特許 7087891 コイルばねのバレル研磨方法及びコイルばね研磨用研磨メディア

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-13

(45)【発行日】2022-06-21

(54)【発明の名称】コイルばねのバレル研磨方法及びコイルばね研磨用研磨メディア

(51)【国際特許分類】

   B24B 31/14 20060101AFI20220614BHJP

   F16F 1/06 20060101ALI20220614BHJP

【ＦＩ】

B24B31/14

F16F1/06 A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018183455

(22)【出願日】2018-09-28

(65)【公開番号】P2020049617

(43)【公開日】2020-04-02

【審査請求日】2020-07-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000191009

【氏名又は名称】新東工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100143410

【弁理士】

【氏名又は名称】牧野 琢磨

(72)【発明者】

【氏名】荻原 直幸

【審査官】山内 康明

(56)【参考文献】

【文献】特開平０４－２７２５２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－２０１８６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２３１０５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭４９－０５８９４６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０００２８０８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｂ ３１／１４

Ｆ１６Ｆ １／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

コイルばねを研磨メディアで研磨するコイルばねのバレル研磨方法であって、
前記研磨メディアは、バレル研磨を行っているときに、前記コイルばねの開口する端部からのみ内部に進入し、当該端部からのみ排出可能である形状に形成されており、
前記研磨メディアの外形から得られる最小寸法Ｄｍｉｎについて、
コイルばねのピッチＰ及びコイルばねの端部のコイル内径Ｒに対し、０．２Ｒ≦Ｄｍｉｎ≦０．９ＲかつＤｍｉｎ＞Ｐの関係を充足することを特徴とするコイルばねのバレル研磨方法。

【請求項2】

前記研磨メディアの外形から得られる最小寸法Ｄｍｉｎについて、コイルばねの端部のコイル内径Ｒに対し、０．２Ｒ≦Ｄｍｉｎ≦０．４Ｒまたは０．５Ｒ≦Ｄｍｉｎ≦０．９Ｒの関係を更に充足することを特徴とする請求項１に記載のコイルばねのバレル研磨方法。

【請求項3】

前記研磨メディアは外表面に外側に張り出す部位である突出部を有しない形状を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコイルばねのバレル研磨方法。

【請求項4】

前記研磨メディアは三角柱状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のコイルばねのバレル研磨方法。

【請求項5】

ピッチがＰ、開口する端部の内径がＲであるコイルばね及びコイルばねのバレル研磨用の研磨メディアのセットであって、
前記研磨メディアは、バレル研磨を行っているときに、前記コイルばねの開口する端部からのみ内部に進入し、当該端部からのみ排出可能である形状に形成されており、
前記研磨メディアの外形から得られる最小寸法Ｄｍｉｎについて、
０．２Ｒ≦Ｄｍｉｎ≦０．９ＲかつＤｍｉｎ＞Ｐの関係を充足することを特徴とするコイルばね及びコイルばねのバレル研磨用研磨メディアのセット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コイルばねのバレル研磨方法及びコイルばね研磨用研磨メディアに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、自動車関係などに用いられるコイルばねの製造工程において、ブラスト加工やバレル研磨加工により、バリ取りや表面のスケールを除去する加工処理が行われてきた。

【0003】

例えば、特許文献１には、コイルばね製造工程においてショットピーニングの表面疵を保証するために、バレル研磨を施す技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平４－２７２５２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、バレル研磨によりコイルばねを研磨加工すると、例えば、図５に示すような形態で、加工中にコイルばね同士が絡み合ってしまい十分な加工ができなくなり、仕上げ品質にばらつきが生じる。また、加工後に絡まったコイルばねをばらばらにほぐす工程が必要となり、加工が終了したコイルばねを得るために長い時間を要する、という問題があった。

【0006】

そこで、本発明では、バレル研磨加工中のコイルばね同士の絡み合いを防止するコイルばねのバレル研磨方法及びコイルばね研磨用の研磨メディア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】

【0007】

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、コイルばねを研磨メディアで研磨するコイルばねのバレル研磨方法であって、前記研磨メディアは、バレル研磨を行っているときに、前記コイルばねの開口する端部からのみ内部に進入し、当該端部からのみ排出可能である形状に形成されており、前記研磨メディアの外形から得られる最小寸法Ｄｍｉｎについて、コイルばねのピッチＰ及びコイルばねの端部のコイル内径Ｒに対し、０．２Ｒ≦Ｄｍｉｎ≦０．９ＲかつＤｍｉｎ＞Ｐの関係を充足する、という技術的手段を用いる。

【0009】

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のコイルばねのバレル研磨方法において、前記研磨メディアの外形から得られる最小寸法Ｄｍｉｎについて、コイルばねの端部のコイル内径Ｒに対し、０．２Ｒ≦Ｄｍｉｎ≦０．４Ｒまたは０．５Ｒ≦Ｄｍｉｎ≦０．９Ｒの関係を更に充足する、という技術的手段を用いる。

【0010】

請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載のコイルばねのバレル研磨方法において、前記研磨メディアは外表面に外側に張り出す部位である突出部を有しない形状を有している、という技術的手段を用いる。

【0011】

請求項４に記載の発明では、請求項３に記載のコイルばねのバレル研磨方法において、前記研磨メディアは三角柱状に形成されている、という技術的手段を用いる。

【0012】

請求項５に記載の発明では、ピッチがＰ、開口する端部の内径がＲであるコイルばね及びコイルばねのバレル研磨用の研磨メディアのセットであって、前記研磨メディアは、バレル研磨を行っているときに、前記コイルばねの開口する端部からのみ内部に進入し、当該端部からのみ排出可能である形状に形成されており、前記研磨メディアの外形から得られる最小寸法Ｄｍｉｎについて、０．２Ｒ≦Ｄｍｉｎ≦０．９ＲかつＤｍｉｎ＞Ｐの関係を充足する、という技術的手段を用いる。

【発明の効果】

【0013】

請求項１に記載の発明によれば、コイルばねのバレル研磨を行っているときに、研磨メディアをコイルばねの内部に進入させることができる。これにより、コイルばねの内部に存在している研磨メディアがコイルばねの内部に他のコイルばねの一部が侵入することを防ぐので、コイルばね同士が絡み合うことを防止することができる。

【0014】

請求項１に記載の発明のような研磨メディアとすることにより、コイルばね同士の絡み合いを、より効果的に防止することができる。

【0015】

請求項２に記載の発明のような研磨メディアとすることにより、コイルばね中に研磨メディアが進入と排出が更に容易となるので、バレル研磨後にコイルばね内に研磨メディアが詰まることを抑止することができる。これにより、バレル研磨後のコイルばねから内部に詰まった研磨メディアを取り出す必要がなく好適である。

【0016】

請求項３に記載の発明のように、外表面に突出部を有しない形状を有している研磨メディアを用いると、研磨メディアがコイルばねに引っかかったり、研磨メディア同士が引っかかったりして、コイルばね内に研磨メディアが詰まることを抑止することができる。

【0017】

請求項４に記載の発明のように、三角柱状に形成されている研磨メディアを用いると、よ
りコイルばね内に研磨メディアが詰まりにくくすることができる。

【0018】

請求項５に記載の発明によれば、コイルばねのバレル研磨を行っているときに、研磨メディアをコイルばねの内部に進入させることができる。これにより、コイルばねの内部に存在している研磨メディアがコイルばねの内部に他のコイルばねの一部が侵入することを防ぐので、コイルばね同士が絡み合うことを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】円筒コイルばねの形状を説明するための説明図である。

【図2】コイルばねのバレル研磨を行うバレル研磨装置の一例を示す模式図である。

【図3】コイルばねのバレル研磨工程を示すフローチャートである。

【図4】コイルばねの絡まりを防止する方法の説明図である。

【図5】従来のバレル研磨を行ったコイルばねが絡まりあった状態を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明のコイルばねのバレル研磨方法について、図を参照して説明する。

【0021】

本実施形態では、バレル研磨を行うコイルばねＷは、図１に示すような円筒型の圧縮コイルばねであり、コイルばねの内径をＲ、ピッチをＰとする。

【0022】

本実施形態で用いたバレル研磨機２０の構成について説明する。図２に示すように、バレル研磨機２０は、乾式の流動バレル研磨装置であって、研磨槽としてのバレル槽２１、駆動機構２２、集塵フード２３ 、集塵ホース２４Ａ 、２４Ｂ及び集塵機２５を備えている。

【0023】

バレル槽２１は、容器状とされて台座（図示省略） に固定されている。バレル槽２１の内側表面にはライニング２１ａが固着されている。このバレル槽２１には、被加工物であるコイルばねＷに加え、研磨メディア１０など、バレル研磨に必要なものが装入される。ここで、図中では、研磨メディア１０及びコイルばねＷを模式化して示している。

【0024】

バレル槽２１の底部上面側には、後述するマスＭを流動化させるための回転盤２１ｂが配置されている。

【0025】

駆動機構２２は、減速機付きのモータ２２ａ、回転盤２１ｂの中央下部に固定される回転軸２２ｂ、モータ２２ａの出力軸及び回転盤２１ｂに固定された回転軸２２ｂにそれぞれ取り付けられた一対のプーリ２２ｃ及びプーリ２２ｃ 同士に架け渡されたベルト２２ｄを含む。

【0026】

集塵フード２３は、バレル槽２１の上方側に必要に応じて配置される。集塵フード２３ には、集塵ホース２４Ａ の一端が連結されている。集塵ホース２４Ａの他端は、集塵機２５の吸入部側に連結されている。

【0027】

バレル槽２１の底部には、ホース２４Ｂの一端が連結されている。集塵ホース２４Ｂの他端は、集塵機２５の吸入部側に連結されている。

【0028】

集塵機２５は、集塵ホース２４Ｂ内の空気を吸入するファン（図示省略）と、塵埃を捕集するフィルタ（図示省略）と、を備えている。

【0029】

次に、コイルばねのバレル研磨方法について説明する。図３にバレル研磨工程を示す。

【0030】

＜Ｓ０１：マスの投入工程＞
マスＭを形成するコイルばねＷ 、研磨メディア１０、必要に応じてコンパウンド（図示省略）、をバレル研磨機２０に投入する。

【0031】

研磨メディア１０は、加工目的に応じて各種研磨メディアから選択して用いることができる。例えば、焼入鋼からなるコイルばねのバリ取り及び表面付着物除去を目的とした場合、砥粒を樹脂で結合した三角柱状や円柱状の研磨メディアを使用することができる。

【0032】

研磨メディア１０は、バレル研磨を行っているときに、図１に示すコイルばねＷの端部Ｗａからのみ内部に進入し、側面Ｗｂからは排出されずに端部Ｗａからのみ排出可能である形状に形成されている。

【0033】

＜Ｓ０２：バレル研磨工程＞
バレル研磨機２０の稼働を制御する制御機構（図示せず）に、予め稼働条件（稼働時間、回転盤２１ｂの回転速度、等）を入力した後、制御機構を操作する。制御機構からの出力された信号により、集塵機２５を稼働させた後、モータ２２ａが稼働する。モータ２２ａの動力はプーリ２２ｃとベルト２２ｄと回転軸２２ｂを介して回転盤２１ｂに伝達され、回転盤２１ｂが回転する。

【0034】

回転盤２１ｂの回転により、マスＭが流動化する。マスＭが流動化することで、コイルばねＷが研磨メディア１０と衝突または擦過する。この衝突または擦過を繰り返すことで、コイルばねＷが研磨される。

【0035】

従来のバレル研磨方法では、マスが流動化しているので、コイルばね同士が衝突、接触することにより、互いに絡み合う。本発明のバレル研磨方法では、バレル研磨を行っているときに、研磨メディア１０をコイルばねＷの内部に進入させることができる。これにより、コイルばねＷは図４に示すような状態となり、コイルばねＷの内部に存在している研磨メディア１０がコイルばねＷの内部に他のコイルばねＷの一部が侵入することを防ぐので、コイルばね同士が絡み合うことを防止することができる。

【0036】

上述の効果を奏するためには、バレル研磨を行っているときに、研磨メディア１０がコイルばねＷの内部への進入、内部からの排出を繰り返し、研磨メディア１０が常時コイルばねＷの内部に存在することが好ましい。

【0037】

そのためには、（Ａ）研磨メディア１０がコイルばねＷの内部に進入しやすい、ことが好ましい。これによれば、図４に示すような状態を得やすくなるため、コイルばね同士の絡み合いを、より効果的に防止することができる。

【0038】

また、（Ｂ）研磨メディア１０がコイルばねＷの側面Ｗｂからは排出されにくい、ことが好ましい。これによれば、研磨メディア１０がコイルばねＷの内部からの排出が、主にコイルばねＷの端部Ｗａからとなるので、適切な時間だけ内部に滞留させることができ、図４に示すような状態を維持しやすくなるため、コイルばね同士の絡み合いを、より効果的に防止することができる。

【0039】

研磨メディアの外形から得られる最大寸法Ｄｍａｘ、最小寸法Ｄｍｉｎと上記要件（Ａ）、（Ｂ）との関係を示す。

【0040】

ここで、柱状の研磨メディアでは、最小寸法Ｄｍｉｎは高さまたは底面内の最小寸法であり、最大寸法Ｄｍｉｎは端部または軸方向の断面の対角線の長さである。

【0041】

研磨メディアＷはランダムな動きをしているため、最小寸法Ｄｍｉｎがコイル内径Ｒより小さければ、コイルばねＷの内部に進入可能であるが、研磨メディア１０の外形寸法が大き過ぎると、コイルばねＷ端面からの研磨メディア１０が進入しにくくなるので、（Ａ）の条件を充足するためには、Ｄｍｉｎ≦０．９Ｒであることが好ましい。

【0042】

また、研磨メディア１０の外形寸法が小さ過ぎると、コイルばねＷ内部に進入した研磨メディア１０が排出されやすくなるため、適切な滞留時間を確保するためには、０．２Ｒ≦Ｄｍｉｎであることが好ましい。

【0043】

（Ｂ）の要件を充足するためには、研磨メディア１０のコイルばねＷの内部からの排出を、側面Ｗｂからではなく、主にコイルばねＷの端部Ｗａとする必要がある。そのためには、研磨メディア１０が側面Ｗｂから排出されにくくすればよい。

【0044】

バレル研磨を行っているときには、研磨メディアＷはランダムな動きをしているので、Ｄｍａｘ＞Ｐとすると、研磨メディア１０が側面Ｗｂから排出されるのが抑止されるので好ましい。

【0045】

また、研磨メディア１０がコイルばねＷに引っかかったり、研磨メディア１０同士が引っかかったりして、コイルばねＷ内に研磨メディア１０が詰まると、バレル研磨後のコイルばねＷから内部に詰まった研磨メディア１０を取り出す工程が必要となる。したがって、（Ｃ）研磨メディア１０がコイルばねＷの内部で詰まらない、ことが好ましい。

【0046】

バレル研磨中では、研磨メディア１０はランダムに移動している。そのため、研磨メディア１０はコイルばねＷ内には様々な角度で進入する。進入した研磨メディア１０の進行方向はコイルばねＷの内壁面によってコイルばねＷに対して水平方向に矯正されながら前進するので、研磨メディア１０のサイズによっては研磨メディア１０がコイルばねＷ内で詰まる場合がある。このような場合は、０．２Ｒ≦Ｄｍｉｎ≦０．４Ｒまたは０．５Ｒ≦Ｄｍｉｎ≦０．９Ｒとするのが好ましい。前者では複数の研磨メディア１０がコイルばねＷ内に侵入しても研磨メディア１０の排出が容易であり、後者では複数の研磨メディア１０がコイルばねＷに侵入するのを抑止することができる。

【0047】

以上、まとめると、
（１）０．２Ｒ≦Ｄｍｉｎ≦０．９Ｒ
（２）Ｄｍａｘ＞Ｐ
を共に充足すると、コイルばねのバレル研磨を行っているときに、コイルばね同士が絡み合うことを防止することができるので好ましい。

【0048】

更に、
（１）０．２Ｒ≦Ｄｍｉｎ≦０．４Ｒまたは０．５Ｒ≦Ｄｍｉｎ≦０．９Ｒ
（２）Ｄｍａｘ＞Ｐ
を共に充足すると、コイルばねのバレル研磨を行っているときに、研磨メディアがコイルばね内で詰まることを防止することができるので、より好ましい。

【0049】

また、研磨メディア１０がコイルばねＷの内部で詰まらないためには、三角柱状や円柱状のように、外表面に突出部を有しない形状を有している研磨メディアを用いることが好ましい。特に、三角柱状に形成されている研磨メディアは、研磨メディア１０がコイルばねＷ中で並列に並んだときに、三角柱の端部Ｗａに沿って研磨メディアＷが相対的に滑るため、２つ並んだ状態での寸法が小さくなることや研磨メディアＷの移動が容易であり、研磨メディアの進入と排出とが容易に行われ、詰まりが抑制されることが期待できるので、好適である。ここで、「突出部」とは、外表面から外側に張り出す部位のことを指し、柱状の研磨メディアの角部などを指すものではない。

【0050】

バレル研磨によって生じた粉塵は、集塵フード２３、ホース２４Ａ及び／又はホース２４Ｂを介して集塵機２５に吸引され、捕集される。

【0051】

＜Ｓ０３：コイルばねの回収工程＞
バレル研磨機２０が所定時間稼働したら、制御装置の信号によりモータ２２ａが停止する。集塵機２５の稼働が停止した後、コイルばねＷ及び研磨メディア１０をバレル槽２１からスクリーン上に取り出し、コイルばねＷと研磨メディア１０とが分離される。

【0052】

コイルばねＷの洗浄はエアブローで行い、粉塵を除去した。

【0053】

以上の工程を経て、コイルばねＷのバレル研磨が完了する。これにより、加工中にコイルばねＷ同士が絡まって十分な加工ができなくなることを防ぐことができる。また、加工後に絡まり合ったコイルばねＷをばらばらにほぐす工程が不要となり、処理時間を短縮することができる。

【0054】

（変更例）
研磨メディア１０は、加工目的に応じて各種研磨メディアから選択して用いることができ、外形は円柱、三角柱、不定形など、材質、砥粒の結合形態（例えば、ビトリファイド結合など）など、各種研磨メディアを選択することができる。

【0055】

本実施形態では、バレル研磨機として、乾式の流動バレル研磨機を用いたが、これに限定されない。例えば、湿式のバレル研磨機を採用することもできる。また、振動式、遠心式、回転式研磨機など各種方式のバレル研磨機を採用することができる。

【0056】

本実施形態では、バレル研磨が行われるコイルばねとして円筒形コイルばねを例示したが、これに限定されるものではなく、例えば、たる形、円錐、つづみ形など、各種コイルばねに適用することができる。

【0057】

（実施形態の効果）
本発明のコイルばねＷのバレル研磨方法及び研磨メディア１０によれば、コイルばねＷのバレル研磨を行っているときに、研磨メディア１０をコイルばねＷの内部に進入させることができる。これにより、コイルばねＷの内部に存在している研磨メディア１０がコイルばねＷの内部に他のコイルばねＷの一部が侵入することを防ぐので、コイルばね同士が絡み合うことを防止することができる。

【実施例】

【0058】

流動バレル研磨機によりコイルばねのバリ取り加工を行い、本発明の効果を確認した。

【0059】

試験条件は以下の通りである。

【0060】

研磨装置：流動バレル研磨機EVF-08RD（新東工業株式会社製）
コイルばね：焼入鋼製、内径１６．５ｍｍ、長さ８１ｍｍ、ピッチ５ｍｍ

【0061】

研磨メディアとして、砥粒同士を樹脂で結合した下記の研磨メディア（新東工業株式会社製）を使用した。
・メディアＡ：底面が一辺４ｍｍの正三角形、高さが４ｍｍの三角柱
・メディアＢ：底面が一辺８ｍｍの正三角形、高さが８ｍｍの三角柱
・メディアＣ：底面が一辺１０ｍｍの正三角形、高さが１０ｍｍの三角柱
・メディアＤ：底面が一辺１５ｍｍの正三角形、高さが１５ｍｍの三角柱
・メディアＥ：底面がφ５ｍｍの円、高さが５ｍｍの円柱状
・メディアＦ：底面がφ８ｍｍの円、高さが８ｍｍの円柱状
・メディアＧ：底面がφ１４ｍｍの円、高さが１４ｍｍの円柱状
・メディアＨ：底面が一辺２０ｍｍの正三角形、高さが２０ｍｍの三角柱
・メディアＩ：底面がφ２ｍｍの円、高さが２ｍｍの円柱状

【0062】

ここで、柱状の研磨メディアでは、最小寸法Ｄｍｉｎは高さまたは底面内の最小寸法であり、最大寸法Ｄｍｉｎは端部Ｗａまたは軸方向の断面の対角線の長さである。表１には実測値を示す。

【0063】

【表1】

【0064】

バレル研磨を行った後に回収したコイルばねについて、目視にて、コイルばねの絡まりのウム、バリ取りができているか否か、研磨メディアがコイルばね内で詰まっているか否か、を判断した。評価結果を以下に示す。

【0065】

【表2】

【0066】

実施例１－７のように、研磨メディアの外形形状の寸法が好ましい要件を充足している場合には、コイルばねが絡み合うことはなかった。一方、比較例１のように、研磨メディアの外形形状の寸法が好ましい要件を充足していない場合には、コイルばねが絡み合った。

【0067】

以上より、本発明のバレル研磨方法及び研磨メディアによれば、コイルばねのバレル研磨を行っているときに、コイルばね同士が絡み合うことを防止することができることが確認された。

【0068】

また、実施例１、３、４、５、７のように、研磨メディアの外形寸法が０．２Ｒ≦Ｄｍｉｎ≦０．４Ｒまたは０．５Ｒ≦Ｄｍｉｎ≦０．９Ｒの関係を充足しているときは、研磨メディアの詰まりは認められなかった。即ち、研磨メディアの外形寸法が、
（１）０．２Ｒ≦Ｄｍｉｎ≦０．４Ｒまたは０．５Ｒ≦Ｄｍｉｎ≦０．９Ｒ
（２）Ｄｍａｘ＞Ｐ
の関係を共に充足すると、コイルばね内に研磨メディアの詰まりを抑止することができ、更に良好にバレル研磨を行えることが確認された。

【符号の説明】

【0069】

１０…研磨メディア
２０…バレル研磨機
２１…バレル槽
２１ａ…ライニング
２１ｂ…回転盤
２２…駆動機構
２２ａ…モータ
２２ｂ…回転軸
２２ｃ…プーリ
２２ｄ…ベルト
２３…集塵フード
２４Ａ…集塵ホース
２４Ｂ…集塵ホース
２５…集塵機
Ｄｍａｘ…最大寸法
Ｄｍｉｎ…最小寸法
Ｐ…ピッチ
Ｒ…コイル内径
Ｗ…コイルばね
Ｗａ…端部
Ｗｂ…側面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】