JP2006216885A - ソレノイドにおけるチューブの製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 引け巣が存在しない健全な組織を有する非磁性部を備えるソレノイドにおけるチューブの製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 磁性材料であるチューブ本体１及び非磁性材料である溶着金属２を収容する収容部８を有する型３と、冷却用治具４とを備え、前記チューブ本体１は、当該チューブ本体１の軸方向に形成された穴部１ｂと、外周に形成され当該穴部１ｂに対峙した凹部１ｃとを有し、前記溶着金属２は、融点が前記チューブ本体１の材料の融点よりも低く、前記冷却用治具４は、前記チューブ本体１の前記穴部１ｂと嵌合する吸熱部４ａと、前記型から突出する放熱部４ｂとを有することを特徴とする。これにより、溶着金属の凝固は内周側から開始し、最終凝固位置は外周側となるため、引け巣を外周側に発生させることが可能となり、当該引け巣の発生した部分を削り落とすことによって、引け巣のないチューブを得ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ソレノイド又はソレノイドバルブ等におけるチューブの製造装置及び製造方法に関するものである。

従来、図７に示すように磁性部７１と非磁性部７２とからなるチューブ７３がソレノイド又はソレノイドバルブ等の構成部品として使用されている。このチューブ７３を用いるソレノイドは、チューブ７３内周面に沿って摺動自在なプランジャ７４（可動鉄心）を配置すると共に、チューブ７３外周部にはコイル７５を配置する態様で用いられる。

このソレノイドの作用について説明する。コイル７５に通電することによって、コイル７５の周囲に磁束が発生し、その磁束がチューブ７３の磁性部７１とプランジャ７４とから構成される磁気回路に流れる。プランジャ７４は、コイル７５に生じるソレノイド推力によってプランジャ７４と一体のシャフト７６をリターンスプリング７７に抗して移動させる。

ここで、チューブ７３全体を磁性体で構成すると発生した磁束はチューブ７３に流れプランジャ７４には流れ難くなるため、コイル７５に生じるソレノイド推力がプランジャ７４に作用し難くなる。このため、チューブ７３の一部を非磁性体で構成し、磁束がプランジャ７４を流れ易くする必要がある。

このような、磁性部と非磁性部とからなるチューブの製造方法として、特許文献１には、コアと薄肉部とバルブハウジング部とを磁性材料によって一体成形し、薄肉部に浸炭処理を施すことによって薄肉部を非磁性に改質する発明が記載されている。しかし、特許文献１に記載の方法は、磁性部と非磁性部とが同一材料の場合に限定される。

磁性部と非磁性部とが異種の材料である場合のチューブの製造方法として、特許文献２には、磁性部であるコアと非磁性部である中間部財を溶接によって接合する発明が開示されている。しかし、溶接による方法では、溶接割れ等の不具合を生じ難い材料を選択する必要がある。それには溶接性を阻害する不純物元素含有量を制限した特殊鋼等の材料を使用する必要があり大量生産には向かない。

そこで、その他の方法として、異種の材料の融点の違いを利用する溶着を利用した方法がある。これは、図８（ａ）に示すように、磁性材料からなり外周の一部に凹部８４を有するチューブ本体８１と、磁性材料よりも融点が低い非磁性材料８２とを型８３内に収容し、当該型８３を加熱炉において非磁性材料８２の融点以上に加熱するものである。この方法によれば、溶解した非磁性材料８２がチューブ本体８１の凹部８４に流れ込み、図８（ｂ）に示すように、チューブ本体８１と溶着された非磁性部８５とからなるチューブ８７を得ることができる。

特開２００３−２７８６２２号公報 特開平１１−２００９７９号公報

しかし、上述した従来の溶着を利用したチューブの製造方法では、非磁性材料８２の溶解後の凝固形態を制御していないため、溶解した非磁性材料８２は、型８３に接触している外周側から凝固が始まり、内周側が最終凝固位置となる。このように先に外周側から凝固が始まるため外周側で凝固収縮が起こり、内周側には引け巣８６が発生することとなる。
以上のように、従来の溶着を利用したチューブの製造方法では、非磁性部の内周側への引け巣の発生は避けられない。このため、型８３からチューブ８７を取出し、外周部を切削した後のチューブ完成品８８（図８（ｃ）参照）では、非磁性部８５に引け巣８６が残存したままとなり、チューブ完成品８８の強度低下等につながっていた。また、油を使用する場合には、油漏れの原因にもなっていた。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、非磁性部での引け巣の存在が少ないソレノイドにおけるチューブの製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るソレノイドにおけるチューブの製造装置は、磁性材料であるチューブ本体及び非磁性材料である溶着金属を収容する収容部と当該収容部に貫通する孔部とを有する型と、前記孔部を挿通する冷却用治具とを備え、前記チューブ本体は、当該チューブ本体の軸方向に形成され前記孔部と連通する穴部と、外周に形成され当該穴部に対峙し前記溶着金属が溶着される凹部とを有し、前記溶着金属は、融点が前記チューブ本体の材料の融点よりも低く、前記冷却用治具は、前記チューブ本体の前記凹部における溶解した前記溶着金属の熱を内周側から奪うことを特徴とする。

また、本発明に係るソレノイドにおけるチューブの製造方法は、磁性材料であるチューブ本体及び非磁性材料である溶着金属を型内の収容部に収容し、前記型に形成され前記収容部に貫通する孔部と前記チューブ本体の軸方向に形成され前記孔部と連通する穴部とに冷却用治具を嵌合させる工程と、前記型を加熱炉に設置し当該型を前記溶着金属の融点以上に加熱し、前記チューブ本体の外周に形成され前記穴部に対峙した凹部に前記溶着金属を流入させる工程と、前記冷却用治具によって前記チューブ本体の前記凹部における溶解した前記溶着金属の熱を内周側から奪う工程とを有することを特徴とする。

溶解し凹部に流れ込んだ溶着金属は、チューブ本体の穴部に嵌合する冷却用治具によって内周側から熱を奪われ、その熱は外部に放出される。これにより、溶着金属は、冷却用治具に近い内周側から凝固を開始し、最終凝固位置を冷却用治具から遠い外周側に位置させることができる。したがって、本発明によれば、引け巣が発生した場合でも、この引け巣を切削加工によって削り取ることができるため、チューブ完成品における非磁性部は、引け巣の少ない組織を有するものとなる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１〜図３を参照して本発明の実施の形態１であるチューブ製造装置１００について説明する。図１は、溶着金属が溶解する前のチューブ製造装置１００を示す断面図であり、図２は、溶着金属が溶解した後のチューブ製造装置１００を示す断面図であり、図３は、チューブ完成品を示す断面図である。

チューブ製造装置１００は、磁性材料であるチューブ本体１に非磁性材料である溶着金属２を溶着させるためのソレノイドにおけるチューブの製造装置であり、チューブ本体１と溶着金属２とを収容する型３と、溶着金属２の熱を内周側から奪い外部に放熱させるための冷却用治具としての棒状部材４とを備える。

チューブ本体１は、略円柱形状であり、外周に形成された環状の凹部１ａと、チューブ本体１の軸方向に形成された段付状の穴部１ｂとを備える。凹部１ａは、溶着金属２が溶解し流れ込み溶着される溝であり、溝断面が穴部１ｂに向かって先細形状に形成される。凹部１ａの底部１ｃは、薄肉部１ｄを介して穴部１ｂに対峙した構造となっている。穴部１ｂは、冷却用治具を嵌合するためのものであり、冷却用治具と接触しない大径部１ｅと接触する小径部１ｆとからなる。なお、穴部１ｂは、少なくとも凹部１ａよりは深い位置まで延ばすが、チューブ本体１を貫通する孔であってもよい。

溶着金属２は、融点がチューブ本体１の材料の融点よりも低く、例えば中空円筒形に形成されチューブ本体１の外周に配置される。なお、溶着金属２の形状は特に制限はなく、チューブ本体１の外周に円筒形状のものを複数個環状に配置してもよい。

型３は、下型３ａと上型３ｂとからなり、互いの接触面９に開口部を有する。下型３ａには、接触面９に開口する穴部５ａが形成され、その穴部５ａには溶着金属２が載置される段部５ｂが形成されている。また、上型３ｂには、前記穴部５ａと同軸状に接触面９に開口する穴部６が形成され、接触面９とは反対側には、棒状部材４が挿通する貫通孔である孔部７が形成されている。下型３ａと上型３ｂとを接触面９にて接触させた状態では、下型３ａにおける穴部５ａと、上型３ｂにおける穴部６とでチューブ本体１及び溶着金属２を収容する収容部８が構成され、その収容部８に孔部７が貫通する。

チューブ本体１を収容部８に収容した状態では、上型３ｂの孔部７と、チューブ本体１の穴部１ｂとは同軸的に連通した状態となる。この状態で棒状部材４は、上型３ｂの孔部７を挿通するとともに、チューブ本体１の穴部１ｂに嵌合して配置される。このように、棒状部材４は、チューブ本体１の穴部１ｂ先端側の小径部１ｆと接触する吸熱部４ａと、型３から突出した放熱部４ｂとを備える。棒状部材４の材料は、溶着金属２を冷却するためのものであるため、鉄鋼、ステンレス、又はニッケル合金等の熱伝導率の大きい金属を用いるのが望ましい。

チューブ本体１は鉄鋼系の材料によって製作される。溶着金属２は、鉄鋼の融点よりも低い融点をもつ銅又は銅合金が適しており、具体的には黄銅が用いられる。しかし、チューブ本体１及び溶着金属２の材料の組み合わせは、溶着金属２の融点がチューブ本体１の融点よりも低い組み合わせであれば特に制限はない。また、型３は、カーボン製である。

以下に、チューブ製造装置１００を用いたチューブの製造方法の手順を説明する。
（１）図１に示すように、型３の収容部８にチューブ本体１を収容すると共に、そのチューブ本体１外周を取り囲んで溶着金属２を収容部８内の段部５ｂ上に載置する。
（２）棒状部材４を型３の孔部７に挿通し、吸熱部４ａをチューブ本体１の穴部１ｂ先端側の小径部１ｆに嵌合する。
（３）型３を下型３ａの接触面９とは反対側の面を底面として加熱炉内に設置する。加熱炉内には、酸化防止用の窒素ガス等の還元ガスが循環しており、棒状部材４の放熱部４ｂは、その還元ガスにさらされている。
（４）型３を加熱炉内の輻射熱によって溶着金属２の融点以上でチューブ本体１の融点以下の温度に加熱する。これにより、図２に示すように溶着金属２が溶解しチューブ本体１の凹部１ａに流れ込む。また、棒状部材４の吸熱部４ａは、熱膨張しチューブ本体１と密着する。
（５）凹部１ａの底部１ｃは、薄肉部１ｄを介して穴部１ｂ先端側の小径部１ｆに対峙した構造となっている。したがって、加熱炉内を流れる還元ガスにさらされた棒状部材４は、チューブ本体１の小径部１ｆと接触する吸熱部４ａを通じて、凹部１ａに流れ込んだ溶着金属２の熱を内周側から奪い、その熱を放熱部４ｂによって放熱する。これによって、溶解した溶着金属２は、内周側つまり底部１ｃから凝固を開始し、外周側つまり型３に近い部分が最終凝固位置となる。このように、棒状部材４はチューブ本体１の穴部１とは、底部１ｃが対峙する小径部１ｆのみと接触し、大径部１ｅとは接触しない構成であるため、チューブ本体１から余計な熱を奪うことがなく、効率良く溶着金属２の熱を奪うことができる。
（棒状部材４の作用によっては、溶解した溶着金属２が完全に凝固しない場合には、加熱炉内の温度を溶着金属２の融点以下の温度に下げるか、又は型３を加熱炉の熱源からベルトコンベアー等によって遠ざけることによって、溶着金属２の温度を融点以下の温度に低下させるようにしてもよい。そうすることによって、溶解した溶着金属２の凝固は、内周側から外周側へと伝わり易くなる。）
（６）型３を加熱炉から取り出し常温まで冷却した後、引け巣１０が介在しているチューブ本体１の外周部を切削加工によって削り落とすことによって、図３に示すように引け巣が介在しないチューブ完成品１０１を得ることができる。

以上のように、溶解しチューブ本体１の凹部１ａに流れ込んだ溶着金属２は、棒状部材４の作用によって棒状部材４に近い内周側から凝固を開始するため、棒状部材４から遠い外周側で最終凝固をすることになる。したがって、本発明によれば、引け巣が発生した場合でも、その引け巣をチューブ外周側に位置させることが可能なため、切削加工によって当該部分を削り落とすことができる。これによって、チューブ完成品における非磁性部の組織を引け巣のない健全なものとすることができる。

（実施の形態２）
図４を参照して本発明の実施の形態２であるチューブ製造装置２００について説明する。図４（ａ）は、チューブ製造装置２００を示す断面図であり、図４（ｂ）は、部分拡大図である。なお、前述した実施の形態１と同様の構成には、同一の符号を付する。

チューブ製造装置２００におけるチューブ製造装置１００との相違点は、冷却用治具としての棒状部材４における吸熱部４ａが、逃がし部１２を有する点である。逃がし部１２の外径は、吸熱部４ａの外径よりも小さく構成されている。また、逃がし部１２は、吸熱部４ａがチューブ本体１の穴部１ｂの小径部１ｆと嵌合した状態で、凹部１ａの底部１ｃから離れた位置にくるように構成されている。

吸熱部４ａに逃がし部１２を設けることによって、逃がし部１２はチューブ本体１とは接触しないため、チューブ本体１と接触する吸熱部４ａは、溶解した溶着金属２の熱を効率良く奪うことができる。これにより、溶解した溶着金属２の凝固を吸熱部４ａに対峙する底部１ｃ、つまり吸熱部４ａに最も近い部分から確実に開始させることができる。このように、チューブ製造装置２００によれば、引け巣の発生をよりチューブ外周側に位置させることができる。

なお、本実施の形態２には、吸熱部４ａに一つの逃がし部１２を設ける態様を示したが、その他の構成として、吸熱部４ａに二つの逃がし部を設け、凹部１ａの底部１ｃが逃がし部１２の間の吸熱部４ａに対峙するように棒状部材４を構成してもよい。このように構成すれば、溶解した溶着金属の凝固は、底部１ｃから確実に開始する。

（実施の形態３）
図５を参照して本発明の実施の形態３であるチューブ製造装置３００について説明する。図５は、チューブ製造装置３００を示す断面図である。なお、前述した実施の形態１と同様の構成には、同一の符号を付する。

チューブ製造装置３００におけるチューブ製造装置１００との相違点は、型３の外側に貫通孔１５を有する保温ケース１６を備える点である。型３は、棒状部材４における放熱部４ｂが貫通孔１５から突出した状態で配置される。

保温ケース１６は、鉄鋼製であり、図５（ａ）に示すように、型３を収納することによって、加熱炉内を循環する還元ガスが直接型３に接触することを防止するものであり、型３の外周温度を高温に保つことができる。つまり、保温ケース１６は、保温ケース１６内の温度を保温する機能を有するものである。

これによって、溶解した溶着金属２の外周側は、保温ケース１６を使用しない場合と比較して、より冷却され難くなる。したがって、溶解した溶着金属の凝固は、内周側から外周側へと進行し易くなり、最終凝固位置を確実に外周側にすることができる。

また、図５（ｂ）に示すように、保温ケース１６を二以上重ねて設けることによって、保温ケース１６ａと１６ｂとの間には断熱気体層１７が形成されるため、保温ケース１６の保温効果がより発揮される。

（実施の形態４）
図６を参照して本発明の実施の形態４であるチューブ製造装置４００について説明する。図６は、チューブ製造装置４００を示す断面図である。なお、前述した実施の形態１と同様の構成には、同一の符号を付する。

チューブ製造装置４００におけるチューブ製造装置１００との相違点は、冷却用治具が冷却用還元ガスを穴部１ｂに導入する漏斗２１である点である。

漏斗２１は、鉄鋼製であり、図６に示すように、頭部２２と管部２３とを備え、頭部２２には還元ガスの入口である開口部２４が形成され、管部２３の先端には還元ガスの出口であるノズル２５が形成されている。頭部２２における開口部２４を有する面とは反対側には、型３における孔部７を有する面と接触する接触面２６を有する。また、管部２３は、チューブ本体１の穴部１ｂ内に挿入され、漏斗２１のノズル２５先端が、チューブ本体１の穴部１ｂ内に位置するように構成される。

チューブ製造装置４００を用いた場合のチューブの製造方法を説明する。
チューブ製造装置４００では、実施の形態１における棒状部材４に代わりチューブ本体１の穴部１ｂに冷却用の還元ガスを導入するための漏斗２１を用いるものである。溶着金属２を溶解するまでの手順は、実施の形態１に示した手順と同様の手順であり、チューブ本体１の凹部１ａに流入した溶着金属２を凝固させる方法は、以下の通りである。
チューブ本体１の凹部１ａに溶着金属２が流入した状態で、漏斗２１の開口部２４に還元ガスを強制的に噴射し、チューブ本体１の穴部１ｂ内に還元ガスを導入することによって、凹部１ａに流れ込んだ溶着金属２の熱を奪う。これによって、溶解した溶着金属２は、穴部１ｂに近い内周側から凝固を開始する。つまり、チューブ製造装置４００は、漏斗２１を用いて溶着金属２を強制的にガス冷却させるものである。

以上のように、溶解した溶着金属２は、漏斗２１から導入された還元ガスによって穴部１ｂに近い内周側から凝固を開始するため、穴部１ｂから遠い外周側で最終凝固することになる。したがって、本発明によれば、引け巣が発生した場合でも、その引け巣をチューブ外周側に位置させることが可能なため、切削加工によって当該部分を削り落とすことができる。これによって、チューブ完成品における非磁性部の組織は、引け巣のない健全なものとすることができる。

また、漏斗２１の他の構成として、管部２３が熱膨張した際においても管部２３と穴部１ｂの内周面との間に隙間が存在するように管部２３を形成するとともに、漏斗２１における接触面２６に還元ガス排出用の溝２７を放射状に複数設けてもよい。

漏斗２１をこのように構成することによって、チューブ本体１の穴部１ｂに導入された還元ガスは、管部２３と穴部１ｂの内周面との隙間を通り、接触面２６に設けられた溝２７から排出される。このように、穴部１ｂに導入された還元ガスは、滞留せずに流れるためチューブ本体１における穴部１ｂの内周面を効率的に冷却することができ、これによって、溶解した溶着金属の凝固は、内周側から外周側へと進行し易くなり、最終凝固位置を確実に外周側にすることができる。なお、接触面２６に設ける溝２７の形状は、穴部１ｂに導入された還元ガスを外部に排出するものであればよい。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明のチューブ製造装置及び製造方法は、ソレノイド又はソレノイドバルブに用いられるチューブの製造に利用することができる。

本発明の実施の形態１における溶着金属が溶解する前のチューブ製造装置１００を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における溶着金属が溶解した後のチューブ製造装置１００を示す断面図である。 本発明の実施の形態１におけるチューブ完成品を示す断面図である。 本発明の実施の形態２におけるチューブ製造装置２００を示す断面図である。 本発明の実施の形態３におけるチューブ製造装置３００を示す断面図である。 本発明の実施の形態４におけるチューブ製造装置４００を示す断面図である。 一般的なソレノイドを示す断面図である。 （ａ）磁性部に非磁性部が溶着されたチューブを示す断面図である。（ｂ）チューブ完成品を示す断面図である。

符号の説明

１００，２００，３００，４００ チューブ製造装置
１０１，８８ チューブ完成品
１，８１ チューブ本体
１ａ，８４ 凹部
１ｂ 穴部
１ｃ 底部
１ｄ 薄肉部
１ｅ 大径部
１ｆ 小径部
２ 溶着金属
３，８３ 型
４ 棒状部材
４ａ 吸熱部
４ｂ 放熱部
７ 孔部
８ 収容部
９ 接触面
１０，８６ 引け巣
１２ 逃がし部
１５ 貫通孔
１６ 保温ケース
１７ 断熱気体層
２１ 漏斗
２２ 頭部
２３ 管部
２４ 開口部
２５ ノズル
２６ 接触面
２７ 溝
８２ 非磁性材料
８５ 非磁性部

Claims (11)

1. 磁性材料であるチューブ本体及び非磁性材料である溶着金属を収容する収容部と当該収容部に貫通する孔部とを有する型と、
   前記孔部を挿通する冷却用治具とを備え、
   前記チューブ本体は、当該チューブ本体の軸方向に形成され前記孔部と連通する穴部と、外周に形成され当該穴部に対峙し前記溶着金属が溶着される凹部とを有し、
   前記溶着金属は、融点が前記チューブ本体の材料の融点よりも低く、
   前記冷却用治具は、前記チューブ本体の前記凹部における溶解した前記溶着金属の熱を内周側から奪うことを特徴とするソレノイドにおけるチューブの製造装置。
2. 前記冷却用治具は棒状部材であり、前記チューブ本体の前記穴部に嵌合する吸熱部と、前記型から突出する放熱部とを有することを特徴とする請求項１に記載のソレノイドにおけるチューブの製造装置。
3. 前記冷却用治具は、前記チューブ本体の前記穴部に冷却用ガスを導入するための漏斗であることを特徴とする請求項１に記載のソレノイドにおけるチューブの製造装置。
4. 前記穴部は、前記冷却用治具と接触しない大径部と接触する小径部とからなることを特徴とする請求項１または２に記載のソレノイドにおけるチューブの製造装置。
5. 前記チューブ本体における前記凹部は、断面が前記穴部に向かって先細に形成され、
   前記棒状部材における前記吸熱部は外径が小さい逃がし部を有し、
   前記吸熱部が前記チューブ本体の前記穴部に嵌合した状態で、前記凹部の底部が前記吸熱部に対峙することを特徴とする請求項２に記載のソレノイドにおけるチューブの製造装置。
6. 貫通孔を有する保温ケースを備え、前記型は前記保温ケース内に収納され、前記棒状部材における前記放熱部が前記貫通孔から突出することを特徴とする請求項２に記載のソレノイドにおけるチューブの製造装置。
7. 前記保温ケースを二以上重ねて設けることによって保温ケース間に断熱気体層を設けることを特徴とする請求項６に記載のソレノイドにおけるチューブの製造装置。
8. 前記漏斗は、前記冷却用ガスの入口である開口部を有する頭部と、前記チューブ本体の穴部に挿入され前記冷却用ガスの出口である管部とを有し、
   前記頭部は、前記型における前記孔部を有する面との接触面を有し、当該接触面に前記冷却用ガスの排出用の溝が設けられ、
   前記管部は、当該管部と前記穴部の内周面との間に隙間が存在するように形成されることを特徴とする請求項３に記載のソレノイドにおけるチューブの製造装置。
9. 磁性材料であるチューブ本体及び非磁性材料である溶着金属を型内の収容部に収容し、前記型に形成され前記収容部に貫通する孔部と前記チューブ本体の軸方向に形成され前記孔部と連通する穴部とに冷却用治具を嵌合させる工程と、
   前記型を加熱炉に設置し当該型を前記溶着金属の融点以上に加熱し、前記チューブ本体の外周に形成され前記穴部に対峙した凹部に前記溶着金属を流入させる工程と、
   前記冷却用治具によって前記チューブ本体の前記凹部における溶解した前記溶着金属の熱を内周側から奪う工程とを有することを特徴とするソレノイドにおけるチューブの製造方法。
10. 前記冷却用治具は棒状部材であり、前記チューブ本体の前記穴部に嵌合する吸熱部と、前記型から突出する放熱部とを有し、
    前記吸熱部によって前記溶解した溶着金属の熱を内周側から奪い、前記放熱部に冷却用ガスを接触させることによって前記熱を放熱することを特徴とする請求項９に記載のソレノイドにおけるチューブの製造方法。
11. 前記冷却用治具は、前記チューブ本体の前記穴部に冷却用ガスを導入するための漏斗であることを特徴とする請求項９に記載のソレノイドにおけるチューブの製造方法。

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