JP6265009B2

JP6265009B2 - 電磁駆動装置および電磁弁

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Publication number: JP6265009B2
Application number: JP2014073001A
Authority: JP
Inventors: 慶一郎入江; 田中　智之; 智之田中
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2018-01-24
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: JP2015195301A

Description

本発明は、コイルへの通電に伴って発生する磁束により可動コアを軸方向に移動させる電磁駆動装置およびそれを備えた電磁弁に関する。

従来、この種の電磁駆動装置として、可動コアと、往方向および複方向に移動自在となるように可動コアを収容する収容部、および、可動コアを往方向へ吸引する吸引部を有する円筒状の固定コアと、固定コアの外周に設けられるコイルとを備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この電磁駆動装置では、固定コアの収容部と吸引部との間に、当該固定コアを外周面から径方向内側に窪ませることによって収容部および吸引部よりも薄肉に形成された磁気遮断部が設けられている。これにより、コイルへの通電に伴って発生した磁束が可動コアを介さずに固定コアの収容部から吸引部へと直接流れるのを磁束制限部によって制限し、当該磁束が固定コアの収容部から可動コア、可動コアから固定コアの吸引部へと良好に受け渡されるようにして可動コアを吸引する吸引力（駆動力）を向上させている。

また、この種の電磁駆動装置としては、強磁性体により形成され、コイル部材の内側に配置される筒状のスリーブと、軸方向に移動自在となるようにスリーブ内に配置された可動コアと、可動コアとの間で磁気ギャップを形成するようにスリーブ内に固定された固定コアとを有し、磁気ギャップ近傍におけるスリーブの一部を非磁性体に改質したものも知られている（例えば、特許文献２参照）。この電磁駆動装置では、スリーブの一部にオーステナイト生成元素を供給しながら高エネルギー密度レーザービームを照射することで、照射部にオーステナイト生成元素を溶融させて当該照射部を合金化し、非磁性体へと改質する。

特開２０１３−３８２３３号公報特開２０００−２１６２８号公報

特許文献１に記載の電磁駆動装置においても、特許文献２に記載の手法によって固定コアの磁気遮断部の一部を非磁性体に改質すれば、コイルへの通電に伴って発生した磁束が可動コアを介さずに固定コアの収容部から吸引部へと直接流れるのを磁気遮断部によってより制限し、可動コアを吸引する吸引力（駆動力）をより向上させることが可能となるであろう。しかしながら、特許文献２に記載の手法では、オーステナイト生成元素の溶融部の軸方向における端部の位置や形状を精度良く管理することが難しく、非磁性体に改質される範囲が製品ごとに異なるものとなりがちである。そして、製品ごとに磁気遮断部の非磁性体に改質される範囲が異なるものとなると、製品ごとに可動コアを吸引する吸引力（駆動力）の特性にバラツキが生じてしまうおそれがある。

そこで、本発明は、可動コアを移動させる駆動力をより向上させると共に、製品ごとに当該駆動力の特性にバラツキが生じるのをより良好に抑制することが可能な電磁駆動装置および電磁弁の提供を主目的とする。

本発明による電磁駆動装置および電磁弁は、上記主目的を達成するために以下の手段を採っている。

本発明による電磁駆動装置は、
磁性材料により形成された筒状の固定コアと、前記固定コアを包囲するように配置される筒状のコイルと、磁性材料により形成されると共に軸方向に移動自在となるように前記固定コアの内部に配置される可動コアとを備え、前記コイルへの通電に伴って発生する磁束により前記可動コアを前記軸方向に移動させる電磁駆動装置において、
前記固定コアは、該固定コアの外周面よりも小径の外周面を有する筒状の磁束制限部と、前記可動コアの最大ストローク位置側で前記磁束制限部と隣り合うと共に、該磁束制限部に向かうにつれて前記固定コアの軸心に接近するように傾斜した外周面を有する縮径部とを含み、
前記磁束制限部の内周面は、前記固定コアの内周面よりも前記軸心から離間するように窪んでおり、
前記磁束制限部には、非磁性化元素を溶融させた非磁性化部が形成されていることを特徴とする。

このように構成される電磁駆動装置では、固定コアの外周面よりも小径の外周面を有すると共に、当該固定コアの内周面よりも軸心から離間するように窪む内周面を有する磁束制限部に非磁性化元素を溶融させた非磁性化部が形成されことにより、可動コアを介さずに固定コアの磁束制限部よりも縮径部とは反対側から当該縮径部へと磁束が直接流れるのをより良好に制限することができる。この結果、固定コアの磁束制限部に対して縮径部とは反対側において当該固定コアから可動コアへと磁束がより良好に受け渡されると共に、固定コアの磁束制限部に対して可動コアの最大ストローク位置側において当該可動コアから固定コアの縮径部へと磁束がより良好に受け渡されるようにすることが可能となる。また、縮径部の外周面を磁束制限部に向かうにつれて固定コアの軸心に接近するように傾斜させることにより、可動コアから当該縮径部に受け渡される磁束が径方向に流れるのを抑制し、当該磁束が軸方向すなわち可動コアの移動方向へと流れやすくすることができる。これにより、可動コアを移動させる駆動力をより向上させることが可能となる。なお、「可動コアの最大ストローク位置」は、コイルへの通電時に可動コアが軸方向に最も移動した状態における当該可動コアの当該移動した方向側の端部の位置を示す。

そして、磁束制限部の内周面を固定コアの内周面よりも上記軸心から離間するように窪ませることにより、磁束制限部と可動コアの外周面との間に空気層を形成し、当該空気層によって可動コアから磁束制限部へと磁束が受け渡されるのをより良好に抑制することができる。この結果、製品ごとに磁束制限部に設けられた非磁性化部の端部の位置や形状にバラツキが生じたとしても、当該バラツキが可動コアを移動させる駆動力の特性に与える影響をより良好に低減させることが可能となる。従って、この電磁駆動装置では、可動コアを移動させる駆動力をより向上させると共に、製品ごとに当該駆動力の特性にバラツキが生じるのをより良好に抑制することが可能となる。

また、本発明による電磁弁は、上記電磁駆動装置と、前記可動コアと連動して前記軸方向に移動するスプールとを備えること特徴とする。上述のように、本発明による電磁駆動装置は、可動コアを移動させる駆動力をより向上させると共に、製品ごとに当該駆動力の特性にバラツキが生じるのをより良好に抑制することができるものである。従って、上記電磁駆動装置を備えた電磁弁においても、可動コアを移動させる駆動力をより向上させると共に、製品ごとに当該駆動力の特性にバラツキが生じるのをより良好に抑制することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る電磁駆動装置としてのソレノイド部を含む電磁弁を示す概略構成図である。図１の電磁弁に含まれるソレノイド部の要部を示す拡大断面図である。ソレノイド部の製造工程の一部を示す説明図である。図１の電磁弁のソレノイド部における磁束の流れを示す説明図である。比較例のソレノイド部における磁束の流れを示す説明図である。他の実施形態に係るソレノイド部の製造工程の一部を示す説明図である。更に他の実施形態に係るソレノイド部の製造工程の一部を示す説明図である。他の実施形態に係るソレノイド部の要部を示す拡大断面図である。

次に、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電磁駆動装置としてのソレノイド部１０を含む電磁弁１を示す概略構成図である。同図に示す電磁弁１は、例えば、車両用の自動変速機に組み込まれたクラッチやブレーキの油圧制御に用いられるノーマルオープン型のリニアソレノイドバルブとして構成される。電磁弁１は、図１に示すように、ソレノイド部１０と、当該ソレノイド部１０により駆動されると共に油圧を調圧して出力するバルブ部２０とを備える。

ソレノイド部１０は、筒状の固定コア１１と、固定コア１１を包囲するように配置される筒状のコイル１２と、軸方向に移動自在となるように固定コア１１の内部に配置されるプランジャ（可動コア）１３と、プランジャ１３と連動して軸方向に移動するシャフト１４と、固定コア１１、コイル１２、プランジャ１３およびシャフト１４を収容する有底筒状のケース１５とを含み、コイル１２への通電に伴って発生する磁束によりプランジャ１３およびシャフト１４をバルブ部２０側へと軸方向に移動させる電磁駆動装置として構成される。本実施形態において、固定コア１１、プランジャ１３およびケース１５は、フェライト系ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ４３０）等の強磁性材料により形成されている。

固定コア１１は、中空状に形成される第１および第２筒状部１１１，１１２と、第２筒状部１１２の一端から径方向外側に延出されたフランジ部１１３とを有する。第１筒状部１１１は、バルブ部２０とは反対側の端部で開口する。第２筒状部１１２は、第１筒状部１１１と同一の外径を有すると共に、第１筒状部１１１よりも小さな内径を有するように、当該第１筒状部１１１のバルブ部２０側の一端から軸方向に延出される。フランジ部１１３は、第２筒状部１１２の第１筒状部１１１とは反対側（バルブ部２０側）の一端から略環状に延出される。ただし、図１に示すように、フランジ部１１３は、その一部が切り欠かれている。

コイル１２は、絶縁体により構成された図示しないボビンに巻回される被膜導線（線材）１２１と、被膜導線１２１の周囲をモールドする樹脂材により構成される樹脂絶縁部１２２とを有する。樹脂絶縁部１２２は、被膜導線１２１が巻回された図示しないボビンを固定コア１１の第１および第２筒状部１１１，１１２の外周に嵌合した上で、樹脂材を図示しないボビンおよび被膜導線１２１の周囲にモールドすることにより形成される。これにより、被膜導線１２１と樹脂絶縁部１２２が一体的に固定コア１１に固定される。ただし、樹脂絶縁部１２２は、被膜導線１２１の端部をケース１５の外部に配置される電気機器に接続するためのコネクタ部１２２ａを有する。コネクタ部１２２ａは、固定コア１１のフランジ部１１３に形成された切欠部や、ケース１５に形成された切欠部を介して当該ケース１５の外部に延出される。

プランジャ１３は、その外周面が固定コア１１の第１筒状部１１１の内周面に摺接するように当該第１筒状部１１１の内側に配置される軸状部材であり、第１筒状部１１１により軸方向に移動自在に支持される。シャフト１４は、プランジャ１３のバルブ部２０側の一端１３ａに当接すると共に、その外周面が第２筒状部１１２の内周面に摺接するように当該第２筒状部１１２の内側に配置された軸状部材であり、第２筒状部１１２により軸方向に移動自在に支持される。

ケース１５は、コイル１２の周囲を囲む筒状の外筒部１５１と、外筒部１５１のバルブ部２０とは反対側の端部から当該外筒部１５１よりも小径の内周面を有するように形成された環状部１５２と、環状部１５２から径方向に延びる底部１５３とを含む。外筒部１５１の内周面には、固定コア１１のフランジ部１１３の外周部が嵌合され、環状部１５２の内周面には、固定コア１１の第１筒状部１１１が嵌合される。これにより、固定コア１１およびコイル１２がケース１５に対して固定される。ただし、外筒部１５１には、コイル１２の樹脂絶縁部１２２に形成されたコネクタ部１２２ａをケース１５の外部へと延出させるための上記切欠部が形成されている。また、ケース１５の底部１５３は、図１に示すように、プランジャ１３のバルブ部２０とは反対側の他端１３ｂと当接可能に形成されている。

バルブ部２０は、図示しないバルブボディに組み込まれる中空円筒状のスリーブ２１と、スリーブ２１の内部に軸方向に移動自在に配置されるスプール２２と、スリーブ２１のソレノイド部１０とは反対側の端部に固定されたエンドプレート２３と、スプール２２とエンドプレート２３との間に配置されて当該スプール２２をソレノイド部１０側に付勢するスプリング２４とを含む。

スリーブ２１は、作動油を入力する入力ポート２１１と、入力ポート２１１と近接して形成されると共に作動油を出力する出力ポート２１２と、出力ポート２１２と近接して形成されると共に作動油をドレンするドレンポート２１３と、入力ポート２１１から入力された作動油の一部をスリーブ２１の外周面に形成された油路２１ｏを介して入力するフィードバックポート２１４と、スリーブ２１とスプール２２との間から漏出した作動油を当該スリーブ２１の外部へと排出する排出ポート２１５，２１６とを有する。なお、本実施形態において、スリーブ２１には、プランジャ１３、シャフト１４およびスプール２２のエンドプレート２３側への移動を所定の位置で停止させる図示しないストッパーが設けられている。

スプール２２は、図１に示すように、スリーブ２１に形成されたフィードバックポート２１４を開閉可能なランド２２１と、スリーブ２１に形成された入力ポート２１１を開閉可能なランド２２２と、スリーブ２１に形成されたドレンポート２１３を開閉可能なランド２２３と、ランド２２１とランド２２２とを連結する第１連結部２２４と、ランド２２２とランド２２３とを連結する第２連結部２２５と有する。スプール２２は、ソレノイド部１０側の端部がシャフト１４の先端に当接するようにスリーブ２１内に配置される。

本実施形態において、ランド２２３は、有底筒状に形成されており、ランド２２３の内底面は、スプリング２４の一端と当接する。第１連結部２２４は、ランド２２１およびランド２２２よりも小さな外径を有するように形成されており、それにより、第１連結部２２４は、スプール２２にフィーバック力を作用させるフィードバック室をスリーブ２１と共に画成する。第２連結部２２５は、ランド２２２，２２３から中央部に向かうほど外径が小さくなるように形成されている。これにより、第２連結部２２５は、入力ポート２１１および出力ポート２１２、出力ポート２１２およびドレンポート２１３をそれぞれ連通させる連通室をスリーブ２１と共に画成する。

エンドプレート２３は、スリーブ２１の端部に形成されたネジ部に螺合される。これにより、エンドプレート２３の軸方向における固定位置を調整することで、スプリング２４によるスプール２２への付勢力を調整することができる。そして、バルブ部２０は、スリーブ２１をソレノイド部１０の固定コア１１の端面に当接させると共に、スプール２２をシャフト１４の先端に当接させた状態で、ケース１５の外筒部１５１の端部を外周側からカシメることにより、ソレノイド部１０に固定される。この結果、プランジャ１３、シャフト１４およびスプール２２がスプリング２４によって一体的にソレノイド部１０側に付勢され、その取付状態において、プランジャ１３の他端１３ｂがケース１５の底部１５３に当接した状態で維持される。

続いて、図２を参照しながら、ソレノイド部１０の要部について詳細に説明する。図２は、ソレノイド部１０の固定コア１１の第１筒状部１１１と第２筒状部１１２との境界近傍を示す拡大断面図である。なお、以下の説明において、「プランジャ１３の最大ストローク位置Ｓｍａｘ」は、コイル１２への通電時にプランジャ１３がバルブ部２０側へと軸方向に最も移動した状態、すなわちスプール２２がスリーブ２１に形成された図示しないストッパーに当接した状態における当該プランジャ１３のバルブ部２０側（当該移動した方向側）の一端１３ａの位置（図２における一点鎖線参照）を示す。また、「プランジャ１３の最小ストローク位置Ｓｍｉｎ」は、コイル１２への非通電時、すなわちプランジャ１３の取付状態（プランジャ１３の他端１３ｂがケース１５の底部１５３に当接した状態）における当該プランジャ１３の一端１３ａの位置（図２における二点鎖線参照）を示す。

図示するように、第１筒状部１１１は、第２筒状部１１２の近傍かつプランジャ１３の最小ストローク位置Ｓｍｉｎよりもケース１５の底部１５３側において、第１筒状部１１１の外周面１１１ａよりも小径の外周面１１４ａを有するように形成された筒状の磁束制限部１１４と、磁束制限部１１４よりもバルブ部２０側（最大ストローク位置Ｓｍａｘ側）で当該磁束制限部１１４に隣り合うと共に、磁束制限部１１４に向かうにつれて固定コア１１の軸心に接近するように傾斜した外周面１１５ａを有する第１縮径部１１５と、磁束制限部１１４よりもケース１５の底部１５３側（第１縮径部１１５とは反対側）で当該磁束制限部１１４に隣り合うと共に、磁束制限部１１４に向かうにつれて固定コア１１の軸心に接近するように傾斜した外周面１１６ａを有する第２縮径部１１６とを含む。これにより、磁束制限部１１４、第１および第２縮径部１１５，１１６の外側には、第１筒状部１１１の外周面１１１ａよりも径方向内側に窪む環状の外側凹部が形成される

磁束制限部１１４は、図２に示すように、第１筒状部１１１の内周面１１１ｂよりも固定コア１１の軸心から離間するように窪む内周面１１４ｂを有する。すなわち、磁束制限部１１４は、第１筒状部１１１よりも薄肉に形成される。これにより、磁束制限部１１４の内側には、第１筒状部１１１の内周面１１１ｂよりも径方向外側に窪む環状の内側凹部が形成される。この結果、磁束制限部１１４の内周面１１４ｂとプランジャ１３の外周面との間に空気層が形成され、当該空気層によって、プランジャ１３から磁束制限部１１４へと磁束が受け渡されるのを抑制することが可能となる。また、磁束制限部１１４は、第１縮径部１１５とは反対側に向かうにつれて固定コア１１の軸心から離間するように第１縮径部１１５から延出された傾斜部１１４１を有する。すなわち、傾斜部１１４１の外周面１１４１ａおよび内周面１１４１ｂは、図２に示すように、第１縮径部１１５とは反対側に向かうにつれて固定コア１１の軸心から離間するように当該当該第１縮径部１１５から延びる。

このような磁束制限部１１４は、プランジャ１３から磁束制限部１１４へと磁束が受け渡されるのを良好に抑制することができる程度の空気層を当該プランジャ１３の外周面と磁束制限部１１４の内周面１１４ｂとの間に確保することができる程度、かつ、その内側に異物が滞留するのを抑制可能な程度の内径を有するように形成される。また、本実施形態において、磁束制限部１１４の内周面１１４ｂは、第１筒状部１１１の内周面１１１ｂを切削加工する際に同一の工具を用いて同時に加工される。このため、磁束制限部１１４の内径が大きくなると、当該磁束制限部１１４の内周面１１４ａを加工するためにより長い切削歯を有する工具が必要となり、工具の剛性が低下し、第１筒状部１１１の内周面１１１ｂに要求される加工精度を満たすことができなくなるおそれがある。従って、磁束制限部１１４は、第１筒状部１１１の内周面１１１ｂに要求される加工精度を満たすことが可能な剛性（長さ）を有する工具によって切削可能な程度の内径を有するように形成される。ただし、磁束制限部１１４の内周面１１４ｂは、第１筒状部１１１の内周面１１１ｂの加工とは別工程において他の工具を用いて切削加工されてもよい。

また、本実施形態において、磁束制限部１１４の外周面１１４ａは、第１縮径部１１５の外周面１１５ａや第２縮径部１１６の外周面１１６ａを第１筒状部１１１に切削加工する際に同一の工具を用いて同時に加工される。このため、磁束制限部１１４の外径が大きくなると、磁束制限部１１４の外周面１１４ａと第１縮径部１１５の外周面１１５ａとの境界Ａ１において、当該外周面１１４ａと外周面１１５ａとがなす角度が急峻になり、境界Ａ１近傍を加工するためにより長い切削歯を有する工具が必要となり、工具の剛性が低下し、第１および第２縮径部１１５，１１６の外周面１１５ａ、１１６ａに要求される加工精度を満たすことができなくなるおそれがある。従って、磁束制限部１１４は、第１および第２縮径部１１５，１１６の外周面１１５ａ、１１６ａに要求される加工精度を満たすことが可能な剛性（長さ）を有する工具によって境界Ａ１近傍に切削加工を施すことができる程度の外径を有するように形成される。

第１縮径部１１５は、図２に示すように、プランジャ１３の最大ストローク位置Ｓｍａｘよりも磁束制限部１１４側に形成される。本実施形態において、外周面１１５ａは、第１筒状部１１１の外周面１１１ａから磁束制限部１１４側に向けてやや急峻に傾斜しながら延びた後、磁束制限部１１４までやや緩やかに傾斜しながら延びる。また、第２縮径部１１６の外周面１１６ａは、第１筒状部１１１の外周面１１１ａから磁束制限部１１４に向けて一定の角度で傾斜するように形成される。なお、第１縮径部１１５の外周面１１５ａも、第２縮径部１１６の外周面１１６ａと同様に、第１筒状部１１１の外周面１１１ａから磁束制限部１１４に向けて一定の角度で傾斜するように形成されてもよい。

図示するように、本実施形態において、プランジャ１３の最小ストローク位置Ｓｍｉｎは、磁束制限部１１４の外周面１１４ａと第１縮径部１１５の外周面１１５ａとの境界Ａ１よりも最大ストローク位置Ｓｍａｘ側（バルブ部２０側）に設けられる。また、磁束制限部１１４の外周面１１４ａと第１縮径部１１５の外周面１１５ａとの境界Ａ１は、磁束制限部１１４の内周面１１４ｂの軸方向における最大ストローク位置Ｓｍａｘ側（バルブ部２０側）の端部Ｂ１よりも、当該最大ストローク位置Ｓｍａｘ側（バルブ部２０側）に設けられる。これにより、磁束制限部１１４と第１縮径部１１５との合流部の強度をより良好に確保することができる。なお、磁束制限部１１４の外周面１１４ａと第２縮径部１１６の外周面１１６ａとの境界Ａ２は、磁束制限部１１４の内周面１１４ｂの軸方向における最大ストローク位置Ｓｍａｘとは反対側（ケース１５の底部１５３側）の端部Ｂ２よりも、やや最大ストローク位置Ｓｍａｘとは反対側（ケース１５の底部１５３側）に設けられている。

そして、本実施形態のソレノイド部１０では、第１筒状部１１１の磁束制限部１１４の軸方向における略中央部から第２縮径部１１６にかけて、オーステナイト生成元素（非磁性化元素）が溶融されることによって非磁性体へと改質された非磁性化部１１７が形成されている。非磁性化部１１７は、フェライト系ステンレス鋼等の強磁性材により形成された固定コア１１の磁束制限部１１４の一部および第２縮径部１１６にオーステナイト生成元素（例えば、ニッケルおよびクロム）を供給しながら高エネルギー密度レーザービームを照射することで、レーザービームの照射部にオーステナイト生成元素を溶融させ、当該照射部を合金化、すなわちオーステナイト系ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０３やＳＵＳ３０４等）へと改質することにより形成される。このように、オーステナイト生成元素を溶融させて磁束制限部１１４に非磁性化部１１７を形成することにより、固定コア１１を第１および第２縮径部１１５，１１６で分割すると共に、第１および第２縮径部１１５，１１６の間に非磁性材料により構成された別部材を配置する場合に比べて、固定コア１１に非磁性部１１７をより安価に形成すると共に、固定コア１１の加工精度をより向上させることが可能となる。なお、オーステナイト生成元素としては、ニッケルおよびクロム以外に、例えば、マンガン、コバルト、炭素、窒素等を用いることができる。

本実施形態では、冷鍛や洗浄、磁気焼鈍、切削等の工程を経て図４における左側の説明図に実線で示す固定コア１１の基礎となるベース部材１００を得た後に、上記手法によってベース部材１００の所定の位置（磁束制限部１１４および第２縮径部１１６に対応した箇所）にオーステナイト生成元素を溶融させた非磁性化部１０１を形成する。そして、図４における右側の説明図に示すように、ベース部材１００に切削加工を施すことにより、第１および第２筒状部１１１，１１２、磁束制限部１１４、並びに第１および第２縮径部１１５，１１６を有する固定コア１１を形成する。これにより、ベース部材１００における非磁性化部１０１も同時に切削され、磁束制限部１１４と当該磁束制限部１１４と隣り合う第２縮径部１１６とに非磁性化部１１７が形成される。このように、固定コア１１よりも肉厚のベース部材１００に予め非磁性化部１０１を形成することにより、レーザービームを照射しながらオーステナイト生成元素を溶融させることで当該溶融部が溶け落ちてしまうのを良好に抑制することができる。また、ベース部材１００を切削して固定コア１１を形成する工程数の増加を抑制することが可能となる。

引き続き、上述のように構成された電磁弁１の動作について説明する。

上述したように、ソレノイド部１０のコイル１２への通電が行われない非駆動時には、スプリング２４によってスプール２２、シャフト１４およびプランジャ１３が一体的にソレノイド部１０のケース１５の底部１５３側に付勢され、プランジャ１３の他端１３ｂが底部１５３に当接した状態（図１に示す状態）が維持される。これにより、フィードバックポート２１４および入力ポート２１１が開かれると共にランド２２３によりドレンポート２１３が閉鎖され、入力ポート２１１と出力ポート２１２が連通室を介して連通されると共に、ドレンポート２１３と連通室との連通が遮断され、入力ポート２１１に供給された作動油が出力ポート２１２から出力される。

一方、コイル１２への通電が開始されると、ソレノイド部１０において、コイル１２の周りを周回するようにケース１５、固定コア１１およびプランジャ１３の内部を磁束が流れる磁気回路が形成される。上述したように、本実施形態の電磁弁１では、固定コア１１の第１筒状部１１１が当該第１筒状部１１１よりも薄肉に形成された磁束制限部１１４や、当該磁束制限部１１４の一部および当該磁束制限部１１４と隣り合う第２縮径部１１６に形成された非磁性化部１１７を有する。当該磁束制限部１１４や非磁性化部１１７は、コイル１２への通電に伴って発生した磁束が第１筒状部１１１の内部を第２縮径部１１６側から第１縮径部１１５側へと直接流れることを制限する。

これにより、コイル１２への通電に伴って発生した磁束は、主として、ケース１５の外筒部１５１，環状部１５２，固定コア１１の第１筒状部１１１の非磁性化部１１７よりもケース１５の底部１５３側を延びる部分，プランジャ１３，固定コア１１の第１筒状部１１１の第１縮径部１１５および第２筒状部１１２，固定コア１１のフランジ部１１３の順に、当該コイル１２の周りを周回する。このように、固定コア１１の第１筒状部１１１からプランジャ１３へと磁束が受け渡され、更に、プランジャ１３から固定コア１１の第１筒状部１１１の第１縮径部１１５および第２筒状部１１２へと磁束が受け渡されることにより、固定コア１１とプランジャ１３との間に吸引力が作用してプランジャ１３がバルブ部２０側へと軸方向に沿って吸引（駆動）され、それに伴いシャフト１４もプランジャ１３と連動して同方向へと移動する。

このようにしてプランジャ１３およびシャフト１４がバルブ部２０側に移動することにより、バルブ部２０では、スプール２２がプランジャ１３およびシャフト１４により押圧される。これにより、プランジャ１３への吸引力（駆動力）の増加に伴ってスプール２２がスプリング２４の付勢力に抗してソレノイド部１０とは反対側へと移動し、ランド２２１およびランド２２２によりフィードバックポート２１４および入力ポート２１１がそれぞれ徐々に閉鎖されていくと共にドレンポート２１３が徐々に開かれていく。この結果、入力ポート２１１と出力ポート２１２との連通が徐々に遮断されると共に、ドレンポート２１３と連通室とが徐々に連通されていき、出力ポート２１２から出力される作動油の油圧が徐々に低下すると共に、連通室内の作動油が当該ドレンポート２１３を介してスリーブ２１の外部へとドレンされるようになる。そして、スプール２２がスリーブ２１に設けられた図示しないストッパーに当接した段階で、入力ポート２１１と出力ポート２１２との連通が完全に遮断され、出力ポート２１２からの作動油の出力が停止した状態が維持される。

更に、本実施形態のソレノイド部１０において、第１筒状部１１１に磁束制限部１１４や第１縮径部１１５、非磁性化部１１７が設けられることの効果について説明する。

図４および図５は、本発明者らによるソレノイド部が形成する磁気回路内の磁束の流れについての数値解析結果を示す。図４は、本実施形態のソレノイド部１０を流れる磁束の解析結果の一例を示す説明図であり、図５は、第１筒状部１１１の内周面１１１ｂに沿って延びる磁束制限部１１４Ｂを有すると共に、固定コア１１から非磁性化部１１７が省略された比較例としてソレノイド部１０Ｂを流れる磁束の解析結果の一例を示す説明図である。図４および図５では、色が濃い箇所ほど磁束密度が大きいことを示す。ただし、図４および図５においては、磁束密度が所定値よりも低い領域の濃度をすべて一定としている。

図５に示すように、比較例としてのソレノイド部１０Ｂにおいては、磁束制限部１１４Ｂにおいても磁束密度が大きくなっていることがわかる。これは、第１筒状部１１１の内部を磁束制限部１１４Ｂを介して第２縮径部１１６から第１縮径部１１５に向けて磁束が流れると共に、プランジャ１３から磁束制限部１１４にも磁束が受け渡されるからと考えられる。

一方、本実施形態のソレノイド部１０では、比較例に示すソレノイド部１０Ｂに比して、当該非磁性化部１１７や磁束制限部１１４内には、ほとんど磁束が流れておらず、プランジャ１３を流れる磁束の密度が大きくなっていることがわかる。このように、本実施形態のソレノイド部１０では、磁束制限部１１４と、当該磁束制限部１１４と隣り合う第２縮径部１１６とに非磁性化部１１７を形成することで、比較例としてのソレノイド部１０Ｂに比して、磁束がプランジャ１３を介さずに第１筒状部１１１の内部を第２縮径部１１６側から第１縮径部１１５側へと直接流れるのをより良好に制限することができる。従って、第１筒状部１１１の非磁性化部１１７よりも第１縮径部１１５とは反対側（ケース１５の底部１５３側）を延びる部分からプランジャ１３へと磁束がより良好に受け渡されると共に、プランジャ１３から第１筒状部１１１の第１縮径部１１５へと磁束がより良好に受け渡されるようにして、プランジャ１３を移動させる駆動力をより向上させることが可能となる。

ただし、オーステナイト生成元素を供給しながら高エネルギー密度レーザービームを照射することで当該照射部にオーステナイト生成元素を溶融させて非磁性化部１１７を形成する上記手法においては、非磁性化部１１７（オーステナイト生成元素の溶融部）の軸方向における端部の位置や形状を精度良く管理することが難しく、磁束制限部１１４に形成される非磁性化部１１７の範囲が製品ごとに異なるものとなりがちである。従って、例えば図５に示す比較例のソレノイド部１０Ｂにおいて、同手法によって磁束制限部１１４Ｂに非磁性化部を設けたとすると、製品ごとにプランジャ１３から第１筒状部１１１に受け渡される磁束の流れ方が異なるものとなり、プランジャ１３を移動させる駆動力の特性にバラツキが生じてしまうおそれがある。

これを踏まえて、本実施形態のソレノイド部１０では、上述したように、磁束制限部１１４の内周面１１４ｂが第１筒状部１１１の内周面１１１ｂよりも固定コア１１の軸心から離間するように窪むように形成され、プランジャ１３の外周面と磁束制限部１１４の内周面１１４ｂとの間に空気層が形成されている。これにより、図４に示すように、プランジャ１３から磁束制限部１１４に受け渡される磁束を当該空気層によってより低減させることができる。この結果、本実施形態のソレノイド部１０では、製品ごとに磁束制限部１１４に設けられた非磁性化部１１７の端部の位置や形状にバラツキが生じたとしても、製品ごとにプランジャ１３から第１筒状部１１１へと受け渡される磁束の流れが異なるものとなることをより良好に抑制し、当該バラツキがプランジャ１３を移動させる駆動力の特性に与える影響をより良好に低減させることが可能となる。

また、磁束制限部１１４は、第１縮径部１１５とは反対側に向かうにつれて固定コア１１の軸心から離間するように当該第１縮径部１１５から延出された傾斜部１１４１を含む。当該傾斜部１１４１の内周面１１４１ｂは、第１縮径部１１５とは反対側に向かうにつれて固定コア１１の軸心から離間するように当該当該第１縮径部１１５から延びる。これにより、特に第１縮径部１１５の近傍において、プランジャ１３の外周面と磁束制限部１１４の内周面１１４ｂとの間に形成される空気層をより十分に確保することができる。この結果、プランジャ１３から磁束制限部１１４へと受け渡される磁束をより一層減らし、製品ごとに磁束制限部１１４に設けられた非磁性化部１１７の端部の位置や形状にバラツキが生じることで、プランジャ１３を移動させる駆動力の特性にバラツキが生じるのをより一層良好に抑制させることが可能となる。

更に、プランジャ１３の最小ストローク位置Ｓｍｉｎは、磁束制限部１１４の外周面１１４ａと第１縮径部１１５の外周面１１５ａとの境界Ａ１よりも最大ストローク位置Ｓｍａｘ側（バルブ部２０側）に設けられる。これにより、プランジャ１３の最小ストローク位置Ｓｍｉｎにおいても、当該プランジャ１３と第１筒状部１１１の第１縮径部１１５における内周面１１１ｂとの接触長さ（接触面積）を良好に確保し、プランジャ１３から第１縮径部１１５へと磁束を良好に受け渡させることができる。この結果、プランジャ１３を移動させる駆動力を当該プランジャ１３のストローク範囲内でより安定に確保することが可能となる。

また、第１縮径部１１５の外周面１１５ａを磁束制限部１１４に向かうにつれて固定コア１１の軸心に接近するように傾斜させることにより、プランジャ１３から当該第１縮径部１１５に受け渡される磁束が径方向に流れるのを抑制し、図２において実線矢印に示すように、当該磁束が軸方向すなわちプランジャ１３の移動方向へと流れやすくすることができる。これにより、プランジャ１３を軸方向に移動させる駆動力をより一層向上させることが可能となる。

加えて、磁束制限部１１４の外周面１１４ａと第１縮径部１１５の外周面１１５ａとの境界Ａ１は、磁束制限部１１４の内周面１１４ｂの軸方向における最大ストローク位置Ｓｍａｘ側（バルブ部２０側）の端部Ｂ１よりも最大ストローク位置Ｓｍａｘ側（バルブ部２０側）に設けられる。また、磁束制限部１１４の傾斜部１１４１は、その外周面１１４１ａが第１縮径部１１５とは反対側に向かうにつれて固定コア１１の軸心から離間するように当該当該第１縮径部１１５から延びる。これにより、磁束制限部１１４の外周面１１４ａと第１縮径部１１５の外周面１１５ａとの境界Ａ１の位置をより第１筒状部１１１の内径側に寄せ、当該境界Ａ１近傍における第１縮径部１１５の断面積をより低減させることができる。この結果、第１縮径部１１５の外周面１１５ａの傾斜角度をより適正に調整することが可能となる（磁束制限部１１４を形成することによる第１縮径部１１５の外周面１１５ａの形状への影響を低減させることが可能となる）と共に、特に磁束制限部１１４の近傍において、プランジャ１３から第１縮径部１１５へと受け渡される磁束が径方向に流れるのを極めて良好に抑制することが可能となる。ただし、傾斜部１１４１の外周面１４１ａは、第１縮径部１１５から水平に延びるように形成されてもよい。この場合でも、上記境界Ａ１を上記端部Ｂ１よりも最大ストローク位置Ｓｍａｘ側（バルブ部２０側）に設ければ、境界Ａ１近傍における第１縮径部１１５の断面積を低減させて、磁束制限部１１４の近傍においてプランジャ１３から第１縮径部１１５へと受け渡される磁束が径方向に流れるのをより一層良好に抑制することが可能となる。

なお、プランジャ１３から磁束制限部１１４に受け渡される磁束を空気層によって完全に遮断することは困難であるため、非磁性化部１１７の端部の位置や形状のバラツキがプランジャ１３を移動させる駆動力の特性に与える影響を良好に低減させるためには、非磁性化部１１７の第１縮径部１１５側の端部をなるべく第２縮径部１１６側に形成することが好ましい。また、非磁性化部１１７のケース１５の底部１５３側の端部は、第１筒状部１１１からプランジャ１３へと良好に磁束を受け渡すことができると共に、オーステナイト生成元素の溶融により固定コア１１に熱歪みが発生するのを良好に抑制することができる程度の位置に形成されればよい。ただし、非磁性化部１１７のケース１５の底部１５３側の端部は、第１筒状部１１１の内部を第２縮径部１１６側から第１縮径部１１５側へと磁束が直接流れるのを良好に制限できる範囲で、より第１縮径部１１５側に形成されてもよい。これにより、オーステナイト生成元素の溶融量を低減させて製造コストの低減を図ることが可能となる。

また、固定コア１１の磁束制限部１１４、第１および第２縮径部１１５，１１６並びに非磁性化部１１７は、図６または図７に示す製造工程により形成されてもよい。すなわち、図６または図７における左側の説明図に示すように、まず、ベース部材１００の外周側の一部や、内周側の一部（磁束制限部１１４に対応した箇所）を予め切削した上で、当該切削した箇所にオーステナイト生成元素を溶融させた非磁性化部１０１を形成する。そして、図６または図７における右側の説明図に示すように、磁束制限部１１４、第１および第２縮径部１１５、１１６を有する固定コア１１を切削することにより、磁束制限部１１４に非磁性化部１１７を形成する。このように、ベース部材１００の非磁性化部１０１を形成する前に、当該非磁性化部１０１が形成されるベース部材１００の一部（磁束制限部１１４に対応した箇所）を予め切削して肉厚を薄くしておくことで、オーステナイト生成元素の溶融量を良好に減らし、製造コストの低減を図ることができる。そして、オーステナイト生成元素の溶融量を減らし、非磁性化部１１７を磁束制限部１１４にのみ形成する場合でも、非磁性化部１１７を有さない上記図５に示す比較例のソレノイド部１０Ｂに比して、第１筒状部１１１の内部を第２縮径部１１６側から第１縮径部１１５側へと磁束が直接流れるのをより良好に制限することが可能となる。

更に、図８に示すように、磁束制限部１１４の外周面１１４ａと第２縮径部１１６の外周面１１６ａとの境界Ａ２は、磁束制限部１１４の内周面１１４ｂの軸方向における最大ストローク位置Ｓｍａｘとは反対側（ケース１５の底部１５３側）の端部Ｂ２よりも当該最大ストローク位置Ｓｍａｘ側（バルブ部２０側）に設けられてもよい。これにより、磁束制限部１１４と第２縮径部１１６との合流部の強度をより良好に確保することができる。

また、磁束制限部１１４の外周面１１４ａと第１縮径部１１５の外周面１１５ａとの境界Ａ１は、プランジャ１３から第１縮径部１１５へと受け渡される磁束が径方向に流れるのを良好に抑制することさえできれば、磁束制限部１１４の内周面１１４ｂの軸方向における最大ストローク位置Ｓｍａｘ側（バルブ部２０側）の端部Ｂ１と軸方向に重なるように設けられてもよいし、端部Ｂ１よりも第２縮径部１１６側に設けられてもよい。更に、プランジャ１３の最小ストローク位置Ｓｍｉｎは、プランジャ１３と第１筒状部１１１の第１縮径部１１５における内周面１１１ｂとの接触長さ（接触面積）を十分に確保できさえすれば、磁束制限部１１４の外周面１１４ａと第１縮径部１１５の外周面１１５ａとの境界Ａ１よりも第２縮径部１１６側に設けられてもよい。また、磁束制限部１１４から傾斜部１１４１を省略してもよい。すなわち、磁束制限部１１４を上記境界Ａ１および端部Ｂ１から第２縮径部１１６に向けて水平に延出してもよい。更に、第２縮径部１１６を第１筒状部１１１から省略してもよい。また、磁束制限部１１４の内周面１１４ｂは、プランジャ１３から磁束制限部１１４へと磁束が受け渡されるのを抑制するように、当該プランジャ１３の外周面と当該磁束制限部１１４との間に空気層を確保することさえできれば、いかなる形状に形成されてもよい。

以上説明したように、本発明による電磁駆動装置は、磁性材料により形成された筒状の固定コアと、前記固定コアを包囲するように配置される筒状のコイルと、磁性材料により形成されると共に軸方向に移動自在となるように前記固定コアの内部に配置される可動コアとを備え、前記コイルへの通電に伴って発生する磁束により前記可動コアを前記軸方向に移動させる電磁駆動装置において、前記固定コアは、該固定コアの外周面よりも小径の外周面を有する筒状の磁束制限部と、前記可動コアの最大ストローク位置側で前記磁束制限部と隣り合うと共に、該磁束制限部に向かうにつれて前記固定コアの軸心に接近するように傾斜した外周面を有する縮径部とを含み、前記磁束制限部の内周面は、前記固定コアの内周面よりも前記軸心から離間するように窪んでおり、前記磁束制限部には、非磁性化元素を溶融させた非磁性化部が形成されていることを特徴とする。

また、前記磁束制限部の外周面と前記縮径部の外周面との境界は、前記磁束制限部の前記内周面の前記軸方向における前記最大ストローク位置側の端部よりも該最大ストローク位置側に設けられてもよい。これにより、可動コアから磁束制限部の近傍において縮径部へと受け渡される磁束が径方向に流れるのをより一層良好に抑制することが可能となる。また、磁束制限部と縮径部との合流部の強度をより良好に確保することができる。

更に、前記可動コアの最小ストローク位置は、前記磁束制限部の外周面と前記縮径部の外周面との前記境界よりも前記最大ストローク位置側に設けられてもよい。これにより、可動コアの最小ストローク位置においても、可動コアから固定コアの縮径部へと磁束を良好に受け渡させることができるため、可動コアを移動させる駆動力を当該可動コアのストローク範囲内でより安定に確保することが可能となる。なお、「可動コアの最小ストローク位置」は、コイルへの非通電時、すなわち取付状態における可動コアの上記端部の位置を示す。

また、前記磁束制限部は、前記縮径部とは反対側に向かうにつれて前記軸心から離間するように該縮径部から延出された傾斜部を含んでもよい。これにより、特に縮径部の近傍において、可動コアの外周面と磁束制限部との間に形成される空気層をより十分に確保し、可動コアから磁束制限部へと受け渡される磁束をより一層減らすことができる。

更に、前記傾斜部は、前記縮径部とは反対側に向かうにつれて前記軸心から離間するように該縮径部から延びる外周面を有してもよい。これにより、磁束制限部の外周面と縮径部の外周面との境界の位置をより固定コアの内径側に寄せ、当該境界近傍における縮径部の断面積をより低減させることができる。この結果、縮径部の外周面の傾斜角度をより適正に調整することが可能となる（磁束制限部を形成することによる縮径部の外周面の形状への影響を低減させることが可能となる）と共に、特に磁束制限部の近傍において、可動コアから縮径部へと受け渡される磁束が径方向に流れるのを極めて良好に抑制することが可能となる。

更に、前記固定コアは、前記縮径部とは反対側で前記磁束制限部に隣り合うと共に、前記磁束制限部に向かうにつれて前記固定コアの軸心に接近するように傾斜した外周面を有する第２の縮径部を含んでもよく、前記磁束制限部の外周面と前記第２の縮径部の外周面との境界は、前記磁束制限部の前記内周面の前記軸方向における前記最大ストローク位置とは反対側の端部よりも該最大ストローク位置側に設けられてもよい。これにより、磁束制限部と第２の縮径部の合流部の強度をより良好に確保することが可能となる。

そして、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の外延の範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。更に、上記発明を実施するための形態は、あくまで課題を解決するための手段の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、課題を解決するための手段の欄に記載された発明の要素を限定するものではない。

本発明は、電磁駆動装置や電磁弁の製造産業等等において利用可能である。

１電磁弁、１０，１０Ｂソレノイド部、１１固定コア、１１１第１筒状部、１１１ａ外周面、１１１ｂ内周面、１１２第２筒状部、１１３フランジ部、１１４，１１４Ｂ磁束制限部、１１４ａ外周面、１１４ｂ内周面、１１４１傾斜部、１１４１ａ外周面、１１４１ｂ内周面、１１５第１縮径部、１１５ａ外周面、１１６第２縮径部、１１６ａ外周面、１１７非磁性化部、１２コイル、１２１被膜導線、１２２樹脂絶縁部、１２２ａコネクタ部、１３プランジャ、１３ａ一端、１３ｂ他端、１４シャフト、１５ケース、１５１外筒部、１５２環状部、１５３底部、２０バルブ部、２１スリーブ、２１ｏ油路、２２スプール、２３エンドプレート、２４スプリング、１００ベース部材、１０１非磁性化部、２１１入力ポート、２１２出力ポート、２１３ドレンポート、２１４フィードバックポート、２１５，２１６排出ポート、２２１〜２２３ランド、２２４第１連結部、２２５第２連結部。

Claims

磁性材料により形成された筒状の固定コアと、前記固定コアを包囲するように配置される筒状のコイルと、磁性材料により形成されると共に軸方向に移動自在となるように前記固定コアの内部に配置される可動コアとを備え、前記コイルへの通電に伴って発生する磁束により前記可動コアを前記軸方向に移動させる電磁駆動装置において、
前記固定コアは、該固定コアの外周面よりも小径の外周面を有する筒状の磁束制限部と、前記可動コアの最大ストローク位置側で前記磁束制限部と隣り合うと共に、該磁束制限部に向かうにつれて前記固定コアの軸心に接近するように傾斜した外周面を有する縮径部とを含み、
前記磁束制限部の内周面は、前記固定コアの内周面よりも前記軸心から離間するように窪んでおり、
前記磁束制限部には、非磁性化元素を溶融させた非磁性化部が形成され、
前記磁束制限部の外周面と前記縮径部の外周面との境界は、前記磁束制限部の前記内周面の前記軸方向における前記最大ストローク位置側の端部よりも該最大ストローク位置側に設けられ、
前記可動コアの最小ストローク位置は、前記磁束制限部の外周面と前記縮径部の外周面との前記境界よりも前記最大ストローク位置側に設けられることを特徴とする電磁駆動装置。
請求項１に記載の電磁駆動装置において、
前記磁束制限部は、前記縮径部とは反対側に向かうにつれて前記軸心から離間するように該縮径部から傾斜部を含むことを特徴とする電磁駆動装置。
請求項２に記載の電磁駆動装置において、
前記傾斜部は、前記縮径部とは反対側に向かうにつれて前記軸心から離間するように該縮径部から延びる外周面を有することを特徴とする電磁駆動装置。
請求項１から３の何れか一項に記載の電磁駆動装置において、
前記固定コアは、前記縮径部とは反対側で前記磁束制限部に隣り合うと共に、前記磁束制限部に向かうにつれて前記固定コアの軸心に接近するように傾斜した外周面を有する第２の縮径部を含み、
前記磁束制限部の外周面と前記第２の縮径部の外周面との境界は、前記磁束制限部の前記内周面の前記軸方向における前記最大ストローク位置とは反対側の端部よりも該最大ストローク位置側に設けられることを特徴とする電磁駆動装置。
請求項１から４の何れか一項に記載の電磁駆動装置と、前記可動コアと連動して前記軸方向に移動するスプールとを備えること特徴とする電磁弁。