(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェブとフランジとからなる型鋼を、半径内側となるフランジに外方から、そして半径外側となるフランジに内側からそれぞれ個別に押圧力を加え、内側及び外側のフランジを共に伸ばしながらウェブの面内において曲げる型鋼の曲げ加工方法において、半径内側となるフランジに外方から加える押圧力に対して半径外側となるフランジに外方から加える押圧力を先行して加えることを特徴とする型鋼の曲げ加工方法。
【請求項２】
ウェブとフランジとからなる型鋼を請求項１記載の曲げ加工方法により前記ウェブの面内において曲げたりフランジの間隔を拡縮してアーム母体とし、該アーム母体に車体及びホイールとの連結部材を取り付けたサスペンションアーム。
【請求項３】
ウェブの面内において曲げたアーム母体の一端にボールジョイント取付部を、もう一端にスピンドルを、そして該アーム母体の中央付近にブッシュブラケットを取り付けてＡ型アームとした請求項２記載のサスペンションアーム。
【請求項４】
フランジの間隔を拡縮したアーム母体の一端にボールジョイント取付部を、もう一端にブッシュパイプを、そして該アーム母体の中央付近にテンションロッド取付部を取り付けてＩ型アームとした請求項２記載のサスペンションアーム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単一素材として構造強度に優れた型鋼(ウェブ両縁にフランジを突き出すＨ型鋼、Ｉ型鋼やウェブ片縁にフランジを突き出すＣ型鋼を含む)をウェブの面内において小さな曲率半径で曲げる加工方法と、前記曲げ加工方法やフランジ間の拡縮を施したアーム母体からなるサスペンションアームとに関する。
【０００２】
【従来の技術】
型鋼は、単一素材として高い構造強度を有し、比較的安価であることから、様々な分野で利用されているが、ウェブの面において小さな曲率半径で曲げることができないために利用が制限されてきた分野も少なくない。その例として、自動車等の懸架装置におけるサスペンションアームを挙げることができる。従来のサスペンションアームは、アーム母体(接続用の各取付部やブラケットを除くサスペンションアームの本体部分)を、板金製品、鍛造製品、鋳造製品として、近年ではFRP製品として製造されてきた。いずれも、懸架装置の構成品として必要な強度を得ながら軽量化するために、様々な形状のものが提案されている。サスペンションアームは、前記各アーム母体に対し、例えばボールジョイント取付部、スピンドル、そしてブッシュブラケットを設けてＡ型アームとしたり、ボールジョイント取付部、ブッシュパイプ、そしてテンションロッド取付部を設けて又は取り付けてＩ型アームとして完成品となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のサスペンションアームは、必要な強度を得るために、どうしても重くならざるを得ず、また各取付部やブラケットをアーム母体に取り付けることに手間が掛かり、コスト高の原因となっていた。例えば、板金製サスペンションアームでは、アーム母体を構成する２枚の板金それぞれを、予め各取付部やブラケットの取付を考慮した複雑な形状に成形し、突合わせ端となる周縁を溶接してボックス形状にするという非常に手間とコストの掛かる方法で製造されていた。
【０００４】
理想的には、平板を面内において小さな曲率半径を持って湾曲させ、この平板の両側に補強用のフランジを取り付けた外観を有するアーム母体が好ましい。これを実現するために、上記板金製サスペンションアームにおいて、アーム母体を構成する２枚の板金の平板部分を面接触させ、各板金のフランジ部分を外向きに立てる方法が用いられる。２枚の板金は溶接又はリベットにより接合するが、剥離しない程度の強度を持つように接合するにはコストが掛かる問題がある。
【０００５】
そこで、必要十分な強度を保ちつつ、サスペンションアームの軽量化を図ることを主眼とし、なおかつ製造面でのコスト低減を狙って、型鋼をアーム母体とした新たなサスペンションアームを開発するため、検討を重ねた。特に、型鋼を上記理想形状である「平板を面内において小さな曲率半径を持って湾曲させ、この平板の両側に補強用のフランジを取り付けた外観を有するアーム母体」とするため、ウェブの面内における型鋼の曲げ加工方法に重点をおくことにした。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
検討の結果、開発したものが、ウェブとフランジとからなる型鋼を、半径内側となるフランジに外方から、そして半径外側となるフランジに内側からそれぞれ個別に押圧力を加え、内側及び外側のフランジを共に伸ばしながらウェブの面内において曲げる型鋼の曲げ加工方法において、半径内側となるフランジに外方から加える押圧力に対して半径外側となるフランジに外方から加える押圧力を先行して加える型鋼の曲げ加工方法である。本発明により、型鋼をアーム母体とした様々な形状のサスペンションアームを作ることができる。なお、この加工方法は、後述のＡ型アームをＩ型鋼から作り上げるために開発したものであるが、このほかウェブの面内において小さな曲率半径でＨ型鋼、Ｉ型鋼又はＣ型鋼を曲げる様々な用途(建築資材や装置又は機械の強度メンバー等)に利用できる。
【０００７】
本発明は、型鋼をウェブの面内において曲げる際、両フランジ共に伸び加工とすることで、従来よりも大幅に小さな曲率半径での曲げ加工を実現し、更に加工後の残存応力をほとんど残さない。半径外側のフランジに加える押圧力を半径内側のフランジに加える押圧力よりも先行させるのは、物理的な半径の差を考慮したものであり、通常は両者同時であっても問題はない。
【０００８】
こうして確立した曲げ加工方法を含めた加工により、ウェブとフランジとからなる型鋼を前記ウェブの面内において曲げたりフランジの間隔を拡縮したものをアーム母体とし、このアーム母体に車体及びホイールとの連結部材を取り付けてサスペンションアームを作ることができる。フランジの間隔の拡縮は、ウェブを開口してフランジの間隔を拡げたり、フランジの間隔を狭めてウェブに凹凸を設けて、車体及びホイールの連結部材を取り付けるための加工である。ウェブの開口はアーム母体の軽量化、ウェブの凹凸は連結部材の取付を容易にし、組立作業を簡単にする。ウェブに単なる開孔を設けて軽量化を図ってもよい。
【０００９】
具体的には、ウェブの面内において曲げたアーム母体の一端にボールジョイント取付部を、もう一端にスピンドルを、そしてこのアーム母体の中央付近にブッシュブラケットを取り付けてＡ型アーム(曲げたアーム母体とブッシュブラケットとの位置関係が、英文字の"Ａ"に似ているためにこう呼ばれる)としたり、フランジの間隔を拡縮したアーム母体の一端にボールジョイント取付部を、もう一端にブッシュパイプを、そしてこのアーム母体の中央付近にテンションロッド取付部を取り付けてＩ型アーム(アーム母体が直線状であり、英文字の"Ｉ"に似ているためにこう呼ばれている)としたりする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態につき、図を参照しながら説明する。図１は、Ｉ型鋼１(図２参照)をウェブ２の面内で曲げたアーム母体３からなるＡ型アームの斜視図、図２,図３,図５〜図７,図９,図10は同Ａ型アームの製造手順を表した平面図(図２)及び正面図(図３,図５〜図７,図９,図10)で、図２は手順１、図３は手順２、図５は手順３、図６は手順４、図７は手順５、図９は手順６、そして図10は手順７であり、図４は手順２における図３中Ａ−Ａ断面図、図８は曲げ加工後のウェブ２の伸びの状態を表したアーム母体３の平面図である。
【００１１】
図１に基づき、本例のＡ型アームの構造について説明する。アーム母体３となるＩ型鋼１(図２参照)は、ウェブ２の面内で曲げられている。ウェブ２の両側に並ぶフランジ４,５は、外形的に異なる曲率半径で曲げられているが、従来と異なる点は、共に伸び加工となっている点である(図８参照)。曲げ加工後のウェブ２に内在する応力は、フランジ４,５の伸び率の差に比例して大きくなるから、フランジ４,５の曲率半径をほぼ同じにし、それぞれの曲率中心もほぼ同位置であることが好ましい。
【００１２】
本例のＡ型アームでは、簡単のために、アーム母体３の両端にそれぞれスピンドル６、ボールジョイント取付部７を取り付け、外側のフランジ５の途中には、スピンドル６の延長方向に向いたブッシュブラケット８を取り付けただけの外観を呈している。ウェブ２には、強度を低減させない範囲で軽量化を図るために開孔９が設けられている。開孔９は、図１に見られるように、フランジ４,５に沿った小判状のものでもよいし、単なる円形又は方形のものであってもよく、トラス構造を形成するように設けてもよい。
【００１３】
本例のＡ型アームの製造手順について説明する。まず、アーム母体３を形成するため、図２(手順１)に見られるように、Ｉ型鋼１を所定長に切断する。繰り返し述べるように、本発明では内側のフランジ４と外側のフランジ５とをそれぞれ異なる伸びを持ってＩ型鋼１全体を曲げるので、実際のアーム母体３の全長に伸び加工分を考慮して、Ｉ型鋼１を切断する必要がある。このため、図２では両端は平行に切断されているが、実際には斜行する場合も考えられる。
【００１４】
次に、図３(手順２)及び図４に見られるように、スプリング台14に当接し、下方へ向けて開きながら回動する外受ダイ15,15上に上記Ｉ型鋼１を載せ、外側のフランジ５に内から当接する外Ｒパンチ17を、内側のフランジ４に外から当接する内Ｒパンチ16をそれぞれ宛う。外Ｒパンチ17及び内Ｒパンチ16は、上方から押圧力(図５〜７参照)によりそれぞれ外側のフランジ５、内側のフランジ４を押圧するが、内Ｒパンチ16は外Ｒパンチ17よりも若干遅れて押圧するようにして、外側のフランジ５に掛かる押圧力が、内側のフランジ４に掛かる押圧力よりも先行するようにしている。
【００１５】
図５(手順３)に見られるように、上方からの押圧(図５中白抜き大矢印)が始まると、まず、外Ｒパンチ17が外側のフランジ５を内から押圧(図５中白抜き小矢印)し、ウェブ２において外周側に外向きの伸び、内周側に内向きの縮みを発生させて(図５中ウェブ内の矢印参照)、少しずつＩ型鋼１を曲げ始める。外受ダイ15,15は、曲がり始めたＩ型鋼１の下方への突出により、下向きに押されて開きながら回動し、外側のフランジ５に追随して支持する。この外受ダイ15,15はスプリング台に当接し、下方からの押圧を受けているので、Ｉ型鋼１は、中央付近を下方、両端付近を上方に押圧された恰好となり、曲げが形成されていく。
【００１６】
図５(手順３)の状態、すなわち外側のフランジ５のみが上方からの押圧を受けている状態のまま進めば、Ｉ型鋼１は座屈してしまうので小さな曲率半径で曲げることはできない。しかし、図６(手順４)に見られるように、外Ｒパンチ17に遅れて内Ｒパンチ16が内側のフランジ４を押圧し始めることによって、ウェブ２の内周側にも伸び(図６中ウェブ内の矢印参照)を発生させて、図７(手順５)に見られるような従来より小さな曲率半径での曲げ加工を実現する。
【００１７】
本発明の加工方法により成形されたアーム母体３は、図８に見られるように、糸巻き状に拡がった伸びの分布を有している。本発明では、内周側、外周側共に伸びを施すことで従来よりも小さな曲率半径で曲げることを実現しているが、前記内周側と外周側との伸びの差は、ウェブ２に内在する歪みとなる。このため、できるだけ内側のフランジ４と外側のフランジ５との曲率半径を等しくし、伸びの分布がウェブ２の幅方向において対称になるようにするのが好ましい。
【００１８】
こうしてＩ型鋼１(図２参照)を曲げて形成したアーム母体３に対し、図９(手順６)に見られるように、アーム母体３の一端を半径方向に圧縮して(図９中矢印参照)、ウェブ２に変形断面を形成し(図１参照)、更にウェブ２に開孔９を設けた後、図５(手順４)に見られるように、ブッシュブラケット８を取り付け、更に図10(手順７)に見られるように、前記変形断面を形成した一端にスピンドル６を取り付け、もう一端にボールジョイント取付部７を形成すればＡ型アームが完成する。従来の板金製Ａ型アームと比較して、ウェブ２、フランジ４,５がそれぞ単なる面材であるため、各種取付部やブラケットの取付が容易で、軽量化のための開孔９も簡単に設けることができる。また、必要により、内側のフランジ４と外側のフランジ５とが捻れの関係になるように、３次元的な曲げ加工を施すこともできる。このように、本発明のサスペンションアームは製造手順を簡略化し、コスト低減を達成できる。なお、説明は省略するが、Ｈ型鋼,Ｃ型鋼についても以上と同様である。
【００１９】
図11は、Ｉ型鋼１(図２参照)を直線上のままアーム母体18としたＩ型アームの斜視図である。本発明の曲げ加工方法によって、従来のサスペンションアームを型鋼から製造する目途が立ち、製造ラインを型鋼に適したものに一本化できる結果、様々なサスペンションアームを型鋼から製造して量産効果を図れるようになり、図11に見られるようなＩ型アームについても、型鋼から製造するコスト的なメリットが得られる。この例のＩ型アームは、フランジの間隔を拡縮したアーム母体18の一端にブッシュパイプ11を、もう一端にボールジョイント取付部12を、そしてウェブ２上にテンションロッド取付部13を取り付けている。
【００２０】
【発明の効果】
本発明により、必要十分な強度を持ちながら軽量化を実現するサスペンションアームを、容易かつ安価に製造できるようになる。従来と比較すれば、概算ながら、強度は最高２倍弱、コストは25％低減できることがわかっている。しかも、型鋼のウェブの幅を変更するだけで、サスペンションアームの幅を簡単に拡縮でき、たとえ狭幅(すなわち断面が小さい)のサスペンションアームであってもほとんど強度低下しないという利点が生まれている。
【００２１】
型鋼の曲げ加工について見れば、サスペンションアームを構成できる程度に、曲率半径の小さな曲げ加工ができたことの意義は大きい。この型鋼の曲げ加工については、サスペンションアームだけでなく、広く様々な分野(建築資材や装置又は機械の強度メンバー等)での応用が可能である。また、本発明による型鋼の曲げ加工の特質として、容易に立体的な捻れを効かせた加工が可能であることを挙げることができる。このように、本発明は型鋼の加工方法としても優れているのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｉ型鋼をウェブの面内で曲げたＡ型アームの斜視図である。
【図２】同Ａ型アームの製造手順、手順１におけるＩ型鋼の平面図である。
【図３】同Ａ型アームの製造手順、手順２を表した正面図である。
【図４】同Ａ型アームの製造手順、手順２における図３中Ａ−Ａ断面図である。
【図５】同Ａ型アームの製造手順、手順３を表した正面図である。
【図６】同Ａ型アームの製造手順、手順４を表した正面図である。
【図７】同Ａ型アームの製造手順、手順５を表した正面図である。
【図８】曲げ加工後のウェブの伸びの状態を表したアーム母体の平面図である。
【図９】同Ａ型アームの製造手順、手順６を表した平面図である。
【図１０】同Ａ型アームの製造手順、手順７を表した平面図である。
【図１１】Ｉ型鋼を直線状のまま用いたＩ型アームの斜視図である。
【符号の説明】
１  Ｉ型鋼
２  ウェブ
３  Ａ型アームのアーム母体
４  内側のフランジ
５  外側のフランジ
６  スピンドル
７  ボールジョイント取付部
８  ブッシュブラケット
９  開孔
10  股割り部
11  ブッシュパイプ
12  ボールジョイント取付部
13  テンションロッド取付部
14  スプリング台
15  外受ダイ
16  内Ｒパンチ
17  外Ｒパンチ
18  Ｉ型アームのアーム母体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003714736.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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