JP2015512026A - 起爆ワイヤによる電気液圧式放電装置のヘッド - Google Patents

Abstract

本発明の電気液圧式放電装置のヘッドは、第１の導体及び第２の導体を有する電力ケーブル（１９）の端部と、直列に取り付けられた複数のセグメントを備える起爆ワイヤ（４０ａ−ｄ）と、起爆ワイヤ（４０ａ−ｄ）の各端部を電力ケーブル（１９）の端部に接続する手段（３４）とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、起爆ワイヤによる電気液圧式放電装置（electrohydraulic discharge device）のヘッドに関する。

金型に保持されたシートを塑性変形させるために、液圧を利用することが知られている。この場合、流体、好ましくは、液体は、シートに作用し、シートを金型の形状にする。このような方法は、液圧成形と称され、特に複雑な形状を有する部品の製造方法として利用されている。

流体（液体）には、様々な方法で圧力をかけることができる。本発明は、強力な電気放電を用いて、液体にエネルギーを与えて、液体をかなりの高圧にする場合、特に前記電気放電が２つの電極間に置かれたワイヤを通って伝わる場合に関する。前記ワイヤは極めて強力な電流が流れると爆発し、プラズマを発生して、ワイヤが浸っている液体中で圧力波を生成する。本発明は、シートだけではなく、特に、塑性変形可能な材料で作られる他の被加工物の成形に関する。

従来、電気エネルギーは既知の容量のコンデンサに蓄積される。コンデンサはまず、所定の電圧に充電される。電力ケーブルが、スイッチング手段を介して所定の長さ及び径の金属ワイヤの２つの両端にコンデンサを接続する。そして、ワイヤを爆発させて、圧力波を生成し、部品を形成するために、このワイヤ間でコンデンサの急速放電を開始させる。電力ケーブル、例えば同軸ケーブルの端部は、ワイヤによって接続される２つの電極を形成する。電力ケーブルの端部、ワイヤ、及び電力ケーブルへのワイヤの接続によって形成されるアセンブリを以下の説明ではツールヘッドと称する。

例えば、仏国特許第2003162号公報には、管を形成するのにワイヤを爆発させる、電気液圧式成形方法を用いることが記載されている。この公報で”fild'amorcage”又はトリガーワイヤと称されるワイヤは、形成すべき管の内部に配置されて、水中に沈められる。この公報は、トリガーワイヤの直径をわずか０．０２ｍｍ程度とするよう制限することを教示している。

電気液圧式放電として知られている液状媒体内での起爆ワイヤの使用は他の産業にも適用できる。一例は鉱業であり、例えば、鉱石を砕いたり、岩を割ったり、包有物を分離したりするため、一般的には物質の結合をバラバラにするために適用される。

本発明の目的は、このような方法に用いられるワイヤをさらに最適化し、従って、液体中の衝撃波の分布をよりよく制御することができる電気液圧式放電のツールヘッドを提供することである。都合のよいことに、本発明のツールヘッドは、電気液圧が必要とされるところをよりよく設定することができる。例えば、局所的に小さい曲率半径を有するシート（又は他の被加工物）を変形させるため、又は前記被加工物の近くで放電させて部品に圧力をより均一に分配させるために、局所的により大きな圧力を生成させることができる。好ましくは、本発明のツールヘッドによって生成される圧力は、電気液圧式放電ツールからの歩留りを高めるように最大化される。

この目的のために、本発明は、第１の導体及び第２の導体を有する電力ケーブル端と、起爆ワイヤと、起爆ワイヤの各端部を電力ケーブルの端部に接続する手段とを備える電気液圧式放電のツールヘッドを提案する。

本発明において、起爆ワイヤは直列に取り付けられる数個のセグメントを備える。

驚くべきことに、直列に取り付けられる複数のワイヤセグメントを有することにより、各セグメントごとに爆発させることができる。そのため、爆発の位置をよりよく制御し、従ってワイヤが浸されている流体内の衝撃波を分配させることができる。

衝撃波をより均一に分配させるために、例えば、起爆ワイヤが少なくとも３つのセグメントを備えることが提案される。

本発明のツールヘッドの一実施形態は、絶縁材料である管状部分の中央に配置される中央電極を有し、中央電極は、一方では電力ケーブルの第１の導体に接続される近位端を、他方では起爆ワイヤの一端部に接続される遠位端を有し、起爆ワイヤの他方の端部は接続手段によって電力ケーブルの第２の導体に接続手段によって接続される、ヘッドを提供する。本実施形態は低費用であるという利点がある。

本発明の第１の変形実施形態においては、各セグメントは、中間電極と称されるコネクタによって、隣接しているセグメントに接続される。ツールヘッドが、その遠位端に絶縁材料の管状部分を有する場合、各中間電極は、例えば、絶縁材料の管状部分の外周に取り付けることができる。

本発明のツールヘッドの第２の（好ましい）変形実施形態においては、起爆ワイヤは、例えば、単品で作成され、セグメントは、起爆ワイヤを電気的に導電性の材料製の取付手段を用いて支持体に局所的に取り付けることによって作成される。この実施形態では、接続部（又はコネクタ）の数が限られているため、実装が容易である。この第２の変形例において、ツールヘッドも、絶縁材料の管状部分を有する場合、起爆ワイヤは、絶縁材料の管状部分の外側に置かれ、そして、導電リングが、起爆ワイヤを絶縁材料の管状部分の外周上に局所的に保持して、リングの間にワイヤセグメントを作成する。従って、導電リングは、例えば、起爆ワイヤを絶縁材料の管状部分上にクリンプする。導電リングは抵抗を制限するために、例えば銅製とする。

本発明のツールヘッドにおいては、電力ケーブルは、同軸ケーブル及び／又は遮蔽ケーブルとすることができる。

また、本発明は、上記のツールヘッドを備える、電気液圧式放電ツールに関する。

最後に、本発明は、また、上記の電気液圧式放電ツールを備える、電気液圧式成形装置に関する。

本発明の特徴及び利点は、添付の図面を参照しての以下の説明により一層明確になるであろう。

本発明による電気液圧式成形ツールの概略図である。 本発明による第１の電気液圧式成形ツールヘッドの拡大詳細図である。 本発明によるツールヘッドの第２の実施形態を示す図である。

当業者は、図１の起爆ワイヤによる電気液圧式成形ツールを認識するであろう。従来、このようなツールは電気パルス発生器２とツールヘッド６が入るチャンバー４を備えている。

図１に例示されるパルス発生器２は、非制限の例として提供され、本発明を逸脱しない範囲内で他のタイプの電気パルス発生器を用いることができる。図示のパルス発生器２は、高電圧充電システム２ａと放電回路２ｂとを備えている。

充電システム２ａは、まず、一次側回路が（不図示の）電圧源の端子に接続される変圧器８を備える。そして、変圧器８の二次側回路は、ダイオード１２及び充電スイッチ１４によって１つ（又はそれ以上）のコンデンサ１０を充電するのに用いられる。以下の説明では、１つのコンデンサ１０のみが記載されるが、上記のように複数のコンデンサを有することができる。

放電回路２ｂは、コンデンサ１０のほかに、通常、スパークギャップ１６とも称される放電スイッチを備えている。放電回路２ｂの出口には、放電回路２ｂを電力ケーブル１９に接続するために、第１のコネクタ１８が配置されている。この電力ケーブル１９は、電気を通し、シースによって支持されるワイヤ（又はケーブル）の束である。好適な実施形態では、電力ケーブル１９は、導電性のコアと外周導体との２つの導体を備える同軸ケーブルの形態とすることができる。コンデンサ１０の一方の端子は、電力ケーブル１９の導体の１つに接続され、一方、コンデンサ１０の他方の端子は第１のコネクタ１８を介して電力ケーブル１９の他方の導体に接続されている。

ここに挙げたパルス発生器２の様々な構成要素の形式及び機能は当業者に知られており、本明細書でさらに詳しくは説明しない。

ツールヘッド６は、電力ケーブル１９の遠位端で取り付けられ、チャンバー４内に位置する。このチャンバーは、概略図である図１に例示される実施形態では、２つのセグメントから成る。従って、例示されるチャンバーは、以下ダイ２０と称する（図１の方向における）下側部分と、以下放電フレーム２２と称する上側部分とを有している。ダイ２０と放電フレーム２２との間に被加工物２４が密閉して配置され、これはチャンバー４の内部を、放電フレーム２２側の放電チャンバー２６と、ダイ２０側の形成チャンバー２８とに分ける。

放電チャンバー２６は、非圧縮性流体、例えば水で充填され、一方、成形チャンバー２８は好ましくは真空とする。成形チャンバー２８を不図示の真空ポンプに接続するために、ダイ２０にはチャネル３０が形成されている。しかし、変形例として、又はこの真空を生成するための装置がない場合には、形成チャンバー２８に空気を残し、成形中にその空気を逃がすことができる通気孔（例えば、チャネル３０）を設けることができる。

ダイ２０には、被加工物に対向して、変形後に被加工物２４が有するべき形状に相当するキャビティ３２がある。ツールヘッド６は、放電チャンバー２６内にある水の中に差し込まれる。コンデンサ１０が放電すると、動的な圧力波が生成され、ダイ２０におけるキャビティ３２に被加工物２４を押し当てる。

図２は、本発明によるツールヘッド６の第１の実施形態を例示する。この図の右側に、本図では同軸ケーブルの形態で存在し、第２のコネクタ３４を受ける電力ケーブル１９の遠位端を認識するであろう。このコネクタの下流の、ツールヘッド６には、中央コア３６、絶縁スリーブ３８、及び起爆ワイヤがある。

第２のコネクタ３４の内側には、パルス発生器２の極性にそれぞれ対応する２つの電極（不図示）がある。各電極は、電力ケーブル１９の導電性のコアか、外周導体のいずれかを介して極性に接続される。

中央コア３６は、円柱ロッドの形態をしており、例えば、第２のコネクタ３４で、電力ケーブル１９の導電性コアに対応する、パルス発生器２の極性に電気的に接続される。

絶縁スリーブ３８は、中央コア３６を実質的に全長にわたり包囲し、中央コアを電気的に絶縁する合成材料で作成された円筒状の管状部分である。

起爆ワイヤは、中央コア３６の遠位端に接続、例えば溶接される遠位端と、第２のコネクタ３４で、例えば電力ケーブル１９の外周導体に接続されるパルス発生器２の極性に対応する電極に接続される遠位端とを有する。この起爆ワイヤは、数個の個別セグメント４０ａ−ｄで形成される。以下では、中間電極４２と称するコネクタが、各セグメント間にある。各中間電極４２は、それが接続する２つのセグメント間の電気的連続性を確保する。図に示される実施形態においては、３つの中間電極４２によって互いに接続された４つのワイヤセグメント（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ及び４０ｄ）がある。

中間電極４２は、絶縁スリーブ３８の外表面に取り付けられる。従って、中間電極は、セグメントを電気的に接続するとともに、対応するセグメントを機械的に保持する。

本実施形態において、数個のセグメント（４０ｉ）は、２つの電極間に直列に取り付けられる。各ワイヤセグメントは、それにかなりの電流が流れると蒸発して、周囲の液体（好適な実施形態では水が用いられるが、任意の非爆発性の液体又はゲルが適切である）の一部を蒸発させるのに必要なエネルギーを放出し、従って、液体中の圧力を、被加工物２４を変形させて、被加工物をキャビティ３２により決まる形状にするのに十分な圧力に高める。

図３は、ツールヘッド６の他の実施形態を例示する。上記で用いられた参照番号と同じ参照番号が、第２の実施形態の以下の説明でも同様の構成要素を示すのに用いられる。

本実施形態では、起爆ワイヤは４０で示されている。起爆ワイヤは、電力ケーブル１９の遠位端に直接取り付けられる。従来、既に上述したように、電力ケーブル１９は、絶縁体４８により導電シース４６から絶縁されている導電性コア４４を有している。導電シース４６も、外側の絶縁エンベロープで覆われるが、これは以下説明する遠位端にはないため、ここでは示されていない。

電力ケーブル１９の遠位端は、約数十ミリメートルから数十センチメートルの長さの導電シース４６を有さない。外部の絶縁エンベロープは、少なくとも導電シース４６の端部の前方、少なくとも数ミリメートルの長さで遠位端から除去される。

電力ケーブル１９の遠位端のこのような構成では、起爆ワイヤ４０は、導電シース４６の遠位端と、導電コア４４の遠位端との間に取り付けられる。起爆ワイヤ４０と同軸ケーブルとの間の電気的接続は、その電気的接続が良好であり、機械的接続が良好である限り、様々な方法で実現される。図３に提案される解決策は、それぞれの箇所にクリンピングリングを用いて接続を確立する。第１のクリンピングリング５０は、起爆ワイヤ４０の近位端を導電シース４６の遠位端上に維持し、一方、第２のクリンピングリング５２は導電コア４４の遠位端を起爆ワイヤ４０の遠位端に取り付け、電気的に接続するために用いられる。

図３から分かるように、起爆ワイヤ４０は、また、導電リング５４によって絶縁体４８上に保持される。従って、起爆ワイヤ４０は、導電リング５４によって規定されたセグメントに分割され、図２の実施形態で直列に取り付けられたセグメントのように作用する。各導電リング５４は、例えば銅製であり、電橋として作用する。導電リング５４は、例えば、起爆ワイヤ４０との良好な機械的保持及び良好な電気的接続を保証するためにクリンプすることができる。

ここで再び、起爆ワイヤ４０は、各セグメントごとに蒸発するように作成され、高強度の電流が流れると、衝撃波として伝播して、被加工物２４を変形させることができる圧力の局所的な増加をもたらすように周囲の流体の一部を蒸発させるのに必要なエネルギーを放出する

一実施形態の特徴は、上記の他の実施形態の特徴と組み合わせることができる。例えば、図２及び図３の実施形態で、第２のコネクタを用いずに複数のセグメントの起爆ワイヤを有することができ、又は第２のコネクタ３４と同様のコネクタ（又は他のタイプのコネクタ）を用いて同軸ケーブルとの接続が確立されている間、全て一つながりであり、導電リングで保持される起爆ワイヤを有することができる。

上述した２つの実施形態に対し、例示目的のためにいくつかの寸法の非制限的な例が提供される。

起爆ワイヤ（又は起爆セグメント）を形成するために用いられるフィラメントは、例えば、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの直径を有する。フィラメントは、例えば銅製とすることができる。起爆ワイヤの全長は、ワイヤを消散させるエネルギーとワイヤ端子に印加される電圧との関数として決定される。例えば、消散エネルギーが１０^２ジュール〜１０^６ジュールの場合、起爆ワイヤの全長（全てのワイヤセグメントの累積の長さを意味する）は、約２〜５０ｃｍになる。約１ｋＶ印加されるごとに約１センチメートル（０．１〜２．５ｃｍ）の長さが提供される（これは、単に例示にすぎない）。従って、例えば、１０ｋＶの印加電圧の場合、１０ｃｍの起爆ワイヤとすることができる。このワイヤは、例えば、５ｃｍの２つのセグメントの形態とするか、２．５ｃｍの４つのセグメント（、又は１０／ｎ ｃｍのｎ個のセグメント）の形態としてもよい。

従って、本発明は、直列に取り付けられる、数個のセグメントの起爆ワイヤを有することを提案する。電流が起爆ワイヤに流れると、各セグメントを爆発させる。起爆ワイヤをセグメントに分配するために、放出されるエネルギーの配分をより良く制御することができる。電気液圧式成形方法において、又は電気液圧式放電を用いる他の方法では、電気液圧がよりよく制御される。例えば、セグメントの爆発を曲率半径の小さい被加工物の領域に留めるか、又は電気液圧を被加工物全体にわたってできるだけ均一に分配させることができる。

本明細書で提案される実施形態は、起爆ワイヤを利用する既存の解決策と比較して、費用の大きな増加はないという利点がある。

本発明は、既に記載された非限定的例として上述した好適な実施形態にも、また上述した変形例にも限定されるものではない。また、本発明は以降の特許請求の範囲内で当業者に明らかな変形例にも関するものである。

Claims (10)

1. 第１の導体（４４，４６）及び第２の導体（４６，４４）を有する電力ケーブル（１９）の端部と、起爆ワイヤ（４０；４０ａ−ｄ）と、前記起爆ワイヤ（４０；４０ａ−ｄ）の端部を前記電力ケーブル（１９）の端部に接続する手段（３４；５０，５２）と、を備えている電気液圧式放電用のツールヘッド（６）であって、
   前記起爆ワイヤ（４０；４０ａ−ｄ）は、直列に取り付けられた数個のセグメントを備えることを特徴とする、ツールヘッド（６）。
2. 前記起爆ワイヤ（４０；４０ａ−ｄ）は、少なくとも３つのセグメントを備える、請求項１に記載のツールヘッド（６）。
3. 絶縁材料の管状部分（３８；４８）の中央に配置される中央電極（３６；４４）を有し、前記中央電極（３６；４４）は、一方では前記電力ケーブルの前記第１の導体（４４，４６）に接続される近位端を、他方では前記起爆ワイヤ（４０；４０ａ−ｄ）の一端部に接続される遠位端とを有し、前記起爆ワイヤ（４０；４０ａ−ｄ）の他方の端部は、前記接続手段によって前記電力ケーブル（１９）の前記第２の導体（４６，４４）に接続される、請求項１又は２に記載のツールヘッド（６）。
4. 前記各セグメント（４０ａ−ｄ）は、中間電極（４２）と称されるコネクタによって、隣接しているセグメントに接続される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のツールヘッド（６）。
5. 前記各中間電極（４２）は、前記絶縁材料の前記管状部分（３８；４８）の外周に取り付けられる、請求項３及び４に記載のツールヘッド（６）。
6. 前記起爆ワイヤ（４０）は、単品で作成され、前記セグメントは、前記起爆ワイヤ（４０）を電気的に導電材料製の取付手段（５４）を用いて支持体に局所的に取り付けることによって作成される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のツールヘッド（６）。
7. 前記起爆ワイヤ（４０）は、前記絶縁材料の前記管状部分（３８；４８）の外側に置かれ、導電リング（５４）が、前記起爆ワイヤ（４０）を前記絶縁材料の管状部分（３８；４８）の前記外周上に局所的に保持して、前記リングの間にワイヤセグメントを作成する、請求項３及び６に記載のツールヘッド（６）。
8. 前記電力ケーブル（１９）は同軸ケーブルである、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のツールヘッド（６）。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載のツールヘッド（６）を備える、電気液圧式放電ツール。
10. 請求項９に記載の電気液圧式放電ツールを備える、電気液圧式成形装置。

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