JP2011189892A - 自動車用スタビライザの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】屈曲部を有する自動車用スタビライザを製造する方法において、スタビライザの表面温度のバラツキを抑えながら通電加熱によってスタビライザを加熱することで、塗装工程を短時間で完了できる技術を提供する。
【解決手段】本願の製造方法は、自動車用スタビライザを製造する方法であって、スタビライザを通電加熱する通電加熱工程（Ｓ１０）と、通電加熱されたスタビライザの表面に塗装する塗装工程（Ｓ１２）を有している。通電加熱工程では、スタビライザの基準表面温度の上昇速度が１０〜３０℃／秒の範囲となるように通電加熱される。
【選択図】図２

Description

本願は、自動車に用いられるスタビライザを製造する方法に関する。

特許文献１，２には、自動車等の車両に用いられるスタビライザの製造方法が開示されている。この製造方法では、鋼材（素材）を曲げ加工してスタビライザ形状に成形し、スタビライザ形状に成形した鋼材を熱処理する。スタビライザに熱処理をすることで、所望の機械的特性が付与される。なお、特許文献１には、スタビライザの焼入れに通電加熱を用いることが記載されている。また、特許文献２には、通電加熱によってスタビライザに焼入れ・焼戻しをすることが記載されている。

特開２００６−２０６９９９号公報 特開２００４−１９３０３３号公報

スタビライザは、腐食による寿命低下や特性劣化を防止するため、その表面が塗装される。この塗装には、通常、強固な塗膜を形成できる焼付け塗装が行われる。従来の塗装方法では、まず、常温のスタビライザの表面を塗装し、次いで、スタビライザを加熱炉で加熱してスタビライザの表面に塗料を焼付けている。

上述した従来の塗装方法では、常温のスタビライザに塗装をしているため、塗装してから塗料の焼付けが完了するまでの時間が長時間化するという問題があった。このため、急速加熱が可能な通電加熱によってスタビライザを予熱し、予熱したスタビライザに塗装をすることで、塗装から塗料の焼付けが完了するまでの時間を短時間化することが考えられる。ただし、この方法を採用するためには、スタビライザの表面温度のバラツキを許容範囲に抑え、塗装品質のバラツキを許容範囲に抑えなければならない。しかしながら、屈曲部を有するスタビライザを通電加熱すると、屈曲部において表面温度のバラツキが大きくなり、塗装品質のバラツキを許容範囲に抑えることができない。このため、現在のところ、スタビライザを通電加熱によって予熱して塗装する方法は実現されていない。

本願は、上記の実情に鑑みてなされたものであって、スタビライザの昇温速度を制御することで、表面温度のバラツキを抑えながら通電加熱によってスタビライザを加熱でき、これによって、塗装品質を維持しながら塗装から焼付けまでの時間を短くすることができる技術を提供することを目的とする。

本願の製造方法は、屈曲部を有するスタビライザを製造する方法であって、スタビライザを通電加熱する通電加熱工程と、通電加熱されたスタビライザの表面を塗装する塗装工程を有している。そして、通電加熱工程では、スタビライザの基準表面温度の上昇速度が１０〜３０℃／秒の範囲となるように通電加熱される。ここで、上記の「基準表面温度」とは、スタビライザの屈曲部以外の部位における表面温度を意味する。

本願発明者らが行った実験によると、通電加熱工程において、スタビライザの基準表面温度の上昇速度が３０℃／秒を越えると、スタビライザの表面温度のバラツキを許容範囲内に抑えることができないことが判明した。また、スタビライザの基準表面温度の上昇速度が１０℃／秒未満では、スタビライザの予熱に長時間を要してしまう。上記の製造方法では、スタビライザの基準表面温度の上昇速度が１０〜３０℃／秒の範囲にされるため、塗装工程においてスタビライザの表面温度のバラツキが許容範囲に抑えられ、塗装品質のバラツキを許容範囲に抑えることができる。また、通電加熱によってスタビライザを予熱しているため、塗装から塗料の焼付け完了までの時間を短くすることができる。

上記の製造方法では、通電加熱工程は、スタビライザの基準表面温度が所定温度（例えば、塗料の焼付け塗装温度）となるまで上昇させる第１ステップと、基準表面温度が所定温度まで上昇したスタビライザを所定温度で維持する第２ステップとを有することができる。この場合に、第２ステップの時間が１０秒以下とされていることが好ましい。このような構成によると、第２ステップが設けられているため、スタビライザの表面温度の均一化を図ることができる。また、第２ステップを１０秒以下とすることで、通電加熱工程の長時間化が防止される。

上記の製造方法は、中空断面を有しているスタビライザに用いると効果的である。すなわち、中空断面を有するスタビライザは、屈曲部においてその内側と外側の肉厚が相違し、屈曲部の内側と外側とで表面温度にバラツキが生じ易い。このため、表面温度のバラツキを抑えることができる上記の製造方法は、中空断面を有しているスタビライザの製造方法として好適である。ここで、屈曲部の「内側」とは、屈曲部を形成するための曲げ加工において圧縮応力が作用する側をいい、屈曲部の「外側」とは、屈曲部を形成するための曲げ加工において引張応力が作用する側をいう。

また、上記の製造方法では、通電加熱工程が、スタビライザの屈曲部の内側を冷却しながら行われることが好ましい。屈曲部の内側を冷却することで、屈曲部の内側と外側の表面温度のバラツキをより抑制することができる。

実施例のスタビライザの概略構成を示す図。 スタビライザの製造工程の一部を示すフローチャート。 通電加熱工程における温度プロファイルの一例を示す図。 屈曲部以外の部位の断面（ａ）と、屈曲部の断面（ｂ）を模式的に示す図。 通電加熱工程における昇温速度とスタビライザの屈曲部の温度の関係を示すグラフ（その１）。 通電加熱工程における昇温速度とスタビライザの屈曲部の温度の関係を示すグラフ（その２）。

本発明を具現化した一実施例に係るスタビライザの製造方法を説明する。まず、本実施例の製造方法によって製造されるスタビライザについて説明する。スタビライザ１０は、自動車の足回りに装着されるものであり、棒状の鋼材（例えば、ＳＵＰ９）によって形成されている。スタビライザ１０に用いる鋼材には、中実断面を有する鋼材や、中空断面を有する鋼材（いわゆる、パイプ材（例えば、ＳＴＫＭ１３Ａ，ＳＴＫＭ１５Ａ等））を用いることができる。自動車用のスタビライザ１０は、通常、その外径をφ２０〜３０ｍｍとすることができる。また、スタビライザ１０にパイプ材を用いた場合は、その肉厚を４〜８ｍｍとすることができる。

図１に示すように、スタビライザ１０は、その両端に取付部Ａ，Ｂが形成され、その中間に複数の屈曲部１２が形成されている。取付部Ａ，Ｂは平坦な板状に加工されており、その中心にボルト孔が形成されている。屈曲部１２は、スタビライザ１０が装着される自動車の他の部品（シャフト，エンジン等）との干渉を避けるため等の理由により適宜設けられている。自動車用のスタビライザ１０では、屈曲部１２の曲率半径は、通常、３０〜８０ｍｍとされる。

屈曲部１２は、冷間又は温間の曲げ加工によって形成される。このため、屈曲部１２の断面形状は、屈曲部１２以外の部位と異なり、曲げ加工により変形する。その結果、後述する通電加熱工程において、屈曲部１２の内側と外側で表面温度にバラツキが生じ易い。特に、スタビライザ１０にパイプ材を用いた場合は、屈曲部１２の内側と外側とで肉厚が変化する。すなわち、屈曲部１２を形成するための曲げ加工においては、屈曲部の内側１２ａに圧縮応力が作用し、外側１２ｂに引張応力が作用する（図１参照）。その結果、図４（ｂ）に示すように、屈曲部１２の内側１２ａでは肉厚となり、屈曲部１２の外側１２ｂでは肉薄となる。一方、屈曲部１２以外の部位では、図４（ａ）に示すように、その肉厚は全周に亘って略一定となる。なお、図１、図４（ｂ）から明らかなように、屈曲部１２の内側は屈曲部の曲率中心側と言い換えることができ、屈曲部１２の外側は屈曲部の曲率中心と反対側と言い換えることができる。

上述したスタビライザ１０を自動車に取付ける際は、その両端の取付部Ａ，Ｂが左右の車輪に固定されると共に、その中間が車体に固定される。このようにスタビライザ１０が自動車に装着されることで、自動車の旋回時のローリングが抑えられ、自動車の走行安定性が高められる。

次に、スタビライザ１０の製造方法について説明する。スタビライザ１０の製造方法は、鋼材の両端を鍛造加工等によって取付部を成形する第１成形工程と、鋼材を冷間又は温間で曲げ加工してスタビライザ形状に成形する第２成形工程と、スタビライザ形状に成形した鋼材を熱処理する熱処理工程と、熱処理された鋼材を塗装する焼付け塗装工程とを有している。第１，第２成形工程と熱処理工程は、従来と同様に実施できるため、ここではその詳細な説明を省略する。以下、焼付け塗装工程について詳細に説明する。

図２に示すように、焼付け塗装工程では、まず、スタビライザ１０を通電加熱する（Ｓ１０）。Ｓ１０の通電加熱工程では、スタビライザ１０の一端の取付部Ａを一方の電極でクランプし、スタビライザ１０の他端の取付部Ｂを他方の電極でクランプし、両電極間に電圧を印加する。これによって、スタビライザ１０の一端から他端に向かって電流が流れ、そのジュール熱によってスタビライザ１０が加熱される。スタビライザ１０の加熱量は、スタビライザ１０に流れる電流量によって制御することができる。

この通電加熱工程では、図３に示すように、スタビライザ１０の基準表面温度が所定温度Ｔ_１となるまで上昇するように加熱する第１ステップ（０〜ｔ_１）と、スタビライザ１０の基準表面温度を所定温度Ｔ_１で維持する第２ステップ（ｔ_１〜ｔ_２）を実行することができる。ここで、スタビライザ１０の「基準表面温度」とは、スタビライザ１０の屈曲部１２以外の部位における表面温度を意味する。すなわち、屈曲部１２以外の部位は、上述した第２成形工程における曲げ加工の影響がなく、図４（ａ）に示すように、その断面の肉厚が周方向に一定となる。また、通電加熱では、スタビライザ１０の軸方向に電流が流れ、その電流量、すなわち発熱量は軸方向に変化しない。このため、屈曲部１２以外の部位の表面温度は周方向及び軸方向に略一定となる。そこで、本実施例では、スタビライザ１０の屈曲部１２以外の部位の表面温度を基準表面温度として、スタビライザ１０への通電加熱量を制御する。上述したように、屈曲部１２においては、その断面形状が曲げ加工によって変形するため、通電加熱工程において、屈曲部１２の内側と外側とで表面温度にバラツキが生じ易い。特に、スタビライザ１０にパイプ材を用いた図４（ｂ）に示す例では、屈曲部１２の内側が肉厚となる一方で、屈曲部１２の外側が肉薄となる。このため、通電加熱工程においては、屈曲部１２の外側の表面温度より、屈曲部１２の内側の表面温度が高温となる。

上記の所定温度Ｔ_１は、次の工程（Ｓ１４）で吹付ける塗料の焼付け塗装温度範囲から設定することができる。例えば、塗料の焼付け塗装温度範囲が１８０〜２２０℃である場合は、所定温度Ｔ_１を２００℃と設定することができる。また、所定温度Ｔ_１は、通電加熱設備から塗装設備までの搬送時間を考慮して決定することができる。すなわち、通電加熱設備から塗装設備までの搬送時間が長い場合には、その間の温度低下を考慮して、所定温度Ｔ_１を焼付け塗装温度範囲の上限よりも高い温度に設定してもよい。

また、上記の第１ステップでは、スタビライザ１０の基準表面温度の上昇速度が１０〜３０℃／秒となるように制御する。基準表面温度の上昇速度が１０℃／秒未満の場合は、スタビライザ１０の表面温度を所定温度Ｔ_１（例えば、焼付け塗装温度）とするのに長時間を要してしまうためである。また、スタビライザ１０の基準表面温度の上昇速度を３０℃／秒以下とするのは、上昇速度が３０℃／秒を超えると、通電加熱後のスタビライザ１０の表面温度のバラツキが許容範囲を超えてしまうためである。このため、上記の範囲で加熱することで、スタビライザ１０の表面温度のバラツキを許容範囲に抑えながら、スタビライザ１０を所定温度Ｔ_１まで加熱することができる。

なお、第１ステップでは、屈曲部１２の内側１２ａを局所的に冷却してもよい。これによって、スタビライザ１０の基準表面温度の上昇速度を大きくしても（例えば、２０℃／秒以上）、屈曲部１２の内側１２ａの表面温度と外側１２ｂの表面温度との差を許容範囲に抑えることができる。なお、局所的に冷却する方法としては、冷却部位にエアやミストを噴射したり、冷やし金を用いたりすることができる。

図５，６は、スタビライザ１０の昇温速度（基準表面温度の上昇速度）を変えながら、屈曲部１２の内側と外側の温度差を測定した結果を示している。温度測定は、外径φ２２〜２８ｍｍ、肉厚５．０〜６．０ｍｍのパイプ材から成形した複数種類のスタビライザであり、温度計測した屈曲部の曲率半径は３０〜８０ｍｍであった。また、所定温度Ｔ_１は２００℃として通電加熱処理を行った。温度測定は、加熱終了直後と、加熱終了から１０秒経過時に行った。１０秒経過時の温度を測定したのは、通電加熱装置から塗料吹付け装置までスタビライザを搬送する時間としての１０秒を考慮したためである。したがって、加熱完了から１０秒経過したときの表面温度差が、許容範囲内に収まっていれば塗装品質も許容範囲内に収まることとなる。通常、塗料の焼付け可能温度範囲は４０℃程度であるが、塗装品質を考慮すると工業的には温度差を２０℃程度に抑える必要がある。このため、加熱終了から１０秒経過したときの表面温度差が２０℃以下であれば、塗装品質が許容範囲内に収まることとなる。図５は屈曲部の内側を冷却しない状態で測定した結果であり、図６は屈曲部の内側をエア噴射によって冷却した状態で測定した結果である。図５に示すように、屈曲部の内側を冷却しない状態では、昇温速度を１５℃／秒以下とすることで、屈曲部の内側と外側の温度差を２０℃以下に抑えることができた。また、図６に示すように、屈曲部の内側を冷却する状態では、昇温速度を３０℃／秒以下とすることで、屈曲部の内側と外側の温度差を２０℃以下に抑えることができた。図５，６の結果から明らかなように、昇温速度が３０℃／秒を超えると、屈曲部１２の内側と外側の温度差を許容範囲に収めることができないことが確認された。

上記の第１ステップに続いて行われる第２ステップでは、スタビライザ１０に流れる電流量を制御して、スタビライザ１０の基準表面温度が所定温度Ｔ_１で維持されるようにする。例えば、熱電対やサーモグラフ等でスタビライザ１０の表面温度を計測し、その計測した表面温度に基づいて電流量を制御する。あるいは、予め設定された電流量に切替えることで、スタビライザ１０の基準表面温度が一定の温度で維持されるようにする。第２ステップを設けることで、スタビライザ１０の全体の温度の均一化が図られる。なお、第２ステップを実行する時間（ｔ_１〜ｔ_２）は、０〜１０秒の範囲で行うことが好ましい。すなわち、第１ステップにおいて、所定温度Ｔ_１が設定される一方、スタビライザ１０の昇温速度は１０〜３０℃／秒に制限される。このため、通電加熱工程に割り当てられた時間に応じて、適宜第２ステップを実行する時間を決定すればよい。このため、通電加熱工程に割り当てられた時間が短い場合は、第２ステップを０秒としてもよい。

通電加熱工程が終了すると、通電加熱されたスタビライザ１０に塗料を吹付け（Ｓ１４）、次いで、スタビライザ１０の表面に吹付けられた塗料を焼付ける（Ｓ１６）。塗料の吹付け工程と塗料の焼付け工程は、従来と同様に行うことができる。本実施例では、通電加熱工程によってスタビライザ１０が予熱されているため、スタビライザ１０の表面に吹付けられた塗料を短時間で焼付けることができる。

以上、詳述したように、本実施例のスタビライザ１０の製造方法では、通電加熱工程におけるスタビライザ１０の昇温速度を３０℃／秒以下とすることで、屈曲部１２の内側と外側の温度差を許容範囲に抑えることができる。一方、スタビライザ１０の昇温速度を１０℃以上とすることで、通電加熱工程が長くなりすぎることはない。このため、スタビライザ１０を通電加熱によって加熱してから塗装することができ、塗料の焼付けが完了するまでの時間を短くすることができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、スタビライザを軸方向に分割し、分割した各部分で加熱量を調整し、表面温度にバラツキが生じないようにしてもよい。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０ スタビライザ
１２ 屈曲部

Claims (4)

1. 屈曲部を有する自動車用スタビライザを製造する方法であって、
   スタビライザを通電加熱する通電加熱工程と、
   通電加熱されたスタビライザの表面に塗装する塗装工程と、を有しており、
   通電加熱工程では、スタビライザの基準表面温度の上昇速度が１０〜３０℃／秒の範囲となるように通電加熱されることを特徴とする自動車用スタビライザの製造方法。
2. 通電加熱工程は、スタビライザの基準表面温度が所定温度となるまで上昇させる第１ステップと、基準表面温度が所定温度まで上昇したスタビライザを所定温度で維持する第２ステップとを有しており、第２ステップの時間が１０秒以下とされていることを特徴とする請求項１に記載の自動車用スタビライザの製造方法。
3. スタビライザが中空断面を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動車用スタビライザの製造方法。
4. 通電加熱工程が、スタビライザの屈曲部の内側を冷却しながら行われることを特徴とする請求項３に記載の自動車用スタビライザの製造方法。

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