JP6965769B2

JP6965769B2 - 電磁成形用コイル

Info

Publication number: JP6965769B2
Application number: JP2018011185A
Authority: JP
Inventors: 正人薮押
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-01-26
Filing date: 2018-01-26
Publication date: 2021-11-10
Anticipated expiration: 2038-01-26
Also published as: JP2019129270A

Description

本発明は、導電体の管を電磁成形する際に使用される電磁成形用コイルに関する。

金属部材に対して塑性加工を行うための電磁成形技術が知られている。電磁成形技術では、電磁成形用コイルに対してインパルス電圧を印加することによって、その周囲に極めて短時間で強力な磁場を形成し、この磁場内に被加工部材を配置しておくことによって、被加工部材と電磁成形用コイルとの間に電磁気的な反発力を発生させて被加工部材を成形する（特許文献１）。

電磁成形技術において用いられる電磁成形用コイル１００は、図５の断面図及び一部拡大図に示すように、絶縁性を有する筒状の芯材１０の周囲に樹脂１２で被覆された導電線１４を巻回させた構成を有する（特許文献２）。

特開２００４−３５１４５５号公報特開２０１１−３１２９０号公報

ところで、電磁成形用コイル１００では、導電線１４を巻回する工程において導電線１４の内面側と外面側で線長差が生じて導電線１４の断面に変形が生じたり（図６）、導電線１４が芯材１０の外周面に対して傾いたり（図７）することがある。このような場合、図６及び図７の太実線で囲んだ領域等において導電線１４間の距離が局所的に近接してしまうことがある。このような導電線１４の近接は、弱いコロナ放電を誘発し、樹脂１２の絶縁破壊が徐々に進行して、次第に導電線１４間においてスパークを生じさせるおそれがある。その結果、最終的には大電流のアーク放電を生ずる絶縁破壊に至ることがある。

本発明の１つの態様は、電気的絶縁体からなり、径方向に突出したフィンを有する柱状の芯材と、前記芯材の外周において前記フィンを挟み込むように前記芯材の軸方向に沿って巻回された導電線からなる導電線と、を備えることを特徴とする電磁成形用コイルである。

ここで、前記フィンは、前記芯材の外周において螺旋状に設けられていることが好適である。

また、前記フィンの突出方向の高さは、前記導電線の高さの３０％以上１００％以下とすることが好適である。

本発明によれば、電磁成形用コイルにおいて電磁コイルを構成する導電線間の絶縁破壊を抑制することができる。

本発明の実施の形態における電磁成形用コイルの構成を示す外観図である。本発明の実施の形態における電磁成形用コイルの構成を示す正面図及び側断面図である。本発明の実施の形態における芯材の構成を示す外観図及び側断面図である。本発明の実施の形態における電磁成形用コイルの好適な構成を説明するための図である。従来の電磁成形用コイルの構成を示す図である。従来の電磁成形用コイルの課題を説明するための図である。従来の電磁成形用コイルの課題を説明するための図である。

本発明の実施の形態における電磁成形用コイル２００は、図１の側面図及び図２の側断面図（一部拡大図）に示すように、柱形状の芯材２０の軸方向に沿って外周面に電磁コイル２２を巻回した構成とされている。芯材２０は、ボビンとも呼ばれる。

電磁成形用コイル２００は使用時において金属等の導電性の被加工部材の内部に挿入され、巻回されている電磁コイル２２に外部電源（図示しない）からパルス電圧が印加される。これによって、電磁コイル２２に瞬間的に電流が流れる。この電流によって発生する電磁場の変化に伴って被加工部材に誘導電流が発生し、誘導電流と電磁場との相互作用によって被加工部材を外側に押し広げる向きの瞬発的な電磁力を生じさせて被加工部材を加工することができる。

芯材２０は、図３に示すように、円筒又は円柱状の本体部２０ａと、本体部２０ａの外周面において径方向に向かって螺旋状に突出するように設けられた突出部であるフィン２０ｂを備える。芯材２０は、少なくとも電磁コイル２２が接触する部分を電気的に絶縁性のある部材、例えば、ガラス、アルミナ、樹脂、プラスチック等で構成する。また、芯材２０は、後述する電磁成形処理における電磁力で変形しない程度の機械的な強度を有する材料で構成することが好適である。フィン２０ｂは、本体部２０ａと一体に成形されることが好適である。

電磁コイル２２は、電気的に導電性を有する材料、例えば、銅線からなる導電線２２ａを含む。本実施の形態では、導電線２２ａは、断面が矩形の銅線としている。ただし、導電線２２ａは、断面が円形等の他の形状であってもよい。また、電磁コイル２２は、被覆材２２ｂによって導電線２２ａを被覆した構成としてもよい。被覆材２２ｂは、電気的に絶縁性のある材料、例えば、ガラスクロステープ等の樹脂含浸性繊維に絶縁性の樹脂が含浸された材料とすることができる。

導電線２２ａは、図２に示すように、芯材２０の外周面においてフィン２０ｂを挟み込むように巻回される。したがって、フィン２０ｂによって隣り合う導電線２２ａの間の電気的な絶縁性が維持される。特に、導電線２２ａの断面に変形が生じたり、導電線２２ａが傾いて巻回されたりした状態において、導電線２２ａの間の距離が局所的に近接してしまうことを防ぐことができる。

図４は、電磁成形用コイル２００における導電線２２ａとフィン２０ｂとの寸法の関係を説明するための図である。ただし、図４では、各部を明確に示すために図中の寸法は実際の寸法とは異なる。

フィン２０ｂの間隔Ｄ１は、導電線２２ａの幅Ｄ２（被覆材２２ｂが設けられている場合にはそれも含んで幅Ｄ２とする）よりも大きくする。間隔Ｄ１は、導電線２２ａの幅Ｄ２に対して５％〜２０％程度大きくすることが好適である。これは、図６に示したように、芯材２０に導電線２２ａを巻回したときに内面側と外面側で線長差が生じて断面に変形が生じることがあるので導電線２２ａを確実にフィン２０ｂの間に巻き付けることができるようにするためである。また、導電線２２ａをフィン２０ｂの間に容易に巻回させることができると共に、導電線２２ａの位置ずれを抑制することができる。

また、フィン２０ｂの幅Ｗ１は、導電線２２ａの幅Ｄ２の１５％以上５０％以下とすることが好適である。幅Ｗ１を幅Ｄ２の１５％以上とすることで、導電線２２ａの間の距離が局所的に近接してしまうことを確実に防ぐことができる。また、幅Ｗ１を幅Ｄ２の５０％以下とすることで、導電線２２ａの巻回密度が低くなってしまうことを防ぐことができる。

また、本体部２０ａから突出するフィン２０ｂの高さＨ１は、導電線２２ａの高さＨ２（被覆材２２ｂが設けられている場合にはそれも含んで高さＨ２とする）の３０％以上１００％以下とすることが好適である。高さＨ１を高さＨ２の３０％以上とすることで、３０％未満の場合に比べて導電線２２ａの変形や傾きによって隣り合う導電線２２ａ同士が接触することをより確実に防ぐことができる。また、高さＨ１を高さＨ２の１００％以下とすることで、フィン２０ｂが導電線２２ａの間から突出することがなくなり、電磁成形用コイル２００全体の外径を小さく維持することができる。

１０芯材、１２樹脂、１４導電線、２０芯材、２０ａ本体部、２０ｂフィン、２２電磁コイル、２２ａ導電線、２２ｂ被覆材、１００，２００電磁成形用コイル。

Claims

電気的絶縁体からなり、径方向に突出したフィンを有する柱状の芯材と、
前記芯材の外周において前記フィンを挟み込むように前記芯材の軸方向に沿って巻回された導電線と、
を備え、
前記フィンの間隔は、前記導電線の幅より大きいことを特徴とする電磁成形用コイル。
請求項１に記載の電磁成形用コイルであって、
前記フィンの間隔は、前記導電線の幅に対して５％以上２０％以下大きいことを特徴とする電磁成形用コイル。
請求項１又は２に記載の電磁成形用コイルであって、
前記フィンの幅は、前記導電線の幅の１５％以上５０％以下であることを特徴とする電磁成形用コイル。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電磁成形用コイルであって、
前記フィンの高さは、前記導電線の高さの３０％以上１００％以下であることを特徴とする電磁成形用コイル。