JP3984289B2 - 湾曲したコイルばねの製造方法を実施するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、湾曲したコイルばねの製造方法、該製造方法により得られた湾曲コイルばね、および前記製造方法を実施するのに必要な装置に関する。
湾曲コイルばねは、たとえば「二重フライホイール緩衝装置」のようなクラッチ機構または自動変速機、車両サスペンションなどのように、特にエネルギ回復効果および／またはエネルギ蓄積効果およびエネルギ復元効果を必要とする数多くの機械システムにおいて使用されている。
上述のような湾曲ばねは、予め巻き付けられた直線状のばねの巻線部分を弾性限界を越えて変形させる工程を含む方法によって製造されることが知られている。
一般に、この変形すなわち曲げ加工は、ばねの凸状の外側部分を形成する側において、巻線と巻線との間に導入される円錐状の部材すなわちくさび状の部材によって行われる。
この曲げ加工工程の前後には、数多くの工程が予定されていることはいうまでもない。
曲げ加工に先立って、たとえば直線状のばねの巻き付け、焼戻し（靱性の回復）工程、端部の研削、直線状のばねのプレストレスショットブラスト、加熱、および高温状態での端部の巻線部分の固定が行われることが知られている。
さらに、上述の機械的曲げ加工の後に、ばねは高温状態において安定化され、次いで較正（すなわち所与の角度変形の下でトルク制御）される。そして、必要に応じて腐食防止処理がなされる。
しかしながら、上述の従来の製造方法では、上述した曲げ加工工程が原因で、破損のきっかけになるかもしれない傷跡がばねの巻線の表面に生成されるという不都合があった。
工程の順序において、上述の製造方法の変形例を考えることができる。たとえば、巻付け工程、焼戻し工程および研削工程のすぐ後に上述の態様で曲げ加工を行い、その後に、加熱、高温状態での端部の巻線部分の固定、ショットブラスト、再度の加熱、較正、および必要に応じた腐食防止処理を行うこともできる。
しかしながら、曲げ加工の後のショットブラストによって曲げ加工の痕跡を消すことが可能であるとしても、破損のきっかけはそのまま残ることになる。
たとえばWO-A-9106785またはEP 0 584 474に開示されているように、熱処理の間に直線状のばねの曲げ加工を行う方法が提案されている。特に、EP 0 584 474では、巻付け温度で高温プレス加工をばねに施している。
ところで、上述したいずれの方法においても、特にショットブラストの後半の工程が原因で、すなわちショットブラストによって導入される応力が原因となって、ばねは良好な平面性（すなわち平面上における湾曲ばねの母線の良好な水平接触）を保持することができない。
そこで、本発明者は、特定の装置により、工程の順序の異なる、曲げ加工の独創的な方法を考案した。
本発明の方法では、熱処理の間に直線状のコイルばねを曲げ加工する工程を備え、上記直線状のコイルばねから湾曲したコイルばねを製造する方法において、上記曲げ加工の工程では、仕上げ工程を実行する前に上記ばねに欠陥予防のために、ほぼらせんの一巻きの一部分の形態を上記ばねに付与することによって上記ばねを湾曲した状態に保つことを特徴とする。
好ましい態様によれば、上記曲げ加工の工程の間に行われる熱処理は、特に上述のEP 0 584 474とは反対に、焼戻し工程に対応している。
また、上記ばねを湾曲した状態に保つことは、少なくとも上記ばねの端部の巻線部分を固定することによって得られることが好ましい。
上述の本発明の製造方法により、とりわけ一度製造されたばねの良好な平面性を得ることが可能になる。
また、上記焼戻しの温度は、約３５０℃〜４５０℃であり、形態を保った状態での上記焼戻しの期間は、８０分から１２０分であることが好ましい。
上記曲げ加工の前後において他の工程が予定されていることはいうまでもない。こうして、たとえば、上記曲げ加工工程に先立って、上記直線状のばねの端部の巻線部分の研削工程を行うのが通常である。また、場合によっては、上記曲げ加工工程に先立って、約１８０℃〜２２０℃の温度で２０分〜４０分の期間に亘って上記直線状のばねの第１の加熱工程を行うのが通常である。
上記曲げ加工工程の後に、次の工程、すなわちプレストレスショットブラスト工程、加熱工程、高温状態での端部の巻線部分の固定工程、および較正トルクの制御工程を順次行うことができる。
さらに、必要に応じて、腐食防止の被覆工程を行うこともできる。
また、本発明は、上述の製造方法によって製造された湾曲コイルばねに関する。
上述の製造方法を実施するために、本発明は、少なくとも上記ばねの端部の巻線部分を固定するための固定手段を備え、ほぼらせんの一巻きの一部分の形態を上記ばねに付与するために、上記固定手段によって上記巻線部分のずれた状態の固定を可能にすることを特徴とする装置を提供する。
上記装置は円筒環状の箱の形態を有し、各ばねは装置の中に導入されてほぼその長さ方向に沿って湾曲した状態に保たれる。あるいは、上記装置は、上記ばねの端部の巻線部分のための係止手段が設けられたサポートの形態を有する。
変形例によれば、上記装置は直線でないピン部材の形態を有し、該ピン部材の端部は上記ばねの端部の巻線部分に導入されるように構成されている。あるいは、上記装置は、一方の端部が上記ばねの端部の巻線部分に導入されるように構成され且つ他方の自由端部が係止機構によって連結可能に構成された２つの部分を有するピン部材の形態を有する。
なお、上記装置は、金属製で且つ熱処理されていることが好ましい。
本発明の特徴は、次の添付図面を参照した以下の詳細な説明により、さらに明らかになるであろう。
図１は、環状の箱の形態をした本発明にしたがう装置の上面図である。
図２は、図１の線II−IIに沿った断面図である。
図３は、ばねの端部のためのサポートの形態をした別の装置を示す図である。
図４は、図３の変形例の形態をした実施例を示す図である。
図５は、直線状でないピン部材の形態をした装置を示す図である。
図６は、２つの別体部分を有するピン部材の形態をした装置を示す図である。
本発明にしたがう有利な製造方法は、ばねを直線状に巻き付けた後に、ばねの両端を研削し、８０分〜１２０分の期間に亘る３５０℃〜４５０℃の温度での焼戻し工程の途中において後述するようにばねを曲げ加工し、単一の工程または２つの工程によって湾曲ばねのプレストレスショットブラストを行い、約１８０℃〜２８０℃の温度に再び加熱し、この温度において端部の巻線部分でばねを固定し（ばねを湾曲した状態で締め付け）、較正トルクを制御し、必要に応じて腐食防止の被覆を施すことからなる。
前述したように、曲げ加工の工程の前に、さらに詳細には巻付け工程と研削工程との間において、１８０℃〜２２０℃の温度で約２０分〜４０分に亘って加熱工程（すなわち焼戻し工程）を行うことができる。
したがって、曲げ加工工程は、好ましくは少なくともばね端部の巻線部分を固定してばねを湾曲した状態に保ちながら、上述の条件の下で焼戻し工程中に行われる。
この目的のため、様々な装置が本発明者により提案されている。そして、これらの様々な装置のうちの幾つかが添付図面に示されている。これらの装置は、少なくともばねの端部を互いにずらした状態で固定するように構成されている。
図１および図２は、箱の形態をした第１の装置Ｄ１を示している。装置Ｄ１は、同軸に配置された２つの管部材１ａおよび１ｂを備えている。２つの管部材は底部２（図２）によって連結され、２つの管部材の間にはばねＲ１を受け入れるように構成された環状空間３が設けられている。
受け入れるべきばねの直径に応じて上述の環状空間の大きさが計算されていることは明らかである。
図２を参照すると、装置の下部には必要に応じてカバーが設けられているので、各ばねを装置の上部から導入することができる。
前述したように欠陥予防のために、らせんの一部分の形態をばねに付与するように、たとえば支持部４を設けることもできる。
箱状の装置Ｄ１は、円形状の形態で示されているが、楕円形状の形態であってもよい。
図３および図４の装置Ｄ２およびＤ３は、参照符号Ｒ２およびＲ３で示すばねの端部の巻線部分のための係止手段を備えたサポートである。
係止手段は、たとえば５ａ，５ｂ；６ａ，６ｂ（図３）、および８ａ，８ｂ；９（図４）のような平行隔壁（互いにわずかに傾いていてもよい）によって構成されている。そして、図示のように、平行隔壁の間に、端部の１つまたは複数（たとえば２つ）の巻線部分が係止される。
装置Ｄ２では、横壁１０ａ，１０ｂ；１１ａ，１１ｂがさらに設けられている。これらの壁はすべて、必要に応じて底部７’が設けられた折り畳み鉄板７から派生している。
上述の装置と同様に、装置Ｄ２においては値Ｐ２だけ、装置Ｄ３においては値Ｐ３だけ、それぞればね端部を互いにずらせることによってらせんの形態をばねに付与し、欠陥予防していることがわかる。
ところで、図３の装置Ｄ２では、ばねＲ２の研削された両端が、最終製品としてのばねにとって所望の幾何形状に応じた角度ａを形成していることがわかる。一方、図４の装置Ｄ３では、ばねＲ３の両端が同じ隔壁９に当接し互いに平行であることがわかる。
図５では、直線状でないピン部材の形態をした装置Ｄ４が示されている。装置Ｄ４は、ばねＲ４に対して所望の形状（湾曲したらせんの形状）を付与するのに適切な形態をしている。
ここで、ピン部材状の装置Ｄ４は四角の断面を有し、その両端はばねＲ４の端部の１つまたは２つの巻線部分と係合するように構成されている。
こうして、ピン部材状の装置Ｄ４は、ばねＲ４の両端において、端部の巻線部分の直径によって構成された軸線に沿って１つまたは２つの巻線部分にトルクを及ぼす。
ばねＲ５のための図６の装置Ｄ５は、２つの別体部分１２および１３を有するピン部材である。
各部分１２および１３の一方の端部は、ばねＲ５の端部の１つまたは２つの巻線部分と係合するように構成されている。一方、各部分１２および１３の他方の端部は、係止機構１４によって着脱自在に連結されるように構成されている。ここでは、装置Ｄ５に対してばねＲ５を容易に設置したり取り外したりすることができるように、係止機構１４は単純な環状の形態をしている。
装置Ｄ５は、特にかなり短くて且つ大きな曲率半径を有するばねに適している。
装置の所定位置へのばねの設置を容易にするために、自動装置を用いてばねを湾曲させることができる。この装置は、たとえばらせん形態の縮閉線を追従する回転式ジャッキを備えている。
上述の装置は、最終製品の良好な生産性を可能にするのに必要な耐力および寸法を備えていなければならないことはいうまでもない。最終製品は、十分な熱処理によって得られた良好な機械的耐力を有する金属からなることが好ましい。
上述の製造方法の様々なパラメータ、並びにその実施のための装置の寸法および形態が製造すべき湾曲ばねの特性に応じて決定されることは明らかである。

Claims (3)

1. 熱処理の間に直線状のコイルばねを曲げ加工する工程を備え、上記直線状のコイルばねから湾曲したコイルばねを製造する方法であって、上記曲げ加工工程では、仕上げ工程を実行する前に上記ばねの欠陥予防のために、ほぼらせんの一巻きの一部分の形態を上記ばねに付与することによって上記ばねを湾曲した状態に保つ製造方法を実施するための装置において、
   少なくとも上記ばねの端部の巻線部分を固定するための固定手段を備えており、
   ほぼらせんの一巻きの一部分の形態を上記ばねに付与するために、上記固定手段によって上記巻線部分のずれた状態の固定を可能にするように構成され、
   直線でないピン部材（Ｄ４）の形態を有し、該ピン部材の端部は上記ばね（Ｒ４）の端部の巻線部分に導入されるように構成されていることを特徴とする装置。
2. 熱処理の間に直線状のコイルばねを曲げ加工する工程を備え、上記直線状のコイルばねから湾曲したコイルばねを製造する方法であって、上記曲げ加工工程では、仕上げ工程を実行する前に上記ばねの欠陥予防のために、ほぼらせんの一巻きの一部分の形態を上記ばねに付与することによって上記ばねを湾曲した状態に保つ製造方法を実施するための装置において、
   少なくとも上記ばねの端部の巻線部分を固定するための固定手段を備えており、
   ほぼらせんの一巻きの一部分の形態を上記ばねに付与するために、上記固定手段によって上記巻線部分のずれた状態の固定を可能にするように構成され、
   一方の端部が上記ばねの端部の巻線部分に導入されるように構成され且つ他方の自由端部が係止機構（１４）によって連結可能に構成された２つの部分（１２、１３）を有するピン部材（Ｄ５）の形態を有することを特徴とする装置。
3. 上記装置は、金属製で且つ熱処理されていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。

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