(57)【要約】【課題】座巻部に生じた腐食による折損を抑制できる懸架用コイルばねを提供する。【解決手段】コイルばね１２の座巻部１２ａ，１２ｂ間に、素線４０の表面から第１の深さまで圧縮残留応力を有する圧縮残留応力部５０が形成されている。座巻部１２ａは、第１の部分１２ａ１と、第２の部分１２ａ２と、第３の部分１２ａ３とを含んでいる。第１の部分１２ａ１は、コイルばね１２に加わる荷重にかかわらず常にばね座に接している。第２の部分１２ａ２は、コイルばね１２に加わる荷重が大きい時にばね座に接し、荷重が小さい時にばね座から離れる。第３の部分１２ａ３は荷重の大小にかかわらず常にばね座から離れている。この座巻部１２ａには、第２の部分１２ａ２を含む領域に、超音波ショットピーニングによる深層残留応力部５１が形成されている。深層残留応力部５１は、素線４０の表面から前記第１の深さよりも深い第２の深さまで、圧縮残留応力を有している。【選択図】図４
2014122652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下側のばね座と、
上側のばね座と、
螺旋形に成形された素線を有しかつ前記下側のばね座と前記上側のばね座との間に圧縮された状態で配置されたコイルばねと、
を備えた懸架用ばね装置であって、
前記コイルばねは、
前記素線の下端から１巻目未満の下側の座巻部と、前記素線の上端から１巻目未満の上側の座巻部とを有し、
少なくとも前記下側の座巻部は、該コイルばねに加わる荷重の大小にかかわらず常に前記下側のばね座に接する第１の部分と、該コイルばねに加わる荷重に応じて前記下側のばね座に接したり離れたりする第２の部分と、荷重の大小にかかわらず常にばね座から離れている第３の部分とを有し、
前記下側の座巻部と前記上側の座巻部との間に、前記素線の表面から第１の深さまで圧縮残留応力が付与された圧縮残留応力部を有し、
前記下側の座巻部の前記第２の部分を含む領域に、前記素線の表面から前記第１の深さよりも深い第２の深さまで圧縮残留応力が付与された深層残留応力部を有したことを特徴とする懸架用ばね装置。
【請求項２】
前記深層残留応力部の圧縮残留応力の絶対値の最大値が前記圧縮残留応力部の圧縮残留応力の絶対値の最大値よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の懸架用ばね装置。
【請求項３】
前記深層残留応力部と前記圧縮残留応力部との境に、前記深層残留応力部の圧縮残留応力が次第に減少する応力移行部を有したことを特徴とする請求項１または２に記載の懸架用ばね装置。
【請求項４】
前記圧縮残留応力部の表面に第１のショットピーニング打痕が形成され、前記深層残留応力部の表面に第２のショットピーニング打痕が形成され、該第２のショットピーニング打痕の大きさが前記第１のショットピーニング打痕の大きさよりも大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の懸架用ばね装置。
【請求項５】
前記深層残留応力部が前記下側の座巻部と前記上側の座巻部の双方に形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の懸架用ばね装置。
【請求項６】
前記下側のばね座が、前記下側の座巻部の下面と外周面とをそれぞれ拘束する底面と外側壁とを有し、該座巻部の前記下面と前記外周面とを含む範囲に前記深層残留応力部が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の懸架用ばね装置。
【請求項７】
前記下側のばね座が、前記下側の座巻部の下面と内周面とをそれぞれ拘束する底面と内側壁とを有し、該座巻部の前記下面と前記内周面とを含む範囲に前記深層残留応力部が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の懸架用ばね装置。
【請求項８】
螺旋形に成形された素線の下端から１巻目未満の下側の座巻部と、該素線の上端から１巻目未満の上側の座巻部とを有し、
少なくとも前記下側の座巻部は、荷重の大小にかかわらず常に下側のばね座に接する第１の部分と、荷重の大きさに応じて前記下側のばね座に接したり離れたりする第２の部分と、荷重の大小にかかわらず常にばね座から離れている第３の部分とを有し、
前記下側の座巻部と前記上側の座巻部との間に、前記素線の表面から第１の深さまで圧縮残留応力が付与された圧縮残留応力部を有し、
前記下側の座巻部の前記第２の部分を含む領域に、前記素線の表面から前記第１の深さよりも深い第２の深さまで圧縮残留応力が付与された深層残留応力部を有したことを特徴とする懸架用コイルばね。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車等の車両の懸架機構に使用される懸架用ばね装置と、懸架用コイルばねに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両の懸架機構に使用される懸架用ばね装置は、例えば特許文献１に見られるように、懸架用コイルばね（圧縮コイルばね）と、該コイルばねの下側に配置された下側のばね座と、該コイルばねの上側に配置された上側のばね座を備えている。該コイルばねは、荷重の大きさに応じて伸縮する。
【０００３】
懸架用コイルばねが折損する原因の１つに、飛び石によってコイルばねの塗装が剥がれて錆が生じ、この錆が成長することによって腐食ピットが形成され、腐食ピットを起点としてコイルばねが折損することが知られている。そこで特許文献２に開示されているように、懸架用コイルばねの表面に２層構造の塗膜を形成することが提案されている。２層構造の塗膜は、エポキシ樹脂系のアンダーコート層と、その上に形成されたエポキシポリエステル樹脂系のトップコート層とからなる。また特許文献３に記載されているように、大きな投射エネルギーでコイルばね全体に第１のショットピーニングを行い、そののち、小さな投射エネルギーで第２のショットピーニングを行なうことも提案されている。
【０００４】
懸架用コイルばねの座巻部は、荷重の大きさにかかわらず常にばね座と接する第１の部分と、荷重の大きさに応じてばね座と接したり離れたりする第２の部分と、荷重の大小にかかわらず常にばね座から離れている第３の部分とを含んでいる。このため、第２の部分とばね座との間に砂などの異物が挟まれることがある。コイルばねの表面には防錆塗装が施されているが、座巻部とばね座との間に砂などの硬い異物が挟まった状態でコイルばねが伸縮すると、塗膜が剥がれて錆が生じたり、挟まった異物によってコイルばねの表面が傷ついたりすることもある。この傷に錆が生じ、錆びが大きくなると、コイルばねが折損する原因となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１０３２１６号公報
【特許文献２】特開２００５−１７１２９７号公報
【特許文献３】特開２０１１−０００６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のコイルばねのように、ばね座に対して座巻部の一部が接したり離れたりする場合、特に下側の座巻部とばね座との間に砂などの異物が入りやすい。この異物が座巻部とばね座との間に挟まると塗膜が剥がれて錆が生じ、コイルばねが折損する原因となってしまう。
【０００７】
特許文献２のように、アンダーコート層とトップコート層とからなる２層構造の塗膜を有するコイルばねは、飛び石に対しては有効であるが、座巻部とばね座との間に入り込んだ砂等が原因となって生じる腐食や傷に対して効果は少ない。しかも２層構造の塗膜は、一般的な塗膜を有するコイルばねと比較して、塗装に要するコストが高いという問題がある。特許文献３では、第１のショットピーニングと第２のショットピーニングとがいずれもコイルばね全体に実施され、しかも第１のショットピーニングではショットを大きな投射エネルギーでコイルばね全体に投射するためエネルギー消費が大きい。しかも大きな投射エネルギーに耐えるショットピーニング装置が必要となり、ショットピーニング装置の消耗も大きい。
【０００８】
従って本発明の目的は、座巻部に生じた腐食によってコイルばねが折損することを抑制できる懸架用ばね装置と、懸架用コイルばねを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る懸架用ばね装置は、下側のばね座と、上側のばね座と、螺旋形に成形された素線を有しかつ前記下側のばね座と前記上側のばね座との間に圧縮された状態で配置されたコイルばねとを備えている。該コイルばねは、前記素線の下端から１巻目未満の下側の座巻部と、前記素線の上端から１巻目未満の上側の座巻部とを有し、少なくとも前記下側の座巻部は、該コイルばねに加わる荷重にかかわらず常に前記下側のばね座に接する第１の部分と、該コイルばねに加わる荷重に応じて前記下側のばね座に接したり離れたりする第２の部分と、荷重の大小にかかわらず常にばね座から離れている第３の部分とを有している。そして前記下側の座巻部と前記上側の座巻部との間に、前記素線の表面から第１の深さまで圧縮残留応力が付与された圧縮残留応力部を有し、前記下側の座巻部の前記第２の部分を含む領域に、前記素線の表面から前記第１の深さよりも深い第２の深さまで圧縮残留応力が付与された深層残留応力部を有している。
【００１０】
１つの実施形態では、前記深層残留応力部の圧縮残留応力の絶対値の最大値が、前記圧縮残留応力部の圧縮残留応力の絶対値の最大値よりも大きい。また前記深層残留応力部と前記圧縮残留応力部との境に、圧縮残留応力が次第に減少する応力移行部を有しているとよい。また前記圧縮残留応力部の表面に第１のショットピーニング打痕が形成され、前記深層残留応力部の表面に第２のショットピーニング打痕が形成され、該第２のショットピーニング打痕の大きさが前記第１のショットピーニング打痕の大きさよりも大きい。また前記深層残留応力部が、前記下側の座巻部と、前記上側の座巻部との双方に形成されていてもよい。
【００１１】
１つの実施形態では、前記下側のばね座が、前記下側の座巻部の下面と外周面とをそれぞれ拘束する底面と外側壁とを有し、該座巻部の前記下面と前記外周面とを含む範囲に前記深層残留応力部が形成されている。他の実施形態では、前記下側のばね座が、前記下側の座巻部の下面と内周面とをそれぞれ拘束する底面と内側壁とを有し、該座巻部の前記下面と前記内周面とを含む範囲に前記深層残留応力部が形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、懸架用コイルばねの座巻部とばね座との間に挟まれた砂等の硬い異物によって生じた腐食を起点としてコイルばねが折損することを抑制でき、コイルばねの耐久性が向上する。このコイルばねは、ばね座に対して接したり離れたりする座巻部の少なくとも第２の部分を含む領域に、例えば超音波ショットピーニングによって深層残留応力部を形成すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】懸架用ばね装置を備えた車両の前部を模式的に示す斜視図。
【図２】図１に示された懸架用ばね装置を備えた懸架機構の縦断面図。
【図３】コイルばねの一例を示す斜視図。
【図４】第１の実施形態に係るコイルばねの座巻部を模式的に示す底面図。
【図５】圧縮残留応力部と深層残留応力部のそれぞれの残留応力の分布を示す図。
【図６】圧縮残留応力部と深層残留応力部のそれぞれの表面付近と、使用されるショットを模式的に示す断面図。
【図７】深層残留応力部を形成するための超音波ショットピーニング装置とコイルばねの一部を模式的に示す断面図。
【図８】図３に示されたコイルばねの製造工程の一例を示すフローチャート。
【図９】一般のショットピーニングによる圧縮残留応力部を有するコイルばねと、超音波ショットピーニングによる深層残留応力部を有するコイルばねのそれぞれの耐久試験結果を示す図。
【図１０】第２の実施形態に係るコイルばねの座巻部とばね座の一部を示す断面図。
【図１１】図１０に示されたコイルばねの座巻部を模式的に示す底面図。
【図１２】第３の実施形態に係る懸架用ばね装置を備えた車両の後部を模式的に示す斜視図。
【図１３】図１２に示された懸架用ばね装置を車両側方から見た側面図。
【図１４】図１３に示された懸架用ばね装置の一部を拡大した断面図。
【図１５】図１３に示された懸架用ばね装置のコイルばねの座巻部を模式的に示す底面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に第１の実施形態に係る懸架用ばね装置について、図１から図９を参照して説明する。  
図１と図２は、車両１０のフロント側に配置されたマクファーソン・ストラット形懸架機構１１を示している。この懸架機構１１は、懸架用コイルばねの一例であるコイルばね１２（圧縮コイルばね）と、コイルばね１２の下側に配置された下側のばね座１３と、コイルばね１２の上側に配置された上側のばね座１４と、ショックアブソーバ１５と、マウントインシュレータ１６などを備えている。コイルばね１２は、下側のばね座１３と上側のばね座１４との間に圧縮された状態で配置されている。コイルばね１２とばね座１３，１４とによって、懸架用ばね装置１８が構成されている。
【００１５】
ショックアブソーバ１５は、油等の流体が収容されたシリンダ２０と、該シリンダ２０に挿入されたロッド２１と、シリンダ２０の内部に設けられた減衰力発生機構と、ロッド２１の摺動部分を覆うカバー部材２２などを有している。ロッド２１はシリンダ２０に対してショックアブソーバ１５の軸線Ｘ１方向に伸縮することができ、前記減衰力発生機構によってロッド２１の動きに抵抗を与えるようになっている。ショックアブソーバ１５は、鉛直線Ｘ０に対して角度θだけ傾いた姿勢で車体３０に取付けられている。
【００１６】
シリンダ２０の下端部には、ナックル部材２５（図１に示す）を取付けるためのブラケット２６が設けられている。ナックル部材２５の下部はロアアーム２７にボールジョイント２８を介して回転自在に支持されている。ロアアーム２７は、車両１０の幅方向に延びるクロスメンバ２９に上下方向に回動可能に取付けられている。
【００１７】
図３は、コイルばね１２に圧縮の荷重が負荷されていない状態（いわゆる自由状態）を示している。この明細書では、該自由状態のもとでのコイルばね１２の長さを自由長と称している。コイルばね１２に荷重が負荷されると、コイルばね１２は自由長よりも長さが短くなる方向に撓む。図２に示す懸架用ばね装置１８は、下側のばね座１３と上側のばね座１４との間に圧縮されたアセンブリ状態で、車体３０に取付けられている。
【００１８】
図３に示されたコイルばね１２は、螺旋形に成形された素線（ワイヤ）４０を有している。素線４０は断面が円形のばね鋼からなる。コイルばね１２は、素線４０の下端４０ａから１巻目未満の下側の座巻部１２ａと、素線４０の上端４０ｂから１巻目未満の上側の座巻部１２ｂとを有している。座巻部１２ａ，１２ｂ間の螺旋形の有効部１２ｃは、最大に圧縮された状態でも素線４０同士が接しないようなピッチＰで巻かれている。
【００１９】
素線４０の線径の一例は１２．５ｍｍ、平均コイル径が１１０．０ｍｍ、自由長（無荷重時の長さ）が３８２ｍｍ、有効巻数が５．３９、ばね定数が３３．３Ｎ／ｍｍである。線径は８〜２１ｍｍが主流であるが、これ以外の線径であってもよい。コイルばね１２の一例は円筒コイルばねであるが、懸架機構の仕様に応じて、たる形コイルばね、鼓形コイルばね、テーパコイルばね、不等ピッチコイルばね、あるいは自由状態で予め胴曲がりを生じているコイルばねなど、種々の形態の圧縮コイルばねであってもよい。
【００２０】
素線４０の材料であるばね鋼の種類は特に限定されないが、例えば米国の“Society of Automotive Engineers”に準拠するＳＡＥ９２５４が挙げられる。ＳＡＥ９２５４の化学成分（ｍａｓｓ％）は、Ｃ：０．５１〜０．５９、Ｓｉ：１．２０〜１．６０、Ｍｎ：０．６０〜０．８０、Ｃｒ：０．６０〜０．８０、Ｓ：最大０．０４０、Ｐ：最大０．０３０、残部Ｆｅである。鋼種の他の例が超高強度ばね鋼であってもよい。ここで言う超高強度ばねの化学成分（ｍａｓｓ％）の一例は、Ｃ：０．４０、Ｓｉ：１．８、Ｍｎ：０．３、Ｃｒ：１．０５、Ｐ：０．０１０、Ｓ：０．００５、Ｎｉ：０．４、Ｃｕ：０．２５、Ｖ：０．１８、Ｔｉ：０．０７、残部Ｆｅである。
【００２１】
前記コイルばね１２は、下側のばね座１３と上側のばね座１４との間に圧縮された状態で配置され、車両１０の上方から負荷される荷重を弾性的に支持する。下側の座巻部１２ａは、ばね座１３の上面に接している。上側の座巻部１２ｂは、ばね座１４の下面に接している。このコイルばね１２は、フルリバウンド時に最大に伸張し、フルバンプ時に最大に圧縮される。「フルリバウンド」とは、車体をリフトしたときに、ばね下荷重によってコイルばねが最大に伸張した状態を言う。「フルバンプ」とは、車体上方から加わる負荷によってコイルばねが最大に圧縮された状態である。
【００２２】
図４は、コイルばね１２の座巻部１２ａを模式的に表わした底面図である。この座巻部１２ａは、素線４０の巻き方向に関して、矢印Ｒ１で示す範囲の第１の部分１２ａ１と、矢印Ｒ２で示す範囲の第２の部分１２ａ２と、第３の部分１２ａ３とを有している。第１の部分１２ａ１は、素線４０の下端４０ａ（０巻目）から０．５巻目を越える範囲、例えば０巻目から０．６巻目付近にわたっており、コイルばね１２に加わる荷重にかかわらず、常にばね座１３に接している。
【００２３】
第１の部分１２ａ１に連続する第２の部分１２ａ２は、素線４０の下端４０ａから１巻目未満（例えば０．６巻目付近から０．９巻目付近）までである。第２の部分１２ａ２は、コイルばね１２に加わる荷重に応じて、ばね座１３に接したり離れたりする。つまり第２の部分１２ａ２は、荷重が小さいときにばね座１３から離れ、荷重が大きいときにばね座１３に接する。第３の部分１２ａ３は、荷重の大小にかかわらず常にばね座１３から離れている。
【００２４】
上側の座巻部１２ｂも、下側の座巻部１２ａと同様に、第１の部分１２ｂ１と、第２の部分１２ｂ２と、第３の部分１２ｂ３とを有している。第１の部分１２ｂ１は、素線４０の上端４０ｂ（０巻目）から０．５巻目を越える範囲にわたっており、コイルばね１２に加わる荷重にかかわらず常にばね座１４に接している。第１の部分１２ｂ１に連続する第２の部分１２ｂ２は、素線４０の上端４０ｂから１巻目未満（例えば０．６巻目付近から０．９巻目付近）までである。第２の部分１２ｂ２は、コイルばね１２に加わる荷重に応じて、ばね座１４に接したり離れたりする。第３の部分１２ｂ３は、荷重の大小にかかわらず常にばね座１４から離れている。
【００２５】
コイルばね１２は、座巻部１２ａ，１２ｂ間に形成された圧縮残留応力部５０と、座巻部１２ａ，１２ｂに形成された深層残留応力部５１，５２とを有している。圧縮残留応力部５０には、素線４０の表面から第１の深さまで圧縮残留応力が付与されている。
【００２６】
下側の座巻部１２ａに形成された深層残留応力部５１は、少なくとも座巻部１２ａの第２の部分１２ａ２を含む領域に形成されている。この深層残留応力部５１には、第２の深さまで圧縮残留応力が付与されている。上側の座巻部１２ｂに形成された深層残留応力部５２は、座巻部１２ｂの第２の部分１２ｂ２を含む領域に形成されている。この深層残留応力部５２も、前記第２の深さまで圧縮残留応力が付与されている。
【００２７】
図３において深層残留応力部５１，５２が平行斜線（ハッチング）で表わされている。図４では、説明の都合上、下側の座巻部１２ａに形成された深層残留応力部５１が梨地模様で表わされている。この深層残留応力部５１は、座巻部１２ａの第２の部分１２ａ２の全域をカバーする範囲に形成されている。このため深層残留応力部５１の一端５１ａは、座巻部１２ａの第１の部分１２ａ１に位置している。深層残留応力部５１の他端５１ｂは、有効部１２ｃに形成された圧縮残留応力部５０に連なっている。
【００２８】
このように下側の深層残留応力部５１は、下側の座巻部１２ａのうち、第２の部分１２ａ２を含む領域、すなわち、ばね座１３と接したり離れたりする可能性のある領域に形成されている。この深層残留応力部５１が第２の部分１２ａ２と第３の部分１２ａ３との双方にわたって形成されていてもよい。
【００２９】
座巻部１２ａの第１の部分１２ａ１は常にばね座１３に接しているため、深層残留応力部５１の一端５１ａは常にばね座１３に接している。深層残留応力部５１の他端５１ｂ、すなわち圧縮残留応力部５０との境は、下端４０ａからの巻数位置が大きくなるにつれて圧縮残留応力が徐々に小さくなる応力移行部としている。この応力移行部により、他端５１ｂ付近の圧縮残留応力が急激に変化することを防ぐとともに、他端５１ｂ付近に引っ張りの残留応力が生じることを防いでいる。
【００３０】
上側の座巻部１２ｂに形成された深層残留応力部５２は、下側の深層残留応力部５１と同様に、座巻部１２ｂの第２の部分１２ｂ２の全域をカバーする範囲に形成されている。つまり上側の深層残留応力部５２は、座巻部１２ｂのうち、第２の部分１２ｂ２を含む領域、すなわちばね座１４と接したり離れたりする可能性のある領域に形成されている。この深層残留応力部５２が第２の部分１２ｂ２と第３の部分１２ｂ３との双方にわたって形成されていてもよい。
【００３１】
図５は、前記圧縮残留応力部５０の応力分布（破線Ｌ１）と、前記深層残留応力部５１，５２の応力分布（実線Ｌ２）を表わしている。図５の横軸は、表面からの深さ（距離）を示している。図５の縦軸は残留応力値を示しているが、当業界の慣例として圧縮残留応力値がマイナスで表わされている。図５に破線Ｌ１で示すように、圧縮残留応力部５０には、表面から第１の深さＤ１（深さ０．３０ｍｍ前後）まで圧縮残留応力が形成され、その最大値（絶対値）Ｈ１は７５０ＭＰａ前後である。
【００３２】
これに対し深層残留応力部５１，５２は、図５に実線Ｌ２で示すように、表面から第２の深さＤ２（深さ０．８ｍｍ付近）まで圧縮残留応力が形成されており、しかも圧縮残留応力の最大値（絶対値）Ｈ２が９００ＭＰａに達している。つまり深層残留応力部５１，５２には、圧縮残留応力部５０よりも深い位置まで圧縮残留応力が形成されている。しかも深層残留応力部５１，５２の圧縮残留応力の最大値（絶対値）Ｈ２は、圧縮残留応力部５０の圧縮残留応力の最大値（絶対値）Ｈ１よりも大きい。なお、Ｈ２がＨ１と同等またはＨ１よりも小さくてもよい。
【００３３】
図６は、圧縮残留応力部５０と深層残留応力部５１，５２の表面付近を模式的に示す断面図である。圧縮残留応力部５０の表面には、以下に説明する第１のショットピーニングで投射されたショット６０によって、第１のショットピーニング打痕６１が形成されている。そしてこの圧縮残留応力部５０には、表面から第１の深さＤ１（図５に示す）まで、圧縮残留応力が付与されている。
【００３４】
これに対し深層残留応力部５１，５２の表面には、第２のショットピーニング（超音波ショットピーニング）で投射された鋼球ショット６５によって、第２のショットピーニング打痕６６が形成されている。そしてこの深層残留応力部５１，５２には、表面から第２の深さＤ２（図５に示す）まで、圧縮残留応力部５０よりも大きな圧縮残留応力が付与されている。なお、深層残留応力部５１，５２の圧縮残留応力の絶対値が、圧縮残留応力部５０の圧縮残留応力の絶対値と同等以下であってもよい。
【００３５】
圧縮残留応力部５０を形成するための第１のショットピーニングでは、遠心式加速装置のインペラー（翼車）を回転させ、該インペラーの高速回転によって生じる遠心力によって、ショット６０をコイルばね１２の全体に打付ける。ショット６０（図６に示す）の一例はカットワイヤである。ショットサイズの一例は０．６７ｍｍ、投射速度７７ｍ／ｓである。新品のカットワイヤは円柱形であるが、ある程度使用されたカットワイヤは角がとれて丸みを帯びている。この第１のショットピーニングによって、素線４０の表面に打痕サイズｄ１（図６に示す）の多数の打痕６１が形成されるとともに、素線４０の表面から前記第１の深さＤ１まで圧縮残留応力が発現する。
【００３６】
図７は、第２のショットピーニングを実施する超音波ショットピーニング装置７０を模式的に示している。この超音波ショットピーニング装置７０は、マスキング手段として機能する筐体７１と、筐体７１の内部に配置された超音波振動子７２と、駆動部７３と、筐体７１の内部に移動自在に収納された複数の鋼球ショット６５を備えている。鋼球ショット６５は、例えばボールベアリングの鋼球のように実質的に真球でかつ平滑な表面を有している。鋼球ショット６５の直径は例えば３〜４ｍｍであり、第１のショットピーニングで使用されるショット６０のショットサイズ（例えば０．６〜１．２ｍｍ）と比べると格段に大きい。しかも鋼球ショット６５は、一般のショット６０と比較すると表面が滑らかで真球に近い。
【００３７】
鋼球ショット６５の硬さの一例は６７０ＨＶである。筐体７１を素線４０の被投射領域に被せ、超音波振動子７２を駆動部７３によって例えば周波数２０ｋＨｚ、振幅１５０μｍで振動させる。これにより、筐体７１の内部で鋼球ショット６５が素線４０に向けて投射される。例えば、鋼球ショット６５の投射時間が８０秒、投射距離が９０ｍｍ、アークハイト（Ｃ級）が０．２８９ｍｍである。
【００３８】
超音波振動子７２から素線４０に向けて投射された鋼球ショット６５は、素線４０の表面に衝突して跳ね返り、再び超音波振動子７２によって素線４０に向けて投射される。こうして鋼球ショット６５の投射と反射を繰返すことにより、図６に示すように、打痕サイズ（打痕径）ｄ２の第２のショットピーニング打痕６６が形成される。第２のショットピーニング打痕６６の打痕サイズｄ２は、第１のショットピーニング打痕６１の打痕サイズｄ１よりも大きい。
【００３９】
ショットサイズが大きければ、その分、質量が大きい。このため超音波ショットピーニング装置７０によってコイルばね１２に打付ける鋼球ショット６５の運動エネルギーは、第１のショットピーニングに使用されるショット６０の運動エネルギーと比較して格段に大きい。よって、第２のショットピーニングでは、図５に線分Ｌ２で示すように、表面から深さＤ２にわたって、大きな圧縮残留応力が発現する。しかも深層残留応力部５１，５２の圧縮残留応力の最大値（絶対値）Ｈ２は、圧縮残留応力部５０の圧縮残留応力の最大値（絶対値）Ｈ１よりも大きい。
【００４０】
鋼球ショット６５の径は例えば４ｍｍであり、第１のショットピーニングで使用されるショット６０のショットサイズと比較して３倍以上大きい。しかも鋼球ショット６５の表面は真球に近いため、第２のショットピーニング打痕６６の打痕サイズｄ２は、第１のショットピーニング打痕６１の打痕サイズｄ１よりも大きくなる。しかも第２のショットピーニング打痕６６の表面は滑らかである。このため座巻部１２ａに形成された第２のショットピーニング打痕６６がコイルばね１２の折損の起点になることを抑制できる。
【００４１】
図８は、コイルばね１２を熱間で形成する場合の製造工程の一例を示している。  
図８中の加熱工程Ｓ１において、コイルばね１２の材料（素線）がオーステナイト化温度（Ａ３変態点以上、１１５０℃以下）に加熱される。次いで、成形工程Ｓ２において、材料が螺旋形に巻かれる。その後、熱処理工程Ｓ３において、焼入れと焼戻しの熱処理が行なわれる。熱処理工程Ｓ３では、素線の硬さが４７〜５９ＨＲＣとなるように調質される。その後、熱処理工程Ｓ３の余熱を利用して、温間（１５０〜３５０℃）でホットセッチング工程Ｓ４が行なわれる。ホットセッチング工程Ｓ４では、コイルばね１２に軸線方向の荷重が所定時間付与される。
【００４２】
さらに第１のショットピーニング工程Ｓ５において、温間で前記第１のショットピーニングを実施する。第１のショットピーニング工程Ｓ５では、ショットサイズ（粒径）が０.６７ｍｍのショット（鉄製のカットワイヤ）が使用される。このショットを２３０℃の処理温度で、素線に速度７７ｍ／ｓｅｃで投射する。これにより、コイルばね１２全体に第１の深さＤ１まで圧縮残留応力部５０が形成される。なお、第１のショットピーニング工程Ｓ５において、ショットサイズが１.１ｍｍのショットを、２３０℃の処理温度で速度７７ｍ／ｓｅｃで投射してもよい。
【００４３】
また、第１のショットピーニング工程Ｓ５に多段ショットピーニングが適用されてもよい。多段ショットピーニングでは、２段階あるいは３段階以上に分けてショットピーニングが行なわれる。例えばショットサイズ０．８７〜１．２ｍｍのラージサイズのショットを使って前段ショットピーニングを行なったのち、例えばショットサイズ０．４〜０．７ｍｍのスモールサイズのショットを使って後段ショットピーニングを行なってもよい。
【００４４】
第２のショットピーニング工程Ｓ６では、超音波ショットピーニング装置７０を用いて第２のショットピーニング（超音波ショットピーニング）を実施する。第２のショットピーニングは、第１のショットピーニングよりも低い温度（例えば室温）にて行なわれる。また第２のショットピーニングでは、第１のショットピーニングのショット６０よりも格段に大きい直径４ｍｍの鋼球ショット６５が使用される。鋼球ショット６５の投射時間は例えば８０秒である。
【００４５】
図７に示すように、超音波ショットピーニング装置７０によって素線４０の表面に鋼球ショット６５を投射することにより、座巻部１２ａの下面に角度α１の範囲にわたって深層残留応力部５１が形成される。その際に超音波ショットピーニング装置７０を矢印Ｙ方向に移動させてもよい。
【００４６】
超音波ショットピーニング装置７０を深層残留応力部５１の一端５１ａから他端５１ｂ（図４に示す）に向かって移動させることにより、深層残留応力部５１に第２の深さＤ２の圧縮残留応力が発現する。深層残留応力部５１の他端５１ｂは、深層残留応力部５１から圧縮残留応力部５０に向かって圧縮残留応力が徐々に小さくなる応力移行部である。このため深層残留応力部５１の他端５１ｂにおいては、超音波ショットピーニング装置７０の移動速度を次第に大きくするとか、鋼球ショット６５の投射速度を次第に小さくすることにより、圧縮残留応力が徐々に小さくなるようにする。
【００４７】
上側の座巻部１２ｂに深層残留応力部５２を形成する際には、図７とは上下を逆さまにすることにより、上側の座巻部１２ｂを下に向け、座巻部１２ｂの下側から超音波振動子７２によって座巻部１２ｂに向けて鋼球ショット６５を投射する。
【００４８】
第２のショットピーニング工程Ｓ６で使用される鋼球ショット６５の外径は、第１のショットピーニング工程Ｓ５で使用されるショットのショットサイズと比較して格段に大きく、しかも鋼球ショット６５は実質的に真球であり、表面が滑らかである。このため第１のショットピーニング工程Ｓ５によって粗さが大きくなっている素線の表面を第２のショットピーニング工程Ｓ６によって小さくすることができ、表面状態が改善される。第１のショットピーニング工程Ｓ５によって得られる圧縮残留応力部５０の平均表面粗さは、例えば５．４μｍである。これに対し第２のショットピーニング工程Ｓ６によって得られる深層残留応力部５１，５２の平均表面粗さは５．１μｍである。
【００４９】
第２のショットピーニング工程Ｓ６によって座巻部１２ａ，１２ｂに深層残留応力部５１，５２が形成されると、深層残留応力部５１，５２が形成された箇所では、第１のショットピーニングによって形成されていた圧縮残留応力部５０がキャンセルされる。このため深層残留応力部５１，５２間の領域が圧縮残留応力部５０として残る。
【００５０】
第２のショットピーニング工程Ｓ６が終了したのち、必要に応じてプリセッチング工程Ｓ７を実施することにより、コイルばねの無荷重時の長さ（自由長）を調整する。このプリセッチング工程Ｓ７によって、コイルばねのクリープ性（耐へたり性）を向上させてもよい。なお、プリセッチング工程Ｓ７を省略してもよい。次いで、塗装工程Ｓ８において、コイルばね全体に防錆塗料が静電塗装等によって塗布される。最後に品質検査Ｓ９が行なわれてコイルばねが完成する。
【００５１】
以上の説明はコイルばね１２を熱間で成形する場合である。これに対しコイルばね１２を冷間で形成する場合には、熱処理工程において素線に焼入れと焼戻しの熱処理が行なわれる。その後、成形工程（コイリング工程）において、素線を螺旋形に成形する。その後、ひずみ取り焼鈍工程が実施される。ひずみ取り焼鈍工程では、コイルばねを所定温度の雰囲気中に所定時間放置することによって、成形時に生じた加工歪が取り除かれる。その後、ホットセッチング工程において、ホットセッチングを実施する。さらに第１のショットピーニング工程において、前記第１のショットピーニングを実施する。その後に行なわれる第２のショットピーニング工程において、前記第２のショットピーニング（超音波ショットピーニング）を実施する。また必要に応じてプリセッチング工程を実施することにより、コイルばねの無荷重時の長さ（自由長）を調整する。その後、塗装工程と品質検査が行なわれる。なお、前記プリセッチング工程を省略してもよい。
【００５２】
前記したように本実施形態のコイルばね１２は、第１のショットピーニング工程Ｓ５によって圧縮残留応力部５０が形成され、第２のショットピーニング工程Ｓ６によって座巻部１２ａ，１２ｂに深層残留応力部５１，５２が形成される。すなわちこのコイルばね１２は、座巻部１２ａ，１２ｂ間の圧縮残留応力部５０と、下側の座巻部１２ａに形成された深層残留応力部５１と、上側の座巻部１２ｂに形成された深層残留応力部５２とを有している。圧縮残留応力部５０には第１のショットピーニング打痕６１が形成され、深層残留応力部５１，５２には第２のショットピーニング打痕６６が形成されている。しかも深層残留応力部５１，５２の圧縮残留応力の最大値Ｈ２は、圧縮残留応力部５０の圧縮残留応力の最大値Ｈ１よりも大きい。なお、Ｈ２がＨ１と同じかまたはＨ１より小さくてもよい。
【００５３】
このコイルばね１２は、ばね座１３，１４間で圧縮し予荷重（プリロード）を与えた状態でショックアブソーバ１５に組付け、さらに車体３０に取付ける。車体３０に取付けられた懸架用ばね装置１８に、上下方向の荷重が負荷される。この負荷の大きさに応じて、コイルばね１２が下側のばね座１３と上側のばね座１４との間で撓む。すなわちこのコイルばね１２は、荷重の大きさに応じてフルバンプ（最大圧縮状態）とフルリバウンド（最大伸張状態）との間で伸縮する。
【００５４】
コイルばね１２が伸びた状態においては、下側のばね座１３と第２の部分１２ａ２との間、あるいはばね座１３と第３の部分１２ａ３との間の隙間が広がる。また、上側のばね座１４と第２の部分１２ｂ２との間、あるいはばね座１４と第３の部分１２ｂ３との間の隙間も広がる。このため、これらの隙間に砂等の硬い異物が進入する可能性がある。特に、下側のばね座１３と座巻部１２ａの第２の部分１２ａ２との間に砂が入りやすい。
【００５５】
逆に、コイルばね１２が圧縮されると、下側のばね座１３と第２の部分１２ａ２との間、あるいはばね座１３と第３の部分１２ａ３との間の隙間が狭くなる。また、上側のばね座１４と第２の部分１２ｂ２との間、あるいはばね座１４と第３の部分１２ｂ３との間の隙間も狭くなる。このため、座巻部１２ａ，１２ｂの前記隙間に砂等の硬い異物が入り込んでいると、コイルばね１２の塗装が剥がれたり、素線４０が傷付いたりするなどして、素線４０に錆が生じる原因となる。
【００５６】
従来のコイルばねは、座巻部とばね座との間に砂等の異物が挟まると塗装が剥がれて素線が腐食し、腐食ピットがある程度大きくなると、腐食ピットを起点として折損することがあった。これに対し前記実施形態では、座巻部の第２の部分を含む領域の表面から深い位置まで大きな圧縮残留応力が付与されているため、座巻部に生じた腐食によってコイルばねが折損することが抑制され、耐久性を向上させることができた。なお、懸架機構の構造によっては、上側のばね座１４と座巻部１２ｂとの間に砂等の異物が入り込むことを防げる場合がある。その場合には、下側の座巻部１２ａのみに深層残留応力部５１を形成すればよい。
【００５７】
図９中の線分Ｍ１は、一般のショットピーニングによって形成された圧縮残留応力部５０のみを有するコイルばねの耐久試験結果を示している。図９中の線分Ｍ２は、超音波ショットピーニングによって形成された深層残留応力部５１，５２を有するコイルばねの耐久試験結果を示している。この耐久試験では、腐食ピットを有するコイルばねを所定回数加振し、折損の有無と、腐食ピット深さおよび応力振幅の関係を測定した。
【００５８】
図９に線分Ｍ１で示すように、圧縮残留応力部５０のみを有するコイルばねでは、腐食ピットの深さが０．２ｍｍを越えると応力振幅２３０ＭＰａ付近で折損した。これに対し、深層残留応力部５１，５２を有するコイルばねでは、腐食ピットの深さが０．４ｍｍと大きい場合でも、応力振幅４２０ＭＰａでは折損しなかった。この深層残留応力部５１，５２を有するコイルばねは、応力振幅４６０ＭＰａでは、腐食ピット以外の箇所から折損した。
【００５９】
以上説明した効果は鋼種によらず同様の傾向が認められ、前述のＳＡＥ９２５４や超高強度ばね鋼をはじめとして、例えばＳＵＰ７などでも同様の結果が得られた。また本発明によれば、懸架用コイルばねに通常使用されているばね鋼を用いて座巻部の腐食耐久性を高めることができるため、コイルばねの材料コストが高くなることを抑制できる効果もある。
【００６０】
図１０は第２の実施形態に係るコイルばね１２の座巻部１２ａの一部と、ばね座１３の一部を示している。図１１は、図１０に示された座巻部１２ａを模式的に示す底面図である。この実施形態の座巻部１２ａの下面と外周面とは、それぞれ、ばね座１３の底面１３ａと外側壁１３ｂとによって拘束されている。このためこの座巻部１２ａは、ばね座１３の底面１３ａと外側壁１３ｂに対して、α２で示す範囲で接する。よって深層残留応力部５１は、α２よりも広い範囲α３にわたって形成されている。それ以外の構成については、第１の実施形態のコイルばね１２と共通である。
【００６１】
図１２から図１５は、第３の実施形態に係るニーアクションタイプの懸架機構１００に使われるコイルばね１２の一例を示している。図１２に示すように車両１０のリヤ側に左右一対の懸架機構１００が設けられている。これら懸架機構１００は互いに同等の構成であるため、以下に一方の懸架機構１００を代表して説明する。
【００６２】
図１３は懸架機構１００を車両１０の側方から見た側面図である。この懸架機構１００は、トレーリングアームとして機能するアーム部材１０１と、懸架用コイルばね１２と、コイルばね１２の下端側に配置された下側のばね座１０３と、コイルばね１２の上端側に配置された上側のばね座１０４と、ショックアブソーバ１０５（図１２に示す）などを備えている。アーム部材１０１は、車体のアーム取付部１１０に、ピボット（揺動軸）１１１を介して上下方向に揺動自在に取付けられている。図１２に示すように左右一対のアーム部材１０１は、車両１０の幅方向に延びるビーム部材１１２によって互いに結合されている。アーム部材１０１には車軸支持部１１３を介してハブユニット１１４が設けられている。
【００６３】
図１３に示すように、下側のばね座１０３はアーム部材１０１に設けられている。下側のばね座１０３は、ピボット１１１を中心とする円弧状の軌跡Ｘ３（図１３に示す）に沿って相対的に上下方向に揺動する。上側のばね座１０４は、車体のばね取付部１２０に設けられている。コイルばね１２は、下側のばね座１０３と上側のばね座１０４との間で圧縮され、アーム部材１０１を下方に付勢している。コイルばね１２と、ばね座１０３,１０４とによって、懸架用ばね装置１３０が構成されている。
【００６４】
図１４は、座巻部１２ａの一部とばね座１０３の一部を示している。この座巻部１２ａの下面と内周面とは、それぞれ、ばね座１０３の底面１０３ａと内側壁１０３ｂとによって拘束されている。このため座巻部１２ａの下面と内周面とは、それぞれ、ばね座１０３の底面１０３ａと内側壁１０３ｂに対してα４で示す範囲で接する。図１４に示すように深層残留応力部５１は、α４よりも広い範囲α５にわたって形成されている。それ以外の構成については、第１の実施形態のコイルばね１２（図３〜図６）と共通である。
【００６５】
図１５は、座巻部１２ａを模式的に示す底面図であり、深層残留応力部５１が梨地模様で表わされている。この深層残留応力部５１は、第１の実施形態のコイルばね１２（図３〜図６）と同様に、少なくとも座巻部１２ａの第２の部分１２ａ２を含む領域に形成されている。
【００６６】
前記懸架機構１００に設けられたコイルばね１２は、荷重の大きさに応じてフルバンプ（最大圧縮状態）とフルリバウンド（最大伸張状態）との間で伸縮する。例えばコイルばね１２が伸びると、下側の座巻部１２ａの第２の部分１２ａ２が下側のばね座１０３から離れる。このため第２の部分１２ａ２とばね座１０３との間に砂等の異物が入り込む可能性がある。逆に、コイルばね１２が圧縮されると、第２の部分１２ａ２がばね座１０３に接する。このため、座巻部１２ａとばね座１０３との間に砂等の硬い異物が挟まると、コイルばね１２の塗装が剥がれたり、素線４０が傷付いたりして、腐食ピットが生じる原因となる。
【００６７】
しかるにこの実施形態のコイルばね１２は、第１の実施形態で説明したコイルばね１２（図３〜図６）と同様に、少なくとも第２の部分１２ａ２を含む領域に深層残留応力部５１が形成されているため、座巻部１２ａの腐食が原因となってコイルばね１２が折損することが抑制され、耐久性を向上させることができる。なお、上側の座巻部１２ｂにも下側の深層残留応力部５１と同様の深層残留応力部５２が形成されていてもよい。
【００６８】
なお本発明を実施するに当たって、コイルばねの具体的な形状や寸法、巻数、材料、ばね定数をはじめとして、懸架用ばね装置を構成する各要素（コイルばねやばね座等）の態様や構造、配置等を種々に変更して実施できることは言うまでもない。また本発明は自動車以外の車両の懸架機構に適用することもできる。
【符号の説明】
【００６９】
１０…車両、１１…懸架機構、１２…懸架用コイルばね、１２ａ…下側の座巻部、１２ａ１…第１の部分、１２ａ２…第２の部分、１２ａ３…第３の部分、１２ｂ…上側の座巻部、１２ｂ１…第１の部分、１２ｂ２…第２の部分、１２ｂ３…第３の部分、１３…下側のばね座、１４…上側のばね座、１８…懸架用ばね装置、４０…素線、４０ａ…下端、４０ｂ…上端、５０…圧縮残留応力部、５１…深層残留応力部、５１ａ…一端、５１ｂ…他端（応力移行部）、５２…深層残留応力部、７０…超音波ショットピーニング装置、１００…懸架機構、１０３…下側のばね座、１０４…上側のばね座、１３０…懸架用ばね装置。
【図１】
2014122652.tif 000003
【図２】
2014122652.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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