JP2736031B2 - ソレノイド及び電磁弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ソレノイド及びそれを
使用した電磁弁に係り、詳しくはソレノイドのプランジ
ャまたはコアの表面処理に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、コイルへの通電制御によって
プランジャがコアに吸引されるように構成されたソレノ
イドが知られている。また、鉄心とも呼ばれる前記プラ
ンジャ及びコアは、例えば１３Ｃｒ系のステンレス等の
磁性材料によって形成されている。そして、この種のソ
レノイドの鉄心同士が互いに当接する面には、耐磨耗性
等の向上を目的として、窒化処理が施されることがあ
る。しかし、このような地金に対する窒化処理は鉄心の
耐磨耗性の向上につながる反面、鉄心の耐食性を低下さ
せる場合がある。このため、近年においては、鉄心の耐
食性の低下を防止するために、窒化処理面に対してさら
に亜鉛やクロム等のめっき処理を施している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】耐食性の低下を防止す
るためには、窒化処理面に上記のめっき層を極力厚く形
成すればよいことは自明である。しかし、亜鉛やクロム
等は非磁性体であるため、めっき層が厚くなるほど磁気
抵抗が増大し、プランジャの保持力が低下してしまう。
そして、このような保持力の低下の度合いが大きいと、
特にソレノイドが交流用である場合に唸り音が発生して
しまう。それゆえ、従来においては保持力の極端な低下
が起こらない範囲（３μｍ〜５μｍ）にめっき層の膜厚
を設定せざるを得なく、鉄心の耐食性の向上を充分に達
成することができなかった。

【０００４】本発明は上記の課題を解決するためなされ
たものであり、その目的は、保持力の極端な低下を防止
しつつ耐食性の向上を図ることができるソレノイド及び
電磁弁を提供することにある。

【０００５】

【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、請求項１に記載の発明では、コイルへの通電制御
によってプランジャがコアに吸引されるように構成され
ているソレノイドにおいて、前記コア側の当接面及び前
記プランジャ側の当接面のうちの少なくもいずれか一方
に磁性体層を形成したソレノイドをその要旨とする。

【０００６】請求項２に記載の発明では、請求項１にお
いて、前記磁性体層は軟質磁性材料層であるとする。請
求項３に記載の発明では、請求項２において、前記軟質
磁性材料層は電解めっきによって形成されたものである
とする。請求項４に記載の発明では、請求項３におい
て、前記軟質磁性材料層は電解ニッケル−鉄合金めっき
層であるとする。請求項５に記載の発明では、請求項４
において、前記電解ニッケル−鉄合金めっき層の厚さは
５μｍ〜３０μｍであるとする。請求項６に記載の発明
では、請求項１において、前記磁性体層は硬質磁性材料
層であるとする。請求項７に記載の発明では、請求項６
において、前記硬質磁性材料層は無電解ニッケルめっき
層であるとする。請求項８に記載の発明では、請求項１
乃至７のいずれか１項において、前記磁性体層が形成さ
れる当接面には、窒化処理層が形成されているとする。

【０００７】請求項９に記載の発明では、請求項１乃至
８のいずれか１項に記載のソレノイドと、前記ソレノイ
ドによって駆動される弁体が流体流路内に設けられた弁
部とを備えた電磁弁をその要旨とする。

【０００８】

【作用】請求項１〜９に記載の発明によると、コアやプ
ランジャの当接面に形成される層は磁性体であることか
ら、同層が非磁性体によって形成されたときに比べて、
磁気抵抗の増大が起こりにくい。従って、このような層
を形成したとしても、保持力の極端な低下につながるこ
とはない。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を電磁弁に具体化した一実施例
を図１〜図３に従って説明する。図１に示されるよう
に、本実施例の電磁弁１１は、ソレノイド１２及び弁部
１３という２つの部分によって構成されている。弁部１
３の内部には、流体流路１４が形成されている。そし
て、この流体流路１４内には、前記ソレノイド１２によ
って駆動される弁体１５が、一対の対向する弁座１６，
１７間において移動可能に設けられている。

【００１０】ソレノイド１２を構成するボビン１の外周
面には、コイル２が巻装されている。そのボビン１の貫
通孔１ａ内には、ヨーク３を介して円柱状のコア（固定
鉄心）４が嵌装されている。コア４の下端側には、摺動
筒５の上端部が嵌着されている。このような摺動筒５内
には、円筒状をしたプランジャ（可動鉄心）６が上下方
向に沿って摺動可能に配設されている。なお、コア４及
びプランジャ６は、ともに鉄合金等の強磁性体を用いて
形成されている。

【００１１】コア４側の当接面（下端面）４ａとプラン
ジャ６側の当接面（上端面）６ａとの間には、付勢手段
としてのコイルバネ７が配設されている。このコイルバ
ネ７の上端は、コア４の下端面４ａの中央部に形成され
た凹部４ｂの内底面に当接している。一方、コイルバネ
７の下端は、プランジャ６の上端面６ａの中央部に形成
されたバネ孔６ｂの内底面に当接している。このため、
前記コイルバネ７の付勢力は、常にコア４とプランジャ
６とを互いに離間させる方向に働いている。従って、コ
イル２に通電がなされていない場合、コア４の下端面４
ａとプランジャ６の上端面６ａとの間には一定の間隔が
保持される（図１参照）。なお、このときには、弁体１
５は下側の弁座１７に当接した状態を維持する。ここ
で、コイル２に通電がなされた場合、ヨーク３、コア４
及びプランジャ６を周回する閉磁路が形成される。する
と、プランジャ６がコイルバネ７の付勢力に抗してコア
４に吸引され、プランジャ６の上端面６ａがコア４の下
端面４ａに衝突する。このとき、弁体１５は上側の弁座
１６に当接した状態になり、結果として流体の流れる方
向が切り換わる。

【００１２】図１に示されるように、コア４の下端面４
ａ及びプランジャ６の上端面６ａには、表面硬化処理層
としての窒化処理層４ｃ，６ｃが形成されている。窒化
処理層４ｃ，６ｃの硬度は３５０Ｈｖ〜７００Ｈｖ、さ
らには４００Ｈｖ〜６５０Ｈｖであることが好ましい。
硬度をこの範囲内に設定することは、当接面４ａ，６ａ
の耐久性（耐磨耗性）及び靱性の向上を図るうえで好ま
しいからである。また、窒化処理層４ｃ，６ｃの厚さ
は、６０μｍ〜８００μｍであることが好ましい。厚さ
をこの範囲内に設定することも、同様に、当接面４ｃ，
６ｃの耐久性（耐磨耗性）及び靱性の向上を図るうえで
好ましいからである。上記の点を考慮して、本実施例で
は、硬度及び厚さを５５０Ｈｖ，１５０μｍに設定して
いる。

【００１３】図１に示されるように、前記窒化処理層４
ｃが形成されたコア４の下端面４ａには、磁性体層４ｄ
が形成されている。同じく、前記窒化処理層６ｃが形成
されたプランジャ６の上端面６ａにも、磁性体層６ｄが
形成されている。

【００１４】前記磁性体層４ｄ，６ｄを形成する磁性体
としては、例えば軟質磁性材料や硬質磁性材料等が選択
可能である。特に軟質磁性材料とは、小さな磁界で大き
い磁束密度が得られるような強磁性材料のことであり、
高透磁率材料とも呼ばれているものである。

【００１５】硬質磁性材料層としては、例えば無電解ニ
ッケルめっき層、無電解コバルトめっき層、無電解ニッ
ケル−ほう素めっき層、熱処理を経た無電解ニッケル−
コバルト合金めっき層等が選択可能である。なお、これ
らの層は、電解めっきによって形成されるものであって
もよい。

【００１６】軟質磁性材料層としては、電解ニッケル−
鉄合金めっき層、無電解ニッケル−銅合金めっき層、無
電解ニッケル−クロム合金めっき層、無電解鉄−クロム
合金めっき層等が選択可能である。なお、これらの層
は、無電解めっき層、電解めっき層のいずれでもよい。
また、先に挙げた無電解ニッケル−鉄合金めっき層は、
ニッケル及び鉄以外にも、マンガン、銅、モリブデン等
の特殊成分を少量含んでいてもよい。即ち、いわゆる各
種のパーマロイを選択することも可能である。

【００１７】ここで、前記磁性体層４ｄ，６ｄの厚さ
は、５μｍ〜３０μｍであることが好ましい。磁性体層
４ｄ，６ｄが薄すぎると、耐食性の向上を充分に図るこ
とができない。一方、磁性体層４ｄ，６ｄが厚すぎる
と、保持力の極端な低下を防止することが難しくなり、
しかもコスト面で不利になる。

【００１８】次に、このソレノイド１２のコア４及びプ
ランジャ６を製造する手順を説明する。まず、磁性材料
を出発材料として、円筒状のコア４及びプランジャ６を
それぞれ形成する。鉄心形成用の磁性材料としては、主
要成分である鉄に、クロム、シリコン、アルミニウムを
配合した金属材料が使用される。前記金属材料には、こ
れらの成分の他に、切削性を高める成分である鉛や、表
面硬化処理を容易にする成分であるバナジウム、コバル
ト、ニオブ、ジルコニウム等から選択される少なくとも
いずれかを添加してもよい。この後、形成されたプラン
ジャ６及びコア４は、酸などによって洗浄される。

【００１９】次に、下端面４ａのみを露出させた状態で
コア４を全体的にマスキングするとともに、上端面６ａ
のみを露出させた状態でプランジャ６を全体的にマスキ
ングする。そして、前記各露出面に対して、グロー放電
の異常グロー領域を使用したイオン・プラズマ窒化処理
を施す。この場合、イオン・プラズマ窒化処理は、従来
の窒化処理温度よりも高い温度（６５０℃前後）で行わ
れることがよい。この温度でイオン・プラズマ窒化処理
が行われると、従来よりも低硬度かつ肉薄の窒化処理層
４ｃ，６ｃが比較的容易に形成される。

【００２０】次に、従来公知の方法に準拠して電解ニッ
ケル−鉄合金めっきを行うことにより、窒化処理層４
ｃ，６ｃの表面に所定厚さの磁性材層４ｄ，６ｄをそれ
ぞれ形成する。そして、このめっき処理の後に不要とな
ったマスキングは、コア４及びプランジャ６から除去さ
れる。なお、前記マスキングを摺動筒５として残しても
構わない。図１のコア４及びプランジャ６は、以上の一
連の工程によって製造される。

【００２１】表１には、めっき層の種類が異なるいくつ
かのサンプルを用いた比較試験の結果が示されている。
実施例のサンプル１には、軟質磁性材料の１種である電
解ニッケル−鉄合金めっき層が形成されている。同じく
実施例のサンプル２には、硬質磁性材料の１種である電
解ニッケルめっき層が形成されている。サンプル３〜５
は前記実施例に対する比較例である。サンプル３には、
非磁性体の１種である電解クロムめっき層が形成されて
いる。サンプル４には、同じく非磁性体の１種である無
電解ニッケル−リンめっき層が形成されている。サンプ
ル５は、上記のようなめっき層を持たない未処理区であ
る。なお、いずれのサンプル１〜５においても同一の窒
化処理が施されており、コア４及びプランジャ６として
同じもの（ここでは１３Ｃｒ系のステンレス）が使用さ
れている。めっき層の厚さも等しく設定されている。

【００２２】

【表１】

【００２３】比較試験では、保持電圧、耐食性及び
残留吸引力の３点についての評価を行っている。これ
らの評価結果は、未処理区であるサンプル５の数値を１
００とした場合の比率（％）をもって表現されている。

【００２４】ここでいう保持電圧とは、一定の保持力
を得るために必要な電圧の大きさを意味する。この電圧
の値が小さいほど、保持力が大きいということになる。
表１によると、非磁性体を用いたサンプル３，４の場
合、サンプル５よりも５０％前後大きな電圧を印加する
ことが必要になる。硬質磁性材料を使用したサンプル２
では、必要とされる保持電圧は１６％の増加に止まる。
一方、軟質磁性材料を使用したサンプル１の場合、逆に
必要とされる保持電圧は４％ほど減少する。つまり、磁
性体の使用は保持力の極端な低下を防止するうえで好適
であり、とりわけ軟質磁性材料の使用は保持力の向上を
図るうえで好適であるという結論になる。

【００２５】耐食性については数値が小さくなるほど
よい。サンプル３は、未処理区であるサンプル５と同程
度であり、耐食性に劣っていた。一方、サンプル１，２
については、サンプル４には及ばないものの、６９％，
７１％という好適な値を示した。つまり、磁性体の使用
は、硬質磁性材料及び軟質磁性材料を問わず耐食性の向
上を図るうえで好適であるという結論になる。

【００２６】残留吸引力とは、コイルへの通電を絶っ
たときに残留する磁力の大きさを意味する。この値が小
さいほど、応答速度が速い（即ち、コア４からプランジ
ャ６が離れるのに要する時間が短い）ということにな
る。サンプル２，３，４については、残留吸引力が未処
理区であるサンプル５の８０％前後になる。サンプル１
については、サンプル５と同程度である。

【００２７】次に、上記の比較試験とは別に行った試験
について説明する。図２のグラフは、前記サンプル１〜
４について、保持電圧を特定の値（ここでは６５Ｖ）に
設定したときに形成しうるめっき層の最大膜厚（μｍ）
を示している。このグラフによると、非磁性体を使用し
ためっき層の場合の最大膜厚は、せいぜい５μｍであ
る。これに対し、磁性体を使用しためっき層の場合の最
大膜厚は、それらよりも大きい値となる。とりわけ、軟
質磁性材料層が電解ニッケル−鉄合金めっき層である場
合には、最大膜厚は約２２μｍという極めて大きな値と
なる。つまり、めっき層に磁性体を使用した場合には、
非磁性体を使用した場合と比べてめっき層の厚膜化を図
ることが許容される。

【００２８】図３のグラフは、各種めっき層を電極とし
た電気化学的耐食性試験を実施したときにおける、めっ
き層の膜厚（μｍ）とめっき層の電位（mV vs S.C.E.）
との相関関係を示している。この場合、膜厚が同じであ
れば、電位が大きいもののほうが耐食性に優れているこ
とを意味する。

【００２９】なお、本実施例に付随する参考データとし
て、窒化処理のみが施されたコア４及びプランジャ６を
対象とした耐久性試験の結果を表２に示す。この耐久性
試験（耐磨耗性試験）では、窒化処理層４ｃ，６ｃの硬
度（Ｈｖ）及び層厚さ（μｍ）を表２のように設定し、
コア４及びプランジャ６への給油を行わない状態で評価
を行っている。なお、サンプル１２を除くサンプル６〜
１１が本実施例の好適な範囲に属する。表２において明
白なように、これらのサンプル６〜１１を組み込んだソ
レノイド１２は、未処理区であるサンプル１２を組み込
んだものに比べて、２倍〜１６０倍の耐磨耗性を有して
いた。

【００３０】

【表２】

【００３１】以上詳述したように、本実施例によると、
好適な保持力を備えしかも耐食性に優れたソレノイド１
２を実現することができる。これは、当接面に形成され
るめっき層が磁性体であることから、同層が非磁性体に
よって形成されたときに比べて、磁気抵抗の増大が起こ
りにくいことに起因すると考えられる。そして、このよ
うな優れたソレノイド１２を構成要素とする電磁弁１１
も、従来品に比べて高性能なものとなる。

【００３２】なお、本発明は例えば次のように変更する
ことが可能である。 （１）磁性体層４ｄ，６ｄは実施例のように電解めっき
によって形成されるほか、例えば無電解めっきによって
形成されてもよい。また、めっきのような湿式成膜法以
外の方法として、例えばＣＶＤやＰＶＤ等の乾式成膜法
を適用してもよい。なお、めっき等の湿式成膜法を選択
することは、製造コストの低減を図るうえで好ましい。

【００３３】（２）磁性体層４ｄ，６ｄは、コア４のみ
またはプランジャ６のみに形成されてもよい。 （３）コア４及びプランジャ６の両方に磁性体層４ｄ，
６ｄを形成する場合、両めっき層は必ずしも同種でなく
てもよく、異種のものでもよい。

【００３４】（４）コア４及びプランジャ６の形成材料
をステンレス以外の鉄合金に変更しても勿論よい。 （５）当接面４ｃ，６ｃのみならずコア４及びプランジ
ャ６の全体に磁性体層４ｄ，６ｄ形成することも可能で
ある。また、このことは窒化処理についても同様であ
る。この構成であると、マスキングが不要になる分だけ
製造が容易になる。

【００３５】（６）窒化処理に代わる表面硬化処理とし
て、浸炭処理を行ってもよい。浸炭処理の場合も、浸炭
層の硬度及び層の厚さを窒化処理層と同等の値にするこ
とにより、実施例とほぼ同様の効果を得ることができ
る。なお、窒化処理に要するコストは浸炭処理に比較し
て安いという利点がある。

【００３６】（７）本発明は、窒化処理層等の表面硬化
処理層が形成されていない場合においても同様に有効で
ある。 ここで、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほか
に、前述した実施例及び別例によって把握される技術的
思想をその効果とともに以下に列挙する。

【００３７】（１） コイルへの通電制御によって一方
の鉄心が他方の鉄心に吸引されるように構成されている
ソレノイドに使用される前記鉄心において、少なくとも
その当接面に磁性体層を形成した、ソレノイド用の可動
鉄心または固定鉄心。この構成であると、ソレノイドを
組み付けたときに、保持力の極端な低下を防止しつつ耐
食性の向上を図ることができる。

【００３８】なお、本明細書中において使用した技術用
語を次のように定義する。 「表面硬化処理： コアやプランジャの表面に対して施
される窒化処理や浸炭処理等を意味する。」

【００３９】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜９に記
載の発明によれば、当接面に磁性体層が形成されている
ことから、保持力の極端な低下を防止しつつ耐食性の向
上を図ることができる。請求項２に記載の発明によれ
ば、保持力の向上を図りつつ耐食性の向上を図ることが
できる。請求項６に記載の発明によれば、保持力の極端
な低下を防止するとともにソレノイドの応答速度の高速
化を達成しつつ、耐食性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の電磁弁を示す概略断面図。

【図２】比較試験の結果を示すグラフ。

【図３】比較試験の結果を示すグラフ。

【符号の説明】

２…コイル、４…コア、４ａ，６ａ…当接面、４ｃ，６
ｃ…窒化処理層、４ｄ，６ｄ…磁性体層、６…プランジ
ャ、１１…電磁弁、１２…ソレノイド、１３…弁部、１
４…流体流路、１５…弁体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 永勝 愛知県小牧市大字北外山字早崎3005番地 シーケーディ 株式会社 内 (72)発明者 平子 保 愛知県小牧市大字北外山字早崎3005番地 シーケーディ 株式会社 内 (72)発明者 若原 正明 愛知県小牧市大字北外山字早崎3005番地 シーケーディ 株式会社 内

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コイルへの通電制御によってプランジャが
   コアに吸引されるように構成されているソレノイドにお
   いて、前記コア側の当接面及び前記プランジャ側の当接
   面のうちの少なくもいずれか一方に磁性体層を形成した
   ソレノイド。
2. 【請求項２】前記磁性体層は軟質磁性材料層である請求
   項１に記載のソレノイド。
3. 【請求項３】前記軟質磁性材料層は電解めっきによって
   形成されたものである請求項２に記載のソレノイド。
4. 【請求項４】前記軟質磁性材料層は電解ニッケル−鉄合
   金めっき層である請求項３に記載のソレノイド。
5. 【請求項５】前記電解ニッケル−鉄合金めっき層の厚さ
   は５μｍ〜３０μｍである請求項４に記載のソレノイ
   ド。
6. 【請求項６】前記磁性体層は硬質磁性材料層である請求
   項１に記載のソレノイド。
7. 【請求項７】前記硬質磁性材料層は無電解ニッケルめっ
   き層である請求項６に記載のソレノイド。
8. 【請求項８】前記磁性体層が形成される当接面には、窒
   化処理層が形成されている請求項１乃至７のいずれか１
   項に記載のソレノイド。
9. 【請求項９】請求項１乃至８のいずれか１項に記載のソ
   レノイドと、前記ソレノイドによって駆動される弁体が
   流体流路内に設けられた弁部とを備えた電磁弁。