JP4369034B2

JP4369034B2 - 巻きばね製造装置

Info

Publication number: JP4369034B2
Application number: JP2000340232A
Authority: JP
Inventors: 正樹高橋; 博紀渡邉
Original assignee: Mitsubishi Steel Mfg Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Steel Mfg Co Ltd
Priority date: 2000-11-08
Filing date: 2000-11-08
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2020-11-08
Also published as: JP2002143964A

Description

【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５７−１１７４３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１２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５２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１２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３２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Ｐ１〜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５０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１６，１８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４０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１２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６８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６４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Ｐ１，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，Ｐ４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，Ｐ４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４４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５０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５０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６８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６８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６６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１２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３２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１２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１０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１２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

Claims

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、
を有し、
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巻きばね製造装置。
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。
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１または請求項２に記載の巻きばね製造装置。
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１〜３のいずれか１項に記載の巻きばね製造装置。