JPS61218843A - 鋼製ばねとその製造方法 - Google Patents
鋼製ばねとその製造方法Info
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- JPS61218843A JPS61218843A JP60059889A JP5988985A JPS61218843A JP S61218843 A JPS61218843 A JP S61218843A JP 60059889 A JP60059889 A JP 60059889A JP 5988985 A JP5988985 A JP 5988985A JP S61218843 A JPS61218843 A JP S61218843A
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- Japan
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- hardness
- spring
- tempering
- spring material
- surface side
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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
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Springs (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、例えばコイルばねや板ばねなどに使用される
鋼製ばねとその′ｔＡ造方決方法する。
鋼製ばねとその′ｔＡ造方決方法する。
自動車用を始めとして、各種機器に使用されるばねの軽
量化と耐久性向上を図ることは、省エネルギー、省資源
などの見地から非常に重要な課題である。
量化と耐久性向上を図ることは、省エネルギー、省資源
などの見地から非常に重要な課題である。
鋼製ばねの軽量化と耐久性向上を図る場合、材料の強度
向上を図ることが一つの有力な手段となる。すなわち第
３図に示されるように、理論的には設計許容応力τを高
めることにより、軽量化を達成できることになる。
向上を図ることが一つの有力な手段となる。すなわち第
３図に示されるように、理論的には設計許容応力τを高
めることにより、軽量化を達成できることになる。
しかしながら、強度向上を図るために材料の硬さを上げ
てゆくと、材料表面の微小傷等に対する切欠き感受性が
大きくなる。このため、第４図に示されるように硬度が
高過ぎるとかえって耐久性が低下することになり、ばね
の高強度化には限界がある。
てゆくと、材料表面の微小傷等に対する切欠き感受性が
大きくなる。このため、第４図に示されるように硬度が
高過ぎるとかえって耐久性が低下することになり、ばね
の高強度化には限界がある。
また、ばねは荷重付加状態で長期間使用すると塑性変形
（以下、へたりと呼ぶ）を生じる。このため耐へたり性
が要求されが、その反面、使用中に折損しないようにす
るためには耐久性も要求される。耐へたり性を高める場
合、ばねを高硬度化することは有効であるが、硬度が上
がると前述したように切欠き感受性が高くなり、耐久性
が低下する。従って、これら相反する性質を克服するこ
とが重要な課題である。
（以下、へたりと呼ぶ）を生じる。このため耐へたり性
が要求されが、その反面、使用中に折損しないようにす
るためには耐久性も要求される。耐へたり性を高める場
合、ばねを高硬度化することは有効であるが、硬度が上
がると前述したように切欠き感受性が高くなり、耐久性
が低下する。従って、これら相反する性質を克服するこ
とが重要な課題である。
従来、一般に懸架用の鋼製ばねは、第５図に示されるよ
うに、ばねの横断面方向の硬さ分布がほぼ均一となるよ
うに焼入れおよび焼戻しの熱処理が施されている。また
、熱処理後はショットピーニングが行なわれ、ばね表層
部に圧縮残留応力を生じせしめて耐久性の向上が図られ
ている。
うに、ばねの横断面方向の硬さ分布がほぼ均一となるよ
うに焼入れおよび焼戻しの熱処理が施されている。また
、熱処理後はショットピーニングが行なわれ、ばね表層
部に圧縮残留応力を生じせしめて耐久性の向上が図られ
ている。
なお同第５図において、材料表面のごく限られた領域に
硬度の低下した箇所ａが見られるが、これは脱炭により
鋼材表面の炭素量が低下して不可避的に硬度が落ちた部
分である。周知の如く脱炭は耐久性の低下を引き起す有
害な現象である。
硬度の低下した箇所ａが見られるが、これは脱炭により
鋼材表面の炭素量が低下して不可避的に硬度が落ちた部
分である。周知の如く脱炭は耐久性の低下を引き起す有
害な現象である。
［発明が解決しようとする問題点］
上述したように近時はばねの高応力化と高耐久性を図る
ために熱処理による硬さを高める傾向にあるが、硬さを
現状の最大ＨＲＣ５０前後よりも大きくすると、表面が
硬過ぎてショットピーニングが充分にかからなくなると
ともに、材料の切欠き感受性が大きくなるため、かえっ
て耐久性が低下したり耐久性のばらつきを引き起す。耐
久性のばらつきは品質が不安定となる原因になる。
ために熱処理による硬さを高める傾向にあるが、硬さを
現状の最大ＨＲＣ５０前後よりも大きくすると、表面が
硬過ぎてショットピーニングが充分にかからなくなると
ともに、材料の切欠き感受性が大きくなるため、かえっ
て耐久性が低下したり耐久性のばらつきを引き起す。耐
久性のばらつきは品質が不安定となる原因になる。
本発明の鋼製ばねは、熱処理により硬度を高めたばね材
料内部と、このばね材料内部の表面側に設けられかつば
ね材料内部の平均硬さよりも硬度を低くした表面側の低
硬度部分とからなることを特徴とする。
料内部と、このばね材料内部の表面側に設けられかつば
ね材料内部の平均硬さよりも硬度を低くした表面側の低
硬度部分とからなることを特徴とする。
また上記鋼製ばねを得るには、ばね材料に焼入れの熱処
理を行なうことにより材料内部までほぼ均一に硬度を高
めたのち、ばね材料の主に表面側部分を焼戻し温度まで
短時間急速加熱してから冷却することによりパターン焼
戻しを行なうことによって、ばね材料の表面側部分の硬
さを材料内部の硬さよりも低くすることができる。
理を行なうことにより材料内部までほぼ均一に硬度を高
めたのち、ばね材料の主に表面側部分を焼戻し温度まで
短時間急速加熱してから冷却することによりパターン焼
戻しを行なうことによって、ばね材料の表面側部分の硬
さを材料内部の硬さよりも低くすることができる。
上記鋼製ばねによれば、表面側部分の硬度が低下してい
るため切欠き感受性を低下させることができる。しかも
ショットピーニングがかかり易くなり、表層部に圧縮残
留応力を充分生じさせることができる。従ってばねの耐
久性が向上する。
るため切欠き感受性を低下させることができる。しかも
ショットピーニングがかかり易くなり、表層部に圧縮残
留応力を充分生じさせることができる。従ってばねの耐
久性が向上する。
また上記ばねによれば、冷間コイリングする際などに塑
性歪の最も大きくなる材料外周部の硬さが低く延性があ
るため、破断を生じさせずにコイリングすることができ
る。
性歪の最も大きくなる材料外周部の硬さが低く延性があ
るため、破断を生じさせずにコイリングすることができ
る。
本発明はコイルばねに限らず、例えば板ばねや弁ばね等
、要するに鋼を熱処理して得るばねであれば適用できる
。
、要するに鋼を熱処理して得るばねであれば適用できる
。
（実施例）
車両懸架用コイルばねに適用する場合、ばね材料は一例
として５ＬＪＰ７種（Ｊ ＩＳ、 ＧＩｉ８０１）を用
いる。線径は９Ｍである。但し、他の鋼種を用いること
も勿論可能である。
として５ＬＪＰ７種（Ｊ ＩＳ、 ＧＩｉ８０１）を用
いる。線径は９Ｍである。但し、他の鋼種を用いること
も勿論可能である。
直棒状をなす上記ばね材料を９００°Ｃに加熱し、油焼
入れを行なう。この焼入れにより、ばね材料はその内部
までほぼ均一な焼入れ硬さとなる。次に炉加熱による一
次テンパーを３５０℃Ｘ４０分間、すなわち低温焼戻し
を行なう。
入れを行なう。この焼入れにより、ばね材料はその内部
までほぼ均一な焼入れ硬さとなる。次に炉加熱による一
次テンパーを３５０℃Ｘ４０分間、すなわち低温焼戻し
を行なう。
以上の熱処理を行なったのち、高周波加熱コイルを用い
て、ばね材料の主に表面側部分を焼戻し温度（この場合
、表面温度５５０℃）まで急速加熱後、徐冷する。これ
により主に表面側部分が短時間加熱されて焼戻され、パ
ターン焼戻しとなる。
て、ばね材料の主に表面側部分を焼戻し温度（この場合
、表面温度５５０℃）まで急速加熱後、徐冷する。これ
により主に表面側部分が短時間加熱されて焼戻され、パ
ターン焼戻しとなる。
この焼戻しに要する時間は例えば１．５秒間である。
以上のパターン焼戻しが行なわれたばね材料は、第１図
に示されるように、ばね材料表面における硬さＡが、材
料内部平均硬ざＢに比べて低くなる。
に示されるように、ばね材料表面における硬さＡが、材
料内部平均硬ざＢに比べて低くなる。
すなわち材料表面から材料中心部までの距離（材料半径
）をＲとした場合、材料直径の３分の１の領域の硬さの
平均をとって中心部硬さとし、この中心部硬さの９８％
の硬さを示す位置から材料表面までの距離、すなわち低
硬度部分の材料表面からの深さをＣとする。つまり、Ｃ
は硬さの低下域長さを示している。実際にばねとして用
いる場合、この低硬度部分の硬さはＨＲＣ硬さで３５な
いし５３がよい。また材料表面の硬さＡと、材料内部の
平均硬さＢとの硬度差を、少なくともＨＲＣ硬さで２以
上とする。また上記低硬度部分の深さＣが、材料表面か
ら材料中心部までの距離Ｒの３％以上となるように、パ
ターン焼戻しの加熱温度や時間などを鋼種、線径等との
関係で設定する。
）をＲとした場合、材料直径の３分の１の領域の硬さの
平均をとって中心部硬さとし、この中心部硬さの９８％
の硬さを示す位置から材料表面までの距離、すなわち低
硬度部分の材料表面からの深さをＣとする。つまり、Ｃ
は硬さの低下域長さを示している。実際にばねとして用
いる場合、この低硬度部分の硬さはＨＲＣ硬さで３５な
いし５３がよい。また材料表面の硬さＡと、材料内部の
平均硬さＢとの硬度差を、少なくともＨＲＣ硬さで２以
上とする。また上記低硬度部分の深さＣが、材料表面か
ら材料中心部までの距離Ｒの３％以上となるように、パ
ターン焼戻しの加熱温度や時間などを鋼種、線径等との
関係で設定する。
線径９ＩＩＭ４のばねでは、第２図に示されるように材
料表面の硬さが約ＨＲＣ５０、材料内部の硬さが約ＨＲ
Ｃ５７、そして硬さの低下域長さＣは材料表面から０．
５ｍ＋以上である。
料表面の硬さが約ＨＲＣ５０、材料内部の硬さが約ＨＲ
Ｃ５７、そして硬さの低下域長さＣは材料表面から０．
５ｍ＋以上である。
パターン焼戻し後、ばね素材に冷間コイリングまたは冷
却前に温間でコイリングを行ない、引き続き３８０″Ｃ
Ｘ ４０分間の二次テンパー、すなわち低温焼鈍を実施
する。その後、一般のばねと同様にショットピーニング
を実施するとともに、セツチングを行なう。また、必要
に応じて防錆処理が施される。
却前に温間でコイリングを行ない、引き続き３８０″Ｃ
Ｘ ４０分間の二次テンパー、すなわち低温焼鈍を実施
する。その後、一般のばねと同様にショットピーニング
を実施するとともに、セツチングを行なう。また、必要
に応じて防錆処理が施される。
上記方法によって得たコイルばねと、従来方法によるコ
イルばねの疲労強度試験を行ない比較したところ、応力
条件（τｍ±τａ）が６５±５５Ｎｇｆ ／＃ｌ１２に
おいては、従来品の寿命が８ないし１５万回であったの
に対し、本実施例品は２０ないし２５万回であり、平均
寿命が画期的に向上することが確認された。しかも耐久
性のばらつきも相対的に小さくなった（ｎ−５本）。こ
こで従来品とは、従来の一般的な焼入れ、焼戻しの熱処
理により、硬さをＨＲＣ５２に調整したものである。
イルばねの疲労強度試験を行ない比較したところ、応力
条件（τｍ±τａ）が６５±５５Ｎｇｆ ／＃ｌ１２に
おいては、従来品の寿命が８ないし１５万回であったの
に対し、本実施例品は２０ないし２５万回であり、平均
寿命が画期的に向上することが確認された。しかも耐久
性のばらつきも相対的に小さくなった（ｎ−５本）。こ
こで従来品とは、従来の一般的な焼入れ、焼戻しの熱処
理により、硬さをＨＲＣ５２に調整したものである。
また、コイルばねの締付は試験により耐へたり性の比較
を行なったところ、締付は応力τｍａＸ −１２０Ｋｌ
ｆ ／１ｒｔｔａ”では、従来品は残留剪断歪γが平均
５Ｘ１０４であったのに対し、本実施例品では、平均２
．５ ＸｌＯ４と約半分に減少し、耐へたり性に関して
も優れた性質を示した。
を行なったところ、締付は応力τｍａＸ −１２０Ｋｌ
ｆ ／１ｒｔｔａ”では、従来品は残留剪断歪γが平均
５Ｘ１０４であったのに対し、本実施例品では、平均２
．５ ＸｌＯ４と約半分に減少し、耐へたり性に関して
も優れた性質を示した。
なお従来方法において、焼戻し温度を低くして低温焼戻
しを行ない、本実施例品の中心部硬さくＨＲＣ５７）と
同程度にしたものは、上記条件で締付は試験を行なうと
γ−２Ｘ１０’と良好な値を示す。しかし疲労試験に関
しては、折損に至るまでの回数が３ないし９万回と、Ｈ
ＲＣ５２のものよりも寿命が短くなる。すなわち表面硬
度が硬くなり過ぎて切欠き感受性が高くなるからである
。
しを行ない、本実施例品の中心部硬さくＨＲＣ５７）と
同程度にしたものは、上記条件で締付は試験を行なうと
γ−２Ｘ１０’と良好な値を示す。しかし疲労試験に関
しては、折損に至るまでの回数が３ないし９万回と、Ｈ
ＲＣ５２のものよりも寿命が短くなる。すなわち表面硬
度が硬くなり過ぎて切欠き感受性が高くなるからである
。
以上述べたように本実施例によれば、ばね材料表面の切
欠き感受性を低下させることができるばかりでなく、表
面硬度が下がるためショットピーニングがかかり易くな
り、表層部に圧縮の残留応力を充分生じせしめることが
できる。従って耐久性の向上に非常に有効となる。そし
て材料内部側は硬度が高いから、許容応力を高くとるこ
とができ、軽量化と耐へたり性の向上を図ることができ
る。
欠き感受性を低下させることができるばかりでなく、表
面硬度が下がるためショットピーニングがかかり易くな
り、表層部に圧縮の残留応力を充分生じせしめることが
できる。従って耐久性の向上に非常に有効となる。そし
て材料内部側は硬度が高いから、許容応力を高くとるこ
とができ、軽量化と耐へたり性の向上を図ることができ
る。
しかも製造面においては、冷間コイリング時に塑性歪の
最も大きくなる材料外周部の硬さが低く延性があるので
、高硬度ばねでありなから冷間コイリングを行なう際に
破断を生じることがない。
最も大きくなる材料外周部の硬さが低く延性があるので
、高硬度ばねでありなから冷間コイリングを行なう際に
破断を生じることがない。
なお前述したように、従来品においても焼入れ時の表面
層の脱炭によって、表面層の硬度が下がっていることが
ある（第５図のａ部参照）。しかしながら脱炭はコイル
ばねの場合、規格では線径１０ｍでも最大０．１２ｍｍ
以下でおり、ごく限られた表面層のみに生じる。しかも
脱炭は炭素量が低下して耐久性に悪彰−を与えるもので
ある。これに対して本発明の場合には、前述したように
主に表面側部分を短時間加熱することにより表面側の硬
度を所望の深さだけ低下させるのであり、硬さ低下域の
長ξＣを大きくとれるとともに耐久性を向上できるなど
の点で、脱炭とは本質的に相違するものである。
層の脱炭によって、表面層の硬度が下がっていることが
ある（第５図のａ部参照）。しかしながら脱炭はコイル
ばねの場合、規格では線径１０ｍでも最大０．１２ｍｍ
以下でおり、ごく限られた表面層のみに生じる。しかも
脱炭は炭素量が低下して耐久性に悪彰−を与えるもので
ある。これに対して本発明の場合には、前述したように
主に表面側部分を短時間加熱することにより表面側の硬
度を所望の深さだけ低下させるのであり、硬さ低下域の
長ξＣを大きくとれるとともに耐久性を向上できるなど
の点で、脱炭とは本質的に相違するものである。
なお本発明のｗＡ製ばねを得る一手段として、例えば予
め材料表面側の部分の炭素量を材料内部側の炭素量より
も少なくしたばね材料を用い、これに熱処理を施すこと
によって、材料表面側部分の硬さが材料内部側の硬さよ
りも低くなるようにしてもよい。
め材料表面側の部分の炭素量を材料内部側の炭素量より
も少なくしたばね材料を用い、これに熱処理を施すこと
によって、材料表面側部分の硬さが材料内部側の硬さよ
りも低くなるようにしてもよい。
本発明によれば、ばねの高強度化による軽量化と、耐へ
たり性および耐久性の向上を両立でき、かつ品質の安定
した鋼製ばねを得ることができる。
たり性および耐久性の向上を両立でき、かつ品質の安定
した鋼製ばねを得ることができる。
第１図はパターン焼戻しの行なわれたばね材料の硬さ分
布を示す図、第２図は硬さの低下域を示す図、第３図は
軽量化率と設計許容応力の関係を示す図、第４図は焼戻
し硬さと疲れ限度の関係を示す図、第５図は従来の熱処
理が施されたばね材料の硬さを示す図である。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第１図 第２図 （ｍｍ）
布を示す図、第２図は硬さの低下域を示す図、第３図は
軽量化率と設計許容応力の関係を示す図、第４図は焼戻
し硬さと疲れ限度の関係を示す図、第５図は従来の熱処
理が施されたばね材料の硬さを示す図である。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第１図 第２図 （ｍｍ）
Claims (5)
- （１）熱処理により硬度を高めたばね材料内部と、この
ばね材料の表面側に設けられかつばね材料内部の平均硬
さよりも硬度を低くした表面側の低硬度部分とからなる
ことを特徴とする鋼製ばね。 - （２）上記低硬度部分の硬さをＨ＿ＲＣ硬さで３５ない
し５３とし、かつ材料表面の硬さと材料内部の平均硬さ
との硬度差を、少なくともＨ＿ＲＣ硬さで２以上とした
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の鋼製ばね
。 - （３）上記低硬度部分の材料表面からの深さをＣ、材料
表面から材料中心部までの距離をＲとしたときに、Ｃを
Ｒの３％以上としたことを特徴とする特許請求の範囲第
１項または第２項記載の鋼製ばね。 - （４）ばね材料に焼入れの熱処理を行なうことにより材
料内部までほぼ均一に硬度を高めたのち、ばね材料の主
に表面側部分を焼戻し温度まで急速加熱してから冷却す
ることによつてパターン焼戻しを行ない、表面側部分の
硬さを材料内部の硬さよりも低くすることを特徴とする
鋼製ばねの製造方法。 - （５）上記パターン焼戻しの際の加熱を高周波加熱によ
つて行なうことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載
の鋼製ばねの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5988985A JPH0686892B2 (ja) | 1985-03-25 | 1985-03-25 | 鋼製ばね |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5988985A JPH0686892B2 (ja) | 1985-03-25 | 1985-03-25 | 鋼製ばね |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61218843A true JPS61218843A (ja) | 1986-09-29 |
| JPH0686892B2 JPH0686892B2 (ja) | 1994-11-02 |
Family
ID=13126136
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5988985A Expired - Lifetime JPH0686892B2 (ja) | 1985-03-25 | 1985-03-25 | 鋼製ばね |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0686892B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2192201A1 (de) | 2008-11-21 | 2010-06-02 | Muhr und Bender KG | Gehärteter Federstahl, Federelement und Verfahren zur Herstellung eines Federelements |
| WO2022131374A1 (ja) * | 2020-12-19 | 2022-06-23 | デルタ工業株式会社 | トーションバー及びその製造方法 |
-
1985
- 1985-03-25 JP JP5988985A patent/JPH0686892B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2192201A1 (de) | 2008-11-21 | 2010-06-02 | Muhr und Bender KG | Gehärteter Federstahl, Federelement und Verfahren zur Herstellung eines Federelements |
| JP2010133558A (ja) * | 2008-11-21 | 2010-06-17 | Muhr & Bender Kg | 硬化されたばね鋼、ばねエレメント及びばねエレメントを製造する方法 |
| EP2192201B1 (de) * | 2008-11-21 | 2019-04-24 | Muhr und Bender KG | Gehärteter Federstahl, Federelement und Verfahren zur Herstellung eines Federelements |
| WO2022131374A1 (ja) * | 2020-12-19 | 2022-06-23 | デルタ工業株式会社 | トーションバー及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0686892B2 (ja) | 1994-11-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |