JP4557882B2 - 電磁成形用インダクター及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は電磁気力により金属部材を成形する電磁成形用インダクター及びその製造方法に関する。

従来から、電磁成形方法として種々の技術が知られている。特許文献１には、環状溝を有するスリーブ材の外周面にパイプ材を嵌合し、電磁コイルからの電磁力により前記パイプ材を変形させてパイプ材とスリーブ材とを結合する方法が記載されている。特許文献２には、平板状のブランクを、コイルを平板状に配置した平板状のインダクターからの電磁力により、凸部又は凹部を有する金型の表面に押しつけて、その金型形状に成形する技術が開示されている。特許文献３には、平板状の金属プレートを、ディッシュ状に凹んだ金型を使用してディッシュ状に電磁成形するに際し、コイルを平板状に配置したインダクターか、又は３個のコイル部材を中央部が金型内に深く、周辺部が浅くなるように配置したインダクターにより電磁成形することが記載されている。

しかしながら、これらの特許文献１乃至３に開示された従来技術においては、被成形板が平板状又は筒状の場合には、適しているものの、被成形板が三次元形状（立体形状）の場合には、成形効率が低いという問題点がある。即ち、一般に、電磁成形を行なうためには、被成形板と導体コイルとの間隔が近いほど好ましいが、特許文献１乃至３のようにインダクターが筒状又は平板状の場合には、立体形状の被成形板の成形部位にインダクターが接近することができないという問題点がある。更に、この場合は、成形部位と導体コイルとの間隔が一定でなくなるため、この間隔が大きい部分については効率的に電磁力が作用せず、十分に成形できないという問題点がある。従って、被成形板の全体を十分に成形するためには、過大なエネルギーを投入する必要があり、極めて非効率的である。なお、特許文献３においては、平板状の被成形板を、３個のコイル部材を中央部が金型内に深く、周辺部が浅くなるように配置したインダクターにより、電磁成形する方法も開示されているが、この場合も、平板状の被成形板との間で、コイルとの間隔が一定でないという問題点がある。

一方、特許文献４及び特許文献５においては、被成形材の表面形状に沿った形状のインダクターが使用された電磁成形方法が開示されている。

特開平１０−２５２７２０号公報（図１） 特開２００４−１３０３４９号（図１，図２） 特開２００１‐５２６９６３号（図１，図３，図１０，図１１） 特開昭５７−１８３００１号 時開平１１−３００５３５号

しかしながら、特許文献４は、導体コイルを保持するのに柔軟性のある素材を使用してインダクターにかかる力を分散させようとするものである。このため、成形の際に、瞬間的に大電流が印加されたときに、導体は反発力を受けて激しく振動する。従って、このような柔軟性のある構造では、導体コイルを常に同一形状に保っておくことが不可能であると考えられる。

また、特許文献５に記載された電磁成形方法は、２つのインダクターを相対して同時に使用することにより、インダクターに印加される力を相殺させようとするものである。このため、加工品の両面から応力を印加して、加工品に塑性変形による圧縮層を形成する場合には、この方法が使用できるが、１つのインダクターを使用して、板状部材を所定形状に成形する場合には、インダクター自身に印加される反発力に耐えられず、この方法は適用できない。

従って、３次元形状の被成形部材を電磁成形するために、より効率的でより耐久性が優れたインダクターの開発が要望されている。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、３次元立体形状の被成形部材を高効率で電磁成形することができ、耐久性が優れた電磁成形用インダクター及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る電磁成形用インダクターは、３次元立体形状の板状部材を電磁成形するためのインダクターにおいて、被成形部材の表面の形状に応じて３次元の立体形状に成形されたガラス繊維強化樹脂製の殻部と、この殻部における前記被成形部材に面する面の反対側の面に沿って配置された導体コイルと、前記導体コイルの導体間に樹脂を含浸させて硬化させた樹脂含浸部と、を有することを特徴とする。

この電磁成形用インダクターにおいて、例えば、前記導体コイルは、前記殻部の外面側に配置されているか、又は前記殻部の内面側に配置されている。

また、前記殻部のガラス繊維強化樹脂はそのガラス繊維の方向が前記被成形部材の表面と平行であり、前記ガラス繊維強化樹脂が層状に配置されていることが好ましい。

本発明に係る電磁成形用インダクターの製造方法は、ガラス繊維強化樹脂のシート状プリプレグを被成形部材の表面形状に応じた３次元の立体形状にホットプレス成形して殻部を成形する工程と、前記殻部における前記被成形部材に面する側の面の反対側の面にコイル状の導体を配置する工程と、前記コイル状の導体間に樹脂を含浸させて硬化させ樹脂含浸部を形成する工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、十分な繰返し使用に耐える耐久性が優れたインダクターが得られ、３次元形状を有する被成形部材の電磁成形が、高効率で、且つ量産的規模で確実かつ安定的に可能になるという効果を奏する。

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詳細に説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る電磁成形用インダクターを示す平面図、図２はそのＡ−Ａ線による断面図である。絶縁性基板３上に、ガラス繊維強化樹脂からなる殻部１が設けられている。この殻部１は、平面視で卵形をなし、断面で鍋形をなし、上方に凸の態様で基板３上に設置されている。殻部１は、その中央部は平坦であり、その周縁部が平坦中央部から緩やかに立ち上がり、面が垂直方向を向く側部を形成している。平坦中央部から側部に向けて、例えば、５０ｍｍの曲率半径で緩やかに湾曲している。そして、この殻部１の側部下端は、基板３に形成した段差４に嵌合されており、更に樹脂の充填により、基板３に固定されている。

そして、この殻部１の内面に接するようにして、導体２がコイル状に巻回されて配置されている。導体２のコイルは、殻部１の周縁部の湾曲部を中心としてそれよりも外方の側部と、それよりも内方の平坦部の一部までに配置されている。絶縁性の基板３の中心部には、端子部６及び７が適長間隔をおいて固定されている。そして、一方の端子部６に、導体２のコイルの内側の引出部８、つまり平坦部からの引出部８が接続されており、
他方の端子部７に、導体２のコイルの外側の引出部９、つまり、側部の下端からの引出部９が接続されている。なお、導体２のコイルは、導体間に樹脂を含浸することにより、巻線形状に固定されている。

この端子部６、７は、夫々ボルト１０により基板３に固定されており、その引出部８，９が接続された端子１１は、基板３の下面に導出され、この下面に、外部導体（図示せず）に接続される接続部１１ａが設けられている。なお、コイル導体２は、内部に冷却水が導通する中空状をなし、接続部１１ａも中空で、外部導体からの冷却水をコイル導体２に供給できるようになっている。

図６（ａ）乃至（ｄ）は、本実施形態のインダクターの製造方法を工程順に示す図である。先ず、図６（ａ）に示すように、ガラス繊維強化樹脂製のシート状プリプレグ１００を用意する。このプリプレグ１００は、予め強化繊維にマトリックス樹脂として熱硬化性樹脂を含有させ、半硬化状態になったシート形状のブリプレクである。次に、図６（ｂ）に示すように、被成形部材の表面形状に応じた３次元立体形状の凹部を有する型１０１と、同じく被成形部材の表面形状に応じた３次元立体形状の凸部を有するプラグ１０２とを用意し、熱間でプリプレグ１００をプラグ１０２により型１０１に向けて押圧し、プリプレグ１００をホットプレスする。そして、プリプレグ１００の周辺部を切除すると、図１及び図２に示す殻部１が得られる。次いで、図６（ｃ）に示すように、この殻部１の内面に導体２のコイルを配置し、更に、図６（ｄ）に示すように、コイル導体２に樹脂を含浸し、導体２のコイルを巻線状に固定する。

このようにしてホットプレスにより成形された殻部１は、繊維の方向が、図３（ａ）に示すように、殻部１の表面に平行である。

次に、上述の如く構成された電磁成形用インダクターの動作について説明する。被成形部材の内側に本実施形態の殻部１を配置し、導体２に瞬間的に通電して、被成形部材を電磁成形する。この場合に、本実施形態のインダクターは、殻部１が被成形部材の表面形状に応じた３次元立体形状に成形されているので、この殻部１に巻線された導体２のコイルは、被成形部材との間隔がほぼ一定である。このため、被成形部材に対して、均一に電磁力を付与することができる。また、本実施形態のインダクターは、ガラス繊維強化樹脂からなる厚さが均一な殻部１の内面に導体２のコイルが設けられたものである。これにより、電磁成形の際、導体２に瞬間的に大電流を通電することにより、導体２に振動が発生しても、殻部１の強度及び剛性が高いので、この振動に耐えることができる。このため、本実施形態のインダクターは繰返し使用することができ、耐久性が優れている。

また、殻部１は、その表面に接するように導体２を巻回することができるため、導体２の巻回を容易にすることができる。

殻部１はその厚さが一定であることが好ましい。殻部１の厚さが均一であると、導体２と被成形部材との間隔を一定に保つことができるため、被成形部材が均等に力を受けるので、成形後の精度がよく、かつ投入エネルギーの無駄が無く、効率的な電磁成形を行なうことができる。

更に、図３（ａ）に示すように、ガラス繊維強化樹脂の繊維方向は被成形部材の湾曲した表面形状に平行であることが好ましい。ガラス繊維強化樹脂によって高さ又は深さを持った殻形状の物体を製作する方法としては、容易に実施できるのは、シート状プリプレグを積層し、加熱して、その後、機械加工により外形を作り出す方法である。しかし、そのようにして製作したインダクターは、図３（ｂ）に示すように、繊維の方向が一方向に配置されており、上下方向の力を受けると層状に剥がれる虞がある。これに対し、図６（ａ）乃至（ｄ）のように、予め強化繊維にマトリックス樹脂として熱硬化性樹脂を含有させ半硬化状態になったシート形状のブリプレグ１００を金型１０１に設置して、ホットプレスにより殻部１を製作した場合には、図３（ａ）に示すように、繊維の方向が被成形部材の湾曲した表面形状に平行となり、いずれの方向にも強く、極めて破損しにくい。また、同時に、均一厚さを持ったプリプレグシート１００を素材として使用することで、殻部１の厚さを均一にすることが容易になり、これに導体２を巻きつけることで、導体２と被成形部材とを等間隔に保つことも容易になる。このため、効率的な電磁成形が可能なインタクターを得ることができる。

次に、図４及び図５を参照して、本発明の第２実施形態の電磁成形用インダクターについて説明する。本実施形態においては、殻部１の下端が絶縁性の枠体２０に嵌合され、殻部１の上方に絶縁性の基板２１が配置され、この基板２１の４隅部に夫々配置された支柱２２の下端が枠体２０に固定されている。これにより、支柱２２及び枠体２０を介して、殻部１が基板２１の下方に固定されている。そして、導体２はこの殻部１の外面に巻回されており、導体２により形成されたコイルの引出部は、上方に導出され、基板２１の中心部の端子部２３及び端子部２４の各端子に接続されている。

本実施形態のインダクターにおいては、被成形部材を殻部１の内側に嵌合する。そして、導体２に瞬間的に通電すると、被成形部材が電磁成形される。本実施形態において、第１実施形態と同様の効果を奏する。

本発明の第１実施形態の電磁成形用インダクターを示す平面図である。 同じくそのＡ−Ａ線による断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は殻部における繊維の方向を示す模式図である。 本発明の第２実施形態の電磁成形用インダクターを示す平面図である。 同じくそのＢ−Ｂ線による断面図である。 （ａ）乃至（ｄ）は本発明の第１実施形態のインダクターの製造方法を工程順に示す模式図である。

符号の説明

１ 殻部
２ 導体
３ 基板
４ 段差
６、７ 端子部
８、９ 引出部
１１ 端子
１１ａ 接続部
２０ 枠体
２１ 基板
２２ 支柱
２３、２４ 端子部
１００ プリプレグ
１０１ 金型
１０２ プラグ

Claims (5)

1. ３次元立体形状の板状部材を電磁成形するためのインダクターにおいて、被成形部材の表面の形状に応じて３次元の立体形状に成形されたガラス繊維強化樹脂製の殻部と、この殻部における前記被成形部材に面する面の反対側の面に沿って配置された導体コイルと、前記導体コイルの導体間に樹脂を含浸させて硬化させた樹脂含浸部と、を有することを特徴とする電磁成形用インダクター。
2. 前記導体コイルは、前記殻部の外面側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載電磁成形用インダクター。
3. 前記導体コイルは、前記殻部の内面側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載電磁成形用インダクター。
4. 前記殻部のガラス繊維強化樹脂はそのガラス繊維の方向が前記被成形部材の表面と平行であり、前記ガラス繊維強化樹脂が層状に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電磁成形用インダクター。
5. ガラス繊維強化樹脂のシート状プリプレグを被成形部材の表面形状に応じた３次元の立体形状にホットプレス成形して殻部を成形する工程と、前記殻部における前記被成形部材に面する側の面の反対側の面にコイル状の導体を配置する工程と、前記コイル状の導体間に樹脂を含浸させて硬化させ樹脂含浸部を形成する工程と、を有することを特徴とする電磁成形用インダクターの製造方法。

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