KR20190139256A - 중공 스프링 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

중공 스프링은, 강관의 내면의 전체에 걸쳐 표면 조도의 평균값이 10 ㎛ 보다 작은 것이고, 및/또는 내면의 전체에 압축 잔류 응력을 부여한 것이어도 되고, 관상 부재 (10) 의 제 1 단 (11) 과 제 2 단 (12) 사이에서 관 내에 점탄성을 갖는 연마 미디어 (200) 를 흘려 관의 내면을 연마하는 공정에 의해 제조되고, 연마 미디어 (200) 는, 점탄성을 갖는 모재와, 입자상의 연마제를 포함하는 것이어도 되고, 강관의 내면을 균일하게 연마하여, 표면 조도를 저감하고, 및/또는 압축 잔류 응력을 부여함으로써 피로 수명을 향상시킨다.

Description

중공 스프링 및 그 제조 방법
본 발명은, 피로 수명을 향상시킨 중공 스프링 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
자동차 등의 차량에서는 경량화의 요구로부터 중공 스프링이 검토되고 있다. 예를 들어, 중공 스프링의 일종으로서, 코너링시에 발생하는 차체의 롤을 줄이기 위해, 강관 등을 소정의 형상으로 굽힘 가공하여 이루어지는 중공 스태빌라이저가 제공되고 있다. 최근에는 자원 절약·에너지 절약 등의 관점에서 경량화의 요구가 더욱 높아지는 경향이 있고, 중실 (中實) 스태빌라이저로부터 중공 스태빌라이저에 대한 수요는 더욱 높아지고 있다 (특허문헌 1 을 참조).
중공 스프링에 있어서는, 통상적으로는 관 (管) 의 외면보다 내면의 응력이 낮지만, 외면에 숏피닝을 실시하여 압축 잔류 응력을 부여하면, 외면의 응력이 완화되고, 외면과 내면의 응력차는 작아진다. 중공 스프링을 경량화하기 위해 두께를 얇게 해 가면, 이 경향이 보다 현저해져, 내면을 기점으로 하는 절손 (折損) 이 발생하는 경우도 있다.
일반적으로 피로 파괴는 표면으로부터 발생하기 때문에, 표면의 조도를 저감시킴으로써 응력 집중을 완화할 수 있고 피로 수명을 향상시키는 것이 가능하다. 예를 들어, 파이프재 내면의 표면 조도를 저감시키기 위해 내면에 연마제를 블라스트 처리하는 기술이 제공되고 있다 (특허문헌 2).
또, 파이프재 내면에 숏피닝을 실시하여 내면에 압축 잔류 응력을 부여하여 내면의 수명이나 내구성을 향상시키는 기술이 제공되고 있다 (특허문헌 3).
일본 공개특허공보 평7-89325호 일본 공개특허공보 2012-117652호 일본 공개특허공보 2009-125827호
그러나, 중공 스프링은, 굽힘 가공에 의해 복잡한 형상이 되고, 경량화를 목적으로 하여 두께가 얇아지면, 굽힘부의 단면이 편평해지기 쉬워지기 때문에, 연마제를 블라스트 처리하는 것에 의해서는 부분적으로 강하게 부딪히거나 하여, 내면을 균일하게 연마하여 표면 조도를 저감하거나, 내면에 압축 잔류 응력을 부여하거나 함으로써 피로 수명을 향상시키는 것은 곤란하였다.
또, 특허문헌 3 은 반사 부재를 이동시키면서 숏피닝하기 때문에 공정이 복잡해져, 보다 복잡한 형상이나 세경의 파이프재에 완전히 대응할 수 없는 경우가 발생하는 등의 문제점이 있다.
본 실시형태는, 상기 서술한 실정을 감안하여 제안되는 것으로서, 내면을 균일하게 연마하여 표면 조도를 저감하고, 및/또는 압축 잔류 응력을 부여함으로써 피로 수명을 향상시킨 중공 스프링 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 서술한 과제를 해결하기 위해, 이 출원에 관련된 중공 스프링은, 강관의 내면의 전체에 걸쳐 표면 조도의 평균값이 10 ㎛ 보다 작다.
또한, 이 출원에 관련된 중공 스프링은, 강관에 의해 구성된 중공 스프링으로서, 강관의 내면의 전체에 걸쳐 압축 잔류 응력을 부여한 것이어도 된다.
이 출원에 관련된 중공 스프링의 제조 방법은, 중공 스프링에 사용하는 강관을 제공하는 공정과, 강관에 있어서, 제 1 개구와 제 2 개구 사이에서 관 내에 점탄성을 갖는 연마 미디어를 흘려 관의 내면을 연마하는 공정을 포함하고, 관의 내면의 표면 조도를 저감하고, 및/또는 압축 잔류 응력을 부여함으로써 피로 수명을 향상시키는 것이다. 강관은, 소정의 형상으로 굽힘 가공되어 있어도 된다. 강관은, 열처리되어 있어도 된다. 연마 미디어는, 점탄성을 갖는 모재와, 입자상의 연마제를 포함해도 된다.
연마하는 공정은, 강관의 제 1 개구로부터 제 2 개구를 향하여 연마 미디어를 흘리는 공정을 포함해도 된다. 연마 미디어를 흘리는 공정은, 공급원으로부터 상기 강관의 제 1 개구에 상기 연마 미디어를 공급하는 것을 추가로 포함해도 된다.
연마하는 공정은, 강관의 제 1 개구로부터 제 2 개구를 향하여 연마 미디어를 흘리는 제 1 공정과, 반대로 제 2 개구로부터 제 1 개구를 향하여 연마 미디어를 흘리는 제 2 공정을 포함해도 된다. 제 1 공정은, 공급원으로부터 강관의 제 1 개구에 연마 미디어를 공급함과 함께, 강관의 제 2 개구로부터 연마 미디어를 공급원에 회수하고, 제 2 공정은, 공급원으로부터 강관의 제 2 개구에 연마 미디어를 공급함과 함께, 강관의 제 1 개구로부터 연마 미디어를 공급원에 회수해도 된다.
이 출원에 관련된 중공 스프링은, 상기 서술한 방법을 사용하여 제조되어도 된다.
본 발명에 의하면, 중공 스프링은, 강관의 내면이 균일하게 연마되고, 및/또는 강관의 내면에 압축 잔류 응력이 부여되어, 피로 수명을 향상시킬 수 있다. 또, 중공 스프링의 내면을 균일하게 연마하고, 및/또는 압축 잔류 응력을 부여하여, 그 결과 중공 스프링의 피로 수명을 향상시킬 수 있다.
도 1 은, 중공 스태빌라이저를 제조하는 일련의 공정을 나타내는 플로차트이다.
도 2 는, 본 실시형태의 중공 스태빌라이저의 제조 방법을 실시하기 위해 사용하는 장치를 나타내는 도면이다.
도 3 은, 관상 부재를 나타내는 삼면도이다.
도 4 는, 관상 부재의 굽힘부의 단면도이다.
도 5 는, 관상 부재의 내면의 연마를 설명하는 단면도이다.
도 6 은, 실시예 1 의 표면 조도 파형을 나타내는 그래프이다.
도 7 은, 실시예 1 의 관상 부재의 굽힘부 및 스트레이트부에 있어서의 내면의 표면 조도를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8 은, 실시예 1 의 관상 부재의 내면에 있어서의 잔류 응력의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9 는, 실시예 2 의 표면 조도의 측정 위치를 나타내는 관상 부재의 상면도이다.
도 10 은, 실시예 2 의 내면에 있어서의 표면 조도의 측정 위치를 나타내는 관상 부재의 단면도이다.
도 11 은, 실시예 2 의 표면 조도의 측정 결과의 평균값을 나타내는 그래프이다.
도 12 는, 실시예 2 의 표면 조도의 측정 결과를 관상 부재의 형상별로 나타내는 그래프이다.
도 13 은, 실시예 2 의 잔류 응력의 측정 결과를 관상 부재의 형상별로 나타내는 그래프이다.
이하, 본 실시형태에 관련된 중공 스프링 및 그 제조 방법에 대해, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시형태의 중공 스프링은, 강관에 의해 구성되고, 내면의 전체에 걸쳐 표면 조도의 평균값이 10 ㎛ 보다 작은 것이고, 내면의 전체에 압축 잔류 응력을 부여한 것이어도 된다. 본 실시형태는 중공 스프링으로서 중공 스태빌라이저를 상정하여 설명하지만, 본 실시형태는 중공 스태빌라이저에 한정되지 않고, 예를 들어 자동차의 서스펜션용의 중공 코일 스프링 등 다른 종류의 중공 스프링에도 적용할 수 있다. 본 실시형태의 중공 스태빌라이저에 있어서는, 다른 부재에 연결하는 기능을 담당하는 단부를 제외한, 중공 스태빌라이저의 본체가 중공 스프링에 상당한다.
본 실시형태의 중공 스태빌라이저는, 도 1 의 플로차트에 나타내는 바와 같이, 소재인 강관의 수용 (스텝 S1), 절단 (스텝 S2), 굽힘 가공 (스텝 S3), 열처리 (스텝 S4), 내면 연마 (스텝 S5), 단부 가공 (스텝 S6), 숏피닝 (스텝 S7), 도장 (스텝 S8) 이라는 본 실시형태의 제조 방법의 일련의 공정에 의해 제조된다.
본 실시형태의 제조 방법은, 스텝 S5 의 내면 연마의 공정에 상당하고 있다. 본 실시형태의 제조 방법에 있어서는, 소재의 수용 (스텝 S1), 절단 (스텝 S2), 굽힘 가공 (스텝 S3), 열처리 (스텝 S4) 를 거친 강관이 제공되고, 이 강관에 대하여 내면 연마를 실시하고 있다. 이하의 설명에서는, 편의상, 스텝 S1 내지 스텝 S4 의 공정을 거쳐, 본 실시형태의 제조 방법이 적용되는 강관을 관상 부재라고 칭하는 것으로 한다.
본 실시형태의 제조 방법은, 스텝 S4 에서 ?칭 및 템퍼링 등 열처리가 실시된 관상 부재가 제공되고, 스텝 S5 의 내면 연마에 상당하는 공정을 실시함으로써 내면의 표면 조도를 저감하고, 및/또는 압축 잔류 응력을 부여하는 것이다. 내면의 표면 조도를 저감시키고, 및/또는 압축 잔류 응력을 부여시키기 위해서는, 본 실시형태의 제조 방법을 적용하기 전에, 스텝 S4 의 열처리가 이미 실시되어 있는 것이 필요하다.
가령, 본 실시형태의 제조 방법과 스텝 S4 의 열처리의 순서를 바꾸고, 본 실시형태의 제조 방법에 의해 내면 연마한 후에 열처리를 실시한다고 하면, 열처리에 의해 표면 조도가 증가하거나, 압축 잔류 응력이 감소하거나 하는 경우가 있다.
표 1 에, 강관의 내면 연마 후에 열처리를 실시한 경우의 내면의 표면 조도의 추이를 비교예로서 나타낸다. 촉침식 측정기로 측정한 산술 평균 조도 Ra (단위 ㎛) 및 최대 높이 조도 Rz (단위 ㎛) 는, 내면 연마에 의해 소재보다 저하되어 있지만, 열처리에 의해 증가되어 있는 것을 볼 수 있다. 열처리가 표면 조도를 증가시키기 때문에, 열처리를 내면 연마 후에 실시하는 것은 적절하지 않은 것이 분명하다. 또한, 표 1 의 데이터는, 동일한 강관의 동일 지점을 측정한 것이다.
Figure pct00001
도 2 는, 중공 스태빌라이저의 제조 방법을 실시하기 위해 사용하는 장치를 나타내는 도면이다. 도 2 에 나타내는 장치는, 관상 부재 (10) 의 관 내에 연마 미디어를 흘림으로써 내면을 연마하는 것이고, 연마 미디어를 공급하는 제 1 공급원 (31), 제 1 공급원 (31) 을 구동하는 제 1 구동원 (35), 제 1 공급원 (31) 과 관상 부재 (10) 를 접속하여 연마 미디어를 보내는 제 1 유로 (21) 를 갖고 있다. 또, 이 장치는, 연마 미디어를 공급하는 제 2 공급원 (32), 제 2 공급원을 구동하는 제 2 구동원 (36), 제 2 공급원 (32) 과 관상 부재 (10) 를 접속하여 연마 미디어를 보내는 제 2 유로 (22) 를 갖고 있다.
도 3 은, 관상 부재 (10) 를 나타내는 삼면도이다. 도 3(a) 는 상면도, 도 3(b) 는 정면도, 도 3(c) 는 측면도이다. 관상 부재 (10) 는, 강관이 コ 자 형상으로 굽힘 가공된 후에 ?칭 및 템퍼링의 열처리가 실시된 것이다. 관상 부재 (10) 의 제 1 단 (11) 및 제 2 단 (12) 은, 각각 개방되어 제 1 개구 (11a) 및 제 2 개구 (12a) 를 형성하고 있다.
도 4 는, 관상 부재의 굽힘부에 있어서의 관상 부재 (10) 의 단면 형상의 추이를 나타내는 도면이다. 도 4(a) 는 도 3(a) 중의 단면 AA, 마찬가지로 도 4(b) 는 단면 BB, 도 4(c) 는 단면 CC 의 형상을 나타내고 있다. 관상 부재 (10) 의 단면 형상은, 도 4(a) 및 도 4(c) 와 비교하여, 도 4(b) 는 보다 평평하게 되어 있다. 관상 부재 (10) 는, 경량화되면 두께가 얇아져 굽힘부의 단면이 편평해지는 경향이 현저해진다.
도 2 의 제 1 공급원 (31) 및 제 2 공급원 (32) 은, 점탄성을 갖는 연마 미디어를 제 1 유로 (21) 및 제 2 유로 (22) 를 통해 관상 부재 (10) 에 공급하고 있다. 또, 제 1 유로 (21) 및 제 2 유로 (22) 를 통해 관상 부재 (10) 로부터 연마 미디어를 회수하고 있다. 예를 들어, 제 1 공급원 (31) 이 제 1 유로 (21) 를 통해 연마 미디어를 관상 부재 (10) 에 공급할 때에는, 제 2 공급원 (32) 이 제 2 유로 (22) 를 통해 연마 미디어를 회수해도 된다. 반대로, 제 2 공급원 (32) 이 제 2 유로 (22) 를 통해 연마 미디어를 관상 부재 (10) 에 공급할 때에는, 제 1 공급원 (31) 이 제 1 유로 (21) 를 통해 연마 미디어를 회수해도 된다.
연마 미디어는, 점탄성을 갖는 모재에 입자상의 연마제 (지립) 를 포함하고, 고압하에서 유동하는 성질을 갖고 있다. 모재는 폴리붕화실록산 폴리머 등의 고분자 재료여도 되고, 연마제는 탄화규소나 다이아몬드 등이어도 된다. 연마 미디어의 모재 및 연마제는, 여기에 예시한 것에 한정되지 않고, 적절한 것을 사용할 수 있다.
도 5 는, 관상 부재 (10) 의 내면의 연마를 설명하는 단면도이다. 관상 부재 (10) 의 제 1 단 (11) 의 제 1 개구 (11a) 는, 제 1 장착구 (25) 에 의해 제 1 유로 (21) 에 접속되어 있다. 관상 부재 (10) 의 제 2 단 (12) 의 제 2 개구 (12a) 는, 제 2 장착구 (26) 에 의해 제 2 유로 (22) 에 접속되어 있다.
제 1 공정에 있어서는, 제 1 공급원 (31) 으로부터 제 1 유로 (21) 를 통해 관상 부재 (10) 의 제 1 개구 (11a) 에 연마 미디어 (200) 가 공급된다. 제 1 개구 (11a) 에 공급된 연마 미디어 (200) 는 관상 부재 (10) 의 관 내를 제 2 개구 (12a) 를 향하여 흘러, 제 2 개구 (12a) 로부터 배출된다. 제 2 개구 (12a) 로부터 배출된 연마 미디어 (200) 는, 제 2 유로 (22) 를 통해 제 2 공급원 (32) 에 회수된다.
제 2 공정에 있어서는, 제 2 공급원 (32) 으로부터 제 2 유로 (22) 를 통해 관상 부재 (10) 의 제 2 개구 (12a) 에 연마 미디어 (200) 가 공급된다. 제 2 개구 (12a) 에 공급된 연마 미디어 (200) 는 관상 부재 (10) 의 관 내를 제 1 개구 (11a) 를 향하여 흘러, 제 1 개구 (11a) 로부터 배출된다. 제 1 개구 (11a) 로부터 배출된 연마 미디어 (200) 는, 제 1 유로 (21) 를 통해 제 1 공급원 (31) 에 회수된다.
이와 같은 제 1 공정 및 제 2 공정이 교대로 반복해서 실시되고, 연마 미디어 (200) 는 관상 부재 (10) 의 관 내를 왕복해서 흐른다. 연마 미디어 (200) 는, 입자상의 연마제 (지립) 를 포함하고, 관상 부재 (10) 의 내면을 연마하면서 관 내를 유동한다. 따라서, 관상 부재 (10) 의 내면은, 관 내를 유동하는 연마 미디어 (200) 에 의해 차츰 연마된다. 도 3 에 나타낸 바와 같이 コ 자 형상으로 굽힘 가공되고, 도 4 에 나타낸 바와 같이 굽힘부의 단면이 편평해져 있는 관상 부재 (10) 에 있어서도, 유동하는 연마 미디어 (200) 에 의해 관 내는 균일하게 연마된다. 그 결과, 중공 스태빌라이저의 내면을 균일하게 연마하여 표면 조도를 저감시키고, 및/또는 압축 잔류 응력을 부여함으로써, 중공 스태빌라이저의 피로 수명을 향상시킬 수 있다.
본 실시형태에 있어서는, 제 1 공정 및 제 2 공정이 교대로 반복되고, 연마 미디어 (200) 가 관상 부재 (10) 의 관 내를 왕복해서 흐르는 예를 나타냈지만, 본 발명은, 이것으로 한정되지는 않는다. 예를 들어, 연마 미디어 (200) 가 관상 부재 (10) 의 관 내를 제 1 개구 (11a) 로부터 제 2 개구 (12a) 를 향하여 흐르는 제 1 공정, 또는 관 내를 제 2 개구 (12a) 로부터 제 1 개구 (11a) 를 향하여 흐르는 제 2 공정의 어느 일방만을 실시해도 된다.
또, 본 실시형태에 있어서는, 도 2 에 나타낸 바와 같이 제 1 공급원 (31) 및 제 2 공급원 (32) 을 별개로 구성했지만, 본 발명은, 이것으로 한정되지는 않는다. 관상 부재 (10) 의 제 1 개구 (11a) 및 제 2 개구 (12a) 에는, 각각 제 1 유로 (21) 및 제 2 유로 (22) 를 통해 동일한 공급원으로부터 연마 미디어를 공급해도 된다. 예를 들어, 관상 부재 (10) 의 관 내를 연마 미디어가 왕복해서 흐르도록, 또는 관 내를 일방향으로 흐르도록, 동일한 공급원에 의해 연마 미디어를 공급 또는 회수해도 된다.
실시예 1
실시예 1 에서는, 본 실시형태의 중공 스태빌라이저의 제조 방법을 적용하여, 도 3 에 나타낸 바와 같은 コ 자 형상으로 굽힘 가공된 관상 부재의 내면이 연마되어 있는지 여부를 확인하였다. 실시예 1 에 있어서는, 굽힘 가공된 굽힘부와, 굽힘 가공되지 않은 중앙의 스트레이트부를 측정하였다.
실시예 1 에 있어서는, 연마 미디어는, 연마제에 탄화규소를 사용하고, 그 입도는, 고정 지석의 입도 ＃80 ∼ 100 상당의 것을 사용하고 있다. 그리고, 연마 미디어의 공급원으로부터, 압력 5 ㎫, 유속 600 ㎜/min, 연마 시간 20 분의 조건으로, 관상 부재에 연마 미디어를 공급하여, 관 내에 흘렸다.
표 2 에는, 관상 부재의 관 내에 연마 미디어를 흘려 관상 부재의 내면을 연마한 후, 내면의 표면 조도를 촉침식 측정기로 측정한 결과를 나타내고 있다. 표 2 에는, 굽힘부 및 스트레이트부에 대해, 산술 평균 조도 Ra (단위 ㎛) 및 최대 높이 조도 Rz (단위 ㎛) 가 나타나 있다. 또, 표 2 에는, 비교예로서, 관상 부재의 내면을 연마하지 않은 경우에 대해서도, 동일한 조건으로 굽힘부 및 스트레이트부에 대해 표면 조도를 측정한 결과가 나타나 있다.
Figure pct00002
도 6 은, 실시예 1 의 조도 파형 데이터의 측정 결과를 나타내고 있다. 도 6(a) 는 실시예 1 의 굽힘부의 조도 파형이고, 도 6(b) 는 실시예 1 의 스트레이트부의 조도 파형이다. 도 6(c) 는 비교예의 굽힘부의 조도 파형이고, 도 6(d) 는 비교예의 스트레이트부의 조도 파형이다.
표 2 및 도 6 에 의하면, 실시예 1 에 있어서는, 굽힘부 및 스트레이트부의 어느 경우에 있어서도, 비교예보다 표면 조도가 저감되어 있는 것을 볼 수 있다. 따라서, 실시예 1 에 있어서는, 본 실시형태의 중공 스태빌라이저의 제조 방법이, 굽힘부 및 스트레이트부 모두에 있어서, 관 내의 표면 조도를 충분히 저감할 수 있는 것이 분명해졌다.
도 7 은, 실시예 1 의 관상 부재의 굽힘부 및 스트레이트부에 있어서, 내면의 둘레 방향으로 랜덤하게 4 점에서 표면 조도를 측정한 결과의 그래프를 나타내고 있다. 도 7(a) 는, 관상 부재의 굽힘부에 대해, 가로축에 나타내는 제 1 점 내지 제 4 점에 대해, 세로축에 굽힘부의 산술 평균 조도 Ra 및 최대 높이 조도 Rz 를 각각 나타내고 있다. 도면 중에는, 산술 평균 조도 Ra 및 최대 높이 조도 Rz 의 각각의 평균값도 함께 나타내고 있다. 도 7(b) 는, 관상 부재의 스트레이트부에 대해 동일하게 나타내고 있다.
도 7 에 의하면, 도 7(a) 의 굽힘부 및 도 7(b) 의 스트레이트부에 대해, 4 점의 산술 평균 조도 Ra 및 최대 높이 조도 Rz 의 각각이, 4 점의 평균값에 비교적 가까운 수치였다. 따라서, 본 실시형태의 중공 스태빌라이저의 제조 방법에 의하면, 굽힘부 및 스트레이트부에 대해, 둘레 방향의 위치에 관계없이, 일정한 표면 조도가 되도록 내면 연마를 실시할 수 있는 것이 분명해졌다.
도 8 은, 관상 부재 (10) 의 스트레이트부의 내면에 있어서의 잔류 응력의 측정 결과를 나타내는 그래프이다. 잔류 응력은, X 선 응력 측정 장치를 사용하여 관상 부재 (10) 의 내면으로부터 깊이 방향의 거리에 대해 측정하였다. 도면 중의 측정값 a 는 상기 서술한 바와 같이 관상 부재 (10) 의 내면을 연마한 경우이다. 비교를 위해, 관상 부재 (10) 의 내면을 연마하지 않은 경우도 측정값 b 에 나타내었다.
도 8 의 측정값 b 에 나타내는 내면을 연마하지 않은 경우의 잔류 응력은, 관상 부재 (10) 의 내면에서 정 (正) 의 값을 취하고, 내면으로부터의 거리에 따라 감소하여, 거의 일정한 부 (負) 의 값으로 포화되어 있다. 이것은, 잔류 응력이 내면에 있어서는 인장 응력이고, 내면으로부터의 거리가 커지면 압축 응력으로 전환하는 것을 나타내고 있다.
이에 대하여, 측정값 a 에 나타내는 내면을 연마한 경우의 잔류 응력은, 관상 부재 (10) 의 내면에 있어서, 측정값 b 에 나타낸 내면을 연마하지 않은 경우보다 절대값이 큰 부의 값을 취하고, 내면으로부터의 거리와 함께 절대값은 감소하지만, 거의 일정한 부의 값으로 포화되어 있다. 이것은, 내면에 있어서의 잔류 응력의 절대값은 내면을 연마하지 않은 경우보다 크고, 잔류 응력은 내면으로부터의 거리에 관계없이 압축 응력인 것을 나타내고 있다.
이와 같이, 관상 부재 (10) 의 내면을 연마함으로써, 내면에 압축 잔류 응력을 적절히 부여할 수 있다.
상기 서술한 바와 같은 관상 부재의 내면의 연마에 의한 압축 잔류 응력의 부여는, 관상 부재의 내면의 연마에 의한 조도 저감과 동시에 실시할 수 있다. 따라서, 관상 부재 (10) 를 가공하는 공정의 수에 변화는 없고, 작업의 부담이 증가하지는 않는다.
관상 부재의 내면을 균일하게 연마하여 제조한 중공 스태빌라이저의 반복 굽힘 피로 시험의 결과를 표 3 에 나타낸다. 실시예 1 은, 본 실시형태에 따라 내면을 연마한 것이다. 비교예는, 내면 연마를 실시하고 있지 않다. 피로 시험은, 실시예 1 및 비교예에 대해, 각각 2 개의 샘플을 사용하였다.
Figure pct00003
표 3 에 의하면, 내면을 균일하게 연마한 중공 스태빌라이저는 반복 굽힘에 대한 내구 횟수가 증대되어, 피로 수명이 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 2
실시예 2 에서는, 본 실시형태의 중공 스태빌라이저의 제조 방법을 적용하여, 도 3 에 나타낸 바와 같은 コ 자 형상으로 굽힘 가공된 관상 부재 (10) 의 내면의 연마를 실시하고, 연마 있음, 연마 없음의 각각의 경우의 표면 조도 및 잔류 응력을 측정하였다. 실시예 2 에 있어서는, 실시예 1 과 동일한 조건에 의해 연마 및 측정을 실시하였다.
도 9 는, 실시예 2 의 표면 조도의 측정 위치를 나타내는 관상 부재 (10) 의 상면도이다. 표면 조도의 측정은, 관상 부재 (10) 의 제 1 단 (11) 으로부터 제 2 단 (12) 을 향하는 순서로, 스트레이트부의 제 1 위치 (P1), 굽힘부의 제 2 위치 (P2), 스트레이트부의 제 3 위치 (P3), 굽힘부의 제 4 위치 (P4) 및 스트레이트부의 제 5 위치 (P5) 에서 실시하였다. 제 1 위치 (P1), 제 3 위치 (P3) 및 제 5 위치 (P5) 는, 관상 부재 (10) 가 연장되는 방향으로 각각의 스트레이트부의 대략 중앙이다.
도 10 은, 실시예 2 의 표면 조도의 내면에 있어서의 측정 위치를 나타내는 관상 부재 (10) 의 단면도이다. 표면 조도의 측정은, 도 9 에 나타낸 제 1 위치 (P1) 내지 제 5 위치 (P5) 의 각각에 대해, 관상 부재 (10) 의 내벽의 상부 (10a), 하부 (10b), 내측 (10c) 및 외측 (10d) 의 4 개 지점에 대해, 연마 있음, 연마 없음의 각각의 경우로 실시하였다. 여기서, 내측 (10c) 및 외측 (10d) 은, 굽힘부의 제 2 위치 (P2) 및 제 4 위치 (P4) 에 있어서의 관상 부재 (10) 의 굽힘의 방향에 따라 규정되고, 접속하는 스트레이트부의 제 1 위치 (P1), 제 3 위치 (P3) 및 제 5 위치 (P5) 에 대해서도 내측 및 외측이 동일한 방향으로 설정된다. 그리고, 제 1 위치 (P1) 내지 제 5 위치 (P5) 의 각각에 대해, 상부 (10a), 하부 (10b), 내측 (10c) 및 외측 (10d) 의 4 개 지점의 최대 높이 조도 Rz 의 최대값, 최소값 및 평균값을 구하였다.
도 11 은, 실시예 2 의 표면 조도의 측정 결과 (최대 높이 조도) 의 평균값을 나타내는 그래프이다. 연마 있음의 꺾은선과 연마 없음의 꺾은선을 비교하면, 연마에 의해 표면 조도는 제 1 위치 (P1) 로부터 제 5 위치 (P5) 에 걸쳐 저하되었다. 표면 조도 (최대 높이 조도) 의 평균값은, 연마 없음에서는 10 ㎛ 를 초과하는 지점이 있는 것에 대하여, 연마 있음에서는 어느 위치도 10 ㎛ 를 초과하고 있지 않다.
실시예 2 에서는, 관상 부재 (10) 의 관 내에 연마 미디어를 흘려 연마하기 때문에, 제 1 위치 (P1), 제 3 위치 (P3) 및 제 5 위치 (P5) 의 스트레이트부와, 제 2 위치 (P2) 및 제 4 위치 (P4) 의 굽힘부라는 관상 부재의 형상에 관계없이 연마 미디어에 의해 일정하게 연마된다. 이 때문에, 스트레이트부 또는 굽힘부라는 관상 부재의 형상에 관계없이, 표면 조도 (최대 높이 조도) 의 평균값은 내면의 전체에 걸쳐 저하되어 있다.
도 12 는, 실시예 2 의 표면 조도의 측정 결과 (최대 높이 조도) 를 관상 부재의 형상별로 나타내는 그래프이다. 연마 있음과 연마 없음으로 비교하면, 연마에 의해 최대 높이 조도의 최소값으로부터 최대값까지의 폭이 좁아져 있는 것을 알 수 있다. 최대 높이 조도의 최소값으로부터 최대값까지의 폭은, 연마 없음에서는 굽힘부에 있어서 10 ㎛ 를 초과하고 있는 것에 대하여, 연마 있음에서는 관상 부재의 형상에 상관없이 10 ㎛ 를 초과하고 있지 않다.
실시예 2 에서는, 관상 부재 (10) 의 관 내에 연마 미디어를 흘려 연마하기 때문에, 제 1 위치 (P1), 제 3 위치 (P3) 및 제 5 위치 (P5) 의 스트레이트부와, 제 2 위치 (P2) 및 제 4 위치 (P4) 의 굽힘부라는 관상 부재의 형상에 관계없이 연마 미디어에 의해 일정하게 연마된다. 이 때문에, 스트레이트부 또는 굽힘부라는 관상 부재의 형상에 관계없이, 최대 높이 조도의 최소값으로부터 최대값까지의 폭은 내면의 전체에 걸쳐 좁아져 있다.
도 13 은, 실시예 2 의 잔류 응력의 측정 결과를 관상 부재의 형상별로 나타내는 그래프이다. 도 13 은, 도 12 와 동일하게, 제 1 위치 (P1), 제 3 위치 (P3) 및 제 5 위치 (P5) 의 스트레이트부와, 제 2 위치 (P2) 및 제 4 위치 (P4) 의 굽힘부라는 관상 부재의 형상별로, 연마 있음, 연마 없음의 각각의 경우의 잔류 응력의 평균값을 나타내고 있다. 연마 있음의 경우, 스트레이트부 또는 굽힘부라는 관상 부재의 형상에 관계없이, 내면에 압축 잔류 응력이 부여되고 있는 것을 알 수 있다.
실시예 2 에서는, 관상 부재 (10) 의 관 내에 연마 미디어를 흘려 연마하기 때문에, 관상 부재 (10) 가 스트레이트부인지 굽힘부인지에 관계없이, 일정하게 연마된다. 이 때문에, 스트레이트부 또는 굽힘부라는 관상 부재의 형상에 관계없이, 내면의 전체에 걸쳐 압축 잔류 응력이 부여된다.
실시예 2 에서는, 실시예 1 과 동일하게 관상 부재 (10) 의 관 내에 연마 미디어를 흘려 내면을 균일하게 연마하였다. 이것에 의해, 관상 부재 (10) 의 내면의 전체에 걸쳐 표면 조도의 평균값이 10 ㎛ 보다 작아지고, 및/또는 내면의 전체에 걸쳐 압축 잔류 응력이 부여되었다. 따라서, 실시예 1 과 동일하게, 실시예 2 의 중공 스태빌라이저도 반복 굽힘에 대한 내구 횟수가 증대되어, 피로 수명의 향상이 도모된다.
산업상 이용가능성
이 발명은, 자동차 등의 차량에 사용되는 중공 스프링 및 그 제조 방법에 이용할 수 있다.
10 : 관상 부재
11 : 제 1 단
11a : 제 1 개구
12 : 제 2 단
12a : 제 2 개구
21 : 제 1 유로
22 : 제 2 유로
200 : 연마 미디어

Claims (11)

  1. 강관에 의해 구성된 중공 스프링으로서, 강관의 내면의 전체에 걸쳐 표면 조도의 평균값이 10 ㎛ 보다 작은 중공 스프링.
  2. 강관에 의해 구성된 중공 스프링으로서, 강관의 내면의 전체에 걸쳐 압축 잔류 응력을 부여한 중공 스프링.
  3. 중공 스프링의 제조 방법으로서,
    중공 스프링에 사용하는 강관을 제공하는 공정과,
    상기 강관에 있어서, 제 1 개구와 제 2 개구 사이에서 관 내에 점탄성을 갖는 연마 미디어를 흘려 관의 내면을 연마하는 공정을 포함하고, 관의 내면의 표면 조도를 저감하고, 및/또는 압축 잔류 응력을 부여함으로써 피로 수명을 향상시키는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 강관은, 소정의 형상으로 굽힘 가공되어 있는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 강관은, 열처리되어 있는 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 연마하는 공정은, 상기 강관의 제 1 개구로부터 제 2 개구를 향하여 상기 연마 미디어를 흘리는 공정을 포함하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 연마 미디어를 흘리는 공정은, 공급원으로부터 상기 강관의 제 1 개구에 상기 연마 미디어를 공급하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 연마하는 공정은, 상기 강관의 제 1 개구로부터 제 2 개구를 향하여 상기 연마 미디어를 흘리는 제 1 공정과, 상기 제 2 개구로부터 상기 제 1 개구를 향하여 상기 연마 미디어를 흘리는 제 2 공정을 포함하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 공정은, 공급원으로부터 상기 강관의 제 1 개구에 상기 연마 미디어를 공급함과 함께, 상기 강관의 제 2 개구로부터 상기 연마 미디어를 상기 공급원에 회수하고, 상기 제 2 공정은, 공급원으로부터 상기 강관의 제 2 개구에 상기 연마 미디어를 공급함과 함께, 상기 강관의 제 1 개구로부터 상기 연마 미디어를 상기 공급원에 회수하는 방법.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 연마 미디어는, 점탄성을 갖는 모재와, 입자상의 연마제를 포함하는 방법.
  11. 제 3 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 제조된 중공 스프링.
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