JP4786474B2

JP4786474B2 - 電磁成形用インダクター

Info

Publication number: JP4786474B2
Application number: JP2006234599A
Authority: JP
Inventors: 美速今村; 法孝江口; 孝良杉▲崎▼
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2006-08-30
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2026-08-30
Also published as: JP2008055459A

Description

本発明は電磁力により金属部材を拡管成形する電磁成形用インダクターに関する。

電磁力を利用して金属を塑性加工する電磁成形は、板状及び管状等の多様な形状に柔軟に対応できるため、種々の分野に適用されている。この電磁成形は、コンデンサに高電圧で蓄えられた電荷を電磁成形用インダクターに瞬時に放電させて、その電磁成形用インダクター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、被加工材と成形用インダクターとの間に反発力を発生させ、電磁成形用インダクターと対をなす金型に被成形材を反発力で押し付け、成形を行うものである。図４は電磁成形方法を示す概念図である。例えば、金属管を電磁成形により拡管成形する場合、被加工材である管状の金属管１４に嵌合する円筒状の軸部に導線が巻回され、金属管１４に嵌合した軸部を係止する軸部よりも直径の大きい円筒状の係止部を有する電磁拡管成形用インダクターの先端軸部１６を金属管１４に嵌合し、これらの嵌合した複合体を円状のくりぬき部を有する成形型１５に嵌合し拡管する位置に配置する。そして、電磁拡管成形用インダクターの係止部上面に突起した２つの配線１７ａ及び１７ｂから電磁拡管成形用インダクター内の導線に衝撃大電流を流して、電磁拡管成形用インダクターの軸部の周囲に極めて短時間で強力な磁場を発生させる。このとき、金属管１４は、電磁拡管成形用インダクターの軸部の周囲に発生した磁場を打ち消す方向に発生する誘導電流による強い拡張方向の力を受け、成形型１５に押し付けられて拡管される。

近時、前述の電磁成形は、誘導電流を発生させるために優位な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、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、変形量が大きいことから、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。更にまた軽量であることから、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。

従来、電磁成形に使用される成形用インダクターは、例えば、拡管成形用の場合、絶縁性樹脂からなる軸に断面が円形である導線を巻回し、導体間にも同様の絶縁性樹脂を充填する構造になっている。このような構造の成形用インダクターは、繰り返し大電流を通電することにより導線の抵抗発熱が蓄積され、更に各通電時に導体自身が電磁気力を受け振動することによって、導体自身及びその周囲の絶縁性樹脂が変形又は破損するという問題点がある。この問題点に対し、図３に示す特許文献１に記載の電磁成形用インダクター６１は、内部に中空部６２を有する中空導線６３が、円筒状の軸心６５の周面上に巻回されている。この中空導線６３の巻き終わり部分は、軸心６５の中心部に設けられた孔に挿通され、その導線端部６４ｂが軸心６５から突出するようになっている。中空導線６３の巻回始端部６４ａも軸心６５から突出している。また、中空導線６３の外周には、ガラステープ６６が巻かれており、ガラステープ６６と軸心６５との間には、絶縁性樹脂６７が充填されている。そして、この電磁成形用インダクター６１を使用する際は、循環冷却水等の冷媒を導線端部６４ａから導入し、中空導線６３の中空部６２を流通させ、導線端部６４ｂから排出させることにより、電磁インダクター部を冷却する。この従来技術においては、軸に巻回される導線６３の内部を中空構造にして、この導線６３の中空部に冷媒を流通及び循環させることにより導線６３の温度上昇を防いでいる。

また、特許文献２には、コイルの長寿命化のためにコイルの冷却性能を高めた電磁拡管用コイルが開示されている。この従来技術の電磁拡管コイルは、軸芯の周囲に巻回され内部に冷媒通路を有する導体コイルと、軸芯の基端部側に設けられた冷媒導入口及び冷媒排出口と、軸芯内部に設けられ導体コイルの先端部側の部分と前記冷媒導入口とを連結する第１冷媒通路と、導体コイルの基端部側の部分と冷媒排出口とを連結する第２冷媒通路とを有するものである。この従来技術においては、冷媒がコイル軸芯内部を通る第１冷媒通路から軸芯外部に巻回された導体コイルに供給されるので、導体コイルの冷却性能が高い。
特開平６−２３８３５６号公報特開２００４−２４３３５３号公報

しかしながら、前述の従来の技術には以下に示す問題点がある。

特許文献１に記載の軸に巻回される導線の中空部に冷媒を流通させる方法は、工業的に使用する場合のように、数万回以上繰り返し使用する場合には、冷却性能が十分ではなく、通電を繰り返した際に導体の温度上昇を防ぐことができないという問題点がある。

また、特許文献２に記載の電磁成形用インダクターは、軸心自身に通路を設けるため、軸心自体の構造的強度が比較的弱いという難点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、十分な冷却性能を有し、強度が優れていて、耐久性が高い電磁拡管成形用インダクターを提供することを目的とする。

本発明に係る電磁拡管成形用インダクターは、先端部側から管状ワーク内に挿入されて電磁力により前記ワークを拡管する電磁拡管用インダクターにおいて、軸芯と、この軸芯の外周面にコイル状に巻回された導体と、前記軸芯の中心軸を含む断面において前記導体間の位置又は前記導体と前記軸芯との間の位置に設けられ冷媒が通流する冷媒通路と、を有し、前記冷媒通路は、前記軸心の外周面に無誘導巻きによりコイル状に巻回された金属又は合金製の冷媒管により構成されること特徴とする。

本発明によれば、十分な冷却効果を有し、軸芯の強度が高く、繰返し使用に耐える耐久性が優れた拡管成形用インダクターが得られ、電磁拡管成形が、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実施形態の電磁成形用インダクターを示す断面図である。この図１は、軸芯１０の中心軸を含む断面図である。本実施形態においては、軸芯１０はその基部にフランジ部９を有し、大部分はフランジ部９に垂直の円柱状をなす。この軸芯１０の円柱状の部分は、その外周面が、フランジ部９から、先端側に向かって一定の距離切り欠かれており、最も深く切り欠かれてその直径が最も小さく長さも最も短い部分（小径部）と、この部分よりも更に先端部側にまで切り欠かれてその直径が２番目に小さい部分（中径部）と、更にその先端部側にまで切り欠かれてその直径が軸芯１０の円柱部よりも若干小さい（大径部）とを有する。小径部には、絶縁性材料の絶縁被覆２により外面が絶縁された冷媒管１４がコイル状に巻回されており、中径部及び冷媒管１４のコイル上には同様に絶縁性材料の絶縁被覆２により被覆された導体１がコイル状に巻回されている。更に、このコイル状の導体１の外側及び大径部は、絶縁層３により巻回されて、インダクターの全体が絶縁被覆されている。

導体１は、冷媒管１４の外面及び軸芯中径部上に巻回されており、絶縁層３は導体１及び軸芯大径部上に配置されているが、中径部と小径部との直径差が導体１の厚さの２倍程度に設定され、導体１の外周面は、ほぼ面一になっている（冷媒管１４上と軸芯中径部上との境界で段差になっていない）。また、絶縁層３の外面も軸芯１０の外面と面一になっている。導体１は通電されて電磁力を発生する。冷媒管１４はその内部空間である冷媒通路６に冷媒を通流させることにより、導体１で発生した熱を冷却するようになっている。

導体１の入出力端は、フランジ部９を挿通して外部に導出されている。また、冷媒管１４の冷媒入り口及び冷媒出口も、フランジ部９を挿通して外部に導出されている。即ち、導体１の端部４ａがフランジ部９を挿通して軸芯１０上の導体１に接続されており、導体１は軸芯１０の外面に螺旋状に巻回されており、軸芯１０の先端部側で折り返されている。この導体１は、軸芯１０の中心を通り、フランジ部９を挿通して外部の端部４ｂに接続されている。また、冷媒管１４は、後述するように（図２（ｃ）、（ｄ））、軸芯１０の外面で無誘導巻きされ、その両端部はフランジ部９を挿通して、冷媒の導入端５ａと導出端５ｂと接続されている。

冷媒管１４は、所謂無誘導巻きにより、軸芯１０の外周面に巻回されている。図２（ａ）、（ｂ）は通電用コイル（導体１）の巻回方法を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は軸芯を通る断面図、図２（ｃ）、（ｄ）は冷媒管１４の無誘導巻きによる巻回方法を示す図であり、（ｃ）は側面図、（ｄ）は軸芯を通る断面図である。

導体１の場合は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、通常のように、螺旋状に巻回する。これにより、導体１に通電すると、導体１のコイルの中心軸に沿って磁場が発生する。これに対し、冷媒管１４の場合は、図２（ｃ）、（ｄ）に示すように、インダクターの先端側で２つ折りした冷媒管１４を、このインダクター１４の先端側から２本対にした状態で、軸芯１０の外面に基端部側に向けて巻回する。従って、冷媒管１４は軸芯の長手方向に隣接する冷媒管において、冷媒の通流方向が相互に逆になる。このように、冷媒管１４については、無誘導巻きに巻回することにより、導体１に通電したときに発生する磁場が、冷媒管１４に作用して電磁誘導により電流が発生しようとしても、その電流の方向は、隣接する冷媒管同士で逆方向になり、結局誘導電流は流れない。従って、誘導電流による磁場も発生せず、導体１に通電したときに発生させる磁場に悪影響を与えることもない。

このように、金属又は合金製の冷媒管１４を使用しても、導体１による磁場発生には弊害がない。しかも、冷媒管１４として金属又は合金管を使用するので、導体１に通電した際に、導体１が激しく振動しても、冷媒管１４が導体１と軸芯１０との間に配置されているので、軸芯１０が損傷することはなく、インダクターの耐久性が高い。

なお、本実施形態において、導体１の断面は中実であるが、冷却性能を上げるために、冷媒管１４と同様に中空導体を使用して導体自身にも冷媒を流通するようにしても良い。

また、上記実施形態は、いずれも、冷媒通路が、導体１のコイルと軸芯１０との間に配置されたものであるが、軸芯の中心軸を含む断面において、コイル状に巻回された導体１の間に冷媒通路となる冷媒管を配置するものであってもよい。

本発明は、自動車材、容器材等アルミニウム及びアルミニウム合金並びに銅及び銅合金等、その他の金属又は合金の電磁成形を利用した拡管加工及び接合において、インダクターの耐久性を高め、長寿命化することができ、低コスト化を実現できる。

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模式図である。（ａ）乃至（ｄ）は導体１及び冷媒管１４の巻回方法を示す図である。従来のインダクターを示す断面図である。電磁成形方法を示す概念図である。

符号の説明

１：導体
２：絶縁被覆
３：絶縁層
４ａ、４ｂ：端部
５ａ：冷媒導入端
５ｂ：冷媒導出端
６：冷媒通路
９：フランジ部
１０：軸芯
１４：冷媒管
６１・・・電磁成型用インダクター
６２・・・中空部
６３・・・中空導線
６４ａ、６４ｂ・・・導線端部
６５・・・軸心
６６・・・ガラステープ
６７・・・絶縁性樹脂

Claims

先端部側から管状ワーク内に挿入されて電磁力により前記ワークを拡管する電磁拡管用インダクターにおいて、軸芯と、この軸芯の外周面にコイル状に巻回された導体と、前記軸芯の中心軸を含む断面において前記導体間の位置又は前記導体と前記軸芯との間の位置に設けられ冷媒が通流する冷媒通路と、を有し、前記冷媒通路は、前記軸心の外周面に無誘導巻きによりコイル状に巻回された金属又は合金製の冷媒管により構成されること特徴とする電磁成形用インダクター。