、周方向の応力分布が大きい箇所のみ、厚さ方向に分布する周方向の応力を選択的に均一に近付けることができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項1に記載の塑性加工品の製造方法であって、前記成形部に対する前記周方向の応力は、前記成形部により構成される閉断面の内方を加圧しながら、前記筒状部の端部から材料を軸押しすることによって与えられることを特徴とする。
【００１７】
この発明に係る塑性加工品の製造方法によれば、材料の軸押しによって周方向に引張応力が形成されるので、厚さ方向に分布する周方向の応力を効率的に均一に近づけることができる。また、材料を軸押しすることにより、周方向に材料を伸延せずに引張応力を付与することができ、材料の肉厚の減少を伴わずに、厚さ方向に分布する周方向の応力を均一に近付けることができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項1に記載の塑性加工品の製造方法であって、前記成形部に対する前記周方向の応力は、前記成形部の対象部位の外方に隙間を設けて、前記成形部により構成される閉断面の内方を加圧しながら、前記筒状部の端部から材料を軸押しすることによって与えられることを特徴とする。
【００１９】
この発明に係る塑性加工品の製造方法によれば、成形部の外方に隙間を設けて、成形部により構成される閉断面の内方を液圧などにより加圧するので、厚さ方向に分布する周方向の応力を効率的に均一に近づけることができる。また、対象部位の外方に隙間を設けることにより、加圧によって対象部位の近傍のみが選択的に加工され、周方向の応力分布が大きい箇所のみ、厚さ方向に分布する周方向の応力を選択的に均一に近付けることができる。さらに、対象部位の外方に材料が塑性加工されて周方向に材料が伸延するが、材料を軸押しすることにより、材料の肉厚の減少を伴わずに、厚さ方向に分布する周方向の応力を均一に近づけることができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、サスペンション装置において左右のアームを連結し、車体の幅方向と直交する断面において、前記車体の前後方向における前端及び後端間が上下方向のいずれかに突出する略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面とされたトーションビームの製造方法であって、素材管の長手方向の少なくとも一部に前記素材管の外方から内方に向かう変位を与えて前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面を成形し、前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面に周方向の引張応力を付与して、前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状を構成する材料の厚さ方向に分布する周方向の応力を均一に近づけることを特徴とする。
【００２１】
請求項１０に記載の発明は、トーションビームであって、請求項６〜９に記載のトーションビームの製造方法を用いて製造したことを特徴とする。
【００２２】
請求項１１に記載の発明は、トーションビームＡｓｓｙであって、請求項１０に記載のトーションビームを備えることを特徴とする。
【００２３】
請求項１２に記載の発明は、トーションビーム式サスペンション装置であって、請求項１１に記載のトーションビームを備えることを特徴とする。
【００２４】
この発明に係るトーションビームの製造方法、トーションビーム、トーションビームＡｓｓｙ、トーションビーム式サスペンション装置によれば、トーションビームに略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面を成形した後に、閉断面に周方向の引張応力を付与するので、材料の厚さ方向に分布する周方向の応力を均一に近づけることができる。
その結果、スプリングバック後に圧縮応力が減少して引張応力が増加した場合でも、対象部位における引張応力の平均値を低くなって疲労亀裂の発生が抑制され、ひいては所望のサスペンション性能を確保しつつトーションビームの疲労強度を向上することができる。
【００２５】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のトーションビームの製造方法であって、前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面における周方向の引張応力を付与するために、疲労強度向上の対象とされる前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面の外方に隙間を設けて、前記閉断面の内方を加圧することを特徴とする。
【００２６】
この発明に係るトーションビームの製造方法によれば、疲労強度向上の対象とされる閉断面の外方に隙間を設けて、閉断面の内方をハイドロフォームの液圧などにより加圧して閉断面内方から外方に向かう均一な力により略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面の周方向に引張応力を付与するので、厚さ方向に分布する周方向の応力を効率的に均一に近づけることができる。また、対象部位の外方に隙間を設けることにより、加圧により対象部位の近傍のみが選択的に加工され、周方向の応力分布が大きい箇所のみ、厚さ方向に分布する周方向の応力を選択的に均一に近付けることができる。
【００２７】
請求項８に記載の発明は、請求項６に記載のトーションビームの製造方法であって、前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面における周方向の引張応力を付与するために、疲労強度向上の対象とされる前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面の内方を加圧しながら、前記素材管の端部から材料を軸押しすることを特徴とする。
【００２８】
この発明に係るトーションビームの製造方法によれば、材料の軸押しによって周方向に引張応力が形成されるので、厚さ方向に分布する周方向の応力を効率的に均一に近づけることができる。また、材料を軸押しすることにより、周方向に材料を伸長せずに引張応力を付与することができ、材料の肉厚の減少を伴わずに、厚さ方向に分布する周方向の応力を均一に近付けることができる。
【００２９】
請求項９に記載の発明は、請求項６に記載のトーションビームの製造方法であって、前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面における周方向の引張応力を付与するために、疲労強度向上の対象とされる前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面の外方に隙間を設けて、前記成形部により構成される閉断面の内方を加圧しながら、前記素材管の端部から材料を軸押しすることを特徴とする。
【００３０】
この発明に係るトーションビームの製造方法によれば、疲労強度向上の対象とされる閉断面の外方に隙間を設けて、閉断面の内方をハイドロフォームの液圧などにより加圧して閉断面内方から外方に向かう均一な力により略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面の周方向に引張応力を付与するので、厚さ方向に分布する周方向の応力を効率的に均一に近づけることができる。また、対象部位の外方に隙間を設けることにより、加圧により対象部位の近傍のみが選択的に加工され、周方向の応力分布が大きい箇所のみ、厚さ方向に分布する周方向の応力を選択的に均一に近付けることができる。さらに、対象部位の外方に材料が塑性加工されて周方向に材料が伸長するが、材料を軸押しすることにより、材料の肉厚の減少を伴わずに、厚さ方向に分布する周方向の応力を均一に近づけることができる。
【発明の効果】
【００３１】
この発明に係る塑性加工品、塑性加工品の製造方法によれば、成形部の厚さ方向に分布する周方向の応力（圧縮応力、引張応力）を均一に近づけることができる。その結果、スプリングバック後に対象部位における引張応力の最大値又は平均値を低くすることができ、圧縮応力が減少して引張応力が増加した場合でも、疲労亀裂の発生が抑制されて疲労強度を向上することができる。
また、この発明に係るトーションビーム、トーションビームＡｓｓｙ、トーションビーム式サスペンション装置、トーションビームの製造方法によれば、トーションビームの疲労強度を向上することができ、ひいてはトーションビームＡｓｓｙ、トーションビーム式サスペンション装置の耐久性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るトーションビーム式リアサスペンション装置の概略を示す斜視図である。
【図２】第１の実施形態に係るトーションビームＡｓｓｙの概略を示す斜視図である。
【図３】第１の実施形態に係るトーションビームＡｓｓｙの概略を示す上面図である。
【図４】第１の実施形態に係るトーションビームＡｓｓｙの概略を示す下面図である。
【図５】第１の実施形態に係るトーションビームの概略断面を示す図であり、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、図２の矢視Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄと対応する閉断面を示している。
【図６】第１の実施形態に係るトーションビームの閉断面の詳細を示す図である。
【図７】第１の実施形態に係るトーションビームの製造工程の概略を説明するブロック図である。
【図８】第１の実施形態に係るトーションビームの製造工程の概略を説明する図である。
【図９】第１の実施形態に係るトーションビームの作用を説明する図である。
【図１０】第１の実施形態に係るトーションビームの作用の変形例を説明する図である。
【図１１】第２の実施形態に係る塑性加工品を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図１から図１０を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るトーションビーム式リアサスペンション装置（トーションビーム式サスペンション装置）の概略を示す図であり、符号１はトーションビーム式リアサスペンション装置を、符号１０はトーションビームＡｓｓｙを、符号１２はトーションビームを示している。なお、図に示した符号Ｆは車両の前方を、符号Ｒは後方を示している。
【００３４】
トーションビーム式リアサスペンション装置１は、図１に示すように、トーションビームＡｓｓｙ１０と、トーションビームＡｓｓｙ１０と車体とを連結するスプリング２０と、アブソーバと３０とを備え、トーションビームＡｓｓｙ１０は車体の左右側から少し前側中央に伸びるピボット軸ＪＬ、ＪＲを介して車体と接続され、車体に対して左右の車輪ＷＬ、ＷＲが揺動可能とされている。なお、ピボット軸ＪＬ、ＪＲの向きは、車体の前後方向と直交する構成であってもよい。
【００３５】
トーションビームＡｓｓｙ１０は、図１、図２に示すように、左右の車輪ＷＬ、ＷＲを回転自在に支持する左右一対のトレーリングアーム（アーム）１１Ｌ、１１Ｒと、トレーリングアーム１１Ｌとトレーリングアーム１１Ｒとを連結するトーションビーム１２と、スプリング２０を支持する左右一対のスプリング受部１６Ｌ、１６Ｒとを備えている。
また、トーションビーム１２を挟んでピボット軸ＪＬ、ＪＲの反対側には、スプリング２０の一端側を支持するスプリング受部１６Ｌ、１６Ｒが形成されている。また、緩衝装置であるアブソーバの一端側が、図示しない緩衝受部に接続されるようになっている。
【００３６】
第１の実施形態では、トーションビーム１２は、図３、図４、図５に示すように上方を頂部とする略Ｖ字状（一部略Ｕ字状）とされており、例えば、パイプをその軸線方向に沿って、例えば、プレス成形により塑性加工して形成されている。
【００３７】
また、トーションビーム１２は、略Ｖ字状とされたトーション部１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃと、トレーリングアーム１１Ｌ、１１Ｒと接続される接続部１２Ｄとを備え、トーション部１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃは、トーションビーム１２の長手方向と直交する断面が車両前後方向に対称なトーション部１２Ａから接合部１２Ｄに向かい漸次変位する構成とされている。なお、図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、図２の矢視Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄと対応する閉断面を示している。
【００３８】
図６は、トーション部に含まれる閉断面の一例として、閉断面１２Ｂ（以下、トーション部１２Ｂという）の詳細を説明する図である。
トーション部１２Ｂは、図６に示すように、略Ｖ字状の突出（上側）外面１３Ａをなす第１壁部１４と、くぼみ（下側）外面１３Ｂをなす第２壁部１５により囲まれた略Ｖ字状（又は略Ｕ字状）の閉断面とされており、第１壁部１４には頂部１４Ｔが形成され、第２壁部１５には頂部１５Ｔが形成されている。ここで、頂部は、第１壁部１４、第２壁部１５の屈曲部により構成されている。また、トーションビーム１２の外壁部１４と内壁部１５とは、Ｕ字状の折返形状部１２Ｋにより接続されている。
【００３９】
接続部１２Ｄは、トーションビーム１２をトレーリングアーム１１Ｌ、１１Ｒと接続する部位であり、図５（Ｄ）に示すように、トレーリングアーム１１Ｌ、１１Ｒの形状と接続可能な閉断面とされている。
【００４０】
次に、図７、図８を参照して、第１の実施形態に係るトーションビーム１２の製造方法について説明する。
図７は、トーションビーム１２の製造方法の概略を示すブロック図である。
（１）まず、鋼管Ｗ０をプレス加工して、トーションビーム１２の中間成形品（以下、トーションビームの中間成形品１２Ｌという）を構成する略Ｖ字状（又は略Ｕ字状）のトーション部１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃと、接続部１２Ｄを成形する（Ｓ１）。
トーションビーム１２を成形する際のプレス加工の工程数は、任意に設定することができる。
（２）次に、プレス加工により形成された略Ｖ字状（又は略Ｕ字状）の疲労強度向上対象部位の外方に隙間を設ける（Ｓ２）。
前記Ｓ１のプレス加工に用いる金型に、あらかじめ外方に隙間を設けることにより、Ｓ１とＳ２の工程を同一としてもよい。
（３）次いで、トーションビームの中間成形品１２Ｌの両端開口部を液密に密封して内方をハイドロフォームの液圧により加圧する。（Ｓ３）その結果、対象部位の閉断面における周方向の引張応力が付与され、対象部位の厚さ方向に分布する周方向応力が均一に近づき、スプリングバック後の周方向応力の平均値または最大値が低減する。
【００４１】
図８は、トーションビーム１２の製造方法の概略を示す図であり、図８（Ａ）、（Ｂ）は図７のＳ１と、図８（Ｃ）は、図７のＳ２、Ｓ３と対応している。
（１）図８（Ａ）に示すように、鋼管Ｗ０をプレス金型ＰＡの下型Ｐ１と上型Ｐ２の間に配置し、下型Ｐ１と上型Ｐ２を相対移動させて型締し、上型Ｐ２の中子Ｐ３を前進させて鋼管Ｗ０をプレス成形する。
（２）図８（Ｂ）は、プレス成形の最終工程においてプレス金型ＰＢにおいて、トーションビームの中間成形品１２Ｌが成形された状態を示している。プレス成形の回数は、１回でも複数回でもよい。
（３）次に、図８（Ｃ）に示すように、トーションビームの中間成形品１２Ｌを、Ｕ字状の折返形状部１２Ｋの外方に金型の間に隙間Ｔが設けられた型Ｐ４、Ｐ５内に配置して、トーションビームの中間成形品１０Ａの内方をハイドロフォームにより加圧することにより対象部位に周方向の引張応力を付与する。
【００４２】
次に、図９を参照して、トーションビーム１２の作用について説明する。
図９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、鋼管Ｗ０をプレス加工してトーションビームの中間成形品１２Ｌを成形した場合の折返形状部１２Ｋの厚さ方向に分布する周方向の応力を示す図である。なお、図中に示す矢印は右向きが引張応力を、左向きが圧縮応力を表している。
【００４３】
図９（Ａ）は、鋼管Ｗ０をプレス加工した後の折返形状部１２Ｋの厚さ方向に分布する周方向の応力を示しており、中立線Ｚを挟んでトーションビームの中間品１２Ａの突出外側に引張応力Ｓ１が、内側に圧縮応力Ｓ２が形成されている。
【００４４】
図９（Ｂ）は、ハイドロフォームによりトーションビーム１２Ａの内方を加圧することで、折返形状部１２Ｋに周方向の引張力Ｒを与え、周方向の引張応力Ｓ３を発生させた状態を示している。
【００４５】
図９（Ｃ）は、折返形状部１２Ｋに周方向の引張応力Ｓ３を与えたことにより、折返形状部１２Ｋの圧縮応力Ｓ２が引張応力Ｓ１１となり、折返形状部１２Ｋが周方向に伸延された状態を示している。
【００４６】
図９（Ｄ）は、ハイドロフォームにより折返形状部１２Ｋに形成された引張応力Ｓ１１及び周方向の伸延が、ハイドロフォームによる加圧を解除することにより矢印ＳＰ方向にスプリングバックするのを示す概略図である。
【００４７】
図９（Ｅ）は、引張応力Ｓ１１及び周方向の伸延がスプリングバックした後の一例を示す概略図であり、例えば、スプリングバック後の厚さ方向に分布する引張応力Ｓ１２がプレス成形時の引張応力Ｓ１よりも小さくなる。また、圧縮応力Ｓ２１、２２が、プレス成形時の圧縮応力Ｓ２より小さくなることがより好適である。ここで、中立線Ｚは折返形状部１２Ｋの外（凹側）に変位していることが好適であり、この変位は引張応力Ｓ３が付与されることにより実現される（図９（Ｃ）〜（Ｅ）参照）。
【００４８】
このように、スプリングバック後の引張応力の平均値、好適には局所的な引張応力の最大値を低減することにより、金属疲労の進展が抑制される。なお、図９（Ｅ）に示すスプリングバック後の厚さ方向の応力分布は一例を示すものであり、例えば、引張応力Ｓ２１がプレス成形時の引張応力Ｓ１よりも小さければ、図９（Ｅ）に示す応力分布に限定されない。
【００４９】
なお、図１０は、トーションビーム１２の作用の変形例を示す図であり、図９（Ｅ）と対応している。図１０が、図９（Ｅ）と異なるのは、ハイドロフォームによる加圧を解除した後に、折返形状部１２Ｋの厚さ方向に引張応力Ｓ３１と一部に圧縮応力Ｓ３２が分布し、中立線Ｚが折返形状部１２Ｋの厚さ方向の内部に位置している点である。
このように、圧縮応力Ｓ３２が一部に残留した場合であっても、スプリングバック後の引張応力の平均値、好適には局所的な引張応力の最大値が材料の降伏点以下とされることにより金属疲労が抑制される。なお、残留する引張応力の平均値又は局所的な引張応力の最大値が降伏点よりも大きい場合であっても、金属疲労を抑制することができる点で有効である。
【００５０】
以上のように、折返形状部１２Ｋが拡管されて、折返形状部１２Ｋにトーションビーム中間品１２Ａの周方向に引張応力を発生させることにより、折返形状部１２Ｋの厚さ方向に分布する応力に均一に近づけることができ、スプリングバック後に、引張応力の平均値、好適には局所的な引張応力の最大値を低減することができる。
【００５１】
第１の実施形態に係るトーションビーム１２によれば、折返形状部１２Ｋの厚さ方向に分布する周方向の応力を均一に近づけて残留させ、スプリングバック後の引張応力を低減することで、金属疲労が抑制されて疲労強度を向上することができ、ひいては、所望のサスペンション性能を確保しつつトーションビームの金属疲労を効果的に低減することができる。
【００５２】
また、外形形状に関する変化は小さいため、トーションビームの形状が設定された後においても、車両部品の空間的な取り合いを気にすることなく疲労強度を向上することができる。
【００５３】
＜実施例＞
次に、本発明を実施例でさらに説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【００５４】
実施例として、第１の実施形態の要領において、表１に示す素材管を用いて、表２に示すような複数の加工条件下でトーションビーム１２を製造し、該トーションビームの折返形状部１２Ｋにおける肉厚減少率と、残留応力の最大値およびと表層部における最大値を調べた。その結果を表２に示すが、本発明例のいずれもが比較例に比べて残留応力の最大値が低減し、疲労強度を向上することができると分かる。また、表層部の最大残留応力も減少し、疲労亀裂の発生を抑制できると分かる。
【００５５】
【表１】
【００５６】
【表２】
【００５７】
次に、図１１を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る、例えば、プラントに使用されて周方向の回動を繰り返す中空の回動軸（塑性加工品）５０を示す図であり、図１１（Ａ）は、回動軸５０の斜視図を、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）におけるＸ−Ｘ断面を、図１１（Ｃ）は図１１（Ａ）におけるＹ−Ｙ断面を示している。
【００５８】
次回動軸５０は、回動軸外周に配置するセンサ（不図示）の頭部を回動軸５０の外周面より内周側に配置するために回動軸５０の内方に膨出する球面の一部からなる取付凹形状部（成形部）５５が形成され、取付凹形状部５５には、回動軸５０の側方から見た場合の中央にセンサの取付孔５６が形成されている。
【００５９】
取付凹形状部５５は、例えば、鋼管に押圧部材を外方から当接して、外方から内方に向かって押圧することにより成形されている。
取付凹形状部５５を成形した後に、回動軸５０の両端開口部を液密に封じし、取付凹形状部５５における対象部位（疲労強度を向上させるべき対象部位）の外方に隙間を設けて外型を配置し、内方をハイドロフォームにより加圧して対象部位を外方に拡管して変位させる。
ハイドロフォームによる加圧を解除して、外方に変位した部位がスプリングバックする。
なお、取付孔５６は、ハイドロフォームによる加圧終了後に、機械加工等により加工する。
【００６０】
第２の実施形態に係る回動軸５０によれば、取付凹形状部５５が構成する閉断面に周方向の引張応力が付与されることにより、対象部位の厚さ方向に分布する周方向の応力を均一に近づけることができ、スプリングバック後の残留応力が低減して疲労強度を向上することができる。また、第２の実施形態によれば、対象部位の厚さ方向に分布する周方向の応力に加えて、鋼管の長手方向における応力についても均一に近づけることができる。
【００６１】
なお、第２の実施形態においては、取付凹形状部５５を押圧部材により成形する場合について説明したが、プレス成形等により成形させてもよいし、内方に膨出する球面の一部からなる取付凹形状部５５に代えて他の形状に成形してもよい。
【００６２】
また、ハイドロフォームにより取付凹形状部５５を拡管することにより付与する場合について説明したが、例えば、閉断面の周方向に直接引張力を加えてもよいしルータ等により変位を与えて引張応力を付与してもよい。
【００６３】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
例えば、上記実施の形態においては、トーションビーム１２の頂部１４Ｔが上方に形成され、閉断面が車両の前後方向において対称とされた場合について説明したが、頂部１４Ｔが下方に形成された構成としてもよい。また、閉断面を略Ｖ字状と略Ｕ字状のいずれとするかは任意に設定可能であり、閉断面が車両の前後方向において非対称に形成されていてもよい。また、引張応力Ｓ３を折返形状部１２Ｋに付与する場合について説明したが、折返形状部１２Ｋ以外の部位に適用してもよいことはいうまでもない。
【００６４】
また、上記実施の形態においては、周方向の引張応力をハイドロフォームにより与える場合について説明したが、閉断面内方から拡管する機械的手段等、ハイドロフォーム以外の閉断面の側部に外力（圧力を含む）を付与する手段、対象部位近傍にルータ等により変位を与えて引張応力を形成してもよい。
【００６５】
また、上記実施の形態においては、トーションビーム式サスペンション装置がトーションビーム式リアサスペンション装置１である場合について説明したが、例えば、リーディングアーム式サスペンション装置に適用してもよい。
【００６６】
また、上記第２の実施形態においては、塑性加工品が全長にわたって筒状とされた回動軸５０である場合について説明したが、回動軸に限定されないことはいうまでもなく、鋼材の筒状部が、例えば、テーパを有している場合、鋼材の長さ方向の一部に筒状部が形成されている場合、成形部が長さ方向の一部に形成されている場合、又は成形部が複数形成されている場合に適用できることはいうまでもない。また成形部の位置、大きさは任意に設定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
この発明に係る塑性加工品、塑性加工品の製造方法、トーションビーム、トーションビームＡｓｓｙ、トーションビーム式サスペンション装置、トーションビームの製造方法によれば、疲労強度が向上されるので、産業上利用可能である。
【符号の説明】
【００６８】
Ｗ０ 鋼管
１ トーションビーム式リアサスペンション装置（トーションビーム式サスペンション装置）
１０ トーションビームＡｓｓｙ
１２ トーションビーム
１２Ｋ 折返形状部（対象部位）
５０ 回動軸（塑性加工品）
５５ 取付凹形状部（成形部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料、又は金属と樹脂とからなる複合材料により構成されて筒状部を有する材料に前記筒状部の外方から内方に向かう変位を与えて成形部とした塑性加工品の製造方法であって、
前記筒状部を外方から内方に向かって変位する成形部を成形し、
前記成形部に、前記成形部が構成する閉断面に周方向の引張応力を付与して、前記成形部の厚さ方向に分布する周方向の応力を均一に近づけ、スプリングバック後の残留応力を低減することを特徴とする塑性加工品の製造方法。
【請求項２】
請求項1に記載の塑性加工品の製造方法であって、
前記成形部に対する前記周方向の周方向の引張応力を付与するために、前記成形部の対象部位の外方に隙間を設けて前記成形部により構成される閉断面の内方を加圧することを特徴とする塑性加工品の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の塑性加工品の製造方法であって、
前記成形部に対する前記周方向の引張応力を付与するために、前記成形部により構成される閉断面の内方を加圧しながら、前記成形部の管端部から材料を軸押しすることを特徴とする塑性加工品の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の塑性加工品の製造方法であって、
前記成形部に対する前記周方向の引張応力を付与するために、前記成形部の対象部位の外方に隙間を設けて、前記成形部により構成される閉断面の内方を加圧しながら、前記成形部の管端部から材料を軸押しすることを特徴とする塑性加工品の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４に記載の塑性加工品の製造方法を用いて製造したことを特徴とする塑性加工品。
【請求項６】
サスペンション装置において左右のアームを連結し、車体の幅方向と直交する断面において、前記車体の前後方向における前端及び後端間が上下方向のいずれかに突出する略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面とされたトーションビームの製造方法であって、
素材管の長手方向の少なくとも一部に前記素材管の外方から内方に向かう変位を与えて前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面を成形し、
前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面に周方向の引張応力を付与して、前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状を構成する材料の厚さ方向に分布する周方向の応力を均一に近づけ、スプリングバック後の残留応力を低減することを特徴とするトーションビームの製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載のトーションビームの製造方法であって、
前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面における周方向の引張応力を付与するために、疲労強度向上の対象とされる前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面の外方に隙間を設けて、前記閉断面の内方を加圧することを特徴とするトーションビームの製造方法。
【請求項８】
請求項６に記載のトーションビームの製造方法であって、
前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面における周方向の引張応力を付与するために、前記閉断面の内方を加圧しながら、前記成形部の管端部から材料を軸押しすることを特徴とするトーションビームの製造方法。
【請求項９】
請求項６に記載のトーションビームの製造方法であって、
前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面における周方向の引張応力を付与するために、疲労強度向上の対象とされる前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面の外方に隙間を設けて、前記閉断面の内方を加圧しながら、前記成形部の管端部から材料を軸押しすることを特徴とするトーションビームの製造方法。
【請求項１０】
請求項６〜９に記載のトーションビームの製造方法を用いて製造したことを特徴とするトーションビーム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のトーションビームを備えることを特徴とするトーションビームＡｓｓｙ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のトーションビームＡｓｓｙを備えることを特徴とするトーションビーム式サスペンション装置。
【請求項１】
金属材料、又は金属と樹脂とからなる複合材料により構成されて筒状部を有する材料に前記筒状部の外方から内方に向かう変位を与えて成形部とした塑性加工品の製造方法であって、
前記筒状部を外方から内方に向かって変位する成形部を成形し、
前記成形部に、前記成形部が構成する閉断面に周方向の引張応力を付与して、前記成形部の厚さ方向に分布する周方向の応力を均一に近づけ、スプリングバック後の残留応力を低減することを特徴とする塑性加工品の製造方法。
【請求項２】
請求項1に記載の塑性加工品の製造方法であって、
前記成形部に対する前記周方向の周方向の引張応力を付与するために、前記成形部の対象部位の外方に隙間を設けて前記成形部により構成される閉断面の内方を加圧することを特徴とする塑性加工品の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の塑性加工品の製造方法であって、
前記成形部に対する前記周方向の引張応力を付与するために、前記成形部により構成される閉断面の内方を加圧しながら、前記成形部の管端部から材料を軸押しすることを特徴とする塑性加工品の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の塑性加工品の製造方法であって、
前記成形部に対する前記周方向の引張応力を付与するために、前記成形部の対象部位の外方に隙間を設けて、前記成形部により構成される閉断面の内方を加圧しながら、前記成形部の管端部から材料を軸押しすることを特徴とする塑性加工品の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４に記載の塑性加工品の製造方法を用いて製造したことを特徴とする塑性加工品。
【請求項６】
サスペンション装置において左右のアームを連結し、車体の幅方向と直交する断面において、前記車体の前後方向における前端及び後端間が上下方向のいずれかに突出する略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面とされたトーションビームの製造方法であって、
素材管の長手方向の少なくとも一部に前記素材管の外方から内方に向かう変位を与えて前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面を成形し、
前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面に周方向の引張応力を付与して、前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状を構成する材料の厚さ方向に分布する周方向の応力を均一に近づけ、スプリングバック後の残留応力を低減することを特徴とするトーションビームの製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載のトーションビームの製造方法であって、
前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面における周方向の引張応力を付与するために、疲労強度向上の対象とされる前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面の外方に隙間を設けて、前記閉断面の内方を加圧することを特徴とするトーションビームの製造方法。
【請求項８】
請求項６に記載のトーションビームの製造方法であって、
前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面における周方向の引張応力を付与するために、前記閉断面の内方を加圧しながら、前記成形部の管端部から材料を軸押しすることを特徴とするトーションビームの製造方法。
【請求項９】
請求項６に記載のトーションビームの製造方法であって、
前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面における周方向の引張応力を付与するために、疲労強度向上の対象とされる前記略Ｖ字状又は略Ｕ字状の閉断面の外方に隙間を設けて、前記閉断面の内方を加圧しながら、前記成形部の管端部から材料を軸押しすることを特徴とするトーションビームの製造方法。
【請求項１０】
請求項６〜９に記載のトーションビームの製造方法を用いて製造したことを特徴とするトーションビーム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のトーションビームを備えることを特徴とするトーションビームＡｓｓｙ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のトーションビームＡｓｓｙを備えることを特徴とするトーションビーム式サスペンション装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−９１４３３（Ｐ２０１３−９１４３３Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３４９９５（Ｐ２０１１−２３４９９５）
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（０００００６６５５）新日鐵住金株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（０００００６６５５）新日鐵住金株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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