(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースと、
このケース内に所定の間隙をおいて配置された第１及び第２のコイルと
前記ケースの両端部にそれぞれ固定された第１及び第２の固定磁極と、
前記ケース内に前記第１のコイルと前記第２のコイルとの間に介在するように配置された共通磁極と、
前記ケース内に摺動可能に設けられ、かつ、略筒状の本体部と、この本体部の前記第１の固定磁極と対向する側に設けられた第１の磁極部と、前記本体部の前記第２の固定磁極と対向する側に設けられた第２の磁極部とを有し、前記第１のコイルに通電したときには前記ケース、前記第１の固定磁極及び前記共通磁極と共に磁気回路を生成して前記第１の固定磁極に吸引され、前記第２のコイルに通電したときには前記ケース、前記第２の固定磁極及び前記共通磁極と共に磁気回路を生成して前記第２の固定磁極に吸引される可動磁極とを備えたソレノイドであって、
前記第１の固定磁極は、前記可動磁極と対向する部分に、前記可動磁極の中心軸に対して斜行すると共に互いに異なる斜行角度を有する第１の面と第２の面とが形成され、
前記第２の固定磁極は、前記可動磁極と対向する部分に、前記可動磁極の中心軸に対して斜行すると共に互いに異なる斜行角度を有する第１の面と第２の面とが形成され、
前記共通磁極は、前記可動磁極の前記本体部の周側面に対向し、かつ、前記可動磁極の中心軸に対して平行である平行面が形成され、
前記可動磁極は、前記第１及び前記第２の磁極部が略錐台形状に形成されると共に、前記第１の磁極部に前記第１の固定磁極の前記第１の面と前記第２の面とに対してそれぞれ対向する第１の面と第２の面とが形成され、前記第２の磁極部に、前記第２の固定磁極の前記第１の面と前記第２の面とに対してそれぞれ対向する第１の面と第２の面とが形成され、かつ、前記第１及び前記第２の磁極部の周側面がそれぞれ前記第１の面であり、前記本体部の前記周側面において前記可動磁極が前記第１の固定磁極と前記第２の固定磁極との中間に位置しているときよりも前記第１又は前記第２の固定磁極に最も接近しているときの方が前記共通磁極の前記平行面に対向している領域の面積が小さくなるように形成され、前記本体部の前記周側面と前記第１の磁極部の前記周側面との間に第１の段差部が形成されると共に、前記本体部の前記周側面と前記第２の磁極部の前記周側面との間に第２の段差部が形成され、前記可動磁極が前記第１の固定磁極に最も接近しているときに前記可動磁極の中心軸方向において前記第２の段差部が前記共通磁極に対して同じところに位置するようになされ、前記可動磁極が前記第２の固定磁極に最も接近しているときに前記可動磁極の中心軸方向において前記第１の段差部が前記共通磁極に対して同じところに位置するようになされ、前記第１の段差部及び前記第２の段差部において、前記可動磁極の中心軸に近い領域が前記可動磁極の中心軸と直交する直交面として形成され、前記可動磁極の中心軸から遠い領域が前記可動磁極の中心軸に対して斜行する斜行面として形成されていることを特徴とするソレノイド。
【請求項２】
前記可動磁極は、前記第１及び前記第２の磁極部の中心軸及びその近傍に凹陥部が形成されると共に、これらの凹陥部の内周面がそれぞれ前記第２の面である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、前記第１及び前記第２の磁極部の前記凹陥部の中央に、前記可動磁極の中心軸と直交するように、かつ、平坦な直交面が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のソレノイド。
【請求項４】
前記可動磁極は、前記第１の磁極部及び前記第２の磁極部の前記直交面にスペーサがそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項３に記載のソレノイド。
【請求項５】
前記共通磁極は、前記可動磁極の中心軸方向に配列された複数の共通磁極構成板からなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のソレノイド。
【請求項６】
前記第１の固定磁極と前記第２の固定磁極との少なくとも一方は、前記可動磁極に対向する部分のうち、前記第１の面を含む一部分が分割されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のソレノイド。
【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、特に互いに背向する２方向に対して動作する機能と、比例ソレノイドとしての機能を併せ持っているソレノイドに関する。
【背景技術】
【０００２】
ソレノイドにおいては、特に互いに背向する２方向に対して動作可能であり、流体の流量制御に利用できる比例ソレノイドとしての機能を併せ持っているものがある。比例ソレノイドは、可動磁極に対する吸引力と可動磁極を元の位置に押し戻すスプリングの弾発力との釣り合いによって可動磁極を任意の位置に停止させることができ、コイルへの電流を制御することによって可動磁極の位置を制御することが可能なソレノイドであり、主として油圧回路などにおいて流量制御弁の流量を調整するために利用されている。さらに、比例ソレノイドを２方向に対して動作及び位置制御を可能にして流量制御弁等の小型化を図ったものがある。特開２００１−６９２５公報で開示されている技術は、このようなソレノイドの一例である。以下に、この公報で開示されたソレノイドについて説明する。
【０００３】
図２０は、従来技術に係るソレノイドの構造を示す断面図である。図２０において、１００はソレノイド、１０１は可動磁極、１０２は磁性部、１０３は共通磁極、１０４は第１固定磁極、１０５は第２固定磁極、１０６及び１０７は磁性部、１０８及び１０９は非磁性部、１１０は第１コイル、１１１は第２コイル、１１２はケース、１１３はシャフトである。
【０００４】
図２０に示すように、ソレノイド１００は、ケース１１２の内部に、コイル１１０及び１１１と、これらのコイルの間に配置される共通磁極１０３とを有している。また、ケース１１２の両端部に互いに対向する固定磁極１０４と固定磁極１０５とをそれぞれ設けている。固定磁極１０４の固定磁極１０５に対向する側は磁性部１０６が嵌合されており、固定磁極１０５の固定磁極１０４に対向する側は磁性部１０７が嵌合されててる。さらに、磁性部１０６と磁性部１０７との間には、非磁性部１０８、磁性部１０２と磁性部１０９とが介在している。また、磁性部１０２は共通磁極１０３に接している。可動磁極１０１は、中心軸に沿って形成された貫通孔にシャフト１１３が貫通しており、磁性部１０６、非磁性部１０８、磁性部１０２、磁性部１０９及び磁性部１０７とで構成される円筒状の空間内を摺動する。
【０００５】
以上の構成において、例えばコイル１１０に通電してコイル１１０が励磁されると、固定磁極１０４、可動磁極１０１、可動磁極１０１、磁性部１０２及び共通磁極１０３を流れる磁束によって磁気回路を生成し、可動磁極１０１が固定磁極１０４に向かって吸引される。可動磁極１０１がケース１１２の中間位置か固定磁極１０４に吸着されるまでの間、磁性部１０２は可動磁極１０１及び共通磁極１０３との間にエアギャップがほとんどない上に、可動磁極１０１と磁性部１０２との対向している面積も大きいので、発生した磁束は可動磁極１０１と共通磁極１０３との間を効率よく流れる。同様に、コイル１１１に通電した場合には、可動磁極１０１は固定磁極１０５に吸引される。
【０００６】
ところで、可動磁極１０１と固定磁極１０４とがある程度接近するまでの間、可動磁極１０１と磁性部１０７とのエアギャップの方が可動磁極１０１と固定磁極１０４とのエアギャップよりも非常に狭い状態となる。したがって、可動磁極１０１と固定磁極１０４とがある程度接近するまでの間は、発生した磁束の多くが可動磁極１０１と磁性部１０７との間を流れることになる。磁性部１０７の内周面と可動磁極１０１の外周面とは、可動磁極１０１の摺動方向に対して直交する方向において対向している。したがって、このとき流れている磁束を可動磁極１０１と磁性部１０７との間に発生する吸引力を可動磁極１０１の摺動方向、つまり可動磁極１０１の中心軸方向と、この中心軸に直交する方向との分力に分解すると、中心軸に直交する方向へ働く分力が相当な部分を占めることになる。この分力は、可動磁極１０１と固定磁極１０４とが非常に接近するまでの間に発生した磁束の大部分は可動磁極１０１の吸引力として寄与しない。
【０００７】
可動磁極１０１と固定磁極１０４とがある程度接近すると、可動磁極１０１と固定磁極１０４との間に流れる磁束の方が急激に大きくなる。これは、磁性部１０７の先端側の厚みが固定磁極１０４の半径の数分の一程度しかなく、磁性部１０７の磁気抵抗が固定磁極１０４の磁気抵抗よりも大きく、さらに磁性部１０７が固定磁極１０４よりも先に磁気飽和することによる。比例ソレノイドにおいては、吸引力がある程度増大した後は、吸引力が一定となることが望ましく、特に吸引力が急増することは最も避けなければならない。この従来技術におけるソレノイドの構造は、発生した磁束を効率的に利用できる反面、吸引力が急増する構造でもあるので、新たな課題を発生させていると言える。磁性部１０７の厚みを可動磁極１０１の半径程度に厚くすれば、この課題を解消することが可能であるが、ケース１１２を大型化する必要があり、好ましい解決策とは言えない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−６９２５公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するために、互いに背向する２方向に対して動作可能であり、かつ、比例ソレノイドとしての機能を併せ持っているソレノイドにおいて、発生する磁束を効率的に利用できると共に、可動磁極に対する吸引力の変化を抑制可能な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】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、ケースと、このケース内に所定の間隙をおいて配置された第１及び第２のコイルと  前記ケースの両端部にそれぞれ固定された第１及び第２の固定磁極と、前記ケース内に前記第１のコイルと前記第２のコイルとの間に介在するように配置された共通磁極と、前記ケース内に摺動可能に設けられ、かつ、略筒状の本体部と、この本体部の前記第１の固定磁極と対向する側に設けられた第１の磁極部と、前記本体部の前記第２の固定磁極と対向する側に設けられた第２の磁極部とを有し、前記第１のコイルに通電したときには前記ケース、前記第１の固定磁極及び前記共通磁極と共に磁気回路を生成して前記第１の固定磁極に吸引され、前記第２のコイルに通電したときには前記ケース、前記第２の固定磁極及び前記共通磁極と共に磁気回路を生成して前記第２の固定磁極に吸引される可動磁極とを備えたソレノイドであって、前記第１の固定磁極は、前記可動磁極と対向する部分に、前記可動磁極の中心軸に対して斜行すると共に互いに異なる斜行角度を有する第１の面と第２の面とが形成され、前記第２の固定磁極は、前記可動磁極と対向する部分に、前記可動磁極の中心軸に対して斜行すると共に互いに異なる斜行角度を有する第１の面と第２の面とが形成され、前記共通磁極は、前記可動磁極の前記本体部の周側面に対向し、かつ、前記可動磁極の中心軸に対して平行である平行面が形成され、前記可動磁極は、前記第１の磁極部に前記第１の固定磁極の前記第１の面と前記第２の面とに対してそれぞれ対向する第１の面と第２の面とが形成され、前記第２の磁極部に、前記第２の固定磁極の前記第１の面と前記第２の面とに対してそれぞれ対向する第１の面と第２の面とが形成されると共に、前記本体部の前記周側面において前記可動磁極が前記第１の固定磁極と前記第２の固定磁極との中間に位置しているときよりも前記第１又は前記第２の固定磁極に最も接近しているときの方が前記共通磁極の前記平行面に対向している領域の面積が小さくなるように形成されていることを特徴とするソレノイドである。
【００１１】
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、前記可動磁極は、前記第１及び前記第２の磁極部が略錐台形状に形成されると共に、前記第１及び前記第２の磁極部の周側面がそれぞれ前記第１の面であることを特徴とするソレノイドである。
【００１２】
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、前記可動磁極は、前記第１及び前記第２の磁極部の中心軸及びその近傍に凹陥部が形成されると共に、これらの凹陥部の内周面がそれぞれ前記第２の面であることを特徴とするソレノイドである。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記可動磁極は、前記第１及び前記第２の磁極部の前記凹陥部の中央に、前記可動磁極の中心軸と直交するように、かつ、平坦な直交面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、前記可動磁極は、前記本体部の前記周側面と前記第１の磁極部の前記周側面との間に第１の段差部が形成されると共に、前記本体部の前記周側面と前記第２の磁極部の前記周側面との間に第２の段差部が形成され、前記可動磁極が前記第１の固定磁極に最も接近しているときに前記可動磁極の中心軸方向において前記第１の段差部が前記共通磁極に対して重なり合うようになされ、前記可動磁極が前記第２の固定磁極に最も接近しているときに前記可動磁極の中心軸方向において前記第１の段差部が前記共通磁極に対して重なり合うようになされていることを特徴とするソレノイドである。
【００１５】
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、前記第１の段差部及び前記第２の段差部において、前記可動磁極の中心軸に近い領域が前記可動磁極の中心軸と直交する直交面として形成され、前記可動磁極の中心軸から遠い領域が前記可動磁極の中心軸に対して斜行する斜行面として形成されていることを特徴とするソレノイドである。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の発明において、前記可動磁極は、前記第１の磁極部及び前記第２の磁極部の前記直交面にスペーサがそれぞれ配置されていることを特徴とするソレノイドである。
【００１７】
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、前記共通磁極は、前記可動磁極の中心軸方向に配列された複数の共通磁極構成板からなることを特徴とするソレノイドである。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、請求項２から請求項８のいずれか一項に記載の発明において、前記第１の固定磁極と前記第２の固定磁極との少なくとも一方は、前記可動磁極に対向する部分のうち、前記第１の面を含む一部分が分割されていることを特徴とするソレノイドである。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に記載の発明によれば、可動磁極の本体部の周側面において、可動磁極が第１の固定磁極と第２の固定磁極との中間に位置しているときよりも、第１又は第２の固定磁極に最も接近しているときの方が共通磁極の平行面に対向している領域の面積が小さくなるように形成されているので、可動磁極と共通磁極との間の磁気抵抗は第１又は第２の固定磁極に最も接近しているときの方が第１の固定磁極と第２の固定磁極との中間に可動磁極が位置しているときよりも大きくなる。したがって、可動磁極が第１又は第２の固定磁極に接近するときに、両者を流れる磁束量が急増することによって吸引力が急増することを抑制できる。また、第１及び第２の磁極部に形成した第１及び第２の面が可動磁極の中心軸に対して斜行しているので、これらの面を経由して流れる磁束の可動磁極の中心軸方向の分力が吸引力として寄与する。
【００２０】
請求項２に記載の発明によれば、第１及び第２の磁極部を略錐台形状とすることによって、所定の斜行角度を持つ第１の面を容易に、かつ、低コストで形成することができる。
【００２１】
請求項３に記載の発明によれば、可動磁極の凹陥部の内周面が第２の面であるので、所定の斜行角度を持つ第２の面を容易に、かつ、低コストで形成することができる。
【００２２】
請求項４に記載の発明によれば、第１及び第２の磁極部に直交面を設けたので、吸引力の生成に寄与する磁束の流れを一定程度確保することができる。
【００２３】
請求項５に記載の発明によれば、第１及び第２の磁極部に段差部を形成することによって、第１又は第２の固定磁極に最も接近している状態における共通磁極と可動磁極の周側面とが対向している領域の面積を、第１の固定磁極と第２の固定磁極との中間に可動磁極が位置している状態における共通磁極と可動磁極の平行面とが対向している領域の面積よりも小さくすることが容易に実現できる。
【００２４】
請求項６に記載の発明によれば、第１の段差部及び前記第２の段差部において、可動磁極の中心軸に近い領域を直交面とし、可動磁極の中心軸から遠い領域を斜行面としてので、可動磁極の中心軸から遠い領域である斜行面に共通磁極への磁束の流れを多少生じることになる。これによって、共通磁極の平行面と可動磁極の周側面とが対向している領域の面積が変化するときに、この面積が漸次変化するのに近い状態とすることができる。
【００２５】
請求項７記載の発明によれば、残留磁気の影響によって、第１又は第２の固定磁極に対して可動磁極が張り付くことを防止できる。また、直交面にスペーサを装着するので、装着作業が容易になる。
【００２６】
請求項８に記載の発明によれば、共通磁極の可動磁極の中心軸方向における厚みが比較的大きいと、ケースの内部へ圧入するのに必要な作業時間が長くなる上に、共通磁極の寸法精度が十分でない場合には、圧入自体が困難になることもあるが、共通磁極を分割したのでケースの内部への圧入が容易になる。
【００２７】
請求項９に記載の発明によれば、略錐台形状の第１及び第２の磁極部に対応して、第１の固定磁極及び第２の固定磁極の対向する部分を凹陥させる必要があるが、第１の面を含む一部分を分割することによって、凹陥部の内周面を所定の斜行角度に切削加工するという難易度が高い加工を行わずに形成することが可能になる。ひいては、製造コストを低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドを示す図（１）であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は可動磁極の中心軸方向の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドを示す図（２）であり、（ｃ）は正面図、（ｄ）は左側面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドの動作を示す断面図であり、（ａ）は可動磁極が第１磁極部に最も接近した状態、（ｂ）は可動磁極が第２磁極部に最も接近した状態である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドの可動磁極、第１固定磁極、第２固定磁極及び共通磁極の細部を示す左側面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドにおける磁束の流れを示す図（１）であり、（ａ）は第１コイルへの通電前の状態、（ｂ）は第１コイルへの通電直後の状態である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドにおける磁束の流れを示す図（２）であり、（ｃ）は可動磁極の摺動開始直後の状態、（ｄ）は可動磁極の摺動開始後間もない状態である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドにおける磁束の流れを示す図（３）であり、（ｅ）は可動磁極が第１固定磁極に一定程度接近した状態、（ｆ）は可動磁極が第１固定磁極に相当程度接近した状態である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドにおける磁束の流れを示す図（４）であり、（ｇ）は可動磁極が第１固定磁極最も接近した状態、（ｈ）は第１コイルへの通電を停止した状態である。
【図９】第１の比較例に係るソレノイドを示す図であり、（ａ）は第１コイルへの通電前の状態、（ｂ）は第１コイルへの通電を停止した状態である。
【図１０】第２の比較例に係るソレノイドを示す図であり、（ａ）は第１コイルへの通電前の状態、（ｂ）は第１コイルへの通電を停止した状態である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドに対する実験結果を示すグラフである。
【図１２】第１の比較例に係るソレノイドに対する実験結果を示すグラフである。
【図１３】第２の比較例に係るソレノイドに対する実験結果を示すグラフである。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係るソレノイドを示す図であり、（ａ）は第１コイルへの通電前の状態、（ｂ）は第１コイルへの通電を停止した状態である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態に係るソレノイドを示す図であり、（ａ）は第１コイルへの通電前の状態、（ｂ）は第１コイルへの通電を停止した状態である。
【図１６】本発明の第４の実施の形態に係るソレノイドを示す図であり、（ａ）は第１コイルへの通電前の状態、（ｂ）は第１コイルへの通電を停止した状態である。
【図１７】本発明の第５の実施の形態に係るソレノイドを示す図であり、（ａ）は第１コイルへの通電前の状態、（ｂ）は第１コイルへの通電を停止した状態である。
【図１８】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を示す図であり、（ａ）は左側面図、（ｂ）は断面図である。
【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を示す図であり、（ａ）は分離した状態、（ｂ）は一体にした状態である。
【図２０】従来技術に係るソレノイドの構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドについて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドを示す図（１）であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は可動磁極の中心軸方向の断面図である。図１において、１０はソレノイド、２０は可動磁極、２３ａは段差部斜行面、２３ｂは段差部直交面、２４ａは段差部斜行面、２４ｂは段差部直交面、４０は第１固定磁極、４５は第２固定磁極、５０は第１共通磁極構成板、５２は第２共通磁極構成板、６０はケース、６１は肉厚部、６２ａ及び６２ｂは開口部、６３及び６４は肉薄部、６５は第１蓋、６６は第２蓋、６７はシャフト、６８は第１先端部、６８ａは開口部、６９は第２先端部、７０及び７１はドライブッシュ、７２は第１ボビン、７３は第１コイル、７４は第２ボビン、７５は第２コイル、７６ａ、７６ｂ、７６ｃ及び７６ｄはリード線、７７はフランジ、７７ａ、７７ｂ及び７７ｃは開口部、７８及び７９はスペーサである。
【００３０】
本発明の第１の実施の形態に係るソレノイド１０は、互いに背向する２方向に対して動作する機能と、コイルの電流値によって推力を制御可能な比例ソレノイドとしての機能を併せ持っている。すなわち、ソレノイド１０は、図１に示すように、シャフト６７がケース６０の両端部に設けた第１蓋６５と第２蓋６６とから突出するように摺動する。シャフト６７は、可動磁極２０の中心軸に沿って形成された貫通孔に嵌合されており、可動磁極２０の摺動に伴ってケース６０の外部に突出する。可動磁極２０は、第１コイル７３に通電したときには、第１固定磁極４０に吸引され、第２コイル７５に通電したときには第２固定磁極に吸引される。また、ソレノイド１０の外部には、図示していないスプリングを２つ設けており、それぞれのスプリングが第１固定磁極４０又は第２固定磁極に吸引されつつある可動磁極２０を第１固定磁極４０と第２固定磁極との中間点に押し戻すように弾発力を加えている。可動磁極２０の推力は、第１コイル７３及び第２コイル７５のターン数と、これらのコイルに流れる電流値によって決まる。したがって、この電流値をスプリングの弾発力に適宜対応するように制御すれば、可動磁極２０を励磁による吸引力と弾発力が均衡する位置に停止させることができる。また、第１コイル７３又は第２コイル７５への通電を停止すると、スプリングの弾発力によって第１固定磁極４０と第２固定磁極との中間点に押し戻される。
【００３１】
さらにソレノイド１０の各部品の詳細について説明する。図２は、本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドを示す図（２）であり、（ｃ）は正面図、（ｄ）は左側面図である。図２において、７６ｄはリード線、７７ｄは開口部であり、その他の符号は図１と同じものを示す。また、図３は、本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドの動作を示す断面図であり、（ａ）は可動磁極が第１磁極部に最も接近した状態、（ｂ）は可動磁極が第２磁極部に最も接近した状態である。図３において用いた符号は、すべて図１と同じものを示す。さらに、図４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、第１固定磁極、第２固定磁極及び共通磁極の細部を示す左側面図である。図４において、２１は本体部、２２は周側面、２３は第１段差部、２３ａは段差部斜行面、２３ｂは段差部直交面、２４は第２段差部、２４ａは段差部斜行面、２４ｂは段差部直交面、２５は第１磁極部、２６は外側斜行面、２７は内側斜行面、２８は内側直交面、２９は第２磁極部、３０は外側斜行面、３１は内側斜行面、３２は内側直交面、３３は貫通孔、４０ａ、４０ｂ及び４０ｃは貫通孔、４１は凹陥部、４１ａは突出部、４２は外側斜行面、４３は内側斜行面、４４は内側直交面、４５ａ、４５ｂ及び４５ｃは貫通孔、５１は貫通孔、４６は凹陥部、４６ａは突出部、４７は外側斜行面、４８は内側斜行面、４９は内側直交面、５１ａは平行面、５３は貫通孔、５３ａは平行面であり、その他の符号は図１と同じものを示す。なお、図４において、断面のハッチングは省略している。
【００３２】
図４に示すように、可動磁極２０は、第１共通磁極構成板５０の貫通孔５１と第２共通磁極構成板５２の貫通孔５３に挿入された状態で設けられている、また、第１コイル７３及び第２コイル７５への通電を停止しているときには、可動磁極２０の中心軸方向における中間点が第１共通磁極構成板５０と第２共通磁極構成板５２との接触面に対応した位置、つまり図４に示した位置に停止するように配置されている。さらに、可動磁極２０は、第１磁極部２５と第２磁極部２９とが鏡面対称となるように形成されており、本体部２１を間に挟んで互いに背向している。本体部２１は、可動磁極２０の本体部であり、円筒形状の周側面２２を持っている。周側面２２は、第１共通磁極構成板５０の平行面５１ａと第２共通磁極構成板５２の平行面５３ａに極めて近接した状態で対向している。また、第１磁極部２５、本体部２１及び第２磁極部２９を可動磁極２０の中心軸に沿って貫通するように貫通孔３３を形成している。貫通孔３３は、図１（ｂ）で示したように、シャフト６７が嵌合されている。
【００３３】
第１磁極部２５は、第１固定磁極４０に対向するように、かつ、略円錐台形状に形成されている。略円錐台形状に形成されていることから、第１磁極部２５の周側面は可動磁極２０の中心軸に対して一定の角度で斜行している。また、第１磁極部２５の先端部分は、可動磁極２０の中心軸及びその近傍となる領域が凹陥部になっている。この凹陥部の内周面は、可動磁極２０の中心軸に対して一定の角度で斜行している。第１磁極部２５の周側面である外側斜行面２６と、第１磁極部２５の先端部分における凹陥部の内周面である内側斜行面２７とは、後述するように、比例ソレノイドとして好ましい特性が得られるように、可動磁極２０の中心軸に対してそれぞれ異なる角度で、かつ、外側斜行面２６が内側斜行面２７よりも可動磁極２０の中心軸に対して小さい斜行角度なるように形成されている。さらに、第１磁極部２５の先端部分の凹陥部において、内側斜行面２７よりも可動磁極２０の中心軸に近い領域は、可動磁極２０の中心軸に対して直交する内側直交面２８としている。内側直交面２８の中心には、貫通孔３３が開口している。なお、第１磁極部２５は、略六角錐台や略八角錐台など他の形状としてもよい。
【００３４】
第２磁極部２９は、第２固定磁極４５に対向するように、かつ、略円錐台形状に形成されている。第２磁極部２９の周側面は、可動磁極２０の中心軸に対して第１磁極部２５の外側斜行面２６と同じ角度で斜行している。また、第２磁極部２９の先端部分は、可動磁極２０の中心軸及びその近傍となる領域が凹陥部になっている。この凹陥部の内周面は、第１磁極部２５の内側斜行面２７と同じ角度で斜行している。したがって、第２磁極部２９の周側面である外側斜行面３０と、第２磁極部２９の先端部分における凹陥部の内周面である内側斜行面３１とは、第２コイル７５に通電したときには、第１磁極部２５の外側斜行面２６と第１磁極部２５の内側斜行面２７と同じ特性が得られる。さらに、第２磁極部２９の先端部分の凹陥部において、内側斜行面３１よりも可動磁極２０の中心軸に近い領域は、可動磁極２０の中心軸に対して直交する内側直交面３２としている。内側直交面３２は、内側直交面２８と同じ面積を有しており、その中心には貫通孔３３が開口している。なお、ソレノイド１０に求められる特性によっては、第１磁極部２５と第２磁極部２９との形状を第１磁極部２５と異なるものとしてもよい。例えば、外側斜行面２６と外側斜行面３０との斜行角度を異なるものにする、又は、内側直交面２８と内側直交面３２との面積を異なるものとする、あるいは、複数の部位において形状を互いに異なるものにしてもよい。なお、第２磁極部２９は、略六角錐台や略八角錐台など他の形状としてもよい。
【００３５】
また、第１磁極部２５は、最も径が大きい部分においても本体部２１より径が小さくなっており、これらの境界は第１段差部２３として形成されている。第１段差部２３は、可動磁極２０の中心軸から遠い側、つまり本体部２１に連続する側を可動磁極２０の中心軸に対して斜行する段差部斜行面２３ａと、可動磁極２０の中心軸から近い側、つまり第１磁極部２５に連続する側を可動磁極２０の中心軸に対して直交する段差部直交面２３ｂから構成されている。段差部斜行面２３ａと段差部直交面２３ｂとは、可動磁極２０の中心軸に対する角度が異なっており、後述するように、可動磁極２０と第１共通磁極構成板５０及び第２共通磁極構成板５２との間に流れる磁束を調節するためにこのような角度に設定されている。第２磁極部２９と本体部２１との境界も第２段差部２４として形成されており、第２段差部２４も第１段差部２３と同様に、段差部斜行面２４ａと段差部直交面２４ｂとから構成されている。
【００３６】
第１固定磁極４０は、可動磁極２０の第１磁極部２５に対向している側に凹陥部４１を形成している。凹陥部４１は、可動磁極２０の第１磁極部２５の形状に噛み合うように、略円錐台形状に凹陥しており、第１固定磁極４０の中心軸及びその近傍の領域を第１磁極部２５に向かって突出した突出部４１ａとしている。凹陥部４１の内周面である外側斜行面４２は、可動磁極２０の中心軸に対して斜行しており、かつ、第１磁極部２５の外側斜行面２６と同じ斜行角度にしている。突出部４１ａの周側面である内側斜行面４３は、可動磁極２０の中心軸に対して斜行しており、かつ、第１磁極部２５の内側斜行面２７と同じ斜行角度にしている。また、突出部４１ａの第１磁極部２５に対向する面は、可動磁極２０の中心軸に対して直交する内側直交面４４として形成されている。したがって、外側斜行面２６と外側斜行面４２との間、及び、内側斜行面２７と内側斜行面４３と間を流れるほとんどの磁束は、可動磁極２０の中心軸に対して斜行するように流れる。これらの磁束を可動磁極２０の中心軸方向と、この中心軸に直交する方向との分力に分解すると、磁束が流れる部位によって差はあるが、中心軸方向へ働く分力が図２０に示した従来技術の構造、すなわち対向する２組の面のうち、１組が中心軸に直交する方向に流れる構造よりも大きくすることが可能である。また、外側斜行面２６と外側斜行面４２、及び、内側斜行面２７と内側斜行面４３は、可動磁極２０の中心軸に対する斜行角度をそれぞれ異なるものとしているので、可動磁極２０が第１固定磁極４０に接近しつつあるときに、これら２組の面同士の間隙が異なるものとなる。具体的には、外側斜行面２６と外側斜行面４２との可動磁極２０の中心軸に対する斜行角度が内側斜行面２７と内側斜行面４３との斜行角度よりも小さいので、外側斜行面２６と外側斜行面４２との間隙の方が内側斜行面２７と内側斜行面４３との間隙よりも小さくなる。さらに、可動磁極２０の摺動時の単位時間当たりの間隙の縮小距離が小さくなる。この間隙の違いと、単位時間当たりの間隙の縮小距離の違いが磁束の流れの微妙な制御を可能にし、ソレノイド１０に所望の特性を持たせることを可能にする。くわえて、内側直交面２８と内側直交面４４とは、可動磁極２０の中心軸に対して直交しており、これらの間を流れるほとんどの磁束はこの中心軸と平行に流れるので、可動磁極２０の推力を増大させる効果を有する。また、第１固定磁極４０の中心軸に沿って貫通孔４０ａ、４０ｂ及び４０ｃが形成されている。貫通孔４０ａと貫通孔４０ｂとの段差部は、図１に示したドライブッシュ７０の位置決めのために形成されている。さらに、もっとも径が大きい貫通孔４０ｃはドライブッシュ７０の圧入する際の誘い込みのために形成されている。なお、凹陥部４１は、第１磁極部２５が略六角錐台や略八角錐台などに形成されている場合には、これに応じた形状としてもよい。
【００３７】
第２固定磁極４５は、可動磁極２０の第２磁極部２９に対向している側に凹陥部４６を形成している。したがって、凹陥部４６は、可動磁極２０を介して第１固定磁極４０の凹陥部４１と対向している。また、凹陥部４６は、可動磁極２０の第２磁極部２９の形状に噛み合うように、第２固定磁極４５の中心軸及びその近傍の領域を第２磁極部２９に向かって突出した突出部４６ａとしている。凹陥部４６の内周面である外側斜行面４７は、可動磁極２０の中心軸に対して斜行しており、かつ、第２磁極部２９の外側斜行面３０と同じ斜行角度にしている。突出部４６ａの周側面である内側斜行面４８は、可動磁極２０の中心軸に対して斜行しており、かつ、第２磁極部２９の内側斜行面３１と同じ斜行角度にしている。また、突出部４６ａの第２磁極部２９に対向する面は、可動磁極２０の中心軸に対して直交する内側直交面４９として形成されている。したがって、外側斜行面３０と外側斜行面４７との間、及び、内側斜行面３１と内側斜行面４８と間を流れるほとんどの磁束は、可動磁極２０の中心軸に対して斜行するように流れるが、外側斜行面２６と外側斜行面４２との間、及び、内側斜行面２７と内側斜行面４３と同様に、図２０に示した従来技術の構造よりも大きくすることが可能である。くわえて、内側直交面３２と内側直交面４９とは、可動磁極２０の中心軸に対して直交しており、これらの間を流れるほとんどの磁束はこの中心軸と平行に流れるので、可動磁極２０の推力を増大させる効果を有する。貫通孔４５ａと貫通孔４５ｂとの段差部は、図１に示したドライブッシュ７１の位置決めのために形成されている。さらに、もっとも径が大きい貫通孔４５ｃはドライブッシュ７１の圧入する際の誘い込みのために形成されている。なお、凹陥部４６は、第２磁極部２９が略六角錐台や略八角錐台などに形成されている場合には、これに応じた形状としてもよい。
【００３８】
第１共通磁極構成板５０及び第２共通磁極構成板５２は、第１コイル７３と第２コイル７５とのいずれに通電した場合でも、磁気回路として中核的な役割を果たす磁極である。第１共通磁極構成板５０は、中心及びその近傍に貫通孔５１を有する円盤形状に形成されている。第２共通磁極構成板５２も、中心及びその近傍に貫通孔５３を有する円盤形状に形成されており、さらに第１共通磁極構成板５０と同じ形状で、かつ、同じ大きさである。第１共通磁極構成板５０と第２共通磁極構成板５２とは、共通磁極を２つに分割することによって、１ｍｍから４ｍｍ程度の厚さの磁性金属板をプレス加工して成形することが可能になると共に、ケース６０の２つの開口部から別々に圧入できるようになるので、ソレノイド１０の組立作業の効率化と、製造コストの低減を図ることができるという利点がある。もちろん、３枚以上の共通磁極構成板で共通磁極を構成することも可能であり、１つの共通磁極のみで構成することも可能である。また、貫通孔５１と貫通孔５３とは、可動磁極２０の本体部２１の径よりもわずかに大きい径に形成されており、貫通孔５１の内周面である平行面５１ａと貫通孔５３の内周面である平行面５３ａとは可動磁極２０の中心軸に対して平行となるように形成されている。さらに、平行面５１ａと平行面５３ａは、本体部２１の周側面２２との間隙を必要最小限とし、無用な磁気抵抗を生じないようにしている。なお、ソレノイド１０に求められる特性によっては、第１共通磁極構成板５０と第２共通磁極構成板５２との形状や厚さを互いに異なるものとしてもよい。
【００３９】
前述のように、第１段差部２３と第２段差部２４とは、可動磁極２０と第１共通磁極構成板５０及び第２共通磁極構成板５２との間に流れる磁束を調節する機能を有している。ここで、この磁束を調節する機能について説明する。図１（ｂ）に示すように、可動磁極２０が第１固定磁極４０と第２固定磁極４５との中間に位置しているときには、第１共通磁極構成板５０の平行面５１ａと第２共通磁極構成板５２の平行面５３ａとの全ての領域が可動磁極２０の本体部２１の周側面２２に正対した状態で対向しており、また両者の間の間隙は非常に狭いものとなっている。したがって、第１コイル７３と第２コイル７５とのいずれに通電した場合、平行面５１ａと平行面５３ａの全ての領域を磁束が通過する状態となる。しかし、図３（ａ）示す状態、すなわち可動磁極２０が第１固定磁極４０に最も接近した状態になると、可動磁極の中心軸方向において第２段差部２４が平行面５３ａと同じところに位置する。この状態においては、周側面２２に正対しているのは平行面５３ａの一部分となり、他の部分は段差部斜行面２３ａと外側斜行面３０とに対向しているが、正対しているわけではない。さらに、段差部斜行面２３ａと外側斜行面３０とは、周側面２２よりも平行面５３ａとの間隙が非常に大きい。したがって、周側面２２と段差部斜行面２３ａ及び外側斜行面３０との間に流れる磁束は、平行面５３ａの場合よりも少なくなる。
【００４０】
以上の構成によれば、可動磁極２０が第１固定磁極４０と第２固定磁極４５との中間に位置しているときよりも、可動磁極２０が第１固定磁極４０に最も接近しているときの方が平行面５１ａ及び５３ａの面積が小さくなり、可動磁極２０と第１共通磁極構成板５０及び第２共通磁極構成板５２との間を流れる磁束を絞り込むような作用を生じる。また、図３（ｂ）示す状態、すなわち可動磁極２０が第２固定磁極４５に最も接近した状態においても、周側面２２に正対しているのが平行面５１ａの一部分となる。よって、可動磁極２０が第１固定磁極４０と第２固定磁極４５との中間に位置しているときよりも、可動磁極２０が第２固定磁極４５に最も接近しているときの方が平行面５１ａ及び５３ａの面積が小さくなるので、可動磁極２０の第１固定磁極４０又は第２固定磁極４５への接近に連動して流れる磁束量を絞り込むような効果を生じる。これは、例えて言うならば、流量調整弁によって流体の流量を絞り込むような作用であり、図２０で示した可動磁極１０１と磁性部１０２との構成には全く存在しないものである。
【００４１】
さらに、図１及び図２に基づいて、他の構成部品について説明する。ケース６０は、図１（ｂ）に示すように、第１共通磁極構成板５０及び第２共通磁極構成板５２を嵌合する中央部分を他の部分よりも肉が厚い肉厚部６１としている。このように形成することによって、第１共通磁極構成板５０と第２共通磁極構成板５２とを両端の開口部から挿入し、肉厚部６１まで挿入する作業を人手で行えるようにしている。また、ケース６０の両端部は、他の部分よりも肉が薄い肉薄部６３及び６４としている。肉薄部６３と肉薄部６４とは、第１蓋６５と第２蓋６６とを嵌合するために形成されており、これらと中央寄りの部分との段差部は第１蓋６５及び第２蓋６６を圧入する際の位置決め、すなわち圧入する深さを設定するために利用される。くわえて、図１（ｂ）に示した開口部６２ａ及び６２ｂと、図示していない２つの開口部とはリード線７６ａ、７６ｂ、７６ｃ及び７６ｄをケース６０の外部に導出するために形成されている。
【００４２】
シャフト６７は、可動磁極２０の貫通孔３３に嵌合されており、さらに第１固定磁極４０に固定されたドライブッシュ７０と、第２固定磁極４５に固定されたドライブッシュ７１とに支持されている。また、図２（ｄ）に示すように、負荷装置の弁体やリンク機構などを接続するために、第１先端部６８の最先端部の近傍に開口部６８ａを形成してある。なお、第２先端部６９に開口部を設けてもよく、第１先端部６８と第２先端部６９との両方に負荷装置を接続できるようにしてもよい。ドライブッシュ７０とドライブッシュ７１とは、シャフト６７の軸受であり、第１固定磁極４０と第２固定磁極４５とにそれぞれ嵌合されている。第１ボビン７２と第２ボビン７４とには、第１コイル７３と第２コイル７５とをそれぞれ巻回してあるが、これらのボビンを省略することも可能である。フランジ７７は、ソレノイド１０を負荷装置等に固定するためのものであり、図２（ａ）に示すように、四隅にねじ止め用の開口部７７ａ、７７ｂ、７７ｃ及び７７ｄを形成してある。また、図１（ｂ）に示したスペーサ７８及び７９は、残留磁気によって可動磁極２０が第１固定磁極４０又は第２固定磁極に貼り付くことを防止するためのものである。また、スペーサ７８とスペーサ７９とは、内側直交面２８と内側直交面３２とに接するように配置されているが、これらの直交面に接着されていない。
【００４３】
続けて、本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドにおける磁束の流れについて説明する。図５は本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドにおける磁束の流れを示す図（１）であり、（ａ）は第１コイルへの通電前の状態、（ｂ）は第１コイルへの通電直後の状態である。図５において用いた符号は、すべて図３と同じものを示す。また、図６は本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドにおける磁束の流れを示す図（２）であり、（ｃ）は可動磁極の摺動開始直後の状態、（ｄ）は可動磁極の摺動開始後間もない状態である。図６において用いた符号は、すべて図３と同じものを示す。さらに、図７は、本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドにおける磁束の流れを示す図（３）であり、（ｅ）は可動磁極が第１固定磁極に一定程度接近した状態、（ｆ）は可動磁極が第１固定磁極に相当程度接近した状態である。図７において用いた符号は、すべて図３と同じものを示す。くわえて、図８は、本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドにおける磁束の流れを示す図（４）であり、（ｇ）は可動磁極が第１固定磁極最も接近した状態、（ｈ）は第１コイルへの通電を停止した状態である。図８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、これらの図面に記載した矢印は磁束の流れを模式的に示したものである。
【００４４】
図５（ａ）は、第１コイル７３へ通電する前の状態を示しており、可動磁極２０は第１固定磁極４０と第２固定磁極４５との中間に位置している。第１コイル７３へ通電すると、図５（ｂ）に示すように、可動磁極２０の第１磁極部２５から第１固定磁極４０へ、第１固定磁極からケース６０へ、ケース６０から第１共通磁極構成板５０及び第２共通磁極構成板５２へ、さらに第１共通磁極構成板５０及び第２共通磁極構成板５２から第１磁極部２５を巡る磁気回路を生成する。第１磁極部２５から第１固定磁極４０への磁束の流れは、間隙が圧倒的に小さい外側斜行面２６と外側斜行面４２との先端寄りの部分にかなり集中する。可動磁極２０が第１固定磁極４０へ少し摺動すると、図６（ｃ）に示すように、第１固定磁極４０の凹陥部４１に第１磁極部２５の先端部が進入する。この状態においては、可動磁極２０の中心軸方向に対して外側斜行面２６と外側斜行面４２とが部分的に重なり合った状態となり、重なり合った部分に相応程度磁束の流れが集中するが、第１固定磁極４０の内側斜行面２７と第１固定磁極４０の内側斜行面４３との間にも流れる。前述のように、外側斜行面２６と外側斜行面４２とは、可動磁極２０の中心軸方向に対して斜行しており、吸引力の分力には可動磁極２０の中心軸に平行な部分もあるので、これらの間を流れる磁束は可動磁極２０への吸引力として寄与する。
【００４５】
第１固定磁極４０の凹陥部４１に第１磁極部２５の先端部がさらに進入すると、図６（ｄ）に示すように、内側斜行面２７と内側斜行面４３との間、及び、内側直交面２８と内側直交面４４との間を流れる磁束量が増加する。これらの磁束は、可動磁極２０への吸引力として寄与する。さらに、可動磁極２０が摺動すると、図７（ｅ）に示すように、内側斜行面２７と内側斜行面４３との間、及び、内側直交面２８と内側直交面４４とが接近するのと同時に、外側斜行面２６と外側斜行面４２とが非常に接近するので、外側斜行面２６と外側斜行面４２との間を流れる磁束量の比率はあまり低下しない。一方、可動磁極２０の第２段差部２４が可動磁極２０の中心軸方向において、第２共通磁極構成板５２と重なり合うようになるので、段差部斜行面２４ａが第２共通磁極構成板５２の平行面５３ａと対向した状態となり、第１共通磁極構成板５０及び第２共通磁極構成板５２から可動磁極２０へ流れる磁束量が漸次減少して行く。
【００４６】
さらに、可動磁極２０が第１固定磁極４０に接近すると、図７（ｆ）に示すように、第１磁極部２５の各面と第１固定磁極４０の各面とが非常に接近した状態となる。しかし、可動磁極２０の中心軸方向において、第２共通磁極構成板５２の平行面５３ａと対向している周側面２２の面積が相当に小さくなるので、第２共通磁極構成板５２から可動磁極２０へ流れる磁束量が相当に絞り込まれて、第１共通磁極構成板５０及び第２共通磁極構成板５２から可動磁極２０へ流れる磁束量がさらに低下する。したがって、第１磁極部２５の各面と第１固定磁極４０の各面とが非常に接近しても、両者の間を流れる磁束量は増大しないので、可動磁極２０に働く吸引力が急増することはない。そして、図８（ｇ）に示すように、スペーサ７８が内側直交面４４に接して可動磁極２０の摺動が停止し、可動磁極２０が第１固定磁極４０に最も接近したとなる。この状態において、図８（ｈ）に示すように、第１コイル７３への通電を停止して消磁させる。なお、可動磁極２０が第２固定磁極４５に接近する場合も、同様の磁束の流れと、各部又は各面における磁束量の変化を生じる。
【００４７】
くわえて、本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドと従来技術による比較例に係るソレノイドとの吸引力に関する実験結果について説明する。図９は、第１の比較例に係るソレノイドを示す図であり、（ａ）は第１コイルへの通電前の状態、（ｂ）は第１コイルへの通電を停止した状態である。図９において、８０は周側面、８１は外側斜行面、８２は段差部斜行面、８３は段差部斜行面を示し、その他の符号は図１と同じものを示す。また、図１０は、第２の比較例に係るソレノイドを示す図であり、（ａ）は第１コイルへの通電前の状態、（ｂ）は第１コイルへの通電を停止した状態である。図１０において、８４は周側面、８５は直交面、８６は平行面、８７は直交面、８８は平行面、８９は直交面であり、その他の符号は図１と同じものを示す。さらに、図１１は、本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドに対する実験結果を示すグラフである。くわえて、図１２は、第１の比較例に係るソレノイドに対する実験結果を示すグラフである。また、図１３は、第２の比較例に係るソレノイドに対する実験結果を示すグラフである。
【００４８】
第１の比較例に係るソレノイドは、図９に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドとほとんど共通する構成としているが、可動磁極２０の周側面８０を、可動磁極２０の中心軸方向において本発明の第１の実施の形態に係るソレノイド１０における可動磁極２０の周側面２２よりも長いものとし、可動磁極２０が第１固定磁極４０に最も接近しても第２共通磁極構成板５２の平行面５３ａの全体が周側面２２に対向するようにしている。したがって、共通磁極の構成は図２０に示した従来技術に係るソレノイドに近似していると言える。なお、外側斜行面８１、段差部斜行面８２及び段差部斜行面８３の斜行角度は、本発明の第１の実施の形態に係るソレノイド１０と同じである。また、第２の比較例に係るソレノイドは、図１０に示すように、可動磁極２０は、周側面８４が第１の比較例に係るソレノイドと同様に長く、第１磁極部４０を可動磁極２０の中心軸に対して平行である平行面８６と、可動磁極２０の中心軸と直交する直交面８７とで構成している。また、周側面８４と平行面８６との段差部を可動磁極２０の中心軸と直交する直交面８５としている。第１固定磁極４０も可動磁極２０の中心軸に対して平行である平行面８８と、可動磁極２０の中心軸と直交する直交面８９とで構成している。
【００４９】
そして、本発明の第１の実施の形態に係るソレノイド、並びに、第１及び第２の比較例に係るソレノイドにおいて、各コイルの巻き数と電流値の積について、１０１５アンペアターン、１４４０アンペアターン、２０３０アンペアターン及び３２１０アンペアターンの４つを設定し、通電時の吸引力（Ｎ）とストローク（ｍｍ）との関係について比較した。その結果、本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドは、図１１に示すように、４つのアンペアターンのいずれにおいても、約４ｍｍのストローク長において吸引力がほぼ一定、すなわち概ね２０Ｎ以内の変化となった。第１の比較例に係るソレノイドは、図１２に示すように、１０１５アンペアターン及び１４４０アンペアターンで、約４ｍｍのストローク長において吸引力がほぼ一定になったが、２０３０アンペアターン及び３２１０アンペアターンでは約３ｍｍとなった。くわえて、第１の比較例に係るソレノイドは、可動磁極２０が第１固定磁極４０に最も接近する位置（グラフ上５ｍｍの位置）の２ｍｍ手前ほど手前から顕著に増大している。したがって、第１の比較例に係るソレノイドは、比例ソレノイドとして好ましくない吸引力の急増を解消できない構造と言える。また、第２の比較例に係るソレノイドは、１０１５アンペアターン、１４４０アンペアターン及び２０３０アンペアターンで、約４ｍｍのストローク長において吸引力がほぼ一定となり、３２１０アンペアターンでは約６ｍｍのストローク長において吸引力がほぼ一定となった。したがって、第２の比較例に係るソレノイドは、吸引力がほぼ一定に保持できることに関して本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドよりも優れている。しかし、吸引力は、２０３０アンペアターンにおいても８０Ｎを超えることがない。これは、比較的短時間の内に第１磁極部４０の可動磁極２０と対向する部分が通電開始から磁気飽和することによる。これに対して、本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドは、吸引力と直交する方向に効率的に利用できる２０３０アンペアターンで吸引力を１３０Ｎでほぼ一定にできている。一般的な流量制御弁では、１００Ｎを超える吸引力を要求されることも多いので、第２の比較例に係るソレノイドは、実用性、特に電力の利用効率という点で著しく劣ると言わざるを得ない。くわえて、第２の比較例に係るソレノイドは、可動磁極２０の中心軸と直交する方向への吸引力を生じるので、軸受に大きなストレスが掛かる点でも好ましくない。
【００５０】
以上のように、本発明の第１の実施の形態に係るソレノイド１０は、可動磁極２０の本体部２１の周側面２２において、可動磁極２０が第１固定磁極４０と第２固定磁極４５との中間に位置しているときよりも、第１固定磁極４０又は第２固定磁極４５に最も接近しているときの方が第１共通磁極構成板５０及び第２共通磁極構成板５２の平行面に対向している領域の面積が小さくなるように形成されているので、可動磁極２０と第１共通磁極構成板５０及び第２共通磁極構成板５２との間の磁気抵抗は第１固定磁極４０と第２固定磁極４５に最も接近しているときの方が第１固定磁極４０と第２固定磁極４５との中間に可動磁極２０が位置しているときよりも大きくなる。したがって、可動磁極２０が第１固定磁極４０又は第２固定磁極４５に接近するときに両者を流れる磁束量が急増することによって吸引力が急増することを抑制できる。また、第１磁極部２５の外側斜行面２６及び内側斜行面２７、並びに、第２磁極部２９の外側斜行面３０及び内側斜行面３１が可動磁極２０の中心軸に対して斜行しているので、これらの面を経由して流れる磁束を可動磁極２０に対する吸引力として寄与させることができる。また、第１磁極部２５及び第２磁極部２９を略円錐台形状とすることによって、所定の斜行角度を持つ外側斜行面２６及び外側斜行面３０を容易に、かつ、低コストで形成することができる。さらに、可動磁極２０の凹陥部の内周面が内側斜行面２７及び内側斜行面３１であるので、所定の斜行角度を持つ内側斜行面２７及び内側斜行面３１を容易に、かつ、低コストで形成することができる。くわえて、第１磁極部２５及び第２磁極部２９に内側直交面２８及び内側直交面３２を設けたので、吸引力の生成に寄与する磁束の流れを一定程度確保することができる。また、可動磁極２０の第１段差部２３及び第２段差部２４によって、第１固定磁極４０又は第２固定磁極４５に最も接近しているとき状態における第１共通磁極構成板５０の平行面５１ａ及び第２共通磁極構成板５２の平行面５３ａと、可動磁極２０の周側面２２とが対向している領域の面積を、第１固定磁極４０と第２固定磁極４５との中間に可動磁極２０が位置している状態における第１共通磁極構成板５０の平行面５１ａ及び第２共通磁極構成板５２の平行面５３ａと、可動磁極２０の周側面２２とが対向している領域の面積よりも小さくすることが容易に実現できる。くわえて、第１段差部２３と第２段差部２４とにおいて、可動磁極２０の中心軸に近い領域を段差部直交面２３ｂと段差部直交面２４ｂとし、可動磁極２０の中心軸から遠い領域を段差部斜行面２３ａと段差部斜行面２４ａとしているので、可動磁極２０の中心軸から遠い領域である段差部斜行面２３ａと段差部斜行面２４ａとに第１共通磁極構成板５０及び第２共通磁極構成板５２への磁束の流れを多少生じることになる。これによって、第１共通磁極構成板５０及び第２共通磁極構成板５２と可動磁極２０の平行面とが対向している領域の面積が変化するときに、この面積が漸次変化するのに近い状態とすることができる。また、スペーサ７８とスペーサ７９とを内側直交面２８と内側直交面３２とに接着したので、残留磁気の影響によって、第１固定磁極４０又は第２固定磁極４５に対して可動磁極２０が張り付くことを防止でき、さらに接着作業も容易になる。また、共通磁極の可動磁極の中心軸の方向における厚みが比較的大きいと、ケース６０の内部へ圧入するのに必要な作業時間が長くなる上に、共通磁極の寸法精度が十分でない場合には、圧入自体が困難になることもあるが、共通磁極を第１共通磁極構成板５０と第２共通磁極構成板５２に分割したので、ケース６０の内部への圧入が容易になる。同時に、１枚の磁性金属板をプレス加工することによって成形でき、材料費の低減も可能である。また、従来技術に係るソレノイドのように、可動磁極と固定磁極との間に流れる磁束を可動磁極の中心軸に直交する方向に向けることによって、可動磁極と固定磁極との間に働く吸引力の急増を低減する構成としていないので、可動磁極がスリーブに押し付けられる、又は、シャフトが軸受に押し付けられることによって無用な摩擦力を生じることがない。ひいては、ソレノイドの省電力化を図ることができ、同時にソレノイドの長寿命化を図ることもできる。
【００５１】
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１４は、本発明の第２の実施の形態に係るソレノイドを示す図であり、（ａ）は第１コイルへの通電前の状態、（ｂ）は第１コイルへの通電を停止した状態である。図１４において、５４は共通磁極、５５は第１斜行面、５６は第２斜行面であり、その他の符号は図１と同じものを示す。
【００５２】
本発明の第２の実施の形態に係るソレノイドは、本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドで分割していた共通磁極を単体の共通磁極５４としている。さらに、共通磁極５４は、可動磁極２０の周側面２２に対向する側に、可動磁極２０の中心軸に対して斜行する第１斜行面５５と第２斜行面５６とを形成し、周側面２２に対向する領域の面積を小さくしている。この構成によれば、共通磁極５４において磁束の流れを常時絞り込む効果を有するので、可動磁極２０に対する吸引力をあまり必要としない用途に好適である。また、２４は第１領域、２４ａは狭隘部分であり、その他の符号は図２と同じものを示す。本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドとは、共通磁極以外の部品を共用できるという利点もある。さらに、可動磁極２０が第１固定磁極４０に最も接近する直前において、段差部斜行面２４ａが第２斜行面５６と対向した状態となるが、これらの面は互いに直交している状態に近いくらいに斜行しているので、可動磁極２０の中心軸方向に対して段差部斜行面２４ａと第２斜行面５６とが部分的に重なり合うと、共通磁極５４から可動磁極２０へ流れる磁束量は本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドよりも急速に減少する。したがって、可動磁極２０に対する吸引力の変化をさらに抑制することができる。
【００５３】
くわえて、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１５は、本発明の第３の実施の形態に係るソレノイドを示す図であり、（ａ）は第１コイルへの通電前の状態、（ｂ）は第１コイルへの通電を停止した状態である。図１５において、５７は共通磁極、５８は第１平行面、５９ａは直交面、５９ｂは第２平行面であり、その他の符号は図１と同じものを示す。
【００５４】
本発明の第３の実施の形態に係るソレノイドは、可動磁極２０が第１固定磁極４０に吸引されるときの吸引力と、第２固定磁極に吸引されるときの吸引力とを異なるようにした構成である。すなわち、共通磁極５７の周側面２２に対向する側に、可動磁極２０の中心軸に対して距離が異なる第１平行面５８と第２平行面５９ｂとを形成し、その段差部を直交面５９ａとしている。第１平行面５８と第２平行面５９ｂとは、可動磁極２０の中心軸に対して平行であり、直交面５９ａは可動磁極２０の中心軸に対して直交しているので、可動磁極２０が第１固定磁極４０に吸引されるときの吸引力の方が小さくなる。したがって、この実施の形態に係るソレノイド１０は、異なる２つの油圧回路に利用することが可能である。
【００５５】
続けて、本発明の第４及び第５の実施の形態に係るソレノイドについて説明する。図１６は、本発明の第４の実施の形態に係るソレノイドを示す図であり、（ａ）は第１コイルへの通電前の状態、（ｂ）は第１コイルへの通電を停止した状態である。図１６において、３４は外側斜行面、３５は段差部斜行面、３６は外側斜行面、３７は段差部斜行面であり、その他の符号は図１と同じものを示す。また、図１７は、本発明の第５の実施の形態に係るソレノイドを示す図であり、（ａ）は第１コイルへの通電前の状態、（ｂ）は第１コイルへの通電を停止した状態である。図１７において、３８は段差部直交面、３９は段差部直交面であり、その他の符号は図１と同じものを示す。
【００５６】
本発明の第４実施の形態に係るソレノイドは、本発明の第２の実施の形態に係るソレノイドの共通磁極５４に加えて、図１６に示すように、可動磁極２０の第１段差部を段差部斜行面３５のみで形成し、第２段差部を段差部斜行面３７のみで形成している。これに応じて、本発明の第１実施の形態に係るソレノイドの可動磁極２０の外側斜行面よりも可動磁極２０の中心軸方向において長さが多少短い外側斜行面３４及び３６を形成している。この構成では、２つの段差部に可動磁極２０の中心軸に対して直交する面を形成しないので、本発明の第２実施の形態に係るソレノイドよりも磁束の絞り込みが緩やかになる。本発明の第４実施の形態に係るソレノイドは、図１７に示すように、逆に２つの段差部を可動磁極２０の中心軸に対して直交する段差部直交面３８及び３９のみで形成している。したがって、本発明の第４実施の形態に係るソレノイドは、本発明の第２実施の形態に係るソレノイドよりも磁束の絞り込みが急になる。
【００５７】
さらに、本発明の第６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６の実施の形態に係るソレノイドの可動磁極を示す図であり、（ａ）は左側面図、（ｂ）は断面図である。図１８において、９０は可動磁極、９１は周側面、９２ａ、９２ｂ、９２ｃ、９３ａ、９３ｂ及び９３ｃは切欠部、９４は第１磁極部、９５は外側斜行面、９６は内側斜行面、９７は第２磁極部、９８は外側斜行面、９９は内側斜行面である。
【００５８】
本発明の第６実施の形態に係るソレノイドは、可動磁極９０の周側面９１において、第１磁極部９４の段差部から第２磁極部９７側に延在する切欠部９２ａ、９２ｂ及び９２ｃと図示してない１つの切欠部と、第２磁極部９７の段差部から第１磁極部９４側に延在する切欠部９３ａ、９３ｂ及び９３ｃと図示してない１つの切欠部とを形成している。なお、第１磁極部９４の外側斜行面９５及び内側斜行面９６と、第２磁極部９７の外側斜行面９８及び内側斜行面９９とは、本発明の第１実施の形態に係るソレノイドにおける各面と同じ形状及び大きさである。さらに、図１８で図示していない第１固定磁極などの形状大きさも、本発明の第１実施の形態に係るソレノイドと同じである。
【００５９】
本発明の第６実施の形態に係るソレノイドは、可動磁極９０の周側面９１の第１磁極部９４側と第２磁極部９７側とに４つずつの切欠部を形成したので、共通磁極が周側面９１の切欠部のない領域に対向しているとき、共通磁極が周側面９１の切欠部のある領域に対向しているとき、及び、共通磁極が外側斜行面９５又は外側斜行面９８に対向しているときの３段階で磁束の流れを絞り込むことができる。
【００６０】
くわえて、本発明の第７実施の形態に係るソレノイドについて説明する。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を示す図であり、（ａ）は分離した状態、（ｂ）は一体にした状態である。図１９において、４０ｄは段差部、４１ｂは周辺部、４５ｄは段差部、４６ｂは周辺部であり、その他の符号は図４と同じものを示す。
【００６１】
本発明の第７実施の形態に係るソレノイドは、固定磁極の凹陥部の切削加工という困難度が比較的高い工程を不要にして、ソレノイドの製造コストをさらに低減することを意図したものである。すなわち、図１９（ａ）に示すように、第１固定磁極４０の凹陥部の周辺部分を別体の周辺部４１ｂとし、第２固定磁極４５の凹陥部の周辺部分を別体の周辺部４６ｂとしている。また、第１固定磁極４０の周側面には段差部４０ｄが形成され、同様に、第２固定磁極４５の周側面には段差部４５ｄが形成されている。周辺部４１ｂと周辺部４６ｂとはリング状に形成されており、これらを段差部４０ｄと段差部４５ｄにそれぞれ嵌合すると、図１９（ｂ）に示すように、これらの内周面が外側斜行面４２と外側斜行面４７とになる。このように分割することによって、周辺部４１ｂ及び４６ｂの内周面の切削加工は、安価な生産設備で行うことが十分可能であり、凹陥部を削り出す加工よりもコスト的にかなり有利である。また、外側斜行面４２と外側斜行面４７の斜行角度が異なる周辺部４１ｂと周辺部４６ｂとをあらかじめ複数種形成しておけば、必要となる吸引力特性に応じて適宜選択できるようにすることも可能となる。
【００６２】
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、例えば、２つの固定磁極の形状等を異なるものとしてもよい。さらに、本発明の第１実施の形態に係るソレノイドから第６実施の形態に係るソレノイドまでの構成を適宜選択して組み合わせてもよい。また、プッシュ・プルソレノイドなど２方向比例ソレノイド以外のソレノイドとして利用することもでき、その用途に対応するために部分的に異なる構成を採用することも可能である。このように、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。
【符号の説明】
【００６３】
１０    ソレノイド
２０    可動磁極
２１    本体部
２２    周側面
２３    第１段差部
２３ａ  段差部斜行面
２３ｂ  段差部直交面
２４    第２段差部
２４ａ  段差部斜行面
２４ｂ  段差部直交面
２５    第１磁極部
２６    外側斜行面
２７    内側斜行面
２８    内側直交面
２９    第２磁極部
３０    外側斜行面
３１    内側斜行面
３２    内側直交面
３３    貫通孔
３４    外側斜行面
３５    段差部斜行面
３６    外側斜行面
３７    段差部斜行面
３８    段差部直交面
３９    段差部直交面
４０    第１固定磁極
４０ａ  貫通孔
４０ｂ  貫通孔
４０ｃ  貫通孔
４０ｄ  段差部
４１    凹陥部
４１ａ  突出部
４１ｂ  周辺部
４２    外側斜行面
４３    内側斜行面
４４    内側直交面
４５    第２固定磁極
４５ａ  貫通孔
４５ｂ  貫通孔
４５ｃ  貫通孔
４５ｄ  段差部
４６    凹陥部
４６ａ  突出部
４６ｂ  周辺部
４７    外側斜行面
４８    内側斜行面
４９    内側直交面
５０    第１共通磁極構成板
５１    貫通孔
５１ａ  平行面
５２    第２共通磁極構成板
５３    貫通孔
５３ａ  平行面
５４    共通磁極
５５    第１斜行面
５６    第２斜行面
５７    共通磁極
５８    第１平行面
５９ａ  直交面
５９ｂ  第２平行面
６０    ケース
６１    肉厚部
６２ａ  開口部
６２ｂ  開口部
６３    肉薄部
６４    肉薄部
６５    第１蓋
６６    第２蓋
６７    シャフト
６８    第１先端部
６８ａ  開口部
６９    第２先端部
７０    ドライブッシュ
７１    ドライブッシュ
７２    第１ボビン
７３    第１コイル
７４    第２ボビン
７５    第２コイル
７６ａ  リード線
７６ｂ  リード線
７６ｃ  リード線
７６ｄ  リード線
７７    フランジ
７７ａ  開口部
７７ｂ  開口部
７７ｃ  開口部
７７ｄ  開口部
７８    スペーサ
７９    スペーサ
８０    周側面
８１    外側斜行面
８２    段差部斜行面
８３    段差部斜行面
８４    周側面
８５    直交面
８６    平行面
８７    直交面
８８    平行面
８９    直交面
９０    可動磁極
９１    周側面
９２ａ  切欠部
９２ｂ  切欠部
９２ｃ  切欠部
９３ａ  切欠部
９３ｂ  切欠部
９３ｃ  切欠部
９４    第１磁極部
９５    外側斜行面
９６    内側斜行面
９７    第２磁極部
９８    外側斜行面
９９    内側斜行面
１００  ソレノイド
１０１  可動磁極
１０２  磁性部
１０３  共通磁極
１０４  第１固定磁極
１０５  第２固定磁極
１０６  磁性部
１０７  磁性部
１０８  非磁性部
１０９  非磁性部
１１０  第１コイル
１１１  第２コイル
１１２  ケース
１１３  シャフト
【図１】
0005939534.tif 000002
【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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