JPS62248529A - コイルばね巻線機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、コイルばねを巻回成形するために使われるコ
イルばね巻線機に関する。

〔従来の技術〕

コイルばねの巻線機として、従来よりいくつかのタイプ
が知られている。例えば芯金と、この芯金と平行に設け
られた成形型（リードスクリュー）を用いたものが知ら
れている。この種の巻線機は、上記リードスクリューに
、予めばねのピッチおよびピッチ角に応じた螺旋状の溝
が形成されている。

そして、芯金とリードスクリューを回転させつつ、上記
螺旋溝によって材料を芯金上に案内させることにより、
所定のピッチとピッチ角で芯金に材料を巻付けるように
している。

しかしながらこの種の巻線機は、リードスクリューの設
計や製作に著しく手数がかかるばかりでなく汎用性に欠
け、しかもピッチが急激に変化するコイルばねには対応
できない。

そこで、上記リードスクリューに代ってブーリ状のガイ
ドを使用する巻線機が開発された。この先行技術の巻線
機は、芯金と、この芯金の径方向に離間した位置に配さ
れた１個のガイドを有している。このガイドは、例えば
油圧サーボシリンダなどの駆動源によって芯金の軸方向
に所望の速度で移動可能としである。コイルばねの材料
は、上記ガイドによって芯金側に案内されつつ芯金に巻
付けられるが、その際に材料が所望のピッチとピッチ角
で芯金に巻付くように、上記ガイドの位置を油圧サーボ
シリンダなどによって芯金の軸方向に移動させる。

この種の巻線機によれば、従来のリードスクリューのよ
うな大形で重い成形型は不要である。しかも、ガイドの
移動速度を変化させることにより種々のピッチやピッチ
角のばねに適用できる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら上記先行技術の場合、芯金とガイドは互い
に離れており、従って芯金上で材料を直接案内している
訳ではないから、実際に芯金に巻かれるピッチおよびピ
ッチ角を予想しながらガイドの動きを微妙に制御しなけ
ればならない。

このため、ガイドを制御させるための人力データを作製
するの（二手数がかかるばかりでなく、芯金とガイドが
互いに離れているためピッチのばらつきを生じやすい。

特に、ピッチの変化が激しいコイルばねを成形する場合
、芯金とガイドとが互いに離れているために、ピッチの
変化にガイドの動きを瞬間的に追従させることが困難で
ある。また仮に、ガイドを素早く追従させることができ
ても、ガイドの急激な挙動によって材料が芯金上でスリ
ップしてピッチのばらつきにつながる。このため、ピッ
チの急変する部分を正確な形状に成形することが難しか
った。

また巻き終り時は、材料の終端部（残った直線部）が上
記ガイドから外れたのち、上記ガイドとは別途に設けら
れている巻き終わり用の成形ロールと芯金との間に材料
の終端部が押え付けられることにより、座巻部の成形が
行なわれる。言い換えると、座巻部を成形する際に、ガ
イドは材料の終端部をコントロールしていない。このた
め、座巻部の形状が不安定となり、座面の平面度のゆが
みや、コイルの軸線に対する座面の直角度が悪くなるな
どの不具合を生じていた。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の巻線機は、成形すべきコイルばねの材料を巻付
けるための芯金と、この芯金を回転駆動させる芯金駆動
機構と、材料の先端部をつかんで芯金に固定するチャッ
クと、上記芯金に対して接離する方向（芯金の径方向）
に移動可能に設けられた第１のガイドと、この第１のガ
イドを芯金に対し接離する方向（芯金の径方向）に動か
すガイド駆動機構と、上記芯金から離れた位置に設けら
、れかつ上記第１のガイドに向けて材料を案内する第２
のガイドと、上記第１のガイドを、成形すべきコイルば
ねのピッチに応じて上記芯金の回転周速度と関連した速
度で芯金の軸線方向に移動させる軸方向駆動機構と、上
記第１のガイドと第２のガイドをコイルばねのピッチ角
に応じた方向に向ける角度変更機構とを具備している。

成形するコイルばねは、−例として車両懸架用ばね等で
あるが、これ以外の用途にも勿論使用できる。

（作用〕 コイルばねの材料は、例えば数百℃以上に加熱された状
態で第２のガイドから第１のガイドを経て芯金に導かれ
る。この材料を巻付ける前に、材料の先端部が上記チャ
ックによって芯金に固定される。そして芯金は材料と共
に回転させられる。

巻き始めにおいて、第１のガイドは、ガイド駆動機構に
よってチャックと干渉しない位置まで退避させられる。

チャックが第１のガイドと対向しない位置まで芯金が回
転したところで、第１のガイドはただちに上記ガイド駆
動機構によって芯金表面に向かって移動させられる。こ
うして第１のガイドと芯金との間に材料が挟まれ、材料
は第１のガイドと第２のガイドによって芯金上の所定位
置に案内される。

角度変更機構は、成形すべきコイルばねのピ・ｙチ角に
応じて、第１のガイドと第２のガイドの向き、すなわち
芯金に対する材料の送り方向を変化させる。また、軸方
向駆動機構は、コイルばねのピッチに応じて第１のガイ
ドを芯金の軸方向に移動させる。この軸方向の移動速度
は、芯金の回転速度と関連させてあり、第１のガイドの
軸方向移動速度に応じたピッチで材料は芯金に巻付く。

以上のように、コイルばねのピッチは芯金上において第
１のガイドによって材料の位置を直接制御することによ
って行なわれるので、ピッチを正確に再現できる。また
、芯金に材料を巻付けつつ、巻付けの直前において第１
のガイドと第２のガイドの向きを制御することにより、
材料が予めピッチ角に相当する角度に曲げられるから、
ピッチが急激に変化するコイルばねであっても正確なピ
ッチ角で巻回成形できる。

そして、第１のガイドは巻終り最後の材料の端部に至る
まで芯金上に材料を案内することができるため、座巻部
の形状を正確に規制できる。

すなわち上記構成によれば、高速生産下での製品形状を
高精度に維持でき、また従来は量産が困難であったピッ
チの急変するコイルばねの生産を能率よく行なうことが
できるものである。

〔実施例〕

第１図にコイルばね巻線機１の全体的な構成を示す。芯
金２は成形すべきコイルばねの材料Ａを巻付けるために
使われる。本実施例の芯金２は円柱状をなしている。但
し芯金２は成形すべきコイルばねの形状に合わせて、例
えば円錐状あるいは樽型などでもよい。またこの場合、
成形後のコイルばねを芯金から取出すことができるよう
に分割タイプの芯金を採用してもよい。

上記芯金２は、芯金駆動機構３によって回転駆動させら
れる。芯金駆動機構３は減速装置５と、ブレーキ６と、
クラッチ７および三相モータ８を備えて構成される。

また、芯金２の端部にチャック１０が設けられている。

このチャック１０は、材料Ａの先端部をつかんで芯金２
に固定するためのものである。チャック１０は、油圧ま
たは空圧式のシリンダ機構１１によって開閉される。ま
た減速装置５には、芯金２の回転位置を検出するための
ロータリエンコーダ１２が設けられている。

そして芯金２の図示上側に、ガイド駆動ユニット１５が
設けられている。以下にこのガイド駆動ユニット１５に
つき説明する。

まず、一対の案内部材１６．１７が芯金２と平行に設け
られている。これら案内部材１６．１７の両端部は、そ
れぞれ基板１１１１．１９に固定されている。そして案
内部材１８．１７に可動ヘッド２１が取付けられている
。可動ヘッド２１は、案内部材１６．１７に沿って移動
可能である。この可動ヘッド２１は、軸方向駆動機構２
２によって所望の移動速度（詳しくは後述する）で駆動
される。軸方向駆動機構２２は、その駆動源として油圧
サーボシリンダ２３を用いている。この油圧サーボシリ
ンダ２３には、サーボ弁２４とフィードバック検出器２
５が設けられており、予め入力されたデータに基づき、
位置制御回路２６によって可動ヘッド２１の位置が制御
される。

上記可動ヘッド２１は、第２図ないし第４図に示される
ように、ベアリング３０．３１を備えた基部３２と、こ
の基部３２の両側に設けられた側壁部３３．３４とを備
えている。そして側壁部３３．３４間に、互いに平行な
一対の案内部材３６．３７が設けられている。この案内
部材３６゜３７には、可動支持体３９が案内部材３６．
３７に沿って移動自在に設けられている。

上記可動ヘッド２１には、図示上下方向に互いに離間し
て、一対のブラケット４１．４２が取付けられている。

各ブラケット４１．４２にはそれぞれ貫通孔４３．４４
が形成されている。そしてこの貫通孔４３．４４に、軸
４６が挿通している。

この軸４６は、貫通孔４３．４４に対して軸線方向に往
復移動自在に、かつ軸回りに回転自在に挿通している。

軸４６には、軸線方向に沿って滑りキー溝またはスプラ
イン４７が形成されている。

そして軸４６の一端側、すなわち芯金２側に第１のガイ
ド５０が取付けられている。この第１のガイド５０はプ
ーリ状をなし、ホルダ５１によって回転自在に支えられ
ている。第５図に例示されるように、第１のガイド５０
の一方の側面（チャック側の側面）５０ａは、材料Ａの
外径の側面よりも外側に突出しないような形状としであ
る。

軸４６の他端側には、油圧または空圧式のシリンダ等を
利用したガイド駆動機構５３が設けられている。このガ
イド駆動機構５３は、軸４６をその軸線方向に往復駆動
するものである。すなわちガイド駆動機構５３を動作さ
せることにより、第１のガイド５０を芯金２に対して接
離する方向に移動させることができる。

更に、軸４６の中間部分に連結部材５５が取付けられて
いる。この連結部材５５は、軸４６のスプライン４７に
係合する内歯状の孔５６を備えており、軸４６に対して
回転不能にかつ軸線方向には摺動自在に保持されている
。従って、軸４６と連結部材５５とは互いに一体に回転
するが、軸線方向には互いに相対的に移動可能である。

連結部材５５は、上下のブラケット４１．４２間に挟ま
れることによって、軸線方向に実質的に移動できないよ
うにしである。

可動支持体３９には、軸４６と平行な軸受部５８が設け
られており、この軸受部５８にホルダ６０の柱部６０ａ
が回転自在に支持されている。

このホルダ６０の柱部６０ａの端部（図示上端）には、
上記柱部６０ａと直交する方向に軸受部６１か設けられ
ている。この軸受部６１には、連結部材５５の腕部５５
ａがスライド自在に嵌合させられている。

そして、ホルダ６０に第２のガイド６３が回転自在に設
けられている。第２のガイド６３は、第６図に例示され
るようなブーり状をなしている。

この第２のガイド６３は、材料Ａの移動に伴って回転し
つつ、材料Ａを第１のガイド５０側に案内するようにな
っている。但し、第７図に示されるように複数個のロー
ラ６３ａ〜６３ｄを組合わせることによって、第２のガ
イド６３を構成してもよい。

上述したように、第２のガイド６３を支えているホルダ
６０は、連結部材５５を介して軸４６に連結されている
とともに、軸４６に第１のガイド５０が取付けられてい
る。従って、第１のガイド５０と第２のガイド６３は、
相互に連動し合って揺動する。つまり、第２のガイド６
３は第１のガイド５０を中心として揺動可能であるとと
もに、第２のガイド６３が揺動すると、これに伴って第
１のガイド５０も同じ方向に揺動することになる。

第２のガイド６３の回転軸０２は、第１のガイド５０の
回転軸０１と実質的に平行に設けられているから、第２
のガイド６３の材料案内方向と、第１のガイド５０の材
料案内方向は常に一致することになる。

そして第１のガイド５０と第２のガイド６３を所望の方
向に向けるために、角度変更機構６５が設けられている
。角度変更機構６５は、その駆動源として油圧サーボシ
リンダ６６を用いている。

この油圧サーボシリンダ６６には、サーボ弁６７とフィ
ードバック検出器６８が設けられており、予め入力され
たデータに基づき、位置制御回路６９によって可動支持
体３９の位置を制御する。

可動支持体３９の位置を案内部材３６．３７に沿って変
化させると、これに伴ってホルダ６０の位置が変化する
と同時に、連結部材５５を介して軸４６が回動する。こ
うして、芯金２に対する第１のガイド５０と第２のガイ
ド６３の向きを相互に連動させて任意に変化させること
ができる。なお、第２のガイド６３は直線状の案内部材
３６．３７に沿って移動するため、その移動軌跡は第８
図中の１点鎖線ｉ２のように、実質的に芯金２と平行と
なる。一方、第１のガイド５０の移動軌跡（１点鎖線Ｊ
ｔ）も実質的に芯金２と平行となる。

上記位置制御回路２６．６９は、中央演算処理袋！（以
下ＣＰＵと称する）７１によって制御される。またＣＰ
Ｕ７１には、エンコーダ１２からの角度信号が入力され
る。さらにＣＰＵ７１には、データ設定″３７２または
フロッピーディスク等のデータ補助記憶装置７３を通じ
て、成形すべきコイルばねの形状が人力される。

次に、上記構成の巻線機１の作用につき説明する。

コイルばねの材料Ａは、例えば９５０℃ないし９８０℃
位の炉内温度で加熱されたのちに、第２のガイド６３ま
で導かれる。この時、チャック１０は開いている（第９
図参照）。この巻き始め状態においては、第２図に詳図
するように、第１のガイド５０は、ガイド駆動機構５３
によって、チャック１０とぶつからない位置まで引上げ
られている。材料Ａの先端部がチャック１０に到達する
と、チャック１０が閉じ、材料Ａの先端部は芯金２に固
定される（第１０図ないし第１１図）。

クラッチ７が接続され、モータ８の回転力が減速装置５
に伝達されることにより、芯金２の回転が開始する。芯
金２の回転によって、チャック１０が第１のガイド５０
と対向しない位置まで移動したところで、ただちにガイ
ド駆動機構５３が作動し、第１のガイド５０を芯金２上
まで降下させる（第１２図）。このように第１のガイド
５０を速やかに降下させて材料Ａを案内させることによ
り、巻き始め部分の形状精度が向上する。前述したよう
に第１のガイド５０の一方の側面５０ａは、材料Ａの外
径の側面よりも外側に突出しないような形、状としであ
るから、芯金２が回転し始めてチャック１０が逃げた途
端に、第１のガイド５０を材料Ａ上に降下させてガイド
を開始させることができる。

なお、第１のガイド５０の材料案内方向と第２のガイド
６３の材料案内方向は互いに常に一致しているので、巻
き始めにおいて第１のガイド５０がいつ降下してきても
、第１のガイド５０が材料Ａに丁度嵌合できるため、材
料Ａを傷付けるおそれがない。

芯金２と材料Ａが一体に回転すると、芯金２の回転位置
を検出しているエンコーダ１２から、回転位置に応じた
パルスが発生される。このパルスは、芯金２の回転に応
じて、ＣＰＵ７１に人力され、芯金２の現在の回転位置
を知らせる。ＣＰＵ７１は、予め入力されているコイル
ばねの形状に関するデータと比較することにより、各油
圧サーボシリンダ２３．６６に動作指令を与える。

かくして、材料Ａは芯金２の回転に伴って、第１のガイ
ド５０と第２のガイド６３とによって芯金２上の所定の
位置に案内される。

すなわち軸方向駆動機構２２が駆動され、第１のガイド
５０と第２のガイド６３が共に芯金２の軸方向に所定の
速度で移動させられることにより、材料Ａを芯金２に所
望のピッチで巻取ることができる。なお、軸方向の移動
速度は芯金２の回転速度と関連させていることは言うま
でもない。

また、コイルばねのピッチ角に応じて角度変更機構６５
が動作させられる。すなわち、芯金２に材料Ａを巻付け
つつ、巻付けの直前において芯金２に対する第１のガイ
ド５０と第２のガイド６３の向きを、角度変更機構６５
によって調整する。

例えば第８図において、始めの２巻きまでは小ピツチで
巻いたとする。この場合、始めの２巻き１１までは、想
像線で示されるように第１のガイド５０と第２のガイド
６３の向きは小ピツチ角θ。

に対応させている。２巻き目以降からピッチ角を急に大
きくしたい場合には、角度変更機構６５の油圧サーボシ
リンダ６６を動作させることにより可動支持体３９を動
かし、第１のガイド５０と第２のガイド６３の向きをピ
ッチ角θ２に応じた角度に変更する。この角度変更に要
する時間は、油圧サーボシリンダ６６の応答性に左右さ
れるが、一般には０．０５ないし０．０８秒程度と瞬間
的に行なわれる。このため、ピッチの急変にも充分追従
できる。

また、巻き終わり側において、ピッチ角が再び大から小
に変化する箇所においても、上記と同様に、２つのガイ
ド５０．６３は、ピッチ角に応じた角度に瞬間的に変化
させることができる。

以上述べたように、コイルばねのピッチ角の制御は、角
度変更機構６５によってガイド５０゜６３の向きを瞬間
的に決定することで行なうことができる。一方、ピッチ
の制御は、軸方向駆動機構２２によって第１のガイド５
０を芯金２の軸線方向に所定の速度で移動させることで
行なうことができる。

従って上記巻線機１によれば、ピッチが急激に変化する
コイルばねであっても、正確なピッチとピッチ角で巻回
成形することができるだけでなく、ピッチが急変する箇
所もきわめて正確な形状に成形できる。そしてピッチ精
度ばかりでなく、ばねの自由長の精度も従来に比較して
飛躍的に向上する。

また、ＣＰＵ７１への入力データは、芯金２上の第１の
ガイド５０の動きを入力するのであるから、成形すべき
コイルばねそのものの形状を数値でＣＰＵ７１に入力す
ればよく、データ作製が著しく簡易なものとなった。な
お、第２のガイド６３の動きは芯金２の外径と材料Ａの
外径とにより、ＣＰＵ７１が計算する。

そして巻き終わりの端部も第１のガイド５０によって、
最後まで芯金２への案内を行なうので、座巻部も精度良
く仕上げることができる。すなわち、座巻部の形状が安
定なものとなり、座面の平面度のゆがみや、コイルの軸
線に対する座面の直角度もきわめて正確にだせる。

第１３図に従来の巻線機による製品形状と、本発明の巻
線機１による製品形状とを比較して示す。

この場合、第１４図に示されるように、巻き始めから１
．５巻分までのコイルの形状を調べた結果である。従来
の巻線機は、この明細書中の従来技術を説明する箇所で
述べたように、芯金と単一ガイドを用いてコイリングを
行なうものである。同第１３図から知れるように、従来
の巻線機の場合には、コイルの一部に波状の不安定部分
が見られるが、本実施例の巻線機１で得られたコイルば
ねは全体にわたって形状が安定しており、かつ座面の平
坦度も優れている。

なお上記実施例では、案内部材３６．３７に沿って第２
のガイド６３を直線的に移動させるようにしたが、これ
に限ることはない。例えば、軸４６に取付けられた連結
部材５５の腕部５５ａにホルダ６０の柱部６０ａを直接
固定し、軸４６を中心としてホルダ６０すなわち第２の
ガイド６３を揺動させるようにしてもよい。この場合に
は、例えば連結部材５５を油圧サーボシリンダ６６によ
って直接回動させることができるが、油圧サーボシリン
ダ６６を揺動可能に設ける必要がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、コイルばねの形状精度が向上し、特に
ピッチの変化の大きいコイルばねも容易にかつ正確な形
状に成形できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すコイルばね巻線機のシ
ステム構成を示す図、第２図と第３図はそれぞれ第１図
に示された巻線機の互いに異なる作動状態をそれぞれ一
部断面で示す側面図、第４図は第１図に示された巻線機
の一部の正面図、第５図は第１図に示された巻線機の芯
金と第１のガイドの一部を示す正面図、第６図は第２の
ガイドの正面図、第７図は第２のガイドの他の実施態様
を示す正面図、第８図は第１図に示された芯金とガイド
との関係を示す平面図、第９図ないし第較して示す図、
第１４図はコイルばねの一部を示す側面図である。 Ａ・・・材料、１・・・コイルばね巻線機、２・・・芯
金、３・・・芯金駆動機構、１０・・・チャック、２２
・・・軸方向駆動機構、５０・・・第１のガイド、５３
・・・ガイド駆動機構、６３・・・第２のガイド、６５
・・・角度変更機構。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第２図 第３図 第４囚 第５図 第６図　　　　　第７図 第８図 第９図　　　　　　第１０図 第１１図　　　　　　第１２図 第１４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 成形すべきコイルばねの材料を巻付ける芯金と、この芯
   金を回転駆動させる芯金駆動機構と、材料の先端部をつ
   かんで芯金に固定するチャックと、 上記芯金に対して接離する方向に移動可能に設けられた
   第１のガイドと、 この第１のガイドを芯金に対し接離する方向に動かすガ
   イド駆動機構と、 上記芯金から離れた位置に設けられ上記第１のガイドに
   向けて材料を案内する第２のガイドと、上記第１のガイ
   ドを成形すべきコイルばねのピッチに応じて上記芯金の
   回転速度と関連した速度で芯金の軸線方向に移動させる
   軸方向駆動機構と、上記第１のガイドと第２のガイドを
   コイルばねのピッチ角に応じた方向に向ける角度変更機
   構と、を具備したことを特徴とするコイルばね巻線機。