(57)【要約】【課題】本発明は、アーク状コイルスプリングを製造する方法において、数値制御によって高速・高精度な動作を可能とするサーボプレスに着目し、アーク状コイルスプリングの曲率を自在に確保できる製造方法の提供並びに製造装置の提供を図るものである。【解決手段】直筒状コイルスプリングを固定するクランプ工程と、端部を検出する端部検出工程と、回転角位置決め工程と、ピッチ送り工程と、押圧部材打ち込み工程と、打ち込み方向変換工程とから構成され、押圧部材を上方からピッチ間に押し下げる動作を連続して繰り返すことで直筒状から曲率を有するコイルスプリングへ変形させる手段の製造方法並びに製造装置とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直筒状から曲率をもったコイルスプリング１０を製造する方法であって、
直筒状コイルスプリング２０を固定する第一クランプ工程Ａと、
端部１１を検出する端部検出工程Ｂと、
回転角位置決め工程Ｃと、
第一ピッチ送り工程Ｄと、
第一押圧部材打ち込み工程Ｅと、
前記コイルスプリング１０に対する打ち込み方向を変換する打ち込み方向変換工程Ｆと、
第二ピッチ送り工程Ｈと、
第二押圧部材打ち込み工程Ｉと
から構成され、
前記打ち込み方向変換工程Ｆは前記第一押圧部材打ち込み工程Ｅの後端部１１の反対側端部１２を第二クランプ工程Ｇにより固定し、
前記第一クランプ工程Ａを解除することで押圧部材４０の送り方向を反転させる工程であり、
前記第一押圧部材打ち込み工程Ｅと前記第二押圧部材打ち込み工程Ｇが前記押圧部材４０を上方からピッチ間に押し下げる動作を連続して繰り返すことで直筒状から曲率を有するアーク状コイルスプリング３０へ変形させるものであり、
係る変形量は前記押圧部材４０が前記コイルスプリング１０の付近までの動作と、
前記動作後の位置から前記コイルスプリング１０に接触するまでの動作と、
前記動作後の接触後から少なくとも一回以上押し下げ保持し若しくはこれを繰り返す動作と、
前記押圧部材４０を引き抜く動作とをそれぞれ適した速度に制御することで任意の曲率を有する形状に成形することを特徴とするアーク状コイルスプリングの製造方法１。
【請求項２】
前記押圧部材４０の動作をサーボプレス５０を用いて制御する方法を採用したことを特徴とする請求項１に記載のアーク状コイルスプリングの製造方法１。
【請求項３】
前記回転角度位置決め工程Ｃにおける回転角度及び若しくは前記端部検出工程Ｂにおける端部１１の検出手段に、金属センサ又は画像センサを用いて位置決めする方法を採用したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアーク状コイルスプリングの製造方法１。
【請求項４】
前記第一押圧部材打ち込み工程Ｅ及び前記第二押圧部材打ち込み工程Ｉにおいて、押圧部材４０がコイルスプリング１０を押し広げる際、該コイルスプリング１０が押し当てられる金型６０の形状が、成型後のアーク状コイルスプリング３０に干渉しない形状を利用する方法を採用したことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のアーク状コイルスプリングの製造方法１。
【請求項５】
前記第一押圧部材打ち込み工程Ｅ及び前記第二押圧部材打ち込み工程Ｉにおいて、押圧部材４０によってコイルスプリング１０の変形並びに移動を一定の隙間を有して抑えるガイド板７０を利用する方法を採用したことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載のアーク状コイルスプリングの製造方法１。
【請求項６】
前記第一押圧部材打ち込み工程Ｅ及び前記第二押圧部材打ち込み工程Ｉにおいて、押圧部材４０を打込んだ際にコイルスプリング１０の軸方向に発生する反力による位置の偏りを吸収する弾性体構造を有する方法を採用したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のアーク状スプリングの製造方法１。
【請求項７】
前記押圧部材４０が三角柱の長方形の二面を結ぶ一辺を下方に向けた形状であり、一巻きの線径が連続する軸芯方向に対して垂直方向から該線径の平均傾斜角の１／２以下の範囲内とする傾斜角４１を与えて備える方法を採用したことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のアーク状コイルスプリングの製造方法１。
【請求項８】
直筒状コイルスプリング２０からアーク状コイルスプリング３０を製造する製造装置であって、
前記直筒状コイルスプリング２０を固定する第一クランプ機構１００と、
端部を検出する端部検出センサ１１０と、
回転角位置決め機構１２０と、
ピッチ送り機構１３０と、
押圧部材打ち込み機構１４０と、
コイルスプリング１０に対する打ち込み方向を変換する打ち込み方向変換機構と、
を有し、
前記押圧部材打ち込み機構１４０がサーボプレス５０で制御することにより押圧部材４０を動作させ、
該押圧部材４０は三角柱の長方形の二面を結ぶ一辺を下方に向けた形状であり、該一辺をコイルスプリング１０の軸方向に対して垂直方向から一巻きの線径を成す平均傾斜角の１／２以下の範囲内に調節可能な機構を備え、
前記押圧部材４０の動作により上方からピッチ間に該押圧部材４０を押し下げる動作を連続して繰り返すことで前記直筒状コイルスプリング２０から前記アーク状コイルスプリング３０へと変形させることを特徴とするアーク状コイルスプリングの製造装置２。
【請求項９】
前記押圧部材打ち込み機構１４０による動作を、コイルスプリング１０のピッチ毎に前記押圧部材４０の押し下げ量と押し下げ速度を段階的に制御する制御装置を備えたことを特徴とする請求項８に記載のアーク状コイルスプリングの製造装置２。
【請求項１０】
前記回転角度位置決め機構１２０における、回転角検出機構１２１が、金属センサ又は画像センサであることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のアーク状コイルスプリングの製造装置２。
【請求項１１】
前記押圧部材打ち込み機構１４０において、前記押圧部材４０がコイルスプリング１０を押し広げる際、該コイルスプリング１０が押し当てられる金型６０の形状が、成型後のアーク状コイルスプリング３０に干渉しない形状であることを特徴とする請求項８から請求項１０の何れかに記載のアーク状コイルスプリングの製造装置２。
【請求項１２】
前記押圧部材打ち込み機構１４０により、打ち込まれたコイルスプリング１０の変形並びに移動を一定の隙間を有して抑えるガイド板７０を有することを特徴とする請求項８から請求項１１の何れかに記載のアーク状コイルスプリングの製造装置２。
【請求項１３】
前記押圧部材打込み機構１４０により、前記押圧部材４０を打込んだ際にコイルスプリング１０に発生する反力を吸収する弾性構造を有していることを特徴とする請求項８から請求項１２の何れかに記載のアーク状スプリングの製造装置２。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク状コイルスプリングの製造方法に関し、詳しくは、直線上に成形された筒状コイルスプリングに押圧部材を押し付けて塑性変形させ、アーチ状に湾曲したコイルスプリングにおける曲率や不等長など任意の形状を高精度に加工可能とする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
アーク状コイルスプリングは、自動車の自動変速装置のクラッチ等に用いられており、クラッチの接続時・切断時発生する衝撃や振動、原動機の回転出力の微細変動を吸収する等、自動車をはじめとするクラッチ構造を有する回転動力伝達系において重要な役割を担っている。
【０００３】
また、自動車業界において、ハイブリッドカーにおけるモーターとの併用等、クラッチ部分に対する要求は小型高性能かつ、大きなトルクの受容性の拡大等、要求性能は高まるばかりであって、これらの要求にもこたえうるアーク状コイルスプリングが求められている。
【０００４】
このようなアーク状コイルスプリングに対する要求には、アーク状コイルスプリングの両端部の研磨面が回転軸と直交すること、前記研磨面において、前記スプリングスプリングの線材の最短部が定めた角度に位置していること、アーク状コイルスプリングにねじれがないこと、不等間隔スプリングとなること、アーク上コイルスプリングの伸縮時に適した伸縮動作をすることなど、製造段階における課題解決に基づく製品仕様の具体的要求が高まってきている現状がある。
【０００５】
元来、直線コイルスプリングの製造は、工業的に広く一般的な技術であり、メーカ仕様に合わせた製品の歩留まりのよい製造が必要であった。一方で、アーク状コイルスプリングを製造する方法として、直線コイルスプリングから製造する方法が多く、種々の量産技術が開発されている。
【０００６】
具体的には、例えば、アーク状のコイルスプリングとして、特許文献１及び特許文献２にクラッチハウジングに組み込むダンパ用コイル・スプリングとの記載があるものの製造方法について定められておらず、不等ピッチでの設計には言及しているものの、当該設計に基づく製造方法には至っていない。
【０００７】
また、特許文献３では、文献３に示す特許には、直線状のコイルスプリングからアーク状のコイルスプリングを容易に形成する方法において、コイル内径側にアーク状の芯金を挿入することによってばねを湾曲した状態に保ち熱処理する技術が公開されている。その際、コイルスプリング中央部に比べ両端側へ暫時曲率半径を小さくすること、アーク成型に先立って行う焼きなまし工程、アーク形成前の加熱工程、アーク成型前の研削工程、その他、ショートピニングによる強化、低温焼きなまし等の技術についても開示されています。しかしながらこの方法では、芯金とスプリングは固定されることなく、回転自由であり端部の固定については記載も示唆もなく、スプリング全体において曲率の分布は記載があるものの、それらの曲率分布の固定を回転自在なスプリングの状態においてどのように固定して製造するか記載も示唆もありません。本願においては、片側端部のみを固定し、随時曲率を形成していく点で、片側端部を固定し、且つ、それらの両端それぞれを片側で保持する状態を用い、自由状態において、曲率を形成することにより、設計した位置で曲率を数値制御により自在に形成できる点で大きく相違している。
【０００８】
特許文献４に示す特許には、アーク状コイルスプリングの製造装置が示されています。直線状のコイルスプリングをない周面の情報で軸線に沿って水平状に並設され、コイルスプリングを湾曲させる円筒状の一対の可動押圧金具、固定受け金具内に身体自在に嵌挿され、コイルスプリングの両端面に当接する一対の可動壁を用いた構成が示されており、前記文献３の芯金を用いる方法が図８に従来技術として示されています。複数同時に製造することが可能ですが、巻き数の位置に対して曲率を自在に分布させることまでには至っておらず、クラッチスプリングが要求されるばね内にばね特性の変化分布を持たせることによる共振防止効果を奏する構造を任意に設けることは困難です。
【０００９】
特許文献５に示す特許には、文献４のアーク状コイルスプリングの製造装置が示されている。押し当てる構造を加熱中に固定するための図中８，９で示されるロック板を有することを特徴としています。複数同時に製造することが可能である点は文献４と同様であるが、巻き数の位置に対して曲率を自在に分布させることまでには至っておらず、クラッチスプリングが要求されるばね内にばね特性の変化分布を持たせることによる共振防止効果を奏する構造を任意に設けることは困難です。
【００１０】
特許文献６に示す特許には、ダンパスプリングのコイルの形状がオーバル形状であるものが図示されています。スプリングセット時の位置ずれを吸収してばね力を安定的に作用させる効果が記載されていますが、本願のような製造方法についての特許ではなく、コイルスプリング自体の出願である点で大きく相違するが、特に当接する部分について着目し、直線部分がコイルスプリングの端部で当接する効果を示している点で本願の発想の一つであるアーク状コイルスプリングの端面が面で当接するという効果についての着目があるともいえるが、製造方法自体が異なり、コイル面円周全面で当接する点で相違します。
【００１１】
特許文献７に示す特許にはアーク状スプリング製造方法が記載されており、収容治具及びプレス治具が記載されていますが、コイルスプリングの捲き位置に対する細かいアーク形状の分布の記載はなく、溝内に固定した状態で加熱する工程が記載されている。アーク形状に固定した状態で加熱するという点で本願とは異なります。
【００１２】
特許文献８に示す特許には、直筒状コイルに対して最初に押し広げる工程、直筒状コイルをクランプする工程、コイル間の一部をピッチ調整工具によって押し広げ組成変形させ、塑性変形させるピッチ寸法調整工程を備え、直筒状コイルの各コイル間に対し同じ側から作用させてコイル間を押し広げ組成変形させることを連続して行い、直筒状コイルを湾曲したコイルばねに成形することを特徴とするコイルばねの製造方法が記載されています。平成９年に出願された本特許は、カムプレス方式を採用しており、直筒状コイルスプリングの軸方向に送り動作を行うことにより、同一のプレス装置により押し広げる動作を行っていることが図１により例示されています。本願が解決しようとしているアーク状コイルスプリングの製造方法におけるコイル両側端面がクラッチハウジングのケースに当接する面が平行となり密着するよう端面方向を制御する迄に至っておらず、文献１の出願にみられるような周方向におけるアーク形状の曲率の分布を意図的に成形することについては記載も示唆も示されていない。
【００１３】
【特許文献１】特開平１０−８２４４０号公報
【特許文献２】特開平０１−３２０３３０号公報
【特許文献３】特開２００７−２６８５７３号公報
【特許文献４】特開２０１４−２３１０６９号公報
【特許文献５】特開２０１４−２２３６５６号公報
【特許文献６】特開平８−４８３５号公報
【特許文献７】特開２０００−１２９３５９号公報
【特許文献８】特開平１１−０１９７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで、本発明者は、本発明に係る問題点を解決すべく、数値制御によって高速・高精度な動作を可能とするサーボプレスに着目し、アーク状コイルスプリングの製造方法の提供を図るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、直筒状から曲率をもったコイルスプリングを製造する方法であって、直筒状コイルスプリングを固定する第一クランプ工程と、端部を検出する端部検出工程と、回転角位置決め工程と、第一ピッチ送り工程と、第一押圧部材打ち込み工程と、前記コイルスプリングに対する打ち込み方向を変換する打ち込み方向変換工程と、第二ピッチ送り工程と、第二押圧部材打ち込み工程とから構成され、前記打ち込み方向変換工程は前記第一押圧部材打ち込み工程の後端部の反対側端部を第二クランプ工程により固定し、前記第一クランプ工程を解除することで押圧部材の送り方向を反転させる工程であり、前記第一押圧部材打ち込み工程と前記第二押圧部材打ち込み工程が前記押圧部材を上方からピッチ間に押し下げる動作を連続して繰り返すことで直筒状から曲率を有するアーク状コイルスプリングへ変形させるものであり、係る変形量は前記押圧部材が前記コイルスプリングの付近までの動作と、前記動作後の位置から前記コイルスプリングに接触するまでの動作と、前記動作後の接触後から少なくとも一回以上押し下げ保持し若しくはこれを繰り返す動作と、前記押圧部材を引き抜く動作とをそれぞれ適した速度に制御することで任意の曲率を有する形状に成形することを手段とする。
【００１６】
また本発明は、前記押圧部材の動作をサーボプレスを用いて制御することを手段としてもよい。
【００１７】
また本発明は、前記回転角度位置決め工程における回転角度及び若しくは前記端部検出工程における端部の検出手段に、金属センサ又は画像センサを用いて位置決めすることを手段としてもよい。
【００１８】
また本発明は、前記第一押圧部材打ち込み工程及び前記第二押圧部材打ち込み工程において、押圧部材がコイルスプリングを押し広げる際、該コイルスプリングが押し当てられる金型の形状が、成型後のアーク状コイルスプリングに干渉しない形状を利用することを手段としてもよい。
【００１９】
また本発明は、前記第一押圧部材打ち込み工程及び前記第二押圧部材打ち込み工程において、押圧部材によってコイルスプリングの変形並びに移動を一定の隙間を有して抑えるガイド板を利用することを手段としてもよい。
【００２０】
また本発明は、前記第一押圧部材打ち込み工程及び前記第二押圧部材打ち込み工程において、押圧部材を打込んだ際にコイルスプリングの軸方向に発生する反力による位置の偏りを吸収する弾性体構造を有することを手段としてもよい。
【００２１】
また本発明は、前記押圧部材が三角柱の長方形の二面を結ぶ一辺を下方に向けた形状であり、一巻きの線径が連続する軸芯方向に対して垂直方向から該線径の平均傾斜角の１／２以下の範囲内とする傾斜角を与えて備えることを手段としてもよい。
【００２２】
また本発明は、直筒状コイルスプリングからアーク状コイルスプリングを製造する製造装置であって、前記直筒状コイルスプリングを固定する第一クランプ機構と、端部を検出する端部検出センサと、回転角位置決め機構と、ピッチ送り機構と、押圧部材打ち込み機構と、コイルスプリングに対する打ち込み方向を変換する打ち込み方向変換機構とを有し、前記押圧部材打ち込み機構がサーボプレスで制御することにより押圧部材を動作させ、該押圧部材は三角柱の長方形の二面を結ぶ一辺を下方に向けた形状であり、該一辺をコイルスプリングの軸方向に対して垂直方向から一巻きの線径を成す平均傾斜角の１／２以下の範囲内に調節可能な機構を備え、前記押圧部材の動作により上方からピッチ間に該押圧部材を押し下げる動作を連続して繰り返すことで前記直筒状コイルスプリングから前記アーク状コイルスプリングへと変形させることを手段としてもよい。
【００２３】
また本発明は、前記押圧部材打ち込み機構による動作を、コイルスプリングのピッチ毎に前記押圧部材の押し下げ量と押し下げ速度を段階的に制御する制御装置を備えることを手段としてもよい。
【００２４】
また本発明は、前記回転角度位置決め機構における回転角検出機構１２１が、金属センサ又は画像センサであってもよい。
【００２５】
また本発明は、前記押圧部材打ち込み機構において、前記押圧部材がコイルスプリングを押し広げる際、該コイルスプリングが押し当てられる金型の形状が、成型後のアーク状コイルスプリングに干渉しない形状である構成を採用してもよい。
【００２６】
また本発明は、前記押圧部材打ち込み機構により、打ち込まれたコイルスプリングの変形並びに移動を一定の隙間を有して抑えるガイド板を有する構成を採用してもよい。
【００２７】
また本発明は、前記押圧部材打込み機構により、前記押圧部材を打込んだ際にコイルスプリングに発生する反力を吸収する弾性構造を有している構成を採用してもよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係るアーク状コイルスプリングの製造方法によれば、直筒状コイルスプリングを基に製造するアーク状コイルスプリングの製造過程において、回転方向ならびに焼き入れ、焼きなまし後の製品工程を経た後のスプリング形状に対し、加工精度の劣化を生じさせることなく製造することができる優れた効果を奏する。
【００２９】
また、本発明に係るアーク状コイルスプリングの製造方法によれば、押圧部材打込み工程において、サーボプレスを用いた速度制御を行うことにより、コイルスプリングの巻線の間隔毎に、高速にかつ、精度よく塑性変形を生じさせることが可能となることから、所望する形状のコイルスプリングを得ることが可能となるという優れた効果を奏する。
【００３０】
また、本発明に係るアーク状コイルスプリングの製造方法によれば、曲率が一定のもののみならず、段階的や部分的に曲率の異なる形状に加工することもできるという優れた効果を奏する。
【００３１】
また、本発明に係るアーク状コイルスプリングの製造方法において、クランプ構造において一端側にはコイルスプリングの外形に合わせた矩形又は円形の形状を有したクランプ装置を用い、他端側には平坦な面構造によって両側から狭持する構成のクランプ装置を用いている場合には、押圧部材の打ち込み方向を変換しても精度に影響がなく、クランプの切替えによるひずみやねじれを防止することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係るアーク状コイルスプリングの製造方法の手順を示すフローチャート図である。
【図２】本発明に係るアーク状コイルスプリングの端部に係る当接面の回転位置決め説明図である。
【図３】本発明に係る直筒状コイルスプリングの全体構成説明図である。
【図４】本発明に係るアーク状コイルスプリングのピッチ間角度説明図である。
【図５】本発明に係る加工状態説明図である。
【図６】本発明に係る押圧部材打ち込み工程における動作説明図である。
【図７】本発明に係る押圧部材の取付状態調整説明図である。
【図８】本発明に係るアーク状コイルスプリングの製造装置の全体構成説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明に係る製造方法及び製造装置は、アーク状コイルスプリングを形成する全工程内の熱処理前の素材の成形工程の一部であり、「直筒状コイルスプリング」とは、曲率が与えられる前の芯材が「アーク状コイルスプリング」とは係る該熱処理前の直筒状コイルスプリングに曲率を与えて成形されたアーク状コイルスプリング素材をいう。
【００３４】
図１は、本発明に係るアーク状コイルスプリングの製造方法１の基本的な手順を示すフローチャートであり、全体作業の流れを示したものである。具体的には、第一クランプ工程Ａ、端部検出工程Ｂ、回転角位置決め工程Ｃ、第一ピッチ送り工程Ｄ、第一押圧部材打ち込み工程Ｅ、打ち込み方向変換工程Ｆ，第二クランプ工程Ｇ、第二ピッチ送り工程Ｈ、第二押圧部材打ち込み工程Ｉ、とから構成されるアーク状コイルスプリングの製造方法であって、前記第一クランプ工程は、直線状コイルスプリングを固定し、前記回転角位置決め工程は、前記直筒状コイルスプリングの線材の端を検出し、予め定めた回転位置へ配置し、前記ピッチ送り工程は、前記回転各位置決め工程の後に前記押圧部材打込み工程の為に、前記直筒状コイルスプリングを所定位置へ移動させ、前記押圧部材打込み工程は、押圧部材状の押圧部材をコイルスプリングのピッチ間に押し込むことにより塑性変形させ、前記打込み方向変換工程は、前記ピッチ送り工程と、前記押圧部材打込み工程を所定回数繰り返したのち、反対側から加工をするために、クランプ位置を入れ替えて前記ピッチ送り工程と、前記押圧部材打込み工程を更に繰り返して全体を成形することを特徴とするアーク状コイルスプリングの製造方法１である。
【００３５】
図２は、本発明に係るアーク状コイルスプリング３０の端面の仕上げ状態を示すとともに、軸方向に対する等接面１３を配置する位置を指定して回転させることについての説明図である。まず、直筒状のコイルスプリングが熱処理される前の加工として、端面が切削され、更に研磨等によって平面状に仕上げられ、係る平面の全面の３分の２以上がコイルスプリングと接する面に面接触するように仕上げられていることが望ましい。
【００３６】
図２（ａ）から図２（ｃ）の各図に示されているとおり、コイルスプリングの端面が研磨されると、略三日月形状に見える光沢部分がホルダー等と当接する当接面が設けられることとなる（以下係る面を「等接面」という）。アーク状コイルスプリング３０において、スプリングのばね力を伝える面はコイルの両端であり、図２（ａ）から図２（ｃ）では、回転方向をずらして表示したものである、片側の研磨面及び線材の終端部がどの回転角度に配置されるかを特定することが必要な場合があり、係る指定位置に位置するように回転して加工を開始する角度の相違を対比できるように示したものである。
【００３７】
図３は、本発明に係るアーク状コイルスプリング３０を成形する前の素材となる直筒状コイルスプリング２０の基本構成を示す基本構成説明図であり、アーク状コイルスプリング３０では、従来通り、本発明に係るアーク状コイルスプリング３０の両端の断面では各種の条件が求められるところであり、描く弧に対し、係る等接面１３の配置を考慮した取付角度に特定した位置で塑性変形させる条件が要求させる事があり、図２（ａ）下方、図２（ｂ）の側方９０度、図２（ｃ）の上方というように、仕様毎に角度を定めることで安定した動作をさせる事への要求を満たせることが必要である（図４参照）。なお、加工中は直筒状の部分とアーク状の双方を含むため、アーク状コイルスプリング３０とこれを成形する前の素材となる直筒状コイルスプリング２０とを、以下、「コイルスプリング１０」ということとする。  
【００３８】
図３は、本発明に係るアーク状コイルスプリングの製造方法１で製造するアーク状コイルスプリング３０の材料となる直筒状コイルスプリング２０を示しており、図３（ａ）が側面図を示し、図３（ｂ）はが片側端面である。
【００３９】
図４は、本発明に係るアーク状コイルスプリングの製造方法１における前記当接面１３とこれに接する受面との関係を示すとともに、本発明に係るアーク状コイルスプリング３０に与える曲率について、自由な変化を与えることが可能であり、係る曲率の変化についての実施例を例示したものである。
【００４０】
図４（ａ）は、コイル一巻あたりの線径が成す軸方向に対する傾き（以下、「ピッチ間角度」という）がアーチ状の全体を通じて同一のピッチ間角度Ｊで構成された例を示し、図４（ｂ）は、中心付近の領域には広いピッチ間角度Ｊ１、両側の領域には狭い角度のピッチ間角度Ｊ２を配置示した例を示し、図４（ｃ）は、前記図４（ｂ）とは対象に、中心付近の領域には狭いピッチ間角度Ｊ２、両側の領域には広い角度のピッチ間角度Ｊ１を配置示した例を示している。なお、前記ピッチ間角度を１ピッチ毎に徐々に増減変化させた曲率変化とすることもできるが、係る実施形態は図示し難く、技術内容としては自明であることから省略する。
【００４１】
また、図４（ａ）から図４（ｃ）は、当接面１３がコイルの中心軸に対して必ずしも垂直ではないことを示している。例えば、回転軸の周方向に複数のアーク状コイルスプリング３０を分割して配置する場合であって、組み込まれた状態若しくは、実効的にコイルが作動する圧縮状態で反発力がコイル端面に垂直方向となるようにするなど、両端の当接面１３の平面方向の延長線の交点が回転軸の軸心とは一致しない仕様での要望にも対応容易であることを示している。
【００４２】
図５は、本発明に係る第一クランプ工程Ａ、又は第二クランプ工程Ｇにおける直筒状コイルスプリング２０又はアーク状コイルスプリング３０の固定方法説明図であり、図５（ａ）は、直筒状コイルスプリング２０が異なる径でも対応して保持できるＶ字クランプ型の第一クランプ機構１００である場合のクランプ状態を示し、図５（ｂ）は、前記直筒状コイルスプリング２０に変形を加えて湾曲したアーク状コイルスプリング３０を両外側から狭持して保持できるフラット型の第二クランプ機構１６０である場合のクランプ状態を示している。
【００４３】
前記第一クランプ機構１００及び第二クランプ機構１６０は、前記Ｖ字クランプ型、又はフラットクランプ型についての形状に限定されるものではないが、第一クランプ機構１００には、回転角位置決め行程Ｃにおいて回転角度の位置決めを行う回転角検出機構１２１とクランプの中心軸の周方向へ回転できる回転角位置決め機構１２０を備えていることが望ましい。なお、係る回転角度については、素材の端部の検出行程Ｂにおいて、端部検出センサ１１０として金属センサ、光学センサ、又は画像センサ等を用いて得られた情報に基づき、当接面１３の接触面積から算出した端部位置情報に基づき現在の位置を把握し、当該位置から適宜回転させて軸方向のねじれや意図しない方向への曲がり等を防止する。
【００４４】
具体的には、例えば、当接面１３の位置によって生ずるねじれ等を防止するために、適切な回転位置へと修正する必要がある。そこで本発明では第一クランプにおいて保持された状態を画像センサや光学センサにより得られた情報から当接面の適切な配置となる位置まで回転させる機構を備えている。即ち、図２（ｂ）では上方の当接面が左右均等にバランスよく配置され、図２（ｃ）も同様に下方の当接面が左右均等にバランスよくすることが可能である。
【００４５】
図６は、本発明に係る第一押圧部材打ち込み工程Ｅ及び第二押圧部材打ち込み工程Ｉにおける押圧部材４０の動作説明図であり、図６（ａ）は押圧部材４０の押し込み深さ量を示しており、図６（ｂ）はサーボプレス５０による押圧部材４０の押し込み深さＰと該押し込みの際の速度Ｖの変化を示す動作説明図である。本発明の最大の特徴である技術的要部は、図６（ａ）にＦｅｅｄで示した送り毎に、係る押圧部材４０の押し込み動作を制御することにあり、係る押し込み動作を各指定した位置のコイル間に深さと速度を変化させることを可能とし、等長コイルスプリングはもとより、不等長コイルスプリングや、曲率の異なるアーク状コイルスプリング３０の加工をも可能とし、更には図４でも示したように各ピッチ間の傾斜角（ピッチ間角度Ｊ）を領域毎に変化させたり、ピッチ毎に徐々に変化させるなど、多彩な加工を高精度に可能とする点である。図６（ａ）のＦｅｅｄで示した送り量については、図５に第一ピッチ送り工程Ｄと第二ピッチ送り工程の送り方向Ｈについて説明する。
【００４６】
図５（ａ）には、第一クランプ機構１００により保持された直筒状コイルスプリング１０がクランプされ、押圧部材４０に対し、第一ピッチ送り工程Ｄにおける送り方向は、押圧部材４０から解放される側、即ちクランプ機構１００から押圧部材打込み機構１４０に向かう方向であって、送る方向を矢印（Ｌ）を用いて示している。また、図５（ｂ）には、第二ピッチ送り工程Ｈをしめしており、送り方向を、第二クランプ機構１６０から押圧部材４０へ向かう方向であって、送り方向を矢印（Ｒ）を用いて示している。
【００４７】
図７は、押圧部材４０の取付角度を示す調整範囲説明図である。図７（ａ）に示すように押圧部材４０の形状に三角柱の長方形の二面を結ぶ一辺を下方に向けた場合について説明すると、該長方形の二面が結ぶ一辺の傾斜角はコイルスプリング１０の軸心方向に垂直な位置から一巻きの線径の平均傾斜角の１／２以下までの範囲とする傾斜角４１を与えることが望ましい。但し、係る傾斜角の特定は、該押圧部材４０の両側に配置し、変形するコイルスプリングの作用する力が均等となる角度に配置されることが目的であり、厳密な角度を指定するものではない。係る角度を適切に行なうことにより、アーク状コイルスプリング３０の湾曲させていく湾曲部のねじれ等を防止することが可能となる。
【００４８】
図８は、本発明に係るアーク状コイルスプリング製造装置２の全体構成説明図である。係る製造装置は前記アーク状コイルスプリング３０の製造方法を実施するための装置であり、図８に示すように素材となる直筒状コイルスプリング２０を狭持して回転固定する第一クランプ機構１００と、金属センサ若しくは画像センサを用いる端部検出センサ１１０と、前記第一クランプ機構１００に回転機構を備えることによる回転角位置決め機構１２０と、サーボモータの回転角制御やフォトダイオード等の光学的な検出機構等を用いた回転角検出機構１２１と、サーボモータによるスライダー制御によるピッチ送り機構１３０と、サーボプレスを用いた押圧部材打ち込み機構１４０と、前記打ち込み機構を逆方向に切り替える制御による打ち込み方向変換機構１５０と、前記アーク状コイルスプリング３０を成形する過程において第一クランプ機構１００による保持から所定の打ち込み加工後の曲率を有する部分をその状態において狭持する第二クランプ機構１６０とを備え、各機構はシーケンス制御等によるプログラム制御によって実行される装置である。なお、サーボモータに変えて圧縮空気を利用したエアシリンダーによって構成することも有効である。以下、特徴的な機構について個別に説明する。
【００４９】
ピッチ送り機構１３０は、コイルスプリング１０の各ピッチ間に押圧部材４０を押し下げる位置に移動させる装置であり、前記押圧部材４０の先端の一辺が適切な位置になるように移動させるピッチ送り機構１３０である。係るピッチ送り機構１３０の移動量については、指定する数値の入力並びに前記光学的な検出機構等を用いてもよい。簡易的なものとしては、等長コイルスプリングのように移動量が常に一定であれば繰り返される動作は指令が容易であり、動作指令制御用プログラムは極めて単純なものとすることが可能である。更に曲率をわずかに変化させたり部分的な曲率の異なる複雑なアーチ形状のコイルスプリングを形成したい場合であっても、係る形状に対応した押し込み量と速度の変化を詳細に設定するプログラミングを行なうことでこのような形状に加工することも可能である。
【００５０】
押圧部材打ち込み機構１４０は、サーボプレス５０を用いて押圧部材４０を上下に作動させる装置であり、押し込み量及び押し下げ位置Ｐ、速度Ｖについては、前記制御用プログラムによって詳細な設定が可能である。即ち、従来の先行技術であったカム式の駆動方法では、速度変化は制御可能であっても押し下げ量や曲率の自在な設定は困難であったが、本発明のこれらの前記制御用プログラムによる詳細な設定により、押し込み量を微小な変化をつけることも可能であり、また、保持状態における保持時間等の調整も制御することができ、弾性限度をこえた永久ひずみを残す塑性変形において、バネ設計において種々の効果が計算しやすいため、不等線形や不等ピッチ等の複雑な形状のコイルスプリングの製造が可能となっている。
【００５１】
打ち込み方向変換機構１５０は、押圧部材４０のワンステップ毎の送り量を逆転して方向を変換する装置である。係る構造は直線的な移動によるピッチ送り機構１３０をステッピングモータやサーボモータによって制御する。
【００５２】
第二クランプ機構１６０は、第一押圧部材打ち込み工程Ｅによってアーチ状に変形された部分をそのままの状態で両側方から狭持するクランプ構造である。従ってクランプの形状は図５（ｂ）に示すように、平坦な板状の挟持構造を有し、係る構造により、第一押圧部材打込み工程Ｅで挟持されていた側の変形が与えられなかった領域の加工を行う。このとき、第二押圧部材打込み工程Ｉにおける送り方向は、先に行われた第一押圧部材打込み工程Ｅと逆方向へ（図５（ｂ）の矢印Ｒ方向）戻る方向となる。
【００５３】
サーボプレス５０は、従来、プレス機等では制御することが困難とされていた加圧部の速度Ｖ（図６に示す、押し下げ位置Ｐに対する速度ＶのＶ１、Ｖ２、Ｖ３、−ＶＲ）や加圧回数等の動作をＣＮＣ等の制御手段を用いてサーボモータを制御し、複雑な動作を可能にしたものであり、押圧部材４０による加工の際の押し下げ速度Ｖや押し下げ位置Ｐ（Ｐ０，ＰＳ，ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＵＬ）、加圧する力などを数値で設定することが可能であり、また、サーボプレス５０ではプレスの途中まで高速で移動し、加圧の最下点に近いところで速度Ｖを落としたり、その押し下げ位置Ｐで保持したりするなどの加工をすることができる。
【００５４】
金型６０は、押圧部材４０がコイルスプリング１０を押し広げる際に、コイルスプリング１０の下側に配置される金型６０であって、その形状が、加工中のアーク状コイルスプリング３０の成型完了部分に干渉せず、かつ、成形加工中の部分の押し下げに伴う力を受け止める部材である。
具体的には、アーク状コイルスプリング３０の有する曲率に対し、該アーク状コイルスプリングの加工中の弾性限度の戻り量や、焼き入れ工程における変形量等ばね製造工程で発生する変形を加えて算出される曲率であって、少なくともアーク状コイルスプリング３０の曲率よりも金型６０の方が小さい曲率となることが必要である。
【００５５】
ガイド板７０は、押圧部材打ち込み機構１４０により打ち込まれた押圧部材４０によりコイルスプリング１０の変形を案内するガイドであって、成形後のアーク状コイルスプリング３０の形状にひずみやねじれ等を生じさせないよう安定した形状の成形を可能とするものである。
【符号の説明】
【００５６】
１  アーク状コイルスプリングの製造方法
２  アーク状コイルスプリング製造装置
１０  コイルスプリング
１１  端部
１２  反対側端部
１３  当接面
２０  直筒状コイルスプリング
３０  アーク状コイルスプリング
４０  押圧部材
４１  傾斜角
５０  サーボプレス
６０  金型
７０  ガイド板
１００  第一クランプ機構
１１０  端部検出センサ
１２０  回転角位置決め機構
１２１  回転角検出機構
１３０  ピッチ送り機構
１４０  押圧部材打ち込み機構
１５０  打ち込み方向変換機構
１６０  第二クランプ機構
Ａ  第一クランプ工程
Ｂ  端部検出工程
Ｃ  回転角位置決め工程
Ｄ  第一ピッチ送り工程
Ｅ  第一押圧部材打ち込み工程
Ｆ  打ち込み方向変換工程
Ｇ  第二クランプ工程
Ｈ  第二ピッチ送り工程
Ｉ  第二押圧部材打ち込み工程
Ｊ  ピッチ間角度
Ｌ  ピッチ送り方向（左）
Ｒ  ピッチ送り方向（右）
Ｐ  押し下げ位置（Ｐ０・ＰＳ・ＰＡ１・ＰＡ２・ＰＵＬ）
Ｖ  速度（Ｖ１・Ｖ２・Ｖ３・−ＶＲ）
【図１】
2017209707.tif 000003
【図２】
2017209707.tif 000004
【図３】
2017209707.tif 000005
【図４】
2017209707.tif 000006
【図５】
2017209707.tif 000007
【図６】
2017209707.tif 000008
【図７】
2017209707.tif 000009
【図８】
2017209707.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月12日(2017.1.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直筒状から曲率をもったコイルスプリング１０を製造する方法であって、
直筒状コイルスプリング２０を固定する第一クランプ工程Ａと、
端部１１を検出する端部検出工程Ｂと、
回転角位置決め工程Ｃと、
第一ピッチ送り工程Ｄと、
第一押圧部材打ち込み工程Ｅと、
前記コイルスプリング１０に対する打ち込み方向を変換する打ち込み方向変換工程Ｆと、
第二ピッチ送り工程Ｈと、
第二押圧部材打ち込み工程Ｉと
から構成され、
前記打ち込み方向変換工程Ｆは前記第一押圧部材打ち込み工程Ｅの後端部１１の反対側端部１２を第二クランプ工程Ｇにより固定し、
前記第一クランプ工程Ａを解除することで押圧部材４０の送り方向を反転させる工程であり、
前記第一押圧部材打ち込み工程Ｅと前記第二押圧部材打ち込み工程Ｇが前記押圧部材４０を上方からピッチ間に押し下げる動作を連続して繰り返すことで直筒状から曲率を有するアーク状コイルスプリング３０へ変形させるものであり、
係る変形量は前記押圧部材４０が前記コイルスプリング１０の付近までの動作と、
前記動作後の位置から前記コイルスプリング１０に接触するまでの動作と、
前記動作後の接触後から少なくとも一回以上押し下げ保持し若しくはこれを繰り返す動作と、
前記押圧部材４０を引き抜く動作とをそれぞれ適した速度に制御することで任意の曲率を有する形状に成形することを特徴とするアーク状コイルスプリングの製造方法１。
【請求項２】
前記押圧部材４０の動作をサーボプレス５０を用いて制御する方法を採用したことを特徴とする請求項１に記載のアーク状コイルスプリングの製造方法１。
【請求項３】
前記回転角位置決め工程Ｃにおける回転角度及び若しくは前記端部検出工程Ｂにおける端部１１の検出手段に、金属センサ又は画像センサを用いて位置決めする方法を採用したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアーク状コイルスプリングの製造方法１。
【請求項４】
前記第一押圧部材打ち込み工程Ｅ及び前記第二押圧部材打ち込み工程Ｉにおいて、押圧部材４０がコイルスプリング１０を押し広げる際、該コイルスプリング１０が押し当てられる金型６０の形状が、成型後のアーク状コイルスプリング３０に干渉しない形状を利用する方法を採用したことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のアーク状コイルスプリングの製造方法１。
【請求項５】
前記第一押圧部材打ち込み工程Ｅ及び前記第二押圧部材打ち込み工程Ｉにおいて、押圧部材４０によってコイルスプリング１０の変形並びに移動を一定の隙間を有して抑えるガイド板７０を利用する方法を採用したことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載のアーク状コイルスプリングの製造方法１。
【請求項６】
直筒状コイルスプリング２０からアーク状コイルスプリング３０を製造する製造装置であって、
前記直筒状コイルスプリング２０を固定する第一クランプ機構１００と、
端部を検出する端部検出センサ１１０と、
回転角位置決め機構１２０と、
ピッチ送り機構１３０と、
押圧部材打ち込み機構１４０と、
コイルスプリング１０に対する打ち込み方向を変換する打ち込み方向変換機構と、
を有し、
前記押圧部材打ち込み機構１４０がサーボプレス５０で制御することにより押圧部材４０を動作させ、
該押圧部材４０は三角柱の長方形の二面を結ぶ一辺を刃先として下方に向けた形状であり、
該刃先を成す前記一辺は前記コイルスプリング１０の軸芯に対して傾斜角を有して備えられ、
該傾斜角は平面視において前記コイルスプリング１０の前記軸芯に垂直な方向から一巻きの線径が描く両端を結んだ線との開き角度の１／２以下の範囲内に調節可能な機構を備え、
前記押圧部材４０の動作により上方からピッチ間に該押圧部材４０を押し下げる動作を連続して繰り返すことで前記直筒状コイルスプリング２０から前記アーク状コイルスプリング３０へと変形させることを特徴とするアーク状コイルスプリングの製造装置２。
【請求項７】
前記押圧部材打ち込み機構１４０による動作を、コイルスプリング１０のピッチ毎に前記押圧部材４０の押し下げ量と押し下げ速度を段階的に制御する制御装置を備えたことを特徴とする請求項６に記載のアーク状コイルスプリングの製造装置２。
【請求項８】
前記回転角位置決め機構１２０における、回転角検出機構１２１が、金属センサ又は画像センサであることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のアーク状コイルスプリングの製造装置２。
【請求項９】
前記押圧部材打ち込み機構１４０において、前記押圧部材４０がコイルスプリング１０を押し広げる際、該コイルスプリング１０が押し当てられる金型６０の形状が、成型後のアーク状コイルスプリング３０に干渉しない形状であることを特徴とする請求項６から請求項８の何れかに記載のアーク状コイルスプリングの製造装置２。
【請求項１０】
前記押圧部材打ち込み機構１４０により、打ち込まれたコイルスプリング１０の変形並びに移動を一定の隙間を有して抑えるガイド板７０を有することを特徴とする請求項６から請求項９の何れかに記載のアーク状コイルスプリングの製造装置２。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
また本発明は、前記回転角位置決め工程における回転角度及び若しくは前記端部検出工程における端部の検出手段に、金属センサ又は画像センサを用いて位置決めすることを手段としてもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
また本発明は、直筒状コイルスプリングからアーク状コイルスプリングを製造する製造装置であって、前記直筒状コイルスプリングを固定する第一クランプ機構と、端部を検出する端部検出センサと、回転角位置決め機構と、ピッチ送り機構と、押圧部材打ち込み機構と、コイルスプリングに対する打ち込み方向を変換する打ち込み方向変換機構とを有し、前記押圧部材打ち込み機構がサーボプレスで制御することにより押圧部材を動作させ、該押圧部材は三角柱の長方形の二面を結ぶ一辺を下方に向けた形状であり、該一辺をコイルスプリングの軸方向に対して垂直方向から一巻きの線径を成す平均傾斜角の１／２以下の範囲内に調節可能な機構を備え、前記押圧部材の動作により上方からピッチ間に該押圧部材を押し下げる動作を連続して繰り返すことで前記直筒状コイルスプリングから前記アーク状コイルスプリングへと変形させることを手段としてもよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
また本発明は、前記回転角位置決め機構における回転角検出機構１２１が、金属センサ又は画像センサであってもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
また本発明は、前記押圧部材打ち込み機構により、前記押圧部材を打込んだ際にコイルスプリングに発生する反力を吸収する弾性構造を有している構成を採用してもよい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
図５（ａ）には、第一クランプ機構１００により保持された直筒状コイルスプリング１０がクランプされ、押圧部材４０に対し、第一ピッチ送り工程Ｄにおける送り方向は、押圧部材４０から解放される側、即ちクランプ機構１００から押圧部材打ち込み機構１４０に向かう方向であって、送る方向を矢印（Ｌ）を用いて示している。また、図５（ｂ）には、第二ピッチ送り工程Ｈをしめしており、送り方向を、第二クランプ機構１６０から押圧部材４０へ向かう方向であって、送り方向を矢印（Ｒ）を用いて示している。