(57)【要約】【課題】成形用コイルの交換時期が検知できる電磁成形装置を提供する。【解決手段】中心に冷媒が流動する中空部が形成された管状の導線２が巻回された成形用コイル１と、導線２に電流を供給するコンデンサ３と、導線２に供給される冷媒が貯蔵されている冷媒タンク４とを有する電磁成形装置において、冷媒タンク４と導線２との間に冷媒の流量を測定する流量計５を備え、この流量計５により導線２を流動する冷媒の流量の減少から導線２の劣化及び破損を確認し、成形コイル１の交換時期を検知する。【選択図】    図１
2004351456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状の導線が巻回された成形用コイルと、前記導線の内部に冷媒を流動させることにより前記成形用コイルを冷却する冷却手段と、前記冷媒の流量を測定する流量計とを有し、この流量計により前記導線内を流動する冷媒の流量の変化を観察し、前記冷媒の流量の減少から前記導線の劣化を検知することを特徴とする電磁成形装置。
【請求項２】
管状の導線が巻回された成形用コイルと、前記導線の内部に冷媒を流動させることにより前記成形用コイルを冷却する冷却手段と、前記冷媒の温度を測定する温度計とを有し、この温度計により前記導線内を流動する冷媒の温度変化を観察し、前記冷媒の温度の上昇から前記導線の劣化を検知することを特徴とする電磁成形装置。
【請求項３】
管状の導線が巻回された成形用コイルと、前記導線の内部に冷媒を流動させることにより前記成形用コイルを冷却する冷却手段と、前記冷媒の流量を測定する流量計と、前記冷媒の温度を測定する温度計とを有し、前記流量計により前記導線内を流動する冷媒の流量の変化を観察し、前記温度計により前記冷媒の温度変化を観察して、前記冷媒の流量及び温度の変化から前記導線の劣化を検知することを特徴とする電磁成形装置。
【請求項４】
前記冷媒を貯蔵する冷媒タンクを有し、前記流量計が前記冷媒タンクと前記導線との間に設けられ、前記温度計が前記導線の冷媒流出部に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電磁成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属管等を電磁成形する際に使用される電磁成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁力を利用して金属を塑性加工する電磁成形は、板状及び管状等多様な形状に柔軟に対応できるため、様々な分野への適用が検討されている。この電磁成形は、高電圧で蓄えられた電荷を電磁成形用コイルに瞬時に放電させて、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、被加工材と成形用コイルとの間に反発力を発生させて成形を行うものである。図８は電磁成形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、図８に示すように、導線が巻回されている電磁拡管成形用コイル５３の軸部を、被加工材である金属管５１に挿入し、これらを成形型５２の所定の位置に配置する。そして、配線５４ａ及び５４ｂから電磁拡管成形用コイル５３の導線に衝撃大電流を流して、電磁拡管成形用コイル５３の軸部の周囲に磁場を発生させる。このとき、金属管５１は磁場の反発力による強い拡張力を受け、成形型５２に押し付けられて拡管される。
【０００３】
前述の電磁成形は、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、現在、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、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ように変形量が大きい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、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。
【０００４】
従来、電磁成形に使用される成形用コイルは、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させた構造になっている（例えば、特許文献１参照）。このような構造を有する成形用コイルは、大電流を通電すると導線から発生した熱により温度が上昇して振動するため、耐久性に問題があった。そこで、軸に巻回される導線を中空構造にして、この導線の中空部に冷媒を流通させることにより温度上昇を防ぐ成形用コイルが提案されている（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２に記載の成形用コイルは、前述の特許文献１に記載の成形用コイルよりは耐久性が向上するが、例えば、連続して多数の被加工材を成形するような場合には、熱の蓄積及び振動により樹脂が破損し、成形用コイルが使用不可能になることがある。また、破損に至らなくても、電磁気力により導線が変形して、被加工材と導線との間隔が変わってしまい被加工材を十分に成形することができなくなる虞もある。そのため、一般に、成形用コイルはある程度の回数使用した後に交換されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５５−４２１４０号公報  （第１−３頁、第１図）
【特許文献２】
特開平６−２３８３５６号公報  （第２−３頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電磁成形装置においては、成形用コイルの破損及び成形能力の低下を予測することができなかったため、成形用コイルを破損するまで使用したり、成形能力が低下したままで使用したりすることがあり、生産性に問題があった。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、成形用コイルの交換時期が検知できる電磁成形装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願第１発明に係る電磁成形装置は、管状の導線が巻回された成形用コイルと、前記導線の内部に冷媒を流動させることにより前記成形用コイルを冷却する冷却手段と、前記冷媒の流量を測定する流量計とを有し、この流量計により前記導線内を流動する冷媒の流量の変化を観察し、前記冷媒の流量の変化から前記導線の劣化状態を検知することを特徴とする。
【０００９】
導線が劣化及び破損すると、この導線内を流動している冷媒の流量が変化する。従って、冷媒の流量の変化を観察することにより、成形用コイルに巻回されている中空導線の劣化及び破損時期を予測することができる。
【００１０】
本願第２発明に係る電磁成形装置は、管状の導線が巻回された成形用コイルと、前記導線の内部に冷媒を流動させることにより前記成形用コイルを冷却する冷却手段と、前記冷媒の温度を測定する温度計とを有し、この温度計により前記導線内を流動する冷媒の温度変化を観察し、前記冷媒の温度変化から前記導線の劣化状態を検知することを特徴とする電磁成形装置。
【００１１】
導線が変形により劣化及び破損すると、この導線内を流動している冷媒の温度が変化する。従って、冷媒の温度変化を観察することにより、成形用コイルに巻回されている中空導線の劣化及び破損時期を推測することができる。
【００１２】
本願第３発明に係る電磁成形装置は、管状の導線が巻回された成形用コイルと、前記導線の内部に冷媒を流動させることにより前記成形用コイルを冷却する冷却手段と、前記冷媒の流量を測定する流量計と、前記冷媒の温度を測定する温度計とを有し、前記流量計により前記導線内を流動する冷媒の流量の変化を観察し、前記温度計により前記冷媒の温度変化を観察して、前記冷媒の流量及び温度の変化から前記導線の劣化状態を検知することを特徴とする。
【００１３】
前記電磁成形装置は、例えば、前記冷媒を貯蔵する冷媒タンクを有し、前記流量計が前記冷媒タンクと前記導線との間に設けられ、前記温度計が前記導線の冷媒流出部に設けられていてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
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具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態に係る電磁成形装置について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態の電磁成形装置の構成を示す模式図である。図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る電磁成形装置は、導線２が巻回された成形用コイル１を有し、この成形用コイル１に巻回されている導線２は電流を供給するコンデンサ３に接続されている。また、導線２は、中心部に冷媒が流動する中空部が形成されており、一方の端部には冷媒注入口２ａが、他方の端部には冷媒流出口２ｂが設けられている。この冷媒注入口２ａは冷媒が貯蔵されている冷媒タンク４に連結されており、冷媒タンク４と冷媒注入口２ａとの間には冷媒の流量を測定する流量計５が備えられている。更に、成形用コイル１には成形用コイル１の温度を測定する温度計８が設けられており、コンデンサ３には電流計７が接続されている。
【００１５】
次に、上述の如く構成された本実施形態の電磁成形装置の動作について説明する。本実施形態の電磁成形装置は、成形用コイル１の周囲に被加工材（図示せず）が配置され、その外側に成形型（図示せず）が配置される。次に、コンデンサ３から導線２に衝撃大電流を流して、成形用コイル１の周囲に磁場を発生させる。このとき、冷媒タンク４から導線２に冷媒を供給し、導線２の内部に冷媒を流動させることにより、成形コイル１が冷却される。そして、成形コイル１の周囲に発生した磁場の反発力により、被加工材は強い拡張力を受け、成形型に押し付けられて成形される。この工程を、被加工材を変えながら連続して複数回繰り返す。この連続加工を行っている間、流量計５により冷媒の流量を監視する。
【００１６】
図２（ａ）は横軸に成形回数をとり、縦軸に電流量をとって、本実施形態の電磁成形装置を使用して電磁成形を一定の時間間隔で繰り返し、連続して行った場合の電流値の変化を示すグラフ図であり、図２（ｂ）は横軸に成形回数をとり、縦軸に温度をとって、成形用コイルの温度変化を示すグラフ図である。また、図３は横軸に成形回数をとり、横軸に流量をとって、本実施形態の電磁成形装置を使用して電磁成形を一定の時間間隔で繰り返し、連続して行った場合の冷媒の流量の変化を示すグラフ図である。ここで、Ｎ１とは、導線２が変形して成形体に微妙な誤差が生じ始めたときの成形回数である。また、Ｎ２とは、成形体の寸法精度が製品としての許容値を超えたときの成形回数である。一般には、このような状態になると、成形用コイルの交換が必要とされている。更に、Ｎ３とは、導線の変形が大きくなり成形用コイルが破損したときの成形回数である。
【００１７】
図２（ａ）に示すように、電流値は、装置の運転を開始してから、成形用コイル１が破損するまでの間ほとんど変化しない。また、図２（ｂ）に示すように、成形用コイル１の温度は成形回数が少ないうちは発熱の蓄積によって上昇するものの、その後は導線２を循環する冷媒の冷却効果により、成形用コイル１が破損するまでほぼ一定に保たれる。
【００１８】
これらに対して、図３に示すように、冷媒の流量は装置の運転開始時以降ほぼ一定であるが、成形回数を経て導線２が変形し始めると段階的に減少し、成形用コイル１が破損する前に急激に減少する。このため、導線２の内部を流動している冷媒の流量を監視することにより、成形用コイル１の交換時期を推測することができる。その方法としては、例えば、装置の運転開始時における冷媒の流量Ｆ０と現時点における冷媒の流量との差ΔＦを監視する。ΔＦは、成形用コイル１が破損する直前に大きく変化するため、成形用コイル１の交換時期を確実に知ることができる。この方法は、成形用コイル１が破損する成形回数とΔＦが大きく変化する成形回数と間の誤差が少ないため、成形用コイル１をその能力の限界まで使用することができ、製造コストの低減にもつながる。更に、例えば、成形回数がＮ２回より以前に、成形用コイル１の交換時期である成形回数としてＮｃ回を設定すると、製品に精度不良を発生させることなく、生産を継続することができる。
【００１９】
次に、本発明の第２の実施形態に係る電磁成形装置について説明する。図４は本発明の第２の実施形態の電磁成形装置の構成を示す模式図である。図４に示すように、本発明の第２の実施形態に係る電磁成形装置は、管状の導線２が巻回された成形用コイル１を有し、この成形用コイル１に巻回された導線２には電流を供給するコンデンサ３が接続されている。また、導線２の一方の端部に設けられた冷媒注入口２ａには冷媒が貯蔵されている冷媒タンク４が連結されており、他方の端部に設けられた冷媒流出口２ｂには冷媒の温度を測定する温度計６が備えられている。更に、成形用コイル１には温度計８が設けられており、コンデンサ３には電流計７が接続されている。
【００２０】
本実施形態の電磁成形装置においては、連続して電磁成形加工を行っている間、冷媒温度計６により冷媒の温度を監視する。図５は横軸に成形回数をとり、縦軸に温度をとって、本実施形態の電磁成形装置を使用して電磁成形を一定の時間間隔で繰り返し、連続して行った場合の冷媒の温度変化を示すグラフ図である。図５に示すように、導線２の内部を流動している冷媒の温度は、導線２が変形し始めると段階的に上昇し、成形用コイル１が破損する前で急激に上昇する。これは、流量が低下したことにより冷媒の熱交換効率が低下したためである。従って、本実施形態の電磁成形装置は、前述の第１の実施形態における冷媒の流量の観察する代わりに、冷媒温度の変化を観察することにより、導線２の変形による劣化及びコイルの破損を検知することができる。これにより、成形用コイル１の交換時期を推測することができる。
【００２１】
次に本発明の第３の実施形態に係る電磁成形装置について説明する。図６は本発明の第３の実施形態の電磁成形装置の構成を示す模式図である。図６に示すように、本発明の第３の実施形態に係る電磁成形装置は、管状の導線２が巻回された成形用コイル１を有し、この導線２は電流を供給するコンデンサ３に接続されている。また、導線２の一方の端部に形成された冷媒注入口２ａには冷媒タンク４が連結され、この冷媒タンク４と冷媒注入口２ａとの間には冷媒の流量を測定する流量計５が備えられている。一方、導線２の他方の端部に形成された冷媒流出口２ｂには冷媒の温度を測定する温度計６が備えられている。更に、成形用コイル１には温度計８が設けられており、コンデンサ３には電流計７が接続されている。
【００２２】
本実施形態の電磁成形装置においては、連続して電磁成形加工を行っている間、流量計５により冷媒の流量の変化を観察し、温度計６により冷媒の温度を観察する。図７（ａ）は横軸に成形回数をとり、縦軸に流量をとって、本発明の第３の実施形態の電磁成形装置を使用して電磁成形を一定の時間間隔で繰り返し、連続して行った場合の冷媒の流量の変化を示すグラフ図であり、図７（ｂ）は横軸に成形回数をとり、縦軸に温度をとって、本発明の第３の実施形態の電磁成形装置を使用して電磁成形を一定の時間間隔で繰り返し、連続して行った場合の冷媒の温度の変化を示すグラフ図であり、共に成形用コイル１の交換時期である成形回数（Ｎｃ回）部分を拡大したグラフ図である。図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、導線の変形が生じると冷媒の流量には即座に反映されるが、冷媒の温度はインターバル中にある程度低下するため、導線の変形の発見が遅れることがある。従って、冷媒の流量の方が導線の異常に対して反応性がよい。しかしながら、冷媒の流量は流量計の精度によっては、成形用コイル１の交換時期である成形回数（Ｎｃ回）部分における変化が観察できない場合がある。このため、本実施形態の電磁成形装置においては、冷媒の流量と温度の両方を測定することにより、導線の変形をより厳密に検知することができる。
【００２３】
なお、本実施形態の電磁成形装置に使用される流量計５及び温度計６の種類は、特に限定されるものではなく、既存の各種流量計及び温度計を使用することができる。また冷媒も、空気、窒素及びアルゴン等の気体又は各種液体状の冷媒等を使用することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、管状の導線が巻回された成形用コイルと、前記導線の内部に冷媒を流動させることにより前記成形用コイルを冷却する冷却手段とを有する電磁成形装置に、前記冷媒の流量を測定する流量計又は／及び前記冷媒の温度を測定する温度計を設け、前記冷媒の流量の減少又は／及び温度上昇から前記導線の劣化及び破損による成形用コイルの交換時期を検知できるため、成形体に精度不良が発生することを防ぐことができ、生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の電磁成形装置の構成を示す模式図である。
【図２】（ａ）は横軸に成形回数をとり、縦軸に電流量をとって、本発明の第１の実施形態の電磁成形装置を使用して電磁成形を一定の時間間隔で繰り返し、連続して行った場合の電流値の変化を示すグラフ図であり、（ｂ）は横軸に成形回数をとり、縦軸に温度をとって、成形コイルの温度変化を示すグラフ図である。
【図３】横軸に成形回数をとり、縦軸に流量をとって、本発明の第１の実施形態の電磁成形装置を使用して電磁成形を一定の時間間隔で繰り返し、連続して行った場合の冷媒の流量の変化を示すグラフ図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の電磁成形装置の構成を示す模式図である。
【図５】横軸に成形回数をとり、縦軸に温度をとって、本実施形態の第２の電磁成形装置を使用して電磁成形を一定の時間間隔で繰り返し、連続して行った場合の冷媒の温度の変化を示すグラフ図であり。
【図６】本発明の第３の実施形態の電磁成形装置の構成を示す模式図である。
【図７】（ａ）は横軸に成形回数をとり、縦軸に流量をとって、本発明の第３の実施形態の電磁成形装置を使用して一定の時間間隔で繰り返し、電磁成形を連続して行った場合の冷媒の流量の変化を示すグラフ図であり、（ｂ）は横軸に成形回数をとり、縦軸に温度をとって、本実施形態の第３の電磁成形装置を使用して電磁成形を一定の時間間隔で繰り返し、連続して行った場合の冷媒の温度の変化を示すグラフ図であり、共に成形用コイル１の交換時期である成形回数部分を拡大したグラフ図である。
【図８】電磁成形を示す概念図である。
【符号の説明】
１；成形用コイル
２；導線
２ａ；冷媒注入口
２ｂ；冷媒流出口
３；コンデンサ
４；冷媒タンク
５；流量計
６、８；温度計
７；電流計
５１；金属管
５２；成形型
５３；電磁拡管成形用コイル
５４ａ、５４ｂ；配線
【図１】
2004351456.tif 000003
【図２】
2004351456.tif 000004
【図３】
2004351456.tif 000005
【図４】
2004351456.tif 000006
【図５】
2004351456.tif 000007
【図６】
2004351456.tif 000008
【図７】
2004351456.tif 000009
【図８】
2004351456.tif 000010