JP5707126B2 - コイルばね製造方法およびコイルばね製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、コイルばねを製造するコイルばね製造方法、およびその製造装置に関する。

内燃機関の弁ばねは、エンジン作動中に常に繰り返し荷重がかかり、不純物や傷など不均一な箇所が存在するとそこに応力が集中し、重大な事態が発生することがある。そのため弁ばねなどに使用されるコイルばねは、均質な材料と平滑な表面が必要とされ、コイル用線材を均質に製造する他、コイル用線材をコイリングした後、低温焼鈍、ショットピーニングなど多くの処理工程を経て製造されている。

一例としては、コイル用線材をコイリングマシンでコイル状に形成し、形成されたコイルを、切断機で所定の長さに切断する。所定の長さに形成されたコイルばねを焼鈍機で低温焼鈍し、研削機で端面を研削し、コイル軸に対して垂直に形成する。また端面の面取りを行い、挿入するブッシュとの干渉を防止する。その後、ショットピーニングを行う。更に低温処理を行い、へたり処理を行う。

普通車の内燃機関に使用される弁ばねのような、直径が１〜３ｃｍ程度で、長さが２〜１０ｃｍ程度の大きさのコイルばねは、従来、多数のコイルばねをまとめ、一括して処理を行っていた。例えばショットピーニングにおいては、ショットピーニングの処理容器内に多数のコイルばねを収容させ、コイルばねを攪拌させながらショットピーニング処理を行っていた。

また、特許文献１には、コイリングしながらコイルを所定の長さに切断するスプリングの製造方法と装置について記載されている。

特許第４３９１１５０号公報

従来各処理工程においては、それぞれの処理工程で処理形態が異なっており、処理を行うごとにコイルばねを処理工程にあった形態に整列させ、そして次の工程では、その工程の処理形態に合わせてコイルばねを整列させ、処理を行っていた。したがって製造ラインが複雑となり、また段取り作業の中などには重複する作業など無駄な作業も多く存在することが考えられている。

また、コイルばねを各処理工程でバッジ処理するため、ショットピーニング処理、熱処理、端面研削処理などの装置は、大型なものとなり、段取り変えや装置の補修整備などの作業が大がかりになり、大型の工具や多くの手間を要し、効率がよくない状態となっていた。

例えば、熱処理用の炉においては、多数のコイルばねを一括で処理するため、コイルばねを炉内に投入する際の温度低下や、搬入、搬出口からの放熱などを防止するため、炉の全長や全幅が大型化していた。

ショットピーニング装置においては、装置内部で微小な鉄球などのショットを高速で多数のコイルばねに衝突させるため、騒音が発生したり、粉塵などが装置の周囲に飛散することなどがあった。またショットピーニングにおいては、コイルばねどうしが重なるために、効率よくショットを当てることができず、全てのコイルばねにショットピーニングの処理を平均に施すために、多くの処理時間を要していた。

コイルばねの端面研削においては、上下に配した研削砥石で研削して端面の直角性を確保するため、研削装置のマガジン孔にコイルばねを個々に挿入する必要があり、段取りなどに多くの手間とコストがかかっていた。

本発明は、上記課題を解決し、効率よく処理が可能なコイルばね製造方法、およびコイルばね製造装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明はコイルばね製造方法、およびコイルばね製造装置を次のように構成した。

コイル用線材をカーリング（湾曲）させ、所望のコイルばねの複数分を連続してコイルばね基材としてコイリング手段で形成する。形成されたコイルばね基材を、コイルばね基材のコイル軸を搬送方向に沿わせて搬送路で搬送させる。搬送路に沿って配置された処理手段により、コイルばね基材に各処理を行う。搬送路の下流に切断手段を設け、所定の各処理が終了したコイルばね基材を、コイルばね基材のコイル軸に対して垂直な面で切断し、各コイルばねを形成することとした。

各処理手段においては、基本的にコイルばね基材は、その搬送方向を大きく変更することなく移動させることとする。コイルばね基材は、所望のコイルばねを、コイルばねの間に切断代のみを設けて連続して形成させても、コイル用線材を数巻き分巻いた中間部分を設けてコイルばねを形成させてもよい。中間部分は、ピッチを小さくして密に巻いた状態が好ましい。

本発明にかかるコイルばね製造方法、およびコイルばね製造装置は、次の効果を有する。

所望のコイルばねを複数連続させてコイルばね基材を形成し、このコイルばね基材を一単位として扱うので、コイルばねの各処理工程において複数のコイルばねを同時に処理でき、扱いが容易となる。コイルばねが、コイルばねのコイル軸を搬送方向に揃えた状態で搬送路上を搬送されるので、整列などの処理工程が簡易となる。

搬送路の下流にて、コイルばね基材が切断手段にて切断され、所定の長さのコイルばねが形成され、しかも、コイルばね基材がコイル軸の中心に対して垂直な面で切断されるので、コイルばねの端面処理が容易、簡素化される。

ラインを連続して構築できる。各処理手段を小型化できる。複数のコイルばねのセッチングを同時に行うことができる。

本発明の一実施形態にかかるコイルばね製造装置を示すブロック図である。 同コイルばね製造装置のコイリング装置を示す斜視図である。 同コイルばね製造装置におけるコイルばね基材を示す正面図である。 同コイルばね製造装置におけるコイルばね基材を示す正面図である。 同コイルばね製造装置におけるコイルばね基材の他の例を示す正面図である。 同コイルばね製造装置のショットピーニング装置を示す斜視図である。 同コイルばね製造装置の切断装置を示す斜視図である。 同コイルばね製造装置の切断装置の他の例を示す斜視図である。

本発明にかかるコイルばね製造装置の一実施形態について、図を用いて説明する。

図１に、コイルばね製造装置１０を示す。コイルばね製造装置１０は、コイル用線材供給装置１２と、コイリング手段としてのコイリング装置１４と、低温焼鈍炉１６と、ショットピーニング装置１８と、低温処理装置２０と、へたり処理装置２２と、切断手段としての切断装置２４と、搬送路２６などを備えて構成されている。

コイル用線材供給装置１２は、所定の径に形成されたコイル用線材２８をリールに巻回して保管している。コイル用線材供給装置１２は、適宜コイル用線材２８をコイリング装置１４に送り出す。

コイリング装置１４は、図２に示すようにコイリングピン３０とピッチプラグ３２と切断刃３４と送りローラ３５などを備え、コイル用線材供給装置１２から供給されてくるコイル用線材２８を、コイリングピン３０でカーリング（湾曲）させ、ピッチプラグ３２で所定量のピッチを付与し所望のコイルばねを成形する。コイリング装置１４は、コイリングピン３０とピッチプラグ３２を任意に設定可能で、所望の径、および所望のピッチのコイルばねを連続して成形する。

図３にコイリング装置１４により形成された、所望のコイルばね３６を複数連続させて形成した部材をコイルばね基材４０を示す。コイルばね基材４０には、図３に示すように２個の所望のコイルばね３６がコイル軸４１の方向に連続させて形成されている。コイルばね基材４０が形成された時点で切断刃３４が作動し、コイル用線材２８が切断刃３４により切断される。これにより、所望のコイルばね３６を所定量連続させた個々のコイルばね基材４０が形成される。尚、コイルばね基材４０に含まれるコイルばね３６の個数は、２個に限定するものではなく、更にコイルばね基材４０として個々に切断せず、コイルばね３６を連続して形成し、各処理装置に送るようにしてもよい。

低温焼鈍炉１６とコイリング装置１４とは、搬送路２６で接続されている。搬送路２６は、コイルばね基材４０を搬送する搬送路であり、コイルばね基材４０のコイル軸４１を搬送方向に沿わせてコイルばね基材４０を搬送する。搬送路２６は、並列に複数設けられていてもよい。以下、他の装置間を接続させている搬送路２６も、上記構成と同様な構成を有している。

低温焼鈍炉１６は、低温（３５０℃〜４３０℃程度）で加熱し金属を焼鈍させる炉であり、コイルばね基材４０を移動させる送り機構（図示せず。）を備え、コイリング装置１４で成形されたコイルばね基材４０を送り機構により移動させながら連続して焼鈍させる。

ショットピーニング装置１８は、図６に示すようにコイルばね基材４０を移動させる送り機構４２と、覆い部材４４と、噴射機構４６などから構成されている。送り機構４２は、２対のローラ４８からなりコイルばね基材４０を所定の速度で移動させる。覆い部材４４は、搬入口５０と搬出口５２とを有し、全体を覆うとともに搬入口５０からコイルばね基材４０を搬入させ、搬出口５２より搬出させる。噴射機構４６は、少なくとも噴射口５４が覆い部材４４の内部に設けられ、コイルばね基材４０に向けてショットを噴射させる。噴射口５４は、固定であっても、アームなどにより移動可能に構成されていてもよい。

ショットピーニング装置１８は、送り機構４２がコイルばね基材４０をコイルばね基材４０のコイル軸４１の方向に移動させながら、噴射口５４から所定の金属片や砂粒などからなるショットをコイルばね基材４０に吹き付け、コイルばね基材４０の全体にショットピーニング処理を行なわせる。

低温処理装置２０は、低温の加熱炉と、送り機構（いずれも図示せず。）とを備え、ショットピーニング装置１８でショットピーニング処理が終了したコイルばね基材４０を低温加熱（２３０℃程度）し、ショットピーニングにより付加された圧縮残留応力を損なわない範囲で、低下したコイルばね基材４０の弾性限度を回復させる。

へたり処理装置２２は、コイルばね基材４０に、コイルばね３６のばね作動方向にコイルばね３６の弾性限度以上の荷重を加え、予めへたりを与える装置である。へたり処理装置２２は、コイルばね基材４０を、コイルばね基材４０のコイル軸４１に沿った両側からコイル軸４１の方向に沿って圧縮荷重を加え、コイルばね基材４０を構成している所望の各コイルばね３６に所定の荷重によるへたりを与える。

切断装置２４は、図７に示すように円盤状の切断砥石６０を、コイルばね基材４０のコイル軸４１と垂直な面内に移動可能に備え、駆動機構６２で回転された切断砥石６０が前後進機構（図示せず。）により前後進自在に設けられている。切断装置２４は、切断砥石６０を前進させてコイルばね基材４０を切断し、また切断した端面をコイルばね基材４０のコイル軸４１に対して垂直な研削面に形成する。

図４に、切断装置２４によりコイルばね基材４０をコイル軸４１に対して垂直に切断し、２個のコイルばね３６を形成した状態を示す。コイルばね３６は、一方がコイル軸４１に対して垂直に切断された端面を有し、他方がコイル用線材２８をコイル用線材２８の中心軸に対して垂直に切断した断面を有する端面となっている。切断装置２４でコイルばね基材４０から個々に分割されたコイルばね３６は、コイルばね製造装置１０の端部に設けられた収納容器等（図示せず。）に収納される。

次に、コイルばね製造装置１０を用いたコイルばね製造方法について説明する。

コイル用線材２８を、コイル用線材供給装置１２からコイリング装置１４送り、コイリング装置１４で所定形状のコイル状に湾曲させる。コイリング装置１４は、コイル用線材２８をカーリングさせ、図３に示すように所望のコイルばね３６を２個分連続させたコイルばね基材４０を形成する。コイルばね基材４０は、前後両端に１〜２巻き分程度ピッチが密に巻かれた端部分４７と、コイルばね３６とコイルばね３６の間に、３巻き分程度ピッチが密に形成されている中間部分４３とを有して形成されている。尚コイルばね基材４０は、これに限らず、必要な形状であればよく、ピッチを等間隔に形成したものでもよい。コイル用線材２８は、コイリング装置１４により所定の数のコイルばね３６が形成されるごとに切断刃３４により切断される。

尚、コイルばね基材４０は、各処理工程において処理可能な長さであれば、長くしてもよい。更に処理が可能であれは、コイルばね基材４０として分割せず、コイルばね３６を連続させてもよい。またコイルばね３６の端面を座として用いる場合には、切断部分のピッチは密の方が好ましいが、コイルばね基材４０は、端部分４７など密巻き部分を形成せず、所定幅の切断代のみを設けコイルばね３６どうしを連続させて形成してもよい。

コイルばね基材４０が形成されると、搬送路２６により低温焼鈍炉１６に搬送される。コイルばね基材４０は、コイルばね基材４０のコイル軸４１の方向を搬送方向として、搬送路２６により搬送される。低温焼鈍炉１６にて、コイルばね基材４０は、所定の熱処理が行われる。

低温焼鈍炉１６で低温焼鈍が終了したコイルばね基材４０は、所定の温度に低下した後、ショットピーニング装置１８に送られる。ショットピーニング装置１８では、覆い部材４４内に設けられた噴射口５４から噴射されたショットにより、コイルばね基材４０がショットピーニング処理される。

ショットピーニング装置１８は、コイルばね基材４０が噴射口５４の前方を適宜移動することから、コイルばね基材４０の全体に効率よく、短時間でショットピーニングが行なわれる。尚ショットピーニング装置１８は、噴射口５４を複数設けてもよく、更に噴射口５４を移動可能に構成し、コイルばね基材４０に合わせて適宜移動させるようにしてもよい。

ショットピーニング装置１８によるショットピーニング処理が終了したなら、コイルばね基材４０を搬送路２６の作動に従って低温処理装置２０に移動させる。低温処理装置２０では、コイルばね基材４０は低温処理、例えば２３０℃程度の温度で所定時間加温される。低温処理装置２０による低温処理によりコイルばね基材４０は、ショットピーニング処理で低下した弾性限界が回復される。

低温処理装置２０で低温処理されたコイルばね基材は、搬送路２６の作動に従いへたり処理装置２２に送られる。へたり処理装置２２では、コイルばね基材４０は、コイルばね基材４０のコイル軸４１の方向に沿って全体が所定の荷重で圧縮される。荷重は、コイルばね基材４０を構成している各コイルばね３６が有する弾性限界以上の応力が各コイルばね３６に生じるように、コイルばね基材４０の全体に加えられる。へたり処理装置２２でのへたり処理（セッチング）は、冷間セッチング、熱間セッチング、ホスコート、クリープテンパー等のいずれでもよい。

上記各処理工程が終了すると、切断装置２４がコイルばね基材４０を切断する。切断装置２４は、切断砥石６０を回転させ、コイルばね基材４０を所望のコイルばね３６ごとに図４に示すように切断する。切断装置２４によるコイルばね基材４０の切断は、コイルばね基材４０のコイル軸４１と垂直な面内で行われる。また切断装置２４は、コイルばね基材４０から分割された各コイルばね３６の端面を、切断砥石６０による研削面として形成する。

したがって、コイルばね製造装置１０によれば、各処理工程を搬送路２６で接続させ、連続したラインで製造装置を構築できる。コイルばね基材４０を各処理工程における一単位として処理するので、コイルばね３６が絡むことがなく、各処理工程におけるコイルばね基材４０の取り扱いが容易となる。

多量のコイルばね３６に対してショットピーニングする必要がなくなるので、ショットピーニング装置１８を小型化できる。大型の熱処理装置が不要となり、小型炉、あるいは高周波加熱装置のような熱処理装置を利用し、小型化できる。

コイルばね３６を弁ばねとして用いる場合、平ワッシャをコイルばね３６の端面に接着などにより取り付けることにより、従来用いられていたブッシュを省略でき構造を簡素化することができる。更にブッシュを省略させることにより、従来行っていたブッシュをコイルばねに挿入するためにコイルばね３６の内面に生じていたばりを除去する面取り処理が不要となる。コイルばね基材４０を一単位としてセッチングすることにより、複数のコイルばね３６を同時にへたり処理（セッチング処理）することが可能となる。

更にばねの許容応力を上げる熱処理工程を組み入れることにより、高価な高張力線材に代えて安価な硬引き線をコイル用線材として利用可能となり、コストを低減させることができる。

各コイルばね基材４０は、コイルばね基材４０のコイル軸４１の方向を進行方向に沿わせて搬送路２６を移動させるので、多数のコイルばね３６を整列させるなどの処理が不要となり処理が容易となる。コイルばね３６は、コイルばね基材４０をコイル軸４１に垂直な面で切断して形成されるので、端面が垂直面となり、しかも切断砥石６０を用いた場合は端面が研削面となり、コイルばね３６の端面に座を形成するための後処理が簡易になる。

尚、コイルばね基材４０の切断は切断砥石６０に限らず、例えばレーザー加工機などのレーザー光を用いた切断加工であってもよい。この場合は、切断した端面にレーザー加工の跡が残ることから、レーザー加工した後の端面を、研削機等により若干研削することが好ましい。

更に上記例では、コイルばね３６の一方のみをコイル軸４１に対して垂直に形成したが、図５に示すように前後両端面をコイル軸４１に対して垂直に形成してもよい。その場合、一台の切断装置２４により、コイルばね基材４０を送りながら切断しても、切断装置２４を３台設置し、コイルばね基材４０を一時に切断するようにしてもよい。

次に、コイルばね３６の他の製造方法の一例について説明する。図８に、コイルばね３６を５個分連続して形成したコイルばね基材４５と、コイルばね基材４５を切断する切断装置２５を示す。

コイルばね基材４５は、前後端にそれぞれ端部分４７を備え、前後の端部分４７の間に中間部分４３を４箇所設けてコイルばね３６を５個分有するように形成されている。切断装置２５は、所定の間隔で設置された切断装置２４を６台備えている。各切断装置２４は、コイルばね基材４５の切断箇所に対応させて設置されている。すなわち、端部分４７に対応させて切断装置２４を２台設置し、各中間部分４３に対応させて切断装置２４を４台設置させてある。

上記例の切断装置２５を備えたコイルばね製造装置１０では、５個分のコイルばね３６を各処理装置において一時に処理し、切断装置２５により、５個のコイルばね３６に切断分割することにより、効率よく同一形状のコイルばね３６を製造できる。

尚、上記例では、コイルばね３６を２個、あるいは５個連続させてコイルばね基材４０を形成したが、本発明は連続させるコイルばね３６の個数は特に限定しない。また、ばね形状等により切断に要する加工時間が長くならないものは、複数同時切断をしなくても良い場合もあり、切断加工機やレーザー加工機の設置台数は特に規定しない。

更に、例えば１０個のコイルばねを含むコイルばね基材を、５個のコイルばね分ずつ２回に分けて切断するなど、複数のコイルばねを含むコイルばね基材を、同時に一括して切断せず、複数回に分割して切断してもよい。その場合、コイルばね基材に含まれるコイルばねの個数の整数分の１の台数の切断装置２４を設置するのが、整数回の切断処理で、コイルばね基材の全体をあまりなく切断できることから好ましい。

更に、コイル用線材２８によりコイルばね３６を連続して形成した場合は、ラインスタート時、つまりコイリングの先端に形成されたコイルばね部分を切断し破棄するようにすれば、切断装置２４を、コイルばね３６の個数＋１でなく、コイルばね３６の個数分の切断装置２４を設置して、連続して同一形状のコイルばね３６を形成することができる。

本発明は、コイルばねを製造するコイルばね製造方法、およびコイルばね製造装置に利用できる。
以下、本出願の出願当初にかかる特許請求の範囲に記載された内容を付記する。
［１］
コイル用線材をコイリング装置で湾曲させ、所望のコイルばねを、コイル軸方向に沿って連続して複数有するコイルばね基材を形成し、
前記コイルばね基材を、該コイルばね基材のコイル軸に沿った方向を進行方向として処理装置に搬送させ、
前記コイルばね基材に所定の処理を施した後、前記コイルばね基材を、該コイルばね基材のコイル軸に対して垂直な面で切断して、前記コイルばねに分離することを特徴とするコイルばね製造方法。
［２］
コイル用線材を湾曲させ、複数のコイルばねをコイル軸方向に連続させたコイルばね基材を形成するコイリング手段と、
前記コイルばね基材を、該コイルばね基材のコイル軸に沿って搬送する搬送路と、
前記搬送路に沿って配置され、前記コイルばね基材に所定の処理を施す処理手段と、
前記搬送路の下流に設けられ、前記コイルばね基材を、該コイルばね基材のコイル軸に対して垂直な面で切断する切断手段と、から構成したことを特徴とするコイルばね製造装置。
［３］
前記コイルばね基材は、前記コイルばねと前記コイルばねとの間の中間部分のピッチ間隔が、前記コイルばねのピッチ間隔より狭められていることを特徴とする２に記載のコイルばね製造装置。
［４］
前記切断手段を、コイルばね基材を切断して形成される前記コイルばねの本数＋１の台数としたことを特徴とする請求項２または３に記載のコイルばね製造装置。
［５］
前記切断手段を、コイルばね基材を切断して形成される前記コイルばねの本数の整数分の１の台数としたことを特徴とする２または３に記載のコイルばね製造装置。

１０…製造装置 １２…コイル用線材供給装置 １４…コイリング装置 １６…低温焼鈍炉 １８…ショットピーニング装置 ２０…低温処理装置 ２２…処理装置 ２４…切断装置 ２６…搬送路 ２８…コイル用線材 ３０…コイリングピン ３２…ピッチプラグ ３４…切断刃 ４０、４５…コイルばね基材 ４１…コイル軸 ４２…送り機構 ４３…中間部分 ４４…覆い部材 ４６…噴射機構 ４７…端部分 ４８…ローラ ５０…搬入口 ５２…搬出口 ５４…噴射口 ６０…切断砥石 ６２…駆動機構

Claims (5)

1. コイル用線材をコイリング装置で湾曲させ、前記コイル用線材から複数の所望のコイルばねをコイル軸方向に沿って連続して有するコイルばね基材を形成し、
   焼鈍炉、及び前記焼鈍炉に続けて設けられ、前記コイルばね基材を前記コイル軸に沿った方向を進行方向として進行させながら、前記コイルばね基材にショットを吹き付けるショットピーニング装置を含む、前記所望のコイルばねに所定の処理を行う処理装置に、前記コイルばね基材を、前記コイル軸に沿った方向を進行方向にして順次搬送し、
   前記焼鈍炉、及び前記ショットピーニング装置を含む前記各処理装置における前記コイルばね基材への所定の処理を全て終了させた後、前記コイルばね基材を前記コイル軸に対して垂直な面で切断し、前記コイルばね基材を複数の所望の前記コイルばねに分離することを特徴とするコイルばね製造方法。
2. コイル用線材を湾曲させ、前記コイル用線材から複数の所望のコイルばねをコイル軸方向に連続して有するコイルばね基材を形成するコイリング手段と、
   前記コイリング手段から前記コイルばね基材を、前記コイルばね基材を形成した際の前記コイル軸に沿った方向を搬送方向として搬送する搬送路と、
   前記搬送路に沿って配置され、焼鈍炉、及び前記焼鈍炉に続けて設けられ、前記コイルばね基材を前記コイル軸に沿った方向を進行方向として進行させながら、前記コイルばね基材にショットを吹き付けるショットピーニング装置を含む、前記コイルばね基材に所定の処理を施す処理手段と、
   全ての前記処理手段の下流に設けられ、前記各処理手段による処理が全て終了した前記コイルばね基材を、該コイルばね基材の前記コイル軸に対して垂直な面で切断する切断手段と、を備えたことを特徴とするコイルばね製造装置。
3. 前記コイルばね基材は、前記コイルばねと前記コイルばねとの間の中間部分のピッチ間隔が、前記コイルばねのピッチ間隔より狭めら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製造装置。
4. 前記切断手段を、コイルばね基材を切断して形成される前記コイルばねの本数＋１の台数としたことを特徴とする請求項２または３に記載のコイルばね製造装置。
5. 前記切断手段を、コイルばね基材を切断して形成される前記コイルばねの本数の、前記本数以下の整数の整数分の１で、かつその整数分の１の数が整数となる数の台数としたことを特徴とする請求項２または３に記載のコイルばね製造装置。

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