WO2012117651A1 - ばねの加熱方法 - Google Patents
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- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/02—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for springs
Definitions
- ⁇ Electrical heating is known as one method of heating an object.
- an object is heated by energizing between the pair of electrodes through the object in a state where the pair of electrodes is in contact with the object.
- the electric heating when the current is constant, the heating is promoted as the resistance of the object is higher.
- Japanese Patent Laid-Open No. 52-74511 discloses a technique for heating a steel bar by energization heating.
- the cross-sectional area perpendicular to the axial direction of the bar is constant.
- the portion where the electrode is in contact is not easily heated.
- the temperature after heating of the bar is made uniform by gradually reducing the contact area between the bar and the electrode.
- the resistance of a heated object whose cross-sectional area perpendicular to the axial direction is not constant varies in the axial direction. For this reason, even if current heating is performed on the heated object using the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 52-74511, it is difficult to make the temperature of the heated object uniform after heating. That is, even when a spring including a plurality of portions having different cross-sectional areas orthogonal to the axial direction is heated using the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 52-74511, the temperature of the spring varies greatly in the axial direction.
- This specification provides a technique for reducing the variation in spring temperature after the energization heating is performed on the spring including a plurality of portions having different cross-sectional areas orthogonal to the axial direction of the spring material.
- the technique disclosed in this specification is a heating method for a spring that heats a spring including a plurality of portions having different cross-sectional areas orthogonal to the axial direction of the spring material (hereinafter simply referred to as “cross-sectional area”).
- This method of heating a spring includes an energization process in which an energization process of energizing a pair of electrodes is performed a plurality of times by bringing a pair of electrodes into contact with the spring material with an interval in the axial direction of the spring material.
- the position of at least one electrode of the pair of electrodes in the axial direction of the spring material differs for each energization process.
- the area of the cross section perpendicular to the axial direction of the spring material at the position where one electrode is in contact differs for each energization process.
- a current flows in a region sandwiched between a pair of electrodes in the spring material by performing a single energization process.
- the spring material in the region sandwiched between the pair of electrodes is heated.
- no current flows outside the region between the pair of electrodes in the spring material. Therefore, a temperature difference occurs between the region sandwiched between the pair of electrodes and the outside of the region sandwiched between the pair of electrodes by one energization process.
- the cross-sectional area of the spring material changes, its electric resistance changes. As a result, the amount of heat generation also changes.
- each of the pair of electrodes is brought into contact with both ends of the first portion having a relatively large cross-sectional area. As a result, a current flows through the first portion, and the first portion is heated. In the first energization process, since the second portion is not energized, the second portion is only heated by heat transfer from the first portion.
- the electrode closer to the second portion of the pair of electrodes is disposed at one end of the second portion. That is, each of the pair of electrodes is brought into contact with both ends of the spring material in the axial direction.
- one electrode of the pair of electrodes is arranged at different positions in the axial direction of the spring material in the first and second energization processes, and the cross-sectional area of the spring material at the arranged position is Different.
- the second portion Since the second portion has a smaller cross-sectional area than the first portion, the second portion is heated more than the first portion in the second energization process. However, the first portion is already heated by the first energization process. For this reason, the temperature difference between the first portion and the second portion after the first and second energization processes can be reduced. That is, variation in the temperature of the spring heated by the energization process can be reduced.
- the spring includes a main body portion, an end portion, and a gradual change portion.
- the end portions are located at both ends of the main body portion, and an area of a cross section perpendicular to the axial direction of the spring is smaller than that of the main body portion.
- the gradually changing portion is located between the main body portion and each end portion, and the area of the cross section perpendicular to the axial direction of the spring is gradually changed.
- the energization process may include first to third energization processes. In the first energization process, energization is performed between the pair of electrodes in a state where each of the pair of electrodes is in contact with both ends of the main body.
- the gradual change portion is energized between the pair of electrodes in a state where the pair of electrodes are in contact with each other.
- the end portion is energized between the pair of electrodes in a state where the pair of electrodes are in contact with each other.
- the main body portion that is most difficult to be heated can be heated in all of the first to third energization processes.
- the end that is most easily heated can be heated only by the third energization process.
- the spring may be a stabilizer.
- the duration of each energization process may be determined using temperature change characteristics (temperature change-time characteristics) at a plurality of locations along the axial direction of the spring material while each energization process is being executed. According to this configuration, it is possible to appropriately determine the duration of each energization process. For this reason, the dispersion
- the duration of each energization process may be determined so that the temperatures at a plurality of locations along the axial direction of the spring material at the end of the energization process are uniform.
- the temperature change characteristic (temperature change-time characteristic) may be acquired by experiment or may be acquired by simulation.
- the plurality of locations may include at least a first location located in the main body portion, a second location located in the gradual change portion, and a third location located in the end portion. According to this structure, the temperature after the heating of the main body part, the gradually changing part, and the end part having different cross-sectional areas can be made uniform.
- Each of the end portions may be provided with an attachment hole for fixing the spring to another component at an intermediate position of the end portion.
- energization is performed between the pair of electrodes in a state where each of the pair of electrodes is in contact with each of the end portions at a position farther from the body portion than the mounting hole of the end portion. Also good. In the electric heating, the portion where the electrode is in contact is not easily heated.
- the spring in a state where it is fixed to another part, there may be a case where a large load is not applied to a portion outside the end mounting hole (that is, a portion separated from the main body portion). is there. According to this configuration, the electrode can be brought into contact with a portion where a large load is not applied. As a result, after the third energization process, it is not necessary to heat the portion that was in contact with the electrode.
- the top view of a spring material is shown.
- the flowchart which shows the process sequence of a heating method is shown.
- the position of the electrode in a 1st electricity supply process is shown.
- the position of the electrode in the second energization process is shown.
- the position of the electrode in the third energization process is shown.
- positioning an electrode at the both ends of a strand part and carrying out an energization heating is shown.
- positioning an electrode in a gradual change part and energizing heating is shown.
- positioning an electrode in a fastening part and carrying out energization heating is shown.
- the graph which shows the temperature change at the time of heating using the heating method of a present Example is shown.
- the spring material 10 shown in FIG. 1 is heated will be described as an example.
- the spring material 10 is formed of a single spring material (for example, a solid or hollow bar (spring steel)) that extends in the axial direction.
- An element wire portion 12 is formed in the central portion of the spring material 10 in the axial direction (left-right direction in FIG. 1).
- the area (hereinafter, simply referred to as “cross-sectional area”) of the cross section perpendicular to the axial direction (the left-right direction in FIG. 1) of the spring material 10 of the strand 12 is substantially constant in the axial direction of the spring material 10.
- Fastening portions 16 are connected to both ends of the wire portion 12 via gradual change portions 14.
- vertical to the axial direction (left-right direction of FIG. 1) of the spring material 10) of the strand part 12 is circular shape.
- the fastening part 16 is formed by press-molding both ends of one spring material. Since the spring material is also deformed in the axial direction by press molding, the cross-sectional area of the fastening portion 16 is smaller than the cross-sectional area of the strand portion 12. The cross-sectional area of the fastening portion 16 is substantially constant in the axial direction of the spring material 10. Note that since the fastening portion 16 is provided with a countersink or the like, the cross-sectional area of the fastening portion 16 may not be constant in the axial direction of the spring material 10. Each fastening portion 16 includes an attachment hole 16a for attaching a stabilizer manufactured using the spring material 10 to the vehicle body. The cross section of the fastening portion 16 is rectangular. The cross-sectional area of the gradually changing portion 14 gradually increases from the end on the fastening portion 16 side toward the end on the strand portion 12 side.
- the cross-sectional area of the wire portion 12 is the largest, and then the cross-sectional area of the gradual change portion 14 is large, and the fastening portion 16 Has the smallest cross-sectional area.
- the spring material 10 is formed from a steel material (spring steel) by the above-described both-end press forming or the like. Further, an attachment hole 16 a is formed in the spring material 10.
- a first energization process is executed. As shown in FIG. 3, in the first energization process, each of the pair of electrodes 20 comes into contact with both ends of the strand portion 12 (that is, clamps both ends of the strand portion 12). In S ⁇ b> 14, energization is performed between the pair of electrodes 20 for a predetermined time.
- each of the pair of electrodes 30 comes into contact with each of the gradual change portions 14 located at both ends of the strand portion 12 (that is, the gradual change portion 14). Clamp each one). Precisely, each electrode 30 contacts the entire length of the gradual change portion 14 in the axial direction of the spring 10 and a part of the fastening portion 16 on the gradual change portion 14 side. In S ⁇ b> 16, energization is performed between the pair of electrodes 30 for a predetermined time.
- each of the pair of electrodes 40 comes into contact with each of the fastening portions 16 located at both ends of the spring material 10 (that is, clamps each of the fastening portions 16). . More specifically, each of the pair of electrodes 40 is in contact with the end side of the spring material 10 with respect to the attachment hole 16 a of the fastening portion 16.
- electricity is supplied between the pair of electrodes 40 for a predetermined duration. Thereby, an electric current flows into the part located between the pair of electrodes 40 of the spring material 10. As a result, the portion of the spring material 10 located between the pair of electrodes 40 is heated. In the spring material 10, the portion outside the mounting hole 16a is not subjected to a large load during use, so there is no problem even if it is not heated.
- the spring material 10 is formed into a stabilizer shape by hot forming (bending or the like) in S20.
- S22 the molded spring material 10 is quenched.
- the spring material 10 is high temperature because the heat
- S24 the spring material 10 is tempered.
- S26 the surface of the spring material 10 is processed.
- the treatment performed on the surface of the spring material 10 is, for example, shot peening, pre-painting treatment (cleaning, chemical conversion treatment), painting, or the like.
- components are attached to the spring material 10 and a stabilizer is manufactured.
- the temperature change of the spring material 10 when each of the first to third energization processes is executed alone is measured.
- the position at which the temperature change is measured is a measurement position P ⁇ b> 1 (the center position in the axial direction of the spring material 10) located at the center of the strand portion 12, and an end portion of the strand portion 12.
- the measurement position P2 the measurement position P3 located in the gradual change portion 14, and the measurement position P4 that is the position where the mounting hole 16a is formed.
- the measurement positions P1 to P4 are the centers in the direction perpendicular to the axial direction of the spring material 10 (the vertical direction in FIG. 1).
- FIGS. 6 to 8 shows a temperature change of the spring material 10 at the measurement positions P1 to P4 when the first to third energization processes are executed.
- the vertical axis represents temperature
- the horizontal axis represents energization time.
- the energization process was performed until the temperature at the measurement position where the temperature was highest was heated to the target temperature, that is, about 1000 ° C.
- 6 to 8 are examples of measurement results of the spring material 10, and the temperature change of the spring material 10 varies depending on the voltage applied to the spring material 10. For example, when the voltage applied to the spring material 10 increases, the spring material 10 reaches the target temperature sooner.
- Each of the measurement results P1a to P4a in FIG. 6 indicates a temperature change at each of the measurement positions P1 to P4.
- the energization time is 30 seconds. After 30 seconds from the start of energization, the measurement position P1 is heated to around 1000 ° C. In the first energization process, the temperatures at the measurement positions P1 (center portion of the strand portion 12) and P2 (end portions of the strand portion 12) are measured at the measurement positions P3 (gradual change portion 14) and P4 (fastening portion 16). The temperature is greatly increased.
- Each of the measurement results P1b to P4b in FIG. 7 indicates the temperature change at each of the measurement positions P1 to P4.
- the energization time is 29 seconds. After 29 seconds from the start of energization, the measurement position P2 is heated to around 1000 ° C. In the second energization process, the temperatures at the measurement position P1 (center portion of the strand portion 12), P2 (end portion of the strand portion 12), and P3 (gradual change portion 14) are measured at the measurement position P4 (fastening portion 16). The temperature is greatly increased.
- Each of the measurement results P1c to P4c in FIG. 8 indicates a temperature change at each of the measurement positions P1 to P4.
- the energization time is 16 seconds. After 16 seconds from the start of energization, the measurement position P3 is heated to around 1000 ° C.
- the temperature at the measurement position P4 is measured at the measurement position P1 (central portion of the strand portion 12) and P2 (wire portion). 12 end) and the temperature of P3 (gradual change portion 14).
- the operator determines the duration of the first to third energization processes based on the temperature change at the measurement positions P1 to P4 shown in FIGS.
- the operator determines the duration of each energization process so that the variation in the temperature in the spring material 10 becomes as small as possible when the spring material 10 reaches the target temperature. For example, assuming that the temperatures at the measurement positions P1 to P4 change in a linear function in each energization process, the temperature change rates k11 to k14 at the measurement positions P1 to P4 in the first energization process are set as the second energization process. Are the temperature change rates k21 to k24 at the measurement positions P1 to P4 in FIG.
- the temperature change rates k31 to k34 at the measurement positions P1 to P4 in the third energization process is t1
- the duration of the second energization process is t2
- the duration of the third energization process is t3.
- the durations t1 to t3 of the energization processes are reduced so that the temperature difference between the temperatures T1 to T4 at the measurement positions P1 to P4 is reduced. Can be determined. However, the temperatures T1 to T4 at the measurement positions P1 to P4 may be approximated by a high-order function to determine the durations t1 to t3 of the energization processes. Furthermore, an experiment may be actually performed for each of a plurality of patterns in which the duration times t1 to t3 of each energization process are changed, and a pattern with the smallest temperature difference may be selected.
- Simulation results when the first to third energization processes are continuously executed with the duration of each energization process determined based on the temperature change at the measurement positions P1 to P4 shown in FIGS. 6 to 8 are shown in FIG. Shown in The target temperature of the spring material 10 after heating is 1000 ° C.
- the first energization process (S14 in FIG. 2) is 18 seconds
- the second energization process (S16 in FIG. 2) is 4 seconds
- the third energization process (S18 in FIG. 2) is 13 seconds. It was.
- the vertical axis represents temperature
- the horizontal axis represents time.
- Each of the measurement results P1d to P4d indicates a temperature change at each of the measurement positions P1 to P4.
- thermo changes at a plurality of measurement positions P1 to P4 when the first to third energization processes are executed alone are actually measured. . Since the temperature change characteristics of the actually measured measurement positions P1 to P4 are used, the duration of the first to third energization processes can be appropriately determined.
- the heating time is shortened as compared with the conventional method of heating the spring material 10 (for example, the method of heating the spring material 10 in a heating furnace). be able to.
- the pair of electrodes 20 are positioned at both ends of the strand portion 12, and in the second energization process (S16 in FIG. 2), The pair of electrodes 30 is located in the gradual change portion 14. That is, the position where each of the pair of electrodes comes into contact with the spring material 10 changes for each energization process.
- one electrode of the pair of electrodes may be at the same position in contact with the spring material 10 regardless of the energization process.
- the first to third energizations are performed for the hot forming (S20 in FIG. 2) and quenching (S22 in FIG. 2) after forming the spring material 10 (S12 in FIG. 2).
- the spring material 10 is heated.
- the molding performed in S20 of FIG. 2 may be performed by cold molding, and then the first to third energization processes may be performed for quenching.
- the spring material 10 is heated using a heating furnace for tempering.
- the first to third energization processes may be executed for tempering.
- the first to third energization processes described above can be used when the spring material 10 is heated at any timing in the manufacturing process of the spring material 10.
- the technique disclosed in this specification is a manufacturing method of a leaf spring (for example, the plate thickness is constant and the plate width is changed) having a different cross-sectional area along the axial direction, in addition to the stabilizer manufacturing method. It can also be applied to.
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Abstract
ばねの加熱方法は、一対の電極をばね材の軸方向に間隔を空けた状態でばね材に接触させて、一対の電極間に通電する通電処理を複数回実行する通電工程を備えていてもよい。通電工程は、第1から第3の通電処理を備えていてもよい。第1の通電処理は、本体部の両端のそれぞれに、一対の電極のそれぞれを接触させた状態で一対の電極間に通電してもよい。第2の通電処理は、徐変部のそれぞれに、一対の電極のそれぞれを接触させた状態で一対の電極間に通電してもよい。第3の通電処理は、端部のそれぞれに、一対の電極のそれぞれを接触させた状態で一対の電極間に通電してもよい。
Description
本出願は、2011年2月28日に出願された日本国特許出願第2011-042370号に基づく優先権を主張する。その出願の全ての内容は、この明細書中に参照により援用されている。本明細書では、ばね材の軸方向に直交する断面の面積が異なる複数の部分を備えるばねを加熱する技術を開示する。
物体を加熱する方法の一つとして、通電加熱が知られている。通電加熱は、物体に一対の電極を接触させた状態で、物体を介して一対の電極間に通電することによって、物体を加熱する。通電加熱では、電流が一定の場合、物体の抵抗が高いほど加熱が促進される。
特開昭52-74511号公報に、通電加熱によって、鋼製の棒材を加熱する技術が開示されている。棒材の軸方向に直交する断面の面積は一定である。通電加熱では、電極が接触している部分は、加熱されにくい。この技術では、棒材と電極との接触面積を徐々に小さくすることによって、棒材の加熱後の温度を均一にする。
軸方向に直交する断面の面積が一定でない被加熱物体の抵抗は、軸方向において異なる。このため、特開昭52-74511号公報の技術を用いて、上記の被加熱物体に通電加熱を実行したとしても、被加熱物体の加熱後の温度を均一にすることは難しい。即ち、特開昭52-74511号公報の技術を用いて、軸方向に直交する断面の面積が異なる複数の部分を備えるばねを加熱したとしても、ばねの温度は軸方向において大きくばらつく。
本明細書では、ばね材の軸方向に直交する断面の面積が異なる複数の部分を備えるばねに通電加熱を実行した後のばねの温度のばらつきを小さくする技術を提供する。
本明細書によって開示される技術は、ばね材の軸方向に直交する断面の面積(以下では単に「断面積」と呼ぶ)が異なる複数の部分を備えるばねを加熱するばねの加熱方法である。このばねの加熱方法は、一対の電極をばね材の軸方向に間隔を空けた状態でばね材に接触させて、一対の電極間に通電する通電処理を複数回実行する通電工程を備える。一対の電極の少なくとも一方の電極のばね材の軸方向における位置は、通電処理毎に異なる。一方の電極が接触する位置におけるばね材の軸方向に直交する断面の面積は、通電処理毎に異なる。
この加熱方法では、1回の通電処理を行うことによって、ばね材のうち一対の電極に挟まれている領域内に電流が流れる。この結果、一対の電極に挟まれている領域内のばね材が加熱される。一方、ばね材のうち一対の電極に挟まれている領域の外側には、電流が流れない。したがって、1回の通電処理によって、一対の電極に挟まれた領域内と、一対の電極に挟まれている領域の外側と、では温度差が生じることとなる。また、ばね材の断面積が変化すると、その電気抵抗が変化する。この結果、発熱量も変化する。このため、ばね材の断面積が異なる部分に、同時に通電すると、断面積の変化に応じて温度差が生じる。従って、発熱量が大きく温度の上がり易い部分は、少ない回数の通電処理によって通電加熱を行う。一方、発熱量が小さく温度の上がり難い部分は多数回の通電処理によって通電加熱を行う。これにより、ばね材の各部位の温度差を低減することができる。通電加熱を実行した後のばねの温度のばらつきを小さくすることができる。
上記のことを第1の部分と第1の部分よりも断面積が小さい第2の部分とが軸方向に接続されているばね材を加熱する場合を例にして説明する。通電工程において、1回目の通電処理では、比較的に断面積の大きい第1の部分の両端のそれぞれに一対の電極のそれぞれを接触させる。これにより、第1の部分に電流が流れて、第1の部分が加熱される。1回目の通電処理では、第2の部分には通電されないため、第2の部分は、第1の部分からの伝熱によって加熱されるのみである。
次いで、2回目の通電処理では、一対の電極のうち、第2の部分に近い方の電極を、第2の部分の一方の端に配置する。即ち、一対の電極のそれぞれを、ばね材の軸方向の両端のそれぞれに接触させる。これにより、一対の電極のうちの一方の電極は、1回目と2回目の通電処理で、ばね材の軸方向の異なる位置に配置されるとともに、配置される位置でのばね材の断面積が異なる。2回目の通電処理では、第1の部分と第2の部分の両方に電流が流れて、第1の部分と第2の部分の両方が加熱される。
第2の部分は、第1の部分と比較して断面積が小さいため、2回目の通電処理では、第2の部分は、第1の部分よりも加熱される。但し、第1の部分は、1回目の通電処理によって既に加熱されている。このため、1回目と2回目の通電処理後の第1の部分と第2の部分の温度差を小さくすることができる。即ち、通電工程によって加熱されたばねの温度のばらつきを低減することができる。
ばねは、本体部と、端部と、徐変部と、を備える。端部は、本体部の両端のそれぞれに位置し、ばねの軸方向に直交する断面の面積が本体部よりも小さい。徐変部は、本体部と各端部との間に位置し、ばねの軸方向に直交する断面の面積が徐変している。通電工程は、第1から第3の通電処理を備えていてもよい。第1の通電処理では、本体部の両端のそれぞれに、一対の電極のそれぞれを接触させた状態で一対の電極間に通電する。第2の通電処理では、徐変部のそれぞれに、一対の電極のそれぞれを接触させた状態で一対の電極間に通電する。第3の通電処理では、端部のそれぞれに、一対の電極のそれぞれを接触させた状態で一対の電極間に通電する。
第1の通電処理では、断面積が最も大きい本体部のみが加熱される。第2の通電処理では、本体部と、本体部の次に断面積が大きい徐変部が加熱される。第3の通電処理では、本体部、徐変部、そして断面積が最も小さい端部が加熱される。この構成よれば、最も加熱されにくい本体部を、第1から第3の通電処理の全てにおいて加熱することができる。一方において、最も加熱されやすい端部を、第3の通電処理のみで加熱することができる。この結果、加熱後のばねの温度のばらつきを低減することができる。なお、ばねは、スタビライザであってもよい。
各通電処理の継続時間は、各通電処理が実行されている間の前記ばね材の軸方向に沿った複数箇所における温度変化特性(温度変化-時間の特性)を用いて決定されてもよい。この構成によれば、各通電処理の継続時間を適切に決定することができる。このため、加熱後のばねの温度のばらつきをより低減することができる。例えば、各通電処理の継続時間は、通電工程終了時のばね材の軸方向に沿った複数箇所における温度が均一となるように決定してもよい。温度評価を行う上記の複数個所を適切に設定することで、ばねの温度のばらつきを適切に低減することができる。例えば、断面積が異なる部分毎に温度評価を行うポイントを設定することで、ばねの温度のばらつきを適切に低減することができる。なお、温度変化特性(温度変化-時間の特性)は、実験により取得してもよいし、シミュレーションにより取得してもよい。
複数個所は、少なくとも本体部に位置する第1の箇所と、徐変部に位置する第2の箇所と、端部に位置する第3の箇所とを含んでいてもよい。この構成によれば、断面積の異なる本体部と徐変部と端部との加熱後の温度を均一にすることができる。
端部のそれぞれには、当該端部の中間位置に、ばねを他の部品に固定するための取付孔が形成されていてもよい。第3の通電処理では、端部のそれぞれについて、当該端部の取付孔よりも本体部から離間している位置に、一対の電極のそれぞれを接触させた状態で一対の電極間に通電してもよい。通電加熱では、電極が接触している部分は、加熱されにくい。また、ばねが他の部品に固定された状態で使用される状況では、端部の取付孔よりも外側の部分(即ち、本体部から離間している部分)に、大きな負荷が掛からない場合がある。この構成によれば、大きな負荷が掛からない部分に、電極を接触させることができる。この結果、第3の通電処理後に、電極が接触していた部分を、加熱する必要がない。
本実施例では、図1に示されるばね材10を加熱する場合を例に説明する。ばね材10は、軸方向に伸びる1本のばね材(例えば、中実又は中空の棒材(ばね鋼))から形成され、素線部(本体部)12と、徐変部14と、締結部(端部)16とを備える。
ばね材10の軸方向(図1の左右方向)の中央部分には、素線部12が形成されている。素線部12のばね材10の軸方向(図1の左右方向)に垂直な断面の面積(以下では単に「断面積」と呼ぶ)は、ばね材10の軸方向で略一定である。素線部12の両端のそれぞれには、徐変部14を介して、締結部16が接続されている。なお、素線部12の断面(ばね材10の軸方向(図1の左右方向)に垂直な断面)は、円形状である。
締結部16は、1本のばね材の両端をプレス成形することにより形成されている。プレス成形によりばね材が軸方向にも変形するため、締結部16の断面積は、素線部12の断面積よりも小さくなっている。締結部16の断面積は、ばね材10の軸方向で略一定である。なお、締結部16に座繰り等が設けられているために、締結部16の断面積がばね材10の軸方向に一定でない場合があり得る。各締結部16は、ばね材10を用いて作製されるスタビライザを車体に取り付けるための取付孔16aを備える。なお、締結部16の断面は、矩形状である。徐変部14の断面積は、締結部16側の端から素線部12側の端に向かって徐々に大きくなっている。
上述したことから明らかなように、ばね材10の軸方向に直交する断面で見た場合に、素線部12の断面積が最も大きく、次いで徐変部14の断面積が大きく、締結部16の断面積が最も小さくなっている。
次いで、スタビライザの製造方法について説明する。図2に示すように、まず、S12では、上述した両端のプレス成形等によって、鋼材(ばね鋼)からばね材10を成形する。また、ばね材10に取付孔16aを形成する。次いで、S14において、第1の通電処理を実行する。図3に示すように、第1の通電処理では、一対の電極20のそれぞれは、素線部12の両端のそれぞれに接触する(即ち、素線部12の両端のそれぞれをクランプする)。S14では、一対の電極20間に予め決められた時間だけ通電する。これにより、ばね材10の一対の電極20の間に位置する部分(即ち素線部12)に電流が流れる。この結果、一対の電極20の間に位置する素線部12が通電によって加熱される。なお、徐変部14及び締結部16は、素線部12からの伝熱によって若干加熱される。
第1の通電処理が終了すると、S16において、第2の通電処理を実行する。図4に示すように、第2の通電処理では、一対の電極30のそれぞれは、素線部12の両端のそれぞれに位置する徐変部14のそれぞれに接触する(即ち、徐変部14のそれぞれをクランプする)。正確には、各電極30は、ばね10の軸方向における徐変部14の全長と締結部16の徐変部14側の一部とに接触する。S16では、一対の電極30間に予め決められた時間だけ通電する。これにより、ばね材10の一対の電極30の間に位置する部分(即ち素線部12及び徐変部14)に電流が流れる。この結果、一対の電極20の間に位置する素線部12及び徐変部14が加熱される。なお、締結部16は、徐変部14からの伝熱によって若干加熱される。
第2の通電処理が終了すると、S18において、第3の通電処理を実行する。図5に示すように、第3の通電処理では、一対の電極40のそれぞれは、ばね材10の両端に位置する締結部16のそれぞれに接触する(即ち、締結部16のそれぞれをクランプする)。より詳細には、一対の電極40のそれぞれは、締結部16の取付孔16aよりも、ばね材10の端側に接触する。S18では、一対の電極40間に予め決められた継続時間だけ通電する。これにより、ばね材10の一対の電極40の間に位置する部分に電流が流れる。この結果、一対の電極40の間に位置するばね材10の部分が加熱される。なお、ばね材10では、取付孔16aよりも外側の部分は、使用時に大きく負荷が掛からないために加熱されなくても問題はない。
第3の通電処理が終了すると、S20において、熱間成形(曲げ加工等)することによって、ばね材10をスタビライザの形状に成形する。次に、S22において、成形後のばね材10に焼入れを行う。なお、S22を実施するタイミングでは、ばね材10は、S14からS18の通電加熱による熱が冷めておらず、高温である。従って、S22では、高温のばね材10を冷却することによって、焼入れが行われる。次いで、S24において、ばね材10に焼き戻しを行う。その後、S26では、ばね材10の表面を処理する。ばね材10の表面に行われる処理とは、例えば、ショットピーニング、塗装前処理(洗浄、化成処理)、塗装等である。なお、必要に応じて、ばね材10に部品が取付られ、スタビライザが製造される。
次いで、第1から第3の通電処理の継続時間の決定方法について説明する。最初に、第1から第3の通電処理のそれぞれを、単独で実行した場合のばね材10の温度変化を測定する。図1に示すように、温度変化を測定する位置は、素線部12の中央に位置する測定位置P1(ばね材10の軸方向における中央の位置)、素線部12の端部に位置する測定位置P2、徐変部14に位置する測定位置P3及び取付孔16aが成形される位置である測定位置P4である。なお、測定位置P1からP4は、ばね材10の軸方向に垂直な方向(図1の上下方向)の中央である。図6から図8のそれぞれは、第1から第3の通電処理のそれぞれが実行される場合の測定位置P1からP4におけるばね材10の温度変化を示す。図6から図8の縦軸は温度を示し、横軸は通電時間を示す。なお、各通電処理では、最も温度が高くなる測定位置の温度が、目標温度、即ち1000℃程度に加熱されるまで、通電処理を実行した。なお、図6から図8のグラフは、ばね材10の測定結果の一例であって、ばね材10に印加される電圧によって、ばね材10の温度変化は異なる。例えば、ばね材10に印加される電圧が上がると、ばね材10は、より早く目標温度に到達する。
図6の測定結果P1aからP4aのそれぞれは、測定位置P1からP4のそれぞれの温度変化を示す。第1の通電処理では、通電時間が30秒である。通電開始から30秒後では、測定位置P1は、1000℃付近まで昇温されている。第1の通電処理では、測定位置P1(素線部12の中央部)及びP2(素線部12の端部)の温度は、測定位置P3(徐変部14)及びP4(締結部16)の温度よりも大きく上昇される。
図7の測定結果P1bからP4bのそれぞれは、測定位置P1からP4のそれぞれの温度変化を示す。第2の通電処理では、通電時間が29秒である。通電開始から29秒後では、測定位置P2は、1000℃付近まで昇温されている。第2の通電処理では、測定位置P1(素線部12の中央部)、P2(素線部12の端部)及びP3(徐変部14)の温度は、測定位置P4(締結部16)の温度よりも大きく上昇される。
図8の測定結果P1cからP4cのそれぞれは、測定位置P1からP4のそれぞれの温度変化を示す。第3の通電処理では、通電時間が16秒である。通電開始から16秒後では、測定位置P3は、1000℃付近まで昇温されている。第3の通電処理では、第1及び第2の通電処理とは反対に、測定位置P4(締結部16)の温度が、測定位置P1(素線部12の中央部)、P2(素線部12の端部)及びP3(徐変部14)の温度よりも大きく上昇される。
作業者は、図6から8に示される測定位置P1からP4の温度変化に基づいて、第1から第3の通電処理の継続時間を決定する。作業者は、ばね材10が目標温度に到達するタイミングで、ばね材10内の温度のばらつきができるだけ小さくなるように、各通電処理の継続時間を決定する。例えば、各通電処理において各測定位置P1~P4の温度が一次関数的に変化すると仮定し、第1の通電処理における各測定位置P1~P4の温度変化率k11~k14とし、第2の通電処理における各測定位置P1~P4の温度変化率k21~k24とし、第3の通電処理における各測定位置P1~P4の温度変化率k31~k34とする。また、第1の通電処理の継続時間t1とし、第2の通電処理の継続時間をt2とし、第3の通電処理の継続時間をt3とする。各測定位置P1~P4の温度Ti(i=1~4)は、k1i×t1+k2i×t2+k3i×t3と簡易的に表される。各測定位置P1~P4の温度Tiが継続時間t1~t3の関数となるため、各測定位置P1~P4の温度T1~T4の温度差が小さくなるように、各通電処理の継続時間t1~t3を決定すればよい。ただし、各測定位置P1~P4の温度T1~T4を高次の関数で近似し、各通電処理の継続時間t1~t3を決めてもよい。さらには、各通電処理の継続時間t1~t3を変更した複数のパターンのそれぞれについて実際に実験を行い、最も温度差が小さくなるパターンを選択するようにしてもよい。
図6から8に示される測定位置P1からP4の温度変化に基づいて決定された各通電処理の継続時間で、第1から第3の通電処理を連続して実行した場合のシミュレーション結果を図9に示す。なお、加熱後のばね材10の目標温度が1000℃である。本シミュレーションでは、第1の通電処理(図2のS14)を18秒とし、第2の通電処理(図2のS16)を4秒とし、第3の通電処理(図2のS18)を13秒とした。図9の縦軸は温度を示し、横軸は時間を示す。測定結果P1dからP4dのそれぞれは、測定位置P1からP4のそれぞれの温度変化を示す。
測定結果P1dからP4dで示されるように、上記の継続時間でばね材10を加熱した場合、測定位置P1からP4での温度は、全て目標温度である1000℃付近まで上昇し、測定位置P1からP4での温度のばらつきは小さい。この結果から、電極の接触位置が異なる複数種類の通電処理を実行することによって、電極の接触位置を変化させずに通電処理を実行する場合と比較して、加熱後のばね材10内の温度のばらつきを低減することができる。なお、上述したように、電極が接触する部分は、加熱されにくく、他の部分と温度差が生じる。即ち、第3の通電処理で一対の電極40が接触する位置(即ちばね材10の両端)は、第1から第3の通電処理のいずれでも充分には加熱されない。しかしながら、ばね材10の両端は、使用時に大きく負荷が掛からないため、加熱されなくても問題はない。仮に、一対の電極40が接触する位置を加熱する必要がある場合、一対の電極40とばね材10との間に抵抗が高い物体を配置してもよい。この構成では、一対の電極40の間に通電されると、抵抗が高い物体が加熱され、その熱が伝達されることによって、一対の電極40が接触する位置を加熱することができる。
また、第1から第3の通電処理の継続時間を決定するために、第1から第3の通電処理を単独で実行した場合の複数個の測定位置P1からP4の温度変化を実際に測定する。実際に測定された測定位置P1からP4の温度変化特性を用いているため、適切に第1から第3の通電処理の継続時間を決定することができる。
第1から第3の通電処理を用いて加熱する方法では、ばね材10を加熱する従来の方法(例えば、ばね材10を加熱炉内で加熱する方法)と比較して、加熱時間を短縮することができる。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
(1)上記の実施例では、第1の通電処理(図2のS14)では、一対の電極20は素線部12の両端に位置し、第2の通電処理(図2のS16)では、一対の電極30は徐変部14に位置する。即ち、通電処理毎に、一対の電極のそれぞれがばね材10と接触する位置が変化する。しかしながら、一対の電極のうちの一方の電極は、通電処理によらず、ばね材10と接触する位置が同一であってもよい。
(2)上記の実施例では、ばね材10の成形後(図2のS12)、熱間成形(図2のS20)及び焼入れ(図2のS22)のために、第1から第3の通電処理を実行することによって(図2のS14からS18)、ばね材10を加熱している。しかしながら、図2のS20で行う成形を冷間成形で行い、その後、焼入れのために第1から第3の通電処理を実行してもよい。また、図2のS24では、焼き戻しのために、加熱炉を用いてばね材10を加熱している。これに代えて、焼き戻しのために第1から第3の通電処理を実行してもよい。このように、上記の第1から第3の通電処理は、ばね材10の製造工程において、いずれのタイミングでばね材10を加熱する場合にも利用することができる。
(3)本明細書で開示される技術は、スタビライザの製造方法以外に、軸方向に沿ってばねの断面積が異なる板ばね(例えば、板厚が一定で板幅が変化)等の製造方法にも適用することができる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Claims (7)
- 本体部と、前記本体部の両端のそれぞれに位置し、前記ばね材の軸方向に直交する断面の面積が前記本体部よりも小さい端部と、前記本体部と各端部との間に位置し、前記ばね材の軸方向に直交する断面の面積が徐変する徐変部と、を備えるばねの加熱方法であって、
一対の電極を前記ばね材の軸方向に間隔を空けた状態で前記ばね材に接触させて、前記一対の電極間に通電する通電処理を複数回実行する通電工程を備え、
前記通電工程は、
前記本体部の両端のそれぞれに、前記一対の電極のそれぞれを接触させた状態で前記一対の電極間に通電する第1の通電処理と、
前記徐変部のそれぞれに、前記一対の電極のそれぞれを接触させた状態で前記一対の電極間に通電する第2の通電処理と、
前記端部のそれぞれに、前記一対の電極のそれぞれを接触させた状態で前記一対の電極間に通電する第3の通電処理と、を備える、ばねの加熱方法。 - 前記第1から第3の通電処理のそれぞれの継続時間は、各通電処理が実行されている間の前記ばね材の軸方向に沿った複数箇所における温度変化特性(温度変化-時間の特性)を用いて決定される、請求項1に記載のばねの加熱方法。
- 前記第1から第3の通電処理のそれぞれの継続時間は、前記通電工程終了時の前記ばね材の軸方向に沿った複数箇所における温度が均一となるように決定される、請求項2に記載のばねの加熱方法。
- 前記複数個所は、少なくとも前記本体部に位置する第1の箇所と、前記徐変部に位置する第2の箇所と、前記端部に位置する第3の箇所とを含む、請求項3に記載のばねの加熱方法。
- 前記端部のそれぞれには、当該端部の中間位置に、前記ばねを他の部品に固定するための取付孔が形成されており、
前記第3の通電処理では、前記端部のそれぞれについて、当該端部の前記取付孔よりも前記本体部から離間している位置に、前記一対の電極のそれぞれを接触させた状態で前記一対の電極間に通電する、請求項1から4のいずれか一項に記載のばねの加熱方法。 - 前記ばねは、スタビライザである、請求項1から5のいずれか一項に記載のばねの加熱方法。
- ばね材の軸方向に直交する断面の面積が異なる複数の部分を備えるばねを加熱するばねの加熱方法であって、
一対の電極を前記ばね材の軸方向に間隔を空けた状態で前記ばね材に接触させて、前記一対の電極間に通電する通電処理を複数回実行する通電工程を備え、
前記一対の電極の少なくとも一方の電極の前記ばね材の軸方向における位置は、前記通電処理毎に異なり、
前記一方の電極が接触する位置における前記ばね材の軸方向に直交する断面の面積は、通電処理毎に異なる、ばねの加熱方法。
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