JPS6352729A - 耐疲れ性にすぐれたばねの製造方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は自動車エンジンその他耐疲れ性を高度に要求
される分野に用いられる高強度ばねの製造法に関するも
のである。

〈従来の技術〉 金属材料の耐疲れ性は、その硬さとともに増加するが、
ある硬さ以上になると、表面疵や材料内部に含まれる非
金属介在物などの影響を受けて低下すると云われている
。

従って、高強度でしかも欠陥の少ない月利が耐疲れ性に
は有利であると考えられる。

例えば自動車エンジンに使用される弁ばねは、その過酷
な使用環境から、耐疲れ性、耐熱性が高度に要求されて
いる。この弁ばね用の素材としては、高強度のほかに耐
熱性、コイリング成形性、経済性などを考慮して高炭素
鋼線や低合金銅線が実用化されている。

最近では上記の中でも耐疲れ性、耐熱性にすぐれたＳＬ
　Ｃｒ　ＷＩＪ線の使用が広まっている。また、マルエ
ージング銅線などの高合金鋼線を使用した開発も進めら
れ、ばね用鋼線はさらに高強度化の傾向にある。

近年、この高強度化と相俟って皮剥ぎなどの表面手入れ
技術や、疵発生源対策による表面疵の低減と清浄鋼溶製
技術の確立による非金属介在物の低減により材料欠陥は
改善され、弁ばねの耐疲れ性は一段と向上している。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところが、最近の自動車エンジンの開発動向をみると、
従来よりもさらに高出力であって、しかも軒昂であるこ
とが要求されている。

そのため、弁ばねにおいてもさらに高応力設計、高野命
が要求され、−層の改善が望まれている。

従来より、ばねの耐疲労性を向上させるだめの表面処理
方法として鋼製の粒子からなる多数のショットを素線の
表面に高速度で打ちつけるショットピーニング処理が行
なわれている。この効果はショットが素線に衝突する際
に生ずる局部的な塑性変形が素線表面全面におよび、表
面層のみが延展されることにより生ずる外周部の圧縮残
留応力の作用によるものである。

ところが、ショットピーニングにより生じた圧痕は、応
力集中の原因となり、これは耐疲れ性に対しマイナスに
作用するので好ましくない。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明者らは上記したような従来法の問題点に鑑みて、
検討の結果耐疲れ性にすぐれた新規なコイルばねおよび
その製造方法を見出したのである。

即ち、この発明は炭素鋼線または合金鋼線を用いて母材
硬さがＨＶ≧５５０に調整された」イルばねを得る製造
］二押において、コイルばねに成形後行なわれるショッ
トピーニング処理後に電解研摩または化学研摩によって
索線表面を線径にして１０〜１００μ恵除去することに
より、表面粗さをＪＩＳ　　Ｂ０６０１の十点平均粗ざ
にて１μｍ以ト、４μｍ未満に仕上げることを特徴とし
、さらに上記研摩処理を電解研摩による場合、当該」イ
ルばねの内側に陰極を配置することを特徴とする耐疲れ
性にすぐれたばねおよびその製造方法であり、要するに
ショットピーニングを施すことによってばねの耐疲れ性
に及ぼされるマイナスの影響を、電解研摩または化学研
摩により除去することで、従来にない耐疲れ性にすぐれ
たばねを得るに至ったちのである。

〈作用〉 ばねの製造工程においては、通常コイリング成形後ショ
ットピーニング処理が施される。これは周知のように耐
疲れ性向上のために線表面部に圧縮残留応力を付与する
目的で行なわれるものであるが、この処理は同時にショ
ットの圧痕による疵を線表面全面に発生させる。

一方、耐疲れ性を確保するためには母材硬さを少なくと
も）−１ｖ≧５５０に調整し、高強度化を図る必要があ
る。

従って、切欠感受性は高くなり、負荷応力の大部分が集
中する外周部に材料欠陥が存在する場合は、逆に耐疲れ
性は低下してしまう。

従来、当該欠陥としては、素鋼線の非金属介在物や表面
疵が挙げられたが、前述の如く、現在これらは著しく改
善されており、ショットピーニングにより生じた疵が材
料欠陥としで残存している。

従って、このショットピーニングによる疵を研摩除去す
ることにより、耐疲れ性の向上が図れる。

コイルばねは、複雑な形状をしているので、この表面を
研摩するには化学研摩あるいは電解研摩が考えられる。

また、電解研摩による場合は、第１図に示すように陰極
をばねの内側に設（ブることで効率のにい研摩が可能で
ある。

その理由について以下説明する。

高強度ばねは通常単線の状態で伸線加工または熱処理に
より強度調整を施したのち、コイリングされる。従って
コイリング時に内側に発生した引張残留応力の影響が製
品にも残るため、ばねが圧縮されると、コイル外側に比
べ内側に高い応力がかかる。

従って研摩処理はコイル内側のみを対象に実施すること
で十分その目的が達せられる。第１図のようにコイル内
側に陰極を設けて電解研摩を行なうと、優先的にコイル
内側のみ研摩されるため、はぼ上記のような？ｉＪＩ’
ｌＩ？；が可能である。

また、線表面の研摩量を線径にして１０〜１００μｍに
限定したのは以下の理由のためである。

ショットピーニングを施したばねに電解研摩を施した場
合のばね素線の除去された層の厚みと、ＪＩＳ　　Ｂ−
０６０１により測定された最大高さくＲ□ａｘ）および
十点平均粗さくＲｚ）の関係は第２図に示す通りである
。

これは、化学研摩による場合もほぼ同等の傾向を示す。

この図より少なくとも線表面層を厚さ１０μ瓦以上研摩
し、ＪＩＳ　　Ｂ−０６０１による十点平均粗さにして
４μｍ未満にする必要があることが認められる。

一方、圧縮残留応力の分布は、銅線の硬さやショットの
硬さ、大きさ、速度、ピーニング回数により異なるが、
通常表面よりの深さ５０〜１５０μ瓦で最大となるので
、除去された層の厚みが５０μ瓦を超え、ＪＩＳ　　Ｂ
−０６０１による十点平均粗さにして１μｍ未満になる
ことは好ましくない。

以上のことから、線表面を均等に研摩する場合、研摩量
の範囲は線径にして２０〜１００μｍに相当する。

しかし、電解研摩によりコイル内側が優先的に研摩され
る場合を考慮して下限を１０μ而とした。

なお、高強度ばねは、通常ショットピーニング後歪取り
焼きなまし、さらにセツティングが施されるが、当該研
摩処理はシミツトピーニング以後であれば任意の段階で
処理可能である。

〈実施例〉 以下、実施例にてこの発明の詳細な説明する。

索鋼線として５ＷＯ８Ｃ−Ｖ　（Ｇ　Ｏ，６％、ＳＬｌ
、４％、Ｃｒ０．７％、−０，７％、残部Ｆｅおよび不
可避的不純物）の鋼線で、圧延のままの線材を皮剥、伸
線、酸洗いした径４．ｏｍｍのものを用い、８５０℃に
て５分間加熱したのち、油中５０℃で焼き入れし、４０
０℃にて１５分間の焼き戻しを連続的に行なった。

次いで下記第１表に示す諸元でばねに成形加工後、ショ
ットピーニング処理を行ない３０個のばねを試作した。

第　　　　１　　　　表 このうち、１５個のばねについて、第１図に示す電解研
摩装置にて第２表に示す条件で電解研摩を行なった。

なお第１図において１が被処理拐、即ちばねであり、２
は陽極、３は陰極、４は陽極支持ガイド・　　（絶縁体
）、５は電解層、６は電解液である。

第　　２　　表　（電解研摩条件） 上記電解研摩を行なったばねと、研摩を行なっていない
ばね、それぞれ１５個を平均締付応力６０Ｋｇｆ／ｍ〆
、応力振幅６０１（ｇｆ／−ではね疲労試験を行なった
。

電解研摩を行なったばねの線径は、研摩前後の質量を測
定し、この重量差分だけ素線径が減少したものとして算
出した。

疲労試験の結果は、第３図に示した。

この図より、この発明によるばねの耐疲れ性は従来法に
よるものに比べて極めてすぐれていることが認められた
。

〈発明の効果〉 以上詳述したように、この発明により得られるばねは、
従来になく高いｉ４疲れ性を有し、特に自動車エンジン
の弁ばねとして用いた場合、その軽是化が可能となり、
エンジンの性能向・上が期待されるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のばねを得るに当って実施する電解研
摩の際の電解研摩装置の一例を示す概略図、第２図はシ
ョットピーニングを行なったばねに電解研摩を施した場
合のばね素線の除去された層の厚みと最大高さくＲＩＩ
ｌａｘ）および十点平均粗さくＲｚ）の関係を示寸分布
図、第３図はこの発明になるばねと比較に用いたばねの
疲労試験結果を示す分布図である。 出願人代理人　　弁理士　　和　１）昭第８図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素鋼線または合金鋼線を用いて母材硬さがＨｖ
   ≧５５０に調整されたコイルばねを得る製造工程におい
   て、コイルばねに成形後行なわれるショットピーニング
   処理後に電解研摩または化学研摩によって素線表面を線
   径にして１０〜１００μｍ除去することにより、表面粗
   さをＪＩＳ　Ｂ０６０１の十点平均粗さにて１μｍ以上
   、４μｍ未満に仕上げることを特徴とする耐疲れ性にす
   ぐれたばねおよびその製造方法。
2. （２）電解研摩処理において、コイルばねの内側に陰極
   を配置することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の耐疲れ性にすぐれたばねおよびその製造方法。