WO2011077985A1 - 目玉部を有する板ばね装置と、板ばね装置の製造方法と、ショットピーニング装置 - Google Patents

目玉部を有する板ばね装置と、板ばね装置の製造方法と、ショットピーニング装置 Download PDF

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清 栗本
由利香 後藤
忠一 加藤
慎一 井之口
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Definitions

  • the present invention relates to a leaf spring device having an eyeball (eye) used for a vehicle suspension mechanism, a method for manufacturing the leaf spring device, and a shot peening device for the eyeball.
  • eye eye
  • shot peening device for the eyeball.
  • the leaf spring device used for the suspension mechanism of the vehicle has a steel leaf spring having an eyeball at the end, a bush inserted into the eyeball of the leaf spring, and the like. This leaf spring device is attached to a member on the vehicle body side via a bush. Further, shot peening is performed in order to improve the durability of the leaf spring. Shot peening generates compressive residual stress on the surface of the leaf spring by hitting a large number of shots made of, for example, cut wires on the surface of the leaf spring at high speed. In order to improve the durability of the eyeball portion, shot peening may be performed on the inner surface of the eyeball portion.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 5-138535 Japanese Patent Publication No. 7-36982
  • FIG. 9 of Patent Document 1 discloses that shots are projected intensively on the lower part of the eyeball.
  • the effect of suppressing delayed fracture may be small depending on the eyeball part.
  • the outer diameter of the bush press-fitted into the eyeball part may be 0.5 mm or more larger than the inner diameter of the eyeball part.
  • the leaf spring if shot peening is concentrated on the lower part of the eyeball part, there may be little effect in suppressing delayed fracture after bush press-fitting.
  • an object of the present invention is to provide a leaf spring device, a shot peening device, and a method for manufacturing the leaf spring device that can suppress fatigue fracture and delayed fracture of the eyeball portion into which the bush is press-fitted.
  • the leaf spring device of the present invention is a leaf spring device comprising a leaf spring having an eyeball portion rounded around an end portion and a bush pressed into the eyeball portion, and is machined inside the eyeball portion. And an absolute value of the compressive residual stress of the first region including the winding start portion of the eyeball portion with respect to the distribution of compressive residual stress in the circumferential direction of the inner surface of the eyeball, and the center of the eyeball.
  • the absolute value of the compressive residual stress in the second region including the winding intermediate point on the vertical line passing through the region has a compressive residual stress distribution larger than the absolute value of the compressive residual stress in the other region of the inner surface of the eyeball .
  • the manufacturing method of the leaf spring device of the present invention includes a step of forming the eyeball portion by winding the end portion of the leaf spring in a round shape, and finishing the inner surface of the eyeball into a circular shape by scraping the inner surface of the eyeball portion.
  • a compressive residual stress is imparted to the inner surface of the eyeball by projecting a shot onto the inner surface of the eyeball, and a winding start portion of the eyeball portion with respect to a distribution of compressive residual stress in the circumferential direction of the inner surface of the eyeball
  • the absolute value of the compressive residual stress of the first region including the absolute value of the compressive residual stress of the second region including the winding intermediate point on the vertical line passing through the center of the eyeball is stored in the other region of the inner surface of the eyeball. It is larger than the absolute value of stress.
  • a shot peening apparatus for performing shot peening on the inner surface of the eyeball includes a shot injection nozzle inserted inside the eyeball portion, and a shot projected from the shot injection nozzle having a reflective surface facing the shot injection nozzle. Is reflected by the reflecting surface and directed toward the inner surface of the eyeball, and the reflecting surface reflects the amount of shot reflected toward the first region and the second region in the other region. The shape is such that it is larger than the amount of shots reflected toward.
  • the angle formed by the reflecting surface with respect to the axis of the shot reflecting member is set such that the projection angle of the shot reflected by the reflecting surface is more than 0 ° and not more than 45 °. Good.
  • a leaf spring device in which a bush is press-fitted into an eyeball part, it is possible to sufficiently apply compressive residual stress to a location effective in suppressing fatigue fracture and delayed fracture of the eyeball part. Reliability can be increased.
  • FIG. 1 is a front view of a leaf spring device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged front view showing the center part of the leaf spring device shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the eyeball part and the bush shown in FIG. 2 in a separated state.
  • FIG. 4 is a front view showing only the centerpiece shown in FIG.
  • FIG. 5 is a side view of the center part shown in FIG. 2 and a part of a tool for shaving.
  • FIG. 6 is a side view of the center part shown in FIG. 2 and a part of an apparatus for performing inner surface shot peening.
  • FIG. 7 is a perspective view of the shot reflecting member of the shot peening apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a front view of a leaf spring device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged front view showing the center part of the leaf spring device shown in FIG.
  • FIG. 3 is
  • FIG. 8 is a side view of the shot reflecting member shown in FIG.
  • FIG. 9 is a perspective view of a shot reflecting member of a shot peening apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a front view of the shot reflecting member shown in FIG.
  • FIG. 11 is a side view showing a shot peening apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a perspective view of a shot reflecting member of the shot peening apparatus shown in FIG.
  • FIG. 13 is a front view of the shot reflecting member shown in FIG.
  • FIG. 14 is a perspective view of a shot reflecting member according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a side view showing a shot peening apparatus according to the sixth embodiment of the present invention.
  • a leaf spring device 10 shown in FIG. 1 is used for a suspension mechanism of a vehicle such as an automobile.
  • the leaf spring device 10 includes a steel leaf spring 11 having eyeball portions 12 at both ends, and a bush 20 press-fitted into the eyeball portion 12.
  • the leaf spring 11 is attached to a vehicle suspension mechanism (not shown) and elastically supports the load of the vehicle. For this reason, the sprung weight of the vehicle is loaded on the eyeball portion 12, and tensile stress repeatedly acts on the eyeball portion 12 when the vehicle is accelerated or decelerated.
  • a stacked leaf spring device is configured by overlapping a child plate (not shown) in the thickness direction of the leaf spring 11.
  • spring steel An example of the material (spring steel) of the leaf spring 11 is SUP11.
  • Examples of chemical components (mass%) are C: 0.56 to 0.64, Si: 0.15 to 0.35, Mn: 0.70 to 1.00, P: 0.035 or less, S: 0.00. 035 or less, Cr: 0.70 to 1.00, B: 0.0005 or more, and the balance Fe.
  • spring steels of other steel types may be used.
  • an example of the bush 20 includes a metal outer cylinder 21, an inner cylinder 22, and an elastic member 23.
  • the elastic member 23 is made of an elastic material such as rubber and is provided between the outer cylinder 21 and the inner cylinder 22.
  • the leaf spring 11 is subjected to heat treatment such as quenching and tempering.
  • a region between a pair of eyeball portions 12 provided at both ends of the leaf spring 11 is a strip-shaped leaf portion 11a.
  • the eyeball portion 12 is formed at both ends of the leaf portion 11a.
  • the eyeball part 12 of this embodiment is wound roundly upward from both ends of the leaf part 11a. That is, the eyeball portion 12 is an up-turned eyeball.
  • a slight gap G is formed between the plate end 12a of the eyeball portion 12 and the upper surface of the leaf portion 11a.
  • the surface of the leaf spring 11 is shot peened by a first shot peening device 25 (partially shown in FIG. 1).
  • the first shot peening device 25 projects the shot 26 in the tangential direction of the impeller rotating at high speed while moving the leaf spring 11. By hitting the shot 26 around the entire circumference of the leaf spring 11, compressive residual stress is generated on the outer surface of the leaf spring 11.
  • an eyeball inner surface 30 is formed inside the eyeball portion 12.
  • the eyeball inner surface 30 is subjected to a shaving process and shot peening, which will be described later.
  • the eyeball inner surface 30 has a first region S1 (portion indicated by lower hatching in FIGS. 2 and 4) and a second region S2 (portion indicated by upper hatching in FIGS. 2 and 4). ing.
  • the first region S ⁇ b> 1 includes a winding start portion 31.
  • the second region S2 includes a winding intermediate point 32 on the vertical line V passing through the center of the eye C1.
  • the second region S2 includes a position P1 returned from the winding intermediate point 32 by the angle ⁇ toward the winding start portion 31 side.
  • the angle ⁇ is about 20 °.
  • the second region S2 is located on the opposite side of the first region S1 across the center of the eyeball C1, that is, on the uppermost portion of the eyeball inner surface 30.
  • the inner surface 30 of the centerpiece is finished in a circular shape by cutting using a cutting tool 40 such as a reamer.
  • a cutting tool 40 such as a reamer.
  • the cutting tool 40 is inserted into the eyeball portion 12 while rotating.
  • the roundness of the eyeball inner surface 30 is increased by this shaving process.
  • the inner surface 30 of the eyeball is finished so that the inner diameter D1 of the inner surface 30 of the eyeball is slightly smaller than the outer diameter D2 of the bush 20.
  • the difference between D1 and D2 is, for example, 0.7 mm or less.
  • the second shot peening apparatus 50 includes a shot injection nozzle 51 inserted into the eyeball portion 12, a shot reflecting member 52, a drive mechanism 53, a compressed air supply source 54, a shot supply source 55, and a shot supply hose. 56.
  • the shot reflecting member 52 is fixed to the shot spray nozzle 51 by a shaft 57.
  • the reflection surface 58 of the shot reflecting member 52 is disposed at a position facing the injection port of the shot injection nozzle 51.
  • the drive mechanism 53 has a function of moving the shot injection nozzle 51 and the shot reflecting member 52 in the axial direction of the eyeball portion 12 (the direction indicated by the arrow X1 in FIG. 6).
  • the shot spray nozzle 51 and the shot reflecting member 52 may be fixed, and the eyeball portion 12 may be relatively moved in the direction indicated by the arrow X2 in FIG.
  • the drive mechanism 53 is only required to move the shot reflecting member 52 and the shot injection nozzle 51 relative to the inner surface 30 of the eyeball in the axial direction of the eyeball portion 12.
  • An example of the shot reflecting member 52 has a triangular pyramid cone shape arranged concentrically with the shot injection nozzle 51.
  • the shot 60 projected from the shot injection nozzle 51 is reflected by the reflection surface of the shot reflecting member 52.
  • the reflected shot 60 is projected onto the eyeball inner surface 30 by changing the direction in the radial direction of the shot reflecting member 52.
  • An example of the shot 60 is a round cut wire having a shot size (particle diameter) of ⁇ 1.3 mm, or a cut wire having a shot size of ⁇ 1.0 mm.
  • the shot 60 is projected at a high speed (for example, a projection speed of 76.7 m / sec) toward the inner surface 30 of the eyeball.
  • An example of the projection pressure is 0.5 MPa
  • the projection amount is, for example, 200 g / second
  • the projection time is 3 to 30 seconds.
  • the center line C3 of the shot injection nozzle 51 and the shot reflecting member 52 is set to the first region S1 by an offset amount T with respect to the center line C2 of the eyeball portion 12. Let it move to the side. Under this state, the shot injection nozzle 51 and the shot reflecting member 52 are moved in the axial direction X1.
  • the center line C3 of the shot injection nozzle 51 and the shot reflecting member 52 is shifted toward the second region S2 side with respect to the center line C2 of the eyeball portion 12. Under this state, the shot injection nozzle 51 and the shot reflecting member 52 are moved in the axial direction X1.
  • the compressive residual stress in the first and second regions S1, S2 can be made larger than the compressive residual stress in the other region S3. .
  • FIGS. 7 and 8 show a shot reflecting member 52 according to the second embodiment.
  • the shot reflecting member 52 has two reflecting surfaces 58.
  • the shots 60 reflected by the reflecting surfaces 58 are intensively projected toward the first and second regions S1 and S2.
  • the shot reflecting member 52 has a pair of main reflecting surfaces 58 and a pair of sub reflecting surfaces 59.
  • a large amount of shots 60 reflected by the main reflection surface 58 are intensively projected toward the first and second regions S1 and S2, and a small amount of shots 60 reflected by the sub-reflection surface 59 Is projected toward the region S3.
  • FIG. 11 to 13 show a shot peening apparatus 50 'according to the fourth embodiment.
  • the shot injection nozzle 51 and the shot reflecting member 52 are configured separately.
  • the shot reflecting member 52 has a pair of reflecting surfaces 58. These reflecting surfaces 58 are opposed to the shot injection nozzle 51.
  • the eyeball portion 12 and the shot injection nozzle 51 are fixed, the shot reflecting member 52 is moved in the direction of the axis X1.
  • the eyeball portion 12 is configured to relatively move in the direction indicated by the arrow X2. Since other than that is the same as that of the shot peening apparatus 50 of 1st Embodiment shown in FIG. 6, description is abbreviate
  • the angle formed by the reflecting surface 58 with respect to the axis C3 of the shot reflecting member 52 is ⁇ .
  • This angle ⁇ is set to be less than 45 ° ( ⁇ ⁇ 45 °) so that the shot projection angle ⁇ satisfies 0 ⁇ ⁇ 45 °.
  • the projection angle ⁇ is an angle formed by the shot projection direction with respect to the normal Z of the projection surface (eyeball inner surface 30). When the projection angle ⁇ exceeds 45 °, the shot energy of the shot that collides with the projection surface (the inner surface 30 of the eyeball) is remarkably reduced, so that the shot peening effect is remarkably lowered.
  • the shot projection angle ⁇ is 0 °
  • the shot 60 facing the projection surface (eyeball inner surface 30) interferes with the shot 60a reflected by the projection surface (eyeball inner surface 30).
  • the projection angle ⁇ is preferably 0 ° or more.
  • the distance from the reflecting surface 58 to the eyeball inner surface 30 is large, the interference between the shot 60a reflected by the eyeball inner surface 30 and the shot 60 facing the eyeball inner surface 30 is not substantially a problem. It may be 0 °.
  • the shot reflecting member 52 may be reciprocally rotated around the axis (in the direction indicated by the arrow R) within a range of, for example, 0 to 45 °. By doing so, it is possible to concentrate the shots in the first region S1 and the second region S2 and to project the shots in the other region S3.
  • FIG. 14 shows the shot reflecting member 52 of the fifth embodiment.
  • the shot reflecting member 52 has a pair of main reflecting surfaces 58 and a pair of sub reflecting surfaces 59.
  • a large amount of shots 60 reflected by the main reflection surface 58 are intensively projected toward the first and second regions S1 and S2, and a small amount of shots 60 reflected by the sub-reflection surface 59 Is projected toward the region S3.
  • FIG. 15 shows a shot peening apparatus 50 ′′ according to the sixth embodiment.
  • a shot reflecting member 52 of the shot peening apparatus 50 ′′ has a reflecting surface 58 that is inclined only in one direction.
  • the angle ⁇ formed by the reflecting surface 58 with respect to the axis C3 of the shot reflecting member 52 is less than 45 °. That is, the angle ⁇ of the reflecting surface 58 is set so that the shot projection angle ⁇ with respect to the normal Z of the projection surface (eyeball inner surface 30) satisfies 0 ⁇ ⁇ 45 °.
  • the area of the reflection surface 58 is larger than the shot projection area of the shot injection nozzle 51.
  • the deviation of the axis C3 relative to the shot injection nozzle 51 can be absorbed to some extent by rotating the shot reflecting member 52 around the axis C3.
  • Areas S1 and S2 of 2 are places where the compressive residual stress is desired to be larger than those of other areas S3, and when the shot is projected onto these areas S1 and S2, the rotational speed of the shot reflecting member 52 is slowed down.
  • the shot peening is performed mainly by the following: When projecting a shot to the other region S3, the shot reflecting member 52 is accelerated to perform the shot peening for a short time.
  • a desired compressive residual stress distribution can be imparted in the circumferential direction of the inner surface 30.
  • Embodiment of the shot peening apparatus 50 ' is omitted because it is similar to the shot peening apparatus 50 of FIG. 11.
  • the compressive residual stress was measured when shot peening was performed with the black skin remaining on the inner surface 30 of the eyeball without performing the above-described cutting. As a result of the measurement, the compressive residual stress in the first region S1 was ⁇ 408 MPa. On the other hand, the compressive residual stress was also measured when shot peening was performed in the state where the shaving process was performed on the inner surface 30 of the eyeball and the black skin was removed. The measurement result was -498 MPa, and an absolute value as high as 90 MPa was obtained compared to the case where shot peening was performed with the black skin remaining.
  • the compressive residual stress value is represented by minus.
  • the compressive residual stress in the first and second regions S1, S2 could be expressed more effectively.
  • the absolute value of the compressive residual stress in the first region S1 is ⁇ 1
  • the absolute value of the compressive residual stress in the second region S2 is ⁇ 2
  • the absolute value of the compressive residual stress in the other region S3 in the circumferential direction is ⁇ 3.
  • the distribution of compressive residual stress in the circumferential direction of the inner surface 30 provided by the inner surface shot peening process is such that ⁇ 1 and ⁇ 2 are larger than ⁇ 3 by, for example, 5 to 10% or more.
  • the compressive residual stress in the first and second regions S1, S2 is ⁇ 498 MPa or more.
  • the compressive residual stress in the other region S3 is around ⁇ 400 MPa.
  • the gradient of the compressive residual stress distribution becomes too large, a portion where the gradient is large may be a starting point of breakage. For this reason, it is preferable to make the gradient of the compressive residual stress distribution gentle.
  • the bush 20 is press-fitted into the eyeball portion 12.
  • the outer diameter D2 (shown in FIG. 2) of the bush 20 is slightly larger than the inner diameter D1 of the eyeball portion 12 in a free state before the bush 20 is inserted.
  • the difference between D1 and D2 is, for example, about 0.5 to 0.7 mm. Therefore, the eyeball portion 12 is accommodated inside the eyeball portion 12 in a state in which the diameter of the bush 20 is slightly larger than that in the free state when the bush 20 is press-fitted.
  • the eyeball inner surface 30 has the roundness and surface accuracy of the eyeball inner surface 30 increased since the shaving process is performed in advance before the bush 20 is press-fitted.
  • the inner diameter D1 of the eyeball portion 12 is finished to be slightly larger than the outer diameter D2 of the bush 20 by the cutting step. For this reason, the entire circumference of the bush 20 can be brought into close contact with the eyeball inner surface 30 with high accuracy.
  • the manufacturing method of the leaf spring device 10 of the present embodiment includes the following steps. (1) The process of forming the eyeball part 12 by heating the end part of the leaf
  • the compressive residual stress is such that the absolute values ⁇ 1, ⁇ 2 of the compressive residual stress in the first and second regions S1, S2 are larger than the absolute value ⁇ 3 of the compressive residual stress in the other region S3.
  • the leaf spring device can be implemented, including the leaf spring leaf portion, eyeball portion, bush shape, and structure.
  • the eyeball portion is not limited to the up-turned eye as described in the above embodiment, but may be a down-turned eye.

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Abstract

　板ばね装置(10)は、端部に目玉部(12)を有する板ばね(11)と、目玉部(12)に圧入されたブッシュ(20)とを備えている。目玉部(12)の内面(30)には、リーマ等による削り加工がなされ、かつ、ショットピーニングがなされている。このショットピーニングによる目玉内面(30)の圧縮残留応力分布は、目玉部(12)の巻き始め部(31)を含む第１の領域(S1)の圧縮残留応力の絶対値(τ1)と、目玉部(12)の巻き中間点(32)を含む第２の領域(S2)の圧縮残留応力の絶対値(τ2)とが、目玉内面(30)の他の領域(S3)の圧縮残留応力の絶対値(τ3)よりも大きい。

Description

目玉部を有する板ばね装置と、板ばね装置の製造方法と、ショットピーニング装置
　この発明は、車両の懸架機構等に使用される目玉部(eye)を有する板ばね装置と、板ばね装置の製造方法と、目玉部のためのショットピーニング装置に関する。
　車両の懸架機構に使用される板ばね装置は、端部に目玉部（eye）を有する鋼製の板ばねと、この板ばねの目玉部に挿入されたブッシュ等を有している。この板ばね装置は、ブッシュを介して車体側の部材に取付けられている。また、板ばねの耐久性を向上させるために、ショットピーニングが行なわれている。ショットピーニングは、板ばねの表面に例えばカットワイヤ等からなる多数のショットを高速で打付けることによって、板ばねの表面に圧縮残留応力を生じさせる。目玉部の耐久性を向上させるために、目玉部の内面にショットピーニングが行なわれることもある。
　例えば下記特許文献１に記載されているショットピーニング装置を用いて、目玉部の内面に圧縮残留応力を付与させることが知られている。この公知技術では、目玉部の内側にショット噴射ノズルとショット反射部材とが挿入される。前記ショット噴射ノズルからショット反射部材に向けて、ショットが投射される。ショット噴射ノズルから投射されたショットは、ショット反射部材によって反射されて目玉部の内面に当たる。この特許文献１には、目玉部の下部に集中的にショットピーニングを行なうことによって、目玉部の疲労破壊と遅れ破壊を抑制する旨記載されている。
特開平５－１３８５３５号公報（特公平７－３６９８２号公報）
　特許文献１の図１等に開示されているように、目玉部の内面全体にショットピーニングを行なえば目玉部の耐久性を向上させることが可能である。しかし目玉部の内面全体に均一にショットを投射すると、耐久性向上の効果が小さい領域にも多量のショットを投射することになる。このため、ショットピーニング時間が長くかかるだけでなく、省エネルギーの要望に反する。
　特許文献１の図９には、目玉部の下部に集中的にショットを投射することが開示されている。その場合には、疲労破壊を抑制する上で効果が認められても、目玉部によっては遅れ破壊を抑制する効果が小さいことがある。例えばＳＵＰ１１等のばね鋼からなる高強度板ばねで、目玉部に圧入されるブッシュの外径が、目玉部の内径よりも０．５ｍｍ以上大きい場合がある。このような板ばねでは、目玉部の下部にショットピーニングを集中的に行なうだけでは、ブッシュ圧入後の遅れ破壊を抑制する上で効果が少ないことがある。
　従って本発明の目的は、ブッシュが圧入された目玉部の疲労破壊と遅れ破壊を抑制することができる板ばね装置と、ショットピーニング装置と、板ばね装置の製造方法を提供することにある。
　本発明の板ばね装置は、端部に丸く巻かれた目玉部を有する板ばねと、前記目玉部に圧入されるブッシュとを備えた板ばね装置であって、前記目玉部の内側に削り加工とショットピーニングとがなされた目玉内面を有しかつ、前記目玉内面の周方向の圧縮残留応力分布に関して該目玉部の巻き始め部を含む第１の領域の圧縮残留応力の絶対値と、目玉中心を通る鉛直線上の巻き中間点を含む第２の領域の圧縮残留応力の絶対値とが、該目玉内面の他の領域の圧縮残留応力の絶対値よりも大きい圧縮残留応力分布を有している。
　本発明の板ばね装置の製造方法は、板ばねの端部を丸く巻くことによって目玉部を形成する工程と、前記目玉部の内面を削ることによって該目玉内面を円形に仕上げるとともに該目玉内面に付着していた酸化皮膜を除去する削り工程と、前記削り工程が行なわれた後に実施される内面ショットピーニング工程と、前記内面ショットピーニング工程後に前記目玉部に該目玉部の内径よりも大きな外径のブッシュを圧入する工程とを具備している。前記内面ショットピーニング工程では、前記目玉内面にショットを投射することによって前記目玉内面に圧縮残留応力を付与し、かつ、該目玉内面の周方向の圧縮残留応力分布に関して該目玉部の巻き始め部を含む第１の領域の圧縮残留応力の絶対値と、目玉中心を通る鉛直線上の巻き中間点を含む第２の領域の圧縮残留応力の絶対値とを、該目玉内面の他の領域の圧縮残留応力の絶対値よりも大きくしている。
　前記目玉内面にショットピーニングを行うためのショットピーニング装置は、前記目玉部の内側に挿入されるショット噴射ノズルと、前記ショット噴射ノズルと対向する反射面を有し前記ショット噴射ノズルから投射されたショットを該反射面で反射させ前記目玉内面に向わせるショット反射部材とを具備し、前記反射面は、前記第１の領域と第２の領域に向って反射するショットの量が前記他の領域に向って反射するショットの量よりも多くなるような形状としている。
　このショットピーニング装置において、前記ショット反射部材の軸線に対する前記反射面のなす角度が、該反射面で反射するショットの投射角が０°を越えて４５°以下となるような角度に設定されているとよい。
　本発明によれば、目玉部にブッシュが圧入される板ばね装置において、目玉部の疲労破壊と遅れ破壊を抑制する上で有効な箇所に圧縮残留応力を十分付与することができ、目玉部の信頼性を高めることができる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る板ばね装置の正面図である。 図２は、図１に示された板ばね装置の目玉部を拡大して示す正面図である。 図３は、図２に示された目玉部とブッシュを分離した状態で示す断面図である。 図４は、図２に示された目玉部のみを示す正面図である。 図５は、図２に示された目玉部と、削り加工のための工具の一部の側面図である。 図６は、図２に示された目玉部と、内面ショットピーニングを行なうための装置の一部の側面図である。 図７は、本発明の第２の実施形態に係るショットピーニング装置のショット反射部材の斜視図である。 図８は、図７に示されたショット反射部材の側面図である。 図９は、本発明の第３の実施形態に係るショットピーニング装置のショット反射部材の斜視図である。 図１０は、図９に示されたショット反射部材の正面図である。 図１１は、本発明の第４の実施形態に係るショットピーニング装置を示す側面図である。 図１２は、図１１に示されたショットピーニング装置のショット反射部材の斜視図である。 図１３は、図１２に示されたショット反射部材の正面図である。 図１４は、本発明の第５の実施形態に係るショット反射部材の斜視図である。 図１５は、本発明の第６の実施形態に係るショットピーニング装置を示す側面図である。
　以下に本発明の第１の実施形態に係る板ばね装置と、その製造方法について、図１から図６を参照して説明する。　
　図１に示す板ばね装置１０は、例えば自動車等の車両の懸架機構に使用される。この板ばね装置１０は、両端に目玉部１２を有する鋼製の板ばね１１と、目玉部１２に圧入されたブッシュ２０とを有している。
　板ばね１１は、図示しない車両の懸架機構部に取付けられ、車両の荷重を弾性的に支持する。このため目玉部１２に車両のばね上重量が負荷されるとともに、車両の加速あるいは減速時に引張の応力が目玉部１２に繰返し作用する。一般的には、板ばね１１の厚み方向に子板（図示せず）を重ねることによって、重ね板ばね装置が構成される。
　板ばね１１の材料（ばね鋼）の一例はＳＵＰ１１である。化学成分（ｍａｓｓ％）の一例はＣ：０．５６～０．６４、Ｓｉ：０．１５～０．３５、Ｍｎ：０．７０～１．００、Ｐ：０．０３５以下、Ｓ：０．０３５以下、Ｃｒ：０．７０～１．００、Ｂ：０．０００５以上、残部Ｆｅである。ただしこれ以外の鋼種のばね鋼が使用されてもよい。
　図２と図３に示すように、ブッシュ２０の一例は、金属製の外筒２１と、内筒２２と、弾性部材２３によって構成されている。弾性部材２３はゴム等の弾性材料からなり、外筒２１と内筒２２との間に設けられている。この板ばね１１には焼入れと焼戻し等の熱処理が行なわれている。
　板ばね１１の両端部に設けられた一対の目玉部１２間の領域が、帯状のリーフ部１１ａとなっている。言い換えるとリーフ部１１ａの両端に前記目玉部１２が形成されている。この実施形態の目玉部１２は、リーフ部１１ａの両端から上側に丸く巻かれている。すなわちこの目玉部１２は上巻き目玉（up-turned eye）である。目玉部１２の板端１２ａとリーフ部１１ａの上面との間に、若干の隙間Ｇが形成されている。
　板ばね１１の表面には、第１のショットピーニング装置２５（図１に一部を模式的に示す）によって、ショットピーニングがなされている。第１のショットピーニング装置２５は、板ばね１１を移動させながら、高速で回転するインペラの接線方向にショット２６を投射する。ショット２６を板ばね１１の全周に打付けることによって、板ばね１１の外面に圧縮残留応力が生じる。
　図４に示すように、目玉部１２の内側に目玉内面３０が形成されている。この目玉内面３０には、後述する削り加工とショットピーニングとがなされている。目玉内面３０は、第１の領域Ｓ１（図２と図４に下側のハッチングで示す部分）と、第２の領域Ｓ２（図２と図４に上側のハッチングで示す部分）とを有している。第１の領域Ｓ１は、巻き始め部３１を含んでいる。
　第２の領域Ｓ２は、目玉中心Ｃ１を通る鉛直線Ｖ上の巻き中間点３２を含んでいる。第２の領域Ｓ２は、巻き中間点３２から巻き始め部３１側に角度θだけ戻った位置Ｐ１を含んでいる。角度θは約２０°である。第２の領域Ｓ２は、第１の領域Ｓ１に対して目玉中心Ｃ１を挟んで反対側、すなわち目玉内面３０の最上部に位置している。
　図５に示すように目玉内面３０は、リーマ等の切削工具４０を用いた削り加工によって円形に仕上げられている。この削り加工では、切削工具４０を回転させながら目玉部１２に挿入する。この削り加工によって目玉内面３０の真円度が高められている。しかもこの削り加工によって、目玉内面３０の内径Ｄ１がブッシュ２０の外径Ｄ２よりも僅かに小さくなるように目玉内面３０が仕上げられている。例えばＤ１とＤ２の差は、例えば０．７ｍｍ以下である。
　前記削り加工後に実施される内面ショットピーニング工程により、目玉内面３０に圧縮残留応力が付与されている。内面ショットピーニング工程では、図６に示す第２のショットピーニング装置５０が使用される。第２のショットピーニング装置５０は、目玉部１２に挿入されるショット噴射ノズル５１と、ショット反射部材５２と、駆動機構５３と、圧縮空気の供給源５４と、ショット供給源５５と、ショット供給ホース５６を備えている。ショット反射部材５２は、軸５７によってショット噴射ノズル５１に固定されている。ショット反射部材５２の反射面５８は、ショット噴射ノズル５１の噴射口と対向する位置に配置されている。駆動機構５３は、ショット噴射ノズル５１とショット反射部材５２とを目玉部１２の軸線方向（図６に矢印Ｘ１で示す方向）に移動させる機能を有している。
　なお、ショット噴射ノズル５１とショット反射部材５２を固定した状態とし、目玉部１２を図６に矢印Ｘ２で示す方向に相対的に移動させてもよい。要するに駆動機構５３は、目玉内面３０に対して、ショット反射部材５２とショット噴射ノズル５１を、目玉部１２の軸線方向に相対移動させることができればよい。
　ショット反射部材５２の一例は、ショット噴射ノズル５１と同心に配置された三角錐形のコーン形状をなしている。ショット噴射ノズル５１から投射されたショット６０は、ショット反射部材５２の反射面にて反射する。反射したショット６０は、ショット反射部材５２の径方向に向きを変えることにより、目玉内面３０に投射される。ショット６０の例は、ショットサイズ（粒径）がφ１.３ｍｍのラウンドカットワイヤ、あるいはショットサイズがφ１.０ｍｍのカットワイヤである。このショット６０を、目玉内面３０に向けて、高速（例えば投射速度７６．７ｍ／ｓｅｃ）で投射する。投射圧力の一例は０．５ＭＰａ、投射量は例えば２００ｇ／秒、投射時間は３～３０秒である。
　目玉部１２を有する板ばね装置１０の疲労破壊試験を行なうと、疲労破壊は主として第１の領域Ｓ１に生じることが判っている。しかし本発明者達が鋭意研究した結果、比較的大きな力でブッシュ２０が圧入された目玉部１２の場合、遅れ破壊に関しては第２の領域Ｓ２のショットピーニングが特に有効であるとの知見が得られた。そこで第１の領域Ｓ１以外に、第２の領域Ｓ２にも重点的にショットピーニングを行なうようにした。
　例えば図６に示すように、第１のショットピーニング工程において、ショット噴射ノズル５１とショット反射部材５２の中心線Ｃ３を、目玉部１２の中心線Ｃ２に対し、オフセット量Ｔだけ第１の領域Ｓ１側に片寄らせる。この状態のもとで、ショット噴射ノズル５１とショット反射部材５２を軸線方向Ｘ１に移動させる。
　第２のショットピーニング工程では、ショット噴射ノズル５１とショット反射部材５２の中心線Ｃ３を、目玉部１２の中心線Ｃ２に対して第２の領域Ｓ２側に片寄らせる。この状態のもとで、ショット噴射ノズル５１とショット反射部材５２を軸線方向Ｘ１に移動させる。
　前記第１のショットピーニング工程と第２のショットピーニング工程を実施することにより、第１および第２の領域Ｓ１，Ｓ２の圧縮残留応力を他の領域Ｓ３の圧縮残留応力よりも大きくすることができる。
　なお、第１の領域Ｓ１と第２の領域Ｓ２にショットが集中的に投射されるように、ショット反射部材５２の形状を変えてもよい。例えば図７と図８に、第２の実施形態に係るショット反射部材５２が示されている。このショット反射部材５２は、２つの反射面５８を有している。各反射面５８によって反射したショット６０が、第１および第２の領域Ｓ１，Ｓ２に向けて集中的に投射される。
　図９と図１０は、第３の実施形態のショット反射部材５２を示している。このショット反射部材５２は、一対の主反射面５８と一対の副反射面５９とを有している。主反射面５８によって反射された多量のショット６０が、第１および第２の領域Ｓ１，Ｓ２に向けて集中的に投射されるとともに、副反射面５９によって反射された少量のショット６０が、他の領域Ｓ３に向けて投射される。
　図１１から図１３は、第４の実施形態に係るショットピーニング装置５０´を示している。このショットピーニング装置５０´は、ショット噴射ノズル５１とショット反射部材５２とが別々に構成されている。ショット反射部材５２は一対の反射面５８を有している。これら反射面５８がショット噴射ノズル５１と対向している。目玉部１２とショット噴射ノズル５１が固定されている場合、ショット反射部材５２を軸線Ｘ１方向に移動させる。ショット噴射ノズル５１とショット反射部材５２が固定されている場合には、目玉部１２が矢印Ｘ２で示す方向に相対的に移動するように構成されている。それ以外は図６に示す第１の実施形態のショットピーニング装置５０と同様であるため説明を省略する。
　ショット反射部材５２の軸線Ｃ３に対し、反射面５８のなす角度をαとする。この角度αは、ショットの投射角βが０＜β≦４５°となるように４５°未満（α＜４５°）に設定されている。投射角βは、被投射面（目玉内面３０）の法線Ｚに対してショットの投射方向がなす角度である。投射角βが４５°を越えると、被投射面（目玉内面３０）に衝突するショットの投射エネルギーが著しく減少するため、ショットピーニング効果が著しく低下する。
　ショットの投射角βが０°の場合には、被投射面（目玉内面３０）に向うショット６０が、被投射面（目玉内面３０）で反射したショット６０ａと干渉する。その場合、ショットの投射エネルギーが相殺されるため、ショットピーニングの効果が著しく低下する。よって、投射角βは０°以上が望ましい。ただし、反射面５８から目玉内面３０までの距離が大きい場合には、目玉内面３０で反射するショット６０ａと目玉内面３０に向うショット６０との干渉が実質的に問題にならないため、投射角βを０°にしてもよい。
　この第４の実施形態の場合、図１３に示すようにショット反射部材５２を軸まわり（矢印Ｒで示す方向）に例えば０～４５°の範囲で往復回動させてもよい。こうすることにより、第１の領域Ｓ１と第２の領域Ｓ２にショットを集中させるとともに、他の領域Ｓ３にもショットを投射することができる。
　図１４は、第５の実施形態のショット反射部材５２を示している。このショット反射部材５２は、一対の主反射面５８と、一対の副反射面５９とを有している。主反射面５８によって反射された多量のショット６０が、第１および第２の領域Ｓ１，Ｓ２に向けて集中的に投射されるとともに、副反射面５９によって反射された少量のショット６０が、他の領域Ｓ３に向けて投射される。
　図１５は、第６の実施形態に係るショットピーニング装置５０”を示している。このショットピーニング装置５０”のショット反射部材５２は、一方向にのみ傾斜する反射面５８を有している。ショット反射部材５２の軸線Ｃ３に対する反射面５８のなす角度αは、４５°未満である。すなわち、被投射面（目玉内面３０）の法線Ｚに対するショットの投射角βが０＜β≦４５°となるように、反射面５８の角度αが設定されている。反射面５８の面積は、ショット噴射ノズル５１のショット投射面積よりも大きい。
　第６の実施形態に係るショットピーニング装置５０”の場合、ショット反射部材５２を軸線Ｃ３まわりに回転させることにより、ショット噴射ノズル５１に対する軸線Ｃ３のずれをある程度吸収することができる。第１および第２の領域Ｓ１，Ｓ２は、圧縮残留応力を他の領域Ｓ３よりも大きくしたい箇所である。これらの領域Ｓ１，Ｓ２にショットを投射する際には、ショット反射部材５２の回転速度を遅くすることにより、ショットピーニングを重点的に行う。他の領域Ｓ３にショットを投射する際には、ショット反射部材５２の回転速度を早くすることにより、短時間のショットピーニングを行う。こうすることにより、目玉内面３０の周方向に所望の圧縮残留応力分布を付与することができる。それ以外の構成と作用について、第６の実施形態のショットピーニング装置５０”は図１１のショットピーニング装置５０と同様であるため説明を省略する。
　板ばね装置１０の目玉部１２は、その成形時に加熱されるため、表面に黒皮と呼ばれる酸化皮膜が生じている。目玉内面３０に前記削り加工を行わずに、黒皮が残った状態でショットピーニングを行った場合の圧縮残留応力が測定された。測定結果は、第１の領域Ｓ１の圧縮残留応力が－４０８ＭＰａであった。これに対し、目玉内面３０に前記削り加工を行って、黒皮を除去した状態でショットピーニングを行った場合の圧縮残留応力も測定された。測定結果は－４９８ＭＰａであり、黒皮が残った状態でショットピーニングを行った場合と比べて、絶対値で９０ＭＰａほど高い値が得られた。なお、当業界の慣例として圧縮残留応力値はマイナスで表わしている。このように目玉部１２に削り加工を行ったのち内面ショットピーニングを実施したことにより、第１および第２の領域Ｓ１，Ｓ２の圧縮残留応力をより効果的に発現させることができた。
　ここで第１の領域Ｓ１の圧縮残留応力の絶対値をτ１、第２の領域Ｓ２の圧縮残留応力の絶対値をτ２、周方向の他の領域Ｓ３の圧縮残留応力の絶対値τ３とする。前記内面ショットピーニング工程によって付与される目玉内面３０の周方向の圧縮残留応力分布は、τ１とτ２とが、τ３よりも例えば５～１０％以上大きくなるようにしている。例えば、第１および第２の領域Ｓ１，Ｓ２の圧縮残留応力は－４９８ＭＰａ以上である。他の領域Ｓ３の圧縮残留応力は、－４００ＭＰａ前後である。なお、圧縮残留応力分布の勾配が大きくなりすぎると、勾配が大きい箇所が破損の起点になることがある。このため圧縮残留応力分布の勾配を緩やかにするとよい。
　前記したように第２の領域Ｓ２の圧縮残留応力値を高めたことにより、ブッシュ２０が圧入された状態のもとでの目玉部１２の遅れ破壊を改善することができた。目玉部１２の遅れ破壊を調べるために、目玉部１２の遅れ破壊試験が行なわれた。試験条件は、ブッシュに相当する金具が圧入された目玉部１２を強酸性（ｐＨ１．０）の硫酸液中に浸漬し、破壊するまでの時間を測定した。その結果、従来の目玉部では短時間（１０分～３０分）で遅れ破壊が生じていた。これに対し、本実施形態の目玉部１２の遅れ破壊は５時間以上で発生し、遅れ破壊が大幅に改善されることが確認された、しかも本実施形態の内面ショットピーニング工程によれば、目玉内面３０の全周に均等にショットを投射する場合と比較して、投射に必要なエネルギーを節約することができた。
　前記内面ショットピーニング工程が終了したのち、目玉部１２にブッシュ２０が圧入される。ブッシュ２０の外径Ｄ２（図２に示す）は、ブッシュ２０が挿入される前の自由状態における目玉部１２の内径Ｄ１よりも僅かに大きい。Ｄ１とＤ２の差は例えば０．５～０．７ｍｍ程度である。従ってこの目玉部１２は、ブッシュ２０が圧入された状態において、前記自由状態よりも僅かに拡径した状態で目玉部１２の内側に収容される。
　目玉内面３０は、ブッシュ２０が圧入される前に予め前記削り工程が行なわれているため、目玉内面３０の真円度と表面精度が高められている。しかも前記削り工程によって、目玉部１２の内径Ｄ１がブッシュ２０の外径Ｄ２よりも僅かに大きくなるように仕上げられている。このためブッシュ２０の全周を目玉内面３０に高精度に密着させることができる。
　以上説明したように、本実施形態の板ばね装置１０の製造方法は下記の工程を含んでいる。　
（１）板ばね１１の端部を加熱し、丸く巻くことによって目玉部１２を形成する工程。　
（２）板ばね１１に焼入れ、焼戻し等の熱処理を行う工程。　
（３）板ばね１１の外面にショットピーニングを行なう工程。　
（４）目玉内面３０をリーマ等によって機械加工する削り工程。この削り工程によって、目玉内面３０を円形に仕上げるとともに、目玉内面３０の酸化皮膜が除去される。　
（５）前記削り工程が行なわれた後に、目玉内面３０にショットを投射する内面ショットピーニング工程。この内面ショットピーニング工程では、第１および第２の領域Ｓ１，Ｓ２の圧縮残留応力の絶対値τ１，τ２が、他の領域Ｓ３の圧縮残留応力の絶対値τ３よりも大きくなるように圧縮残留応力分布を生じさせる。　
（６）前記内面ショットピーニング工程後にブッシュ２０を目玉部１２に圧入する工程。
　本発明を実施するに当たり、板ばねのリーフ部や目玉部、ブッシュの形状、構造をはじめとして、板ばね装置を構成する各部の態様を種々に変更して実施できることは言うまでもない。また目玉部は前記実施形態で説明したような上巻き目玉（up-turned eye）に限ることなく、下巻き目玉（down-turned eye）であってもよい。
　１０…板ばね装置
　１１…板ばね
　１２…目玉部
　２０…ブッシュ
　３０…目玉内面
　３１…巻き始め部
　３２…巻き中間点
　５０，５０´，５０”…ショットピーニング装置
　５１…ショット噴射ノズル
　５２…ショット反射部材
　５８…反射面

Claims (5)

  1. 　端部に丸く巻かれた目玉部(12)を有する板ばね(11)と、
    　前記目玉部(12)に圧入されるブッシュ(20)とを備えた板ばね装置であって、
    　前記目玉部(12)の内側に、削り加工とショットピーニングとがなされた目玉内面(30)を有し、かつ、
    　前記目玉内面(30)の周方向の圧縮残留応力分布に関し、該目玉部(12)の巻き始め部(31)を含む第１の領域(S1)の圧縮残留応力の絶対値(τ1)と、目玉中心(C1)を通る鉛直線(V)上の巻き中間点(32)を含む第２の領域(S2)の圧縮残留応力の絶対値(τ2)とが、該目玉内面(30)の他の領域(S3)の圧縮残留応力の絶対値(τ3)よりも大きい圧縮残留応力分布を有している板ばね装置。
  2. 　板ばね(11)の端部を丸く巻くことによって目玉部(12)を形成する工程と、
    　前記目玉部(12)の内面を削ることによって該目玉内面(30)を円形に仕上げるとともに該目玉内面(30)に付着していた酸化皮膜を除去する削り工程と、
    　前記削り工程が行なわれた後に、前記目玉内面(30)にショットを投射することによって前記目玉内面(30)に圧縮残留応力を付与する内面ショットピーニング工程であって、該目玉内面(30)の周方向の圧縮残留応力分布に関し、該目玉部(12)の巻き始め部(31)を含む第１の領域(S1)の圧縮残留応力の絶対値(τ1)と、目玉中心(C1)を通る鉛直線(V)上の巻き中間点(32)を含む第２の領域(S2)の圧縮残留応力の絶対値(τ2)とを、該目玉内面(30)の他の領域(S3)の圧縮残留応力の絶対値(τ3)よりも大きくする内面ショットピーニング工程と、
    　前記内面ショットピーニング工程後に、前記目玉部(12)に該目玉部(12)の内径よりも大きな外径のブッシュ(20)を圧入する工程と、
    　を具備した板ばね装置の製造方法。
  3. 　前記内面ショットピーニング工程は、
    　前記目玉部(12)の内側にショット噴射ノズル(51)を挿入すること、
    　該ショット噴射ノズル(51)と対向する位置にショット反射部材(52)を配置すること、
    　前記ショット噴射ノズル(51)から前記ショット反射部材(52)に向けてショットを投射すること、
    　前記ショットを前記ショット反射部材(52)によって前記目玉内面(30)に向けて反射させること、
    　前記ショット反射部材(52)を前記第１の領域(S1)に近付けた状態で前記ショットを投射する第１のショットピーニング工程を行なうこと、
    　前記ショット反射部材(52)を前記第２の領域(S2)に近付けた状態で前記ショットを投射する第２のショットピーニング工程を行なうこと、
    　を含む請求項２に記載の板ばね装置の製造方法。
  4. 　請求項１に記載された板ばね装置の目玉内面(30)に前記ショットピーニングを行うためのショットピーニング装置であって、
    　前記目玉部(12)の内側に挿入されるショット噴射ノズル(51)と、
    　前記ショット噴射ノズル(51)と対向する反射面(58)を有し前記ショット噴射ノズル(51)から投射されたショットを該反射面(58)で反射させ前記目玉内面(30)に向わせるショット反射部材(52)とを具備し、
    　前記反射面(58)は、前記第１の領域(S1)と第２の領域(S2)に向って反射するショットの量が前記他の領域(S3)に向って反射するショットの量よりも多くなるような形状としている。
  5. 　前記ショット反射部材(52)の軸線(C3)に対する前記反射面(58)のなす角度(α)は、該反射面(58)で反射するショットの投射角(β)が０°を越えて４５°以下となるような角度とした請求項４に記載のショットピーニング装置。
PCT/JP2010/072357 2009-12-24 2010-12-13 目玉部を有する板ばね装置と、板ばね装置の製造方法と、ショットピーニング装置 Ceased WO2011077985A1 (ja)

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