JP3003831B2 - オイルテンパー線及びその製造方法 - Google Patents
オイルテンパー線及びその製造方法Info
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- F16F2238/02—Springs
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Description
処理効率を向上させたオイルテンパー線およびその製造
方法に関するものである。
く、高速でばね成形を行うと線表面に焼き付きを生じた
り、コイルばねの自由長やコイル径にばらつきを生じ
る。又、いわゆるビビリ音が発生し、作業環境を悪くす
る欠点があった。特に、線強度が高くなればなるほどこ
れらの欠点は顕著になる。
て次のような手段がとられていた。 線表面に酸化鉄の中でも比較的潤滑性の高いマグネタ
イト(Fe3 O4 )を主成分とする酸化膜を2〜5μm
の厚さで生成させることにより線表面の潤滑性を向上さ
せる。 コイリングマシンの曲げ金具を線の進行に伴って回転
させ、線と金具との摩擦係数を小さくして高速でのばね
成形を可能とする。
潤滑性を向上させる技術(上記)は必要とされる酸化
膜の厚さが大きいため(例えば2μm以上)、ばね成形
時に酸化膜を主体とする表面残存膜が飛散し作業環境を
悪化する。また、稀に酸化膜形成時に結晶粒界酸化が生
じ、これがばね成形時に表面でのマイクロクラックの原
因となってばねとしての疲労特性を低下させる欠点があ
った。また、通常、ばねの耐疲労性向上を目的に、ばね
成形後、窒化処理を行うが、その際、酸化膜の厚さが大
きいほど窒化処理効率が低下する(特開平5-177544号参
照)ため、窒化処理の前に酸化膜を除去する工程が必要
となったり、窒化処理に長時間を要するといった問題が
あった。
を解消するためになされたもので、その特徴は線表面の
酸化膜を極力薄くし、これに潤滑油及び/又は有機化合
物からなる塗膜を施したことにある。
し、潤滑塗膜量は3g/m2 以上、15g/m2 以下と
することが好ましい。また、潤滑塗膜を構成する有機化
合物としては三弗化樹脂、四弗化樹脂やアミノ酸系化合
物が好適である。
ミノ酸と脂肪酸の化合物であり、アミノ酸としてはリジ
ン,アルギニン,ヒスチジン等が、脂肪酸としてはアク
リル酸,ラウリン酸,アスパラギン酸,ステアリン酸等
が挙げられる。
径まで伸線した後、線表面に残存する伸線前処理剤や伸
線潤滑剤を化学的又は機械的方法により洗浄・除去し、
窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気中又は鉛などの溶融金
属中で加熱した後、焼入れ処理を行い、さらに不活性ガ
ス雰囲気中または鉛などの溶融金属中で焼戻し処理を行
えばよい。このとき焼入れは、水または有機系化合物の
焼入れ抑制剤を含む水溶液中で行うことが好適である。
く形成すればよいが、その場合ばね成形時の潤滑性低下
が免れないため、本発明では厚さ1.5μm以下の薄い
酸化膜の上に潤滑塗膜を形成することでばね成形時の潤
滑性と酸化膜飛散量の低減とを両立させている。酸化膜
の厚さを1.5μm以下としたのは、ばね成形前の窒化
処理効率と、ばね成形時の酸化膜飛散量を考慮したもの
である。また、潤滑塗膜が有機化合物のみの場合、ばね
成形時にこの塗膜自身が飛散することがあるが、その場
合は潤滑油との組み合わせにより飛散を抑えることがで
きる。
保していたが、厚い酸化膜を線材長手方向にわたって均
一に形成することは難しく、その結果ばね成形時の潤滑
性にもばらつきが生じ、得られたばねの自由長もばらつ
き易いといった欠点があった。この点、本発明では酸化
膜を薄くし、線材長手方向にも均一に塗布できるアミノ
酸系化合物などの潤滑塗膜を形成したことで、ばね自由
長のばらつきを抑えることもできる。
界酸化により線表面にマイクロクラックが生じ易いが、
薄ければこのような問題も生じないため、ばねに成形し
た際の疲労特性低下といった欠点も抑制することができ
る。特に、酸化膜が薄いため、窒化処理前に酸化膜を除
去する時間の短縮、さらには酸化膜除去工程の省略、な
らびに窒化処理時間の短縮が可能となる。
の生成状況と併せて説明すると、概ね次のようになる。 伸線終了時 伸線後、線表面には酸化膜はないが、伸線前処理剤や伸
線潤滑剤が残存して、これらが焼入れ加熱時に地鉄酸化
を促進させることがあり、さらにこれら自身が焼入れ加
熱時の生成酸化膜と共に残存している。従って、酸化膜
の形成に際しては、先ず伸線後の線表面から伸線前処理
剤や潤滑剤の除去を行う。この除去により焼入れ後の線
表面に残存する酸化物などを抑制できる。
気中の焼入れ加熱 酸化膜はこの工程で最も多く生成される。これは主とし
て大気中の酸素による酸化であり、不活性ガス中で加熱
することにより線表面に生成される酸化膜を極小にする
ことができるため、薄い酸化膜の形成が容易に行える。
−酸化膜間の熱収縮差が大きく酸化膜の剥離が多い。従
って、焼入れ処理を水または有機系化合物の焼入れ抑制
剤を含む水溶液中で行えば、従来の油焼入れより高い冷
却速度が可能となり、酸化膜と地鉄との熱収縮差を大き
くして酸化膜の剥離を促進することができ一層効果的で
ある。
ないが、焼入れ加熱時と同様の考え方により不活性ガス
雰囲気とすることで酸化膜の生成を抑える。
用いてそれぞれ4mmφに伸線し、その後焼入れ・焼戻
し処理を行ってオイルテンパー線を試作した。
浄により線表面の伸線前処理剤や伸線潤滑剤を除去して
おいた。その後、窒素ガス雰囲気中にて加熱し、直ちに
水中に浸漬して焼入れ処理を行い、続いて窒素ガス雰囲
気中で焼戻し処理を行った。そして、得られた線材にア
ミノ酸系化合物からなる潤滑塗膜を施した。また、この
とき比較例として、従来のオイルテンパー線(成分は表
1に示すものと同様で、酸化膜が2μm以上と厚く、潤
滑塗膜がないもの)も作製した。これら実施例,比較例
の機械的特性および平均酸化膜厚さを表2及び表3に示
す。なお、平均酸化膜厚さは、線材を任意の箇所で切断
し、その横断面を研磨した後、横断面を8等分した円周
の8箇所における酸化膜の厚さを顕微鏡で観察して実測
した値である。
ね平均径22.8mm,総巻き数6.5,自由長26m
mのばねを10000個成形したときのばね形状(自由
長)及びばね成形時の酸化膜の飛散状況を調査した。そ
の結果を表4に示す。
ばね自由長の標準偏差が大きく、その飛散も多かったの
に対し、酸化膜の薄い実施例はいずれも改善されている
ことが確認された。
ねのうち、試料番号1−2,2−2,4−2,5−2に
ついて、ばね疲労試験を行った。各試料が平均応力58
8Mpaで、繰り返し回数5×107 回をクリアする疲労
強度(τm ±τa :τm =平均応力,τa=応力振幅)
を表5に示す。
て疲労特性に優れていることが確認された。これは、酸
化膜が薄い場合、線表面にマイクロクラックが生じない
ためである。
ねのうち、試料番号1−2,4−2について、ばね成形
後、窒化処理前に酸化膜を除去する時間を変えて、各場
合の窒化処理効率を調査した。酸化膜除去手段として
は、電解研磨,酸洗い,ショットブラスト,ショットピ
ーニングなどがあるが、ここでは直径0.3mm のスチール
ボールによるショットブラスト処理を行った。調査方法
は、それぞれ異なった時間で酸化膜を除去した後、45
0℃で均熱時間4時間の窒化処理を行い、得られた線材
断面の円周8箇所について、線表面から20μmの深さ
部分における硬度(ビッカース硬度)を測定することで
行った。硬度値が高いほど処理効率が優れていることを
示す。その結果、図1に示すように、酸化膜を除去する
時間が同じ場合、実施例は比較例よりも硬度が高く、処
理効率に優れていることがわかる。また、実施例におい
て、酸化膜除去工程を省略したもの(酸化膜除去時間0
分)は、比較例の酸化膜除去時間30分のものとほぼ同
等の硬度で、酸化膜除去工程を省略できることも確認さ
れた。
ね(試料番号1−2,4−2)について、ばね成形後、
30分間酸化膜を除去し、450℃にて均熱時間を変え
て窒化処理を行い、実施例3と同様の方法で線材硬度を
測定して、各場合の窒化処理効率を調査した。その結
果、図2に示すように、実施例は比較例よりも短時間で
硬度が高くなり、処理効率に優れていることが確認され
た。例えば、580Hvの硬度を得るのに必要な窒化処理
時間は、比較例で3時間程度必要となるのに対し、実施
例は2時間程度で済む。
ばね成形時の潤滑性を低下させることなく酸化膜の飛散
を低減できるため、作業環境を改善することができる。
また、ごく稀に発生する酸化膜に起因するマイクロクラ
ックの発生も抑制できるため、得られたばねの疲労特性
の低下を防ぐことができる。また、窒化処理前に酸化膜
を除去する工程の時間短縮、同工程の省略、あるいは窒
化処理時間の短縮が可能となり、窒化処理の効率化が図
れる。
フである。
である。
Claims (5)
- 【請求項1】 線表面に厚さ1.5μm以下の酸化膜を
有し、その上に潤滑油及び/又は有機系化合物からなる
潤滑塗膜を有することを特徴とするオイルテンパー線。 - 【請求項2】 潤滑塗膜量が3g/m2 以上、15g/
m2 以下であることを特徴とする請求項1記載のオイル
テンパー線。 - 【請求項3】 潤滑塗膜を構成する有機化合物が三弗化
樹脂、四弗化樹脂又はアミノ酸系化合物であることを特
徴とする請求項1又は2記載のオイルテンパー線。 - 【請求項4】 伸線後の線表面に残存する前処理剤や伸
線潤滑剤を化学的又は機械的方法により洗浄・除去し、
窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気中で加熱した後焼入れ
処理を行い、さらに不活性ガス雰囲気中で焼戻し処理を
行って線表面に厚さ1.5μm以下の酸化膜を形成し、
その後潤滑油及び/又は有機系化合物からなる塗膜を施
すことを特徴とするオイルテンパー線の製造方法。 - 【請求項5】 線表面に厚さ1.5μm以下の酸化膜を
有し、その上に潤滑油及び/又は有機系化合物からなる
潤滑塗膜を形成したオイルテンパー線を基材としてばね
加工したことを特徴とするコイルばね。
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