JP6611695B2 - 線材成形機及び線材送給方法 - Google Patents

Description

本発明は、線材を１対の送給ローラで挟持して線材成形工具へと送給する線材送給装置を有する線材成形機及び線材送給方法に関する。

この種の線材送給装置では、線材に対する挟持力が高いほど、線材と送給ローラとの摩擦力が高くなってスリップを防ぐことができるが、その分、線材の塑性変形による潰れ量が大きくなって線材の特性が仕様からずれていくという問題が生じる。これに対し、従来の線材送給装置として挟持力をロードセルで検出し、その検出結果が目標値に近づくように１対の送給ローラの間隔を変更することができるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１７８７５１号公報(段落［００３３］，図３）

しかしながら、上記した従来の線材送給装置では、線材を潰し過ぎずかつ挟持力を適正値に調整することが困難であり、このため、線材が潰れ過ぎたＮＧ品が大量に発生する事態が起こり得た。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、線材に対する挟持力を容易に調整することができ、ＮＧ品の発生量を抑えることが可能な線材成形機及び線材送給方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明は、１対の送給ローラが線材を挟持した状態で対称回転して、前記線材を送給する線材送給装置と、前記線材送給装置から送給される線材を曲げて線材成形品に成形する線材成形工具とを備える線材成形機において、前記１対の送給ローラの挟持により塑性変形した前記線材の潰れ量を検出するための変形検出手段と、前記変形検出手段の検出結果に応じて前記１対の送給ローラ同士の間隔を変更するための間隔変更機構と、前記間隔変更機構を駆動する駆動源と、前記変形検出手段の検出結果に基づいて、前記線材の前記潰れ量を予め設定された一定の目標値に一致させるように前記間隔変更機構を動作させる制御手段と、を備える線材成形機である。

請求項２の発明は、前記変形検出手段には、前記線材の線径を検出する線径検出手段が備えられ、前記線径検出手段は、前記線材を間に挟みかつ前記線材に接触した状態で対向する１対の接触子を有して、前記１対の接触子の間隔を前記線材の線径として検出する請求項１に記載の線材成形機である。

請求項３の発明は、前記変形検出手段には、前記線材の線径を検出する線径検出手段が備えられ、前記線径検出手段は、前記線材を間に挟んで対向する投光器及び受光器を有して、前記投光器から前記受光器への光の前記線材による遮蔽幅を前記線材の線径として検出する請求項１に記載の線材成形機である。

請求項４の発明は、前記変形検出手段は、前記１対の送給ローラの下流側に配置される下流側の前記線径検出手段と、前記１対の送給ローラの上流側に配置される上流側の前記線径検出手段と、前記下流側と上流側の線径検出手段の検出結果の差分に基づいて、前記線材の潰れ量を演算する演算部とを有する請求項２又は３に記載の線材成形機である。

請求項５の発明は、前記変形検出手段は、前記１対の送給ローラの下流側に配置された前記線径検出手段と、塑性変形前の前記線材の線径を記憶した記憶手段と、前記線径検出手段の検出結果と前記記憶手段に記憶された線材の線径との差分に基づいて、前記線材の潰れ量を演算する演算部とを備えてなる請求項２又は３に記載の線材成形機である。

請求項６の発明は、線材成形機の成形工具により線材を曲げて線材成形品に成形するために、前記線材を１対の送給ローラで挟持して前記線材成形工具へと送給する線材送給方法において、前記１対の送給ローラの挟持により塑性変形した前記線材の潰れ量を、予め設定された一定の目標値に一致させるように前記１対の送給ローラの軸間距離を変更する線材送給方法である。

請求項１，６の発明によれば、線材の潰れ量の実測値を一定の目標値に一致させるように１対の送給ローラの間隔を調整して線材に対する挟持力を適正値に近づけることができる。これにより、線材が潰れ過ぎたＮＧ品の発生量を抑えることができる。また、線材の塑性変形域では挟持力の僅かな変更で線材の潰れ量が大きく変化するところを、本発明では、大きく変化するパラメータである潰れ量に基づいて、僅かに変化するパラメータである挟持力を調整するので、線材を潰し過ぎずかつ挟持力を適正値に調整することを容易に行うことができる。

また、請求項１の発明では、線材送給装置の動作中に制御手段による制御を行うことで、線材送給装置の動作中における線材の線径のばらつきや送給ローラの摩耗に対応することもできる。

線材の潰れ量を検出するために、請求項２の構成のように、線材に接触して線径を検出する線径検出手段を備えてもよいし、請求項３の構成のように、光学的な処理により線径を検出する線径検出手段を備えてもよい。

また、請求項４の構成のように、１対の送給ローラの下流側と上流側とに配置された線径検出手段の検出結果の差分に基づいて線材の潰れ量を演算してもよいし、請求項５の構成のように、１対の送給ローラの下流側に配置された線径検出手段の検出結果と予め記憶された線材の線径との差分に基づいて線材の潰れ量を演算してもよい。

本発明の第１実施形態に係るばね成形機の正面図 ばね成形機に備えられた線材送給装置の側断面図 線材送給装置の一部を拡大した側断面図 送給ローラのうち線材を挟持した部分の断面図 線材送給装置の正断面図 潰れ量演算プログラムのフローチャート データテーブルの概念図 挟持力制御プログラムのフローチャート 第２実施形態の連続運転挟持力制御プログラムのフローチャート

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図８に基づいて説明する。図１には、ばね成形機１０（本発明に係る「線材成形機」に相当する）の一部が示されている。このばね成形機１０は、垂直に起立した支持壁１２を有し、その支持壁１２の前面と平行かつ水平に延びる架空の線材送給路Ｒに沿って線材９０が送給されて１対の線材成形工具１３，１４に順次衝合され、コイルばね９１へと成形される。

また、支持壁１２の前面のうちコイルばね９１と対向する位置からは、断面略半円状の芯金１５が突出し、その芯金１５に対して切断工具１６が上方から接離するようになっている。そして、コイルばね９１が所定長になったところで、芯金１５と切断工具１６とによってコイルばね９１が後続の線材９０から切り離される。

線材送給路Ｒの上流側には、複数の矯正ローラ１７が線材送給路Ｒを上下から挟んだ状態に千鳥配置されている。また、線材９０は、例えば、図示しないドラム内又は図示しないボビンの外周に巻回されていて、そこから引き出されて矯正ローラ１７の間を通され、これにより線材９０の曲げ癖が除去される。

線材送給路Ｒのうち矯正ローラ１７群より下流側に、本発明に係る線材送給装置２０が備えられている。線材送給装置２０は、線材送給路Ｒに対して上下に対称配置された１対の送給ローラ１８，１９を有する。それら送給ローラ１８，１９は、図２に示すように、支持壁１２の前面と略直交する方向(以下、「前後方向」という）に延びる支持シャフト１８Ｓ，１９Ｓの一端部に一体回転可能に取り付けられている。また、支持壁１２の後方には、後側支持壁４０が支持壁１２に対向した状態に備えられ、それら支持壁１２と後側支持壁４０とに、支持シャフト１８Ｓ，１９ＳがベアリングＢを介して回転可能に支持されている。さらには、支持シャフト１８Ｓ，１９Ｓの後側支持壁４０寄り位置には、それぞれギヤ１８Ｇ，１９Ｇが一体回転に取り付けられて互いに噛合している。そして、下側の支持シャフト１９Ｓに送給用サーボモータ４１から回転動力が付与されて１対の送給ローラ１８，１９が対称回転する。なお、送給用サーボモータ４１及び後述の加圧用サーボモータ４２は、共に減速機を一体に備えている。

図３に示すように、送給ローラ１８，１９の外周面には、それぞれ線材挟持溝３４が形成され、それら線材挟持溝３４，３４は、前後方向で線材送給路Ｒと同じ位置に配置されている。そして、線材送給路Ｒ上の線材９０が、図４（Ａ）に示すように線材挟持溝３４，３４の内面３４Ａ，３４Ａに当接して送給ローラ１８，１９に挟持される。また、線材挟持溝３４の内面３４Ａは、溝幅方向で湾曲していて、その内面３４Ａの曲率半径は、線材９０の曲率半径より大きくなっている。

線材送給装置２０には、送給ローラ１８，１９の間隔を変更するための間隔変更機構が備えられている。具体的には、図５に示すように、支持壁１２のうち支持シャフト１８Ｓ，１９Ｓを支持する部分は、支持壁１２の本体に対して別体のブロック２１，２２になっている。そして、支持壁１２の本体に形成された縦溝１２Ｍ内にブロック２１，２２が上下に並べられて直動可能に収容されている。

下側のブロック２２は、下面に開口する螺子孔２２Ｍを有し、縦溝１２Ｍの下端内面から起立して回転可能に支持された支持ボルト２２Ｂが螺子孔２２Ｍに螺合している。そして、作業者が支持ボルト２２Ｂを回転操作することで後側支持壁４０側のベアリングＢを支点して支持シャフト１９Ｓが上下に傾動し、これに伴って下側の送給ローラ１９が上下動する。

一方、上側のブロック２１は、上面に開口する凹部２１Ｋを有する。また、縦溝１２Ｍの上端部は支持部材４８によって閉塞され、その支持部材４８を上下に貫通する貫通孔４８Ａに加圧ロッド４５が直動可能に支持されて、その加圧ロッド４５の下端部がブロック２１の凹部２１Ｋに嵌合固定されている。

加圧ロッド４５の上端部には、支持シャフト１８Ｓと平行な回転軸を中心回転するローラ４５Ｃが備えられている。また、加圧ロッド４５の上方には、支持シャフト１８Ｓと平行な回転軸を中心回転するカム４３が備えられている。さらに、図３に示すように、支持壁１２に固定された部品と加圧ロッド４５との間と、ブロック２１と支持部材４８との間とには引張コイルばね４４，４４が架け渡され、それら引張コイルばね４４，４４によってローラ４５Ｃがカム４３に押し付けられている。

そして、カム４３が加圧用サーボモータ４２によって回転駆動されることで、加圧ロッド４５が上下方向における任意の位置に位置決めされ、これに伴って送給ローラ１８が後側支持壁４０側のベアリングＢを支点して上下に傾動し、送給ローラ１８が上下動する。これらにより、１対の送給ローラ１８，１９の間隔を変更することができる。

なお、１対の送給ローラ１８，１９に必要とされる上下動のストロークは、僅かであるから、支持シャフト１８Ｓ，１９Ｓの傾動は、後側支持壁４０側のベアリングＢ，Ｂのインナーとアウターとの間のガタ及びギヤ１８Ｇ，１９Ｇのバックラッシに吸収される。また、上記した加圧ロッド４５は凹部２１Ｋに嵌合固定されているが、加圧ロッド４５を凹部２１Ｋに直動可能に嵌合して加圧ロッド４５の底面との間に弾性部材（例えば、複数の皿ばね）を設けた構造としてもよい。

図１に示すように、線材送給装置２０は、線材送給路Ｒにおける線材９０の上流側と下流側とに線材ガイド２６，２７を備えている。それら線材ガイド２６，２７は、線材送給路Ｒに沿って延びたブロックの両端部の上下の両角部を面取りしてなる。そして、それら線材ガイド２６，２７を線材送給路Ｒに沿ってガイド孔２６Ｂ，２７Ｂが貫通し、そこに線材９０が通されている。

線材ガイド２６，２７には、長手方向の途中部分を分断してセンサ受容部２６Ａ，２７Ａが形成され、そこに本発明の「線径検出手段」に相当する線径検出センサ３１，３２が取り付けられている。線径検出センサ３１，３２は、上下方向で対向した図示しない１対の接触ローラ（本発明に係る「１対の接触子」に相当する）と、それら１対の接触ローラを互いに接近するように付勢する弾性部材と、１対の接触ローラ同士の間隔を検出するためのポテンショメータとを内部に備える。そして、ポテンショメータによって検出された１対の接触ローラ同士の間隔が、線材９０の直径の検出結果として線径検出センサ３１，３２から出力される。

なお、線径検出センサ３１，３２としては、前後方向で線材９０を挟んで対向する投光器及び受光器を備えて、投光器から受光器への光が線材９０によって遮蔽される遮蔽幅を線材９０の線径として検出する構成であってもよい。

線材送給装置２０には、送給ローラ１８，１９による線材９０の挟持力を制御するための制御部２５が備えられ、その制御部２５は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、加圧用サーボモータ４２のサーボアンプ等を有する。

制御部２５が起動されると、ＣＰＵは、ＲＯＭから図６に示した潰れ量演算プログラムＰＧ１をロードして所定周期で繰り返し実行する。すると、潰れ量演算プログラムＰＧ１が実行される度に、線径検出センサ３１，３２の検出データが、Ａ／Ｄコンバータを通してＣＰＵに取り込まれ（Ｓ１０）、上流側の線径検出センサ３１にて検出データに基づく線材９０の直径の実測値Ｅ１から、下流側の線径検出センサ３２にて検出データに基づく線材９０の直径の実測値Ｅ２が差し引かれて、１対の送給ローラ１８，１９の挟持による線材９０の実測潰れ量Ｄｊが演算される（Ｓ１１）。

なお、この潰れ量演算プログラムＰＧ１を実行しているときのＣＰＵが、本発明に係る「演算部」に相当する。また、図４（Ｂ）には、送給ローラ１８，１９の挟持によって潰れた線材９０の断面形状が示されている。

ばね成形機１０によりコイルばね９１を成形する場合、その準備としてＲＯＭに記憶されている図８に示した挟持力制御プログラムＰＧ２をＣＰＵに実行させる。すると、最初に設定処理（Ｓ２０）が行われて線材９０の材質と直径の入力が求められる。ここで、ＲＯＭには、図７に示すように、線材９０の材質と直径とに基づいて線材９０の目標潰れ量Ｄｗを予め設定したデータテーブルＴＢ１が記憶されている。各目標潰れ量Ｄｗの値は、各材質と各直径の線材９０でコイルばね９１を成形した場合に、そのコイルばね９１のばね定数等の特性が仕様に対して許容誤差に収めることができる最大値を実験的に求めたものである。ＣＰＵは、設定処理（Ｓ２０）の求めに応じて作業者が線材９０の材質及び直径を入力すると、それらに対応する目標潰れ量ＤｗをデータテーブルＴＢ１に基づいて決定する。

目標潰れ量Ｄｗが決定されると、送給用サーボモータ４１により送給ローラ１８，１９が所定速度で回転駆動されて、線材９０の送給が開始される（Ｓ２１）。そして、実測潰れ量Ｄｊが目標潰れ量Ｄｗより大きいか否かが判別され（Ｓ２２）、実測潰れ量Ｄｊが目標潰れ量Ｄｗより大きい場合には（Ｓ２２でＹＥＳ）、加圧用サーボモータ４２によりカム４３が予め定められた回転方向に一定量回転駆動されて、加圧ロッド４５と共に上側の送給ローラ１８が一定量上昇する（Ｓ２３）。これにより、１対の送給ローラ１８，１９による挟持力が一定量下げられ、実測潰れ量Ｄｊが小さくなる。

また、実測潰れ量Ｄｊが目標潰れ量Ｄｗより大きくなかった場合には（Ｓ２２でＮＯ）、実測潰れ量Ｄｊが目標潰れ量Ｄｗより小さいか否かが判別される（Ｓ２４）。そして、実測潰れ量Ｄｊが目標潰れ量Ｄｗより小さい場合には（Ｓ２４でＹＥＳ）、加圧用サーボモータ４２によりカム４３が逆方向に一定量回転駆動されて、加圧ロッド４５と共に上側の送給ローラ１８が一定量降下する（Ｓ２５）。これにより、１対の送給ローラ１８，１９による挟持力が一定量上げられ、実測潰れ量Ｄｊが大きくなる。

また、実測潰れ量Ｄｊが目標潰れ量Ｄｗより小さくなかった場合には（Ｓ２４でＮＯ）、即ち、実測潰れ量Ｄｊが目標潰れ量Ｄｗより大きくもなく小さくもなく、つまり同じであった場合には（Ｓ２２とＳ２４で共にＮＯ）、その際の加圧用サーボモータ４２の回転位置がＲＡＭに記憶され（Ｓ２６）、線材９０の送給が停止されて（Ｓ２７）、挟持力制御プログラムＰＧ２を終了する。そして、ばね成形機１０を連続運転したときに、加圧用サーボモータ４２がＲＡＭに記憶された回転位置に保持された状態で線材９０が送給されて、複数のコイルばね９１が順次成形される。

上記したように本実施形態の線材送給装置２０では、線材９０の潰れ量の実測値（実測潰れ量Ｄｊ）を目標値（目標潰れ量Ｄｗ）に一致させるように１対の送給ローラ１８，１９の間隔を調整して線材９０に対する挟持力を適正値に近づける。これにより、線材９０が潰れ過ぎたＮＧ品の発生量を抑えることができる。また、線材９０の塑性変形域では挟持力の僅かな変更で線材９０の潰れ量が大きく変化するところを、本実施形態の線材送給装置２０は、大きく変化するパラメータである潰れ量に基づいて、僅かに変化するパラメータである挟持力を調整するので、線材を潰し過ぎずかつ挟持力を適正値に調整することを容易に行うことができる。

［第２実施形態］
本実施形態の線材送給装置２０は、ばね成形機１０を連続運転している間に、図９に示した連続運転挟持力制御プログラムＰＧ３を実行する点が第１実施形態のばね成形機１０と異なる。その連続運転挟持力制御プログラムＰＧ３は、挟持力制御プログラムＰＧ２におけるステップＳ２２〜Ｓ２５と同じステップを有する。そして、挟持力制御プログラムＰＧ２では、実測潰れ量Ｄｊと目標潰れ量Ｄｗとが同じ値となった場合（Ｓ２２とＳ２４で共にＮＯ）、所定の処理を行って終了していたところを、連続運転挟持力制御プログラムＰＧ３では終了せずに、繰り返して実測潰れ量Ｄｊと目標潰れ量Ｄｗとの大小関係を判別する構成になっている（Ｓ２４のＮＯのループ）。

この構成によれば、ばね成形機１０を連続運転中における線材９０の線径の変化や、送給ローラ１８，１９の摩耗等に対応して１対の送給ローラ１８，１９による線材９０に対する挟持力を適正値に保つことができる。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）前記第１実施形態では、断面円形の線材９０を送給する線材送給装置２０について説明したが、断面四角形や断面楕円形の線材を送給する線材送給装置に本発明を適用してもよい。

（２）また、第１及び第２の実施形態では、コイルばね９１を成形するばね成形機１０に備えられた線材送給装置２０に本発明を適用した例を示したが、コイルばねを成形するばね成形機以外の線材成形機（所謂、フォーミングマシン）に備えた線材送給装置に本発明を適用してもよい。

（３）前記第１実施形態では、送給ローラ１８，１９の上流側と下流側とに線径検出センサ３１，３２とを備えて、それらの検出結果の差分に基づいて線材の潰れ量を演算していたが、１対の送給ローラの下流側のみに線径検出センサを配置して、その線径検出センサの検出結果と予めＲＯＭに記憶した線材の線径との差分に基づいて線材の潰れ量を演算してもよい。

（４）前記第１実施形態の線材送給装置２０は、１対の送給ローラ１８，１９にて線材９０を送給する構造になっていたが、線材送給路Ｒに沿って２対の送給ローラを備えた構造のものにおいて、本発明を適用してもよい。その場合、２対の送給ローラを通過したことによる線材の潰れ量を検出し、その検出結果に基づいて２対の送給ローラの両方の挟持力を共に調整する構成としてもよいし、一方の挟持力のみを調整する構成としてもよい。

１０ 成形機
１３，１４ 線材成形工具
１８，１９ 送給ローラ
２０ 線材送給装置
２５ 制御部
３１，３２ 線径検出センサ（線径検出手段）
４０ 後側支持壁
４２ 加圧用サーボモータ（駆動源）
９０ 線材
９１ コイルばね
ＰＧ１ 潰れ量演算プログラム
ＰＧ２ 挟持力制御プログラム
ＰＧ３ 連続運転挟持力制御プログラム

Claims (6)

1. １対の送給ローラが線材を挟持した状態で対称回転して、前記線材を送給する線材送給装置と、前記線材送給装置から送給される線材を曲げて線材成形品に成形する線材成形工具とを備える線材成形機において、
   前記１対の送給ローラの挟持により塑性変形した前記線材の潰れ量を検出するための変形検出手段と、
   前記変形検出手段の検出結果に応じて前記１対の送給ローラ同士の間隔を変更するための間隔変更機構と、
   前記間隔変更機構を駆動する駆動源と、
   前記変形検出手段の検出結果に基づいて、前記線材の前記潰れ量を予め設定された一定の目標値に一致させるように前記間隔変更機構を動作させる制御手段と、を備える線材成形機。
2. 前記変形検出手段には、前記線材の線径を検出する線径検出手段が備えられ、
   前記線径検出手段は、前記線材を間に挟みかつ前記線材に接触した状態で対向する１対の接触子を有して、前記１対の接触子の間隔を前記線材の線径として検出する請求項１に記載の線材成形機。
3. 前記変形検出手段には、前記線材の線径を検出する線径検出手段が備えられ、
   前記線径検出手段は、前記線材を間に挟んで対向する投光器及び受光器を有して、前記投光器から前記受光器への光の前記線材による遮蔽幅を前記線材の線径として検出する請求項１に記載の線材成形機。
4. 前記変形検出手段は、
   前記１対の送給ローラの下流側に配置される下流側の前記線径検出手段と、
   前記１対の送給ローラの上流側に配置される上流側の前記線径検出手段と、
   前記下流側と上流側の線径検出手段の検出結果の差分に基づいて、前記線材の潰れ量を演算する演算部とを有する請求項２又は３に記載の線材成形機。
5. 前記変形検出手段は、
   前記１対の送給ローラの下流側に配置された前記線径検出手段と、
   塑性変形前の前記線材の線径を記憶した記憶手段と、
   前記線径検出手段の検出結果と前記記憶手段に記憶された線材の線径との差分に基づいて、前記線材の潰れ量を演算する演算部とを備えてなる請求項２又は３に記載の線材成形機。
6. 線材成形機の成形工具により線材を曲げて線材成形品に成形するために、前記線材を１対の送給ローラで挟持して前記線材成形工具へと送給する線材送給方法において、
   前記１対の送給ローラの挟持により塑性変形した前記線材の潰れ量を、予め設定された一定の目標値に一致させるように前記１対の送給ローラの軸間距離を変更する線材送給方法。

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