(57)【要約】【課題】スリット幅の無い渦巻き状の剪断加工とバネ成形を１工程で行うことによって、精度の高い円錐バネを高速且つ低コストで得ることができる円錐バネの成形装置を提供すること。【解決手段】ワンターンコイル（成形コイル）５と、該ワンターンコイル５に通電するための電源手段と、成形部２Ａを備えた金型２を備え、前記ワンターンコイル５と前記金型２との間に薄板３を介在させた状態で前記電源手段から前記ワンターンコイル５に通電して電磁力を発生させ、該電磁力によって前記薄板３を前記金型２に押圧して円錐バネを成形する成形装置１として、前記金型２に渦巻き形状をすり鉢状に形成して成る成形部２Ａを形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形コイルと、該成形コイルに通電するための電源手段と、成形部を備えた金型を備え、前記成形コイルと前記金型との間に薄板を介在させた状態で前記電源手段から前記成形コイルに通電して電磁力を発生させ、該電磁力によって前記薄板を前記金型に押圧して円錐バネを成形する成形装置であって、
前記金型に渦巻き形状をすり鉢状に形成して成る成形部を形成したことを特徴とする円錐バネの成形装置。
【請求項２】
前記金型の成形部に複数の渦巻き形状を同心円状に形成したことを特徴とする請求項１記載の円錐バネの成形装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の成形装置によって成形されることを特徴とする円錐バネ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁力を利用して薄板から円錐バネを成形するための成形装置とこれによって成形される円錐バネに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属板の加工方法として電磁成形法が提案されているが、この電磁成形法は、成形コイルに大電流を瞬時に流して衝撃的な電磁力を発生させ、この電磁力によって金属板を所定の形状に成形する方法であって、これによれば歪みの少ない成形を高速で行うことができる。この電磁成形法は、例えばパイプやシャフトのカシメ、胴部の張り出し成形、フランジ加工等に応用され、主に板厚１ｍｍ〜２ｍｍ程度の比較的厚いアルミニウム材に対して用いられてきたが、金属薄板の成形にはあまり利用されていなかった。
【０００３】
そこで、本出願人は、薄板を電磁成形するための電磁成形装置を先に提案した（特許文献１参照）。この電磁成形装置は、ワンターンコイルの少なくとも電流集中部を平面状とし、該電力集中部における電磁力の発生領域が金型の成形部と該成形部周辺の拘束域との両域となるよう設定したものである。この電磁成形装置によれば、ワンターンコイルの電流集中部は平面状を成すため、該電流集中部に均一な電磁力が発生するとともに、コイルがワンターンであるためにインダクタンスが小さくなり、コイルに周期の短い減衰振動電流が発生する。このため、高い誘導電流が発生し、結果的に電磁力が大きくなり、この大きな電磁力によって薄板が金型の成形部及び該成形部の周辺まで含めて金型に均一に押し付けられて超高速で成形され、均一な溝深さの高品位な成形品が得られる。
【０００４】
又、ワンターンコイルの電流集中部は、金型の成形部とその周囲の周辺部の一部を覆い、電磁力は金型の成形部とその周囲の周辺部の一部（拘束部）の双方に亘って均一に作用し、薄板の成形部周辺の拘束部や金型の凸部に接する部分を金型に強く押し付けて拘束するため、その拘束部が金型の成形部側へと引き込まれることがなく、成形部分の薄板の伸びのみで成形されるために歪の発生が殆どなくなり、成形品に反りが殆ど発生せず、平面度の高い高品質な成形品が得られる。
【０００５】
他方、特許文献２には、電動タイプライタ等のキーボードに使用される円錐バネの成形方法として、燐青銅等の薄い板体に切削工具やエッチング等によって所定の巻数をもった螺旋状の切込み線を形成し、この切込み線で囲まれた部分を立ち上がらせて円錐バネを切起こし形成する方法が提案されており、これによれば円錐バネとこれを装着する板体とを一体的に構成することができる。
【０００６】
又、特許文献３には、多数のスプリングとその背設板との一体製造法として、焼入れ前の環状ばね材板に、所定の配列で同一形状の切込みをプレスの打切りによって複数形成するとともに、該切込み部をプレスによって起こして突起を形成した後、ばね材板を焼入れして前記突起又は全体をスプリング化する方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００７−２９６５５３号公報
【特許文献２】実開昭５４−０５２５８７号公報
【特許文献３】特開昭５８−０１３４２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２，３において提案された方法では、何れも切込みを入れる剪断工程とバネ形状を形成する成形工程との２工程を必要とするため、工数が増えてコストアップを招くという問題がある。
【０００８】
又、螺旋状の切込み（スリット）の形成に関して、所定の幅を有したスリットの加工はプレス加工やエッチングによって可能であるが、幅の無いスリットの加工は特殊な場合を除きプレス加工では不可能である。特に、特許文献３には、渦巻き状の切込みをプレスの打切りによって形成する方法が開示されているが、具体的なプレス加工方法は開示されていない。尚、渦巻き状のスリットであっても、その幅が広い場合には剪断金型を用いて加工が可能であるが、金型の耐久性等の問題のために現実的ではない。
【０００９】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、スリット幅の無い渦巻き状の剪断加工とバネ成形を１工程で行うことによって、寸法精度の高い円錐バネを高速且つ低コストで得ることができる成形装置と該装置によって成形される円錐バネを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、成形コイルと、該成形コイルに通電するための電源手段と、成形部を備えた金型を備え、前記成形コイルと前記金型との間に薄板を介在させた状態で前記電源手段から前記成形コイルに通電して電磁力を発生させ、該電磁力によって前記薄板を前記金型に押圧して円錐バネを成形する成形装置として、前記金型に渦巻き形状をすり鉢状に形成して成る成形部を形成したことを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、前記金型の成形部に複数の渦巻き形状を同心円状に形成したことを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明に係る円錐バネは、請求項１又は２記載の成形装置によって成形されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、成形装置の成形コイルに電源手段から通電されると、該成形コイルに発生する電磁力が金型の成形部において薄板に対する成形力として作用し、成形部のすり鉢状の段差が刃先となって薄板が成形部の渦巻き形状に沿って剪断されると同時に、薄板の渦巻き形状に剪断された部分がすり鉢状の成形部に沿って立ち上げられて円錐バネとして成形される。このように薄板に対してスリット幅の無い渦巻き状の剪断加工とバネ成形が同時に１工程で行われて所望の円錐バネが成形され、電磁成形によって寸法精度の高い円錐バネを高速且つ低コストで得ることができる。
【００１４】
又、金型の成形部に形成されたすり鉢状の段差が刃先となって薄板が渦巻き状に剪断される際、薄板の剪断部には材料のダレが発生するため、成形された円錐バネを圧縮したときに隣り合う剪断部分同士で擦れ合うことがなく、圧縮された円錐バネは平面状を成す。そして、このようにして成形される円錐バネをコネクタ等の電気接点として利用する場合、該円錐バネの伸縮時に、接点となる円錐バネの中央の突起部は該突起部を中心として回転するため、該突起部と相手方の接点との間に摩擦を生じ、この摩擦によって接点の汚れがセルフクリーニング機能によって除去され、両接点が清掃されて接点同士の電気的な接続が安定的になされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
図１は本発明に係る成形装置の断面図（図２のＡ−Ａ線断面図）、図２は同成形装置の固定部材を外した状態の平面図、図３は同成形装置の分解斜視図、図４は金型の斜視図、図５は図４のＢ−Ｂ線断面図、図６（ａ）〜（ｃ）は円錐バネの成形工程を示す部分断面図、図７は円錐バネの斜視図である。
【００１７】
本発明に係る成形装置１は、電磁力を利用して図７に示す円錐バネＷを成形する装置であって、図１〜図３に示すように、ブロック状の金型２の上に被成形材としての薄板３、該薄板３よりも導電率が高い金属であるアルミニウムから成る厚さ０．５ｍｍの平板状のドライバ４、Ｅ字状の金属平板で構成されたワンターンコイル５及び厚さが比較的厚くワンターンコイル５がドライバ４から受ける反力に耐え得る適切な強度と剛性を有する矩形平板状の固定部材６を順次積み重ねるとともに、薄板３とドライバ４との間及びドライバ４とワンターンコイル５との間にそれぞれポリイミド製の耐熱シート８、絶縁シート９を介在させている。これらの金型２、薄板３、耐熱シート８、ドライバ４、絶縁シート９、ワンターンコイル５及び固定部材６は順次積層され、ワンターンコイル５に発生する電磁力によりドライバ４に発生する反力でその積層構造が崩れないように、図示しない上下方向の拘束手段（例えば、プレス機械のラムとボルスター間）により固定されている。
【００１８】
ところで、前記金型２の上面の中央部には、図４及び図５に示すように、成形部２Ａが形成され、その周囲には平坦な周辺部２Ｂが形成されている。ここで、成形部２Ａには、図７に示す円錐バネＷと同形状の渦巻き形状がすり鉢状に形成されている。尚、本実施の形態では、成形部２Ａの渦巻き形状の最大外径はφ２１ｍｍ、螺旋の幅は３ｍｍ、段差（１周毎の下りピッチ）は１ｍｍ、巻き数は３回、最大深さは３ｍｍに設定されている。又、成形部２Ａの渦巻き形状の中心部には、成形時に空気を逃がすための内径φ３ｍｍの円孔２ａが形成され、該円孔２ａの上端周縁には、電磁成形時の材料の跳ね返りを防ぐために角度４５°の円錐面２ｂが形成されている。
【００１９】
被成形材として前記薄板３は、導電率が小さい厚さ０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍの燐青銅（ＪＩＳ  Ｃ５１９１Ｐ）が使用されている。尚、薄板３としては、厚さ０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍのベリリウム銅（ＪＩＳ  Ｃ１７２０Ｐ）を使用することができる。
【００２０】
前記ドライバ４は、導電率の大きな厚さ０．５ｍｍのアルミニウム（Ａｌ０５０）で構成されている。
【００２１】
又、前記ワンターンコイル５は、全長約２７０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのクロム銅板で構成されており、２本のスリット５ａによって前述のように平面視Ｅ字状に成形されている。このワンターンコイル５の中央部には幅の狭い電流集中部５Ａが形成されており、スリット５ａを隔ててその左右には幅の広いリターン部５Ｂが形成されている。ここで、ワンターンコイル５の電流集中部５Ａの長さは金型２と薄板３及びドライバ４の長さよりも長く設定されており、幅は金型２の成形部２Ａの幅よりも広く設定されている。つまり、ワンターンコイル５の電流集中部５Ａは、図１に示すように、金型２の成形部２Ａとその周囲の周辺部２Ｂの一部を上方から覆う大きさを有している。
【００２２】
更に、前記耐熱シート８及び絶縁シート９には、電気絶縁性と耐熱性が高い厚さ０．０５ｍｍのポリイミドシートが使用されている。尚、本実施の形態では、耐熱シート８と絶縁シート９に同じ材質のものを用いたが、耐熱シート８には耐熱性の高い他のエンジニアプラスチックを用いることができる。
【００２３】
ところで、図２に示すように、ワンターンコイル５の電流集中部５Ａとその両側のリターン部５Ｂには電源手段としてのコンデンサ１１が接続されており、このコンデンサ１１とワンターンコイル５の電流集中部５Ａとの間には放電ギャップスイッチ１２が直列に接続されている。更に、コンデンサ１１には直流高圧電源１０が並列に接続されている。尚、本実施の形態では、直流高圧電源１０としては定格電圧３０００Ｖ〜６０００Ｖのものが使用され、コンデンサ１１としては容量４００μＦのものが使用されており、コンデンサ１１は直流高圧電源１０によって予め充電されている。
【００２４】
次に、以上の構成を有する成形装置１によって図７に示す円錐バネＷを成形する方法について説明する。
【００２５】
図１に示すように、金型２の上に被成形材として薄板３、耐熱シート８、ドライバ４、絶縁シート９、ワンターンコイル５及び固定部材６を順次積み重ね、これらの積層構造が成形時のワンターンコイル５に発生する電磁力により崩れないように固定した状態、例えば金型２をプレス機械のボルスターに固定し、固定部材６をプレス機械のラムに固定する方法等により上下方向を固定し、図２に示す放電ギャップスイッチ１２を閉じると、予め充電されていたコンデンサ１１からワンターンコイル５へと１０μｓｅｃ程度の時間で放電する。ワンターンコイル５においては、電流集中部５Ａに図２の矢印方向に電流が流れ、この電流は左右のリターン部５Ｂを逆方向に流れる。
【００２６】
ここで、ワンターンコイル５の電流集中部５Ａは厚さ１．５ｍｍの薄い平面状としたため、その断面積が小さく、コイルがワンターンであるためにインダクタンスも小さい。このため、この電流集中部５Ａを大電流が衝撃的に流れ、大きな磁界が電流集中部５Ａに瞬間的且つ均一に発生し、この磁界は薄板３とドライバ４に交差する。このとき、導電率の高いドライバ４には渦電流が発生し、この渦電流とワンターンコイル５の電流集中部５Ａに発生した磁界によりフレミングの左手の法則に従って図１の矢印方向（下向き）に電磁力が発生する。尚、ドライバ４と薄板３との間、ワンターンコイル５とドライバ４との間にはそれぞれ耐熱シート８、絶縁シート９が介在しているため、ワンターンコイル５からドライバ４への電流の短絡、ドライバ４と薄板３との溶着が絶縁シート９、耐熱シート８によってそれぞれ確実に防がれ、ドライバ４に大きな渦電流が発生し、この結果、大きな電磁力が発生する。尚、ドライバ４の材質としては、アルミニウム以外に銅、黄銅、金、銀等の導電率の高いものを用いることができる。
【００２７】
又、ワンターンコイル５の電流集中部５Ａは薄い平面状を成し、これに発生する磁界はワンターンコイル５の電流集中部５Ａの領域において均一に分布する。従って、ワンターンコイル５に発生する均一な磁界とドライバ４に発生する渦電流によって発生する電磁力もワンターンコイル５の電流集中部５Ａの領域に亘って均一となる。
【００２８】
ここで、ドライバ４に発生する渦電流（電流密度ｉ）と単位面積当たりに働く電磁力ｆは次式で与えられる。
【００２９】
ｒｏｔｉ＝−κ（∂Ｂ／∂ｔ）        …  （１）
ｆ＝ｉ×Ｂ                          …  （２）
ここに、κ：ドライバ（Ａｌ）導電率
Ｂ：磁束密度
ｔ：時間
而して、前述のように大きな電磁力が発生すると、この電磁力が金型２の成形部２Ａにおいて薄板３に対する成形力として作用し、ドライバ４は、薄板３を金型２に押し付ける。すると、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように金型２に形成された成形部２Ａのすり鉢状の段差が刃先となって薄板３が成形部２Ａの渦巻き形状に沿って順次連続的に剪断されると同時に、薄板３の渦巻き形状に剪断された部分がすり鉢状の成形部２Ａに沿って立ち上げられて図７に示す円錐バネＷとして成形される。尚、図６（ａ）〜（ｃ）においては、ドライバ４は図示を省略している。
【００３０】
以上のように、本発明に係る成形装置１によれば、薄板３に対してスリット幅の無い渦巻き状の剪断加工とバネ成形が同時に１工程で行われて所望の円錐バネＷが成形されるため、電磁成形によって精度の高い円錐バネＷを高速且つ低コストで得ることができる。  又、金型２の成形部２Ａに形成されたすり鉢状の段差が刃先となって薄板３が渦巻き状に剪断される際、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、薄板３の剪断部には材料のダレが発生するため、成形された円錐バネＷを圧縮したときに隣り合う剪断部分同士で擦れ合うことがなく、圧縮された円錐バネＷは平面状を成す。
【００３１】
ところで、以上のように電磁成形によって成形される円錐バネＷは、コネクタ等の電気接点としての用途が考えられるが、円錐バネＷを電気接点として使用する場合には、該円錐バネＷの伸縮時に、接点となる円錐バネＷの中央の突起部Ｗａは該突起部Ｗａを中心として回転するため、該突起部Ｗａと相手方の不図示の接点との間に摩擦を生じ、この摩擦によって接点の汚れがセルフクリーニング機能によって除去され、両接点が清掃されて接点同士の電気的な接続が安定的になされるという効果が得られる。
【００３２】
尚、以上の実施の形態では、金型２の成形部２Ａに単一の渦巻き形状を形成したが、複数の巻き形状を同心円状に形成することによって、図８に示すように二重の螺旋形状を備えた円錐バネＷ’や図９に示すような三重の螺旋形状を備えた円錐バネＷ”を成形することができる。
【００３３】
次に、本発明の更に別形態を図１０〜図１２に基づいて説明する。
【００３４】
図１０は本発明の別形態を示す金型の斜視図、図１１は図１０のＣ−Ｃ線断面図、図１２は本発明の別形態に係る円錐バネの斜視図であり、これらの図においては図４〜図７に示したものと同一要素には同一符合を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。
【００３５】
前記実施の形態において図４及び図５に示す金型２を用いて成形を行うと、図７に示すように薄板３から切り起こされた円錐バネＷが得られる。
【００３６】
本実施の形態においても、図１０及び図１１に示すように、金型２の成形部２Ａには、図１２に示す円錐バネＷと同形状の渦巻き形状がすり鉢状に形成されているが、本実施の形態では、すり鉢状の渦巻き形状を前記実施の形態の渦巻き形状よりも深くし、渦巻き形状の外周部に少なくとも１ｍｍの段差が生じるようにした。
【００３７】
而して、図１０及び図１１に示す金型２を用いて電磁成形を行うと、薄板は金型２の成形部２Ａに形成された深い渦巻き形状の外周部で剪断されるため、成形される円錐バネＷは図１２に示すように薄板から分離した独立したものとなる。
【００３８】
尚、以上に実施の形態では、金型２に１つの成形部２Ａを形成した例について説明したが、成形部２Ａを金型２に複数形成すれば、複数の円錐バネを同時に成形することができ、生産性が高められる。又、本発明に係る成形装置を順送り型内に内蔵すれば、大量の円錐バネを高速で成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る成形装置の断面図（図２のＡ−Ａ線断面図）である。
【図２】本発明に係る成形装置の固定部材を外した状態の平面図である。
【図３】本発明に係る成形装置の分解斜視図である。
【図４】本発明に係る成形装置の金型の斜視図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は円錐バネの成形工程を示す部分断面図である。
【図７】本発明に係る円錐バネの斜視図である。
【図８】本発明の別形態に係る円錐バネの斜視図である。
【図９】本発明の別形態に係る円錐バネの斜視図である。
【図１０】本発明の別形態を示す金型の斜視図である。
【図１１】図１０のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１２】本発明の別形態に係る円錐バネの斜視図である。
【符号の説明】
【００４０】
１        成形装置
２        金型
２Ａ      金型の成形部
２Ｂ      金型の周辺部
２ａ      金型の円孔
２ｂ      金型の円錐面
３        薄板
４        ドライバ
５        ワンターンコイル（成形コイル）
５Ａ      ワンターンコイルの電流集中部
５Ｂ      ワンターンコイルのリターン部
５ａ      ワンターンコイルのスリット
６        固定部材
８        耐熱シート
９        絶縁シート
１０      直流高圧電源（電源手段）
１１      コンデンサ
１２      放電ギャップスイッチ
Ｗ        円錐バネ
Ｗａ      円錐バネの突起部
【図１】
2009255139.tif 000003
【図２】
2009255139.tif 000004
【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】
2009255139.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2009255139.tif 000012
【図１１】
2009255139.tif 000013
【図１２】
2009255139.tif 000014