JP2004025246A

JP2004025246A - 真直な傾斜軸線を有するコイルばねの製造方法

Info

Publication number: JP2004025246A
Application number: JP2002185941A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Furuse; 古瀬　武志
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2004-01-29
Also published as: CN1302871C; US6928846B2; CN1467045A; US20040000180A1

Abstract

【課題】冷間加工に適する真直な傾斜軸線を有するコイルばねの製造方法を提供する。
【解決手段】コイリングマシンに於いて、コイルばねの曲率半径が比較的大きい部位と比較的小さい部位とが一巻き中に同時に存在するように外径制御用ローラ９を変位させると同時に、外径制御用ローラ９の変位に同期するようにピッチ制御用ツール１１を軸線方向に変位させる。これにより、冷間加工にて真直な傾斜軸線を有するコイルばねを大量生産する上に多大な効果を奏することができる。
【選択図】　　　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真直な傾斜軸線を有するコイルばねの製造方法に関し、特に車両用懸架装置に適するコイルばねの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車等の懸架装置に於いて、例えば、内部にオイルが充填されたシリンダ及びそれに受容されたピストンを有する筒型ショックアブソーバと、これを囲繞するように設けられた圧縮コイルばねとからなるストラットアセンブリを、懸架装置のリンク部材と車体との間を連結するように組み付けるようにしたものが知られている。これの場合、タイヤからの入力が必ずしもショックアブソーバの軸線と一致せずに横荷重を伴うことから、ショックアブソーバのシリンダとピストンとの摺動部に横荷重及びモーメントが作用して摺動抵抗が発生し、車両の乗り心地を損ねると共にショックアブソーバの寿命をも短くするという問題があった。
【０００３】
このような不都合に対処するための手法として、ショックアブソーバの中心軸からその軸線をオフセットさせてコイルばねを装着し、コイルばねが発生する横方向力及びモーメントにより、ショックアブソーバのシリンダとピストンとの摺動部に生じる横荷重及びモーメントを低減する方法が知られている。しかしながら、この方法の場合、コイルばねの直径や取り付けスペースなどにオフセット量が制約されるため、タイヤ入力から受ける横荷重及びモーメントを完全に打ち消すのに十分な横方向力及びモーメントをコイルばねに発生させることは困難であった。
【０００４】
特開平１−１５６１１９号公報には、自由状態では軸線が湾曲しているコイルばねを用い、ショックアブソーバのシリンダとピストンとの摺動部に生じる横荷重及びモーメントを低減することが提案されている。しかしながら、上記公報には、軸線が湾曲したコイルばねをどのようにして真直状態で保持するのかは明らかにされていないし、軸線を湾曲させたコイルばねを車輪懸架装置に適するように低コストで製造することも容易ではない。
【０００５】
本件出願と同一出願人による特願２０００−５６２２２９号に於いては、垂直な軸線に沿って各巻きごとに周期的にピッチ角の大きさが一回づつ変化するように巻かれたコイルばねが開示されている。これによれば、コイルばねを狭い取り付けスペース内に配置できる上に組み付け時に横方向力を支える必要がないので作業性が良好となる。しかしながら、このようなコイルばねは、一般に、熱間で芯金に巻き付ける熱間加工には適しているが、送りローラを用いるコイリングマシンを用いた冷間加工には不適とされている。
【０００６】
特開２００２−３５８８７号公報には、冷間加工に適した傾斜ばねの製造方法が開示されている。これによると、傾斜ばねであっても、伸縮に伴って横方向力が発生するので、車輪懸架装置に好適に適用することができる。しかしながら、この方法は、コイルばねの巻き径（曲率半径）を制御することのみで傾斜ばねを巻こうとするものである。
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかるに、従来のコイリングマシンに於いては、コイルばねの曲率半径の変化に応じて外径制御用ローラとピッチ制御用ツールとの間の横方向距離が増減し、それに応じてコイルばねのピッチ角が巻き位置毎に変動してしまう。そのようなピッチ角の変動は、コイルばねの各点に於けるピッチを不均一にし、そのような変動が累積した結果として、コイルばねの軸線が湾曲してしまうことが考えられる。
【０００８】
軸線が湾曲したコイルばねであっても、その伸縮に伴って横方向力が発生するので、車輪懸架装置に好適に適用することができる。しかしながら、これにしても、通常のコイルばねをオフセットして配置する場合と同様に比較的大きな取り付けスペースが必要であり、しかも充分に大きな横方向力を得ることは困難である。
【０００９】
このような従来技術の問題点に鑑み、本発明の主な目的は、冷間加工に適する真直な傾斜軸線を有するコイルばねの製造方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の第２の目的は、大量生産に適する真直な傾斜軸線を有するコイルばねの製造方法を提供することにある。
【００１１】
本発明の第３の目的は、筒型ショックアブソーバ及びそれを囲繞する圧縮コイルばねを備える車両用懸架装置に於いて、比較的狭いスペースに取り付けることができ、しかもショックアブソーバのシリンダとピストンとの間に生じる摺動抵抗を好適に低減し得る圧縮コイルばねの製造方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の第４の目的は、筒型ショックアブソーバ及びそれを囲繞する圧縮コイルばねを備える車両用懸架装置に於いて、組付け作業が容易であり、しかもショックアブソーバのシリンダとピストンとの間に生じる摺動抵抗を好適に低減し得る圧縮コイルばねの製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、本発明によれば、長手方向に送り出される棒材を外径制御用ローラによって径方向内向きに湾曲させると共に、外径制御用ローラに対して軸線方向にオフセットしたピッチ制御用ツールによって所定のピッチ角を湾曲した棒材に与えることにより、真直な傾斜軸線を有するコイルばねを製造する方法であって、コイルばねの曲率半径が比較的大きい部位と比較的小さい部位とが一巻き中に同時に存在するように外径制御用ローラを変位させる過程と、外径制御用ローラの変位に同期するようにピッチ制御用ツールを当該コイルばねの軸線方向に変位させる過程とを有することを特徴とする真直な傾斜軸線を有するコイルばねの製造方法を提供することによって達成される。
【００１４】
これによれば、コイリングマシンと呼ばれる形式の装置を用いたコイルばねの製造過程に於いて、外径制御用ローラによってコイルばねの曲率半径を連続的に変化させると同時に、ピッチ制御用ツールを変位させることにより、一巻き中のどの位置でも曲率半径の変化に関わらずコイルばねのピッチを一定に制御することが可能となり、真直な傾斜軸線を有するコイルばねを製造することが可能となる。また、本発明によれば、このようなコイルばねを冷間で巻くことが可能であり、大量生産に適したコイルばねの製造方法が提供される。
【００１５】
理論的には、ピッチ制御用ツールの軸線方向オフセット量をＰ、ピッチ制御用ツールと外径制御用ローラとの間の基準距離をＤ、基準距離の増減量をΔＤとしたときに、オフセット量の増減量ΔＰは、概ねΔＰ＝Ａ（ΔＤ／Ｄ）Ｐの関係に基づいて定めると良い。但しＡは比例定数である。
【００１６】
また、車両用懸架装置等に於ける取り付けを容易にするために、コイルばねの支持端を、傾斜軸線に対して少なくともやや直交する方向に巻くようにしたり、クローズドエンド、オープンエンド或いは他の形式の座巻き部を適宜に設けるようにしたりしても良い。また、本発明は、円錐形或いはたる型のコイルばねにも必要に応じて適用することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適実施例について図面を参照しながらより詳しく説明する。
【００１８】
図１及び２は、本発明に基づく圧縮コイルばねの製造方法を実施するためのコイリングマシンである。コイルばねの材料としての棒材１は、２対の送りローラ２〜５によって図中右方向へ送り出される。この際、軸方向力に対して棒材１が座屈することがないように、送りローラ２〜５の近傍に於ける棒材１の外周は、材料ガイド６、７によって緊密に包囲されている。
【００１９】
棒材１の送り方向下流端の材料ガイド７から押し出された棒材１は、第１の外径制御用ローラ８と半円形断面形状を有する芯金１０との間を通過し、それに引き続き第２の外径制御用ローラ９と同芯金１０との間を通過し、所要の曲率半径となるように曲げられる。これら第１及び第２の外径制御用ローラ８、９並びに送りローラ２〜５は、図１の紙面に平行な概ね同一の面上に配置されている。そして第２の外径制御用ローラ９から送り出された棒材１は、図１の紙面から飛び出す方向にオフセットした位置に作動端を有するピッチ制御用ツール１１に当接し、所要のピッチ角が与えられるようにコイルの軸線方向に曲げられる。
【００２０】
棒材１を連続的に押し出すことによって所要の巻き数又はコイル長が得られたならば、切断刃１２を棒材１に突き当て、芯金１０によって棒材１を支持しつつ棒材１を切断する。これらの一連の過程を繰り返すことにより、コイルばねを冷間工程で連続的に製造することができる。
【００２１】
このようなコイリングマシンの多くは、座巻き部を形成するなどの目的で、ピッチ制御用ツール１１をコイルばねの軸線方向に変位させることが可能であり、また、長円あるいは楕円ばねを巻く目的で、外径制御用ローラを変位させることのできるコイリングマシンも知られている。そのようなコイリングマシンを用いれば、傾斜軸線を有するコイルばねを製造することができる。即ち、第１及び第２の外径制御用ローラ８、９を矢印方向に変位させることにより、図３に示されるように、コイルの１巻き毎に、長円或いは楕円の一部をなす区間１５（曲率半径が最大になる部位）と正円の一部をなす区間１６（曲率半径が最小になる部位）とが交互するように形成すれば、コイルばねを傾斜方向に巻き上げることができる。この場合、曲率半径が互いに異なる各区間の設定は、半周毎に交互する限り自由に定めることができる。また例えば、長円或いは楕円の一部をなす区間１５は、純粋な長円又は楕円とするのみならず、適宜な曲率の複数の円弧を円滑に接続することで構成することもできる。さらに正円の一部をなす区間１６も、実際には、長円又は楕円の一部をなす区間１５と適合するように、正円を変形した形状からなるものとすることもできる。実用上は、コイルばねに作用する力が傾斜軸線を向くようにして用いられるので、傾斜軸線に直交するばね座を構成するような座巻きを必要に応じてばね端に設けたり、適宜なばね受けまたはばね座を用いたりすることもできる。
【００２２】
このようにすれば、傾斜軸線を有するコイルばねを巻ける筈であるが、通常のコイリングマシンを用いてコイルばねを巻くためには、もう一つの要素を考慮する必要がある。それについて図４を参照して以下に説明する。通常のコイリングマシンに於いては、外径制御用ローラ８、９は平面内で変位し得るのに対し、ピッチ制御用ツール１１は一般に軸線方向に動き得るのみであり、外径制御用ローラ８、９の平面内で変位することはできない。従って、コイルばねの曲率半径を連続的に変化させるために外径制御用ローラ９を変位させた時に、ピッチ制御用ツール１１と外径制御用ローラ９との間の距離が、正円の一部をなす区間１６に於けるＤから長円又は楕円の一部をなす区間１５に於けるＤ＋ΔＤに変化すると、ピッチ制御用ツール１１がコイルばねに与えるピッチ角もθからθ−Δθに変化する。ここでピッチ制御用ツール１１の基準面に対する変位をＰとすれば、Ｐ＝Ｄｔａｎθ＝（Ｄ＋ΔＤ）ｔａｎ（θ−Δθ）となる。従って、コイルばねの曲率半径を大きくしようとすると、その部分のピッチ角が基準値よりも小さくなる。
【００２３】
このような関係を考慮すると、ピッチ制御用ツール１１と外径制御用ローラ９との間の距離に関わらずピッチ角を一定値θにするためには、Ｐ寸法を変化させればよいことが理解される。図５に示されるように、ピッチ制御用ツール１１と外径制御用ローラ９との間の距離が、正円の一部をなす区間１６に於けるＤから長円或いは楕円の一部をなす区間１５に於けるＤ＋ΔＤに変化したときに、ピッチ角を一定値θにするために必要なピッチ制御用ツール１１の基準面に対する変位をＰ＋ΔＰとすると、Ｐ＋ΔＰ＝（Ｄ＋ΔＤ）ｔａｎθ＝（Ｄ＋ΔＤ）（Ｐ／Ｄ）となり、ΔＰ＝（ΔＤ／Ｄ）Ｐとすれば、ピッチ制御用ツール１１と外径制御用ローラ９との間の距離に関わらずピッチ角を一定値θに保つことができることになる。図６は、このようにして巻かれた真直な傾斜軸線を有するコイルばね２０を示す。
【００２４】
図７は、コイルばねの巻き数に対する水平基準面に対するばね高さの関係を示すグラフであり、単にコイルばねの外径寸法を制御するのみでは、破線にて示すように、ばね高さの変化すなわちピッチが周期的に変化するのに対し、本発明に基づいてばねの外径寸法を制御すると同時にピッチ制御用ツールの軸線方向位置を制御した場合には、巻き数に対するばね高さの変化すなわちピッチが一定に保たれる。
【００２５】
実用上は、上記以外にもいくつかの要素があるが、それらの貢献度を厳密に分析することは困難である。例えば、正円の一部をなす区間１６と長円又は楕円の一部をなす区間１５との間では、厳密には素線長が異なり、ピッチ角を一定にしてもピッチは不均一になるはずである。また、ピッチ制御用ツール１１と外径制御用ローラ９との間の距離が大きくなるに従ってスプリングバック量も大きくなるので、ピッチ角を一定にするためには、それだけ大きくピッチ制御用ツール１１を変位させる必要がある。しかしながら、発明者による実験によれば、上記したように、ピッチ制御用ツール１１と外径制御用ローラ９との間の距離に対して略比例的にピッチ制御用ツール１１を変位させることにより、軸線の真直な傾斜コイルばねが得られることが検証されている。このようなことから、実用上は、先ず、概算によって図５に示される基準に基づいてピッチ制御用ツール１１の変位を設定し、それによって得られるコイルばねの真直度を評価し、幾分か試行錯誤的にピッチ制御用ツール１１の変位を求めるようにすると良い。
【００２６】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、当業者であれば、本発明の請求範囲を逸脱することなく、種々の改変をなし得るであろう。例えば、本発明は円筒形をなすコイルばねばかりでなく、円錐コイルばね、鼓形コイルばね、たる形コイルばね、テーパコイルばね等にも適用可能である。また、本発明は、冷間加工に適するものであるが、熱間加工にも適用可能であり、その用途もストラット型などの懸架装置に限らないことは言うまでもない。
【００２７】
【発明の効果】
このように本発明によれば、冷間加工にて真直な傾斜軸線を有するコイルばねを大量生産する上に多大な効果を奏することができる。また、筒型ショックアブソーバ及びそれを囲繞する圧縮コイルばねを備える車両用懸架装置に於いて、比較的狭いスペースに取り付けることができるので、車両用懸架装置に対する組付け作業を容易化する上にも効果的である。しかもショックアブソーバのシリンダとピストンとの間に生じる摺動抵抗を好適に低減し得るので、ショックアブソーバの性能および耐久性の向上にも効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく方法を適用可能なコイリングマシンを模式的に示す正面図である。
【図２】図１のコイリングマシンの要部を示す平面図である。
【図３】傾斜軸線を有するコイルばねを巻く要領を説明するダイヤグラム図である。
【図４】従来技術に於ける外径制御用ローラの変位がコイルばねのピッチに与える影響を示すダイヤグラム図である。
【図５】本発明に於ける外径制御用ローラの変位がコイルばねのピッチに与える影響を示すダイヤグラム図である。
【図６】本発明に基づく製造方法により巻かれた真直な傾斜軸線を有するコイルばねの側面図である。
【図７】本発明に基づく製造方法により巻かれたコイルばねの形状を従来技術に基づくものと比較するグラフである。
【符号の説明】
１　棒材
２〜５　送りローラ
６、７　材料ガイド
８、９　外径制御用ローラ
１０　芯金
１１　ピッチ制御用ツール
１２　切断刃
１５　長円又は楕円形の区間
１６　正円の区間
２０　コイルばね

Claims

長手方向に送り出される棒材を外径制御用ローラによって径方向内向きに湾曲させると共に、前記外径制御用ローラに対して軸線方向にオフセットしたピッチ制御用ツールによって所定のピッチ角を湾曲した棒材に与えることにより、真直な傾斜軸線を有するコイルばねを製造する方法であって、
当該コイルばねの曲率半径が比較的大きい部位と比較的小さい部位とが一巻き中に同時に存在するように前記外径制御用ローラを変位させる過程と、
前記外径制御用ローラの変位に同期するように前記ピッチ制御用ツールを当該コイルばねの軸線方向に変位させる過程とを有することを特徴とする真直な傾斜軸線を有するコイルばねの製造方法。
前記ピッチ制御用ツールの軸線方向オフセット量をＰ、前記ピッチ制御用ツールと前記外径制御用ローラとの間の基準距離をＤ、そして基準距離の増減量をΔＤとしたときに、前記オフセット量の増減量ΔＰを、
概ねΔＰ＝Ａ（ΔＤ／Ｄ）Ｐの関係（但しＡは比例定数である）に基づいて定めることを特徴とする請求項１に記載の真直な傾斜軸線を有するコイルばねの製造方法。
当該コイルばねの少なくとも一方の端部に、前記傾斜軸線に対して少なくともやや直交する方向に巻かれた座巻き部を設けることを特徴とする請求項１に記載の真直な傾斜軸線を有するコイルばねの製造方法。
当該コイルばねは、冷間で巻かれることを特徴とする請求項１に記載の真直な傾斜軸線を有するコイルばねの製造方法。