WO2002038817A1

WO2002038817A1 - Fil d"acier a double conicite, procede de traitement thermique continu et dispositif afferent

Info

Publication number: WO2002038817A1
Application number: PCT/JP2001/009312
Authority: WO
Inventors: Tetsukazu Hukuhara; Fumiaki Ikuta
Original assignee: Neturen Co., Ltd.
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2001-10-24
Publication date: 2002-05-16
Also published as: US7011720B2; JP2002146433A; US20040103961A1; JP4018331B2

Description

ダブルテーパ鋼線と、その連続熱処理方法および装置技術分野

本発明は、均一径のストレート部の両端側に先細りのテーパ部を有する、例えば樽形あるいは紡錘形コイルばね形状に卷カれるばね用として使用されるダブノレテーパ鋼,線と、そのダブルテーパ鋼線を連！ ¾処理する熱処法および装置に関するものである。背景技術

通常のコィルばねは全長が同一径の素線を卷レ、て成形されてレ、るが、樽形あるいは紡 ^コイルばねのには、図 7に示すようにばねのコイル胴部 1 5の素線径ょりばね端部側のコイル小径部 1 6の素線径を小さくすることが望ましい。こうすると、全部同一径素線の樽形ばねに比して特別なばね特性を得ることができ、力つ重量軽減ができるという利点がある。そのために、ばね用鋼線として両端に先細りのテーパ部を有するダブルテーノ、 °鋼線を使用することが望まれる。従来、このような樽型などのコイルばねを製造するには、コイノ状に熱間成形した後、炉加熱によって焼入 ·焼戻しの熱処理を行っていた。しかし、このような従来の方法では、割子の型を使用して成型後に型抜きをする必要があるが、熱間成形で樽型などにした場合には、冷却時の型締りにより型が抜き難くなるという問題がある。また、熱処理の加熱で変形しやすく、が生じやすいという問題点があり、連続の処理が困難であった。

そこで、ばね鋼線の素線を連続熱処理した後にコイル成形することにより樽型などのコイルばねを製造することが望まれる。ここで、などの欠陥がない熱処理ばね鋼線を得るためには、誘導加熱などによる連続熱処理が望ましレヽ。発明の開示

し力しながら、径の均一な鋼線を加熱する齢には、誘導加熱により均一温度に加熱して連続熱処理することが容易であるが、前述のような長さ方向に大径部と小径部を有するダブルテーノ、。鋼線を誘導加熱により連嶽ロ熱する:^には、小径部に比し大径部の温度が低くなり、焼入加熱の場合は小径部より大径部の焼入硬さ力低く、焼戻加熱の:^は逆に焼廳さが高くなつて、いずれにしろ引張強さが均一にならないという問題点がある。一方、コイルばね鋼線のは全長に渉つて均一硬さで均一な引張強さを有するダブルテーパ鋼線が望ましレヽ。

そこで本発明は、上記問題点を解決し、鋼線を全長に渉って均一温度に加熱することにより均一硬さを有するダブルテーパ鋼線とその連続熱処法及び熱処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のダブルテーパ鋼線の連処理方法は、均一径のストレート部の両端側に先細りのテーパ部を有するダブルテーパ鋼線の熱処理において、該鋼線の線径を連続的に検出し、該検出した線径値に対応して誘導加熱の入力を制御することにより、該鋼線を長さ方向に均一な所定^ Jtに加熱して熱処理することを特徴とするものである。

すなわち、本発明のダブルテーノ、。鋼線の連続熱処法は、従来のように小径部と大径部を同じ電力で加熱するのでなく、線径検知手段により連続的に線径を検出し、均一径のストレート部を加熱するときは加熱手段の入力を一定にして連織口熱し、テーノ部を加熱するときはテーパの線径に応じて加熱手段の入力を減少または増加させて加熱することにより、大、小径のストレート部もテーパ部も均一温度に加熱して熱処理するものである。これにより、大、小径のストレート部もテーパ部も均一な硬さと引張強さを有する熱処理されたダブルテーパ線を得ることができる。この大 ·小径部の均一^ の加熱は、焼 ΛΑΡ熱及び焼戻加熱のいずれにも適用できる。

すなわち、通常の制御しなレ、誘導加熱方法では小径部のが大径部より高くなるため、焼入れの場合は小径部の硬さが大径部より高く、焼戻しの;^は小径部が大径部より低くなる。これを本発明の方法によれば、線径に対応して任意に加熱を制御することにより、小径部と大径部の引張強さを等しくしたダブルテーパ鋼線が得られる。

上記のダブルテーパ鋼線を製造する 7¾めに、本発明のダブルテーノ、°鋼線の連続熱処理装置は、均一径のストレート部の両端側に先細りのテーパ部を有するダブルテーノ鋼線の熱処理において、該鋼線を連続的に加熱する誘導加熱手段と、該鋼線の線径を連続的に検出する線径検知手段と、該鋼線が長さ方向に所定に加熱されるように前記線径検知手段の線径値に対応して前記加熱手段の入力を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするものである。

ΙίίΙ己熱処蝶置は、焼入れ後連続して焼戻しするように焼入手段と焼戻手段がタンデムに配列された装置とすることが、焼入れ、焼戻しを一度に行うことができるので望ましい。

前記熱処理装置は、ストレート部の両端にテーパ部を有する単体のダブルテーノ、。鋼線の熱処理にも使用できるが、均一径のストレート部とテーパ部とが長さ方向に交互に存する連続したダブルテーノ、。線を熱処理するのに一層適する。こうして熱処理された鋼線は単体に切り離すことによりダブルテーパ鋼線の量産が容易になるという利点がある。図面の簡単な説明

【図 1】本発明のダブルテーノヽ。鋼線の熱処置の構成を示す図

【図 2】本発明実施形態のダブルテーノ、°鋼線の形状を示す図

【図 3】従来方法のダブルテーノヽ。鋼線の焼 Λ¾卩熱を示す図

【図 4】本発明方法のダブルテーノ鋼線の焼入加熱 ¾を示す図

【図 5】従来方法のダブルテーパ鋼線の焼戻加熱を示す図

【図 6】本発明方法のダブルテーパ鋼線の焼戻加熱温度を示す図

【図 7】紡錘形コィルばねの形状を示す図

【図 8】実施例 1の試料の寸法

【符号の説明】

1 ペイオフスタンド、 2 長さ測定装置、 3 第 1線径測定装置、 4 焼入加熱コイル、 5 焼入冷却ジャケット、 6 第 2線径測定装置、 7 焼熱コイル、 8 焼戻冷

却ジャケット、 9 卷取スタンド、 1 0 焼入高周波電源、 1 1 焼戻高周波 1 2 制御装置（制御手段)、. '1 5 コイル胴部、 1 6 コイル小径部 S ワーク（ダブルテーパ鋼線）発明を実施するための最良の形態

以下、本発明を図示の 1実施形態について具体的に説明する。図 1は本発明実施形態のダブルテーパ鋼線の讓蝶置の構成を示す図、図 2は本発明実施形態のダブルテーパ鋼線の形状の一例を示す図である。

図 2に示すように、本発明実施形態に使用されるダブルテーノ鋼線（以下ヮークという） Sは、長さ L 2の^圣の同一径のストレート部 2 1の両端側に、長さ L 12の先細りのテーパ部 2 2 , 2 3が設けられ、テーパ部 2 2 , 2 3の他端側が長さ L 1の小径のストレート部 2 4でつながって連続したダブルテーノ、。線をなすものである。これを小径の位置 2 4の中間で切断することにより紡錘形コイルばねなどに使用される長さ L 0 の単体のダブルテーパ鋼線が作られる。

図 1の製造装置について説明すると、上流側（図の右側）からペイオフスタンド 1、長さ測定手段 2、第 1 ,锒径測定器 3、焼 Λ¾口熱コィノレ 4、 ¾Λ水冷ジャケット 5、第 2線径測定器 6、焼戻加熱コィノレ 7、焼戻水冷ジャケット 8および卷取りスタンド 9がタンデムに配列されている。

長さ測定手段 2は、被熱処¾線材（ダブルテーノ、°鋼線、以下ワークという） S の表面に接触して回転するローラの回転数により、処理されるワークの移動する長さを計測するものである。

第 1線径測定器 3と第 2線径測定器 6は、非翻虫型の測定器で走行するワークの線径を連続的に測定する、例えばレーザ式線径測定器などが用いられる。第 1 線径測定器 3と第 2線径測定器 6は、焼入加熱コイル 4および焼戻加熱コイル 7 の中央から、それぞれ k 1 および k 2 の «の入口側に配設されている。焼入加熱コイル 4および焼戻加熱コイル 7は、それぞれ焼入高周波鼇源 1 0および焼戻高周波葡原 1 1から電力が投入されるように接続されている。焼入冷却ジャケット 5と焼戻冷却ジャケット 8は、それぞれ焼入加熱コイル 4および焼戻加熱コイル 7により加熱されたワークを急冷するようになっている。

制御装置（制御手段） 1 2は、後述するように、長さ測定手段 2、第 1線径測定器 3および第 2線径測定器 6の信号により、焼入高周波鼋源 1 0および焼戻高周波電源 1 1力ら、それぞれ焼 Λ¾口熱コイル 4および焼戻加熱コイル 7に入力する電力を制御するようになっている。

以下、上記構成の熱処雄艇の動作にっレ、て説明する。まず、全体につレ、て述ベると、熱処理されるワーク Sはペイオフスタンド 1力繰り出されて、焼入加熱コィノレ 4により焼入温度に加熱され、焼入冷却ジャケット 5により急冷されて焼入れされる。焼入れされたワークは、連続して焼戻加熱コイル 7により焼戻温度に加熱、焼戻しされて、焼戻冷却ジャケット 8により急冷され卷き取りスタンド 9に卷き取られる。これにより、ワークは連続して焼入れ焼戻しされる。

次に個々について説明すると、ワークは焼入加熱コイルに導入される前に、その移動量が長さ測定器 2により測定され、その径が第 1線径測定器 3により測定される。制御装置 1 2には、第 1線径測定器 3により測定されたワークの径に対応した電力が焼 Λ¾!熱コイル 4に入力されるようにあらかじめ設定されている。制御装置 1 2は、焼入加熱コイル 4に入力される電力を、ワークの線径の変化に応じ線径の二乗に比例して入力するよう焼入高周波霞原 1 0を制御する。本実施形態では、ワークの移動量を長さ測定器 2により測定し、第 1線径測定器 3により測定されたワークの位置が距離 k lだけ移動して焼入加熱コイル 4の中^ f立置に来たとき、焼口熱コイル 4に所定の電力が入力されるように設定した。

例えば、図 2のワークの小径部の径 d 1の Aの位置が第 1線径測定器 3により測定され、 Aの位置が距離 k 1だけ移動して焼入加熱コイル 1 0の中央に来たときに P 1の電力が入力される。そして、ワークが B位置に移動するまで P 1の一定電力で加熱される。このワークの移動量は長さ測定器 2により計測される。ワークが移動して Bの位置が焼 Λ¾口熱コイル 1 0の中央に来ると、テーパ部 Β 一 C間ではテーパの径の増加に応じて順次電力が増加され、この電力は径の二乗に比例して変化するようにされる。そして、.大径部の径 d 2の Cの位置カ^ Λ¾口熱コイル 4の中央の位置に来ると、 P 2 = P 1 X ( d 2 / d 1 ) 2 の電力力入力され、 C— Dの間はこの一定電力でワークは加熱される。

さらにワークが移動してテーパ部 D - Eの位置では、己と逆に順次電力入力量が減少されて Eの位置で電力 P 1にされる。このようにワークの径に応じて焼. 入加熱コイル 1 0の電力量を変えて加熱することにより、ダブルテーパ線は大径部もテーパ部も小径部も同一に加熱される。これら上述した制御は制御装置 1 2により行われる。

焼入加熱コイル 4により加熱されたワークは、焼入冷却ジャケット 5により急冷、焼入れされる。ここで、ワークは全長が均一に加熱されているので、ダブノレテーパ線は大径部もテーパ部も小径部も均一な焼入;^ ϋさが得られる。

続いて、焼入れされたワークは連続して焼戻加熱コイル 7により焼戻にカロ熱されて焼戻しされる。前述の焼入れと同様にワークの径が第 2線径測定器 6により測定され、この位置が焼戻加熱コイル 7の中立置にきたとき、線径の二乗に比例した所定の電力が焼戻加熱コイル 7に入力される。こうして焼入れの場合と同様に長さ方向に均一に加熱されたワークは、焼戻冷却ジャケット 8により冷却された後、卷き取りスタンド 9に卷き取られて熱処理を終える。

C実施例 1 ]

実施例 1は焼入れにっレヽて実験した。実験は図 2の形状の図 8に示す寸法の試料について行った。

上記試料を下記条件で、従来方法の制御無しと本発明方法とにより加熱して焼入れを行い比較した。

ラィン速度： 8 0 mm/ s e c

焼入加熱コイル長さ： 3 4 O mm

周波数： 3 2 k H z

目標？ SJ ： 9 1 0。C

この場合の線径とコイル出口におけるの測定結果を図 3およぴ図 4に示す。図 3は従来の制御無しの場合、図 4は本発明の制御をした場合にっレヽての測定結果である。

図力ゝら、従来方法の場合は、小径部に比して大径部のが低く、テーパ部も径にしたがって差が生じて大径部と小径部の差が約 7 0°Cあった。これに対し、本発明方法によれば差は約 2 0 °Cになり、テーパ部もほとんど温度差がなレ、加熱ができた。

[実施例 2 ]

実施例 2は焼戻しにっレ、て、従来方法本発明方法とにつレ、て下記条件で加熱して焼戻しを行った。

ライン速度： 8 0 mm/ s e c

焼戻加熱コイル長さ： 3 4 O mm

周波数： 7 . 5 k H z

5 目標加熱温度： 4 5 0 °C

この:^の線径とコイル中央部における^^の測果を図 5および図 6に示す。図 5は従来方法の制御無しの：^、図 6は本発明方法の制御したにつレヽての測定結果である。

図から認められるように、焼戻しの：！^も焼入れと同様に、従来方法の： ^に L 0 は、小径部に比して大径部の温度が低く、テーパ部も径にしたがって温度差が生じて小径部と大径部の温度差が約 1 5 0 °Cある。これに対し、本発明方法によれば、焼入れの：^と同様に温度差は約 2 0 °Cになり、テーノ、。部もほとんど差がなレ、加熱ができた。

また、上記実施例では、ストレート部とテーノ、。部とが長さ方向に交互に存する L 5 連続したダブルテーノ、。線について述べたが、本発明のダブルテーパ鋼線の連続熱処31¾置および熱処理方法はストレート部の両側にテーノ部を有するだけの単体のダブルテーパ鋼線に対しても適用できる。産業上の利用の可能性

I 0 以上述べたように、本発明のダブルテーノ、°鋼線の連続熱処理装置および熱処理方法によれば、線径検知手段により線径を連続的に検出して、該検出した線径値に対応させて誘導加熱の入力を制御して鋼線を加熱するので、鋼線が長さ方向に均一に所定温度に加熱される。これにより、小径部、テーパ部、大径部ともに均一な硬さと引張強さのダブルテーノ鋼線が得られる。これにより、ばね鋼線など

I 5 のコストが大幅に低減でき、樽形、紡 «コィノレばねの用途が大きく広がると共に、ばね鋼線以外のダブルテーパ鋼線の用途の拡大を図ることができる。

Claims

請求の範囲

1 . 均一径のストレート部の两端側に先細りのテーパ部を有するダブルテーパ鋼線の熱処理において、該鋼線の線径を連続的に検出し、該検出した線径値に対応して誘導加熱の入力を制御することにより、該鋼線を長さ方向に均一な¾¾に加熱して熱処理することを特徴とするダブルテーパ鋼線の連続熱処理方法。

2. 均一径のストレート部の両端側に先細りのテーパ部を有するダブノレテーパ鋼線にぉレ、て、誘導加熱により熱処理され、小径部と大径部の弓 I張強さがほぼ同一にされたことを特徴とするダブルテパ鋼線。

3. 均一径のストレート部の両端側に先細りのテーノ部を有するダブルテーパ鋼線の熱処理において、該鋼線を連続的に加熱する誘導加熱手段と、該鋼線の線径を連続的に検出する線径検知手段と、該鋼線が長さ方向に所定に加熱されるように前記線径検知手段の線径値に対応して前¾¾1熱手段の入力を制御する制御手段とを備えたことを樹敫とするダブルテーノ鋼線の連続熱処«置。

4. 前記熱処理装置は、焼入れ後連続して焼戻しするように焼入手段と焼戻手段がタンデムに配列されたことを特徴とする請求項 3に記載のダブルテーノ鋼線

5. 前記鋼線は均一径のス.トレート部とテーノ部とが長さ方向に交互に存する連続したダブルテーパ線であることを特徴とする請求項 3または 4に記載のダブルテーパ鋼線の連続熱処碟置。