JP2788310B2 - 板ばねの成形方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、板ばねの成形方法およびその装置に係り、
例えば磁気ヘッドの支持ばねなどに用いる板ばねを、板
材の塑性加工により成形するのに好適な板ばねの成形方
法およびその装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、板材を塑性変形させてばね部を成形する加工方
法，加工装置の一例として、例えば、米国特許第460356
7号記載のものが知られている。

この特許の基本的構成は、あらかじめ板厚を計測する
手段と、それを記憶するメモリーと、ステーションフレ
ームと、カーブのあるマンドレル（下型）と、その表面
に沿って素材を位置決めする素材のベース部固定のため
のクランプ手段と、マンドレル加工面に水平に位置付け
可能な回転軸を持つ円筒形ローラと、ばね部成形後にば
ね荷重を測定する手段と、それを記憶するメモリーと、
前述の板厚およびばね荷重により加工範囲（ローラの回
転軸がマンドレル表面と水平を保つようにマンドレル表
面に対して垂直方向にとる加工角度）を決定するコント
ローラーとからなっている。

その動作は次のようになる。

あらかじめ素材の板厚を測っておき、そのデータをメ
モリーに記憶させておく。次にマンドレルの面と素材の
曲げ部とが接触し、マンドレルのカーブ面の上面の接線
方向に張り出させるように素材をクランプで固定する。
その後、ローラを圧下させて素材をマンドレルに押し付
けてマンドレルとの間に素材をはさみ込むようにする。
そこで、あらかじめ記憶された素材板厚を考慮して素材
の曲げ範囲を決定して曲げを行う。

曲げは、マンドレルのカーブ面に対して水平を保つ軸
を有するローラが、該ローラとマンドレルとの間に素材
を挟み込み、カンドレルのカーブに倣うようにして行わ
れる。

曲げ範囲は、曲げ始め（ローラと素材，素材とマンド
レルが始めて同時に接触した場所）から曲げ終り（ロー
ラと素材，素材とマンドレルが最後に同時に接触した場
所）までに、ローラがマンドレルのカーブした表面に沿
って動いた角度であり、この角度を制御することによっ
て板厚を考慮した所定のばね荷重を持つばねの成形がで
きる。また、一度加工し終ってから、クランプを外すこ
となくばね荷重を測定し、その値をメモリーに記憶させ
る。その記憶と所定のばね荷重設定値とを比較して、記
憶した値が低いときのみ再び曲げを行う。このときの曲
げ範囲は、板厚およびばね荷重の記憶に基づいて決定さ
れるものであった。

また、他の従来技術として、例えば、特開昭61−2226
37号公報記載のものには、ローラの押込量を設定し、高
精度のばね圧を持った薄板弾性材を製作する方法であっ
て、初回押込量を決定するスタート条件決定機能と、初
回押込量を修正する押込量修正機能と、公差外のばね圧
の薄板弾性材を補正するリトライ機能を有し、前記核機
能で得られた適正押込み量により、前記ローラで薄板弾
性材を押圧するようにした薄板ばね製作方法が開示され
ている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術において、前者の米国特許第4603567号
記載のものでは、曲げ加工時に板厚のみしか考慮されて
おらず、機械的性質が異なる材料ロットを受け入れたと
き、所定の荷重値を満たさなくなることについて配慮さ
れていなかった。

また、後者の特開昭61−222637号公報記載のもので
は、スタート条件決定機能により初回押込量を決めてテ
スト成形を行い、そのときのばね特性を測定して特性図
を描き、それに基づいて所要のばね圧を得るための押込
量を決定して本成形を行うようになっている。

しかし、被加工材の形状および機械的性質を測定し
て、そのデータから成形条件を設定することについて配
慮されていなかった。

本発明は、上記従来技術における課題を解決するため
になされたもので、被加工材の形状あるいは機械的性質
等に起因する成形品ばね荷重のばらつきを小さく抑え、
一定ばね荷重のばねを成形し、自動化，量産化を有利に
行いうる板ばねの成形方法および成形装置を提供するこ
とを、その目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明に係る板ばねの成
形方法の構成は、曲面を有する下型に被加工材の一部分
を固定したのちに、その被加工材をローラにより、前記
下型の曲面に沿って連続的に押圧して曲げ加工し、ばね
成形部を形成する板ばねの成形方法において、曲げ加工
前に、被加工材の形状および機械的性質を測定し、その
測定で得られた数値に基づいて、ローラ加工力、ばね成
形部の曲げ角度、および曲げ始め位置を設定して曲げ加
工を行うものである。

より詳しくは、成形品のばね荷重をＷ、被加工材の縦
弾性係数をＥ、被加工材の降伏応力をσ_ｅ、被加工材の
幅をｂ、被加工材の板厚をｔ、被加工材の曲げ始め位置
から負荷点までの梁長さをＬ、曲げ角度をψ、下型の、
曲げ加工に用いる曲面の半径をＲとして、 曲げ加工後のばね荷重 が一定となるように、ローラ加圧力、ばね成形部の曲げ
角度、および曲げ始め位置を設定して曲げ加工を行うも
のである。

また、上記目的を達成するために、本発明に係る板ば
ねの成形方法では、成形後の被加工材が目標とすべきば
ね荷重より低い値となるように予備成形を行なったの
ち、その成形品の曲げ角度を測定することにより前記被
加工材の特性値を推定して、それに基づいて成形条件を
決めて本成形を行うようにしている。

さらに、上記目的を達成するために、本発明に係る板
ばねの成形装置のもっとも基本的な構成は、曲げ加工に
用いる曲面を有する下型と、その下型に被加工材の一部
分を固定するクランパと、被加工材のばね成形部を前記
下型の曲面に沿って連続的に押圧するローラとを備えて
なる板ばねの成形装置において、ローラの加圧力、ばね
成形部の曲げ角度を定めるローラの移動距離、および被
加工材の固定位置のそれぞれを調整する手段を設けたも
のである。

より詳しくは、曲げ加工前に、被加工材の形状および
機械的性質を測定する手段を備え、その測定データか
ら、ローラの加圧力、ばね成形部の曲げ角度、および曲
げ始め位置を設定する演算制御手段を設けたものであ
る。

またさらに、上記目的を達成するめたに、本発明に係
る板ばね成形装置の他の構成は、曲げ加工に用いる曲面
を有する下型と、この下型に被加工材の一部分を固定す
るクランパと、被加工材のばね成形部を前記下型の曲面
に沿って連続的に押圧するローラとを備えてなる板ばね
の成形装置において、ローラの加圧力、ばね成形部の曲
げ角度を定めるローラの移動距離、および被加工材の固
定位置のそれぞれを調整する手段を設けるとともに、前
記ローラの、被加工材に与える加工力を、加工前または
加工中のいずれかに検知する手段と、その加工力を、加
工前または加工中のいずれかに調整するアクチュエータ
とを設けたものである。

［作用］ 被加工材の機械的性質をばね部成形前に測定し、その
値を考慮して加工条件を決定する。

それにより、板厚等の形状だけでは矯正が必要であっ
たばね荷重が１度だけの加工により実現できる。

被加工材を、目標とするばね荷重より低い値を持つよ
うに予備成形をして、そのばね荷重または成形品角度を
測定する。そこで得た値と予備成形で設定した予定値と
を比べる。この誤差がこの被加工材特有の、例えば被加
工材の機械的性質に起因するものであり、この誤差を得
ることではじめて加工条件を設定し直すことができる。
その後、本成形を行うことによりばね荷重が一定の製品
を得ることができる。

［実施例］ 以下、本発明の各実施例を第１図ないし第14図を参照
して説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る板ばねの成形装置
の斜視図、第２図は、その整形品の斜視図、第３図は、
第２図の側面図、第４図は、第１図の装置の要部拡大側
面図、第５図は、第４図における加工条件の説明図であ
る。

以下に説明する本発明の各実施例では、図示しない
が、被加工材３の形状寸法を測定する手段と、機械的性
質を測定する手段とが別に装備されており、これら手段
で測定されたデータは、コントローラ９に入力され記憶
されるものである。

第１図に示す板ばねの成形装置の本体の構成は次のと
おりである。

フレーム７の上に、所定の曲率の曲面を有する下型
（マンドレル）１が固定されており、その上面の平坦部
に被加工材３がクランパ６により押し付けられて加工中
に動かないように保持されている。一方、下型１のある
部分を回転中心として回転可能に取付けられた回転アー
ム11には、回転の半径方向に摺動可能に取付けられたロ
ーラ支持部材12が回転中心方向に向って（下型方向に）
両端支持で従動回転可能な円筒形のローラ２を装着して
いる。

ローラ支持部材12の上面（回転アーム11の回転中心と
は逆側）には、加工力測定手段に係るロードセル４を介
してアクチュエータ５が取り付けられていて、このアク
チュエータ５の本体は回転アーム11に固定され一体構造
となっており、それが発生させる力は回転アーム11の半
径方向に作用する。

回転アーム11の上面にはステッピングモータ８が固定
されており、ギヤ14を回転させる。ギヤ14は、フレーム
７側面に固定された回転案内レール13上のギヤ13aと噛
み合い、回転アーム11を下型１の回転中心まわりに回動
させる。

この回転アーム11の回動は、フレーム７上に上下動可
能に設置されたストッパ10が回転アーム11に当たること
で機械的にも止められる。

前述のように、被加工材３の形状寸法，機械的性質の
測定データを記憶するコントローラ９は、例えばマイコ
ン等を備えた演算制御手段として機能するもので、アク
チュエータ５が発生する力、およびステッピングモータ
８の回転を制御するようになっている。

このような板ばねの成形装置の動作を説明する前に、
成形後のばね部材（以下板ばねという）の定義を行う。

第２図は、成形後の板ばねの外観を示す図であり、第
３図は、その長手方向の側面図である。

被加工材３を曲げ加工して成形した板ばねは、第３図
に示す３部分から成る。第１の部分は真直な部分（被加
工材３の左端から距離l₁までの部分）であり、特に距離
l₁の点を曲げ始め位置と呼ぶ。第２の部分は曲率半径R₁
〜R₃を持つ部分であり、その長さはl₂である。第３の部
分は真直な部分であり、その長さはl₃である。l₂とl₃と
の境目であり曲率半径R₂を持つところを特に曲げ終り位
置と呼ぶ。曲率半径はR₁からR₂まで連続的に変化し続
け、途中にほぼ一定の曲率半径R₃を持つ領域がある。こ
の曲率R₁からR₂までの角度を成形品角度θと呼び、その
曲率はR₃で一定と近似する。

本実施例の動作を第１図および第4,5図を参照して説
明する。

第４図は、第１図の要部の側面図であり、下型１上に
被加工材３を載置し、クランパ６で保持した状態を実線
で示し、ローラ２によって被加工材３を下型の曲面1aに
沿って曲げ加工する状態を破線で示している。第５図
は、その加工条件を示す説明図で、被加工材３の左端か
らの距離l₁は曲げ始め位置を設定したものであり、ψは
曲げ角度（曲げ範囲に相当する）、Ｐはローラ２の加工
力である。

被加工材３の板幅や板厚等の形状寸法と縦弾性係数や
降伏応力等の機械的性質とを加工前に測定し、その値を
コントローラ９に入力する、その後、目標とするばね荷
重Ｗと加工条件（下型１の曲面1a、ローラ２が被加工材
３に与える加工力Ｐ、曲げ始め設定位置l₁、曲げ終り位
置を決めるための曲げ角度ψ等）との関係から適正な加
工条件を設定して曲げ成形を行うことになる。

まず、コントローラ９に記憶された板厚や板幅等の形
状寸法と縦弾性係数や降伏応力等の機械的性質と、下型
１の曲面1aの曲率半径と、目標とするばね荷重値を考慮
して、曲げ始め設定位置l₁、曲げ角度ψ（曲げ加工範
囲）、ローラ加工力Ｐを理論式または実験式により決定
する。

これらの値を決定したのち、被加工材３をクランパ６
により下型１上に保持する。クランパ６は、被加工材３
が設定された曲げ始め位置になるまで下型１上を被加工
材長手方向に移動させる。この際は加工前なのでローラ
支持部材12はローラ２とともに回転アーム11に沿って回
転アーム11の回転中心から半径方向側に上がっていて被
加工材３と干渉しない位置にある。このときの回転アー
ム11は、第１図に示すようにフレーム７に対してほぼ垂
直であるので、被加工材３は容易にクランパ６および下
型１に取り付けられる。曲げ始め位置の決められた被加
工材３が加工中に動かないように、クランパ６はその位
置で固定される。

次に、ローラ２は、アクチュエータ５が発生させる力
をロードセル４を介して受け、アーム11に沿って下型１
の方向に被加工材３を押圧する。このとき、ローラ２が
被加工材３に与える押圧力が加工力Ｐとなり、そのロー
ラ加工力Ｐの値は加工前に設定した値となるようにコン
トローラ９で制御される。すなわち、加工中にローラ加
工力Ｐの値を一定に保つようにアクチュエータ出力を増
減あるいは維持するようにフィードバック制御されてい
る。

ローラ２は下型１の曲面1aに平行な回転軸を持ち、下
型の一部と回転自在につながれた回転アーム11および回
転アーム11上面に固定されたステッピングモータ８と共
に、ステッピングモータ８が回転するにつれ下型１の曲
面1aのまわりに回動して曲げ加工を行う。ここで、ステ
ッピングモータ８の発生させる回転力はギヤ14を回転さ
せて回転案内レール13上のギヤ13aに伝達され、その反
力で回転アーム11は下型１の曲面1aまわりに回動する。

加工の終了は、加工前に設定した曲げ角度ψ（曲げ加
工範囲）により決まり、その値をコントローラ９がステ
ッピングモータ８の入力値として電気的に与えたもので
あるが、機械的な制限手段であるストッパ10を設けるこ
とにより誤動作をなくしている。

ローラ２が下型１の曲面1aに沿って設定された曲げ角
度ψまで加工を終了すると（第５図参照）、アクチュエ
ータ５は除荷し、ロードセル4,ローラ支持部材12,およ
びローラ２を回転アーム11に沿ってアクチュエータ５側
に引き上げる。そして、そのままの状態でステッピング
モータ８が逆転して回転アーム11を第１図に示す位置に
引き起こす。

このとき、ローラ２は、成形ずみの被加工品３と離れ
ているのでクランパ６を外せば加工品（板ばね）を容易
に取り出すことができる。

本実施例において、アクチュエータ５の種類は特に限
定しなかったが、例えば油圧サーボ，エアシリンダ，ス
テッピングヒータ等にすれば応答性のよいフィードバッ
ク制御ができる。また、応答性の点では劣るが、アクチ
ュエータ５にねじやばねあるいはカム等を用いても同様
の効果が得られる。

なお、コントローラ９を無くして手動によるフィード
バックをかけても相応の効果が得られる。

本実施例によれば、被加工材の形状寸法または機械的
性質に起因する成形品ばね荷重のばらつきが小さくな
る。

本実施例において、機械的性質を得るために、引張試
験の代わりに硬さ計を用いて被加工材の硬さを測定して
降伏応力を推定するようにすれば、大幅な時間短縮にな
り効率向上が期待できる。

次に、第６図は、本発明の他の実施例に係る板ばねの
成形装置の斜視図である。図中、第１図と同一符号のも
のは先の実施例と同等部分であるから、その説明を省略
する。

第６図の実施例が、先の第１図の実施例と相違すると
ころは、成形後に板ばねのばね荷重を測定するロードセ
ル20が加わった構成のものである。

この装置の動作は、第１図の実施例とほぼ変らない
が、加工後にばね荷重を下型から取り外さないで測定
し、その値をコントローラ９に与えて被加工材３のばね
定数を測定して次工程でのばね荷重の誤差を少くするも
の（フィードフォワードさせる方法）である。コントロ
ーラ９は、この情報を考慮することにより加工条件を決
めて次の被加工材のばね荷重を目標値に近づけることが
できる。

第６図の実施例によれば、先の第１図の実施例で説明
したものと同様の効果が期待されるほか、材料のもつ機
械的性質や形状が成形品（板ばね）のばね荷重に与える
影響を考慮した本加工による量産ができるという実施例
特有の効果がある。

次に、第７図は、本発明のさらに他の実施例に係る板
ばねの成形装置の斜視図である。図中、第１図と同一符
号のものは先の実施例と同等部分であるから、その説明
を省略する。

第７図の実施例が、先の第１図の実施例と相違すると
ころは、形成後に板ばねの成形品角度θを測定する非接
触センサ21が加わった構成のものである。

この装置の動作は、第１図の実施例とほぼ変らない
が、成形後に成形品角度θ（第３図参照）を非接触セン
サ21で、下型１から取り外さずに測定し、その値をコン
トローラ９に与える。これにより被加工材が、ローラの
加工力Ｐを除いたときにもとの形に戻ろうとする、いわ
ゆるスプリングバック量を測定でき、その値を基にして
加工条件を定め、次加工品での誤差を少くするもの（フ
ィードフォワードさせる方法）である。コントローラ９
は、この情報を考慮することにより加工条件を決めて次
加工品のばね荷重を目標値に近づけることができる。

第７図の実施例によれば、先の第１図の実施例で説明
したものと同様の効果が期待されるほか、材料のもつ機
械的性質や形状が成形品（板ばね）のばね荷重に与える
影響を考慮した本加工による量産ができるという効果が
ある。特に、非接触センサを用いることにより、整形し
た板ばねに触れないで計測できるので、成形品の形状を
損なう心配がないという効果がある。

次に、本発明の別の実施例を第８図ないし第10図を参
照して説明する。

第８図は、本発明のさらに他の実施例に係る板ばねの
成形装置の斜視図、第９図は、第８図の装置の要部拡大
側面図、第10図は、第８図の装置による曲げ加工の原理
説明図である。図中、第１図と同一符号のものは先の実
施例と同等部分があるから、その説明を省略する。

第８図の実施例の装置は、第１図の装置と同等である
が被加工材が相違する。すなわち、被加工材3Aは、ばね
成形部以外に凹凸のある材料であり、第８図に示すよう
に平坦な板材3bの先端側にフランジ3aの凸部を有するも
のである。

次にその動作を説明する。

被加工材3Aのばね部成形に使える曲げ加工範囲すなわ
ち曲げ角度ψ（第９図参照）は幾何学的に決定される。
曲げ始め装置では、クランパ６とローラ２とが干渉せ
ず、かつ曲げ終りの位置で被加工材3Aのフランジ3aの端
面3cとローラ２とが干渉しないという２条件を満たせば
よい。このときのローラ２の従動回転中心位置をそれぞ
れ2a,2bとし、ローラ２が下形１の曲面1aに沿って回転
する回転中心を1bとすると、曲げ可能範囲は、ψ＝∠2a
・1b・2bの角度で表わされる。従来の方法では、曲げの
範囲はψの大小により制御するのであるが、所望の製品
の成形品角度が大きい場合、ψを大きく取ろうとしてフ
ランジ3bに干渉し端部3cが損傷を受ける場合があった。

本実施例によれば、第10図に示すように、曲げの範囲
はψより小さい曲げ角度ψ_０に固定しておいてローラ２
に与える加工力（加圧力）を加減することにより所望の
成形品角度を得ることができる。加圧力は、曲げ加工中
常にある一定のローラ加工力P₀となるように、コントロ
ーラ９によりフィードバック制御されるものである。こ
れにより被加工材3Aは凸部にダメージを受けることなく
ばね部成形がなされる。

第10図は、本実施例の曲げ加工の原理図である。

クランパ６により保持された被加工材3Aは、アクチュ
エータ５より発生した加工力P₀をローラ２を介して受け
る。そして、加工力P₀を維持しながらローラ２は、下型
１の曲面1Aに沿ってψ_０＝∠2c・1b・2dの角度範囲を回
動する。曲げ角度ψ_０は、ステッピングモータ８の回転
をコントローラ９により電気的に制御され、また、スト
ッパ10が回転アーム11に当たる機械的手段により一定値
に保たれる。

以上のことをふまえて、第８図の実施例の動作を説明
する。本実施例では、アクチュエータ５に油圧サーボ、
加工力測定手段にはロードセル４を用いている場合を示
した。

加工前には、ローラ支持部材12はローラ２とともに回
転アーム11に沿って回転アーム11の回転中心から半径方
向外側に上がっていて被加工材3Aと干渉しない位置にあ
る。このときの回転アーム11の位置は、第１図に示して
いるようにフレーム７に対してぼ垂直である。そこで、
曲げ予定部以外に凹凸部（この図ではフランジ3a）を持
つ被加工材3Aを下型１の曲面1aの接線方向に張り出させ
るようにセットしてクランパ６で下型１の上面に加工中
動かないように固定する。その後、アクチュエータ５に
より加工力を発生させ、ロードセル4,ローラ支持部材12
およびローラ２を圧下させて被加工材3Aを下型１の間に
挟み付ける。加圧力はロードセル４で測定されコントロ
ーラ９に伝達される。

その信号をともに、あらかじめコントローラ９に記憶
された被加工材3Aの形状，機械的性質のデータにより設
定しておいた特定の加工力P₀に合うように制御信号をア
クチュエータ５に返す。ローラ加工力がP₀になると、下
型１の曲面1aに平行な回転軸をもつ回転アーム11が、そ
の上面に設置されたステッピングモータ８の発生する力
で下型１の曲面1aまわりに回動する。ここで、ステッピ
ングモータ８の発生させる回転力はギヤ14を回転させて
回転案内レール13上のギヤ13aに伝達され、その反力で
回転アーム11は下型１の曲面1aまわりに回動する。

この回動に合わせて、ローラ２は従動回転しながら被
加工材3Aを加工しつづける。回転アーム11はステッピン
グモータ８が回転を止めるか、フレーム７上に固定され
たストッパ10に当たるまで下型１の曲面1aに沿って回動
する。この間、ローラ加工力P₀は、コントローラ９がロ
ードセル４からの信号をアクチュエータ５にフィードバ
ックさせて一定値（P₀）に保たれている。

加工後の作用は先の第１図の実施例で説明したものと
同様であるから以下の説明を省略する。

第８図の実施例によれば、先の第１図の実施例で説明
したものと同様の効果が期待されるほか、被加工材3Aの
ばね成形加工範囲を変えることなく、すなわち凹凸部
（第８図ではフランジ3a）に損傷を与えることなく所望
の成形品角度が得られるという本実施例特有の効果があ
る。

本発明の板ばねの成形方法の別の実施例を第６図を参
照して説明する。

本成形方法を実施する装置は、第６図に示す板ばねの
成形装置と、被加工材の形状および機械的性質を測定す
る測定機である。

加工前に、被加工材３の形状および機械的性質を測定
してその値をコントローラ９に入力する。その後、目標
とする成形品のばね荷重より小さな値のばね荷重を仮設
定して、それに見合う加工条件（曲げ始め位置、曲げ角
度、ローラ加工力）を設定する、それに基づき第１図の
実施例で説明した方法で曲げ加工を行う。

この予備成形後、成形品のばね荷重を、ロードセル20
を破線のように持ち上げることにより測定し、測定結果
をコントローラ９に入力する。この値を仮設定した値と
比べて誤差を求める。この誤差の値を基に、本成形にお
ける被加工材の機械的性質等に起因する誤差分を予見し
補正するように加工条件の変更を行う。その後、この条
件のもとで本成形を行う。成形は第１図の実施例で説明
した方法と同様の動作で行い量産による成形品を得る。

この成形方法は、被加工材の個体差に完全に対応でき
る効果があり、被加工材の機械的性質等に起因する加工
時のばらつきが無視できない極薄板材によるばね部成形
加工に有効である。

次に、第11図は、ローラ加工力がばね荷重に与える影
響を示すデータ図、第12図は、本発明における加工条件
設定に当ってのばね荷重の計算式の説明図、第13図は、
曲げ始め設定位置がばね荷重に与える影響を示すデータ
図、第14図は、曲げ角度がばね荷重に与える影響を示す
データ図である。

第11図は、下型１の曲面1a部の曲率ρを50k,75k,100k
の３種類（ｋは長さの単位ユニット）に変えて実験した
例を示すもので、横軸はローラ加工力Ｐ、縦軸はばね荷
重Ｗをとっている。

本実験では、曲げ角度ψ（加工範囲）、断面２次モー
メント、材料の種類等の条件は一定とした。これを見て
かるように、下型の曲率ρがある一定値であれば成形品
角度θ時のばね荷重Ｗ（第３図参照）とローラ加圧力Ｐ
との関係は一次式で近似できる正の相関関係となり、加
工力を増せば同じ下型曲率のもとでより大きな成形品角
度を得ることができる。

本発明における加工条件設定に当っての計算手段（ア
ルゴリズム）の一例を第12図ないし第14図を参照して説
明する。

第12図は、成形ずみの板ばねを示し、その被加工材
（素材）３は次の条件を満たしていたとする。

機械的性質として、応力一歪曲線はｎ乗硬化則に従
い、σ＝Ｆε^ｎで表わせるとする。

ここで、σは真応力、ＦはＦ値、εは真歪、ｎはｎ値
である。

材料のｎ値が１にくらべて十分小さく（ｎ＜0.1）、
成形品角度θが小さく（θ＜30゜）、材料の断面が幅
ｂ、厚さｔの矩形断面で、加工時の曲げ半径（下型の曲
面半径Ｒ）に比べて板厚ｔが十分に小さい（7t＜Ｒ）と
きは、塑性加工の均等曲げ理論および材料力学のたわみ
式から、次に示す式が導き出される。

ここで、W:成形品のばね荷重 E:被加工材のヤング率 b:被加工材の板幅 t:被加工材の板厚 σ_e:被加工材の降伏応力 L:曲げ始め位置から荷重点までの長さ R:下型の曲面半径 ψ：加工時の曲げ角度 である。

測定で得られるデータは板厚t,降伏応力σ_ｅであり、
あらかじめ得られているデータはヤング率（縦断性係
数）と下型の曲面部の半径Ｒである。

加工条件として与えられるものは、曲げ始め設定位置
l₁を変えることにより定まる曲げ始め位置から荷重点ま
での長さＬと曲げ角度ψである。それぞれの加工条件が
成形品のばね荷重Ｗに与える影響を実験データにより示
したのが第13図および第14図である。

第13図は、横軸に曲げ始め設定位置l₁、縦軸にばね荷
重Ｗをとって、計算値を一点鎖線、実験値による近似一
次式の線を実線で示している。

また、第14図は、横軸に曲げ角度ψ、縦軸にばね荷重
Ｗをとって、同様に計算値を一点鎖線、実験値による近
似一次式の線を実線で示している。これらの図からわか
るように、実験値と計算値はよい一致を見ている。

前述の式にはローラ加圧力Ｐが導入されていないが、
第11図に示すようにローラ加工力Ｐはばね荷重Ｗと強い
正の相関があり、Ｐについての成形品ばね荷重は実験的
に容易に推定できる。

このように理論式，実験式を得ることにより、本発明
は容易に自動化でき大量生産に好適なものとなる。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、本発明によれば、被加工
材の形状あるいは機械的性質等に起因する成形品ばね荷
重のばらつきを小さく抑え、一定ばね荷重のばねを成形
し、自動化，量産化を有利に行いうる板ばねの成形方法
および成形装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る板ばねの成形装置の
斜視図、第２図は、その成形品の斜視図、第３図は、第
２図の側面図、第４図は、第１図の装置の要部拡大側面
図、第５図は、第４図における加工条件の説明図、第６
図は、本発明の他の実施例に係る板ばねの成形装置の斜
視図、第７図は、本発明のさらに他の実施例に係る板ば
ねの成形装置の斜視図、第８図は、本発明のさらに他の
実施例に係る板ばねの成形装置の斜視図、第９図は、第
８図の装置の要部拡大側面図、第10図は、第８図の装置
による曲げ加工の原理説明図、第11図、ローラ加工力が
ばね荷重に与える影響を示すデータ図、第12図は、本発
明における加工条件設定に当ってのばね荷重の計算式の
説明図、第13図は、曲げ始め設定位置がばね荷重に与え
る影響を示すデータ図、第14図は、曲げ角度がばね荷重
に与える影響を示すデータ図である。 １……下型、1a……曲面、２……ローラ、3,3A……被加
工材、５……アクチュエータ、６……クランパ、８……
ステッピングモータ、９……コントローラ、10……スト
ッパ、11……回転アーム、12……ローラ支持部材、13…
…回転案内レール、4,20……ロードセル、21……非接触
センサ。

フロントページの続き (72)発明者 馬越 幸守 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式 会社日立製作所小田原工場内 (72)発明者 森田 清司 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式 会社日立製作所小田原工場内 (72)発明者 堀口 泰▲し▼ 神奈川県小田原市国府津2880番地 日立 コンピュータ機器株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−210127（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B21D 11/10,53/00

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】曲面を有する下型に被加工材の一部分を固
   定したのちに、その被加工材をローラにより、前記下型
   の曲面に沿って連続的に押圧して曲げ加工し、ばね成形
   部を形成する板ばねの成形方法において、 曲げ加工前に、被加工材の形状および機械的性質を測定
   し、 その測定で得られた数値に基づいて、ローラ加工力、ば
   ね成形部の曲げ角度、および曲げ始め位置を設定して曲
   げ加工を行う ことを特徴とする板ばねの成形方法。
2. 【請求項２】成形品のばね荷重をＷ、被加工材の縦弾性
   係数をＥ、被加工材の降伏応力をσ_ｅ、被加工材の幅を
   ｂ、被加工材の板厚をｔ、被加工材の曲げ始め位置から
   負荷点までの梁長さをＬ、曲げ角度をψ、下型の、曲げ
   加工に用いる曲面の半径をＲとして、 曲げ加工後のばね荷重 が一定となるように、 ローラ加圧力、ばね成形部の曲げ角度、および曲げ始め
   位置を設定して曲げ加工を行う ことを特徴とする請求項１記載の板ばねの成形方法。
3. 【請求項３】被加工材の機械的特性値として、硬さを測
   定し降伏応力を推定することを特徴とする請求項１また
   は２記載のいずれかの板ばねの成形方法。
4. 【請求項４】成形後の被加工材が目標とすべきばね荷重
   より低い値となるように予備成形を行なったのち、 その成形品の曲げ角度を測定することにより前記被加工
   材の特性値を推定して、それに基づいて成形条件を決め
   て本成形を行う ことを特徴とする請求項１または２記載のいずれかの板
   ばねの成形方法。
5. 【請求項５】曲げ加工に用いる曲面を有する下型と、こ
   の下型に被加工材の一部分を固定するクランパと、被加
   工材のばね成形部を前記下型の曲面に沿って連続的に押
   圧するローラとを備えてなる板ばね成形装置において、 ローラの加圧力、ばね成形部の曲げ角度を定めるローラ
   の移動距離、および被加工材の固定位置のそれぞれを調
   整する手段を設けた ことを特徴とする板ばねの成形装置。
6. 【請求項６】曲げ加工前に、被加工材の形状および機械
   的性質を測定する手段を備え、 その測定データから、ローラの加圧力、ばね成形部の曲
   げ角度、および曲げ始め位置を設定する演算制御手段を
   設けた ことを特徴とする請求項５記載の板ばねの成形装置。
7. 【請求項７】曲げ加工に用いる曲面を有する下型と、こ
   の下型に被加工材の一部分を固定するクランパと、被加
   工材のばね成形部を前記下型の曲面に沿って連続的に押
   圧するローラとを備えてなる板ばねの成形装置におい
   て、 ローラの加圧力、ばね成形部の曲げ角度を定めるローラ
   の移動距離、および被加工材の固定位置のそれぞれを調
   整する手段を設けるとともに、 前記ローラの、被加工材に与える加工力を、加工前また
   は加工中のいずれかに検知する手段と、 その加工力を、加工前または加工中のいずれかに調整す
   るアクチュエータとを設けたことを特徴とする板ばねの
   成形装置。
8. 【請求項８】被加工材の一部分に凹凸があるとき、その
   凹凸にローラが干渉することなく曲げ加工を行いうるよ
   うに、被加工材の固定位置およびローラの移動距離を制
   限する手段を設けたことを特徴とする請求項５、６、７
   記載のいずれかの板ばねの成形装置。