JPH0985376A - バネ形成装置及びその方法及びその製造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】バネの寸法その他のパラメータを均一化する。 【解決手段】クイル１４の固定されたアウトレット１８
から線材１６を送り出し、巻き加工ツール２０の巻き加
工面２４に当接せしめて線材１６を湾曲させ、バネ３０
を形成する。ＬＶＤＴ３２のプローブ３３は、バネ３０
の形成の際に線材１６の位置を検知し、ＬＶＤＴ３２は
その位置を示す信号を出力する。巻き加工ツール２０
は、この信号に基づいて巻き加工面２４の位置を制御す
る。１つのバネの形成を終えたらレーザ装置６６によっ
て巻き加工面２４の位置を検知し、次のバネを形成する
際に、その位置に巻き加工面２４を調整してバネを形成
する。したがって、１つのバネにおいては、全巻き部に
渡ってバネのパラメータを均一に維持することができ
る。また、複数のバネにおいては、前バネに渡ってパラ
メータを均一に維持することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バネを形成するバ
ネ形成装置及びその方法及びその製造物に係り、特に厳
格な公差で再生可能なパラメータを有するバネを形成す
るバネ形成装置及びその方法及びその製造物に関する。

【０００２】

【従来の技術】コイルバネを形成するためのバネ巻き装
置が従来より知られている。１９９０年１月１６日にｏ
ｈｄａｉ等に対して与えられた米国特許第４，８９３，
４９１号（”Asahi-Seiki Manufacturing Company,Limi
ted”に譲渡）は、コイルバネを形成するバネ巻き装置
及びその方法に関して述べている。線材は、クイル（線
材ガイド）から形成面に送られる。形成面は、コンピュ
ータ制御の下、カム機構を含む駆動装置によってクイル
の先端付近に移動される。線材は、クイルから形成面に
送られると、そこで曲げられる。形成面を回動させ、ク
イルから送られる線材を、様々な方向に曲げることで、
予め設定した様々な形状及びサイズのコイルバネを形成
することができる。コイルバネが、その所定の形状及び
サイズに達すると、形成面は、駆動システム及びカム機
構によってクイルの先端から引き離され、今度は切断ツ
ールが前進してきて、形成されたコイルバネをクイルか
ら送られる線材より切断する。

【０００３】ｏｈｄａｉ等の米国特許第４，８９３，４
９１号において記載されたバネ巻き装置は、ツール搭載
フレーム上に搭載された様々な切断ツールや巻きツール
を提供している。これらのツールは、バネの形成面と同
様に、クイルの先端に対して相対的に位置決めできるも
のとなっている。ここで、ツール搭載フレームは、クイ
ルが通過可能な開口部を有する。これにより、ツール搭
載フレームの前面及び背面に対し、各ツールがクイルの
先方に近づけたり、クイルから遠ざけたりすることを可
能にしている。クイルの先端の直前付近に、様々なツー
ルを搭載する構成により、コイルバネを形成する際に種
々の曲げ方を実現することができる。さらに、この装置
のコンピュータ制御を通して、様々な寸法を有するコイ
ルバネを形成するもできるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、線材の
寸法の変動、バネ巻き装置の剛性の変動（がたつき）、
機械上の各ツールの磨耗の度合の変動のため、厳格な公
差を要求される用途に使用する特定のバネ、またはバッ
チのバネを形成することは非常に困難である。係る問題
は、一部の例示である。バネ巻き装置の形成面は、限ら
れた精密さでクイルの先端に相対して繰り返し配置する
ことができるに過ぎないからである。

【０００５】クイルから送り出されるロールまたはロッ
トの線材は、円、方形、樽、その他の断面構造（様々な
変動を包含する）を有する。化学的な変動は、線材を構
成する化学合成物に含まれる炭素量に依存して存在す
る。異なる化学合成物は、線材の伸張力や弾性係数を変
える。これらの線材の変動は、厳密な公差のコイルバネ
を得る上での困難性を招来する。

【０００６】線材の潤滑性の差異によって、線材を曲げ
るために形成面で線材に必然的に加えられる力の大きさ
が変化する。表面条件および表面仕上げが異なるからで
ある。表面条件及び表面仕上げの差異は、形成面で形成
されるコイルバネの寸法の変動の原因となる。さらに、
線材は金属であるため、温度変動によって特定の温度で
線材が縮んだり、伸びたりすることにより、コイルバネ
の寸法の変動をさらに助長する。

【０００７】また、バネの形成に使用される線材のロッ
トまたはロールに、種々の応力が取り込まれる。線材が
引っ張られる等して、その線材のロットにおいて伸張力
が変化するだけではなく、引っ張り工程が線材に様々な
キャスト（cast）やねじれ（helix）をもたらす。さら
に、線材は大きなコイルで運搬される。したがって、線
材は、内部から外側に、コイルを通して様々キャストや
ねじれを持つに至る。さらに、多くのバネが、特定のバ
ネ巻き装置の同一のツールと同一の形成面によって形成
される。この反復に起因してツールに力が加えられ、ツ
ールの形成面は磨耗に応じて時間の経過と共に変化す
る。この磨耗は、バネを形成する際の一定性をさらに損
なわせる。

【０００８】線材の条件または他のパラメータの変動、
線材を曲げる形成面及び他のツールの磨耗、クイルの略
先端に繰り返し配置する際の形成面の位置決めにおける
変動のため、特定のバッチのコイルの中で、各コイルバ
ネの様々なパラメータの不均一性を招来する。多くの工
業的な用途の中で、厳密な公差で一定のパラメータを有
するコイルバネを提供することが要求される。これらの
公差は、１つのバネにおける各巻き部に関して、またバ
ッチやロットのバネにおける各バネに関して厳密でなけ
ればならない。このような厳密な公差を要求するバネの
用途の１つとしては、オフィスの複写機に使用される巻
きバネクラッチがある。係るバネクラッチは、米国ミネ
ソタ州のReell Precision Manufacturing Corprationに
よって製造されている。

【０００９】バネを巻くことに関する様々な他の要素
は、１つのバネおよび／またはバッチのバネのパラメー
タの不均一性をさらに生み出す。例えば、上記の如く、
バネがバネ巻き装置によって形成された後に切断された
とき、バネを形成面から隔てることが可能である場合、
ストレスが加えられ、様々なパラメータの分布が広くな
る。さらに、形成面によって曲げられた後のバネの不均
一な熱処理は、コイルバネのパラメータにおける一層の
変動を導く。したがって、バネが均一な分布を有さない
温度で熱処理される炉にバネを入れた場合、バネの寸法
またはその他のパラメータの変動が生じ得る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、線材より１ま
たは複数のバネを形成するための装置を提供する。この
装置は、固定アウトレットから、該固定アウトレットと
の位置関係を変更可能な巻き加工面に対して線材を送り
出す手段と、線材を監視し、湾曲した線材の物理的特性
を示す出力信号を生成する手段と、前記出力信号を受け
取り、これに基づいて制御信号を生成する制御手段と、
前記物理的特性をバネの形成中において実質的に均一に
維持するように、前記巻き加工面の位置関係を調整する
ために前記制御信号に応じて移動させる移動手段とを備
える。固定アウトレットは、線材を進路に案内し、線材
は巻き加工面によって湾曲され曲げられる。

【００１１】本発明の好適な実施の態様に拠れば、監視
手段は、バネの径を示す線材の位置を検知する検知手段
を含む。検知手段は、線材を送り出す送り手段の固定ア
ウトレットと相対して位置する線形可変差動トランスを
有することが好ましい。

【００１２】本発明の他の実施の態様に従えば、検知手
段は、線材の表面にレーザビームを照射するためのレー
ザ装置と、レーザビームの反射を受光する手段とを含む
ことが好ましい。他の実施の態様に拠れば、検知手段
は、固定アウトレットと相対して位置する誘導ゲージ装
置を含む。さらに、移動手段は、巻き加工面を調整する
ための圧電変換器を含むことが好ましい。

【００１３】さらに、線材からバネを形成する方法は、
固定された線材アウトレットに関する位置に巻き加工面
を微調整する。線材を監視し、湾曲した線材の物理的性
質を示す出力信号を生成する。巻き加工面の位置は、続
いて、出力信号に基づいて生成された制御信号に応じて
微調整され、バネの形成中において、物理的性質は実質
的に均一に維持される。

【００１４】さらに、本発明の他の実施の形体に拠れ
ば、複数のバネを形成する方法が提供される。１つめの
バネは、線材を固定アウトレットを介して線材を送って
巻き加工面に当接し、線材を巻くべく前記巻き加工面で
線材を湾曲せしめることによって形成される。１つめの
バネを形成後、巻き加工面は、固定アウトレットに関す
る所定の位置から引き離される。巻き加工面は、実質的
に、引き離す前の巻き加工面の位置に微調整される。引
き離す前と、微調整した後の巻き加工面の位置が検知さ
れ、それを示す位置信号が生成される。２つめのバネを
形成するため引き離す前に検知された位置の信号に基づ
いて、巻き加工面は粗調整の後、微調整される。

【００１５】上記の様々な新規なる利点及び特徴は、請
求の範囲において指摘している。しかしながら、本発明
とその利点及びその使用によって得られる他の事項に関
してより理解するためには、以下の実施の形態を参照さ
れたい。

【００１６】

【発明の実施の形態】本実施の形態に係るバネ巻き装置
を図１〜図３を参照しながら説明する。図１及び図２
は、図３に示すコイルバネの如きバネを形成するために
調整可能な巻き加工部（コイリングポイント）を有する
バネ巻き装置１０の構成を示す図である。図２に示す、
バネ巻き装置１０は、標準的なコンピュータ制御による
バネ巻き装置１２を含んでおり、巻き加工ツール２０に
対して固定アウトレットから線材１６を送り出すための
クイル１４を有する。巻き加工ツール２０は、バネ３０
を形成すべく線材を曲げるために線材を湾曲させる巻き
加工面２４を有する巻き加工部２２を含む。バネ巻き装
置１０は、バネを形成する際にバネ巻き加工部を調整す
るためのシステム１１をさらに含む。

【００１７】巻き加工ツール２０は、巻き加工部２２を
調整するためのシステム１１の一部である圧電変換スラ
イド２６を更に含む。圧電スライド２６は、図１に示す
ように、巻き加工部２２に接続され、また駆動機構及び
カム機構２８によってバネ巻き装置１２に接続されてい
る。線形可変差動トランス（ＬＶＤＴ）３２は、バネ３
０を形成する際に線材１６の位置を検知するために使用
され、また、圧電スライド２６に搭載された、図５に示
す圧電変換器５０を制御するための制御信号を生成する
コンピュータ４０に出力信号を供給するために使用され
る。圧電変換器５０は、コンピュータ制御によるバネ巻
き装置１２が、巻き加工部２２を巻き加工面２４によっ
て線材１６を湾曲させる部所に移動した後に、ＬＶＤＴ
３２からの出力信号に基づいて巻き加工部２２を微調整
する。

【００１８】システム１１のレーザ５４は、１つめのバ
ネが形成された後にバネ巻き装置１２によって巻き加工
部が引っ込められる前に、巻き加工面２４の位置を検知
するために用いられる。レーザ５４は、圧電スライド２
６に動作可能に搭載された圧電変換器５０に対する制御
信号を生成するコンピュータ４０に供給する位置信号を
生成する。巻き加工部２２が、コンピュータ制御による
バネ巻き装置１２によって２つめのバネを形成するため
に所定位置に移動されたとき、レーザ５４による位置検
知に基づいて生成された制御信号に応じて、圧電変換器
５０は、巻き加工面２２を調整し、それが引っ込められ
る前に検知された位置に合わせる。

【００１９】以下、図１〜図５を参照してバネ巻き装置
１０の詳細を説明する。図１、図２は、夫々バネ巻き装
置１０の物理的な構成と制御構成とを示す図である。こ
こでは、標準的なバネ巻き装置１２が使用されている。
この標準的なバネ巻き装置としては、例えば愛知県の”
Asahi-Seiki Manufacturing Company,Limited”の”Asa
hi-Seiki NTF2”が好ましい。この標準的なバネ巻き装
置１２は、バネの巻き加工をコンピュータ制御する機械
である。NTF2のような機械は、Ｏｈｄａｉ等に付与さ
れ、”Asahi-Seiki Manufacturing Company,Limited”
に譲渡された米国出願第４，８９３，４９１に記載され
ている。

【００２０】コンピュータ制御によるバネ巻き装置１２
は、送りローラ３４を通して進路に線材１６を送り出す
固定アウトレット１８を有するクイル１４を含む。コン
ピュータ制御の下、バネ３０を形成するために様々なツ
ールが、固定アウトレット１９との関係において適切な
位置に移動される。図１に示すように、巻き加工ツール
２０、曲げ加工ツール４２、係止軸端部過剰曲げ加工ツ
ール（バネを係止する脚又は指（以下、係止軸端部）を
オーバベントするツール）３８、切断ツール３６、ＬＶ
ＤＴ３２及び曲げ加工マンドレル４５は、固定アウトレ
ット１８との関係において夫々適切な位置に移動される
ツールである。例えば、コンピュータ制御によるバネ巻
き装置１２が、最初のバネの形成を開始するとき、送り
ローラ３４が動作し、線材１６が固定アウトレット１８
を通して送り出される。曲げ加工ツール２０は、４分の
１巻きを形成するために所定位置に移動される。曲げ加
工ツール２０は、その後引き離され、係止軸端部曲げ加
工ツール４２及び曲げ加工マンドレル４５が、図３に示
す第１の係止軸端部８１の形成を開始するために、固定
アウトレット１８との関係において適切な位置に移動さ
れる。その後、曲げ加工ツール４２は、固定アウトレッ
トとの関係において適切な位置から引き離され、係止軸
端部過剰曲げ加工ツール３８が、第１の係止軸端部（to
e）８１を所望の形状に曲げるために使用される。係止
軸端部過剰曲げ加工ツール３８及び曲げ加工マンドレル
４５は、その後引き離され、巻き加工ツール２０が、コ
イルバネ３０のコイル本体８７の形成を開始するため、
固定アウトレットの下流に位置決めされる（その位置
は、固定アウトレット１８との関係で移動可能）。コイ
ル本体部８７の形成の後、巻き加工ツール２０は、コン
ピュータ制御によるバネ巻き装置１２の制御の下で引き
離される。短い時間（この間にバネ３０は、線材１６か
ら切断される）の経過の後、工程が繰り返されることに
より第２のバネが形成される。第２のバネの形成中、バ
ネ巻き装置１２の制御の下で巻き加工ツール２０は、第
２のバネのコイル本体を形成するため、巻き加工面２４
を微調整する。バネ巻き装置は、単に巻き加工面を微調
整するだけであるから、コイル本体において外径の寸法
誤差が約０．００３インチのバネが形成される。

【００２１】なお、所望する、様々なサイズ、形状、タ
イプのバネを形成し提供するため、適当な数と種類のツ
ールを使用し、それを適宜固定アウトレット１８との関
係おいて適切な位置に移動することができることは言う
までもない。例えば、バネ巻き装置は、コイルバネの形
成に使用するものに限定されるものではない。円錐形状
のバネ、または小さな径から徐々に大きな径になるバネ
も、バネ巻き装置１２の制御に基づいて形成可能であ
る。更に、巻き加工面は、様々なバネを形成するために
２ヵ所の作業面を有する巻き加工面（two point coilin
g surface）であっても良い。

【００２２】また、使用可能な線材のタイプは、多伎に
及ぶことは言うまでもない。例えば、円、方形、または
樽状の断面構造を有する線材を使用可能であるが、これ
らに限定されるものではない。多くのタイプ及びサイズ
のコイルバネが、本バネ巻き装置１０によって可能であ
ることが認識されよう。一定の内径または外径を有する
従来のコイルバネは、実に様々な線材より形成可能であ
る。

【００２３】形成可能なバネの一例が図３Ａに示されて
いる。コイルバネ３１は、２つの径を有するバネであ
り、第２部分８２の内径よりも大きい内径を有する第１
部分８０を含む。第１及び第２部分の外径もまた寸法が
異なる。バネ巻き装置１２は、コンピュータ制御の下、
様々な寸法をのバネを製造することができ、また、図３
Ｂに示すような１つの内径と外径を有する一定サイズの
本体部分のバネを容易に製造することができる。

【００２４】以下、説明の便宜のため、図３Ｂ〜３Ｄに
示すバネ３０（一定の内径及び外径の本体部８７）の製
造に関しての実施の形態を説明する。バネ３０は、長さ
９０の全体に渡って外径８８、内径８４の本体部８７を
有する。コイルバネ３０は、特定の巻き数の巻き部８
３、８５を含み、それらは各々内径８４、外径８８であ
る。係止軸端部８１は、特定の用途において、コイルバ
ネを接続するために形成される。例えば、係止軸端部
は、記録紙を繰り返し連続的に送る複写機において使用
される電気クラッチと接続するために使用される。この
ような用途において、バネは、厳密な公差で、全体に渡
り一定の寸法で製造されなければならない。寸法、特に
巻き部８３の内径及び外径は、巻き部８５の寸法と同一
でなければならない。バネ３０の寸法は、特定のバネ自
体に関して一定である必要があるだけではなく、バッチ
やロットにおいても、バネの寸法は、一定のパラメータ
に維持されなければならない。厳密な公差と一定性を有
するパラメータの必要性のため、コンピュータ制御によ
るバネ巻き装置１２は、以下に説明するバネ巻き装置１
０を構築するために他の要素と結合される。

【００２５】図１及び図２に示すように、バネ巻き装置
１０は、コンピュータ制御によるバネ巻き装置１２に加
え、巻き加工部２２を制御するシステム１１を含む。そ
して、バネを形成する際に、コイルバネ３０の様々なパ
ラメータが、巻き加工部２２（すなわち巻き加工面２
４）を調整することにより制御される。バネ巻き装置１
０は、ＬＶＤＴ３２より信号を受信するコンピュータ４
０（例えば、Compaq 386s,20MHz）を含む。

【００２６】本実施の形態においては、ＬＶＤＴ３２と
して、”PCA-499”プローブを備えた”Schaevitz DTR-4
51”デジタル変換器を用いている。ＬＶＤＴ３２は、コ
イルバネ３０のパラメータの計測のため、図４に示すよ
うに配置される。ＬＶＤＴ３２は、コイルバネ３０が形
成されている間、巻き加工面２４から湾曲した線材の位
置を検知する。線材の検知は、固定アウトレット１８と
の相対的な位置関係としてなされ、出力信号は、湾曲し
た線材の物理的な特性を示している。線材の位置は、固
定アウトレット１８の下流側のいずれの場所においても
検知することができ、巻き加工面２４によって湾曲され
る前であると、後であるとを問わない。本実施の形態に
おいては、ＬＶＤＴ３２は、コイルバネ３０のコイル本
体８７の部分を形成するために線材１６が巻き加工面２
４から湾曲した後のコイルバネ３０の内径８４を検知す
る位置に配される。内径３０は、寸法誤差を制御される
パラメータとなっている。内径は、コイルの半径、すな
わち径の２分の１を検知することによって計測する。

【００２７】内径は、位置検出器であるＬＶＤＴ３２を
用いてバネ巻き装置１０によって制御される唯一のパラ
メータではない。外径制御のための計測は、外径の計測
が可能な位置にＬＶＤＴを配置することによって行うこ
とができる。両パラメータを異なる時間に制御するとき
は、内径及び外径の両位置を検知する位置に配置すれば
良い。

【００２８】ＬＶＤＴ３２のプローブ３３によって計測
した距離の変動に比例したアナログ信号は、信号条件回
路３５を経由して入力／出力回路４８に供給され、ここ
で、ＬＶＤＴ３２からのアナログ信号は、アナログ−デ
ジタル変換器５２によってデジタル化される。係る計測
のための設定された基準位置は既知であり、ＬＶＤＴ３
２は、ソフトウェア６４の制御に基づいてＣＰＵ６２に
供給されるデジタル信号によって、ＬＶＤＴ３２のプロ
ーブ３３の位置との差分を示す。標準的なＰＩＤ制御
（Proportional Integral Differential Contorol）
が、ＬＶＤＴ３２からのアナログ信号をデジタル化した
信号に基づいて制御信号を生成する制御アルゴリズムと
して使用される。これらのデジタル制御信号は、ＣＰＵ
６２によって入力／出力回路に供給され、デジタル−ア
ナログ変換器５６によってアナログ信号に変換される。
次いで、アナログ制御信号は、増幅器４６に供給され
る。増幅器は、バネを形成するときにコイルバネ３０の
内径８４を実質的に均一に維持するために曲げ加工面２
４を微調整する圧電スライド（piezo slide）に備えら
れた圧電変換素子５０を駆動するためにアナログ信号を
増幅する。本実施の形態においては、増幅器として”Ke
pco BOP 100-4M電源”を採用している。

【００２９】ＬＶＤＴ３２によってなされる位置検出
は、他の装置によって形成されるバネのパラメータにお
ける変動を示している。レーザゲージは、ビームが線材
上を離れる点を利用する。反射したビームは、レーザビ
ーム検知器によって受光される。公知の三角測量技術
が、反射したビームの検知から距離変動を計測するため
に使用される。

【００３０】また、鉄をベースにした素材の位置検出に
は、誘導プローブを使用することもできる。バネを形成
する際に、バネのパラメータを示す線材の位置を検知す
る方法は他にも多数あり、上記の装置に限定されるもの
ではない。

【００３１】圧電変換器５０は、圧電スライド（piezo
slide）２６に動作可能に搭載され、巻き加工部２２
（巻き加工面２４）を固定アウトレット１８との関係に
おいて適切な位置に微調整する。図５に、圧電変換器５
０を搭載した圧電スライド２６が示されている。本実施
の形態においては、圧電変換器として、”Physik Instr
umente GmBH and Comany 844.60 LVPZ”の圧電アクチュ
エータを採用している。この圧電変換器５０は、およそ
０．００３５インチ移動する能力を有する。したがっ
て、線材１６の湾曲を制御するために曲げ加工位置２２
を微調整（粗い調整との対比）することができ、ＬＶＤ
Ｔによる位置検知に応じて制御されるパラメータを、バ
ネの形成中、実質的に均一に維持することができる。

【００３２】図５は、圧電変換器５０を搭載した圧電ス
ライド２６を示しており、図５Ａは正面図、図５Ｂは平
面図、図５Ｃ及び図５Ｄは、両側面図である。圧電スラ
イド２６は、動作可能に巻き加工部２２に接続された第
１のスライド７２を有する。第２のスライド７４は、コ
ンピュータ制御によるバネ巻き装置１２によって制御さ
れるカム機構及び駆動機構２８によって、コンピュータ
制御によるバネ巻き装置１２に接続されている。スライ
ド２６は、圧電変換器５０に係る手法により巻き加工部
の微調整を可能ならしめるギャップ７６を含む。本実施
の形態においては、圧電スライドは、おおよそ６インチ
の長さであり、ギャップは、圧電変換器５０を約０．０
０３５インチの距離だけ移動させることが可能である。
第１のスライド７２は、第２のスライド７４とピン７５
によって連結されている。圧電変換器５０は、嵌挿孔７
８及び嵌挿孔７７に両端を挿入されている。増幅器４６
から制御信号を受け取ると、圧電変換器５０は、それに
応じてスライド７２をスライド７４と相対して移動させ
る。スライド７４は、駆動機構及びカム機構２８に固定
されている。この移動は、巻き加工面２４の微調整に変
換される。圧電変換器５０は、バネ巻き装置１０が５０
メートル／分のスピードでバネを形成中において、巻き
加工面２４を４００Ｈｚで微調整することが可能であ
る。

【００３３】以上、バネ巻き装置１０による１つのバネ
の形成に関して詳細に述べた。２つのバネの形成の開始
時にパラメータを制御するためには、巻き加工部２２を
調整するためのシステム１１の付加的な要素が使用され
る。１つめのバネが形成された後、巻き加工面２２は、
コンピュータ制御によるバネ巻き器１２によって、固定
アウトレット１８との関係において適切な位置から引き
離される。その後、クイル１４から送られた線材１６よ
り１つめのバネを切断する切断ツール３６が使用され
る。巻き加工面２２を、２つめのバネのコイル本体が一
定の開始パラメータ（本実施の形態においては、１つめ
のバネの径８４と等価な内径）で形成される位置に配置
するためレーザ５４が使用される。

【００３４】レーザ５４は、巻き加工面２２を引っ込め
て１つめのバネを切断する前に、巻き加工面２４の位置
を検知するために使用される。レーザ装置（例えば、”
Keyence LC2100”）は、レーザボックス６８の制御に基
づいてレーザビーム部６６より、巻き加工面２４の１つ
の部所に３つのビームを夫々異なる角度で照射する。レ
ーザビーム部６６は、反射したビームを受光する。反射
したビームの角度に関する信号は、レーザボックス６８
に供給され、三角測量の技術を用いてレーザ装置５４か
ら巻き加工面２２に至る距離を示す信号が生成される。
距離信号は、レーザボックス６８によって提供され、入
力／出力回路５８を介してＣＰＵ６２に供給される。デ
ジタルの距離信号は、ソフトウェア６４の制御に基づい
てＣＰＵ６２によって生成される。この距離信号は、入
力／出力回路４８に供給され、デジタル−アナログ変換
器５６によって、デジタル信号からアナログの距離制御
信号に変換される。このアナログ信号は、増幅器４６に
供給されて圧電変換器５０を駆動するために増幅され、
これにより巻き加工面２４が微調整される。

【００３５】レーザ装置５４は、１つめのバネの形成後
であってコンピュータ制御によるバネ巻き装置１２によ
って巻き加工面２２を引っ込める前に、巻き加工面２４
とレーザ装置５４の距離を計測し、コンピュータ４０に
関連するメモリ（不図示）にこの計測結果を保持する。
２つめのバネを形成するため、コンピュータ制御による
バネ巻き装置１２によって固定アウトレット１８に対し
て適切な位置に巻き加工面２２が移動されたとき、レー
ザ装置５４は、移動後の巻き加工面２４の距離を検知
し、引っ込める前の位置と比較するための距離信号を提
供する。デジタル距離信号は、圧電変換器５０によって
１インチの１００万分の４０以内に巻き加工面２４の微
調整を制御するための比較結果に基づいて生成される。

【００３６】したがって、バネの形成中においてＬＶＤ
Ｔ３２によって検知される位置に応じて制御されるパラ
メータは、２つめのバネの形成の初期においてレーザ装
置５４を用いて巻き加工面２４を微調整することによっ
て制御される。１度、内径８４の正確な位置がＬＶＤＴ
３２によって検知されたら、コンピュータ４０は、レー
ザ信号の代わりにＬＶＤＴ信号を使用し、これにより圧
電変換器５０を制御し、形成されている２つめのバネの
パラメータを制御する。この例においてレーザ装置５４
によって計測される巻き加工面２４の位置は、他の特定
の計測装置（例えば、ＬＶＤＴ、誘導ゲージ等）によっ
ても計測することができ、レーザ装置５４に限定される
ものではない。

【００３７】以下、図１〜図５と、図６及び図７のフロ
ーチャートを参照しながら、１または複数のバネの形成
方法に関して述べる。先ず、コンピュータ制御によるバ
ネ巻き装置１２は、線材１６を送りローラ３４からクイ
ル１４を通して固定アウトレット１８に送り、その固定
アウトレット１８から下流方向に伸ばして進路を案内し
て線材１６を送り出す。巻き加工ツール２０は、４分の
１巻きを形成するために所定の位置に移動される。次い
で、巻き加工ツールが引き離された後、バネ巻き装置１
２は、図３に示す係止軸端部８１のための最初の直線部
分の形成を開始すべく、線材をその進路から湾曲させる
ために、曲げ加工ツール４２及び曲げ加工マンドレル４
５を所定の位置に移動させる。所望の係止軸端部８１が
形成されたら、係止軸端部曲げ加工ツール４２は、曲げ
加工マンドレル４５及び固定アウトレット１８から引き
離され、係止軸端部過剰曲げ加工ツールが、最初の直線
部分を曲げ加工し、図３に示す所望の形状の第１の係止
軸端部８１を形成するために前方に移動される。

【００３８】係止軸端部８１の形成後、残りの全ての係
止軸端部曲げ加工ツールは、固定アウトレット１８から
引き離され、バネ３０の内径パラメータを制御するため
の信号を出力し、また線材の監視を開始するＬＶＤＴ３
２が所定の部所に移動される。巻き加工部２２は、コン
ピュータ制御によるバネ巻き装置１２によって、圧電ス
ライド２６により巻き加工部に動作可能に接続されたカ
ム機構及び駆動機構２８を用いて、固定アウトレット１
８との関係において適切な位置に粗調整される。巻き加
工部２２（巻き加工面２４）の粗調整は、０．００３イ
ンチの寸法誤差を含む径を有するバネの形成を可能にす
る。ＬＶＤＴ３２は、ＬＶＤＴ３２のプローブ３３がコ
イルバネ３０の所望の内径８４を計測可能な部所に配置
される。このＬＶＤＴは、前述したようにバネ３０が線
材１６から形成される時に、バネ３０のコイルの外径ま
たは内径を制御するために使用される。

【００３９】図６に示すように、ＬＶＤＴ３２を位置決
めした後、巻き加工ツール２０の巻き加工部２２は、形
成を完了したバネから最後のツールの位置に微調整され
る。１つめのバネを形成する際には、巻き加工面２４を
予め設定された基準位置へ微調整し、さらに続いてバネ
を形成する際には、レーザ５４によって計測された最後
のツールの位置が使用される。巻き加工ツールを最後の
ツールの位置に微調整（１つめのバネの形成のときは、
予め設定された基準位置に微調整）し、ＬＶＤＴ３２に
有効なデータが存在するときにコイル本体のための送り
を開始し、送りの停止及び径を制御する工程は、図７の
フローチャートに示すように、コンピュータ制御による
バネ巻き装置１２からの信号によって実行される。

【００４０】バネのコイル本体の径制御を開始する信号
を受け取ると（図７参照）、レーザ装置５４は、巻き加
工ツール２０の巻き加工面２４を、微調整するために使
用される。この場合、２つめのバネを形成する際はツー
ルの最後の位置に微調整し、最初の１つのバネを形成す
る場合には設定された基準位置に微調整する。レーザ装
置５４は、コイル本体８７を形成するためにコンピュー
タ制御によるバネ巻き装置１２によって巻き加工面２２
を微調整する際に、その巻き加工面２４の位置を検知す
る。ソフトウェア６４の制御に基づいてコンピュータ４
０は、レーザ装置から距離信号を受け取る。前述のよう
に、コンピュータ４０は、距離信号を生成する。その距
離信号は、増幅器４６に供給されると共に、巻き加工部
２２を微調整するために圧電スライド２６に備えられて
いる圧電変換器５０に供給される。このとき、２つめの
バネを形成する場合には、１つめのバネの形成の後の巻
き加工ツール２０の位置に微調整され、一方、最初の１
つめのバネを形成する場合には、予め設定された基準位
置に微調整される。最初の１つのバネの形成の際の距離
制御信号は、レーザ計測の結果を設定された基準位置と
比較することにより生成され、また、その後のバネに関
しては、距離制御信号は、前回のバネのコイル本体の形
成後であって巻き加工面２２を引っ込める前に、レーザ
装置５４によって計測した位置との比較によって生成さ
れる。

【００４１】次いで、コイルバネ３０のコイル本体の形
成のため、線材１６が送られる。ＬＶＤＴ３２が内径に
係る位置する際に有効なデータが存在するときは、レー
ザ装置５４からの信号が中断され、コイル本体の形成中
の径制御がＬＶＤＴ３２による位置検出に基づいて達成
されたことを示している。

【００４２】ＬＶＤＴ３２は、今、そのＬＶＤＴからの
信号に基づいてなされた圧電変換器５０による調整によ
って、コイルバネ３０の径の制御を開始する位置にあ
る。ＬＶＤＴ３２によって連続的に計測をしながら、巻
き加工部２２の巻き加工面２４は、外径８８及び内径８
４のコイルバネ３０を形成するため、固定アウトレット
１８から送られる線材をその進路より湾曲せしめる。巻
き加工面２４は、固定アウトレット１８から送られてく
る線材１６の進路と直交する第１の平面に対して約１０
〜１５°の角度をなす第２の平面内に位置する。係る角
度は、コイルバネに関するの所望のパラメータに依存し
て予め決定される。

【００４３】現在形成しているバネ３０の径を監視して
いるＬＶＤＴ３２は、線材の位置の変化があるか否かを
そのＬＶＤＴ３２のプローブ３３によって検知して、そ
の旨を示す信号（アナログ信号）を生成する。前述の標
準的なアルゴリズムにしたがって制御信号を生成するコ
ンピュータ４０は、このアナログ信号を受け取る。そし
て、圧電スライド２６に動作可能に搭載された圧電変換
器５０を駆動するために、増幅器４６に制御信号が供給
される。したがって、バネ３０の残り部分が形成される
とき、ＬＶＤＴ３２は、誤差を正すべく監視しているパ
ラメータの制御のため、最小４００Ｈｚで信号を供給す
る。

【００４４】図７に示すように、バネの形成中にそのパ
ラメータの統計が計算され、そしてコイルバネ３０のパ
ラメータの変化に関する誤差が印刷される。また、バネ
の内径８４は、ＬＶＤＴ３２によって制御される。その
制御は、コンピュータ制御によるバネ巻き装置１２から
の信号がなくなるまで、すなわち、該信号がバネ３０の
所望の長さ９０が達成され、固定アウトレット１８から
送られる線材１６が停止したことを示すまで行われる。
図７に示すように、径の制御は、この方法が終了するま
で（”Ｑ”がタイプ入力されるまで）、各々のバネの形
成に関して繰り返し動作する。

【００４５】バネのサイズ、バネの長さ、バネの変動、
例えば、図３Ａに示すような第１部分が第２部分よりも
大きな径を有するバネは、コンピュータ制御によるバネ
巻き装置１２により巻き加工部を微調整することにより
提供される。圧電変換器５０による微調整は、パラメー
タの変動が低減するように、そのパラメータを制御す
る。圧電変換器５０を介してなされる巻き加工部２２の
制御は、前述したように、機械の変動、ツールの磨耗、
線材の変動による巻き加工工程の変動を正す。

【００４６】バネが所望のパラメータで形成されたら、
コイルバネは、切断ツール３６によって、固定アウトレ
ット１８から送られた線材１６から切断される。コイル
バネ３０が、固定アウトレット１８から送られた線材１
６より切断されたとき、図６及び図７に示されている手
順が、他のバネを形成するために繰り返して実行され
る。２つめのバネは、１つめのバネの形成後であって固
定アウトレット１８との関係で適切な位置から巻き加工
部２２が引き離される前にレーザ装置５４によって巻き
加工部２２の位置を検知することから始まる。他のバネ
を形成するため、レーザ装置５４からの信号に基づいて
巻き加工ツールが微調整され、コンピュータ制御による
バネ巻き装置１２によって最初の直線部分が形成され、
巻き加工ツールが再度微調整される。

【００４７】コイルバネ３０が線材１６から切断された
後、コイルバネ３０は、捕獲プローブ４４及び移送機
（chute）６０（図４参照）によって、ストレスを軽減
する炉７０に徐々に移送される。捕獲プローブ４４は、
切断ツール３６によって切断されたコイルバネを捕獲
し、緩やかにコイルバネ３０を移送機６０内に置く。移
送機６０は、コイルバネ３０を炉７０に移送する。この
ような緩慢な移送により、コイルバネが切断された後に
跳ねまわることにより加えられるストレスに起因してコ
イルバネのパラメータの変動が広がることを避けること
ができる。

【００４８】炉７０は、米国ミネソタ州、ミネアポリス
のDespatch Industriesによって設計された連続加熱処
理炉（continuous heat treatment oven）である。ま
た、炉７０は、全範囲に渡って均一な温度分布を提供す
る、コンティニュアス・フロー・オーヴン（continuous
flow oven）であり、炉を通過する各バネが同一の条件
で熱処理される。この炉は、平均速度１．６インチ／分
で移送する移送ベルトを有する。そして、この炉は、こ
の移送ベルトの全体に渡って一定の温度分布を維持す
る。このような一定の熱処理は、コイルバネのパラメー
タの変動を軽減する。フロー・オーヴンは、実質的に外
部と遮断されており、バネが５００°Ｆ±１°Ｃの温度
で熱処理されることが好ましい。コイルバネは、約２０
分間処理される。

【００４９】バネ巻き装置１０が複数のバネを形成する
際、バネは各々４〜７秒毎に切断され、またこの周期で
各バネを形成した後に巻き加工ツール２０を引っ込め、
それを再度適切な位置に移動する必要がある。線材は、
送りローラ３４を介して毎分約５０メートルで送られ
る。システム１１の全体は、約４００Ｈｚで動作する。
また、ＬＶＤＴ３２及びレーザ装置５４からの計測は、
４００Ｈｚで行われ、これにより圧電変換器は適切に調
整される。単に巻き加工部２２の粗調整を行うコンピュ
ータ制御によるバネ巻き装置は、前述の微調整を行うバ
ネ巻き装置１０によって提供されるような一定性と厳密
な公差を備えたコイルバネ３０を得ることができない。
係る一定性は、コイルバネ３０のパラメータにおいて、
１つのバネの全巻き部に渡って、また全バネに渡って提
供される。バネ巻き装置１０に拠れば、バネの外径を約
０．０００２０インチの標準偏差内で制御することがで
きる。一方、微調整の制御を行わない場合には約０．０
００５５インチの標準偏差であるから、２００％以上の
改良である。内径を制御した場合において、３２個のバ
ネについての外径に関してマイクロメータを用いた寸法
の試験を行なった結果は、表１の通りである。

【００５０】

【表１】

【００５１】 バネ 微調整あり 微調整なし １ ０．５６９０ ０．５７２２ ２ ０．５６９１ ０．５７２３ ３ ０．５６９１ ０．５７２６ ４ ０．５６９１ ０．５７２７ ５ ０．５６９１ ０．５７２７ ６ ０．５６９１ ０．５７２８ ７ ０．５６９１ ０．５７２８ ８ ０．５６９２ ０．５７２８ ９ ０．５６９２ ０．５７３１ １０ ０．５６９３ ０．５７３１ １１ ０．５６９３ ０．５７３１ １２ ０．５６９３ ０．５７３２ １３ ０．５６９４ ０．５７３２ １４ ０．５６９４ ０．５７３３ １５ ０．５６９４ ０．５７３４ １６ ０．５６９４ ０．５７３４ １７ ０．５６９４ ０．５７３５ １８ ０．５６９４ ０．５７３５ １９ ０．５６９４ ０．５７３５ ２０ ０．５６９５ ０．５７３５ ２１ ０．５６９５ ０．５７３６ ２２ ０．５６９５ ０．５７３６ ２３ ０．５６９５ ０．５７３６ ２４ ０．５６９５ ０．５７３７ ２５ ０．５６９６ ０．５７３７ ２６ ０．５６９６ ０．５７３８ ２７ ０．５６９６ ０．５７３９ ２８ ０．５６９６ ０．５７４０ ２９ ０．５６９６ ０．５７４０ ３０ ０．５６９６ ０．５７４１ ３１ ０．５６９６ ０．５７４３ ３２ ０．５６９７ ０．５７４３ 平均 ０．５６９４ ０．５７３４ 標準偏差 ０．０００２０ ０．０００５５ さらに、１つのコイルバネの外径は、全巻き部に渡って
１０００分の１インチ未満の変動で一定性が維持されて
いる。

【００５２】上記の説明においては、コイルバネの径の
制御は、内径か外径のいずれかに向けられる。バネに関
する他のパラメータ（比のパラメータ）、すなわち、バ
ネのねじり比（torsion rate）、圧縮比（compression
rate）、引張比（extensionrate）も、同様に重要であ
る。

【００５３】内径および外径のパラメータの制御のため
の巻き加工ツールの微調整と同様の手法で、圧縮バネの
形成中にピッチツールまたは巻き加工面を微調整するこ
とにより、圧縮比の制御を行うこともできる。巻き加工
部２２（巻き加工面２４）の位置をを制御するためにバ
ネの外径の位置を計測するＬＶＤＴを使用する代わり
に、フォースプローブ（force probe）を使用し、バネ
が形成されているときに圧縮比を示す、湾曲したバネの
力を検知する。検知された力は、線材１６が固定アウト
レット１８から送り出されるときに、巻き加工面のピッ
チの制御に使用され、これにより機械の変動、ツールの
磨耗、線材の変動に起因する巻き加工の工程における圧
縮比の変動を補償することができる。

【００５４】フォースプローブによってなされる計測
は、圧電変換器５０を圧電スライド２６に搭載し、コイ
ルバネの径を制御する際にコンピュータ４０によって制
御するのと同様の手法で、ピッチ制御ツールまたは巻き
加工面ツールに備えた圧電変換器を制御するために使用
することができる。線材のピッチは、固定アウトレット
による進路から線材が湾曲している時に制御される。引
張ゲージ（strain gauge）のようなフォースプローブ
は、ＬＶＤＴ３２が径を示す位置の検出に使用されるの
と同様に、バネの形成中における係る力を計測し、信号
をコンピュータ４０に供給することに使用される。レー
ザ装置５４は、コイルバネの形成時における最初の径の
制御と同様に正確なピッチで圧縮バネの形成を開始する
ことにおいても使用される。ＬＶＤＴまたはレーザ装置
は、力を決定するために既知の素材の湾曲を検知するこ
とにも使用される。

【００５５】圧縮バネの圧縮比は、引張ゲージまたは他
の同様の力検知装置によって検知される力に応じてバネ
の径を変化させることによっても制御し得る。形成され
ている圧縮バネの力が圧縮比に基づいて変化したとき、
力を示す信号がコンピュータに供給され、そして、これ
によって生成される制御信号が巻き加工面の微調整を制
御してバネの径を変化させる（圧縮比を制御する）。

【００５６】ねじりバネのねじり比及び引張バネの引張
比もまた、引張ゲージまたは他の同様な力検知装置によ
って検知された力に応じてバネの径を変化させることに
よって制御することができる。形成中のねじりバネまた
は引張バネの力が、ねじり比または引張比の変化に基づ
いて変化したとき、力を示す信号がコンピュータに供給
され、そして、これによって生成される制御信号が巻き
加工面の微調整を制御し、ねじりバネまたは引張バネの
径を変化させる（ねじり比または引張比を制御する）。

【００５７】上記実施の形態における記載は、説明の便
宜のためであって、順序、形状、サイズ、組合わせは、
本発明の趣旨の範囲において、広く解釈されるべきであ
る。

【発明の効果】以上説明したように本発明に拠れば、１
つのバネの全巻き部に渡って、また全バネに渡ってバネ
のパラメータの一定性と厳密な公差を維持することがで
きるという効果がある。

【００５８】

【図面の簡単な説明】

【図１】線材よりバネを形成する際に使用される様々な
要素を模式的に示す図である。

【図２】本実施の形態に係るの電気的な構成を示すブロ
ック図である。

【図３Ａ】２つの径を有するバネの一例を示す図であ
る。

【図３Ｂ】一定の内径及び外径を有するバネの一例を示
す斜視図である。

【図３Ｃ】一定の内径及び外径を有するバネの一例を示
す側面図である。

【図３Ｄ】一定の内径及び外径を有するバネの一例を示
す正面図である。

【図４】図１に示すツールの位置を変えた状態を示す図
である。

【図５Ａ】本実施の形態に係る圧電変換器及び圧電スラ
イドの正面図である。

【図５Ｂ】本実施の形態に係る圧電変換器及び圧電スラ
イドの平面図である。

【図５Ｃ】本実施の形態に係る圧電変換器及び圧電スラ
イドの側面図である。

【図５Ｄ】本実施の形態に係る圧電変換器及び圧電スラ
イドの側面図である。

【図６】本実施の形態に係るバネの巻き方法を示すフロ
ーチャートである。

【図７】図６のフローチャートにしたがって形成されて
いるバネのパラメータの制御に関するフローチャートで
ある。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 線材よりバネを形成するバネ形成装置で
   あって、 固定アウトレットから、該固定アウトレットとの位置関
   係を変更可能な少なくとも１つの巻き加工面に向かって
   進路を案内して線材を送り出し、該巻き加工面によって
   線材を進路から湾曲せしめて線材を曲げ加工する手段
   と、 前記巻き加工面によって線材が前記進路から湾曲したと
   きに、線材を直接的に検知することによって線材を監視
   し、湾曲した線材の物理的特性を示す出力信号を生成す
   る手段と、 前記出力信号を受け取り、これに基づいて制御信号を生
   成する制御手段と、 前記物理的特性をバネの形成中において実質的に均一に
   維持するように、前記巻き加工面の位置関係を調整すべ
   く前記制御信号に応じて移動する移動手段と、 を備えることを特徴とするバネ形成装置。
2. 【請求項２】 前記監視手段は、バネの径を示す線材の
   位置を検知する検知手段を含むことを特徴とする請求項
   １記載のバネ形成装置。
3. 【請求項３】 前記移動手段は、前記巻き加工面を調整
   する圧電変換器を含むことを特徴とする請求項１記載の
   バネ形成装置。
4. 【請求項４】 前記監視手段は、バネの圧縮比、ねじり
   比、および／または引張比を示す前記湾曲した線材の力
   を検知する手段を含むことを特徴とする請求項１記載の
   バネ形成装置。
5. 【請求項５】 前記監視手段は、バネのピッチを示す線
   材の位置を検知する検知手段を含むことを特徴とする請
   求項１記載のバネ形成装置。
6. 【請求項６】 線材よりバネを形成するバネ形成方法で
   あって、 固定された線材アウトレットに関係する位置に少なくと
   も１つの巻き加工面を配置し、 固定された線材アウトレットを介して線材を送って前記
   巻き加工面に当接し、線材を巻くべく前記巻き加工面で
   線材を湾曲せしめ、 前記固定アウトレットの下流で前記巻き加工面により湾
   曲された線材を直接的に検知し、湾曲した線材のパラメ
   ータを示す、線材の物理的な性質を検知し、それを示す
   出力信号を生成し、 バネの形成中において、前記パラメータが実質的に均一
   に維持されるように、前記出力信号に基づいて前記巻き
   加工面の位置を調整する、 ことを特徴とするバネ形成方法。
7. 【請求項７】 前記パラメータはバネの径であり、該バ
   ネの径は、バネの第１の巻き部からバネの第２の巻き部
   に渡って一定であることを特徴とする請求項６記載のバ
   ネ形成方法により形成されたバネ。
8. 【請求項８】 前記パラメータはバネのピッチであり、
   該バネのピッチは、バネの第１の巻き部からバネの第２
   の巻き部に渡って一定であることを特徴とする請求項６
   記載のバネ形成方法により形成されたバネ。
9. 【請求項９】 前記パラメータは、バネの圧縮比、ねじ
   り比、および／または引張比を示す力であることを特徴
   とする請求項６記載のバネ形成方法により形成されたバ
   ネ。
10. 【請求項１０】 請求項６記載のバネ形成方法によって
    形成した複数のバネを含むロット、バッチまたはグロー
    スのバネ群であって、 前記物理的特性は、前記バネの各々の径であり、前記複
    数のバネは、請求項６記載のバネ形成方法で形成されて
    いない同様の複数のバネ群の標準偏差の２分の１に満た
    ない標準偏差の径の分布を有することを特徴とするバネ
    群。