JP6199139B2 - コイルばねの成形方法及び成形装置 - Google Patents

Description

本明細書は、コイルばねの成形技術を開示する。詳しくは、コイルばねの端部に追加工（例えば、ピッグテールを成形するための加工等）を行うための技術を開示する。

端部に追加工が行われることで製造されるコイルばね（例えば、端部にピッグテールが成形されたコイルばね）が知られている。この種のコイルばねを製造するには、まず、素材となる線材を芯金に巻き付けて円筒状のコイルばね（半製品）を成形し、その円筒状のコイルばねの端部に追加工を行って最終形状に成形する。特許文献１には、円筒状のコイルばねの端部にピッグテールを成形するための成形装置が開示されている。この成形装置では、回転軸に成形冶具が取付けられている。そして、円筒状のコイルばねの素線の一端（開放端）を成形冶具（芯金）に第１の係止機構で固定すると共に、コイルばねの素線のうちピッグテールの成形を開始する部位を第２の係止機構でクランプする。次に、回転軸をその軸周りに回転させると共に、その回転軸を回転軸と直交する平面内で移動させることで、成形冶具にコイルばねの素線を巻き付けて、円筒状のコイルばねの端部にピッグテールを成形している。

特開２００５−３４９４４７号公報

従来技術に係る成形装置では、ピッグテールを成形する際に回転軸をその回転軸と直交する平面内で移動させるだけであるため、コイルばねの素線を所望の形状に成形できないことがある。すなわち、従来の成形装置では、コイルばねの座巻部のピッチは、半製品としたときのピッチから変更することができない。このため、半製品とするときに座巻部のピッチを所望のピッチにできない場合、最終製品としたときの座巻部のピッチも所望のピッチとはならない。

本明細書は、コイルばねの端部に追加工する際に、コイルばねの座巻部のピッチを所望のピッチに成形することができる技術を提供することを目的とする。

本明細書が開示するコイルばねの成形方法は、コイルばねの素線を所望の形状に成形するコイルばね成形方法であって、コイルばねの素線を第１の芯金に巻き付けることで円筒状に成形する第１成形工程と、円筒状に成形したコイルばねの端部を追加工する第２成形工程と、を備えている。第２成形工程は、円筒状に成形したコイルばねの素線の一端以外の特定部位をクランプするステップと、円筒状に成形したコイルばねの素線の一端をクランプするステップと、クランプされた特定部位に対してクランプされた素線の一端を、円筒状に成形したコイルばねの軸線方向に少なくとも移動させる移動ステップを備えている。

このコイルばねの成形方法では、コイルばねの素線の端部を追加工する際に、コイルばねの素線の特定部位に対してコイルばねの素線の一端を、円筒状に成形したコイルばねの軸線と平行となる軸線方向に少なくとも移動させる。このため、ピッグテールを成形する際に、コイルばねの素線間の距離が変化し、コイルばねの座巻部のピッチを調整することができる。これによって、コイルばねの座巻部のピッチを所望のピッチに成形することができる。

また、本明細書は、円筒状に成形されたコイルばねの一端部に追加工するコイルばね成形装置を開示する。すなわち、本明細書に開示する成形装置は、円筒状に成形したコイルばねの素線の一端をクランプする第１クランプと、円筒状に成形したコイルばねの素線の一端以外の特定部位をクランプする第２クランプと、第２クランプに対して第１クランプを、円筒状に成形したコイルばねの軸線方向に少なくとも移動させる移動機構と、第１クランプ及び第２クランプにコイルばねの素線をクランプした状態で移動機構を駆動して、第２クランプに対して第１クランプを少なくとも前記軸線方向に移動させる制御装置と、を備えている。この成形装置によると、座巻部のピッチが所望のピッチとなるコイルばねを成形することができる。

本実施例に係るコイルばねの製造過程を示すフローチャート。 本実施例に係るコイルばねの端部にピッグテールを成形するための成形装置の構成を模式的に示す側面図。 コイルばねの端部にピッグテールを成形するときの成形冶具（芯金）とコイルばねの端部を示す図。 本実施例に係るコイルばねの外観を示す図。

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合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合せに限定されるものではない。

（特徴１） 本明細書が開示する成形方法においては、第２成形工程は、回転軸に設けられたクランプ部にコイルばねの素線の一端をクランプした状態で行われてもよい。この場合に、移動ステップではさらに、クランプされた特定部位に対してクランプされた素線の一端を、前記回転軸の軸線であるｘ軸の周り、及び／又は、ｘ軸に直交するｙ軸の周り、及び／又は、ｘ軸及びｙ軸に直交するｚ軸の周りに回転移動させてもよい。このような構成によると、特定部位に対してコイルばねの素線の一端を、ｘ軸方向とｙ軸方向とｚ軸方向のうちの少なくとも一つの軸周りに回転させることができる。このため、コイルばねの素線を任意の方向に曲げることができ、コイルばねの形状を所望の形状に成形することができる。なお、（特徴１）において、成形時に回転軸の軸線（ｘ軸）の方向が変化する場合は、第２成形工程を開始する時の回転軸の軸線をｘ軸とする。したがって、成形時において常に回転軸の軸線とｙ軸及びｚ軸が直交している必要はない。なお、上記の定義は、以下の（特徴）においても同様である。

（特徴２） 本明細書が開示する成形方法においては、移動ステップではさらに、クランプされた特定部位に対してクランプされた素線の一端を、ｘ軸方向、及び／又は、ｙ軸方向、及び／又は、ｚ軸方向に移動させてもよい。このような構成によると、コイルばねの素線の径を任意の方向に縮径又は拡径することができる。

（特徴３） 本明細書が開示する成形方法においては、回転軸にはさらに第２の芯金が設けられていてもよい。この場合に、移動ステップでは、クランプされた特定部位に対してクランプされた素線の一端を移動させることで、コイルばねの素線を第２の芯金に巻き付けてもよい。このような構成によると、コイルばねの素線が芯金に巻き付けられることでコイルばねの端部が追加工されるため、精度良く端部を成形することができる。

（特徴４） 本明細書が開示する成形方法において、第２の芯金は、クランプされた素線の一端と一体となってｘ軸方向、及び／又は、ｙ軸方向、及び／又は、ｚ軸方向に移動してもよい。このような構成によると、コイルばねの一端（開放端）を第２の芯金にクランプする機構を簡易な構成とすることができる。

（特徴５） 本明細書が開示する成形方法において、第２成形工程は、円筒状に成形したコイルばねを３００℃以上に加熱した状態で実施してもよい。このような構成によると、変形し易い状態でコイルばねの素線を成形するため、成形時に必要となる加工力を低減することができる。

実施例に係るコイルばねの成形方法について説明する。まず、実施例に係るコイルばねについて簡単に説明する。実施例に係るコイルばねは、自動車等に装備されるストラット型懸架装置用のコイルばねである。図４に示すようにコイルばねＳは、その中央に円筒部Ｓ_１が成形され、その両端にピッグテールＳ_２が成形されている。コイルばねＳが用いられるストラット型懸架装置は、コイルばねＳの内側に配置されるショックアブソーバを備えている。ストラット型懸架装置では、路面からタイヤに作用する外力の方向とショックアブソーバの軸線とが一致しない。このため、ショックアブソーバに横力が作用し、乗り心地を低下させる等の問題が生じる。かかる問題を解決するために、コイルばねＳの荷重軸を所望の角度に傾斜させ、ショックアブソーバに作用する横力を低減することが必要となる。例えば、コイルばねＳの円筒部Ｓ_１の中心軸と、ピッグテールＳ_２の中心軸とをずらしたり、ピッグテールＳ_２のピッチを調整して座巻部を傾斜させたりしている。したがって、本実施例に係るコイルばねＳには、その荷重軸を所望の角度に傾斜させるために、ピッグテールＳ_２を所望の形状に成形することが求められている。

上述したコイルばねＳを製造するには、まず、ばね鋼（例えば、ＳＵＰ６，ＳＵＰ９，ＳＵＰ９Ａ，ＳＵＰ１１Ａ等）を所定寸法の線材に加工する。次いで、図１に示すように、所定寸法に加工された線材を加熱炉で加熱し、加熱された線材を一次成形用の芯金（第１の芯金の一例）に巻き付けて円筒状に１次成形する（Ｓ１０）。１次成形された線材（以下、半製品形状の線材という）は、図２に示すように、一端にはピッグテールＳ_２が成形されているが、他端にはピッグテールＳ_２が成形されていない。すなわち、半製品形状の線材は、円筒部Ｓ_１が成形されると共に円筒部Ｓ_１の一端にピッグテールＳ_２が成形される。ただし、円筒部Ｓ_１の他端にはピッグテールＳ_２が成形されていない。

次いで、半製品形状とした線材の他端（ピッグテールＳ_２が成形されていない端部）にピッグテールＳ_２を成形する（Ｓ１２）。これによって、図４に示すコイルばねＳが製造される。なお、ステップＳ１２の成形工程は、半製品形状の線材が３００℃以上に加熱された状態で実施されることが好ましい。例えば、ステップＳ１０の成形工程に続いて時間を空けずにステップＳ１２の成形工程を実施することで、半製品形状の線材が３００℃以上の状態でピッグテールＳ_２を成形することができる。すなわち、加熱された線材が降温する期間にステップＳ１２を実行することで、ステップＳ１２を実行するときの線材の温度を高くすることができる。このように構成することで、ピッグテールＳ_２を成形する時の加工力を小さくでき、後述する成形装置１０の大型化を抑制することができる。以下、半製品形状とした線材に対して行うステップＳ１２のピッグテールＳ_２の成形について、詳細に説明する。

まず、半製品形状とした線材（以下、単に線材という場合がある。）の端部にピッグテールＳ_２を成形する成形装置１０について説明する。図２に示すように、成形装置１０は、本体（１２，１４，１６，１８）と、本体（１２，１４，１６，１８）に回転可能に取付けられた回転軸２０と、線材Ｓの端部近傍の特定部位をクランプするクランプ機構（３０，３２（第２のクランプの一例））を備えている。

本体（１２，１４，１６，１８）は、ベース１２と、ねじ軸１４と、移動テーブル１６と、スライダ１８を備えている。ベース１２内には、図示しない駆動装置（モータ等）が配設されており、この駆動装置はねじ軸１４に接続されている。ねじ軸１４は、ｚ軸方向（鉛直方向：成形開始時における回転軸２０の軸線（すなわち、ｘ軸）と直交する方向）に伸びており、その下端がベース１２に回転可能に支持されている。ベース１２内の駆動装置を作動させると、それによってねじ軸１４が回転する。ねじ軸１４には、移動テーブル１６が螺合している。ねじ軸１４が回転すると、移動テーブル１６はｚ軸方向（鉛直方向）に移動するようになっている。移動テーブル１６の上面にはスライダ１８が載置されている。スライダ１８は、図示しない駆動装置（モータ）によって駆動され、移動テーブル１６の上面に対してｘ軸方向（成形開始時における回転軸２０の軸線（すなわち、ｘ軸）の方向）及びｙ軸方向（ｘ軸及びｚ軸と直交するｙ軸の方向）に進退動すると共に、ｚ軸（鉛直軸）周りに揺動回転する。

回転軸２０は、スライダ１８に取付けられている。回転軸２０は、クランプ機構（３０，３２）側に伸びており、その一端がスライダ１８に支持されている。回転軸２０の一端は、スライダ１８に対してその軸線周りに回転可能に支持されると共に、ｙ軸周りに揺動可能に取付けられている。図示しない駆動装置が作動すると、回転軸２０がその軸線周りに回転すると共に、スライダ１８側の端部を支点としてｙ軸周りに揺動回転する。

回転軸２０の他端には、芯金２６（第２の芯金の一例）と、クランプ２４（第１のクランプの一例）が設けられている。図２，３に示すように芯金２６は、円柱状の部材であり、線材Ｓが巻き付けられる外周面２６ａを有している。外周面２６ａには、外周方向に突出する突出部２６ｂが成形されている。突出部２６ｂには、半製品形状とした線材Ｓの一端が当接するようになっている。クランプ２４は、半製品形状とした線材Ｓの一端を把持する。具体的には、線材Ｓの一端は、その端面が芯金２６の突出部２６ｂに当接した状態で、クランプ２４と芯金２６の外周面２６ａに挟持されることで、芯金２６にクランプされる。クランプ２４は、図示しない駆動装置によって、線材Ｓの一端をクランプする状態と、クランプしない状態とに切換えられる。なお、芯金２６及びクランプ２４は回転軸２０に固定されているため、回転軸２０が回転すると、それに応じて芯金２６及びクランプ２４も回転する。

クランプ機構（３０，３２）は、ベース１２に対してｘ軸（＋）の方向に離間した位置に配置される。具体的には、ベース１２に対してｘ軸（＋）の方向に離間した位置に基台２８が設けられ、その基台２８上にクランプ機構（３０，３２）が設けられる。クランプ機構（３０，３２）は、図示しない駆動装置によって、線材Ｓをクランプする状態（クランプ３０，３２が互いに当接する状態）と、線材Ｓをクランプしない状態（クランプ３０，３２が互いに離間する状態）とに切換えられる。基台２８はベース１２に対して位置が変化しないため、クランプ機構（３０，３２）もベース１２に対して位置が変化しない。

また、成形装置１０は、成形装置１０の各部を制御する制御装置３４を備えている。制御装置３４は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備えたコンピュータによって構成される。制御装置３４には、コイルばねＳの設計形状（ピッグテールＳ_２の形状を含む）を規定するＣＡＤデータが入力されるようになっている。制御装置３４は、入力されたＣＡＤデータに基づいて、上述した各駆動装置を制御する。これによって、ピッグテールＳ_２を成形する際に、移動テーブル１６がｚ軸方向に移動し、スライダ１８がｘ軸方向及びｙ軸方向に移動し、また、スライダ１８がｚ軸周りに揺動し、さらに、回転軸２０がその軸周りに回転すると共にｙ軸周りに揺動する。さらに、制御装置３４は、クランプ２４及びクランプ機構（３０，３２ｚ）を制御することで、線材Ｓをクランプした状態と、クランプしない状態とに切換える。制御装置３４が成形装置１０の各部を制御することで、半製品形状とした線材Ｓの端部にピッグテールＳ_２が成形される。

上述した成形装置１０によって半製品形状とした線材Ｓの端部にピッグテールＳ_２を成形する場合の、成形装置１０の動作について説明する。まず、半製品形状とした線材Ｓを成形装置１０にセットする。具体的には、制御装置３４は、各駆動装置を駆動して、移動テーブル１６、スライダ１８及び回転軸２０を初期位置に移動させる。次いで、図示しないロボット等によって成形装置１０内に半製品形状の線材Ｓを搬入する。半製品形状の線材Ｓが搬入されると、制御装置３４は、クランプ機構（３０，３２）を駆動して線材Ｓの特定部位をクランプすると共に、クランプ２４を駆動して線材Ｓの端部（ピッグテールＳ_２が成形されていない側の端部）を芯金２６にクランプする。

次いで、制御装置３４は、線材Ｓの端部及び特定部位をクランプした状態で、コイルばねＳの最終製品形状を規定するＣＡＤデータに基づいて、移動テーブル１６、スライダ１８及び回転軸２０を駆動する各駆動装置を制御する。これによって、移動テーブル１６がｚ軸方向に移動、及び／又は、スライダ１８がｘ軸方向に移動、及び／又は、スライダ１８がｙ軸方向に移動、及び／又は、スライダ１８がｚ軸周りに揺動回転、及び／又は、回転軸２０をその軸周りに回転、及び／又は、回転軸２０をｙ軸周りに揺動回転させる。その結果、半製品形状とした線材Ｓの端部にピッグテールＳ_２が成形される。

ここで、ピッグテールＳ_２を成形する際に、回転軸２０をその軸周りに回転させると、芯金２６の外周面２６ａに線材Ｓが巻き付けられる。芯金２６の外周面２６ａに線材Ｓを巻き付けてピッグテールＳ_２を成形するため、ピッグテールＳ_２を精度よく成形することができる。また、ピッグテールＳ_２を成形する際に、移動テーブル１６とスライダ１８を移動させ、また、スライダ１８と回転軸２０を搖動回転することで、ピッグテールＳ_２の軸線及びピッチを任意に制御することができる。その結果、ＣＡＤデータで規定される最終製品形状となるように、ピッグテールＳ_２が成形される。

ピッグテールＳ_２が成形されると、クランプ２４を駆動して線材Ｓの端部を解放すると共に、クランプ機構（３０，３２）を駆動して線材Ｓの特定部位を解放する。次に、図示しないロボット等によって、最終製品形状としたコイルばねＳを成形装置１０から搬出する。これによって、半製品形状の線材ＳにピッグテールＳ２が成形される。

上述したことから明らかなように、本実施例のコイルばねの成形方法では、半製品形状とした線材Ｓの端部にピッグテールＳ_２を成形する際にスライダ１８（回転軸２０及び芯金２４）をｘ軸方向に移動させることで、成形するピッグテールＳ_２のピッチを任意のピッチに制御することができる。また、ピッグテールＳ_２を成形する際にテーブル１６とスライダ１８及び回転軸２０が適宜移動することで、ピッグテールＳ_２を所望の形状に成形することができる。特に、制御装置３４がＣＡＤデータに基づいてテーブル１６、スライダ１８及び回転軸２０を駆動するため、ＣＡＤデータで規定された形状（設計形状）のコイルばねＳを成形することができる。

以上、本明細書に開示の技術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様々に変形、変更したものが含まれる。

例えば、上述した実施例では、回転軸２０（芯金２６）をｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向に移動可能とすると共に、ｙ軸周り及びｚ軸周りに搖動回転可能としたが、本発明はこのような形態に限られない。例えば、回転軸２０（芯金２６）をｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向にのみ移動可能な構成してもよいし、あるいは、回転軸２０（芯金２６）をｘ軸方向に移動可能とすると共にｙ軸周り及びｚ軸周りに搖動可能な構成としてもよいし、さらには、これらの移動形態のいくつかを適宜選択して構成としてもよい。このような構成によっても、ピッグテールのピッチを調整することができる。また、上述した実施例では、回転軸２０が一体で構成されていたが、回転軸を基端部と先端部の２部材で構成してもよい。かかる場合、基端部に対して先端部をｙ軸（基端部の軸線に直交する水平方向に伸びる軸）の周りに揺動回転可能、及び／又は、ｚ軸（ｙ軸に直交する鉛直方向に伸びる軸）の周りに揺動回転可能としてもよい。すなわち、クランプ２４の位置を調整する移動機構は、種々の構成を採ることができる。さらに、芯金２６は必ずしも必要ではなく、芯金２６を用いることなくピッグテールを成形してもよい。

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。

１０ 成形装置
１４ ねじ軸
１６ テーブル
１８ スライダ
２０ 回転軸
２４ クランプ
２６ 芯金
３４ 制御装置

Claims (6)

1. コイルばねの素線を所望の形状に成形するコイルばね成形方法であって、
   コイルばねの素線を第１の芯金に巻き付けることで円筒状に成形する第１成形工程と、
   円筒状に成形したコイルばねの端部を追加工する第２成形工程と、を備えており、
   第２成形工程は、
   円筒状に成形したコイルばねの素線の一端以外の特定部位をクランプするステップと、
   円筒状に成形したコイルばねの素線の一端をクランプするステップと、
   クランプされた特定部位に対してクランプされた素線の一端を、円筒状に成形したコイルばねの軸線方向に少なくとも移動させる移動ステップを備えており、
   第２成形工程は、回転軸に設けられたクランプ部にコイルばねの素線の一端をクランプした状態で行われ、
   移動ステップではさらに、クランプされた特定部位に対してクランプされた素線の一端を、前記回転軸の軸線であるｘ軸の周り、及び／又は、ｘ軸に直交するｙ軸の周り、及び／又は、ｘ軸及びｙ軸に直交するｚ軸の周りに、回転移動させる、コイルばねの成形方法。
2. 移動ステップではさらに、クランプされた特定部位に対してクランプされた素線の一端を、ｘ軸方向、及び／又は、ｙ軸方向、及び／又は、ｚ軸方向に移動させる、請求項１に記載のコイルばねの成形方法。
3. 前記回転軸にはさらに第２の芯金が設けられており、
   移動ステップでは、クランプされた特定部位に対してクランプされた素線の一端を移動させることで、コイルばねの素線を第２の芯金に巻き付ける、請求項１又は２に記載のコイルばねの成形方法。
4. 第２の芯金が、クランプされた素線の一端と一体となってｘ軸方向、及び／又は、ｙ軸方向、及び／又は、ｚ軸方向に移動する、請求項３に記載のコイルばねの成形方法。
5. 第２成形工程は、円筒状に成形したコイルばねを３００℃以上に加熱した状態で実施する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコイルばねの成形方法。
6. 円筒状に成形されたコイルばねの一端部に追加工するコイルばね成形装置であって、
   円筒状に成形したコイルばねの素線の一端をクランプする第１クランプと、
   円筒状に成形したコイルばねの素線の一端以外の特定部位をクランプする第２クランプと、
   第２クランプに対して第１クランプを、円筒状に成形したコイルばねの軸線方向に少なくとも移動させる移動機構と、
   第１クランプ及び第２クランプにコイルばねの素線をクランプした状態で移動機構を駆動して、第２クランプに対して第１クランプを少なくとも前記軸線方向に移動させる制御装置と、を備えており、
   第１クランプは、回転軸に設けられており、
   移動機構は、第２クランプに対して第１クランプを、前記回転軸の軸線であるｘ軸の周り、及び／又は、ｘ軸に直交するｙ軸の周り、及び／又は、ｘ軸及びｙ軸に直交するｚ軸の周りに、さらに回転移動させるものであり、
   制御装置は、第１クランプ及び第２クランプにコイルばねの素線をクランプした状態で移動機構を駆動して、第２クランプに対して第１クランプを前記ｘ軸の周り、及び／又は、前記ｙ軸の周り、及び／又は、前記ｚ軸の周りに、さらに回転移動させる、コイルばね成形装置。
   

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