JP3850831B2

JP3850831B2 - ばね製造装置及びばね製造方法

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Publication number: JP3850831B2
Application number: JP2003419164A
Authority: JP
Inventors: 治彦川嶋; 晃久保田
Original assignee: 同和発條株式会社
Priority date: 2003-12-17
Filing date: 2003-12-17
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2023-12-17
Also published as: JP2005177780A

Description

本発明はばね製造装置及びばね製造方法に関し、特に、強力なスプリングバック性を有するばね、例えば形状記憶合金からなるばね等を製造するためのばね製造装置及びばね製造方法に関する。

強力なスプリングバック性を有するばね、例えば、形状記憶合金からなるばねを製造する方法としては、自動化されたコイル成形機を用いる方法や、芯金や円筒形状の固定治具にばね材を巻付けることにより製造する方法が従来より知られている。前者はばねを量産する場合に行われ、後者は少量のばねを生産する場合に行われる。「ばね用材料とその特性」，ばね技術研究会編，日刊工業新聞社，２０００年２月，p.２３１−２３２には、これらの方法が記載されている。
「ばね用材料とその特性」，ばね技術研究会編，日刊工業新聞社，２０００年２月，p.２３１−２３２

中心径が比較的小さく、強力なスプリングバック性を有するばね、例えば、Ｄを中心径、ｄを線径として、Ｄ／ｄの値が５以下となるような小さな形状記憶合金製のばねを量産する場合には、上述のような自動化されたコイル成形機を用いる方法をそのまま行うことができない。

そこで、このようなばねを製造する方法としては、例えば、一直線状に張った芯金にばね材を巻き付け、芯金にばね材を巻付けた状態を維持するために、ばね材が芯金に巻かれている部分の両端を、ねじ及びワッシャ等によって挟むことによって当該両端の位置においてばね材を芯金に固定しておいて、この固定した状態のばね材に対して記憶熱処理する方法が考えられる。

しかし、この方法では、ネジ及びワッシャによって挟んでばね材を芯金に固定する作業が困難である。この作業は作業者が手作業により行うため、このように強力なスプリングバック性を有するばねを量産することは不可能である。

また、比較的大きな金具であるねじ及びワッシャによって、ばね材を芯金に固定した状態で記憶熱処理を行うため、記憶熱処理の効率が悪くなりエネルギーの無駄が生じ、製造コストが高くなる。

そこで、本発明は、強力なスプリングバック性を有する極小径のばねを量産でき、記憶熱処理におけるエネルギー効率のよいばね製造装置及びばね製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、スプリングバック性を有し芯金に巻付けられるばね材とともに該芯金の一端寄りの位置を挟むことによって該芯金及び該ばね材を保持し、該芯金を回転軸として回転可能なチャックと、該チャックとの間で該芯金を一直線状とした状態で該芯金の他端寄りの位置を保持し、該芯金を回転軸として回転可能な芯金保持手段と、該チャック及び該芯金保持手段を該芯金を回転軸として同一回転数で回転させるための駆動源と、該チャックと該芯金保持手段との間の位置に該芯金に平行に移動可能に設けられ、該チャック及び該芯金保持手段が該芯金を回転軸として同一回転数で回転することにより該芯金をその軸芯を中心として回転させているときに、該ばね材を供給しながら該芯金に平行に移動することにより、該チャックと該芯金保持手段との間に位置する該芯金の部分に該ばね材を巻付けてゆくためのばね材供給手段とを備えるばね製造装置であって、該芯金に巻付けられた該ばね材のスプリングバック性によって該ばね材の巻き状態が解放されないように、該芯金に該ばね材が巻かれた状態で該ばね材を該芯金に固定するための固定手段と、該ばね材が巻かれ該固定手段によって該ばね材が該芯金に固定された状態の該芯金を、該チャックと該芯金保持手段との間の位置から該芯金の軸方向へ繰り出し、該チャックと該芯金保持手段との間の位置に該ばね材が巻かれていない該芯金の部分を供給する芯金供給手段とを備えるばね製造装置を提供している。

ここで、該固定手段は、該ばね材が巻かれている該芯金の位置にカシメ材を供給するためのカシメ材供給手段と、該カシメ材によって該芯金に巻かれた状態の該ばね材を該芯金にカシメ固定するためのカシメ固定手段とを備えることが好ましい。

また、該芯金供給手段は、該芯金が巻かれ該芯金保持手段と一体回転可能に設けられたボビンからなることが好ましい。

また、本発明は、芯金を回転軸として回転可能なチャックによって、該芯金に巻付けられるばね材とともに該芯金の一端寄りの位置を挟むことにより該芯金及び該ばね材を保持し、該芯金を回転軸として回転可能な芯金保持手段によって、該芯金を該チャックと該芯金保持手段との間で一直線状とした状態で該芯金の他端寄りの位置を保持する芯金保持工程と、該芯金を回転軸として該チャック及び該芯金保持手段を同一回転数で回転させることにより該芯金をその軸芯を中心として回転させているときに、該チャックと該芯金保持手段との間において該ばね材を供給させながら該芯金に平行に移動させることにより、該チャックと該芯金保持手段との間に位置する該芯金の部分に該ばね材を巻付けるばね材巻付け工程と、該芯金に巻付けられた該ばね材のスプリングバック性によって該ばね材の巻き状態が解放されないように、該芯金に該ばね材が巻かれた状態で該ばね材の一部を該芯金に固定するための固定工程と、該ばね材が巻かれ該ばね材が該芯金に固定された状態の該芯金を、該チャックと該芯金保持手段との間の位置から該芯金の軸方向へ繰り出し、該チャックと該芯金保持手段との間の位置に該ばね材が巻かれていない該芯金の部分を供給する芯金供給工程とを行うばね製造方法を提供している。

ここで、該固定工程は、ばね材が巻かれている該芯金の位置にカシメ材を供給するカシメ材供給工程と、該カシメ材によって該芯金に巻かれた状態の該ばね材を該芯金にカシメ固定するためのカシメ固定工程とを有することが好ましい。

本発明の請求項１記載のばね製造装置によれば、芯金に巻付けられたばね材のスプリングバック性によってばね材の巻き状態が解放されないように、芯金にばね材が巻かれた状態でばね材を芯金に固定するための固定手段と、ばね材が巻かれ固定手段によってばね材が芯金に固定された状態の芯金を、チャックと芯金保持手段との間の位置から芯金の軸方向へ繰り出し、チャックと芯金保持手段との間の位置にばね材が巻かれていない芯金の部分を供給する芯金供給手段とを備えるため、極めて容易にばね材を芯金に固定することができ、ばね材が巻かればね材が固定された状態の芯金を、順次ばね製造装置から繰り出してゆくことができる。このため、中心径の小さい極小径の形状記憶合金製のばね等を量産することができる。

本発明の請求項２記載のばね製造装置によれば、固定手段は、ばね材が巻かれている芯金の位置にかしめ材を供給するためのかしめ材供給手段と、かしめ材によって芯金に巻かれた状態のばね材を芯金にかしめ固定するためのかしめ固定手段とを備えるため、比較的体積と質量とが小さいかしめ材によりばね材を芯金へ固定することができるため、記憶熱処理におけるエネルギーの効率を高めることができる。

本発明の請求項３記載のばね製造装置及び請求項６記載のばね製造方法によれば、該芯金供給手段は、該芯金が巻かれ該芯金保持手段と一体回転可能に設けられたボビンからなるため、芯金にばね材を巻付けるときに、チャックと芯金保持手段との間で一直線状とされた状態の芯金を回転軸として、ボビンと芯金とを一体に回転させることができる。

本発明の請求項４記載のばね製造方法によれば、芯金に巻付けられたばね材のスプリングバック性によってばね材の巻き状態が解放されないように、芯金にばね材が巻かれた状態でばね材の一部を芯金に固定するための固定工程と、ばね材が巻かればね材が芯金に固定された状態の芯金を、チャックと芯金保持手段との間の位置から芯金の軸方向へ繰り出し、チャックと芯金保持手段との間の位置にばね材が巻かれていない芯金の部分を供給する芯金供給工程とを行うようにしたため、極めて容易にばね材を芯金に固定することができ、ばね材が巻かればね材が固定された状態の芯金を順次繰り出して、中心径の小さい極小径の形状記憶合金製のばね等を量産することができる。

本発明の請求項５記載のばね製造方法によれば、固定工程は、ばね材が巻かれている芯金の位置にかしめ材を供給するかしめ材供給工程と、かしめ材によって芯金に巻かれた状態のばね材を芯金にかしめ固定するためのかしめ固定工程とを有しているため、比較的体積と質量とが小さいかしめ材によりばね材を芯金へ固定することができ、記憶熱処理におけるエネルギーの効率を高めることができる。

本発明の実施の形態によるばね製造装置について図１乃至図３を参照しながら説明する。図１に示されるように、ばね製造装置１は、装置本体１０とチャック２０と芯金保持装置３０とばね材供給装置４０とを備えており、チャック２０と芯金保持装置３０とによって芯金２が一直線状に保持され、この一直線状に保持された芯金２の部分、即ちチャック２０と芯金保持装置３０との間に位置する芯金２の部分にばね材供給装置４０からばね材３が供給されることにより芯金２にばね材３が巻付けられて、製品である図示せぬばねの形状とされるように構成されている。

より詳細にはチャック２０は、開閉可能な挟み部２１が一方の側に固着されたプーリー２２を有している。挟み部２１は図示せぬエアシリンダに駆動連結され、図示せぬエアシリンダは図示せぬ制御装置に接続されており、挟み部２１の開閉動作は、図示せぬ制御装置が図示せぬエアシリンダを駆動することによって行われる。挟み部２１が設けられていないプーリー２２の側からは回転軸２３がプーリー２２の軸心位置に沿って延出している。回転軸２３は円筒形状をなし、ばね材３が巻かれた状態の芯金２をその内部において通すことができるように構成されている。

回転軸２３は、装置本体１０に対して固定された第１回転軸受け部２４に軸受２５を介して回転可能に支承されている。チャック２０の挟み部２１は、芯金２に巻付けらればねとなるばね材３とともに芯金２の一端寄りの位置を挟むことによって、又は、後述のようにばね材３を芯金２にかしめ固定しているかしめ材４の上から芯金２及びばね材３を挟むことによって、芯金２及びばね材３を保持する。チャック２０の挟み部２１に挟まれる芯金２は、後述の芯金保持装置３０のボビン３５から供給されている。

芯金保持装置３０は芯金保持手段に相当し、基端にプーリー３２が設けられ略円筒状をなす芯金供給軸３３を備えている。また、芯金保持装置３０は、芯金狭持部３１を備えている。芯金狭持部３１は、芯金２等の線部材を挟むものとして周知技術として知られているものであり、円錐形状部３１Ａと、円錐形状部３１Ａに一体接続された円筒形状部３１Ｂとを有しており、円錐形状部３１Ａは、芯金供給軸３３の基端に対する先端に対向する位置に配置されている。

円錐形状部３１Ａの内部には、円錐形状部３１Ａの半径方向に移動可能な３つの球状部材３１Ｄ、３１Ｄ、３１Ｄが設けられている。また、芯金狭持部３１は、円錐形状部３１Ａ及び円筒形状部３１Ｂよりも若干大きな相似形状をなす空間が内部に形成され、当該空間に円錐形状部３１Ａ及び円筒形状部３１Ｂを収容する外周部材３１Ｃを備える。円錐形状部３１Ａに接続されている円筒形状部３１Ｂの一端に対する他端は、図示せぬシリンダに接続されている。

図示せぬシリンダを駆動させていないときには、芯金は３つの球状部材３１Ｄ、３１Ｄ、３１Ｄに挟まれて図１の左右方向へ移動不能となり、図示せぬシリンダを駆動させて円錐形状部３１Ａを図１の右方向へ押してやることによって円錐形状部３１Ａ及び円筒形状部３１Ｂを図１の右方向へ移動させると、芯金２は３つの球状部材３１Ｄ、３１Ｄ、３１Ｄから解放されて、図１の左右方向へ移動可能となる。また、芯金２を後述のようにチャック２０と芯金保持装置３０との間で一直線状に張った状態で保持するために、芯金狭持部３１を図１の右方向にわずかに移動させて芯金２にテンションをかけることができる図示せぬテンション付与機構が設けられている。

また、芯金狭持部３１は、芯金供給軸３３及びプーリー３２と一体回転可能に支承されており、後述のように、芯金２にばね材３を巻き付けているときには、前述のように３つの球状部材３１Ｄ、３１Ｄ、３１Ｄが芯金２を挟んで、芯金２を芯金狭持部３１に対して図１の左右方向へ移動不能の状態としたままで、芯金供給軸３３及びプーリー３２と一体回転する。

芯金供給軸３３が設けられているプーリー３２の側とは反対の側には、芯金２が巻かれ芯金２を供給する軽量化されたボビン３５が、芯金供給軸３３及びプーリー３２と一体回転可能に設けられている。ボビン３５及びボビン３５に巻かれている芯金２の総重量は略２〜３ｋｇ程度である。従って、ボビン３５は、芯金供給軸３３及びプーリー３２が回転するときには、これらと一体回転するとともにボビン３５自身も、ボビン３５の軸心を中心に回転可能であり、ボビン３５に巻かれた芯金２が繰り出されることによってボビン３５自身が回転するように構成されている。

ボビン３５から供給された芯金２は、芯金供給軸３３の内部を通り芯金供給軸３３の外部へと延び、チャック２０の挟み部２１に至る。芯金２は、上述のように３つの球状部材３１Ｄ、３１Ｄ、３１Ｄによって挟まれることによって、芯金２が芯金保持装置３０に対して図１の左右方向へ移動不能とすることができるため、芯金２を、後述のようにチャック２０と芯金保持装置３０との間で一直線状に張った状態で保持することができる。

芯金供給軸３３は装置本体１０に対して固定された第２回転軸受け部３６に軸受３７を介して回転可能に支承されている。芯金２にばね材３を巻付けるときには、芯金２は、チャック２０と芯金保持装置３０との間で一直線状に張られた状態で保持される。

ここで、芯金２は、断面が円形状をしたＳＷＰＡ、ＳＷＰＢ等のピアノ線からなる。芯金２に巻かれてばねとなるばね材３は、Ｎｉ−Ｔｉ合金により構成される形状記憶合金である。ばね材３の断面は長方形状をなしており異径線である。製造するばねの寸法は、ばねの一部をばねの軸方向に向かって切断したときの断面で見たときに、ばねの半径方向におけるばね材３の厚さをｔとして中心径が２．５ｔ以下となるようなものであり、中心径が極小径のばねである。従って、後述のように芯金２に巻かれた状態のばね材３は、強力なスプリングバック性を有している。

ばね製造装置１には図示せぬモータが設けられている。チャック２０、芯金保持装置３０は、両端にプーリー１１、１２が設けられた駆動軸１３を介して、図示せぬ制御装置に接続された図示せぬモータに駆動連結されている。より具体的には、駆動軸１３の一端のプーリー１１はチャック２０のプーリー２２に駆動連結されており、駆動軸１３の他端のプーリー１２は芯金保持装置３０のプーリー３２に駆動連結されている。図示せぬ制御装置による制御によりモータが駆動することによって駆動軸１３が回転し、チャック２０と芯金保持装置３０とが同一方向に同一回転数で、芯金２を回転軸として回転するように構成されている。モータは駆動源に相当する。

チャック２０と芯金保持装置３０との間の位置には、ばね材供給装置４０が設けられている。ばね材供給装置４０は、一直線状に張られた芯金２に平行にチャック２０と芯金保持装置３０との間を移動可能なピッチスライド台１４に設けられており、ピッチスライド台１４が芯金２に平行に移動するときには、ピッチスライド台１４と一体に移動する。ピッチスライド台１４は図示せぬモータに駆動連結されており、モータの駆動により所定の速度で移動可能である。

ばね材供給装置４０は、ばね材３が巻かればね材３を供給するボビン４１と、ボビン４１から供給されたばね材３を加熱し所定の長さのばね材３を加熱した状態でストックしておくための炉４２と、炉４２において加熱されストックされたばね材３を芯金２に巻いてゆく成形金型４３とを備えている。ボビン４１は、ボビン４１に巻かれたばね材３が繰り出されることにより回転し、ばね材３を成形金型４３を介して芯金２に供給する。ばね材供給装置４０はばね材供給手段に相当する。

ボビン４１は回転可能であり、ばね材３が芯金２に巻かれることにより繰り出されているときには、ボビン４１が回転しばね材３に必要以上に付加がかからないように構成されている。炉４２の内部は常温から略４００℃程度までの間の所望の温度に加熱可能であり、本実施の形態では略１００℃に維持され、ボビン４１から供給されたばね材３は炉４２内で加熱される。また、炉４２の内部には所定の半径を有するプーリー４４が設けられており、ばね材３はプーリー４４の周囲に巻かれる。プーリー４４の直径は、芯金２に巻かれるばね材３が常に炉４２によって加熱された状態となるようにばね材３を炉４２内にストックできる程度の値となっている。

このように、芯金２に巻かれる前にばね材３が加熱されるため、製造されたばねの外周面に反り返りが発生することを防止することができ、ばねの外周面を平坦にするためのいわゆるセンターレス工程を省くことができる。また、巻付け時にばね材３が折損したりクラックが生じたりすることを防止することができる。このため、芯金２に極小径にばね材３を巻くことを容易とすることができる。

成形金型４３は、炉４２からチャック２０と芯金保持装置３０との間で一直線状に張られている芯金２の位置に至るまで延出しており、内部には、ばね材３が通過できるように通路が形成されている。成形金型４３の芯金２に対向する位置には、通路に連通する図示せぬばね材供給口が形成されている。炉４２の内部で巻かれ加熱されたばね材３は、成形金型４３内部の通路を通って図示せぬばね材供給口から成形金型４３外部へと供給される。

成形金型４３の図示せぬばね材供給口を画成する図示せぬ口部は、成形金型４３に対して所定の角度でばね材３を安定して供給するように構成されている。成形金型４３及び炉４２は、ピッチスライド台１４に固定されており、芯金２にばね材３を巻くときには、芯金２に対して所定の角度をなす。この所定の角度は、製造されるばねの寸法等や、用いられるばね材３の種類や材質を考慮した値となっており、一点一様に決定される。このため、最適な角度で図示せぬばね材供給口から芯金２にばね材３を供給することができ、高い精度が要求される極小径のばねを製造することができる。

チャック２０と芯金保持装置３０との間に直線状に張られた芯金２に沿った位置であって、ピッチスライド台１４上の成形金型４３の位置よりもチャック２０寄りの位置には、固定装置５０が設けられている。固定装置５０は、２つのボビン５１、５２とかしめ固定装置６０とを備えている。ボビン５１、５２はばね材３が巻かれている芯金２の位置にかしめ材４を供給するためのものである。ボビン５１、５２が２つ設けられているのは、ばね材３が巻かれている芯金２上の２箇所の位置を同時にかしめ固定するためのかしめ材４を、当該２箇所の位置において同時に供給できるようにするためである。かしめ材４としては、安価な金属、例えばＳＰＣＣ（ＪＩＳＧ３１４１）等が用いられる。

かしめ固定装置６０は、図２（ａ）〜図２（ｅ）に示されるような２組の上型６１及び下型６２と、一対の折曲げ爪６３（図２（ｄ））と、線ガイド兼切断受刃６４とを備えている。なお、図２（ａ）〜図２（ｅ）では、便宜上１組の上型６１及び下型６２のみ図示している。上型６１は、下型６２に対して略鉛直上方に位置している。２組の上型６１及び下型６２は、芯金２の軸心を中心として放射状に配置された４本の図示せぬ成形スライドにそれぞれ設置されており、上型６１、下型６２は、芯金２の軸心を中心として油圧により互いに相対的に離接可能である。また、一対の折曲げ爪６３は上型６１と下型６２との間の位置に設けられており、上型６１が下型６２に対して相対的に移動する方向に対して垂直の方向に互いに離接可能である。上型６１が下型６２に当接するときには、一対の折曲げ爪６３は互いに離間し、上型６１の下型６２に対する相対移動に支障がないようにオフセットする。線ガイド兼切断受刃６４はかしめ材４を供給し、また、線ガイド兼切断受刃６４と上型６１とによってカシメ材４を剪断する。

上型６１の下型６２に対向する位置には、図２（ａ）に示されるように、上型６１が下型６２に対して相対的に離接する方向に切った断面形状が半円をなす凹部６１ａが形成されている。凹部６１ａの形状は、ばね材３が巻かれた状態の芯金２を直径方向に切った断面の形状の略半分に略一致している。

上型６１と下型６２との間に、図２（ａ）に示されるように下型６２にばね材３が巻かれた芯金２が載置され、その上に線ガイド兼切断受刃６４から供給されたかしめ材４が載置され、上型６１を矢印Ａの方向に移動させて上型６１を下型６２に対して相対的に接近させることによって、線ガイド兼切断受刃６４と上型６１とによりかしめ材４を剪断し、図２（ｂ）に示されるように、かしめ材４をばね材３が巻かれた芯金２に、凹部６１ａに嵌合させるようにして押しつける。

そして、図２（ｃ）に示されるように、下型６２を上型６１から離間させる方向、即ち、矢印Ｂの方向に移動させ、折曲げ爪６３を矢印Ｃの方向に移動させて折曲げ爪６３が凹部６１ａに嵌合していないかしめ材４の部分を、ばね材３が巻かれた状態の芯金２の外形に沿って湾曲させる。そして、図２（ｄ）に示されるように、折曲げ爪６３を矢印Ｄの方向に移動させ、下型６２を矢印Ｅの方向に移動させて、かしめ材４をリング状に変形させてばね材３が巻かれた芯金２をかしめ材４により環装する。そして、図２（ｅ）に示されるように、上型６１、下型６２をそれぞれ矢印Ｆ、矢印Ｇの方向に移動させて互いに離間させ、かしめ材４によってばね材３を芯金２にかしめ固定するように構成されている。

ばね材３を芯金２にかしめ固定するため、芯金２に巻付けられたばね材３の強力なスプリングバック性によってばね材３の巻き状態が解放されてしまうことを防止することができる。固定装置５０、ボビン５１、５２、かしめ固定装置６０は、それぞれ固定手段、かしめ材供給手段、かしめ固定手段に相当する。固定装置５０は、図示せぬ制御装置に接続されており、図示せぬ制御装置からの制御によってボビン５１、５２からのかしめ材４の供給を行ったり、上型６１を下型６２に対して相対的に離接したり、折曲げ爪６３によってばね材３を湾曲させたりすることができるように構成されている。

固定装置５０によりばね材３がかしめ固定された芯金２は、芯金２の供給方向における下流側、即ち、芯金保持装置３０からチャック２０へと向かう方向へ繰り出され、これに伴い、チャック２０と芯金保持装置３０との間の位置にばね材３の巻かれていない芯金２の部分が供給されるように構成されている。より具体的には、ばね材３がかしめ固定された後に、チャック２０の挟み部２１が開き、ピッチスライド台１４と一体にばね材供給装置４０及び固定装置５０が、一直線状に張られていた芯金２の方向であってチャック２０に接近する方向に平行に移動する。これに伴いボビン３５に巻かれている芯金２が繰り出されて芯金保持装置３０のボビン３５は回転し、ばね材３の巻かれていない芯金２の部分がチャック２０と芯金保持装置３０との間の位置に供給される。芯金保持装置３０のボビン３５は芯金供給手段に相当する。

チャック２０よりも芯金２の供給方向における下流側の位置であってばね製造装置１の装置本体１０外部の位置には、切断刃７１、７２が設けられている。切断刃７１、７２は、互いに対向して設けられており、互いに離接可能である。ばね材３が巻かれた状態の芯金２を所定の切断位置においてばね材３と共に剪断することにより切断する。所定の切断位置は、図１に示されるように、２つ同時にかしめ固定が行われる２つのかしめ位置の中間の位置２Ａである。

切断位置の直ぐ下流側に位置するかしめ材４は、当該下流位置にあるばね材３の巻かれた状態の芯金２の、最も上流に位置するかしめ材４Ａであり、切断位置の直ぐ上流側に位置するかしめ材４は、当該上流位置にあるばね材３の巻かれた状態の芯金２の、最も下流に位置するかしめ材４Ｂである。このように、固定装置５０によって同時に２つカシメ固定されたかしめ材４のうちの一方４Ａは、切断刃７１、７２よりも下流側に位置する図３に示されるようなばね材３の巻かれた芯金２のユニット５の上流端をなし、他方４Ｂは、切断刃７１、７２よりも上流側に位置する図３に示されるようなばね材３の巻かれた芯金２のユニット５の下流端をなす。切断刃７１、７２によって切断されることにより、図３（ａ）、図３（ｂ）に示されるようなばね材３が巻かればね材３がかしめ固定された芯金２の１ユニット５が製造される。

ばね製造方法では、先ず芯金保持工程を行う。即ち、芯金保持装置３０の図示せぬシリンダを駆動させ、芯金２を芯金保持部３１に対して図１の左右方向へ移動可能とし、芯金２が芯金保持装置３０のボビン３５からチャック２０の挟み部２１の位置に至るまで繰り出されることにより芯金２を供給する。また、ピッチスライド台１４をチャック２０に最も近い位置に移動させ、ばね材供給装置４０のボビン４１から炉４２、成形金型４３、及び図示せぬばね材供給口を通してばね材３を供給する。

次に、芯金２の一端をなす先端とばね材３の一端をなす先端とをチャック２０の挟み部２１に挟む。また、芯金保持装置３０の図示せぬシリンダの駆動を停止し、芯金２を芯金保持部３１に対して図１の左右方向へ移動不能とする。このとき、芯金２の一端に対する他端寄りの位置は、芯金保持装置３０によって保持されているため、芯金２が一直線状に張られた状態で保持される。以上が芯金保持工程である。

次にばね材巻付け工程を行う。ばね材巻付け工程では、図示せぬモータを駆動させることによりチャック２０の挟み部２１と、芯金保持装置３０の芯金狭持部３１及びボビン３５とを同方向に同一回転数で芯金２を回転軸として回転させる。これと同時にばね材供給装置４０と一体にピッチスライド台１４をチャック２０と芯金保持装置３０との間において芯金保持装置３０に接近する方向へ所定の速度で芯金２に平行に移動させながら、ばね材３を芯金２に供給し続ける。なお、チャック２０、芯金保持装置３０の回転数や、ピッチスライド台１４の移動速度は、製造されるばねの材質や形状等に基づき予め計算しておき、予め図示せぬ制御装置に入力しておくことにより制御される。芯金２に供給されるばね材３は、炉４２の内部で略１００℃に加熱され、プーリー４４に巻かれたものである。

チャック２０の挟み部２１と、芯金保持装置３０の芯金狭持部３１及びボビン３５とが回転することにより芯金２も回転しており、また、チャック２０の挟み部２１にばね材３の一端が挟まれた状態で回転しており、これらの回転を行いながらばね材供給装置４０と一体にピッチスライド台１４をチャック２０と芯金保持装置３０との間において芯金保持装置３０に接近する方向へ所定の速度で芯金２に平行に移動させてばね材３を芯金２に供給し続けるため、ばね材３が所定のピッチで芯金２に巻かれてゆく。このとき、ばね材３は芯金２に強く巻付けられるため、巻付けられたばね材３は反発することができない状態になっている。後述の固定工程では、このような状態のばね材３及び芯金２に対して行われるため、製造されるばねの精度に合った固定工程を行うことができる。

巻付けられるばね材３の長さは、製造されるばねの１本の長さよりも若干長い。これは、後述の固定工程でかしめ固定される部分を考慮したものである。チャック２０と芯金保持装置３０との間の所定の位置まで芯金２にばね材３を巻き終えると、図示せぬモータの駆動を停止し、チャック２０の挟み部２１と芯金保持装置３０の芯金狭持部３１及びボビン３５との回転を停し、ピッチスライド台１４の移動を停止する。

次に固定工程を行う。固定工程では、芯金２に巻付けられたばね材３のスプリングバック性によってばね材３の巻き状態が解放されないように、ばね材３が巻かれている芯金２の位置にかしめ材４を供給するかしめ材供給工程と、かしめ材４によって芯金２に巻かれた状態のばね材３を芯金２にかしめ固定するためのかしめ固定工程とを固定装置５０によって行い、芯金２にばね材３が巻かれた状態で、ばね材３の一部を芯金２にかしめ固定する。

次に芯金供給工程を行う。芯金供給工程では、チャック２０の挟み部２１を開き、また、図示せぬシリンダを駆動させて芯金狭持部３１の円筒形状部３１Ｂを図１の右方向へ押してやることによって、芯金狭持部３１の球状部材３１Ｄ、３１Ｄ、３１Ｄから芯金２を解放させる。そして、ピッチスライド台１４と一体にばね材供給装置４０及び固定装置５０を、一直線状に張られていた芯金２の方向であってチャック２０に接近する方向に平行に移動させることによって、ばね材３が巻かればね材３が芯金２に固定された状態の芯金２を、チャック２０と芯金保持装置３０との間の位置から芯金２の軸方向へ繰り出し、このことにより芯金保持装置３０のボビン３５が回転し、チャック２０と芯金保持装置３０との間の位置にばね材３が巻かれていない芯金２の部分を供給する。

次に、ばね材３の巻付けられている芯金２が送られることによって切断刃７１、７２の位置に至ると切断工程を行う。切断工程では、ばね材３が巻かれチャック２０と芯金保持装置３０との間の位置から繰り出されてきた芯金２を、所定の切断位置において切断刃７１、７２によって切断して、ばね材３が巻かればね材３がかしめ固定された状態の芯金２の１ユニット５（図３）を製造する。

そして最後に、記憶熱処理工程を行う。記憶熱処理工程では、ばね材３が巻かればね材３がかしめ固定された状態の芯金２のユニット５（図３）に対して記憶熱処理を行い、芯金２に巻かれたばね材３を形状記憶合金からなるばねとする。そしてかしめ材４及び芯金２を除去することにより形状記憶合金製のばねが製造される。

上述の工程が連続して繰り返し行われているときの芯金保持工程では、図１に示されるように、チャック２０の挟み部２１によって、芯金２の供給方向の最上流位置にある２つのかしめ位置のうちの下流側のかしめ材４Ｃを挟むことによって芯金２を保持する。従って、芯金２の供給方向の最上流位置にある２つのかしめ位置のうちの上流側のかしめ材４Ｄの位置が、次にばね材３を巻付け始める始点となる。

芯金２に巻付けられたばね材３のスプリングバック性によってばね材３の巻き状態が解放されないように、固定装置５０によって芯金２にばね材３が巻かれた状態でばね材３を芯金２に固定し、ばね材３が巻かれかしめ材４によってばね材３が芯金２に固定された状態の芯金２を、チャック２０と芯金保持装置３０との間の位置から芯金２の軸方向へ繰り出し、チャック２０と芯金保持装置３０との間の位置にばね材３が巻かれていない芯金２の部分をボビン３５から供給するようにしたため、極めて容易にばね材３を芯金２に固定することができ、ばね材３が巻かればね材３が固定された状態の芯金２を、順次ばね製造装置１から繰り出してゆくことができる。

このため、強力なスプリングバック性を有する形状記憶合金等からなる、中心径の小さい極小径のばねを量産することができる。ここで、極小径のばねとは、ばねの断面が本実施の形態のように異径線である場合には、前述のように中心径が２．５ｔ以下のばねである。また、ばね材３の断面が円形状の場合には、中心径をＤ、線径をｄとすると、Ｄ／ｄの値が２．０以下のばねである。

また、ボビン５１、５２から、ばね材３が巻かれている芯金２の位置にかしめ材４を供給し、かしめ固定装置６０により、かしめ材４によって芯金２に巻かれた状態のばね材３を芯金２にかしめ固定するようにしたため、比較的体積と質量とが小さいかしめ材４によりばね材３を芯金２へ固定することができ、記憶熱処理におけるエネルギーの効率を高めることができる。

本発明によるばね製造装置及びばね製造方法は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、本実施の形態では、ばね略一本分の長さのばね材３を芯金２に巻き付け、かしめ固定した後に芯金２を供給してチャック２０と芯金保持装置３０との間から繰り出して切断して、いわゆる一本取りでユニット５の製造を行ったが、ばね数本分の長さのばね材を芯金に巻き付けた後に、ばね数本分に対応した複数箇所についてかしめ固定を行い、最後に切断刃によって当該複数箇所における切断位置において切断することによって、一度に複数本取りで複数のユニットを製造するようにしてもよい。

また、本実施の形態では、ばね材３を芯金２にかしめ固定したが、これに限定されない。例えば、溶接により固定するようにしてもよい。

また、ばね材３は異径線であったが、この形状に限定されない。例えば、断面が円形状をしたばね材を用いてもよい。

また芯金２は、芯金保持装置３０においては芯金狭持部３１の球状部材３１Ｄ、３１Ｄ、３１Ｄによって挟まれて、チャック２０との間で一直線状に張った状態で保持されたが、これに代えて、チャック２０と同様のチャックを芯金保持装置に設け、当該チャックが、図示せぬエアシリンダの駆動により芯金を挟むことによって芯金をチャック２０との間で保持して、芯金２をチャック２０と芯金保持装置の当該チャックとの間で一直線状に張った状態で保持するようにしてもよい。更に、図１に示されるようなチャック２０と同一の種類のチャックでなく、異なる種類のチャックが用いられてもよい。

また、本実施の形態のチャック２０についても、図１に示される種類のチャックに限られず、チャック２０に代えて他の種類のチャックが用いられてもよい。

また、本実施の形態では、図示せぬテンション付与機構が設けられていたが、チャックと芯金保持装置とによって芯金に所望のテンションを付与することができる場合には、テンション付与機構を設けなくてもよい。

また、芯金２としてはピアノ線が用いられたが、ピアノ線に代えて、ＪＩＳＧ３５２１等の硬鋼線を用いてもよい。

また、芯金２に供給されるばね材３は形状記憶合金であったが、これに限定されない。また、ばね材３は炉４２の内部で略１００℃に加熱されたが、加熱されずに常温のままとされてもよい。また、ばね材が形状記憶合金ではない他の材料からなる場合には、必ずしも略１００℃に加熱されない。例えば、ばね材がＳＵＳからなる場合には約３００〜４００℃程度に加熱される。

また、ばね材３は異径線であったが、これに限定されない。例えば、ばね材の長手方向に垂直に切った断面が円形状のいわゆる丸線でもよい。丸線の場合には製造されるばねは、ＪＩＳに規定する自径巻き若しくはそれよりもばねの内径が小さくなるような寸法のものであり、中心径が極小径のばねであり強力なスプリングバック性を有する。

また、成形金型４３及び炉４２は、ピッチスライド台１４に固定され一点一様とされ、芯金２にばね材３を巻くときには芯金２に対して所定の角度をなしたが、製造されるばねに高い精度が要求されない場合には、このように固定にせずに回動可能としてもよい。例えば、成形金型及び炉を、図示せぬ回動軸を中心として一体に回動可能とし、芯金にばね材を巻くときには、芯金に対して所望の角度をなす状態で一時的に回動不能に固定するようにすればよい。このようにすることによって、ばね材の種類や材質や、製造されるばねの寸法等が変更されても、容易に対応することができる。この場合、一時的に回動不能とするためには、ボルト及びナット等が用いられる。

また、連続的にばね材３が巻かればね材３がかしめ固定された状態の芯金２を量産しているときに行われる芯金保持工程では、チャック２０の挟み部２１によって、芯金２の供給方向の最上流位置にある２つのかしめ位置のうちの下流側のかしめ材４Ｃを挟むことによって芯金２を保持したが、これに限定されない。例えば、芯金２の供給方向の最上流位置にある２つのかしめ位置のうちの上流側のかしめ材４Ｄを挟むことによって保持してもよく、また、かしめ材４Ｃ、４Ｄの両方を挟んでもよい。また、かしめ材４Ｃ、４Ｄの間に位置しているばね材３の巻かれた芯金２の部分を挟んでもよい。

本発明のばね製造装置及びばね製造方法は、特に、医療用カテーテルのガイドワイヤ等のような、線径に対して中心径の極めて小さく、且つ強力なスプリングバック性を有する極小径のばねを製造する分野において極めて有用である。

本発明の実施の形態によるばね製造装置を示す概略図。本発明の実施の形態によるばね製造装置の固定装置の動作を示す要部断面図であり、（ａ）はばね材が巻かれた芯金とかしめ材とが上型と下型との間に配置された状態を示し、（ｂ）は上型と下型とによって挟まれることにより、かしめ材がばね材の巻かれた芯金の外形に倣って湾曲される様子を示し、（ｃ）は折曲げ爪によってかしめ材がばね材の巻かれた芯金の外形に倣って湾曲される様子を示し、（ｄ）は折曲げ爪がかしめ材から離間する様子を示し、（ｅ）は上型と下型とがかしめ固定された芯金から離間する様子を示す。本発明の実施の形態によるばね製造装置によって製造された、ばね材が巻かれ両端をかしめ固定された芯金の１ユニットを示す側面図。

符号の説明

１ばね製造装置
２芯金
３ばね材
４かしめ材
２０チャック
３０芯金保持装置
３５ボビン
４０ばね材供給装置
５０固定装置

Claims

スプリングバック性を有し芯金に巻付けられるばね材とともに該芯金の一端寄りの位置を挟むことによって該芯金及び該ばね材を保持し、該芯金を回転軸として回転可能なチャックと、
該チャックとの間で該芯金を一直線状とした状態で該芯金の他端寄りの位置を保持し、該芯金を回転軸として回転可能な芯金保持手段と、
該チャック及び該芯金保持手段を該芯金を回転軸として同一回転数で回転させるための駆動源と、
該チャックと該芯金保持手段との間の位置に該芯金に平行に移動可能に設けられ、該チャック及び該芯金保持手段が該芯金を回転軸として同一回転数で回転することにより該芯金をその軸芯を中心として回転させているときに、該ばね材を供給しながら該芯金に平行に移動することにより、該チャックと該芯金保持手段との間に位置する該芯金の部分に該ばね材を巻付けてゆくためのばね材供給手段とを備えるばね製造装置であって、
該芯金に巻付けられた該ばね材のスプリングバック性によって該ばね材の巻き状態が解放されないように、該芯金に該ばね材が巻かれた状態で該ばね材を該芯金に固定するための固定手段と、
該ばね材が巻かれ該固定手段によって該ばね材が該芯金に固定された状態の該芯金を、該チャックと該芯金保持手段との間の位置から該芯金の軸方向へ繰り出し、該チャックと該芯金保持手段との間の位置に該ばね材が巻かれていない該芯金の部分を供給する芯金供給手段とを備えることを特徴とするばね製造装置。
該固定手段は、該ばね材が巻かれている該芯金の位置にカシメ材を供給するためのカシメ材供給手段と、該カシメ材によって該芯金に巻かれた状態の該ばね材を該芯金にカシメ固定するためのカシメ固定手段とを備えることを特徴とする請求項１記載のばね製造装置。
該芯金供給手段は、該芯金が巻かれ該芯金保持手段と一体回転可能に設けられたボビンからなることを特徴とする請求項１又は２記載のばね製造装置。
芯金を回転軸として回転可能なチャックによって、該芯金に巻付けられるばね材とともに該芯金の一端寄りの位置を挟むことにより該芯金及び該ばね材を保持し、該芯金を回転軸として回転可能な芯金保持手段によって、該芯金を該チャックと該芯金保持手段との間で一直線状とした状態で該芯金の他端寄りの位置を保持する芯金保持工程と、
該芯金を回転軸として該チャック及び該芯金保持手段を同一回転数で回転させることにより該芯金をその軸芯を中心として回転させているときに、該チャックと該芯金保持手段との間において該ばね材を供給させながら該芯金に平行に移動させることにより、該チャックと該芯金保持手段との間に位置する該芯金の部分に該ばね材を巻付けるばね材巻付け工程と、
該芯金に巻付けられた該ばね材のスプリングバック性によって該ばね材の巻き状態が解放されないように、該芯金に該ばね材が巻かれた状態で該ばね材の一部を該芯金に固定するための固定工程と、
該ばね材が巻かれ該ばね材が該芯金に固定された状態の該芯金を、該チャックと該芯金保持手段との間の位置から該芯金の軸方向へ繰り出し、該チャックと該芯金保持手段との間の位置に該ばね材が巻かれていない該芯金の部分を供給する芯金供給工程とを行うことを特徴とするばね製造方法。
該固定工程は、ばね材が巻かれている該芯金の位置にカシメ材を供給するカシメ材供給工程と、該カシメ材によって該芯金に巻かれた状態の該ばね材を該芯金にカシメ固定するためのカシメ固定工程とを有することを特徴とする請求項３記載のばね製造方法。
該芯金供給手段は、該芯金が巻かれ該芯金保持手段と一体回転可能に設けられたボビンからなることを特徴とする請求項４又は５記載のばね製造方法。