JP2016140897A

JP2016140897A - 電磁成形用コイル装置及び電磁成形材の製造方法

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Publication number: JP2016140897A
Application number: JP2015019662A
Authority: JP
Inventors: 崇志後藤; Takashi Goto; 一正海読; Kazumasa Kaitoku; 今村　美速; Yoshihaya Imamura; 美速今村
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2015-02-03
Filing date: 2015-02-03
Publication date: 2016-08-08
Anticipated expiration: 2035-02-03
Also published as: US20160221059A1; CN105834274B; CN105834274A; JP6541979B2

Abstract

【課題】電磁成形の際に被成形材における所望の加工部位以外の部位が電磁力による変形を起こし難い、電磁成形用コイル装置及び電磁成形材の製造方法を提供する。【解決手段】螺旋状に巻き回された導体コイルと、該導体コイルの内部でそのコイルに沿って長手方向に配置される筒状部と、該筒状部の長手方向における一端を基端部として前記導体コイルの軸中心側に向かって延び、その延びた先端において被成形材を取り囲むと共に該被成形材の外周に沿って形成されたキャビティ面を有する端部壁部と、を備える磁束集中器と、を備え、前記磁束集中器は、前記筒状部及び前記端部壁部が前記長手方向に複数に分割され、前記筒状部及び前記端部壁部の分割された部分と前記キャビティ面とに設けられた絶縁層を備え、前記端部壁部は、前記軸中心側に向かって延びた前記先端が前記導体コイルの位置よりも前記長手方向の外側に突出して配置されている、電磁成形用コイル装置を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、電磁成形用コイル装置及び電磁成形材の製造方法に関する。より詳しくは、本発明は、被成形材の所望の加工部位への電磁成形に用いられる電磁成形用コイル装置、及び電磁成形材の製造方法に関する。

導電体の管状材を拡管成形又は縮管成形する際に、電磁成形の技術が用いられている。電磁成形は、電磁力を利用して導電体を塑性加工する成形手法である。この電磁成形では、高電圧で蓄えられた電荷を導体コイルに瞬時に放電させ、その周囲に短時間で強力な磁場を発生させて、その磁場の中に被成形材を配置することにより、被成形材と導体コイルとの間に発生する反発力により、加工が行われる。

例えば特許文献１では、導線をコイル状に巻回して形成された電磁コイル本体と、この電磁コイル本体の外側に電磁コイル本体を取り囲むように配置された筒状の導電体とを有する、縮管成形に適用し得る電磁成形コイルに関する技術が開示されている。また、特許文献２では、電界整形器により電流を誘導させ、これにより２個の部品を圧縮結合する駆動シャフトに関する技術について開示されている。

特開２００７−２７５９０９号公報特表２００７−５２０３５３号公報

前述の特許文献２の開示によると、電界整形器と重ならない位置にもコイルが配置されていることから、そのコイルから発生する磁場が被成形材における所望の加工部位以外の部位にも影響を及ぼしかねない。

また、従来の技術では、被成形材に電磁成形を行うと、被成形材において加工を望まない部位にも電磁力が作用して変形が生じてしまうという実状が存在する。

そこで本発明は、電磁成形の際に被成形材における所望の加工部位以外の部位が電磁力による変形を起こし難い、電磁成形用コイル装置及び電磁成形材の製造方法を提供することを主目的とする。

本発明に係る電磁成形用コイル装置は、螺旋状に巻き回された導体コイルと、該導体コイルの内部でそのコイルに沿って長手方向に配置される筒状部と、該筒状部の長手方向における一端を基端部として前記導体コイルの軸中心側に向かって延び、その延びた先端において被成形材を取り囲むと共に該被成形材の外周に沿って形成されたキャビティ面を有する端部壁部と、を備える磁束集中器と、を備え、前記磁束集中器は、前記筒状部及び前記端部壁部が前記長手方向に複数に分割され、前記筒状部及び前記端部壁部の分割された部分と前記キャビティ面とに設けられた絶縁層を備え、前記端部壁部は、前記軸中心側に向かって延びた前記先端が前記導体コイルの位置よりも前記長手方向の外側に突出する位置に配置されている。
この電磁成形用コイル装置では、前記端部壁部の前記基端部が、前記導体コイルの位置よりも前記長手方向の外側に突出して配置されていてもよい。

また、本発明に係る電磁成形材の製造方法は、螺旋状に巻き回された導体コイルの内部でそのコイルに沿って長手方向に配置される筒状部と、該筒状部の長手方向における一端を基端部として前記導体コイルの軸中心側に向かって延び、その延びた先端において被成形材の外周に沿って形成されたキャビティ面を有する端部壁部と、前記筒状部及び前記端部壁部が前記長手方向に複数に分割され、前記筒状部及び前記端部壁部の分割された部分と前記キャビティ面とに設けられた絶縁層と、を備える磁束集中器を用い、前記キャビティ面が前記被成形材の所望の加工部位を取り囲むように、前記磁束集中器と前記被成形材とを配置する工程と、前記端部壁部の前記先端が前記導体コイルの位置よりも前記長手方向の外側に突出する位置となるように、前記導体コイルを前記磁束集中器の周囲に配置する工程と、前記導体コイルに電流を流し、磁束を発生させる工程と、を含み、前記磁束により生じる電磁力により、前記被成形材の前記所望の加工部位を加工する製造方法である。
この電磁成形材の製造方法では、前記被成形材の前記所望の加工部位を前記磁束集中器の前記キャビティ面で取り囲んだ後に、前記導体コイルを前記磁束集中器の周囲に配置してもよい。

本発明によれば、電磁成形の際に被成形材における所望の加工部位以外の部位が電磁力による変形を起こし難い、電磁成形用コイル装置及び電磁成形材の製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る電磁成形用コイル装置の構成例を模式的に表す縦断面図である。本発明の実施形態に係る電磁成形用コイル装置の構成例を説明するための図１中のＡ−Ａ線矢視方向断面を模式的に表す横断面図である。本発明の実施形態に係る電磁成形用コイル装置により成形加工された電磁成形材を模式的に表す縦断面図である。本発明の実施形態に係る電磁成形用コイル装置の別の構成例を模式的に表す縦断面図である。本発明の実施形態に係る電磁成形用コイル装置の別の構成例を模式的に表す縦断面図である。本発明の実施形態に係る電磁成形用コイル装置のさらに別の構成例を模式的に表す縦断面図である。本発明の実施形態に係る電磁成形用コイル装置が備えるスリット部を説明するための電磁成形用コイル装置の構成例を表す、図２に対応する横断面図である。本発明の実施形態に係る電磁成形用コイル装置が備える絶縁層を説明するための電磁成形用コイル装置の構成例を表す、図２に対応する横断面図である。本発明の実施形態に係る電磁成形用コイル装置のさらに別の電磁成形用コイル装置の構成例を表す、図２に対応する横断面図である。本発明の実施形態に係る電磁成形用コイル装置と比較される電磁成形用コイル装置の構成例を模式的に表す縦断面図である。本発明の実施形態に係る電磁成形用コイル装置と比較される電磁成形用コイル装置の別の構成例を模式的に表す縦断面図である。図９及び図１０に示すような電磁成形用コイル装置で成形加工され得る電磁成形材を模式的に表す縦断面図である。

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、以下に説明する各実施形態では、２つの管状の被成形材を電磁成形により成形加工する場合の実施形態を例示して説明するが、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。

本発明の実施形態に係る電磁成形用コイル装置は、螺旋状に巻き回された導体コイル、及び磁束集中器を備える。
この磁束集中器は、前記導体コイルの内部でそのコイルに沿って長手方向に配置される筒状部と、その筒状部の長手方向における一端を基端部として前記導体コイルの軸中心側に向かって延びる端部壁部と、を備える。その磁束集中器の端部壁部には、前記軸中心側に向かって延びた先端において被成形材を取り囲み、前記被成形材の外周に沿って形成されたキャビティ面を有する。また、磁束集中器は、前記筒状部及び前記端部壁部が前記長手方向に複数に分割されている。そして、磁束集中器は、前記筒状部及び前記端部壁部の分割された部分と前記キャビティ面とに設けられた絶縁層を備える。
さらに、本実施形態に係る電磁成形用コイル装置においては、前記端部壁部は、前記軸中心側に向かって延びた前記先端が前記導体コイルの位置よりも前記長手方向の外側に突出する位置に配置されている。

以下、本実施形態に係る電磁成形用コイル装置について、図１〜８を参照しながら説明する。まず図１〜３を参照して、本実施形態に係る電磁成形用コイル装置及び電磁成形材の製造方法について説明し、次いで、図４〜８を参照して、本実施形態に係る電磁成形用コイル装置の構成についてさらに説明する。

図１は、本実施形態に係る電磁成形用コイル装置１１の構成例を模式的に表す縦断面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線矢視方向断面を模式的に表す横断面図である。図３は、本実施形態に係る電磁成形用コイル装置により成形加工された電磁成形材を模式的に表す縦断面図である。
図１に示すように、本実施形態における電磁成形用コイル装置１１は、螺旋状に巻き回された導体コイル１２と、磁束集中器１３とを備える。

導体コイル１２としては、例えば、ボビン等の軸部の周面に導線をコイル状、より好適にはソレノイド状に巻き回して形成された導体コイル１２を用いることができる。導線の材質は特に限定されず、従来の電磁成形用コイル装置で用いられている材質を適宜選択できる。導線の材質としては、例えば銅、クロム銅等の銅合金、アルミニウム合金等が挙げられる。また、導体コイル１２は、図示しないコンデンサー及びスイッチ等を含む電気回路に接続することができる。

磁束集中器１３は、全体として略筒型の形状であり、筒状の周壁をなす筒状部１３２を備える。この筒状部１３２は、外周面１３２Ａ及び内周面１３２Ｂを有し、導体コイル１２の内部でそのコイルに沿って長手方向（図１中の矢印Ｄ２方向参照）に配置される。磁束集中器の筒状部が導体コイルの内部でそのコイルに沿って長手方向に配置されていることには、筒状部及び導体コイルの長手方向において、導体コイルの長さより筒状部の長さの方が長いか、導体コイルの長さと筒状部の長さが略同じであることを含む。このように、筒状部１３２及び導体コイル１２の長手方向において、筒状部１３２は導体コイル１２と重なる位置に配置されると共に導体コイル１２は磁束集中器１３からはみ出ない位置に配置される構成となる。

また、磁束集中器１３は、筒状部１３２の長手方向（筒軸方向とも称する。図１中の矢印Ｄ２方向参照。）における一端を基端部１３３として導体コイル１２の軸中心側（図１中の矢印Ｄ１参照）に向かって延びる端部壁部１３４を備える。そして、磁束集中器１３は、端部壁部１３４における前記軸中心側に向かって延びた先端において第一被成形材１０を取り囲み、その第一被成形材１０の外周に沿って形成されたキャビティ面１３５を備える。キャビティ面は、磁束集中器の端部壁部において、導体コイルの軸中心側に向かって延びた先端面であって、被成形材の所望の加工部位を成形加工するための端面（被成形材の所望の加工部位に最も近接する部位となる端面）である。その端面（キャビティ面）と被成形材の所望の加工部位の外面との間に有する空間がキャビティとなることから、本開示では、前記端面をキャビティ面という。
なお、本実施形態では、磁束集中器１３が複数に分割されていることから、キャビティ面１３５は、端部壁部１３４の前記軸中心側において、分割された複数の磁束集中器１３が組み合わさった面として形成されている。

本実施形態の電磁成形用コイル装置１１では、筒状部１３２の外周面１３２Ａは、導体コイル１２の内側でその導体コイル１２と対向して配置される。筒状部１３２の内周面１３２Ｂは、外周面１３２Ａの内側に位置し、第一被成形材１０と対向して配置される。

導体コイル１２から発生する磁束を磁束集中器１３に集中させ易いように、磁束集中器１３の筒状部１３２の外周面１３２Ａは導体コイル１２の形状に沿って円筒形状に形成することが好ましい。また、筒状部１３２の内周面１３２Ｂの横断面形状は特に限定されず、通常、その横断面において、外周面１３２Ａと同様の形状に形成される。なお、筒状部１３２の内周面１３２Ｂの横断面形状は、磁束集中器１３の空間１４内に配置される第一被成形材１０の形状に沿った形状としてもよい。

筒状部１３２の基端部１３３から導体コイル１２の軸中心側に向かって延びた端部壁部１３４の先端は、筒状部１３２の長手方向において、導体コイル１２の位置よりも外側に突出して配置されている。この位置において、端部壁部１３４のキャビティ面１３５は、第一被成形材１０の加工対象となる所望の加工部位Ｒ０に対向するように配置される。電磁成形を行う際には、導体コイル１２から生じる磁束が、磁束集中器１３の筒状部１３２から端部壁部１３４を通じ、その端部壁部１３４の先端にあるキャビティ面１３５に向かって集中する。これにより、第一被成形材１０の所望の加工部位Ｒ０に局部的に電磁力を集中させることが可能となる。

図１に示す電磁成形用コイル装置１１では、端部壁部１３４における導体コイル１２の軸中心側に向かって延びた先端及びその先端に有するキャビティ面１３５は、それらの一部が導体コイル１２の位置よりも前記長手方向の外側に突出して配置されている。このように端部壁部１３４の先端及びその先端にあるキャビティ面１３５は、少なくともその一部が、筒状部１３２の長手方向において、導体コイル１２の位置よりも外側に突出して配置されていればよい。したがって、磁束集中器１３は、端部壁部１３４における導体コイル１２の軸中心側に向かって延びた先端の全体及びその先端に有するキャビティ面１３５の全体が、導体コイル１２の位置よりも前記長手方向の外側に突出する位置に設けられていてもよい。

本実施形態における磁束集中器１３では、筒状部１３２の基端部１３３から導体コイル１２の軸中心側に向かって延びる端部壁部１３４により、筒状部１３２の内周面１３２Ｂと第一被成形材１０との間に、第一被成形材１０に対する磁束が作用し難い程度の十分な距離をとった空間１４が形成される。これにより、この空間１４において磁束を遮蔽し易い構成とすることが可能となる。そのため、第一被成形材１０の所望の加工部位Ｒ０以外の部位（以下、「非加工部位」と称することがある。）Ｒ１に向かう磁束を抑制することができ、第一被成形材１０の非加工部位Ｒ１に対して、電磁成形の際に導体コイル１２に発生する磁束の影響を受け難くすることが可能となる。

磁束集中器１３の構成によって形成される空間１４の大きさは、第一被成形材１０及び第二被成形材２０（以下、これらをまとめて「被成形材１０、２０」と称することがある。）の大きさ及び材質等により変わり得るが、空間１４が第一被成形材１０へ向かう磁束を遮蔽する領域となるような大きさとすることが好ましい。

例えば、第一被成形材１０が外径４０ｍｍ及び厚さ２ｍｍの７０００系アルミニウム合金の円筒材の場合、空間１４の大きさとしては、磁束を遮蔽する観点から、図１に示す縦断面図において、磁束集中器１３の筒状部１３２の内周面１３２Ｂから第一被成形材１０の外面までの距離Ｌ_１を、好ましくは３ｍｍ以上、より好ましくは５ｍｍ以上、さらに好ましくは１０ｍｍ以上とする。また、磁束集中器１３の端部壁部１３４のキャビティ面１３５に磁束を集中させ易くする観点から、当該距離Ｌ_１を、好ましくは１００ｍｍ以下、より好ましくは５０ｍｍ以下、さらに好ましくは３０ｍｍ以下とする。なお、磁束集中器１３のキャビティ面１３５の端面から第一被成形材１０の外面までの距離Ｌ_２は、第一被成形材１０の所望の加工部位Ｒ０に電磁力を作用させる観点から、例えば０．１〜２ｍｍとすることが好ましい。

本実施形態における磁束集中器１３は、図２に示すように、筒状部１３２の外周面１３２Ａと、内周面１３２Ｂ及び端部壁部１３４のキャビティ面１３５とを連通すると共に、筒状部１３２の長手方向（図１中の矢印Ｄ２方向参照）に延設されたスリット部１３１を有する。このスリット部１３１により、磁束集中器１３では、筒状部１３２及び端部壁部１３４が前記長手方向に複数に分割されている。

図２に示す磁束集中器１３では、磁束集中器１３の周方向に３つのスリット部１３１を備えることで、磁束集中器１３が周方向に３分割された構成例を示している。
このスリット部１３１は、筒状部１３２及び端部壁部１３４を含む磁束集中器１３の筒軸方向（図１中の矢印Ｄ２方向参照）の全長にわたって設けられていてもよく、また、その全長における一部に設けられていてもよい。

磁束集中器１３は、筒軸方向に延設されたスリット部１３１を有することで、電磁成形を行う際に導体コイル１２に電流が印加されると、磁束集中器１３の外周面１３２Ａ及び内周面１３２Ｂを巡回する誘導電流の閉回路を形成することが可能となる。
この誘導電流の閉回路により、磁束集中器１３の内周面１３２Ｂ側にも誘導電流の流れを生じて、その磁束集中器１３における端部壁部１３４のキャビティ面１３５と第一被成形材１０の外周面とが磁気反発を起こす。その結果、第一被成形材１０の所望の加工部位Ｒ０を縮管成形することが可能となる。

また、磁束集中器１３は、前述した筒状部１３２及び端部壁部１３４の分割された部分、具体的には、スリット部１３１を挟む対向面に設けられた絶縁層１５ｂを備える。さらに、磁束集中器１３は、端部壁部１３４のキャビティ面１３５に絶縁層１５ａを備える。
これらの絶縁層１５ａ、１５ｂの構成は特に限定されない。絶縁層１５ａ、１５ｂには例えば樹脂やゴムを用いることができ、端部壁部１３４のキャビティ面１３５の表面やスリット部１３１を挟む対向面を樹脂膜又はゴム膜で被覆することで絶縁層１５ａ、１５ｂを形成することができる。このような絶縁層１５ａ、１５ｂに使用できる材質は、特に限定されず、例えば、フッ素系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、エポキシ系樹脂及びシリコーン系樹脂等を用いることができる。

磁束集中器１３における筒状部１３２及び端部壁部１３４の分割された部分、並びに端部壁部１３４のキャビティ面１３５に絶縁層１５ａ、１５ｂが設けられていることにより、スリット部１３１間やキャビティ面１３５でのスパークの発生を抑制することが可能となる。よって、磁束集中器１３を備える電磁成形用コイル装置１１をより安全に使用することができる。

磁束集中器１３の材質は、導体コイル１２から発生する磁束により誘導電流を生じさせ、また、当該磁束を集中させることができれば、特に限定されない。そのような材質としては、例えば、銅、クロム銅、ベリリウム銅、銀銅、アルミニウム、及び６０００系等のアルミニウム合金等が挙げられる。

このような導電性の材質から磁束集中器１３を前記スリット部１３１を有する略筒状に形成することができる。磁束集中器１３の形状が略筒状であることにより、この磁束集中器１３を、導体コイル１２と略同心状に、導体コイル１２の内周側に配置することができる。この場合、磁束集中器１３は、筒状部１３２の外周面１３２Ａと導体コイル１２の内周とが対向し、筒状部１３２の内周面１３２Ｂ及び端部壁部１３４のキャビティ面１３５と第一被成形材１０の外周面とが対向して配置される。

本実施形態における磁束集中器１３を備える電磁成形用コイル装置１１は、前述の通り、導体コイル１２が、図示しないコンデンサー及びスイッチを含む電気回路に接続された構成をとることができる。この電気回路では、電源に接続されたスイッチを入れることで、コンデンサーから放電がなされることにより、導体コイル１２に瞬間的に大電流が流れるように構成することが可能である。

導体コイル１２に瞬間的に大電流が流れると、導体コイル１２から発生した磁束が、磁束集中器１３の端部壁部１３４のキャビティ面１３５側に集中する。その結果、磁束集中器１３の内方側に配置された第一被成形材１０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、磁束集中器１３における端部壁部１３４のキャビティ面１３５に対応する位置に配置された第一被成形材１０の所望の加工部位Ｒ０を縮管させる力（電磁力）がはたらく。これにより、図３に示すように、第一被成形材１０が加工部位Ｒ０に対応する箇所で縮管し、第一成形材１０と第二被成形材２０とがかしめ締結された電磁成形材３０を得ることができる。

また、本実施形態の電磁成形用コイル装置１１は、前述したような導体コイル１２と磁束集中器１３との配置に関する構成を備えることから、被成形材１０、２０の非加工部位Ｒ１、Ｒ２に対しては変形がほぼ生じていない電磁成形材３０を得ることができる。

この電磁成形材３０は、磁束集中器１３を用いた本実施形態における電磁成形材の製造方法により製造することができる。
この電磁成形材の製造方法では、前述の電磁成形用コイル装置１１を用いることができる。なお、この製造方法では、後述の通り、被成形材１０、２０を磁束集中器１３における端部壁部１３４のキャビティ面１３５で取り囲んだ後に、導体コイル１２を配置することができる。そのため、本実施形態の電磁成形材の製造方法では、導体コイル１２及び磁束集中器１３を用いるともいう。

本実施形態の電磁成形材の製造方法では、前述した、筒状部１３２、端部壁部１３４、及び絶縁層１５ａ、１５ｂを備える磁束集中器１３を用いる。
本実施形態の電磁成形材の製造方法では、端部壁部１３４のキャビティ面１３５が、第一被成形材１０の所望の加工部位Ｒ０を取り囲むように、磁束集中器１３と第一被成形材１０とを配置する工程を備える。この際、本実施形態のように、第一被成形材１０と第二被成形材２０とをかしめ締結する場合、第一被成形材１０の内部に第二被成形材を挿入しておくことが好ましい。

また、本実施形態の電磁成形材の製造方法では、端部壁部１３４の先端が、筒状部１３２の長手方向（筒軸方向）において導体コイル１２の位置よりも外側に突出する位置となるように導体コイル１２を磁束集中器１３の周囲に配置する工程を備える。この工程において、磁束集中器１３における端部壁部１３４の先端に有するキャビティ面１３５は、その少なくとも一部が、導体コイル１２の端よりも前記長手方向の外側に突出する位置となるように配置される。

そして、この製造方法では、導体コイル１２に電流を流し、磁束を発生させる工程を備えることで、磁束により生じる電磁力により、第一被成形材１０の所望の加工部位Ｒ０を加工することができる。

本実施形態の電磁成形材の製造方法では、被成形材１０、２０を磁束集中器１３における端部壁部１３４のキャビティ面１３５で取り囲んだ後に、導体コイル１２を磁束集中器１３の周囲に配置することが好ましい。被成形材１０、２０を配置した後に導体コイル１２を配置することによって、筒状部１３３の長手方向における導体コイル１２に対するキャビティ面１３５の位置（当該キャビティ面１３５の前記長手方向の外側への突出程度）を調節しやすくなる。

本実施形態における電磁成形用コイル装置１１を用いた電磁成形により加工される対象となる第一被成形材１０及び第二被成形材２０の形状としては、略円筒状、並びに矩形筒状及び多角形筒状等の略角筒状等の管状が好ましい。被成形材は、管状以外の板状及び棒状等の被成形材であってもよい。
また、被成形材は、筒状本体部と、該筒状本体部の外周面から外側方向（磁束集中器側、導体コイル側）へ突出形成されたリブ部とを備えるブラケット部材であってもよい。このブラケット部材では、リブ部は筒状本体部の外周面における周方向の一部を根元として突出形成されていることが好ましく、また、リブ部は筒状本体部の外周面において筒軸方向に沿って形成されていることが好ましい。このようなブラケット部材では、リブ部の存在により、リブ部の根元側の剛性がその根元周辺以外の筒状本体部よりも高くなる。このようなブラケット部材を第一被成形材として用いると、剛性の高いリブ部の根元に起因して、そのリブ部の根元ではそれ以外の筒状本体部よりも縮管される量が小さくなり、筒状本体部の周方向に不均一な縮管をもたらす。その結果として、ブラケット部材（第一被成形材）が第二被成形材に対して抜け難くすることが可能となる。

第一被成形材１０及び第二被成形材２０は、少なくとも、外側に配置される第一被成形材１０の材質が、電磁成形により塑性加工が可能な材質であればよい。そのような第一被成形材１０の材質としては、例えば銅材、アルミニウム材、及びアルミニウム合金材等の良導電性の金属が好ましく、２０００系、６０００系及び７０００系等のアルミニウム合金材がより好ましい。第二被成形材２０の材質も電磁成形によって塑性加工され易いように上記良導電性の金属や、鋼材が好適に用いられる。なお、電磁力による第一被成形材１０の変形によって、第二被成形材２０の加工変形を生じさせることも可能である。そのため、第二被成形材２０の材質として、セラミック、プラスチック、及びゴム等を用いることも可能である。

以上詳述したように、本実施形態の電磁成形用コイル装置１１では、磁束集中器１３が、導体コイル１２の内部で導体コイル１２に沿って長手方向に配置された筒状部１３２と、その筒状部１３２の一端を基端部１３３として導体コイル１２の軸中心側に向かって延びる端部壁部１３４と、を備える。そして、端部壁部１３４は、導体コイル１２の軸中心側に向かって延びた先端が、導体コイル１２の長手方向において導体コイル１２の位置よりも外側に突出する位置に配置されている。これらの構成により、導体コイル１２により発生される磁束を、端部壁部１３４の先端に有するキャビティ面１３５に集中させつつ、第一被成形材１０の非加工部位Ｒ１や第二被成形材２０の非加工部位Ｒ２に向かう磁束を抑制することが可能となる。その結果、第一被成形材１０が加工部位Ｒ０に対応する箇所で縮管し、第一被成形材１０と第二被成形材２０とがかしめ締結されると共に、第一被成形材１０の非加工部位Ｒ１及び第二被成形材２０の非加工部位Ｒ２でほとんど変形が生じていない電磁成形材３０を得ることができる。

また、本実施形態の電磁成形用コイル装置１１では、筒状部１３２及び端部壁部１３４が導体コイル１２の長手方向（筒状部１３２の長手方向）に複数に分割され、その分割された部分に絶縁層１５ｂが設けられている。また、電磁成形用コイル装置１１では、端部壁部１３４のキャビティ面１３５にも絶縁層１５ａが設けられている。これらの構成により、電磁成形を行う際に、導体コイル１２に瞬間的に大電流を流しても、筒状部１３２及び端部壁部１３４の分割された部分（スリット部１３１）や端部壁部１３４のキャビティ面１３５でのスパークの発生を防止することが可能となる。よって、電磁成形用コイル装置１１をより安全に使用することができる。

これに対して、第一被成形材１０の非加工部位Ｒ１が磁束の影響を受けるような構成の装置では、電磁成形を行うと第一被成形材１０の非加工部位Ｒ１に望まない変形を生じ得る。そのような装置の構成例としては、例えば、図９に示す構成や、図１０に示すような構成等が挙げられる。図９は、本実施形態に係る電磁成形用コイル装置１１と比較される電磁成形用コイル装置１Ａの構成例を模式的に表す縦断面図である。図１０は、本実施形態に係る電磁成形用コイル装置１１と比較される電磁成形用コイル装置１Ｂの構成例を模式的に表す縦断面図である。図１１は、図９及び図１０に示すような電磁成形用コイル装置で成形加工され得る電磁成形材３００を模式的に表した縦断面図である。

図９に示す電磁成形用コイル装置１Ａは、縦断面において略台形状に形成された磁束集中器３を備え、この磁束集中器３によって、磁束集中器３と第一被成形材１０との間に空間４が形成されている。しかし、この電磁成形用コイル装置１Ａでは、磁束集中器３に前述の端部壁部に相当する構成がなく、そのため空間４が小さいことから、第一被成形材１０の非加工部位Ｒ１へ向かう磁束を抑制し難い（図９中のブロック矢印参照）。

また、図１０に示す電磁成形用コイル装置１Ｂは、磁束集中器１３（及びその筒状部１３２）の位置からはみ出た位置に導体コイル２を備える。電磁成形用コイル装置１Ｂでは、筒状部１３２が導体コイル２、１２に沿って長手方向に配置されていない（導体コイル２が磁束集中器１３の筒状部１３２と重なる位置に配置されていない）ため、導体コイル２により、第一被成形材１０の非加工部位Ｒ１が磁束の影響を受け得る（図１０中の波線矢印参照）。

図９や図１０で示すような構成例の電磁成形用コイル装置１Ａ、１Ｂを用いて、被成形材１０、２０の電磁成形を行うと、第一被成形材１０の非加工部位Ｒ１にも電磁力が作用しやすい。その結果、図１１に示す電磁成形材３００のように第一被成形材１０の非加工部位Ｒ１において望まない変形を生じてしまうおそれがある。これに対して、前述の本実施形態に係る電磁成形用コイル装置１１では、電磁成形用コイル装置１Ａ、１Ｂにより生じ得る問題を回避することが可能となる。

次に前述の磁束集中器１３の構成とは別に、本発明に係る実施形態がとりうる磁束集中器の構成例を図４〜８を参照しながら、さらに説明する。
以下に説明する磁束集中器及び電磁成形用コイル装置において、前述の磁束集中器１３及び電磁成形用コイル装置１１における構成部と同様に説明される構成部については同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、以下に説明する磁束集中器を用いる電磁成形材の製造方法についても、前述の電磁成形材３０の製造方法と同様に説明されるため、説明を省略する。

図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の実施形態に係る電磁成形用コイル装置２１ａ、２１ｂの構成例を模式的に表す縦断面図である。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、電磁成形用コイル装置２１ａ、２１ｂは、導体コイル１２と、その導体コイル１２の内側に配置される磁束集中器２３ａ、２３ｂとを備える。この磁束集中器２３ａ、２３ｂは、前述の磁束集中器１３と同様に、導体コイル１２に沿って長手方向に配置される筒状部２３２ａ、２３２ｂと、その筒状部２３２ａ、２３２ｂの一端を基端部２３３ａ、２３３ｂとして導体コイル１２の軸中心側に向かって延びる端部壁部２３４ａ、２３４ｂを備える。また、端部壁部２３４ａ、２３４ｂのキャビティ面２３５ａ、２３５ｂが第一被成形材１０の外周に沿って形成され、それらの所望の加工部位Ｒ０に対向して配置されている。

磁束集中器２３ａ、２３ｂは、フランジ部２３６ａ、２３６ｂを備える点が、前述の磁束集中器１３とは異なる。このフランジ部２３６ａ、２３６ｂは、端部壁部２３４ａ、２３４ｂにおける導体コイル１２の軸中心側に向かって延びた先端が筒状部２３２ａ、２３２ｂの長手方向（筒軸方向）の外側に突出して形成されている。磁束集中器２３ａ、２３ｂにおけるフランジ部２３６ａ、２３６ｂは、端部壁部２３４ａ、２３４ｂから連続して形成することができる。

図４Ａに示す電磁成形用コイル装置２１ａでは、磁束集中器２３ａにおける端部壁部２３４ａの先端に有するキャビティ面２３５ａが、フランジ部２３６ａの分で導体コイル１２の位置よりも前記長手方向の外側に突出して配置されている。
図４Ｂに示す電磁成形用コイル装置２１ｂでは、磁束集中器２３ｂにおける端部壁部２３４ｂの基端部２３３ｂが、導体コイル１２の長手方向（筒状部２３２ｂの長手方向）において、導体コイル１２の端の位置よりも外側に突出して配置されている。これにより、端部壁部２３４ｂ全体が、導体コイル１２の長手方向（筒状部２３２ｂの長手方向）において、導体コイル１２の位置よりも外側に位置している。したがって、端部壁部２３４ｂの先端に有するキャビティ面２３５ｂも全体的に、前記長手方向において、導体コイル１２の端の位置よりも外側に位置している。なお、磁束集中器２３ｂにおける端部壁部２３４ｂが部分的に、前記長手方向において導体コイル１２の端の位置よりも外側に配置されていてもよい。

図４Ａ及び図４Ｂに示す本実施形態の電磁成形用コイル装置２１ａ、２１ｂでは、フランジ部２３６ａ、２３６ｂを備える磁束集中器２３ａ、２３ｂにより、導体コイル１２により生じる磁束が磁束集中器２３ａ、２３ｂのフランジ部２３６ａ、２３６ｂ側へ集中し易くなる。そのため、第一被成形材１０の所望の加工部位Ｒ０を、端部壁部２３４ａ、２３４ｂのキャビティ面２３５ａ、２３５ｂに対向して配置することで、その所望の加工部位Ｒ０に局部的に電磁力を集中させることが可能となる。そして、第一被成形材１０の非加工部位Ｒ１に対しては、磁束の影響を受け難くすることができる。よって、この電磁成形用コイル装置２１ａ、２１ｂによれば、前述の電磁成形用コイル装置１１が奏し得る作用及び効果に加えて、第一被成形材１０の所望の加工部位Ｒ０に対する加工をいっそう容易とし、かつ非加工部位Ｒ１の変形をいっそう抑制することが可能となる。さらに、図４Ｂに示す電磁成形用コイル装置２１ｂでは、磁束集中器２３ｂにおける端部壁部２３４ｂの基端部２３３ｂが、導体コイル１２の位置よりも前記長手方向の外側に突出して配置されているため、非加工部位Ｒ１の変形をよりいっそう抑制することが可能となる。

図５は、本発明の実施形態に係る電磁成形用コイル装置３１の構成例を模式的に表す縦断面図である。図５に示すように、本実施形態に係る電磁成形用コイル装置３１は、導体コイル１２と、その導体コイル１２の内側に配置される磁束集中器３３とを備える。この磁束集中器３３は、前述の磁束集中器１３と同様に、導体コイル１２に沿って長手方向に配置される筒状部３３２と、その筒状部３３２の長手方向（筒軸方向）における一端を基端部３３３として導体コイル１２の軸中心側に向かって延びる端部壁部３３４を備える。また、磁束集中器３３は、端部壁部３３４の前記軸中心側に向かって延びた先端にキャビティ面３３５を備える。この端部壁部３３４のキャビティ面３３５は、第一被成形材１０を取り囲み、第一被成形材１０の外周に沿って形成され、第一被成形材１０の所望の加工部位Ｒ０に対向して配置されている。
電磁成形用コイル装置３１では、磁束集中器３３における端部壁部３３４が、導体コイル１２の長手方向（筒状部３３２の長手方向）の外側かつ導体コイル１２の軸中心側に向かって傾斜して突出形成されている点で、前述の磁束集中器１３とは異なる。

本実施形態の電磁成形用コイル装置３１では、磁束集中器３３における端部壁部３３４が、導体コイル１２（筒状部３３２）の長手方向の外側に突出し、かつ導体コイル１２（筒状部３３２）の軸中心側に向かって傾斜して設けられている。そのため、導体コイル１２により生じる磁束を、端部壁部３３４のキャビティ面３３５に集中させることが可能となる。そして、第一被成形材１０の所望の加工部位Ｒ０を磁束集中器３３における端部壁部３３４のキャビティ面３３５に対向して配置することで、その所望の加工部位Ｒ０に局部的に電磁力を集中させることが可能となる。また、第一被成形材１０の非加工部位Ｒ１に対しては、磁束の影響を受け難くすることができる。よって、本実施形態における電磁成形用コイル装置３１によれば、前述の電磁成形用コイル装置１１が奏し得る作用及び効果に加えて、第一被成形材１０の所望の加工部位Ｒ０に対する加工をいっそう容易とし、かつ非加工部位Ｒ１の変形をいっそう抑制することが可能となる。

図５に示す電磁成形用コイル装置３１では、図４Ｂに示す電磁成形用コイル装置２１ｂのように、磁束集中器３３における端部壁部３３４の基端部３３３、及び端部壁部３３４のキャビティ面３３５全体が、導体コイル１２（筒状部２２３）の長手方向において、導体コイル１２の位置よりも外側に突出して配置されているが、これに限定されない。例えば、端部壁部３３４のキャビティ面３３５の一部が、導体コイル１２の端の位置よりも前記長手方向の外側に突出して配置される構成をとることもできる。また、端部壁部３３４のキャビティ面３３５の少なくとも一部が、導体コイル１２の端の位置よりも前記長手方向の外側に突出して配置されていれば、端部壁部３３４の基端部３３３が、前記長手方向において導体コイル１２の内部側に位置する構成をとることもできる。

なお、本実施形態における上記各電磁成形用コイル装置１１、２１ａ、２１ｂ、３１の説明で用いた図１、図４Ａ、図４Ｂ及び図５は、いずれも磁束集中器１３、２３ａ、２３ｂ、３３の断面形状において角を有して表されているが、その夫々の角にはＲ加工や面取り加工が施されていてもよい。例えば、図１で示した磁束集中器１３を挙げて説明すると、磁束集中器１３の外周面１３２Ａにおける筒状部１３２と端部壁部１３４との間の外側角部は、曲面であることが好ましい。また、同様に、磁束集中器１３の内周面１３２Ｂにおける筒状部１３２と端部壁部１３４との間の内側角部は、曲面であることが好ましい。

図６は、磁束集中器が備えるスリット部１３１を説明するための本実施形態に係る電磁成形用コイル装置４１の構成例を表す、図２に対応する横断面図である。前述の電磁成形用コイル装置１１では、３つのスリット部１３１を備え、周方向に３分割された磁束集中器１３を例示したが、磁束集中器が備えるスリット部の数及び分割数は特に限定されない。
例えば、図６に示すように、磁束集中器４３は、周方向に２つのスリット部１３１を備え、２分割された構成をとることも可能である。また、前述の磁束集中器１３よりもスリット部１３１の数を増やして、磁束集中器を周方向に４分割、５分割等された構成とすることも可能である。図示しないが、導体コイル１２も周方向に複数に分割されていてもよい。

例えば被成形材の両端部にフランジ等を有する場合など、電磁成形による加工後、電磁成形材を電磁成形用コイル装置から取り出し難いような場合がある。この場合に、磁束集中器がスリット部１３１により分割されていることで、その磁束集中器の分割された一部を取り外すことができ、これにより、電磁成形材を電磁成形用コイル装置から容易に取り出すことが可能となる。この観点から、導体コイル１２についても周方向に複数に分割されていることが好ましい。磁束集中器や導体コイルが分割されていることで、様々な形状の被成形材に対応することができ、被成形材について、電磁成形による加工の適用範囲を広げることが可能となる。

図７は、磁束集中器におけるスリット部の間に設けられる絶縁層の別の構成例を説明するための図２に対応する横断面図である。前述の磁束集中器１３では、スリット部１３１を挟む対向面に形成された絶縁層１５ｂを例示したが、図７に示すように、スリット部１３１の間に樹脂板又はゴム板等の絶縁層（絶縁板）２５を配置する構成とすることもできる。このような絶縁層２５に使用できる材質は、特に限定されず、例えば、フェノール系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、ブチルゴム及びシリコーンゴム等を用いることができる。なお、磁束集中器における端部壁部のキャビティ面１３５に設けられる絶縁層１５ａについても、樹脂板又はゴム板等を配置する構成とすることも可能である。

スリット部１３１の間に絶縁層２５を配置する構成によっても、スリット部１３１間でのスパークの発生を抑制することが可能となり、電磁成形用コイル装置１１の使用上の安全性を高めることが可能となる。また、この構成は、絶縁層２５をスリット部１３１の間に配置すればよいので、スリット部１３１の間に簡単に絶縁層２５を設けることができる。

前述の実施形態では、被成形材として、２つの略円筒状の被成形材１０、２０をかしめ締結させる場合を例示したが、各実施形態で説明した電磁成形用コイル装置は、１つの被成形材や、略角筒状の管状、並びに管状以外の板状及び棒状等の被成形材を電磁成形により加工する場合にも適用することができる。

図８は、略角筒状の第一被成形材４０を電磁成形により加工する場合の電磁成形用コイル装置５１の構成例を表す、図２に対応する横断面図である。図８に示すように、電磁成形用コイル装置５１は、略角筒状の第一被成形材４０を電磁成形により加工する場合にも好適に用いることができる。この第一被成形材４０は、前述したブラケット部材の一種であり、横断面形状において、角筒部４０１と、その角筒部４０１のそれぞれの四隅（角部分）に形成されたリブ部４０２とを備える。このリブ部４０２は、角筒部４０１の外周面における周方向の一部を根元とし、その根元から外側方向（磁束集中器側、導体コイル側）へ突出形成されている。また、この第一被成形材４０ではリブ部４０２が、角筒部４０１の外周面において筒軸方向に沿って形成されていることが好ましい。
なお、第一被成形材４０の角筒部４０１の横断面形状は、長方形であってもよく、角部が曲線の略長方形であってもよい。また、ここでは、図示しないが、この角筒部４０１の横断面形状は、多角形（非軸対象形状を含む）等であってもよい。第二被成形材５０の横断面形状は角筒部４０１の形状と同様であることが好ましい。

図８に示す第一被成形材４０では、横断面において、角筒部４０１の四隅のそれぞれにリブ部４０２が形成されているが、リブ部４０２を有していなくてもよく、隣接又は対角する２つの角部若しくは１つの角部のみにリブ部４０２が形成されていてもよい。また、第一被成形材４０は、図示しないが、平面視においてフレーム状であってもよい。第一被成形材４０の材質としては、前述の第一被成形材１０と同様の材質を用いることができる。

電磁成形用コイル装置５１も、磁束集中器５３における筒状部及び端部壁部が導体コイル１２の長手方向（筒状部の筒軸方向）に複数に分割され、その分割された部分と端部壁部のキャビティ面５３５とに絶縁層１５ａ、１５ｂを備える。
具体的には、図８に示すように、電磁成形用コイル装置５１における磁束集中器５３は、被成形材４０の角筒部４０１を構成する四辺のうちの二辺における略中央に対応する位置に２つのスリット部５３１を備えている。また、この磁束集中器５３は、スリット部５３１の間に設けれた絶縁層１５ｂを備えている。このスリット部５３１は、前述のスリット部１３１と同様の構成をとることができる。絶縁層１５ｂはスリット部５３１の間に配置された樹脂板やゴム板であってもよい。

磁束集中器５３では、その外周面５３２Ａは、前述の磁束集中器１３と同様、導体コイル１２の形状に沿って円筒形状に形成されているが、端部壁部のキャビティ面５３５は、第一被成形材４０の外周形状に沿って形成されている。磁束集中器５３のキャビティ面５３５が、第一被成形材４０の外周に沿った形状に形成されていることで、第一被成形材４０の所望の加工部位に局部的に電磁力を作用させ、縮管させることが可能となる。

本実施形態における電磁成形用コイル装置は、前述したように、２つの管状の被成形材のかしめ締結を行うことに好適に用いられる。２つの管状の被成形材のかしめ締結を行う場合、２つの被成形材が重なっているため、通常、１つの被成形材を加工する場合に比べて、所望の加工部位に対してより強い電磁力を作用させる必要があると考えられる。そのため、より強い磁束を発生し得る導体コイルを用いることが考えられるが、その場合、被成形材の非加工部位の変形が懸念される。そこで、前述の磁束集中器及びそれを備える電磁成形用コイル装置では、局部的に電磁力を集中させることができ、かつ非加工部位に対する変形を抑制し得るため、２つの管状の被成形材をかしめ締結する場合に、より好適に用いることができる。

なお、以上に述べた実施形態に関する各構成は、本発明の目的を阻害しない範囲において適宜組み合わせることができる。

１１、２１ａ、２１ｂ、３１、４１、５１電磁成形用コイル装置
１２導体コイル
１３、２３ａ、２３ｂ、３３、４３、５３磁束集中器
１３１、５３１スリット部
１３２、２３２ａ、２３２ｂ、３３２筒状部
１３３、２３３ａ、２３３ｂ、３３３基端部
１３４、２３４ａ、２３４ｂ、３３４端部壁部
１３５、２３５ａ、２３５ｂ、３３５、５３５キャビティ面
２３６ａ、２３６ｂフランジ部

Claims

螺旋状に巻き回された導体コイルと、
該導体コイルの内部でそのコイルに沿って長手方向に配置される筒状部と、該筒状部の長手方向における一端を基端部として前記導体コイルの軸中心側に向かって延び、その延びた先端において被成形材を取り囲むと共に該被成形材の外周に沿って形成されたキャビティ面を有する端部壁部と、を備える磁束集中器と、
を備え、
前記磁束集中器は、前記筒状部及び前記端部壁部が前記長手方向に複数に分割され、前記筒状部及び前記端部壁部の分割された部分と前記キャビティ面とに設けられた絶縁層を備え、
前記端部壁部は、前記軸中心側に向かって延びた前記先端が前記導体コイルの位置よりも前記長手方向の外側に突出する位置に配置されている、
電磁成形用コイル装置。
前記端部壁部の前記基端部が、前記導体コイルの位置よりも前記長手方向の外側に突出して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁成形用コイル装置。
螺旋状に巻き回された導体コイルの内部でそのコイルに沿って長手方向に配置される筒状部と、該筒状部の長手方向における一端を基端部として前記導体コイルの軸中心側に向かって延び、その延びた先端において被成形材の外周に沿って形成されたキャビティ面を有する端部壁部と、前記筒状部及び前記端部壁部が前記長手方向に複数に分割され、前記筒状部及び前記端部壁部の分割された部分と前記キャビティ面とに設けられた絶縁層と、を備える磁束集中器を用い、
前記キャビティ面が前記被成形材の所望の加工部位を取り囲むように、前記磁束集中器と前記被成形材とを配置する工程と、
前記端部壁部の前記先端が前記導体コイルの位置よりも前記長手方向の外側に突出する位置となるように、前記導体コイルを前記磁束集中器の周囲に配置する工程と、
前記導体コイルに電流を流し、磁束を発生させる工程と、を含み、
前記磁束により生じる電磁力により、前記被成形材の前記所望の加工部位を加工する、電磁成形材の製造方法。
前記被成形材の前記所望の加工部位を前記磁束集中器の前記キャビティ面で取り囲んだ後に、前記導体コイルを前記磁束集中器の周囲に配置することを特徴とする請求項３に記載の電磁成形材の製造方法。