(57)【要約】【課題】  成形加工したばねを短時間で熱処理することができる技術を提供する。【解決手段】  このばねの製造方法は、ばね材を所定形状に成形する成形工程と、所定形状に成形されたばね材の複数個所を拘束して、ばね材の形状を調整する拘束工程と、所定形状に成形されたばね材の両端を一対の電極でクランプする電極クランプ工程と、拘束工程及び電極クランプ工程後に、一対の電極間の相対的位置を変えることなく、拘束工程で拘束された部位を開放する開放工程と、開放工程後に、一対の電極を介してばね材に電流を流すことでばね材を加熱する第１加熱工程とを有している。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ばね材の一端と他端とが離れており、一端と他端の間の少なくとも一箇所において曲げ部を有すると共に、一端と他端の間においてばね材同士が接触していないばねを製造する方法であって、
ばね材を所定形状に成形する成形工程と、
所定形状に成形されたばね材の複数個所を拘束して、ばね材の形状を調整する拘束工程と、
所定形状に成形されたばね材の両端を一対の電極でクランプする電極クランプ工程と、
拘束工程及び電極クランプ工程後に、一対の電極間の相対的位置を変えることなく、拘束工程で拘束された部位を開放する開放工程と、
開放工程後に、一対の電極を介してばね材に電流を流すことでばね材を加熱する第１加熱工程と、
を有している、ばねの製造方法。
【請求項２】
第１加熱工程後に、ばね材から電極を開放して、ばね材の電極でクランプされていた部位を追加熱する第２加熱工程をさらに有している、請求項１に記載のばねの製造方法。
【請求項３】
第２加熱工程では、ばね材の電極でクランプされていた部位に加熱した部材を押し付ける、請求項２に記載のばねの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、ばねの製造技術を開示する。詳しくは、ばね材の一端と他端とが離れており、一端と他端の間の少なくとも一箇所において曲げ部を有すると共に、一端と他端の間においてばね材同士が接触していないばね（例えば、線細工ばね、リング状のばね等）を製造するための技術を開示する。
【背景技術】
【０００２】
ばねを製造する際には、種々の熱処理が行われる。例えば、ばね材に生じた加工歪みを除去するために、ばね材が熱処理（いわゆる低温焼鈍し）される。すなわち、ばね材を塑性加工（例えば、曲げ加工等）することで製品形状に成形すると、ばね材には加工歪みが生じる。加工歪みはばね特性（例えば、耐久性、耐へたり性、耐脆性）に悪影響を与えるため、ばね材を製品形状に成形した後に、ばね材に生じた加工歪みを除去するための熱処理が行われる（非特許文献１）。このような熱処理には、通常、熱風炉や赤外線加熱炉のような加熱炉が用いられる。加熱炉を用いて熱処理を行う場合、製品形状に成形されたばね材を加熱炉の一端から加熱炉内に投入する。加熱炉内に投入されたばね材は、加熱炉の他端に向かって搬送されながら加熱され、加熱炉の他端より加熱炉外に搬出される。これによって、ばね材に熱処理が施され、ばね材から加工歪みが除去される。また、加工歪みの除去に伴い、ばねの形状は成形後の寸法から変化する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】日本ばね学会編「ばね」第４版，４６３〜４６６ページ，丸善株式会社
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ライン生産方式でばねを製造する場合（すなわち、ばねを量産する場合）、ばね材を製品形状に成形する工程が行われると、その成形したばね材は熱処理工程に搬送され、熱処理工程において熱処理が施される。従来の製造方法では、成形工程に要する時間と比較して、熱処理工程に要する時間が長時間となるという問題がある。すなわち、従来の製造方法では、成形工程に要する時間が０．１〜６０秒であるのに対して、熱処理工程に要する時間は５〜６０分となっている。このため、成形工程に合せてばねを製造すると、熱処理工程には同時に多量のワークが投入されていることとなる。その結果、熱処理用の加熱炉が大型化し、加熱効率が低下してしまうという問題が生じる。
【０００５】
本明細書は、ばねに実施する熱処理を短時間で行うことができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書は、ばね材の一端と他端とが離れており、一端と他端の間の少なくとも一箇所において曲げ部を有すると共に、一端と他端の間においてばね材同士が接触していないばねを製造する方法を開示する。この製造方法は、ばね材を所定形状に成形する成形工程と、所定形状に成形されたばね材の複数個所を拘束して、ばね材の形状を調整する拘束工程と、所定形状に成形されたばね材の両端を一対の電極でクランプする電極クランプ工程と、拘束工程及び電極クランプ工程後に、一対の電極間の相対的位置を変えることなく、拘束工程で拘束された部位を開放する開放工程と、開放工程後に、一対の電極を介してばね材に電流を流すことでばね材を加熱する第１加熱工程を有している。
【０００７】
この製造方法では、ばね材に電流を流すことでばね材を加熱する。すなわち、通電加熱によってばね材を加熱する。通電加熱は、ばね材を短時間で加熱できるため、熱処理に要する時間を短時間化することができる。
【０００８】
また、ばね材の一端と他端の間に曲げ部を有し、一端と他端の間においてばね材同士が接触していないばねを熱処理する場合、熱処理による寸法変化が生じ易い。すなわち、この種のばねでは、曲げ部の曲率半径に対してばね材の断面積が小さいことが多く、ばね材の外形状がばらつき易く、熱処理による変形量も大きい。また、熱処理による寸法変化は、ばね材の製造ロットによっても変化する。したがって、この種のばねを熱処理する場合、熱処理後の寸法のずれを抑制する必要がある。上記の製造方法では、熱処理前に、ばね材の複数個所を拘束してばね材の形状を調整し、その形状が保持されるように一対の電極の相対的位置を維持しながら通電加熱を行う。その結果、第１加熱工程後のばね材の形状が所望の形状からずれることが抑制される。なお、ばね材の複数個所を拘束しても、通電加熱時には拘束された部位が開放されている。このため、ばね材の加熱にばらつきが生じることを防止することができる。なお、電極でクランプされた部位は、電極でクランプされていない部位と比較して加熱されない。ただし、通電加熱が終了した後に電極から開放されると、電極でクランプされていない部位からの熱伝導によって加熱されて熱処理が行われる。
【０００９】
上記のばねの製造方法では、第１加熱工程後に、ばね材から電極を開放して、ばね材の電極でクランプされていた部位を追加熱する第２加熱工程をさらに有していてもよい。第２加熱工程を行うことで、電極でクランプされていた部位が追加熱され、ばね材の全体に短時間で熱処理を行うことができる。
【００１０】
なお、第２加熱工程では、ばね材の電極でクランプされていた部位に加熱した部材を押し付けてもよい。加熱した部材を押し付けることで、クランプされていた部位を簡易に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例に係る線細工ばねの平面図。
【図２】端部の高さ方向のずれを模式的に示す図。
【図３】線細工ばねの製造工程を示すフローチャート。
【図４ａ】熱処理の手順を示す図（その１）。
【図４ｂ】熱処理の手順を示す図（その２）。
【図４ｃ】熱処理の手順を示す図（その３）。
【図４ｄ】熱処理の手順を示す図（その４）。
【図５】ばね材の両端を一対の電極でクランプした状態を示す図。
【実施例１】
【００１２】
実施例１に係るばねの製造方法について説明する。まず、実施例１において製造されるばねについて説明する。実施例１では線細工ばねを製造する。図１に示すように、線細工ばね１０は、１箇所を曲げ加工されたばね材（線材）により構成されている。ばね材には、鋼線（例えば、硬鋼線，ピアノ線，オイルテンパー線，ステンレス鋼線等）を用いることができる。線細工ばね１０の一端１４と他端１６とは離れており、一端１４と他端１６の間において、ばね材同士は接触していない。線細工ばね１０は、その中間位置において曲げ部１２を有している。曲げ部１２においては、ばね材の軸線は９０度変化している。すなわち、図１において、一端１４から下方向に伸びているばね材の軸線は、曲げ部１２において、水平方向に伸びるように変化している。
【００１３】
なお、線細工ばね１０を量産すると、その形状にばらつきが生じる場合がある。例えば、図２に示すように、線細工ばね１０の一端１４が、他端１６に対して高さ方向にずれる場合がある。かかる場合は、出荷前にばね材の形状を矯正する矯正工程を実施し、ばね材の両端１４，１６の高さ方向のずれが許容値内となるようにしている。また、曲げ部１２の曲率半径にばらつきが生じる場合がある。この場合も、出荷前に曲げ部１２の曲率半径を矯正し、曲げ部１２の曲率半径が許容値内となるようにしている。あるいは、ばね材の適宜の箇所を冶具により拘束し、冶具ごと低温焼鈍しを施すことによって、ばね材の形状のばらつきを抑制することが行われる。
【００１４】
次に、線細工ばね１０の製造方法を、図３を参照して説明する。図３に示すように、まず、線細工ばね１０の材料となるばね材（例えば、ばね鋼の線材）に前処理を施す。すなわち、成形機（例えば、ガイドローラを使用するＮＣコイリング方式の成形機等）によってばね材を所望の形状（製品形状）に成形する。この段階では熱処理は未実施であるため、ばね材には塑性加工によって加工歪みが生じている。
【００１５】
次に、製品形状に成形されたばね材に熱処理（いわゆる、低温焼鈍し）が行われる（Ｓ１２）。上述したように、前処理における塑性加工によって、ばね材には加工歪みが生じている。このため、ステップＳ１２では、製品形状に成形されたばね材に、加工歪みを除去するための熱処理が行われる。これによって、線細工ばね１０のばね特性（例えば、耐久性、耐へたり性、耐脆性）が改善される。
【００１６】
ステップＳ１２の熱処理は、ばね材を通電加熱する通電加熱工程（Ｓ１２（第１加熱工程の一例に相当））と、ばね材の端部（１４，１６）を加熱する端部加熱工程（Ｓ１４（第２加熱工程の一例））によって構成されている。ステップＳ１２，１４の熱処理について、図４ａ〜４ｄを参照して詳細に説明する。
【００１７】
図４ａに示すように、製品形状に成形されたばね材は、まず、熱処理後にばね材の形状が製品形状となるように、その複数個所（本実施例では、両端１４，１６の近傍の２箇所と曲げ部１２の１箇所の合計３箇所）をクランプ部材１８によってクランプする（図４ａの状態）。すなわち、前処理によってばね材を製品形状に成形すると、加工歪みが残留するため、熱処理後に製品形状が変化する。特に、曲げ部１２の曲率半径に対してばね材の断面積が小さくなる場合は、曲げ部１２の形状変化が大きい。このため、ばね材の複数個所をクランプすることで、各クランプ部位における寸法変化を予め強制的に付与し、熱処理後の寸法を安定させる。具体的には、ばね材の一端１４の近傍をクランプ部材１８ａ，１８ｂによってクランプし、ばね材の曲げ部１２をクランプ部材１８ｃ，１８ｄ，１８ｅによってクランプし、ばね材の他端１６の近傍をクランプ部材１８ｆ，１８ｇでクランプする。次いで、クランプ部材１８ａ〜１８ｇの位置を調整することで、クランプした各部位（両端１４，１６の近傍及び曲げ部１２）において、ばね材の形状を所望の形状に矯正する。例えば、熱処理前のばね材の曲率半径（曲げ部１２の曲率半径）が熱処理後の製品形状（設計値）より大きい場合は、クランプ部材１８ａ〜１８ｇを曲率半径が小さくなる方向に移動させ、ばね材の曲率半径を縮小させる。あるいは、ばね材の径が熱処理後の製品形状（設計値）より小さい場合は、クランプ部材１８ａ〜１８ｇを曲率半径が大きくなる方向に移動させ、ばね材の曲率半径を拡大させる。これにより、ばね材の位置ずれを解消する。なお、ばね材をクランプする位置及び数は、上記の例に限られない。また、上記の例では、曲げ部１２の内側にクランプ部材１８ｃ（曲げ部１２の曲率に倣った外周面を有するクランプ部材）を当接させ、そのクランプ部材１８ｃに当接する部分の両側にクランプ部材１８ｄ，１８ｅを当接させ、曲げ部１２をクランプした。しかしながら、曲げ部１２をクランプする方法は、このような方法に限られず、例えば、ばね材の曲率に応じた当接面を備えた２つのクランプ部材によってクランプしてもよい。
【００１８】
ばね材がクランプ部材１８ａ〜１８ｇによってクランプされると、次に、ばね材の両端１４，１６の高さが同一となるように、ばね材の一端１４を一対の電極２０ａ，２０ｂでクランプすると共に、ばね材の他端１６を一対の電極２２ａ，２２ｂでクランプする（図４ｂの状態）。すなわち、ばね材を製品形状に成形すると、ばね材の両端１４，１６に高さ方向の位置ずれが生じ易い（図２の状態）。このため、図５に示すように、両端の電極対の一方（例えば、ばね材の一端１４をクランプする電極２０ａ，２０ｂ）を固定し、この固定した一方に対して他方の電極（例えば、ばね材の他端１６をクランプする電極２２ａ，２２ｂ）を高さ方向に移動させ、ばね材の両端１４，１６の高さを一致させる。これにより、前処理によって生じる、ばね材の両端１４，１６の高さ方向の位置ずれが矯正される。ばね材の両端１４，１６を電極（２０ａ，２０ｂ），（２２ａ，２２ｂ）でクランプした状態では、クランプ部材１８ａ〜１８ｇによって曲げ部１２の形状が矯正され、また、電極（２０ａ，２０ｂ），（２２ａ，２２ｂ）によって両端１４，１６の高さ方向の位置が矯正されている。すなわち、ばね材が所望の製品寸法となるように矯正されている。
【００１９】
次に、ばね材からクランプ部材１８ａ〜１８ｇを取外して、ばね材を開放する（図４ｃの状態）。クランプ部材１８ａ〜１８ｇをばね材から取り外した状態でも、電極（２０ａ，２０ｂ），（２２ａ，２２ｂ）の相対的な位置関係は保持される。すなわち、電極（２０ａ，２０ｂ），（２２ａ，２２ｂ）の相対的な位置関係は、クランプ部材１８ａ〜１８ｇでクランプした状態（図４ｂの状態）と、クランプ部材１８を取り外した状態（図４ｃの状態）とで変化しない。このため、ばね材の両端１４，１６の位置は、適切な位置で保持され、また、各曲げ部１２の曲率半径も所望の径に保持されている。
【００２０】
ばね材からクランプ部材１８ａ〜１８ｇを取外すと、電極（２０ａ，２０ｂ），（２２ａ，２２ｂ）間に電圧を印加し、ばね材に電流を流してばね材を加熱する（図４ｃの状態）。通電加熱時には、ばね材とクランプ部材１８ａ〜１８ｇとが接触していないため、ばね材からクランプ部材１８ａ〜１８ｇに電流が流れる事態（いわゆる漏電）や、クランプ部材１８ａ〜１８ｇによる放熱が防止される。これによって、ばね材の全体が均一に、かつ、安全に加熱される。また、通電加熱を用いることで、ばね材を短時間で所望の処理温度まで昇温することができる。この通電加熱処理により、ばね材に発生した加工歪みが除去され、ばね材に所望の機械的特性が付与される。
【００２１】
なお、通電加熱によりばね材を短時間で加熱できるため、ばね材の処理温度（例えば、３７０℃）は、加熱炉を用いた場合の処理温度（例えば、３３５℃）より高い温度に設定される。また、ばね材の処理時間（例えば、３秒）は、加熱炉を用いた場合の処理時間（例えば、７分）より短い時間に設定される。なお、ばね材の処理温度が高すぎるとばね材に機械的特性の劣化が発生するため、処理温度は６００℃以下に設定することが好ましい。
【００２２】
通電加熱が終了すると、ばね材から電極（２０ａ，２０ｂ），（２２ａ，２２ｂ）を取外す。次いで、ばね材の両端１４，１６を、加熱した一対のばね材の断面形状に倣った形状を有する部材２４，２６（例えば、４４０℃）で上下方向から押圧することで、ばね材の端部１４，１６を熱処理する（図４ｄの状態）。すなわち、通電加熱時において、電極（２０ａ，２０ｂ），（２２ａ，２２ｂ）でクランプされていた部分（すなわち、ばね材の端部１４，１６）は、電流が流れ難く、また、電極（２０ａ，２０ｂ），（２２ａ，２２ｂ）を介して放熱されるため、温度が上昇し難い。電極（２０ａ，２０ｂ），（２２ａ，２２ｂ）を開放した後に一定時間放置することで、熱伝導により電極（２０ａ，２０ｂ），（２２ａ，２２ｂ）でクランプされていた部位も熱処理の効果が得られる。しかしながら、熱伝導による熱処理では放置する時間が長くなるために、外乱因子（例えば風）の影響により機械的特性の安定が得にくい。そこで、クランプされていた部位に短時間で熱処理の効果を付与するため、通電加熱後に、ばね材のうち電極（２０ａ，２０ｂ），（２２ａ，２２ｂ）でクランプされていた部分を追加熱することで、ばね材の全体を熱処理する。
【００２３】
ばね材の両端部１４，１６の加熱が終了すると、ばね材に後処理（例えば、防錆処理等）を実施する（図３の後処理）。これによって、線細工ばね１０が製造される。
【００２４】
上述したことから明らかなように、本実施例の製造方法では、ばね材を通電加熱によって加熱することで、熱処理時間を大幅に短縮することができる。その結果、前処理に要する時間と、通電加熱工程（Ｓ１２）に要する時間と、端部加熱工程（Ｓ１４）に要する時間と、後処理に要する時間とを略同一とすることができ、各工程に１個ずつばねを流すことができる。
【００２５】
また、本実施例では、通電加熱処理前に、ばね材の複数個所をクランプ部材１８ａ〜１８ｇ及び電極（２０ａ，２０ｂ），（２２ａ，２２ｂ）で拘束してばね材の形状を調整し、その形状が調整された状態のまま通電加熱処理が行われる。その結果、熱処理後のばね材の形状精度が向上し、矯正作業を行う頻度や寸法不良の発生を大幅に低減することができる。なお、ばね材をクランプ部材１８ａ〜１８ｇでクランプしても、通電加熱時には、クランプ部材１８ａ〜１８ｇはばね材を開放している。このため、ばね材の加熱にばらつきが生じることや、クランプ部材１８ａ〜１８ｇによる漏電が生じることを防止することができる。
【００２６】
さらに、本実施例では、通電加熱後に、ばね材のうち電極（２０ａ，２０ｂ），（２２ａ，２２ｂ）でクランプしていた部位を、加熱された部材２４，２６で追加熱する。このため、ばね材の両端部１４，１６を含めた全体が加熱され、ばね材の全体に所望の機械的特性を付与することができる。
【００２７】
以上、本明細書に開示の技術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。
【００２８】
例えば、上述した実施例において、ばね材の通電加熱処理は、ばね材の表面温度を測定し、その測定した表面温度に基づいて行ってもよい。このように構成することで、ばね材の温度を所望の温度に精度良く加熱することができる。なお、ばね材の表面温度の測定には、熱電対や放射温度計等を用いることができる。さらに、ばね材の両端部１４，１６の温度を測定し、その測定した温度に基づいて端部加熱工程（Ｓ１４）における加熱部材２４，２６の温度や加熱時間等を調整するようにしてもよい。
【００２９】
また、上述した実施例においては、ばね材をクランプ部材１８ａ〜１８ｇでクランプした後に、ばね材の両端部１４，１６を電極（２０ａ，２０ｂ），（２２ａ，２２ｂ）でクランプしたが、本明細書に開示の技術は、このような例に限られない。例えば、ばね材の両端１４，１６を電極でクランプした後、ばね材をクランプ部材でクランプして形状を矯正してもよい。この場合は、ばね材の形状をクランプ部材でクランプして矯正する間は、ばね材の両端１４，１６をクランプしている電極を自由に移動させ、ばね材の形状を矯正後は電極間の相対位置が変化しないように電極の位置を保持すればよい。あるいは、クランプ部材によるばね材のクランプと、電極によるばね材の両端部１４，１６のクランプとを、同時に行うようにしてもよい。
【００３０】
なお、上述した各実施例では、Ｌ字型の線細工ばねを製造する例であったが、本明細書に開示の技術は、その他の形状の線細工ばね（例えば、Ｓ字型の線細工ばね、ジグザグ状の線細工ばね等）や、線細工ばね以外のばね（例えば、ホースクランプ、渦巻きばね、ねじりコイルばね、リング状のばね（例えば、スナップリング）等）を製造する場合にも適用することができる。
【００３１】
また、上述した実施例では、ばね材の端部を加熱した一対の部材を上下方向から押圧することで加熱したが、このような方法に限られない。例えば、ばね材の端部を加熱する処理には、誘導加熱、塩浴浸漬、バーナーによる加熱、熱風吹付け、赤外線照射、プラズマ加熱、レーザーによる加熱、流動層炉による加熱、過熱水蒸気を用いた加熱、磁気による加熱等を用いることができる。
【００３２】
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み合わ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み合わ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。
【符号の説明】
【００３３】
１０  線細工ばね
１２  曲げ部
１４，１６  端部
１８  クランプ部材
２０ａ，２０ｂ，２２ａ，２２ｂ  電極
２４，２６  加熱部材
【図１】
2014173115.tif 000003
【図２】
2014173115.tif 000004
【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
2014173115.tif 000009
【図５】
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