JPH09266112A - ソレノイドのヨーク及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ソレノイドのコイルの外周を１／２程度覆う
ヨークを効率的に製造するようにしたことを目的とす
る。 【構成】 けい素（Ｓｉ）の含有率が非常に少ない一枚
の肉厚で帯状をなす磁性金属鋼板９を所定の長さに切断
し、その中央部に可動鉄心の貫通孔１１を、長さ方向の
端には半円形の切欠部１１ａ，１１ａをそれぞれ設け、
つづいて、前記磁性金属鋼板９をその長さ方向の端部側
から２段階で矩形状に成形加工し、自由端となる一対の
天板部ａ，ｂをスポット溶接にて接合し、半円形の切欠
部ａ，ｂを円形状となして固定鉄心３の挿通孔１１を形
成してヨーク７を構成するようにしたことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ソレノイドのコイル周
囲に磁路を形成するためのヨークと該ヨークを製造する
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、流体圧力の高い流体の流路を切
換える電磁弁に用いるソレノイドは大きな吸引力を必要
とする。吸引力を大きくするには、起磁力＝ＮＩ（Ｎは
コイルの巻数、Ｉはコイルに流れる電流の積の値を示
す）を大きく設定しなければならないが、これでは、コ
イルの温度上昇が高い値となり、コイルが発熱して焼損
する場合がある。

【０００３】前記コイルが発熱する要因としては、流
体，雰囲気温度及びソレノイドの放熱係数が一定のと
き、励磁電流（銅損）Ｉ² Ｒ（Ｒはソレノイドの直流抵
抗、Ｉはソレノイドの励磁電流を示す）によるジュール
熱の増大と、交流ソレノイドの磁路を構成するヨークの
鉄損（うず電流損＋ヒステリシス損）による発熱がコイ
ルに伝達されることによって、コイルの温度を上昇させ
る。即ち、ソレノイドのコイルの温度上昇は、励磁電流
による銅損と鉄損とが合算されたものである。従って、
大きな吸引力が得られ、かつ、小形で効率のよい交流電
源用のソレノイドを製作するには、前記の点を勘案する
と、励磁電流が小さく、しかも鉄損の小さい磁性材料か
らなるヨークが必要となる。

【０００４】然るに、従来、ソレノイドのコイル周囲に
磁路を形成するためのヨークとしては、例えば柱上変圧
器用の鉄心と同様のけい素鋼帯を使用していた。前記け
い素鋼帯はその板厚が一般に０．１０〜０．３０ｍｍ程
度で、しかも、けい素鋼帯中に含有されるけい素（Ｓ
ｉ）の含有率が３％程度のものを使用していた。

【０００５】そして、前記けい素鋼帯を用いてソレノイ
ドのヨークを製造する場合は、例えば、図７に示すよう
に、回転軸７１に取り付けた矩形状の巻取枠７２を回転
させて円形に巻回されている前記フープ材７３を巻き戻
しながら、これを巻取枠７２上に所定の巻回数（１０数
回）巻回し、巻回を終えたら、図示しない制御手段から
の指令信号により、カッター等の切断手段７４を駆動し
て所定の切断位置Ｓで切断する。そして、前記巻回した
矩形状のヨーク素体７３ａを巻取枠７２から取り外し、
図８の（ａ）に示すように、その巻始端と巻終端の箇所
８１をスポット溶接等の溶接手段にて固定することによ
り矩形状態を保持する。

【０００６】つづいて、図８の（ｂ）で示すように、上
面に孔開用ポンチの挿通孔８２ａを有する金型８２を前
記矩形状のヨーク素体７３ａの内側に挿入し、また、前
記金型８２と対向する側面部７３ｃの外側からはプレス
等の押圧固定手段８３により、矩形状のヨーク素体７３
ａを押圧固定した状態で、孔開用ポンチ８５を図８の
（ｂ）に実線で示す位置から、２点鎖線で示す位置まで
降下させて打ち抜くことにより、図８の（ｃ）に示すよ
うに、ヨーク素体７３ａの上面７３ｂ中央部に図示しな
い固定鉄心を挿通する円形の貫通孔８６を穿設する。つ
づいて、同様の手段により矩形状のヨーク素体７３ａの
底面７３ｄ側にも、図示しない可動鉄心が挿通する円形
の貫通孔８７を孔開用ポンチ８５により穿設して、図８
の（ｃ）に示すソレノイドのヨークＡを製造していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記けい素鋼
帯を使用してソレノイドのヨークＡを製造する場合、次
に示すような問題があった。 （１）一般に、変圧器の鉄心に用いる方向性のけい素鋼
帯は、鉄損を減らすためにけい素（Ｓｉ）の含有率が３
％のものが使用されている。前記けい素の含有率が増え
ると鉄損は良好に減少するものの、励磁電流（銅損）は
逆に高くなる。これは、けい素が多くなるとそれだけ磁
化するための電流、即ち励磁電流を大きくする必要があ
るからである。しかし、変圧器の場合は、その２次側に
流れる負荷電流が結構大きいため、励磁電流が少々高く
なっても鉄損が低下するため、結果的には変圧器の鉄心
特性が低下することはないが、前記方向性のけい素鋼帯
をソレノイドのヨークに使用した場合、ソレノイドは可
動鉄心を吸引させるための起動電流が流れた後は閉磁路
になるので、単に励磁電流のみ流れることになり変圧器
のような負荷電流はほとんど流れない。即ち、ソレノイ
ドは電気的には無負荷状態で使用することになる。従っ
て、前記励磁電流が増大することはコイルが発熱する大
きな要因となり、これにより、ソレノイドの絶縁機能を
劣化させてソレノイドを長期にわたり安定した状態で使
用する上で大きな問題となっていた。

【０００８】（２）また、前記ヨークの製造に際して
は、所定回数巻回したヨーク素体７３ａを、図示しない
制御手段からの指令信号によりカッタ等の切断手段７４
によって切断した後、巻取枠７２から取り外す際、如何
なる締め付け力も作用していないので、せっかく密に巻
回したヨーク素体の層間には隙間が生じやすく、この結
果、ヨークの占積率が低下し、その正味断面積が低下す
る。しかも、ソレノイドを合成樹脂により樹脂モールド
する際、モールド成形時の成形圧力によってヨーク自体
が湾曲したりするため、磁束の流れに悪影響を与えソレ
ノイドの鉄心特性を低下させるという問題もあった。

【０００９】（３）更に、前記矩形状に巻回したヨーク
素体７３ａに固定鉄心の挿通孔８６を穿設する際、孔開
用ポンチの挿通孔８２ａを上面に備えた金型８２をヨー
ク素体７３ａの内側に挿入すると共に、前記金型８２と
対向する側面７３ｃを外側から押圧手段８３により押圧
固定するという作業を、前記巻回したヨーク素体７３ａ
の上面７３ｂと底面７３ｄに貫通孔８６，８７を穿設す
る毎に行わなければならず、非常に手間と時間を要する
という問題があった。

【００１０】本発明の目的は、前記の問題点を解消して
特性の優れたソレノイドのヨークとその製造方法を提供
するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、ソレノイドヨ
ークを製造する際に用いる磁性金属鋼板（電磁鋼板）
は、変圧器で使用していたけい素鋼帯に代え、板厚がけ
い素鋼帯の約１０倍程度厚く、しかも、けい素の含有率
が前記けい素鋼帯の約１／２以下におさえて作製し、こ
の単一の磁性金属鋼板によってソレノイドのヨークを矩
形状に成形加工して構成するようにしたことを第１の特
徴とする。

【００１２】また、前記磁性金属鋼板を用いてソレノイ
ドのヨークを製造する場合は、帯状の磁性金属鋼板を所
定の長さ寸法に切断して、その中央部に円形の貫通孔
を、長さ方向の端部には半円形の切欠部をそれぞれ穿設
し、つづいて、プレス及び金型からなる折曲成形手段に
よりコイルの上面を覆う一対の天板部と、コイルの側面
を一定の間隔で覆う一対の側板部とをそれぞれ成形加工
して磁性金属鋼板を矩形状に形成し、更に、前記天板部
の端部同士を突合せ接合し、前記一対の半円形の切欠部
により円形な固定鉄心の挿通孔を備えたソレノイドのヨ
ークを製造するようにしたことを第２の特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明は、前記のようにして板厚を厚くした単
一の磁性金属鋼板を用いてソレノイドのヨークを製造す
るようにしたので、ヨークの生産性を著しく向上させる
ことができる。しかも、ヨークの製造に用いる磁性金属
鋼板は、ソレノイドの特性にあわせてけい素の含有率を
少なくした磁性金属鋼板を使用することにより、ソレノ
イドはその使用中に励磁電流の増大に伴うコイルの温度
が上昇するという問題を確実に解消することができる。

【００１４】また、本発明の製造方法は、ソレノイドの
ヨークに固定鉄心を挿通させるための挿通孔を設ける作
業が、前記ヨークを矩形成形する前の段階で行うことが
できるので、けい素鋼帯を用いた場合のように、巻取枠
から取り外したソレノイドのヨーク内側に、孔開用ポン
チの金型を挿入し、ヨークの外側からは押圧手段により
ヨーク側面を押圧した状態で固定鉄心の挿通孔を開け、
つづいて、ヨーク底面側においても同様の手段で、可動
鉄心の貫通孔を開けるといった手間と時間のかかる作業
を完全に省略することができるため、ソレノイドのヨー
クを効率的に製造することができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし６によっ
て説明する。図１において、１は電磁弁に使用されるソ
レノイドを示し、コイル２を通電するとコイル２を巻回
したコイルボビン２ａの中空部上部に設けた固定鉄心３
に可動鉄心４が吸引され、この可動鉄心４の下方端に連
接した弁５により電磁弁Ｂの弁口６を開口し、流体を電
磁弁Ｂの図示しない流入口から流出口に通流させる。ま
た、図１に示す４ａは可動鉄心４の案内ガイドで、その
上方端には前記固定鉄心３が溶接にて固定されており、
下方端は電磁弁Ｂの弁体Ｂ₁ に弁口６上に出させて設け
た支持筒１２に溶着されており、可動鉄心４は前記案内
ガイド４ａ及び支持筒１２により上下動可能に摺動案内
される。

【００１６】また、同図において、７は前記コイル２の
外周の半分を覆い、コイル２を通電した際に、コイル２
の周囲に磁路を形成するためのヨークを示し、ソレノイ
ド１の組立に際しては、電磁弁Ｂの支持筒１２と固定鉄
心３を溶着した案内ガイド４ａとを溶接したあと、ヨー
ク７内にコイル２を挿入して樹脂モールドしたソレノイ
ド本体１ａを、ヨーク７下部の貫通孔１０を利用して支
持筒１２、案内ガイド４ａに挿通し、ヨーク７上部の挿
通孔１１から突出する固定鉄心３に、図１のように、平
ワッシャ等を介して締付ねじ１５を、ソレノイド本体１
ａに合成樹脂にてモールド成形したモールド樹脂層８の
上部から締着することにより、ソレノイド１を電磁弁Ｂ
の弁体Ｂ₁ 上に乗載固定する。

【００１７】次に、前記ソレノイド１のヨーク７を製造
する場合について説明する。先づ、最初にヨーク７を形
成するための電磁鋼板である磁性金属鋼の材質について
説明する。この磁性金属鋼板は例えば、配電用変圧器の
鉄心に使用するけい素鋼帯と同種の性質を備えている
が、前記変圧器とソレノイド１ではコイル２に流れる電
流の度合が全く異なるため、ソレノイド１のヨーク７を
形成するために変圧器鉄心用のけい素鋼帯をそのまま使
用することは、

【従来の技術】欄で記載したように、ソレノイドの特性
を維持する上で種々の困難が伴う。このため、本発明に
おいては、次の条件にて形成した磁性金属鋼板を用い
て、ソレノイド１のヨーク７を形成することにより、変
圧器鉄心用のけい素鋼帯を使用してヨーク７を形成した
場合の弊害を解決したものである。

【００１８】即ち、本発明においては、ソレノイド１の
ヨーク７に用いる磁性金属鋼板は、けい素（Ｓｉ）の含
有量が０．５〜１．５％の範囲内のものを使用する。こ
れは通常のけい素鋼帯に含有されているけい素（３％）
の約１／２以下に相当するものである。この結果、コイ
ル２に発生する励磁電流（銅損）は、けい素鋼帯に比べ
て半減させることができる。即ち、ＪＩＳ Ｃ ２５５
２，２５５３によれば一般に、けい素の含有量を高める
と鉄損が減少する反面、励磁電流が多く流れることによ
り銅損が増大する。ところが変圧器においては、鉄損を
良好に維持する上から励磁電流が増えることは、負荷電
流に比べれば１／１００程度の領域の増減であってとる
に足らない問題であった。

【００１９】しかし、ソレノイド１においては、前記変
圧器のように負荷電流がコイル２にはほとんど流れるこ
とはなく、ソレノイド１は変圧器で論じれば無負荷に近
い状態で使用することになる。これは、可動鉄心４を固
定鉄心３に吸引させるだけのトルクが生ずる磁束をヨー
ク７に流れるようにすればよいからである。従って、コ
イル２に大きな励磁電流が流れることになれば、コイル
２は必然的に発熱量が増大し、その絶縁性能を損うこと
は当然の理となる。

【００２０】このため、ヨーク７を構成する磁性金属鋼
板は、鉄損を抑制して励磁電流が多く流れるのを防ぐた
めに、鉄に含有するけい素を０．５〜１．５％程度に抑
制しないと、ソレノイド１のヨーク７としての機能を果
たすことが難しくなる。このため、本発明では、磁性金
属鋼板をけい素の含有量が、通常のけい素鋼帯に比べて
約１／２以下としたのものを使用することにより、前記
励磁電流が増大することによる弊害を解決するようにし
たものである。従って、本発明においては、けい素（Ｓ
ｉ）の含有量が０．５〜１．５％で、かつ、鋼板の板厚
を従来のけい素鋼帯の約１０倍程度とした電磁鋼板によ
りソレノイド１のヨーク７を形成するようにしたもので
ある。

【００２１】次に、前記電磁鋼板を、即ち、前記磁性金
属鋼板を用いてヨーク７を製造する場合について説明す
る。図２ないし図６において、最初に、けい素鋼帯より
約１０倍の板厚を有する単一の磁性金属鋼板９を所定の
長さに切断し、つづいて、前記切断した磁性金属鋼板９
の長さ方向の中央部に弁体Ｂ₁ の支持筒１２を貫通させ
る円形な貫通孔１０を、両端部には半円状の切欠部１１
ａ、１１ａをそれぞれポンチ等にて打抜く。

【００２２】そして、前記貫通孔１０を穿設した磁性金
属鋼板９を、図３の（ａ）に示すように、所定長さの溝
部１２を有する金型１３上に、前記溝部１２にまたがっ
て乗載し、その上方より溝部１２の長さ寸法よりも多少
短い長さの押圧金型１４をプレス等の押圧手段により押
圧する。これにより、磁性金属鋼板９は図３の（ｂ）に
示すように、金型１３の溝部１２内に嵌合し、図４に示
すように、磁性金属鋼板９の両端部に一対の天板部ａ，
ｂを形成する。

【００２３】つづいて、前記一対の天板部ａ，ｂを形成
した磁性金属鋼板９の中央部を、図５の（ａ）に示す長
さ寸法を短くした溝部１５を有する金型１６上に該溝部
１５をまたいで乗載する。前記溝部１５の長さ寸法は、
ヨーク７底部の長さ寸法に相当するものである。この
後、前工程同様、溝部１５よりも多少短い長さの押圧金
型１７をプレス等の押圧手段により押圧し、磁性金属鋼
板９の中心部を溝部１５内に嵌合させる（図５の（ｂ）
参照）。なお、前記押圧金型１７を溝部１５に押圧する
ときは、磁性金属鋼板９の幅方向の端部から突出する部
位（図４の上下方向）を押圧することによって、磁性金
属鋼板９を矩形状に成形加工する。

【００２４】これにより、磁性金属鋼板９には更に、コ
イル２の側面を相対向する位置で覆う一対の側板部ｃ，
ｄを成形加工する。即ち、図６に示すように、矩形状に
成形し、箱形のヨーク７を形成するものである。

【００２５】そして、矩形成形したヨーク７の上面をな
す一対の天板部ａ，ｂの接合部をスポット溶接等を行っ
て固定する。この結果、天板部ａ，ｂに設けた切欠部１
１ａ，１１ａは図６に示すように、円形となして固定鉄
心３の挿通孔１１を形成する。

【００２６】前記のように、本発明は、板厚の厚い単一
の磁性金属鋼板９を２回成形加工することにより、簡易
にソレノイド１のヨーク７を形成することが可能とな
る。これにより、ソレノイド１のヨーク７は、ほぼ連続
的に生産することができ、その生産性を著しく向上させ
ることができる。なお、前記のようにして形成したヨー
ク７は、段落番号［００１５］〜［００１６］で説明し
た手順でソレノイド１の組立を行い、電磁弁Ｂの弁口６
開閉動作に使用するものである。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように、ソレノ
イドに用いるヨークは、けい素の含有率をけい素鋼帯に
比べて１／２程度にした磁性金属鋼板を用いて構成する
ようにしたので、ソレノイドの運転中に際して、コイル
の発熱量を著しく軽減したソレノイドのヨークの製造を
可能としたので、利便である。

【００２８】また、本発明は、単一の磁性金属鋼板を折
り曲げ加工してソレノイドのヨークを製造するので、従
来のように、けい素鋼帯を巻回した場合のように、けい
素鋼帯の巻回層に緩みが発生し、その鋼帯間に隙間が生
じて磁束の流れに悪影響を与えることにより、ソレノイ
ドの鉄心特性を損なうといった問題を確実に解決するこ
とができる。

【００２９】更に、本発明は、ソレノイドのヨークに固
定及び可動鉄心を挿通させるための貫通孔を穿設する作
業は、ヨークを矩形成形する前に行うことができるの
で、従来のように、けい素鋼帯を所定回数巻回したヨー
クの内側に、孔開用ポンチの挿通孔を上面に備えた金型
を挿入し、ヨークの側面をプレス等の押圧手段により押
圧して、ヨーク上面に固定鉄心の貫通孔、次にヨーク底
面側においても同様の手段で、可動鉄心の貫通孔をそれ
ぞれ開けるといった非常に手間と時間のかかる作業を完
全に省略することが可能となり、これにより、ソレノイ
ドのヨークを単一の磁性金属鋼板を用いることと相まっ
て、効率的に、かつ、安価に製造でき利便である。

【図面の簡単な説明】

【図１】電磁弁に使用されるソレノイドの内部構造を示
す縦断面図である。

【図２】本発明のソレノイドのヨークに使用される磁性
金属鋼帯の成形前の状態を示す斜視図である。

【図３】本発明のヨークの製造工程の途中を順次説明す
るための説明図である。

【図４】磁性金属鋼帯に一対の天板部を形成した状態を
示す斜視図である。

【図５】同じく磁性金属鋼帯の側板部を形成する工程を
順次示す説明図である。

【図６】本発明のヨークの斜視図である。

【図７】従来の製造方法によりけい素鋼帯を巻回する工
程を示す概略構成図。

【図８】従来のヨークの製造工程を順次説明するための
説明図である。

【符号の説明】

１ ソレノイド ２ コイル ３ 固定鉄心 ４ 可動鉄心 ５ 弁 ６ 弁口 Ａ，７ ヨーク ８ モールド樹脂層 ９ 磁性金属鋼板 １０，８７ 可動鉄心の挿通孔 １１，８６ 固定鉄心の挿通孔 １２ 支持筒 １３，１６ 金型 １４，１７ 押圧金型 ７１ 回転軸 ７２ 巻取枠 ７３ａ ヨーク素体 ７４ 切断手段 ８１ スポット溶接位置 ８２ 金型 ８３ 押圧固定手段 ８５ 孔開用ポンチ Ｂ 電磁弁 Ｓ 切断位置 ａ，ｂ ヨークの天板部 ｃ，ｄ ヨークの側板部 ｅ ヨークの底板部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部を箱形状に矩形成形したヨークに囲
   繞されたコイルの励磁により、前記ヨークに止着した固
   定鉄心に可動鉄心を吸引作動させて弁口を開閉動作させ
   るようにしたソレノイドにおいて、前記ヨークは、その
   板厚がけい素鋼帯の板厚に比べて１０倍程度厚く、か
   つ、けい素の含有率がけい素鋼帯に含有されているけい
   素の約１／２以下の含有率で作製した磁性金属鋼板にて
   構成したことを特徴とするソレノイドのヨーク。
2. 【請求項２】 磁性金属鋼板を所定の長さに切断する工
   程と、前記所定の長さに切断された磁性金属鋼板の中央
   部に円形の貫通孔を、長さ方向の両端部には半円形の切
   欠部を形成する工程と、前記磁性金属鋼板の両端部をコ
   イル上面を覆う長さで直角に折曲して一対の天板部を形
   成する工程と、コイルの側面を相対向する位置で覆う一
   対の側板部を前記天板部の内側で折曲して磁性金属鋼板
   を箱形状に矩形成形する工程と、更に、前記一対の天板
   部の自由端となる突合せ部を溶接手段により接合し、前
   記一対の半円形の切欠部により円形な固定鉄心の挿通孔
   を形成する工程とを備えたソレノイドのヨーク製造方
   法。