JP5487012B2 - 板ばねの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、端部に目玉部を有する板ばねの製造方法に係り、特に、目玉部内面へのショットピーニング方法の改良に関する。

リーフスプリング等の板ばねは、トラック等の車両用懸架装置で重ねて使用されている。このような板ばねの製造では、たとえば熱間で鋼材に曲げ成形を行う。図１は、曲げ成形の各工程を表し、（Ａ）は先切り工程、（Ｂ）は巻込み工程の開始時、（Ｃ）は巻込み工程の終了時の概略構成を表す図である。曲げ成形では、まず、鋼材１の一端部側を金型１１に載置し、他端部側を固定部１２に固定する。次に、曲げ駒１３により、鋼材１の一端部を金型１１の湾曲部の一端から他端まで当接させて押圧することにより、鋼材１の一端部が曲げられ、湾曲部１Ａが形成される。

次いで、図１（Ａ）に示すように、カッター１４により、鋼材１の湾曲部１Ａの先端部を切断する。続いて、図１（Ｂ）に示すように、鋼材１の一端部側の上面を押圧部材２１により押さえながら、金型２２を用い、鋼材１の湾曲部１Ａをその内側に向けて押圧して巻込みを行うことにより、図１（Ｃ）に示すように、目玉部３が形成される。鋼材１の他端部にも同様に上記曲げ成形を行うことにより、リーフ部２の両端部に目玉部３が形成された鋼材１が得られる。

続いて、鋼材１に加熱処理（焼き入れ・焼き戻し）を行うことにより、板ばね１０が得られる。次いで、図２に示すように、ショットピーニング装置のインペラ２５から板ばね１０のリーフ部２の一面（目玉部３が形成されている側の面）に向けてショット２６を噴射して、その一面にショットピーニングを行うことにより、圧縮残留応力を付与して耐久性を向上させる。

次に、目玉部３の内面は、通常、図３に示すように、たとえば目玉部３内面の巻始め部４とそれに対向する部分５が扁平状をなしているから、目玉部３の内面にリーマ加工を行い、少なくとも部分３Ａを除去して、目玉部３の内面を真円状とすることにより、図４に示す板ばね１０が得られる。次いで、目玉部３の内部にブッシュ（図示略）を圧入した後、板ばね１０は、ブッシュを介して、車体フレーム（図示略）に固定される。

板ばね１０は、近年、軽量化および高応力化が図られているため、目玉部３での発生応力が増大している。そこで、リーフ部２だけでなく、目玉部３の内面にショットピーニングを行うことにより圧縮残留応力を付与することが提案されている。目玉部３内面へのショットピーニングでは、図５に示すショットピーニング装置３０を用いる（たとえば特許文献１）。

ショットピーニング装置３０は、ショット３３を噴射するノズル３１と、ショット３３を反射する反射面３２Ａを有する反射部材３２とを備えている。目玉部３内面へのショットピーニングでは、反射部材３２を目玉部３の内部に配置し、ノズル３１から反射部材３２に向けてショット３３を噴射すると、反射部材３２の反射面３２Ａから反射したショット３３が目玉部３内面へ投射される。この場合、反射部材３２を目玉部３の軸線方向に移動させることにより、目玉部３の内面の一方（ショット入口側）の開口部から他方（ショット出口側）の開口部までショットピーニングが行われる。

特開平５−１３８５３５号公報

しかしながら、図４に示す目玉部３の先端部６とそれに対向する部分７（目玉部３の対向部７）にはショットが投射されないため、隙間部８における対向部７の耐久性に問題であった。

一方、図６に示すように、先端部６と対向部７とが平行でない場合、目玉部３内部に圧入されたブッシュの抜け荷重を保持する力が弱くなるため、目玉部3を成形する際に、図１（Ａ）に示す先切り工程において、先端部をカッター１４で切断する必要があった。その結果、材料歩留まりが悪く、生産性および製造コストが増大していた。

したがって、本発明は、目玉部の耐久性の向上、生産性向上、および、製造コストの低減を図ることができる板ばねの製造方法を提供することを目的としている。

本発明の板ばねの製造方法は、リーフ部に目玉部が形成された板ばねの製造方法であって、目玉部の先端部とそれに対向する対向部との間に隙間部を形成し、反射面を有する反射部材を目玉部内部に配置し、ノズルから反射部材に向けてショットを噴射し、反射部材の反射面で反射したショットを目玉部内面へ投射することにより、目玉部内面にショットピーニングを行い、隙間部の形成では、目玉部の軸線方向に垂直な断面において、目玉部の先端部のリーフ部側端点から対向部に下ろした垂線と対向部表面との交点と、反射部材の反射面の中心点とを結ぶ直線が、目玉部の先端部と交差しないように目玉部の先端部を対向部に対向させていることを特徴とする。

本発明の板ばねの製造方法では、目玉部の先端部と対向部との間の隙間部の大きさを次のように設定している。図７（Ａ），（Ｂ）は、本発明の各種具体例の板ばね１１０の目玉部１１２の断面形状を表す図である。図７（Ａ），（Ｂ）の断面形状は、目玉部１１２の軸線方向に垂直な断面形状である。

図７（Ａ），（Ｂ）では、符号１１１はリーフ部、符号１１３は目玉部１１２の先端部、符号１１３Ａは先端部１１３のリーフ部１１１側の端点（外部側端点）、符号１１３Ｂは先端部１１３のリーフ部１１１とは反対側の端点（内部側端点）、符号１１４は目玉部１１２の先端部１１３に対向する対向部（下記交点Ｔ１，Ｔ２間の部分）、符号Ｏは目玉部１１２の中心点、符号Ｓ１，Ｓ２は目玉部１１２内部に配置されるショットピーニング用反射部材の反射面の中心点である。

符号Ｈ１は先端部１１３の外部側端点１１３Ａから対向部１１４表面に下ろした垂線、符号Ｔ１は対向部１１４表面と垂線Ｈ１との交点、符号Ｈ２は先端部１１３の内部側端点１１３Ｂから目玉部１１２の対向部１１４表面に下ろした垂線、符号Ｔ２は目玉部１１２の対向部１１４表面と垂線Ｈ２との交点である。符号Ｌ１は目玉部１１２の中心Ｏ（反射面の中心点Ｓ１）と交点Ｔ１とを結ぶ直線、符号Ｌ２は反射面の中心点Ｓ２と交点Ｔ１とを結ぶ直線である。符号１１５は、先端部１１３と対向部１１４との間に形成された隙間部、符号Ｇは隙間部１１５の間隔である。

図７（Ａ）に示す態様で目玉部１１２内面にショットピーニング（以下、内面ショットピーニング）を行う場合、反射部材の反射面の中心点Ｓ１が目玉部１１２の中心点Ｏに一致する場合、反射面の中心点Ｓ１と交点Ｔ１とを結ぶ直線Ｌ１が目玉部１１２の先端部１１３に交差するため、反射部材の反射面で反射されるショットは、先端部１１３の内部側端点１１３Ｂに当たってしまい、隙間部１１５における対向部１１４の表面に投射され難くなり、特にその外部側境界部に投射されない。その結果、対向部１１４の表面全体に残留応力の付与を行うことができないため、内面ショットピーニングの効果を得ることができない。

これに対して、反射部材の反射面の中心点Ｓ２を目玉部１１２の中心点Ｏに一致させずに、対向部１１４側（図中の中心点Ｏよりも下方側）に設定した場合、反射面の中心点Ｓ２と交点Ｔ１とを結ぶ直線Ｌ２が目玉部１１２の先端部１１３に交差しないから、反射部材の反射面で反射されるショットは、先端部１１３の内部側端点１１３Ｂに当たることなく、対向部１１４の表面に投射されやすくなり、その外部側境界部にも到達する。その結果、隙間部１１５における対向部１１４の表面全体に残留応力の付与を行うことができるから、内面ショットピーニングの効果を十分に得ることができる。

図７（Ｂ）に示す態様では、隙間部１１５の間隔Ｇは、図７（Ａ）に示す態様と比較して、大きく設定している。内面ショットピーニングを行う場合、反射部材の反射面の中心点Ｓ１が目玉部１１２の中心点Ｏに一致する場合でも、反射面の中心点Ｓ１と交点Ｔ１とを結ぶ直線Ｌ１が目玉部１１２の先端部１１３に交差しないから、反射部材の反射面で反射されるショットは、先端部１１３の内部側端点１１３Ｂに当たることなく、対向部１１４の表面に投射されやすくなり、その外部側境界部にも到達する。その結果、隙間部１１５における対向部１１４の表面全体に残留応力の付与を行うことができるから、内面ショットピーニングの効果を十分に得ることができる。

なお、図７（Ｂ）に示す態様では、反射部材の反射面の中心点Ｓ２を目玉部１１２の中心点Ｏに一致させずに、対向部１１４側に設定した場合には、当然のことながら、反射面の中心点Ｓ２と交点Ｔ１とを結ぶ直線Ｌ２が目玉部１１２の先端部１１３に交差しないから、内面ショットピーニングの効果を十分に得ることができる。

なお、上記態様では、隙間部１１５の形状および間隔Ｇや、反射部材の反射面の中心点Ｓ２を図７（Ａ），（Ｂ）に示すものに設定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明範囲内で種々の変形が可能である。具体的には、直線Ｌ１，Ｌ２が先端部１１３に交差しない態様であればよい。

以上のように本発明の板ばねの製造方法では、隙間部の形成において、目玉部の軸線方向に垂直な断面において、目玉部の先端部のリーフ部側端点から対向部に下ろした垂線との交点と、反射部材の反射面の中心点とを結ぶ直線が、目玉部の先端部と交差しないように目玉部の先端部を対向部に対向させているので、ショットピーニングにおいて反射部材の反射面で反射されるショットは、先端部の内部側端点に当たることなく、対向部１１４の表面に投射されやすくなり、その外部側境界部にも到達する。

その結果、隙間部における対向部の表面全体に残留応力の付与を行うことができるから、内面ショットピーニングの効果を十分に得ることができる。したがって、板ばねの耐久性の向上を図ることができるから、板ばねの折損を防止することができる。また、上記隙間の間隔を大きく設定することができ、この場合、リーフ部に通常のショットピーニングを行うと、隙間部における対向部の表面にもショットを投射することができるので、板ばねの耐久性の更なる向上を図ることができ、その結果、板ばねの折損を効果的に防止することができる。また、目玉部の成形の際、その先端部の切断工程が不要となるから、生産性向上および製造コストの低減を図ることができる。

本発明の板ばねの製造方法は種々の構成を用いることができる。たとえば、反射面の中心点と交点とを結ぶ直線が目玉部の先端部に交差しない態様に設定するためには、たとえば反射部材は、目玉部の断面において反射面の中心点を目玉部の中心点よりも対向部側に配置することができる。

また、反射部材の反射面は、中心点を中心として対称な形状（たとえば円錐形状）をなすことができる。また、ショットピーニングでのショットの入射角度は３０度以上が好適であるから、反射面の中心点と交点とを結ぶ直線の対向部表面とのなす角度（図７（Ａ），（Ｂ）の態様では、反射面の中心点Ｓ１，Ｓ２と交点Ｔ１とを結ぶ直線Ｌ１，Ｌ２と対向部１１４表面とのなす角度）を３０度以上に設定することが好適である。

本発明の板ばねの製造方法によれば、目玉部の耐久性の向上を図ることができるのはもちろんのこと、先端部の切断工程が不要となるから、生産性向上および製造コストの低減を図ることができる。

（Ａ）〜（Ｃ）は、曲げ成形の各工程を表し、（Ａ）は先切り工程、（Ｂ）は巻込み工程の開始時、（Ｃ）は巻込み工程の終了時の概略構成を表す側面図である。 板ばねの全体構成を表す側面図である。 リーマ加工前の板ばねの目玉部の内面形状を表す断面図である。 リーマ加工後の板ばねの目玉部の内面の形状を表す断面図である。 目玉部内面用のショットピーニング装置の概略構成を表し、目玉部内面にショットピーニングを行っている状態を表す断面図である。 先切り工程で先端部に切断加工を行わなかった板ばねの目玉部の内面の形状を表す断面図である。 （Ａ），（Ｂ）は、本発明の板ばねの具体例の目玉部の内面形状を表す断面図である。 （Ａ）は、実施例で作製した板ばねの目玉部の内面の形状を表し、（Ｂ）は、残留応力測定を行った箇所を説明するための図である。 比較試料１１の残留応力測定結果を表すグラフである。 比較試料１２の残留応力測定結果を表すグラフである。 比較試料１３の残留応力測定結果を表すグラフである。 本発明の試料１１の残留応力測定結果を表すグラフである。

以下、具体的な実施例を参照して本発明をさらに詳細に説明する。実施例では、板ばねの目玉部内面へのショットピーニングの効果について調べた。

実施例では、曲げ成形により鋼材の端部に目玉部を形成した後、焼入れ・焼戻しを行い、板ばねの目玉部の先端部の加工を行った。これにより、図８（Ａ）に示すように、目玉部１２２の先端部１２３と対向部１２４との間に隙間部１２５が形成された板ばね１２０を作製した。

板ばね１２０の板厚ｔは１２．５ｍｍ、目玉部の内径φを５５ｍｍ、板幅Ｗを７０ｍｍとした。隙間部１２５の間隔Ｇを２．５ｍｍに設定した板ばね１２０を比較試料１１，１２とした。間隔Ｇを７．０ｍｍに設定した板ばね１２０を比較試料１３とした。間隔Ｇを７．５ｍｍに設定した板ばね１２０を本発明の試料１１とした。なお、試料１１および比較試料１３では、図７（Ｂ）に示す態様（目玉部１１２の中心点Ｏ（反射部材の反射面の中心点Ｓ１）と交点Ｔ１とを結ぶ直線Ｌ１が、目玉部１１２の先端部１１３と交差しない態様）に設定した。

次いで、各試料のリーフ部１２１の上面に温間ストレスショットピーニングを行った。続いて、図５に示すショットピーニング装置３０を用いて、試料１１および比較試料１２の目玉部１２２の内面にショットピーニング（以下、内面ショットピーニング（内面ＳＰ））を行った。内面ショットピーニングでは、反射部材３２を目玉部１２２の内部に配置し、ノズル３１から反射部材３２に向けてショット３３を噴射した。この場合、ショット３３を噴射した状態で、反射部材３２を軸線方向に移動させることにより、目玉部１２２内面のショット入口側開口部からショット出口側開口部まで内面ショットピーニングを行った。

次いで、試料１１および比較試料１１〜１３について、目玉部１２２の内面からリーフ部１２１までの領域（図８（Ｂ））の残留応力測定を行った。図８（Ｂ）中の●は測定点の概略位置を示している。その結果を図９〜１２に示す。図９は、比較試料１１の残留応力測定結果を表すグラフ、図１０は、比較試料１２の残留応力の結果を表すグラフ、図１１は、比較試料１３の残留応力測定結果を表すグラフ、図１２は、本発明の試料１１の残留応力測定結果を表すグラフである。図８（Ｂ）に示すように、図９〜１２での距離Ｘは、目玉部１２２の対向部１２４における内側端点に対応する点を原点としたときの距離であり、符号Ｋは、隙間部１２５が形成された領域（対向部１２４表面）である。

図９，１０から判るように、間隔Ｇを従来品と同等の２．５ｍｍに設定した比較試料１１，１２を比較すると、内面ＳＰを行った比較試料１２は、内面ＳＰを行わなかった比較試料１１と比較して、目玉部１２２の内面側の残留応力が顕著に高くなった。比較試料１１では、リーフ部１２１側では残留応力が高く、温間ストレスショットピーニングによる効果が得られたが、隙間部１２５が形成された領域Ｋのリーフ部１２１側境界から目玉部１２２内面側に向かうに従って、残留応力が急激に低下し、領域Ｋでは温間ストレスショットピーニングの効果が得られないことを確認した。比較試料１２では、比較試料１１と比較すると、目玉部１２２内面の残留応力が高くなり、内面ショットピーニングの効果が得られたが、隙間部１２５が形成された領域Ｋで残留応力が急激に低下し、領域Ｋでは内面ショットＳＰの効果が得られないことを確認した。

図１１，１２から判るように、間隔Ｇを従来品よりも大きく設定した比較試料１３および試料１１について、内面ＳＰを行った試料１１は、内面ＳＰを行わなかった比較試料１３と比較して、目玉部１２２の内面側の残留応力が顕著に高くなった上に、隙間部１２５が形成された領域Ｋにおいても残留応力が顕著に高くなった。比較試料１３では、比較試料１１と比較すると、若干ではあるが、領域Ｋの残留応力が高くなり、温間ストレスショットピーニングの効果が得られることを確認した。試料１１では、リーフ部１２１から目玉部１２２内面まで一様に残留応力が高く、温間ストレスショットピーニングによる効果が得られた領域と内面ショットピーニングによる効果が得られた領域との境界部が現れなく、領域Ｋにもショットを十分に投射されていることを確認した。

以上のように、間隔Ｇを従来品と同等の２．５ｍｍに設定した比較試料１２では、内面ショットピーニングを行っても、隙間部１２５が形成された領域Ｋで内面ＳＰの効果は得られなかった。これに対して、直線と目玉部の先端部との関係が本発明範囲内に設定した試料１１では、内面ＳＰを行うと、隙間部１２５が形成された領域Ｋで内面ＳＰの効果を十分に得ることができた。しかも、リーフ部１２１の上面に行った温間ストレスショットピーニングの効果が領域Ｋでも得られることを確認した。

１１０，１２０…板ばね、１１１，１２１…リーフ部、１１２，１２２…目玉部、１１３，１２３…先端部、１１３Ａ…外部側端点（リーフ部側端点）、１１３Ｂ…内部側端点（リーフ部側とは反対側の端点）、１１４，１２４…対向部、１１５，１２５…隙間部、Ｈ１…垂線、Ｇ…隙間部の間隔、Ｋ…領域（対向部表面）、Ｌ１， Ｌ２…直線、Ｏ…目玉部の中心点、Ｓ１，Ｓ２…反射面の中心点、Ｔ１…交点

Claims (2)

1. リーフ部に目玉部が形成された板ばねの製造方法において、
   前記目玉部の先端部とそれに対向する対向部との間に隙間部を形成し、
   反射面を有する反射部材を目玉部内部に配置し、ノズルから反射部材に向けてショットを噴射し、反射部材の反射面で反射したショットを目玉部内面へ投射することにより、目玉部内面にショットピーニングを行い、
   前記隙間部の形成では、前記目玉部の軸線方向に垂直な断面において、前記目玉部の先端部のリーフ部側端点から前記対向部に下ろした垂線と前記対向部表面との交点と、前記反射部材の前記反射面の中心点とを結ぶ直線が、前記目玉部の先端部と交差しないように前記目玉部の先端部を前記対向部に対向させていることを特徴とする板ばねの製造方法。
2. 前記反射部材は、前記目玉部の前記断面において前記反射面の中心点が前記目玉部の中心点よりも前記対向部側に配置することを特徴とする請求項１に記載の板ばねの製造方法。

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