JPH10335139A - ソレノイド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小径であるにも拘らず大きな機械的出力（ロ
ッドの軸方向の作動力）を確実に得ることができるソレ
ノイドを提供する。 【解決手段】 燃料噴射用インジェクタ１のソレノイド
部５は、コイル２３が巻装されたステータ２５と、ステ
ータ２５の貫通孔２１に摺動可能に配置されて、両端が
貫通孔２１から突出したロッド２９と、ロッド２９の下
端に連結され、コイル２３の磁束によりステータ２５の
下面（磁極面）２５ａに吸引されて、ロッド２９を上方
に移動させるアーマチュア３１と、を備えた３つの単位
ソレノイド部分Ｓを軸方向に積層してなり、しかも、ス
テータ２５の磁極面２５ａとアーマチュア３１にて上記
磁極面２５ａと対向する側の面３１ａとが共に円錐状に
なっている。この結果、ステータ２５やコイル２３を大
型化することなく、且つ、エアギャップ誤差の影響を抑
制して、大きな機械的出力を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁式の燃料噴射
弁などに用いられるソレノイドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えばエンジンに燃料を噴射
するための燃料噴射弁（以下、インジェクタという）と
して、電磁弁が採用されている。そして、この種の電磁
弁は、軸方向に貫通孔を有すると共に、コイルが巻装さ
れた円柱状のステータ（固定鉄心）と、ステータの貫通
孔に摺動可能に配設されて、両端が該貫通孔から突出し
たロッドと、このロッドに連結され、前記コイルの磁束
によってステータに吸引されることにより、ロッドをス
テータの軸方向に移動させる円板状のアーマチュアと、
からなるソレノイドを備えており、前記ロッドの移動に
伴い、流体通路に配設された弁体が開弁位置或いは閉弁
位置に動作するようになっている。

【０００３】一方、近年のエンジンでは、所謂４バルブ
化に代表されるように、吸気バルブと排気バルブを複数
化することが盛んに行われており、それに伴い、インジ
ェクタに対しては、小径化が要求されている。また更
に、エンジンの排気ガス中の有害成分を低減するため
に、燃料の噴射圧力を高めることも要求されている。

【０００４】そして、上記両方の要求を満たすことので
きるインジェクタを得るためには、小径で且つロッドの
軸方向の作動力が大きいソレノイドが必要となる。例え
ば、インジェクタが常閉弁（ノーマルクローズ弁）であ
れば、弁体は付勢部材（ばね）により閉弁方向に付勢さ
れるため、燃料噴射時に、コイルへ通電してアーマチュ
アをステータに吸引させることにより、ロッドをステー
タの軸方向に移動させ、このロッドの軸方向の作動力に
より、上記付勢部材の付勢力に抗して弁体を開弁位置に
動作させることとなる。そして、この常閉弁にて燃料の
噴射圧力を高くした場合には、燃料の噴射を確実に停止
させるために上記付勢部材の付勢力を大きく設定するこ
ととなり、その大きな付勢力に抗して弁体を開弁させる
ために、ロッドの作動力を大きくしなければならない。

【０００５】また仮に、インジェクタが常開弁（ノーマ
ルオープン弁）であれば、弁体は付勢部材により開弁方
向に付勢されるため、燃料噴射を行わない時に、コイル
へ通電してアーマチュアをステータに吸引させることに
より、ロッドをステータの軸方向に移動させ、このロッ
ドの軸方向の作動力により、上記付勢部材の付勢力に抗
して弁体を閉弁位置に動作させることとなるが、高圧の
燃料噴射を停止させるためには、ロッドの作動力を大き
くする必要がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここで、この種のソレ
ノイドにおいて、ロッドの軸方向の作動力（以下、機械
的出力ともいう）を大きくするには、一般的に、ステー
タ及びコイルを大型化すると共に、ステータにてアーマ
チュアを吸引する側の磁極面と、アーマチュアにてステ
ータの磁極面に対向する面とを大きくして、アーマチュ
アに対するステータの電磁吸引力を増大させるようにす
れば良いが、これではソレノイドの小径化を達成するこ
とができない。

【０００７】そこで、本発明者は、小径で且つ機械的出
力が大きいソレノイドを得るために、ステータ，ロッ
ド，及びアーマチュアからなる部分を単位ソレノイド部
分として、その単位ソレノイド部分をステータの軸方向
に複数積層した構造の採用を考えた。

【０００８】つまり、１段目に配置された単位ソレノイ
ド部分のロッドが、２段目に配置された単位ソレノイド
部分のロッド（或いはアーマチュア）を押し、そのロッ
ドが、３段目に配置された単位ソレノイド部分のロッド
を押す、・・・といった具合に、各単位ソレノイド部分
においてアーマチュアがステータに吸引されることで生
じるロッドへの力が、最終段に配置された単位ソレノイ
ド部分のロッドに累積加算されるようにするのである。

【０００９】しかしながら、このような積層構造をただ
単に採用すると、各単位ソレノイド部分におけるステー
タの磁極面とアーマチュアとの間隙（以下、エアギャッ
プという）の製造ばらつきの影響が累積されて、所望の
機械的出力を確実に得ることができないという問題が生
じる。

【００１０】即ち、アーマチュアに対するステータの電
磁吸引力は、エアギャップの大きさに応じて変化する
が、前述の如く複数の単位ソレノイド部分を積層した構
造の場合には、各単位ソレノイド部分でのエアギャップ
のばらつきによる電磁吸引力の誤差が累積されてしま
い、全体の機械的出力が大きくばらついてしまうことと
なる。このため、所望の機械的出力を得ることのできる
ソレノイドを、安定して製造することが極めて困難にな
ってしまうのである。

【００１１】本発明は、こうした問題に鑑みなされたも
のであり、小径であるにも拘らず大きな機械的出力を確
実に得ることができるソレノイドを提供することを目的
としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段、及び発明の効果】本発明
のソレノイドは、軸方向に貫通孔を有すると共に、コイ
ルが巻装されたステータと、該ステータの貫通孔に摺動
可能に配設され、両端が該貫通孔から突出したロッド
と、該ロッドに連結され、前記コイルの磁束によってス
テータに吸引されることにより、ロッドをステータの軸
方向に移動させるアーマチュアと、を備えた複数の単位
ソレノイド部分を、ステータの軸方向に積層した構造を
有しており、各単位ソレノイド部分にてアーマチュアが
ステータに吸引されることで生じるロッドへの力が、最
終段に配置された単位ソレノイド部分のロッドに累積加
算されるように構成されている。

【００１３】そして特に、本発明のソレノイドでは、各
ステータにてアーマチュアを吸引する側の磁極面が、円
錐状で且つ凹状に形成されていると共に、各アーマチュ
アにてステータの前記磁極面と対向する側の面（以下、
被吸引面という）が、円錐状で且つ凸状に形成されてい
る。

【００１４】このような本発明のソレノイドによれば、
以下に説明する理由により、小径であるにも拘らず大き
な機械的出力を確実に得ることができる。尚、以下の説
明において、「平面形ソレノイド」とは、ステータの磁
極面とアーマチュアの被吸引面とが両方共に平面状であ
る従来からの一般的なソレノイドを指している。

【００１５】まず、平面形ソレノイドでは、アーマチュ
アに対するステータの電磁吸引力の方向とロッドの移動
方向とが一致するため、エアギャップ（ステータの磁極
面とアーマチュアとの間隙）の製造ばらつきが、ロッド
の作動力のばらつきに直接影響する。つまり、エアギャ
ップの製造ばらつきによる電磁吸引力の誤差△Ｆが、そ
のままロッドの作動力の誤差となる（図４（Ａ）参
照）。よって、このような平面形ソレノイドを複数積層
した場合には、前述したように、エアギャップの製造ば
らつきによって、全体の機械的出力が大きくばらついて
しまう。

【００１６】これに対して、本発明のソレノイドにおけ
る単位ソレノイド部分では、ステータの磁極面が円錐状
で且つ凹状に形成されていると共に、その磁極面と対向
するアーマチュアの被吸引面が円錐状で且つ凸状に形成
されているため、アーマチュアに対するステータの電磁
吸引力の方向とロッドの移動方向とが、ステータの磁極
面及びアーマチュアの被吸引面と、ステータの軸方向に
直交する方向とのなす角度θだけずれることとなる。よ
って、エアギャップの製造ばらつきによりアーマチュア
に対するステータの電磁吸引力がばらついても、その電
磁吸引力のばらつきがロッドの作動力に与える影響は、
上記角度θの分だけ低減される。

【００１７】具体的には、エアギャップの製造ばらつき
によるステータの電磁吸引力の誤差を△Ｆとすると、本
発明の各単位ソレノイド部分において、エアギャップの
製造ばらつきによるロッドの作動力のばらつき△Ｆｓ
は、「△Ｆ×ｃｏｓθ＝△Ｆｓ＜△Ｆ」となる（図４
（Ｂ）参照）。

【００１８】つまり、平面形ソレノイドでは、エアギャ
ップの製造ばらつきによる電磁吸引力の誤差△Ｆが、そ
のままロッドの作動力の誤差となるのに対して、本発明
の各単位ソレノイド部分では、エアギャップの製造ばら
つきによるロッドの作動力のばらつき△Ｆｓが、電磁吸
引力の誤差△Ｆのｃｏｓθ倍に低減されるのである。

【００１９】よって、このような単位ソレノイド部分
を、「１／ｃｏｓθ」に最も近い整数ｎ個分だけ積層し
ても、エアギャップの製造ばらつきによる機械的出力の
誤差は、平面形ソレノイド１個の場合の誤差△Ｆとほぼ
等しい値に抑えられることとなる。

【００２０】次に、本発明のソレノイドでは、アーマチ
ュアに対するステータの電磁吸引力の方向とロッドの移
動方向とが上記角度θだけずれているため、１つの単位
ソレノイド部分においては、ロッドの作動力が、平面形
ソレノイドの場合よりも小さくなる。しかし、ステータ
の磁極面及びアーマチュアの被吸引面の総面積は、平面
形ソレノイドの場合よりも大きくなるため、１つの単位
ソレノイド部分においてロッドに与えられる力は、平面
形ソレノイドの場合と比較して、上記ｃｏｓθ倍ほどは
低減されない。

【００２１】よって、本発明の単位ソレノイド部分を、
上記整数ｎ個分だけ積層すれば、その全体の機械的出力
は、平面形ソレノイド１個の機械的出力よりも大きくな
る。このため、本発明のソレノイドよれば、ステータ及
びコイルを大型化することなく、しかも、エアギャップ
の製造ばらつきによる影響を抑制して、より大きな機械
的出力を得ることができるようになり、この結果、小径
であるにも拘らず大きな機械的出力を確実に得ることが
できるソレノイドとなる。

【００２２】ところで、ステータにてアーマチュアを吸
引する側の磁極面と、アーマチュアにてステータの磁極
面と対向する側の面（被吸引面）は、請求項２に記載の
ように、ステータの磁極面を円錐状で且つ凸状に形成
し、アーマチュアの被吸引面を円錐状で且つ凹状に形成
するようにしても、前述した効果と全く同様の効果を得
ることができる。

【００２３】一方、ステータは、請求項３に記載のよう
に、厚さが均一で且つ湾曲形状をなす複数の磁性体の板
材を、渦巻き状に積層して形成すれば、厚さが均一で飽
和磁束の大きい電磁鋼板（例えばケイ素鋼板）を密に重
ね合わせて、電磁吸引力が高い円柱状のステータを簡単
に得ることができる。また、ステータに流れる渦電流を
低減でき、この結果、当該ステータを用いた電磁弁の作
動応答性を高めることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明が適用された実施形
態のインジェクタについて図面を用いて説明する。尚、
本実施形態のインジェクタは、ディーゼルエンジンの各
気筒に設けられて燃料を噴射するものであり、常閉弁
（ノーマルクローズ弁）として機能する。つまり、コイ
ルが消磁されている通常時には、付勢部材（ばね）の付
勢力により弁体が燃料通路を閉鎖する位置に保持され、
コイルが励磁されると、弁体が燃料通路を開放して、燃
料の噴射が行われるようになっている。但し、本発明
は、下記の実施形態に限定されることなく、本発明の技
術的範囲に属する限り、種々の形態を採り得ることは言
うまでもない。

【００２５】まず図１は、本実施形態のインジェクタ１
の全体構成を示す断面図である。尚、以下の説明にて上
下方向を意味する用語は、図１における方向に基づくも
のである。そして、図１の上下方向がインジェクタ１の
軸方向になっている。図１に示すように、インジェクタ
１は、エンジンの気筒に燃料を噴射する燃料噴射部３
と、外部からの電気信号を、燃料噴射部３を作動させる
ための機械エネルギに変換するソレノイド部５とからな
り、両部３，５は、円筒状のハウジング７により包囲さ
れて一体化されている。

【００２６】燃料噴射部３は、ハウジング７の最下部に
組み付けられたバルブケーシング９と、そのバルブケー
シング９の内部にて上下方向に摺動可能に配置された、
弁体としてのニードル弁１１とからなり、ニードル弁１
１の先端（図１の下端）にはシート面１１ａが形成され
ている。また、バルブケーシング９には、ハウジング７
に設けられた燃料供給孔７ａに連通する燃料通路１３が
形成されており、その燃料通路１３の奥には、環状の燃
料室１５が形成されている。そして、バルブケーシング
９において、燃料室１５の下方には、ニードル弁１１の
シート面１１ａに当接するテーパ状の弁座１７が形成さ
れており、更に弁座１７の下方には、燃料通路１３から
燃料室１５へ供給された高圧燃料を外部（即ち、エンジ
ンの気筒）へ噴射するための噴孔１９が形成されてい
る。

【００２７】次に、ソレノイド部５は、ハウジング７の
内部においてバルブケーシング９の上方に、３つの単位
ソレノイド部分Ｓを積層して備えている。尚、以下の説
明において、３つの単位ソレノイド部分Ｓの各々を特に
区別する場合には、バルブケーシング９の上方１段目に
配置されたものを第１の単位ソレノイド部分Ｓａと言
い、２段目に配置されたものを第２の単位ソレノイド部
分Ｓｂと言い、３段目（最上段）に配置されたものを第
３の単位ソレノイド部分Ｓｃと言う。

【００２８】単位ソレノイド部分Ｓ（Ｓａ，Ｓｂ，Ｓ
ｃ）の各々は、軸方向（図１の上下方向）に貫通孔２１
を有すると共にコイル２３が巻装されたステータ２５
と、ステータ２５の貫通孔２１に圧入された円筒形のブ
ッシュ２７と、このブッシュ２７に摺動可能に挿通され
て、両端がステータ２５の貫通孔２１から突出したロッ
ド２９と、ロッド２９の下端に連結され、コイル２３の
磁束によってステータ２５の下面側に吸引されることに
より、ロッド２９を上方に移動させるアーマチュア３１
と、ステータ２５の下面縁部に当接した状態で配置され
ると共に、ステータ２５の貫通孔２１に対応した位置に
円孔３３が設けられた非磁性材のスペーサ３５と、から
構成されている。

【００２９】そして、各単位ソレノイド部分Ｓａ，Ｓ
ｂ，Ｓｃは、第１の単位ソレノイド部分Ｓａのスペーサ
３５が、バルブケーシング９の上面に当接し、第２の単
位ソレノイド部分Ｓｂのスペーサ３５が、第１の単位ソ
レノイド部分Ｓａのステータ２５の上面に当接し、第３
の単位ソレノイド部分Ｓｃのスペーサ３５が、第２の単
位ソレノイド部分Ｓｂのステータ２５の上面に当接した
状態で、順次積層されている。

【００３０】これにより、ニードル弁１１の後端（図１
の上端）が、第１の単位ソレノイド部分Ｓａのスペーサ
３５に設けられた円孔３３を貫通して、該第１の単位ソ
レノイド部分Ｓａのアーマチュア３１の下面に当接し、
また、第１の単位ソレノイド部分Ｓａのロッド２９の上
端が、第２の単位ソレノイド部分Ｓｂのスペーサ３５に
設けられた円孔３３を貫通して、該第２の単位ソレノイ
ド部分Ｓｂのアーマチュア３１の下面に当接し、更に、
第２の単位ソレノイド部分Ｓｂのロッド２９の上端が、
第３の単位ソレノイド部分Ｓｃのスペーサ３５に設けら
れた円孔３３を貫通して、該第３の単位ソレノイド部分
Ｓｃのアーマチュア３１の下面に当接している。

【００３１】そして特に、本実施形態においては、各単
位ソレノイド部分Ｓを構成するステータ２５の下面、即
ちステータ２５にてアーマチュア３１を吸引する側の磁
極面２５ａが、円錐状で且つ凹状に形成されており、ま
た、これに対応して、アーマチュア３１の上面、即ちア
ーマチュア３１にてステータ２５の磁極面２５ａと対向
する側の面である被吸引面３１ａが、円錐状で且つ凸状
に形成されている。

【００３２】ここで、ステータ２５について、更に詳細
に説明すると、ステータ２５の下面図である図２に示す
ように、ステータ２５は、磁性体からなる複数の板材４
１を渦巻き状に積層することで円柱状に形成されてい
る。具体的には、まず、ステータ２５を形成する板材４
１は、図３に示すように、厚さが均一で且つ全体が湾曲
形状に形成されている。また、板材４１の平面形状は、
１つの内角が鋭角である台形に近い形状となっている。
そして、板材４１にてステータ２５の円錐状の磁極面２
５ａとなる斜めの側縁（以下、斜縁部という）４１ａに
は、凹部４１ｂが形成されている。尚、本実施形態で
は、板材４１として、板厚が均一のケイ素鋼板を使用し
ており、そのケイ素鋼板のプレス抜打により、図３の形
状の板材４１が形成されている。

【００３３】そして、ステータ２５は、図３の板材４１
を、治具等により当該ステータ２５の中心軸線に対し渦
巻き状に配置して、その外周を円状にレーザ等により溶
接することで、全体が円柱状に形成されている。これに
より、図１及び図２に示されている如く、ステータ２５
の下面（磁極面２５ａ）側に、板材４１の凹部４１ｂに
対応した環状のコイル挿入溝４３が形成されると共に、
ステータ２５の中央位置に、板材４１の面に沿った方向
を軸方向として貫通孔２１が形成され、更に、ステータ
２５の磁極面２５ａは、板材４１の斜縁部４１ａによっ
て、円錐状で且つ凹状となる。

【００３４】そして、図１に示されている如く、ステー
タ２５のコイル挿入溝４３に、前述したコイル２３が嵌
挿されており、各単位ソレノイド部分Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ
のコイル２３は、図示しない燃料噴射制御装置に備えら
れた駆動回路４５に、リード線４７を介して並列に接続
されている。

【００３５】一方、図１に示すように、ソレノイド部５
において、第３の単位ソレノイド部分Ｓｃの上方には、
有底円筒状のカバー４９が、その底部を上側にした状態
でハウジング７の内周面に密着固定されている。そし
て、カバー４９の底部から図１にて下方に延びた環状の
筒部４９ａが、第３の単位ソレノイド部分Ｓｃのステー
タ２５の上面縁部を上方から押圧している。

【００３６】また、カバー４９の内部には、フランジ部
５１ａを有するスプリングロッド５１が収容されてお
り、このスプリングロッド５１の上端は、カバー４９の
底部中央に形成された円孔４９ｂから上方へ突出してい
る。更に、カバー４９の内部には、カバー４９の底部と
スプリングロッド５１のフランジ部５１ａとの間に、付
勢部材としてのスプリング（ばね）５３が配置されてお
り、このスプリング５３によって、スプリングロッド５
１が下方に付勢されている。そして、スプリングロッド
５１のフランジ部５１ａの下面が、第３の単位ソレノイ
ド部分Ｓｃのロッド２９の上端に当接している。

【００３７】一方更に、ソレノイド部５において、カバ
ー４９の上方には、ハウジング７の上部開口を閉鎖する
と共に、スプリングロッド５１の上方への可動域を規制
するためのストッパ５５が、ハウジング７の内周面に密
着して取り付けられている。以上のようなインジェクタ
１は、例えば、以下の手順で組み立てられている。

【００３８】まず、ハウジング７の最下部にバルブケー
シング９を組み付け、更に、そのバルブケーシング９
に、ニードル弁１１を組み込む。次に、バルブケーシン
グ９の上方に、３つの単位ソレノイド部分Ｓ（Ｓａ，Ｓ
ｂ，Ｓｃ）を図１の如く順次積層する。尚、単位ソレノ
イド部分Ｓの各々は、前述したように複数の板材４１で
形成したステータ２５のコイル挿入溝４３にコイル２３
を嵌挿すると共に、ステータ２５の貫通孔２１にブッシ
ュ２７を圧入した後、そのブッシュ２７に、アーマチュ
ア３１を取り付けたロッド２９を、ステータ２５の磁極
面２５ａ側から挿通し、その後、ステータ２５の磁極面
２５ａ側にスペーサ３５を当接させた状態で、ハウジン
グ７の上部開口から下方へ押し込まれる。

【００３９】その後、最上段に配置された第３の単位ソ
レノイド部分Ｓｃの上方に、スプリングロッド５１とス
プリング５３を収容したカバー４９を取り付け、最後
に、カバー４９の上方にストッパ５５を取り付ける。こ
れにより、ニードル弁１１の後端（図１の上端）が、第
１の単位ソレノイド部分Ｓａのアーマチュア３１の下面
に当接し、第１の単位ソレノイド部分Ｓａのロッド２９
の上端が、第２の単位ソレノイド部分Ｓｂのアーマチュ
ア３１の下面に当接し、第２の単位ソレノイド部分Ｓｂ
のロッド２９の上端が、第３の単位ソレノイド部分Ｓｃ
のアーマチュア３１の下面に当接し、更に、第３の単位
ソレノイド部分Ｓｃのロッド２９の上端が、スプリング
ロッド５１のフランジ部５１ａの下面に当接した、当該
インジェクタ１の完成状態となる。

【００４０】このようなインジェクタ１においては、ハ
ウジング７に設けられた燃料供給孔７ａに外部から高圧
燃料が供給され、その高圧燃料は、バルブケーシング９
内の燃料通路１３を経由して、同じくバルブケーシング
９内の燃料室１５に供給される。

【００４１】ここで、各単位ソレノイド部Ｓａ，Ｓｂ，
Ｓｃのコイル２３に通電されていないコイル２３の消磁
状態（図１の状態）では、スプリング５３の付勢力によ
り、スプリングロッド５１及び各単位ソレノイド部分Ｓ
ａ，Ｓｂ，Ｓｃのロッド２９を介して、ニードル弁１１
が下方に押し付けられ、これにより、ニードル弁１１の
シート面１１ａがバルブケーシング９の弁座１７に当接
して、当該インジェクタ１は閉弁状態となる。そして、
この閉弁状態では、図４（Ｂ）に示すように、各単位ソ
レノイド部分Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃにおいて、ステータ２５
の磁極面２５ａとアーマチュア３１の被吸引面３１ａと
の間に、所定量のエアギャップＡ／Ｇが確保される。

【００４２】一方、図示しない燃料噴射制御装置が駆動
回路４５及びリード線４７を介して、各単位ソレノイド
部Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃのコイル２３に通電すると、３つの
コイル２３が同時に励磁される。すると、各単位ソレノ
イド部分Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃにおいて、コイル２３の磁束
によりステータ２５に電磁吸引力が発生し、この電磁吸
引力によりアーマチュア３１がステータ２５に吸引され
て、ロッド２９がスプリング５３の付勢力に抗して上方
へ移動する。そして、これに伴い前記エアギャップＡ／
Ｇが小さくなる。

【００４３】尚、この場合には、第１の単位ソレノイド
部分Ｓａのロッド２９が、第２の単位ソレノイド部分Ｓ
ｂのアーマチュア３１及びロッド２９を上方へ押し、第
２の単位ソレノイド部分Ｓｂのロッド２９が、第３の単
位ソレノイド部分Ｓｃのアーマチュア３１及びロッド２
９を上方へ押す、といった具合に、各単位ソレノイド部
分Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃにてアーマチュア３１がステータ２
５に吸引されることで生じるロッド２９への力が、第３
の単位ソレノイド部分Ｓｃのロッド２９に累積加算さ
れ、単位ソレノイド部分Ｓが１個の場合に比べて３倍の
機械的出力が得られる。

【００４４】この結果、スプリング５３によるニードル
弁１１への下方への押し付け力が無くなって、ニードル
弁１１は、燃料室１５内の燃料圧力により上昇し、これ
に伴い、バルブケーシング９の燃料室１５と噴孔１９と
が連通して、噴孔１９から燃料が高圧で噴射される。

【００４５】そして、コイル２３への通電が停止される
と、ステータ２５の電磁吸引力が消失して、スプリング
５３の付勢力により再び前述の閉弁状態に戻ることとな
る。以上詳述したように、本実施形態のインジェクタ１
に用いられたソレノイド部５は、複数の単位ソレノイド
部分Ｓを積層した構造を有し、各単位ソレノイド部分Ｓ
にてアーマチュア３１がステータ２５に吸引されること
で生じるロッド２９への力が、最終段に配置された単位
ソレノイド部分Ｓのロッド２９に累積加算されるように
構成されており、しかも、各ステータ２５の磁極面２５
ａが円錐状で且つ凹状に形成されると共に、アーマチュ
ア３１の被吸引面３１ａが円錐状で且つ凸状に形成され
ている。

【００４６】このため、本実施形態のソレノイド部５に
よれば、小径であるにも拘らず大きな機械的出力（ロッ
ド２９の軸方向の作動力）を確実に発生することがで
き、この結果、インジェクタ１は、小径でありながら高
圧の燃料噴射が可能なものとなる。

【００４７】この理由について説明すると、まず、図４
（Ａ）に示すように、平面状の磁極面２５ａ’を持つス
テータ２５’と、平面状の被吸引面３１ａ’を持つアー
マチュア３１とを備えた従来からの一般的なソレノイド
（以下、平面形ソレノイドという）では、アーマチュア
３１’に対するステータ２５’の電磁吸引力の方向とロ
ッド２９の移動方向とが一致するため、エアギャップＡ
／Ｇの製造ばらつきによる電磁吸引力の誤差△Ｆが、そ
のままロッド２９の作動力の誤差△Ｆｈ（＝△Ｆ）とな
る。よって、このような平面形ソレノイドを、仮に本実
施形態のソレノイド部５の如く複数積層したならば、エ
アギャップＡ／Ｇの製造ばらつきによって、全体の機械
的出力が大きくばらついてしまう。

【００４８】これに対して、本実施形態のソレノイド部
５を構成する単位ソレノイド部分Ｓでは、図４（Ｂ）に
示すように、アーマチュア３１に対するステータ２５の
電磁吸引力の方向とロッド２９の移動方向とが、ステー
タ２５の磁極面２５ａ及びアーマチュア３１の被吸引面
３１ａと、ステータ２５の軸方向に直交する方向とのな
す角度θだけずれることとなる。そして、エアギャップ
Ａ／Ｇの製造ばらつきによるステータ２５の電磁吸引力
の誤差を△Ｆとすると、単位ソレノイド部分Ｓにおい
て、エアギャップＡ／Ｇの製造ばらつきによるロッド２
９の作動力のばらつき△Ｆｓは、「△Ｆ×ｃｏｓθ＝△
Ｆｓ＜△Ｆ＝△Ｆｈ」となる。

【００４９】つまり、本実施形態の単位ソレノイド部分
Ｓでは、エアギャップＡ／Ｇの製造ばらつきによるロッ
ド２９の作動力のばらつき△Ｆｓが、平面形ソレノイド
の場合のばらつき△Ｆｈに対して、ほぼｃｏｓθ倍に低
減されるのである。そこで、本実施形態では、上記角度
θを具体的には約７０°に設定しており、これにより、
エアギャップＡ／Ｇの製造ばらつきによるロッド２９の
作動力のばらつき△Ｆｓが、平面形ソレノイドの場合の
ばらつき△Ｆｈに対して、約１／３（＝ほぼｃｏｓ７０
°）となるようにしている。そして、これにより、単位
ソレノイド部分Ｓを図１の如く３個積層しても、エアギ
ャップＡ／Ｇの製造ばらつきによる機械的出力の全誤差
（＝３×△Ｆｓ）は、平面形ソレノイド１個の場合の誤
差△Ｆｈとほぼ等しい値にまで抑えられることとなる。

【００５０】次に、本実施形態のソレノイド部５では、
アーマチュア３１に対するステータ２５の電磁吸引力の
方向とロッド２９の移動方向とが上記角度θだけずれて
いるため、１つの単位ソレノイド部分Ｓにおいては、ロ
ッド２９の作動力が、平面形ソレノイドの場合よりも小
さくなる。しかし、ステータ２５の磁極面２５ａ及びア
ーマチュア３１の被吸引面３１ａの総面積は、平面形ソ
レノイドの場合よりも大きくなるため、１つの単位ソレ
ノイド部分Ｓにおいてロッド２９に与えられる力は、平
面形ソレノイドの場合と比較して、上記ｃｏｓθ倍ほど
は低減されない。

【００５１】よって、本実施形態の単位ソレノイド部分
Ｓを、図１の如く３個積層すれば、その全体の機械的出
力は、平面形ソレノイド１個の機械的出力よりも大きく
なる。このため、本実施形態のソレノイド部５よれば、
ステータ２５及びコイル２３を大型化することなく、し
かも、エアギャップＡ／Ｇの製造ばらつきによる影響を
抑制して、より大きな機械的出力を得ることができるよ
うになり、この結果、小径であるにも拘らず大きな機械
的出力を確実に得ることができる。

【００５２】ここで、平面形ソレノイドと、上記角度θ
を約７０°に設定した本実施形態の単位ソレノイド部分
Ｓとの各々について、エアギャップＡ／Ｇと、ロッド２
９の作動力Ｆとの関係を計算した結果を図５に示す。
尚、図５においては、実線が平面形ソレノイドの場合を
示しており、一点鎖線が本実施形態の単位ソレノイド部
分Ｓの場合を示している。また、図５は、ステータ２５
の磁極面２５ａ及びアーマチュア３１の被吸引面３１ａ
の形状以外については、全く同条件で計算した結果を示
している。

【００５３】図５から分かるように、エアギャップＡ／
Ｇが５０μｍから６０μｍまでの範囲でばらついた場合
に、本実施形態の単位ソレノイド部分Ｓにおけるロッド
２９の作動力のばらつき△Ｆｓは、平面形ソレノイドに
おけるロッド２９の作動力のばらつき△Ｆｈに対して、
約１／３になっている。これに対し、エアギャップＡ／
Ｇが５０μｍの場合に、本実施形態の単位ソレノイド部
分Ｓにおけるロッド２９の作動力Ｆｓ１は、平面形ソレ
ノイドにおけるロッド２９の作動力Ｆｈ１に対して、約
２／３にとどまっている。

【００５４】このため、本実施形態の単位ソレノイド部
分Ｓを３個積層して、エアギャップＡ／Ｇの製造ばらつ
きによる機械的出力の全誤差を平面形ソレノイド１個の
場合と同等にした場合には、平面形ソレノイド１個の場
合の機械的出力に比べて、約２倍の力を発生可能なこと
が分かる。

【００５５】そして、本実施形態のインジェクタ１によ
れば、前述したようにソレノイド部５が小径であるにも
拘らず大きな機械的出力を確実に発生可能であるため、
スプリング５３の付勢力を一層大きく設定して、より高
圧の燃料噴射を確実に停止できるようにしても、そのス
プリング５３の付勢力に抗して燃料噴射を行えるように
できるため、小径でありながら高圧の燃料噴射が可能と
なる。

【００５６】一方、本実施形態のインジェクタ１では、
板厚が均一で且つ湾曲形状をなす磁性体の板材４１をプ
レス加工で成形し、その板材４１を渦巻き状に積層する
ことでステータ２５を構成している。このため、切削法
や焼結法を用いることなく、電磁吸引力の高い円柱状の
ステータ２５を簡単に製作することができる。また、ス
テータ２５に流れる渦電流を低減でき、インジェクタ１
の高速応答性が得られる。

【００５７】尚、上記実施形態では、ロッド２９が、各
単位ソレノイド部分Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ毎に独立したもの
（分離したもの）であったが、これは、インジェクタ１
を製造し易くするためであり、各単位ソレノイド部分Ｓ
ａ，Ｓｂ，Ｓｃのロッド２９としては、全てが一本の部
材としてつながっている構成を採用しても、全く同様の
効果を得ることができる。

【００５８】また、上記実施形態は、３つの単位ソレノ
イド部分Ｓを積層したものであったが、積層する単位ソ
レノイド部分Ｓの数は、適宜選択することができる。一
方、上記実施形態では、ステータ２５の磁極面２５ａを
円錐状で且つ凹状とし、アーマチュア３１の被吸引面３
１ａを円錐状で且つ凸状としたが、これとは逆に、図６
に示す如く、ステータ２５の磁極面２５ａを円錐状で且
つ凸状とし、アーマチュア３１の被吸引面３１ａを円錐
状で且つ凹状としても、前述した実施形態と同様の効果
を得ることができる。

【００５９】また、上記実施形態は、本発明のソレノイ
ドをインジェクタに適用したものであったが、本発明
は、他の電磁弁にも同様に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施形態のインジェクタの全体構成を示す断
面図である。

【図２】 ステータの下面図である。

【図３】 ステータを形成する板材の形状を示す斜視図
である。

【図４】 実施形態のインジェクタに用いられたソレノ
イド部の効果を説明する模式図である。

【図５】 実施形態のインジェクタに用いられたソレノ
イド部の効果を説明するグラフである。

【図６】 他の実施形態を説明する説明図である。

【符号の説明】

１…インジェクタ ３…燃料噴射部 ５…ソレノイ
ド部 ７…ハウジング ９…バルブケーシング １１…ニ
ードル弁 Ｓ（Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ）…単位ソレノイド部分 ２１
…貫通孔 ２３…コイル ２５…ステータ ２５ａ…磁極面
２７…ブッシュ ２９…ロッド ３１…アーマチュア ３１ａ…被吸
引面 ３５…スペーサ ４１…板材 ４１ａ…斜縁部
４１ｂ…凹部 ４３…コイル挿入溝 ４９…カバー ５１…スプリ
ングロッド ５３…スプリング ５５…ストッパ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸方向に貫通孔を有すると共に、コイル
   が巻装されたステータと、 該ステータの前記貫通孔に摺動可能に配設され、両端が
   該貫通孔から突出したロッドと、 該ロッドに連結され、前記コイルの磁束によって前記ス
   テータに吸引されることにより、前記ロッドを前記ステ
   ータの軸方向に移動させるアーマチュアと、 を備えた複数の単位ソレノイド部分を、前記ステータの
   軸方向に積層した構造を有し、前記各単位ソレノイド部
   分にて前記アーマチュアが前記ステータに吸引されるこ
   とで生じる前記ロッドへの力が、最終段に配置された単
   位ソレノイド部分の前記ロッドに累積加算されるように
   構成されたソレノイドであって、 前記各ステータにて前記アーマチュアを吸引する側の磁
   極面が、円錐状で且つ凹状に形成されていると共に、 前記各アーマチュアにて前記磁極面と対向する側の面
   が、円錐状で且つ凸状に形成されていること、を特徴と
   するソレノイド。
2. 【請求項２】 軸方向に貫通孔を有すると共に、コイル
   が巻装されたステータと、 該ステータの前記貫通孔に摺動可能に配設され、両端が
   該貫通孔から突出したロッドと、 該ロッドに連結され、前記コイルの磁束によって前記ス
   テータに吸引されることにより、前記ロッドを前記ステ
   ータの軸方向に移動させるアーマチュアと、 を備えた複数の単位ソレノイド部分を、前記ステータの
   軸方向に積層した構造を有し、前記各単位ソレノイド部
   分にて前記アーマチュアが前記ステータに吸引されるこ
   とで生じる前記ロッドへの力が、最終段に配置された単
   位ソレノイド部分の前記ロッドに累積加算されるように
   構成されたソレノイドであって、 前記各ステータにて前記アーマチュアを吸引する側の磁
   極面が、円錐状で且つ凸状に形成されていると共に、 前記各アーマチュアにて前記磁極面と対向する側の面
   が、円錐状で且つ凹状に形成されていること、 を特徴とするソレノイド。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載のソレノイ
   ドにおいて、 前記ステータは、 厚さが均一で且つ湾曲形状をなす複数の磁性体の板材
   を、渦巻き状に積層することで形成されていること、 を特徴とするソレノイド。