JP5339540B2 - 中空コイルばねおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、中空コイルばねおよびその製造方法に係り、特に中空コイルばねの端部封止方法に関する。

自動車等の車両の軽量化を図るために、ばね部品として中空コイルばねを用いることが提案されている（たとえば特許文献１）。特許文献１の中空コイルばねは、たとえば熱間静水圧押し出し工程、皮削り工程、圧延工程、コイル成形工程、熱処理工程、端面研削工程、表面処理工程、セッチング工程、および、塗装工程を順次行うことにより製造される。熱間静水圧押し出し工程では、シームレスのばね鋼管を形成している。中空コイルばねでは、シームレスのばね鋼管等のばね材を用いているから、ねじり応力および曲げ応力に対する疲労強度の向上を図ることができる。

特開２００７−１２７２２７号公報

しかしながら、従来の中空コイルばねでは、最終工程において、樹脂等を用いて端部を封止しているため、次のような問題が生じる虞があった。表面処理工程では、中空状のばね材の内面の傷の除去を行っており、その後に直ちに封止しない場合、その内面では腐食が生じてしまう。また、塗装工程では、塗装液の乾燥のために焼付処理を行ったとき、ばね材の内部が温められ、内面に付着していた塗装液等の材料が気化し、端部付近で液だれが生じてしまい、製品外観が損なわれる。

このように中空コイルばねの製造では、中実コイルばねの場合にはなかった特有の問題が生じる虞がある。

したがって、本発明は、内面の腐食を防止することができ、かつ製品外観を良好とすることができる中空コイルばねおよびその製造方法を提供することを目的としている。

本発明者は、上記不具合を解消するために、中空状のばね材の内面に研磨等の表面処理を行う表面処理工程後、他の工程を行う前に、ばね材の両端部を封止することを見出し、各種封止方法について検討した。たとえば、板状の蓋部材をばね材の端部に別途設け、その蓋部材を端部に溶接する手法や、ねじ部を有する蓋部材をばね材の端部に別途設け、ねじ部をばね材の端部に螺合させる手法を試みた。この場合、コイル成形工程において、蓋部材を設けた端部をチャック部により把持してばね材をロッドに巻き付けるとき、蓋部材が潰れるため、蓋部材とばね材の端部との間に隙間が形成され、上記不具合が生じた。

これに対して、中空状のばね材の端部の肉を加工により集めて封止する手法では、上記不具合が生じないことを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明の中空コイルばねの製造方法は、車両のばね部品として用いられる中空コイルばねの製造方法において、中空状のばね材と工具とを相対的に回転させることによりばね材の端部の肉を加工により集めて、端部を封止する端部封止工程と、端部封止工程後に、ばね材をコイル状に成形するコイル成形工程とを含み、端部封止工程では、ばね材の端部の形状を半球形状に設定することを特徴とする。

本発明の中空コイルばねの製造方法では、たとえば中空状のばね材に内表面処理工程を行う場合、その直ぐ後に端部封止工程を行うことにより、ばね材の内面の腐食を防止することができる。また、端部封止工程では、ばね材の端部の肉を加工により集めて端部を封止しており、蓋部材等の別部材を用いる必要がない。したがって、端部封止工程後のコイル成形工程において、ばね材の端部をチャック部により把持してばね材をロッドに巻き付ける場合でも、ばね材の端部での隙間形成を防止することができ、封止効果を十分に得ることができる。

また、コイル成形工程後に塗装工程を行っても、ばね材の端部が十分に封止されているから、ばね材の内部への塗装液等の侵入を防止することができる。これにより、端部付近での液だれ発生を防止することができるから、製品外観を良好とすることができる。さらに、ばね材の端部の形状を半球形状に設定することもできるから、端部には角部が形成されず、設計上有利となる。しかも、端部の応力的耐圧強度が増すので、チャック等で端部を保持した際に潰れることを防止することができる。

以上のように中空コイルばねの製造で生じる従来技術の不具合を解決することができるから、中実コイルばねの場合と同様に扱うことができるとともに、設計上有利な効果を得ることができる。

本発明の中空コイルばねの製造方法は種々の構成を用いることができる。たとえば加工としてスピニング加工を行うことができる。スピニング加工の際、ばね材の端部を加熱してもよいし、加熱しなくてもよい。

本発明の中空コイルばねは、本発明の中空コイルばねの製造方法により製造されることを特徴とする。

本発明の中空コイルばねあるいはその製造方法によれば、内面の腐食を防止することができ、かつ製品外観を良好とすることができるとともに、製造時に中実コイルばねと同様に扱うことができる等の効果を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る中空コイルばねの製造方法の各工程を表すフロー図である。 本発明の一実施形態に係る中空コイルばねの製造方法の端部封止工程で行うスピニング加工を説明するための軸線方向断面図である。 図２に示す端部封止工程により得られたばね材の端部の拡大構成を表す軸線方向断面図である。

（１）中空コイルばねの製造方法の概略
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る中空コイルばねの製造方法の工程を表すフロー図である。中空コイルばねは、たとえば図１に示すように、熱間静水圧押し出し工程Ｓ１、皮削り工程Ｓ２、圧延工程Ｓ３、内表面処理工程Ｓ４、端部封止工程Ｓ５、コイル成形工程Ｓ６、熱処理工程Ｓ７、外表面処理工程Ｓ８、セッチング工程Ｓ９、および、塗装工程Ｓ１０を順次行うことにより製造される。本実施形態では、本発明の主要工程である端部封止工程Ｓ５について詳述し、それ以外の工程の説明は簡略化する。

熱間静水圧押し出し工程Ｓ１では、たとえば直線状でかつ中空状のばね材（たとえばシームレスのばね鋼管）を形成する直管形成工程である。皮削り工程Ｓ２では、熱間静水圧押し出し工程Ｓ１で得られたばね材の少なくとも外面を研削して、表面の脱炭を行うとともに微小な傷を削り取ることにより、表面性状を高める。圧延工程Ｓ３では、ばね材を圧延により伸ばす。内表面処理工程Ｓ４では、ばね材の内面に向けて研磨材を吐出して吸引するブラスト処理を行うことにより、ばね材の内面を研磨する。

端部封止工程Ｓ５では、ばね材の端部の肉を加工により集めて端部を封止する。端部封止工程Ｓ５では、後で詳述するように、加工としてスピニング加工を行うことが好適である。コイル成形工程Ｓ６では、ばね材の一端部を把持したチャック部がロッドの外周部を回転しながらロッドの軸線方向に移動して、ばね材をロッドに巻き付けることにより、コイル状の中空体を形成する。この場合、端部封止工程Ｓ５でばね材の端部は封止されているから、その端部をチャック部により把持するために端部の形状の工夫をする必要がなく、中実のばね材と同様に扱うことができる。

熱処理工程Ｓ７では、中空体に焼き入れ・焼き戻しを行うことにより、中空体にばねとしての弾性を付与する。外表面処理工程Ｓ８では、中空体の外表面にショットピーニングを行うことにより、圧縮残留応力を付与する。セッチング工程Ｓ９では、中空体を圧縮した後に解放することにより、ばねとしてのへたりを防止する。塗装工程Ｓ１０では、中空体に粉体塗装を行う。

以上のような熱間静水圧押し出し工程Ｓ１、皮削り工程Ｓ２、圧延工程Ｓ３、コイル成形工程Ｓ６、熱処理工程Ｓ７、外表面処理工程Ｓ８、セッチング工程Ｓ９、および、塗装工程Ｓ１０は、従来技術により行うことができる。内表面処理工程Ｓ４は、たとえば本出願人が提案している内面研磨手法を用いることが好適である。

内表面処理工程Ｓ４では、第１ブラスト処理および第２ブラスト処理を順次行う。第１ブラスト処理では、研磨材を、ばね材の一端部の開口部へ吐出するとともに他端部の開口部から吸引し、第２ブラスト処理では、研磨材を、ばね材の他端部の開口部へ吐出するとともに一端部の開口部から吸引することが好適である。内表面処理工程Ｓ４では、上記手法の代わりに、電解液を用いて電磁気的に研磨を行う方法や、ダイヤをまぶした回転ブラシで削る方法、磁性粉末を用いて研磨を行う磁性ビーム法等を用いることができる。

（２）端部封止工程
本発明の主要工程である端部封止工程Ｓ５のスピニング加工について、図２、３を参照して説明する。

たとえば端部封止工程Ｓ５のスピニング加工は、内表面処理工程Ｓ４を行った後、直ぐに行う。スピニング加工では、たとえば図２に示すように、ばね材Ｗを回転部（図示略）に固定し、回転部によってばね材Ｗを軸線Ｏ回りに回転させる。次いで、回転状態にあるばね材Ｗの径方向内側（図の矢印方向）に向けて絞り用ローラＲを移動し、ばね材Ｗの端部Ｗａの外周部に絞り用ローラＲを当接させる。

続いて、絞り用ローラＲによってばね材Ｗの端部Ｗａを径方向内側に向かって押圧しながら、必要に応じて適宜絞り用ローラＲを軸線方向に移動させる。これにより、ばね材Ｗの端部Ｗａは、塑性変形をして縮径し、図３に示すように、最終的に閉塞される。なお、スピニング加工では、ばね材Ｗの端部Ｗａを加熱してもよいし、加熱しなくてもよい。このような端部封止工程Ｓ５をばね材Ｗの両端部に行うことにより、その両端部を封止する。

以上のように本実施形態では、たとえば内表面処理工程Ｓ４後に端部封止工程Ｓ５を行うことができるから、ばね材Ｗの内面の腐食を防止することができる。また、端部封止工程Ｓ５では、ばね材Ｗの端部Ｗａの肉を加工により集めて端部Ｗａを封止しており、蓋部材等の別部材を用いる必要がない。したがって、端部封止工程Ｓ５後のコイル成形工程Ｓ６において、ばね材Ｗの端部Ｗａをチャック部により把持してばね材Ｗをロッドに巻き付ける場合でも、ばね材Ｗの端部Ｗａでの隙間形成を防止することができ、封止効果を十分に得ることができる。

また、コイル成形工程Ｓ６後に塗装工程Ｓ１０を行っても、ばね材Ｗの端部Ｗａが十分に封止されているから、ばね材Ｗの内部への塗装液等の侵入を防止することができる。これにより、端部Ｗａ付近での液だれ発生を防止することができるから、製品外観を良好とすることができる。さらに、ばね材Ｗの端部Ｗａの形状を半球形状に設定することもできるから、端部Ｗａには角部が形成されず、設計上有利となる。しかも、端部Ｗａの応力的耐圧強度が増すので、チャック等で端部Ｗａを保持した際に潰れることを防止することができる。

以上のように中空コイルばねの製造で生じる従来の不具合を解決することができるから、中実コイルばねの場合と同様に扱うことができるとともに、設計上有利な効果を得ることができる。

上記実施形態を用いて本発明について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。たとえば上記実施形態では、端部封止工程Ｓ５でスピニング加工を用いたが、これに限定されるものではなく、スピニング加工の代わりに、ばね材Ｗの端部Ｗａの肉を集めて端部Ｗａを封止することができる他の加工技術を用いてもよい。

Ｗ…ばね材，Ｗａ…端部、Ｒ…絞り用ローラ

Claims (3)

1. 車両のばね部品として用いられる中空コイルばねの製造方法において、
   中空状のばね材と工具とを相対的に回転させることにより前記ばね材の端部の肉を加工により集めて、前記端部を封止する端部封止工程と、
   前記端部封止工程後に、前記ばね材をコイル状に成形するコイル成形工程とを含み、
   前記端部封止工程では、前記ばね材の前記端部の形状を半球形状に設定することを特徴とする中空コイルばねの製造方法。
2. 前記端部封止工程では、前記加工としてスピニング加工を行うことを特徴とする請求項１に記載の中空コイルばねの製造方法。
3. 請求項１または２に記載の製造方法により製造されることを特徴とする中空コイルばね。
   

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