JPS63129B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は中空コイルばね等螺旋形中空体を製造
する装置に関するものである。

コイルばね等螺旋形体を中空にしようとする試
みは従来から行われていた。しかし従来は中実の
コイルばね等と殆んど同様な方法で製造されてい
たため、中空と言つても中心部の孔径は極めて小
さくせざる得ず、中空化の効果の乏しいものであ
つた。中心部の孔径を大きくして薄肉の中空体に
しようとすれば、しわ、座屈等を生じて満足な螺
旋形体が得られなかつたからである。

本発明はこのような事情を背景として為された
ものであり、直線状のＣ形断面素材から薄肉の螺
旋形中空体を製造し得る装置を提供することを目
的とするものである。

この目的を達成するために本発明に係る螺旋形
中空体製造装置は、 (1) 所望の螺旋中空体の内周側部分に対応した形
状の螺旋溝が外周面に形成された芯金と、 (2) 該芯金を前記螺旋溝と同一のリードで螺進さ
せる芯金駆動装置と、 (3) 前記芯金の外周面に近接して配設され、前記
螺旋溝の一部に対向して形成された溝部と前記
Ｃ形断面素材の内側空間とほぼ同一の断面形状
で該溝部の溝底部から突設された芯金部とを備
え、前記螺旋溝の一部と共同して前記Ｃ形断面
素材の外面及び内面を共に拘束しつつ前記芯金
の螺進に伴つて該Ｃ形断面素材を前記螺旋溝に
沿つて湾曲させる成形工具と、 (4) 該成形工具より下流側に配設され、湾曲後の
Ｃ形断面素材の開口部を閉じ合せて接合する接
合装置と、 (5) 該接合装置より下流側において接合後の螺旋
形中空体を前記芯金に固定するクランプ装置と
を含んで構成される。

以下実施例を示す図面に基いて詳細に説明す
る。

第１図及び第２図において１は芯金であり、そ
の外周面には所望の螺旋形体の内周側部分に対応
した形状の螺旋溝２が形成されている。芯金１は
中間部の２箇所において２組の軸承体３Ａ及び３
Ｂに支持されている。軸承体３Ａは内面に螺旋溝
２と係合する螺旋突条を備えた部材が二つ割りに
されたものであり、芯金１を回転可能に支持する
とともに、その回転に伴つて芯金１を螺旋溝２の
リードで軸心方向に移動（螺進）させる作用を為
す。一方軸承体３Ｂには螺旋溝２に対向して螺旋
溝が形成された部材が二つ割りにされたものであ
る。なお図示は省略するが一種の平軸承である軸
承体３Ａ，３Ｂをころがり軸承に変更すること、
又は芯金１の螺旋溝２が形成されていない部分に
接触する複数個の支持ローラに変更することも可
能である。

芯金１の基端部には回転力伝達のための端板４
が固定されており、この端板４はスライドボール
ベアリング５を介して複数本のロツド６に支持さ
れている。このロツド６は、芯金１と同心に配設
された回転体７に等角度間隔に配設されたもので
あり、回転体７が外面に固設されたギヤ８及びこ
れに噛合うピニオン９を介して図示しない駆動装
置により回転させられるとき、この回転力を端板
４に伝達する作用を為すものである。１１はベア
リングである。

芯金１の前記２組の軸承体３Ａ，３Ｂによつて
支持された部分の中間位置に成形工具１２が配設
されている。成形工具１２は第２図に拡大して示
すように、芯金１の外周面に近接して固定されて
おり、第３図に最も明瞭に示されているように芯
金１の螺旋溝２に対向して形成された溝部１３
と、第１図に示すような直線状Ｃ形断面素材Ｗ１
の内側空間とほぼ同一の断面形状を有する芯金部
１４とを有している。芯金部１４は上記溝部１３
の溝底部から突設されて、溝部１３に沿つて形成
されており、その結果芯金１と成形工具１２との
間には素材Ｗ１の断面形状にほぼ等しいＣ字形断
面を有し、かつ螺旋状を成す空間１５が形成され
ている。この空間１５は本実施例においては芯金
１をほぼ1/4周する長さで、かつ入口側から出口
側に向つてＣ字形の大きさが僅かずつではあるが
漸減するように形成されているが、この長さや断
面寸法変化は製品としての螺旋形体に要求される
寸法精度や素材Ｗ１の材質等を考慮して好適に塑
性加工が行なわれるように決定されるべきもので
ある。なお、このような構造の成形工具は放電加
工等によつて製作することが可能である。

成形工具１２の下流側（素材Ｗ２の移動方向
の）には半円形断面の環状溝１９を有する圧接ロ
ーラ１８が設けられている。この圧接ローラ１８
は実際には螺旋溝２に沿つて傾けて取付けられて
おり、芯金１と共同して螺旋状Ｃ形断面素材Ｗ２
の開口部を閉じ合せる作用を為す。この圧接ロー
ラ１８の下流側には比較的近接してビーム溶接装
置２０が設置されており（第１図は略図であつて
圧接ローラ１８やビーム溶接装置２０の実際の位
置を正確に示すものではない）、圧接ローラ１８
によつて開口部が閉じ合されているＷ２をレーザ
又は電子ビームで溶接する。すなわち本実施例に
おいては圧接ローラ１８とビーム溶接装置２０に
よつて接合装置が構成されているのである。

芯金１の先端部にはクランプ装置２１が取付け
られている。クランプ装置２１は螺旋溝２が形成
されていない部分において芯金１に固定された複
数個のシリンダ２２を備えている。シリンダ２２
は第４図に拡大して示すように２個のピストン２
３を有するものであり、それぞれのピストン２３
に立設されたピストンロツド２４に締金２５が固
定されている。ピストン２３の前進限度はシリン
ダ本体２７によつて規制されている。シリンダ２
２の作動流体は芯金１の中心部に穿設された通路
２８または２９から供給される。通路２８，２９
とシリンダ２２との接続回路並びに作動流体源は
通常のものであるので図示及び説明を省略する。
締金２５の内面は芯金１の外周面に沿つて湾曲さ
せられるとともに、螺旋溝２に対向した内向きの
螺旋溝２６が形成されており、シリンダ２２が収
縮させられるとき螺旋溝２と共同して製品Ｗ３を
芯金１に締付けて固定し、シリンダ２２が伸長さ
せられるとき製品Ｗ３を解放する。

次に上記構成の装置を用いて中空コイルばねを
製造する方法を説明する。

まず直接状Ｃ形断面素材Ｗ１であるが、これは
通常の管材を製造するのと同様の方法で、ドラム
に巻かれた帯板を一端から引き出しつつ多段の成
形ロールを使用して断面形状がＣ字形を成すよう
に湾曲させて製造する。

一方、素材Ｗ１と同様にＣ字形断面を有する比
較的短かい材料（肉厚は素材Ｗ１よりやや薄いも
のが良い）をパイプベンダ等を使用して芯金１と
成形工具１２との間の螺旋状空間１５に対応した
形状に成形した先端材を別途製作する。

そしてこの先端材を空間１５に挿入した後、そ
の先端側にワイヤロープを溶接し、末端側に前述
の直線上Ｃ形断面素材Ｗ１を溶接する。ワイヤロ
ーブを螺旋溝２に沿つて芯金１に巻き付け、その
先端部をクランプ装置２１によつて芯金１に固定
する。

この状態で駆動装置を始動させ、ピニオン９、
ギヤ８、回転体７ロツド６及び端板４等を介して
芯金１を回転させる。芯金１は、回転に伴つて軸
承体３Ａによつて螺旋溝２のリードとほぼ同一の
リードで螺進させられるが正確には成形工具１２
と螺旋溝２との間に介在させられている素材Ｗ１
自体によつて螺進させられる。すなわち素材Ｗ１
が巻き付けられた芯金１が雄ねじに類以の作用を
為し、成形工具１２が雌ねじに類以の作用を為し
て、芯金１が回転に伴つて螺進することとなるの
である。その結果直線上の素材Ｗ１が連続的に成
形工具１２と芯金１との間の空間１５に引き込ま
れ、螺旋形に湾曲させられる。この場合素材Ｗ１
は内外面共に拘束された状態で湾曲させられるた
め、在屈やしわが生じ難く良好に湾曲させられる
のであるが、螺旋溝２に接する内周側の圧縮歪が
大きい場合には微小なしわが発生することが有
る。このしわの発生を防止するためには、素材Ｗ
１に所定のバツクテンシヨンをかけて、曲げ加工
時の中立軸を内周側へ移動させ、圧縮歪を減少さ
せること（場合によつてはこれを零にすること）
が有効である。例えば帯板にバツクテンシヨンを
加えながら成形ロールに供給し、Ｃ字形断面に成
形しつつ本実施例装置に供給するものである。ま
た空間１５の断面寸法を入口側から出口側に向つ
て漸減させる割合を大きくすることによつてもし
わの発生を抑制し得る。

成形工具１２で螺旋状に湾曲させられた中間製
品Ｗ２は圧接ローラ１８で開口部を閉じ合され、
続くビーム溶接装置２０で接合されて、製品Ｗ３
たる中空コイルばねとされる。

所定長さの製品Ｗ３が加工された後、クランプ
装置２１によるワイヤロープの固定を解放すれ
ば、ワイヤロープは勿論製品Ｗ３もスプリングバ
ツクによつて直径が多少増大し、螺旋溝２の溝底
部から僅かに離れる。従つて芯金１が逆転させら
れ、成形工具１２と螺旋溝２との間に挾まれてい
る素材Ｗ１と軸承体３Ａとの案内作用によつて後
退させられるとき、製品Ｗ３は静止したままあと
に残される。

芯金１が原位置まで後退させられたときクラン
プ装置２１を作動させ、製品Ｗ３を芯金１に固定
する。続いて芯金１を再び正転させれば、前回加
工された部分に連続して新たな製品Ｗ３が加工さ
れる。以後前述したのと同じ作動を繰返させるこ
とによつて長く連続した中空コイルばねを製造す
ることができる。ただし前記ワイヤロープや先端
材の使用は最初だけで、以後は先の素材Ｗ１の末
端に後の素材Ｗ１の始端を溶接することにより無
限に連続作業を行なうことが可能である。

このように連続して製造された中空コイルスプ
リングは所望の長さに切断され、第５図に示すよ
うに両端の一部をリード角のない状態に成形さ
れ、熱処理されて単体の中空圧縮コイルばね（例
えば車両用フロントサスペンシヨンスプリング）
として使用される。

なお以上の説明においては省略したが、製造中
の適宜の工程で素材の熱処理、潤滑剤塗布又は潤
滑膜形成のための化学的処理等を施すこと、並び
に、製品Ｗ３に対してシヨツトピーニング等を施
すことは勿論可能であり、かつ有効である。

また製品たる螺旋形中空体の断面形状は前述の
ように円形に限定されるものではなく、例えば第
６図に示すように四角形断面のものも製造可能で
ある。本実施例においては芯金１の螺旋溝２及び
圧接ローラ１８の環状溝１９の断面形状、並びに
成形工具１２の形状が変更されているが、その他
の点については前記実施例と同様であるので同様
な部分には同一の符号を付してそのことを示し、
詳細な説明は省略する。

前記実施例装置によつて製造される円形断面の
螺旋形中空体も熱交換器用の管路として使用し得
るが、本実施例装置によつて製造される四角形断
面の螺旋形中空体３１は第７図に示すように円筒
または円管３２に巻き付けた場合にこれと密着す
る面積が大きいため伝熱性能が高く、一層熱交換
器用に適している。車両について言えば機関系で
の加熱、冷却用熱交換器として使用し得るのであ
る。

以上二つの実施例について説明したが本発明は
この他にも種々の変形を加えた態様で実施し得る
ことは勿論である。例えば駆動装置を、芯金を素
材や軸承体の案内作用に頼ることなく強制的に螺
進させる構造のものとすること、クランプ装置２
１を締金とボルトとを使用して手作業で製品Ｗ３
を芯金１に固定するものに変更すること、圧接ロ
ーラ１８を複数個のローラが協力して圧接作用を
なすものに置き換えること、成形工具１２を一体
式から組立式に変更すること、ビーム溶接装置２
０を誘導加熱溶接装置等他のものに置換するこ
と、その他の変更が可能なのである。

本発明は以上詳記したように、従来不可能であ
つた薄肉の螺旋形中空体を製造することを可能と
したものであり、特に内外面を共に拘束しつつ湾
曲させるものであるため、任意の材質でしわ、座
屈等のない健全な螺旋形中空体を製造することが
でき、コイルばねの実質的な中空化が可能となつ
たことは本発明の特筆すべき効果である。中空コ
イルばねは重量の割に大きなばね定数が得られる
ため、例えば車両用フロントサスペンシヨンスプ
リングに使用すれば、車両軽量化に顕著な効果が
生ずるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例装置を略図的に示す
正面図であり、第２図は第１図における―断
面図、第３図は第２図における―断面図であ
る。第４図は第１図に示した装置におけるクラン
プ装置を一部断面にして示す側面図である。第５
図は第１図に示した装置を利用して得られる製品
の一例としての中空コイルばねの正面図である。
第６図は本発明の別の実施例装置の要部正面図で
ある。第７図は第６図に示した装置で得られる螺
旋形中空体の一利用例としての熱交換器の正面断
面図である。 １：芯金、２：螺旋溝、３Ａ，３Ｂ：軸承体、
４：端板、６：ロツド、７：回転体、８：ギヤ、
９：ピニオン、１２：成形工具、１３：溝部、１
４：芯金部、１５：空間、１８：圧接ローラ、２
０：ビーム溶接装置、２１：クランプ装置、２
２：シリンダ、２５：締金、Ｗ１：直線上Ｃ形断
面素材、Ｗ２：中間製品（螺旋状Ｃ形断面素材）、
Ｗ３：製品（螺旋形中空体）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直線状のＣ形断面素材から螺旋形中空体を製
   造する装置であつて、 所望の螺旋形中空体の内周側部分に対応した形
   状の螺旋溝が外周面に形成された芯金と、 該芯金を前記螺旋溝と同一のリードで螺進させ
   る芯金駆動装置と、 前記芯金の外周面に近接して配設され、前記螺
   旋溝の一部に対向して形成された溝部と前記Ｃ形
   断面素材の内側空間とほぼ同一の断面形状で該溝
   部の溝底部から突設された芯金部とを備え、前記
   螺旋溝の一部と共同して前記Ｃ形断面素材の外面
   及び内面を共に拘束しつつ前記芯金の螺進に伴つ
   て該Ｃ形断面素材を前記螺旋溝に沿つて湾曲させ
   る成形工具と、 該成形工具より下流側に配設され、湾曲後のＣ
   形断面素材の開口部を閉じ合せて接合する接合装
   置と、 該接合装置より下流側において接合後の螺旋形
   中空体を前記芯金に固定するクランプ装置と を含むことを特徴とする螺旋形中空体の製造装
   置。