(57)【要約】【課題】可動コアの吸引力およびストローク量を確保しつつ、その吸引応答性を向上させる電磁ソレノイドを提供する【解決手段】固定コア（１４）の回りに配置される第１のコイル（１６）と、固定コアに隣接して設けられた可動コア（２０）の回りに配置される第２のコイル（２２）と、固定コアと可動コアの間に移動自在に配置される中間コア（２４）と、第１のコイルが励磁されるとき、中間コアを固定コアに向けて移動させるべく固定コアと中間コアの間に形成された間隙からなる第１の吸引部（３４）と、第２のコイルが励磁されるとき、可動コアを中間コアに向けて移動させるべく中間コアと可動コアの間に形成された間隙からなる第２の吸引部（３６）と、および第２のコイルの外方に配置されると共に、一端（２６ａ）が中間コアに接合される一方、他端（２６ｂ）が可動コアに当接させられる外部可動コア（２６）とを備えるように構成する。【選択図】図１
2007173448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．固定コアの回りに配置される第１のコイルと、
ｂ．前記固定コアに隣接して設けられた可動コアの回りに配置される第２のコイルと、
ｃ．前記固定コアと前記可動コアの間に移動自在に配置される中間コアと、
ｄ．前記第１のコイルが励磁されるとき、前記中間コアを前記固定コアに向けて移動させるべく前記固定コアと前記中間コアの間に形成された間隙からなる第１の吸引部と、
ｅ．前記第２のコイルが励磁されるとき、前記可動コアを前記中間コアに向けて移動させるべく前記中間コアと前記可動コアの間に形成された間隙からなる第２の吸引部と、
および
ｆ．前記第２のコイルの外方に配置されると共に、一端が前記中間コアに接合される一方、他端が前記可動コアに当接させられる外部可動コアと、
を備えることを特徴とする電磁ソレノイド。
【請求項２】
さらに、
ｇ．前記外部可動コアの他端を付勢して前記可動コアに当接させる第１のばねと、
および
ｈ．前記第１のばねに比して大きなばね係数を有すると共に、前記可動コアを前記固定コアから離間させる方向に付勢する第２のばねと、
を備えることを特徴とする請求項１記載の電磁ソレノイド。
【請求項３】
前記可動コアは、その一端に外径が縮径された縮径部を備えると共に、前記外部可動コアの他端は前記縮径部に当接されることを特徴とする請求項２記載の電磁ソレノイド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電磁ソレノイドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電磁ソレノイド、例えば、内燃機関の燃料噴射弁（インジェクタ）用の電磁ソレノイドにおいては、噴射燃料の高圧化の要請から燃料噴射弁を動作させる可動コアの吸引力を高めることが望まれている。
【０００３】
そこで、下記の特許文献１においては、可動コアの吸引される方向に複数の吸引ギャップを設け、よって吸引される可動コアと固定側のヨーク（固定コア）が対向する面の面積を大きくすることが提案されている。また、下記の特許文献２においても、同様に、可動コアと固定コアが対向する面の面積を大きくして吸引力を高めることが提案されている。
【特許文献１】特開平１０−１９６４８６号公報
【特許文献２】特開平１１−０４４２７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、電磁ソレノイドにおいては、コイル通電による制御精度を向上させるためにコイル電流の立ち上がり特性、即ち、可動コアの吸引応答性を向上させる必要がある。一般的に、可動コアの吸引応答性は、コイルインダクタンスに反比例して向上することから、コイル巻数を減少させることによって向上する。
【０００５】
しかしながら、可動コアの吸引力はコイル巻数の２乗に比例することから、可動コアの吸引応答性を向上させるべく、単にコイル巻数を減少させた場合には可動コアの吸引力が減少する。
【０００６】
一方、単に可動コアと固定コアが対向する面の距離（吸引ギャップ）を小さくすれば、可動コアの吸引力を高められると共に、可動コアの吸引応答性を向上させることができる。しかしながら、吸引ギャップを小さくすることは、可動コアの変位量（ストローク量）を小さくすることと等価であり、電磁ソレノイドの特性上、好ましくない。例えば、インジェクタ用の電磁ソレノイドにあっては、可動コアのストローク量を小さくすると、単位時間当たりの燃料噴射量が減少し、インジェクタ用の電磁ソレノイドの性能低下に繋がる。
【０００７】
このように、従来、電磁ソレノイドにあっては、可動コアの吸引力、吸引応答性およびストローク量の間における相反関係から、可動コアの吸引力およびストローク量を確保しつつ、その吸引応答性を向上させることは困難であった。
【０００８】
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、可動コアの吸引力およびストローク量を確保しつつ、その吸引応答性を向上させる電磁ソレノイドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を解決するために、請求項１の電磁ソレノイドにあっては、固定コアの回りに配置される第１のコイルと、前記固定コアに隣接して設けられた可動コアの回りに配置される第２のコイルと、前記固定コアと前記可動コアの間に移動自在に配置される中間コアと、前記第１のコイルが励磁されるとき、前記中間コアを前記固定コアに向けて移動させるべく前記固定コアと前記中間コアの間に形成された間隙からなる第１の吸引部と、前記第２のコイルが励磁されるとき、前記可動コアを前記中間コアに向けて移動させるべく前記中間コアと前記可動コアの間に形成された間隙からなる第２の吸引部と、および前記第２のコイルの外方に配置されると共に、一端が前記中間コアに接合される一方、他端が前記可動コアに当接させられる外部可動コアとを備えるように構成した。
【００１０】
また、請求項２にあっては、さらに、前記外部可動コアの他端を付勢して前記可動コアに当接させる第１のばねと、および前記第１のばねに比して大きなばね係数を有すると共に、前記可動コアを前記固定コアから離間させる方向に付勢する第２のばねとを備えるように構成した。
【００１１】
また、請求項３にあっては、前記可動コアは、その一端に外径が縮径された縮径部を備えると共に、前記外部可動コアの他端は前記縮径部に当接されるように構成した。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る電磁ソレノイドにあっては、固定コアの回りに配置される第１のコイルと、固定コアに隣接して設けられた可動コアの回りに配置される第２のコイルと、固定コアと可動コアの間に移動自在に配置される中間コアと、第１のコイルが励磁されるとき、中間コアを固定コアに向けて移動させるべく固定コアと中間コアの間に形成された間隙からなる第１の吸引部と、第２のコイルが励磁されるとき、可動コアを中間コアに向けて移動させるべく中間コアと可動コアの間に形成された間隙からなる第２の吸引部と、および第２のコイルの外方に配置されると共に、一端が中間コアに接合される一方、他端が可動コアに当接させられる外部可動コアとを備えるように構成した、換言すれば、コイルを第１，２のコイルに分割すると共に、第１，２のコイルが励磁されるときに可動コアをそれぞれ移動させる第１，２の吸引部を備えるように構成したので、可動コアの吸引力および変位量（ストローク量）を確保しつつ、その吸引応答性を向上させることができる。
【００１３】
請求項２に係る電磁ソレノイドにあっては、さらに、外部可動コアの他端を付勢して可動コアに当接させる第１のばねと、および第１のばねに比して大きなばね係数を有すると共に、可動コアを固定コアから離間させる方向に付勢する第２のばねとを備えるように構成したので、第１，２のコイルの励磁がオフされたとき、可動コア、外部可動コアおよび中間コアを初期位置に戻すことができる。また、第２のコイルのみが励磁されるとき、第１の吸引部の間隙を保持させることができる。
【００１４】
請求項３に係る電磁ソレノイドにあっては、可動コアは、その一端に外径が縮径された縮径部を備えると共に、外部可動コアの他端は縮径部に当接されるように構成したので、第１のコイルのみが励磁されるとき、第２の吸引部の間隙を保持させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面に即してこの発明に係る電磁ソレノイドを実施するための最良の形態について説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、この発明に係る電磁ソレノイドの縦断面図である。尚、図１は通電されない状態の電磁ソレノイドを示す。
【００１７】
図１の電磁ソレノイド１０は内燃機関の燃料噴射弁に用いられる電磁ソレノイドである。図１に示すように、電磁ソレノイド１０はケースボディ１２を備え、その内部にケースボディ１２に固定される固定コア１４と、固定コア１４の周囲に配置される第１のコイル１６と、固定コア１４に隣接して設けられる可動コア２０と、可動コア２０の周囲に配置される第２のコイル２２と、固定コア１４と可動コア２０の間に配置される中間コア２４と、および第２のコイル２２の外方に配置される外部可動コア２６を備える。図１に示すように、可動コア２０はその一端に外径が縮径された縮径部２０ａを備え、外部可動コア２６の一端２６ａは中間コア２４に接合されると共に、その他端２６ｂは可動コア２０の縮径部２０ａに当接される。
【００１８】
また、電磁ソレノイド１０は、外部可動コア２６の他端２６ｂを付勢して可動コア２０の縮径部２０ａに当接させる第１のばね３０と、可動コア２０を固定コア１４から離間させる方向に付勢する第２のばね３２を備える。第２のばね３２のばね定数は第１のばね３０のそれに比して大きく設定される。例えば、第２のばね３２のばね定数は第１のばね３０のそれの１０倍程度に設定される。
【００１９】
第２のばね３２のばね定数は第１のばね３０のそれに比して大きく設定されると共に、外部可動コア２６の一端２６ａは中間コア２４に接続され、他端２６ｂは可動コア２０の縮径部２０ａに当接されることから、図１に示すように、可動コア２０、外部可動コア２６および中間コア２４は、中間コア２４が第２のコイル２２（具体的には、第２のコイルのコイルホビン５２）に当接する位置で固定される。ここで、図１に示すように、中間コア２４の軸方向の寸法（厚み）は、中間コア２４と固定コア１４の間に所定の距離の間隙が形成されるように設定される。また、可動コア２０の縮径部２０ａまでの軸方向の寸法（長さ）および外部可動コア２６の軸方向の寸法（長さ）は、可動コア２０と中間コア２４の間に前記した所定の距離と同一の間隙が形成されるように設定される。
【００２０】
従って、固定コア１４と中間コア２４の間には、第１のコイル１６が励磁されるときに中間コア２４を固定コア１４に向けて移動させるべき間隙からなる第１の吸引部３４が形成される。また、中間コア２４と可動コア２０の間には、第２のコイル２２が励磁されるときに可動コア２０を中間コア２４に向けて移動させるべき間隙からなる第２の吸引部３６が形成される。
【００２１】
また、電磁ソレノイド１０は、外部可動コア２６が移動する際にその移動をガイドするための非磁性からなるアウターケース３８を備える。また、電磁ソレノイド１０はケースボディ１２の外部に後述する端子に接続するためのカプラーコネクタ４０を備える。
【００２２】
可動コア２０の一端はバルブシートアッシー４４のニードルバルブ４６に接続され、可動コア２０が第１，２のコイル１６，２２の励磁によって可動されるとき、ニードルバルブ４６の先端に隙間が形成され、そこから燃料が噴射される。尚、ケースボディ１２、固定コア１４、可動コア２０、中間コア２４および外部可動コア２６は鉄などの軟磁性材からなる。
【００２３】
また、第１のコイル１６および第２のコイル２２は、それぞれ第１のコイルボビン５０および第２のコイルボビン５２に銅線が巻回されて形成される。尚、第１のコイルボビン５０は適宜な方法によってケースボディ１２に固定される。
【００２４】
以下、図２から図５において第１，２のコイルボビン５０，５２、中間コア２４および外部可動コア２６について部品ごとに説明する。
【００２５】
図２は、第１のコイルボビン５０および第２のコイルボビン５２の斜視図である。
【００２６】
図２に示すように、第１，２のコイルボビン５０，５２は複数本、具体的には２個の連接部材５４によって連接される。また、連接部材５４によって連接された第１，２のコイルボビン５０，５２の間には中間コア２４を収容するための収容部５６が確保される。ここで、連接部材５４は第１，２のコイルボビン５０，５２の縁部５０ａ，５２ａの外周からはみ出ないように縁部５０ａ，５２ａの外周と同一位置あるいはそれよりも内部位置に形成される。尚、インサート成形などの適宜な方法によって第１，２のコイルボビン５０，５２および連接部材５４は一体で形成される。また、第１のコイルボビン５０にはその一端に巻回された銅線を接続するための４本の端子６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄが備えられる。
【００２７】
図３は、中間コア２４の斜視図である。
【００２８】
図３に示すように、中間コア２４はドーナツ状を呈するが、第１，２のコイルボビン５０，５２の収容部５６に収容されるとき、連接部材５４に干渉しないようにその外周は部分的にカットされる。また、中間コア２４の部分的にカットされない外周部の外径は、図２に示される第１，２のコイルボビンの縁部５０ａ，５２ａの外径よりも大きく設定される。尚、中間コア２４の片端面にはテーパ面２４ａが形成される。
【００２９】
図４は、外部可動コア２６の斜視図である。
【００３０】
図４に示すように、外部可動コア２６は円筒状を呈し、その一端２６ａは中間コア２４に嵌合し、接合されるように、その内径は中間コア２４の外径に略等しく設定される。一方、外部可動コア２６の他端２６ｂは可動コア２０を挿通させるに適した大きさの孔２６ｃが設けられる。上述したように、可動コア２０はその一端が縮径されており、外部可動コアの孔２６ｃの大きさは可動コア２０の縮径された部位を挿通させるに適した大きさである。
【００３１】
図５は、第１，２のコイル１６，２２、中間コア２４および外部可動コア２６の組み付け状態を示す説明図である。
【００３２】
図５に示すように、最初に第１，２のコイルボビン５０，５２に銅線６２が巻回される。尚、巻回される銅線６２の太さを誇張して示した。次いで、中間コア２４が連接部材５４と干渉しないように第１，２のコイルボビン５０，５２の収容部５６に収容される。従って、中間コア２４は収容部５６において図中の矢印Ａの方向に移動自在である。次いで、外部可動コア２６が第２のコイル２２側から挿入され、外部可動コア２６は中間コア２４に嵌合し、接合される（図５では嵌合する直前の状態を示す）。ここで、外部可動コア２６が中間コア２４に接合されるとしても、外部可動コア２６の内径は第２のコイルボビンの縁部５２ａの外径よりも大きいため、外部可動コア２６は第２のコイルボビンの縁部５２ａや連接部材５４と干渉せず、よって中間コア２４および外部可動コア２６は矢印Ａの方向に移動自在とされる。
【００３３】
第１，２のコイル１６，２２は、第１，２のコイルボビン５０，５２に銅線６２が巻回されて形成されるが、以下にその詳細を説明する。
【００３４】
図６は、第１のコイルボビン５０に銅線６２が巻回された状態を模式的に示す説明図である。尚、図６においては、説明の便宜のために第１，２のコイルボビン５０，５２の一部を切り取って示した。
【００３５】
銅線６２は前記した４本の端子の中の１本の端子６０ｂに接続されて図示の方向、具体的には、第１，２のコイルボビン５０，５２の中心軸線上において第１のコイルボビン５０側から見たとき、時計回りに巻回されて４本の端子の中の１本の端子６０ａに接続される。これにより、第１のコイル１６が形成される。
【００３６】
図７は、第２のコイルボビン５２に銅線６２が巻回された状態を模式的に示す説明図である。尚、図６と同様、図７においても、説明の便宜のために第１，２のコイルボビン５０，５２の一部を切り取って示した。
【００３７】
銅線６２は前記した４本の端子の中の１本の端子６０ｄに接続され、第１のコイルボビン５０および連接部材５４を通って第２のコイルボビン５２に図示の方向、具体的には、第１，２のコイルボビン５０，５２の中心軸線上において第１のコイルボビン５０側から見たとき、反時計回りに巻回され、連接部材５４および第１のコイルボビン５０を通って４本の端子の中の１本の端子６０ｃに接続される。これにより、第２のコイル２２が形成される。尚、図８のように連接部材５４には銅線６２を収容する溝６４が形成される。これにより、連接部材５４を通る銅線６２は外部可動コア２６と干渉することがない。また、図９のように連接部材５４に導体６６をインサート成形し、銅線６２を接続してもよい。
【００３８】
図１０は、第１，２のコイルに通電されたときに発生する磁気回路の磁束方向を模式的に示す説明図である。尚、図１０中には外部可動コア２６も示されるが、説明の便宜のために外部可動コア２６の一部を切り取って示した。
【００３９】
４本の端子６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄは、第１，２のコイルボビン５０，５２の外部で電気的に接続される。例えば、４本の端子の中の２本の端子６０ｂ，６０ｃが接続され、端子６０ａ，６０ｄを介して第１，２のコイル１６，２２が直列的に通電されると共に、図６および図７において示される方向に通電されるとき、図１０に示されるような方向の磁束７０が発生する。
【００４０】
図１０に示されるように、第１，２のコイル１６，２２の間に配置される中間コア２４および外部可動コア２６の一部には第１，２のコイル１６，２２によって発生させられる同一方向（内側から外側への方向）の磁束７０が生じる。即ち、第１，２のコイル１６，２２が発生するそれぞれの磁気回路の一部は中間コア２４および外部可動コア２６の一部において共有される。換言すれば、中間コア２４および外部可動コア２６の一部は第１，２のコイル１６，２２が発生するそれぞれの磁気回路の一部として共通に利用される。
【００４１】
次いで、電磁ソレノイド１０の電気回路について説明する。
【００４２】
図１１は電磁ソレノイドの第１，２のコイル１６，２２の電気回路図である。
【００４３】
図１１に示すように、第１，２のコイル１６，２２は電気的に直列に接続される。第１，２のコイル１６，２２には、適宜な電源８０、降圧抵抗８２およびメインスイッチ８４からなる電源手段から電流が供給される。図１１に示すように、電源手段は第１のコイル１６の上流側に接続される。
【００４４】
また、第２のコイル２２の下流側には第２のコイル２２への通電をオン・オフするための第１の（ＮＰＮ型）トランジスタ９０が接続される。さらに、第１のコイル１６と第２のコイル２２の間には分岐点が設けられて第２の（ＮＰＮ型）トランジスタ９２が接続される。尚、上述の如く、第１のコイルボビン５０に４本の端子６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄを設けて第１，２のコイルボビン５０，５２に巻回される銅線６２を第１，２のコイルボビン５０，５２の外部で接続されるように構成したのは、第１，２のコイル１６，２２の間にかかる第２のトランジスタ９２を接続するためである。
【００４５】
図示しないコントローラから第１のトランジスタ９０のベースにオフ信号が送信されると共に、第２のトランジスタ９２のベースにオン信号が送信される場合、第１のコイル１６のみに通電される。これにより、第１のコイル１６のみが励磁される。以下、第１のコイル１６のみに通電される通電を「第１コイル片側通電」という。また、この場合において、第１のコイル１６および第２のコイル２２を入れ換える、即ち、第２のコイル２２を上流側に、第１のコイル１６を下流側に接続するとき、第２のコイル２２のみが励磁される。以下、第２のコイルのみに通電される通電を「第２コイル片側通電」という。
【００４６】
一方、図示しないコントローラから第２のトランジスタ９２のベースにオフ信号が送信されると共に、第１のトランジスタ９０のベースにオン信号が送信される場合、第１のコイルと第２のコイル１６の両方に（電気的に直列に）通電される。これにより、第１のコイル１６と第２のコイル２２の両方が励磁される。以下、第１のコイル１６および第２のコイル２２に電気的に直列に通電される通電を「直列通電」という。
【００４７】
次いで、第１コイル片側通電、第２コイル片側通電および直列通電の場合の可動コア２０、外部可動コア２６および中間コア２４の動作について説明する。
【００４８】
図１２は、第１コイル片側通電されたときの図１と同様な電磁ソレノイド１０の縦断面図である。同様に、図１３は、第２コイル片側通電されたときの電磁ソレノイド１０の縦断面図である。図１４は、直列通電されたときの電磁ソレノイド１０の縦断面図である。
【００４９】
第１コイル片側通電によって第１のコイル１６が励磁されると、第１のコイル１６の磁気回路によって第１の吸引部３４において吸引力が生じる。従って、図１２に示すように、中間コア２４は、第２のばね３２の付勢に抗して固定コア１４の方に可動され、固定コア１４に当接される。ここで、外部可動コア２６の一端２６ａは中間コア２４に接合されると共に、他端２６ｂは可動コア２０の縮径部２０ａに当接されることから、中間コア２４の可動に伴って可動コア２０も可動される。また、図１２に示すように、可動コア２０は、中間コア２４が吸引される方向に可動されるが、第２のばね３２によって固定コア１４と離間する方向に付勢されることから、第２の吸引部３６の間隙は保持される。
【００５０】
即ち、第１のコイル１６が励磁されるとき、可動コア２０の変位量（ストローク量）は、第１の吸引部３４の間隙における中間コア２４の変位量と同一である。これにより、図１２に示すように、ニードルバルブ４６の先端には第１の吸引部３４の間隙における変位量相当の隙間が形成され、燃料が噴射される。
【００５１】
第２コイル片側通電によって第２のコイル２２が励磁されると、第２のコイル２２の磁気回路によって第２の吸引部３６において吸引力が生じる。従って、図１３に示すように、可動コア２０は、第２のばね３２の付勢に抗して中間コア２４の方に可動され、中間コア２４に当接される。ここで、第１のばね３０は外部可動コア２６を可動コア２０の縮径部２０ａに当接させるように付勢するが、第２のばね３２のばね定数は第１のばね３０のそれに比して大きく設定されることから、外部可動コア２６は可動コア２０の縮径部２０ａに当接されない。従って、第１の吸引部３４の間隙は保持される。
【００５２】
即ち、第２のコイル２２が励磁されるとき、可動コア２０の変位量（ストローク量）は、第２の吸引部３６の間隙における可動コア２０の変位量と同一である。これにより、図１３に示すように、ニードルバルブ４６の先端には第２の吸引部３６の間隙における変位量相当の隙間が形成され、燃料が噴射される。
【００５３】
一方、直列通電によって第１のコイル１６と第２のコイル２２の両方が励磁されると、第１のコイル１６の磁気回路によって第１の吸引部３４において吸引力が生じると共に、第２のコイル２２の磁気回路によって第２の吸引部３６において吸引力が生じる。従って、図１４に示すように、可動コア２０は、第２のばね３２の付勢に抗して中間コア２４の方に可動され、中間コア２４に当接される。次いで、中間コア２４は、第２のばね３２の付勢に抗して固定コア１４の方に可動され、固定コア１４に当接される。
【００５４】
即ち、第１のコイル１６と第２のコイル２２の両方が励磁されるとき、可動コア２０の変位量（ストローク量）は、第２の吸引部３６の間隙における可動コア２０の変位量と第１の吸引部３４の間隙における中間コア２４の変位量が加算されたものとなる。換言すれば、第１，２のコイル１６，２２が励磁されるとき、可動コア２０は第１，２の吸引部３４，３６それぞれによって移動させられる。これにより、図１４に示すように、ニードルバルブ４６の先端には第１の吸引部３４の間隙と第２の吸引部３６の間隙の総和相当の隙間が形成され、燃料が噴射される。
【００５５】
また、上記において、第１，２のコイル１６，２２の励磁がオフされると、第１，２の吸引部３４，３６における吸引力は消失し、可動コア２０をはじめ、外部可動コア２６および中間コア２４は、第１，２のばね３０，３２の付勢力によって図１に示す初期位置に戻される。
【００５６】
次に、可動コア２０の吸引力および吸引応答性について説明する。
【００５７】
一般的に、電磁ソレノイドにおける可動コアの吸引力Ｆは、
Ｆ＝１／２×Ｍ２×μ０×Ｓ／Ｘ２                                    （式１）
で表される（Ｍ：起磁力、μ０：空気の透磁率、Ｓ：可動コアと固定コアの対向面積、Ｘ：固定コアと可動コアの距離（吸引部の距離））。また、起磁力Ｍは、
Ｍ＝Ｎ×Ｉ                                                          （式２）
で表される（Ｎ：コイル巻数、Ｉ：コイル電流）。従って、吸引力Ｆは、コイル巻数Ｎの２乗およびコイル電流Ｉの２乗に比例する。
【００５８】
また、コイル電流Ｉの立ち上がり特性を示す過渡式Ｉ（ｔ）は、
Ｉ（ｔ）＝Ｅ／Ｒ（１−ｅｘｐ（−ｔ／τ））                          （式３）
で表される（ｔ：時間、Ｅ：印加電圧、Ｒ：等価直列抵抗、τ：時定数）。可動コアの移動は、時定数τ未満の時間ｔでは開始されず、時定数τ以上の時間ｔで開始される。即ち、ｔ＝τのときのコイル電流Ｉは作動点電流であり、時定数τは、可動コアの吸引応答性を示す定数である。具体的には、時定数τが小さいとき、可動コアの吸引応答性は向上する。
【００５９】
また、時定数τは、
τ＝Ｌ／Ｒ                                                          （式４）
で表される（Ｌ：コイルインダクタンス）。式３および式４から分かるように、可動コアの吸引応答性はコイルインダクタンスＬに反比例する。尚、コイルインダクタンスＬは、
Ｌ＝μｒ×Ｎ２×Ｓｉ／ｌ                                            （式５）
で表される（μｒ：磁気回路の透磁率、Ｓｉ：コイル内側断面積、ｌ：コイルの巻き幅長）。即ち、コイルインダクタンスＬはコイル巻数Ｎの２乗に比例する。
【００６０】
ここで、上記の式１から式５を前提に、可動コアの吸引力および吸引応答性について、例えば、コイル巻数Ｎの単一のコイル（コイルインダクタンスＬ）からなると共に、吸引部の距離をＸに設定された従来の電磁ソレノイドと、コイル巻数Ｎのコイルを分割してそれぞれコイル巻数Ｎ／２の第１，２のコイル１６，２２（それぞれ、コイルインダクタンスＬ／４）からなると共に、第１の吸引部３４の距離および第２の吸引部３６の距離をそれぞれＸ／２に設定された電磁ソレノイド１０とを対比して説明する。
【００６１】
図１５は、吸引部の吸引力と距離との関係を示すグラフである。
【００６２】
図中のＡはコイル巻数Ｎのコイルの吸引力曲線、Ｂはコイル巻数Ｎ／２のコイルの吸引力曲線である。式１および式２からも明らかであるが、このように、吸引部における吸引力は、コイル巻数の２乗に比例すると共に、吸引部の距離の２乗に反比例する。
【００６３】
電磁ソレノイド１０においては、第１，２のコイル１６，２２のコイル巻数はそれぞれＮ／２に、第１の吸引部３４の距離および第２の吸引部３６の距離はそれぞれＸ／２に設定される。
【００６４】
従って、第１，２の吸引部３４，３６それぞれにおける吸引力は、コイル巻数Ｎ、吸引部の距離Ｘに設定された吸引部の吸引力と同一である（図中のａ点およびｂ点の関係に相当）。
【００６５】
ここで、第１のコイル１６と第２のコイル２２の両方が励磁されるとき、可動コア２０の変位量（ストローク量）は、第２の吸引部３６の間隙における可動コア２０の変位量と第１の吸引部３４の間隙における中間コア２４の変位量とが加算されたものとなる。従って、第１の吸引部３４の距離および第２の吸引部３６の距離をそれぞれＸ／２に設定したとしても、可動コア２０の変位量（ストローク量）としては、Ｘが確保される。
【００６６】
図１６は、コイル電流の立ち上がり特性、即ち、可動コアの吸引応答性を示すグラフである。
【００６７】
図中のＡは、従来の電磁ソレノイド（コイルインダクタンスＬのコイル）に通電した場合の電流立ち上がり曲線を示す。図中のＢは、第１，２のコイルからなる電磁ソレノイド１０（それぞれ、コイルインダクタンスＬ／４のコイル）に直列通電した場合の電流立ち上がり曲線を示す。式３および式４からも明らかであるが、作動点電流に到達するまでの時間はコイルインダクタンスＬに比例する。即ち、可動コアの吸引応答性はコイルインダクタンスＬに反比例して向上する。
【００６８】
上述したように、第１，２のコイル１６，２２は、それぞれコイル巻数Ｎ／２に設定されると共に、電気的に直列に接続される。この場合、式５から、第１，２のコイル１６，２２のコイルインダクタンスの総和はＬ／２となる。
【００６９】
従って、図１６に示すように、電磁ソレノイド１０における作動点電流到達時間は、従来の電磁ソレノイドにおける作動点電流到達時間の１／２倍となる。即ち、電磁ソレノイド１０の可動コア２０の吸引応答性は、従来の電磁ソレノイドの可動コアの吸引応答性に比して２倍向上する。
【００７０】
このように、第１実施例に係る電磁ソレノイド１０にあっては、コイル巻数Ｎのコイルをそれぞれコイル巻数Ｎ／２の第１，２のコイルに分割すると共に、第１，２のコイルが励磁されるときに可動コア２０をそれぞれ移動させる距離Ｘ／２の間隙からなる第１，２の吸引部３４，３６を備えるように構成したので、可動コア２０の吸引力および変位量（ストローク量）を確保しつつ、その吸引応答性を向上させることができる。
【００７１】
さらに、外部可動コア２６の他端２６ｂを付勢して可動コア２０に当接させる第１のばね３０と、および第１のばね３０に比して大きなばね係数を有すると共に、可動コア２０を固定コア１４から離間させる方向に付勢する第２のばね３２を備えるように構成したので、第１，２のコイル１６，２２の励磁がオフされたとき、可動コア２０、外部可動コア２６および中間コア２４を初期位置に戻すことができる。また、第２のコイル２２のみが励磁されるとき、第１の吸引部３４の間隙を保持することができる。
【００７２】
また、可動コア２０は、その一端に外径が縮径された縮径部２０ａを備えると共に、外部可動コア２６の他端２６ｂは縮径部２０ａに当接されるように構成したので、第１のコイル１６のみが励磁されるとき、第２の吸引部３６の間隙を保持することができる。
【００７３】
また、中間コア２４および外部可動コア２６の一部は第１，２のコイル１６，２２が発生するそれぞれの磁気回路の一部として共通に利用されるように構成したので、電磁ソレノイド１０を第１，２のコイル１６，２２から構成するときにも電磁ソレノイド１０の小形化を図ることができる。
【実施例２】
【００７４】
次いで、この発明の第２実施例に係る電磁ソレノイドについて説明する。
【００７５】
図１７は、第２実施例に係る電磁ソレノイドの第１，２のコイルの電気回路図である。第２実施例にあっては、第１，２のコイルの電気回路のみ相違させた。尚、電気回路図においても第１実施例と共通の構成については、同一の符号を付した。以下、第２実施例に係る電磁ソレノイドの第１，２のコイルの電気回路図について説明する。
【００７６】
図１７に示すように、第１のコイル１６の上流側には第１実施例と同様の電源手段が設けられる。かかる電源手段と第１のコイル１６の間には分岐点が設けられており、電源手段は第３の（ＮＰＮ型）トランジスタ９４を介して第２のコイル２２に接続される。第１のコイル１６の下流側は、第４の（ＮＰＮ型）トランジスタ９６を介して接地されると共に、第１のコイル１６と第４のトランジスタ９６の間には分岐点が設けられて第５の（ＮＰＮ型）トランジスタ９８を介して第２のコイル２２に接続される。
【００７７】
図１７の電気回路において、図示しないコントローラから第３，４のトランジスタ９４，９６のベースにオフ信号が送信されると共に、第５のトランジスタ９８のベースにオン信号が送信される場合、第１，２のコイル１６，２２は電気的に直列に通電される。即ち、上記した直列通電とされる。
【００７８】
一方、第３，４のトランジスタ９４，９６のベースにオン信号が送信されると共に、第５のトランジスタ９８のベースにオフ信号が送信される場合、第１，２のコイル１６，２２は電気的に並列に通電される（以下、「並列通電」という）。
【００７９】
また、第３，５のトランジスタ９４，９８のベースにオフ信号が送信されると共に、第４のトランジスタ９６のベースにオン信号が送信される場合、第１コイル１６にのみ通電される。即ち、上記した第１コイル片側通電とされる。
【００８０】
また、第４，５のトランジスタ９６，９８のベースにオフ信号が送信されると共に、第３のトランジスタ９４のベースにオン信号が送信される場合、第２のコイル２２のみに通電される。即ち、上記した第２コイル片側通電とされる。
【００８１】
尚、並列通電によって第１，２のコイル１６，２２の両方が励磁される場合の可動コア２０、外部可動コア２６および中間コアの動作は、直列通電によって第１，２のコイル１６，２２の両方が励磁される場合と同様である。従って、並列通電の場合の可動コア２０の変位量（ストローク量）について、第２の吸引部３６の間隙における可動コア２０の変位量と第１の吸引部３４の間隙における中間コア２４の変位量が加算される点は、直列通電の場合と同様である。
【００８２】
次いで、並列通電の場合の可動コア２０の吸引力と吸引応答性について説明する。
【００８３】
並列通電における第１，２のコイル１６，２２それぞれのコイル電流Ｉは、直列通電における第１，２のコイルのコイル電流Ｉの２倍である。従って、式１および式２から、並列通電における第１，２のコイル１６，２２それぞれの起磁力Ｍは直列通電における第１，２のコイル１６，２２の起磁力Ｍの２倍、並列通電における第１，２の吸引部３４，３６における吸引力はそれぞれ直列通電の場合の４倍となる。
【００８４】
また、並列通電にあっては、第１，２のコイル１６，２２のコイルインダクタンスはそれぞれＬ／４である。従って、式３および式４から、並列通電における可動コア２０の吸引応答性は、直列通電の場合に比して２倍、従来の電磁ソレノイドの可動コアの吸引応答性に比して４倍向上する。尚、図１６のＣは、第１，２のコイル１６，２２からなる電磁ソレノイド１０に並列通電した場合の第１，２のコイル１６，２２それぞれの電流立ち上がり曲線を示す。
【００８５】
このように、第２実施例に係る電磁ソレノイドにあっては、コイル巻数Ｎのコイルをそれぞれコイル巻数Ｎ／２の第１，２のコイル１６，２２に分割し、第１，２のコイル１６，２２が励磁されるときに可動コア２０をそれぞれ移動させる距離Ｘ／２の間隙からなる第１，２の吸引部３４，３６を備えると共に、第１のコイル１６および第２のコイル２２を電気的に並列に通電（並列通電）させるように構成したので、可動コア２０の変位量（ストローク量）を確保しつつ、その吸引力および吸引応答性を向上させることができる。
【００８６】
以上の如く、この発明の第１および第２実施例に係る電磁ソレノイドにあっては、固定コア（１４）の回りに配置される第１のコイル（１６）と、前記固定コアに隣接して設けられた可動コア（２０）の回りに配置される第２のコイル（２２）と、前記固定コアと前記可動コアの間に移動自在に配置される中間コア（２４）と、前記第１のコイルが励磁されるとき、前記中間コアを前記固定コアに向けて移動させるべく前記固定コアと前記中間コアの間に形成された間隙からなる第１の吸引部（３４）と、前記第２のコイルが励磁されるとき、前記可動コアを前記中間コアに向けて移動させるべく前記中間コアと前記可動コアの間に形成された間隙からなる第２の吸引部（３６）と、および前記第２のコイルの外方に配置されると共に、一端（２６ａ）が前記中間コアに接合される一方、他端（２６ｂ）が前記可動コアに当接させられる外部可動コア（２６）とを備えるように構成した。
【００８７】
さらに、前記外部可動コアの他端を付勢して前記可動コアに当接させる第１のばね（３０）と、および前記第１のばねに比して大きなばね係数を有すると共に、前記可動コアを前記固定コアから離間させる方向に付勢する第２のばね（３２）とを備えるように構成した。
【００８８】
また、前記可動コアは、その一端に外径が縮径された縮径部（２０ａ）を備えると共に、前記外部可動コアの他端（２６ｂ）は前記縮径部に当接されるように構成した。
【００８９】
尚、上記において、第１のコイルボビン５０において端子６０ｂに接続された銅線６２を時計回りに巻回し、第２のコイルボビン５２において端子６０ｄに接続された銅線６２を反時計回りに巻回すると共に、端子６０ｂと端子６０ｃを接続して通電するように構成したが、中間コア２４および外部可動コア２６の一部に同一方向（内側から外側への方向または内側から外側への方向）の磁束が発生されるように、即ち、中間コア２４および外部可動コア２６の一部が第１，２のコイルが発生する磁気回路において共通の磁路となるように銅線の巻回方向および端子の接続を選択すれば、銅線の巻回方向および端子の接続は上記に限られるものではない。
【００９０】
また、上記において、燃料噴射弁用の電磁ソレノイドとして説明したが、それ以外の用途に使用される電磁ソレノイド、例えば、内燃機関の吸排気弁の開閉機構に使用される電磁ソレノイドに適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】この発明の第１実施例に係る電磁ソレノイドの縦断面図である。
【図２】図１に示す電磁ソレノイドの第１，２のコイルボビンの斜視図である。
【図３】図１に示す電磁ソレノイドの中間コアの斜視図である。
【図４】図１に示す電磁ソレノイドの外部可動コアの斜視図である。
【図５】図１に示す電磁ソレノイドの第１，２のコイル、中間コアおよび外部可動コアの組み付け状態を示す説明図である。
【図６】図２に示す第１のコイルボビンに銅線が巻回された状態を模式的に示す説明図である。
【図７】図２に示す第２のコイルボビンに銅線が巻回された状態を模式的に示す説明図である。
【図８】図２などに示す連接部材の部分拡大図である。
【図９】図８と同様、図２などに示す連接部材の部分拡大図である。
【図１０】図１に示す電磁ソレノイドの第１，２のコイルに通電されたときに発生する磁気回路の磁束方向を模式的に示す説明図である。
【図１１】図１に示す電磁ソレノイドの第１，２のコイルについての電気回路図である。
【図１２】図１に示す電磁ソレノイドの第１のコイルに通電したときの電磁ソレノイドの縦断面図である。
【図１３】図１に示す電磁ソレノイドの第２のコイルに通電したときの電磁ソレノイドの縦断面図である。
【図１４】図１に示す電磁ソレノイドの第１，２のコイルに通電したときの電磁ソレノイドの縦断面図である。
【図１５】図１に示す電磁ソレノイドの吸引部の吸引力と距離との関係を示すグラフである。
【図１６】図１に示す電磁ソレノイドのコイル電流の立ち上がり特性、即ち、可動コアの吸引応答性を示すグラフである。
【図１７】この発明の第２実施例に係る電磁ソレノイドの第１，２のコイルについての電気回路図である。
【符号の説明】
【００９２】
１０：電磁ソレノイド、１４：固定コア、１６：第１のコイル、２０：可動コア、２０ａ：縮径部、２２：第２のコイル、２４：中間コア、２６：外部可動コア、２６ａ：一端、２６ｂ：他端、３０：第１のばね、３２：第２のばね、３４：第１の吸引部、３６：第２の吸引部
【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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