JPH0256975B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は疲労寿命が従来の可変トルクぜんまい
ばねに比して飛躍的に向上した可変トルクぜんま
いばねの製造方法に関する。 可変トルクぜんまいばねを製造する従来例を第
１図に基づき説明する。ステンレス鋼、はがね鋼
等の鋼材を用いて例えば0.13mm厚に冷間圧延加工
された薄板を、スリツトと成し、縁摺り（ラウン
ド加工）し、このような素材工程を経た鋼帯１を
第１図に示す送りローラー２及びガイド部材３を
通して曲げ部材４に送り、当該部材に鋼帯１を当
接して曲げ成形する。この際一定の径で曲げ加工
するときには定トルクぜんまいばねとなり、径を
変化させトルク特性を与えるときには可変トルク
ばねとなる。次いで、折曲げ後のばねを例えば
400℃２時間時効処理（加熱処理）し、次いで径
の仕上りにバラツキが発生することを防止した
り、塑性変形を予じめ起させその後のへたりを防
止するために、第２図に示す如き態様でばねを支
持ドラム５からセツテイング用ドラム６に巻き付
けてプリセツテイングを行う。このプリセツテイ
ングは曲げ成形後のばねを逆巻きにし、その径を
例えば曲げ成形時φ12〜13からφ14〜16に広げる
工程である。 ところで、このようにして得られたぜんまいば
ねについての疲労寿命を測定するテストとして疲
労テストがある。このテストの一方法は、第３図
に示す如き態様で、支持ドラム７にセツテイング
後のばねを巻き付け、巻き付けたものを出力ドラ
ム８に巻き付けたり、次いで出力ドラム８から支
持ドラム７に巻き戻したり、この巻き付け、巻き
戻しを繰り返してばねに破壊部（クラツク）が生
じる回数を測定するものである。尚当該テストに
はテスト箱セツトによる場合と単体テストによる
場合とがある。又自動車のシートベルトの巻取装
置に使用される巻取ばねについては、第３図に示
す出力ドラム８の出力軸に設けたリール（図示せ
ず）を引くと矢標方向に出力ドラム８が回転して
そこに可変トルクぜんまいばねが巻回され、リー
ルをはなすと再び支持ドラム７に巻き戻されるよ
うになつている。 ところで、上記した従来例による可変トルクぜ
んまいばねについての疲労寿命は、テスト箱セツ
トによるテストで、たかだか３〜７万回平均５万
回程度にしかならない。 そこで、本発明者らはこの従来例による可変ト
ルクぜんまいばねについての残留応力を測定した
ところ、第２図に示すセツテイング時のばね使用
時の引張側残留応力（発生応力）は＋20〜30Kg
ｆ／mm²程度であり、又、支持ドラムセツトによる
発生応力は約30Kgｆ／mm²、疲労テスト時の発生応
力は約170Kgｆ／mm²であり、合せてばね表面の発
生応力は約220〜230Kgｆ／mm²程度にもなることが
判つた。 第４図Ａ、Ｂは、ばね使用時の引張側表面の残
留応力の疲労寿命に与える影響をグラフ化したも
ので、同図Ａは引張側残留応力と疲労テスト応力
振幅範囲、ばね限界値、引張り強さとの関係を、
又同図ＢはＳ（応力）−Ｎ（回数）カーブを図示し
たものである。 第４図中、９は従来例を示し、この従来例の場
合残留応力はプラス（＋）側で応力振幅範囲を示
している。 即ち従来法によればどうしても＋側の残留応力
しか付与することができなかつた。これでは第４
図に示す如く応力振幅範囲が＋側を基点としてい
るので勢いばね限界値を越えてしまい、疲労寿命
の短い可変トルクぜんまいばねしか得られないこ
とになる。 本発明者らは可変トルクぜんまいばねについて
第４図中１０で示す如きマイナス（−）の残留応
力（圧縮残留応力）を付与することにより、同図
中に示す如くばね限界値を越えることなく飛躍的
な寿命向上を達成することができることが判つ
た。 そこで更に、ばね使用時の引張り側表面に一の
残留応力を与え疲労寿命の飛躍的に向上した可変
トルクぜんまいばねを得る好ましい方法について
多数の基礎実験を重ねた結果、次のような知見を
得たので以下に説明する。 即ち、第５図Ａ、Ｂに示す態様で可変トルクぜ
んまいばねについて圧縮残留応力を付与する方法
について考察したところ、鋼帯１２に二方向から
張力をかけ、それら張力下でダイス１３やローラ
ーダイス１４を用いて鋼帯をしごくことにより一
の残留応力を附与することに成功した。尚第５図
中、Ｐは張力を示し、又Ｗは他方の張力を示し、
更に１１は荷重、１５はガイドロールである。 そこで、更に鋭意検討した結果、このような引
き加工法で一の残留応力を好適に付与する方法
は、ダイスの如き曲げ部材でしごき且次いで曲げ
伸ばしを行うことであることが判つた。即ち第５
図に示す如き態様ではダイスＲを小さくし、又大
きな張力を作用させることである。 第６図は第５図Ｂに示す如きローラーダイス法
によるダイスＲと表面残留応力との関係をグラフ
化したものであるが、従来法（押し加工法）によ
る場合の残留応力は＋側であるのに対し二方向か
ら張力をかけつつ曲げ加工を行なう本発明法によ
ればみごとに一側に残留応力を示し、ダイスＲを
小さくすればする程一の残留応力を大きくできる
ことが判つた。 第７図は同様に第５図Ａに示すブロツクダイス
法についてのものであり、同様のことが判る。 前記した従来法（押し加工法）の実施態様に照
らせば１次成形径を小さくし、プリセツテイング
による逆曲げ変形量を大きくすることである。 ところが、本発明者らは１次成形径を小さくす
るという観点から、従来法（押し加工法）につい
て成形時半径を小さくすることについて検討して
みたが、従来法の如き押し加工法では成形時半径
を小さくすると鋼帯にオレが発生し、成形時半径
を小さくすることには限界があることが判つた。 本発明は上記知見を基にして完成したものであ
り、本発明はうず巻き状に成形後逆巻して使用す
る可変トルクぜんまいばねを製造するに際し、鋼
帯に張力を負荷した状態でしごきを加えながら巻
取り、鋼帯裏側表層面に圧縮残留応力を付与する
１次成形工程と当該巻取体にトルク変化を付与す
る２次成形工程を経る可変トルクを変化ぜんまい
ばねの製造方法に係り、本発明によれば飛躍的に
疲労寿命の向上した可変トルクぜんまいばねが得
られた。 次に、本発明による可変トルクぜんまいばねの
製造方法について詳述する。 第８図は鋼帯に二方向から張力をかけつつしご
くことによりばね使用時の引張り側表面に圧縮残
留応力を付与する工程を説明する側面図であり、
鋼帯１２をガイドロール１７を経てしごき部材１
８に送り、バツクテンシヨン装置１６により後方
張力をかけ、引出し装置１９により前方張力をか
けつつしごき、鋼帯にばね使用時の引張り側表面
に圧縮残留応力を付与する。 本発明に使用されるしごき部材としては二方向
に張力をかけつつしごけるもののうち、ローラー
ダイス、Ｒブロツク、ペアリングダイス（以下単
にこれらを総称してＲダイスという）が使用され
る。Ｒダイスの半径は小さい程よく、具体的には
半径５mm以下のものを使用する。これらＲダイス
の半径、張力については鋼材の種々等に応じて適
宜選択する。 このようにして圧縮残留応力の付与された鋼帯
又は一旦定トルクぜんまいばねとされた鋼帯は次
いでトルク変化を付与されるが、次に本発明にお
いてぜんまいばねにトルク変化を付与する好まし
い方法の二三の例について説明する。 第９図は第８図に示す成形（以下１次成形とい
う）工程後に折曲げダイスを用い。当該ダイスの
鋼帯び又は定トルクぜんまいばね（以下単に鋼帯
という）との当接する位置を変化させることによ
りトルク変化を付与する機構の例示説明図であ
る。 即ち１次成形を経た鋼帯１２は送りローラー２
０によりガイド２１に送られ、次いで折曲げダイ
ス２２に当接して１次成形の方向とは逆方向に曲
げ加工されるが、その際折曲げダイス２２と鋼帯
１２とが当接する位置第９図で示す態様でいえば
折曲げダイス２２とガイド２１との距離Ｌを変化
させることによりトルク変化を付与することがで
きる。 又第１０図は前記ダイス２２の角度を変化させ
ることによりトルク変化を付与する機構の例示説
明図である。即ち第９図に示す折曲げダイス２２
は１次成形後の鋼帯の進行方向に対し直角方向に
位置してあるが、当該第１０図ではこのダイス２
２の角度を第１０図に示す如く変化させることに
よりトルク変化を付与する機構を示す。 当該角度θとしては±30゜が好ましい。 次に本発明法の全体について説明する。 第８図に示す工程により圧縮残留応力が付与さ
れ且つトルク変化を付与された鋼帯１２はそのま
ま巻取るか或いは第２図に示すプリセツテイング
を経て可変トルクぜんまいばねとすることができ
る。適宜時効処理をしてもよい。 又第８図に示す工程を経て、次いで予じめ所定
径よりも小さな径に巻取られた定トルクぜんまい
ばねを作つておき、これを例えば第９図、第１０
図に示す態様でトルク変化を与えると共に逆方向
に曲げ加工し所定径に成形することにより可変ト
ルクぜんまいばねと成すことができる。これらは
連続加工によつても不連続加工によつてもでき
る。このように所定径よりも小さなばね（定トル
クぜんまいばね、可変トルクぜんまいばね両方を
含む）を１次成形し、更に２次成形としてばねの
成形状態から逆方向に曲げ、成形径を所定径まで
拡大することのより圧縮残留応力の絶対値をより
大きくし、より一層ばねの疲労寿命を向上させる
ことができる。 本発明においては上記の如く定トルクぜんまい
ばねとせずに鋼帯をそのまま例えば第９図、第１
０図に示す如くトルク変化を付与すると共に逆方
向に曲げ加工し、所定径に成形して成形品たる可
変トルクぜんまいばねと成すこともできる。 第９図、第１０図に示す如き各種トルク変化を
付与する機構を適宜組合せて実施することも可能
である。 又２次成形を経た可変トルクぜんまいばねにつ
いて更にプリセツテイングを行うことも可能であ
り、当業者であればその他適宜の変更が可能であ
る。 本発明により得られた可変トルクぜんまいばね
は疲労寿命が飛躍的に向上したものであり、一般
長寿命の可変トルクぜんまいばねととして使用さ
れる他自動車のシートベルト巻取装置に使用され
る巻取ばねとして好適に使用することができる。 次の第１表は従来法による成形工程に於ける置
ける可変トルクぜんまいばねの残留応力の変化
（高トルク部）をまとめたものであるが、この第
１表にも示されるように、従来法による使用時引
張側の残留応力はプリセツテイング後で25Kgｆ／
mm²程度の引張残留応力が付与されている。

【表】 これに対し、第２表は厚さ0.13mm×幅14mmのス
テンレス鋼帯についてφ9のばねを後方張力22Kg
ｆ／mm²、半径0.7および0.8mmダイスを用いて１次
成形し、次いでφ15に２次成形した。なおこの場
合第１０図による方法でトルク変化を与えた。つ
づいてぜんまいばねの残留応力を測定した結果を
示すが、この本発明実施例の場合、使用時引張り
側残留応力（Ｘ）は90Kgｆ／mm²以上の圧縮残留応
力を示している。

【表】 このように本発明の可変トルクぜんまいばねの
製造方法によれば圧縮残留応力を付与したぜんま
いばねが得られ、一の残留応力を基点として疲労
テスト応力振幅範囲を示すので、疲労寿命を飛躍
的に向上させることができると共に、小径のＲダ
イスにて確実に圧縮残留応力が付与でき、折曲げ
ダイスの操作で容易にトルク変化が付与できるの
で、小型の簡素な設備によつて安価に可変トルク
ぜんまいばねを提供することができる。 上記実施例に於いて本発明例１の場合10万回以
上の疲労寿命があり、疲労寿命を半永久的にする
ことに成功した。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来法を説明する側面図、第２図はプ
リセツテイングを説明する側面図、第３図は疲労
テストを説明する側面図、第４図Ａは残留応力と
疲労テスト応力振幅範囲、ばね限界値、引張り強
さとの関係を示すグラフ、第４図ＢはSNカーブ
を示すグラフ、第５図Ａは本発明におけるブロツ
クダイス法の説明図、第５図Ｂは同ローラーダイ
ス法の説明図、第６図はローラーダイス法による
ダイスＲ、成形径と表面残留応力との関係を示す
グラフ、第７図はブロツクダイス法による同様の
関係を示すグラフ、第８図は本発明ぜんまいばね
を得る製造例を示す側面図、第９図〜第１０図は
本発明におけるトルク変化の機構を説明する側面
図である。 ２１…ガイド、２２…折り曲げダイス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ うず巻き状に成形後逆巻して使用する可変ト
   ルクぜんまいばねを製造するに際し、鋼帯に張力
   に負荷した状態で半径５mm以下のＲダイスにてし
   ごきを加えながら巻取り、鋼帯裏側表層面に圧縮
   残留応力を付与する１次成形工程と当該巻取体に
   ガイドと折曲げダイスの距離または／および当該
   ダイスの角度を変化させることによつてトルク変
   化を付与する２次成形工程とを経て可変トルクぜ
   んまいばねを得ることを特徴とする可変トルクぜ
   んまいばねの製造方法。