JP2573706B2

JP2573706B2 - ソレノイド用の固定鉄心組立体及びその製造方法

Info

Publication number: JP2573706B2
Application number: JP888190A
Authority: JP
Inventors: 實施佐々木; 宏武横井; 恵三山下
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 1990-01-18
Filing date: 1990-01-18
Publication date: 1997-01-22
Anticipated expiration: 2012-01-22
Also published as: JPH03212911A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明はソレノイド用の固定鉄心組立体に関し、更に
詳細には、ソレノイドの磁気回路を形成するコイルを囲
むヨークと固定鉄心との組立体であって固定鉄心の端面
に非磁性の部材を固定した固定鉄心組立体及びその製造
方法に関する。

（ロ）従来技術一般に磁気回路（以下磁路）ではそれを構成している
材料特性により磁気の飽和現象が存在することは良く知
られている。そのためソレノイドではその磁路の磁束が
飽和しない状態でかつ最大限磁束密度を上方に設定する
のが常である（通常は可動鉄心の断面積を基準にす
る）。そのような状態で磁路の一部の断面積が不足状態
になると、磁束の飽和現象が生じ漏洩磁束が増加し、磁
気特性は急激に低下する。このことは、そのような部品
を漏洩磁束が最小限になるように改善することにより磁
気特性が大幅に改善することができることを意味する。

一方、磁路に接続部がある場合、その磁気抵抗は磁気
回路についてのオームの法則に従う。今接続部について
のみ考えれば、その磁気抵抗ＱはＱ＝l/μ・Ｓとなる。

ここで、ｌは接続部の隙間長さＳは接続部の接触面積 μは空気中の透磁率である。

隙間部の磁気抵抗は、同一条件での鉄部分（隙間を鉄
うめた場合）に比べ100ないし200倍の値となるため、構
造上どうしても磁路に接続部が必要な場合には隙間を最
小限にしかつ接触面積を大きくすることが不可欠であ
る。

ところで、コイルを囲み磁路を形成する継鉄すなわち
ヨークに固定鉄心を一体的に固定する方法として従来か
ら、実開昭58−37111号公報に示されかつ第７図に示
されるように固定鉄心の小径部をヨークの穴内に嵌合し
てかしめる方法、或は実開昭50−115154号公報に示さ
れかつ第８図に示されるようにプレス加工により固定鉄
心をヨークと一体的に形成する方法が知られている。

しかしながら、前記の場合には、次のｉ）及びii）
のような問題がある。

ｉ）固定鉄心ａとヨークｂとの接触部の面積を大きくと
れない。

この理由は、固定鉄心の主要部の直径をＤ、ヨークの
穴内に嵌合される小径部の直径をｄ、ヨークの肉厚をｔ
とすると、接触部の面積Ｓは、Ｓ＝π（D²−d²）/4＋πdt で表され、その接触部にはメッキ或は嵌め合いによる微
少な隙間が生じるためその面積を大きく取りたいが、Ｄ
はそのソレノイドの可動鉄心ｃの直径にほぼ合わせて作
られるのでＤの取り得る最大値はソレノイドの大きさ等
によって制限される。

ii）磁気回路に絞られた部分が生じ、磁束を効率良くヨ
ークから固定鉄心に通すことが難しい。

これは、第９図からも明らかなように、ヨークの周辺
部ｅ（コイルを囲む部分及びその部分に連続する部分の
近く）では磁束が互いに平行に流れるが、固定鉄心の付
け根付近（第９図で破線で示す円ｒ）の最小断面積（こ
の付け根付近の最小断面積とは可動鉄心の直径と同じ直
径の円を固定鉄心の軸心を中心としかつヨーク上に取っ
た、磁束の流れを考慮して決めた仮想の円周面上の面
積）Ssは、固定鉄心の大径部の直径が可動鉄心の直径と
同じとした場合、 Ss＝πDt と絞られて磁束がそこに向かって集中するため、効率良
く磁束を通すことができなくなる。

また、上記の構造においても上記ii）と同様のこと
が言える。

このような問題を解決する方法として、従来のソレノ
イドでは、ヨークの端部分全体の肉厚を厚するか又は第
10図に示されるように、その端部分に磁性の座金ｆを当
接させて磁気的に補強していた。

しかしながら、上記いずれの場合も固定鉄心に小径部
を形成してその小径部をヨークの穴内に嵌合するため、
磁束の流通面積が絞られる結果となり磁束をヨークから
固定鉄心に効率良く通すことができない。しかも前者の
場合には固定鉄心付け根部とヨークの他の部分との磁束
密度のアンバランスが改善されないばかりか、余分な鉄
材料を使うことになって全体の重量を大きくし、また全
体の大きさに制限がある場合などには板厚を厚くするこ
とでコイルの巻線面積を圧迫し、しいてはソレノイド自
体の性能を圧迫する結果となり、またヨークは市販の鋼
板（通常使用される市販の鋼板の板厚は、1.2mm、1.6m
m、2.0mm、2.3mm、2.6mm或は3.2mmである）を曲げ加工
によってコの字状に成形するため加工の観点からも厚い
鋼板の使用が制限されるからである。また後者の場合に
は座金を別個に成形しなければならない欠点もある。

更に従来の固定鉄心組立体ではヨークと固定鉄心とを
それぞれ別の工程で製造したものをヨークの製造工程と
は全く別個の組立工程で組み立てるようにしているため
製造コストが高くなる問題がある。

一方、固定鉄心の端面にくま取りコイル或は磁気遮蔽
部材のような非磁性の部材を固定する場合、くま取りコ
イルにあっては、第11図に示されるように、固定鉄心の
端面に環状溝ｇを形成してその環状溝内にくま取りコイ
ルｈを挿入した後環状溝の開口端を数箇所かしめてくま
取りコイルの抜け出しを防止し、また磁気遮蔽部材にあ
っては、第12図に示されるように、固定鉄心の端面に形
成した穴ｉ又はｊ内に磁気遮蔽部材ｋ、ｌ又はｍを嵌合
した後固定鉄心端面又は磁性遮蔽部材の端部をかしめて
或はその穴に圧入若しくは接着により固定している。

しかしながら、上記前者の場合にはかしめによりくま
取りコイルを損傷するとか局部的応力集中ににより長時
間の使用によりくま取りコイルが損傷するとか或はかし
めが緩むとかの問題がある。一方後者の場合には可動鉄
心の吸着時に遮蔽部材に衝突することにより衝撃力をま
ともに受るけため強度上固定鉄心への埋め込み部分の径
を大きくしたりしているが、そうすると固定鉄心の磁路
の有効断面積を小さくすることになり、強度を大きくす
るのにも限界がある。

（ハ）発明が解決しようとする課題本発明が解決しようとする課題は、端面に非磁性の部
材を固定した固定鉄心組立体及びその製造方法におい
て、プレス加工によりヨークに管状部を一体的に形成す
ると共に固定鉄心に小径部を形成することなく大径のま
まその管状部内に嵌合固定することによってヨークと固
定鉄心との接触面積を従来品に比べて大きくすると共に
固定鉄心付け根部の最小断面積を必要なだけ確保ししか
も非磁性の部材を安定して確実に保持できるようにする
ことである。

（ニ）問題を解決するための手段本願の一つの発明は、磁気回路の一部を形成する磁気
ヨークに固定鉄心を一体的に固定し、該固定鉄心の端面
に非磁性の部材を固定してなるソレノイド用の固定鉄心
組立体において、該ヨークには固定鉄心の取付け部分に
軸方向に伸びる管状部を該ヨークの一方の面から突出さ
せて一体的に形成し、該管状部内に該固定鉄心を嵌合固
定し、該管状部と該固定鉄心との間に該非磁性の部材を
該固定鉄心の端面側に露出させて設けて構成されてい
る。

本願の他の発明は、磁気回路の一部を形成する磁気ヨ
ークに固定鉄心を一体的に固定し、該固定鉄心の端面に
非磁性の部材を固定してなるソレノイド用の固定鉄心組
立体の製造方法において、板状のヨーク素材の固定鉄心
の取付け部分には小孔を形成し、プレス加工により該小
孔を中心として軸方向に伸びる管状部を該ヨークの一方
の面から突出させて一体的に形成し、該固定鉄心の端部
外周には小径部を形成して該小径部には環状の該非磁性
の部材を嵌合し、該管状部により限定される貫通穴内に
該固定鉄心をプレス嵌めして固定するようにして構成さ
れている。

本願の更に他の発明は、磁気回路の一部を形成する磁
気ヨークに固定鉄心を一体的に固定し、該固定鉄心の端
面に非磁性の部材を固定してなるソレノイド用の固定鉄
心組立体の製造方法において、板状のヨーク素材の固定
鉄心の取付け部分には小孔を形成し、プレス加工により
該小孔を中心として軸方向に伸びる管状部を該ヨークの
一方の面から突出させて一体的に形成すると共に該管状
部の先端内側に凸部を形成し、該凸部と該固定鉄心の端
面との間に該固定鉄心の外径とほぼ同じ大きさの非磁性
の部材を介在させて該管状部により限定される貫通穴内
に該固定鉄心をプレス嵌めして固定するようにして構成
されている。

（ホ）作用上記構成のソレノイド用の固定鉄心組立体は、コイル
及び可動鉄心と共にソレノイドに公知の方法で組み立て
られる。

本発明の固定鉄心組立体ではヨークと固定鉄心との接
触面積を、ヨークとして特に肉厚の厚い材料を使用しな
くても従来のソレノイドのそれに比較して1.5ないし2.0
倍に増加させることが可能となり、かつ、固定鉄心付け
根部の磁路必要断面積を肉厚の厚い材料を使用すること
なしに、確保することが可能となり、ソレノイドの特性
を向上させることが可能である。また非磁性の部材を損
傷することなく安定して確実に固定できソレノイドの寿
命を長くできる。

（ヘ）実施例以下、図面を参照して本発明の実施例について説明す
る。

第１図において、非磁性部材としてくま取りコイルを
有する本発明の一実施例の固定鉄心組立体10を使用して
作ったソレノイド１が示されている。同図において、20
はコイルを囲んで磁路を形成するコの字状のヨーク、30
はヨークの挿入穴内に嵌合固定された固定鉄心、２はコ
イル、３は可動鉄心、４はヨーク20の他端に嵌合された
板状ヨークである。

ヨーク20は、固定鉄心が取り付けられる中間壁21と、
その中間壁21に連続し互いに平行になっている二つの端
壁22を有するコの字状又はＵ字状になっている。中間壁
のほぼ中央にはコイル側に突出する管状部23が形成さ
れ、その管状部の内側には固定鉄心挿入用の貫通穴24が
形成されている。管状部23の可動鉄心側端部には、第２
図に示されるように半径方向内側に突出する小さな突起
27が形成されている。この突起は後述するくま取りコイ
ルの脱落防止機能を有している。そして貫通穴24内に円
柱状の固定鉄心30が嵌合固定されている。固定鉄心30の
可動鉄心３側の端面31には外周に二番取り部分32が形成
され、その二番取り部分にはくま取りコイル非磁性の40
が嵌合固定されている。したがってくまコイル40は端面
31に露出した状態で管状部23と二番取り部分によって限
定される固定鉄心の小径部との間に配置された状態にな
る。

ヨーク20は以下のように製造する。すなわち、第３図
において、固定鉄心30は予め別工程で円柱状に成形しか
つ端面31側の二番取り部分にはくま取りコイル40を嵌合
固定した状態で用意しておき、その固定鉄心をヨーク20
を成形するプレス金型内の所定の位置に供給できるよう
にしておく。そして多段の加工工程を順次行えるプレス
金型内に長い磁性鋼板20′を入れて位置Ａではその鋼板
に小孔ｎを形成し、次に位置Ｂでを管状部23を形成し、
位置Ｃでは管状部23によって限定された貫通穴内に固定
鉄心30を圧入し、位置Ｄで固定鉄心の端部をかしめ或は
端面を形成し、位置Ｅでは鋼板の両端を折り曲げて全体
にコの字状に成形し、それによってヨーク20が完成す
る。この一連の作業は鋼板を一つのプレス金型内で一回
のプレス加工が終わる毎に順次移動させるに従って成形
する。

この実施例の場合のヨークにおける接触面積S₁は、ヨ
ーク20の後端面26から管状部の先端（第１図で上端）ま
での高さをｈ（ｈは通常ヨークの板厚ｔの1.5倍ないし
3.0倍に成形可能である。）、固定鉄心の直径をD₁、二
番取り部分の幅をｗとすると、 S₁＝πD₁（ｈ−ｗ）である。実際には貫通穴の開口部にはプレス成型により
比較的小さい湾曲面r₁ができ、これいにより固定鉄心と
の間に環状の隙間が形成されるが、この隙間は固定鉄心
を貫通穴にプレス嵌めした後かしめれば埋めることが可
能である。

付け根部最小断面積Ｓs₁はＳs₁＝π（D₀＋２r₂）×ｔまた、従来品の付け根部最小断面積Ssは、 Ss＝πDt ここで、D₀＋２r₂＞Ｄの関係があるから、Ｓs₁＞Ss となる。

第４図において、本発明の他の実施例の固定鉄心組立
体10aが示されている。この実施例では貫通穴24aの後端
面26a側の開口端に円錐内面27aが形成され、固定鉄心30
aにもその傾斜内面に接触する円錐外面31aが形成されて
いる。

この円錐内面27aは、管状部23aのプレス加工と同時に
形成して、また固定鉄心30aの円錐外面31aは固定鉄心を
貫通穴内にプレス嵌めしたときに固定鉄心の一部をかし
めて形成しても或は固定鉄心の機械加工時に形成しても
良い。

この実施例の接触面積S₂は、となり、また、付け根部最小断面積Ｓs₂は、Ｓs₂＝πD₄ｔとなる。このS₂及びＳs₂もそれぞれＳ及びSsより大きく
できる。

上記二つの実施例について実際の製品について第４図
に示されるような寸法で従来の固定鉄心組立体と比較す
ると次の表の通りである。

第６図において、本発明の更に他の実施例の固定鉄心
組立体10bが示されている。この実施例では第１図及び
第４図のソレノイドの磁性板４に相当する板状のヨーク
20bに管状部23bを形成し、かつ固定鉄心30bの端面31bに
接して非磁性部材として板状の磁性遮蔽板50を固定した
例である。この実施例の固定鉄心組立体10bを造る場
合、管状部23bの先端（第６図で上端）に半径方向内側
に突出する環状の凸部27bを管状部の成形と同時に成形
しておく。一方、固定鉄心30bの端面31bには磁性遮蔽板
50を接着させた状態で予め用意しておく。そして第５図
で説明したと同様にしてヨーク20bの成形工程の過程に
おいて固定鉄心30bを貫通穴24b内にプレス嵌めする。

また、磁性遮蔽板50の固定は、第２図で説明したのと
同様に管状部23bの可動鉄心側端部に半径方向に突出す
る小さな突起を形成してその磁性遮蔽板を接着させた状
態で貫通穴24bに固定鉄心30bを嵌合しプレス嵌めするこ
とも可能である。

なお、上記実施例に付いての計算式は省略したが第１
図の実施例についての計算式に見習って式を立てればよ
い。また、第１図及び第４図の実施例においても、この
実施例と同様に磁性板４側に管状部を形成してもよい。

（ト）効果本発明によれば次のような効果を奏することが可能で
ある。

ヨークと固定鉄心との接触面積並びに固定鉄心付け根
部の最小断面積を大きくできしかも隙間の少なくできる
ので、部品点数を増すことなく、また板厚を厚くするこ
となく固定鉄心組立体の磁気効率を従来品よりも大幅に
向上できる。

ヨークの板材のプレス加工金型中で固定鉄心をヨーク
に固定することが可能である。

固定鉄心をヨークの貫通穴内に圧入した場合隙間を最
小限におさえることが可能である。

くま取り及び磁気遮蔽部材のような非磁性の部材の全
周を均等な締付け力で固定鉄心に固定でき、耐久性の向
上を図ることが可能である。

かしめによるくま取りコイルの損傷を招くことがなく
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の固定鉄心組立体を使用した
ソレノイドの断面図、第２図は第１図の一部の拡大図、
第３図は第１図の固定鉄心組立体のヨークの製造工程を
示す図、第４図は他の実施例の固定鉄心組立体を使用し
たソレノイドの断面図、第５図従来品と本実施例との比
較をするための各部の寸法を示す図、第６図は更に他の
実施例の固定鉄心組立体を使用したソレノイドの断面
図、第７図ないし第12図は従来のソレノイド用の固定鉄
心組立体を示す図である。 10、10a、10b:固定鉄心組立体 20、29a、20b:ヨーク 23、23a、23b:管状部 24、24a、24b:貫通穴 30、30a、30b:固定鉄心 40:くま取りコイル 50:磁気遮蔽部材

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気回路の一部を形成する磁気ヨークに固
定鉄心を一体的に固定し、該固定鉄心の端面に非磁性の
部材を固定してなるソレノイド用の固定鉄心組立体にお
いて、該ヨークには固定鉄心の取付け部分に軸方向に伸
びる管状部を該ヨークの一方の面から突出させて一体的
に形成し、該管状部内に該固定鉄心を嵌合固定し、該管
状部と該固定鉄心との間に該非磁性の部材を該固定鉄心
の端面側に露出させて設けたことを特徴とするソレノイ
ド用の固定鉄心組立体。
【請求項２】磁気回路の一部を形成する磁気ヨークに固
定鉄心を一体的に固定し、該固定鉄心の端面に非磁性の
部材を固定してなるソレノイド用の固定鉄心組立体の製
造方法において、板状のヨーク素材の固定鉄心の取付け
部分には小孔を形成し、プレス加工により該小孔を中心
として軸方向に伸びる管状部を該ヨークの一方の面から
突出させて一体的に形成し、該固定鉄心の端部外周には
小径部を形成して該小径部には環状の該非磁性の部材を
嵌合し、該管状部により限定される貫通穴内に該固定鉄
心をプレス嵌めして固定することを特徴とするソレノイ
ド用の固定鉄心組立体の製造方法。
【請求項３】磁気回路の一部を形成する磁気ヨークに固
定鉄心を一体的に固定し、該固定鉄心の端面に非磁性の
部材を固定してなるソレノイド用の固定鉄心組立体の製
造方法において、板状のヨーク素材の固定鉄心の取付け
部分には小孔を形成し、プレス加工により該小孔を中心
として軸方向に伸びる管状部を該ヨークの一方の面から
突出させて一体的に形成すると共に該管状部の先端内側
に凸部を形成し、該凸部と該固定鉄心の端面との間に該
固定鉄心の外径とほぼ同じ大きさの非磁性の部材を介在
させて該管状部により限定される貫通穴内に該固定鉄心
をプレス嵌めして固定することを特徴とするソレノイド
用の固定鉄心組立体の製造方法。