JPH0674274A - 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
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- JPH0674274A JPH0674274A JP22626992A JP22626992A JPH0674274A JP H0674274 A JPH0674274 A JP H0674274A JP 22626992 A JP22626992 A JP 22626992A JP 22626992 A JP22626992 A JP 22626992A JP H0674274 A JPH0674274 A JP H0674274A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- coil spring
- fatigue strength
- spring
- hardness
- strength
- Prior art date
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Springs (AREA)
- Wire Processing (AREA)
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、最大粗さＲ
ｍａｘ１．０μm 以下の表面粗さを有する母材硬さＨｖ
が７００以上である、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、最大粗さＲ
ｍａｘ１．０μm 以下の表面粗さを有する母材硬さＨｖ
が７００以上である、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７００以
上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７００以
上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って、以下にいう本発明の表面疵
対策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って、以下にいう本発明の表面疵
対策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
能化に伴い、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。
能化に伴い、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、最大粗さＲｍａ
ｘで１．０μｍ以下の表面粗さを有する母材硬さＨｖが
７００以上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、最大粗さＲｍａ
ｘで１．０μｍ以下の表面粗さを有する母材硬さＨｖが
７００以上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７００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７００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７００以上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Ｒｍａｘで
１．０μｍ以下に仕上げる。最大粗さＲｍａｘが１．０
μｍを超えると、母材硬さの高いばね、特にＨｖが７０
０以上ともなると切欠感受性が高くなるため疲労強度が
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７００以上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Ｒｍａｘで
１．０μｍ以下に仕上げる。最大粗さＲｍａｘが１．０
μｍを超えると、母材硬さの高いばね、特にＨｖが７０
０以上ともなると切欠感受性が高くなるため疲労強度が
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 と
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、１５０
μｍ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 と
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、１５０
μｍ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７３０〜８７０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、粗研磨と仕上げ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７３０〜８７０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、粗研磨と仕上げ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／ｍｍ2
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／ｍｍ2
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】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（τｍ＝６５±５
０ｋｇｆ／ｍｍ2 ）になる圧縮荷重を繰返し負荷して疲
労寿命を５×１０7 回を限度に求めた。これらの結果を
表２に示す。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、且つ内部深く圧縮残留応力が分布したコイル
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。
て、ばね形状から計算される剪断応力（τｍ＝６５±５
０ｋｇｆ／ｍｍ2 ）になる圧縮荷重を繰返し負荷して疲
労寿命を５×１０7 回を限度に求めた。これらの結果を
表２に示す。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、且つ内部深く圧縮残留応力が分布したコイル
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。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【表２】
【００１８】
【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、最大粗
さＲｍａｘで１．０μｍ以下の表面粗さを有する母材硬
さＨｖが７００以上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 |
|---|---|---|---|
| JP22626992A JP3028438B2 (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 |
|---|---|---|---|
| JP22626992A JP3028438B2 (ja) | 1992-08-25 | 1992-08-25 | 疲労強度に優れたコイルばね |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0674274A true JPH0674274A (ja) | 1994-03-15 |
| JP3028438B2 JP3028438B2 (ja) | 2000-04-04 |
Family
ID=16842561
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22626992A Expired - Lifetime JP3028438B2 (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) | JP3028438B2 (ja) |
-
1992
- 1992-08-25 JP JP22626992A patent/JP3028438B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3028438B2 (ja) | 2000-04-04 |
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