JP2006300222A - 電磁ソレノイドおよびその部品ならびに製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 部品点数、加工工数および組立工数を削減し、小型かつ安価にできるとともに、特性の均一化を図ることができる電磁ソレノイドおよびその部品ならびに製造方法を提供する。
【解決手段】 底部６を有する外筒部５と、固定子８と、フランジ９と、外筒部５と同心に固定子８に立設された内筒部１０と、この内筒部１０内に摺動自在に収納されたプランジャ３と、外周に巻装されたコイル１３を有し外筒部５と内筒部１０との間に嵌装されたボビン２と、外筒部５の底部６と反対側に内筒部１０の端部に被さるように設けられたプレート４とを備え、外筒部５と固定子８とフランジ９とを同一材料により一体形成している。
【選択図】 図１

Description

この発明は、油圧機器に使用される比例ソレノイド等のソレノイドアクチュエータやソレノイドバルブに適用される、電磁ソレノイドおよびその部品ならびに製造方法に関するものである。

従来の電磁ソレノイドとして例えば特許文献１などがあるが、このものはボディ部分すなわちコイルケース、その取付部および固定子をそれぞれ別の部品で製造し、これらの部品を溶接や圧入等により組み立てていた。

図６に示す従来例は、取付部となるフランジ５０、固定子５１およびコイルケースとなる外筒部５２をプレスにより組み立てている。

図７に示す別の従来例は、フランジ５０、固定子５１および外筒部５２を銅（Ｃｕ）を用いたろう付け溶接により接合されている。
実開平５−４５３５６号公報

上記従来例によれば、加工精度の確保は容易であるが、複数の部品を溶接や圧入などにより加工・組立する工程が別途必要である。このため、部品点数が増加し、組立作業工数が増大し、大型化かつ高価になった。さらに電磁ソレノイドに仕上がった時の電流−推力特性が必ずしも均一とはならないという欠点があった。

したがって、この発明の目的は、部品点数、加工工数および組立工数を削減し、小型かつ安価にできるとともに、特性の均一化を図ることができる電磁ソレノイドおよびその部品ならびに製造方法を提供することである。

この発明の電磁ソレノイドは、底部を有する外筒部と、前記外筒部内の前記底部の中心に配置された固定子と、前記外筒部外の前記底部に取付けられたフランジと、前記外筒部と同心に前記固定子に立設された内筒部と、この内筒部内に摺動自在に収納されたプランジャと、外周に巻装されたコイルを有し前記外筒部と前記内筒部との間に嵌装されたボビンと、前記外筒部の前記底部と反対側に前記内筒部の端部に被さるように設けられたプレートとを備え、前記外筒部と前記固定子と前記フランジとを同一材料により一体形成したものである。

この発明の電磁ソレノイド用部品は、底部を有する外筒部と、前記外筒部内の前記底部の中心に配置された固定子と、前記外筒部外の前記底部に取付けられたフランジと、前記外筒部と同心に前記固定子に立設された内筒部と、この内筒部内に摺動自在に収納されたプランジャと、外周に巻装されたコイルを有し前記外筒部と前記内筒部との間に嵌装されたボビンと、前記外筒部の前記底部と反対側に前記内筒部の端部に被さるように設けられたプレートとを備えた電磁ソレノイドに使用する、前記外筒部と前記固定子と前記フランジからなる部品であって、前記外筒部と前記固定子と前記フランジとを同一材料により一体形成したものである。

この発明の電磁ソレノイド用部品は、底部を有する外筒部と、前記外筒部内の前記底部の中心に配置された固定子と、前記外筒部外の前記底部に取付けられたフランジと、前記外筒部と同心に前記固定子に立設された内筒部と、この内筒部内に摺動自在に収納されたプランジャと、外周に巻装されたコイルを有し前記外筒部と前記内筒部との間に嵌装されたボビンと、前記外筒部の前記底部と反対側に前記内筒部の端部に被さるように設けられたプレートとを備えた電磁ソレノイドに使用する、前記外筒部と前記固定子と前記フランジと前記内筒部からなる部品であって、前記外筒部と前記固定子と前記フランジとを同一材料により一体形成し、前記内筒部を非磁性体製の筒状体を介して前記固定子に接合したものである。

この発明の電磁ソレノイド用部品の製造方法は、上記構成の電磁ソレノイド用部品の製造方法であって、柱状素材の一端部に押出し圧力を加える冷間鍛造により外筒部および固定子を形成する第１の工程と、前記柱状素材の他端部に押出し圧力を加える冷間鍛造によりフランジを形成する第２の工程とを含むものである。

上記構成において、前記第１の工程は、柱状素材の一端部に押出し圧力を加える冷間鍛造により外筒部の一部を形成する工程と、前記一端部にさらに押出し圧力を加える冷間鍛造により前記外筒部の全体および固定子を形成する工程とを含むものである。

この発明の別の電磁ソレノイド用部品の製造方法は、上記電磁ソレノイド用部品の製造方法であって、柱状素材の軸方向に押出し圧力を加える冷間鍛造により、外筒部、固定子およびフランジを一体形成する工程を含むものである。

この発明の別の電磁ソレノイド用部品の製造方法は、上記電磁ソレノイドの製造方法であって、外筒部、固定子およびフランジを冷間鍛造により一体成形する第１の工程と、非磁性体製の筒状体と前記固定子との接合および前記筒状体と前記内筒部との接合をろう付け接合により行う第２の工程とを含むものである。

この発明の電磁ソレノイドおよび部品ならびに製造方法によれば、外筒部と固定子とフランジとを同一材料により一体形成してボディを形成したため、部品点数を削減でき、加工工数および組立作業が削減できるのでコストを低減できるとともに、小型化も図れる。また外筒部、固定子およびフランジが同一材料になるため金属材料組織の均一化および安定化により、磁束密度が増加しソレノイドの推力特性も安定することができる。

電磁ソレノイド用部品の製造方法において、非磁性体製の筒状体と固定子との接合をろう付け接合により行う場合、外筒部と固定子とフランジを冷間鍛造により一体形成したときに固定子内に生じる金属組織の応力集中やひずみを、加熱工程において加熱することにより緩和し除去することができ、これによりフランジ等一部の欠損や破損の防止になる。

この発明の一実施の形態の比例ソレノイドアクチュエータを図１から図５により説明する。図１は全体構造を示している。このアクチュエータは、主にボディ１、ボビン２、プランジャ３、プレート４により構成されている。

ボディ１は、底部６を有する外筒部５と、底部６の中心に配置され中心に挿通孔７を形成した固定子８と、外筒部５の底部６に取付けられたフランジ９とで構成されている。ボディ１は、後述のように、外筒部５と固定子８とフランジ９とを同一材料により一体形成した部品をなしている。２９はフランジ９に形成した取付孔である。

固定子８には内筒部１０が外筒部５と同心に設けられている。内筒部１０は固定子８に連接する筒状体１１と、筒状体１１に連接する上方固定子１２からなり、筒状体１１は非磁性体で形成され、固定子８と上方固定子１２は磁性体で形成されている。筒状体１１は両端が凹形の円錐形状に形成されて内向きのテーパ部２１、２２を形成し、これに対応して固定子８および上方固定子１２の端部が凸形の円錐形状に形成され、テーパ部２１、２２に相接合されてプランジャ３の比例制御を可能にしている。上方固定子１２の内周にはプランジャ３のスラスト軸受けとなるスリーブ１６が嵌装されている。２７は固定子８の外面に形成された中央突出部、２８はその凹部、３０は固定子８の内面に形成した凹部である。

ボビン２は外周に巻装されたコイル１３を有し、その外周が樹脂などの絶縁外装材４０で被覆されている。このボビン２は外筒部５と内筒部１０との間に嵌装されている。この場合、固定子８に緩衝部材となるＯリング２４が嵌められ、ボビン２と外筒部５の底部６との間に介在されている。

プランジャ３は、内筒部１０内に通され、スリーブ１６に摺動自在に支持されている。プランジャ３は、上端部に油溜部３６を凹設し、油路１８が軸方向に貫通している。またプランジャ３の下端部中心に円錐形の凹部を形成し、挿通孔７に挿通された可動ロッド１４の先端の円錐形の突部が当接状態に嵌合し、プランジャ３と連動するように設けられている。一方固定子８の上面にはプランジャ３の吸い付き防止用のワッシャ１９が設けられ、可動ロッド１４を挿通する遊嵌孔２０が形成されている。内筒部１０の上端開口は非磁性体で形成したストッパ１７を液密部材となるＯリング２６を介して嵌着して閉じている。ストッパ１７はプレート４に支持される。そして可動ロッド１４が外部からばね（図示せず）により付勢され、プランジャ３をストッパ１７に向けて押動している。

プレート４は外筒部５の底部６と反対側を塞ぎ内筒部１０の端部に被さる。外筒部５の端部に内周溝３８を形成し、プレート４の周縁を内周溝３８に嵌合している。プレート４の内面には内筒部１０の上端部を嵌合させる凹部３５を形成している。この場合、内筒部１０に緩衝部材となるＯリング２３が嵌められ、ボビン２の上面とプレート４の下面との間に介在されている。

図２は部品としてのボディ１を示し、図３はそのボディ１の製造方法を示している。まず、図３（ａ１）、（ａ２）は必要に応じて潤滑処理された磁性体の円柱状の素材、例えば軟鉄を示している。図３（ｂ１）、（ｂ２）はその一端を冷間鍛造により例えば押出し圧力315kgf／mm^２で後方押出しした状態である。これにより外筒部５の一部が形成される。図３（ｃ１）、（ｃ２）は一端をさらに冷間鍛造により例えば押出し圧力228kgf／mm^２で後方押出しした状態である。これにより外筒部５と固定子８がほとんど完成状態に形成される。図３（ｄ１）、（ｄ２）は素材の他端側を冷間鍛造により押出し、外筒部５の底部６と、フランジ９と、中央突出部２７とを形成している。図３（ｅ１）、（ｅ２）はフランジ９を外筒部５の両側に略三角形状に突出するように加工し、かつ取付孔２９を形成している。

なお、上記製造方法において、図３（ｂ１）、（ｂ２）の工程を省略し、図３（ａ１）から図３（ｄ１）の形状を冷間鍛造により直接形成することも可能である。

この後、固定子８の両端に凹部２８、３０を形成し、凹部２８、３０間に挿通孔７を形成するとともに、固定子８の内端を円錐形状に加工し、さらに外筒部５の端部に内周溝３８を形成すると図２に示すボディ１が形成される。なお、図３（ｄ１）または（ｅ１）の状態から固定子８の内端を円錐形状にを加工して、次に述べる筒状体１１および上方固定子１２を例えば銅（Ｃｕ）を用いてろう付け溶接し、その後上方固定子１２と筒状体１１の内周面を加工しながら凹部３０を形成し、その前または後に凹部２８や挿通孔７を形成してもよい。

内筒部１０の上方固定子１２と固定子８は軟鉄を用い、筒状体１１はステンレスや銅合金などの非磁性体を用い、ろう付けに使用する銅（Ｃｕ）が溶ける温度で上方固定子１２と固定子８の軟鉄が溶けない温度例えば１０８０℃で接合する。この際、固定子８を含む部品は外筒部５およびフランジ９と冷間鍛造により一体形成されているため、この部品を例えば９３０℃以上で加熱し３０分間程度徐冷することにより一体形成に伴う応力ひずみを除去することができる。

図４は電磁ソレノイドのコイル１３に接続部３２を介してリード線３１を接続し、リード線３１の外端部にコネクタ３３を設けた状態を示し、コネクタ３３を通して電力を供給することにより、電磁ソレノイドを作動することができる。

図１に示すソレノイドアクチュエータの動作は、つぎのとおりである。コイル１３に電流を流すことにより、例えばボディ１の外筒部５→プレート４→上方固定子１２→プランジャ３→ボディ１の固定子８→底部６の磁路が形成される電磁石となり、プランジャ３は固定子８に吸引され、これにより可動ロッド１４は前方へ押し出される。この場合、筒状体１１は非磁性体であり、比例ソレノイドアクチュエータではこの筒状体１１とこれに連接する固定子８および上方固定子１２の接合部分となるテーパ部２１、２２の形状により磁路の大きさが制限されるため、コイル１３に流れる電流の大きさとプランジャ１４の推力が比例関係となる。なお非磁性体により形成したストッパ１７およびワッシャ１９は、コイル１３の通電時および電流を切ったときの残留磁気によりプランジャ３が固定子８またはプレート４に密着するのを防止する。

図５は、電流（Ａ）に対する可動ロッドの推力（Ｎ）のＩ−Ｆ曲線である。
Ｑ１はこの実施の形態の特性曲線、Ｑ２は図６または図７を用いた従来品の特性曲線である。特性曲線Ｑ２は推力のばらつき幅が大きいのに対して、特性曲線Ｑ１はボディ１の一体化によりボディ１の材料組織が均一化し磁束密度が安定した結果、推力のばらつき幅が小さくなっていることがわかる。

なお、この発明の電磁ソレノイドをバルブ装置として使用する場合、可動ロッド１４でバルブを作動するか、可動ロッド１４を外して挿通孔７をバルブとなるプランジャ３で開閉する構成とすることができる。

この発明の一実施の形態の断面図である。 そのボディの断面図である。 （ａ１）〜（ｅ１）はボディの製造工程を示す断面図、（ａ２）〜（ｅ２）は平面図である。 電磁ソレノイドの外観斜視図である。 電磁ソレノイドの電流に対する推力の特性図である。 第１の従来例の断面図である。 第２の従来例の断面図である。

符号の説明

１ ボディ
２ ボビン
３ プランジャ
４ プレート
５ 外筒部
６ 底部
８ 固定子
９ フランジ
１０ 内筒部
１１ 筒状体
１２ 上方固定子
１３ コイル

Claims (7)

1. 底部を有する外筒部と、前記外筒部内の前記底部の中心に配置された固定子と、前記外筒部外の前記底部に取付けられたフランジと、前記外筒部と同心に前記固定子に立設された内筒部と、この内筒部内に摺動自在に収納されたプランジャと、外周に巻装されたコイルを有し前記外筒部と前記内筒部との間に嵌装されたボビンと、前記外筒部の前記底部と反対側に前記内筒部の端部に被さるように設けられたプレートとを備え、前記外筒部と前記固定子と前記フランジとを同一材料により一体形成した電磁ソレノイド。
2. 底部を有する外筒部と、前記外筒部内の前記底部の中心に配置された固定子と、前記外筒部外の前記底部に取付けられたフランジと、前記外筒部と同心に前記固定子に立設された内筒部と、この内筒部内に摺動自在に収納されたプランジャと、外周に巻装されたコイルを有し前記外筒部と前記内筒部との間に嵌装されたボビンと、前記外筒部の前記底部と反対側に前記内筒部の端部に被さるように設けられたプレートとを備えた電磁ソレノイドに使用する、前記外筒部と前記固定子と前記フランジからなる部品であって、前記外筒部と前記固定子と前記フランジとを同一材料により一体形成した電磁ソレノイド用部品。
3. 底部を有する外筒部と、前記外筒部内の前記底部の中心に配置された固定子と、前記外筒部外の前記底部に取付けられたフランジと、前記外筒部と同心に前記固定子に立設された内筒部と、この内筒部内に摺動自在に収納されたプランジャと、外周に巻装されたコイルを有し前記外筒部と前記内筒部との間に嵌装されたボビンと、前記外筒部の前記底部と反対側に前記内筒部の端部に被さるように設けられたプレートとを備えた電磁ソレノイドに使用する、前記外筒部と前記固定子と前記フランジと前記内筒部からなる部品であって、前記外筒部と前記固定子と前記フランジとを同一材料により一体形成し、前記内筒部を非磁性体製の筒状体を介して前記固定子に接合した電磁ソレノイド用部品。
4. 請求項２記載の電磁ソレノイド用部品の製造方法であって、柱状素材の一端部に押出し圧力を加える冷間鍛造により外筒部および固定子を形成する第１の工程と、前記柱状素材の他端部に押出し圧力を加える冷間鍛造によりフランジを形成する第２の工程とを含む電磁ソレノイド用部品の製造方法。
5. 前記第１の工程は、柱状素材の一端部に押出し圧力を加える冷間鍛造により外筒部の一部を形成する工程と、前記一端部にさらに押出し圧力を加える冷間鍛造により前記外筒部の全体および固定子を形成する工程とを含む請求項４記載の電磁ソレノイド用部品の製造方法。
6. 請求項２記載の電磁ソレノイド用部品の製造方法であって、柱状素材の軸方向に押出し圧力を加える冷間鍛造により、外筒部、固定子およびフランジを一体形成する工程を含む電磁ソレノイド用部品の製造方法。
7. 請求項３記載の電磁ソレノイドの製造方法であって、外筒部、固定子およびフランジを冷間鍛造により一体成形する第１の工程と、非磁性体製の筒状体と前記固定子との接合および前記筒状体と前記内筒部との接合をろう付け接合により行う第２の工程とを含む電磁ソレノイドの製造方法。
   

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