JP2008082527A

JP2008082527A - 電磁弁

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Publication number: JP2008082527A
Application number: JP2006266761A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Nakane; 浩幸中根
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-04-10

Abstract

【課題】摺動部の加工精度や組付精度管理が簡単で、一方向組付ができて生産性が高く、コスト高を抑えた小型高性能な電磁弁１の提供。
【解決手段】電磁弁１は、軸方向に貫通された筒部１０を備え、その一方側に組付けのためのフランジ部１７を有する第１コア部材１１と、この第１コア部材１１とは別体であって、筒部１０の一方側に同軸に収容されて、他方側に吸引面２２を備える筒部２０と、組付けのためのフランジ部１８を有する第２コア部材１２と、第１コア部材１１と第２コア部材１２との間に、所定の厚さを有し、一方側に組付けのためのフランジ部３１と他方側にプランジャ６を収容する筒部３２を有する非磁性部材３０を挟持し、非磁性部材３０の筒部３２に吸引面２２と対向してプランジャ６を往復移動自在に収容し、各フランジ部を一方側から順次包囲して、スリーブ８のフランジ部８ａとかしめ結合するヨーク１６とからなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ソレノイドからの磁力により弁体が駆動される電磁弁に関する。

従来より、ソレノイドからの磁力により弁体が駆動される電磁弁を用いて、流路の切替えや開閉が行われたり、流体（作動油）を所定の流量や圧力に制御したりしている。この電磁弁は、例えば自動車用自動変速機の油圧制御装置に供給する作動油の油圧の制御や、内燃機関のカムシャフトの進角位相を油圧によって可変するバルブ可変タイミング装置等に用いられている。

〔第１の従来技術〕
従来の電磁弁１００は、例えば図３に示すように、複数の油路（ポート）１０７を備えたスリーブ１１１に収容されてポート１０７の開閉を行う弁体（スプール）１１０と、このスプール１１０を他方側に付勢するスプリング１１９からなる弁体部１２０と、その他方側に配置されるとともに、ソレノイド１０１から磁力を受けて軸方向一方側へ変位することができる可動子（プランジャ）１０２と、プランジャ１０２を摺動自在に収容するプランジャ収容部１０３を備えた固定コア（コアステータ）１０４とソレノイド１０１を内部に収容するヨーク１１４との間に磁気回路を構成して、スプール１１０を一方側へ駆動する駆動部１０５とからなる。

プランジャ収容部１０３の軸方向一方側には、プランジャ１０２とスプール１１０とを連動させるシャフト１０６を摺動自在に支持する軸受部１１２が形成される。軸受部１１２の他端面は吸引面１０８が形成され、ソレノイド１０１の内周側においてプランジャ１０２の一方側端面１０９との間に磁気回路が構成される。プランジャ１０２の一方側端面１０９と軸受部１１２の吸引面１０８とは対向して有限の間隙を有して配置されるので、ソレノイド１０１からの磁力による吸引力を高め、かつ、プランジャ１０２の変位量にかかわらず略一定の値に維持することができる。この結果、スプール１１０の変位による油圧等の制御性能を安定させることができる（例えば、特許文献１参照）。

流路の切替えや作動油の油圧制御が確実、かつ安定して実施できるためには、プランジャ収容部１０３の内周面は、プランジャ１０２が精密に変位できるように、できるだけ高精度に加工される必要がある。しかし、内周面の先端には軸受部１１２の吸引面１０８が形成されるため、吸引面１０８近傍の内周面に、例えばバニッシュ加工のような高精度な加工を施すことが困難であり、内周面の加工精度を上げることができない。従って、プランジャ収容部１０３と軸受部１１２を一体に構成するのではなく、プランジャ収容部１０３を有する第１コア部材１０４Ａと、第１コア部材１０４Ａとは別体であって、プランジャ収容部１０３の一方側に固定されて軸受部１１２を構成する第２コア部材１０４Ｂとの嵌合により、コアステータ１０４を形成させている（特許文献２参照）。

これにより、第１コア部材１０４Ａに第２コア部材１０４Ｂを嵌合固定する前に、プランジャ収容部１０３の内周面にバニッシュ加工等の高精度の加工を施すことができ、プランジャ１０２の精密な変位が可能となる。さらに、第２コア部材１０４Ｂの吸引面１０８とプランジャ１０２の一方側端面１０９とをソレノイド１０１の内周側で対向させることができるので、プランジャ１０２とコアステータ１０４との間の磁力による吸引力を高め、かつ、プランジャ１０２の変位量にかかわらず略一定の値にすることができ、安定した制御性能を確保できる。

また、第１コア部材１０４Ａと第２コア部材１０４Ｂとが別体になることにより、第２コア部材１０４Ｂの単体にて、シャフト１０６を摺動自在に支持する軸受部１１２の摺動面への硬化処理や、外周面に呼吸孔１１３の溝を付設することは容易にできるので、呼吸孔１１３を設ける加工の煩雑さを低減して、加工効率を向上させることができる。

このように、第１の従来技術には上記するような特徴のある効果を有しているものの、しかし、第１コア部材１０４Ａと第２コア部材１０４Ｂとを別体にして、互いに精密仕上げを施し嵌合固定することによってコアステータ１０４を形成しているので、部品点数が増えるとともに精度管理の煩わしさと嵌合組付けの工数アップが生産性を低下させてコスト高となる懸念があった。

〔第２の従来技術〕
プランジャ１０２とコアステータ１０４との間の磁力による吸引力を高め、かつ、プランジャ１０２の変位量にかかわらず略一定の値にすることができ、安定した制御性能を確保できる小型化可能な電磁弁では、プランジャ収容部１０３の内周側とプランジャ１０２の外周側との間に径方向に形成される間隙（サイドギャップという）が、プランジャ１０２が往復移動するときプランジャ収容部１０３に対し偏心すると、局所的に小さくなるところが発生し、プランジャ１０２をプランジャ収容部１０３の径方向に吸引される力（サイドフォースという）が大きくなり、プランジャ１０２とプランジャ収容部１０３との間に生じる摺動抵抗が大きくなる。

そして、ソレノイド１０１に供給する電流値を増加させると磁力が増え、サイドフォースが大きくなり、摺動抵抗も大きくなる。従って、ソレノイド１０１に供給する電流の増減方向において、電流値に対しプランジャ１０２の往復移動位置のヒステリシスが大きくなる。ヒステリシスが大きい電磁弁を油圧制御装置などに用いると、同じ電流値に対し、電流の増加方向と減少方向において作動油の流量または油圧が異なる、つまり油圧を高精度に制御できないという問題が生じる。

このため、ソレノイド１０１に供給する電流値に対しプランジャ１０２の往復移動位置のヒステリシスが小さく小型化可能な電磁弁として、プランジャ収容部１０３の内周側およびプランジャ１０２の外周側にそれぞれ非磁性材の樹脂コーティングあるいはニッケル・リン（ＮｉＰ）めっき等を被覆して、プランジャ１０２のプランジャ収容部１０３に対する偏心率を２０％以上、６０％以下に抑え、さらに、ソレノイド１０１に供給する電流値が増加し、最大電流値の略５０％になると吸引面１０８が磁気飽和するような構造の電磁弁が開示されている（特許文献３参照）。

特許文献３に開示される電磁弁は、自動車用自動変速機の油圧制御装置に供給する作動油の油圧の制御に適用される例が示されている。特許文献３に開示される電磁弁においても、電流を供給することにより磁気吸引力を発生するソレノイド１０１等磁気回路とプランジャ１０２とともにスプール１１０が往復移動することにより、作動油の油圧を制御するスプール型油圧制御弁であることは、第１の従来技術で述べた電磁弁と構成・作用は変わるところはない。従って、第１の従来例と実質的に同一構成部分に同一符号を付して、構成の詳細な説明は省略する。

このような電磁弁では、ソレノイド１０１に供給する電流値が最大電流値の５０％以上に増加しても、サイドフォースが増加することを抑制しているので、プランジャ収容部１０３に対しプランジャ１０２が偏心しても、サイドフォースの上限値を低減し、プランジャ収容部１０３とプランジャ１０２との間に働く摺動抵抗の上限値を低減でき、従って、ソレノイド１０１に供給する電流の増減方向において、同じ電流値におけるプランジャ１０２およびスプール１１０の往復移動位置、つまり油圧の値の差が小さく、ヒステリシスが小さくなる。従って、電流値を調整することにより精度よく油圧を制御することが可能となる。

このように、第２の従来技術には上記するような特徴のある効果を有しているものの、しかし、偏心率を２０％以上、６０％以下に抑えるには、プランジャ収容部１０３の内周側とプランジャ１０２の外周側との磁気ギャップを１００μｍとしたときに、プランジャ収容部１０３の内周側およびプランジャ１０２の外周側のそれぞれの非磁性層の厚みの和が４０μｍ以上、８０μｍ以下に抑えることが必要となり、非磁性層を樹脂コーティングあるいはＮｉＰめっき等で加工するには、加工厚みが過大であり、加工処理時間が長くなって生産性が低下するとともに、高価な材料使用量も増えてコスト高となる懸念があった。

〔第３の従来技術〕
上記するように、第２の従来技術として特許文献３に開示された電磁弁は、プランジャ１０２のプランジャ収容部１０３に対する偏心率を２０％以上、６０％以下に抑え、さらに、ソレノイド１０１に供給する電流値が増加し、最大電流値の略５０％になると吸引面１０８が磁気飽和するような構造の電磁弁である。しかし、ここで磁気飽和特性と偏心率６０％以下抑制特性は同時成立する必要はなく、磁気飽和特性と偏心率６０％以下抑制特性のいずれか一方だけを実現してもよく、また、プランジャ収容部１０３およびプランジャ１０２の好ましくは両方に非磁性層を加工しているが、一方だけに４０μｍ以上、８０μｍ以下の非磁性層を加工してもよい。

これにより、第２の従来技術として、特許文献３に開示された電磁弁の非磁性層の加工厚みが過大ゆえの生産性の低下の懸念を、非磁性材のＳＵＳカップの採用によって解消した電磁弁が開示されている（特許文献４参照）。ここで、ＳＵＳカップとは、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の非磁性材で形成され、筒部としての有底円筒部、および連結部としてのフランジ部を有してカップ状に形成された非磁性部材である。

特許文献４に開示される電磁弁は、内燃機関のバルブ可変タイミング装置の油圧制御弁に適用される例が示されている。特許文献４に開示される電磁弁においても、電流を供給することにより磁気吸引力を発生するソレノイド１０１等磁気回路とプランジャ１０２とともにスプール１１０が往復移動することにより、作動油の流路の切替えや流量の調整をするスプール型油圧制御弁であることは、第１、２の従来技術で述べた電磁弁と構成・作用は変わるところはない。従って、第１の従来例と実質的に同一構成部分に同一符号を付して、構成の詳細な説明は省略する。

ただ、異なるのは、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の非磁性材で形成されたＳＵＳカップ状の非磁性部材が、コアステータ１０４の内側に配置されている。非磁性部材はスリーブ１１１の他方端（フランジ部）開口部を覆い、有底円筒部の底部側はプランジャ１０２の往復移動方向の一方側を覆っている。さらに、有底円筒部はコアステータ１０４の吸引面１０８を覆っている。非磁性部材のフランジ部はコアステータ１０４のフランジ部とスリーブ１１１のフランジ部との間に挟持されており、ヨーク１１４の締結手段としてのかしめ加工によって、それぞれのフランジ部は液密的に連結されて電磁弁が形成されている。

そして、ソレノイド１０１に電流が供給されると、付勢手段の付勢力に抗して、プランジャ１０２が一方側、つまり吸引面１０８に向けて吸引される。一方、プランジャ１０２とシャフト１０６を介して軸方向に連動するスプール１１０は、同様にスリーブ１１１内を移動して、ポート１０７の連通、および遮断を生じて、作動油の流れの切替えを実行する。

スプール１１０の位置は、プランジャ１０２に働く磁気吸引力と付勢手段の付勢力との釣合いにより決定される。ソレノイド１０１に供給する電流値と発生する磁力とは比例するので、ソレノイド１０１に供給する電流値を制御することにより、スプール１１０の位置を線形制御できる。これにより、制御装置への供給または排出する作動油量はスプール１１０の位置、つまり電流値によって簡単に、精度よく制御される。また、このとき、プランジャ１０２側に漏れてきた作動油は、非磁性部材によって非磁性部材の外側、例えばソレノイド１０１側に漏れることを防止する。また、同時に所定の厚みを有する非磁性部材によって適正なサイドギャップが維持され、プランジャ１０２に作用するサイドフォースが低下するので、プランジャ１０２もスプール１１０も精度よく移動でき、安定した流量制御が可能となる。

しかし、ＳＵＳカップ状の非磁性部材がその有底円筒部の内側にプランジャ１０２を収容し、外側にコアステータ１０４の吸引面１０８を覆い、所定のサイドギャップを呈してプランジャ１０２の往復移動を実現しているが、第１の従来技術で説明した吸引力を増加させるための対向した吸引面１０８の設定が困難なことがある。そのため、特許文献４には、段付ＳＵＳカップ状の非磁性部材を採用して、段付ＳＵＳカップの小径円筒部の内側にプランジャ１０２を収容し、外側にはヨーク１１４の内筒を覆い、また、段付ＳＵＳカップの大径円筒部の内側にコアステータ１０４の円筒部を収容し、コアステータ１０４の円筒部の一方端はフランジ部を、他方端には吸引力を増加させるための吸引面１０８を備えて配置される例が示されている。そして、段付ＳＵＳカップの大径円筒部の外側には樹脂でモールド成形されたソレノイド１０１を覆い、そのソレノイド１０１を二重筒状に形成されるヨーク１１４の外筒にて収容される電磁弁が開示されている。

この電磁弁では、段付ＳＵＳカップ状の非磁性部材の大径円筒部がハウジングとしてのスリーブ１１１のフランジ部の開口部を覆い、また、段付ＳＵＳカップ状のフランジ部がスリーブ１１１のフランジ部とかしめにより連結されている。従って、プランジャ１０２側に漏れてきた作動油がカップ状部材の外側、例えばソレノイド１０１側に漏れることを防止できる。さらに、プランジャ１０２が段付ＳＵＳカップ状の非磁性部材に直接支持されているので、プランジャ１０２の芯ずれが発生せず、従来技術のように芯ずれを吸収するために間隙を大きくする必要がないので、磁気回路つまり駆動部１０５を小型化できる。さらに、ヨーク１１４の内筒とプランジャ１０２との間に形成されるサイドギャップを小さくできるので、小型化しても磁気吸引力が低下しないという特徴がある。

このように、第３の従来技術には上記するような特徴のある効果を有しているものの、しかし、プランジャ１０２はカップ状部材を介してヨーク１１４の内筒に収容するため、ヨーク１１４は内筒と外筒を有する二重筒構造が必要となり、内筒および外筒の同軸度を確保するには大規模なプレス設備等による精密製造が必要でコスト高となる懸念がある。また、電磁弁の組付けにおいても、円環状のソレノイド１０１を二重筒構造のヨーク１１４の外筒と内筒の間に挿入し、さらに挿入したソレノイド１０１の内周面とヨーク１１４の内筒の内周面に同時に嵌入する段付ＳＵＳキャップの形状精度の管理が必要となり、段付き構造の形状複雑化とともにコスト高となる懸念がある。加えて、一方向組付けが難しく、組付け生産性の低下の懸念がある。
特開２００１−２２７６６９号公報特開２００５−２１４２３６号公報特開２００２−２２２７１０号公報特開２００１−１８７９７９号公報

本発明は、上記複数の従来技術がもつ問題点に鑑みてなされたもので、摺動部の加工精度や組付精度管理が簡単で、一方向組付ができて生産性が高く、コスト高を抑えた小型高性能な電磁弁の提供を目的とする。

〔請求項１の手段〕
請求項１の手段を採用する電磁弁では、プランジャと磁気回路を形成するコアステータであって、軸方向に貫通された筒部を備え、筒部の一方側に、スリーブの他方端とかしめ固定されるフランジ部を有する第１コア部材と、第１コア部材とは別体であって、第１コア部材の筒部の一方側に同軸に収容される筒部を有し、筒部の他方側にプランジャを吸引する吸引面を備え、一方側にスリーブの他方端とかしめ固定されるフランジ部を有する第２コア部材と、第１コア部材と第２コア部材との間に配設され、所定の厚さを有し、一方側に組付けのためのフランジ部と、他方側に第１コア部材の筒部に収容される筒部を有し、筒部の他方側に所定の間隙を有してプランジャを往復移動自在に収容し、一方側は第２コア部材の筒部の吸引面をプランジャと対向するように配置する非磁性部材と、ソレノイドを収容し、各フランジ部を一方側から順次包囲して、スリーブの他方側端部とかしめ結合をするヨークと、からなることを特徴としている。

これにより、第１、および第２コア部材に分割し、第１コア部材の内側に第２コア部材を同軸に挿着できるので、第２コア部材の他方端である吸引面を第１コア部材に往復移動可能に収容されるプランジャの一方端に対向して配置することが容易となって、プランジャとコアステータとの間の磁力による吸引力を高め、かつ、プランジャの変位量にかかわらず略一定の値にすることができ、安定した制御性能を確保するとともに、小型高性能な電磁弁が可能となる。

また、第１コア部材の内周と第２コア部材の外周との間に、所定の厚みを有した非磁性部材を挟持し、非磁性部材の内周側にプランジャを往復移動自在に収容するので、プランジャとコアステータとの間の磁気ギャップは非磁性部材の厚さまで小さくすることができ、プランジャの吸引力を容易に増加できる。これにより、小型高性能な電磁弁が実現できる。また、非磁性部材の厚みを薄くすることによってもプランジャのコアステータに対する偏心率を２０％以上、６０％以下に抑制することが、従来のように大量の樹脂コーティングやＮｉＰめっきを加工することなく実現できるので、容易にヒステリシスの発生を低下させることができる。これにより、電流値の増減による線形制御性能を向上するとともに、生産性が向上し、コスト高を抑えた小型高性能な電磁弁が実現できる。

さらに、第１および第２コア部材ならびに非磁性部材は、それぞれ一方側にフランジ部を有しており、一方側から順次包囲するヨークによるかしめ結合により密着固定される構造であるので、加工精度や組付精度管理が簡単となり、一方向同軸組付けが可能となり、生産性が向上してコスト高が抑制できる。

〔請求項２の手段〕
請求項２の手段を採用する電磁弁では、往復移動する摺動面に非磁性材の被覆部を備えたプランジャと、プランジャとともに連動して往復移動し、スリーブに収容されて、スリーブの流路を開閉することにより流体の流量または圧力を制御するスプールと、往復移動方向の他方側にプランジャを付勢する付勢手段と、往復移動方向の一方側にプランジャを吸引する磁力を発生するソレノイドと、プランジャと磁気回路を形成するコアステータであって、プランジャの外周側面を覆う筒部と、スリーブの他方端にかしめ固定されるフランジ部、ならびに筒部との間にプランジャの往復移動方向に所定の間隙を有する第１コア部材と、往復移動方向の他方側にプランジャを吸引する吸引面を有し、第１コア部材の筒部に同軸に収容され、スリーブの他方端にかしめ固定されるフランジ部を有する第２コア部材と、プランジャを第１コア部材の筒部の他方側に、第２コア部材の筒部の他方側の吸引面と対向させて、往復移動自在に収容し、ソレノイドを収容し、各フランジ部を一方側から順次包囲して、スリーブの他方側端部とかしめ結合をするヨークと、からなることを特徴としている。

これによれば、請求項１の手段を採用する電磁弁との違いは、非磁性部材のコアステータ内への配設の有無だけとなり、非磁性部材を配置して好適なサイドギャップを設定することは、プランジャに所定の厚みの非磁性材の被覆部を設けることによって略実現されるので、請求項１と同様な作用・効果が得られ、特に、組付け部品点数が削減でき、組付工数が低減できて生産性が向上し、コスト高を抑えた小型高性能な電磁弁が実現できる。

この発明の最良の実施形態は、軸方向に貫通された筒部を備え、その一方側に組付けのためのフランジ部を有する第１コア部材と、この第１コア部材とは別体であって、第１コア部材の筒部の一方側に同軸に収容される筒部を備え、第１コア部材のフランジ部と密着して固定されるフランジ部を有する第２コア部材と、第１コア部材と第２コア部材との間に、所定の厚さを有し、第１コア部材の筒部に収容され、一方側に組付けのためのフランジ部と他方側にプランジャを収容する筒部を有する非磁性部材を挟持し、第１コア部材の筒部の外側に配置されてプランジャと第２コア部材の他方側吸引面との間に磁力を発生させるソレノイドと、このソレノイドを収容し、各フランジ部を一方側から順次包囲、密着して、スリーブの他方側端部とかしめ結合するヨークと、プランジャの駆動をシャフトを介して連動して軸方向に変位するスプールと、からなる電磁弁である。

〔実施例１の構成〕
実施例１の電磁弁を図１に基づいて説明する。図１は、本実施例における電磁弁の軸方向断面図である。電磁弁１は、ソレノイド２からの磁力によってスプール３を駆動することによって流路の開閉や、作動油の流量や圧力の調整を行う。この電磁弁１は例えば、自動車用自動変速機の油圧制御装置における油圧の制御に用いられる。

電磁弁１は、図１に示すように、流路の開閉を図るスプール３が収容された弁体部４と、その他方側に配置されるとともに、ソレノイド２からの磁力を用いてスプール３を駆動する駆動部５とからなる。なお、本実施例の棒状の形状を有する電磁弁１において、軸方向の弁体部４側を一方側と称し、駆動部５側を他方側と称して、以下軸方向の位置関係はこれに従うものとする。

弁体部４は、後記するプランジャ６と連動して軸方向に変位する異径段差構造のスプール３と、スプール３を軸方向へ摺動自在に収容するとともに、作動油の流入口または流出口であるポート７が形成されたスリーブ８と、スプール３を他方側へ付勢するスプリング９とを備えている。

駆動部５は、固定子としてのヨーク１６とコアステータ１５と円筒状ボビンにコイルを巻回して樹脂でモールド成形したソレノイド２および非磁性部材３０と、可動子としてのプランジャ６を有している。
ヨーク１６とコアステータ１５およびプランジャ６は、通電によりソレノイド２に励磁された磁束を流す（循環する）磁気回路を構成し、磁性材で作られる。

ヨーク１６は、一方側が開口し、他方側が有底の筒型の中空筒体で、その一方側の開口筒部には後記するコアステータ１５および非磁性部材３０を包囲してスリーブ８にかしめ結合するための肉盗みがされたかしめ部１６ａを備えている。また、他方側の有底筒部には段差を設けて径小の筒状部を形成し、コアステータ１５の筒部１０と嵌着されて、磁気回路としてのコアリング１６ｂを兼ねている。

コアステータ１５は、２つのコア部材から構成され、軸方向に貫通された筒部１０を備え、その一方側に組付けのためのフランジ部１７を有する第１コア部材１１と、第１コア部材１１とは別体であって、第１コア部材１１の筒部１０の一方側の内周に同軸に収容される筒部２０とフランジ部１７と密着して固定されるフランジ部１８を有する第２コア部材１２とからなる。

第１コア部材１１の筒部１０には、プランジャ６を往復移動自在に収容するプランジャ収容部１４と、プランジャ６を往復移動方向の一方側に吸引する大きな力を発生するためにプランジャ６に磁束を流し、プランジャ収容部１４には磁束を流れにくくする磁気抵抗部としての薄肉部１９が形成されている。ここで、薄肉部１９の余肉厚さは十分磁気抵抗が大きくなるよう薄く設定されるが、本実施例では後記するように、ソレノイド２に供給する最大電流値の略５０％になると第２コア部材１２に設けられた吸引面２２が磁束飽和するように形状が設定されることを考慮して、余肉厚さが決められている。

第２コア部材１２は、同様に、軸方向に貫通された筒部２０を備え、筒部２０の外周側は第１コア部材１１の内周に同軸に嵌着可能な筒状であり、内周側にはシャフト１３を往復移動自在に収容する軸受部２１と、その軸方向他方側にはプランジャ６を往復移動方向の一方側に吸引する力を発生するための吸引面２２が形成されている。第２コア部材１２は、第１コア部材１１と同軸に嵌着してコアステータ１５を構成したとき、丁度、吸引面２２が第１コア部材１１の薄肉部１９の設定位置に達するよう長さが決められ、また、後記するように、ソレノイド２に供給する最大電流値の略５０％になると吸引面２２が磁束飽和するように筒部２０の他方側端部が軸心に向かってテーパ状に加工調整されている。

また、第２コア部材１２の筒部２０の軸受部２１は、シャフト１３を軸方向へ摺動自在に支持するとともに、軸受部２１とシャフト１３との摺動面には有限の隙間が形成され、プランジャ６の変位に伴う空気もしくは作動油の連通を確保している。

さらに、本実施例では、ステンレス鋼等の非磁性材で形成され、所定の厚さを有した非磁性部材３０が第１コア部材１１と第２コア部材１２との間に配設されている。非磁性部材３０は、軸方向に貫通された筒部３２を備え、その一方側に組付けのためのフランジ部３１を有している。筒部３２は第１コア部材１１の内周に嵌着して第１コア部材１１の内周面の略全領域を覆う長さを有している。そして、筒部３２の内周面の軸方向他方側には、第１コア部材１１のプランジャ収容部１４に相当する領域（部位）に滑らかで精度あるプランジャ収容部３４を備えている。そして、プランジャ収容部３４に所定の間隙を有してプランジャ６を往復移動自在に収容できるようになっている。また、筒部３２の軸方向一方側は第２コア部材１２の筒部２０全域を覆って嵌着している。

また、非磁性部材３０は非磁性材による成形やプレスによるフランジ部３１と筒部３２の一体成形が可能で、筒部３２の肉厚の設定自由度は高く、加えて寸法精度も良好である。非磁性部材３０の筒部３２を形成する非磁性材の厚みは、プランジャ収容部３４に収容されるプランジャ６とコアステータ１５との径方向の磁気ギャップを決定する。磁気ギャップを小さくすることは、筒部３２の厚さを薄くすることにより簡単にできるので、プランジャ６の吸引力を容易に増加できる。

また、後記するプランジャ６の外周側面に摺動抵抗低減のために被覆する非磁性材のコーティングまたはＮｉＰめっき等の加工厚さを考慮しても、プランジャ６のコアステータ１５に対する偏心率が２０％以上、６０％以下に設定でき、これにより、プランジャ６がプランジャ収容部３４に対し偏心しにくくなる。従って、偏心によりサイドギャップが小さくなって、径方向に流れる磁束が増加してサイドフォースが増加し、摺動抵抗が増えてプランジャ６が滑らかに摺動しなくなることを防止する。

また、一方、供給する電流値が最大電流値の略５０％を超えて増加しても、プランジャ６およびプランジャ収容部１４の磁束密度は一様に増加して、最大電流値まで磁気飽和することがないように構成されている。従って、ソレノイド２に通電する電流値が増え、略５０％までは電流値が増加し各部位の磁束密度も増加して吸引力が増す。しかし、電流値は略５０％と低いのでサイドフォースは大きくはない。そして、電流値が略５０％を超えると、プランジャ６およびプランジャ収容部１４の磁束密度は増加可能であるので、プランジャ収容部１４に対してプランジャ６が偏心しても、プランジャ収容部１４とプランジャ６との間を径方向に流れる磁束の増加量が減少する。これにより、局所的にサイドフォースが増加することを抑制する。

つまり、サイドフォースによるプランジャ６の摺動抵抗の大小が生じると、電流値の増減方向において、同じ電流値に対してプランジャ６の往復移動位置が異なるという所謂ヒステリシスが生じ、油圧を高精度に制御できなくなる。本実施例の電磁弁１では、このヒステリシスを減少させ、高精度な油圧制御を可能としている。また、所定の厚みを有する非磁性部材３０、または挿着後のコアステータ１５は、加工精度や組付精度管理が簡単となり、また、第２コア部材１２と同様に一方向組付けが簡単、かつ、確実に実施でき、小さく、均一な磁気ギャップを維持するには良好な構造部材といえる。

プランジャ６は、第１コア部材１１に同軸に挿着された非磁性部材３０の筒部３２に形成されるプランジャ収容部３４に、所定の間隙を有して往復移動可能に配置される柱状部材である。非磁性部材３０の筒部３２の内周面は滑らかな、かつ、精度よい摺動面を形成しているが、さらに、好適には、プランジャ６の往復移動に伴う摺動抵抗を低減するために、プランジャ６の外周側面に樹脂材料のコーティング処理や、あるいはＮｉＰめっき等で高硬度に被覆されることがあり、また、プランジャ６の両端面にも被覆されて使用されることがある。なお、プランジャ６の被覆厚さは、プランジャ６とコアステータ１５との磁気ギャップをその厚さ分だけ大きくするので、吸引力を低下させることとなり、このためにプランジャ６の被覆厚さは極力薄く設定されることが望ましく、非磁性層の薄膜化に有効となる。また、プランジャ６の外周面または内部に、プランジャ６の往復移動方向の両空間を連通する呼吸孔２３が形成され、プランジャ６の迅速かつ円滑な往復移動を可能なものとしている。

また、プランジャ６の軸方向一方側端面は軸方向と直角であり、第２コア部材１２の他方側端面に形成される吸引面２２と対向して均一な間隙を形成し、大きな吸引力と、プランジャ６の変位にかかわらず略一様な吸引力が生じるようになっている。なお、プランジャ６の摺動抵抗低減のための外周側面の被覆厚さは、上記したようにプランジャ６の偏心率に影響を与えるが、非磁性部材３０の筒部３２の厚さの設定自由度が高いので、プランジャ６の外周面には十分に薄い被覆厚さによっても偏心率条件を満たす（成立）ことが可能となる。

そして、ソレノイド２、コアステータ１５などはヨーク１６により包囲されて収容されている。ヨーク１６の一方側のかしめ部１６ａは、第１コア部材１１のフランジ部１７と第２コア部材１２のフランジ部１８および非磁性部材３０のフランジ部３１の外周を一方側から順次包囲して、スリーブ８のフランジ部８ａとともにかしめ結合されることにより、互いのフランジ部を密着させて液密を維持して弁体部４と駆動部５とを連結している。

〔実施例１の作用〕
ソレノイド２が通電されるとコイルを励磁することで磁束が発生する。発生した磁束は、コアステータ１５とプランジャ６およびヨーク１６の磁路を循環して流れる。しかし、第１コア部材１１の薄肉部１９においては磁気抵抗が大きく、磁束は第２コア部材１２の吸引面２２からプランジャ６に流れ込むこととなる。このとき吸引面２２とプランジャ６の一方側端面６ａとの間の間隙に磁気吸引力が発生する。この磁気吸引力はプランジャ６の一方側に作用し、プランジャ６はスプール３を付勢手段であるスプリング９の付勢力に抗して移動し、スプール３がシャフト１３を介してプランジャ６と連動して一方側に移動する。

スプール３の移動によって、スプール３はスリーブ８の各ポート７をそれぞれ遮断または連通させ、あるいは開閉割合を変えて、作動油の流入および流出量、つまり、流量もしくは圧力を制御する。

そして、通電がオフされると、磁束が消滅し、プランジャ６に作用する磁気吸引力がなくなって、スプール３とプランジャ６は弁体部４の付勢手段であるスプリング９の付勢力によって、初期位置まで押し戻され停止することとなる。

以上より、主に吸引力と付勢力の均衡によりプランジャ６の変位は略決まる。吸引力は電流値の増加に比例するので、所望の流量もしくは圧力の設定には、ソレノイド２の印加電流の線形制御で簡単に、かつ、迅速に設定できる。このとき、プランジャ６は滑らかで均一な厚みのプランジャ収容部３４内を大きなサイドフォースを生じることなく精度よく移動できる。この結果、正確に、安定して、応答性の高い流量もしくは圧力の設定が可能となる。

〔実施例１の効果〕
本実施例では、プランジャと磁気回路を形成するコアステータであって、軸方向に貫通された筒部を備え、筒部の一方側に、スリーブの他方端とかしめ固定されるフランジ部を有する第１コア部材と、第１コア部材とは別体であって、第１コア部材の筒部の一方側に同軸に収容される筒部を有し、筒部の他方側にプランジャを吸引する吸引面を備え、一方側にスリーブの他方端とかしめ固定されるフランジ部を有する第２コア部材と、第１コア部材と第２コア部材との間に配設され、所定の厚さを有し、一方側に組付けのためのフランジ部と、他方側に第１コア部材の筒部に収容される筒部を有し、筒部の他方側に所定の間隙を有してプランジャを往復移動自在に収容し、一方側は第２コア部材の筒部の吸引面をプランジャと対向するように配置する非磁性部材と、ソレノイドを収容し、各フランジ部を一方側から順次包囲して、スリーブの他方側端部とかしめ結合をするヨークと、からなる電磁弁を構成している。

また、第１コア部材の内周と第２コア部材の外周との間に、所定の厚みを有した非磁性部材を挟持し、非磁性部材の内周側にプランジャを往復移動自在に収容するので、プランジャとコアステータとの間の磁気ギャップは非磁性部材の厚さまで小さくすることができ、プランジャの吸引力を容易に増加できる。これにより、小型高性能な電磁弁が実現できる。また、非磁性部材の厚みを薄くすることによってもプランジャのコアステータに対する偏心率を２０％以上、６０％以下に抑制することが、従来のように大量の樹脂コーティングやＮｉＰめっきを加工することなく実現できるので、容易にヒステリシスの発生を低下させることができる。これにより、電流値の増減による線形制御性能を向上させるとともに、生産性が向上し、コスト高を抑えた小型高性能な電磁弁が実現できる。

さらに、第１および第２コア部材ならびに非磁性部材は、それぞれ別体で各筒部の内周面の精密仕上げや、吸引面のテーパ仕上げ、および表面処理等が単体にて加工でき、また、組付けは、各フランジ部を一方側から順次包囲するヨークによるかしめ結合により密着固定される構造であるので、単体での加工効率が向上するとともに、加工精度や組付精度管理が簡単となり、また、一方向同軸組付けが可能となり、生産性が向上してコスト高が抑制できる。

〔実施例２の構成〕
本発明の実施例２を図２に示す。図２は、実施例２における電磁弁の軸方向断面図である。実施例１と実質的に同一構成部分に同一符号を付して、詳細な説明は省略する。

実施例１では、プランジャ６と磁気回路を構成するコアステータ１５を、第１コア部材１１と第２コア部材１２の２つに分けて、互いに組付けのためのフランジ部１７、１８を備え、第２コア部材１２の筒部２０を、第１コア部材１１の筒部１０の内周側に同軸に挿着し、第１コア部材１１と第２コア部材１２との間に所定の厚みを有する非磁性部材３０を挟持し、非磁性部材３０の筒部他方側に備えられるプランジャ収容部３４にプランジャ６を往復移動自在に収容し、第２コア部材１２の筒部他方側端面に形成された吸引面２２と対向して、軸方向並びに径方向に所定の磁気ギャップを設けて配置していた。

しかし、これに限ることなく、本実施例では、プランジャ６とコアステータ１５との間の所定の径方向の磁気ギャップを、単にプランジャ６の外周側面での非磁性材による被覆部６ｂの厚さによって確保し、非磁性部材３０の採用を止めたことを特徴とする電磁弁である。本実施例が実施例１と異なるのは主にこのことのみで、他の構成は大きく変わるところはない。

図２に示すように、コアステータ１５は、２つのコア部材から構成され、軸方向に貫通された筒部１０を備え、その一方側に組付けのためのフランジ部１７を有する第１コア部材１１と、第１コア部材１１とは別体であって、第１コア部材１１の筒部１０の一方側の内周に同軸に収容される筒部２０とフランジ部１７と密着して固定されるフランジ部１８を有する第２コア部材１２とからなる。

第１コア部材１１の筒部１０には、所定の間隙を有してプランジャ６を往復移動自在に収容するプランジャ収容部１４と、プランジャ６を往復移動方向の一方側に吸引する大きな力を発生するために、プランジャ収容部１４への磁束の流れを低減する磁気抵抗部としての薄肉部１９が形成されている。

第２コア部材１２は、同様に、軸方向に貫通された筒部２０を備え、筒部２０の外周側は第１コア部材１１の内周に同軸に嵌着可能な筒状であり、内周側にはシャフト１３を往復移動自在に収容する軸受部２１と、その軸方向他方側にはプランジャ６を往復移動方向の一方側に吸引する力を発生するための吸引面２２が形成されている。第２コア部材１２は、第１コア部材１１と同軸に嵌着してコアステータ１５を構成したとき、丁度、吸引面２２が第１コア部材１１の薄肉部１９の設定位置に達するよう長さが決められ、また、ソレノイド２に供給する最大電流値の略５０％になると吸引面２２が磁束飽和するように筒部２０の他方側端部が軸心に向かってテーパ状に加工調整されている。

プランジャ６は、第１コア部材１１の筒部１０の他方側に形成されたプランジャ収容部１４に所定の間隙を有して往復移動可能に配置される柱状部材である。プランジャ収容部１４の内周面と摺動するプランジャ６の外周面は、所定の径方向の磁気ギャップを形成するための、また、摺動抵抗の低減を図るための樹脂材料のコーティング処理や、あるいはＮｉＰめっき等で、均一の厚さに被覆されている。この被覆厚さは、プランジャ収容部１４にプランジャ６を所定の間隙を有して配置する間隙との和によって磁気ギャップを決定し、また、被覆厚さの設定自由度は高いので、プランジャ６のプランジャ収容部１４に対する偏心率を２０％以上、６０％以下に抑制することは容易であり、また、適正なサイドギャップを構成することも容易である。

なお、プランジャ６の外周面の被覆は、樹脂材料のコーティング処理や、あるいはＮｉＰめっき等に限ることなく、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の非磁性材で形成されたＳＵＳカップで被覆されてもよく、あるいは非磁性材で四角形状に形成された薄板を円筒状に丸め、これをプランジャ６に嵌合して被覆してもよい。円筒状の薄板は、プランジャ６に弾性力で嵌合しているだけでもよいし、接着または溶接等によりプランジャ６に固定されてもよい。

また、プランジャ６の軸方向一方側端面は軸方向と直角であり、第２コア部材１２の他方側端面に形成される吸引面２２と対向して均一な間隙を形成し、大きな吸引力と、プランジャ６の変位にかかわらず略一様な吸引力が生じるようになっている。なお、プランジャ６の外周面または内部に、プランジャ６の往復移動方向の両空間を連通する呼吸孔２３が形成され、プランジャ６の迅速かつ円滑な往復移動を可能なものとしている。

そして、ソレノイド２、コアステータ１５などはヨーク１６により包囲されて収容されている。ヨーク１６の一方側のかしめ部１６ａは、第１コア部材１１のフランジ部１７と第２コア部材１２のフランジ部１８の外周を一方側から順次包囲して、スリーブ８のフランジ部８ａとともにかしめ結合されることにより、互いのフランジ部を密着させて液密を維持して弁体部４と駆動部５とを連結している。

〔実施例２の効果〕
本実施例での電磁弁は、実施例１における電磁弁と異なって、非磁性部材をコアステータ内、つまり第１コア部材と第２コア部材との間へ挿着し、非磁性部材の内周に往復移動自在にプランジャを収容して、プランジャの外周側面の径方向に好適なサイドギャップを設定するのではなく、プランジャの外周側面の径方向に所定の厚みの非磁性材の被覆部を設けることによってプランジャの外周側面の径方向に好適なサイドギャップを設定している。これにより、サイドギャップが小さくでき吸引力を増加させることが容易にでき、また、プランジャの偏心が抑制でき、サイドフォースを低下できるので、電流値の増減に対するヒステリシスを低減することができる。また、主な違いは、この非磁性部材の挿着の有無のみであり、他の構造は大きく変わることがなく、実施例１と同様な作用・効果が得られ、特に、非磁性部材の採用を止めることによる組付け部品点数が削減でき、組付工数が低減できて生産性が向上し、コスト高を抑えた小型高性能な電磁弁が実現できる。

電磁弁の軸方向断面図である（実施例１）。電磁弁の軸方向断面図である（実施例２）。電磁弁の軸方向断面図である（従来例）。

符号の説明

１電磁弁
２ソレノイド
３スプール（弁体）
４弁体部
５駆動部
６プランジャ（可動子）
６ｂ被覆部
７ポート（油路）
８スリーブ（ハウジング）
８ａ、１７、１８、３１フランジ部
９スプリング
１０、２０、３２筒部
１１第１コア部材
１２第２コア部材
１３シャフト
１４、３４プランジャ収容部
１５コアステータ（固定コア）
１６ヨーク
１６ａかしめ部
２１軸受部
２２吸引面
３０非磁性部材

Claims

可動子と、
該可動子と連動して、スリーブ内を往復移動し、前記スリーブの流路を開閉することにより流体の流量または圧力を制御する弁体と、
往復移動方向の一方側に前記可動子を付勢する付勢手段と、
往復移動方向の他方側に前記可動子を吸引する磁力を発生するソレノイドと、
前記可動子と磁気回路を形成する固定コアであって、軸方向に貫通された筒部を備え、前記筒部の一方側に、前記スリーブの他方端とかしめ固定されるフランジ部を有する第１コア部材と、
前記第１コア部材とは別体であって、前記第１コア部材の前記筒部の一方側に同軸に収容される筒部を有し、該筒部の他方側に前記可動子を吸引する吸引面を備え、一方側に前記スリーブの他方端とかしめ固定されるフランジ部を有する第２コア部材と、
前記第１コア部材と前記第２コア部材との間に配設され、所定の厚さを有し、一方側に組付けのためのフランジ部と、他方側に前記第１コア部材の前記筒部に収容される筒部を有し、該筒部の他方側に所定の間隙を有して前記可動子を往復移動自在に収容し、一方側は前記第２コア部材の前記筒部の吸引面を前記可動子と対向するように配置する非磁性部材と、
前記ソレノイドを収容し、前記各フランジ部を一方側から順次包囲して、前記スリーブの他方側端部とかしめ結合をするヨークと、
からなる電磁弁。
往復移動する摺動面に非磁性材の被覆部を備えた可動子と、
該可動子とともに連動して往復移動し、スリーブに収容されて、前記スリーブの流路を開閉することにより流体の流量または圧力を制御する弁体と、
往復移動方向の他方側に前記可動子を付勢する付勢手段と、
往復移動方向の一方側に前記可動子を吸引する磁力を発生するソレノイドと、
前記可動子と磁気回路を形成する固定コアであって、前記可動子の外周側面を覆う筒部と、前記スリーブの他方端にかしめ固定されるフランジ部、ならびに前記筒部との間に前記可動子の往復移動方向に所定の間隙を有する第１コア部材と、
往復移動方向の他方側に前記可動子を吸引する吸引面を有し、前記第１コア部材の前記筒部に同軸に収容され、前記スリーブの他方端にかしめ固定されるフランジ部を有する第２コア部材と、
前記可動子を前記第１コア部材の前記筒部の他方側に、前記第２コア部材の前記筒部の他方側の吸引面と対向させて、往復移動自在に収容し、
前記ソレノイドを収容し、前記各フランジ部を一方側から順次包囲して、前記スリーブの他方側端部とかしめ結合をするヨークと、
からなる電磁弁。