JPH0674273A - 疲労強度に優れたコイルばね - Google Patents
疲労強度に優れたコイルばねInfo
- Publication number
- JPH0674273A JPH0674273A JP22626892A JP22626892A JPH0674273A JP H0674273 A JPH0674273 A JP H0674273A JP 22626892 A JP22626892 A JP 22626892A JP 22626892 A JP22626892 A JP 22626892A JP H0674273 A JPH0674273 A JP H0674273A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- coil spring
- fatigue strength
- spring
- strength
- fatigue
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、表面欠陥のない疲労強度に優れた
高強度コイルばねを提供する。 【構成】 ９０±１０ｋｇｆ／ｍｍ2 の圧縮残留応力が
表層から１５０μm 深さの内部まで分布し、且つ最大粗
さＲｍａｘで１．５μm 以下の表面粗さを有する母材硬
さＨｖが５００以上、７００未満である疲労強度に優れ
たコイルばねである。
高強度コイルばねを提供する。 【構成】 ９０±１０ｋｇｆ／ｍｍ2 の圧縮残留応力が
表層から１５０μm 深さの内部まで分布し、且つ最大粗
さＲｍａｘで１．５μm 以下の表面粗さを有する母材硬
さＨｖが５００以上、７００未満である疲労強度に優れ
たコイルばねである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車エンジンにおけ
る弁ばねあるいは懸架ばね等、高度の疲労特性が要求さ
れている分野に用いられる、母材硬さＨｖが５００以
上、７００未満の高強度コイルばねに関するものであ
る。
る弁ばねあるいは懸架ばね等、高度の疲労特性が要求さ
れている分野に用いられる、母材硬さＨｖが５００以
上、７００未満の高強度コイル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、ばねの強度が高くなると、現状
の製造工程能力からも、不可避と思われるほど微小な表
面欠陥によってばねの疲労特性を阻害するようになる。
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、ばねの強度が高くなると、現状
の製造工程能力からも、不可避と思われるほど微小な表
面欠陥によってばねの疲労特性を阻害するようになる。
【０００３】そのために、「ばね技術研究会会報」Ｎ
ｏ．２０３（ＡＵＧ．１９８８−Ｐ７）や特開昭６３−
５２７２９号公報「耐疲れ性にすぐれたばねおよびその
製造方法」さらには特開平２−１２９４２１号公報「高
強度コイルばねおよびその製造方法」と特開平２−１２
９４２２号公報「高強度コイルばねおよびその製造方
法」にあるように、ばねを電解研磨仕上げすることによ
り、表面欠陥やショットピーニングにより生じた圧痕を
低減して疲労寿命を向上させることが報告されている。
このばねの電解研磨仕上げ方法は、ばねの疲労強度向上
の今後の一方法と考えられるが、コイルばねの場合、ば
ねの全表面を一様に仕上げることに問題があり、且つコ
イルばねの内側に陰極をその都度配置する必要があるた
め極めて効率が悪い。
ｏ．２０３（ＡＵＧ．１９８８−Ｐ７）や特開昭６３−
５２７２９号公報「耐疲れ性にすぐれたばねおよびその
製造方法」さらには特開平２−１２９４２１号公報「高
強度コイルばねおよびその製造方法」と特開平２−１２
９４２２号公報「高強度コイルばねおよびその製造方
法」にあるように、ばねを電解研磨仕上げすることによ
り、表面欠陥やショットピーニングにより生じた圧痕を
低減して疲労寿命を向上させることが報告されている。
このばねの電解研磨仕上げ方法は、ばねの疲労強度向上
の今後の一方法と考えられるが、コイルばねの場合、ば
ねの全表面を一様に仕上げることに問題があり、且つコ
イルばねの内側に陰極をその都度配置する必要があるた
め極めて効率が悪い。
【０００４】また、タンブリング（バレルの中に被加工
物を入れて回転させ、被加工物同士の衝突によって、被
加工物表面の油やスケールを除去する）や液体ホーニン
グもばねの表面仕上げ法として検討されていることが、
「ばね技術研究会偏；ばね、第３版」（１９８２−Ｐ４
３７）に記載されているが、これらはいずれもショット
ピーニング類似の処理、即ち圧縮残留応力という観点か
ら検討されたものであるが、以下にいう本発明の根本思
想とは全く関係のないものである。
物を入れて回転させ、被加工物同士の衝突によって、被
加工物表面の油やスケールを除去する）や液体ホーニン
グもばねの表面仕上げ法として検討されていることが、
「ばね技術研究会偏；ばね、第３版」（１９８２−Ｐ４
３７）に記載されているが、これらはいずれもショット
ピーニング類似の処理、即ち圧縮残留応力という観点か
ら検討されたものであるが、以下にいう本発明の根本思
想とは全く関係のないものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】例えば自動車の高性能
化にともない、疲労強度の高いばねが強く望まれてい
る。このような要望に応えるためには、ばねの強度、特
に表面硬さを高くする必要がある。而して、現状では完
全になくすことが不可能であると思われるほどの微小な
表面欠陥が問題となる。本発明は、かかる表面欠陥のな
い疲労強度に優れた高強度コイルばねを提供することを
目的とする。
化にともない、疲労強度の高いばねが強く望まれてい
る。このような要望に応えるためには、ばねの強度、特
に表面硬さを高くする必要がある。而して、現状では完
全になくすことが不可能であると思われるほどの微小な
表面欠陥が問題となる。本発明は、かかる表面欠陥のな
い疲労強度に優れた高強度コイルばねを提供することを
目的とする。
【０００６】
【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、９０±１０ｋｇｆ／ｍｍ2 の圧縮残留応力が表層
から１５０μｍ深さの内部まで分布し、且つ最大粗さＲ
ｍａｘで１．５μｍ以下の表面粗さを有する母材硬さＨ
ｖが５００以上、７００未満である疲労強度に優れたコ
イルばねにある。
ろは、９０±１０ｋｇｆ／ｍｍ2 の圧縮残留応力が表層
から１５０μｍ深さの内部まで分布し、且つ最大粗さＲ
ｍａｘで１．５μｍ以下の表面粗さを有する母材硬さＨ
ｖが５００以上、７００未満である疲労強度に優れたコ
イルばねにある。
【０００７】
【作用】以下、本発明の詳細について、説明する。近
年、コイルばね素材の疵検査技術も高まっており、深さ
６０μｍ以上の表面疵はほぼ検出できる。母材硬さＨｖ
が５００未満の一般のコイルばねでは、この程度の表面
疵が問題になることは少ない。しかし、母材硬度Ｈｖが
５００以上、７００未満の炭素鋼線または合金鋼線を用
いたコイルばねで、疲労試験の剪断応力τ＝６０±５０
ｋｇｆ／ｍｍ2 で繰返し回数が５×１０7 以上を保証す
る場合には、深さ６０μｍ以上の表面疵はもちろん、深
さ１０乃至３０μｍのものでも、表面疵を起点として疲
労破損することがある。特に窒化処理をして表面硬さＨ
ｖを７００以上にもしたコイルばねになると、上記のよ
うな表面疵保証では必ず表面疵を起点として疲労破壊す
るので、信頼できる疲労強度を保証することはできな
い。
年、コイルばね素材の疵検査技術も高まっており、深さ
６０μｍ以上の表面疵はほぼ検出できる。母材硬さＨｖ
が５００未満の一般のコイルばねでは、この程度の表面
疵が問題になることは少ない。しかし、母材硬度Ｈｖが
５００以上、７００未満の炭素鋼線または合金鋼線を用
いたコイルばねで、疲労試験の剪断応力τ＝６０±５０
ｋｇｆ／ｍｍ2 で繰返し回数が５×１０7 以上を保証す
る場合には、深さ６０μｍ以上の表面疵はもちろん、深
さ１０乃至３０μｍのものでも、表面疵を起点として疲
労破損することがある。特に窒化処理をして表面硬さＨ
ｖを７００以上にもしたコイルばねになると、上記のよ
うな表面疵保証では必ず表面疵を起点として疲労破壊す
るので、信頼できる疲労強度を保証することはできな
い。
【０００８】コイルばねの疲労強度を高めるために、ば
ねの表面硬さを高くするわけであるが、表面疵が保証で
きない限り、その効果は望めない。そこで、本発明者ら
は母材硬さＨｖが５００以上の炭素鋼線または合金鋼線
を用いてコイルばねの表面疵を保証するために、現状の
コイルばね製造工程におけるショットピーニングの直後
にバレル研磨仕上げを施すことにより、前記の効果が得
られることを見出した。バレル研磨仕上げは、６〜８角
形断面の筒状容器の中に被加工物（コイルばね）と適当
な粒度のアランダムやカーボランダムなどの砥粒、少量
の水およびコンパウンドと称されている種々の研磨促進
剤をそれぞれ適当量一緒に入れて、数時間回転あるいは
振動させて行う。
ねの表面硬さを高くするわけであるが、表面疵が保証で
きない限り、その効果は望めない。そこで、本発明者ら
は母材硬さＨｖが５００以上の炭素鋼線または合金鋼線
を用いてコイルばねの表面疵を保証するために、現状の
コイルばね製造工程におけるショットピーニングの直後
にバレル研磨仕上げを施すことにより、前記の効果が得
られることを見出した。バレル研磨仕上げは、６〜８角
形断面の筒状容器の中に被加工物（コイルばね）と適当
な粒度のアランダムやカーボランダムなどの砥粒、少量
の水およびコンパウンドと称されている種々の研磨促進
剤をそれぞれ適当量一緒に入れて、数時間回転あるいは
振動させて行う。
【０００９】本発明では、バレル研磨による表面粗さ条
件を規定することが重要な要件である。即ち、母材硬さ
Ｈｖが５００以上、７００未満の炭素鋼線または合金鋼
線を用いて、コイルばねを得る製造工程において、コイ
ルばね成形後行われるショットピーニング処理に続いて
バレル研磨を施すことによって、表面粗さを最大粗さＲ
ｍａｘで１．５μｍ以下に仕上げる。最大粗さが１．５
μｍを超えると切欠感受性が高くなり疲労強度が低下す
る。
件を規定することが重要な要件である。即ち、母材硬さ
Ｈｖが５００以上、７００未満の炭素鋼線または合金鋼
線を用いて、コイルばねを得る製造工程において、コイ
ルばね成形後行われるショットピーニング処理に続いて
バレル研磨を施すことによって、表面粗さを最大粗さＲ
ｍａｘで１．５μｍ以下に仕上げる。最大粗さが１．５
μｍを超えると切欠感受性が高くなり疲労強度が低下す
る。
【００１０】圧縮残留応力は、外力による引張応力を相
殺するために付加するが、上限を超えて付加してもショ
ットピーニング処理が非能率的となり、下限を下回る
と、特に表面近傍で外力の引張応力を相殺することが困
難となるため、その範囲を９０±１０ｋｇｆ／ｍｍ2 す
る。また、その深さを表面から１５０μｍまでとしたの
は、外力の引張応力を内部深さ１５０μｍまで相殺すれ
ば、現状の鋼中非金属介在物の大きさ最大２０μｍによ
る疲労亀裂発生が抑制可能となるためであり、１５０μ
ｍを超えて分布しても特性の上では問題がないが、ショ
ットピーニング処理の面で経済的制約を考慮して、圧縮
残留応力の及ぶ範囲を表層から１５０μｍとする。
殺するために付加するが、上限を超えて付加してもショ
ットピーニング処理が非能率的となり、下限を下回る
と、特に表面近傍で外力の引張応力を相殺することが困
難となるため、その範囲を９０±１０ｋｇｆ／ｍｍ2 す
る。また、その深さを表面から１５０μｍまでとしたの
は、外力の引張応力を内部深さ１５０μｍまで相殺すれ
ば、現状の鋼中非金属介在物の大きさ最大２０μｍによ
る疲労亀裂発生が抑制可能となるためであり、１５０μ
ｍを超えて分布しても特性の上では問題がないが、ショ
ットピーニング処理の面で経済的制約を考慮して、圧縮
残留応力の及ぶ範囲を表層から１５０μｍとする。
【００１１】このバレル研磨仕上げは、現状のコイルば
ね製造工程におけるショットピーニングの直後に行うの
が良い。即ち、ショットピーニングによりコイルばね表
面に凹凸が生じ、これが疲労強度低下の原因の一つにも
なっていることを考えると、ショットピーニングの直後
が好ましい。しかしながら、表面疵がショットピーニン
グによって叩き込まれることもあるので、好ましくはシ
ョットピーニング前でも軽度のバレル研磨をすればその
効果はさらに向上する。
ね製造工程におけるショットピーニングの直後に行うの
が良い。即ち、ショットピーニングによりコイルばね表
面に凹凸が生じ、これが疲労強度低下の原因の一つにも
なっていることを考えると、ショットピーニングの直後
が好ましい。しかしながら、表面疵がショットピーニン
グによって叩き込まれることもあるので、好ましくはシ
ョットピーニング前でも軽度のバレル研磨をすればその
効果はさらに向上する。
【００１２】コイルばねは、へたり特性を向上させるた
めにセッチングが必要であるため、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。
めにセッチングが必要であるため、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。
【００１３】
【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。母材硬さＨｖを５３０〜６７０まで熱
処理条件によって変化させたφ３．０ｍｍの弁ばね用シ
リコンクロム鋼オイルテンパー線を用い、ばね平均径２
４．２ｍｍ、ばね高さ５２ｍｍ、総巻数６．５巻、有効
巻数４．５巻のコイルばねを成形した。その後、０．８
ｍｍ径のカットワイヤによりショットピーニングをして
圧縮残留応力を付与し、直ちに６角回転バレル内にコイ
ルばねを各５個入れ、砥粒、コンパウンド、水などを適
当量配合して、粗研磨と仕上研磨のバレル研磨時間をそ
れぞれ変えてコイルばねの表面粗さを変化させ、その後
セッチングした。
に具体的に示す。母材硬さＨｖを５３０〜６７０まで熱
処理条件によって変化させたφ３．０ｍｍの弁ばね用シ
リコンクロム鋼オイルテンパー線を用い、ばね平均径２
４．２ｍｍ、ばね高さ５２ｍｍ、総巻数６．５巻、有効
巻数４．５巻のコイルばねを成形した。その後、０．８
ｍｍ径のカットワイヤによりショットピーニングをして
圧縮残留応力を付与し、直ちに６角回転バレル内にコイ
ルばねを各５個入れ、砥粒、コンパウンド、水などを適
当量配合して、粗研磨と仕上研磨のバレル研磨時間をそ
れぞれ変えてコイルばねの表面粗さを変化させ、その後
セッチングした。
【００１４】ここで本発明の効果を明瞭にするために、
これら全てのコイルばね表面の粗さおよび圧縮残留応力
を測定した。残留応力は表層および表層から２０μｍピ
ッチで１５０μｍまで測定し、その平均値を残留応力分
布の値として示し、また、平均値の±１０ｋｇｆ／ｍｍ
2 の範囲で分布している深さを表１に示した。また、比
較材は上記と同様の硬度を得てからコイルばね成形後、
ショットピーニングを行い、その後バレル研磨処理した
ものは表面粗さを変化させ、バレル研磨処理しなかった
ものはそのままセッチングを行った。
これら全てのコイルばね表面の粗さおよび圧縮残留応力
を測定した。残留応力は表層および表層から２０μｍピ
ッチで１５０μｍまで測定し、その平均値を残留応力分
布の値として示し、また、平均値の±１０ｋｇｆ／ｍｍ
2 の範囲で分布している深さを表１に示した。また、比
較材は上記と同様の硬度を得てからコイルばね成形後、
ショットピーニングを行い、その後バレル研磨処理した
ものは表面粗さを変化させ、バレル研磨処理しなかった
ものはそのままセッチングを行った。
【００１５】以上の工程によって得られた、コイルばね
の主な仕様を表１に示す。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（τ
ｍ＝６５±５０ｋｇｆ／ｍｍ2 ）になる圧縮荷重を繰返
し負荷して、疲労寿命を５×１０7 回を限度として評価
実験を行った。その疲労試験結果を表２に示す。
の主な仕様を表１に示す。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（τ
ｍ＝６５±５０ｋｇｆ／ｍｍ2 ）になる圧縮荷重を繰返
し負荷して、疲労寿命を５×１０7 回を限度として評価
実験を行った。その疲労試験結果を表２に示す。
【００１６】その結果、本発明のショットピーニング直
後にバレル研磨仕上げを施したコイルばねは高寿命を示
すものであったが、特に母材硬度を考慮した最適な表面
粗さとしたコイルばねは、保証疲労寿命を確保してい
る。一方、比較例としたものは、大半が表面疵による破
損発生であった。
後にバレル研磨仕上げを施したコイルばねは高寿命を示
すものであったが、特に母材硬度を考慮した最適な表面
粗さとしたコイルばねは、保証疲労寿命を確保してい
る。一方、比較例としたものは、大半が表面疵による破
損発生であった。
【００１７】
【表１】
【００１８】
【表２】
【００１９】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば、自動
車用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。
車用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】 ９０±１０ｋｇｆ／ｍｍ2 の圧縮残留応
力が表層から１５０μｍ深さの内部まで分布し、且つ最
大粗さＲｍａｘで１．５μｍ以下の表面粗さを有する母
材硬さＨｖが５００以上、７００未満である疲労強度に
優れたコイルばね。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22626892A JPH0674273A (ja) | 1992-08-25 | 1992-08-25 | 疲労強度に優れたコイルばね |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22626892A JPH0674273A (ja) | 1992-08-25 | 1992-08-25 | 疲労強度に優れたコイルばね |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0674273A true JPH0674273A (ja) | 1994-03-15 |
Family
ID=16842546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22626892A Pending JPH0674273A (ja) | 1992-08-25 | 1992-08-25 | 疲労強度に優れたコイルばね |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0674273A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016114219A (ja) * | 2014-12-17 | 2016-06-23 | 日本発條株式会社 | 高強度コイルばね及び多重スプリング |
-
1992
- 1992-08-25 JP JP22626892A patent/JPH0674273A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016114219A (ja) * | 2014-12-17 | 2016-06-23 | 日本発條株式会社 | 高強度コイルばね及び多重スプリング |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19980317 |