JPS60174230A - コイルばねのストレスシヨツトピ−ニング方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、圧縮コイルばねにおけるストレスショットピ
ーニング方法及びこの方法を実施するための装置に関す
るものである。

ばねの疲れ強さを向上させるために、熱処理後のばねに
ショットピーニング加工を施すことは、従来から公知の
ところである。また、ばねがコイルばねの場合における
従来のショットピーニング加工方法は、例えば、添附図
面の第１図に示すように、コイル成形後の状態、すなわ
ち、無負荷のままのコイルばねＳを、コイル中心線を軸
とした円周方向に回転させるための駆動ローラＲ−／及
びＲ−，２を矢印Ｘの方向に回転可能にベルトコンベヤ
Ｃの上方に配置し、ベルトコンベヤＯは、回転駆動され
るコンベヤローラＲ−３を介して矢印Ｙの方向に連続的
に移動させ、このようにして、ばねＳを駆動ローラＲ−
／及びＲ−２を介して矢印Ｘの方向に回転サセナがらベ
ルトコンベヤＣを介して矢印Ｙの方向に移動させ、この
移動の間に、ベルトコンベヤＣの上方に配置された高速
回転インペラＥからショットを投射し、ショットをコイ
ルばねＳに打付け、ショットピーニング加工ヲ行７．Ｃ
う方法である。しかしながら、この方法においては、イ
ンペラＥからコイルばねＳへのショットの投射距離が、
コイルの内側は長く、コイルの外側は短く、更に、コイ
ルの内側はコイルの外側の影になりやすい状態ｉこある
ので、ショット投射によって得られる打撃エネルギーは
、コイルの内側は小さく、コイルの外側では大きくなり
、このために、コイルの内側と、コイルの外側とへのシ
ョットピーニングによる均一な加工効果が得られないと
いう欠点があった。

この欠点は、特に、ばね有効部の素線間隔が小さいコイ
ルばねの場合、コイルの内側だけではなく、素線間にも
ピーニング加工が得られにりく、十分な加工効果を期待
することができないので、一層顕著となる。従って、コ
イルばねにおいで、従来のショットピーニング方法によ
り十分なショットピーニング加工効果を得ようとするた
めには、例えば、ピーニング作業を多数回行なうか、あ
るいは、長時間のショットピーニングを施すことになる
が、いずれの場合にも、非生産的となるばかりではすく
、期待した程のショットピーニング加工による均一な残
留応力の生成を得ることはできない。才た。省エネルギ
ー対策の面で、例えば、自動車用懸架ばねも軽量化の方
向にあるのに伴って、コイルばねの使用最大応力は、従
来は９０　ＫＰｆ／ｍｔｘ２前後であったのに対し、近
年においては％／　００　Ｋ９ｆ／ｕｒｎ’を超える高
応力化仕様ばねが、自動車製作会社から要望され、生産
化されているのが現状である。

しかしながら、高応力化仕様コイルばねを焼戻し後、水
冷又は空冷し、常温で、しかも、従来のショットピーニ
ング加工方法によってショットピーニングを多数回又は
長時間節しても。

疲れ強さの向上に限度があることは、上記の理由から明
らかなところであるだけではすく、既に、実証されてい
るところである。

そこで、本発明は、前記のような従来のコイルばねのシ
ョットピーニング加工法における欠陥を解消し、コイル
ばねにおける効率的な新規なストレスショットピーニン
グ方法を得ることを、その第一の目的とするものである
。

また、本発明の第二の目的は、コイルの表面層内により
有効な圧縮残留応力を生成されることが可能であるコイ
ルばねにおける新規なストレスショットピーニング方法
を得ることにあるものである。

更に１本発明は、これらの方法を実施するためのコイル
はねにおけるストレスピーニング装置を得ることを、そ
の第三の目的とするものである。

これらの目的を達成するために１本発明方法においては
、コイル状のばね材に一定の圧縮力と、湾曲状に変形さ
せる曲げ力とを同時に加え。

更に、コイル中心線を軸とした円周方向に回転させた状
態でショットピーニング加工を施スことを特徴とするも
のであり、これにより、従来のコイルばねのショットピ
ーニング方法にヨッてはめることのできなかったコイル
の内側及び外側は無論のこと、更に、コイル素線間にシ
ョットを均一に打付けることができ、より効果的な高い
圧縮残留応力の生成に伴い、高い疲れ強さを有するコイ
ルはねの効率的な生産が行なわれるようになるものであ
る。

茨た、本発明装置は、上記の方法を実施するために、断
面形状がほぼ７字状である、ある長さを有している移送
体の上部が外方に拡開している対向する側壁に、その長
手方向の中心砂上に各側壁面に対して垂直に回転軸を、
移送体の長手方向の垂直中心平面に対して対称的に設け
、各回転軸の内端部に台座をそれぞれ固着して取付け、
移送体は水平に移動可能であると共に各回転軸は同時に
回転駆動されるようζこし、また。

移送体の移動径路の上方に高速度ショット投射機を配置
して成ることを特徴とするものである。

以下、本発明をその装置の実施例を示す添附図面の第２
及び３図に基づいて詳細に説明する。

＠コ及び３図は１本発明方法を実施するための装置の原
理的な構成を示すものであるが１図に示すように、あら
かじめ成形し、熱処理を完了したコイルばねｌを取付け
るためのｌ対の円形の台座２．　、２２　が、横断面形
状が水平底部３３を有するほぼ７字形であり且つある長
さを有している枠状の水平な移送体３の対向して上部が
外方に拡開するように配置されている各側壁３、　、　
ｊ２　の長手方向の中心線上に対向して各側壁３８，３
□の面に対して垂直に且つその壁を貫通して回転自在に
取付けられた各回転軸グ１，６の内端部に垂直に固着さ
れており、韮た。各回転軸グ１，６の移送体３の各側壁
３１　＋　３２の外部にある端部部分には、駆動歯車’
ｌ　ｇ　’２　が各回転軸に対して垂直に固着されてい
る。なお、本実施例においては、このような台座２１　
＋　２２の対が、移送体３の各側壁’＋　＋　３２　の
長手方向の中心線上に、等間隔に３対配置されている。

更に、移送体３の各側壁３１　＋　３２　の下方には、
それぞれ、長方形の板状の軌道ガイド＆、　、　＆。

が１間隔を置いて平行に対向して固定して配置されてお
り、才た。各軌道ガイド’１　ｒ　’ｔ　の水平な上辺
には、移送体３の各側壁３１　＋　”ｌ　から外部に突
出している各回転軸ｌｌＩ　ｒ　”２　の端部に垂直に
固着されている各駆動歯車”Ｉ＋’２とかみ合うように
ラック７１　＋　’２が、それぞれ、形成されている。

更に、これらの対向する軌道カイト’ｌ　＋　Ｆの間の
間隔内には、無端状の搬送コンベヤｇが配置されており
、このコンベヤざは、軌道ガイド’ｌ　ｈ　’２の外端
部に対向して水平に配置された／対の駆動ローラないし
は被駆動ローラｑＩ。

？、によって矢印Ｙの方向に水平に連続移動可能となっ
ている。

また、搬送コンベヤざの長手方向の中心線」二には、多
数の係止ピン１０が等間隔で外方に突出するように垂直
に固定されており、これらの係止ピン１０は、移送体３
の水平底部３８の中心にあけられた係合用穴／ｌに係合
可能となっている。

更に、搬送コンベヤｇの上方には、その長手方向のほぼ
中央部の位置に高速度ショット投射機１２が設置されて
いる。

本発明装置は上記のような構成を有しているが、次ぎに
、その作動を説明する。

まず、移送体３の６対の台座’ｌ＋’２によって、それ
ぞれ、コイルばねｌの各端部を、コイルはね／が常時湾
曲された状態となるように保持しておき、このような状
態において、移送体３をその底部３３の係合用穴／／が
搬送コンベヤｇの係止ピン１０と係合するようにし、移
送体３を搬送コンベヤどの矢印Ｙによって示される方向
への移動を介して、第２図で見て、その左方の始端部か
ら移動させる時、その移動径路の途中において、移送体
３の各回転軸ｐ、　、　ｐ２の外端部に設置された各駆
動歯車５１＋’２が各軌道カイト乙１．乙、の水平上辺
部に形成されたラック　７１．ワ□とかみ合うようにな
り、移送体３の搬送コンベヤｇを介する移動）こ伴って
これらの駆動歯車、ｔ、　、　５．は、軌道ガイド’ｌ
　＋　’２のランク７１　＋　７２とのかみ合いが解放
される才で連続的に回転駆動され、これに伴って、駆動
歯車’１ｓ’ｔと一体の台座２１．へも連続的に回転駆
動され、従って、これらによって保持されたコイルはね
ｌも、連続的に強制回転されることとなる。この場合、
コイルばねｌは、第３図に示すように、あらかじめ一定
の圧縮力と。

湾曲状に変形させる曲げ力とを同時に加えられた状態に
おいて、対向しているｌ対の台座コ、。

２２　に取付けられているので、高速度ショット投射機
１２のインペラ側に面したコイル／の外側の素線間隔は
、開いた状態にある。逆に、／　ｇ　００旋回された位
置にあり、ショット投射機／２のインペラに対向するコ
イル／の素線間は密着に近い状態にある。

このようにして、移送体３が高速度ショット投射機７．
２の下部を通過する時には、コイルばねｌは、常時湾曲
した状態で、しかも１回転しながらショット投射域１３
を通過するものであるので、コイルばね／自体は、例え
ば１乗用車の懸架装置に取付けられたコイルばねの動き
に類似したアコーディオンモーション状態の挙動を繰返
しながらストレスショットピーニング加工を受けること
になる。

このことは、とりもなおさず、コイル／の内側及びその
外側だけではす＜、コイル素線の全周に渡り、しかも、
均一なストレスショットピーニング作用を受けるように
することができることを意味するものである。

ここで、このような装置によって本発明方法を実施した
コイルばねのショットピーニング加工の試験結果を説明
する。

熱開成形によって、直径ｄ＝＝／／順のばね用鋼材（Ｅ
ＩＡＢ９．２＆ｕ）を素線とし、コイル平均径／１０ｍ
で、有効巻数５巻のコイルばねを製造し、熱処理後、常
温でｏ、ｇｍのカットワイヤーショットを用いた遠心式
ショットピーニング機により、従来のショットピーニン
グ方法によるものと、本発明によるストレスショットピ
ーニング方法によりピーニング加工を施したものとを被
試験材とした。

才た。ショットピーニング強度は、アークハイトθ、ｔ
２’１ＩＴｌＡｓ力バレージタ０％以上であり、ストレ
スショットピー二ング時においては、コイルばね内側の
素線に最大主応力が７．ｔ−４０〜ｆ／１１７Ｍ２発生
することを目標にし、コイルはねに圧縮力及び湾曲状に
曲げ力を加えた。

ショットピーニング施行後、それぞれのコイルばねに平
行圧縮荷重を繰返し加えて疲れ試験を行なった結果１表
に示すような結果が得られた。表から分かるようζこ１
本発明によるストレスショットピーニング加工を施した
ものは、最大ｌｌＳ縁ｆ／−の応力に対し、ｇｏ×ｔｏ
’ｔｇ１の繰返しにも折損することなく耐えることがで
き。

従来のショットピーニング加工を施したものの疲れ強さ
に比べて、３倍以上の疲れ強さの同上することが確認さ
れた。

ｍ− 一／ ２−′ 辰、疲れ試験結果 このように、両ンヨットピーニング方法において、ばね
の疲れ強さに相違の生ずることは、前記のように、ショ
ットピーニング加工によって生成される残留応力の効果
の度合が大きく影響しているものであり、また、実際、
両ショットピーニング加工を施したコイルはねの残留応
力をエックス線応力測定装置によってコイルばねの素線
表面を測定した結果１本発明によるストレスショットピ
ーニング加工を施したコイルばねの圧縮残留応力は？　
ｏＫｙｆ４ｍ２前後であり、従来のショットピーニング
を施したコイルばねに比べて約２倍の高い値であること
を確認することができた。

以上のように、本発明方法においては、従来のショット
ピーニング加工を施したコイルはねに比べ、疲れ強さを
著しく向上させることができ、あるいは、同じ疲れ強さ
をコイル素線間隔の小さいコイルばねにも発揮させるこ
とができるという優れた効果が得られるものである。

韮た、本発明装置は、上記のような構成及び作用を有す
るものであるので、コイルばね自体の圧縮応力と曲げ応
力とによって確実にアコーディオンモーション状態を保
持することになり。

調整を必要とする何らの外力をも必要とすることなく、
また、コイルは回転しながらショットピーニング機のシ
ョット投射域を通過するので。

コイルばねの素線全周に渡り、均一なストレスショット
ピーニング加工効果が得られ、従来の装置によっては得
られない高い疲れ強さを有するコイルばねとすることが
できるものである。

しかも、移送体にピーニングされるべきコイルばねを複
数取付けられる設備を具備することにより、加工を流れ
作業によって行なうことが可能となるので、生産性の向
上を画期的なものとすることができるという優れた効果
を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のコイル状ばね材のショットピーニング
方法を説明するための斜面図、第２図は、本発明装置の
ｌ実施例の概略的な構成を示す正面図、第３図は、第２
図の厘−１線に沿う断面図である。 ｌ・・コイル状ばね材？２１１２２　・・台座；３・・
移送体７”ｌ＋”２　・・回転軸；夕０，５ｔ・・駆動
歯車；　’！＋’２　・・軌道ガイド；ざ・・搬送コン
ベヤ；１０・・係止体；／２・・高速度ショット投射機
；／３・・ショット投射域。 特許出願人　三菱製鋼株式会社 章１図 （す３θ０７１１）　昭和５９年１２月１３　日特許庁
長官殿 事件の表示 昭和５９年特許願第　−１７！０　号 発明の名称 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人　′ ４、代理人 ７、補正の内容 本願明細書の名称を「コイルばね、そのストレスショッ
トピーニング１誓ｖび１門」と訂正し、本願明細書の記
載の一部を次ぎのように訂正する。 ｌ　「特許請求の範囲」を別紙のとおり訂正する。 ユ　第１ページ第３行「コイルばねの」を「コイルげね
、その」と訂正する。 Ｊ　第２ページ第、２０行「圧縮コイルはねにおける」
を「コイルばね、その」と訂正する。 弘　第Ｓページ１９行〜第６ページ第−行「のコイルば
ね・・自得ること」を「ショットピーニング加工を施さ
れたコイルはねにおける欠点を除去し、高い疲れ強さを
有するコイルばねを得ることを」と訂正する。 よ　第６ページ第３行の次ぎに１また５本発明の第二の
目的は、本発明によるコイルばねを製造するための効率
的な新規なストレスショットピーニング方法を得ること
にあるものである。」を追加する。 ム　第６ページ第亭行「また、本発明の第二の目的は」
を「更に、本発明の第三の目的はｊと、第を行「更に」
を「最後に」と、第１／行「第三」を「第四」と、第１
３行「本発明方法」を「本発明によるコイルはねは、コ
イル状に巻回されたコイル材の内側及び外側に実質的に
均一にストレスショットピーニング加工を施されたこと
を特徴とするものであり、また、そのたωショットピー
ニング方法」と訂正する。 ２　第１Ｓページ第Ｓ行「方法」を「によるコイルばね
」と、第１’Ｉ行「装置」を１方法及び装置」と訂正す
る。 ＆　第１６ページ第３行「装置」を「方法及び装置」と
訂正する。 特許請求の範囲 ｌ　コイル状に巻回されたばね材に、コイルの外側及び
内側に実質的に均一にストレスショットピーニング装置
を施して成ることを特徴とするコイルはね。 ユ　コイル状のばね材に一定の圧縮力と、湾曲状に変形
させる曲げ力とを同時に加え、更に、コイル中心線を軸
とした円周方向に回転させた状態の下にコイルの内側及
び外側にショットヒーニング加工を施すことを特徴とす
るコイルばねのストレスショットピーニング方法。 ３、　断面形状がほぼ７字状であり、ある長さを有する
水平な移送体の、上部が外方に向かって拡開している対
向する各側壁に、その長手方向の中心線上に各側壁面に
対して垂直に回転軸を、移送体の長手方向の垂直中心平
面に対してほぼ対称的に設け、各回転軸の内端部に台座
をそれぞれ固着して取付け、移送体は水平に移動可能で
あると共に各回転軸は同時に回転駆動されるようにし、
また、移送体の水平移動径路の上方には高速度ショット
投射機を配置して成ることを特徴とするコイルばねのス
トレスショットピーニング装置。 刹　移送体の各側壁に設けられた各回転軸を各側壁を貫
通して外部に突出させ、移送体は水平に連続移動自在に
配置された搬送コンベヤによって水平移動可能とし、ま
た、その搬送コンベヤの移動径路の各側に沿って各軌道
ガイドを相互に対向するように水平に長手方向に固定し
て配置し、各軌道ガイドの上辺部にはラックを形成し、
仁のラックにかみ合う歯車を移送体の対向する各側壁か
ら外部に突出している各回転軸の端部にそれぞれ固着し
て成る特許請求の範囲第３項記載の装置。 よ　移送体に、その側壁に長手方向の中心線に治って数
対の台座を等間隔にそれぞれ対向するように配置して成
る特許請求の範囲第３・又はダ項記載の装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　コイル状のばね材に一定の圧縮力と、湾曲状に変形
   させる曲げ力とを同時に加え、更に、コイル中心線を軸
   とした円周方向に回転させた状態の下にコイルの内側及
   び外側にショットピーニング加工を施すことを特徴とす
   るコイルばねのストレスショットピーニング方法。 ユ　断面形状がほぼ７字状であり、ある長さを有する水
   平な移送体の、上部が外方に向かって拡開している対向
   する各側壁に、その長手方向の中心線上に各側壁面に対
   して垂直に回転軸を、移送体の長手方向の垂直中心平面
   に対してほぼ対称的に設け、各回転軸の内端部に台座を
   それぞれ固着して取付け、移送体は水平に移動可能であ
   ると共に各回転軸は同時に回転駆動されるようにし、韮
   だ、移送体の水平移動径路の上方には高速度ショット投
   射機を配置して成ることを特徴とするコイルは　。 ねのストレスショットピーニング装置。 ３　移送体の各側壁に設けられた各回転軸を各側壁を貫
   通して外部に突出させ、移送体は水平に連続移動自在に
   配置された搬送コンベヤによって水平移動可能とし、ま
   た、その搬送コンベヤの移動径路の各側に沿って各軌道
   カイトを相互に対向するように水平に長手方向に固定し
   て配置し、各軌道ガイドの上辺部にはラックを形成し、
   このランクにかみ合う歯車を移送体の対向する各伊１ｊ
   壁から外部に突出している各回転軸の端部にそれぞれ固
   着して成る特許請求の範囲第コ項記載の装置。 侶　移送体に、その側壁に長手方向の中心線に沿って数
   対の台座を等間隔にそれぞれ対向するように配置して成
   る特許請求の範囲ｆ、２又は３項記載の装置。