(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
素材供給手段から送り出されてくる加熱状態の線材を巻きばねに成形する巻きばね製造装置であって、
巻ばねの最小内径よりも外径が小径とされた円柱部が設けられ、前記円柱部の軸心を中心として巻きばねの巻回方向へ回転する芯金と、
前記円柱部の外周側に設けられ、前記素材供給手段から送り出されてくる線材を前記円柱部の外周面との間で加圧挟持すると共に、芯金に従動する方向へ回転して線材を下流側へ送り出す押えローラと、
前記芯金の外周側に該芯金の軸方向及び径方向へそれぞれ移動可能となるように設けられ、外周ローラ面に溝が形成され、該溝の内面を前記押えローラから送り出されてくる線材に前記芯金から離れた位置で圧接させつつ該線材に従動する方向へ回転されると共に、前記軸方向及び径方向に沿って巻きばねのリード角及び巻径に対応する位置へ移動し、前記軸方向に沿った移動によって前記溝の内面への前記線材の圧接を維持しつつ前記リード角を変化させることの可能な成形ローラと、
を有することを特徴とする巻きばね製造装置。
【請求項２】
前記成形ローラにより湾曲されて前記芯金の前方へ送り出されてくる巻線部の径方向への変位を制限し、かつ該巻線部との接触部を巻線部の自転運動に連動して該巻線部に従動する方向へ移動させる製品支持手段を有することを特徴とする請求項１記載の巻きばね製造装置。
【請求項３】
前記製品支持手段は、
前記芯金の前方へ送り出されてくる巻線部の外周側に配置されて該巻線部の径方向への変位を制限する複数本の支持ローラと、
前記複数本の支持ローラをそれぞれ巻線部に従動する方向へ回転させるローラ駆動部と、
を有することを特徴とする請求項２記載の巻きばね製造装置。
【請求項４】
前記素材供給手段は、
前記芯金の外周接線方向に沿って張設された無端状の第１ベルト部材と、
前記芯金の外周接線方向に沿って張設され、前記第１のベルト部材と共に線材を挟持する無端状の第２ベルト部材と、
前記第１及び第２ベルト部材の少なくとも一方を循環移動させて線材を前記芯金の方向へ送り出すベルト駆動部と、
前記第１及び第２ベルト部材から送り出されてきた線材の曲げ変形を制限しつつ、該線材を前記芯金と前記押えローラとのニップ部へ案内するガイド部材と、
を有することを特徴とする請求項１、２又は３記載の巻きばね製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サスペンション装置等に適用される巻ばねを、一定長さの線材から熱間成形する巻きばね製造装置に係り、特に軸方向両端部の巻径が中央部付近の巻径よりも小径とされた所謂、樽形巻ばねの熱間成形に適した巻きばね製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車等のサスペンションに適用される巻ばねとして、搭乗者の乗り心地を良好にするために、非線形のばね特性を有する樽形巻ばねが多く使用されている。このような樽形巻ばねをサスペンションに使用すれば、小さい荷重が入力するときには比較的ばね定数が小さく、大荷重が入力するときには比較的ばね定数が大きくなるようなばね特性を得られるので、任意の位置で巻径が略一定とされ、線形のばね特性を有する巻ばねを用いた場合と比較して搭乗者の乗り心地を良好にできる。
【０００３】
上記のような樽形巻ばねを熱間成形する巻きばね製造装置としては、例えば、特開昭５５−１３９１３６号公報に記載されているものがある。この巻きばね製造装置では、フィードローラから繰り出されるばね素線（線材）を2個の押えロールにより先細の円錐台状に形成された芯金の外周面に押圧し、この線材を芯金の外周面に沿って湾曲させることにより、線材を所要の巻径及びリード角を有する巻線部に成形する。この巻きばね製造装置により樽形巻ばねの先端部及び後端部を成形する際には、芯金を軸方向に沿って所定の方向へ移動させつつ線材を２個の押えローラにより芯金のテーパ部へ押圧する。このとき、テーパ部における線材との接触領域の曲率半径が徐々に増大するように芯金を移動させることにより、巻線部の巻径が徐々に拡大する樽形巻ばねの先端部を成形し、またテーパ部における線材との接触部の曲率半径が徐々に減少するように芯金を移動させることにより、巻線部の巻径が徐々に縮小する樽形巻ばねの後端部を成形する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭５５−１３９１３６号公報の巻きばね製造装置では、巻線部の巻径が芯金の外径（曲率半径）に応じて定まることから、樽形巻ばねにおける最小巻径と最大巻径との差（巻径差）が大きい場合や、巻径が著しく異なる複数種類の巻ばねを同一の製造ラインで成形する場合には、円錐台状の芯金における外径差を十分大きくする必要があるため、芯金が大型化し、あるいは巻ばねの巻径等に応じて芯金を巻径に適応するものに交換しなければならない。
【０００５】
また、上記の巻きばね製造装置では、芯金のテーパ部に押圧されて湾曲した巻線部は軸方向に沿って芯金の前方へ送り出され、この芯金の前方では巻線部が芯金の回転速度と等しい速度で自転する。これにより、線材から巻ばねへの成形時には、芯金の前方へ送り出された巻線部が芯金により片持ち状態で支持されると共に、巻線部には自転速度に対応する遠心力が作用する。このとき、巻線部は高温状態（一般的に、鋼では８５０℃以上）にあり変形抵抗が小さくなっているので、自転により作用する遠心力を十分小さく、すなわち線材から巻線部への成形速度を十分小さくしなければ、芯金の前方へ送り出された巻線部が塑性変形してしまう。このことが、特開昭５５−１３９１３６号公報に示されるような巻きばね製造装置により樽形巻ばねを実用的に熱間成形することを困難にしている。
【０００６】
本発明の目的は、上記事実を考慮して、芯金を大型化したり巻径に応じて交換することなく、線材から熱間成形される巻線部の巻径を広い範囲で変更でき、さらに線材から巻線部への成形速度を大きくしても巻線部の塑性変形を防止できる巻きばね製造装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の巻きばね製造装置によれば、芯金における円柱部の外周側に設けられた押えローラが、素材供給手段から送り出されてくる線材を円柱部の外周面との間で加圧挟持すると共に芯金に従動する方向へ回転して線材を成形ローラ側へ送り出し、この成形ローラが、その外周面（ローラ面）を押えローラから送り出されてくる線材に圧接させつつ線材に従動する方向へ回転させると共に、芯金の軸方向及び径方向に沿って巻きばねのリード角及び巻径に対応する位置へ移動することにより、押えローラ及び芯金（円柱部）のニップ部から送り出されてくる線材を成形ローラによって湾曲させ、この線材を成形ローラの位置に対応したリード角及び巻径を有する巻線部に成形できるので、このような巻線部を予め設定された巻数だけ連続的に形成すれば、加熱状態の線材から所要形状の巻ばねを成形（熱間成形）できる。
【０００８】
ここで、成形ローラにより湾曲された巻線部のリード角は、成形ローラの押えローラに対する軸方向に沿った変位量に応じて定まる。具体的には、芯金の軸方向に沿って成形ローラの位置と押えローラとの位置を一致させれば、巻線部にはリード角が付与されず、成形ローラを押えローラに対して軸方向に沿って前方へ移動させれば、巻線部には、成形ローラと押えローラとの軸方向に沿った距離に対応するリード角が付与される。
【０００９】
また成形ローラにより湾曲された巻線部の巻径は、成形ローラの径方向に沿った芯金の軸心からの距離に応じて定まる。従って、芯金における円柱部の外径が巻線部の内径以下であれば、成形ローラを径方向へ移動させるだけで、線材を任意の巻径を有する巻線部に成形できるので、円柱部の外径に影響を受けることなく、線材を任意の巻径を有する巻線部に成形できる。
【００１０】
また成形ローラは、線材から巻線部への成形中でも軸方向及び径方向に沿って移動可能であるので、例えば、線材から巻線部への成形中に成形ローラの径方向に沿った芯金の軸心からの距離を変化させることにより、先端部と後端部の巻径が中央部の巻径よりも小さい樽形巻ばねの成形も可能になる。このとき、成形ローラにより成形された巻線部は芯金の前方へ送り出されるので、巻ばねを芯金から分離した状態で成形でき、巻ばねから芯金を抜き取る必要もない。
【００１１】
また本発明の巻きばね製造装置に、成形ローラにより湾曲されて芯金の前方へ送り出されてくる巻線部の径方向への変位を制限し、かつ巻線部との接触部を巻線部の自転運動に連動して巻線部に従動する方向へ移動させる製品支持手段を設けることにより、巻線部が自重や遠心力により径方向へ変位し、巻ばねが撓むように巻ばねが塑性変形することを防止でき、さらに製品支持手段における接触部を巻線部との速度差（線速度差）が十分小さくなるように移動させれば、巻線部の自転運動に対する抵抗（回転抵抗）を十分小さくできると共に、巻線部がその自転運動に従って前方へ推進されるので、巻線部の成形時に巻線部のリード角（ピッチ）が変化するように巻ばねが塑性変形することを防止できる。
【００１２】
この結果、高温状態の線材を高速で巻線部に熱間成形しても、線材から巻線部への成形時に、巻ばねに塑性変形が生じることを効果的に防止できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る巻きばね製造装置について図面を参照して説明する。
【００１４】
（実施形態の構成）
図１の斜視図には本発明の実施形態に係る巻きばね製造装置が示されている。
この巻きばね製造装置１０は、製品素材である線材１２を巻線部１０２が連続して構成された巻ばね１００に熱間成形するためのものであり、直線状の線材１２を湾曲させて複数の巻線部１０２を連続成形する製品成形部１４、加熱状態の線材１２を製品成形部１４に供給する素材供給部１６、及び製品成形部１４により成形された巻ばね１００（巻線部１０２）を支持する製品支持部１８を備えている。
【００１５】
先ず、巻きばね製造装置１０における素材供給部１６の構成について説明する。素材供給部１６には、図1に示されるようにフィード機構２０が設けられている。フィード機構２０には、それぞれ線材１２の給送方向（図1の矢印Ｆ方向）に沿って張設された一対のフィードベルト２２，２４が設けられている。これら一対のフィードベルト２２，２４は、そのベルト面２６，２８が互いに平行となるように支持されており、これらベルト面２６，２８の間は、線材１２を挟持搬送するためのニップ部とされている。またベルト面２６，２８には、それぞれ幅方向の中央部に断面がＶ字状又はＵ字状のガイド溝３０，３２が全周に亘って形成されている。ここで、フィードベルト２２，２４は、周方向に沿って多数個のベルト片がヒンジを介して連結（リンク）されて構成されており、これらのベルト片はそれぞれ耐熱合金により形成されている。
【００１６】
フィードベルト２２，２４の内周側には、それぞれ複数個（本実施形態では4個）のロール３４，３６が配置されており、これらのロール３４，３６は、それぞれフィードベルト２２，２４を給送方向に沿って張り渡すと共に、フィードベルト２２，２４の局部的な変形を制限している。また最も下流側に配置されたロール３４，３６には、それぞれベルト駆動モータ３８（上側のベルト駆動モータ３８は図示せず。）が連結されており、これらのロール３４，３６は、ベルト駆動モータ３８からトルクをそれぞれフィードベルト２２，２４へ伝達し、フィードベルト２２，２４を長円状の無限軌道に沿って移動させる。
【００１７】
またフィード機構２０には、フィードベルト２２，２４間のニップ部を開閉するためのニップ開閉部（図示省略）が設けられており、このニップ開閉部は、一対のフィードベルト２２，２４を上下方向に沿って所定のニップ位置と開放位置との何れか移動させる。ここで、フィードベルト２２，２４は、ニップ位置に移動すると線材１２を挟持及び搬送可能になり、また開放位置へ移動するとそれぞれのベルト面２６，２８を線材１２から離間させる。
【００１８】
フィード機構２０の上流側には加熱炉（図示省略）が配置されており、この加熱炉は、その入口部から搬入された常温状態の線材１２を出口部側へ移動させつつ連続的又は段階的に昇温し、出口部から搬出される線材１２を所定の目標温度まで加熱する。ここで、線材１２の目標温度は、線材１２の素材となる鋼（ばね鋼）の焼入温度と加熱炉から製品成形部１４までの搬送時間とに応じて設定され、例えば、線材１２が製品成形部１４に達した時点で、鋼の焼入温度に０〜３０℃を加算した温度となるように目標温度が設定される。
【００１９】
加熱炉に供給される線材１２は、予め巻ばね１００の展開長と等しくなるように予め切断加工される。また線材１２の形状としては、直径が１０〜５０ｍｍの丸棒であって直線状のものが用いられる。なお、線材１２の両端部は、必要に応じて巻ばねの座巻面が平面状となるようにテーパ状にプレス加工される。また加熱炉内から搬出された線材１２は、加熱炉と素材供給部１６との間に設けられたローラコンベア等の搬送機構（図示省略）によりフィードベルト２２，２４のニップ部へ搬送される。
【００２０】
素材供給部１６には、フィード機構２０の下流側にガイドブロック４０及び、このガイドブロック４０を給送方向に沿って移動させる移動機構（図示省略）が設置されている。ガイドブロック４０は給送方向に沿って細長い角柱状に形成されており、このガイドブロック４０には、給送方向へ貫通する円形のガイド穴４２が穿設され、このガイド穴４２の一端はフィードベルト２２，２４の面して開口している。ここで、ガイドブロック４０は素材供給部１６に着脱可能に装着されており、素材供給部１６には、線材１２に対する加工開始前に、ガイド穴４２の内径が線材１２の直径に対応する長さとされたガイドブロック４０が装着される。このとき、ガイドブロック４０は、ガイド穴４２の内径が線材１２の直径よりも僅かに長いものが選択される。
【００２１】
ガイドブロック４０は、その移動機構により給送方向に沿って略直線的に移動可能に支持されており、移動機構は、ガイドブロック４０をフィードベルト２２，２４に十分接近する受入ガイド位置と製品成形部１４に十分接近する成形ガイド位置との間で移動させる。
【００２２】
加熱炉から素材供給部１６へ線材１２を搬送する搬送装置及び素材供給部１６が作動すると、加熱炉内から搬出された線材１２の先端部が搬送装置によりフィードベルト２２，２４のニップ部へ挿入され、この線材１２はフィードベルト２２，２４のニップ部から送り出され、ガイドブロック４０のガイド穴４２内へ挿入される。このとき、ガイドブロック４０は、移動機構により受入ガイド位置に移動している。これにより、フィードベルト２２，２４から送り出された線材１２の先端部が確実にガイド穴４２内へ挿入される。
【００２３】
線材１２がガイド穴４２内へ挿入されると、ガイドブロック４０は、移動機構によりフィードベルト２２，２４による線材１２の給送速度と略等しい速度で、受入ガイド位置から成形ガイド位置へ移動する。フィード機構２０は、ガイドブロック４０の成形ガイド位置への移動後も、フィードベルト２２，２４のニップ部から離脱するまでベルト駆動モータ３８によりフィードベルト２２，２４を駆動し続ける。
【００２４】
次に、巻きばね製造装置１０における製品成形部１４の構成について説明する。製品成形部１４には、図1に示されるようにガイドブロック４０のガイド穴４２の他端に面するように芯金４４が設けられている。芯金４４は耐熱合金を素材として略円柱状に形成されている。この芯金４４は、その先端部及び後端部を除く大部分で外径が一定とされており、この外径一定の部分が線材１２を巻線部１０２に成形するための円柱部４６とされている。
【００２５】
芯金４４の後端面には、軸方向に沿って突出する円柱状の主軸５０が同軸的に連結固定されている。主軸５０は、複数個（本実施形態では２個）の軸受５２を介してプレート状の主軸台座５４上に回転可能に支持されており、主軸５０の芯金４４と反対側の後端部には、主軸台座５４上に固定されたメインモータ５６が連結されている。ここで、芯金４４及び主軸５０の軸心Ｌは、フィード機構２０による線材１２の給送方向（矢印Ｆ方向）と略直交する方向に延在しており、この軸心Ｌに沿った方向を装置の主軸方向（矢印Ｍ方向）として以下の説明を行う。またメインモータ５６は、その駆動時に装置前方から見て芯金４４を反時計方向へ回転させ、この時のメインモータ５６の回転速度は、フィード機構２０による線材１２の給送速度に対応する速度に制御される。
【００２６】
芯金４４の外周側には、それぞれ肉厚円板状に形成された押えローラ６２及び成形ローラ６４が配置されている。これらのローラ６２，６４の外周面はローラ面６６，６８とされており、ローラ面６６，６８には、それぞれ断面がＶ字状又はＵ字状のニップ溝７０，７２が全周に亘って形成されている。ここで、押えローラ６２は、図４に示されるように芯金４４の略真上に配置されており、この押えローラ６２に対して、成形ローラ６４は芯金４４の回転方向に沿って下流側へ偏倚した位置に配置されている。
【００２７】
ローラ６２，６４には、それぞれローラ駆動モータ７４，７６が同軸的に連結されており、これらのローラ駆動モータ７４，７６は、その駆動時にローラ６２，６４をそれぞれ回転させる。このとき、ローラ駆動モータ７４，７６は、ローラ６２，６４をメインモータ５６による芯金４４の回転方向とは反対の方向（時計方向）へ回転させ、この時のローラ駆動モータ７４，７６の回転速度は、フィード機構２０による線材１２の給送速度、すなわちメインモータ５６の回転速度に対応する速度に制御される。
【００２８】
押えローラ６２及びローラ駆動モータ７４は、プレート状の支持ステー７８により支持されており、この支持ステー７８は押えローラ６２の軸心ＬPを芯金４４の軸心Ｌと平行としている。支持ステー７８は、芯金４４の径方向（図４の矢印Ｒ方向）及び周方向（図４の矢印Ｃ方向）に沿ってそれぞれ移動可能に支持されている。また押えローラ６２には、支持ステー７８を介して、前記径方向及び周方向をそれぞれ作動方向とする２個のアクチュエータ（図示省略）が連結されており、これら２個のアクチュエータは、油圧等の流体圧力により作動する流体シリンダや、スッテピングモータとボールねじとが組み合わされたモータユニットを駆動源としており、サーボ制御により駆動パルス数等の入力値に比例する出力値（作動量）が得られるようになっている。
【００２９】
ここで、周方向を作動方向とするアクチュエータは、押えローラ６２を芯金４４の略真上となる第１ニップ位置（図６参照）と、この第１ニップ位置に対して芯金４４の回転方向（反時計方向）へ偏倚した第２ニップ位置（図４参照）との何れかに位置調整する。押えローラ６２が第１ニップ位置にあると、図４に示されるように押えローラ６２の軸心ＬPと軸心Ｌとを結んだ直線は成形開始前の線材１２の軸直角方向と略一致し、また押えローラ６２が第２ニップ位置にあると、図４に示されるように軸心Ｌ，ＬP間を結んだ直線は第１ニップ位置にある場合と比較して反時計方向へ所定の角度θBだけ傾く。
【００３０】
また径方向を作動方向とするアクチュエータは、押えローラ６２のローラ面６６と芯金４４の外周面とのクリアランスを押えローラ６２のニップ溝７０と芯金４４の外周面との間に挿入された線材１２に対して十分な加圧力を及ぼすように調整する。これにより、芯金４４及び押えローラ６２の回転時には、ニップ溝７０の内面と芯金４４の外周面とが線材１２に対してスリップしなくなり、押えローラ６２と芯金４４とにより線材１２が十分な拘束力で拘束されつつ、芯金４４及び押えローラ６２の回転量に対応するだけ成形ローラ６４側へ送り出される。
【００３１】
一方、成形ローラ６４及びローラ駆動モータ７６もプレート状の支持ステー８０により支持されており、この支持ステー８０は成形ローラ６４の軸心ＬFを芯金４４の軸心Ｌと平行としている。支持ステー８０は、軸心Ｌの径方向及び主軸向に沿ってそれぞれ移動可能に支持されている。また成形ローラ６４には、支持ステー８０を介して、芯金４４の径方向及び主軸方向をそれぞれ作動方向とする２個のアクチュエータ（図示省略）が連結されており、これら２個のアクチュエータは、それぞれサーボ制御により作動量が制御されるようになっている。
【００３２】
ここで、主軸方向を作動方向とするアクチュエータは、巻ばね１００における巻線部１０２のリード角に応じて成形ローラ６４に対する主軸方向に沿った相対位置を調整する。また径方向を作動方向とするアクチュエータは、巻線部１０２の巻径に応じて軸心Ｌから成形ローラ６４のローラ面６８までの距離を調整する。
【００３３】
次に、巻きばね製造装置１０における製品支持部１８の構成について説明する。製品支持部１８には、図１に示されるように上下一対のローラ台座８２，８４が設けられている。これら一対のローラ台座８２，８４は互いに平行となり、かつ主軸方向へ移動可能となるように支持されている。ここで、上側のローラ台座８４は、連結部材（図示省略）により下側のローラ台座８２に連結され、ローラ台座８２と常に一体となって主軸方向へ移動する。
【００３４】
下側のローラ台座８２には、主軸方向を作動方向とするリニアアクチュエータ８６が連結されており、このリニアアクチュエータ８６は、サーボ制御により作動量が制御される。リニアアクチュエータ８６は、製品成形部１４による巻ばね１００の成形開始時にはローラ台座８２，８４を主軸方向に沿って芯金４４に最も近接する待機位置へ移動させ、巻ばね１００における巻数増加に従って芯金４４から徐々に離間させ、巻ばね１００が成形完了した時点で芯金４４から離脱した巻ばね１００を支持ローラ８８により安定的に保持できる位置に停止させる。
【００３５】
下側のローラ台座８２の上側には、それぞれ主軸方向に沿って細長い円柱状とされた２本の支持ローラ８８が配置され、上側のローラ台座８４の下側には１本の支持ローラ８８が配置されている。支持ローラ８８は２個の軸受９０により回転可能に支持されている。また支持ローラ８８を軸支する軸受９０とローラ台座８２，８４との間には、リニアアクチュエータ９２が介装されている。このリニアアクチュエータ９２は、その作動方向が軸心Ｌを中心とする径方向と一致しており、リニアアクチュエータ８６と同様に、サーボ制御により作動量が制御されるようになっている。
【００３６】
ここで、３本の支持ローラ８８は、それぞれ芯金４４と軸平行となり、かつ軸心Ｌを中心とする周方向に沿ったピッチが等間隔（１２０°間隔）となるように配置されている。また各リニアアクチュエータ９２は互いに連動して制御され、何れの支持ローラ８８についても、軸心Ｌからの距離が等しくなるように位置調整される。すなわち、３本の支持ローラ８８の軸心は、軸方向から見て、軸心Ｌを中心（重心）とする正三角形の３頂点にそれぞれ位置するように位置調整される。さらに３本の支持ローラ８８は、成形される巻ばね１００のサイズに応じて軸心Ｌから支持ローラ８８のローラ面までの距離が巻ばね１００の最大外径の１／２よりも若干長くなるように位置調整される。
【００３７】
３本の支持ローラ８８の一端部には、それぞれローラ駆動モータ９４が連結されている。ローラ駆動モータ９４は芯金４４の回転時に支持ローラ８８を回転させる。このとき、ローラ駆動モータ９４は支持ローラ８８を芯金４４とは反対の方向（時計方向）へ芯金４４の回転速度、すなわち巻ばね１００の自転速度に対応する回転速度で回転させる。
【００３８】
（実施形態の作用）
次に、上記のように構成された本実施形態に係る巻きばね製造装置１０の動作及び作用について説明する。なお、ここでは、巻ばね１００として軸方向両端部の巻径が中央付近の巻径よりも小さい所謂、樽形巻ばねを成形する際の巻きばね製造装置１０の動作及び作用を主として説明する。また本実施形態の巻きばね製造装置１０は、巻ばね１００の製造ライン全体を制御する上位のプロセスコンピュータに対して各種の情報を入出力可能とされたコントローラ（図示省略）により制御されるものとする。
【００３９】
コントローラは、加熱炉から１本の線材１２が搬出されると、これに同期させて加熱炉を素材供給部１６に結ぶ搬送装置及び素材供給部１６をそれぞれ作動開始する。これにより、所定の目標温度に加熱された線材１２が搬送装置により素材供給部１６のフィード機構２０に搬送される。フィード機構２０は、一対のフィードベルト２２，２４により線材１２を挟持しつつ、線材１２の先端側をガイドブロック４０側へ送り出す。これにより、線材１２の先端部は受入ガイド位置にあるガイドブロック４０のガイド穴４２内に挿入される。これに同期して、ガイドブロック４０は受入ガイド位置から成形ガイド位置（図２参照）まで移動する。
【００４０】
成形ガイド位置にあるガイドブロック４０から製品成形部１４側へ延出した線材１２は、図３に示されるように先端部が芯金４４の外周面と押えローラ６２のニップ溝７０との間に形成されるニップ部Ｎ1に挿入される。このとき、ガイドブロック４０が芯金４４に十分近接した成形ガイド位置に移動していることから、線材１２の先端部を確実にニップ部Ｎ1に挿入でき、かつニップ部Ｎ1による搬送抵抗及びフィードベルト２２，２４からの搬送力を同時に受ける線材１２の座屈を効果的に防止できる。
【００４１】
またフィード機構２０は、線材１２の先端部がニップ部Ｎ1に挿入されてから、線材１２の後端部が成形ローラ６４から離脱するまで、線材１２が所定量だけ給送方向へ送り出される毎に、ニップ開閉部によりニップ位置にあるフィードベルト２２，２４を僅かな時間に亘って開放位置へ移動させる。これにより、巻ばね１００の成形中に線材１２に作用する捻れを解放し、巻線部１０２への成形前の線材１２に品質上問題となるような大きな捻れが生じることを防止している。
【００４２】
線材１２の先端部がニップ部Ｎ1に挿入される際に、押えローラ６２は第２ニップ位置（図４参照）に位置調整されている。これにより、ニップ部Ｎ1に挿入される線材１２は、図４の２点鎖線で示されるように押えローラ６２からの加圧力により芯金４４の外周面に沿って軸心Ｌ側へ湾曲し、成形ローラ６４側へ送り出される。このとき、ニップ部Ｎ1から成形ローラ６４側へ送り出された線材１２の曲率半径は、芯金４４の外周面の曲率半径と第１ニップ位置から第２ニップ位置までの角度θBとにより定まる。
【００４３】
但し、ニップ部Ｎ1から送り出された線材１２は、その先端部が成形ローラ６４の軸心ＬFに対し軸心Ｌ側の領域に当接するように、軸心Ｌ側へ僅かに湾曲されていれば良い。このように線材１２の先端部を僅かに軸心Ｌ側へ湾曲させて成形ローラ６４側へ送り出せば、この線材１２の先端部が時計方向へ回転する成形ローラ６４のローラ面６８に接しつつ軸心Ｌ側へ湾曲して、ローラ面６８と芯金４４の外周面との間に挿入される。また線材１２の先端部がローラ面６８と芯金４４の外周面との間に挿入されると、押えローラ６２は、第２ニップ位置から第１ニップ位置に位置調整される。
【００４４】
一方、コントローラは、フィード機構２０による線材１２の給送速度を適宜設定すると共に、この給送速度に対応させて芯金４４、押えローラ６２及び成形ローラ６４の回転速度をそれぞれ制御する。具体的には、コントローラは、線材１２の直径、材質、巻ばね１００のサイズ等に応じて適正な給送速度を設定する。次いで、コントローラは、ニップ部Ｎ1における芯金４４の線速度が前記給送速度と等しくなるようにメインモータ５６の回転速度を制御する。またコントローラは、押えローラ６２及び成形ローラ６４における線材１２との接触部分の線速度がそれぞれ前記給送速度と一致し、又は十分近似するようにローラ駆動モータ７４，７６の回転速度をそれぞれ制御する。
【００４５】
成形ローラ６４は、最初の巻線部１０２である座巻部１０２Ａの成形開始時に、主軸方向及び軸心Ｌの径方向に沿って芯金４４の外周側における座巻部１０２Ａの巻径及びリード角に対応する位置に位置調整されている。具体的には、座巻部１０２Ａの成形開始時に成形ローラ６４は、図３に示されるように主軸方向へは押えローラ６２と一致するように位置調整され、また径方向へは軸心Ｌからニップ溝７２の拘束点Ｐ2までの距離Ｋ（図４参照）が座巻部１０２Ａの巻径と対応する長さになるように位置調整されている。ここで、ニップ溝７２の拘束点Ｐ2は、ニップ溝７２の内面であって線材１２と実質的に加圧状態で接触する領域の軸心Ｌから最短距離にある部位である。
【００４６】
成形ローラ６４が上記のように位置調整された状態で、ニップ部Ｎ1から送り出された線材１２は、その先端部が成形ローラ６４のニップ溝７２内面に接しつつ、成形ローラ６４からの加圧力を受けてニップ溝７２に沿って軸心Ｌ側へ変形し、図４の２点鎖線で示されるように成形ローラ６４と芯金４４との間2へ導入される。これにより、線材１２は、図６に示されるようにニップ溝７０の拘束点Ｐ2に接しつつ、時計方向へ回転する成形ローラ６４からの押圧力及び摩擦力を受けて距離Ｋに対応する曲率半径で軸心Ｌ側へ湾曲する。具体的には、距離Ｋは、巻線部１０２の曲率半径と線材１２の半径との和と等しくなるように設定される。
【００４７】
但し、線材１２の直径等に応じて、成形ローラ６４から下流側へ送り出された線材１２が僅かに外周側へ復元する場合がある。このような復元が無視できない場合には、距離Ｋは、巻線部１０２の曲率半径と線材１２の半径との和より線材１２の復元量に対応するだけ小さくなるように補正される。
【００４８】
また成形ローラ６４の主軸方向に沿った位置が押えローラ６２と一致していると、成形ローラ６４の下流側へ送り出される巻線部１０２（座巻部１０２Ａ）にはリード角Ｄ（図７参照）が付与されない、すなわちリード角Ｄが０°になる。従って、成形ローラ６４を主軸方向に沿って押えローラ６２と一致させたままで、線材１２を１／２〜３／４周に相当する長さだけ拘束点Ｐ2から下流側へ送り出すと、図７に示されるようにリード角が０°の座巻部１０２Ａが１／２〜３／４周に亘って成形される。
【００４９】
座巻部１０２Ａの成形完了と同時に、コントローラは、図７に示されるように成形ローラ６４を巻ばね１００のリード角Ｄに対応する距離だけ押えローラ６２に対して芯金４４先端側へ相対移動（前進）させると共に、芯金４４の回転に連動して成形ローラ６４を初期位置から外周側へ移動させる。この結果、図７に示されるように、２巻目以降の巻線部１０２には成形ローラ６４の前進量に対応するリード角Ｄが付与され、先端側の巻線部１０２の巻径に対して中央側の巻線部１０２の巻径をテーパ状に増大させつつ、巻線部１０２が芯金４４の回転量に相当する巻数だけ螺旋状に成形されて行く。
【００５０】
このとき、成形ローラ６４の主軸方向に沿った押えローラ６２に対する位置を変化させれば、巻ばね１００の成形途中であっても各巻線部１０２におけるリード角Ｄ（ピッチ）を調整できる。また、座巻部１０２Ａの成形開始時に、成形ローラ６４を押えローラ６２に対して前進させておけば、座巻部１０２Ａについても必要に応じてリード角を付与できることは言うまでも無い。
【００５１】
なお、押えローラ６２及び成形ローラ６４については、軸心ＬP，ＬFが常に芯金４４の軸心Ｌと軸平行に保たれるものとして説明を行っているが、押えローラ６２及び成形ローラ６４の一方又は双方に軸心Ｌに対する揺動方向を作動方向とするアクチュエータを連結し、このアクチュエータによりローラ面６６，６８の接線方向がリード角Ｄに従うような方向へローラ６２，６４の傾きを調整しても良い。
【００５２】
巻ばね１００における巻径が変化するテーパ部を成形していた成形ローラ６４は、テーパ部の成形が完了すると外周側への移動を停止し、軸心Ｌからの距離Ｋを一定に保つ。このとき、距離Ｋは、巻ばね１００における円筒部の巻径に対応する長さになる。これにより、成形ローラ６４の拘束点Ｐ2から下流側へ送り出される巻線部１０２は、図８に示されるように巻径が一定となる。従って、距離Ｋを一定に保ちつつ巻ばね１００の成形を継続すれば、巻径が一定の巻線部１０２が芯金４４の回転数と等しい巻数だけ成形され、巻ばね１００における軸方向中間部に巻径一定の円筒部が成形される。なお、巻ばね１００における円筒部の成形途中であっても、芯金４４の回転に連動して距離Ｋを変化させれば、巻ばね１００における軸方向中間部の巻径を変化させることもできる。
【００５３】
上記のように成形された巻ばね１００の巻線部１０２は、図８に示されるように芯金４４と一体となって自転しつつ芯金４４前方へ送り出される。このとき、巻線部１０２は、１回転毎に巻線部１０２間のピッチに等しい距離だけ前方へ送り出される。このとき、製品支持部１８における3本の支持ローラ８８は、リニアアクチュエータ９２により待機位置に移動し、それぞれ巻線部１０２（巻ばね１００）の自転速度に対応する速度で巻ばね１００とは反対の方向（時計方向）へ回転している。これらの支持ローラ８８の回転速度は、そのローラ面における線速度が巻ばね１００の最大外径部（円筒部）の外周端における線速度と略等しくなるように制御される。
【００５４】
芯金４４から前方へ送り出された巻ばね１００の先端側テーパ部は、図７に示されるように待機位置にある３本の支持ローラ８８の内側へ挿入される。このとき、支持ローラ８８は、巻ばね１００との間に隙間が生じることから、実質的には巻ばね１００の径方向に沿った変位を制限しない。但し、この時点では、巻ばね１００の芯金４４から送出長が小さく、巻ばね１００のテーパ部が十分な剛性を有していることから、巻ばね１００のテーパ部には、自重及び遠心力により品質上、問題となるような塑性変形は生じない。
【００５５】
次いで、図８に示されるように、巻ばね１００の円筒部が３本の支持ローラ８８の内側に挿入されると、巻ばね１００の円筒部が少なくとも１本の支持ローラ８８に接すると共に、巻ばね１００に接しない支持ローラ８８と巻ばね１００とのクリアランスが十分小さくなる。これにより、巻ばね１００の径方向の変位が十分小さくなるように支持ローラ８８により制限されるので、巻ばね１００の自重や遠心力による塑性変形が防止され、さらに支持ローラ８８が巻ばね１００との接触部における速度差（線速度差）が十分小さくなっているので、巻ばね１００の自転運動に対する抵抗（回転抵抗）も十分小さくなる。
【００５６】
巻ばね１００の円筒部が３本の支持ローラ８８の内側に挿入された後、巻ばね１００が所定距離だけ前方へ送り出されると、３本の支持ローラ８８は、待機位置から巻ばね１００の送出速度と略等しい速度で前方へ移動する。このとき、支持ローラ８８は、巻ばね１００の最後の座巻部（不図示）が成形完了したときに、支持ローラ８８の軸方向中心が巻ばね１００の軸方向中心と略一致する位置まで移動する。これにより、成形完了して芯金４４から離脱した巻ばね１００が支持ローラ８８により安定的に保持される。
【００５７】
巻ばね１００における円筒部の成形が完了すると、コントローラは、芯金４４の回転に連動して成形ローラ６４を径方向に沿って軸心Ｌ側へ移動させる。これにより、図９に示されるように巻ばね１００の巻径が縮径して後端側のテーパ部が成形されて行く。また巻ばね１００における最後の座巻部を成形する際には、成形ローラ６４を後退させて主軸方向に沿って押えローラ６２と一致させる。これにより、巻ばね１００には、リード角Ｄが付与されない最後の巻線部１０２である座巻部が成形される。
【００５８】
この後、線材１２の後端部がニップ部Ｎ1を通過すると、巻ばね１００が成形完了すると共に芯金４４から離脱し、巻ばね１００全体が製品支持部１８の支持ローラ８８上に送り出される。このとき、巻ばね１００の成形完了は、例えば、赤外線センサやマイクロスイッチ等のセンサにより線材１２の後端がニップ部Ｎ1及び拘束点Ｐ2を順次通過したことを検出すれば判断できる。コントローラは、巻ばね１００の成形完了を判断すると、押えローラ６２及び成形ローラ６４をそれぞれ次に成形する巻ばね１００の巻径等に対応する初期待機位置（図３参照）に移動させる。
【００５９】
また本実施形態の巻きばね製造装置１０では、成形ローラ６４を常に芯金４４の外周面から外周側へ離間させつつ巻線部１０２（巻ばね１００）の成形を行うものとして説明したが、巻径が最小となる先端及び後端の巻線部１０２（座巻部）については、成形ローラ６４と芯金４４との間に線材を挟持可能なニップ部を形成し、このニップ部及びニップ部Ｎ1とで線材１２を芯金４４の外周面へ押圧して線材１２を湾曲させるようにしても良い。但し、この場合には、芯金４４の円筒部４６の外径を座巻部の巻径に対応する長さとする必要がある。
【００６０】
また、本実施形態の巻きばね製造装置１０では、芯金４４として図２に示されるような軸方向両端部を除く部分で外径一定とされたものを用いたが、これ以外にも、例えば、図１０に示されるような芯金９６を用いることもできる。この芯金９６には、軸方向基端部に大径円柱部９７が設けられると共に、先端部に小径円柱部９８が設けられており、これらの大径円柱部９７と小径円柱部９８との間に芯金９６の先端側へ向かってテーパ状に縮径する円錐台部９９が設けられている。
【００６１】
上記のような芯金９６を用い、押えローラ６２と共にニップ部Ｎ1を形成する円柱部９７，９８を巻ばね１００の巻径に応じて選択するようにすれば、例えば、第２ニップ位置にある押えローラ６２により線材１２を湾曲させる際の曲率半径の調整が容易になる。但し、このような複数の円柱部９７，９８が設けられた芯金９６を用いる場合には、使用する円柱部９７，９８に応じて芯金９６を主軸方向及び高さ方向へ位置調整可能とし、素材供給部１６、押えローラ６２及び成形ローラ６４に対する相対的な位置関係を一定に保つ必要がある。また円錐台部９９における巻ばね１００の巻径に対応する部分を用いて巻ばね１００を成形するようにしても良い。
【００６２】
以上説明した本実施形態に係る巻きばね製造装置１０によれば、反時計方向へ回転する芯金４４の外周側に設けられた押えローラ６２が、素材供給部１６から送り出されてくる線材１２を芯金４４の外周面との間で加圧挟持すると共に、時計方向へ回転して線材１２を成形ローラ６４側へ送り出し、この成形ローラ６４がニップ溝７２の内面を押えローラ６２から送り出されてくる線材１２に圧接させつつ時計回転すると共に、芯金４４の主軸方向及び径方向に沿って巻ばね１００のリード角及び巻径に対応する位置へ移動することにより、ニップ部Ｎ1から送り出されてくる線材１２を成形ローラ６４によって湾曲させ、この線材１２を成形ローラ６４の位置に対応したリード角及び巻径を有する巻線部１０２に成形できるので、このような巻線部１０２を予め設定された巻数だけ連続的に成形すれば、加熱状態の線材１２から所要形状の巻ばね１００を熱間成形できる。このとき、成形ローラ６４により成形された巻線部１０２は芯金４４の前方へ送り出されるので、巻ばね１００を芯金４４から分離した状態で成形でき、巻ばね１００から芯金４４を抜き取る必要もない。
【００６３】
また巻きばね製造装置１０では、製品支持部１８における３本の支持ローラ８８が成形ローラ６４により湾曲されて芯金４４の前方へ送り出されてくる巻線部１０２の径方向への変位を制限し、かつ各支持ローラ８８が巻線部１０２の自転運動に連動して巻線部１０２に従動する方向（時計方向）へ回転することにより、複数の巻線部１０２からなる巻ばね１００が自重や遠心力により径方向へ変位し、巻ばね１００が撓むように塑性変形することを防止できる。さらに支持ローラ８８が巻線部１０２との線速度差が十分小さくなるような速度で回転していることから、巻ばね１００の自転運動に対する回転抵抗を十分小さくできると共に、巻ばね１００がその自転運動に従って前方へ推進されるので、巻ばね１００の成形時に巻線部１０２のリード角及びピッチが変化するように巻ばね１００が塑性変形することも防止できる。この結果、高温状態の線材１２を高速で巻線部１０２に熱間成形しても、線材１２から巻線部１０２への成形時に、巻ばね１００に塑性変形が生じることを効果的に防止できる。
【００６４】
なお、本実施形態に係る製品支持部１８では、巻ばね１００の径方向への変位を制限するために３本の支持ローラ８８を用いているが、このような支持ローラ８８は３本以上であれば良く、例えば、4本の支持ローラ８８を巻ばね１００の外周側に略等間隔（９０°間隔）で配置するようにして良い。また支持ローラ８８は、ローラ駆動モータ７４からのトルクにより回転する駆動ローラとして構成されているが、こららうち少なくとも1本の支持ローラ８８は巻ばね１００からのトルクにより従動回転する従動ローラであっても良い。但し、支持ローラ８８として従動ローラとする場合には、巻ばね１００の変形を防止するために支持ローラ８８の回転抵抗を十分小さくする必要がある。
【００６５】
また、本実施形態に係る素材供給部１６では、線材１２を給送方向へ移動させるフィード機構２０を一対のフィードベルト２２，２４により構成したが、このようなフィードベルト２２，２４の代わりに、搬送用のローラ対を給送方向に沿って複数個配置しても良い。但し、複数のローラ対を用いた場合と比較し、フィードベルト２２，２４によれば、線材１２に有害な変形を生じさせることなく、線材１２に対して大きな搬送力を作用できる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の巻きばね製造装置によれば、芯金を大型化したり巻径に応じて交換することなく、線材から熱間成形される巻線部の巻径を広い範囲で変更でき、さらに製品支持手段を設けることにより、線材から巻線部への成形速度を大きくしても巻線部の塑性変形を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態に係る巻きばね製造装置の全体構成を示す斜視図である。
【図２】  本発明の実施形態に係る巻きばね製造装置における芯金、押えローラ及び成形ローラの構成を示す斜視図である。
【図３】  本発明の実施形態に係る芯金、押えローラ及び成形ローラの平面図であり、線材を巻ばねに成形開始した直後の状態を示している。
【図４】  本発明の実施形態に係る芯金、押えローラ及び成形ローラを軸方向に沿って装置前方から見た正面図であり、巻ばねを成形開始した直後の状態を示している。
【図５】  本発明の実施形態に係る芯金、押えローラ及び成形ローラを装置上方から見た平面図であり、巻ばねにおける最初の巻線部を成形している状態を示している。
【図６】  本発明の実施形態に係る芯金、押えローラ及び成形ローラを装置前方から見た正面図であり、巻ばねにおける最初の巻線部を成形している状態を示している。
【図７】  本発明の実施形態に係る芯金、押えローラ及び成形ローラを装置上方から見た平面図であり、巻ばねにおける先端側のテーパ部を成形している状態を示している。
【図８】  本発明の実施形態に係る芯金、押えローラ及び成形ローラ並びに支持ローラを装置上方から見た平面図であり、巻ばねにおける円筒部を成形している状態を示している。
【図９】  本発明の実施形態に係る芯金、押えローラ及び成形ローラ並びに支持ローラを装置上方から見た平面図であり、巻ばねにおける後端側のテーパ部を成形している状態を示している。
【図１０】  本発明の実施形態に係る巻きばね製造装置における芯金の他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０      巻きばね製造装置
１２      線材
１４      製品成形部
１６      素材供給部（素材供給手段）
１８      製品支持部（製品支持手段）
２０      フィード機構
２２      フィードベルト（第１のベルト部材）
２４      フィードベルト（第２のベルト部材）
３８      ベルト駆動モータ（ベルト駆動部）
４０      ガイドブロック（ガイド部材）
４４      芯金
４６      円柱部
６２      押えローラ
６４      成形ローラ
６６      ローラ面
６８      ローラ面（外周ローラ面）
８８      支持ローラ
９４      ローラ駆動モータ（ローラ駆動部）
９６      芯金
９７      大径円柱部
９８      小径円柱部
１００    巻ばね
１０２    巻線部
【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】
0004712179.tif 000008
【図８】
0004712179.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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