JP2823169B2 - コイルばねとその製造方法 - Google Patents
コイルばねとその製造方法Info
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- wire
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- titanium
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、各種機器等に使用されるコイルばねに係
り、特にチタンまたはチタン合金製の素線を用いたコイ
ルばねとその製造方法に関する。
り、特にチタンまたはチタン合金製の素線を用いたコイ
ルばねとその製造方法に関する。
［従来の技術］ 自動車等の車両用部品に使われるコイルばねをはじめ
として、各種機器に使用されるコイルばねは、省エネル
ギー等の観点から軽量化の要望が強い。コイルばねを軽
量化する手段としては、材料強度を高くし、ばねの使用
可能な応力を高めるとか、比強度（強度／重量）の高い
材料を使用することが指針となっている。
として、各種機器に使用されるコイルばねは、省エネル
ギー等の観点から軽量化の要望が強い。コイルばねを軽
量化する手段としては、材料強度を高くし、ばねの使用
可能な応力を高めるとか、比強度（強度／重量）の高い
材料を使用することが指針となっている。
比強度の高い材料として、チタンあるいはチタン合金
が知られている。しかしながら、チタンおよびチタン合
金からなるコイルばねは摩耗しやすいため、ばねが撓ん
だ時に線間接触する部位や座巻部端面等の摩耗が著しく
進行し、素線の断面形状が早期に変化することによりば
ね定数が変ったり、摩耗のために疲労破壊が生じるなど
の重大な欠点があることから、未だコイルばねとしては
実用化されていないのが現状である。
が知られている。しかしながら、チタンおよびチタン合
金からなるコイルばねは摩耗しやすいため、ばねが撓ん
だ時に線間接触する部位や座巻部端面等の摩耗が著しく
進行し、素線の断面形状が早期に変化することによりば
ね定数が変ったり、摩耗のために疲労破壊が生じるなど
の重大な欠点があることから、未だコイルばねとしては
実用化されていないのが現状である。
そこで、耐摩耗性を向上させる一手段として、従来か
ら鋼製ばねに適用されていた窒化あるいは浸炭等の拡散
処理による素線表面の改質や、硬質Crめっき，無電解Ni
めっきなどのような表面被覆法をチタンばねあるいはチ
タン合金ばねに適用することも検討された。
ら鋼製ばねに適用されていた窒化あるいは浸炭等の拡散
処理による素線表面の改質や、硬質Crめっき，無電解Ni
めっきなどのような表面被覆法をチタンばねあるいはチ
タン合金ばねに適用することも検討された。
また、コイルばねは、耐摩耗性だけでなく、繰返し荷
重負荷によってもクリープ変形を生じないこと、および
繰返し荷重負荷によっても疲労破壊を生じないことも不
可欠である。チタンあるいはチタン合金製のコイルばね
の場合、従来の鋼製ばねと同様に、素線の冷間引抜き加
工と時効処理とを組合わせたいわゆる加工熱処理によっ
て耐クリープ性を高めることが可能であり、更には周知
のショットピーニングによって耐疲労性を高めることも
可能である。
重負荷によってもクリープ変形を生じないこと、および
繰返し荷重負荷によっても疲労破壊を生じないことも不
可欠である。チタンあるいはチタン合金製のコイルばね
の場合、従来の鋼製ばねと同様に、素線の冷間引抜き加
工と時効処理とを組合わせたいわゆる加工熱処理によっ
て耐クリープ性を高めることが可能であり、更には周知
のショットピーニングによって耐疲労性を高めることも
可能である。
［発明が解決しようとする課題］ チタンあるいはチタン合金製ばねの耐摩耗性を高める
ために窒化や浸炭のような拡散処理による表面改質を行
なった場合、素線に対する密着性は良好であるが、チタ
ンあるいはチタン合金に対する窒素あるいは炭素原子の
拡散速度が鋼に比べて著しく遅いため、充分な耐摩耗効
果を発揮できる深さまで拡散層を得るには、チタンある
いはチタン合金の溶体化温度（約800〜900℃）のような
高温で処理しなければならない。
ために窒化や浸炭のような拡散処理による表面改質を行
なった場合、素線に対する密着性は良好であるが、チタ
ンあるいはチタン合金に対する窒素あるいは炭素原子の
拡散速度が鋼に比べて著しく遅いため、充分な耐摩耗効
果を発揮できる深さまで拡散層を得るには、チタンある
いはチタン合金の溶体化温度（約800〜900℃）のような
高温で処理しなければならない。
このため、素線をコイリングした後に拡散処理をした
場合には、せっかく加工熱処理によって強度が向上して
いても、拡散処理に伴なう高温によって加工熱処理の効
果が失われてしまい、耐クリープ性に問題が生じる。ま
た、ショットピーニング後に拡散処理を行なった場合に
は、材料が軟化することと圧縮残留応力の緩和のため、
クリープ性および耐疲労特性が著しく損なわれてしま
う。また、素線の引抜き加工後に拡散処理を行なった場
合には、材料表面が既に加工硬化しているためコイリン
グが不可能になる。
場合には、せっかく加工熱処理によって強度が向上して
いても、拡散処理に伴なう高温によって加工熱処理の効
果が失われてしまい、耐クリープ性に問題が生じる。ま
た、ショットピーニング後に拡散処理を行なった場合に
は、材料が軟化することと圧縮残留応力の緩和のため、
クリープ性および耐疲労特性が著しく損なわれてしま
う。また、素線の引抜き加工後に拡散処理を行なった場
合には、材料表面が既に加工硬化しているためコイリン
グが不可能になる。
これらの理由から、拡散処理による表面改質はチタン
あるいはチタン合金には適当な方法ではない。
あるいはチタン合金には適当な方法ではない。
一方、硬質Crめっきおよび無電解Niめっきによる表面
被覆法は、通常は加熱処理を伴わないため材料軟化や残
留応力解放の問題は生じないが、チタンあるいはチタン
合金の表面にはきわめて強固な酸化膜が存在するため、
充分な密着力を有するめっきを施すことが困難である。
被覆法は、通常は加熱処理を伴わないため材料軟化や残
留応力解放の問題は生じないが、チタンあるいはチタン
合金の表面にはきわめて強固な酸化膜が存在するため、
充分な密着力を有するめっきを施すことが困難である。
従って本発明の目的は、コイルばねとして必要不可欠
な材料強度および疲労強度を維持しつつ、耐摩耗性に優
れたチタンあるいはチタン合金からなるコイルばねを提
供することにある。
な材料強度および疲労強度を維持しつつ、耐摩耗性に優
れたチタンあるいはチタン合金からなるコイルばねを提
供することにある。
［課題を解決するための手段］ 上記目的を果たすために本発明者らが開発したコイル
ばねは、チタンまたはチタン合金からなる素線の表面に
一種類もしくは複数種類の微細な多結晶体からなるセラ
ミックス膜を単層もしくは複数層被覆したことを特徴と
するものである。
ばねは、チタンまたはチタン合金からなる素線の表面に
一種類もしくは複数種類の微細な多結晶体からなるセラ
ミックス膜を単層もしくは複数層被覆したことを特徴と
するものである。
セラミックス膜は、酸化物系，窒化物系，炭化物系全
てのものが使用可能であるが、チタンおよびチタン合金
に対する密着性の点で、特にTiを含むセラミックスが推
奨される。例えばTiO2,TiN,TiC,TiXAlYNZ，TiXAlYCNZ，
TiXAlYCZ，TiWAlXVYNZ，TiWAlXVYCNZ，TiWAlXVYCZ等のT
iの酸化物、窒化物、あるいは炭化物が好適である。
てのものが使用可能であるが、チタンおよびチタン合金
に対する密着性の点で、特にTiを含むセラミックスが推
奨される。例えばTiO2,TiN,TiC,TiXAlYNZ，TiXAlYCNZ，
TiXAlYCZ，TiWAlXVYNZ，TiWAlXVYCNZ，TiWAlXVYCZ等のT
iの酸化物、窒化物、あるいは炭化物が好適である。
セラミックス膜が薄すぎると充分な耐摩耗性を発揮す
ることができない。そうかといって、過度に厚いセラミ
ックス膜はセラミックス自体の脆さのため、使用時に剥
離しやすくなる。このためセラミックス膜の厚さは0.5
〜10μｍの範囲であることが望まれ、更に好ましくは、
１〜４μｍの膜厚であることが推奨される。
ることができない。そうかといって、過度に厚いセラミ
ックス膜はセラミックス自体の脆さのため、使用時に剥
離しやすくなる。このためセラミックス膜の厚さは0.5
〜10μｍの範囲であることが望まれ、更に好ましくは、
１〜４μｍの膜厚であることが推奨される。
膜構造については、後述する実施例に示すように膜厚
方向に積層された微細な多結晶体構造が密着性や耐摩耗
性の点で優れている。これは、セラミックスの結晶構造
が微細なため成膜時に発生する膜応力が低下されるこ
と、膜質が強靱化し、ばね使用時の撓みから生じる歪み
に対しても膜中にクラックが発生しにくいという利点の
ためである。しかもこの微細な多結晶構造は、複数種類
のセラミックス膜を膜厚方向に積層した場合において
も、密着性および膜強靱化という点で有効である。
方向に積層された微細な多結晶体構造が密着性や耐摩耗
性の点で優れている。これは、セラミックスの結晶構造
が微細なため成膜時に発生する膜応力が低下されるこ
と、膜質が強靱化し、ばね使用時の撓みから生じる歪み
に対しても膜中にクラックが発生しにくいという利点の
ためである。しかもこの微細な多結晶構造は、複数種類
のセラミックス膜を膜厚方向に積層した場合において
も、密着性および膜強靱化という点で有効である。
上記セラミックス膜を被覆する方法としては、より低
温での成膜処理が可能なスパッタリング，イオンプレー
ティング等の物理蒸着法（PVD処理）、もしくはプラズ
マCVDによって望ましい結果が得られる。また、成膜温
度は、材料を軟化させない温度で、かつショットピーニ
ングによって得られた圧縮残留応力を低下させない温度
が望ましいことから、300℃以下が推奨される。なお、
チタン合金にあってはその時効処理温度以下であること
が必要である。
温での成膜処理が可能なスパッタリング，イオンプレー
ティング等の物理蒸着法（PVD処理）、もしくはプラズ
マCVDによって望ましい結果が得られる。また、成膜温
度は、材料を軟化させない温度で、かつショットピーニ
ングによって得られた圧縮残留応力を低下させない温度
が望ましいことから、300℃以下が推奨される。なお、
チタン合金にあってはその時効処理温度以下であること
が必要である。
［作用］ 本発明のコイルばねは、チタンあるいはチタン合金製
の素線の表面に上記セラミックス膜が強固に被覆されて
いるから、コイルばねのように表面部に純粋せん断応力
が作用しかつ線間接触が繰返されるといった過酷な使用
条件下で使われても、剥離等の不具合を生じるようなこ
とがなく優れた耐久性と耐摩耗性が維持され、しかも素
線自体の比強度が高いため軽量なコイルばねとなる。し
かも耐クリープ性や耐疲労性に悪影響を及ぼさないよう
なプロセスで成膜することが可能である。
の素線の表面に上記セラミックス膜が強固に被覆されて
いるから、コイルばねのように表面部に純粋せん断応力
が作用しかつ線間接触が繰返されるといった過酷な使用
条件下で使われても、剥離等の不具合を生じるようなこ
とがなく優れた耐久性と耐摩耗性が維持され、しかも素
線自体の比強度が高いため軽量なコイルばねとなる。し
かも耐クリープ性や耐疲労性に悪影響を及ぼさないよう
なプロセスで成膜することが可能である。
［実施例１］ 以下に本発明の第１実施例について第１図ないし第４
図を参照して説明する。本実施例の弁ばね用コイルばね
は、第１図に模式的に断面を示したように、チタン合金
製の素線11の外側にセラミックス膜としてのTiN膜12が
被覆されている。素線11に使われるのはβ型チタン合金
であり、その組成（重量％）は、13％V,11％Cr,3％Alで
ある。このチタン合金を用い、第２図に示した製造工程
を経てコイルばねを得る。本実施例のコイルばねの主要
諸元を表１に示した。
図を参照して説明する。本実施例の弁ばね用コイルばね
は、第１図に模式的に断面を示したように、チタン合金
製の素線11の外側にセラミックス膜としてのTiN膜12が
被覆されている。素線11に使われるのはβ型チタン合金
であり、その組成（重量％）は、13％V,11％Cr,3％Alで
ある。このチタン合金を用い、第２図に示した製造工程
を経てコイルばねを得る。本実施例のコイルばねの主要
諸元を表１に示した。
第２図に例示された製造工程において、溶体化温度で
処理された素材に耐クリープ性を付与するため、ダイス
を使った冷間引抜きが行なわれる。この減面加工では、
素線11に減面率約80％の大きな塑性加工を与え、そのの
ち素線11が延性を保っている状態でコイリングを行な
う。コイリング終了後、427℃×62hrの時効処理を施す
ことで、引張強度を約170kg f/mm2に保持する。
処理された素材に耐クリープ性を付与するため、ダイス
を使った冷間引抜きが行なわれる。この減面加工では、
素線11に減面率約80％の大きな塑性加工を与え、そのの
ち素線11が延性を保っている状態でコイリングを行な
う。コイリング終了後、427℃×62hrの時効処理を施す
ことで、引張強度を約170kg f/mm2に保持する。
上記時効処理後、疲労強度を確保するためにショット
ピーニングが行なわれ、素線11の表面に圧縮残留応力が
付与される。そののち、180℃×10minの歪み取り低温焼
鈍が実施される。
ピーニングが行なわれ、素線11の表面に圧縮残留応力が
付与される。そののち、180℃×10minの歪み取り低温焼
鈍が実施される。
更に、この素線11を使ったコイルばねに耐摩耗性を付
与するために、セラミックス膜12を素線11の表面に被覆
する。本実施例のセラミックス膜12はTiNであり、約２
μｍの厚さに成膜される。しかもこのTiNセラミックス
膜12は第３図に模式的に示したように膜厚方向に微細な
TiN結晶を積層する。すなわちTiNの微細な多結晶体とし
た。このような多層状の微細化多結晶構造によって、セ
ラミックス膜12内部の応力低下が図れるとともに、脆い
性質をもつセラミックスの弱点を克服でき、圧縮コイル
ばねのように最大主応力が引張であるものに使われて
も、素線11に対するセラミックス膜12の密着性が一段と
向上し、使用時にセラミックス膜12にクラックが発生し
にくくなるなど、本発明の目的に沿うものとなる。
与するために、セラミックス膜12を素線11の表面に被覆
する。本実施例のセラミックス膜12はTiNであり、約２
μｍの厚さに成膜される。しかもこのTiNセラミックス
膜12は第３図に模式的に示したように膜厚方向に微細な
TiN結晶を積層する。すなわちTiNの微細な多結晶体とし
た。このような多層状の微細化多結晶構造によって、セ
ラミックス膜12内部の応力低下が図れるとともに、脆い
性質をもつセラミックスの弱点を克服でき、圧縮コイル
ばねのように最大主応力が引張であるものに使われて
も、素線11に対するセラミックス膜12の密着性が一段と
向上し、使用時にセラミックス膜12にクラックが発生し
にくくなるなど、本発明の目的に沿うものとなる。
上記微細化多結晶体構造のセラミックス膜12を得るた
めの装置の一例として、アーク放電式イオンプレーティ
ング装置が使われる。上述のような微細な多結晶体をイ
オンプレーティング法によって得るには、処理品として
の素線11の表面にTiN膜12を成膜するに際し、所定膜厚
に達するまでは素線11を装置外に取出さず、所定膜厚に
至るまでの成膜プロセスを複数回に分けて成膜と冷却を
繰返すようにする。すなわち第４図に実線で示したよう
に、複数に分けられた成膜プロセス間のインターバルを
充分にとることにより、成膜プロセス間で処理品の冷却
を行なう。このように成膜プロセスを複数回に分けて行
なうことにより、同種のセラミックスであっても膜の多
層化すなわち微細化多結晶体構造を有するセラミックス
膜12が得られる。
めの装置の一例として、アーク放電式イオンプレーティ
ング装置が使われる。上述のような微細な多結晶体をイ
オンプレーティング法によって得るには、処理品として
の素線11の表面にTiN膜12を成膜するに際し、所定膜厚
に達するまでは素線11を装置外に取出さず、所定膜厚に
至るまでの成膜プロセスを複数回に分けて成膜と冷却を
繰返すようにする。すなわち第４図に実線で示したよう
に、複数に分けられた成膜プロセス間のインターバルを
充分にとることにより、成膜プロセス間で処理品の冷却
を行なう。このように成膜プロセスを複数回に分けて行
なうことにより、同種のセラミックスであっても膜の多
層化すなわち微細化多結晶体構造を有するセラミックス
膜12が得られる。
ちなみに本実施例では約0.5μｍずつ４回に分けて成
膜を行なうことで、所定の厚み２μｍを達成した。この
プロセスのもう一つの重要な利点は、一回分のプロセス
で成膜される膜厚を少なくすることにより、成膜時に生
じる素線11の昇温を抑制できるという点である。本実施
例においては、イオンプレーティング時の昇温が約300
℃に抑えられている。こうすることにより、素線11の軟
化を防止できるとともに、成膜前にショットピーニング
によって素線11に付与されている圧縮残留応力が解放さ
れてしまうことを防止でき、耐摩耗性のみならず耐クリ
ープ性と耐疲労性に対しても優れたチタン合金コイルば
ねが得られる。
膜を行なうことで、所定の厚み２μｍを達成した。この
プロセスのもう一つの重要な利点は、一回分のプロセス
で成膜される膜厚を少なくすることにより、成膜時に生
じる素線11の昇温を抑制できるという点である。本実施
例においては、イオンプレーティング時の昇温が約300
℃に抑えられている。こうすることにより、素線11の軟
化を防止できるとともに、成膜前にショットピーニング
によって素線11に付与されている圧縮残留応力が解放さ
れてしまうことを防止でき、耐摩耗性のみならず耐クリ
ープ性と耐疲労性に対しても優れたチタン合金コイルば
ねが得られる。
第５図に、本実施品の耐摩耗性を調べるために行なっ
た疲労試験の結果を示す。試験条件は平均応力36kg f/m
m2、応力振幅16.4kg f/mm2である。図中の未処理品
（ａ）は被覆されていないチタン合金コイルばねである
が、僅か３×106回撓みを繰返しただけで、摩耗重量が
約1.35gにも達してしまった。この未処理品は摩耗前で1
0.7gしかないため、この1.35gの摩耗によりばね定数が
大きく低下し、ばねとしての所期の機能を満たさないも
のになっている。
た疲労試験の結果を示す。試験条件は平均応力36kg f/m
m2、応力振幅16.4kg f/mm2である。図中の未処理品
（ａ）は被覆されていないチタン合金コイルばねである
が、僅か３×106回撓みを繰返しただけで、摩耗重量が
約1.35gにも達してしまった。この未処理品は摩耗前で1
0.7gしかないため、この1.35gの摩耗によりばね定数が
大きく低下し、ばねとしての所期の機能を満たさないも
のになっている。
このような未処理品に対し、図中（ｂ）に示した実施
例品は、TiNを単層で0.5μｍの厚さに被覆したものであ
るが、摩耗量は３×106回で、約0.75gと僅かであり、摩
耗量は未処理品に比べて大幅に減少している。更に、図
中（ｃ）に示された本実施例品はTiN膜を前述した微細
な多結晶構造（第３図参照）にしたものであり、３×10
6回の繰返し撓みに後も摩耗量は僅か0.4gであり、未処
理品に比べて著しい耐摩耗効果のあることが確認され
た。
例品は、TiNを単層で0.5μｍの厚さに被覆したものであ
るが、摩耗量は３×106回で、約0.75gと僅かであり、摩
耗量は未処理品に比べて大幅に減少している。更に、図
中（ｃ）に示された本実施例品はTiN膜を前述した微細
な多結晶構造（第３図参照）にしたものであり、３×10
6回の繰返し撓みに後も摩耗量は僅か0.4gであり、未処
理品に比べて著しい耐摩耗効果のあることが確認され
た。
［実施例２］ 第６図に本実施例品の断面の一部を模式的に示した。
本実施例のコイルばねは、素線11の表面に下地としてTi
AlNからなる第１のセラミックス膜15を被覆し、更にそ
の上に第２のセラミックス膜16としてTiAlCN膜を被覆し
ている。
本実施例のコイルばねは、素線11の表面に下地としてTi
AlNからなる第１のセラミックス膜15を被覆し、更にそ
の上に第２のセラミックス膜16としてTiAlCN膜を被覆し
ている。
このような多層膜構造を得るための一手段として、ス
パッタリングプロセスが採用される。すなわち、TiAl5
0:50（原子比）のターゲットをアルゴン雰囲気でマグネ
トロン・スパッタリングするとともに、反応性ガスとし
ての窒素ガスを導入して窒化膜を成膜する反応性スパッ
タリングにより、チタン合金の上にTiAlN（膜厚約１μ
ｍ）を成膜し、その後、更にアセチレンガスを所定の流
量まで徐々に増やしながら加え、TiAlCN膜（膜厚約0.5
μｍ）をトップコートする。
パッタリングプロセスが採用される。すなわち、TiAl5
0:50（原子比）のターゲットをアルゴン雰囲気でマグネ
トロン・スパッタリングするとともに、反応性ガスとし
ての窒素ガスを導入して窒化膜を成膜する反応性スパッ
タリングにより、チタン合金の上にTiAlN（膜厚約１μ
ｍ）を成膜し、その後、更にアセチレンガスを所定の流
量まで徐々に増やしながら加え、TiAlCN膜（膜厚約0.5
μｍ）をトップコートする。
TiAlN膜15は、前述したTiN膜12とほぼ同等の硬度と素
線11に対する優れた密着力をもち、更に耐酸化性に優れ
るという特性をもつ。更に、成膜条件としてTiN膜より
も低いバイアス電圧で密着性の優れた膜を作ることがで
きるため、コーティング時によくおこる処理品の温度過
剰上昇を防ぐことができるという有利な条件をもつ。例
えば、今回使用したマグネトロン・スパッタリング装置
では、通常のTiN膜では−150Vのバイアス電圧を要する
ところ、TiAlN膜15の成膜では−100V程度のバイアス電
圧で緻密な膜を堆積させることができる。
線11に対する優れた密着力をもち、更に耐酸化性に優れ
るという特性をもつ。更に、成膜条件としてTiN膜より
も低いバイアス電圧で密着性の優れた膜を作ることがで
きるため、コーティング時によくおこる処理品の温度過
剰上昇を防ぐことができるという有利な条件をもつ。例
えば、今回使用したマグネトロン・スパッタリング装置
では、通常のTiN膜では−150Vのバイアス電圧を要する
ところ、TiAlN膜15の成膜では−100V程度のバイアス電
圧で緻密な膜を堆積させることができる。
TiAlCN膜16を最表面にトップコートしたのは、この膜
16は硬度が高く耐摩耗性に優れているとともに、摩擦係
数が小さいからである。すなわちTiNやTiAlN膜のビッカ
ース硬度が2000〜2700kg/mm2であるのに対し、TiAlCN膜
は2800〜3600kg/mm2の硬度をもち、しかもTiAlCN膜の摩
擦係数は約0.15と小さい。このため圧縮コイルばねのよ
うに繰返し荷重が負荷され圧縮変形が繰返される場合に
は、素線11の長手方向に働く摩擦力を軽減するのに有効
であり、ひいては摩耗量を減少させる効果を発揮でき
る。なお、TiAlCN膜16を直接チタン合金の表面に成膜さ
せると密着力が劣るため、本実施例のようにTiAlN膜15
を介してTiAlCN膜16を形成させるようにした。
16は硬度が高く耐摩耗性に優れているとともに、摩擦係
数が小さいからである。すなわちTiNやTiAlN膜のビッカ
ース硬度が2000〜2700kg/mm2であるのに対し、TiAlCN膜
は2800〜3600kg/mm2の硬度をもち、しかもTiAlCN膜の摩
擦係数は約0.15と小さい。このため圧縮コイルばねのよ
うに繰返し荷重が負荷され圧縮変形が繰返される場合に
は、素線11の長手方向に働く摩擦力を軽減するのに有効
であり、ひいては摩耗量を減少させる効果を発揮でき
る。なお、TiAlCN膜16を直接チタン合金の表面に成膜さ
せると密着力が劣るため、本実施例のようにTiAlN膜15
を介してTiAlCN膜16を形成させるようにした。
本実施例の膜構造を得るためのプロセスは前述した実
施例１においてTiN膜を作る場合と類似の方法でよい
が、更に好ましい例として第４図に２点鎖線で示したよ
うに成膜プロセスの分割数を実施例１よりも多くした。
この成膜プロセスに使用した装置の一例を第７図に示
す。処理品としてのβ型チタン合金素線11は、円筒状の
真空チャンバ20の内部にセットされる。すなわち円周方
向に複数対設けられたマグネトロン・カソード21,22の
放電で作られるブラズマゾーン23の中に、ターゲット24
が配置されるとともに素線11が収容される。素線11は真
空チャンバ20の円周方向に移動させられることによっ
て、間欠的にプラズマゾーン23に出入りし、所定膜厚に
達するまで成膜と冷却が繰返される。従って、得られた
セラミックス膜は、前記実施例の多結晶構造のものと同
様に、層状に積み重なった微細な多結晶体であり、本発
明の目的に沿うものとなる。本実施例の場合、所定膜厚
に達するまでの成膜プロセスを多くすることで、成膜中
の素線11の昇温を約250℃に抑えることができた。
施例１においてTiN膜を作る場合と類似の方法でよい
が、更に好ましい例として第４図に２点鎖線で示したよ
うに成膜プロセスの分割数を実施例１よりも多くした。
この成膜プロセスに使用した装置の一例を第７図に示
す。処理品としてのβ型チタン合金素線11は、円筒状の
真空チャンバ20の内部にセットされる。すなわち円周方
向に複数対設けられたマグネトロン・カソード21,22の
放電で作られるブラズマゾーン23の中に、ターゲット24
が配置されるとともに素線11が収容される。素線11は真
空チャンバ20の円周方向に移動させられることによっ
て、間欠的にプラズマゾーン23に出入りし、所定膜厚に
達するまで成膜と冷却が繰返される。従って、得られた
セラミックス膜は、前記実施例の多結晶構造のものと同
様に、層状に積み重なった微細な多結晶体であり、本発
明の目的に沿うものとなる。本実施例の場合、所定膜厚
に達するまでの成膜プロセスを多くすることで、成膜中
の素線11の昇温を約250℃に抑えることができた。
そしてこの実施例品は、摩擦係数を減少させることに
効果のあるTiAlCN膜16が最表面に被覆されているため、
優れた耐摩耗性を発揮する。第５図中の（ｄ）に示され
るように、３×106回程度の撓みの繰返しでは摩耗量は
ゼロであり、表面の光沢が増した程度であって磨耗は全
く認められなかった。ちなみに、２×107回まで繰返し
撓ませても摩耗量は0.005gであり、ほとんど摩耗は認め
られなかった。
効果のあるTiAlCN膜16が最表面に被覆されているため、
優れた耐摩耗性を発揮する。第５図中の（ｄ）に示され
るように、３×106回程度の撓みの繰返しでは摩耗量は
ゼロであり、表面の光沢が増した程度であって磨耗は全
く認められなかった。ちなみに、２×107回まで繰返し
撓ませても摩耗量は0.005gであり、ほとんど摩耗は認め
られなかった。
［発明の効果］ 本発明によれば、チタンあるいはチタン合金からなる
比強度の高い素線を用いたコイルばねの耐クリープ性お
よび耐疲労性を損なうことなく耐摩耗性を大幅に向上さ
せることができる。
比強度の高い素線を用いたコイルばねの耐クリープ性お
よび耐疲労性を損なうことなく耐摩耗性を大幅に向上さ
せることができる。
第１図は本発明の第１実施例のコイルばねを模式的に示
す断面図、第２図は第１図に示されたコイルばねの製造
工程を示す工程説明図、第３図は微細な多結晶体を模式
的に示す断面図、第４図は成膜プロセスを複数回に分け
て行なう場合の膜厚と温度との関係を示す図、第５図は
耐摩耗性を調べた疲労試験の結果を示す図、第６図は本
発明の他の実施例の膜構造の一部を模式的に示す断面
図、第７図は成膜装置の一例の概要を示す断面図であ
る。 11……素線、12,15,16……セラミックス膜。
す断面図、第２図は第１図に示されたコイルばねの製造
工程を示す工程説明図、第３図は微細な多結晶体を模式
的に示す断面図、第４図は成膜プロセスを複数回に分け
て行なう場合の膜厚と温度との関係を示す図、第５図は
耐摩耗性を調べた疲労試験の結果を示す図、第６図は本
発明の他の実施例の膜構造の一部を模式的に示す断面
図、第７図は成膜装置の一例の概要を示す断面図であ
る。 11……素線、12,15,16……セラミックス膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大倉 末代史 愛知県名古屋市熱田区六野１丁目２番５ 号 大同特殊鋼株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−84361（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−126950（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F16F 1/00 - 6/00 B21F 35/00 C23C 14/06 - 14/08
Claims (5)
- 【請求項１】チタンまたはチタン合金からなる素線の表
面を一種類もしくは複数種類の積層された微細な多結晶
体からなるセラミックス膜によって被覆したことを特徴
とするコイルばね。 - 【請求項２】上記セラミックス膜に酸化物系，窒化物
系，炭化物系のセラミックスのうちいずれかを選択して
用いた請求項１記載のコイルばね。 - 【請求項３】上記セラミックス膜に、Tiを含む酸化物
系，窒化物系，炭化物系のセラミックスのうちいずれか
を選択して用いた請求項２記載のコイルばね。 - 【請求項４】β型チタン合金からなる素線の表面に、下
地としてのTiAlNの膜を被覆し、更にその上にTiXAlYCNZ
の膜を被覆した請求項１記載のコイルばね。 - 【請求項５】チタンまたはチタン合金からなる素線を所
定の線径まで減面加工する工程と、減面後の素線をコイ
リングする工程と、コイリング後の素線にショットピー
ニングを行なう工程と、素線の表面にイオンプレーティ
ングまたはスパッタリングによって微細な多結晶体から
なるセラミックス膜を形成する工程とを具備したことを
特徴とするコイルばねの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1204162A JP2823169B2 (ja) | 1989-08-07 | 1989-08-07 | コイルばねとその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1204162A JP2823169B2 (ja) | 1989-08-07 | 1989-08-07 | コイルばねとその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0369830A JPH0369830A (ja) | 1991-03-26 |
| JP2823169B2 true JP2823169B2 (ja) | 1998-11-11 |
Family
ID=16485862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1204162A Expired - Lifetime JP2823169B2 (ja) | 1989-08-07 | 1989-08-07 | コイルばねとその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2823169B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7794846B2 (en) | 2005-06-22 | 2010-09-14 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Titanium part for internal combustion engine |
| US8394469B2 (en) | 2004-07-14 | 2013-03-12 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Exhaust pipe for internal combustion engine |
| US8470418B2 (en) | 2005-09-06 | 2013-06-25 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Exhaust pipe for internal combustion engine, and internal combustion engine and transportation apparatus incorporating the same |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3918895B2 (ja) * | 1998-11-05 | 2007-05-23 | 山口県 | 低摩擦係数の複合硬質皮膜の形成法及び複合硬質皮膜 |
| DE102004037721A1 (de) * | 2004-08-04 | 2006-02-23 | Robert Bosch Gmbh | Druckfeder zum Ansteuern eines dynamisch beanspruchten Elements |
| JP4641284B2 (ja) * | 2005-06-22 | 2011-03-02 | ヤマハ発動機株式会社 | 内燃機関用チタン部品 |
| JP2007170215A (ja) * | 2005-12-20 | 2007-07-05 | Yamaha Motor Co Ltd | 内燃機関用部品およびその製造方法 |
| DE102009030767A1 (de) * | 2009-06-27 | 2011-03-03 | Man Diesel & Turbo Se | Steuerungseinrichtung |
| JP5558165B2 (ja) * | 2010-03-30 | 2014-07-23 | 中央発條株式会社 | 渦巻きばねとその製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51126950A (en) * | 1975-04-25 | 1976-11-05 | Statni Vyzkumny Ustav Material | Protective covering for engine parts |
| JPS618436A (ja) * | 1984-06-22 | 1986-01-16 | Nissan Motor Co Ltd | 車両用内燃機関のアクセル制御装置 |
-
1989
- 1989-08-07 JP JP1204162A patent/JP2823169B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8394469B2 (en) | 2004-07-14 | 2013-03-12 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Exhaust pipe for internal combustion engine |
| US7794846B2 (en) | 2005-06-22 | 2010-09-14 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Titanium part for internal combustion engine |
| US8470418B2 (en) | 2005-09-06 | 2013-06-25 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Exhaust pipe for internal combustion engine, and internal combustion engine and transportation apparatus incorporating the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0369830A (ja) | 1991-03-26 |
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