JP6300996B1 - アーク状コイルスプリングの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、カムを用いたアーク状コイルスプリングの製造方法及び製造装置において、製造時間の短縮という残された課題を解決するため、クランプ構造に着目し、押圧部材の動作に対する送り方向を切り返さずに、一方向のみの連続した動作で製造可能とする具体的な技術的手段の提供を図るものである。【解決手段】クランプ工程と、端部検出工程と、回転角位置決め工程と、ピッチ送り工程と、押圧部材打ち込み工程とから構成され、先端がＬ字状に下方へ屈曲させた爪部を有するクランプを用い、直筒状コイルスプリングの片側の座面から一番目と二番目の有効巻数となる有効線径間に挟み込んで固定し、押圧部材打ち込みをカムにより動作させ、前記ピッチ送り工程及び前記押圧部材打ち込み工程における各動作は、速度制御及び位置制御をすることで任意の曲率を有するアーク状コイルスプリングを成形する構成を採用した。【選択図】図１

Description

本発明は、アーク状コイルスプリングの製造装置に関し、詳しくは、直筒状に加工されたコイルスプリングに、押圧部材を押し付けて塑性変形させ、アーク状の曲率を有するコイルスプリングを製造する装置に、センサーにより詳細な制御用の情報を検出し、係る検出した情報に基づいたシーケンス制御による加工精度を高める技術に関するものである。

アーク状コイルスプリングは、自動車の自動変速装置のクラッチ等に用いられており、クラッチの接続時・切断時発生する衝撃や振動、原動機の回転出力の微細変動を吸収する等、自動車をはじめとするクラッチ構造を有する回転動力伝達系において重要な役割を担っている。

また、自動車業界において、ハイブリッドカーにおけるモーターとの併用等、クラッチ部分に対する要求は小型高性能かつ、大きなトルクの受容性の拡大等、要求性能は高まるばかりであって、これらの要求にもこ耐え得るアーク状コイルスプリングが求められている。

このようなアーク状コイルスプリングに対する要求には、アーク状コイルスプリングの両端部の研磨面が回転軸と直交すること、研磨面においてコイルスプリングの線材の最短部が定めた角度に位置していること、アーク状コイルスプリングにねじれがないこと、不等間隔スプリングとなること、アーク状コイルスプリングの伸縮時に適した伸縮動作をすることなど、製造段階における課題解決に基づく製品仕様の具体的要求が高まってきている現状がある。

元来、直筒状コイルスプリングの製造は工業的に広く一般的な技術であり、メーカ仕様に合わせた製品の歩留まりのよい製造が必要であった。一方で、アーク状コイルスプリングを製造する方法として、直筒状コイルスプリングから製造する方法が多く、種々の量産技術が開発されている。

具体的には、例えば、発明の名称を「クラッチディスク用のアークスプリングの製造方法」が公開されており、既に公知技術となっている（特許文献１参照）。係る技術は、アーク状コイルスプリングを無理な力を加えることなく成形することを課題とするもので、トルク伝達用の複数のアーク状のスプリングをアーク状の溝に適合するための熱処理工程に関する技術であり、本発明に係るアーク状コイルスプリングを製造する技術分野が共通する。しかしながら、特許文献１に係る発明は、焼き戻し処理やショットピーニング等の強化処理、更には低温テンパー工程など、複数の工程を含み、直筒状コイルスプリングをアーチ状の溝の形状に形成されるため、曲率の変化や曲率自体を変化させることはできず、不等間隔スプリングにも対応できるものではない。

また、特許文献２には、発明の名称を「アーク状コイルスプリングの製造装置」とする技術が開示されている。具体的には「直線状のコイルスプリングを内周面に跨架した状態で保持する半円筒状の固定受け金具と、内周面の上方で軸線に沿って水平状に並設され、コイルスプリングを湾曲させる円筒状の一対の可動押圧金具と、固定受け金具内に進退自在に嵌挿され、コイルスプリングの両端面に当接する一対の可動壁と、固定受け金具の外壁に沿って軸方向に延びる一対の固定板と、これに螺合される複数の固定ボルトを備え、端部側の固定ボルトで固定板を位置決め固定すると共に、中央部の固定ボルトが可動壁に当接され、固定受け金具側に押し込んで内周面から突出させ、コイルスプリングの端部をさらに湾曲させる」というものである。しかしながら、複数同時に製造することが可能ですが、巻き数の位置に対して曲率を自在に分布させることまでには至っておらず、クラッチスプリングが要求されるばね内にばね特性の変化分布を持たせることによる共振防止効果を奏する構造を任意に設けることは困難である。

特許文献３には発明の名称を「アーク状コイルスプリングの製造装置」とする技術が開示されている。具体的には、「アーク状コイルスプリングに対応する固定受け金具と、可動押圧金具と、駆動部を備え、ロックアームによって可動押圧金具と固定受け金具間の距離が保持された状態でコイルスプリングが低温焼鈍処理される」というものである。係る技術も本発明と同様に曲率を有するアーク状コイルスプリングの製造装置に関するものである。しかしながら、コイルスプリング内に、ばね特性の変化分布を持たせるという本発明の効果を奏するには至っていない。

特許文献４には、発明の名称を「コイルばねの製造方法およびその装置」とする技術が開示されている。具体的には「直筒状コイルの一部をクランプするクランプ工程と、ピッチ寸法調整工程を連続して行い、前記直筒状コイルを湾曲したコイルばねに成形する繰返工程とを備えたコイルばねの製造方法」というものである。係る技術も本発明と同様に曲率を有するアーク状コイルスプリングの製造装置に関するものである。しかしながら、コイルスプリング内に、ばね特性の変化分布を持たせるという本発明の効果を奏するには至っていない。

従って、特許文献１から特許文献４の何れにも、本発明が課題を解決した、自由な曲率と高い精度を得るためにカム等を用いることによって動作速度の変化や、送り量を細かく制御可能となる技術については記載も示唆もない。

また、本発明者は、上記の問題を解決すべく、発明の名称を「アーク状コイルスプリングの製造方法及び製造装置」とする技術について特許を取得している（特許文献５）。具体的には「直筒状コイルスプリングを固定するクランプ工程と、端部を検出する端部検出工程と、回転角位置決め工程と、ピッチ送り工程と、押圧部材打ち込み工程と、打ち込み方向変換工程とから構成され、押圧部材を上方からピッチ間に押し下げる動作を連続して繰り返すことで直筒状から曲率を有するコイルスプリングへ変形させる」というものである。しかしながら、係る技術では、アーク状に全体を形成する工程中に、加工されるコイルスプリングを持ち替えて、送り方向を切り替える工程を含むため、製造時間の短縮という課題が残されていたものといえる。

特開２０００−１２９３５９号公報 特開２０１４−２３１０６９号公報 特開２０１４−２２３６５６号公報 特開平１１−０１９７４３号公報 特許第６１１３８９１号公報

本発明は、本発明者によって既に特許化が図られているサーボプレスを用いたアーク状コイルスプリングの製造方法及び製造装置において、製造時間の短縮という残された課題を解決するため、クランプ構造に着目し、押圧部材の動作に対する送り方向を切り返さずに、一方向のみの連続した動作で製造可能とするとともに、押圧部材の動作はカムを用いることで速度を高めて加工時間の短縮を図るための技術の提供を課題とするものである。

本発明は、直筒状から曲率をもったコイルスプリングを製造する方法であって、直筒状コイルスプリングを固定するクランプ工程と、端部を検出する端部検出工程と、回転角位置決め工程と、ピッチ送り工程と、押圧部材打ち込み工程と、から構成され、前記クランプ工程は、先端がＬ字状に下方へ屈曲させた爪部を有するクランプを用い、該爪部を前記直筒状コイルスプリングの片側の座面から一番目と二番目の有効巻数となる有効線径間に挟み込んで固定し、前記端部検出工程は、前記ピッチ送り工程の動作基準となる位置情報を得るために前記直筒状コイルスプリングの前記端部の位置を検出し、前記回転角位置決め工程は、前記直筒状コイルスプリングの固定される前記端部の当接面を回転させて調節し、前記ピッチ送り工程は、前記押圧部材打ち込み工程を開始する位置及び前記押圧部材打ち込み工程中に前記直筒状コイルスプリングを適切な位置へとスライドレールを用いて移動させ、前記押圧部材打ち込み工程は、押圧部材を上方からピッチ間へ打ち込み、上方へと引き戻す動作をモーターの回転力からカムにより直線的に往復運動へと機械的に変換して隣設する前記ピッチ間へ繰り返し、前記ピッチ送り工程及び前記押圧部材打ち込み工程における各動作は、速度制御及び位置制御をすることで任意の曲率を有するアーク状コイルスプリングを成形する手段を採用する。

また、本発明は、前記端部検出工程から前記押圧部材打ち込み工程の各工程において必要な各動作が、光電センサー、画像センサー、被接触センサー、近接センサーの何れか若しくはこれらを組み合わせた各センサーから得られた位置及び形状情報に基づいて制御される手段を採用してもよい。

また、本発明は、直筒状から曲率をもったコイルスプリングを製造する製造装置であって、直筒状コイルスプリングを固定するクランプ機構と、端部を検出する端部検出機構と回転角位置決め機構と、ピッチ送り機構と、押圧部材打ち込み機構と、刃先位置調整機構と、から構成され、前記クランプ機構は、先端がＬ字状に下方へ屈曲させた爪部を有するクランプを用い、該爪部を前記直筒状コイルスプリングの片側の座面から一番目と二番目の有効巻数となる有効線径間に挟み込みこませて固定し、前記端部検出機構は、前記ピッチ送り機構の動作基準となる位置情報を得るために前記直筒状コイルスプリングの前記端部の位置情報を検出し、前記回転角位置決め機構は、前記クランプ機構により固定された前記直筒状コイルスプリングを回転させて当接面が所定の位置となるように調整し、前記ピッチ送り機構は、前記押圧部材打ち込み機構の動作を開始する位置及び動作中における前記直筒状コイルスプリングを適切な位置へとスライドレールを用いて移動させ、前記押圧部材打ち込み機構は、押圧部材を隣設するピッチ間へ打ち込んで引き戻す一連の動作を、モーターの回転から直線的な往復運動へと変換するカムにより繰り返して行い、直筒状から曲率を有するアーク状コイルスプリングへと変形させ、前記刃先位置調整機構は、前記押圧部材打ち込み機構をサーボプレスを用いて動作させて刃先の位置を微調整し、前記サーボプレス及び前記スライドレールを用いた動作を、それぞれ適した速度及び位置に制御することで任意の曲率を有する形状に成形する構成を採用してもよい。

また、本発明は、前記端部検出機構、前記回転角位置決め機構、前記ピッチ送り機構、前記押圧部材打ち込み機構、及び前記刃先位置調整機構の各機構における必要な動作が、光電センサー、画像センサー、被接触センサー、近接センサーの何れか若しくはこれらを組み合わせた各センサーから得られた位置及び形状情報に基づいて制御される構成を採用してもよい。

本発明に係るアーク状コイルスプリングの製造方法及び製造装置によれば、コイルスプリングの巻線の間隔毎に、高速に、且つ精度よく塑性変形を生じさせることが可能となることから、所望する形状のコイルスプリングを得ることが可能となるという優れた効果を奏する。

また、本発明に係るアーク状コイルスプリングの製造方法及び製造装置によれば、曲率が一定のもののみならず、段階的や部分的に曲率の異なる形状に加工することもできるという優れた効果を奏する。

本発明に係るアーク状コイルスプリングの製造方法の手順を示すフローチャート図である。 本発明に係るアーク状コイルスプリングの端部に係る当接面の回転位置決め説明図である。 本発明に係る直筒状コイルスプリングの全体構成説明図である。 本発明に係るアーク状コイルスプリングの製造方法の加工状態説明図である。 本発明に係る刃先位置調整機構の動作を説明する動作説明図である。 本発明に係るアーク状コイルスプリングのピッチ間角度説明図である。 本発明に係る押圧部材の取付状態調整説明図である。 本発明に係るセンサーによる位置情報を検出する場所を示す説明図である。

本発明に係るアーク状コイルスプリングの製造方法及び製造装置は、本発明者が発明し、既に特許化が図られているアーク状コイルスプリングの製造方法及び製造装置に係る技術に関して、センサー技術の付加により、押圧部材の加工物に対する動作をより精密且つ正確に行うとともに、加工した後の変形状態を確認可能とすることにより従来の装置と比較して往復する動作を短縮し、一方向のみで全工程を終了する可能とするために、従来無かったクランプ方式を採用し、押圧部材の打ち込み動作にはカムを用いて機械的に行い、微小な刃先の位置調整にはサーボプレスを用いて行なうことを最大の特徴とするものである。以下、図面に基づいて説明する。なお、本発明に係るアーク状コイルスプリングの製造方法及び製造装置の全体形状及び各部の形状は、下記に述べる説明に限定さるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内、即ち、同一の作用効果を奏する形状及び寸法の範囲内で変更することができるものである。

図１は、本発明に係るアーク状コイルスプリングの製造方法１の基本的な手順を示すフローチャートであり、全体作業の流れを示したものである。具体的には、クランプ工程Ａ、端部検出工程Ｂ、回転角位置決め工程Ｃ、ピッチ送り工程Ｄ、押圧部材打ち込み工程Ｅ、とから構成されるアーク状コイルスプリングの製造方法１である。

クランプ工程Ａは、直筒状コイルスプリング２０を固定する工程である。係る固定手段には先端がＬ字状に屈曲させた爪部５２を有するクランプ５１を用い、該クランプ５１は、爪部５２を直筒状コイルスプリング２０の片側の座面の当接面１３の一番目と二番目の有効巻き数の間に挟み込んで固定する。

端部検出工程Ｂは、端部検出機構６０を用いて端部１１の端面が面接触する当接面１３の配置状態を検出する工程である。

回転角位置決め工程Ｃは、端部検出工程Ｂによって検出された当接面１３の配置状態から、予め定めた回転位置となるように調整する工程である。

ピッチ送り工程Ｄは、前記回転各位置決め工程Ｃの後に、端部１１へ向かって、押圧部材９１が連続して打ち込みを行なう押圧部材打ち込み工程Ｅを開始する位置から終了する位置まで移動する工程である。

押圧部材打ち込み工程Ｅは、ピッチ送り工程Ｄの範囲内で、押圧部材９１をコイルスプリング１０のピッチ間１５に押し込むことにより塑性変形させて、永久歪を残す加工を施す工程である。

図２は、本発明に係るアーク状コイルスプリング３０の端部１１に係る当接面１３の回転位置決め説明図である。図２（ａ）から図２（ｃ）の各図に示されている通り、コイルスプリング１０の端面が研磨されると、略三日月形状に見える光沢部分がホルダー等と当接する当接面１３が設けられることとなる（以下係る面を「当接面１３」という）。アーク状コイルスプリング３０において、スプリングのばね力を伝える面はコイルの両端であり、図２（ａ）から図２（ｃ）では、回転方向をずらして表示したものである、片側の研磨面及び線材の終端部がどの回転角度に配置されるかを特定することが必要な場合があり、係る指定位置に位置するように回転して加工を開始する角度の相違を対比できるように示したものである。

当接面１３は、加工された後のアーク状コイルスプリング３０を使用する際に、ばねによる伸縮力を伝えるための接触部が、点接触や線接触とならず、可能な限り面接触となることが望ましい。そこで、コイルスプリング１０の有効長の途中で切断した切断面が略三日月状となるが、係る切断面は常に直筒状コイルスプリング２０の加工前の軸芯と垂直であるとは限らず、ホルダー等と当接するための所定の角度を備えることを必要とする場合がある。

図３は、本発明に係る直筒状コイルスプリング２０の全体構成説明図である。図３は、本発明に係るアーク状コイルスプリング３０を成形する前の素材となる直筒状コイルスプリング２０の基本構成を示す基本構成説明図であり、アーク状コイルスプリング３０では、従来通り、本発明に係るアーク状コイルスプリング３０の両端の断面では各種の条件が求められるところであり、描く弧に対し、係る当接面１３の配置を考慮した取付角度に特定した位置で塑性変形させる条件が要求させる事があり、仕様毎に角度を定めることで安定した動作をさせる事への要求を満たせることが必要である。

なお、加工中は直筒状の部分とアーク状の双方を含むため、アーク状コイルスプリング３０とこれを成形する前の素材となる直筒状コイルスプリング２０とを、以下、「コイルスプリング１０」といい、端部１１は、コイルスプリング１０の押圧部材９１による変形加工を先にする側の端部をいい、反対側端部１２は、端部１１の反対側の端部をいうものとする。

図４は、本発明に係るクランプ工程Ａにおける直筒状コイルスプリング２０、又はアーク状コイルスプリング３０の固定方法説明図であり、また、図４は、直筒状コイルスプリング２０が異なる径でも対応して保持できるＶ字クランプ型のクランプ機構５０である場合のクランプ状態を示している。

クランプ機構５０は、直筒状コイルスプリング２０を固定するための機構である。係る固定手段には先端がＬ字状に屈曲させた爪部５２を有するクランプ５１を用い、該クランプ５１は、爪部５２を直筒状コイルスプリング２０の片側の座面の当接面１３の一番目と二番目の有効巻き数の間に挟み込んで固定する。

具体的には、例えば、当接面１３の位置によって生ずるねじれ等を防止するために、適切な回転位置へと修正する必要がある。そこで、本発明では、クランプ５１により固定した状態を光電センサー４１、画像センサー４２、被接触センサー４３、近接センサー４４などの各センサー４０により得られた情報から、当接面１３の適切な配置となる位置まで回転させる機構を備えている。即ち、図２（ｂ）では上方の当接面１３が左右均等にバランスよく配置され、図２（ｃ）も同様に下方の当接面１３が左右均等にバランスよくすることが可能である。

図４には、クランプ機構５０により保持された直筒状コイルスプリング２０がクランプされ、押圧部材９１に対し、ピッチ送り工程Ｄにおける送り方向は、押圧部材９１から解放される側、即ちクランプ機構５０から押圧部材打ち込み機構９０に向かう方向であって、ピッチ送り方向Ｌを、矢印を用いて示している。

クランプ５１は、図４、図７、及び図８に示すように、直筒状コイルスプリング２０を固定するための、先端がＬ字状に屈曲させた爪部５２を有する堅固な部材である。

爪部５２は、直筒状コイルスプリング２０の内径中に挿入し、反対側端部１２の当接面１３から一番目と二番目の有効線径間１４の隙間に挟み込むための、略くさび形状に形成される部材である。

図５は、本発明に係る刃先位置調整機構００の動作を説明する動作説明図であり、図５（ａ）は、本発明に係るアーク状コイルスプリング３０の加工状態を示し、図５（ｂ）は、押圧部材打ち込み機構９０と刃先位置調整機構００を拡大して示している。また、図５は、コイルスプリング１０の加工手段として、押圧部材９１を往復運動させる基本的動作はカム９８とモーター９７とからなる押圧部材打ち込み機構９０により駆動し、刃先９６の位置を微調整する動作は該押圧部材打ち込み機構９０をサーボプレス０１により駆動する構成を示している。

繰り返される押圧部材９１を往復運動させる基本的動作は、サーボプレスを用いる構成も考えられるが、係る動作については、モーター９７とカム９８とから構成される押圧部材打ち込み機構９０とすることにより、より高速に行うことが可能となる。但し、カム９８を用いて機械的に駆動する動作では、カム９８のリフト量やカム９８の曲率によって動作が特定されてしまうため、微小なリフト量をサーボプレス０１によって正確に行い、機械的駆動による速度Ｖに追従可能な構成とし、加工時間を大幅に短縮できる構成を採用したことが本発明の技術的要部といえるものである。

カム９８は、モーター９７からの回転運動を直線運動へと変換する機械要素であり、軸の回転角度に応じた曲面によって滑らかな動きをさせることが可能であり、高速動作に対応できるものである。カム９８の種類には、大きく分けると、平面カムと立体カムとがあり、平面カムは構造が簡単でシンプルな動作を従節９３に伝えることができ、板カム、正面カム、直動カム、反対カムなどの種類があり、立体カムは空間に占める容積を小さくでき、円筒カム、端面カム、円錐カム、球面カム、傾斜カムなどの種類がある。何れの種類を利用してもよいが、本発明では平面カムを用いることが望ましい。

また、カム９８は、基本円となるカム９８の一番低い部分を半径とした軸上に、リフト量となる高さを有した突起を有して形成され、接触による磨耗を防止する耐摩耗性の高い素材を熱処理する必要がある。

モーター９７は、押圧部材９１に往復運動をさせるための動力であって、直流又は交流の何れでもよいが、基本動作はシーケンス制御によるオンオフで簡易な制御とし、速度調整はＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）等のパルス変調制御などで回転数の微小な制御ができるものを用いることが必要である。

従節９３は、カム９８の回転をカム曲線に従って直線的な運動に変換させるために、カム９８と接触し、押圧部材９１にその力を伝達する部材である。

接触子９９は、従節９３の先端であって、カム９８と接触する部分である。図５では、平坦な形状で示しているが、係る形状の接触子９９は正確にカム９８の動きを可能とする反面、磨耗が激しいという欠点もある。従って、係る形状の接触子９９に限定するものではなく、図面には示していないが、円端やローラーなどの磨耗の少ないものを用いることも有効である。但し、ローラーを用いて回転自在とした接触子９９を用いる場合では、正確にカム９８の動きを伝えられない場合もあるため、動作速度を遅くしなければならないといった、追従性と動作制度との関係に考慮する必要がある。

サーボプレス０１は、押圧部材打ち込み機構９０を微小に動作させる装置である。押圧部材打ち込み機構９０は、多数の部材から構成され、これを駆動するにはプレス機構等を用いる必要がある。しかし、構造が複雑で装置自体が大きくなることから、小さくユニット化したサーボプレス０１を用いることで、本発明に係る装置の小型化を可能とするものである。また、サーボプレス０１により押圧部材打ち込み機構９０のコイルスプリング１０に対する相対的な位置を微調整することによって、各ピッチ間１５毎に押し込む刃先９６の位置を変化させることが可能となり、等長コイルスプリング１０はもとより、不等長コイルスプリング１０や、曲率の異なるアーク状コイルスプリング３０の加工をも可能としている。

また、サーボプレス０１は、従来のプレス加工による生産性と成形性を最適化するためにモーターをサーボ化し、高精度のプレスを可能とするために開発されたものである。即ち、油圧プレス等では、大掛かりな装置を必要とし、移動や汎用性が低かったが、これを用いることによりプレスの新機能や高精度化のみならず、使い手の工夫による工法開発も可能となるもので、本発明に係るアーク状コイルスプリング３０の加工には用いられていなかったものである。

なお、サーボプレス０１には、機械駆動式のサーボプレス０１と電動・油圧式のサーボプレス０１があり、本発明で利用するサーボプレス０１は、大きなストローク量は必要としないが、高精度な微小動作が必要であることから、電動・油圧式が有効である。また、トルク能力による荷重制限があるクランクナックルリンク方式と、トルク能力による荷重制限がない油圧式と同じ特性を持つスクリュー式とがあり、下死点付近で大きな荷重を発生できるタイプのスクリュー式多軸独立制御のものを用いることが有効である。

図６は、本発明に係るアーク状コイルスプリングの製造方法１における当接面１３と、これに接する受面との関係を示すとともに、本発明に係るアーク状コイルスプリング３０に与える曲率について、自由な変化を与えることが可能であり、係る曲率の変化についての実施例を例示したものである。

図６（ａ）は、コイル一巻あたりの線径が成す軸方向に対する傾き（以下、「ピッチ間角度Ｊ」という）がアーチ状の全体を通じて同一のピッチ間角度Ｊで構成された例を示し、図６（ｂ）は、中心付近の領域には広い角度のピッチ間角度Ｊ１、両側の領域には狭い角度のピッチ間角度Ｊ２を配置示した例を示し、図６（ｃ）は、前記図６（ｂ）とは対象に、中心付近の領域には狭いピッチ間角度Ｊ２、両側の領域には広い角度のピッチ間角度Ｊ１を配置示した例を示している。なお、ピッチ間角度Ｊを１ピッチ間１５毎に徐々に増減変化させた曲率変化とすることもできるが、係る実施形態は図示し難く、技術内容としては自明であることから省略する。

また、図６（ａ）から図６（ｃ）は、当接面１３がアーク状コイルスプリング３０の中心軸に対して必ずしも垂直ではないことを示している。例えば、回転軸の周方向に複数のアーク状コイルスプリング３０を分割して配置する場合であって、組み込まれた状態と組み込まれる前の状態における当接面１３の角度は異なり、組み込まれた状態において両端の当接面１３から有効に反発力を受けられる角度へ補正値を加味して押圧部材９１の押し下げ位置Ｐを微調整することにより、所望する曲率の変化を自在に実現することが可能となる。

なお、図面には示していないが、押圧部材９１の打ち込み動作とピッチ送り動作の何れも、機械的な要素機構で実行し、サーボプレス０１は係る動作の微調整のみに使用する構成も有効である。具体的には、ピッチ送りは歯車機構によりピッチ間１５毎に連続して動作させ、押圧部材９１の打ち込みはカム９８を用いてピッチ間１５毎に動作させ、刃先９６の位置を刃先位置調整機構００により微調整し、係る刃先位置調整機構００はサーボプレス０１を用いて駆動させる構成も考えられる。係る構成を採用すれば、図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示すような途中で曲率の異なるアークコイルスプリング３０や、不等長のアーク状コイルスプリング３０などを製造する場合において、従来の加工装置では得られなかった短時間での製造が可能となり、曲率の変化を与える加工の自由度が大きく、制御する動作指令はシーケンス制御による簡易な制御手段で実行でき、係る動作は加工に影響を与えるものではないため、サーボプレス０１に大きな負担をかけることはなく、精度の高い加工を短時間で可能となる。

図７は、本発明に係る押圧部材９１の取付状態調整説明図である。図７（ａ）は、押圧部材９１の傾斜角９２を示し、図７（ｂ）は、コイルスプリング１０の加工中を示す。

押圧部材９１は、略くさび状に形成せれた刃先９６を有し、三角柱の長方形の二面を結ぶ一辺を、上方からピッチ間１５に挿入し、前記長方形の二面のそれぞれがコイルスプリング１０と接触し、更に下方へ移動することによりピッチ間１５を押し広げ、所望する曲率となる塑性変形を残すための部材である。

刃先９６は、押圧部材９１の三角柱の長方形の二面を結ぶ一辺を頂点として鋭角な角度を有して成り、ピッチ間１５に押し込む部分である。

傾斜角９２は、図７（ａ）に示すように、押圧部材９１の形状に三角柱の長方形の二面を結ぶ一辺を下方に向けた場合について説明すると、該長方形の二面が結ぶ一辺の傾斜角９２は、コイルスプリング１０の軸芯方向に垂直な位置から一巻きの線径の平均傾斜角９２の１／２以下までの範囲とする傾斜角９２を与えることが望ましい。但し、係る傾斜角９２の特定は、該押圧部材９１の両側に配置し、変形するコイルスプリング１０の作用する力が均等となる角度に配置されることが目的であり、厳密な角度を指定するものではない。係る角度を適切に行なうことにより、アーク状コイルスプリング３０の湾曲させていく湾曲部のねじれ等を防止することが可能となる。

ピッチ間１５は、コイルスプリング１０の軸芯方向に連続する有効巻き数のうち、一巻き分の軸芯方向の距離であって、押圧部材９１が上下方向に一往復する毎に、ピッチ送り機構８０によって軸芯方向へ送られる送り量である。

スライドレール８１は、コイルスプリング１０を軸芯方向に、１ピッチ毎の移動と、端部１１までの移動、並びに押圧部材打ち込み工程Ｅにおける送りを実行する装置であり、図面には示していないが、駆動にはモーター又はエアーコンプレッサーからの圧縮空気を利用するものであり、係る駆動力はクランプ機構５０によって保持されたコイルスプリング１０を軸芯方向に移動させるため、ボールねじやリニアガイド、サーボモーターなどで構成される。

係るスライドレール８１には多種多様なものがあるが、生産装置、生産ライン、加工、又は搬送等に用いられる一般的な電動アクチュエーターを用いればよい。該電動エアシリンダーは、エアシリンダーと比べて高速の処理を行なえ、故障しにくく、部品交換も容易であるという多くの利点を有するからである。

金型９４は、押圧部材９１がコイルスプリング１０を押し広げる際に、コイルスプリング１０の下側に配置される金型９４であって、その形状が、加工中のアーク状コイルスプリング３０の成型完了部分に干渉せず、かつ、成形加工中の部分の押し下げに伴う力を受け止める部材である。具体的には、アーク状コイルスプリング３０の有する曲率に対し、該アーク状コイルスプリング３０の加工中の弾性限度の戻り量や、焼き入れ工程における変形量等ばね製造工程で発生する変形を加えて算出される曲率であって、少なくともアーク状コイルスプリング３０の曲率よりも金型９４の方が小さい曲率となることが必要である。

ガイド板９５は、押圧部材打ち込み機構９０において、押圧部材９１により打ち込まれたコイルスプリング１０の変形を案内するガイドであって、成形後のアーク状コイルスプリング３０の形状にひずみやねじれ等を生じさせずに、安定した形状の成形を可能とするものである。なお、係るガイド板９５は、平板な板状部材を両側に備える単純なものから、加工する曲率に対応した曲面との接触によって案内する案内溝若しくは突出形状を備えることも有効である。

図８は、本発明に係るセンサー４０による位置情報を検出する場所を示す説明図である。図８（ａ）は、コイルスプリング１０がクランプ機構５０によって保持された状態を示し、図８（ｂ）は、当接面１３側から見たコイルスプリング１０の形状や表面状態を示し、クランプ工程Ａから押圧部材打ち込み工程Ｅまでの間でコイルスプリング１０の横方向の送り量と押圧部材９１の上下の打ち込み量等を検出するための検出点Ｓの説明図である。

センサー４０は、直筒状コイルスプリング２０からアーク状コイルスプリング３０へ加工するために必要な押圧部材９１の動作速度及び位置を定めるための、被検出目的物の位置情報及び形状情報を電子信号として得る部材である。また、センサー４０は、回転角位置決め機構７０において、指定された位置に当接面１３が配置されているか否かを検出する部材であり、例えば、画像センサー４２を用いて当接面１３とそれ以外の部分との光の明暗から、当接面１３の修正前後の配置状況の確認を行なう構成や、接触センサーを複数用いて当接面１３の傾斜角度を測定する構成でもよい。

検出点Ｓ１から検出点Ｓ３は、直筒状コイルスプリング２０をクランプした際の端部１１の位置情報を検出するための場所である。図面では検出点Ｓ１から検出点Ｓ３の三ヶ所から示しているが、係る端部１１は、加工された後のアーク状コイルスプリング３０を使用するクラッチプレートや可変バルブ機構等に配置するための溝部に面接触するように当接して配置されるよう、コイルスプリング１０の軸芯に対して角度が与えられている場合があるため、このような場合には少なくとも平面な当接面１３を約三等分する位置で検出する。但し、軸芯に対して直角な場合には、少なくとも平面な当接面１３に対し、曲状に曲げられた内側の一点と外側の一点とを結ぶ直線を検出する。

検出点Ｓ４から検出点Ｓ７は、コイル間の距離及び位置を検出し、その内の検出点Ｓ４と検出点Ｓ５については、コイルスプリング１０の軸芯方向に対する最大径の線径の中心を検出し、検出点Ｓ６と検出点Ｓ７については、軸芯方向に対する線径の内側を結ぶ距離を検出し、検出点Ｓ４と検出点Ｓ５、又は検出点Ｓ６と検出点Ｓ７、若しくはこれらの組み合わせも制御は可能であるが、検出点Ｓを増やすことにより加工精度を向上させることが可能となる。なお、検出点Ｓ４から検出点Ｓ５の距離は、光電センサー４１や近接センサー４４でも検出可能であるが、同じコイル間距離を検出するための検出点Ｓ６から検出点Ｓ７の距離については、投光器から受光器までの光を遮る場合があるので、引っ張りばねでは検出点Ｓは検出点Ｓ４と検出点Ｓ５を測定しなければならない。但し、画像センサー４２を用いれば、検出点Ｓ４、検出点Ｓ５、検出点Ｓ６、検出点Ｓ７は何れも光の反射のみ明暗が生ずるため、これを利用すれば圧縮コイルで受光器に光が届かない場合であっても、位置情報を検出することが可能である。

検出点Ｓ８は、押圧部材９１の上下方向の位置を検出し、検出点Ｓ４から検出点Ｓ７との関係で、ピッチ送り工程Ｄ、押圧部材打ち込み工程Ｅにおいて、送り量に対応する上下の位置情報を検出する。なお、押圧部材９１の先端には、図７（ａ）に示すような傾斜角９２を有するように備えられるため、図１にはセンサー４０からの位置情報を補正する補正値の入力フローについては記載をしていないが、当然に必要な補正フローについては適宜追加して行なうことが必要である。

次に、検出点Ｓ８について押圧部材９１が上下に移動し、また、コイルスプリング１０のピッチ間１５との関係に関する位置情報が正確にでなければならない。従って、光電センサー４１と、画像センサー４２の双方を併用し、検出点Ｓ１から検出点Ｓ８の何れにそれぞれ使用するセンサー４０として適切なものを選択することが必要である。

検出面Ｔは、端部１１の反対側端部１２となる端面が切削により平面的に加工された面状部分が、コイルスプリング１０の軸芯に対しどのような角度で保持されているかを検出し、適正な位置へ回転させるための修正量を検出する部分である。係る検出面Ｔのセンサー４０による検出は、画像センサー４２を用いることが望ましく、モニターを介して目視によっても確認することがより有効である。

なお、検出点Ｓ及び検出面Ｔは例示に過ぎず、例えば他の測定によっても押圧部材９１とコイルスプリング１０間の位置情報が入力でき、演算等によって現在の位置から次の動作指令が適切に行なえる検出情報を、センサー４０の種類を問わず得られればよい。

光電センサー４１は、以下のような種類があり、それぞれ検出対象物の状態によって適宜選択して用いることとなる。透過型は、対向する投光、受光器間の光軸を検出物体が遮ることで検出する検出方法であり、回帰反射型は、センサー４０から出て反射板から戻ってくる光を検出物が遮ることで検出する検出方法であり、拡散反射型は、検出物体に光を照射し、検出物体からの反射光を受光して検出する検出方法であり、挟視界反射型は、検出物に光をスポット照射し、検出物体からの反射光を受光して検出する検出方法であり、限定反射型は、投光部と受光部を角度を持った構造にすることにより、それぞれの光軸の公差する限られた領域のみで検出する検出方法であり、距離設定型は、検出物にスポットを照射して検出物からの反射光の角度の違いによって検出する検出方法であり、光沢度判別用反射型は、検出物にスポットを照射して正反射と拡散反射の差により検出する検出方法である。

画像センサー４２は、カメラで捉えた映像を画像処理することで、検出物の特徴を面積、重心、長さ、位置などから算出し、データや判定結果を出力するためのセンサー４０である。係る画像処理には、背景のカットや画像フレームの大きさから縦方向と横方向の長さや大きさを算出でき、計測物の位置や向きが一定でない場合でも基準位置と現在位置の修正を行なうことが可能である。また、予め位置ずれ等が生ずる場合のオフセット量の調整も、アプリケーション等を用いて容易にできるなど、多彩な修正や制御条件の入手が可能である。

近接センサー４４は、リミットスイッチの接触式検出方式の代替として検出対象に接触することなく検出することを目的とするセンサー４０の総称であり、検出物の移動情報や存在情報、或いは位置情報といった情報を電気的信号に置き換え、検出結果を利用するものである。近接センサー４４には、磁石やリードスイッチを利用する方式があり、被接触式位置検出用スイッチに準拠してＪＩＳ規格に規定されている。その中でも、物体の距離や近傍の検出対象の有無を、被接触で検出するものを総称して近接スイッチともいわれる形式のセンサー４０である。金属に対しては、誘電型や静電容量型の磁気検出型が利用され、誘導型では金属、非鉄金属が対象となり、静電容量型では液体や樹脂などが対象となり得る。

上記各種のセンサー４０は、検出物との距離や検出物の形状、透明、不透明、色の判別、背景の影響、ごみの付着などの諸条件により、それぞれ特徴的な利用態様に応じて適宜選択する。

次に、センサー４０の各実施例を示してセンサー４０からの入力情報に基づく制御方法について説明する。

クランプ工程Ａによって固定されたコイルスプリング１０の端部１１を検出する端部検出工程Ｂにおいて使用するセンサー４０には、光電センサー４１、画像センサー４２、近接センサー４４の何れを用いてもよく、例えば光電センサー４１を用いる場合、透過型により投光器と受光器をクランプされたコイルスプリング１０の両側に配置し、光軸をコイルスプリング１０の端部１１が遮るか否かを判断してその位置を判断することが可能となる。

回転角位置決め工程Ｃにおけるコイルスプリング１０の端部１１の回転位置を検出するセンサー４０には、光電センサー４１を用いる場合であれば、端面への光の照射と、端面からの照射光を受光する投受光器を用いる拡散反射型、若しくは狭視界反射型を用いて検出することが考えられる。また、画像センサー４２を用いれば、端面の研削面を検出し、回転位置を修正する方法を用いてもよい。

ピッチ送り工程Ｄでは、押圧部材９１の先端位置と、コイルスプリング１０のコイル間の打ち込み位置との関係を検出するため、送り装置により送られる送り量を決定するための位置情報、ピッチ送り量を検出する。また、係る検出に用いるセンサー４０には、光電センサー４１、画像センサー４２の何れを利用してもよいが、コイルスプリング１０のコイル間一巻き当たりの距離や線径によっては、コイル間の隙間が小さく、光電センサー４１や近接センサー４４では誤動作する恐れがある。このような場合には画像センサー４２を用いてコイルの凹凸による明暗等を考慮した検出を行なうことが有効である。

押圧部材打ち込み工程Ｅでは、押圧部材９１の先端位置情報と、コイルスプリング１０のコイル間の位置情報との関係を検出し、ピッチ送り量に対応した押圧部材９１の上下方向の打ち込み動作を制御するため、係る検出には光電センサー４１、画像センサー４２、近接センサー４４の何れを利用してもよいが、コイルスプリング１０のコイル間一巻き当たりの距離は狭く、光電センサー４１や近接センサー４４では誤動作する恐れがある場合には、画像センサー４２を用いてコイルの凹凸による明暗等を画像処理によって検出行なうことが有効である。特に、圧縮ばねのようにコイル間の隙間が大きい場合には問題ないが、引っ張りばねのように通常の状態でコイル同士が接触していると、光電センサー４１等では検出できない場合に、画像センサー４２の利用が有効である。

上記各センサー４０から入力される位置情報や形状の変化に関する情報は、シーケンサー（登録商標）等のＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）に集められ、演算によってサーボモーターや送り装置への動作指令を出力し、各種装置を制御する。

本発明に係るアーク状コイルスプリングの製造装置２は、アーク状コイルスプリングの製造方法１を実施するための装置であり、図４に示すように素材となる直筒状コイルスプリング２０を狭持して回転固定するクランプ機構５０と、金属センサー若しくは画像センサー４２を用いる端部検出機構６０と、クランプ機構５０に回転機構を備えることによる回転角位置決め機構７０と、サーボモーターの回転角制御やフォトダイオード等の光学的に検出するセンサー４０と、スライドレール８１のスライダー制御によるピッチ送り機構８０と、カム９８を用いた押圧部材打ち込み機構９０とを備え、各機構はシーケンス制御等によるプログラム制御によって実行される装置である。なお、サーボモーターに変えて圧縮空気を利用したエアシリンダーによって構成することも有効である。以下、特徴的な機構について個別に説明する。

クランプ機構５０は、直筒状コイルスプリング２０を加工するために固定する構造を備え、図４、図７（ｂ）及び図８（ａ）に示したように、係る固定手段には先端がＬ字状に屈曲させた爪部５２を有するクランプ５１を用い、該クランプ５１は、爪部５２を直筒状コイルスプリング２０の片側の座面の当接面１３の一番目と二番目の有効巻き数の間に挟み込んで固定する。

端部検出機構６０は、センサー４０を用いて直筒状コイルスプリング２０が、クランプ機構５０に保持された状態における端部１１の位置情報を検出するための装置である。具体的には、例えば、センサー４０に光電センサー４１を用い、直筒状コイルスプリング２０の端部１１の両側に設けた光を照射する投光器と光を受光する受光器により、直筒状コイルスプリング２０がピッチ送り機構８０による動作にともなって、受光器が受光していた光の遮光を検出し、この位置を端部１１とする位置情報として得る。なお、端部検出機構６０に用いるセンサー４０は、端部１１の検出面Ｔの角度を測定できるよう、複数備える構成や、画像センサー４２によって角度を検出する構成とすることも有効である。

回転角位置決め機構７０は、直筒状コイルスプリング２０をクランプ機構５０によって挟持した状態において、当接面１３がどの回転角度に配置されるかを特定する指定がされている場合に、指定位置へ回転させて正す装置であり、センサー４０によって取付状況を確認して補正のための動作を制御する。

ピッチ送り機構８０は、コイルスプリング１０の各ピッチ間１５に押圧部材９１を押し下げる位置に移動させる装置であり、押圧部材９１の先端の一辺が適切な位置になるように移動させるピッチ送り機構８０である。係るピッチ送り機構８０の移動量については、指定する数値の入力並びに前記光学的な検出機構等を用いてもよい。簡易的なものとしては、等長コイルスプリング１０のように移動量が常に一定であれば繰り返される動作は指令が容易であり、動作指令制御用プログラムは極めて単純なものとすることが可能である。更に曲率をわずかに変化させたり、部分的な曲率の異なる複雑なアーク状コイルスプリング３０を形成したい場合であっても、係る形状に対応した押し込み量と速度Ｖの変化を詳細に設定するプログラミングを行なうことでこのような形状に加工することも可能である。

押圧部材打ち込み機構９０は、モーター９７とカム９８を用いて押圧部材９１を上下に作動させる装置であり、本発明では係る直線運動へと変換されたモーター９７からの回転運動によって動作させるものである。

刃先位置調整機構００は、各種センサー４０を用いて押圧部材９１の刃先９６の位置がコイルスプリング１０のピッチ間１５に正確に挿入される前から、挿入後引き抜かれるまでの間、刃先９６の位置情報と動作速度を正確にセンサー４０から入力した情報を演算して、適切な動作指令をサーボプレス０１に与えて、刃先９６の位置調整を行なう機構である。

本発明は、従来無いクランプ機構５０を採用するという第一の技術的要素と、各種のセンサー４０を用いてより正確な取付位置等に基づいた制御を行なうという第二の技術的要素とが組み合わされることにより、従来の装置と比較して加工時間を大幅に短縮することを可能としたものであり、飛躍的な生産性の向上が図られることは明らかである。

本発明は、自動車のクラッチ等の曲率を有するアーク状スプリングを製造する発條業界において、より精度の高いスプリングを低コストで提供でき、産業上の利用可能性は高いものと思慮される。

１ アーク状コイルスプリングの製造方法
２ アーク状コイルスプリングの製造装置
１０ コイルスプリング
１１ 端部
１２ 反対側端部
１３ 当接面
１４ 有効線径間
１５ ピッチ間
２０ 直筒状コイルスプリング
３０ アーク状コイルスプリング
４０ センサー
４１ 光電センサー
４２ 画像センサー
４３ 被接触センサー
４４ 近接センサー
５０ クランプ機構
５１ クランプ
５２ 爪部
６０ 端部検出機構
７０ 回転角位置決め機構
８０ ピッチ送り機構
８１ スライドレール
９０ 押圧部材打ち込み機構
９１ 押圧部材
９２ 傾斜角
９３ 従節
９４ 金型
９５ ガイド板
９６ 刃先
９７ モーター
９８ カム
９９ 接触子
００ 刃先位置調整機構
０１ サーボプレス
Ａ クランプ工程
Ｂ 端部検出工程
Ｃ 回転角位置決め工程
Ｄ ピッチ送り工程
Ｅ 押圧部材打ち込み工程
Ｊ ピッチ間角度
Ｌ ピッチ送り方向
Ｐ 押し下げ位置
Ｓ 検出点（Ｓ１・Ｓ２・Ｓ３・Ｓ４・Ｓ５・Ｓ６・Ｓ７・Ｓ８）
Ｔ 検出面
Ｖ 速度

Claims (4)

1. 押圧部材をピッチ間に打ち込んで、直筒状から曲率をもったコイルスプリング（１０）を製造する方法であって、
   直筒状コイルスプリング（２０）を固定するクランプ工程（Ａ）と、
   ピッチ送り工程（Ｄ）と、
   押圧部材打ち込み工程（Ｅ）とを含み
   前記クランプ工程（Ａ）は、先端がＬ字状に下方へ屈曲させた爪部（５２）を有するクランプ（５１）を用い、該爪部（５２）を前記直筒状コイルスプリング（２０）の片側の座面から一番目と二番目の有効巻数となる有効線径間（１４）の最底部で固定し、
   前記ピッチ送り工程（Ｄ）は、前記押圧部材打ち込み工程（Ｅ）を開始する位置及び前記押圧部材打ち込み工程（Ｅ）中に前記直筒状コイルスプリング（２０）を適切な位置へとスライドレール（８１）を用いて移動させ、
   前記押圧部材打ち込み工程（Ｅ）は、
   押圧部材（９１）を上方からピッチ間（１５）へ打ち込み上方へと引き戻す動作をモーター（９７）の回転力からカム（９８）により直線的に往復運動へと機械的に変換して隣設する前記ピッチ間（１５）へ繰り返すことで行うとともに、
   微小な刃先の位置調整を行う動作をサーボプレス（０１）により行い、
   前記ピッチ送り工程（Ｄ）及び前記押圧部材打ち込み工程（Ｅ）における各動作は、速度（Ｖ）制御及び位置制御をすることで任意の曲率を有するアーク状コイルスプリング（３０）を成形することを特徴とするアーク状コイルスプリングの製造方法（１）。
2. 前記ピッチ送り工程（Ｄ）及び前記押圧部材打ち込み工程（Ｅ）において必要な各動作が、
   光電センサー（４１）、画像センサー（４２）、被接触センサー（４３）、近接センサー（４４）の何れか若しくはこれらを組み合わせた各センサー（４０）から得られた位置及び形状情報に基づいて制御される方法を採用したことを特徴とする請求項１に記載のアーク状コイルスプリングの製造方法（１）。
3. 直筒状から曲率をもったコイルスプリング（１０）を製造する製造装置であって、
   直筒状コイルスプリング（２０）を固定するクランプ機構（５０）と、
   ピッチ送り機構（８０）と、
   押圧部材打ち込み機構（９０）と、
   刃先位置調整機構（００）と、
   を有し、
   前記クランプ機構（５０）は、先端がＬ字状に下方へ屈曲させた爪部（５２）を有するクランプ（５１）を用い、該爪部（５２）を前記直筒状コイルスプリング（２０）の片側の座面から一番目と二番目の有効巻数となる有効線径間（１４）の最底部で固定し、
   前記ピッチ送り機構（８０）は、前記押圧部材打ち込み機構（９０）の動作を開始する位置及び動作中における前記直筒状コイルスプリング（２０）を適切な位置へとスライドレール（８１）を用いて移動させ、
   前記刃先位置調整機構（００）により、刃先（９６）の位置をサーボプレス（０１）を用いて微調整しつつ、
   前記押圧部材打ち込み機構（９０）により、押圧部材（９１）を隣設するピッチ間（１５）へ打ち込んで引き戻す一連の動作を、モーター（９７）の回転から直線的な往復運動へと変換するカム（９８）により繰り返して行い、
   前記サーボプレス（０１）及び前記スライドレール（８１）を用いた動作をそれぞれ適した速度（Ｖ）及び位置に制御することで任意の曲率を有する形状に成形することを特徴とするアーク状コイルスプリングの製造装置（２）。
4. 前記ピッチ送り機構（８０）、前記押圧部材打ち込み機構（９０）、及び前記刃先位置調整機構（００）の各機構における必要な動作が、
   光電センサー（４１）、画像センサー（４２）、被接触センサー（４３）、近接センサー（４４）の何れか若しくはこれらを組み合わせた各センサー（４０）から得られた位置及び形状情報に基づいて制御されることを特徴とする請求項３に記載のアーク状コイルスプリングの製造装置（２）。