JP3915089B2

JP3915089B2 - 圧縮コイルばねのセッチング方法及びその装置

Info

Publication number: JP3915089B2
Application number: JP2001388471A
Authority: JP
Inventors: 恵司長谷川; 伸介大倉
Original assignee: Chuo Hatsujo KK
Current assignee: Chuo Hatsujo KK
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2021-12-20
Also published as: JP2003184923A; US6779564B2; US20030116219A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形後の圧縮コイルばねを一対の圧縮板の間に介装して圧縮加圧する圧縮コイルばねのセッチング方法に関し、特に、自動車の懸架装置に好適な圧縮コイルばねのセッチング方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】
従来より種々の圧縮コイルばねが存在し、荷重反力線がコイル軸と一致しないように設計される圧縮コイルばねもある。例えば、自動車の懸架装置に用いられる圧縮コイルばねとして、所定の傾きを有し上側座巻あるいは下側座巻の所定の位置を通るように荷重反力線を設定するものがあり、このような圧縮コイルばねでは所定の荷重反力線を確保し得るように製造することが要請される。
【０００３】
一般的なコイルばねの製造方法としては、鋼製のばね素線を常温で成形する冷間成形による方法と、ばね素線を加熱して成形する熱間成形による方法が知られている。前者の例としては、例えば特開２０００−３４５２３８号に記載された製造方法があり、後者の例としては、例えば特開平１０−２３７５４６号に記載された製造方法があるが、何れも荷重反力線を調整することに関しては言及されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本願出願人は、例えば、特願平２０００−３１９７４５号の出願（平成１２年１０月１９日出願）において、コイルばねの製造方法及びその装置を提案しており、これによれば、冷間成形によって、所定の荷重反力線を確保し得る圧縮コイルばねを製造することができる。然し乍ら、特に熱間成形によって圧縮コイルばねを製造する場合には、巻き形状の自由度が制限されるので、荷重反力線を調整することは容易ではない。まして、完成後に製品の荷重反力線を確認した後、目標とする荷重反力線との誤差を解消するように熱間成形時の条件等に変更を加えることとするのでは、無駄が多く製造に長時間を要する。また、ある程度の数量毎の対応とせざるを得ず、製品毎の対応は殆ど不可能である。
【０００５】
ところで、前掲の特開２０００−３４５２３８号には、常温より高温の状態でコイルに所定荷重を加えて圧縮保持するホットセッチング工程が開示されているが、本願発明者は、このホットセッチングを制御することによっても、後述するように所期のばね特性を維持しつつ荷重反力線を調整し得ることを確認した。これによれば、前述のように熱間成形によって圧縮コイルばねを製造した場合にも、成形後に所定のホットセッチング（ウォームセッチング）を行なうことによって、これまで困難であった荷重反力線の調整が可能となる。もっとも、熱間成形後の圧縮コイルばねに対し、単に従前のホットセッチングを行なっても、変形量が大きくなって荷重反力線のばらつきが大となるだけで、荷重反力線を調整することはできない。
【０００６】
そこで、本発明は、成形後の圧縮コイルばねを一対の圧縮板の間に介装して圧縮加圧する圧縮コイルばねのセッチング方法において、所望の荷重反力線に調整し得る圧縮コイルばねのセッチング方法を提供することを課題とする。
【０００７】
また、本発明は、所望の荷重反力線に調整し得る圧縮コイルばねのセッチング装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載のように、成形後の圧縮コイルばねを一対の圧縮板の間に介装して圧縮加圧する圧縮コイルばねのセッチング方法において、前記圧縮板の少くとも一方を、前記圧縮コイルばねの座巻面に対し少くとも一方向に前記圧縮コイルばねの荷重反力線に応じて所定角度傾斜させた状態で、前記圧縮コイルばねを圧縮加圧することとしたものである。尚、本発明のセッチング方法は、特に、成形後の圧縮コイルばねを所定の温度範囲に加熱した状態で、一対の圧縮板の間に介装して圧縮加圧するホットセッチングを行なう場合に有効である。
【０００９】
また、請求項２に記載のように、本発明の圧縮コイルばねのセッチング方法は、成形後の圧縮コイルばねを一対の圧縮板の間に介装して圧縮加圧する圧縮コイルばねのセッチング方法において、前記圧縮コイルばねの荷重反力線を測定する測定工程と、該測定工程の測定結果の荷重反力線と、目標とする所定の荷重反力線とを比較し誤差を検出する判定工程と、該判定工程の判定結果に応じて、前記圧縮板の少くとも一方の、前記圧縮コイルばねの座巻面に対する少くとも一方向の傾斜角度を設定する角度設定工程と、該角度設定工程で設定した傾斜角度に基づき前記圧縮板の少くとも一方を傾斜させた状態で、前記圧縮コイルばねを圧縮加圧する圧縮工程とを備えたものとすることができる。
【００１０】
更に、請求項３に記載のように、前記角度設定工程では、前記圧縮コイルばねの座巻面に対し、直交する二方向の傾斜角度を設定し、前記圧縮工程では、前記角度設定工程で設定した二方向の傾斜角度に基づき、前記圧縮板の一方を前記圧縮コイルばねの座巻面に対し、直交する二方向に傾斜させた状態で、前記圧縮コイルばねを圧縮加圧することとするとよい。
【００１１】
そして、本発明における圧縮コイルばねのセッチング装置は、請求項４に記載のように、成形後の圧縮コイルばねを一対の圧縮板の間に介装して圧縮加圧する圧縮コイルばねのセッチング装置において、前記圧縮コイルばねに対し所定の圧縮荷重を付与したときの前記圧縮コイルばねの複数の個所の荷重を測定する荷重測定装置と、該荷重測定装置の測定結果に基づき前記圧縮コイルばねの荷重反力線を求めると共に、該荷重反力線と所定の目標荷重反力線とを比較し誤差を検出する判定手段と、該判定手段の判定結果に応じて、前記圧縮板の少くとも一方の、前記圧縮コイルばねの座巻面に対する少くとも一方向の傾斜角度を設定する角度設定手段と、該角度設定手段で設定した傾斜角度に基づき前記圧縮板の少くとも一方を傾斜させた状態で、前記圧縮コイルばねを圧縮加圧する圧縮手段とを備えたものとするとよい。尚、本発明のセッチング装置は、特に、成形後の圧縮コイルばねを所定の温度範囲に加熱した状態で、一対の圧縮板の間に介装して圧縮加圧するホットセッチングを行なう場合に有効である。
【００１２】
前記角度設定手段は、請求項５に記載のように、前記圧縮コイルばねの座巻面に対し、直交する二方向の傾斜角度を設定するように構成し、前記圧縮手段は、前記角度設定手段で設定した二方向の傾斜角度に基づき、前記圧縮板の一方を前記圧縮コイルばねの座巻面に対し、直交する二方向に傾斜させた状態で、前記圧縮コイルばねを圧縮加圧するように構成してももよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る圧縮コイルばねのセッチング装置を示すもので、荷重測定装置ＬＭを備えている。この荷重測定装置ＬＭは、成形後の圧縮コイルばね１０に対し所定の圧縮荷重を付与したときの圧縮コイルばね１０の複数の個所の荷重を測定するもので、例えば「サスペンション設計における懸架コイルばねの横力低減技術」と題する論文〔ばね論文集第４１号（１９９６）〕の２０頁及び２１頁に記載のように構成されている。具体的には、６個のロードセルを備え、これらによって圧縮コイルばね１０を平行圧縮したときの荷重を測定し、その測定値をコンピュータによって演算処理することによって横力、荷重偏心量、及び偏心位置が求められるように構成されている。
【００１４】
本実施形態の荷重測定装置ＬＭにおいては上記のロードセルを代表して図１にロードセルＬＣとして示しており、このロードセルＬＣの測定結果はコントローラＣＴの判定手段ＤＴに入力され、ここで圧縮コイルばね１０の荷重反力線が求められる。尚、判定手段ＤＴの判定結果に応じて、アクチュエータＡＣ１を介して圧縮シリンダＰＬが駆動され、圧縮コイルばね１０を平行圧縮するときのタイミング及び圧縮荷重を適宜制御し得るように構成されている。また、コントローラＣＴの判定手段ＤＴに対しては、入力装置ＩＮによって圧縮コイルばね１０のセッチングに関する種々の設定値（例えば目標荷重反力線を表すデータ）を入力し得るように構成されている。
【００１５】
この判定手段ＤＴにおいては、荷重測定装置ＬＭの測定結果に基づき圧縮コイルばね１０の荷重反力線を求めると共に、荷重反力線と所定の目標荷重反力線とを比較し誤差を検出するように構成されている。更に、コントローラＣＴ内には、判定手段ＤＴの判定結果に応じて、圧縮板Ｓ１，Ｓ２の少くとも一方（本実施形態では圧縮板Ｓ１）の、圧縮コイルばね１０の下側座巻面に対する少くとも一方向の傾斜角度（例えばθ）を設定する角度設定手段ＡＳが構成されている。この角度設定手段ＡＳで設定された傾斜角度（θ）に基づき、アクチュエータＡＣ２によって圧縮板Ｓ１が傾斜するように駆動される。
【００１６】
上記のように圧縮コイルばね１０を圧縮加圧する圧縮手段として、本実施形態においては、傾斜セッチング装置ＨＳが荷重測定装置ＬＭに並設されており、成形後の圧縮コイルばね１０が荷重測定装置ＬＭで測定された後搬出され、所定の温度範囲に加熱された状態で（加熱手段は省略）、傾斜セッチング装置ＨＳにて傾斜ホットセッチングが行なわれる。この傾斜セッチング装置ＨＳは、成形後の圧縮コイルばね１０が圧縮板Ｓ１と圧縮板Ｓ２との間に介装され、圧縮シリンダＰＳによって圧縮加圧されるように構成されている。圧縮シリンダＰＳは、コントローラＣＴ内の圧縮荷重設定手段ＰＲによってアクチュエータＡＣ３を介して制御され、入力装置ＩＮの設定値に応じて所定の圧縮荷重となるように制御される。尚、圧縮シリンダＰＳは前述の圧縮シリンダＰＬと同様、エア（又は油圧）シリンダで構成されるが、電動モータで構成することとしてもよい。
【００１７】
本実施形態では、圧縮板Ｓ１はサーボ装置ＰＫに支持されており、アクチュエータＡＣ２を介してサーボ装置ＰＫが駆動され、圧縮板Ｓ１が、角度設定手段ＡＳで設定された傾斜角度（例えばθ）に傾斜した状態に保持されるように構成されている。サーボ装置ＰＫは電動モータあるいはエア（又は油圧）シリンダを備え、圧縮シリンダＰＳと共に、例えば図２に示すように圧縮コイルばね１０の下側座巻面が３個所で、Ｆ１乃至Ｆ３で示す方向に圧縮荷重を付与し得るように構成されている。尚、本実施形態では圧縮シリンダＰＳとサーボ装置ＰＫの両者によって圧縮板Ｓ１に対して圧縮荷重が付与されるように構成されているが、サーボ装置ＰＫのみとしてもよく、この場合には、サーボ装置ＰＫは圧縮荷重設定手段ＰＲによっても制御されることとなる。
【００１８】
また、図１では、一例として圧縮板Ｓ１が傾斜角度（θ）に傾斜した状態に保持されているが、サーボ装置ＰＫによって、更に、図２に示すように、傾斜角度（θ）の方向と直交する方向に傾斜角度（φ）に傾斜した状態に保持することもできる。即ち、角度設定手段ＡＳで二方向の傾斜角度（θ，φ）を設定し、圧縮板Ｓ１をこれらの傾斜角度（θ，φ）に傾斜した状態に保持することもできる。更に、圧縮板Ｓ２も駆動し得るように構成すれば、図２に示すように、圧縮板Ｓ２（及び圧縮コイルばね１０の上側座巻面）も傾斜角度（θ，φ）に傾斜した状態に保持することもできる。
【００１９】
上記の構成になる圧縮コイルばねのセッチング装置による作動を含め、圧縮コイルばねの製造工程を図３のフローチャートを参照して説明する。先ず、ステップ１０１において目標とする圧縮コイルばねが設計され、その形状を表すデータがコイル成形装置（図示せず）のコントローラ（図示せず）に入力される。このとき、入力装置ＩＮによって、目標とする圧縮コイルばねに対する所定の目標荷重反力線が判定手段ＤＴに入力される。続いて、ステップ１０２において熱間成形によって例えば図２に示す圧縮コイルばね１０が成形される。尚、本実施形態においては、効果がより顕著な熱間成形の例を示したが、もちろん冷間成形によって圧縮コイルばねを成形するととしてもよい。
【００２０】
次に、ステップ１０３に進み、熱間成形後の圧縮コイルばね１０が荷重測定装置ＬＭに搬送され、ここでアクチュエータＡＣ１によって圧縮シリンダＰＬが駆動され、所定の荷重で平行圧縮される。このときのロードセルＬＣの測定結果が図１の判定手段ＤＴに入力され、ここで圧縮コイルばね１０の荷重反力線が求められる。この荷重反力線は、続くステップ１０４にて、入力装置ＩＮによって設定された目標荷重反力線と比較され誤差が判定される。そして、１０５において、上記の誤差に応じて、圧縮板Ｓ１の、圧縮コイルばね１０の下側座巻面に対する傾斜角度（θ及び／又はφ）が設定される。この傾斜角度（θ，φ）は、図３のステップ１０５内に例示したような目標値に対する必要修正量と傾斜角度との関係を求めたマップに基づき、誤差を解消し得る荷重反力線となるように設定される。このような荷重反力線と傾斜角度（θ，φ）の関係はシミュレーション（これについては後述する）又は実測結果に基づいて設定され、コントローラＣＴ内にデータベースとして格納されている。
【００２１】
而して、ステップ１０６に進み、傾斜セッチング装置ＨＳによって傾斜ホットセッチングが行なわれる。即ち、成形後の圧縮コイルばね１０が所定温度範囲内に加熱されると共に、ステップ１０５において設定された傾斜角度（θ，φ）に基づき、アクチュエータＡＣ２によって圧縮板Ｐ１が傾斜するようにサーボ装置ＰＫが駆動され、且つアクチュエータＡＣ３によって圧縮シリンダＰＳが駆動され、圧縮コイルばね１０が加熱状態で圧縮加圧される。この結果、誤差が解消された目標荷重反力線を有する圧縮コイルばね１０が製造される。尚、圧縮板Ｐ１の傾斜角度（θ，φ）は１個の圧縮コイルばね１０毎に調整してもよいが、誤差のバラツキが近似した所定量のロット毎に調整することとしてもよい。更に、必ずしもオンライン上で荷重測定装置ＬＭによる荷重反力線の測定を行なう必要はなく、オフラインでロット単位の段取り調整を予め実施しておき、量産への移行時に、同一条件で傾斜ホットセッチングを行なうこととしてもよい。
【００２２】
図４乃至図６は、上記のステップ１０５に供されるデータベースを作成するにあたって、荷重反力線と傾斜角度の関係をシミュレーションしたときの一例を示すものである。本実施形態の圧縮コイルばね１０は、車両の懸架装置に装着するものであり、図４の右方向が車両外側となるように配置した状態に基づいて説明する。而して、図４の左側に示すように、熱間成形後の圧縮コイルばね１０を圧縮板Ｓ１と圧縮板Ｓ２との間に介装し、下側座巻面を支持する圧縮板Ｓ１を車両の内外方向に対して＋２０°（車両外側が上方）から−２０°（車両外側が下方）まで５°間隔で傾斜させて、図４の右側に示すように、ホットセッチング（加熱状態で全圧縮荷重を付与）のシミュレーションを行なった場合のＦＥＭ解析結果を図５及び図６に示す。
【００２３】
図５は、上記のようにホットセッチングされた圧縮コイルばね１０に対し、圧縮板Ｓ１を＋２０°から−２０°まで５°間隔で傾斜させたときの、座巻面での荷重反力線位置の変化を示している。図５において、白丸が圧縮コイルばね１０の上側座巻面上の荷重反力線の位置を示し、黒丸が圧縮コイルばね１０の下側座巻面上の荷重反力線の位置を示す。尚、図５の縦軸は車両の前後方向の座巻中心に対する荷重反力線位置の偏心量（ｍｍ）を示している。同図から明らかなように、圧縮板Ｓ１の傾斜角度を車両の内外方向に変化させたたときの荷重反力線の位置の変化は中央の横軸から大きく外れることなく、ほぼ内外方向のみに変化している。
【００２４】
一方、図６は、横軸に圧縮板Ｓ１の傾斜角度（°）を示し、縦軸に車両の内外方向の座巻中心に対する荷重反力線位置の偏心量（ｍｍ）を示している。図６において、圧縮コイルばね１０の上側座巻面上の荷重反力線の位置（白丸で示す）の車両の内外方向の偏心量の変化は４．５ｍｍで、圧縮コイルばね１０の下側座巻面上の荷重反力線の位置（黒丸で示す）の車両の内外方向の偏心量の変化は１３．３ｍｍであった。尚、下側座巻面上の荷重反力線の位置に関しては、下側の圧縮板Ｓ１の傾斜角度が支配的であることがわかる。従って、上側座巻面上の荷重反力線の位置の調整量を増加する必要がある場合には、上側の圧縮板Ｓ２の傾斜角度を調整するとよい。
【００２５】
上記の図４乃至図６から、圧縮コイルばね１０の各座巻面上の荷重反力線の位置は、圧縮板Ｓ１の傾斜方向に応じて決まる方向に移動し、その傾斜角度と移動量は略比例関係にあることがわかる。この場合において、圧縮板Ｓ１の傾斜角度の変化による取付荷重の変化、ばね定数の変化を確認したところ、下記の表１に示すように、取付荷重及びばね定数の何れも許容範囲内の変化であった。
【表１】

【００２６】
以上のシミュレーション結果から、次のことが確認できた。即ち、第１に、圧縮板Ｓ１の傾斜方向に基づき荷重反力線の移動方向（偏心方向）を特定することができる。第２に、荷重反力線の移動量は圧縮板Ｓ１の傾斜角度に略比例する。第３に、圧縮板Ｓ１の傾斜角度を変化させても、取付荷重、ばね定数という基本特性への影響は少ない。この結果、前述のように、圧縮板Ｓ１の傾斜角度と荷重反力線との関係がコントローラＣＴ内にデータベースとして格納され、このデータベースに基づき、図３のステップ１０５にて適切な傾斜角度（θ，φ）が設定される。
【００２７】
尚、本実施形態においては、ステップ１０３で荷重反力線の測定を行い、ステップ１０３で荷重反力線の誤差判定を行うこととしているが、前述の荷重測定装置ＬＭによれば、例えば圧縮コイルばね１０の上側座巻の中心に付与される横力の大きさ及びその方向を測定することができるので、これらに対する誤差を判定し、その判定結果に応じて圧縮板Ｓ１の傾斜角度（θ，φ）を設定するように構成することもできる。もっとも、これらも、荷重反力線の移動（荷重偏心）に起因するファクターということができるので、本願発明においては、横力の大きさ及びその方向に基づく圧縮板の傾斜角度の設定を包含するものであり、これを除外するものではない。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。即ち、請求項１乃至３に記載の圧縮コイルばねのセッチング方法により、荷重反力線を目標とする荷重反力線に容易に調整することができ、圧縮コイルばねの座巻面における荷重反力線の所期の位置精度を確保することができる。
【００２９】
また、請求項４及び５に記載の圧縮コイルばねのセッチング装置により、簡単且つ安価な構成で、荷重反力線を目標とする荷重反力線に容易に調整することができ、圧縮コイルばねの座巻面における荷重反力線の所期の位置精度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る圧縮コイルばねのセッチング装置を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る圧縮コイルばねのセッチング方法おいて、座巻面に対し圧縮荷重を付与する状態を示す圧縮コイルばねの斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る圧縮コイルばねのセッチング装置による作動を含め、圧縮コイルばねの製造工程を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態において圧縮コイルばねに対しホットセッチングのシミュレーションを行なう前と後の状態を示す圧縮板及び圧縮コイルばねの正面図である。
【図５】本発明の一実施形態において圧縮コイルばねに対しホットセッチングのシミュレーションを行なった場合の解析結果を示すもので、圧縮板を傾斜させたときの荷重偏心の変化を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施形態において圧縮コイルばねに対しホットセッチングのシミュレーションを行なった場合の解析結果を示すもので、圧縮板の傾斜角度と荷重偏心量の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
ＨＳ傾斜セッチング装置，Ｓ１，Ｓ２圧縮板，ＰＫサーボ装置，
ＰＳ，ＰＬ圧縮シリンダ，ＬＭ荷重測定装置，ＬＣロードセル，
１０圧縮コイルばね

Claims

成形後の圧縮コイルばねを一対の圧縮板の間に介装して圧縮加圧する圧縮コイルばねのセッチング方法において、前記圧縮板の少くとも一方を、前記圧縮コイルばねの座巻面に対し少くとも一方向に前記圧縮コイルばねの荷重反力線に応じて所定角度傾斜させた状態で、前記圧縮コイルばねを圧縮加圧することを特徴とする圧縮コイルばねのセッチング方法。
成形後の圧縮コイルばねを一対の圧縮板の間に介装して圧縮加圧する圧縮コイルばねのセッチング方法において、前記圧縮コイルばねの荷重反力線を測定する測定工程と、該測定工程の測定結果の荷重反力線と、目標とする所定の荷重反力線とを比較し誤差を検出する判定工程と、該判定工程の判定結果に応じて、前記圧縮板の少くとも一方の、前記圧縮コイルばねの座巻面に対する少くとも一方向の傾斜角度を設定する角度設定工程と、該角度設定工程で設定した傾斜角度に基づき前記圧縮板の少くとも一方を傾斜させた状態で、前記圧縮コイルばねを圧縮加圧する圧縮工程とを備えたことを特徴とする圧縮コイルばねのセッチング方法。
前記角度設定工程では、前記圧縮コイルばねの座巻面に対し、直交する二方向の傾斜角度を設定し、前記圧縮工程では、前記角度設定工程で設定した二方向の傾斜角度に基づき、前記圧縮板の一方を前記圧縮コイルばねの座巻面に対し、直交する二方向に傾斜させた状態で、前記圧縮コイルばねを圧縮加圧することを特徴とする請求項２記載の圧縮コイルばねのセッチング方法。
成形後の圧縮コイルばねを一対の圧縮板の間に介装して圧縮加圧する圧縮コイルばねのセッチング装置において、前記圧縮コイルばねに対し所定の圧縮荷重を付与したときの前記圧縮コイルばねの複数の個所の荷重を測定する荷重測定装置と、該荷重測定装置の測定結果に基づき前記圧縮コイルばねの荷重反力線を求めると共に、該荷重反力線と所定の目標荷重反力線とを比較し誤差を検出する判定手段と、該判定手段の判定結果に応じて、前記圧縮板の少くとも一方の、前記圧縮コイルばねの座巻面に対する少くとも一方向の傾斜角度を設定する角度設定手段と、該角度設定手段で設定した傾斜角度に基づき前記圧縮板の少くとも一方を傾斜させた状態で、前記圧縮コイルばねを圧縮加圧する圧縮手段とを備えたことを特徴とする圧縮コイルばねのセッチング装置。
前記角度設定手段は、前記圧縮コイルばねの座巻面に対し、直交する二方向の傾斜角度を設定するように構成し、前記圧縮手段は、前記角度設定手段で設定した二方向の傾斜角度に基づき、前記圧縮板の一方を前記圧縮コイルばねの座巻面に対し、直交する二方向に傾斜させた状態で、前記圧縮コイルばねを圧縮加圧するように構成したことを特徴とする請求項４記載の圧縮コイルばねのセッチング装置。