JP2020506809A - 電気液圧成形装置 - Google Patents

Abstract

材料のブランク（１６）を成形するための電気液圧成形装置（１００）は、電気液圧成形チャンバ（１１０）と、いわゆる長手方向（ＸＸ’）に延び、電気液圧成形チャンバ（１１０）の内部に配置された第１の端部（１２２）を備える少なくとも１つの中央電極（１２０）と、各中央電極（１２０）を電気液圧成形チャンバに導入するための孔を備え、電気液圧成形チャンバを部分的に形成する本体部（１４０）と、金型（１５０）と、中央電極（１２０）の端部（１２２）から離間してその周りに配置された端部（１３２）を有する各中央電極（１２０）から電気的に絶縁された周辺電極（１３０）とを備え、前記端部（１３２）は、前記中央電極（１２０）に対して横断面内に延在する。【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、電気液圧成形装置に関する。

電気液圧成形は、動圧を加えることによって材料のブランクを型に対して変形させることを可能にする。この目的のために、液体、例えば水で満たされたチャンバ内に配置された少なくとも２つの電極間で放電を発生させる。その結果、２つの電極間に電気アークが形成されて、高い温度勾配と液体の蒸発が引き起こされる。一般に「衝撃波」としても知られる圧力波が高速で移動し、材料のブランクを金型に押し付ける。電気液圧成形は、スプリングバックを減少させ、形成される部品の刻印の細部および／または角張った縁部および／または破断前局所伸びを改善するので、他の成形方法と比較して特に有利である。

しかし、電気液圧成形は欠点を有する。電気液圧成形の欠点の１つは、電極が急速に消耗することである。その結果、電極間の距離が広がり、放電が弱くなる。電気液圧成形の効率は低下する。この欠点を軽減するために、電極は定期的に交換される。電極の交換は追加の保守費用を招き、装置を一時的に停止した後の操業度の低下を伴う。

特許文献１は、長手方向に延びる中央電極と、中央電極を囲む成形チャンバの壁によって形成された周辺電極とを備える電気液圧成形装置を記載している。周辺電極の消耗はより広い表面にわたって分散され、電極間の距離は、ほとんどの場合円錐形である２つの電極が向かい合って配置され、したがってその活性部が非常に局所化されている装置よりも変動が少ない。

したがって、電気液圧成形の効率、特に衝撃波によって発生する圧力に影響を与えることなく、電極をより長く使用することができる。しかしながら、電極の交換は、電気液圧成形チャンバ全体を交換することを含み、これは、従来技術の他の装置よりも高い保守費用と、電極を交換するための装置のより長い一時的停止とを招く。

米国特許第４，０６８，５１４号明細書

本発明の目的は、特に、前述の従来技術の欠点を軽減することである。

この目的のために、本発明は、材料のブランクを成形するための電気液圧成形装置であって、
電気液圧成形チャンバと、
いわゆる長手方向に延び、電気液圧成形チャンバの内部に配置された第１の端部を備える少なくとも１つのいわゆる中央電極と、
中央電極の端部から離間してその周りに配置され、前記中央電極に対して横断面内に延在する端部を有する、各中央電極から電気的に絶縁された少なくとも１つのいわゆる周辺電極と、
各中央電極を電気液圧成形チャンバに導入するための孔を備え、前記電気液圧成形チャンバを部分的に形成する本体部と、
金型と、
を備える装置を提案する。

さらに、各周辺電極は前記本体部から分離されている。

本発明によれば、電気液圧成形チャンバを部分的に形成する本体部とは別の周辺電極を使用することにより、交換される周辺電極の寸法、および、電極を交換する場合の装置の停止時間を減少させることができ、したがって保守費用を低減することができる。

一実施形態では、少なくとも１つの周辺電極が本体部に対して突出しているので、放電が発生する場所をよりよく制御し、電気液圧成形の効率を高めることが可能になる。

一実施形態では、少なくとも１つの周辺電極は電極ホルダによって支持されている。

電極ホルダを用いることにより、交換が必要な周辺電極の寸法を小さくすることができ、周辺電極の交換を簡単にすることができる。有利には、電極ホルダはブランクホルダとしても機能し得る。したがって、小型で組み立てが容易な電気液圧成形装置が得られる。

一実施形態では、装置は単一の周辺電極と少なくとも一つの中央電極とを備える。

特に、大きな寸法で形成される部品の場合、単一の周辺電極と組み合わせた複数の中央電極を使用することが有利であり得る。様々な場所で複数の同時または遅延放電を発生させることによって、従来技術の電気液圧成形装置を用いるよりもより均質であるか、またはより先進的であるか、またはより深い電気液圧成形を得ることが可能である。他の実施形態では、電気液圧成形装置は、１つ以上の金型と組み合わされた複数対の中央電極および周辺電極を備えることができる。したがって、複数の放電を同時に実施することによって、並行して複数の部品を、または１つの大きな部品を製造することが可能である。

一実施形態では、電気液圧成形チャンバは、本体部と周辺電極の端部とによって形成される。したがって、電気液圧成形チャンバは、変形される材料のブランクによって封止される。前記実施形態は、機械加工および組み立てが容易であるため有利である。

一実施形態では、材料のブランクは周辺電極の端部と金型との間に保持される。したがって、小型で組み立てが容易な電気液圧成形装置が得られる。有利には、周辺電極の端部は肩部を備え、その肩部に材料のブランクが収容される。したがって、周辺電極はブランクホルダとして機能し、材料のブランクを金型に対して保持することを可能にする。

一実施形態では、装置は、周辺電極の端部と金型との間に配置されたブランクホルダを備える。

一実施形態では、装置は、形成される部品に応じて金型をより容易に変更することを可能にする金型支持体をさらに備える。

一実施形態では、中央電極は、その長さの一部にわたって電気絶縁体により包囲される。

別の代替実施形態では、本体部は中央電極と電気的に接触しており、さらに周辺電極を中央電極から絶縁するための電気絶縁体を備える。

中央電極がその長さの一部にわたって電気絶縁体により包囲されている場合、本体部が周辺電極を中央電極から絶縁するための電気絶縁体を備える場合よりも、本体部の機械加工および組み立てが容易である。

有利には、本体部は電気液圧成形チャンバを部分的に形成するキャビティをさらに備え、電気絶縁体は少なくとも部分的に前記キャビティの側壁を形成する。特に有利には、電気絶縁体はキャビティの側壁を構成する。

中央電極が引き込まれたキャビティの後壁に向かって衝撃波の一部が伝播するので、側壁上に配置された絶縁体は、中央電極を包囲し、キャビティの後壁を部分的に形成する場合よりも受ける圧力が少ない。

一実施形態では、周辺電極の端部と金型とは電気的に接触しており、第１の電位を受け、中央電極は第２の電位を受ける。

周辺電極と金型が、場合によっては金型支持体および／またはブランクホルダによって、電気的に接触しており、中央電極はさらに絶縁されている場合には、中央電極または本体部を、中央電極と電気的に接触しているならば、インパルス電圧発生器の一方の端子に接続することによって、および、周辺電極と電気的に接触している要素の一方をインパルス電圧発生器の他方の端子に接続することによって、放電を発生することは容易である。したがって、高電圧インパルス発生器の端子との電気的接続が必ずしも中央電極および周辺電極の位置で確立されていないので、電気液圧成形装置の設計はより容易である。

本発明の第１の実施形態に従う電気液圧成形装置の断面図を示す。 他の実施形態に従う電気液圧成形装置の断面図である。 本発明の第２の実施形態に従う電気液圧成形装置の断面図を示す。 種々の代替実施形態に従う種々の中央電極および周辺電極の活性部の断面図を示す。 種々の代替実施形態に従う種々の中央電極および周辺電極の活性部の断面図を示す。 種々の代替実施形態に従う種々の中央電極および周辺電極の活性部の断面図を示す。 種々の代替実施形態に従う種々の中央電極および周辺電極の活性部の断面図を示す。

本発明の詳細および利点は、添付の図面を参照して行われる以下の説明からより明らかになるであろう。

図１Ａは、本発明による電気液圧成形装置の第１の実施形態を示す。電気液圧成形装置１００は、電気液圧成形チャンバ１１０と、中央電極１２０と、周辺電極１３０とを備える。中央電極１２０は、長手方向ＸＸ´に延び、電気液圧成形チャンバ１１０の内部に配置された第１の端部１２２を含む。周辺電極１３０は、中央電極１２０の端部１２２から間隔を置いてその周りに配置された端部１３２を有する。周辺電極１３０の端部１３２は、前記中央電極１２０に対して横方向の面内、すなわち軸線ＸＸ´に垂直な面内に延在する。

また、電気液圧成形装置１００は、本体部１４０と金型１５０とを備える。本体部１４０は内部空洞１４２を備え、中央電極１２０と交差している。本体部の内部空洞１４２は、周辺電極１３０の端部１３２と共に電気液圧成形チャンバ１１０を形成する。

電気液圧成形チャンバ１１０は、液体、例えば水で満たされるように意図されており、変形される材料のブランク１６０によって封止されている。材料のブランク１６０は、電気液圧成形チャンバ１１０内を伝播する衝撃波への曝露によって、金型１５０に対して押圧され、金型１５０に対して変形する。衝撃波は、電極１２０と電極１３０との間に高電圧電気インパルスを印加し、電極間に放電を発生させた後に、発生する。放電により電気アークが発生し、温度が上昇し、液体が気化して、衝撃波の発生がもたらされる。

本明細書に記載の実施形態では、周辺電極１３０の端部１３２の一部は、中央電極１２０の下端部１２２を包囲する。中央電極１２０および周辺電極１３０のそれぞれの、活性部と呼ばれる２つの領域１２４および１３４の間に電気アークが優先的に形成される。各放電後に、中央電極１２０と周辺電極１３０との間の最短経路に対応する、中央電極１２０の活性部１２４の外面１２５と周辺電極１３０の活性部１３４の内面１３５との２つの異なる点の間に優先的にアークが発生する。したがって、各電極は、中央電極１２０の活性部１２４の外面１２５および周辺電極１３０の活性部１３４の内面１３５に分布した様々な点で局所的に消耗する。周辺電極の消耗はより広い表面にわたって分散され、電極間の距離は、ほとんどの場合には円錐形である２つの電極が向かい合って配置され、したがってそれらの活性部が極めて局在する従来技術の装置よりも変動が少ない。したがって、電気液圧成形の効率、特に衝撃波によって発生する圧力に影響を与えることなく、電極をより長く使用することができる。

さらに、中央電極の断面は、例えば図２を参照して示されるように、その長手方向軸線ＸＸ´に沿って必ずしも一定に形成されないことに留意されたい。さらに、電極の断面は必ずしも軸対称ではない。

材料のブランク１６０は、周辺電極１３０によって金型１５０に対して保持される（図１Ａ）。この目的のために、周辺電極１３０は、その下面に、材料のブランク１６０を収容することができる肩部も備える。したがって、周辺電極１３０はブランクホルダとして機能し、金型１５０に対して材料のブランク１６０を保持することを可能にする。

図１Ｂに示す一代替実施形態では、図１Ａを参照して示す装置と同様の構造である電気液圧成形装置１００´が、周辺電極１３０を支持する電極ホルダ１３６をさらに備える。電極ホルダ１３６は、金型１５０と本体部１４０との間に配置される。電極ホルダは、その下面に、材料のブランク１６０を収容することができる肩部と、その上面に周辺電極１３２を受容するのに適したハウジングとを備える。したがって、電極ホルダ１３６は、材料のブランク１６０を金型１５０に対して保持するためのブランクホルダとしても機能する。

他の代替実施形態において、例えば図２を参照して示されるように、ブランクホルダとして機能し、変形される材料のブランクを金型に対して保持するために追加の部品２８０を使用することができる。この場合、電極ホルダ１３６はその下面に肩部を備えない。

さらに、本体部１４０、周辺電極１３０、および金型１５０が、スチールまたは他の任意の金属合金などの導電性材料から作られている場合、それらは互いに電気的に接触していることに留意されたい。本明細書に記載の実施形態では、電気絶縁体１１５が、中央電極１２０をその長さの一部にわたって、特に本体部１４０内に収容された中央電極１２０の一部にわたって包囲する。したがって、本体部１４０が周辺電極１３０と電気的に接触している場合でも、中央電極１２０は周辺電極１３０から電気的に絶縁されている。したがって、中央電極１２０は、それを高電圧インパルス発生器１７０の一方の端子に接続することによって、および本体部１４０、周辺電極１３０、または金型１５０を高電圧インパルス発生器１７０の他方の端子に接続することによって、第１の電位を受けることができる。本発明の前記実施形態は、機械加工および組み立てが容易であるため、特に有利である。

金型１５０は単一部品からなるか、または金型支持体と呼ばれる追加の部品に取り付けられて、形成される部品に応じて金型をより容易に変更することを可能にすることに留意されたい。

本明細書に記載の電気液圧成形装置の様々な構成要素は、ねじを使用して互いに取り付けられ、特に、例えば中央電極の位置、周辺電極の位置、および金型の位置で液圧成形チャンバを封止するために、シールを用いることができることに留意されたい。かかる手段は当業者の到達できる範囲内であり、単純化のためにここではこれ以上詳細には説明しない。

さらに、中央電極が体内に保持される方法は示されていないことに留意されたい。中央電極は、様々な手段によって電気液圧成形装置内に取り付けることができる。例えば、本体部から電気的に絶縁された付加的部品（図示せず）を使用して保持することができる。

有利には、材料のブランクを周辺電極と金型との間に配置できるようにするために、金型と周辺電極とによって形成されたアセンブリは、中央電極を備える本体部に対して移動可能であり、本体部は優先的に固定される。このようにして、周辺電極は金型に取り付けられる。したがって、変形される材料のブランクが交換された際に、本体部に接続されている電流供給導体を移動させる必要はない。

一代替実施形態では、金型はプレス機のプラットフォームに取り付けられ、周辺電極は本体部に直接取り付けられる。プレス機を使用して金型を周辺電極に対して保持すると、材料のブランクが周辺電極と金型との間に保持される。

本出願に記載されている電気液圧装置では、周辺電極は容易にアクセス可能であり、容易に交換できることに留意されたい。

図２は、本発明による電気液圧成形装置の第２の実施形態を示す。電気液圧成形装置２００は、電気液圧成形チャンバ２１０、中央電極２２０、周辺電極２３０、本体部２４０および金型２５０を備えるという点で図１Ａを参照して示した装置と同様である。図１Ａを参照して示された電気液圧成形装置とは対照的に、電気液圧成形装置２００は、ブランクホルダとして機能する付加的部品２８０をさらに備える。装置は、周辺電極２３０が取り付けられている電極ホルダ２３２をさらに備える。本体部２４０は、図１Ａおよび図１Ｂを参照して示された本体部と中央電極との間にはもはやなく、例えば本体部２４０の下部に配置された電気絶縁体２１５をさらに備える。ここに示す実施形態では、電気絶縁体２１５は、電気液圧成形チャンバ２１０を部分的に形成するキャビティ２４０の側壁２４３を構成する。他の代替実施形態では、電気絶縁体２１５は側壁の一部のみを形成することができる。したがって、中央電極２２０と本体部２４０の上部２４１とは電気的に接触しており、本体部２４０の上部２４１は、例えば、高電圧インパルス発生器２７０の第１の端子に接続することができる。周辺電極２３０、電極ホルダ２３２、ブランクホルダ２８０および金型２５０は電気的に接触しており、周辺電極２３０は、ブランクホルダ２８０または金型２５０の電極ホルダ２３２によって高電圧インパルス発生器２７０の第２の端子に接続されており、したがって、中央電極２２０と周辺電極２３０との間の放電を生じさせる。このようにして発生した衝撃波は前記放電に垂直な平面内を伝播する。したがって、衝撃波の一部は後壁２４４に向かって伝播し、前記壁に衝突し、これを損傷し得る。それ故、絶縁体は、側壁上に配置されており、それほど応力がかからないので、その損傷の危険性が低減する。

図１Ａのように、本体部２４０はキャビティ２４２を備え、側壁２４３および後壁２４４は、変形される材料のブランクに向かう圧力波のより良好な封じ込めに適した様々な形態を有することができることに留意されたい。例えば、後壁２４４は、変形させる材料のブランクに向けてよりよく衝撃波を反射するように傾斜させることができる。

中央電極２２０の活性部２２４および周辺電極２３０の活性部２３４は、図２を参照して示されるように、必ずしも一定の断面および／または軸対称である必要はないことにも留意されたい。

図１Ａ、図１Ｂおよび図２を参照して説明した実施形態では、電気液圧成形装置は１つの中央電極と１つの周辺電極のみを備える。

他の実施形態では、電気液圧成形装置は、１つまたは複数の金型と組み合わされた複数対の中央電極および周辺電極を備えることができる。したがって、複数の放電を同時に実施することによって、複数の部品を並行して、または１つの大きな部品を製造することが可能である。

形成される部品の寸法が大きい場合、単一の周辺電極と組み合わされた複数の中央電極を使用することもまた有利であり得る。様々な場所で複数の同時または遅延放電を発生させることによって、より均一なまたはより漸進的なまたはより深い電気液圧成形を作り出すことが可能である。

様々な形態の電極および様々な中央電極の配置が、図３Ａ〜図３Ｄを参照して示されている。

図３Ａ〜図３Ｄは、中央電極の長手方向軸線ＸＸ´に垂直な平面（ＹＹ´、ＺＺ´）に沿った断面図で示される中央電極および周辺電極の活性部をより具体的に示す。

図３Ａにおいて、中央電極の活性部３０１は円形であり、周辺電極の活性部３０２は円環形状である。

図３Ｂにおいて、複数の中央電極の活性部３０３、３０５、３０７は、好ましくは角を丸くした長方形の断面を有し、対応する周辺電極の活性部３０８を形成する長方形の環の中央で共通の方向ＺＺ´に整列している。

図３Ｃにおいて、複数の中央電極の活性部３０９、３１１は楕円形の断面であり、対応する周辺電極の活性部３１２を形成する楕円形の環の中央で共通の方向ＺＺ´に整列している。

図３Ｄにおいて、４つの中央電極の活性部３１３、３１４、３１５、３１６は、好ましくは角を丸くした正方形の断面であり、対応する周辺電極の活性部３１７を形成する正方形の環の内側に配置されている。

ここに記載した周辺電極は単一部品から形成されている。一代替実施形態では、周辺電極は、放電を発生させるために各中央電極に対向して配置されることを意図した様々な別々の部分を備える。したがって、これらの様々な部分は周辺電極の活性部を備える。それ故、周辺電極を交換するコストは、いくつかの部分を交換するだけに減少する。考慮される中央電極の活性部の外面と隣接する周辺電極の活性部の内面との間の距離が、考慮される活性部の表面の少なくとも一部と平面内で実質的に等距離である場合には、他の幾何学的形状も使用できることに留意されたい。

図２を参照して前述したように、電極の活性部の断面は図１Ａ、図１Ｂおよび図２の軸線ＸＸ´によって示されるその長手方向に沿って一定とすることができ、または、変化することができる。

上述した電気液圧成形装置の様々な実施形態は、中央電極を部分的に包囲する周辺電極を用いて材料のブランクを電気液圧成形することを可能にし、周辺電極は、電気液圧成形チャンバを部分的に形成する本体部から分離している。したがって、放電は電極の活性部の周囲に分散される。より大きい接触面を有する周辺電極は、よりゆっくりと消耗する。したがって、電極間の距離はそれほど変動せず、これにより、放電によって発生する圧力を実質的に一定に保つことによって電気液圧成形の効率を維持することが可能になる。しかしながら、電極を交換しなければならない場合、材料のブランクを配置するために電気液圧成形装置を開けた際に周辺電極を容易に交換することができ、周辺電極は本体部、および、周辺電極と金型の間に優先的に配置された材料のブランクから分離している。有利には、劣化の少ない活性部を周辺電極に提示するために、中央電極をその長手方向軸線に沿って移動させることができる。

本発明は、説明され図示された様々な実施形態および言及された代替実施形態に限定されず、以下の特許請求の範囲内の当業者の範囲内の実施形態にも関する。

Claims (13)

1. 材料のブランク（１６０；２６０）を成形するための電気液圧成形装置（１００；１００’；２００）であって、
   電気液圧成形チャンバ（１１０；２１０）と、
   いわゆる長手方向（ＸＸ’）に延び、電気液圧成形チャンバ（１１０；２１０）の内部に配置された第１の端部（１２２）を備える少なくとも１つのいわゆる中央電極（１２０；２２０；３０１，３０３，３０５，３０７，３０９，３１１，３１３，３１４，３１５，３１６）と、
   中央電極（１２０；２２０；３０１，３０３，３０５，３０７，３０９，３１１，３１３，３１４，３１５，３１６）の端部（１２２）から離間してその周りに配置され、前記中央電極（１２０；２２０；３０１，３０３，３０５，３０７，３０９，３１１，３１３，３１４，３１５，３１６）に対して横断面（ＹＹ’、ＺＺ’）内に延在する端部（１３２）を有する、各中央電極（１２０；２２０；３０１，３０３，３０５，３０７，３０９，３１１，３１３，３１４，３１５，３１６）から電気的に絶縁された少なくとも１つのいわゆる周辺電極（１３０；２３０；３０２，３０８，３１２，３１７）と、
   各中央電極（１２０；２２０；３０１，３０３，３０５，３０７，３０９，３１１，３１３，３１４，３１５，３１６）を電気液圧成形チャンバ（１１０；２１０）に導入するための孔を備え、前記電気液圧成形チャンバを部分的に形成する本体部（１４０；２４０）と、
   金型（１５０；２５０）と、
   を備え、各周辺電極（１３０；２３０；３０２，３０８，３１２，３１７）は前記本体部（１４０；２４０）から分離されていることを特徴とする装置（１００；１００’；２００）。
2. 少なくとも１つの周辺電極（１３０；２３０；３０２，３０８，３１２，３１７）が本体部（１４０；２４０）に対して突出している、請求項１に記載の装置（１００；１００’；２００）。
3. 少なくとも１つの周辺電極（１３０；２３０；３０２，３０８，３１２，３１７）は電極ホルダ（１３６；２３２）によって支持される、請求項１または２に記載の装置（１００’；２００）。
4. 単一の周辺電極（１３０；２３０；３０２，３０８，３１２，３１７）と、少なくとも一つの中央電極（１２０；２２０；３０１，３０３，３０５，３０７，３０９，３１１，３１３，３１４，３１５，３１６）とを備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置（１００；１００’；２００）。
5. 電気液圧成形チャンバ（１１０；２１０）は、本体部（１４０；２４０）と周辺電極（１３）の端部（１３２）とによって形成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置（１００；１００’；２００）。
6. 中央電極（１２０）は、その長さの一部にわたって電気絶縁体（１１５）により包囲される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置（１００；１００’）。
7. 本体部（２４０）は中央電極（２２０）と電気的に接触しており、さらに周辺電極（２３０）を中央電極（２２０）から絶縁するための電気絶縁体（２１５）を備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置（２００）。
8. 本体部（２４０）は電気液圧成形チャンバ（２１０）を部分的に形成するキャビティ（２４２）をさらに備え、電気絶縁体（２１５）は少なくとも部分的に前記キャビティ（２４２）の側壁（２４３）を形成する、請求項７に記載の装置（２００）。
9. 電気絶縁体（２１５）はキャビティ（２４２）の側壁（２４３）を構成する、請求項８に記載の装置（２００）。
10. 金型支持体をさらに備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置（１００；２００）。
11. 材料のブランク（１６０；２６０）は周辺電極（１３０；２３０）の端部（１３２）と金型（１５０；２５０）との間に保持される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置（１００；２００）。
12. 装置（２００）は、周辺電極（２３０）の端部と金型（２５０）との間に配置されたブランクホルダ（２８０）を備える、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置（２００）。
13. 周辺電極（１３０；２３０）の端部（１３２）と金型（１５０；２５０）とは電気的に接触しており、第１の電位を受け、中央電極（１２０；２２０）が第２の電位を受ける、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置（１００；２００）。

Images