JP3914516B2

JP3914516B2 - 電磁成形用コイル及び電磁成形方法

Info

Publication number: JP3914516B2
Application number: JP2003151557A
Authority: JP
Inventors: 美速今村; 孝良杉▲崎▼
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2023-05-28
Also published as: JP2004351457A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属管等を電磁成形する際に使用される電磁成形用コイル及び電磁成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁力を利用して金属を塑性加工する電磁成形は、板状及び管状等の多様な形状に柔軟に対応できるため、種々の分野への適用が検討されている。この電磁成形は、高電圧で蓄えられた電荷を電磁成形用コイルに瞬時に放電させて、その周囲に極めて短時間で強力な磁場を形成し、この磁場の中に被加工材を配置することにより、被加工材と成形用コイルとの間に反発力を発生させて成形を行うものである。図４は、この電磁成形を示す概念図である。金属管を電磁成形により拡管成形する場合、導線が巻回されている電磁拡管成形用コイル５３の軸部を、被加工材である金属管５１に挿入し、これらを成形型５２の所定の位置に配置する。そして、配線５４ａ及び５４ｂから電磁拡管成形用コイル５３の導線に衝撃大電流を流して、電磁拡管成形用コイル５３の軸部の周囲に磁場を発生させる。これにより、金属管５１は磁場の反発力による強い拡張力を受け、成形型５２に押し付けられて拡管される。
【０００３】
前述の電磁成形は、電気の良導体であるアルミニウム合金の成形に適しており、現在、アルミニウム合金管への溝の形成又はアルミニウム合金管同士の接合等に使用されている。また、アルミニウム合金管の端部の折り曲げ加工又は大径管のカシメ等のように変形量が大きい加工及び高強度材料の加工等にも適用が検討されている。更に、車両、自動車及び二輪車等のフレーム材又は部品の加工への適用も検討されている。
【０００４】
従来、電磁成形に使用される成形用コイルは、絶縁性樹脂からなる軸芯に断面が円形の導線を巻回させた構造になっている（例えば、特許文献１）。この成形用コイルのような従来の成形用コイルを使用した電磁成形においては、被加工材の変形させたい箇所に磁場を集中させると、より効率的に成形することができるため、縮管成形等では磁束集中器が使用されることがある。また、拡管成形に磁束集中器を使用した例もある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−２３８３５６号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献２】
特開平６−３０４６８０号公報（第３−４頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の技術には以下に示す問題点がある。電磁拡管成形は、金属管等の被加工材の中に成形用コイルを挿入して成形が行われるため、成形用コイルの直径は被加工材の内径より小さくなければならない。よって、磁束集中器を使用するためには、成形用コイルの直径を磁束集中器の分だけ小さくしなければならないが、成形用コイルの大きさを小さくすると、強度が確保できず、耐久性が低下するという問題点がある。また、特許文献２に記載されているように、電磁成形を行うと磁束集中器自身にも電磁力が印加されるため、磁束集中器が変形又は破損してしまうといった問題点もある。更に、特許文献３に記載の方法のように導線の間隔を広くした成形用コイルは、強度が低下して、通電を繰り返し行うと、電磁力及び振動による破損が発生しやすくなるという問題点がある。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、磁束集中器を使用せずに磁場を集中させることができ、耐久性が優れた電磁成形用コイル及び電磁成形方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願第１発明に係る電磁成形用コイルは、単一の軸部と、この軸部に１重巻きで整列巻きされて筒状コイルを形成する導線と、を有し、前記導線は、芯線の周りに厚さがＴの絶縁性物質が被覆されて構成され、前記芯線の間隔が２Ｔであると共に、前記芯線における前記軸部に巻回された部分の一部は、他の部分よりも断面積が小さくて、この芯線断面積が小さい部分の導線により構成される筒状コイル部分により前記軸部の長手方向の一部で前記導線の間隔が密な部分が形成され、この断面積が小さい部分から発生する磁場の密度が他の部分から発生する磁場の密度よりも大きいことを特徴とする。
【０００９】
本発明者等は、特願２００２−１９８７０４にて、電磁成形用コイルにおける導線の間隔を極めて密にしたコイルを提案している。この電磁成形用コイルは導線間に存在する樹脂が原因で発生する破損が少なく、耐久性は優れているが、部分的に磁場の強さを変えることはできない。そこで、本発明は、耐久性が優れ、且つ特定の箇所の磁場を強くすることができる電磁成型用コイルを提案する。本発明においては、芯線が厚さがＴの絶縁性物質により被覆された構造の導線を芯線の間隔が２Ｔになるように整列巻きすると、芯線の間には絶縁性物質のみが均一な厚さで存在するため、通電時の電磁気反発力又は振動による変形及び破損を防ぐことができる。また、芯線の一部に他の部分より断面積が小さい部分を形成すると、この断面積が小さい部分が巻回されている領域は、他の領域より巻き数が多くなるため、磁束密度が大きくなり、且つ磁場の強さが大きくなる。このため、この部分から強力な磁場が発生する。
【００１０】
本願第２発明に係る電磁成形用コイルは、絶縁性板と、この絶縁性板の上に渦巻き状に配置されて平面状コイルを形成する導線と、を有し、前記導線は、芯線の周りに厚さがＴの絶縁性物質が被覆されて構成され、前記芯線の間隔が２Ｔであると共に、前記芯線における渦巻き状部分の一部は、他の部分よりも断面積が小さくて、この芯線断面積が小さい部分の導線により構成される平面状コイル部分により前記平面状コイルの半径方向の一部で前記導線の間隔が密な部分が形成され、この断面積が小さい部分から発生する磁場の密度が他の部分から発生する磁場の密度よりも大きいことを特徴とする。
【００１１】
本願第２発明のように、絶縁性板上に導線を渦巻き状に配置した電磁成形用コイルにおいて、厚さがＴの絶縁性物質により芯線の周囲が被覆された構造の導線を、芯線の間隔が２Ｔになるように配置することにより、電磁気反発力又は振動による変形及び破損が起こりにくくすることができると共に、渦巻き状に配置されている芯線の一部が他の部分より断面積が小さいので、この断面積が小さい芯線が配置されている領域は、他の領域より芯線の密度が大きくなり、この領域からは、他の部分より強い磁場が発生する。
【００１２】
前記電磁成形用コイルにおける芯線の断面は、矩形とすることができる。これにより、巻回した際の断面形状の変形が少ない。
【００１３】
本願第３発明に係る電磁成形方法は、前記電磁成形用コイルを使用し、その芯線の断面積が小さい部分を、被加工材の成形しようとする部分に近接して配置し、前記芯線に通電することにより、前記被加工材を成形することを特徴とする。
【００１４】
本発明においては、被加工材の成形しようとする部分と芯線の断面積が小さい部分とを近接して配置するため、前記被加工材の成形しようとする部分には、その他の部分より密度が高い磁場が印加される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の第１の実施形態の電磁成形用コイルを示す断面図である。本発明の第１の実施形態に係る電磁成形用コイルには、絶縁性の材料からなる軸芯に導線１が巻回され、それらの上に絶縁性の樹脂層が設けられて軸部２が形成されている。また、軸部２の基端部には絶縁性の材料からなるフランジ部３が形成されている。通常、軸芯とフランジ部とは同一の材料を使用して、一体成形により形成される。
【００１６】
本実施形態の電磁成形用コイルにおける導線１は、断面が正方形である芯線６の表面を絶縁性物質７により絶縁被覆したものである。この絶縁性物質７としては、例えば、ガラス繊維等にエポキシ樹脂等を含浸させた繊維強化樹脂が使用され、この絶縁性物質７により芯線６の周囲が補強される。このため、通電時において、芯線６の変形を低減することができる。また、導線１は、絶縁性物質７の厚さをＴとしたとき、芯線６の間隔が２Ｔとなるように、密に整列巻きされている。このため、隣接する芯線６の間に存在する絶縁性物質７の厚さが均一になり、通電により膨張力が印加されても力が分散されるため、絶縁層の破損が低減される。また、導線１は、密に整列巻きされているため、絶縁性樹脂を含浸させる際に無用な空孔が生じて絶縁性が損なわれることを防ぐことができる。
【００１７】
更に、軸部２の中央部に巻回されている芯線６の断面積は、中央部以外の部分に巻回されている芯線６の断面積よりも小さい。即ち、芯線６は中央部に巻回されている部分６ａが、その他の部分６ｂより細くなっている。このため、軸部２の中央部における導線１の巻き数は、その他の部分の巻き数より多くなっている。この芯線６のように部分的に太さ（断面積）が異なる芯線を形成する方法としては、例えば、太さ（断面積）が異なる複数本の芯線を溶接等により接合して１本の芯線とする方法、又は太さが太い（断面積が大きい）芯線に抽伸等により細い（断面積が小さい）部分を形成する方法等を利用することができる。
【００１８】
次に、上述の如く構成された本実施形態の電磁成形コイルの動作について説明する。本実施形態の電磁成形用コイルは、軸部２を管状の被加工材４に挿入し、この被加工材４の外側に、被加工材４の外面と成形型５の内面が対向するように成形型５を配置する。このとき、被加工材４の成形したい部分と、成形型５の型が形成されている部分及び芯線６の断面が小さくなっている部分６ａが対向するように配置する。そして、その状態で配線（図示せず）から導線１に衝撃大電流を流して、軸部２の周囲に磁場を発生させると、被加工材４は磁場の反発力による強い拡張力を受け、成形型５に押し付けられて成形される。このとき、芯線６の断面が小さくなっている部分６ａに近接した被加工材４の成形したい部分にはその他の部分より強い電磁力が印加される。従って、この成形したい部分に強力な磁場が印加されるので、効果的に変形加工することができる。また、本実施形態の電磁形成用コイルは、被加工材４に印加される電磁力の強さを部分的に変えることができるので、被加工材を局部的に変形させることができる。その結果、被加工材の張出高さ及び部分的な板厚等の形状を適切に成形することができる。
【００１９】
また、本実施形態においては、断面形状が正方形の芯線について述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、中空部を有する管状の導体等の種々の形状の導線を使用することができる。
【００２０】
次に、本発明の第２の実施形態に係る電磁成形用コイルについて説明する。図２は本発明の第２の実施形態の電磁成形用コイルを示す断面図である。本発明の第２の実施形態の電磁成形用コイルには、前述の第１の実施形態と同様に、絶縁性の材料からなる軸芯に、断面が正方形である芯線１６の表面を厚さがＴの絶縁性物質１７により被覆した構造の導線１１が、芯線１６の間隔が２Ｔになるように密に整列巻きされている。そして、それらの上には絶縁性の樹脂層が設けられて軸部１２となっている。また、この軸部１２の基端部には絶縁性の材料からなるフランジ部１３が形成されている。
【００２１】
更に、軸部１２の端部に巻回されている芯線１６の断面積は、その他の部分に巻回されている芯線１６の断面積よりも小さくなっている。即ち、芯線１６の軸部１２の端部に巻回されている部分１６ａは、その他の部分１６ｂより細くなっている。このため、軸部１２の端部における導線１１の巻き数は、他の部分の巻き数より多くなっている。
【００２２】
次に、上述の如く構成された本実施形態の電磁成形用コイルの動作について説明する。本実施形態の電磁成形用コイルは、前述の第１の実施形態の電磁成形用コイルと同様に、軸部１２を被加工材１４に挿入し、この被加工材１４の外側に、成形型１５の内面と被加工材１４の外面とが対向するように成形型１５を配置する。その状態で配線（図示せず）からから導線１１に衝撃大電流を流して、軸部１２の周囲に磁場を発生させると、被加工材１４は磁場の反発力による強い拡張力を受け、成形型１５に押し付けられて成形される。このとき、被加工材１４の端部１４ａに近接する軸部２の端部は、導線１の巻き数が他の部分より多く、発生する磁場の密度が大きいため、被加工材１４の端部１４ａには他の部分より強い電磁力が印加される。
【００２３】
本実施形態の電磁成形コイルは、芯線１６が厚さがＴの絶縁性物質１７により被覆された構造の導線１１が芯線１６の間隔が２Ｔになるように整列巻きされているため、隣り合う芯線１６の間には絶縁性物質１７が均一な厚さ（２Ｔ）で存在する。これにより、成形時の電磁気反発力及び振動による変形及び破損が防止される。また、被加工材１４の成形したい部分（端部）に近接する部分における芯線１６の断面積を、その他の部分における芯線１６の断面積より小さくして、この部分に巻回される導線１１の巻き数を多くしているため、被加工材１４の成形部に印加される磁場の密度を他の部分より大きくすることができる。これにより、被加工材１４の成形したい部分に、他の部分より強い磁場を印加して、効率的に変形加工することができる。
【００２４】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図３（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る電磁成形用コイルを示す平面図であり、図３（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線による断面図である。本発明の第３の実施形態の電磁成形用コイルは、平板等を電磁成形する際に使用される平板型の成形用コイルである。図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態の電磁成形用コイルは、絶縁性板２２上に円柱状の電極２３が形成され、この電極２３を中心軸にして導線２１が渦巻き状に配置されている。この導線２１は、電極２３と絶縁性板２２の側面に設けられた板状の電極２４とに接続されている。
【００２５】
また、導線２１は、前述の第１及び第２の実施形態と同様に、断面が正方形の芯線２６の周囲を絶縁性物質２７により絶縁被覆したものであり、表面を被覆している絶縁性物質２７の厚さをＴとしたとき、芯線２６の間隔が２Ｔとなるように配置されている。また、芯線２６の一部に、他の部分より断面積が小さい部分２６ａが設けられている。このため、本実施形態の電磁成形用コイルは、この断面積が小さい部分２６ａが配置されている領域は、他の領域部比べて導線２１が密に配置されている。
【００２６】
次に、上述の如く構成された本実施形態の電磁成形用コイルの動作について説明する。先ず、板状の被加工材の一方の面側に本実施形態の電磁成形用コイルを配置し、他方の面側に成形型を配置する。その状態で端子２３及び端子２４からから導線２１に衝撃大電流を流して、導線２１の周囲に磁場を発生させると、被加工材は磁場の反発力による強い拡張力を受け、成形型に押し付けられて成形される。このとき、被加工材の芯線２６の断面積が小さい部分２６ａに近接している部分には、他の部分より強い電磁力が印加される。
【００２７】
本実施形態の電磁成形用コイルのように平板型の電磁成形コイルにおいても、芯線２６の周囲が厚さＴの絶縁性物質２７により被覆されている構造の導線２１を、芯線２６の間隔が２Ｔになるように渦巻き状に配置することにより、前述の第１及び第２の実施形態と同様に、隣り合う芯線２７の間には均一な厚さで絶縁性物質２７のみを存在させることができるため、通電時の電磁気反発力及び振動によるコイル自身の変形及び破損を防ぐことができる。また、芯線２７に他の部分より断面積が小さい部分を形成することにより、導線の密度が高い領域を設けることができる。この導線の密度が高い部分を、被加工材の成形したい部分に近接して配置することにより、部分に磁場を集中させることができるため、効率的に電磁成形を行うことができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、断面が矩形である芯線の周囲を厚さがＴの絶縁性物質により絶縁被覆した構造の導線を、芯線の間隔が２Ｔになるように整列巻き又は渦巻き状に配列することにより、芯線の間に絶縁性物質のみを均一な厚さで存在させることができるため、通電時の電磁気反発力及び振動によるコイル自身の変形及び破損を防ぐことができる。また、芯線の一部に断面積が小さい部分を設けることにより、導線の巻き数を多くすることができるため、部分的に磁場を強くすることができる。更に、この芯線の断面積が小さい部分を、被加工材の成形しようとする部分に近接して配置することにより、磁束集中器を使用しなくても、前記被加工材の成形しようとする部分に他の部分より強い磁場を印加することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の電磁成形用コイルを示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の電磁成形用コイルを示す断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の第３の実施形態の電磁成形用コイルを示す断面図であり、（ｂ）はその平面図である。
【図４】電磁成形を示す概念図である。
【符号の説明】
１、１１、２１；導線
２、１２；軸部
３、１３；フランジ部
４、１４；被加工材
１４ａ；端部
５、１５；成形型
６、１６、２６；芯線
６ａ、１６ａ、２６ａ；小断面積部
６ｂ、１６ｂ、２６ｂ；大断面積部
７、１７、２７；絶縁性物質
２２；絶縁性樹脂
２３、２４；電極
５１；金属管
５２；成形型
５３；成形用コイル
５４ａ、５４ｂ；配線

Claims

単一の軸部と、この軸部に１重巻きで整列巻きされて筒状コイルを形成する導線と、を有し、前記導線は、芯線の周りに厚さがＴの絶縁性物質が被覆されて構成され、前記芯線の間隔が２Ｔであると共に、前記芯線における前記軸部に巻回された部分の一部は、他の部分よりも断面積が小さくて、この芯線断面積が小さい部分の導線により構成される筒状コイル部分により前記軸部の長手方向の一部で前記導線の間隔が密な部分が形成され、この断面積が小さい部分から発生する磁場の密度が他の部分から発生する磁場の密度よりも大きいことを特徴とする電磁成形用コイル。
絶縁性板と、この絶縁性板の上に渦巻き状に配置されて平面状コイルを形成する導線と、を有し、前記導線は、芯線の周りに厚さがＴの絶縁性物質が被覆されて構成され、前記芯線の間隔が２Ｔであると共に、前記芯線における渦巻き状部分の一部は、他の部分よりも断面積が小さくて、この芯線断面積が小さい部分の導線により構成される平面状コイル部分により前記平面状コイルの半径方向の一部で前記導線の間隔が密な部分が形成され、この断面積が小さい部分から発生する磁場の密度が他の部分から発生する磁場の密度よりも大きいことを特徴とする電磁成形用コイル。
前記芯線は、断面が矩形であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁成形用コイル。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電磁成形用コイルを、その芯線の断面積が小さい部分を、被加工材の成形しようとする部分に近接して配置し、前記芯線に通電することにより、前記被加工材を成形することを特徴とする電磁成形方法。