WO2019058710A1 - ソレノイドアクチュエータ及びソレノイドアクチュエータの製造方法 - Google Patents

Abstract

ソレノイドアクチュエータ１００は、コイル１１に通電することで発生する磁力によってプランジャ１７を軸方向に移動させ、プランジャ１７の移動によって駆動対象機器１１０の駆動部３を駆動するソレノイドアクチュエータであって、プランジャ１７を収容するステータ１２と、ステータ１２の外周側に配置されるコイル１１を収容するヨーク１０と、ステータ１２に接続され駆動対象機器１１０のねじ孔２ｄに取り付けられる取付部２０と、を備え、取付部２０の外周は、ヨーク１０の外周よりも内側に配置される。

Description

ソレノイドアクチュエータ及びソレノイドアクチュエータの製造方法

　本発明は、ソレノイドアクチュエータ及びソレノイドアクチュエータの製造方法に関する。

　ＪＰ２００１－２３０１１６Ａには、電磁石を構成するコイルに電流を通すことにより磁場を発生させ、磁場によってアーマチャを往復動させる電磁アクチュエータが開示されている。電磁アクチュエータを収納するハウジングは、ボルト（固定部材（２０））により内燃機関本体に取り付けられる。

　ＪＰ２００１－２３０１１６Ａに記載の電磁アクチュエータ装置では、ハウジング（８ａ）にボルトを取り付けるためのフランジ部が設けられている。フランジ部は、電磁アクチュエータ（４）の外周よりも径方向外方に突出するように設けられているので、電磁アクチュエータ（４）及びハウジング（８ａ）を含む電磁アクチュエータ装置の径方向寸法が大きくなってしまう。つまり、ＪＰ２００１－２３０１１６Ａに記載の電磁アクチュエータ装置は、その取り付け対象が取り付けスペースの大きい駆動対象機器に限られてしまうため、取り付け自由度が低いという問題がある。

　本発明は、駆動対象機器に対するソレノイドアクチュエータの取り付け自由度を向上させることを目的とする。

　本発明のある態様によれば、コイルに通電することで発生する磁力によってプランジャを軸方向に移動させ、前記プランジャの移動によって駆動対象機器の駆動部を駆動するソレノイドアクチュエータであって、前記プランジャを収容するステータと、前記ステータの外周側に配置される前記コイルを収容するヨークと、前記ステータに接続され前記駆動対象機器のねじ孔に取り付けられる取付部と、を備え、前記取付部の外周は、前記ヨークの外周よりも内側に配置される。

図１は、ソレノイドバルブの断面図であり、コイルに通電された状態を示す。 図２は、ソレノイドアクチュエータの製造手順を示すフローチャートである。 図３は、ＳＮＣＭ４３９の連続冷却変態曲線図である。 図４は、試験材料に対する熱影響について示すグラフである。 図５は、本実施形態の変形例４に係るソレノイドアクチュエータの断面図である。

　以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

　ソレノイドアクチュエータは、コイルに通電することで発生する磁力によってプランジャを軸方向に移動させ、プランジャの移動によって駆動対象機器の駆動部を駆動する電磁アクチュエータである。以下の実施形態では、作動流体の流量を制御するソレノイドバルブに用いられるソレノイドアクチュエータについて説明する。

　図１を参照して、本発明の実施形態に係るソレノイドアクチュエータ１００を備えたソレノイドバルブ１の全体構成について説明する。

　ソレノイドバルブ１は、ソレノイドアクチュエータ１００と、ソレノイドアクチュエータ１００により駆動部であるスプール３が駆動される駆動対象機器であるバルブ装置１１０と、を備える。ソレノイドバルブ１は、流体圧供給源（図示省略）から流体圧機器等（図示省略）に導かれる作動流体としての作動油の流量を制御する。作動流体は、作動油に限らず、他の非圧縮性流体または圧縮性流体であってもよい。

　バルブ装置１１０は、有底筒状のバルブボディ２と、バルブボディ２内に移動自在に設けられる弁体としてのスプール３と、バルブボディ２内に設けられスプール３を付勢する付勢部材としてのコイルばね９と、を備える。

　バルブボディ２には、作動油が流れるバルブ通路としての流入通路２ａ及び流出通路２ｂが軸方向に並んで形成される。流入通路２ａは、バルブボディ２の内部と連通し、図示しない配管等を介して流体圧供給源と連通する。流出通路２ｂは、バルブボディ２の内部と連通し、図示しない配管等を介して油圧機器等と連通する。

　スプール３は、バルブボディ２の内周面に沿って摺動する第１ランド部４及び第２ランド部５と、第１ランド部４及び第２ランド部５より小径に形成され第１ランド部４と第２ランド部５とを連結する小径部６と、ソレノイドアクチュエータ１００のシャフト１６と接触する先端部７と、を有する。

　第１ランド部４の端部には、コイルばね９の一部が収容されるばね収容凹部４ａが形成される。第２ランド部５は、バルブボディ２の内周面に沿って摺動し流入通路２ａの開度を調整する。

　小径部６は、第１ランド部４及び第２ランド部５よりも小径に形成されて、バルブボディ２の内周面との間に環状の流体室８を形成する。流体室８は、流入通路２ａ及び流出通路２ｂと連通し、流入通路２ａを通過した作動油を流出通路２ｂへと導く。

　コイルばね９は、スプール３における第１ランド部４のばね収容凹部４ａとバルブボディ２の底部２ｃとの間に圧縮状態で介装される。コイルばね９は、ソレノイドアクチュエータ１００のコイル１１が通電されたときのプランジャ１７の移動に抗するようにスプール３を付勢する。つまり、コイルばね９は、第２ランド部５が流入通路２ａを開く方向（図１中右方向）にスプール３を付勢する。

　バルブボディ２の開口端部には、後述するソレノイドアクチュエータ１００の取付部２０が取り付けられるねじ孔２ｄが設けられる。ねじ孔２ｄの内周面にはめねじが形成され、ソレノイドアクチュエータ１００の取付部２０に形成されたおねじが螺合する。

　ソレノイドアクチュエータ１００は、バルブ装置１１０に取り付けられ、バルブ装置１１０のスプール３を軸方向に駆動する。

　ソレノイドアクチュエータ１００は、円筒状のヨーク（ケース）１０と、ステータ１２の外周側に配置され電流が流れると磁力を発生するコイル１１と、コイル１１の内側に設けられコイル１１の磁力によって励磁されるステータ１２と、ステータ１２を挿通し軸方向に沿って移動可能に設けられるシャフト（プッシュロッド）１６と、シャフト１６に固定されるプランジャ１７と、ステータ１２の端部に接続される取付部２０と、を備える。

　ヨーク１０は、軟鉄等の磁性材により形成され、有底円筒状の筒部１０ａと、筒部１０ａの開口を塞ぐ端板１０ｂと、を有する。筒部１０ａの底部及び端板１０ｂのそれぞれにはステータ１２が挿通される貫通孔が設けられる。

　コイル１１は、ヨーク１０内に収容される。コイル１１は、樹脂材（図示省略）によってモールドされる、あるいは、樹脂製のボビン（図示省略）に取り付けられる。コイル１１は、端子（図示省略）を通じて供給される電流が流れることによって磁力を発生する。

　ステータ１２は、コイル１１の内側に設けられる。ステータ１２は、円筒状の第１ステータコア１３と、第１ステータコア１３と所定の間隔を空けて配置される有底円筒状の第２ステータコア１４と、第１ステータコア１３と第２ステータコア１４との間に設けられる円筒状の筒状体１５と、プランジャ１７の端面に対向して配置されるスペーサ１８と、を有する。第１ステータコア１３及び第２ステータコア１４、スペーサ１８は、炭素（Ｃ）の含有量が１０質量％以下の鋼材や電磁軟鉄等の磁性材によって形成され、筒状体１５は、ステンレス鋼、銅合金等の非磁性材によって形成される。

　スペーサ１８は、第１ステータコア１３の内側に嵌入され、所定位置で固定される。スペーサ１８は、円筒状部材であり、その内側にシャフト１６が挿通される。シャフト１６は、ステンレス鋼、銅合金等の非磁性材によって形成される。

　ステータ１２の内面である第１ステータコア１３の内面、筒状体１５の内面、第２ステータコア１４の内面及びスペーサ１８の端面により、プランジャ１７が収容されるプランジャ室１９が形成される。スペーサ１８の端面は、コイル１１の磁力によってプランジャ１７がステータ１２に吸着される吸着面１９ａとなる。言い換えれば、プランジャ室１９の第１ステータコア１３側の端面が、吸着面１９ａとなる。

　シャフト１６は、プランジャ１７と共に軸方向に沿って移動自在に配置される。シャフト１６の先端は、スプール３の先端部７と接触する。これにより、シャフト１６の移動に伴いスプール３が移動する。

　プランジャ１７は、軟鉄等の磁性材によって形成される。プランジャ１７は、プランジャ室１９に収容され、シャフト１６に対して位置ずれが生じないように、かしめ等の方法によりシャフト１６に固定される。プランジャ１７は、コイル１１の磁力によって、プランジャ室１９における一方の端部である吸着面１９ａへ向かう吸着力が作用して、プランジャ室１９内を移動する。

　次に、ソレノイドバルブ１の動作について説明する。

　コイル１１に電流が流れない非通電状態においては、プランジャ１７には吸着力が作用せず、スプール３は、コイルばね９の付勢力によって流入通路２ａを開く方向（図１中右方向）に付勢される。このため、流入通路２ａと流出通路２ｂとが流体室８を介して連通し、作動油の通過が許容される。

　コイル１１に電流が流れると、例えば、ヨーク１０→第２ステータコア１４→プランジャ１７→第１ステータコア１３及びスペーサ１８→ヨーク１０の磁路が形成され、プランジャ１７が吸着面１９ａに向かって吸引される。なお、非磁性材である筒状体１５は、第２ステータコア１４からプランジャ１７を介して第１ステータコア１３及びスペーサ１８に磁束が導かれる磁路が形成されるように、磁束の流れを制限する制限部として機能する。また、筒状体１５の一端面に当接する第１ステータコア１３の端部、及び、筒状体１５の他端面に当接する第２ステータコア１４の端部は、それぞれ先細りのテーパ形状とされている。これにより、磁路の大きさが制限され、コイル１１に流れる電流の大きさと、プランジャ１７の推力が比例関係となる。

　このように、コイル１１に電流が流れて磁力が発生すると、プランジャ１７が励磁され、プランジャ１７に吸着面１９ａへ向かう方向（図１中左方向）の吸着力が作用する。このような吸着力によって、プランジャ１７は吸着面１９ａに向かって移動する。

　スプール３には、シャフト１６を介して作用する吸着力によって、コイルばね９を圧縮する方向へ向かう力が作用する。このため、スプール３は、吸着力とコイルばね９による付勢力とが釣り合う位置まで移動する。コイル１１に通電する電流の大きさが大きくなる程、プランジャ１７と吸着面１９ａとの間の吸着力は大きくなる。このため、コイル１１に通電する電流値が大きくなる程、スプール３はコイルばね９の付勢力に抗してコイルばね９を圧縮する方向へ移動する。

　コイル１１に通電する電流値を大きくしてコイルばね９の付勢力に抗してスプール３を移動させると、第２ランド部５によって流入通路２ａが徐々に閉じられ、流体室８に対する流入通路２ａの開口面積が減少する。このため、流入通路２ａを通じて流体室８へ導かれる作動油の流量が減少する。

　コイル１１に通電する電流値をさらに大きくして吸着面１９ａへ向かうプランジャ１７のストローク量を増大させると、図１に示されているように、第２ランド部５によって流入通路２ａが完全に閉じられ、流入通路２ａと流出通路２ｂとの連通が遮断される。

　このように、ソレノイドバルブ１は、コイル１１に通電する電流値を制御して、スプール３を軸方向に移動させることにより、流入通路２ａから流出通路２ｂへ導かれる作動油の流量を調整する。

　次に、取付部２０の構成について詳しく説明する。

　取付部２０は、円筒状部材であり、第１ステータコア１３に溶接されることにより、第１ステータコア１３に固定される。つまり、取付部２０は、第１ステータコア１３に機械的かつ熱的に接続されている。取付部２０は、バルブボディ２のねじ孔２ｄのめねじに螺合されるおねじが外周に形成されたねじ部２１と、バルブボディ２の端面に当接されるフランジ部２３と、ねじ部２１とフランジ部２３との間でオイルシール（Ｏリング）３０を保持するシール保持部２２と、を有する。

　シール保持部２２は、その外径がねじ部２１の外径及びフランジ部２３の外径よりも小さくなるように溝状に形成される。フランジ部２３の外径は、ねじ部２１の外径よりも大きく、ヨーク１０の外径よりも小さい寸法に設定される。つまり、取付部２０の外周は、ヨーク１０の外周よりも内側に配置される。換言すれば、フランジ部２３は、ヨーク１０の外周面よりも径方向外方に突出していない。このため、ヨーク１０の外周面よりも径方向外方に突出するボルト取り付け用のフランジ部を備えたソレノイドアクチュエータに比べて、径方向寸法を小さくできる。つまり、本実施形態によれば、ソレノイドアクチュエータ１００の取付部２０の径方向寸法の小型化が実現されているので、バルブ装置１１０に対する取り付けに必要なスペースを小さくできる。

　次に、ソレノイドアクチュエータ１００の製造方法について説明する。

　図２に示すように、ソレノイドアクチュエータ１００の製造方法は、熱処理工程Ｓ１００と、準備工程Ｓ１１０と、溶接工程Ｓ１２０と、組付工程Ｓ１３０と、を備える。

　ソレノイドアクチュエータ１００を高圧仕様のバルブ装置１１０に用いる場合、取付部２０のねじ部２１に高い取り付け強度が要求される。このため、取付部２０の材料は、熱処理（焼入れ焼戻し処理）が施されていることが好ましい。熱処理工程Ｓ１００では、取付部２０の材料を加熱して所定の温度まで上昇させ、一定時間後に急冷する焼入れ処理を行う。その後、取付部２０の材料を再度加熱して温度を所定の温度まで上昇させ、一定時間後に冷却を行う焼戻し処理を行う。

　準備工程Ｓ１１０では、図１に示す第１ステータコア１３、第２ステータコア１４、筒状体１５及び上記熱処理工程Ｓ１００により熱処理が施された取付部２０を含むソレノイドアクチュエータ１００の構成部材を準備する。

　溶接工程Ｓ１２０では、第１ステータコア１３、筒状体１５及び第２ステータコア１４が、溶接により接続される。つまり、第１ステータコア１３と第２ステータコア１４とは、筒状体１５を介して接続される。さらに、第１ステータコア１３及び取付部２０が、溶接により接続される。溶接方法には、レーザ溶接、電子ビーム溶接、ＴＩＧ溶接、炉中ロウ付け、トーチロウ付け等、種々の溶接方法が採用される。溶接に代えて、通電加熱接合、拡散接合、摩擦溶接（摩擦圧接）等の固相接合法により、第１ステータコア１３、筒状体１５、第２ステータコア１４及び取付部２０を接合してもよい。

　溶接工程Ｓ１２０では、第１ステータコア１３、筒状体１５、第２ステータコア１４及び取付部２０が溶接されてなる筒状組立体４０が作製される。略円筒状の第１ステータコア１３、筒状体１５、第２ステータコア１４及び取付部２０は、それぞれの中心軸が一致するように接続される。

　第１ステータコア１３、筒状体１５、第２ステータコア１４及び取付部２０は、溶接により熱的に接続されているため、それぞれの部位が溶接に伴う熱により、例えば８００℃以上まで加温されることがある。加温された材料は、例えば、２００℃／ｓｅｃ以上の平均冷却速度で室温（２７℃程度）まで冷却される。

　組付工程Ｓ１３０では、コイル１１が収容されたヨーク１０に筒状組立体４０を挿入し、軟鉄等の磁性材からなるナット４１を第２ステータコア１４の端部に形成されたおねじに取り付ける。ナット４１と取付部２０のフランジ部２３とでヨーク１０を挟むようにして、ヨーク１０と筒状組立体４０とを締結する。これにより、ソレノイドアクチュエータ１００が完成する。

　なお、取付部２０のねじ部２１の外周のおねじ、及び、第２ステータコア１４の端部の外周のおねじは、溶接工程Ｓ１２０の後に形成してもよいし、溶接工程Ｓ１２０の前に形成してもよい。

　次に、取付部２０の材料について説明する。

　上述したように、ソレノイドアクチュエータ１００が高圧仕様（例えば、耐圧５ＭＰａ以上）のバルブ装置１１０に用いられる場合、ねじ部２１が破損することなく高い軸力を長期に亘って保持できるように、取付部２０には高い取り付け強度が要求される。

　このため、取付部２０の材料には、上述のとおり、熱処理工程Ｓ１００により熱処理（焼入れ焼戻し処理）が施された高強度材料を用いる。この場合、取付部２０の材料は、溶接工程Ｓ１２０における熱影響により、一旦、温度が所定温度（例えば８００℃以上）まで上昇した後、所定の冷却速度（例えば２００℃／ｓｅｃ以上）で冷却されることになる。このため、取付部２０の材料の硬度が低下してしまう。したがって、溶接工程Ｓ１２０における加温、冷却に起因した硬度の低下を抑制するために、取付部２０の材料には、焼なまし軟化抵抗（焼戻し軟化抵抗と同義）の高い材料を選択することが好ましい。

　本実施形態では、取付部２０の材料として、主成分である鉄（Ｆｅ）に少なくともクロム（Ｃｒ）が０．４質量％以上添加されてなる鋼材が選択される。取付部２０の材料として選択される鋼材は、ステータ１２の構成部材である第１ステータコア１３、第２ステータコア１４及びスペーサ１８の材料（ステータ１２を構成する磁性材）に比べて焼なまし軟化抵抗が高い。

　取付部２０の材料として選択される鋼材としては、例えば、ＪＩＳ規格ＳＣｒ系鋼材（クロム鋼鋼材）、ＪＩＳ規格ＳＣＭ系鋼材材（クロムモリブデン鋼鋼材）、ＪＩＳ規格ＳＮＣＭ系鋼材（ニッケルクロムモリブデン鋼鋼材）のいずれかを選択することが好ましい。これらの鋼材は、いずれもステータ１２を構成する磁性材に比べて焼なまし軟化抵抗が高い材料である。焼なまし軟化抵抗が高いとは、所定の硬さＸ１の材料を高温雰囲気下で所定時間保持した後、所定冷却速度で室温（２７℃程度）まで冷却したときの硬さＸ２との差ΔＸ（ΔＸ＝Ｘ１－Ｘ２）が小さいことである。

　例えば、ＳＮＣＭ系鋼材は、ＳＣＭ系鋼材及びＳＣｒ系鋼材に比べて、焼なまし軟化抵抗が高く、溶接工程Ｓ１２０における熱影響による硬度の低下が効果的に抑えられる。図３は、ＪＩＳ規格ＳＮＣＭ４３９の連続冷却変態曲線図（ＣＣＴ曲線図）である。連続冷却変態曲線図とは、連続冷却過程における合金の変態過程について、各種冷却速度による相変態開始及び終了点を縦軸に温度、横軸に時間を取って記入した図である。

　図３に示すように、ロックウェル硬さ（ＨＲＣ）がＨ０のＳＮＣＭ４３９の試験片を８００℃以上の雰囲気下で１０分間程度保持した後、平均冷却速度１℃／ｓｅｃで室温（２７℃程度）まで冷却したときのロックウェル硬さ（ＨＲＣ）はＨ２となる。この場合、ロックウェル硬さの低下は、３．５～４ＨＲＣ程度である。また、ロックウェル硬さ（ＨＲＣ）がＨ０のＳＮＣＭ４３９の試験片を８００℃以上の雰囲気下で１０分間程度保持した後、平均冷却速度０．４℃／ｓｅｃで室温（２７℃程度）まで冷却したときのロックウェル硬さ（ＨＲＣ）はＨ３となる。Ｈ２とＨ３との差（Ｈ２－Ｈ３）は、０．４ＨＲＣ程度である。また、図中Ｈ３とＨ４の差（Ｈ３－Ｈ４）、及び図中Ｈ４とＨ５の差（Ｈ４－Ｈ５）は、それぞれ０．１ＨＲＣ程度である。なお、ロックウェル硬さ（ＨＲＣ）がＨ０のＳＮＣＭ４３９の試験片を８００℃以上の雰囲気下で１０分間程度保持した後、平均冷却速度２．５℃／ｓｅｃで室温（２７℃程度）まで冷却したときのロックウェル硬さ（ＨＲＣ）はＨ１となる。Ｈ１とＨ２との差（Ｈ１－Ｈ２）は、１ＨＲＣ程度である。

　このように、ＳＮＣＭ４３９は、８００℃以上の温度から室温（２７℃程度）まで、平均冷却速度２００℃／ｈ以上で冷却したときにロックウェル硬さの低下が１０ＨＲＣ以下となる機械的性質を有している。また、ＳＮＣＭ４３９は、８００℃以上の温度から室温（２７℃程度）まで、平均冷却速度０．４℃／ｓｅｃ以上で冷却したときにロックウェル硬さの低下が５ＨＲＣ以下となる機械的性質を有している。

　ＳＮＣＭ系鋼材は、０．４質量％以上４．８質量％以下のクロム（Ｃｒ）に加え、ニッケル（Ｎｉ）を０．４質量％以上４．５質量％以下、モリブデン（Ｍｏ）を０．１５質量％以上０．７質量％以下含んでおり、ＳＣＭ系鋼材及びＳＣｒ系鋼材に比べて高い焼なまし軟化抵抗を有しているため、取付部２０の材料として好適である。

　なお、ＳＣＭ系鋼材は、０．９質量％以上１．５質量％以下のクロム（Ｃｒ）に加え、モリブデン（Ｍｏ）を０．１５質量％以上０．４５質量％以下含んでおり、ＳＣｒ系鋼材に比べて高い焼なまし軟化抵抗を有している。また、ＳＣｒ系鋼材は、クロム（Ｃｒ）を０．９質量％以上１．２質量％以下含んでおり、ステータ１２を構成する磁性材に比べて高い焼なまし軟化抵抗を有する。

　このため、取付部２０の材料には、ＳＣｒ系鋼材、ＳＣＭ系鋼材及びＳＮＣＭ系鋼材等、クロム（Ｃｒ）を０．４質量％以上４．８質量％以下含有する種々の鋼材を採用することができる。

　特に、溶接工程Ｓ１２０における熱影響に起因するロックウェル硬さの低下が１０ＨＲＣ以下に抑えられ、溶接工程Ｓ１２０後のロックウェル硬さが５５ＨＲＣ以上となるＳＮＣＭ４３９を採用することが好ましい。ＳＮＣＭ４３９は、炭素（Ｃ）が０．３６質量％以上０．４３質量％以下、ケイ素（Ｓｉ）が０．１５質量％以上０．３５質量％以下、マンガン（Ｍｎ）が０．６０質量％以上０．９０質量％以下、リン（Ｐ）が０．０３０質量％以下、硫黄（Ｓ）が０．０３０質量％以下、クロム（Ｃｒ）が０．６質量％以上１．０質量％以下、ニッケル（Ｎｉ）が１．６質量％以上２．０質量％以下、モリブデン（Ｍｏ）が０．１５質量％以上０．３質量％以下含有され、残部が鉄（Ｆｅ）及び不可避的不純物からなる。このように、ＳＮＣＭ４３９は、クロム（Ｃｒ）を０．６質量％以上、ニッケル（Ｎｉ）を１．６質量％以上、モリブデン（Ｍｏ）を０．１５質量％以上含んでいるので、高い硬さと、高い焼なまし軟化抵抗と、を兼ね備えている。

　上述した実施形態によれば、次の作用効果を奏する。

　（１）取付部２０の外周がヨーク１０の外周よりも内側に配置されているため、駆動対象機器であるバルブ装置１１０に取り付けられる取付部２０の径方向寸法が、ヨーク１０の径方向寸法よりも小さく抑えられる。したがって、本実施形態によれば、取り付けスペースが大きいバルブ装置１１０だけでなく、取り付けスペースが小さいバルブ装置１１０にも使用することのできる取り付け自由度の高いソレノイドアクチュエータ１００を提供することができる。

　（２）取付部２０は、主成分である鉄（Ｆｅ）に少なくともクロム（Ｃｒ）が添加されてなる鋼材により形成される。このため、取付部２０が製造過程等において高温に加熱され、その後、冷却される場合であっても硬度の低下が抑えられる。その結果、バルブ装置１１０にねじ込みにより取り付けられる取付部２０の取り付け強度の低下を防止できる。したがって、本実施形態によれば、低圧負荷が作用する低圧仕様のバルブ装置１１０だけでなく、高圧負荷が作用する高圧仕様のバルブ装置１１０にも使用することのできるソレノイドアクチュエータ１００を提供することができる。

　以上のとおり、本実施形態によれば、取り付け対象となる駆動対象機器の範囲が広い汎用性の高いソレノイドアクチュエータ１００を提供することができる。

　次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせたりすることも可能である。

　（変形例１）
　取付部２０の材料は、クロム（Ｃｒ）が添加された鋼材に限られない。焼なまし軟化抵抗は、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）等の炭化物形成元素の添加により、高めることができる。したがって、主成分である鉄（Ｆｅ）に、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）等の炭化物形成元素が添加された種々の鋼材を取付部２０の材料に選択することができる。これらのクロム（Ｃｒ）を含有しない鋼材のうち、８００℃以上の温度から室温（２７℃程度）まで冷却したときにロックウェル硬さの低下が１０ＨＲＣ以下となる機械的性質を有する高軟化抵抗材料を選択することが好ましい。さらに、８００℃以上の温度から室温（２７℃程度）まで冷却したときにロックウェル硬さが５５ＨＲＣ以上となる鋼材を選択することが好ましい。

　（変形例２）
　上記実施形態では、取付部２０の材料として、炭素鋼材にクロム（Ｃｒ）等の合金元素を添加してなるＳＣｒ系鋼材、ＳＣＭ系鋼材及びＳＮＣＭ系鋼材等の合金鋼材を用いる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。取付部２０の材料には、合金元素（添加元素）が所定の下限（Ｃｒ：０．３質量％，Ｍｏ：０．０８質量％，Ｎｉ：０．３質量％）に満たない炭素鋼材を用いてもよい。例えば、取付部２０の材料として、炭素（Ｃ）が０．４２質量％以上０．４８質量％以下含有されているＪＩＳ　Ｓ４５Ｃ等の機械構造用炭素鋼（ＳＣ材）を用いることができる。また、取付部２０の材料として、ＪＩＳ　ＳＢ４１０，ＳＢ４５０Ｍ等のＳＢ材を用いることもできる。ＳＣ材及びＳＢ材等を取付部２０の材料として用いる場合、溶接工程Ｓ１２０において、８００℃以上の温度から室温（２７℃程度）まで冷却したときにロックウェル硬さの低下が１０ＨＲＣ以下となるように、冷却速度を調整することが好ましい。また、８００℃以上の温度から室温（２７℃程度）まで冷却したときにロックウェル硬さが５５ＨＲＣ以上となるように、冷却速度を調整することが好ましい。

　（変形例３）
　上記実施形態では、熱処理工程Ｓ１００において、取付部２０の材料を熱処理（焼入れ焼戻し処理）する例について説明した。しかしながら、熱処理条件によっては、取付部２０の材料の強度が、溶接工程Ｓ１２０での再加熱及び冷却による熱影響により、バルブ装置１１０に取り付けられるソレノイドアクチュエータ１００として必要な強度（必要強度）よりも低下してしまうおそれがある。

　そこで、本変形例では、溶接工程Ｓ１２０での熱影響によって取付部２０の材料の強度が低下したとしても必要強度としての必要引張強さσ０が確保されるように熱処理工程Ｓ１００を行う。なお、取付部２０の材料を作製する熱処理工程Ｓ１００に先立って、所定の実験を行う。この実験では、熱処理条件を変えて複数の試験材料Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ，Ｍｄを作製し、各試験材料Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ，Ｍｄを取付部２０の材料として採用した場合における溶接工程Ｓ１２０での熱影響による強度低下特性を取得する。

　図４は、試験材料に対する熱影響について示すグラフである。図４において、縦軸は試験材料の引張強さσを表し、横軸は時間ｔを表している。時点ｔ０は、溶接工程Ｓ１２０を開始した時点に相当し、時点ｔ１は、溶接工程Ｓ１２０が終了し、取付部２０の材料の温度が室温まで低下した時点に相当する。

　実験では、試験材料Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ，Ｍｄによって取付部２０を作製し、その取付部２０とステータ１２とを溶接により接続することで筒状組立体４０を作製する溶接工程Ｓ１２０を行う。なお、実験では、実際に溶接工程Ｓ１２０を行うことに代えて、試験材料Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ，Ｍｄに対して溶接工程Ｓ１２０と同等の熱量を与えてもよい。つまり、溶接工程Ｓ１２０と同等の環境下で実験ができる場合は、筒状組立体４０を作製する必要はない。

　溶接が行われる前の引張強さσ（時点ｔ０における引張強さσ）と、溶接が行われ試験材料の温度が室温まで低下した後の引張強さσ（時点ｔ１における引張強さσ）と、を引張試験から求める。これにより、各試験材料Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ，Ｍｄの強度の低下特性が得られる。

　次に、複数の試験材料Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ，Ｍｄにおいて、時点ｔ１の引張強さσが必要引張強さσ０以上であるものを選定する（選定工程）。さらに、選定された試験材料の中で、時点ｔ０、または時点ｔ１の引張強さσが最も低いものを基準材料として特定する（基準材料特定工程）。また、基準材料の時点ｔ０の引張強さσを基準引張強さσｓとして設定する（基準強度設定工程）。

　以下、試験材料Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ，Ｍｄを用いた場合を例に説明する。試験材料Ｍａは、熱処理（焼入れ焼戻し処理）により、時点ｔ０の引張強さσがσａ１（＞σ０）とされている。この試験材料Ｍａは、時点ｔ０から時間の経過とともに引張強さσが低下し、時点ｔ１での引張強さσがσａ２となる。σａ２は、取付部２０の材料として必要な強度である必要引張強さσ０よりも小さい（σａ２＜σ０）。このため、試験材料Ｍａは、取付部２０の材料として不適である。

　試験材料Ｍｂは、熱処理（焼入れ焼戻し処理）により、時点ｔ０の引張強さσがσｂ１（＞σａ１）とされている。この試験材料Ｍｂは、時点ｔ０から時間の経過とともに引張強さσが低下し、時点ｔ１での引張強さσがσｂ２となる。σｂ２は、取付部２０の材料として必要な強度である必要引張強さσ０と等しい（σｂ２＝σ０）。このため、試験材料Ｍｂは、取付部２０の材料として好適である。

　試験材料Ｍｃは、熱処理（焼入れ焼戻し処理）により、時点ｔ０の引張強さσがσｃ１（＞σｂ１）とされ、試験材料Ｍｄは、熱処理（焼入れ焼戻し処理）により、時点ｔ０の引張強さσがσｄ１（＞σｃ１）とされている。試験材料Ｍｃ，Ｍｄは、それぞれ時点ｔ１における引張強さσが必要引張強さσ０よりも大きい。このため、試験材料Ｍｃ，Ｍｄは、取付部２０の材料として好適である。

　したがって、選定工程では、試験材料Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ，Ｍｄのうち、時点ｔ１の引張強さσが必要引張強さσ０以上である試験材料Ｍｂ，Ｍｃ，Ｍｄが、取付部２０の材料として好適であるとして選定される。さらに、基準材料特定工程では、選定された試験材料Ｍｂ，Ｍｃ，Ｍｄのうち、時点ｔ０、または時点ｔ１の引張強さσが最も低い試験材料Ｍｂが、基準材料として特定される。そして、基準強度設定工程では、基準材料である試験材料Ｍｂの時点ｔ０の引張強さσｂ１が、基準引張強さσｓとして設定される。なお、基準引張強さσｓは、必要引張強さσ０と、基準材料に対する溶接の熱影響による強度低下量Δσ０（＝σｂ１－σｂ２）との和で表すことができる（σｓ＝σ０＋Δσ０）。

　本変形例に係る熱処理工程Ｓ１００では、取付部２０の材料の強度が、予め定めた所定強度である基準引張強さσｓ以上となるように、取付部２０の材料を熱処理する。換言すれば、熱処理工程Ｓ１００では、取付部２０の材料の強度が、必要引張強さσ０に、上記基準材料の強度低下量Δσ０を加算した強度以上となるように、取付部２０の材料を熱処理する。

　本変形例では、上記熱処理工程Ｓ１００における焼入れ焼戻し（調質）によって、熱処理後の引張強さσが基準引張強さσｓ以上となるように、熱処理（焼入れ焼戻し処理）における熱処理条件（材料の加熱時間、加熱温度、冷却速度等）を調整する。熱処理工程Ｓ１００が完了すると、次に、上記実施形態と同様、取付部２０及びステータ１２を溶接により接続することで筒状組立体４０を作製する溶接工程Ｓ１２０を行う。

　従来の熱処理では、熱処理後の材料が、再加熱されることを想定していなかった。つまり、従来の熱処理は、熱処理後の材料が、そのまま製品に使用されることを想定して、残留応力の除去、硬さ及び靱性の調整のために焼戻し処理が行われていた。これに対して、本変形例では、溶接工程Ｓ１２０での再加熱、冷却が行われることを予め加味して、焼戻し処理の熱処理条件を設定する。つまり、本変形例では、溶接工程Ｓ１２０での再加熱、冷却を経て、必要引張強さσ０以上の引張強さσを有する取付部２０が作製されるともいえる。

　以上のとおり、本変形例では、熱処理工程Ｓ１００により、取付部２０の材料の強度が、予め定めた基準引張強さσｓ以上となるように取付部２０の材料に熱処理が施されている。基準引張強さσｓは、溶接工程Ｓ１２０での熱影響によって低下した取付部２０の材料の強度（引張強さσ）が、バルブ装置１１０に取り付けられるソレノイドアクチュエータ１００として必要な強度（必要引張強さσ０）以上となるように設定される。このため、溶接工程Ｓ１２０により、取付部２０の材料の強度が低下した場合であっても、必要な強度（必要引張強さσ０）を確実に確保することができる。

　また、このような変形例によれば、取付部２０の材料として、ＳＣ材等、廉価な炭素鋼材を用いることができるので、ソレノイドアクチュエータ１００のコストの低減を図ることができる。

　（変形例４）
　上記実施形態では、取付部２０が、ステータ１２とは異なる材料で形成される別部材であり、ステータ１２の第１ステータコア１３の端部に溶接により取り付けられる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。

　図５に示すように、取付部２０Ｂは、ステータ１２Ｂの第１ステータコア１３Ｂと同じ材料により形成してもよい。本変形例に係るソレノイドアクチュエータ１００Ｂの取付部２０Ｂと第１ステータコア１３Ｂとは、一体に成形されてなる単一部材６０Ｂである。取付部２０Ｂと第１ステータコア１３Ｂとが一体成形により単一部材６０Ｂとされるので、取付部２０と第１ステータコア１３とをそれぞれ別部材とする場合（上記実施形態）に比べて、部品点数を低減できる。

　取付部２０Ｂは、第１ステータコア１３Ｂに一体的に接続されているので、第１ステータコア１３Ｂ、筒状体１５、第２ステータコア１４Ｂを溶接する際、溶接部から熱が伝わる等、溶接工程Ｓ１２０における熱影響により取付部２０Ｂの温度が上昇する。このため、第１ステータコア１３Ｂと取付部２０Ｂとからなる単一部材６０Ｂの材料には、上述したような焼なまし軟化抵抗の高い材料を選択することが好ましい。また、上記変形例３で説明したように、溶接工程Ｓ１２０における熱影響を加味して、単一部材６０Ｂの材料の強度が、予め定めた基準引張強さσｓ以上となるように、単一部材６０Ｂの材料を熱処理する熱処理工程Ｓ１００を行ってもよい。これにより、単一部材６０Ｂの材料として、ＳＣ材等、廉価な炭素鋼材を用いることができるので、ソレノイドアクチュエータ１００のコストの低減を図ることができる。

　なお、第２ステータコア１４Ｂは、単一部材６０Ｂと同じ材料により形成してもよいし、単一部材６０Ｂとは異なる材料により形成してもよい。第２ステータコア１４Ｂを単一部材６０Ｂとは異なる材料により形成する場合、第２ステータコア１４Ｂの材料には、例えば、炭素（Ｃ）の含有量が１０質量％以下の鋼材や電磁軟鉄等の磁性材を採用することができる。これらの材料は、加工性に優れるためソレノイドアクチュエータ１００Ｂの製造コストの低減を図ることができる。また、プランジャ推力の向上を図ることもできる。

　（変形例５）
　また、上記実施形態では、取付部２０の材料がステータ１２の材料に比べて焼なまし軟化抵抗が高い材料からなる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。取付部２０の焼なまし後の強度が確保できれば、取付部２０の材料よりステータ１２の材料の方を焼なまし軟化抵抗が高い材料としてもよい。ただし、ステータ１２の材料を焼なまし軟化抵抗が高い材料とすると、例えば、電磁軟鉄と比べて磁性特性が悪くなる。このため、取付部２０を焼なまし軟化抵抗の高い材料とし、ステータ１２を炭素（Ｃ）の含有量が１０質量％以下の鋼材や電磁軟鉄等の磁性材とする方が好ましい。つまり、取付部２０は、ステータ１２の材料に比べて焼なまし軟化抵抗が高い材料とする方が好ましい。

　（変形例６）
　上記実施形態では、溶接工程Ｓ１２０において、取付部２０が８００℃以上の温度から平均冷却速度２００℃／ｓｅｃ以上で室温（２７℃程度）まで冷却される例について説明したが、本発明はこれに限定されない。溶接工程Ｓ１２０において、取付部２０の温度が８００℃以上まで上昇しない場合であっても、加温、冷却過程での硬度の低下を抑えることができる。平均冷却速度は、大きいほど硬度の低下を抑えることができる。

　（変形例７）
　上記実施形態では、ソレノイドアクチュエータ１００が駆動対象機器としてのバルブ装置１１０に取り付けられる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。ソレノイドアクチュエータ１００は、種々の駆動対象機器に取り付けて使用することができる。

　以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

　ソレノイドアクチュエータ１００，１００Ｂは、コイル１１に通電することで発生する磁力によってプランジャ１７を軸方向に移動させ、プランジャ１７の移動によってバルブ装置１１０のスプール３を駆動するソレノイドアクチュエータであって、プランジャ１７を収容するステータ１２，１２Ｂと、ステータ１２，１２Ｂの外周側に配置されるコイル１１を収容するヨーク１０と、ステータ１２，１２Ｂに接続されバルブ装置１１０のねじ孔２ｄに取り付けられる取付部２０，２０Ｂと、を備え、取付部２０，２０Ｂの外周は、ヨーク１０の外周よりも内側に配置される。

　この構成では、バルブ装置１１０に取り付けられる取付部２０の径方向寸法がヨーク１０の径方向寸法よりも小さく抑えられる。その結果、バルブ装置１１０に対するソレノイドアクチュエータ１００，１００Ｂの取り付け自由度を向上することができる。

　ソレノイドアクチュエータ１００，１００Ｂは、取付部２０，２０Ｂが、主成分である鉄に少なくともクロムが添加されてなる鋼材により形成される。

　ソレノイドアクチュエータ１００，１００Ｂは、鋼材が、ニッケルを０．４質量％以上含む。

　ソレノイドアクチュエータ１００，１００Ｂは、鋼材が、ニッケルを１．６質量％以上、モリブデンを０．１５質量％以上含む。

　ソレノイドアクチュエータ１００，１００Ｂは、取付部２０，２０Ｂが、８００℃以上の温度から室温まで冷却したときにロックウェル硬さが５５ＨＲＣ以上となる鋼材から形成される。

　ソレノイドアクチュエータ１００，１００Ｂは、取付部２０，２０Ｂが、８００℃以上の温度から室温まで冷却したときにロックウェル硬さの低下が１０ＨＲＣ以下となる機械的性質を有する材料から形成される。

　ソレノイドアクチュエータ１００は、取付部２０が、ステータ１２とは異なる材料であって、ステータ１２の材料に比べて焼なまし軟化抵抗が高い材料から形成される。

　これらの構成では、取付部２０，２０Ｂの材料として、例えば焼入れ焼戻し処理を施した鋼材を選択した場合に、溶接等により取付部２０，２０Ｂが高温に加熱された後、室温まで冷却することに起因して、取付部２０，２０Ｂの硬度が低下することを抑制できる。このため、ソレノイドアクチュエータ１００，１００Ｂのバルブ装置１１０に対する取り付け強度の低下を防止できる。

　ソレノイドアクチュエータ１００Ｂは、ステータ１２Ｂが、取付部２０Ｂと一体に成形されてなる第１ステータコア１３Ｂと、第１ステータコア１３Ｂに接続された第２ステータコア１４Ｂと、を有する。

　この構成では、取付部２０Ｂと第１ステータコア１３Ｂとが一体成形により単一部材６０Ｂとされるので、取付部２０と第１ステータコア１３とをそれぞれ別部材とする場合に比べて、部品点数を低減できる。

　ソレノイドアクチュエータ１００，１００Ｂの製造方法は、取付部２０，２０Ｂの材料の強度が、予め定めた所定強度（基準引張強さσｓ）以上となるように、取付部２０の材料を熱処理する熱処理工程と、取付部２０及びステータ１３，１３Ｂを溶接により接続することで筒状組立体４０を作製する溶接工程Ｓ２１０と、を含み、所定強度は、溶接工程Ｓ１２０での熱影響によって低下した取付部２０の材料の強度が、バルブ装置１１０に取り付けられるソレノイドアクチュエータ１００として必要な強度（必要引張強さσ０）以上となるように設定される。

　この構成では、取付部２０，２０Ｂの材料として、廉価な材料を用いることができるので、ソレノイドアクチュエータ１００，１００Ｂのコストの低減を図ることができる。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

　本願は２０１７年９月２５日に日本国特許庁に出願された特願２０１７－１８４１９３及び２０１８年６月１１日に日本国特許庁に出願された特願２０１８－１１１０９６に基づく優先権を主張し、これらの出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (9)

1. 　コイルに通電することで発生する磁力によってプランジャを軸方向に移動させ、前記プランジャの移動によって駆動対象機器の駆動部を駆動するソレノイドアクチュエータであって、
   　前記プランジャを収容するステータと、
   　前記ステータの外周側に配置される前記コイルを収容するヨークと、
   　前記ステータに接続され前記駆動対象機器のねじ孔に取り付けられる取付部と、を備え、
   　前記取付部の外周は、前記ヨークの外周よりも内側に配置される
   　ソレノイドアクチュエータ。
2. 　請求項１に記載のソレノイドアクチュエータにおいて、
   　前記取付部は、主成分である鉄に少なくともクロムが添加されてなる鋼材により形成される
   　ソレノイドアクチュエータ。
3. 　請求項２に記載のソレノイドアクチュエータにおいて、
   　前記鋼材は、ニッケルを０．４質量％以上含む
   　ソレノイドアクチュエータ。
4. 　請求項３に記載のソレノイドアクチュエータにおいて、
   　前記鋼材は、ニッケルを１．６質量％以上、モリブデンを０．１５質量％以上含む
   　ソレノイドアクチュエータ。
5. 　請求項１に記載のソレノイドアクチュエータにおいて、
   　前記取付部は、８００℃以上の温度から室温まで冷却したときにロックウェル硬さが５５ＨＲＣ以上となる鋼材から形成される
   　ソレノイドアクチュエータ。
6. 　請求項１に記載のソレノイドアクチュエータにおいて、
   　前記取付部は、８００℃以上の温度から室温まで冷却したときにロックウェル硬さの低下が１０ＨＲＣ以下となる機械的性質を有する材料から形成される
   　ソレノイドアクチュエータ。
7. 　請求項１に記載のソレノイドアクチュエータにおいて、
   　前記取付部は、前記ステータとは異なる材料であって、前記ステータの材料に比べて焼なまし軟化抵抗が高い材料から形成される
   　ソレノイドアクチュエータ。
8. 　請求項１に記載のソレノイドアクチュエータにおいて、
   　前記ステータは、
   　前記取付部と一体に成形されてなる第１ステータコアと、
   　前記第１ステータコアに接続された第２ステータコアと、を有する
   　ソレノイドアクチュエータ。
9. 　請求項１に記載のソレノイドアクチュエータを製造する方法であって、
   　前記取付部の材料の強度が、予め定めた所定強度以上となるように、前記取付部の材料を熱処理する熱処理工程と、
   　前記取付部及び前記ステータを溶接により接続することで筒状組立体を作製する溶接工程と、を含み、
   　前記所定強度は、前記溶接工程での熱影響によって低下した前記取付部の材料の強度が、前記駆動対象機器に取り付けられる前記ソレノイドアクチュエータとして必要な強度以上となるように設定される
   　ソレノイドアクチュエータの製造方法。

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