JPH0586418A - 耐疲れ性に優れたコイルばね - Google Patents
耐疲れ性に優れたコイルばねInfo
- Publication number
- JPH0586418A JPH0586418A JP25059391A JP25059391A JPH0586418A JP H0586418 A JPH0586418 A JP H0586418A JP 25059391 A JP25059391 A JP 25059391A JP 25059391 A JP25059391 A JP 25059391A JP H0586418 A JPH0586418 A JP H0586418A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- coil spring
- shot peening
- residual stress
- compressive residual
- spring
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Abstract
(57)【要約】
【目的】コイルばねの少なくとも最表層から１５０μｍ
までに平均圧縮残留応力を８０ｋｇｆ／ｍｍ2以上付与
させて、耐疲れ性を向上する。 【構成】母材固さＨｖが５５０以上に調整された炭素鋼
または合金鋼を用いてコイルばね成形後、冷媒をコイル
ばねに投射しながらショットピーニング処理する。 【効果】自動車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出来るので、産業上極
めて有用である。
までに平均圧縮残留応力を８０ｋｇｆ／ｍｍ2以上付与
させて、耐疲れ性を向上する。 【構成】母材固さＨｖが５５０以上に調整された炭素鋼
または合金鋼を用いてコイルばね成形後、冷媒をコイル
ばねに投射しながらショットピーニング処理する。 【効果】自動車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出来るので、産業上極
めて有用である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車エンジンの弁ば
ね、あるいは懸架ばねなどの疲労特性を高度に要求され
ている分野に用いられる高強度ばねに関するものであ
る。
ね、あるいは懸架ばねなどの疲労特性を高度に要求され
ている分野に用いられる高強度ばねに関するものであ
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
号公報にあるように、５００℃近傍の低温で浸炭窒化し
たものさえある。一方、繰り返し荷重を常時受け、しか
も疲れ破損の恐れの高いばねの製造工程は、成形し、熱
処理を施した後、セッチングの前にショットピーニング
を行うのが通例である。
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
号公報にあるように、５００℃近傍の低温で浸炭窒化し
たものさえある。一方、繰り返し荷重を常時受け、しか
も疲れ破損の恐れの高いばねの製造工程は、成形し、熱
処理を施した後、セッチングの前にショットピーニング
を行うのが通例である。
【０００３】ショットピーニングによって得られる圧縮
残留応力分布は、ショットピーニング条件（投射速度、
投射時間、ショット硬さと粒径）およびばねの硬さなど
によって大きく異なり、特に、その最大値は通常の場合
最表層となるがショットピーニング条件によって内部に
存在することがあったり、また、圧縮応力が引張り応力
に逆転する点、即ち、クロッシングポイントの位置が定
まらなかったり、きわめて複雑である。この様なことか
ら、ばねの疲労寿命の信頼性向上のために、圧縮残留応
力分布を高めたり、また、最大値およびクロッシングポ
イントなどの位置を安定化するためのショットピーニン
グ技術の開発が盛んに進められている。
残留応力分布は、ショットピーニング条件（投射速度、
投射時間、ショット硬さと粒径）およびばねの硬さなど
によって大きく異なり、特に、その最大値は通常の場合
最表層となるがショットピーニング条件によって内部に
存在することがあったり、また、圧縮応力が引張り応力
に逆転する点、即ち、クロッシングポイントの位置が定
まらなかったり、きわめて複雑である。この様なことか
ら、ばねの疲労寿命の信頼性向上のために、圧縮残留応
力分布を高めたり、また、最大値およびクロッシングポ
イントなどの位置を安定化するためのショットピーニン
グ技術の開発が盛んに進められている。
【０００４】例えば、特開昭６０−９６７１７号公報
「ばねの表面処理方法」にあるように、ばね表面にショ
ットピーニングを施して圧縮残留応力を生じさせた後
に、ドライホーニングや液体ホーニングを施して表面粗
さを軽減させることを要旨とするものであるが、それと
ともに表面の残留応力を高くすることができたと書かれ
ているが、最高残留応力とその深さを実施例から推測す
ると、およそ−９０ｋｇｆ／ｍｍ2でおよそ３０μｍま
でである。
「ばねの表面処理方法」にあるように、ばね表面にショ
ットピーニングを施して圧縮残留応力を生じさせた後
に、ドライホーニングや液体ホーニングを施して表面粗
さを軽減させることを要旨とするものであるが、それと
ともに表面の残留応力を高くすることができたと書かれ
ているが、最高残留応力とその深さを実施例から推測す
ると、およそ−９０ｋｇｆ／ｍｍ2でおよそ３０μｍま
でである。
【０００５】また、特公昭６０−３９５１２号公報「コ
イルばねのストレスショットピーニング方法」にあるよ
うに、コイルばねに圧縮力を加えながら、コイルの内側
および外側に均一なショットピーニングをすると、使用
時に要求される高い有効な残留応力を得ることができ
る、と記載されている。しかし、この場合は圧縮状態を
保持するために、コイルばね一個一個を固定台でその都
度挾持して押圧するため極めて効率が悪い。しかも、コ
イル内面側にショット粒子を当てるための機構が必要と
なる。
イルばねのストレスショットピーニング方法」にあるよ
うに、コイルばねに圧縮力を加えながら、コイルの内側
および外側に均一なショットピーニングをすると、使用
時に要求される高い有効な残留応力を得ることができ
る、と記載されている。しかし、この場合は圧縮状態を
保持するために、コイルばね一個一個を固定台でその都
度挾持して押圧するため極めて効率が悪い。しかも、コ
イル内面側にショット粒子を当てるための機構が必要と
なる。
【０００６】さらには、特開昭６３−７６７３０号公報
「弁ばねの製造方法」にあるように、弁ばねの表面に窒
化処理を施すと、表面に硬化層が形成されるとともに内
部に圧縮残留応力が形成される。しかる後、粒径の大き
いショットでショットピーニングを施すと表面の応力は
小さいが深く圧縮残留応力が形成され、続いて、粒径の
小さいショットでショットピーニングを施すことにより
表面の圧縮残留応力が上昇し、これにより、表面の応力
が高く、かつ、深さも十分な圧縮残留応力が得られると
あるが、以下にいう本発明の圧縮残留応力とは全く関係
のないものである。
「弁ばねの製造方法」にあるように、弁ばねの表面に窒
化処理を施すと、表面に硬化層が形成されるとともに内
部に圧縮残留応力が形成される。しかる後、粒径の大き
いショットでショットピーニングを施すと表面の応力は
小さいが深く圧縮残留応力が形成され、続いて、粒径の
小さいショットでショットピーニングを施すことにより
表面の圧縮残留応力が上昇し、これにより、表面の応力
が高く、かつ、深さも十分な圧縮残留応力が得られると
あるが、以下にいう本発明の圧縮残留応力とは全く関係
のないものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は従来技術で達
し得なかった大深度高残留応力分布を得ることにより、
耐疲れ性を飛躍的に向上させて、自動車用内燃機関の弁
ばねや車両の懸架ばねのように、繰返し荷重を受ける頻
度が高く、疲れ破損のおそれのあるばねの疲労強度向上
を実現しようとするものである。
し得なかった大深度高残留応力分布を得ることにより、
耐疲れ性を飛躍的に向上させて、自動車用内燃機関の弁
ばねや車両の懸架ばねのように、繰返し荷重を受ける頻
度が高く、疲れ破損のおそれのあるばねの疲労強度向上
を実現しようとするものである。
【０００８】
【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、母材硬さＨｖが５５０以上に調整された炭素鋼線
または合金鋼線を用いてコイルばねを成形後、冷媒をコ
イルばねに投射しながらショットピーニング処理するこ
とによって、少なくとも最表面から１５０μｍまでに平
均圧縮残留応力８０ｋｇｆ／ｍｍ2以上付与したことを
特徴とする、耐疲れ性に優れたコイルばねにある。
ろは、母材硬さＨｖが５５０以上に調整された炭素鋼線
または合金鋼線を用いてコイルばねを成形後、冷媒をコ
イルばねに投射しながらショットピーニング処理するこ
とによって、少なくとも最表面から１５０μｍまでに平
均圧縮残留応力８０ｋｇｆ／ｍｍ2以上付与したことを
特徴とする、耐疲れ性に優れたコイルばねにある。
【０００９】
【作用】以下、これらの詳細について、説明する。ばね
に最も要求される機械的性質は、高い疲労強度である。
疲労強度が、硬度あるいは、残留応力と相関関係にある
ことはよく知られている。圧縮残留応力が高くなれば疲
労強度も高くなるが、その反面において高圧縮残留応力
を付与するための手段として工業化されているショット
ピーニング処理法では、ばね材の硬度がＨｖが５５０未
満程度が限界とされている。
に最も要求される機械的性質は、高い疲労強度である。
疲労強度が、硬度あるいは、残留応力と相関関係にある
ことはよく知られている。圧縮残留応力が高くなれば疲
労強度も高くなるが、その反面において高圧縮残留応力
を付与するための手段として工業化されているショット
ピーニング処理法では、ばね材の硬度がＨｖが５５０未
満程度が限界とされている。
【００１０】ここで、本発明においては、コイルばねの
母材硬さＨｖが５５０以上であっても平均圧縮残留応力
を８０ｋｇｆ／ｍｍ2以上に付与可能である。また、耐
疲れ性に優れる高硬度なコイルばねを要求する程、素材
内部の非金属介在物が疲労強度に与える影響は大きいた
め、高圧縮残留応力状態を表層から一様に内部深くまで
分布させる考えがあるが、いまだその解決手段を見いだ
せない。本発明においては、最表層から少なくとも１５
０μｍまで平均高圧縮残留応力を付与可能であって、従
来１００μｍから３００μｍに位置する非金属介在物を
起点とした疲労破断を皆無とすることが可能となる。
母材硬さＨｖが５５０以上であっても平均圧縮残留応力
を８０ｋｇｆ／ｍｍ2以上に付与可能である。また、耐
疲れ性に優れる高硬度なコイルばねを要求する程、素材
内部の非金属介在物が疲労強度に与える影響は大きいた
め、高圧縮残留応力状態を表層から一様に内部深くまで
分布させる考えがあるが、いまだその解決手段を見いだ
せない。本発明においては、最表層から少なくとも１５
０μｍまで平均高圧縮残留応力を付与可能であって、従
来１００μｍから３００μｍに位置する非金属介在物を
起点とした疲労破断を皆無とすることが可能となる。
【００１１】即ち、本発明においては、冷媒をコイルば
ねに投射することによって表面から内部に亘る低温領域
で歪応力分布が形成され、その状態においてショットピ
ーニング処理を施せば、圧縮残留応力を容易に生成する
ことができる。耐疲れ性に優れたコイルばねとしては、
理想的な応力分布を生成することが可能であるととも
に、ショットピーニング処理時に生じる加工発熱を同時
に抑える事が出来るので表面脱炭が全く見られる事な
く、さらにはコイルばね表面性状も損なう事のないもの
である。
ねに投射することによって表面から内部に亘る低温領域
で歪応力分布が形成され、その状態においてショットピ
ーニング処理を施せば、圧縮残留応力を容易に生成する
ことができる。耐疲れ性に優れたコイルばねとしては、
理想的な応力分布を生成することが可能であるととも
に、ショットピーニング処理時に生じる加工発熱を同時
に抑える事が出来るので表面脱炭が全く見られる事な
く、さらにはコイルばね表面性状も損なう事のないもの
である。
【００１２】従って、圧縮残留応力を平均８０ｋｇｆ／
ｍｍ2以上として、しかもその分布を一様に最表層から
深さ１５０μｍとすることを実現するためには、−２０
℃〜−１００℃の冷媒をコイルばねに投射しながらショ
ットピーニングすることが最も重要となる。ここでコイ
ルばねに投射する冷媒の温度が−２０℃より高い温度で
ショットピーニングを行うと目標とする圧縮残留応力値
に満たなく、しかも内部に深く一様な応力分布が得られ
ない。また、−１００℃以下の温度となるとショット粒
が破損するなどしてコイルばね表面に疵となって残るた
め、疲労強度に悪影響を与えるので問題がある。
ｍｍ2以上として、しかもその分布を一様に最表層から
深さ１５０μｍとすることを実現するためには、−２０
℃〜−１００℃の冷媒をコイルばねに投射しながらショ
ットピーニングすることが最も重要となる。ここでコイ
ルばねに投射する冷媒の温度が−２０℃より高い温度で
ショットピーニングを行うと目標とする圧縮残留応力値
に満たなく、しかも内部に深く一様な応力分布が得られ
ない。また、−１００℃以下の温度となるとショット粒
が破損するなどしてコイルばね表面に疵となって残るた
め、疲労強度に悪影響を与えるので問題がある。
【００１３】なお、母材硬さＨｖが５５０以上の炭素鋼
線または合金鋼線を対象としているのは、耐疲れ性から
最も適当な残留応力分布が得られるものであって、本発
明が有効に活用できるからである。
線または合金鋼線を対象としているのは、耐疲れ性から
最も適当な残留応力分布が得られるものであって、本発
明が有効に活用できるからである。
【００１４】このように冷媒をコイルばねに投射するに
は、ショットピーニング処理槽内に冷媒噴射ノズルを設
けて、外部に液体窒素やまたはそれとのアルコール混合
液などの供給槽を設置して配管することにすれば、本発
明を容易に実施可能となる。本発明のショットピーニン
グ処理によって多少の凹凸が生じるので、さらなる疲労
強度向上には、バレル研磨などの表面平滑化を行えばそ
の効果は一層向上する。
は、ショットピーニング処理槽内に冷媒噴射ノズルを設
けて、外部に液体窒素やまたはそれとのアルコール混合
液などの供給槽を設置して配管することにすれば、本発
明を容易に実施可能となる。本発明のショットピーニン
グ処理によって多少の凹凸が生じるので、さらなる疲労
強度向上には、バレル研磨などの表面平滑化を行えばそ
の効果は一層向上する。
【００１５】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
ッチングを行う。
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
ッチングを行う。
【００１６】
【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。母材硬度Ｈｖが５００〜８００に調質
されたφ３.６のシリコンクロム鋼オイルテンパー線を
用いて、ばね平均径２３.２ｍｍ、ばね高さ５８ｍｍ、
総巻き数７.５巻き、有効巻き数５.５巻きのコイルばね
を成形した。ただし、母材硬度は浸炭窒化したものであ
る。その後、０.８ｍｍ径のスチールカットワイヤで、
しかもショット粒の投射速度を７５ｍ／ｓｅｃ一定とし
てショットピーニングをしながら、冷媒の温度を０℃〜
−９０℃の範囲で圧縮残留応力を付与することとした。
に具体的に示す。母材硬度Ｈｖが５００〜８００に調質
されたφ３.６のシリコンクロム鋼オイルテンパー線を
用いて、ばね平均径２３.２ｍｍ、ばね高さ５８ｍｍ、
総巻き数７.５巻き、有効巻き数５.５巻きのコイルばね
を成形した。ただし、母材硬度は浸炭窒化したものであ
る。その後、０.８ｍｍ径のスチールカットワイヤで、
しかもショット粒の投射速度を７５ｍ／ｓｅｃ一定とし
てショットピーニングをしながら、冷媒の温度を０℃〜
−９０℃の範囲で圧縮残留応力を付与することとした。
【００１７】ここで本発明の効果を明瞭にするために、
これらすべてのコイルばね残留応力分布を測定した。こ
のことによって得られた、コイルばねを表１にまとめて
示した。ただし、本実施例においては、ショットピーニ
ング処理しながらの冷媒の有り無しにおける、疲労強度
を比較するため、バレル研磨は実施していない。
これらすべてのコイルばね残留応力分布を測定した。こ
のことによって得られた、コイルばねを表１にまとめて
示した。ただし、本実施例においては、ショットピーニ
ング処理しながらの冷媒の有り無しにおける、疲労強度
を比較するため、バレル研磨は実施していない。
【００１８】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がτｍ＝７０±５
０ｋｇｆ／ｍｍ2になるように圧縮荷重を繰り返し負荷
して疲労寿命を求めた。これらの結果を表２に示す。
て、ばね形状から計算される剪断応力がτｍ＝７０±５
０ｋｇｆ／ｍｍ2になるように圧縮荷重を繰り返し負荷
して疲労寿命を求めた。これらの結果を表２に示す。
【００１９】
【表１】
【００２０】その結果、本発明のショットピーニング処
理コイルばねは、高寿命を示すものである。破断位置を
ＳＥＭ観察したところ、表面からの深さ３１０μｍ〜４
２０μｍで介在物を起点としたものであった。
理コイルばねは、高寿命を示すものである。破断位置を
ＳＥＭ観察したところ、表面からの深さ３１０μｍ〜４
２０μｍで介在物を起点としたものであった。
【００２１】
【表２】
【００２２】一方、本発明のショットピーニング処理を
しなかった比較材の破断位置は、表面疵からあるいは、
内部１００μｍ〜３００μｍに存在した介在物を起点と
した疲労破断であった。つまり、単に圧縮残留応力を付
与しても、応力分布から外れて介在物があると、それを
起点に破断することとなる。
しなかった比較材の破断位置は、表面疵からあるいは、
内部１００μｍ〜３００μｍに存在した介在物を起点と
した疲労破断であった。つまり、単に圧縮残留応力を付
与しても、応力分布から外れて介在物があると、それを
起点に破断することとなる。
【００２３】
【発明の効果】以上述べたように、従来のコイルばねで
は圧縮残留応力分布が小さくて疲労寿命が十分達成でき
なかったが、本発明のコイルばねを用いれば自動車エン
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。
は圧縮残留応力分布が小さくて疲労寿命が十分達成でき
なかったが、本発明のコイルばねを用いれば自動車エン
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。
Claims (1)
- 【請求項１】母材硬さＨｖが５５０以上に調整された炭
素鋼線または合金鋼線を用いてコイルばね成形後、冷媒
をコイルばねに投射しながらショットピーニング処理を
することによって、少なくとも最表層から１５０μｍま
でに平均圧縮残留応力８０ｋｇｆ／ｍｍ2以上付与した
ことを特徴とする、耐疲れ性に優れたコイルばね。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25059391A JPH0586418A (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | 耐疲れ性に優れたコイルばね |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25059391A JPH0586418A (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | 耐疲れ性に優れたコイルばね |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0586418A true JPH0586418A (ja) | 1993-04-06 |
Family
ID=17210200
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25059391A Withdrawn JPH0586418A (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | 耐疲れ性に優れたコイルばね |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0586418A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014042066A1 (ja) * | 2012-09-14 | 2014-03-20 | 日本発條株式会社 | 圧縮コイルばねおよびその製造方法 |
-
1991
- 1991-09-30 JP JP25059391A patent/JPH0586418A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014042066A1 (ja) * | 2012-09-14 | 2014-03-20 | 日本発條株式会社 | 圧縮コイルばねおよびその製造方法 |
| US9752636B2 (en) | 2012-09-14 | 2017-09-05 | Nhk Spring Co., Ltd. | Helical compression spring and method for manufacturing same |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19981203 |