JP5529262B2 - 円錐ばねの荷重特性調節システム - Google Patents

Description

本発明は、線ばね成形装置において、線材ガイドである線材送出部から前方に送り出された線材を、その前方に配置した成形ツールに衝合させて巻回ることで成形する円錐ばねの荷重特性調節システムに関する。

線材を巻回させることによって線ばねを成形する装置としては、特許文献１（特開２００４−２３７３５２号）のものが知られている。この装置によれば、線材は、圧送ローラを有する線材圧送手段によってクイル（線材送出部）から成形ステージに送り出され、線材の軸線に直交する方向から線ばね成形ステージに向けて前進した、コイル成形ツールと衝合し、巻回させることでコイルに成形される。

また、成形されるコイルの径は、コイル成形ツールとクイルの距離に応じて変化する。即ち、成形されるコイルの径は、成形ツールとクイルの距離が近いほど、コイル径が小さくなり、成形ツールとクイルの距離が遠いほど、コイル径が大きくなる。従って、この線ばね成形装置により、クイルをクイル移動手段によって線材の軸線方向に等速度で移動させ（クイルを成形ツールから等速度で引き離し）つつ、クイルから等速度で送出した線材をコイル成形ツールと衝合させた場合には、コイル径が軸線方向に沿って徐々に変化（増加）するため、略円錐形状のばねが成形される。

しかし、円錐ばねの素材となる線材には、製造ロットの相違等により、線径に微少なバラツキが有るなどの特性の相違がある。従って、微妙に特性が異なる線材で同一形状の円錐ばねを形成しても、出来上がった円錐ばねは、得られた荷重特性にバラツキを生じ、設計上予定された範囲の荷重特性を備えていないことが多い。従って、円錐ばねを形成する際には、得られる荷重特性を線材のロット等に応じて調節する作業が必要になる。

そこで、円錐ばねの荷重特性の調節は、円錐ばねのできあがり形状を微妙に変えることで行なわれる。例えば、円錐ばねは、コイル中心軸方向に対する円錐ばね外周の傾斜度、即ちコイル中心軸方向に沿ったコイル径の増加度を変化させると、外形の微妙な変化によって得られる荷重特性が微妙に変化する。コイル中心軸方向に対する円錐ばね外周の傾斜度は、線ばね成形装置を図７（ａ）のように設定することで、図７（ｂ）に示す、略富士山型、略テーパー型及び略おわん型の間で変化する。

具体的には、線ばね成形装置の設定において、クイルの移動速度を等速度に固定し、クイルから等速度で送り出される線材の送り速度が途中で切り替わるようにする。

図７（ａ）は、円錐ばねを成形する際の線ばね成形装置における線材送り速度の設定を示し、図７（ｂ）は、設定に応じた出来上がり形状を示す。図７（ａ）の左上図と右上図の各横軸は、それぞれクイルからの線材の送り時間ｔを示す。符号ｔ１は、線材送り速度切り替えまでの時間を示し、ｔ２は、線材のトータルの送り時間を示す。また、図７（ａ）の左上図の縦軸は、線材の送り量Ｘを示し、右上図の縦軸は、クイルからの線材の送り速度Ｖを示す。図７（ａ）の左下図の横軸は、クイルの移動時間（ｔ１，ｔ２は線材の送り時間と同じ）ｔを示し、同図の縦軸は、クイルの移動距離Ｐを示す。

クイルは、上述したように図７（ｂ）に示すＰ１からＰ３の間を等速で移動（コイル成形ツールから引き離す）するように線ばね成形装置を設定する。一方、線材は、図７（ａ）右上図に示すように２段階の等速度でクイルから送出させるように線ばね成形装置を設定する。

線ばね成形装置による円錐ばねのコイル円周長は、巻き始め近傍よりも巻き終わり近傍の方が当然長くなる。従って、例えば、図７（ａ）の右上図（二点鎖線部分）に示すように、等速度でＰ１からＰ３まで移動するコイルから線材を一定速度Ｖ０で送り出した場合には、図７（ｂ）左図に示すようにコイル円周長が巻き初めから巻き終わりにかけて徐々に増加していくことに対して、クイルからの線材の送り量（送り速度）が増加せずに一定で有るため、コイルを一周巻く際のクイルの移動割合が、巻き初めから巻き終わりに向けて徐々に大きくなる。従って、コイル中心軸Ｌ０方向に対する円錐ばね外周の傾斜は、図７（ｂ）の左図に示すように、巻き始め近傍よりも巻き終わりの近傍において傾斜がきつくなる。その結果、図７（ｂ）の左図に示すように、クイルが移動するＰ１からＰ２間を前半（以降は単に前半とする）、Ｐ２からＰ３間を後半（以降は単に後半とする）とすると、コイル中心軸Ｌ０に対する円錐ばね外周の傾斜は、前半がゆるく、後半がきつく形成されるため、出来上がった円錐ばねは、外周が内側に凹んだ略富士山型（以降は、この形状を略富士山型と表現する）に形成される。

一方、コイル中心軸Ｌ０に対する円錐ばね外周の傾斜は、線材の送り速度を増速すれば傾斜がゆるくなり、線材の送り速度を減速すれば傾斜がきつくなる。そこで、図７（ａ）右上図（実線部分）に示されるように、前半（０〜ｔ１）におけるクイルからの線材の送り速度をＶ０から所定の等速度Ｖ１に減速し、後半（ｔ１〜ｔ２）の線材送り速度をＶ０から所定の等速度Ｖ２に増速した場合、円錐ばね外周の傾斜は、図７（ｂ）中央図に示すように、前半が（ｂ）左図に比べてよりきつく、後半がよりゆるやかになる。その結果、円錐ばねの出来上がり形状は、略富士山型から外周の傾斜が略一定の略テーパー型（以降は、この形状を略テーパー型と表現する）に微少変化し、得られる荷重特性が微調節される。

更に、図７（ａ）右上図（一点鎖線部分）に示されるように、前半（０〜ｔ１）の線材送り速度をＶ１から更にＶ３に減速し、後半（ｔ１〜ｔ２）の線材送り速度をＶ２からＶ４に増速した場合、円錐ばね外周の傾斜は、図７（ｂ）右図に示すように、前半が（ｂ）中央図より更にきつく、後半が更にゆるやかになる。その結果、円錐ばねの出来上がり形状は、略テーパー型から外周が外側に突出した略おわん型（以降は、この形状をおわん型と表現する）に微少変化し、得られる荷重特性が更に微調節される。

上述したように、従来における円錐ばねの荷重特性の微調節は、線ばね成形装置に設定する、クイルがＰ１からＰ２まで移動する時間ｔ１までの前半の等速度変数（ここでは、ａとする）と、クイルがＰ２からＰ３まで移動する時間ｔ１からｔ２までの後半の等速度変数（ここでは、ｂとする）の組み合わせによって円錐ばねを試作し、所定の荷重特性が得られなければ、作業員が等速度変数（ａ，ｂ）の組み合わせを設定変更して、富士山型から略おわん型の間で形状が微妙に異なる円錐ばねを再度試作し、所定の荷重特性を有する円錐ばねが得られるまで、円錐ばねの試作を繰り返すことによって行なわれていた。

特開２００４−２３７３５２号

円錐ばねを成形する場合、作業者は、成形された円錐ばねに所定の荷重特性が得られるまで線ばね成形装置の等速度変数（ａ，ｂ）の設定変更を何度も繰り返さなければならない。ある特性を有する線材に最適な等速度変数（ａ，ｂ）を決定する作業は、等速度変数（ａ，ｂ）の組み合わせの数が多大になるため、最適な組み合わせが見つかるまで作業員に多大な労力を強いると共に、多大な時間を必要とする。

従って、ある特性を備えた線材に適した、線ばね成形装置への設定値（従来は等速度変数ａ、ｂ）を決定する作業は、出来るだけ簡単かつ短時間に行えることが望ましい。そこで、本願出願人は、円錐ばねの成形を繰り返す際に成形装置に入力する変数の設定項目数を減らしつつ、従来と同様に円錐ばねの出来上がり形状を変化させつつ荷重特性の調節が出来れば、円錐ばねを繰り返し試作することによる労力と時間を軽減できるのではないかと考えた。

本願発明は、上記問題に鑑み、形状が微妙に異なる円錐ばねを複数試作することで得られる荷重特性を調節する際に、線ばね成形装置に設定する数値（従来は速度変数ａ、ｂ）の項目数を減らすことにより、当該数値決定までの作業時間と作業者への負担を大幅に低減した、円錐ばねの荷重特性調節システムを提供するものである。

前記課題を解決するために請求項１における、円錐ばねの荷重特性調節システムは、線材を線材送出部から前記線材の軸線方向に沿って送出させる線材送出手段と、前記線材送出部に対向して少なくとも一つ配置され、送出された前記線材を衝合させて巻回させる成形ツールと、前記線材の巻回を螺旋状にする螺旋化手段と、線材送出中の前記線材送出部と成形ツールの距離を動的に変化させることで前記線材の巻回径を徐々に変化させる巻回径調節手段と、を有する線ばね成形装置によって、円錐ばねを成形する際の荷重特性調節システムであって、前記線材送出手段によって線材を等加速度で線材送出部から送出させ、該送出の等加速度を調節することによって、生成される円錐ばねの荷重特性を調節し、生成される円錐ばねの荷重特性を調節するようにした。

（作用）線ばね成形装置に設定入力する線材の送出加速度を調節することによって、円錐ばねの出来上がり形状が変化し、異なる荷重特性を備えた円錐ばねが成形される。

従来、略富士山型、略テーパー型及び略おわん型の間で行なわれていた、円錐ばねの出来上がり形状の調節、即ち円錐ばねの荷重特性の調節は、線ばね成形装置に設定する「線材送出部からの線材送り速度の複数の組み合わせ（例えばａ，ｂ）」を作業員が変更して円錐ばね出来上がり形状を変化させることで行なわれていたが、前記組み合わせの通り数が多大であったため、ある特性を有する線材に最適な「線材送り速度の組み合わせ」を確定するまで多大な時間と労力が必要とされた。

しかし、本願請求項１の円錐ばねの荷重特性調節システムでは、「線材送り速度の組み合わせ」ではなく、線材送出部から一定の等加速度で送出させた「線材の送り加速度」を変えることによって、略富士山型、略テーパー型及び略おわん型の間で行なわれる、従来と同様の円錐ばねの形状調節が可能になる。

言い換えると、本願請求項１の円錐ばねの荷重特性調節システムは、円錐ばねの出来上がり形状を変更するための線ばね成形装置の設定項目が「線材の送り加速度」一項目だけであるため、「線材送り速度の組み合わせ」を２項目以上設定変更しなければ本願と同様の形状変化を得られない従来の調節システムよりも試行回数が少ない（従来の試行回数は、設定値の２乗回）。即ち、その線材に最適な設定値（本願では加速度）を得るまでの試行回数と作業時間は、大幅に低減される。

また、請求項２における、円錐ばねの荷重特性調節システムは、線材を線材送出部から前記線材の軸線方向に沿って送出させる線材送出手段と、前記線材送出部に対向して少なくとも一つ配置され、送出された前記線材を衝合させて巻回させる成形ツールと、前記線材の巻回を螺旋状にする螺旋化手段と、線材送出中の前記線材送出部と成形ツールの距離を動的に変化させることで前記線材の巻回径を徐々に変化させる巻回径調節手段と、を有する線ばね成形装置によって、円錐ばねを成形する際の荷重特性調節システムであって、前記巻回径調節手段が線材送出中の前記線材送出部と成形ツールの少なくとも一方を等加速度で移動させ、該移動の等加速度を調節することによって、生成される円錐ばねの荷重特性を調節し、生成される円錐ばねの荷重特性を調節するようにした。

（作用）本願請求項２では、本願請求項１で線材の送り加速度を調節した代わりに、巻回径調節手段によって線材送出部または成形ツールの少なくとも一方を等加速度で移動させながら線材送出部と成形ツールの距離を変化させ、前記移動の等加速度を調節することによって、円錐ばねの出来上がり形状が変化し、円錐ばねの荷重特性が調節される。

言い換えると、本願請求項２の円錐ばねの荷重特性調節システムは、円錐ばねの出来上がり形状を変更するための線ばね成形装置の設定項目が「線材送出部または成形ツールの一方の移動加速度」一項目だけであるため、「線材送り速度の組み合わせ」を２項目以上設定変更しなければ本願と同様の形状変化を得られない従来の調節システムよりも試行回数が少ない（従来の試行回数は、設定値の２乗回）。即ち、その線材に最適な設定値（本願では加速度）を得るまでの試行回数と作業時間は、大幅に低減される。

また請求項３における円錐ばねの荷重特性調節システムは、線材を線材送出部から前記線材の軸線方向に沿って送出させる線材送出手段と、前記線材送出部に対向して少なくとも一つ配置され、送出された前記線材を衝合させて巻回させる成形ツールと、前記線材の巻回を螺旋状にする螺旋化手段と、線材送出中の前記線材送出部と成形ツールの距離を動的に変化させることで前記線材の巻回径を徐々に変化させる巻回径調節手段と、を有する線ばね成形装置によって、円錐ばねを成形する際の荷重特性調節システムであって、前記螺旋化手段が、前記線材を円錐ばねの成形方向に押圧しつつ前記円錐ばねの成形方向に沿って移動可能に構成されて、巻回された線材を前記該移動量に応じたピッチで螺旋状にするピッチツールであり、前記ピッチツールを等加速度で移動させることによって、前記螺旋のピッチを徐々に変化させ、移動する前記ピッチツールの等加速度を調節することによって、生成される円錐ばねの荷重特性を調節し、生成される円錐ばねの荷重特性を調節するようにした。

（作用）円錐ばねの荷重特性は、円錐ばねのピッチ態様を変化させることによっても調節することが出来る。本願請求項３では、円錐ばねの成形方向にピッチツールを等加速度で移動させて、前記螺旋のピッチを徐々に変化させ、移動する前記ピッチツールの等加速度を調節することによって、円錐ばねの出来上がり形状が変化し、円錐ばねの荷重特性が調節される。

言い換えると、本願請求項３の円錐ばねの荷重特性調節システムは、円錐ばねの出来上がり形状を変更するための線ばね成形装置の設定項目が「ピッチツールの移動加速度」１項目だけであるため、「線材送り速度の組み合わせ」を２項目以上設定変更しなければ本願と同様の形状変化を得られない従来の調節システムよりも試行回数が少ない（従来の試行回数は、設定値の２乗回）。即ち、その線材に最適な設定値（本願では加速度）を得るまでの試行回数と作業時間は、大幅に低減される。

本願各請求項に記載された円錐ばねの荷重特性調節システムによれば、円錐ばねの形状変化の際に変更すべき線ばね成形装置の設定項目が２以上の組み合わせでなく１項目になり、特定の特性をもった線材に必要な線ばね成形装置の設定値を得るまでの試行回数が減少するため、前記設定値の決定作業が容易になり、作業時間と作業者への負担が大幅に低減される。

本発明で使用するコイリングマシンの第１実施例の正面図である。 第１実施例のポイントツールユニットの正面図である。 ポイントツールユニットを裏面側から見た斜視図である。 線材送出部とポイントツール周辺の拡大斜視図である。 線材送出部とポイントツール周辺の拡大正面図である。 第１実施例のコイリングマシンによる円錐ばねの成形状況を示す、線材送出部とポイントツール周辺の平面図である。 （ａ）は、従来技術における線材送出部からの線材送りと線材送出部の移動の制御を示すグラフである。（ｂ）は、（ａ）の制御に基づいて形成される円錐ばねの出来上がり形状を示す図である。 （ａ）図は、本願各実施例における線材送出部からの線材送りと線材送出部の移動制御を示すグラフである。（ｂ）図は、（ａ）の制御に基づいて形成される円錐ばねの出来上がり形状を示す図である。 本願の第２実施例であるコイルばね成形装置の一部を断面で示す正面図である。 図９のコイル成形ツールの拡大断面図である。 （ａ）ツールホルダにおける右巻き用と左巻き用のコイル成形用ツール本体の配置を示す図である。（ｂ）右巻き用コイル成形用ツール本体１３４Ａを（ａ）図のＩＩ方向から見た図である。（ｃ）左巻き用コイル成形用ツール本体１３４Ｂを（ａ）図のＩＩＩ方向から見た図である。 第２実施例の線ばね成形装置による円錐ばねの成形状況を示す、クイルとコイル成形ツール本体周辺の平面図である。

コイルばね成形装置（コイリングマシン）に関する本願の第１実施例を図１から図５によって説明する。

第１実施例のコイリングマシン（線ばね成形装置）１５０は、線材１を成形ステージ２００に向けて送り出す線材送出ユニット１５１と、線材送出ユニット１５１から送り出される線材１を衝合させて強制的に湾曲させるポイントツールユニット１５２と、湾曲した線材１をガイドする芯金１５３と、湾曲した線材１をコイル成形方向に押圧して螺旋状のコイルに成形するピッチツール１５４と、コイル末端等で線材１を切断する切断ユニット１５５を有する。

線材送出ユニット１５１は、線材１の軸線Ｘ１に沿って線材１を導くガイド溝１５６ａを有する線材ガイド１５６と、図示しないフィード用モーターの駆動によって線材ガイド１５６上の線材１を挟持しつつ回転し、線材ガイド１５６の先端側（図のＤ１方向）へ送る一対のフィードローラー（１５７ａ、１５７ｂ）と、線材ガイド１５６の先端に設けられて成形ステージ２００に向かって線材を送り出す線材送出部１５８を有する。

ポイントツールユニット１５２は、線材送出部１５８から送出された線材１を衝合させて湾曲させる衝合溝１５９を先端に備えたポイントツール１６０と、ポイントツール１６０を表面に搭載したスライドテーブル１６１と、スライドテーブル１６１を線材の軸線Ｘ１方向に沿って移動させて、ポイントツール１６０の先端と線材送出部１５８との間隔（距離）を動的に調節する巻回径調節手段１６２によって構成される。衝合溝１５９を有するポイントツール１６０の先端は、線材送出部１５８と対向する位置に配置される。

また、線材送出部１５８と衝合溝１５９との間には、円錐ばねの成形方向（図４のＣＦ方向。以下同じ）に向かって軸線Ｘ１と直交する直線Ｘ２（図６の成形されるコイルの中心軸）に沿って芯金１５３が配置される。芯金１５３は、半円形状の断面を有し、円形外周が衝合溝側に向けて配置され、衝合溝１５９で湾曲させられた線材１をピッチツール１５４に向けてガイドする。

成形されるコイルの径は、線材送出部１５８と衝合溝１５９との距離Ｌ１
に比例して大きく形成される。線材送出部１５８と衝合溝１５９との距離は、線材送出部１５８にポイントツール１６０を接近させ、または線材送出部１５８からポイントツールを引き離す巻回径調節手段１６２によって調節される。

巻回径調節手段１６２は、コイリングマシン１５０の所定位置にボルト１６３ｆ等によって固定されて、スライドテーブル１６１を線材の軸線Ｘ１方向に移動可能に保持する一対のスライドレールユニット１６３と、スライドテーブル１６１の裏面に設けられたカム受け部材１６４と、図示しないカム用モーターによって回動し、カム受け部１６４の外周を押圧することによって、スライドテーブル１６１に搭載されたポイントツール１６０を線材の軸線Ｘ１方向にそって一方に移動させるカム部材１６５と、カム受け部材１６４をカム部材１６５の押圧方向と逆向きに付勢してカム部材１６５による移動方向と逆向きにスライドテーブル１６１を移動させるばね部材１６６とを有する。

スライドレールユニット１６３は、スライドレール（１６３ａ，１６３ｂ）を上下に有し、ばね部材１６６の取付部１６３ｃとストッパ１６３ｄを後端部１６３ｅに有する。スライドテーブル１６１は、スライドレール（１６３ａ，１６３ｂ）に上下から保持されて線材の軸線Ｘ１に沿ってＴＦ方向（線材送出部１５８方向。以下同じ）またはＴＲ方向（後端部１６３ｅ方向。以下同じ）のいずれかにスライドする。また、スライドテーブル１６１には、後端部１６３ｅのばね部材取付部１６３ｃに一端を取り付けたばね部材１６６の他端が取り付けられ、スライドテーブル１６１は、ばね部材１６６からＴＲ方向の付勢力を受ける。また、ストッパ１６３ｄは、線材の軸線Ｘ１に沿って進退可能に後端部１６３ｅに螺着され、後端部１６３ｅからＴＦ方向に突出した先端部１６３ｇが、ユニットの後端部１６３ｅに接触せず、ばね部材１６６によってＴＲ方向に付勢力を受けるスライドテーブル１６１の後端部１６１ａに接触することによって、ストッパの役目を果たす。

第１実施例では、図３にあるカム部材１６５の外周の半径は、反時計回りｄ２方向に向かって増加するよう形成されている。従って、図示しないカム用モーターによってカム部材１６５を時計回りｄ１方向に回転させると、カム受け部１６４は、一体であるスライドテーブル１６１と共にスライドレール（１６３ａ、１６３ｂ）に沿ってＴＦ方向に押圧され、スライドテーブル１６１上のポイントツール１６０の先端が線材送出部１５８に接近する。また、カム部材１６５を反時計回りｄ２方向に逆回転させると、ばね部材１６６のＴＲ方向の付勢力によって、カム部材１６５の外周がカム受け部１６４に当接しつつ回転すると共に、スライドテーブル１６１は、スライドレール（１６３ａ、１６３ｂ）に沿ってＴＲ方向に移動し、ポイントツール１６０が線材送出部１５８から離れる。

尚、第１実施例においては、線材の軸線Ｘ１に沿って進退動作するポイントツール１６０（巻回径調節手段１６２）が一つだけ配置されているが、コイリングマシン１５０においては、コイルの中心軸Ｘ２に向かって進退動作するポイントツール１６０（巻回径調節手段１６２）を中心軸Ｘ２の周囲に放射状に複数配置（図示せず）し、複数のポイントツール１６０を中心軸Ｘ２方向に動的に進退動作させることで成形されるコイル径の調節を行なってもよい。

また、湾曲した線材１の延伸方向には、芯金１５３に隣接して設けられ、湾曲した線材１が先端に衝合するピッチツール１５４が配置される。ピッチツール１５４の先端には、湾曲した線材１の進入位置からコイルばね成形方向（ＣＦ方向）に向かって傾斜し、衝合した線材１をコイル成形方向（ＣＦ方向）に押圧する押圧部１６７が設けられる。またピッチツール１５４は、図示しないアクチュエータ機構等により軸線Ｘ１と直交する直線Ｘ３に沿って図４のＣＦ方向、またはＣＦと逆向きのＣＲ方向（以下同じ）に進退可能に構成されると共に、直線Ｘ３を中心に回動可能に構成される。

図４，５に示すように、線材送出部１５８から送出し、ポイントツール１６０の衝合溝によってコイルばね成形方向に直交する面に沿って湾曲させられた線材１は、湾曲した内側を芯金１５３にガイドされつつ、ピッチツール１５４の押圧面１６７に接触する。押圧部１６７に接触した線材１は、図６に示すようにコイルばね成形方向（ＣＦ方向）に押圧されることによって螺旋状に巻回されるため、コイルばねに成形される。コイルばね成形後は、成形ステージ２００に向けて進退可能に構成した切断ツール１５５の先端を線材１の切断すべき箇所に押し当てて切断する。

成形されるコイルばねのピッチは、押圧部１６７に線材１が衝合した状態のピッチツール１５４をＣＦ方向に移動させた距離に比例して大きくなり、ＣＲ方向に戻すほど小さくなる。

円錐ばねの成形は、線材１の巻回が進むにつれてコイル径を徐々に増減させることで行なわれる。本願第１実施例のコイリングマシン１５０においては、例えば図６に示すように図示しないカム用モーターを制御して、所定の等速度でポイントツール１６０を搭載したスライドテーブル１６１を軸線Ｘ１に沿って右（ＴＲ方向）に移動させることで線材送出部１５８からポイントツール１６０を徐々に引き離しつつ、線材送出部１５８から所定の等加速度で送出した線材１をポイントツール１６０の衝合溝１５９に衝合させることによって円錐ばねが成形できる。または、それと反対に、所定の等加速度でスライドテーブル１６１（ポイントツール１６０）をＴＲ方向に移動させつつ、線材送出部１５８から所定の等速度で送出させた線材１を衝合溝１５９に衝合させることによっても円錐ばねが形成出来る。

また、円錐ばねの出来あがり形状は、以下に示す制御により、スライドテーブル１６１（ポイントツール１６０）を等速度で移動させた場合に線材の送り等加速度を調節し、線材を等速度で送り出した場合におけるスライドテーブル１６１の移動等加速度を調節することによって、略富士山型、略テーパー型及び略おわん型の間で容易かつ自由に調節出来る。

円錐ばねを成形する際の線ばね成形装置の制御法を図８により具体的に説明する。図８（ａ）に示されるのは、本願各実施例の制御法である。１２（ａ）の左上図と右上図の各横軸は、それぞれ線材送出部１５８からの線材送りの経過時間ｔを示し、前記左上図の縦軸は、それぞれ線材送出部１５８からの線材の送り量Ｘを示し、前記右上図の縦軸は、線材送出部１５８からの線材の送り速度Ｖを示す。図８（ａ）の左下図の横軸は、ポイントツール１６０を搭載したスライドテーブル１６１の移動時間ｔを示し、前記左下図の縦軸は、スライドテーブル１６１の移動量Ｐを示す。

ポイントツール１６０（スライドテーブル１６１）は、図示しないカム用モーターを数値制御することで、線材送出部１５８から送出された線材１を衝合溝１５９に照合させつつ、軸線Ｘ１に沿って等速度でｔ２時間、図８（ａ）の左下図のＰ１からＰ３まで移動させる。図示しないフィードモーターの数値制御によって図８（ａ）の右上図に示すように線材送出部１５８からの線材の送り速度を仮に終始等速度Ｖ０にした場合には、従来と同様に、図８（ｂ）の左図に示すように、円錐ばね外周面の中央が内側に凹んだ略富士山型の円錐ばねが形成される。

本実施例においては、線材の送り速度が図８（ａ）の右上図に示されるようにＶ＝ａ（ｔ−ｔ１）+Ｖ０となるように線ばね成形装置を設定し、線材が線材送出部から所定の等加速度で送り出されるようにする。ａは、加速度に関する変数（例えば０〜１００までの作業者が手動で設定変更する０以上の整数等）である。ｔは、線材送りの経過時間、ｔ１は、ｔ１＜ｔ２となる所定の時間の固定値（ｔ２は、線材のトータル送り時間）、Ｖ０は所定の等速度に関する固定値である。作業者は、線ばね成形装置に予め固定値（ｔ２、ｔ１、Ｖ０）を設定の上、変数ａの設定を０、１，２・・・１００というように変えることで線材の送り加速度を変えながら円錐ばねを試作し、所定の荷重特性が得られるまで試作を繰り返す。

変数ａをより大きくすると、時間ｔ１、速度Ｖ０の箇所を中心として、速度の傾き、即ち加速度が大きくなる。その際の線材送り量は、図８（ａ）左上図のようになる。即ち、ａ＝０においては、線材送り量がＸ＝Ｖ０×ｔとなり、線材の送り始めから送り終わりに向けて、中心軸Ｌ０に対する円錐ばね外周の傾斜が徐々にきつくなるため、図８（ｂ）の左図に示すような略富士山型の円錐ばねが形成される。

一方、作業者が加速度に関する設定値ａをａ＝１、２，３と増やして行くと、線材送り量Ｘは、Ｘ＝ａ／２×ｔ^２+（Ｖ０−ａ×ｔ１）×ｔとなり、図８（ａ）左上図の実線に示すような加速度的な曲線状に送出される。即ち、線材は、ａ＝０の設定をした際に比べて、前半にゆっくりと送出され、後半に早く送出されるため、中心軸Ｌ０に対する円錐ばね外周の傾斜は、線材送りの前半と後半でほぼ一定になる。その結果、円錐ばねの出来上がり形状は、所定値ａにおいて、図８（ｂ）の中央図に示すような「略テーパー型」になる。

さらに、作業者が前記「所定値ａ」よりもａを大きく設定した場合には、図８（ａ）左上図の一点鎖線に示すように、前半の線材送りが更に遅れ、後半の線材送りが更に早くなるため、円錐ばねの傾斜は、線材送りの前半にきつく、後半にゆるやかになる。その結果、円錐ばねの出来上がり形状は、ある値ａにおいて、図８（ｂ）の右図に示すような「略おわん型」になる。

作業者は、上述したように、特定の特性を有する線材について、線材の送り加速度に関する変数を１項目のみを例えばａ＝０から１，２，・・・１００まで変更すれば、円錐ばねの出来上がり形状を略富士山型から略おわん型まで（またはピッチの増加割合が異なるように）微妙に変化させて、得られる荷重特性を調節することが出来る。形状が異なる円錐ばねを繰り返し試作し、得られた荷重特性が所定範囲に含まれた場合の設定値ａは、そのロットの線材の最適値となるため、設定値ａで円錐ばねを量産すれば、目的とした荷重特性を有する円錐ばねが量産出来る。作業者は、加速度に関する変数一種類を設定変更すれば荷重特性が調節出来、従来の「速度の組み合わせ」のように２項目以上の変数を変更する必要が無い。従って、所定の特性を有する線材に最適な設定値ａが容易に確定されることによって、得られる円錐ばねの荷重特性が容易に調節できる。

尚、本実施例においては、ポイントツール１６０（スライドテーブル１６１）の移動速度を等速度に固定し、線材送出部１５８から送り出される線材１の等加速度を調節して円錐ばねの出来上がり形状を変化させているが、これとは逆に、コイリングマシン１５０の設定において、例えば、線材１の送り出しを等速度に固定し、スライドテーブル１６１を図８左上図、右上図の条件を満たす（スライドテーブル１６１の移動量がＸ、移動速度がＶの定義式を満たすようにする）ような等加速度で移動させ、その移動する等加速度を調節（加速度に関する設定値ａを調節）したとしても、円錐ばねの出来上がり形状を、同様に（略富士山型から略おわん型まで）変化させて荷重特性の調節をすることが出来る。また、円錐ばねの中心軸Ｘ２に向かって進退可能な複数のポイントツール１６０を複数配置した場合（図示せず）には、それぞれを搭載したスライドテーブル１６１を図８左上図、右上図の条件を満たすような等加速度で移動させ、その移動する等加速度を調節する。

一方、円錐ばねの荷重特性は、円錐ばねのピッチ態様を変化させることによっても調節することが出来る。円錐ばねによる荷重は、小径側のピッチが大きく、大径側のピッチが小さくなるように調節すれば弱くなり、小径側のピッチが大きく、大径側のピッチが小さくなるよう調節すれば逆に強くなる。

このような観点から、円錐ばねの加重調節は、上述した円錐ばねスライドテーブル１６１（ポイントツール１６０）の移動加速度調節と線材送り加速度調節の代わりに、円錐ばね成形方向（ＣＦ方向）に等加速度で移動させたピッチツール１５４の移動加速度調節によっても行なうことが出来る。

図示しないアクチュエータ機構の制御によってピッチツール１５４を円錐ばねを成形するＣＦ方向に等加速度で移動させた場合には、円錐ばねのピッチが図６のＣＦ方向に向かって加速度的に増加する。ピッチツール１５４の移動等加速度を調節した場合には、ピッチの増加態様が変化し、円錐ばねの出来上がり形状が微妙に変化するため、円錐ばねに得られる荷重特性の調節をすることが出来る。

そこで、コイリングマシン１５０の設定においては、例えば、線材送出部１５８からの線材１の送り速度（または加速度）と、スライドテーブル１６１の移動する速度（または速度）を固定し、ピッチツール１５４を図８左上図、右上図の条件を満たす（ピッチツール１５４の移動量がＸ、移動速度がＶの定義式を満たすようにする）ような等加速度で移動させ、その移動する等加速度を調節（加速度に関する設定値ａを調節）すれば、円錐ばねのピッチ増分の変化に応じて出来上がり形状を変化させ、荷重特性の調節をすることが出来る。

その際、作業者は、コイリングマシン１５０の設定において、スライドテーブル１６１の移動加速度（ピッチツール１５４の移動加速度調節で荷重特性を調節する場合には、ピッチツールの移動加速度）に関する変数１項目のみを例えばａ＝０から１，２，・・・１００まで変更すれば、円錐ばねの出来上がり形状を略富士山型から略おわん型まで（またはピッチの増加割合が異なるように）微妙に変化させて、得られる荷重特性を調節することが出来る。形状が異なる円錐ばねを繰り返し試作し、得られた荷重特性が所定範囲に含まれた場合の設定値ａで円錐ばねを量産すれば、そのロットの線材により、目的とした荷重特性を有する円錐ばねが量産出来る。作業者は、加速度に関する変数一種類を設定変更するだけで、得られる円錐ばねの荷重特性を容易に調節できる。

次に、円錐ばねを成形可能な線ばね成形装置の第２実施例を図９から図１２によって説明する。

線材送出部１５８を固定してポイントツール１６０側を移動させる第１実施例とは逆に、第２実施例の線ばね成形装置３００は、ポイントツール１６０に相当するコイル成形ツール１２０を固定し、線材送出部１５８に相当するクイル１０側を線材の軸線Ｘ１方向に移動させることによって、円錐ばねの成形と荷重特性の調節を行なう。

これらの図において、本実施例に示す線ばね成形装置３００は、挟持した線材１を線材ガイドであるクイル１０を介して前方の成形ステージ１００（図９参照）に送り出す一対の圧送ローラ２２，２２を有する線材送出手段２０と、成形ステージ１００に向かって進退動作可能なのコイル成形ツール１２０とを備え、コイル成形ツール１２０を成形ステージ１００に前進させて、クイル１０の先端部から成形ステージ１００に送り出される線材１に衝合させて巻回させることで、コイルばねを成形するように構成されている。

符号３は、架台２上に設けられた固定フレームで、固定フレーム３には、線材１の軸線Ｘ１に沿ってクイル１０を進退動作させて、コイル成形ツール１２０とクイル１０との間隔を動的に変更するリニアウェイスライド５０（本願請求項１以降の巻回径調節手段）が設けられている。即ち、固定フレーム３には、クイル１０と線材送出手段２０がスライドフレーム４を介して一体に搭載されたスライドテーブル５２が、線材１の軸線Ｘ１に沿ってスライド可能に組み付けられている。スライドテーブル５２に一体化されたクイル１０は、固定フレーム３に設置されたサーボモータＭ５０によって回転駆動するボールねじ５４を介して、線材１の軸線Ｘ１に沿って図１０に示すＫＦ方向またはＫＲ方向に進退動作できる。図９の圧送ローラ２２、２２は、図示しない歯車機構を介して駆動用モータＭ２２の駆動力を受けることにより、上方のローラ２２が反時計回り、下方のローラ２２時計回りに回転して挟持した線材１をクイル１０から成形ステージ１００に送り出す。

また、線材１の軸線Ｘ１と直交する方向に沿った上方には、リニアスライド１１０が配置されている。このリニアスライド１１０には、コイル成形ツール１２０を搭載したツールスライドテーブル１１２が搭載され、ツールスライドテーブル１１２は、サーボモータＭ１１０によって、クイル１０先端の線ばね成形ステージ１００に対して進退動作する。サーボモータＭ１１０の出力軸とツールスライドテーブル１１２間には、サーボモータＭ１１０の回転を直線運動に変換するクランク機構１１４が介装されて、ツールスライドテーブル１１２の進退動作が制御される。

コイル成形ツール１２０は、進退動作可能なツールスライドテーブル１１２に、ツールスライドテーブル１１２の進退方向と平行な回転軸１３３をもつ回転体であるツールホルダ１３２に左巻き用と右巻き用の一対のコイル成形ツール本体１３４Ａ，１３４Ｂを前記回転軸１３３を挟んで対向して設けたツール回転ユニット１３１と、回転ユニット１３１を回動させるサーボモータＭ１３２を搭載した構造となっている。符号１３２ａは、サーボモータＭ１３２の出力軸に軸着されたギヤ、符号１３３ａは、回転軸１３３に軸着されたギヤで、両ギヤ１３２ａ，１３３ａが噛み合うことでモータ駆動力が回転ユニット１３１に伝達される。

このコイル成形ツール１２０Ｃでは、サーボモータＭ１３２を駆動させることで、右巻き用ツール本体１３４Ａと左巻き用ツール本体１３４Ｂの配置を逆にすることができるので、成形ステージ１００において線材１と衝合させる右巻き用と左巻き用のツール本体１３４Ａ，１３４Ｂを簡単に切り替えることができる。

また、図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、扁平な矩形ブロック状のツールホルダ１３２の左右側面コーナ部には、線材係合用の溝（１３６ａ，１３７ａ）を形成したそれぞれの線材衝合面（１３６、１３７）が反対向きとなるように右巻き用ツール本体１３４Ａと左巻き用ツール本体１３４Ｂが配置されている。図１１（ｂ）に示すように、右巻き用の係合溝１３６ａは、右巻き用ツール本体１３４Ａの先端に向かって右下がりとなる一対の平行溝であり、図１１（ｃ）に示すように、左巻き用の係合溝１３７ａは、左巻き用ツール本体１３４Ｂの先端に向かって左下がりとなる一対の平行溝である。

コイルばねを成形する場合には、ツールスライドテーブル１１２の制御により、コイル成形ツール１２０を成形ステージ１００に向けて図１０のＣＦ方向に前進させ、ツール本体１３４Ａ（または１３４Ｂ）をクイル１０に対向して配置し、クイル１０の先端部から成形ステージ１００に送り出される線材１に衝合させる。右巻用ツール本体１３４Ａがクイル１０に対向している場合には、線材１が、図１１（ｂ）の右下がりの線材衝合溝１３６ａに沿って図１２に示すように右巻に巻回される。また、サーボモータＭ１３２によりツールホルダ１３２を１８０°回転させて左巻用ツール本体１３４Ｂをクイル１０に対向させた場合には、線材１が左下がりの線材衝合溝１３７ａによって左巻に巻回される。

成形されるコイルばねの巻径は、ツール本体１３４Ａ（または１３４Ｂ）とクイル１０の距離に比例して大きくなる。従って、図１２に示すような円錐ばねを成形する場合には、例えば、線材を等加速度で送出中のクイル１０を搭載したスライドテーブル５２をサーボモータＭ５０の数値制御により、軸線Ｘ１に沿って図１０のＫＲ方向に等速度で移動させ、クイル１０をツール本体１３４Ａ（または１３４Ｂ）から引き離しつつ、線材１を線材衝合溝１３６ａ（または１３７ａ）と衝合させればよい。または、線材を等速度で送出中のクイル１０を搭載したスライドテーブル５２をサーボモータＭ５０の制御により、軸線Ｘ１に沿って左図１０のＫＲ方向に等加速度で移動させながら、線材１を線材衝合溝１３６ａ（または１３７ａ）と衝合させればよい。

また、線ばね成形装置３００の設定においては、例えば、スライドテーブル５２（クイル１０）の移動を等速度に固定し、クイル１０から線材１を図８左上図、右上図の条件を満たす（線材１の送り量がＸ、送り速度がＶの定義式を満たすようにする）ような等加速度で送出させ、線材送りの等加速度を調節（加速度に関する設定値ａを調節）するか、それとは逆にクイル１０からの線材１の送り速度を等速度に固定し、スライドテーブル５２（クイル１０）を図８左上図、右上図の条件を満たす（スライドテーブル５２の移動量がＸ、移動速度がＶの定義式を満たすようにする）ような等加速度で移動させ、その等加速度を調節（加速度に関する設定値ａを調節）することにより、円錐ばねの形状を変化させ、得られる加重特性を調節できる。

その際、作業者は、線ばね成形装置３００の設定において、線材１の送り加速度（または、スライドテーブル５２の移動制御で荷重特性を調節する場合、スライドテーブル５２の移動加速度）に関する変数１項目のみを例えばａ＝０から１，２，・・・１００まで変更するだけで、円錐ばねの出来上がり形状を略富士山型から略おわん型まで（またはピッチの増加割合が異なるように）微妙に変化させて、得られる荷重特性を容易に調節することが出来る。

１ 線材
１５１ 線材送出ユニット（線材送出手段）
１５４ ピッチツール（螺旋化手段）
１５８ 線材送出部
１６０ ポイントツール（成形ツール）
１６２ 巻回径調節手段
Ｘ１ 線材の軸線
ａ 加速度変数
１０ クイル（線材送出部）
２０ 線材送出手段
５０ リニアウェイスライド（巻回径調節手段）
１２０ コイル成形ツール
１３６ａ 右下がりの線材衝合溝（螺旋化手段）
１３７ａ 左下がりの線材衝合溝（螺旋化手段）

Claims (3)

1. 線材を線材送出部から前記線材の軸線方向に沿って送出させる線材送出手段と、前記線材送出部に対向して少なくとも一つ配置され、送出された前記線材を衝合させて巻回させる成形ツールと、前記線材の巻回を螺旋状にする螺旋化手段と、線材送出中の前記線材送出部と成形ツールの距離を動的に変化させることで前記線材の巻回径を徐々に変化させる巻回径調節手段と、を有する線ばね成形装置によって、円錐ばねを成形する際の荷重特性調節システムであって、
   前記線材送出手段によって線材を等加速度で線材送出部から送出させ、
   該送出の等加速度を調節することによって、生成される円錐ばねの荷重特性を調節することを特徴とした、円錐ばねの荷重特性調節システム。
2. 線材を線材送出部から前記線材の軸線方向に沿って送出させる線材送出手段と、前記線材送出部に対向して少なくとも一つ配置され、送出された前記線材を衝合させて巻回させる成形ツールと、前記線材の巻回を螺旋状にする螺旋化手段と、線材送出中の前記線材送出部と成形ツールの距離を動的に変化させることで前記線材の巻回径を徐々に変化させる巻回径調節手段と、を有する線ばね成形装置によって、円錐ばねを成形する際の荷重特性調節システムであって、
   前記巻回径調節手段が線材送出中の前記線材送出部と成形ツールの少なくとも一方を等加速度で移動させ、
   該移動の等加速度を調節することによって、生成される円錐ばねの荷重特性を調節することを特徴とした、円錐ばねの荷重特性調節システム。
3. 線材を線材送出部から前記線材の軸線方向に沿って送出させる線材送出手段と、前記線材送出部に対向して少なくとも一つ配置され、送出された前記線材を衝合させて巻回させる成形ツールと、前記線材の巻回を螺旋状にする螺旋化手段と、線材送出中の前記線材送出部と成形ツールの距離を動的に変化させることで前記線材の巻回径を徐々に変化させる巻回径調節手段と、を有する線ばね成形装置によって、円錐ばねを成形する際の荷重特性調節システムであって、
   前記螺旋化手段が、前記線材を円錐ばねの成形方向に押圧しつつ前記円錐ばねの成形方向に沿って移動可能に構成されて、巻回された線材を前記該移動量に応じたピッチで螺旋状にするピッチツールであり、
   前記ピッチツールを等加速度で移動させることによって、前記螺旋のピッチを徐々に変化させ、
   移動する前記ピッチツールの等加速度を調節することによって、生成される円錐ばねの荷重特性を調節することを特徴とした、円錐ばねの荷重特性調節システム。

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