JP6935975B1 - 鞍乗型車両の懸架装置用のコイルばねの製造方法 - Google Patents

Abstract

コイルばね（２０）の製造方法は、自由長がＬ１であり、コイル中心径Ｄを線径ｄで除したＤ／ｄの値が５．５以上１０以下であるコイルばね（３０）を準備する準備工程と、コイルばね（３０）が圧縮される長さをＬ２とした場合に、（Ｌ１−Ｌ２）／Ｌ１で定義される圧縮率が０．４５以上０．７以下となる範囲においてコイルばね（３０）を圧縮する圧縮工程と、コイルばね（３０）が圧縮された状態を保ちつつ、少なくともコイルばね（３０）の内周にショットピーニングを行うストレスショットピーニング工程と、を有する。

Description

本発明は、コイルばねの製造技術、及び、コイルばねを用いた鞍乗り型車両用懸架装置に関する。

二輪車等の鞍乗り型車両には、フロントフォークやリヤクッション等の鞍乗り型車両用懸架装置が搭載されている。このような鞍乗り型車両用懸架装置の内部には、ピストンを所定の位置に向かって付勢するコイルばねが配置されている。このようなコイルばねに関する従来技術として、特許文献１に開示される技術がある。

特許文献１の段落番号００４５には、「ショットピーニングを行い、コイルばねの表層部に圧縮残留応力を付与することが好ましい」ことと、「これにより、耐疲労性が格別に向上する」ことが開示されている。

特開２０００−３２６０３６号公報

コイルばねは、繰り返し圧縮方向への荷重を受ける部品であり、長寿命化の観点からより高い強度が求められる。

本発明は、より強度の高いコイルばねの製造技術の提供等を課題とする。

本発明者は、鋭意検討の結果、例えば、二輪車や三輪車に代表される、乗員が跨って乗車する鞍乗型車両の懸架装置用のコイルばねの疲労強度を高めるためには、コイルばねの内周側の疲労強度を高めることが重要であることを知見した。さらに、本発明者は、少なくともコイルばねの軸方向端部の巻き角度を変えた、いわゆるクローズドエンド形態及びオープンエンド形態のコイルばねを、ストレスショットピーニング処理を経て製造する場合、巻き角度を変えた部位は、その他の部位よりも、投射材が衝突し難いことを知見した。例えば、疲労強度を高めた、鞍乗型車両の懸架装置用のコイルばねを製造する観点からは、巻き角度を変えた部位やコイルばねの内周面にも投射材を衝突させることが好ましい。本発明者は、これらの部位にも投射材を衝突させることが可能なストレスショットピーニング処理の条件について検討した。その結果、コイル中心径Ｄを線径ｄで除したばね指数Ｄ／ｄの値が５．５以上１０以下であるコイルばねを、圧縮率が０．４５以上０．７以下となる範囲内で圧縮した状態でストレスショットピーニング処理を施すことにより、コイルばねの内周面や巻き角度を変えた部位にも投射材を衝突させることができ、その結果、高強度のコイルばねが得られることを知見した。本発明は、当該知見に基づいて完成させた。

以下、本発明について説明する。

本発明の一面によれば、自由長がＬ１であり、コイル中心径Ｄを線径ｄで除したＤ／ｄの値が５．５以上１０以下であるコイルばねを準備する準備工程と、前記コイルばねが圧縮される長さをＬ２とした場合に、（Ｌ１−Ｌ２）／Ｌ１で定義される圧縮率が０．４５以上０．７以下となる範囲において前記コイルばねを圧縮する圧縮工程と、前記コイルばねが圧縮された状態を保ちつつ、前記コイルばねの外周面の外側から、前記コイルばねへ向けて投射材を一方向から投射することにより、少なくとも前記コイルばねの内周面にショットピーニングを行うストレスショットピーニング工程と、を有する鞍乗型車両の懸架装置用のコイルばねの製造方法が提供される。
また、前記ストレスショットピーニング工程は、前記コイルばねの外周面の外側に配置された、遠心式の装置から、前記コイルばねへ向けて前記投射材を投射することにより、少なくとも前記コイルばねの前記内周面にショットピーニングを行う工程であっても良い。

また、前記コイルばねは、端部を含む部位の巻き角度が変えられていることにより、端部の巻が隣接する巻に接触又は近接していても良い。

また、前記ストレスショットピーニング工程は、冷間加工で行うことが好ましい。

また、前記圧縮工程に先立って、前記コイルばねに対して自由長のままショットピーニングを行うショットピーニング工程を含んでも良い。

本発明の別の面によれば、自由長がＬ１であり、コイル中心径Ｄを線径ｄで除した値が５．５以上１０以下であり、且つ、端部を含む部位の巻き角度が変えられていることにより、端部の巻が隣接する巻に接触又は近接しているコイルばねを準備する準備工程と、前記コイルばねに対して自由長のままショットピーニングを行うショットピーニング工程と、前記ショットピーニング工程の行われた前記コイルばねが圧縮される長さをＬ２とした場合に、（Ｌ１−Ｌ２）／Ｌ１で定義される圧縮率が０．４５以上０．７以下となる範囲において前記コイルばねを圧縮する圧縮工程と、前記コイルばねが圧縮された状態を保ちつつ、冷間において、前記コイルばねの外周面の外側に配置された、遠心式の装置から、前記コイルばねへ向けて投射材を一方向から投射することにより、少なくとも前記コイルばねの内周面にショットピーニングを行うストレスショットピーニング工程と、を有する鞍乗型車両の懸架装置用のコイルばねの製造方法が提供される。

本発明によれば、より強度の高いコイルばねの製造技術等を提供することができる。

実施例１によるフロントフォークの要部断面図である。 図１に示されたコイルばねの製造方法を説明するフロー図である。 準備工程について説明する図である。 図３Ａに示されたコイルばねの一部を拡大した状態の断面図である。 ショットピーニング工程について説明する図である。 圧縮工程について説明する図である。 ストレスショットピーニング工程について説明する図である。 比較例による製造方法における各工程とコイルばねの自由長との関係について説明する図である。 実施例２によるコイルばねの製造方法を説明するフロー図である。 実施例３によるコイルばねの製造方法を説明するフロー図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、添付図に示した形態は本発明の一例であり、本発明は当該形態に限定されない。

＜実施例１＞
図１を参照する。図１には、フロントフォーク１０（鞍乗り型車両用懸架装置１０）が示されている。例えば、フロントフォーク１０は、二輪車の前部に２本設けられ、前輪を左右から挟むようにして回転可能に支持する。

フロントフォーク１０の内部には、コイルばね２０が設けられている。コイルばね２０は、圧縮方向に変位したピストンを元の位置に戻すよう付勢する部材である。フロントフォーク１０用のコイルばね２０は、一般的なコイルばねと比べて、自由長に対してコイル中心径が小さいという特徴を有する。次図以降において、コイルばね２０の製造方法を説明する。

図２及び図３を参照する。まず、自由長がＬ１であり、コイル中心径Ｄを線径ｄで除したＤ／ｄの値が５．５以上１０以下であるコイルばね３０を準備する（準備工程）。
本発明では、コイルばねの内周面にも投射材を衝突させやすい形態にする観点から、Ｄ／ｄの値を５．５以上とし、Ｄ／ｄの値を６以上にすることが好ましい。一方、後述するストレスショットピーニング処理を施す場合であっても、製造されるコイルばねの座屈（胴曲がり）を抑制しやすい形態にする観点から、Ｄ／ｄの値を１０以下とする。すなわち、コイルばねの内周面にも投射材を衝突させやすい形態にしつつ、ストレスショットピーニング処理を施す場合であっても、製造されるコイルばねの座屈（胴曲がり）を抑制しやすい形態にする観点から、本発明では、Ｄ／ｄを５．５以上１０以下とする。Ｄ／ｄは、６以上１０以下とすることが好ましい。

特に、図３Ａを参照する。準備するコイルばね３０は、例えば、フロントフォークに用いられ、両端部の巻３１、３１のみ巻角度が変えられていることにより、両端部の巻３１、３１がそれぞれ隣接する巻３２、３２に接触している。即ち、コイルばね３０は、いわゆるクローズドエンド形態の圧縮コイルばねである。

コイルばね３０は、例えば、自由長Ｌ１が２００〜４８０ｍｍ、コイル中心径Ｄが１５〜５０ｍｍ、線径ｄが３．０〜８．０ｍｍである。

なお、コイルばね３０は、図３Ａ等に示したクローズドエンド形態のコイルばねに限定されない。準備工程で準備するコイルばねは、端部を含む部位の巻き角度が変えられていることにより、両端部の巻とこれに隣接する巻とが近接している、オープンエンド形態のコイルばねであっても良い。ここで、本発明において、「端部の巻が隣接する巻に近接している」とは、端部の巻とこれに隣接する巻との隙間が３ｍｍ以下であることを意味する。加えて、コイルばね３０は、任意の組成にすることができる。

図２及び図４Ａを参照する。次に、コイルばね３０に対して自由長Ｌ１（図３Ａ参照）のままショットピーニングを行う（ショットピーニング工程）。より具体的には、コイルばね３０の表面に、金属製または金属と同等の硬さを有する材質の第１のショット４１を衝突させる。ショットピーニング工程は、室温雰囲気下において行う。即ち、ショットピーニング工程は、冷間加工で行う。このとき、コイルばね３０の内周面を含む部位に、第１のショット４１を投射させることが好ましい。

例えば、第１のショット４１の投射方法は、インペラ５１を高速で回転させて第１のショット４１を投射する遠心式を採用することができる。

なお、第１のショット４１の材質、形状、平均粒径、投射速度等の投射条件は、任意に選択することができる。加えて、投射方法も、遠心式の他に噴射式を採用することもできる。

図２及び図４Ｂを参照する。次に、コイルばね３０を長さＬ２だけ圧縮する（圧縮工程）。図３Ａを併せて参照する。ここで、コイルばね３０が圧縮される長さＬ２は、（Ｌ１−Ｌ２）／Ｌ１で定義される圧縮率が、０．４５以上０．７以下となる範囲になるよう設定される。この範囲に圧縮する理由については後述する。

図２及び図５を参照する。次に、コイルばね３０が圧縮された状態を保ちつつ、コイルばね３０にショットピーニングを行う（ストレスショットピーニング工程）。より具体的には、コイルばね３０の表面に、金属製または金属と同等の硬さを有する材質の第２のショット４２を衝突させる。ストレスショットピーニング工程は、特別な温度管理を行わない温度雰囲気下において行うことが好ましい。即ち、ストレスショットピーニング工程は、冷間加工で行うことが好ましい。このとき、コイルばね３０の内周面にも衝突させるように、第２のショット４２を投射させることが好ましい。

例えば、第２のショット４２は、平均粒径が第１のショット４１の平均粒径以下である。投射方法は、インペラ５１を高速で回転させて第２のショット４２を投射する遠心式を採用することができる。

第２のショット４２の材質、形状、平均粒径、投射速度等の投射条件は、任意に選択することができる。加えて、投射方法も、遠心式の他に噴射式を採用することもできる。これらには、ショットピーニング工程とストレスショットピーニング工程とで、同じショットを用いること、及び、同じ投射条件を採用することも含まれる。第２のショット４２の投射方法は、第１のショット４１の投射方法とは異なる投射方法を採用することもできる。

第２のショット４２を投射する時間（ストレスショットピーニング工程の時間）は特に限定されないが、第１のショット４１を投射する時間（ショットピーニング工程の時間）よりも短くすることが好ましい。

次に、本発明者が行った実験について説明する。比較例によるコイルばねの製造方法においては、ストレスショットピーニング工程の後に、さらにショットピーニングを行った。これを、追加のショットピーニング工程という。追加のショットピーニング工程以外の工程については、実施例による製造方法と同じ条件にてコイルばねを製造した。

本発明者は、準備工程時におけるコイルばねの自由長、ショットピーニング工程を終えたコイルばねの自由長、ストレスショットピーニング工程を終えたコイルばねの自由長、追加のショットピーニング工程を終えたコイルばねの自由長をそれぞれ計測した。この結果を図６に示す。

加えて、ショットピーニング工程を終えたコイルばねの残留応力、ストレスショットピーニング工程を終えたコイルばねの残留応力、追加のショットピーニング工程を終えたコイルばねの残留応力をそれぞれ計測した。

コイルばねの自由長は、準備工程時におけるコイルばねの自由長Ｌ１が最も長かった。準備工程の後、ショットピーニング工程、ストレスショットピーニング工程を経るにつれ徐々にコイルばねの自由長は短くなった。ストレスショットピーニング工程の後におけるコイルばねの自由長Ｌ３が最も短かった。

追加のショットピーニング工程を行うことにより、コイルばねの自由長は、ストレスショットピーニング工程後よりも長く、ショットピーニング工程後よりも短くなった。

コイルばねに付与された圧縮残留応力は、ショットピーニング工程、ストレスショットピーニング工程を経るにつれ徐々に大きくなっていた。追加のショットピーニング工程を行うことにより、圧縮残留応力は、ストレスショットピーニング工程後よりも小さく、ショットピーニング工程後よりも大きかった。

従来より、コイルばねにショットピーニングやストレスショットピーニングを行うことにより、コイルばねに残留応力が付与されることは分かっていた。本実験において、コイルばねに付与された残留応力が大きくなると、自由長が短くなるという関係が認められた。また、コイルばねに付与された残留応力が小さくなると、自由長が長くなるという関係も認められた。

以上の結果から本発明者は、コイルばね２０の自由長を計測することにより、所定の圧縮残留応力が付与されているかを確認することができる、との知見を得た。すなわち、上述の形態に係るストレスショットピーニング工程後の自由長をＬ３とするとき、本発明は、ストレスショットピーニング工程後に、自由長がＬ３以下の状態が維持される条件で、コイルばねを製造することが好ましい。

以上に説明した内容を、以下に纏める。

図２乃至図５を参照する。コイルばね２０の製造方法は、自由長がＬ１であり、コイル中心径Ｄを線径ｄで除したＤ／ｄの値が５．５以上１０以下であるコイルばね３０を準備する準備工程（図３Ａ、図３Ｂ）と、コイルばね３０が圧縮される長さをＬ２とした場合に、（Ｌ１−Ｌ２）／Ｌ１で定義される圧縮率が０．４５以上０．７以下となる範囲においてコイルばね３０を圧縮する圧縮工程（図４Ｂ）と、コイルばね３０が圧縮された状態を保ちつつ、少なくともコイルばね３０の内周面にショットピーニングを行うストレスショットピーニング工程（図５）と、を有する。

つまり、Ｄ／ｄの値が５．５以上１０以下であるコイルばね３０を前提として、圧縮率が０．４５以上０．７以下となる範囲において圧縮した状態において、コイルばね３０の少なくとも内周面にショットピーニングを行う。

本発明者は、コイルばね３０の内周面を含むようにストレスショットピーニングを行うことにより、より強度の高いコイルばねの製造技術を提供することができることを知見した。ここで、内周面の強度も高めたコイルばねを製造しやすい形態にする等の観点から、Ｄ／ｄを５．５以上とする。また、胴曲がりを抑制した高強度のコイルばねを製造しやすい形態にする等の観点から、Ｄ／ｄは１０以下とする。これらの観点から、本発明では、Ｄ／ｄを５．５以上１０以下とし、Ｄ／ｄは６以上１０以下であることが好ましい。また、高強度のコイルばねを製造しやすい形態にする等の観点から、圧縮率は０．７以下とする。また、コイルばね３０の内周面にも第２のショット４２を衝突させやすくすることにより、内周面の疲労強度も高めたコイルばね２０を製造可能な形態にする等の観点から、圧縮率は０．４５以上とする。これらの観点から、本発明では、圧縮率を０．４５以上０．７以下とする。圧縮率が０．４５以上０．７以下となる範囲において圧縮することにより、十分な残留応力を付与することができ、特に強度の高いコイルばねの製造技術を提供することができる。

図３Ａを参照する。コイルばね３０は、端部の巻３１、３１を含む部位の巻き角度が変えられていることにより、端部の巻３１、３１が隣接する巻３２、３２に接触している。このようなコイルばね３０では、特に両端部の内周面に第２のショット４２（図５参照）を投射することが困難になりやすい。これに対し、本発明では、圧縮率が０．４５以上０．７以下となる範囲においてコイルばね３０を圧縮しストレスショットピーニングを行うことにより、両端部の巻３１、３１と隣接する巻３２、３２との間隔が小さなコイルばね３０についても、内周面を含む部位の疲労強度を高めたコイルばねを提供することができる。このような効果は、端部の巻３１、３１が隣接する巻３２、３２に近接しているコイルばねを用いる場合であっても同様に得ることができる。

図５を参照する。ストレスショットピーニング工程は、冷間加工で行う形態に限定されないが、冷間加工で行うことが好ましい。冷間加工で行うことにより、コイルばね３０を加熱する必要がないため、簡単な設備において加工を行うことができ、安価にコイルばね２０を製造することができる。

図４Ａを参照する。圧縮工程に先立って、コイルばね３０に対して自由長のままショットピーニングを行うショットピーニング工程を含む。ストレスショットピーニングよりも前にショットピーニングを行うことにより、コイルばね２０（図５Ｂ参照）により大きな残留応力を付与することができる。

図１を参照する。フロントフォーク１０（鞍乗り型車両用懸架装置１０）には、コイルばね２０が用いられている。フロントフォークは、上下方向の長さに対して、直径が小さい筒状の部材である。フロントフォークに用いられるコイルばね２０は、特に内周面に残留応力が付与された高い強度を有するばねである。上記工程を経て製造されるコイルばね２０は、内周面の残留応力も高めることができる。フロントフォークに用いられるコイルばね２０には、内周面に高い残留応力を有することが求められるので、上記工程を有する形態にすることにより、フロントフォークに用いることが可能なコイルばね２０を製造することができる。

＜実施例２＞
次に、実施例２を図面に基づいて説明する。図７には、実施例２によるコイルばねの製造方法が示されている。実施例２によるコイルばねの製造方法においては、ショットピーニング工程が、第１のショットピーニング工程と、第２のショットピーニング工程と、によって構成される。その他の工程については、実施例１によるコイルばねの製造方法と共通する。実施例１と共通する部分については、詳細な説明を省略する。

第１のショットピーニング工程と、第２のショットピーニング工程とでは、ショットピーニングの条件が異なる。即ち、実施例２におけるショットピーニング工程は、ショットピーニングの条件を変更しながら２回行う。

例えば、第２のショットピーニング工程では、第１のショットピーニング工程よりもショットの投射時間を短くする。及び／又は、第２のショットピーニング工程では、第１のショットピーニング工程よりも遅い速度によってショットを投射する。

なお、ショットピーニング工程は、条件を適宜変更して３回以上行うこともできる。

以上に説明したコイルばねの製造方法によってコイルばねを製造した場合にも、本発明所定の効果を得ることができる。

加えて、実施例２では、ショットピーニングの条件を変更しながらショットピーニング工程を２回以上行う。これにより、より強度の高いコイルばね２０（図１参照）を得ることができる。

特に、第２のショットピーニング工程では、第１のショットピーニング工程よりも、ショットを投射する時間を短くしたり、ショットの投射速度を遅くしたりすることが好ましい。第２のショットピーニング工程は、第１のショットピーニング工程よりも、ショットの投射時間を短くし、かつ、投射速度も遅くすることが、より好ましい。このような形態にすることにより、高強度のコイルばねを製造しやすくなる。

＜実施例３＞
次に、実施例３を図面に基づいて説明する。図８には、実施例３によるコイルばねの製造方法が示されている。実施例１と共通する部分については、詳細な説明を省略する。

実施例３によるコイルばねの製造方法は、準備工程と、圧縮工程と、ストレスショットピーニング工程と、を有し、準備工程と圧縮工程との間にショットピーニング工程を有しない。

実施例３によるコイルばねの製造方法によってコイルばねを製造した場合にも、本発明所定の効果を得ることができる。

コイルばねを得るための工程を少なくすることにより、より安価にコイルばねを製造することができる。

尚、コイルばね２０は、二輪車のフロントフォーク１０に用いた例を説明したが、二輪車の他に、三輪車、四輪車等の乗員が跨って乗車する鞍乗り型車両全般に用いることもできる。

加えて、コイルばね２０は、鞍乗り型車両のフロントフォークに限らず、リヤクッションに用いることも可能である。つまり、コイルばね２０は、鞍乗り型車両用懸架装置全般に用いることが可能である。

本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、本発明は、実施例に限定されるものではない。

本発明の製造方法によって製造されたコイルばねは、二輪車のフロントフォークに好適である。

１０…フロントフォーク（鞍乗り型車両用懸架装置）
２０…コイルばね
３０…コイルばね
３１…両端部の巻
３２…隣接する巻
４１…第１のショット
４２…第２のショット

Claims (6)

1. 自由長がＬ１であり、コイル中心径Ｄを線径ｄで除したＤ／ｄの値が５．５以上１０以下であるコイルばねを準備する準備工程と、
   前記コイルばねが圧縮される長さをＬ２とした場合に、（Ｌ１−Ｌ２）／Ｌ１で定義される圧縮率が０．４５以上０．７以下となる範囲において前記コイルばねを圧縮する圧縮工程と、
   前記コイルばねが圧縮された状態を保ちつつ、前記コイルばねの外周面の外側から、前記コイルばねへ向けて投射材を一方向から投射することにより、少なくとも前記コイルばねの内周面にショットピーニングを行うストレスショットピーニング工程と、を有する、鞍乗型車両の懸架装置用のコイルばねの製造方法。
2. 前記ストレスショットピーニング工程は、前記コイルばねの外周面の外側に配置された、遠心式の装置から、前記コイルばねへ向けて前記投射材を投射することにより、少なくとも前記コイルばねの前記内周面にショットピーニングを行う工程である、請求項１に記載の鞍乗型車両の懸架装置用のコイルばねの製造方法。
3. 前記コイルばねは、端部を含む部位の巻き角度が変えられていることにより、端部の巻が隣接する巻に接触又は近接している、請求項１又は請求項２に記載の鞍乗型車両の懸架装置用のコイルばねの製造方法。
4. 前記ストレスショットピーニング工程は、冷間加工で行う、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の鞍乗型車両の懸架装置用のコイルばねの製造方法。
5. 前記圧縮工程に先立って、前記コイルばねに対して自由長のままショットピーニングを行うショットピーニング工程を含む、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の鞍乗型車両の懸架装置用のコイルばねの製造方法。
6. 自由長がＬ１であり、コイル中心径Ｄを線径ｄで除した値が５．５以上１０以下であり、且つ、端部を含む部位の巻き角度が変えられていることにより、端部の巻が隣接する巻に接触又は近接しているコイルばねを準備する準備工程と、
   前記コイルばねに対して自由長のままショットピーニングを行うショットピーニング工程と、
   前記ショットピーニング工程の行われた前記コイルばねが圧縮される長さをＬ２とした場合に、（Ｌ１−Ｌ２）／Ｌ１で定義される圧縮率が０．４５以上０．７以下となる範囲において前記コイルばねを圧縮する圧縮工程と、
   前記コイルばねが圧縮された状態を保ちつつ、冷間において、前記コイルばねの外周面の外側に配置された、遠心式の装置から、前記コイルばねへ向けて投射材を一方向から投射することにより、少なくとも前記コイルばねの内周面にショットピーニングを行うストレスショットピーニング工程と、を有する鞍乗型車両の懸架装置用のコイルばねの製造方法。

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