JP2003329072A - 皿ばねの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 歩留まりが良く、少ない工数で皿ばね
を製造する。 【解決手段】 長尺の平板状素材を長手方向に送り出
しつつその幅方向に曲げて円環状に形成し、それを所定
の径の切断型に嵌合して、平板状素材の先行部と後行部
とを重なり合う部分を切断して平板状Ｃ字状部材を形成
し、その両端同士を接合して平板状円環部材を形成し、
平板状円環部材を皿ばね状に成形して皿ばねを形成す
る。切断型の径Ｄｂを、皿ばねの径に切断時の切り代ｔ
を加味した径にする。平板状素材を円環状に形成して皿
ばねを形成することから、平板材から円環形素材を取り
出す場合の抜きかすとなる部分が無く、歩留まりが良
く、線材を扁平に潰すという工程も必要とせず、工数を
簡素化することができると共に、皿ばねを容易に精度良
く形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、皿ばねの製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ばねの形態の一つに、円環形状であって
ハの字形断面形状の皿ばねがある。皿ばねの使用例とし
て、自動車の自動変速機がある。その自動変速機にあっ
ては、クラッチ接続時の緩衝用に皿ばねを用いているも
のがある。

【０００３】従来の皿ばねの製造方法にあっては、皿ば
ねとして形成された時の厚さを有する平板材を用い、平
板材から半径方向に所定の幅を有する円環形素材を、例
えばプレス加工により打ち抜いて取り出し、その円環形
素材を加熱加圧成形して皿ばねの形に成形しかつ焼き入
れし、さらに焼き戻しして皿ばねの完成形に形成するよ
うにしたものがある。なお、その皿ばねの周縁部のバリ
取りなどの切削または研削を行って完成品となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記製
造方法では、平板材から円環形素材を取り出すことか
ら、その円形中央部分及び隣り合うもの同士の間の部分
が抜きかすとして廃材となっていた。さらに、皿ばねの
種類（完成品としての内外径の比率の違い）により、歩
留まりが１２〜３０％にしかならないものがあった。

【０００５】上記歩留まりの悪さを解消すべく、同一出
願人による特開平６−１０６２７７号公報に開示されて
いるように、線材を円環状にし、その両端を突き合わせ
て溶接し、扁平に潰して平板リング状皿ばね素材とし、
そして加熱加圧成形により皿ばねを形成するようにした
ものがある。

【０００６】上記製造方法によれば、平板材から素材を
取り出す場合の抜きかすとなるものが無く、廃材が生じ
ることが無いため、歩留まりを向上し得る。しかしなが
ら、線材を円環状にし、それを扁平に潰すという工程を
行うことから、工数が多いという問題がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決し
て、歩留まりが良く、少ない工数で皿ばねを製造するこ
とを実現するために、本発明に於いては、長尺の平板状
素材を長手方向に送り出しつつその幅方向に曲げること
により当該平板状素材の先行部と後行部とを重ね合わせ
て円環状に形成する過程と、前記円環状に形成されたも
のを所定の径の切断型に嵌合して前記先行部と後行部と
の重ね合っている部分を半径方向に切断して平板状Ｃ字
状部材を形成する過程と、前記平板状Ｃ字状部材におけ
る互いに対向する両端同士を接合して平板状円環部材を
形成する過程と、前記平板状円環部材を皿ばね状に成形
して皿ばねを形成する過程とを有し、前記切断型の径
が、前記皿ばねの径に前記切断時の切り代を加味した径
であるものとした。

【０００８】これによれば、長尺の平板状素材を円環状
に形成して皿ばねを形成することから、平板材から円環
形素材を取り出す場合の抜きかすとなる部分が無く、歩
留まりが良いと共に、線材を扁平に潰すという工程も必
要とせず、工数を簡素化することができる。その時、皿
ばねの径に切り代を加味した径の切断型に嵌合して平板
状Ｃ字状部材を形成し、その両端同士を接合して皿ばね
を形成することから、皿ばねを容易に精度良く形成する
ことができる。

【０００９】また、前記平板状素材の板厚が、前記平板
状円環部材に形成された時に内周側となる内周部よりも
外周側となる外周部の方を厚くされていると良い。これ
によれば、平板状素材を曲げて平板状円環部材に成形す
る時に、その外周部が内周部に対して相対的に薄くなる
が、予めその薄くなる分を見越して板厚を設定しておく
ことにより、平板状円環部材に成形された時に外周部が
相対的に薄くなってしまうことを抑えることができるた
め、皿ばねにおける破壊の原因となる内外周部間の厚さ
の差を任意に設定することができる。

【００１０】また、前記平板状素材の板厚が、前記皿ば
ねの状態でその内周側よりも外周側の方が厚くなるよう
に設定されていると良い。これによれば、皿ばねとして
形成された完成品の状態で、内周側よりも外周側の方が
厚くなっていることから、皿ばね表面の半径方向につい
ての引っ張り応力分布の内外周部間での差を小さくする
ことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に添付の図面に示された具体
例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明す
る。

【００１２】図１は、本発明が適用された皿ばねの製造
方法に用いられる皿ばね素材成形装置を示す斜視図であ
る。皿ばねの材料となる例えば鋼材からなる長尺の平板
状素材１が図の右方にて例えばロール状に貯留されてい
る（図示せず）。平板状素材１は、その長手方向に離隔
して配設された各左右一対の送りローラ２・３により、
長手方向に搬送されるようになっている。

【００１３】なお、送りローラ２・３は、図２に併せて
示されるように、平板状素材１の幅方向両側面に当接す
るローラ部２ａ・３ａと、ローラ部２ａ・３ａを軸線方
向に挟むように設けられた上下の各フランジ部２ｂ・３
ｂとを有する形状に形成されている。それら上下のフラ
ンジ部２ｂ・３ｂ間に板状素材１の縁部が受容されてい
る。

【００１４】このようにして、板状素材１は、その断面
形状における上下左右方向を送りローラ２・３により規
制されている。そして、対向する対の送りローラ２・３
を互いに相反する方向に回転させることにより、ローラ
部２ａ・３ａの摩擦係合により板状素材１が図１の矢印
Ａに示されるように送り出される。なお、各一対の送り
ローラ２・３の対となるもの同士により板状素材１を挟
む向きの押し付け荷重を例えば油圧により発生させて、
板状素材１の送り出し方向への押圧力を発生させること
ができる。その送り出し延長線上にはＲ成形型４が配設
されている。

【００１５】Ｒ成形型４には、板状素材１の表裏面をガ
イドするように板状素材１の厚さよりも僅かに広い間隔
で対峙する上下ガイド部４ａ・４ｂと、図３に併せて示
されるようにそれら上下ガイド部４ａ・４ｂ間に所定の
半径Ｒにて形成されたＲ成形面４ｃとが形成されてい
る。また、送りローラ３とＲ成形型４との間には切断機
５が配設されている。切断機５は、板状素材１を挟んで
配置された固定刃５ａと可動刃５ｂとからなる。

【００１６】このようにして構成された皿ばね素材成形
装置において、板状素材１は、図１の矢印Ａに示される
ように送りローラ２・３によりＲ成形型４に向けて送り
出される。板状素材１は、Ｒ成形型４の上下ガイド部４
ａ・４ｂ間に突入し、Ｒ成形面４ｃにより幅方向に半径
Ｒの曲率にて曲げられる。なお、この曲げ加工は冷間加
工であって良い。

【００１７】板状素材１は、送りローラ２・３により送
り出されつつＲ成形型４で曲げられるため、図１の想像
線及び図２に示されるように半径Ｒの円環状に曲げられ
る。したがって、Ｒ成形型４により最初に曲げられた板
状素材１の先行部１ａは、半径Ｒの円を描いてＲ成形型
４に戻ってくる。その戻ってくる先行部１ａと新たに曲
げられ始めた後行部１ｂとの衝突を避けるために、Ｒ成
形型４の下ガイド部４ｂの端部を、先行部１ａを下側に
ガイドするように先細りとしている。

【００１８】これにより、Ｒ成形型４のところで、上記
戻ってくる先行部１ａと、新たに曲げられ始めた後行部
１ｂとが重なり合う。その先行部１ａと後行部１ｂとが
重なった部分を残すように、切断機５により板状素材１
を切断して、図４（ａ）に示されるような円環状のリン
グブランク６とする。

【００１９】次の工程では、上記リングブランク６を、
図４に示されるように円盤状の切断型７にセットする。
この切断型７は、図４（ｂ）に併せて示されるように、
ボス部７ａと外向フランジ部７ｂとを同軸に有する凸形
断面形状に形成されている。リングブランク６を、ボス
部７ａに嵌合し、外向フランジ部７ｂ上に載置する。ま
た、切断型７には半径方向スリット７ｃが設けられてお
り、そのスリット７ｃに整合するようにされた薄刃砥石
車８が配設されている。

【００２０】そのスリット７ｃに先行部１ａと後行部１
ｂとの重なった部分が位置するようにリングブランク６
を切断型７にセットする。そして、薄刃砥石車８を回転
させつつスリット７ｃに突入させて、先行部１ａと後行
部１ｂとの重なった部分を切断して、平板状Ｃ字状部材
８とする。

【００２１】なお、平板状Ｃ字状部材８にあっては、薄
刃砥石車８の切り代ｔ分だけ切断部に隙間が生じるが、
弾性復元力により先行部１ａと後行部１ｂとの互いに対
向する両端としての切断面同士が当接し得るため、隙間
が無くなる。その先行部１ａと後行部１ｂとの切断面同
士を、図５（ａ）に示されるように、例えば電子ビーム
溶接機９によりビーム溶接して、円環形に連続した平板
状円環部材９を形成する。なお、レーザ溶接であっても
良い。

【００２２】このようなビーム溶接によれば、先行部１
ａと後行部１ｂとの当接状態で両者を接合し得るため、
溶接による周方向の寸法変化は生じない。この平板状円
環部材９の状態では、図５（ｂ）に示されるように、平
面形のままである。また、溶接時において強制的に円周
方向の寸法が小さくなるように絞り込むことにより、溶
接部をその幅方向及び厚さ方向へ肉盛り状態とすること
が可能である。これにより、溶接部の断面形状で矩形に
おける角部が肉盛り状態となるため、溶接後に溶接肉盛
り部の研削による除去を行うことにより、溶接部の断面
形状を他の部分と同一の矩形断面（角部に溶融ダレによ
る凹みが生じていない）とすることができる。したがっ
て、溶接部で断面形状が不連続となることがなく、溶接
部に対する応力集中を回避することができ、耐疲労性が
損なわれることがない。

【００２３】そして、平板状円環部材９を、例えば高周
波加熱とプレス成形とを行うことにより、円環形の皿状
に成形し、同時に熱処理（焼き入れ後、金型に入れたま
ま急速冷却するダイクエンチ処理）して、所定のばね特
性を有する皿ばね１０が形成される（図６）。

【００２４】なお、皿ばね１０の仕上げとして、内外周
のバリ取りなどの切削、表面の平滑化のためのバレル研
磨、耐久性アップのためのショットピーニングなどを行
う。これらは、仕様に応じて適宜であって良い。また、
最終段階で荷重試験などを行って完成品となる。

【００２５】このようにして形成される皿ばね１０にお
いて、皿状に成形する前の平板状円環部材９において、
その切断基準内径Ｄ（図５（ａ）参照）を完成品の基準
値とすると、その前工程における切断型７のボス部７ａ
の外径Ｄｂを、内径Ｄに切り代ｔ分を考慮した値に設定
する。具体的には Ｄｂ＝Ｄ＋ｔ／π とする。また、ビーム溶接時の溶接代を設ける場合に
は、その溶接代を見込んだＤｂを設定することもでき
る。

【００２６】上記したようにボス部７ａの外径Ｄｂを設
定しておくことにより、切断後、突き合わされた状態で
溶接された平板状円環部材９の内径が常に切断基準内径
Ｄとなり得る。これにより、完成品の寸法を高精度かつ
容易に維持し得る。したがって、皿ばねの特性の均一化
及び低廉化を実現し得る。

【００２７】また、内周部に軸線方向荷重が作用したと
きの皿ばねには、凸側表面に生じる圧縮応力σ１と凹側
表面に生じる引っ張り応力σ２とが、図７（例えば平面
まで圧縮した場合）に示されるようになる。図に示され
るように、応力は内周部と外周部とで大きな差がある。
また、皿ばねにおける耐破壊性は、耐引っ張り応力であ
る。したがって、ここでは圧縮側の応力変化については
説明を省略する。上記引っ張り応力の応力分布差の最大
値は内外周部における各引っ張り応力の差になり、その
差を小さくすることにより最大応力を低減させることが
可能となり、耐破壊性を向上することができる。

【００２８】また、上記製造過程において、リングブラ
ンク６を成形する時には内周側が圧縮されて厚肉化され
る。したがって、平板状素材１の断面形状が均一な板厚
でなる矩形の場合には、リングブランク６に成形された
時にその外周部が内周部よりも相対的に薄く、皿ばね１
０における最大引っ張り応力が発生する外周部が薄く、
相対的に強度が高くなくて良い内周部が余分に厚くな
り、それにより重量増となってしまう。

【００２９】本発明によれば、図８（ａ）に示されるよ
うに、リングブランク６の外周部６ａの厚さｔ１を内周
部６ｂの厚さｔ２よりも大きくなるようにする。すなわ
ち、図８（ａ）の想像線に示されるように、平板状素材
１の断面形状において、リングブランク６の内周部６ｂ
となる部分の厚さｔ３を、厚くされる分を考慮して上記
厚さｔ２よりも薄くしておく。この平板状素材１を曲げ
て、外周部の厚さがｔ１であり、内周部の厚さがｔ２と
なるリングブランク６を成形する。

【００３０】これにより、皿ばね１０の外周部１０ａの
強度が相対的に高まり、皿ばねの凹側表面の引っ張り応
力分布を図７の一点鎖線８ａに示されるように、矩形断
面形状の場合よりも平坦化することができる。さらに、
応力分布の内外周部間の差が小さくなるため、耐破壊性
が向上し、耐久性も向上する。なお、図示例では図の上
下面が共にテーパ面となる二等辺三角形の断面形状に形
成されているが、いずれか一方のみをテーパ面とする直
角三角形状にしても良い。

【００３１】また、図８（ｂ）に示されるように、一方
の面６ｃ（例えば凸側表面）を湾曲面となるようにロー
ル加工等により形成すると良い。これにより、図７の二
点鎖線８ｂに示されるように、上記一点鎖線８ａよりも
さらに平坦化することができるため、内外周部間の応力
分布変化をさらに小さくすることができ、上記耐破壊性
・耐久性をより一層高め得る。なお、一方の面６ｃのみ
の湾曲形状に限られず、両面を湾曲形状にしても良い。
さらに、一定の曲率の湾曲面に限るものではなく、板厚
の半径方向変化が非線形となるような曲面であれば良
い。その曲面の設計変更により、応力分布変化をより一
層平坦化させることができる。

【００３２】なお、上記切断型７を用いた切断にあって
は薄刃砥石車８を用いて切断する方法について示した
が、それに限られるものではなく、他の例を図９に示
す。なお、図において、上記図示例と同様の部分につい
ては同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。

【００３３】図９に示されるものにあっては、薄刃砥石
歯車８の代わりに切断機５と同様の切断機１１が設けら
れている。切断機１１は、固定刃１１ａと可動刃１１ｂ
とからなり、切断型７に設けられた凹設部７ｄ内に受容
されるように配設されている。リングブランク６を切断
型７にセットするときに、先行部１ａと後行部１ｂとの
重なり合った部分を凹設部７ｄに合わせておき、可動刃
１１ｂを下げて上記重なり合った部分を切断する。この
場合には、切り代ｔを設定しなくても良く、切断型７の
設計が容易になる。

【００３４】

【発明の効果】このように本発明によれば、平板状素材
を円環状に形成して皿ばねを形成することから、平板材
から円環形素材を取り出す場合の抜きかすとなる部分が
無く、歩留まりが良いと共に、線材を扁平に潰すという
工程も必要とせず、工数を簡素化することができる。

【００３５】また、平板状素材を曲げて平板状円環部材
に成形する時に、その外周部が内周部に対して相対的に
薄くなるが、予めその薄くなる分を見越して板厚を設定
しておくことにより、平板状円環部材に成形された時に
外周部が相対的に薄くなってしまうことを抑えることが
できるため、皿ばねにおける破壊の原因となる内外周部
間の厚さの差を小さくすることができる。これにより、
耐破壊性を向上し得ると共に、同一断面積（同じ重量）
の場合に、一様断面皿ばねよりも最大許容荷重を高める
ことができる。

【００３６】また、皿ばねとして形成された完成品の状
態で内周側よりも外周側の方が厚くなっていることによ
り、皿ばね表面の半径方向についての引っ張り応力分布
の内外周部間での差を小さくすることができ、耐破壊性
を向上し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された皿ばね素材成形装置を示す
斜視図。

【図２】図１の矢印II−II線に沿って見た図。

【図３】図１の皿ばね素材成形装置の要部破断平面図。

【図４】（ａ）は切断型を示す平面図であり、（ｂ）は
その側断面図。

【図５】（ａ）は平板状円環部材を示す平面図であり、
（ｂ）はその側断面図。

【図６】（ａ）は皿ばねを示す平面図であり、（ｂ）は
その側断面図。

【図７】皿ばねの応力分布を示す図。

【図８】（ａ）は皿ばねの断面形状の別の例を示す図で
あり、（ｂ）はさらに別の例を示す図。

【図９】（ａ）は切断型の他の例を示す平面図であり、
（ｂ）は（ａ）における矢印IX線から見た側面図。

【符号の説明】

１ 平板状素材 ２・３ 送りローラ ４ Ｒ成形型 ５ 切断機 ６ リングブランク ７ 切断型 ８ 薄刃砥石車 ９ 電子ビーム溶接機 １０ 皿ばね

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長尺の平板状素材を長手方向に送り出し
   つつその幅方向に曲げることにより当該平板状素材の先
   行部と後行部とを重ね合わせて円環状に形成する過程
   と、 前記円環状に形成されたものを所定の径の切断型に嵌合
   して前記先行部と後行部との重ね合っている部分を半径
   方向に切断して平板状Ｃ字状部材を形成する過程と、 前記平板状Ｃ字状部材における互いに対向する両端同士
   を接合して平板状円環部材を形成する過程と、 前記平板状円環部材を皿ばね状に成形して皿ばねを形成
   する過程とを有し、前記切断型の径が、前記皿ばねの径
   に前記切断時の切り代を加味した径であることを特徴と
   する皿ばねの製造方法。
2. 【請求項２】 前記平板状素材の板厚が、前記平板状円
   環部材に形成された時に内周側となる内周部よりも外周
   側となる外周部の方を厚くされていることを特徴とする
   請求項１に記載の皿ばねの製造方法。
3. 【請求項３】 前記平板状素材の板厚が、前記皿ばねの
   状態でその内周側よりも外周側の方が厚くなるように設
   定されていることを特徴とする請求項２に記載の皿ばね
   の製造方法。