JP4664217B2

JP4664217B2 - 可動子のコーティング方法

Info

Publication number: JP4664217B2
Application number: JP2006050046A
Authority: JP
Inventors: 真二畠山
Original assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Current assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2026-02-27
Also published as: JP2007227843A

Description

本発明は、例えばソレノイドなどのアクチュエータに用いられる可動子のコーティング方法に関する。

アクチュエータの一例であるソレノイドの一般的な構成は、励磁コイルを備えた固定子の中心部に可動子鉄心（プランジャ）が当該固定鉄心の磁束作用面に対して接離動可能に設けられている。固定子側の励磁コイルへの通電によりヨークとプランジャとの間で磁気回路が形成されてプランジャに吸引力が作用するようになっている。プランジャはガイドパイプ内に挿入されて軸方向に往復動するようになっている。ガイドパイプは、プランジャとの間に例えば片側１５μｍ程度の微小なクリアランスを保って組み付けられる。
このクリアランスが大きすぎると、プランジャの正常な上下振動に加えて左右（径方向）の異常振動が発生し、摺動面の磨耗が増大し、耐久性が低下する。また、クリアランスが小さすぎると、プランジャとガイドパイプとの摩擦が大きすぎてプランジャが摺動できない。

プランジャとガイドパイプの寸法精度が悪くクリアランスが大きいとプランジャの正常な上下振幅に加えて左右の異常振動が発生する。またクリアランスが小さいとプランジャの摺動抵抗が大きすぎて性能がでない。このため、プランジャの摺動面には、摺動抵抗を低下させるためフッ素系樹脂（例えばＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）など）がコーティングされる。

しかしながら、プランジャの外周へノズルからコーティング樹脂の吹き付け作業を行なうため粒子が塊状に付着する可能性があり、或いはコーティングする際に塵埃が付着する可能性もある。このとき、コーティング樹脂の被膜に盛り上がり部分が発生する。この被膜の盛り上がり部分は、最低膜厚がうすくなればなるほど顕著になり、クリアランスが厳しくなるほど可動子がガイドパイプに嵌め込むことが難くなる。また、可動子をガイドパイプに嵌め込むことができても初期摺動抵抗が増大して、必要な駆動特性が発揮できない。また、可動子を摺動させた際に被膜の盛り上がり部分が剥離して、コーティングが剥げ落ちるため、耐久性が低下する。

本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、可動子にコーティングされる樹脂被膜の平坦化を図った可動子のコーティング方法を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
金属柱材を用いた可動子のコーティング方法において、金属材を柱状に外形加工する工程と、外形加工された金属柱材に表面処理加工して粗面化する表面処理工程と、表面処理された金属柱材にフッ素系樹脂材をコーティングして樹脂被膜を形成するコーティング工程と、金属柱材のコーティング面を圧延加工して樹脂被膜の膜厚を平坦化する圧延工程を含むことを特徴とする。
また、外形加工は金属材を柱状に切削加工する工程と、金属柱材を外形研磨する工程を含むことを特徴とする。
また、可動子は固定子と同心状に配置されるアクチュエータの可動子であることを特徴とする。

上述した可動子のコーティング方法を用いれば、金属柱材にフッ素系樹脂材をコーティングされた金属柱材のコーティング面を圧延加工して樹脂被膜の膜厚を平坦化する圧延工程を含むため、フッ素系樹脂材をコーティングする際に樹脂被膜に形成された不均一な盛り上がり部分を圧延して膜厚を平坦化することができる。よって、可動子と固定子との初期摺動抵抗を減らして厳しいクリアランス条件下でも滑動性の高い可動子を提供することができる。

以下、本発明に係る可動子のコーティング方法の最良の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。本実施形態は可動子の一例としてリニアソレノイドに用いられる可動子について説明する。

図５を参照して、リニアソレノイドの概略構成について説明する。
先ず、固定子１の構成について説明する。励磁コイル２はボビン３に巻き付けられている。ボビン３の巻芯部に設けられた軸孔には、非磁性材料よりなる案内筒（ガイドパイプ）４が嵌め込まれている。励磁コイル２は一端側に設けられる蓋状の第１のヨーク部５と他端側に設けられるカップ状の第２のヨーク部６とで周囲が覆われている。第１のヨーク部５及び第２のヨーク部６は磁性材料により構成されており、励磁コイル２へ通電により発生する固定子１の磁束通路を形成する。

可動子（プランジャ）７は、励磁コイル２の中心部（ボビン３の巻芯部軸孔）に設けられたガイドパイプ４にガイドされて軸線方向に往復動可能に設けられる。プランジャ７の周囲は、固体潤滑剤（例えばテフロン（登録商標））がコーティングされている。プランジャ７は図示しない連結ロッドに連結されている。このプランジャ７若しくは連結ロッドは、例えばプル型のソレノイドの場合には、コイルバネなどにより固定子１より突出する方向に付勢されていてもよい。励磁コイル２への通電により第１、第２のヨーク部５、６とプランジャ７との間で磁気回路が形成されてプランジャ７に吸引力が作用するようになっている。プランジャ７の一端側の外周面に凹溝１０が形成されており、第１、第２のヨーク部５、６のプランジャ７と対向する部位に径方向に磁束作用面８、９が各々形成されるようになっている。

プランジャ７は、励磁コイル２への通電により第１、第２のヨーク部５、６と磁気回路を形成するため、磁性材料（本実施例では構造用炭素鋼（ＳＳ４００材））が用いられる。以下、図１のフローチャートに従って、プランジャ７のコーティング方法について製造工程と共に説明する。

先ず、金属材料（ワーク）に外形加工を行なって、金属柱材を形成する。外形加工は、まず、金属材に切削加工（複合旋盤）を行なって金属柱状に成形する（ステップＳ１）。次いで、金属柱材に外形研磨（センタレス研磨）を行なって、外形寸法を仕上げる（ステップＳ２）。

次に、金属柱材を燐酸亜鉛溶液中に浸漬させて表面を粗面化する粗面化処理を行なう（ステップＳ３）。

次に、粗面化処理された金属柱材にフッ素系樹脂材（ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡ、ＥＴＦＥなど）をコーティングする（ステップＳ４）。コーティングは、ノズルよりフッ素系樹脂液を金属柱材の外周面に吐出して樹脂被膜を形成する。

次に、金属柱材のコーティング面を圧延加工して樹脂被膜の膜厚を平坦化する（ステップＳ５）。これの圧延工程を経て、プランジャ７が製品化される（ステップＳ６）。

以下では、圧延工程の一例について説明する。本実施例では、金属柱材にコーティングするフッ素系樹脂の一例としてＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）をコーティングするものとする。

図２において、円柱状の金属柱材１１を一対の金属ローラ（駆動ローラ）１２ａ、１２ｂに互いに接するように支持する。そして、金属柱材１１の上方から樹脂ローラ（従動ローラ）１３を一定の押圧力で押圧して金属柱材１１を金属ローラ１２ａ、１２ｂと樹脂ローラ１３間で挟み込む。図示しない駆動源により金属ローラ（駆動ローラ）１２ａ、１２ｂを矢印Ａ方向に回転させることにより、金属柱材１１は矢印Ｂ方向に従動回転し、樹脂ローラ１３も矢印Ｃ方向へ従動回転するようになっている。これにより、樹脂被膜の盛り上がり部の圧延による樹脂膜厚の平坦化が行なわれる。

実験ではφ２０ｍｍの金属柱材１１に最低膜厚１０μｍ〜１５μｍの樹脂被膜を形成するものとする。このとき、圧延前の面性状が例えば図３（ａ）において最大膜厚で２５μｍであった。この金属柱材１１を押圧５ｋｇｆ〜１５ｋｇｆで圧延時間１０ｓｅｃ〜３０ｓｅｃで圧延工程を行なった。この間金属柱材１１は、５回転〜１０回転だけ連れ回りした。この結果、図３（ｂ）において最大膜厚が１５μｍ程度に抑えられ、およそ１０μｍ程度の盛り上がり量をならすことができ、所望の膜厚に平坦化することができた。このときの顕微鏡写真図を図４に示す。圧延前に生じていた塊状の盛り上がり部分（中央部の閉じた太線部分）の面積が圧延後には面積が拡大し平坦化されていることが確認できる。

尚、圧延工程において図２に示す装置構成は一例でありこれに限定されるものではない。また、リニアソレノイドはプル型であってもプッシュ型のいずれであってもよく、磁気回路内に永久磁石を含んでいても良く、更にはＤＣ用若しくはＡＣ用リニアソレノイドのいずれであっても良い。また、可動子はソレノイドのプランジャに限らず、シリンダーやピストンなど他のアクチュエータに適用することも可能である。

可動子の製造工程を示すフローチャートである。圧延装置の要部構成の説明図である。圧延前後の可動子の樹脂膜厚の変化を示すグラフ図である。圧延前後の可動子の面性状を示す顕微鏡写真図である。リニアソレノイドの断面説明図である。

符号の説明

１固定子
２励磁コイル
３ボビン
４ガイドパイプ
５第１のヨーク部
６第２のヨーク部
７プランジャ
８、９磁束作用面
１０凹溝
１１金属柱材
１２ａ、１２ｂ金属ローラ
１３樹脂ローラ

Claims

金属柱材を用いた可動子のコーティング方法において、
金属材を柱状に外形加工する工程と、
外形加工された金属柱材に表面処理加工して粗面化する表面処理工程と、
表面処理された金属柱材にフッ素系樹脂材をコーティングして樹脂被膜を形成するコーティング工程と、
金属柱材のコーティング面を圧延加工して樹脂被膜の膜厚を平坦化する圧延工程を含むことを特徴とする可動子のコーティング方法。
外形加工は金属材を柱状に切削加工する工程と、金属柱材を外形研磨する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の可動子のコーティング方法。
可動子は固定子と同心状に配置されるアクチュエータの可動子であることを特徴とする請求項１記載の可動子のコーティング方法。