JP2017157790A - 電磁弁用コアの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁性材料製のコア本体部の軸方向中間部に非磁性材料製の磁気抵抗部を有する電磁弁用コアを、磁気抵抗部が平滑な内周面を有するように製造可能とする。
【解決手段】電磁弁用コアの製造方法は、環状溝２５を有する磁性材料製の粗部材２０を準備する準備工程と、非磁性材料からなる充填材２８を環状溝２５に充填する充填工程と、充填材２８の周辺気圧を上昇させる加圧工程と、充填材２８を固化させる固化工程と、環状溝２５内で固化した充填材２８を内周面に露出させる切削工程とを含む。
【選択図】図１０

Description

本発明は、電磁弁用コアの製造方法に関する。

例えば油圧制御用の調圧弁や、油圧回路の流路切替弁等に、電磁弁が用いられている。電磁弁は、固定コアと、固定コアの径方向外側に配置された筒状コイルと、固定コアの径方向内側に配置された可動コアとを備える。電磁弁は、固定コアの周囲に設けられた筒状コイルに通電することによって発生する磁力を利用して可動コアを軸方向に移動させ、その可動コアの軸方向移動に伴って弁の開閉を行う。このため、電磁弁の性能を向上させるためには、固定コアの磁気特性を向上させる必要がある。

固定コア（電磁弁用コア）の磁気特性を向上させる目的で、例えば特開２０１５−１４２００２号公報（特許文献１）に開示されているように、磁性材料製のコア本体部の軸方向中間部に非磁性材料製の磁気抵抗部を設けることが公知である。この特許文献１の電磁弁用コアは、磁性材料製の粗部材に環状溝を形成し、その環状溝に非磁性材料からなるワイヤ部材を嵌め込み、減圧状態で加熱してワイヤ部材を溶融させて環状溝内に充填させ、冷却後に切削加工を施して製造されている。

特許文献１には、高真空状態で加熱することで磁気抵抗部の内部におけるボイドの発生が防止されると記載されている（特許文献１の段落００１２を参照）。しかし、真空中であっても、母材である粗部材側に錆や汚れ等が残留していると、粗部材と溶融したワイヤ部材との境界部位にボイドが発生する場合があった。粗部材に由来するコア本体部とワイヤ部材に由来する磁気抵抗部との接合部位にボイドが残留すると、切削後に磁気抵抗部の内周面にボイドが現出するため好ましくない。

特開２０１５−１４２００２号公報

磁性材料製のコア本体部の軸方向中間部に非磁性材料製の磁気抵抗部を有する電磁弁用コアを、磁気抵抗部が平滑な内周面を有するように製造可能とすることが望まれている。

本開示に係る電磁弁用コアの製造方法は、
磁性材料を用いて円筒状又は円柱状に形成されており、外周面から軸心側に向かって窪むとともに周方向に連続する環状溝を軸方向中間部に有する粗部材を準備する準備工程と、
前記粗部材よりも低融点の非磁性材料からなる充填材を、溶融状態として前記環状溝に充填する充填工程と、
前記充填材が溶融状態の間に前記充填材の周辺気圧を上昇させる加圧工程と、
前記加圧工程の開始後、前記充填材を当該充填材の融点以下に冷却して固化させる固化工程と、
前記固化工程の後、前記粗部材における少なくとも軸心側の部分を切削して、前記環状溝内で固化した前記充填材を切削後の内周面に露出させる切削工程と、
を含む。

この構成によれば、準備工程、充填工程、固化工程、及び切削工程を経ることで、磁性材料製のコア本体部の軸方向中間部に非磁性材料製の磁気抵抗部を有する電磁弁用コアを製造することができる。このとき、充填材が溶融状態の間に加圧工程を実施して充填材の周辺気圧を上昇させることで、仮に充填工程において粗部材と溶融した充填材との境界部位にボイドが発生したとしても、当該ボイドを圧縮してその容積を小さくすることができる。このため、切削工程の後に最終的に得られる電磁弁用コアにおける、充填材に由来する磁気抵抗部にはボイドがほとんど残留せず、或いは仮に残留したとしても非常に小さいものとなる。従って、磁性材料製のコア本体部の軸方向中間部に非磁性材料製の磁気抵抗部を有する電磁弁用コアを、磁気抵抗部が平滑な内周面を有するように製造することができる。

本開示に係る技術のさらなる特徴と利点は、図面を参照して記述する以下の例示的かつ非限定的な実施形態の説明によってより明確になるであろう。

実施形態に係る電磁弁の断面図 準備工程における粗部材の断面図 準備工程における粗部材及び充填材の斜視図 準備工程における粗部材及び充填材の断面図 固定コアの製造方法の工程フロー図 固定コアの製造における温度及び圧力プロファイル 充填工程における粗部材及び充填材の断面図 減圧工程における粗部材及び充填材の断面図 減圧工程後の粗部材及び充填材の断面図 加圧工程における粗部材及び充填材の断面図 切削工程における切削部分を示す説明図 固定コアの断面図 固定コアの別態様での製造における温度及び圧力プロファイル 固定コアの別態様での製造における温度及び圧力プロファイル

電磁弁用コアの製造方法の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態では、電磁弁１００の一種である電磁スプール弁に備えられる固定コア１の製造を例として説明する。

図１に示すように、本実施形態の電磁弁１００は、ソレノイド部ＳＬと、当該ソレノイド部ＳＬによって駆動されるとともに油圧を調圧して出力するバルブ部ＶＬとを備えている。ソレノイド部ＳＬは、固定コア１と、固定コア１の径方向外側に配置された筒状コイル３と、固定コア１の径方向内側に配置された可動コア（プランジャ）４とを備えている。固定コア１、筒状コイル３、及び可動コア４は、有底筒状のケース５内に収容されている。ソレノイド部ＳＬは、筒状コイル３に通電することによって発生する磁力を利用して可動コア４を軸方向Ｌに移動させる電磁駆動装置として構成されている。固定コア１、可動コア４、及びケース５は、磁性材料を用いて形成されている。本実施形態では、固定コア１が「電磁弁用コア」に相当する。

固定コア１は、磁性材料を用いて円筒状に形成されたコア本体部１０と、このコア本体部１０の軸方向Ｌの一方の端部から径方向に延びるフランジ部１３とを備えている。以下の説明では、固定コア１のコア本体部１０におけるフランジ部１３が設けられた側を軸方向Ｌの「フランジ側Ｌｆ」と言い、それとは反対側のフランジ部１３が設けられていない側を「軸端側Ｌｅ」と言う。本実施形態では、フランジ側Ｌｆが「軸方向第一側」に相当し、軸端側Ｌｅが「軸方向第二側」に相当する。コア本体部１０は、軸方向Ｌに分割されており、軸端側Ｌｅに配置された第一筒状部１１とフランジ側Ｌｆに配置された第二筒状部１２とを備えている。第一筒状部１１と第二筒状部１２とは同軸状に配置されている。第二筒状部１２における第一筒状部１１とは反対側の端部に、フランジ部１３が設けられている。

可動コア４は、その外周面が固定コア１の第一筒状部１１の内周面に接する状態で、第一筒状部１１の径方向内側に配置されている。可動コア４は、第一筒状部１１の内周面に摺接しつつ軸方向Ｌに沿って移動自在となっている。可動コア４のフランジ側Ｌｆの端面には、円柱状部材からなるシャフト４５が当接している。シャフト４５は、その外周面が固定コア１の第二筒状部１２の内周面に接する状態で、第二筒状部１２の径方向内側に配置されている。シャフト４５は、第二筒状部１２の内周面に摺接しつつ軸方向Ｌに沿って移動自在となっている。

バルブ部ＶＬは、円筒状のスリーブ６と、スリーブ６の内部に配置されたスプール７と、スリーブ６のソレノイド部ＳＬとは反対側の端部に固定されたエンドプレート８と、スプール７とエンドプレート８との間に配置されたスプリング９とを備えている。スリーブ６には、入力ポートや出力ポート、ドレンポート、フィードバックポート等の各種ポートが形成されている。スリーブ６は、ソレノイド部ＳＬ側の端部において、ケース５に固定（本例ではかしめ固定）されている。

スプール７は、その外周面がスリーブ６の内周面に接する状態で、スリーブ６の径方向内側に配置されている。スプール７のソレノイド部ＳＬ側の端面には、シャフト４５が当接している。スプール７は、スプリング９によってソレノイド部ＳＬ側に付勢されているとともに、筒状コイル３に通電された際の可動コア４の軸方向移動に連動して、スプリング９の付勢力に抗して軸方向Ｌにおけるエンドプレート８側に向かって移動自在となっている。本実施形態の電磁弁（電磁スプール弁）１００は、例えば車両用駆動装置に備えられる摩擦係合装置の油圧制御用のリニアソレノイドバルブとして用いられる。

かかる構成の電磁弁１００の性能を向上させるためには、固定コア１の磁気特性を向上させる必要がある。そこで、本実施形態の固定コア１は、コア本体部１０における軸方向Ｌの中間部に磁気抵抗部１８を備えている。磁気抵抗部１８は、周方向に連続する環状に形成されている。磁気抵抗部１８は、非磁性材料を用いて形成されている。磁気抵抗部１８は、コア本体部１０を構成する第一筒状部１１と第二筒状部１２とを接続するように、第一筒状部１１と第二筒状部１２との間に設けられている。本実施形態では、磁気抵抗部１８は、コア本体部１０の内周面１０ａ及び外周面１０ｂの両方に露出する状態に設けられている（図１２を参照）。

固定コア１の製造方法は、準備工程Ｓ１と、充填工程Ｓ４と、加圧工程Ｓ６と、固化工程Ｓ７と、切削工程Ｓ１０とを含む（図５及び図６を参照）。本実施形態では、固定コア１の製造方法は、予加熱工程Ｓ２と、保温工程Ｓ３と、減圧工程Ｓ５と、磁気焼鈍工程Ｓ８と、冷却工程Ｓ９とをさらに含む。準備工程Ｓ１、予加熱工程Ｓ２、保温工程Ｓ３、充填工程Ｓ４、固化工程Ｓ７、磁気焼鈍工程Ｓ８、冷却工程Ｓ９、及び切削工程Ｓ１０は、記載の順に実施される。また、減圧工程Ｓ５は充填工程Ｓ４中に当該充填工程Ｓ４と並行して実施され、加圧工程Ｓ６は減圧工程Ｓ５の後に充填工程Ｓ４と固化工程Ｓ７とに亘って当該充填工程Ｓ４及び固化工程Ｓ７と並行して実施される。

図２に示すように、準備工程Ｓ１では、固定コア１（具体的には、コア本体部１０及びフランジ部１３）の元となる粗部材２０を準備する。準備工程Ｓ１では、最終的に得られる固定コア１よりもひと回り大きい外形形状を有する粗部材２０を準備する。粗部材２０は、磁性材料を用いて形成されている。「磁性材料」とは、いわゆる強磁性材料のことであり、本実施形態では透磁率が高い軟磁性材料である。粗部材２０は、例えば、フェライト系ステンレス鋼や析出硬化系ステンレス鋼等のステンレス鋼、磁性軟鉄、鉄−ニッケル系合金、機械構造用炭素鋼鋼材等を用いて形成することができる。粗部材２０は、中空部を有する円筒状に形成されていても良いし、中空部を有さない円柱状（棒状）に形成されていても良い。

本実施形態では、粗部材２０は、円筒状に形成された筒状本体部２１と、この筒状本体部２１の軸方向Ｌの一方の端部から径方向に延びるフランジ部２３とを備えている。粗部材２０は、筒状本体部２１の軸方向Ｌの中間部に、外周面２０ｂから軸心Ｘ側に向かって窪む環状溝２５を有している。環状溝２５は、軸心Ｘ側に向かって窪むように形成されているだけであり、軸心Ｘ側の空間には連通していない。環状溝２５は、周方向に連続するように形成されている。

環状溝２５の形状は、周方向全域に亘って一様となっている。本実施形態では、環状溝２５は、直角台形状の縦断面形状を有するように形成されている。環状溝２５は、軸方向Ｌに互いに対向する第一側面２５ａ及び第二側面２５ｂと、これら両側面２５ａ，２５ｂから連なる底面２５ｃとによって区画形成されている。第一側面２５ａは、特定の軸方向位置において径方向に平行に延びるように形成されている。底面２５ｃは、特定の径方向位置において軸方向Ｌに平行に延びるように形成されている。第二側面２５ｂは、第一側面２５ａよりもフランジ側Ｌｆの所定の軸方向領域において、径方向に対して傾斜して延びる部分を有するように形成されている。本実施形態では、第二側面２５ｂは、フランジ側Ｌｆに向かうに従って径方向外側に向かう傾斜面を有するように形成されている。なお、第二側面２５ｂは、径方向に対して傾斜して延びる部分に加え、図２に示すように径方向に平行に延びる部分をも有するように形成されても良い。

粗部材２０は、例えば鍛造、鋳造、切削、及びこれらの組み合わせ等によって形成することができる。

本実施形態では、図３に示すように、準備工程Ｓ１において、粗部材２０に加え、固定コア１（具体的には磁気抵抗部１８）の元となる充填材２８を準備する。充填材２８は、非磁性材料を用いて形成されている。「非磁性材料」とは、磁性材料に比べて磁界によって磁化しにくい材料のことであり、弱磁性材料を含む概念として用いる。本実施形態では、非磁性材料として透磁率が小さい材料を用いる。また、充填材２８は、粗部材２０を構成する材料よりも低融点の材料を用いて形成されている。充填材２８は、例えば純銅、銅合金、純銀、及び銀合金等を用いて形成することができる。粗部材２０の構成材料と充填材２８の構成材料との好ましい組み合わせの一例としては、磁性軟鉄と純銅との組み合わせが挙げられる。これらは、入手が容易であるとともに、膨張係数が互いに近い値であるため熱膨張・収縮による接合面への影響が小さく抑えられる。

充填材２８は、例えば予めワイヤ状に形成されたものを粗部材２０の環状溝２５の周方向長さに応じて切断して得ることができる。その後、ワイヤ状の充填材２８の両端部を突き合わせて環状に成形して、その環状の充填材２８を粗部材２０の環状溝２５に嵌め込む。なお、ワイヤ状の充填材２８を環状に成形しながら環状溝２５に嵌め込んだ後に、環状溝２５の周方向長さに応じて充填材２８を切断しても良い。その後、必要に応じて、ロール圧延機やプレス機等を用いて、環状溝２５内で充填材２８を圧縮しても良い。

このようにして準備された粗部材２０及び充填材２８が、後工程に供される。このとき、粗部材２０及び充填材２８は、図４に示すように、粗部材２０の軸心Ｘが上下方向（鉛直方向）に沿い、且つ、フランジ部２３が上側に位置するように起立した姿勢で、後工程に供される。この場合、環状溝２５の第一側面２５ａは水平となるように配置され、第二側面２５ｂは第一側面２５ａよりも上側において径方向外側に向かうに従って上側に向かって傾斜する部分を有するように配置される。本実施形態では、第二側面２５ｂが「軸方向第一側の側面」に相当し、第一側面２５ａが「軸方向第二側の側面」に相当する。

少なくとも予加熱工程Ｓ２、保温工程Ｓ３、充填工程Ｓ４、減圧工程Ｓ５、加圧工程Ｓ６、固化工程Ｓ７、及び磁気焼鈍工程Ｓ８は、密封式の加熱炉（図示せず）を用いて、当該加熱炉内で実施することができる。冷却工程Ｓ９は、加熱炉から取り出した後に実施しても良いが、本実施形態では加熱炉内で実施するものとされている。加熱炉は、温度調節可能に構成されているとともに、本実施形態ではその内圧（加熱炉の内部の気圧）をも調節可能に構成されている。

予加熱工程Ｓ２、保温工程Ｓ３、充填工程Ｓ４、減圧工程Ｓ５、加圧工程Ｓ６、固化工程Ｓ７、磁気焼鈍工程Ｓ８、及び冷却工程Ｓ９は、図６に示す温度プロファイル及び圧力プロファイルに従って実施される。

予加熱工程Ｓ２では、粗部材２０及び充填材２８を、充填材２８を構成する非磁性材料の融点Ｔｍ付近の温度（例えば充填材２８の融点Ｔｍよりも３０℃〜７０℃程度低い温度）まで加熱する。本実施形態では、この予加熱工程Ｓ２において、粗部材２０及び充填材２８の予加熱と共に、加熱炉内を真空吸引して加熱炉の内圧を低下させる。この真空吸引により、加熱炉内を、例えば内圧が０．１Ｐａ以上１００Ｐａ未満の中真空状態、又は０．１Ｐａ未満の高真空状態とする。こうして、充填工程Ｓ４の開始前に実施される予加熱工程Ｓ２において、粗部材２０及び充填材２８の周辺気圧を真空（ここでは絶対真空；０Ｐａ）に近づける。本実施形態では、予加熱と共に真空吸引をも行う予加熱工程Ｓ２が「真空化工程」に相当する。

加熱炉内を高温真空雰囲気とすることで、加熱炉内が還元作用を発揮し得る状態となるので、粗部材２０及び充填材２８の表面に存在していた薄い酸化被膜等の軽微な汚れを、還元除去することができる。よって、粗部材２０及び充填材２８の表面の濡れ性を高めることができる。

保温工程Ｓ３では、粗部材２０及び充填材２８を、所定時間、充填材２８の融点Ｔｍ付近の温度（予加熱工程Ｓ２の完了時の温度と同程度の温度であって良い）に保持させる。これにより、粗部材２０及び充填材２８の温度を極力ムラなく均一にすることができる。例えば加熱炉内で複数組の粗部材２０及び充填材２８を加熱する場合であっても、各組の粗部材２０及び充填材２８の温度を極力均一化することができる。

本実施形態では、この保温工程Ｓ３において、粗部材２０及び充填材２８の保温と共に、予加熱工程Ｓ２の終了時には中真空状態又は高真空状態となっていた加熱炉内に不活性ガスを注入して、加熱炉の内圧を上昇させる。注入される不活性ガスは、例えば窒素ガスであっても良いし、アルゴンガスやクリプトンガス等の希ガス等であっても良い。このガス注入により、加熱炉内を、例えば内圧が１００Ｐａ以上１００００Ｐａ未満の低真空状態、又は１００００Ｐａ以上大気圧未満の低圧状態とする。なお、本実施形態における低圧状態は、ＪＩＳで定義された「低真空」の状態のうち、相対的に真空度が低く大気圧に近い状態であり、本実施形態における低真空状態は、同「低真空」の状態のうち相対的に真空度が高く中真空状態に近い状態である。こうして、充填工程Ｓ４の開始前に実施される保温工程Ｓ３において、粗部材２０及び充填材２８の周辺に不活性ガスを注入して充填材２８の周辺気圧を上昇させる。本実施形態では、保温と共に不活性ガスのガス注入をも行う保温工程Ｓ３が「ガス注入工程」に相当する。

充填工程Ｓ４では、粗部材２０及び充填材２８を、充填材２８の融点Ｔｍ以上であって粗部材２０の融点未満の温度（例えば充填材２８の融点Ｔｍよりも１０℃〜７０℃程度高い温度）まで加熱した後、所定時間、その温度に保持させる。これにより、充填材２８だけを溶融状態として、当該溶融状態の充填材２８を粗部材２０の環状溝２５に充填する。このとき、先行する予加熱工程Ｓ２において粗部材２０及び充填材２８の表面の軽微な汚れが還元除去されて濡れ性が高められているので、環状溝２５と溶融した充填材２８との境界部位にボイド（空隙）Ｖが生じる可能性を低減することができる。

但し、環状溝２５の表面に比較的大きな錆や頑固な汚れ等があると、予加熱工程Ｓ２による還元作用だけではそれらを十分に除去することができない場合がある。そのような場合には、充填工程Ｓ４において、環状溝２５と溶融した充填材２８との境界部位に比較的大きなボイドＶが発生してしまう場合がある（図７を参照）。

そこで本実施形態では、充填工程Ｓ４中に、当該充填工程Ｓ４と並行して減圧工程Ｓ５が実施される。減圧工程Ｓ５は、例えば充填工程Ｓ４において加熱炉内の温度が充填材２８の融点Ｔｍ以上の目標温度に達した後、予め定められた第一待機時間が経過した後に開始することができる。第一待機時間は、例えば３分以上２０分未満の長さに設定されていることが好ましい。但しそのような構成に限定されることなく、例えば充填工程Ｓ４の開始時から所定時間が経過した後に減圧工程Ｓ５を開始するようにしても良い。

減圧工程Ｓ５では、保温工程Ｓ３の終了時及び充填工程Ｓ４の開始時には低真空状態又は低圧状態となっていた加熱炉内を真空吸引して、加熱炉の内圧を再度低下させる。この真空吸引により、加熱炉内を、例えば上述した中真空状態（内圧が０．１Ｐａ以上１００Ｐａ未満の状態）又は高真空状態（内圧が０．１Ｐａ未満の状態）とする。減圧工程Ｓ５での加熱炉の内圧は、例えば先行する予加熱工程Ｓ２での加熱炉の内圧と同程度とすることができる。こうして、充填材２８が溶融状態の間であって加圧工程Ｓ６の開始前に実施される減圧工程Ｓ５において、充填材２８の周辺気圧を充填工程Ｓ４の開始時の周辺気圧よりも低下させる。

減圧工程Ｓ５では、加熱炉内を中真空状態又は高真空状態とした後、所定時間、その内圧に保持させる。粗部材２０及び充填材２８の雰囲気を真空雰囲気とすることで、仮に充填工程Ｓ４の初期段階において環状溝２５と溶融した充填材２８との境界部位にボイドＶが発生したとしても、当該ボイドＶの容積を小さくすることができる。この点について補足すると、先行する保温工程Ｓ３で加熱炉内が低真空状態又は低圧状態とされるため、溶融状態の充填材２８の内部に発生したボイドＶの内圧は１００Ｐａ以上である。これに対して、減圧工程Ｓ５において加熱炉内が中真空状態又は高真空状態とされて、充填材２８の周辺気圧が１００Ｐａ未満とされる。このような負の気圧差を生じさせることで、溶融状態の充填材２８の内部でボイドＶを膨張させ、その少なくとも一部を溶融状態の充填材２８から雰囲気中に脱出させることができる（図８を参照）。よって、仮に充填工程Ｓ４の初期段階でボイドＶが発生したとしても、減圧工程Ｓ５で脱泡した分だけ、ボイドＶの容積を小さくすることができる（図９を参照）。

なお、粗部材２０は、環状溝２５の第二側面２５ｂが第一側面２５ａよりも上側において径方向外側に向かうに従って上側に向かって傾斜する部分を有するように配置されているので、膨張したボイドＶは、傾斜面（第二側面２５ｂ）に沿って案内されて溶融状態の充填材２８から雰囲気中に脱出しやすい。よって、減圧工程Ｓ５において、ボイドＶの容積を効率的に小さくすることができる。

減圧工程Ｓ５においては、充填材２８の周辺気圧を当該減圧工程Ｓ５の開始時の周辺気圧に対して１／１００以下に低下させることが好ましく、１／１０００以下に低下させることがさらに好ましい。温度が一定であれば、理論上は気体の容積は圧力に反比例するため、充填材２８の周辺気圧を上記のように低下させることで、ボイドＶを大きく膨張させることができる。よって、ボイドＶの大部分を溶融状態の充填材２８から雰囲気中に脱出させることができ、残留するボイドＶの容積を小さくすることができる。

充填工程Ｓ４中、減圧工程Ｓ５の後に充填工程Ｓ４と並行して実施される加圧工程Ｓ６では、減圧工程Ｓ５の終了時には中真空状態又は高真空状態となっていた加熱炉内に不活性ガスを注入して、加熱炉の内圧を再度上昇させる。注入される不活性ガスは、例えば窒素ガスや希ガス等であって良い。また、注入される不活性ガスは、予加熱工程Ｓ２において注入された不活性ガスと同種であっても良いし、異種であっても良い。このガス注入により、加熱炉内を、例えば上述した低真空状態（内圧が１００Ｐａ以上１００００Ｐａ未満の状態）又は低圧状態（内圧が１００００Ｐａ以上大気圧未満の状態）とする。加圧工程Ｓ６での加熱炉の内圧は、例えば先行する保温工程Ｓ３での加熱炉の内圧と同程度とすることができる。こうして、充填材２８が溶融状態となっている充填工程Ｓ４と並行して実施される加圧工程Ｓ６において、粗部材２０及び充填材２８の周辺に不活性ガスを注入して、充填材２８の周辺気圧を上昇させる。

粗部材２０及び充填材２８の雰囲気をそれ以前に比べて高圧雰囲気とすることで、仮に減圧工程Ｓ５の終了後においても環状溝２５と溶融した充填材２８との境界部位にボイドＶが僅かに残留したとしても、当該ボイドＶの容積をさらに小さくすることができる。この点について補足すると、先行する減圧工程Ｓ５で加熱炉内が中真空状態又は高真空状態とされるため、溶融状態の充填材２８の内部に残留するボイドＶの内圧は１００Ｐａ未満である。これに対して、加圧工程Ｓ６において加熱炉内が低真空状態又は低圧状態とされて、充填材２８の周辺気圧が１００Ｐａ以上とされる。このような正の気圧差を生じさせることで、溶融状態の充填材２８の内部でボイドＶを圧縮することができる（図１０を参照）。よって、仮に減圧工程Ｓ５の終了後にボイドＶが僅かに残留したとしても、当該ボイドＶの容積をさらに小さくすることができる。

加圧工程Ｓ６においては、充填材２８の周辺気圧を当該加圧工程Ｓ６の開始時の周辺気圧に対して１００倍以上に高めることが好ましく、１０００倍以上に高めることがさらに好ましい。このようにすれば、加圧工程Ｓ６の前後での気圧差を１０^２以上のオーダーで大きくすることができるので、ボイドＶを大幅に圧縮することができ、最終的に残留するボイドＶをほとんど無視できる程度に小さくすることができる。

固化工程Ｓ７は、加圧工程Ｓ６の開始後に当該加圧工程Ｓ６と並行して実施される。固化工程Ｓ７は、例えば加圧工程Ｓ６において加熱炉の内圧が目標圧力に達した後、予め定められた第二待機時間が経過した後に開始することができる。第二待機時間は、例えば３分以上２０分未満の長さに設定されていることが好ましい。但しそのような構成に限定されることなく、例えば加圧工程Ｓ６の開始時から所定時間が経過した後に固化工程Ｓ７を開始するようにしても良い。

固化工程Ｓ７では、充填工程Ｓ４において充填材２８の融点Ｔｍ以上に保持されていた加熱炉内の温度を、充填材２８の融点Ｔｍ以下の温度（例えば充填材２８の融点Ｔｍよりも５０℃〜１５０℃程度低い温度）まで低下させて、溶融していた充填材２８を固化させる。但し、加熱炉内の温度は、粗部材２０を構成する磁性材料の変態点Ａｒ以上の温度（例えば粗部材２０の変態点Ａｒよりも２０℃〜１００℃程度高い温度）に維持させる。このとき、加熱炉内を低真空状態又は低圧状態に維持したままで、充填材２８をその融点Ｔｍ以下に冷却して固化させる。これにより、加圧工程Ｓ６において極めて小さくなっているボイドＶを、そのままの大きさで、環状溝２５と固化した充填材２８との接合部位に固定することができる。

磁気焼鈍工程Ｓ８では、粗部材２０の磁気焼鈍処理を行う。本実施形態では、磁気焼鈍工程Ｓ８において、加熱炉に備えられた気圧調節機能を利用して、加熱炉の内圧（粗部材２０の周辺気圧）を制御して粗部材２０及び固化した充填材２８を徐冷することによって磁気焼鈍処理を行う。例えば加熱炉内が中真空状態（但し、減圧工程Ｓ５における内圧よりも高くて良い）となるようにその内圧を低下させて、粗部材２０及び固化した充填材２８を徐冷することにより、磁気焼鈍処理を行う。磁気焼鈍処理は、例えば８５０℃〜９５０℃の温度域を０．５〜３時間かけてゆっくりと冷却させるように実施することができる。このような磁気焼鈍工程Ｓ８を実施することで、粗部材２０を構成する磁性材料の内部歪みを除去したり、再結晶化を促進したりすることができる。よって、粗部材２０の透磁率を高めたり保磁力を小さくしたりすることができ、粗部材２０の磁気特性を高めることができる。

冷却工程Ｓ９では、磁気焼鈍処理後の粗部材２０及び充填材２８をさらに冷却する。冷却工程Ｓ９では、例えばその初期段階において不活性ガスによるパージを行って加熱炉内を急速に冷却することができる。やがて加熱炉内の温度が例えば１５０℃〜２５０℃程度まで低下すると、その後はガスパージを終了して自然放冷させることができる。

切削工程Ｓ１０では、常温付近まで冷却された粗部材２０及び固化した充填材２８に対して、粗部材２０における軸心Ｘ（図４を参照）側の部分と外面側の部分とを切削する。本実施形態では、切削工具が取り付けられた工作機械を用いて、筒状に形成された粗部材２０の内周面２０ａ及び外周面２０ｂの両方を切削する（図１１を参照）。なお、図１１においては、切削前の内周面２０ａ及び外周面２０ｂを実線で示すとともに、切削後の内周面２０ａ及び外周面２０ｂを破線で示している。

図１１に示すように、粗部材２０の軸心Ｘ側においては、環状溝２５の底面２５ｃよりも径方向外側の部分を含むように、粗部材２０の内周面２０ａが切削される。これにより、環状溝２５内で固化した充填材２８を、切削後の内周面２０ａに露出させる。なお、切削後の内周面２０ａは最終的に得られる固定コア１のコア本体部１０の内周面１０ａとなり、固化した充填材２８は固定コア１の磁気抵抗部１８となる（図１２を参照）。

上述したように、本実施形態では、固化工程Ｓ７の終了時に仮に環状溝２５と固化した充填材２８との接合部位にボイドＶが残留したとしても、その残留ボイドＶは極めて小さい。このため、残留ボイドＶは、切削工程Ｓ１０において粗部材２０の軸心Ｘ側の他の部位と共に削出されてしまい、最終的に得られる固定コア１に残留ボイドＶが影響を与えることがない。これにより、粗部材２０の軸心Ｘ側における削り代を少なく抑えつつ、磁気抵抗部１８の内周面も含めて、固定コア１のコア本体部１０の内周面１０ａを平滑に仕上げることができる。

また、粗部材２０の外面側においては、溶融状態での充填材２８の表面張力によって不可避的に生じる充填材２８の凹み（縮径部２８ｒ）の底部よりも径方向内側の部分を含むように、粗部材２０の外周面２０ｂが切削される。これにより、磁気抵抗部１８の外周面も含めて、最終的に得られる固定コア１のコア本体部１０の外周面１０ｂを平滑に仕上げることができる。

なお、切削工程Ｓ１０では、粗部材２０における軸心Ｘ側の部分を穴あけ加工して、シャフト４５が挿通される挿通孔１２ａをも形成する。

このようにして得られる固定コア１は、図１２に示すように、磁性材料を用いて円筒状に形成され、軸方向Ｌに分割されたコア本体部１０と、コア本体部１０における分割部分（第一筒状部１１，第二筒状部１２）を接続するように環状に設けられた非磁性材料製の磁気抵抗部１８とを備えている。固定コア１がコア本体部１０の軸方向Ｌの中間部に磁気抵抗部１８を有するので、電磁弁１００において筒状コイル３への通電によって発生した磁束が、コア本体部１０の内部を通って第一筒状部１１から第二筒状部１２へと直接流れることが制限される。このため、発生した磁束は、“ケース５→第一筒状部１１→可動コア４→第二筒状部１２→フランジ部１３→ケース５”の順に、筒状コイル３の周囲を周回する。固定コア１の第一筒状部１１から可動コア４へと磁束が受け渡され、さらに可動コア４から固定コア１の第二筒状部１２へと磁束が受け渡されることにより、固定コア１と可動コア４との間に効率的に磁気吸引力を作用させることができる。よって、固定コア１の磁気特性を向上させることができ、電磁弁１００の性能を向上させることができる。

かかる固定コア１において、磁気抵抗部１８は、コア本体部１０の内周面１０ａに露出しているとともに、その内周面がコア本体部１０の内周面１０ａに連なる平滑面に形成されている。よって、本実施形態の固定コア１を備えた電磁弁１００を長期間に亘って継続的に使用する場合にも、バルブスティック等の不具合の発生を有効に抑制することができる。

また、コア本体部１０を構成する第一筒状部１１及び第二筒状部１２のそれぞれと磁気抵抗部１８との間には、軸方向Ｌの２箇所の接合面（第一接合面１１ｊ，第二接合面１２ｊ）が形成されている。これら２箇所の接合面のうち、フランジ側Ｌｆとなる第二筒状部１２と磁気抵抗部１８との間の第二接合面１２ｊは、フランジ側Ｌｆに向かうに従って径方向外側に向かう傾斜面を有するように形成されている。このため、可動コア４から固定コア１の第二筒状部１２へと流れる磁束を、円滑に軸方向Ｌに沿って流れるように導くことができる。よって、可動コア４を軸方向Ｌに沿って移動させる駆動力を向上させることができ、電磁弁１００の性能を向上させることができる。

〔その他の実施形態〕
（１）上記の実施形態では、準備工程Ｓ１で準備される粗部材２０が、直角台形状の縦断面形状の環状溝２５を有する構成を例として説明した。そして、環状溝２５の第一側面２５ａが径方向に平行に延びるように形成され、第二側面２５ｂがフランジ側Ｌｆに向かうに従って径方向外側に向かう傾斜面を有するように形成されている構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、例えば第二側面２５ｂが、フランジ側Ｌｆに向かうに従って段階的に径方向外側に向かうように階段状に形成されたり、径方向に平行に延びるように形成されたりしても良い。或いは、例えば第一側面２５ａが、軸端側Ｌｅに向かうに従って径方向外側に向かう傾斜状又は階段状に形成されても良い。

（２）上記の実施形態では、予加熱工程Ｓ２において、加熱炉の内圧を低下させて中真空状態又は高真空状態とすることによって粗部材２０及び充填材２８の表面の還元処理を行う構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、例えば水素ガス等の還元性ガスを加熱炉内に注入することによって粗部材２０及び充填材２８の表面の還元処理を行っても良い。或いは、表面状態が良好な粗部材２０及び充填材２８を継続的に入手可能な場合には、予加熱工程Ｓ２では、真空吸引や還元性ガス等による還元処理を伴うことなく、専ら粗部材２０及び充填材２８の予加熱だけを行っても良い。

（３）上記の実施形態では、予加熱工程Ｓ２での加熱炉の内圧と減圧工程Ｓ５での加熱炉の内圧とが同程度とされるとともに、保温工程Ｓ３での加熱炉の内圧と加圧工程Ｓ６での加熱炉の内圧とが同程度とされる構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、例えば図１３に示すように、予加熱工程Ｓ２での加熱炉の内圧と減圧工程Ｓ５での加熱炉の内圧とが互いに異なるように設定されても良い。また、保温工程Ｓ３での加熱炉の内圧と加圧工程Ｓ６での加熱炉の内圧とが互いに異なるように設定されても良い。

（４）上記の実施形態では、減圧工程Ｓ５において、加熱炉の内圧を減圧工程Ｓ５の開始時の内圧に対して１／１００以下に低下させる構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、加熱炉の内圧を、減圧工程Ｓ５の開始時の内圧に対して例えば１／１００〜１／１０に低下させても良い。或いは、加熱炉の内圧を、減圧工程Ｓ５の開始時の内圧に対して例えば１／１０〜１／２に低下させても良い。

（５）上記の実施形態では、加圧工程Ｓ６において、加熱炉の内圧を加圧工程Ｓ６の開始時の内圧に対して１００倍以上に高める構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、加熱炉の内圧を、加圧工程Ｓ６の開始時の内圧に対して例えば１０倍以上１００倍未満に高めても良い。或いは、加熱炉の内圧を、加圧工程Ｓ６の開始時の内圧に対して例えば２倍以上１０倍未満に高めても良い。

（６）上記の実施形態では、磁気焼鈍工程Ｓ８において、加熱炉の内圧を制御することにより、粗部材２０及び固化した充填材２８を徐冷する構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、例えば加熱炉に備えられた温度調節機能を利用して、加熱炉内の温度変化を直接的に制御することにより、粗部材２０及び固化した充填材２８を徐冷しても良い。

（７）上記の実施形態では、予加熱工程Ｓ２の終了後から加圧工程Ｓ６の開始までの間に、保温工程Ｓ３において加熱炉の内圧を一旦上昇させるとともに、減圧工程Ｓ５において加熱炉の内圧を再度低下させる構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、例えば図１４に示すように、予加熱工程Ｓ２の終了後から加圧工程Ｓ６の開始までの間、予加熱工程Ｓ２の終了時における加熱炉の内圧をそのまま維持させても良い。

（８）上記の実施形態では、固化工程Ｓ７と冷却工程Ｓ９との間に磁気焼鈍工程Ｓ８を実施する構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、例えば固化工程Ｓ７の終了後、直ちに冷却工程Ｓ９を開始しても良い。

（９）上記の実施形態では、電磁スプール弁（スプール式の電磁弁１００）用の固定コア１の製造を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、例えばポペット式やスライド式等の他の方式の電磁弁１００用の固定コア１に関しても、上記の実施形態と同様の製法によって製造することができる。

（１０）上述した各実施形態（上記の実施形態及びその他の実施形態を含む；以下同様）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することも可能である。その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で例示であって、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

〔実施形態の概要〕
以上をまとめると、本開示に係る電磁弁用コアの製造方法は、好適には、以下の各構成を備える。

電磁弁（１００）用コア（１）の製造方法であって、
磁性材料を用いて円筒状又は円柱状に形成されており、外周面（２０ｂ）から軸心（Ｘ）側に向かって窪むとともに周方向に連続する環状溝（２５）を軸方向（Ｌ）中間部に有する粗部材（２０）を準備する準備工程（Ｓ１）と、
前記粗部材（２０）よりも低融点の非磁性材料からなる充填材（２８）を、溶融状態として前記環状溝（２５）に充填する充填工程（Ｓ４）と、
前記充填材（２８）が溶融状態の間に前記充填材（２８）の周辺気圧を上昇させる加圧工程（Ｓ６）と、
前記加圧工程（Ｓ６）の後、前記充填材（２８）を当該充填材（２８）の融点（Ｔｍ）以下に冷却して固化させる固化工程（Ｓ７）と、
前記固化工程（Ｓ７）の後、前記粗部材（２０）における少なくとも軸心（Ｘ）側の部分を切削して、前記環状溝（２５）内で固化した前記充填材（２８）を切削後の内周面（２０ａ）に露出させる切削工程（Ｓ１０）と、
を含む。

この構成によれば、準備工程（Ｓ１）、充填工程（Ｓ４）、固化工程（Ｓ７）、及び切削工程（Ｓ１０）を経ることで、磁性材料製のコア本体部の軸方向（Ｌ）中間部に非磁性材料製の磁気抵抗部を有する電磁弁（１００）用コア（１）を製造することができる。このとき、充填材（２８）が溶融状態の間に加圧工程（Ｓ６）を実施して充填材（２８）の周辺気圧を上昇させることで、仮に充填工程（Ｓ４）において粗部材（２０）と溶融した充填材（２８）との境界部位にボイドが発生したとしても、当該ボイドを圧縮してその容積を小さくすることができる。このため、切削工程（Ｓ１０）の後に最終的に得られる電磁弁（１００）用コア（１）における、充填材（２８）に由来する磁気抵抗部にはボイドがほとんど残留せず、或いは仮に残留したとしても非常に小さいものとなる。従って、磁性材料製のコア本体部の軸方向（Ｌ）中間部に非磁性材料製の磁気抵抗部を有する電磁弁（１００）用コア（１）を、磁気抵抗部が平滑な内周面を有するように製造することができる。

一態様として、
前記充填材（２８）が溶融状態の間であって前記加圧工程（Ｓ６）の開始前に、前記充填材（２８）の周辺気圧を前記充填工程（Ｓ４）の開始時の周辺気圧よりも低下させる減圧工程（Ｓ５）をさらに含むことが好ましい。

この構成によれば、仮に充填工程（Ｓ４）において粗部材（２０）と溶融した充填材（２８）との境界部位にボイドが発生したとしても、充填材（２８）の周辺気圧を低下させることでボイドを膨張させ、その少なくとも一部を溶融した充填材（２８）から雰囲気中に脱出させることができる。よって、ボイドの容積を小さくすることができる。その後、加圧工程（Ｓ６）においてボイドを圧縮することで、その容積をさらに小さくすることができる。こうして、減圧工程（Ｓ５）とそれに引き続く加圧工程（Ｓ６）とが相俟って、仮に充填工程（Ｓ４）中にボイドが発生したとしても、最終的に残留するボイドを大幅に小さくすることができる。

一態様として、
前記充填工程（Ｓ４）の開始前に、前記充填材（２８）の周辺に不活性ガスを注入して前記充填材（２８）の周辺気圧を上昇させるガス注入工程（Ｓ３）をさらに含むことが好ましい。

この構成によれば、充填工程（Ｓ４）及び減圧工程（Ｓ５）の開始前に不活性ガスによるガス注入工程（Ｓ３）を実施することで、粗部材（２０）の表面状態を維持させたまま、減圧工程（Ｓ５）の前後での気圧差を容易に大きくすることができる。例えば前工程において粗部材（２０）の還元処理を行った場合に、その表面の濡れ性を高く維持してその後の充填工程（Ｓ４）中にボイドが発生する可能性を低減しつつ、仮にボイドが発生したとしても減圧工程（Ｓ５）においてボイドを大きく膨張させてその大部分を溶融した充填材（２８）から雰囲気中に脱出させることができる。よって、最終的に残留するボイドをほとんど無視することができる程度に小さくすることができる。

一態様として、
前記環状溝（２５）における軸方向第一側（Ｌｆ）の側面（２５ｂ）が、当該軸方向第一側（Ｌｆ）に向かうに従って径方向外側に向かう傾斜面を有するように形成され、
前記傾斜面が軸方向第二側（Ｌｅ）の側面（２５ａ）よりも上側に位置するように前記粗部材（２０）を起立させた状態で、前記充填工程（Ｓ４）から前記固化工程（Ｓ７）までを行うことが好ましい。

この構成によれば、環状溝（２５）における軸方向第一側（Ｌｆ）の側面（２５ｂ）が径方向外側に向かうに従って上側に向かうように傾斜する状態で、充填工程（Ｓ４）から固化工程（Ｓ７）までが行われる。このため、減圧工程（Ｓ５）中にボイドが膨張した際に、当該ボイドが環状溝（２５）の上向き傾斜面に沿って充填材（２８）から雰囲気中に脱出しやすい。よって、減圧工程（Ｓ５）において、ボイドの容積を効率的に小さくすることができる。

一態様として、
前記充填工程（Ｓ４）の開始前に、前記粗部材（２０）の周辺気圧を真空に近づける真空化工程（Ｓ２）をさらに含むことが好ましい。

この構成によれば、準備工程（Ｓ１）で準備された粗部材（２０）の表面に存在していた薄い酸化被膜等を、真空雰囲気による還元作用によって低減することができる。よって、粗部材（２０）の表面の濡れ性を高めることができ、充填工程（Ｓ４）中に粗部材（２０）と溶融した充填材（２８）との境界部位にボイドが発生する可能性を低減することができる。

一態様として、
前記固化工程（Ｓ７）の後、前記切削工程（Ｓ１０）の開始前に、前記粗部材（２０）の磁気焼鈍処理を行う磁気焼鈍工程（Ｓ８）をさらに含むことが好ましい。

この構成によれば、例えば粗部材（２０）を構成する磁性材料の内部歪みを除去したり再結晶化を促進したりして、電磁弁（１００）用コア（１）の透磁率を高めたり保磁力を小さくしたりすることができる。よって、電磁弁（１００）用コア（１）の磁気特性を高めることができる。

一態様として、
前記磁気焼鈍工程（Ｓ８）において、前記充填材（２８）の周辺気圧を制御して前記粗部材（２０）を徐冷することによって前記磁気焼鈍処理を行うことが好ましい。

本実施形態の電磁弁（１００）用コア（１）の製造方法は加圧工程（Ｓ６）という特有の工程を含み、この加圧工程（Ｓ６）を行うためには充填材（２８）の周辺気圧を制御する（ここでは特に気圧を上昇させる）ための設備が必要である。この点に注目し、上記の構成によれば、加圧工程（Ｓ６）を実施するために必要な気圧制御用の設備を利用しつつ、充填材（２８）の雰囲気の気圧制御という比較的簡易な手法により、粗部材（２０）をゆっくりと冷却して電磁弁（１００）用コア（１）の保磁力を小さくすることができる。よって、制御性に優れた電磁弁（１００）に適したコア（１）を、良好に製造することができる。

一態様として、
前記加圧工程（Ｓ６）において、前記充填材（２８）の周辺気圧を当該加圧工程（Ｓ６）の開始時の周辺気圧に対して１００倍以上に高めることが好ましい。

この構成によれば、加圧工程（Ｓ６）の前後での気圧比を１００倍以上に大きくすることができる。よって、仮に充填工程（Ｓ４）中にボイドが発生したとしても、加圧工程（Ｓ６）においてボイドを大きく圧縮して、最終的に残留するボイドの容積を大幅に小さくすることができる。

本開示に係る電磁弁用コアの製造方法は、上述した各効果のうち、少なくとも１つを奏することができれば良い。

１ 固定コア（電磁弁用コア）
１０ コア本体部
１１ 第一筒状部
１２ 第二筒状部
１８ 磁気抵抗部
２０ 粗部材
２０ａ 内周面
２０ｂ 外周面
２５ 環状溝
２５ａ 第一側面（軸方向第二側の側面）
２５ｂ 第二側面（軸方向第一側の側面）
２８ 充填材
１００ 電磁弁
Ｌ 軸方向
Ｌｆ フランジ側（軸方向第一側）
Ｌｅ 軸端側（軸方向第二側）
Ｓ１ 準備工程
Ｓ２ 予加熱工程（真空化工程）
Ｓ３ 保温工程（ガス注入工程）
Ｓ４ 充填工程
Ｓ５ 減圧工程
Ｓ６ 加圧工程
Ｓ７ 固化工程
Ｓ８ 磁気焼鈍工程
Ｓ１０ 切削工程

Claims (8)

1. 磁性材料を用いて円筒状又は円柱状に形成されており、外周面から軸心側に向かって窪むとともに周方向に連続する環状溝を軸方向中間部に有する粗部材を準備する準備工程と、
   前記粗部材よりも低融点の非磁性材料からなる充填材を、溶融状態として前記環状溝に充填する充填工程と、
   前記充填材が溶融状態の間に前記充填材の周辺気圧を上昇させる加圧工程と、
   前記加圧工程の開始後、前記充填材を当該充填材の融点以下に冷却して固化させる固化工程と、
   前記固化工程の後、前記粗部材における少なくとも軸心側の部分を切削して、前記環状溝内で固化した前記充填材を切削後の内周面に露出させる切削工程と、
   を含む電磁弁用コアの製造方法。
2. 前記充填材が溶融状態の間であって前記加圧工程の開始前に、前記充填材の周辺気圧を前記充填工程の開始時の周辺気圧よりも低下させる減圧工程をさらに含む請求項１に記載の電磁弁用コアの製造方法。
3. 前記充填工程の開始前に、前記充填材の周辺に不活性ガスを注入して前記充填材の周辺気圧を上昇させるガス注入工程をさらに含む請求項２に記載の電磁弁用コアの製造方法。
4. 前記環状溝における軸方向第一側の側面が、当該軸方向第一側に向かうに従って径方向外側に向かう傾斜面を有するように形成され、
   前記傾斜面が軸方向第二側の側面よりも上側に位置するように前記粗部材を起立させた状態で、前記充填工程から前記固化工程までを行う請求項２又は３に記載の電磁弁用コアの製造方法。
5. 前記充填工程の開始前に、前記粗部材の周辺気圧を真空に近づける真空化工程をさらに含む請求項１から４のいずれか一項に記載の電磁弁用コアの製造方法。
6. 前記固化工程の後、前記切削工程の開始前に、前記粗部材の磁気焼鈍処理を行う磁気焼鈍工程をさらに含む請求項１から５のいずれか一項に記載の電磁弁用コアの製造方法。
7. 前記磁気焼鈍工程において、前記充填材の周辺気圧を制御して前記粗部材を徐冷することによって前記磁気焼鈍処理を行う請求項６に記載の電磁弁用コアの製造方法。
8. 前記加圧工程において、前記充填材の周辺気圧を当該加圧工程の開始時の周辺気圧に対して１００倍以上に高める請求項１から７のいずれか一項に記載の電磁弁用コアの製造方法。
   

Images