JP2003181580A - コイルばねの製造方法及びその製造装置 - Google Patents
コイルばねの製造方法及びその製造装置Info
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Abstract
することによって、湾曲コイルばねを効率的に製造する
こと。 【解決手段】 コイリングマシンのコイリングピンにて
線材を連続的に曲げ成形するに伴ない、歪み取り焼鈍の
際の変形量を考慮してピッチツール6,7によって所定
のピッチを交互に付与する。その後、歪みとり焼鈍を行
う。
Description
造方法に関し、詳しくは自由状態でコイル中心線が湾曲
及び/又は曲率半径が変化する特殊形状のコイルばねを
効率的に製造するための技術に関する。
り、曲率半径が変化する特殊形状のコイルばねを製造す
る技術としては、例えば、特許第2528254号に記
載の技術や、特開平11−19743号に記載の技術が
知られている。前者の技術は、直筒状にコイリングされ
たコイルばね(座面が形成されたコイルばね)を最終形
状に対応する型(例えば、湾曲型)にはめ込み、この状
態で熱を加える。熱処理が終了し型からコイルばねが取
出されると、取出されたコイルばねは熱変形によって最
終形状となる。後者の技術は、直筒状コイルばね(座面
が形成されたコイルばね)をクランプし、その直筒状コ
イルばねを構成する各コイル間の一部にくさび状のピッ
チ調整工具を挿入して塑性変形させ、このピッチ調整を
コイル全長にわたって連続的に繰り返す。これによっ
て、直筒状コイルばねは最終形状となる。
は、直筒状コイルの中央部は熱を加えることで比較的容
易に変形可能であるが、両端部を変形させるにはスプリ
ングバックがあるため、その分、変形量を大きく(例え
ば、最終形状の曲率より小さく)する必要があり、結果
として加工後の形状がばらつき易い。後者の方法では、
くさび位置のずれが発生し易く、くさび位置のずれが発
生すると、コイル中心線がうねって加工後の形状がばら
つき易い。このように上述した各製造方法では、製造後
のコイルばねの形状が安定しないため歩留まりが悪く高
コストとなるといった問題が生じていた。
れたものであり、加工後のコイルばね形状のばらつきを
低減し安定化を図ることで、効率的にコイルばねを製造
することができる技術を実現する。
ばねの製造方法は、線材をコイリング成形するコイリン
グ工程と、コイリングされた線材を自由状態で熱処理す
る熱処理工程とを有する。そして、前記コイリング工程
では、熱処理工程後の形状が最終形状となるように最終
形状から所定量だけズレた形状にコイリングすることを
特徴としている。この製造方法においては、熱処理工程
による形状の変化を考慮して、最終形状から所定量だけ
ズレた形状にコイリングされ、コイリングされた線材が
自由状態で熱処理されることで最終形状となる。したが
って、上記の方法では予めコイリング成形によって最終
形状に近い形状にまで成形され、また、熱処理工程では
自由状態で熱処理が行われ、強制的に変形させられるこ
とはない。これらのため、熱処理工程での変形量は小さ
く、熱処理後の形状のばらつきを抑えることができる。
さらに、くさび状のピッチ調整工具を用いてピッチを調
整する必要がないため、くさび位置のずれによる形状の
ばらつきの問題も生じない。
コイル中心線が湾曲及び/又はその曲率半径が変化する
場合に効果的である。コイル中心線が湾曲及び/又はそ
の曲率半径が一定でない場合はコイリング後の熱処理に
よる変形〔例えば、コイル径(外径,中心径)の変化〕
が大きいため、その変形を考慮してコイリングする上記
方法は有効に機能するためである。
と最終形状とのズレが、最終形状にコイリングされた線
材を自由状態で熱処理した際の変形量と略同一とされて
いることが好ましい。特別な最終形状(例えば、均一曲
率半径の円弧状のコイルばね等)のコイルばねの場合
は、最終形状にコイリングされた線材を自由状態で熱処
理した際の変形量と略同一の変形量を最終形状に対して
逆方向に加えてコイリングすることで、熱処理後の形状
を最終形状とすることができるためである。特に、最終
形状にコイリングされた線材を自由状態で熱処理した際
の変形量は実験的に求めることができるため、実験的に
求めた変形量からコイリング工程で成形しなければなら
ない形状を決めることができる。
は、ワイヤガイドを介して供給される線材をコイリング
ピンを用いて所定の曲率に曲げ、この曲げられたコイル
部分に第1のピッチツールによって所定のピッチを付与
し、この第1のピッチツールで付与されたピッチを第2
のピッチツールによって変化させることが好ましい。こ
のような構成によると、第1のピッチツールと第2のピ
ッチツールを用いて線材のピッチが調整されるため、多
種多様な形状にコイリングすることが可能となる。
ル中心線が円弧状に湾曲するものであるときは、コイリ
ング工程後のコイルばねのコイル中心線が、コイルの高
さ方向に直交し、かつ、互いに直交する2方向にぞれぞ
れ周期的に振幅することが好ましい。コイルばねの最終
形状が曲率一定でコイル中心線が円弧状となるときは、
コイルの高さ方向に直交し、かつ、互いに直交する2方
向に、コイルばねのコイル中心線がぞれぞれ周期的に振
幅するようコイリングすることで、熱処理後の形状を最
終形状とすることができるためである。
焼鈍処理であることが好ましい。コイリング後の線材
(コイルばね)を焼鈍処理することで、コイリングによ
り線材に付与された加工歪み(残留応力)を取り除くこ
とができるためである。
ワイヤガイドを介して供給される線材をコイリングピン
を用いて所定の曲率に曲げ、この曲げられたコイル部分
にピッチツールによって所定のピッチを付与し、その
後、焼鈍を行う湾曲するコイルばねの製造方法であり、
前記コイリングピンにて線材を連続的に曲げ成形するに
伴ない、前記ピッチツールによってコイル一巻きの略半
周分ごとに大小異なるピッチを交互に付与する。この製
造方法によれば、コイルの周方向位置によりピッチが変
化しており、そのピッチ変化に応じて中心線が湾曲する
湾曲コイルばねが成形される。すなわち、直筒状コイル
ばねを製造する一般的なコイリングマシンを利用して直
接的に湾曲コイルばねを製造することが可能になる。特
に、コイリングにより最終形状に近い形状まで成形して
しまうため、その後の処理による形状のばらつきを抑え
ることができる。なお、この場合には、最終形状にまで
コイリング成形し、変形を拘束した状態で焼鈍する方法
を採ることもできるし、本発明の第1の製造方法と同様
に、熱処理による変形を考慮してコイリング成形し、自
由状態で焼鈍する方法を採ることもできる。特に、前記
ピッチツールによって付与された大小異なるピッチを、
さらに第2のピッチツールによって周期的に変化させる
ことが好ましい。
は第2の製造方法のいずれかに記載の製造方法で製造さ
れたコイルばねは、ばね端部から均一に湾曲して目標形
状により近いばねを製造することができる。
リング工程を行う装置としては、請求項10に記載の装
置を好適に用いることができる。すなわち、請求項10
に記載の装置は、ワイヤガイドを介して供給される線材
をコイリングピンを用いて所定の曲率に曲げ、この曲げ
られたコイル部分にピッチツールによって所定のピッチ
を付与するコイルばねの製造装置であり、前記ピッチツ
ールをコイル側方でコイル周方向に異なる2箇所に配設
したことを特徴とする。このような装置によると、2箇
所に配設したピッチツールにより線材を精度良く所望の
形状(多種多様な形状)にコイリング成形することがで
きる。なお、両ピッチツールは互いの間隔をコイルの周
方向に十分離して配設するのが好ましい。さらに、場合
によっては、ピッチツールを3箇所以上分散配置するこ
とも考えられる。
るコイルばね(曲率半径が一定で円弧状のコイルばね)
の製造方法を図面を参照して説明する。図1は本実施形
態に係るコイルばねの製造方法の各製造工程を時系列的
に示す図である。図1に示すように、本実施形態に係る
製造方法は、コイリング工程、第1焼鈍工程、座面研削
工程、ショット・ピーニング工程、第2焼鈍工程から構
成される。
ば、硬鋼線等のばね材料)を所定の曲率に曲げながら、
線材間に隙間を付与することで、線材を螺旋状に整形す
る。本実施形態では、このコイリング工程において、後
述する第1焼鈍処理後の形状が最終形状(円弧状の湾曲
コイルばね)となるように最終形状から所定量だけズレ
た形状にコイリングされる。すなわち、直線状の線材を
コイリングすると、線材にはコイリング加工によって過
大な残留応力が発生する。このため、コイリング加工に
よって線材に残留する応力を取り除くため低温焼鈍(後
述する第1焼鈍処理)が行われる。この低温焼鈍を行う
とコイル形状が変化する。例えば、焼鈍前にコイル中心
線が図2に示すような一平面上で円弧を描く形状を有す
る湾曲コイルばねSaの場合、焼鈍することによって図
3に模式的に示すようにコイル中心線の一部が前記平面
外に出るような形状変化をきたし、コイル中心線(およ
びコイル外形)がうねってウェーブ状に変形したコイル
ばねSbとなってしまう。そこで、本実施形態では、予
め、焼鈍による形状変化を見込んでその形状変化を相殺
し得る形状に曲げ成形をする。例えば、図2に示すよう
な湾曲コイルばねSaを成形する場合には、図4に示す
ように、コイリング後のコイル中心線が、コイル高さ方
向(Z方向)に直交し、かつ、互いに直交する2方向
〔x方向(平面視),y方向(正面視)〕について、所
定のピッチで振幅するように成形する。また、コイリン
グ後のコイル中心線が、湾曲する平面B(以下、湾曲平
面という)に倣うように成形する。これにより、コイル
成形直後にはコイル中心線がうねっていても、焼鈍をす
ることによって、残留応力が減少するとともに形状が所
望の湾曲形状となる湾曲コイルばねを得ることができ
る。ここで、図4に示すx方向のピッチPHと振幅
AH,y方向のピッチPSと振幅AS、さらに、湾曲平
面Bの曲率は実験的に求めることができる。具体的に
は、これらの値を適当な複数の数値とした各条件につい
て実験を行い、その実験結果から焼鈍後の形状が所望の
形状(最終形状)となるピッチPH,振幅AH,ピッチ
PS,振幅AS,並びに湾曲平面Bの曲率を特定する。
なお、成形するコイルばねの最終形状によっては、上記
の湾曲平面Bの曲率が0となる場合もある。また、この
ピッチPH,振幅AH,ピッチPS,振幅ASは、図2
に示すようにコイリング加工により最終形状に成形し、
成形されたコイルばねSaを焼鈍処理したときのコイル
ばねSbへの変化量(すなわち、コイルばねSaからコ
イルばねSbへの変化量)を参考に決定しても良い。す
なわち、ピッチPH,振幅A H,ピッチPS,振幅AS
(つまり、コイリング後の形状と最終形状とのズレ)
は、コイルばねSa(図2参照)からコイルばねSb
(図3参照)への変化量と略同一(ただし、変形する方
向は逆方向)となる。このため、コイルばねSaからS
bへの変化量を実験的に求め、これらの変化量に基づい
てピッチPH,振幅AH,ピッチPS,振幅ASを決め
るための実験を行うことで、効率的にピッチPH,振幅
AH,ピッチPS,振幅ASを決定することができる。
なお、上述したコイリング工程は、後述するNCコイリ
ング装置を用いて冷間で行うことができる。
程後の線材(コイルばね)を低温(雰囲気温度約400
〜450℃)で約30分のあいだ熱処理する。この第1
焼鈍処理により、コイリングされた線材(コイルばね)
から残留応力が取り除かれる。なお、この第1焼鈍処理
では、コイルばねは自由状態で保持され、熱処理による
変形は拘束されない。したがって、コイリング工程によ
りコイリングされた線材(コイルばね)は熱処理によっ
て変形し、所望の形状(最終形状)となる。
ルばねの両端部を研削することで座面を形成する。座面
の研削は、コイルばねの端部を砥石上で摺動させること
によって行われる。ショット・ピーニング工程では、座
面研削後のコイルばねに対してショット・ピーニングを
行うことで表面残留応力を付与し耐久性を向上させる。
第2焼鈍工程では、ショット・ピーニング工程で付与さ
れた弾性限の低下減少を回復させるため、低温(雰囲気
温度200〜250℃)で約30分のあいだ熱処理す
る。これら座面研削工程,ショット・ピーニング工程,
第2焼鈍工程は、従来と公知の方法で行うことができ、
特に本発明を特徴付けるものではないので、ここではそ
の詳細な説明は省略する。
ねの製造方法について詳述してきたが、次に、上述した
製造方法におけるコイリング工程を好適に行うことがで
きるコイリングマシンを図面に基づいて説明する。図5
はコイリングマシン(コイルばね製造機)の要部、すな
わちコイル成形工具を説明する図である。このコイル成
形工具は、一般的に使用されているNCコイリングマシ
ンが備えるコイル成形工具に、ウエッジツール(詳しく
は次述する)を追加した構成である。なお、NCコイリ
ングマシン自体は公知であるので、その詳しい説明は省
略する。同図において、1は線材Wを把持してほぼ真直
状態で送り出す線材供給装置としてのフィードローラで
あり、2は送り出された線材Wを所定方向に案内するワ
イヤガイド(案内装置)である。ワイヤガイド2を通っ
て送り込まれた線材Wはコイリングピン3により曲げら
れ、さらにコイリングピン4によって曲げられて湾曲す
る。コイル成形工具であるこれら2本のコイリングピン
3,4はコイルの半径方向に進退移動可能に構成されて
おり、NC装置で設定された所定の曲率に線材Wを曲げ
成形することができるようになっている。なお、5はコ
イル内側に位置するようにセットされる芯金である。
が連続的に曲げ成形されてなるコイル部分Cは、順次ピ
ッチツール6に摺接してピッチが付与されながら図2の
紙面直角方向にせり出し、さらにウエッジツール7によ
ってピッチ調整がなされる。図6に示すように、ピッチ
ツール6は、ほぼコイル中心線の延びる方向(図5の紙
面直角方向)に進退移動可能に構成されており、ウエッ
ジツール7は、傾斜面7aをコイル部分Cに摺接させな
がらコイルのほぼ半径方向に進退移動可能に構成されて
いる。すなわち、コイル成形工具であるピッチツール6
およびウエッジツール7は、NC装置で設定された所定
のピッチをコイル部分Cに付与できるようになってい
る。本例では、ピッチツール6が付与するピッチは一定
(直筒状コイルを製造するときの固定ピッチと同様)で
ある。この一定ピッチは、ウエッジツール7によって、
コイル一巻きの略半周分ごとに大小異なるピッチが交互
に付与される。このウエッジツール7でピッチが調整さ
れることで、コイリング後の形状が図4に示すような立
体的にうねりのある螺旋形状となる。
によって所定のピッチを付与しつつ所定巻数(コイルば
ね1個分)を巻き終えたら、切断装置であるノッチツー
ル8をスライドさせてノッチツール8とカットツール9
で線材Wをせん断する。上述のようにコイリングされる
と、次に、歪みとり焼鈍(第1焼鈍工程)、座面研削工
程、ショット・ピーニング工程,第2焼鈍処理を施す。
焼鈍後の製品形状の一例は、図1に示される。
(圧縮)コイルばねを製造した実験例を説明する。実験
例では、材質:SWOSC−V、線径:3mm、コイル
径:12.6mm、真直状態での自由長:200mm、
総巻数:50、歪みとり焼鈍後のコイル中心線の曲率半
径:104.6mm、円弧の内周側および外周側での線
間隙間(ピッチ):0.6〜1.2mmである。比較例
として、従来技術〔くさび状のピッチ調整ツールを用い
た製造方法(特開平11−19743号)〕によっても
同一形状のコイルばねを作製した。実験により製造され
たコイルばねの形状を測定した結果を図7〜図9に示
す。図7から図9では、本発明例に係るばねをaで示
し、従来技術に係るばねをbで示している。図7〜図9
は横軸に線間巻数を縦軸に線間隙間として各コイルばね
を測定した結果をプロットした図であり、詳しくは、図
7は0.5巻毎に測定データをプロットしたものであ
り、図8と図9は1巻毎に測定データをプロットしたも
のである。すなわち、図8はコイルばねの円弧の外側の
線間隙間をプロットした図であり、図9はコイルばねの
円弧の内側の線間隙間をプロットした図である。図より
明らかなように、本発明例であるコイルばねaも従来例
であるコイルばねbも両端部以外は略同一の線間隙間と
なった。ただし、両端部においては、図8から明らかな
ように、本発明例のコイルばねaは中間部と略同一の線
間隙間で形成されているのに対し、従来例のコイルばね
bは両端部の線間隙間が中間部の線間隙間に比較して小
さな値となった。すなわち、従来例のコイルばねbは、
ピッチ調整ツールにより線間隙間を調整するため、両端
部(座巻部)近傍において線間隙間の調整が困難となる
ためである。これに対して、本発明例のコイルばねa
は、円弧状に成形してから座巻部を成形するため全域に
わたって均一な円弧となっている。
Cコイリングマシンに2本のピッチツールを備えること
により、容易かつ正確にピッチ設定ができるので、ある
一定のタイミングで2本のピッチツールを操作し、中心
線(Z軸)がウェーブ状に変形するコイルを成形するこ
とが可能である。すなわち、低温焼鈍による変形を考慮
したコイリングを行い、低温焼鈍後に所定の円弧状とな
るコイルばねを成形することで、NCコイリングマシン
等設備の大幅な改造を必要とせず、製品の生産性の向上
を図ることができた。本例は、従来例で説明した方法と
比べると、「(1)曲げ成形と同時にピッチが付与され
るので、コイル両端の線間すきまのコントロールが容易
である。(2)巻き終えてからのコイル成形を必要とし
ないので耐久性に影響をあたえるようなきずの発生がな
い。」という特長がある。
一定で円弧状のコイルばねの例であったが、本発明の方
法は、他の種類の形状のコイルばね(例えば、コイル中
心線が湾曲し、かつ、曲率が変化するばね(例えば、自
動車のサスペンション用のばね)等にも適用することが
できる。さらには、コイリング後の焼鈍処理による変形
が生じうるコイルばね(コイル中心線が直線で曲率半径
が異なるばねや,さらには直筒状のコイルばねをも含
む)の製造方法にも適用することができる。
について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、本
発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施し
た形態で実施することができる。なお、本明細書または
図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み
合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出
願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではな
い。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の
目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目
的を達成すること自体で技術的有用性を持つものであ
る。
列的に示す図である。
正面図である。
ある。
のコイルばねの形状との関係を併せて示す図である。
である。
図である。
について形状を測定した結果を、横軸に線間巻数を縦軸
に線間隙間(ピッチ)としてプロットした図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 コイルばねの製造方法であって、 線材をコイリング成形するコイリング工程と、コイリン
グされた線材を自由状態で熱処理する熱処理工程とを有
し、 前記コイリング工程では、熱処理工程後の形状が最終形
状となるように最終形状から所定量だけズレた形状にコ
イリングすることを特徴とするコイルばねの製造方法。 - 【請求項2】 コイルばねの最終形状が、コイル中心線
が湾曲及び/又はその曲率半径が変化する形状であるこ
とを特徴とする請求項1に記載のコイルばねの製造方
法。 - 【請求項3】 コイリング工程後の形状と最終形状との
ズレが、最終形状にコイリングされた線材を自由状態で
熱処理した際の変形量と略同一とされていることを特徴
とする請求項2に記載のコイルばねの製造方法。 - 【請求項4】 コイリング工程では、ワイヤガイドを介
して供給される線材をコイリングピンを用いて所定の曲
率に曲げ、この曲げられたコイル部分に第1のピッチツ
ールによって所定のピッチを付与し、この第1のピッチ
ツールで付与されたピッチを第2のピッチツールによっ
て変化させることを特徴とする請求項3に記載のコイル
ばねの製造方法。 - 【請求項5】 コイルばねの最終形状が、曲率一定でコ
イル中心線が円弧状に湾曲するときは、コイリング工程
後のコイルばねのコイル中心線が、コイルの高さ方向に
直交し、かつ、互いに直交する2方向にぞれぞれ周期的
に振幅することを特徴とする請求項2に記載のコイルば
ねの製造方法。 - 【請求項6】 前記熱処理工程が焼鈍処理であることを
特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のコイルば
ねの製造方法。 - 【請求項7】 ワイヤガイドを介して供給される線材を
コイリングピンを用いて所定の曲率に曲げ、この曲げら
れたコイル部分にピッチツールによって所定のピッチを
付与し、その後、焼鈍を行う湾曲するコイルばねの製造
方法であり、前記コイリングピンにて線材を連続的に曲
げ成形するに伴ない、前記ピッチツールによってコイル
一巻きの略半周分ごとに大小異なるピッチを交互に付与
することを特徴とするコイルばねの製造方法。 - 【請求項8】 前記ピッチツールによって付与された大
小異なるピッチを、さらに第2のピッチツールによって
周期的に変化させることを特徴とする請求項7に記載の
コイルばねの製造方法。 - 【請求項9】 請求項1乃至8のいずれかに記載の製造
方法で製造されたコイルばね。 - 【請求項10】 ワイヤガイドを介して供給される線材
をコイリングピンを用いて所定の曲率に曲げ、この曲げ
られたコイル部分にピッチツールによって所定のピッチ
を付与するコイルばねの製造装置であり、前記ピッチツ
ールをコイル側方でコイル周方向に異なる2箇所に配設
したことを特徴とするコイルばねの製造装置。
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