WO2018062396A1 - ソレノイドのスリーブの製造方法 - Google Patents

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WO2018062396A1
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中村 好伸
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日立金属株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a solenoid sleeve, and more particularly to a method for manufacturing a sleeve for a high-pressure solenoid.
  • a sleeve that is a member of a solenoid is a cylindrical (annular) nonmagnetic member that has a tapered end surface, and a hollow shape that has an end surface that matches the shape of the end surface of the nonmagnetic member.
  • the structure is sandwiched between ferromagnetic members.
  • it is important to control the taper shape (angle) of the end of the nonmagnetic member.
  • Patent Document 1 discloses that an assembly in which ferromagnetic metal bodies and nonmagnetic metal bodies are alternately stacked is inserted into a metal sheath and removed as necessary.
  • a method of performing hot working after performing treatments such as air and sealing is disclosed.
  • hot working hot extrusion is optimal, but it is described that it can be performed by two steps of stretching in the laminating direction by hot forging or hot rolling after joining by HIP processing or the like.
  • Patent Document 2 referring to FIG. 6, a method for obtaining a diffusion bonding member by vacuum-sealing a whole material to be processed in a metal capsule and performing HIP processing, and also refer to FIG. And the method of obtaining the diffusion-bonded member by carrying out HIP processing after sealing the circumference
  • Patent Document 1 since a sheath is required for the HIP process, the cost increases accordingly. Further, after the assembly is inserted into the sheath, it is necessary to perform a process for assisting the joining between the ferromagnetic metal body and the nonmagnetic metal body, such as deaeration and sealing, as necessary. This process is indispensable when a strong joint strength is required, such as a high-pressure solenoid sleeve. Furthermore, since the sheath becomes unnecessary after the HIP process, it needs to be scraped off, and the processing takes time accordingly.
  • the HIP treatment After the HIP treatment, it is stretched in the laminating direction by hot forging or hot rolling, and more preferably, a hot subjected to a stretching process in order to make the shape of the nonmagnetic metal portion a preferable shape as an electromagnetic coil sleeve. It is supposed that the work material is cold worked in the direction opposite to the hot work. However, in these methods, it is difficult to control the angle of the tapered portion at the end of the nonmagnetic metal body.
  • Patent Document 2 does not disclose the bonding of different materials of the ferromagnetic metal body and the nonmagnetic metal body of Patent Document 1, and the obtained diffusion bonding member is used for manufacturing a solenoid sleeve, particularly diffusion bonding.
  • the control of the shape of the member to be performed the problem of deterioration due to welding, and the means for solving the problem.
  • the capsule position accuracy is low, it is difficult to obtain the dimensional accuracy of the machining.
  • a main object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solenoid sleeve, in which a solenoid sleeve having a nonmagnetic material having a desired shape and suitable for use in a high pressure environment can be obtained easily and at low cost. It is.
  • the non-magnetic member including the first taper portion that is recessed so as to reduce in diameter from the one end side in the axial direction toward the other end side can be fitted to the first taper portion.
  • a first step of preparing a second magnetic member and a first magnetic member including a second taper portion that is reduced in diameter from one end side in the axial direction toward the other end side, so that the second taper portion A second step of connecting the first magnetic member to one axial end of the non-magnetic member and connecting the second magnetic member to the other axial end of the non-magnetic member.
  • a fourth step of performing diffusion bonding of the nonmagnetic member and the first magnetic member and diffusion bonding of the nonmagnetic member and the second magnetic member, and the first taper portion and the second taper by performing the direction pressure pressurization process The non-magnetic member, the first magnetic member, and the second magnetic member are processed into a hollow shape so that at least a part of the diffusion bonding portion with the portion remains, and the first bonding portion and the second bonding portion are removed.
  • the hollow first magnetic body including a part of the second magnetic tape is formed, and at least a part of the second taper portion is diffusion-bonded to at least a part of the first taper portion at one end portion in the axial direction of the non-magnetic material.
  • a method for manufacturing a solenoid sleeve is provided in which the member is the hollow second magnetic body that is diffusion-bonded to the other axial end of the non-magnetic body.
  • the nonmagnetic member and the first magnetic member are sealed by the third step so as to seal the connection portion between the nonmagnetic member including the fitting portion of the first tapered portion and the second tapered portion and the first magnetic member. And forming a second joint for joining the nonmagnetic member and the second magnetic member so as to seal a connection portion between the nonmagnetic member and the second magnetic member.
  • hot isostatic pressing HIP is performed, and the nonmagnetic member and the first magnetic member are subjected to diffusion bonding while being compressed, and the nonmagnetic member and the second magnetic member are then compressed. The members are diffusion bonded while being compressed.
  • the bonding strength between the nonmagnetic member, the first magnetic member, and the second magnetic member can be increased without changing the angles of the first taper portion and the second taper portion, and the hot isostatic pressing process is performed. Since it is not necessary to vacuum seal using a capsule or the like for application, the sleeve can be easily manufactured and the cost can be reduced. Furthermore, in the processing after the hot isostatic pressing process, unnecessary capsules and the like do not need to be scraped off, and can be processed easily with high accuracy. Even if the first joint and the second joint are altered or deformed by the joining process, the first joint and the second joint are removed by the fifth step, so that the quality of the sleeve and the solenoid is deteriorated. Can be prevented. Therefore, a solenoid sleeve having a non-magnetic material having a desired shape and suitable for use in a high-pressure environment can be obtained easily and at low cost.
  • the nonmagnetic member includes a first annular portion projecting annularly on one end side in the axial direction of the nonmagnetic member, and a second annular portion projecting annularly on the other end portion side in the axial direction of the nonmagnetic member.
  • the first magnetic member is connected to the non-magnetic member by being press-fitted into the first annular portion
  • the second magnetic member is connected to the non-magnetic member by being press-fitted into the second annular portion. Is done.
  • first annular portion and the second annular portion are formed so that at least the portion remaining after cutting in the fifth step and the first joint portion are further separated from each other, and the second magnetic member side main surface of the nonmagnetic member and the non-magnetic portion of the second magnetic member.
  • the first joint from being formed in the portion remaining after the cutting in the five steps, and less of the second magnetic member side main surface of the nonmagnetic member and the nonmagnetic member side main surface of the second magnetic member. Can be prevented even second junction to the portion remaining after the cutting of the fifth step is formed.
  • the shape and characteristics of the first taper portion and the second taper portion remaining after cutting in the fifth step can be maintained without deformation or alteration, and the second magnetic member side main surface of the nonmagnetic member can be maintained.
  • the nonmagnetic member side main surface of the second magnetic member can maintain its shape and characteristics without deformation or alteration of at least the portion remaining after cutting in the fifth step, and diffusion by subsequent hot isostatic pressing treatment Bonding is good.
  • the first joint and the second joint are formed by arc welding.
  • arc welding is performed by covering and welding the arc generated from the molten wire with argon, carbon dioxide gas, etc., so that the atmosphere does not enter, and the joining surface of the first magnetic member and the nonmagnetic member and the second magnetic member and the nonmagnetic member are not.
  • the joint surface of the magnetic member is not easily oxidized by the atmosphere. Therefore, the first magnetic member and the nonmagnetic member, and the second magnetic member and the nonmagnetic member can be favorably diffusion-bonded by the subsequent hot isostatic pressing process in the fourth step.
  • the arc welding is TIG welding.
  • TIG Tungsten Inert Gas
  • TIG Tungsten Inert Gas
  • the connecting portion between the nonmagnetic member and the first magnetic member and the connecting portion between the nonmagnetic member and the second magnetic member can be easily and reliably sealed. Therefore, the non-magnetic member and the first magnetic member, and the non-magnetic member and the second magnetic member can be reliably diffusion-bonded by the hot isostatic pressing process.
  • TIG welding is welding in which heat is likely to spread in the surface direction, and it is difficult to be deeply joined to the inside of the connection portion, so that it can be reliably joined only where necessary.
  • a solenoid sleeve having a non-magnetic material having a desired shape and suitable for use in a high-pressure environment can be obtained easily and at low cost.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a solenoid 100 including a sleeve 10 manufactured by a method for manufacturing a solenoid sleeve according to an embodiment of the present invention.
  • the solenoid 100 includes a sleeve 10, a lid member 12, a coil 14, a resin member 16, a case 18, a movable iron core 20, a rod 22, and a spacer 24.
  • the sleeve 10 is formed in a cylindrical shape with the nonmagnetic body 26 sandwiched between the first magnetic body 28 and the second magnetic body 30 and functions as a fixed magnetic pole.
  • the lid member 12 functions as a stopper and is attached to the second magnetic body 30.
  • the coil 14 is wound around the sleeve 10 while being molded by the resin member 16.
  • the case 18 is formed in a cylindrical shape and is attached to the sleeve 10 and the lid member 12 so as to cover the coil 14 and the resin member 16 from the outside.
  • the movable iron core 20 is formed in a cylindrical shape and is provided in a space S formed by the sleeve 10 and the lid member 12.
  • the rod 22 is formed in a rod shape, penetrates the movable iron core 20, and is fixed to the movable iron core 20.
  • the rod 22 is provided so as to reciprocate in the sleeve 10 together with the movable iron core 20.
  • the spacer 24 is formed, for example, in an annular shape and is provided on the outer periphery of the rod 22 at one end in the axial direction of the movable iron core 20.
  • the movable iron core 20 and the rod 22 are moved by the first magnetic body 28 to the position shown in FIG. Note that the rod 22 is constantly biased toward the lid member 12 by a spring or the like (not shown), and when the supply of current to the coil 14 is stopped, the movable iron core 20 and the rod 22 move to the lid member 12 side.
  • the solenoid 100 is suitably used as a hydraulic solenoid valve in a high pressure environment as a proportional solenoid from the viewpoint of reducing useless energy by fine control of flow rate and pressure, for example.
  • the shape of the tapered portion at the end of the first magnetic body 28 (a part 51 of the second tapered portion 50 described later: see FIG. 7) is important. Because, in this case, the position of the movable iron core 20 is controlled by the magnitude of the current flowing through the coil 14 according to the characteristics obtained by the shape of the tapered portion at the end of the first magnetic body 28 and the added spring. This is because the characteristics change when the taper portion is deformed or altered. Regardless of whether the solenoid 100 is used as a proportional solenoid or not, the attraction force to the movable iron core 20 increases due to the tapered portion at the end of the first magnetic body 28.
  • a first magnetic member 34, a nonmagnetic member 32, and a second magnetic member 36 are prepared.
  • the nonmagnetic member 32 is formed in a substantially disk shape, and includes a main body 38, a first annular portion 40, and a second annular portion 42.
  • the main body 38 is formed in a disc shape, and the diameter of the main body 38 is reduced from one end portion (end portion on the first magnetic member 34 side) in the axial direction toward the other end portion side (second magnetic member 36 side).
  • a first recess 46 having a recessed first tapered portion 44 is included.
  • the first annular portion 40 protrudes from the outer peripheral portion of the main body 38 in the axial direction of the main body 38 at one end portion in the axial direction of the main body 38 and is formed in an annular shape.
  • the second annular portion 42 protrudes in the axial direction of the main body 38 from the outer peripheral portion of the main body 38 at the other end portion in the axial direction of the main body 38 (end portion on the second magnetic member 36 side), and is formed in an annular shape.
  • the first taper portion 44 is reduced in diameter from the one end side (first magnetic member 34 side) in the axial direction of the nonmagnetic member 32 toward the other end side (second magnetic member 36 side).
  • the first annular portion 40 is formed so as to protrude annularly on one end side in the axial direction of the nonmagnetic member 32.
  • the second annular portion 42 is formed so as to project annularly on the other end portion side of the nonmagnetic member 32 in the axial direction.
  • first annular portion 40 and the second annular portion 42 are respectively the first convex portion 48 of the first magnetic member 34 in FIG. 2A and the second convex portion of the second magnetic member 36 in FIG.
  • the protrusion 52 is pointed from the side.
  • the first magnetic member 34 is formed in a cylindrical shape and includes a first convex portion 48.
  • the first convex portion 48 protrudes in a disc shape from one end side in the axial direction of the first magnetic member 34 (opposite side to the nonmagnetic member 32 side) to the other end side (nonmagnetic member 32 side). And is located at the other end of the first magnetic member 34 in the axial direction.
  • the first convex portion 48 is connected to the first outer peripheral portion of the first convex portion 48 from the one end side in the axial direction of the first magnetic member 34 so as to be fitted to the first tapered portion 44.
  • a second taper portion 50 that decreases in diameter toward the bottom.
  • the diameter D1 of the first convex portion 48 is set to be slightly larger than the inner diameter D2 of the first annular portion 40 so that the first convex portion 48 can be press-fitted into the first annular portion 40.
  • the first taper portion 44 and the second taper portion 50 are substantially arranged so that the first taper portion 44 and the second taper portion 50 can be fitted when the first convex portion 48 is press-fitted into the first annular portion 40. Have the same slope.
  • the second magnetic member 36 is formed in a columnar shape and includes a second convex portion 52.
  • the second convex portion 52 is located at one end portion in the axial direction of the second magnetic member 36 (the end portion on the nonmagnetic member 32 side), and on the other end portion side in the axial direction of the second magnetic member 36 (nonmagnetic member 32). It protrudes in a disk shape from one side (opposite side) to one end side (non-magnetic member 32 side).
  • the diameter D3 of the second convex portion 52 is set to be slightly larger than the inner diameter D4 of the second annular portion 42 so that the second convex portion 52 can be press-fitted into the second annular portion 42.
  • the surface roughness of the nonmagnetic member 32, the first magnetic member 34, and the second magnetic member 36 is set to Ra of about 3.2.
  • the nonmagnetic member 32 stainless steel (for example, SUS304) is used.
  • the first magnetic member 34 and the second magnetic member 36 mild steel (for example, SS400) is used.
  • foreign matter dust, oil, cleaning liquid, rust, etc.
  • the nonmagnetic member 32, the first magnetic member 34, and the second magnetic member 36 are previously cleaned so as not to enter. Since a general method can be used as the cleaning method, details are omitted.
  • the first magnetic member 34 and the second magnetic member 36 are fitted and connected to the nonmagnetic member 32.
  • the first annular portion 40 side of the nonmagnetic member 32 and the first convex portion 48 side of the first magnetic member 34 are opposed to each other.
  • the first magnetic member 34 is moved toward the nonmagnetic member 32 to press-fit the first convex portion 48 into the first annular portion 40.
  • the diameter D1 of the first convex portion 48 is set to be slightly larger than the inner diameter D2 of the first annular portion 40 (see FIG. 2). Therefore, the first convex portion 48 is fitted by the first annular portion 40 with almost no gap.
  • the first magnetic member 34 is firmly inserted into the back.
  • the dimensions of the nonmagnetic member 32 and the first magnetic member 34 are set so that there is no gap between the tip of the first convex portion 48 and the main body 38 or as small as possible. Accordingly, in the fourth step, the nonmagnetic member 32 and the first magnetic member 34 can be securely diffusion bonded.
  • the first magnetic member 34 is press-fitted into the first annular portion 40, the second tapered portion 50 is fitted into the first tapered portion 44, and the first magnetic member 34 is moved in the axial direction of the nonmagnetic member 32. Connect to one end.
  • the second annular portion 42 side of the nonmagnetic member 32 and the second convex portion 52 side of the second magnetic member 36 are opposed to each other.
  • the second magnetic member 36 is moved toward the nonmagnetic member 32 to press-fit the second convex portion 52 into the second annular portion 42.
  • the diameter D3 of the second convex portion 52 is set to be slightly larger than the inner diameter D4 of the second annular portion 42 (see FIG. 2). Therefore, the second convex portion 52 is fitted by the second annular portion 42 with almost no gap. Then, the second magnetic member 36 is firmly inserted to the back until the second magnetic member 36 cannot move toward the nonmagnetic member 32.
  • the dimensions of the nonmagnetic member 32 and the second magnetic member 36 are set so that there is no gap between the tip of the second convex portion 52 and the main body 38 or as small as possible. Accordingly, in the fourth step, the nonmagnetic member 32 and the second magnetic member 36 can be securely diffusion bonded. As described above, the second magnetic member 36 is press-fitted into the second annular portion 42, and the second magnetic member 36 is connected to the other end portion of the nonmagnetic member 32 in the axial direction.
  • the third step as an example, welding is performed to produce the joint.
  • a connection portion between the nonmagnetic member 32 and the first magnetic member 34 (the first convex portion 48 and the first concave portion 46 and the first annular portion). Welding is performed along the outer peripheral portion 54 of the connecting portion so that the atmosphere does not enter the portion facing 40).
  • the connecting portion between the nonmagnetic member 32 and the first magnetic member 34 is a fitting portion between the first taper portion 44 and the second taper portion 50 (a portion where the first taper portion 44 and the second taper portion 50 face each other). including.
  • a preferable joining method is arc welding, and more preferably TIG welding.
  • arc welding the arc generated from the molten wire is covered and welded with argon, carbon dioxide gas, or the like, so that the atmosphere does not enter, and the joining surface of the first magnetic member 34 and the nonmagnetic member 32 and the second magnetic member 36 are not in contact with each other.
  • the joint surface of the magnetic member 32 is less likely to be oxidized by the atmosphere.
  • TIG welding the tungsten electrode is brought close to the material and the material is melted by the heat of discharge, and the heat easily spreads in the surface direction.
  • the nonmagnetic member 32 and the first magnetic member 34 are arranged along the outer peripheral portion 54 so as to seal the connection portion between the nonmagnetic member 32 and the first magnetic member 34.
  • a first joint portion 56 is formed to join the two.
  • the nonmagnetic member 32 and the first magnetic member 34 may be deformed or deteriorated due to the formation of the joint portion. Therefore, the axial dimension L1 (see FIG. 2) of the first annular portion 40 and the axial dimension L2 (see FIG. 2) of the disk portion 49 of the first convex portion 48 are somewhat longer (the nonmagnetic member 32 and the first magnetic member 32).
  • the first annular portion 40 is formed such that the first tapered portion 44 and the second tapered portion 50 and the first joint portion 56 are further apart from each other as compared with the case where the first annular portion 40 is not provided. Thereby, it is possible to prevent the first joint portion 56 from being formed up to the first taper portion 44 and the second taper portion 50, and the shape of the first taper portion 44 and the second taper portion 50 can be prevented from being deformed or altered. And the characteristics can be maintained, and the diffusion bonding by the subsequent hot isostatic pressing process becomes good.
  • the atmosphere is connected to the connecting portion between the nonmagnetic member 32 and the second magnetic member 36 (the main surface 39 on the other end side of the main body 38 and the portion where the second annular portion 42 and the second convex portion 52 face each other).
  • Welding is performed along the outer peripheral portion 58 of the connecting portion so as not to be mixed.
  • the nonmagnetic member 32 and the second magnetic member 36 are aligned along the outer peripheral portion 58 so as to seal the connection portion between the nonmagnetic member 32 and the second magnetic member 36.
  • a second joint 60 is formed to join the two.
  • the nonmagnetic member 32 and the second magnetic member 36 may be deformed or altered due to the formation of the welded portion. Therefore, the axial dimension L3 (see FIG. 2) of the second annular portion 42 and the axial dimension L4 (see FIG. 2) of the second convex portion 52 are made somewhat longer (the nonmagnetic member 32 and the second magnetic member 36). Depending on the material and the welding method, for example, about 2 to 10 mm) and substantially the same dimensions are set. That is, as compared with the case where the second annular portion 42 is not provided, the second annular portion 42 is formed such that the main surface 39 of the main body 38 and the main surface 53 of the second convex portion 52 are separated from the second joint portion 60.
  • An axial dimension L1 of the first annular portion 40, an axial dimension L2 of the disk portion 49 of the first convex portion 48, an axial dimension L3 of the second annular portion 42, and an axial dimension of the second convex portion 52 By lengthening the dimension L4, the processing allowance in the 5th process mentioned later can be decreased.
  • the first joint portion 56 and the second joint portion 60 are formed in a size (depth) and position that are all removed in the fifth step so as not to affect (not include) the sleeve 10 that is the final shape. Is done. The same applies to the first joint portions 56a and 56b and the second joint portions 60a and 60b in other embodiments shown in FIGS.
  • the nonmagnetic member 32, the first magnetic member 34, and the second magnetic member 36 joined by the first joining portion 56 and the second joining portion 60 in the step are treated with a furnace ( (Not shown) and subjected to hot isostatic pressing.
  • a furnace (Not shown) and subjected to hot isostatic pressing.
  • SUS304 stainless steel
  • SS400 mild steel
  • the condition of the hot isostatic pressing process is more reliable bonding.
  • the temperature is set to 850 ° C. to 1100 ° C.
  • the pressure is set to 100 MPa to 130 MPa
  • the time is set to 1 hr to 3 hr.
  • the nonmagnetic member 32, the first magnetic member 34, and the second magnetic member 36 receive a pressure P from the outside by the hot isostatic pressing process. And in the connection part of the nonmagnetic member 32 sealed with the 1st junction part 56 and the 1st magnetic member 34, the 1st magnetic member 34 and the nonmagnetic member 32 are heated and pressurized by high temperature and high pressure. The first magnetic member 34 and the nonmagnetic member 32 are compressed, and atom diffusion occurs between the first magnetic member 34 and the nonmagnetic member 32. Thereby, the nonmagnetic member 32 and the first magnetic member 34 are firmly joined. At this time, the first taper portion 44 and the second taper portion 50 are also strongly bonded by being mutually diffused while being compressed at a high pressure.
  • the second magnetic member 36 and the nonmagnetic member 32 are heated and pressurized at a high temperature and a high pressure at the connection portion between the nonmagnetic member 32 and the second magnetic member 36 sealed by the second joint portion 60.
  • the second magnetic member 36 and the nonmagnetic member 32 are compressed, and atoms are diffused between the second magnetic member 36 and the nonmagnetic member 32.
  • the nonmagnetic member 32 and the second magnetic member 36 are firmly joined.
  • stainless steel (SUS304) has higher hardness than mild steel (SS400)
  • stainless steel (SUS304) is used for the nonmagnetic member 32
  • iron (soft steel (SS400)) is used for the first magnetic member 34 and the second magnetic member 36.
  • the shape of the 1st magnetic member 34 and the 2nd magnetic member 36 follows the shape of the nonmagnetic member 32, it is preferable to improve the dimensional accuracy of the nonmagnetic member 32. Further, it is preferable that the hardness of the first magnetic member 34 and the second magnetic member 36 is lower than the hardness of the nonmagnetic member 32.
  • nonmagnetic stainless steel such as SUS303, SUS316, SUS321, brass, bronze in addition to the SUS304.
  • the Cu-based alloy such as aluminum alloy
  • the first magnetic member 34 and the second magnetic member 36 include magnetic stainless steel such as SUS430 in addition to iron such as SS400.
  • the nonmagnetic member 32, the first magnetic member 34, and the second magnetic member 36 are cut so that the sleeve 10 indicated by the two-dot chain line remains.
  • the outer peripheral portions of the nonmagnetic member 32, the first magnetic member 34, and the second magnetic member 36 are cut. Further, one axial end of the first magnetic member 34 and the other axial end of the second magnetic member 36 are cut. Further, the second magnetic member 36 is cut into a cylindrical shape from the other end side of the second magnetic member 36 to a part of the first convex portion 48 of the first magnetic member 34 in the axial direction.
  • the nonmagnetic member 32, the first magnetic member 34, and the second magnetic member 36 are processed into a hollow shape. At this time, cutting is performed so that at least a part of the diffusion bonding portion between the first tapered portion 44 and the second tapered portion 50 remains.
  • the non-magnetic member 32 becomes an annular non-magnetic body 26 including a part 45 of the first taper portion 44 at one end portion in the axial direction by the fifth step described above.
  • the first magnetic member 34 becomes a hollow first magnetic body 28 including a part 51 of the second tapered portion 50.
  • a part 51 of the second taper part 50 included in the first magnetic body 28 is diffusion-bonded to a part 45 of the first taper part 44 included in the nonmagnetic body 26 at one end in the axial direction of the nonmagnetic body 26. Is done.
  • the second magnetic member 36 becomes a hollow second magnetic body 30 that is diffusion-bonded to the other end portion of the nonmagnetic body 26 in the axial direction. In this way, the cylindrical sleeve 10 formed by sandwiching the non-magnetic body 26 between the first magnetic body 28 and the second magnetic body 30 is obtained.
  • a stepped portion 31 is formed at the end on the second magnetic body 30 side so that the ground contact surface with the lid member 12 is increased and the lid member 12 and the sleeve 10 can be firmly connected by welding. is doing.
  • the connecting portion between the nonmagnetic member 32 and the first magnetic member 34 including the fitting portion between the first taper portion 44 and the second taper portion 50 is formed in the third step.
  • a non-magnetic member 32 is formed so as to form a first joining portion 56 for joining the non-magnetic member 32 and the first magnetic member 34 so as to seal the connection portion between the non-magnetic member 32 and the second magnetic member 36.
  • a second magnetic member 36 are formed.
  • a hot isostatic pressing process is performed, the nonmagnetic member 32 and the first magnetic member 34 are compressed and diffusion bonded, and the nonmagnetic member 32 and the second magnetic member 36 are compressed. Diffusion bonding is performed.
  • the bonding strength of the nonmagnetic member 32, the first magnetic member 34, and the second magnetic member 36 can be increased without changing the angles of the first taper portion 44 and the second taper portion 50. Since it is not necessary to use a separate capsule or the like for vacuum sealing in order to perform the pressure and pressure treatment, the sleeve 10 can be easily manufactured and the cost can be reduced. Furthermore, in the processing after the hot isostatic pressing process, unnecessary capsules and the like do not need to be scraped off, and can be processed easily with high accuracy. Even if the first joining portion 56 and the second joining portion 60 are altered or deformed by the joining process, the first joining portion 56 and the second joining portion 60 are removed by the fifth step. It can prevent that the quality of 100 falls. Therefore, the sleeve 10 of the solenoid 100 having the nonmagnetic material 26 having a desired shape and suitable for use in a high pressure environment can be obtained easily and at low cost.
  • the first magnetic member 34 By press-fitting the first magnetic member 34 into the first annular portion 40, the first magnetic member 34 can be connected to the nonmagnetic member 32 so as not to easily come off. Therefore, when the non-magnetic member 32 and the first magnetic member 34 are subjected to the hot isostatic pressing process, the non-magnetic member 32 and the first magnetic member 34 can be more securely bonded by diffusion. Similarly, by pressing the second magnetic member 36 into the second annular portion 42, the second magnetic member 36 can be connected to the nonmagnetic member 32 so as not to easily come off. Therefore, when the non-magnetic member 32 and the second magnetic member 36 are subjected to the hot isostatic pressing process, the non-magnetic member 32 and the second magnetic member 36 can be diffusion bonded more reliably.
  • the first tapered portion 44 and the second tapered portion 50 are sufficiently separated from the first joint portion 56, and
  • the main surface 53 of the surface 39 and the second convex portion 52 and the second joint 60 are sufficiently separated from each other, and the diameter of the nonmagnetic member 32, the diameter of the first magnetic member 34, and the diameter of the second magnetic member 36 are It does not have to be set large. Therefore, since the sizes (outer diameters) of the nonmagnetic member 32, the first magnetic member 34, and the second magnetic member 36 can be suppressed, it is possible to reduce the trouble of scraping off unnecessary portions after the hot isostatic pressing process. it can.
  • the joint surface between the first magnetic member 34 and the nonmagnetic member 32 and the joint surface between the second magnetic member 36 and the nonmagnetic member 32 are in the atmosphere.
  • the first magnetic member 34 and the non-magnetic member 32 and the second magnetic member 36 and the non-magnetic member 32 can be favorably diffusion-bonded by the subsequent hot isostatic pressing process in the fourth step. it can.
  • connection portion on the outer peripheral side can be widely and reliably joined, the connection portion between the nonmagnetic member 32 and the first magnetic member 34, and the nonmagnetic member 32 and the second magnetic member 36.
  • the connecting portion can be easily and reliably sealed. Therefore, the non-magnetic member 32 and the first magnetic member 34, and the non-magnetic member 32 and the second magnetic member 36 can be securely diffusion-bonded by the hot isostatic pressing process.
  • TIG welding is welding in which heat is likely to spread in the surface direction, and it is difficult to be deeply joined to the inside of the connection portion, so that it can be reliably joined only where necessary.
  • solenoids other than the solenoid suitable for the proportional solenoid shown in FIG. 1, for example, can be manufactured by a known manufacturing method using the solenoid sleeve according to the present invention.
  • the solenoid using the sleeve according to the present invention is suitable for use in a high pressure environment. (Example)
  • the sleeve according to the present invention was manufactured under the following conditions, and the bonding strength of the present invention was evaluated from the tensile strength test and the leak test. (Tensile strength)
  • Two magnetic members were prepared.
  • the second taper portion is fitted to the first taper portion, the first magnetic member is connected to one end portion of the nonmagnetic member in the axial direction, and the second magnetic member is The other end of the nonmagnetic member in the axial direction was connected.
  • connection portion is sealed so as to seal the connection portion between the nonmagnetic member and the first magnetic member including the fitting portion between the first taper portion and the second taper portion.
  • a second joint portion for joining the nonmagnetic member and the second magnetic member along the portion was formed. At this time, welding of the joint was performed by TIG welding.
  • the nonmagnetic member, the first magnetic member, and the second magnetic member joined in the third step are directly put into the HIP processing apparatus, and hot isostatic pressing is performed.
  • the nonmagnetic member and the first magnetic member were diffusion bonded
  • the nonmagnetic member and the second magnetic member were diffusion bonded.
  • the conditions for the hot isostatic pressure treatment were a temperature of 1000 ° C., a pressure of 113 MPa, and a treatment time of 2 hours.
  • the diffusion-bonded first magnetic member, non-magnetic member, and second magnetic member were processed so as to have an axial length of 105 mm and a diameter of 6 mm to prepare a sample.
  • the axial length at the center of the nonmagnetic member was 2.5 mm.
  • first magnetic member, the nonmagnetic member, and the second magnetic member are diffusion-bonded in the same manner as that produced in the tensile test, a diffusion-bonded portion between the first tapered portion and the second tapered portion.
  • the non-magnetic member, the first magnetic member, and the second magnetic member are processed into a hollow shape so that at least a part of the first magnetic member and the second magnetic member are removed, and the first joint and the second joint are removed.
  • a cylindrical sleeve formed by sandwiching a non-magnetic material between the first magnetic material and the second magnetic material was separately produced.
  • the cylindrical sleeve had a length of 105 mm in the axial direction, an outer diameter of 22 mm, an inner diameter of 17 mm (part where the movable iron core moves) and 9 mm (part where the rod moves), non-magnetic
  • the length in the axial direction of the body was 2.5 mm, and the angle of the tapered portion of the nonmagnetic material was 45 °. There was no change in the taper angle.
  • the sleeve according to the present invention can sufficiently withstand the specifications of the sleeve of the high-pressure solenoid. (Production of solenoid)
  • the solenoid shown in FIG. 1 was produced using the sleeve produced in the above example. Specifically, the spacer 24 is disposed on the cylindrical sleeve, and the lid member 12 is inserted in a state where the assembly including the movable iron core 20 and the rod 22 penetrating the movable iron core 20 is inserted so as to be movable in the axial direction. Welded to the sleeve. Then, the coil 14 molded by the resin member 16 is disposed so as to surround the non-magnetic portion of the sleeve, and the solenoid is manufactured by covering with the case 18. Since the sleeve produced in the above embodiment is used for the produced solenoid, the solenoid is suitable for use in a high-pressure environment.
  • the sleeve of the conventional solenoid (for example, described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-38780) has the first magnetic material and the second magnetic material.
  • a hollow was provided in the outer periphery of the material, and a nonmagnetic material was fitted into the hollow and joined by TIG welding or the like.
  • the thickness of the portion of the sleeve according to the present invention located outside the movable core of the solenoid can be made relatively small. Therefore, if the solenoids have the same size, the facing area (adsorption area) between the movable iron core and the first magnetic body in the axial direction of the solenoid can be increased, and thus a large attractive force can be obtained by using the sleeve according to the present invention. Can do. Further, when the same suction force is obtained, the size of the solenoid can be reduced by using the sleeve according to the present invention. Further, since the taper shape can be easily set to a desired angle by using the sleeve according to the present invention, it is possible to obtain a solenoid having a good proportionality of suction force.
  • a nonmagnetic member 32a, a first magnetic member 34a, and a second magnetic member 36a as shown in FIG. 8 may be used.
  • a nonmagnetic member 32a, a first magnetic member 34a, and a second magnetic member 36a as shown in FIG. 8 may be used.
  • portions of first taper portion 44 a and second taper portion 50 a that remain after cutting in the fifth step (see nonmagnetic body 26 and first magnetic body, with reference to FIG. 7). 28, corresponding to a part 45 of the first taper part 44 and a part 51 of the second taper part 50), and the first joint part 56a so as to be further away from each other.
  • the radial dimension L9 of the second taper portion 50a, the outer diameter of the nonmagnetic body 32a (first annular portion 40a) and the outer diameter of the first magnetic member 34a are somewhat large (the nonmagnetic member 32a and the first magnetic member 34a).
  • the radial dimension L10 of the portion removed by cutting in the fifth step of the first tapered portion 44a and the second tapered portion 50a is set to about 1 to 3 mm) It has been.
  • portions of the first taper portion 44a and the second taper portion 50a remaining after cutting in the fifth step can maintain their shapes and characteristics without being deformed or altered by the first joint portion 56a.
  • a portion remaining after cutting in the fifth step of the main surface 39a of the main body 38a and the main surface 53a of the second convex portion 52a (refer to FIG. 7, the connection surface between the nonmagnetic body 26 and the second magnetic body 30)
  • the diameter of the nonmagnetic member 32a (second annular portion 42a) and the diameter of the second magnetic member 36a are set large so that the second joint portion 60a is further away from the second joint portion 60a. Thereby, the shape and characteristics of the main surface 39a of the main body 38a and the main surface 53a of the second convex portion 52a remaining after cutting in the fifth step can be maintained without being deformed or altered by the second joint 60a. .
  • the diameter of the nonmagnetic member 32a (the first annular portion 40a and the second annular portion 42a), the first magnetic member 34a.
  • the diameter of the second magnetic member 36a are increased, so that the first tapered portion 44a and the second tapered portion 50a are independent of the axial dimensions of the first annular portion 40a and the second annular portion 42a.
  • the main surface 39a of the main body 38a and the main surface 53a of the second convex portion 52a after cutting in the fifth step. The remaining portion can be sufficiently separated from the second joint portion 60a.
  • the axial dimension L5 of the first annular portion 40a the axial dimension L6 of the disk portion 49a of the first convex portion 48a, the axial dimension L7 of the second annular portion 42a, and the axis of the second convex portion 52a. Even if the direction dimension L8 is not lengthened, the first joint portion 56a and the second joint portion 60a can be easily formed so as not to affect (do not include) the sleeve 10 that is the final shape.
  • first annular portion and the second annular portion are formed has been described, but the first annular portion and the second annular portion may not necessarily be formed. Moreover, you may provide the uneven
  • a nonmagnetic member 32b, a first magnetic member 34b, and a second magnetic member 36b as shown in FIG. 9 may be used as the nonmagnetic member, the first magnetic member, and the second magnetic member.
  • a nonmagnetic member 32b, a first magnetic member 34b, and a second magnetic member 36b as shown in FIG. 9 may be used as the nonmagnetic member, the first magnetic member, and the second magnetic member.
  • the detailed description of the components shown in FIG. 9 will be omitted by using the reference numerals of “a” at the end of the symbols of the corresponding components in the embodiment shown in FIG.
  • the nonmagnetic member 32b is different from the nonmagnetic member 32a in that it does not have the first annular portion 40a and the second annular portion 42a but has the third concave portion 62 and the fourth concave portion 64.
  • the first magnetic member 34b is different from the first magnetic member 34a in that the first magnetic member 34b does not have the disk portion 49a but has the third convex portion 66.
  • the second magnetic member 36b is different from the second magnetic member 36a in that the second magnetic member 36b does not have the second convex portion 52a but has the fourth convex portion 68.
  • the radial dimension L11 of the first tapered portion 44b and the second tapered portion 50b is set larger than the radial dimension L9 (see FIG.
  • the third recess 62 is formed at the center of the first recess 46b
  • the fourth recess 64 is formed at the center of the main surface 39b of the nonmagnetic member 32b.
  • the third convex portion 66 is formed at the center of the front end surface of the first convex portion 48b so that it can be press-fitted into the third concave portion 62, and the fourth convex portion 68 can be press-fitted into the fourth concave portion 64.
  • the second magnetic member 36b is formed at the center of the main surface 53b.
  • the first magnetic member 34 b can be easily positioned on the nonmagnetic member 32 b by press-fitting the third convex portion 66 into the third concave portion 62, and the fourth convex portion 68 is press-fitted into the fourth concave portion 64.
  • the second magnetic member 36b can be easily positioned on the nonmagnetic member 32b.
  • the first magnetic member 34c may be used instead of the first magnetic member 34b, and the second magnetic member 36c may be used instead of the second magnetic member 36b.
  • the first magnetic member 34c is different from the first magnetic member 34b in having a hollow portion 70.
  • the second magnetic member 36 c is different from the second magnetic member 36 b in that it has a hollow portion 74.
  • the hollow portion 70 extends in the axial direction of the first magnetic member 34c from the center of the main surface 72 on the one end portion side in the axial direction of the first magnetic member 34c.
  • the place where the hollow part 70 is formed is a part that is cut in the fifth step.
  • the hollow portion 74 extends in the axial direction of the second magnetic member 36c from the center of the main surface 76 on the other end portion side in the axial direction of the second magnetic member 36c.
  • the location where the hollow portion 74 is formed is a portion that is cut in the fifth step.
  • Other components are the same as those in the embodiment shown in FIG.
  • the portion to be cut in the fifth step can be reduced, and the processing time can be shortened.
  • the first tapered portion and the second tapered portion are partially removed in the fifth step.
  • the first tapered portion, the second tapered portion, and the final-shaped sleeve may be formed so that the two tapered portions are not removed.
  • a sleeve having a final shape can be formed by simply removing one annular portion.
  • first joint portion and the second joint portion are formed by TIG welding.
  • TIG TIG
  • MIG MetalGInert Gas
  • Plasma welding may be used.
  • brazing, laser welding, or electron beam welding may be used as a method of forming the joint.
  • the surface roughness of the non-magnetic member, the first magnetic member, and the second magnetic member may be 0.4 or more in terms of Ra in order to bond well. More preferably, Ra is 3.2 or more.
  • the surface roughness of the nonmagnetic member, the first magnetic member, and the second magnetic member may not be the same.
  • the conditions for the hot isostatic pressing are as follows: the size of the sleeve to be produced, the nonmagnetic member, the material used for the first magnetic member and the second magnetic member, the nonmagnetic member, the first magnetic member and the second magnetic member, respectively.
  • the thickness ratio and the shape of the boundary between the magnetic member and the nonmagnetic member according to the characteristics to be obtained may be set as appropriate.

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Abstract

非磁性部材32と第1磁性部材34と第2磁性部材36とを準備し、第1磁性部材34と第2磁性部材36とを非磁性部材32に接続する。そして、非磁性部材32と第1磁性部材34とを接合する第1接合部56および非磁性部材32と第2磁性部材36とを接合する第2接合部60を形成し、非磁性部材32と第1磁性部材34と第2磁性部材36とに熱間等方圧加圧処理を施し拡散接合する。その後、非磁性部材32と第1磁性部材34と第2磁性部材36とを中空状に加工しかつ第1接合部56と第2接合部60とを除去する処理を経て、非磁性部材32は非磁性体26となり、第1磁性部材34は第1磁性体28となり、第2磁性部材36は第2磁性体30となり、スリーブ10が得られる。

Description

ソレノイドのスリーブの製造方法
 この発明はソレノイドのスリーブの製造方法に関し、より特定的には、高圧ソレノイドのスリーブの製造方法に関する。
 一般に流体の流量制御などに用いられるソレノイド、特に比例ソレノイドについて、昨今、高耐圧化の要求が高まっている。ソレノイドの部材であるスリーブは、たとえば比例ソレノイドの場合、片方の端面がテーパ形状である筒状(環状)の非磁性部材を、その端面がそれぞれ非磁性部材の端面の形状に合った中空状の強磁性部材で挟んだような構造をしている。正確な流量制御のためには非磁性部材端部のテーパ形状(角度)の制御が重要である。また、高圧環境での使用に耐えるためにソレノイドのスリーブに要求される特性としては、非磁性部材と強磁性部材との接合強度が高いことがあげられる。
 この種の部材の従来の製造方法の一例として、特許文献1には、強磁性金属体と非磁性金属体とを交互に積層した組立て体を金属製のシースに挿入し、必要に応じて脱気や封着などの処理を行ってから熱間加工する方法が開示されている。熱間加工としては、熱間押出しが最適であるが、HIP処理等で接合した後、熱間鍛造もしくは熱間圧延により積層方向に延伸する二工程によって行うこともできる旨記載されている。
 また、特許文献2には、その図6を参照して、被処理材全体を金属製のカプセルの中に真空封入してHIP処理して拡散接合部材を得る方法、また、その図7を参照して、被処理材同士の接合部の周囲を溶接によってシールした後、HIP処理して拡散接合部材を得る方法が、従来技術として開示されている。
特開平11-251138号公報
特開平5-228653号公報
 特許文献1の製造方法では、HIP処理するためにはシースが必要になるので、その分コストが高くなる。また、組立て体をシースに挿入した後、必要に応じて脱気や封着など強磁性金属体/非磁性金属体間の接合を助ける処理を行わなければならず、手間がかかる。高圧ソレノイドのスリーブのように強い接合強度を必要とする場合には、この処理は必須である。さらに、シースは、HIP処理後には不要となるので削り落とす必要があり、その分加工に時間を要する。また、HIP処理後、熱間鍛造もしくは熱間圧延により積層方向に延伸し、さらに好ましくは、非磁性金属部分の形状を電磁コイル用スリーブとして好ましい形状とするために、延伸加工を施した熱間加工材に対してこれらの熱間加工とは逆の方向に冷間加工を施すとされている。しかしながら、これらの方法では非磁性金属体の端部のテーパ部の角度を制御するのが困難である。
 また、特許文献2には、特許文献1の強磁性金属体と非磁性金属体との異材の接合について開示がなく、得られた拡散接合部材をソレノイドのスリーブの製造に用いること、特に拡散接合する部材の形状を制御することや、溶接による変質の問題とその解決手段については開示も示唆もされていない。また、カプセルを用いる方法では、HIP処理後にカプセル部分を除去する加工の必要があるが、カプセルの位置精度が低いため、加工の寸法精度を出しにくい。また、カプセルの材質によっては非常に加工しづらい、という問題がある。
 それゆえにこの発明の主たる目的は、所望の形状の非磁性体を有しかつ高圧環境での使用に適したソレノイドのスリーブが容易かつ低コストで得られる、ソレノイドのスリーブの製造方法を提供することである。
 この発明の或る見地によれば、その軸方向の一端部側から他端部側に向かって縮径するように凹む第1テーパ部を含む非磁性部材と、第1テーパ部に嵌合可能となるようにその軸方向の一端部側から他端部側に向かって縮径する第2テーパ部を含む第1磁性部材と、第2磁性部材とを準備する第1工程、第2テーパ部を第1テーパ部に嵌合させて第1磁性部材を非磁性部材の軸方向の一端部に接続し、第2磁性部材を非磁性部材の軸方向の他端部に接続する第2工程、第1テーパ部と第2テーパ部との嵌合部分を含む非磁性部材と第1磁性部材との接続部分を密封するように接続部分の外周部に沿って非磁性部材と第1磁性部材とを接合する第1接合部を形成し、非磁性部材と第2磁性部材との接続部分を密封するように接続部分の外周部に沿って非磁性部材と第2磁性部材とを接合する第2接合部を形成する第3工程、第3工程によって接合された非磁性部材と第1磁性部材と第2磁性部材とに熱間等方圧加圧処理を施すことによって、非磁性部材と第1磁性部材とを拡散接合しかつ非磁性部材と第2磁性部材とを拡散接合する第4工程、ならびに第1テーパ部と第2テーパ部との拡散接合部分の少なくとも一部が残るように、非磁性部材と第1磁性部材と第2磁性部材とを中空状に加工しかつ第1接合部と第2接合部とを除去する処理を経て、非磁性体を第1磁性体と第2磁性体とで挟んで形成される筒状のスリーブを得る第5工程を備え、第5工程によって、非磁性部材は第1テーパ部の少なくとも一部を含む環状の非磁性体となり、第1磁性部材は第2テーパ部の少なくとも一部を含む中空状の第1磁性体となり、第2テーパ部の少なくとも一部は、非磁性体の軸方向の一端部において第1テーパ部の少なくとも一部に拡散接合され、第2磁性部材は非磁性体の軸方向の他端部に拡散接合される中空状の前記第2磁性体となる、ソレノイドのスリーブの製造方法が提供される。
 この発明では、第3工程によって、第1テーパ部と第2テーパ部との嵌合部分を含む非磁性部材と第1磁性部材との接続部分を密封するように非磁性部材と第1磁性部材とを接合する第1接合部を形成し、非磁性部材と第2磁性部材との接続部分を密封するように非磁性部材と第2磁性部材とを接合する第2接合部を形成する。その後、第4工程によって、熱間等方圧加圧(Hot Isostatic Pressing:HIP)処理を施して、非磁性部材と第1磁性部材とを圧縮しつつ拡散接合し、非磁性部材と第2磁性部材とを圧縮しつつ拡散接合する。したがって、第1テーパ部および第2テーパ部の角度を変更することなく非磁性部材と第1磁性部材と第2磁性部材との接合強度を大きくできる、また、熱間等方圧加圧処理を施すために別途カプセル等を用いて真空封止する必要がないので、スリーブの製造が容易になりかつコストを削減できる。さらに、熱間等方圧加圧処理後の加工では、不要となるカプセル等を削り落とす必要がないので精度よく容易に加工できる。また、第1接合部および第2接合部に接合処理によって変質や変形が生じても、第1接合部および第2接合部は第5工程によって除去されるので、スリーブひいてはソレノイドの品質が低下することを防止できる。したがって、所望の形状の非磁性体を有しかつ高圧環境での使用に適したソレノイドのスリーブが容易かつ低コストで得られる。
 好ましくは、非磁性部材は、非磁性部材の軸方向の一端部側において環状に突出する第1環状部と、非磁性部材の軸方向の他端部側において環状に突出する第2環状部とを含み、第2工程において、第1磁性部材は第1環状部に圧入されることによって非磁性部材に接続され、第2磁性部材は第2環状部に圧入されることによって非磁性部材に接続される。この場合、たとえば、第1環状部および第2環状部をある程度長く形成したり、第1環状部および第2環状部の外径をある程度大きくすることによって、すなわち、第1テーパ部および第2テーパ部のうち少なくとも第5工程による切削後に残る部分と第1接合部とがより離れるように第1環状部を形成し、かつ非磁性部材の第2磁性部材側主面および第2磁性部材の非磁性部材側主面のうち少なくとも第5工程による切削後に残る部分と第2接合部とがより離れるように第2環状部を形成することによって、第1テーパ部および第2テーパ部のうち少なくとも第5工程による切削後に残る部分にまで第1接合部が形成されることを防止できるとともに、非磁性部材の第2磁性部材側主面および第2磁性部材の非磁性部材側主面のうち少なくとも第5工程による切削後に残る部分にまで第2接合部が形成されることを防止できる。これによって、第1テーパ部および第2テーパ部のうち少なくとも第5工程による切削後に残る部分が変形や変質することなくその形状および特性を維持できるとともに、非磁性部材の第2磁性部材側主面および第2磁性部材の非磁性部材側主面のうち少なくとも第5工程による切削後に残る部分が変形や変質することなくその形状および特性を維持でき、後の熱間等方圧加圧処理による拡散接合が良好となる。
 また好ましくは、第3工程において、第1接合部と第2接合部とは、アーク溶接によって形成される。この場合、アーク溶接は、溶融ワイヤから発生させたアークをアルゴンや炭酸ガス等で覆い溶接するので、大気が混入せず、第1磁性部材と非磁性部材の接合面および第2磁性部材と非磁性部材の接合面が大気により酸化しにくくなる。したがって、後の第4工程の熱間等方圧加圧処理によって第1磁性部材と非磁性部材および第2磁性部材と非磁性部材を良好に拡散接合することができる。
 さらに好ましくは、アーク溶接は、TIG溶接である。TIG(Tungsten Inert Gas)溶接は、タングステン電極を材料に近づけて放電の熱で材料を溶かし、熱が広がりやすい溶接のため、外周側の接続部分を広く、確実に接合できる。この場合、非磁性部材と第1磁性部材との接続部分、および非磁性部材と第2磁性部材との接続部分を、容易かつ確実に密封することができる。したがって、熱間等方圧加圧処理によって、非磁性部材と第1磁性部材、および非磁性部材と第2磁性部材を、確実に拡散接合させることができる。また、TIG溶接は、熱が面方向に広がりやすい溶接であり、接続部分内部へ深く接合されにくいため、必要なところだけ確実に接合できる。
 この発明によれば、所望の形状の非磁性体を有しかつ高圧環境での使用に適したソレノイドのスリーブが容易かつ低コストで得られる。
この発明の一実施形態に係るソレノイドのスリーブの製造方法によって製造されるスリーブを備えるソレノイドを示す断面図である。 (a)は第1磁性部材を示す断面図であり、(b)は非磁性部材を示す断面図であり、(c)は第2磁性部材を示す断面図である。 第1磁性部材と第2磁性部材とを非磁性部材に接続した状態を示す断面図である。 非磁性部材と第1磁性部材とを接合しかつ非磁性部材と第2磁性部材とを接合した状態を示す断面図である。 熱間等方圧加圧処理中の非磁性部材と第1磁性部材と第2磁性部材とを示す断面図解図である。 非磁性部材、第1磁性部材および第2磁性部材の切削箇所を示す断面図解図である。 この発明の一実施形態に係るソレノイドのスリーブの製造方法によって製造されるスリーブを示す断面図である。 他の実施形態に係る非磁性部材、第1磁性部材および第2磁性部材を示す断面図解図である。 その他の実施形態に係る非磁性部材、第1磁性部材および第2磁性部材を示す断面図解図である。 さらにその他の実施形態に係る非磁性部材、第1磁性部材および第2磁性部材を示す断面図解図である。
 以下、図面を参照してこの発明の好ましい実施形態について説明する。
 図1は、この発明の一実施形態に係るソレノイドのスリーブの製造方法によって製造されるスリーブ10を備えるソレノイド100を示す断面図である。ソレノイド100は、スリーブ10、蓋部材12、コイル14、樹脂部材16、ケース18、可動鉄心20、ロッド22、およびスペーサ24を備える。スリーブ10は、非磁性体26を第1磁性体28と第2磁性体30とで挟んで筒状に形成され、固定磁極として機能する。蓋部材12は、ストッパとして機能し、第2磁性体30に取り付けられる。コイル14は、樹脂部材16によってモールドされた状態でスリーブ10に巻回される。ケース18は、筒状に形成されかつコイル14と樹脂部材16とを外方から覆うようにスリーブ10と蓋部材12とに取り付けられる。可動鉄心20は、筒状に形成されかつスリーブ10と蓋部材12とによって形成される空間S内に設けられる。ロッド22は、棒状に形成され、可動鉄心20を貫通しかつ可動鉄心20に固定される。ロッド22は、可動鉄心20とともにスリーブ10内を往復動可能に設けられる。スペーサ24は、たとえば、環状に形成され可動鉄心20の軸方向の一端部においてロッド22の外周に設けられる。
 このようなソレノイド100において、コイル14に電流を流すと磁界Hが発生し、可動鉄心20、第1磁性体28および第2磁性体30が磁化される。このとき、非磁性体26を設けていることによって、コイル14により発生した磁界Hの磁束が第1磁性体28、第2磁性体30を経由して可動鉄心20に及んでいく。これによって、可動鉄心20を強く磁化することができる。コイル14に電流を流す前、可動鉄心20の蓋部材12側の端面が蓋部材12に接しているが、コイル14に電流を流し発生した磁界Hにより磁化された可動鉄心20は、磁化された第1磁性体28に引きよせられ、可動鉄心20およびロッド22が、スリーブ10内を図1に示す位置まで移動する。なお、ロッド22は、図示しないバネ等によって蓋部材12側に常時付勢されており、コイル14への電流の供給を止めると、可動鉄心20およびロッド22が、蓋部材12側に移動する。
 ソレノイド100は、たとえば、流量や圧力の細やかな制御により無駄なエネルギーを低減する観点から比例ソレノイドとして、高圧環境下で油圧ソレノイドバルブに好適に用いられる。ソレノイド100を比例ソレノイドとして用いる場合、第1磁性体28の端部のテーパ部(後述する第2テーパ部50の一部51:図7参照)の形状は重要である。なぜなら、この場合、第1磁性体28の端部のテーパ部の形状と付加されるスプリングとによって得られる特性に従って、コイル14に流れる電流の大きさにより可動鉄心20の位置が制御されるが、テーパ部が変形、変質すると特性が変わってしまうからである。また、ソレノイド100は、比例ソレノイドとして用いられるか否かに拘わらず、第1磁性体28の端部にテーパ部があることで可動鉄心20への吸引力が増加する。
 以下、この発明の一実施形態に係るスリーブ10の製造方法について説明する。
 まず、第1工程として、図2(a)~(c)に示すように、第1磁性部材34と、非磁性部材32と、第2磁性部材36とを準備する。
 図2(b)を参照して、非磁性部材32は、略円盤状に形成され、本体38と、第1環状部40と、第2環状部42とを含む。本体38は、円盤状に形成され、本体38の軸方向の一端部(第1磁性部材34側の端部)から他端部側(第2磁性部材36側)に向かって縮径するように凹む第1テーパ部44を有する第1凹部46を含む。第1環状部40は、本体38の軸方向の一端部において、本体38の外周部から本体38の軸方向に突出し、環状に形成される。第2環状部42は、本体38の軸方向の他端部(第2磁性部材36側の端部)において、本体38の外周部から本体38の軸方向に突出し、環状に形成される。このように、第1テーパ部44は、非磁性部材32の軸方向の一端部側(第1磁性部材34側)から他端部側(第2磁性部材36側)に向かって縮径するように凹む。第1環状部40は、非磁性部材32の軸方向の一端部側において環状に突出するように形成される。第2環状部42は、非磁性部材32の軸方向の他端部側において環状に突出するように形成される。
 ここで、第1環状部40および第2環状部42はそれぞれ、図2(a)の第1磁性部材34の第1凸部48および図2(c)の第2磁性部材36の第2凸部52を圧入し、嵌合したとき、側面から挟み込む突起部を指している。
 図2(a)を参照して、第1磁性部材34は、円柱状に形成され、第1凸部48を含む。第1凸部48は、第1磁性部材34の軸方向の一端部側(非磁性部材32側の反対側)から他端部側(非磁性部材32側)に向かって円盤状に突出するように形成され、第1磁性部材34の軸方向の他端部に位置する。また、第1凸部48は、第1凸部48の先端外周部に、第1テーパ部44に嵌合可能となるように第1磁性部材34の軸方向の一端部側から他端部側に向かって縮径する第2テーパ部50を有する。第1凸部48の直径D1は、第1凸部48が第1環状部40に圧入可能となるように、第1環状部40の内径D2よりもやや大きく設定される。第1凸部48を第1環状部40に圧入したとき第1テーパ部44と第2テーパ部50とが嵌合可能となるように、第1テーパ部44と第2テーパ部50とは略同一の勾配を有する。
 図2(c)を参照して、第2磁性部材36は、円柱状に形成され、第2凸部52を含む。第2凸部52は、第2磁性部材36の軸方向の一端部(非磁性部材32側の端部)に位置し、第2磁性部材36の軸方向の他端部側(非磁性部材32側の反対側)から一端部側(非磁性部材32側)に向かって円盤状に突出する。第2凸部52の直径D3は、第2凸部52が第2環状部42に圧入可能となるように、第2環状部42の内径D4よりもやや大きく設定される。
 この実施形態では、非磁性部材32、第1磁性部材34および第2磁性部材36の表面粗度は、Raが3.2程度に設定され、非磁性部材32としては、ステンレス(たとえばSUS304)が用いられ、第1磁性部材34および第2磁性部材36としては、軟鋼(たとえばSS400)が用いられる。また、以下の工程において、非磁性部材32と第1磁性部材34との間や、非磁性部材32と第2磁性部材36との間に、異物(ゴミ、油、洗浄液、錆など)がなるべく入らないように、非磁性部材32、第1磁性部材34および第2磁性部材36を予め洗浄しておく。洗浄方法としては一般的な方法を用いることができるので、詳細は省略する。
 つぎに、第2工程として、図3に示すように、非磁性部材32に第1磁性部材34と第2磁性部材36とを嵌合して接続する。まず、非磁性部材32の第1環状部40側と第1磁性部材34の第1凸部48側とを対向させる。ついで、第1磁性部材34を非磁性部材32の方に移動させて第1凸部48を第1環状部40に圧入する。上述したように、第1凸部48の直径D1は、第1環状部40の内径D2よりもやや大きく設定される(図2参照)。したがって、第1凸部48は、第1環状部40によって隙間がほとんどなく嵌合される。そして、第2テーパ部50が第1テーパ部44に嵌合し第1磁性部材34が非磁性部材32の方に移動できなくなるまで、第1磁性部材34をしっかりと奥まで挿し込む。このとき、第1凸部48の先端と本体38との隙間がない又はなるべく小さくなるように、非磁性部材32および第1磁性部材34の寸法を設定しておく。これによって、第4工程において、非磁性部材32と第1磁性部材34とを確実に拡散接合させることができる。このように、第1磁性部材34を第1環状部40に圧入し、第2テーパ部50を第1テーパ部44に嵌合させて、第1磁性部材34を非磁性部材32の軸方向の一端部に接続する。
 同様に、非磁性部材32の第2環状部42側と第2磁性部材36の第2凸部52側とを対向させる。ついで、第2磁性部材36を非磁性部材32の方に移動させて第2凸部52を第2環状部42に圧入する。上述したように、第2凸部52の直径D3は、第2環状部42の内径D4よりもやや大きく設定される(図2参照)。したがって、第2凸部52は、第2環状部42によって隙間がほとんどなく嵌合される。そして、第2磁性部材36が非磁性部材32の方に移動できなくなるまで第2磁性部材36をしっかりと奥まで挿し込む。このとき、第2凸部52の先端と本体38との隙間がない又はなるべく小さくなるように、非磁性部材32および第2磁性部材36の寸法を設定しておく。これによって、第4工程において、非磁性部材32と第2磁性部材36とを確実に拡散接合させることができる。このように、第2磁性部材36を第2環状部42に圧入して、第2磁性部材36を非磁性部材32の軸方向の他端部に接続する。
 第3工程として、一例として、接合部の作製には溶接を行う。図4を参照して、熱間等方圧加圧を行ったときに、非磁性部材32と第1磁性部材34との接続部分(第1凸部48と第1凹部46および第1環状部40とが対向する部分)に大気が混入しないように、当該接続部分の外周部54に沿って溶接を施す。非磁性部材32と第1磁性部材34との接続部分は、第1テーパ部44と第2テーパ部50との嵌合部分(第1テーパ部44と第2テーパ部50とが対向する部分)を含む。
 熱間等方圧加圧により第1磁性部材34と非磁性部材32とを拡散接合するためには、第1磁性部材34と非磁性部材32との接合面が酸化しないようにしなければいけない。大気の混入による酸化を防ぐため、時計回りまたは反時計回りにアルゴンや炭酸ガス等で覆いながら非磁性部材32と第1磁性部材34との接続部分を外周部54に沿って溶接にて接合して、大気が混入せず密封することが好ましい。時計回りまたは反時計回りにアルゴンや炭酸ガス等で覆いながら溶接にて接合することで非磁性部材32と第1磁性部材34との接続部分に、熱間等方圧加圧による拡散接合を妨げる大気が残らないようにできる。
 ここで好ましい接合方法は、アーク溶接であり、さらに好ましくはTIG溶接である。アーク溶接は、溶融ワイヤから発生させたアークをアルゴンや炭酸ガス等で覆い溶接するので、大気が混入せず、第1磁性部材34と非磁性部材32の接合面および第2磁性部材36と非磁性部材32の接合面が大気により酸化しにくくなる。TIG溶接は、タングステン電極を材料に近づけて放電の熱で材料を溶かし、熱が面方向に広がりやすい溶接のため、外周側の接続部分を広く、確実に接合できる。
 溶接を外周部54の全周に施すことによって、非磁性部材32と第1磁性部材34との接続部分を密封するように、外周部54に沿って非磁性部材32と第1磁性部材34とを接合する第1接合部56が形成される。ここで、第1接合部56が形成される部分では、非磁性部材32および第1磁性部材34が接合部の形成により変形や変質してしまうことがある。そのため、第1環状部40の軸方向の寸法L1(図2参照)および第1凸部48の円盤部分49の軸方向の寸法L2(図2参照)を、ある程度長く(非磁性部材32および第1磁性部材34の材質や溶接方法にもよるが、たとえば、2~10mm程度)かつ互いに略同一寸法に設定しておく。すなわち、第1環状部40を設けない場合と比較して第1テーパ部44および第2テーパ部50と第1接合部56とがより離れるように、第1環状部40が形成される。これによって、第1テーパ部44および第2テーパ部50にまで第1接合部56が形成されることを防止でき、第1テーパ部44および第2テーパ部50が変形や変質することなくその形状および特性を維持でき、後の熱間等方圧加圧処理による拡散接合が良好となる。
 同様に、非磁性部材32と第2磁性部材36との接続部分(本体38の他端部側の主面39および第2環状部42と第2凸部52とが対向する部分)に大気が混入しないように、当該接続部分の外周部58に沿って溶接を施す。溶接を外周部58の全周に施すことによって、非磁性部材32と第2磁性部材36との接続部分を密封するように、外周部58に沿って非磁性部材32と第2磁性部材36とを接合する第2接合部60が形成される。ここで、第2接合部60が形成される部分では、非磁性部材32および第2磁性部材36が溶接部の形成により変形や変質してしまうことがある。そのため、第2環状部42の軸方向の寸法L3(図2参照)および第2凸部52の軸方向の寸法L4(図2参照)を、ある程度長く(非磁性部材32および第2磁性部材36の材質や溶接方法にもよるが、たとえば、2~10mm程度)かつ互いに略同一寸法に設定しておく。すなわち、第2環状部42を設けない場合と比較して本体38の主面39および第2凸部52の主面53と第2接合部60とがより離れるように、第2環状部42が形成される。これによって、本体38の主面39および第2凸部52の主面53にまで第2接合部60が形成されることを防止でき、本体38の主面39および第2凸部52の主面53が溶接部の形成により変形や変質することなくその形状および特性を維持でき、後の熱間等方圧加圧処理による拡散接合が良好となる。
 第1環状部40の軸方向の寸法L1、第1凸部48の円盤部分49の軸方向の寸法L2、第2環状部42の軸方向の寸法L3、および第2凸部52の軸方向の寸法L4を、長くすることによって、後述する第5工程における加工代を少なくできる。
 なお、第1接合部56および第2接合部60は、最終形状であるスリーブ10に影響しない(含まれない)ように、第5工程において全て除去される大きさ(深さ)および位置に形成される。後述する図8~図10に示す他の実施形態における第1接合部56a,56bおよび第2接合部60a,60bについても同様である。
 第4工程として、図5を参照して、前記工程により第1接合部56および第2接合部60によって接合された非磁性部材32と第1磁性部材34と第2磁性部材36とを炉(図示せず)に投入し熱間等方圧加圧処理を施す。たとえば、非磁性部材32にステンレス(SUS304)、第1磁性部材34および第2磁性部材36に軟鋼(SS400)を用いた場合、熱間等方圧加圧処理の条件は、より確実な接合と加圧熱処理炉への影響を考慮して、温度が850℃~1100℃、圧力が100MPa~130MPa、時間が1hr~3hrに設定される。熱間等方圧加圧処理により、非磁性部材32と第1磁性部材34と第2磁性部材36とは、外方から圧力Pを受ける。そして、第1接合部56で密封された非磁性部材32と第1磁性部材34との接続部分においては、第1磁性部材34と非磁性部材32とが高温高圧で加熱加圧されることで、第1磁性部材34と非磁性部材32とが圧縮されるとともに第1磁性部材34と非磁性部材32との間で原子の拡散が生じる。これによって、非磁性部材32と第1磁性部材34とが強固に接合される。このとき、第1テーパ部44と第2テーパ部50も高圧で圧縮されつつ相互拡散されることにより強固に接合される。
 同様に、第2接合部60で密封された非磁性部材32と第2磁性部材36との接続部分においても、第2磁性部材36と非磁性部材32とが高温高圧で加熱加圧されることで、第2磁性部材36と非磁性部材32とが圧縮されるとともに第2磁性部材36と非磁性部材32との間で原子の拡散が生じる。これによって、非磁性部材32と第2磁性部材36とが強固に接合される。
 なお、ステンレス(SUS304)は軟鋼(SS400)より硬度が高いので、非磁性部材32にステンレス(SUS304)、第1磁性部材34と第2磁性部材36とに鉄(軟鋼(SS400))を用いて、上述した条件で熱間等方圧加圧処理を施した場合、非磁性部材32は軟化しにくく、第1磁性部材34および第2磁性部材36は軟化しやすい。したがって、熱間等方圧加圧処理を施した後は、非磁性部材32の形状は維持され、第1磁性部材34および第2磁性部材36は、非磁性部材32の形状にならうようにやや変形する。このように、第1磁性部材34および第2磁性部材36の形状は、非磁性部材32の形状にならうため、非磁性部材32の寸法精度を良くしておくことが好ましい。また、非磁性部材32の硬度より第1磁性部材34および第2磁性部材36の硬度が低いことが好ましい。このような非磁性部材32と第1磁性部材34および第2磁性部材36との組み合わせとしては、非磁性部材32として、上記SUS304の他、SUS303、SUS316、SUS321などの非磁性ステンレス、黄銅、青銅などのCu系合金、アルミニウム合金、第1磁性部材34および第2磁性部材36として、上記SS400などの鉄の他、SUS430などの磁性ステンレスがあげられる。
 最後に、第5工程として、図6を参照して、二点鎖線で示すスリーブ10が残るように、非磁性部材32と第1磁性部材34と第2磁性部材36とに切削加工を施す。第1接合部56と第2接合部60とを除去するために非磁性部材32と第1磁性部材34と第2磁性部材36との外周部分を切削する。また、第1磁性部材34の軸方向の一端部および第2磁性部材36の軸方向の他端部を切削する。さらに、第2磁性部材36の軸方向に第2磁性部材36の他端部側から第1磁性部材34の第1凸部48の一部まで円柱状に削る。そして、そこから第1磁性部材34の軸方向の一端部まで貫通する貫通孔をあける。このようにして、非磁性部材32と第1磁性部材34と第2磁性部材36とを中空状に加工する。このとき、第1テーパ部44と第2テーパ部50との拡散接合部分の少なくとも一部は残るように切削する。
 図6および図7を参照して、上述した第5工程によって、非磁性部材32は、その軸方向の一端部に第1テーパ部44の一部45を含む環状の非磁性体26となる。第1磁性部材34は、第2テーパ部50の一部51を含む中空状の第1磁性体28となる。第1磁性体28に含まれる第2テーパ部50の一部51は、非磁性体26の軸方向の一端部において、非磁性体26に含まれる第1テーパ部44の一部45に拡散接合される。第2磁性部材36は、非磁性体26の軸方向の他端部に拡散接合される中空状の第2磁性体30となる。このようにして、非磁性体26を第1磁性体28と第2磁性体30とで挟んで形成される筒状のスリーブ10が得られる。
 なお、ソレノイド100に組み立てる際、蓋部材12との接地面を増やし、蓋部材12とスリーブ10とが溶接により強固に接続できるように、第2磁性体30側端部には段部31を形成している。
 このようなスリーブ10の製造方法によれば、第3工程によって、第1テーパ部44と第2テーパ部50との嵌合部分を含む非磁性部材32と第1磁性部材34との接続部分を密封するように非磁性部材32と第1磁性部材34とを接合する第1接合部56を形成し、非磁性部材32と第2磁性部材36との接続部分を密封するように非磁性部材32と第2磁性部材36とを接合する第2接合部60を形成する。その後、第4工程によって、熱間等方圧加圧処理を施し、非磁性部材32と第1磁性部材34とを圧縮しつつ拡散接合し、非磁性部材32と第2磁性部材36とを圧縮しつつ拡散接合する。したがって、第1テーパ部44および第2テーパ部50の角度を変更することなく非磁性部材32と第1磁性部材34と第2磁性部材36との接合強度を大きくできる、また、熱間等方圧加圧処理を施すために別途カプセル等を用いて真空封止する必要がないので、スリーブ10の製造が容易になりかつコストを削減できる。さらに、熱間等方圧加圧処理後の加工では、不要となるカプセル等を削り落とす必要がないので精度よく容易に加工できる。また、第1接合部56および第2接合部60に接合処理によって変質や変形が生じても、第1接合部56および第2接合部60は第5工程によって除去されるので、スリーブ10ひいてはソレノイド100の品質が低下することを防止できる。したがって、所望の形状の非磁性体26を有しかつ高圧環境での使用に適したソレノイド100のスリーブ10が容易かつ低コストで得られる。
 第1磁性部材34を第1環状部40に圧入することで、第1磁性部材34を非磁性部材32に外れにくいように接続できる。したがって、非磁性部材32と第1磁性部材34とに熱間等方圧加圧処理を施したとき、より確実に非磁性部材32と第1磁性部材34とを拡散接合させることができる。同様に、第2磁性部材36を第2環状部42に圧入することで、第2磁性部材36を非磁性部材32に外れにくいように接続できる。したがって、非磁性部材32と第2磁性部材36とに熱間等方圧加圧処理を施したとき、より確実に非磁性部材32と第2磁性部材36とを拡散接合させることができる。
 第1環状部40および第2環状部42をある程度長く形成することによって、第1テーパ部44および第2テーパ部50と第1接合部56とが十分に離れるようになるとともに、本体38の主面39および第2凸部52の主面53と第2接合部60とが十分に離れるようになり、非磁性部材32の直径、第1磁性部材34の直径および第2磁性部材36の直径が大きく設定されなくてもよくなる。したがって、非磁性部材32、第1磁性部材34および第2磁性部材36のサイズ(外径)を抑制できるので、熱間等方圧加圧処理後に不要となる部分を削り落とす手間を減らすことができる。
 第1接合部56および第2接合部60の形成にアーク溶接を用いることによって、第1磁性部材34と非磁性部材32の接合面および第2磁性部材36と非磁性部材32の接合面が大気により酸化しにくくなり、後の第4工程の熱間等方圧加圧処理によって第1磁性部材34と非磁性部材32および第2磁性部材36と非磁性部材32を良好に拡散接合することができる。
 アーク溶接としてTIG溶接を用いることによって、外周側の接続部分を広く、確実に接合でき、非磁性部材32と第1磁性部材34との接続部分、および非磁性部材32と第2磁性部材36との接続部分を、容易かつ確実に密封することができる。したがって、熱間等方圧加圧処理によって、非磁性部材32と第1磁性部材34、および非磁性部材32と第2磁性部材36を、確実に拡散接合させることができる。また、TIG溶接は、熱が面方向に広がりやすい溶接であり、接続部分内部へ深く接合されにくいため、必要なところだけ確実に接合できる。
 本発明に係るソレノイドのスリーブを用い、自体公知の製造方法によって、たとえば、図1記載の比例ソレノイドに適するソレノイドの他、各種ソレノイドを作製することができる。本発明に係るスリーブを用いたソレノイドは高圧環境での使用に適している。
(実施例)
 以下の条件にて、本発明に係るスリーブを作製し、引張強度試験と漏れ試験とから本発明の接合強度を評価した。
(引張強度)
 まず、図2と同様に軸方向の一端部側から他端部側に向かって縮径するように凹む第1テーパ部(テーパ角度 45度)を有する非磁性ステンレス(SUS304)からなる非磁性部材、その軸方向の一端部側から他端部側に向かって縮径する第2テーパ部を有する軟鋼(SS400)からなる第1磁性部材、そして第1磁性部材と同じ軟鋼(SS400)からなる第2磁性部材を準備した。
 次に、図3と同様に前記第2テーパ部を前記第1テーパ部に嵌合させて前記第1磁性部材を前記非磁性部材の軸方向の一端部に接続し、前記第2磁性部材を前記非磁性部材の軸方向の他端部に接続した。
 次に、図4と同様に前記第1テーパ部と前記第2テーパ部との嵌合部分を含む前記非磁性部材と前記第1磁性部材との接続部分を密封するように前記接続部分の外周部に沿って前記非磁性部材と前記第1磁性部材とを接合する第1接合部を形成し、前記非磁性部材と前記第2磁性部材との接続部分を密封するように前記接続部分の外周部に沿って前記非磁性部材と前記第2磁性部材とを接合する第2接合部を形成した。このとき、接合部の溶接はTIG溶接にて行った。
 次に、図5と同様に前記第3工程によって接合された前記非磁性部材と前記第1磁性部材と前記第2磁性部材とを直接にHIP処理装置に投入し、熱間等方圧加圧処理を施すことによって、前記非磁性部材と前記第1磁性部材とを拡散接合しかつ前記非磁性部材と前記第2磁性部材とを拡散接合した。
 熱間等方圧加圧処理の条件は、温度1000℃、圧力113MPa、処理時間2hrとした。
 その後、拡散接合した第1磁性部材、非磁性部材および第2磁性部材を、軸方向の長さ105mm、直径6mmになるよう加工し、試料を作製した。ここで、非磁性部材の中央部における軸方向の長さは2.5mmであった。
 前記試料の引張強度を引張試験機にて測定したところ、SS400の一般値に相当する445N/mm2の引張強度が得られた。破断は接合部ではなく、磁性部材であるSS400で起こっており、非磁性部材、第1磁性部材および第2磁性部材は強固に接合していた。
(漏れ試験)
 また、上記引張試験で作製したのと同様に前記第1磁性部材、前記非磁性部材および前記第2磁性部材を拡散接合した後、前記第1テーパ部と前記第2テーパ部との拡散接合部分の少なくとも一部が残るように、前記非磁性部材と前記第1磁性部材と前記第2磁性部材とを中空状に加工しかつ前記第1接合部と前記第2接合部とを除去する処理を経て、図7と同様に非磁性体を第1磁性体と第2磁性体とで挟んで形成される筒状のスリーブを別に作製した。
 断面を確認したところ、筒状スリーブの寸法としては、軸方向の長さが105mm、外径が22mm、内径が17mm(可動鉄心が移動する部位)および9mm(ロッドが移動する部位)、非磁性体の軸方向の長さ(可動鉄心に接する内径側)が2.5mm、非磁性体のテーパ部の角度は45°であった。テーパ部の角度に変化はなかった。
 また、軸方向の両端を封止した前記筒状のスリーブをリークテスターのチャンバー内に置き、チャンバー内を125MPaに加圧したところ、接合部からは漏れが検出されず、軟鋼(SS400)で割れが発生していた。このことから非磁性体、第1磁性体および第2磁性体は強固に接合していることがわかった。
 上記より本発明に係るスリーブは、高圧ソレノイドのスリーブの仕様に充分耐えうることがわかった。
(ソレノイドの作製)
 上記実施例で作製したスリーブを用いて、図1に記載のソレノイドを作製した。具体的には、上記筒状のスリーブに、スペーサ24を配置し、可動鉄心20および可動鉄心20を貫通するロッド22からなる組立体を軸方向に移動可能に挿入した状態で、蓋部材12をスリーブに溶接した。そして、スリーブの非磁性体の部分を取り囲むように樹脂部材16によってモールドされたコイル14を配置し、ケース18で覆うことによりソレノイドを作製した。作製したソレノイドには上記実施例で作製したスリーブを用いているので、当該ソレノイドは高圧環境での使用に適している。
 従来技術では高圧に耐えられるようにテーパ部で非磁性材と磁性材とを接合できなかったため、従来のソレノイド(たとえば特開2012-38780に記載)のスリーブでは、第1磁性材と第2磁性材の外周部に窪みを設け、その窪みに非磁性材を嵌合し、TIG溶接等により接合していた。
 このような従来のスリーブでは、図7に示す本発明に係るスリーブと比べると、可動鉄心と第1磁性材との対向面積(吸着面積)が小さくなり、そのスリーブを用いたソレノイドの吸引力特性は本発明に係るスリーブを用いたソレノイドより劣ってしまう。
 本発明では非磁性体、第1磁性体および第2磁性体の接合強度を大きくできるので、本発明に係るスリーブのうち、ソレノイドの可動鉄心の外側に位置する部分の厚みを比較的小さくできる。したがって、同サイズのソレノイドであれば、ソレノイドの軸方向における可動鉄心と第1磁性体との対向面積(吸着面積)を大きくできるので、本発明に係るスリーブを用いることによって大きな吸引力を得ることができる。また、同じ吸引力を得る場合には、本発明に係るスリーブを用いることによってソレノイドのサイズを小さくできる。また、本発明に係るスリーブを用いることによってテーパ形状を所望の角度に容易に設定できることから、吸引力の比例特性のよいソレノイドを得ることができる。
 なお、非磁性部材、第1磁性部材および第2磁性部材として、図8に示すような非磁性部材32a、第1磁性部材34aおよび第2磁性部材36aが用いられてもよい。図8に示す構成要素については、先の実施形態の対応する構成要素の符号の末尾に「a」を付加したものを符号として用いることによって、詳細な説明は省略する。
 図8を参照して、この実施形態では、第1テーパ部44aおよび第2テーパ部50aのうち第5工程における切削後に残る部分(図7を参照して、非磁性体26および第1磁性体28相互の接続面、すなわち第1テーパ部44の一部45および第2テーパ部50の一部51に相当)と、第1接合部56aとが、より離れるように、第1テーパ部44aおよび第2テーパ部50aの径方向の寸法L9、ひいては非磁性体32a(第1環状部40a)の外径および第1磁性部材34aの外径がある程度大きく(非磁性部材32aおよび第1磁性部材34aの材質や溶接方法にもよるが、たとえば、第1テーパ部44aおよび第2テーパ部50aのうち第5工程における切削により除去される部分の径方向の寸法L10が1~3mm程度に)設定されている。これによって、第1テーパ部44aおよび第2テーパ部50aのうち第5工程における切削後に残る部分が、第1接合部56aによって変形や変質することなくその形状および特性を維持できる。
 また、本体38aの主面39aおよび第2凸部52aの主面53aのうち第5工程における切削後に残る部分(図7を参照して、非磁性体26および第2磁性体30相互の接続面に相当)と、第2接合部60aとが、より離れるように、非磁性部材32a(第2環状部42a)の直径および第2磁性部材36aの直径が大きく設定されている。これによって、本体38aの主面39aおよび第2凸部52aの主面53aのうち第5工程における切削後に残る部分が、第2接合部60aによって変形や変質することなくその形状および特性を維持できる。
 第1テーパ部44aおよび第2テーパ部50aの径方向の寸法L9を大きくすることにともなって、非磁性部材32a(第1環状部40aおよび第2環状部42a)の直径、第1磁性部材34aの直径、および第2磁性部材36aの直径を大きくしているので、第1環状部40aおよび第2環状部42aの軸方向の寸法によらずに、第1テーパ部44aおよび第2テーパ部50aのうち第5工程における切削後に残る部分と第1接合部56aとを十分に離れるようにでき、かつ本体38aの主面39aおよび第2凸部52aの主面53aのうち第5工程における切削後に残る部分と第2接合部60aとを十分に離れるようにできる。したがって、第1環状部40aの軸方向の寸法L5、第1凸部48aの円盤部分49aの軸方向の寸法L6、第2環状部42aの軸方向の寸法L7、および第2凸部52aの軸方向の寸法L8を長くしなくても、第1接合部56aおよび第2接合部60aを、最終形状であるスリーブ10に影響しない(含まれない)ように容易に形成できる。
 図6に示す実施形態および図8に示す実施形態のいずれを用いるかについては、非磁性部材、第1磁性部材および第2磁性部材の材質、接合手段ならびに加工手段を考慮して、適宜望ましいほうを選定すればよい。
 上述の実施形態では、第1環状部および第2環状部が形成される場合について説明したが、第1環状部および第2環状部は必ずしも形成されなくてもよい。また、位置決めのための凹凸部を、非磁性部材、第1磁性部材、第2磁性部材の後に切削除去される部分に設けてもよい。
 たとえば、非磁性部材、第1磁性部材および第2磁性部材として、図9に示すような非磁性部材32b、第1磁性部材34bおよび第2磁性部材36bが用いられてもよい。図9に示す構成要素については、図8に示す実施形態の対応する構成要素の符号の末尾の「a」を「b」に変更したものを符号として用いることによって、詳細な説明は省略する。
 非磁性部材32bは、第1環状部40aおよび第2環状部42aを有さず第3凹部62および第4凹部64を有する点で、非磁性部材32aと異なる。第1磁性部材34bは、円盤部49aを有さず第3凸部66を有する点で、第1磁性部材34aと異なる。第2磁性部材36bは、第2凸部52aを有さず第4凸部68を有する点で、第2磁性部材36aと異なる。なお、第1テーパ部44bおよび第2テーパ部50bの径方向の寸法L11は、第1テーパ部44aおよび第2テーパ部50aの径方向の寸法L9(図8参照)よりも大きく設定される。第3凹部62は、第1凹部46bの中央に形成され、第4凹部64は、非磁性部材32bの主面39bの中央に形成される。第3凸部66は、第3凹部62に圧入可能になるように、第1凸部48bの先端面中央に形成され、第4凸部68は、第4凹部64に圧入可能となるように、第2磁性部材36bの主面53bの中央に形成される。
 この実施形態では、第3凸部66を第3凹部62に圧入することで、第1磁性部材34bを非磁性部材32bに容易に位置決めでき、第4凸部68を第4凹部64に圧入することで、第2磁性部材36bを非磁性部材32bに容易に位置決めできる。
 また、図10を参照して、第1磁性部材34bの代わりに第1磁性部材34cが用いられ、第2磁性部材36bの代わりに第2磁性部材36cが用いられてもよい。
 第1磁性部材34cは、中空部70を有する点で、第1磁性部材34bと異なる。第2磁性部材36cは、中空部74を有する点で、第2磁性部材36bと異なる。中空部70は、第1磁性部材34cの軸方向の一端部側の主面72の中央から、第1磁性部材34cの軸方向に延びる。中空部70が形成されている箇所は、第5工程において切削される部分である。中空部74は、第2磁性部材36cの軸方向の他端部側の主面76の中央から、第2磁性部材36cの軸方向に延びる。中空部74が形成されている箇所は、第5工程において切削される部分である。その他の構成要素については、図9に示す実施形態と同様である。
 この実施形態では、予め中空部70および中空部74を形成しておくことによって、第5工程において切削する部分を減らすことができ、加工時間を短縮することができる。
 上述の実施形態では、最終形状のスリーブ10を得るために、第5工程において第1テーパ部および第2テーパ部の一部が除去されたが、これに限定されず、第1テーパ部および第2テーパ部が除去されないように、第1テーパ部、第2テーパ部および最終形状のスリーブが形成されてもよい。たとえば、第1テーパ部および第2テーパ部と第1接合部とが十分離れるように第1環状部の厚みを大きくすることにより、第1テーパ部および第2テーパ部が除去されなくても第1環状部を除去するだけで最終形状のスリーブを形成することができる。
 上述の実施形態の例では、第1接合部と第2接合部とがTIG溶接によって形成される場合について説明したが、これに限定されず、たとえば、アーク溶接として、MIG(Metal Inert Gas)溶接、プラズマ溶接が用いられてもよい。また、接合部を形成する方法として、ろう付け、レーザー溶接、電子ビーム溶接が用いられてもよい。
 非磁性部材、第1磁性部材および第2磁性部材の表面粗度は、良好に接合するためにはRaで0.4以上あればよい。より好ましくはRaで3.2以上である。
 また、非磁性部材と第1磁性部材と第2磁性部材との表面粗度は同一でなくてもよい。
 熱間等方圧加圧処理の条件は、作製するスリーブの大きさ、非磁性部材、第1磁性部材および第2磁性部材に用いる材料、非磁性部材、第1磁性部材および第2磁性部材それぞれの厚さ比、得ようとする特性に応じた磁性部材と非磁性部材との境界部の形状等に応じて適宜設定されればよい。
 以上、この発明の好ましい実施形態について説明されたが、この発明の範囲および精神を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能であることは明らかである。この発明の範囲は、添付された請求の範囲のみによって限定される。
 10   スリーブ
 12   蓋部材
 14   コイル
 16   樹脂部材
 18   ケース
 20   可動鉄心
 22   ロッド
 24   スペーサ
 26   非磁性体
 28   第1磁性体
 30   第2磁性体
 32,32a,32b   非磁性部材
 34,34a,34b,34c   第1磁性部材
 36,36a,36b,36c   第2磁性部材
 38,38a,38b   本体
 40,40a   第1環状部
 42,42a   第2環状部
 44,44a,44b   第1テーパ部
 46,46a,46b   第1凹部
 48,48a,48b   第1凸部
 50,50a,50b   第2テーパ部
 52,52a   第2凸部
 54,54a,54b,58,58a,58b   外周部
 56,56a,56b   第1接合部
 60,60a,60b   第2接合部
 62   第3凹部
 64   第4凹部
 66   第3凸部
 68   第4凸部
 70,74   中空部
 100   ソレノイド

 

Claims (4)

  1.  その軸方向の一端部側から他端部側に向かって縮径するように凹む第1テーパ部を含む非磁性部材と、前記第1テーパ部に嵌合可能となるようにその軸方向の一端部側から他端部側に向かって縮径する第2テーパ部を含む第1磁性部材と、第2磁性部材とを準備する第1工程、
     前記第2テーパ部を前記第1テーパ部に嵌合させて前記第1磁性部材を前記非磁性部材の軸方向の一端部に接続し、前記第2磁性部材を前記非磁性部材の軸方向の他端部に接続する第2工程、
     前記第1テーパ部と前記第2テーパ部との嵌合部分を含む前記非磁性部材と前記第1磁性部材との接続部分を密封するように前記接続部分の外周部に沿って前記非磁性部材と前記第1磁性部材とを接合する第1接合部を形成し、前記非磁性部材と前記第2磁性部材との接続部分を密封するように前記接続部分の外周部に沿って前記非磁性部材と前記第2磁性部材とを接合する第2接合部を形成する第3工程、
     前記第3工程によって接合された前記非磁性部材と前記第1磁性部材と前記第2磁性部材とに熱間等方圧加圧処理を施すことによって、前記非磁性部材と前記第1磁性部材とを拡散接合しかつ前記非磁性部材と前記第2磁性部材とを拡散接合する第4工程、ならびに
     前記第1テーパ部と前記第2テーパ部との拡散接合部分の少なくとも一部が残るように、前記非磁性部材と前記第1磁性部材と前記第2磁性部材とを中空状に加工しかつ前記第1接合部と前記第2接合部とを除去する処理を経て、非磁性体を第1磁性体と第2磁性体とで挟んで形成される筒状のスリーブを得る第5工程を備え、
     前記第5工程によって、前記非磁性部材は前記第1テーパ部の少なくとも一部を含む環状の前記非磁性体となり、前記第1磁性部材は前記第2テーパ部の少なくとも一部を含む中空状の前記第1磁性体となり、前記第2テーパ部の少なくとも一部は、前記非磁性体の軸方向の一端部において前記第1テーパ部の少なくとも一部に拡散接合され、前記第2磁性部材は前記非磁性体の軸方向の他端部に拡散接合される中空状の前記第2磁性体となる、ソレノイドのスリーブの製造方法。
  2.  前記非磁性部材は、前記非磁性部材の軸方向の一端部側において環状に突出する第1環状部と、前記非磁性部材の軸方向の他端部側において環状に突出する第2環状部とを含み、
     前記第2工程において、前記第1磁性部材は前記第1環状部に圧入されることによって前記非磁性部材に接続され、前記第2磁性部材は前記第2環状部に圧入されることによって前記非磁性部材に接続される、請求項1に記載のソレノイドのスリーブの製造方法。
  3.  前記第3工程において、前記第1接合部と前記第2接合部とは、アーク溶接によって形成される、請求項1または2に記載のソレノイドのスリーブの製造方法。
  4.  前記アーク溶接は、TIG溶接である、請求項3に記載のソレノイドのスリーブの製造方法。

     
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