JP2023148954A - 加熱方法および加熱システム - Google Patents

Abstract

【課題】コイルばねの線材間の隙間のばらつきや、巻回によって形成されるコイルの径のばらつきを抑制することができる加熱方法および加熱システムを提供すること。【解決手段】本発明に係る加熱方法は、コイルばねの焼入れを行う加熱方法であって、コイルばねの一端を第１軸部材の外周面に固定し、他端を第２軸部材の外周面に固定する固定ステップと、第１および第２軸部材に通電し、コイルばねを加熱する加熱ステップと、第１および第２軸部材が通電している状態において、第１および第２軸部材をそれぞれ回転させる回転ステップと、を含み、第１および第２軸部材の各回転軸は、水平方向に対して０以上３０度以下の角度をなす互いに同じ直線上に位置し、第１および第２軸部材に取り付けられた前記コイルばねの中心軸は、上記直線と平行である。【選択図】図１

Description

本発明は、例えばコイルばねの焼入れを行うための加熱方法および加熱システムに関するものである。

従来、コイルばねを作製する工程において、焼入れが行われる。焼入れは、例えば、機械的な特性を改善させたりするために実施される。焼入れを行うための加熱方法として、コイルばねの端部に電極を接続し、通電によって発生する熱で加熱する方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１では、コイルばねを支持プレートで支持して、コイルばねの中心軸を略水平方向に向けて横置きにして加熱している。

特開昭６１－３０２４６号公報

しかしながら、特許文献１が開示する加熱方法では、焼入れ後に、コイルばねの線材間の隙間のばらつきや巻回によって形成されるコイルの径のばらつきが大きくなる場合があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コイルばねの線材間の隙間のばらつきや、巻回によって形成されるコイルの径のばらつきを抑制することができる加熱方法および加熱システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る加熱方法は、コイルばねの焼入れを行う加熱方法であって、コイルばねの一端を第１軸部材の外周面に固定し、他端を第２軸部材の外周面に固定する固定ステップと、前記第１および第２軸部材に通電し、前記コイルばねを加熱する加熱ステップと、前記第１および第２軸部材が通電している状態において、前記第１および第２軸部材をそれぞれ回転させる回転ステップと、を含み、前記第１および第２軸部材の各回転軸は、水平方向に対して０以上３０度以下の角度をなす互いに同じ直線上に位置し、前記第１および第２軸部材に取り付けられた前記コイルばねの中心軸は、前記直線と平行である、ことを特徴とする。

また、本発明に係る加熱方法は、上記発明において、前記加熱ステップおよび前記回転ステップは、前記コイルばねを形成する材料の変態点温度以上の温度に設定される設定温度に基づいて停止される、ことを特徴とする。

また、本発明に係る加熱方法は、上記発明において、前記回転ステップは、前記コイルばねの線材間の隙間のばらつき、および／または、前記コイルばねのコイル径のばらつきに基づいて設定された回転速度で前記第１および第２軸部材を回転させる、ことを特徴とする。

また、本発明に係る加熱方法は、上記発明において、前記固定ステップは、前記コイルばねの中心軸が、前記直線に対してオフセットした位置に前記コイルばねを固定する、ことを特徴とする。

また、本発明に係る加熱システムは、コイルばねの焼入れを行う加熱システムであって、長手方向に延びる中心軸のまわりに回転可能であり、コイルばねの一端を把持する第１軸部材と、長手方向に延びる中心軸のまわりに回転可能であり、コイルばねの他端を把持する第２軸部材と、前記第１および第２軸部材への通電、および、前記第１および第２軸部材の回転を制御する制御装置と、を備え、前記第１および第２軸部材は、各回転軸が、水平方向に対して０以上３０度以下の角度をなす互いに同じ直線上に位置し、前記第１および第２軸部材に取り付けられた前記コイルばねの中心軸は、前記直線と平行である、ことを特徴とする。

本発明によれば、コイルばねの線材間の隙間のばらつきや、巻回によって形成されるコイルの径のばらつきを抑制することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る加熱システムの概略構成を示す図である。 図２は、本発明の一実施の形態に係る加熱システムの要部の構成を説明するための図である。 図３は、本発明の一実施の形態に係る加熱方法を示すフローチャートである。 図４は、本発明の変形例１に係る加熱方法を示すフローチャートである。 図５は、本発明の変形例２に係る加熱方法を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を説明する。なお、図面は模式的なものであって、各部分の厚みと幅との関係、それぞれの部分の厚みの比率などは現実のものとは異なる場合があり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる場合がある。

（実施の形態）
図１は、本発明の一実施の形態に係る加熱システムの概略構成を示す図である。図１に示す加熱システム１は、例えばコイルばね１００の焼入れを行うためシステムである。加熱システム１は、コイルばね１００を保持して加熱する加熱装置１０と、加熱装置１０を制御する制御装置２０とを備える。コイルばね１００は、所定の軸（ここではＮ₁₀₀）のまわりに線材を螺旋状に巻回してなる。

加熱装置１０は、第１軸部材１１と、第２軸部材１２とを備える。

第１軸部材１１は、制御装置２０の制御のもと、円柱状をなして延びる軸本体１１０の中心を通過し、かつ長手方向と平行に延びる軸Ｎ₁₁（回転軸）のまわりに回転する。また、第１軸部材１１には、軸本体１１０の側面に固定され、コイルばね１００の一端を保持するばね保持部１１１が設けられる。ばね保持部１１１には、軸本体１１０の外周面とによってコイルばね１００の一端を挟み込む把持部１１２が設けられる。ばね保持部１１１は、軸本体１１０と一体的に回転する。

第２軸部材１２は、制御装置２０の制御のもと、円柱状をなして延びる軸本体１２０の中心を通過し、かつ長手方向と平行に延びる軸Ｎ₁₂（回転軸）のまわりに回転する。また、第２軸部材１２には、軸本体１２０の側面に固定され、コイルばね１００の他端を保持するばね保持部１２１が設けられる。ばね保持部１２１には、軸本体１２０の外周面とによってコイルばね１００の他端を挟み込む把持部１２２が設けられる。ばね保持部１２１は、軸本体１２０と一体的に回転する。

第１軸部材１１の軸Ｎ₁₁、および、第２軸部材１２の軸Ｎ₁₂は、一方の軸を他方の軸に向けて延長させた直線が、該他方の軸と一致する。すなわち、軸Ｎ₁₁および軸Ｎ₁₂は、同一直線上に位置する。なお、コイルばね１００の回転制御に支障が出ない範囲であれば、軸Ｎ₁₁および軸Ｎ₁₂は全く同一の直線上になくてもよい。
また、各把持部（把持部１１２、１２２）によってコイルばね１００を把持した状態において、コイルばね１００の中心軸Ｎ₁₀₀は、軸Ｎ₁₁および軸Ｎ₁₂とそれぞれ平行である。なお、図１では、中心軸Ｎ₁₀₀と、軸Ｎ₁₁および軸Ｎ₁₂とがオフセットされた例を示しているが、中心軸Ｎ₁₀₀と、軸Ｎ₁₁および軸Ｎ₁₂とが互いに一致するように配置してもよい。中心軸Ｎ₁₀₀と、軸Ｎ₁₁および軸Ｎ₁₂とがオフセットしている場合、コイルばね１００は、中心軸Ｎ₁₀₀と平行かつ互いに異なる位置に位置する軸のまわりに回転する。これに対し、中心軸Ｎ₁₀₀と、軸Ｎ₁₁および軸Ｎ₁₂とが同一直線上にある場合、コイルばね１００は、中心軸Ｎ₁₀₀のまわりに回転する。
なお、中心軸Ｎ₁₀₀と、軸Ｎ₁₁および軸Ｎ₁₂とは、水平方向に対する角度が、０以上３０度以下に設定される。この角度は、コイルばねの特性等によって設定される。ここでいう水平方向とは、重力の方向（鉛直方向）に対して垂直な方向である。

また、第１軸部材１１の軸本体１１０、および、第２軸部材１２の軸本体１２０は、導電性材料を用いて形成される。また、各軸本体と制御装置２０とは、図示しない電線によって接続される。

図２は、本発明の一実施の形態に係る加熱システムの要部の構成を説明するための図である。図２は、軸本体およびばね保持部の構成、動作について説明する図である。図２では、第１軸部材１１について図示しているが、第２軸部材１２も同様に動作する。軸本体１１０が回転すると、この回転に連動してばね保持部１１１も回転する。この際、軸本体１１０は、制御装置２０の制御のもと、回転角θで往復動する。ばね保持部１１１は、基準位置Ｐ_Sに対し、回転角θ／２だけ時計まわりに回転した位置Ｐ_Rと、基準位置Ｐ_Sに対し、回転角θ／２だけ反時計まわりに回転した位置Ｐ_Lとを往復動する。軸本体１１０と把持部１１２とがコイルばね１００を把持している場合、軸本体１１０の回転にしたがってコイルばね１００の端部も軸本体１１０の外周に沿って移動する。
回転角θは、コイルばね１００の種別に応じて設定が可能であり、例えば、９０度（±４５度）以上３６０度以下の範囲で角度が設定される。
なお、各軸部材では、エンコーダ等を用いて回転量が計測可能に構成される。

図１に戻り、制御装置２０は、入力部２１と、出力部２２と、設定部２３と、検出部２４と、制御部２５と、記憶部２６とを備える。

入力部２１は、加熱システム１の動作に関する各種信号の入力を受け付ける。入力部２１は、キーボード、マウス、スイッチ、タッチパネル等を用いて構成される。

出力部２２は、制御部２５の制御のもと、画像を表示させたり、音や光を出力させたりする。出力部２２は、ディスプレイや、スピーカー、光源等を用いて構成される。

設定部２３は、加熱条件の設定を行う。設定部２３は、例えば入力部２１が受け付けた設定情報や、記憶部２６に記憶されている情報に基づいて、コイルばね１００の加熱温度や加熱時間、軸部材の回転角、軸部材の回転速度、軸部材へ通電する電力量を設定する。

検出部２４は、コイルばね１００の温度を検出する。なお、検出部２４は、各軸部材の温度を検出するようにしてもよい。

制御部２５は、加熱システム１の各構成部品の動作を制御する。また、制御部２５は、通電制御部２５１と、回転制御部２５２とを有する。通電制御部２５１は、例えば、入力部２１を介して加熱処理を開始する指示入力があると、第１軸部材１１および第２軸部材１２への通電をオンにする。また、回転制御部２５２は、加熱処理において設定されたパターンで第１軸部材１１および第２軸部材１２を回転させる。

設定部２３、検出部２４および制御部２５は、それぞれ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサや、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の特定の機能を実行する各種演算回路等のプロセッサを用いて構成される。

記憶部２６は、制御部２５が各種動作を実行するためのプログラム（例えば加熱処理時に実行するプログラム）等を記憶する。また、記憶部２６は、コイルばね１００を焼入れする際の加熱条件や、加熱処理のプログラムやパラメータを記憶する加熱条件記憶部２６１、コイルばね１００を回転制御する際の回転条件や、回転制御のプログラムやパラメータを記憶する回転条件記憶部２６２を有する。記憶部２６は、揮発性メモリや不揮発性メモリを用いて構成されるか、またはそれらを組み合わせて構成される。例えば、記憶部２６は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を用いて構成される。

続いて、加熱システム１によるコイルばね１００の加熱処理について、図３を参照してく説明する。図３は、本発明の一実施の形態に係る加熱方法を示すフローチャートである。以下、制御装置２０の制御のもと、各部が動作するものとして説明する。

まず、コイルばね１００を加熱装置１０にセットする（ステップＳ１０１）。具体的には、コイルばね１００の一端を把持部１１２と軸本体１１０とによって把持させ、他端を把持部１２２と軸本体１２０とによって把持させる。これにより、コイルばね１００の両端が、第１軸部材１１および第２軸部材１２に固定される。

コイルばね１００をセット後、通電制御部２５１は、第１軸部材１１および第２軸部材１２への通電を開始する（ステップＳ１０２）。通電制御部２５１は、入力部２１が受け付けた通電開始指示等をトリガとして、通電制御を開始する。通電によって、第１軸部材１１および第２軸部材１２を経てコイルばね１００に電流が流れて発熱する。この熱によってコイルばねが加熱される。通電制御部２５１は、コイルばね１００の加熱温度が、設定部２３が設定した加熱温度まで上昇するような電流を第１軸部材１１および第２軸部材１２へ流す制御を行う。

また、回転制御部２５２は、通電制御の開始とともに、第１軸部材１１および第２軸部材１２の回転を開始させる（ステップＳ１０３）。回転制御部２５２は、軸本体１１０、１２０を、設定された回転速度および回転角で回転させる。回転制御部２５２は、軸本体１１０、１２０を、動作を同期して回転させる。ここで、例えば、回転速度は、コイルばね１００の線材間の隙間のばらつき、および／または、コイルばね１００のコイル径のばらつきに基づいて設定される。
なお、回転開始のタイミングは、通電開始タイミングと同時であってもよいし、通電開始タイミングから設定された時間経過後であってもよい。

通電制御部２５１は、コイルばね１００の温度が、設定温度に到達したか否かを判断する（ステップＳ１０４）。通電制御部２５１は、検出部２４が検出した温度に基づいて、コイルばね１００の温度が設定温度に到達していないと判断した場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、温度の確認を繰り返す。これに対し、通電制御部２５１は、コイルばね１００の温度が設定温度に到達したと判断した場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０５に移行する。ここで、設定温度は、コイルばね１００を形成する材料の変態点温度以上の温度が設定される。

ステップＳ１０５において、通電制御部２５１は、各軸部材への通電を終了する。

通電が終了すると、回転制御部２５２は、軸本体１１０、１２０を回転させて、把持部１１２、１２２の位置を、予め設定されている設定位置に移動させ、加熱処理を終了する（ステップＳ１０６）。ここで、設定位置は、例えば加熱処理の次の処理へコイルばね１００を搬送するための位置である。具体的には、搬送アームがコイルばね１００を掴みやすい位置等が設定される。
なお、通電の終了タイミングおよび回転の終了タイミングは、同時であってもよいし、回転を先に終了させてもよい。

以上説明した本発明の実施の形態では、各軸本体の外周面にコイルばねの端部をそれぞれ把持させて固定し、軸本体を介してコイルばね１００に通電しながら軸部材を回転させて、コイルばね１００を回転下で加熱するようにした。本実施の形態によれば、加熱時にコイルばね１００を回転させてコイルばねの加熱を均一にすることによって、コイルばねの線材間の隙間のばらつきや、巻回によって形成されるコイルの径のばらつきを抑制することができる。

（変形例１）
次に、本発明の変形例１について、図４を参照して説明する。変形例１に係る加熱システムは、実施の形態に係る加熱システムと同様であるため、説明を省略する。図４は、本発明の変形例１に係る加熱方法を示すフローチャートである。以下、制御装置２０の制御のもと、各部が動作するものとして説明する。なお、変形例では、検出部２４が通電時間を検出するものとして説明する。

変形例１では、図３に示すステップＳ１０１～Ｓ１０３と同様にして、コイルばね１００を加熱装置１０にセットし、第１軸部材１１および第２軸部材１２への通電および回転を開始させる（ステップＳ２０１～Ｓ２０３）。

その後、通電制御部２５１は、通電時間が、予め設定されている設定時間経過したか否かを判断する（ステップＳ２０４）。通電制御部２５１は、検出部２４が検出した通電時間に基づいて、通電時間が設定時間経過していないと判断した場合（ステップＳ２０４：Ｎｏ）、経過時間の確認を繰り返す。これに対し、通電制御部２５１は、通電時間が設定時間経過したと判断した場合（ステップＳ２０４：Ｙｅｓ）、ステップＳ２０５に移行する。この際に設定される設定時間は、例えば、コイルばね１００がオーステナイト化される温度に到達するのに要する時間が設定される。

ステップＳ２０５において、通電制御部２５１は、各軸部材への通電を終了する。

通電が終了すると、回転制御部２５２は、軸本体１１０、１２０を回転させて、把持部１１２、１２２の位置を、予め設定されている設定位置に移動させ、加熱処理を終了する（ステップＳ２０６）。
なお、通電の終了タイミングおよび回転の終了タイミングは、同時であってもよいし、回転を先に終了させてもよい。

以上説明した本変形例１では、実施の形態と同様に、各軸本体の外周面にコイルばねの端部をそれぞれ把持させて固定し、軸本体を介してコイルばね１００に通電しながら軸部材を回転させて、コイルばね１００を回転下で加熱するようにした。本変形例１によれば、加熱時にコイルばね１００を回転させてコイルばねの加熱を均一にすることによって、コイルばねの線材間の隙間のばらつきや、巻回によって形成されるコイルの径のばらつきを抑制することができる。

（変形例２）
次に、本発明の変形例２について、図５を参照して説明する。変形例２に係る加熱システムは、実施の形態に係る加熱システムと同様であるため、説明を省略する。図５は、本発明の変形例２に係る加熱方法を示すフローチャートである。以下、制御装置２０の制御のもと、各部が動作するものとして説明する。なお、変形例２では、検出部２４が通電電力量（例えば通電開始からの総電力量）を検出するものとして説明する。

変形例２では、図３に示すステップＳ１０１～Ｓ１０３と同様にして、コイルばね１００を加熱装置１０にセットし、第１軸部材１１および第２軸部材１２への通電および回転を開始させる（ステップＳ３０１～Ｓ３０３）。

その後、通電制御部２５１は、通電電力量が、予め設定されている設定電力量に到達したか否かを判断する（ステップＳ３０４）。通電制御部２５１は、検出部２４が検出した通電電力量に基づいて、通電電力量が設定電力量に到達していないと判断した場合（ステップＳ３０４：Ｎｏ）、通電電力量の確認を繰り返す。これに対し、通電制御部２５１は、通電電力量が設定電力量に到達したと判断した場合（ステップＳ３０４：Ｙｅｓ）、ステップＳ３０５に移行する。この際に設定される設定電力量は、例えば、コイルばね１００がオーステナイト化される温度に到達するのに要する電力量（例えば総電力量）が設定される。

ステップＳ３０５において、通電制御部２５１は、各軸部材への通電を終了する。

通電が終了すると、回転制御部２５２は、軸本体１１０、１２０を回転させて、把持部１１２、１２２の位置を、予め設定されている設定位置に移動させ、加熱処理を終了する（ステップＳ３０６）。
なお、通電の終了タイミングおよび回転の終了タイミングは、同時であってもよいし、回転を先に終了させてもよい。

以上説明した本変形例２では、実施の形態と同様に、各軸本体の外周面にコイルばねの端部をそれぞれ把持させて固定し、軸本体を介してコイルばね１００に通電しながら軸部材を回転させて、コイルばね１００を回転下で加熱するようにした。本変形例２によれば、加熱時にコイルばね１００を回転させてコイルばねの加熱を均一にすることによって、コイルばねの線材間の隙間のばらつきや、巻回によって形成されるコイルの径のばらつきを抑制することができる。

ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。なお、実施の形態では、把持部１１２、１２２が、各軸本体の上部に位置している例を図示（図２等参照）して説明したが、コイルばね１００の巻き数等によって端部の位置が異なるため、把持部１１２、１２２は、保持するコイルばね１００の形状や巻き数等によってその位置（例えば基準位置Ｐ_S）が変わる。

また、実施の形態および変形例では、基準位置を中心に往復動、すなわち回転方向を逆向きにして回転動作を繰り返す例について説明したが、これに限らず、例えば同一方向への回転させる構成としてもよい。

また、実施の形態および変形例において、各軸部材は、完全同期で回転する例について説明したが、コイルばね１００の加熱による変形に追従して回転するようにしてもよい。

また、実施の形態および変形例では、温度、加熱時間および電力量のいずれかを用いて停止または継続を判断する例について説明したが、これに限らず、温度、時間および電力量を組み合わせて制御するようにしてもよい。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。

以上説明したように、本発明に係る加熱方法および加熱システムは、コイルばねの線材間の隙間のばらつきや、巻回によって形成されるコイルの径のばらつきを抑制するのに好適である。

１ 加熱システム
１０ 加熱装置
１１ 第１軸部材
１２ 第２軸部材
２０ 制御装置
２１ 入力部
２２ 出力部
２３ 設定部
２４ 検出部
２５ 制御部
２６ 記憶部
２５１ 通電制御部
２５２ 回転制御部
２６１ 加熱条件記憶部
２６２ 回転条件記憶部

Claims (5)

1. コイルばねの焼入れを行う加熱方法であって、
   コイルばねの一端を第１軸部材の外周面に固定し、他端を第２軸部材の外周面に固定する固定ステップと、
   前記第１および第２軸部材に通電し、前記コイルばねを加熱する加熱ステップと、
   前記第１および第２軸部材が通電している状態において、前記第１および第２軸部材をそれぞれ回転させる回転ステップと、
   を含み、
   前記第１および第２軸部材の各回転軸は、水平方向に対して０以上３０度以下の角度をなす互いに同じ直線上に位置し、
   前記第１および第２軸部材に取り付けられた前記コイルばねの中心軸は、前記直線と平行である、
   ことを特徴とする加熱方法。
2. 前記加熱ステップおよび前記回転ステップは、前記コイルばねを形成する材料の変態点温度以上の温度に設定される設定温度に基づいて停止される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の加熱方法。
3. 前記回転ステップは、前記コイルばねの線材間の隙間のばらつき、および／または、前記コイルばねのコイル径のばらつきに基づいて設定された回転速度で前記第１および第２軸部材を回転させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の加熱方法。
4. 前記固定ステップは、前記コイルばねの中心軸が、前記直線に対してオフセットした位置に前記コイルばねを固定する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の加熱方法。
5. コイルばねの焼入れを行う加熱システムであって、
   長手方向に延びる中心軸のまわりに回転可能であり、コイルばねの一端を把持する第１軸部材と、
   長手方向に延びる中心軸のまわりに回転可能であり、コイルばねの他端を把持する第２軸部材と、
   前記第１および第２軸部材への通電、および、前記第１および第２軸部材の回転を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記第１および第２軸部材は、各回転軸が、水平方向に対して０以上３０度以下の角度をなす互いに同じ直線上に位置し、
   前記第１および第２軸部材に取り付けられた前記コイルばねの中心軸は、前記直線と平行である、
   ことを特徴とする加熱システム。

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