(57)【要約】【課題】効率や制御性、製造性の向上することができる電磁弁を提供する。【解決手段】入力ポート２と、出力ポート３と、これらの入力ポート２および出力ポート３の少なくともいずれか一方を閉止する弁体を備えた可動子１５と、その可動子１５に軸線方向で嵌合する嵌合部を備えた固定子６と、その固定子６を介して前記可動子１５に対して電磁力を作用させるコイル５と、前記電磁力とは反対方向の推力を前記可動子１５に対して作用させる弾性部材１４とを有する電磁弁１において、前記可動子１５と前記固定子６との相対的な嵌合深さが増大することに伴って前記可動子１５の半径方向に前記固定子６との間で通過する磁束が増大するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力ポートと、出力ポートと、これらの入力ポートおよび出力ポートの少なくともいずれか一方を閉止する弁体を備えた可動子と、その可動子に軸線方向で嵌合する嵌合部を備えた固定子と、その固定子を介して前記可動子に対して電磁力を作用させるコイルと、前記電磁力とは反対方向の推力を前記可動子に対して作用させる弾性部材とを有する電磁弁において、
前記可動子と前記固定子との相対的な嵌合深さが増大することに伴って前記可動子の半径方向に前記固定子との間で通過する磁束が増大するように構成されていることを特徴とする電磁弁。
【請求項２】
前記可動子の前記固定子に対して嵌合する先端部側と、前記固定子の前記可動子に対して嵌合する先端部側とのいずれか一方に、開口端で内径が大きくかつその開口端より奥まった箇所での内径が小さい凹部が形成され、かつ前記固定子の前記可動子に対して嵌合する先端部側とのいずれか他方に、前記凹部に嵌合する先端部の外径が小さくかつその先端部から後退した箇所での外径が大きい凸部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
【請求項３】
前記凹部は、前記開口端側から階段状に内径が小さくなる形状に形成され、かつ前記凸部は、前記先端側から階段状に外径が大きくなる形状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電磁弁。
【請求項４】
前記凹部の内周面には、内径が増減する環状溝が形成され、かつ前記凸部の外周面には、外径が増減する他の環状溝が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電磁弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電磁力によって動作させて流体の流量を調節するように構成された電磁弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流体制御装置には、流体の通路である流路が設けられて、これに連通された流体圧力室などの圧力が調整される。このような制御は、流路に設けられたソレノイドなどの流体弁を備えた構成により行われるものが一般的に知られている。このような流体の通路の途中に設けられた比例ソレノイドもしくは圧密な構成ユニットが特許文献１もしくは特許文献２に記載されている。
【０００３】
特許文献１に記載の比例ソレノイドでは、比例ソレノイドのストローク−吸引力特性において、水平特性部Ｈを形成するコントロールゾーンが、制御ゾーンＨ１と補助ゾーンＨ２からなる。コントロールゾーンより小ストロークでは急勾配で下降する立ち上がり部Ｌ１が現れ、水平状態を示すコントロールゾーンを越えると急勾配で下降する不用ゾーンが現れる。スペーサの厚みを薄く形成すること、また、固定鉄芯と非磁性部とがテーパ面により接合されていることから、補助ゾーンＨ２に立ち上がり部Ｌ１の一部の立ち上がり部Ｌを現わすことができ、補助ゾーンの吸引力を制御ゾーンの吸引力より増加させることができる。これにより、特許文献１に記載の比例ソレノイドでは、体格を大きくすることなく補助ゾーン内の吸引力を高くする。
【０００４】
また、特許文献２に記載の圧密な構成ユニットでは、機能ユニットが凹部に挿入されたケーシングを備えている。機能ユニットは、凹部を圧密に閉じている、熱可塑性材料からなるカバープレートを有している。同様に熱可塑性プラスチックからなるケーシングとカバープレートとの間にはギャップが形成されており、これに挿入部材が挿入されている。この挿入部材によってケーシングとカバープレートとの間の圧密結合が実現可能である。この場合、圧密結合は超音波溶接によって形成され、超音波溶接機の振動子が挿入部材に装着される。このような製造方法によれば、溶接に必要な振動子が機能ユニットの質量、たとえば、電磁作動部材の磁石を振動させる必要はなく、挿入部材のはるかに小さい質量のみを振動させて溶接が行える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２１８８１６号公報
【特許文献２】特表２０００−５１７０３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のとおり、特許文献１に記載の比例ソレノイドでは、スペーサの厚さを薄くし、また固定鉄芯と非磁性部とをテーパ面で接合して、それらの厚さおよび、テーパ面の角度を適宜に調整して吸引力と可動変位との関係を適切なものとしたり、吸引力を各ゾーンで増大させることができる。しかしながら、可動鉄芯と固定鉄芯との間にスペーサを設ける構成やテーパ面を形成した非磁性部を設けて固定鉄心にテーパ面を形成してこれらを接合する構成では、部品点数が増えてしまい、また加工頻度が多くなり部品コストの低下や製造を容易にすることができない。
【０００７】
また、特許文献２に記載の圧密な構成ユニットは、圧密な構成ユニットが容易に作製できるなどのメリットがある。また、コイルコアの外周の軸線方向の複数箇所に段差が設けられているが、特にソレノイドからの磁力により可動する可動子や球体（閉鎖部材）の挙動には寄与していない。このように電磁弁の可動子や固定鉄芯もしくはこれと接合させる部材などの形状を相互に変形させる構成により電磁弁の効率や制御性、製造性を向上することができるが、さらに、より簡易な構成によりこれらの効果を得るために依然として改善の余地があった。
【０００８】
この発明は上述した技術的課題に着目したものであり、効率や制御性、製造性を向上することができる電磁弁を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、入力ポートと、出力ポートと、これらの入力ポートおよび出力ポートの少なくともいずれか一方を閉止する弁体を備えた可動子と、その可動子に軸線方向で嵌合する嵌合部を備えた固定子と、その固定子を介して前記可動子に対して電磁力を作用させるコイルと、前記電磁力とは反対方向の推力を前記可動子に対して作用させる弾性部材とを有する電磁弁において、前記可動子と前記固定子との相対的な嵌合深さが増大することに伴って前記可動子の半径方向に前記固定子との間で通過する磁束が増大するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記可動子の前記固定子に対して嵌合する先端部側と、前記固定子の前記可動子に対して嵌合する先端部側とのいずれか一方に、開口端で内径が大きくかつその開口端より奥まった箇所での内径が小さい凹部が形成され、かつ前記固定子の前記可動子に対して嵌合する先端部側とのいずれか他方に、前記凹部に嵌合する先端部の外径が小さくかつその先端部から後退した箇所での外径が大きい凸部が形成されていることを特徴とする電磁弁である。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記凹部は、前記開口端側から階段状に内径が小さくなる形状に形成され、かつ前記凸部は、前記先端側から階段状に外径が大きくなる形状に形成されていることを特徴とする電磁弁である。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項２の発明において、前記凹部の内周面には、内径が増減する環状溝が形成され、かつ前記凸部の外周面には、外径が増減する他の環状溝が形成されていることを特徴とする電磁弁である。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、可動子と固定子との相対的な嵌合深さが増大することに伴って可動子の半径方向に固定子との間で通過する磁束が増大するように構成されていることから、可動子が固定子側に吸引される際に可動子の可動方向に作用する磁力を抑制して電磁弁の制御性を向上できる。また、可動子の可動方向に作用する磁力が抑制されることから、推力の小さい弾性部材を使用することができ、電磁弁を可動させるための電力の消費が抑制される。
【００１４】
また、請求項２の発明によれば、凹部と凸部とが嵌合するように構成され、凹部と凸部との間に作用する磁束は、可動子の可動方向に作用するとともに可動子の半径方向にも作用することから、可動子が固定子側に吸引される際に可動子の可動方向に作用する磁力を抑制して電磁弁の制御性を向上できる。また、可動子の可動方向に作用する磁力が抑制されることから、推力の小さい弾性部材を使用することができ、電磁弁を可動させるための電力の消費が抑制される。
【００１５】
さらに、請求項３の発明によれば、凹部には、開口端側から階段状に内径が小さくなる形状に形成され、かつ凸部には、先端側から階段状に外径が大きくなる形状に形成されており、可動子の可動方向に作用するとともに可動子の半径方向にも作用することから、可動子が固定子側に吸引される際に可動子の可動方向に作用する磁力を抑制して電磁弁の制御性を向上できる。また、可動子の可動方向に作用する磁力が抑制されることから、推力の小さい弾性部材を使用することができ、電磁弁を可動させるための電力の消費が抑制される。
【００１６】
そして、請求項４の発明によれば、凹部の内周面には、内径が増減する環状溝が形成され、かつ凸部の外周面には、外径が増減する他の環状溝が形成されており、可動子の可動方向に作用するとともに可動子の半径方向にも作用することから、可動子が固定子側に吸引される際に可動子の可動方向に作用する磁力を抑制もしくは調整して電磁弁の制御性を向上できる。また、可動子の可動方向に作用する磁力が抑制もしくは調整されることから、推力の小さい弾性部材を使用することができ、電磁弁を可動させるための電力の消費が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明に係る電磁弁の第１実施例を示す模式図である。
【図２】この発明に係る電磁弁の第２実施例を示す模式図である。
【図３】この発明に係る電磁弁の第１実施例における嵌合面積の変化を示す線図である。
【図４】この発明に係る電磁弁の第２実施例における嵌合面積の変化を示す線図である。
【図５】この発明に係る電磁弁の第１実施例と第２実施例との吸引特性を比較した線図である。
【図６】この発明に係る電磁弁の第３実施例を示す模式図である。
【図７】この発明に係る電磁弁の第４実施例を示す模式図である。
【図８】この発明に係る電磁弁の第５実施例を示す模式図である。
【図９】この発明に係る電磁弁の第３実施例における溝の他の構成例を示す模式図である。
【図１０】この発明に係る電磁弁の第３実施例における溝のさらに他の構成例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
つぎにこの発明を図を参照しつつ説明する。図１には、この発明に係る電磁弁の第１実施例が示されている。この電磁弁１は、建設機械や射出成形機等の油圧機器、もしくは車両の無段変速機の制御等の圧力制御、流量制御および方向切替をおこなうものに適用できる。また、この電磁弁１は、磁極形状の工夫と付加される後述するスプリング１４により得られる特性で後述するプランジャ１５の位置を任意に制御することができる比例ソレノイドである。
【００１９】
電磁弁１は、入力ポート２と出力ポート３とを備えている。入力ポート２は、エンジンの回転力を動力源とする流体ポンプなどに接続された流路（図示せず）に連通されている。出力ポート３は、例えば無段変速機の変速制御をおこなう流体圧力室などに接続された流路（図示せず）に連通されている。この電磁弁１により流量を調整することによって、流体圧力室に供給される流体の量を調整して、例えば無段変速機の変速制御や挟圧制御などがおこなわれる。この入力ポート２と出力ポート３とは、電磁弁１のケーシング４に孔が形成されて構成されている。
【００２０】
ケーシング４には、一方に入力ポート２と出力ポート３とが形成されており、他方にコイル（ソレノイド）５が収納されている。このコイル５は、ケーシング４に形成された収納室に鉄心６と共に設けられている。コイル５は、電力が供給されるように電力供給状態を制御可能な電力供給装置（図示せず）にリード線（図示せず）などによって接続されている。鉄心６は、ケーシング４と共に設けられ、材質は鉄などの磁性体により構成されている。このケーシング４には、入力ポート２と出力ポート３とを連通させる空間である通路７が設けられている。また、入力ポート２の通路７側には、後述する弁体１６が当接して入力ポート２を封止する弁座８が形成されている。さらに、この通路７の入力ポート２とは反対側で、ケーシング４もしくは鉄心６に有底筒状の凹部９が形成されている。なお、凹部９がこの発明の嵌合部に相当する。
【００２１】
この凹部９は、所定の寸法が電磁弁１の用途などに応じて、その深さ方向（図１の左右方向の左側）へと内径が一定に筒状に形成された筒状部１０を有している。また、凹部９の深さ方向へと内径が一定に筒状に形成された凹部９には、筒状の非磁性部１１が設けられている。この非磁性部１１は、凹部９の深さ方向へと内径が一定に筒状かつ凹部９と内径が面一に形成されている。また、非磁性部１１の材質は、真鍮などの非磁性体からなる。さらに、非磁性部１１の凹部９の深さ方向の端部には、凹部９の段差部１２が階段状に設けられている。
【００２２】
この段差部１２は、凹部９の深さ方向へと内径が一定に筒状かつ非磁性部１１と内径が面一に形成されて、さらに凹部９の深さ方向へいくにしたがって、内径が段階的に小さくされて複数箇所に形成されている。この段差部１２の段差は、所定の内径が電磁弁１の用途などに応じて設定されて、一例として３箇所に設けられている。なお、図１には段差部１２の段差は３箇所のみとなっているが、さらに段差を多くもしくは少なくしてもよく、要は複数箇所に設けられればよい。
【００２３】
さらに、ケーシング４もしくは鉄心６に形成される有底筒状の凹部９では、この段差部１２の凹部９のさらに深さ方向にこの凹部９の底部を共有する筒状のバネ収容部１３が設けられている。バネ収容部１３には、弾性部材１４、すなわち実施例で一例として設けられたスプリング１４が凹部９の底部に当接して設けられている。このスプリング１４は、凹部９の深さ方向で伸縮して、後述するプランジャ１５の底部に推力を付与する構成となっている。
【００２４】
スプリング１４が凹部９の底部に当接している部位の反対側には、プランジャ１５が当接して備えられている。スプリング１４とプランジャ１５との当接している部位は、互いに連結しているもしくは当接のみして固定されない構成のいずれでもよい。このプランジャ１５は、凹部９、非磁性部１１およびバネ収容部１３に嵌合されて、凹部９の深さ方向に移動可能に設けられている。プランジャ１５の形状は、凹部９の深さ方向に移動可能とされて、凹部９すなわち筒状部１０、非磁性部１１、段差部１２およびバネ収容部１３の内径とほぼ同じ寸法で外径が形成されている。プランジャ１５は、ケーシング４の入力ポート２と共に形成される弁座８に当接して入力ポート２を封止する弁体１６を有する。弁体１６は、プランジャ１５における凹部９の通路７側の筒状部１０に嵌合する軸状部１７の端面に一体に形成されている。なお、弁体１６は、ケーシング４の出力ポート３と共に弁座８が形成されて、また、プランジャ１５における弁体１６の位置が変更されて、この出力ポート３の弁座８に当接して出力ポート３を封止する構成であってよい。このプランジャ１５の軸状部１７は、通路７側の凹部９すなわち筒状部１０および非磁性部１１に嵌合して、凹部９の筒状部１０の寸法に応じて凹部９の深さ方向の長さが設定されている。
【００２５】
また、プランジャ１５には、軸状部１７における凹部９の深さ方向の端部から階段状に段差部１８がさらに形成されている。この段差部１８は、凹部９の深さ方向へいくにしたがって、外径が段階的に小さくされて形成されている。この段差部１８の段差は、所定の内径が電磁弁１の用途などに応じて設定されて、一例として３箇所に設けられている。なお、図１にはプランジャ１５の段差部１８の段差は３箇所のみとなっているが、さらに段差を多くもしくは少なくしてもよく、要は複数箇所に設けられればよい。また、プランジャ１５がこの発明における突起部に相当する。
【００２６】
上記のとおり、凹部９の段差部１２およびプランジャ１５の段差部１８が設けられ、これら段差部１２と段差部１８との位置関係は、この第１実施例では、以下のように構成されている。凹部９の段差部１２の３箇所の段差の外周面を図１に示すように凹部９の深さ方向に順番に第１嵌合部１２ａ，第２嵌合部１２ｂ，第３嵌合部１２ｃとする。また、プランジャ１５の段差部１８の３箇所の段差の外周面を図１に示すように凹部９の深さ方向に順番に第１嵌合部１８ａ，第２嵌合部１８ｂ，第３嵌合部１８ｃとする。凹部９の段差部１２の３箇所の段差とプランジャ１５の段差部１８の３箇所の段差との凹部９の深さ方向で対向する面を図１に示すように凹部９の深さ方向に順番に段差部１２の第１対向部１２ｄ，第２対向部１２ｅ，第３対向部１２ｆおよび段差部１８の第１対向部１８ｄ，第２対向部１８ｅ，第３対向部１８ｆとする。
【００２７】
この第１実施例の電磁弁１では、第１嵌合部１２ａと第１嵌合部１８ａとが凹部９の深さ方向で同じ長さに設定され、第２嵌合部１２ｂと第２嵌合部１８ｂとが凹部９の深さ方向で同じ長さに設定され、第３嵌合部１２ｃと第３嵌合部１８ｃとが凹部９の深さ方向で同じ長さに設定されている。また、第１対向部１２ｄと第１対向部１８ｄとの最内周側の径および最外周側の径が同じ寸法に設定され、第２対向部１２ｅと第２対向部１８ｅとの最内周側の径および最外周側の径が同じ寸法に設定され、第３対向部１２ｆと第３対向部１８ｆとの最内周側の径および最外周側の径が同じ寸法に設定されている。なお、各嵌合部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１８ａ，１８ｂ，１８ｃおよび各対向部１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１８ｄ，１８ｅ，１８ｆの寸法は、凹部９内をプランジャ１５が、凹部９の深さ方向で移動可能なように構成されている。そして、プランジャ１５の弁体１６が弁座８に当接して入力ポート２を封止する位置で、非磁性部１１の凹部９の深さ方向の端部と接続される段差部１２の端面と第１対向部１８ｄとが面一となり、第１対向部１２ｄと第２対向部１８ｅとが面一となり、第２対向部１２ｅと第３対向部１８ｆとが面一となり、第３対向部１２ｆとプランジャ１５の底部とが面一となる。すなわち、向き合う段差部１２の各嵌合部１２ａ，１２ｂ，１２ｃと段差部１８の各嵌合部１８ａ，１８ｂ，１８ｃとが、オーバーラップせずに位置する構成となっている。
【００２８】
このように構成された第１実施例の電磁弁１では、プランジャ１５の弁体１６が弁座８に当接して、入力ポート２が封止されている状態から、コイル５に通電されることにより電磁力が作用して、凹部９にプランジャ１５が引き込まれて、プランジャ１５の弁体１６が弁座８から離隔して入力ポート２が次第に開放される。すなわち、コイル５に通電されることによりその電流に応じた磁界が発生して、その作用がケーシング４に設けられた鉄心６およびプランジャ１５に及ぼされる。このとき、コイル５による磁界の作用は、鉄心６からプランジャ１５へと繋がる、もしくは通過する磁束線で表される。凹部９は鉄心６に設けられており、この凹部９の段差部１２からプランジャ１５の段差部１８へと磁束が繋がり、この磁束の方向にコイル５による磁界によって吸引力（電磁力）が作用する。
【００２９】
この吸引力は、入力ポート２から流入する流体が弁体１６を押す圧力がかかって、かつスプリング１４の推力によってその吸引力の力の方向に対して減じられたものとなる。この電磁弁１は比例ソレノイドであるから、プランジャ１５が凹部９内を移動する位置（以下、可動位置という）によって、入力ポート２から出力ポート３へと流れる流体の流量が調整可能となっている。そのため、吸引力はプランジャ１５の可動位置によらず、均一であることが制御の上でのぞましい。この発明では、コイル５による磁界の作用を凹部９の段差部１２からプランジャ１５の段差部１８へと繋がる、もしくは通過する磁束を凹部９の深さ方向に作用させるとともに、凹部９の段差部１２とプランジャ１５の段差部１８とにおいて、第１嵌合部１２ａから第１嵌合部１８ａへと磁界を作用させ、第２嵌合部１２ｂから第２嵌合部１８ｂへと磁界を作用させ、第３嵌合部１２ｃから第３嵌合部１８ｃへと磁界を作用させる。すなわち、凹部９の段差部１２とプランジャ１５の段差部１８とを設けない構成であれば、凹部９の深さ方向にのみほぼ磁界による力の作用が働く状態から、凹部９の段差部１２とプランジャ１５の段差部１８とを設けることによって、凹部９の深さ方向にのみほぼ作用する磁界による力をプランジャ１５の半径方向の外周側に働く状態にして、凹部９とプランジャ１５とが接近するにつれて次第に大きくなる磁界の力を弱める。
【００３０】
つまり、コイル５による磁界の作用が凹部９の段差部１２からプランジャ１５の段差部１８へと繋がる磁束が凹部９の深さ方向とプランジャ１５の半径方向の外周側との両方に働く、すなわち凹部９の深さ方向に対して傾斜して作用するようになり、プランジャ１５の半径方向の外周側に磁界の作用する力を逃がすことになる。このように凹部９からプランジャ１５に対して力が作用することから、プランジャ１５が凹部９に接近するにしたがって次第に磁界による力の作用が弱くなる。
【００３１】
上述のように構成された第１実施例の電磁弁１では、プランジャ１５が鉄心６に形成された凹部９の深さ方向に吸引される際にストローク、すなわちプランジャ１５と鉄心６の凹部９との軸線方向での隙間が狭くなることに起因する吸引力の増大を抑制して電磁弁１の制御性を向上できる。また、コイル５から作用する磁界による吸引力の増大を抑制できるため、スプリング１４の推力を小さくできることから、電磁弁１を可動させるための電力の消費が抑制される。さらに、鉄心６に形成された凹部９に段差部１２が設けられるとともに、プランジャ１５に段差部１８が設けられて簡易な構成により、前述した制御性の向上および省電力化などの効果を得るため製造性が向上する。
【００３２】
つぎに、この発明に係る電磁弁の第２実施例を図を参照しつつ説明する。図２には、この発明に係る電磁弁の第２実施例が示されている。この電磁弁２０は、第１実施例と同様に、建設機械や射出成形機等の油圧機器、もしくは車両の無段変速機の制御等の圧力制御、流量制御および方向切替をおこなうものに適用できる。また、この電磁弁２０は、第１実施例と同様に、磁極形状の工夫と付加される後述するスプリング１４により得られる特性で後述するプランジャ２３の位置を任意に制御することができる比例ソレノイドである。以下、この電磁弁２０について説明をおこない、また、第１実施例と同様の構成については、図面上に第１実施例と同じ番号を付して説明を省略する。
【００３３】
この第２実施例の電磁弁２０は、第１実施例で説明した電磁弁１とは、凹部９に形成された段差部１２とプランジャ１５に設けられた段差部１８との凹部９の深さ方向での位置関係が異なっている。すなわち、電磁弁１では、プランジャ１５の弁体１６が弁座８に当接して入力ポート２を封止する位置で、非磁性部１１の凹部９の深さ方向の端部と接続される段差部２２の端面と第１対向部１８ｄとが面一となり、第１対向部１２ｄと第２対向部１８ｅとが面一となり、第２対向部１２ｅと第３対向部１８ｆとが面一となり、第３対向部１２ｆとプランジャ１５の底部とが面一となる構成であったが、電磁弁２０では、この弁体１６が弁座８に当接する位置において、各対向部に隙間が設けられた構成となっている。
【００３４】
具体的には、この第２実施例の電磁弁２０では、凹部２１に階段状に形成された段差部２２と、プランジャ２３に階段状に形成された段差部２４および軸状部２５とが設けられている。なお、凹部２１がこの発明の嵌合部に相当する。この段差部２２と段差部２４と軸状部２５とにおいて凹部２１の深さ方向の寸法が設定されて、各対向部に隙間が設けられている。この第２実施例では、凹部２１に形成された段差部２２などの構成をそのままに、プランジャ２３に形成された段差部２４および軸状部２５において凹部２１の深さ方向の寸法が変更されている。なお、各対向部に隙間を設けるために、凹部２１に形成された段差部２２において凹部２１の深さ方向の寸法を変更する構成であってもよい。
【００３５】
この第２実施例の電磁弁２０では、凹部２１の段差部２２とプランジャ２３の段差部２４との位置関係は、この第２実施例では、以下のように構成されている。凹部２１の段差部２２の３箇所の段差の外周面を図２に示すように凹部２１の深さ方向に順番に第１嵌合部２２ａ，第２嵌合部２２ｂ，第３嵌合部２２ｃとする。また、プランジャ２３の段差部２４の３箇所の段差の外周面を図２に示すように凹部２１の深さ方向に順番に第１嵌合部２４ａ，第２嵌合部２４ｂ，第３嵌合部２４ｃとする。凹部２１の段差部２２の３箇所の段差とプランジャ２３の段差部２４の３箇所の段差との凹部２１の深さ方向で対向する面を図２に示すように凹部２１の深さ方向に順番に段差部２２の第１対向部２２ｄ，第２対向部２２ｅ，第３対向部２２ｆおよび段差部２４の第１対向部２４ｄ，第２対向部２４ｅ，第３対向部２４ｆとする。
【００３６】
プランジャ２３に形成された軸状部２５は、非磁性部１１の凹部９の深さ方向の端部と接続される段差部２２の端面が凹部２１の深さ方向の長さが短くされている。したがって、非磁性部１１の凹部９の深さ方向の端部と接続される段差部２２の端面と段差部２２の第１対向部２２ｄとは、凹部２１の深さ方向で隙間が設けられる構成となっている。また、段差部２４の第１嵌合部２４ａは凹部２１の深さ方向の長さが短くされている。したがって、段差部２２の第１対向部２２ｄと段差部２４の第２対向部２４ｅとは、凹部２１の深さ方向で隙間が設けられる構成となっている。さらに、段差部２４の第２嵌合部２４ｂは凹部２１の深さ方向の長さが短くされている。したがって、段差部２２の第２対向部２２ｅと段差部２４の第３対向部２４ｆとは、凹部２１の深さ方向で隙間が設けられる構成となっている。
【００３７】
このように設けられた各隙間は、プランジャ２３に設けられる各嵌合部２４ａ，２４ｂ，２４ｃの凹部２１の深さ方向の長さが調整されて、プランジャ２３が凹部２１に引き込まれる際にストローク、すなわちプランジャ２３と鉄心６の凹部２１との軸線方向での隙間が狭まることによる吸引力の増大を抑制して吸引力がなるべく一定となるようにその寸法が設定される。なお、この第２実施例の電磁弁２０における他の部位に関しては、第１実施例の電磁弁１と同様の構成となっている。
【００３８】
このように構成された第２実施例の電磁弁２０は、比例ソレノイドであるから、プランジャ２３が凹部２１内を移動する位置（以下、可動位置という）によって、入力ポート２から出力ポート３へと流れる流体の流量が調整可能となっている。そのため、吸引力はプランジャ２３の可動位置によらず、均一であることが制御の上でのぞましい。この第２実施例の電磁弁２０では、コイル５による磁界の作用を凹部２１の段差部２２からプランジャ２３の段差部２４へと繋がる、もしくは通過する磁束を凹部２１の深さ方向に作用させるとともに、凹部２１の段差部２２とプランジャ２３の段差部２４とにおいて、第１嵌合部２２ａから第１嵌合部２４ａへと磁界を作用させ、第２嵌合部２２ｂから第２嵌合部２４ｂへと磁界を作用させ、第３嵌合部２２ｃから第３嵌合部２４ｃへと磁界を作用させる。そのため、第１実施例の電磁弁１で得られる作用に加えて、さらに、前述のとおり各隙間が設けられたことから、凹部９の深さ方向にのみほぼ作用する磁界による力を段差部２２，２４を設けてプランジャ１５の半径方向の外周側に働く状態とする場合に、各隙間を調整することで、相対的に吸引力はプランジャ２３の可動位置によらず、均一なものとなる。
【００３９】
図３には、この発明の第１実施例の電磁弁１における凹部９の段差部１２とプランジャ１５の段差部１８との嵌合面積とプランジャ１５の可動位置との関係が表されている。電磁弁１では、段差部１２，１８が一様に形成すなわち各隙間が設けられずに構成されている。そのため、各段差の嵌合面積の総和は、プランジャ１５の可動位置に対して、平均的に変化する。これに対して、第２実施例の電磁弁２０では、図４に示すように各段差による嵌合面積が異なるように各隙間が設けられて構成されているため、各段差の嵌合面積の総和は、プランジャ１５の可動位置に対して、異ならせて変化させることができる。
【００４０】
そのため、例えば図５に示すように、各隙間を調整することで、吸引力はプランジャ２３の可動位置によらず、第１実施例に相対してさらに均一な状態にすることも可能となる。つまり、コイル５による磁界の作用が凹部２１の段差部２２からプランジャ２３の段差部２４へと繋がる磁束が凹部２１の深さ方向とプランジャ２３の半径方向の外周側との両方に働く、すなわち凹部２１の深さ方向に対して傾斜して作用する場合、このプランジャ２３の半径方向の外周側との両方に働く磁界の強さは嵌合面積の総和に関連する。この嵌合面積を各隙間を調整することにより、プランジャ１５の半径方向の外周側に磁界の作用する力を逃がす度合いを調整することができる。このように凹部２１からプランジャ２３に対して力が作用することから、プランジャ２３が凹部２１に接近するにしたがって次第に磁界による力の作用が弱くなる度合いを調整できる。
【００４１】
上述のように構成された第２実施例の電磁弁２０では、プランジャ２３が鉄心６に形成された凹部９の深さ方向に吸引される際にストロークが狭くなることに起因する吸引力の増大を抑制して電磁弁２０の制御性を向上できる。また、コイル５から作用する磁界による吸引力（電磁力）の増大を抑制できるため、スプリング１４の推力を小さくできることから、電磁弁２０を可動させるための電力の消費が抑制される。さらに、プランジャ２３のストローク範囲での吸引力の変化を前記オーバーラップする部分の寸法を異ならせることによって調整できる。またさらに、鉄心６に形成された凹部２１に段差部２２が設けられるとともに、プランジャ１５に段差部２４が設けられて簡易な構成により、前述した制御性の向上および省電力化などの効果を得るため製造性が向上する。
【００４２】
図６には、この発明の第３実施例の電磁弁３０が示されている。この電磁弁３０は、第１実施例と同様に、建設機械や射出成形機等の油圧機器、もしくは車両の無段変速機の制御等の圧力制御、流量制御および方向切替をおこなうものに適用できる。また、この電磁弁３０は、第１実施例と同様に、磁極形状の工夫と付加される後述するスプリング１４により得られる特性で後述するプランジャ３３の位置を任意に制御することができる比例ソレノイドである。以下、この電磁弁３０について説明をおこない、また、第１実施例と同様の構成については、図面上に第１実施例と同じ番号を付して説明を省略する。
【００４３】
この第３実施例の電磁弁３０は、第１実施例で説明した電磁弁１とは、凹部９に段差部１２が形成された構成と後述するプランジャ３３に後述する溝３２が設けられた点で異なっている。電磁弁３０における凹部３１には、内周面に溝３２が２箇所に設けられている。この凹部３１が、この発明における嵌合部に相当する。なお、この溝３２は、凹部３１の内周面の２箇所に設けられているが、凹部３１の内周面のさらに多くの箇所に設けられていてもよい。この溝３２は、テーパ面を合わせた形状をして、所定の深さでＶ字状に形成されている。
【００４４】
一方、プランジャ３３は、第１実施例と同様に軸状部３４が形成されて凹部３１の深さ方向のプランジャ３３の底部側における軸状部３４の端部から段差部３５が形成されている。この段差部３５は、軸状部３４の外径よりも小さく、かつ凹部３１の内径の寸法に応じて、外径が設定されている。この段差部３５の外周面には、テーパ面を合わせた形状をして、所定の深さでＶ字状に溝３６が形成されている。
【００４５】
凹部３１の溝３２とプランジャ３３の段差部３５の溝３６とにおける、凹部３１の深さ方向での位置関係は、電磁弁３０が比例ソレノイドであることから、プランジャ３３の可動位置に応じた吸引力の変化が抑制されるように構成される。すなわち、凹部３１とプランジャ３３との嵌合面積の変化がプランジャ３３の可動位置に応じた吸引力の変化が抑制されるように構成される。なお、この第３実施例の電磁弁３０は、Ｖ字状に形成された溝３２，３６ではなく、図９のように断面が矩形に形成されて凹部３１および段差部３５にそれぞれ溝４１，４２が設けられた構成であってよい。また、図１０のように断面が半円形や半楕円径などの曲面で形成されて凹部３１および段差部３５にそれぞれ溝５１，５２が設けられた構成であってよい。
【００４６】
この第３実施例の電磁弁３０では、コイル５による磁界の作用を凹部３１からプランジャ３３の段差部３５へと繋がる、もしくは通過する磁束線で表される電磁力を凹部３１の深さ方向に作用させるとともに、凹部３１とプランジャ３３の段差部３５とにおいて、凹部３１の深さ方向にのみほぼ作用する磁界による力をプランジャ３３の半径方向の外周側に作用させる。また、凹部３１の溝３２とプランジャ３３の段差部３５の溝３６とが設けられて、この両方の溝３２，３６に作用する磁界はプランジャ３３の半径方向の外周側に作用する。これにより、プランジャ３３の可動位置に応じた吸引力を増大もしくは減少させて、プランジャ３３の可動位置によらず、吸引力を均一な状態に作用させる。
【００４７】
上述のように構成された第３実施例の電磁弁３０では、第１実施例の電磁弁１および第２実施例の電磁弁２０と同様に、プランジャ３３が鉄心６に形成された凹部３１の深さ方向に吸引される際にストローク、すなわちプランジャ３３と鉄心６の凹部３１との軸線方向での隙間が狭くなることに起因する吸引力の増大を抑制して電磁弁３０の制御性を向上できる。また、コイル５から作用する磁界による吸引力の増大を抑制できるため、スプリング１４の推力を小さくできることから、電磁弁３０を可動させるための電力の消費が抑制される。さらに、プランジャ３３のストローク範囲での吸引力の変化を凹部３１の溝３２とプランジャ３３の段差部３５の溝３６とが設けられたことによって調整できる。またさらに、鉄心６に形成された凹部３１に段差部３５が設けられるとともに、プランジャ３３に段差部３５が設けられ、さらに凹部３１とプランジャ３３に溝３２，３６が設けられて簡易な構成により、前述した制御性の向上および省電力化などの効果を得るため製造性が向上する。
【００４８】
つぎに、この発明に係る電磁弁の第４実施例を図を参照しつつ説明する。図７には、この発明に係る電磁弁の第４実施例が示されている。この電磁弁６０は、建設機械や射出成形機等の油圧機器、もしくは車両の無段変速機の制御等の圧力制御、流量制御および方向切替をおこなうものに適用できる。また、この電磁弁１は、磁極形状の工夫と付加される後述するスプリング６６により得られる特性で後述するプランジャ６１の位置を任意に制御することができる比例ソレノイドである。以下、この電磁弁６０について説明をおこない、また、第１実施例ないし第３実施例と同様の構成については、図面上に第１実施例ないし第３実施例と同じ番号を付して説明を省略する。
【００４９】
この第４実施例の電磁弁６０は、プランジャ６１に有底筒状の凹部６２が設けられて、そのプランジャ６１に設けられた凹部６２に嵌合するようにコイル５からの磁力を伝達する鉄心６に円筒状の突起部６３が設けられている。また、プランジャ６１に形成された凹部６２の内周には階段状に段差部６４が設けられて、鉄心６に設けられた突起部６３の外周面にも階段状に段差部６５が形成されて、これら段差部６４，６５が互いに嵌合するように構成されている。なお、この突起部６３がこの発明における嵌合部に相当する。プランジャ６１は、段差部６４，６５が嵌合して突起部６３の外周面をその軸線方向（図７の左右方向）に摺動する構成となっている。
【００５０】
また、プランジャ６１の凹部６２の底部にはスプリング６６が備えられている。このスプリング６６は、プランジャ６１の底部と突起部の先端部６７とに挟まれて、プランジャ６１に対して突起部６３の軸線方向に推力を付与する構成となっている。また、段差部６４，６５は、第１実施例の電磁弁１の段差部１２，１８や第２実施例の電磁弁２０の段差部２２，２４と作用的には同じ構成となっている。すなわち、コイル５に通電されることにより磁界が発生し、その磁界による磁束は、この段差部６４，６５が設けられたことにより、段差部６４，６５がなければ突起部６３の軸線方向にのみほぼ作用する磁界による力をプランジャ６１の半径方向の内周側に働く状態にして、プランジャ６１と突起部６３とが接近するにつれて次第に大きくなる磁界の力を弱める構成となっている。なお、第２実施例の電磁弁２０のようにプランジャ６１に段差部６４と突起部６３の段差部６５とのそれぞれ対面する嵌合面の寸法を異ならせて、コイル５に通電されることによる磁界の作用をプランジャ６１の可動位置にかかわらず、さらに吸引力を均一の状態とする構成であってよい。
【００５１】
このように構成された第４実施例の電磁弁６０の作用は、第１実施例の電磁弁１および第２実施例の電磁弁２０とほぼ同様であり、コイル５による磁界の作用は、鉄心６からプランジャ６１へと繋がる、もしくは通過する磁束線で表される。突起部６３は鉄心６に設けられており、この突起部６３の段差部６５からプランジャ６１の段差部６４へと磁束が繋がり、この磁束の方向にコイル５による磁界によって吸引力が作用する。段差部６４，６５が設けられていることから、コイル５による磁界の作用が突起部６３の段差部６５からプランジャ６１の段差部６４へと繋がる磁束が突起部６３の軸線方向とプランジャ６１の半径方向の内周側との両方に働く、すなわち突起部６３の軸線方向に対して傾斜して作用するようになり、プランジャ６１の半径方向の内周側に磁界の作用する力を逃がすことになる。このように突起部６３からプランジャ６１に対して力が作用することから、プランジャ６１が突起部６３に接近するにしたがって次第に磁界による力の作用が弱くなる。
【００５２】
上述のように構成された第４実施例の電磁弁６０では、プランジャ６１が鉄心６に形成された突起部６３の軸線方向に吸引される際にストロークすなわちプランジャ６１と鉄心６の凹部６２との軸線方向での隙間が狭くなることに起因する吸引力の増大を抑制して電磁弁６０の制御性を向上できる。また、コイル５から作用する磁界による吸引力の増大を抑制できるため、スプリング６６の推力を小さくできることから、電磁弁６０を可動させるための電力の消費が抑制される。さらに、鉄心６に形成された突起部６３に段差部６５が設けられるとともに、プランジャ６１に段差部６４が設けられて簡易な構成により、前述した制御性の向上および省電力化などの効果を得るため製造性が向上する。
【００５３】
つぎに、この発明に係る電磁弁の第５実施例を図を参照しつつ説明する。図８には、この発明に係る電磁弁の第５実施例が示されている。この電磁弁７０は、建設機械や射出成形機等の油圧機器、もしくは車両の無段変速機の制御等の圧力制御、流量制御および方向切替をおこなうものに適用できる。また、この電磁弁７０は、磁極形状の工夫と付加される後述するスプリング６６により得られる特性で後述するプランジャ７２の位置を任意に制御することができる比例ソレノイドである。以下、この電磁弁７０について説明をおこない、また、第４実施例と同様の構成については、図面上に第４実施例と同じ番号を付して説明を省略する。
【００５４】
この第５実施例の電磁弁７０は、プランジャ７２に有底筒状に設けられた凹部７１の内周に溝７３が設けられて、鉄心６に設けられた突起部７４の外周面にも溝７５が形成されて、これら溝７３，７５とを有したプランジャ７２の凹部７１と突起部７４が互いに嵌合するように構成されている。なお、突起部７４がこの発明の嵌合部に相当する。溝７３，７５は、第３実施例の電磁弁３０の凹部３１の溝３２とプランジャ３３の段差部３５の溝３６と同様に、テーパ面を合わせた形状をして、所定の深さでＶ字状に形成されている。
【００５５】
また、溝７３，７５は、第３実施例の電磁弁３０の溝３２，３６と作用的には同じ構成となっている。すなわち、コイル５に通電されることにより磁界が発生し、その磁界による磁束はこの溝７３，７５が設けられたことにより、突起部７４の軸線方向にのみほぼ作用する磁界による力（電磁力）をプランジャ７２の半径方向の内周側に働く状態にして、プランジャ７２の可動位置に応じた吸引力を増大もしくは減少させる構成となっている。なお、この第５実施例の電磁弁７０は、第３実施例と同様に、Ｖ字状に形成された溝７３，７５ではなく、断面が矩形に形成されてプランジャ７２の凹部７１と突起部７４とにそれぞれ溝７３，７５が設けられた構成であってよい。また、断面が半円形や半楕円径などの曲面で形成されてプランジャ７２の凹部７１と突起部７４とにそれぞれ溝７３，７５が設けられた構成であってよい。
【００５６】
上述のように構成された第５実施例の電磁弁７０では、プランジャ７２のストローク範囲での吸引力の変化をプランジャ７２の凹部７１の溝７３と鉄心６に設けられた突起部７４の溝７５とが設けられたことによって調整できる。また、プランジャ７２の凹部７１の溝７３が設けられるとともに、鉄心６に設けられた突起部７４の溝７５が設けられて簡易な構成により、前述した制御性の向上の効果を得るため製造性が向上する。さらに、第１実施例の電磁弁１などと同様に、プランジャ７２が鉄心６に設けられた突起部７４の軸線方向に吸引される際にストロークすなわちプランジャ７２と鉄心６の凹部７１との軸線方向での隙間が狭くなることに起因する吸引力の増大を抑制して電磁弁７０の制御性を向上できる。また、コイル５から作用する磁界による吸引力の増大を抑制できるため、スプリング６６の推力を小さくできることから、電磁弁７０を可動させるための電力の消費が抑制される。
【００５７】
この発明は、比例ソレノイドなどの電磁弁において、プランジャ（可動子）と鉄心（固定子）とに段差部が設けられることにより、プランジャの可動方向のみに、コイルに通電されて発生する磁界による吸引力が働く状態から、プランジャの半径方向の内周もしくは外周側へと磁界による力を作用させて、プランジャが鉄心に近づくにつれて次第に大きくなる吸引力を抑制して、制御性を高めるものである。そのため、第１実施例、第２実施例、第３実施例および第４実施例では段差部が設けられている。また、第５実施例も他の鉄心の部位から突起部が設けられて階段状になっているため、そのため段差部を有していると言え、第１実施例ないし第４実施例と同様の効果を得ることができる。
【００５８】
上記に記載した第１実施例ないし第５実施例とこの発明の各請求項との対応関係について以下に述べる。請求項１に記載の「嵌合部」が凹部９，２１，３１もしくは突起部６３，７４に対応し、「相対的な嵌合深さ」とは、言い換えると「相対的な嵌合長さ」であり、プランジャ１５，２３，３３，６１，７２が凹部９，２１，３１内もしくは突起部６３，７４の軸線方向で移動できる範囲におけるそれらの相対的な位置関係を表す。請求項２に記載の「先端部」とは、プランジャ１５，２３，３３，６１，７２と、凹部９，２１，３１もしくは突起部６３，７４とが対向し、互いに対向している側の先端を表し、「凹部」は、凹部９，２１，３１，６２，７１に対応し、「凸部」は、段差部１８，２４，３５，６５もしくは突起部７４に対応している。
【符号の説明】
【００５９】
１…電磁弁、  ２…ポート、  ３…出力ポート、  ５…コイル、  ６…固定子、  ９…凹部、  １４…弾性部材、  １５…可動子。
【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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