(57)【要約】【課題】潤滑皮膜に十分な耐熱性を付与して良好な潤滑性を確保し、高強度ワイヤや異形断面のオイルテンパー線においても良好なコイリング性を確保できるオイルテンパー線を提供する。【解決手段】本発明のオイルテンパー線は、硫酸塩、珪酸塩および硼酸塩よりなる群から選択される１種以上の無機塩からなる皮膜層を、線材表面に形成したものであり、前記皮膜には必要によって更に、潤滑性を有する油脂分および／または石鹸分を含有させる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫酸塩、珪酸塩および硼酸塩よりなる群から選択される１種以上の無機塩からなる皮膜層を、線材表面に形成したものであることを特徴とするコイリング加工性に優れたオイルテンパー線。
【請求項２】
前記無機塩は、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム、珪酸マグネシウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硼酸ナトリウムおよび硼酸カリウムよりなる群から選ばれる１種以上である請求項１に記載のオイルテンパー線。
【請求項３】
無機塩からなる皮膜層には、更に、潤滑性を有する油脂分および／または石鹸分を含有させたものである請求項１または２に記載のオイルテンパー線。
【請求項４】
前記油脂分はワックス類であり、前記石鹸分はステアリン酸、パルミチン酸、オレイン酸、リノール酸およびリノレン酸のナトリウム塩またはカリウム塩から選ばれる１種以上である請求項３に記載のオイルテンパー線。
【請求項５】
前記油脂分および／または石鹸分は皮膜中に５〜５０質量％含有するものである請求項３または４に記載のオイルテンパー線。
【請求項６】
前記皮膜表面に更に防錆油を塗布したものである請求項１〜５のいずれかに記載のオイルテンパー線。
【請求項７】
請求項１に記載のオイルテンパー線を製造するに当たり、硫酸塩、珪酸塩および硼酸塩よりなる群から選ばれる１種以上の無機塩を含む水溶液中に、オイルテンパー線を浸漬して線材表面に前記水溶液塗膜を形成し、次いで水溶液塗膜中の水分を乾燥除去することによって線材表面に潤滑性皮膜を形成することを特徴とするコイリング加工性に優れたオイルテンパー線の製造方法。
【請求項８】
請求項２〜５のいずれかに記載のオイルテンパー線を製造するに当たり、硫酸塩、珪酸塩および硼酸塩よりなる群から選ばれる１種以上の無機塩、潤滑性を有する油脂分および／または石鹸分を含む水溶液中に、オイルテンパー線を浸漬して線材表面に前記水溶液塗膜を形成し、次いで水溶液塗膜中の水分を乾燥除去することによって線材表面に潤滑性皮膜を形成することを特徴とするコイリング加工性に優れたオイルテンパー線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、内燃機関の弁ばねや架橋ばね等の素材として使用されるオイルテンパー線に関するものであり、殊にばね加工において材料と工具間の潤滑性を飛躍的に改善し、ばね生産性およびばねの精度の向上を図ることのできるオイルテンパー線の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記各種ばねの素材として用いられる線材においては、伸線加工を経た後その特性を改善するためオイルテンパーと呼ばれる焼入れ・焼き戻しの熱処理を施されて仕上げられるのが一般的である。そして、このようにして製造された線材は、コイリングによってばねに成形されるのであるが、こうした加工においては、その生産性を向上させるという観点からして、ばね加工工具との間の潤滑性が良好であることが非常に重要である。
【０００３】
オイルテンパー線をコイリング加工する際の潤滑性を向上させる技術として、これまでにも様々提案されており、その代表的なものとしては、下記（１）〜（３）のものが挙げられる。
（１）オイルテンパー線の表面に生成された酸化スケールの成分、厚さおよび密着性を適正な値に管理し、加工性の良い酸化皮膜とする方法（例えば、特許文献１参照）。
（２）防錆油の代わりに、防錆性を有する潤滑油をオイルテンパ−線に塗布する方法。
（３）オイルテンパー線の表面に生成させた酸化スケールの厚さを或る一定の厚さ以下に管理し、コイリング性を補助する手段として、アルキド樹脂、アミノ酸系を主体とした樹脂等のコーティング皮膜を形成する方法（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
一方、自動車の弁ばね等に用いられるオイルテンパー線では、近年次のような要望に対応する必要があると言われている。
（１）自動車の軽量化要求に応えるために、ワイヤ強度をより高強度化し、より細径でしかも高い設計応力下で使用する傾向がある。
（２）より狭い空間にばねを設置し、なおかつ必要なストロークを確保する為に、例えばオーバル形状の異形断面線の使用も増加している。そして、この異形断面線のコイリング加工では、必要なばねの精度を確保するためには、コイリング中の線材の回転を厳しく抑制する必要がある。
【０００５】
【特許文献１】
特公平５−１４７７１号公報  特許請求の範囲
【特許文献２】
特許第３００３８３１号公報  特許請求の範囲
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特に近年では、ばねの高性能化、軽量化の要請に伴って、ばね形状においても高い負荷応力の下で使用されるような設計になっており、より高強度で硬い材料を用いて、ばね加工における塑性変形量が大きいばねを製造することが多くなっている。
【０００７】
具体的な評価基準として、ばねの平均径（Ｄ）と線径ｄの比（Ｄ／ｄ）で示したときに、この比が３．５よりも小さいばね径で、ばねのピッチの大きいばねが要求されることになる。
【０００８】
このようなばねをコイリング加工時には、材料の工具との摩耗と加工による発熱のために、工具との界面温度が上昇してしまうことになる。コイリング加工の際には、線材表面に形成される酸化皮膜と防錆油の塗布によって良好な加工性を確保しているのであるが、こうした潤滑方式では潤滑皮膜の耐熱性が十分であるとはいえず、工具との間において凝着摩耗を起こし易く、所定の形状のばねを効率良く生産することが困難な状況にある。
【０００９】
また異形断面の線材を用いてばねを製造する場合には、その精度を良好に保つために、数個のクリアランスの小さいガイドやピンで固定してコイリングする必要がある。また、高強度線材で、異形断面の線材を用いたばねも増加している。
【００１０】
こうした状況の下で、従来のオイルテンパー線表面の酸化皮膜と防錆油のみでは、防錆油による潤滑効果が余り大きくないこともあって、次のような不都合が生じることがある。
【００１１】
▲１▼コイリングピンやガイドなどのコイリング用工具とワイヤ表面との潤滑性不足によって、焼付きの発生が起こり易く、工具寿命が短くなってしまう。そのため、機械の操業を停止して工具の交換や修理などが必要になって生産性が低下する。
【００１２】
▲２▼焼き付きが発生すると、製品であるばねの径や自由長（荷重をかけないときのばねの長さ）のバラツキが発生するために、製品の精度が悪くなり、また製品の歩留まりが低下することになる。
【００１３】
▲３▼また、こうした焼き付きは、ばね表面に線状の有害な疵を発生することになって、ばね寿命に悪影響を及ぼすこともある。
【００１４】
本発明はこうした状況の下になされたものであって、その目的は、潤滑皮膜に十分な耐熱性を付与して良好な潤滑性を確保し、高強度ワイヤや異形断面のオイルテンパー線においても良好なコイリング性を確保できるオイルテンパー線を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決する為の手段】
上記の目的を達成し得た本発明のオイルテンパー線とは、硫酸塩、珪酸塩および硼酸塩よりなる群から選択される１種以上の無機塩からなる皮膜層を、線材表面に形成したものである点に要旨を有するものである。
【００１６】
前記皮膜中の無機塩としては、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム、珪酸マグネシウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硼酸ナトリウムおよび硼酸カリウムよりなる群から選ばれる１種以上を用いることができる。
【００１７】
本発明のオイルテンパー線において、無機塩からなる皮膜層には、必要によって更に、潤滑性を有する油脂分および／または石鹸分を含有させることが好ましい。このとき皮膜中に含有する油脂分としては、石油ワックスに代表されるワックス類が挙げられ、前記石鹸分としてはステアリン酸、パルミチン酸、オレイン酸、リノール酸およびリノレン酸のナトリウム塩またはカリウム塩から選ばれる１種以上が挙げられる。また油脂分および／または石鹸分を含有させる場合には、皮膜中におけるこれらの含有量は５〜５０質量％とすることが好ましい。
【００１８】
本発明のオイルテンパー線には、必要によって前記皮膜表面に更に防錆油を塗布することも好ましく、これによってオイルテンパー線の防錆性を更に向上することができる。
【００１９】
一方、本発明のオイルテンパー線を製造するに当たっては、硫酸塩、珪酸塩および硼酸塩よりなる群から選択される１種または２種以上の無機塩の水溶液中に、必要によって前記無機塩の他、潤滑性を有する油脂分および／または石鹸分を含む水溶液中に、オイルテンパー線を浸漬して線材表面に前記水溶液塗膜を形成し、次いで水溶液塗膜中の水分を乾燥除去することによって線材表面に潤滑性皮膜を形成するようにすれば良い。この方法を実施するに当たっては、前記水溶液塗膜中の固形分濃度は１．５〜３０質量％であることが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、ばね用オイルテンパー線のコイリングにおける潤滑性および耐熱性を向上させるという観点から、焼き付きを防止し得る手段について考察・実験を行い、上記のような構成を採用すれば、上記目的が見事に達成されることを見出し、本発明を完成した。
【００２１】
現状のばね加工におけるワイヤと工具間の潤滑機構は、オイルテンパー線製造過程中で生成される線表面の酸化皮膜と、現在の製品の線表面に塗布されている防錆油のもつ潤滑性によるものである。一方、オイルテンパー線の高強度化、異形断面線化や製品ばねの高精度化の要求、高速コイルイングによる生産性向上の要求などに対しては、単に防錆油による潤滑性向上のみの対処では不十分であった。
【００２２】
また、線表面の酸化皮膜についても、防錆油との保持性や工具と材料における直接接触を緩和するために、或る程度の皮膜厚さが必要であるが、余り厚くすると酸化皮膜の密着性が劣ってコイリングピンの前で皮膜が剥離してしまうという不都合がある。こうした不都合は、コイリング性を低下させるという事態を招くことになる。
【００２３】
こうしたことから、酸化皮膜は適度な厚さに制御する必要があり、酸化皮膜の厚さをコントロールする方法も提案されているが（例えば、前記特許文献１）、要求特性が益々高まっているコイリング加工に対する潤滑性の改善要求に対応することは不十分である。
【００２４】
こうした要求に対して、本発明者らはコイリング加工における酸化皮膜と防錆油の担当する機能を次のように分割し、これらの機能を付与するようにそのばね表面に形成する皮膜の組成を適切に制御すれば良いとの着想が得られた。
（ａ）ピンなどの工具と材料（線表面）の直接的な金属接触を緩和する機能
（ｂ）防錆油の有する潤滑油としての摩擦係数低減機能
（ｃ）線材への防錆油としての機能
上記（ａ）の機能については、オイルテンパー処理時に生成した線表面の酸化皮膜だけに頼るのではなく、線材表面に硬質の無機質微細粒子を付着、保持させることによって、加工時における工具と材料間の耐熱性を有する緩衝剤としての役割りを積極的に強化できることが判明した。
【００２５】
また、具体的な無機質微細粒子としては、硫酸塩、珪酸塩および硼酸塩等が最適であることが判明した。即ち、オイルテンパー線に対して、上記各種無機塩を含む皮膜層を線材表面に形成すれば、上記（ａ）の機能が効果的に発揮されることになる。また、上記（ｂ）の機能を強化する手段としては、必要によって更に、油脂類や石鹸類等の潤滑成分を皮膜層中に積極的に含有させてやれば、更に潤滑性を改善できる。更に、上記（ｃ）の機能については、必要によって皮膜層表面に更に防錆油を塗布することによってその機能が発揮されることになる。尚、上記皮膜層中の各成分は、防錆油の防錆性に悪影響を及ぼさないことも確認できた。
【００２６】
本発明のオイルテンパー線は、基本的には、無機塩からなる皮膜層をその表面に形成したものであるが、このとき用いることできる無機塩としては、硫酸カリウム、硫酸ナトリウム等の硫酸塩、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム、珪酸マグネシウム等の珪酸塩、および硼酸ナトリウム、硼酸カリウム等の硼酸塩が挙げられ、これらの１種または２種以上を組み合わせて用いれば良い。このうち、耐熱性および環境調和性という観点からすれば、特に好ましいのは、珪酸ナトリウム、珪酸カリウムおよび珪酸マグネシウム等の珪酸塩、硫酸ナトリウムおよび硫酸カリウム等の硫酸塩である。
【００２７】
本発明で線材表面に形成する皮膜層中には、上記無機塩の他、必要によって油脂分および／または石鹸類を含有することができるが、これらの成分は皮膜に潤滑性を付与するという作用を有する［上記（ｂ）の機能］。
【００２８】
上記油脂分としては、石油ワックスに代表されるワックス類が挙げられ、上記石鹸分としては、ステアリン酸、オレイン酸、パルミチン酸、オレイン酸、リノール酸およびリノレン酸のナトリウム塩またはカリウム塩から選ばれる１種以上が挙げられる。また油脂分や石鹸分の皮膜中の含有量は、５〜５０質量％程度であることが好ましい。即ち、皮膜中の油脂分や石鹸分の含有量が５質量％未満では、潤滑性の付与効果が不十分となり、５０質量％を超えると無機塩の比率が少なくなって、皮膜の強度および耐熱性が不足し、強加工に耐え難くなる。
【００２９】
上記各成分を含有する潤滑性皮膜層をオイルテンパー線表面に形成することによって、潤滑性皮膜に十分な耐熱性を付与して良好な潤滑性を確保し、高強度ワイヤや異形断面のオイルテンパー線においても良好なコイリング性を確保できるオイルテンパー線が実現できるのであるが、こうしたオイルテンパー線には、必要によって前記皮膜表面に更に防錆油を塗布することも好ましい、これによってオイルテンパー線に防錆性［前記（ｃ）の機能］を付与することができる。このとき用いる防錆油については、これまで一般的に使用されているものを使用すればよく、例えば石油系炭化水素と防錆添加剤の混合物等が挙げられる。
【００３０】
本発明のオイルテンパー線は、上記のような成分を含有する皮膜層を線材表面に形成したものであるが、この皮膜層の形成方法については、例えば上記各種無機塩の水溶液中に、必要によって無機塩の他に、更に潤滑性を有する油脂分および石鹸分を適切な割合で含む水溶液中に、オイルテンパー線を浸漬して線材表面に前記水溶液塗膜を形成し、次いで水溶液塗膜中の水分を乾燥除去することによって線材表面に潤滑性皮膜を形成することができる。
【００３１】
こうした方法を実施するに当たっては、水溶液中の固形分濃度（即ち、無機塩、必要によって含有される油油脂分および／または石鹸類等の濃度）は１．５〜３０質量％であることが好ましい。この固形分濃度が１．５質量％未満では、潤滑性皮膜による効果が得られず、３０質量％を超えると、過飽和となって皮膜分布にバラツキが生じるので、皮膜の均一性に問題が生じる。
【００３２】
本発明は、ばねの平均径（Ｄ）と線径ｄの比（Ｄ／ｄ）が３．５よりも小さいばね径で、ばねのピッチの大きいばねに適用したときに効果的であるが、本発明で対象とするばねはこうしたものに限らず、前記比（Ｄ／ｄ）が３．５以上のものであってもその効果が発揮されるものである。
【００３３】
以下、実施例によって本発明の作用効果をより具体的に示すが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に即して適宜設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００３４】
【実施例】
下記表１に示す各鋼種の弁ばね用高強度オイルテンパー線を、通常の如く焼き入れ、焼き戻し処理することによって作製した。このときの各オイルテンパー線の表面には、従来剤と同等の厚さの酸化皮膜が形成されていた（後記表２）。また、このとき、線材断面形状がオーバル形のものと円形のものを作製すると共に、その引張強さについても測定した。
【００３５】
【表１】
2004232058.tif 000002
【００３６】
上記で得られ各オイルテンパー線の表面に、下記▲１▼〜▲５▼の方法によって潤滑性皮膜を形成した。このとき、防錆性強化のために、鉄系材料用防錆油として一般的に使用されている石油系炭化水素と防錆添加剤の混合物を防錆油として使用し、前記皮膜上に塗布した。
【００３７】
［皮膜形成法▲１▼］
珪酸ナトリウム、珪酸カリウムおよび硫酸カリウムを含む水溶液中に、その水溶液中の固形分量を１１質量％とした７０℃の溶液に、オイルテンパー線を浸漬し、乾燥して水分を除去することによって、線材表面に皮膜を形成した。
【００３８】
［皮膜形成法▲２▼］
珪酸ナトリウム、珪酸カリウムおよび硼酸カリウムを含む水溶液中に、ワックスを配合し、その水溶液中の固形分量を１１．５質量％とした室温（２５℃）の溶液にオイルテンパー線を浸漬し、乾燥して水分を除去することによって、線材表面に皮膜を形成した。
【００３９】
［皮膜形成法▲３▼］
珪酸ナトリウムおよび珪酸カリウムの水溶液中に、ワックスを配合し、その水溶液中の固形分量を８．５質量％とした室温（２５℃）の溶液にオイルテンパー線を浸漬し、乾燥して水分を除去することによって、線材表面に皮膜を形成した。
【００４０】
［皮膜形成法▲４▼］
珪酸ナトリウムおよび珪酸カリウムの水溶液中に、石鹸分としてステアリン酸ナトリウムを配合し、その水溶液中の固形分量を１０質量％とした室温（２５℃）の溶液にオイルテンパー線を浸漬し、乾燥して水分を除去することによって、線材表面に皮膜を形成した。
【００４１】
［皮膜形成法▲５▼］
珪酸ナトリウム、珪酸カリウムおよび珪酸マグネシウムを含む水溶液中に、ワックスを配合し、その水溶液中の固形分量を８．５質量％とした室温（２５℃）の溶液にオイルテンパー線を浸漬し、乾燥して水分を除去することによって、線材表面に皮膜を形成した。
【００４２】
得られたオイルテンパー線について、引張強さを測定すると共に、コイリング加工して各種Ｄ／ｄのばねを作製し、ばねのコイル径のバラツキσ（Ｄ）と自由長のバラツキσ（Ｈ）を調査した。自由長のバラツキσ（Ｈ）については、バラツキσ（Ｈ）を自由長Ｈ（ｍｍ）で除した自由長１ｍｍ当たりのバラツキ［バラツキσ（Ｈ）／Ｈ］で示した。また、ばね表面観察を適宜実施しながら、ばね加工中に線表面と工具の間の潤滑不良による線状疵（かじり）が発生し、工具の研磨・修正が必要になるまでのコイリング個数についても調査した。
【００４３】
その結果を、一括して下記表２に示す。尚、下記表２には、通常の防錆油だけを塗布した線材（下記表２のＮｏ．１、３、６、１１）について同様の評価を行ったものについても示した。
【００４４】
【表２】
2004232058.tif 000003
【００４５】
この結果から次のように考察できる。まず通常の酸化皮膜と防錆油だけのもの（Ｎｏ．１、３、６、１１）に比べて、本発明で規定する要件を満足するもの（．Ｎｏ．２、４、５、７〜１０、１２〜１５）では、コイル径のバラツキ、自由長のバラツキのいずれも小さくなっており、また「かじり」の発生するまでのコイリング数が多く、１ロット（１００００個）のコイリングが完了するまでピン磨きが必要でなかった。即ち、本発明のオイルテンパー線では、製品のばねの精度に優れ、工具の傷みが少なく、その結果無駄な段取り時間を要することなく、生産性が高くなることが分かる。尚、本発明者らが調査したところ、本発明で用いる潤滑剤成分では、ばねを製造する工程のテンパー処理やショットピーニングにおいても品質や作業環境などに悪影響を及ぼすことがないことも確認できた。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は以上の様に構成されており、ばねのコイリング加工において、線と工具間の潤滑膜の耐熱性を上げ、且つ潤滑性そのものも改善されることによって、高強度線を用いての加工の厳しい、Ｄ／ｄの小さいばねを加工するに当たり、加工がし易くなり、具体的には下記（ａ）〜（ｃ）の効果が発揮されるものとなる。
【００４７】
（ａ）製品ばねの自由長のバラツキ、コイル径のバラツキが小さくなって、加工歩留まりが向上する。
【００４８】
（ｂ）加工工具の寿命が長くなって、工具交換や修正に要する時間が短くなり、生産性が向上することになる。
【００４９】
（ｃ）ばね表面に「かじり」による疵がつきにくくなり、製品の信頼性が向上する。
【００５０】
また、本発明のオイルテンパー線によれば、（１）より潤滑性が必要な断面オーバル形状の異形断面線の加工に最適である、（２）工具表面での面圧の高い太径の線材のコイリングに適してしる、（３）皮膜の耐熱性が高いことによって、コイリング速度を上げることができ、生産性の向上に寄与する、等の効果も発揮される。