JP4062221B2 - 電磁アクチュエータ、電磁アクチュエータの製造方法、および燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、電磁アクチュエータ、電磁アクチュエータの製造方法、および燃料噴射弁に関するもので、特に電磁アクチュエータの固定子コアに鉄粉と樹脂粉を固めてなる複合磁性材（以下、ＳＭＣ）を用いた技術に関する。

従来技術の一例として、車両用燃料噴射装置の燃料噴射弁を例に説明する。
近年では、環境改善のために自動車業界ではＣＯ2 の排出量の削減、排気ガスの浄化が進められている。とりわけ、ディーゼルエンジンは、上記問題に対して燃料噴射の高圧化や、マルチ噴射化等の技術で対応を進めている。そのため、燃料噴射弁に搭載される電磁弁（電磁アクチュエータを用いた弁）には、高い応答性が求められる。
電磁弁の応答性を向上させるべく、応答性に大きく作用する固定子コアに、鉄粉と樹脂粉を固めたＳＭＣを使用する提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−０６５３１９号公報

一方、近年では、応答速度を高めるために、アーマチャの磁気特性を高める研究が進められている。
アーマチャの磁気特性を高める手段として、可動子コアとともに、シャフトも強磁性体で設け、固定子コアへの吸引力を高める技術（周知の技術ではない）の開発が進められている。
また、可動子コアを構成する磁性材料に珪素鋼等を用いて、アーマチャの磁気特性を高める技術の開発が進められている。

そこで、磁気特性に優れたアーマチャに応じた固定子コアが要求される。
ＳＭＣは、樹脂の含有率を下げるほど、磁束密度が増加し、静的な吸引力が増加することが知られている。しかし、樹脂の含有率を下げるほど、動的な吸引力に影響を及ぼすコアロスが増加してしまう。
このため、固定子コアにＳＭＣを用いて樹脂の含有率を下げると、磁束密度は増加するものの、コアロスの増加によって応答性が劣化し、応答性に優れた電磁弁を提供できない。

［発明の目的］
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、固定子コアを構成するＳＭＣの樹脂粉の粒径を操作するなどして、アーマチャと固定子コアの磁気特性を同等にして、吸引力および応答性に優れた電磁アクチュエータおよび燃料噴射弁を提供することにある。

［請求項１の手段］
本願発明者等は、樹脂の含有率とコアロスとの関係は、樹脂粉の粒径に大きく依存することを見いだした。具体的には、樹脂粉の粒径を小さくする程、樹脂の含有率を低下させた状態でコアロスの増加を抑制することを見いだした。
これによって、ＳＭＣにおける樹脂の含有率や樹脂粉の粒径を操作することによって、固定子コアの磁気特性を極めて高めることが可能になる。このため、珪素鋼によって設けた磁気特性に優れた可動子コアが用いられても、固定子コアを構成するＳＭＣの磁束密度やコアロスをコントロールすることにより、固定子コアと可動子コアの直流磁気特性を略同等にできる。
磁気特性に優れた高性能の可動子コアが用いられる場合に、磁気特性に優れた高性能の固定子コアを用いることができる。この結果、固定子コアと可動子コアの磁気特性を共に高くでき、高性能の電磁アクチュエータを提供できる。このように、固定子コアと可動子コアの磁気性能をともに十分発揮でき、優れた電磁アクチュエータを提供できる。

［請求項２の手段］
請求項２の手段を採用する電磁アクチュエータの固定子コアは、磁束密度が１．８Ｔ以上である。

［請求項３の手段］
請求項３の手段を採用する電磁アクチュエータの固定子コアは、コアロスが３０００ｋＷ／ｍ ³ 以下である。

［請求項４の手段］
請求項４の手段を採用する電磁アクチュエータの固定子コア（ＳＭＣ）における樹脂粉は、５μｍ以上、２５μｍ以下の範囲内の粒径を用いて設けられたものである。
このように樹脂粉の粒径が５μｍ以上に設けられることによって、樹脂粉のコストを比較的安価に抑えることができるとともに、樹脂粉の粒径が２５μｍ以下に設けられるため、固定子コアの磁気特性を高めることができる。即ち、固定子コアの磁気特性とコストの両立を図ることができる。

［請求項５の手段］
請求項５の手段を採用する電磁アクチュエータにおいて固定子コア（ＳＭＣ）の樹脂粉は、
（１）ポリフェニレンサルファイド（以下、ＰＰＳと称す）、
（２）熱可塑性ポリイミド（以下、ポリイミドをＰＩと称す）、
（３）ＰＰＳと熱可塑性ＰＩとの混合物、
（４）ＰＰＳとこのＰＰＳよりガラス転移温度の高い樹脂との混合物、
（５）熱可塑性ＰＩとこの熱可塑性ＰＩよりガラス転移温度の高い樹脂との混合物、
（６）ＰＰＳと熱可塑性ＰＩとＰＰＳよりガラス転移温度の高い樹脂との混合物、のうち、（１）〜（６）のいずれかである。

［請求項６の手段］
請求項６の手段を採用する電磁アクチュエータにおいて熱可塑性ＰＩよりガラス転移温度の高い樹脂は、非熱可塑性ＰＩ、ポリアミドイミド、ポリアミノビスマレイミドのいずれかである。

［請求項７の手段］
請求項７の手段を採用する電磁アクチュエータにおいてＰＰＳよりガラス転移温度の高い樹脂は、ポリフェニレンオキサイド、ポリサルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、非熱可塑性ＰＩ、ポリアミドイミド、ポリアミノビスマレイミドのいずれかである。

［請求項８の手段］
請求項８の手段を採用する電磁アクチュエータにおいて、ＰＰＳよりガラス転移温度の高い樹脂、または熱可塑性ＰＩよりガラス転移温度の高い樹脂の含有率は、固定子コアに用いられる樹脂粉のうちの半分以下である。

［請求項９の手段］
請求項９の手段を採用する電磁アクチュエータにおいて固定子コア（ＳＭＣ）の樹脂粉は、
（１）熱硬化性ＰＩ、
（２）ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと称す）、
（３）熱硬化性ＰＩとＰＴＦＥとの混合物のうち、（１）〜（３）のいずれかである。

［請求項１０の手段］
請求項１０の手段を採用する電磁アクチュエータにおいて固定子コア（ＳＭＣ）の鉄粉は、アトマイズ鉄、および還元鉄である。

［請求項１１の手段］
請求項１１の手段を採用する電磁アクチュエータの製造方法は、固定子コアを構成するための鉄粉と樹脂粉の粉末混合物を、潤滑剤を塗布した金型で圧縮成形した後、その圧粉体を温度１５０〜２５０℃で加熱処理し、切削加工あるいは研削加工を施して固定子コアを製造するものである。

［請求項１２の手段］
請求項１２の手段を採用する電磁アクチュエータにおいて可動子コアを構成する軟磁性材は、珪素の含有率が１質量％以上、３質量％以下の珪素鋼である。
このように、１〜３質量％の珪素鋼を用いることによって、磁気特性に優れた可動子コアを得ることができる。

［請求項１３の手段］
請求項１３の手段を採用する電磁アクチュエータにおいて可動子コアを構成する軟磁性材は、粉末冶金の手法で形成された焼結金属である。
このように、可動子コアを焼結金属で設けることにより、可動子コアを磁気特性の優れたものに、シャフトを耐久性の優れたものにできる。
特に、可動子コアの焼結金属に１〜３質量％の珪素鋼を用いることによって、可動子コアの磁気特性をさらに高めることができる。

［請求項１４の手段］
請求項１４の手段を採用する電磁アクチュエータにおいて、焼結金属の可動子コアは、焼結結合によりシャフトと一体化されるものである。
このように、可動子コアとシャフトを焼結結合により一体化することにより、可動子コアの焼結金属を固める焼結と、可動子コアとシャフトの結合を同時に行うことができ、コストを抑えることが可能になる。

［請求項１５の手段］
請求項１５の手段を採用する電磁アクチュエータのシャフトは、焼結結合の熱を受けた後、熱処理を施して硬さが回復する鋼材である。
高温の焼結時に結晶粒が粗大化するなど、シャフトに大きな組成変化が生じても、焼結後（一体化後）に熱処理を施すことで硬さが回復し、耐摩耗性、耐疲労性に優れる。このため、焼結結合されたアーマチャの信頼性が高まり、電磁アクチュエータの信頼性を高めることができる。

［請求項１６の手段］
請求項１６の手段を採用する電磁アクチュエータのシャフトは、強磁性材よりなる鋼材である。
このように、シャフトを強磁性材にすることにより、可動子コアとシャフトからなるアーマチャ自身の磁気特性を高めることができ、アーマチャの応答性、吸引力を高めることができる。

［請求項１７の手段］
請求項１７の手段を採用する電磁アクチュエータのシャフトは、高速度工具鋼、合金工具鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、あるいは軸受鋼のいずれかである。

［請求項１８の手段］
請求項１８の手段を採用する電磁アクチュエータの製造方法は、可動子コアを構成する軟磁性材として、粉末冶金の手法で形成された焼結金属を用いる場合、その可動子コアを構成する焼結金属は、金型で圧縮成形して内孔を有する圧粉体を設けた後、その圧粉体における内孔にシャフトを挿通し、それを非酸化性雰囲気中において加熱処理して圧粉体よりなる可動子コアとシャフトを一体化し、その後、焼き入れ処理を施してアーマチャを製造するものである。

［請求項１９の手段］
請求項１９の手段を採用する電磁アクチュエータのアーマチャにおいて可動子コアを構成する軟磁性材は、請求項１〜請求項１７のいずれかに記載の固定子コアを構成するＳＭＣによって設けられたものである。
このように、可動子コアを、固定子コアを構成するＳＭＣによって設けることによって、磁気特性に優れた可動子コアを得ることが可能になる。また、固定子コアと可動子コアの直流磁気特性を略同等にできるため、固定子コアと可動子コアの磁気特性を共に十分発揮でき、優れた電磁アクチュエータを提供できる。

［請求項２０の手段］
請求項２０の手段を採用する燃料噴射弁は、入口オリフィスを介して高圧燃料が供給される圧力制御室と、この圧力制御室の燃料圧力に応じて変位するニードルと、このニードルによって開閉される燃料噴射孔を備えたノズルボディと、圧力制御室に形成された出口オリフィスを開閉する請求項１〜請求項１９のいずれかに記載の電磁アクチュエータと、を具備するものであり、この電磁アクチュエータが出口オリフィスを開閉することによって圧力制御室の燃料圧力が変化してニードルが変位して燃料噴射孔が開閉されるものである。

最良の形態１の電磁アクチュエータは、磁性体性の可動子コアを備え、軸方向へ移動可能に支持されるアーマチャと、通電により起磁力を発生するコイル、およびこのコイルの発生する磁力によって可動子コアを吸引する固定子コアを有するソレノイドとを具備する。
固定子コアは、鉄粉と樹脂粉を固めてなるＳＭＣであり、固定子コアと可動子コアの直流磁気特性は、略同等に設けられるものである。

最良の形態２の燃料噴射弁は、入口オリフィスを介して高圧燃料が供給される圧力制御室と、この圧力制御室の燃料圧力に応じて変位するニードルと、このニードルによって開閉される燃料噴射孔を備えたノズルボディと、圧力制御室に形成された出口オリフィスを開閉する電磁アクチュエータとを具備する。
そして、電磁アクチュエータの固定子コアは、鉄粉と樹脂粉を固めてなるＳＭＣであり、固定子コアと可動子コアの直流磁気特性が略同等に設けられるものである。

本発明の電磁アクチュエータを内燃機関（エンジン）の各気筒へ燃料を噴射供給する燃料噴射弁（インジェクタ）に適用した実施例１を用いて説明する。
（燃料噴射弁１の説明）
図２に示す燃料噴射弁１は、例えばディーゼルエンジン用の蓄圧式燃料噴射装置に用いられるものであり、図示しないコモンレールから供給される高圧燃料をエンジン燃焼室に噴射するものである。
この燃料噴射弁１は、図２に示すように、ノズル（後述する）、ノズルホルダ２、制御ピストン３、オリフィスプレート４、電磁弁５等より構成される。

ノズルは、先端に噴孔６ａを有するノズルボディ６と、このノズルボディ６の内部に摺動自在に挿入されるニードル７とから構成され、リテーニングナット８によりノズルホルダ２の下部に締結されている。
ノズルホルダ２には、制御ピストン３を挿入するシリンダ９、コモンレールから供給された高圧燃料をノズル側へ導く燃料通路１１とオリフィスプレート側へ導く燃料通路１２、および高圧燃料を低圧側へ排出する排出通路１３等が形成されている。

制御ピストン３は、ノズルホルダ２のシリンダ９に摺動自在に挿入され、その先端３ａを介してニードル７に連接されている。
ロッドプレッシャ１４は、制御ピストン３とニードル７との連結部まわりに配設され、ロッドプレッシャ１４の上方に連接され配置されるスプリング１５に付勢されてニードル７を下方（閉弁方向）へ押圧している。

オリフィスプレート４は、シリンダ９の上端に開口するノズルホルダ２の端面上に配置され、シリンダ９と連通する圧力制御室１６が形成されている。
このオリフィスプレート４には、図１に示すように、圧力制御室１６の上流側と下流側とにそれぞれオリフィス（入口オリフィス１７と出口オリフィス１８）が設けられている。
入口オリフィス１７は、高圧燃料が供給される燃料通路１２と、圧力制御室１６との間に設けられるものである。
出口オリフィス１８は、圧力制御室１６の上側に形成され、圧力制御室１６と排出通路１３（低圧側）とを連通するように設けられている。

（電磁弁５の説明）
電磁弁５は、図１に示されるように、出口オリフィス１８を開閉するボール弁２３（開閉弁体）と、このボール弁２３を駆動する電磁アクチュエータとからなる。
電磁アクチュエータは、ボール弁２３が下端に装着されたアーマチャ２４、このアーマチャ２４を上下方向へ摺動自在に保持するバルブボディ２５、アーマチャ２４を下方（閉弁方向）へ付勢するスプリング２６、およびアーマチャ２４を上方（開弁方向）へ駆動するソレノイド２７等を内蔵するものであり、ノズルホルダ２の上部にオリフィスプレート４を介して組付けられ、リテーニングナット２８によってノズルホルダ２の上部に結合固着されている。

ソレノイド２７は、図１に示されるように、通電により起磁力を発生するコイル３１と、このコイル３１の発生する起磁力によってアーマチャ２４の可動子コア３４（後述する）を吸引する固定子コア３２と、アーマチャ２４を吸引した際にアーマチャ２４と当接する疲労強度に優れた強磁性材（例えば、ＳＣＭ４１５）のストッパ３３とを備える。
固定子コア３２は、鉄粉と樹脂粉を固めてなるＳＭＣであり、この固定子コア３２内にボビンに巻回されたコイル３１が樹脂等によってモールドされた構造を採用している。
なお、固定子コア３２の組成、製造方法等については後述する。

アーマチャ２４は、固定子コア３２に磁気吸引される磁性体性の可動子コア３４と、バルブボディ２５によって軸方向へ摺動自在に支持されるシャフト３５とを一体化したものである。
可動子コア３４は、粉末冶金の手法で形成された焼結金属を固めて形成され、耐摩耗性に優れた鋼材よりなるシャフト３５の端部に結合されている。
なお、可動子コア３４の組成、シャフト３５の材質、製造方法等は後述する。

ソレノイド２７がOFF の状態では、スプリング２６の付勢力によってアーマチャ２４が下方に押し付けられ、ボール弁２３が出口オリフィス１８を塞ぐようにオリフィスプレート４の上面に着座する。
ソレノイド２７がONの状態では、スプリング２６の付勢力に抗してアーマチャ２４が上方に移動する。これによって、ボール弁２３がオリフィスプレート４の上面から上方へリフトし、出口オリフィス１８が開かれる。

（燃料噴射弁１の作動説明）
コモンレールから燃料噴射弁１に供給される高圧燃料は、ノズルの内部通路２９（図２参照）と圧力制御室１６とに導入される。
この時、電磁弁５がOFF 状態（ボール弁２３が出口オリフィス１８を閉じた状態）であると、圧力制御室１６に導入された高圧燃料の圧力が制御ピストン３を介してニードル７に作用し、スプリング１５とともにニードル７を下方（閉弁方）へ強く付勢する。

一方、ノズルの内部通路２９に供給された高圧燃料は、ニードル７の受圧面（ノズルの有効シート面積）に作用してニードル７を上方（開弁方向）へ押し上げる。但し、電磁弁５が閉弁状態の時は、ニードル７を下方へ押し下げる力が上回っているため、ニードル７はリフトすることなく噴孔６ａを閉じるので燃料は噴射されない。

電磁弁５がONされると、ボール弁２３が出口オリフィス１８を開いて出口オリフィス１８が排出通路１３と連通するため、圧力制御室１６の燃料が出口オリフィス１８を通って排出通路１３より排出され、圧力制御室１６の圧力が低下する。
圧力制御室１６の圧力が所定の開弁圧力まで低下すると、ニードル７を上方へ押し上げる力が上回わり、ニードル７がリフトして噴孔６ａが開かれ、燃料の噴射が開始される。

電磁弁５がOFF されると、ボール弁２３が出口オリフィス１８を閉じ、再び圧力制御室１６の燃料圧力が上昇する。
そして、圧力制御室１６の圧力が所定の閉弁圧力まで上昇すると、ニードル７を下方へ押し下げる力が上回わり、ニードル７が押し下げられて噴孔６ａが閉じられ、噴射が終了する。

（アーマチャ２４の説明）
アーマチャ２４は、上述したように、バルブボディ２５によって軸方向へ摺動自在に支持されるシャフト３５と、このシャフト３５に固定された可動子コア３４とからなる。
この可動子コア３４を構成する軟磁性材は、鉄の中に珪素が含有された珪素鋼によって設けられるものであり、この実施例１では、珪素の含有率が１質量％以上、３質量％以下（３．３体積％以上、１０．０体積％以下相当）の珪素鋼（１ＬＳＳ〜３ＬＳＳ）が用いられるものである。なお、質量％から体積％への変換は、珪素の比重２．３３（２５℃）を基に換算したものである。

可動子コア３４を構成する軟磁性材は、粉末冶金の手法で形成された焼結金属である。即ち、実施例１における可動子コア３４は、珪素の含有率が１質量％以上、３質量％以下の珪素鋼の焼結金属を圧縮成形して圧粉体を成形し、次に焼結により固めたものであり、磁気特性（静的吸引力、動的吸引力）に優れる。
一方、この実施例１のシャフト３５は、強磁性材よりなる鋼材である。

このように、可動子コア３４は、珪素の含有率が１質量％以上、３質量％以下の珪素鋼の焼結金属を固めたものであり、シャフト３５に強磁性材を用いることにより、図３の破線Ａに示すように、アーマチャ自身の磁気特性が高まり、優れた直流磁気特性（Ｂ−Ｈ特性）が得られる。即ち、アーマチャ２４の応答性、吸引力が高まる。
アーマチャ２４の応答性、吸引力が高まると、開弁時間を短縮できるとともに、スプリング２６の付勢力を高めて閉弁時間も短縮できる。即ち、電磁弁５の応答性を高めることが可能となり、応答性の高い燃料噴射弁１を実現できる。

ここで、焼結金属よりなる可動子コア３４は、焼結結合によりシャフト３５と一体化されるものである。
シャフト３５は、耐摩耗性、耐疲労性に優れた鋼材である。シャフト３５は、着座時の衝撃を繰り返し受けるため、優れた疲労強度を具備する必要がある。この機械強度は、硬さを高めることにより向上させることができる。しかし、シャフト３５は、焼結金属よりなる可動子コア３４と嵌合した後、焼結結合されるため、高温の焼結時に結晶粒が粗大化するなど、大きな組成変化が生じる可能性がある。このため、シャフト３５としては、一体化後に熱処理を施して硬さが回復する鋼材が望ましい。

以上の見地から、シャフト３５を構成する鋼材は、強磁性を具備し、焼き入れなどの熱処理によって硬さを回復することができる高速度工具鋼などの鋼材が好適である。具体的には、ＪＩＳ規格においてＳＫＨ材として規定されている鋼種を用いることが好ましい。なお、この高速度工具鋼に代えて、合金工具鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、あるいは軸受鋼のいずれかであっても、高速度工具鋼に近似する効果が得られるため、これらの鋼を用いても良い。

焼結金属よりなる可動子コア３４とシャフト３５の焼結結合について説明する。
焼結には、圧粉体の粉末間の拡散接合を促進させ、緻密化による強度の向上および磁気特性の向上を果たす作用と、圧粉体とシャフト３５の拡散接合を果たす作用とがある。
焼結温度が１０００℃に満たない場合は、上記の緻密化の進行が不十分となり、焼結金属の強度および磁気特性が不十分なものとなるとともに、圧粉体とシャフト３５の拡散接合が不十分なものとなる。このため、焼結温度については、１０００℃を下限値とした。この焼結温度の下限値は、１１００℃以上とすることがさらに好ましい。

一方、焼結温度が高いほど、シャフト３５と焼結金属との拡散が進行するため、強固な結合を得ることができる。しかしながら、焼結温度が過渡に高いと、シャフト３５に高速度工具鋼を用いても、熱処理による硬さの回復が不可能になる。
このため、焼結温度の上限値を１３００℃とした。焼結温度が１３００℃以下の場合には、焼結による一体化の後、焼き入れおよび焼き戻しの熱処理を施すことにより、硬さが回復し、シャフト３５に要求される高い耐摩耗性と、繰り返し衝撃に対する高い疲労強度とを得ることができる。この焼結温度の下限値は、１２００℃以下とすることがさらに好ましい。

なお、焼結時に使用する雰囲気ガスについては、酸化性の雰囲気とすると、圧粉体のＦｅ（鉄）分が酸化により減少して磁気特性を低下させるため、非酸化性の雰囲気とすることが望ましい。
また、非酸化性の雰囲気であっても、浸炭性の雰囲気ガスは、雰囲気中のＣ（炭素）が圧粉体のＦｅ中に拡散して磁気特性を低下させるとともに、上記Ｃの拡散により圧粉体が焼結時に膨張する傾向を示してシャフト３５との結合が不十分となる。
従って、焼結雰囲気は、浸炭ガス雰囲気を除く非酸化性雰囲気とすることが望ましい。

シャフト３５と圧粉体とを嵌め合わせる際の嵌め合い寸法差（圧粉体の内孔径と、シャフト３５の外径との寸法差）も重要である。
焼結前、圧粉体の内孔の径を小さく設定して、シャフト３５を内孔に圧入することが好ましい。圧入代は大きいほど焼結後においてシャフト３５と可動子コア３４の密着度が高くなる。しかし、強度の低い圧粉体の破損を避けるため、圧入代は２０μｍ以内、好ましくは１０μｍ以内にすることが望ましい。
なお、通り嵌めを選択する場合でも、シャフト３５と圧粉体の隙間は小さいほど良好であるため、隙間は２０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下にすることが望ましい。

アーマチャ２４の製造方法を説明する。
まず、焼結金属の粉末を、潤滑剤を塗布した金型で圧縮成形して内孔を有する圧粉体を設ける（可動子コア成形工程）。
次に、その圧粉体における内孔にシャフト３５を挿入する（シャフト挿入工程）。
次に、浸炭ガス雰囲気を除く非酸化性雰囲気中において、温度１０００〜１３００℃で加熱処理し、圧粉体が固化されてなる可動子コア３４とシャフト３５を一体化する（焼結工程）。
次に、焼き入れ、焼き戻し処理を施し、シャフト３５に要求される高い耐摩耗性と、繰り返し衝撃に対する高い疲労強度とを回復する（熱処理工程）。
最後に、可動子コア３４に切削加工あるいは研削加工を施してアーマチャ２４を仕上げる（仕上げ工程）。
以上の工程によって、電磁弁５のアーマチャ２４が製造される。

（固定子コア３２の説明）
固定子コア３２は、上述したように、鉄粉と樹脂粉を固めてなるＳＭＣである。
（鉄粉の説明）
固定子コア３２のＳＭＣに用いられる鉄粉は、アトマイズ法、還元法等の各種製法による鉄粉（アトマイズ鉄粉、還元鉄粉等）を適用することができる。
鉄粉の粒径（粒度）は、要求される磁束密度などにより選択される。粒径は一般に粉末治金で使用される２００μｍ以下を使用することができるが、圧縮性を考慮すると１５０μｍ以下を用いる。鉄粉の粒子径が小さいほど渦電流損失が小さくなるため、粒子径は１００μｍ以下とすることがより好ましい。細かい粒子については特に限定しなくても良いが、細かな粒子が多い粒度分布は、圧粉圧縮性および粉末流動性が悪くなり、高密度な圧粉コアが得られないため、粒径は１μｍ以上の粉末とすることが好ましい。

燐酸化合物被膜を表面に施した鉄粉を用いる場合は、その被膜が絶縁層として作用し、鉄粒粒子間の渦電流の発生を抑制する効果があり、結合用樹脂の存在によって渦電流の発生を抑制する効果がさらに高くなる。鉄粉被膜用の燐酸化合物は、燐酸鉄、燐酸マンガン、燐酸亜鉛、燐酸カルシウムなどが好適である。また、燐酸化合物被膜を表面に施した鉄粉の市販品を用いても良い。

（樹脂粉の説明）
固定子コア３２のＳＭＣに用いられる樹脂粉は、耐熱性に優れるＰＰＳまたは熱可塑性ＰＩを用いると良い特性を示し、好適である。
固定子コア３２の使用温度が高温（例えば１８０℃を超える）の環境で、長時間に亘って使用されると、ＳＭＣよりなる固定子コア３２の形状、寸法に経時変化が生じたり、見かけの絶縁性能が低下する懸念がある。経時変化が生じる理由は、圧縮成形時に生じる複雑な残留応力があるものと考えられる。また、絶縁低下が生じる理由は、鉄粉間の絶縁樹脂の厚さが減少することが考えられる。

このような懸念には、ＰＰＳ、熱可塑性ＰＩに、これらよりガラス転移点が高い樹脂を混合すると、上記不具合を改善できる。
これは、鉄粉間の樹脂が、熱特性が異なる複合状態であるため、使用中の変形や移動を生じ難くしているものと考えられる。ここで、ガラス転移点が高い樹脂の含有率は、主体となる樹脂（ＰＰＳ、熱可塑性ＰＩ）の量を超えない範囲とされる。
ＰＰＳと熱可塑性ＰＩを混合して用いる場合も、上述のように、鉄粉間の樹脂が、熱特性が異なる複合状態であるため、使用中の変形や移動を生じ難くしているものと考えられ、上記の不具合を改善できる。

なお、熱可塑性ＰＩよりガラス転移温度の高い樹脂として、例えば、非熱可塑性ＰＩ、ポリアミドイミド、ポリアミノビスマレイミド等を用いることができる。
また、ＰＰＳよりガラス転移温度の高い樹脂として、例えば、ポリフェニレンオキサイド、ポリサルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、非熱可塑性ＰＩ、ポリアミドイミド、ポリアミノビスマレイミド等を用いることができる。

（鉄粉と樹脂粉の混合の説明）
樹脂粉は、結合剤（バインダー）となるとともに、鉄粉間を絶縁して渦電流の発生を抑制する。燐酸化合物被膜を施した鉄粉は、粉末圧縮成形の際に、剥離や脱落によって、燐酸化合物による絶縁が破られる可能性があるが、樹脂の存在によって絶縁の破壊が保護され、渦電流の発生を抑制できる。

樹脂粉は、製造時に粉末の形で混合する。その際、粒径（粒度）を細かくすると、混合状態が良好になり耐熱性も向上する。
また、有機溶剤（例えば、ｎ−メチル−２−ピロリドン等）を被覆（コーティング）した樹脂粉を作り、有機溶剤が被覆されていない樹脂粉と混合しても良い。有機溶剤を被覆した樹脂粉を用いることにより、絶縁性がより優れたものとなる。

（圧粉体の成形）
鉄粉と樹脂粉とを圧縮して成形した圧粉体は、金型を用いて圧縮成形される。
圧縮成形の時、圧縮性向上や圧粉体の抜き出し摩擦の低減のために、金型面に粉末治金で通常用いられる潤滑剤を塗布することが望ましい。なお、潤滑剤の塗布の一例としては、ステアリン酸亜鉛や、エチレンビスステアロアマイド等の成形粉末を静電塗布などにより金型に塗布する技術を用いても良い。
また、より高い密度に成形するには、（１）結合用に用いる樹脂粉が溶融しない温度に加熱した状態で行う態様、（２）樹脂粉や樹脂被膜鉄粉を加熱しない状態で１次圧縮成形した後、樹脂粉が溶融しない温度に加熱した状態で２次圧縮成形を行う態様、（３）樹脂が軟化する温度から溶融する温度まで加熱した状態で圧縮成形を行う態様で行うことができる。

成形後の処理としては、成形した後に常温まで冷却して以降に述べる加熱処理を行う方法を用いても良いが、成形後、成形体（圧粉体）が熱いままで加熱処理へ移行する方法を用いて、熱エネルギーのロスと、冷却時間とを省いても良い。

（加熱処理）
加熱処理は、結合用樹脂を溶融させ、さらに結合用樹脂の結晶化による樹脂特性の安定化を図る工程である。
加熱温度、加熱時間は、使用される樹脂の種類により選定される。温度は、樹脂の融点から樹脂が熱劣化しない範囲であり、ＰＰＳでは２５０〜４００℃、熱可塑性ＰＩでは３００〜４５０℃とされる。加熱時間は、一般的に０．５〜１時間程度である。

加熱時の雰囲気は、大気中で行うことができる。しかし、大気中の酸素は、樹脂の強度低下、機械的特性の低下を生じる可能性がある。これは、酸素の存在によって、樹脂の重合反応が進行し、ガス状の縮合物が発生し易くなり、樹脂内に気泡として残存することも起こり得るからである。
そのため、より好ましくは、大気中での加熱に先立ち、窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気中で加熱する。また、減圧された雰囲気中で加熱すると、雰囲気の酸素量が減少するとともに、ガス状の縮合物を樹脂から放出させることができる。これらの雰囲気は、適宜組み合わせて用いることができる。
加熱処理の冷却過程では、温度３２０〜１５０℃程度の領域において時間をかけて冷却すると、以下に述べる安定化熱処理を兼ねることができる。

（安定化熱処理）
安定化熱処理を行うと、鉄粉間を結合する樹脂の特性を安定化し、ＳＭＣよりなる固定子コア３２を高い温度で使用した時、経時変化を生じ難いものとすることができる。この場合、上記の加熱処理を行い、一旦冷却した後、１５０〜３２０℃程度で１〜２時間保持する方法により実施できる。

（仕上げ処理）
上記によって製造された固定子コア３２に切削加工あるいは研削加工を施して固定子コア３２を仕上げる。
以上の工程によって、電磁弁５の固定子コア３２が製造される。

以上で説明したように、鉄粉（または燐酸化合物被膜を表面に施した鉄粉）に、ＰＰＳ、熱可塑性ＰＩを用いるか、あるいはこれらの樹脂とこれらの樹脂よりガラス転移温度が高い樹脂の混合物を用い、樹脂の含有率を０．１質量％以下とすることにより、磁気透過率が高く、機械的強度の高い固定子コア３２を提供できる。この固定子コア３２は、機械的強度が高いため、切削加工、研削加工、ドリル孔開加工を行う場合であっても割れや欠損を生じ難い。
また、エンジンに取り付けられる燃料噴射弁１のように、温度の高い環境で使用されても、高い磁気特性を維持することができるとともに、強度低下や寸法変化がない。しかも、価格の上昇を抑えることができる。

（実施例１の特徴）
上述したように、実施例１のアーマチャ２４は、シャフト３５までも強磁性体で設けてアーマチャ自身の磁気特性を向上させている。さらに、アーマチャ２４は、可動子コア３４を焼結金属で構成するとともに、その焼結金属の鉄粉に珪素鋼（１ＬＳＳ〜３ＬＳＳ）を用いて、アーマチャ自身の磁気特性を極めて高くしている。

そこで、磁気特性に優れたアーマチャ２４に応じた固定子コア３２が要求される。
ＳＭＣは、図４の実線Ａに示すように、樹脂の含有率を下げるほど、磁束密度が増加し、静的な吸引力が増加することが知られている。しかし、図４の実線Ｂに示すように、樹脂の含有率を下げるほど、動的な吸引力に影響を及ぼすコアロスが増加してしまう。このため、樹脂の含有率を下げると、磁束密度は増加するものの、コアロスの増加によって電磁弁５の応答性が劣化し、応答性に優れた燃料噴射弁１が提供できなくなる。
逆に、樹脂の含有率を上げると、コアロスは低下するが、磁束密度も低下するため、吸引力が低下して応答性が劣化してしまう。
このように、従来では、高磁束密度と低コアロスの両立は困難であった。

本願発明者等は、樹脂の含有率とコアロスとの関係は、樹脂の粒径に大きく依存することを見いだした。具体的には、図５に示すように、樹脂の含有率を低く一定にした状態（図中、樹脂含有率ｗ1 一定）で樹脂の粒径を小さくする程、コアロスの増加を抑制することを見いだした。さらに、このコアロスを抑える効果は、樹脂粒径５０μｍ以下で急激に大きくなることも見いだした。

樹脂粒径と樹脂含有率を変更した場合、図６に示すように、樹脂含有率を下げた状態で、樹脂粒径を小さくするほど、コアロスを低く抑えることが確認できた。特に、樹脂粒径５０μｍ以下で下に凸の曲率が大きくなり、樹脂粒径２５μｍ以下で急激な変曲点が形成されることも確認できた。
具体的な樹脂含有率と樹脂粒径の選択例を図６、図７を参照して説明する。
樹脂の含有率を下げるほど、磁束密度が増加して吸引力が増加する。そこで、先ず、図７に示すように、高い磁束密度が得られる範囲の樹脂含有率ｗ0 〜ｗ2 を決定する。
この樹脂含有率ｗ0 〜ｗ2 は、図７から読み取れるように、高い磁束密度を得るために、０．００５質量％以上、０．１質量％以下（０．０３体積％以上、０．６体積％以下相当）の範囲が適切である。なお、質量％から体積％の変換は、鉄粉の比重７．８７（２５℃）、熱可塑性ＰＩの比重１．３０（２５℃）を基に換算したものである。

一方、樹脂粉の粒径は、図５から読み取れるように、樹脂含有率が一定であれば、粒径が小さいほどコアロスを低減できる。このため、固定子コア３２のコアロスを抑えて磁気特性を高めるには、樹脂粉の粒径を可能な限り小さく設けることが好ましいが、上述したように、このコアロスを抑える効果は、樹脂粒径５０μｍ以下で特に大きくなるため、０．００５μｍ（可能な限り小さくした粒径）以上、５０μｍ以下の範囲内が好ましい。

特に、固定子コア３２のコアロスを抑えて磁気特性を高めるには、特に樹脂粉の粒径を２５μｍ以下に設けられることが要求されるため、０．００５μｍ以上、２５μｍ以下の範囲内が好ましい。
しかし、樹脂粉の粒径を極端に小さくするのは、樹脂粉の製造が困難になるため、樹脂粉のコストが急激に上昇してしまう。このため、コアロスを抑えて磁気特性を高め、且つコストの上昇を抑えるには、５μｍ以上、５０μｍ以下の範囲内が好ましい。
このように、固定子コア３２のコアロスを抑えて磁気特性を高めるには、２５μｍ以下の範囲内が好ましく、また、樹脂粉のコストを抑えるためには、５μｍ以上の範囲内が好ましいため、コストと磁気特性の両立を図るためには、５μｍ以上、２５μｍ以下の範囲内が好ましい。

この実施例１では、磁束密度を高く保つために、樹脂含有率を低くした状態（例えば、樹脂含有率は０．００５質量％以上、０．１質量％以下）で、樹脂粒径や樹脂含有率を操作することで、固定子コア３２の直流磁気特性を、アーマチャ２４の直流磁気特性とほぼ同等になるようにコントロールしている。
具体的には、図３に示すように、アーマチャ２４の直流磁気特性（Ｂ−Ｈ特性）を１００％とした場合、固定子コア３２の直流磁気特性（Ｂ−Ｈ特性）を８０％以上、１２０％以下の範囲内に設けている。
即ち、アーマチャ２４の直流磁気特性が図３中の破線Ａの場合、固定子コア３２の直流磁気特性は、図中の実線Ｘと実線Ｙとの間に設定するものである。

アーマチャ２４の直流磁気特性が、図３中の破線Ａの場合、固定子コア３２の樹脂含有率を極力低くし、且つ樹脂粒径も極力小さくして直流磁気特性が一点鎖線Ｗに示す優れた固定子コア３２を作成した場合、アーマチャ２４に対して固定子コア３２の磁気特性は過剰特性となる。このように固定子コア３２の磁気特性を高めても、アーマチャ２４の吸引力およびバルブ応答性は、固定子コア３２よりも磁気特性の劣るアーマチャ２４の磁気特性でほぼ決まってしまい、高いコストをかけて高性能化した固定子コア３２の性能が無駄になってしまう。即ち、電磁弁５の性能のわりに固定子コア３２の製造コストが上昇してしまう。

逆に、固定子コア３２の樹脂含有率をやや高めにしたり、樹脂の粒径を大きくするなどして、直流磁気特性が破線Ｚに示すように、可動子コア３４より直流磁気特性の劣る固定子コア３２を作成した場合、電磁弁５の性能は、磁気特性の劣る固定子コア３２の磁気特性でほぼ決まってしまい、電磁弁５は十分な性能を発揮できなくなる。

一点鎖線Ｗ、実線Ｘ、実線Ｙ、破線Ｚで示した直流磁気特性を有する固定子コア３２をソレノイド２７に組み込み、アーマチャ２４の吸引力およびバルブ応答性を測定した結果を次の表１、表２に示す。

（実施例１の効果）
上述したように、実施例１では、固定子コア３２を構成するＳＭＣの樹脂の含有率や樹脂粉の粒径を操作することによって、アーマチャ２４の磁気特性が高められても、固定子コア３２の磁気密度やコアロスをコントロールすることによって固定子コアの磁気特性をアーマチャ２４に合わせることができ、固定子コア３２とアーマチャ２４の直流磁気特性を略同等にできる。
このように、固定子コア３２とアーマチャ２４の直流磁気特性を略同等にできるため、固定子コア３２とアーマチャ２４の磁気性能を無駄なく発揮できるようになり、コストと性能のバランスのとれた優れた燃料噴射弁１を提供できる。

上記の実施例１では、固定子コア３２を構成するＳＭＣにおける樹脂粉として、
（１）ＰＰＳ、
（２）熱可塑性ＰＩ、
（３）ＰＰＳと熱可塑性ＰＩとの混合物、
（４）ＰＰＳとこのＰＰＳよりガラス転移温度の高い樹脂との混合物、
（５）熱可塑性ＰＩとこの熱可塑性ＰＩよりガラス転移温度の高い樹脂との混合物、
（６）ＰＰＳと熱可塑性ＰＩとＰＰＳよりガラス転移温度の高い樹脂との混合物、のうち、（１）〜（６）のいずれかを用いる例を示した。

これに対し、実施例２では、固定子コア３２を構成するＳＭＣにおける樹脂粉として、（１）熱硬化性ＰＩ、
（２）熱硬化性ＰＩとＰＴＦＥの混合物のうち、（１）、（２）のいずれかを用いるものである。
また、固定子コア３２（ＳＭＣ）の鉄粉は、アトマイズ鉄、および還元鉄を用いるものである。

固定子コア３２を作成するための実験に使用した粉末、圧粉コア試料の制作方法、特性の測定方法を次に述べる。
１．鉄粉
（１）表面に燐酸系の薄い絶縁被膜が形成された粒度２００μｍ以下のアトマイズ鉄粉。（２）表面に燐酸系の薄い絶縁被膜が形成された粒度２００μｍ以下の還元鉄粉。
２．樹脂粉
（１）熱可塑性ＰＩ粉末：平均粒径２０μｍ。
（２）熱硬化性ＰＩ粉末：平均粒径２０μｍ。
（３）ＰＴＦＥ粉末：平均粒径５μｍ。
３．粉末成形（圧粉体の成形）
温度１００℃に加熱した成形金型の内面に成形潤滑材粉末をアルコールに分散した液を塗布し、乾燥した後、加熱した鉄粉および樹脂粉末の混合粉を充填し、１５６０ＭＰａの圧力で圧縮成形。
４．圧粉体の熱処理
（１）熱可塑性ＰＩを含む圧粉体は、窒素ガス中の温度４００℃で１時間加熱。
（２）熱硬化性ＰＩを含む圧粉体は、空気中の温度２００℃で２時間加熱。
５．試料
熱処理されたＳＭＣの内径および端面を切削加工し、内径１０ｍｍ、外径２３ｍｍ、高さ１０ｍｍの試料を作成。

６．特性
（１）磁束密度（Ｔ）は、磁場８０００Ａ／ｍにおける測定値である。
（２）コアロス（鉄損：ｋＷ／ｍ³ ）は、印加磁束密度０．２５Ｔ（テスラ）、周波数５ｋＨにおける測定値である。
（３）圧環強さ（ＭＰａ）は、ＪＩＳ Ｚ２５０７−１９７９焼結含油軸受の圧環強さ試験方法によるものである。
（４）密度（Ｍｇ／ｍ³ ）は、ＪＩＳ Ｚ２５０５−１９７９焼結金属材料の焼結密度試験方法によるものである。

以下、実験により得られた特性グラフを参照して説明する。
１．樹脂の種類と樹脂含有率
図８〜図１１は、アトマイズ鉄粉を使用し、熱可塑性ＰＩと熱硬化性ＰＩの含有率を変えた場合の圧粉コアの特性を示す。
図８は、圧粉コアの密度を示すものであり、樹脂の含有率が増加すると密度は低下する。また、熱硬化性ＰＩの方が密度が高いことが読み取れる。
図９は、圧環強さを示し、樹脂を含有すると圧環強さが低下する。熱可塑性ＰＩでは、樹脂含有率が増加するとともに圧環強さが低下するが、熱硬化性ＰＩの場合は、樹脂含有率が０．１質量％以上でも、圧環強さがほぼ一定であることが読み取れる。
図１０は、磁束密度を示し、樹脂含有率が増加すると磁束密度が低下する。熱硬化性ＰＩは低下が少ない。この磁束密度は、図８に示した密度と相関関係を有する。
図１１は、コアロス（鉄損）を示し、樹脂の含有でコアロスは大幅に減少し、ある程度の含有率で安定化する。熱硬化性ＰＩのほうがコアロスが低く、樹脂の含有率が０．１０質量％以上で安定化する。

以上の実験結果をまとめると、次の通りである。
（１）熱硬化性ＰＩの方が優れている。熱可塑性ＰＩに比較して高い密度になり、磁束密度の高い圧粉コアが得られ、コアロスが低く、且つ圧環強さが高くなる。
（２）熱硬化性ＰＩの含有率が少ないほど、密度、圧環強さ、磁束密度の高い圧粉コアが得られる。
（３）コアロスは、熱硬化性ＰＩの含有率が０．１質量％までは、樹脂含有率の増加に伴って急減するが、樹脂含有率が０．１５質量％以上では低下しない。
（４）熱硬化性ＰＩの含有率が増加すると、密度、圧環強さ、磁束密度が低下するので、熱硬化性ＰＩの含有率は少ない方が良いことが分かる。
（５）切削加工した圧粉コアの試料を見ると、樹脂の種類およびその含有率に関わらず、切削面が粗く、角部の一部に小さな欠損を生じるものがあり、改善が必要である。

アトマイズ鉄粉と還元鉄粉を用いた圧粉コアの特性を説明する。
アトマイズ鉄粉を用いた圧粉コアの切削加工性が好ましくないのは、鉄粉の粒子が切削加工により脱落し易い状態になっているためと考えられる。それは、アトマイズ鉄粉は、表面の凹凸が少ない形状で比表面積が比較的少ないためである。
比較的に比表面積が大きい還元鉄を用いて、上記同様に作成した圧粉コアの試料を切削加工した実験では、加工面が良好なものとなる。
ただし、還元鉄粉を用いると、粉末の圧縮性が比較的悪いため、高い密度の圧粉コアを作成することが困難で、高い磁束密度が得られ難くなる。

以上のような知見を基に、アトマイズ鉄粉と還元鉄粉とを混合物とした時の磁束密度、コアロス、切削加工性のそれぞれに及ぼす効果を検討する。
図１２〜図１５は、樹脂粉として用いられる熱硬化性ＰＩ、および熱可塑性ＰＩを全質量の０．１％とし、アトマイズ鉄粉のみ（即ち、還元鉄粉０％）の圧粉コアの試料、アトマイズ鉄粉と還元鉄粉の１：１（質量）の混合物による圧粉コアの試料の特性を示す。

図１２は、密度を示し、還元鉄粉を含むものはアトマイズ鉄粉のみの場合と比較して密度は低い。熱硬化性ＰＩは、還元鉄粉を含む場合に密度の低下が大きくなる性質がある。 図１３は、圧環強さを示し、還元鉄粉を含むものは高い。また、熱硬化性ＰＩを用いたものは、還元鉄粉を含むものでは圧環強さの上昇の程度は少ない。
図１４は、磁束密度を示し、還元鉄粉を含むものは低い。また、熱硬化性ＰＩは還元鉄粉を含むものでは低下量が大きい。
図１５は、コアロスを示す。還元鉄粉を含む熱可塑性ＰＩの試料はコアロスが著しく高くなるが、熱硬化性ＰＩのものはアトマイズ鉄粉だけの試料でも低く、還元鉄粉の含有率が増加しても鉄粉はほとんど上昇しない。即ち、熱硬化性ＰＩは、還元鉄粉を含むものと組み合わせても、コアロスはほとんど上昇しない。
切削加工性は、還元鉄粉を含むものが明らかに優れている。

以上、アトマイズ鉄粉に還元鉄粉を混入した場合の実験結果をまとめると、次のことが確認できる。
（１）還元鉄粉を含むものは、アトマイズ鉄粉だけのものに比べて圧縮性が悪く、密度が低くなるために磁束密度が低くなる。
（２）還元鉄粉を含むものは圧環強さが高くなる。
（３）還元鉄粉を含む場合、熱可塑性ＰＩよりも熱硬化性ＰＩを含むものの方がコアロスが少ない。
（４）切削加工性が著しく改善される。
これら（１）〜（４）のことから、還元鉄粉を含むものは、アトマイズ鉄粉だけのものと比較して密度が低く磁束密度が低くなるが、熱硬化性ＰＩを含有させることによりコアロスが低いものとなり、切削加工性も改善されるため、切削加工が必要な鉄心に適しており、固定子コア３２に好適である。

次に、アトマイズ鉄粉と還元鉄粉の混合量、および熱硬化性ＰＩの添加量について説明する。
図１６〜図１９は、還元鉄粉の含有率および熱硬化性ＰＩの含有率が異なる圧粉コアの特性値を示す。
図１６は、密度を示し、還元鉄粉が増加し、あるいは熱硬化性ＰＩの含有率が増加すると密度が低下することが読み取れる。
図１７は、磁束密度を示し、還元鉄粉が増加し、あるいは熱硬化性ＰＩの含有率が増加すると磁束密度が低下する。
図１８は、密度と磁束密度の関係を示す。樹脂の含有率および還元鉄粉の量にかかわらず、密度と磁束密度とは相関関係を有する。このグラフでは、磁束密度を（Ｂ）、密度を（ｄ）とすると、およそＢ＝１．７ｄ−１１．１４となる。
図１９は、コアロスを示し、還元鉄粉量の増加により上昇する。熱硬化性ＰＩの含有率が０．１０〜０．３０質量％の範囲ではほとんど同じ特性を示すが、０．０５質量％以下ではコアロスが高くなる。
切削加工面は、樹脂含有率にかかわらず、還元鉄粉の含有率が５質量％で効果が認められ、還元鉄粉の増加とともに良好な面が得られる。

以上の実験結果をまとめると、次の通りである。
（１）熱硬化性ＰＩの含有率が０．１５質量％以下で、還元鉄粉の含有率が５０質量％以下の時、磁束密度は１．８Ｔ以上になる。磁束密度１．８Ｔは、鉄粉がアトマイズ鉄粉で、樹脂としてＰＰＳ０．３質量％を含有する圧粉コアの磁束密度が約１．７Ｔであることから、これと比較すると高い水準と言うことができる。
（２）比較対象とした圧粉コアの磁束密度より高い１．７５Ｔ以上を目標値とすると、熱硬化性ＰＩの含有率が０．１５質量％以下で、還元鉄粉の含有率が７０質量％以下の時に達成される。
（３）コアロス３０００ｋＷ／ｍ³ 以下を目標とした時、熱硬化性ＰＩの含有率が０．１０質量％以上で、還元鉄粉の含有率が７０質量％以下の時に達成される。
（４）コアロスに特性値の制限を設けなければ、樹脂含有率が少ないものほど磁束密度が高くなる。
（５）切削加工した圧粉コアの表面状態は、還元鉄粉を含有することよって表面の粗さや欠損が改善される。切削加工面の改善が認められるためには、還元鉄粉の量が５質量％以上であることが必要とされ、還元鉄粉を多く含むほど優れる。

上記のことから、切削性が改善され、磁束密度１．８Ｔ以上、コアロス３０００ｋＷ／ｍ³ 以下の値が得られるような好ましい態様は、還元鉄粉の含有率が５〜５０質量％で、熱硬化性ＰＩの含有率が０．１０〜０．１５質量％の範囲である。
なお、磁束密度１．７５Ｔ以上とし、コアロスが比較的高くても良い場合では、還元鉄粉の含有率が５〜７０質量％で、熱硬化性ＰＩの含有率が０．１５質量％以下で達成できる。
また、磁束密度がより高く、コアロスが比較的高くても良い場合では、熱硬化性ＰＩの含有率でコアロスの低下が認められる０．０１質量％を最低値とすることができる。
しかるに、できるだけ磁束密度を高く、且つコアロスが低いことが好ましいから還元鉄粉の含有率は、上述のように５０質量％を超えないことが望ましい。

次に、ＰＴＦＥの添加による粉末の圧縮性の向上について説明する。
上述したように、還元鉄粉の含有によって切削性が改善される反面、粉末の圧縮性がアトマイズ鉄粉の場合より悪くなる結果、磁束密度をより高くするように、潤滑性粉末を添加する。用いる潤滑性粉末としてＰＴＦＥを用いて検討する。

図２０〜図２２は、樹脂の含有率を０．１０質量％および０．１５質量％とし、アトマイズ鉄粉と還元鉄粉の混合割合、樹脂を熱硬化性ＰＩおよび熱硬化性ＰＩとＰＴＦＥを質量で１：１で混合した混合物について比較した圧粉コアの特性である。これらの圧粉コアの試料は、上述した実験の場合と同様に作成したものであり、加熱処理も熱硬化性ＰＩの場合と同様である。

図２０は、密度を示し、熱硬化性ＰＩとＰＴＦＥを含むものは、熱硬化性ＰＩだけを含むものより密度が約０．０２Ｍｇ／ｍ³ 高い。
図２１は、磁束密度を示し、熱硬化性ＰＩとＰＴＦＥの混合物を用いたものは、密度が上昇したことに伴って磁束密度が高くなっている。還元鉄粉の含有率が７０質量％、熱硬化性ＰＩとＰＴＦＥの混合物の含有率が０．１０質量％においても、磁束密度は１．８Ｔを超えている。
図２２は、コアロスを示し、熱硬化性ＰＩとＰＴＦＥの混合物を用いたものは、熱硬化性ＰＩだけのものより少し高くなっている。還元鉄粉の含有率が７０質量％、熱硬化性ＰＩとＰＴＦＥの混合物の含有率が０．１０質量％の場合でも、コアロスは３０００ｋＷ／ｍ³ 以下である。

以上の実験結果をまとめると、次の通りである。
（１）熱硬化性ＰＩの添加量の一部をＰＴＦＥに置き換えると、粉末の圧縮性が向上して、高い密度のものを得ることができる結果、磁束密度の高い圧粉コアを得ることができる。従って、還元鉄粉の含有率を多くすることが可能である。また、ＰＴＦＥを含有させたことにより、圧粉体の圧縮成形の際の鉄粉と金型の摩擦が低下するため、金型寿命を延ばす効果もある。
（２）ＰＴＦＥは、コアロスを僅かに高めるが、ＰＴＦＥの含有率が０．１０質量％の場合、還元鉄粉の含有率が７０質量％でもコアロスを３０００ｋＷ／ｍ³ 以下に抑えることができる。

以上のことから、熱硬化性ＰＩの含有率０．０１〜０．１５質量％、好ましくは０．１０〜０．１５質量％の一部を、ＰＴＦＥに置換した圧粉コアは、密度が高く、磁束密度が高いものとなり、樹脂の含有率および還元鉄粉がともに多い状態であっても（例えば、樹脂の含有率が０．１５質量％、還元鉄粉の含有率が７０質量％）の場合でも、磁束密度がより高く、コアロスを抑えた圧粉コアを得ることができる。
このような圧粉コアは、燃料噴射弁１に搭載される固定子コア３２に最適である。

次に、ＰＴＦＥを含有した固定子コア３２の製造方法を説明する。
ここで、上記の実験では、熱硬化性ＰＩとＰＴＦＥの割合を質量で１：１としたが、還元鉄粉の含有率に応じてコアロスを満足するように、例えば３：１にしたり、１：３等に適宜変更するものである。なお、ＰＴＦＥは、熱硬化性ＰＩよりもコアロスを大きくするため、ＰＴＦＥは樹脂含有率の３／４以下にすることが望ましい。
このように、ＰＴＦＥを含有させた場合の製造方法は、まず、固定子コア３２を構成するための鉄粉と樹脂粉の粉末混合物を、潤滑剤を塗布した金型で圧縮成形して圧粉体を成形する（固定子コア圧縮成形）。

次に、樹脂粉にＰＴＦＥを含有させた場合、その圧粉体を温度１５０〜２５０℃、好ましくは２００℃で加熱処理し、圧粉体を強固に固める。ＰＴＦＥが軟化または溶融するような高い温度では、熱硬化性ＰＩが変質し、絶縁性が損なわれてコアロスが大きくなることから、加熱処理の温度は１５０〜２５０℃の範囲内が好ましい（固化工程）。
最後に、切削加工あるいは研削加工を磁気吸引面等に施して固定子コア３２を仕上げる（仕上げ工程）。

以上の工程によって、電磁弁５の固定子コア３２が製造される。
このように作成される固定コア３２に、実施例１で説明した技術を採用することで、性能とコストのバランスを高次元でとることができ、優れた燃料噴射弁１を提供できる。
なお、この実施例２では、固定子コア３２を構成するＳＭＣの樹脂粉の一例として、熱硬化性ＰＩだけ、もしくは熱硬化性ＰＩとＰＴＦＥの混合物を用いる例を示したが、ＰＴＦＥだけとしても良い。

［変形例］
上記の実施例では、珪素鋼の一例として、珪素の含有率が１〜３質量％の珪素鋼を用いる例を示したが、珪素の含有率１〜３質量％とは異なる珪素鋼を用いたり、珪素の含有率が１〜３質量％の珪素鋼と、珪素の含有率１〜３質量％とは異なる珪素鋼とを混合して用いても良い。

上記の実施例では、可動子コア３４を、焼結金属からなる鉄粉を用いる例を示したが、通常の金属材料（例えば、無垢金属）よりなる軟磁性材によって可動子コア３４を形成しても良い。
上記の実施例では、可動子コア３４とシャフト３５を焼結によって結合した例を示したが、カシメ、圧入、溶接など、他の技術で接合しても良い。

上記の実施例では、本発明を燃料噴射弁１の電磁弁５に適用した例を示したが、車両に搭載されるＥＧＲバルブ、油路切り替えバルブなど、他の電磁弁に適用しても良い。
また、電磁弁以外のリニアソレノイド等に本発明を適用しても良い。

燃料噴射弁に搭載された電磁弁の断面図である。 燃料噴射弁の断面図である。 アーマチャおよび固定子コアの直流磁気特性（Ｂ−Ｈ特性）を示すグラフである。 樹脂の含有率と、磁束密度およびコアロスの関係を示すグラフである。 樹脂粒径とコアロスとの関係を示すグラフである。 樹脂の含有率とコアロスとの関係において樹脂粒径を変化させたグラフである。 樹脂の含有率と、磁束密度およびコアロスの関係を示すグラフである。 アトマイズ鉄粉を使用した場合における樹脂の含有率と密度との関係を示すグラフである。 アトマイズ鉄粉を使用した場合における樹脂の含有率と圧環強さとの関係を示すグラフである。 アトマイズ鉄粉を使用した場合における樹脂の含有率と磁束密度との関係を示すグラフである。 アトマイズ鉄粉を使用した場合における樹脂の含有率とコアロス（鉄損）との関係を示すグラフである。 熱可塑性ＰＩまたは熱硬化性ＰＩを用いた場合における還元鉄粉の含有率と密度との関係を示すグラフである。 熱可塑性ＰＩまたは熱硬化性ＰＩを用いた場合における還元鉄粉の含有率と圧環強さとの関係を示すグラフである。 熱可塑性ＰＩまたは熱硬化性ＰＩを用いた場合における還元鉄粉の含有率と磁束密度との関係を示すグラフである。 熱可塑性ＰＩまたは熱硬化性ＰＩを用いた場合における還元鉄粉の含有率とコアロス（鉄損）との関係を示すグラフである。 熱硬化性ＰＩの含有率を可変させた場合における還元鉄粉の含有率と密度との関係を示すグラフである。 熱硬化性ＰＩの含有率を可変させた場合における還元鉄粉の含有率と磁束密度との関係を示すグラフである。 密度と磁束密度との関係を示すグラフである。 熱硬化性ＰＩの含有率を可変させた場合における還元鉄粉の含有率とコアロス（鉄損）との関係を示すグラフである。 還元鉄粉の含有率と密度との関係においてＰＴＦＥの添加の有無を比較するグラフである。 還元鉄粉の含有率と磁束密度との関係においてＰＴＦＥの添加の有無を比較するグラフである。 還元鉄粉の含有率とコアロス（鉄損）との関係においてＰＴＦＥの添加の有無を比較するグラフである。

符号の説明

１ 燃料噴射弁
５ 電磁弁
６ ノズルボディ
６ａ 噴孔（燃料噴射孔）
７ ニードル
１６ 圧力制御室
１７ 入口オリフィス
１８ 出口オリフィス
２４ アーマチャ
２７ ソレノイド
３１ コイル
３２ 固定子コア
３４ 可動子コア
３５ シャフト

Claims (20)

1. 磁性体性の可動子コアを備え、軸方向へ移動可能に支持されるアーマチャと、
   通電により起磁力を発生するコイル、およびこのコイルの発生する磁力によって前記可動子コアを吸引する固定子コアを有するソレノイドと、を具備し、
   前記アーマチャは、軸方向へ摺動自在に支持されるシャフトと、このシャフトに固定された前記可動子コアとからなり、この可動子コアを構成する軟磁性材は、鉄の中に珪素が含有された珪素鋼によって設けられ、
   前記固定子コアは、鉄粉と樹脂粉を固めてなる複合磁性材であり、
   前記固定子コアと前記可動子コアの直流磁気特性は、略同等に設けられ、
   前記可動子コアの直流磁気特性を１００％とした場合、前記固定子コアの直流磁気特性は、８０％以上、１２０％以下の範囲内に設けられ、
   前記固定子コアを構成する複合磁性材における前記樹脂粉は、０．００５質量％以上、０．１質量％以下の範囲内の含有率であり、且つ、０．００５μｍ以上、２５μｍ以下の範囲内の粒径を用いて設けられることを特徴とする電磁アクチュエータ。
2. 請求項１に記載の電磁アクチュエータにおいて、
   前記固定子コアは、磁束密度が１．８Ｔ以上であることを特徴とする電磁アクチュエータ。
3. 請求項１または請求項２に記載の電磁アクチュエータにおいて、
   前記固定子コアは、コアロスが３０００ｋＷ／ｍ ³ 以下であることを特徴とする電磁アクチュエータ。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電磁アクチュエータにおいて、
   前記固定子コアを構成する複合磁性材における前記樹脂粉は、
   ５μｍ以上、２５μｍ以下の範囲内の粒径を用いて設けられたことを特徴とする電磁アクチュエータ。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の電磁アクチュエータにおいて、
   前記固定子コアを構成する複合磁性材における前記樹脂粉は、
   （１）ポリフェニレンサルファイド、
   （２）熱可塑性ポリイミド、
   （３）ポリフェニレンサルファイドと熱可塑性ポリイミドとの混合物、
   （４）ポリフェニレンサルファイドとこのポリフェニレンサルファイドよりガラス転移温度の高い樹脂との混合物、
   （５）熱可塑性ポリイミドとこの熱可塑性ポリイミドよりガラス転移温度の高い樹脂との混合物、
   （６）ポリフェニレンサルファイドと熱可塑性ポリイミドとポリフェニレンサルファイドよりガラス転移温度の高い樹脂との混合物、
   のうち、上記（１）〜（６）のいずれかであることを特徴とする電磁アクチュエータ。
6. 請求項５に記載の電磁アクチュエータにおいて、
   前記熱可塑性ポリイミドよりガラス転移温度の高い樹脂は、
   非熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミノビスマレイミドのいずれかであることを特徴とする電磁アクチュエータ。
7. 請求項５に記載の電磁アクチュエータにおいて、
   前記ポリフェニレンサルファイドよりガラス転移温度の高い樹脂は、
   ポリフェニレンオキサイド、ポリサルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、非熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミノビスマレイミドのいずれかであることを特徴とする電磁アクチュエータ。
8. 請求項５〜請求項７のいずれかに記載の電磁アクチュエータにおいて、
   前記ポリフェニレンサルファイドよりガラス転移温度の高い樹脂、または前記熱可塑性ポリイミドよりガラス転移温度の高い樹脂の含有率は、
   前記固定子コアに用いられる前記樹脂粉のうちの半分以下であることを特徴とする電磁アクチュエータ。
9. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の電磁アクチュエータにおいて、
   前記固定子コアを構成する複合磁性材における前記樹脂粉は、
   （１）熱硬化性ポリイミド、
   （２）ポリテトラフルオロエチレン、
   （３）熱硬化性ポリイミドとポリテトラフルオロエチレンとの混合物、
   のうち、上記（１）〜（３）のいずれかであることを特徴とする電磁アクチュエータ。
10. 請求項１〜請求項９のいずれかに記載の電磁アクチュエータにおいて、
    前記固定子コアを構成する複合磁性材における前記鉄粉は、
    アトマイズ鉄、および還元鉄からなることを特徴とする電磁アクチュエータ。
11. 請求項１〜請求項９のいずれかに記載の電磁アクチュエータにおいて、
    前記固定子コアを構成する複合磁性材は、前記鉄粉と前記樹脂粉の粉末混合物を、潤滑剤を塗布した金型で圧縮成形した後、その圧粉体を温度１５０〜２５０℃で加熱処理し、切削加工あるいは研削加工を施して形成されることを特徴とする電磁アクチュエータの製造方法。
12. 請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の電磁アクチュエータにおいて、
    前記可動子コアを構成する軟磁性材は、珪素の含有率が１質量％以上、３質量％以下の珪素鋼であることを特徴とする電磁アクチュエータ。
13. 請求項１〜請求項１２のいずれかに記載の電磁アクチュエータにおいて、
    前記可動子コアを構成する軟磁性材は、粉末冶金の手法で形成された焼結金属からなることを特徴とする電磁アクチュエータ。
14. 請求項１３に記載の電磁アクチュエータにおいて、
    複合磁性材の前記可動子コアは、焼結結合により前記シャフトと一体化されていることを特徴とする電磁アクチュエータ。
15. 請求項１４に記載の電磁アクチュエータにおいて、
    前記シャフトは、焼結結合の熱を受けた後、熱処理を施して硬さが回復する鋼材であることを特徴とする電磁アクチュエータ。
16. 請求項１〜請求項１４のいずれかに記載の電磁アクチュエータにおいて、
    前記シャフトは、強磁性材よりなる鋼材であることを特徴とする電磁アクチュエータ。
17. 請求項１４〜請求項１６のいずれかに記載の電磁アクチュエータにおいて、
    前記シャフトは、高速度工具鋼、合金工具鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、あるいは軸受鋼のいずれかであることを特徴とする電磁アクチュエータ。
18. 請求項１〜請求項１７のいずれかに記載の電磁アクチュエータにおいて、
    前記可動子コアを構成する軟磁性材として、粉末冶金の手法で形成された焼結金属を用いる場合、その可動子コアを構成する焼結金属は、金型で圧縮成形して内孔を有する圧粉体を設けた後、その圧粉体における前記内孔に前記シャフトを挿通し、それを非酸化性雰囲気中において加熱処理して前記圧粉体よりなる可動子コアと前記シャフトを一体化し、その後、焼き入れ処理を施して形成されることを特徴とする電磁アクチュエータの製造方法。
19. 請求項１〜請求項１７のいずれかに記載の電磁アクチュエータにおいて、
    前記アーマチャは、軸方向へ摺動自在に支持されるシャフトと、このシャフトに固定された前記可動子コアとを有し、
    この可動子コアを構成する軟磁性材は、請求項１〜請求項１７のいずれかに記載の前記固定子コアを構成する複合磁性材によって設けられたことを特徴とする電磁アクチュエータ。
20. 入口オリフィスを介して高圧燃料が供給される圧力制御室と、
    この圧力制御室の燃料圧力に応じて変位するニードルと、
    このニードルによって開閉される燃料噴射孔を備えたノズルボディと、
    前記圧力制御室に形成された出口オリフィスを開閉する請求項１〜請求項１９のいずれかに記載の電磁アクチュエータと、を具備し、
    この電磁アクチュエータが前記出口オリフィスを開閉することによって前記圧力制御室の燃料圧力が変化して前記ニードルが変位して前記燃料噴射孔が開閉される燃料噴射弁。

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