ばね論文集

高応力コイルばね用鋼の開発

中野修, 榊原隆之, 杉本淳, 安田茂, 草苅亘, 渡辺学

1994 年 1994 巻 39 号 p. 1-5
発行日: 1994/03/31
公開日: 2010/02/26

DOIhttps://doi.org/10.5346/trbane.1994.1

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設計応力τ_max=1300MPaまで使用可能な懸架コイルばね用鋼を開発した。材料は, 強度-靱性バランスを従来のばね材料に比べて高いレベルで両立させるため, 従来のSi-Mn鋼をベースにNi, Cr, Mo, Vを添加した低合金鋼である。添加量は, L₁₆実験計画法を適用して最適化を図った。開発鋼の靱性は, 高硬度域において従来鋼の約2倍の衝撃値を有する。
この材料を用いてばね製造工程, 処理方法の面からも高応力化に対する検討を加えた結果, 軽量化率を少なくとも30%, 大きい場合は40%にも達する軽量ばねを実現することができた。

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ばね鋼の疲労強度に影響を及ぼす介在物, ショットピーニング, 脱炭層, 微小表面ピットの総合的評価

村上敬宜, 小林幹和, 牧野泰三, 鳥山寿之, 栗原義昭, 高崎惣一, 江原隆一郎

1994 年 1994 巻 39 号 p. 7-16
発行日: 1994/03/31
公開日: 2010/02/26

DOIhttps://doi.org/10.5346/trbane.1994.7

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自動車懸架用ばね鋼 (SUP9及びSUP10M) の疲労強度に影響を及ぼす因子であるショットピーニングと脱炭層を, 村上らの提唱する, 基地組織のビッカース硬さ, 非金属介在物及び微小表面ピットの投影面積の平方根, 及び応力比の因子を用いた疲労強度予測式に適用できる可能性を確認するための実験を行った。
この実験によって, 自動車懸架用ばね鋼の疲労強度に影響を及ぼす上記の諸因子を総合的に評価できる疲労強度予測式確立の可能性を究明した。
実験結果を解析し, 以下の点が明確になった。
1) ショットピーニングと脱炭層の2つの因子は, それぞれ平均応力と硬さとみなして予測式に適用できる。その結果, 自動車懸架用ばね鋼の疲労強度に影響を及ぼす諸因子を総合的に評価できる予測式が確立された。
2) 疲労強度のばらつきの下限値は, 極値統計によって予測される最大介在物寸法を予測式に代入することで評価できる。

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ばね鋼の繰返しねじり及び軸荷重疲労強度に及ぼす介在物の影響

阿部孝行, 金澤健二

1994 年 1994 巻 39 号 p. 17-26
発行日: 1994/03/31
公開日: 2010/02/26

DOIhttps://doi.org/10.5346/trbane.1994.17

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ばね鋼SUP7, SUP9A, SUP12について, 応力比をパラメータとした軸荷重疲労特性及び繰返しねじり疲労特性に対する介在物の影響を, すでに報告した回転曲げ疲労の場合と対比して検討し, 以下の結果を得た。
(1) 応力比が-1と0の軸荷重疲労は, 介在物を起点とした破壊が支配的で, その疲労強度は硬さから期待される値よりも低くなった。
(2) 一様応力分布の応力比-1の軸荷重疲労強度は, 介在物が存在する頻度が高くなり, 介在物による疲労強度の低下は, 回転曲げ疲労の場合より大きい。
(3) 繰返しねじり疲労では, 介在物を起点とした破壊は認められなかったが, その疲労強度は硬さから期待される値よりも低くなった。
(4) 硬さで無次元化された両疲労強度については, 回転曲げ疲労強度に対して認められた介在物評点依存性は明瞭でなかった。
(5) 破壊力学的考察により, 初期き裂寸法をパラメータとした疲労限度線図及び硬さと疲労強度の関係を得ることができた。

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耐熱ばね用窒化珪素の高温強度特性

秋旻〓, 佐藤繁美, 金富安, 安藤柱

1994 年 1994 巻 39 号 p. 27-31
発行日: 1994/03/31
公開日: 2010/02/26

DOIhttps://doi.org/10.5346/trbane.1994.27

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耐熱ばね用として開発された窒化珪素の静疲労試験は平滑材および表面き裂材を用いて, 1200℃, 大気中で3点曲げ試験により行われた。また, 室温および高温 (1100-1200℃) での破壊応力のき裂寸法依存性を調べた上, 本供試材へのプロセスゾーン寸法破壊基準の適用性について検討した。その結果, 室温はもちろん高温においても, 有効であることが判明した。
本実験において, 微細構造の制御により高強度の, 柱状粒子によるき裂の偏向と架橋効果により高じん性窒化珪素セラミックスが得られた。試験片表面での半円き裂長さが650μmの時静疲労限度は120MPaであった。その時の疲労寿命は10⁷秒であり, 報告されているそれより長かった。このような静的試験および静疲労試験の結果, 本窒化珪素は耐熱用ばね材料として有用なものと判断された。

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反りを考慮した長方形断面アイソパラメトリック要素

下関正義, 藤沼平一, 茅野寛奈

1994 年 1994 巻 39 号 p. 33-39
発行日: 1994/03/31
公開日: 2010/02/26

DOIhttps://doi.org/10.5346/trbane.1994.33

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本報告は長方形断面を有する中心線が任意形状のはりに関する有限要素について述べたものである。中心線が任意であっても, 同一断面をもつ真直はりに関するSaint-Venantねじりの反り関数が適用できる。周知のように, 長方形断面の反りの関数は, Fourier級数によって表現される。これを変位関数に組み込むことによって, 要素剛性マトリックスを導出する。
定式の妥当性を確認するために, 角ばねと波形ばねを例にとって, 数値計算を実行する。その結果は実測値との良好な一致をみる。

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圧縮コイルばねの信頼性設計

陳立

1994 年 1994 巻 39 号 p. 41-45
発行日: 1994/03/31
公開日: 2010/02/26

DOIhttps://doi.org/10.5346/trbane.1994.41

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信頼性設計は新しい技術分野である。ばね工業では信頼性工学の適用はまだ信頼性試験の段階に止まっていて, 信頼性設計についての研究資料は少ない。本研究では長年の信頼性研究にもとづいて, 応力分布と強度分布の干渉理論を圧縮コイルばねに応用し, その信頼性設計公式を導いた。特に, ショットピーニングやホットセッチングなどの製造工程が, 製品の寿命に及ぼす影響を設計パラメタとしてはじめて導入した。また, 設計の信頼性と製品の材料強度及び製造手段レベルとの関係を定式化し, ばねの信頼性設計の理論体系の基礎を確立した。

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ガスばねの荷重特性について

温度と負荷速度の影響

新堀武儀, 梅津千春, 森田伸介, 水上博嗣

1994 年 1994 巻 39 号 p. 47-51
発行日: 1994/03/31
公開日: 2010/02/26

DOIhttps://doi.org/10.5346/trbane.1994.47

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ガスばねは, 車両懸架用やプレス金型のダイスプリング等の使用例が知られている。ガスばねの特性計算は, ポリトロープ指数と呼ばれる指数 (ガスの圧縮及び膨張に要する時間及び使用圧力から, その変化をポリトロープ変化と仮定して決められた指数) によって行うのが通例であるが, 実際には熱収支によりヒステリシスを持ち, その特性は実験により求める方法が採られていた。
一方, 蓄圧用アキュムレータの熱収支については, その動特性も含めた実験報告がなされているが, 本報ではガスばねを用いてアキュムレータと同様に熱時定数を実験的に求める方法によりガスばねの特性計算を行い, 実験結果と対比して動特性に関する考察を行った。その結果, ガスばねにおいてもこのモデルが実験結果とよい一致を示し, 特性計算に有効であることがわかった。

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連続同期切断機によるコイルばねの加工特性

コイル支持具を改良した効果

今井隆光, 佐々木啓介, 神山朋典, 對馬一憲, 久納孝彦

1994 年 1994 巻 39 号 p. 53-59
発行日: 1994/03/31
公開日: 2010/02/26

DOIhttps://doi.org/10.5346/trbane.1994.53

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コイルを強制的に回転することにより, 切断中のコイルの回転力を弱めることなく切断可能であるように支持具を改良した結果, 切断中のコイルの保持が確実になり, 従来のコイル支持具で切断したコイルばねよりも加工特性が向上した。
またこれまでSWC線を対象に実験を行ってきたが, SWOSC-V線についても切断実験を行った。その結果SWC線よりもSWOSC-V線のコイルばねのほうが加工特性がよいことが明らかになった。

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だ円断面線のコイリングにおける工具配置と倒れ

合田真人, 工藤俊一, 久納孝彦, 對馬一憲

1994 年 1994 巻 39 号 p. 61-66
発行日: 1994/03/31
公開日: 2010/02/26

DOIhttps://doi.org/10.5346/trbane.1994.61

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異形断面線コイルばねの加工条件と素線の倒れの関係を明らかにするために, 2本ピン式コイリングマシンによりだ円断面線のコイリングを行い, コイリング工具の立体的配置と成形されたコイルの素線の倒れとの関係を実験的に解析した。また, この解析結果に基づき倒れの小さいだ円断面線コイルの成形条件を明らかにした。

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細物ばね用高強度Si-Cr鋼オイルテンパー線の研究

高強度線の耐久性に関する調査研究委員会 , 細物用ワーキンググループ

1994 年 1994 巻 39 号 p. 67-100
発行日: 1994/03/31
公開日: 2010/02/26

DOIhttps://doi.org/10.5346/trbane.1994.67

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細径Si-Cr鋼オイルテンパー線のJIS化にあたり, JISとISOの整合性を図ることが強く求められている。しかし, 細径のSi-Cr鋼について, ISOに規定されているような高強材は, 我国において使用実績はない。そこで本共同研究では, ISO規格の上限からJIS規格の範囲に相当する高強度材を作成し、その機械的性質, へたり特性, 疲労特性を調べた。
その結果, 単に焼戻し温度を下げることによる高強度化では耐へたり性, 耐疲労性は改善されないことが明らかになった。また, 高強度化の効果を得るには, 成分の変更やショットピーニングを施すことが有効であることが示唆された。

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懸架ばね用高強度Si-Cr鋼オイルテンパー線の研究

高強度線の耐久性に関する調査研究委員会 , 懸架用ワーキンググループ

1994 年 1994 巻 39 号 p. 101-130
発行日: 1994/03/31
公開日: 2010/02/26

DOIhttps://doi.org/10.5346/trbane.1994.101

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自動車用懸架ばねは軽量化への期待が大きい部品であり, 材料の高強度化への要望が大きい。今回の共同研究では, 現行の高強度線のみならず, 将来的な高強度化に際しての問題点の把握と対策の方向付けを行うべく評価, 検討を行った。
この結果, 材料の高強度化は耐へたり性向上に有効であるが, 耐久性の確保には更にショットピーニング等のばね製造面での配慮が必要なことを指摘した。
また, 今後問題になると思われる加工性に関しては材料段階での加工性指標の一候補としてノッチ曲げ試験を紹介した。

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ばね技術動向 2. 設計・性能・応用

増田順一, 千島和夫

1994 年 1994 巻 39 号 p. 131a-133
発行日: 1994/03/31
公開日: 2010/02/26

DOIhttps://doi.org/10.5346/trbane.1994.131a

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ばね技術動向 1. 材料

山本俊郎, 小北英夫

1994 年 1994 巻 39 号 p. 131
発行日: 1994/03/31
公開日: 2010/02/26

DOIhttps://doi.org/10.5346/trbane.1994.131

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ばね技術動向 3. 製造・試験・検査

国井敏弘, 坂本正雄

1994 年 1994 巻 39 号 p. 133-134
発行日: 1994/03/31
公開日: 2010/02/26

DOIhttps://doi.org/10.5346/trbane.1994.133

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ばね技術動向 4. 規格

小曾根敏夫, 鈴木啓一

1994 年 1994 巻 39 号 p. 135-137
発行日: 1994/03/31
公開日: 2010/02/26

DOIhttps://doi.org/10.5346/trbane.1994.135

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