JP6554569B2 - インペラ昇降式ショットピーニング装置 - Google Patents

Description

この発明は、コイルばねにショットピーニングを行なうためのインペラ昇降式ショットピーニング装置に関する。

車両の懸架装置の懸架ばね等に使用されるコイルばねの耐久性を高めるために、ショットピーニングによってコイルばねの表面付近に圧縮残留応力を付与することが知られている。従来のショットピーニング装置は、例えば特許文献１に開示されているように、コイルばねを連続的に搬送しながら、遠心式加速装置（インペラ）からコイルばねに向けてショットを投射するように構成されている。また特許文献２に記載されているように、コイルばねを圧縮し、応力を与えた状態でショットピーニングを行なういわゆるストレスピーニングによって、より大きな圧縮残留応力を生じさせるショットピーニング方法も知られている。

特開２００２−３６１５５８号公報 特開２００３−１１７８３０号公報

特許文献１のようにコイルばねを単に一方向に連続的に搬送しながらショットを一方向から投射する連続式ショットピーニング装置では、コイルばねの表面全体にさらに大きな圧縮残留応力を生じさせる上で改善の余地があった。特許文献２のようにコイルばねを圧縮した状態でショットピーニングを行なうことも提案されているが、圧縮されたコイルばねは、自由状態のコイルばねよりも素線間の距離が狭くなるため、一定の方向から投射されるショットが素線間に入りにくくなる。このためコイルばねの外面側にはショットが十分当るが、コイルばねの内面側には素線の影となる箇所が生じ、その箇所ではショットが十分に当らないため圧縮残留応力が不足してしまい、所望の耐久性を発揮することができないことがあった。

従って本発明の目的は、コイルばねの耐久性を向上させる上で効果のある圧縮残留応力を形成できるインペラ昇降式ショットピーニング装置を提供することにある。

１つの実施形態のインペラ昇降式ショットピーニング装置は、ハウジングと、ワーク保持機構と、ストレス付与機構と、自転機構と、投射機構と、昇降機構とを具備している。前記ハウジングは、コイルばねが出し入れされるワーク出入口を有する第１のチャンバと、該コイルばねにショットピーニングを行なう第２のチャンバとを備えている。前記ワーク保持機構は、前記コイルばねの下側の座巻部に接する下側の座巻支持部と、前記コイルばねの上側の座巻部に接する上側の座巻支持部とを有し、前記下側の座巻支持部と前記上側の座巻支持部との間に前記コイルばねを立てた姿勢で保持する。前記ストレス付与機構は、前記第２のチャンバ内に搬入された前記コイルばねを前記下側の座巻支持部と前記上側の座巻支持部との間で上下方向に圧縮する。前記自転機構は、前記第２のチャンバ内の前記コイルばねを垂直軸回りに自転させる。前記投射機構は、前記第２のチャンバ内の前記コイルばねが前記ストレス付与機構によって圧縮されかつ前記自転機構によって回転している状態において該コイルばねに向けてショットを投射する。前記昇降機構は、前記コイルばねに前記ショットが投射されている状態において前記投射機構を前記コイルばねが圧縮され長さが小さくなった方向と同じ上下方向に移動させる。前記投射機構のインペラユニットは、インペラと、前記インペラにショットを供給するディストリビュータと、前記インペラを回転させるモータとを有する。前記昇降機構は、前記ハウジングの側部に設けられ上下方向に延びるガイド部材と、前記インペラユニットを前記ガイド部材に沿って上下方向に移動させる駆動源とを有する。

前記ワーク保持機構が、前記下側の座巻支持部が配置されたターンテーブルと、前記下側の座巻支持部が前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとにわたって往復するよう前記ターンテーブルを公転軸まわりに回転させる公転機構とを備えていてもよい。さらに前記ワーク保持機構が、一対の前記下側の座巻支持部を有し、これら下側の座巻支持部が前記ターンテーブル上に前記公転軸を中心として１８０°対称位置に配置され、前記ターンテーブルが前記公転機構によって１８０°ずつ回転するように構成されてもよい。

また前記投射機構が、前記第２のチャンバ内の前記コイルばねの斜め上方からショットを投射するとともに該コイルばねに対して上下方向に移動する第１のインペラユニットと、前記コイルばねの斜め下方からショットを投射するとともに該コイルばねに対して上下方向に移動する第２のインペラユニットとを含んでいてもよい。

さらに前記ハウジングが、前記第１のインペラユニットを前記第２のチャンバに対し開位置と閉位置とに回動可能に支持する第１のヒンジ機構と、前記第２のインペラユニットを前記第２のチャンバに対し開位置と閉位置とに回動可能に支持する第２のヒンジ機構とを備えていてもよい。

１つの実施形態に係るコイルばねは、螺旋形に成形された素線からなり両端に座巻部を有したコイルばねであって、前記座巻部の表面の一部に形成された第１のショットピーニング圧痕からなる第１粗面部と、該第１粗面部を除く前記素線の表面全体に形成され、前記第１粗面部とは表面粗さが異なる第２のショットピーニグ圧痕からなる第２粗面部とを具備している。前記第１粗面部の一例は、前記座巻部の巻き方向に間隔を存して複数個所に島状に点在する。

本発明のインペラ昇降式ショットピーニング装置によれば、耐久性の向上に効果がある圧縮残留応力をコイルばねに形成することができる。座巻部の一部で座巻支持部が接する箇所には第１のショットピーニング圧痕からなる第１粗面部が島状に残る。しかしこの第１粗面部は応力的に余裕のある座巻部に形成されるため、第１粗面部が存在していても耐久性に関して不利になることはない。コイルばねを塗装する前に第１粗面部の有無を確認すれば、第１のショットピーニングと第２のショットピーニングとによる二段ショットピーニングが行なわれたか否かを目視によって確認することが可能である。

コイルばねの１つの実施形態を示す斜視図。 図１に示されたコイルばねの一部の拡大図。 塗装前の前記コイルばねを示す斜視図。 図３に示された塗装前のコイルばねの一部の拡大図。 図１に示されたコイルばねの製造工程の一例を工程順に示す図。 連続式ショットピーニング装置を模式的に示す斜視図。 本発明の１つの実施形態に係るインペラ昇降式ショットピーニング装置の一部を示す正面図。 図７に示されたインペラ昇降式ショットピーニング装置の縦断面図。 図７に示されたインペラ昇降式ショットピーニング装置の横断面図。 図７に示されたインペラ昇降式ショットピーニング装置のインペラユニットを開位置に移動させた状態の横断面図。

以下に１つの実施形態に係るコイルばねとインペラ昇降式ショットピーニング装置について、図１から図１０を参照して説明する。

図１は、塗装されたコイルばね１０の一例を示している。図２は、塗装されたコイルばね１０の一部（図１中にＳ１で示す部分）の拡大図である。コイルばね１０は、螺旋形に巻かれた素線（ワイヤ）１１を有している。素線１１の表面は、錆止めの塗膜（塗料の皮膜）１２によって覆われている。コイルばね１０の両端にそれぞれ座巻部１０ａ，１０ｂが形成されている。座巻部１０ａ，１０ｂ間には、圧縮荷重の大きさに応じて撓む螺旋形の有効部１０ｃが形成されている。

図１において下側の座巻部１０ａは、素線１１の下端から１巻未満の巻数（例えば０.６巻程度)で形成され、例えば車両用懸架装置では下側のばね座に接する。図１において上側の座巻部１０ｂは、素線１１の上端から１巻未満の巻数（例えば０.６巻程度)で形成され、例えば車両用懸架装置では上側のばね座に接する。コイルばね１０に圧縮の荷重が負荷されて有効部１０ｃが撓むと、素線１１にねじりの応力が生じる。

コイルばね１０の一例は円筒コイルばねであるが、懸架装置の仕様に応じて、たる形コイルばね、鼓形コイルばね、テーパコイルばね、不等ピッチコイルばねなど、種々の形態のコイルばねが採用される。素線１１の一例は断面が円形のばね鋼からなる。自動車の懸架用コイルばねの場合、素線１１の線径は８〜２１ｍｍが主流である。しかしこれ以外の線径であっても勿論かまわない。

素線１１の材料であるばね鋼の種類は特に限定されないが、例えば米国の“Society of Automotive Engineers”に準拠するＳＡＥ９２５４が挙げられる。ＳＡＥ９２５４の化学成分（ｍａｓｓ％）は、Ｃ：０．５１〜０．５９、Ｓｉ：１．２０〜１．６０、Ｍｎ：０．６０〜０．８０、Ｃｒ：０．６０〜０．８０、Ｓ：最大０．０４０、Ｐ：最大０．０３０、残部Ｆｅである。鋼種の他の例が超高強度ばね鋼であってもよい。

図３は、塗装前（塗膜が形成される前）のコイルばね１０を示している。図４は、塗装前のコイルばね１０の一部（図３中にＳ２で示した部分）の拡大図である。図３と図４に示されるように、塗装前の座巻部１０ａ，１０ｂの一部に、それぞれ、多数の微視的凹凸である第１のショットピーニング圧痕２０からなる第１粗面部２１（図３と図４に模式的に濃い梨地模様で示す）が形成されている。

第１粗面部２１は、下側の座巻部１０ａと上側の座巻部１０ｂとに、それぞれ複数個所（３〜４箇所）形成されている。これら第１粗面部２１は、各座巻部１０ａ，１０ｂの巻き方向に間隔を存してそれぞれ島状に点在している。第１のショットピーニング圧痕２０は、以下に説明する第１のショットピーニング工程において、例えば連続式ショットピーニング装置４０（図６に示す）によって第１のショットＳＨ１をコイルばね１０に投射することにより、素線１１の表面全体に形成される。素線１１の表面全体のうち、第１粗面部２１を除く素線１１の表面に、多数の微視的凹凸である第２のショットピーニング圧痕３０からなる第２粗面部３１（図３と図４に模式的に薄い梨地模様で示す）が形成されている。

第２のショットピーニング圧痕３０は、後に詳しく説明するインペラ昇降式ショットピーニング装置５０によって、第１粗面部２１を除く素線１１の表面全体に形成される。第２粗面部３１の表面粗さは第１粗面部２１の表面粗さとは異なっている。表面粗さはショットピーニングの条件によって左右されるため一概には言えないが、例えば第１粗面部２１の最大高さが３０〜５０μｍ、第２粗面部３１の最大高さが２０〜３０μｍというように、第２粗面部３１の粗さが第１粗面部２１の粗さよりも小さい。

図５は、コイルばね１０の製造工程の一例を示している。図５中の成形工程Ｓ１において、コイリングマシンを用いて素線１１が螺旋形に成形される。熱処理工程Ｓ２では、成形工程Ｓ１によって素線１１に生じた歪み応力を除去するために、焼戻しと焼鈍がなされる。例えば熱処理工程Ｓ２において素線１１が例えば４００〜４５０℃程度に加熱されたのち徐冷される。ホットセッチング工程Ｓ３では、熱処理工程Ｓ２の余熱を利用して、温間（２５０〜３５０℃）でホットセッチングが行なわれる。ホットセッチングは温間のコイルばね１０に加圧装置によって軸線方向の荷重が所定時間付与される。

さらに第１のショットピーニング工程Ｓ４において、温間で第１のショットピーニングが実施される。第１のショットピーニング工程Ｓ４では、第１のショット（例えば粒径が１．１ｍｍのラージサイズのカットワイヤ）が使用される。ただしこれ以外のショットサイズ（例えば０．８７〜１．２ｍｍ）であってもよい。この第１のショットを、図６に模式的に示す連続式ショットピーニング装置４０によって、例えば２５０〜３００℃の処理温度のもとで、コイルばね１０の表面全体に投射する。第１のショットの投射速度は、例えば７７ｍ／ｓｅｃである。

図６に示された連続式ショットピーニング装置４０の一例は、一対のローラ４１，４２上に載置されたコイルばね１０を矢印Ｆで示す方向に連続的に移動させつつ、ローラ４１，４２によってコイルばね１０を回転させながら、遠心式加速装置（インペラ）４３から第１のショットＳＨ１をコイルばね１０に投射するように構成されている。

この第１のショットピーニングによって、コイルばね１０の表面から比較的深い位置まで圧縮残留応力が形成される。しかも素線１１の表面に形成されていた酸化皮膜（熱処理による黒皮）が第１のショットピーニングによって除去されるとともに、素線１１の表面に第１のショットピーニング圧痕２０（図４に一部を模式的に示す）が形成されるため、後に行なわれる塗装工程Ｓ７において塗料が素線１１に付着しやすくなる。

図５中の第２のショットピーニング工程Ｓ５では、図７から図１０に示すインペラ昇降式ショットピーニング装置５０によって、第１のショットピーニング工程Ｓ４よりも低い温度（例えば２００〜２５０℃）のもとで、コイルばね１０を圧縮した状態で第２のショットピーニング（温間ストレスショットピーニング）が行なわれる。第２のショットピーニング工程Ｓ５では、第１のショットピーニング工程Ｓ４で使用した第１のショットＳＨ１よりもサイズの小さい第２のショットＳＨ２（例えば粒径が０．４〜０．７ｍｍのスモールサイズのカットワイヤ）がコイルばね１０の表面全体に投射される。

第２のショットピーニング工程Ｓ５（温間ストレスショットピーニング）によって、素線１１の表面付近の圧縮残留応力の絶対値を増加させることができる。しかも温間温度域に加熱されたコイルばね１０が圧縮された状態でスモールサイズの第２のショットＳＨ２が投射されるため、表面付近の圧縮残留応力を効果的に増加させることができるとともに、素線１１の表面の粗さが改善される（表面粗さが小さくなる）ため、コイルばね１０の耐久性をさらに向上させることができる。

第２のショットピーニング工程Ｓ５が終了したのち、必要に応じてセッチング工程Ｓ６を実施することにより、コイルばねの無荷重時の長さ（自由長）を調整する。このセッチング工程Ｓ６によって、コイルばねのクリープ性（耐へたり性）を向上させることもできる。なお、セッチング工程Ｓ６を省略してもよい。次いで、塗装工程Ｓ７において、コイルばね全体に防錆塗料が静電塗装等によって塗布される。最後に品質検査が行なわれてコイルばね１０の完成となる。

図７から図１０は、第２のショットピーニング工程Ｓ５に使用されるインペラ昇降式ショットピーニング装置５０を示している。図７は、インペラ昇降式ショットピーニング装置５０の一部を示す正面図、図８は縦断面図、図８と図９はそれぞれ横断面図である。

インペラ昇降式ショットピーニング装置５０は、コイルばね（ワーク）１０を収容するハウジング５１と、コイルばね１０をほぼ垂直に立てた姿勢で保持するワーク保持機構５２と、コイルばね１０に向けてショットＳＨ２を投射するための第１のインペラユニット５５および第２のインペラユニット５６を含む投射機構５７と、インペラユニット５５，５６を上下方向に移動させる第１の昇降機構５８および第２の昇降機構５９とを有している。

第１の昇降機構５８と第２の昇降機構５９の一例は、それぞれ、コントローラによって回転が制御されるサーボモータ５８ａ，５９ａ（図８に示す）とボールねじ５８ｂ，５９ｂなどからなり、サーボモータ５８ａ，５９ａの回転方向と回転量に応じてインペラユニット５５，５６をそれぞれ独立して上下方向に一定のストロークＹ１，Ｙ２で移動させることができるように構成されている。

図８と図９に示されるように、ハウジング５１の内部に、第１のチャンバ６１と、第２のチャンバ６２と、これらチャンバ６１，６２間に位置する中間チャンバ６３，６４とが形成されている。第１のチャンバ６１には、ハウジング５１の外側からコイルばね１０を第１のチャンバ６１内に出し入れするための開口であるワーク出入口６５が形成されている。

第２のチャンバ６２には、投射機構５７を構成する第１のインペラユニット５５と第２のインペラユニット５６の各投射口５５ａ，５６ａが配置され、これら投射口５５ａ，５６ａからコイルばね１０に向けてショットＳＨ２が投射されるようになっている。つまり第２のチャンバ６２内にて、コイルばね１０にショットＳＨ２を投射することによって第２のショットピーニングが行なわれる。

図９と図１０に示されるように、第１のチャンバ６１と中間チャンバ６３，６４との間に隔壁７０，７１が設けられている。第２のチャンバ６２と中間チャンバ６３，６４との間にも隔壁７２，７３が設けられている。さらに中間チャンバ６３，６４には、第２のチャンバ６２内に投射されたショットＳＨ２が第１のチャンバ６１に向かうことを防ぐシール壁７４，７５が形成されている。

図７に示すようにワーク保持機構５２は、垂直方向に延びる公転軸Ｘ１を中心に回転するターンテーブル７９と、ターンテーブル７９を公転軸Ｘ１まわりに第１の方向Ｒ１と第２の方向Ｒ２（図９に示す）とに１８０°ずつ間欠的に回動させるモータを備えた公転機構８０（図７に示す）と、ターンテーブル７９上に配置された一対のワークホルダ８１，８２とを有している。

ワークホルダ８１，８２には、それぞれ、コイルばね１０の下側の座巻部１０ａに接する下側の座巻支持部８４，８５が設けられている。ワークホルダ８１，８２は、公転軸Ｘ１を中心として１８０°回転対称位置に配置されている。ワークホルダ８１，８２の背後には、第２のチャンバ６２内においてコイルばね１０に投射されたショットを受け止めるための一対のバックアッププレート８６，８７が配置されている。

一方のワークホルダ８１に設けられた下側の座巻支持部８４の一例は、上方から挿入された座巻部１０ａを支持できるようにＵ形あるいはＬ形に形成された複数（例えば４つ）の爪部材を有し、これら爪部材がワークホルダ８１の周方向に等間隔で配置されている。他方のワークホルダ８２に設けられた下側の座巻支持部８５も、上方から挿入された座巻部１０ａを支持できるようにＵ形あるいはＬ形に形成された複数（例えば４つ）の爪部材を有し、これら爪部材がワークホルダ８２の周方向に等間隔で配置されている。

ターンテーブル７９を回転させる公転機構８０（図７に示す）は、一方のワークホルダ８１が第１のチャンバ６１の中央（図９に示すワーク出し入れポジション）に位置しているときには他方のワークホルダ８２を第２のチャンバ６２の中央（ショットピーニングポジション）に位置させる。また一方のワークホルダ８１が第２のチャンバ６２の中央（ショットピーニングポジション）に移動しているときには、他方のワークホルダ８２を第１のチャンバ６１の中央（ワーク出し入れポジション）に位置させるよう、ターンテーブル７９を公転軸Ｘ１まわりに１８０°ずつ間欠的に第１の方向Ｒ１と第２の方向Ｒ２（図９に示す）とに回転させる機能を有している。

すなわち本実施形態のワーク保持機構５２は、下側の座巻支持部８４，８５を備えた一対のワークホルダ８１，８２が、ターンテーブル７９上に１８０°回転対称位置に配置されている。そしてターンテーブル７９が公転機構８０によって１８０°ずつ公転軸Ｘ１を中心として間欠的に回転するように構成されている。このように公転機構８０は、下側の座巻支持部８４，８５が第１のチャンバ６１と第２のチャンバ６２とにわたって往復するようにターンテーブル７９を公転軸Ｘ１まわりに回転させる。

さらにこの実施形態のインペラ昇降式ショットピーニング装置５０は、ワーク保持機構５２によって保持されたコイルばね１０を圧縮するストレス付与機構９０と、ワーク保持機構５２によって保持されたコイルばね１０を垂直軸（自転軸）Ｘ２，Ｘ３を中心に自転させる自転機構１００とを備えている。

ストレス付与機構９０は、ワークホルダ８１，８２の真上に対向して配置された押圧部材９１，９２と、押圧部材９１，９２を上下させる流体シリンダ等の押圧駆動源９３，９４などを備えている。押圧部材９１，９２には、コイルばね１０の上側の座巻部１０ｂと接する上側の座巻支持部９５，９６が設けられている。

一方の押圧部材９１に設けられた上側の座巻支持部９５の一例は、座巻部１０ｂを支持可能なＵ形あるいはＬ形の複数（例えば４つ）の爪部材を有し、これら爪部材が押圧部材９１の周方向に等間隔で配置されている。他方の押圧部材９２に設けられた座巻支持部９６も、座巻部１０ｂを支持可能なＵ形あるいはＬ形の複数（例えば４つ）の爪部材を有し、これら爪部材が押圧部材９２の周方向に等間隔で配置されている。

押圧部材９１，９２を上下方向に移動させる押圧駆動源９３，９４は、押圧部材９１，９２を下側ストローク端まで移動させた状態においてコイルばね１０を圧縮し、押圧部材９１，９２を上側ストローク端まで移動させた状態においてコイルばね１０の押圧を解除できるように、上下方向の移動ストロークが設定されている。

コイルばね１０を回転させる自転機構１００は、ワークホルダ８１，８２を垂直軸Ｘ２，Ｘ３まわりに回転させる下側回転部１０１と、押圧部材９１，９２を垂直軸Ｘ２，Ｘ３まわりに回転させる上側回転部１０２とを含んでいる。下側回転部１０１と上側回転部１０２とは、それぞれタイミングベルトとサーボモータ等の駆動源によって互いに同期して同一方向に同一の回転数で回転するよう制御回路によって制御される。

コイルばね１０に向かってショットＳＨ２を投射する投射機構５７は、上下方向に移動可能な第１のインペラユニット５５と、第２のインペラユニット５６とを有している。図８に示されるように、第１のインペラユニット５５は、第２のチャンバ６２内のコイルばね１０の斜め上方からショットＳＨ２を投射するとともに、第１の昇降機構５８によって上下方向に移動する。第２のインペラユニット５６は、同じく第２のチャンバ６２内のコイルばね１０に対して、斜め下方からショットＳＨ２を投射するとともに、第２の昇降機構５９によって上下方向に移動するように構成されている。

図９と図１０は、第１のインペラユニット５５と第２のインペラユニット５６を上方から見た横断面図である。第１のインペラユニット５５は、モータ１１０によって回転するインペラ（翼車）１１１と、インペラ１１１にショットＳＨ２を供給するディストリビュータ１１２とを備えている。第２のインペラユニット５６も、モータ１１５によって回転するインペラ１１６と、インペラ１１６にショットＳＨ２を供給するディストリビュータ１１７とを備えている。

図９に示されるように、第１のインペラユニット５５と第２のインペラユニット５６とは、上方から見て、第２のチャンバ６２内のコイルばね１０の中心を通る投射方向の線分Ｐ１，Ｐ２が、互いに１８０°以下の角度θ（例えば６０°）をなすように配置されている。このため第１のインペラユニット５５と第２のインペラユニット５６とは、互いに干渉し合うことなくコイルばね１０に向けてショットＳＨ２を投射することができる。

第１のインペラユニット５５は、ハウジング５１の側部に設けられた上下方向のガイド部材１３０に沿って昇降可能に支持されている。第１のインペラユニット５５は、サーボモータ５８ａとボールねじ５８ｂ等の駆動源を備えた第１の昇降機構５８によって、図８に示す中立位置Ｎ１を境に、上昇位置Ａ１と下降位置Ｂ１とにわたって往復移動する。

しかも第１のインペラユニット５５は、ハウジング５１に設けられた第１のヒンジ機構１３１を中心に開閉可能であり、図９に示すように第２のチャンバ６２を閉鎖した状態において確実にロックされる閉位置と、図１０に示すようにメンテナンス等のために第２のチャンバ６２を開放した状態の開位置とにわたって、回動することができるようになっている。

第２のインペラユニット５６も、ハウジング５１の側部に設けられた上下方向のガイド部材１４０に沿って昇降可能に支持されている。第２のインペラユニット５６は、サーボモータ５９ａとボールねじ５９ｂ等の駆動源を備えた第２の昇降機構５９によって、図８に示す中立位置Ｎ２を境に、上昇位置Ａ２と下降位置Ｂ２とにわたって往復移動する。

しかも第２のインペラユニット５６は、ハウジング５１に設けられた第２のヒンジ機構１４１を中心に開閉可能であり、図９に示すように第２のチャンバ６２を閉鎖した状態において確実にロックされる閉位置と、図１０に示すようにメンテナンス等のために第２のチャンバ６２を開放した状態の開位置とにわたって、回動することができるようになっている。

図１０に示すように、第１のインペラユニット５５と第２のインペラユニット５６とをそれぞれヒンジ機構１３１，１４１を中心に開位置に移動させると、第２のチャンバ６２が開放されることにより、第２のチャンバ６２の内部をハウジング５１の外側から臨むことができるとともに、第１のインペラユニット５５と第２のインペラユニット５６の内部をそれぞれ投射口５５ａ，５６ａ側から臨むことができる。このため第２のチャンバ６２やインペラユニット５５，５６のメンテナンスを行なうことができる。

次に、本実施形態のインペラ昇降式ショットピーニング装置５０を用いて第２のショットピーニング工程Ｓ５（図５に示す）を行う場合について説明する。

まず、第１のチャンバ６１内に位置している一方のワークホルダ８１に１個目のコイルばね１０を載置する。図７の左側に描かれたコイルばね１０は、圧縮荷重が負荷されていない状態（自由状態）であり、コイルばね１０の長さ（自由長）はＬ１である。このコイルばね１０の表面全体には、予め第１のショットピーニング工程Ｓ４（図５に示す）によって、第１のショットピーニング圧痕２０が形成されている。

第１のチャンバ６１内のワーク出し入れポジションで停止しているワークホルダ８１の座巻支持部８４上にコイルばね１０を載置したのち、押圧部材９１が下側ストローク端まで降下することにより、下側の座巻支持部８４と上側の座巻支持部９５との間でコイルばね１０が長さＬ２まで圧縮され、コイルばね１０にねじりの応力が与えられる。さらにこのコイルばね１０は、ターンテーブル７９が１８０°回転することによって、ワークホルダ８１と共に第２のチャンバ６２のショットピーニングポジションに搬入される。これと同時に他方のワークホルダ８２が第１のチャンバ６１に移動してくるため、第１のチャンバ６１では２個目のコイルばね１０をワークホルダ８２に載置できる状態となる。

第２のチャンバ６２内では、圧縮されたコイルばね１０が自転機構１００によって回転しつつ、上下方向に移動する第１のインペラユニット５５と第２のインペラユニット５６とによって、第２のショットピーニングが行なわれる。第２のショットピーニングでは、第１のインペラユニット５５と第２のインペラユニット５６とがそれぞれ同期して上下方向に移動し、かつ、圧縮された状態のコイルばね１０が自転することにより、コイルばね１０の座巻部１０ａ，１０ｂと有効部１０ｃとを含む素線１１の表面全体に第２のショットＳＨ２が投射される。このように応力を与えた状態で第２のショットピーニングを行うことにより、コイルばね１０の表面付近の圧縮残留応力を高めることができる。

本実施形態ではコイルばね１０を圧縮した状態で第２のショットピーニングが行なわれるため、自由状態のときよりも素線間の距離が小さい状態でショットＳＨ２が投射される。しかし第１のインペラユニット５５と第２のインペラユニット５６とがそれぞれ上下方向に移動しつつ、コイルばね１０が自転しながらコイルばね１０の斜め上方と斜め下方からショットＳＨ２が投射されるため、コイルばね１０の全体にショットを十分に打ち付けることができる。

第２のショットピーニングでは、インペラ昇降式ショットピーニング装置５０によって第１のショットピーニング圧痕の上から第２のショットＳＨ２が投射される。このため素線１１の表面全体のうち、座巻支持部８４，８５，９５，９６と接する箇所を除く素線１１の表面に第２のショットＳＨ２が当たる。このため座巻支持部８４，８５，９５，９６と接する箇所を除く素線１１の表面に、第１のショットピーニング圧痕２０（図３と図４に示す）よりも表面粗さの小さい多数の第２のショットピーニング圧痕３０からなる第２粗面部３１が形成される。座巻支持部８４，８５，９５，９６と接する箇所には第２のショットＳＨ２が当たらないため、座巻部１０ａ，１０ｂの一部に第１のショットピーニング圧痕２０からなる第１粗面部２１が島状に残る。

第２のチャンバ６２内で第２のショットピーニングが行なわれたのち、ターンテーブル７９が１８０°回転することにより、ワークホルダ８１上のコイルばね１０が第２のチャンバ６２から第１のチャンバ６１に戻ってくる。これと同時に、他方のワークホルダ８２によって保持されている２個目のコイルばね１０が第２のチャンバ６２に搬入される。

第１のチャンバ６１に戻ってきたワークホルダ８１上のコイルばね１０は、押圧部材９１が上昇したのち、ワーク出入口６５から第１のチャンバ６１の外部に取り出される。また第２のチャンバ６２に搬入された２個目のコイルばね１０は、１個目のコイルばね１０と同様に、第２のチャンバ６２内において第１のインペラユニット５５と第２のインペラユニット５６とによってショットピーニングが行われる。

ここで、仮に、図５に示すコイルばねの製造工程において、何らかのミスにより第１のショットピーニング工程Ｓ４または第２のショットピーニング工程Ｓ５の一方が行なわれなかった場合には、コイルばね１０の表面全体が同じ粗さのショットピーニング圧痕のみとなり島状の第１粗面部２１が見られない。このため塗装前のコイルばね１０であれば、目視によって座巻部１０ａ，１０ｂに島状の第１粗面部２１が点在しているか否かを確認することにより、第１のショットピーニングと第２のショットピーニングの双方がなされたか否か（２段ショットピーニングがなされたか否か）を確認することができる。塗装後のコイルばねの場合には、座巻部１０ａ，１０ｂの少なくとも一方の塗膜を剥がして第１粗面部２１の有無を観察すればよい。

第１粗面部２１は第１のショットピーニング圧痕２０のみからなるため、第２のショットピーニング圧痕３０によって得られる残留応力の増加を期待することはできない。しかし第１粗面部２１は応力的に余裕のある座巻部１０ａ，１０ｂのみに島状に形成されるため、第１粗面部２１の存在がコイルばね１０の耐久性を悪くする原因になることはない。

本実施形態のインペラ昇降式ショットピーニング装置５０は、第１のチャンバ６１と第２のチャンバ６２を有し、一対のワークホルダ８１，８２が交互に第１のチャンバ６１と第２のチャンバ６２に搬入されるようターンテーブル７９が１８０°ずつ間欠的に回転する。このため第１のチャンバ６１において作業員が一方のコイルばね１０を出し入れしている間に、第２のチャンバ６２においてショットピーニングを行うことができ、複数のコイルばね１０に第２のショットピーニング工程Ｓ５を能率良く実施することができる。

なお本発明を実施するに当たって、ハウジングやワーク保持機構、ストレス付与機構、自転機構、投射機構、昇降機構等の具体的な形状や構成をはじめとして、インペラ昇降式ショットピーニング装置を構成する各要素の態様や構造、配置等を種々に変更して実施できることは言うまでもない。例えば下側の座巻支持部を備えたワークホルダは１つでもよいし、３つ以上でもよい。また本発明に係るコイルばねは車両の懸架装置以外の用途に使用することもできる。

１０…コイルばね、１０ａ…下側の座巻部、１０ｂ…上側の座巻部、１１…素線、１２…塗膜（塗装皮膜）、２０…第１のショットピーニング圧痕、２１…第１粗面部、３０…第２のショットピーニング圧痕、３１…第２粗面部、５０…インペラ昇降式ショットピーニング装置、５１…ハウジング、５２…ワーク保持機構、５５…第１のインペラユニット、５６…第２のインペラユニット、５７…投射機構、５８…第１の昇降機構、５９…第２の昇降機構、６１…第１のチャンバ、６２…第２のチャンバ、６５…ワーク出入口、７９…ターンテーブル、８０…公転機構、８１，８２…ワークホルダ、８４，８５…下側の座巻支持部、９０…ストレス付与機構、９１，９２…押圧部材、９５，９６…上側の座巻支持部、１００…自転機構、１３１…第１のヒンジ機構、１３２…第２のヒンジ機構、Ｘ１…公転軸、Ｘ２，Ｘ３…垂直軸、ＳＨ１…第１のショット、ＳＨ２…第２のショット。

Claims (4)

1. コイルばねが出し入れされるワーク出入口を有する第１のチャンバと該コイルばねにショットピーニングを行なう第２のチャンバとを備えたハウジングと、
   前記コイルばねの下側の座巻部に接する下側の座巻支持部と前記コイルばねの上側の座巻部に接する上側の座巻支持部とを有し、前記下側の座巻支持部と前記上側の座巻支持部との間に前記コイルばねを立てた姿勢で保持するワーク保持機構と、
   前記第２のチャンバ内に搬入された前記コイルばねを前記下側の座巻支持部と前記上側の座巻支持部との間で上下方向に圧縮するストレス付与機構と、
   前記第２のチャンバ内の前記コイルばねを垂直軸回りに自転させる自転機構と、
   前記第２のチャンバ内の前記コイルばねが前記ストレス付与機構によって圧縮されかつ前記自転機構によって回転している状態において該コイルばねに向けてショットを投射するインペラユニットを備えた投射機構と、
   前記コイルばねが前記ストレス付与機構によって圧縮され長さが小さくなった状態のもとでかつ前記コイルばねに前記ショットが投射されている状態において前記投射機構を前記コイルばねが圧縮され長さが小さくなった方向と同じ上下方向に移動させる昇降機構とを具備し、
   前記インペラユニットが、インペラと、前記インペラにショットを供給するディストリビュータと、前記インペラを回転させるモータとを有し、
   前記昇降機構が、前記ハウジングの側部に設けられ上下方向に延びるガイド部材と、前記インペラユニットを前記ガイド部材に沿って上下方向に移動させる駆動源とを有したことを特徴とするインペラ昇降式ショットピーニング装置。
2. 前記ワーク保持機構が、前記下側の座巻支持部が配置されたターンテーブルと、前記下側の座巻支持部が前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとにわたって往復するよう前記ターンテーブルを公転軸まわりに回転させる公転機構とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のインペラ昇降式ショットピーニング装置。
3. 前記ワーク保持機構が一対の前記下側の座巻支持部を有し、これら下側の座巻支持部が前記ターンテーブル上に前記公転軸を中心として１８０°対称位置に配置され、前記ターンテーブルが前記公転機構によって１８０°ずつ回転することを特徴とする請求項２に記載のインペラ昇降式ショットピーニング装置。
4. 前記投射機構が、前記第２のチャンバ内の前記コイルばねの斜め上方からショットを投射するとともに該コイルばねに対して上下方向に移動する第１のインペラユニットと、前記コイルばねの斜め下方からショットを投射するとともに該コイルばねに対して上下方向に移動する第２のインペラユニットとを含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のインペラ昇降式ショットピーニング装置。

Images