JP2021067280A - Spring and method for manufacturing spring - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、ばね、及びばねの製造方法に関する。 The present disclosure relates to springs and methods of manufacturing springs.
特許文献1は、ばね定数が異なる複数のコイルばね要素を直列に配置して構成したばねを開示する。このばねの一例は、線径が均一な単一のばね鋼の線材を連続的に巻回し、途中でピッチを段階的に変えて形成した単体の不等ピッチコイルばねである。このコイルばねは、ばね定数が段階的に高まる非線形特性を有する。
一般にコイルばねは、1本のばね鋼線を巻回して形成されている。そのため、従来のコイルばねは、曲げ加工による歪が発生し易い。また、曲げ加工によって形成されるばねは、寸法精度にばらつきが生じ易い。コイルばねにおいて、加工歪が導入されたり、寸法精度にばらつきがあると、安定したばね特性が得られ難い。 Generally, a coil spring is formed by winding a single spring steel wire. Therefore, the conventional coil spring is liable to be distorted due to bending. Further, the spring formed by the bending process tends to have variations in dimensional accuracy. In a coil spring, if machining strain is introduced or the dimensional accuracy varies, it is difficult to obtain stable spring characteristics.
また、1本のばね鋼線から不等ピッチコイルばねを作製する場合、巻回途中でピッチを段階的に変える必要がある。巻回途中でピッチを変更すると、寸法精度のばらつきが大きくなり易い。そのため、所定の非線形特性を有するばねを得ることが難しい。 Further, when manufacturing an unequal pitch coil spring from a single spring steel wire, it is necessary to change the pitch stepwise during winding. If the pitch is changed during winding, the variation in dimensional accuracy tends to increase. Therefore, it is difficult to obtain a spring having a predetermined non-linear characteristic.
本開示は、寸法精度が高く、非線形のばね特性を有するばねを提供することを目的の一つとする。また、本開示は、寸法精度のばらつきを抑制でき、安定したばね特性が得られるばねの製造方法を提供することを目的の一つとする。 One object of the present disclosure is to provide a spring having high dimensional accuracy and non-linear spring characteristics. Another object of the present disclosure is to provide a method for manufacturing a spring, which can suppress variations in dimensional accuracy and obtain stable spring characteristics.
本開示のばねは、
ばね部と、前記ばね部の両端に設けられる端末部と、を備え、
前記ばね部と前記端末部とは、焼結金属材によって一体に構成されており、
前記ばね部は、相対的に断面積が小さい第一のばね部と、相対的に断面積が大きい第二のばね部とを含む。
The spring of the present disclosure is
A spring portion and terminal portions provided at both ends of the spring portion are provided.
The spring portion and the terminal portion are integrally formed of a sintered metal material.
The spring portion includes a first spring portion having a relatively small cross-sectional area and a second spring portion having a relatively large cross-sectional area.
本開示のばねの製造方法は、
金属粉末を含有する原料粉末を加圧圧縮して、圧粉成形体を成形する工程と、
前記圧粉成形体を切削加工して、ばねの形状に加工する工程と、
ばねの形状に加工した前記圧粉成形体を焼結する工程と、を備え、
前記ばねの形状は、
ばね部と、前記ばね部の両端に設けられる端末部とを一体に有し、
前記ばね部は、相対的に断面積が小さい第一のばね部と、相対的に断面積が大きい第二のばね部とを含む形状である。
The method for manufacturing a spring of the present disclosure is described.
A process of forming a powder compact by pressurizing and compressing a raw material powder containing a metal powder,
The process of cutting the powder compact to form a spring shape,
The step of sintering the powder compact processed into the shape of a spring is provided.
The shape of the spring is
It integrally has a spring portion and terminal portions provided at both ends of the spring portion.
The spring portion has a shape including a first spring portion having a relatively small cross-sectional area and a second spring portion having a relatively large cross-sectional area.
本開示のばねは、寸法精度が高く、非線形のばね特性を有する。本開示のばねの製造方法は、寸法精度のばらつきを抑制でき、安定したばね特性が得られる。 The springs of the present disclosure have high dimensional accuracy and non-linear spring characteristics. The spring manufacturing method of the present disclosure can suppress variations in dimensional accuracy and obtain stable spring characteristics.
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
[Explanation of Embodiments of the present disclosure]
First, embodiments of the present disclosure will be listed and described.
(1)本開示の実施形態に係るばねは、
ばね部と、前記ばね部の両端に設けられる端末部と、を備え、
前記ばね部と前記端末部とは、焼結金属材によって一体に構成されており、
前記ばね部は、相対的に断面積が小さい第一のばね部と、相対的に断面積が大きい第二のばね部とを含む。
(1) The spring according to the embodiment of the present disclosure is
A spring portion and terminal portions provided at both ends of the spring portion are provided.
The spring portion and the terminal portion are integrally formed of a sintered metal material.
The spring portion includes a first spring portion having a relatively small cross-sectional area and a second spring portion having a relatively large cross-sectional area.
本開示のばねは、焼結金属材により構成されている。焼結金属材は、金属の粉末を成形して焼結した材料である。本開示のばねは、後述するように、焼結金属材の素材となる焼結前の圧粉成形体を切削加工した後、焼結することにより製造される。本開示のばねは、切削加工によってばねの形状に加工するので、ばね鋼線を巻回して形成される従来のばねに比較して、寸法精度のばらつきが小さい。また、切削加工によってばねの形状に加工すれば、第一のばね部と第二のばね部の各々の形状やサイズの選択の自由度が高い。したがって、本開示のばねは、寸法精度が高く、所定のばね特性が得られ易い。 The spring of the present disclosure is made of a sintered metal material. The sintered metal material is a material obtained by molding and sintering metal powder. As will be described later, the spring of the present disclosure is manufactured by cutting a dust compact before sintering, which is a material for a sintered metal material, and then sintering the compact. Since the spring of the present disclosure is processed into the shape of a spring by cutting, the variation in dimensional accuracy is small as compared with a conventional spring formed by winding a spring steel wire. Further, if the shape of the spring is processed by cutting, the degree of freedom in selecting the shape and size of each of the first spring portion and the second spring portion is high. Therefore, the spring of the present disclosure has high dimensional accuracy, and it is easy to obtain predetermined spring characteristics.
また、本開示のばねに備えるばね部は、第一のばね部と第二のばね部とを含む。第一のばね部と第二のばね部とは、断面積が異なる。つまり、ばね部は断面積が異なる部分を有する。第一のばね部は、相対的に断面積が小さいため、荷重に対する変形量が大きい。一方、第二のばね部は、相対的に断面積が大きいため、荷重に対する変形量が小さい。つまり、第一のばね部は相対的にばね定数が小さく、第二のばね部は相対的にばね定数が大きい。そのため、ばね部に荷重を加えていくと、荷重に対してばね部の変形が非線形になる。したがって、本開示のばねは、非線形のばね特性を有する。以下では、「非線形のばね特性」のことを、「非線形特性」と呼ぶことがある。上記ばね部の断面積は、上記ばね部の長さ方向に直交する断面の面積のことをいう。 Further, the spring portion provided in the spring of the present disclosure includes a first spring portion and a second spring portion. The first spring portion and the second spring portion have different cross-sectional areas. That is, the spring portion has a portion having a different cross-sectional area. Since the first spring portion has a relatively small cross-sectional area, the amount of deformation with respect to the load is large. On the other hand, since the second spring portion has a relatively large cross-sectional area, the amount of deformation with respect to the load is small. That is, the first spring portion has a relatively small spring constant, and the second spring portion has a relatively large spring constant. Therefore, when a load is applied to the spring portion, the deformation of the spring portion becomes non-linear with respect to the load. Therefore, the springs of the present disclosure have non-linear spring properties. Hereinafter, the "non-linear spring characteristic" may be referred to as a "non-linear characteristic". The cross-sectional area of the spring portion refers to the area of the cross section orthogonal to the length direction of the spring portion.
(2)本開示のばねの一形態として、
前記ばね部は、螺旋状に形成された少なくとも1つのコイル部により構成されていることが挙げられる。
(2) As a form of the spring of the present disclosure,
The spring portion may be composed of at least one coil portion formed in a spiral shape.
上記形態は、ばね部を構成するコイル部が螺旋状に形成されていることで、荷重に対して弾性変形することが可能である。コイル部は、例えば円筒状の圧粉成形体に対し、円筒の内周又は外周から切削加工によって螺旋状の溝を加工することで形成されている。以下では、ばね部がコイル部により構成されている上記形態のばねを「コイル状ばね」と呼ぶ。 In the above form, since the coil portion constituting the spring portion is formed in a spiral shape, it can be elastically deformed with respect to a load. The coil portion is formed by, for example, forming a spiral groove by cutting from the inner circumference or the outer circumference of the cylinder on a cylindrical dust compact. Hereinafter, the spring of the above-described form in which the spring portion is composed of the coil portion is referred to as a “coil-shaped spring”.
(3)上記コイル状ばねの一形態として、
前記コイル部の中心軸を含む断面において、前記第二のばね部における前記中心軸に沿った縦方向の厚さが、前記第一のばね部における前記縦方向の厚さよりも大きいことが挙げられる。
(3) As a form of the coiled spring,
In the cross section including the central axis of the coil portion, the vertical thickness of the second spring portion along the central axis may be larger than the vertical thickness of the first spring portion. ..
上記形態は、コイル部の上記断面において、第二のばね部における厚さが第一のばね部における厚さよりも大きいことで、第二のばね部の断面積を相対的に大きく設定できる。 In the above embodiment, the cross-sectional area of the second spring portion can be set to be relatively large because the thickness of the second spring portion is larger than the thickness of the first spring portion in the cross section of the coil portion.
(4)上記(3)のコイル状ばねの一形態として、
前記コイル部の中心軸を含む断面において、前記第一のばね部及び前記第二のばね部における前記中心軸に直交する横方向の幅が一定であることが挙げられる。
(4) As one form of the coiled spring of (3) above,
In the cross section including the central axis of the coil portion, the width of the first spring portion and the second spring portion in the lateral direction orthogonal to the central axis may be constant.
上記形態は、コイル状ばねを効率よく製造できる。この理由は、第一のばね部及び記第二のばね部における幅が一定であれば、例えば円筒状の圧粉成形体に対し、切削加工によって螺旋状の溝を加工してコイル部を形成する際、一定の深さで溝を加工することになるからである。一定深さの溝加工であれば、加工が容易である。 In the above form, the coiled spring can be efficiently manufactured. The reason for this is that if the widths of the first spring portion and the second spring portion are constant, for example, a spiral groove is machined by cutting into a cylindrical dust compact to form a coil portion. This is because the groove is machined to a certain depth. If the groove is processed to a certain depth, the processing is easy.
(5)上記(2)、(3)のコイル状ばねの一形態として、
前記コイル部の中心軸を含む断面において、前記第二のばね部における前記中心軸に直交する横方向の幅が、前記第一のばね部における前記横方向の長さよりも大きいことが挙げられる。
(5) As one form of the coiled springs (2) and (3) above,
In the cross section including the central axis of the coil portion, the lateral width of the second spring portion orthogonal to the central axis may be larger than the lateral length of the first spring portion.
上記形態は、コイル部の上記断面において、第二のばね部における幅が第一のばね部における幅よりも大きいことで、第二のばね部の断面積を相対的に大きく設定できる。また、第二のばね部における厚さ及び幅を大きくした場合、第二のばね部の断面積をより大きくできるので、ばね特性の設計の自由度が高くなる。 In the above embodiment, the width of the second spring portion is larger than the width of the first spring portion in the cross section of the coil portion, so that the cross-sectional area of the second spring portion can be set to be relatively large. Further, when the thickness and width of the second spring portion are increased, the cross-sectional area of the second spring portion can be increased, so that the degree of freedom in designing the spring characteristics is increased.
(6)上記コイル状ばねの一形態として、
前記ばね部が複数の前記コイル部を有し、
複数の前記コイル部が互いに交差しないように設けられていることが挙げられる。
(6) As a form of the coiled spring,
The spring portion has a plurality of the coil portions, and the spring portion has a plurality of the coil portions.
It can be mentioned that the plurality of coil portions are provided so as not to intersect with each other.
上記形態は、複数のコイル部が互いに交差しないように設けられていることで、より複雑なばね特性を得ることができる。また、複数のコイル部を有することで、1つのコイル部が破損することがあっても、残りのコイル部がばね部として機能する。そのため、上記形態によれば、1つのコイル部が破損してすぐに使用不能となることを回避できる。 In the above embodiment, more complicated spring characteristics can be obtained by providing the plurality of coil portions so as not to intersect each other. Further, by having a plurality of coil portions, even if one coil portion is damaged, the remaining coil portions function as spring portions. Therefore, according to the above embodiment, it is possible to prevent one coil portion from being damaged and immediately becoming unusable.
(7)本開示のばねの一形態として、
前記ばね部は、曲線状に湾曲する少なくとも1つの柱部により構成されていることが挙げられる。
(7) As a form of the spring of the present disclosure,
The spring portion may be composed of at least one pillar portion that is curved in a curved shape.
上記形態は、ばね部を構成する柱部が曲線状に湾曲していることで、荷重に対して弾性変形することが可能である。柱部は、例えば円筒状の圧粉成形体に対し、円筒の内周又は外周から切削加工によって一部を除去することで形成されている。以下では、ばね部が柱部により構成されている上記形態のばねを「柱状ばね」と呼ぶ。 In the above form, since the pillar portion constituting the spring portion is curved in a curved shape, it can be elastically deformed with respect to a load. The pillar portion is formed by, for example, removing a part of a cylindrical dust compact from the inner circumference or the outer circumference of the cylinder by cutting. Hereinafter, the spring of the above-described form in which the spring portion is composed of a pillar portion is referred to as a “columnar spring”.
(8)上記柱状ばねの一形態として、
前記ばね部が複数の前記柱部を有し、
複数の前記柱部が互いに交差しないように設けられていることが挙げられる。
(8) As one form of the columnar spring,
The spring portion has a plurality of the pillar portions, and the spring portion has a plurality of the pillar portions.
It can be mentioned that the plurality of pillars are provided so as not to intersect each other.
上記形態は、複数の柱部が互いに交差しないように設けられていることで、より複雑なばね特性を得ることができる。また、複数の柱部を有することで、1つの柱部が破損することがあっても、残りの柱部がばね部として機能する。そのため、上記形態によれば、1つの柱部が破損してすぐに使用不能となることを回避できる。 In the above embodiment, more complicated spring characteristics can be obtained by providing the plurality of pillars so as not to intersect each other. Further, by having a plurality of pillars, even if one pillar is damaged, the remaining pillars function as springs. Therefore, according to the above-described embodiment, it is possible to prevent one pillar portion from being damaged and immediately becoming unusable.
(9)本開示のばねの一形態として、
前記ばね部と前記端末部との接続部が曲面を有する形態が挙げられる。
(9) As a form of the spring of the present disclosure,
Examples thereof include a form in which the connecting portion between the spring portion and the terminal portion has a curved surface.
上記形態は、ばね部と前記端末部との接続部が曲面を有することで、接続部での応力集中を緩和できる。よって、上記形態は、ばねの疲労強度を向上できる。 In the above embodiment, since the connecting portion between the spring portion and the terminal portion has a curved surface, stress concentration at the connecting portion can be relaxed. Therefore, the above-mentioned form can improve the fatigue strength of the spring.
(10)本開示のばねの一形態として、
前記焼結金属材の相対密度が93%以上99.9%以下であることが挙げられる。
(10) As a form of the spring of the present disclosure,
The relative density of the sintered metal material is 93% or more and 99.9% or less.
上記焼結金属材は、93%以上の相対密度を有しており、緻密である。上記焼結金属材は、気孔が少ないため、気孔が割れの起点になり難い。よって、上記形態のばねは高い強度を有する。 The sintered metal material has a relative density of 93% or more and is dense. Since the sintered metal material has few pores, the pores are unlikely to be the starting point of cracking. Therefore, the spring of the above form has high strength.
(11)本開示のばねの一形態として、
前記焼結金属材は、鉄基合金からなる母相を有し、
前記鉄基合金は、Cu、Cr、Ni、Mo、Mn、P、Si、B及びCからなる群より選択される1種以上の元素を含有することが挙げられる。
(11) As a form of the spring of the present disclosure,
The sintered metal material has a matrix made of an iron-based alloy and has a matrix.
The iron-based alloy may contain one or more elements selected from the group consisting of Cu, Cr, Ni, Mo, Mn, P, Si, B and C.
上記に列挙する元素を含有する鉄基合金、例えばCを含有する鉄基合金である鋼などは強度に優れる。したがって、上記形態のばねは強度に優れる。 Iron-based alloys containing the elements listed above, such as steel, which is an iron-based alloy containing C, are excellent in strength. Therefore, the spring of the above form has excellent strength.
(12)本開示のばねの一形態として、
前記焼結金属材は、純チタン又はチタン基合金からなる母相を有することが挙げられる。
(12) As a form of the spring of the present disclosure,
The sintered metal material may have a matrix made of pure titanium or a titanium-based alloy.
純チタン又はチタン基合金は比強度に優れる。特に、チタン基合金は高い比強度を有する。したがって、上記形態のばねは軽量かつ強度に優れる。 Pure titanium or titanium-based alloy has excellent specific strength. In particular, the titanium-based alloy has a high specific strength. Therefore, the spring of the above form is lightweight and has excellent strength.
(13)本開示のばねの製造方法は、
金属粉末を含有する原料粉末を加圧圧縮して、圧粉成形体を成形する工程と、
前記圧粉成形体を切削加工して、ばねの形状に加工する工程と、
ばねの形状に加工した前記圧粉成形体を焼結する工程と、を備え、
前記ばねの形状は、
ばね部と、前記ばね部の両端に設けられる端末部とを一体に有し、
前記ばね部は、相対的に断面積が小さい第一のばね部と、相対的に断面積が大きい第二のばね部とを含む形状である。
(13) The method for manufacturing a spring of the present disclosure is as follows.
A process of forming a powder compact by pressurizing and compressing a raw material powder containing a metal powder,
The process of cutting the powder compact to form a spring shape,
The step of sintering the powder compact processed into the shape of a spring is provided.
The shape of the spring is
It integrally has a spring portion and terminal portions provided at both ends of the spring portion.
The spring portion has a shape including a first spring portion having a relatively small cross-sectional area and a second spring portion having a relatively large cross-sectional area.
本開示のばねの製造方法は、焼結金属材から構成されるばねを製造できる。本開示のばねの製造方法は、圧粉成形体を切削加工してばねの形状に加工するため、ばねを生産性よく製造できる。本開示の製造方法では、切削加工によってばねの形状に加工するので、寸法精度のばらつきを抑制できる。したがって、本開示の製造方法によれば、安定したばね特性が得られる。また、焼結前の圧粉成形体は、金属粉末を成形したままのものであるので、焼結後の焼結金属材に比べて切削加工し易い。そのため、本開示の製造方法は、加工時間が短くて済む上、加工工具の寿命も焼結金属材を加工する場合に比べて延ばせられる。更に、切削加工を容易に行えるため、寸法精度に優れるばねが得られ易い。よって、本開示の製造方法によれば、寸法精度が高いばねが得られるので、歩留まりを高められる。 The spring manufacturing method of the present disclosure can manufacture a spring made of a sintered metal material. In the method for manufacturing a spring of the present disclosure, since the powder compact is processed into the shape of a spring by cutting, the spring can be manufactured with high productivity. In the manufacturing method of the present disclosure, since the shape of the spring is processed by cutting, variations in dimensional accuracy can be suppressed. Therefore, according to the manufacturing method of the present disclosure, stable spring characteristics can be obtained. Further, since the powder compact before sintering is a molded metal powder, it is easier to cut than the sintered metal material after sintering. Therefore, the manufacturing method of the present disclosure requires a short machining time and extends the life of the machining tool as compared with the case of machining a sintered metal material. Further, since the cutting process can be easily performed, it is easy to obtain a spring having excellent dimensional accuracy. Therefore, according to the manufacturing method of the present disclosure, a spring having high dimensional accuracy can be obtained, so that the yield can be increased.
また、本開示のばねの製造方法において、ばねの形状は、ばね部が第一のばね部と第二のばね部とを含む形状である。第一のばね部と第二のばね部とは、断面積が異なる。つまり、ばね部は断面積が異なる部分を有する。よって、本開示の製造方法によれば、非線形特性を有するばねが得られる。ばねの具体的な形状としては、ばね部が螺旋状に形成された上記コイル状ばねの形状、ばね部が曲線状に湾曲して形成された上記柱状ばねの形状が挙げられる。 Further, in the method for manufacturing a spring of the present disclosure, the shape of the spring is a shape in which the spring portion includes a first spring portion and a second spring portion. The first spring portion and the second spring portion have different cross-sectional areas. That is, the spring portion has a portion having a different cross-sectional area. Therefore, according to the manufacturing method of the present disclosure, a spring having a non-linear characteristic can be obtained. Specific examples of the shape of the spring include the shape of the coiled spring in which the spring portion is formed in a spiral shape, and the shape of the columnar spring formed in which the spring portion is curved in a curved shape.
[本開示の実施形態の詳細]
以下、適宜図面を参照して、本開示の実施形態に係るばね、及びばねの製造方法の具体例を説明する。図中の同一符号は、同一名称物を示す。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
[Details of Embodiments of the present disclosure]
Hereinafter, specific examples of the spring according to the embodiment of the present disclosure and the method for manufacturing the spring will be described with reference to the drawings as appropriate. The same reference numerals in the figures indicate the same names. It should be noted that the present invention is not limited to these examples, and is indicated by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
[実施形態1]
(ばねの概要)
主に図1、図2を参照して、実施形態1のばね1は説明する。実施形態1のばね1は、図1、図2に示すように、ばね部10と、ばね部10の両端に設けられる端末部21、22とを備える。ばね部10は、相対的に断面積が小さい第一のばね部11と、相対的に断面積が大きい第二のばね部12とを含む。ばね1の特徴の1つは、ばね部10と端末部21、22とが焼結金属材によって一体に構成されている点にある。ここでは、ばね1において、一方の端末部21側を上側とし、他方の端末部22側を下側とする。
[Embodiment 1]
(Overview of spring)
The
実施形態1では、ばね部10が螺旋状に形成された1つのコイル部10aにより構成されている形態を例示する。つまり、実施形態1のばね1は、いわゆるコイル状ばねである。ばね1の外観は円筒状である。以下、ばね1の構成を詳しく説明する。
In the first embodiment, an embodiment in which the
(ばね部)
ばね部10は、ばねとして作用する部分である。本例では、ばね部10を構成するコイル部10aが螺旋状に形成されていることで、荷重に対して弾性変形することが可能である。ばね部10は、第一のばね部11と第二のばね部12とを有する。図2に示すように、第一のばね部11は相対的に断面積が小さく、第二のばね部12は相対的に断面積が大きい。つまり、第二のばね部12の断面積は、第一のばね部11の断面積よりも大きい。ばね部10に対して上下方向に荷重を作用させたとき、断面積が小さい第一のばね部11では荷重に対する変形量が大きく、断面積が大きい第二のばね部12では荷重に対する変形量が小さくなる。そのため、ばね部10に荷重を加えていくと、荷重に対してばね部10の変形が非線形になる。よって、ばね1は非線形のばね特性を有する。各ばね部11、12の断面積は、ばね部11、12の長さ方向に直交する断面の面積のことである。本例のように、ばね部10がコイル部10aにより構成されている場合、上記断面は、コイル部10aの中心軸を含む平面で切断した断面とする。
(Spring part)
The
ばね部10は、後述するように、筒状の圧粉成形体を切削加工することによって形成される。ばね部10の断面形状は適宜選択できる。本例では、図2に示すように、ばね部10の断面形状が四角形状である。ばね部10の断面が四角形であれば、ばね部10の切削が容易である。また、本例のばね部10は、一方の端末部21側から他方の端末部22側に向かって段階的に断面積が変化している。より詳しくは、第一のばね部11と第二のばね部12との移行部分のみ連続的に断面積が変化している。ばね部10は、一方の端末部21側から他方の端末部22側に向かって連続的に断面積を変化させることも可能である。
The
本例では、図2に示すように、コイル部10aの上記断面において、第二のばね部12における縦方向の厚さt12が第一のばね部11における縦方向の厚さt11よりも大きい。本例の場合、各ばね部11、12の上記厚さt11、t12は、コイル部10aの中心軸に沿った方向、即ち上下方向の長さのことである。第二のばね部12の上記厚さt12が第一のばね部11の上記厚さt11よりも大きいことで、第二のばね部12の断面積が相対的に大きく設定されている。各ばね部11、12の厚さt11、t12は、所定のばね特性が得られる断面積となるように適宜設定すればよい。
In this example, as shown in FIG. 2, in the cross section of the
本例では、コイル部10aの上記断面において、各ばね部11、12における横方向の幅w11、w12が一定である。つまり、第一のばね部11の上記幅w11と第二のばね部12の上記幅w12とが実質的に等しい。本例の場合、各ばね部11、12の上記幅w11、w12は、コイル部10aの中心軸に直交する方向、即ち径方向の長さのことである。本例のコイル部10aは、円筒状の螺旋によって形成されている。コイル部10aの内径及び外径は、コイル部10aの全長にわたって一定である。つまり、各ばね部11、12の内径及び外径がそれぞれ実質的に等しい。
In this example, in the cross section of the
本例において、コイル部10aの形状は円筒状であるが、これに限定されるものではない。コイル部10aの形状は、例えば、角筒状などであってもよく、中空円錐台状、中空角錐台状などであってもよい。
In this example, the shape of the
その他、本例では、コイル部10aにおける螺旋のピッチは、コイル部10aの全長にわたって一様である。つまり、各ばね部11、12における螺旋のピッチが実質的に等しい。即ち、コイル部10aは等ピッチである。螺旋のピッチは、コイル部10aの中心軸を含む断面において、上下方向に互いに隣り合うターンの中心間距離のことである。換言すれば、螺旋のピッチは、各ばね部11、12の上記厚さの中心間距離である。本例の場合、上述したように、第二のばね部12の厚さt12が第一のばね部11の厚さt11よりも大きいので、第二のばね部12における隣り合うターン間の隙間が第一のばね部11における隣り合うターン間の隙間よりも狭い。螺旋のピッチは、特に限定されるものではなく、所定のばね特性が得られるように適宜設定すればよい。各ばね部11、12における螺旋のピッチは異なっていてもよい。即ち、コイル部10aは不等ピッチであってもよい。例えば、第一のばね部11における螺旋のピッチが、第二のばね部12における螺旋のピッチよりも小さいことが挙げられる。具体的には、第一のばね部11と第二のばね部12において、それぞれの隣り合うターン間の隙間の大きさが等しくなるように設定されていることが挙げられる。螺旋のピッチを変えることで、ばね特性を制御することができる。
In addition, in this example, the pitch of the spiral in the
また、コイル部10aにおける螺旋の巻数は、特に限定されるものではなく、所定のばね特性が得られるように適宜設定すればよい。各ばね部11、12における螺旋の巻数は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
Further, the number of spiral turns in the
(端末部)
端末部21、22は、ばねとして作用しない部分である。端末部21、22は、図1に示すように、コイル部10aの両端に一体に形成されている。端末部21、22は、図示しない相手部材に接する。端末部21、22には、ばね1を相手部材に取り付けるための図示しない取付部が設けられていてもよい。取付部は、例えば、穴、溝、突起などによって構成することが挙げられる。
(Terminal part)
The
端末21、22の形状は任意に選択できる。端末部21、22の端面は、ばね1の上下方向、即ち軸方向と直交する平面であることが好適である。この場合、端末部21、22の端面に段差がなく、相手部材の座面に端末部21、22の端面を面接触させることができる。その他、端末部21,22が相手部材の一部又は全部を兼ねた形状であってもよい。これにより、ばね1と相手部材との間に界面がなく、両者を併せて一部材として取り扱えるなど、部品点数の削減に寄与する。
The shapes of the
本例では、端末部21、22の形状が円筒状である。端末部21、22の形状は、円筒状に限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。端末部21、22の形状は、例えば、角筒状などであってもよく、円柱状、角柱状などであってもよい。本例の端末部21、22の内径及び外径は、コイル部10aの内径及び外径と同等である。
In this example, the
(接続部)
ばね部10と各端末部21、22との間には、図1に示すように、接続部31、32を有する。本例では、接続部31、32が曲面を有する。そのため、接続部31、32での応力集中を緩和できるので、ばね1の疲労強度が向上する。
(Connection part)
As shown in FIG. 1, connecting
(焼結金属材)
ばね1は、焼結金属材により構成されている。焼結金属材は、金属を主体とする焼結材料である。焼結金属材は、金属からなる母相と、母相中に存在する複数の気孔とを備える。焼結金属材は、気孔を有するため、例えば潤滑油などを染み込ませることができる。以下、焼結金属材の好ましい態様を説明する。
(Sintered metal material)
The
(組成)
母相を構成する金属は、各種の純金属、又は合金が挙げられる。純金属は、例えばFe(鉄)、Ti(チタン)、Cu(銅)、Al(アルミニウム)、Mg(マグネシウム)、Ni(ニッケル)、W(タングステン)、Mo(モリブデン)などが挙げられる。合金は、例えば鉄基合金、チタン基合金、銅基合金、アルミニウム基合金、マグネシウム基合金、ニッケル基合金、タングステン基合金、モリブデン基合金などが挙げられる。これらの中でも、鉄基合金は強度に優れる。純チタン又はチタン基合金は強度や耐食性、耐熱性に優れる。そのため、母相が鉄基合金からなる焼結金属材は強度が高い。母相が純チタン又はチタン基合金からなる焼結金属材は強度が高く、耐食性、耐熱性も高い。純アルミニウム又はアルミニウム基合金、純マグネシウム又はマグネシウム合金は比重が小さいので、母相がこれら金属からなる焼結金属材は軽量である。母相が純ニッケル又はニッケル基合金からなる焼結金属材は耐熱性、耐食性に優れる。タングステン基合金、モリブデン基合金は融点が高く、耐熱性に優れるため、母相がこれらの金属からなる焼結金属材は耐熱性に優れる。焼結金属材の強度が高いほど、強度に優れるばね1が得られる。中でも、純チタン又はチタン基合金は比強度に優れる。特に、チタン基合金は高い比強度を有する。よって、母相が純チタン又はチタン基合金からなる場合は、軽量かつ高強度で、耐食性、耐熱性にも優れるばね1が得られる。母相が純アルミニウム又はアルミニウム基合金、純マグネシウム又はマグネシウム合金からなる場合は、軽量のばね1が得られる。母相が純ニッケル又はニッケル基合金、タングステン基合金、モリブデン基合金からなる場合は、耐熱性に優れるばね1が得られる。
(composition)
Examples of the metal constituting the matrix include various pure metals or alloys. Examples of the pure metal include Fe (iron), Ti (titanium), Cu (copper), Al (aluminum), Mg (magnesium), Ni (nickel), W (tungsten), Mo (molybdenum) and the like. Examples of the alloy include iron-based alloys, titanium-based alloys, copper-based alloys, aluminum-based alloys, magnesium-based alloys, nickel-based alloys, tungsten-based alloys, molybdenum-based alloys, and the like. Among these, iron-based alloys are excellent in strength. Pure titanium or titanium-based alloy is excellent in strength, corrosion resistance, and heat resistance. Therefore, the sintered metal material whose parent phase is an iron-based alloy has high strength. A sintered metal material whose parent phase is pure titanium or a titanium-based alloy has high strength, and also has high corrosion resistance and heat resistance. Since pure aluminum or an aluminum-based alloy, pure magnesium or a magnesium alloy has a small specific gravity, a sintered metal material having a matrix of these metals is lightweight. A sintered metal material whose parent phase is pure nickel or a nickel-based alloy has excellent heat resistance and corrosion resistance. Since tungsten-based alloys and molybdenum-based alloys have a high melting point and are excellent in heat resistance, sintered metal materials having a matrix of these metals are excellent in heat resistance. The higher the strength of the sintered metal material, the more excellent the strength of the
鉄基合金は、添加元素を含有し、残部がFe及び不純物からなる。鉄基合金は、Feを最も多く含有する。添加元素は、例えばCu(銅)、Cr(クロム)、Ni(ニッケル)、Mo(モリブデン)、Mn(マンガン)、P(リン)、Si(珪素)、B(硼素)及びC(炭素)からなる群より選択される1種以上の元素が挙げられる。特に、添加元素として、C、Ni、Mo、及びBからなる群より選択される1種以上の元素を含有することが好ましい。添加元素は、2種以上含有することが好ましく、3種以上含有してもよい。Feに加えて、上記に列挙する元素を含有する鉄基合金、例えば鋼などは、強度が高い。 The iron-based alloy contains additive elements, and the balance consists of Fe and impurities. The iron-based alloy contains the largest amount of Fe. Additive elements are, for example, from Cu (copper), Cr (chromium), Ni (nickel), Mo (molybdenum), Mn (manganese), P (phosphorus), Si (silicon), B (boron) and C (carbon). One or more elements selected from the group of In particular, it is preferable that the additive element contains one or more elements selected from the group consisting of C, Ni, Mo, and B. It is preferable that two or more kinds of additive elements are contained, and three or more kinds may be contained. Iron-based alloys containing the elements listed above in addition to Fe, such as steel, have high strength.
Cを含有する鉄基合金、代表的には炭素鋼は、強度に優れる。Cの含有量は、例えば0.1質量%以上2.0質量%以下が挙げられる。Cの含有量は、0.1質量%以上1.5質量%以下、更に0.1質量%以上1.0質量%以下、0.3質量%以上0.9質量%以下でもよい。なお、各元素の含有量は、鉄基合金を100質量%とする質量割合である。 An iron-based alloy containing C, typically carbon steel, has excellent strength. The content of C is, for example, 0.1% by mass or more and 2.0% by mass or less. The content of C may be 0.1% by mass or more and 1.5% by mass or less, further 0.1% by mass or more and 1.0% by mass or less, and 0.3% by mass or more and 0.9% by mass or less. The content of each element is a mass ratio with the iron-based alloy as 100% by mass.
Niは、強度の向上に加え、靭性の向上にも寄与する。Niの含有量は、例えば0質量%以上8.0質量%以下が挙げられる。Niの含有量は、0.1質量%以上5.0質量%以下、更に0.5質量%以上4.0質量%以下でもよい。上限は3.5質量%以下、更に2.5質量%以下でもよい。 Ni contributes not only to the improvement of strength but also to the improvement of toughness. The content of Ni is, for example, 0% by mass or more and 8.0% by mass or less. The content of Ni may be 0.1% by mass or more and 5.0% by mass or less, and further 0.5% by mass or more and 4.0% by mass or less. The upper limit may be 3.5% by mass or less, and further may be 2.5% by mass or less.
Mo、Bは、強度の向上に寄与する。
Moは焼入れ性を高める。Moの含有量は、例えば0質量%以上2.0質量%以下、更に0.1質量%以上2.0質量%以下が挙げられる。上限は1.5質量%以下でもよい。
Bは焼結性を高める。Bの含有量は、例えば0質量%以上0.1質量%以下、更に0.001質量%以上0.003質量%以下が挙げられる。
Mo and B contribute to the improvement of strength.
Mo enhances hardenability. Examples of the Mo content include 0% by mass or more and 2.0% by mass or less, and further 0.1% by mass or more and 2.0% by mass or less. The upper limit may be 1.5% by mass or less.
B enhances sinterability. The content of B includes, for example, 0% by mass or more and 0.1% by mass or less, and further 0.001% by mass or more and 0.003% by mass or less.
Cu、Cr、Mn、P、Siは、強度や焼入れ性を高める効果がある。これらの各元素の含有量は、例えば0.1質量%以上5.0質量%以下が挙げられる。 Cu, Cr, Mn, P, and Si have the effect of increasing strength and hardenability. The content of each of these elements is, for example, 0.1% by mass or more and 5.0% by mass or less.
焼結金属材の全体組成は、例えば、エネルギー分散型X線分析法(EDX又はEDS)、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−OES)などで分析することができる。 The overall composition of the sintered metal material can be analyzed by, for example, energy dispersive X-ray analysis (EDX or EDS), high frequency inductively coupled plasma emission spectrometry (ICP-OES), or the like.
(相対密度)
焼結金属材の相対密度は93%以上99.9%以下であることが挙げられる。つまり、焼結金属材は、0.1%以上7%以下の範囲で気孔を含む。気孔の割合が上記範囲であれば、気孔が少なく、緻密であるといえる。このような焼結金属材は、気孔が少ないため、気孔が割れの起点になり難い。よって、焼結金属材の相対密度が93%以上であることで、高い強度を有するばね1が得られる。
(Relative density)
The relative density of the sintered metal material is 93% or more and 99.9% or less. That is, the sintered metal material contains pores in the range of 0.1% or more and 7% or less. If the ratio of pores is in the above range, it can be said that there are few pores and the pores are dense. Since such a sintered metal material has few pores, the pores are unlikely to be the starting point of cracking. Therefore, when the relative density of the sintered metal material is 93% or more, the
焼結金属材の相対密度は、強度の観点から、94%以上、更に96%以上、特に96.5%以上が好ましい。上記相対密度が94%以上であれば、気孔がより少ないため、気孔が割れの起点に更になり難い。上記相対密度は、97%以上、98%以上でもよい。 From the viewpoint of strength, the relative density of the sintered metal material is preferably 94% or more, more preferably 96% or more, and particularly preferably 96.5% or more. When the relative density is 94% or more, the pores are less likely to become the starting point of cracking because the pores are smaller. The relative density may be 97% or more, 98% or more.
焼結金属材の相対密度が99.9%以下、特に99.5%以下であれば、生産性の向上を図ることができる。例えば、焼結金属材の素材となる圧粉成形体を成形する工程において、成形圧力を高くして、圧粉成形体の相対密度を高めれば、焼結金属材の相対密度が高められる。しかし、成形圧力が大き過ぎると、金型から圧粉成形体を取り出し難くなったり、金型の寿命が短くなったりし易い。つまり、成形圧力が過大になると、生産性の低下を招くおそれがある。生産性の観点から、上記相対密度は99%以下でもよい。 When the relative density of the sintered metal material is 99.9% or less, particularly 99.5% or less, the productivity can be improved. For example, in the step of molding a dust compact as a material for a sintered metal material, if the molding pressure is increased to increase the relative density of the dust compact, the relative density of the sintered metal is increased. However, if the molding pressure is too high, it is difficult to take out the powder compact from the mold, and the life of the mold tends to be shortened. That is, if the molding pressure becomes excessive, the productivity may decrease. From the viewpoint of productivity, the relative density may be 99% or less.
ばねの強度と生産性の観点から、焼結金属材の相対密度は、例えば94%以上99.5%以下、更に94%以上99%以下が挙げられる。 From the viewpoint of spring strength and productivity, the relative density of the sintered metal material is, for example, 94% or more and 99.5% or less, and further 94% or more and 99% or less.
焼結金属材の相対密度(%)は次のようにして求めることができる。焼結金属材から複数の断面をとる。各断面を走査型電子顕微鏡(SEM)や光学顕微鏡などの顕微鏡で観察する。各断面から複数の観察視野をとることが好ましい。観察視野は、例えば10以上が挙げられる。観察視野の大きさ(面積)は、例えば、500μm×600μm=300,000μm2が挙げられる。各観察視野の観察像に画像処理を施して、金属からなる領域を抽出する。画像処理は、例えば二値化処理などが挙げられる。金属からなる領域の面積を求める。更に、観察視野の面積に対する金属からなる領域の面積の割合を求める。この面積の割合を相対密度とみなす。複数の観察視野から求めた相対密度を平均する。この平均値を焼結金属材の相対密度とする。上述の金属からなる領域の抽出や上記領域の面積の測定などは、市販の画像解析システムや市販の画像解析ソフトウエアなどを用いて行うとよい。 The relative density (%) of the sintered metal material can be obtained as follows. Take multiple cross sections from sintered metal material. Each cross section is observed with a microscope such as a scanning electron microscope (SEM) or an optical microscope. It is preferable to take a plurality of observation fields from each cross section. The observation field of view is, for example, 10 or more. The size (area) of the observation field of view is, for example, 500 μm × 600 μm = 300,000 μm 2 . Image processing is performed on the observation image of each observation field of view to extract a region made of metal. The image processing includes, for example, binarization processing. Find the area of the area made of metal. Furthermore, the ratio of the area of the region made of metal to the area of the observation field of view is obtained. The ratio of this area is regarded as the relative density. The relative densities obtained from multiple observation fields are averaged. This average value is taken as the relative density of the sintered metal material. Extraction of the above-mentioned region made of metal, measurement of the area of the above-mentioned region, and the like may be performed using a commercially available image analysis system, commercially available image analysis software, or the like.
(組織)
焼結金属材は、任意の断面において、複数の気孔を含む。各気孔は小さいことが好ましい。各気孔が小さければ、各気孔が割れの起点になり難いため、ばねの強度を高めることができる。焼結金属材に含まれる気孔の大きさを表す指標としては、例えば、気孔の周囲長、断面積、最大径などが挙げられる。
(Organization)
The sintered metal material contains a plurality of pores in any cross section. Each pore is preferably small. If each pore is small, each pore is unlikely to be the starting point of cracking, so that the strength of the spring can be increased. Examples of the index showing the size of the pores contained in the sintered metal material include the perimeter of the pores, the cross-sectional area, and the maximum diameter.
気孔の大きさは次のようにして求めることができる。焼結金属材の任意の断面をSEMで観察し、上記断面から、少なくとも1つの観察視野をとる。観察視野の大きさは、1つの視野内に、50以上の気孔が存在するように調整するとよい。観察視野の観察像に画像処理を施して、気孔を抽出し、気孔の大きさを測定する。気孔の大きさとして測定するものとしては、例えば、周囲長、断面積、最大径などが挙げられる。 The size of the pores can be determined as follows. An arbitrary cross section of the sintered metal material is observed by SEM, and at least one observation field of view is taken from the above cross section. The size of the observation field of view may be adjusted so that there are 50 or more pores in one field of view. Image processing is performed on the observation image in the observation field of view, pores are extracted, and the size of the pores is measured. Examples of the size of the pores to be measured include perimeter, cross-sectional area, maximum diameter, and the like.
《気孔の周囲長》
焼結金属材は、気孔の平均周囲長が100μm以下であることが好ましい。ここでの気孔の平均周囲長は、焼結金属材から任意の断面をとり、この断面において、複数の気孔について各気孔の輪郭の長さを求め、それぞれの輪郭の長さを平均した値である。
《Perimeter of pores》
The sintered metal material preferably has an average peripheral length of pores of 100 μm or less. The average peripheral length of the pores here is an arbitrary cross section taken from the sintered metal material, and in this cross section, the contour length of each pore is obtained for a plurality of pores, and the average length of each contour is used. is there.
気孔の平均周囲長が100μm以下であれば、気孔の多くは、周囲長が短い気孔であるといえる。周囲長が短い気孔は断面積が小さい。気孔の平均周囲長が短いほど、各気孔の断面積が小さいといえる。各気孔が小さければ、割れの起点になり難い。よって、気孔の平均周囲長が100μm以下を満たす焼結金属材は、ばねの強度をより高めることができる。強度の観点から、上記平均周囲長は90μm以下、更に80μm以下、特に70μm以下が好ましい。 If the average peripheral length of the pores is 100 μm or less, it can be said that most of the pores are pores having a short peripheral length. Pore with a short circumference has a small cross-sectional area. It can be said that the shorter the average peripheral length of the pores, the smaller the cross-sectional area of each pore. If each pore is small, it is unlikely to be the starting point of cracking. Therefore, a sintered metal material having an average pore length of 100 μm or less can further increase the strength of the spring. From the viewpoint of strength, the average peripheral length is preferably 90 μm or less, more preferably 80 μm or less, and particularly preferably 70 μm or less.
気孔の平均周囲長は、焼結金属材の相対密度が高いほど小さくなる傾向にある。上述のように成形圧力が過大になることを防止して生産性を向上する観点から、上記平均周囲長は、例えば10μm以上、更に15μm以上でもよい。 The average perimeter of the pores tends to decrease as the relative density of the sintered metal material increases. From the viewpoint of preventing the molding pressure from becoming excessive and improving the productivity as described above, the average peripheral length may be, for example, 10 μm or more, and further 15 μm or more.
《気孔の断面積》
焼結金属材は、気孔の平均断面積が500μm2以下であることが好ましい。ここでの気孔の平均断面積は、焼結金属材から任意の断面をとり、この断面において、複数の気孔について各気孔の断面積を求め、それぞれの断面積を平均した値である。
<< Cross-sectional area of pores >>
The sintered metal material preferably has an average pore cross-sectional area of 500 μm 2 or less. The average cross-sectional area of the pores here is a value obtained by taking an arbitrary cross section from the sintered metal material, obtaining the cross-sectional area of each pore for a plurality of pores in this cross section, and averaging the cross-sectional areas of each.
気孔の平均断面積が500μm2以下であれば、気孔の多くは、断面積が小さい気孔であるといえる。気孔の平均断面積が小さいほど、各気孔の断面積が小さいといえる。各気孔が小さければ、割れの起点になり難い。よって、気孔の平均断面積が500μm2以下を満たす焼結金属材は、ばねの強度をより高めることができる。強度の観点から、上記平均断面積は480μm2以下、更に450μm2以下、特に430μm2以下が好ましい。 If the average cross-sectional area of the pores is 500 μm 2 or less, it can be said that most of the pores are pores having a small cross-sectional area. It can be said that the smaller the average cross-sectional area of the pores, the smaller the cross-sectional area of each pore. If each pore is small, it is unlikely to be the starting point of cracking. Therefore, a sintered metal material having an average pore cross-sectional area of 500 μm 2 or less can further increase the strength of the spring. From the viewpoint of strength, the average cross-sectional area is 480 .mu.m 2 or less, further 450 [mu] m 2 or less, particularly 430 m 2 or less.
気孔の平均断面積は、焼結金属材の相対密度が高いほど小さくなる傾向にある。上述のように成形圧力が過大になることを防止して生産性を向上する観点から、上記平均断面積は、例えば20μm2以上、更に30μm2以上でもよい。 The average cross-sectional area of the pores tends to decrease as the relative density of the sintered metal material increases. From the viewpoint of preventing the molding pressure from becoming excessive and improving the productivity as described above, the average cross-sectional area may be, for example, 20 μm 2 or more, and further 30 μm 2 or more.
焼結金属材は、気孔の平均周囲長が100μm以下であり、かつ気孔の平均断面積が500μm2以下であることが好ましい。この場合、気孔の多くは、断面積が小さく、かつ周囲長も短い気孔であるといえる。そのため、各気孔が割れの起点になり難い。上述したように、強度の観点から、上記平均周囲長及び上記平均断面積は小さいほど好ましい。 The sintered metal material preferably has an average peripheral length of pores of 100 μm or less and an average cross-sectional area of pores of 500 μm 2 or less. In this case, it can be said that most of the pores are pores having a small cross-sectional area and a short peripheral length. Therefore, each pore is unlikely to be the starting point of cracking. As described above, from the viewpoint of strength, the smaller the average peripheral length and the average cross-sectional area are, the more preferable.
《気孔の最大径》
更に、気孔の最大径の平均値も小さいことが好ましい。ここでの気孔の最大径の平均値は、焼結金属材から任意の断面をとり、この断面において、複数の気孔について各気孔の最大長さを求め、それぞれの最大長さを平均した値である。
《Maximum diameter of pores》
Further, it is preferable that the average value of the maximum diameters of the pores is also small. The average value of the maximum diameters of the pores here is an arbitrary cross section taken from the sintered metal material, the maximum length of each pore is obtained for a plurality of pores in this cross section, and the average value of each maximum length is used. is there.
気孔の最大径の平均値は、例えば5μm以上30μm以下が挙げられる。上記平均値が30μm以下であれば、気孔の多くは短く小さなものといえる。このような気孔は割れの起点に更になり難い。よって、気孔の最大径の平均値が30μm以下を満たす焼結金属材は、ばねの強度を更に高めることができる。強度の観点から、上記平均値は28μm以下、更に25μm以下、特に20μm以下が好ましい。上記平均値が5μm以上であれば、気孔が小さ過ぎない。上述のように成形圧力が過大になることを防止して生産性を向上する観点から、上記平均値は8μm以上、更に10μm以上でもよい。強度と生産性の観点から、上記平均値は、例えば10μm以上25μm以下が挙げられる。 The average value of the maximum diameters of the pores is, for example, 5 μm or more and 30 μm or less. If the average value is 30 μm or less, it can be said that most of the pores are short and small. Such pores are less likely to be the starting point of cracking. Therefore, the sintered metal material in which the average value of the maximum diameters of the pores satisfies 30 μm or less can further increase the strength of the spring. From the viewpoint of strength, the average value is preferably 28 μm or less, more preferably 25 μm or less, and particularly preferably 20 μm or less. If the average value is 5 μm or more, the pores are not too small. From the viewpoint of preventing the molding pressure from becoming excessive and improving the productivity as described above, the average value may be 8 μm or more, and further 10 μm or more. From the viewpoint of strength and productivity, the average value is, for example, 10 μm or more and 25 μm or less.
更に、気孔の最大径の最大値も小さいことが好ましい。各気孔が割れの起点によりなり難いからである。上記最大値は、例えば30μm以下、更に28μm以下、特に25μm以下が好ましい。 Further, it is preferable that the maximum value of the maximum diameter of the pores is also small. This is because each pore is unlikely to be the starting point of cracking. The maximum value is, for example, 30 μm or less, more preferably 28 μm or less, and particularly preferably 25 μm or less.
気孔の最大径の最小値は、例えば3μm以上20μm以下、更に5μm以上18μm以下が挙げられる。上記最小値が上記範囲であれば、上述のように生産性の点で好ましい。 The minimum value of the maximum diameter of the pores is, for example, 3 μm or more and 20 μm or less, and further 5 μm or more and 18 μm or less. When the minimum value is in the above range, it is preferable in terms of productivity as described above.
《気孔の形状》
焼結金属材の断面において、気孔の形状は、代表的には異形状が挙げられる。気孔の形状が円形や楕円形などといった単純な曲線形状ではなく、異形状である理由の一つとして、後述するように、緻密な圧粉成形体を比較的低温で焼結することが挙げられる。
《Shape of pores》
In the cross section of the sintered metal material, the shape of the pores is typically a different shape. One of the reasons why the shape of the pores is not a simple curved shape such as a circle or an ellipse but a deformed shape is that a dense powder compact is sintered at a relatively low temperature, as will be described later. ..
(ばねの製造方法)
実施形態1のばね1は、例えば、以下の工程を備えるばねの製造方法によって製造できる。
第一の工程:金属粉末を含有する原料粉末を加圧圧縮して、圧粉成形体を成形する工程。
第二の工程:圧粉成形体を切削加工して、ばねの形状に加工する工程。
第三の工程:ばねの形状に加工した圧粉成形体を焼結する工程。
(Spring manufacturing method)
The
First step: A step of forming a powder compact by pressurizing and compressing a raw material powder containing a metal powder.
Second step: A step of cutting a powder compact to form a spring shape.
Third step: A step of sintering a powder compact processed into a spring shape.
上述のばねの製造方法は、第一から第三の工程を備えることで、焼結金属材により構成されるばねを製造できる。上述の製造方法において、ばねの形状は、図1、図2に示すように、ばね部10と、ばね部10の両端に設けられる端末部21、22とを一体に有する。ばね部10は、相対的に断面積が小さい第一のばね部11と、相対的に断面積が大きい第二のばね部12とを含む形状である。実施形態1では、上述したように、ばね部10が螺旋状に形成されたコイル部10aによって構成された、いわゆるコイル状ばねの形状である。
以下、工程ごとに説明する。
The above-mentioned spring manufacturing method includes the first to third steps, so that a spring made of a sintered metal material can be manufactured. In the above-mentioned manufacturing method, as shown in FIGS. 1 and 2, the shape of the spring integrally includes the
Hereinafter, each step will be described.
(第一の工程:成形工程)
〈原料粉末の準備〉
原料粉末は金属粉末を含む。金属粉末は、柔らか過ぎず、かつ硬過ぎない金属からなるものが好ましい。金属粉末が硬過ぎないことで、加圧圧縮によって塑性変形し易い。そのため、相対密度が93%以上である緻密な圧粉成形体が得られ易い。金属粉末が軟らか過ぎないことで、相対密度が99.9%以下である圧粉成形体、即ち気孔を含む圧粉成形体が得られ易い。
(First process: molding process)
<Preparation of raw material powder>
The raw material powder includes a metal powder. The metal powder is preferably made of a metal that is neither too soft nor too hard. Since the metal powder is not too hard, it is easily plastically deformed by pressure compression. Therefore, it is easy to obtain a dense powder compact having a relative density of 93% or more. Since the metal powder is not too soft, it is easy to obtain a powder compact having a relative density of 99.9% or less, that is, a powder compact containing pores.
原料粉末は、焼結金属材の母相の組成に応じて、適宜な組成の金属粉末を含むとよい。また、金属粉末の硬度は、金属粉末の組成に応じて調整するとよい。金属粉末の硬度の調整は、例えば、金属粉末の組成を調整したり、金属粉末に熱処理を施したり、金属粉末の熱処理条件を調整したりすることなどが挙げられる。金属粉末の組成は、上述の(焼結金属材)の(組成)の項を参照するとよい。 The raw material powder may contain a metal powder having an appropriate composition depending on the composition of the matrix of the sintered metal material. Further, the hardness of the metal powder may be adjusted according to the composition of the metal powder. Adjustment of the hardness of the metal powder includes, for example, adjusting the composition of the metal powder, heat-treating the metal powder, adjusting the heat treatment conditions of the metal powder, and the like. For the composition of the metal powder, refer to the section of (Composition) of (Sintered metal material) described above.
例えば、焼結金属材の母相が鉄系材料からなる場合、原料粉末は鉄系材料からなる粉末を含む。以下では、鉄系材料からなる粉末を「鉄系粉末」と呼ぶことがある。鉄系材料は、純鉄又は鉄基合金である。鉄系材料が特に鉄基合金であれば、上述のように高強度な焼結金属材が得られる。鉄系粉末は、例えば、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法などにより製造できる。また、例えば、焼結金属材の母相が純チタン又はチタン基合金からなる場合、原料粉末は、純チタン又はチタン基合金からなる粉末を含む。 For example, when the matrix of the sintered metal material is made of an iron-based material, the raw material powder includes a powder made of an iron-based material. Hereinafter, the powder made of an iron-based material may be referred to as "iron-based powder". The iron-based material is pure iron or an iron-based alloy. If the iron-based material is particularly an iron-based alloy, a high-strength sintered metal material can be obtained as described above. The iron-based powder can be produced by, for example, a water atomizing method, a gas atomizing method, or the like. Further, for example, when the matrix of the sintered metal material is made of pure titanium or a titanium-based alloy, the raw material powder includes a powder made of pure titanium or a titanium-based alloy.
金属粉末のビッカース硬度Hvは80以上200以下であることが好ましい。ビッカース硬度Hvが上記範囲を満たす金属粉末を用いることで、上述の緻密な圧粉成形体が得られ易い。ビッカース硬度Hvが80以上である金属粉末は、柔らか過ぎない。このような金属粉末を含む原料粉末を用いれば、上述のように気孔を含む圧粉成形体が得られる。ビッカース硬度Hvが200以下である金属粉末は、硬過ぎない。このような金属粉末を含む原料粉末を用いれば、上述のように緻密な圧粉成形体が得られる。上記ビッカース硬度Hvは、90以上190以下、更に100以上180以下、110以上150以下でもよい。 The Vickers hardness Hv of the metal powder is preferably 80 or more and 200 or less. By using a metal powder having a Vickers hardness Hv satisfying the above range, the above-mentioned dense powder compact can be easily obtained. A metal powder having a Vickers hardness Hv of 80 or more is not too soft. By using the raw material powder containing such a metal powder, a powder compact having pores is obtained as described above. A metal powder having a Vickers hardness Hv of 200 or less is not too hard. By using the raw material powder containing such a metal powder, a dense powder compact can be obtained as described above. The Vickers hardness Hv may be 90 or more and 190 or less, 100 or more and 180 or less, and 110 or more and 150 or less.
焼結金属材の母相が鉄基合金からなる場合、原料粉末は、例えば以下が挙げられる。
(1)原料粉末は、第一合金粉末を含む。第一合金粉末は、上記母相を構成する鉄基合金と同じ組成を有する鉄基合金からなる。
(2)原料粉末は、第二合金粉末と、第一元素粉末とを含む。第二合金粉末は、上記母相を構成する鉄基合金に含まれる添加元素のうち、一部の添加元素を含む鉄基合金からなる。第一元素粉末は、上記添加元素のうち、残部の添加元素の各々からなる粉末である。
(3)原料粉末は、上記第二合金粉末と、第三合金粉末とを含む。第三合金粉末は、上記添加元素のうち、残部の添加元素を含む鉄基合金からなる。
(4)原料粉末は、純鉄粉と、第二元素粉末とを含む。第二元素粉末は、上記母層を構成する鉄基合金における全ての添加元素の各々からなる粉末である。
When the matrix of the sintered metal material is made of an iron-based alloy, the raw material powders include, for example, the following.
(1) The raw material powder includes the first alloy powder. The first alloy powder is made of an iron-based alloy having the same composition as the iron-based alloy constituting the parent phase.
(2) The raw material powder includes a second alloy powder and a first element powder. The second alloy powder is composed of an iron-based alloy containing some of the additive elements contained in the iron-based alloy constituting the parent phase. The first element powder is a powder composed of each of the remaining additive elements among the above additive elements.
(3) The raw material powder includes the above-mentioned second alloy powder and the third alloy powder. The tertiary alloy powder is composed of an iron-based alloy containing the remaining additive elements among the above additive elements.
(4) The raw material powder includes pure iron powder and second element powder. The second element powder is a powder composed of each of all the additive elements in the iron-based alloy constituting the mother layer.
上記(2)に示す原料粉末の具体例を述べる。例えば、焼結金属材の母相が、C、Ni、及びMoを添加元素として含有し、残部がFe及び不純物からなる鉄基合金である場合、原料粉末は以下の第二合金粉末と第一元素粉末とを含むことが挙げられる。第二合金粉末は、C以外の上記添加元素、即ちNi及びMoを含有し、残部がFe及び不純物からなる粉末である。第一元素粉末は、カーボン粉末である。上記鉄基合金の一例として、0.1質量%以上2.0質量%以下のMo及び0.5質量%以上5.0質量%以下のNiの少なくとも一方の元素を含有することが挙げられる。MoやNiを上記範囲で含有する鉄基合金は、80以上200以下のビッカース硬度Hvを有する組成が多種存在する。そのため、上記鉄基合金からなる粉末を得易い。 Specific examples of the raw material powder shown in (2) above will be described. For example, when the matrix of the sintered metal material is an iron-based alloy containing C, Ni, and Mo as additive elements and the balance is Fe and impurities, the raw material powders are the following second alloy powder and the first It may contain elemental powder. The second alloy powder is a powder containing the above-mentioned additive elements other than C, that is, Ni and Mo, and the balance is Fe and impurities. The first element powder is a carbon powder. As an example of the iron-based alloy, it is mentioned that it contains at least one element of Mo of 0.1% by mass or more and 2.0% by mass or less and Ni of 0.5% by mass or more and 5.0% by mass or less. The iron-based alloy containing Mo and Ni in the above range has various compositions having a Vickers hardness Hv of 80 or more and 200 or less. Therefore, it is easy to obtain a powder made of the above iron-based alloy.
原料粉末の大きさは適宜選択できる。上述の合金粉末や純鉄粉の平均粒径は、例えば20μm以上200μm以下、更に50μm以上150μm以下が挙げられる。第三粉末(カーボン粉を除く)の平均粒径は、例えば1μm以上200μm以下程度が挙げられる。カーボン粉の平均粒径は、例えば1μm以上30μm以下程度が挙げられる。ここでの粉末の平均粒径は、レーザ回折式粒度分布測定装置により測定した体積粒度分布における累積体積が50%となる粒径(D50)である。 The size of the raw material powder can be appropriately selected. The average particle size of the above-mentioned alloy powder or pure iron powder is, for example, 20 μm or more and 200 μm or less, and further 50 μm or more and 150 μm or less. The average particle size of the third powder (excluding carbon powder) is, for example, about 1 μm or more and 200 μm or less. The average particle size of the carbon powder is, for example, about 1 μm or more and 30 μm or less. The average particle size of the powder here is the particle size (D50) at which the cumulative volume in the volume particle size distribution measured by the laser diffraction type particle size distribution measuring device is 50%.
〈成形〉
圧粉成形体の相対密度が高いほど、相対密度が高い緻密な焼結金属材が得られる。したがって、最終的に、相対密度が高い緻密な焼結金属材からなるばねが得られる。緻密な焼結金属材は、気孔が少ない上、気孔も小さくなり易い。圧粉成形体の相対密度は93%以上99.9%以下が挙げられる。相対密度が93%以上である緻密な圧粉成形体を素材とすることで、焼結温度が液相温度未満といった比較的低温であっても、相対密度が93%以上99.9%以下である緻密な焼結金属材が得られる。また、上述の圧粉成形体は、0.1%以上7%以下の範囲で気孔を含む。但し、各気孔は、加圧圧縮によって小さくなっている。上述の緻密な圧粉成形体を比較的低温で焼結することで、気孔が少なく、かつ小さい緻密な焼結金属材が得られる。いわば、圧粉成形体に含まれる気孔の大きさ及び量を実質的に維持した焼結金属材が得られる。この焼結金属材は、気孔が少ない上に小さいため、気孔が割れの起点になり難く、強度に優れる。よって、ばねの強度を高めることができる。
<Molding>
The higher the relative density of the dust compact, the higher the relative density of a dense sintered metal material. Therefore, finally, a spring made of a dense sintered metal material having a high relative density is obtained. A dense sintered metal material has few pores and tends to have small pores. The relative density of the dust compact is 93% or more and 99.9% or less. By using a dense powder compact with a relative density of 93% or more as a material, the relative density is 93% or more and 99.9% or less even at a relatively low temperature such as a sintering temperature of less than the liquid phase temperature. A certain dense sintered metal material is obtained. Further, the above-mentioned powder compact has pores in the range of 0.1% or more and 7% or less. However, each pore is reduced by pressure compression. By sintering the above-mentioned dense powder compact at a relatively low temperature, a dense sintered metal material having few pores and small size can be obtained. So to speak, a sintered metal material in which the size and amount of pores contained in the powder compact is substantially maintained can be obtained. Since this sintered metal material has few pores and is small, the pores are unlikely to be the starting points of cracks and are excellent in strength. Therefore, the strength of the spring can be increased.
圧粉成形体の相対密度は、94%以上、更に96%以上、96.5%以上、97%以上、98%以上でもよい。圧粉成形体の相対密度を高くするには、成形圧力を高くする必要がある。しかし、成形圧力を高くし過ぎると、金型から圧粉成形体を取り出し難くなったり、金型の寿命が短くなったりするなど、生産性の低下を招くおそれがある。そこで、生産性の観点から、圧粉成形体の相対密度は、99.5%以下、更に99.4%以下、99.2%以下、99%以下でもよい。ばねの強度と生産性の観点から、圧粉成形体の相対密度は、例えば94%以上99.5%以下、更に94%以上99%以下が挙げられる。 The relative density of the powder compact may be 94% or more, further 96% or more, 96.5% or more, 97% or more, 98% or more. In order to increase the relative density of the powder compact, it is necessary to increase the molding pressure. However, if the molding pressure is too high, it may be difficult to take out the powder compact from the mold, the life of the mold may be shortened, and the productivity may be lowered. Therefore, from the viewpoint of productivity, the relative density of the powder compact may be 99.5% or less, further 99.4% or less, 99.2% or less, 99% or less. From the viewpoint of spring strength and productivity, the relative density of the dust compact is, for example, 94% or more and 99.5% or less, and further 94% or more and 99% or less.
圧粉成形体の相対密度(%)は、圧粉成形体の見かけ密度を圧粉成形体の真密度で除して求めることができる。見かけ密度は、圧粉成形体の質量を測定し、この質量を圧粉成形体の体積で除して求めることができる。真密度は、原料粉末の組成から求めることができる。なお、圧粉成形体の相対密度は、上述した焼結金属材の相対密度と同様にして求めてもよい。 The relative density (%) of the dust compact can be obtained by dividing the apparent density of the dust compact by the true density of the dust compact. The apparent density can be obtained by measuring the mass of the dust compact and dividing this mass by the volume of the dust compact. The true density can be determined from the composition of the raw material powder. The relative density of the powder compact may be obtained in the same manner as the relative density of the sintered metal material described above.
圧粉成形体の成形は、代表的には金型プレス装置を利用することが挙げられる。圧粉成形体の成形は、例えば、冷間等方圧加圧(CIP)装置を利用することも可能である。金型の形状は、圧粉成形体の形状に応じて選択するとよい。 A mold press device is typically used for molding the powder compact. For molding the powder compact, for example, a cold isotropic pressurization (CIP) device can also be used. The shape of the mold may be selected according to the shape of the powder compact.
金型の内周面に潤滑剤を塗布してもよい。潤滑剤を塗布することで、圧粉成形体が金型に焼付くことを抑制できる。そのため、形状精度や寸法精度に優れる上に、緻密な圧粉成形体が得られ易い。潤滑剤は、例えば、高級脂肪酸、金属石鹸、脂肪酸アミド、高級脂肪酸アミドなどが挙げられる。 A lubricant may be applied to the inner peripheral surface of the mold. By applying the lubricant, it is possible to prevent the powder compact from being seized onto the mold. Therefore, in addition to being excellent in shape accuracy and dimensional accuracy, it is easy to obtain a dense powder compact. Examples of the lubricant include higher fatty acids, metal soaps, fatty acid amides, higher fatty acid amides and the like.
成形圧力が高いほど、相対密度が高い緻密な圧粉成形体が得られ易い。成形圧力は、例えば1560MPa以上が挙げられる。成形圧力は、1660MPa以上、1760MPa以上、1860MPa以上、1960MPa以上でもよい。成形圧力を低くすれば、金型から圧粉成形体を取り出し易くなる、金型の寿命が長くなるなど、生産性が向上する。 The higher the molding pressure, the easier it is to obtain a dense powder compact with a high relative density. The molding pressure is, for example, 1560 MPa or more. The molding pressure may be 1660 MPa or more, 1760 MPa or more, 1860 MPa or more, 1960 MPa or more. If the molding pressure is lowered, it becomes easier to take out the powder compact from the mold, the life of the mold is extended, and the productivity is improved.
圧粉成形体の形状は、ばねの形状に近い形状でもよいし、ばねの形状とは異なる形状でもよい。圧粉成形体の形状は、例えば、円筒状、円柱状、直方体状などの単純形状とすることが挙げられる。圧粉成形体の形状が単純形状であれば、成形圧力がある程度低くても、緻密な圧粉成形体を高精度に成形し易い。また、単純形状であれば、金型コストも低減できる。 The shape of the dust compact may be close to the shape of the spring or may be different from the shape of the spring. The shape of the powder compact may be, for example, a simple shape such as a cylinder, a cylinder, or a rectangular parallelepiped. If the shape of the dust compact is simple, it is easy to mold a dense dust compact with high accuracy even if the molding pressure is low to some extent. Further, if the shape is simple, the mold cost can be reduced.
上述したように、実施形態1のばね1の外観は円筒状である。そのため、実施形態1のばね1を製造する場合、例えば図3に示すように、圧粉成形体101の形状は円筒状とすることが挙げられる。圧粉成形体101の形状が円筒状であれば、ばね1の形状に近いため、第二の工程において、圧粉成形体101に対する加工が少なくて済む。
As described above, the appearance of the
(第二の工程:加工工程)
上述の圧粉成形体をばねの形状に切削加工する。切削加工は、例えば、転削加工、旋削加工などが挙げられる。切削加工によってばねの形状に加工するので、寸法精度のばらつきを抑制できる。そのため、寸法精度が高いばねが得られるので、安定したばね特性が得られる。また、焼結前の圧粉成形体は、金属粉末を成形したままのものであるので、焼結後の焼結金属材や溶製材に比べて切削加工し易い。そのため、加工時間が短くて済む上、加工工具の寿命も焼結金属材や溶製材を加工する場合に比べて延ばせられる。よって、圧粉成形体をばねの形状に加工することで、ばねを生産性よく製造できる。更に、切削加工を容易に行えるため、寸法精度に優れるばねが得られ易い。
(Second process: processing process)
The above-mentioned powder compact is cut into a spring shape. Examples of the cutting process include rolling processing and turning processing. Since it is processed into the shape of a spring by cutting, variations in dimensional accuracy can be suppressed. Therefore, a spring with high dimensional accuracy can be obtained, and stable spring characteristics can be obtained. Further, since the powder compact before sintering is a molded metal powder, it is easier to cut than a sintered metal material or a molten material after sintering. Therefore, the processing time can be shortened, and the life of the processing tool can be extended as compared with the case of processing a sintered metal material or a molten material. Therefore, the spring can be manufactured with high productivity by processing the dust compact into the shape of a spring. Further, since the cutting process can be easily performed, it is easy to obtain a spring having excellent dimensional accuracy.
圧粉成形体の相対密度がある程度高い方が、切削加工を施し易い。特に、相対密度が93%以上の圧粉成形体であれば、例えば送り量を大きく設定しても、切削加工を良好に施すことができる。そのため、寸法精度に優れるばねが得られ易い。この点で、歩留まりが向上する。また、送り量を大きくすれば、切削時間が短くなる。このように、圧粉成形体に切削加工を行うことは、ばねの生産性の向上に寄与する。 The higher the relative density of the powder compact is to some extent, the easier it is to perform cutting. In particular, if the powder compact has a relative density of 93% or more, the cutting process can be performed satisfactorily even if the feed amount is set large, for example. Therefore, it is easy to obtain a spring having excellent dimensional accuracy. In this respect, the yield is improved. Further, if the feed amount is increased, the cutting time is shortened. In this way, cutting the powder compact has contributed to the improvement of spring productivity.
実施形態1のばね1を製造する場合、例えば、図3に示す円筒状の圧粉成形体101を切削加工して、図1、図2に示すように、ばね部10を構成する螺旋状のコイル部10aを形成する。具体的には、圧粉成形体101の外周から切削加工によって螺旋状の溝を加工することで、コイル部10aを形成することが挙げられる。図3に示す圧粉成形体101の内径及び外径は、全長にわたって一定であり、図1、図2に示すコイル部10aの内径及び外径と同等である。そのため、圧粉成形体101に対し、螺旋状の溝を加工してコイル部10aを形成する際、一定の深さで溝を加工することになる。螺旋溝の加工に用いる工具としては、例えば、エンドミル、サイドカッター、フライカットなどの加工工具が挙げられる。螺旋溝の加工は、例えば、圧粉成形体101の外周から内周に工具を貫通させ、圧粉成形体101を中心軸まわりに回転させながら、工具を圧粉成形体101の軸方向に移動させて、螺旋状の溝を形成することが挙げられる。一定深さの溝加工であれば、圧粉成形体101の外周面に対する工具の深さ位置を加工途中で変更する必要がなく、加工が容易である。よって、第一のばね部11及び第二のばね部12における幅が一定である実施形態1のばね1は効率よく製造できる。
When the
実施形態1のばね1の場合、図1に示すように、コイル部10aにおける螺旋のピッチが一様である、即ちコイル部10aが等ピッチであり、各ばね部11、12における隣り合うターン間の隙間の大きさが異なる。そのため、各ばね部11、12において螺旋溝の幅を変える必要がある。溝幅を変える場合、例えば、エンドミルなどによって一定の幅で溝を形成した後、溝の側面を切削して溝幅を変えるように加工することが挙げられる。一方、コイル部10aにおける螺旋のピッチが一様ではない、即ちコイル部10aが不等ピッチであり、各ばね部11、12における隣り合うターン間の隙間の大きさが等しい場合は、螺旋溝の幅を一定とすることができる。この場合、エンドミルなどによって一定の幅で溝を加工しつつ、各ばね部11、12における縦方向の厚さを変えるようにする。溝幅を一定とする場合は、溝幅を変える場合に比べて加工工数を減らすことが可能である。
In the case of the
(第三の工程:焼結工程)
ばねの形状に加工した上述の圧粉成形体を焼結する。焼結温度は、液相温度未満とすることが好ましい。具体的には、金属粉末が鉄系粉末である場合、焼結温度は1000℃以上1300℃未満が挙げられる。焼結温度は、液相温度未満であり、比較的低温である。そのため、液相が生じるような高温で焼結する場合に比較して、熱エネルギーを低減することができる。更に、焼結温度が比較的低温であれば、粗大な気孔が形成されることを抑制できる。そのため、気孔が小さい焼結金属材が得られ易い。代表的には、気孔の平均周囲長が100μm以下、又は、気孔の平均断面積が500μm2以下である焼結金属材が得られる。例えば、相対密度が93%以上の緻密な圧粉成形体を比較的低温で焼結することで、気孔が少なく、かつ小さい緻密な焼結金属材が得られる。また、低温焼結は、高温焼結に比べて、熱収縮に起因する寸法精度の低下が生じ難い。そのため、寸法精度に優れるばねが得られ易く、歩留まりを高められる。このように、圧粉成形体を比較的低温で焼結することは、ばねの生産性の向上に寄与する。
(Third process: sintering process)
The above-mentioned powder compact processed into the shape of a spring is sintered. The sintering temperature is preferably lower than the liquidus temperature. Specifically, when the metal powder is an iron-based powder, the sintering temperature is 1000 ° C. or higher and lower than 1300 ° C. The sintering temperature is lower than the liquidus temperature and is relatively low. Therefore, the thermal energy can be reduced as compared with the case of sintering at a high temperature such that a liquid phase is generated. Further, if the sintering temperature is relatively low, it is possible to suppress the formation of coarse pores. Therefore, it is easy to obtain a sintered metal material having small pores. Typically, a sintered metal material having an average peripheral length of pores of 100 μm or less or an average cross-sectional area of pores of 500 μm 2 or less can be obtained. For example, by sintering a dense powder compact having a relative density of 93% or more at a relatively low temperature, a dense sintered metal material having few pores and small size can be obtained. Further, the low temperature sintering is less likely to cause a decrease in dimensional accuracy due to heat shrinkage than the high temperature sintering. Therefore, it is easy to obtain a spring having excellent dimensional accuracy, and the yield can be increased. As described above, sintering the powder compact at a relatively low temperature contributes to the improvement of spring productivity.
焼結温度及び焼結時間は、原料粉末の組成などに応じて調整するとよい。鉄系粉末を用いる場合、焼結温度は1000℃以上1300℃未満である。 The sintering temperature and sintering time may be adjusted according to the composition of the raw material powder and the like. When iron-based powder is used, the sintering temperature is 1000 ° C. or higher and lower than 1300 ° C.
焼結温度が低いほど、熱収縮量が小さくなり易い。そのため、寸法精度に優れるばねが得られ易い。熱エネルギーの低減の観点、寸法精度の向上の観点から、焼結温度は1250℃以下、更に1200℃未満が好ましい。 The lower the sintering temperature, the smaller the amount of heat shrinkage tends to be. Therefore, it is easy to obtain a spring having excellent dimensional accuracy. From the viewpoint of reducing thermal energy and improving dimensional accuracy, the sintering temperature is preferably 1250 ° C. or lower, more preferably less than 1200 ° C.
焼結温度が上述の範囲内で高いほど、焼結時間が短くなり易い。この点で、生産性が高められる。焼結時間の短縮の観点から、焼結温度は1050℃以上、更に1100℃以上でもよい。 The higher the sintering temperature is within the above range, the shorter the sintering time tends to be. In this respect, productivity is increased. From the viewpoint of shortening the sintering time, the sintering temperature may be 1050 ° C. or higher, and further may be 1100 ° C. or higher.
熱エネルギーの低減及び良好な精度と焼結時間の短縮とのバランスの観点から、焼結温度は、例えば1100℃以上1200℃未満が挙げられる。 From the viewpoint of reducing thermal energy and balancing good accuracy with shortening of sintering time, the sintering temperature is, for example, 1100 ° C. or higher and lower than 1200 ° C.
焼結時間は、例えば10分以上150分以下が挙げられる。 The sintering time is, for example, 10 minutes or more and 150 minutes or less.
焼結時の雰囲気は、例えば窒素雰囲気、真空雰囲気が挙げられる。真空雰囲気は、例えば10Pa以下が挙げられる。窒素雰囲気や真空雰囲気であれば、雰囲気中の酸素濃度が低く、焼結金属材の酸化を抑制し易い。 Examples of the atmosphere at the time of sintering include a nitrogen atmosphere and a vacuum atmosphere. The vacuum atmosphere is, for example, 10 Pa or less. In a nitrogen atmosphere or a vacuum atmosphere, the oxygen concentration in the atmosphere is low, and it is easy to suppress the oxidation of the sintered metal material.
(その他の工程)
上述のばねの製造方法は、第三の工程の後、上述の圧粉成形体を焼結して得られた焼結金属材に熱処理を行う工程を備えてもよい。例えば、上述の鉄系粉末を用いた焼結金属材である場合、上記熱処理は、例えば、浸炭処理、焼入れ焼戻し、浸炭焼入れ焼戻しなどが挙げられる。上記熱処理の条件は、焼結金属材の組成に応じて適宜調整するとよい。上記熱処理条件は、公知の条件を適用できる。
(Other processes)
The above-mentioned spring manufacturing method may include, after the third step, a step of heat-treating the sintered metal material obtained by sintering the above-mentioned dust compact. For example, in the case of a sintered metal material using the above-mentioned iron-based powder, the above-mentioned heat treatment includes, for example, carburizing treatment, quenching and tempering, and carburizing and quenching and tempering. The heat treatment conditions may be appropriately adjusted according to the composition of the sintered metal material. As the heat treatment conditions, known conditions can be applied.
上述のばねの製造方法は、第三の工程の後、焼結金属材に仕上げ加工を行う工程を備えてもよい。仕上げ加工は、例えば。研磨加工、研削加工などが挙げられる。仕上げ加工を行うことで、表面性状に優れるばねや、形状精度や寸法精度がより高いばねが得られる。 The above-mentioned spring manufacturing method may include a step of finishing the sintered metal material after the third step. For example, finishing. Polishing, grinding, etc. can be mentioned. By performing the finishing process, a spring having excellent surface texture and a spring having higher shape accuracy and dimensional accuracy can be obtained.
(主な効果)
実施形態1のばね1は、焼結前の圧粉成形体を切削加工した後、焼結することにより製造される。ばね1は、切削加工によってばねの形状に加工されるので、寸法精度のばらつきが小さい。したがって、ばね1は、寸法精度が高く、所定のばね特性が得られ易い。
(Main effect)
The
実施形態1のばね1は、ばね部10が第一のばね部11と第二のばね部12とを含む。第一のばね部11と第二のばね部12とは、断面積が異なる。そのため、ばね1は非線形特性を有する。
In the
実施形態1のばねの製造方法は、焼結金属材から構成されるばねを製造できる。この製造方法は、圧粉成形体を切削加工してばねの形状に加工するため、寸法精度のばらつきを抑制できると共に、ばねを生産性よく製造できる。また、この製造方法によれば、非線形特性を有するばねが得られる。 The method for manufacturing a spring according to the first embodiment can manufacture a spring made of a sintered metal material. In this manufacturing method, since the powder compact is processed into the shape of a spring, variations in dimensional accuracy can be suppressed and the spring can be manufactured with high productivity. Further, according to this manufacturing method, a spring having a non-linear characteristic can be obtained.
[実施形態2]
実施形態1では、図1、図2を参照して、ばね部10が第一のばね部11と第二のばね部12とをそれぞれ1つずつ有する形態を例示した。第一のばね部11と第二のばね部12の配置順序は適宜変更することが可能である。実施形態2では、図4、図5を参照して、第一のばね部11及び第二のばね部12の少なくとも一方を複数有し、その一方のばね部の間に他方のばね部が設けられている形態を例示する。図4、図5に示す実施形態2のばね2はコイル状ばねである。以下では、上述した実施形態1との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
[Embodiment 2]
In the first embodiment, with reference to FIGS. 1 and 2, the embodiment in which the
図4、図5に示すばね2は、ばね部10が2つの第二のばね部12を有し、第一のばね部11が第二のばね部12の間に設けられている。つまり、ばね部10において上側の端末部21側から順に、第二のばね部12、第一のばね部11、第二のばね部12が並んでいる。第一のばね部11と第二のばね部12の配置順序はこれに限定されるものではない。
In the
図4、図5では、第一のばね部11が第二のばね部12の間に設けられている例を示しているが、第二のばね部12が第一のばね部11の間に設けられるように順序を変更することも可能である。つまり、ばね部10において、第一のばね部11、第二のばね部12、第一のばね部11の順に並んでいてもよい。更に、第一のばね部11及び第二のばね部12をそれぞれ複数有し、第一のばね部11と第二のばね部12とが交互に並んでいてもよい。
4 and 5 show an example in which the
[実施形態3]
実施形態1では、図1、図2を参照して、第二のばね部12の厚さt12が第一のばね部11の厚さt11よりも大きい形態を例示した。実施形態3では、図6、図7を参照して、第二のばね部12の幅w12が第一のばね部11の幅w11よりも大きい形態を例示する。図6、図7に示す実施形態3のばね3はコイル状ばねである。以下では、上述した実施形態1との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
[Embodiment 3]
In the first embodiment, with reference to FIGS. 1 and 2, the embodiment in which the thickness t 12 of the
図6、図7に示すばね3は、ばね部10において上側の端末部21側から順に、第一のばね部11、第二のばね部12、第一のばね部11が並んでいる。ばね3は、図7に示すように、第二のばね部12の幅w12が第一のばね部11の幅w11よりも大きいことで、第二のばね部12の断面積が相対的に大きく設定されている。本例では、コイル部10aの外径が全長にわたって一定ではない。図6、図7に示すように、第二のばね部12の外径が第一のばね部11の外径よりも大きい。コイル部10aの内径はコイル部10aの全長にわたって一定である。各ばね部11、12の幅w11、w12は、所定のばね特性が得られる断面積となるように適宜設定すればよい。
In the
図6、図7では、第一のばね部11の厚さt11と第二のばね部12の厚さt12とが実質的に等しい。第一のばね部11と第二のばね部12の厚さt11、t12は異なっていてもよい。例えば、第二のばね部12の厚さt12が第一のばね部11の厚さt11よりも大きいことが挙げられる。第二のばね部12における厚さt12及び幅w12を大きくした場合、第二のばね部12の断面積がより大きくなるため、ばね特性の設計の自由度が高くなる。
6, 7, the thickness t 11 of the
実施形態3のばね3を製造する場合、実施形態1のばね1と同じように、円筒状の圧粉成形体を切削加工して、図6、図7に示す第一のばね部11及び第二のばね部12を形成する。成形する圧粉成形体の内径及び外径は、例えば、第二のばね部12の内径及び外径と等しくすることが挙げられる。
When the
[実施形態4]
実施形態1では、図1、図2に示すように、端末部21、22の形状が円筒状で、端末部21、22の内径及び外径がコイル部10aの内径及び外径と同等である形態を例示した。実施形態4では、図8、図10を参照して、端末部21、22の形状の例を示す。図8及び図10に示すばね4A及び4Bはコイル状ばねである。以下では、上述した実施形態1との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
[Embodiment 4]
In the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the shapes of the
図8に示す実施形態4Aのばね4Aは、端末部22がばね部10に対して径方向に突出するフランジ40を有する。本例では、図8に示すように、フランジ40の端面に軸方向に貫通する貫通孔41が形成されている。フランジ40や貫通孔41は、例えば、図示しない相手部材に取り付けるための取付部として機能する。
The
実施形態4Aのばね4Aを製造する場合、例えば図9に示すような圧粉成形体102を切削加工することが挙げられる。圧粉成形体102は、円筒状の本体部110と、本体部110の端部から径方向に突出するフランジ120とを有する。圧粉成形体102のフランジ120は、ばね4Aのフランジ40に対応する部分である。
When the
図10に示す実施形態4Bのばね4Bは、端末部22の形状が円柱状である。本例では、図10に示すように、端末部22の外周面に径方向に貫通する貫通孔42が形成されている。また、端末部22の端面に径方向に沿う溝43が形成されている。貫通孔42や溝43は、例えば、図示しない相手部材に取り付けるための取付部として機能する。
In the
実施形態4Bのばね4Bを製造する場合、例えば図11に示すような圧粉成形体103を切削加工することが挙げられる。圧粉成形体103は、円筒状の本体部110と、本体部110の端部に設けられた円柱状の底部130とを有する。圧粉成形体103の底部130は、ばね4Bの端末部22に対応する部分である。
When the
[変形例]
実施形態1では、図1、図2を参照して、ばね部10が1つのコイル部10aにより構成されている形態を説明した。ばね部10は、複数のコイル部10aを有する構成でもよい。この場合、コイル部10a同士が互いに交差しないように設けられている形態が挙げられる。複数のコイル部10aが互いに交差しないように独立して設けられていることで、より複雑なばね特性を得ることができる。また、複数のコイル部10aを有することで、1つコイル部10aが破損することがあっても、残りコイル部10aがばね部10として機能する。そのため、1つのコイル部10aが破損してすぐに使用不能となることを回避できる。ばね部10を複数のコイル部10aにより構成する場合、製造性の観点から、コイル部10aの数は、例えば2以上6以下、更に2以上4以下が挙げられる。
[Modification example]
In the first embodiment, a mode in which the
複数のコイル部10aを有するばねを製造する場合、例えば、円筒状の圧粉成形体に対し、複数の螺旋溝を互いに交差しないように加工する。具体的には、各螺旋溝を周方向に互いに位相をずらして形成する。これにより、複数のコイル部10aを形成することができる。螺旋溝の条数は、形成するコイル部10aの数に応じて適宜決定すればよい。例えば螺旋溝を2条とすれば、2つのコイル部10aが形成される。
When manufacturing a spring having a plurality of
上述した例では、複数のコイル部10aが互いに交差しない形態を説明したが、コイル部10a同士が互いに交差するように設けられていてもよい。例えば、2つのコイル部10aを有し、互いのコイル部10aの螺旋の方向が逆になっている形態が挙げられる。
In the above-described example, the mode in which the plurality of
[実施形態5]
実施形態1では、図1、図2に示すように、ばね部10がコイル部10aにより構成されたコイル状ばねの形態を例示した。実施形態5では、図12を参照して、ばね部10が曲線状に湾曲する柱部10bにより構成されている形態を例示する。つまり、図12に示す実施形態5のばね5は、いわゆる柱状のばねである。ばね5の外観は円筒状である。以下では、上述した実施形態1との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
[Embodiment 5]
In the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the form of a coiled spring in which the
図12に示すばね5は、ばね部10を構成する柱部10bが曲線状に湾曲していることで、荷重に対して弾性変形することが可能である。柱部10bは、第一のばね部11と第二のばね部12とを有する。本例では、図12に示すように、柱部10bの端末部21側と端末部22側にそれぞれ第二のばね部12を有し、その間の中央に第一のばね部11が設けられている。つまり、ばね部10において上側の端末部21側から順に、第二のばね部12、第一のばね部11、第二のばね部12が並んでいる。各ばね部11、12の断面積は、図13A〜Cに示すように、第一のばね部11では相対的に断面積が小さく、第二のばね部12では相対的に断面積が大きくなっている。
The
本例の場合、図12に示すように、2つの柱部10bを有し、柱部10bが互いに交差しないように設けられている。柱部10bは周方向に間隔をあけて形成されている。また、柱部10bはC字状に湾曲している。各柱部10bの形状は同じである。柱部10bの数や形状は、特に限定されるものではなく、所定のばね特性が得られるように適宜設定すればよい。柱部10bの数は、1つでもよいし、3つ以上でもよい。
In the case of this example, as shown in FIG. 12, the two
実施形態5のばね5を製造する場合、例えば、図3に示す円筒状の圧粉成形体101を切削加工して、図12に示すように、ばね部10を構成する曲線状の柱部10bを形成する。具体的には、圧粉成形体101の外周から切削加工によって一部を除去することで、柱部10bを形成することが挙げられる。
When the
上述した例では、複数の柱部10bが互いに交差しない形態を説明したが、柱部10b同士が互いに交差又は連結するように設けられていてもよい。例えば、2つの柱部10bがX字状に交差していたり、菱形状(パンタグラフ状)に連結していてもよい。更に、各柱部10bは、屈曲された直線状、例えばジグザグ状でもよい。
In the above-described example, the mode in which the plurality of
1、2、3、4A、4B、5 ばね
10 ばね部
10a コイル部 10b 柱部
11 第一のばね部
12 第二のばね部
21、22 端末部
31、32 接続部
40 フランジ
41、42 貫通孔 43 溝
101、102、103 圧粉成形体
110 本体部 120 フランジ 130 底部
t11、t12 厚さ w11、w12 幅
1, 2, 3, 4A, 4B, 5
Claims (13)
前記ばね部と前記端末部とは、焼結金属材によって一体に構成されており、
前記ばね部は、相対的に断面積が小さい第一のばね部と、相対的に断面積が大きい第二のばね部とを含む、
ばね。 A spring portion and terminal portions provided at both ends of the spring portion are provided.
The spring portion and the terminal portion are integrally formed of a sintered metal material.
The spring portion includes a first spring portion having a relatively small cross-sectional area and a second spring portion having a relatively large cross-sectional area.
Spring.
複数の前記コイル部が互いに交差しないように設けられている請求項2から請求項5のいずれか1項に記載のばね。 The spring portion has a plurality of the coil portions, and the spring portion has a plurality of the coil portions.
The spring according to any one of claims 2 to 5, wherein the plurality of coil portions are provided so as not to intersect each other.
複数の前記柱部が互いに交差しないように設けられている請求項7に記載のばね。 The spring portion has a plurality of the pillar portions, and the spring portion has a plurality of the pillar portions.
The spring according to claim 7, wherein the plurality of pillars are provided so as not to intersect each other.
前記鉄基合金は、Cu、Cr、Ni、Mo、Mn、P、Si、B及びCからなる群より選択される1種以上の元素を含有する請求項1から請求項10のいずれか1項に記載のばね。 The sintered metal material has a matrix made of an iron-based alloy and has a matrix.
Any one of claims 1 to 10, wherein the iron-based alloy contains one or more elements selected from the group consisting of Cu, Cr, Ni, Mo, Mn, P, Si, B and C. The spring described in.
前記圧粉成形体を切削加工して、ばねの形状に加工する工程と、
ばねの形状に加工した前記圧粉成形体を焼結する工程と、を備え、
前記ばねの形状は、
ばね部と、前記ばね部の両端に設けられる端末部とを一体に有し、
前記ばね部は、相対的に断面積が小さい第一のばね部と、相対的に断面積が大きい第二のばね部とを含む形状である、
ばねの製造方法。 A process of forming a powder compact by pressurizing and compressing a raw material powder containing a metal powder,
The process of cutting the powder compact to form a spring shape,
The step of sintering the powder compact processed into the shape of a spring is provided.
The shape of the spring is
It integrally has a spring portion and terminal portions provided at both ends of the spring portion.
The spring portion has a shape including a first spring portion having a relatively small cross-sectional area and a second spring portion having a relatively large cross-sectional area.
How to make a spring.
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