JP2573704B2

JP2573704B2 - ソレノイド用の固定鉄心組立体及びその製造方法

Info

Publication number: JP2573704B2
Application number: JP34381389A
Authority: JP
Inventors: 實施佐々木; 宏武横井; 恵三山下
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 1989-12-28
Filing date: 1989-12-28
Publication date: 1997-01-22
Anticipated expiration: 2012-01-22
Also published as: JPH03203204A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明はソレノイド用の固定鉄心組立体に関し、更に
詳細には、ソレノイドの磁気回路を形成するコイルを囲
むヨークと固定鉄心との組立体に関する。

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

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

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

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

ところで、コイルを囲み磁路を形成する継鉄すなわち
ヨークに固定鉄心を一体的に固定する方法として従来か
ら、実開昭58−37111号公報に示されかつ第６図に示
されるように固定鉄心の小径部をヨークの穴内に嵌合し
てかしめる方法、或は実開昭50−115154号公報に示さ
れかつ第７図に示されるようにプレス加工により固定鉄
心をヨークと一体的に形成する方法が知られている。

しかしながら、前記の場合には、次のｉ）及びii）
のような問題がある。

ｉ）固定鉄心ａとヨークｂとの接触部の面積を大きく
とれない。

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

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

これは、第８図からも明らかなように、ヨークの周辺
部ｅ（コイルを囲む部分及びその部分に連続する部分の
近く）では磁束が互いに平行に流れるが、固定鉄心の付
け根付近（第８図で破線で示す円ｒ）の最小断面積（こ
の付け根付近の最小断面積とは可動鉄心の直径と同じ直
径の円を固定鉄心の軸心を中心としかつヨーク上に取っ
た、磁束の流れを考慮して決めた仮想の円周面上の面
積）Ssは、固定鉄心の大径部の直径が可動鉄心の直径と
同じとした場合、 Ss＝πDt と絞られて磁束がそこに向かって集中するため、効率良
く磁束を通すことができなくなる。

一方、上記の構造においても上記ii）と同様のこと
が言える。

このような問題を解決する方法として、従来のソレノ
イドでは、ヨークの端部分全体の肉厚を厚するか又は第
９図に示されるように、その端部分に磁性の座金ｆを当
接させて磁気的に補強していた。

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

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

（ハ）発明が解決しようとする課題本発明が解決しようとする課題は、固定鉄心組立体に
おいて、プレス加工によりヨークに管状部を一体的に形
成すると共に固定鉄心に小径部を形成することなく大径
のままその管状部内に嵌合固定することによってヨーク
と固定鉄心との接触面積を従来品に比べて遥かに大きく
すると共に固定鉄心付け根部の最小断面積を必要なだけ
確保することである。

（ニ）問題を解決するための手段本願の一つの発明は、磁気回路の一部を形成する磁気
ヨークに固定鉄心を一体的に固定してなるソレノイド用
の固定鉄心組立体において、該ヨークには固定鉄心の取
付け部分に軸方向に伸びる管状部を該ヨークの一方の面
から突出させて一体的に形成し、該管状部内に該固定鉄
心を嵌合固定して構成されている。

本願の他の発明は、磁気回路の一部を形成する磁気ヨ
ークに固定鉄心を一体的に固定してなるソレノイド用の
固定鉄心組立体の製造方法において、板状のヨーク素材
の固定鉄心の取付け部分には小孔を形成し、プレス加工
により該小孔を中心として軸方向に伸びる管状部を該ヨ
ークの一方の面から突出させて一体的に形成し、該管状
部により限定される貫通穴内に該固定鉄心をプレス嵌め
して固定して構成されている。

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

本発明の固定鉄心組立体ではヨークと固定鉄心との接
触面積を、ヨークとして特に肉厚の厚い材料を使用しな
くても従来のソレノイドのそれに比較して1.5ないし2.0
倍に増加させることが可能となり、かつ、固定鉄心付け
根部の磁路必要断面積を肉厚の厚い材料を使用すること
なしに、確保することが可能となり、ソレノイドの特性
を向上させることが可能である。

（ヘ）実施例以下、図面を参照して本発明の実施例について説明す
る。

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

ヨーク20は、固定鉄心が取り付けられる中間壁21と、
その中間壁21に連続し互いに平行になっている二つの端
壁22を有するコの字状又はＵ字状になっている。中間壁
のほぼ中央にはコイル側に突出する管状部23が形成さ
れ、その管状部の内側には固定鉄心挿入用の貫通穴24が
形成されている。そして貫通穴24内に円柱状の固定鉄心
30が嵌合固定されている。

ヨーク20は以下のように製造する。すなわち、第２図
において、固定鉄心30は予め別工程で円柱状に形成して
おき、その固定鉄心をヨーク20を成形するプレス金型内
の所定の位置に供給できるようにしておく。そして多段
の加工工程を順次行えるプレス金型内に長い磁性鋼板2
0′を入れて位置Ａではその鋼板に小孔ｎを形成し、次
に位置Ｂでを管状部23を形成し、位置Ｃでは管状部23に
よって限定された貫通穴内に固定鉄心30を圧入し、位置
Ｄで固定鉄心の端部をかしめ或は端面を形成し、位置Ｅ
では鋼板の両端を折り曲げて全体にコの字状に成形し、
それによってヨーク20が完成する。この一連の作業は鋼
板を一つのプレス金型内で一回のプレス加工が終わる毎
に順次移動させるに従って成形する。

この実施例の場合のヨークにおける接触面積S₁は、ヨ
ーク20の後端面26から管状部の先端（第１図で上端）ま
での高さをｈ（ｈは通常ヨークの板厚ｔの1.5倍ないし
3.0倍に成形可能である。）、固定鉄心の直径をD₁（可
動鉄心の直径Dmと同じ）とすると、 S₁＝πD₁ｈである。実際には貫通穴の開口部にはプレス成型により
比較的小さい湾曲面ｒができ、これにより固定鉄心との
間に環状の隙間が形成されるが、この隙間は固定鉄心を
貫通穴にプレス嵌めした後かしめれば埋めることが可能
である。

付け根部最小断面積Ss₁は Ss₁＝π（D₀＋２r₂）×ｔまた、従来品の付け根部最小断面積Ssは、 Ss＝πD₁ｔここで、D₀＋２r₂＞D₀＞D₁の関係があるから、 Ss₁＞Ss となる。

第３図において、本発明の他の実施例の固定鉄心組立
体10aが示されている。この実施例では貫通穴24aの後端
面26a側の開口端に円錐内面27aが形成され、固定鉄心30
aにもその傾斜内面に接触する円錐外面31aが形成されて
いる。

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

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

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

第５図において、本発明の更に他の実施例の固定鉄心
組立体10bが示されている。この実施例では第１図及び
第３図のソレノイドの磁性板４に相当する板状のヨーク
20bに管状部23bを形成した例である。その他の点では第
３図に示された実施例とほぼ同じであるから、詳細な説
明は省略する。なお、この実施例を第１図のソレノイド
の場合に適用することも可能である。

（ト）効果本発明によれば次のような効果を奏することが可能で
ある。

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

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

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

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の固定鉄心組立体を使用した
ソレノイドの断面図、第２図は第１図の固定鉄心組立体
のヨークの製造工程を示す図、第３図は他の実施例の固
定鉄心組立体を使用したソレノイドの断面図、第４図従
来品と本実施例との比較をするための各部の寸法を示す
図、第５図は更に他の実施例の固定鉄心組立体を使用し
たソレノイドの断面図、第６図ないし第９図は従来のソ
レノイド用の固定鉄心組立体を示す図である。 10、10a、10b:固定鉄心組立体 20、20a、20b:ヨーク 23、23a、23b:管状部 24,24a、24b:貫通穴 30、30a、30b:固定鉄心

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気回路の一部を形成する磁気ヨークに固
定鉄心を一体的に固定してなるソレノイド用の固定鉄心
組立体において、該ヨークには固定鉄心の取付け部分に
軸方向に伸びる管状部を該ヨークの一方の面から突出さ
せて一体的に形成し、該管状部内に該固定鉄心を嵌合固
定したことを特徴とするソレノイド用の固定鉄心組立
体。
【請求項２】該管状部によって限定される該固定鉄心挿
入用の貫通穴の開口端に円錐内面を形成し、該固定鉄心
には該円錐内面と接触する円錐外面を形成したことを特
徴とする請求項１に記載のソレノイド用の固定鉄心組立
体。
【請求項３】磁気回路の一部を形成する磁気ヨークに固
定鉄心を一体的に固定してなるソレノイド用の固定鉄心
組立体の製造方法において、板状のヨーク素材の固定鉄
心の取付け部分には小孔を形成し、プレス加工により該
小孔を中心として軸方向に伸びる管状部を該ヨークの一
方の面から突出させて一体的に形成し、該管状部により
限定される貫通穴内に該固定鉄心をプレス嵌めして固定
したことを特徴とするソレノイド用の固定鉄心組立体の
製造方法。
【請求項４】該プレス加工による該管状部の成形と同時
に該貫通穴の一端に円錐内面を形成する請求項３に記載
のソレノイド用の固定鉄心組立体の製造方法。