JPH09112614A - 高耐へたり高耐疲労コイルばね - Google Patents

高耐へたり高耐疲労コイルばね

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JPH09112614A
JPH09112614A JP7297818A JP29781895A JPH09112614A JP H09112614 A JPH09112614 A JP H09112614A JP 7297818 A JP7297818 A JP 7297818A JP 29781895 A JP29781895 A JP 29781895A JP H09112614 A JPH09112614 A JP H09112614A
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毅士 藪下
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典利 高村
Mitsutoshi Kaneyasu
光敏 金安
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 窒化層を浅くして高負荷応力時にも高い耐へ
たり性を確保でき、しかも高い疲労強度を得ることが可
能な高耐へたり高耐疲労コイルばねを提供する。 【解決手段】 窒化層深さ20μm〜50μm、内部硬
さをHV540以上とし、かつ表面粗さをRmax15μ
m以下で急峻度を0.02以下とすることにより、試験
応力τ=70±65Kgf/mm2の高負荷応力でも耐久回
数107回でのへたり量(残留せん断ひずみ)が3×1
-4以下の高寿命でへたりの少ないコイルばねとなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、自動車用エンジン
の弁ばね等に使用される高耐へたり高耐疲労コイルばね
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、自動車の軽量化やエンジンの高出
力化が進むに伴い、エンジンやサスペンション等に使用
される弁ぱねや懸架ばね等のコイルばねに高応力設計が
要求されており、負荷応力の増加に対応するため耐疲労
性や耐へたり性に於ても優れたものが望まれている。
【0003】ばねは通常材料の表面、または内部に存在
する介在物等の欠陥を起点としてクラックが発生・進展
して折損(疲労破壊)するが、製鉄技術が向上してお
り、内部の介在物を起点とする疲労破壊の発生は稀とな
っている。そこで、最近は材料の表面を強化して疲労強
度を高める窒化処理が行われており、特に表層部の高い
圧縮残留応力を得るため窒化層を70μmまたはそれ以
上深くすることが提案されている(例えば特開平7−1
1422号や特開平5−156351号公報参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、窒化層
の深さを70μm以上とするためには長時間の窒化処理
を施す必要があり、このため疲労強度は向上するものの
材料の内部の硬さが低下し、耐へたり性が低下すること
が懸念される。特に負荷応力が高いとその傾向は強く、
場合によっては使用中に要求荷重を満たさなくなること
も考えられる。また、切欠感受性による疲労寿命低下を
懸念し、表面粗さの上限を規定しているが(特開平7−
11422号参照)、同じ表面粗さであっても、図1に
定義する急峻度が大きいと切欠感受性が増大し、疲労寿
命の低下を招く。
【0005】本発明は上記したような従来技術の問題点
に鑑みなされたものであり、その主な目的は、高負荷応
力時にも高い耐へたり性を確保でき、しかも高い疲労強
度を得ることが可能な高耐へたり高耐疲労コイルばねを
提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記した目的は本発明に
よれば、ばね鋼線材を用いて窒化層深さを20μm〜5
0μm、内部厚さをHV540以上とし、かつ表面粗さ
がRmax15μm以下で急峻度を0.02以下としたこ
とを特徴とする高耐へたり高耐疲労コイルばねを提供す
ることにより達成される。
【0007】高耐へたり高耐疲労コイルばねを得るため
にコイリング成形の後に窒化処理を施して表面を硬くす
るとともに圧縮残留応力を得るが、窒化層深さが深いほ
ど表層部の圧縮残留応力の増加が著しくなり、疲労寿命
が向上する。ところが、窒化層深さを深くしようとする
と内部の硬さが低下するため(図5)耐へたり性が低下
し、負荷応力が高いと使用荷重の低下が起こる等実用性
が低くなる。また、窒化層が浅すぎたり窒化層を形成し
ないと疲労寿命が低下する。更に、圧縮残留応力を得る
ための一般的なショットピーニングでは破砕したショッ
トのシャープなエッジが当たるため急峻度が大きくな
り、窒化層深さが適正でも切り欠き感受性が高くなり、
疲労寿命の向上効果が得られない。
【0008】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
について添付の図面を参照して詳しく説明する。本発明
に基づくばねは、ばね鋼線材を用い、窒化層深さが20
μm〜50μm、内部硬さがHV540以上であり、そ
の表面粗さはRmax15μm以下で急峻度が0.02以
下となっている。次に、このばねの製造手順について説
明する。まず、ばね鋼をコイリング成形し、窒化層深さ
20μm〜50μmとなるような窒化処理を施す。その
後、圧縮残留応力がばね表層で高く、かつ内部深くまで
付与されるようなショットピーニングなどの処理を行
い、かつばね表面の表面粗さのプロファイルの急峻度
(図1)が0.02以下となるようにする。この処理は
ショットピーニングに限定されず、急峻度を下げる手段
であればショットブラスト、ホーニング等であっても差
し支えない。
【0009】
【実施例】上記のように製造したばねの断面構造を図6
に示す。窒化層の深さは約40μmである。この構造の
ばねを試験応力τ=70±65kgf/mm2にて疲労試験
し、同時に耐久回数107回でのへたり量を測定した
(図2)。また、耐へたり性を調べるため、応力τ=9
0kgf/mm2、温度120℃で48時間の締め付け試験
を行った。また、比較例として窒化層深さのみを0.1
0μm及び60μm以上としたばねを作製し、これにつ
いても同様な試験を行った(図3)。
【0010】また、窒化層深さを40μmとして急峻度
を変化させたばねを作製し、試験応力τ=70±65Kg
f/mm2にて疲労試験した(図4)。
【0011】図2から、平均耐久回数は窒化層深さ10
μm以下では107回以下であるが、窒化層深さ20μm
〜70μmでは窒化層が深くなるほど向上している。し
かしながら、耐久回数107回以上でのへたり量(γ)
は、20〜50μmでは3×10-4回以下と実用性のあ
る値となっているものの、60μm以上では6×10-4
回以上と、へたりが著しくなっている。へたり限度を3
×10-4回とした場合の窒化層深さによる材料内部の硬
さを示す図5より材料内部硬さはHV540以上が必要で
あることがわかる。
【0012】また、図3の締め付け試験結果でも窒化層
深さ50μm以下ではへたり量(γ)は3×10-4回以
下であるが、60μm以上では4.5×10-4回以上と
なっている。
【0013】更に、窒化層深さを40μmとして表面粗
さをRmax8μm程度とし、急峻度を変えたものの試験
結果から、急峻度により疲労寿命は変化するが、急峻度
0.02以下であれば耐久回数107回以上の高寿命が
得られることがわかる。
【0014】
【発明の効果】上記した説明により明らかなように、本
発明による高耐へたり高耐疲労コイルばねによれば、窒
化層深さ20μm〜50μm、内部硬さをHV540以
上とし、かつ表面粗さをRmax15μm以下とし、急峻
度を0.02以下とすることにより、試験応力τ=70
±65kgf/mm2の高負荷応力でも耐久回数107回での
へたり量(残留せん断ひずみ)が3×10-4以下の高寿
命でへたりの少ないコイルばねとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ばね表面の表面粗さのプロファイルの急峻度を
説明する図。
【図2】試験応力τ=70±65kgf/mm2の疲労試験
に於けるばねの窒化層深さと、平均耐久回数及び耐久回
数107回でのへたり量との関係を示すグラフ。
【図3】応力τ=90kgf/mm2、温度120℃で48
時間の締め付け試験に於けるばねの窒化層深さと、へた
り量との関係を示すグラフ。
【図4】試験応力τ=70±65kgf/mm2の疲労試験
に於ける窒化層深さ40μm、表面粗さRma×8μm
のばね表面の急峻度と平均耐久回数との関係を示す図。
【図5】コイルばねの窒化層深さと内部の硬さとの関係
を示すグラフ。
【図6】本発明が適用されたコイルばねの断面構造を示
す金属組織写真。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 綾田 倫彦 神奈川県横浜市金沢区福浦3丁目10番地 日本発条株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ばね鋼線材を用いて窒化層深さを20
    μm〜50μmとし、かつ内部硬さをHV540以上と
    したことを特徴とする高耐へたり高耐疲労コイルばね。
  2. 【請求項2】 表面粗さRmaxが15μm以下であ
    り、かつ急峻度を0.02以下としたことを特徴とする
    請求項1に記載の高耐へたり高耐疲労コイルばね。
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