JP5026390B2

JP5026390B2 - 電磁成形方法

Info

Publication number: JP5026390B2
Application number: JP2008272523A
Authority: JP
Inventors: 裕彦福元; 寛哲細井; 秀豪金橋
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2008-10-22
Filing date: 2008-10-22
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2028-10-22
Also published as: JP2010099685A

Description

本発明は、環状コイルの外側に成形管を配置し、前記環状コイルに瞬間的に電圧を印加することにより発生する電磁力により、前記成形管を拡管成形する電磁成形方法に関し、特に、その長寿命化を図った電磁成形方法に関する。

特許文献１及び２には、電磁成形コイルが開示されている。この電磁成形コイルによる拡管成形においては、図４に示すように、成形しようとする管２（以下、成形管）を環状コイル１に嵌合し、これにより、成形管２を環状コイル１を取り囲むようにして環状コイル１の外側に配置する。そして、環状コイル１にパルス電圧を印加することにより、環状コイル１のコイル導線１ａに瞬発的な電流を流す。これにより、コイル導線１ａから発生する電磁場の変化により、導体である成形管２に誘導電流が発生し、この誘導電流と電磁場との相互作用で、成形管２に瞬発的な電磁力３が作用する。この成形管２に作用する電磁力３は、成形管２を押し広げるものであり、成形管２の外側に型（図示せず）を配置しておくことにより、成形管２はこの型の内面に押し付けられて、この型の形状にそって成形される。

この電磁成形時に、環状コイル１のコイル導線１ａには、成形管２に作用する力と逆向きの瞬発的な電磁力４が作用する。

特開２００４−３５１４５５号公報特開２００７−２７５９０９号公報

上述の如く、電磁成形時には、成形管２に作用する電磁力の反作用で、環状コイル１にも強大な電磁力４が作用する。このため、以下の問題点がある。

先ず、電磁力４により、環状コイル１自体が変形する。このように、環状コイル１が変形すると、破損に至らない場合でも、成形精度が劣化する。また、コイル導線１ａ同士が接触し、電気的なショートが発生する虞がある。コイルを樹脂で含浸していない場合は、コイル導線の導通が生じると、スパークが発生し、コイル導線が弾くように大きく変形して、コイルが破損する。一方、コイル導線間を樹脂で絶縁している場合、コイル導線２に発生する電磁力で、樹脂が圧壊したり、剥離する虞があり、このような樹脂の圧壊又は剥離が発生すると、環状コイルが絶縁破壊する。その結果、コイルの導線同士で導通し、スパークと共に弾くように大きく変形し、コイルが破損する。以上のようなコイルの破損は、通常、成形管の端部近傍で発生する。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、電磁成形時に環状コイルに発生する電磁力を低減し、コイルの破損を防止することができる電磁成形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方法は、環状コイルを嵌合するように成形しようとする成形管を配置し、この成形管と少なくとも内径が同一のダミー管を前記成形管に対しその中心軸方向に隣接するように前記成形管と中心軸を一致させて配置し、前記環状コイルに通電することにより前記環状コイルからの電磁力を前記成形管及びダミー管に印加することを特徴とする。

この電磁成形方法において、前記ダミー管は、材質も前記成形管と同一であることが好ましい。また、前記ダミー管は、形状も前記成形管と同一であることが好ましい。

本発明によれば、電磁成形時に環状コイルに作用する電磁力が過大になることが防止され、コイル変形、絶縁樹脂の圧壊及び剥離、並びにコイルの破損が防止される。電磁成形時に成形管へ作用する電磁力の反作用により、環状コイルに作用する電磁力は、成形管の端部に相当する部分で大きく変動する。即ち、この成形管の端部に相当する部分の環状コイルに対し、大きな電磁力が作用する。そこで、本発明においては、成形管に対し、その中心軸方向に隣接するようにダミー管を配置する。これにより、成形管の端部効果として、過大な電磁力が、環状コイルに作用することが防止される。

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、本発明の第１実施形態に係る電磁成形方法を示す縦断面図である。なお、この図１は、２点鎖線を管又はコイルの中心線（中心軸）として、その一方の半分の部分を示す。環状コイル１は、その中心軸を垂直にして設置されており、そのコイル導線１ａは、その相互間に樹脂を介在させてコイル状に成形されている。この環状コイル１を嵌合するようにして、円筒状の成形管２（電磁成形加工しようとする管）が環状コイル１と同軸的に配置されている。この成形管２は、環状コイル１の長手方向の一部に嵌合されており、従って、環状コイル１は成形管２よりも中心軸方向の上方に突出している。

而して、本実施形態は、この成形管２に対し、その上方にダミー管５を配置している。このダミー管５は、成形管２と外形及び内径が同一であり、電磁成形に関し同一形状となっている。また、ダミー管５はその材質も、成形管２と同一であることが好ましい。そして、このダミー管５をその中心軸が成形管２の中心軸と一致するようにして、成形管２の上方に若干離隔して隣接配置する。このとき、ダミー管５はその軸方向の一部が環状コイル１を嵌合し、従って、ダミー管５は環状コイル１よりもその中心軸方向の上方に突出している。

このように、環状コイル１に対して成形管２とダミー管５とを配置し、環状コイル１のコイル導線１ａに、パルス電流を印加する。そうすると、環状コイル１から成形管２に電磁場が作用し、成形管２に誘導電流が流れると共に、この誘導電流により逆向きの電磁場が発生する。これにより、成形管２には半径方向の外方に電磁力３が作用し、環状コイル１には半径方向の内方に電磁力４が作用する。成形管２に作用する電磁力３により、成形管２は拡管し、成形管２の更に外側に型（図示せず）を配置しておくことにより、成形管２はこの型の内面に沿う形状に成形される。

なお、この成形管２の電磁成形時に、ダミー管５にも環状コイル１から電磁力６が作用し、ダミー管５も拡管する。

一方、環状コイル１は、成形管２及びダミー管５から、電磁力４を受ける。図３は、この環状コイル１が成形管２から受ける電磁力を示すグラフ図である。この図３はダミー管５を配置していない状態で測定されたものである。図３において、横軸は、成形管及び環状コイルの中心軸方向の距離であり、右方が図１に示す上方である。コイル上端の位置は、０．０７５ｍであり、成形管の上端の位置は、０．０４ｍである。また、「軸方向」のグラフは、環状コイル１に対しその中心軸方向に作用する応力を示し、中心軸方向の上方に向かう応力が「＋」である。また、「半径方向」のグラフは、環状コイル１に対し半径方向外方に向かう応力が「＋」であり、半径方向の内方に向かう応力が「−」である。この図３に示されているように、環状コイル１には、成形管２の中央部分に相当する部分で、半径方向内方に向かう応力（コイルを圧縮しようとする応力）が作用する。一方、この成形管２の中央部分に相当する部分では、環状コイル１に対し、中心軸方向には応力は作用しない。

これに対し、成形管の端部（上端）の近傍では、成形管から環状コイルが受ける電磁力は大きく変動し、軸方向の応力は、成形管の端部に相当する位置で引張応力となった後、この成形管の端部よりも上方になるにつれて圧縮応力に変化する。また、半径方向の応力は、成形管の端部に相当する位置で半径方向内方に向かう応力が徐々に小さくなり、更に上方にいくにつれて、半径方向の応力は、半径方向外方に転じる。中心軸方向の応力及び半径方向の応力の双方とも、成形管の上端位置から、環状コイル１の上端までの区間で、大きく変動し、この大きな応力により、環状コイルは変形してしまう。又は、コイル導線間の絶縁樹脂の剥離等により、コイル導線同士がショートし、環状コイルが破損する。

しかし、本実施形態においては、成形管２に隣接するようにして、ダミー管５を配置しているので、成形管２の端部の近傍には、成形管２と同様の導体からなるダミー管５が存在するため、成形管２の端部においては、環状コイル１に対し、図３に示す大きな応力変動及び過大な応力は作用しない。ダミー管５は環状コイル１の上端を超えてその更に上方まで存在するので、ダミー管５の端部により、環状コイル１に大きな応力が作用したり、また大きな応力変動が生じたりすることもない。よって、本実施形態においては、環状コイル１に対し、これを変形させるような応力が印加されることはなく、環状コイル１の変形及び破損を防止することができる。

上述の作用効果を得るためには、成形管２とダミー管５に対し、可及的に同一の電磁力（成形力）が作用することが必要である。このため、先ず、図１に示すように、成形管２とダミー管５とが同一の内径及び外径を有することが好ましい。少なくとも、成形管２とダミー管５の内径は同一であることが必要である。

図２は、本発明の他の実施形態を示す断面図である。この図２には、成形管２とダミー管７とがそれらの内径は同一であるが、外径は相違することが示されている。このように、内径が同一であれば、外径が相違していても、環状コイルに対する過大な応力の印加は抑制される。成形管２の肉厚が、環状コイル１から印加される電磁場が作用する部分、即ち、成形管２の電磁場上の表皮の深さ以上に厚ければ、環状コイル１とダミー管７の内面との間の隙間が環状コイル１と成形管２の内面との間の隙間と同一であれば、成形管２とダミー管７には同一の電磁力が作用する。従って、図２に示すように、成形管２とダミー管７の内径が同一であれば、ダミー管７の外径が成形管２の外径より大きく厚肉であってもよい。

また、成形管２とダミー管５に対して同一の電磁力を印加させるためには、成形管２とダミー管５は、材質が同一の導体管であることが好ましい。この材質とは、電気伝導度及び透磁率等のことであり、作用する電磁力の大きさに関係する因子である。

上述のように、図１に示す本発明の実施形態及び図２に示す本発明の他の実施形態のいずれにおいても、成形管２の端部に相当する位置で、環状コイル１には過大な電磁力が作用したり、また、作用する電磁力が大きく変動したりすることがなく、環状コイル１の変形及び破損が防止される。これにより、環状コイル１のコイル導線絶縁用樹脂の寿命が延び、環状コイル１を長期間使用することが可能となる。

なお、ダミー管の変形を抑制するためには、ダミー管を取り囲むように金型を配置して、このダミー管の外面を拘束すればよい。

本発明においては、成形管２と同質のダミー管５、７を、成形管２に隣接して配置するので、成形管２の端部の位置を、１又は複数の電磁成形工程毎に、環状コイル１の中心軸方向にずらすことができる。これにより、環状コイル１における比較的高応力の発生箇所を分散させることができ、環状コイルの寿命を更に一層延長させることができる。

本発明の実施形態に係る電磁成形方法を示す縦断面図である。本発明の他の実施形態に係る電磁成形方法を示す縦断面図である。成形管及び環状コイルの中心軸方向の距離と、環状コイルに作用する電磁力の大きさとの関係を示すグラフ図である。従来の電磁成形方法を示す縦断面図である。

符号の説明

１：環状コイル
１ａ：コイル導線
２：成形管
３、４，６，８：電磁力
５，７：ダミー管

Claims

環状コイルを嵌合するように成形しようとする成形管を配置し、この成形管と少なくとも内径が同一のダミー管を前記成形管に対しその中心軸方向に隣接するように前記成形管と中心軸を一致させて配置し、前記環状コイルに通電することにより前記環状コイルからの電磁力を前記成形管及びダミー管に印加することを特徴とする電磁成形方法。
前記ダミー管は、材質も前記成形管と同一であることを特徴とする請求項１に記載の電磁成形方法。
前記ダミー管は、形状も前記成形管と同一であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁成形方法。