(57)【要約】  本システム及び方法には、多重撚りワイヤ（２１３）をコイルスプリング巻線機（２１２）へと供給する供給機構が含まれる。前記コイルスプリング巻線機（２１２）は、ワイヤスプール（２１１）から引き出されたワイヤ（２１３）をコイルスプリング（２１４）へと成形する。本システムには、前記ワイヤ（２１３）を供給方向に沿って前記コイルスプリング巻線機（２１２）へと供給するワイヤホルダが含まれる。前記ワイヤホルダは、前記供給方向と一致していてもよい軸（２１９）を中心として回転すべく支持されている。従って、前記ワイヤスプール（２１１）が前記スプール軸（２１６）を中心として回転するのに伴い、前記スプール（２１１）は、前記スプール軸（２１６）と典型的には直交する第２の軸（２１９）の周囲をも回転する。このようにして、前記コイルスプリング巻線機（２１２）は、ワイヤのねじれによって前記多重撚りワイヤ（２１３）がほどけたり切れたりしないように、前記ワイヤ（２１３）を前記スプール（２１１）から引き出すことが可能である。
2007504955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤからコイルスプリングを製造するための装置であって、
ａ．前記ワイヤを複数のターンを有するコイルスプリングへと成形するコイルスプリング巻線機と；
ｂ．前記ワイヤを供給方向に沿って前記コイルスプリング巻線機へと供給するワイヤホルダであって、前記ワイヤホルダが保持軸を中心として回転すべく支持されており、前記ワイヤホルダの回転によって、前記ワイヤの断面に対して作用するトルクが低減される、ワイヤホルダと；
を備えた装置。
【請求項２】
前記保持軸が前記供給方向と本質的に一致している、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ワイヤホルダの回転が、前記コイルスプリング巻線機による前記コイルスプリングの前記複数のターンの形成と同期している、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記ワイヤが複数の素線からなる、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記複数の素線が重なり合っている、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記複数の素線が編組されている、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記複数の素線が、共通の軸に沿ってらせん状に撚り合わされている、請求項４に記載の装置。
【請求項８】
前記複数の素線の少なくとも１本の断面の形状が、円形、楕円形、正方形、長方形、菱形、多角形及び角が丸い多角形からなる群から選択される、請求項４に記載の装置。
【請求項９】
前記複数の素線の少なくとも１本が本質的に偏平である、請求項４に記載の装置。
【請求項１０】
前記ワイヤホルダが、前記ワイヤの供給材料を保持しているリールを更に有し、前記リールがリール軸を中心として回転可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記リール軸が前記供給方向に対して本質的に直交している、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記ワイヤホルダ上に配置され、前記リール軸と実質的に一致し、前記ワイヤの一部が前記リール上の前記ワイヤ供給材料から所定の長さを上回って外れることを防止するリテーナを更に有する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記リテーナの前記リール軸に対する位置を感知するための、前記リテーナと作用可能に接続された供給センサを更に有する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記供給センサが、前記リテーナの前記位置及び前記ワイヤの少なくとも一物理的特性に基づいて、前記リール上に残っている前記ワイヤの長さを更に計算する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記リテーナが円筒形のローラである、請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
前記リテーナが、前記ワイヤ供給材料をばねの力によって押圧するためのばね式である、請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
前記リールを前記リール軸を中心として回転させるための、及び前記ワイヤを前記ワイヤホルダから前記供給方向に沿って繰り出すためのモータを更に有する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１８】
前記モータの回転を前記リール軸を中心とした回転として前記リールに伝達させるための、前記モータ及び前記リールと作用可能に接続されたクラッチを更に有する、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記第１のクラッチが磁性粒子クラッチである、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記リールの回転速度を制御するための、前記リールと作用可能に接続されたブレーキを更に有する、請求項１０に記載の装置。
【請求項２１】
前記ブレーキが磁性粒子ブレーキである、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記ワイヤの長手方向の張力を測定するための張力センサを更に備えた、請求項１７に記載の装置。
【請求項２３】
前記張力センサによって測定された前記長手方向の張力に応答し、前記モータの速度又は回転方向を調整するための、前記モータと作用可能に接続されたモータ制御装置を更に備えた、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記ワイヤの長手方向の張力を測定するための張力センサを更に備えた、請求項１８に記載の装置。
【請求項２５】
前記張力センサによって測定された前記長手方向の張力に応答して前記クラッチの作動を調整するためのクラッチ制御装置を更に備えた、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記ワイヤの長手方向の張力を測定するための張力センサを更に備えた、請求項２０に記載の装置。
【請求項２７】
前記張力センサによって測定された前記長手方向の張力に応答して前記ブレーキの作動を調整するためのブレーキ調整装置を更に備えた、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記保持軸を中心として前記ワイヤホルダを回転させるためのモータを更に有する、請求項１に記載の装置。
【請求項２９】
前記モータの回転を前記保持軸を中心とした回転として前記ワイヤホルダに伝達させるための、前記モータ及び前記ワイヤホルダと作用可能に接続されたクラッチを更に有する、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記クラッチが磁性粒子クラッチである、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記保持軸を中心とした前記ワイヤホルダの回転の速度を制御するための、前記ワイヤホルダと作用可能に接続されたブレーキを更に有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３２】
前記ブレーキが磁性粒子ブレーキである、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記ワイヤの断面に対して作用するトルクを測定するためのトルクセンサを更に備えた、請求項２８に記載の装置。
【請求項３４】
前記トルクセンサによって測定された前記トルクに応答して、前記モータの回転の速度又は方向を調整するための、前記モータと作用可能に接続されたモータ制御装置を更に備えた、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記ワイヤの断面に対して作用するトルクを測定するためのトルクセンサを更に備えた、請求項２９に記載の装置。
【請求項３６】
前記トルクセンサによって測定された前記トルクに応答して前記クラッチの作動を調整するためのクラッチ制御装置を更に備えた、請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
前記ワイヤの断面に対して作用するトルクを測定するためのトルクセンサを更に備えた、請求項３１に記載の装置。
【請求項３８】
前記トルクセンサによって測定された前記トルクに応答して前記ブレーキの作動を調整するためのブレーキ制御装置を更に備えた、請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
ワイヤからコイルスプリングを製造するための、以下のステップを含む方法：
ａ．ワイヤホルダを用いて前記ワイヤを保持するステップと；
ｂ．前記ワイヤホルダから、前記ワイヤを供給方向に沿ってコイルスプリング巻線機へと繰り出すステップと；
ｃ．前記コイルスプリング巻線機を用いて、前記ワイヤを複数のターンを有するコイルスプリングへと成形するステップと；
ｄ．前記ワイヤホルダを保持軸を中心として回転させて、前記ワイヤの断面に対して作用するトルクを低減させるステップ。
【請求項４０】
前記保持軸を前記供給方向と本質的に一致させるステップを更に含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記ワイヤホルダの前記回転を、前記コイルスプリング巻線機による前記コイルスプリングの前記複数のターンの形成と同期させるステップを更に含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記ワイヤが複数の素線からなる、請求項３９に記載の方法。
【請求項４３】
前記複数の素線が重なり合っている、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記複数の素線が編組されている、請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
前記複数の素線が、共通の軸に沿ってらせん状に撚り合わされている、請求項４２に記載の方法。
【請求項４６】
前記複数の素線の少なくとも１本の断面の形状が、円形、楕円形、正方形、長方形、菱形、多角形及び角が丸い多角形からなる群から選択される、請求項４２に記載の方法。
【請求項４７】
前記複数の素線の少なくとも１本が本質的に偏平である、請求項４２に記載の方法。
【請求項４８】
前記ワイヤホルダを前記保持軸を中心として回転させるためにモータを使用するステップを更に含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４９】
前記ワイヤの断面に対して作用するトルクを測定し、前記トルクに応答して前記ワイヤホルダの前記回転を制御するステップを更に含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記モータが前記ワイヤホルダを回転させる速度又は方向を制御するためのモータ制御装置を設けるステップを更に含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５１】
保持軸を中心として回転すべく支持されたワイヤホルダを備えた、多重撚りワイヤを供給方向に沿ってコイルスプリング巻線機へと供給するための装置であって、前記保持軸を中心とした前記回転によって、前記ワイヤの断面に対して作用するトルクが低減される装置。
【請求項５２】
前記ワイヤホルダが、前記ワイヤの供給材料を保持しているリールを更に有し、前記リールがリール軸を中心として回転可能である、請求項５１に記載の装置。
【請求項５３】
前記リール軸が前記供給方向に本質的に直交している、請求項５２に記載の装置。
【請求項５４】
前記ワイヤホルダ上に配置され、前記リール軸に実質的に一致しており、前記ワイヤの一部分が所定の距離を上回る長さにわたって前記リール上の前記ワイヤ供給材料から外れることを防止するリテーナを更に有する、請求項５２に記載の装置。
【請求項５５】
前記リテーナの前記リール軸に対する位置を感知するための、前記リテーナと作用可能に接続された供給センサを更に有する、請求項５４に記載の装置。
【請求項５６】
前記供給センサが、前記リテーナの前記位置と前記ワイヤの少なくとも一物理的特性とに基づいて、前記リール上に残っている前記ワイヤの長さを計算するための手段を備えた、請求項５５に記載の装置。
【請求項５７】
前記リテーナが実質的に円筒形のローラを備えた、請求項５４に記載の装置。
【請求項５８】
前記リテーナが、前記ワイヤ供給材料をばねの力によって押圧するためのばね式である、請求項５４に記載の装置。
【請求項５９】
前記リールを前記リール軸を中心として回転させることにより、前記ワイヤを前記供給方向に沿って前記ワイヤホルダから繰り出すためのモータを更に備えた、請求項５２に記載の装置。
【請求項６０】
回転トルクを前記モータから前記リールへと伝達させるための、前記モータ及び前記リールと作用可能に接続されたクラッチを更に備えた、請求項５９に記載の装置。
【請求項６１】
前記クラッチが磁性粒子クラッチである、請求項６０に記載の装置。
【請求項６２】
前記リールの前記回転の速度を制御するための、前記リールと作用可能に接続されたブレーキを更に有する、請求項５２に記載の装置。
【請求項６３】
前記ブレーキが磁性粒子ブレーキである、請求項６２に記載の装置。
【請求項６４】
前記ワイヤの長手方向の張力を測定するための張力センサを更に備えた、請求項５９に記載の装置。
【請求項６５】
前記張力センサによって測定された前記長手方向の張力に応答して、前記モータの回転の速度又は方向を調整するための、前記モータに作用可能に接続されたモータ制御装置を更に備えた、請求項６４に記載の装置。
【請求項６６】
前記ワイヤの長手方向の張力を測定するための張力センサを更に備えた、請求項６０に記載の装置。
【請求項６７】
前記張力センサによって測定された前記長手方向の張力に応答して、前記クラッチの作動を調整するためのクラッチ制御装置を更に備えた、請求項６６に記載の装置。
【請求項６８】
前記ワイヤの長手方向の張力を測定するための張力センサを更に備えた、請求項６３に記載の装置。
【請求項６９】
前記張力センサによって測定された前記長手方向の張力に応答して、前記ブレーキの作動を調整するためのブレーキ制御装置を更に備えた、請求項６８に記載の装置。
【請求項７０】
前記ワイヤホルダを前記保持軸を中心として回転させるためのモータを更に備えた、請求項５１に記載の装置。
【請求項７１】
前記モータ及び前記ワイヤホルダに作用可能に接続された、前記モータの回転を前記保持軸を中心とした回転として前記ワイヤホルダに伝達させるためのクラッチを更に有する、請求項７０に記載の装置。
【請求項７２】
前記クラッチが磁性粒子クラッチである、請求項７１に記載の装置。
【請求項７３】
前記ワイヤホルダの前記保持軸を中心とした前記回転の速度を制御するための、前記ワイヤホルダに作用可能に接続されたブレーキを更に有する、請求項５１に記載の装置。
【請求項７４】
前記ブレーキが磁性粒子ブレーキである、請求項７３に記載の装置。
【請求項７５】
前記ワイヤの断面に対して作用するトルクを測定するためのトルクセンサを更に備えた、請求項７０に記載の装置。
【請求項７６】
前記トルクセンサによって測定された前記トルクに応答して、前記モータの回転の速度又は方向を調整するための、前記モータに作用可能に接続されたモータ制御装置を更に備えた、請求項７５に記載の装置。
【請求項７７】
前記ワイヤの断面に対して作用するトルクを測定するためのトルクセンサを更に備えた、請求項７１に記載の装置。
【請求項７８】
前記トルクセンサによって測定された前記トルクに応答して前記クラッチの作動を調整するためのクラッチ制御装置を更に備えた、請求項７７に記載の装置。
【請求項７９】
前記ワイヤの断面に対して作用するトルクを測定するためのトルクセンサを更に備えた、請求項７３に記載の装置。
【請求項８０】
前記トルクセンサによって測定された前記トルクに応答して前記ブレーキの作動を調整するためのブレーキ制御装置を更に備えた、請求項７９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明のシステム及び方法は、コイルスプリングの製造に関する。
先行技術の記載
【０００２】
今日、マットレスは典型的に、パッドと張り地との層で被覆されたインナースプリング芯で作られている。マットレスの質は、少なくとも部分的に、インナースプリング芯の質に左右される。インナースプリング芯は、典型的には、それぞれが鋼製であり、かつ前記インナースプリング芯が全体として前記マットレス上に快適に載っている複数の使用者を支持可能であるような十分な弾力性をそれぞれが有する、複数のスプリングである。前記インナースプリングの質は、前記インナースプリング芯の例えばオープンコイル又はマーシャルコイル（登録商標）などのデザイン、前記インナースプリング芯に用いられるコイルの数、前記インナースプリング芯に用いられるスプリングの質及びその他の数多くの要因を含めた数多くの要因によって異なりうる。
【０００３】
前記マットレスの質が前記芯に用いられる前記スプリングの質に部分的に左右されることから、技術者らは、支持力及び快適性のより高い改良されたスプリングの開発に尽力してきた。技術者らは最近、全体として１つのインナースプリング芯をなすように形成された複数の多重撚りコイルを有するインナースプリング芯を開発した。
【０００４】
これらの新しいインナースプリング芯を用いれば、より優れた快適性及び耐久性を持つマットレスを提供可能であろう。しかし、従来のコイリングマシンでは、これらのコイルを製造することができない。従って、マットレスのインナースプリング芯に使用可能な多重撚りコイルを製造するための新たなシステムが必要となっている。
発明の概要
【０００５】
本発明のシステム及び方法には、コイルを製造するためのシステム及び前記コイルの製造方法が含まれる。
【０００６】
より詳細には、本発明のシステム及び方法には、１つ又は複数のコイルスプリングを製造するために、多重撚りワイヤを巻線機へと供給する機械が含まれる。一実施例においては、これらのシステムに、前記ワイヤをコイルスプリングへと成形するコイルスプリング巻線機が含まれる。前記コイルスプリングは、典型的には複数のターンを有し、弾性を有する。前記ワイヤは、典型的には鋼製であるが、その他のいかなる適切な材料又は複数の材料の組み合わせであってもよい。前記コイルスプリング巻線機は、ワイヤホルダからワイヤを供給され、前記ワイヤをコイルスプリングへと成形する。前記ワイヤホルダに、前記ワイヤの供給材料をその周囲に保持するためのスプール又はリールが含まれてもよい。
【０００７】
全てではないが典型的には、前記コイルスプリング巻線機は、前記コイルスプリングを所望の長さに切断することで、ワイヤをスプールから外し、マットレス、家具、車の座席、産業機械又はその他の好適な用途に使用可能な種類の複数のコイルスプリングを形成する。前記コイルスプリング巻線機へとワイヤを供給するために、本発明のシステム及び方法には、ワイヤを供給方向に沿って前記コイルスプリング巻線機へと供給するワイヤホルダが含まれる。前記ワイヤホルダは、典型的には前記供給方向に沿った軸を中心として回転すべく支持されている。この場合、前記ワイヤホルダの前記回転が、前記コイルスプリングの前記複数のターンの形成と同期していてもよい。
【０００８】
従って、一実施例においては、前記ワイヤスプールが、前記コイルスプリング巻線機へと供給される前記ワイヤの供給方向に本質的に一致した軸を中心として回転可能なワイヤホルダに取り付けられている。従って、前記ワイヤスプールが前記スプール軸を中心として回転すると、前記スプールは、前記スプール軸と典型的には直交する第２の軸の周囲をも回転する。このようにして、前記コイルスプリング巻線機は、ワイヤのねじれによって前記多重撚りワイヤがほどけたり切れたりすることなく、前記ワイヤを前記スプールから引き出すことが可能である。
【０００９】
以下に説明するように、本発明のシステム及び方法には、多重撚りワイヤからコイルスプリングを製造するための複数のシステムであって、前記ワイヤの複数の素線が共通の軸に沿って重なり合い、編組され又はらせん状に撚り合わせられていてもよいシステムが含まれる。前記複数の素線は、円形、楕円形、正方形、長方形、平板形またはその他のいかなる好適な形状を有してもよい。
【００１０】
別の複数の代替的な実施例においては、前記システムが、前記ワイヤホルダを回転させるためのモータを有してもよい。そのような代替的な実施例に、前記ワイヤに伝えられるトルクを測定するためのトルクセンサと、前記トルクに応答して前記ワイヤホルダの速度又は方向を制御するためのモータ制御装置が更に含まれてもよい。
【００１１】
或いは、前記複数のシステムが、トルクをモータから前記ワイヤホルダに制御可能に伝達させるための磁性粒子クラッチを有してもよい。更に別の複数の実施例においては、磁性粒子ブレーキを用いて、前記ワイヤホルダの回転速度を減少させるか、又は前記回転を完全に停止させてもよい。センサ及び制御装置を更に用いて、前記磁性粒子ブレーキ又はクラッチの動作を制御してもよい。
【００１２】
幾つかの実施例においては、前記複数のシステムに、前記ワイヤ供給材料から前記ワイヤが望ましくない位置で外れ、絡まってしまうのを防ぐための保持装置が含まれてもよい。そのような保持装置は、前記ワイヤホルダからの前記ワイヤの繰り出しが終わった後も前記ワイヤホルダの慣性によって前記ワイヤホルダが回転運動を続けている場合に有用である。
【００１３】
本発明の別の複数の局面には、コイルスプリングを多重撚りワイヤから製造するための方法が含まれる。一実施例においては、そのような方法に、コイルスプリング巻線機の供給方向に沿って、ワイヤをワイヤホルダから繰り出すステップと、前記コイルスプリング巻線機に、前記ワイヤを複数のターンを有するコイルスプリングへと成形するステップとが含まれる。本方法には、前記ワイヤホルダを保持軸を中心として回転させるステップであって、前記ワイヤホルダの回転によって、前記ワイヤへのトルクの伝達が防止又は軽減されるステップが含まれる。又は、前記保持軸が前記供給方向と本質的に一致していてもよい。前記ワイヤの回転が、前記コイルスプリング巻線機による複数のターンの形成と本質的に同期していてもよい。本方法に、前記ワイヤホルダを前記保持軸を中心として回転させるモータを提供することが更に含まれてもよい。又は、本方法に、モータ制御装置が前記ワイヤホルダを回転させている前記モータの回転の速度及び／方向を制御するフィードバック機構を設けることが含まれてもよい。前記フィードバック機構が、前記ワイヤに伝達されるトルクを測定してもよい。又は、本方法が、前記ワイヤホルダを回転させている前記モータの回転の速度を変化させるブレーキを提供してもよい。本方法に、前記モータから前記ワイヤホルダへの力の伝達を調整するためのクラッチを設けることが更に含まれてもよい。
【００１４】
その他の実施例は、以下に説明する幾つかの図示された実施例から明らかとなろう。
発明の詳細な説明
定義
【００１５】
例及び添付の請求項を含めた本明細書で使用される用語を、参考のために下記に集めた。特別に指定しない限り、ここで用いる全ての科学技術的用語は、本発明のシステム及び方法が属する技術分野における通常の技術を有する者が共通に理解するのと同じ意味を持つ。
【００１６】
ここで用いられる冠詞「１つの」は、文脈から明らかにその他を意味するのでない限り、１つの又は複数の（即ち少なくとも１つの）前記冠詞の文法上の目的語を指す。例えば、「１つの要素」は、１つの要素又は複数の要素を意味する。
【００１７】
ここで用いられる「を含む」という用語は、「を含むがこれに限定されることはない」という句を意味し、またこれと互換可能に用いられる。
【００１８】
ここで用いられる「又は」という用語は、文脈から明らかにその他を意味するのでない限り、「及び／又は」という語を意味し、またこれと互換可能に用いられる。
【００１９】
ここで用いられる「コイルスプリング巻線機」という用語は、「スプリングコイラ」という語を意味し、またこれと互換可能に用いられる。
【００２０】
ここで用いられる「リール」という用語は、「スプール」という語を意味し、またこれと互換可能に用いられる。「リール軸」という用語は、ここでは「スプール軸」という語を意味し、またこれと互換可能に用いられる。
【００２１】
ここで用いられる「断面」という用語は、物体をその軸に対して９０度であってもなくてもよいゼロ以外の角度で切断した平面によって生じる切り口又は切断面を意味する。例えば、ワイヤの断面は、架空の又は実在する平面が、前記ワイヤを前記ワイヤの一部分の長手方向軸に対してゼロ以外の角度で切断した時に、前記平面と前記ワイヤとが交わる部分に生じる切り口又は切断面を意味する。
【００２２】
本発明の完全な理解のために、多重撚りワイヤからコイルスプリングを作製するための機械及び方法を含めた幾つかの方法及び実施態様の例を以下に説明する。しかし、ここに記載のシステム及び方法を他の用途のために使用し、変更を加えまた応用を行うことが可能であり、またそのような応用、変更及び使用が本発明の範囲から逸脱しないであろうことは、当業者に理解されよう。
【００２３】
本発明のシステム及び方法は、特に、多重撚りワイヤからコイルスプリングを製造することの可能な巻線機に関する。この目的のために、本システムには、巻線プロセスの間に多重撚りワイヤ又は編組ケーブルに加えられる回転トルクを解放するための装置が含まれる。一実施例においては、ケーブルを前記巻線機に供給するフィーダスプール装置が、より自由に回転するように変更されている。このより自由な回転により、前記ワイヤが、前記多重撚りワイヤに加えられた回転トルクに応じて回転することが可能になる。この結果、前記ワイヤの損傷が防止又は軽減される。
【００２４】
図１を参照すると、スプールに巻回された滑らかな単線鋼からコイルスプリングを形成するために一般に使用される従来のスプリングコイラ１００が図示されている。より詳細には、図１は、供給スプール１１１、コイルスプリング巻線機１１２、単線ワイヤ１１３の供給材料及び、供給スプール１１１を機械的に支持する基準固定具１１５を有する従来のスプリングコイラ１００を図示している。前記システム１００は、単線ワイヤ１１３を加工して、図示されたコイルスプリング１１４へと成形する。図に示すように、供給スプール１１１が一方向へ自由に回転可能であることにより、スプール１１１が図示されたスプール軸１１６を中心として回転することが可能である。この一方向への自由回転は、逆時計回りの円弧形の矢印１１８によって示されている。この従来のシステム１００は、マットレス、家具、車の座席及び産業上の様々な用途に使用されるコイルスプリングを作製するのに広く使用されている。
【００２５】
本発明のシステム及び方法においては、スプール１１１上のワイヤは多重撚りワイヤである。典型的には、このワイヤは、複数の撚り合わされた又は編組された鋼線からなる。いずれの場合にも、前記多重撚りワイヤの外表面は刻み目状となっている。従って、コイルスプリング巻線機１１２がスプール１１１から多重撚りワイヤ１１３を引き出すと、前記ワイヤの刻み目状の外表面は、コイルスプリング巻線機１１２内に巻き取られるのに伴って、ワイヤ１１３をひねるか又はねじろうとする。このことにより、前記ワイヤにねじりトルクが加えられる。このトルクは次第に蓄積し、この結果、トルクの方向及び／又は多重撚りワイヤの種類によっては、前記ワイヤが摩滅したり破断したりするおそれがある。
【００２６】
多重撚りワイヤケーブルに蓄積されるねじりトルクに対処するため、本発明のシステム及び方法には、第２の方向に自由に回転する供給スプール２１１が含まれる。典型的には、この第２の回転の軸２１９は、スプール２１１の回転軸２１６に対して本質的に直交するか又は垂直である。このことは、図２に矢印２２２によって概略的に示されている。
【００２７】
図２に示すように、供給スプール２１１が、従来の場合と同様に、スプール軸２１６を中心として回転可能に取り付けられている。供給スプール２１１の取り付け支柱２１７は更に、スプール軸２１６に対して本質的に垂直な軸２１９を中心とした回転も可能にしている。この第２の回転は、図２に２本の矢印２２２で示されている。このことは、例えばケーブル２１３がスプール２１１から繰り出される際の接線方向を中心として回転するなど、多重撚りワイヤ２１３のねじりトルクの方向に従って回転することによって前記ねじりトルクに応答する結合装置２２０を加えることによって可能となる。
【００２８】
一実施例においては、結合装置２２０が、取り付け支柱２１７と基準固定具２１５との間にボールベアリングインターフェースを有する。この構成は、例えば、車輪が二方向に自由回転し、このうち一方向への回転によってカートが前進し、他方向への回転によってカートが方向転換可能な、スーパーマーケットのカートの前輪の取り付け部に類似している。
【００２９】
詳細には、図２は、スプール２１１と取り付け支柱２１７とが、多重撚りワイヤのスプールを保持するワイヤホルダを形成する、本発明のシステムの第１の実施例を図示している。前記ワイヤホルダは、スプール２１１及び取り付け支柱２１７を軸２１９を中心として回転可能にする結合装置２２０によって、基準固定具２１５に結合されている。図２に示す軸２１９は、ワイヤ２１３の供給方向と本質的に一致していてもよい。図示するように、軸２１９は、ワイヤ２１３に加えられるトルクがスプール２１１と取り付け支柱２１７とを回転させることにより、前記トルクによるワイヤ２１３の損傷が防止されるように選択される。本発明のシステムでは、多重撚りワイヤへのねじりトルクの蓄積を緩和又は解消させるために、加えられた前記トルクに応答してスプール２１１を回転させることの可能ないかなる方向の軸を用いてもよい。
【００３０】
一実施例においては、結合装置２２０が、取り付け支柱２１７を基準固定具２１５に機械的に結合させ、軸２１９を中心とした回転に順応させるためのボールベアリングコネクタを有する。システム２００への使用に適したそのようなボールベアリング結合装置の一例に、コネチカット州トリントンのトリントン社から販売されているピローブロック減摩ベアリングがある。その他の好適なベアリングシステムも、当業で周知である。動作に際しては、ワイヤ２１３がコイラ２１２内に供給されるのに伴い、ワイヤ２１３の任意の断面において前記ワイヤに直交する面に対して作用するねじりトルクが生じる。このトルクは、ワイヤ２１３の一部分の長手方向軸によって規定される軸を中心としている。前記トルクの増加に伴い、前記トルクの力が、ワイヤスプール２１１及び取り付け支柱２１７を軸２１９を中心として回転させようとする。ボールベアリング結合装置２２０がトルクを支持しないので、スプール２１１及び取り付け支柱２１７は、巻きの形成と本質的に同期しながら回転し続ける。この実施例では、結合装置２２０は、コイラ２１２によって生じたトルクによる前記ワイヤホルダの回転を可能にする受動装置として機能する。
【００３１】
別の複数の実施例においては、別の種類の結合機構を用いてもよい。例えば、結合装置２２０が、軸、ブッシュ、ギヤ部、モータ又はその他のいかなる好適な装置を有してもよい。いずれの場合にも、結合装置２２０は、スプール２１１を、ねじり力の蓄積による前記多重撚りワイヤ又はケーブル２１３の破断又はほつれが防止されるような方法で回転させるように設けられる。
【００３２】
スプール１１１から引き出された多重撚りワイヤ１１３は、図１に示す従来のコイラ１１２などのコイラ内に供給される。コイラ１１２は、前記多重撚りワイヤを、マットレス、座席のクッション、車のクッション、又は産業上の用途に使用可能なコイルスプリングへと成形可能である。本発明のシステム及び方法は、オープンコイルマットレス、マーシャルコイル（登録商標）マットレス及びその他の種類のマットレスを含むマットレスのコイルスプリングの製造に広く用いられるスプリングコイラを参照しながら説明されている。しかし、本発明のシステム及び方法がそのように限定されず、他の種類の家具の製造及びスプリングが有用である産業上の用途を含めた数多くのその他の用途に使用可能であることは、当業者に明らかとなろう。
【００３３】
多重撚りワイヤ３３２から作製され、本発明のシステム及び方法によってコイルへと成形されるスプリングの一例を、図３に示す。図３に示すように、多重撚りコイルスプリング３００は、中心軸３３４を中心とした複数のループへと巻回される一本の多重撚りワイヤ３３２から形成されるスプリング要素として形成される。図３は、スプリング３００の刻み目状の表面３３８を図示している。スプリング３００は、家具、マットレス又は車の座席に使用可能である。スプリング３００が、マットレススプリングにしばしば見られるように、ポケットに収容されていてもよい。スプリング３００が、マットレス内のオープンコイルインナースプリングとして用いられてもよい。別の一実施例においては、スプリング３００が非対称であってもよいし、又はその幅が不均一であってもよい。更に別の一実施例においては、本発明のシステム及び方法が、多重撚りワイヤが巻線機内に供給されるのと同時に、ワイヤの複数の素線を編組し及び／又は撚り合わせて前記多重撚りワイヤを形成する装置（図示せず）を更に有してもよい。
【００３４】
図２に図示された実施例においては、前記コイラが、コイル状に巻回された多重撚りワイヤ２１３を切断して適切な長さのスプリングコイルとすることの可能な切断装置を有してもよい。しかし、この切断機構は任意であり、別の複数の実施例においては、スプリングコイラ２１２が、多重撚りワイヤ２１３の連続的なループから形成された一本のコイルを供給し、このコイルを次の作業で適切な大きさに切断するようになっていてもよい。
【００３５】
図４を参照すると、取り付け部４２０がスプール４１１及び取り付け支柱４１７の軸４１９を中心とした回転の速度を調節するための機構を有する更なる一実施例が図示されている。この目的のために、システム４００は、フィードバックループ内に設けられ、ケーブル４１３に加えられたねじり力を測定し、これに応答してスプール４１１が方向４１８へと回転する速度を制御するねじりセンサ４４４を有する。一実施例においては、取り付け部４２０が、制御要素４４２に応答する電気モータ及びギヤ部を有する。制御要素４４２は、目視により、機械的接触により又はその他の手段によりケーブル４１３に加えられたねじり力を監視可能なセンサ４４４に結合している。巻回されているケーブルに加えられるトルクを測定するための装置の一例が、米国特許第６，５６４，６５３号に記載されている。前記特許には、ねじり力を測定し、測定された前記力を表す信号を発生することの可能なシステムが記載されている。測定された前記力に応答して、制御機構４４２は、モータが取り付け支柱４１７及びスプール４１１を回転させる速度を制御する入力信号を発生して前記モータへと送る。このような方法で、ねじり力がより詳細に監視され、この結果、システム４２０がケーブル４１３に加えられるねじり力を軽減させるように制御することが可能となる。
【００３６】
上述の実施例は、本発明のシステム及び方法を代表するものに過ぎない。これらの実施例に代わる数多くの実施例を実施可能であり、どの実施例を選択するかは、少なくとも部分的には、用途によって左右されるであろう。例えば、幾つかの代替的な実施例においては、中心軸のない大きなワイヤスプールを有する供給スプール５１１を用いてもよい。この実施例においては、ワイヤ５１３がスプール５１１から横方向に繰り出されるように、スプール５１１が支柱５１７に取り付けられていてもよい。図５は、そのような代替的な一実施例を図示したものである。
【００３７】
図５は、詳細には、ワイヤ５１３が巻線機５１２内へと供給されるのに伴ってスプール５１１から引き出される一実施例を図示したものである。これは、庭用のホースをホース容器から引き出すのと類似している。ワイヤ５１３は、ワイヤ５１３が巻線機５１２内へと供給されるのに伴って、スプール５１１から外れる。この実施例でも、トルクがワイヤ５１３に蓄積されうる。このため、スプール５１１は、前記スプールを回転させることにより、ワイヤ５１３を摩滅又は破断させるのに十分なトルクが蓄積されるのを防止する結合装置５２０に、支柱５１７によって取り付けられている。結合装置５２０は、ワイヤ５１３に加えられたトルクに応答して回転することの可能なボールベアリング結合装置であってもよい。結合装置５２０が、トルク感受性の板を有してもよい。前記板の強度は、ワイヤ５１３によって前記板に加えられたねじりトルクを補償するように変化してもよい。これらの代替的な実施例においては、前記システムがねじり力を感知するためのセンサ４４４を使用し、このねじり力情報が、図４に図示されるような制御装置４４２へと中継されてもよい。制御装置４４２は次に、前記強度を、ワイヤ４１３又は５１３に加えられる所定のねじりトルクが保たれるように変化させる。
【００３８】
図６は、任意の第１のモータ６３０が、軸６５０上に取り付けられ、スプール軸６２９を中心として例えば方向６１８へと回転するワイヤ保持スプール（図示せず）を回転させる一実施例を図示したものである。第１のモータ６３０が、少なくとも１つのギヤホイール６３１を介して軸６５０と接続してもよい。
【００３９】
一実施例が、第１のモータ６３０からのトルクをスプール軸６５０へと伝達させるように接続された第１のクラッチ６４０を更に有してもよい。第１のクラッチ６４０が、磁性粒子クラッチであってもよい。当業で公知の磁性粒子クラッチは、（ワイヤホルダがワイヤを間欠的に巻線機へと供給しなければならない巻線プロセスにおいて典型的な）ジャークフリー開始停止動作制御、ワイヤの長手方向軸に沿った張力制御及び、当該用途一般におけるユーザ制御による接続に好適である。
【００４０】
例えば、磁性粒子クラッチ６４０の磁性粒子は、印加される電磁場に基本的には瞬時に応答するので、スプール軸６５０上に取り付けられたワイヤ供給材料（図６には図示せず）を保持するスプール（図６には図示せず）の動作を制御するための応答時間が非常に短いことから、ワイヤの長手方向に沿った張力制御が可能となる。磁性粒子クラッチが接続する時間は、当該用途に適切と考えられる場合には、接続が緩慢又は急速となるように、ユーザによって調節可能である。当業で知られているように、磁性粒子クラッチの接続−断続シーケンスの頻度及びトルクは、主として前記クラッチを駆動している電子制御回路の能力によって制限され、またすべり速度とは実質的に無関係である。また、前記クラッチの磁性粒子に印加される磁場を決定する、前記磁気クラッチへの入力電流を変化させることにより、ユーザがトルクを変化させることが可能であることも、当業で公知である。本発明のシステムへの使用に適した磁性粒子クラッチの例に、イリノイ州サウスベロイトのワーナーエレクトリック社製のＰｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｔｏｒｋ（登録商標）磁気クラッチがある。
【００４１】
更なる代替的な一実施例においては、本発明のシステム及び方法が、スプール軸６５０の回転速度を調節することによってスプール（図６には図示せず）の回転速度を調節するための第１のブレーキ６４１を有してもよい。第１のブレーキ６４１が、磁性粒子ブレーキであってもよい。磁性粒子ブレーキは、磁性粒子クラッチの原理と同様の原理によって作動する。一般に、磁性粒子ブレーキは、４つの要素：（ａ）ハウジング、（ｂ）シャフト、ディスク又は軸、（ｃ）コイル及び、（ｄ）磁粉（磁性粒子）を有する。前記コイルは、前記シャフト、軸又はディスクが収容された前記ハウジング内に配置されている。前記軸は、磁性粒子（粉）を含む空隙によって、前記コイル／ハウジングから隔てられている。電子制御装置によって電流が前記磁性粒子ブレーキに加えられると、前記磁性粒子を前記電流を加える以前よりも密な構造となるように整列させる電磁場が生じる。この磁束（鎖）は、前記電流がそれぞれ増加／減少するのに伴って増加／減少するので、ブレーキ能力及びトルクの伝達が調節可能となる。
【００４２】
磁性粒子ブレーキは、スプール２１１と、前記スプールが保持するワイヤ供給材料２１３との組み合わせの持つ慣性が大きい場合に有用である。例えば、スプリングワイヤ２１３を保持しているスプール２１１が大きく重い、マットレス用コイルの製造がこれに該当する。スプール２１１が受ける停止−引張り運動（マットレススプリングの製造方法に必須の現象であることが当業で周知である）のために、スプール２１１に迅速かつ滑らかにブレーキをかけることが望ましい。従って、そのような用途のために、（図６に示す磁性粒子ブレーキ６４１などの）磁性粒子ブレーキを、スプール２１１の速度（及び／又は動作停止）の制御に用いてもよい。磁性粒子ブレーキの例に、イリノイ州サウスベロイトのワーナーエレクトリック社製のＰｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｔｏｒｋ（登録商標）磁気ブレーキがある。
【００４３】
更なる一実施例においては、本発明のシステム及び方法に、取り付け部６１７と接続され、前記取り付け部を、保持軸６１９を中心として、例えば方向６２２へと回転させる第２のモータ（図６には図示せず）が含まれてもよい。本発明のシステム及び方法は、この動きを利用して、巻線プロセスの間に多重撚りワイヤに蓄積しうるねじりトルクを制御するように設計されている。前記第２のモータが、図６に示すホイール６３１に類似したギヤホイールを介して前記取り付け部に接続されていてもよい。或いは、前記第２のモータが、例えば６１９を軸とするシャフトに接続していることにより、前記取り付け支柱に直接に接続していてもよい。更に別の一実施例においては、第１のモータ６３０が、例えば前記取り付け部を保持軸６１９を中心として回転させるためのトランスミッション装置を用いて取り付け部６１７に接続していることにより、第２のモータがこの作業を行うことが不要となっていてもよい。言い換えれば、１つのモータにより、双方の自由回転が可能であってもよい。
【００４４】
更なる一実施例においては、前記第２のモータが、クラッチ６４０に類似した磁性粒子クラッチによって取り付け部６１７に接続しており、この第２のクラッチが、前記第２のモータから取り付け部６１７へとトルクを制御可能に伝達して、取り付け部６１７を例えば方向６２２へと回転させることを意図されていてもよい。更なる一実施例においては、本発明のシステム及び方法に、軸６１９を中心として回転している前記取り付け部の速度（及び動作停止）を制御する第２の磁性粒子ブレーキ（図６には図示せず）が含まれてもよい。
【００４５】
一実施例においては、第１のモータ６３０、第１の磁性粒子クラッチ６４０及び第１の磁性粒子ブレーキ６４１の任意の組み合わせが、図４に図示した前述のフィードバック制御機構に類似のフィードバック制御機構によって制御されてもよい。前記フィードバック制御機構に、ねじりトルクセンサ４４４に類似のセンサが含まれてもよい；前記センサが、前記ワイヤを保持している前記スプールにかかる（軸６２９を中心とした）回転トルク又はワイヤ４１３の張力を測定し、測定した前記トルクに関する情報を制御装置４４２と類似の又は同一の制御装置へと送信し、この制御装置が次に、第１のモータ６３０、第１の磁性粒子クラッチ６４０、第１の磁性粒子ブレーキ６４１又はこれらの任意の組み合わせの動作を調整してもよい。
【００４６】
同様に、前記第２のモータ、前記第２の磁性粒子クラッチ及び前記第２の磁性粒子ブレーキの任意の組み合わせを含む一実施例において、ワイヤ４１３に加えられるねじりトルクを測定するねじりトルクセンサ４４４を有する、図４に図示した前述のフィードバック制御機構が用いられてもよい。前記測定されたねじりトルク情報は次に、制御装置４４２に類似の制御装置へと中継され、この制御装置は次に、前記第２のモータ、前記第２の磁性粒子クラッチ及び前記第２の磁性粒子ブレーキの任意の組み合わせの動作を調整する。
【００４７】
制御装置４４２に類似の制御装置の例に、それぞれワーナーエレクトリック社製のＴＣＳ−２００−１マニュアル／アナログアジャスタブルトルクコントローラ、ＭＣＳ２０００デジタルウェブテンショニングコントローラ並びにＭＣＳ−２０３、ＭＣＳ−２０４及びＭＣＳ−１６６ダンサコントロールがある。
【００４８】
磁性粒子クラッチ、磁性粒子ブレーキ及びこれらの電子制御装置に関する基本情報が、イリノイ州サウスベロイトのワーナーエレクトリックＤＡＮＡ社発行の小冊子；題名「ＷＡＲＮＥＲ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｃｌｕｔｃｈｅｓ  ａｎｄ  Ｂｒａｋｅｓ」に記載されている。
【００４９】
図７を参照すると、図６に類似した一実施例が図示されている。スプール７１１が図７に図示されている。特にマットレスコイルの製造にかかわる用途における巻線プロセス中に、ワイヤはスプール７１１から間欠的に引き出される。一般には前記スプール及び前記スプールに保持されているワイヤ供給材料の慣性が大きいために、前記スプールは、前記ワイヤが前記スプールから引き出されなくなった後も、それまで回転していた方向へと回転し続ける。とりわけ磁気ブレーキ及び／又はクラッチが前記スプールの回転の制御に使用されていない場合に起こりやすいこのスプールの回転の継続によって、前記ワイヤが前記スプールから許容可能な長さを上回って外れ、このために、近傍の部品との絡まりなどの問題が起こるおそれがある。従って、この状況を改善することが望ましい。図７に、取り付け部７１７に取り付けられたリテーナ枠７６０上に配置されたリテーナ７３９が図示されている。リテーナ７３９は、前記ワイヤ供給材料（図示せず）が所定の長さを上回って前記スプールから外れないように、スプール７１１に保持されている前記ワイヤ供給材料に十分に近接して配置されている。このことにより、前記ワイヤが前記スプールから引き出されなくなった後でも、前記スプールがその慣性によって回転し続けた場合に、前記ワイヤがスプール７１１から外れることが防止される。前記リテーナは、例えば円形、長方形、楕円形、正方形などの任意の断面を有する棒であってもよい。前記リテーナは、取り付け部７１７に取り付けられている必要はなく、例えば基準固定具１１５に取り付けられていてもよいが、前記ワイヤが望ましくない長さにわたって前記スプールから外れないように、前記スプール及び／又は前記ワイヤ供給材料と十分に近接しているか、又はこれらと接触している必要がある。図６には、前記スプールは図示されていないが、複数のリテーナ６３９がリテーナ枠６６０に取り付けられた一実施例がより明確に図示されている。これらのリテーナ６３９によって、前記ワイヤが望ましくない位置で前記スプール（図示せず）から外れることが防止される。
【００５０】
更なる一実施例においては、リテーナ６３９が適応可能に変化する位置を有し、前記位置は前記スプール上に残っている前記ワイヤ供給材料に左右される。例えば、リテーナが前記ワイヤ供給材料を押圧するばね荷重式であってもよい。前記ワイヤが前記スプールから引き出される際に、前記リテーナは前記残っているワイヤ供給材料を押圧する位置を維持する。前記ワイヤ供給材料が減っていくのにつれて、前記リテーナは前記スプールの中心軸へと近づく。この実施例には、前記スプール上に残っている前記ワイヤ供給材料を、前記リテーナの前記適応可能に変化する位置と、前記ワイヤの少なくとも１つの（例えば厚さなどの）物理的特性とを利用して測定するセンサが含まれる。一実施例においては、前記リール上に残っている前記ワイヤ供給材料に関する情報が、前記実施例に含まれる任意のモータ、磁性粒子ブレーキ又は磁性粒子クラッチの動作に影響を与えるために更に用いられてもよい。
【００５１】
当業者は、本発明の実施例及び方法の等価物を数多く、通常の実験で理解し、あるいは確認することが可能であろう。例えば、例に挙げた複数の実施例では、トルクを低減させる目的でワイヤスプールを回転させるが、ワイヤを巻線機内へと供給するフィーダを回転させることにより、スプールへのトルクの伝達を防止してもよい。いずれの場合にも、本発明のシステム及び方法に、ワイヤが巻線機内へと供給される際の前記ワイヤへのトルクの蓄積を防止するための機構が含まれる。従って、本発明がここに記載の実施例に限定されるものではなく、法の下に許される限り広く解釈されるべきものであることが、請求項から理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
本発明のこれらの及びその他の目的及び長所は、添付の図面と関連させながら以下の詳細な説明を参考にすることにより、より十二分に理解されよう。
【図１】スプールに巻回されたワイヤからコイルスプリングを形成するための従来のシステムである。
【図２】多重撚りワイヤからコイルスプリングを形成するための、本発明に基づくシステムの第１の実施例である。
【図３】多重撚りワイヤから形成されたコイルスプリングの一実施例である。
【図４】多重撚りワイヤからコイルスプリングを形成するための、本発明に基づくシステムの別の一実施例である。
【図５】多重撚りワイヤからコイルスプリングを形成するための、本発明に基づくシステムの更に別の一実施例である。
【図６】多重撚りワイヤを供給するための、本発明に基づくシステムの一実施例である。
【図７】多重撚りワイヤを供給するための、本発明に基づくシステムの更なる一実施例である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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