JP3014678B2 - コイルばねの製法 - Google Patents

コイルばねの製法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱機械的な表面層
硬化によりコイルばねを処理する、鋼線からコイルばね
を製作する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】上記形式で製作されたコイルばねは、特
に支持ばねとして自動車製造において使用され、この場
合支持ばねの負荷能には最大の要求が課せられている。
【０００３】鋼線からコイルばねを製作するためにほぼ
２つの方法が公知である。第１の方法では、つまりいわ
ゆる冷間ブラスト法では、ブランクとして調質された鋼
線が使用される。
【０００４】第２の公知の方法では、つまり熱間コイリ
ング法では、未調質の鋼線が加熱され、加熱状態でコイ
リングされかつ次いで調質処理にさらされる。この熱間
コイリング法は例えば、１９８７年、第５２回 “Inter
nationalen Automobil Ausstellung IAA, Frankfurt/Ma
in”に際して提供された公開文献 “Warmgeformte Fede
rn”に記載されている。
【０００５】第３の製法は差ほど普及していないが、こ
の場合未調質のブランクが冷間でコイリングされかつ次
いで初めてばねが別個の作業過程で調質処理される。
【０００６】熱間コイリング法では、ロッド形状で使用
される鋼線はその調質処理に際して加熱、焼入れ及び焼
戻しの作業ステップを実施される。この場合加熱は大
抵、ガス又はオイルの燃焼により加熱される通過炉内で
行われる。このような炉内では鋼線材料は、コイリング
後焼入れできるようにするために、比較的緩慢にオース
テナイト化温度にもたらされる。
【０００７】焼入れ及び焼戻し後にはコイルばねは有利
には空冷され、次いで、“熱設定”の作業過程のために
再び加熱される。これに関連して“熱設定”とは、コイ
ルばねのプレセット、即ち、高温度の場合に実施され
る、コイルばねの降伏点を超えた負荷を意味する。熱設
定によって、ばね鋼線内で有利な固有応力状態が得ら
れ、これは、ばねの静的及び動的な負荷能を増大させる
のに役立ちかつばねのリラクゼーション及びクリープ挙
動を改善する。
【０００８】熱設定後、ばねはショットピーニングさ
れ、これによってばね鋼線の外表面層が硬化されかつ特
に固有圧縮応力で負荷される。この固有圧縮応力は、ば
ねの動的な負荷能を得に効果的に増大させる。それとい
うのも、固有圧縮応力はばね負荷中に鋼線表面に生ずる
高い引張り応力に抗して作用するからである。
【０００９】ばね鋼線の機械的な特性を改善するため
に、ばね鋼線のいわゆる“熱機械的な調質”を行うこと
が提案されている（ドイツ国特許第３６３３０５８号明
細書）。この“熱機械的な調質”は、焼入れ及び焼戻し
の形式で通常実施される調質とは異なって、オーステナ
イト化温度に加熱した後で実施される、捩じり及び／又
は圧延によるばね鋼線の付加的な塑性変形ステップを含
む。
【００１０】更に、コイル圧縮ばねに第１及び第２のシ
ョットピーニングを施す、コイル圧縮ばねの製法が公知
である（ドイツ国特許第４３３０８３２号明細書）。
【００１１】更に、Eckehard Mueller,Draht 著 公開文
献 “Spannungsstrahlen von Schraubendruckfedern”
（１９９４年、第１/２号）では、第１のショットピー
ニング処理をばねにプレロードをかけずに（ばね弛緩状
態で）かつ第２のショットピーニング処理をばねにプレ
ロードをかけて（ばね予緊張／緊縮状態で）行う２段式
に実施されるショットピーニングによって、コイルばね
を製作することが記載されている。このコイルばねは、
ショットピーニング処理を施されないばねに比較して、
所要材料量が減少されかつ重量が減少されるにも拘わら
ず比較可能な特性を有する。
【００１２】コイルばねを製作する公知の方法は有利に
適用される。しかしながら公知の方法では、ばねの寸法
を減少しひいては重量を軽減しかつ組込みスペースを減
少するという特に自動車産業の次第に高まる要求を満た
すばねを製作することはできない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
に述べた従来技術から出発して、寸法が減少されかつ重
量が軽減されるにも拘わらず高い負荷能を有するばねを
製作できる製法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】前記課題は本発明によれ
ば、冒頭に述べた形式の製法において、ばねにプレロー
ドをかけずに行われる第１のショットピーニングと、次
いで行われる熱的な応力除去と、次いで行われる第２の
ショットピーニングとの作業ステップを実施することに
よって、解決された。
【００１５】
【発明の効果】コイルばねの熱機械的な表面層硬化の第
１のショットピーニングプロセスによって、ばね鋼線の
表面近くの材料ができるだけ深く塑性変形される。次い
で行われるばねの熱的な応力除去により、変形された材
料層内に有利な特性変化が生ぜしめられ、この特性変化
は特に、組織のポリゴン化、時効、析出及び有利なずれ
構造の形成に起因する。
【００１６】ばねにプレロードをかけずに（ばね弛緩状
態で）又はばねにプレロードをかけて（ばね予緊張／緊
縮状態で）実施される、次いで行われる第２のショット
ピーニングプロセスによって、表面層内に高い固有圧縮
応力が形成される。本発明によれば第２のショットピー
ニング処理は２段階で実施される。この場合有利には、
第１段階において高エネルギで投射される粗粒のショッ
ト材料によってばねの粗仕上げショットが実施される。
この粗仕上げショットは、ばね材料の表面層内に深く作
用する。
【００１７】第２段階で有利には微粒のショット材料又
は粗粒のショット材料を使用しかつ投射速度を減少して
実施されるいわゆる精密仕上げショットによって、直接
鋼線表面において固有圧縮応力が増大せしめられかつ鋼
線表面が平滑化される。
【００１８】直接鋼線表面において固有圧縮応力を増大
させることによって、動作荷重を受けてばねが動的に著
しく負荷された場合に早期に鋼線表面に亀裂が発生する
ことが、阻止される。さもなくばこのような亀裂によっ
て、特に切欠かれ易い高強度及び最高強度のコイルばね
の場合に、急速にばね鋼線の早期破壊が生ぜしめられ
る。
【００１９】更に、鋼線表面の平滑化によって、表面組
織から出発する切欠き効果を減少する以外に、次いで行
われるコイルばね塗装のために著しい利点が得られる。
【００２０】
【発明の実施の形態】供給された鋼線はまず、電気誘導
式に作業する加熱装置（図示せず）内でオーステナイト
化温度にもたらされる。次いで、オーステナイト化され
た鋼線材料は、圧延又は捩じりプロセスで機械的に塑性
変形される。次いで、まだ熱い鋼線がコイリングされて
コイルばねに成形される。このようなコイリングに次い
で実施される焼入れによって、鋼線の熱機械的な調質が
継続される。これに次いで行われる焼戻しによって、鋼
線の熱機械的な調質が終了する。
【００２１】焼戻し後コイルばねは水により急冷され
る。
【００２２】次いで実施される弛緩されたコイルばねの
第１のショットピーニング処理においては、ばね鋼線の
表面近くの材料をできるだけ深く塑性変形することが、
重要である。このような第１のショットピーニングを終
了した後でコイルばねは、熱設定温度に加熱するために
規定された炉（図示せず）内で加熱されかつ熱的に応力
除去される。熱設定温度に達した後で熱設定自体が行わ
れる。ばねが水冷により再び冷却されると、ばねはプレ
ロード（Vorspannung）をかけられて第２のショットピ
ーニングプロセスでショットピーニング処理される。
【００２３】ばねにプレロードをかけて（ばね予緊張／
緊縮状態で）行われるショットピーニングの目的は主と
して、ばね鋼線の表面近くの表面層内で配向して高い固
有圧縮応力を形成するということにある。即ち、ばねが
ショットピーニング中に後での動作荷重と同じ方向に作
用する予荷重をかけられる場合には、動作荷重により最
大の引張り応力が生ぜしめられる方向で鋼線表面に特に
高い固有圧縮応力が形成される。通常これはばね鋼線の
縦軸線に対して４５度の角度を成している。このように
形成された固有圧縮応力は対向応力として、荷重下での
実際の使用中に生ずる引張り応力に抗して作用する。
【００２４】ばねにプレロードをかけて行われるショッ
トピーニングは、本発明によれば２段階で実施される。
第１段階では、ショット材料として直径０．７ｍｍ乃至
０．９ｍｍの比較的粗粒の粒子が使用される。これによ
って、例えば第２図で図示のように、ばね鋼線の表面層
帯域で固有圧縮応力プロフィールを得ることができる。
この場合、固有圧縮応力の大きな侵入深さが得られる
が、いずれにせよこの固有圧縮応力の最大値は、所望の
ように、直接ばね鋼線表面領域で得られるのではなく、
この領域の下側で所定の間隔を置いた領域で初めて得ら
れる。
【００２５】次いで実施されるばねにプレロードをかけ
て行われるショットピーニングの第２段階においては、
同じショット材料が使用されるが、この場合ショット材
料は、第１段階におけるよりも低速の投射速度で投射さ
れる。第３図から明らかなように、精密仕上げショット
によって固有圧縮応力は直接鋼線表面において及びこの
表面に隣接する材料層において著しく増大せしめられ
る。このようにして結果的に本発明による方法で製作さ
れたコイルばねの動的な負荷能が著しく高められかつコ
イルばねの使用特性が車両支持ばねとして使用される公
知のコイルばねに比して著しく改善される。
【００２６】製法プロセスの最後に、コイルばねの亀裂
検査、塗装及び強度検査が行われる。この場合、最良の
防食に関して特に効果的な塗装として、粉末コーティン
グによるリン酸亜鉛処理が有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱機械的な調質及び熱機械的な表面層硬化によ
り高強度及び最高強度のコイルばねを製作する際の作業
ステップ順序を示す図。
【図２】粗粒のショット材料を使用して高速の投射速度
でばねにプレロードをかけて行われるショットピーニン
グによる、コイルばねの表面層の固有圧縮応力経過を示
す図。
【図３】第１段階で粗粒のショット材料をかつ第２段階
で微粒のショット材料を使用して段階的に連続して実施
されるばねにプレロードをかけて行われるショットピー
ニングによる、コイルばねの表面層の固有圧縮応力経過
を示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 390023559 Ｅｓｓｅｎ ｕｎｄ Ｄｏｒｔｍｕｎ ｄ，Ｇｅｒｍａｎｙ (56)参考文献 特開 平８−281362（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−177544（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−148537（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−281363（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−330840（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−41533（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−156020（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B24C 1/10 C21D 7/06 F16F 1/02 - 1/06

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 熱機械的な表面層硬化によりコイルばね
    を処理する、鋼線からコイルばねを製作する方法におい
    て、ばねにプレロードをかけずに行われる第１のショッ
    トピーニングと、次いで行われる熱的な応力除去と、次
    いで行われる第２のショットピーニングとの作業ステッ
    プを実施し、該第２のショットピーニングを、少なくと
    も２つの段階で実施することを特徴とする、コイルばね
    の製法。
  2. 【請求項２】 第２のショットピーニングを、ばねにプ
    レロードをかけて実施する、請求項１記載の製法。
  3. 【請求項３】 第２のショットピーニングにおいて統一
    的な粗粒のショット材料を使用し、このショット材料
    が、ショットピーニングの第１の段階で後続段階におけ
    るよりも高速の投射速度で投射される、請求項１記載の
    製法。
  4. 【請求項４】 第１段階で粗粒のショット材料を使用し
    かつ後続段階で微粒のショット材料を使用する、請求項
    １から３までのいずれか１項記載の製法。
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