JP4133351B2 - コイリング加工性に優れたオイルテンパー線 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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、加工性の良い酸化被膜とする方法（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】
このようなばねの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被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被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被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。
▲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。
▲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。
▲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。
【００１１】
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、潤滑被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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
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、伸線加工された後、焼入れ・焼き戻しの熱処理が施されたオイルテンパー線において、消石灰を２０〜６０％含む金属石鹸粉末を防錆油中に含有させた組成物からなる被膜層を、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。
【００１３】
本発明のオイルテンパー線においては、上記被膜層としては、防錆剤：１００ｍｌに対して、金属石鹸粉末を１〜１０ｇの割合で含有させたものであることが好ましい。
【００１４】
【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。
【００１５】
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被膜と、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、高速コイリ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。
【００１６】
また、線表面の酸化被膜についても、防錆油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、或る程度の被膜厚さが必要であるが、余り厚くすると酸化被膜の密着性が劣ってコイリングピンの前で被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。
【００１７】
こうしたことから、酸化被膜は適度な厚さに制御する必要があり、酸化被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。
【００１８】
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被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被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被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。
【００１９】
また、具体的な無機質微細粒子としては、例えば高炭素鋼線の伸線加工において使用されている乾式潤滑粉に無機質として含まれている消石灰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（ｃ）の機能を有する防錆油中に微粒の消石灰を混合させて混濁した塗布剤を用いて、線材表面に被膜層を形成すれば、上記（ａ）および（ｃ）の機能が効果的に発揮されることになる。また、このとき上記（ｂ）の機能を強化する手段としては、例えば伸線加工用潤滑剤に含まれる金属石鹸（ステアリン酸、オレイン酸等の金属塩）等の潤滑成分を積極的に添加して、防錆油中に混濁させて混合塗布すれば更に潤滑性を改善できる。尚、上記（ｃ）の機能については、上記潤滑成分等の混合添加が、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。
【００２０】
本発明のオイルテンパー線は、所定量の消石灰を含む金属石鹸粉末を、防錆油中に含有させた組成物からなる被膜層をその表面に形成したものであるが、金属石鹸中の消石灰の含有量は２０〜６０質量％とする必要がある。この金属石鹸は、その中に含有される消石灰によるピンなどの工具と材料の直接的な金属接触を緩和する機能を発揮させると共に、潤滑性を発揮させるものである。尚、消石灰は、無機成分であるので、潤滑被膜の耐熱性も良好なものとなる。
【００２１】
こうした機能をバランス良く発揮させるためには、上記の範囲とする必要がある。即ち、消石灰の含有量が２０質量％未満になると、無機成分が少なくなって上記（ａ）の機能が低下することになり、その含有量が６０質量％を超えると、逆に潤滑剤としての金属石鹸分の割合が少なくなって、潤滑性機能［上記（ｂ）の機能］が低下することになる。本発明で用いることのできる金属石鹸としては、前記ステアリン酸、オレイン酸、パルミチン酸等の金属塩等を好適に使用することができる。
【００２２】
一方、こうした金属石鹸（消石灰を含む金属石鹸）の防錆油に対する割合は、防錆油１００ｍｌに対して金属石鹸：１〜１０ｇ程度であることが好ましい。即ち、潤滑剤としての摩擦係数低減機能を発揮させるためには、その含有量は１ｇ以上であることが好ましい。金属石鹸の含有量が１０ｇを超えると、防錆油中に十分に混濁せずに沈殿するだけで金属石鹸としての作用を発揮しにくくなるばかりか、防錆油の粘性が高くなって、線材表面に均一に形成することが困難になる。尚、本発明で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。
【００２３】
本発明のオイルテンパー線は、上記のように消石灰を含有する金属石鹸を防錆油中に含有させた組成物からなる被膜層を線材表面に形成したものであるが、この被膜層の形成方法については、特に限定するものではなく、例えば、（１）上記のような組成物からなる塗布剤を予め調整しておき、この塗布剤を線材表面に塗布することによって被膜層を形成する方法、（２）オイルテンパー線表面に防錆剤を塗布した後、無機分としての消石灰を含む金属石鹸（乾式潤滑剤）中を通過させることにとって被膜層を形成する方法、等を採用することができる。
【００２４】
本発明の被膜層による効果を有効に発揮させるためには、被膜層の塗布厚みは２〜１０μｍ程度が適切である。
【００２５】
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。
【００２６】
【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被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。
【００２７】
【表１】

【００２８】
上記で得られ各オイルテンパー線に、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（溶剤希釈形錆止め剤）を防錆油として使用し、この防錆油中に無機分として消石灰を４０％含む金属石鹸を３ｇ／１００ｍｌ混合し、塗布槽で含有成分が沈殿しないように攪拌しながら線材を通過させて線材表面に上記組成物を塗布した（下記表２のＮｏ．２、３、５，６）。
【００２９】
得られたオイルテンパー線に対して、コイリング加工して各種Ｄ／ｄのばねを作製すると共に、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で除した自由長１ｍｍ当たりのバラツキで示した。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の個数についても調査した。
【００３０】
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、４）について同様の評価を行ったものについても示した。
【００３１】
【表２】

【００３２】
この結果から次のように考察できる。まず通常の酸化被膜と防錆油だけのもの（No.１、４）に比べて、本発明で規定する要件を満足するもの（Ｎｏ．２、３、５、６）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。
【００３３】
【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▲１▼〜▲３▼の効果が発揮されるものとなる。
▲１▼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。
▲２▼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。
▲３▼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。
【００３４】
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）被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。

Claims (2)

1. 伸線加工された後、焼入れ・焼き戻しの熱処理が施されたオイルテンパー線において、消石灰を２０〜６０％（質量％の意味、以下同じ）含む金属石鹸粉末を防錆油中に含有させた組成物からなる被膜層を、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。
2. 前記被膜層は、防錆油：１００ｍｌに対して、金属石鹸粉末１〜１０ｇの割合で含有させたものである請求項１に記載のオイルテンパー線。