JP2016031293A - 磁気シールド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性がよく、低コスト化を図ることができるとともに、寸法精度に優れた磁気シールド及びその製造方法を提供する。【解決手段】磁気シールド４０は、電流が流れる電流路２０と電流路２０に流れる電流を検出する磁気検出素子３０とを囲むシールド部４２，４３を備えている。シールド部４２，４３は、少なくとも２枚の磁性板材４１が積層され、積層された磁性板材４１が曲げ加工された曲げ加工部４４と、曲げ加工部４４の所定の箇所を塑性変形させて一括してかしめられたかしめ部４５とを有している。【選択図】図１

Description

本発明は、磁気シールド及びその製造方法に係り、特に、導体に流れる電流を検出する電流センサに用いられる磁気シールド及びその製造方法に関する。

導体に流れる電流が発生する磁束を計測することで、導体の通電電流を検出する電流センサが提案されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。

上記特許文献１及び２に記載された従来の電流センサは、一辺にギャップが設けられた環状のコアを備えている。コアは、一定の方向に磁化容易軸を有する方向性電磁鋼板からなる。コアの中空部には、導電線又はバスバー等の導体が挿通して設けられており、検出素子をコアのギャップ中に配置することで、コアに生じる磁束変化を電流として検出する構成となっている。

上記特許文献１記載の電流センサに用いられるコアは、次の（１）〜（４）の製造工程を経て製造される。

（１）４つの角部に凹凸状の取付部を有する第１のコア部材をプレスにより抜き取る工程、
（２）４つの角部に凹凸状の取付部を有する第２のコア部材をプレスにより抜き取る工程、
（３）先に抜き取られた第１のコア部材に第２のコア部材を押し込むことにより、第１のコア部材の取付部の凹部に第２のコア部材の取付部の凸部を圧入して、第１のコア部材と第２のコア部材とを結合する工程、及び
（４）上記（１）〜（３）の工程を繰り返すことにより、第１のコア部材と第２のコア部材とを積層する工程。

一方、上記特許文献２記載の電流センサに用いられるコアは、次の（１）〜（６）の製造工程を経て製造される。

（１）芯棒にシート状の方向性電磁鋼板を環状に巻くことで積層する工程、
（２）積層された方向性電磁鋼板の所定の箇所にスポット溶接する工程、
（３）芯棒を取り出すことで環状に巻かれた積層コアを形成する工程、
（４）環状の積層コアに焼鈍を行う工程、
（５）環状の積層コアに接着剤を含浸させ、乾燥させることで固着する工程、及び
（６）固着された環状の積層コアを２つに分割する工程。

特開２０１１−４３４２２号公報 特開２０１３−１４８５１３号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の電流センサに用いられるコアの製造方法は、方向性電磁鋼板の一枚ずつに凹凸状の取付部を形成し、多数枚の方向性電磁鋼板を重ね合わせることにより、一体のコア形状を形成する上記（１）〜（３）の工程を繰り返さなければ、コアを大量生産することはできない。そのため、製造効率向上の観点から有効な製造方法であるとは言い難い。

一方、上記特許文献２記載の電流センサに用いられるコアの製造方法にあっては、環状に巻かれた積層コアの内外径の寸法精度がばらつき、一回の工程で得られる製品の量も少ない。コアを大量生産するには、多大な労力、手間、及び時間がかかり、低コスト化が阻害されるという点では、上記特許文献１記載のコアの製造方法とは変わるところはない。

従って、本発明の目的は、生産性がよく、低コスト化を図ることができるとともに、寸法精度に優れた磁気シールド及びその製造方法を提供することにある。

［１］本発明は、電流が流れる電流路と前記電流路に流れる電流を検出する磁気検出素子とを囲むシールド部を備え、前記シールド部は、少なくとも２枚の磁性板材が積層され、前記積層された磁性板材が曲げ加工された曲げ加工部と、前記曲げ加工部の所定の箇所を塑性変形させて一括してかしめられたかしめ部とを有していることを特徴とする磁気シールドにある。

［２］上記［１］記載の前記曲げ加工部は、相対する長尺帯状の側壁部の一側端同士が連結壁部をもって折り曲げ形成された構造を有していることを特徴とする。

［３］上記［１］又は［２］記載の前記かしめ部は、前記曲げ加工部の両端縁部の所定の箇所を塑性変形させて一括してかしめられた構造を有していることを特徴とする。

［４］本発明は更に、少なくとも２枚の長尺帯状の磁性板材を積層する工程と、前記積層した磁性板材の長手方向にわたって複数の曲げ加工部を折り曲げ形成する工程と、前記複数の曲げ加工部の所定の箇所を一括してかしめる工程と、前記複数の曲げ加工部を所定の長さに切断する工程と、を含む磁気シールドの製造方法を提供する。

本発明によると、簡単な構成でありながら、寸法精度に優れた磁気シールドと、生産性がよく、低コスト化が図れる磁気シールドの製造方法とが得られる。

本発明に好適な第１の実施の形態に係る磁気シールドを備えた電流センサを説明するための模式図である。 第１の実施の形態に係る磁気シールドの斜視模式図である。 第１の実施の形態に係る磁気シールドの製造方法を説明するための模式図（ａ）〜（ｅ）である。 第２の実施の形態に係る磁気シールドを説明するための斜視模式図（ａ）であり、磁気シールドのかしめ部を拡大して示す斜視模式図（ｂ）である。 第３の実施の形態に係る磁気シールドを説明するための斜視模式図である。 第４の実施の形態に係る磁気シールドを説明するための斜視模式図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。

［第１の実施の形態］
（電流センサの構成）
図１において、全体を示す符号１０は、この第１の実施の形態における典型的な磁気シールドを備えた電流センサを模式的に示している。この電流センサ１０は、例えばハイブリッド車や電気自動車における駆動モータとバッテリー等の外部装置とに流れる電流の大きさを検出するために用いられる。

電流センサ１０は、図１に示すように、電流が流れるバスバー又はケーブル等の電流路２０と、電流路２０に流れる電流が発生する磁界を検出する磁気検出素子３０と、電流路２０及び磁気検出素子３０を囲む磁気シールド４０とを備えている。

磁気検出素子３０としては、例えば増幅器等の電子部品が集積回路としてパッケージ化されたホールＩＣ、又はパッケージ化された磁気抵抗ＩＣ等が用いられる。磁気シールド４０の素材としては、例えば珪素鋼板からなる方向性電磁鋼板や無方向性電磁鋼板等の磁性板材（以下、「電磁鋼板」という。）が用いられる。

磁気検出素子３０は、図示しない基板に実装されている。基板には、磁気検出素子３０からの出力を処理する処理回路に電気的に接続された接続端子を有するコネクタが設けられている。コネクタは、図示しない制御ユニットなどの外部装置に電気的に接続されるようになっている。

磁気シールド４０は、図１及び図２に示すように、電流による磁界以外の外乱磁界の影響を低減させるために用いられるものである。磁気シールド４０は、少なくとも２枚以上の電磁鋼板４１を積層して折り曲げ形成されている。

磁気シールド４０は、図１及び図２に示すように、相対する長尺帯状の側壁部４２，４２の一側端同士が連結壁部４３をもって折り曲げ形成された略Ｕ字状の曲げ加工部４４を有している。曲げ加工部４４は、磁気シールド４０のシールド部として構成されている。曲げ加工部４４の端縁部の所定の箇所には、かしめ部４５が形成されており、かしめ部４５により、各電磁鋼板４１が相対変位不能に固定されている。

図示例によるかしめ部４５は、各電磁鋼板自体に加工された凹凸状のかしめ部を嵌め合わせて圧入するカシメ部ではない。この第１の実施の形態では、積層した各電磁鋼板４１の端縁部の所定の箇所を塑性変形させて、一括してかしめることで、かしめ部４５が形成される。

かしめ部４５としては、磁気シールド４０における側壁部４２の両端縁部の先端寄り位置と連結壁部４３の両端縁部の中間位置とを塑性変形させることで、一括してかしめることが好適である。これらの端縁部の所定の箇所は、板厚の内方に向けて狭まった略楔状の断面形状となっている。

（磁気シールドの製造方法）
以上のように構成された磁気シールド４０は、以下の製造方法により効率的に製造される。磁気シールド４０を製造する方法は、図３（ａ）〜（ｅ）に示すように、３枚の長尺帯状の電磁鋼板４１，…，４１を積層する工程と、積層した各電磁鋼板４１を波状に曲げ加工する工程と、曲げ加工した各電磁鋼板４１をかしめ加工する工程と、曲げ加工した各電磁鋼板４１を切断する工程とを含む一連の工程により効果的に達成される。

（積層工程）
磁気シールド４０を製造するにあたっては、先ず、図３（ａ）に示すように、所定の長さ及び幅の３枚の長尺帯状の電磁鋼板４１が重ね合わされて積層される。３枚の電磁鋼板４１からなる磁性板材の厚みは、例えば約１ｍｍ程度としている。

（折り曲げ工程）
図３（ｂ）において、図示しない上型と下型とにより、積層した長尺帯状の各電磁鋼板４１が長手方向にわたって波状に曲げ加工される。これにより、相対する長尺帯状の側壁部４２の一側端同士が連結壁部４３をもって折り曲げられた略Ｕ字状の複数の曲げ加工部４４が形成される。

（かしめ工程）
図３（ｃ）において、各曲げ加工部４４における側壁部４２の両端縁部の先端寄り位置と連結壁部４３の両端縁部の中間位置とをプレスして塑性変形させ、一括してかしめることで、３枚の電磁鋼板４１が一体に固定される。これにより、３枚の電磁鋼板４１が一体の形状を確保する。

かしめ加工は、図３（ｄ）に示すように、かしめ治具５０の押圧面５１により、各曲げ加工部４４の鋼板積層端面を略水平方向からプレスする。かしめ治具５０における連結壁部４３と対応する押圧面５１を斜め構造にすることで、かしめ治具５０の水平方向からのプレスにより、鋼板積層端面が垂直方向内方に向けて塑性変形してかしめられたかしめ部４５が形成される。

（切断工程）
図３（ｅ）において、各曲げ加工部４４の側壁部４２を切断線ＣＬに沿って所定の長さに切断することで、電磁鋼板４１が多数の曲げ加工部４４に分離される。必要に応じて、切断した曲げ加工部４４には、焼鈍処理が施される。焼鈍処理により、電磁鋼板４１内の歪を取り除いて磁気特性が安定化され、曲げ加工部４４の形状が矯正される。

なお、積層した長尺帯状の電磁鋼板４１を波状に曲げ加工する際に、曲げ加工部４４における側壁部４２の両端縁部の先端寄り位置と連結壁部４３の両端縁部の中間位置とを一括してかしめることができることは勿論である。積層した曲げ加工部４４を一括してかしめるようにしたので、積層した長尺帯状の電磁鋼板４１を折り返す際に、各電磁鋼板４１が互いに剥離してしまうことはなく、各電磁鋼板４１の鋼板積層端面に隙間を生じることを防止することができる。

以上の工程により、一回の製造プロセスで、電磁鋼板４１の曲げ加工部４４を多数個取りすることができる。従って、多数個の独立した磁気シールド４０を効率的に製造することが可能となる。

（第１の実施の形態の効果）
以上のように構成された磁気シールド４０を採用することで、上記効果に加えて以下の効果が得られる。

（１）積層した多数枚の電磁鋼板４１の所定の箇所を塑性変形させてかしめているため、電磁鋼板の一枚ずつに形成した通常の凹凸状かしめ部をかしめる磁気シールドと比べて、磁気性能に優れた磁気シールド４０を提供することができる。
（２）かしめ部４５の配置位置を電磁鋼板４１の端縁部に設定し、磁気回路を形成する最短経路上にかしめ部４５を配置しない構成とすることで、磁気性能への影響を少なくすることができる。
（３）溶接や溶着等により固定する場合に比べて、少ない工数で多数枚の電磁鋼板４１を低コストで強固に固定することができる。
（４）電磁鋼板４１の所定の箇所を塑性変形させて一括してかしめることで、シールド形状を矯正する効果も付随的に得られるため、寸法精度のよい磁気シールド４０を得ることができる。
（５）電磁鋼板４１を搬送する工程で製造可能であり、安価な磁気シールド４０を得ることができる。

［第２の実施の形態］
図４（ａ）及び（ｂ）を参照すると、これらの図には、第２の実施の形態に係る磁気シールド４０の一構成例が模式的に例示されている。

（磁気シールドの構造）
上記第１の実施の形態では、磁気シールド４０の端縁部にかしめ部４５を形成した構成であったものを、この第２の実施の形態にあっては、磁気シールド４０の端縁部内面にかしめ部４５を形成した点で上記第１の実施の形態とは異なっている。従って、上記第１の実施の形態で用いた部材符号と同じ部材符号を用いることで、その部材に関する詳細な説明は省略する。

磁気シールド４０の端縁部内面に形成されたかしめ部４５としては、積層した長尺帯状の電磁鋼板４１を長手方向にわたって波状に曲げ加工すると同時に形成することができる。かしめ部４５は、磁気シールド４０における側壁部４２の両端縁部内面の先端寄り位置と、連結壁部４３の両端縁部内面の中間位置とに形成されており、これらの端縁部内面が板厚方向に向けて凹状の断面形状となっている。

（第２の実施の形態の効果）
第２の実施の形態に係る磁気シールド４０にあっても、塑性変形によるかしめ加工により多数枚の電磁鋼板４１を密に接合することができる。

［第３の実施の形態］
図５を参照すると、同図には、第３の実施の形態に係る磁気シールド４０の一構成例が模式的に例示されている。

（磁気シールドの構造）
この第３の実施の形態にあっては、磁気シールド４０の両端縁部にかしめ片４６を形成した構成を除いて、他の構成は上記各実施の形態と実質的に同様の構成を備えている。従って、上記各実施の形態で用いた部材符号と同じ部材符号を用いることで、その部材に関する詳細な説明は省略する。

かしめ片４６は、最内周の電磁鋼板４１と対応する磁気シールド４０の側壁部４２の先端寄りの両端縁部と連結壁部４３の両端縁部とに形成されている。かしめ片４６は、３つの電磁鋼板４１のうち、最下部に積層配置される電磁鋼板４１を打ち抜き加工することで形成される。かしめ片４６に治具を当てて、かしめ片４６を内側に倒すようにプレスすることで塑性変形させ、磁気シールド４０が一括してかしめ固定されている。

（第３の実施の形態の効果）
第３の実施の形態に係る磁気シールド４０にあっても、塑性変形によるかしめ加工により多数枚の電磁鋼板４１を密に接合することができる。

［第４の実施の形態］
図６を参照すると、同図には、第４の実施の形態に係る磁気シールド４０の一構成例が模式的に例示されている。

（磁気シールドの構造）
この第４の実施の形態にあっては、磁気シールド４０の両端縁部内面にかしめ用孔４７を貫通して形成した構成を除いて、他の構成は上記各実施の形態と実質的に同様の構成を備えている。従って、上記各実施の形態で用いた部材符号と同じ部材符号を用いることで、その部材に関する詳細な説明は省略する。

第４の実施の形態では、かしめ用孔４７とリベット４８とがかしめ部として構成される。磁気シールド４０における側壁部４２の両端縁部内面の先端寄り位置と、連結壁部４３の両端縁部内面の中間位置とには、かしめ用孔４７が貫通して形成されている。かしめ用孔４７を有する３枚の電磁鋼板４１を互いに重ね合わせて積層し、各かしめ用孔４７にリベット４８の軸部を挿入し、この軸部の先端部が押し潰されることで、３枚の電磁鋼板４１がリベットかしめにより一括して固定される。

（第４の実施の形態の効果）
第４の実施の形態に係る磁気シールド４０にあっても、塑性変形によるかしめ加工により多数枚の電磁鋼板４１を密に接合することができる。

［変形例］
本発明における磁気シールド４０は、次に示すような変形例も可能である。

磁気シールド４０としては、電流路２０を流れる電流により発生した磁束を集磁するコアに適用することができる。

磁気シールド４０の側壁部４２の板間隔、磁気検出素子３０及び磁気シールド４０の間隔などについては、磁気検出素子３０の仕様に応じて適宜に選択すればよい。

磁気シールド４０のかしめ部の配置位置、配置個数や形状などについては、磁気シールド４０の磁気性能、強度等に応じて適宜に選択可能である。

車両のモータやバッテリーに接続される電路以外の他の電路に適用することができる。

以上の説明からも明らかなように、本発明に係る代表的な各実施の形態、変形例及び図示例を例示したが、上記各実施の形態、変形例及び図示例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。従って、上記各実施の形態、変形例及び図示例の中で説明した特徴の組合せの全てが本発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１０…電流センサ、２０…電流路、３０…磁気検出素子、４０…磁気シールド、４１…電磁鋼板、４２…側壁部、４３…連結壁部、４４…曲げ加工部、４５…かしめ部、４６…かしめ片、４７…かしめ用孔、４８…リベット、５０…かしめ治具、５１…押圧面、ＣＬ…切断線

Claims (4)

1. 電流が流れる電流路と前記電流路に流れる電流を検出する磁気検出素子とを囲むシールド部を備え、
   前記シールド部は、少なくとも２枚の磁性板材が積層され、前記積層された磁性板材が曲げ加工された曲げ加工部と、前記曲げ加工部の所定の箇所を塑性変形させて一括してかしめられたかしめ部とを有していることを特徴とする磁気シールド。
2. 前記曲げ加工部は、相対する長尺帯状の側壁部の一側端同士が連結壁部をもって折り曲げ形成された構造を有していることを特徴とする請求項１記載の磁気シールド。
3. 前記かしめ部は、前記曲げ加工部の両端縁部の所定の箇所を塑性変形させて一括してかしめられた構造を有していることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気シールド。
4. 少なくとも２枚の長尺帯状の磁性板材を積層する工程と、
   前記積層した磁性板材の長手方向にわたって複数の曲げ加工部を折り曲げ形成する工程と、
   前記複数の曲げ加工部の所定の箇所を一括してかしめる工程と、
   前記複数の曲げ加工部を所定の長さに切断する工程と、
   を含む磁気シールドの製造方法。

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