JPH0356818B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はコイルばねを高速で精度良く製造する
ことができるコイルばねの製造方法に関するもの
である。

コイルばねはそのコイルばねに作用せしめられ
る荷重の種類により、圧縮コイルばね、引張コイ
ルばね、捩りコイルばね、前記３種以外の変則荷
重が作用せしめられるコイルばねの４種類に大別
でき、その形状も多種多様であるが、いずれのコ
イルばねにおいても最も重要な部分は作用せしめ
られる荷重に対応してひずみエネルギを貯える有
効巻数部分の精度である。よつてコイルばねを製
造する場合には、有効巻数部分の精度を如何に高
精度に且つ高速度に製造できるか否かが最も重要
である。

ここでコイルばね製造機械について検討する
と、以下に記載する２つの方式が存在する。

(1) コイルばねに成形される線材の先端が挿入さ
れることによつてその先端を保持し得る突起を
備えた芯金を回転しつつ且つその芯金の軸方向
に芯金を移動させながら密着巻又はピツチ巻に
線材を芯金の外周に引張りながら巻き取り、次
いで所定のタイミングで巻き戻して総巻数部分
を成形する芯金駆動方式のコイルばね製造機
械、 (2) コイルばねに成形される線材を２個１組で１
組以上の圧送ローラーにより挟圧した状態で、
その圧送ローラーを回転せしめることにより圧
送されて来た線材を線材ガイドを経て曲げダイ
スに押圧させることにより連続的に線材を所要
の曲率半径に成形していくことにより、また必
要に応じてピツチツールを作動させて曲げダイ
スの線材に対する相対関係を変更させて、密着
巻又はピツチ巻に総巻数部分を成形する圧送ロ
ーラー駆動方式のコイルばね製造機械。

このようにコイルばね製造機械は、いずれの方
式であつてもコイルばねの総巻数部分を成形する
ために線材をコイル成形部に供給するための芯金
又は圧送ローラーを駆動回転せしめる駆動機構
と、コイルばねの有効巻数部分のピツチを変更す
るために芯金を軸方向に移動させたり曲げダイス
の線材に対する相対関係を移動させたりするため
のピツチ変更装置、コイルばねの座巻部分のピツ
チを変更するために上述したピツチ変更装置と同
様のコイルばね端部を成形する装置やコイルばね
端部のフツクなどを成形する装置、その他に例え
ば樽形形状のコイルばねを製造する場合などにコ
イルばねの有効巻数部分の横断面形状を変更させ
るために曲げダイスの位置を移動させる有効巻数
部分の横断面形状変更装置、線材の切断装置（以
下、これらの装置をフオーミング装置という）の
一者以上を駆動する機構とより成つており、前者
の駆動機構と後者のフオーミング装置の駆動機構
とはそれぞれカムや回転軸や歯車やリンク機構に
よつて順次作動されるようになつている。

しかしながら、従来のコイルばね製造機械にお
いては、コイルばねの総巻数部分を成形するため
の駆動機構は限られた時間内に比較的多くの巻数
又は展開長を確保できしかも経済的な単弦運動曲
線を得られるクランク或いはカムの回転によりセ
クターギヤ或いはラツクに往復運動を与えてピニ
オンを往復回転させる方式を基本的機構原理とし
ている。これは、圧送ローラー駆動方式の場合は
往復回転するピニオンに固定されているメインワ
ンウエイクラツチ及びバツクストツプ用ワンウエ
イクラツチなどを介してクラツチ軸に一方向の間
欠回転を伝え、更に数枚の連動増速ギヤを経て圧
送ローラー軸を回転させて圧送ローラーにより線
材を圧送するのであるが、前述したバツクストツ
プ用ワンウエイクラツチに補助送り用としてカム
及びそのカムにより作動せしめられるリンク機構
などを連結して線材の補助的な短い圧送を行なう
こともできるようにもなつているのが一般的であ
る。また芯金駆動方式の場合には先に提案されて
いる特開昭51−1354号や特開昭54−69562号に開
示されているように多くのギヤやリンク機構と空
気圧機器などによつて初期の目的を達成している
のであるが、いずれの方式においても以下に列挙
する如き種々欠点を有している。すなわち、 (1) 関連リンク機構、ギヤ、軸などの慣性力によ
つてオーバーランが生じて正確な制御が困難で
あり、またギヤに設けたバツクラツシなどの影
響によつても正確な制御が困難であるから、成
形されたコイルばねの巻数や展開長の精度が悪
い。

(2) 上記精度が悪い欠点を多少でも是正させるた
めには、ストツパー機構またはブレーキ機構と
このような機構を所定のタイミングで作動させ
る機構とを必要とするため、コイルばね製造機
械が複雑且つ高価となり、しかも保守・管理が
面倒である。

(3) 関連リンク機構、ギヤ、軸などの機械部品が
多くなるため、急激に高速駆動することが困難
でコイルばねの製造能力を高めることが難し
く、高速駆動すると機械部品の慣性力が大きく
なつて精度の低下が著しくなり、しかも機械部
品の破損等による故障発生率が増大する。

(4) 多数の機構を組合わせているために取扱い手
順が複雑で、コイルばねの巻数や展開長を変更
する場合には幾度かの反復動作による試行錯誤
を繰り返さなければならない。

(5) 機械の主駆動軸１回転中に占めるコイルばね
の総巻数部分を成形するための駆動機構の駆動
時間が固定的で、コイルばね製造機械の多用途
化に制限が多く、そのため多巻数又は大展開長
のコイルばねを製造することが困難であると共
に、フオーミング装置を駆動するための時間を
長くすることが困難で複雑な端部形状を有する
コイルばねを製造することができない。

このように従来のコイルばね製造機械は種々の
欠点を有しているが、この欠点はいずれもコイル
ばねの総巻数部分を成形するために線材をコイル
成形部に供給する駆動機構に関するものであつ
た。そこでこのような欠点を除去するためには、
コイルばねの総巻数部分を成形するために線材を
コイル成形部に供給する駆動機構を機械の主駆動
軸の駆動力により各種機構を介して駆動するので
はなく、前記主駆動軸とは別個の駆動機構により
駆動し且つその駆動をフオーミング装置の駆動に
追従同期させようとする特徴ある方式を意図した
NC化コイルばね製造機械が開発されてきてい
る。しかしながら、このようなNC化コイルばね
製造機械における欠点はコイル成形部に線材を供
給する駆動機構がNC化されたことによりその駆
動機構とフオーミング装置を駆動するための機械
の主駆動軸の回転とを安価にしかも確実に、その
上製造するコイルばねの仕様を変更する場合でも
容易に追従同期させることが困難であり、従来の
コイルばね製造機械の如く連続定速回転せしめら
れる汎用動力モータにより駆動される各種の成形
カムの作動を主体とした単純な機構のフオーミン
グ装置の高速性・確実性・経済性・多用性に比較
すると高価性、低速駆動となつて生産性が低下し
てしまつているのが実状である。このようなNC
化されたコイルばね製造機械が生産性の面で好ま
しくない理由は、DCサーボモータを駆動する場
合には第１図に示す如くパルス列による指令パル
スが入力されると位置決め制御回路の偏差カウン
タにパルスが積算されて溜まりＤ／Ａ変換器によ
つて直流アナログ電圧に変換されて制御回路より
サーボパツクの速度指令となつてDCサーボモー
タが駆動されるのであるが、この駆動と同時にモ
ータ軸に直結されているオプテイカルタコメータ
がそのモータ軸の回転角度に比例したパルスを発
生して偏差カウンタ内のパルスの溜まりを減算す
る操作が行なわれるために指令パルスが引続き入
力されていればDCサーボモータは定常回転を行
なうのに対し指令パルスの入力が停止しても偏差
カウンタの溜まりパルスが零になるまでDCサー
ボモータが回転を続ける第２図のような状態とな
つてDCサーボモータの回転と指令パルスとに大
きな差が生じるからである。

すなわち、DCサーボモータで代表されるサー
ボモータにおいてはサーボモータの回転部及び駆
動すべき装置の回転部の慣性により指令パルスの
周波数に比例した回転速度には急に到達し得ずに
偏差カウンタの溜まり量だけ遅れることになり、
この溜まり量すなわち回転の遅れは指令パルスの
周波数が高い程、つまりサーボモータの回転速度
が高い程多くなるのである。この結果、コイルば
ね製造機械においてコイルばねの総巻数部分を成
形するために線材をコイル成形部に供給する駆動
機構とフオーミング装置の駆動機構とを追従同期
させることが不可能なのである。しかしながら、
非常に高速のコンピユータを駆使して指令パルス
列の周波数の加減制御を行なえばコイル成形部に
線材を供給すためのDCサーボモータとフオーミ
ング装置とを同期させることも可能になるかもし
れないが、このような高速のコンピユータを使用
すると現在ではかなり高価格なものとなつて好ま
しくないのである。

本発明者はこのような高価格・低速回転につな
がるようなNC化を行なうのではなく、前述した
如く改良を必要とするのはコイルばねの総巻数部
分を成形するために線材をコイル成形部に供給す
る駆動機構としてコイルばね製造機械とは全く分
離した複雑なNC化方式を採用せずに、従来より
定着している連続定速回転せしめられる汎用動力
モータにより駆動される各種の成形カムの作動を
主体とした単純な機構のフオーミング装置の高速
性・確実性・経済性・多用性をそのまま活用し、
コイルばねの巻数や展開長を変更する際の手動に
よる不規則な微速回転から例えば350r.p.m.程度
までの高速回転に至るまで広範囲に常時追従同期
せしめ得る簡単な機構を採用した経済的なNC化
されたコイルばねの製造方法の開発に成功し本発
明を完成したのである。

すなわち、本発明はコイルばねを製造する際
に、有効巻数部分のピツチ変更装置、端部の成形
装置、有効巻数部分の横断面形状変更装置、線材
の切断装置のうちの少なくとも一者以上を駆動す
る定速回転せしめられる駆動主軸により駆動され
るカムまたはクランクによつて揺動される揺動体
に連結された連結体を揺動量をパルス信号に変換
して計測し、このパルス信号によりコイルばねの
総巻数部分を成形するために線材をコイル成形部
に供給するための芯金又は圧送ローラを駆動回転
せしめるサーボモータを駆動することによりコイ
ルばねを製造することを特徴とするコイルばねの
製造方法を提供するものである。

以下、本発明に係るコイルばねの製造方法につ
いて図面により詳細に説明する。

第３図は揺動体を揺動させる手段としてクラン
クを用いた場合の本発明方法を実施する場合の要
部の正面説明図、第４図は第３図の平面図、第５
図は揺動体を揺動させる手段としてカムを用いた
場合の本発明方法を実施する場合の要部の正面説
明図、第６図は第５図の平面図、第７図は本発明
方法におけるDCサーボモータの駆動系を説明す
る図である。

図面中、１はコイルばねを製造する際にコイル
ばねの有効巻数部分のピツチ変更装置（図示な
し）、コイルばねの端部にフツクなどを成形する
ための成形装置（図示なし）、コイルばねの有効
巻数部分の横断面形状変更装置（図示なし）、線
材の端部切断装置（図示なし）のうちの少なくと
も一者以上を駆動する定速回転せしめられる駆動
主軸であり、この駆動主軸１は通常の定速回転せ
しめられる汎用動力モータによつて駆動せしめら
れる。２は駆動主軸１に軸端に固定されているク
ランクであり、このクランク２には駆動主軸１に
対して偏心させた所定の位置にクランクピン３が
設けられている。４はコイルばね製造機械本体に
固定された揺動中心軸５を中心として揺動せしめ
られる揺動体であり、この揺動体４には長溝４ａ
が設けられていてこの長溝４ａにクランクピン３
が滑動自在に係合されているので駆動主軸１によ
つてクランク２が定速回転せしめられるとクラン
クピン３が駆動主軸１を中心とした円上を移動
し、その結果クランクピン３が長溝４ａに係合さ
れている揺動体４は揺動中心軸５を中心として揺
動せしめられることになるのである。また６は駆
動主軸１の軸端に固定されているカムであり、７
は揺動体４に突設されている固定軸４ｂに回転自
在に装着されているカムフオロアであり、駆動主
軸１によつて定速回転せしめられるカム６のカム
面とカムフオロア７とが常時接触している限り揺
動体４はクランク２の場合と同様に揺動中心軸５
を中心として揺動せしめられることになるのであ
る。８は揺動体４に設けられているガイド溝（図
示した第５，６図では断面Ｔ形）４Ｃに装着され
ている調整ねじ、９はガイド溝４Ｃに沿つて滑動
自在で且つ調整ねじ８に螺合されている滑動体、
１０は滑動体９より突設されている連結軸９ａと
連結されている連結体、１１は連結体１０の揺動
量をパルス信号に変換して計測するためのロータ
リーエンコーダである。１２はロータリーエンコ
ーダ１１の軸１１ａに固定されているピニオンで
あつて、このピニオン１２の歯は連結体１０に設
けられているラツク１０ａと噛み合つており、ピ
ニオン１２と連結体１０のラツク１０ａとの噛み
合いが外ずれないように連結体１０のラツク１０
ａの部分はピニオン１２とガイドローラ１３とに
よつて挟持されている。

かかる構成において駆動主軸１が１回転せしめ
られると、駆動主軸１の軸端に固定されているク
ランク２又はカム６も１回転し、クランク２の場
合にはクランクピン３を介して揺動体４が、また
カム６の場合にはカムフオロア７を介して揺動体
４が、揺動中心軸５を中心として揺動せしめられ
る。この揺動体４の揺動は、揺動体４に連結され
た連結体１０を介してロータリーエンコーダ１１
に伝えられてパルス信号に変換されて計測され
る。この際、揺動体４と連結体１０とを連結して
いる滑動体９の位置を調整ねじ８を操作すること
によつて揺動中心軸５に対する近接方向又は遠隔
方向へガイド溝４Ｃに沿つて滑動せしめることに
より、連結体１０の揺動体４への連結位置を変更
せしめ得るので連結体１０の揺動量や揺動速度を
変更せしめることが可能となる。すなわち、駆動
主軸１が所定角度だけ回転する範囲内において連
結体１０の揺動量を所望量に設定することができ
るのである。このようにして駆動主軸１の回転は
ロータリーエンコーダ１１に伝達されてパルス信
号として計測されて、コイルばねの総巻数部分を
成形するために線材をコイル成形部に供給するた
めの芯金又は圧送ローラを駆動回転せしめるサー
ボモータ（以下、DCサーボモータで代表させる）
駆動用の指令パルス列として使用されるのであ
る。この場合にコイル成形部に線材を供給する手
段が圧送ローラである場合には、圧送ローラは線
材をコイル成形部から引き戻す必要がないのでロ
ータリーエンコーダ１１に付設されている電気回
路によつてロータリーエンコーダ１１の軸１１ａ
の逆転時に発生せしめられたパルスは指令パルス
として供給されないようにすればよい。一方、コ
イル形成部に線材を供給する手段が芯金である場
合には、線材を芯金の外周に沿つて巻き取つた後
に同じ回転数だけ芯金を逆回転させて線材の巻き
戻しを行なう必要があることからロータリーエン
コーダ１１の軸１１ａの正逆転共にロータリーエ
ンコーダ１１に付設されている電気回路によつて
発生せしめられたパルスを指令パルス列として供
給せしめればよい。

このように駆動主軸１により駆動されるカムま
たはクランクによつて揺動される揺動体４に連結
された連結体１０の揺動量はクランク２またはカ
ム６の特性より単弦運動曲線に近似したものとす
ることが容易であるから、他の運動曲線に比較し
て始動時及び停止時に加速度の変化が多少はある
もののその数値が非常に小さいものであつて、し
かも揺動中は加速度の変化が滑らかであつてDC
サーボモータの制御に最も適した特性を有してお
り、且つこのようなDCサーボモータの駆動に適
した指令パルス列を発生せしめる構造が簡単で経
済的であるばかりでなく、駆動主軸１の回転との
同期が保証されるために駆動主軸１を手動により
回転させてコイルばねの諸元を変更する場合の調
整にも有効に実施し得るのである。

この本発明方法におけるDCサーボモータの駆
動系は第７図に示す如く従来のDCサーボモータ
の駆動系と何ら変わる処はないが、指令パルス列
がDCサーボモータの始動時及び停止直前にはパ
ルス間隔が広く、DCサーボモータの回転部及び
駆動すべき装置の回転部の慣性の影響がなくなる
中間部では指令パルス列のパルス間隔が狭い理想
的な単弦運動曲線に近似した指令パルス列となる
ので位置決め制御回路中の偏差カウンタに溜まる
パルスが常時微小であつてコイル成形部に線材を
供給するための駆動機構とフオーミング装置の駆
動機構との追従同期が非常に良好となるのであ
る。

以上詳述した如き本発明に係るコイルばねの製
造方法は、以下に列挙する如き種々の利点を有し
ており、その工業的価値は非常に大きなものがあ
る。

(1) コイルばねの総巻数部分を成形するために線
材をコイル成形部に供給させる手段が、コイル
ばねの製造機械の駆動主軸の駆動力により直接
駆動される方式ではなく、駆動主軸とは分離さ
れたDCサーボモータによつて芯金又は圧送ロ
ーラが直接駆動される方式となるため、線材を
コイル成形部に供給させる手段の構造が簡素化
し軽量化されるので装置の慣性による影響がほ
とんどなくなり、コイル成形精度が格段に向上
する。

(2) 上記した簡素化且つ軽量化されているコイル
成形部に線材を供給させる手段が、コイルばね
製造機械の駆動主軸の回転と確実に同期し、し
かもDCサーボモータの駆動においてDCサーボ
モータの回転部等の慣性の影響及び偏差カウン
タのパルス溜りを微小にするのに適した加速度
の変化が滑らかな単弦運動曲線に沿つて周波数
が滑らかに変化する指令パルス列を簡単な構造
で経済的に得ることができる。

(3) DCサーボモータの駆動に必要な指令パルス
列として単弦運動曲線に沿つて周波数が滑らか
に変化する指令パルスを供給できるので位置決
め制御回路の設計が容易且つ経済的であり、し
かも駆動主軸の回転速度が300r.p.m.で始動・
停止の頻度が毎分300回で、DCサーボモータの
最大回転速度3000r.p.m.においても手動による
回転に比して駆動主軸の１回転につき５度以内
の遅れで高精度に追従同期できることが確認さ
れているのでコイルばねの製造をコイルばねの
製造許容範囲で高能率に実施できる。

(4) 一般に位置決め制御回路は、DCサーボモー
タに発せられる指令パルス列の周波数の変化率
が大きい程大電流を必要とするが、本発明方法
においては指令パルス列の周波数の変化率が小
さい単弦運動曲線に沿つた指令パルス列を採用
しているのでDCサーボモータを高速駆動する
にもかかわらず消費電力は極めて小さく、した
がつて起動・停止の繰返り頻度の高い状態に設
計することができる。このような利点は特に圧
縮コイルばねの製造に都合の良い利点であり、
本発明者は駆動主軸350r.p.m.の高速回転で精
度の高い圧縮コイルばねの製造に成功してい
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のDCサーボモータの駆動系を説
明する図、第２図は従来のDCサーボモータの駆
動状態を示す図、第３図は揺動体を揺動させる手
段としてクランクを用いた場合の本発明方法を実
施する場合の要部の正面説明図、第４図は第３図
の平面図、第５図は揺動体を揺動させる手段とし
てカムを用いた場合の本発明方法を実施する場合
の要部の正面説明図、第６図は第５図の平面図、
第７図は本発明方法におけるDCサーボモータの
駆動系を説明する図である。 １……駆動主軸、２……クランク、３……クラ
ンクピン、４……揺動体、４ａ……長溝、４ｂ…
…固定軸、４ｃ……ガイド溝、５……揺動中心
軸、６……カム、７……カムフオロア、８……調
整ねじ、９……滑動体、９ａ……連結軸、１０…
…連結体、１０ａ……ラツク、１１……ロータリ
ーエンコーダ、１１ａ……軸、１２……ピニオ
ン、１３……ガイドローラ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ コイルばねを製造する際に、有効巻数部分の
   ピツチ変更装置、端部の成形装置、有効巻数部分
   の横断面形状変更装置、線材の切断装置のうちの
   少なくとも一者以上を駆動する定速回転せしめら
   れる駆動主軸により駆動されるカムまたはクラン
   クによつて揺動される揺動体に連結された連結体
   の揺動量をパルス信号に変換して計測し、このパ
   ルス信号によりコイルばねの総巻数部分を成形す
   るために線材をコイル成形部に供給するための芯
   金又は圧送ローラを駆動回転せしめるサーボモー
   タを駆動することにより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。 ２ 連結体の揺動体への連結位置を変更せしめ得
   る構造に連結して連結体の揺動量を変更せしめる
   特許請求の範囲第１項に記載のコイルばねの製造
   方法。