(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルと、このコイルの近傍に設けられた固定磁極と、摺動可能に設けられると共に前記コイルへの通電時に前記固定磁極に吸着されるように設けられた可動磁極とを有するソレノイドにおいて、
前記固定磁極は、前記可動磁極に対向する側に、環状又はほぼ環状に形成された平坦面と、この平坦面に囲まれた領域内に形成された凹陥部及び凸部を備え、中心軸に沿って貫通孔が形成されると共に、前記凹陥部の中心及びその近傍に前記凸部が形成され、前記凸部の中心及びその近傍に前記貫通孔の一端が開口しており、
前記可動磁極は、前記固定磁極に対向する側に、環状又はほぼ環状に形成された平坦面と、この平坦面に囲まれた領域内に形成された凹陥部及び凸部を備え、中心軸に沿って貫通孔が形成されると共に、前記凸部の中心及びその近傍に前記凹陥部が形成され、前記凹陥部の中心及びその近傍に前記貫通孔の一端が開口しており、
前記コイルへの通電時に、前記可動磁極の前記凸部は前記固定磁極の前記凹陥部に挿入され、前記可動磁極の前記凹陥部は前記固定磁極の前記凸部が挿入されるようになされ、
さらに、前記固定磁極の前記貫通孔に嵌合された軸受と、前記可動磁極の貫通孔に嵌合されると共に、前記軸受に摺動可能に支持されたシャフトとを有することを特徴とするソレノイド。
【請求項２】
前記固定磁極は、その中心軸方向において、前記凹陥部の底面から前記平坦面までの距離と、前記凹陥部の底面から前記凸部の先端部までの距離とが等しいことを特徴とする請求項１に記載のソレノイド。
【請求項３】
前記可動磁極は、その中心軸方向において、前記凸部の先端部から前記平坦面までの距離と、前記凸部の先端部から前記凹陥部の底面までの距離が等しいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のソレノイド。
【請求項４】
前記固定磁極は、前記凸部の中心及びその近傍に別の凹陥部がさらに形成され、前記可動磁極は、前記凹陥部の中心及びその近傍に前記固定磁極の前記別の凹陥部と対向し、かつ、前記固定磁極の前記別の凹陥部に挿入可能に形成された別の凸部がさらに形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のソレノイド。
【請求項５】
前記可動磁極は、前記凸部又は前記別の凸部の一方又は両方が先端側の幅が狭くなるような段差が形成されていることを特徴とする請求項４に記載のソレノイド。
【請求項６】
前記可動磁極又は前記固定磁極は、これらの前記凸部のうち前記凹陥部を内包するものに外周面か前記凹陥部まで達する切れ目を形成していることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項にソレノイド。
【請求項７】
前記可動磁極に固定されると共に、前記可動磁極の作動方向と直交する平坦面が形成された補助磁極と、一部又は全部が筒状に形成されて前記固定磁極が嵌合されると共に、前記補助磁極の前記平坦面の近傍に前記補助磁極の前記平坦面と対向する平坦面が形成された磁性のケースとをさらに有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項にソレノイド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソレノイドに関し、特に可動磁極の位置を所定範囲おいて任意に制御できる構造を有するソレノイドに関する。
【背景技術】
【０００２】
可動磁極の位置を所定範囲おいて任意に制御できる構造を有する、いわゆる比例ソレノイドは、コイルの電流の大きさによって可動磁極の位置を任意に制御できるコントロールストローク領域と、位置を制御できないアプローチストローク領域とを持っている。このコントロールストローク領域ではストローク（可動磁極の吸着点からの距離）に関係なく推力（吸引力）がほぼ一定であるが、アプローチストローク領域では推力は大きく変化する。一般的な比例ソレノイドでは、コントロールストローク領域のみを利用している。そこで、推力がほぼ一定となるストロークを大きくできれば、または、コントロールストローク領域における推力を大きくできれば、そのソレノイドの利用範囲が拡がるので、これらの向上に関して様々な改良がなされている。
【０００３】
例えば、特開２００８−１９６６４２公報に記載されているソレノイドでは、可動磁極と固定磁極との対向する部分を、一方は他方と対向して突出した凸部を有し、他方はこの凸部と対向する凹部を有するものにしている。そして、固定磁極と可動磁極との推力は、凸部の基端と凹部の周辺部分の先端部との距離ｄが小さくなるにつれて徐々に大きくなり、その後所定距離の範囲では、距離ｄが小さくなるにつれて小さくなり、さらに距離ｄが小さくなると、再び大きくなるように設定されている。このソレノイドでは、以上の構成をコイルの電流値に応じて発生差圧を変化可能なリニアソレノイドバルブとして利用している。
【０００４】
ところで、アプローチストローク領域のうち、コントロールストローク領域よりもストロークが大きい、すなわち凸部と凹部とが遠い領域では、ストロークが大きくなるにつれて推力が急減する。逆に、アプローチストローク領域のうち、コントロールストローク領域よりもストロークが小さい、すなわち凸部と凹部とが近い領域では、ストロークが小さくなるにつれて推力が急増する。したがって、上記のように可動磁極と固定磁極との対向する部分を凸部と凹部とにした構造においてさらに大きな推力を得ようとすると、コントロールストローク領域よりもストロークが大きいアプローチストローク領域において、推力が一定になるような構造の方が逆の構造よりもはるかに有利である。
【０００５】
推力を一定にする手段として、凹部の外周部分をテーパ状に加工することが知られている。しかし、このように加工すると、テーパ状の部分が変形する、または打痕が残るなど製品の信頼性に好ましくない影響を及ぼすことがある。また、凹部の外周部分をテーパ状に薄くすると、コントロールストローク領域の全般にわたって推力が低下するという問題も生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２００８−１９６６４２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために、可動磁極の位置を任意に制御できるソレノイドにおいて、従来構造よりも相対的に推力が大きいコントロールストローク領域が得られる構造を有するソレノイドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、コイルと、このコイルの近傍に設けられた固定磁極と、摺動可能に設けられると共に前記コイルへの通電時に前記固定磁極に吸着されるように設けられた可動磁極とを有するソレノイドにおいて、前記固定磁極は、前記可動磁極に対向する側に、環状又はほぼ環状に形成された平坦面と、この平坦面に囲まれた領域内に形成された凹陥部及び凸部を備え、この凹陥部とこの凸部とのいずれかのものが他方のものを内包するようになされており、前記可動磁極は、前記固定磁極に対向する側に、環状又はほぼ環状に形成された平坦面と、この平坦面に囲まれた領域内に形成された凹陥部及び凸部を備え、この凹陥部とこの凸部とのいずれかのものが他方のものを内包するように、かつ、前記固定磁極の前記凹陥部及び前記凸部とは内包するものと内包されるものとが逆の関係となるようになされており、前記コイルへの通電時に、前記可動磁極の前記凸部は前記固定磁極の前記凹陥部に挿入され、前記可動磁極の前記凹陥部は前記固定磁極の前記凸部が挿入されるようになされたことを特徴とするソレノイドである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記固定磁極は、中心軸に沿って貫通孔が形成されると共に、前記凹陥部の中心及びその近傍に前記凸部が形成され、前記凸部の中心及びその近傍に前記貫通孔の一端が開口し、前記可動磁極は、中心軸に沿って貫通孔が形成されると共に、前記凸部の中心及びその近傍に前記凹陥部が形成され、前記凹陥部の中心及びその近傍に前記貫通孔の一端が開口し、さらに、前記固定磁極の前記貫通孔に嵌合された軸受と、前記可動磁極の貫通孔に嵌合されると共に、前記軸受に摺動可能に支持されたシャフトとを有することを特徴とするソレノイドである。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記固定磁極は、その中心軸方向において、前記凹陥部の底面から前記平坦面までの距離と、前記凹陥部の底面から前記凸部の先端部までの距離とが等しいことを特徴とするソレノイドである。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の発明において、前記可動磁極は、その中心軸方向において、前記凸部の先端部から前記平坦面までの距離と、前記凸部の先端部から前記凹陥部の底面までの距離が等しいことを特徴とするソレノイドである。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記固定磁極は、前記凸部の中心及びその近傍に別の凹陥部がさらに形成され、前記可動磁極は、前記凹陥部の中心及びその近傍に前記固定磁極の前記別の凹陥部と対向し、かつ、前記固定磁極の前記別の凹陥部に挿入可能に形成された別の凸部がさらに形成されていることを特徴とするソレノイドである。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記可動磁極は、前記凸部又は前記別の凸部の一方又は両方が先端側の幅が狭くなるような段差が形成されていることを特徴とするソレノイドである。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の発明において、前記可動磁極又は前記固定磁極は、これらの前記凸部のうち前記凹陥部を内包するものに外周面から前記凹陥部まで達する切れ目を形成していることを特徴とするソレノイドである。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の発明において、前記可動磁極に固定されると共に、前記可動磁極の作動方向と直交する平坦面が形成された補助磁極と、一部又は全部が筒状に形成されて前記固定磁極が嵌合されると共に、前記補助磁極の前記平坦面の近傍に前記補助磁極の前記平坦面と対向する平坦面が形成された磁性のケースとをさらに有することを特徴とするソレノイドである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載の発明によれば、コイルに通電して可動磁極が作動し、可動磁極の凸部が固定磁極の凹陥部に挿入され、又は、固定磁極の凸部が可動磁極の凹陥部に挿入されるところまで２つの磁極が接近すると、可動磁極の凸部の外側面と内側面とから固定磁極の凹陥部の内側面と凸部の周側面とに向う磁束の流れが発生する。この磁束の流れは、可動磁極の作動方向に直交する方向又はこの方向に近い方向への流れであり、２つの磁極の凸部が相手側の凹陥部に深く挿入されて行くにつれて、これらの流れは大きくなる。したがって、２つの磁極の凸部が相手側の凹陥部に挿入され始めてから、固定磁極の平坦面に可動磁極の平坦面が吸着されるまでの過程において、２つの磁束の流れは、２つの磁極が近づくに従って急増する推力を減殺してほぼ一定にする。一方、従来技術に係るソレノイドでは、２つの磁極に凸部と凹陥部との両方が形成されていないので、磁束の流れは１つとなる。したがって、従来技術に係るソレノイドが実現できなかった領域において推力をほぼ一定にでき、従来よりも推力が大きい領域をコントロールストローク領域とすることができる。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、固定磁極は、凸部を凹陥部に内包されるように形成しているので、貫通孔の開口部は凹陥部の底面よりも高い、つまり凹陥部の底面より可動磁極側に位置することになる。したがって、固定磁極の可動磁極と反対側の端部から凹陥部の底面までの距離よりも、この端部から貫通孔の開口部の周辺までの距離を長くすることができ、貫通孔に嵌合される軸受としてより長いものを採用することが可能になる。ひいては、長い軸受を採用することによってシャフトのがたつきが低減するので、シャフトの摺動がより安定したものになる。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、可動磁極が固定磁極に吸着されるまでの過程のほぼ全体にわたって、可動磁極の凸部の外側面と内側面とから固定磁極の凹陥部の内側面と凸部の周側面とに向う磁束の流れが推力を減殺し続ける。したがって、推力をさらに一定にすることができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば、可動磁極が固定磁極に吸着されるまでの過程のほぼ全体にわたって、可動磁極の凸部の外側面と内側面とから固定磁極の凹陥部の内側面と凸部の周側面とに向う磁束の流れが推力を減殺し続ける。したがって、推力をさらに一定にすることができる
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、固定磁極にさらに別の凹陥部を形成し、同時に、可動磁極にさらに別の凸部を形成するので、可動磁極の作動方向に直交する方向又はこの方向に近い方向への新たな２つの磁束の流れを生成することができ、推力をさらに減殺し、推力をより一定にすることができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明によれば、凸部の先端側の幅が狭くなるような段差を設けることによって段差から上方の部分の外側面又は内側面と、この凸部が挿入される凹部の外側面又は内側面との距離が大きくなるので、可動磁極の作動方向に直交する方向又はこの方向に近い方向への流れを若干弱めることができる。したがって、コントロールストローク領域となるストロークの調整や特定ストロークにおける推力の調整が可能になる。
【００２２】
請求項７に記載の発明によれば、外周面から前記凹陥部まで達する切れ目によって、凸部の外側面及び内側面の面積を縮小できるので、可動磁極の作動方向に直交する方向又はこの方向に近い方向への流れを若干弱めることができる。したがって、コントロールストローク領域となるストロークの調整や特定ストロークにおける推力の調整が可能になる。
【００２３】
請求項８に記載の発明によれば、補助磁極とケースとの間に吸着力が働いて推力を高めるので、可動磁極の作動初期の推力が弱い局面において、推力を高めることができる。また、補助磁極によって補助される推力に対応する分だけ可動磁極及び固定磁極の対向する面の大きさを縮小することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドの断面図であり、（Ａ）は可動磁極が固定磁極から離隔した状態、（Ｂ）は可動磁極が固定磁極に吸着された状態を示す。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドの説明図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は右側面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドの可動磁極の断面斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドの固定磁極の断面斜視図である。
【図５】磁束の流れを示す断面図であり、（Ａ）は可動磁極が固定磁極から最も遠い状態、（Ｂ）は可動磁極が固定磁極に接近した状態、（Ｃ）は通電を停止した状態を示す。
【図６】比較例の説明図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は可動磁極が固定磁極に接近した状態における磁束の流れを示す断面図である。
【図７】比較例の説明図であり、（Ａ）は可動磁極の断面図、（Ｂ）は固定磁極の断面図である。
【図８】推力の比較実験の結果を示すグラフである。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係るソレノイドの説明図であり、（Ａ）は可動磁極の断面斜視図、（Ｂ）は固定磁極の断面斜視図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係るソレノイドの可動磁極の断面斜視図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係るソレノイドの固定磁極の断面斜視図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態に係るソレノイドの可動磁極の断面斜視図である。
【図１３】本発明の第５の実施の形態に係るソレノイドの断面図であり、（Ａ）は可動磁極が固定磁極から離隔した状態、（Ｂ）は可動磁極が固定磁極に吸着された状態を示す。
【図１４】本発明の第５の実施の形態に係るソレノイドの可動磁極の断面斜視図である。
【図１５】本発明の第５の実施の形態に係るソレノイドの固定磁極の断面斜視図である。
【図１６】本発明の第６の実施の形態に係るソレノイドの可動磁極の断面斜視図である。
【図１７】本発明の第６の実施の形態に係るソレノイドの固定磁極の断面斜視図である。
【図１８】本発明の第７の実施の形態に係るソレノイドの可動磁極の断面斜視図である。
【図１９】本発明の第７の実施の形態に係るソレノイドの固定磁極の断面斜視図である。
【図２０】本発明の第８の実施の形態に係るソレノイドの説明図であり、（Ａ）は可動磁極の断面斜視図、（Ｂ）は固定磁極の断面斜視図、（Ｃ）は凸部の変形例を示す斜視図である。
【図２１】本発明の第９の実施の形態に係るソレノイドの説明図であり、（Ａ）は可動磁極の断面斜視図、（Ｂ）は固定磁極の断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明の各実施の形態に係るソレノイドを図面に基づいて説明する。なお、各実施の形態ではソレノイドが独立した構造に基づいて説明するが、本発明の各実施の形態はソレノイド弁にも好ましく適用できる。例えば、コイルと、このコイルの近傍に設けられた固定磁極と、前記コイルへの通電時に前記固定磁極に吸着されるように設けられた可動磁極と、前記可動磁極に接続された弁体と、この弁体に接離可能に設けられた弁座を有するソレノイド弁において、前記固定磁極は、環状に形成された平坦面と、この平坦面に囲まれた領域に形成された凹陥部と、この凹陥部の中心及びその近傍に形成された凸部とを備え、前記可動磁極は、前記固定磁極の前記平坦面と対向するように形成された環状の平坦面と、この平坦面に囲まれた領域に前記固定磁極の前記凹陥部と対向するように形成された凸部と、この凸部の中心及びその近傍に前記固定磁極の前記凸部と対向するように形成された凹陥部とを備え、前記コイルへの通電時に、前記可動磁極の前記凸部は前記固定磁極の前記凹陥部に挿入され、前記可動磁極の前記凹陥部は前記固定磁極の前記凸部が挿入され、前記弁体は前記可動磁極が前記固定磁極に吸着されたときに前記弁座に当接するようになされたことを特徴とするソレノイド弁とすることができる。
【００２６】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドの断面図であり、（Ａ）は可動磁極が固定磁極から離隔した状態、（Ｂ）は可動磁極が固定磁極に吸着された状態を示す図１において、１０はソレノイド、２０は可動磁極、２２は凸部、４０は固定磁極、４８は蓋部、５１ａ及び５１ｂはネジ孔、８０は補助磁極、８１はケース、８２は対向部、８３はシャフト、８４はネジ孔、８５はコイルボビン、８６はコイル、８７ａ及び８７ｂはリード線、８８は絶縁被覆、８９はスリーブである。また、図２は、  本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドの説明図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は右側面図である。図２において用いた符号は、すべて図１と同じものを示す。なお、図１等のソレノイド又は各構成部品を記載した図面については、これらの図面の右側をソレノイド又は各構成部品の先端側とし、左側をソレノイド又は各構成部品の基端側と称して説明する。
【００２７】
まず、この実施の形態に係るソレノイドの全体構造の概略について述べる。図１及び図２に示すように、ソレノイド１０は、短い略円筒形状のケース８１の内部に、可動磁極２０、固定磁極４０、シャフト８３、コイルボビン８５、コイル８６及びスリーブ８９を収納し、補助磁極８０をケース８１の外に設けた構造としている。さらに、可動磁極２０及びシャフト８３の一部がケース８１の外に露出している。ケース８１は、磁性体で形成されており、またその基端側に対向部８２を設けている。対向部８２は、中央に開口部を有する円形板状に形成されている。また、コイル８６への通電時に補助磁極８０との間に磁束の流れを発生させるために、補助磁極８０と対向するように、すなわちシャフト８３の中心軸と直交する方向に設けられている。なお、可動磁極２０の中心軸とシャフト８３の中心軸とは一致している、したがって、以下の説明において、例えばシャフト８３の中心軸方向と直交する面とした面は可動磁極２０の中心軸とも直交している。また、対向部８２中央の開口部には可動磁極２０が挿入されており、対向部８２の端部は可動磁極２０に非常に接近した状態になっている。さらに、ケース８１の先端側の端部には、固定磁極４０の蓋部４８が嵌合されている。なお、ケース８１の外形は、楕円筒状や、四角筒状、六角筒状などに形成してもよい。また、ケース８１は、補助磁極８０を設けない場合には対向部８２を省略してよい。さらに、固定磁極４０に蓋部４８を形成したい場合には、蓋を別途設けてもよい。
【００２８】
図３は、本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドの可動磁極の断面斜視図である。図３において、２１は平坦面、２３は凹陥部、２４は底面、２５は上面、２６は外側面、２７は内側面、２８は大径部、２９は小径部、３０は貫通孔であり、その他の符号は図１と同じものを示す。また、図４は、本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドの固定磁極の断面斜視図である。図４において、４１は平坦面、４２は凹陥部、４３は底面、４４は外側面、４５は内側面、４６は凸部、４７は胴体部、４９は上面、５０は貫通孔、５１ａ及び５１ｂはネジ孔、５２は縁辺部、であり、その他の符号は図１と同じものを示す。
【００２９】
可動磁極２０は、図３に示すように、全体形状を短い円筒状に形成された磁性の構成部品である。また、基端側の一部を他の部分よりも径が小さい小径部２９としており、その他の部分を大径部２８としている。大径部２８は、ケース８１の対向部８２中央に形成した開口部の径よりも若干小さい径としており、可動磁極２０の動きが開口部で妨げられないように設定してある。小径部２９は、補助磁極８０を嵌合する部分であり、補助磁極８０中央に形成した開口部を嵌合するのに適した径に設定されている。なお、可動磁極２０の全体形状は、短い楕円筒状や、６角筒状、８角筒状など他の形状に形成してもよい。さらに、ソレノイド弁に適用する場合には、例えば可動磁極２０の一部を弁体として形成することもできるし、可動磁極２０の先端側に非磁性材料から形成した弁体を固定することもできる。なお、コイルの電流の大きさによって可動磁極２０の位置を制御するための方法については、従来技術を適用できるので説明を省略する。
【００３０】
また、可動磁極２０は、中心とその近傍は中心軸に沿って貫通孔３０を形成している。貫通孔３０は、シャフト８３を嵌合する孔であり、シャフト８３の径を考慮した大きさに形成されている。なお、シャフト８３は軸受であるスリーブ８９に支持されているので、可動磁極２０はスリーブ８９に間接的に支持されていることになる。さらに、可動磁極２０の平坦面２１は、可動磁極２０の先端側面の縁辺に沿って円環状に形成されており、またシャフト８３の中心軸と直交するように形成されている。平坦面２１に囲まれた領域には、凸部２２を円環状に形成している。さらに、凸部２２の中心及びその近傍には、凹陥部２３を形成している。凹陥部２３は、底面２４の中心及びその近傍には貫通孔３０の開口部が露出している。また、平坦面２１と凹陥部２３とは、シャフト８３の中心軸と直交する同一の仮想的平面上に配置されており、また後述する固定磁極４０の平坦面４１及び上面４９とそれぞれ正対している。
【００３１】
凸部２２は、従来構造よりも相対的に推力が大きいコントロールストローク領域を得るために形成したものであり、本発明の中核となる部分である。また、後述する固定磁極４０の凹陥部４２と対向するように形成されており、固定磁極４０の凹陥部４２との間に流れる磁束によってコントロールストローク領域における推力の調整を図っている。また、凸部２２の上面２５は、円環状の平坦面として形成されており、またシャフト８３の中心軸と直交するように形成されている。上面２５は、固定磁極４０の凹陥部４２の底面４３と正対しており、コイル８６への通電時に上面２５を底面４３に吸着させる磁束、すなわち可動磁極２０を固定磁極４０に吸着させるように作用する磁束の経路となる。なお、凸部２２の上面２５とその近傍は、例えば凸曲面状や、逆Ｖ字状の屈曲面として形成することも可能であるが、このように形成した場合、シャフト８３の中心軸と平行に流れない磁束が生成され、推力を低減させる要因になるので、平坦面とすることが望ましい。
【００３２】
さらに、凸部２２の外側面２６と内側面２７とは、それぞれシャフト８３の中心軸と平行な面として形成されている。また、外側面２６と内側面２７とは、凸部２２が固定磁極４０の凹陥部４２に入り込んだときには、固定磁極４０の凹陥部４２の外側面４４と内側面４５とに対してそれぞれ正対し、コイル８６への通電時にはこれらの間にも磁束が流れる。これらの間を流れる磁束は、正対しているこれらの面同士を吸着させようとする力を生成するので、ソレノイド１０の推力としては寄与しない、又は少ししか寄与しない。なお、外側面２６と内側面２７とは、例えばテーパ面や、緩やかに湾曲した曲面に形成することも可能であるが、凸部２２が固定磁極４０の凹陥部４２に入り込んだときにソレノイド１０の推力として寄与する割合が高くなるので、垂直面とすることが望ましい。外側面２６と内側面２７とは、平坦面２１から上面２５までの長さと底面２４から上面２５までの長さを同じものにしている。すなわち、可動磁極２０及びシャフト８３の中心軸方向に対する長さを同じものとしているが、これらの長さは異なっていてもよい。ただし、これらの長さに大きな差があると、外側面２６と内側面２７とから固定磁極４０の外側面４４と内側面４５とにそれぞれ流れる磁束が偏り、後述するように、可動磁極２０が固定磁極４０に吸着されていく過程における推力の変化が大きくなるので、これらの長さは同じであることが望ましい。
【００３３】
固定磁極４０は、磁性の構成部品であり、図４に示すように、全体構造を肉厚の略円筒状の胴体部４７の先端側に略円形板状の蓋部４８を設けたものとしている。また、固定磁極４０は、中心とその近傍は中心軸に沿って貫通孔５０を形成している。貫通孔５０は、スリーブ８９を嵌合するための孔であり、スリーブ８９の外径を考慮した大きさに形成されている。なお、固定磁極４０の全体形状は、可動磁極２０と同様に、短い楕円筒状や、６角筒状、８角筒状など他の形状に形成してもよい。さらに、ソレノイド弁に適用する場合には、例えば固定磁極４０の一部を弁座として形成することもできるし、固定磁極４０の先端側に非磁性材料から形成した弁座を固定することもできる。また、蓋部４８を別体のものとしてもよい。
【００３４】
胴体部４７は、磁気回路を構成する主要部であり、基端端面の縁辺に沿って円環状の平坦面４１を形成している。固定磁極４０の平坦面４１は、シャフト８３の中心軸と直交するように形成されており、可動磁極２０の平坦面２１と正対している。平坦面４１に囲まれた領域には、凹陥部４２を円環状に形成している。さらに、凹陥部４２の中心及びその近傍には、凸部４６を形成している。凸部４６は、全体が平坦であり、その中心及びその近傍には貫通孔５０の開口部が露出している。また、平坦面４１と上面４９とは、シャフト８３の中心軸と直交する同一の仮想的平面上に配置されており、また可動磁極４０の平坦面２１及び底面２４とそれぞれ正対している。
【００３５】
凹陥部４２は、従来構造よりも相対的に推力が大きいコントロールストローク領域を得るために形成したものであり、可動磁極２０の凸部２２と共に本発明の中核となる部分である。また、凹陥部４２の底面４３は、円環状の平坦面として形成されており、またシャフト８３の中心軸と直交するように形成されている。底面４３は、可動磁極２０の凸部２２の底面４３と正対しており、コイル８６への通電時に上面２５を底面４３に吸着させる磁束、すなわち可動磁極２０を固定磁極４０に吸着させるように作用する磁束の経路となる。なお、凹陥部４２の底面４３は、可動磁極２０の凸部２２の上面２５とその近傍の形状に応じて、例えば凹曲面状や、Ｖ字状の屈曲面として形成することも可能であるが、このように形成した場合、シャフト８３の中心軸と平行に流れる磁束が生成され、推力を急増させる要因になるので、平坦面とすることが望ましい。
【００３６】
さらに、凹陥部４２の外側面４４と内側面４５とは、それぞれシャフト８３の中心軸と平行な垂直面として形成されている。また、外側面４４と内側面４５とは、凹陥部４２に可動磁極２０の凸部２２が入り込んだときには、固定磁極４０の凹陥部４２の外側面４４と内側面４５とに対してそれぞれ非常に接近した状態で正対する。特に、凹陥部４２の底面４３と凸部２２の上面２５との距離よりもこれらの側面同士の距離が近い状態では、これらの側面の間に流れる磁束量の方が大きい。これらの側面の間を流れる磁束は、正対しているこれらの面同士を吸着させようとする力を生成するので、ソレノイド１０の推力としては寄与しない、又は少ししか寄与しないので推力を一定に保つ効果が大きいと言える。
【００３７】
なお、外側面４４と内側面４５とは、例えばテーパ面や、緩やかに湾曲した曲面に形成することも可能であるが、凹陥部４２に可動磁極２０の凸部２２が入り込んだときにソレノイド１０の推力として寄与する割合が高くなるので、垂直面とすることが望ましい。また、外側面４４と内側面４５とは、底面４３から平坦面４１までの長さと底面４３から上面４９までの長さを同じものにしている。すなわち、可動磁極２０及びシャフト８３の中心軸方向に対する長さを同じものとしているが、これらの長さは異なっていてもよい。ただし、これらの長さに大きな差があると、後述するように、コントロールストローク領域における推力を弱めることになるので、これらの長さは同じであることが望ましい。
【００３８】
また、胴体部４７の基端端面の凹陥部４２に囲まれた領域内には凸部４６を形成している。凸部４６は、可動磁極２０の凸部２２に準じた作用を持つ。すなわち、凹陥部４２の内側面４５は、凸部４６を中心として見た場合、凸部２２の外側面２６と同じ位置関係となり、コイル８６への通電時には凸部２２の内側面２７との間に磁束が流れる。これらの間を流れる磁束は、これらの面同士を吸着させようとする力を生成するので、ソレノイド１０の推力としては寄与しない、又は少ししか寄与しない。なお、貫通孔５０の内側面は、シャフト８３を嵌合するので、内側面４５のようには作用しない。また、凸部４６の上面４９は、凹陥部２３の底面２４と対向しており、コイル８６への通電時に底面２４を上面４９に吸着させる磁束、すなわち可動磁極２０を固定磁極４０に吸着させるように作用する磁束の経路となる。蓋部４８は、文字通りケース８１のエンドキャップとなるものであるが、磁気回路の一部としての役割も持つ。また、蓋部４８には、ネジ孔５１ａ及び５１ｂを設けており、ソレノイド１０を負荷装置等に取り付けられるようにしている。
【００３９】
補助磁極８０は、図１及び図２に示すように、略円形板状に形成されており、中央に可動磁極２０を嵌合するための開口部を設けてある。また、補助磁極８０の先端側の面は、ケース８１の対向部８２に対向しており、コイル８６への通電時には、対向部８２から補助磁極８０を経由して可動磁極２０へ磁束が流れ、補助磁極８０を対向部８２に吸着する力を生じる。この実施の形態では、補助磁極８０をケース８１の外部に設けることによって、補助磁極８０の大きさに関する制約を低減している。すなわち、補助磁極８０の面積を大きくして磁束の流れを大きくし、できる限り大きな推力を得られるようにしている。特に、ストロークが大きいときには推力が小さいので、補助磁極８０による推力の補助が有効である。また、補助磁極８０によって補助される推力に対応する分だけ可動磁極２０の先端側及び固定磁極の基端側の面の大きさを縮小することができ、これらの磁極の小型化に寄与する。
【００４０】
コイルボビン８５は、ケース８１の内部に収納され、固定磁極４０に接している。コイル８６はコイルボビン８５に巻回されている。なお、コイルボビン８５及びコイル８６の大きさや細部の形状は、後述する磁気回路を生成するものであればどのようなものであってもよい。スリーブ８９は、固定磁極４０の貫通孔５０に嵌合されている。なお、スリーブ８９に代えて、リニアブッシュなど他種の軸受を設けてもよい。シャフト８３は、先端側においてスリーブ８９に支持されており、また基端側に嵌合された可動磁極２０を支持している。また、シャフト８３の先端から基端側に向かってネジ孔８４を形成してあり、負荷装置への接続を容易にしている。したがって、図１（Ｂ）に示すように、可動磁極２０が固定磁極４０から離れるときは、補助磁極８０及びシャフト８９も一体的に動く。なお、この実施の形態においては、図１（Ａ）に示すように、可動磁極２０が固定磁極４０に吸着されたときには、凸部２２の上面２５と凹陥部４２の底面４３とが当接するが、平坦面２１及び平坦面４１と底面２４及び上面４９とのいずれか又は両方が当接するようにしてもよい。リード線８７ａ及び８７ｂは、コイル８６に接続されており、一部図示を省略しているが、これらの大部分が絶縁被覆８８に被われている。
【００４１】
次に、本発明の第１の実施の形態を適用したソレノイドと従来構造を適用したソレノイドの比較実験について説明する。図５は、磁束の流れを示す断面図であり、（Ａ）は可動磁極が固定磁極から最も遠い状態、（Ｂ）は可動磁極が固定磁極に接近した状態、（Ｃ）は通電を停止した状態を示す。図５及び図６において用いた符号はすべて図１と同じものを示す。また、図６は、比較例の説明図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は可動磁極が固定磁極に接近した状態における磁束の流れを示す断面図である。図６において、１１はソレノイド、３７は凸部、５２は縁辺部、その他の用いた符号は図１と同じものを示す。くわえて、図７は、比較例の説明図であり、（Ａ）は可動磁極の断面図、（Ｂ）は固定磁極の断面図である。図７において、３８は上面、３９は外側面、５３は凹陥部、５４を平坦面、５５は底面、５６は外側面を示し、その他の用いた符号は図１と同じものを示す。また、図８は、推力の比較実験の結果を示すグラフである。
【００４２】
この実験では、図１に示した構造を本発明の構造とし、従来構造の比較例として図６及び図７に示す構造を用いた。すなわち、図７（Ａ）に示すように、ソレノイド１１は、可動磁極２０の先端側に凸部３７を形成しており、シャフト８３の中心軸と平行となる面は外側面３９のみである。また、図７（Ｂ）に示すように、ソレノイド１１の固定磁極４０は、縁辺部５２の上面５４で囲まれた領域内に凹陥部５３が形成されているが、シャフト８３の中心軸と平行となる面は外側面５６のみである。言い換えれば、ソレノイド１１は、可動磁極２０と固定磁極４０との対向面が単純な凹凸の組み合わせとなっている。ソレノイド１１のこれら以外の構造及び形状は、すべて第１の実施の形態のソレノイド１０と同じである。そして、本発明と比較例共に最大ストロークを３．５ｍｍに設定した。
【００４３】
以上の２つのソレノイドに対して、０．９Ａの電流を流して推力（吸引力）を測定した結果が図８のグラフである。図８に示すように、本発明の構造のソレノイド１０ではストロークが１ｍｍ弱から２ｍｍを若干超える範囲において、また従来構造のソレノイド１１ではストロークが１．５ｍｍ弱から２．５ｍｍを若干超える範囲において、推力の変化が小さく平坦に近い曲線になっている。すなわち、双方共に１ｍｍ強のコントロールストローク領域を持っていることになる。これらのコントロールストローク領域の推力の大きさに着目すると、本発明の構造のソレノイド１０では概ね５０〜５５Ｎであるのに対して、従来構造のソレノイド１１では概ね３０〜３５Ｎとなっている。したがって、本発明の構造のソレノイド１０は、従来構造のソレノイド１１よりも推力が大きいコントロールストローク領域が得られることが分かった。
【００４４】
以上の実験に加えて、本発明の構造及び従来構造に対して磁場解析を行い、本発明の構造の作用及び効果について総合的に考察した。その結果、ソレノイド１０では、可動磁極２０及び固定磁極４０の対向する側の凹凸形状がソレノイド１１よりも複雑で表面積が大きいので、磁束が流れる部分の面積も大きい。さらに、図５（Ａ）に示すように、可動磁極２０と固定磁極４０とが最も離れている位置から接近し始めると、可動磁極２０の外側面２６から固定磁極４０の外側面４４及びその近傍へ流れる磁束と、さらに可動磁極２０の内側面２７から固定磁極４０の内側面４５及びその近傍へ流れる磁束とが従来構造よりも多くなり、推力が従来構造よりも大きくなる。
【００４５】
そして、図５（Ｂ）に示すように、可動磁極２０と固定磁極４０とがある程度接近すると、外側面２６と外側面４４、及び内側面２７と内側面４５が極めて接近しつつ対向した状態となるので、これらの面同士の間を流れる磁束量が底面２４と上面４９、及び平坦面２１と平坦面４１との間などを流れる磁束量よりも相対的に大きくなる。したがって、外側面２６と外側面４４、及び内側面２７と内側面４５を吸着する力が底面２４と上面４９、及び平坦面２１と平坦面４１とを吸着する力よりも相対的に大きくなって行く。これらの側面同士を吸着しようとする力は、シャフト８３の進む方向、つまり推力の作用方向と直交する方向又は直交する方向に近い方向に作用するので、推力には寄与しない又はほとんど寄与しない。したがって、これらの側面同士を吸着しようとする力が底面２４と上面４９、及び平坦面２１と平坦面４１とを吸着する力よりも相対的に大きって行くと、推力の上昇が抑制される。可動磁極２０と固定磁極４０とが極めて接近する、例えば１ｍｍ以下のストロークになると、底面２４と上面４９、及び平坦面２１と平坦面４１とも非常に接近するので、これらの面同士の間を流れる磁束量が外側面２６と外側面４４、及び内側面２７と内側面４５との間などを流れる磁束量よりも圧倒的に大きくなってくる。そうすると、図６から分かるように推力が急上昇するので、図５（Ｃ）に示すように可動磁極２０が固定磁極４０に吸着される。
【００４６】
これに対して、ソレノイド１１では、図７（Ａ）に示した可動磁極２０の上面３８と図７（Ｂ）に示した固定磁極４０の底面５５と間を流れる磁束量が図７（Ａ）に示した可動磁極２０の外側面３９と図７（Ｂ）に示した固定磁極４０の外側面５６との間を流れる磁束量よりも相対的に大きくなる。したがって、可動磁極２０と固定磁極４０とが最も離れている位置から接近し始めるときには推力が相対的に弱くなる。また、可動磁極２０と固定磁極４０とが図６（Ｂ）に示した位置よりも接近すると、ソレノイド１０の内側面２７及び内側面４５による推力抑制の効果がない分だけ上面３８と底面５５との間を流れる磁束量が急速に増加し始めるので、推力も加速的に増加する。したがって、ソレノイド１１においてコントロールストローク領域として利用できるのは、ソレノイド１０よりもストロークが大きい領域、すなわち推力が小さい領域になる。以上のように、本発明の第１の実施の形態を適用したソレノイド１０と従来構造を適用したソレノイド１１とを比較すると、ソレノイド１０の方がコントロールストローク領域の推力が大きいことが分かった。
【００４７】
なお、実験に用いたソレノイド１０は、外側面２６、外側面４４、内側面２７及び内側面４５における可動磁極２０及びシャフト８３の中心軸方向に対する長さを同じものとしたが、例えば内側面２７及び内側面４５の長さを外側面２６及び外側面４４の長さの半分にすると、内側面２７と内側面４５との間を流れる磁束量が減少し、内側面２７と内側面４５とを吸着する力も弱まる。言い換えると、内側面２７及び内側面４５と、これらの面よりもシャフトに近い部分の構造は従来構造により近いものとなる。したがって、このようなソレノイドの推力を測定すると、本発明の構造と従来構造の中間的な推力になる。結局のところ、このような構造でもコントロールストローク領域の推力をある程度大きくすることができるが、外側面４４、内側面２７及び内側面４５における可動磁極２０及びシャフト８３の中心軸方向に対する長さを同じものとすることがより望ましいと言える。また、外側面２６と外側面４４、及び内側面２７と内側面４５との距離は、磁束がより多く流れるようにするという観点から、両者をできる限り接近させることが望ましい。
【００４８】
さらに、本発明の第２の実施の形態に係るソレノイドについて説明する。図９は、本発明の第２の実施の形態に係るソレノイドの説明図であり、（Ａ）は可動磁極の断面斜視図、（Ｂ）は固定磁極の断面斜視図である。図９において用いた符号はすべて図３と同じものを示す。なお、図示していない部分は、以下に説明する部分を除いて第１の実施の形態に係るソレノイドと同じである。この実施の形態に係るソレノイドでは、可動磁極２０の凸部２２の幅を広げて外側面２６と内側面２７との距離を大きくしている。また、固定磁極４０の凹陥部４２の外側面４４と内側面４５との距離も凸部２２に応じたものとしている。このように凸部２２の幅を適宜調整することによって、コントロールストローク領域を調整する、例えば１．２ｍｍ〜２．５ｍｍのコントロールストローク領域を１．０ｍｍ〜２．３ｍｍとする、あるいは、この逆となるように調整することができる。
【００４９】
次に、本発明の第３の実施の形態に係るソレノイドについて説明する。図１０は、本発明の第３の実施の形態に係るソレノイドの可動磁極の断面斜視図である。図１０において、３１は凸部、３２は底面、３３は上面、３４は外側面、３５は内側面であり、その他の符号は図３と同じものを示す。図１１は、本発明の第３の実施の形態に係るソレノイドの固定磁極の断面斜視図である。図１１において、５７は凹陥部、５８は底面、５９は外側面、６０は内側面、６１は上面であり、その他の符号は図３と同じものを示す。なお、図示していない部分は、以下に説明する部分を除いて第１の実施の形態に係るソレノイドと同じである。この実施の形態に係るソレノイドでは、可動磁極２０に凸部２２と凸部３１との２つの凸部を設けており、上面２５と上面３３の幅を等しくしている。また、固定磁極４０の形状も凸部２２と凸部３１とに応じて凹陥部４２と凹陥部５７を設けている。例えば、貫通孔３０の開口部の周囲に底面３２を確保できる程度にソレノイドの径が大きい場合などに、可動磁極２０に２つの凸部を設けることによって、外側面２６、内側面２７、外側面３４及び内側面３５の４つの側面を形成している。また、固定磁極４０も外側面４４、内側面４５、外側面５９及び内側面６０の４つの側面を形成している。これらの対向する４組の側面によって推力の加速的な増加をさらに抑え、より推力が大きいコントロールストローク領域を得られるようにしている。なお、この実施の形態では、凸部２２と凸部３１との可動磁極２０及びシャフト８３の中心軸方向の長さを同じものとしたが、異なるものとすることもできる。なお、異なるものとする場合には、固定磁極４０の凹陥部４２と凹陥部５７との可動磁極２０及びシャフト８３の中心軸方向の長さも、これに応じて異なるようにする必要がある。
【００５０】
さらに、本発明の第４の実施の形態に係るソレノイドについて説明する。図１２は、本発明の第４の実施の形態に係るソレノイドの可動磁極の断面斜視図である。図１２において、３６は切欠溝であり、その他の符号は図３と同じものを示す。なお、図示していない部分は、以下に説明する部分を除いて第１の実施の形態に係るソレノイドと同じである。この実施の形態に係るソレノイドでは、可動磁極２０の外周面にその中心軸に沿って切欠溝３６を形成しており、凸部２２の一部にも切欠溝３６が及んでいる。このように、構造上の理由から、可動磁極２０の外周面に溝を形成する場合など、凸部２２の一部を切り欠いた構造とする場合でも本発明を好ましく適用できる。
【００５１】
以上の実施の形態においては、固定磁極では、環状の平坦面に凹陥部が内包され、つまり周囲を囲まれ、凹陥部に凸部が内包され、可動磁極では、環状の平坦面に凸部が内包され、凸部に凹陥部が内包された構成とした。しかしながら、本発明においては、固定磁極と可動磁極との凹陥部及び凸部は互いに逆に配置することが可能である。また、固定磁極又は可動磁極の平坦面は、ほぼ環状であれば、部分的に切断されていてもよい。以下にこのような実施の形態について説明する。
【００５２】
次に、本発明の第５の実施の形態に係るソレノイドについて説明する。図１３は、本発明の第６の実施の形態に係るソレノイドの断面図であり、（Ａ）は可動磁極が固定磁極から離隔した状態、（Ｂ）は可動磁極が固定磁極に吸着された状態を示す。図１３において、６３は底面、６８は凸部であり、その他の符号は図１と同じものを示す。また、図１４は、本発明の第６の実施の形態に係るソレノイドの可動磁極の断面斜視図である。図１４において、６２は凹陥部、６４は外側面、６５は内側面、６６は上面、６７は凸部であり、その他の符号は図３及び図１３と同じものを示す。さらに、図１５は、本発明の第６の実施の形態に係るソレノイドの固定磁極の断面斜視図である。図１５において、６９は凹陥部であり、その他の符号は図４及び図１３と同じものを示す。なお、図示していない部分は、以下に説明する部分を除いて第１の実施の形態に係るソレノイドと同じである。
【００５３】
この実施の形態においては、図１３から直ちに分かるように、固定磁極と可動磁極との凹陥部と凸部とが逆に配置されている。すなわち、図１４に示すように、可動磁極２０の平坦面２１は、可動磁極２０の先端側面の縁辺に沿って円環状に形成されており、またシャフト８３の中心軸と直交するように形成されている。平坦面２１に囲まれた領域には、凹陥部６２を円環状に形成している。さらに、凹陥部６２の中心及びその近傍には、凸部６７を形成している。凸部６７は、上面６６の中心及びその近傍には貫通孔３０の開口部が露出している。また、平坦面２１と上面６６とは、可動磁極２０及びシャフト８３の中心軸と直交する同一の仮想的平面上に配置されている。さらに、図１５に示すように、固定磁極４０の平坦面４１は、シャフト８３の中心軸と直交するように形成されており、可動磁極２０の平坦面２１と正対している。平坦面４１に囲まれた領域には、凸部６８を円環状に形成している。さらに、凸部６８の中心及びその近傍には、凹陥部６９を形成している。凹陥部６９は、全体が平坦であり、底面７０の中心及びその近傍には貫通孔５０の開口部が露出している。また、平坦面４１と底面７０とは、可動磁極２０及びシャフト８３の中心軸と直交する同一の仮想的平面上に配置されており、また可動磁極４０の平坦面２１及び上面６６とそれぞれ正対している。
【００５４】
以上のように、可動磁極２０の凹陥部６３及び凸部６７と、固定磁極４０の凸部６８及び凹陥部６９とは、第１の実施の形態と逆転した関係になる。また、コイル８６への通電時には第１の実施の形態とほぼ同じ磁束の流れを生成するので、この実施の形態の作用効果も第１の実施の形態とほぼ同じである。ただし、第１の実施の形態では、固定磁極４０の貫通孔５０の開口部が露出しているのが凸部４６であるのに対し、この実施の形態では凹陥部６９である。したがって、第１の実施の形態の方が貫通孔５０の可動磁極２０及びシャフト８３の中心軸方向の長さを長くしやすいと言える。すなわち、この実施の形態では、同方向の長さを第１の実施の形態のものよりも長くしないと、貫通孔５０の長さは同一にならない。貫通孔５０の長さを長くすればするほど、この内部に勘合するスリーブ８９の長さも長くすることができる。したがって、シャフト８３のぶれ（ゆらぎ）が小さくすることを特に要求される製品では、長いスリーブを採用する必要があるので、第１の実施の形態の構成を採用する方が有利と言える。
【００５５】
さらに、本発明の第６の実施の形態に係るソレノイドについて説明する。図１６は、本発明の第７の実施の形態に係るソレノイドの可動磁極の断面斜視図である。図１６において、７４は凸部であり、その他の符号は図３及び図１３と同じものを示す。また、図１７は、本発明の第７の実施の形態に係るソレノイドの固定磁極の断面斜視図である。図１７において、７２は外側面、７３は内側面、７８は内側面、７９は上面である。なお、図示していない部分は、以下に説明する部分を除いて第１の実施の形態に係るソレノイドと同じである。
【００５６】
この実施の形態においては、図１６に示すように、可動磁極２０の凸部７４よりも中心側の領域を凹陥部２３としている。また、図１７に示すように、固定磁極４０の凹陥部５７よりも中心側の領域を凸部４６としている。したがって、コイル８６へ通電し、凸部７４が凹陥部５７に挿入され、凹陥部２３に凸部４６が挿入された状態になると、外側面２６と外側面７２、内側面２７と内側面７３、及び外側面３４と内側面７８とに、推力の作用方向と直交する方向又は直交する方向に近い方向に作用する磁束が流れることになる。この実施の形態において特徴的なものは内側面７８であり、この面は凹陥部５７の内側面であると共に凸部４６の外側面でもある。すなわち、この実施の形態は、第１の実施の形態と第３の実施の形態との中間的な構成において、凹陥部と凸部を逆に設けたものと言える。したがって、本発明の第５の実施の形態よりも、可動磁極２０と固定磁極４０とが遠いときには推力を増大し、近いときには推力を減殺するという両方の効果において優れている。また、固定磁極４０の貫通孔５０の開口部が露出しているのが凸部４６であるので、長いスリーブを採用できる利点もある。
【００５７】
次に、本発明の第７の実施の形態に係るソレノイドについて説明する。図１８は、本発明の第７の実施の形態に係るソレノイドの可動磁極の断面斜視図である。図１８において、７５ａは下段、７５ｂは上段、７６は段差面、７７は外側面であり、その他の符号は図３、図１３及び図１７と同じものを示す。また、図１９は、本発明の第７の実施の形態に係るソレノイドの固定磁極の断面斜視図である。図１８において用いた符号は、すべて図４、及び図１１と同じものを示す。
【００５８】
この実施の形態は、図１８に示すように、可動磁極２０の凸部７４において、下段７５ａに対して上段７５ｂの幅を狭くし、段差面７６を設けている。また、凸部７４は凸部２２よりも高い、つまり凸部２２よりも固定磁極４０側に向かって延びている。また、上面２５と段差面７６とは、可動磁極２０及びシャフト８３の中心軸と直交する同一の仮想的平面上に配置されている。さらに、図１９に示すように、凹陥部４２は凸部７４を挿入できる幅と深さに形成してある。
【００５９】
したがって、この実施の形態では、コイル８６へ通電し、可動磁極２０が固定磁極４０に接近し始めると、凸部７４の内側面７８が凹陥部４２の内側面６０に接近してこれらの面の間に多くの磁束が流れ始める。しかし、上段７５ｂの外側面７７と凹陥部４２の外側面５９も段差面７６の幅だけ離れているのでこれらの間の磁束の流れは少ない。同様に、他の対向する側面同士もあまり接近していないので、磁束の流れは少ない。よって、可動磁極２０が固定磁極４０に接近し始めた段階では、推力低減の効果は少ない。さらに、可動磁極２０が固定磁極４０に接近すると、外側面４４と外側面２６、内側面４５と内側面２７、および外側面５９と外側面３４とが接近してこれらの間に大量の磁束が流れるので、推力低減の効果は相当に大きくなる。推力に着目すると、この実施の形態の構造は、従来技術の構成と第３の実施の形態の構成とを可動磁極２０及びシャフト８３の中心軸方向に連結したものとも言える。また、段差面７６の幅を調節して、外側面７７を外側面５９にさらに近づけると、第１の実施の形態の構成と第３の実施の形態の構成とを可動磁極２０及びシャフト８３の中心軸方向に連結したものに近くなる。
【００６０】
さらに、推力の低減する磁束の流れを調整することに主眼をおいた実施の形態について以下に説明する。図２０は、本発明の第８の実施の形態に係るソレノイドの説明図であり、（Ａ）は可動磁極の断面斜視図、（Ｂ）は固定磁極の断面斜視図、（Ｃ）は凸部の変形例を示す斜視図である。図２０において、９０は切れ目、９１ａ、９１ｂ及び９１ｃはリブであり、その他の符号は、すべて図７と同じものを示す。
【００６１】
この実施の形態は、実質的にさらに２つの実施の形態を含むものである。図２０（Ａ）に示すように、この実施の形態の可動磁極２０は凸部２２に切れ目９０を形成し、さらに凸部２２の周方向に９０度間隔で同様の切れ目を３カ所、計４カ所形成している。この可動磁極２０に対して、図７（Ｂ）の固定磁極４０を組み合わせると、切れ目９０等を形成した分だけ外側面２６及び内側面２７の面積が小さくなるので、推力を低減する磁束の流れを若干小さくすることができる。したがって、既製品のソレノイドの可動磁極に対してこのような切れ目を適宜形成することによって、１つの既製品に対して様々な推力特性を持たせることができる利点がある。
【００６２】
図２０（Ｂ）の固定磁極４０は、可動磁極２０の切れ目９０等に対応する部位にリブ９１ａ、９１ｂ及び９１ｃとさらに図示していないリブとの計４つのリブを設けている。このようなリブを形成した固定磁極４０と図２０（Ａ）の可動磁極を組み合わせると、切れ目９０を形成したところの面、すなわち切れ目９０を挟んで対向する面も外側面２６及び内側面２７と同様に作用するので、推力を低減する磁束の流れを若干大きくすることができる。したがって、このような固定磁極を採用することによって、１つの既製品に対してさらに様々な推力特性を持たせることができる利点がある。また、切れ目やリブの個数は、必要となる推力特性に応じて適宜増減できる。なお、図２０（Ｃ）に示すように、凸部２２に面取りを施して丸みを持つようにすると凸部２２の側面の面積がさらに小さくなるので、推力を様々な大きさに調整できる。
【００６３】
次に、本発明の第９の実施の形態に係るソレノイドについて説明する。図２１は、本発明の第９の実施の形態に係るソレノイドの説明図であり、（Ａ）は可動磁極の断面斜視図、（Ｂ）は固定磁極の断面斜視図である。図２１において、９２ａ、９２ｂ及び９２ｃは突出部、９３は切れ目その他の符号は、すべて図７と同じものを示す。この実施の形態においては、図２１（Ａ）に示すように、突出部９２ａ、９２ｂ及び９２ｃとさらに図示していない突出部との計４つの突出部を設けている。また、図２１（Ｂ）に示すように、突出部９２ａ、９２ｂ及び９２ｃに応じて切れ目９３等の計４つの切れ目を設けている。したがって、可動磁極２０の平坦面２１と固定磁極４０の平坦面４１は、４カ所で分断されていることになる。このような切れ目を形成した固定磁極４０と図２０（Ａ）の可動磁極を組み合わせると、これらの面同士が外側面２６及び内側面２７と同様に作用するので、推力を様々な大きさに調整できる
【００６４】
以上説明したように、本発明の各実施の形態に係るソレノイド１０においては、可動磁極２０に凸部２２（又は凸部２２と凸部３１）を設け、固定磁極４０に凹陥部２３（又は凹陥部２３とされに別の凹陥部）を設けることによって、シャフト８３の進む方向、つまり推力の作用方向と直交する方向又は直交する方向に近い方向に作用する磁束の流れ、つまり推力には寄与しない又はほとんど寄与しない力を生成する磁束の流れによって可動磁極２０が固定磁極４０に接近するに従って急増する推力の抑制を図っている。したがって、各実施の形態に係るソレノイド１０は、従来技術に係るソレノイド１１よりも推力が大きい領域をコントロールストローク領域とすることができる。また、可動磁極２０及び固定磁極４０に対して特殊な加工を加える必要がないので、製造コストに大きな影響を与えない利点もある。さらに、第１及び第２の実施の形態に係るソレノイド１０においては、補助磁極８０、ケース８１、シャフト８３、コイルボビン８５、コイル８６、リード線８７ａ及び８７ｂについて、ソレノイド１１と全く同じものを利用できるので、生産設備に特段の変更を加える必要がない。また、ソレノイド弁にも好ましく適用できる。
【００６５】
なお、本発明は以上に説明した内容に限定されるものではなく、補助磁極の形状、ケースの内部構造、コイルボビンの構造、又はシャフトの形状などについては、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限りにおいて種々の変形を加えることが可能である。例えば、平坦面２１と凸部２２との間、または平坦面４１と凹陥部４２との間に傾斜面や湾曲面からなる中間領域を設けてもよい。くわえて、ケースの肉厚が十分であれば、補助磁極を省略してもよい。さらに、補助磁極をケースの内部に設ける構造としてもよい。この場合、例えば固定磁極の一部の面と補助磁極との間に磁束の流れを生じるようにできる。さらに、各実施の形態における可動磁極の構造や形状を適宜組み合わせてもよい。くわえて、可動磁極又は固定磁極の凸部を他の部分と別の母材から形成し、大径部に形成した環状の溝に凸部となる部分を嵌合することのよって可動磁極を形成してもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１０ ソレノイド
１１ ソレノイド
２０ 可動磁極
２１ 平坦面
２２ 凸部
２３ 凹陥部
２４ 底面
２５ 上面
２６ 外側面
２７ 内側面
２８ 大径部
２９ 小径部
３０ 貫通孔
３１ 凸部
３２ 底面
３３ 上面
３４ 外側面
３５ 内側面
３６ 切欠溝
３７ 凸部
３８ 上面
３９ 外側面
４０ 固定磁極
４１ 平坦面
４２ 凹陥部
４３ 底面
４４ 外側面
４５ 内側面
４６ 凸部
４７ 胴体部
４８ 蓋部
４９ 上面
５０ 貫通孔
５１ａ ネジ孔
５１ｂ ネジ孔
５２ 縁辺部
５３ 凹陥部
５４ 上面
５５ 底面
５６ 外側面
５７ 凹陥部
５８ 底面
５９ 外側面
６０ 内側面
６１ 上面
６２ 凹陥部
６３ 底面
６４ 外側面
６５ 内側面
６６ 上面
６７ 凸部
６８ 凸部
６９ 凹陥部
７０ 底面
７１ 上面
７２ 外側面
７３ 内側面
７４ 凸部
７５ａ 下段
７５ｂ 上段
７６ 段差面
７７ 外側面
７８ 内側面
７９ 上面
８０ 補助磁極
８１ ケース
８２ 対向部
８３ シャフト
８４ ネジ孔
８５ コイルボビン
８６ コイル
８７ａ リード線
８７ｂ リード線
８８ 絶縁被覆
８９ スリーブ
９０ 切れ目
９１ａ リブ
９１ｂ リブ
９１ｃ リブ
９２ａ 突出部
９２ｂ 突出部
９２ｃ 突出部
９３ 切れ目
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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