(57)【要約】【課題】疲労特性に優れるバネを作製するためのバネ用鋼線を得るためのバネ用鋼線の製造方法を提供する。【解決手段】バネ用鋼線の素材となる素材線を用意する準備工程と、冷間で前記素材線に０．３０％以上０．５０％以下のせん断ひずみを付与するねじりを加えて、バネ用鋼線を得るねじり工程と、を備えるバネ用鋼線の製造方法である。上記バネ用鋼線の製造方法によれば、素材線をねじることで、表面の硬度が内部の硬度よりも高くなったバネ用鋼線を製造することができる。このバネ用鋼線を用いてバネを作製すれば、バネにショットピーニングや窒化処理を行うことなく、これらの処理を行った場合と同等以上の疲労特性を備えるバネを得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バネ用鋼線の素材となる素材線を用意する準備工程と、
冷間で前記素材線に０．３０％以上０．５０％以下のせん断ひずみを付与するねじりを加えて、バネ用鋼線を得るねじり工程と、
を備えるバネ用鋼線の製造方法。
【請求項２】
前記素材線は、ＳｉおよびＣｒを含む鋼線である請求項１に記載のバネ用鋼線の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のバネ用鋼線の製造方法により得られたバネ用鋼線をコイリングするコイリング工程を備え、
前記コイリング工程では、前記素材線をねじった方向と同じ方向に前記バネ用鋼線がねじられるように、前記バネ用鋼線をコイリングするバネの製造方法。
【請求項４】
前記コイリング工程の後に、窒化処理およびショットピーニングの少なくとも一方を行う追加処理工程を備える請求項３に記載のバネの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、疲労特性に優れるバネ用鋼線の製造方法、および疲労強度に優れるバネの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
種々の分野で利用されるバネのうち、自動車のエンジンやトランスミッションなどに利用されるバネは、繰り返し負荷される応力が大きく、疲労限が高いことやへたり難いことなど、疲労特性に優れることが求められる。そのため、このようなバネ素材（線材）には、疲労特性に優れるシリコンクロム鋼オイルテンパー線が汎用されている（特許文献１，２など）。
【０００３】
また、従来、バネの疲労特性を向上するために、コイリングして得られたバネに、ショットピーニングや窒化処理といった後処理を施すことがなされている（特許文献１の明細書０００３、特許文献２の明細書００３５）。これらの後処理を行うことで、バネの表面の硬度が内部の硬度よりも高くなり、バネの疲労特性が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３３０１０８８号公報
【特許文献２】特開２００９−２３５５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ショットピーニングや窒化処理だけでは、バネの表面の硬度を十分に高められない場合があり、その場合、所望の疲労特性を有するバネを得られない恐れがある。例えば、サイズが小さいバネにショットピーニングを均一的に施すことが難しいため、バネの表面硬度にムラが残り、かつ、圧縮の残留応力をムラなく付与できず、所望の疲労特性が得られないことなどを挙げることができる。
【０００６】
従って、バネ加工後にショットピーニングなどの後処理を施さなくても、疲労特性に優れるバネを作製することができるバネ用鋼線を得るためのバネ用鋼線の製造方法の開発が望まれる。
【０００７】
上記事情に鑑み、本発明の目的の一つは、疲労特性に優れるバネを作製するためのバネ用鋼線を得るためのバネ用鋼線の製造方法を提供することにある。また、本発明の別の目的は、疲労特性に優れるバネを作製するバネの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係るバネ用鋼線の製造方法は、バネ用鋼線の素材となる素材線を用意する準備工程と、冷間で前記素材線に０．３０％以上０．５０％以下のせん断ひずみを付与するねじりを加えて、バネ用鋼線を得るねじり工程と、を備えるバネ用鋼線の製造方法である。
【０００９】
本発明の一態様に係るバネの製造方法は、上記バネ用鋼線の製造方法により得られたバネ用鋼線をコイリングするコイリング工程を備え、前記コイリング工程では、前記素材線をねじった方向と同じ方向に前記バネ用鋼線がねじられるように、前記バネ用鋼線をコイリングするバネの製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
上記バネ用鋼線の製造方法によれば、バネに加工したときに疲労特性に優れるバネ用鋼線を製造することができる。
【００１１】
上記バネの製造方法によれば、疲労特性に優れるバネを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】素材線をねじることで得られたバネ用鋼線の概略図である。
【図２】バネ用鋼線をコイリングすることで得られたバネの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
【００１４】
＜１＞実施形態に係るバネ用鋼線の製造方法は、バネ用鋼線の素材となる素材線を用意する準備工程と、冷間で前記素材線に０．３０％以上０．５０％以下のせん断ひずみを付与するねじりを加えて、バネ用鋼線を得るねじり工程と、を備えるバネ用鋼線の製造方法である。
【００１５】
上記バネ用鋼線の製造方法によれば、素材線をねじることで、表面の硬度が内部の硬度よりも高くなったバネ用鋼線を製造することができる。このバネ用鋼線を用いてバネを作製すれば、バネにショットピーニングや窒化処理を行うことなく、これらの処理を行った場合と同等以上の疲労特性を備えるバネを得ることができる。
【００１６】
＜２＞実施形態に係るバネ用鋼線の製造方法として、前記素材線は、ＳｉおよびＣｒを含む鋼線である形態を挙げることができる。
【００１７】
ＳｉおよびＣｒを含む鋼線（特に、焼入れ・焼戻しを行ったオイルテンパー線）は、優れた抗張力と靱性を有するため、バネの素材として好適である。そのため、ＳｉおよびＣｒを含む素材線を用いてバネ用鋼線を作製すれば、優れた疲労特性を有するバネを作製することができるバネ用鋼線となる。
【００１８】
＜３＞実施形態に係るバネの製造方法は、上記＜１＞または＜２＞のバネ用鋼線の製造方法により得られたバネ用鋼線をコイリングするコイリング工程を備え、前記コイリング工程では、前記素材線をねじった方向と同じ方向に前記バネ用鋼線がねじられるように、前記バネ用鋼線をコイリングするバネの製造方法である。
【００１９】
素材線をねじった方向と同じ方向にバネ用鋼線がねじられるようにバネ用鋼線をコイリングする上記バネの製造方法によれば、コイリングの際にバネ用鋼線の表面（バネの表面）の硬度が高くなるので、疲労特性に優れたバネを得ることができる。得られたバネは、従来のバネにショットピーニングや窒化処理を行ったものと同等以上の疲労特性を備える。
【００２０】
＜４＞実施形態に係るバネの製造方法として、前記コイリング工程の後に、窒化処理およびショットピーニングの少なくとも一方を行う追加処理工程を備える形態を挙げることができる。
【００２１】
コイリング工程の後に上記追加処理工程を行うことで、バネの疲労特性をより一層向上させることができる。
【００２２】
［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態の詳細を、以下に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００２３】
＜バネ用鋼線の製造方法＞
実施形態のバネ用鋼線の製造方法は、次の工程を備える。
・準備工程…バネ用鋼線の素材となる素材線を用意する工程。
・ねじり工程…冷間で前記素材線に０．３０％以上０．５０％以下のせん断ひずみを付与するねじりを加える工程。
以下、各工程を詳細に説明する。
【００２４】
≪準備工程≫
準備工程で用意する素材線は、鋼線である。代表的な素材線として、シリコンクロム鋼線（特に焼入れ・焼戻し処理を行うオイルテンパー線）や、焼入れ・焼戻し処理を行わない硬引線（代表的にはピアノ線）などを挙げることができる。その他、公知の鋼線、例えば、ＪＩＳ規格の鋼線を素材線とすることができる。
【００２５】
シリコンクロム鋼の代表的な組成は、質量％で、（１）Ｃ：０．５％以上０．８％以下、Ｓｉ：１．０％以上２．５％以下、Ｍｎ：０．２０％以上１．０％以下、Ｃｒ：０．５％以上２．５％以下を含有し、残部がＦｅ及び不純物、（２）上記（１）に加えて、Ｖ：０．０５％以上０．５０％以下、Ｃｏ：０．０２％以上１．００％以下、Ｎｉ：０．１％以上１．０％以下、及びＭｏ：０．０５％以上０．５０％以下から選択される１種以上を含有するものが挙げられる。
【００２６】
素材線の線径は、特に限定されない。但し、素材線の線径が小さくなるほど、素材線から得られたバネ用鋼線をバネにしたときにバネ自体のサイズが小さくなる。そのような小径のバネの内周面と外周面に均一的にショット材を当てることは難しいため、ショットピーニングで所望の疲労特性を有するバネを得ることが難しくなる。特に、素材線の線径を１ｍｍ未満、０．８ｍｍ以下、更に０．６ｍｍ以下になると、バネに均一的なショットピーニングを行うことは難しくなる。しかし、本実施形態では、後述するねじり工程によってバネ用鋼線の表面の硬度を高くするので、バネにショットピーニングを行わなかったとしても、ショットピーニングを行ったのと同等以上の疲労特性を有するバネを得ることができる。
【００２７】
上記素材線は、例えば、従来のオイルテンパー線の製造方法によって得られる。例えば、原料鋼の溶製→熱間鍛造→熱間圧延→パテンチング（微細パーライト組織化）→皮剥ぎ（脱炭層の除去）→焼鈍（皮剥ぎにより生じたマルテンサイト相をなます）→伸線加工→焼入れ焼戻し、という工程を経て、焼戻しマルテンサイト組織から構成される線素材が得られる。また、素材線は、例えば、従来の硬引線の製造方法によって得ることもできる。例えば、原料鋼の溶製→熱間鍛造→熱間圧延→パテンチング→皮剥ぎ→焼鈍→伸線加工、という工程を経て、微細パーライト組織から構成される線素材が得られる。オイルテンパー線や硬引線における上述の各工程の条件は、公知の条件を利用できる。市販のオイルテンパー線やピアノ線などを線素材として利用することができる。
【００２８】
≪ねじり工程≫
ねじり工程では、冷間で素材線を周方向にねじって、素材線に０．３０％以上０．５０％以下のせん断ひずみを付与する。より好ましいせん断ひずみは、０．４０％以上０．５０％以下である。素材線のねじり方は特に限定されない。例えば、繰り出しドラムから繰り出した素材線を巻取ドラムで巻き取る際、素材線の進行方向に沿った延伸軸を中心にして巻取ドラムを回転させることが挙げられる。上記延伸軸を中心にして巻取ドラムを回転させることに加えて、上記延伸軸を中心にして繰り出しドラムを巻取ドラムと逆方向に回転させても構わない。
【００２９】
ねじり工程における冷間とは、５０℃以下、好ましくは常温（２０℃±１５℃；ＪＩＳ  Ｚ  ８７０３）をいう。温間で素材線をねじると、素材線（バネ用鋼線）に適切なせん断ひずみを付与することができない。
【００３０】
０．３０％以上０．５０％以下のせん断ひずみとは如何なるものかを図１に基づいて説明する。図１には、素材線をねじることで得られたバネ用鋼線１が示されている。バネ用鋼線１の表面に螺旋状に伸びる線は、素材線をねじる前に素材線の表面に規定した仮想線であって、素材線の軸線に平行な仮想線である。この仮想線は、素材線をねじることで螺旋状にひずむ。そのひずんだ仮想線上の黒丸で示す二点を決めたときに、紙面左側の黒丸から素材線の軸線方向に延ばした線と、紙面右側の黒丸から素材線の円周方向に延ばした線と、の交点（白丸を参照）を取る。そして、白丸から紙面左側の黒丸までの距離をｙ、白丸から紙面右側の黒丸までの距離をｘとしたとき、（ｘ／ｙ）×１００がせん断ひずみである。ねじり工程では、このせん断ひずみが０．３０％以上０．５０％以下となるように、素材線をねじる。
【００３１】
ここで、バネ用鋼線を顕微鏡観察することで、素材線がどの程度ねじられたかを把握することができる場合がある。バネ用鋼線の素材となる素材線は通常、伸線加工を経て得られる。そのため、伸線ダイスを素材線が通過する際に、素材線の表面に筋が形成されることがある。素材線の表面の筋は、伸線方向、即ち素材線の軸方向に沿った方向に伸びるので、素材線をねじったバネ用鋼線の表面の筋を観察すれば、バネ用鋼線のせん断ひずみを把握できる可能性がある。
【００３２】
＜バネの製造方法＞
バネの製造方法は、上記バネ用鋼線の製造方法により得られたバネ用鋼線をコイリングするコイリング工程を備える。バネの仕様（巻き径、巻き数、自由長など）は適宜選択することができる。バネ用鋼線をコイリングして得られたバネ２を図２の概略図に示す。バネ２の紙面下側の端部に示される円弧矢印は、素材線をねじった方向を示す。
【００３３】
図２に示すように、本実施形態のバネの製造方法におけるコイリング工程では、素材線をねじった方向と同じ方向にバネ用鋼線がねじられるように、バネ用鋼線をコイリングする。そうすることで、バネ用鋼線（バネ２）の表面の硬度がさらに高くなり、バネ２の疲労限が向上する。
【００３４】
本実施形態のバネの製造方法では、コイリング工程の後に、さらに窒化処理およびショットピーニングの少なくとも一方を行う追加処理工程を行っても良い。窒化処理およびショットピーニングは、バネの仕様に応じた従来と同様の条件で行うことができる。この追加処理工程を行うことで、バネの疲労特性をより一層向上させることができる。
【００３５】
ここで、後述する試験例に示すように、予めねじられたバネ用鋼線を用いて得られたバネの疲労特性は、ねじられていないバネ用鋼線を用いて得られたバネにショットピーニングと窒化処理を施したバネの疲労特性に匹敵する。つまり、上記追加処理工程を行わなくても優れた疲労特性のバネを得ることができる。追加処理工程を省略すれば、生産性良くバネを製造することができる。また、バネの線径（つまり、バネ用鋼線の線径）が細く、バネにショットピーニングを施し難い場合であれば、追加処理工程を省略できる。
【００３６】
＜試験例＞
試験例では、予めねじられたバネ用鋼線を用いて得られたバネ（試料１〜１０）と、ねじられていないバネ用鋼線（試料１０１〜１０３）を用いて得られたバネ（試料１０１〜１０３）を作製し、各バネの表面硬度、および疲労限を測定・比較した。
【００３７】
≪試料１〜１０≫
線素材として、ＳｉＣｒ鋼（ＪＩＳ  Ｇ３５６１）のオイルテンパー線（直径φ３．２ｍｍ）を複数用意した。これら素材線をねじって、バネ用鋼線を得た。各試料のバネ用鋼線のせん断ひずみは以下の通りである。
・試料１…０．２５％
・試料２〜４…０．３０％
・試料５…０．３５％
・試料６，７…０．４０％
・試料８…０．４５％
・試料９…０．５０％
・試料１０…０．５５％
【００３８】
上記バネ用鋼線をコイリングし、自由長：５１．７ｍｍ、平均コイル径：φ２０．３ｍｍ、巻き数：４のバネを作製した。コイリングの際、素材線がねじられる方向と同じ方向にバネ用鋼線がねじられるように、バネ用鋼線をコイリングした。作製したバネのうち、一部のバネ（試料３，５，８）には、ショットピーニングを施し、一部のバネ（試料４，７，９）にはショットピーニングと窒化処理を施した。ショットピーニングおよび窒化処理の条件は以下の通りである。
・ショットピーニング…ショット材の材質；スチール
ショット材の平均粒径；０．３ｍｍ
・窒化処理…処理温度；４３０℃、処理時間；２４０分
【００３９】
≪試料１０１〜１０３≫
素材線として、ＳｉＣｒ鋼（ＪＩＳ  Ｇ３５６１）のオイルテンパー線（直径φ３．２ｍｍ）を複数用意した。そしてこれらの素材線をねじることなくバネを作製した。得られたバネの一部（試料１０２）にはショットピーニングを施し、一部のバネ（試料１０３）にはショットピーニングと窒化処理を施した。ショットピーニングと窒化処理の条件は、試料１〜１０と同様である。
【００４０】
≪表面硬度の測定≫
得られた各バネの表面硬度（Ｈｖ）を測定した。表面硬度の測定は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４に準拠する市販のビッカース硬度計により測定した。その結果を表１に示す。
【００４１】
≪疲労限の測定≫
得られた各バネについて疲労限（ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）＠１０７回）を測定した。疲労限は、市販の星型バネ疲労試験機を用いて測定した。試験条件は、平均応力７５０ＭＰａ、最大応力振幅７００ＭＰａであった。その結果を表１に示す。表１の数値は、１０７回の伸縮によってバネが折損しなかった限界の平均応力である。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
表１に示すように、素材線を予め所定量（０．３０％以上０．５０％以下）ねじっておくことで、バネの表面硬度が高くなり、それに伴いバネ疲労限の向上が認められた。これに対して、ねじり加工量が小さい試料１では表面硬度の上昇もバネ疲労限の向上が認められず、ねじり加工量が大きい試料１０では表面硬度の上昇は認められるものの、バネ疲労限の向上は認められなかった。
【００４４】
また、試料２〜９の比較により、せん断ひずみが大きくなると、バネの表面硬度および疲労限が向上する傾向があることが分かった。
【００４５】
さらに、試料２と試料３，４との比較、および試料６と試料７との比較により、予めねじられたバネ用鋼線を用いて得られたバネにさらにショットピーニングや窒化処理を行うことで、バネの表面硬度および疲労限が向上することが分かった。
【００４６】
なお、本発明は、上述した実施の形態の限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、鋼線の組成、組織、線径などを変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明のバネ用鋼線の製造方法は、各種のバネの素材となるバネ用鋼線の作製に好適に利用可能である。また、本発明のバネの製造方法は、各種バネの製造に好適に利用可能である。バネとしては、自動車部品に利用される各種のバネ、例えば燃料噴射ノズル用バネ、クラッチ・トルクコンバーター用バネなどを挙げることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１  バネ用鋼線
２  ばね
【図１】
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【図２】
2016138321.tif 000005