JP5427210B2 - ソレノイドおよび電磁弁 - Google Patents

Description

本発明は、ソレノイドおよび電磁弁に関する。

例えば、燃料電池車に搭載される水素タンクは、水素が３５ＭＰａや７０ＭＰａなどの高圧で充填されるため、水素タンクの弁装置（電磁弁）が取り付けられる水素タンクの開口部の開口面積を小さく形成しなければならない。一方で、水素タンクから燃料電池への流量を確保する必要があることから電磁弁の弁体のストロークを大きくしなければならない。また、燃料電池車に搭載される水素タンクのような、弁体の前後差圧が大きいものの場合、弁体を開弁する際の作動初期に大きな推力（吸引力）が必要になる。

このように大ストロークで動作させる場合や前後差圧が大きい場合を考慮し、これら状況の弁体に有効なソレノイドが種々提案されている。例えば、特許文献１では、プランジャ（可動子）とコア（ベース）において推力を発生させる部位の形状を軸方向に対して傾斜面を形成することにより表面積を増大させて、大ストロークでの推力を確保している。特許文献２では、プランジャ（可動鉄片）に凸部、コア（鉄芯）に凹部をそれぞれ形成することで、大ストロークで動作させる際の弁体の作動初期（作動前）においても、凸部と凹部とが近接するため、大きな推力を確保できるようになっている。特許文献３では、ソレノイドの基本構成（プランジャ、コア、コイル、ケース）に対して構成部品を追加することで大ストロークでの推力を確保するようになっている。

特許第４２４３９０１号公報 特開平９−１９９３２２号公報 特開２００７−１７３４４８号公報

しかしながら、特許文献１では、弁体の前後差圧が大きい場合などでは、大ストロークで動作させようとすると、特に作動初期にプランジャとコアとのギャップが大きくなるため作動初期の推力が不足する問題がある。よって、必要な推力を確保するためにコイルを大型化したり、また磁気特性に優れる高価な材料を採用することが必要になるという問題がある。

また、特許文献２では、大ストロークの使用に対して大きな推力を得ることができるものの、前後差圧が大きくなる弁体を開弁する場合には作動初期の推力が不足するという問題がある。

また、特許文献１および特許文献３では、ソレノイドの基本構成からの部品点数が多くなり、構造が複雑になり、ソレノイドの高コスト化を招くという問題がある。

本発明は、前記従来の問題を解決するものであり、簡単な構成で、しかも作動初期に大きな推力を得ることができるソレノイドおよびそれを用いた電磁弁を提供することを課題とする。

本発明に係るソレノイドは、軸方向に移動可能なプランジャと、前記プランジャと前記軸方向において対向して配置されるコアと、通電時に前記プランジャを前記コア側に吸引する電磁コイルと、前記プランジャ、前記コアおよび前記電磁コイルを収容するケースと、を備えたソレノイドにおいて、前記プランジャは、前記コアに対向するプランジャ突出部を有し、前記コアは、前記プランジャに対向するコア突出部を有し、前記プランジャには、前記電磁コイルの通電時に前記コア突出部が収容されるコア収容部が形成され、前記コアには、前記電磁コイルの通電時に前記プランジャ突出部が収容されるプランジャ収容部が形成され、前記プランジャ突出部の先端および前記コア突出部の先端の双方は、前記軸方向の断面視において鋭角に形成され、前記コア収容部は、前記プランジャ突出部の周面から径方向外側に向けて延びる第１傾斜面によって囲まれ、前記コア突出部は、当該コア突出部の先端から径方向外側に向けて延びる第２傾斜面を有し、前記電磁コイルの非通電時に、前記コアと前記プランジャの各部位のうち、前記プランジャ突出部の先端と前記コア突出部の先端とが最も近接する部位となり、前記電磁コイルの通電時に前記プランジャと前記コアとが最も接近したときに、前記コア収容部の角度および前記コア突出部の先端の角度は、前記第１傾斜面と前記第２傾斜面とが互いに沿うように同じであることを特徴とする。
また、本発明に係るソレノイドは、軸方向に移動可能なプランジャと、前記プランジャと前記軸方向において対向して配置されるコアと、通電時に前記プランジャを前記コア側に吸引する電磁コイルと、前記プランジャ、前記コアおよび前記電磁コイルを収容するケースと、を備えたソレノイドにおいて、前記プランジャは、前記コアに対向するプランジャ突出部を有し、前記コアは、前記プランジャに対向するコア突出部を有し、前記プランジャには、前記電磁コイルの通電時に前記コア突出部が収容されるコア収容部が形成され、前記コアには、前記電磁コイルの通電時に前記プランジャ突出部が収容されるプランジャ収容部が形成され、前記プランジャ突出部の先端および前記コア突出部の先端の双方は、前記軸方向の断面視において鋭角に形成され、前記プランジャ収容部は、前記コア突出部の周面から径方向外側に向けて延びる第１傾斜面によって囲まれ、前記プランジャ突出部は、当該プランジャ突出部の先端から径方向外側に向けて延びる第２傾斜面を有し、前記電磁コイルの非通電時に、前記コアと前記プランジャの各部位のうち、前記プランジャ突出部の先端と前記コア突出部の先端とが最も近接する部位となり、前記電磁コイルの通電時に前記プランジャと前記コアとが最も接近したときに、前記プランジャ収容部の角度および前記プランジャ突出部の先端の角度は、前記第１傾斜面と前記第２傾斜面とが互いに沿うように同じであることを特徴とする。

これによれば、コア突出部の先端とプランジャ突出部の先端の少なくも一方が軸方向に沿って切断したときの断面視において鋭角に形成され、電磁コイルの非通電時にコア突出部の先端とプランジャ突出部の先端とが最も近接するように構成することで、推力発生部位（ギャップ部）に効果的に磁束を集中させることが可能となるので、大ストロークの使用においてもソレノイドの作動初期（作動前）における推力を向上させることが可能になる。

また、プランジャにプランジャ突出部とコア収容部、コアにコア突出部とプランジャ収容部をそれぞれ備えるように、プランジャとコアの形状のみを変更することにより、ソレノイドの基本構成に新たな部品を追加することなく（部品点数を増やすことなく）、大ストロークでの使用において作動初期（作動前）の推力を向上させることが可能になる。よって、作動初期の推力を確保するために電磁コイルの起磁力を大きくする必要がないので、通電時の電力の増大や、電磁コイルの大型化を防止でき、また磁気特性に優れる高価な材料を用いたりする必要がない。

また、前記プランジャ突出部には、複数の先端が形成され、前記コア突出部には、それぞれの前記プランジャ突出部の先端に対応して複数の先端が形成されることを特徴とする。

これによれば、作動初期（作動前）において、コア突出部の先端とプランジャ突出部の先端とを複数個所で磁束を集中させることができるので、ソレノイドの作動初期（作動前）における推力を確保できる箇所が増えることにより、さらに確実に、通電時の電力の増大や、電磁コイルの大型化を防ぐことができる。

本発明に係る電磁弁は、前記ソレノイドと、内部に圧力流体が通流する流路が形成された弁箱と、前記ソレノイドのプランジャに連動して前記弁箱に設けられた弁座に接離可能に動作する弁体と、前記弁体を閉弁方向に付勢する付勢部材と、を備えることを特徴とする。

これによれば、ソレノイドによって作動初期における弁体の推力を向上できるとともに、プランジャの移動に伴って推力を減少させることができるので、プランジャの動作（変位）を制限するために設けられるストッパへの衝突エネルギを低減することが可能となり、ストッパへの衝突音の削減や、ストッパの耐久性を向上させることが可能となる。

本発明によれば、簡単な構成で、しかも作動初期に大きな推力を得ることができるソレノイドおよびそれを用いた電磁弁を提供できる。

第１実施形態に係るソレノイドを示す斜視断面図である。 第１実施形態に係るソレノイドを示す断面図である。 第１実施形態に係るソレノイドを用いた電磁弁をタンクに取付けた状態を示す断面図である。 第１実施形態に係るソレノイドに発生する磁束流れを示す説明図であり、（ａ）は閉弁時（作動初期）、（ｂ）は開弁時（作動後）である。 第１実施形態に係るソレノイドの作用効果を説明する図である。 第２実施形態に係るソレノイドを示す断面図である。 第３実施形態に係るソレノイドを示す断面図である。 第４実施形態に係るソレノイドを示す断面図である。 第１実施形態に係るソレノイドの変形例を示す断面図である。 第４実施形態に係るソレノイドの変形例を示す断面図である。

以下、本実施形態に係るソレノイドおよびソレノイドを備えた電磁弁について、図１ないし図１０を参照して説明する。なお、第２実施形態および第３実施形態については、参考形態とする。

（第１実施形態）
図１に示すように、ソレノイド１０Ａは、プランジャ１１（可動コア）と、コア１２（固定コア）と、電磁コイル１３と、これらを収容するケース１４と、を含んで構成されている。

プランジャ１１は、磁性金属材料によって略円柱状に形成され、軸方向Ｇに移動自在に配置される。なお、プランジャ１１は、例えば、ケース１４に設けられた円筒状の平軸受（不図示）を介してプランジャ１１の周面が摺動自在に支持されている。

コア１２は、磁性金属材料によって略凸状に形成され、プランジャ１１側に延びる基部１２ａと、この基部１２ａの周面において径方向外側（外方）に突出する鍔部１２ｂと、を有し、鍔部１２ｂがケース１４に接するように構成されている。

電磁コイル１３は、通電することにより電磁力を生じさせるものであり、合成樹脂材料（非磁性材料）によって形成される円筒形状のボビン１３ａ（図２参照、図１では図示省略）と、ボビン１３ａに銅線を巻回して構成されたコイル１３ｂとを有している。また、図１に示すように、電磁コイル１３の内側には、軸方向Ｇの一方から基部１２ａが挿入されるとともに、他方からプランジャ１１の一部が挿入されている。

ケース１４は、磁性金属材料によって略円筒状に形成され、電磁コイル１３の周囲を囲むようにして形成される円筒部１４ａと、円筒部１４ａのプランジャ１１側の一端においてプランジャ１１側に延びる鍔部１４ｂと、を有している。

これにより、ソレノイド１０Ａは、電磁コイル１３の周囲において、プランジャ１１、コア１２およびケース１４からなる磁気回路が構成される。

図１および図２に示すように、プランジャ１１には、コア１２側に向けて突出する略円柱形状のプランジャ突出部１１ａが一体に形成されている。このプランジャ突出部１１ａの直径は、プランジャ１１の直径よりも小径に形成され、中心軸がプランジャ１１の径方向の中心Ｏを通るように構成されている。

プランジャ突出部１１ａの先端１１ａ１は、軸方向Ｇに沿って切断したときの断面視（以下、軸方向断面視と略記する）において鋭角となるように形成されている。すなわち、図２に示す軸方向断面視において、プランジャ突出部１１ａの先端１１ａ１は、軸方向Ｇに沿って形成される直線状の面ｍ１と、軸方向Ｇに対して径方向内側に向けて傾斜する面ｍ２とで成す角度α１が鋭角になるように形成されている。

コア１２には、プランジャ１１側に向けて突出する略環状のコア突出部１２ｃが形成されている。このコア突出部１２ｃの内径は、プランジャ突出部１１ａがコア突出部１２ｃに際どく接触せずに進退可能となる寸法に設定されている。

また、コア突出部１２ｃの先端１２ｃ１は、軸方向断面視において鋭角となるように形成されている。すなわち、図２に示す軸方向断面視において、コア突出部１２ｃの環状の先端１２ｃ１は、軸方向Ｇに沿って形成される直線状の面ｍ３と、軸方向Ｇに対して径方向外側に向けて傾斜する面ｍ４とで成す角度β１が鋭角になるように形成されている。

なお、角度α１，β１は、それぞれ鋭角に形成されるものであれば特に限定されるものではない。また、角度α１と角度β１とは、同一の角度であっても異なる角度であってもよい。

また、プランジャ１１には、プランジャ突出部１１ａの周囲において、電磁コイル１３の通電時にコア突出部１２ｃが収容されるコア収容部１１ｂが形成されている。コア収容部１１ｂは、コア突出部１２ｃの鋭角形状に沿うように、図２に示す軸方向断面視において、軸方向Ｇに沿って形成される直線状の面ｍ５と、軸方向Ｇに対して径方向外側に向けて傾斜する面ｍ６とで成す角度β１が鋭角になるように形成されている。なお、当該角度β１は、前記した面ｍ３，ｍ４での角度β１と同一である。

また、コア１２には、コア突出部１２ｃの内側に、プランジャ突出部１１ａが収容される軸方向断面視において凹形状のプランジャ収容部１２ｄが形成されている。

図１および図２に示す状態は、電磁コイル１３が非通電時（作動前）の状態であり、プランジャ１１とコア１２の各部位のうち、プランジャ突出部１１ａの先端１１ａ１とコア突出部１２ｃの先端１２ｃ１とが最も近接する部位となっている。なお、本実施形態では、先端１１ａ１の角部と先端１２ｃ１の角部とが軸方向Ｇにおいて略対向するように構成されている。

図３は、第１実施形態に係るソレノイドを用いた電磁弁をタンクに取付けた状態を示す断面図である。この電磁弁１は、タンク１００に設けられた円筒状の開口部１０１（ネック部）と螺合することによって取り付けられる。なお、タンク１００は、例えば、車両（燃料電池車など）に搭載され、非常に高圧の水素（圧力流体）が充填されるものである。タンク１００内の水素は、電磁弁１を開弁することにより、減圧弁等を介して燃料電池のアノードに供給され、車両内の別の場所に搭載されたエアコンプレッサからの圧縮空気が加湿器等を介して燃料電池のカソードに供給されることで、発電が行われる（いずれも図示せず）。なお、電磁弁１は燃料電池車のタンクに限定されない。また、タンク内の圧力流体についても水素に限定されるものではない。

電磁弁１は、前記したソレノイド１０Ａとともに、弁箱２、弁体３、圧縮コイルばね４（付勢部材）を含んで構成されている。

弁箱２は、内部に弁体３、コイルばね４、ソレノイド１０Ａを収容する略円筒状の収容部２ａを有し、タンク１００内と連通する連通孔２ｂが形成されている。また、弁箱２の内部には、連通孔２ｂからタンク１００の外部へと通じる流路Ｒが形成されている。

また、弁箱２の外周面には、ねじ溝２ｃが形成されており、このねじ溝２ｃと、タンク１００の開口部１０１の内周壁面に形成されたねじ溝１０１ａとが、螺合することにより電磁弁１がタンク１００に取り付けられる。なお、タンク１００と電磁弁１とは、シール部材（不図示）を介して互いに接合され、タンク１００内の水素が外部に漏れ出ないように構成されている。

弁体３は、略円柱状に形成され、ソレノイド１０Ａのプランジャ１１と互いに同軸となるように連結され、プランジャ１１の動作に連動して弁体３が弁箱２内の流路Ｒの出口側に形成された弁座２ｄに接離（着座および離座）可能となるように構成されている。また、弁体３は、弁座２ｄに対向する面にシール部材３ａが嵌合されて構成されている。

すなわち、弁体３が弁座２ｄに当接（着座）することで弁体３の下流（タンク外）と上流（タンク内）とを遮断し、タンク１００からの水素の供給が停止される。また、弁体３が弁座２ｄから離間（離座）することで、図中矢印で示すように、タンク１００内の水素が連通孔２ｂ、流路Ｒ、弁座２ｄと弁体３との間を通って燃料電池に供給される。

コイルばね４は、一端がプランジャ１１の基端（図示上側）に形成されたフランジ部１１ｓに当接し、他端がソレノイド１０Ａのケース１４側の鍔部１４ｂに当接するように配置され、プランジャ１１をコア１２から離れる方向に付勢して、弁体３を弁座２ｄに向けて付勢するように構成されている。

なお、ソレノイド１０Ａは、プランジャ１１が所定のストロークを超えて動作（変位）するのを規制するストッパ５を備えている。このストッパ５は、例えば、ゴムなどの弾性材料で形成され、コア１２に形成されたプランジャ収容部１２ｄの底面に設けられている。また、ストッパ５の位置は、本実施形態に限定されず、プランジャ１１側であってもよく、またはケース１４の外部においてプランジャ１１の動作経路上に設けてもよい。

次に、第１実施形態に係るソレノイド１０Ａの動作について図３ないし図５を参照して説明する。なお、図３は、ソレノイド１０Ａが非通電時の状態であり、ソレノイド１０Ａによる電磁力が発生しないため、コイルばね４のばね力（付勢力）およびタンク１００内の水素の圧力によってプランジャ１１が弁体３を弁座２ｄに押圧する方向に付勢された状態である。また、図４では、図３に示すストッパ５を省略している。

図４（ａ）に示すように、電磁コイル１３が通電された作動初期では、ケース１４を通る磁束は、プランジャ１１からコア１２側に向かって流れ、ケース１４に戻る。このとき、プランジャ１１からコア１２に磁束が流れる際、プランジャ突出部１１ａの先端１１ａ１とコア突出部１２ｃの先端１２ｃ１とが最も近接した状態であり、しかも先端１１ａ１，１２ｃ１がそれぞれ軸方向断面視において鋭角に形成されているので、先端１１ａ１，１２ｃ１を介して磁束が集中して流れるようになる（図４（ａ）の丸印で囲む部分を参照）。このように、作動初期において、プランジャ１１とコア１２とが非常に接近した状態で磁束を集中させることができるので、プランジャ１１（弁体３）を動作させる際の推力を向上させることが可能となる。

一方、図４（ｂ）に示すように、プランジャ１１とコア１２とが最も接近した状態となる作動後では、プランジャ突出部１１ａがプランジャ収容部１２ｄ内に収容され、コア突出部１２ｃがコア収容部１１ｂに収容されることで、プランジャ１１とコア１２とでの磁束が流れる領域が最大となる。

なお、図４（ａ）に示す作動初期と図４（ｂ）に示す作動後との間では、コア収容部１１ｂを形成する軸方向Ｇに平行な面ｍ１（図４（ａ）参照）と、コア突出部１２ｃの軸方向Ｇに平行な面ｍ３（図４（ａ）参照）とが対向する面積が徐々に増加することで、磁束の集中が徐々に解消され、プランジャ１１を吸引する推力（プランジャ１１とコア１２とが互いに引き合う力）が徐々に減少する。また、軸方向Ｇに傾斜した面ｍ５（図４（ａ）参照）と、軸方向Ｇに傾斜した面ｍ４（図４（ａ）参照）との間においては、徐々に近づくことにより、引き合う力は緩やかに増え、作動後近くでさらに大きくなる。こうした減少と増加との組み合わせで、プランジャ１１（弁体３）を動作させる際の推力が決められ、作動後においては作動初期と比較してその推力が減少している。

なお、図４（ｂ）に示す作動後は、プランジャ突出部１１ａがストッパ５（図３参照、図４では図示省略）に当接することでプランジャ１１の変位が規制され、プランジャ１１の動作が停止する。

図５は、第１実施形態に係るソレノイドの作用効果を説明する図である。なお、下段の断面図（Ａ）は本実施形態を示すソレノイド１０Ａ、断面図（Ｂ）はプランジャとコアの軸方向において対向する面がそれぞれ軸方向に直交する平面２００ａ，２００ｂであるソレノイド２００（比較例１）、断面図（Ｃ）はプランジャとコアに軸方向に対して傾斜する面３００ａ，３００ｂが形成されたソレノイド３００（比較例２）、断面図（Ｄ）はプランジャに凸部４００ａ、コアに凸部４００ａと嵌合する凹部４００ｂを備えたソレノイド４００（比較例３）であり、いずれも作動前（作動初期）の状態を示している。これら（Ａ）〜（Ｄ）において、作動初期（作動前）から作動後における推力の変化を示したものが上段のグラフである。なお、グラフの作動初期（作動前）が、ギャップが最も大きい状態、つまりプランジャ（１１）とコア（１２）とが最も離れた状態であり、作動後が、ギャップが最も小さい状態、つまりプランジャ（１１）とコア（１２）とが最も接近した状態である。

図５のグラフに示すように、比較例１（Ｂ）では、作動初期（ギャップが最大）の推力が最も小さく、ギャップが小さくなるにつれて推力が大きくなり、作動後（ギャップ最小）において推力が最大となる。すなわち、作動初期では、平面２００ａと平面２００ｂとの距離が長いため推力が小さく、平面２００ａ，２００ｂ同士が徐々に接近することにより推力が大きくなる。

比較例２（Ｃ）では、作動初期（ギャップ最大）の推力が最も小さく、ギャップが小さくなるにつれて推力が大きくなり、作動後（ギャップ最小）において推力が最大となる。すなわち、比較例１よりもプランジャとコアが対向する表面積が大きくなり、そして比較例１よりもストロークに対するギャップが小さくなっているので、作動初期における推力が比較例１よりも大きくなる。ただし、作動初期では、平面３００ａと平面３００ｂとの距離が長いため推力が小さく、平面３００ａ，３００ｂ同士が徐々に接近することにより推力が大きくなることは比較例１（Ｂ）と同様である。

比較例３（Ｄ）では、作動初期（ギャップ最大）の推力が最も大きく、ギャップが小さくなるにつれて推力が小さくなる。すなわち、作動初期において凸部４００ａと凹部４００ｂとが接近することにより、作動初期における推力が比較例１，２よりも大きくなる。しかし、凸部４００ａと凹部４００ｂとが鋭角部を有していないため、作動初期における推力は比較的小さくなる。

本実施形態（Ａ）では、前記したソレノイド１０Ａに記載したようにプランジャ１１とコア１２の形状をそれぞれ変更することにより、作動初期（ギャップ最大）の推力が各比較例に対して大きく、ギャップが小さくなるにつれて推力が小さくなる。このように、プランジャ突出部１１ａの先端１１ａ１とコア突出部１２ｃの先端１２ｃ１とをそれぞれ鋭角形状とし、かつ、作動初期での先端１１ａ１，１２ｃ１同士が最も近接する形状として（図１ないし図４参照）、先端１１ａ１，１２ｃ１において磁束が集中することにより、比較例１ないし３よりも作動初期における推力を向上できる。また、ギャップが小さくなるにつれて、プランジャ１１とコア１２との間での磁束の集中が生じなくなるので、それに応じて推力も小さくなる。

以上説明したように、第１実施形態に係るソレノイド１０Ａでは、コア１２にプランジャ１１に対向するコア突出部１２ｃを形成するとともに、プランジャ１１にコア１２に対向するプランジャ突出部１１ａを形成し、さらにコア１２に電磁コイル１３の通電時にプランジャ突出部１１ａが収容されるプランジャ収容部１２ｄを形成するとともに、プランジャ１１に電磁コイル１３の通電時にコア突出部１２ｃが収容されるコア収容部１１ｂを形成している。またソレノイド１０Ａでは、コア突出部１２ｃの先端１２ｃ１とプランジャ突出部１１ａの先端１１ａ１とを軸方向断面視において鋭角に形成し、電磁コイル１３の非通電時にコア１２とプランジャ１１の各部位のうち、コア突出部１２ｃの先端１２ｃ１とプランジャ突出部１１ａの先端１１ａ１とが最も近接する部位となるように構成したものである。これによれば、先端１１ａ１と先端１２ｃ１との間の推力発生部位（ギャップ部）に磁束を集中させることが可能になるので、大ストローク（ロングストローク）での使用においても電磁コイル１３による強力な電磁力を必要とすることなく作動初期の推力を向上させることができる（図５参照）。また、弁体３の前後差圧（Ｐ１−Ｐ２、図３参照）が大きい場合においては、前後差圧を受ける面積で発生する荷重に抗する推力を得るためにも有効である。

第１実施形態によれば、プランジャ１１にプランジャ突出部１１ａとコア収容部１１ｂ、コア１２にコア突出部１２ｃとプランジャ収容部１２ｄがそれぞれ形成されるように、プランジャ１１とコア１２の形状のみを変更することにより、ソレノイド１０Ａの基本構成（プランジャ、コア、電磁コイル、ケース）に新たな部品を追加することなく（部品点数を増やすことなく）、大ストロークでの使用において作動初期（作動前）の推力を向上させることが可能になる。しかも、電磁コイル１３の通電時における電力を大きくする必要がないので電磁コイル１３を大型化する必要がなく、また磁気特性に優れる高価な材料を用いたりする必要もない。

また、第１実施形態に係るソレノイド１０Ａを用いた電磁弁１によれば、前記したように作動初期の推力を向上させる一方で、プランジャ１１が移動するに伴い（ギャップが小さくなるにつれて）推力が減少する特性を有しているので（図５のグラフ（Ａ）参照）、プランジャ１１のストローク（変位）を制限するストッパ５（図３参照）への衝突エネルギを低減することが可能となり、ストッパ５への衝突音の削減や、ストッパ５の耐久性を向上させることが可能となる。

（第２実施形態）
図６は第２実施形態に係るソレノイドを示す断面図である。このソレノイド１０Ｂは、コア突出部１２ｃとプランジャ突出部１１ａのうちのプランジャ突出部１１ａの先端１１ａ１を軸方向断面視において鋭角に形成したものである。なお、第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付して重複した説明を省略する（以降の実施形態も同様）。

ソレノイド１０Ｂは、コア突出部１２ｃの先端１２ｃ３が、軸方向断面視において軸方向Ｇに対して直交する方向に延びる面ｍ６により形成されている。すなわち、先端１２ｃ３は、軸方向Ｇに沿って形成される直線状の面ｍ３と、前記面ｍ６とでなす角度が９０度になるように形成されている。一方、コア収容部１１ｂは、前記先端１２ｃ３の面ｍ６と平行に形成された面ｍ７が形成されている。また、コア収容部１１ｂの角度は、先端１２ｃ３と同様に９０度に形成されている。なお、先端１１ａ１と対向する先端１２ｃ３の角度は、９０度に限定されるものではなく、鈍角に形成されていてもよい。鈍角とは、軸方向Ｇに平行な面ｍ３を基準として面ｍ６を鈍角とする。その場合には、鈍角に合わせて面ｍ７の角度も鈍角に変更する。

また、作動初期（作動前）にコア突出部１２ｃの先端１２ｃ３とプランジャ突出部１１ａの先端１１ａ１とが最も近接する部位となっている。また、本実施形態では、非通電時（作動初期、作動前）において、先端１１ａ１の角部と先端１２ｃ３との角部とが軸方向Ｇに直交する方向において略対向するように構成されている。

第２実施形態によれば、プランジャ突出部１１ａの先端１１ａ１のみを鋭角に形成した場合であっても、電磁コイル１３の非通電時において先端１１ａ１と先端１２ｃ１との間の推力発生部位（ギャップ部）に磁束を集中させることが可能になるので、大ストローク（ロングストローク）での使用においても作動初期の推力を向上させることができる。

よって、電磁コイル１３の通電時における電力を大きくする必要がないので電磁コイル１３を大型化する必要がなく、また磁気特性に優れる高価な材料を用いたりする必要もない。また、プランジャ１１が移動するに伴い（ギャップが小さくなるにつれて）推力が減少する特性を有しているので、プランジャ１１のストローク（変位）を制限するストッパ５（図３参照、図６では省略）への衝突エネルギを低減することが可能となり、ストッパ５への衝突音の削減や、ストッパ５の耐久性を向上させることが可能となる。

（第３実施形態）
図７は、第３実施形態に係るソレノイドを示す断面図である。このソレノイド１０Ｃは、コア突出部１２ｃとプランジャ突出部１１ａのうちのコア突出部１２ｃの先端１２ｃ１とコア収容部１１ｂの角度を軸方向断面視において鋭角に形成したものである。

ソレノイド１０Ｃは、プランジャ突出部１１ａの先端１１ａ３が軸方向Ｇに直交する面ｍ８が第１実施形態と異なるだけである。なお、第３実施形態での効果については、第２実施形態と同様である。

（第４実施形態）
図８は、第４実施形態に係るソレノイドを示す断面図である。このソレノイド１０Ｄは、プランジャ突出部１１ａの先端を複数形成し（先端１１ａ４，１１ａ５参照）、当該複数の先端に対応するようにコア突出部１２ｃの先端を複数形成したものである（先端１２ｃ４，１２ｃ５参照）。

ソレノイド１０Ｄは、プランジャ突出部１１ａが環状の先端１１ａ４，１１ａ５（複数の先端）を有し、コア突出部１２ｃが環状の先端１２ｃ４，１２ｃ５（複数の先端）を有している。また、プランジャ１１には、電磁コイル１３の通電時に、コア突出部１２ｃが収容されるコア収容部１１ｂが形成され、コア１２には、電磁コイル１３の通電時に、プランジャ突出部１１ａが収容されるプランジャ収容部１２ｅが形成されている。

先端１１ａ４は、径方向の中心側に位置し、先端１１ａ５は、先端１１ａ４よりも径方向の外側に位置している。また、先端１１ａ４は、先端１１ａ５よりも軸方向Ｇにおいてコア１２側に突出している。

また、先端１１ａ４は、軸方向Ｇに沿って直線状に形成される面ｍ９と、軸方向Ｇに対して径方向内側に向けて傾斜する面ｍ１０とで成す角度α２が鋭角になるように形成されている。先端１１ａ５は、軸方向Ｇに沿って直線状に形成される面ｍ１１と、軸方向Ｇに対して径方向内側に向けて傾斜する面ｍ１２とで成す角度α３が鋭角になるように形成されている。

先端１２ｃ４は、径方向の中心側に位置し、先端１２ｃ５は、先端１２ｃ４よりも径方向外側に位置している。また、先端１２ｃ５は、先端１２ｃ４よりも軸方向Ｇにおいてプランジャ１１側に突出している。

また、先端１２ｃ４は、軸方向Ｇに沿って直線状に形成される面ｍ１３と、軸方向Ｇに対して径方向外側に向けて傾斜する面ｍ１４とで成す角度β２が鋭角になるように形成されている。先端１２ｃ５は、軸方向Ｇに沿って直線状に形成される面ｍ１５と、軸方向Ｇに対して径方向外側に向けて傾斜する面ｍ１６とで成す角度β３が鋭角になるように形成されている。

なお、角度α２，α３，β２，β３は、すべてが同じ角度であってもよく、または角度α２と角度β２とが互いに異なる角度、角度α３と角度β３とが互いに異なる角度であってもよい。なお、角度β２と角度α３とは同じ角度にすることが好ましい。

コア収容部１１ｂは、先端１２ｃ４側のコア突出部１２ｃが収容される第１収容部１１ｃ１と、先端１２ｃ５側のコア突出部１２ｃが収容される第２収容部１１ｃ２とを有している。

プランジャ収容部１２ｅは、先端１１ａ４側のプランジャ突出部１１ａが収容される第１収容部１２ｅ１と、先端１１ａ５側のプランジャ突出部１１ａが収容される第２収容部１２ｅ２とを有している。

プランジャ突出部１１ａの先端１１ａ４は、プランジャ収容部１２ｅの第１収容部１２ｅ１と接触せず進退可能に挿入され、プランジャ突出部１１ａの先端１１ａ５は、プランジャ収容部１２ｅの第２収容部１２ｅ２と接触せず進退可能に挿入される。

このように構成されたソレノイド１０Ｄでは、電磁コイル１３の非通電時に、先端１１ａ４，１１ａ５と先端１２ｃ４，１２ｃ５とが最も近接する部位となっている。また、本実施形態では、電磁コイル１３の非通電時に、先端１１ａ４の角部と先端１２ｃ４の角部とが軸方向Ｇに直交する方向において略対向して配置され、かつ、先端１１ａ５の角部と先端１２ｃ５の角部とが軸方向Ｇに直交する方向において略対向して配置されている。

第４実施形態によれば、図８において丸印で囲んで示したように、推力発生部位（ギャップ部）を複数個所（２か所）に増やすことができるので、２か所において磁束を集中させることが可能になり、大ストローク（ロングストローク）での使用においても作動初期の推力をさらに向上させることができる。その他の効果については、第１実施形態と同様である。

なお、本実施形態では、鋭角近接部位を２か所に設けた場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、３箇所以上であってもよい。このように、鋭角近接部位を３箇所以上にすることにより、磁束の集中箇所をさらに増やすことができ、作動初期の推力を確保できる箇所が増えることにより、さらに確実に、通電時の電力の増大や、電磁コイルの大型化を防ぐことができる。

また、第４実施形態では、プランジャ突出部１１ａの先端１１ａ４，１１ａ５とコア突出部１２ｃの先端１２ｃ４，１２ｃ５の双方を軸方向断面視において鋭角とした場合を例に挙げて説明したが、第２実施形態（図６）で説明したように、プランジャ突出部１１ａの先端１１ａ４，１１ａ５のみを鋭角にしてもよく、第３実施形態（図７）で説明したように、コア突出部１２ｃの先端１２ｃ４，１２ｃ５のみを鋭角にしてもよい。

（第１実施形態の変形例）
図９は第１実施形態に係るソレノイドの変形例を示す断面図である。このソレノイド１０Ｅは、プランジャ突出部１１ｄとコア突出部１２ｆを備え、プランジャ突出部１１ｄがコア突出部１２ｆの径方向の外側となるように構成したものである。なお、この変形例による効果は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。以下では、第１実施形態と異なる構成のみついて説明する。ちなみに、この場合、ストッパ５（図３参照）はコア収容部１１ｅに設置される（図示省略）。

ソレノイド１０Ｅにおいて、プランジャ突出部１１ｄは、コア１２側に向けて突出する略円筒状に形成されている。このプランジャ突出部１１ｄの外径は、プランジャ１１の直径と同じに形成されている。プランジャ突出部１１ｄの先端１１ｄ１は、軸方向断面視において鋭角となるように形成されている。すなわち、プランジャ突出部１１ｄの先端１１ｄ１は、軸方向Ｇに沿って形成される直線状の面ｍ１７と、軸方向Ｇに対して径方向外側に向けて傾斜する面ｍ１８とでなす角度α４が鋭角になるように形成されている。

コア突出部１２ｆは、プランジャ突出部１１ｄの内側に接触せず進退可能に挿入されるように略円柱状に突出して形成されている。また、コア突出部１２ｆの先端１２ｆ１は、軸方向断面視において鋭角となるように形成されている。すなわち、コア突出部１２ｆの先端１２ｆ１は、軸方向Ｇに沿って形成される直線状の面ｍ１９と、軸方向Ｇに対して径方向内側に向けて傾斜する面ｍ２０とで成す角度β４が鋭角になるように形成されている。なお、角度α４，β４は、それぞれ鋭角に形成されるものであれば特に限定されるものではない。また、角度α４と角度β４とは、同一の角度であっても異なる角度であってもよい。

プランジャ１１には、プランジャ突出部１１ｄの内側において、電磁コイル１３の通電時にコア突出部１２ｆが収容される凹形状のコア収容部１１ｅが形成されている。

コア１２には、プランジャ突出部１１ｄの先端１１ｄ１が収容されるプランジャ収容部１２ｇが形成されている。プランジャ収容部１２ｇは、軸方向Ｇに沿って形成される直線状の面ｍ２１と、軸方向Ｇに対して径方向外側に向けて傾斜する面ｍ２２とでなす角度β５が鋭角になるように形成されている。なお、角度α４と角度β５とは同じ角度にすることが好ましい。

このように構成されたソレノイド１０Ｅでは、電磁コイル１３の非通電時に、先端１１ｄ１と先端１２ｆ１とが最も近接する部位となっている。また、本実施形態では、先端１１ｄ１の角部と先端１２ｆ１の角部とが、軸方向Ｇに直交する方向において略対向するように構成されている。

（第４実施形態の変形例）
図１０は、第４実施形態に係るソレノイドの変形例を示す断面図である。このソレノイド１０Ｆは、第４実施形態のような鋸歯形状（図８参照）ではなく、凹凸形状としたものである。

ソレノイド１０Ｆは、略円柱形状の第１突出部１１ｆおよび略円筒形状の第２突出部１１ｇからなるプランジャ突出部１１ａと、略円筒形状の第１突出部１２ｈおよび略円筒形状の第２突出部１２ｉからなるコア突出部１２ｃと、を備えている。

プランジャ突出部１１ａの第１突出部１１ｆは、軸方向断面視において鋭角に形成された先端１１ｆ１を有し、第２突出部１１ｇは、軸方向断面視において鋭角に形成された先端１１ｇ１を有している。すなわち、プランジャ突出部１１ａは、複数の先端１１ｆ１，１１ｇ１を備えている。

コア突出部１２ｃの第１突出部１２ｈは、軸方向断面視において鋭角に形成された先端１２ｈ１を有し、第２突出部１２ｉは、軸方向断面視において鋭角に形成された先端１２ｉ１を有している。すなわち、コア突出部１２ｃは、プランジャ突出部１１ａの先端１１ｆ１，１１ｇ１に対応して複数の先端１２ｈ１，１２ｉ１を備えている。

また、プランジャ１１は、第１突出部１２ｈが収容される第１収容部１１ｈと、第２突出部１２ｉが収容される第２収容部１１ｉとからなるコア収容部１１ｂを備えている。コア１２は、第１突出部１１ｆが収容される第１収容部１２ｊと、第２突出部１１ｇが収容される第２収容部１２ｋとからなるプランジャ収容部１２ｄを備えている。

このように構成されたソレノイド１０Ｆでは、図１０において丸印で囲んで示す部分が、第１突出部１１ｆの先端１１ｆ１と第１突出部１２ｈの先端１２ｈ１、および、第２突出部１１ｇの先端１１ｇ１と第２突出部１２ｉの先端１２ｉ１が、作動初期（電磁コイル１３の非通電時）において最も近接する部位となっている。

したがって、推力発生部位（ギャップ部）を複数個所（２か所）に増やすことができるので、２か所において磁束を集中させることが可能になり、大ストローク（ロングストローク）での使用においても作動初期の推力を確保できる箇所が増えることにより、さらに確実に通電時の電力の増大や、電磁コイルの大型化を防ぐことができる。その他の効果については、第１実施形態と同様である。

また、前記した実施形態では、先端１１ａ１，１１ａ４，１１ａ５，１１ｄ１の角部と、先端１２ｃ１，１２ｃ４，１２ｃ５，１２ｆ１の角部とが軸方向Ｇに直交する方向において略対向する配置を例に挙げて説明したが、これに限定されず、作動初期の推力を損なわない範囲において対向する先端同士が軸方向Ｇに離れて配置される構成であってもよい。

１ 電磁弁
２ 弁箱
２ｄ 弁座
３ 弁体
４ 圧縮コイルばね（付勢部材）
１０Ａ、１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ ソレノイド
１１ プランジャ
１１ａ，１１ｄ プランジャ突出部
１１ａ１，１１ａ４，１１ａ５，１１ｄ１ 先端（プランジャ突出部の先端）
１１ｂ コア収容部
１１ｆ 第１突出部
１１ｇ 第２突出部
１２ コア
１２ｃ，１２ｆ コア突出部
１２ｃ１，１２ｃ４，１２ｃ５，１２ｆ１ 先端（コア突出部の先端）
１２ｄ プランジャ収容部
１２ｈ 第１突出部
１２ｉ 第２突出部
１３ 電磁コイル
１４ ケース
Ｒ 流路

Claims (4)

1. 軸方向に移動可能なプランジャと、前記プランジャと前記軸方向において対向して配置されるコアと、通電時に前記プランジャを前記コア側に吸引する電磁コイルと、前記プランジャ、前記コアおよび前記電磁コイルを収容するケースと、を備えたソレノイドにおいて、
   前記プランジャは、前記コアに対向するプランジャ突出部を有し、
   前記コアは、前記プランジャに対向するコア突出部を有し、
   前記プランジャには、前記電磁コイルの通電時に前記コア突出部が収容されるコア収容部が形成され、
   前記コアには、前記電磁コイルの通電時に前記プランジャ突出部が収容されるプランジャ収容部が形成され、
   前記プランジャ突出部の先端および前記コア突出部の先端の双方は、前記軸方向の断面視において鋭角に形成され、
   前記コア収容部は、前記プランジャ突出部の周面から径方向外側に向けて延びる第１傾斜面によって囲まれ、
   前記コア突出部は、当該コア突出部の先端から径方向外側に向けて延びる第２傾斜面を有し、
   前記電磁コイルの非通電時に、前記コアと前記プランジャの各部位のうち、前記プランジャ突出部の先端と前記コア突出部の先端とが最も近接する部位となり、
   前記電磁コイルの通電時に前記プランジャと前記コアとが最も接近したときに、前記コア収容部の角度および前記コア突出部の先端の角度は、前記第１傾斜面と前記第２傾斜面とが互いに沿うように同じであることを特徴とするソレノイド。
2. 軸方向に移動可能なプランジャと、前記プランジャと前記軸方向において対向して配置されるコアと、通電時に前記プランジャを前記コア側に吸引する電磁コイルと、前記プランジャ、前記コアおよび前記電磁コイルを収容するケースと、を備えたソレノイドにおいて、
   前記プランジャは、前記コアに対向するプランジャ突出部を有し、
   前記コアは、前記プランジャに対向するコア突出部を有し、
   前記プランジャには、前記電磁コイルの通電時に前記コア突出部が収容されるコア収容部が形成され、
   前記コアには、前記電磁コイルの通電時に前記プランジャ突出部が収容されるプランジャ収容部が形成され、
   前記プランジャ突出部の先端および前記コア突出部の先端の双方は、前記軸方向の断面視において鋭角に形成され、
   前記プランジャ収容部は、前記コア突出部の周面から径方向外側に向けて延びる第１傾斜面によって囲まれ、
   前記プランジャ突出部は、当該プランジャ突出部の先端から径方向外側に向けて延びる第２傾斜面を有し、
   前記電磁コイルの非通電時に、前記コアと前記プランジャの各部位のうち、前記プランジャ突出部の先端と前記コア突出部の先端とが最も近接する部位となり、
   前記電磁コイルの通電時に前記プランジャと前記コアとが最も接近したときに、前記プランジャ収容部の角度および前記プランジャ突出部の先端の角度は、前記第１傾斜面と前記第２傾斜面とが互いに沿うように同じであることを特徴とするソレノイド。
3. 前記プランジャ突出部には、複数の先端が形成され、
   前記コア突出部には、それぞれの前記プランジャ突出部の先端に対応して複数の先端が形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のソレノイド。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のソレノイドと、
   内部に圧力流体が通流する流路が形成された弁箱と、
   前記ソレノイドのプランジャに連動して前記弁箱に設けられた弁座に接離可能に動作する弁体と、
   前記弁体を閉弁方向に付勢する付勢部材と、を備えることを特徴とする電磁弁。

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