JP2022523202A - 車のドア又はテールゲートを開閉するためのアクチュエータ用の圧縮コイルばね - Google Patents
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Abstract
圧縮コイルばねは１５～５０ｍｍの外径を有する。圧縮コイルばねは、らせん状に巻かれた鋼線を含む。鋼線の直径ｄ（ｍｍ）は２～５ｍｍである。鋼線は、０．８～０．９５ｗｔ％のＣ；０．２～０．９ｗｔ％のＭｎ；０．１～１．４ｗｔ％のＳｉ；０．１５～０．４ｗｔ％のＣｒ；任意選択的に０．０４～０．２ｗｔ％のＶ；任意選択的に０．０００５～０．００８ｗｔ％のＢ；任意選択的に０．０２～０．０６ｗｔ％のＡｌ；避けられない不純物；及び残りの鉄からなる合金鋼を含む。合金鋼は１を超える炭素当量を有する。炭素当量は、Ｃ ｗｔ％＋（Ｍｎ ｗｔ％／６）＋（Ｓｉ ｗｔ％／５）＋（Ｃｒ ｗｔ％／５）＋（Ｖ ｗｔ％／５）として定義される。圧縮コイルばねの鋼線の微細構造は、引き伸ばされた層状パーライトである。
Description
本発明は、車のドア又はテールゲートを開閉するためのアクチュエータ用の圧縮コイルばねに関する。本発明はさらに、車のドア又はテールゲートを開閉するためのアクチュエータに関する。
ＳＵＶ（スポーツ用多目的車）の人気がますます高まっている。ＳＵＶは大型の（したがって重い）テールゲートを有する。このようなＳＵＶのテールゲートを開閉するために、アクチュエータに圧縮コイル鋼ばねを使用することが知られている。
電動テールゲート開閉アクチュエータを使用する傾向が高まっている。米国特許出願公開第２０１８／０２１６３９１Ａ１号明細書及び米国特許出願公開第２０１７／０１１４５８０Ａ１号明細書は、そのようなアクチュエータを開示している。
このような典型的なアクチュエータでは、圧縮モードで動作するコイル鋼線ばねの力を解放することによってテールゲートが開かれる。テールゲートはモータの動作によって閉じられ；これにより、モータはコイル鋼線ばねを圧縮する。このような用途向けのコイル鋼線ばねは、非常に厳しい要件を満たす必要がある。第１の要件によれば、テールゲートの開閉システムを可能な限りコンパクトにするために、コイルばねの直径を小さくする必要がある。ばねは一貫した方法で高い圧縮力に耐えることができなければならない。ばねの応力緩和は所与の圧縮に対するばね力を変更するため、ばねの応力緩和は低くなければならず、これは、テールゲート開閉アクチュエータの動作に対してマイナスになる。さらに、ばねは、ばねの高負荷でテールゲートの必要な開閉サイクル数に耐えなければならないという点で、十分な耐疲労性を備えている必要がある。ＳＵＶのテールゲートのサイズのため、使用されるばねの長さは長い。
車のテールゲート開閉アクチュエータ用のコイルばねを製造するためにマルテンサイト微細構造を有する鋼線を使用することが知られている。マルテンサイト微細構造を有する鋼線は、通常、硬化及び焼き戻し熱処理工程によって製造される。
独国実用新案第２０２００４０１５５３５Ｕ１号明細書は、車のテールゲート開閉システムについて記載している。このシステムはコイル鋼線ばねを備える。ばねは少なくとも１ｍｍの直径を有する鋼線から作られる。鋼線が作られる合金鋼は、０．５～０．９重量％の炭素、１～２．５重量％のケイ素、０．３～１．５重量％のマンガン、０．５～１．５重量％のクロム、鉄、及び不純物を含む。合金鋼は、任意選択的に、０．０５～０．３重量％のバナジウム及び／又は０．５～０．３重量％のニオブ及び／又はタンタルを含む。鋼線は、パテンティング工程とそれに続く線の引き伸ばしによって作られる。次に、鋼線を硬化及び焼き戻しして、マルテンサイト微細構造、２３００Ｎ／ｍｍ２を超える引張強度、及び４０％を超える破断時の断面積の減少を得る。得られた鋼線を冷間成形してコイルばねにし、次に２００℃～４００℃の温度で応力緩和する。ばねは耐久性を高めるためにショットピーニングすることができる。
硬い引き伸ばされた鋼線で作られたコイルばねが存在する。欧州規格ＥＮ １０２７０－１：２０１１は、“Ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅ ｆｏｒ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｐｒｉｎｇｓ－Ｐａｒｔ １：Ｐａｔｅｎｔｅｄ ｃｏｌｄ ｄｒａｗｎ ｕｎａｌｌｏｙｅｄ ｓｐｒｉｎｇ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅ”と題されている。その表題は非合金ばね鋼線に言及しているが、規格のセクション６．１．２は、マイクロ合金元素の追加が製造業者と購入者の間で合意される可能性があることを示している。この規格は、２つの方法で鋼ばね線を区別している。第１の方法は、静的デューティ（Ｓ）又は動的デューティ（Ｄ）によるものである。第２の方法は、引張強度、低（Ｌ）、中（Ｍ）、又は高（Ｈ）によるものである。２つの方法を組み合わせると、５つのグレードのばね鋼線（ＳＬ、ＳＭ、ＤＭ、ＳＨ、及びＤＨ）が提供され、その機械的特性（とりわけ引張強度Ｒｍ）及び品質要件が鋼線径の関数として規格ＥＮ １０２７０－１：２０１１の表３に示されている。例として、直径３．８～４ｍｍの鋼線の場合、グレードＤＨ（最も高い指定引張強度を有するグレード）の引張強度Ｒｍは１７４０～１９３０ＭＰａである必要がある。
本発明の第１の態様は、好ましくは車のドア又はテールゲートを開閉するためのアクチュエータで使用するための圧縮コイルばねである。圧縮コイルばねは１５～５０ｍｍの外径を有する。圧縮コイルばねは、らせん状に巻かれた鋼線を含む。鋼線の直径ｄ（ｍｍ）は２～５ｍｍである。鋼線は、０．８～０．９５ｗｔ％のＣ；０．２～０．９ｗｔ％のＭｎ；０．１～１．４ｗｔ％のＳｉ；０．１５～０．４ｗｔ％のＣｒ；任意選択的に０．０４～０．２ｗｔ％のＶ；任意選択的に０．０００５～０．００８ｗｔ％のＢ；任意選択的に０．０２～０．０６ｗｔ％のＡｌ；避けられない不純物；及び残りの鉄からなる合金鋼を含む。合金鋼は１を超える炭素当量を有する。炭素当量は次のように定義される：Ｃ ｗｔ％＋（Ｍｎ ｗｔ％／６）＋（Ｓｉ ｗｔ％／５）＋（Ｃｒ ｗｔ％／５）＋（Ｖ ｗｔ％／５）。圧縮コイルばねの鋼線の微細構造は、引き伸ばされた層状パーライトである。
驚くべきことに、本発明の圧縮コイルばねは、車のドア又はテールゲートを開閉するためのアクチュエータでの使用に理想的に適している。マルテンサイト鋼線は、テールゲートを開閉するためのアクチュエータ用の圧縮コイルばねでの使用について従来技術において記載されている。テールゲートを開閉するためのアクチュエータ用のコイルばねに必要な鋼線は、２～５ｍｍの直径を有する必要があり、高強度及び十分な延性を有する必要がある。これらの直径の硬化及び焼き戻し鋼線（マルテンサイト微細構造を有する）は、最高の強度を有する。このような硬化及び焼き戻し鋼線で作られ、標準的な後処理（例えば、応力緩和及びショットピーニング）が施されたらせん状に巻かれたばねは、優れた疲労寿命とばね力の低い緩和の組み合わせを提供する。マルテンサイト鋼線の既知の特性と完全に一致するテールゲートを開閉するためのアクチュエータ用のばねに対する高い要求（高い圧縮力、低い緩和の許容、及び疲労寿命要件）のため、熟練者は、テールゲートを開閉するためのアクチュエータ用の圧縮コイルばねの製造に対してマルテンサイト鋼線を使用し、固い引き伸ばされた線（固い引き伸ばされた線は引き伸ばされたパーライト微細構造を有する）を使用しないことに技術的な先入観を有する。本発明で選択された合金鋼は、驚くべきことに、車のドア又はテールゲートを開閉するためのアクチュエータで使用するための厳しい要件を満たす圧縮コイルばねを得るために必要な鋼線特性（強度、降伏強度、延性）の組み合わせを有する引き伸ばされたパーライト微細構造を有する鋼線を提供する。
好ましくは、合金鋼の炭素含有量は、０．９３ｗｔ％未満、より好ましくは０．９ｗｔ％未満である。
好ましくは、合金鋼は、０．３５ｗｔ％未満のＣｒ、より好ましくは０．３ｗｔ％未満のＣｒを含む。
合金鋼がＶを含む場合、好ましくは合金鋼は０．１５ｗｔ％未満のＶを含む。
好ましくは、合金鋼は、０．０２～０．０６ｗｔ％のＡｌを含む。圧縮コイルばねを製造するために使用される鋼線のより高い延性のおかげで、より良い圧縮コイルばねを得ることができることは、そのような実施形態の利点である。
好ましくは、圧縮コイルばねは、４０ｍｍ未満の外径を有する。
好ましくは、圧縮コイルばねは、無荷重状態で４０ｃｍを超える長さを有する。より好ましくは６０ｃｍを超える長さを有する。
好ましくは、無荷重状態でのばねの長さは１０００ｍｍ未満である。
好ましくは、圧縮コイルばねは、３～８のばね指数を有する。ばね指数は、ばねの鋼線の直径に対するばねの直径の比である（ここで、ばね指数を計算するためのばねの直径は、無荷重状態のばねの外径と内径の平均である）。
好ましくは、合金鋼は１．０５より高い；より好ましくは１．１より高い炭素当量を有する。
好ましくは、合金鋼は、１．４未満、より好ましくは１．３未満の炭素当量を有する。
好ましくは、鋼線の直径は２～４ｍｍ、より好ましくは２．５～３．８ｍｍである。
好ましくは、圧縮コイルばねは、５～１０°のピッチ角を有する。このような圧縮コイルばねは、トランク閉鎖システムを備えた車のテールゲート開閉アクチュエータにおいて有益に使用することができる。
好ましくは、圧縮コイルばねをらせん状に巻くために使用される鋼線は、式２６８０－３９０．７１＊ｌｎ（ｄ）によって計算される値よりも高い引張強度Ｒｍ（ＭＰａ）を有する。より好ましくは、鋼線の引張強度Ｒｍ（ＭＰａ）は、式２７２０－３９０．７１＊ｌｎ（ｄ）によって計算された値よりも高く；より好ましくは、式２７７０－３９０．７１＊ｌｎ（ｄ）によって計算された値よりも高く；さらにより好ましくは、式２８００－３９０．７１＊ｌｎ（ｄ）によって計算された値よりも高い。関数「ｌｎ（ｄ）」は、鋼線の直径ｄ（ｍｍ）の自然対数を意味する。鋼線の機械的特性を測定するための引張試験は、“Ｍｅｔａｌｌｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ－－Ｔｅｎｓｉｌｅ ｔｅｓｔｉｎｇ－－Ｐａｒｔ １：Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｅｓｔ ａｔ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ”と題されたＩＳＯ ６８９２－１：２００９に従って実施される。
好ましくは、圧縮コイルばねの製造に使用される鋼線の引張試験における破断点面積Ｚの減少率は４０％を超える。面積Ｚの減少率は、Ｚ＝１００＊（Ｓｏ－Ｓｕ）／Ｓｏとして計算され、Ｓｏは鋼線の元の断面であり、Ｓｕは引張試験での破断後の鋼線の最小断面である。
好ましくは、合金鋼は、０．３～０．６ｗｔ％のＭｎを含み；又は合金鋼は０．６～０．９ｗｔ％のＭｎを含む。
好ましくは、鋼線は、ばね中に、少なくとも９５体積％、より好ましくは少なくとも９７体積％の引き伸ばされた層状パーライトを含む。
好ましい実施形態では、鋼線の微細構造中のベイナイトの体積パーセントは、０．２％～２％であり、より好ましくは、０．５％未満である。そのような実施形態は、驚くべきことに、本発明にとって特に有益であることが示された。微細構造がそのような量のベイナイトを含む場合、ベイナイトが悪影響を与えることなく、層状パーライトが非常に細かく、最適なばね形成及び優れた機械的ばね特性を達成するのに有利であることを示している。ベイナイトの量を制限することは、鋼線の延性にとって重要である。鋼線の製造プロセスでの適切なパテンティング工程により、ベイナイトの量を減らすことができる。線の微細構造中のベイナイトの体積パーセントは、光学顕微鏡又は適切なエッチャントを使用した走査型電子顕微鏡によって決定することができる。
任意選択的に、線引き伸ばしプロセスの前にリン酸コーティングを鋼線に適用することができる。次に、鋼線をらせん状に巻いて圧縮コイルばねにするステップは、その表面にリン酸コーティングを含む鋼線を使用して実行することができる。そのような実施形態は、リン酸コーティングが線の引き伸ばし及びばね巻き工程を容易にするので、より良い圧縮コイルばねを提供する。したがって、好ましい実施形態では、らせん状に巻かれた鋼線は、リン酸コーティングを含む。より好ましい実施形態では、熱硬化性コーティング層又はバインダ（好ましくは無機バインダが使用される）中に亜鉛及び／又はアルミニウムフレークを含むコーティング層がリン酸コーティング層上に適用される。さらにより好ましい実施形態では、らせん状に巻かれた鋼線は、フロックの層を備えている。フロックとは、圧縮コイルばねに接着剤で接着された短いテキスタイル繊維、例えばポリアミド繊維の層を意味する。
好ましい実施形態では、らせん状に巻かれた鋼線は、金属コーティング層を含む。金属コーティング層は、少なくとも８４質量％の亜鉛；任意選択的にアルミニウム、任意選択的に０．２～１ｗｔ％のマグネシウム、及び任意選択的に最大０．６ｗｔ％のケイ素を含み、好ましくはそれらからなる。そのような実施形態は、ばねの製造が容易になるという利点を有する。さらに、ばねに耐食性を与えるために、圧縮コイルばねに追加の（すなわちポスト）コーティングを適用する必要はない。さらに、そのような金属コーティングは、らせん状に巻かれた圧縮ばねにフロック層を適用する必要性を回避する。このようなフロック層は、車を運転しているときに車のテールゲート又はドアを開閉するためのアクチュエータ内の騒音の発生を回避する機能を有する。らせん状に巻かれた鋼線の金属コーティングも、このような騒音の発生を防ぐ。好ましくは、金属コーティング層は、４０ｇ／ｍ２を超え、より好ましくは、８０ｇ／ｍ２を超える。より好ましくは、１２０ｇ／ｍ２未満である。金属コーティング層の質量は、鋼線の単位表面積あたりで表される。
すでに巻かれた圧縮コイルばねにポリマーコーティングを適用して、ばねに耐食性を提供することが知られている。そのようなアプローチは、マルテンサイト微細構造を有する鋼線から作られた従来技術の圧縮コイルばねで行われる。そのようなコーティングは、例えば、熱硬化性ポリマーコーティング（例えば、エポキシ主鎖又はアクリル主鎖又はエポキシ／アクリル主鎖の組み合わせを含む）又はバインダ中に亜鉛フレークを含むコーティングであり得る。本発明に従って引き伸ばし工程の前又は間に鋼線に金属コーティング層を適用し、圧縮コイルばねをそのような鋼線で巻くことにより、熱硬化性ポリマーコーティング又はバインダ中に亜鉛又はアルミニウムフレークを含むコーティングを使用してばねをコーティングするステップを排除することができる。
らせん状に巻かれた鋼線が金属コーティング層を含む実施形態では、好ましくは、金属コーティング層は圧縮コイルばねの表面を提供する。
任意選択的に、らせん状に巻かれた鋼線が金属コーティング層を含む場合、金属コーティング層は、それぞれが１重量％未満の個々の量で、他の活性元素を含む。
好ましくは、らせん状に巻かれた鋼線が金属コーティング層を含む場合、金属コーティングは、少なくとも８８ｗｔ％の亜鉛、より好ましくは少なくとも９０ｗｔ％の亜鉛を含む。より好ましくは、金属コーティング層は、少なくとも９３ｗｔ％の亜鉛を含む。
好ましくは、らせん状に巻かれた鋼線が金属コーティング層を含む場合、金属コーティングは、亜鉛、少なくとも４重量％のアルミニウム、好ましくは１４重量％未満のアルミニウム；任意選択的に０．２～２ｗｔ％のマグネシウム（好ましくは０．８ｗｔ％未満のＭｇ）；任意選択的に最大０．６ｗｔ％のケイ素；任意選択的に最大０．１ｗｔ％の希土類元素、及び避けられない不純物を含み、好ましくはそれらからなる。
好ましくは、らせん状に巻かれた鋼線が金属コーティング層を含む場合、金属コーティング層は、８６～９２ｗｔ％のＺｎ及び１４～８ｗｔ％のＡｌ；及び避けられない不純物を含み、好ましくはそれらからなる。好ましくは、そのような金属コーティング層は、３５～６０ｇ／ｍ２の質量を有する。
好ましくは、らせん状に巻かれた鋼線が金属コーティング層を含む場合、金属コーティング層は、亜鉛、３～８ｗｔ％のアルミニウム；任意選択的に０．２～１ｗｔ％のマグネシウム；任意選択的に最大０．１ｗｔ％の希土類元素；及び避けられない不純物からなる。好ましくは、そのような金属コーティング層は、６０～１２０ｇ／ｍ２の質量を有する。
好ましくは、らせん状に巻かれた鋼線が金属コーティング層を含む場合、金属コーティング層は、亜鉛、３～８ｗｔ％のアルミニウム；０．２～２ｗｔ％（好ましくは０．８ｗｔ％未満）のＭｇ；及び避けられない不純物からなる。そのような金属コーティング層を、良好な腐食保護特性を有する一方で薄くすることができることは、特別な利点である。より薄いコーティング層はまた、圧縮コイルばねの巻きを容易にする。そのような金属コーティング層は、例えば、６０ｇ／ｍ２未満であり得る。好ましくは２５～６０ｇ／ｍ２であり得る。
好ましくは、らせん状に巻かれた鋼線が金属コーティング層を含む場合、金属コーティング層の質量は１２０ｇ／ｍ２未満であり、より好ましくは、金属コーティング層の質量は２０～８０ｇ／ｍ２であり、より好ましくは、圧縮コイルばねの表面の６０ｇ／ｍ２未満、さらにより好ましくは、圧縮コイルばねの表面の４０ｇ／ｍ２未満である。
好ましくは、らせん状に巻かれた鋼線が金属コーティング層を含む場合、金属コーティング層は、球状化されたアルミニウムに富む相を含む。このような球状化されたアルミニウムに富む相は、鋼線が引き伸ばしエネルギーによって加熱されるときに引き伸ばしにおいて作られ；それを巻いた後に圧縮コイルばねに応力緩和熱処理を施すと、かなりの程度まで作られる。球状化されたアルミニウムに富む相は、金属コーティング層の耐食性を改善すると考えられ；その結果、より薄い金属コーティング層を使用することができる。
好ましくは、らせん状に巻かれた鋼線が金属コーティング層を含む場合、コーティングされた鋼線は、鋼線と金属コーティング層との間に提供される金属間コーティング層を含む。金属間コーティング層は、ＦｅｘＡｌｙ相を含む。より好ましくは、金属間コーティング層は、金属間コーティング層と金属コーティング層とを合計厚さの３０～６５％を提供する。金属間層は、金属コーティング層に損傷を与えることなく鋼線を巻いて圧縮コイルばねにすることを可能にするために、金属コーティング層の必要な接着性を作り出すので有益である。より薄い金属間コーティング層は、ばねを巻くときにフレーキングを提供するリスクがあり；より厚いコーティングは、コイル成形適性が良くないリスクがある。ＦｅｘＡｌｙ相を含む金属間コーティング層は、二重浸漬プロセスを使用して金属コーティング層を適用する場合に得られる。最初の浸漬は亜鉛浴で行われる。ＦｅｘＺｎｙ層が鋼の表面に形成される。２回目の浸漬は、ＺｎとＡｌを含む浴で行われる。第２の浴では、第１の浴で形成されたＦｅｘＺｎｙ層が、ＦｅｘＡｌｙ相を含む金属間コーティング層に変換される。
好ましくは、らせん状に巻かれた鋼線が金属コーティング層を含む場合、コーティングされた鋼線は抑制層を含む。抑制層は鋼線と金属コーティング層との間に設けられる。抑制層は、ＦｅｘＡｌｙ相によって提供される。好ましくは、抑制層は１μｍ未満の厚さである。このような抑制層を備えたコーティングされた鋼線は、金属コーティング層を適用するための単一浸漬プロセスを使用することによって得ることができる。鋼の表面が、例えばセンジミアプロセスを介して活性化され、鋼線は溶融ＺｎとＡｌを含む浴に浸される。鋼線は浴に浸した後拭き取られ、冷却される。
らせん状に巻かれた鋼線が金属コーティング層を含む好ましい実施形態では、金属コーティング層は、亜鉛及び避けられない不純物からなる。より好ましくは、そのような金属コーティング層の質量は、８０ｇ／ｍ２を超え、より好ましくは１００ｇ／ｍ２を超える。
好ましい実施形態では、合金鋼は、０．１５～０．３５ｗｔ％のＳｉを含み、又は合金鋼は、０．６～０．８ｗｔ％のＳｉを含み、又は合金鋼は、０．８～１．４ｗｔ％のＳｉを含む。
らせん状に巻かれた鋼線が金属コーティングを含むより好ましい実施形態では、合金鋼は、０．６～１．４ｗｔ％のＳｉ；より好ましくは０．８～１．４ｗｔ％のＳｉを含む。このような実施形態は、線の引き伸ばしプロセスの中間ステップで金属コーティングを適用するときに、大量のＳｉが溶融めっきプロセスでの鋼線の強度の損失を防ぐので、高強度のコーティングされた鋼線を得ることができるので、特に有益である。
好ましい圧縮コイルばねにおいて、合金鋼は、０．８３～０．８９ｗｔ％のＣ、０．５５～０．７ｗｔ％のＭｎ、０．１～０．４ｗｔ％のＳｉ、０．１５～０．３ｗｔ％のＣｒ、０．０４～０．０８ｗｔ％のＶ、任意選択的に０．０２～０．０６ｗｔ％のＡｌ；及び避けられない不純物及び残りの鉄からなる。
好ましい圧縮コイルばねにおいて、合金鋼は、０．８３～０．８９ｗｔ％のＣ、０．５５～０．７ｗｔ％のＭｎ、０．５５～０．８５ｗｔ％のＳｉ、０．１５～０．３ｗｔ％のＣｒ、０．０４～０．０８ｗｔ％のＶ、任意選択的に０．２～０．０６ｗｔ％のＡｌ；及び避けられない不純物及び残りの鉄からなる。
好ましい圧縮コイルばねにおいて、合金鋼は、０．９～０．９５ｗｔ％のＣ、０．２～０．５ｗｔ％のＭｎ、１．１～１．３ｗｔ％のＳｉ、０．１５～０．３ｗｔ％のＣｒ；及び避けられない不純物及び残りの鉄からなる。
好ましい実施形態では、らせん状に巻かれた鋼線は、非円形の断面、好ましくは長方形又は正方形の断面を有する。らせん状に巻かれた鋼線の断面が非円形である実施形態の場合、この鋼線の直径は同等の直径である。同等の直径は、非円形断面の線と同じ断面積を有する円形断面の線の直径である。
好ましくは、圧縮コイルばねの鋼線は、７５％を超える引き伸ばし低減を有する。鋼線が引き伸ばされる線材、又は鋼線自体がパーライト微細構造を作り出すためにパテンティング工程にかけられ；続いて鋼線引き伸ばし工程にかけられる。引き伸ばし低減（％）は、１００＊（Ａ０－Ａ１）／Ａ０として定義され、ここでＡ０は、パテンティング後及び引き伸ばし前の線材又は鋼線の断面積に等しく；Ａ１はばねの製造に使用される引き伸ばされた鋼線の断面積に等しい。引き伸ばし変形中、パーライト粒子が鋼線の長手方向に配向される。パーライト粒子の配向レベルは、鋼線の引き伸ばし低減によって決定される。引き伸ばし低減は、例えば長手方向セクションにおける（すなわち、圧縮コイルばねの鋼線の長手方向に沿った）光学顕微鏡による、圧縮コイルばね内の鋼線の引き伸ばされた層状パーライト微細構造の評価から判断することができる。
好ましい圧縮コイルばねでは、無荷重状態での長さの６３％～３７％のコイルばねの２００００回の圧縮荷重サイクルの後、その長さの６３％での荷重損失は、最初のサイクルでのその長さの６３％での荷重と比較して、５％未満（好ましくは３％未満）である。
本発明の第２の態様は、本発明の第１の態様のいずれかの実施形態のような圧縮コイルばねを作製するための方法である。この方法は、以下のステップを含む：
－好ましくは７～１４ｍｍの直径を有する鋼線材を提供するステップ；
－パーライト微細構造を得るために、鋼線材又は鋼線材から引き伸ばされた鋼線をパテンティングするステップ；
－パーライト微細構造を有するパテンティング済み鋼線材又はパーライト微細構造を有するパテンティング済み鋼線を、７５％を超える引き伸ばし低減で引き伸ばし；これにより、直径ｄ（ｍｍ）が２～５ｍｍの引き伸ばされたパーライト微細構造を有する鋼線を得るステップ；
－鋼線をらせん状に巻いてコイルばねにするステップ；
－任意選択的に、コイルばねに熱応力緩和を実行するステップ。
－好ましくは７～１４ｍｍの直径を有する鋼線材を提供するステップ；
－パーライト微細構造を得るために、鋼線材又は鋼線材から引き伸ばされた鋼線をパテンティングするステップ；
－パーライト微細構造を有するパテンティング済み鋼線材又はパーライト微細構造を有するパテンティング済み鋼線を、７５％を超える引き伸ばし低減で引き伸ばし；これにより、直径ｄ（ｍｍ）が２～５ｍｍの引き伸ばされたパーライト微細構造を有する鋼線を得るステップ；
－鋼線をらせん状に巻いてコイルばねにするステップ；
－任意選択的に、コイルばねに熱応力緩和を実行するステップ。
鋼線材は、０．８～０．９５ｗｔ％のＣ（好ましくは０．９３ｗｔ％未満のＣ、より好ましくは０．９ｗｔ％未満のＣ）；０．２～０．９ｗｔ％のＭｎ；０．１～１．４ｗｔ％のＳｉ；０．１５～０．４ｗｔ％のＣｒ（好ましくは０．３５ｗｔ％未満のＣｒ、より好ましくは０．３ｗｔ％未満のＣｒ）；任意選択的に、０．０４～０．２ｗｔ％のＶ（好ましくは０．１５ｗｔ％未満のＶ）；任意選択的に、０．０００５～０．００８ｗｔ％のＢ；任意選択的に、０．０２～０．０６ｗｔ％のＡｌ；避けられない不純物；及び残りの鉄からなる合金鋼を含む。合金鋼は１を超える炭素当量を有する。炭素当量は次のように定義される：Ｃ ｗｔ％＋（Ｍｎ ｗｔ％／６）＋（Ｓｉ ｗｔ％／５）＋（Ｃｒ ｗｔ％／５）＋（Ｖ ｗｔ％／５）。
好ましい方法では、引き伸ばし工程により、直径ｄ（ｍｍ）が２～５ｍｍで、引張強度Ｒｍ（ＭＰａ）が式２６８０－３９０．７１＊ｌｎ（ｄ）によって計算された値よりも高い鋼線が得られる。より好ましくは、引き伸ばしにより、式２７２０－３９０．７１＊ｌｎ（ｄ）によって計算された値よりも高い；より好ましくは式２７７０－３９０．７１＊ｌｎ（ｄ）によって計算された値よりも高い；さらにより好ましくは、式２８００－３９０．７１＊ｌｎ（ｄ）によって計算された値よりも高い引張強度Ｒｍ（ＭＰａ）を有する鋼線が得られる。関数「ｌｎ（ｄ）」は、鋼線の直径ｄ（ｍｍ）の自然対数を意味する。鋼線の機械的特性を測定するための引張試験は、“Ｍｅｔａｌｌｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ－－Ｔｅｎｓｉｌｅ ｔｅｓｔｉｎｇ－－Ｐａｒｔ １：Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｅｓｔ ａｔ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ”と題されたＩＳＯ ６８９２－１：２００９に従って実施される。
パーライト微細構造を得るためのパテンティングステップは、線材又は線材から引き伸ばされた鋼線で実行することができる。パテンティングステップは、例えば直接インラインパテンティングを介して、線材製造プロセスにおいてインラインステップとして実行することができる。パテンティングステップは、適切な溶融金属浴（Ｐｂなど）又は流動床、溶融塩、及び水性ポリマーのような代替品のいずれかを使用して、既知のパテンティング技術を介して線材又は線材から引き伸ばされた鋼線で実行することもできる。線の引き伸ばしの前に、酸洗いと線コーティングステップを実行することができる。
任意選択的に、線引き伸ばしプロセスの前にリン酸コーティングを鋼線に適用することができる。次に、鋼線をらせん状に巻いてコイルばねにするステップを、その表面にリン酸コーティングを含む鋼線を用いて実行することができる。そのような実施形態は、リン酸コーティングが線引き伸ばし及びばね巻き工程を容易にするので、より良い圧縮コイルばねを提供する。
好ましくは、パテンティング工程後；及び引き伸ばし前又は引き伸ばしステップの間に、溶融めっき法によって鋼線に金属コーティングが適用される。金属コーティングは、少なくとも８４質量％の亜鉛；及び任意選択的にアルミニウムを含む。
好ましくは、圧縮コイルばねを作製する方法は、それを巻いた後、圧縮コイルばねを熱応力緩和するステップを含む。より好ましくは、熱応力を緩和する熱処理ステップは、その形成後、圧縮コイルばね上で４５０℃未満の温度で実行される。より好ましくは、応力を緩和する熱処理ステップは、３００℃未満、より好ましくは２５０℃未満の温度で実施される。
任意選択的に、応力緩和後に、他のプロセスステップ、例えば熱間硬化又はマルチプル低温硬化を、圧縮コイルばねに適用することができる。熱間硬化とは、ばねをしばらくの間高温で圧縮状態に維持することを意味する。低温硬化とは、ばねを室温で数サイクル圧縮することを意味する。このような硬化工程により、ばねはより厳密に制限されたばね緩和要件を達成することができる。
本発明の第３の態様は、車のドア又はテールゲートを開閉するためのアクチュエータである。アクチュエータは、本発明の第１の態様のいずれかの実施形態の圧縮コイルばねであって、圧縮コイルばねの圧縮力が解放されると車のドア又はテールゲートを開くための圧縮コイルばねと；モータとを備える。モータは、車のドア又はテールゲートを閉じるために、圧縮コイルばねを圧縮するために提供される。好ましくは、アクチュエータは２つのコネクタを含み、１つはアクチュエータをドア又はテールゲートに接続するためのものであり；もう１つは、アクチュエータを車体に接続するためのものである。
好ましいアクチュエータでは、らせん状に巻かれた鋼線は、少なくとも８４重量％の亜鉛を含む金属コーティング層を含む。より好ましくは、金属コーティング層は、圧縮コイルばねの表面を提供する。そのような実施形態は、車を運転しているときにアクチュエータ内の騒音が防止されるという利点を有する。車のドア又はテールゲートを開閉するための従来技術のアクチュエータでは、圧縮コイルばねにフロック層を適用するのが一般的な方法であり：ばねを巻いた後に、短いテキスタイル繊維（例えば、ポリアミド繊維）の層が接着剤によって圧縮コイルばねに接着され；このようにして、アクチュエータ内の密に圧縮されたばねの騒音減衰として機能するベルベット層が形成される。金属コーティング層の使用は、圧縮コイルばねにフロック層を適用する必要性を排除することを示した。
図１は、テールゲート１４と、テールゲートを開閉するためのアクチュエータ１６とを備えたＳＵＶ １２を示している。アクチュエータ１６（図２は、車のテールゲートを開閉するためのアクチュエータ１６を示す）は、圧縮コイルばね１８及びモータ２０を備える。アクチュエータは、２つのコネクタ２２、２３を備え、１つは、アクチュエータをドア又はテールゲートに接続するためのものであり；もう１つは、アクチュエータを車体に接続するためのものである。圧縮コイルばねの圧縮力が解放されたときにテールゲートを開くために、圧縮コイルばねが提供されている。モータは、テールゲートを閉じるために圧縮コイルばねを圧縮するために提供されている。使用できる圧縮コイルばねの例を図３に示し、このようなばねは長さＬ及びピッチｐを有する。
圧縮コイルばねは、らせん状に巻かれた鋼線を含む。らせん状に巻かれたコーティングされた鋼線の直径ｄ（ｍｍ）は２～５ｍｍである。
表Ｉは、本発明の鋼コアに使用できる合金鋼の特定の例を（合金鋼中の元素の最小及び最大ｗｔ％とともに）提供する。らせん状に巻かれた鋼線中の鋼線の微細構造は、引き伸ばされた層状パーライトである。
このような圧縮コイルばねの特定の例は、引き伸ばされたパーライト微細構造及び３．４ｍｍの直径を有する鋼線で巻かれている。圧縮コイルばねは、無荷重状態で０．８ｍの長さＬを有する。例示的なコイルばねのばね指数は６．５である。ばねのピッチｐは１５．２ｍｍである。圧縮コイルばねの外径は２６．８ｍｍである。しかしながら、本発明にとって必須ではないが、鋼線は、亜鉛及びアルミニウムを含む金属コーティング層を備えていた。
圧縮コイルばねを巻くために使用される鋼線を製造するために、直径１０ｍｍの鋼線材が使用された。
鋼線材は、０．８６ｗｔ％のＣ、０．６３ｗｔ％のＭｎ、０．２ｗｔ％のＳｉ、０．２２ｗｔ％のＣｒ、０．０６ｗｔ％のＶ；０．０４ｗｔ％のＡｌ；避けられない不純物及び残りの鉄からなる合金鋼から作られた。これは、表Ｉの組成「Ａ」の合金である。炭素当量は、０．８６＋（０．６３／６）＋（０．２／５）＋（０．２２／５）＋（０．０６／５）＝１．１６９である。
直径１０ｍｍの鋼線材は、それにパーライト微細構造を提供するためにパテンティングされ；そして、本発明に必須ではないが、その後、溶融めっき法を介して金属コーティングを提供された。使用した溶融めっきプロセスは、鋼線を最初に溶融亜鉛浴に浸漬し；続いて、１０重量％のアルミニウムを含み、残りが亜鉛である浴に鋼線を浸漬する二重浸漬プロセスだった。溶融めっき鋼線の金属コーティング層は、１０ｗｔ％のアルミニウム及び残りの亜鉛からなるものだった。
直径１０ｍｍのパテンティング済みの溶融めっき線材を、直径３．４ｍｍの鋼線に引き伸ばした。これは、８８．４％の引き伸ばし低減が適用されたことを意味する。得られた鋼線は、引き伸ばされたパーライト微細構造を有する。鋼線の引張強度Ｒｍは２３５４ＭＰａであり；Ｒｐ０．２値は１９９０ＭＰａであり、これはＲｍ値の８４．５％である。鋼線の引張試験における破断点面積Ｚの減少率は４４．１％である。
３．４ｍｍの引き伸ばされた線の金属コーティングは４５ｇ／ｍ２だった。
このコーティングされた鋼線を圧縮コイルばねに巻いた後、例えば、圧縮コイルばねを２５０℃で３０分間無荷重状態に保つことによって、熱応力緩和工程が実行された。
コーティングされた鋼線は、鋼コアと金属コーティング層との間に金属間コーティング層を含んでいた。金属間コーティング層は、金属間コーティング層と金属コーティング層の合計厚さの４５％を提供した。金属間コーティング層は、ＦｅｘＡｌｙ相を含む。金属コーティング層は、球状化されたアルミニウムに富む相を含むことが観察された。
コイルばねの作製に使用した鋼線のサンプルを、２５０℃のオーブン温度で３０分間オーブン内で熱処理した。この熱処理の後、鋼線サンプルの引張試験を行った。引張強度Ｒｍは２４２６ＭＰａであり；Ｒｐ０．２値は２３６６ＭＰａであり、これは引張強度Ｒｍの９７．５％であり；破断点面積Ｚの減少率は４２％だった。
圧縮コイルばねの鋼線の分析は、鋼が引き伸ばされたパーライト微細構造を有し、９７体積％を超える引き伸ばされたパーライト及び約１体積％のベイナイトを有することを示した。
圧縮コイルばねは、車のテールゲート開閉アクチュエータのアクチュエータ内で使用された。コーティングされた鋼線の金属コーティングは、圧縮コイルばねの表面を提供した。
Claims (15)
- 好ましくは車のドア又はテールゲートを開閉するためのアクチュエータで使用するための圧縮コイルばねであって、
前記圧縮コイルばねは１５～５０ｍｍの外径を有し、
前記圧縮コイルばねは、らせん状に巻かれた鋼線を含み、
前記鋼線の直径ｄ（ｍｍ）は２～５ｍｍであり、
前記鋼線は合金鋼を含み、前記合金鋼は、
０．８～０．９５ｗｔ％のＣ；
０．２～０．９ｗｔ％のＭｎ；
０．１～１．４ｗｔ％のＳｉ；
０．１５～０．４ｗｔ％のＣｒ；
任意選択的に０．０４～０．２ｗｔ％のＶ；
任意選択的に０．０００５～０．００８ｗｔ％のＢ；
任意選択的に０．０２～０．０６ｗｔ％のＡｌ；
避けられない不純物；及び
残りの鉄；
からなり、
前記合金鋼は１を超える炭素当量を有し、
前記炭素当量は、Ｃ ｗｔ％＋（Ｍｎ ｗｔ％／６）＋（Ｓｉ ｗｔ％／５）＋（Ｃｒ ｗｔ％／５）＋（Ｖ ｗｔ％／５）として定義され、
前記圧縮コイルばねの前記鋼線の微細構造は、引き伸ばされた層状パーライトである、
圧縮コイルばね。 - 前記圧縮コイルばねをらせん状に巻くために使用される前記鋼線が、式２６８０－３９０．７１＊ｌｎ（ｄ）によって計算される値よりも高い引張強度Ｒｍ（ＭＰａ）を有する、請求項１に記載の圧縮コイルばね。
- 前記合金鋼が０．２～０．６ｗｔ％のＭｎを含み、又は前記合金鋼が０．６～０．９ｗｔ％のＭｎを含む、請求項１又は２に記載の圧縮コイルばね。
- 前記圧縮コイルばねの前記鋼線の前記微細構造が、９７体積％を超える引き伸ばされたパーライトを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の圧縮コイルばね。
- 前記圧縮コイルばねの前記鋼線の前記微細構造が、０．２～２体積％のベイナイトを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の圧縮コイルばね。
- 前記らせん状に巻かれた鋼線がリン酸コーティングを含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の圧縮コイルばね。
- 前記らせん状に巻かれた鋼線が金属コーティング層を含み、
前記金属コーティング層が、少なくとも８４質量％の亜鉛、及び好ましくはアルミニウムを含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の圧縮コイルばね。 - 前記金属コーティング層が、少なくとも８６質量％の亜鉛；及び４～１４質量％のアルミニウム；及び任意選択的にマグネシウム及び／又はケイ素を含む、請求項７に記載の圧縮コイルばね。
- 前記金属コーティング層が、亜鉛、３～８ｗｔ％のアルミニウム、任意選択的に０．２～１ｗｔ％のＭｇ、任意選択的に最大０．１ｗｔ％の希土類元素、及び避けられない不純物からなる、請求項７に記載の圧縮コイルばね。
- 前記合金鋼が０．１５～０．３５ｗｔ％のＳｉを含み、又は前記合金鋼が０．６～０．８ｗｔ％のＳｉを含み、又は前記合金鋼が０．８～１．４ｗｔ％のＳｉを含む、請求項１～９のいずれか一項に記載の圧縮コイルばね。
- 前記合金鋼が、０．８３～０．８９ｗｔ％のＣ、０．５５～０．７ｗｔ％のＭｎ、０．１～０．４ｗｔ％のＳｉ、０．１５～０．３ｗｔ％のＣｒ、０．０４～０．０８ｗｔ％のＶ、任意選択的に０．０２～０．０６ｗｔ％のＡｌ；避けられない不純物及び残りの鉄からなる、請求項１～１０のいずれか一項に記載の圧縮コイルばね。
- 請求項１～１１のいずれか一項に記載の圧縮コイルばねを作製するための方法であって、
－鋼線材を提供するステップ；
－パーライト微細構造を得るために、前記鋼線材又は前記鋼線材から引き伸ばされた鋼線をパテンティングするステップ；
－パーライト微細構造を有するパテンティング済み鋼線材又はパーライト微細構造を有するパテンティング済み鋼線を、７５％を超える引き伸ばし低減で引き伸ばし；これにより、直径ｄ（ｍｍ）が２～５ｍｍの引き伸ばされたパーライト微細構造を有する鋼線を得るステップ；
－前記鋼線をらせん状に巻いてコイルばねにするステップ；
－任意選択的に、前記コイルばねに熱応力緩和を実行するステップを含み、
前記鋼線材が合金鋼を含み、前記合金鋼が、
０．８～０．９５ｗｔ％のＣ；
０．２～０．９ｗｔ％のＭｎ；
０．１～１．４ｗｔ％のＳｉ；
０．１５～０．４ｗｔ％のＣｒ；
任意選択的に０．０４～０．２ｗｔ％のＶ；
任意選択的に０．０００５～０．００８ｗｔ％のＢ；
任意選択的に０．０２～０．０６ｗｔ％のＡｌ；
避けられない不純物；
及び残りの鉄からなり、
前記合金鋼が１を超える炭素当量を有し、
前記炭素当量は、Ｃ ｗｔ％＋（Ｍｎ ｗｔ％／６）＋（Ｓｉ ｗｔ％／５）＋（Ｃｒ ｗｔ％／５）＋（Ｖ ｗｔ％／５）として定義される、
方法。 - 前記引き伸ばし工程によって、直径ｄ（ｍｍ）が２～５ｍｍで、引張強度Ｒｍ（ＭＰａ）が式２６８０－３９０．７１＊ｌｎ（ｄ）によって計算される値よりも高い鋼線が得られる、請求項１２に記載の方法。
- 前記パテンティング工程後、及び引き伸ばし前又は引き伸ばしステップの間に、溶融めっき法によって前記鋼線に金属コーティングが適用され、前記金属コーティングが、少なくとも８４質量％の亜鉛、及び任意選択的にアルミニウムを含む、請求項１２又は１３に記載の方法。
- 車のドア又はテールゲートを開閉するためのアクチュエータであって、
－請求項１～１１のいずれか一項に記載の圧縮コイルばねであって、前記圧縮コイルばねの圧縮力が解放されると車のドア又はテールゲートを開くための圧縮コイルばねと、
－前記車のドア又はテールゲートを閉じるために前記圧縮コイルばねを圧縮するためのモータと
を含むアクチュエータ。
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