(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
素線を送り出しながらコイリングを行なった後、少くとも温間セッチングを含む後処理を行ないコイルばねを製造するコイルばねの製造方法において、所望の形状の目標コイルばねの形状を特定する複数のパラメータを設定すると共に、所定のコイルばねに対しシミュレーションによる温間セッチングを行なったときの形状変化を特定する温間セッチングシミュレーションによって、前記目標コイルばねの自由高さに基づきセッチング前のコイルばねの自由高さを設定し、少くとも該セッチング前のコイルばねの自由高さ及び前記複数のパラメータに基づき後処理前の形状を設定し、該後処理前の形状に基づき前記素線に対しコイリングを行なった後、前記後処理を行ない前記目標コイルばねを製造することを特徴とするコイルばねの製造方法。
【請求項２】
素線を送り出しながら曲げ加工及び捩り加工を行ない冷間加工によるコイリングを行なった後、少くとも温間セッチングを含む後処理を行ないコイルばねを製造するコイルばねの製造方法において、所望の形状の目標コイルばねの形状を特定する複数のパラメータを設定すると共に、所定のコイルばねに対しシミュレーションによる温間セッチングを行なったときの形状変化を特定する温間セッチングシミュレーションによって、前記目標コイルばねの自由高さに基づきセッチング前のコイルばねの自由高さを設定し、少くとも該セッチング前のコイルばねの自由高さ及び前記複数のパラメータに基づき後処理前の形状を設定し、該後処理前の形状に基づき少くとも曲げ加工位置及び捩り加工位置を表すデータに変換し、該データに応じて所定の素線送り量に対応した曲げ加工位置及び捩り加工位置となるように前記素線に対し曲げ加工及び捩り加工を行なった後、前記後処理を行ない前記目標コイルばねを製造することを特徴とするコイルばねの製造方法。
【請求項３】
前記後処理が、更に前記素線のコイリング後に行なうテンパーを含み、前記目標コイルばねの線径に対するコイル径の比であるばね指数に応じてテンパー後のコイルばねのコイル径の減少率を設定し、該減少率に基づきテンパー前のコイルばねのコイル径を求め、該テンパー前のコイルばねのコイル径、前記セッチング前のコイルばねの自由高さ及び前記複数のパラメータに基づき前記後処理前の形状を設定することを特徴とする請求項１又は２記載のコイルばねの製造方法。
【請求項４】
前記温間セッチングシミュレーションによる形状設定において、セッチング前のコイルばねのコイル径を求め、該セッチング前のコイルばねのコイル径、前記テンパー前のコイルばねのコイル径、前記セッチング前のコイルばねの自由高さ及び前記複数のパラメータに基づき後処理前の形状を設定することを特徴とする請求項３記載のコイルばねの製造方法。
【請求項５】
素線を送り出しながらコイリングを行なった後、少くとも温間セッチングを含む後処理を行ないコイルばねを製造するコイルばねの製造装置において、所望の形状の目標コイルばねの形状を特定する複数のパラメータを設定するパラメータ設定手段と、所定のコイルばねに対しシミュレーションによる温間セッチングを行なったときの形状変化を特定する温間セッチングシミュレーションによって、前記目標コイルばねの自由高さに基づきセッチング前のコイルばねの自由高さを設定し、少くとも該セッチング前のコイルばねの自由高さ及び前記複数のパラメータに基づき後処理前の形状を設定する形状設定手段と、該形状設定手段が設定した前記後処理前の形状に基づきコイリングの加工条件を設定する加工条件設定手段と、前記素線に対しコイリングを行なうコイリング手段と、前記加工条件設定手段が設定した加工条件に基づき前記コイリング手段を駆動する駆動手段と、該駆動手段によって前記コイリング手段を駆動して前記素線に対しコイリングを行なった後、前記後処理を行う後処理手段とを備えたことを特徴とするコイルばねの製造装置。
【請求項６】
前記後処理手段が、更に前記素線のコイリング後にテンパーを行なう手段を含み、前記形状設定手段が、前記目標コイルばねの線径に対するコイル径の比であるばね指数に応じてテンパー後のコイルばねのコイル径の減少率を設定し、該減少率に基づきテンパー前のコイルばねのコイル径を求め、該テンパー前のコイルばねのコイル径、前記セッチング前のコイルばねの自由高さ及び前記複数のパラメータに基づき前記後処理前の形状を設定することを特徴とする請求項５記載のコイルばねの製造装置。
【請求項７】
前記形状設定手段が、前記温間セッチングシミュレーションによる形状設定において、セッチング前のコイルばねのコイル径を求め、該セッチング前のコイルばねのコイル径、前記テンパー前のコイルばねのコイル径、前記セッチング前のコイルばねの自由高さ及び前記複数のパラメータに基づき前記後処理前の形状を設定することを特徴とする請求項６記載のコイルばねの製造装置。
【請求項８】
素線を送り出しながら曲げ加工及び捩り加工を行ない冷間加工によるコイリングを行なった後、少くとも温間セッチングを含む後処理を行ないコイルばねを製造するコイルばねの製造装置において、所望の形状の目標コイルばねの形状を特定する複数のパラメータを設定するパラメータ設定手段と、所定のコイルばねに対しシミュレーションによる温間セッチングを行なったときの形状変化を特定する温間セッチングシミュレーションによって、前記目標コイルばねの自由高さに基づきセッチング前のコイルばねの自由高さを設定し、少くとも該セッチング前のコイルばねの自由高さ及び前記複数のパラメータに基づき後処理前の形状を設定する形状設定手段と、該形状設定手段が設定した前記後処理前の形状に基づき少くとも曲げ加工位置及び捩り加工位置を表すデータに変換するデータ変換手段と、該データ変換手段の変換結果に応じて少くとも曲げ加工位置及び捩り加工位置を設定する加工条件設定手段と、前記素線を送り出す素線供給手段と、前記素線に対し曲げ加工を行なう曲げ加工手段と、前記素線に対し捩り加工を行なう捩り加工手段と、前記加工条件設定手段が設定した少くとも曲げ加工位置及び捩り加工位置に基づき、所定の素線送り量に対応した曲げ加工位置及び捩り加工位置となるように前記素線供給手段、前記曲げ加工手段及び前記捩り加工手段を駆動する駆動手段と、該駆動手段によって前記素線供給手段、前記曲げ加工手段及び前記捩り加工手段を駆動して前記素線に対し曲げ加工及び捩り加工を行なった後、前記後処理を行う後処理手段とを備えたことを特徴とするコイルばねの製造装置。
【請求項９】
前記後処理手段が、更に前記素線のコイリング後にテンパーを行なう手段を含み、前記形状設定手段が、前記目標コイルばねの線径に対するコイル径の比であるばね指数に応じてテンパー後のコイルばねのコイル径の減少率を設定し、該減少率に基づきテンパー前のコイルばねのコイル径を求め、該テンパー前のコイルばねのコイル径、前記セッチング前のコイルばねの自由高さ及び前記複数のパラメータに基づき前記後処理前の形状を設定することを特徴とする請求項８記載のコイルばねの製造装置。
【請求項１０】
前記形状設定手段が、前記温間セッチングシミュレーションによる形状設定において、セッチング前のコイルばねのコイル径を求め、該セッチング前のコイルばねのコイル径、前記テンパー前のコイルばねのコイル径、前記セッチング前のコイルばねの自由高さ及び前記複数のパラメータに基づき前記後処理前の形状を設定することを特徴とする請求項９記載のコイルばねの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コイルばねの製造方法及び装置に関し、特に、冷間加工によるコイルばねの製造方法及び装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
コイルばねを製造する方法としては、熱間加工による方法と冷間加工による方法が知られており、コイルばねを冷間加工によって製造する装置として、種々のコイリングマシンが市販されている。例えば、特開平第６−１０６２８１号公報、特開平第６−２９４６３１号公報、特開平第７−２４８８１１号公報、特開平第９−１４１３７１号公報等においては、コイリングマシンが開示され、その制御等について提案されている。これらのコイリングマシンの基本構成は、素線を送り出しながら曲げ加工及び捩り加工を行なってコイルばねを製造するもので、数値制御（ＮＣ）によって機械精度の向上が図られている。
【０００３】
一方、近時の解析技術の進展により、ばね形状のモデルを作成し種々のシミュレーションを行なうことが可能となり、この解析結果に基づく製品設計も可能となっている。例えば、有限要素法（ＦＥＭ）を用いた解析により所定のばね特性を得るばね形状を特定することも可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
然し乍ら、コイリングマシンを用いてコイルばねを製造する際には、一旦、コイルばねを試作し、試作結果のコイルばねの寸法を確認しながら所定の形状に仕上げるというトライアンドエラーによる製造方法が主流である。即ち、コイリングマシンは数値制御（ＮＣ）によって駆動されるものの、これに入力するデータは作業者の勘とコツに頼っているというのが現状である。このため、寸法確認が部分的となるので製品全体の形状が保証されるというものではなく、形状が複雑になるとそれだけ試作時間が長くなるという問題があった。
【０００５】
例えば、前掲の特開平第７−２４８８１１号公報においては、従来のコイルばね成形機用自動プログラミング装置により生成されたコイルばねは、一般的には設定したコイル形状とは若干の差異があるとし、これに対し、オペレータはデータを画面で見ながら形状を頭の中でイメージしてデータを修正すべき箇所を特定して修正しなければならず、間違えやすいという問題があったとした上で、データ修正箇所の特定及びデータの検証を容易に行なうことを課題としている。そして、その解決手段は、コイルばね形状を画面に描画し、データ修正対象箇所を明示するマーカ及びコイル巻数積算値を表示するようにし、オペレータがコイル形状を確認しながら入力することとしている。
【０００６】
もちろん、前掲の各公報に記載のように、コイリングマシンの制御等に関する改良も行なわれているが、それは機械の制御という観点からの改良に留まり、通常の機械加工のような加工対象部品を目標形状に形成するための加工には達していない。これは、以下のようなコイルばね特有の問題に起因しているからである。
【０００７】
先ず、冷間加工によるコイルばねの製造に際しては、必ず弾性変形を伴いスプリングバックを惹起するので、切削加工等とは異なり、加工具の位置や移動量の適性値を推定しにくいという問題がある。しかも、素線の硬さやコイル形状によってスプリングバック量が異なる。特に、製造後の圧縮コイルばねは線間接触を惹起し易く、所期のばね特性を確保することは極めて困難であった。このような点に鑑み、試作品の現物を寸法確認してＮＣデータを得るという方法が一般的となっている。
【０００８】
また、設計時の寸法設定と、コイリングマシンによる加工時の寸法が一致しない。例えば、設計時に３次元座標で目標形状を示す場合の径に対し、加工時に設定する径を、リードによる軸方向移動分、大きくする必要がある。しかも、計算上の素線（線材）の送り量と加工時の巻数（加工位置）が合致せず、素線の送り量と、曲げ加工位置や捩り加工位置との間に位相差が生ずる。尚、前記巻数は、例えば巻き始め端を基準として加工位置を特定するものである。更に、コイリングマシンによる加工後に、加工残留応力を除去するためテンパー（低温熱処理、以下、単に熱処理という）を行うことが一般的であり、このときに生ずる形状変化を予測して加工することが必要となる。
【０００９】
以上の理由により、従来、目標形状の座標位置に対応する実際の加工対象の加工位置が正確に特定できないとして、作業者の勘とコツに依存し乍ら試作し、トライアンドエラーの繰り返しによって製造することとされていた。従って、折角の数値制御が可能なコイリングマシンも、その機能が十分に生かされず、手動操作の域を脱していないという状態であった。このような点に鑑み、本願の発明者の一人は特願２０００−３１９７４５号の出願にて、予め設定した所望の形状の目標コイルばねを自動的に且つ正確に製造し得る製造方法及び製造装置を提案した。
【００１０】
ところで、最近ではコイリング（巻成形）後に、前述のテンパー（熱処理）に加え、温間セッチング（ウォームセッチングあるいはホットセッチングともいう) を行なうことが必須となっているが、この温間セッチングによってコイルばねの形状は大幅に変化する。従って、コイルばねの形状、寸法を高精度に作り込むには、コイリング時の形状変化だけでなく温間セッチング等の後処理を含む製造工程全般におけるコイルばねの形状変化を考慮する必要がある。後処理としては、前述のテンパー（熱処理）、耐へたり性を向上させるための温間セッチング、疲れ強さを向上させるためのショットピーニング、耐腐食性を向上させるためのコーティング（塗装）等があり、コイリング後も複数の工程を経る必要がある。つまり、完成品のコイルばね形状を保証するためには、温間セッチングを含む後処理工程が形状に及ぼす影響についても対応する必要がある。
【００１１】
本願の発明者の一人が提案した前述の方法及び装置においては、特に、後処理として温間セッチングが行なわれる場合の具体的な対応が明確にされていないので、これを含む後処理に応じて、基本のデータに対して誤差を最小とするための修正を加えながら製造することが望ましい。
【００１２】
そこで、本発明は、素線を送り出しながらコイリングを行なった後、少くとも温間セッチングを含む後処理を行ないコイルばねを製造するコイルばねの製造方法において、所望の形状の目標コイルばねを自動的に且つ正確に製造し得る製造方法を提供することを課題とする。
【００１３】
また、本発明は、所望の形状の目標コイルばねを自動的に且つ正確に製造し得るコイルばねの製造装置を提供することを別の課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明のコイルばねの製造方法は、請求項１に記載のように、素線を送り出しながらコイリングを行なった後、少くとも温間セッチングを含む後処理を行ないコイルばねを製造するコイルばねの製造方法において、所望の形状の目標コイルばねの形状を特定する複数のパラメータを設定すると共に、所定のコイルばねに対しシミュレーションによる温間セッチングを行なったときの形状変化を特定する温間セッチングシミュレーションによって、前記目標コイルばねの自由高さに基づきセッチング前のコイルばねの自由高さを設定し、少くとも該セッチング前のコイルばねの自由高さ及び前記複数のパラメータに基づき後処理前の形状を設定し、該後処理前の形状に基づき前記素線に対しコイリングを行なった後、前記後処理を行ない前記目標コイルばねを製造することとしたものである。尚、前記目標コイルばねの形状を特定する複数のパラメータとしては、前記目標コイルばねの巻数、コイル径及びリードとすることができる。
【００１５】
また、本発明のコイルばねの製造方法は、請求項２に記載のように、素線を送り出しながら曲げ加工及び捩り加工を行ない冷間加工によるコイリングを行なった後、少くとも温間セッチングを含む後処理を行ないコイルばねを製造するコイルばねの製造方法において、所望の形状の目標コイルばねの形状を特定する複数のパラメータを設定すると共に、所定のコイルばねに対しシミュレーションによる温間セッチングを行なったときの形状変化を特定する温間セッチングシミュレーションによって、前記目標コイルばねの自由高さに基づきセッチング前のコイルばねの自由高さを設定し、少くとも該セッチング前のコイルばねの自由高さ及び前記複数のパラメータに基づき後処理前の形状を設定し、該後処理前の形状に基づき少くとも曲げ加工位置及び捩り加工位置を表すデータに変換し、該データに応じて所定の素線送り量に対応した曲げ加工位置及び捩り加工位置となるように前記素線に対し曲げ加工及び捩り加工を行なった後、前記後処理を行ない前記目標コイルばねを製造するとよい。
【００１６】
上記のコイルばねの製造方法において、請求項３に記載のように、前記後処理が、更に前記素線のコイリング後に行なうテンパーを含み、前記目標コイルばねの線径に対するコイル径の比であるばね指数に応じてテンパー後のコイルばねのコイル径の減少率を設定し、該減少率に基づきテンパー前のコイルばねのコイル径を求め、該テンパー前のコイルばねのコイル径、前記セッチング前のコイルばねの自由高さ及び前記複数のパラメータに基づき前記後処理前の形状を設定するとよい。例えば、後処理前の基本形状を複数のパラメータによって設定し、これをテンパー前のコイルばねのコイル径、及びセッチング前のコイルばねの自由高さに基づき修正することとしてもよい。
【００１７】
更に、請求項４に記載のように、前記温間セッチングシミュレーションによる形状設定において、セッチング前のコイルばねのコイル径を求め、該セッチング前のコイルばねのコイル径、前記テンパー前のコイルばねのコイル径、前記セッチング前のコイルばねの自由高さ及び前記複数のパラメータに基づき後処理前の形状を設定するとよい。例えば、後処理前の基本形状を複数のパラメータによって設定し、これをテンパー前のコイルばねのコイル径、並びにセッチング前のコイルばねの自由高さ及びコイル径に基づき、修正することとしてもよい。
【００１８】
また、本発明のコイルばねの製造装置は、請求項５に記載のように、素線を送り出しながらコイリングを行なった後、少くとも温間セッチングを含む後処理を行ないコイルばねを製造するコイルばねの製造装置において、所望の形状の目標コイルばねの形状を特定する複数のパラメータを設定するパラメータ設定手段と、所定のコイルばねに対しシミュレーションによる温間セッチングを行なったときの形状変化を特定する温間セッチングシミュレーションによって、前記目標コイルばねの自由高さに基づきセッチング前のコイルばねの自由高さを設定し、少くとも該セッチング前のコイルばねの自由高さ及び前記複数のパラメータに基づき後処理前の形状を設定する形状設定手段と、該形状設定手段が設定した前記後処理前の形状に基づきコイリングの加工条件を設定する加工条件設定手段と、前記素線に対しコイリングを行なうコイリング手段と、前記加工条件設定手段が設定した加工条件に基づき前記コイリング手段を駆動する駆動手段と、該駆動手段によって前記コイリング手段を駆動して前記素線に対しコイリングを行なった後、前記後処理を行う後処理手段とを備えたものとするとよい。
【００１９】
尚、前記パラメータ設定手段は、前記目標コイルばねの形状に応じて特定する複数のパラメータを、前記目標コイルばねの巻数、コイル径及びリードとすることができる。前記加工条件設定手段は、前記素線の所定の基準位置からの素線送り量を設定する素線送り量設定手段と、該素線送り量設定手段が設定した所定の素線送り量に対応した曲げ加工位置を設定する曲げ加工位置設定手段と、前記素線送り量設定手段が設定した所定の素線送り量に対応した捩り加工位置を設定する捩り加工位置設定手段とを備えたものとするとよい。
【００２０】
上記のコイルばねの製造装置において、請求項６に記載のように、前記後処理手段が、更に前記素線のコイリング後にテンパーを行なう手段を含み、前記形状設定手段が、前記目標コイルばねの線径に対するコイル径の比であるばね指数に応じてテンパー後のコイルばねのコイル径の減少率を設定し、該減少率に基づきテンパー前のコイルばねのコイル径を求め、該テンパー前のコイルばねのコイル径、前記セッチング前のコイルばねの自由高さ及び前記複数のパラメータに基づき前記後処理前の形状を設定するとよい。
【００２１】
更に、請求項７に記載のように、前記形状設定手段が、前記温間セッチングシミュレーションによる形状設定において、セッチング前のコイルばねのコイル径を求め、該セッチング前のコイルばねのコイル径、前記テンパー前のコイルばねのコイル径、前記セッチング前のコイルばねの自由高さ及び前記複数のパラメータに基づき前記後処理前の形状を設定するとよい。
【００２２】
更に、本発明のコイルばねの製造装置は、請求項８に記載のように、素線を送り出しながら曲げ加工及び捩り加工を行ない冷間加工によるコイリングを行なった後、少くとも温間セッチングを含む後処理を行ないコイルばねを製造するコイルばねの製造装置において、所望の形状の目標コイルばねの形状を特定する複数のパラメータを設定するパラメータ設定手段と、所定のコイルばねに対しシミュレーションによる温間セッチングを行なったときの形状変化を特定する温間セッチングシミュレーションによって、前記目標コイルばねの自由高さに基づきセッチング前のコイルばねの自由高さを設定し、少くとも該セッチング前のコイルばねの自由高さ及び前記複数のパラメータに基づき後処理前の形状を設定する形状設定手段と、該形状設定手段が設定した前記後処理前の形状に基づき少くとも曲げ加工位置及び捩り加工位置を表すデータに変換するデータ変換手段と、該データ変換手段の変換結果に応じて少くとも曲げ加工位置及び捩り加工位置を設定する加工条件設定手段と、前記素線を送り出す素線供給手段と、前記素線に対し曲げ加工を行なう曲げ加工手段と、前記素線に対し捩り加工を行なう捩り加工手段と、前記加工条件設定手段が設定した少くとも曲げ加工位置及び捩り加工位置に基づき、所定の素線送り量に対応した曲げ加工位置及び捩り加工位置となるように前記素線供給手段、前記曲げ加工手段及び前記捩り加工手段を駆動する駆動手段と、該駆動手段によって前記素線供給手段、前記曲げ加工手段及び前記捩り加工手段を駆動して前記素線に対し曲げ加工及び捩り加工を行なった後、前記後処理を行う後処理手段とを備えたものとするとよい。
【００２３】
上記のコイルばねの製造装置において、請求項９に記載のように、前記後処理手段が、更に前記素線のコイリング後にテンパーを行なう手段を含み、前記形状設定手段が、前記目標コイルばねの線径に対するコイル径の比であるばね指数に応じてテンパー後のコイルばねのコイル径の減少率を設定し、該減少率に基づきテンパー前のコイルばねのコイル径を求め、該テンパー前のコイルばねのコイル径、前記セッチング前のコイルばねの自由高さ及び前記複数のパラメータに基づき前記後処理前の形状を設定するとよい。
【００２４】
更に、請求項１０に記載のように、前記形状設定手段が、前記温間セッチングシミュレーションによる形状設定において、セッチング前のコイルばねのコイル径を求め、該セッチング前のコイルばねのコイル径、前記テンパー前のコイルばねのコイル径、前記セッチング前のコイルばねの自由高さ及び前記複数のパラメータに基づき前記後処理前の形状を設定するとよい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係るコイルばねの製造装置の全体構成を示すもので、本実施形態のコイルばねの製造装置はコイリング手段たるコイリングマシンＣＭ及び後処理手段ＭＥを包含している。前者のコイリングマシンＣＭの基本構成は市販の装置と同様であり、図１の上段左側に一部を示すように、本発明の素線供給手段たるフィードローラ１が駆動手段のモータＤＦによってワイヤガイド２を介してコイルばねの素線（ワイヤＷ）が送出されるように構成されている。
【００２６】
そして、本発明の曲げ加工手段を構成するコイリングピン３，３ｘが、加工目標のコイル中心に対し油圧サーボシリンダＤＢ（以下、単にシリンダＤＢという）によって進退可能に配設されている。尚、コイリングピン３ｘは、切断軸からの芯ずれを防止するためコイリングピン３に追従して微動するように構成されており（固定位置としてもよい）、これら二つのピンにより適切にコイリングを行なうことができるが、以下の説明においてはコイリングピン３の移動についてのみ説明する。更に、本発明の捩り加工手段を構成するピッチツール４が駆動手段の油圧サーボシリンダＤＴ（以下、単にシリンダＤＴという）によって進退可能に配設され、同様にカッタ５が進退可能に配設されている。尚、上記の各駆動手段としては電気式駆動装置、油圧式駆動装置等の種々の態様があり、本実施形態のモータあるいはシリンダに限定されるものではない。
【００２７】
而して、フィードローラ１の回転に応じて、ワイヤＷがワイヤガイド２に案内されて図１の右方に繰り出され、コイリングピン３によって所望の径に屈曲される。この間、巻線間のピッチはピッチツール４によって所定の値に設定され、所定の巻数だけ巻回されると、カッタ５によって切断される。この工程及び作動順序と共に加工マップ等が予めコントローラＣＴのメモリ（後述する）に格納されており、後述するフローチャートのプログラムに従って、駆動手段を介してフィードローラ１、コイリングピン３、ピッチツール４及びカッタ５が駆動されるように構成されている。
【００２８】
一方、本実施形態の後処理手段ＭＥは図１の上段右側に概要を示すように、テンパー装置ＴＥ、セッチング装置ＳＥ及びショットピーニング装置ＰＥを含み、これらの基本構成も市販の装置と同様である。このうち、セッチング装置ＳＥは、加熱状態で所定の荷重を付与し、耐へたり性を向上させるための温間セッチングを行なうもので、図１の上段右側の中央部に概略図を示すように、コイリング後の中間コイルばね（図１にＳｍで示す）に対し所定の全圧縮荷重が付与される。また、テンパー装置ＴＥは熱処理によってコイリング後の加工残留応力を除去するもので、ショットピーニング装置ＰＥは圧縮空気等によって鋳鉄等の粒を中間コイルばねＳｍの表面に吹きつけ疲れ強さを向上させるものである。尚、図示は省略するが、最終工程にコーティング装置が配設され、耐腐食性を向上させるための塗装が行なわれ、更に必要に応じてセッチングが行なわれる。
【００２９】
上記の構成になるコイリングマシンＣＭを駆動、制御する手段はコントローラＣＴ内で以下のように構成されている。即ち、図１の下段に示すように、所望の形状の目標コイルばねの形状を特定するための複数のパラメータを設定するパラメータ設定手段ＭＴと、所定のコイルばねに対しシミュレーションによる温間セッチングを行なったときの形状変化を特定する温間セッチングシミュレーションによって、目標コイルばねの自由高さに基づきセッチング前のコイルばねの自由高さを設定し、少くともこのセッチング前のコイルばねの自由高さ及び複数のパラメータに基づき後処理前の形状を設定する形状設定手段ＭＵと、この形状設定手段ＭＵが設定した後処理前の形状に基づき少くとも曲げ加工位置及び捩り加工位置を表すＮＣデータ（数値制御用データ）に変換するデータ変換手段ＭＤと、データ変換手段ＭＤの変換結果に応じて曲げ加工位置及び捩り加工位置を設定する加工条件設定手段ＭＣが設けられている。
【００３０】
更に、加工条件設定手段ＭＣにて設定された曲げ加工位置及び捩り加工位置を表すＮＣデータに基づき、所定の素線送り量に対応した曲げ加工位置及び捩り加工位置となるようにフィードローラ１、コイリングピン３及びピッチツール４を駆動する駆動手段（モータＤＦ及びシリンダＤＢ，ＤＴ）が設けられている。而して、これらの駆動手段によってフィードローラ１、コイリングピン３及びピッチツール４が駆動され、ワイヤＷに対し曲げ加工及び捩り加工が行なわれ、後処理前の形状の中間コイルばねＳｍが形成される。
【００３１】
このように、コイリングマシンＣＭによって形成された中間コイルばねＳｍに対し、更に、テンパー装置ＴＥ、セッチング装置ＳＥ及びショットピーニング装置ＰＥといった後処理手段ＭＥによって後処理（テンパー、温間セッチング及びショットピーニング、更に必要に応じコーティング及びセッティング）が行なわれた後、コイルばねＳｐが製品として搬出される。尚、図１では後処理手段ＭＥとして、テンパー装置ＴＥ、温間セッティング装置ＳＥ及びショットピーニング装置ＰＥのみを示している。
【００３２】
上記の加工条件設定手段ＭＣは、図１に示すように、素線（ワイヤＷ）の所定の基準位置からの素線送り量を設定する素線送り量設定手段Ｍ１と、素線送り量設定手段Ｍ１が設定した所定の素線送り量に対応した曲げ加工位置を設定する曲げ加工位置設定手段Ｍ２と、素線送り量設定手段Ｍ１が設定した所定の素線送り量に対応した捩り加工位置を設定する捩り加工位置設定手段Ｍ３を備え、各設定手段（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）が設定した値に応じて各駆動手段（ＤＦ，ＤＢ，ＤＴ）が夫々駆動されるように構成されている。
【００３３】
パラメータ設定手段ＭＴにおいては、複数のパラメータとして目標コイルばねの巻数（Ｎ）、コイル径（ここでは半径Ｒ）及びリード（Ｌ）が設定される。先ず、モデル解析結果に基づいて目標コイルばねが設計され、その３次元極座標データが求められ、これらがパラメータとして設定される。これらは、例えばキーボード等の周辺機器ＯＡによってコントローラＣＴに入力される。設計時のデータとしては、目標コイルばねの線径ｄ、巻数Ｎ、コイルの半径Ｒ（又は直径）、リードＬ、荷重、各コイル間の間隙、及び反力線等がある。そして、上記の３次元極座標データがデータ変換手段ＭＤにてコイリングマシンＣＭによる加工時の製品寸法データ（巻数Ｎ、コイル径（直径Ｄ）及びピッチＰを表すＮＣデータ）に変換される。
【００３４】
上記の設計時の形状データ（３次元極座標データ）とコイリング加工時の製品寸法データは、図８に示す関係にあり、この変換がデータ変換手段ＭＤにおいて自動的に行なわれるように設定されている。図８の左側に示すように、設計時の座標データは総巻数（Ｎ）が任意の巻数単位（望ましくは0.1 巻以下）で分割され、リード（リードＬ３，Ｌ４，Ｌ５・・）に沿ってコイルばねの半径（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４・・）が設定される。一方、図８の右側に示すように、製品寸法データについては、上記の巻数単位でのピッチ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３・・）に沿ってコイルばねの直径（Ｄ１，Ｄ２・・）が設定される。この製品寸法データが、データ変換手段ＭＤにおいて設計時の形状データから数値制御用のＮＣデータとして変換される。このように径寸法で整理することにより、基準軸とばね中心線が異なる湾曲コイルばね等にも容易に対応することができる。ここで、加工位置の特定は基準点（例えば巻き始め端）からの巻数で特定される。
【００３５】
尚、単にコイルばねの径という場合には直径及び半径を含み、直径の１／２が半径であるので、何れと解しても問題はないが、図８に明らかなように形状データの半径Ｒ（図８の左側）と製品寸法データの直径Ｄ（図８の右側）とは異なるので、上記の変換が必要であり、これらを同一視して加工すると当然乍ら誤差を生ずる。而して、例えば、製品寸法データとして変換されるコイルばねの直径Ｄに応じて曲げ加工位置及び捩り加工位置を表すＮＣデータを設定するための加工データマップ（図示せず）を用意しておき、この加工データマップに基づき、加工条件設定手段ＭＣにおいて曲げ加工位置及び捩り加工位置を表すＮＣデータが設定される。
【００３６】
次に、上記の構成に成るコイルリングマシンＣＭ及び後処理手段ＭＥを含むコイルばねの製造装置によってコイルばねを製造する方法を、図２を参照して設計から搬出までの工程順に説明する。上記のように目標コイルばねが設計され、その３次元極座標データが求められた後、これらがパラメータとして設定される。また、セッチング前のコイルばねの自由高さが次のように設定される。即ち、所定のコイルばねに対しシミュレーションによる温間セッチングを行なったときの形状変化を特定する温間セッチングシミュレーションによって、目標コイルばねの自由高さに基づきセッチング前のコイルばねの自由高さが設定される。
【００３７】
そして、少くともセッチング前のコイルばねの自由高さ及び複数のパラメータに基づき後処理前の形状が設定され、この後処理前の形状に基づき前述のように加工時の製品寸法データ（巻数Ｎ、直径Ｄ及びピッチＰ）に変換される。これにより、所定の送り量に応じた曲げ加工位置及び捩り加工位置が設定され、例えば加工データマップに反映される。このように設定された曲げ加工位置及び捩り加工位置に基づき曲げ加工及び捩り加工によるコイリングが行なわれ、後処理前の形状の中間コイルばね（図１のＳｍ）が形成される。この中間コイルばねＳｍに対し後処理（本実施形態ではテンパー、温間セッチング、ショットピーニング及びコーティング）が行なわれた後、更に、必要に応じてセッチングが行なわれ、製品（図１のコイルばねＳｐ）として搬出される。
【００３８】
尚、図２に示すように、後処理としてテンパーが行なわれる場合には、目標コイルばねの線径ｄに対するコイル径（直径）Ｄの比であるばね指数（Ｄ／ｄ）に応じてテンパー後のコイルばねのコイル径の減少率が設定され、この減少率に基づきテンパー前のコイルばねのコイル径が求められ、このテンパー前のコイル径、セッチング前のコイルばねの自由高さ及び複数のパラメータに基づき後処理前の形状が設定される。この後処理前の形状の設定に当たっては、例えば、後処理前の基本形状を複数のパラメータによって設定し、これをテンパー前のコイルばねのコイル径、及びセッチング前のコイルばねの自由高さに基づき修正することとしてもよい。更に、温間セッチングシミュレーションによる形状設定において、セッチング前のコイルばねのコイル径を求め、このセッチング前のコイルばねのコイル径、テンパー前のコイルばねのコイル径、セッチング前のコイルばねの自由高さ及び複数のパラメータに基づき後処理前の形状を設定することとしてもよい。
【００３９】
ここで、上記図２に示す各工程におけるコイルばねの形状変化について調査した結果を図１９及び図２０に示す。図１９において、横軸は工程を示し、縦軸はコイルばねの自由高さを示す。また、図２０において、横軸は工程を示し、縦軸はコイル径を示す。これら図１９及び図２０から明らかなようにコイルばねの形状は工程の進行と共に変化する。特に、コイルばねの自由高さは温間セッチングの影響が支配的であるが、コイル径はテンパーと温間セッチングによって大きく変化することが分かる。従って、コイリング時にはテンパーや温間セッチングによる形状変化を考慮する必要があり、以下の検討結果から、本実施形態では前述のように後処理前の形状を設定することとしている。
【００４０】
先ず、コイリング後のコイルばねに対するテンパー（熱処理）による寸法変化は通常コイリング時に発生した残留応力が除去されることにより生じ、その変形量は略ばね指数（Ｄ／ｄ）の大きさで整理できることが知られている。図１１は、テンパーによるコイル径がばね指数によってどのように変化するかを調査した結果を示すもので、図１１の横軸はばね指数を、縦軸はテンパーによるコイル径の減少率を示す。この減少率とは、テンパー後のコイル径とテンパー前のコイル径の比率である（即ち、減少率＝テンパー後コイル径／テンパー前コイル径）。尚、この実験で用いた材料はＳＡＥ９２５４である。図１１から明らかなように（白丸が実験値を示し、実線が最小２乗法による回帰線を示す）、ばね指数が大きくなればテンパーによるコイル径の変化率が大きくなる。
【００４１】
次に、温間セッチングによるコイルばねの形状変化は、有限要素法（ＦＥＭ）を用いた弾塑性解析（以下、単にＦＥＭ解析という）によって予測することができ、このＦＥＭ解析によるコイリング時の形状設定を以下に説明する。温間セッチングによるコイルばねの自由高さの変化量ΔＨが与えられたとすると、セッチング前のコイルばねの自由高さＨｂは完成品のコイルばね（目標コイルばね）の自由高さＨａに変化量ΔＨを加えたものとなる（Ｈｂ＝Ｈａ＋ΔＨ）。ここで、ＦＥＭ解析モデルは完成品のコイルばねの形状を基本に、リードだけを比例的に増加させたものを原型とした。即ち、解析モデルの各巻き位置でのリードＬbxは、完成品の各巻き位置でのリードＬaxにＨｂ／Ｈａを乗じて求めた。
【００４２】
上記のように、温間セッチングによって変化させる自由高さの変化量がΔＨとされた場合には、セッチング前のコイルばねの自由高さＨｂをΔＨ変化させるのに必要なセッチング時のコイルばねの高さＨｓを設定する必要がある。そこで、本実施形態では、温間セッチング時のコイルばねの高さを種々変化させて温間セッチングのシミュレーションを行ない、セッチング前後の自由高さの変化量ΔＨとセッチング時のコイルばねの高さＨｓの相関関係を求めることとし、図１２に示す関係が得られた。これによれば、例えば、必要な自由高さの変化量ΔＨが28mmであるときには、図１２に一点鎖線の矢印で示すように、セッチング時のコイルばねの高さＨｓは100mm となる。尚、このセッチング時のコイルばねの高さＨｓの設定については、図５を参照して後述する。
【００４３】
上記の実験では、コイルばねの高さの変化のみを考慮したが、コイルばねの直径（コイル径）の変化についても考慮することが望ましい。そこで、上記のように設定された条件下で温間セッチングを行なった場合にどのような形状になるかについて、シミュレーションによって確認した。即ち、図１３の左側に概要を示すように、温間セッチングシミュレーションで求められたセッチング後のコイルばねの形状と目標コイルばねの形状とを比較し、各巻き位置での寸法差δ（３次元距離）を求めた。そして、原型のセッチング前のコイルばねの寸法に対し、図１３の右側に示すように、寸法差δを変形方向と逆向きに加え合わせて修正し、寸法差δが例えば１mm以内になるまで繰り返してシミュレーションを行ない、セッチング後に目標コイルばねの形状となるときのセッチング前のコイルばねの形状を特定することとした。
【００４４】
図１４は、上記の手順でセッチング前のコイルばねの形状を予測し、実際に温間セッチングを行なったときの実験結果を示すもので、図１４中の破線はシミュレーションで予測したセッチング前の形状を破線で示し、セッチング後の形状を実線で示す。また、白丸は実際に温間セッチングを行なった後のコイルばねの形状の実測値を示す。図１４から明らかなように、セッチング後のコイルばねの形状の実測値（白丸）と予測値（実線）が略一致している。而して、セッチング前のコイルばねの形状を精度良く設定することができ、温間セッチングシミュレーションによって、コイルばねの自由高さの変化に対し適切に対応し得ると共に、コイル径の変化に対しても適切に対応し得る。
【００４５】
更に、コイリング時には、スプリングバックによる寸法変化が発生し、このスプリングバックは、材料特性（弾塑性特性）及びばね指数（Ｄ／ｄ）によって変化する。また、このスプリングバックは、コイリングマシンＣＭ固有の機械特性によっても変化するので、上記のスプリングバックに影響を与える因子に加えて、この機械特性を予め把握しておく必要がある。
【００４６】
先ず、材料特性のスプリングバックへの影響は、次の手順で判定することができる。即ち、ある特定の材料を使用してコイリングしたときのコイルばねのコイル径がＤ０となるようにコイリングピン３（及び３ｘ）の配置を調整し、この配置を記録する。次に、特性の異なる材料を全く同一のコイリングピン配置にてコイリングし、コイル径Ｄexp を測定する。このコイル径Ｄexp と前述のコイル径Ｄ０を比較すれば、材料特性の影響が把握できるので、材料特性を種々変えながらこの実験を行ない、材料特性によってスプリングバックがどのように変化するかを判定することができる。
【００４７】
本実施形態では、材料特性として引張り強さを選択し、図２１にその結果の一例を示す。図２１の横軸は材料の引張り強さ、縦軸はコイル径の変化率（Ｄexp ／Ｄ０) をパーセントで示している。この実験では、材料は線径１２．４mmのＳＡＥ９２５４を使用し、引張り強さ１９２５ＭＰａの時のコイル径を基準直径とし、コイル径Ｄ０が１４０mmとなるようにコイリングピンを配置した。図中の丸印は実験値を、実線は最小二乗法による回帰線を示す。図２１から明らかなように、材料の引張り強さの変化に略比例してコイル径が変化する。尚、図２１に示すように材料特性の影響は引張り強さが１９００から２０００ＭＰａの間で約２％位と小さいが、高い精度でコイリングを行なうためには、引張り強さ毎に同様の関係を把握しておくことが望ましい。また、ピッチ変化についても同様に、引張り強さによる影響を考慮することが望ましい。
【００４８】
次に、ばね指数のスプリングバックへの影響は、次の手順で判定することができる。即ち、０巻から１巻間のコイル径をＤ０、１巻から２巻間のコイル径を任意のＤｘとしてＮＣデータを作成し、コイリングしたときのコイルばねの０巻から１巻間のコイル径がＤ０となるようにコイリングピン３（３ｘ）の配置を調整し、この配置を記録する。そして、１巻から２巻間のコイル径Ｄexp を測定し、このコイル径Ｄexp と前述のコイル径Ｄ０を比較すれば、ばね指数の影響が把握できる。従って、同一線径でコイル径Ｄｘを種々変更してこの実験を行ない、ばね指数Ｄ／ｄによってスプリングバックがどのように変化するかを判定することができる。図２２にその結果の一例を示し、横軸はコイリングマシンＣＭに入力されたコイル径の変化量（Ｄｘ−Ｄ０）、縦軸はコイリングしたときのコイル径の変化量（Ｄexp −Ｄ０）を示している。初期コイル径Ｄ０は１００mmとし、材料は線径１２．４mmのＳＡＥ９２５４を使用し、引張り強さは１９２５ＭＰａとした。図中の丸印は実験値を、実線はコイル径変化４０mmまでの最小二乗法による回帰線を示す。
【００４９】
図２２から明らかなように、約４０mmのコイル径変化までは、実際の径変化量がＮＣデータの入力値に略比例して増加しているが、それを超える領域では、やや右上がりの傾向を呈し、ばね指数Ｄ／ｄの増加によりスプリングバック量が拡大することを示している。この特性に対する補正の説明は省略するが、自動車用サスペンションに供される一般的なばね指数変化の範疇では、初期コイル径の大きさに左右されることはなく、図２２に示すように径変化が約４０mmまでの比例関係が適用できる。
【００５０】
次に、ピッチについては、ピッチ０の状態から、任意のピッチ量をＰｘとしてＮＣデータを作成し、コイリングしたときのコイルばねのピッチ量Ｐexp を測定し、このピッチ量Pexpとピッチ量Ｐｘを比較すれば、スプリングバックの影響が把握できるので、ピッチ量Ｐｘの値を種々変更しながらこの実験を行ない、ピッチの大小でスプリングバックがどのように変化するかを判定することができる。図２３にその結果の一例を示し、横軸はコイリングマシンＣＭに入力されたピッチ量ＰｘのＮＣデータ、縦軸はコイリングしたときのピッチ量Ｐexp を示している。材料は線径１２．４mmのＳＡＥ９２５４を使用し、ばね指数Ｄ／ｄは１２．５とした。図２３中の丸印は実験値を、実線は最小二乗法による回帰線を示す。同図から明らかなように、ＮＣデータの入力値の増加に対して略比例して実際のピッチも増加している。また、スプリングバックの影響で実際のピッチは入力した値よりも小さくなっている。尚、このピッチの相関はばね指数別に調べておくことが望ましい。
【００５１】
前述のように、設計時の形状データ（３次元極座標データ）とコイリング加工時の製品寸法データは、図８に示す関係にあり、前者ではコイルの半径ＲとリードＬで表現され、後者ではコイルの直径ＤとピッチＰが入力データとなる。従って、図８の左側に示す形状表現が図８の右側に示す形状表現に変換される。図８の右側に示すコイルばねの場合、０から0.5 巻のコイル径はＤ１、0.5 巻から1.0 巻のコイル径はＤ２となっている。仮に、コイリングによって、コイルばねが入力データ通りに成形できれば、0.0 〜0.5 巻のコイル径のＮＣデータはＤ１を表す値で、0.5 〜1.0 巻のコイル径のＮＣデータはＤ２を表す値となるが、前述のように、コイリング後のコイルばねの形状は材料特性、ばね指数、あるいは機械特性の影響を受ける。
【００５２】
一方、実際のコイリング加工では、先ず０巻目のコイル径が指定の値になるようにコイリングピン３（及び３ｘ）の配置が決められる。従って、０から0.5 巻のコイル径のＮＣデータはＤ１を表す値とすればよいが、それ以降のコイル径のＮＣデータは、材料特性、ばね指数、及び機械特性の影響が考慮され、コイル径のＮＣデータとして入力値Ｄ２(NC)が、Ｄ２(NC)＝Ｄ１＋（Ｄ２−Ｄ１）／ｋとして算出される（ここで、ｋは図２２に示す回帰線の勾配であり、(NC)はＮＣデータを示す）。そして、０から１巻のピッチのＮＣデータとして入力値Ｐ１(NC)が、Ｐ１(NC)＝Ｐ／ｊ(c) として算出される（ここで、ｊ(c) は図２３に示す直線の勾配にばね指数ｃの影響を考慮したものである）。
【００５３】
次に、図３はコイリングマシンＣＭに用いられるコントローラＣＴの構成の一例を示すもので、バスを介して相互に接続されたプロセシングユニットＣＰＵ、メモリＲＯＭ，ＲＡＭ、入力インターフェースＩＴ、出力インターフェースＯＴ、並びにキーボード、ディスプレイ、プリンタ等の周辺機器（代表してＯＡで表す）が収容あるいは装着されている。本実施形態においては、図１に示す素線たるワイヤＷを検知するセンサＳ１、及びカッタ５の作動を検知するセンサＳ２のほか、コイリングピン３、ピッチツール４等の移動量あるいは位置を監視するためのエンコーダ（図示せず）等が入力インタフェースＩＴに接続されており、モータＤＦ及びシリンダＤＢ，ＤＴが出力インターフェースＯＴに接続されている。従って、センサＳ１，Ｓ２等の出力信号はＡ／ＤコンバータＡＤを介して夫々入力インターフェースＩＴからプロセシングユニットＣＰＵに入力され、出力インターフェースＯＴからは駆動回路ＡＣを介してモータＤＦ及びシリンダＤＢ，ＤＴに駆動信号が出力されるように構成されている。
【００５４】
而して、図１のパラメータ設定手段ＭＴ、形状設定手段ＭＵ、データ変換手段ＭＤ、加工条件設定手段ＭＣはコントローラＣＴ内に構成されている。コントローラＣＴにおいては、メモリＲＯＭは図４の一部並びに図４乃至図７に示したフローチャートを含む種々の処理に供するプログラムを記憶し、プロセシングユニットＣＰＵは起動されている間当該プログラムを実行し、メモリＲＡＭは当該プログラムの実行に必要な変数データを一時的に記憶する。
【００５５】
図４のフローチャートは、図１に示したコイルばねの製造装置全体の作動を示すもので、先ずステップ１０１において、ＦＥＭ解析によって目標コイルばねが設計され、その３次元極座標データが求められ、これらがステップ１０２にて目標コイルばねの巻数、コイル径及びリードといったパラメータとして設定される。尚、これらは目標コイルばねの線径ｄ、荷重及び各コイル間の間隙、目標コイルばねの反力線等と共に、キーボード等の周辺機器ＯＡによってコントローラＣＴに入力される。
【００５６】
次に、ステップ１０３において、前述の温間セッチングシミュレーションによる形状設定が行なわれ、セッチング前のコイルばねの高さが設定されるが、これについては図５を参照して後述する。続いて、ステップ１０４において、テンパーによる変形予測に基づく形状設定が行なわれる。即ち、目標コイルばねの線径ｄに対するコイル径Ｄの比（Ｄ／ｄ）であるばね指数（コイル比ともいう）に応じてテンパー後のコイル径の減少率が設定され、この減少率に基づきテンパー前のコイル径が設定される。そして、ステップ１０５において前述のように材料特性及びばね指数に基づく形状設定が行なわれる。
【００５７】
このように材料特性及びばね指数が加味されて後処理前のコイルばねの形状が設定され、この後処理前の形状寸法がステップ１０６にてＮＣデータに変換される。而して、このＮＣデータに基づき、ステップ１０７においてコイリングが行なわれるが、これについては図６を参照して後述する。そして、ステップ１０８に進み、前述の後処理が行なわれる。而して、設定されたＮＣデータ及び所定のセッチング条件下で製造されたコイルばねの形状やその反力線は、略設計通りのものとなる。
【００５８】
本実施形態においては、更に、ステップ１０９において製品のコイルばね（図１のＳｐ）の寸法が測定され、ステップ１１０にて測定結果と基準値との差が所定値と比較される。測定結果と基準値との差が所定値以下と判定されればステップ１１１に進むが、所定値を超えているときにはステップ１１３にてＮＣデータが自動修正された後、ステップ１０７及び１０８に戻り再度コイリング及び後処理が行なわれ、所定値以下となるまで繰り返される。同様に、ステップ１１１に製品のコイルばね（Ｓｐ）の反力線が測定され、ステップ１１２において反力線が所定位置にあるか否かが判定され、そうでなければステップ１１３にてＮＣデータが自動修正された後、ステップ１０７及び１０８に戻り再度コイリング及び後処理が行なわれ、反力線が所定位置となるまで繰り返される。
【００５９】
尚、上記ステップ１１３におけるＮＣデータの修正は、ステップ１０９での寸法の測定結果及びステップ１１１での反力線の測定結果を入力することにより、自動的に必要な修正箇所及び修正量が演算されるように構成されている。即ち、測定結果（数値データ）に基づき自動的にＮＣデータが得られるように構成されている。このように、本実施形態によれば、製品のコイルばねの直径やピッチの実測値と設計値との差に基づきＮＣデータが自動修正されるので、製造されたコイルばねの形状やその反力線は、企図された設計通りのものとなる。
【００６０】
図５のフローチャートは、図４のステップ１０３で行なわれる温間セッチングシミュレーションによる後処理前の形状設定の詳細を示すもので、前述の有限要素法による弾塑性解析（ＦＥＭ解析）モデルが用いられる。先ず、ステップ２０１にて目標コイルばねの形状（その自由高さをＨａとし、リードをＬaxとする）及び材料、並びに設計要求（γ）に関するデータがコントローラＣＴに入力される。
【００６１】
目標コイルばねの材料については、使用する材料の特性（Ｅ，Ｃ）がデータベースに格納されており、この特性（Ｅ，Ｃ）が引用され、弾性特性（σ＝Ｅ・ε）と塑性特性（σ＝Ｃ・ε・Ｐｎ）が複合されて弾塑性特性に基づく解析が行なわれる。また、γは、製品（目標コイルばね）に求められる耐へたり性を満足する残留剪断歪を表す無次元量であり、従来より、耐へたり性は無次元量のγで整理されている。而して、ステップ２０２において、製品（目標コイルばね）に要求される耐へたり性から、変化量ΔＨが次のように設定される。
即ち、ΔＨ＝γ・（Ｇ・Ｐmax ）／（ｋ・τmax ）。
尚、Ｇは横弾性係数で、Ｐmax は最大荷重で、τmax は最大応力であり、ｋはばね定数である。
【００６２】
次に、ステップ２０３に進み、温間セッチング前の仮形状（その自由高さをＨｂとし、リードをＬbxとする）が設定される。
即ち、Ｈｂ＝Ｈａ＋ΔＨ、及びＬbx＝Ｌax・（Ｈｂ／Ｈａ）と設定される。
【００６３】
続いて、ステップ２０４において、上記の仮形状のコイルばね（自由高さＨｂ）に対し、温間セッチングを行なった結果の高さ（セッチング時の高さ）を数種類変えたときの、セッチング時の高さにおけるへたり量がシミュレーションで求められ、セッチング時の高さとへたり量の相関関係（例えば図１２に示すＨｓ−ΔＨ特性）が導出される。この相関関係に基づき、ステップ２０５において、所定のへたり量（上記の変化量ΔＨ）となるときのセッチング時の高さＨｓが求められる。これは、後処理として行なわれる実際の温間セッチングにおけるセッチング条件とされる。
【００６４】
而して、ステップ２０６に進み、上記のセッチング条件（セッチング時の高さＨｓ）に基づく温間セッチングシミュレーションが行なわれ、ステップ２０７にてセッチング後の形状と目標コイルばね（製品のコイルばねＳｐ）の形状比較が行なわれる。具体的には、セッチング前のコイル径との寸法差δ（３次元距離）が演算され、ステップ２０８にて寸法差δが所定値Ｋｄ（例えば１mm）と比較される。寸法差δが所定値Ｋｄ未満と判定されればそのままステップ２１０に進むが、所定値以上であるときにはステップ２０９にて、前述の仮形状のコイルばねに対し寸法差δが逆方向に付加され、再度、ステップ２０６にて温間セッチングシミュレーションが行なわれた後、ステップ２０７にて寸法差δが測定され、所定値未満となるまでこれらの処理が繰り返される。而して、ステップ２１０において、温間セッチング前のコイルばねの形状が設定される。
【００６５】
例えば、セッチング前のコイルばねに対し、図１３の右側に示すように、寸法差δが変形方向と逆向きに加えられて修正され、寸法差δが所定値Ｋｄ未満となるまで繰り返してシミュレーションが行なわれ、セッチング後に目標コイルばね（Ｓｐ）の形状となるときのセッチング前のコイルばねの形状（コイル径を含む）が特定される。而して、ステップ２０３で設定されるセッチング前のコイルばねの自由高さＨｂに加え、ステップ２１０においてセッチング前のコイル径が設定され、セッチング前のコイルばねの形状が適切に設定される。
【００６６】
図６は、図４のステップ１０７で行なわれるコイリングの処理を示すもので、前述のように、セッチング前のコイルばねのコイル径、テンパー前のコイルばねのコイル径、セッチング前のコイルばねの自由高さ、及び設計入力時のパラメータ（巻数Ｎ、コイルの半径Ｒ、リードＬ）に基づいて設定された後処理前の形状に基づき、製品寸法（直径Ｄ及びピッチＰ）を表すＮＣデータに変換され、このＮＣデータに基づき、ステップ３０１にて加工条件が設定される。
【００６７】
ステップ３０１においては、素線総送り量Ｖ（及び送り量δＶ）、曲げ加工位置Ａ（又は移動量δＡ）及び捩り加工位置Ｂ（又は移動量δＢ）等の加工条件が設定されるが、これについては図７を参照して後述する。尚、曲げ加工時の素線総送り量Ｖ（及び送り量δＶ）とコイリングピン３の移動量δＡの関係を図９に示し、捩り加工時のピッチツール４の移動量δＢの関係を図１０に示す。そして、ステップ３０２に進み素線送り作動が開始し、ロール状に巻回された素線の束からフィードローラ１によって素線が送り出されると共に、素線の巻端を開始位置とする素線総送り量Ｖの加工が開始する。この素線総送り量Ｖは巻端を基準とする巻数（例えば６巻）で表され、データ変換作業に応じて複数の素線送り量δＶに分割されるが、このように特に区別する場合を除き、これらを総称して素線送り量という。
【００６８】
上記の素線総送り量Ｖに基づき、ステップ３０３において、ステップ３０１で設定された加工条件に従って、そのときの素線総送り量Ｖｘ（又は素線送り量δＶｘ）における曲げ加工位置Ａｘ（又は移動量δＡｘ）及び捩り加工位置Ｂｘ（又は移動量δＢｘ）が特定される。そして、ステップ３０４において、素線送り量δＶ（初期値は０）に所定量Ｋ０が加算されて素線送り量δＶとされ、素線送り量δＶの線送りと同期してステップ３０５及び３０６にて、曲げ加工及び捩り加工が行なわれ、素線総送り量（又は素線送り量）がＬｘ（又はδＬｘ）に到達した時点で曲げ加工位置Ａｘ（又は移動量δＡｘ）及び捩り加工位置Ｂｘ（又は移動量δＢｘ）となるようにコイリングピン３及びピッチツール４が駆動される。
【００６９】
このような一連の加工が行なわれ、ステップ３０７において素線送り量δＶが所定量Ｋ１（例えば５／１００巻）以上と判定されるまで曲げ加工及び捩り加工が行なわれる。ステップ３０７において、所定量Ｋ１の線送り並びにこれと同期した曲げ加工及び捩り加工が完了したと判定されると、ステップ３０８にて素線送り量δＶがクリア（０）されて、ステップ３０９に進み、所定巻数分（例えば６巻）のコイリングが完了したか否かが判定され（即ち、Ｌ＝６巻か否か）、完了していなければステップ３０３に戻り、所定巻数分のコイリングが完了するまで、曲げ加工及び捩り加工が行なわれる。
【００７０】
ステップ３０９において所定巻数分のコイリングが完了したと判定されると、ステップ３１０に進み、素線送り作動が停止されると共に、素線総送り量Ｖがクリア（０）される。そして、ステップ３１１においてカッタ５（図１）によってワイヤＷが切断され、１個のコイルばねのコイリングが完了し、図４のメインルーチンに戻る。
【００７１】
上記のステップ３０１で設定される加工条件は図７に示すように設定され、曲げ加工位置Ａ（又は移動量δＡ）及び捩り加工位置Ｂ（又は移動量δＢ）が図１５及び図１６に示すように設定され、これらの位置データが素線総送り量Ｖ（又は、素線送り量δＶ）に応じて割付けられる。
【００７２】
先ず、ステップ４０１において、図１５に実線で示す特性に従い、前述のステップ１０５にて変換された製品寸法データに応じて、曲げ加工位置Ａ（即ちコイリングピン３の位置）が設定される。図１５は、コイル径Ｄと曲げ加工位置Ａとの関係を示すもので、これにより、一点鎖線の矢印で示すように所定のコイル径Ｄｘに対し所定の曲げ加工位置Ａｘを設定することができる。尚、図１５の特性は素線径ｄによって異なるので、更に、素線径ｄに応じて複数のマップを用意しておき、適宜選択するように構成するとよい。更に、図１５において、破線ｈは材料が相対的に硬い場合の特性を示し、破線ｓは材料が相対的に柔らかい場合の特性を示すように、材料特性によっても図１５の特性が異なる。これに対し、材料特性に応じて複数のマップを用意することとしてもよいが、本実施形態では、平均的な特性を基準とし、材料特性に応じた補正は図４のステップ１０５におけるＮＣデータの修正として行ない、及び／又は別途（ステップ４０４にて）行なうこととしている。
【００７３】
また、図１５のマップはデータ量が多くなるので、これを回避するため、巻き始めのコイル径Ｄ０とこれに対応する曲げ加工位置Ａ０を基準点として、この基準点からのコイル径の変化量δＤと曲げ加工移動量δＡ（即ち、コイリングピン３の移動量）の関係を示す図１６のマップを用いることとしてもよい。
【００７４】
図７に戻り、ステップ４０２において、図１７に示すマップに従い、捩り加工位置Ｂ（即ちピッチツール４の位置）が設定される。図１７は、ピッチＰと捩り加工位置Ｂとの関係を示すもので、これにより、一点鎖線の矢印で示すように所定のピッチＰｘに対し所定の捩り加工位置Ｂｘを設定することができる。図１７の特性も素線径ｄ及び材料特性によって異なる。例えば、図１８に示すように、ばね指数Ｄ／ｄに応じてピッチＰの値が異なるので、例えば一個のコイルばねの中で径変化が大きい場合には補正処理を行ない、複数のマップを用意するとよい。また、図１７において、破線ｈは材料が相対的に硬い場合の特性を示し、破線ｓは材料が相対的に柔らかい場合の特性を示すように、材料によっても特性が異なるので、材料に応じて複数のマップを用意することとしてもよいが、本実施形態では、平均的な特性を基準とし、材料特性に応じた補正は図４のステップ１０５におけるＮＣデータの修正として行ない、及び／又は別途（ステップ４０４にて）行なうこととしている。
【００７５】
更に、ステップ４０３において、ステップ１０６で変換されたＮＣデータに基づきコイリング時の素線総送り量Ｖ（巻数で表す）が設定される。例えば、後処理後（完成時）にＮ1 巻（高さＨａ1 ｍｍ）で、後処理前でＮ0 巻の製品の場合には、製品寸法データとしてはＮ1 巻相当分とされ、コイリング時の素線総送り量Ｖは後処理後にＮ1 巻となる値が用いられる。
【００７６】
次に、ステップ４０４において、素線の材料特性に応じて、曲げ加工位置Ａ及び捩り加工位置Ｂに対して補正処理が行なわれる。本実施形態では、素線の材料に応じて、更に、前述のように設定された曲げ加工位置Ａ及び捩り加工位置Ｂに補正値Ｋ２，Ｋ３を乗ずることとしている。曲げ加工位置Ａに対する補正値Ｋ２は、材料の引張り強さから推定できるので（硬さに反比例する）、材料の交換毎に引張り強さを入力することとしておき、特定の材料が入力されたときには自動的に補正値Ｋ２が選択されるように設定するとよい。また、捩り加工位置Ｂに対する補正値Ｋ３は、後処理後のコイルばね（目標コイルばね）の自由高さを想定して設定することができる。尚、この補正処理は、ステップ１０５における処理で十分であれば省略することとしてもよい。
【００７７】
そして、ステップ４０５において、素線総送り量Ｖ（又は送り量δＶ）に応じて曲げ加工位置Ａ（又は移動量δＡ）及び捩り加工位置Ｂ（又は移動量δＢ）が特定（割付）される。このとき、位相差を考慮する必要があり、例えば、素線総送り量ＶがＶｘ（例えば１．０巻）のときには、１．１巻から１．６巻の間のコイル径の曲げ加工位置Ａｘとされ、０．７巻から１．７巻の間のピッチの捩り加工位置Ｂｘとされる。即ち、素線総送り量Ｖが１．０巻となったときには、１．１巻のコイル径が成形されており、１．１巻以降のコイル径の成形が開始する点と考えられる。一方、ピッチは素線の捩れによって形成されるが、素線総送り量Ｖが１．０巻となったときには、捩れによってピッチが決定される点は、実際に捩れが生じている点の０．５巻手前の点と考えられ、この点は巻き始めの先端から０．７巻目に相当するので、上記のように設定される。このように、本実施形態によれば、位相差も考慮して、素線総送り量Ｖ（又は送り量δＶ）に応じて曲げ加工位置Ａ（又は移動量δＡ）及び捩り加工位置Ｂ（又は移動量δＢ）が特定され、加工条件が設定される。
【００７８】
以上のように、本実施形態によれば、所望の形状の目標コイルばねを、コイリング後の後処理による変形までも考慮に入れ、自動的に短時間で略設計どおりに製品とすることができる。尚、一般的なコイルばねであれば、上記の装置及び方法により、例えば図４のステップ１０９乃至ステップ１１３の処理を省略しても、十分な品質を確保することができる。しかし、近時の車両のサスペンションに要求される複雑な形状の特殊なコイルばねに関しては、以下に説明するように、図４のステップ１０９乃至ステップ１１３が必要となる。
【００７９】
図２４は特殊なコイルばねの一例を示すもので、コイル軸が湾曲した横力制御ばねであり、これを従前のトライアンドエラーによる方法で設計通りに製造することは不可能である。図２５及び図２６は、最初に設定されたＮＣデータを基に（即ち、ステップ１１３の修正無で）製造された製品形状を示す。図２５はコイル径に関するもので、横軸が巻数、縦軸がコイル径であり、図２６はリードに関するもので、横軸が巻数、縦軸がリードである。それぞれの図中の実線は設計値を、破線は実測値を示す。図２５において、０巻きから0.5 巻きまでの座巻きでは、コイル直径の実測値は設計値と若干一致していないが、自由巻き部では、若干のピーク位置の寸法不足や位相ずれが見られるものの、平均誤差は２mm以内となっている。また、図２６においては、０巻きから４巻きまでのリードの実測値は設計値とは若干一致していない。
【００８０】
これに対し、前述の図４のステップ１１３のＮＣデータの自動修正が１回行なわれると、図２７及び図２８に示すようになる。例えば、図２７では設計値と実測値が略一致しており、コイル径の平均誤差は１mm以内となっている。
【００８１】
また、図２４に白丸で示す座面におけるばね反力の作用点の実測値と設計値を比較した図が図２９及び図３０であり、図中の左側の黒丸は上側の作用点の実測値、右側の黒丸は下側の作用点の実測値を示し、×印はそれぞれの設計値を示す。尚、横軸は図２４のｘ座標を、縦軸はｙ座標を示す。図２９はＮＣデータの修正を加える前の状態を示し、作用点の実測値と設計値のずれは約４mmとなっている。これに対し、図３０は、本実施形態によるＮＣデータの修正（ステップ１１３）を１回行なった場合の結果であり、作用点の反力線の実測値と設計値のずれは２mm以下と大幅に改善されている。
【００８２】
以上のように、本実施形態のコイルばねの製造方法及び装置を用いれば、自由状態及び圧縮状態における完成品の形状を高精度に保証し得ると共に、ばね反力線をはじめとする所期のばね性能も満足させることができる。従って、特殊なばねに関しても、厳しい限界スペースの中での最適なコイルばねの設計から製造まで容易に行なうことができる。しかも、本実施形態のコイルばねの製造方法及び装置においては、全てのプロセスにおいて作業者のスキルや勘を必要とせず、設計データや測定データを基準に高精度のばねの製造が可能である。
【００８３】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。即ち、請求項１乃至４に記載の製造方法により、所望の形状の目標コイルばねを、自動的に短時間で正確に製品とすることができ、容易に量産することができる。換言すれば、所望の形状のコイルばねを略設計どおりに製造することができる。しかも、既存のコイリングマシンを用いた場合にも、所望の形状の目標コイルばねを、自動的に短時間で正確に製品とすることができる。
【００８４】
また、請求項５乃至１０に記載の製造装置によれば、所望の形状の目標コイルばねを、自動的に短時間で正確な製品を容易に製造することができ、容易に量産することができる。尚、各請求項における個々の効果は、各実施形態において説明したとおりである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るコイルばねの製造装置の全体構成を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るコイルばねの製造方法における工程を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に供するコイルリングマシンのコントローラの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態におけるコイルばねの製造時の作動を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態における温間セッチングシミュレーションによる形状設定の処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態におけるコイリングの処理を示すフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態における加工条件設定の処理を示すフローチャートである。
【図８】本発明の一実施形態において、設計時の形状データを製品寸法データに変換するときの関係を示すグラフである。
【図９】本発明の一実施形態において曲げ加工時の素線総送り量とコイリングピンの移動量の関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の一実施形態において捩り加工時の素線総送り量とピッチツールの移動量の関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の一実施形態において、テンパーによるコイル径のばね指数に応じた変化を示すグラフである。
【図１２】本発明の一実施形態において、セッチング前後の自由高さの変化量とセッチング時のコイルばねの高さの相関関係を示すグラフである。
【図１３】本発明の一実施形態において、温間セッチングシミュレーションを行なった後に目標コイルばねの形状とするときの、セッチング前のコイルばねの形状を特定する方法を示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態において、セッチング前のコイルばねの形状を予測して温間セッチングを行なったときの実験結果を示すグラフである。
【図１５】本発明の一実施形態において、コイル径に応じて曲げ加工位置を設定するためのマップに供するグラフである。
【図１６】本発明の一実施形態において、コイル径変化量に応じて曲げ加工移動量を設定するためのマップに供するグラフである。
【図１７】本発明の一実施形態において、ピッチに応じて捩り加工位置を設定するためのマップに供するグラフである。
【図１８】本発明の一実施形態に関し、ばね指数に応じてピッチが変化する状態を示すグラフである。
【図１９】コイルばねを製造する各工程におけるコイルばねの自由高さの変化を示すグラフである。
【図２０】コイルばねを製造する各工程におけるコイルばねのコイル径の変化を示すグラフである。
【図２１】本発明の一実施形態に関し、材料の引張り強さとコイル径の変化率との関係を示すグラフである。
【図２２】本発明の一実施形態に関し、コイリングマシンに入力したコイル径の変化量と実際にコイリングしたときのコイル径の変化量との関係を示すグラフである。
【図２３】本発明の一実施形態に関し、ピッチ量のＮＣデータと実際にコイリングしたときのピッチ量との関係を示すグラフである。
【図２４】本発明の一実施形態に係る製造装置によって製造されたコイルばねを示す斜視図である。
【図２５】図２４のコイルばねを最初に設定したＮＣデータを基に製造したときのコイル径を示すグラフである。
【図２６】図２４のコイルばねを最初に設定したＮＣデータを基に製造したときのリードを示すグラフである。
【図２７】図２４のコイルばねを、ＮＣデータの修正を行って製造したときのコイル径を示すグラフである。
【図２８】図２４のコイルばねを、ＮＣデータの修正を行って製造したときのリードを示すグラフである。
【図２９】図２４のコイルばねに関し、座面におけるばね反力の上側の作用点の実測値と設計値を比較したグラフである。
【図３０】図２４のコイルばねに関し、座面におけるばね反力の下側の作用点の実測値と設計値を比較したグラフである。
【符号の説明】
ＣＭ  コイリングマシン，  Ｗ  ワイヤ，  ＤＦ，ＤＢ，ＤＴ  駆動手段，
１  フィードローラ，  ２  ワイヤガイド，  ３，３ｘ  コイリングピン，
４  ピッチツール，  ５  カッタ，  ＳＥ  セッチング装置，
Ｓｍ  中間コイルばね，  Ｓｐ  コイルばね
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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