線材成形機及び線材挟持力制御プログラム
【課題】ローラ駆動用の電力の無駄な消費を削減することが可能な線材成形装置及び線材挟持力制御プログラムを提供する。
【解決手段】本発明の線材成形機１０は、１対のローラ４１，５１にて送給した線材９０を成形工具２４に衝合して湾曲形状に成形して線材成形品の製造において、線材９０の線径をｄ、引張り強さをσ、ローラ４１，５１との間の静摩擦係数をμ、ローラ４１，５１とのスリップを防ぐための安全率をｋ、ローラ４１，５１の対の数をｎ、線材成形品の各部位の曲率半径をＤ／２、挟持力をＮｓとした場合に、線材成形品の展開長分の線材のうち成形工具に到達した位置毎の挟持力Ｎｓが、Ｎｓ＝ｋ・σ・ｄ３／（４ｎμＤ）、になるように制御する。
【解決手段】本発明の線材成形機１０は、１対のローラ４１，５１にて送給した線材９０を成形工具２４に衝合して湾曲形状に成形して線材成形品の製造において、線材９０の線径をｄ、引張り強さをσ、ローラ４１，５１との間の静摩擦係数をμ、ローラ４１，５１とのスリップを防ぐための安全率をｋ、ローラ４１，５１の対の数をｎ、線材成形品の各部位の曲率半径をＤ／２、挟持力をＮｓとした場合に、線材成形品の展開長分の線材のうち成形工具に到達した位置毎の挟持力Ｎｓが、Ｎｓ＝ｋ・σ・ｄ３／（４ｎμＤ）、になるように制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対称的に回転する１対のローラの間を通って送給した線材を成形工具に衝合させて湾曲形状に成形する線材成形機及び、線材成形機の制御部が実行する線材挟持力制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の線材成形機として、１対のローラによる線材の挟持力を変更可能とし、その挟持力が設定値通りになるように制御するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−２０６７６３号公報（段落［０００３］，［００１０］〜［００１２］、第１図、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、１対のローラを回転駆動するための負荷は、それらローラによる線材の挟持力が大きくなるほど増加し、ローラ駆動用の消費電力も大きくなる。このため、ローラが線材に対してスリップを起こさなければ、上記挟持力の設定値は、小さい程好ましい。ところが、線材を成形する際の曲率半径に応じて、最低限必要な挟持力の値は変わる。これに対し、従来は、ローラが線材を押し潰すことがない程度の比較的大きな一定値に挟持力を設定していたので、ローラ駆動用の電力が無駄に消費されることになっていた。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ローラ駆動用の電力の無駄な消費を削減することが可能な線材成形機及び線材挟持力制御プログラムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係る線材成形機は、線材を湾曲変形させて線材成形品を製造するための線材成形機であって、線材成形品の各部位の曲率半径のデータを記憶したデータ記憶部と、線材を間に挟んで配置された少なくとも１対のローラを有し、それら１対のローラを対称的に回転させて線材成形品の展開長分の線材を送給可能な線材送給装置と、線材送給装置が送給した線材に衝合して円弧形状に成形することが可能な成形工具を有し、成形工具の位置を変更することで、円弧形状の線材の曲率半径を変更可能な成形工具駆動装置と、線材送給装置が送給した線材成形品の展開長分の線材のうち成形工具に到達した位置毎の曲率半径のデータをデータ記憶部から取得し、そのデータに対応した曲率半径の円弧形状に線材が成形されるように成形工具の位置を制御する制御部とを備えた線材成形機において、線材送給装置には、線材に対する１対のローラによる挟持力を任意の値に変更可能な挟持力変更機構が備えられ、データ記憶部には、線材の線径と、線材の引張り強さと、線材とローラとの間の静摩擦係数と、線材とローラとのスリップを防ぐための安全率とが記憶され、線径をｄ、引張り強さをσ、静摩擦係数をμ、安全率をｋ、曲率半径をＤ／２、ローラの対の数をｎ、線材に対する１対のローラの挟持力をＮｓとした場合に、制御部は、線材送給装置が送給した線材成形品の展開長分の線材のうち成形工具に到達した位置毎の挟持力Ｎｓが、Ｎｓ＝ｋ・σ・ｄ３／（４ｎμＤ）、になるように制御するところに特徴を有する。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の線材成形機において、挟持力変更機構には、カム及びカムに従動して変形する弾性体を用いて１対のローラの間の挟持力を変更可能なカム機構が備えられ、制御部は、挟持力Ｎｓをカムの回転位置に変換し、その回転位置にカムを位置決め制御するところに特徴を有する。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の線材成形機において、線材成形品は、コイル径が徐々に変化するコイルばねであり、データ記憶部は、コイルばねの一端部から第何巻目かを特定するための巻き番号と、巻き番号毎のコイル径の平均値とを対応させて記憶し、制御部は、巻き番号及びコイル径のデータ群に基づいて、線材成形品の展開長のうち各巻き番号に対応する位置と、それら位置毎の挟持力Ｎｓとを演算するところに特徴を有する。
【０００８】
請求項４の発明に係る線材挟持力制御プログラムは、対称的に回転する少なくとも１対のローラの間を通って送給された線材を成形工具に衝合して湾曲形状に成形しかつ成形工具を位置決め制御することで湾曲形状の曲率半径を変更可能な線材成形機の制御部に実行され、線材から線材成形品を成形する際に、１対のローラによる線材に対する挟持力を制御するための線材挟持力制御プログラムであって、線材送給装置が送給した線材成形品の展開長分の線材のうち成形工具に到達した位置を演算するステップと、線材のうち成形工具に到達した位置毎の１対のローラによる挟持力を演算するステップとを有し、線材の線径をｄ、線材の引張り強さをσ、線材とローラとの間の静摩擦係数をμ、線材とローラとのスリップを防ぐための安全率をｋ、ローラの対の数をｎ、線材成形品の展開長における一端部からの位置をｉ、その位置ｉに応じて相違する線材成形品における線材の曲率半径をＤ（ｉ）／２、挟持力をＮｓ（ｉ）とした場合に、挟持力Ｎｓを演算するステップは、Ｎｓ（ｉ）＝ｋ・σ・ｄ３／（４ｎμＤ（ｉ））、の演算を行って挟持力Ｎｓ（ｉ）を演算するところに特徴を有する。
【発明の効果】
【０００９】
［請求項１の発明］
請求項１の線材成形機では、線材送給装置に備えた１対のローラの間に線材を挟持し、それら１対のローラを対称的に回転させて送給した線材を成形工具を衝合させて円弧形状に成形する。ここで、円弧形状の曲率半径をＤ／２、線径をｄ、引張り強さをσ、線材とローラとの間の静摩擦係数をμ、ローラの対の数をｎ、１対のローラにかかる送給抵抗をＦとすると、その送給抵抗Ｆは、
【００１０】
Ｆ＝σ・ｄ３／（２ｎＤ）
【００１１】
、の理論式にて演算することができる。なお、上記理論式は、「ばねハンドブック」の３６６頁（２００５年４月３０日発行，出版元：社団法人日本ばね工業会，編者：技能検定テキスト改訂委員会）に開示されている。
【００１２】
また、ローラと線材とがスリップを起こさずに送給可能な１対のローラ間の最小の挟持力をＮｍｉｎとすると、その最小の挟持力Ｎｍｉｎは、
【００１３】
Ｎｍｉｎ＝σ・ｄ３／（４ｎμＤ）
【００１４】
、になる。これらに対し、本発明の線材成形機のデータ記憶部には、前記した線径ｄ、曲率半径Ｄ／２、引張り強さσ、静摩擦係数μ、安全率ｋが記憶されている。そして、本発明の線材成形機に備えた制御部は、線材送給装置が送給した線材成形品の展開長分の線材のうち成形工具に到達した位置毎の挟持力Ｎｓが、
【００１５】
Ｎｓ＝ｋ・σ・ｄ３／（４ｎμＤ）
【００１６】
、の理論値になるように制御する。これにより、線材成形品における各部位の間の曲率半径の相違に応じて、それら各部位を成形する際の１対のローラによる線材の挟持力Ｎｓを理論的に変化させ、最小値に近づけることができる。即ち、本発明によれば、従来に比べてローラ駆動用の電力の無駄な消費を削減することが可能になる。
【００１７】
［請求項２の発明］
請求項２の線材成形機では、カムを位置決め制御することで、線材に対する１対のローラの挟持力を制御することができる。
【００１８】
［請求項３の発明］
データ記憶部には、コイル径のデータとして、線材成形品の展開長のおける位置とコイル径との関係式を記憶してもよいし、線材成形品の展開長を細分化し、それら細分化された位置毎にコイル径のデータ群を記憶してもよい。また、請求項３の構成のように、データ記憶部に、コイルばねの一端部から第何巻目かを特定するための巻き番号とコイル径とを対応させて記憶してもよい。請求項３の構成によれば、データ入力作業が容易になる。
【００１９】
［請求項４の発明］
請求項４の線材挟持力制御プログラムでは、線材の線径をｄ、線材の引張り強さをσ、線材とローラとの間の静摩擦係数をμ、線材とローラとのスリップを防ぐための安全率をｋ、ローラの対の数をｎ、線材成形品の展開長における一端部からの位置をｉ、その位置ｉに応じて相違する線材成形品における線材の曲率半径をＤ（ｉ）／２、挟持力をＮｓ（ｉ）とした場合に、線材のうち成形工具に到達した位置毎の１対のローラによる挟持力Ｎｓ（ｉ）を、
【００２０】
Ｎｓ＝ｋ・σ・ｄ３／（４ｎμＤ）
【００２１】
、の理論式から求めて制御する。これにより、線材成形品における各部位の間の曲率半径の相違に応じて、それら各部位を成形する際の１対のローラによる線材の挟持力Ｎｓを理論的に変化させ、最小値に近づけることができる。即ち、本発明によれば、従来に比べてローラ駆動用の電力の無駄な消費を削減することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図１６に基づいて説明する。図１に示すように線材成形機１０のベース台１１には、水平方向で対峙した１対の機構組付部１１Ａ，１１Ｂが備えられている。そして、一方の機構組付部１１Ａには線材送給装置３０が組み付けられ、他方の機構組付部１１Ｂにはユニバーサル機構２０が組み付けられている。
【００２３】
ユニバーサル機構２０は、３つの駆動軸を有して、成形工具２４を任意の位置、姿勢に変更することができる。そのユニバーサル機構２０の第１駆動軸Ｊ１は、１対の機構組付部１１Ａ，１１Ｂの対向方向で、機構組付部１１Ｂに対して直動ベース２１を直動させる構成になっている。
【００２４】
直動ベース２１のうち線材送給装置３０との対向面からは、ツイストベース２２が突出している。ツイストベース２２は、直動ベース２１に対して第２駆動軸Ｊ２により回転駆動される。その第２駆動軸Ｊ２による回転中心ＣＬ２は、図１において、ツイストベース２２から上方にオフセットしかつ第１駆動軸Ｊ１による直動方向と平行になっている。
【００２５】
ツイストベース２２のうち回転中心ＣＬ２側を向いた面には、回転テーブル２３が回転可能に設けられ、第３駆動軸Ｊ３にて回転駆動される。そして、回転テーブル２３に固定された成形工具２４の先端が、ツイストベース２２の回転中心ＣＬ２上に配置されている。なお、第１〜第３の駆動軸Ｊ１〜Ｊ３は、それぞれサーボモータ２５〜２７を駆動源にして駆動される。
【００２６】
線材送給装置３０は、機構組付部１１Ａの上面のうち機構組付部１１Ｂ側の縁部から上方に起立した前面支持板壁３０Ｂを備えている。図２に示すように、前面支持板壁３０Ｂには、機構組付部１１Ａ，１１Ｂの対向方向にクイル１４（線材ガイド）が貫通している。クイル１４の中心には、線材ガイド孔（図示せず）が貫通形成され、そこに線材９０が挿通されている。なお、前記したユニバーサル機構２０の第２駆動軸Ｊ２による回転中心ＣＬ２は、クイル１４の線材ガイド孔を通過する水平軸と一致している。
【００２７】
クイル１４は、前面支持板壁３０Ｂに対して回転駆動可能に組み付けられかつ、線材ガイド孔の断面形状が異なる複数種類のクイル１４が、交換可能になっている。そして、断面形状が非円形の線材９０であっても、クイル１４を適宜回転させることで、線材９０の湾曲方向を任意の方向に変更することができる。なお、本実施形態における線材９０の断面形状は円形であるので、クイル１４は停止した状態で使用される。
【００２８】
図４に示すように、前面支持板壁３０Ｂのうちユニバーサル機構２０（図１参照）と反対側には、機構組付部１１Ａの上面から起立した１対の対向支持壁３０Ａ，３０Ａが設けられている。そして、一方の対向支持壁３０Ａの外側面から僅かにオフセットした位置に、前記クイル１４の線材ガイド孔（図示せず）から延びた線材９０の送給経路が配置されている。また、図２に示すように、対向支持壁３０Ａ，３０Ａには、１対のローラ４１，５１で線材９０を挟んで送給可能な２つの線材送給機構３２，３２が、線材９０の送給方向に並べて組み付けられている。即ち、２対のローラ４１，５１が線材９０の送給方向に並べて備えられている。
【００２９】
具体的には、図４に示すように、１対の対向支持壁３０Ａ，３０Ａの間には、線材送給機構３２毎に上下に略平行に配置された１対のローラ支持シャフト４１Ｓ，５１Ｓが差し渡されている。また、線材９０の送給経路側に配置された一方の対向支持壁３０Ａには、図２に示すように、上下方向に延びたガイド溝３０Ｍが、線材送給機構３２毎に形成されている。さらに、各ガイド溝３０Ｍの下端寄り位置には、下側可動ブロック５２が嵌合される一方、上端寄り位置には上側可動ブロック４２が嵌合されている。そして、図４に示すように、ローラ支持シャフト４１Ｓ，５１Ｓの一端部が、ガイド溝３０Ｍを有しない側の対向支持壁３０Ａにベアリングにて回動可能に軸支される一方、ローラ支持シャフト４１Ｓ，５１Ｓの他端部が、上側可動ブロック４２と下側可動ブロック５２とに分けてそれぞれベアリングにて回動可能に支持されている。
【００３０】
図５に示すように、上側可動ブロック４２の外側面からは、ローラ支持シャフト４１Ｓの端部が突出しており、その突出部分にはローラ４１が一体回転可能に固定されている。これと同様に、下側可動ブロック５２の外側面からは、ローラ支持シャフト５１Ｓの端部が突出しており、その突出部分にローラ５１が一体回転可能に固定されている。また、ローラ４１，５１の外周面には、それらの対向位置に断面半円形の円弧溝４１Ｍ，５１Ｍが形成されている。そして、それら円弧溝４１Ｍ，５１Ｍ内に線材９０を配置してローラ４１，５１にて挟むことができる。
【００３１】
各線材送給機構３２には、ローラ４１，５１による線材９０の挟持力を変更するための挟持力変更機構３２Ｋが備えられている。その挟持力変更機構３２Ｋは、カム駆動用サーボモータ１２を駆動源として備え、上側可動ブロック４２に対する上方からの加圧力を変更することで、ローラ４１，５１による線材９０に対する挟持力を変更する。具体的には、下側可動ブロック５２は、ガイド溝３０Ｍの下端面から上方に突出したボルト５３に螺合され、そのボルト５３を回転操作することで、上下方向で位置を微調節することができるようになっている。
【００３２】
上側可動ブロック４２の上端部には、大径穴と小径穴の段付きの凹部４２Ａが形成され、その凹部４２Ａの大径穴と小径穴とに摺動可能な大径軸部と小径軸部が形成された直動ガイドシャフト４２Ｓが挿入されている。そして、直動ガイドシャフト４２Ｓの上端部にロードセルユニット３５が載置されている。また、ロードセルユニット３５の上方には雄ねじが突出しており、後述のカム従動シャフトに締結されている。さらに、直動ガイドシャフト４２Ｓの小径軸部には、複数の皿ばね４３が挿通され、これら皿ばね４３の弾発力によってロードセルユニット３５が直動可能範囲の上端位置に向けて付勢されている。
【００３３】
ロードセルユニット３５の内部には、図示しないロードセルが内蔵され、そのロードセルにより、後述するカム３７が上側可動ブロック４２を押圧する押圧力を検出することができるようになっている。
【００３４】
図２に示すように、各ガイド溝３０Ｍの上端部には、シャフトガイドブッシュ３３が嵌合固定されている。そして、シャフトガイドブッシュ３３の上下方向に貫通した断面四角形のガイド孔３３Ａ内に、ロードセルユニット３５が下面の雌ねじに締結された角柱状のカム従動シャフト３４が直動可能に挿通されている。また、カム従動シャフト３４の上端部は、シャフトガイドブッシュ３３から上方に突出しており、その突出部分には、カム当接ローラ３６が回転可能に軸支されている。
【００３５】
図４に示すように、対向支持壁３０Ａ，３０Ａの上端部の間には天井壁３０Ｔが差し渡され、その天井壁３０Ｔに固定されたモータ取付台３０Ｄにカム駆動用サーボモータ１２のステータが固定されている。そして、カム当接ローラ３６の回転支持軸３６Ｊの真上にカム駆動用サーボモータ１２の回転出力軸１２Ｓが平行に配置されている。また、回転出力軸１２Ｓには、カム３７が一体回転可能に固定され、そのカム３７がカム当接ローラ３６と上下方向で対向している。
【００３６】
図５に示すように、カム駆動用サーボモータ１２の回転出力軸１２Ｓの上方でかつ回転出力軸１２Ｓと平行に、モータ取付台３０Ｄからばね支持ポール３８が突出している。そして、カム当接ローラ３６の回転支持軸３６Ｊの先端部とばね支持ポール３８の先端部との間に引っ張りコイルばね３９Ａが架け渡され、カム従動シャフト３４とロードセルユニット３５を上方に付勢している。これにより、カム３７とカム当接ローラ３６とが常に密着している。また、シャフトガイドブッシュ３３と可動ブロック４２とは上下方向で接近する方向に引っ張りコイルばね３９Ｂにより付勢されている。そして、図２と図３とに比較してに示すように、カム３７の回転位置に応じて、ガイド溝３０Ｍにおける上側可動ブロック４２の上下位置が変化する。また、ローラ４１，５１が線材９０を介して当接したために、上側可動ブロック４２を現状より下方に移動できない状態になっても、カム３７を回転駆動して皿ばね４３を変形させながらカム従動シャフト３４のみを下方に下げることができる。これにより、ローラ４１，５１による線材９０の挟持力が変更される。また、上側及び下側の可動ブロック４２，５２を上下動可能とするために、ローラ支持シャフト４１Ｓ，５１Ｓのうちローラ４１，５１から離れた側の端部を支持するベアリング（図４参照）は、それらローラ支持シャフト４１Ｓ，５１Ｓの回動を許容する構造になっている。
【００３７】
なお、図２はローラ４１，５１が線材９０を挟持している状態を示し、図３はローラ４１，５１が線材９０を解放している状態を示している。
【００３８】
以上が、挟持力変更機構３２Ｋに関する説明である。次に、ローラ４１，５１を回転駆動するための機構について説明する。図４に示すように、ローラ支持シャフト４１Ｓ，５１Ｓのうち対向支持壁３０Ａ，３０Ａの間に挟まれた部分には、それぞれギヤ４１Ｇ，５１Ｇが一体回転可能に取り付けられている。そして、それらギヤ４１Ｇ，５１Ｇ同士の噛合により、ローラ４１，５１が対称的に回転する。
【００３９】
両線材送給機構３２，３２の下側に配置された両ギヤ５１Ｇ，５１Ｇの間の中央位置の下方には、アイドルギヤ１７が対向支持壁３０Ａに回転可能に軸支され、そのアイドルギヤ１７にギヤ５１Ｇ，５１Ｇが共通して噛合している。また、アイドルギヤ１７の下方には、送給用サーボモータ１３が設けられている。その送給用サーボモータ１３の回転出力軸には、減速機１５を介して駆動ギヤ１６が取り付けられている。そして、その駆動ギヤ１６がアイドルギヤ１７に噛合している。これらにより、送給用サーボモータ１３にて両線材送給機構３２，３２のローラ５１，５１を回転駆動することができ、ローラ４１，５１が対称的に回転する。
【００４０】
なお、図１に示すように、一方の対向支持壁３０Ａの外側面には、送給経路の途中で線材ガイド３１が固定され、その線材ガイド３１における図示しない孔を線材９０が通って案内されるようになっている。
【００４１】
ユニバーサル機構２０及び線材送給装置３０は、図６に示した制御部６０によって制御される。制御部６０は、ＣＰＵ６１とメモリ６２（本発明の「データ記憶部」に相当する）とモニタ６３とキーボード６４を有している。そのメモリ６２には、圧縮コイルばね（本発明の「線材成形品」に相当する）を製造するためのばね成形プログラムＰＧ１（図７参照）が記憶されている。このばね成形プログラムＰＧ１で対応可能な圧縮コイルばねには、コイル径が均一な一般的な圧縮コイルばねの他、図１２に示した円錐形コイルばね９１Ａ、図１４に示した樽形コイルばね９１Ｂ、図１６に示した鼓形コイルばね９１Ｃのように、コイル径が不均一な圧縮コイルばねも含まれる。
【００４２】
なお、ばね成形プログラムＰＧ１のうち後述するコイル形状特定処理（Ｓ１０）、カム位置決定処理（Ｓ２０）、カム制御データ生成処理（Ｓ３０）、及び、サーボモータ制御処理（Ｓ６０）が、本発明に係る「線材挟持力制御プログラム」に相当する。
【００４３】
図７に示すように、ばね成形プログラムＰＧ１では、最初に、コイル形状特定処理（Ｓ１０）を実行して、圧縮コイルばね（図１２参照）の形状の特定を行う。即ち、コイル形状特定処理（Ｓ１０）を実行すると、図８に示すように、例えば、圧縮コイルばねを製造するための線材９０の品番の入力が求められる（Ｓ１１）。ここで、制御部６０のメモリ６２には、線材９０に係る線材データが品番を付して複数種類、記憶されている。その線材データは、線材９０の線径ｄ、引っ張り強さσ、線材９０とローラ４１，５１との静摩擦係数μ、及び、上限挟持力Ｎｍａｘとからなる。なお、上限挟持力Ｎｍａｘは、ローラ４１，５１により線材９０を押し潰さずに挟持可能な挟持力の上限値である。そして、線材９０の品番を入力すると、ＣＰＵ６１が、その品番に対応した線材データ（上記した線径ｄ，引っ張り強さσ，静摩擦係数μ、上限挟持力Ｎｍａｘ）をメモリ６２から取得する。
【００４４】
次いで、圧縮コイルばねのピッチｐの入力が求められる（Ｓ１２）。これに対してデータを入力すると、次に、圧縮コイルばね全体の巻数ｍの入力が求められる（Ｓ１３）。ここで、巻き数が端数（例えば、図１２に示した円錐形コイルばね９１Ａの場合は、１０．５巻き）の場合、最後の端数分を一巻きと数えて巻数ｍを入力すればよい。
【００４５】
すると、例えば、図１１（Ａ）に示した構造データテーブルＴｂ１がモニタ６３に表示され、その構造データテーブルＴｂ１へのデータ入力が求められる（Ｓ１４）。これに対し、作業者は、キーボード６４を用いてカーソル（図示せず）を構造データテーブルＴｂ１における任意の位置に移動してデータ入力を行うことができる。
【００４６】
ここで、構造データテーブルＴｂ１において、「巻き番号ｉ」は、圧縮コイルばねのうち巻き始め側の端部からの位置を意味し、本実施形態の場合は、巻き始め側の端部から一巻きずつ数えて何巻き目であるかを指す番号として圧縮コイルばねにおける前記位置を特定している。上記の如く、巻数ｍを入力したことにより、構造データテーブルＴｂ１の「巻き番号ｉ」の欄には、１〜ｍまでの整数が順番に表示される。以下、上記した圧縮コイルばねのうち巻き始め側の端部を「圧縮コイルばねの始端部」という。
【００４７】
構造データテーブルＴｂ１において、「巻回量Ｚ（ｉ）」は、各巻き番号ｉ毎の巻回量で初期値は「１」になっている。また、図１２に示した円錐形コイルばね９１Ａのように最後が０．５巻きである場合には、キーボード６４にてモニタ６３上のカーソルを移動して、最後の巻き番号に対応した「巻回量Ｚ（ｉ）」の値を「０．５」に書き換えればよい。
【００４８】
構造データテーブルＴｂ１において、「コイル径Ｄ（ｉ）」は、巻き番号ｉ毎におけるコイル径である。ここで、図１２の円錐形コイルばね９１Ａのように一巻きの間にコイル径が徐々に変化する場合には、一巻き分のコイル径の平均値をコイル径Ｄ（ｉ）として入力すればよい。
【００４９】
構造データテーブルＴｂ１へのデータ入力が完了したら、キーボード６４に備えた図示しない完了ボタン（図示せず）をオンすればよい。すると、ファイルネームの入力が求められるので（Ｓ１５）、これに対して所定のファイルネームを入力すると、そのファイルネームで上記した構造データテーブルＴｂ１におけるデータ群がメモリ６２に記憶され、コイル形状特定処理（Ｓ１０）から抜ける。
【００５０】
図７に示すように、ばね成形プログラムＰＧ１では、コイル形状特定処理（Ｓ１０）に次いで、カム位置決定処理（Ｓ２０）が実行される。カム位置決定処理（Ｓ２０）が実行されると、図９に示すように、上記線径ｄ、引っ張り強さσ及びコイル径Ｄ（ｉ）と下記理論式（１）とから、圧縮コイルばねにおける各部位を成形する際に１対のローラ４１，５１にかかる送給抵抗Ｆ（ｉ）を、巻き番号ｉ毎に演算する（Ｓ２１、Ｓ２２，Ｓ２４，Ｓ２５）。なお、図９において「ｍ」は、圧縮コイルばねの巻き数を示す。
【００５１】
Ｆ（ｉ）＝σ・ｄ３／（２・Ｄ（ｉ）） ・・・・・・・・（１）
【００５２】
そして、上記送給抵抗Ｆ（ｉ）と、静摩擦係数μ及び安全率ｋと、線材送給機構３２の数ｎ（本実施形態ではｎ＝２）に基づいて、下記理論式（２）から線材９０とローラ４１，５１とがスリップを起こさないために必要なローラ４１，５１による挟持力Ｎｓ（ｉ）を、巻き番号ｉ毎に演算する（Ｓ２３）。
【００５３】
Ｎｓ（ｉ）＝ｋ・１／（２ｎμ）・Ｆ（ｉ）・・・・・・・・・（２）
【００５４】
なお、上記（２）におけるＦ（ｉ）に上記式（１）のＦ（ｉ）を代入した下記理論式（３）、
【００５５】
Ｎｓ（ｉ）＝ｋ・σ・ｄ３／（４・ｎ・μ・Ｄ（ｉ）） ・・・・・・（３）
【００５６】
にて、巻き番号ｉ毎の挟持力Ｎｓ（ｉ）を演算してもよい。
【００５７】
次いで、それら挟持力Ｎｓ（ｉ）を実現させるためのカム３７の回転位置θ（ｉ）を決定する（Ｓ２６）。ここで、メモリ６２には、線材９０の線径ｄ毎に、挟持力Ｎｓ（ｉ）と、その挟持力Ｎｓ（ｉ）を実現させるためのカム３７の回転位置θ（ｉ）とを対応させた挟持力−カム位置対応マップ（図示せず）が記憶されている。そして、カム位置決定処理（Ｓ２０）では、線材データに含まれる線径ｄから対応した挟持力−カム位置対応マップを選定し、その挟持力−カム位置対応マップに基づいて挟持力Ｎｓ（ｉ）からカム３７の回転位置θ（ｉ）を決定する。このようにして、図１１（Ｂ）に示すように、巻き番号ｉ毎に対応させたカム３７の回転位置θ（ｉ）を記憶したカム制御データテーブルＴｂ２が生成されてメモリ６２に記憶され、カム位置決定処理（Ｓ２０）から抜ける。
【００５８】
なお、挟持力Ｎｓ（ｉ）に所定の係数を乗じると、その挟持力Ｎｓ（ｉ）を実現させるためのカム３７の回転位置θ（ｉ）が算出されるようにカム３７の形状を形成しておき、上記したマップを用いずに、演算にて回転位置θ（ｉ）を求めるように構成してもよい。
【００５９】
図７に示すように、ばね成形プログラムＰＧ１では、カム位置決定処理（Ｓ２０）に次いで、カム制御データ生成処理（Ｓ３０）を実行する。カム制御データ生成処理（Ｓ３０）を実行すると、図１０に示すように、巻き番号ｉ毎の巻回部分の展開長Ｌ（ｉ）を、上記したコイル径Ｄ（ｉ）とピッチｐと巻回量Ｚ（ｉ）と下記理論式（４）とから演算する（Ｓ３１〜Ｓ３４）。
【００６０】
Ｌ（ｉ）＝Ｚ（ｉ）・（ｐ２＋（π・Ｄ（ｉ））２）１／２・・・（４）
【００６１】
次いで、圧縮コイルばねの始端部から各巻き番号ｉの部位の展開長Ｌ（ｉ）までを積算した積算展開長Ｌｓ（ｉ）を演算し（Ｓ３５〜Ｓ３８）、展開長Ｌ（ｉ）、積算展開長Ｌｓ（ｉ）を巻き番号ｉ毎にカム制御データテーブルＴｂ２に記憶して、このカム制御データ生成処理（Ｓ３０）から抜ける。
【００６２】
このように生成されたカム制御データテーブルＴｂ２に基づけば、例えば、「圧縮コイルばねの全体の展開長のうち始端部からＬｓ（ｉ−１）〜Ｌｓ（ｉ）の範囲の巻回部分を成形する際には、カム３７を回転位置θ（ｉ）にする」というように、圧縮コイルばねの展開長分の線材９０における各位置に対し、挟持力Ｎｓ（ｉ）の代用値としてのカム３７の回転位置θ（ｉ）を決定することができる。
【００６３】
ばね成形プログラムＰＧ１では、カム制御データ生成処理（Ｓ３０）から抜けると、工具制御データ生成処理（Ｓ４０）を行う。工具制御データ生成処理（Ｓ４０）では、圧縮コイルばねの構造を特定した線径ｄ，コイル径Ｄ（ｉ）等のデータ群に基づいて、圧縮コイルばねの展開長を細分化して得た各位置毎に、成形工具２４の位置及び姿勢を決定するためのサーボモータ２５〜２７用の工具制御データを生成して、メモリ６２における工具制御データテーブル（図示せず）に記憶する。工具制御データを生成するアルゴリズムに関しては、従来と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００６４】
ばね成形プログラムＰＧ１は、工具制御データ生成処理（Ｓ４０）から抜けると、線材送給装置３０による線材９０の送給速度Ｖの入力を求める（Ｓ５０）。これに対してデータ入力を行うと、圧縮コイルばねを連続して成形可能な状態になる。そこで、図示しない起動スイッチをオンすると、ばね成形プログラムＰＧ１のサーボモータ制御処理（Ｓ６０）が繰り返して実行され、ユニバーサル機構２０及び線材送給装置３０が動作し、線材９０から圧縮コイルばねが複数製造される。
【００６５】
具体的には、サーボモータ制御処理（Ｓ６０）を実行すると、制御部６０が、送給速度Ｖに基づいて、所定周期毎に、送給用サーボモータ１３の目標回転位置を決定する。そして、送給用サーボモータ１３に備えた回転位置センサによる位置検出結果（図６のθｂ１）と前記目標回転位置との偏差が「０」になるように、送給用サーボモータ１３の回転位置をフィードバック制御する。これにより、単位時間（所定周期）毎に所定長の線材９０が、線材送給装置３０からユニバーサル機構２０へと送給され、圧縮コイルばねの展開長分の線材９０のうち成形工具２４に到達（衝合）する位置が、始端部から終端部へと所定長ずつ移動していく。
【００６６】
また、制御部６０は、線材送給装置３０による線材９０の所定周期毎の送給量（又は、所定周期毎の送給用サーボモータ１３の目標回転位置）に基づき、圧縮コイルばねの展開長分の線材９０のうち成形工具２４に到達（衝合）する位置を所定周期毎に求め、その位置に対応した工具制御データを前記した工具制御データテーブル（図示せず）に基づいて決定する。そして、それら工具制御データに応じてユニバーサル機構２０のサーボモータ２５〜２７を制御する。これにより、線材送給装置３０による線材９０の送給量に連動して成形工具２４の位置及び姿勢が適宜変更されて、コイル径が始端部から徐々に成形されていく。
【００６７】
さて、制御部６０は、前述の如く、圧縮コイルばねの展開長分の線材９０のうち成形工具２４に到達（衝合）する位置を所定周期毎に求め、その位置に対応したカム制御用のデータ（回転位置θ（ｉ））をカム制御データテーブルＴｂ２（図１１（ｂ）参照）に基づいて決定する。詳細には、圧縮コイルばねの展開長分の線材９０のうち成形工具２４に到達した位置が、カム制御データテーブルＴｂ２において、例えば、Ｌｓ（２）〜Ｌｓ（３）の範囲に入っていれば、回転位置θ（３）をカム制御用のデータとしてカム制御データテーブルＴｂ２から取得する。そして、カム３７の位置が回転位置θ（３）と一致するように、カム駆動用サーボモータ１２にてカム３７を駆動する。また、制御部６０は、カム駆動用サーボモータ１２に備えた回転位置センサによる位置検出結果（図６のθａ１）を取り込み、その目標回転位置と位置検出結果との偏差が「０」になるように、カム駆動用サーボモータ１２をフィードバック制御する。このようにして、線材送給装置３０が送給した線材９０のうち成形工具２４に到達した位置毎の挟持力が、成形するコイルの径Ｄ（ｉ）に応じた値に変化する。
【００６８】
なお、本実施形態の線材成形機１０では、ロードセルユニット３５にて実際の挟持力を検出して制御部６０に取り込んでおり、その実際の挟持力が上限挟持力Ｎｍａｘを越えた場合には、例えば、警告音等を出力して線材成形機１０を一時停止する。
【００６９】
上記したように本実施形態の線材成形機１０及びその線材成形機１０で実行するばね成形プログラムＰＧ１（図７参照）によれば、ローラ４１，５１による線材９０の挟持力Ｎｓを、
【００７０】
Ｎｓ＝ｋ・σ・ｄ３／（４ｎμＤ）
【００７１】
、の理論式に基づき、圧縮コイルばねにおける各部位の間の曲率半径（Ｄ／２）の相違に応じて理論的に変化させ、最小値に近づけることができる。これにより、従来に比べてローラ駆動用の電力の無駄な消費を削減することが可能になる。
【００７２】
また、ローラ４１，５１による挟持力が上限値を越えないように制御するので、その挟持力によって線材９０を押し潰すような事態の発生を防ぐことができる。しかも、円錐形コイルばね９１Ａ（図１２参照）、樽形コイルばね９１Ｂ（図１４参照）、鼓形コイルばね９１Ｃ（図１６参照）のように、コイル径が徐々に変化するコイルばねである場合に、メモリ６２には、コイルばねの一端部から第何巻目かを特定するための巻き番号ｉと、コイル径Ｄとを対応させて記憶すればよいので、メモリ６２へのデータ入力作業を容易に行うことができる。
【００７３】
なお、本実施形態の線材成形機１０にて、図１２に示した円錐形コイルばね９１Ａを、コイル径が小さい側から成形した場合には、上記式（２）にて演算可能な挟持力Ｎｓと、上記式（２）の安全率ｋを「１」にして演算可能な最小挟持力Ｎｍｉｎと、上限挟持力Ｎｍａｘは、図１３（Ａ）に示したようになる。即ち、挟持力Ｎｓ及び最小挟持力Ｎｍｉｎは、始端部側を成形する成形初期段階で大きくなり、成形が進むに従って徐々に小さくなる。また、挟持力Ｎｓは、最小挟持力Ｎｍｉｎより安全率ｋを乗じた分だけ大きくなり、上限挟持力Ｎｍａｘより小さくなる。さらに、カム３７の回転位置θは、挟持力Ｎｓに対応して変化する（図１３（Ｂ）参照）。
【００７４】
また、本実施形態の線材成形機１０にて、図１４に示した樽形コイルばね９１Ｂを成形した場合には、前記挟持力Ｎｓと最小挟持力Ｎｍｉｎと上限挟持力Ｎｍａｘとは、図１５（Ａ）に示したようになる。即ち、挟持力Ｎｓ及び最小挟持力Ｎｍｉｎは、始端部側を成形する成形初期段階で大きくなり、成形が進むに従って徐々に小さくなった後、途中から徐々に大きくなる。また、この樽形コイルばね９１Ｂにおいても、挟持力Ｎｓは、最小挟持力Ｎｍｉｎより安全率ｋを乗じた分だけ大きくなり、上限挟持力Ｎｍａｘより小さくなる。さらに、カム３７の回転位置θは、挟持力Ｎｓに対応して変化する（図１５（Ｂ）参照）。
【００７５】
［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００７６】
（１）前記実施形態では、カム３７の回転位置を制御することでローラ４１，５１による挟持力を制御していたが、例えば、カム制御データテーブルＴｂ２における挟持力Ｎｓ（ｉ）と、ロードセルユニット３５にて検出した実際の挟持力とが一致するように制御してもよい。
【００７７】
（２）前記実施形態では、コイルばねの一端部から第何巻目かを特定するための巻き番号とコイル径とを対応させて線材成形機１０に入力していたが、例えば、コイルばねの展開長を細分化して得た各位置とコイル径との関係式を制御部６０に入力して記憶させておき、位置を関係式に代入してコイル径を求め、そのコイル径から挟持力を演算してもよい。
【００７８】
（３）前記実施形態では、圧縮コイルばねを成形する線材成形機１０に本発明を適用した例を示したが、図１７に示した線材成形品９２のように、第１の円弧部９２Ａの巻回中心軸９２Ｊ１と、第２の円弧部９２Ｂの巻回中心軸９２Ｊ２とが互いに異なる方向を向いた構造の線材成形品を成形するための線材成形機等に本発明を適用してもよい。この場合は、例えば第１と第２の円弧部９２Ａ，９２Ｂの曲率半径を線材成形品９２の設計図から取得し、線材成形品９２の展開長を細分化して得た各位置毎に曲率半径のデータを対応させて線材成形機の制御部６０に入力すればよい。そして、制御部６０にて位置毎の挟持力Ｎｓ（ｉ）を上記理論式（２）、（３）から決定すればよい。
【００７９】
（４）前記実施形態の線材９０の断面は円形であったが、断面非円形の線材を用いる線材成形機等に本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施形態に係る線材成形機の側面図
【図２】線材送給装置の側断面図
【図３】線材送給装置の側断面図
【図４】線材送給装置の背面断面図
【図５】挟持力変更機構の断面図
【図６】線材送給装置のブロック図
【図７】ばね成形プログラムのフローチャート
【図８】コイル形状特定処理のフローチャート
【図９】カム位置決定処理のフローチャート
【図１０】カム制御データ生成処理のフローチャート
【図１１】（Ａ）構造データテーブル、（Ｂ）カム制御データテーブル
【図１２】円錐形コイルばね
【図１３】ばね成形プログラムの演算結果を示したグラフ
【図１４】樽形コイルばね
【図１５】ばね成形プログラムの演算結果を示したグラフ
【図１６】鼓形コイルばね
【図１７】（Ａ）線材成形機の平面図，（Ｂ）線材成形機の正面図
【符号の説明】
【００８１】
１０ 線材成形機
２０ ユニバーサル機構
３０ 線材送給装置
３２Ｋ 挟持力変更機構
３７ カム
４１，５１ ローラ
６０ 制御部
６２ メモリ（データ記憶部）
９０ 線材
９１Ａ 円錐形コイルばね（線材成形品）
９１Ｂ 樽形コイルばね（線材成形品）
９１Ｃ 鼓形コイルばね（線材成形品）
９２ 線材成形品
Ｔｂ１ 構造データテーブル
Ｔｂ２ カム制御データテーブル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対称的に回転する１対のローラの間を通って送給した線材を成形工具に衝合させて湾曲形状に成形する線材成形機及び、線材成形機の制御部が実行する線材挟持力制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の線材成形機として、１対のローラによる線材の挟持力を変更可能とし、その挟持力が設定値通りになるように制御するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−２０６７６３号公報（段落［０００３］，［００１０］〜［００１２］、第１図、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、１対のローラを回転駆動するための負荷は、それらローラによる線材の挟持力が大きくなるほど増加し、ローラ駆動用の消費電力も大きくなる。このため、ローラが線材に対してスリップを起こさなければ、上記挟持力の設定値は、小さい程好ましい。ところが、線材を成形する際の曲率半径に応じて、最低限必要な挟持力の値は変わる。これに対し、従来は、ローラが線材を押し潰すことがない程度の比較的大きな一定値に挟持力を設定していたので、ローラ駆動用の電力が無駄に消費されることになっていた。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ローラ駆動用の電力の無駄な消費を削減することが可能な線材成形機及び線材挟持力制御プログラムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係る線材成形機は、線材を湾曲変形させて線材成形品を製造するための線材成形機であって、線材成形品の各部位の曲率半径のデータを記憶したデータ記憶部と、線材を間に挟んで配置された少なくとも１対のローラを有し、それら１対のローラを対称的に回転させて線材成形品の展開長分の線材を送給可能な線材送給装置と、線材送給装置が送給した線材に衝合して円弧形状に成形することが可能な成形工具を有し、成形工具の位置を変更することで、円弧形状の線材の曲率半径を変更可能な成形工具駆動装置と、線材送給装置が送給した線材成形品の展開長分の線材のうち成形工具に到達した位置毎の曲率半径のデータをデータ記憶部から取得し、そのデータに対応した曲率半径の円弧形状に線材が成形されるように成形工具の位置を制御する制御部とを備えた線材成形機において、線材送給装置には、線材に対する１対のローラによる挟持力を任意の値に変更可能な挟持力変更機構が備えられ、データ記憶部には、線材の線径と、線材の引張り強さと、線材とローラとの間の静摩擦係数と、線材とローラとのスリップを防ぐための安全率とが記憶され、線径をｄ、引張り強さをσ、静摩擦係数をμ、安全率をｋ、曲率半径をＤ／２、ローラの対の数をｎ、線材に対する１対のローラの挟持力をＮｓとした場合に、制御部は、線材送給装置が送給した線材成形品の展開長分の線材のうち成形工具に到達した位置毎の挟持力Ｎｓが、Ｎｓ＝ｋ・σ・ｄ３／（４ｎμＤ）、になるように制御するところに特徴を有する。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の線材成形機において、挟持力変更機構には、カム及びカムに従動して変形する弾性体を用いて１対のローラの間の挟持力を変更可能なカム機構が備えられ、制御部は、挟持力Ｎｓをカムの回転位置に変換し、その回転位置にカムを位置決め制御するところに特徴を有する。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の線材成形機において、線材成形品は、コイル径が徐々に変化するコイルばねであり、データ記憶部は、コイルばねの一端部から第何巻目かを特定するための巻き番号と、巻き番号毎のコイル径の平均値とを対応させて記憶し、制御部は、巻き番号及びコイル径のデータ群に基づいて、線材成形品の展開長のうち各巻き番号に対応する位置と、それら位置毎の挟持力Ｎｓとを演算するところに特徴を有する。
【０００８】
請求項４の発明に係る線材挟持力制御プログラムは、対称的に回転する少なくとも１対のローラの間を通って送給された線材を成形工具に衝合して湾曲形状に成形しかつ成形工具を位置決め制御することで湾曲形状の曲率半径を変更可能な線材成形機の制御部に実行され、線材から線材成形品を成形する際に、１対のローラによる線材に対する挟持力を制御するための線材挟持力制御プログラムであって、線材送給装置が送給した線材成形品の展開長分の線材のうち成形工具に到達した位置を演算するステップと、線材のうち成形工具に到達した位置毎の１対のローラによる挟持力を演算するステップとを有し、線材の線径をｄ、線材の引張り強さをσ、線材とローラとの間の静摩擦係数をμ、線材とローラとのスリップを防ぐための安全率をｋ、ローラの対の数をｎ、線材成形品の展開長における一端部からの位置をｉ、その位置ｉに応じて相違する線材成形品における線材の曲率半径をＤ（ｉ）／２、挟持力をＮｓ（ｉ）とした場合に、挟持力Ｎｓを演算するステップは、Ｎｓ（ｉ）＝ｋ・σ・ｄ３／（４ｎμＤ（ｉ））、の演算を行って挟持力Ｎｓ（ｉ）を演算するところに特徴を有する。
【発明の効果】
【０００９】
［請求項１の発明］
請求項１の線材成形機では、線材送給装置に備えた１対のローラの間に線材を挟持し、それら１対のローラを対称的に回転させて送給した線材を成形工具を衝合させて円弧形状に成形する。ここで、円弧形状の曲率半径をＤ／２、線径をｄ、引張り強さをσ、線材とローラとの間の静摩擦係数をμ、ローラの対の数をｎ、１対のローラにかかる送給抵抗をＦとすると、その送給抵抗Ｆは、
【００１０】
Ｆ＝σ・ｄ３／（２ｎＤ）
【００１１】
、の理論式にて演算することができる。なお、上記理論式は、「ばねハンドブック」の３６６頁（２００５年４月３０日発行，出版元：社団法人日本ばね工業会，編者：技能検定テキスト改訂委員会）に開示されている。
【００１２】
また、ローラと線材とがスリップを起こさずに送給可能な１対のローラ間の最小の挟持力をＮｍｉｎとすると、その最小の挟持力Ｎｍｉｎは、
【００１３】
Ｎｍｉｎ＝σ・ｄ３／（４ｎμＤ）
【００１４】
、になる。これらに対し、本発明の線材成形機のデータ記憶部には、前記した線径ｄ、曲率半径Ｄ／２、引張り強さσ、静摩擦係数μ、安全率ｋが記憶されている。そして、本発明の線材成形機に備えた制御部は、線材送給装置が送給した線材成形品の展開長分の線材のうち成形工具に到達した位置毎の挟持力Ｎｓが、
【００１５】
Ｎｓ＝ｋ・σ・ｄ３／（４ｎμＤ）
【００１６】
、の理論値になるように制御する。これにより、線材成形品における各部位の間の曲率半径の相違に応じて、それら各部位を成形する際の１対のローラによる線材の挟持力Ｎｓを理論的に変化させ、最小値に近づけることができる。即ち、本発明によれば、従来に比べてローラ駆動用の電力の無駄な消費を削減することが可能になる。
【００１７】
［請求項２の発明］
請求項２の線材成形機では、カムを位置決め制御することで、線材に対する１対のローラの挟持力を制御することができる。
【００１８】
［請求項３の発明］
データ記憶部には、コイル径のデータとして、線材成形品の展開長のおける位置とコイル径との関係式を記憶してもよいし、線材成形品の展開長を細分化し、それら細分化された位置毎にコイル径のデータ群を記憶してもよい。また、請求項３の構成のように、データ記憶部に、コイルばねの一端部から第何巻目かを特定するための巻き番号とコイル径とを対応させて記憶してもよい。請求項３の構成によれば、データ入力作業が容易になる。
【００１９】
［請求項４の発明］
請求項４の線材挟持力制御プログラムでは、線材の線径をｄ、線材の引張り強さをσ、線材とローラとの間の静摩擦係数をμ、線材とローラとのスリップを防ぐための安全率をｋ、ローラの対の数をｎ、線材成形品の展開長における一端部からの位置をｉ、その位置ｉに応じて相違する線材成形品における線材の曲率半径をＤ（ｉ）／２、挟持力をＮｓ（ｉ）とした場合に、線材のうち成形工具に到達した位置毎の１対のローラによる挟持力Ｎｓ（ｉ）を、
【００２０】
Ｎｓ＝ｋ・σ・ｄ３／（４ｎμＤ）
【００２１】
、の理論式から求めて制御する。これにより、線材成形品における各部位の間の曲率半径の相違に応じて、それら各部位を成形する際の１対のローラによる線材の挟持力Ｎｓを理論的に変化させ、最小値に近づけることができる。即ち、本発明によれば、従来に比べてローラ駆動用の電力の無駄な消費を削減することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図１６に基づいて説明する。図１に示すように線材成形機１０のベース台１１には、水平方向で対峙した１対の機構組付部１１Ａ，１１Ｂが備えられている。そして、一方の機構組付部１１Ａには線材送給装置３０が組み付けられ、他方の機構組付部１１Ｂにはユニバーサル機構２０が組み付けられている。
【００２３】
ユニバーサル機構２０は、３つの駆動軸を有して、成形工具２４を任意の位置、姿勢に変更することができる。そのユニバーサル機構２０の第１駆動軸Ｊ１は、１対の機構組付部１１Ａ，１１Ｂの対向方向で、機構組付部１１Ｂに対して直動ベース２１を直動させる構成になっている。
【００２４】
直動ベース２１のうち線材送給装置３０との対向面からは、ツイストベース２２が突出している。ツイストベース２２は、直動ベース２１に対して第２駆動軸Ｊ２により回転駆動される。その第２駆動軸Ｊ２による回転中心ＣＬ２は、図１において、ツイストベース２２から上方にオフセットしかつ第１駆動軸Ｊ１による直動方向と平行になっている。
【００２５】
ツイストベース２２のうち回転中心ＣＬ２側を向いた面には、回転テーブル２３が回転可能に設けられ、第３駆動軸Ｊ３にて回転駆動される。そして、回転テーブル２３に固定された成形工具２４の先端が、ツイストベース２２の回転中心ＣＬ２上に配置されている。なお、第１〜第３の駆動軸Ｊ１〜Ｊ３は、それぞれサーボモータ２５〜２７を駆動源にして駆動される。
【００２６】
線材送給装置３０は、機構組付部１１Ａの上面のうち機構組付部１１Ｂ側の縁部から上方に起立した前面支持板壁３０Ｂを備えている。図２に示すように、前面支持板壁３０Ｂには、機構組付部１１Ａ，１１Ｂの対向方向にクイル１４（線材ガイド）が貫通している。クイル１４の中心には、線材ガイド孔（図示せず）が貫通形成され、そこに線材９０が挿通されている。なお、前記したユニバーサル機構２０の第２駆動軸Ｊ２による回転中心ＣＬ２は、クイル１４の線材ガイド孔を通過する水平軸と一致している。
【００２７】
クイル１４は、前面支持板壁３０Ｂに対して回転駆動可能に組み付けられかつ、線材ガイド孔の断面形状が異なる複数種類のクイル１４が、交換可能になっている。そして、断面形状が非円形の線材９０であっても、クイル１４を適宜回転させることで、線材９０の湾曲方向を任意の方向に変更することができる。なお、本実施形態における線材９０の断面形状は円形であるので、クイル１４は停止した状態で使用される。
【００２８】
図４に示すように、前面支持板壁３０Ｂのうちユニバーサル機構２０（図１参照）と反対側には、機構組付部１１Ａの上面から起立した１対の対向支持壁３０Ａ，３０Ａが設けられている。そして、一方の対向支持壁３０Ａの外側面から僅かにオフセットした位置に、前記クイル１４の線材ガイド孔（図示せず）から延びた線材９０の送給経路が配置されている。また、図２に示すように、対向支持壁３０Ａ，３０Ａには、１対のローラ４１，５１で線材９０を挟んで送給可能な２つの線材送給機構３２，３２が、線材９０の送給方向に並べて組み付けられている。即ち、２対のローラ４１，５１が線材９０の送給方向に並べて備えられている。
【００２９】
具体的には、図４に示すように、１対の対向支持壁３０Ａ，３０Ａの間には、線材送給機構３２毎に上下に略平行に配置された１対のローラ支持シャフト４１Ｓ，５１Ｓが差し渡されている。また、線材９０の送給経路側に配置された一方の対向支持壁３０Ａには、図２に示すように、上下方向に延びたガイド溝３０Ｍが、線材送給機構３２毎に形成されている。さらに、各ガイド溝３０Ｍの下端寄り位置には、下側可動ブロック５２が嵌合される一方、上端寄り位置には上側可動ブロック４２が嵌合されている。そして、図４に示すように、ローラ支持シャフト４１Ｓ，５１Ｓの一端部が、ガイド溝３０Ｍを有しない側の対向支持壁３０Ａにベアリングにて回動可能に軸支される一方、ローラ支持シャフト４１Ｓ，５１Ｓの他端部が、上側可動ブロック４２と下側可動ブロック５２とに分けてそれぞれベアリングにて回動可能に支持されている。
【００３０】
図５に示すように、上側可動ブロック４２の外側面からは、ローラ支持シャフト４１Ｓの端部が突出しており、その突出部分にはローラ４１が一体回転可能に固定されている。これと同様に、下側可動ブロック５２の外側面からは、ローラ支持シャフト５１Ｓの端部が突出しており、その突出部分にローラ５１が一体回転可能に固定されている。また、ローラ４１，５１の外周面には、それらの対向位置に断面半円形の円弧溝４１Ｍ，５１Ｍが形成されている。そして、それら円弧溝４１Ｍ，５１Ｍ内に線材９０を配置してローラ４１，５１にて挟むことができる。
【００３１】
各線材送給機構３２には、ローラ４１，５１による線材９０の挟持力を変更するための挟持力変更機構３２Ｋが備えられている。その挟持力変更機構３２Ｋは、カム駆動用サーボモータ１２を駆動源として備え、上側可動ブロック４２に対する上方からの加圧力を変更することで、ローラ４１，５１による線材９０に対する挟持力を変更する。具体的には、下側可動ブロック５２は、ガイド溝３０Ｍの下端面から上方に突出したボルト５３に螺合され、そのボルト５３を回転操作することで、上下方向で位置を微調節することができるようになっている。
【００３２】
上側可動ブロック４２の上端部には、大径穴と小径穴の段付きの凹部４２Ａが形成され、その凹部４２Ａの大径穴と小径穴とに摺動可能な大径軸部と小径軸部が形成された直動ガイドシャフト４２Ｓが挿入されている。そして、直動ガイドシャフト４２Ｓの上端部にロードセルユニット３５が載置されている。また、ロードセルユニット３５の上方には雄ねじが突出しており、後述のカム従動シャフトに締結されている。さらに、直動ガイドシャフト４２Ｓの小径軸部には、複数の皿ばね４３が挿通され、これら皿ばね４３の弾発力によってロードセルユニット３５が直動可能範囲の上端位置に向けて付勢されている。
【００３３】
ロードセルユニット３５の内部には、図示しないロードセルが内蔵され、そのロードセルにより、後述するカム３７が上側可動ブロック４２を押圧する押圧力を検出することができるようになっている。
【００３４】
図２に示すように、各ガイド溝３０Ｍの上端部には、シャフトガイドブッシュ３３が嵌合固定されている。そして、シャフトガイドブッシュ３３の上下方向に貫通した断面四角形のガイド孔３３Ａ内に、ロードセルユニット３５が下面の雌ねじに締結された角柱状のカム従動シャフト３４が直動可能に挿通されている。また、カム従動シャフト３４の上端部は、シャフトガイドブッシュ３３から上方に突出しており、その突出部分には、カム当接ローラ３６が回転可能に軸支されている。
【００３５】
図４に示すように、対向支持壁３０Ａ，３０Ａの上端部の間には天井壁３０Ｔが差し渡され、その天井壁３０Ｔに固定されたモータ取付台３０Ｄにカム駆動用サーボモータ１２のステータが固定されている。そして、カム当接ローラ３６の回転支持軸３６Ｊの真上にカム駆動用サーボモータ１２の回転出力軸１２Ｓが平行に配置されている。また、回転出力軸１２Ｓには、カム３７が一体回転可能に固定され、そのカム３７がカム当接ローラ３６と上下方向で対向している。
【００３６】
図５に示すように、カム駆動用サーボモータ１２の回転出力軸１２Ｓの上方でかつ回転出力軸１２Ｓと平行に、モータ取付台３０Ｄからばね支持ポール３８が突出している。そして、カム当接ローラ３６の回転支持軸３６Ｊの先端部とばね支持ポール３８の先端部との間に引っ張りコイルばね３９Ａが架け渡され、カム従動シャフト３４とロードセルユニット３５を上方に付勢している。これにより、カム３７とカム当接ローラ３６とが常に密着している。また、シャフトガイドブッシュ３３と可動ブロック４２とは上下方向で接近する方向に引っ張りコイルばね３９Ｂにより付勢されている。そして、図２と図３とに比較してに示すように、カム３７の回転位置に応じて、ガイド溝３０Ｍにおける上側可動ブロック４２の上下位置が変化する。また、ローラ４１，５１が線材９０を介して当接したために、上側可動ブロック４２を現状より下方に移動できない状態になっても、カム３７を回転駆動して皿ばね４３を変形させながらカム従動シャフト３４のみを下方に下げることができる。これにより、ローラ４１，５１による線材９０の挟持力が変更される。また、上側及び下側の可動ブロック４２，５２を上下動可能とするために、ローラ支持シャフト４１Ｓ，５１Ｓのうちローラ４１，５１から離れた側の端部を支持するベアリング（図４参照）は、それらローラ支持シャフト４１Ｓ，５１Ｓの回動を許容する構造になっている。
【００３７】
なお、図２はローラ４１，５１が線材９０を挟持している状態を示し、図３はローラ４１，５１が線材９０を解放している状態を示している。
【００３８】
以上が、挟持力変更機構３２Ｋに関する説明である。次に、ローラ４１，５１を回転駆動するための機構について説明する。図４に示すように、ローラ支持シャフト４１Ｓ，５１Ｓのうち対向支持壁３０Ａ，３０Ａの間に挟まれた部分には、それぞれギヤ４１Ｇ，５１Ｇが一体回転可能に取り付けられている。そして、それらギヤ４１Ｇ，５１Ｇ同士の噛合により、ローラ４１，５１が対称的に回転する。
【００３９】
両線材送給機構３２，３２の下側に配置された両ギヤ５１Ｇ，５１Ｇの間の中央位置の下方には、アイドルギヤ１７が対向支持壁３０Ａに回転可能に軸支され、そのアイドルギヤ１７にギヤ５１Ｇ，５１Ｇが共通して噛合している。また、アイドルギヤ１７の下方には、送給用サーボモータ１３が設けられている。その送給用サーボモータ１３の回転出力軸には、減速機１５を介して駆動ギヤ１６が取り付けられている。そして、その駆動ギヤ１６がアイドルギヤ１７に噛合している。これらにより、送給用サーボモータ１３にて両線材送給機構３２，３２のローラ５１，５１を回転駆動することができ、ローラ４１，５１が対称的に回転する。
【００４０】
なお、図１に示すように、一方の対向支持壁３０Ａの外側面には、送給経路の途中で線材ガイド３１が固定され、その線材ガイド３１における図示しない孔を線材９０が通って案内されるようになっている。
【００４１】
ユニバーサル機構２０及び線材送給装置３０は、図６に示した制御部６０によって制御される。制御部６０は、ＣＰＵ６１とメモリ６２（本発明の「データ記憶部」に相当する）とモニタ６３とキーボード６４を有している。そのメモリ６２には、圧縮コイルばね（本発明の「線材成形品」に相当する）を製造するためのばね成形プログラムＰＧ１（図７参照）が記憶されている。このばね成形プログラムＰＧ１で対応可能な圧縮コイルばねには、コイル径が均一な一般的な圧縮コイルばねの他、図１２に示した円錐形コイルばね９１Ａ、図１４に示した樽形コイルばね９１Ｂ、図１６に示した鼓形コイルばね９１Ｃのように、コイル径が不均一な圧縮コイルばねも含まれる。
【００４２】
なお、ばね成形プログラムＰＧ１のうち後述するコイル形状特定処理（Ｓ１０）、カム位置決定処理（Ｓ２０）、カム制御データ生成処理（Ｓ３０）、及び、サーボモータ制御処理（Ｓ６０）が、本発明に係る「線材挟持力制御プログラム」に相当する。
【００４３】
図７に示すように、ばね成形プログラムＰＧ１では、最初に、コイル形状特定処理（Ｓ１０）を実行して、圧縮コイルばね（図１２参照）の形状の特定を行う。即ち、コイル形状特定処理（Ｓ１０）を実行すると、図８に示すように、例えば、圧縮コイルばねを製造するための線材９０の品番の入力が求められる（Ｓ１１）。ここで、制御部６０のメモリ６２には、線材９０に係る線材データが品番を付して複数種類、記憶されている。その線材データは、線材９０の線径ｄ、引っ張り強さσ、線材９０とローラ４１，５１との静摩擦係数μ、及び、上限挟持力Ｎｍａｘとからなる。なお、上限挟持力Ｎｍａｘは、ローラ４１，５１により線材９０を押し潰さずに挟持可能な挟持力の上限値である。そして、線材９０の品番を入力すると、ＣＰＵ６１が、その品番に対応した線材データ（上記した線径ｄ，引っ張り強さσ，静摩擦係数μ、上限挟持力Ｎｍａｘ）をメモリ６２から取得する。
【００４４】
次いで、圧縮コイルばねのピッチｐの入力が求められる（Ｓ１２）。これに対してデータを入力すると、次に、圧縮コイルばね全体の巻数ｍの入力が求められる（Ｓ１３）。ここで、巻き数が端数（例えば、図１２に示した円錐形コイルばね９１Ａの場合は、１０．５巻き）の場合、最後の端数分を一巻きと数えて巻数ｍを入力すればよい。
【００４５】
すると、例えば、図１１（Ａ）に示した構造データテーブルＴｂ１がモニタ６３に表示され、その構造データテーブルＴｂ１へのデータ入力が求められる（Ｓ１４）。これに対し、作業者は、キーボード６４を用いてカーソル（図示せず）を構造データテーブルＴｂ１における任意の位置に移動してデータ入力を行うことができる。
【００４６】
ここで、構造データテーブルＴｂ１において、「巻き番号ｉ」は、圧縮コイルばねのうち巻き始め側の端部からの位置を意味し、本実施形態の場合は、巻き始め側の端部から一巻きずつ数えて何巻き目であるかを指す番号として圧縮コイルばねにおける前記位置を特定している。上記の如く、巻数ｍを入力したことにより、構造データテーブルＴｂ１の「巻き番号ｉ」の欄には、１〜ｍまでの整数が順番に表示される。以下、上記した圧縮コイルばねのうち巻き始め側の端部を「圧縮コイルばねの始端部」という。
【００４７】
構造データテーブルＴｂ１において、「巻回量Ｚ（ｉ）」は、各巻き番号ｉ毎の巻回量で初期値は「１」になっている。また、図１２に示した円錐形コイルばね９１Ａのように最後が０．５巻きである場合には、キーボード６４にてモニタ６３上のカーソルを移動して、最後の巻き番号に対応した「巻回量Ｚ（ｉ）」の値を「０．５」に書き換えればよい。
【００４８】
構造データテーブルＴｂ１において、「コイル径Ｄ（ｉ）」は、巻き番号ｉ毎におけるコイル径である。ここで、図１２の円錐形コイルばね９１Ａのように一巻きの間にコイル径が徐々に変化する場合には、一巻き分のコイル径の平均値をコイル径Ｄ（ｉ）として入力すればよい。
【００４９】
構造データテーブルＴｂ１へのデータ入力が完了したら、キーボード６４に備えた図示しない完了ボタン（図示せず）をオンすればよい。すると、ファイルネームの入力が求められるので（Ｓ１５）、これに対して所定のファイルネームを入力すると、そのファイルネームで上記した構造データテーブルＴｂ１におけるデータ群がメモリ６２に記憶され、コイル形状特定処理（Ｓ１０）から抜ける。
【００５０】
図７に示すように、ばね成形プログラムＰＧ１では、コイル形状特定処理（Ｓ１０）に次いで、カム位置決定処理（Ｓ２０）が実行される。カム位置決定処理（Ｓ２０）が実行されると、図９に示すように、上記線径ｄ、引っ張り強さσ及びコイル径Ｄ（ｉ）と下記理論式（１）とから、圧縮コイルばねにおける各部位を成形する際に１対のローラ４１，５１にかかる送給抵抗Ｆ（ｉ）を、巻き番号ｉ毎に演算する（Ｓ２１、Ｓ２２，Ｓ２４，Ｓ２５）。なお、図９において「ｍ」は、圧縮コイルばねの巻き数を示す。
【００５１】
Ｆ（ｉ）＝σ・ｄ３／（２・Ｄ（ｉ）） ・・・・・・・・（１）
【００５２】
そして、上記送給抵抗Ｆ（ｉ）と、静摩擦係数μ及び安全率ｋと、線材送給機構３２の数ｎ（本実施形態ではｎ＝２）に基づいて、下記理論式（２）から線材９０とローラ４１，５１とがスリップを起こさないために必要なローラ４１，５１による挟持力Ｎｓ（ｉ）を、巻き番号ｉ毎に演算する（Ｓ２３）。
【００５３】
Ｎｓ（ｉ）＝ｋ・１／（２ｎμ）・Ｆ（ｉ）・・・・・・・・・（２）
【００５４】
なお、上記（２）におけるＦ（ｉ）に上記式（１）のＦ（ｉ）を代入した下記理論式（３）、
【００５５】
Ｎｓ（ｉ）＝ｋ・σ・ｄ３／（４・ｎ・μ・Ｄ（ｉ）） ・・・・・・（３）
【００５６】
にて、巻き番号ｉ毎の挟持力Ｎｓ（ｉ）を演算してもよい。
【００５７】
次いで、それら挟持力Ｎｓ（ｉ）を実現させるためのカム３７の回転位置θ（ｉ）を決定する（Ｓ２６）。ここで、メモリ６２には、線材９０の線径ｄ毎に、挟持力Ｎｓ（ｉ）と、その挟持力Ｎｓ（ｉ）を実現させるためのカム３７の回転位置θ（ｉ）とを対応させた挟持力−カム位置対応マップ（図示せず）が記憶されている。そして、カム位置決定処理（Ｓ２０）では、線材データに含まれる線径ｄから対応した挟持力−カム位置対応マップを選定し、その挟持力−カム位置対応マップに基づいて挟持力Ｎｓ（ｉ）からカム３７の回転位置θ（ｉ）を決定する。このようにして、図１１（Ｂ）に示すように、巻き番号ｉ毎に対応させたカム３７の回転位置θ（ｉ）を記憶したカム制御データテーブルＴｂ２が生成されてメモリ６２に記憶され、カム位置決定処理（Ｓ２０）から抜ける。
【００５８】
なお、挟持力Ｎｓ（ｉ）に所定の係数を乗じると、その挟持力Ｎｓ（ｉ）を実現させるためのカム３７の回転位置θ（ｉ）が算出されるようにカム３７の形状を形成しておき、上記したマップを用いずに、演算にて回転位置θ（ｉ）を求めるように構成してもよい。
【００５９】
図７に示すように、ばね成形プログラムＰＧ１では、カム位置決定処理（Ｓ２０）に次いで、カム制御データ生成処理（Ｓ３０）を実行する。カム制御データ生成処理（Ｓ３０）を実行すると、図１０に示すように、巻き番号ｉ毎の巻回部分の展開長Ｌ（ｉ）を、上記したコイル径Ｄ（ｉ）とピッチｐと巻回量Ｚ（ｉ）と下記理論式（４）とから演算する（Ｓ３１〜Ｓ３４）。
【００６０】
Ｌ（ｉ）＝Ｚ（ｉ）・（ｐ２＋（π・Ｄ（ｉ））２）１／２・・・（４）
【００６１】
次いで、圧縮コイルばねの始端部から各巻き番号ｉの部位の展開長Ｌ（ｉ）までを積算した積算展開長Ｌｓ（ｉ）を演算し（Ｓ３５〜Ｓ３８）、展開長Ｌ（ｉ）、積算展開長Ｌｓ（ｉ）を巻き番号ｉ毎にカム制御データテーブルＴｂ２に記憶して、このカム制御データ生成処理（Ｓ３０）から抜ける。
【００６２】
このように生成されたカム制御データテーブルＴｂ２に基づけば、例えば、「圧縮コイルばねの全体の展開長のうち始端部からＬｓ（ｉ−１）〜Ｌｓ（ｉ）の範囲の巻回部分を成形する際には、カム３７を回転位置θ（ｉ）にする」というように、圧縮コイルばねの展開長分の線材９０における各位置に対し、挟持力Ｎｓ（ｉ）の代用値としてのカム３７の回転位置θ（ｉ）を決定することができる。
【００６３】
ばね成形プログラムＰＧ１では、カム制御データ生成処理（Ｓ３０）から抜けると、工具制御データ生成処理（Ｓ４０）を行う。工具制御データ生成処理（Ｓ４０）では、圧縮コイルばねの構造を特定した線径ｄ，コイル径Ｄ（ｉ）等のデータ群に基づいて、圧縮コイルばねの展開長を細分化して得た各位置毎に、成形工具２４の位置及び姿勢を決定するためのサーボモータ２５〜２７用の工具制御データを生成して、メモリ６２における工具制御データテーブル（図示せず）に記憶する。工具制御データを生成するアルゴリズムに関しては、従来と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００６４】
ばね成形プログラムＰＧ１は、工具制御データ生成処理（Ｓ４０）から抜けると、線材送給装置３０による線材９０の送給速度Ｖの入力を求める（Ｓ５０）。これに対してデータ入力を行うと、圧縮コイルばねを連続して成形可能な状態になる。そこで、図示しない起動スイッチをオンすると、ばね成形プログラムＰＧ１のサーボモータ制御処理（Ｓ６０）が繰り返して実行され、ユニバーサル機構２０及び線材送給装置３０が動作し、線材９０から圧縮コイルばねが複数製造される。
【００６５】
具体的には、サーボモータ制御処理（Ｓ６０）を実行すると、制御部６０が、送給速度Ｖに基づいて、所定周期毎に、送給用サーボモータ１３の目標回転位置を決定する。そして、送給用サーボモータ１３に備えた回転位置センサによる位置検出結果（図６のθｂ１）と前記目標回転位置との偏差が「０」になるように、送給用サーボモータ１３の回転位置をフィードバック制御する。これにより、単位時間（所定周期）毎に所定長の線材９０が、線材送給装置３０からユニバーサル機構２０へと送給され、圧縮コイルばねの展開長分の線材９０のうち成形工具２４に到達（衝合）する位置が、始端部から終端部へと所定長ずつ移動していく。
【００６６】
また、制御部６０は、線材送給装置３０による線材９０の所定周期毎の送給量（又は、所定周期毎の送給用サーボモータ１３の目標回転位置）に基づき、圧縮コイルばねの展開長分の線材９０のうち成形工具２４に到達（衝合）する位置を所定周期毎に求め、その位置に対応した工具制御データを前記した工具制御データテーブル（図示せず）に基づいて決定する。そして、それら工具制御データに応じてユニバーサル機構２０のサーボモータ２５〜２７を制御する。これにより、線材送給装置３０による線材９０の送給量に連動して成形工具２４の位置及び姿勢が適宜変更されて、コイル径が始端部から徐々に成形されていく。
【００６７】
さて、制御部６０は、前述の如く、圧縮コイルばねの展開長分の線材９０のうち成形工具２４に到達（衝合）する位置を所定周期毎に求め、その位置に対応したカム制御用のデータ（回転位置θ（ｉ））をカム制御データテーブルＴｂ２（図１１（ｂ）参照）に基づいて決定する。詳細には、圧縮コイルばねの展開長分の線材９０のうち成形工具２４に到達した位置が、カム制御データテーブルＴｂ２において、例えば、Ｌｓ（２）〜Ｌｓ（３）の範囲に入っていれば、回転位置θ（３）をカム制御用のデータとしてカム制御データテーブルＴｂ２から取得する。そして、カム３７の位置が回転位置θ（３）と一致するように、カム駆動用サーボモータ１２にてカム３７を駆動する。また、制御部６０は、カム駆動用サーボモータ１２に備えた回転位置センサによる位置検出結果（図６のθａ１）を取り込み、その目標回転位置と位置検出結果との偏差が「０」になるように、カム駆動用サーボモータ１２をフィードバック制御する。このようにして、線材送給装置３０が送給した線材９０のうち成形工具２４に到達した位置毎の挟持力が、成形するコイルの径Ｄ（ｉ）に応じた値に変化する。
【００６８】
なお、本実施形態の線材成形機１０では、ロードセルユニット３５にて実際の挟持力を検出して制御部６０に取り込んでおり、その実際の挟持力が上限挟持力Ｎｍａｘを越えた場合には、例えば、警告音等を出力して線材成形機１０を一時停止する。
【００６９】
上記したように本実施形態の線材成形機１０及びその線材成形機１０で実行するばね成形プログラムＰＧ１（図７参照）によれば、ローラ４１，５１による線材９０の挟持力Ｎｓを、
【００７０】
Ｎｓ＝ｋ・σ・ｄ３／（４ｎμＤ）
【００７１】
、の理論式に基づき、圧縮コイルばねにおける各部位の間の曲率半径（Ｄ／２）の相違に応じて理論的に変化させ、最小値に近づけることができる。これにより、従来に比べてローラ駆動用の電力の無駄な消費を削減することが可能になる。
【００７２】
また、ローラ４１，５１による挟持力が上限値を越えないように制御するので、その挟持力によって線材９０を押し潰すような事態の発生を防ぐことができる。しかも、円錐形コイルばね９１Ａ（図１２参照）、樽形コイルばね９１Ｂ（図１４参照）、鼓形コイルばね９１Ｃ（図１６参照）のように、コイル径が徐々に変化するコイルばねである場合に、メモリ６２には、コイルばねの一端部から第何巻目かを特定するための巻き番号ｉと、コイル径Ｄとを対応させて記憶すればよいので、メモリ６２へのデータ入力作業を容易に行うことができる。
【００７３】
なお、本実施形態の線材成形機１０にて、図１２に示した円錐形コイルばね９１Ａを、コイル径が小さい側から成形した場合には、上記式（２）にて演算可能な挟持力Ｎｓと、上記式（２）の安全率ｋを「１」にして演算可能な最小挟持力Ｎｍｉｎと、上限挟持力Ｎｍａｘは、図１３（Ａ）に示したようになる。即ち、挟持力Ｎｓ及び最小挟持力Ｎｍｉｎは、始端部側を成形する成形初期段階で大きくなり、成形が進むに従って徐々に小さくなる。また、挟持力Ｎｓは、最小挟持力Ｎｍｉｎより安全率ｋを乗じた分だけ大きくなり、上限挟持力Ｎｍａｘより小さくなる。さらに、カム３７の回転位置θは、挟持力Ｎｓに対応して変化する（図１３（Ｂ）参照）。
【００７４】
また、本実施形態の線材成形機１０にて、図１４に示した樽形コイルばね９１Ｂを成形した場合には、前記挟持力Ｎｓと最小挟持力Ｎｍｉｎと上限挟持力Ｎｍａｘとは、図１５（Ａ）に示したようになる。即ち、挟持力Ｎｓ及び最小挟持力Ｎｍｉｎは、始端部側を成形する成形初期段階で大きくなり、成形が進むに従って徐々に小さくなった後、途中から徐々に大きくなる。また、この樽形コイルばね９１Ｂにおいても、挟持力Ｎｓは、最小挟持力Ｎｍｉｎより安全率ｋを乗じた分だけ大きくなり、上限挟持力Ｎｍａｘより小さくなる。さらに、カム３７の回転位置θは、挟持力Ｎｓに対応して変化する（図１５（Ｂ）参照）。
【００７５】
［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００７６】
（１）前記実施形態では、カム３７の回転位置を制御することでローラ４１，５１による挟持力を制御していたが、例えば、カム制御データテーブルＴｂ２における挟持力Ｎｓ（ｉ）と、ロードセルユニット３５にて検出した実際の挟持力とが一致するように制御してもよい。
【００７７】
（２）前記実施形態では、コイルばねの一端部から第何巻目かを特定するための巻き番号とコイル径とを対応させて線材成形機１０に入力していたが、例えば、コイルばねの展開長を細分化して得た各位置とコイル径との関係式を制御部６０に入力して記憶させておき、位置を関係式に代入してコイル径を求め、そのコイル径から挟持力を演算してもよい。
【００７８】
（３）前記実施形態では、圧縮コイルばねを成形する線材成形機１０に本発明を適用した例を示したが、図１７に示した線材成形品９２のように、第１の円弧部９２Ａの巻回中心軸９２Ｊ１と、第２の円弧部９２Ｂの巻回中心軸９２Ｊ２とが互いに異なる方向を向いた構造の線材成形品を成形するための線材成形機等に本発明を適用してもよい。この場合は、例えば第１と第２の円弧部９２Ａ，９２Ｂの曲率半径を線材成形品９２の設計図から取得し、線材成形品９２の展開長を細分化して得た各位置毎に曲率半径のデータを対応させて線材成形機の制御部６０に入力すればよい。そして、制御部６０にて位置毎の挟持力Ｎｓ（ｉ）を上記理論式（２）、（３）から決定すればよい。
【００７９】
（４）前記実施形態の線材９０の断面は円形であったが、断面非円形の線材を用いる線材成形機等に本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施形態に係る線材成形機の側面図
【図２】線材送給装置の側断面図
【図３】線材送給装置の側断面図
【図４】線材送給装置の背面断面図
【図５】挟持力変更機構の断面図
【図６】線材送給装置のブロック図
【図７】ばね成形プログラムのフローチャート
【図８】コイル形状特定処理のフローチャート
【図９】カム位置決定処理のフローチャート
【図１０】カム制御データ生成処理のフローチャート
【図１１】（Ａ）構造データテーブル、（Ｂ）カム制御データテーブル
【図１２】円錐形コイルばね
【図１３】ばね成形プログラムの演算結果を示したグラフ
【図１４】樽形コイルばね
【図１５】ばね成形プログラムの演算結果を示したグラフ
【図１６】鼓形コイルばね
【図１７】（Ａ）線材成形機の平面図，（Ｂ）線材成形機の正面図
【符号の説明】
【００８１】
１０ 線材成形機
２０ ユニバーサル機構
３０ 線材送給装置
３２Ｋ 挟持力変更機構
３７ カム
４１，５１ ローラ
６０ 制御部
６２ メモリ（データ記憶部）
９０ 線材
９１Ａ 円錐形コイルばね（線材成形品）
９１Ｂ 樽形コイルばね（線材成形品）
９１Ｃ 鼓形コイルばね（線材成形品）
９２ 線材成形品
Ｔｂ１ 構造データテーブル
Ｔｂ２ カム制御データテーブル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
線材を湾曲変形させて線材成形品を製造するための線材成形機であって、
前記線材成形品の各部位の曲率半径のデータを記憶したデータ記憶部と、
線材を間に挟んで配置された少なくとも１対のローラを有し、それら１対のローラを対称的に回転させて前記線材成形品の展開長分の前記線材を送給可能な線材送給装置と、
前記線材送給装置が送給した線材に衝合して円弧形状に成形することが可能な成形工具を有し、前記成形工具の位置を変更することで、前記円弧形状の線材の曲率半径を変更可能な成形工具駆動装置と、
前記線材送給装置が送給した前記線材成形品の展開長分の線材のうち前記成形工具に到達した位置毎の前記曲率半径のデータを前記データ記憶部から取得し、そのデータに対応した曲率半径の円弧形状に前記線材が成形されるように前記成形工具の位置を制御する制御部とを備えた線材成形機において、
前記線材送給装置には、前記線材に対する前記１対のローラによる挟持力を任意の値に変更可能な挟持力変更機構が備えられ、
前記データ記憶部には、前記線材の線径と、前記線材の引張り強さと、前記線材と前記ローラとの間の静摩擦係数と、前記線材と前記ローラとのスリップを防ぐための安全率とが記憶され、
前記線径をｄ、前記引張り強さをσ、前記静摩擦係数をμ、前記安全率をｋ、前記曲率半径をＤ／２、前記ローラの対の数をｎ、前記線材に対する前記１対のローラの挟持力をＮｓとした場合に、
前記制御部は、前記線材送給装置が送給した前記線材成形品の展開長分の線材のうち前記成形工具に到達した位置毎の前記挟持力Ｎｓが、
Ｎｓ＝ｋ・σ・ｄ３／（４ｎμＤ）
、になるように制御することを特徴とする線材成形機。
【請求項２】
前記挟持力変更機構には、カム及び前記カムに従動して変形する弾性体を用いて前記１対のローラの間の挟持力を変更可能なカム機構が備えられ、前記制御部は、前記挟持力Ｎｓを前記カムの回転位置に変換し、その回転位置に前記カムを位置決め制御することを特徴とする請求項１に記載の線材成形機。
【請求項３】
前記線材成形品は、コイル径が徐々に変化するコイルばねであり、
前記データ記憶部は、前記コイルばねの一端部から第何巻目かを特定するための巻き番号と、前記巻き番号毎の前記コイル径の平均値とを対応させて記憶し、
前記制御部は、前記巻き番号及び前記コイル径のデータ群に基づいて、前記線材成形品の展開長のうち前記各巻き番号に対応する位置と、それら位置毎の前記挟持力Ｎｓとを演算することを特徴とする請求項１又は２に記載の線材成形機。
【請求項４】
対称的に回転する少なくとも１対のローラの間を通って送給された線材を成形工具に衝合して湾曲形状に成形しかつ前記成形工具を位置決め制御することで前記湾曲形状の曲率半径を変更可能な線材成形機の制御部に実行され、前記線材から線材成形品を成形する際に、前記１対のローラによる線材に対する挟持力を制御するための線材挟持力制御プログラムであって、
前記線材送給装置が送給した前記線材成形品の展開長分の線材のうち前記成形工具に到達した位置を演算するステップと、
前記線材のうち前記成形工具に到達した位置毎の前記１対のローラによる挟持力を演算するステップとを有し、
前記線材の線径をｄ、前記線材の引張り強さをσ、前記線材と前記ローラとの間の静摩擦係数をμ、前記線材と前記ローラとのスリップを防ぐための安全率をｋ、前記ローラの対の数をｎ、前記線材成形品の展開長における一端部からの位置をｉ、その位置ｉに応じて相違する前記線材成形品における線材の曲率半径をＤ（ｉ）／２、前記挟持力をＮｓ（ｉ）とした場合に、
前記挟持力Ｎｓを演算するステップは、
Ｎｓ（ｉ）＝ｋ・σ・ｄ３／（４ｎμＤ（ｉ））
、の演算を行って前記挟持力Ｎｓ（ｉ）を演算することを特徴とする線材挟持力制御プログラム。
【請求項１】
線材を湾曲変形させて線材成形品を製造するための線材成形機であって、
前記線材成形品の各部位の曲率半径のデータを記憶したデータ記憶部と、
線材を間に挟んで配置された少なくとも１対のローラを有し、それら１対のローラを対称的に回転させて前記線材成形品の展開長分の前記線材を送給可能な線材送給装置と、
前記線材送給装置が送給した線材に衝合して円弧形状に成形することが可能な成形工具を有し、前記成形工具の位置を変更することで、前記円弧形状の線材の曲率半径を変更可能な成形工具駆動装置と、
前記線材送給装置が送給した前記線材成形品の展開長分の線材のうち前記成形工具に到達した位置毎の前記曲率半径のデータを前記データ記憶部から取得し、そのデータに対応した曲率半径の円弧形状に前記線材が成形されるように前記成形工具の位置を制御する制御部とを備えた線材成形機において、
前記線材送給装置には、前記線材に対する前記１対のローラによる挟持力を任意の値に変更可能な挟持力変更機構が備えられ、
前記データ記憶部には、前記線材の線径と、前記線材の引張り強さと、前記線材と前記ローラとの間の静摩擦係数と、前記線材と前記ローラとのスリップを防ぐための安全率とが記憶され、
前記線径をｄ、前記引張り強さをσ、前記静摩擦係数をμ、前記安全率をｋ、前記曲率半径をＤ／２、前記ローラの対の数をｎ、前記線材に対する前記１対のローラの挟持力をＮｓとした場合に、
前記制御部は、前記線材送給装置が送給した前記線材成形品の展開長分の線材のうち前記成形工具に到達した位置毎の前記挟持力Ｎｓが、
Ｎｓ＝ｋ・σ・ｄ３／（４ｎμＤ）
、になるように制御することを特徴とする線材成形機。
【請求項２】
前記挟持力変更機構には、カム及び前記カムに従動して変形する弾性体を用いて前記１対のローラの間の挟持力を変更可能なカム機構が備えられ、前記制御部は、前記挟持力Ｎｓを前記カムの回転位置に変換し、その回転位置に前記カムを位置決め制御することを特徴とする請求項１に記載の線材成形機。
【請求項３】
前記線材成形品は、コイル径が徐々に変化するコイルばねであり、
前記データ記憶部は、前記コイルばねの一端部から第何巻目かを特定するための巻き番号と、前記巻き番号毎の前記コイル径の平均値とを対応させて記憶し、
前記制御部は、前記巻き番号及び前記コイル径のデータ群に基づいて、前記線材成形品の展開長のうち前記各巻き番号に対応する位置と、それら位置毎の前記挟持力Ｎｓとを演算することを特徴とする請求項１又は２に記載の線材成形機。
【請求項４】
対称的に回転する少なくとも１対のローラの間を通って送給された線材を成形工具に衝合して湾曲形状に成形しかつ前記成形工具を位置決め制御することで前記湾曲形状の曲率半径を変更可能な線材成形機の制御部に実行され、前記線材から線材成形品を成形する際に、前記１対のローラによる線材に対する挟持力を制御するための線材挟持力制御プログラムであって、
前記線材送給装置が送給した前記線材成形品の展開長分の線材のうち前記成形工具に到達した位置を演算するステップと、
前記線材のうち前記成形工具に到達した位置毎の前記１対のローラによる挟持力を演算するステップとを有し、
前記線材の線径をｄ、前記線材の引張り強さをσ、前記線材と前記ローラとの間の静摩擦係数をμ、前記線材と前記ローラとのスリップを防ぐための安全率をｋ、前記ローラの対の数をｎ、前記線材成形品の展開長における一端部からの位置をｉ、その位置ｉに応じて相違する前記線材成形品における線材の曲率半径をＤ（ｉ）／２、前記挟持力をＮｓ（ｉ）とした場合に、
前記挟持力Ｎｓを演算するステップは、
Ｎｓ（ｉ）＝ｋ・σ・ｄ３／（４ｎμＤ（ｉ））
、の演算を行って前記挟持力Ｎｓ（ｉ）を演算することを特徴とする線材挟持力制御プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００９−１７８７５１（Ｐ２００９−１７８７５１Ａ）
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０６１１（Ｐ２００８−２０６１１）
【出願日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【出願人】（０００１１６９７６）旭精機工業株式会社 (56)
【出願人】（５０８０３３１６６）株式会社埼玉スプリング (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【出願人】（０００１１６９７６）旭精機工業株式会社 (56)
【出願人】（５０８０３３１６６）株式会社埼玉スプリング (1)
【Ｆターム（参考）】
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