(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品（５０）を成形するための放電成形チャンバ（１０）であって、
−放電枠（２０）と呼ばれ、流体の容積を受容することを意図する放電チャンバ（２２）を区切る内壁（２１）を備える第１の部分と、
−ダイ（３０）と呼ばれ、前記部品が変形後に取るべき形状に対応することを意図する凹部（３１）を有する成形チャンバ（３２）を備える第２の部分と、
−液中放電システム（４０）と、
を備え、
前記部品（５０）は、前記液中放電システムを起動前に前記放電チャンバ（２２）と前記成形チャンバ（３２）との間に配置されることを意図し、前記液中放電システムの起動の結果として、前記成形チャンバ（３２）の前記凹部（３１）に対して前記部品（５０）の突出および変形が発生し、
前記内壁（２１）は、２つの非金属被膜（２４、２５）で覆われ、前記２つの非金属被膜の一方（２４）は、前記液中放電システム（４０）のレベルに位置し、前記２つの非金属被膜の他方（２５）より大きい絶縁耐力を持つ素材となるように選択されることを特徴とする、放電成形チャンバ（１０）。
【請求項２】
請求項１に記載の放電成形チャンバ（１０）であって、前記２つの非金属被膜（２４、２５）は、電気的に絶縁された素材で製造される被膜である、放電成形チャンバ（１０）。
【請求項３】
請求項１または２に記載の放電成形チャンバ（１０）であって、前記液中放電システム（４０）は、電気エネルギ保存ユニットに連結されることを意図する２つの電極（４１）を備える、放電成形チャンバ（１０）。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の放電成形チャンバ（１０）であって、前記液中放電システム（４０）は、電気エネルギ保存ユニットに連結されることを意図する爆破線を備える、放電成形チャンバ（１０）。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の放電成形チャンバ（１０）と、前記液中放電システムに連結される電気エネルギ保存ユニットとを備える放電成形機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は成形の分野、より具体的には放電成形の分野に関する。本発明は、特に、小さい寸法の部品を成形するための放電成形チャンバに関する。
【背景技術】
【０００２】
放電成形方法は一般に、特に複雑な形状の部品の製造方法として用いられる。この方法は、流体、好ましくは液体の圧力を用いて、金型内に保持される鋼板の塑性変形を起こすことに関与する。次に、流体は鋼板に作用して、鋼板が金型の形状にしたがうようにさせる。この流体は様々な方法で加圧することができる。
【０００３】
既存の液圧成形方法として、ＥＨＦ方法と呼ばれる放電成形方法が挙げられる。この方法は非常に高速な変形成形方法であり、流体で充填されたチャンバに配置された２つの電極間のコンデンサ、または、流体で充填されたチャンバに配置された爆破線のいずれかに保存された高エネルギの放電に基づく方法である。放電が流体内で発生すると、衝撃波が流体内に発生し、伝搬し、鋼板を金型に対して突出させる。このように鋼板に発生した動態的圧力は金型に対して突出する鋼板の構成材料を高速変形させ、その成形を可能にする。
【０００４】
このような方法によって、鋼板を成形することが可能となるが、塑性変形可能な素材で製造された他の部品も成形可能である。このような方法は、大きな寸法の部品、つまり特性長が２つの電極間の距離より顕著に長い部品を製造するために用いられる。
【０００５】
このような方法によって、多くの有利点が提供され、特に、たとえばエッチングなど部品上に非常に細かい詳細が得られること、弾性戻りがないこと、または低製造コストさえも提供される。
【０００６】
ただし、欠点の１つは、特許文献１に記載されるように部品を成形するために必要なサイクル時間である。実際には、既知であるが、ＥＨＦ方法による成形サイクルは以下の複数のステップに分解される。
−成形すべき部品を放電成形チャンバに配置すること、
−放電成形チャンバ内の中空のチャンバを流体で充填すること、
−中空のチャンバに含有される流体に液中放電すること、
−中空のチャンバを排水すること、
−成形部分を除去すること。
【０００７】
中空のチャンバを充填および排水するステップは最も時間がかかるステップを表す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第７４９３７８７号
【発明の概要】
【０００９】
本発明の目的は、特に、サイクル時間を削減し、均一な結果を保証しながら部品を成形することが可能な効果的な解決法を提供することである。
【００１０】
本発明は、したがって、部品を成形するための放電成形チャンバに関する。
【００１１】
部品を成形するための放電成形チャンバは、
−放電枠と呼ばれ、流体の容積を受容することを意図する放電チャンバを区切る内壁を備える第１の部分と、
−ダイと呼ばれ、部品が変形後に取るべき形状を補完することを意図する凹部を有する成形チャンバを備える第２の部分と、
−液中放電システムと、
を備える。
【００１２】
部品は、この放電成形チャンバの中で、液中放電システムを起動前に放電チャンバと成形チャンバとの間に配置されることを意図し、液中放電システムの起動の結果として、成形チャンバの凹部に対して部品の突出および変形が発生する。
【００１３】
起動とは、流体内を伝搬する衝撃波を生成するために、液中放電システムによって流体に放電を行うことと理解されるべきである。
【００１４】
放電枠は好ましくは高強度素材、たとえば鋼鉄などの金属素材で製造され、液中放電システムの起動時に発生する高圧を封じ込める。
【００１５】
本発明によれば、内壁の全部または一部は非金属被膜を有する。
【００１６】
被膜は部品の表面、この場合は内壁に蒸着した素材の層であり、特定の性質を提供する。被膜の構成材料は部分的または完全に内壁を覆うが、被膜の構成材料が究極的にはこの空間と一体化するような方法で覆う。
【００１７】
非金属被膜は選択的に、放電チャンバ内の液中放電システムのポートの周辺および近辺の内壁に配置される。
【００１８】
このような非金属被膜は有利には、液中放電システムと内壁との間の電気アークの成形を避けることができる。このような電気アークは内壁を損傷することもあり、とりわけ、液中放電システムの効率を大幅に低減させ、鋼板が成形されないこともあり得る。
【００１９】
このように、電気アークの恐れを持たずに、放電チャンバの寸法を低減することができる。放電チャンバの寸法が低減されると、有利には、放電チャンバを充電するための流体の容積を低減可能である。その結果として、このような放電成形チャンバを用いる成形方法を実施するために必要なサイクル時間は非常に大きく低減し、製造速度は大幅に増加する。
【００２０】
このような放電成形チャンバは、小さい寸法の部品製造、たとえば、細かいエッチングを備えて生成されるＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）キー本体などの部品製造に特に適している。
【００２１】
好ましい実施形態では、本発明はまた、個別に、または技術的に操作可能な組み合わせのそれぞれで実装される以下の特徴を満たす。
【００２２】
好ましい実施形態では、さらに電気アークのリスクを減少させるため、被膜は電気的に絶縁された素材で製造された被膜である。
【００２３】
好ましい実施形態では、内壁は複数の非金属被膜で覆われる。
【００２４】
好ましい実施形態では、液中放電システムは、電気エネルギ保存ユニットに連結されることを意図する２つの電極を備える。
【００２５】
好ましい実施形態では、液中放電システムは、電気エネルギ保存ユニットに連結されることを意図する爆破線を備える。
【００２６】
好ましい実施形態では、液中放電システムは、２つの電極の間に連結される爆破線を備える。
【００２７】
本発明はまた、実施形態のいずれかに記載の放電成形チャンバと、液中放電システムに連結される電気エネルギ保存ユニットとを備える放電成形機に関する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
本発明の特徴および有利点は、図１から図３と合わせて以下の実施例を参照してより明らかになるであろう。実施例は本発明を限定するものではなく、例示目的でのみ提供したものである。
【００２９】
【図１】本発明の実施形態による放電成形チャンバの断面図を表す。
【図２】本発明の別の実施形態による放電成形チャンバの断面図を表す。
【図３】本発明の一実施形態による、放電成形チャンバによってエッチングされたＵＳＢキー本体を例示する。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の実施形態による、部品５０を成形するための放電成形チャンバ１０を図１に例示する。成形すべき本部品は平坦な形状であってもよく、または、変形として、管状形状であってもよい。本部品はまた、従来のプレス技術によって前もって成形されてもよい。
【００３１】
放電成形チャンバを、後述する従来の成形方法の状況で用いる。
【００３２】
放電成形チャンバ１０は２つの部分で製造される。放電成形チャンバ１０は、放電枠２０と呼ばれる第１の部分と、ダイ３０と呼ばれる第２の部分とを備える。図に例示するように、放電枠２０は、放電成形チャンバの上部（図の方向にしたがって）を表してもよく、ダイ３０は下部を表してもよい。変形として、本発明の範囲から逸脱せずに、放電枠２０が放電成形チャンバの下部（図の方向にしたがって）を表し、ダイ３０が上部を表すことも考案可能である。また変形として、第１の部分は放電成形チャンバの左部分（図の方向にしたがって）を表し、第２の部分は放電成形チャンバの右部分（図の方向にしたがって）を表してもよく、またはその逆であってもよい。
【００３３】
放電枠２０は、放電チャンバ２２を区切る内壁２１を備える。
【００３４】
ダイ３０としては、放電枠２０およびダイ３０が組み立てられるとき、放電チャンバ２２に対向することを意図する成形チャンバ３２を備える。
【００３５】
放電枠２０およびダイ３０は互いに取り外し可能であり、それによって、成形すべき部品５０の挿入および除去が可能となる。
【００３６】
成形すべき部品は、ダイ３０と放電枠２０との間の境界３３に配置され、密封位置に保持される。放電成形チャンバの所定の位置に入ると、成形すべき部品は成形チャンバ３２を放電チャンバ２２から分離する。
【００３７】
図１の実施例では、成形すべき部品は平坦な形状の部品である。図２の実施例では、成形すべき部品は管状形状の部品である。
【００３８】
成形チャンバ３２は、成形すべき部品が変形後に取る形状に対応する凹部３１を有する。凹部３１は変形される部品に対向する。
【００３９】
放電枠２０およびダイ３０は、金属素材、たとえば鋼鉄で選択的に製造され、それぞれのチャンバ（放電チャンバ２２および成形チャンバ３２）の構造的強度を示し、成形プロセス中に液中放電の瞬間に生成される高圧を封じ込める。実際には、液中放電時の電圧は数十キロボルトに到達することもある。
【００４０】
放電チャンバ２２は、非圧縮性流体、好ましくは液体、たとえば水で充填されることを意図する。
【００４１】
給水管２３は放電枠２０内に製造され、水を含有するタンク（不図示）に放電チャンバ２２を連結し、放電チャンバ２０に水を供給可能となる。
【００４２】
排水管（不図示）は放電枠２０内に製造され、放電チャンバ２２をタンクに連結し、放電チャンバからタンクへ排水可能となる。
【００４３】
変形実施形態では、給水管２３および排水管は単一であり、同じ管で単一のタンクから放電チャンバまで給水し、放電チャンバから単一のタンクまで排水可能となる。
【００４４】
成形チャンバ３２としては、好ましくは真空空気内にある。
【００４５】
管（不図示）はダイ３０内に製造され、成形チャンバ３２を真空ポンプ（不図示）に連結可能とする。ただし、変形として、またはこの真空を生成するための手段がない場合に、成形チャンバ３２を大気中に残し、排気弁を提供して、成形プロセス中に空気を放出することも可能である。
【００４６】
好ましい実施形態では、放電成形チャンバ１０および放電チャンバ２２は、略円筒形の幾何学的形状を有する。
【００４７】
ただし、本発明の範囲から逸脱せずに、放電成形チャンバ１０および放電チャンバ２２は任意の幾何学的形状を有することもある。より具体的には、放電チャンバ２２は、内壁２２が液中放電時に起きる衝撃波を、成形すべき部品５０に向かって反映できるような幾何学的形状を選択的に有することもある。図２に例示するように、たとえば、内壁の上部は円錐形の形状を有することもある。
【００４８】
放電成形チャンバ１０はさらに、液中放電システム４０を備える。
【００４９】
図１に例示する非限定的実施例では、液中放電システム４０は２つの異なった電極４１を備える。
【００５０】
各電極４１は放電枠２０を貫通する。各電極の第１の端部４２は、放電チャンバ２２の放電枠２０内に配置される。放電枠２０外に配置される第２の端部４３は、電源ケーブルを介して電気エネルギ保存ユニット（不図示）に連結される。
【００５１】
各電極４１は電気的に絶縁された素材のジャケット４４で選択的に覆われ、放電枠２０を成形する金属素材から電極４１を電気的に絶縁する。
【００５２】
電極４１は放電成形チャンバ１０内に配置され、２つの電極４１の第１の端部４２間の電極間距離ｄ1が生じるようにする。既知のように、この電極間距離ｄ1によって、大きさおよび期間に関して、液中放電時に生成される衝撃波の出力を画定できる。
【００５３】
成形すべき部品に生じる形状の複雑さによって、および／または成形すべき部品の構成材料によって、電極間距離ｄ1は増減する。それによって、液中放電時に到達するエネルギを調節し、衝撃波の出力に影響を与える。
【００５４】
一実施形態では、電極間距離ｄ1は、設定操作が電極４１を損傷しない限り、従来の設定手段（不図示）、たとえばナットシステムなどによって調整することができる。
【００５５】
電極はまた、部品に対して、液中放電の場所と部品との間の距離ｄ2を保持するように配置される。この距離ｄ2は、直接波による部品の成形に影響を与える。
【００５６】
２つの電極４１が連結される電気エネルギ保存ユニットは、特に、少なくとも１つのキャパシタを備える。電気エネルギ保存ユニットの様々な部品は、形状および操作の点で当業者には既知であり、本明細書では詳細には説明しない。
【００５７】
放電成形チャンバおよび電気エネルギ保存ユニットアセンブリは放電成形機を成形する。
【００５８】
放電枠２０の内壁２１の一部は非金属被膜２４を有する。
【００５９】
被膜２４は内壁２１の全部または一部に対して蒸着した層である。被膜２４は部分的に内壁２１を覆い、適切な手段によって内壁２１と一体化する。
【００６０】
好ましくは、被膜２４は、電極４１の第１の端部４２と金属放電枠２０との間の電気アークのリスクを排除するために十分な厚さｅを示すように選択される。
【００６１】
好ましい実施形態では、厚さｅを低減するために、非金属被膜２４を電気的に絶縁された素材で製造する。
【００６２】
好ましくは、被膜２４は、２０ｋＶ／ｍｍより大きい非常に高い絶縁耐力を持つ素材となるように選択される。
【００６３】
代表的な実施形態では、液中放電時に到達する電圧が１００ｋＶであり、被膜２４に選択した素材が２０ｋＶ．ｍｍ-1の絶縁耐力であるとき、被膜は５ｍｍの厚さを有する。
【００６４】
被膜もまた、内壁に対する衝撃波の衝撃に連結する緊張を受ける。被膜は好ましくは２０ＭＰａより大きい引張強度を有する
【００６５】
好ましい代表的な実施形態では、被膜の素材は、たとえば以下のプラスチックである。
−高密度ポリエチレン（ＰＥＨＤ）；
−ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）；
−ポリアミド６（ＰＡ６）などのポリアミド；
−ポリカーボネート（ＰＣ）；
−ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）；
−ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）；
−ポリウレタン（ＰＵ）
【００６６】
別の代表的な実施形態では、被膜の素材は、たとえば磁器などのセラミックである。
【００６７】
被膜はまた、これらの素材の組み合わせでなっていてもよい。
【００６８】
各電極４１は、内壁２１の非金属被膜２４のレベルで放電枠２０を貫通する。
【００６９】
電気アークは電極４１のジャケット４４にそったずれによって伝搬されることもあり、金属放電チャンバ２２に向かって伝搬されることもあるが、絶縁体（電極４１のジャケット４４および内壁２１の絶縁被膜２４）のつなぎ目の電気アークのリスクは、電極４１間の液中放電時に大幅に軽減される。実際には、圧力波は電極ジャケットアセンブリを電極４１の方向に圧縮する。それに応じて、電極ジャケットアセンブリは、絶縁被膜２４のレベルで拡張によって半径方向に変形する。この変形は絶縁体間の接触圧力を増加させ、潜在的な電気アークの経路を遮断する。
【００７０】
変形実施形態では、内壁はすべて単一の非金属被膜で覆われるか、または複数の非金属被膜で覆われる。
【００７１】
たとえば、図２に例示する内壁２１は、２つの非金属被膜２４、２５で覆われる。非金属被膜２４は２つの電極のレベルに位置し、第２の被膜２５より大きい誘電体力の素材になるように選択され、液中放電の近くの放電枠２０の構造および絶縁性を強化する。
【００７２】
このような放電成形チャンバ１０は、内壁２１の非金属被膜２４の全部または一部を通じて、たとえば選択的に１リットル未満、さらにより選択的に０.５リットル未満の小容積の放電チャンバ２２を製造可能となる。この小容積のため、放電チャンバを急速に、たとえばおよそ５秒で充填することが可能となる。
【００７３】
したがって、１分当たり複数の液中放電、たとえば１分当たり少なくとも２回の液中放電、好ましくは１分当たり６回の液中放電を生成することの想定が可能である。
【００７４】
このような放電成形チャンバ１０は、具体的には小さい寸法の部分の製造に適している。たとえば、図３に例示するように細かいエッチング８１で装飾されたＵＳＢキー本体８０などの製造に適している。
【００７５】
本発明は、非限定的実施例として前述した好ましい実施形態および前述した変形に限定されない。本発明はまた、当業者の範囲内の変形実施形態に関する。
【００７６】
具体的には、図２に例示するように、液中放電システム４０は、変形として２つの電極と、爆破線４６とを有していてもよい。爆破線は当業者にはその操作は既知であり、本明細書ではこれ以上詳細に記載しない。
【００７７】
本変形では、通路管２６は放電枠２０で製造され、内壁２１の非金属被膜２４のレベルで放電枠２０を貫通し、爆破線４６が放電チャンバ２２内を通れるようにする。
【００７８】
爆破線４６は、放電チャンバの中心で、内壁の非金属被膜の反対側に選択的に配置される。
【００７９】
被膜２４の厚さもまた、液中放電時に生成されたエネルギの関数である。
【００８０】
別の変形実施形態では、液中放電システム４０は、２つの電極間の爆破線を備えてもよい。
【００８１】
本変形では、通路の管は電極で製造され、爆破線が、放電チャンバの２つの電極間を通れるようにする。
【００８２】
放電成形チャンバ１０に基づく放電成形方法の実施例をここで説明する。
【００８３】
部品５０を放電成形で成形するために、本方法は成形すべき部品を放電成形チャンバ１０に配置する第１のステップを備える。
【００８４】
部品５０は、たとえば最初は平坦であり、放電枠２０とダイ３０との間に配置される。部品５０は、凹部３１に対向し、放電チャンバ２２を成形チャンバ３２から分離するように、放電成形チャンバ１０に配置される。
【００８５】
部品は所定の位置および放電成形チャンバに保持され、成形チャンバが放電チャンバに対して密封して防水となるようにする。
【００８６】
本方法は次に、放電チャンバを水で充填するステップを備える。
【００８７】
水は放電チャンバに給水管２３を通じて、放電チャンバが一杯になるまで導入される。
【００８８】
本方法は次に、放電チャンバに含有される流体に液中放電するステップを備える。
【００８９】
本ステップを実行する一手段は、電気エネルギ保存ユニットの少なくとも１つのキャパシタを急速放電することからなる。
【００９０】
液中放電システムは起動される。
【００９１】
電極の変形では、電気アークが電極間に生成され、水中に泡を生成する。
【００９２】
爆破線の変形では、放電チャンバに導入された線が蒸発によって爆破し、水中に泡を生成する。
【００９３】
この泡は崩壊し、衝撃波の形状でエネルギを解放する。衝撃波は水中を伝搬し、成形チャンバの凹部に対して部品を非常に高速で（数百ｍ／ｓ）突出させ、その結果として、成形チャンバを変形および成形する。放電時に到達する電圧は、およそ数十ｋＶである。
【００９４】
管状形状の部品の場合は、部品は押し付けではなく、半径方向の拡張によって変形される。
【００９５】
このステップの最後に、部品は成形される。
【００９６】
本方法は次に、放電チャンバを排水するステップを備える。
【００９７】
水は放電チャンバからタンクに、排水管を通じてくみ出される。
【００９８】
放電成形チャンバ１０は次に、境界３３で開口し、成形チャンバへのアクセスを可能にし、成形チャンバから成形部品を抽出する。
【００９９】
前述の説明は様々な特徴および利点を通じて、本発明が本発明のために設定された目的を達成することを明白に例示する。具体的には、本発明は、小さい寸法の部品の成形に適している放電成形チャンバを提供する。有利には、本発明は、非金属被膜された内壁を有する。本発明において、放電チャンバの寸法が、顕著に低減され、本成形方法に必要な液体の容積を低減可能である。サイクル時間は大きく減少される。
【図１】
0006676641.tif 000002
【図２】
0006676641.tif 000003
【図３】
0006676641.tif 000004