(57)【要約】【課題】本発明は、金属薄板を電磁成形する平板状ワンターンコイルなどの平板状コイルに関する。従来の平板状コイルには、コイルの板厚が薄く、パルス大電流を流すと、切り込み（スリット）の先端部分（コイル）が変形しやすい欠点があった。この欠点を、板厚を増加せずに、改良した電磁成形用平板状コイルを提供する。【手段】平板状ワンターンコイル３の切り込み（スリット）４の先端部分の曲率半径を切り込み幅の半分以上（２倍程度）にし、この部分（コイル）に電流（電流密度）が集中して流れるのを緩和し、切り込み（スリット）４の先端部分が変形するのを防ぐ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的に絶縁された一枚の良導電性金属平板に２本の切り込み（スリット）を加工して、電源からの往きの電流を流すための幅が狭い電流集中部と戻りの電流を流すための幅の広い部分を設けた平板状ワンターンコイル又はこの平板状ワンターンコイル板を２枚以上重ねて直列に接続した平板状複数巻きコイルの上に金属薄板を置き、電源からこのコイルに通電して電磁力を発生させ、この電磁力によって前記金属薄板を成形する電磁成形装置に使用する前記平板状コイルにおいて、
２本の切り込み（スリット）の先端部分の曲率半径を切り込み幅の半分以上にしたことを特徴とした電磁成形用平板状コイル。
【請求項２】
前記の平板状コイルにおいて、２本の平行な切り込み（スリット）の先端部分の長さ１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲を角度１０度以上４５度以下の範囲で互いに離れる方向へ曲げたことを特徴とする請求項１記載の電磁成形用平板状コイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、アルミニウム、銅などの良導電性金属薄板に高密度磁束を急激に加え、発生する電磁力を利用して、その金属薄板を成形加工する平板状コイルに関する。
【技術背景】
【０００２】  アルミニウム、銅などの良導電性金属薄板（被加工材）に、高密度磁束（強磁界）を急激に加え、電磁力を利用して、金属薄板を成形加工又は溶接する方法がある。コンデンサ電源などからコイルに最大値１００ｋＡ以上のパルス大電流を流し、高密度磁束を瞬間的に発生させ、大きな電磁力を金属薄板に作用させる。この結果、金属薄板は成形加工又は溶接される。一般的に、加工時間は数１００μｓ以下、金属薄板の厚さは１ｍｍ以下である。
【０００３】  コイル形状としては、被加工材（板）との電磁結合が強い平面的なコイルが使われている。例えば、本発明者が開発した電磁溶接法で使われている平板状ワンターンコイルがある（特許文献１）。この平板状ワンターンコイルは、例えば、一枚の銅板に２本の切り込み（スリット）を加えＥ字型の形態とし、板材の幅が狭く、細長い中央部分を往きの電流用、その両側の幅の広い周辺部分を戻りの電流用として、電源からパルス大電流を往復して流し、幅が狭い中央部分を電流集中部とし、この部分に高密度の磁束を発生させる。この種の平板状ワンターンコイルは電磁成形用にも使われている（特許文献２、非特許文献１）。
【特許文献１】  特許第３７５１１５３号、図４
【特許文献２】  特願２００６−１２６１９２号、図２
【非特許文献１】  平成１８年度塑性加工春季講演会講演論文集、ページ１９１〜１９２
【０００４】  前記の平板状ワンターンコイルには、次のような優れた特徴がある。電線を巻いた平面的なコイルと異なり、コイルとしてのインダクタンスが小さく、大電流を流し易い。電磁成形用平板状ワンターンコイルでは、コイル中央部分の幅が比較的に広いので、発生する磁束密度が広い範囲で一様である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  先ず、公知である一枚板から作られた平板状ワンターンコイルを用いて電磁成形を行う装置の概略を以下に説明する。次に、この平板状ワンターンコイルの問題点（欠点）を述べる。【０００６】  図５はこの平板状ワンターンコイルを用いた電磁成形装置の概略図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は平板状ワンターンコイルの斜視図である。この装置の主な構成要素は、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、コンデンサ電源１、スイッチ２、磁束発生用の平板状ワンターンコイル３である。このコイル３は電気的に絶縁された一枚の平板に狭い幅の２本の切り込み（スリット）４を加工して作られる。このコイル３は、幅が狭く、長い中央部分４Ａ（電流の往路）、その両側の幅の広い周辺部分４Ｂ，４Ｃ（電流の復路）およびこれらを片端側で接続する部分４Ｄから構成されている。【０００７】  コンデンサ電源１を充電し、スイッチ２を閉じて放電させると、平板状ワンターンコイル３にパルス大電流が往復して流れる。実際の装置では、電源１、スイッチ２およびコイル３を接続している部分（図５（Ａ）に細い線で示されている）は、幅広い導体板で配線され回路のインダクタンスおよび抵抗を少なくしている。【０００８】  図６に示す装置は、平板状ワンターンコイル３の片側（上部）に被加工材である金属薄板５を配置し、これを張出し成形加工するものである。図６で、平板状ワンターンコイル３、金属薄板５および金型８は、締め付け器具（図示されていない）によって固定されている。【０００９】  スイッチ２を閉じて平板状ワンターンコイル３に電流を急激に流すと、このコイル３の中央部分４Ａに高密度（磁束密度Ｂ）の磁束７が急激に発生する。この磁束７の一部は、金属薄板５に交差する。この結果、電磁誘導作用によって金属薄板５に渦電流（電流密度ｉ）が流れる。また、電磁力ｆが金属薄板５を上側の金型８へ押圧する。この結果、金属薄板５は金型８によって成形加工される。
電磁力ｆは次のベクトル式で与えられる。
【式１】
ｆ＝ｉ×Ｂ
【００１０】  次に、前述した電磁成形用平板状ワンターンコイルの問題点（欠点）を示す。
【００１１】  電磁成形用の平板状ワンターンコイル３は、大電流が流れ易く、容易に変形しない材質、形状で、金属薄板５との電磁結合を強くする必要がある。このため、材質には銅合金（クロム銅など）が使用され、コイル３の板厚は１〜２ｍｍ、コイル３の中央部分４Ａの幅は２０〜５０ｍｍである。板厚が大きすぎると電磁結合が弱くなるため、なるべく小さく選ばれる。
【００１２】  この平板状ワンターンコイル３の欠点は、コイル電流が集中して流れる部分に大きな電磁力が働くことである。電流が集中するのは、コイル３の中央部分４Ａである。従って、この部分は電磁力で変形しないように材質、板厚などが選ばれている。
【００１３】  図７は、平板状ワンターンコイル３に流れる電流（電流密度）の様子を流線で示した概略図である。流線は電流（電流密度）の流れる様子を示す力線の一種である。流線が密であるコイル３の中央部分４Ａでは流れる電流密度が大きく、流線が疎である両側の周辺部分４Ｂ，４Ｃでは電流密度が小さい。コイル電流が最も集中して流れる部分は、２本の切り込み（スリット）４の先端部分近くである。この部分の周辺（コイル）には、往復する電流が集中して流れ、電流密度が最大になる。また、高密度の磁束が発生する。切り込み４の先端部分の周辺には、大きな電磁力が働く。この結果、切り込み４の先端部分の周辺は常に変形しやすい状態にある。特に、２カ所ある切り込み４の先端部分どうしの距離が小さい場合、さらに変形しやすくなる。
【００１４】  前述した切り込み４の先端部分の変形は、平板状ワンターンコイル３の板厚を増加すれば、解決する。しかし、コイル板厚を増加すると電流がコイル３の中央部分４Ａの表面や裏面など広い範囲に分布して流れる。この結果、コイル３と金属薄板５との電磁結合が弱くなる。
【００１５】  平板状ワンターンコイル３とほぼ同じ形状の平板状ワンターンコイル板（一枚板）を絶縁して２枚以上を重ね、これらを直列に接続した平板状複数巻きコイルでは、このコイル板厚を増加すると、この複数巻きコイルとその上に置かれる金属薄板（被加工材）との電磁結合が弱くなる。
【００１６】  電磁成形用の平板状ワンターンコイル３などには以上のような欠点がある。これを改良し、平板状コイルの板厚を増加することなく、切り込み４の先端部分の変形を防いだ平板状コイルが望まれる。本発明の目的は、このような平板状ワンターンコイル又は平板状複数巻きコイルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】  平板状ワンターンコイル３の切り込み４の先端部分は、矩形でなく半円形に加工されることが多い。半円形にすると、矩形の場合（図５）に比べ、切り込み４の先端部分の周辺（コイル）は、働く力に対し変形しにくくなる。この事実を基に、切り込み４の先端部分の変形を防ぐ手段として次のことが考えられる。
【００１８】（１）切り込み４の先端部分の曲率半径を切り込み４の幅の半分以上の一部分円形状にする。曲率半径が切り込み４の幅の半分なら、切り込み４の先端部分は半円形となる。この曲率半径を大きくすると、切り込み４の先端部分は円形に近くなる。この円形部分には強い力が周辺に働いても変形しにくい性質がある。この結果、前述の曲率半径を大きくすると、コイル３の切り込み４の先端部分の変形を防ぐことができる。
【００１９】（２）２本の切り込み４の先端部分を互いに離れる方向に曲げて、その先端部分の曲率半径を切り込み４の幅以上の一部分円形状にする。先端部分を互いに離すことで、面積の大きくなった円形状部分が近づくのを防ぐ。
【００２０】  本発明は、以上の手段を基にして、電磁成形用の平板状ワンターンコイル３の板厚を増加することなく、切り込み４の先端部分の変形を防いだ平板状ワンターンコイル又は平板状複数巻きコイルを提供する。
【発明の効果】
【００２１】  請求項１、２記載の発明による平板状ワンターンコイル又は平板状複数巻きコイルを図６の平板状ワンターンコイル３に替えて使用すれば、金属薄板５を同様に電磁成形できる。その際、本発明のコイルにパルス大電流が流れても、切り込み４の先端部分の変形を防げる。本発明のコイルでは、板厚を増加させる必要がないので、コイル３と金属薄板５との電磁結合が悪くならない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】  以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２３】  図１に切り込み４の先端部分の曲率半径を切り込み４の幅の約２倍にした平板状ワンターンコイル３の平面図を示す。このコイルの材質、具体的な数値例などを述べる。材質はクロム銅、その板厚は１ｍｍ、コイル中央部分４Ａの長さは１００ｍｍ、その幅は２０ｍｍである。先端部分の曲率半径をこれ以上大きくすると二つの先端部分が近づくのでよくない。【００２４】  切り込み４の先端部分の曲率半径を図２のように連続的に変化させることも変形に対して効果的である．平板状ワンターンコイル３に流れる電流（電流密度）がより自然に流れるようになる。【００２５】  実験例を以下に示す。図６の電磁張出し成形装置においてコンデンサ電源の静電容量を１００〜２００μＦ、電源エネルギーを１〜３ｋＪとし、中央部分４Ａの幅２０ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚さ１ｍｍ、切り込みの幅５ｍｍの平板状ワンターンコイルを用い、アルミニウム板（板厚０．３ｍｍ）の電磁張出し実験を１００回以上行った。切り込みの先端部先端部を一部円形状（図１）にすると、従来の同等な平板状ワンターンコイル（図５）に見られた切り込みの先端部の変形がほとんど現れなかった。
【実施例２】
【００２６】  図３に２本の切り込み４の先端部分を互いに離れる方向に曲げて、その先端部分の曲率半径を切り込み４の幅の約３倍にした平板状ワンターンコイル３の平面図を示す。このコイルの材質、具体的な数値例などは先端部分の曲率半径を除き実施例１と同様である。この実施例では、先端部分の曲率半径を大きくしても、二つの先端部分が近づかない。
【実施例３】
【００２７】  図４は実施例１に示した平板状ワンターンコイル３とほぼ同じ形状の平板状ワンターンコイル板（一枚板）３Ａ、３Ｂを絶縁して重ね、これらを直列に接続した平板状複数巻き（ツーターン）コイルの電気的接続と構成を分解斜視図で示している（特許文献３）。
【特許文献３】  特願２００６−１５６６１９、図１
【００２８】  電源１を充電後，スイッチ２を閉じ，コイル板３Ａ、３Ｂにパルス大電流を流すと，コイル中央部分４Ａに同方向の電流が流れる。この場合も、切り込みの先端部の変形はほとんど見られなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】  本発明の実施例１の平板状ワンターンコイルの平面図（１）である。
【図２】  本発明の実施例１の平板状ワンターンコイルの平面図（２）である。
【図３】  本発明の実施例２の平板状ワンターンコイルの平面図である。
【図４】  本発明の実施例３の平板状複数巻きコイルの分解斜視図である。
【図５】  従来の平板状ワンターンコイルを用いた典型的な電磁成形装置の概略図である。（Ａ）は平面図、（Ｂ）はコイルの斜視図である。
【図６】  図５に示すコイル上部に金属薄板と固定具を配置し、電磁成形する方法を示す概略図である。（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図７】  従来の平板状ワンターンコイルに流れる電流（電流密度）の様子を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３０】  １    電源又はコンデンサ電源
２    スイッチ
３    平板状ワンターンコイル
３Ａ  平板状ワンターンコイル板
３Ｂ  平板状ワンターンコイル板
４    平板状ワンターンコイルの切り込み（スリット）
４Ａ  平板状ワンターンコイルの中央部分（電流集中部）
４Ｂ  平板状ワンターンコイルの周辺部分
４Ｃ  平板状ワンターンコイルの周辺部分
４Ｄ  平板状ワンターンコイルの中央部分と周辺部分を接続する部分
５    金属薄板
７    磁束
８    金型
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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