JPS6356014B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はテーパーロツドの製造方法に係り、特
に軸方向に直径の変化するテーパーロツドを、所
定の金属素材から材料のロスを少なくし且つ極め
て高能率に、生産性高く製造し得る方法を提供す
るものである。

近年、自動車や鉄道車両などの乗心地改善のた
めに、従来の線径が一定なコイルばねに代つて、
テーパーロツドを使用した非線型特性をもつテー
パーコイルばねが普及してきた。このようなテー
パーコイルばねに用いられるテーパーロツドは、
第１図に示される如く、中央部の線径の大なる部
分ａとその両側の線径が連続的に減少するテーパ
ー部分ｂとを、例えばｂ：ａ：ｂ＝１：１：１の
比率で有しており、そしてこの線径の大なる部分
ａと漸減する部分ｂとを有する長さＬがばね１個
分の長さとして用いられることによつて、線径の
大なる部分ａが中央部に位置する一方、両端部側
に線径の漸減する部分ｂが位置するテーパーコイ
ルばねが作製されている。そして、このようなテ
ーパーコイルばねイは、第２図に示されるよう
に、荷重に対して、従来のコイルばねロの一定割
合の高さ変化に比し、非線型的な高さ変化を行な
うばね特性を有し、これが前述の乗心地の改善に
大きく寄与しているのである。

ところで、このような優れた特性を示すテーパ
ーコイルばね等に用いられるテーパーロツドは、
従来より、主として切削加工手法にて所定の線材
あるいは棒材などの金属素材を所望のテーパー形
状に切削することによつて製造されているが、あ
くまでも金属素材を切削するものである故に、材
料のロスが大（約15％）となることは避けられ
ず、またその切削加工に長時間を要してその生産
性を著しく悪化せしめている。また、その他、ス
ウエージングマシンを使用したロータリースウエ
ージング方式と称される熱間鍛造手法による製造
方法も一部では採用されているが、この方法で
も、材料のロスが少なくなる利点はあるものの、
依然として加工時間が長い問題は解決されていな
かつたのである。要するに、従来のテーパーロツ
ドの製造法はいずれも生産性が低かつたのであ
る。

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景に
して為されたものであつて、その要旨とするとこ
ろは、線材乃至は棒材形態の金属素材の所定長さ
部分に対して、その軸方向において中央部で温度
が高く、該中央部から離れるに従つて温度が低く
なる山形形状を示す温度勾配を付与する一方、か
かる温度勾配の付与された部位の両側の位置にお
いて該金属素材をチヤツクにて把持して、それら
両側のチヤツク把持部が互いに離間する方向に引
張力を加えることにより、かかる温度勾配に応じ
て前記中央部に相当する部分が最も細径となり、
それより離れるに従つて漸次太径となる、該素材
の軸方向に直径の変化したテーパー部分を形成せ
しめるようにしたことにあり、これらによつて材
料のロスが少なくされ得ることは勿論、加工時間
を著しく短くし得て、その作業能率を著しく高め
得ることとなつたのである。

すなわち、かかる本発明に従えば、金属素材の
テーパーを形成せしめるべき部分にだけ、所定の
パターンの温度勾配を付与し、引張せしめること
のみによつて、所望のテーパー部が形成され得る
ので、従来の切削加工手法の如き切削による材料
ロスや時間のかかる切削作業がなく、また熱間鍛
造手法の如き複雑な、且つ長時間の非能率な鍛造
作業も必要ではなくなり、極めて短時間でテーパ
ー成形加工を完了し得て、その生産性を著しく高
め、ひいてはかかるテーパーロツドの製造コスト
を効果的に低下せしめ得るのである。また、コイ
ルなどの長尺の連続した金属素材を順次所定長さ
だけ前進せしめ、そして上記本発明に従うテーパ
ー成形加工を施すようにすれば、所定の間隔をお
いてテーパー部が形成された製品が連続的に得ら
れ、それ故かかる製品を必要に応じて適当な部分
で切断するようにすることにより、定長のテーパ
ーロツドが有利に得られることとなる。

なお、かくの如き本発明において、使用される
金属素材は一般に線材乃至は棒材の形態を為し、
また通常鋼材からなるものであるが、他の非鉄金
属系の材料からなるものであつても何等差支えな
い。

そして、この金属素材には、本発明に従つて、
その軸方向に所定の温度勾配が付与せしめられる
こととなるが、該温度勾配のパターンは該素材の
材質、寸法、加熱温度、引張条件などや、目的と
するテーパー形状によつて種々異なり、一義的に
限定することは出来ず、それぞれの具体的場合に
応じて適宜に決定されることとなる。しかし、一
般的には、該金属素材の高温部分は後の引張操作
によつてより細くなる一方、低温部分は該高温部
分に比してそれほど細くならない。それ故、第１
図の如き直径が連続的に増加または減少する連続
したテーパー部分を形成せしめる部分には、例え
ば第３図ａの如き温度パターンの温度勾配が好適
に採用されるのである。特に、この第３図ａのよ
うな、金属素材の軸方向において中央部で温度が
高く、該中央部より離れるに従つて温度が低くな
る山形形状のパターンの温度勾配は、後の引張に
よつて、第３図ｂの如き対向するテーパー部分
ｃ，ｄを生ずるので、このような対向するテーパ
ー部分ｃ，ｄを前述の如く金属素材の軸方向に所
定の間隔をおいて形成せしめ、そして該対向する
テーパー部分ｃ，ｄ間の最小直径部分ｅで順次切
断するようにすれば、第１図の如き定長テーパー
ロツドを効率的に連続的に得ることが出来るので
ある。

また、所定のパターンの温度勾配を付与するた
めの金属素材の加熱手法としては、直接通電加熱
法、高周波誘導加熱法、ガス加熱法の他、赤外線
加熱法、電気炉を使用する傍熱加熱法などの公知
のあらゆる加熱手法が採用され得、それらの中か
ら適当な加熱手段が適宜に選択されることとな
る。そして、この選択された加熱手法による所定
の温度勾配の付与方法としては、一般に(1)金属素
材の軸方向に所定の温度勾配が形成されるよう
に、かかる素材の軸方向に独立した複数の加熱装
置を配し、そしてそれら複数の加熱装置による加
熱温度を段階的に変化せしめて、該素材を加熱す
る方法や、(2)金属素材を先ず所定の高温度に加熱
せしめ、ついでこの高温素材をその軸方向に所定
の温度勾配が形成されるように、素材軸方向に独
立した複数の冷却装置を配し、そしてそれら複数
の冷却装置による冷却量を段階的に変化させて冷
却せしめ、温度調整する方法などが好適に採用さ
れるのである。より具体的には、加熱領域内にお
いて金属素材に所定の温度勾配を付与するため
に、該素材の軸方向の各位置における加熱量また
は冷却量を、複数の加熱装置若しくは冷却装置を
用いて、目的とするテーパー形状に従つて段階的
に変化せしめるものであつて、例えば形成される
テーパー部の中央部に相当する素材部位から両端
部（両側）に向つて配設された複数の冷却装置
（冷風吹出しによる冷却）における送風量を増減
せしめて、冷却の程度を段階的に変化せしめた
り、高周波誘導加熱においては素材軸方向に配設
された複数の加熱コイルのそれぞれのコイル径ま
たはピツチを変化させて、加熱量を段階的に変化
させたり、またガス加熱においては、素材軸方向
の各位置に配したガス加熱装置におけるガス流量
を変化させて、加熱量を段階的に変化せしめた
り、更に素材軸方向に配した複数の抵抗の加熱素
子の電気入力を調整したりすること等の方法が有
効に用いられる。

ついで、この所定の温度勾配が付与された金属
素材には、その温度勾配の付与された部位の両側
の位置においてチヤツクにて把持されて、それら
両側のチヤツク把持部が互いに離間する方法にお
いて、該素材の軸方向の引張力に加えられ、これ
によつて該温度勾配のパターンに応じて該素材は
その軸方向に直径を変化せしめて、所望のテーパ
ー形状が形成されるのである。即ち、一般に高温
部分はより小さな直径となり、また低温部分では
それほど直径は変化しない。なお、この引張力
は、一般に金属素材の材質（合金組成）、形状、
引張加工前および加工後の寸法如何により所定の
ヒズミ速度を与えるように前記温度勾配を形成さ
せた金属素材に対して加えられることとなるが、
またテーパー形状によつては他の異なる態様の引
張操作も適宜に採用され得るものである。さら
に、この引張操作において所定のヒズミ速度を与
える引張速度は一定速度に限られず引張の初期と
後期とでその速度を変化せしめることが出来る。

そして、かかる引張操作によつて得られたテー
パーロツドは、好適には例えば第３図ｂの如き対
向するテーパー部分ｃ，ｄを有するものとなる
が、該テーパーロツドが前記したようにコイルな
どの長尺状の連続した線材あるいは棒材などから
連続的にテーパー成形加工されたものである場合
には（所定間隔を隔ててテーパー部分が存在す
る）、必要に応じて加えられる表面処理などの後
処理乃至は後加工の前または後で、所定の箇所に
て順次切断せしめられて一定の定長テーパーロツ
ドとされることとなる。

また、本発明は、このように連続した金属素材
に対して適用されるばかりでなく、一定長さの有
限の金属素材に対して１〜２個程度のテーパー部
分を形成せしめる場合にあつても有効であること
は言うまでもないところである。

なお、かかる本発明に従つて得られたテーパー
ロツドは、前記したようにテーパーコイルばねの
材料として好適に使用される他、アンテナ材料と
して、また金属素材に中空材を用いた場合には、
スキーストツク材料として、或は街路灯柱構成材
料などとして、広範囲の用途に用いられ得るもの
である。

以下、本発明の二，三の実施例を示し、本発明
を更に具体的に明らかにするが、本発明がこれら
実施例の記載によつて何等の制約をも受けるもの
でないことは言うまでもない。

実施例 １ 常温のSAE9254鋼素材からなる試験片Ａ，Ｂ
（直径6.35mm、長さ170mm）の両端各35mmを水冷チ
ヤツクでつかみ、それぞれ直接通電加熱した結
果、加熱領域が約100mmでその中央部が850℃±５
℃となつた。そして、かかる中央部から離れるに
従つて、両端の水冷チヤツクによる冷却の影響を
受けて、加熱温度が低下し、両端部ではほぼ600
℃となつた。そのときの温度分布を第４図に示
す。つぎに、かかる温度分布の付与された試験片
Ａには、両端の各チヤツクが互いに離隔せしめら
れる方向に、平均ヒズミ速度0.1 １／sec（引張速
度50mm／sec）で引張力を加え、また同様な引張
操作によつて試験片Ｂには、平均ヒズミ速度1.0
１／sec（引張速度100mm／sec）で引張力を加え
て、それぞれテーパー加工した。この結果を第５
図に示す。

両図にみられるとおり、温度勾配を形成するよ
うに両端部で冷却しつつ加熱した試験片Ａおよび
Ｂは、軸方向の引張力を加えることにより、標点
距離100mmの素材が約130mmに伸張し、最小直径部
がほぼ中央部で、連続的に直径が減少するテーパ
ーが形成できた。このときの試験片Ａ，Ｂの中央
部の直径はそれぞれ4.83mm（断面積減少率42.1
％）、4.70mm（断面積減少率45.2％）であつた。

また、比較のため、同一の鋼素材からなる試験
片Ｃを、第４図に示すように、水冷チヤツクによ
る冷却を行なわずに軸方向に均一温度分布となる
ように加熱し、そしてそれに両端のチヤツクを離
間せしめる方向の引張操作を施して軸方向に平均
ヒズミ速度1.0 １／sec（引張速度100mm／sec）の
引張力を加えたところ、第５図に示すように最小
直径部が中央部とならず、直径も連続的に減少せ
ず、局部絞りが発生することがわかつた。

実施例 ２ 常温のJISSUP7鋼素材（試験片Ｄ）（直径9.50
mm、長さ700mm）の両端を水冷チヤツクでつかみ、
試験片Ｄの軸方向の各位置における空気噴出量の
異なる空冷手段を併用して、その空気噴出量が中
央部において少なく、両端に至る程、多くなるよ
うに（冷却量が大となるように）しつつ、加熱領
域が約500mmでその中央部が850℃±５℃、両端部
がほぼ620℃となる温度勾配を形成するように直
接通電加熱した。このときの温度分布を第６図に
示す。その後、両端のチヤツクが離隔されるよう
に引張操作を施して、平均ヒズミ速度0.5 １／
sec（引張速度250mm／sec）の引張力を軸方向に加
えたところ、第７図に示すように標点距離500mm
の素材が650mmに伸張し、最小直径部がほぼ中央
部で連続的に直径が減少するテーパーが形成でき
た。このときの試験片Ｄの中央部の直径は7.1mm
（断面減少率44.1％）であつた。

一方、常温のJISSUP7鋼素材（試験片Ｅ）（直
径9.50mm、長さ700mm）の両端を水冷チヤツクで
つかみ、素材軸方向に配した複数の加熱コイルの
コイル直径を変化させて、加熱中央部位から両端
に至る程、コイル直径を漸次大ならしめ、加熱領
域が約500mmでその中央部が900℃±５℃、両端部
がほぼ650℃となる温度勾配を形成するように高
周波誘導加熱した。このときの温度分布は第６図
に示す通りである。その後両端のチヤツクが離隔
される方向に引張操作を施して平均ヒズミ速度
0.6 １／sec（引張速度300mm／sec）の引張力を軸
方向に加えたところ、第７図に併記するように標
点距離500mmの素材が700mmに伸張し、最小直径部
がほぼ中央部で連続的に直径が減少するテーパー
が形成できた。このときの試験片Ｅの中央部の直
径は6.45mm（断面積減少率53.0％）であつた。

実施例 ３ 熱間加工直後の高温状態のSAE9254鋼素材
（試験片Ｆ）（直径6.35mm、長さ450mm）を水冷チ
ヤツクでつかみ、温度制御長300mm間にわたつて
配設された複数の加熱用高温ガス加熱手段により
それぞれ流出せしめられる加熱用高温ガス流量を
中央部から両端部に至る程少なくなるように変え
ることにより中央部が870℃、そして該中央部か
ら漸次温度が低下して両端がほぼ650℃となる温
度勾配を形成するようにガス加熱した。このとき
の温度分布を第８図に示す。その後両端のチヤツ
クが離隔される方向に引張操作を施して平均ヒズ
ミ速度0.5 １／sec（引張速度150mm／sec）の引張
力を軸方向に加えたところ、第９図に示すように
標点距離300mmの素材が390mmに伸張し、最小直径
部がほぼ中央部で連続的に直径が減少するテーパ
ーが形成できた。このときの試験片Ｆの中央部の
直径は4.55mm、（断面積減少率は48.9％）であつ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図はテーパーロツドの説明図、第２図は通
常のコイルばねとテーパーコイルばねのばね特性
を示すグラフ、第３図ａは金属素材に付与された
温度分布例を示すグラフ、第３図ｂは金属素材に
引張力を加えた後の状態の一例を示す説明図、第
４図、第６図および第８図はそれぞれ実施例１，
２および３における引張加工前の試験片の温度分
布を示すグラフ、第５図、第７図および第９図は
それぞれ実施例１，２および３における引張加工
後の試験片の直径分布を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 線材乃至は棒材形態の金属素材の所定長さ部
   分に対して、その軸方向において中央部で温度が
   高く、該中央部から離れるに従つて温度が低くな
   る山形形状を示す温度勾配を付与する一方、かか
   る温度勾配の付与された部位の両側の位置におい
   て該金属素材をチヤツクにて把持して、それら両
   側のチヤツク把持部が互いに離間する方向に引張
   力を加えることにより、かかる温度勾配に応じて
   前記中央部に相当する部分が最も細径となり、そ
   れより離れるに従つて漸次太径となる、該素材の
   軸方向に直径の変化したテーパー部分を形成させ
   ることを特徴とするテーパーロツドの製造方法。