(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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誘導加熱熱処理において、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温度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。
【請求項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ルテーパ鋼線において、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温度に誘導加熱して熱処理し、小径部と大径部が均一な引張強さにされたことを特徴とするダブルテーパ鋼線。
【請求項３】
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誘導加熱熱処理において、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均一な温度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ダブルテーパ鋼線の連続熱処理装置。
【請求項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パ鋼線の連続熱処理装置。
【請求項５】
前記鋼線は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理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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巻かれるばね用として使用されるダブルテーパ鋼線と、そのダブルテーパ鋼線を連続熱処理する熱処理方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常のコイルばねは全長が同一径の素線を巻いて成形されているが、樽形あるいは紡錘形コイルばねの場合には、図７に示すようにばねのコイル胴部１５の素線径よりばね端部側のコイル小径部１６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、か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パ鋼線を使用することが望まれる。
【０００３】
従来、このような樽型などのコイルばねを製造するには、コイル形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、脱炭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。
【０００４】
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、脱炭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い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、径の均一な鋼線を加熱する場合には、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パ鋼線を誘導加熱により連続加熱する場合には、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が低く、焼戻加熱の場合は逆に焼戻硬さが高くなって、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。
【０００６】
コイルばね鋼線の場合は全長に渉っ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い。
【０００７】
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ができ、均一硬さを有するダブルテーパ鋼線や、あるいは大径部と小径部の破断荷重がほぼ等しいダブルテーパ線と、その連続熱処理方法と熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
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第１の連続熱処理方法は、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温度に加熱して熱処理することを特徴とするものである。
【０００９】
すなわち、本発明のダブルテーパ鋼線の連続熱処理方法は、従来のように小径部も大径部も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続加熱し、テーパ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。
【００１０】
また、本発明のダブルテーパ鋼線の連続熱処理方法によれば、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、小径部と大径部の引張強さが異なるように該鋼線を長さ方向に温度を変えて加熱して熱処理することもできる。
【００１１】
すなわち、本発明の熱処理方法は、全長を均一温度に加熱して、大・小径部をほぼ同一引張強さにするものであるが、積極的に大・小径部の加熱温度を変えて、大・小径部の引張強さが異なるダブルテーパ線を得ることもできる。この加熱温度の差は焼入温度で変えても良く、焼戻温度で変えても良い。
【００１２】
このように、誘導加熱によって、小径部と大径部の引張強さがほぼ同一か、あるいは積極的に変えられたダブルテーパ鋼線が得られる。
【００１３】
すなわち、通常の制御しない誘導加熱方法では小径部の温度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、焼戻しの場合は小径部の硬さ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温度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。
【００１４】
上記のダブルテーパ鋼線を製造するために、本発明のダブルテーパ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パ鋼線の誘導加熱熱処理において、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均一な温度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。
【００１５】
前記熱処理装置は、焼入れ後に連続して焼戻しする装置とすることが、焼入れ、焼戻しを一度に行うことができるので望ましい。
【００１６】
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パ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パ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。
【００１７】
【発明の実施の形態】
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熱処理装置の構成を示す図、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。
【００１８】
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パ鋼線（以下ワークという）Ｓは、長さＬ2 の大径の同一径のストレート部２１の両端側に、長さＬ12の先細りのテーパ部２２、２３が設けられ、テーパ部２２、２３の他端側が長さＬ1 の小径のストレート部２４でつながって連続したダブルテーパ線をなすものである。これを小径の位置２４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Ｌ0 の単体のダブルテーパ鋼線が作られる。
【００１９】
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線径測定器３、焼入加熱コイル４、焼入水冷ジャケット５、第２線径測定器６、焼戻加熱コイル７、焼戻水冷ジャケット８および巻取りスタンド９がタンデムに配列されている。
【００２０】
長さ測定手段２は、被熱処理線材（ダブルテーパ鋼線、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。
【００２１】
第１線径測定器３と第２線径測定器６は、非接触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ｋ1 およびｋ2 の距離の入口側に配設されている。
【００２２】
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電源１０および焼戻高周波電源１１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。
【００２３】
制御装置（制御手段）１２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、焼入高周波電源１０および焼戻高周波電源１１から、それぞれ焼入加熱コイル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。
【００２４】
以下、上記構成の熱処理装置の動作について説明する。まず、全体について述べると、熱処理されるワークＳはペイオフスタンド１から繰り出されて、焼入加熱コイル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により急冷され巻き取りスタンド９に巻き取られる。これにより、ワークは連続して焼入れ焼戻しされる。
【００２５】
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１２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入加熱コイル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１２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電源１０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ｋ1 だけ移動して焼入加熱コイル４の中央位置に来たとき、焼入加熱コイル４に所定の電力が入力されるように設定した。
【００２６】
例えば、図２のワークの小径部の径ｄ1 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ｋ1 だけ移動して焼入加熱コイル１０の中央に来たときにＰ1 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Ｐ1 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。
【００２７】
ワークが移動してＢの位置が焼入加熱コイル１０の中央に来ると、テーパ部Ｂ−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ｄ2 のＣの位置が焼入加熱コイル４の中央の位置に来ると、Ｐ2 ＝Ｐ1 ×（ｄ2 ／ｄ1 ）2 の電力が入力され、Ｃ−Ｄの間はこの一定電力でワークは加熱される。
【００２８】
さらにワークが移動してテーパ部Ｄ−Ｅの位置では、前記と逆に順次電力入力量が減少されてＥの位置で電力Ｐ1 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１０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温度に加熱される。これら上述した制御は制御装置１２により行われる。
【００２９】
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温度に加熱されているので、ダブルテーパ線は大径部もテーパ部も小径部も均一な焼入れ硬さが得られる。
【００３０】
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により焼戻温度に加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の中央位置にきたとき、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温度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、巻き取りスタンド９に巻き取られて熱処理を終える。
【００３１】
［実施例１］
実施例１は焼入れについて実験した。実験は表１に示す寸法の図２の形状の試料について行った。
【００３２】
【表１】
0004018331.tif 000002
【００３３】
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。
ライン速度：８０ｍｍ／ｓｅｃ
焼入加熱コイル長さ：３４０ｍｍ
周波数：３２ｋＨｚ
目標温度：９１０℃
【００３４】
この場合の線径とコイル出口における温度の測定結果を図３および図４にに示す。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ついての測定結果である。
【００３５】
図から、従来方法の場合は、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大径部と小径部の温度差が約７０℃あった。これに対し、本発明方法によれば温度差は約２０℃になり、テーパ部もほとんど温度差がない加熱ができた。
【００３６】
［実施例２］
実施例２は焼戻しについて、従来方法と本発明方法とについて下記条件で加熱して焼戻しを行った。
ライン速度：８０ｍｍ／ｓｅｃ
焼戻加熱コイル長さ：３４０ｍｍ
周波数：７．５ｋＨｚ
目標加熱温度：４５０℃
【００３７】
この場合の線径とコイル中央部における温度の測定結果を図５および図６に示す。図５は従来方法の制御無しの場合、図６は本発明方法の制御した場合についての測定結果である。
【００３８】
図から認められるように、焼戻しの場合も焼入れと同様に、従来方法の場合には、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大径部と小径部の温度差が約１５０℃ある。これに対し、本発明方法によれば、焼入れの場合と同様に温度差は約２０℃になり、テーパ部もほとんど温度差がない加熱ができた。
【００３９】
上記実施例においては、小径部と大径部の加熱温度を等しくした、引張強さがほぼ等しいダブルテーパ鋼線について述べたが、本発明の方法によれば、制御手段により、線径に対応させて焼入加熱コイルまたは焼戻加熱コイル、あるいは両者の電力入力を変えることにより、小径部と大径部の破断荷重を等しくするように小径部の引張強さが大きいダブルテーパ鋼線を得ることもできる。
【００４０】
また、上記実施例では、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パ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理装置および熱処理方法はストレート部の両側にテーパ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。
【００４１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のダブルテーパ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が得られる。あるいは、小径部と大径部の加熱温度を変えて、この両部の破断強度が等しいダブルテーパ鋼線を得ることもできる。これにより、ばね鋼線などのコストが大幅に低減でき、樽形、紡錘形コイルばねの用途が大きく広がる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のダブルテーパ鋼線の熱処理装置の構成を示す図である。
【図２】本発明実施形態のダブルテーパ鋼線の形状を示す図である。
【図３】従来方法のダブルテーパ鋼線の焼入加熱温度を示す図である。
【図４】本発明方法のダブルテーパ鋼線の焼入加熱温度を示す図である。
【図５】従来方法のダブルテーパ鋼線の焼戻加熱温度を示す図である。
【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である。
【図７】紡錘形コイルばねの形状を示す図である。
【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  焼戻加熱コイル、８  焼戻冷却ジャケット、９  巻取スタンド、１０  焼入高周波電源、１１  焼戻高周波電源  １２  制御装置（制御手段）、１５  コイル胴部、１６  コイル小径部、Ｓ  ワーク（ダブルテーパ鋼線）
【図１】
0004018331.tif 000003
【図２】
0004018331.tif 000004
【図３】
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【図４】
0004018331.tif 000006
【図５】
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【図６】
0004018331.tif 000008
【図７】
0004018331.tif 000009