(57)【要約】【課題】ニッケルを用いずともばね成形時の加工性に優れたばね用ステンレス鋼線及びコイルばねを提供する。【解決手段】ばね用ステンレス鋼線は、皮膜量が６．０〜１４．５ｇ／ｍ２のリン酸塩皮膜が形成されたステンレス鋼線を伸線してなる。また、ばね用ステンレス鋼線の表面粗さは１．５〜２．３μｍとなっている。微細な凹凸を有するリン酸塩皮膜を施し、且つ、リン酸塩皮膜の皮膜量と表面粗さとを上述の値とすることにより、焼付き等が生じにくく、潤滑剤が均一に且つ確実に付着したばね用ステンレス鋼線を得ることができる。このばね用ステンレス鋼線を用いることにより、コイルばねを成形する際に、加工性を良好にすることができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
皮膜量が６．０〜１４．５ｇ／ｍ２のリン酸塩皮膜が形成されたステンレス鋼線を伸線することによって得られ、表面粗さが１．５〜２．３μｍであることを特徴とするばね用ステンレス鋼線。
【請求項２】
表面が前記伸線時に用いた潤滑剤で覆われており、当該表面に対する前記潤滑剤の付着量が１．１〜１．３ｇ／ｍ２であることを特徴とする請求項１に記載のばね用ステンレス鋼線。
【請求項３】
前記リン酸塩皮膜は、電解処理により形成されたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のばね用ステンレス鋼線。
【請求項４】
前記ステンレス鋼線には亜鉛めっきが施されており、当該亜鉛めっき上に前記リン酸塩皮膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のばね用ステンレス鋼線。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の前記ばね用ステンレス鋼線を備えることを特徴とするコイルばね。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ばね用ステンレス鋼線及びコイルばねに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ステンレス鋼線は炭素鋼線と比べて加工性の点で劣っていることが知られている。そこで、ばね用ステンレス鋼線としては、例えば特許文献１に記載されているように、ばね成形時の加工性を向上させる目的でステンレス鋼線にニッケルめっきを施した後、潤滑剤を付着させて伸線したものが用いられてきた。
【特許文献１】特許３０５３７８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１のばね用ステンレス鋼線では、製造時にニッケルめっき廃液が排出される。ニッケルめっき廃液は多くの有害物質を含む。そのため、ニッケルめっき廃液の処理には多大なコストを要する。また、ニッケルは高価な金属であるため、材料コストが高い。
【０００４】
しかしながら、ニッケルめっきの代わりに、水溶性材料や樹脂材料から成る皮膜を施したばね用ステンレス鋼線では、ばね成形時の加工性が低下してしまう。その結果、得られるばねは自由長等がばらついたものとなってしまう。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、ニッケルを用いずともばね成形時の加工性に優れたばね用ステンレス鋼線及びコイルばねを提供することとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のばね用ステンレス鋼線は、皮膜量が６．０〜１４．５ｇ／ｍ２のリン酸塩皮膜が形成されたステンレス鋼線を伸線することによって得られ、表面粗さが１．５〜２．３μｍであることを特徴とするものである。
【０００７】
リン酸塩皮膜の皮膜量を６．０ｇ／ｍ２以上とすることにより、皮膜は十分な厚さとなるため、伸線時における焼付きがないばね用ステンレス鋼線を得ることができる。リン酸塩皮膜の皮膜量を１４．５ｇ／ｍ２以下とすることにより、皮膜が厚すぎるということがなくなるため、伸線時におけるダイスの目詰まりが生じにくくなる。よって、表面状態が均一なばね用ステンレス鋼線を得ることができる。焼付きが無く表面状態が均一なばね用ステンレス鋼線は加工性が良く、ばね成形をスムーズに行うことができる。
【０００８】
リン酸塩皮膜は微細な凹凸を有する。そのため、伸線前のステンレス鋼線には、潤滑剤を十分に付着させることができる。伸線後の表面粗さを１．５μｍ以上とすることで、表面が平坦すぎないばね用ステンレス鋼線を得ることができる。また、伸線後の表面粗さを２．３μｍ以下とすることで、表面が粗くなりすぎないばね用ステンレス鋼線を得ることができる。このように、表面が適度な粗さのばね用ステンレス鋼線には、潤滑剤がほぼ均一に且つ確実に残存することとなる。潤滑剤が均一に且つ確実に残存しているばね用ステンレス鋼線であれば、ばね成形をよりスムーズに行うことができる。
【０００９】
よって、ニッケルを用いずとも、ばね成形時の加工性に優れたばね用ステンレス鋼線を得ることができる。
【００１０】
好ましくは、ステンレス鋼線の表面が伸線時に用いた潤滑剤で覆われており、当該表面に対する潤滑剤の付着量が１．１〜１．３ｇ／ｍ２である。潤滑剤が１．１ｇ／ｍ２以上付着しているため、ばね成形時に治具との摩擦を抑制することができ、スティックスリップや焼付きを防止できる。潤滑剤の付着量は１．３ｇ／ｍ２以下であるため、ばね成形時にばね用ステンレス鋼線が滑り、治具で適切に保持できない、という事態を抑制できる。よって、ばね成形時に不具合が生じにくくなり、自由長ばらつき等が少ないばねを確実に得ることが可能となる。
【００１１】
また、好ましくは、ステンレス鋼線におけるリン酸塩皮膜は、電解処理により形成されたものである。この場合、リン酸塩皮膜が均一に形成されたステンレス鋼線を得ることができる。よって、加工性が良好なばね用ステンレス鋼線をより確実に得ることができる。
【００１２】
また、好ましくは、ステンレス鋼線には亜鉛めっきが施されており、当該亜鉛めっき上にリン酸塩皮膜が形成されている。この場合、リン酸塩皮膜の密着性を向上させることができる。
【００１３】
また、本発明のコイルばねは、上記のばね用ステンレス鋼線を備えることを特徴とするものである。このように上述したばね用ステンレス鋼線を用いることによって、コイルばねを成形する際に、ニッケルを用いずとも加工性を良好にすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ニッケルを用いずとも、ばね成形時の加工性に優れたばね用ステンレス鋼線を提供することができる。したがって、本発明のばね用ステンレス鋼線を用いれば、自由長ばらつき等が少ないコイルばねを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１６】
図１は本実施形態に係るばね用ステンレス鋼線を用いたコイルばねの斜視図である。図１に示されるコイルばねＳ１は、ばね用ステンレス鋼線Ｗ１を巻回したものである。ばね用ステンレス鋼線Ｗ１は、リン酸塩皮膜が形成されたステンレス鋼線を伸線したものである。
【００１７】
図２は、ばね用ステンレス鋼線Ｗ１の製造方法を示す図である。図２に示されるように、ばね用ステンレス鋼線Ｗ１を製造する際には、まず、供給リールから繰り出されたステンレス鋼線を、メカニカルデスケーラー等によりベンディングする（ステップＳ２１）。ベンディング後、ステンレス鋼線を酸洗して、ステンレス鋼線の表面に付着した酸化物を除去する（ステップＳ２２）。酸洗には、電解方式又は非電解方式（バッチ方式）を用いることができるが、本実施形態では、ステンレス鋼線を陰極とした電解方式を適用する。
【００１８】
酸洗後、ステンレス鋼線の水洗を行い、酸溶液を洗い流す（ステップＳ２３）。水洗後、必要に応じてステンレス鋼線に亜鉛めっきを施す（ステップＳ２４）。亜鉛めっきは、電解方式で行う。亜鉛めっきを施すことにより、リン酸塩皮膜の密着性を向上させることができる。
【００１９】
続いて、リン酸塩皮膜化成を行う（ステップＳ２５）。リン酸塩皮膜化成には、電解方式又は非電解方式（バッチ方式）を用いることができるが、本実施形態では、ステンレス鋼線を陰極とした電解方式を適用する。酸洗処理及びリン酸塩皮膜化成処理を電解方式で行うことにより、リン酸塩皮膜が均一に付着したステンレス鋼線を得ることができる。形成するリン酸塩皮膜の皮膜量は６．０〜１４．５ｇ／ｍ２とする。皮膜量が６．０ｇ／ｍ２より小さい場合、皮膜が過度に薄いため、伸線時においてステンレス鋼線に焼付きが生じ易くなる。皮膜量が１４．５ｇ／ｍ２より大きい場合には、皮膜が過度に厚いため、伸線時においてダイスの目詰まりが生じ易くなり、その結果、表面状態が均一なばね用ステンレス鋼線Ｗ１を得ることが難しくなる。
【００２０】
続いて、リン酸塩皮膜が形成されたステンレス鋼線を湯洗する（ステップＳ２６）。湯洗は、酸溶液を洗い流すと共にリン酸塩皮膜の形成を促進させる目的で行われる。湯洗後、ステンレス鋼線を乾燥させる（ステップＳ２７）。そして、乾燥したステンレス鋼線に潤滑剤を付着させ、ダイスを用いて伸線する（ステップＳ２８）。以上のようにして、ばね用ステンレス鋼線Ｗ１が得られる。得られたばね用ステンレス鋼線Ｗ１は巻取リールに巻き取られる。
【００２１】
なお、上記の製造方法では、ばね用ステンレス鋼線Ｗ１の表面粗さが１．５〜２．３μｍとなるように調整される。表面粗さが１．５μｍよりも小さい場合、表面が過度に平坦であるため、伸線中に潤滑剤の多くがダイス側に付着してしまい、潤滑剤が殆ど残存していないばね用ステンレス鋼線Ｗ１となる可能性がある。表面粗さが２．３μｍよりも大きい場合、表面が過度に粗いため、潤滑剤の分散が不均一なばね用ステンレス鋼線Ｗ１となる可能性がある。表面粗さが１．５〜２．３μｍに調整されたばね用ステンレス鋼線Ｗ１は、表面に潤滑剤が均一に且つ確実に付着している。そのため、コイルばねＳ１の成形をスムーズに行うことができる。
【００２２】
さらに、上記の製造方法では、ばね用ステンレス鋼線Ｗ１における潤滑剤の付着量が１．１〜１．３ｇ／ｍ２となるよう調整される。潤滑剤の付着量が１．１ｇ／ｍ２よりも小さいと、コイルばねＳ１の成形時に、ばね用ステンレス鋼線Ｗ１と治具との摩擦が大きくなる。その結果、スティックスリップや焼付きが生じ易くなる。潤滑剤の付着量が１．３ｇ／ｍ２よりも大きいと、コイルばねＳ１を成形する際に、ばね用ステンレス鋼線Ｗ１が滑り、治具による保持が難しくなる。潤滑剤の付着量が１．１〜１．３ｇ／ｍ２となるように調整することで、ばね成形時に不具合が生じにくいばね用ステンレス鋼線Ｗ１を得ることができる。
【００２３】
続いて、コイルばねＳ１の成形方法について説明する。図３はコイルばねＳ１を製造するための、コイリングマシンを示す概略構成図である。このコイリングマシンＭ１によれば、巻取リールから繰り出されたばね用ステンレス鋼線Ｗ１は、ローラ１によって略直線状に矯正される。矯正されたばね用ステンレス鋼線Ｗ１は、フィードローラ２の回転に応じてワイヤガイド３に案内され、心棒５に沿うようコイリングピン４によって屈曲され、巻回されていく。この間、巻線間のピッチはピッチツール６によって所定の値に設定され、所定の巻数だけ巻回されると、ばね用ステンレス鋼線Ｗ１はカッタ７によって切断される。このようにして、コイルばねＳ１が成形される。
【００２４】
以上のように、ばね用ステンレス鋼線Ｗ１は、リン酸塩皮膜が形成されたステンレス鋼線を伸線したものである。伸線前におけるリン酸塩皮膜の皮膜量は６．０〜１４．５ｇ／ｍ２であるため、伸線時に焼付きやダイスの目詰まりが生じることがない。したがって、損傷のないばね用ステンレス鋼線Ｗ１を得ることができる。リン酸塩皮膜は微細な凹凸があるため、伸線前のステンレス鋼線には潤滑剤を十分に付着させることができる。伸線後の表面粗さを１．５〜２．３μｍとすることで、潤滑剤が確実に且つ均一に残存したばね用ステンレス鋼線Ｗ１を得ることができる。このように、損傷がなく、潤滑剤が確実に且つ均一に残存したばね用ステンレス鋼線Ｗ１は、ばね成形時の加工性に優れたものとなる。
【００２５】
ここで、本実施形態のばね用ステンレス鋼線Ｗ１がばね成形時の加工性に優れたものであることを確認するため、以下のような実験を行った。
【００２６】
ばね用ステンレス鋼線Ｗ１がばね成形時の加工性に優れたものであることを確認するにあたって、まず、リン酸塩皮膜を施したステンレス鋼線を用意した。ステンレス鋼線は３．４５ｍｍ径のものを用いた。酸洗は硫酸酸洗とし、酸洗時の電流密度は１９．６Ａ／ｄｍ２又は３９．５Ａ／ｄｍ２、酸洗時の浸漬時間は８秒又は１７秒とした。また、リン酸塩皮膜化成には、リン酸イオン２０〜７０ｇ／ｌ、亜鉛イオン２０〜５０ｇ／ｌ、硝酸イオン３０〜８０ｇ／ｌを含有し、温度が７５〜８５℃に保持された溶液を用いた。この場合、形成されるリン酸塩皮膜はリン酸亜鉛皮膜となる。リン酸塩皮膜化成時の電流密度は３．０〜１２．９Ａ／ｄｍ２、リン酸塩皮膜化成時の浸漬時間は８秒又は１７秒とした。亜鉛めっきを施す場合には、めっき量を２．６ｇ／ｍ２とした。形成されたリン酸塩皮膜の皮膜量を表１に示す。
【表１】
2007182610.tif 000002
【００２７】
実施例１〜５の皮膜量は６．０〜１４．５ｇ／ｍ２であった。これに対して、比較例１の皮膜量は３．３ｇ／ｍ２であり、比較例２の皮膜量は１８．１ｇ／ｍ２であった。
【００２８】
次に、上述の実施例１〜５及び比較例１，２のステンレス鋼線と、電解法によりニッケルめっきを施したステンレス鋼線と、水溶性皮膜として硫酸カリウム皮膜を施したステンレス鋼線とを用意した。用意したこれらの鋼線にステアリン酸カルシウム系の粉末潤滑剤を付着させ、複数段の超硬ダイスで連続伸線した後、焼結ダイヤモンドダイスにて更に伸線した。これにより、１．００ｍｍ径のばね用鋼線を得た。得られたばね用ステンレス鋼線の、表面粗さと潤滑剤の付着量とを測定した。
【００２９】
なお、ここでいう表面粗さとは、十点平均粗さ（Ｒｚ）である。すなわち、図４に示されるように、断面曲線から基準長さだけ抜きとった部分において、平均線に平行、かつ断面曲線を横切らない線から縦倍率の方向に測定した最高から５番目までの山頂の標高の平均値と最深から５番目までの谷底の標高の平均値との差の値をマイクロメータ（μｍ）で表わしたものをいう。
【００３０】
以上のようにして測定した結果を表２に示す。
【表２】
2007182610.tif 000003
【００３１】
測定結果を検討すると、実施例１〜５のばね用ステンレス鋼線は、表面粗さが１．５〜２．３μｍであり、潤滑剤の付着量が１．１〜１．３ｇ／ｍ２であった。比較例１のばね用ステンレス鋼線は、表面粗さが１．０μｍであり、潤滑剤の付着量が０．５ｇ／ｍ２であった。比較例２のばね用ステンレス鋼線は、表面粗さが２．３μｍであり、潤滑剤の付着量が２．０ｇ／ｍ２であった。比較例３のばね用ステンレス鋼線は、表面粗さが３．５μｍであり、潤滑剤の付着量が２．１ｇ／ｍ２であった。比較例４のばね用ステンレス鋼線は、表面粗さが３．３μｍであり、潤滑剤の付着量が３．０ｇ／ｍ２であった。
【００３２】
表面粗さ及び潤滑剤の付着量を測定した後、各ばね用ステンレス鋼線を用いてコイルばねを成形した。より具体的には、上述したコイリングマシンＭ１を用いて、実施例１〜５、比較例１〜４のばね用ステンレス鋼線から３００個のばねをそれぞれ成形した。そして、得られたコイルばねの自由長平均と標準偏差とを計測した。なお、コイルばねの中心径は１０．０ｍｍ、総巻数は８．５、有効巻数（コイルばねの総巻数から両端の座巻を引いた巻数）は７．５、自由長は４０．０ｍｍとした。計測した結果を表３に示す。
【表３】
2007182610.tif 000004
【００３３】
測定結果を検討すると、実施例１〜５のばね用ステンレス鋼線を用いたコイルばねは、自由長平均が４０．００１〜４０．０２０ｍｍであり、標準偏差が０．１９０〜０．２１１ｍｍであった。
【００３４】
比較例１のばね用ステンレス鋼線を用いたコイルばねは、自由長平均が３９．９８８ｍｍであり、標準偏差が０．４１５ｍｍであった。比較例２のばね用ステンレス鋼線を用いたコイルばねは、自由長平均が３９．９９８ｍｍであり、標準偏差が０．２７５ｍｍであった。比較例３のばね用ステンレス鋼線を用いたコイルばねは、自由長平均が４０．０１１ｍｍであり、標準偏差が０．１８５ｍｍであった。比較例４のばね用ステンレス鋼線を用いたコイルばねは、自由長平均が４０．００８ｍｍであり、標準偏差が０．３１５ｍｍであった。
【００３５】
このように、実施例１〜５のばね用ステンレス鋼線は、ニッケルめっきが施された比較例３のばね用ステンレス鋼線と同等の自由長平均及び標準偏差を有するものであった。よって、リン酸塩皮膜の皮膜量が６．０〜１４．５ｇ／ｍ２であるステンレス鋼線を伸線することによって得られ、表面粗さが１．５〜２．３μｍであり、潤滑剤の付着量が１．１〜１．３ｇ／ｍ２であるばね用ステンレス鋼線からは、自由長ばらつきの少ないコイルばねを得られることがわかった。これにより、本実施形態のばね用ステンレス鋼線Ｗ１は、ばね成形時の加工性が優れていることが確認された。
【００３６】
ここで、比較例１，２について、実施例１〜５よりもコイルばねの良品率が低い原因を検討する。
【００３７】
比較例１のばね用ステンレス鋼線では、伸線前の皮膜量が３．３ｇ／ｍ２と小さい。そのため、伸線時に更に皮膜が薄くなり、その結果、焼付きが生じ易くなる。また、皮膜が過度に薄いばね用ステンレス鋼線は、ばね加工時に治具で損傷し易く、その結果、皮膜内側のステンレス鋼線部分が露出する可能性が高くなる。焼付きやステンレス鋼線部分の露出がみられるばね用ステンレス鋼線では、ばね成形が安定せず、得られるコイルばねに自由長ばらつき等が生じてしまう。更に、比較例１のばね用鋼線では、表面粗さが１．０μｍと小さい。そのため、伸線前に付着させた潤滑剤が、伸線の際に落ち易くなる。その結果、得られるばね用鋼線は潤滑剤の付着量が０．５ｇ／ｍ２と少ないものとなってしまう。潤滑剤の付着量が少ない場合にも、ばね成形をスムーズに行うことが難しくなる。
【００３８】
比較例２のばね用ステンレス鋼線では、伸線前の皮膜量が１８．１ｇ／ｍ２と大きい。そのため、伸線時にダイスの目詰まりが生じ易くなる。その結果、表面状態が不均一となる。表面状態が不均一なばね用ステンレス鋼線では、ばね成形が安定せず、得られるコイルばねに自由長ばらつき等が生じてしまう。
【００３９】
以上のことを鑑みると、少なくとも、伸線前のリン酸塩皮膜の皮膜量と、伸線後の表面粗さとが適切な値であれば、ばね成形時の加工性が良好なばね用ステンレス鋼線となる。つまり、リン酸塩皮膜の皮膜量が６．０〜１４．５ｇ／ｍ２であるステンレス鋼線を伸線することによって得られ、伸線後の表面粗さが１．５〜２．３μｍのばね用ステンレス鋼であれば、ばね成形をスムーズに行うことができる。更に、潤滑剤の付着量を実施例１〜５と同様の値（具体的には１．１〜１．３ｇ／ｍ２）とし、リン酸塩皮膜を電解処理により形成した場合には、ばね成形時の加工性をいっそう向上させることができるといえる。
【００４０】
以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしもこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、ばね用ステンレス鋼線からコイルばねを成形するとしたが、本発明のばね用ステンレス鋼線から成形可能なばねはコイルばねに限られない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施形態に係るばね用ステンレス鋼線を用いたコイルばねの斜視図である。
【図２】本実施形態に係るばね用ステンレス鋼線の製造方法を示す図である。
【図３】コイリングマシンを示す概略構成図である。
【図４】十点表面粗さを説明するための図である。
【符号の説明】
【００４２】
Ｗ１・・・ばね用ステンレス鋼線、Ｓ１・・・コイルばね。
【図１】
2007182610.tif 000005
【図２】
2007182610.tif 000006
【図３】
2007182610.tif 000007
【図４】
2007182610.tif 000008