(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼線をコイル状に成形してコイルばねを製造するコイルばね製造方法において、
鋼線をコイル状に成形するに当り、焼入れ及び焼戻しが施された鋼線を高周波誘導加熱で２５０℃以上５５０℃以下の範囲内の成形温度に加熱した状態でコイル状に成形してコイルばねを製造し、
該コイルばねが前記成形温度から室温に冷却されるまでの間に、該コイルばねが使用されるときの荷重負荷方向の所定荷重を該コイルばねに所定時間負荷し、
該コイルばねにショットピーニングを施すことを特徴とするコイルばね製造方法。
【請求項２】
前記鋼線として、高周波熱処理によって焼き入れ及び焼き戻しが施された鋼線を用いることを特徴とする請求項１に記載のコイルばね製造方法。
【請求項３】
前記鋼線として、１５６９Ｎ／ｍｍ２以上２１５８Ｎ／ｍｍ２以下の範囲内の引張強さをもつ鋼線を用いることを特徴とする請求項１，又２に記載のコイルばね製造方法。
【請求項４】
前記鋼線として、２０ｍｍ以下の直径の鋼線を用いることを特徴とする請求項１から３までのうちのいずれか一項に記載のコイルばね製造方法。
【請求項５】
前記鋼線として、複数本のコイルばねを製造できる長さの長尺材を用いることを特徴とする請求項１から４までのうちのいずれか一項に記載のコイルばね製造方法。
【請求項６】
前記鋼線を前記成形温度でコイル状に成形するに当り、鋼線の直径に対するコイルばねの平均径の比が２．５以上になるように前記鋼線をコイル状に成形することを特徴とする請求項１から５までのうちのいずれか一項に記載のコイルばね製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼線をコイル状に成形して製造されたコイルばねの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、各種の産業分野でコイルばねが広く使用されている。このコイルばねの製造方法としては、一般に、鋼線を常温でコイル状に成形する冷間成形法と、鋼線をそのオーステナイト化温度でコイル状に成形する熱間成形法とが知られている。
【０００３】
冷間成形法は、一般に、焼き入れ及び焼き戻しが施された鋼線を、常温でコイル状に成形し、この成形品の残留応力を除去する低温焼なましを施し、さらにショットピーニングを施し、その後、所定荷重を負荷するセッチングを施してコイルばねを製造する方法である。この冷間成形法では、常温で成形するので表面の脱炭などが無く仕上がり精度に優れ、また、加工硬化によって高強度のコイルばねを製造できるという利点がある。しかし、常温では鋼線の変形抵抗が大きいので、コイリングピンを用いて冷間でコイル状に成形する自動ばね成形機のうち最大級のものを使用しても、成形できる鋼線の引張強さは最大１９６１Ｎ／ｍｍ２  （２００ｋｇｆ／ｍｍ２  ）まで、また、直径は最大１４ｍｍまでといわれている。なお、旋盤を使って芯がねでコイル状に成形する芯がね式ばね成形機を用いると、１９６１Ｎ／ｍｍ２  を超える引張強さで１４ｍｍを超える直径の鋼線をばね成形できるものの、この芯がね式ばね成形機では鋼線送り速度が遅いので大量生産には向かない。
【０００４】
一方、熱間成形法は、一般に、鋼線をそのオーステナイト化温度でコイル状に成形し、焼き入れ及び焼き戻しを施し、さらにショットピーニングを施し、その後、所定荷重を負荷するセッチングを施してコイルばねを製造する方法である。この熱間成形法では、鋼線をそのオーステナイト化温度で成形するため鋼線の変形抵抗が少なく、１９６１Ｎ／ｍｍ２  を超える引張強さの鋼線や、１４ｍｍを超える直径の鋼線でも成形できるという利点がある。しかし、高温による鋼線の表面脱炭や、高温の軟らかい状態で成形するので鋼線に疵が付き易い。
【０００５】
上記のように、コイルばねの冷間成形法と熱間成形法にはそれぞれ長所と短所がある。そこで、これら冷間成形法と熱間成形法の短所を無くすことを目的とするコイルばね製造方法として、特開平５−０７８７４８号公報に記載されたコイルばね製造方法が知られている。
【０００６】
このコイルばね製造方法は、鋼線を、焼き入れした後、焼き戻し温度に加熱した状態でコイル状に成形し、２５０℃以上焼き戻し温度以下の範囲内の温度に３０分以上保持し、さらにその後、所定荷重を負荷するセッチングを施す方法である。この製造方法によれば、冷間成形法と熱間成形法の短所を解消し、さらに、工程の簡略化と低コスト化を図ることができる、と上記公報には記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常、焼き戻し温度は鋼線の化学成分に基づいて決定される。従って、上記の製造方法では、鋼線の化学成分に基づいて、この鋼線がコイル状に成形される温度が決定されることとなる。このため、鋼線をコイル状に成形するときの温度を選択する自由度が低く、鋼線の引張強度や直径に応じて成形温度を適切に選択できないという問題がある。また、鋼線の焼き戻し温度から外れた温度でこの鋼線をコイル状に成形して、特有の機械的性質をもつコイルばねを製造したい場合も考えられるが、上記した従来の製造方法ではこのような場合に対応できない。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑み、冷間成形と熱間成形の短所を無くし、しかも、鋼線をコイル状に成形するときの温度を自在に選択できるコイルばね製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明のコイルばね製造方法は、鋼線をコイル状に成形してコイルばねを製造するコイルばね製造方法において、
（１）鋼線をコイル状に成形するに当り、焼入れ及び焼戻しが施された鋼線を高周波誘導加熱で２５０℃以上５５０℃以下の範囲内の成形温度に加熱した状態でコイル状に成形してコイルばねを製造し、
（２）該コイルばねが前記成形温度から室温に冷却されるまでの間に、該コイルばねが使用されるときの荷重負荷方向の所定荷重を該コイルばねに所定時間負荷し、
（３）該コイルばねにショットピーニングを施すことを特徴とするものである。
【００１０】
ここで、
（４）前記鋼線として、高周波熱処理によって焼き入れ及び焼き戻しが施された鋼線を用いてもよい。
【００１１】
また、
（５）前記鋼線として、１５６９Ｎ／ｍｍ２以上２１５８Ｎ／ｍｍ２以下の範囲内の引張強さをもつ鋼線を用いてもよい。
【００１２】
さらに、
（６）前記鋼線として、２０ｍｍ以下の直径の鋼線を用いてもよい。
【００１３】
さらにまた、
（７）前記鋼線として、複数本のコイルばねを製造できる長さの長尺材を用いてもよい。
【００１４】
さらにまた、
（８）前記鋼線を前記成形温度でコイル状に成形するに当り、鋼線の直径に対するコイルばねの平均径の比が２．５以上になるように前記鋼線をコイル状に成形してもよい。
【００１７】
ここで、高周波熱処理とは、鋼線を高周波誘導加熱する迅速な加熱処理と、この加熱処理で加熱された鋼線を均一に急冷する冷却処理とを組み合わせた熱処理をいう。尚、上記（５）のショットピーニングは室温で施されるものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のコイルばね製造方法の実施形態を説明する。
【００１９】
ここでは、２種類の化学成分の鋼線Ａ，Ｂを使用してコイルばねを製造した。表１に、使用した鋼線の化学成分を示す。また、表２に、表１の鋼線の線径（直径）と機械的性質を示す。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
【表２】
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表１に示すように、鋼線Ａと鋼線Ｂとの主な相違点は、鋼線ＡはＶ（バナジウム）を含有していないが、鋼線ＢはＶを含有している点に有る。また、表２に示すように、鋼線Ａ，Ｂとして、線径が１１．０ｍｍと１５．０ｍｍのものを使用した。鋼線Ａ，Ｂの引張強さは約１９８０Ｎ／ｍｍ２  であり、引張試験後の絞りは３５．０％から３５．９％までの範囲内の値であった。
【００２２】
上記した表１，２に示す鋼線Ａ，Ｂを用いてコイルばねを製造した。この製造方法を比較例の製造方法とともに図１に示す。
【００２３】
図１は、コイルばねの製造方法を示す模式図であり、（ａ）は本発明の製造方法の一例を示し、（ｂ）は比較例の製造方法を示す。
【００２４】
図１（ａ）に示す製造方法では、コイリングピンを用いて鋼線をコイル状に成形する自動ばね成形機を使った。この製造方法では、高周波熱処理によって鋼線Ａ，Ｂに焼き入れ及び焼き戻しを施した。このため、鋼線を短時間で加熱できた。焼き入れでは、鋼線Ａ，Ｂを高周波誘導加熱で９８０℃に迅速に加熱した後、均一に急冷した。また、焼き戻しでは、焼き入れ後の鋼線Ａ，Ｂを高周波誘導加熱で４５０℃に迅速に加熱した後、室温まで放冷した。このようにして焼き入れ及び焼き戻しが施された鋼線Ａ，Ｂを高周波誘導加熱で約３００℃に急速に加熱した状態でコイル状に成形してコイルばねにした。その後、コイルばねが約３００℃から室温に冷却されるまでの間に、このコイルばねが使用されるときの荷重負荷方向の荷重（ここでは、最大試験荷重の１．１倍に相当する荷重とした）を約３秒間負荷して、セッチングを施した。セッチングが終了したコイルばねに通常のショットピーニングを施して試験品のコイルばねとした。
【００２５】
この製造方法では、焼き入れ及び焼き戻しが施された鋼線を用いるので、鋼線の引張強度や直径に応じて２５０℃以上５５０℃以下の範囲内から成形温度を適宜に選択でき、所望の機械的性質をもつコイルばねを製造できる。また、鋼線を２５０℃以上５５０℃以下の範囲内の温度で成形するので、残留応力の少ないコイルばねを製造でき、応力除去のための焼鈍処理をしなくて済む。
【００２６】
なお。試験品のコイルばねの形状は、後述する表３に示されている。また、ショットピーニングを施した後、さらに、冷間でセッチングを施してもよく、この場合も、後述する試験結果と同程度の優れたコイルばねを得ることができる。また、ここでは、鋼線として、複数本のコイルばねを製造できる長さの長尺材を用いたので、長尺の鋼線を連続的に成形してコイルばねを製造でき、比較的低コストでコイルばねを製造できた。
【００２７】
一方、図１（ｂ）に示す比較例の製造方法では、旋盤を使って芯がねでコイル状に成形する芯がね式ばね成形機を用いて、砥石を使って鋼線を切断した。この方法では、高周波熱処理によって鋼線Ａ，Ｂに焼き入れ及び焼き戻しを施すまでは、図１（ａ）の製造方法と同様である。比較例の製造方法では、焼き入れ及び焼き戻しが施された鋼線Ａ，Ｂを室温でコイル状に成形（冷間成形）してコイルばねにした。その後、３７５℃で低温焼鈍を施し、さらに、通常のショットピーニングを施した。その後、このコイルばねが使用されるときの荷重負荷方向の荷重（ここでは、最大試験荷重の１．１倍に相当する荷重とした）を約３００℃で約３秒間負荷してセッチングを施して試験品のコイルばねとした。
【００２８】
上述のようにして製造したコイルばねの形状を表３に示す。
【００２９】
【表３】
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表３に示すＤ／ｄとは、上述したように、鋼線Ａ，Ｂの線径ｄに対する試験品コイルばねの平均径Ｄの比をいう。また、表３に示す有効巻数、自由高さ、及びばね定数は、ばねの技術分野で用いられている通常の技術用語である。
【００３０】
表３に示すように、線径１１．０ｍｍの鋼線については、Ｄ／ｄが３．５の試験品コイルばねを製造し、線径１５．０ｍｍの鋼線については、Ｄ／ｄが３．５と６．５の試験品コイルばねを製造した。これらの試験品コイルばねを用いて締付け（へたり）試験と耐久試験を行った。締付け試験の試験条件を表４に示し、耐久試験の試験条件を表５に示す。
【００３１】
【表４】
0003555814.tif 000005
【００３２】
【表５】
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表４に示すように、締付け試験では、τｍａｘ＝１１７７ＭＰａの締付け応力を試験品コイルばねに静的に付与し、９６時間後の残留せん断歪を調べた。締付け試験は２０℃と８０℃の温度で行われ、後述する表６から表８までの「＊１」は、２０℃で行われた試験結果を示し、「＊２」は、８０℃で行われた試験結果を示す。
【００３３】
一方、表５に示すように、耐久試験では、τｍａｘ＝６３７．５±５３９Ｎ／ｍｍ２  （最大値１１７６．５Ｎ／ｍｍ２  最小値９８．５Ｎ／ｍｍ  ２）の試験応力を試験品コイルばねに１秒間に５回（５Ｈｚ）の試験速度で繰り返して付与し、コイルばねが破損するまでの回数を求めた。また、耐久試験は、２０℃〜２５℃の範囲内の試験温度で行った。
【００３４】
上記した締付け試験と耐久試験の試験結果を表６から表８までに示す。
【００３５】
【表６】
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【００３６】
【表７】
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【００３７】
【表８】
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表６には、線径１１．０ｍｍの鋼線Ａ，Ｂを用いて製造した、Ｄ／ｄ＝３．５の試験品コイルばねの試験結果を示す。表６の「製造方法１」は、図１（ｂ）の比較例の製造方法を示し、「製造方法２」は、図１（ａ）の本発明法を示す。
【００３８】
表６に示すように、本発明法で製造された試験品コイルばねの２０℃における残留せん断歪は、比較例の製造方法で製造された試験品コイルばねの２０℃における残留せん断歪に比べて一桁小さく、本発明法によれば非常に優れた耐へたり性を有するコイルばねを製造できることが判明した。また、本発明法による試験品コイルばねの耐久性は、比較例の製造方法で製造された試験品コイルばねの耐久性よりも優れており、本発明法によれば優れた耐久性を有するコイルばねを製造できることも判明した。
【００３９】
表７には、線径１５．０ｍｍの鋼線Ａ，Ｂを用いて製造した、Ｄ／ｄ＝６．５の試験品コイルばねの試験結果を示す。表７の製造方法１は、図１（ｂ）の比較例の製造方法を示し、製造方法２は、図１（ａ）の本発明法を示す。
【００４０】
表７に示すように、本発明法で製造された試験品コイルばねの８０℃における残留せん断歪は、比較例の製造方法で製造された試験品コイルばねの８０℃における残留せん断歪の約半分であり、本発明法によれば高温においても優れた耐へたり性を有するコイルばねを製造できることが判明した。また、本発明法による試験品コイルばねの耐久性は、比較例の製造方法で製造された試験品コイルばねの耐久性よりも優れており、本発明法によれば優れた耐久性を有するコイルばねを製造できることが判明した。
【００４１】
表８には、線径１５．０ｍｍの鋼線Ａを用いて製造した、Ｄ／ｄ＝３．５の試験品コイルばねの試験結果を示す。表８の「製造方法２」は、図１（ａ）の本発明法を示す。なお、表８に示す線径１５．０ｍｍの鋼線Ａを用いて、図１（ｂ）の比較例の製造方法でＤ／ｄ＝３．５の試験品コイルばねを製造しようとしたが、冷間でコイル状に成形できなかった。
【００４２】
表８に示すように、本発明法で製造された試験品コイルばねの８０℃における残留せん断歪は、３．４１から４．３７までの範囲内であり、本発明法によれば優れた耐へたり性を有するコイルばねを製造できることが判明した。また、表８に示すように本発明法による試験品コイルばねの耐久性は優れており、本発明法によれば高温においても優れた耐久性を有するコイルばねを製造できることが判明した。さらに、冷間では成形できない直径の鋼線を成形でき、直径の大きい分、強度の高いコイルばねを製造できた。
【００４３】
次に、図２を参照して本発明のコイルばね製造方法の他の実施形態を説明する。
【００４４】
図１（ａ）に示す例では、鋼線を約３００℃に加熱した状態でコイル状に成形してコイルばねにした後、コイルばねが約３００℃から室温に冷却されるまでの間にセッチングを施したが、図２に示すように、鋼線を約３００℃に加熱した状態でコイル状に成形してコイルばねにした後、常温で通常のショットピーニングを施し、その後、冷間でセッチングを施してもよい。この場合も、図１（ｂ）に示す比較例の方法で得られたコイルばねよりも耐へたり性と耐久性に優れたコイルばねを得ることができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のコイルばね製造方法によれば、焼き入れ及び焼き戻しが施された鋼線を用いるので、鋼線の引張強度や直径に応じて２５０℃以上５５０℃以下の範囲内から成形温度を適宜に選択でき、所望の機械的性質をもつコイルばねを製造できる。また、鋼線を２５０℃以上５５０℃以下の範囲内の温度で成形するので、残留応力の少ないコイルばねを製造でき、応力除去のための焼鈍処理をしなくて済む。さらに、上記範囲内の温度で成形するので、冷間（常温）で成形する場合に比べ、直径が太くて引張強さの高い鋼線を使用できる。一方、熱間（鋼線のオーステナイト化温度）で成形しないので、鋼線の脱炭、結晶粒の粗大化、及び表面疵の発生を防止できる。
【００４６】
ここで、鋼線を上記範囲内の温度に加熱するに当り、鋼線を高周波誘導加熱する場合は、鋼線を短時間で加熱できる。
【００４７】
また、鋼線として、高周波熱処理によって焼き入れ及び焼き戻しが施された鋼線を用いる場合は、高周波熱処理によって高強度になった鋼線を用いてコイルばねを製造することとなるので、耐久性や耐へたり性などの機械的性質のいっそう向上したコイルばねを製造できる。したがって、小型で軽くても優れた機械的性質をもつコイルばねを製造できる。
【００４８】
さらに、鋼線として、１５６９Ｎ／ｍｍ２  以上２１５８Ｎ／ｍｍ２  以下の範囲内の引張強さをもつ鋼線を用いる場合は、鋼線の引張強さが向上した分、耐へたり性と耐久性に優れたコイルばねを製造できる。
【００４９】
さらにまた、鋼線として、２０ｍｍ以下の直径の鋼線を用いる場合は、冷間では成形できない直径の鋼線を成形できることとなり、直径の大きい分、強度の高いコイルばねを製造できる。
【００５０】
さらにまた、鋼線として、複数本のコイルばねを製造できる長さの長尺材を用いる場合は、長尺の鋼線を連続的に成形してコイルばねを製造できるので、比較的低コストでコイルばねを製造できる。
【００５１】
さらにまた、鋼線を２５０℃以上５５０℃以下の範囲内の温度でコイル状に成形するに当り、鋼線の直径に対するコイルばねの平均径の比が２．５以上になるように鋼線をコイル状に成形する場合は、この比が４未満のコイルばねを製造できることとなるので小型で高強度のコイルばねを製造できる。
【００５２】
さらにまた、鋼線を２５０℃以上５５０℃以下の範囲内の温度でコイル状に成形してコイルばねを製造した後、このコイルばねが上記範囲内の温度から室温に冷却されるまでの間に、このコイルばねが使用されるときの荷重負荷方向の所定荷重を該コイルばねに所定時間負荷する場合は、耐へたり性のいっそう向上したコイルばねを得ることができる。
【００５３】
また、本発明の第２のコイルばね製造方法によれば、高周波熱処理によって焼き入れ及び焼き戻しが施された鋼線を用いてコイルばねを製造するので、高強度になった鋼線を用いてコイルばねを製造することとなり、耐久性や耐へたり性などのいっそう向上したコイルばねを製造できる。また、長尺の鋼線を用いるので、長尺の鋼線を連続的に成形してコイルばねを製造でき、比較的低コストでコイルばねを製造できる。さらに、鋼線を高周波誘導加熱によって２５０℃以上５５０℃以下の範囲内の温度に加熱するので、短い時間で加熱できる。さらにまた、鋼線をコイル状に巻きながら所定長さに切断してコイルばねに成形するので、連続的にコイルばねを製造できる。さらにまた、コイルばねに所定荷重を所定時間負荷するので、耐へたり性のいっそう向上したコイルばねを得ることができる。さらにまた、上記所定荷重が負荷されたコイルばねにショットピーニングを施すので、コイルばねの残留圧縮応力が増加して、耐へたり性のいっそう優れたコイルばねを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明のコイルばね製造方法の一実施形態を示す模式図であり、（ｂ）は、比較例のコイルばね製造方法を示す模式図である。
【図２】本発明のコイルばね製造方法の他の実施形態を示す模式図である。
【図１】
0003555814.tif 000010
【図２】
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