JP2803915B2 - 高強度コイルばねの疲労強度向上方法 - Google Patents
高強度コイルばねの疲労強度向上方法Info
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- JP2803915B2 JP2803915B2 JP3033174A JP3317491A JP2803915B2 JP 2803915 B2 JP2803915 B2 JP 2803915B2 JP 3033174 A JP3033174 A JP 3033174A JP 3317491 A JP3317491 A JP 3317491A JP 2803915 B2 JP2803915 B2 JP 2803915B2
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- Japan
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- coil spring
- spring
- strength
- shot peening
- fatigue strength
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- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Springs (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高い疲労強度が要求さ
れる自動車エンジンの弁ばね、あるいは懸架ばねなどに
用いられる高強度ばねの疲労強度向上方法に関する。
れる自動車エンジンの弁ばね、あるいは懸架ばねなどに
用いられる高強度ばねの疲労強度向上方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般にばねは、ＪＩＳ−Ｇ３５０２，３
５０６あるいは４８０１に規定されている鋼材などを用
い、単に焼入れ焼戻しをしたものが多い。しかし、最
近、自動車関連のコイルばね類は、高強度化の方向にあ
り、エンジンの弁ばねの一部には特公昭３６−９４０６
にあるように、５００℃近傍の低温で浸炭窒化したもの
さえある。一方、ばねの強度が高くなると、現状の製造
工程能力からも、不可避と思われるほど微小な表面欠陥
でもばねの疲労特性を阻害するようになる。
５０６あるいは４８０１に規定されている鋼材などを用
い、単に焼入れ焼戻しをしたものが多い。しかし、最
近、自動車関連のコイルばね類は、高強度化の方向にあ
り、エンジンの弁ばねの一部には特公昭３６−９４０６
にあるように、５００℃近傍の低温で浸炭窒化したもの
さえある。一方、ばねの強度が高くなると、現状の製造
工程能力からも、不可避と思われるほど微小な表面欠陥
でもばねの疲労特性を阻害するようになる。
【０００３】そのために、「ばね技術研究会会報」No．
２０３（ＡＵＧ．１９８８−Ｐ７）にあるように、ばね
を電解研磨仕上げすることにより、表面欠陥を低減して
疲労寿命を向上させることが報告されている。このばね
の電解研磨仕上げ方法は、ばねの疲労強度向上の今後の
一方法と考えられるが、コイルばねの場合、ばねの全表
面を一様に仕上げることに問題があり、且つ効率が良く
ない。
２０３（ＡＵＧ．１９８８−Ｐ７）にあるように、ばね
を電解研磨仕上げすることにより、表面欠陥を低減して
疲労寿命を向上させることが報告されている。このばね
の電解研磨仕上げ方法は、ばねの疲労強度向上の今後の
一方法と考えられるが、コイルばねの場合、ばねの全表
面を一様に仕上げることに問題があり、且つ効率が良く
ない。
【０００４】また、タンブリング（バレルの中に被加工
物を入れて回転させ、被加工物同士の衝突によって、被
加工物表面の油やスケールを除去する）や液体ホーニン
グもばねの表面仕上げ法として検討されていることが、
「ばね技術研究会編；ばね、第３版」（１９８２−Ｐ４
３７）に記載されているが、これらはいずれもショット
ピーニング類似の処理、即ち、圧縮残留応力という観点
から検討されたものであって、以下に言う本発明の表面
疵対策とは全く関係のないものである。
物を入れて回転させ、被加工物同士の衝突によって、被
加工物表面の油やスケールを除去する）や液体ホーニン
グもばねの表面仕上げ法として検討されていることが、
「ばね技術研究会編；ばね、第３版」（１９８２−Ｐ４
３７）に記載されているが、これらはいずれもショット
ピーニング類似の処理、即ち、圧縮残留応力という観点
から検討されたものであって、以下に言う本発明の表面
疵対策とは全く関係のないものである。
【０００５】さらに、疲労強度向上のためショットピー
ニング処理を行なうのが通例であるが、これまでのショ
ットピーニング方法では、これによる圧縮残留応力が表
層近傍で低下しているのが一般的であり、これが表層起
点破壊の一つの原因でもあった。この対策として、最近
実施されているのが多段ショットピーニングで、表層の
圧縮残留応力を増大させることにより、表層からの亀裂
発生、伝播を抑止して、疲労強度を向上させていること
が、「ばね論文集」第３２号（１９８７−Ｐ３１）に記
載されているが、この方法では、多くの処理工程を採ら
なければならず、コストの面で問題がある。
ニング処理を行なうのが通例であるが、これまでのショ
ットピーニング方法では、これによる圧縮残留応力が表
層近傍で低下しているのが一般的であり、これが表層起
点破壊の一つの原因でもあった。この対策として、最近
実施されているのが多段ショットピーニングで、表層の
圧縮残留応力を増大させることにより、表層からの亀裂
発生、伝播を抑止して、疲労強度を向上させていること
が、「ばね論文集」第３２号（１９８７−Ｐ３１）に記
載されているが、この方法では、多くの処理工程を採ら
なければならず、コストの面で問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】自動車の高性能化にと
もない、高疲労強度のエンジン弁ばねあるいは懸架ばね
が強く望まれている。これらの要望に応えるためには、
ばねの強度、特に表面硬さを高くし、且つ表層の圧縮残
留応力をも高くする必要がある。そうすると、現状不可
避と思われるほど微小な表面欠陥が問題となる。本発明
は、このような微小な表面欠陥を信頼性高く、且つ効率
よく除去する方法を導入することによって、高強度コイ
ルばねの疲労強度向上を実現しようとするものである。
もない、高疲労強度のエンジン弁ばねあるいは懸架ばね
が強く望まれている。これらの要望に応えるためには、
ばねの強度、特に表面硬さを高くし、且つ表層の圧縮残
留応力をも高くする必要がある。そうすると、現状不可
避と思われるほど微小な表面欠陥が問題となる。本発明
は、このような微小な表面欠陥を信頼性高く、且つ効率
よく除去する方法を導入することによって、高強度コイ
ルばねの疲労強度向上を実現しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、表層硬さＨｖ≧７００の鋼製コイルばねにおい
て、これらのコイルばね製造工程のショットピーニング
直後にバレル研磨を施し、表面から深さ５０μｍ以内
に、表層に平行な圧縮残留応力が８０kgf/mm 2 以上の最
大値を示す部分を存在せしめて、セッチングすることに
ある。
ろは、表層硬さＨｖ≧７００の鋼製コイルばねにおい
て、これらのコイルばね製造工程のショットピーニング
直後にバレル研磨を施し、表面から深さ５０μｍ以内
に、表層に平行な圧縮残留応力が８０kgf/mm 2 以上の最
大値を示す部分を存在せしめて、セッチングすることに
ある。
【０００８】
【作用】以下、これらの詳細について、説明する。コイ
ルばね素材の疵保証技術も高まっており、深さ６０μｍ
以上の表面疵はほぼ検出できる。表面硬さＨｖ＜７００
の一般のコイルばねでは、この程度の表面疵が問題にな
ることはない。しかし、表面硬度がＨｖ≧７００で特に
窒化処理をして表面硬さをＨｖ≧９００にもしたコイル
ばねになると、上記のような表面疵保証では必ず表面疵
を起点として疲労破壊するので、信頼できる疲労強度を
保証することはできない。コイルばねの疲労強度を高め
るために、ばねの表面硬さを高くするわけであるが、表
面疵が保証できない限り、その効果は望めない。
ルばね素材の疵保証技術も高まっており、深さ６０μｍ
以上の表面疵はほぼ検出できる。表面硬さＨｖ＜７００
の一般のコイルばねでは、この程度の表面疵が問題にな
ることはない。しかし、表面硬度がＨｖ≧７００で特に
窒化処理をして表面硬さをＨｖ≧９００にもしたコイル
ばねになると、上記のような表面疵保証では必ず表面疵
を起点として疲労破壊するので、信頼できる疲労強度を
保証することはできない。コイルばねの疲労強度を高め
るために、ばねの表面硬さを高くするわけであるが、表
面疵が保証できない限り、その効果は望めない。
【０００９】そこで、表面硬さＨｖ≧７００の鋼製コイ
ルばねの表面疵を保証するために、現状のコイルばね製
造工程におけるショットピーニングの直後にバレル研磨
仕上げを施す。バレル研磨仕上げは、６〜８角形断面の
筒状容器の中に被加工物（コイルばね）と適当な粒度の
アランダムやカーボランダムなどの砥粒、少量の水およ
びコンパウンドと称されている種々の研磨促進剤をそれ
ぞれ適当量一緒に入れて、数時間回転あるいは振動させ
て行なう。本発明では、コイルばねの種類および研磨除
去量の程度によって、バレル研磨条件を選定する。
ルばねの表面疵を保証するために、現状のコイルばね製
造工程におけるショットピーニングの直後にバレル研磨
仕上げを施す。バレル研磨仕上げは、６〜８角形断面の
筒状容器の中に被加工物（コイルばね）と適当な粒度の
アランダムやカーボランダムなどの砥粒、少量の水およ
びコンパウンドと称されている種々の研磨促進剤をそれ
ぞれ適当量一緒に入れて、数時間回転あるいは振動させ
て行なう。本発明では、コイルばねの種類および研磨除
去量の程度によって、バレル研磨条件を選定する。
【００１０】このバレル研磨仕上げは、現状のコイルば
ね製造工程におけるショットピーニングの直後に行なう
のが良い。即ち、ショットピーニングによるコイルばね
表面に凹凸が生じ、これが疲労強度低下の一つにもなっ
ていることを考えると、ショットピーニングの直後が好
ましい。また、ショットピーニングによる圧縮残留応力
は表層で７０kgｆ／mm2 以下であり、８０kgｆ／mm2 以
上の最大値は表層から３０乃至１５０μｍに位置してお
り、通常はこのように表層の圧縮残留応力は最大値のほ
ぼ１／２程度しか与えられていないのが一般的である。
従って、本発明では、ショットピーニングの直後にバレ
ル研磨を施して、表層に平行な残留応力分布の最大値８
０kgｆ／mm2 以上の位置を表層より５０μｍ以内に存在
させて、さらなるコイルばねの疲労強度向上を狙う。し
なしながら、表面疵がショットピーニングによって叩き
込まれることもあるので好ましくは、ショットピーニン
グ前でもバレル研磨すればその効果はさらに向上する。
コイルばねは、セッチングによりへたり特性を向上させ
るために不可欠であって、本発明においても、ショット
ピーニング、バレル研磨仕上げを施した後セッチングを
行なう。
ね製造工程におけるショットピーニングの直後に行なう
のが良い。即ち、ショットピーニングによるコイルばね
表面に凹凸が生じ、これが疲労強度低下の一つにもなっ
ていることを考えると、ショットピーニングの直後が好
ましい。また、ショットピーニングによる圧縮残留応力
は表層で７０kgｆ／mm2 以下であり、８０kgｆ／mm2 以
上の最大値は表層から３０乃至１５０μｍに位置してお
り、通常はこのように表層の圧縮残留応力は最大値のほ
ぼ１／２程度しか与えられていないのが一般的である。
従って、本発明では、ショットピーニングの直後にバレ
ル研磨を施して、表層に平行な残留応力分布の最大値８
０kgｆ／mm2 以上の位置を表層より５０μｍ以内に存在
させて、さらなるコイルばねの疲労強度向上を狙う。し
なしながら、表面疵がショットピーニングによって叩き
込まれることもあるので好ましくは、ショットピーニン
グ前でもバレル研磨すればその効果はさらに向上する。
コイルばねは、セッチングによりへたり特性を向上させ
るために不可欠であって、本発明においても、ショット
ピーニング、バレル研磨仕上げを施した後セッチングを
行なう。
【００１１】
【実施例】以下に、本発明の効果を実施例により、さら
に具体的に示す。表面硬さＨｖ＝６００に調質されたφ
３．４mmの弁ばね用シリコンクロム鋼オイルテンパー線
を用い、ばね平均径２３．２mm、ばね高さ５８mm、総巻
数６．５巻、有効巻数４．５巻のコイルばねを成形し
た。但し、表面硬度Ｈｖ≧８００のコイルばねは、浸炭
窒化したものである。その後、０．８mm径のカットワイ
ヤによりショットピーニングをして圧縮残留応力を付与
し、直ちに６角回転バレル内にコイルばねを５個入れ、
砥粒、コンパウンド、水などを適当量配合して、４時間
と８時間のバレル研磨仕上げを行ない、セッチングし
た。
に具体的に示す。表面硬さＨｖ＝６００に調質されたφ
３．４mmの弁ばね用シリコンクロム鋼オイルテンパー線
を用い、ばね平均径２３．２mm、ばね高さ５８mm、総巻
数６．５巻、有効巻数４．５巻のコイルばねを成形し
た。但し、表面硬度Ｈｖ≧８００のコイルばねは、浸炭
窒化したものである。その後、０．８mm径のカットワイ
ヤによりショットピーニングをして圧縮残留応力を付与
し、直ちに６角回転バレル内にコイルばねを５個入れ、
砥粒、コンパウンド、水などを適当量配合して、４時間
と８時間のバレル研磨仕上げを行ない、セッチングし
た。
【００１２】ここで本発明の効果を明瞭にするために、
これら全てのコイルばね表面の粗さおよび圧縮残留応力
を測定した。また、比較材は、上記と同様のショットピ
ーニングを行ない、その後セッチングを行なった。但
し、バレル研磨無しで表層残留応力が高いコイルばねは
二段ショットピーニングを行なったものである。以上の
製造方法を表１にまとめて示した。このようにして製造
したコイルばねについて、ばね形状から計算される剪断
応力（τm ＝６０±５０kgｆ／mm2 ）になる圧縮荷重を
繰返し付加して疲労寿命を５×１０7 回を限度に求め
た。これらの結果を表２に示す。
これら全てのコイルばね表面の粗さおよび圧縮残留応力
を測定した。また、比較材は、上記と同様のショットピ
ーニングを行ない、その後セッチングを行なった。但
し、バレル研磨無しで表層残留応力が高いコイルばねは
二段ショットピーニングを行なったものである。以上の
製造方法を表１にまとめて示した。このようにして製造
したコイルばねについて、ばね形状から計算される剪断
応力（τm ＝６０±５０kgｆ／mm2 ）になる圧縮荷重を
繰返し付加して疲労寿命を５×１０7 回を限度に求め
た。これらの結果を表２に示す。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【表２】
【００１５】その結果、本発明のショットピーニング直
後にバレル研磨仕上げを施したコイルばねは、高寿命を
示すものであり、８時間のバレル研磨仕上げを行なっ
て、圧縮残留応力のピーク値を表層に設けたコイルばね
は、さらにその効果を明瞭に示すものであった。しか
も、破断したコイルばねの破壊起点は全て非金属介在物
であった。また、比較例の表面硬さＨｖ＜７００とした
ものは、表面疵による破壊発生はなかった。
後にバレル研磨仕上げを施したコイルばねは、高寿命を
示すものであり、８時間のバレル研磨仕上げを行なっ
て、圧縮残留応力のピーク値を表層に設けたコイルばね
は、さらにその効果を明瞭に示すものであった。しか
も、破断したコイルばねの破壊起点は全て非金属介在物
であった。また、比較例の表面硬さＨｖ＜７００とした
ものは、表面疵による破壊発生はなかった。
【００１６】一方、バレル研磨仕上げをしなかった、比
較材の平均寿命は６．２×１０6 で、破断したコイルば
ねの破壊起点は全て表面疵であった。つまり、単に表層
の圧縮残留応力のみを高めても、表面に疵が存在するよ
うでは、疲労寿命の向上にはならなかった。また、バレ
ル研磨仕上げをしなかった比較材は、本発明のショット
ピーニング直後にバレル研磨仕上げしたコイルばねに比
べて、疲労寿命のバラツキが大きかった。
較材の平均寿命は６．２×１０6 で、破断したコイルば
ねの破壊起点は全て表面疵であった。つまり、単に表層
の圧縮残留応力のみを高めても、表面に疵が存在するよ
うでは、疲労寿命の向上にはならなかった。また、バレ
ル研磨仕上げをしなかった比較材は、本発明のショット
ピーニング直後にバレル研磨仕上げしたコイルばねに比
べて、疲労寿命のバラツキが大きかった。
【００１７】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明の方法によれ
ば、自動車用エンジンの弁ばねあるいは懸架ばねの疲労
強度を大幅に向上させることができるので、産業上極め
て有用である。
ば、自動車用エンジンの弁ばねあるいは懸架ばねの疲労
強度を大幅に向上させることができるので、産業上極め
て有用である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−225646（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−260015（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−232832（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F16F 1/00 - 6/00 B21F 21/00 B24B 31/00 B24C 1/10 C21D 7/06
Claims (1)
- 【請求項１】 表層硬さＨｖ≧７００の鋼製コイルばね
において、これらのコイルばね製造工程のショットピー
ニング直後にバレル研磨を施し、表面から深さ５０μｍ
以内に、表層に平行な圧縮残留応力が８０kgf/mm 2 以上
の最大値を示す部分を存在せしめることを特徴とする高
強度コイルばねの疲労強度向上方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3033174A JP2803915B2 (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | 高強度コイルばねの疲労強度向上方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3033174A JP2803915B2 (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | 高強度コイルばねの疲労強度向上方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04272524A JPH04272524A (ja) | 1992-09-29 |
| JP2803915B2 true JP2803915B2 (ja) | 1998-09-24 |
Family
ID=12379163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3033174A Expired - Lifetime JP2803915B2 (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | 高強度コイルばねの疲労強度向上方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2803915B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7087891B2 (ja) * | 2018-09-28 | 2022-06-21 | 新東工業株式会社 | コイルばねのバレル研磨方法及びコイルばね研磨用研磨メディア |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60232832A (ja) * | 1984-05-02 | 1985-11-19 | Toyota Motor Corp | ベルト駆動式無段変速機用ブロツクの製造方法 |
| JPS62260015A (ja) * | 1986-05-02 | 1987-11-12 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 耐疲れ性にすぐれたばねおよびその製造方法 |
| JP2537679B2 (ja) * | 1989-02-27 | 1996-09-25 | 日新製鋼株式会社 | 高強度ステンレス鋼およびその鋼材とその製造方法 |
-
1991
- 1991-02-27 JP JP3033174A patent/JP2803915B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04272524A (ja) | 1992-09-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19980210 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19980609 |