JP2007185711A - ばね用鋼線 - Google Patents

Abstract

【課題】ばね成形時の加工性が良好なばね用鋼線を提供する。
【解決手段】ばね用鋼線は、皮膜量が３．０〜５．５ｇ／ｍ^２のリン酸塩皮膜が形成された鋼線を伸線してなる。また、ばね用鋼線の表面粗さをＲ、線径をｄとした場合にＲ／ｄの値が１．０６×１０^−３〜３．９２×１０^−３となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ばね用鋼線に関するものである。

ばね用鋼線の一つとして、例えば特許文献１に記載されているように、リン酸塩皮膜が形成されたものが知られている。
特開２００５−１７１２９７号公報

ところで、リン酸塩皮膜が形成されたばね用鋼線では、リン酸塩皮膜の影響により、ばね加工時の良品率が低下する等の不具合が生じてしまうことがある。

そこで、ばね加工時の良品率を向上させるべく、本発明の目的は、ばね成形時の加工性が良好なばね用鋼線を提供することとする。

本発明のばね用鋼線は、皮膜量が３．０〜５．５ｇ／ｍ^２のリン酸塩皮膜が形成された鋼線を伸線することによって得られ、表面粗さをＲ、線径をｄとした場合にＲ／ｄの値が１．０６×１０^−３〜３．９２×１０^−３であることを特徴とするものである。

皮膜量を３．０ｇ／ｍ^２以上とすることにより、伸線時において、皮膜が薄いことに起因する線表面焼付き疵を防止できる。皮膜量を５．５ｇ／ｍ^２以下とすることにより、伸線時において、皮膜が厚いことに起因するダイスの目詰まりを抑制することができる。したがって、線表面焼付き疵や損傷がないばね用鋼線を得ることができる。

ところで、ばね用鋼線を製造する際には、所望の径とするために伸線を行う。伸線や伸線後のばね成形をスムーズに行うため、伸線を施す前の鋼線に潤滑剤を付着させることがある。伸線後の表面粗さをＲ、線径をｄとした場合にＲ／ｄの値が１．０６×１０^−３〜３．９２×１０^−３であるばね用鋼線においては、潤滑剤が鋼線表面に均一残存していることにより、ばね成形を安定して行うことができる。

以上のように、線表面焼付き疵やダイスの目詰まりによる損傷がなく、且つ、潤滑剤が均一に且つ確実に残存しているばね用鋼線を得ることができる。このようなばね用鋼線は、ばね成形時の加工性が良好なものとなる。

好ましくは、線径が０．４５ｍｍ以下であり、表面がリン酸塩皮膜と伸線時に用いた潤滑剤とで覆われており、当該表面に対するリン酸塩皮膜及び潤滑剤の合計付着量が０．０４〜０．０９ｇ／ｍ^２である。あるいは、好ましくは、線径が０．４５ｍｍ超であり、表面がリン酸塩皮膜と伸線時に用いた潤滑剤とで覆われており、当該表面に対するリン酸塩及び潤滑剤の合計付着量が０．１２〜０．１４ｇ／ｍ^２である。合計付着量が０．０４〜０．０９ｇ／ｍ^２又は０．１２〜０．１４ｇ／ｍ^２であれば、ばね成形時における治具のすべりが安定し、またリン酸塩皮膜によるカスの発生が生じにくい、加工性がより優れたばね用鋼線を得ることができる。

また、好ましくは、鋼線におけるリン酸塩皮膜は、電解処理により形成されたものである。この場合、リン酸塩皮膜が均一な鋼線を得ることができる。よって、加工性が良好なばね用鋼線をより確実に得ることができる。

また、好ましくは、鋼線は高炭素鋼線である。この場合、強度に優れたばね用鋼線を得ることができる。

本発明によれば、ばね成形時の加工性が良好なばね用鋼線を提供することができる。したがって、本発明のばね用鋼線を用いれば、ばねの良品率を向上させることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１は本実施形態に係るばね用鋼線を用いたコイルばねの斜視図である。図１に示されるコイルばねＳ１は、ばね用鋼線Ｗ１を巻回したものである。ばね用鋼線Ｗ１は、リン酸塩皮膜が形成された鋼線を伸線したものである。鋼線は高炭素鋼線である。高炭素鋼線を用いることにより、強度に優れたばね用鋼線を得ることができる。

ばね用鋼線Ｗ１の製造方法を説明する。図２はばね用鋼線Ｗ１の製造方法を示す図である。図２に示されるように、ばね用鋼線Ｗ１を製造する際には、まず、供給リールから繰り出された鋼線を、メカニカルデスケーラー等によりベンディングする（ステップＳ２１）。ベンディング後、鋼線を酸洗して、鋼線の表面に付着した酸化物を除去する（ステップＳ２２）。酸洗には、電解方式又は非電解方式（バッチ方式）を用いることができるが、本実施形態では、鋼線を陰極とした電解方式を適用する。その理由については後に詳しく述べる。

酸洗後、鋼線の水洗を行い、表面に付着している酸溶液を洗い流す（ステップＳ２３）。水洗後、鋼線の表面調整を行う（ステップＳ２４）。表面調整は、リン酸塩皮膜をより迅速に形成させ、かつ緻密な皮膜を形成するために行なわれる。

表面調整が施された鋼線に、リン酸塩皮膜化成を行う（ステップＳ２５）。リン酸塩皮膜化成には、電解方式又は非電解方式（バッチ方式）を用いることができるが、本実施形態では、鋼線を陰極とした電解方式を適用する。その理由については後に詳しく述べる。形成するリン酸塩皮膜の皮膜量は３．０〜５．５ｇ／ｍ^２とする。皮膜量が３．０ｇ／ｍ^２より小さい場合、伸線時に線表面焼付き疵が生じ易くなる。皮膜量が５．５ｇ／ｍ^２より大きい場合、伸線時にダイスの目詰まりが発生し、表面状態が均一な鋼線が得にくくなる。リン酸塩皮膜の皮膜量を３．０〜５．５ｇ／ｍ^２とすることにより、線表面焼付き疵や損傷がないばね用鋼線を得ることができる。

続いて、リン酸塩皮膜が形成された鋼線を湯洗する（ステップＳ２６）。湯洗は、酸溶液を洗い流すと共にリン酸塩皮膜の形成を促進させる目的で行われる。湯洗後、鋼線を乾燥させる（ステップＳ２７）。そして、乾燥した鋼線に潤滑剤を付着させ、ダイスを用いて伸線する（ステップＳ２８）。以上のようにして、ばね用鋼線Ｗ１が得られる。得られたばね用鋼線Ｗ１は巻取リールに巻き取られる。

なお、上記の製造方法では、ばね用鋼線Ｗ１の表面粗さをＲ、線径をｄとした場合にＲ／ｄの値が１．０６×１０^−３〜３．９２×１０^−３となるように調整される。Ｒ／ｄの値がこの範囲となるよう調整することにより、表面に潤滑剤が均一に残存したばね用鋼線Ｗ１を得ることができる。Ｒ／ｄの値が１．０６×１０^−３よりも小さいと、表面が平坦すぎるため、伸線中に潤滑剤の多くがダイス側に付着してしまい、潤滑剤が殆ど残存していないばね用鋼線Ｗ１となる可能性がある。Ｒ／ｄの値が３．９２×１０^−３よりも大きいと、表面が粗すぎるため、潤滑剤の分布が不均一なばね用鋼線Ｗ１となる可能性がある。Ｒ／ｄの値が１．０６×１０^−３〜３．９２×１０^−３に調整されたばね用鋼線Ｗ１を用いれば、表面に潤滑剤が均一に付着しているため、コイルばねＳ１の成形をスムーズに行うことができる。また、Ｒ／ｄの値が１．０６×１０^−３〜２．２７×１０^−３であると、表面に潤滑剤がより均一に付着するため好ましい。

さらに、上記の製造方法では、線径が０．４５ｍｍ以下（例えば０．２６〜０．４５ｍｍ）であり、ばね用鋼線Ｗ１におけるリン酸塩皮膜及び潤滑剤の合計付着量が０．０４〜０．０９ｇ／ｍ^２となるよう調整される。合計付着量が０．０４ｇ／ｍ^２よりも小さいと、コイルばねＳ１の成形時に、治具のすべりが悪くなることがある。合計付着量が０．０９ｇ／ｍ^２よりも大きいと、治具が過度にすべり易くなったり、コイルばねＳ１の成形時にカスが発生したりすることがある。線径が０．４５ｍｍ以下の場合、リン酸塩皮膜及び潤滑剤の合計付着量が０．０４〜０．０９ｇ／ｍ^２となるよう調整することによって、ばね用鋼線Ｗ１を、ばね成形時における治具のすべりが安定し、リン酸塩皮膜のカスが発生しにくいものとすることができる。

同様に、線径が０．４５ｍｍ超（例えば０．５０〜１．８０ｍｍ）であり、ばね用鋼線Ｗ１におけるリン酸塩皮膜及び潤滑剤の合計付着量が０．１２〜０．１４ｇ／ｍ^２となるよう調整されることが好ましい。合計付着量が０．１２ｇ／ｍ^２よりも小さいと、コイルばねＳ１の成形時に、治具のすべりが悪くなることがある。合計付着量が０．１４ｇ／ｍ^２よりも大きいと、治具が過度にすべり易くなったり、コイルばねＳ１の成形時にカスが発生したりすることがある。線径が０．４５ｍｍ超の場合、リン酸塩皮膜及び潤滑剤の合計付着量が０．１２〜０．１４ｇ／ｍ^２となるよう調整することによって、ばね用鋼線Ｗ１を、ばね成形時における治具のすべりが安定し、リン酸塩皮膜のカスが発生しにくいものとすることができる。

続いて、コイルばねＳ１の成形方法について説明する。図３はコイルばねＳ１の製造装置を示す概略構成図である。この製造装置Ｍ１によれば、巻取リールから繰り出されたばね用鋼線Ｗ１は、ローラ１によって略直線状に矯正される。矯正されたばね用鋼線Ｗ１は、フィードローラ２の回転に応じてワイヤガイド３に案内され、心棒５に沿うようコイリングピン４によって屈曲され、巻回されていく。この間、巻線間のピッチはピッチツール６によって所定の値に設定され、所定の巻数だけ巻回されると、ばね用鋼線Ｗ１はカッタ７によって切断される。このようにして、コイルばねＳ１が成形される。

次に、酸洗及びリン酸塩皮膜化成に電解方式を適用する理由について、説明する。電解方式と非電解方式とを比較すべく、以下のような実験を行った。すなわち、電解方式と非電解方式とで酸洗及びリン酸塩皮膜化成を行い、リン酸塩皮膜の皮膜量のばらつきを調べた。なお、ここでいう非電解方式とは、溶液に鋼線を浸漬することにより酸洗及びリン酸塩皮膜化成を行うものである。

リン酸塩皮膜化成には、ＰＯ₄イオン２０〜７０ｇ／ｌ、Ｚｎイオン２０〜５０ｇ／ｌ、NＯ₃イオン３０〜８０ｇ／ｌ含有する溶液を用いた。したがって、形成されるリン酸塩皮膜はリン酸亜鉛皮膜となる。また、リン酸塩皮膜化成時の温度は７５〜８５℃とした。鋼線は１．０５ｍｍ径と５．００ｍｍ径とを用意し、リン酸塩皮膜の目標皮膜量を５．５ｇ／ｍ^２とした。リン酸塩皮膜化成時の電流密度は、１．０５ｍｍ径の鋼線に対しては１３．２Ａ／ｄｍ^２とし、５．００ｍｍ径の鋼線に対しては１１．８Ａ／ｄｍ^２とした。リン酸塩皮膜化成時の処理槽の長さは２５０００ｍｍとした。リン酸塩皮膜化成後、湯洗及び乾燥を行い、各鋼線における１０ｍｍ間隔５箇所に対して皮膜量を測定した。電解方式を用いたときの結果を表１に、非電解方式を用いたときの結果を表２にそれぞれ示す。

実施例１のポイント１〜５の平均は５．５０２ｍｍであり、標準偏差は０．２５６である。これに対して、比較例１のポイント１１〜１５におけるリン酸塩皮膜の皮膜量の平均は約５．６１ｍｍであり、標準偏差は０．５０４である。このことから、１．０５ｍｍ径の鋼線については、電解方式を適用すると、非電解方式を適用した場合と比べて標準偏差が約５１％低減することがわかった。

実施例２のポイント６〜１０の平均は５．４４０ｍｍであり、標準偏差は０．２４１である。これに対して、比較例２のポイント１６〜２０の平均は５．３１６ｍｍであり、標準偏差は０．５３９である。このことから、５．００ｍｍ径の鋼線については、電解方式を適用すると、非電解方式を適用した場合と比べて標準偏差が約５５％低減することがわかった。

以上のように、電解方式を適用した場合には、非電解方式を適用した場合と比べて、皮膜量のばらつきが少ない、均一なリン酸塩皮膜が形成されることがわかった。したがって、酸洗及びリン酸塩皮膜化成には電解方式を適用することが好ましい。

次に、以下のような実験を行って、ばね成形時の加工性を調べた。すなわち、酸洗及びリン酸塩皮膜化成を電解方式で行った鋼線と非電解方式で行った鋼線とをそれぞれ複数用意し、伸線してばね用鋼線を得た。そして、これらのばね用鋼線でコイルばねを成形し、コイルばねの良品率をそれぞれ調べた。

より具体的には、実施例３〜６として、酸洗及びリン酸塩皮膜化成を電解方式で行った１．０５ｍｍ径の鋼線であって、皮膜量が異なるものを複数種類用意した。また、比較例３〜５として、酸洗及びリン酸塩皮膜化成を非電解方式で行った１．０５ｍｍ径の鋼線であって、皮膜量が異なるものを複数種類用意した。これらの鋼線を、７〜１３段のダイスを用いて伸線することにより、０．２６ｍｍ径のばね用鋼線を得た。伸線する際には、ナトリウム系金属石鹸類又はカルシウム系金属石鹸類の含有率が約７０％の潤滑剤を用いた。

実施例７及び８として、酸洗及びリン酸塩皮膜化成を電解方式で行った１．７ｍｍ径の鋼線であって、皮膜量が異なるものを複数種類用意した。また、比較例６として、酸洗及びリン酸塩皮膜化成を非電解方式で行った１．７ｍｍ径の鋼線を用意した。これらの鋼線を、７〜１３段のダイスを用いて伸線することにより、０．４５ｍｍ径のばね用鋼線を得た。伸線する際には、ナトリウム系金属石鹸類又はカルシウム系金属石鹸類の含有率が約７０％の潤滑剤を用いた。

実施例９として、酸洗及びリン酸塩皮膜化成を電解方式で行った２．３ｍｍ径の鋼線を用意した。また、比較例７として、酸洗及びリン酸塩皮膜化成を非電解方式で行った２．３ｍｍ径の鋼線を用意した。これらの鋼線を、７〜１３段のダイスを用いて伸線することにより、０．５ｍｍ径のばね用鋼線を得た。伸線する際には、ナトリウム系金属石鹸類又はカルシウム系金属石鹸類の含有率が約７０％の潤滑剤を用いた。

実施例１０として、酸洗及びリン酸塩皮膜化成を電解方式で行った４．００ｍｍ径の鋼線を用意した。また、比較例８として、酸洗及びリン酸塩皮膜化成を非電解方式で行った４．００ｍｍ径の鋼線を用意した。これらの鋼線を、７〜１３段のダイスを用いて伸線することにより、１．２ｍｍ径のばね用鋼線を得た。伸線する際には、ナトリウム系金属石鹸類又はカルシウム系金属石鹸類の含有率が約７０％の潤滑剤を用いた。

実施例１１〜１４として、酸洗及びリン酸塩皮膜化成を電解方式で行った５．００ｍｍ径の鋼線であって、皮膜量が異なるものを複数種類用意した。また、比較例９〜１１として、酸洗及びリン酸塩皮膜化成を非電解方式で行った５．００ｍｍ径の鋼線であって、皮膜量が異なるものを複数種類用意した。これらの鋼線を、７〜１３段のダイスを用いて伸線することにより、１．８ｍｍ径のばね用鋼線を得た。伸線する際には、ナトリウム系金属石鹸類又はカルシウム系金属石鹸類の含有率が約７０％の潤滑剤を用いた。

得られたばね用鋼線の、リン酸塩皮膜及び潤滑剤の合計付着量を測定した。また、表面粗さも測定した。ここでいう表面粗さとは、十点平均粗さ（Ｒｚ）であって、ＪＩＳＢ０６０１−２００１による定義ないし表示による。すなわち、図４に示されるように、断面曲線から基準長さだけ抜きとった部分において、平均線に平行、かつ断面曲線を横切らない線から縦倍率の方向に測定した最高から５番目までの山頂の標高の平均値と最深から５番目までの谷底の標高の平均値との差の値をマイクロメータ（μｍ）で表わしたものをいう。

合計付着量及び表面粗さを測定した後、各ばね用鋼線でコイルばねを成形した。そして、得られたコイルばねの良品率を調べた。ここでいう良品率とは、自由長が規格内であるコイルばねの良品数を、加工したコイルばねの全数で除算した時の割合である。コイルばねの自由長は４０ｍｍ、６０ｍｍ、７０ｍｍ、１００ｍｍ、又は２００ｍｍとした。

以上のようにして測定した結果を表３〜表７に示す。表３は線径が０．２６ｍｍの結果、表４は線径が０．４５ｍｍの結果、表５は線径が０．５ｍｍの結果、表６は線径が１．２ｍｍの結果、表７は線径が１．８ｍｍの結果をそれぞれ示す。表中、Ｒは表面粗さ、ｄは線径、Ｄはコイル平均径をそれぞれ表す。よって、Ｄ／ｄはばね指数を表す。

実施例３〜１４は、本実施形態のばね用鋼線Ｗ１と同じばね用鋼線であって、上述の条件にて製造されたものを示す。すなわち、酸洗及びリン酸塩皮膜化成を電解方式で行い、リン酸塩皮膜の皮膜量を３．０〜５．５ｇ／ｍ^２としたものである。

比較例３〜１１は、酸洗及びリン酸塩皮膜化成を非電解方式で行っている点で、本実施形態のばね用鋼線Ｗ１と異なっている。

測定結果を検討すると、実施例３〜６のばね用鋼線は、Ｒ／ｄの値が１．０６×１０^−３〜３．９２×１０^−３の範囲にあり、リン酸塩皮膜及び潤滑剤の合計付着量が０．０４〜０．０９ｇ／ｍ^２の範囲にあった。実施例３〜６のばね用鋼線を用いたコイルばねの良品率は、８１．６〜９３．５％であった。

比較例３〜５のばね用鋼線は、Ｒ／ｄの値が４．４２×１０^−３〜５．６９×１０^−３であり、リン酸塩皮膜及び潤滑剤の合計付着量が０．１０３〜０．１３２ｇ／ｍ^２であった。比較例３〜５のばね用鋼線を用いたコイルばねの良品率は、６８．０〜７９．１％であった。

このように、実施例３〜６のばね用鋼線では、比較例３〜５のばね用鋼線と比べて、コイルばねの良品率が高かった。よって、酸洗及びリン酸塩皮膜化成に電解方式を適用し、且つリン酸塩皮膜の皮膜量を３．０〜５．５ｇ／ｍ^２とした場合には、ばね成形時の加工性が良好なばね用鋼線を得られることが確認された。

ここで、比較例３〜５について、実施例３〜６よりもコイルばねの良品率が低い原因を検討する。

比較例３〜５のばね用鋼線を用いた場合に良品率が低くなる理由は、以下のように考えられる。すなわち、先の実験で明らかとなったように、非電解方式では電解方式と比べて皮膜量のばらつきが大きくなる。皮膜量がばらつくと、表面が粗くなる。表面が粗い鋼線を伸線して得られるばね用鋼線は、やはり表面が粗いものとなる。表面が粗いばね用鋼線では、潤滑剤の分布が不均一であるため、ばね成形を安定して行うことが難しくなり、コイルばねの良品率が低下する。実際に、非電解方式を用いた比較例３〜５では、電解方式を用いた実施例３〜６と比べて表面粗さの値が大きく、コイルばねの良品率が低くなっている。

表面が粗いばね用鋼線では、表面に形成された凹凸の起伏が大きいため、表面の凹部分に入り込んだ潤滑剤が、伸線時に落ちることなく残存している。そのため、表面が粗いばね用鋼線では、潤滑剤付着量が多くなっている。潤滑剤付着量が多いと、ばね成形時に治具が過度にすべり易くなる。その結果、ばね成形を安定して行うことが難しくなり、コイルばねの良品率が低下する。実際に、非電解方式を用いた比較例３〜５では、電解方式を用いた実施例３〜６と比べて潤滑剤を含む合計付着量が多く、コイルばねの良品率が低くなっている。

以上のことを鑑みると、ばね成形時の良品率を上げるためには、必ずしも酸洗及びリン酸塩皮膜化成を電解方式で行う必要は無く、適切なＲ／ｄの値、具体的にはＲ／ｄの値が１．０６×１０^−３〜３．９２×１０^−３であるばね用鋼線が得られれば良い。また、リン酸塩皮膜及び潤滑剤の合計付着量が実施例３〜１４と同様の値、具体的には０．０４〜０．０９ｇ／ｍ^２又は０．１２〜０．１４ｇ／ｍ^２であれば、より確実にコイルばね成形時の良品率を上げることができるといえる。

以上のように、本実施形態において、皮膜量が３．０〜５．５ｇ／ｍ^２のリン酸塩皮膜が形成された鋼線を伸線することにより、線表面焼付き疵等がないばね用鋼線Ｗ１が得られる。Ｒ／ｄの値を１．０６×１０^−３〜３．９２×１０^−３とすることにより、ばね用鋼線Ｗ１を潤滑剤が均一に且つ確実に残存しているものとすることができる。よって、ばね成形時の加工性が良好なばね用鋼線とすることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしもこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、ばね用鋼線からコイルばねを成形するとしたが、本発明のばね用鋼線から成形可能なばねはコイルばねに限られない。

本実施形態に係るばね用鋼線を用いたコイルばねの斜視図である。 本実施形態に係るばね用鋼線の製造方法を示す図である。 コイルばねの製造装置を示す概略構成図である。 十点表面粗さを説明するための図である。

符号の説明

Ｗ１・・・ばね用鋼線、Ｓ１・・・コイルばね。

Claims (5)

1. 皮膜量が３．０〜５．５ｇ／ｍ^２のリン酸塩皮膜が形成された鋼線を伸線することによって得られ、表面粗さをＲ、線径をｄとした場合にＲ／ｄの値が１．０６×１０^−３〜３．９２×１０^−３であることを特徴とするばね用鋼線。
2. 前記線径が０．４５ｍｍ以下であり、
   表面が前記リン酸塩皮膜と前記伸線時に用いた潤滑剤とで覆われており、当該表面に対する前記リン酸塩及び前記潤滑剤の合計付着量が０．０４〜０．０９ｇ／ｍ^２であることを特徴とする請求項１に記載のばね用鋼線。
3. 前記線径が０．４５ｍｍ超であり、
   表面が前記リン酸塩皮膜と前記伸線時に用いた潤滑剤とで覆われており、当該表面に対する前記リン酸塩及び前記潤滑剤の合計付着量が０．１２〜０．１４ｇ／ｍ^２であることを特徴とする請求項１に記載のばね用鋼線。
4. 前記リン酸塩皮膜は、電解処理により形成されたものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のばね用鋼線。
5. 前記鋼線は、高炭素鋼線であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のばね用鋼線。

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