JP5756410B2 - ばね特性修正方法及びばね特性修正装置 - Google Patents

Description

本願は、ばねに所望のばね特性が得られるように、ばね特性を修正する技術に関する。

成形後のばねが所望のばね特性を有するように、ばね特性を修正する技術が開発されている。例えば、ばねの使用方向に圧縮荷重を作用させてばねに塑性変形を生じさせる処理（いわゆる、セッチング）を利用することで、ばねが「取付高さ」に圧縮されたときに所定の「取付荷重」を発生するように、ばね特性を修正する技術が開発されている。特公平７−３９０１５号に開示された方法では、セッチング前のばねを所定高さに圧縮し、ばねに作用する荷重を測定する。次いで、測定した荷重測定値に基づいてセッチング高さ又はセッチング時間を修正してばねのセッチングを行う。また、特開２００４−３５５６７８号に開示された方法では、セッチング前に予めばね定数を求めておき、求めたばね定数に基づいてばねのセッチング量を修正してセッチングを行う。

上述した文献に開示された方法では、セッチング前に測定した荷重測定値（すなわち、ばねを所定高さに圧縮したときの荷重値）、又は、セッチング前に求めたばね定数に基づいてセッチング量を修正する。しかしながら、ばね特性を修正（セッチング）する際は、ばねを弾性域で変形させるだけでなく、ばねを塑性域でも変形させる。成形後のばねのばね特性（「荷重−変位」特性）の個体間のバラツキは、弾性域だけではなく、塑性域においても生じる。上述した文献の技術は、弾性域のばね特性（荷重測定値，ばね定数）を測定しているだけであるため、塑性域のばね特性の個体間のバラツキまでは考慮していない。このため、上述した文献の技術では、精度良くばね特性を修正することができないという問題があった。本願は、ばね特性を精度良く修正する技術を提供することを目的とする。

本願に開示する方法は、ばねに所望のばね特性が得られるように修正する方法であって、第１工程と、その第１工程の後で行われる第２工程を有する。第１工程では、ばねの荷重と変位を測定することで得られる「荷重−変位」実測線が、ばねの「荷重−変位」特性と所望のばね特性とに基づいて決定される「荷重−変位」目標線に交差するまで、ばねに作用する荷重と変位を変化させる。第２工程では、「荷重−変位」目標線に沿って荷重が減少するように、ばねの変位を変化させる。

上記の方法では、まず、ばねの荷重と変位を測定することで「荷重−変位」実測線を取得しながら、この「荷重−変位」実測線が「荷重−変位」目標線に交差するまで、ばねに作用する荷重と変位を変化させる。その後、「荷重−変位」目標線に沿って荷重が減少するように、ばねの変位を変化させる。これによって、ばねに所望のばね特性（すなわち、「荷重−変位」目標線に応じたばね特性）が得られる。この方法では、ばねの荷重と変位を実際に測定することで、ばねの「荷重−変位」実測線を取得する。このため、弾性域だけでなく塑性域においてもばねの荷重と変位が測定され、その測定結果に基づいてばね特性が修正される。従って、ばね特性を精度良く修正することができる。

上記の方法において、「荷重−変位」目標線を決定するためのばねの「荷重−変位」特性は、ばね定数とすることができる。この場合に、「荷重−変位」特性は、第１工程において測定されるばねの荷重と変位から決定されることが好ましい。
この構成によると、「荷重−変位」目標線を決定するためのばねの「荷重−変位」特性が、ばねの荷重と変位を実際に測定した結果から得られる。このため、精度良くばね特性を修正することができる。
なお、「荷重−変位」の弾性域の個体間のバラツキがばね特性に影響を与えない程度に小さい場合には、「荷重−変位」目標線を決定するためのばねの「荷重−変位」特性は、１本ずつ測定する必要はなく、予め測定を行った数本の実測値に基づいて決定することもできる。あるいは、設計図面（設計値）に基づいて決定することもできる。予め測定を行った数本の実測値や、設計図面に基づいて「荷重−変位」特性を決定することで、ばねに作用する荷重と変位を変化させる前に「荷重−変位」目標線を得ることができる。

上記の方法において、所望のばね特性を、ばねの「取付高さ」と、その「取付高さ」に圧縮した時に発生するばねの「取付荷重」とする場合には、第１工程は、下記の第１，第２，第３ステップを実行することが好ましい。第１ステップでは、ばねの全高が予め設定された第１設定高さとなるまでばねを圧縮する。第２ステップでは、第１ステップ後に、予め設定された第２設定高さとなるまでばねを伸長しながらばねの荷重と変位を測定して、ばねの「荷重−変位」特性を測定する。第３ステップでは、第２ステップ後に、「荷重−変位」実測線が「荷重−変位」目標線と交差するまで、ばねの荷重と変位を測定しながらばねに作用する荷重と変位を変化させる。
この構成によると、ばねを予め設定された第１設定高さとなるまで圧縮し、その後、予め設定された第２設定高さまでばねを伸長しながらばねの「荷重−変位」特性を測定する。このため、第１ステップ終了までに発生した圧縮による塑性変形がばねに生じた後に、ばねの「荷重−変位」特性が測定されることになる。したがって、ばねの「荷重−変位」特性が精度良く測定され、精度良くばね特性を修正することができる。

上記の方法において、所望のばね特性を、ばねの「取付高さ」と、その「取付高さ」に圧縮した時に発生するばねの「取付荷重」とする場合には、第１工程では、ばねを予め設定された高さとなるまで圧縮した後に、「荷重−変位」実測線が「荷重−変位」目標線と交差するまでばねをクリープさせるようにしてもよい。
このような構成によると、ばねを変位させることなくばねに作用する荷重を変化させて、「荷重−変位」実測線を「荷重−変位」目標線に交差させることができる。

上記の方法において、所望のばね特性を、ばねの「取付高さ」と、その「取付高さ」に圧縮した時に発生するばねの「取付荷重」とし、また、第１工程及び第２工程では、温間でばねに作用する荷重と変位を変化させる場合がある。かかる場合、「取付荷重」は、第１工程前又は第１工程中に測定したばねの温度に基づいて修正されることが好ましい。
ばねの温度が変化すると、それに応じてばねに発生する荷重も変化する。このため、第１工程及び第２工程を温間で行う場合には、ばねの温度に応じて目標とする「取付荷重（すなわち、ばねを「取付高さ」に圧縮した時にばねに発生する荷重）」を修正することで、ばねに所望のばね特性を付与することができる。また、実測した荷重やばね定数を常温に換算しながら修正することでも、ばねに所望のばね特性を付与することができる。

また、本願は、ばねに所望のばね特性が得られるように修正する装置を提供する。この装置は、所望のばね特性の情報を入力する入力手段と、ばねに任意の変位と荷重を生じさせる変位荷重付与手段と、変位荷重付与手段により付与されるばねの変位と荷重を測定する変位荷重測定手段と、入力手段から入力される所望のばね特性の情報と、変位荷重測定手段により測定されるばねの変位と荷重に基づいて、変位荷重付与手段を制御する制御手段と、を有している。制御手段は、第１工程と第２工程を実行する。第１工程は、変位荷重測定手段により測定される荷重と変位から得られる「荷重−変位」実測線が、ばねの「荷重−変位」特性と入力された所望のばね特性とに基づいて決定される「荷重−変位」目標線に交差するまで、変位荷重付与手段によりばねに作用する荷重と変位を変化させる。第２工程は、第１工程後に行われ、「荷重−変位」目標線に沿って荷重が減少するように、変位荷重付与手段によりばねに作用する変位を変化させる。この装置によれば、本願に係るばね特性修正方法を好適に実施することができる。

本実施形態に係る修正装置の概略構成を示す図。 実施例１のばねの修正手順を説明するためのフローチャート。 実施例１のばねの「荷重−変位」を示す図。 実施例２のばねの修正手順を説明するためのフローチャート（その１）。 実施例２のばねの修正手順を説明するためのフローチャート（その２）。 実施例２のばねの「荷重−変位」を示す図。 実施例３のばねの修正手順を説明するためのフローチャート（その１）。 実施例３のばねの修正手順を説明するためのフローチャート（その２）。 実施例３のばねの「荷重−変位」を示す図。 実施例５のばねの「荷重−変位」を示す図。

本実施形態に係るばね特性修正装置（以下、単に修正装置という）について、図面を参照して説明する。本実施形態に係る修正装置２は、コイルばねの形状に成形されたばねを、所望のばね特性となるように修正する装置として用いられる。

図１に示すように、修正装置２は、第１基体１０と、第２基体３０とを備えている。第１基体１０は、第２基体３０に対して間隔を空けて配置されている。第１基体１０には処理対象となるばね４の一端を保持する第１冶具２８が配設され、第２基体３０には処理対象となるばね４の他端を保持する第２冶具３２が配設される。

第１基体１０は、シリンダ機構２０と、シリンダ機構２０の位置を調整する位置調整機構１８を備えている。シリンダ機構２０は、シリンダ２４と、このシリンダ２４によって駆動される支持軸２６を備えている。支持軸２６の先端には、第１治具２８が取付けられている。第１治具２８は、処理対象となるばね４の一端（図１の左端）を保持する。シリンダ２４内に作動流体を供給することで、支持軸２６が軸線方向に進退動し、支持軸２６が伸長した状態と収縮した状態とに切替わる。後述するように、ばね４にセッチング処理を実施する際には、シリンダ機構２０は支持軸２６を伸長した状態とし、ばね４から作用する力をシリンダ２４内の作動流体の圧力で受ける。シリンダ機構２０の位置は、位置調整機構１８によって制御されるようになっている。なお、シリンダ機構２０には、例えば、油圧シリンダを用いることができる。シリンダ機構２０には、図示しないブレーキ機構が備えられており、このブレーキ機構により、意図しない支持軸２６の伸長及び収縮を防止することができる。

位置調整機構１８は、ガイド２２と、スライダ２３と、ネジ軸１６と、電磁ブレーキ１４と、ステッピングモータ１２を有している。ステッピングモータ１２は、第１基体１０の端辺（すなわち、第２基体３０側とは反対側の端辺）に固定されている。ステッピングモータ１２の出力軸には、ネジ軸１６が固定されている。このため、ステッピングモータ１２が回転すると、ネジ軸１６も回転する。ネジ軸１６は、スライダ２３のネジ孔（図示されていない）に螺合している。スライダ２３上には、シリンダ機構２０が固定されている。スライダ２３は、第１基体１０の表面に設けられたガイド２２にスライド可能に支持されている。ガイド２２は、第１基体１０の表面をばねの圧縮方向に伸びている。このため、ステッピングモータ１２が回転してネジ軸１６が回転すると、ネジ軸１６に螺合するスライダ２３がネジ軸１６の軸線方向（すなわち、ばねの圧縮方向）にスライド移動する。これによって、スライダ２３上のシリンダ機構２０もばねの圧縮方向にスライド移動する。シリンダ機構２０が軸線方向にスライド移動することで、支持軸２６と第１治具２８も軸線方向にスライド移動する。なお、スライダ２３の位置は、ステッピングモータ１２の回転角度を制御することで調整することができる。

また、ネジ軸１６には、電磁ブレーキ１４が取付けられている。電磁ブレーキ１４は、ステッピングモータ１２の近傍に配置され、ネジ軸１６にブレーキをかけてその回転を停止させる。例えば、電磁ブレーキ１４は、ネジ軸１６に摩擦力を作用させて、ネジ軸１６の回転を止める装置とすることができる。電磁ブレーキ１４によりネジ軸１６の回転を停止することで、意図しないスライダ２３の移動が防止される。

第２基体３０には、第２治具３２が移動不能に取付けられている。第２治具３２は、第１冶具２８に対向しており、処理対象となるばね４の他端（図１の右端）を保持する。すなわち、第１冶具２８と第２冶具３２によってばね４が保持される。また、第２治具３２には荷重センサ３４が備えられている。荷重センサ３４は、ばね４から第２治具３２に受ける荷重を検出する。荷重センサ３４で検出された荷重は、後述する制御装置４０に入力される。

修正装置２は、制御装置４０と入力装置５０を備えている。制御装置４０は、ステッピングモータ１２，電磁ブレーキ１４，荷重センサ３４，シリンダ機構２０に接続されており、それらの駆動を制御している。すなわち、制御装置４０は、ステッピングモータ１２を駆動することでスライダ２３をガイド２２に沿って移動させる。制御装置４０は、ステッピングモータ１２のエンコーダからの信号によってスライダ２３の位置を算出する。制御装置４０が算出したスライダ２３の位置に基づいてステッピングモータ１２を駆動することで、スライダ２３は所望の位置に位置決めされる。また、制御装置４０は、電磁ブレーキ１４をオン・オフ動作させることで、ネジ軸１６を回転可能な状態と、回転不能な状態とに切替える。また、制御装置４０は、シリンダ機構２０を駆動することで、支持軸２６を伸長した状態と収縮した状態に切替えることができる。支持軸２６のシリンダ２４に対する位置（支持軸２６の伸長長さ）は、図示しないセンサによって検出され、制御装置４０に入力されるようになっている。上述した説明から明らかなように、制御装置４０は、スライダ２３の位置と支持軸２６の位置から第１治具２８の位置を算出することができ、この位置からばね４の圧縮量（変位）を算出するとこができる。

さらに、制御装置４０には入力装置５０が接続されている。入力装置５０は、例えば、ばねの狙い高さ（取付高さ）と狙い荷重（取付荷重）及び／又は設計図面から計算される特性値（例えば、ばね定数）を入力することができるようになっている。制御装置４０は、入力装置５０から入力された情報に基づいて、ばね４に所望とするばね特性を与えるための「荷重―変位」目標線を取得することができる。

なお、図１の修正装置２は、３個のばねを同時にセッチング処理できるようにしたものであるが、修正装置２により同時に処理するばねの個数に制限はなく、１個，２個、又は４個以上であってもよい。また、図１に示されるばね４は、等ピッチコイルばねであるが、修正装置２で修正できるばねは、等ピッチコイルばねに限らず、その他のばね、例えば、２段ピッチコイルばね等の不等ピッチコイルばねにも用いることができる。また、圧縮変形をねじり変形に、測定する荷重をトルクに置き換えれば、渦巻きばねにも用いることができる。さらに、第１治具２８と第２治具３２の間の距離を取得するために、第１治具２８と第２治具３２の距離を検出する検出装置を別に設けてもよい。

次に、修正装置２を用いてセッチング処理を行う際の作用と効果を、図２〜８を参照しながら説明する。

図２は、修正装置２の制御装置４０が実行する、実施例１に係るセッチング処理の手順を示すフローチャートである。また、図３は、実施例１のセッチング処理におけるばねの荷重と変位の変化を示している。まず、図２に示すように、制御装置４０は、ステッピングモータ１２とシリンダ機構２０を駆動して、第１治具２８と第２治具３２に挟まれるようにばね４をセットする。具体的には、制御装置４０は、シリンダ機構２０及びステッピングモータ１２を駆動して、ばね４が第１治具２８と第２治具３２に保持されるように、第１治具２８を圧縮方向にスライド移動させる。ばね４がセットされると、制御装置４０はスライダ２３の位置及び支持軸２６の位置を算出する。これによって、第１冶具２８の位置（図１のばねの左端）が特定され、ばね４の自由長（無負荷状態のばね高さ）が算出される。

次いで、オペレータは、入力装置５０から、ばねの狙い高さ（取付高さ）と狙い荷重（取付荷重）の情報を入力し（Ｓ４）、さらに、設計図面から計算されるばね定数の情報を入力する（Ｓ６）。Ｓ８に進むと、制御装置４０は、Ｓ４で入力したばねの狙い高さと狙い荷重の情報と、Ｓ６で入力したばね定数の情報とに基づいて「荷重―変位」目標線を決定する。すなわち、図３に示すように、「荷重―変位」目標線は、Ｓ４で入力された狙い高さと狙い荷重の点を通過する直線であって、その傾きがＳ６で入力したばね定数となる直線である。このため、制御装置４０は、「荷重―変位」目標線を表す一次関数（Ｆ＝ｋ・ｘ＋ｈ（Ｆ：荷重，ｋ：ばね定数，ｘ：圧縮方向の変位，ｈ：定数）を決定する。

次いで、Ｓ１０に示すように、制御装置４０は、ステッピングモータ１２及びシリンダ機構２０を駆動して第１治具２８を圧縮方向にスライド移動させ、第１治具２８と第２治具３２との距離を縮め、ばね４を圧縮する。次いで、Ｓ１２に示すように、制御装置４０は、ステッピングモータ１２の駆動量と支持軸２６の位置から、ばね４の高さの変位（圧縮量）を算出し、荷重センサ３４からばね４に作用する荷重を取得する。すなわち、制御装置４０は、ステッピングモータ１２の駆動量と支持軸２６の位置から第１冶具２８の位置を計算し、ばね４のばね高さ（全高）を算出する。ステップＳ２でばね４の自由長が算出されているため、制御装置４０は、その自由長とばね４の現在のばね高さからばね４の圧縮量を算出する。そして、ばね４の圧縮量とばね４に作用する荷重が分かると、ばね４の「荷重−変位」実測線が取得される。なお、取得された「荷重−変位」実測線は、図３に示すように、ステップＳ１２で測定される実測データを結んだ曲線となる。

Ｓ１４に進むと、制御装置４０は、ステップＳ１２で測定された測定値から得られた「荷重−変位」実測線が、ステップＳ８で決定した「荷重―変位」目標線と交差するか否かを判断する。「荷重−変位」実測線が「荷重―変位」目標線と交差しない場合（ステップＳ１４でＮＯ）は、制御装置４０は、ステップＳ１０に戻って、ステップＳ１０からの処理を繰り返す。これによって、制御装置４０は、「荷重−変位」実測線が「荷重―変位」目標線と交差するまでばね４を圧縮することとなる。すなわち、図３のＡの処理を実行する。

「荷重−変位」実測線が「荷重―変位」目標線と交差する場合（ステップＳ１４でＹＥＳ）は、制御装置４０は、電磁ブレーキ１４を駆動すると共にシリンダ機構２０を停止して、ばね４の圧縮を停止する（Ｓ１６）。さらに、Ｓ１８に示すように、制御装置４０は、電磁ブレーキ１４の駆動を解除してステッピングモータ１２を駆動すると共にシリンダ機構２０を駆動して第１治具２８を伸長方向（圧縮方向の反対方向）にスライド移動させ、ばねに作用する荷重が「荷重―変位」目標線に沿って無負荷状態となるまでばね４を伸長させる。すなわち、図３のＢの処理を実行する。これにより、所望のばね特性（「荷重―変位」目標線に相当する特性）を有するばね４が得られる。

上記のように実施例１では、狙い高さ（取付高さ）と狙い荷重（取付荷重）、設計図面から計算されるばね定数に基づいて、「荷重−変位」目標線を算出し、上記の処理を行うことで、狙いとするばね特性を有するようにばねを修正することができる。特に、実施例１では、荷重と変位を実測しながらばねを圧縮することで「荷重−変位」実測線を取得し、その「荷重−変位」実測線が「荷重−変位」目標線と交差するか否かによって、ばね４の圧縮処理を停止するタイミングを決定する。このため、処理対象となるばね４が、弾性域だけでなく塑性域においてもその特性にバラツキが生じていたとしても、そのバラツキを考慮して圧縮処理を停止するタイミングが決定される。このため、ばね４のばね特性を精度良く修正することができる。

なお、実施例１では、設計図面から計算されるばね定数に基づいて「荷重−変位」目標線を算出したが、測定した荷重と変位に基づいてばね定数を算出するようにしてもよい。例えば、圧縮を開始した初期に測定される測定値（圧縮量，ばね荷重）に基づいてばね定数を算出し、そのばね定数に基づいて「荷重−変位」目標線を算出するようにしてもよい。なお、測定値からばね定数を算出する際は、複数の測定値に基づいてばね定数を算出することが好ましい。これによって、精度良くばね定数を算出することができる。

図４ａ，図４ｂ及び図５は、実施例２のセッチング処理の手順と、そのセッチング処理時の「荷重−変位」線図を示している。なお、実施例２のセッチング処理は、上述した実施例１のセッチング処理とほぼ同様の手順で行われるが、「荷重−変位」目標線を取得する手順が異なる。このため、実施例１と同一の手順となるステップについては詳細な説明を省略し、異なるステップを詳細に説明する。

実施例２でも、図２のステップＳ２，４と同様のステップを実行し、次いで、図４ａのステップＳ２０に進む。ステップＳ２０に進むと、オペレータは、入力装置５０から、第１設定高さと第２設定高さの情報を入力する。次いで、ステップＳ２２に進むと、制御装置４０は、ステッピングモータ１２とシリンダ機構２０を駆動して、第１治具２８と第２治具３２の間にセットされたばね４を圧縮する。次いで、制御装置４０は、ステッピングモータ１２とシリンダ機構２０の駆動量からばね４の高さの変位（圧縮量）を算出し、荷重センサ３４の出力からばね４に作用する荷重を測定する（Ｓ２４）。次いで、制御装置４０は、ステップＳ２４で測定した圧縮量からばね４が第１設定高さとなったか否かを判定する（Ｓ２６）。第１設定高さは、ばね４の塑性変形代に応じて適宜決定することができる。ばね４の塑性変形代が小さい場合には、第１設定高さをばねの狙い高さ（取付高さ）よりも高くすることができる。一方、ばね４の塑性変形代が大きい場合には、第１設定高さをばねの狙い高さ（取付高さ）よりも低くすることができる。第１設定高さは、ばね４の塑性変形量のバラツキを考慮して決定することができる。具体的な手順としては、例えば、ばね４の荷重と変位を実測することで「荷重−変位」実測線を取得し、その「荷重−変位」実測線に基づいて第１設定高さを決定することができる。ステップＳ２４で測定した圧縮量からばね４が第１設定高さとなっていない場合（ステップＳ２６でＮＯ）は、制御装置４０は、ステップＳ２２に戻って、ステップＳ２２からの処理を繰り返す。これによって、ばね４は、ばね４が第１設定高さとなるまで圧縮が行われる。すなわち、図５のＡの処理を実行する。

ステップＳ２４で測定した圧縮量からばね４が第１設定高さとなる場合（ステップＳ２６でＹＥＳ）は、制御装置４０は、圧縮を停止し（Ｓ２８）、ばねの伸長を行う（Ｓ３０）。すなわち、制御装置４０は、電磁ブレーキ１４を駆動すると共にシリンダ機構２０の駆動を停止してばね４の圧縮を停止する。次いで、電磁ブレーキ１４の駆動を解除し、ステッピングモータ１２とシリンダ機構２０を駆動して第１治具２８を伸長方向にスライド移動させ、ばね４を伸長させる。この際、制御装置４０は、ステッピングモータ１２とシリンダ機構２０の駆動量からばね４の高さ（圧縮量）を算出し、荷重センサ３４の出力からばね４に作用する荷重を測定し、これらの数値からばね定数を算出する（Ｓ３２）。なお、ばね定数を算出する際は、複数の測定値（圧縮量，荷重値）に基づいて算出することが好ましい。測定値のばらつきの影響を小さくできるためである。ばね定数が算出されると、上述した実施例１と同様に、「荷重−変位」目標線を算出する。なお、図５では、このばね定数を算出するための伸長処理が、Ｂの処理に相当する。

ステップＳ３３で「荷重−変位」目標線が算出されると、制御装置４０は、ステップＳ３２で測定した圧縮量からばね４が第２設定高さまで伸長されたか否かを判定する（Ｓ３４）。第２設定高さは、ステップＳ２６の第１設定高さに応じて適宜決定することができる。例えば、第２設定高さは、ステップＳ３２のばね定数の算出が精度良くできるだけの測定値が得られるように決定することができる。ステップＳ３２で測定した圧縮量からばね４が第２設定高さとなっていない場合（ステップＳ３４でＮＯ）は、制御装置４０は、ステップＳ３０に戻って、ステップＳ３０からの処理を繰り返す。これによって、ばね４は、ばね４が第２設定高さとなるまで伸長が行われる。ステップＳ３２で測定した圧縮量からばね４が第２設定高さとなっている場合（ステップＳ３４でＹＥＳ）は、制御装置４０は、電磁ブレーキ１４を駆動すると共にシリンダ機構２０の駆動を停止してばね４の伸長を停止する（Ｓ３５）。次いで、制御装置４０は、図４ｂのステップＳ３６〜Ｓ４０の処理を実行する。このステップＳ３６〜Ｓ４０は、実施例１のステップＳ１０〜Ｓ１４に相当する。これによって、「荷重−変位」実測線が「荷重―変位」目標線と交差するまでばね４が圧縮される。すなわち、図５のＣの処理が実行される。「荷重−変位」実測線が「荷重―変位」目標線と交差すると、実施例１のステップＳ１６，１８が実行され、ばねに作用する荷重が「荷重―変位」目標線に沿って無負荷状態となるまでばね４は伸長する（図５のＤの処理）。

上記のように実施例２のセッチング処理では、ばねを圧縮してから伸長してばね定数を測定し、その測定したばね定数から「荷重−変位」目標線を算出する。測定したばね定数に基づいて「荷重−変位」目標線を算出するため、ばね４のばね定数にバラツキが生じても、そのバラツキを考慮して「荷重−変位」目標線が算出される。このため、ばね４のばね特性を精度良く修正することができる。特に、実施例２では、ばね４を圧縮してから伸長し、その伸長時の測定値を用いてばね定数を算出する。このため、ばね４の塑性域における塑性変形による影響が排除され、ばね定数を精度良く算出することができる。これによっても、ばね４のばね特性を精度良く修正することができる。

図６ａ，図６ｂ及び図７は、実施例３のセッチング処理の手順と、セッチング処理時の「荷重−変位」線図を示している。なお、実施例３は、実施例２とほぼ同様の手順で行われるが、「荷重―変位」実測線と「荷重―変位」目標線とが交差する際のばね４に対する処理が異なる。このため、実施例２と同一の手順となるステップについては詳細な説明を省略し、異なるステップを詳細に説明する。

実施例３では、まず、図２のステップＳ２，Ｓ４を実行し、次いで、図６ａのステップＳ２０〜３５を実行する（図７のＡ→Ｂの処理）。これによって、制御装置４０は、「荷重―変位」目標線を取得する。次いで、制御装置４０は、図６ｂのＳ５０〜５４の処理を実行し、これによって、ばね４は狙い高さまで圧縮される（図７のＣの処理）。ばね４が狙い高さまで圧縮されると（ステップＳ５４でＹＥＳ）、制御装置４０は圧縮を停止する（Ｓ５６）。この際、制御装置４０は、電磁ブレーキ１４をオンした状態とすると共にシリンダ機構２０の駆動を停止して、スライダ２３及び第１冶具２８が移動しない状態とする。これによって、ばね４の圧縮量は変化せず、固定された状態となる。この状態で放置することで、ばね４にクリープが発生し、ばね４が発生する反力が徐々に低下することとなる。

ステップＳ５８では、制御装置４０は、荷重センサ３４からの検出信号から、ばね４の反力を測定する。次いで、ステップＳ５８で測定した反力から得られる「荷重―変位」実測線が「荷重―変位」目標線と交差したか否かが判定される（Ｓ６０）。「荷重―変位」実測線が「荷重―変位」目標線と交差していない場合（ステップＳ６０でＮＯ）は、ステップＳ５８からの処理が繰り返される。したがって、「荷重―変位」実測線が「荷重―変位」目標線と交差するまで、ばね４のクリープが進行する（図７のＤの処理）。「荷重―変位」実測線が「荷重―変位」目標線と交差すると（ステップＳ６０でＹＥＳ）は、ステップＳ６２が実行され、ばねに作用する荷重が「荷重―変位」目標線に沿って無負荷状態となるまでばね４は伸長する（図７のＥの処理）。

上記のように実施例３のセッチング処理では、ばね４を圧縮した後にばね高さを固定し、「荷重―変位」実測線が「荷重―変位」目標線と交差するまでクリープによってばねを変形させる。このため、修正装置２の機械振動を防ぐことができ、より正確に荷重値を測定することができる。これによって、ばね４のばね特性を精度良く修正することができる。

以上、本発明のいくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
例えば、上述した各実施例では、ばねを常温でセッチング処理する例であったが、セッチング処理を温間で実施するようにしてもよい。セッチング処理の手順自体は、上述した実施例１〜３のいずれの手順を用いてもよい。ばねを温間でセッチング処理することで、ばねがクリープ変形し易くなるため、短時間でセッチング処理を行うことができる。ただし、ばねのばね定数（ばね鋼の横弾性係数）は、ばねの温度によって変化する。通常、狙い荷重（取付荷重）は使用時の温度（常温）で設定される。このため、「荷重―変位」目標線を決定するための狙い荷重については、セッチング時のばねの温度で修正することが好ましい。例えば、温度に対する横弾性係数の変化率α（％）を実験などで予め推定しておき、セッチング時の温度が常温よりＴ℃高く、使用時の狙い荷重がＦ１である場合は、「荷重―変位」目標線を決定するための狙い荷重Ｆ２は（１−Ｔ×α／１００）×Ｆ１とする。狙い荷重をセッチング時のばね温度で修正することで、ばね特性を精度良く修正することができる。また、ばね定数として設計値を用いる場合は、「荷重―変位」目標線を決定するためのばね定数も、セッチング時のばね温度で修正することが好ましい。これによって、「荷重―変位」目標線を精度良く決定することができる。なお、ばねの温度の測定は、ばねにセッチング処理を行う前、又は、セッチング処理中に測定すればよい。また、ばねの温度の測定には、例えば、サーモグラフ等を用いることができる。

なお、セッチング時のばね温度を高温にしてやると、ばねを狙い高さ（取付高さ）を越えて圧縮しなくても、「荷重―変位」実測線が「荷重―変位」目標線と交差する場合がある。すなわち、ばねのクリープが進行し、ばねが狙い高さとなる前に、「荷重―変位」実測線が「荷重―変位」目標線と交差する。このため、セッチング時のばね温度を高温にすることで、修正装置２に求められる機械的強度や、ばねを圧縮するストローク量を低く抑えることができる。

また、上述した各実施例は、等ピッチコイルばねのばね特性を修正した例であったが、本願の技術は、等ピッチコイルばねに限られず、種々のばねのばね特性の修正に用いることができる。例えば、本願のセッチング方法は、２段ピッチコイルばねのばね特性の修正にも用いることができる。図８は、本願のセッチング方法によって２段ピッチコイルばねのばね特性を修正したときの「荷重−変位」線図を示している。なお、図８に示す例では、実施例２のセッチング処理と同様のセッチング処理を実行している。

２段ピッチコイルばねは、ばね素線間のピッチが２段階に変化している。このため、圧縮初期では、ばね素線全体がばねとして機能し、そのばね定数は小さい。一方、圧縮が進むと、狭いピッチの部分のばね素線同士が当接し、ばねとして機能する部分が短くなる。このため、ばね定数が大きくなる。したがって、「荷重―変位」目標線を取得するためには、２段階のばね定数を側定する必要がある。そこで、図８に示すように、まず、「荷重−変位」実測線を取得しながら、ばね定数が２段階で変化する第１設定高さまでばねを圧縮する（図８のＡの処理）。第１設定高さは、ばね定数が２段階に変化するように、ばねの設計諸元から決定することができる。次いで、ばねを伸長しながら、ばね定数と変曲点を測定する（図８のＢ，Ｃの処理）。ここでいう「変曲点」とは、ばね定数が変化する点を意味する。図８に示す例では、Ｂの処理により得られる「荷重−変位」実測線と、Ｃの処理により得られる「荷重−変位」実測線との交点を意味する。この際、ばね定数が２つあるため、２つのばね定数が測定できるまでばねを伸長する。２つのばね定数と変曲点が測定されると、それらばね定数と変曲点に基づいて「荷重―変位」目標線を算出する。図８の破線に示すように、「荷重―変位」目標線は２段階に折れ曲がっている。「荷重―変位」目標線が算出されると、上述した各実施例と同様に、「荷重−変位」実測線が「荷重−変位」目標線と交差するまで、再びばねを圧縮する（図８のＤの処理）。「荷重−変位」実測線が「荷重−変位」目標線と交差すると、ばねの圧縮を停止し、ばねを「荷重―変位」目標線に沿って伸長する（図８のＥの処理）。このような処理によって、２段ピッチコイルばねのばね特性を修正することができる。

上述したことから明らかなように、処理対象のばねが非線形ばねであれば、「荷重−変位」目標線を非線形として、セッチング処理を行えばよい。この場合でも、「荷重−変位」実測線は、測定した荷重と変位から取得するため、ばね特性を精度よく修正することができる。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

Claims (8)

1. ばねに所望のばね特性が得られるように修正する方法であり、
   ばねの荷重と変位を測定することで得られる「荷重−変位」実測線が、ばねの「荷重−変位」特性と前記の所望のばね特性とに基づいて決定される「荷重−変位」目標線に交差するまで、ばねに作用する荷重と変位を変化させる第１工程と、
   第１工程後に、前記「荷重−変位」目標線に沿って荷重が減少するように、ばねの変位を変化させる第２工程と、を有しており、
   前記ばねの「荷重−変位」特性は、ばね定数であり、前記第１工程において測定されるばねの荷重と変位から決定され、
   前記第１工程は、
   ばねの全長が予め設定された第１設定高さとなるまでばねを圧縮する第１ステップと、
   第１ステップ後に、予め設定された第２設定高さとなるまでばねを伸長しながらばねの荷重と変位を測定して、ばねの「荷重−変位」特性を測定する第２ステップと、
   第２ステップ後に、「荷重−変位」実測線が「荷重−変位」目標線と交差するまで、ばねの荷重と変位を測定しながらばねに作用する荷重と変位を変化させる第３ステップと、
   を有する、ばね特性修正方法。
2. 前記第１工程では、ばねを予め設定された高さとなるまで圧縮した後に、「荷重−変位」実測線が「荷重−変位」目標線と交差するまでばねをクリープさせる、請求項１に記載のばね特性修正方法。
3. 前記の所望のばね特性は、ばねの「取付高さ」と、その「取付高さ」に圧縮した時に発生するばねの「取付荷重」である、請求項１又は２に記載のばね特性修正方法。
4. 前記第１工程及び第２工程では、温間でばねに作用する荷重と変位を変化させ、
   前記「取付荷重」は、第１工程前又は第１工程中に測定したばねの温度に基づいて修正される、請求項３に記載のばね特性修正方法。
5. ばねに所望のばね特性が得られるように修正する方法であり、
   ばねの荷重と変位を測定することで得られる「荷重−変位」実測線が、ばねの「荷重−変位」特性と前記の所望のばね特性とに基づいて決定される「荷重−変位」目標線に交差するまで、ばねに作用する荷重と変位を変化させる第１工程と、
   第１工程後に、前記「荷重−変位」目標線に沿って荷重が減少するように、ばねの変位を変化させる第２工程と、を有しており、
   前記第１工程では、ばねを予め設定された高さとなるまで圧縮した後に、「荷重−変位」実測線が「荷重−変位」目標線と交差するまでばねをクリープさせる、ばね特性修正方法。
6. ばねに所望のばね特性が得られるように修正する方法であり、
   ばねの荷重と変位を測定することで得られる「荷重−変位」実測線が、ばねの「荷重−変位」特性と前記の所望のばね特性とに基づいて決定される「荷重−変位」目標線に交差するまで、ばねに作用する荷重と変位を変化させる第１工程と、
   第１工程後に、前記「荷重−変位」目標線に沿って荷重が減少するように、ばねの変位を変化させる第２工程と、を有しており、
   前記の所望のばね特性は、ばねの「取付高さ」と、その「取付高さ」に圧縮した時に発生するばねの「取付荷重」であり、
   前記第１工程及び第２工程では、温間でばねに作用する荷重と変位を変化させ、
   前記「取付荷重」は、第１工程前又は第１工程中に測定したばねの温度に基づいて修正される、ばね特性修正方法。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のばね特性修正方法を有する、ばねの製造方法。
8. ばねに所望のばね特性が得られるように修正する装置であり、
   所望のばね特性の情報を入力する入力手段と、
   ばねに任意の変位と荷重を生じさせる変位荷重付与手段と、
   変位荷重付与手段により付与されるばねの変位と荷重を測定する変位荷重測定手段と、
   入力手段から入力される所望のばね特性の情報と、変位荷重測定手段により測定されるばねの変位と荷重に基づいて、変位荷重付与手段を制御する制御手段と、を有しており、
   前記制御手段は、
   変位荷重測定手段により測定される荷重と変位から得られる「荷重−変位」実測線が、ばねの「荷重−変位」特性と入力された前記の所望のばね特性とに基づいて決定される「荷重−変位」目標線に交差するまで、変位荷重付与手段によりばねに作用する荷重と変位を変化させる第１工程と、
   第１工程後に、前記「荷重−変位」目標線に沿って荷重が減少するように、変位荷重付与手段によりばねの変位を変化させる第２工程と、
   を実行し、
   前記ばねの「荷重−変位」特性は、ばね定数であり、前記制御手段は、前記第１工程において測定されるばねの荷重と変位からばね定数を決定し、
   前記制御手段は、
   前記第１工程において、
   ばねの全長が予め設定された第１設定高さとなるまでばねを圧縮する第１ステップと、
   第１ステップ後に、予め設定された第２設定高さとなるまでばねを伸長しながらばねの荷重と変位を測定して、ばねの「荷重−変位」特性を測定する第２ステップと、
   第２ステップ後に、「荷重−変位」実測線が「荷重−変位」目標線と交差するまで、ばねの荷重と変位を測定しながらばねに作用する荷重と変位を変化させる第３ステップと、
   を実行する、ばね特性修正装置。

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