JP2012163208A - 固定の磁気回路素子を製造する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】固定の磁気回路素子を製造する方法を改良する。
【解決手段】ハウジング６６は、薄肉のスリーブとして弁に組み込まれていて、コア２およびアーマチュア２７を、半径方向および周方向で包囲し、この場合ハウジング自体は、マグネットコイル１によって包囲されている。看取されるように、ハウジング６６の、磁気特性で変化された、マルテンサイトおよび残留オーステナイトの部分領域５９は、コア２とアーマチュア２７との間の作業エアギャップ７０の軸方向延伸領域に位置し、これによって磁力線は最適かつ効果的に磁気回路内で導かれる。
【選択図】図８

Description

本発明は、独立請求項の上位概念に記載の、固定の磁気回路素子を製造する方法から出発する。

図１には、背景技術において公知の燃料噴射弁を示しており、燃料噴射弁は、内側の金属の導電部分とハウジング構成部材との古典的な３部分から成る構造を有している。内側の弁管は、内極を形成する入口管片と、非磁性の中間部分と、弁座を収容する弁座支持体とから形成され、図１の説明において詳しく記載する。

既にドイツ連邦共和国特許出願公開第３５０２２８７号明細書において、磁化可能な２つのハウジング部分と、その間に位置する、ハウジング部分を磁気的に分離する非磁性のハウジング域と備えた中空円筒形の金属のハウジング部分を製造する方法が公知である。ここでは金属のハウジングは、磁気可能な素材から、外径における寸法過剰部分を除いて前加工され、この場合ハウジングの内壁において、所望の中央のハウジング域の幅でリング溝が形成される。ハウジングの回転時に、磁化不能な充填材料が、リング溝領域を加熱しつつリング溝に充填され、ハウジングの回転は、充填剤が硬化するまで維持される。次いでハウジングは、外側で外径の最終寸法部分を除いて切削されるので、もはや磁気可能なハウジング部分の間の結合は形成されない。このようにして製造される弁ハウジングは、たとえば自動車のアンチブロックシステム（ＡＢＳ）のための電磁弁に使用することができる。

さらにドイツ連邦共和国特許第４２３７４０５号明細書において、内燃機関用の噴射弁のための固定のコアを製造する方法が公知である（図５）。この製造方法によれば、直にまたは先行の変換プロセスを介して、スリーブ状で磁性のマルテンサイトの一体的な工作物が提供され、工作物は、中央の区分を非磁性でオーステナイトの中央の区分に変態させるために、磁性のマルテンサイトの工作物の中央の区分で局所的な熱処理にさらされる。選択的に、局所的な熱処理に際してレーザによって溶融されるオーステナイトもしくは溶融されるフェライトを形成する元素は、固定のコアの、非磁性でオーステナイトの中央区分を形成するために、熱処理箇所に添加される。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第３５０２２８７号明細書 ドイツ連邦共和国特許第４２３７４０５号明細書

本発明の課題は、固定の磁気回路素子を製造する方法を改良することである。

この課題を解決するために本発明の構成では、電磁作動式の弁のための固定の磁気回路素子を製造する方法において、磁気回路素子は、少なくとも２つの域を有しており、直に上下に並んで位置する２つの域は、異なる磁気特性を有しており、以下の方法ステップ：ａ）磁性材料もしくは磁気可能な材料から成る基本体を提供し、ｂ）基本体に第１の完全な熱処理を施し、ｃ）マルテンサイトの基本体内に、マルテンサイトと残留オーステナイトとから成る組織を有する部分領域もしくは縁部領域を形成するために、基本体に局所的な第２の熱処理を施し、ｄ）磁気回路素子として完成加工された基本体を磁気回路に組み込む方法ステップを有しており、基本体を、中実なピンまたはプレートとして提供し、基本体の局所的な第２の熱処理を、基本体の材料が表面で局所的にオーステナイト化され均質化されるように行い、次いで、中実なアーマチュアピンまたはフラットなアーマチュアプレートとして磁気回路に組み込む。

独立請求項の特徴部に記載の構成を有する、本発明による、固定の磁気回路素子を製造する方法の利点によれば、特別に簡単で経済的に、磁気的な分離部分を有するハウジング、もしくは特に縁部層において局所的に形成された磁気特性を有する磁気回路素子が大量生産技術で確実に製造可能である。

特に個々の素子の簡素化によって、公知の製造方法に対して、特殊工具の僅かな手間しか必要でない。

さらなる利点によれば、磁気回路素子自体の幾何学形状の構成において、たとえば長さ、直径、段部において、高い融通性が実現されている。

特に有利には、一般的な、磁気特性で変化された縁部層を形成するのに必要なコーティング法、たとえば浸炭窒化法は、省略することができる。

従属請求項に記載した形態によって、独立請求項に記載の方法の有利な態様および改良形が実現可能である。

本発明の実施の形態を図示し、以下に詳しく説明する。

ハウジングとして３部分から成る内側の金属の弁管を備えた、背景技術による燃料噴射弁を示す図である。 本発明による、管状のハウジングとして固定の磁気回路素子を製造する方法の方法ステップを概略的に示す図である。 本発明による、管状のハウジングとして固定の磁気回路素子を製造する方法の方法ステップを概略的に示す図である。 本発明による、管状のハウジングとして固定の磁気回路素子を製造する方法の方法ステップを概略的に示す図である。 本発明による、管状のハウジングとして固定の磁気回路素子を製造する方法の方法ステップを概略的に示す図である。 本発明による、管状のハウジングとして固定の磁気回路素子を製造する方法の方法ステップを概略的に示す図である。 本発明による、管状のハウジングとして固定の磁気回路素子を製造する方法の方法ステップを概略的に示す図である。 本発明に従って製造されるハウジングを備えた噴射弁の一部を示す概略図である。 本発明による、アーマチュアピンとして固定の磁気回路素子を製造する方法の方法ステップを概略的に示す図である。 本発明による、アーマチュアピンとして固定の磁気回路素子を製造する方法の方法ステップを概略的に示す図である。 本発明による、アーマチュアピンとして固定の磁気回路素子を製造する方法の方法ステップを概略的に示す図である。 本発明による、アーマチュアピンとして固定の磁気回路素子を製造する方法の方法ステップを概略的に示す図である。 本発明による、アーマチュアピンとして固定の磁気回路素子を製造する方法の方法ステップを概略的に示す図である。 本発明に従って製造されるアーマチュアピンを備えたプランジャ型構造の磁気回路の一部を概略的に示す図である。 本発明に従って製造されるアーマチュアプレートを備えたフラット型構造の磁気回路の一部を概略的に示す図である。

図２〜図１５に基づいて、本発明による、固定の磁気回路素子を製造する方法の方法ステップを説明するまえに、図１に基づいて、本発明に従って製造される磁気回路素子を使用するのに考えられる製品として、背景技術による燃料噴射弁を詳しく説明する。

図１に例示した、混合気圧縮型で火花点火式の内燃機関の燃料噴射装置用の噴射弁として形成された電磁作動式の弁は、マグネットコイル１によって包囲された、燃料入口管片および内極として作用する管状のコア２を備えており、コア２は、たとえば全長にわたって一定の外径を有している。半径方向に段付けされたコイルボディ３は、マグネットコイル１の巻線を収容していて、コア２と相俟って、マグネットコイル１付近で噴射弁のコンパクトな構造を実現する。

コア２の下位のコア端部９と、弁縦軸線１０に対して同心的に、管状で金属の非磁性の中間部材１２が、溶接によって密に結合されており、中間部材１２は、コア端部９を部分的に軸方向で包囲する。コイルボディ３および中間部材１２の下流側に、管状の弁座支持体１６が延在しており、弁座支持体１６は、中間部材１２と固く結合されている。弁座支持体１６内に、軸方向可動の弁ニードル１８が配置されている。弁ニードル１８の下流側の端部２３に、球状の弁閉鎖体２４が設けられており、弁閉鎖体２４の周に、燃料を通流させるためのたとえば５つの面取部２５が設けられている。

噴射弁の作動は、公知のように電磁式に行われる。弁ニードル１８を軸方向運動させるため、ひいては戻しばね２６のばね力に抗して噴射弁を開放するため、もしくは噴射弁を閉鎖するために、マグネットコイル１とコア２とアーマチュア２７とを備えた電磁回路が用いられる。管状のアーマチュア２７は、弁ニードル１８の、弁閉鎖体２４とは反対側の端部と、たとえば溶接シームによって固く結合されていて、コア２に向かって延びている。弁座支持体１６の、下流側に位置する、コア２とは反対側の端部に、固定の弁座３０を備えた円筒形の弁座体２９が溶接によって密に取り付けられている。

弁ニードル１８の球状の弁閉鎖体２４は、弁座体２９の、流れ方向にみて円錐台形に先細に形成された弁座３０と協働する。下位端面で、弁座体２９は、たとえばポット（容器）状に形成された噴射孔付ディスク３４と、固くしかも密に、たとえばレーザを用いて形成された溶接シームによって結合されている。噴射孔付きディスク３４には、電蝕または打ち抜きによって成形された少なくとも１つ、たとえば４つの噴射開口３９が設けられている。

マグネットコイル１の通電時にアーマチュア２７を最適に作動させるため、ひいては弁を正確かつ確実に開閉するために、アーマチュア２７に磁束を導くために、マグネットコイル１は、たとえば湾曲部材として形成され、かつ強磁性素子として使用される少なくとも１つのガイドエレメント４５によって包囲されており、ガイドエレメント４５は、マグネットコイル１を周方向で少なくとも部分的に包囲していて、また一方の端部でコア２に、他方の端部で弁座支持体１６に当接していて、かつコア２および弁座支持体１６と、たとえば溶接、ろう接もしくは接着によって結合可能である。コア２と、非磁性の中間部材１２と、弁座支持体１６とは、基本支持構造として内側の金属の弁管、ひいては燃料噴射弁のハウジングを成していて、これらは固く相互結合されていて、全体として、燃料噴射弁の全長にわたって延びている。弁の別の機能群は、弁管の内側に、または弁管の周りに配置されている。弁管のこれらの構成部材は、電磁作動式のユニット、たとえば弁のためのハウジングの古典的な３部分から成る構造部であって、強磁性もしくは磁化可能な２つのハウジング領域を備えており、ハウジング領域は、アーマチュア２７の領域において磁力線を効果的に導くために、非磁性の中間部材１２によって、磁気的に互いに分離されているか、または少なくとも磁気的な絞り箇所を介して相互結合されている。

噴射弁は、大体においてプラスチック射出成形部５１で包囲されており、プラスチック射出成形部５１は、コア２から出発して、軸方向にマグネットコイル１と少なくとも１つのガイドエレメント４５とを介して弁支持体１６まで延びており、ここでは少なくとも１つのガイドエレメント４５は、完全に軸方向および周方向でカバーされている。プラスチック射出成形部５１に、たとえば一緒に射出成形される電気的な接続プラグ５２が含まれる。

図２〜図７に略示した、本発明による、固定の磁気回路素子を製造する方法の方法ステップによって、有利には、様々な使用目的、とりわけ電磁作動式の弁のための、特に簡単かつ安価で薄肉のハウジング６６を製造することができ、ハウジングは、前述の３部分から成る弁管の代用となる。

第１の方法ステップ（図２）では、たとえば円筒形の基本体５５が準備される。基本体５５からハウジング６６が製造される。基本体５５は、磁性材料もしくは磁化可能な材料から成っていて、たとえば強磁性またはフェライトであるか、またはマルテンサイトの材料組織を有している。基本体５５は、先ず中実に形成することができ、たとえば特に多数のハウジング６６を効果的に製造するために、長い棒材料から得られる。基本体５５の材料は、あらゆる場合に、合金組成に基づいて残留オーステナイトとマルテンサイトとを形成する鋼である。材料の合金元素は、オーステナイト安定性の元素Ｃ、Ｎ、ＮｉおよびＭｎである。

磁気回路素子の所望の異なる磁気特性を得るために、基本体５５は、完全に熱処理にさらされ、熱処理は、たとえば硬化、冷凍庫における深冷処理および／または炉５６内の単数または複数回の焼き戻しによって実施することができる（図３）。硬化のあとで、組織は、依然として残留オーステナイト部分から成っていてよく、残留オーステナイトは、後続の熱処理ステップによってマルテンサイトに変態させられる。これに対して選択的に、組織は、堆積された粒子、たとえば炭化物、窒化物または金属間化合物を有するフェライトから成っていてもよい。熱処理は、基本体５５に完全に磁性のマルテンサイトの材料組織が形成されるように行われる（図４）。

次いで局所的に制限して実施される別の熱処理が行われる。このために基本体５５の部分領域は、たとえばレーザ加熱または誘導加熱５７を用いた短時間の熱処理にさらされる（図５）。このようにして基本体５５の材料は、第２の熱処理の部分領域で局所的にオーステナイト化され、均質化され、包囲する材料による基本体５５の冷却もしくは焼き入れのあとで、マルテンサイトの領域５８と、マルテンサイトおよび残留オーステナイトを有する部分領域５９とから成る（図６）。ここでは基本体５５は、異なる組織および磁気特性を有する複数の域から成る。

基本体５５は、次いで最終処理され、固定のハウジング５６は、磁気回路素子として所望の幾何学形状で提供される。本発明に従って製造されるハウジング６６を燃料噴射弁に使用する場合、有利には、ハウジング６６は、製作技術的な手段、たとえばしごき加工、転造加工、据え込み加工、縁曲げ加工および／または縁拡開加工によって特別に成形される。ハウジング６６によって、図１に示した公知の燃料噴射弁において、コア２と中間部材１２と弁座支持体１６とから成る弁管の機能全体を完全に引き受けることができ、したがってたとえば燃料噴射弁の軸方向全長にわたって延在する構成部材が提供される。

中実な基本体５５は、製作技術的な手段によって、たとえば管状のスリーブ形状にもたらされる。中実な基本体５５は、局所的な熱処理の前後に、管状のハウジング６６を形成するための内側の縦開口６０を設けることができる（図７）。

図８には、本発明に従って製造されるハウジング６６を備えた燃料噴射弁の一部を概略的に示しており、ハウジング６６は、薄肉のスリーブとして弁に組み込まれていて、コア２およびアーマチュア２７を、半径方向および周方向で包囲し、この場合ハウジング自体は、マグネットコイル１によって包囲されている。看取されるように、ハウジング６６の、磁気特性で変化された、マルテンサイトおよび残留オーステナイトの部分領域５９は、コア２とアーマチュア２７との間の作業エアギャップ７０の軸方向延伸領域に位置し、これによって磁力線は最適かつ効果的に磁気回路内で導かれる。図１に示した湾曲したガイドエレメント４５の代わりに、外側の磁気回路素子は、たとえばマグネットポット４６として形成されており、この場合マグネットポット４６とハウジング６６との間の磁気回路は、カバーエレメント４７を介して閉じられている。本発明による方法では、比較的大きな肉厚を有するハウジング６６を磁気特性で局所的に変化させることもできるので、磁力に関して、減少された磁気的にアクティブな領域にもかかわらず、比較的高い内圧耐性が保証されている。

図９〜図１３には、本発明による、アーマチュアピン６６’として形成される固定の磁気回路素子を製造する方法の方法ステップを示した。アーマチュアピン６６’の製造は、図７に示したハウジング６６における前述の製造と比較可能に行われる。第１の方法ステップ（図９）では、たとえば比較的細い円筒形の基本体５５’が提供され、基本体５５’から、アーマチュアピン６６’が製造される。基本体５５’は、磁性材料もしくは磁気可能な材料から成っていて、たとえば強磁性またはフェライトであるか、またはマルテンサイトの材料組織を有している。基本体５５’は、たとえば多数のアーマチュアピン６６’を特に効果的に製造するために、長い棒材料から得られる。基本体５５’の材料は、あらゆる場合に合金組成に基づいて残留オーステナイトとマルテンサイトとを形成する鋼である。材料における合金元素は、オーステナイト安定性の元素Ｃ、Ｎ、ＮｉおよびＭｎである。

磁気回路素子の所望の異なる磁気特性を得るために、基本体５５’は、完全に熱処理にさらされ、熱処理は、たとえば硬化、冷凍庫内での深冷処理または炉５６内での単数または複数回の焼き戻しによって行うことができる（図１０）。硬化したあとで、組織は、依然として残留オーステナイト部分から成っていてよく、残留オーステナイトは、後続の熱処理ステップによってマルテンサイトに変態させられる。これに対して選択的に、組織は、堆積された粒子、たとえば炭化物、窒化物または金属間化合物を有するフェライトから形成してもよい。熱処理は、基本体５５’に完全に磁性のマルテンサイトの材料組織が形成されるように行われる（図１１）。

次いで専ら基本体５５’の縁部領域の表面において磁気特性の変化をもたらす別の熱処理が行われる。このために基本体５５’の表面は、レーザ加熱または誘導加熱５７を用いた短時間の熱処理にさらされる（図１２）。このようにして基本体５５’の材料は、表面で局所的にオーステナイト化され、均質化され、包囲する材料による基本体５５’の冷却もしくは焼き入れのあとで、マルテンサイトの内側の領域５８’と、マルテンサイトおよび残留オーステナイトの外側の縁部領域５９’ から成る（図１３）。ここでは、基本体５５’もしくはアーマチュアピン６６’は、異なる組織および磁気特性を有する複数の域から成る。

必要な場合、基本体５５’は、次いで最終加工され、固定のアーマチュアピン６６’が磁気回路素子として所望の幾何学形状で提供される。図１４には、本発明に従って製造されるアーマチュアピン６６’を備えたプランジャ型アーマチュア構造における磁気回路の一部を概略的に示しており、アーマチュアピン６６’は、マグネットコイル１を包囲するマグネットポット４６を通って進入し、そこで摺動可能である。プランジャ型アーマチュア磁気回路では、外側の縁部領域５９’が残留オーステナイトを有するアーマチュアピン６６’によって、電磁弁の動力学および磁力が改善される。コーティング法、たとえば浸炭窒化法は省略することができる。

図１５には、本発明に従って製造されるアーマチュアプレート６６’を備えたフラット型アーマチュア構造の磁気回路の一部を概略的に示した。製造原理は、ハウジング６６もしくはアーマチュアピン６６’を製造するための前述の方法ステップと比較可能である。局所的な第２の熱処理は、フラットでプレート状の基本体の片側で、レーザ加熱または誘導加熱を用いた短時間の加熱処理が実施されるように行われる。このようにして基本体の材料は、この側で、局所的にオーステナイト化され、均質化され、包囲する材料による基本体の冷却もしくは焼き入れのあとで、マルテンサイトの領域５８’’と、マルテンサイトおよび残留オーステナイトを有する、マグネットコイル１に向いた側の縁部領域５９’’とから成る。アーマチュアプレート６６’は、異なる組織と磁気特性とを有する域から成る。

そのようなアーマチュアプレート６６’’によって、フラット型アーマチュアマグネット回路に追加エアギャップを形成することができる。この縁部領域５９’’における追加エアギャップは、マグネットポット４６にアーマチュアプレート６６’’が付着するのを防止するため、磁気回路における規定の残留エアギャップを形成するため、または摩擦防止手段を有するエアギャップとして用いるために、使用することができる。

本発明は、燃料噴射弁またはアンチブロックシステムのための電磁弁における使用に制限されるものではなく、様々な利用範囲における電磁作動式のあらゆる弁に関し、異なる磁性の複数の域が相前後して必要であるユニットにおける固定のあらゆるハウジングに関する。

Claims (7)

1. 電磁作動式の弁のための固定の磁気回路素子（６６，６６’，６６’’）を製造する方法において、
   磁気回路素子（６６，６６’，６６’’）は、少なくとも２つの域を有しており、直に上下に並んで位置する２つの域は、異なる磁気特性を有しており、
   以下の方法ステップ：
   ａ）磁性材料もしくは磁気可能な材料から成る基本体（５５，５５’）を提供し、
   ｂ）基本体（５５，５５’）に第１の完全な熱処理を施し、
   ｃ）マルテンサイトの基本体（５５，５５’）内に、マルテンサイトと残留オーステナイトとから成る組織を有する部分領域（５９）もしくは縁部領域（５９，５９’）を形成するために、基本体（５５，５５’）に局所的な第２の熱処理を施し、
   ｄ）磁気回路素子（６６，６６’，６６’’）として完成加工された基本体（５５，５５’）を磁気回路に組み込む
   方法ステップを有しており、
   基本体（５５，５５’）を、中実なピンまたはプレートとして提供し、
   基本体（５５，５５’）の局所的な第２の熱処理を、基本体（５５，５５’）の材料が表面で局所的にオーステナイト化され均質化されるように行い、
   次いで、中実なアーマチュアピン（６６’）またはフラットなアーマチュアプレート（６６’’）として磁気回路に組み込むことを特徴とする、電磁作動式の弁のための固定の磁気回路素子を製造する方法。
2. 基本体（５５，５５’）は、強磁性であるか、またはフェライトまたはマルテンサイトの材料組織を有している、請求項１記載の方法。
3. 基本体（５５，５５’）の第１の熱処理を、硬化、冷凍庫内の深冷処理、もしくは炉（５６）内の単数または複数回の焼き戻しによって行う、請求項１または２記載の方法。
4. 基本体（５５，５５’）の局所的な第２の熱処理を、レーザ加熱または誘導加熱（５７）によって行う、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 基本体（５５，５５’）に局所的な第２の熱処理を施したあとで、形成された基本体（５５，５５’）の最終加工を、磁気回路素子（６６，６６’，６６’’）の所望の幾何学形状が得られるまで行う、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 基本体（５５，５５’）の最終加工を、しごき加工、転造加工、据え込み加工、縁曲げ加工および／または縁拡開加工によって行う、請求項５載の方法。
7. 包囲する材料による基本体（５５’）の冷却もしくは焼き入れのあとで、基本体（５５’）が、マルテンサイトの領域（５８’，５８’’）と、マルテンサイトおよび残留オーステナイトの縁部領域（５９’，５９’’）から成る、請求項１項記載の方法。

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