JP2015182115A

JP2015182115A - 成形体の製造方法

Info

Publication number: JP2015182115A
Application number: JP2014061423A
Authority: JP
Inventors: 崇志後藤; Takashi Goto
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2014-03-25
Filing date: 2014-03-25
Publication date: 2015-10-22

Abstract

【課題】電磁成形により、効率的に成形体を量産することを可能にする成形体の製造方法を提供する。【解決手段】キャビティ１８を備え、極低温まで冷却された電磁成形用外型１０の前記キャビティ１８内に、アルミニウム又はアルミニウム合金材料からなる筒状体の被成形材１００を配置する工程と、被成形材１００の内側に電磁成形コイル体１２を配置する工程と、電磁成形体コイル体１２に電流を流すことで発生する電磁力により被成形材１００をキャビティ１８に押し付けて拡管成形し、成形体１を得る工程と、を含むようにする。この電磁成形用外型１０を極低温まで冷却する工程は、電磁成形用外型１０に設けられたスターリング冷凍機１７で冷却することや、電磁成形用外型１０内に液体窒素を通流させて冷却することにより行うことができる。【選択図】図２

Description

本発明は、成形体の製造方法に関する。より詳しくは、本発明は、キャン等を電磁成形して成形体を製造するための技術に関する。

キャン等の筒状体は、一般消費者の目を引きやすいデザインとすることが必要であり、キャン自体の変形量を大きくすることでデザインの自由度を確保することが可能になる。例えば、特許文献１では、キャン本体にエンボス加工を施す技術が開示されている。この技術によれば、凹凸を有する複数のロールで筒状体であるキャンを挟み込んでエンボス加工することができる。

一方、例えば、特許文献２〜４では、ロール加工等の機械的な加工方法以外の方法として、電磁成形方法を用いて、キャンの胴部を拡管したり、湾曲部分を形成したりする技術が開示されている。この技術によれば、機械的な加工方法のように加工油を使用しないため、加工油の洗浄工程を省略することができる。また、数ｍｓｅｃといった短時間で所望の形状に加工することができ、生産性に優れる。

特表２０００−５１５０７２号公報特開平９−２９３７０号公報特開２００６−２６４７６９号公報特開２００４−４２０６６号公報

しかしながら、前述した電磁成形を行う技術に対して、より効率的に成形体を量産できる製造方法の提供が希求されていた。そこで、本発明は、電磁成形により、効率的に成形体を量産することを可能にする成形体の製造方法を提供することを主目的とする。

本発明は、前述した課題を解決するために、本発明者等の鋭意検討の結果完成されたものであり、キャビティを備え、極低温まで冷却された電磁成形用外型の前記キャビティ内に、アルミニウム又はアルミニウム合金材料からなる筒状体の被成形材を配置する工程と、前記被成形材の内側に電磁成形コイル体を配置する工程と、前記電磁成形コイル体に電流を流すことで発生する電磁力により前記被成形材を前記キャビティに押し付けて拡管成形し、成形体を得る工程と、を含む成形体の製造方法を提供する。
ここで、極低温とは、特に限定されないが、−４０℃以下とすることができ、より好ましくは、−５０℃以下である。
更に、この成形体の製造方法では、前記被成形材を前記電磁成形用外型のキャビティ内に配置する前に、前記被成形材を冷却する工程を更に含んでいてもよい。
また、この成形体の製造方法では、前記電磁成形用外型に設けられたスターリング冷凍機により、前記電磁成形用外型を前記極低温まで冷却してもよい。
また、この成形体の製造方法では、前記電磁成形用外型内に液体窒素を通流させることにより、前記電磁成形用外型を前記極低温まで冷却してもよい。
前記被成形材は、有底筒状体であってもよい。

本発明によれば、電磁成形により、効率的に成形体を量産することができる。

本発明の実施形態の成形体１の斜視図である。同実施形態の成形体１を製造するための電磁成形装置１０の概略図である。液体窒素により被成形材１００（成形体１）を冷却している状態を説明するための図である。被成形材１００を搬送して、内部に導電コイル体１２を挿入する状態を説明するための図である。被成形材１００を冷却しながら搬送し、内部に導電コイル体１２を挿入する状態を説明するための図である。

以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

［成形体１］
まず、本発明の実施形態の成形体１について説明する。図１は、本実施形態の成形体１の斜視図である。本実施形態の成形体１は、被成形材１００（後述の図４等参照）を電磁成形により拡管成形して得られる。すなわち、成形体１とは、被成形材１００が電磁成形により拡管成形されたものを指し、被成形材１００とは、成形体１が電磁成形される前のものを指す。

図１に示すように、本実施形態の成形体１の形状は、筒状体であれば特に限定されないが、例えば、円柱形状をしている。図１中のＸＹ平面に平行な断面形状は、円形に限られず、例えば、楕円形や、角部が丸みを帯びた略三角形や、角部が丸みを帯びた略四角形の各辺に凹部ができて窪んだ形状等であってもよい。また、成形体１の表面には、美観に優れた多様な形状のビードを形成することもできる。

また、本実施形態の成形体１を得るための被成形材１００は、電磁成形時の渦電流のロスを防ぎ、エネルギー投入量を更に低減させるため、有底筒状体とすることが好ましい。

この被成形材１００は、アルミニウム又はアルミニウム合金材料からなる。アルミニウム又はアルミニウム合金材料の品種は、特に限定されないが、具体的には、アルミニウムとして例えば、１０５０、１１００等、アルミニウム合金として例えば、３００４、３１０４、５２０１、５１８２、６０２２等が挙げられる。

なお、成形体１の表面には数μｍ〜数１０μｍ程度の樹脂皮膜（塗装皮膜、フィルムラミネート）が形成されていてもよい。また、樹脂皮膜の下地処理として、リン酸クロメート処理、リン酸ジルコニウム処理等が施されていてもよい。

［成形体１の製造方法］
次に、本実施形態の成形体１の製造方法について説明する。本実施形態の成形体１は、以下に説明する製造方法により製造されるため、効率的に量産することができる。

図２は、本実施形態の成形体１を製造するための電磁成形装置１０の概略図である。この電磁成形装置１０は、電磁成形用外型１１を極低温まで冷却することができ、ここでは、電磁成形用外型１１にスターリング冷凍機１７が設けられている場合を例に挙げて説明する。スターリング冷凍機１７は、電磁成形用外型１１を極低温まで冷却することができれば、その構成については特に限定されず、例えば、市販のスターリング冷凍機を電磁成形用外型１０に取り付けることができる。なお、極低温とは、特に限定されないが、−４０℃以下とすることができ、より好ましくは、−５０℃以下である。

図２に示すように、この電磁成形装置１０では、スイッチ１３を入れることで、コンデンサ１４から放電がなされる。これにより電磁成形コイル体１２に瞬間的に大電流が流され、電磁成形コイル体１２から発生した磁束により、被成形材１００に誘導電流が発生し、この誘導電流と電磁場との相互作用により、被成形材１００がキャビティ１８に押し付けられるようになるまで拡管する力（電磁力）が働く。これにより、被成形材１００から成形体１が得られる。なお、図２中、符号１５は充電回路の電源を示し、符号１６は充電スイッチを示す。

このとき、図２に示すように、本実施形態の成形体１を製造する際には、電磁成形用外型１１に設けられたスターリング冷凍機１７により、電磁成形用外型１１が極低温まで冷却されている。

コイルの冷却には漏電や短絡等を防止するため、通常、コイルの導線にエアーを当てて冷却するが、薄肉の成形体１を多数連続的に加工する場合、電磁成形コイル体１２の導線に冷却エアーを当てるだけでは電磁成形コイル体１２に発生した熱を十分に除去することが困難な場合がある。この場合、樹脂の導線を覆う樹脂部分が劣化するため、コイルの寿命が短くなる。これに対し、本実施形態の成形体１の製造方法では、電磁成形用外型１１を極低温冷却することにより、電磁成形時にコイルに発生する熱を効率的に除去することができる。そのため、被成形材１００の加工温度が過度に上昇することを防止できると共に、コイルの熱ダメージの抑制も図ることができることから、コイルを冷却するためにコイルを交換する等の手間が不要となる。従って、変形量が大きな成形体１を効率的に製造することができると共に、電磁成形コイル体１２の熱による劣化を抑制し、寿命を長くすることが可能なため、多数ショットを連続して行うことができる。すなわち、本実施形態の成形体１の製造方法によれば、効率的に成形体１を量産することができる。

また、極低温まで冷却された電磁成形用外型１１は、冷却の安定性を図るために一定温度の極低温に保持しておくことが好ましい。

また、電磁成形用外型１１を極低温まで冷却するために、電磁成形用外型１１の外表面に取り付けたスターリング冷凍機１７を用いることで、コンパクトな設備スペースで電磁成形用外型１１を冷却することができる。

また、電磁成形用外型１１を極低温まで冷却する方法については、スターリング冷凍機１７による冷却に限られない。図３は、液体窒素により筒状体１００（被成形材１）を冷却している状態を説明するための図である。図３に示すように、電磁成形用外型１１内に流路２７が設けられ、この流路２７に液体窒素を通流させ、電磁成形用外型１１を極低温まで冷却することができる。

電磁成形用外型１１を極低温まで冷却するために、電磁成形用外型１１の内部に液体窒素を通流させることで、コイルの抜熱量を大きくすることができると共に、温度変化を小さく抑えることが可能なことから、安定に電磁成形用外型１１を冷却することができる。

なお、この液体窒素を流路２７内に通流させることによる冷却と、スターリング冷凍機１７を電磁成形用外型１１に設けることによる冷却とは、双方を同時に行ってもよい。これにより、設備の配置スペースを小さくすることができると共に、冷却能力の安定化も図ることができる。

また、電磁成形用外型１１において、電磁成形により拡管成形された成形体１と接することになるキャビティ１８の表面は、絶縁体で形成されていることが好ましい。更に、絶縁体の最表面は、撥水機能を持つ樹脂層で形成されていることが好ましい。これにより、低温度に保持した電磁成形用外型１１の表面に、空気中の水分が凝縮して、結露が付着することを抑制できる。

この絶縁体は、電磁成形時に絶縁破壊を生じない材料を用いればよく、樹脂やセラミック等を用いて形成することができるが、樹脂層であることが好ましい。樹脂層を構成する樹脂としては、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ＰＰ樹脂、ナイロン樹脂等が挙げられ、弾性、切削性、拡管の精度、耐久性等で用途に応じて適宜使い分けることができる。

絶縁体が樹脂層であることで、樹脂層は一定の弾力を有するため、型の割れによる損傷を防止することができ、更に低コストで型を作製することができる。また、キャビティ１８を形成する表面部分のみが絶縁体で形成されていてもよいし、電磁成形用外型１１全体が絶縁体で形成されていてもよい。

図４は、被成形材１００を搬送して、内部に電磁成形コイル体１２を挿入する状態を説明するための図である。図４に示すように、本実施形態の成形体１の製造工程においては、前述した電磁成形を行う前に、まず、被成形材１００を電磁成形装置１０まで搬送台２０上で搬送することができる（図中、矢印Ｆ１参照）。このとき、所定位置まで運ばれた被成形材１００がプッシャー２１により押し上げられることで（図中、矢印Ｆ２参照）、被成形材１００内に電磁成形コイル体１２が挿入される。ここでは、電磁成形装置１０の他の構成は図示しないが、その後、前述したように、被成形材１００は電磁成形により拡管成形される。このとき、電磁成形用外型１１は極低温まで冷却されている。なお、被成形材１００の搬送方法については、リニアコンベア等のように直線状に搬送されることには限定されず、例えば、回転コンベアのように周方向に搬送されてもよい。

図５は、被成形材１００を冷却しながら搬送し、内部に導電コイル体１２を挿入する状態を説明するための図である。被成形材１００を電磁成形用外型１１のキャビティ１８内に配置する前に搬送している際、図５に示すように冷却ブロック２１内に被成形材１００を配置し、被成形材１００を冷却することもできる。被成形材１００を冷却してから、極低温まで冷却された電磁成形用外型１１のキャビティ１８内に被成形材１００を配置することで、得られる成形体１の変形量をより大きくすることができる。被成形材１００が薄肉材の場合は、周囲の温度の影響を受けやすいため、成形時の温度にばらつきが出る可能性があるが、上記の構成により周囲の温度に合わせて成形時の温度をコントロールしやすくなるため、成形時の温度を安定させることができる。

被成形材１００の搬送時の冷却温度は、−４０℃以下であることが好ましい。より好ましくは、−５０℃以下である。この範囲の温度で被成形材１００を冷却してから、極低温まで冷却された電磁成形用外型１１のキャビティ１８内に被成形材１００を配置することで、成形体１の変形量を安定に大きくすることができる。また、被成形材１００は、電磁成形用外型１１のキャビティ１８に向けて搬送される前に冷却ブロック２１等により冷却されていてもよい。

以上詳述したように、本実施形態の成形体１の製造方法によれば、電磁成形用外型１１が極低温まで冷却されているため、成形体１の変形量を向上させることができる。また、電磁成形用外型１１を極低温まで冷却することで、電磁成形コイル体１２の寿命を長くすることもできる。そのため、本実施形態の成形体１の製造方法によれば、成形体１を効率的に量産することができる。また、被成形材１００を電磁成形用外型１１のキャビティ１８に配置する前に、被成形材１００を冷却することもでき、これにより成形体１の変形量をより安定に大きくすることができる。

１成形体
１０電磁成形装置
１１電磁成形用外型
１２電磁成形コイル体
１７スターリング冷凍機
１８キャビティ
２７流路
１００被成形材

Claims

キャビティを備え、極低温まで冷却された電磁成形用外型の前記キャビティ内に、アルミニウム又はアルミニウム合金材料からなる筒状体の被成形材を配置する工程と、
前記被成形材の内側に電磁成形コイル体を配置する工程と、
前記電磁成形コイル体に電流を流すことで発生する電磁力により前記被成形材を前記キャビティに押し付けて拡管成形し、成形体を得る工程と、
を含む成形体の製造方法。
前記被成形材を前記電磁成形用外型のキャビティ内に配置する前に、前記被成形材を冷却する工程を更に含む請求項１に記載の成形体の製造方法。
前記電磁成形用外型に設けられたスターリング冷凍機により、前記電磁成形用外型を前記極低温まで冷却する請求項１又は２に記載の成形体の製造方法。
前記電磁成形用外型内に液体窒素を通流させることにより、前記電磁成形用外型を前記極低温まで冷却する請求項１又は２に記載の成形体の製造方法。
前記被成形材が有底筒状体である請求項１〜４のいずれか１項に記載の成形体の製造方法。