Wire molding apparatus

本発明は、例えば、ワイヤを送り出しながら、成形ツールにより強制的にワイヤを折曲、湾曲あるいは捲回させると共に、切断ツールにより切断して多様な形状の部品を成形するワイヤ成形装置に関する。

例えば、特許文献１には、複数種類の成形ツール（切断ツール以外）を放射状に支持するツール選択テーブルを回転させて任意のツールを選択できるスプリング製造装置が記載されている。

しかしながら、上記特許文献１では、切断ツールをツール選択テーブルに装着することはできないので、ベース上に別途固定された補助ツール装置４５０，４６０にスライド可能に装着している。 よって、常に同じ位置でワイヤを切断しなければならず、加工の自由度が制限されてしまう。

また、従来はワイヤガイド４１５のワイヤが送り出される先端部に対して切断ツールＴａを上方から下方へスライドさせて、ワイヤガイド４１５との協働によりせん断力を発生させてワイヤを切断していたが、直径５ｍｍ以上のワイヤを切断する場合、ワイヤガイドがワイヤを切断するために必要なせん断力に耐えられず変形や破損してしまうおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、成形途中におけるワイヤの切断加工や切断部位を選択する際の自由度を高めることができるワイヤ成形装置を実現することである。

上述の課題を解決し、目的を達成するため、本発明のワイヤ成形装置は、ワイヤガイド（４０２）の先端部からワイヤ（Ｗ）を送り出し、当該ワイヤガイドの先端付近のワイヤ成形空間において当該ワイヤを成形ツール（Ｔ１〜Ｔ５）により強制的に折曲、湾曲あるいは捲回させると共に、切断ツール（Ｔ０）により切断して所望の形状の部品に成形するワイヤ成形装置において、前記ワイヤを前記ワイヤ成形空間に向けて送り出すワイヤフィード手段（４００）と、複数の動作の異なる前記成形ツールと１つの前記切断ツールとが着脱自在に放射状に配置され、当該複数の成形ツールと前記１つの切断ツールの中から所定のツールを選択できるように、ワイヤ軸線（Ｌ）と所定の角度をなす駆動軸を中心に回転するツール選択テーブル（２１０）と、前記ツール選択テーブルを回転させる選択テーブル駆動手段（２１１）と、前記選択された成形ツール又は切断ツールをワイヤ成形空間の所定の位置に位置決めするために前記ツール選択テーブルを３次元方向に移動させる移動テーブル（２０３、２０６、２０８）と、前記移動テーブルを移動させるテーブル駆動手段（２１３、２１６、２１８）と、前記部品の成形手順に応じて前記ワイヤフィード手段、前記選択テーブル駆動手段及び前記テーブル駆動手段を制御するコントローラ（６０１〜６０７）とを具備し、前記成形ツールは、ワイヤを巻き軸に巻き付けるために当該巻き軸を回転中心として回転する巻き軸ツールを含み、前記ツール選択テーブル（２１０）には、ワイヤを巻き付ける巻き軸ツールを回転可能に支持する巻き軸ツールユニット（Ｔ１、Ｔ２）が取り付けられると共に、前記切断ツールを構成する切り刃（５０６）と受け部（５０７）を相対的に往復動作可能に支持する切断ツールユニット（Ｔ０）が取り付けられ、前記巻き軸ツールと前記切断ツールを駆動するために、前記ツール選択テーブル上に取り付けられた前記巻き軸ツールユニットと前記切断ツールユニットに駆動力を付与する共通の駆動源が設けられ、前記駆動源は回転駆動される傘ギヤ（２１２）を有し、前記切断ツールユニットは、前記傘ギヤに噛合して回転駆動されると共に、外周面に軸方向に傾斜する溝部（５０２ａ）が形成された回転軸（５０２）と、前記回転軸を軸支すると共に、前記ツール選択テーブルに取り付けられるベース部（５０１）と、前記ベース部にスライド可能に支持され、当該回転軸の溝部に係合して当該回転軸の回転動作を直線動作に変換するスライダ（５０３）と、前記ベース部に回動可能に軸支され、前記スライダの直線動作を所定の回転軸を中心とした回転動作に変換するアーム部（５０４）と、を備え、前記切り刃が前記アーム部の先端部に設けられ、前記受け部（５０７）が当該切り刃に隣接するように前記ベース部に設けられる 。

本発明によれば、成形途中におけるワイヤの切断加工や切断部位を選択する際の自由度を高めることができる。

本発明に係る実施形態のスプリング製造装置の外観斜視図である。

図１の正面図である。

図１の平面図である。

図１のツール選択装置を取り出した斜視図である。

図４の正面図である。

ツール選択装置に切断ツールユニットのみを取り付けた状態での異なる方向から見た斜視図である。

ツール選択装置に切断ツールユニットのみを取り付けた状態での異なる方向から見た斜視図である。

図６の正面図である。

本実施形態の切断ツールユニットの切断動作前の状態を異なる方向から見た斜視図である。

（ａ）は図９（ａ）の正面図、（ｂ）は（ａ）のｉ−ｉ断面図である。

本実施形態の切断ツールユニットの切断動作後の状態を異なる方向から見た斜視図である。

（ａ）は図１１（ａ）の正面図、（ｂ）は（ａ）のｉｉ−ｉｉ断面図である。

本実施形態の切断ツールユニットにより実現可能な切断処理を例示する斜視図である。

本実施形態の切断ツールユニットにより実現可能な切断処理を例示する斜視図である。

本実施形態のスプリング製造装置の制御系のブロック図である。

以下に、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。 なお、以下では、本発明のワイヤ成形装置を、ワイヤを所望の形状のスプリングに成形するスプリング製造装置に適用した例を説明するが、スプリング以外の部品を成形する装置にも適用可能である。

［スプリング製造装置の全体構成］
図１は、本発明に係る実施形態のスプリング製造装置の外観斜視図である。 図２は図１の正面図である。 図３は図１の平面図である。

図１乃至図３に示すように、本実施形態のスプリング製造装置は、箱体状のベース１００と、このベース１００の上端面に取り付けられる第１ツール選択装置２００及び第２ツール選択装置３００と、これら第１、第２ツール選択装置２００、３００の間に配置されるワイヤフィード装置４００と、これら各装置を統括制御するコントローラ（図１５で後述する。）とを備える。

第１、第２ツール選択装置２００、３００は、ワイヤフィード装置４００を中心として左右対称に配置され、複数の動作の異なる成形ツールと１つの切断ツール（以下、成形ツールと切断ツールを、ツールと総称する場合もある。）を支持する第１、第２ツール選択テーブル２１０、３１０を円周方向に回転させることにより所望のツールをスプリング成形空間に対して選択できる。

ワイヤフィード装置４００は、ベース１００上から上方に延設されたフレーム４０１を有し、ワイヤを挟持する上下１対のフィードローラ（カバー４０６の下方に配置されているため不図示）を少なくとも１組、ワイヤ軸線Ｌの周りに回動可能に軸支する。 また、フレーム４０１は、その上下方向の中央部付近においてワイヤガイド４０２をワイヤ軸線Ｌまわりに回動可能に軸支する。 ワイヤガイド４０２は、ワイヤフィード装置４００によりワイヤ軸線Ｌに沿って送り出されるワイヤをスプリング成形空間に向けて案内しつつ、その先端部からワイヤを送り出す。

ワイヤガイド４０２を回動させるのは、ワイヤガイド４０２の傾斜面側の空間を変化させることでスプリング成形空間を変化させ、ツールの位置に関係無く所望形状のスプリングを成形できるようにするためである。 フィードローラは、フィードローラ駆動モータ４０４によりワイヤの送出方向に回転駆動され、更にフィードローラ転動モータ４０５によりワイヤを挟持しつつ捻るようにワイヤ軸線Ｌまわりに回転駆動される。

スプリング成形空間として機能するのは、ワイヤガイド４０２と、第１及び第２ツール選択装置２００、３００により作業位置に移動されたツールとで囲まれたスペースである。

［ツール選択装置の構成］
次に、本実施形態のスプリング製造装置に搭載されるツール選択装置について説明する。 尚、第１ツール選択装置２００と第２ツール選択装置３００は、互いに略左右対称な構造のため、以下の説明では第１ツール選択装置２００の構成についてのみ説明する。 よって、図１乃至３では、第２ツール選択装置３００の構成（一部省略している要素もある）を、第１ツール選択装置２００の各要素の符号を３００番台に置き換えて示すものとする。

図４は図１のツール選択装置を取り出した斜視図である。 図５は図４の正面図である。 図６及び図７はツール選択装置に切断ツールユニットのみを取り付けた状態での異なる方向から見た斜視図である。 図８は図６の正面図である。

図４乃至図８に示すように、第１ツール選択装置２００は、ワイヤ軸線Ｌと平行な駆動軸Ｄを中心に円周方向に回転可能な円盤状のツール選択テーブル２１０を有する。 ツール選択テーブル２１０は、ワイヤ径やコイル内径等の様々なスプリング寸法に応じて先端形状や動作（スライド或いは回転）の異なる複数種類の成形ツールや切断ツールを着脱自在に支持する。 ツール選択テーブル２１０は、回転選択されたツールをスプリング成形空間に向けて移動させると共に、ツール位置の微調整を行うためにツール選択テーブル２１０を三次元的に移動させる移動テーブル上に設置されている。 なお、駆動軸Ｄはワイヤ軸線Ｌと平行な場合に限らず、所定の角度をなすように構成してもよい。

また、第１ツール選択装置２００には、ストッパー機構２２０が設けられている。 このストッパー機構２２０は、エアシリンダ２２１と、このエアシリンダ２２１により往復動作するストッパー２２２とを有し、ストッパー２２２の凹部がツール選択テーブル２１０上の複数のツール取付部に対応する外周面に設けられた位置決めピン２２３に係合することで、ツール選択テーブル２１０が所定の選択位置で回転しないように保持する。 また、ストッパー２２２の位置決めピン２２３への係合が解かれることで、ツール選択テーブル２１０は回転可能となる。

移動テーブルは、図１乃至図３にも示すように、ベース１００の上端面に取り付けられる前後レール２０２に沿って前後（Ｘ）方向に移動可能な前後テーブル２０３と、前後テーブル２０３上にフレーム２０４を介して固定される左右レール２０５に沿って左右（Ｙ）方向に移動可能な左右テーブル２０６と、左右テーブル２０６上に固定される上下レール２０７に沿って上下（Ｚ）方向に移動可能な上下テーブル２０８とから構成されている。

前後テーブル２０３は前後駆動モータ２１３を駆動源としてボール付き送りネジ機構等により前後レール２０２に沿って移動可能となっている。 左右テーブル２０６はその背面に設けられた左右駆動モータ２１６を駆動源としてボール付き送りネジ機構等により左右レール２０５に沿って移動可能となっている。 上下テーブル２０８は上下駆動モータ２１８を駆動源としてボール付き送りネジ機構等により上下レール２０７に沿って移動可能となっている。

ツール選択テーブル２１０は、上下テーブル２０８に取り付けられたテーブル駆動モータ２１１を駆動源としてワイヤ軸線Ｌと平行な駆動軸Ｄを中心に回転可能とされる。

ツール選択テーブル２１０には、後述する切断ツールユニットＴ０、巻き軸ツールユニットＴ１、Ｔ２又は当接ツールＴ３〜Ｔ５が取り付け可能である。 図示の例では、１つの切断ツールユニットＴ０と、２種類の巻き軸ツールＴ１、Ｔ２とが互いに１２０°をなし、各々のツールの間に３種類の当接ツールＴ３〜Ｔ５がそれぞれ配置され、所望のツールがツール選択テーブル２１０の回転により選択される。 また、ワイヤガイド４０２は、フレーム４０１に設けられたガイド駆動モータ４０３によりワイヤ軸線Ｌを中心に回動可能とされる。

当接ツールＴ３〜Ｔ５は、ワイヤガイド４０２から送り出されるワイヤに当接する溝部を有し、この溝部が形成された方向に強制的にワイヤを湾曲させてコイリングや曲げ加工等を行う。

また、後述するように、ツール選択テーブル２１０には、切断ツールユニットＴ０や巻き軸ツールユニットＴ１、Ｔ２を駆動するために、各ツールユニットに駆動力を付与する共通の駆動源として駆動軸Ｄを中心に回転する傘ギヤ２１２が設けられている。

本実施形態のように、複数種類のツールをツール選択テーブル２１０により回転選択可能に支持し、このツール選択テーブル２１０を３次元方向に移動可能な移動テーブル２０２０３，２０６，２０８により３次元方向に数値制御にて移動可能としたことで、ツールの選択、ツールの駆動及びツール位置の微調整を数値制御により完全に自動化できる。

［切断ツールユニットの構成］
図９（ａ）、（ｂ）は本実施形態の切断ツールユニットの切断動作前の状態を異なる方向から見た斜視図である。 図１０（ａ）は図９（ａ）の正面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のｉ−ｉ断面図である。 図１１（ａ）、（ｂ）は本実施形態の切断ツールユニットの切断動作後の状態を異なる方向から見た斜視図である。 図１２（ａ）は図１１（ａ）の正面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のｉｉ−ｉｉ断面図である。

図９乃至図１２に示すように、切断ツールユニットＴ０は、ツール選択テーブル２１０に取り付けられるベース部５０１と、ベース部５０１に軸受を介して回動自在に軸支される回転軸５０２と、ベース部５０１にスライド可能に支持されるスライダ５０３と、ベース部５０１に回動可能に軸支されると共にスライダ５０３に摺接するアーム部５０４と、を有する。

回転軸５０２の外周面には、カムプロファイルとしての溝部５０２ａが形成されている。 溝部５０２は、回転軸５０２の回転による回転角の変化に応じて軸方向の位置が変位するように、当該回転軸５０２の軸方向に傾斜するように形成されている。 また、回転軸５０２の一端部５０２ｂには傘ギヤ５０５が軸着されており、ツール選択テーブル２１０の駆動軸Ｄを中心に回転駆動される傘ギヤ２１２に噛合している。

スライダ５０３には、上記回転軸５０２の溝部５０２ａに摺動可能に係合する突起部５０３ａが設けられており、この突起部５０３ａが溝部５０２ａに沿って摺動することにより回転軸５０２の回転動作が直線動作に変換される。 また、スライダ５０３には、カムプロファイルとしてスライド方向に延びつつ上下に段差を有する穴部５０３ｂが形成されている。

アーム部５０４の長手方向の一端部５０４ａには、上記穴部５０３ｂに当接するローラ部５０４ｂが回転自在に軸支されると共に、他端部５０４ｃの近傍がベース部揺動軸５０４ｄを中心に回動自在に軸支されている。

上記構成において、回転軸５０２が１回転する間にスライダ５０３がスライド方向に一往復する。 また、スライダ５０３がスライド方向に往復動作することでアーム部５０４の一端部５０４ａが穴部５０３ｂの段差に沿って上下に移動するのに伴い、アーム部５０４の他端部５０４ｃが揺動する。

アーム部５０４の他端部５０４ｃには切り刃５０６が交換可能に取り付けられ、ベース部５０１にはこの切り刃５０６に隣接しワイヤの送出方向に摺接するように受け部５０７が交換可能に取り付けられている。 これら切り刃５０６や受け部５０７は、例えば超硬合金からなり、ワイヤを案内する下方および側方にそれぞれ開放する断面円弧状の溝部５０６ａ，５０７ａがそれぞれ形成されている。 そして、上記アーム部５０４がベース部５０１に対して揺動することで、切り刃５０６の溝部５０６ａが受け部５０７の溝部５０７ａに対して相対的にワイヤの送出方向に直交する下方に移動し、ワイヤにせん断力を付加して切断する（図１１，１２参照）。

なお、図４，５に示すように、ワイヤの曲げや巻き加工を行う巻き軸ツールユニットＴ１、Ｔ２も、一端部に傘ギヤが軸着されたツール軸を有し、この傘ギヤがツール選択テーブル２１０の傘ギヤ２１２に噛合して回転駆動される。

このように、切断ツールユニットＴ０や巻き軸ツールユニットＴ１、Ｔ２の傘ギヤがツール選択テーブル２１０の駆動軸Ｄに設けられた傘ギヤ２１２に噛み合うことによりツール選択テーブル２１０の回転位置によらずにどの位置でもツールを駆動可能となる。 傘ギヤ２１２は、左右テーブル２０６の背面に取り付けられたツール駆動モータ（左右駆動モータ２１６の下方に配置されているため不図示）を駆動源としてツール選択テーブル２１０とは独立して回転可能に軸支されている。

当接ツールＴ４、Ｔ５はツール支持部５０に固定され、このツール支持部５０がツール選択テーブル２１０に着脱可能に取り付けられるが、ツールの種類や配置等は任意に設定できる。

従来のように切断ツールとワイヤガイドとがそれぞれの駆動機構も含めて分離した構成とは異なり、本実施形態では、切り刃５０６を受け部５０７に対して揺動可能に支持すると共に、互いに隣接して配置している。 そして、切り刃５０６を受け部５０７に対して相対的に斜め上方から下方に移動させるので、ワイヤを切断する際に従来より大きいトルクが得られ、特に直径５ｍｍ以上のワイヤを切断する場合であっても切断ツールの変形や破損を低減し、耐久性を高めることができる。

［ワイヤの成形方法］
次に、本実施形態のスプリング製造装置により達成されるワイヤ成形方法について説明する。

図１３（ａ）乃至（ｃ）及び図１４（ａ）、（ｂ）は本実施形態の切断ツールユニットにより実現可能な成形途中での切断処理を例示する斜視図である。

従来はワイヤガイドの先端部でしかワイヤを切断できなかったので、切断処理は全ての加工が終了するまで行われないのに対して、本実施形態では、成形途中での切断処理が実現できる。 具体的には以下の通りである。

先ずツール選択テーブルを回転駆動して所定の当接ツールを選択する。 次にツール選択テーブルを３次元方向に必要な距離だけ移動させて、選択されたツールをスプリング成形空間においてワイヤガイドの先端部に対向する位置に移動させる。

ワイヤガイド４０２からワイヤＷを送り出して当接ツールに押し当てて曲げ加工を施す（図１３（ａ））。

次にツール選択テーブルを回転駆動して切断ツールユニットＴ０を選択し、ツール選択テーブルを３次元方向に必要な距離だけ移動させて、曲げ加工を施した部分Ｗ１を切り刃５０６及び受け部５０７の溝部５０６ａ，５０７ａに沿わせる。 この状態で切断ツールユニットＴ０を駆動して上記曲げ加工を施した部分Ｗ１を所定の長さだけ切断する（図１３（ｂ）→図１３（ｃ））。

その後、ツール選択テーブルを回転駆動して所定の当接ツールを選択する。 次にツール選択テーブルを３次元方向に必要な距離だけ移動させて、選択されたツールをスプリング成形空間においてワイヤガイド４０２の先端部に対向する位置に移動させる。

ワイヤガイド４０２からワイヤＷを送り出しながら当接ツールに押し当てて所定のコイル長になるまでコイル部Ｗ２を成長させる（図１４（ａ））。

再びツール選択テーブルを回転駆動して切断ツールユニットＴ０を選択し、ツール選択テーブルを３次元方向に必要な距離だけ移動させて、コイル部Ｗ２からワイヤガイド４０２に延びるワイヤＷの所定の箇所を切り刃５０６及び受け部５０７に沿わせる。 この状態で切断ツールユニットＴ０を駆動してワイヤＷを切断する（図１４（ｂ））。

以上述べたほうに、スプリング加工途中での切断処理を実現することができる。

なお、上述の例では、１つのツール選択装置による成形方法を説明したが、第１ツール選択装置２００と第２ツール選択装置３００とを同期させ、例えば、一方のツール選択装置では成形ツールによる成形加工を行い、他方のツール選択装置では切断処理を行うように制御してもよい。

［コントローラの構成］
次に、本実施形態のスプリング製造装置のコントローラの構成について説明する。

図１５は本実施形態のスプリング製造装置のコントローラの構成示すブロック図である。 図１５に示すように、ＣＰＵ６０１はコントローラの全体を統括制御する。 ＲＯＭ６０２はＣＰＵ６０１の動作処理内容（プログラム）及び各種フォントデータを記憶している。 ＲＡＭ６０３はＣＰＵ６０１のワークエリアとして使用される。 表示部６０４は各種設定を行ったり、その内容の表示、更には製造の過程等をグラフ表示したりするために設けられる。 外部記憶装置６０５はメモリカード等であり、外部からプログラムを供給したり、或いはワイヤ成形加工のための各種設定内容を保存するために使用される。 この結果、例えば、ある成形加工（例えばスプリングであればその自由長や径等）のためのパラメータを記憶しておくことで、いつでもそのメモリカードをセットして実行することで、同じ形状のスプリングを製造することが可能になる。

キーボード６０６は各種パラメータを設定するために設けられ、センサ群６０７はワイヤの送り出し量や、スプリングの自由長等を検知するために設けられる。

各モータ６０８−１〜６０８−ｎは、テーブル駆動モータ２１１、前後駆動モータ２１３、左右駆動モータ２１６、上下駆動モータ２１８、ツール駆動モータ２１９、ガイド駆動モータ４０３、フィードローラ駆動モータ４０４、フィードローラ転動モータ４０５に相当し、各モータ６０８−１〜６０８−ｎは、夫々に対応するモータドライバ６０９−１〜６０９−ｎにより駆動される。 また、ストッパー機構２２０のエアシリンダ２２１がエアバルブを開閉するドライバ６１０により駆動される。

なお、本例では、ＣＰＵ６０１は、キーボード６０６から入力された指示に従い、例えば、各種モータをそれぞれ独立して駆動したり、外部記憶装置６０５との入出力、更には表示部６０４を制御することになる。

本実施形態によれば、ツール選択テーブル２１０，３１０に対して１つの切断ツールユニットＴ０と複数種類の成形ツールＴ１〜Ｔ５とを選択可能に搭載でき、成形途中におけるワイヤの切断加工や切断部位を選択する際の自由度を高めることができる。

尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で上記実施形態を修正又は変形したものに適用可能である。

例えば、本実施形態の第１、第２ツール選択装置２００，３００やワイヤフィード装置４００を、単体で異なる形式のスプリング製造装置に搭載してもよい。

また、本実施形態において、第１、第２ツール選択装置２００，３００のいずれか一方のみを搭載してもよい。

１００ ベース２００，３００ ツール選択装置２１０，３１０ ツール選択テーブル２０３，３０３ 前後テーブル２０６，３０６ 左右テーブル２０８，３０８ 上下テーブルＴ０ 切断ツールユニット