JP2004111697A

JP2004111697A - 強磁性部材および強磁性部材の製造方法

Info

Publication number: JP2004111697A
Application number: JP2002273073A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kobayashi; 小林　博
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2004-04-08

Abstract

【課題】強磁性部材に従来よりも薄い絶縁膜を形成し、磁気効率を向上させる。
【解決手段】表面に気孔６ｃを有する金属から成るヨーク６に対して、気孔内に熱硬化性のフェノール樹脂２５を充填し、フェノール樹脂２５をバインダーとして絶縁性粒子２４を結合させることにより、ヨーク６とコイル１３との絶縁膜１２を形成した。
【選択図】　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強磁性部材および強磁性部材の製造方法に関するものであり、特に、強磁性材から成り、コイルが巻回されるヨーク部材の絶縁膜の形成に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、強磁性を有する強磁性部材は、電磁弁のヨーク部材やプランジャ等に使用されている。電磁弁はハウジング内にコイルが巻回されたヨーク部材を備え、ヨーク部材の中でプランジャが軸方向に移動自在となっている。この様な構成の電磁弁はコイルに通電を行って、コイルを励磁させることによって磁界を発生、ハウジングとヨーク部材およびプランジャとの間で磁気回路が形成される様になっている。例えば、この様な構成の電磁弁では、ヨーク部材とコイルとを樹脂より成るボビンにより絶縁が図られ、磁気回路が形成される（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２０６６５８号公報（第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ヨーク部材とコイルとを絶縁するボビンを樹脂により射出成形することによって作る場合、成形品の必要強度を確保させる必要がある。この為、ボビンには、所定の厚みが必要となる。例えば、上記したボビンに用いる樹脂としては、耐熱性が比較的高く、且つ樹脂の流動性が高い射出成形性に優れている必要があり、この特性を備えているポリブチレンテレフタレートやポリフェ二レンサルファイドを用いる場合には、コイルの径方向の厚みは、０．３ｍｍ以上、軸方向の厚みは、０．５ｍｍ以上が必要になってしまう。
【０００５】
この場合、ヨーク部材とボビンとの厚みを薄くすれば、厚みを薄くした分だけ、ヨーク部材に巻回されるコイルの実装密度が高まり、電磁弁の小型化が可能となる。この為、ヨーク部材とボビンとの厚みはできるだけ薄くした方が良い。また、ボビンにおけるコイルの軸方向の厚みに関しても、コイルの実装密度を高めることが可能になると共に、コイルから発生する磁界を、効率よくヨーク部品に伝達することができる為、出来るだけ薄くした方が良い。
【０００６】
よって、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、強磁性部材に従来よりも薄い絶縁膜を形成し、磁気効率を向上させることを技術的課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために講じた技術的手段は、表面に開口した気孔を有する金属から成る強磁性部材において、前記金属強磁性部材の表面の気孔に絶縁性粒子が結合したことである。
【０００８】
上記した手段によれば、表件に開口した気孔を有する金属から成る強磁性部材において、金属強磁性部材の表面の気孔に絶縁性粒子を結合させれば、金属強磁性部材の表面に絶縁性粒子が結合して、粒子レベルの大きさの絶縁膜を強磁性部材の表面に形成させることが可能である。よって、従来よりも薄い絶縁膜を強磁性部材に形成させることが可能である。
【０００９】
この場合、気孔には熱硬化性樹脂が入り、熱硬化性樹脂が溶融した後、固化することで、気孔に絶縁性粒子を結合させれば、気孔に入った熱硬化性樹脂が熱硬化によって気孔に絶縁性粒子が結合し、強固な絶縁膜を形成させることが可能である。
【００１０】
また、強磁性部材は、コイルが巻回されるヨーク部材であれば、極微小の粒子レベルの絶縁間隔を確保して、コイルとヨーク部材との絶縁化を行うことが可能である。これにより、コイルで発生した磁界を効率良く、ヨーク部材に伝えることが可能となる。また、コイルを巻回するスペースが広くなることで、コイルを巻く回数が少なくなり、これによってコイルを用いる電磁弁の場合には、電磁弁の径方向の大きさを小さくすることができる。あるいは、コイルを巻回するスペースが広くなることで、コイルを巻く回数を増やすことが出来、これによって電磁弁の起磁力をふやすことが出来、プランジャの応答性を高めることが出来る。
【００１１】
また、上記の課題を解決するために講じた技術的手段は、気孔を有する金属から成る強磁性部材を真空引きする工程と、フェノール樹脂を溶解して、該フェノール樹脂の中に絶縁性粒子を混合して混合溶液を作る工程と、該混合溶液に、真空引きした強磁性部材を浸す工程と、前記強磁性部材を前記混合溶液から取り出し、前記フェノール樹脂を昇温させて溶融させた後に固化させて、前記強磁性部材の表面に吸着された絶縁性粒子を前記フェノール樹脂により結合させる工程とを備えたことである。
【００１２】
上記した手段によれば、フェノール樹脂を溶解させて、フェノール樹脂の中に絶縁性粒子が混合された混合溶液を作る。そして、気孔を有する金属から成る強磁性部材を真空引きして、この混合溶液の中に真空引きした強磁性部材を浸した後、強磁性部材を混合溶液から取り出して、フェノール樹脂を昇温させて溶融させた後に固化させることによって、簡単な方法により、強磁性部材の表面に吸着された絶縁性粒子をフェノール樹脂により強磁性部材に結合させることが可能である。
【００１３】
この場合、絶縁性粒子には、Ｎｉ−Ｚｎフェライト粒子を用いれば、透磁率が鉄酸化物の中で比較的大きく、比抵抗が１０^８Ωｃｍ以上と大きいので、絶縁性粒子は磁気は通すが、高い絶縁性の絶縁膜を形成することが可能である。その他の強磁性で絶縁性の粒子としては、Ｎｉ−Ｍｇ−Ｚｎフェライト、Ｍｎ−Ｚｎフェライト、Ｍｎ−Ｍｇ−Ｚｎフェライトやマグネタイトがあるが、比抵抗の面でＮｉ−Ｚｎフェライトより１０^２Ω‐ｃｍ程度低いが、必要となる絶縁性に基づいて、用いることが出来る。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
図１に、一実施形態における電磁弁１の構成を示す。図１に示す電磁弁１は、鉄等の磁性材より成る中空円筒状のハウジング１１の中に、コイル１３が周方向に巻回されたヨーク６が配設されている。ヨーク６は強磁性体（例えば、純鉄　ＳＵＹＢ　φ８．９）から成り立っており、軸方向における中央が凹部状となった中空円筒状を呈する。ヨーク６は、軸方向における中央が磁気及び電気を絶縁する非磁性絶縁性部（非磁性部）７が形成されていると共に、その両側に磁性絶縁性部（磁性部）が形成されている。ヨーク６は軸方向両端が径方向に延在する円周状のフランジとなり、このフランジによって形成される中央の凹部の表面には、絶縁膜１２が形成され、この絶縁膜１２を介してコイル１３が巻回されている。
【００１６】
尚、本実施形態においては、ヨーク単体、若しくは、ヨーク６の周囲に絶縁膜１２を介して巻回されたコイル１３まで含めたものを、ヨーク部材５として説明する。
【００１７】
ヨーク６の中央には小径孔と大径孔を有する貫通孔が軸方向にあけられ、小径孔と大径孔に軸支された状態で、プランジャ（純鉄　ＳＵＹＢ　φ８．８９）１４が軸方向において移動自在となっている。
【００１８】
次に、上記した構成の電磁弁１の作動について簡単に説明する。電磁弁１は、図示しない外部コネクタが接続され、外部コネクタよりコイル１３に対して通電がなされる構成となっている。コイル１３に外部コネクタより通電がなされると、コイル１３の通電によりコイル１３は励磁されて、コイル１３に磁界が発生する。発生した磁界は、ヨーク（例えば、図１に示す左側）１ａからヨーク１０ａとプランジャ４との間の空隙（エアギャップ）を介してプランジャ４に伝達される。そして、プランジャ１４からヨーク（例えば、図１に示す右側）１ａを通って、再度、コイル１３に戻ることにより、ハウジング内で閉ループの磁気回路が形成される。
【００１９】
上記した構成により、コイル１３に通電した電流に比例する磁束がコイル１３に生じ、その結果、プランジャ４には電磁力が作用し、プランジャ４は磁気的な吸引力によって軸方向（図１に示す右方向）に引かれ、ヨークの大径孔の内壁に沿って軸方向に移動する。この場合、プランジャ４とヨーク部材５との摺動面９において、両者との絶縁性および摺動性を確保するためにテトラフルオロエチレンコーティング等による保護膜８が形成されていると良い。
【００２０】
この様な構成の電磁弁１において、本発明の特徴事項であるヨーク６について、詳細に説明する。ヨーク６は、図１に示す左側の部分がリアヨーク６ａ、右側の部分がフロントヨーク６ｂとなっており、このリアヨーク６ａとフロントヨーク６ｂは、非磁性部７を介して一体成形されている。ヨーク６は、強磁性金属粒子を用いて加圧成形を行い、加圧成形後に成形品を焼結させた多孔質の焼結体から成り立っている。この場合、多孔質な焼結体を構成する金属粒子としては、磁気特性・透磁率の関係、或いは、加圧成形時の圧縮性を考慮して、汎用的かつ安価な金属粒子として、還元鉄粉をここでは用いている。そこで、ヨーク６の製造方法について、図２を参照して説明する。尚、以下に示す製造方法の説明においては、各工程の流れ（ステップ）を、単に、「Ｓ」として説明する。
【００２１】
ヨーク６を作るアトマイズ還元鉄粉には、粒径が２０μｍ以上（好ましくは、２０から１５０μｍ）のものを準備して（Ｓ１）、これをヨークの形状を作る金型内に充填させる。そして、金型に７ｔ／ｃｍ^２の圧力を加えて加圧成形し（Ｓ２）、圧粉密度が７．１Ｍｇ／ｍ^３以上になるようにする。こうして、リアヨーク６ａを一次成形により作る（Ｓ３）。
【００２２】
そして、非磁性部７を作る粒子を用意する（Ｓ４）。非磁性部７を作る粒子は、粒径が４５μｍ以下（好ましくは、４５〜２０μｍ）のミルスケール還元鉄粉に粒径が１μｍ前後であるヘマタイト粒子を加えて使用する。一般的に、ヘマタイト粒子は、２６０Ｋ以上では弱強磁性の特性を示し、常温の範囲内では比透磁率が１．０に近く、磁気的にヒステリシスの特性を有しない常磁性材料である。そして、用意したヘマタイト粒子を、例えば、メカノヒュ−ジョン装置の中に投入して、ミルスケール還元鉄粉の表面全体にメカノヒュージョン法による摩擦力によって、ヘマタイト被膜を形成し（Ｓ５）、非磁性部７を作る粒子をこの様な工程を経て作る。
【００２３】
次に、Ｓ３にて既に成形したリアヨーク６ａが形づくられた金型の中に、Ｓ５によりミルスケール還元鉄粉の表面全体にヘマタイト粒子による被膜が形成された粒子を充填した後、所定の圧力（例えば８ｔ／ｃｍ^２）を印加して、加圧成形（二次成形）を行って（Ｓ６）、ミルスケール還元鉄粉を圧縮し、非磁性部７を作る（Ｓ７）。
【００２４】
その後、Ｓ７までの工程において、既に成形されたリアヨーク６ａと非磁性部７が一体でつくられた金型の中に、リアヨーク６ａと同じ材質であり、しかも、同じ粒径のアトマイズ還元粉をフロントヨーク６ｂを成形する為に充填する（Ｓ８）。更に、リアヨーク６ａの成形時と同様な所定圧力を印加して加圧成形し（Ｓ９）、フロントヨーク６ｂに相当する部位を一体で成形する（Ｓ１０）。
【００２５】
その後、上記した工程により作られた非磁性部７の両側に磁性部を一体で有する成形品を、窒素雰囲気の中で１０７３Ｋ（＝８００℃）で焼結し（Ｓ１１）、磁性部の中に非磁性部７が一体となった表面に気孔を有する多孔質のヨーク６が成形される。この後、ヨーク６の寸法精度を出す為にサイジングして表面研磨を行い（Ｓ１２）、ヨーク６の表面に気孔６ｃを露出させ、その後、ヨーク６の表面の絶縁化処理へと進む（Ｓ１３）。
【００２６】
図３に示す表面の絶縁化処理では、金属焼結体、つまり、図２に示すＳ１３までの工程によって焼成して作られたヨーク６を用意し（Ｓ２１）、このヨーク６を真空装置によって真空引きする（Ｓ２２）。
【００２７】
一方、ヨーク６に絶縁膜１２を形成する溶液を作る。この溶液は、熱硬化性樹脂から成り、例えば、フェノール樹脂を用いる。溶液にフェノール樹脂を用いた場合、溶媒としてアセントンを使用してフェノール樹脂を溶解させる（Ｓ２３）。次に、このフェノール樹脂の溶液に、強磁性から成り絶縁性を有する強磁性絶縁性の微粒子を混合する。ここで使用する強磁性の絶縁性粒子２４としては、例えば、軟磁性フェライト、マグヘマイト等の酸化鉄を原料とした各種の鉄酸化物を使用する。上記した鉄酸化物の中で、透磁率が比較的大きく且つ比抵抗が最も大きい粒子として、Ｎｉ−Ｚｎフェライトがあり、本実施形態においては絶縁性粒子２４としてこれを使用する。また、常磁性体であり、Ｎｉ−Ｚｎフェライトと同等レベルの比抵抗（例えば、１０^８Ω・ｃｍ以上）をもつ粒子としてヘマタイト粒子があるが、ヨーク６とコイル１３との絶縁を優先させる場合には、ヘマタイト粒子を用いると良い。尚、Ｎｉ−Ｚｎフェライトあるいはヘマタイト粒子の粒径は、コイル１３に用いる絶縁被覆ワイヤの線径に順じたものを使用ずる。例えば、コイル１３の線径がφ：０．３３ｍｍの３種ＡＩＷワイヤを用いる場合は、絶縁性粒子２４は粒径が３０μｍ以下の粒子を用いると良い。また、粒径が３０μｍ以下の絶縁性粒子２４を用いる場合は、フェノール樹脂２５と絶縁性粒子２４との混合液の粘度を０．８Ｐａ・ｓになるように調整し、絶縁性粒子の沈降を抑制する。
【００２８】
そして、真空引きした焼結体を上記した絶縁性粒子となるＮｉ−Ｚｎフェライト粒子を混合したフェノール溶液に含浸させる（Ｓ２５）。その後、フェノール樹脂が溶解する温度まで昇温した後、冷却して焼結体の内部に含浸したフェノール樹脂を固化させて（Ｓ２６）、焼結体であるヨーク６の表面に吸着したＮｉ−Ｚｎフェライト粒子２４を、フェノール樹脂２５をバインダーとして結合させる（Ｓ２７）と、図４に示す如く、ヨーク６の表面に、Ｎｉ−Ｚｎフェライト粒子２４がフェノール樹脂２５により結合して、絶縁膜１２となって絶縁層が形成される。
【００２９】
この様にして作られたヨーク６に対して、コイル１３を周方向に整列させた状態で巻回する場合、ヨーク６のコイル１３を配設する凹部形状を、実際にコイル１３の線径の大きさに応じてローレット加工を施し、この後に、真空引きを行って絶縁膜１２を形成すると良い。
【００３０】
本実施形態では、ヨーク６の表面に絶縁性粒子であるＮｉ−Ｚｎフェライト粒子２４を吸着させて結合させることにより、ヨーク６とコイル１３との絶縁化を行った。実際、実施例では、線径がφ：０．３３ｍｍのワイヤを用いた場合、絶縁性粒子の粒径を３０μｍ以下のものを使用した場合には、従来の樹脂より成るボビンによってヨーク６とコイル１３との絶縁を行う場合に比べ、絶縁層の厚みを絶縁性粒子の粒子レベル（数μｍ程度）にまで低減させることができ、実際には絶縁膜１２の９０％以上の膜厚の厚さ低減が可能になる。これによって、コイル１３が巻回される空間において、同じヨーク６の大きさのものを用いた場合、絶縁膜１２の膜厚分だけ余分にコイル１３を巻くことが可能となることから、更に、一層余分のコイル１３を巻回させることが出来る。例えば、７層から成るコイル１３を巻回する場合には、同一の実装空間内に、８層目のコイルを実装することが可能となる。つまり、電磁弁１の径方向の大きさを大きくする事なく、電磁弁１のプランジャ４を移動させる起磁力を、数％（例えば、１４％程）増大させることができる。
【００３１】
また、コイル１３の軸方向での厚みについては、絶縁膜１２の厚みの低減効果が増大し、強磁性絶縁性のＮｉ−Ｚｎフェライト粒子２４により、３０μｍのわずかな間隙が強磁性体のヨーク６に形成される。このため、コイル１３から発生した磁界の多くが軸方向に形成された絶縁膜１２によっても減衰することなく、コイル１３からヨーク６へと伝達されるので、電磁弁１の磁気効率が大きく増大する。よって、電磁弁１の磁気効率が良くなり、電磁弁１の性能向上が期待できるものとなる。
【００３２】
【効果】
本発明によれば、気孔を有する金属から成る強磁性部材に対して、気孔に絶縁性粒子が結合して、粒子レベルの大きさの絶縁膜を強磁性部材に形成させることができ、従来よりも薄い絶縁膜を強磁性部材に形成させることができる。
【００３３】
この場合、気孔には熱硬化性樹脂が入り、熱硬化性樹脂が溶融した後に固化して、気孔に絶縁性粒子を結合させれば、気孔に入った熱硬化性樹脂が硬化することによって、強磁性部材の表面の気孔に絶縁性粒子が結合し、強固な絶縁膜を形成させることができる。
【００３４】
また、強磁性部材は、コイルが巻回されるヨーク部材であれば、極微小の粒子レベルの絶縁間隔を確保して、コイルとヨーク部材との絶縁化を行うことができ、コイルで発生した磁束を効率良く、ヨーク部材に伝えることができる。よって、磁気効率が良い電磁弁とすることができる。
【００３５】
また、本発明によれば、気孔を有する金属から成る強磁性部材を真空引きして、フェノール樹脂を溶解させて、フェノール樹脂の中に絶縁性粒子が混合された混合溶液を作る。そして、この混合溶液の中に真空引きした強磁性部材を浸した後、強磁性部材を混合溶液から取り出して、フェノール樹脂を溶融した後に固化させることによって、簡単な方法により、気孔の表面に吸着された絶縁性粒子を粒子レベルの膜厚で絶縁性粒子をフェノール樹脂により強磁性部材に結合させることができる。
【００３６】
この場合、絶縁性粒子には、Ｎｉ−Ｚｎフェライト粒子を用いれば、透磁率が鉄酸化物の中で比較的大きく、比抵抗が１０^８Ωｃｍ以上と大きいので、絶縁性粒子は磁気は通すが、高い絶縁性の絶縁膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における電磁弁の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示すヨークの製造工程を示す。
【図３】図１に示すヨークの表面の絶縁化処理を示す工程の流れである。
【図４】絶縁化処理がなされたヨークの表面の模式図である。
【符号の説明】
１　電磁弁
５　ヨーク部材
６　ヨーク（強磁性部材）
６ｃ　気孔
７　非磁性部
１２　絶縁膜
１３　コイル
２４　絶縁性粒子（Ｎｉ−Ｚｎフェライト粒子、ヘマタイト粒子）
２５　フェノール樹脂（熱硬化性樹脂）

Claims

表面に開口した気孔を有する金属から成る強磁性部材において、前記気孔に絶縁性粒子が結合したことを特徴とする強磁性体部材。
前記気孔には熱硬化性樹脂が入り、該熱硬化性樹脂が溶融した後固化することで、前記気孔に前記絶縁性粒子が結合したことを特徴とする請求項１に記載の強磁性部材。
前記強磁性部材は、コイルが巻回されるヨーク部材であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の強磁性部材。
気孔を有する金属から成る強磁性部材を真空引きする工程と、
フェノール樹脂を溶解して、該フェノール樹脂の中に絶縁性粒子を混合して混合溶液を作る工程と、該混合溶液に、真空引きした強磁性部材を浸す工程と、
前記強磁性部材を前記混合溶液から取り出し、前記フェノール樹脂を昇温させて溶融させた後に固化させて、前記気孔の表面に吸着された絶縁性粒子を前記フェノール樹脂により結合させる工程とを備えたことを特徴とする強磁性部材の製造方法。
前記絶縁性粒子には、Ｎｉ−Ｚｎフェライト粒子を用いることを特徴とする請求項４に記載の強磁性部材の製造方法。