JP2002143964A - 巻きばね製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 樽形巻ばねの成形完了後に芯金を抜き取る作
業及び樽形巻ばねの種類が変更される際における芯金等
の装置部品の交換を不要とし、樽形巻ばねを効率的に低
コストで生産する。 【解決手段】 メインモータ４０は、回転支持台３２を
巻回し方向（矢印Ｒ方向）へ回転させ、軸心Ｌを中心と
して成形ローラ５０を公転させる。これに連動し、リニ
アアクチュエータ４４は成形ローラ５０を巻ばね１２側
へ前進させる。成形ローラ５０が所定位置まで前進する
と、ローラ面６４の内周側端部が巻ばね１２の端部を構
成する巻線部６８へ圧接し、成形ローラ５０が巻線部６
８との摩擦抵抗により自転する。この状態から、成形ロ
ーラ５０が公転及び自転しつつ前進するに従って、ロー
ラ面６４が圧接している巻線部６８が縮径して巻ばね１
２の端部がテーパ状に成形される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加工素材としての
略円筒状の巻ばねを、軸方向に沿った端部の巻径が中央
部の巻径よりも小さい所謂、樽形巻きばねに熱間成形す
る巻きばね製造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車等のサスペンションに適用
される巻ばねとして、搭乗者の乗り心地を良好にするた
めに、非線形のばね特性を有する樽形巻ばねが多く使用
されている。樽形巻ばねは、一般的に、軸方向に沿った
両端部を構成する巻線部の巻径が中央部を構成する巻線
部の巻径よりも小さくされ、両端部での巻径がばね先端
へ向かってテーパ状に縮径している。このような樽形巻
ばねをサスペンションに使用すれば、小さい荷重が入力
するときには比較的ばね定数が小さく、大荷重が入力す
るときには比較的ばね定数が大きくなるようなばね特性
を得られるので、任意の位置で巻径が略一定とされ、線
形のばね特性を有する巻ばねを用いた場合と比較して搭
乗者の乗り心地を良好にできる。

【０００３】上記のような樽形巻ばねを熱間成形する巻
きばね製造装置としては、例えば、特開昭５７−１１７
４３号公報に記載のものがある。この巻きばね製造装置
では、円錐状螺旋段部を形成した成形部材（芯金）を一
方の端部のみがテーパ状に縮径された巻ばねの内周側へ
挿入し、次いで、他方の端部を構成する巻線部を外周側
から加圧して前記芯金の円錐状螺旋段部に強制的に巻付
けることにより、巻ばねの他端部をテーパ状に縮径して
樽形巻ばねを成形する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
５７−１１７４３号公報の巻きばね製造装置では、円錐
状螺旋段部が形成された芯金を樽側巻ばねの成形完了後
に、樽形巻ばねの巻線部間から抜き取らなければならな
いため、樽形巻ばねの製造工程数が多くなると共に製造
作業が煩瑣となって樽形巻ばねを効率的に生産できな
い。

【０００５】また特開昭５７−１１７４３号公報の巻き
ばね製造装置では、形状及び寸法が異なる樽形巻ばね毎
に形状及び寸法が異なる専用の芯金を用意し、樽形巻ば
ねの形状及び寸法が変更される際には、使用する芯金を
その樽形巻ばねに適合するものに交換しなければならな
い。このため、多種類の芯金を製造するためのコスト増
加により樽形巻ばねの製造コストが高くなり、さらに樽
形巻ばねの形状及び寸法が変更される際には、芯金の交
換が必要となるので樽形巻ばねの生産効率が低下してし
まう。

【０００６】本発明の目的は、上記事実を考慮して、樽
形巻ばねの成形完了後に芯金を抜き取る作業及び樽形巻
ばねの種類が変更される際の装置部品の交換を不要と
し、樽形巻ばねを効率的に低コストで生産できる巻きば
ね製造装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の巻きばね製造装
置によれば、回転加圧手段が、少なくとも３本の成形ロ
ーラを支持した回転支持部材を主軸方向へ移動させて、
成形ローラのローラ面における加圧領域を巻ばねの端部
へ外周側から圧接させつつ、回転支持部材を巻ばねの巻
回し方向へ回転させて成形ローラを公転及び自転させる
ことにより、巻ばね端部を構成する巻線部を加圧領域に
沿うように縮径できる。

【０００８】このとき、成形ローラが回転支持部材によ
り加工位置にある円筒形巻ばねの外周側に自転可能に支
持され、かつ回転支持部材の回転時に、ローラ面の加圧
領域が樽形巻ばねの端部形状に対応する略円錐台状の軌
跡を描くことから、略円筒状の巻ばねの端部を構成する
１乃至複数の巻線部をテーパ状に縮径できる。

【０００９】従って、本発明の巻きばね製造装置によれ
ば、成形ローラにより略円筒状の巻ばねの一端部をテー
パ状に成形した後、他端部を成形ローラによりテーパ状
に成形するか、２組の成形ローラにより略円筒状の巻ば
ねの両端部を同時にテーパ状に成形することにより、略
円筒状の巻ばねを加工素材として樽形巻ばねを成形（熱
間成形）できる。

【００１０】また本発明の巻きばね製造装置では、成形
ローラのローラ面の内周側端部に設けられた加圧領域を
巻ばねの端部へ外周側から圧接させることから、成形ロ
ーラの公転及び自転運動の影響を無視すると、巻ばねの
端部を構成する巻線部には、巻線部間のピッチを圧縮す
るような圧縮力が作用し、この圧縮力により巻線部のリ
ード角が変化（減少）してしまう。

【００１１】上記のような巻線部のリード角の減少を防
止するため、本発明の巻きばね製造装置では、成形ロー
ラの前進速度及び公転速度、成形ローラと巻ばねとの摩
擦係数等の製造条件が一定であるならば、成形ローラの
ローラ先端部がローラ基端部に対して巻ばねの巻回し方
向へ偏倚するように、ローラ軸心を前記巻回し方向に沿
って樽形巻ばねのリード角に対応する偏角だけ傾けるよ
うにしても良い。このようにローラ軸心を巻回し方向に
沿って樽形巻ばねのリード角に対応する偏角だけ傾けれ
ば、成形ローラの公転及び自転運動に従って巻ばねの端
部を構成する巻線部に巻線部間のピッチを広げるような
分力を作用させ、この分力によってローラ面から巻ばね
の端部への圧縮力を打ち消せるので、巻ばねの端部を構
成する巻線部を縮径する際に巻線部のリード角が変化す
ることを防止できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に係る巻
きばね製造装置について図面を参照して説明する。

【００１３】（実施形態の構成）図１の斜視図には本発
明の実施形態に係る巻きばね製造装置が示されている。
この巻きばね製造装置１０は、円筒状の巻ばね１２を加
工素材として樽形巻ばねに熱間成形するためのものであ
り、赤熱状態の巻ばね１２を所定の加工位置に支持、固
定するための製品支持部１４、及び製品支持部１４によ
り支持された巻ばね１２の両端部をそれぞれテーパ状に
変形させる一対の製品成形部１６，１８を備えている。

【００１４】先ず、巻きばね製造装置１０における製品
支持部１４の構成について説明する。製品支持部１４
は、図1に示されるように赤熱状態の巻ばね１２が載置
される載置台２０を備えている。載置台２０の上面部に
は、一対の支持板２２が上方へ向かって開いた略Ｖ字状
となるように設けられており、これら一対の支持板２２
上に加工素材としての巻ばね１２が載置される。このと
き、巻ばね１２は、その外周部を一対の支持板２２の傾
斜面へそれぞれ当接させる。これにより、巻ばね１２の
中心軸は載置台２０の幅方向におけるセンタと精度良く
一致する。

【００１５】ここで、載置台２０は、高さ調整機構（図
示省略）により高さ方向に沿って位置調整可能とされて
おり、この高さ調整機構により巻ばね１２の中心軸が、
後述する製品成形部１６，１８の軸心Ｌと一致するよう
に位置調整されている。また載置台２０の軸方向に沿っ
た長さは、巻ばね１２の全長よりも所定長短くされてお
り、巻ばね１２は、テーパ状に加工される両端部をそれ
ぞれ載置台２０の両端へ突出させるように載置台２０上
に載置される。

【００１６】製品支持部１４には、図1に示されるよう
に載置台２０の上側に加圧把持部２４が設けられてい
る。加圧把持部２４には、油圧シリンダ等からなり、ロ
ッド部２８を上下方向へ駆動するリニアアクチュエータ
２６及び、このロッド部２８の下端部に連結された把持
板３０が設けられている。把持板３０の両端部は下方へ
向かって開いた略Ｖ字状となるように屈曲されており、
リニアアクチュエータ２６は、巻ばね１２が載置台２０
上に載置されると、把持板３０を図示の待機位置から下
降させて把持板３０の両端部をそれぞれ巻ばね１２の外
周部へ圧接させる。これにより、巻ばね１２は製品成形
部１６，１８の軸心Ｌと同軸的となる加工位置に支持固
定される。このとき、リニアアクチュエータ２６は、載
置台２０からの加圧力により巻ばね１２が変形せず、か
つ製品成形部１６，１８からの加圧力及び回転力を受け
ても巻ばね１２が静止状態に保たれるように駆動力が調
整されている。またリニアアクチュエータ２６は、製品
成形部１６，１８により巻ばね１２の両端部がテーパ状
に加工された後に、把持板３０を上昇させて樽形巻ばね
１２から離間する待機位置に復帰させる。

【００１７】但し、本実施形態の製品支持部１４では、
加圧把持部２４の把持板３０のみをリニアアクチュエー
タ２６により上下動させているが、これに代えて載置台
２０をのみ上下動させるか、又は把持板３０及び載置台
２０の双方を上下動させ、把持板３０と載置台２０との
間で巻ばね１２を加圧状態で把持するようにしても良
い。このときも、巻ばね１２の中心軸は、上下方向へ移
動する載置台２０により製品成形部１６，１８の軸心Ｌ
と一致するように位置調整される。

【００１８】樽形巻ばねへの加工素材としての巻ばね１
２は、図1に示されるように略円筒状に成形されてお
り、軸方向に沿って任意の巻線部の巻径が略一定になっ
ている。このような巻ばね１２は、赤熱状態とされた線
材を円筒状の芯金における外周面に巻き付けるという公
知の方法により製造される。ここで、巻ばね１２の素材
となる線材は、ＳＵＰ９等のばね鋼からなり、マルテン
サイト相への変態開始温度（Ｍ_S点）以上の温度に加熱
されて芯金に巻き付けられる。円筒状の芯金から抜き取
られた巻ばね１２は、未だ焼入温度以上に保たれ、組織
がオーステナイト相となっている。この巻ばね１２は、
適当な冷却媒体によりＭ_S点の直前まで冷却され、この
Ｍ_S点よりも僅かに高温に保たれたまま製品支持部１４
に装填されるものとする。

【００１９】次に、巻きばね製造装置１０における製品
成形部１６，１８の構成について説明する。一対の製品
成形部１６，１８は、図1に示されるように製品支持部
１４を介して互いに対向するように配置されており、こ
れらの製品成形部１６，１８は基本的に同一構造とされ
ている。このことから、製品成形部１６，１８について
は、一方の製品成形部１６の構成のみを説明し、他方の
製品成形部１８の構成については説明を省略する。

【００２０】製品成形部１６には、図1に示されるよう
に軸方向に沿って加工位置にある巻ばね１２の一端と対
向するように略円錐台状の回転支持台３２が設けられて
いる。この回転支持台３２は、巻ばね１２と同軸的にな
るように支持されており、軸方向に沿って広面側の端面
（先端面）を巻ばね１２側へ向けている。また回転支持
台３２の後端面には、軸方向に沿って突出する円柱状の
主軸３４が同軸的に連結固定されている。主軸３４は、
複数個（本実施形態では２個）の軸受３６を介して肉厚
状のスライドプレート３８上に回転可能に支持されてお
り、この主軸３４の後端部には、スライドプレート３８
上に固定されたメインモータ４０が連結されている。

【００２１】ここで、回転支持台３２及び主軸３４の軸
心Ｌは、前述したように加工位置にある巻ばね１２の中
心軸と精度良く一致しており、この軸心Ｌに沿った方向
を装置の主軸方向（矢印Ｍ方向）として以下の説明を行
う。またメインモータ４０は回転速度及び回転量がサー
ボ制御可能なステッピングモータにより構成されてお
り、その駆動時に回転支持台３２を巻ばね１２の巻回し
方向（矢印Ｒ方向）へ回転させる。

【００２２】メインモータ４０は、プレート状の主軸台
座４２上に配置され、この主軸台座４２により主軸方向
に沿ってスライド可能に支持されている。主軸台座４２
には、主軸方向を作動方向とするリニアアクチュエータ
４４が設置されており、このリニアアクチュエータ４４
の作動部であるロッド部４６はスライドプレート３８に
連結されている。リニアアクチュエータ４４は、スッテ
ピングモータとボールねじとが組み合わされたモータユ
ニットを駆動源としており、サーボ制御により駆動パル
ス数等の入力値に比例する出力値（作動量）が得られる
ようになっている。従って、リニアアクチュエータ４４
は、その作動時に外部からの入力値に対応する方向へ対
応する距離だけスライドプレート３８を主軸方向に沿っ
て移動させる。

【００２３】回転支持台３２には、図1に示されるよう
先端部に３本の成形ローラ５０が連結固定されている。
成形ローラ５０はローラ軸Ｌ_Rに沿って細長い略円柱状
とされており、その後端面からは円柱状の連結金具５２
がローラ軸Ｌ_Rに沿って突出している。この連結金具５
２には、図２に示されるように径方向へ貫通する挿通穴
５４が穿設されている。

【００２４】一方、回転支持台３２の外周面には、製品
支持部１４側の端部に断面半円状の溝からなる３個の連
結固定部（図示省略）が設けられている。これら３個の
連結固定部は、軸心Ｌを中心とする周方向において互い
に等間隔（１２０°間隔）となるように配置されてお
り、その内周側の底部に連結金具５２の挿通穴に対応す
るねじ穴が穿設されている。３本の成形ローラ５０は、
それぞれ連結金具５２が回転支持台３２の連結固定部内
に挿入され、この状態で連結金具５２の挿通穴５４を挿
通するボルト５６が連結固定部のねじ穴に捻じ込まれて
回転支持台３２に固定される。これにより、３本の成形
ローラ５０は、それぞれ回転支持台３２の先端部から製
品支持部１４側へ突出するように片持ち状態で支持され
る。

【００２５】３本の成形ローラ５０の先端部には、図１
に示されるように１枚の連結リング５８に連結されてい
る。これにより、３本の成形ローラ５０の先端部が互い
に連結されるので、何れかの成形ローラ５０が巻ばね１
２からの反力を受けても３本の成形ローラ５０の周方向
に沿ったピッチが変化することや、反力を受けた成形ロ
ーラ５０に振れ（振動）が発生することなどを効果的に
防止できる。但し、回転支持台３２と成形ローラ５０と
の連結強度を十分に大きくでき、かつ成形ローラ５０自
体の強度も十分大きいものであれば、連結リング５８を
省略しても良い。

【００２６】成形ローラ５０には、図２に示されるよう
に中心部に連結金具５２と同軸的に丸棒状の支軸部６０
が設けられており、この支軸部６０の外周側には複数個
（本実施形態では６個）の成形輪筒６２がそれぞれ回転
可能に支持されている。これらの成形輪筒６２は、軸方
向に沿って互いに微小間隔を空けて隣接しており、各成
形輪筒６２は、他の成形輪筒６２から回転力又は回転抵
抗を受けることなく、それぞれ独立して回転可能とされ
ている。

【００２７】成形ローラ５０は、そのローラ面６４が複
数個の成形輪筒６２における外周面により形成されてい
るが、このローラ面６４は、成形輪筒６２間の継目部分
を無視すると、図２に示されるように中央部からローラ
端部へ向かって外径が徐々に増大するような凹状の湾曲
面により形成されている。具体的には、成形ローラをロ
ーラ軸Ｌ_Rの径方向に沿って平面的に見ると、ローラ面
６４の輪郭はローラ軸Ｌ_Rを中心軸とする双曲線と略一
致する曲線を描いている。従って、成形輪筒６２は、そ
の外周面が上記のようなローラ面６４の一部をなす凹状
の湾曲面により形成され、軸方向に沿って端部側に配置
されるもの程、平均的な外径が大きくなっている。

【００２８】但し、上記ローラ面６４の形状は、樽形巻
ばね１２の端部形状に応じて決められるものであり、本
実施形態で説明するような樽形巻ばね１２とは異なる端
部形状を有する樽形巻ばねを製造する際には、ローラ面
６４の形状は、当然異なったものになる。

【００２９】成形ローラ５０は、図２に示されるように
ローラ先端部が回転支持台３２側のローラ基端部に対し
て巻ばね１２の巻回し方向（図１の矢印Ｒ方向）へ偏倚
するように、そのローラ軸Ｌ_Rが軸心Ｌを中心とする周
方向に沿って軸心Ｌに対し傾けられている。このとき、
ローラ軸Ｌ_Rの軸心Ｌに対する周方向に沿った傾きであ
る偏角Ｄ_P（図２参照）の大きさは、樽形巻ばね６６に
おけるリード角Ｄ_Lの大きさ等に応じて設定される。

【００３０】また成形ローラ５０は、図３に示されるよ
うにローラ先端部が回転支持台３２側のローラ基端部に
対して外周側へ偏倚するように、そのローラ軸Ｌ_Rが軸
心Ｌを中心とする径方向に沿って軸心Ｌに対し傾けられ
ている。このとき、ローラ軸Ｌ_Rの軸心Ｌに対する傾き
である仰角Ｄ_E（図３参照）の大きさは、概略的には樽
形巻ばね６６における端部の勾配Ｄ_S（図３参照）の大
きさに応じて設定され、ローラ軸Ｌ_Rの軸心Ｌに対する
径方向に沿った傾きである偏角Ｄ_P（図２参照）の大き
さ等に応じて微調整される。

【００３１】ここで、３本の成形ローラ５０は、軸心Ｌ
に対して互いに対称的な姿勢となるように回転支持台３
２により支持されており、それぞれの成形ローラ５０に
付与される仰角Ｄ_E及び偏角Ｄ_Pは等しくなっている。成
形ローラ５０の姿勢を決める際には、先ず、偏角Ｄ_Pが
樽形巻ばね１２のリード角Ｄ_Lの大きさ等に応じて設定
される。具体的には、偏角Ｄ_Pは、図２に示されるよう
に樽形巻ばね６６のリード角Ｄ_Lに所定の調整角θ_P（θ
_P＞０）を加算したものとなる。なお、この調整角θ_Pの
算出方法については、後述の（実施形態の作用）の欄に
て説明する。

【００３２】次いで、成形ローラ５０の仰角Ｄ_Eが樽形
巻ばね１２の端部における勾配Ｄ_S（図３参照）及び偏
角Ｄ_Pに応じて設定される。すなわち、成形完了した樽
形巻ばね６６の端部は、図３に示されるように先端へ向
かって直線的に縮径するような略円錐台状となってい
る。この樽形巻ばね６６の端部に偏角Ｄ_Pが付与された
成形ローラ５０のローラ面６４を押し当てると、ローラ
面６４の内周側端部が複数個の巻線部６８へ当接する。
このとき、例えば、ローラ面６４が４個の巻線部６８に
当接し、これらの当接点をそれぞれ加圧点Ｐ１〜Ｐ４と
すると、成形ローラ５０に偏角Ｄ_Pが付与され、かつロ
ーラ面６４が凹状の湾曲面からなることから、加圧点Ｐ
１〜Ｐ４は、図３に示されるように先端の巻線部６８か
ら中央側の巻線部６８へ向かって徐々に樽形巻ばね１２
の巻回し方向へ偏倚して行く。このときの成形ローラ５
０の軸心Ｌに対する径方向に沿った傾きが仰角Ｄ_Eとな
る。この仰角Ｄ_Eは、樽形巻ばね１２の端部における勾
配Ｄ_Sよりも偏角Ｄ_Pの影響により僅かに小さくなる。す
なわち、仰角Ｄ_Eは、ローラ面６４の形状が一定なら
ば、勾配Ｄ_S及び偏角Ｄ_Pの大きさに応じて定められる。

【００３３】また、軸心Ｌから成形ローラ５０までの距
離は、樽形巻ばね１２の端部を構成する巻線部６８の巻
径に応じて定められる。すなわち、回転支持台３２の回
転時に、成形ローラ５０における加圧点Ｐ１〜Ｐ４と対
応する部位（内周側端部）の移動軌跡の直径が、これら
の加圧点Ｐ１〜Ｐ４と対応する巻線部６８の外径と一致
するように軸心Ｌから成形ローラ５０までの距離が設定
される。但し、このときには、成形ローラ５０の偏角Ｄ
_P及び仰角Ｄ_Eが定まっているので、何れか１つの加圧点
の軌跡直径が、その加圧点に対応する１個の巻線部６８
の外径と一致すれば、他の加圧点の軌跡直径も、当然、
それらの加圧点に対応する巻線部６８の外径と一致す
る。

【００３４】（実施形態の作用）次に、上記のように構
成された本実施形態に係る巻きばね製造装置１０の動作
及び作用について説明する。なお、本実施形態の巻きば
ね製造装置１０は、樽形巻ばね６６の製造ライン全体を
制御する上位のプロセスコンピュータに対して各種の情
報を入出力可能とされたコントローラ（図示省略）によ
り制御されるものとする。

【００３５】コントローラは、円筒状の巻ばね１２が載
置台２０上に載置されると、リニアアクチュエータ２６
により把持板３０を待機位置から下降させて巻ばね１２
を加工位置に固定する。このとき、製品成形部１６，１
８における成形ローラ５０は、それぞれ巻ばね１２から
離間した成形準備位置（図１参照）に位置している。コ
ントローラは、製品成形部１６，１８のメインモータ４
０をそれぞれ駆動させて回転支持台３２を巻回し方向
（矢印Ｒ方向）へ回転させる。これにより、３本の成形
ローラ５０は、軸心Ｌを中心として図４の矢印Ｏ方向へ
公転運動を行う。このとき、回転支持台３２の回転速度
は、巻ばね１２を構成する線材の太さ等により定まる変
形抵抗や、回転支持台３２の主軸方向（矢印Ｍ方向）に
沿った移動速度の設定値等に応じて設定され、巻ばね１
２を樽形巻ばね６６へ成形開始した後も制御可能とされ
ている。

【００３６】コントローラは、メインモータ４０の駆動
開始後に、リニアアクチュエータ４４によりスライドプ
レート３８と共に３本の成形ローラ５０を巻ばね１２側
へ前進させる。この後、成形ローラ５０が所定の成形開
始位置まで前進すると、成形ローラ５０のローラ面６４
が巻ばね１２における座巻部６８Ａへ当接する。なお、
以下の記載では、樽形巻ばね６６の成形時における製品
成形部１６と製品成形部１８との動作は基本的に共通し
ていることから、図１で手前側に配置された一方の製品
成形部１６の動作のみを説明し、他方の製品成形部１８
については動作説明を省略する。

【００３７】図５の平面図には樽形巻ばね１２への成形
途中の巻ばね１２及び成形ローラ５０が示されている。
この図５は３本の成形ローラ５０のうち１本を省略して
描いており、図中における２本の成形ローラ５０のう
ち、１本の成形ローラ５０（図中で下側の成形ローラ）
は軸心Ｌの略真上に位置し、また他の１本の成形ローラ
５０（図中で上側の成形ローラ）は軸心Ｌを含む水平面
より僅かに下方に位置している。

【００３８】成形ローラ５０が成形準備位置（図１参
照）から成形開始位置まで前進すると、前述したように
成形ローラ５０の内周側端部が巻ばね１２の端部を構成
する巻線部６８へ当接する。このとき、成形ローラ５０
は、ローラ面６４を巻ばね１２における先端の巻線部６
８に当接させる。なお、本実施形態では、巻ばね１２の
おける先端から４巻目までの巻線部６８をそれぞれ縮径
して樽形巻ばね１２を成形するものとする。但し、何個
の巻線部６８を縮径するかは、樽形巻ばね６６の仕様に
応じて変化するものであり、限定されるものではない。

【００３９】３本の成形ローラ５０が成形開始位置から
更に前進すると、３本の成形ローラ５０は巻ばね１２の
外周側を公転しつつ、巻ばね１２の端部を構成する巻線
部６８の外周部に圧接する。このとき、成形ローラ５０
は巻ばね１２との摩擦抵抗により公転速度に対応する速
度で自転運動を行う。また成形ローラ５０に仰角Ｄ_Eが
付与されていることから、ローラ面６４からの加圧力の
一部は、巻線部６８を内周側へ変形させる力として作用
する。これにより、成形ローラ５０が公転及び自転しつ
つ前進するに従って、ローラ面６４が圧接している巻線
部６８が縮径するように塑性変形して行く。

【００４０】従って、樽形巻ばね１２の成形完了前のあ
る時点では、図５に示されるようにローラ面６４が３個
の巻線部６８にそれぞれ加圧点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で圧接
する。このとき、加圧点Ｐ２でローラ面６４から巻線部
６８へ作用する力を説明する。すなわち、加圧点Ｐ２で
は、リニアアクチュエータ４４の駆動力（推進力）の一
部がローラ面６４から巻線部６８へ主軸方向に沿った分
力Ｆ_Lとして作用する。

【００４１】また成形ローラ５０は、メインモータ４０
のトルクにより巻回し方向（矢印Ｒ方向）へ公転してい
る。これにより、加圧点Ｐ２では、自転するローラ面６
４から巻線部６８へローラ面６４の接線方向に沿って摩
擦抵抗に起因する分力Ｆ_Rが作用し、この分力Ｆ_Rは軸心
Ｌの軸直角面に対してリード角Ｄ_Lと同一方向へ偏角Ｄ_P
だけ傾いている。このとき、分力Ｆ_Rは、ローラ面６４
と巻線部６８との間にスベリが生じないとすれば、巻線
部６８に圧接しつつ公転運動する成形ローラ５０の回転
抵抗に応じて変化することになり、換言すれば、成形ロ
ーラ５０の回転抵抗を調整すれば、分力Ｆ_Rの大きさを
調整できることになるが、成形ローラ５０の回転抵抗を
調整することは、事実上、困難である。これに対して、
偏角Ｄ_Pを設定するための調整角θ_Pは容易に調整可能で
ある。

【００４２】図５に示されるように、加圧点Ｐ２では、
成形ローラ５０から巻線部６８へ分力Ｆ_Lと分力Ｆ_Rとの
合成力Ｆ（図５参照）が作用していると見なせる。ここ
で、巻ばね１２を樽形巻ばね６６へ成形する際に、樽形
巻ばね６６のリード角を巻ばね１２のリード角Ｄ_Lと同
一角度に維持するためには、軸心Ｌの軸直角面に対する
合成力Ｆの傾きをリード角Ｄ_Lと一致させる必要があ
る。このような分力Ｆ_L、分力Ｆ_R及び合成力Ｆの関係
は、他の加圧点Ｐ１，Ｐ３，Ｐ４（Ｐ４については図３
参照）でも同時に成立するものであり、全ての加圧点Ｐ
１，Ｐ３，Ｐ４において、合成力Ｆの傾きをリード角Ｄ
_Lと一致させる必要がある。

【００４３】また、成形ローラ５０の公転運動に伴って
加圧点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４で成形ローラ５０が従動
回転（自転）する場合、各加圧点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ
４での成形ローラ５０の線速度はそれぞれ異なる大きさ
になる。成形ローラ５０では、複数の成形輪筒６２によ
りローラ面６４が軸方向に沿って分割されていることか
ら、成形ローラ５０は、各加圧点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ
４でスベリ抵抗を巻線部６８へ作用させることなく、そ
れぞれ異なる速度で回転できるようになっている。

【００４４】合成力Ｆの傾きをリード角Ｄ_Lと一致させ
るためには、先ず、調整角θ_Pを設定する必要がある。
このとき、成形ローラ５０の回転（自転）抵抗が一定で
あるとすると、分力Ｆ_Rの大きさについては調整範囲が
狭いものに限定される。このことから、分力Ｆ_Rが最小
である場合に、この分力Ｆ_Rと分力Ｆ_Lとの合成力Ｆの傾
きをリード角Ｄ_Lと一致できるような調整角θ_Pを設定し
ておく必要がある。

【００４５】成形ローラ５０の回転（自転）抵抗が一定
の場合、リニアアクチュエータ４４の推進力に基づく分
力Ｆ_L、又はメインモータ４０のトルクに基づく分力Ｆ_R
の一方又は双方の大きさ調整することが考えられる。こ
こで、分力Ｆ_Lを一定とし、分力Ｆ_Rの大きさのみを調整
する場合には、例えば、メインモータ４０を流れる駆動
電流を検出し、この検出値に基づいてメインモータ４０
が発生するトルクをフィードバック制御することによ
り、分力Ｆ_Rを目標とする大きさ（目標値）に調整し、
かつ分力Ｆ_Rを目標値に維持できる。このとき、分力Ｆ_R
の大きさを適宜設定することにより、合成力Ｆの傾きを
リード角Ｄ_Lと一致できる。

【００４６】また、上記のような制御方向により分力Ｆ
_Rを一定に維持し、分力Ｆ_Lの大きさのみを調整する場合
には、例えば、リニアアクチュエータ４４の駆動源であ
るステッピングモータ（図示省略）を流れる駆動電流を
検出し、この検出値に基づいてリニアアクチュエータ４
４が発生する推進力をフィードバック制御することによ
り、分力Ｆ_Lを目標とする大きさ（目標値）に調整し、
かつ分力Ｆ_Lを目標値に維持できる。このとき、分力Ｆ_L
の大きさを適宜設定することにより、合成力Ｆの傾きを
リード角Ｄ_Lと一致できる。なお、上記のような制御方
法により分力Ｆ_R及び分力Ｆ_Lの双方を制御とすること
で、合成力Ｆの傾きの調整範囲を広げるようにしても良
い。

【００４７】また上記のようにメインモータ４０又はリ
ニアアクチュエータ４４の出力を可変制御する代わり
に、巻ばね１２を構成する線材の太さ、温度等の条件が
一定で、かつ成形ローラ５０の公転速度が一定に保たれ
ていれば、分力Ｆ_Rが略一定の大きさに保たれ、分力Ｆ_L
が成形ローラ５０の前進速度に対応する大きさになるこ
とから、リニアアクチュエータ４４により成形ローラ５
０の前進速度を制御することによって合成力Ｆの傾きを
調整できる。さらに巻ばね１２を構成する線材の太さ、
温度等の条件が一定で、かつ成形ローラ５０の前進速度
が一定に保たれていれば、分力Ｆ_Lが略一定の大きさに
保たれ、分力Ｆ_Rが成形ローラ５０の公転速度に対応す
る大きさになることから、メインモータ４０により成形
ローラ５０の公転速度を制御することによって合成力Ｆ
の傾きを調整できる。

【００４８】以上説明したように合成力Ｆの傾きをリー
ド角Ｄ_Lと一致させることにより、巻ばね１２の端部を
構成する巻線部６８を縮径しても、巻線部６８のリード
角Ｄ _Lが変化せず、巻線部６８間のピッチも変化しなく
なる。本実施形態の製品成形部１６では、合成力Ｆの傾
きをリード角Ｄ_Lと一致させつつ、３本の成形ローラ５
０を前進及び公転させ、巻ばね１２の端部における先端
から４巻目までの巻線部６８を公転する成形ローラ５０
の内周側端部の移動軌跡に沿うように塑性変形（縮径）
させる。このとき、成形ローラ５０の内周側端部の移動
軌跡は、樽形巻ばね１２の端部形状に対応する略円錐台
状となり、円筒状の巻ばね１２の端部がテーパ状に縮径
される。

【００４９】但し、円筒状の巻ばね１２の端部を構成す
る巻線部６８を縮径することにより、縮径後の巻線部６
８は、縮径前の巻線部６８に対し軸方向に沿って僅かに
伸長すると共に巻数も僅かに増加する。従って、この成
形後の巻線部６８の伸長及び巻数増加を考慮し、成形前
の巻ばね１２の端部を構成する巻線部６８の巻き長を設
定しておく必要がある。

【００５０】また、巻ばね１２における先端の巻線部６
８である座巻部６８Ａについては、通常、リード角を付
けない、すなわちリード角が０°になっており、他の巻
線部６８のリード角Ｄ_Lと一致する傾きの合成力Ｆを座
巻部６８Ａへ作用させると、この座巻部６８Ａには縮径
量に応じたリード角が付いてしまう。このとき、座巻部
６８Ａに付けられるリード角は、極めて小さいので実用
上、問題となることは少ないが、この座巻部６８Ａのリ
ード角が無視できない場合には、例えば、巻ばね１２を
樽形巻ばね１２に成形した後に、座巻部６８Ａへ軸方向
に沿った加圧力を作用させてリード角を消失させるか、
あるいは巻ばね１２の段階で座巻部６８Ａのみに他の巻
線部６８のリード角Ｄ_Lとは逆方向のリード角を付け、
成形ローラ５０により座巻部６８Ａが所定の巻径まで縮
径された状態で、座巻部６８Ａのリード角が０°なるよ
うにすれば良い。

【００５１】以上、巻ばね１２から樽形巻ばね１２への
成形時における一方の製品成形部１６の動作について説
明したが、この製品成形部１６による樽形巻ばねの成形
動作と併行して、他方の製品成形部１８による樽形巻ば
ねの成形動作が同様に行われる。この結果、加工素材と
しての円筒状の巻ばね１２の両端部がそれぞれテーパ状
に縮径されて樽形巻ばね１２が成形される。この樽形巻
ばね１２は成形完了した時点で、マルテンサイト相へ変
態開始温度（Ｍ_S点）よりも僅かに高温なっており、直
ちに焼入れ用の冷却槽に浸漬されて焼入処理される。こ
のように成形完了した樽形巻ばね１２をＭ_S点よりも僅
かに高温として焼入処理することで、焼入れによる歪み
を最小限にできる。

【００５２】なお、本実施形態の巻きばね製造装置１０
では、成形ローラ５０としてローラ面６４が軸方向及び
に沿って凹状に湾曲されたものを用いたが、外径が一定
とされた円柱状の成形ローラを用いることも可能であ
る。但し、このような円柱状の成形ローラを用いた場合
には、樽形巻ばね１２の端部が直線的に縮径されず、軸
方向に沿って凹状に湾曲するように縮径される。これと
は逆に、本実施形態の成形ローラ５０に対し、凹状曲面
からなるローラ面の端部と中央部との径差を大きくした
成形ローラを用いた場合には、樽形巻ばね１２の端部が
軸方向に沿って凸状に湾曲するように縮径される。

【００５３】また巻きばね製造装置１０では、２台の製
品成形部１６，１８を用いて巻ばね１２の両端部を同時
に縮径させているが、１台の製品成形部１６のみを用い
て巻ばね１２の両端部を順次、縮径させて樽形巻ばね６
６を成形するようにしても良い。さらに、予め一方の端
部のみがテーパ状に縮径された巻ばねを加工素材とし
て、この巻ばねの他方の端部を１台の製品成形部１６を
用いて縮径させて樽形巻ばね６６を成形するようにして
良い。

【００５４】また、本実施形態に係る成形ローラ５０の
代わりに先端側へ向かって縮径する略円錐台状の成形ロ
ーラを用い、この成形ローラに付与する仰角Ｄ_Eを減少
させるか、仰角Ｄ_Eを付与しないようにしても良い。こ
の場合にも、円錐台状の成形ローラのローラ面を軸方向
に沿って凹状に湾曲させるか、直線状にするかに応じて
樽形巻ばね６６の端部形状が変化する。また本実施形態
では３本の成形ローラ５０を用いているが、このような
成形ローラ５０は、実用上３本以上であれば良く、成形
ローラ５０の本数が多い方が巻ばね１２端部を縮径する
際の荷重を分散できるので、巻ばね１２から樽形巻ばね
６６への成形速度を高速化できる。

【００５５】以上説明した本実施形態に係る巻きばね製
造装置１０によれば、リニアアクチュエータ４４が３本
の成形ローラ５０を支持した回転支持台３２を主軸方向
へ移動させて、成形ローラ５０のローラ面６４における
内周側端部を巻ばね１２の端部へ外周側から圧接させつ
つ、メインモータ４０により回転支持台３２を巻ばね１
２の巻回し方向へ回転させて成形ローラ５０を公転及び
自転させることにより、巻ばね１２の端部を構成する巻
線部６８をローラ面６４の内周側端部に沿うように縮径
できる。

【００５６】このとき、成形ローラ５０が回転支持台３
２により加工位置にある円筒状の巻ばね１２の外周側に
自転可能に支持され、かつ回転支持台３２の回転時に、
ローラ面６４の内周側端部が樽形巻ばね６６の端部形状
に対応する略円錐台状の軌跡を描くことから、巻ばね１
２の端部を構成する４個の巻線部６８をテーパ状に縮径
できる。

【００５７】従って、本実施形態の巻きばね製造装置１
０によれば、２台の製品成形部１６，１８におけるそれ
ぞれの成形ローラ５０により巻ばね１２の両端部を同時
にテーパ状に縮径することにより、略円筒状の巻ばね１
２を加工素材として樽形巻ばね６６を成形（熱間成形）
できるので、成形完了後に樽形巻ばね６６から芯金を抜
き取る必要もなく、樽形巻ばね６６の製造作業を簡略化
できる。また樽形巻ばね６６の形状等が変更になった場
合でも、変更前後での樽形巻ばね６６の寸法差が小さい
ならば、成形ローラ５０の偏角Ｄ_P及び仰角Ｄ_Eを適宜調
整すれば、所要の形状の樽形巻ばね６６を成形できるの
で、従来の巻きばね製造装置と比較して多種類の芯金を
製造するためのコストを不要にでき、樽形巻ばね６６の
製造コストを低減できる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の巻きばね製
造装置によれば、樽形巻ばねの成形完了後に芯金を抜き
取る作業及び樽形巻ばねの種類が変更される際における
芯金等の装置部品の交換を不要とし、樽形巻ばねを効率
的に、しかも低コストで生産できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態に係る巻きばね製造装置の
全体構成を示す斜視図である。

【図２】 本発明の実施形態に係る成形ローラの偏角と
巻ばねのリード角との関係を示す平面図である。

【図３】 本発明の実施形態に係る成形ローラの仰角と
巻ばねの勾配との関係を示す側面図である。

【図４】 本発明の実施形態に係る成形ローラの公転及
び自転方向と巻ばねの巻回し方向との関係を示す側面図
である。

【図５】 本発明の実施形態に係る成形ローラが巻ばね
へ作用させる分力及び合成力を説明するための側面図で
ある。

【符号の説明】

１０ 巻きばね製造装置 １２ 巻ばね １４ 製品支持部 １６ 製品成形部 １８ 製品成形部 ３２ 回転支持台（回転支持部材） ４０ メインモータ（回転加圧手段） ４４ リニアアクチュエータ（回転加圧手段） ５０ 成形ローラ ６２ 成形輪筒 ６４ ローラ面 ６６ 樽形巻ばね ６８ 巻線部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J059 AD05 AE05 BA05 EA02 GA02 3J103 AA07 AA12 AA19 BA43 CA22 FA30 GA16 4E070 AA03 AB09 AC07 AD03 BC12 BC23

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱状態とされた略円筒状の巻きばねの
   端部をテーパ状に縮径させて、該巻ばねを端部の巻径が
   中央部の巻径よりも小さい樽形巻きばねに加工する巻き
   ばね製造装置であって、 所定の加工位置に固定された巻ばねと同軸的に支持さ
   れ、該巻ばねの中心軸を中心として回転可能にされると
   共に、前記中心軸に沿った主軸方向へ移動可能とされた
   回転支持部材と、 前記回転支持部材により前記加工位置にある巻ばねの外
   周側に自転可能に支持され、前記回転支持部材の回転時
   に、ローラ面の内周側端部に設けられた加圧領域が樽形
   巻ばねの端部形状に対応する略円錐台状の軌跡を描く少
   なくとも３本の成形ローラと、 前記回転支持部材を前記主軸方向へ移動させて前記加圧
   領域を巻ばねの端部へ外周側から圧接させつつ、該回転
   支持部材を巻ばねの巻回し方向へ回転させて前記成形ロ
   ーラを公転及び自転させ、巻ばねの端部を構成する巻線
   部を前記加圧領域に沿うように縮径させる回転加圧手段
   と、 を有することを特徴とする巻きばね製造装置。
2. 【請求項２】 前記成形ローラは、そのローラ先端部が
   ローラ基端部に対して前記巻回し方向へ偏倚するよう
   に、ローラ軸心が前記巻回し方向に沿って樽形巻ばねの
   リード角に対応する偏角を前記中心軸に対して傾けてい
   ることを特徴とする請求項１記載の巻きばね製造装置。
3. 【請求項３】 前記成形ローラは、そのローラ先端部が
   ローラ基端部に対して外周側へ偏倚するように、ローラ
   軸心が前記中心軸の径方向に沿って樽形巻ばねの端部形
   状に対応する仰角を前記中心軸に対して傾けていること
   を特徴とする請求項１又は２記載の巻きばね製造装置。
4. 【請求項４】 前記成形ローラは、そのローラ外径がロ
   ーラ中央部からローラ端部へ向かって徐々に増大する略
   つづみ状に形成されていることを特徴とすることを特徴
   とする請求項２記載の巻きばね製造装置。
5. 【請求項５】 前記成形ローラは、ローラ軸方向に沿っ
   てローラ面が複数に分割され、該複数のローラ面がそれ
   ぞれ独立して自転可能とされていることを特徴とする請
   求項１，２，３又は４記載の巻きばね製造装置。