JP4750089B2 - 電磁成形用コイル及びその製造方法 - Google Patents
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Description
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その製造方法に関する。
電磁力を利用して金属を塑性加工する電磁成形は、板状及び管状等多様な形状に柔軟に対応できるため、様々な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、被加工材を成形及び加工する技術である。
このような電磁成形に使用される電磁成形用コイルとして、例えば特許文献１又は２に開示されたものが知られている。図３は、特許文献１及び２に記載された技術による従来の電磁成形用コイルを示す断面図である。なお、図３は、電磁成形用コイルのうち軸心であるボビンの周囲に導線が巻回された部分の一部を拡大したものである。
図３に示すように、電磁成形用コイル１０１は、絶縁性樹脂により軸状に構成されたボビン２を有している。このボビン２の周面には、ガラスクロステープ６により被覆された矩形断面を有する中空の導体素線４が、ボビン２を軸心としてらせん状に巻回されコイルを構成している。なお、この導体素線４は、隣接する導体素線４の相対する表面同士が平行になるように巻回されている。その外側には、所定の厚さを有するようにガラスクロス７が巻き付けられている。絶縁性の樹脂８は、ガラスクロステープ６、ガラスクロス７及び各構成物間の空隙に含浸され、これにより絶縁層及び導体が固着されている。なお、電磁成形用コイル１０１は、樹脂８の含浸後にガラスクロス７の外周を切削加工されることにより、所定の外径を有している。
しかしながら、上述の従来の技術には以下に示すような問題点がある。図３に示す電磁成形用コイル１０１において、樹脂８は含浸の際にガラスクロスの繊維に沿って含浸していき、かつボビン２の樹脂自体には浸透しない。このため、各導体を被覆するガラスクロステープ６同士の境界でボビン直上の部分（図３に示すＢ部）は、樹脂の浸透が不十分になりやすく、その結果として空隙が生じやすい。一方、電磁成形用コイル１０１の使用時には、大電流がコイルに通電されることにより導体素線４が振動するため、電磁成形用コイル１０１の内部に空隙があるとその部分が亀裂の発生源となりやすい。発生した亀裂は、繰り返しの使用により進展し、やがて電磁成形用コイル１０１の変形及び破損等を引き起こす可能性がある。従って、内部に空隙を有する電磁成形用コイルは、その寿命が短くなってしまう。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、樹脂を含浸する際の空隙の発生を抑制し、長寿命の電磁成形用コイルを提供することを目的とする。
本発明に係る電磁成形用コイルは、軸部と、樹脂含浸性を有し前記軸部の周面を被覆するガラスクロステープからなる中心側繊維層と、樹脂含浸性のガラスクロステープからなる被覆が設けられた導線を隣接する前記被覆同士が接触するように前記中心側繊維層の周面にらせん状に巻回することにより構成されたコイルと、樹脂含浸性を有し前記コイルの外周を被覆するガラスクロスクロステープ又はガラスクロスシートからなる外側繊維層と、前記樹脂含浸性を有する各構成物に含浸され硬化した絶縁性の含浸樹脂と、を有することを特徴とする。なお、軸部とは、柱状だけでなく、例えば筒状のものを含むものとする。
本発明に係る電磁成形用コイルの製造方法は、樹脂含浸性のガラスクロステープにより軸部の周面を被覆して中心側繊維層を形成する工程と、樹脂含浸性のガラスクロステープからなる被覆が設けられた導線を隣接する前記被覆同士が接触するように前記中心側繊維層の周面にらせん状に巻回することによりコイルを形成する工程と、樹脂含浸性のガラスクロステープ又はガラスクロスシートにより前記コイルの外周を被覆して外側繊維層を形成する工程と、前記樹脂含浸性を有する各構成物に絶縁性を有する含浸樹脂を含浸する工程と、前記含浸樹脂を硬化させる工程と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、導線の被覆と軸部との間に樹脂含浸性を有する中心側繊維層が配置されているので、樹脂を含浸する際に例えば導線の周囲のような構成物同士の境界において十分に樹脂が含浸し、亀裂の起点となる空隙の発生が抑制される。その結果、長寿命の電磁成形用コイルを得ることができる。
以下、本発明の実施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、本実施形態に係る電磁成形用コイルを示す断面図である。なお、図１は、電磁成形用コイルのうち軸心であるボビンの周囲に導線が巻回された部分の一部を拡大したものである。
図１に示すように、本実施形態の電磁成形用コイル１は、軸状に構成されたボビン２を有している（以下、特に断りの無い限り、軸又はボビン２とはボビン２の軸部のことをいう）。ボビン２は、例えば絶縁性樹脂により形成されている。なお、ボビン２は、図１に示された軸部以外に例えば外部に固定するためのフランジ部等を有していてもよい。また、本明細書では軸状として表示しているが、例えば筒状として構成されていてもよい。
ボビン２の軸部の周面には、ガラスクロステープ３が所定の厚さを有するように巻回されている。このガラスクロステープ３は、ガラス繊維がテープ状に製織されたものであり、後述する樹脂８に対して樹脂含浸性を有している。なお、本実施形態において、ガラスクロステープ３以外のガラスクロス及びガラスクロステープのいずれについても同様に樹脂含浸性を有する。しかし、少なくともガラスクロステープ６と後述するガラスクロス７が樹脂含浸性を有していれば良い。
導体素線４は、矩形断面を有し、中心に円形の冷媒流通用の孔が形成された中空状をなし、外面にはガラスクロステープ６が被覆されている。そして、ガラスクロステープ３が巻回されたボビン２に、中空の導体素線４が、ボビン２を軸心としてらせん状に巻回されてコイルが構成されている。この場合、隣接する導体素線４の相対する表面同士が平行になるように、かつガラスクロステープ６同士が接触するようにして密に巻回されている。導体素線４は、例えば銅又は銅合金により製造され、図示しない電源装置に接続されて給電されるようになっている。また、導体素線４の中空の内部には、冷媒装置から液体又は気体の冷媒が循環供給されて、コイルとしての使用時に発生する熱を冷却するようになっている。
コイルの外周（即ち、導体素線４の外面上）には、所定の厚さを有するようにガラスクロス７が巻き付けられている。このガラスクロス７はシート状であるが、例えばテープ状とすることもできる。絶縁性の樹脂８は、ガラスクロステープ３、ガラスクロステープ６、ガラスクロス７及び各構成物の間の空隙に含浸された後硬化している。これにより、絶縁層及び導体が強固に固着されている。樹脂８としては、例えば熱硬化性を有するエポキシ樹脂等を使用することができる。なお、電磁成形用コイル１の軸部は、樹脂８の含浸後にガラスクロス７の外周面を切削加工されることにより、所定の外径を有している。
以下、本実施形態の電磁成形用コイルの製造方法について説明する。図１に示す本実施形態の電磁成形用コイル１は、例えば、以下に示す方法により製造することができる。先ず、ボビン２の周面にガラスクロステープ３を巻回する。この際、ガラスクロステープ３同士を一部ラップさせる。本実施形態においては、例えば図２に示すようにハーフラップで巻回する。このようにハーフラップでガラスクロステープ３を巻回することにより、テープのずれ及び絶縁厚さの偏り等を抑制することができる。なお、図２では便宜上ガラスクロステープ３の巻回数を１回として図示しているが、ガラスクロステープ３の層が所定の厚さを有するように、巻回数を複数回としてもよい。
次に、ガラスクロステープ３の外周に、ガラスクロステープ６により被覆された導体素線４をらせん状に巻回することによりコイルを構成する。この際、隣接する導体素線４の相対する表面同士が平行となるように巻回する。
次に、コイルの外周に、ガラスクロス７を巻回した後、樹脂８を含浸させる。樹脂８としては、例えば絶縁性及び熱硬化性を有するエポキシ樹脂を使用する。その後、樹脂８を加熱・硬化させることにより、絶縁層が強固に固着する。その後、ボビン２を軸心としてガラスクロス７の外周面を切削加工することにより、所定の外径を有する電磁成形用コイル１が得られる。
次に、本実施形態の動作について説明する。例えば、図１に示す本実施形態の電磁成形用コイル１を金属管の拡管に使用する場合、先ず、図示されている電磁成形用コイル１の軸部を被加工材である金属管（図示せず）内に挿入する。次に、導体素線４により構成されたコイルに衝撃大電流を通電し、電磁成形用コイル１の軸部の周囲に磁場を発生させる。これにより、金属管は磁場の反発力により外側へむけて強い拡張力を受けて拡管し、金属管の外側に配置された成形型（図示せず）に押し付けられて成形される。なお、この際導体素線４に発生する熱を冷却するために、導体素線４の中空部に冷媒が流通している。
本実施形態においては、含浸された樹脂８は、導体素線４を被覆するガラスクロステープ６よりも軸中心側のガラスクロステープ３まで浸透する。従って、図１に示すＡ部のような隣接するガラスクロステープ６及び他の構成物との境界部分においても十分に樹脂８を浸透させることができ、その結果、内部の空隙の発生を極めて少なくすることができる。
以上説明したように、本実施形態においては含浸樹脂内での空隙の発生が極めて少なくなるため、各導体の周囲が強固に固定される。換言すれば、絶縁層内部において空隙を起点とする亀裂が発生しにくくなる。上述のように、電磁成形用コイル１の使用時にはコイルに大電流が通電されるが、繰り返し使用によっても、本実施形態によれば上記の理由により電磁成形用コイルを破損する虞が極めて少なくなる。その結果、電磁成形用コイルを飛躍的に長寿命化することができる。
なお、本実施形態においては、ボビン２として絶縁性樹脂を使用している。ボビン２の材質に求められる技術要件としては、例えば高絶縁性、高強度、高切削加工性及び外表面含浸樹脂との親和性等がある。ここで、本実施形態によれば、樹脂８が導体周囲全面に含浸され強固に固定されているので、ボビン２に使用する樹脂として多様な材料を用いることができる。例えば、本実施形態では導体素線４とその周囲の含浸層（ガラスクロステープ３、ガラスクロステープ６、ガラスクロス７及び樹脂８）との一体性が高いため、ボビン２は外表面含浸樹脂との親和性がやや低い材料であってもよい。そのため、ボビン２に低コストの材料を用いることができる。また、電磁成形用コイルの使用条件によっては、電磁成形用コイルをボビンレス化し、導体素線４及びその周囲の含浸層によって構成することも可能である。
また、本実施形態においては、導体素線４は矩形断面を有しているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、図１に示すように、隣接する２列の導体素線４とボビン２側との間に微小な空隙ができやすい矩形断面の導体素線の場合に好適であるが、例えば導体素線が円形断面の場合でもボビン側との接触部の含浸性が向上し、良好な一体性を得ることができるため有効である。
１；電磁成形用コイル
２；ボビン
３；ガラスクロステープ
４；導体
６；ガラスクロステープ
７；ガラスクロス
８；樹脂
１０１；電磁成形用コイル
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８；樹脂
１０１；電磁成形用コイル
Claims (2)
- 軸部と、樹脂含浸性を有し前記軸部の周面を被覆するガラスクロステープからなる中心側繊維層と、樹脂含浸性のガラスクロステープからなる被覆が設けられた導線を隣接する前記被覆同士が接触するように前記中心側繊維層の周面にらせん状に巻回することにより構成されたコイルと、樹脂含浸性を有し前記コイルの外周を被覆するガラスクロスクロステープ又はガラスクロスシートからなる外側繊維層と、前記樹脂含浸性を有する各構成物に含浸され硬化した絶縁性の含浸樹脂と、を有することを特徴とする電磁成形用コイル。
- 樹脂含浸性のガラスクロステープにより軸部の周面を被覆して中心側繊維層を形成する工程と、樹脂含浸性のガラスクロステープからなる被覆が設けられた導線を隣接する前記被覆同士が接触するように前記中心側繊維層の周面にらせん状に巻回することによりコイルを形成する工程と、樹脂含浸性のガラスクロステープ又はガラスクロスシートにより前記コイルの外周を被覆して外側繊維層を形成する工程と、前記樹脂含浸性を有する各構成物に絶縁性を有する含浸樹脂を含浸する工程と、前記含浸樹脂を硬化させる工程と、を有することを特徴とする電磁成形用コイルの製造方法。
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