JP4841867B2 - ソレノイドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電磁弁等に用いる電磁石装置（ソレノイド）の製造方法に関し、特に電磁鋼板製薄板を積層してなるソレノイドに関する。

従来から積層方式のソレノイドは種々提案されている。直流ソレノイドにおいて、ソレノイドに電圧を印加してから、プランジャが吸引されてストッパ（固定鉄心）へ衝突して落ち着くまでの現象において、コイルに電流が流れた時、鉄心内部に渦電流が生じて起磁力が打ち消されて磁束の立ち上がりが押えられ、分布が乱される等の問題がある。積層方式のソレノイドとすることで、渦電流の発生を減少させることが知られている。

また、積層方式のソレノイドにおいて、固定鉄心とプランジャとの対向面それぞれに、両鉄心の積層面と直交する面で囲まれた相対的な凹突部を設けることにより、対向面を、空隙部を隔てて入合い状に対向させた交流ソレノイドが知られている（例えば、特許文献１参照）。
実公昭５５−２９２０４号公報

しかし、特許文献１の交流ソレノイドは、第１図において、前述したように、入合い状に対向させた固定鉄心とプランジャとの対向面は空隙部を有している。これは、対向面が衝突面でないことを示している。また、図示されているように、Ｔ字形状の肩の部分が鉄心へ衝突するように構成されているために、ストローク前の段階において、この肩部分にも空隙ができ、始動時の吸引特性が悪いという欠点がある。

本発明は、斯かる従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、小形ソレノイド（短ストローク）であって、吸引力（出力）を向上させ、かつソレノイドの磁気特性を向上させることにある。
また、本発明の別の目的は、製造コストを引き下げることが可能な製造方法を得ることにある。

本発明のソレノイドの製造方法は、概略コ字状のヨーク部と、前記ヨーク部の中央部から突出し先端に吸着面を設けた固定鉄心部とを形成するようにプレス加工にて打ち抜き形成された所定数の薄板を積層し、かつ固着一体化して成る固定部と、前記固定鉄心部の吸着面と対向する被吸着面を有するようにプレス加工にて打ち抜き形成された所定数の薄板を積層し、かつ固着一体化して成る可動鉄心と、前記固定部の固定鉄心部の外周へ嵌合し、前記ヨーク部の内側に配置したコイルを巻回してなるボビンとを備え、前記固定部は、前記固定鉄心部の先端側に前記可動鉄心の山形形状の被吸着面へ向かって左右均等角度で拡がる方向に谷型形状に傾斜する傾斜面からなる吸着面を形成してなり、前記可動鉄心は、前記固定部の固定鉄心部と同等幅を為し、前記被吸着面を、前記吸着面の傾斜面と同じ角度で左右に拡がる山形形状に傾斜する傾斜面として形成してなる固定鉄心対向部と、前記固定鉄心対向部の後端部側に位置し、前記固定部のヨーク部内に所定空隙で収容される大きさの幅を有し、前記薄板の一部枚数のみの後端に主弁部への連結部を一体に形成してなる主弁部対向部とで構成してなるソレノイドにおける前記固定部および前記可動鉄心を製造する方法であって、前記固定部は、前記ヨーク部と前記固定鉄心部とを有し、前記固定鉄心部の先端の吸着面を、前記固定鉄心部の中央位置から前記被吸着面へ向かって左右均等角度で拡がる方向に谷型形状に傾斜する傾斜面に形成した薄板をプレス加工にて形成する固定部薄板打ち抜き工程と、前記固定部薄板打ち抜き工程で得られた固定部打ち抜き薄板を所定枚数積層固定してなる固定部積層固着工程とで製造され、前記可動鉄心は、前記固定部の固定鉄心部と同等幅で前記吸着面に向かい合う端面中央に、前記固定鉄心部の吸着面の谷底部の延長線上に山頂部が位置するように前記吸着面の傾斜面と同じ角度で左右に拡がる山形形状の傾斜面からなる被吸着面を形成した薄板をプレス加工にて形成する可動鉄心薄板打ち抜き工程と、前記可動鉄心薄板打ち抜き工程で得られた可動鉄心打ち抜き薄板を所定枚数積層固定してなる第一の可動鉄心積層固着工程と、前記固定部の固定鉄心部と同等幅で前記吸着面に向かい合う端面中央に、前記固定鉄心部の吸着面の谷底部の延長線上に山頂部が位置するように前記吸着面の傾斜面と同じ角度で左右に拡がる山形形状の傾斜面からなる被吸着面を形成し、後端に主弁部への連結部を一体に形成した薄板をプレス加工にて形成する中間部用可動鉄心薄板打ち抜き工程と、前記中間部用可動鉄心薄板打ち抜き工程で得られた中間部用可動鉄心打ち抜き薄板を、前記第一の可動鉄心積層固着工程にて積層固着された前記可動鉄心打ち抜き薄板上に所定枚数積層固定してなる中間用可動鉄心積層固着工程と、前記中間用可動鉄心層固着工程にて積層固着された中間可動鉄心打ち抜き薄板上に、前記可動鉄心打ち抜き薄板を所定枚数積層固定してなる第二の可動鉄心積層固着工程とで製造されることを特徴とする。

また、本発明のソレノイドの製造方法は、前記薄板が、電磁鋼板であることを特徴とする。
また、本発明のソレノイドの製造方法は、前記固定部薄板打ち抜き工程、前記可動鉄心薄板打ち抜き工程、前記中間用可動鉄心薄板打ち抜き工程、前記固定部積層固着工程、前記第一の可動鉄心積層固着工程、前記第二の可動鉄心積層固着工程および前記中間用可動鉄心積層固着工程を１台の順送り金型によって行うことを特徴とする。

また、本発明のソレノイドの製造方法は、前記固定部薄板打ち抜き工程、前記可動鉄心薄板打ち抜き工程、前記中間用可動鉄心薄板打ち抜き工程、前記固定部積層固着工程、前記第一の可動鉄心積層固着工程、前記第二の可動鉄心積層固着工程および前記中間用可動鉄心積層固着工程をそれぞれ別の金型によって行うことを特徴とする。

本発明によれば、ヨーク部と固定鉄心部とを一体形状にし、かつ固定鉄心部の吸着部形状を一緒にプレス加工にて打ち抜き形成し積層固着することによりソレノイドを製造するようにしたので、製造コストを大幅に削減できる。
また、本発明によれば、固定鉄心部の吸着面に可動鉄心（プランジャー）の被吸着面に向かって傾斜する凹型形状の傾斜面を形成し、それに対向する可動鉄心（プランジャー）の被吸着面にも山形形状の傾斜面としたので、短ストロークでも吸着面積を大きくとれ、吸着力を高めることができる。

さらに、本発明によれば、ヨーク部と固定鉄心部とを一体形状にしたので、磁気回路に於ける空隙（ヨーク部と固定鉄心部との連結部分が無くなる）が減少し、性能が向上する。また、部品点数が削減できる。
さらにまた、本発明によれば、ヨーク部と固定鉄心部とを一体形状にした固定部および可動鉄心を電磁鋼板で構成することで、プレス加工性が優れており、かつ磁化特性面で優れており、直流ソレノイドに適用できる。また、材料調達が容易であり、コストダウンが可能である。また、積層後の焼鈍が不要になる。

以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るソレノイド１００を適用した電磁弁１を示す。
図１に示す電磁弁１は、主弁部１０と、本実施形態に係るソレノイド１００とで構成されている。主弁部１０は、公知のものであり、特に限定するものではない。従って、ここでは、ソレノイド１００について詳細に説明する。

ソレノイド１００は、固定部材１１０と、可動鉄心１２０と、ボビン１３０と、コイル１４０とを有しており、外側に位置する固定部材１１０の上下面はその外側に配置するカバー１５０によって位置決めされている。固定部材１１０は、ボビン１３０の外側に配置する概略コ字状ヨーク（継鉄）部１１１と、その中央部に突出する形態の固定鉄心（ステータ）部１１２とから形成されている。
このような構成のソレノイド構造において、固定部材１１０と可動鉄心１２０については、図２に示すように、所定形状の薄板を多数枚積層し、一体に固着しており、図示していないが、一般的な金型、例えば順送り金型等の金型により製造される。

固定部材１１０は、ヨーク部１１１と固定鉄心部１１２とを有し、固定鉄心部１１２の先端に位置する可動鉄心１２０の吸着面１１２ａを、固定鉄心部１１２の中央位置に長手方向に沿って所定幅で形成してなる溝１１３と、溝１１３の先端から可動鉄心１２０の被吸着面１２０ａに向かって左右均等角度で拡がる方向に傾斜する傾斜面１１４とを形成した薄板１１０ａをプレス加工にて打ち抜き形成し、それを所定枚数（本実施形態では板厚Ｔの電磁鋼板をｎ枚）積層し、かつ固着一体化している。

一方、可動鉄心１２０は、図示されたように、被吸着面１２０ａと反対側に、主弁部１０側との連結部１２１が一体に形成されている。図３、図４に明示されたように、可動鉄心１２０は、板厚Ｔの電磁鋼板を５枚ずつ積層してなる２組の略Ｔ字形薄板１２０ｃの間に、連結部１２１を一体に形成してなる６枚の薄板１２０ｂを積層することによって形成されている。固定鉄心部１１２側に対向する先端の被吸着面１２０ａは、可動鉄心１２０の中央位置に長手方向に沿って所定幅で形成してなる溝１２２と、溝１２２の先端から両側面へ向かって左右均等角度で拡がる方向に山形形状に傾斜する傾斜面１２３とを形成し
てなる。

ここで、固定鉄心部１１２に形成した溝１１３と可動鉄心１２０に形成した溝１２２は、同じ幅に形成されている。また、固定鉄心部１１２の吸着面１１２ａと可動鉄心１２０の被吸着面１２０ａとに形成した傾斜面１１４，１２３の角度は同じである。
固定部材１１０と可動鉄心１２０とは、金型により打ち抜き加工され、さらにダイ内へ抜き込まれて積層されて一体化される。例えば、図５のレイアウト図および図６の金型断面図に示すように、固定部材１１０と可動鉄心１２０を１つの金型内で製造する順送り方式の金型によって効率的に製造することができる。

この製造方法は、図５に示すように、先ず薄板材料である電磁鋼板Ｗを所定間隔で送るためのパイロット孔Ｐの打ち抜き加工（工程１）が行われる。図６におけるＰ１がそのパンチを示している。続いて、固定部材形状が打ち抜かれる（工程２）。図６におけるパンチＰ２がパンチであり、打ち抜かれた固定部材薄板１１０ａはダイＤ１内へ抜き込まれて、先に抜き込まれている薄板と積み重ねられ、外周側に設置された複数のレーザ出射ユニットＬ１からのレーザ光により外周側面の重ね合わせ部が溶接される。図５において、打ち抜き形状の外周に印した黒点Ａ１が接合点である。この時、プレス機械側（ラム）の上下動、すなわち打ち抜き動作と溶接動作とを同期させることにより効率を向上できる。つまり、上型が最も下降した時（下死点）あるいは最も上昇した時（上死点）にレーザ光を出射させるように構成できる。下型のダイ周囲には同様なレーザ出射ユニットが配置されている。

次に、可動鉄心１２０の外形線の一部の打ち抜き（工程３）が行われる。この工程で可動鉄心１２０の後端面を形成する外周線のみが前もって打ち抜かれる。
そして、次の工程にて可動鉄心形状が打ち抜かれる（工程４）。この工程においては、図３、図４に明示したように、主弁部１０側への連結部１２１を一体形成した薄板１２０ｄと、その上下に配置した連結部を有していない薄板１２０ｃとが一体積層固着されているため、この工程４におけるパンチはＴ字形の本体部打ち抜き部Ｐ４ａと連結部Ｐ４ｂとが組み合わされて構成されており、しかも連結部パンチＰ４ｂは打ち抜き位置と後退位置とに上下に移動可能にしており、ＰＣ２がその制御装置である。

また、その前工程である工程３においても、パンチＰ３が同様に打ち抜き位置と後退位置とに上下に移動可能にしており、ＰＣ１がその制御装置である。これは可動鉄心１２０の連結を打ち抜かない時にパンチＰ３を打ち抜き位置へ前進させ、可動鉄心１２０の連結部１２１も含めて工程４で全体が打ち抜かれるときは、パンチＰ３が後退するように、工程４のパンチＰ４ｂの出入りと一緒に制御される。これによって図３に示すような連結部１２１を有する薄板１２０ｂと有さない薄板１２０ｃとが同一金型内へ積層固着していくことができる。

同様に、ダイＤ２の周囲には複数のレーザ出射ユニットＬ２が設置され、このレーザ出射ユニットＬ２からのレーザ光により外周側面の重ね合わせ部が溶接される。図５において、打ち抜き形状の外周に印した黒点Ａ２が接合点である。同様に、プレスの上下動に同期作動される。
この例では、先ずｎ１枚だけパンチＰ４ｂを後退させ、パンチＰ３を前進させて打ち抜き、パンチＰ４ａ形状が打ち抜かれて積層一体化される。次に、ｎ１枚打ち抜かれると、パンチＰ３が後退し、かつパンチＰ４ｂが打ち抜き位置へ前進して、工程４において連結部１２１を含めた全体がｎ２枚打ち抜かれる。所定枚数が抜き終わると、再びパンチＰ３が打ち抜き位置へ前進、パンチＰ４ｂが後退して、本体部のみがｎ３枚打ち抜かれ積層される。

所定枚数が積層一体化され、次の薄板が打ち抜かれた時、レーザ出射ユニットＬ２からのレーザ光を１回出射させず、ここで１個分の可動鉄心１２０が製品として分離される。この点は、工程２においても固定部材１１０が同様に製造される。
図６において、ＬＣ１、ＬＣ２はいずれもレーザ発振器を含めた制御装置である。また
、Ｂｃは製品を搬出するコンベア装置を示している。
このように構成することで、プレス加工によりソレノイドを構成する固定部材１１０と可動鉄心１２０とを、効率的に製造することができる。

本実施形態では、積層固着方法について、固定部材（ヨーク部と固定鉄心部）１１０と、可動鉄心（プランジャー）１２０とを、所定枚数の電磁鋼板製薄板を積層し、各薄板間の固着化手段としてレーザ溶接による方法について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、かしめ、接着等、従来からの方法を適宜選択することができる。
この場合、説明したように、金型内で積層と同時に行っても良いし、場合によっては金型外で積層固着することでも、同様に本発明技術を達成することが可能である。

また、順送り金型によらず、夫々固定部材１１０、可動鉄心１２０を別個に金型にて製造することも容易に行える。
また、本実施形態では、薄板材料として電磁鋼板Ｗを用いた。特に、ソレノイドのプランジャー（可動鉄心）１２０において、渦電流の発生を少なくするには、積層方式にして、かつ固有抵抗（電気抵抗）の高い材料を用いることが必要なことが知られている。このことを考慮して、プレス加工性から、電磁鋼板をソレノイドの構成要素であるヨーク部１１１、固定鉄心部１１２からなる固定部材１１０と、プランジャーである可動鉄心１２０として電磁鋼板を用いることを採用した。

また、本実施形態では、所定幅の溝１１３と、溝１１３の途中から被吸着面１２０ａに向かって左右均等角度で拡がる方向に傾斜する傾斜面１１４とからなる吸着面１１２ａを固定鉄心部１１２の先端に形成し、それに対向する可動鉄心１２０の被吸着面１２０ａにも、同様に中央部に所定幅の溝１２２を形成し、先端から両側面側へ広がる方向に山形形状に傾斜する傾斜面１２３を形成した。傾斜面１１４と傾斜面１２３の角度は、応答性、吸着力、ストローク等、実際の仕様に応じて設定することが可能である。

本発明の一実施形態に係るソレノイドを適用した電磁弁の正面断面図である。 図１のソレノイドの構成要素である固定部材と可動鉄心の斜視図である。 図１の可動鉄心の積層状態を示す斜視図である。 図１の可動鉄心の積層状態を分離した斜視図である。 図１の固定部材と可動鉄心を１つの金型で製造するプレス加工例のレイアウト図である。 図５のレイアウトに沿った金型の断面図である。

１ 電磁弁
１０ 主弁部
１００ ソレノイド
１１０ 固定部材
１１０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ 薄板
１１１ ヨーク部
１１２ 固定鉄心部
１１２ａ 吸着面
１１３，１２２ 溝
１１４，１２３ 傾斜面
１２０ 可動鉄心
１２０ａ 被吸着面
１２０ｂ 連結部１２１を有する薄板
１２０ｃ 連結部１２１のない薄板
１２１ 連結部
１３０ ボビン
１４０ コイル
１５０ カバー

Claims (4)

1. 概略コ字状のヨーク部と、前記ヨーク部の中央部から突出し先端に吸着面を設けた固定鉄心部とを形成するようにプレス加工にて打ち抜き形成された所定数の薄板を積層し、かつ固着一体化して成る固定部と、
   前記固定鉄心部の吸着面と対向する被吸着面を有するようにプレス加工にて打ち抜き形成された所定数の薄板を積層し、かつ固着一体化して成る可動鉄心と、
   前記固定部の固定鉄心部の外周へ嵌合し、前記ヨーク部の内側に配置したコイルを巻回してなるボビンと
   を備え、
   前記固定部は、前記固定鉄心部の先端側に前記可動鉄心の山形形状の被吸着面へ向かって左右均等角度で拡がる方向に谷型形状に傾斜する傾斜面からなる吸着面を形成してなり、
   前記可動鉄心は、前記固定部の固定鉄心部と同等幅を為し、前記被吸着面を、前記吸着面の傾斜面と同じ角度で左右に拡がる山形形状に傾斜する傾斜面として形成してなる固定鉄心対向部と、前記固定鉄心対向部の後端部側に位置し、前記固定部のヨーク部内に所定空隙で収容される大きさの幅を有し、前記薄板の一部枚数のみの後端に主弁部への連結部を一体に形成してなる主弁部対向部とで構成してなる
   ソレノイドにおける前記固定部および前記可動鉄心を製造する方法であって、
   前記固定部は、
   前記ヨーク部と前記固定鉄心部とを有し、前記固定鉄心部の先端の吸着面を、前記固定鉄心部の中央位置から前記被吸着面へ向かって左右均等角度で拡がる方向に谷型形状に傾斜する傾斜面に形成した薄板をプレス加工にて形成する固定部薄板打ち抜き工程と、
   前記固定部薄板打ち抜き工程で得られた固定部打ち抜き薄板を所定枚数積層固定してなる固定部積層固着工程と
   で製造され、
   前記可動鉄心は、
   前記固定部の固定鉄心部と同等幅で前記吸着面に向かい合う端面中央に、前記固定鉄心部の吸着面の谷底部の延長線上に山頂部が位置するように前記吸着面の傾斜面と同じ角度で左右に拡がる山形形状の傾斜面からなる被吸着面を形成した薄板をプレス加工にて形成する可動鉄心薄板打ち抜き工程と、
   前記可動鉄心薄板打ち抜き工程で得られた可動鉄心打ち抜き薄板を所定枚数積層固定してなる第一の可動鉄心積層固着工程と、
   前記固定部の固定鉄心部と同等幅で前記吸着面に向かい合う端面中央に、前記固定鉄心部の吸着面の谷底部の延長線上に山頂部が位置するように前記吸着面の傾斜面と同じ角度で左右に拡がる山形形状の傾斜面からなる被吸着面を形成し、後端に主弁部への連結部を一体に形成した薄板をプレス加工にて形成する中間部用可動鉄心薄板打ち抜き工程と、
   前記中間部用可動鉄心薄板打ち抜き工程で得られた中間部用可動鉄心打ち抜き薄板を、前記第一の可動鉄心積層固着工程にて積層固着された前記可動鉄心打ち抜き薄板上に所定枚数積層固定してなる中間用可動鉄心積層固着工程と、
   前記中間用可動鉄心層固着工程にて積層固着された中間可動鉄心打ち抜き薄板上に、前記可動鉄心打ち抜き薄板を所定枚数積層固定してなる第二の可動鉄心積層固着工程と
   で製造される
   ことを特徴とするソレノイドの製造方法。
2. 請求項１記載のソレノイドの製造方法において、
   前記薄板は、電磁鋼板であることを特徴とするソレノイドの製造方法。
3. 請求項１または２に記載のソレノイドの製造方法において、
   前記固定部薄板打ち抜き工程、前記可動鉄心薄板打ち抜き工程、前記中間用可動鉄心薄板打ち抜き工程、前記固定部積層固着工程、前記第一の可動鉄心積層固着工程、前記第二の可動鉄心積層固着工程および前記中間用可動鉄心積層固着工程を１台の順送り金型によって行うことを特徴とするソレノイドの製造方法。
4. 請求項１または２に記載のソレノイドの製造方法において、
   前記固定部薄板打ち抜き工程、前記可動鉄心薄板打ち抜き工程、前記中間用可動鉄心薄板打ち抜き工程、前記固定部積層固着工程、前記第一の可動鉄心積層固着工程、前記第二の可動鉄心積層固着工程および前記中間用可動鉄心積層固着工程をそれぞれ別の金型によって行うことを特徴とするソレノイドの製造方法。

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