JPH06137353A - チタン合金製ばね及びその製造方法 - Google Patents
チタン合金製ばね及びその製造方法Info
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- JPH06137353A JPH06137353A JP31288792A JP31288792A JPH06137353A JP H06137353 A JPH06137353 A JP H06137353A JP 31288792 A JP31288792 A JP 31288792A JP 31288792 A JP31288792 A JP 31288792A JP H06137353 A JPH06137353 A JP H06137353A
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- alloy spring
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F1/00—Springs
- F16F1/02—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
- F16F1/021—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant characterised by their composition, e.g. comprising materials providing for particular spring properties
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F2226/00—Manufacturing; Treatments
- F16F2226/02—Surface treatments
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Springs (AREA)
- Wire Processing (AREA)
- Chemically Coating (AREA)
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐摩耗性が改善され、更に疲労強度が低下す
ることのないチタン合金製ばね及びその製造方法を提供
する。 【構成】 耐摩耗性を確保するための比較的硬度の高い
第１の層上に熱伝導性の高い比較的軟質の第２の層を形
成することにより、チタン合金製ばねの初期摩耗量を低
減することができ、またその後の摩耗によりチタン合金
が露出した場合でもこのチタン合金放熱性を確保し、焼
き付きを防止することができることから耐摩耗性を改善
することができる。
ることのないチタン合金製ばね及びその製造方法を提供
する。 【構成】 耐摩耗性を確保するための比較的硬度の高い
第１の層上に熱伝導性の高い比較的軟質の第２の層を形
成することにより、チタン合金製ばねの初期摩耗量を低
減することができ、またその後の摩耗によりチタン合金
が露出した場合でもこのチタン合金放熱性を確保し、焼
き付きを防止することができることから耐摩耗性を改善
することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばエンジンの動弁
機構などに用いられるチタン合金製ばね及びその製造方
法に関するものである。
機構などに用いられるチタン合金製ばね及びその製造方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、エンジンの出力向上を目的として
高回転数での使用に耐え得るエンジンが望まれている
が、エンジンの回転数を高めると動弁機構の弁ばねの作
動周波数が高くなり、弁ばねが共振して過大な応力が発
生することが考えられることから、この弁ばねの材料と
してチタン合金を用い、軽量化すること及びその内部減
衰能が大きいことにより共振周波数を高めることが提案
されている。
高回転数での使用に耐え得るエンジンが望まれている
が、エンジンの回転数を高めると動弁機構の弁ばねの作
動周波数が高くなり、弁ばねが共振して過大な応力が発
生することが考えられることから、この弁ばねの材料と
してチタン合金を用い、軽量化すること及びその内部減
衰能が大きいことにより共振周波数を高めることが提案
されている。
【０００３】ここで、チタン合金は公知のように耐摩耗
性が低いことから、その改善を目的として表面処理を行
う必要がある。例えば特願昭６３−２８７２９５号公報
には、チタン合金からなるばね本体の表面にチタン合金
に比較して硬度の高いニッケル−リン合金めっきやクロ
ムめっきを施すと共にばねの疲労強度を向上するべくシ
ョットピーニングにより残留圧縮応力を付与したチタン
合金製ばねが開示されている。また、ニッケル−リン合
金中に、更に硬度の高いアルミナや硬度の低いフッ素樹
脂を含有させたものを複合めっきすることにより耐摩耗
性を更に改善し、その後上記同様にショットピーニング
を行ったものが知られている。
性が低いことから、その改善を目的として表面処理を行
う必要がある。例えば特願昭６３−２８７２９５号公報
には、チタン合金からなるばね本体の表面にチタン合金
に比較して硬度の高いニッケル−リン合金めっきやクロ
ムめっきを施すと共にばねの疲労強度を向上するべくシ
ョットピーニングにより残留圧縮応力を付与したチタン
合金製ばねが開示されている。また、ニッケル−リン合
金中に、更に硬度の高いアルミナや硬度の低いフッ素樹
脂を含有させたものを複合めっきすることにより耐摩耗
性を更に改善し、その後上記同様にショットピーニング
を行ったものが知られている。
【０００４】しかしながら、上記したような公知技術に
あっては、めっき後のショットピーニングによりその表
面に微小の凹凸が生じることから、使用時のばね自体の
各部同士の接触などに於て、特に初期の接触面積が小さ
くなり、即ち面圧が高くなることにより、摩耗が最も著
しい初期に耐摩耗性が低くなり、所望の耐摩耗性が得ら
れないという問題があった。図４（ａ）、図４（ｂ）
に、ばね１１の各部が摺接若しくは接触することによる
摩耗の状態を示す。図中符号１１ａが摩耗部分である。
また、ショットピーニングを行うことにより表面のニッ
ケル−リン合金膜の膜厚が変化することから、その膜厚
を管理することは困難であり、場合によってはばね毎に
耐摩耗性が変化して品質が安定しないと云う問題もあっ
た。
あっては、めっき後のショットピーニングによりその表
面に微小の凹凸が生じることから、使用時のばね自体の
各部同士の接触などに於て、特に初期の接触面積が小さ
くなり、即ち面圧が高くなることにより、摩耗が最も著
しい初期に耐摩耗性が低くなり、所望の耐摩耗性が得ら
れないという問題があった。図４（ａ）、図４（ｂ）
に、ばね１１の各部が摺接若しくは接触することによる
摩耗の状態を示す。図中符号１１ａが摩耗部分である。
また、ショットピーニングを行うことにより表面のニッ
ケル−リン合金膜の膜厚が変化することから、その膜厚
を管理することは困難であり、場合によってはばね毎に
耐摩耗性が変化して品質が安定しないと云う問題もあっ
た。
【０００５】ニッケル−リン合金膜中にアルミナやフッ
素樹脂を含有させたものは、耐摩耗性自体は高くなって
いるが、それらアルミナやフッ素樹脂のような異物が応
力集中源となることから、ショットピーニングにより残
留圧縮応力を付与しても疲労強度が改善されず、疲労破
壊を確実に回避することができないと云う問題があっ
た。
素樹脂を含有させたものは、耐摩耗性自体は高くなって
いるが、それらアルミナやフッ素樹脂のような異物が応
力集中源となることから、ショットピーニングにより残
留圧縮応力を付与しても疲労強度が改善されず、疲労破
壊を確実に回避することができないと云う問題があっ
た。
【０００６】一方、良く知られているようにチタン合金
の耐摩耗性が低いのは、熱伝導性が低いことがその主な
原因であり、摺動若しくは接触する部分が摩擦熱等によ
り局部的に高温となり、また内部減衰能が大きいことに
より自己発熱して、焼き付きを起すことにより摩耗する
と考えられる。従って、この焼き付きを防止することが
できれば上記したような耐摩耗膜の摩耗または剥離によ
りチタン合金の地肌が露出した場合でも或る程度の耐摩
耗性が確保することができることに本発明者らは思い至
った。
の耐摩耗性が低いのは、熱伝導性が低いことがその主な
原因であり、摺動若しくは接触する部分が摩擦熱等によ
り局部的に高温となり、また内部減衰能が大きいことに
より自己発熱して、焼き付きを起すことにより摩耗する
と考えられる。従って、この焼き付きを防止することが
できれば上記したような耐摩耗膜の摩耗または剥離によ
りチタン合金の地肌が露出した場合でも或る程度の耐摩
耗性が確保することができることに本発明者らは思い至
った。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記したよう
な従来技術の問題点及び本発明者らの知見に鑑みなされ
たものであり、その主な目的は、耐摩耗性が改善され、
更に疲労強度が低下することのないチタン合金製ばね及
びその製造方法を提供することにある。
な従来技術の問題点及び本発明者らの知見に鑑みなされ
たものであり、その主な目的は、耐摩耗性が改善され、
更に疲労強度が低下することのないチタン合金製ばね及
びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記した目的は本発明に
よれば、ばね本体の表面に、残留圧縮応力が付与された
表面硬化用の第１の層と、前記第１の層の表面に該第１
の層よりも軟質であり、かつ該第１の層よりも熱伝導性
の高い第２の層とを有することを特徴とするチタン合金
製ばね及びばね本体の表面に表面硬化用の第１の層を形
成する過程と、前記第１の層上から残留圧縮応力を付与
する過程と、前記第１の層の表面に、該第１の層よりも
軟質であり、かつ該第１の層よりも熱伝導性の高い第２
の層を形成する過程とを有することを特徴とするチタン
合金製ばねの製造方法を提供することにより達成され
る。特に前記表面硬化用の第１の層がニッケル−リン合
金層からなり、また前記第２の層が金、銀、銅、錫、亜
鉛及び金−ニッケル合金のうちから選択される一種若し
くは二種以上の金属若しくは合金からなると良い。
よれば、ばね本体の表面に、残留圧縮応力が付与された
表面硬化用の第１の層と、前記第１の層の表面に該第１
の層よりも軟質であり、かつ該第１の層よりも熱伝導性
の高い第２の層とを有することを特徴とするチタン合金
製ばね及びばね本体の表面に表面硬化用の第１の層を形
成する過程と、前記第１の層上から残留圧縮応力を付与
する過程と、前記第１の層の表面に、該第１の層よりも
軟質であり、かつ該第１の層よりも熱伝導性の高い第２
の層を形成する過程とを有することを特徴とするチタン
合金製ばねの製造方法を提供することにより達成され
る。特に前記表面硬化用の第１の層がニッケル−リン合
金層からなり、また前記第２の層が金、銀、銅、錫、亜
鉛及び金−ニッケル合金のうちから選択される一種若し
くは二種以上の金属若しくは合金からなると良い。
【０００９】
【作用】このように表面硬化用の第１の層上に軟質な第
２の層を形成することにより、摺動若しくは接触の初期
にこの第２の層がなじみ、接触面積が増大することによ
り面圧が減少し耐摩耗性が向上する。また、局部的に第
１の層まで摩滅し、チタン合金の地肌が露出した場合で
もその周囲の第２の層の熱伝導性が高いことにより摩擦
や自己発熱で加熱されたチタン合金を積極的に冷却で
き、その焼き付きを防止することができる。
２の層を形成することにより、摺動若しくは接触の初期
にこの第２の層がなじみ、接触面積が増大することによ
り面圧が減少し耐摩耗性が向上する。また、局部的に第
１の層まで摩滅し、チタン合金の地肌が露出した場合で
もその周囲の第２の層の熱伝導性が高いことにより摩擦
や自己発熱で加熱されたチタン合金を積極的に冷却で
き、その焼き付きを防止することができる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の好適実施例を添付の図面につ
いて詳しく説明する。
いて詳しく説明する。
【００１１】図１は、本発明が適用されたばねの断面形
状を示す拡大断面図である。中心のチタン合金からなる
ばね本体１の表面には無電解めっきによりニッケル−リ
ン合金からなる第１の層２が５μｍ〜３０μｍ形成され
ている。また、この第１の層２の表面には、電気めっき
による金−ニッケル合金からなる第２の層３が０．５μ
ｍ〜３．０μｍ形成されている。
状を示す拡大断面図である。中心のチタン合金からなる
ばね本体１の表面には無電解めっきによりニッケル−リ
ン合金からなる第１の層２が５μｍ〜３０μｍ形成され
ている。また、この第１の層２の表面には、電気めっき
による金−ニッケル合金からなる第２の層３が０．５μ
ｍ〜３．０μｍ形成されている。
【００１２】次に本実施例に於けるチタン合金製ばねの
製造手順について図２を参照して説明する。まず、チタ
ン性合金製ばねのばね本体１を公知の手法により製造し
た後、脱脂、酸洗後、その表面に耐摩耗性の優れたニッ
ケル−リン合金を無電解めっきにより厚さ５μｍ〜３０
μｍ形成する。そして、ばね本体１のチタン合金と第１
の層２との密着性とを強固にすると共に第１の層２中に
Ｎｉ3Ｐからなる金属間化合物の析出硬化を目的として
真空若しくはＡｒ雰囲気中で４５℃、１時間の加熱処理
を行う。
製造手順について図２を参照して説明する。まず、チタ
ン性合金製ばねのばね本体１を公知の手法により製造し
た後、脱脂、酸洗後、その表面に耐摩耗性の優れたニッ
ケル−リン合金を無電解めっきにより厚さ５μｍ〜３０
μｍ形成する。そして、ばね本体１のチタン合金と第１
の層２との密着性とを強固にすると共に第１の層２中に
Ｎｉ3Ｐからなる金属間化合物の析出硬化を目的として
真空若しくはＡｒ雰囲気中で４５℃、１時間の加熱処理
を行う。
【００１３】その後、疲労強度を向上するべく第１の層
２の表面から、残留圧縮応力を付与すると共に上記した
加熱処理にて発生した酸化膜を除去するべくホーニング
処理を行う。そして最後に硬度が比較的低く、かつ耐か
じり性、なじみ性及び耐焼き付き性を考慮した熱伝導性
の高い金−ニッケル合金を電気めっきにより０．５μｍ
〜３．０μｍ形成することよりチタン合金製ばねが完成
する。
２の表面から、残留圧縮応力を付与すると共に上記した
加熱処理にて発生した酸化膜を除去するべくホーニング
処理を行う。そして最後に硬度が比較的低く、かつ耐か
じり性、なじみ性及び耐焼き付き性を考慮した熱伝導性
の高い金−ニッケル合金を電気めっきにより０．５μｍ
〜３．０μｍ形成することよりチタン合金製ばねが完成
する。
【００１４】このような手順により製造された本考案に
基づくチタン合金製ばねと、第１の層及び第２の層、即
ち表面強化層が形成されていないチタン合金製ばねと、
ばね本体の表面にニッケル−リン合金からなる第１の層
のみが形成され、かつホーニング処理されたチタン合金
製ばねとを用い、モータリング試験を行った結果を図３
に示す。ここで、横軸は試験時間、縦軸は摩耗減量であ
る。このグラフにより試験時間５０時間前後から本発明
に基づくチタン合金製ばねの耐摩耗性効果が顕著に現わ
れることが分かる。
基づくチタン合金製ばねと、第１の層及び第２の層、即
ち表面強化層が形成されていないチタン合金製ばねと、
ばね本体の表面にニッケル−リン合金からなる第１の層
のみが形成され、かつホーニング処理されたチタン合金
製ばねとを用い、モータリング試験を行った結果を図３
に示す。ここで、横軸は試験時間、縦軸は摩耗減量であ
る。このグラフにより試験時間５０時間前後から本発明
に基づくチタン合金製ばねの耐摩耗性効果が顕著に現わ
れることが分かる。
【００１５】尚、本実施例では第２の層に金−ニッケル
合金を用いたが、これに限定されずこれと同程度の硬さ
及び熱伝導性を有する、例えば金、銀、銅、錫、亜鉛な
どを用いても良い。
合金を用いたが、これに限定されずこれと同程度の硬さ
及び熱伝導性を有する、例えば金、銀、銅、錫、亜鉛な
どを用いても良い。
【００１６】
【発明の効果】上記した説明により明らかなように、本
発明によるチタン合金製ばね及びその製造方法によれ
ば、耐摩耗性を確保するための比較的硬度の高い第１の
層上に熱伝導性の高い比較的軟質の第２の層を形成する
ことにより、チタン合金製ばねの初期摩耗量を低減する
ことができ、またその後の摩耗によりチタン合金が露出
した場合でもこのチタン合金放熱性を確保し、焼き付き
を防止することができることから耐摩耗性を改善するこ
とができる。
発明によるチタン合金製ばね及びその製造方法によれ
ば、耐摩耗性を確保するための比較的硬度の高い第１の
層上に熱伝導性の高い比較的軟質の第２の層を形成する
ことにより、チタン合金製ばねの初期摩耗量を低減する
ことができ、またその後の摩耗によりチタン合金が露出
した場合でもこのチタン合金放熱性を確保し、焼き付き
を防止することができることから耐摩耗性を改善するこ
とができる。
【図１】本発明が適用されたチタン合金製ばねの図４
（ｂ）と同様な要部断面図である。
（ｂ）と同様な要部断面図である。
【図２】本発明に基づく方法が適用されたチタン合金製
ばねの製造手順を示すブロック図である。
ばねの製造手順を示すブロック図である。
【図３】本発明が適用されたチタン合金製ばねと従来の
チタン合金製ばねとのモータリング試験に於ける試験時
間と摩耗減量との関係を示すグラフである。
チタン合金製ばねとのモータリング試験に於ける試験時
間と摩耗減量との関係を示すグラフである。
【図４】（ａ）部は従来のチタン合金製ばねの摩耗状態
を示す斜視図、（ｂ）部は（ａ）部の要部断面図であ
る。
を示す斜視図、（ｂ）部は（ａ）部の要部断面図であ
る。
１ ばね本体 ２ 第１の層 ３ 第２の層 １１ ばね １１ａ 摩耗部分
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年１２月９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１２】次に本実施例に於けるチタン合金製ばねの
製造手順について図２を参照して説明する。まず、チタ
ン性合金製ばねのばね本体１を公知の手法により製造し
た後、脱脂、酸洗後、その表面に耐摩耗性の優れたニッ
ケル−リン合金を無電解めっきにより厚さ５μｍ〜３０
μｍ形成する。そして、ばね本体１のチタン合金と第１
の層２との密着性とを強固にすると共に第１の層２中に
Ｎｉ3Ｐからなる金属間化合物の析出硬化を目的として
真空若しくはＡｒ雰囲気中で４５０℃、１時間の加熱処
理を行う。
製造手順について図２を参照して説明する。まず、チタ
ン性合金製ばねのばね本体１を公知の手法により製造し
た後、脱脂、酸洗後、その表面に耐摩耗性の優れたニッ
ケル−リン合金を無電解めっきにより厚さ５μｍ〜３０
μｍ形成する。そして、ばね本体１のチタン合金と第１
の層２との密着性とを強固にすると共に第１の層２中に
Ｎｉ3Ｐからなる金属間化合物の析出硬化を目的として
真空若しくはＡｒ雰囲気中で４５０℃、１時間の加熱処
理を行う。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高村 典利 神奈川県愛甲郡愛川町中津字桜台4056番地 日本発条株式会社内
Claims (7)
- 【請求項１】 ばね本体の表面に、残留圧縮応力が付
与された表面硬化用の第１の層と、 前記第１の層の表面に該第１の層よりも軟質であり、か
つ該第１の層よりも熱伝導性の高い第２の層とを有する
ことを特徴とするチタン合金製ばね。 - 【請求項２】 前記表面硬化用の第１の層がニッケル
−リン合金層からなることを特徴とする請求項１に記載
のチタン合金製ばね。 - 【請求項３】 前記第２の層が金、銀、銅、錫、亜鉛
及び金−ニッケル合金のうちから選択される一種若しく
は二種以上の金属若しくは合金からなることを特徴とす
る請求項１若しくは請求項２に記載のチタン合金製ば
ね。 - 【請求項４】 チタン合金製ばねの製造方法であっ
て、 ばね本体の表面に表面硬化用の第１の層を形成する過程
と、 前記第１の層上から残留圧縮応力を付与する過程と、 前記第１の層の表面に、該第１の層よりも軟質であり、
かつ該第１の層よりも熱伝導性の高い第２の層を形成す
る過程とを有することを特徴とするチタン合金製ばねの
製造方法。 - 【請求項５】 前記第１の層を形成する過程が、ニッ
ケル−リン合金を無電界めっき若しくは電気めっきによ
り前記ばね本体表面に積層する過程からなることを特徴
とする請求項４に記載チタン合金製ばねの製造方法。 - 【請求項６】 前記第２の層を形成する過程が、金、
銀、銅、錫、亜鉛及び金−ニッケル合金のうちから選択
される一種若しくは二種以上の金属若しくは合金を電気
めっきにより形成する過程からなることを特徴とする請
求項４若しくは請求項５に記載のチタン合金製ばねの製
造方法。 - 【請求項７】 前記第１の層上から残留圧縮応力を付
与する過程が、ショットピーニング若しくはホーニング
により残量圧縮応力を付与する過程からなることを特徴
とする請求項４乃至請求項６のいずれかに記載のチタン
合金ばねの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31288792A JP3308998B2 (ja) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | チタン合金製ばね及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31288792A JP3308998B2 (ja) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | チタン合金製ばね及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06137353A true JPH06137353A (ja) | 1994-05-17 |
| JP3308998B2 JP3308998B2 (ja) | 2002-07-29 |
Family
ID=18034643
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31288792A Expired - Fee Related JP3308998B2 (ja) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | チタン合金製ばね及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3308998B2 (ja) |
Cited By (7)
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| JP2002333055A (ja) * | 2001-05-10 | 2002-11-22 | Harmonic Drive Syst Ind Co Ltd | 軽量波動歯車装置 |
| WO2010129293A3 (en) * | 2009-04-28 | 2011-03-31 | Bal Seal Engineering, Inc. | Multilayered canted coil springs and associated methods |
| WO2011058706A1 (ja) * | 2009-11-11 | 2011-05-19 | 日本発條株式会社 | 減圧弁装置 |
| JP2011208756A (ja) * | 2010-03-30 | 2011-10-20 | Chuo Spring Co Ltd | 渦巻きばねとその製造方法 |
| KR101684904B1 (ko) * | 2015-10-13 | 2016-12-12 | 한국기계연구원 | 저항재료가 코팅된 형상기억합금 스프링 및 그 제작방법 |
| US11162326B2 (en) | 2017-05-02 | 2021-11-02 | Weatherford Technology Holdings, Llc | Actuator assembly |
-
1992
- 1992-10-27 JP JP31288792A patent/JP3308998B2/ja not_active Expired - Fee Related
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