(57)【要約】【課題】スリーブ等のアルミ系部材と、ソレノイドケースなどの鉄系溶融金属性の部材の接続に際し、より安価に製造できるようにする。【解決手段】鉄系材料で形成され筒状部分を有する鉄系部材（第１ヨーク１５）と、鉄系部材の筒状部分の内側に重合可能に形成された筒状もしくは柱状部分を有するアルミ系部材（スリーブ１１）との間の接合方法において、アルミ系部材は筒状もしくは柱状部分に溝１１ｄを設け、アルミ系部材の筒状もしくは柱状部分を鉄系部材の円筒状部分の内側に差し込んで重合させ、溝が鉄系部材の重合部分の下に位置する状況において、鉄系部材の重合部分を溶融させる。溶融した鉄系部材の重合部分はアルミ系部材の溝の中に流れ込み、固まる。固まった状態では、溝との干渉するので、アルミ系部材が鉄系部材から外れなくなる。よって、アルミ系部材と鉄系部材の接続がなされる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄系材料で形成され筒状部分を有する鉄系部材と、鉄系部材の筒状部分の内側に重合可能に形成された筒状もしくは柱状部分を有するアルミ系部材との間の接合方法において、
前記アルミ系部材は筒状もしくは柱状部分に溝を設け、
前記アルミ系部材の筒状もしくは柱状部分を前記鉄系部材の円筒状部分の内側に差し込んで重合させ、
前記溝が前記鉄系部材の重合部分の下に位置する状況において、前記鉄系部材の重合部分を溶融することを特徴とする、
鉄系材料とアルミ系部材との接合方法。
【請求項２】
請求項１において、前記鉄系部材の重合部分は、レーザー照射により溶融することを特徴とする鉄系材料とアルミ系部材との接合方法。
【請求項３】
請求項１において、前記鉄系部材の重合部分を溶融する際に、溶融する箇所にフィラーワイヤーを使用することを特徴とする鉄系材料とアルミ系部材との接合方法。
【請求項４】
バルブ機構を収容するスリーブと、前記バルブ機構を駆動させるソレノイド機構とを備える電磁弁において、
ソレノイド機構の一部を構成する鉄系材料で形成されたソレノイド部品に円筒状部分を設け、前記スリーブの一部を該円筒状部分の内側に差し込んで重合可能な構造とし、
前記スリーブの前記ソレノイド部品と重合する箇所に溝を設け、
前記溝が前記ソレノイド部品の重合部分の下に位置する状況において、前記ソレノイド部品の重合部分を溶融することを特徴とする、
電磁弁におけるスリーブとソレノイド機構との接合方法。
【請求項５】
請求項４において、前記ソレノイド部品の重合部分は、レーザー照射により溶融することを特徴とする電磁弁におけるスリーブとソレノイド機構との接合方法。
【請求項６】
請求項４において、前記ソレノイド部品の重合部分を溶融する際に、溶融する箇所にフィラーワイヤーを使用することを特徴とする電磁弁におけるスリーブとソレノイド機構との接合方法。
【請求項７】
バルブ機構と、該バルブ機構を駆動させるソレノイド機構と、前記バルブ機構を収容するスリーブと、前記ソレノイド機構の一部を構成し鉄系材料で形成されたソレノイド部品とを備えた電磁弁であって、
前記ソレノイド部品は円筒状部分を備え、
前記スリーブは、その一部を前記円筒状部分の内側に重合して配置されており、
前記スリーブは、前記ソレノイドケースと重合する箇所に、溝を有し、
前記ソレノイドケースの重合部分が溶融により前記スリーブの溝に入りこんだ構造であることを特徴とする電磁弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄系材料とアルミ系部材との接合方法に関し、また、バルブ機構を収容するスリーブと、鉄系材料で形成され前記バルブ機構を駆動させるソレノイド機構とを備える電磁弁に関し、特に、スリーブとソレノイド部品との接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に電磁弁は、スプールバルブ等のバルブ機構と、このバルブ機構を駆動させるソレノイド機構とによって構成されている。このような電磁弁は、様々な部品に収容されたり、又は連結されたりするが、収容又は連結先の相手材がアルミニウム等の鉄以外の金属で形成されている場合、相手材との熱膨張差によるクリアランスの発生を防止するため、バルブ機構の外周の材質もアルミニウム等とする必要がある。一方、ソレノイド機構が収容されている部分は磁気回路を構成する部分でもあるので、この部分をアルミニウムとすることはできない。従って、バルブ機構を収容するスリーブをアルミニウム系材料で構成し、ソレノイドケースなどのソレノイド機構の一部に接続することが考えられる。
【０００３】
特許文献１、２には、スリーブとソレノイドケースとをかしめにより結合している例が挙げられている。
【０００４】
また、かしめの場合に必要なＯリングを廃止するために、特許文献３では、スリーブとソレノイドケースとを溶接して両者を接続している。
【０００５】
この技術では、スリーブのフランジ部とソレノイドケースとは、ソレノイドケースが外周に、スリーブのフランジ部が内周に配置した重ね溶接継手構造とされている。そして、この両者を溶接する際に、ＹＡＧレーザー溶接装置などの溶接装置からの溶接熱源（例えばＹＡＧレーザー）を鉄系材料であるソレノイドケース側に照射し、ソレノイドケース側から入熱して溶接接合する。これにより、鉄系材料で構成されたソレノイドケース側が先に溶融し、溶融した鉄系溶融金属の熱伝導により、アルミニウム系材料のスリーブが溶融する。そして、溶融した金属が混合し、その後に冷却する。このような溶接部位をソレノイドケースの全周にかけて施すことにより、スリーブとソレノイドケースとが接合される。
【特許文献１】特開平１１−２３５４号公報
【特許文献２】特開２０００−３９０８３号公報（［０００５］、図１参照）
【特許文献３】特開２００２−１２２２６１号公報（［００２４］〜［００３１］、図２参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
塑性変形による機械的なかしめにおいては、スリーブに、スリーブを固定するため外側に突出する鍔を設ける必要がある。このため、スリーブを段付加工しなければならない等、スリーブのコストが高くなる問題があった。また、かしめによる加圧により軸ずれを起こさないように工夫も必要となる。
【０００７】
一方、鉄とアルミニウムを溶融させると、図５の２元状態図（出展：ASM International社発行の『BINARY ALLOY PHASE DIAGRAMS(AECOND EDITION)』第１巻，第１４８頁）に示すように、４００°Ｃ以上でＦｅＡｌ２やＦｅ２Ａｌ5などの脆弱な化合物や延性のある化合物ができてしまう。スリーブのアルミニウムとソレノイドケースの鉄系溶融金属との溶融により接続する場合は、溶融金属の強度が脆弱となるため、多くの箇所で溶融させる必要があり、スリーブとソレノイドケースの接続に多くの時間とエネルギーが必要になるという問題があった。
【０００８】
本発明は、スリーブ等のアルミ系部材と、ソレノイドケースなどの鉄系溶融金属性の部材の接続に際し、より安価に製造できるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記技術的課題を解決するために、本発明は以下のように構成するものである。
【００１０】
すなわち、請求項１に記載した発明では、鉄系材料で形成され筒状部分を有する鉄系部材と、鉄系部材の筒状部分の内側に重合可能に形成された筒状もしくは柱状部分を有するアルミ系部材との間の接合方法において、アルミ系部材は筒状もしくは柱状部分に溝を設け、アルミ系部材の筒状もしくは柱状部分を鉄系部材の円筒状部分の内側に差し込んで重合させ、溝が鉄系部材の重合部分の下に位置する状況において、鉄系部材の重合部分を溶融させたことである。これによれば、溶融した鉄系部材の重合部分はアルミ系部材の溝の中に流れ込み、固まる。固まった状態では、溝との干渉するので、アルミ系部材が鉄系部材から外れなくなる。よって、アルミ系部材と鉄系部材の接続がなされる。
【００１１】
また、請求項２に記載した発明では、更に、鉄系部材の重合部分を、レーザー照射により溶融させた。これによれば、短時間に鉄系部材の重合部分のみを溶融させることができる。
【００１２】
また、請求項３に記載した発明では、更に、鉄系部材の重合部分を溶融する際に、溶融する箇所にフィラーワイヤーを使用した。これによれば、鉄系部材の溶融部分とフィラーワイヤーの溶融とが合わさり、アルミ系部材の溝の中に流れ込む溶融金属の量が増える。
【００１３】
請求項４に記載した発明では、バルブ機構を収容するスリーブと、バルブ機構を駆動させるソレノイド機構とを備える電磁弁において、ソレノイド機構の一部を構成する鉄系材料で形成されたソレノイド部品に円筒状部分を設け、スリーブの一部を円筒状部分の内側に差し込んで重合可能な構造とし、スリーブのソレノイド部品と重合する箇所に溝を設け、溝がソレノイド部品の重合部分の下に位置する状況において、ソレノイド部品の重合部分を溶融するようにしたことである。これによれば、溶融したソレノイド部品の重合部分はスリーブの溝の中に流れ込み、固まる。固まった状態では、溝との干渉するので、スリーブがソレノイド部品から外れなくなる。よって、スリーブとソレノイド部品の接続がなされる。
【００１４】
また、請求項５に記載した発明では、更に、ソレノイド部品の重合部分を、レーザー照射により溶融させた。これによれば、短時間にソレノイド部品の重合部分のみを溶融させることができる。
【００１５】
また、請求項６に記載した発明では、更に、ソレノイド部品の重合部分を溶融する際に、溶融する箇所にフィラーワイヤーを使用した。これによれば、ソレノイド部品の溶融部分とフィラーワイヤーの溶融とが合わさり、スリーブの溝の中に流れ込む溶融金属の量が増える。
【００１６】
請求項７に記載した発明では、バルブ機構と、バルブ機構を駆動させるソレノイド機構と、バルブ機構を収容するスリーブと、ソレノイド機構の一部を構成し鉄系材料で形成されたソレノイド部品とを備えた電磁弁であって、ソレノイド部品は円筒状部分を備え、スリーブは、その一部を円筒状部分の内側に重合して配置されており、スリーブは、ソレノイドケースと重合する箇所に、溝を有し、ソレノイドケースの重合部分が溶融によりスリーブの溝に入りこんだ構造である。これによれば、溶融したソレノイド部品の重合部分はスリーブの溝の中に流れ込み、固まる。固まった状態では、溝との干渉するので、スリーブがソレノイド部品から外れなくなる。よって、スリーブとソレノイド部品の接続がなされる。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載した発明によれば、鉄系部材の重合部分のみを溶融すればいいので、鉄系部材とアルミ系部材の両方を溶融混合させる方法よりも短時間でアルミ系部材と鉄系部材の接合を行うことができる。
【００１８】
また、請求項２に記載した発明によれば、更に、鉄系部材の重合部分を、レーザー照射により溶融させることにより、より短時間でアルミ系部材と鉄系部材の接合が可能になる。
【００１９】
また、請求項３に記載した発明によれば、更に、鉄系部材の重合部分を溶融する際に、溶融する箇所にフィラーワイヤーを使用することにより、溝内に流れ込む溶融金属の量が増え、確実にアルミ系部材と鉄系部材の接合が可能になる。
【００２０】
請求項４に記載した発明によれば、スリーブに鍔をつける必要がないので安価にスリーブを製造できる。また、ソレノイド部品の重合部分のみを溶融すればいいので、ソレノイド部品とスリーブの両方を溶融混合させる方法よりも短時間でスリーブとソレノイド部品の接合を行うことができる。
【００２１】
また、請求項５に記載した発明によれば、更に、ソレノイド部品の重合部分を、レーザー照射により溶融させることにより、より短時間でスリーブとソレノイド部品の接合が可能になる。また、ソレノイド機構にコネクタ等の不規則な突出部分があっても対応が可能である。
【００２２】
また、請求項６に記載した発明によれば、更に、ソレノイド部品の重合部分を溶融する際に、溶融する箇所にフィラーワイヤーを使用することにより、溝内に流れ込む溶融金属の量が増え、確実にスリーブとソレノイド部品の接合が可能になる。
【００２３】
請求項７に記載した発明によれば、スリーブに鍔をつける必要がないので安価にスリーブを製造できる。また、ソレノイド部品の重合部分のみを溶融すればいいので、ソレノイド部品とスリーブの両方を溶融混合させる方法よりも短時間でスリーブとソレノイド部品の接合を行うことができる。したがって、安価な電磁弁となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明に従った実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１および図２は、本例における電磁弁の断面図である。図１はスリーブとソレノイド部品の接合前、図２はスリーブとソレノイド部品の接合後を示している。電磁弁１０は、スリーブ１１及びスプールバルブ１２からなるバルブ機構と、ケース１３、ハウジング１４、第１ヨーク１５、第２ヨーク１６、コイル１７、プラグ１８、プランジャ１９、及びボビン２１からなるソレノイド機構を備えている。
【００２６】
バルブ機構において、スリーブ１１は円筒状をしており、複数のポート１１ａ、１１ｂ、１１ｃが設けられている。スリーブ１１は図示しないバルブブロックに電磁弁が完成した後に取り付けられる。この相手方部材との接触性を高めるため、相手方部材と略同一の材料でスリーブ１１を形成する。通常はアルミニウム系材料（アルミニウムを主体とする金属材料）を用いている。スプールバルブ１２は長尺状で、スリーブ１１の内面に沿って移動可能に設けられている。スプールバルブ１２には、溝１２ａが設けられており、この溝１２ａとスリーブ１１のポート１１ａ、１１ｂ、１１ｃが、スプールバルブ１２の移動に応じて選択的に切り替えられることにより、ポートに接続される流路の流れを切り替えることができるようになっている。
【００２７】
ソレノイド機構において、円筒状の樹脂製のボビン２１にコイル１７が巻かれており、その外周にコネクタ部を含むハウジング１４が樹脂一体成型されている。コイル１７の端部はコネクタの端子と電気的に接続される。ボビン２１の内側には円筒状のプラグ１８が配置され、更に両側からそれぞれ第１ヨーク１５、及び第２ヨーク１６が差し込まれる。第１ヨーク１５及び第２ヨーク１６は円筒状をしており、また、その端部にはそれぞれ径方向外側に突出するフランジ部１５ａ、１６ａを有している。第１ヨーク１５のフランジ部１５ａの外周部と第２ヨーク１６のフランジ部１６ａの外周部を渡るように、円筒状のケース１３が、コイル１７を内部に収納しながら差し込まれている。プランジャ１９は筒状をしており、第１ヨーク１５、プラグ１８、及び第２ヨーク１６の内側に形成される円筒状空間内を摺動可能に配設されている。プラグは樹脂製であり、第１ヨーク１５、第２ヨーク、ケース１３、及びプランジャ１９は透磁率の高い磁性材の鉄系溶融金属性の材料（鉄を主体とする材料で加熱により溶融可能な材料）でできている。
【００２８】
スプールバルブ１２の端部１２ｂは、第１ヨーク１５に内部を貫通する形でソレノイド機構の内部まで延びており、その端点でプランジャ１９と接触可能になっている。スプールバルブ１２には、端部１２ｂがプランジャ１９に接触する方向に、図示しないスプリングなどの付勢力が加えられている。プランジャ１９はコイル１７に通電されない状態においては、第２ヨーク１６に固定されたストッパ２２によって規制される位置まで付勢されている。
【００２９】
第１ヨーク１５は円筒状部分１５ｂを有している。図１に示すように、スリーブ１１の端部は、この円筒状部分１５ｂの内側に重合する形で納められる。この重合部分において、スリーブの端部にはＶ字状の溝１１ｄが彫られている。
【００３０】
また、スリーブ１１と第１ヨーク１５とを組み合わせる際に、弾性を有するダイヤフラム２０を挟み込む。ダイヤフラム２０の外周部はスリーブ１１と第１ヨーク１５の間に挟みこまれ、ダイヤフラム２０の内周部はスプールバルブ１２に設けられた溝に挟み込まれる。
【００３１】
図１の状態まで組み付けが行われた後、図２に示すように、第１ヨーク１５の円筒状部分１５ｂの外側から、第１ヨーク１５とスリーブ１１との重合部分であって溝１１ｄの上側の部分にレーザー（例えばＹＡＧレーザー）を照射する。第１ヨーク１５は鉄系材料であるので、レーザー照射により照射箇所が溶け、下側にある溝１１ｄの中に流れ込む。レーザー照射を止めると溶けた材料が、溝１１ｄに入り込む形で、冷えて固まる。これにより、スリーブ１１が第１ヨーク１５に固定される。
【００３２】
コネクタの端子に通電しない状態では、スプールバルブ１２が図示しないスプリングなどの付勢力に押され、プランジャ１９が第２ヨーク１６に固定されたストッパ２２によって規制される位置まで付勢されている。この状態でコネクタの端子に通電を行うと、コイル１７に電流が流れ、磁界が発生する。磁力線は、第２ヨーク１６、プランジャ１９、第１ヨーク１５及びケース１３（又はその逆順）を通って１周する。このとき、第１ヨーク１５とプランジャ１９の間に吸引力が働くため、プランジャ１９が第１ヨーク１５に引かれて移動する。この移動につれてスプールバルブ１２が移動するため、ポートに接続される流路の流れが切り替えられるので、電磁弁として機能する。
【００３３】
レーザー照射の種類としては、ＹＡＧレーザーやＣＯ２レーザーを用いるとよい。また、レーザー照射の代わりにプラズマを照射しても鉄系材料を溶融させることができる。更に、他の方法で鉄系材料を加熱することも考えられる。しかし、図１，２のようにコネクタ部が突出しているような形状の電磁弁であると、レーザー照射にて局所のみ加熱溶融されうる方法の方が好ましい。
【００３４】
レーザー照射する際の電磁弁１０の配置角度については、電磁弁１０の中心軸方向が水平になるように置かれることが望ましい。しかし、中心軸が水平に対して±４５度程度傾いていても、溶融金属が溝１１ｄに流れ込みうるため、製造工程の制約などがある場合は電磁弁１０を傾けた状態でレーザー照射してもよい。
【００３５】
図１，２の実施態様ではダイヤフラム２０を設けているのでスリーブ１１と第１ヨーク１５間のシール効果はダイヤフラム２０により得られる。したがって、スリーブ１１の溝１１ｄはスリーブの外周のうち少なくとも１箇所だけあればよい。しかし、より好ましくは、スリーブ１１の端部の溝１１ｄを外周面全域に渡って形成し、上部からレーザー照射を行いながら、電磁弁１０をその軸を中心に１回転させる。これにより、溝１１ｄに入り込む溶融材料がスリーブ１１の全周に渡って行われることから、スリーブ１１と第１ヨーク１５との間の確実な接続がなされる。
【００３６】
レーザーを照射した箇所はそのエネルギーによって蒸発し、蒸発した部分の周りの金属が溶融し、溝１１ｄ内に溜まる金属の盛り上がりが不足する場合がある。このように溶融金属が溝１１ｄ内に溜まる量が不足する場合には、図３に示すように、フィラーワイヤー２３を用いる。レーザーがあたる箇所にフィラーワイヤー２３を近づけ、第１ヨーク１５を溶かすと同時にフィラーワイヤー２３を溶かし、溶融金属の量を増加させる。図４に示すように、第１ヨーク１５がレーザー照射により蒸発した部分のキーホールにフィラーワイヤー２３からの溶けた溶融金属が流れ込み、溶融金属の盛り上がり量を増加させる。更に、盛り上がり量を増加させるためには、レーザー照射している状態で、電磁弁１０を軸方向にずらしていくようにする。前述のように、スリーブ１１の端部の溝１１ｄを外周面全域に渡って形成し、上部からレーザー照射を行いながら、電磁弁１０をその軸を中心に１回転させる場合には、電磁弁１０をジグザグに往復動させながら回転させるようにしてもよい。
【００３７】
尚、上記実施態様では、ソレノイド部品である第１ヨーク１５とスリーブ１１を固定した。この方法によれば、第１ヨーク１５の円筒状部分１５ｂのうち、溶融していない部分においては、スリーブ１１の外周がはめ込まれた状態となるので、スリーブ１１と第１ヨーク１５との間の軸ずれが起きにくくなっている。
【００３８】
しかし、ソレノイド機構の他の部品とスリーブを固定するようにしてもよい。例えば、ケース１３の端部を延長し、スリーブ１１と嵌合し、ケース１３の外部からレーザー照射するようにしてもよい。スリーブ１１の径とケース１３の径が近い場合には、スリーブ１１の外径とケース１３の内径を一致させるよう設計変更すると、コストアップせずに対応可能である。図１〜３の実施態様のように、第１ヨーク１５とスリーブ１１を固定するようにすると、ケース１３は単純な円筒状でよく、低コストで作成できるというメリットがある。
【００３９】
上記実施態様では、バルブ機構としてスプールバルブを用いたが、他の形式のバルブ機構としても構わない。また、ソレノイド機構の構造もこれに限定されるものではない。
【００４０】
上記実施態様においては、電磁弁おける実施態様を示したが、電磁弁以外に本発明を用いる場合、鉄系材料で形成され筒状部分を有する鉄系部材と、鉄系部材の筒状部分の内側に重合可能に形成された筒状もしくは柱状部分を有するアルミ系部材との間の接合方法に適用できる。上記実施態様では、鉄系部材はスリーブ１１であり、円筒状部分１５ｂを有していたが、円筒状ではなく、単に筒状でよい。また、アルミ系部材はスリーブ１１であり、円筒状をしていたが、鉄系部材の筒の内側に収まる形状の筒または柱状でよい。アルミ系部材の筒状もしくは柱状部分を鉄系部材の円筒状部分の内側に差し込んで重合させ、溝が鉄系部材の重合部分の下に位置する状況において、鉄系部材の重合部分を溶融させる。溶融方法については、上記実施態様と同様に、鉄系部材の重合部分を、レーザー照射により溶融させるとよい。これによれば、短時間に鉄系部材の重合部分のみを溶融させることができる。また、鉄系部材の重合部分を溶融する際に、溶融する箇所にフィラーワイヤーを使用するとよい。これによれば、鉄系部材の溶融部分とフィラーワイヤーの溶融とが合わさり、アルミ系部材の溝の中に流れ込む溶融金属の量が増える。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施態様である電磁弁の製造途中を示す断面図である。
【図２】図１の電磁弁の製造後を示す正面図である。
【図３】本発明の別の実施態様の電磁弁を示す断面図である。
【図４】図３の電磁弁の要部拡大図である。
【図５】鉄とアルミニウムとの２元状態図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  電磁弁
１１  スリーブ
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ  ポート
１１ｄ  溝
１２  スプールバルブ
１２ａ  溝
１２ｂ  端部
１３  ケース
１４  ハウジング
１５  第１ヨーク
１５ａ、１６ａ  フランジ部
１５ｂ  円筒状部分
１６  第２ヨーク
１７  コイル
１８  プラグ
１９  プランジャ
２０  ダイヤフラム
２１  ボビン
２２  ストッパ
２３  フィラーワイヤー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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