JP2009287757A - 電磁弁の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プランジャの吸引力特性を悪化させることなくヨーク部およびコア部の同軸度を小さくし得る電磁弁の製造方法を提供する。
【解決手段】拡散防止層５１が形成された磁性部材２３ａの環状凹部２５内に非磁性の粉末を充填して焼結することにより磁気抵抗部５０を形成する。そして、磁性部材２３ａの内周面および磁気抵抗部５０の内周面に機械加工を施すことによりヨーク部３０とコア部４０とを磁気抵抗部５０によって磁気的に分離するようにステータコア２３を製造する。
【選択図】図３

Description

本発明は、コイルに供給される電流に応じたプランジャの移動によりスプールを作動させる電磁弁の製造方法に関するものである。

従来より、コイルに供給される電流に応じたプランジャの移動によりスプールを作動させる電磁弁として、下記特許文献１に示す電磁弁が知られている。この電磁弁のステータコアは、第１の磁性体と、非磁性体と、第２の磁性体とを軸方向へ配列し溶接等で一体化した後、内周側および外周側に切削加工を施すことにより製造されている。これにより、コア部として機能する第１の磁性体とヨーク部として機能する第２の磁性体との同軸度を小さくしている。
特開２００３−２６９６３８号公報

しかしながら、磁性体と非磁性体とをその接触面にて溶接等で加熱して一体化する際、加熱のためにその接触面において両材料が熱拡散してしまう。このため、コア部（第１の磁性体）と非磁性体との境界面では両材料が混在して当該境界面が不明瞭となり、コア部とプランジャとの間に発生する磁気吸引力がばらついて不安定になることから、プランジャの吸引力特性が悪化してしまうという問題がある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、プランジャの吸引力特性を悪化させることなくヨーク部およびコア部の同軸度を小さくし得る電磁弁の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項１の電磁弁の製造方法では、互いに同軸的に配置された磁性材料からなるヨーク部（３０）およびコア部（４０）とこれらヨーク部およびコア部を磁気的に分離する磁気抵抗部（５０）とを有するステータコア（２３）と、前記ステータコア内に摺動自在に支持されて前記コア部との間に生じる磁気吸引力により軸方向に移動するプランジャ（２４）と、前記ステータコアを励磁して前記磁気吸引力を発生させるコイル（２２）と、を備える電磁弁（１０）の製造方法において、磁性材料からなる磁性部材（２３ａ）を用意してこの磁性部材の外周に非磁性材料を充填するための環状凹部（２５）を形成する第１工程と、前記環状凹部の表面に磁性材料および非磁性材料の境界面における両材料の熱拡散を防止する拡散防止層（５１）を形成する第２工程と、前記拡散防止層が形成された前記環状凹部内に前記非磁性材料を充填して加熱することにより前記磁気抵抗部を形成する第３工程と、前記磁性部材の内周面（２６）および前記磁気抵抗部の内周面に機械加工を施すことにより前記ヨーク部と前記コア部とを前記磁気抵抗部によって磁気的に分離するように前記ステータコアを製造する第４工程と、を備えることを技術的特徴とする。

請求項１の発明では、例えば、銅メッキ等の拡散防止層が形成された磁性材料からなる磁性部材の環状凹部内に非磁性材料を充填して加熱することにより磁気抵抗部を形成し、磁性部材の内周面および磁気抵抗部の内周面に切削加工等の機械加工を施すことによりヨーク部とコア部とを磁気抵抗部によって磁気的に分離するようにステータコアを製造する。

このように環状凹部内に充填された非磁性材料を加熱して磁気抵抗部を形成する際、拡散防止層が磁性部材と非磁性材料との境界面に設けられることとなる。これにより、加熱時における磁性材料と非磁性材料との熱拡散を防止して、両材料の熱拡散によるプランジャの吸引力特性の悪化を防止することができる。そして、磁性部材の内周面および磁気抵抗部の内周面に機械加工を施すことによりヨーク部およびコア部が磁気的に分離するよう同軸的に形成されるので、ヨーク部とコア部とを個別に加工して組み付ける場合と比較して、ヨーク部とコア部との同軸度が小さくなる。
したがって、プランジャの吸引力特性を悪化させることなくヨーク部およびコア部の同軸度を小さくすることができる。

請求項２の発明では、環状凹部は、プランジャの吸引力特性に応じて形成されている。コア部の磁気抵抗部に対する境界面は、プランジャの吸引力特性に特に影響する部位であり、高精度に形成する必要がある。

そこで、プランジャの吸引力特性に応じて環状凹部を形成し、この環状凹部の表面に形成された拡散防止層により、コア部および磁気抵抗部の境界面における磁性材料と非磁性材料との熱拡散を防止する。これにより、拡散防止層を形成しない場合と比較して、コア部の磁気抵抗部に対する境界面を高精度に形成することができ、プランジャの吸引力特性の悪化を確実に防止することができる。

請求項３の発明では、上記第３工程は、拡散防止層が形成された環状凹部内に非磁性の粉末を充填した後この非磁性の粉末を焼結することにより磁気抵抗部を形成する。このように、非磁性の粉末を焼結して磁気抵抗部を形成することにより、環状凹部内への非磁性材料（非磁性の粉末）の充填作業を容易にすることができる。

以下、本発明の一実施形態について図１〜図３を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る電磁弁１０の構成概要を示す断面図である。図２は、図１のステータコア２３の詳細形状を説明するための詳細断面図である。図３（Ａ）〜（Ｄ）は、本実施形態におけるステータコア２３の製造方法の工程を示す説明図である。なお、図２および図３（Ａ）〜（Ｄ）においては、説明のために一部を拡大して誇張して示している。

電磁弁１０は、例えば、車両用自動変速機のオイルパン内部において油圧制御に用いられるもので、図１に示すように、ソレノイド部２０と、そのソレノイド部２０の一端に設けられたスプール部６０とによって構成されている。ソレノイド部２０は、主に、磁性材料により有底円筒状に形成されるカバー２１、コイル２２、ステータコア２３、プランジャ２４等を備えており、スプール部６０は弁スリーブ７０とスプール８０等を備えている。

ステータコア２３は、磁性材料からなるヨーク部３０およびコア部４０を備えており、ヨーク部３０およびコア部４０は、非磁性材料からなる磁気抵抗部５０により磁気的に分離された状態にて、互いに同軸的に配置されている。ステータコア２３は、樹脂製のボビン２２ａに巻回されたコイル２２を、ヨーク部３０、コア部４０および磁気抵抗部５０と、ヨーク部３０の反スプール側の外周に嵌合される溝部３１とでもって覆うようにして構成されている。当該ステータコア２３は、ヨーク部３０に嵌合された溝部３１の外周がカバー２１の底部に嵌合し、コア部４０の外周がカバー２１の開口端に嵌合することで、カバー２１内に収容されている。

ヨーク部３０には、プランジャ２４の外径より僅かに大きく形成されて当該プランジャ２４を摺動自在に支持するための中心穴３２が形成されている。

図２に示すように、コア部４０は、環状のフランジ部４１の中央から吸引部４２が突出するように形成されている。吸引部４２は、プランジャ２４に対して磁気吸引力を発揮する役割を果たすもので、この吸引部４２には、要求されるプランジャ２４の吸引力特性等に応じて所定の勾配を有するようにテーパ部４２ａが形成されている。

また、コア部４０には、同軸であって径の異なる２つの中心穴４３，４４が形成されている。中心穴４３は、その内径がヨーク部３０の中心穴３２の内径に等しくあるいはそれ以上になるように形成されており、その深さがプランジャ２４に必要なストロークより僅かに大きくなるように設定されている。

磁気抵抗部５０は、後述するように、ステンレス等の非磁性の粉末を焼結して形成されており、当該磁気抵抗部５０とヨーク部３０およびコア部４０との境界面には、例えば、銅メッキ等により磁性材料および非磁性材料の加熱時における熱拡散を防止する拡散防止層５１が形成されている（図２参照）。この磁気抵抗部５０は、後述する磁気回路において、ヨーク部３０とコア部４０との間の磁束の漏れを低減してコア部４０とプランジャ２４との間の磁気吸引力を増加させる役割を果たす。

ヨーク部３０の中心穴３２およびコア部４０の中心穴４３には、磁性材料からなる略円柱状のプランジャ２４が同軸的であって摺動可能に挿入されており、このプランジャ２４は、吸引部４２との間に生じる磁気吸引力により当該吸引部４２に近接する軸方向に移動可能に支持されている。

このようにソレノイド部２０が構成されることにより、コイル２２への通電に応じて、カバー２１、ステータコア２３およびプランジャ２４とでもって磁気回路が構成されることとなる。

カバー２１の開口端側に位置するコア部４０の外側面には、スプール８０を摺動可能に嵌装する弁スリーブ７０が配設されている。そして、カバー２１の開口側筒状端部２１ａを、弁スリーブ７０に形成されたフランジ部７１とコア部４０のフランジ部４１とを接合させた状態でかしめることにより、ソレノイド部２０とスプール部６０とが一体結合されている。

弁スリーブ７０には、径の異なる第１弁孔７２と第２弁孔７３が形成されるとともに、この第２弁孔７３に接続するばね収容孔７４が形成されている。これら各弁孔７２、７３およびばね収容孔７４は、ステータコア２３およびプランジャ２４と同軸上に延びるように形成されている。

スプール８０には、第１弁孔７２に嵌合可能な第１ランド部８１および第２ランド部８２と、第２弁孔７３に嵌合可能な第３ランド部８３が設けられている。

第１ランド部８１および第２ランド部８２は軸方向に所定量離間して設けられ、小径部８４によって互いに連結されている。第１弁孔７２には小径部８４に対応して環状溝７２ａが形成されており、この環状溝７２ａには、制御圧としての作動油を出力する出力ポート７５が連通されている。

弁スリーブ７０には、第１弁孔７２に作動油を供給するための供給ポート７６が形成されており、この供給ポート７６は、その開口度が第２ランド部８２の軸方向の移動により制御されるように構成されている。また、弁スリーブ７０には、第１弁孔７２から作動油を排出するための排出ポート７７が形成されており、この排出ポート７７は、その開口度が第１ランド部８１の軸方向の移動により制御されるように構成されている。

第２ランド部８２と第３ランド部８３との間には段差部８５が設けられており、この段差部８５に連通するフィードバックポート７８が弁スリーブ７０に形成されている。このフィードバックポート７８は、図略の連通路を介して出力ポート７５に連通されている。

また、弁スリーブ７０には、ばね収容孔７４に開口するドレンポート７９が形成されている。なお、スプール８０の一端には、プランジャ２４のスプール側端面に当接するシャフト部８６が突設されている。

ばね収容孔７４の開口端はその内周面に形成されたねじ孔に螺合するプラグ９０によって閉塞され、このプラグ９０とスプール８０の間にばね９１が設けられている。スプール８０は、ばね９１の付勢力によってプランジャ２４に向けて押圧され、これにより、スプール８０のシャフト部８６を介してプランジャ２４が、通常カバー２１の底面に当接する初期位置に保持されている。かかるプランジャ２４の初期位置において、プランジャ２４のスプール側端縁は、コア部４０の吸引部４２の端部に軸方向にてほぼ一致するように配置されている（図１参照）。

次に、ステータコア２３の製造方法の工程の一例を、図３（Ａ）〜（Ｄ）を参照して説明する。
まず、図３（Ａ）に示すように、磁性材料からなる磁性部材２３ａを用意し、この磁性部材２３ａに対してヨーク部３０およびコア部４０の形状に応じて切削加工等の機械加工を施す。このとき、磁性部材２３ａの外周であって磁気抵抗部５０に相当する位置に、コア部４０のテーパ部４２ａに対応するテーパ部２５ａを有する環状の凹部（以下、環状凹部２５ともいう）が、当該磁性部材２３ａの内周に貫通しないように形成される。この環状凹部２５は、電磁弁１０として要求されるプランジャ２４の吸引力特性に応じて磁気抵抗部５０に対応して凹部の深さ、テーパ形状等を決定して形成される。また、磁性部材２３ａの中心穴２６は、ヨーク部３０の中心穴３２およびコア部４０の中心穴４３よりも小さくなるように形成されている。なお、図３（Ａ）に示す工程は、特許請求の範囲に記載の「第１工程」に相当し得るものである。

次に、図３（Ｂ）に示すように、環状凹部２５の表面に銅メッキを施して拡散防止層５１を形成する。この拡散防止層５１は、磁性材料および非磁性材料の境界面における熱拡散を防止する役割を果たす。なお、図３（Ｂ）に示す工程は、特許請求の範囲に記載の「第２工程」に相当し得るものである。

そして、図３（Ｃ）に示すように、拡散防止層５１が形成された環状凹部２５内にステンレス等の非磁性の粉末を充填して焼結することにより磁気抵抗部５０を形成する。このとき、非磁性の粉末は、拡散防止層５１により磁性部材２３ａに接触することなく磁気抵抗部５０を形成するので、磁性部材２３ａおよび磁気抵抗部５０の境界面において焼結時に磁性材料および非磁性材料の熱拡散が生じることを防止することができる。なお、図３（Ｃ）に示す工程は、特許請求の範囲に記載の「第３工程」に相当し得るものである。

次に、図３（Ｄ）に示すように、磁性部材２３ａの内周面（中心穴２６）に対してヨーク部３０の中心穴３２およびコア部４０の中心穴４３、４４を形成するように切削加工等の機械加工を施す。この機械加工の際、磁気抵抗部５０の内周面にも機械加工が施されて、ヨーク部３０およびコア部４０が磁気抵抗部５０によって磁気的に分離するよう同軸的に形成されるので、ヨーク部３０とコア部４０との同軸度が小さくなる。なお、図３（Ｄ）に示す工程は、特許請求の範囲に記載の「第４工程」に相当し得るものである。
こうして、図２に示すステータコア２３が完成する。

このように構成される本実施形態に係る電磁弁１０の作用について、以下に説明する。コイル２２が非励磁状態の場合には、スプール８０は、ばね９１の付勢力によりプランジャ２４を反スプール方向に押圧し、プランジャ２４をカバー２１の底面に当接する初期位置に保持している。この非励磁状態においては、出力ポート７５は、供給ポート７６との連通が遮断されているとともに、排出ポート７７に連通され、これによって出力ポート７５は低圧に保持されている。

一方、コイル２２に通電して励磁すると、カバー２１、ステータコア２３およびプランジャ２４でもって磁気回路が構成されて、ステータコア２３のコア部４０とプランジャ２４との間に磁気吸引力が発生する。この磁気吸引力により、プランジャ２４がコア部４０側へ引き寄せられて、スプール８０がばね９１の付勢力に抗して反プランジャ方向に移動する。この移動により、第２ランド部８２が供給ポート７６を開口し始めるとともに、第１ランド部８１が排出ポート７７の開口面積を制限し始めるので、出力ポート７５の制御圧は次第に上昇する。

また、出力ポート７５から出力される制御圧に応じた作動油は、上記連通路を介してフィードバックポート７８に供給される。このようにフィードバックポート７８に供給された作動油が段差部８５に作用することにより、第１ランド部８１と段差部８５の面積差を乗じたフィードバック力がばね９１の付勢力と同方向にスプール８０に作用する。

このように本実施形態に係る電磁弁１０では、コイル２２に通電される電流値に応じてステータコア２３のコア部４０とプランジャ２４との間で発生する磁気吸引力と、ばね９１の付勢力と、段差部８５に作用するフィードバック力とがバランスする位置にスプール８０が保持され、これによって上記制御圧はコイル２２に通電された電流値に応じた圧力に制御される。

以上説明したように、本実施形態に係る電磁弁１０の製造方法では、拡散防止層５１が形成された磁性部材２３ａの環状凹部２５内に非磁性の粉末を充填して焼結することにより磁気抵抗部５０を形成する。そして、磁性部材２３ａの内周面および磁気抵抗部５０の内周面に機械加工を施すことによりヨーク部３０とコア部４０とを磁気抵抗部５０によって磁気的に分離するようにステータコア２３を製造する。

このように拡散防止層５１が、磁性部材２３ａと磁気抵抗部５０との境界面、特に、コア部４０と磁気抵抗部５０との境界面に設けられるので、焼結時における磁性材料と非磁性材料との熱拡散を防止して、両材料の熱拡散によるプランジャ２４の吸引力特性の悪化を防止することができる。そして、磁性部材２３ａの内周面（中心穴２６）および磁気抵抗部５０の内周面に機械加工を施すことによりヨーク部３０およびコア部４０が磁気的に分離するよう同軸的に形成されるので、ヨーク部３０とコア部４０とを個別に加工して組み付ける場合と比較して、ヨーク部３０とコア部４０との同軸度が小さくなる。
したがって、プランジャ２４の吸引力特性を悪化させることなくヨーク部３０およびコア部４０の同軸度を小さくすることができる。

また、本実施形態に係る電磁弁１０の製造方法では、環状凹部２５は、プランジャ２４の吸引力特性に応じて形成されている。これにより、拡散防止層５１を形成しない場合と比較して、コア部４０の磁気抵抗部５０に対する境界面を高精度に形成することができ、プランジャ２４の吸引力特性の悪化を確実に防止することができる。

さらに、本実施形態に係る電磁弁１０の製造方法では、図３（Ｃ）に示す工程（第３工程）は、拡散防止層５１が形成された環状凹部２５内に非磁性の粉末を充填した後この非磁性の粉末を焼結することにより磁気抵抗部５０を形成する。このように、非磁性の粉末を焼結して磁気抵抗部５０を形成することにより、環状凹部２５内への非磁性材料（非磁性の粉末）の充填作業を容易にすることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、上記実施形態と同等の作用・効果が得られる。
（１）図３（Ｂ）に示す工程（第２工程）において、環状凹部２５の表面に銅メッキを施して拡散防止層５１を形成することに限らず、磁性材料および非磁性材料の境界面における熱拡散を防止し得る層を拡散防止層５１として形成してもよい。

（２）図３（Ｂ）に示す工程（第２工程）において、環状凹部２５の表面のみに銅メッキを施して拡散防止層５１を形成することに限らず、磁性部材２３ａの他の表面にも拡散防止層５１を形成してもよい。

（３）図３（Ｃ）に示す工程（第３工程）において、磁気抵抗部５０は、拡散防止層５１が形成された環状凹部２５内にステンレス等の非磁性の粉末を充填後焼結して形成されることに限らず、真鍮の粉末を充填後焼結して形成されてもよいし、非磁性材料を充填後加熱して形成されてもよい。

本実施形態に係る電磁弁の構成概要を示す断面図である。 図１のステータコアの詳細形状を説明するための詳細断面図である。 本実施形態におけるステータコアの製造方法の工程を示す説明図である。

符号の説明

１０…電磁弁
２０…ソレノイド部
２２…コイル
２３…ステータコア
２３ａ…磁性部材
２４…プランジャ
２５…環状凹部
２６…中心穴（内周面）
３０…ヨーク部
４０…コア部
４２…吸引部
５０…磁気抵抗部
５１…拡散防止層

Claims (3)

1. 互いに同軸的に配置された磁性材料からなるヨーク部およびコア部とこれらヨーク部およびコア部を磁気的に分離する磁気抵抗部とを有するステータコアと、
   前記ステータコア内に摺動自在に支持されて前記コア部との間に生じる磁気吸引力により軸方向に移動するプランジャと、
   前記ステータコアを励磁して前記磁気吸引力を発生させるコイルと、
   を備える電磁弁の製造方法において、
   磁性材料からなる磁性部材を用意してこの磁性部材の外周に非磁性材料を充填するための環状凹部を形成する第１工程と、
   前記環状凹部の表面に磁性材料および非磁性材料の境界面における両材料の熱拡散を防止する拡散防止層を形成する第２工程と、
   前記拡散防止層が形成された前記環状凹部内に前記非磁性材料を充填して加熱することにより前記磁気抵抗部を形成する第３工程と、
   前記磁性部材の内周面および前記磁気抵抗部の内周面に機械加工を施すことにより前記ヨーク部と前記コア部とを前記磁気抵抗部によって磁気的に分離するように前記ステータコアを製造する第４工程と、
   を備えることを特徴とする電磁弁の製造方法。
2. 前記環状凹部は、前記プランジャの吸引力特性に応じて形成されることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁の製造方法。
3. 前記第３工程は、前記拡散防止層が形成された前記環状凹部内に非磁性の粉末を充填した後この非磁性の粉末を焼結することにより前記磁気抵抗部を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の電磁弁の製造方法。

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