JP6469005B2 - 弧状ばねの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、改良された弧状ばねと、弧状ばねの製造方法と、に関する。

車両の駆動トレーンにおける振動は長年の問題であり、ねじり振動ダンパ組立品は、車両エンジンから発生し望ましくない衝撃荷重、振動、騒音、等をもたらすどのねじり振動をも抑制することが望まれている。

ねじり振動ダンパ組立品は、コイルばねのような直線状の弾性的手段を通常備えている。弾性的手段は、クリップ、楔、ばね分離機若しくは分割機、又は所望の弧形を得るための同様のものによって、強制湾曲していた。加えて、より長い湾曲したばねに占められていた経路に沿って、より長い湾曲したばねが複数のより短い直線状ばねに時々置き換えられていた。そのような構成は、しかしながら、組み立てを完了するために複数の精密な部品を必要とし複雑であった。それゆえ、そのような組立品は、より高い製品コストと言い換えられるように、製造、保守及び運転が困難であった。

この従来の問題に対処するため、本明細書に取り込まれる特許文献１に開示された弧状ばねが開発された。特許文献１は、弧状ばねを形成するための円弧開口プロセスの使用を開示する。円弧開口プロセスは、標準的な弧状ばねの製造プロセスの不可欠なステップであるが、そのような円弧開口プロセスは非常に時間がかかる。

米国特許第５０５２６６４号明細書

弧状ばねの形成のための技術の現状に鑑み、弧状ばねの形成のための改良された方法、改良された特性を有する弧状ばね、及び、弧状ばねの製造コストを低減させるための方法の要求がある。

本発明は、上述した現在の要求に対処する、弧状ばね及び弧状ばねの製造方法に関する。

本発明は、ばねの全部又は一部が弧形（例えば、円弧形、Ｓ字形、Ｕ字形、Ｃ字形、等）を有するばねを形成するための改良された製造方法である。理解され得るように、本発明によって形成することができるばねの種々の形状は非限定的である。少なくとも１つの弧状部を含むこれらのばねの全ては、以下「弧状ばね」として参照されるだろう。改良された方法は、円弧開口プロセスを除くとともに、ばねに円弧を形成するための誘導硬化プロセスを代わりに用いる。本発明の弧状ばねは、ばねにその自由又は自然の状態で弧形を与えるように構成及び寸法決めされている複数のコイルから形成された、一般的にらせん形のばねである。理解され得るように、ばねは、らせん形以外の形状を有することができる。弧状ばねのコイルは、一般的に、複数のコイルを直線状に配列させようとする内部応力が無い。弧状ばねは、一般的に、弧状の経路に沿ったいずれの弧方向にも力を弾性的に吸収し及び／又は解放するのに十分な強度を有するように設計される。

発明の一の非限定的な実施形態では、弧状ばねは硬化可能な又は硬化した鋼から製造される。理解され得るように、弧状ばねは他の材料から形成することができる。一般的に、ばねの弧状部の形成に用いられる材料は、誘導加熱することができる材料である。弧状ばねは、一般的に、少なくとも約２０で約８０まで、典型的には約４０と約６０との間のロックウェルＣ硬さを達成することができるように設計される。しかしながら、これは必須ではない。弧状ばねは、一般的に、少なくとも９０，０００ｐｓｉの、典型的には少なくとも１００，０００ｐｓｉの、より典型的には少なくとも１９０，０００ｐｓｉの、引張強さを有する。しかしながら、これは必須ではない。弧状ばねの大きさ、形状及び長さは、非限定的である。ばねのコイルの断面の形状及び大きさは、非限定的である。ばねの円弧半径は、非限定的である。

発明の他の及び／又は代替の非限定的な実施形態では、初めに直線状ばねを形成することと、ばねに対し弧形にプレストレスを印加すること（prestressing）と、ばねの応力を除去し弧状ばねを形成するために十分な時間で高温に誘導加熱することによってばねを熱処理することと、その後、弧状ばねをより低い（例えば、周囲の）温度まで冷却することと、によって弧状ばねを製造する方法が提供される。ばねは、一般的に固定具の使用によってプレストレスが印加される。固定具の種類は、非限定的である。ばねは、固定具によってプレストレスが印加された後に熱処理され、及び／又は、固定具によってプレストレスが印加される前に加熱されることとしてよい。一般的に、ばねは、固定具によってプレストレスが印加された後に加熱される。熱処理ステップは、一般的に、誘導加熱プロセスによってばねの１つ以上の部分を加熱することを含む。任意に、ばねの１つ以上の部分を加熱するために、追加的な熱処理プロセスを用いることができる。熱処理ステップは、ばねを冷却するステップを含む。一の非限定的な装置では、冷却ステップは、流体（例えば、空気、ガス、液体、等）にばねを焼入れすることを含む。一の非限定的な実施例では、焼入れ流体は、液体（例えば、水、油、水と油との混合物、等）である。他の非限定的な実施例では、焼入れ流体は、ガス（例えば、窒素、アルゴン、空気、等）である。冷却プロセスの間のばねは、周囲温度（例えば、６０〜９０°Ｆ）に対して一般的に＋１５０°Ｆから−５０°Ｆの温度まで、焼入れ流体によって概して急速に冷却（例えば、０．０１〜５分の範囲内で冷却）される。一の非限定的な実施例では、冷却プロセスの間のばねは、周囲温度（例えば、６０〜９０°Ｆ）に対して一般的に約±３０°Ｆの温度まで、焼入れ流体によって急速に冷却（例えば、０．０１〜２分の範囲内で冷却）される。一般的に、ばねは、焼入れステップの後及び／又は間に固定具から解放される。

上述したように、本発明は、弧状ばねを形成するための先行技術の方法に対する改良である。弧状ばねを形成するための現在の先行技術の方法は、以下のステップを含む。
１．直線状のらせんばねを形成するためにワイヤをコイル状にすること、
２．形成された直線状のらせんばねの応力除去を行うこと、
３．直線状のらせんばねにショットピーニングを行うこと、
４．直線状のらせんばねの端部を研磨すること、
５．直線状のらせんばねに再度ショットピーニングを行うこと、
６．直線状のらせんばねを予備加熱すること、
７．固定具においてらせんばねを曲げること、
８．固定具に入れたまま、曲げられたらせんばねをオーブンで２０分以上の時間加熱すること、
９．加熱されたらせんばねを焼入れすること、及び、
１０．焼入れされたらせんばねを固定具から取り外すこと。

本発明は、弧状ばねを形成するための先行技術の方法に対する顕著な改良である。
本発明の方法は、以下のステップを含む。
ａ．直線状ばねを形成するためにワイヤをコイル状にすること、
ｂ．固定具においてばねを曲げる前に、誘導加熱によってばねを加熱すること、
ｂ．固定具において、加熱されたばねを曲げること。
ｄ．加熱されたばねを焼入れすること、及び、
ｅ．焼入れされたばねを固定具から取り外すこと。

本発明による形成方法は、ばねが固定具に置かれる前に誘導加熱によってばねがまず加熱される点において、従来技術の弧状ばね形成方法とは根本的に異なる。理解され得るように、加熱の前及び間に、ばねを固定具に置くことができる。ばねが誘導加熱されるとき、ばねは、一般的にばねが直線状ばねである間に加熱される。ばねの誘導加熱は、一般的に約５分未満の時間がかかり、典型的には約２分未満であり、より典型的には約１分未満であり、さらに典型的には約３０秒未満である。しかしながら、他の時間を用いることができる。誘導加熱プロセスを用いる加熱時間は、オーブン内で行われる従来の加熱時間より顕著に短い。先行技術の加熱時間は１０分超であり、典型的には少なくとも２０分であった。ばねが直線状であるときに誘導加熱された後、加熱された直線状ばねは一般的に誘導加熱後約５分未満で弧形に固定具において形成され、典型的には誘導加熱後約２分未満であり、より典型的には誘導加熱後約１分未満であり、さらに典型的には誘導加熱後約３０秒未満である。しかしながら、他の時間を用いることができる。本発明による方法によって加熱され硬化したばねは、伝統的な加熱オーブンにおいて加熱されたばねに比べて改良された残留応力レートを示した。

本発明の弧状ばねを形成するために１つ以上の追加のプロセスステップを用いることができる。そのような任意の追加ステップは、以下を含む。
ｉ．誘導加熱の前及び／又は後に、形成されたばねの応力除去を行うこと。
ｉｉ．誘導加熱の前及び／又は後に、ばねに１回以上のショットピーニングを行うこと。
ｉｉｉ．誘導加熱の前に、ばねの予備加熱を行うこと。
ｉｖ．誘導加熱の前及び／又は後に、ばねの端部を研磨すること。
ｖ．ばねの端部を研磨し又は研磨せずに、ばねの１つ以上の端部に端部キャップを装着すること。

本発明の一の非限定的な目的は、弧状ばねを形成するための改良された方法を提供することである。

本発明の他の及び／又は代替の非限定的な目的は、改良された特性を有する弧状ばねを形成するための改良された方法を提供することである。

本発明のさらに他の及び／又は代替の非限定的な目的は、弧状ばねの製造コストを低減させる、弧状ばねを形成するための改良された方法を提供することである。

本発明のさらに他の及び／又は代替の非限定的な目的は、誘導加熱処理によって誘起されるより良い残留応力プロファイルを備え、包含される故障のリスクを低減させる、弧状ばねを形成するための改良された方法を提供することである。

本発明のさらにまた他の及び／又は代替の非限定的な目的は、材料の硬度が増加した高疲労性（即ち、改良された疲労特性）の弧状ばねをもたらす、弧状ばねを形成するための改良された方法を提供することである。

本発明の他の及び／又は代替の非限定的な目的は、独特のばね形状（例えば、Ｓ字形、Ｃ字形、Ｕ字形、等）をももたらし得る、弧状ばねを形成するための改良された方法を提供することである。

本発明のさらに他の及び／又は代替の非限定的な目的は、改良された機械特性を有する弧状ばねを形成するための改良された方法を提供することである。

本発明のさらに他の及び／又は代替の非限定的な目的は、弧状ばねを形成するための時間を低減させる、弧状ばねを形成するための改良された方法を提供することである。

本発明のさらにまた他の及び／又は代替の非限定的な目的は、弧状ばねを形成するために誘導加熱を用いる、弧状ばねを形成するための改良された方法を提供することである。

本発明の他の及び／又は代替の非限定的な目的は、弧状ばねの一方又は両方の端部を研磨する必要を削除し又は低減させるように、ばねの一方又は両方の端部に端部キャップを用いる、弧状ばねを形成するための改良された方法を提供することである。

本発明のさらに他の及び／又は代替の非限定的な目的は、ａ）直線状ばねを形成するためにワイヤをコイル状にすること、ｂ）誘導加熱によってばねを加熱すること、ｃ）加熱されたばねを固定具において曲げること、ｄ）加熱されたばねを焼入れすること、ｅ）焼入れされたばねを固定具から取り外すこと、のステップを含む、弧状ばねを形成するための改良された方法を提供することである。

本発明のさらに他の及び／又は代替の非限定的な目的は、ｉ）誘導加熱の前及び／又は後に形成されたばねの応力除去を行うこと、ｉｉ）誘導加熱の前又は後にばねに１回以上ショットピーニングを行うこと、ｉｉｉ）誘導加熱の前にばねを予備加熱すること、ｉｖ）誘導加熱の前又は後にばねの端部を研磨すること、及び／又は、ｖ）ばねの端部を研磨して又は研磨せずにばねの１つ以上の端部に端部キャップを装着すること、を含む１つ以上の追加の／任意のプロセスステップを含む、弧状ばねを形成するための改良されたプロセスを提供することである。

本発明のさらにまた他の及び／又は代替の非限定的な目的は、ばねに弧形を与えるように構成及び寸法決めされており、複数のコイルを直線状に配列させようとする内部応力が実質的に無い、複数のコイルを有する弧状ばねを提供することである。

本発明の他の及び／又は代替の非限定的な目的は、ばねに弧形を与えるように構成及び寸法決めされており、ばねの端部を研磨して又は研磨せずにばねの１つ以上の端部に装着された端部キャップを有する、複数のコイルを有する弧状ばねを提供することである。

本発明のさらに他の及び／又は代替の非限定的な目的は、誘導加熱処理の使用によって形成し得る又は形成され得る弧状ばねを提供することである。

本発明のさらに他の及び／又は代替の非限定的な目的は、誘導加熱処理により、増加した疲労寿命及びより良い材料特性を有する弧状ばねを提供することである。

これらの及び他の利点は、添付の図面とともに本明細書を読んで従うことにより、当業者に明らかになるであろう。

本発明の非限定的な実施形態を図示する図面が参照される。

本発明による弧状ばねの等角図である。 図１の弧状ばねの前面図である。 図２の線３−３に沿った断面図である。 図２の線４−４に沿った断面図である。 本発明によるばね固定具の正面図である。 本発明による端部キャップの正面図である。 図６の端部キャップの上面図である。 本発明による非限定的な弧形ばねの側面図である。 本発明による非限定的な弧形ばねの側面図である。 本発明による非限定的な弧形ばねの側面図である。 本発明による非限定的な弧形ばねの側面図である。 本発明による非限定的な弧形ばねの側面図である。 本発明による非限定的な弧形ばねの側面図である。 本発明による非限定的な弧形ばねの側面図である。 本発明による非限定的な弧形ばねの側面図である。

本発明の非限定的な実施形態を図示する図１〜１５を参照すると、弧状ばね及び弧状ばねの製造方法が与えられる。弧状ばねは、種々の異なる用途に用いることができる。一の非限定的な用途は、本明細書に参照により取り込まれる特許文献１に図示されたねじり振動ダンパ組立品における弧状ばねの使用である。弧状のらせんばねを備えるねじり振動ダンパ組立品の運転は、強制湾曲した直線状ばねを利用するねじり振動ダンパ組立品の運転に比べてより円滑となるだろう。強制湾曲した直線状ばねは、ばねをまっすぐにしようとする内部応力が常に印加されている。それゆえ、強制湾曲した直線状ばねは、ねじり振動ダンパ組立品の側部と擦れて干渉し、従って円滑な運転を阻害する。弧状ばねは、ねじり振動ダンパ組立品に用いられたとき、上述した同様の理由で、直線状ばねを利用する従来の振動ダンパに比べて、ばね振動の改善された減衰又はダンピングをも与えるだろう。加えて、弧状ばねを「隙間のない（solid）」構成に圧縮したものは、即ち、各コイルを隣接する各コイルに接するようにしたものは、他の手段の使用とは無関係にシステム内において係止部として働く。弧状のらせんばね内の望ましくない応力はまた、ばねの弧形によって、及びばねの形成プロセスの間のばねの誘導加熱の使用によって避けることができ、それにより振動ダンパ組立品の効率的な使用が向上するだろう。組み立て時に、強制湾曲した直線状ばねは、ねじり振動ダンパ組立品における使用を通してばね内に発生する応力とは反対の方向で、不自然な取り付けによる応力が印加される。この方法で取り付けられたばねは、静止時のユニットで一方向に応力が印加される。ユニットにトルクが与えられ増加すると、これらの応力がゼロになる点までばねが撓む。さらなる荷重及び撓みで、これらの応力が反対方向に増加することとなる。この双方向の応力印加は、稼働中のばねが受け得る過剰な緩和又は破損を避けるために、許容される応力を低減させることとなる。これに対して、弧状ばねの本体は、弧状ばねがその自然な弧状状態で筐体内に受けられるため、通常の一方向に応力のみが印加されるだろう。それゆえ、弧状ばねは過剰な応力が印加されることなく、それによって振動ダンパ組立品の有効容量及び稼働寿命が増加するだろう。振動ダンパ組立品の耐久性はまた、運転に要求されるばねの数の低減によっても向上することができる。ばねの端部は、履歴的に、研磨された端部コイルの先端の近くで曲げ疲労破壊を受けてきている。本発明の新規な端部キャップが用いられるとき、本発明は、ばねの端部を研磨するというこれまでの要求を回避する。従来のねじり振動ダンパ組立品では、複数の直線状ばねが採用されており、それによって研磨された端部の数が増大するとともに故障の機会がより多い。しかしながら、単一の弧状ばねで複数のより短い直線状ばねを置き換え得るため、ばね端部の数が減少する。また、それらの残りのばね端部は、ダンパの部品の最小化により確保されたスペースを使用することにより補強され得る。それゆえ、潜在的な故障位置の数は減少し、組立品の寿命及び耐久性は弧状ばねの使用によって向上し得る。

図１〜４及び８〜１５を参照すると、本発明の弧状ばね１０は、種々の方法によって製造することができる。図１〜４及び１５は円弧形のばねを示し、図８〜１４はＳ字形のばね（図８〜９及び１４）、Ｃ字形のばね（図１０及び１３）、Ｕ字形のばね（図１１）、及び、波形のばね（図１２）を示す。図８〜１１に図示されたばねを通る実線は、単にばねの形状を示すために描かれたばねの中心軸に沿った線であり、ばねのいかなる種類の構造も表していない。理解され得るように、本発明によるばねは、弧状ばねを含む他の形状を有することができる。一の非限定的な方法では、従来のコイルの直線状ばねが、伝統的ならせんばねの製造技術によって形成される。そのような技術は、任意に要求された断面の、焼なましされた又は予備硬化及び焼戻しされた材料で始めることを含む。使用できる現在流通している材料は、適当なる品質のばね鋼に加工された、１０７０、６１５０、修正された６１５０、及び９２５４鋼を含むがこれらには限定されない。概して、丸い断面で、予備硬化及び焼戻しされた（Ｒｃ４５〜５５）６１５０鋼を用いることができる。理解され得るように、他の材料を用いることができる。また理解され得るように、材料は焼なまし、予備硬化及び／又は焼戻しされる必要はない。さらに理解され得るように、材料は、様々なＲｃ値を有することができる。

ばねが直線状のらせん形に形成された後、ばねは誘導加熱プロセスによって熱処理される。例えば、予備硬化及び焼戻しされた６１５０鋼の場合、誘導加熱による熱処理は約１分未満であり金属は少なくとも約７００°Ｆまで加熱されるだろう。任意の標準的な誘導加熱プロセスを使用することができる。

ばねが誘導加熱された後、直線状のらせんばねは、固定具の使用によって円弧状に曲げられ強制的に円弧状にさせられる。任意の種類の固定具を使用することができる。一般的に、固定具は金属材料及び／又はセラミック材料から形成される。しかしながら、他の又は追加の材料を使用することができる。一の非限定的な固定装置は、図５に示されている。固定装置２０は、ばね１０の対向する両側に位置する２つの弧形表面３０，４０を有するクランプ装置を含む。そのように、２つの弧形表面の間に直線状ばねが位置しておりクランプ装置の２つの弧形表面が引き寄せられるとき、ばねの両側と接する２つの弧形表面は、ばねを所望の弧形に曲げるだろう。２つの弧形表面を形成するために用いられる材料は、非限定的である。例えば、Ｓ字形のばね（図８〜９及び１４を参照）が形成されるとき、２つの弧形表面はＳ字形を有することができる。２つの弧形表面はまた、Ｃ字形のばね（図１０及び１３を参照）、Ｕ字形のばね（図１１を参照）、波形のばね（図１２）、等を形成するための形状をも有することができる。一般的に、ばねの第１の側部と接する弧形表面４０の曲率半径は、ばねの反対側の側部と接する弧形表面３０の曲率半径より大きい。弧形表面３０は、マウント３２，３４によって固定位置に取り付けられるように図示されている。しかしながら、これは必須ではない。弧形表面４０は、クランプされる位置とクランプされない位置との間で腕部４２，４４によって可動であるように示されている。しかしながら、これは必須ではない。理解され得るように、一方又は両方の弧形表面が可動となるように設計され得る。理解され得るように、固定具は他の形態を有することができる。例えば、固定具は、最終の弧状ばねの所望の自由角度及び円弧半径とは異なる自由角度及び円弧半径の、緊密にフィットする曲面の棒又はピンの使用を含むことができる。このぴったりフィットする曲面の棒又はピンは、ばね内に挿入される。理解され得るように、加熱プロセスの前に所望の円弧にばねを曲げるように、他の固定具を使用することができる（例えば、ばねが、それに追従して湾曲し若しくは曲がるところの管、ダイ、ドラム又はマンドレル、等）。

加熱されたばねが固定具によって弧形に成形された後、加熱されたばねは周囲温度の約±１５０°Ｆの温度まで、典型的には約３分未満、典型的には約２分未満、より典型的には約１分未満の間に周囲温度の約±３０°Ｆの温度まで焼入れされる（例えば、空気及び／又は液体での焼入れ）。しかしながら、他の焼入れ時間を使用することができる。焼入れ流体が液体であれば、液体はおよそ周囲温度の水であることができる。しかしながら、他の水温を使用することができる。ばねが固定具において成形され及び／又は誘導加熱プロセスが完了した後、焼入れプロセスは一般的に約１２０秒以内（例えば、≧６０秒、≧３０秒、等）に行われる。水は、用いられるとき、可溶性の油及び／又は他の種類のポリマー材料を含むことができる。しかしながら、これは必須ではない。焼入れプロセスが完了した後、ばねが弧状の構成を維持し、ばねをまっすぐにしようとする内部応力が無くなるか又は実質的に無くなる時点で、ばねは固定具から取り外される（例えば、２つの弧形表面が互いから再び引き離され、棒が取り外される、等）。一の非限定的な方法では、誘導加熱のステップは約５分未満であり（例えば、０．１〜３分、０．１〜２分、０．１〜１分、等）、誘導加熱のステップ後に加熱されたばねを固定具において曲げるステップは約５分未満で完了し（例えば、０．０１〜２分、０．０１〜１分、０．０１〜０．５分、等）、加熱されたばねを固定具で曲げた後に加熱されたばねを焼入れするステップは約５分未満で完了する（例えば、０．１〜３分、０．１〜２分、０．１〜１分、等）。

ばねの一方又は両方の端部は、誘導加熱プロセスの前及び／又は後に任意に研磨され得る。しかしながら、これは必須ではない。研磨ステップは、図６〜７に示すように、端部キャップ５０の使用により除くことができる。端部キャップは、基部７０と突出部６０とを含む。突出部は、ばねコイルの内側に少なくとも部分的に挿入されるように設計される。基部は、概して円形の断面形状を有する。しかしながら、基部は他の形状を有することができる。基部の断面の大きさ及び形状は、一般的に、基部がばねコイルの内側に全て挿入され得ないように選択される。しかしながら、これは必須ではない。基部の厚さは、非限定的である。突出部６０は、不均一な大きさの断面を有するように図示されている。しかしながら、これは必須ではない。突出部は、ほぼ円形の断面形状を有するように図示されている。しかしながら、突出部は他の形状を有することができる。突出部は、上側突出部６２と下側突出部６４とを有する。しかしながら、これは必須ではない。上側突出部の上セクションは、テーパ部６１を任意に含むことができる。上側突出部６２は、下側突出部６４より小さい断面の大きさを有するように図示されている。一般的に、下側突出部６４は、端部キャップのばねへの固定を促進するため、下側突出部６４がばねコイルの内側の内面と係合するような、断面の大きさ及び形状を有する。しかしながら、これは必須ではない。遷移部６５は、上側突出部６２と下側突出部６４との間に任意に形成され得る。遷移部は、用いられるとき、テーパ状の又は斜面状の形態を任意に有することができる。基部の上面は、ねじ切り縁部（threading lip）７２及び／又は係止部６８を任意で含む。ねじ切り縁部は、用いられるとき、端部キャップがばね内にねじ込まれ得るように、ばねコイルの内側の内面と係合するように設計される、図７に示された狭い前部を有することができる。しかしながら、これは必須ではない。係止部は、用いられるとき、端部キャップがばねにさらにねじ込まれることを規制するように設計される。端部キャップがばねにねじ込まれると、ばねの端部１２は、係止部と係合し、それによって端部キャップがばねにさらにねじ込まれることを防ぐ。ねじ切り縁部は、図６に示された狭い前部から係止部６８まで厚さが増加するように図示されている。端部キャップは、任意の種類の材料から形成され得る。端部キャップは、用いられるとき、ばねの端部を保護することによってばねの寿命を延ばすために使用することができる。ばねの端部が適切に研磨されていないとき、ばねの使用の間に望ましくない応力がばねの端部に印加され、それによってばねの早期の故障が起こる。ばねへの端部キャップの使用は、ばねの端部への望ましくない応力を低減又は除くことができ、それゆえばねの有効寿命を延ばすことができる。

本発明の弧状ばねを形成するために１つ以上の追加のプロセスステップを用いることができる。そのような任意の追加ステップは、以下を含む。
ｉ．誘導加熱の前及び／又は後に、形成されたばねの応力除去を行うこと。
ｉｉ．誘導加熱の前及び／又は後に、ばねに１回以上ショットピーニングを行うこと。
ｉｉｉ．誘導加熱の前にばねを予備加熱すること。

このようにして、上記説明から明らかになったものの中で、前述の目的は効率的に達成されることが分かるであろう、また、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、前述の構成に、ある一定の変更をなし得るため、上記の説明に記載され、添付の図面に示す事柄は全て説明を目的とし、限定的な意味に解釈されないものとする。好ましい実施形態及び代替の実施形態を参照して本発明を説明してきた。本明細書に記載されている本発明の詳細な説明を読み、理解することによって、当業者には変更及び変形が明らかになるであろう。本発明は、このような変更及び変形が本発明の範囲内にある限り、このような変更及び変形を全て包含するものとする。下記の特許請求の範囲は、本明細書に記載の本発明の一般的な特徴及び具体的特徴を全て、並びに本発明の範囲に関する記載を全て包含するものであり、専門用語では、それらは本発明の範囲に入ると記載され得る。

本発明は、２０１２年７月６日に出願された米国仮特許出願第６１／６６８，６５８号の優先権を主張し、上記出願は本明細書に取り込まれる。
（付記１）
ばねが自由状態で弧形となるように構成及び寸法決めされ、且つ、コイルを直線状に配列させようとする内部応力が実質的に無い複数のコイルを有する弧状ばねであって、前記ばねは第１及び第２の端部を含み、前記第１の端部は前記第１の端部に装着された端部キャップを含む、弧状ばね。
（付記２）
前記第２の端部は、前記第２の端部に装着された端部キャップを含む、付記１に記載の弧状ばね。
（付記３）
前記端部キャップは基部と突出部とを含み、前記突出部は、前記ばねコイルの前記コイルの内側に少なくとも部分的に挿入されるように設計され、前記基部の断面は、前記基部が前記ばねコイルの前記内側に全て挿入され得ないような大きさ及び形状である、付記１に記載の弧状ばね。
（付記４）
前記端部キャップは基部と突出部とを含み、前記突出部は、前記ばねコイルの前記コイルの内側に少なくとも部分的に挿入されるように設計され、前記基部の断面は、前記基部が前記ばねコイルの前記内側に全て挿入され得ないような大きさ及び形状である、付記２に記載の弧状ばね。
（付記５）
前記端部キャップの前記突出部及び前記基部は、ほぼ円形の断面形状を有する、付記３に記載の弧状ばね。
（付記６）
前記端部キャップの前記突出部及び前記基部は、ほぼ円形の断面形状を有する、付記４に記載の弧状ばね。
（付記７）
前記突出部は不均一な大きさの断面を有し、前記突出部は下側突出部より断面の大きさが小さい上側突出部を有する、付記３に記載の弧状ばね。
（付記８）
前記突出部は不均一な大きさの断面を有し、前記突出部は下側突出部より断面の大きさが小さい上側突出部を有する、付記４〜６のいずれか１つに記載の弧状ばね。
（付記９）
前記基部の前記上面はねじ切り縁部と係止部とを含み、前記ねじ切り縁部は、前記端部キャップが前記ばねにねじ込まれることができるように前記ばねコイルの前記内面と係合するように設計され、前記係止部は、前記端部キャップの前記ばねへのさらなるねじ込みを規制するように設計される、付記３に記載の弧状ばね。
（付記１０）
前記基部の前記上面はねじ切り縁部と係止部とを含み、前記ねじ切り縁部は、前記端部キャップが前記ばねにねじ込まれることができるように前記ばねコイルの前記内面と係合するように設計され、前記係止部は、前記端部キャップの前記ばねへのさらなるねじ込みを規制するように設計される、付記４〜８のいずれか１つに記載の弧状ばね。
（付記１１）
前記ばねの少なくとも一部は、円弧形、Ｓ字形、Ｃ字形、波形又はＵ字形を含む、付記１に記載の弧状ばね。
（付記１２）
前記ばねの少なくとも一部は、円弧形、Ｓ字形、Ｃ字形、波形又はＵ字形を含む、付記２〜１０のいずれか１つに記載の弧状ばね。
（付記１３）
ａ．非弧状ばねを形成するためにワイヤをコイル状にするステップと、
ｂ．前記非弧状ばねを固定具において曲げる前に、誘導加熱によって前記非弧状ばねを加熱するステップと、
ｃ．前記固定具において前記加熱されたばねを曲げるステップと、
ｄ．前記加熱されたばねを焼入れするステップと、
を備える、弧状ばねの製造方法。
（付記１４）
前記焼入れするステップの後に、前記固定具から前記焼入れされたばねを取り外すステップを含む、付記１３に記載の弧状ばねの製造方法。
（付記１５）
前記誘導加熱するステップは約５分未満であり、前記固定具において前記加熱されたばねを曲げる前記ステップは前記誘導加熱するステップの後約５分未満で完了し、前記加熱されたばねを焼入れする前記ステップは前記固定具において前記加熱されたばねを曲げる前記ステップの後約５分未満で完了する、付記１３に記載の弧状ばねの製造方法。
（付記１６）
前記誘導加熱するステップは約５分未満であり、前記固定具において前記加熱されたばねを曲げる前記ステップは前記誘導加熱するステップの後約５分未満で完了し、前記加熱されたばねを焼入れする前記ステップは前記固定具において前記加熱されたばねを曲げる前記ステップの後約５分未満で完了する、付記１４に記載の弧状ばねの製造方法。
（付記１７）
前記固定具は２つの弧形表面を有するクランプ装置を含み、前記弧形表面の少なくとも一方はクランプされる位置とクランプされない位置との間で可動であるように設計される、付記１３に記載の弧状ばねの製造方法。
（付記１８）
前記固定具は２つの弧形表面を有するクランプ装置を含み、前記弧形表面の少なくとも一方はクランプされる位置とクランプされない位置との間で可動であるように設計される、付記１４〜１６のいずれか１つに記載の弧状ばねの製造方法。
（付記１９）
前記焼入れするステップの後に前記ばねの少なくとも一方の端部に端部キャップを装着するステップを含み、前記端部キャップは基部と突出部とを含み、前記突出部は、前記ばねコイルの前記コイルの内側に少なくとも部分的に挿入されるように設計され、前記基部の断面は、前記基部が前記ばねコイルの前記内側に全て挿入され得ないような大きさ及び形状である、付記１３に記載の弧状ばねの製造方法。
（付記２０）
前記焼入れするステップの後に前記ばねの少なくとも一方の端部に端部キャップを装着するステップを含み、前記端部キャップは基部と突出部とを含み、前記突出部は、前記ばねコイルの前記コイルの内側に少なくとも部分的に挿入されるように設計され、前記基部の断面は、前記基部が前記ばねコイルの前記内側に全て挿入され得ないような大きさ及び形状である、付記１４〜１８のいずれか１つに記載の弧状ばねの製造方法。
（付記２１）
前記基部の前記上面はねじ切り縁部と係止部とを含み、前記ねじ切り縁部は、前記端部キャップが前記ばねにねじ込まれることができるように前記ばねの前記内面と係合するように設計され、前記係止部は、前記端部キャップの前記ばねへのさらなるねじ込みを規制するように設計される、付記１９に記載の弧状ばねの製造方法。
（付記２２）
前記基部の前記上面はねじ切り縁部と係止部とを含み、前記ねじ切り縁部は、前記端部キャップが前記ばねにねじ込まれることができ前記ばねの前記内面と係合するように設計され、前記係止部は、前記端部キャップの前記ばねへのさらなるねじ込みを規制するように設計される、付記２０に記載の弧状ばねの製造方法。
（付記２３）
前記ばねの少なくとも一部は、円弧形、Ｓ字形、Ｃ字形、波形又はＵ字形を含む、付記１３に記載の弧状ばねの製造方法。
（付記２４）
前記ばねの少なくとも一部は、円弧形、Ｓ字形、Ｃ字形、波形又はＵ字形を含む、付記１４〜２２のいずれか１つに記載の弧状ばねの製造方法。

Claims (8)

1. ａ．非弧状部を有するコイル状ワイヤのばねを提供するステップであって、
   前記ばねは、長手方向長さと、複数のコイルと、前記複数のコイルを通る中心軸と、を有し、
   前記ばねの前記非弧状部は、前記ばねが自由状態で且つ内部応力が無いときに、前記長手方向長さと前記非弧状部の中心軸とに沿って直線状となるように、構成及び寸法決めされており、
   前記ばねは第１及び第２の端部を含む、
   ステップと、
   ｂ．前記非弧状部が前記長手方向に沿った前記直線状であるときに、誘導加熱によって前記ばねを加熱するステップと、
   ｃ．前記誘導加熱のステップによって加熱された後に前記ばねが加熱状態である間に、固定具において前記加熱されたばねの前記非弧状部を位置付けるステップであって、
   前記固定具は、前記加熱されたばねの対向する側部に位置する第１及び第２の弧形表面を有するクランプ装置を含み、
   前記第１及び第２の弧形表面の少なくとも一方はクランプされる位置とクランプされない位置との間で可動であるように構成される、
   ステップと、
   ｄ．前記固定具における前記加熱されたばねの前記非弧状部を曲げるステップであって、
   前記クランプされない位置から前記クランプされる位置まで前記第１及び第２の弧形表面の少なくとも一方を移動させ、
   それによって、前記第１及び第２の弧形表面間の距離を減少させ、
   それによって、前記加熱されたばねを前記弧形表面に係合させ、
   それによって、前記第１及び第２の弧形表面の少なくとも一方が前記クランプされる位置であるときに、前記加熱されたばねを前記第１及び第２の弧形表面の間のスペースの形状に曲げて一致させ、
   前記ばねは前記固定具内に挿入されて前記誘導加熱のステップの完了後に前記固定具内で曲げられており、
   前記曲げられたばねは、前記ばねの前記長手方向長さと前記中心軸とに沿った非直線形状を有する、
   ステップと、
   ｅ．前記ばねの前記中心軸が前記非直線形状である間に、前記固定具において前記加熱されたばねを焼入れするステップであって、
   曲げ及び焼入れ後の前記ばねの前記非弧状部が、前記ばねの前記長手方向長さと前記中心軸とに沿った弧形を有するように、
   前記第１及び第２の弧形表面の少なくとも一方が前記クランプされる位置にあるときに前記焼入れを行う、
   ステップと、
   ｆ．前記ばねが焼入れされた後に、前記第１及び第２の弧形表面の少なくとも一方を前記クランプされない位置に移動させるステップと、
   ｇ．前記焼入れするステップの後に、且つ、前記第１及び第２の弧形表面の少なくとも一方が前記クランプされない位置に移動した後に、前記固定具から前記ばねを取り外すステップであって、
   前記ばねは、前記ばねが焼入れされ前記固定具から取り除かれた後に、前記ばねの前記長手方向長さと前記中心軸とに沿った前記弧形を維持し、
   前記ばねは、自由状態にあり前記ばねの内部応力がないときに、前記ばねの前記長手方向長さと前記中心軸とに沿った前記弧形を含む、
   ステップと、
   を備える、弧状ばねの製造方法。
2. 前記誘導加熱するステップは５分未満であり、前記固定具において前記加熱されたばねを曲げる前記ステップは５分未満で完了し、前記加熱されたばねを曲げるステップは前記誘導加熱のステップが完了した後に行われ、前記加熱されたばねを焼入れする前記ステップは前記固定具において前記加熱されたばねを曲げる前記ステップの後５分未満で完了する、請求項１に記載の弧状ばねの製造方法。
3. 前記第１の弧形表面は、前記ばねの前記非弧状部の前記中心軸と正接する方向であって前記第２の弧形表面に向かう方向及び前記第２の弧形表面から離れる方向に可動である、請求項１又は２に記載の弧状ばねの製造方法。
4. 前記焼入れするステップの後に前記ばねの少なくとも一方の端部に端部キャップを装着するステップを含み、前記端部キャップは基部と突出部とを含み、前記突出部は、前記コイルの内側に少なくとも部分的に挿入されるように構成され、前記基部は、前記基部が前記コイルの前記内側に全て挿入され得ないような断面の大きさ及び形状を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の弧状ばねの製造方法。
5. 前記基部の上面はねじ切り縁部と係止部とを含み、前記ねじ切り縁部は、前記端部キャップが前記ばねにねじ込まれることができるように前記コイルの内面と係合するように構成され、前記係止部は、前記端部キャップの前記ばねへのさらなるねじ込みを規制するように構成され、前記係止部は、前記ねじ切り縁部の端部に位置し前記ねじ切り縁部から上方に延びる、請求項４に記載の弧状ばねの製造方法。
6. 前記突出部は、上側突出部と下側突出部とを含み、
   前記上側突出部の上部領域はテーパ形状を含み、
   前記上側突出部と前記下側突出部との間に傾斜遷移部があり、
   前記上側突出部と前記下側突出部との長手方向の大部分は一定の断面形状及び断面サイズを有し、
   前記下側突出部は、前記上側突出部よりも前記基部に近い位置にあり、
   上側突出部は、前記下側突出部の断面積よりも小さい断面積を有する、
   請求項４又は５に記載の弧状ばねの製造方法。
7. 前記ばねの少なくとも一部は、円弧形、Ｓ字形、Ｃ字形、波形又はＵ字形を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の弧状ばねの製造方法。
8. ａ）前記加熱するステップの前に前記ばねの応力除去を行うこと、ｂ）前記加熱するステップの後に前記ばねの応力除去を行うこと、ｃ）前記加熱するステップの前に前記ばねにショットピーニングを行うこと、ｄ）前記加熱するステップの後に前記ばねにショットピーニングを行うこと、ｅ）前記加熱するステップの前に前記ばねを予備加熱すること、ｆ）前記加熱するステップの前に前記ばねの少なくとも一方の端部を研磨すること、及び、ｇ）前記加熱するステップの後に前記ばねの少なくとも一方の端部を研磨すること、からなる群から選択された１つ以上のステップを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の弧状ばねの製造方法。

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