KR101412288B1

KR101412288B1 - 아이부를 갖는 판 스프링 장치와, 판 스프링 장치의 제조 방법과, 쇼트 피닝 장치

Info

Publication number: KR101412288B1
Application number: KR1020127016138A
Authority: KR
Inventors: 아키라 단게; 기요시 구리모토; 유리카 고토; 다다카즈 가토; 신이치 이노구치
Original assignee: 카부시키가이샤 스미하쯔; 닛폰 하츠죠 가부시키가이샤
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2014-06-25
Also published as: JP2011131338A; CN102666016A; KR20120085327A; IN2012DN04873A; JP5450041B2; CN102666016B; MX346419B; MY156148A; MX2012007278A; WO2011077985A1

Abstract

판 스프링 장치(10)는 단부에 아이부(12)를 갖는 판 스프링(11)과, 아이부(12)에 압입된 부시(20)를 구비하고 있다. 아이부(12)의 내면(30)에는, 리머 등에 의한 절삭 가공이 이루어지고, 또한 쇼트 피닝이 이루어져 있다. 이 쇼트 피닝에 의한 아이 내면(30)의 압축 잔류 응력 분포는 아이부(12)의 감김 시작부(31)를 포함하는 제 1 영역(S1)의 압축 잔류 응력의 절대값(τ1)과, 아이부(12)의 감김 중간점(32)을 포함하는 제 2 영역(S2)의 압축 잔류 응력의 절대값(τ2)이, 아이 내면(30)의 이외의 영역(S3)의 압축 잔류 응력의 절대값(τ3) 보다 크다.

Description

아이부를 갖는 판 스프링 장치와, 판 스프링 장치의 제조 방법과, 쇼트 피닝 장치{LEAF SPRING DEVICE HAVING EYE, LEAF SPRING DEVICE MANUFACTURING METHOD, AND SHOT PEENING APPARATUS}

본 발명은, 차량의 현가 기구 등에 사용되는 아이부(eye)를 갖는 판 스프링 장치와, 판 스프링 장치의 제조 방법과, 아이부를 위한 쇼트 피닝 장치에 관한 것이다.

차량의 현가 기구에 사용되는 판 스프링 장치는, 단부에 아이부를 갖는 강철제의 판 스프링과, 이 판 스프링의 아이부에 삽입된 부시 등을 갖고 있다. 이 판 스프링 장치는 부시를 거쳐서 차체측의 부재에 장착되어 있다. 또한, 판 스프링의 내구성을 향상시키기 위해서, 쇼트 피닝이 실행되고 있다. 쇼트 피닝은 판 스프링의 표면에 예를 들면 컷 와이어 등으로 이루어지는 다수의 쇼트를 고속으로 블라스팅하는 것에 의해서, 판 스프링의 표면에 압축 잔류 응력을 일으키게 한다. 아이부의 내구성을 향상시키기 위해서, 아이부의 내면에 쇼트 피닝이 실행되기도 한다.

예를 들면 하기 특허문헌 1에 기재되어 있는 쇼트 피닝 장치를 이용하여, 아이부의 내면에 압축 잔류 응력을 부여시키는 것이 알려져 있다. 이 공지 기술에서는, 아이부의 내측에 쇼트 분사 노즐과 쇼트 반사 부재가 삽입된다. 상기 쇼트 분사 노즐로부터 쇼트 반사 부재를 향하여, 쇼트가 투사된다. 쇼트 분사 노즐로부터 투사된 쇼트는, 쇼트 반사 부재에 의해서 반사되어 아이부의 내면에 충돌한다. 이 특허문헌 1에는, 아이부의 하부에 집중적으로 쇼트 피닝을 실행하는 것에 의해서, 아이부의 피로 파괴와 지연 파괴를 억제하는 취지가 기재되어 있다.

일본 특허 공개 제 1993-138535 호 공보(일본 특허 공보 제 1995-36982 호)

특허문헌 1의 도 1 등에 개시되어 있는 바와 같이, 아이부의 내면 전체에 쇼트 피닝을 실행하면 아이부의 내구성을 향상시키는 것이 가능하다. 그렇지만 아이부의 내면 전체에 균일하게 쇼트를 투사하면, 내구성 향상의 효과가 적은 영역에도 다량의 쇼트를 투사하게 된다. 이 때문에, 쇼트 피닝 시간이 길게 걸릴 뿐만 아니라, 에너지 절약의 요망에 반한다.

특허문헌 1의 도 9에는, 아이부의 하부에 집중적으로 쇼트를 투사하는 것이 개시되어 있다. 그 경우에는, 피로 파괴를 억제하는데 있어서 효과가 인정되어도, 아이부에 따라서는 지연 파괴를 억제하는 효과가 적은 것이 있다. 예를 들면 SUP11 등의 스프링 강으로 이루어지는 고강도 판 스프링으로, 아이부에 압입되는 부시의 외경이, 아이부의 내경보다 0.5㎜ 이상 큰 것이 있다. 이와 같은 판 스프링에서는, 아이부의 하부에 쇼트 피닝을 집중적으로 실행하는 것 만으로는, 부시 압입 후의 지연 파괴를 억제하는데 있어서 효과가 적은 것이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 부시가 압입된 아이부의 피로 파괴와 지연 파괴를 억제할 수 있는 판 스프링 장치와, 쇼트 피닝 장치와, 판 스프링 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 판 스프링 장치는, 단부에 둥글게 감긴 아이부를 갖는 판 스프링과, 상기 아이부에 압입되는 부시를 구비한 판 스프링 장치에 있어서, 상기 아이부의 내측에 절삭 가공과 쇼트 피닝이 이루어진 아이 내면을 갖고, 또한 상기 아이 내면의 둘레방향의 압축 잔류 응력 분포에 관하여 해당 아이부의 감김 시작부를 포함하는 제 1 영역의 압축 잔류 응력의 절대값과, 아이 중심을 통과하는 연직선상의 감김 중간점을 포함하는 제 2 영역의 압축 잔류 응력의 절대값이, 해당 아이 내면의 다른 영역의 압축 잔류 응력의 절대값보다 큰 압축 잔류 응력 분포를 갖고 있다.

본 발명의 판 스프링 장치의 제조 방법은, 판 스프링의 단부를 둥글게 감는 것에 의해서 아이부를 형성하는 공정과, 상기 아이부의 내면을 절삭하는 것에 의해서 해당 아이 내면을 원형으로 완성하는 동시에 해당 아이 내면에 부착되어 있던 산화 피막을 제거하는 절삭 공정과, 상기 절삭 공정이 실행된 후에 실시되는 내면 쇼트 피닝 공정과, 상기 내면 쇼트 피닝 공정 후에 상기 아이부에 해당 아이부의 내경보다 큰 외경의 부시를 압입하는 공정을 구비하고 있다. 상기 내면 쇼트 피닝 공정에서는, 상기 아이 내면에 쇼트를 투사하는 것에 의해서 상기 아이 내면에 압축 잔류 응력을 부여하고, 또한 해당 아이 내면의 둘레방향의 압축 잔류 응력 분포에 관하여 해당 아이부의 감김 시작부를 포함하는 제 1 영역의 압축 잔류 응력의 절대값과, 아이 중심을 통과하는 연직선상의 감김 중간점을 포함하는 제 2 영역의 압축 잔류 응력의 절대값을, 해당 아이 내면의 다른 영역의 압축 잔류 응력의 절대값보다 크게 하고 있다.

상기 아이 내면에 쇼트 피닝을 실행하기 위한 쇼트 피닝 장치는, 상기 아이부의 내측에 삽입되는 쇼트 분사 노즐과, 상기 쇼트 분사 노즐과 대향하는 반사면을 갖고 상기 쇼트 분사 노즐로부터 투사된 쇼트를 해당 반사면에서 반사시켜 상기 아이 내면을 향하게 하는 쇼트 반사 부재를 구비하고, 상기 반사면은, 상기 제 1 영역과 제 2 영역을 향하여 반사하는 쇼트 양이 상기 다른 영역을 향하여 반사하는 쇼트의 양보다 많아지는 형상으로 하고 있다.

이 쇼트 피닝 장치에 있어서, 상기 쇼트 반사 부재의 축선에 대한 상기 반사면을 이루는 각도가, 해당 반사면에서 반사하는 쇼트의 투사각이 0°를 초과하며 45° 이하가 되는 각도로 설정되어 있으면 좋다.

본 발명에 의하면, 아이부에 부시가 압입되는 판 스프링 장치에 있어서, 아이부의 피로 파괴와 지연 파괴를 억제하는데 유효한 개소에 압축 잔류 응력을 충분히 부여할 수 있어, 아이부의 신뢰성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 판 스프링 장치의 정면도,
도 2는 도 1에 도시된 판 스프링 장치의 아이부를 확대하여 도시하는 정면도,
도 3은 도 2에 도시된 아이부와 부시를 분리한 상태로 도시하는 단면도,
도 4는 도 2에 도시된 아이부만을 도시하는 정면도,
도 5는 도 2에 도시된 아이부와, 절삭 가공을 위한 공구의 일부의 측면도,
도 6은 도 2에 도시된 아이부와, 내면 쇼트 피닝을 실행하기 위한 장치의 일부의 측면도,
도 7은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 쇼트 피닝 장치의 쇼트 반사 부재의 사시도,
도 8은 도 7에 도시된 쇼트 반사 부재의 측면도,
도 9는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 쇼트 피닝 장치의 쇼트 반사 부재의 사시도,
도 10은 도 9에 도시된 쇼트 반사 부재의 정면도,
도 11은 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 쇼트 피닝 장치를 도시하는 측면도,
도 12는 도 11에 도시된 쇼트 피닝 장치의 쇼트 반사 부재의 사시도,
도 13은 도 12에 도시된 쇼트 반사 부재의 정면도,
도 14는 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 쇼트 반사 부재의 사시도,
도 15는 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 쇼트 피닝 장치를 도시하는 측면도.

이하에 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 판 스프링 장치와, 그 제조 방법에 대하여, 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다.

도 1에 도시하는 판 스프링 장치(10)는, 예를 들면 자동차 등의 차량의 현가 기구에 사용된다. 이 판 스프링 장치(10)는 양단에 아이부(12)를 갖는 강철제의 판 스프링(11)과, 아이부(12)에 압입된 부시(20)를 갖고 있다.

판 스프링(11)은 도시하지 않는 차량의 현가 기구부에 장착되어, 차량의 하중을 탄성적으로 지지한다. 이 때문에 아이부(12)에 차량의 스프링 상중량이 부하되는 동시에, 차량의 가속 혹은 감속시에 인장의 응력이 아이부(12)에 반복 작용한다. 일반적으로는, 판 스프링(11)의 두께 방향으로 서브판(sub-leaves)(도시하지 않음)을 중첩하는 것에 의해서, 중첩판 스프링 장치가 구성된다.

판 스프링(11)의 재료(스프링 강)의 일 예는 SUP11이다. 화학 성분(mass%)의 일 예는 C：0.56 내지 0.64, Si：0.15 내지 0.35, Mn：0.70 내지 1.00, P：0.035 이하, S：0.035 이하, Cr：0.70 내지 1.00, B：0.0005 이상, 잔부(Fe)이다. 다만 이외의 강종의 스프링 강이 사용되어도 좋다.

도 2와 도 3에 도시하는 바와 같이, 부시(20)의 일 예는, 금속제의 외통(21)과, 내통(22)과, 탄성 부재(23)에 의하여 구성되어 있다. 탄성 부재(23)는 고무 등의 탄성 재료로 이루어지고, 외통(21)과 내통(22) 사이에 마련되어 있다. 이 판 스프링(11)에는 담금질과 뜨임(tempering) 등의 열 처리가 실행되어 있다.

판 스프링(11)의 양단부에 마련된 한쌍의 아이부(12) 사이의 영역이 띠형상의 리프부(11a)로 되어 있다. 바꾸어 말하면 리프부(11a)의 양단에 상기 아이부(12)가 형성되어 있다. 이 실시형태의 아이부(12)는 리프부(11a)의 양단으로부터 상측으로 둥글게 감겨져 있다. 즉, 이 아이부(12)는 위로 감겨진 아이(up-turned eye)이다. 아이부(12)의 판단(板端; 12a)과 리프부(11a)의 표면 사이에 약간의 간극(G)이 형성되어 있다.

판 스프링(11)의 표면에는, 제 1 쇼트 피닝 장치(25)(도 1에 일부를 모식적으로 도시함)에 의해서, 쇼트 피닝이 이루어져 있다. 제 1 쇼트 피닝 장치(25)는, 판 스프링(11)을 이동시키면서, 고속으로 회전하는 임펠러의 접선 방향으로 쇼트(26)를 투사한다. 쇼트(26)를 판 스프링(11)의 전체 둘레에 블라스팅하는 것에 의해서, 판 스프링(11)의 외면에 압축 잔류 응력이 생긴다.

도 4에 도시하는 바와 같이, 아이부(12)의 내측에 아이 내면(30)이 형성되어 있다. 이 아이 내면(30)에는, 후술하는 절삭 가공과 쇼트 피닝이 이루어져 있다. 아이 내면(30)은, 제 1 영역(S1)(도 2와 도 4에 하측의 해칭으로 나타내는 부분)과 제 2 영역(S2)(도 2와 도 4에 상측의 해칭으로 나타내는 부분)을 갖고 있다. 제 1 영역(S1)은 감김 시작부(31)를 포함하고 있다.

제 2 영역(S2)은 아이 중심(C1)을 통과하는 연직선(V)상의 감김 중간점(32)을 포함하고 있다. 제 2 영역(S2)은 감김 중간점(32)으로부터 감김 시작부(31)측에 각도(θ)만큼 되돌아온 위치(P1)를 포함하고 있다. 각도(θ)는 약 20˚이다. 제 2 영역(S2)은, 제 1 영역(S1)에 대하여 아이 중심(C1)을 사이에 두고 반대측, 즉 아이 내면(30)의 최상부에 위치하고 있다.

도 5에 도시하는 바와 같이 아이 내면(30)은, 리머(reamer) 등의 절삭 공구(40)를 이용한 절삭 가공에 의해서 원형으로 완성된다. 이 절삭 가공에서는, 절삭 공구(40)를 회전시키면서 아이부(12)에 삽입한다. 이 절삭 가공에 의해서 아이 내면(30)의 진원도(roundness)가 높아져 있다. 게다가 이 절삭 가공에 의해서, 아이 내면(30)의 내경(D1)이 부시(20)의 외경(D2)보다 약간 작아지도록 아이 내면(30)이 완성된다. 예를 들면 D1과 D2의 차이는, 예를 들면 0.7㎜ 이하이다.

상기 절삭 가공 후에 실시되는 내면 쇼트 피닝 공정에 의해, 아이 내면(30)에 압축 잔류 응력이 부여되어 있다. 내면 쇼트 피닝 공정에서는, 도 6에 도시하는 제 2 쇼트 피닝 장치(50)가 사용된다. 제 2 쇼트 피닝 장치(50)는, 아이부(12)에 삽입되는 쇼트 분사 노즐(51)과, 쇼트 반사 부재(52)와, 구동 기구(53)와, 압축 공기의 공급원(54)과, 쇼트 공급원(55)과, 쇼트 공급 호스(56)를 구비하고 있다. 쇼트 반사 부재(52)는, 축(57)에 의해서 쇼트 분사 노즐(51)에 고정되어 있다. 쇼트 반사 부재(52)의 반사면(58)은, 쇼트 분사 노즐(51)의 분사구와 대향하는 위치에 배치되어 있다. 구동 기구(53)는, 쇼트 분사 노즐(51)과 쇼트 반사 부재(52)를 아이부(12)의 축선 방향(도 6에 화살표(X1)로 나타내는 방향)으로 이동시키는 기능을 갖고 있다.

또한, 쇼트 분사 노즐(51)과 쇼트 반사 부재(52)를 고정한 상태로 하여, 아이부(12)를 도 6에 화살표(X2)로 나타내는 방향으로 상대적으로 이동시켜도 좋다. 요컨데 구동 기구(53)는, 아이 내면(30)에 대하여, 쇼트 반사 부재(52)와 쇼트 분사 노즐(51)을, 아이부(12)의 축선 방향으로 상대 이동시킬 수 있으면 좋다.

쇼트 반사 부재(52)의 일 예는, 쇼트 분사 노즐(51)과 동심에 배치된 삼각추형의 콘형상을 이루고 있다. 쇼트 분사 노즐(51)로부터 투사된 쇼트(60)는 쇼트 반사 부재(52)의 반사면에서 반사한다. 반사한 쇼트(60)는, 쇼트 반사 부재(52)의 직경 방향으로 방향을 바꾸는 것에 의해, 아이 내면(30)에 투사된다. 쇼트(60)의 예는, 쇼트 사이즈(입경)가 φ1.3㎜의 라운드 컷 와이어, 혹은 쇼트 사이즈가 φ1.0㎜의 컷 와이어이다. 이 쇼트(60)를, 아이 내면(30)을 향하여, 고속(예를 들면 투사 속도 76.7m/sec)으로 투사한다. 투사 압력의 일 예는 0.5MPa, 투사량은 예를 들면 200g/초, 투사 시간은 3 내지 30초이다.

아이부(12)를 갖는 판 스프링 장치(10)의 피로 파괴 시험을 실행하면, 피로 파괴는 주로 제 1 영역(S1)에 생기는 것을 알고 있다. 그렇지만 본 발명자들이 열심히 연구한 결과, 비교적 큰 힘으로 부시(20)가 압입된 아이부(12)의 경우, 지연 파괴에 관해서는 제 2 영역(S2)의 쇼트 피닝이 특히 유효하다는 지견이 얻어졌다. 그래서 제 1 영역(S1) 이외에, 제 2 영역(S2)에도 중점적으로 쇼트 피닝을 실행하도록 했다.

예를 들면 도 6에 도시하는 바와 같이, 제 1 쇼트 피닝 공정에 있어서, 쇼트 분사 노즐(51)과 쇼트 반사 부재(52)의 중심선(C3)을, 아이부(12)의 중심선(C2)에 대하여, 오프셋량(T) 만큼 제 1 영역(S1)측으로 치우치게 한다. 이 상태에서, 쇼트 분사 노즐(51)과 쇼트 반사 부재(52)를 축선 방향(X1)으로 이동시킨다.

제 2 쇼트 피닝 공정에서는, 쇼트 분사 노즐(51)과 쇼트 반사 부재(52)의 중심선(C3)을 아이부(12)의 중심선(C2)에 대하여 제 2 영역(S2)측으로 치우치게 한다. 이 상태에서, 쇼트 분사 노즐(51)과 쇼트 반사 부재(52)를 축선 방향(X1)으로 이동시킨다.

상기 제 1 쇼트 피닝 공정과 제 2 쇼트 피닝 공정을 실시하는 것에 의해, 제 1 및 제 2 영역(S1, S2)의 압축 잔류 응력을 다른 영역(S3)의 압축 잔류 응력보다 크게 할 수 있다.

또한, 제 1 영역(S1)과 제 2 영역(S2)에 쇼트가 집중적으로 투사되도록, 쇼트 반사 부재(52)의 형상을 바꾸어도 좋다. 예를 들면 도 7과 도 8에, 제 2 실시형태에 따른 쇼트 반사 부재(52)가 나타나 있다. 이 쇼트 반사 부재(52)는 2개의 반사면(58)을 갖고 있다. 각 반사면(58)에 의해서 반사한 쇼트(60)가 제 1 및 제 2 영역(S1, S2)을 향하여 집중적으로 투사된다.

도 9와 도 10은 제 3 실시형태의 쇼트 반사 부재(52)를 도시하고 있다. 이 쇼트 반사 부재(52)는 한쌍의 주 반사면(58)과 한쌍의 부 반사면(59)을 갖고 있다. 주 반사면(58)에 의해서 반사된 다량의 쇼트(60)가 제 1 및 제 2 영역(S1, S2)을 향하여 집중적으로 투사되는 동시에, 부 반사면(59)에 의해서 반사된 소량의 쇼트(60)가 다른 영역(S3)을 향하여 투사된다.

도 11 내지 도 13은 제 4 실시형태에 따른 쇼트 피닝 장치(50')를 도시하고 있다. 이 쇼트 피닝 장치(50')는 쇼트 분사 노즐(51)과 쇼트 반사 부재(52)가 따로 따로 구성되어 있다. 쇼트 반사 부재(52)는 한쌍의 반사면(58)을 갖고 있다. 이들 반사면(58)이 쇼트 분사 노즐(51)과 대향하고 있다. 아이부(12)와 쇼트 분사 노즐(51)이 고정되어 있는 경우, 쇼트 반사 부재(52)를 축선(X1) 방향으로 이동시킨다. 쇼트 분사 노즐(51)과 쇼트 반사 부재(52)가 고정되어 있는 경우에는, 아이부(12)가 화살표(X2)로 나타내는 방향으로 상대적으로 이동하도록 구성되어 있다. 그 이외는 도 6에 도시하는 제 1 실시형태의 쇼트 피닝 장치(50)와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.

쇼트 반사 부재(52)의 축선(C3)에 대하여, 반사면(58)이 이루는 각도를 α로 한다. 이 각도(α)는 쇼트의 투사각(β)이 0＜β≤45°가 되도록 45° 미만(α＜45°)으로 설정되어 있다. 투사각(β)은 피투사면[아이 내면(30)]의 법선(Z)에 대하여 쇼트의 투사 방향이 이루는 각도이다. 투사각(β)이 45° 초과하면, 피투사면[아이 내면(30)]에 충돌하는 쇼트의 투사 에너지가 현저하게 감소하기 때문에, 쇼트 피닝 효과가 현저하게 저하한다.

쇼트의 투사각(β)이 0°인 경우에는, 피투사면[아이 내면(30)]을 향하는 쇼트(60)가 피투사면[아이 내면(30)]에서 반사한 쇼트(60a)와 간섭한다. 그 경우, 쇼트의 투사 에너지가 상쇄되기 때문에, 쇼트 피닝의 효과가 현저하게 저하한다. 따라서, 투사각(β)은 0° 이상이 바람직하다. 단, 반사면(58)으로부터 아이 내면(30)까지의 거리가 큰 경우에는, 아이 내면(30)에서 반사하는 쇼트(60a)와 아이 내면(30)을 향하는 쇼트(60)의 간섭이 실질적으로 문제가 되지 않기 때문에, 투사각(β)을 0°으로 해도 좋다.

이 제 4 실시형태의 경우, 도 13에 도시하는 바와 같이 쇼트 반사 부재(52)를 축 주위[화살표(R)로 나타내는 방향]에 예를 들면 0° 내지 45° 범위에서 왕복 회동시켜도 좋다. 이렇게 하는 것에 의해, 제 1 영역(S1)과 제 2 영역(S2)에 쇼트를 집중시키는 동시에, 다른 영역(S3)에도 쇼트를 투사할 수 있다.

도 14는 제 5 실시형태의 쇼트 반사 부재(52)를 도시하고 있다. 이 쇼트 반사 부재(52)는 한쌍의 주 반사면(58)과 한쌍의 부 반사면(59)을 갖고 있다. 주 반사면(58)에 의해서 반사된 다량의 쇼트(60)가 제 1 및 제 2 영역(S1, S2)을 향하여 집중적으로 투사되는 동시에, 부 반사면(59)에 의해서 반사된 소량의 쇼트(60)가 다른 영역(S3)을 향하여 투사된다.

도 15는 제 6 실시형태에 따른 쇼트 피닝 장치(50")를 도시하고 있다. 이 쇼트 피닝 장치(50")의 쇼트 반사 부재(52)는 한 방향에만 경사지는 반사면(58)을 갖고 있다. 쇼트 반사 부재(52)의 축선(C3)에 대한 반사면(58)이 이루는 각도(α)는 45° 미만이다. 즉, 피투사면[아이 내면(30)]의 법선(Z)에 대한 쇼트의 투사각(β)이 0＜β≤45°가 되도록, 반사면(58)의 각도(α)가 설정되어 있다. 반사면(58)의 면적은 쇼트 분사 노즐(51)의 쇼트 투사 면적보다 크다.

제 6 실시형태에 따른 쇼트 피닝 장치(50")인 경우, 쇼트 반사 부재(52)를 축선(C3) 주위에 회전시키는 것에 의해, 쇼트 분사 노즐(51)에 대한 축선(C3)의 차이를 어느 정도 흡수할 수 있다. 제 1 및 제 2 영역(S1, S2)은 압축 잔류 응력을 다른 영역(S3)보다 크게 하고 싶은 개소이다. 이들의 영역(S1, S2)에 쇼트를 투사할 때에는, 쇼트 반사 부재(52)의 회전 속도를 느리게 하는 것에 의해, 쇼트 피닝을 중점적으로 실행한다. 다른 영역(S3)에 쇼트를 투사할 때에는, 쇼트 반사 부재(52)의 회전 속도를 빠르게 함으로써, 단시간의 쇼트 피닝을 실행한다. 이렇게 하는 것에 의해, 아이 내면(30)의 둘레방향으로 소망의 압축 잔류 응력 분포를 부여할 수 있다. 그 이외의 구성과 작용에 대하여, 제 6 실시형태의 쇼트 피닝 장치(50")는 도 11의 쇼트 피닝 장치(50)와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.

판 스프링 장치(10)의 아이부(12)는, 그 성형시에 가열되기 때문에, 표면에 흑피(mill scale)라 불리는 산화 피막이 생겨 있다. 아이 내면(30)에 상기 절삭 가공을 실행하지 않고, 흑피가 남은 상태에서 쇼트 피닝을 실행했을 경우의 압축 잔류 응력이 측정되었다. 측정 결과는 제 1 영역(S1)의 압축 잔류 응력이 -408MPa이었다. 이것에 대하여, 아이 내면(30)에 상기 절삭 가공을 실행하고, 흑피를 제거한 상태에서 쇼트 피닝을 실행했을 경우의 압축 잔류 응력도 측정되었다. 측정 결과는 -498MPa이며, 흑피가 남은 상태에서 쇼트 피닝을 실행했을 경우와 비교하여, 절대값으로 90MPa 정도 높은 값이 얻어졌다. 또한, 당업계의 관례로서 압축 잔류 응력값은 마이너스로 나타내고 있다. 이와 같이 아이부(12)에 절삭 가공을 실행한 후 내면 쇼트 피닝을 실시한 것에 의해, 제 1 및 제 2 영역(S1, S2)의 압축 잔류 응력을 보다 효과적으로 발현시킬 수 있었다.

여기서 제 1 영역(S1)의 압축 잔류 응력의 절대값을 τ1, 제 2 영역(S2)의 압축 잔류 응력의 절대값을 τ2, 둘레방향의 다른 영역(S3)의 압축 잔류 응력의 절대값을 τ3으로 한다. 상기 내면 쇼트 피닝 공정에 의해서 부여되는 아이 내면(30)의 둘레방향의 압축 잔류 응력 분포는, τ1과 τ2가 τ3보다, 예를 들면 5 내지 10% 이상 커지도록 하고 있다. 예를 들면, 제 1 및 제 2 영역(S1, S2)의 압축 잔류 응력은 -498MPa 이상이다. 다른 영역(S3)의 압축 잔류 응력은 -400MPa 전후이다. 또한, 압축 잔류 응력 분포의 구배가 너무 커지면, 구배가 큰 개소가 파손의 기점이 되는 일이 있다. 이 때문에 압축 잔류 응력 분포의 구배를 완만하게 하면 좋다.

상기한 바와 같이 제 2 영역(S2)의 압축 잔류 응력값을 높인 것에 의해, 부시(20)가 압입된 상태에서의 아이부(12)의 지연 파괴를 개선할 수 있었다. 아이부(12)의 지연 파괴를 조사하기 위해서, 아이부(12)의 지연 파괴 시험이 실행되었다. 시험 조건은, 부시에 상당하는 금구가 압입된 아이부(12)를 강산성(pH 1.0)의 황산액 중에 침지하고, 파괴할 때까지의 시간을 측정했다. 그 결과, 종래의 아이부에서는 단시간(10분 내지 30분)에 지연 파괴가 생기고 있었다. 이것에 대하여, 본 실시형태의 아이부(12)의 지연 파괴는 5시간 이상에서 발생하며, 지연 파괴가 큰 폭으로 개선되는 것이 확인되고, 게다가 본 실시형태의 내면 쇼트 피닝 공정에 의하면, 아이 내면(30)의 전체 둘레에 균등하게 쇼트를 투사하는 경우와 비교하여, 투사에 필요한 에너지를 절약할 수 있었다.

상기 내면 쇼트 피닝 공정이 종료된 후, 아이부(12)에 부시(20)가 압입된다. 부시(20)의 외경(D2)(도 2에 도시함)은, 부시(20)가 삽입되기 전의 자유 상태에 있어서의 아이부(12)의 내경(D1)보다 약간 크다. D1과 D2의 차이는 예를 들면 0.5 내지 0.7㎜ 정도이다. 따라서, 이 아이부(12)는, 부시(20)가 압입된 상태에 있어서, 상기 자유 상태보다 악간 확경된 상태로 아이부(12)의 내측에 수용된다.

아이 내면(30)은, 부시(20)가 압입되기 전에 미리 상기 절삭 공정이 실행되어 있기 때문에, 아이 내면(30)의 진원도와 표면 정밀도가 높아져 있다. 게다가 상기 절삭 공정에 의해서, 아이부(12)의 내경(D1)이 부시(20)의 외경(D2)보다 약간 커지도록 완성되어 있다. 이 때문에 부시(20)의 전체 둘레를 아이 내면(30)에 고정밀도로 밀착시킬 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 판 스프링 장치(10)의 제조 방법은 하기의 공정을 포함하고 있다.

(1) 판 스프링(11)의 단부를 가열하여, 둥글게 감는 것에 의해서 아이부(12)를 형성하는 공정.

(2) 판 스프링(11)에 담금질, 뜨임 등의 열 처리를 실행하는 공정.

(3) 판 스프링(11)의 외면에 쇼트 피닝을 실행하는 공정.

(4) 아이 내면(30)을 리머 등에 의해서 기계 가공하는 절삭 공정. 이 절삭 공정에 의해서, 아이 내면(30)을 원형으로 완성하는 동시에, 아이 내면(30)의 산화 피막이 제거된다.

(5) 상기 절삭 공정이 실행된 후에, 아이 내면(30)에 쇼트를 투사하는 내면 쇼트 피닝 공정. 이 내면 쇼트 피닝 공정에서는, 제 1 및 제 2 영역(S1, S2)의 압축 잔류 응력의 절대값(τ1, τ2)이, 다른 영역(S3)의 압축 잔류 응력의 절대값(τ3) 보다 커지도록 압축 잔류 응력 분포를 일으킨다.

(6) 상기 내면 쇼트 피닝 공정 후에 부시(20)를 아이부(12)에 압입하는 공정.

본 발명을 실시함에 있어서, 판 스프링의 리프부나 아이부, 부시의 형상, 구조를 포함해서, 판 스프링 장치를 구성하는 각 부의 형태를 여러 가지로 변경하여 실시할 수 있는 것은 말할 필요도 없다. 또한, 아이부는 상기 실시형태로 설명한 바와 같은 위로 감겨진 아이(up-turned eye)에 한정하는 일 없이, 아래로 감겨진 아이(down-turned eye)이어도 좋다.

10 : 판 스프링 장치 11 : 판 스프링
12 : 아이부 20 : 부시
30 : 아이 내면 31 : 감김 시작부
32 : 감김 중간부 50, 50', 50" : 쇼트 피닝 장치
51 : 쇼트 분사 노즐 52 : 쇼트 반사 부재
58 : 반사면

Claims

단부에 둥글게 감긴 아이부(12)를 갖는 판 스프링(11)과, 상기 아이부(12)에 압입되는 부시(20)를 구비한 판 스프링 장치에 있어서,
상기 아이부(12)의 내측에, 절삭 가공과 쇼트 피닝이 이루어진 아이 내면(30)을 갖고, 상기 아이 내면(30)이, 감김 시작부(31)를 포함하는 제 1 영역(S1)과, 상기 제 1 영역(S1)에 대해 아이 중심(C1)을 사이에 두고 반대측에 위치하고, 아이 중심(C1)을 통과하는 연직선(V) 상의 감김 중간점(32)을 포함하는 제 2 영역(S2)과, 상기 제 1 영역(S1)과 상기 제 2 영역(S2) 사이에 형성되고 상기 아이 내면(30)의 둘레방향을 따르는 제 3 영역(S3)을 가지며,
또한, 상기 아이 내면(30)의 둘레방향의 압축 잔류 응력 분포에 관하여, 상기 제 1 영역(S1)의 압축 잔류 응력의 절대값(τ1)과, 상기 제 2 영역(S2)의 압축 잔류 응력의 절대값(τ2)이, 상기 제 3 영역(S3)의 압축 잔류 응력의 절대값(τ3) 보다 큰 압축 잔류 응력 분포를 갖고 있는
판 스프링 장치.
판 스프링(11)의 단부를 둥글게 감는 것에 의해서, 감김 시작부(31)를 포함하는 제 1 영역(S1)과, 상기 제 1 영역(S1)에 대해 아이 중심(C1)을 사이에 두고 반대측에 위치하고, 아이 중심(C1)을 통과하는 연직선(V) 상의 감김 중간점(32)을 포함하는 제 2 영역(S2)과, 상기 제 1 영역(S1)과 상기 제 2 영역(S2) 사이에 형성되고 아이 내면(30)의 둘레방향을 따르는 제 3 영역(S3)을 갖는 아이부(12)를 형성하는 공정과,
상기 아이부(12)의 내면을 절삭하는 것에 의해서 해당 아이 내면(30)을 원형으로 완성하는 동시에 상기 아이 내면(30)에 부착되어 있던 산화 피막을 제거하는 절삭 공정과,
상기 절삭 공정이 실행된 후에, 상기 아이 내면(30)에 쇼트를 투사하는 것에 의해서 상기 아이 내면(30)에 압축 잔류 응력을 부여하는 내면 쇼트 피닝 공정으로서, 상기 아이 내면(30)의 둘레방향의 압축 잔류 응력 분포에 관하여, 상기 제 1 영역(S1)의 압축 잔류 응력의 절대값(τ1)과, 상기 제 2 영역(S2)의 압축 잔류 응력의 절대값(τ2)을, 상기 제 3 영역(S3)의 압축 잔류 응력의 절대값(τ3) 보다 크게 하는, 상기 내면 쇼트 피닝 공정과,
상기 내면 쇼트 피닝 공정 후에, 상기 아이부(12)에 상기 아이부(12)의 내경보다 큰 외경의 부시(20)를 압입하는 공정을 포함하는
판 스프링 장치의 제조 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 내면 쇼트 피닝 공정은,
상기 아이부(12)의 내측에 쇼트 분사 노즐(51)을 삽입하는 것,
상기 쇼트 분사 노즐(51)과 대향하는 위치에 쇼트 반사 부재(52)를 배치하는 것,
상기 쇼트 분사 노즐(51)로부터 상기 쇼트 반사 부재(52)를 향하여 쇼트를 투사하는 것,
상기 쇼트를 상기 쇼트 반사 부재(52)에 의해서 상기 아이 내면(30)을 향하여 반사시키는 것,
상기 쇼트 반사 부재(52)를 상기 제 1 영역(S1)에 접근시킨 상태로 상기 쇼트를 투사하는 제 1 쇼트 피닝 공정을 실행하는 것,
상기 쇼트 반사 부재(52)를 상기 제 2 영역(S2)에 접근시킨 상태에서 상기 쇼트를 투사하는 제 2 쇼트 피닝 공정을 실행하는 것을 포함하는
판 스프링 장치의 제조 방법.
제 1 항에 기재된 판 스프링 장치의 아이 내면(30)에 상기 쇼트 피닝을 실행하기 위한 쇼트 피닝 장치에 있어서,
상기 아이부(12)의 내측에 삽입되는 쇼트 분사 노즐(51)과,
상기 쇼트 분사 노즐(51)과 대향하는 반사면(58)을 갖고 상기 쇼트 분사 노즐(51)로부터 투사된 쇼트를 해당 반사면(58)에서 반사시켜 상기 아이 내면(30)을 향하게 하는 쇼트 반사 부재(52)를 구비하고,
상기 반사면(58)은, 상기 제 1 영역(S1)과 제 2 영역(S2)을 향하여 반사하는 쇼트의 양이 상기 제 3 영역(S3)을 향하여 반사하는 쇼트의 양보다 많아지는 형상으로 되어 있는
쇼트 피닝 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 쇼트 반사 부재(52)의 축선(C3)에 대한 상기 반사면(58)이 이루는 각도(α)는, 해당 반사면(58)에서 반사하는 쇼트의 투사각(β)이 0°를 초과하고 45° 이하가 되는 각도로 한
쇼트 피닝 장치.