JP5855600B2 - アーク状コイルスプリングの製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、クラッチディスク等の円周方向に撓みを伴う部分に使用されるアーク状コイルスプリングの製造装置に関する。

例えば、スプリング型クラッチディスクは、ハブとディスクとの間に装着されたコイルスプリングによってトルクを伝達すると共に、クラッチ接続時の緩衝および動力伝達系での振動防止作用を行う。このスプリング型クラッチディスクのコイルスプリングは、図１３に示すように、クラッチディスク５１の片面円周方向に沿って複数（図示例では６個）形成されたアーク状のスプリング溝５２内に嵌合される。

スプリング溝５２に嵌合される前の自由状態のコイルスプリング５３は直線状をなしているため、この直線状のコイルスプリング５３をそのままアーク状のスプリング溝５２に嵌合すると、コイルスプリング５３の外周面とスプリング溝５２の内壁面との間の特にＡ点で強い摩擦抵抗が生じる。この摩擦抵抗はクラッチディスク５１の径が小さい程、すなわち、アーク状のスプリング溝５２の曲率半径が小さい程大きくなり、摩擦抵抗の大きさ如何によってはコイルスプリング５３の外周面やクラッチディスク５１のスプリング溝５２の内壁面に傷が付いてコイルスプリング５３の機能が低下する恐れがある。

このため、コイルスプリング５３を所謂アークスプリング化して摩擦抵抗を低減させることが知られている。従来のアークスプリング化する方法として、図１４に示すような製造方法が知られている。

このアーク状コイルスプリングの製造方法は、直線状のコイルスプリング５３のコイル内径側にアーク状の断面円形の芯金５４を挿入することによってばねを湾曲した状態で、約３５０℃〜４５０℃で３０分〜６０分の低温焼鈍処理、所謂クリープテンパーを施すことにより、一定の曲率半径を有するアーク状のコイルスプリングを成形するというものである（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００７−２６８５７３号公報

然しながら、この従来の製造方法では、直線状のコイルスプリング５３のコイル内径側にアーク状の芯金５４を１本毎挿入する必要があると共に、アーク状のコイルスプリングの曲率半径に対応して芯金５４をそれぞれ準備する必要があるため、作業が煩雑となり作業効率が悪くなるだけでなく、芯金５４の管理コストが嵩み、製造コスト高を招来するという問題があった。

本発明は、各種の曲率半径に自在に対応できると共に、作業効率を向上させて低コスト化を図り、量産に好適なアーク状コイルスプリングの製造装置を提供することを目的とする。

係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１記載の発明は、直線状のコイルスプリングを湾曲した状態で保持し、所定の温度と時間で低温焼鈍処理することにより、一定の曲率半径を有するアーク状コイルスプリングを成形する製造装置において、前記アーク状コイルスプリングに対応する曲率半径に形成された内周面を有し、前記直線状のコイルスプリングを収容する円弧状の固定受け金具と、この固定受け金具内に進退し、前記固定受け金具の曲率半径より小さく設定された曲率半径からなる外周面を有する円筒状の可動押圧金具と、この可動押圧金具に当接され、当該可動押圧金具を前記コイルスプリングに向けて押圧する駆動部と、を備え、前記可動押圧金具の端面の略中心部にピンが立設され、前記固定受け金具の端面にロックアームが取外し自在に固定されると共に、このロックアームの軸方向所定の位置に前記ピンに係止させるための凹所が形成され、このロックアームによって前記可動押圧金具と固定受け金具間の距離が保持された状態で、前記コイルスプリングが所定の温度と時間で低温焼鈍処理される。

このように、直線状のコイルスプリングを湾曲した状態で保持し、所定の温度と時間で低温焼鈍処理することにより、一定の曲率半径を有するアーク状コイルスプリングを成形する製造装置において、アーク状コイルスプリングに対応する曲率半径に形成された内周面を有し、直線状のコイルスプリングを収容する円弧状の固定受け金具と、この固定受け金具内に進退し、固定受け金具の曲率半径より小さく設定された曲率半径からなる外周面を有する円筒状の可動押圧金具と、この可動押圧金具に当接され、当該可動押圧金具をコイルスプリングに向けて押圧する駆動部と、を備え、可動押圧金具の端面の略中心部にピンが立設され、固定受け金具の端面にロックアームが取外し自在に固定されると共に、このロックアームの軸方向所定の位置にピンに係止させるための凹所が形成され、このロックアームによって可動押圧金具と固定受け金具間の距離が保持された状態で、コイルスプリングが所定の温度と時間で低温焼鈍処理されるので、各種のアーク状コイルスプリングの曲率半径に自在に対応できると共に、作業効率を向上させて低コスト化を図り、量産に好適なアーク状コイルスプリングの製造装置を提供することができる。

好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記ピンとロックアームが前記可動押圧金具と固定受け金具の両端面にそれぞれ設けられていれば、加工中の可動押圧金具の両端面の不均衡を解消することができる。

また、請求項３に記載の発明のように、前記固定受け金具の内周面に前記コイルスプリングの規制手段が設けられていれば、コイルスプリングの動きを規制することができ、多様な仕様のコイルスプリングを加工することができると共に、コイルスプリングの位置決め精度と加工精度が向上し、製品精度を高めることができる。

また、請求項４に記載の発明のように、前記ロックアームが前記固定受け金具の端面に枢軸を介して揺動自在に取り付けられると共に、このロックアームの凹所が前記ピンの外径よりも僅かに大きく設定された矩形状の挿入溝と、この挿入溝の上部側に形成された円弧状の凹溝で構成されていれば、加工中に緩みが生じるのを防止し、量産時の加工効率を向上させることができる。

また、請求項５に記載の発明のように、前記ロックアームの凹所が軸方向に延び、前記ピンの外径よりも僅かに大きく設定された長窓で構成されていれば、可動押圧金具の任意な高さ調整ができ、アーク状コイルスプリングの適正な曲率半径を設定することができる。

また、請求項６に記載の発明のように、前記可動押圧金具が楕円形に形成され、その短軸側の曲率半径が前記固定受け金具の内周面の曲率半径よりも小さく、長軸側の曲率半径が前記固定受け金具の曲率半径よりも大きく設定されていれば、湾曲したコイルスプリングの両端部の曲率半径を中央部の曲率半径よりも僅かに小さく形成することができ、熱処理後にコイルスプリングの両端部が応力の解放によって変形するようなことがあっても、所望の均一な曲率半径からなるアーク状コイルスプリングを提供することができる。

本発明に係るアーク状コイルスプリングの製造装置は、直線状のコイルスプリングを湾曲した状態で保持し、所定の温度と時間で低温焼鈍処理することにより、一定の曲率半径を有するアーク状コイルスプリングを成形する製造装置において、前記アーク状コイルスプリングに対応する曲率半径に形成された内周面を有し、前記直線状のコイルスプリングを収容する円弧状の固定受け金具と、この固定受け金具内に進退し、前記固定受け金具の曲率半径より小さく設定された曲率半径からなる外周面を有する円筒状の可動押圧金具と、この可動押圧金具に当接され、当該可動押圧金具を前記コイルスプリングに向けて押圧する駆動部と、を備え、前記可動押圧金具の端面の略中心部にピンが立設され、前記固定受け金具の端面にロックアームが取外し自在に固定されると共に、このロックアームの軸方向所定の位置に前記ピンに係止させるための凹所が形成され、このロックアームによって前記可動押圧金具と固定受け金具間の距離が保持された状態で、前記コイルスプリングが所定の温度と時間で低温焼鈍処理されるので、各種のアーク状コイルスプリングの曲率半径に自在に対応できると共に、作業効率を向上させて低コスト化を図り、量産に好適なアーク状コイルスプリングの製造装置を提供することができる。

本発明に係るアーク状コイルスプリングの製造装置の一実施形態を示す分解斜視図である。 （ａ）は、図１のアーク状コイルスプリングの製造装置の正面図、（ｂ）は、（ａ）の平面図である。 図２の変形例を示し、（ａ）は、アーク状コイルスプリングの製造装置の正面図、（ｂ）は、（ａ）の平面図である。 図３の斜視図である。 図３（ａ）のＶ−Ｖ線に沿った横断面図である。 本発明に係る可動押圧金具の位置決め機構を示す正面図である。 図６の変形例を示す正面図である。 （ａ）は、可動押圧金具のピンにロックアームが係止された状態を示す説明図、（ｂ）は、（ａ）の係止部を示す要部拡大図である。 （ａ）は、可動押圧金具のピンにロックアームが固定された状態を示す説明図、（ｂ）は、（ａ）のロックアームの固定部を示す要部拡大図である。 熱処理後にピンからロックアームを解除した状態を示す説明図である。 図１０のワークが可動押圧金具から解放された状態を示す説明図である。 図１の可動押圧金具の変形例を示す正面図である。 クラッチディスクを示す正面図である。 従来のアーク状コイルスプリングの製造方法を示す説明図である。

直線状のコイルスプリングを湾曲した状態で保持し、所定の温度と時間で低温焼鈍処理することにより、一定の曲率半径を有するアーク状コイルスプリングを成形する製造装置において、前記アーク状コイルスプリングに対応する曲率半径に形成された内周面を有し、前記直線状のコイルスプリングを収容する円弧状の固定受け金具と、この固定受け金具内に進退し、前記固定受け金具の曲率半径より小さく設定された曲率半径からなる外周面を有する円筒状の可動押圧金具と、この可動押圧金具に当接され、当該可動押圧金具を前記コイルスプリングに向けて押圧する駆動部と、を備え、前記可動押圧金具の両端面の略中心部にブラケットを介してピンが立設され、前記固定受け金具の両端面にロックアームが枢軸を介して揺動自在に固定されると共に、このロックアームの軸方向所定の位置に前記ピンに係止させるための凹所が形成され、この凹所が前記ピンの外径よりも僅かに大きく設定された矩形状の挿入溝と、この挿入溝の上部側に形成された円弧状の凹溝で構成され、当該ロックアームによって前記可動押圧金具と固定受け金具間の距離が保持された状態で、前記コイルスプリングが所定の温度と時間で低温焼鈍処理される。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係るアーク状コイルスプリングの製造装置の一実施形態を示す分解斜視図、図２（ａ）は、図１のアーク状コイルスプリングの製造装置の正面図、（ｂ）は、（ａ）の平面図、図３は、図２の変形例を示し、（ａ）は、アーク状コイルスプリングの製造装置の正面図、（ｂ）は、（ａ）の平面図、図４は、図３の斜視図、図５は、図３（ａ）のＶ−Ｖ線に沿った横断面図、図６は、本発明に係る可動押圧金具の位置決め機構を示す正面図、図７は、図６の変形例を示す正面図、図８（ａ）は、可動押圧金具のピンにロックアームが係止された状態を示す説明図、（ｂ）は、（ａ）の係止部を示す要部拡大図、図９（ａ）は、可動押圧金具のピンにロックアームが固定された状態を示す説明図、（ｂ）は、（ａ）の固定部を示す要部拡大図、図１０は、熱処理後にピンからロックアームを解除した状態を示す説明図、図１１は、図１０のワークが可動押圧金具から解放された状態を示す説明図、図１２は、図１の可動押圧金具の変形例を示す正面図である。

図１は、本発明に係るアーク状コイルスプリングの製造装置を示している。この製造装置は、基台１に固定される円弧状の支持金具２と、この支持金具２に嵌合され、直線状のコイルスプリング（以下、ワークという）Ｗを収容する円弧状の固定受け金具３と、駆動部となる図示しないエアシリンダー（またはフットプレス）の上下動に伴い、この固定受け金具３内に進退する円筒状の可動押圧金具（圧力体）４を主たる構成としている。

支持金具２は、図２（ａ）に示すように、円筒のパイプを軸線方向に切断したような、断面が略半円形に形成され、基台１に一体固定されている。そして、この支持金具２に固定受け金具３が取外し自在に嵌合されている。固定受け金具３の内周面３ａは、後述するアーク状コイルスプリングの曲率半径になるように形成され、（ｂ）に示すように、この内周面３ａ上にワークＷが複数（ここでは、１０個）整列される。また、固定受け金具３の内周面３ａには、軸方向に沿ってワークＷの規制手段となる一対の規制壁５、５が凸設され、工程中にワークＷが周方向に沿って移動するのを防止している。

なお、ワークＷの規制手段は、このような一対の規制壁５、５に限らず、図３、４に示すようなものでも良い。この規制手段は、図３（ｂ）および図４に示すように、円弧状の固定受け金具６の内周面６ａに形成された複数のポケット７、７からなる。このポケット７は矩形状に形成され、図５に示すように、ポケット７、７間の畝部７ａは、先端部が断面円弧状に形成され、ワークＷがスムーズに挿入され易くなっている。そして、可動押圧金具４の下降によって湾曲されたワークＷをこのポケット７内に収容することによって、ワークＷを、固定受け金具６の軸方向および周方向に動きを規制することができる。これにより、多様な仕様のワークＷを加工することができると共に、ワークＷの位置決め精度と加工精度が向上し、製品精度を高めることができる。

図６に本発明に係る可動押圧金具４の位置決め機構を示す。固定受け金具３の両端面にはロックアーム８が枢軸９を介して揺動自在に取り付けられている。一方、可動押圧金具４の両端面にはブラケット１０が設けられ、このブラケット１０の軸方向の略中央部にピン１１が立設されている。ロックアーム８にはブラケット１０のピン１１に係止させるための凹所１２が形成されている。この凹所１２はピン１１の外径よりも僅かに大きく設定された矩形状の挿入溝１２ａと、この挿入溝１２ａの一方に円弧状の凹溝１２ｂが形成されている。なお、凹溝１２ｂはロックアーム８の先端部側に形成されている。このように、可動押圧金具４の両端面にブラケット１０が立設され、これらのブラケット１０にロックアーム８が係止されるピン１１がそれぞれ設けられているので、加工中の可動押圧金具４の両端面の不均衡を解消することができる。

ここで、可動押圧金具４の位置決め機構としては、これ以外にも、図７に示すような機構を例示することができる。可動押圧金具４の両端面の略中央部にピン１１が立設されている一方、固定受け金具３（基台１または支持金具２）の両端面にはロックアーム１３が取り付けられている。このロックアーム１３にはピン１１に係止させるための長窓１３ａが所定長さに形成されている。この長窓１３ａはピン１１の外径よりも僅かに大きく設定され、ロックアーム１３の先端部側に軸方向に延びている。そして、後述する可動押圧金具４の高さ調整（位置決め）を自在にすることができる。すなわち、この長窓１３ａが形成されたロックアーム１３を採用することにより、可動押圧金具４の任意な高さ調整ができ、アーク状コイルスプリングの適正な曲率半径を設定することができる。

次に、図８〜図１１を用いて、アーク状コイルスプリングの製造方法を説明する。
図８（ａ）に示すように、固定受け金具３の内周面３ａにワークＷが整列された状態で、可動押圧金具４がエアシリンダー１４の下降に伴って下降され、ワークＷを固定受け金具３に向け押圧して行く。そして、固定受け金具３とワークＷおよび可動押圧金具４間に隙間がなくなった状態、すなわち、ワークＷが固定受け金具３の内周面３ａに当接するエアシリンダー１４の下死点の状態でエアシリンダー１４が停止される。この時のエアシリンダー１４のストローク量をＬ＋αとする。その後、ロックアーム８を揺動させ、凹所１２の挿入溝１２ａを可動押圧金具４のピン１１に挿入させる。

ここで、（ｂ）に示すように、ピン１１の先端部にはナット状の頭部１１ａが螺着され、加工中にロックアーム８が緩んだり、ピン１１から外れたりしないよう、頭部１１ａがピン１１に締め付けられ、ロックアーム８がガタなくピン１１に固定される。なお、このピン１１の外径と凹所１２の凹溝１２ｂとの距離（すきま）がαに設定されている。ここでは、加工性や作業性を考慮して、この距離αは２〜３ｍｍに設定されている。

次に、図９（ａ）に示すように、エアシリンダー１４を解放させて上死点まで上昇させると、ワークＷの反発力によって可動押圧金具４が僅かにαだけ上昇し、ピン１１がロックアーム８の凹溝１２ｂにすきまなく係止される（（ｂ）参照）。このように、ロックアーム８の凹所１２に凹溝１２ｂを設けてピン１１を係止させるようにしたので、加工中に緩みが生じるのを防止し、量産時の加工効率を向上させることができる。

その後、図１０に示すように、再度エアシリンダー１４が下降を始め、ワークＷが固定受け金具３の内周面３ａに当接した状態で停止される。そして、ワークＷが位置決め固定された状態で、図示しないコンベアによって後述する熱処理工程に移行される。この熱処理終了後、ロックアーム８が揺動されてピン１１から解放される。その後、図１１に示すように、エアシリンダー１４を上昇させることにより、可動押圧金具４が自重でワークＷの上に載っている状態となり、ワークＷはこの可動押圧金具４から解放されて容易に取り出すことができる。

ここで、図１０に示すように、固定受け金具３の内周面３ａの曲率半径Ｒは、ワークＷ（完成後のアーク状コイルスプリング）の曲率半径Ｒ０と略同一に設定（Ｒ＝Ｒ０）されると共に、可動押圧金具４の外周面の曲率半径Ｒ１は固定受け金具３の曲率半径Ｒよりも小さく設定（Ｒ１＜Ｒ）されている。なお、ここでいう「略同一」の略とは、例えば、設計の狙い値であって実質的に径差がない状態、すなわち、加工誤差等によって生じるは径差は当然許容されるべきものである。これにより、従来のように、アーク状のコイルスプリングの曲率半径に対応して芯金をそれぞれ準備する必要がなくなり、各種のアーク状コイルスプリングの曲率半径に自在に対応できると共に、作業効率を向上させて低コスト化を図り、量産に好適なアーク状コイルスプリングの製造装置を提供することができる。

なお、前述した構成以外にも、例えば、図示はしないが、固定受け金具３の内周面３ａの曲率半径ＲをワークＷ（完成後のアーク状コイルスプリング）の曲率半径Ｒ０よりも大きく設定（Ｒ＞Ｒ０）しても良い。この場合、ロックアーム８の枢軸９とピン１１までの距離とエアシリンダー１４のストローク量を適宜選択することにより、自在にワークＷの曲率半径を設定することができる。

また、図１２に示すように、可動押圧金具１５を断面を楕円形に形成し、その長軸側の曲率半径Ｒ２を固定受け金具３の内周面３ａの曲率半径Ｒよりも小さく、短軸側の曲率半径Ｒ３を固定受け金具３の曲率半径Ｒよりも大きく設定（Ｒ２＜Ｒ＜Ｒ３）しても良い。これにより湾曲したワークＷの両端部の曲率半径を中央部の曲率半径Ｒ０よりも僅かに小さく形成することができ、完成後にワークＷの両端部が応力の解放によって変形するようなことがあっても、所望の均一な曲率半径からなるアーク状コイルスプリングを提供することができる。

次に、ワークＷの熱処理工程等の後工程について説明する。図９に示すように、ワークＷの圧縮加工が終了した後、ロックアーム８によって可動押圧金具４と固定受け金具３が位置決め固定された状態で、雰囲気炉の中をコンベアによって移動される。雰囲気炉は全長２．０〜３．０ｍに設定され、２５〜３０分かけてワークＷが加熱される。この時の温度条件は、ワークＷの材質によって適宜設定されるが、例えば、ワークＷの素材がばね用ピアノ線で形成されている場合は２００〜３００℃の範囲に、また、ステンレス線あるいはオイルテンパー線で形成されている場合は３００〜４２０℃の範囲に設定される。すなわち、アーク状コイルスプリングの成型時と同様の温度条件に設定されるのが好ましい。

また、必要に応じて、アーク状コイルスプリングの成型の前、あるいは成型後にショットピーニング処理を実施することにより、耐へたり性と耐疲労性を向上させると共に、表面硬さを高めて耐摩耗性を向上させることができる。さらに、ショットピーニング処理の後、アーク状コイルスプリングのへたり防止のために、常温あるいは温間で圧縮セッチング等の処理を実施しても良い。

以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明に係るアーク状コイルスプリングの製造装置は、ばね線材をコイリング成形により直線状のコイルスプリングに成形後、金型内に収容して圧縮荷重を加えた状態で円弧状に保持し、所定の低温焼鈍処理する製造装置に適用することができる。

１ 基台
２ 支持金具
３、６ 固定受け金具
３ａ、６ａ 固定受け金具の内周面
４、１５ 可動押圧金具
５ 規制壁
７ ポケット
７ａ 畝部
８、１３ ロックアーム
９ 枢軸
１０ ブラケット
１１ ピン
１１ａ ピンの頭部
１２ 凹所
１２ａ 挿入溝
１２ｂ 凹溝
１４ エアシリンダー
５１ クラッチディスク
５２ スプリング溝
５３ コイルスプリング
５４ 芯金
Ｌ エアシリンダーのストローク量
Ｒ０ アーク状コイルスプリングの曲率半径
Ｒ 固定受け金具の内周面の曲率半径
Ｒ１ 可動押圧金具の外周面の曲率半径
Ｒ２ 可動押圧金具の長軸側の曲率半径
Ｒ３ 可動押圧金具の短軸側の曲率半径
Ｗ ワーク
α ピンの外径と凹所の凹溝との距離

Claims (6)

1. 直線状のコイルスプリングを湾曲した状態で保持し、所定の温度と時間で低温焼鈍処理することにより、一定の曲率半径を有するアーク状コイルスプリングを成形する製造装置において、
   前記アーク状コイルスプリングに対応する曲率半径に形成された内周面を有し、前記直線状のコイルスプリングを収容する円弧状の固定受け金具と、
   この固定受け金具内に進退し、前記固定受け金具の曲率半径より小さく設定された曲率半径からなる外周面を有する円筒状の可動押圧金具と、
   この可動押圧金具に当接され、当該可動押圧金具を前記コイルスプリングに向けて押圧する駆動部と、を備え、
   前記可動押圧金具の端面の略中心部にピンが立設され、前記固定受け金具の端面にロックアームが取外し自在に固定されると共に、
   このロックアームの軸方向所定の位置に前記ピンに係止させるための凹所が形成され、このロックアームによって前記可動押圧金具と固定受け金具間の距離が保持された状態で、前記コイルスプリングが所定の温度と時間で低温焼鈍処理されることを特徴とするアーク状コイルスプリングの製造装置。
2. 前記ピンとロックアームが前記可動押圧金具と固定受け金具の両端面にそれぞれ設けられている請求項１に記載のアーク状コイルスプリングの製造装置。
3. 前記固定受け金具の内周面に前記コイルスプリングの規制手段が設けられている請求項１または２に記載のアーク状コイルスプリングの製造装置。
4. 前記ロックアームが前記固定受け金具の端面に枢軸を介して揺動自在に取り付けられると共に、このロックアームの凹所が前記ピンの外径よりも僅かに大きく設定された矩形状の挿入溝と、この挿入溝の上部側に形成された円弧状の凹溝で構成されている請求項１または２に記載のアーク状コイルスプリングの製造装置。
5. 前記ロックアームの凹所が軸方向に延び、前記ピンの外径よりも僅かに大きく設定された長窓で構成されている請求項１または２に記載のアーク状コイルスプリングの製造装置。
6. 前記可動押圧金具が楕円形に形成され、その短軸側の曲率半径が前記固定受け金具の内周面の曲率半径よりも小さく、長軸側の曲率半径が前記固定受け金具の曲率半径よりも大きく設定されている請求項１または２に記載のアーク状コイルスプリングの製造装置。

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