(57)【要約】【課題】磁気吸引力の充分に高いソレノイドを提供することを目的とする。【解決手段】通電により磁力を発生するコイルと、軸方向に摺動可能に支持される磁性体製の可動子１２と、内部に前記可動子１２を軸方向へ摺動可能に収容し、前記コイルの発生する磁力による磁気吸引力を前記可動子１２に作用させるための磁気回路２１を形成する固定子１３とを備え、前記固定子１３は、軸方向に、強磁性体層１５、非磁性体層１６、及び強磁性体層１７の順に配置されるように接合されたものであり、前記非磁性体層１６は、前記接合によって変質した変質層１８，１９を有し、前記非磁性体層１６の磁気抵抗の、前記接合前の非磁性体層の磁気抵抗に対する比が、０．７３以上１未満であるソレノイド１１である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電により磁力を発生するコイルと、
軸方向に摺動可能に支持される磁性体製の可動子と、
内部に前記可動子を軸方向へ摺動可能に収容し、前記コイルの発生する磁力による磁気吸引力を前記可動子に作用させるための磁気回路を形成する固定子とを備え、
前記固定子は、軸方向に、強磁性体層、非磁性体層、及び強磁性体層の順に配置されるように接合されたものであり、
前記非磁性体層は、前記接合によって変質した変質層を有し、
前記非磁性体層の磁気抵抗の、前記接合前の非磁性体層の磁気抵抗に対する比が、０．７３以上１未満であることを特徴とするソレノイド。
【請求項２】
前記変質層の体積が、前記非磁性体層の体積に対して、０％より大きく３０％以下である請求項１に記載のソレノイド。
【請求項３】
前記非磁性体層は、前記強磁性体層と接触する部分に、前記接合によって発生した２つの変質層を有し、
前記２つの変質層の軸方向の長さが、前記非磁性体層の軸方向の長さに対して、それぞれ、０％より大きく２０％以下である請求項１又は請求項２に記載のソレノイド。
【請求項４】
前記変質層は、比透磁率が１０〜２０００である請求項１〜３のいずれか１項に記載のソレノイド。
【請求項５】
前記強磁性体層は、比透磁率が２０００を超え２００００以下である請求項１〜４のいずれか１項に記載のソレノイド。
【請求項６】
前記非磁性体層の軸方向の長さが、前記可動子の、前記固定子に近接する部分の軸方向の長さより短い請求項１〜５のいずれか１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、ソレノイドに関する。
【背景技術】
【０００２】
ソレノイドは、電気的エネルギを直線運動や回転運動の機械的エネルギに変換することができる駆動装置である。このことから、ソレノイドは、例えば、液体や気体等の流体を制御するバルブ等を駆動させる部品等として、様々な用途に利用されている。
【０００３】
また、直線運動型のソレノイドとしては、例えば、プランジャ（可動子）と、内部にプランジャを軸方向に摺動可能に収容するステータコア（固定子）と、このステータコアの外周側に配置したコイルとを備えたもの等が挙げられる。このようなソレノイドは、ステータコアの外周側に配置したコイルへの通電時に発生する磁力により、ステータコアがプランジャに磁気吸引力を作用させるための磁気回路を形成することによって、プランジャを軸方向に移動させる。
【０００４】
このようなソレノイドは、駆動力の向上等のために、磁気吸引力を高めることが求められている。磁気吸引力を高めるためには、ステータコアがプランジャに磁気吸引力を作用させるための磁気回路を好適に形成することができればよく、プランジャに流れる磁束を多くすることが考えられる。また、このようにプランジャに流れる磁束を効率的に多くするためには、プランジャと近接する領域のステータコアに流れる磁束を減らすことが考えられる。このようなステータコアに流れる磁束を減らす技術としては、例えば、特許文献１に記載されたもの等が挙げられる。
【０００５】
具体的には、特許文献１には、軸方向に、磁性体、非磁性体、磁性体を順に配列して一体化して構成されるステータコアを用いることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２６９６３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１によれば、大きな磁気吸引力に対応可能となる旨が開示されている。
【０００８】
しかしながら、本発明者等の検討によれば、磁気吸引力が充分に高まらない場合があった。具体的には、固定子として、軸方向に、磁性体、非磁性体、及び磁性体の順に配置されるように接合しただけのものを用いた場合、磁気吸引力が充分に高まらない場合があった。
【０００９】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、磁気吸引力の充分に高い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】
本発明者等の検討によれば、特許文献１に記載の発明では、磁気吸引力が充分に高まらない場合がある理由として、以下の理由を見出した。すなわち、固定子として、軸方向に、磁性体、非磁性体、及び磁性体の順に配置されるように接合したものを用いただけでは、接合時に変質層（非磁性体の一部において透磁率が増加する領域）が形成され、その変質層が、磁気吸引力に影響を与えることを見出した。
【００１１】
そこで、本発明者等は、変質層が形成された非磁性体層の磁気抵抗等と磁気吸引力との関係を鋭意検討した結果、以下のような本発明に想到するに到った。
【００１２】
本発明の一態様に係るソレノイドは、  通電により磁力を発生するコイルと、軸方向に摺動可能に支持される磁性体製の可動子と、内部に前記可動子を軸方向へ摺動可能に収容し、前記コイルの発生する磁力による磁気吸引力を前記可動子に作用させるための磁気回路を形成する固定子とを備え、前記固定子は、軸方向に、強磁性体層、非磁性体層、及び強磁性体層の順に配置されるように接合されたものであり、前記非磁性体層は、前記接合によって変質した変質層を有し、前記非磁性体層の磁気抵抗の、前記接合前の非磁性体層の磁気抵抗に対する比が、０．７３以上１未満であることを特徴とする。
【００１３】
このような構成によれば、磁気吸引力の充分に高いソレノイドを提供することができる。
【００１４】
このことは、以下のことによると考えられる。
【００１５】
まず、固定子が、その軸方向において、２つの強磁性体層の間に、非磁性体層が介在することによって、コイルに通電させることによって発生した磁力による磁束が、プランジャと近接する領域の固定子中を軸方向にそのまま流れることを抑制し、可動子に好適に流れることになると考えられる。そうすることによって、固定子が可動子に磁気吸引力を作用させるための磁気回路が好適に形成されると考えられる。
【００１６】
また、可動子に流れる磁束は、固定子の強磁性体層と可動子との間の空気層を流れる必要がある。そして、前記変質層を有する非磁性体層の磁気抵抗が、前記接合前の非磁性体層の磁気抵抗に対して、小さすぎる場合、前記変質層を有する非磁性体層に磁束が流れやすくなる。このことから、磁束が前記空気層を流れるだけではなく、非磁性体層にも流れたり、強磁性体層と強磁性体層との間を、可動子に流れずに直接流れたりする（バイパスする）ようになる等の、いわゆる、磁気吸引力に寄与しない磁束の漏れが発生しやすくなると考えられる。これに対して、前記非磁性体層の磁気抵抗が、上記範囲内であれば、この磁束の漏れの発生が抑制され、固定子が可動子に磁気吸引力を作用させるための磁気回路が好適に形成されると考えられる。
【００１７】
以上のことから、磁気吸引力の充分に高いソレノイドが得られると考えられる。
【００１８】
また、前記ソレノイドにおいて、前記変質層の体積が、前記非磁性体層の体積に対して、０％より大きく３０％以下であることが好ましい。
【００１９】
このような構成によれば、磁気吸引力のより高いソレノイドが得られる。
【００２０】
このことは、以下のことによると考えられる。前記変質層の体積が、前記非磁性体層の体積に対して、大きすぎる場合、前記磁束の漏れが発生しやすくなると考えられる。これに対して、前記変質層の体積が、上記範囲内であれば、磁束の漏れの発生をより抑制でき、固定子が可動子に磁気吸引力を作用させるための磁気回路をより好適に形成できると考えられる。
【００２１】
これらのことから、磁気吸引力のより高いソレノイドが得られると考えられる。
【００２２】
また、前記ソレノイドにおいて、前記非磁性体層は、前記強磁性体層と接触する部分に、前記接合によって発生した２つの変質層を有し、前記２つの変質層の軸方向の長さが、前記非磁性体層の軸方向の長さに対して、それぞれ、０％より大きく２０％以下であることが好ましい。
【００２３】
このような構成によれば、磁気吸引力のより高いソレノイドが得られる。
【００２４】
このことは、以下のことによると考えられる。前記変質層の軸方向の長さが、前記非磁性体層の軸方向の長さに対して、大きすぎる場合、前記磁束の漏れが発生しやすくなると考えられる。これに対して、前記変質層の軸方向の長さが、上記範囲内であれば、磁束の漏れの発生をより抑制でき、固定子が可動子に磁気吸引力を作用させるための磁気回路をより好適に形成できると考えられる。
【００２５】
これらのことから、磁気吸引力のより高いソレノイドが得られると考えられる。
【００２６】
また、前記ソレノイドにおいて、前記変質層は、比透磁率が１０〜２０００であることが好ましい。
【００２７】
このような構成によれば、磁気吸引力のより高いソレノイドが得られる。
【００２８】
このことは、変質層の比透磁率が上記範囲内であれば、前記非磁性体層の磁気抵抗を上記範囲内にしやすいことによると考えられる。
【００２９】
また、前記ソレノイドにおいて、前記強磁性体層は、比透磁率が２０００を超え２００００以下であることが好ましい。
【００３０】
このような構成によれば、磁気吸引力のより高いソレノイドが得られる。
【００３１】
このことは、以下のことによると考えられる。まず、強磁性体層に好適に磁束が流れる。そして、非磁性体層との比透磁率の差が大きくなり、可動子に磁束が好適に流れやすくなると考えられる。このため、固定子が可動子に磁気吸引力を作用させるための磁気回路がより好適に形成されると考えられる。よって、磁気吸引力のより高いソレノイドが得られると考えられる。
【００３２】
また、前記ソレノイドにおいて、前記非磁性体層の軸方向の長さが、前記可動子の、前記固定子に近接する部分の軸方向の長さより短いことが好ましい。
【００３３】
このような構成によれば、固定子が可動子に磁気吸引力を作用させるための磁気回路を形成できるため、磁気吸引力の充分に高いソレノイドが得られる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、磁気吸引力の充分に高いソレノイドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態に係るソレノイドに備えられる固定子における、変質層の影響を説明するための概念図である。
【図２】本発明の実施形態に係るソレノイドに備えられる固定子における、変質層の影響を説明するための概念図である。
【図３】本発明の実施形態に係るソレノイドの概略断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るソレノイドに備えられる固定子の製造方法を説明するための概念図である。
【図５】本発明の実施形態に係るソレノイドに備えられる固定子の製造方法を説明するための概念図である。
【図６】本発明の実施形態に係るソレノイドに備えられる固定子の変質層について説明するための概念図である。
【図７】本発明の実施形態に係るソレノイドに備えられる固定子の変質層について説明するための概念図である。
【図８】数値解析に用いるソレノイドの条件を説明するための図である。
【図９】非磁性体層の磁気抵抗（合成磁気抵抗）と変質比との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明に係る実施形態について説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。
【００３７】
本発明の実施形態に係るソレノイドは、通電により磁力を発生するコイルと、軸方向に摺動可能に支持される磁性体製の可動子と、内部に前記可動子を軸方向へ摺動可能に収容し、前記可動子に磁気吸引力を作用させるための磁気回路を形成する固定子とを備える。また、コイルは、発生させた磁力により、前記磁気吸引力を発生させるように配置される。具体的には、図１〜３に示すように、ソレノイド１１は、可動子（プランジャ）１２と、固定子（ステータコア）１３と、ステータコア１３の外周側に配設したコイル１４とを備える。そして、ステータコア１３が、軸方向に、強磁性体層１５、非磁性体層１６、及び強磁性体層１７の順に配置されるように接合されたものである。また、ステータコア１３おいて、非磁性体層１６は、前記接合によって変質した２つの変質層１８，１９と、前記接合によって変質しなかった非変質層２０とを有する。また、ステータコア１３おいて、非磁性体層１６の磁気抵抗（Ｒ）の、前記接合前の非磁性体層の磁気抵抗（Ｒ０）に対する比（Ｒ／Ｒ０）が、０．７３以上１未満である。すなわち、非磁性体層１６の磁気抵抗Ｒは、前記接合前の非磁性体層の磁気抵抗Ｒ０の０．７３倍以上であって、前記接合前の非磁性体層の磁気抵抗Ｒ０未満である。また、これを数式で表すと、非磁性体層１６の磁気抵抗をＲとし、前記接合前の非磁性体層の磁気抵抗をＲ０としたとき、０．７３×Ｒ０≦Ｒ＜Ｒ０を満たす。なお、非磁性体層１６は、上述したように、変質層１８，１９と非変質層２０とを有するので、非磁性体層１６の磁気抵抗Ｒは、変質層１８，１９と非変質層２０と合成磁気抵抗である。また、前記接合前の非磁性体層の磁気抵抗Ｒ０は、非磁性体層１６が全て非変質層２０である理想的な場合の磁気抵抗に相当する。
【００３８】
上記のようなソレノイドは、磁気吸引力を充分に高めることができる。すなわち、ソレノイドに備えられる固定子における、非磁性体層の磁気抵抗が、上記のような関係を満たすように、前記接合時に変質層が形成されることによって、磁気吸引力の充分に高いソレノイドが得られる。このソレノイドに備えられる固定子における、変質層の影響を説明する。具体的には、非磁性体層の磁気抵抗が、上記のような関係を満たす、すなわち、比較的大きい場合は、例えば、変質層の体積が小さい場合等が挙げられる。また、非磁性体層の磁気抵抗が、上記のような関係を満たさない、すなわち、小さすぎる場合は、例えば、変質層の体積が大きい場合等が挙げられる。
【００３９】
なお、図１及び図２は、本実施形態に係るソレノイドに備えられる固定子における、変質層の影響を説明するための概念図である。なお、図１は、ソレノイドに備えられる固定子における、非磁性体層の磁気抵抗が比較的大きい場合の一例である、変質層の体積が小さい場合を示す。また、図２は、ソレノイドに備えられる固定子における、非磁性体層の磁気抵抗が小さい場合の一例である、変質層の体積が大きい場合を示す。また、図３は、本実施形態に係るソレノイドの概略断面図である。また、図３においては、変質層１８，１９の図示を省略している。
【００４０】
本実施形態に係るソレノイドが、磁気吸引力を充分に高めることができる理由は、以下のことによると考えられる。
【００４１】
まず、ステータコア１３が、その軸方向において、強磁性体層１５と強磁性体層１７との間に、非磁性体層１６が介在する。そうすることによって、コイル１４に通電させることによって発生した磁力による磁束が、ステータコア１３の軸方向にそのまま流れるのではなく、プランジャ１２に好適に流れることになると考えられる。すなわち、図１に示すように、ステータコア１３がプランジャ１２に磁気吸引力を作用させるための磁気回路２１が好適に形成されると考えられる。
【００４２】
また、プランジャ１２に流れる磁束は、ステータコア１３の強磁性体層１５，１７とプランジャ１２との間の空気層２２を流れる必要がある。そして、変質層１８，１９を有する非磁性体層１６の磁気抵抗Ｒが小さすぎる場合、非磁性体層１６に磁束が流れやすくなる。すなわち、変質層１８，１９の体積が大きすぎる場合、図２に示すように、磁束が前記空気層２２を流れるだけではなく、非磁性体層１６にも流れたり、強磁性体層１５と強磁性体層１７との間を、プランジャ１２に流れずに直接流れたりするようになると考えられる。よって、非磁性体層１６の磁気抵抗Ｒが、小さすぎる場合、いわゆる、磁束の漏れ２３が発生しやすくなると考えられる。
【００４３】
これに対して、非磁性体層１６の磁気抵抗Ｒが、上記範囲内となるような、比較的小さい場合は、この磁束の漏れの発生が抑制される。すなわち、変質層１８，１９の体積が、小さい場合、この磁束の漏れの発生が抑制され、図１に示すように、ステータコア１３がプランジャ１２に磁気吸引力を作用させるための磁気回路２１が好適に形成されると考えられる。
【００４４】
以上のことから、強磁性体層と非磁性体層とを接合して、上記のような構成のステータコアとする際、接合により変質層が発生しても、強磁性体層間に介在する非磁性体の磁気抵抗Ｒが上記範囲内になるように接合させたステータコアを用いることによって、磁気吸引力の充分に高いソレノイドが得られる。
【００４５】
次に、ソレノイドの各構成について、説明する。
【００４６】
コイル１４は、通電により磁力を発生する、ソレノイドのコイルとして用いられるものであれば、特に限定されない。すなわち、コイル１４は、通電されると磁力を発生して、プランジャ１２とステータコア１３とを通る磁気回路を形成させるものである。具体的には、コイル１４は、絶縁被覆した長尺な導体部材を巻回することによって構成される。
【００４７】
プランジャ１２は、ソレノイドのプランジャとして用いられるものであれば、特に限定されない。すなわち、プランジャ１２は、前記磁気回路を形成させて、磁気吸引力を発生させることができるものであれば、特に限定されない。具体的には、プランジャ１２は、略円柱形状の磁性体製の部材等が挙げられる。プランジャ１２を構成する素材としては、例えば、鉄等の強磁性材料等が挙げられる。また、プランジャ１２には、磁気吸引力によるプランジャ１２の駆動の出力を外部へ伝達する軸部２５を備えていてもよい。この軸部２５は、図１及び図２に示すように、プランジャ１２の軸方向の一端部に接続されていてもよいし、図３に示すように、両端部に接続していてもよい。
【００４８】
ステータコア１３としては、上記のような構成になっていること以外、ソレノイドのステータコアとして用いられるものと同等のものを用いることができる。具体的には、ステータコア１３の形状等は、ソレノイドのステータコアとして用いられるものの形状と同じ形状等を採用することができる。より具体的には、円筒形状等が挙げられる。
【００４９】
また、ステータコア１３は、上述したように、軸方向に、強磁性体層１５、非磁性体層１６、及び強磁性体層１７の順に配置されるように接合されたものである。また、ステータコア１３おいて、非磁性体層１６は、前記接合によって変質した２つの変質層１８，１９と、前記接合によって変質しなかった非変質層２０とを有する。また、ステータコア１３おいて、非磁性体層１６の磁気抵抗（Ｒ）の、前記接合前の非磁性体層の磁気抵抗（Ｒ０）に対する比（Ｒ／Ｒ０）は、上述したように、０．７３以上１未満である。また、この比（Ｒ／Ｒ０）の下限は、０．７３以上であり、０．７８以上であることが好ましく、０．８３以上であることがより好ましい。また、この比（Ｒ／Ｒ０）の上限は、１未満であり、０．９８以下であることが好ましい。この比（Ｒ／Ｒ０）が小さすぎると、上述したように、磁束の漏れを充分に抑制することができないと考えられ、磁気吸引力が低下する傾向がある。また、この比（Ｒ／Ｒ０）が上記範囲内であれば、磁気吸引力をより高めることができる。
【００５０】
なお、非磁性体層１６の磁気抵抗（合成磁気抵抗）や前記接合前の非磁性体層の磁気抵抗は、一般的な磁気抵抗の測定方法により測定することができる。具体的には、磁気抵抗測定装置（理研電子株式会社製の振動試料型磁力計  ＢＨＶ−５等）を用いた測定方法等が挙げられる。
【００５１】
また、変質層１８，１９は、強磁性体層１５，１７となる強磁性体からなる材料と、非磁性体層１６となる非磁性体からなる材料とを接合する際に、非磁性体が変質することによって形成される層である。具体的には、変質層１８，１９は、接合として、例えば、後述する摩擦接合法や溶接法を用いることにより、非磁性体が変質することによって形成される層等が挙げられる。
【００５２】
また、前記変質層１８，１９の体積（Ｂ）が、前記非磁性体層１６の体積（Ａ）に対して、０％より大きく３０％以下であることが好ましい。すなわち、変質層１８と変質層１９との合計体積（Ｂ）が、変質層１８と非変質層２０と変質層１９との合計体積（Ａ）対して、０％より大きく３０％以下であることが好ましい。また、変質層１８，１９の体積（Ｂ）の、前記非磁性体層１６の体積（Ａ）に対する比率である変質比（Ｂ／Ａ）が、０％より大きく３０％以下であることが好ましい。この変質比が大きすぎると、上述したように、磁束の漏れを充分に抑制することができないと考えられ、磁気吸引力が低下する傾向がある。これに対して、変質比が、上記範囲内であれば、変質層１８，１９が形成されていても、非変質層２０が充分に維持されるので、磁束の漏れの発生をより抑制でき、固定子が可動子に磁気吸引力を作用させるための磁気回路をより好適に形成できると考えられる。よって、磁気吸引力のより高いソレノイドが得られると考えられる。
【００５３】
また、前記変質層１８，１９の軸方向の長さ（Ｃ）が、変質層１８と非変質層２０と変質層１９との軸方向の合計長さ（Ｄ）、すなわち、非磁性体層１６の軸方向の長さ（Ｄ）に対して、それぞれ、０％より大きく２０％以下であることが好ましい。すなわち、前記変質層１８，１９の軸方向の長さ（Ｃ）の、非磁性体層１６の軸方向の長さ（Ｄ）に対する比率（Ｃ／Ｄ）は、０％より大きく２０％以下であることが好ましい。前記変質層１８，１９の軸方向の長さ（Ｃ）が、長すぎると、上述したように、磁束の漏れを充分に抑制することができないと考えられ、磁気吸引力が低下する傾向がある。これに対して、変質層１８，１９の軸方向の長さ（Ｃ）が、上記範囲内であれば、変質層１８，１９が形成されていても、非変質層２０が充分に維持されるので、磁束の漏れの発生をより抑制でき、固定子が可動子に磁気吸引力を作用させるための磁気回路をより好適に形成できると考えられる。よって、磁気吸引力のより高いソレノイドが得られると考えられる。
【００５４】
なお、変質層１８と変質層１９とは、接合の条件等により、それぞれの形状に差異が生じる場合がある。このように、体積（Ｂ）や軸方向の長さ（Ｃ）が、変質層１８と変質層１９とで異なる場合であっても、上記変質比（Ｂ／Ａ）及び上記比率（Ｃ／Ｄ）が、変質層１８，１９のそれぞれにおいて、上記範囲内であれば、非変質層２０が充分に維持されると考えられる。このことから、磁束の漏れの発生をより抑制でき、固定子が可動子に磁気吸引力を作用させるための磁気回路をより好適に形成できると考えられる。よって、磁気吸引力のより高いソレノイドが得られると考えられる。
【００５５】
また、変質層１８，１９は、磁束の漏れを抑制する観点から、その比透磁率が低くて、非磁性体に近いものであることが好ましい。このため、接合時の熱履歴を低減させて、変質層１８，１９の比透磁率を低めることが好ましい。変質層１８，１９の比透磁率は、具体的には、以下の範囲であることが好ましい。また、変質層１８，１９の比透磁率の上限は、２０００以下であることが好ましく、１０００以下であることがより好ましく、５００以下であることがさらに好ましい。変質層１８，１９の比透磁率が高すぎると、磁束の漏れを充分に抑制することができないと考えられ、磁気吸引力が低下する傾向がある。変質層１８，１９の比透磁率の下限値としては、上記の理由から特にないが、事実上１０であると考えられる。このため、変質層１８，１９は、比透磁率が、１０〜２０００であることが好ましい。
【００５６】
また、強磁性体層１５，１７は、磁束が好適に流れる観点から、その比透磁率が、高いことが好ましい。また、非磁性体層１６との比透磁率の差が大きくなり、プランジャ１２のほうに磁束か好適に流れると考えられる。このため、磁気吸引力のより高いソレノイドが得られると考えられる。このようなソレノイドを得るために、強磁性体層１５，１７は、その透磁率が、具体的には、２０００を超えることが好ましく、４０００以上であることがより好ましく、６０００以上であることがさらに好ましい。上限値としては、上記の理由から特にないが、パーマロイ等１０００００以上得られる強磁性体もあるが、加工性やコストから、事実上２００００であると考えられる。このため、強磁性体層１５，１７は、比透磁率が、２０００を超え２００００以下であることが好ましい。
【００５７】
また、強磁性体層１５，１７を構成する材料としては、具体的には、例えば、軟磁性材料等が挙げられる。強磁性体層を構成する材料としては、より具体的には、神戸製鋼社製の純鉄系軟磁性材料（ＥＬＣＨ２、比透磁率８５００）等が挙げられる。
【００５８】
また、非変質層２０は、プランジャ１２に磁束を好適に流すために、比透磁率が低いほうが好ましい。非磁性体層の透磁率は、５以下であることが好ましく、３以下であることがより好ましい。下限値としては、上記の理由から特にないが、新日鐵住金株式会社のホームページ（［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成２６年６月２７日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｓ−ｓｃ．ｃｏ．ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔ／ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ／ｍａｇｎｅｔｉｓｍ／＞）を参考にすると、工業的には、事実上１以上であると考えられる。このため、非変質層２０は、比透磁率が、１〜５であることが好ましい。
【００５９】
また、非磁性体層１６を構成する材料としては、具体的には、例えば、ＳＵＳ３０４（比透磁率１）等の、オーステナイト系のステンレス鋼等が挙げられる。
【００６０】
なお、比透磁率等の、本実施形態で用いる材料の磁気特性は、公知の方法で測定することができる。例えば、比透磁率は、以下のように測定することができる。まず、測定対象物である材料の線材を用いて、リング状の試料を作製する。リング状の試料としては、例えば、外径１８ｍｍ、内径１０ｍｍのものが挙げられる。また、このリング状の試料は、磁気焼鈍を行ってもよい。そして、このリング状の試料に、磁界印加用コイルと磁束検出用コイルを巻線し、自動磁化測定装置を用いて、Ｂ−Ｈ曲線を測定する。このＢ−Ｈ曲線から、測定対象物である材料の比透磁率を測定することができる。また、ソレノイドにおける磁気特性等の、局所的な磁気特性は、測定対象物を５〜１０ｍｍ角程度に切り出し、それと同形状のリファレンス材とともに、試料振動型磁力計（Ｖｉｂｒａｔｉｎｇ  Ｓａｍｐｌｅ  Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ：ＶＳＭ）を用いた実測により、測定対象物の比透磁率を測定することができる。
【００６１】
また、ソレノイドの各部材の大きさ等は、求められる性能等に応じて、適宜選択することができ、一般的なソレノイドの大きさ等であればよい。具体的には、例えば、非磁性体層１６の軸方向の長さが、プランジャ１２の、ステータコア１３に近接する部分の軸方向の長さより短いことが、好適な磁気回路の形成の点から好ましい。具体的には、非磁性体層１６の軸方向の長さ（Ｄ）が、プランジャ１２の、ステータコア１３に近接する部分２４の軸方向の長さ（Ｅ）に対する比（Ｄ／Ｅ）は、以下の範囲であることが好ましい。この比（Ｄ／Ｅ）の下限は、１／１０以上であることが好ましく、１／７以上であることがより好ましく、１／５以上であることがさらに好ましい。また、この比（Ｄ／Ｅ）の上限は、３／４以下であることが好ましく、２／３以下であることがより好ましく、１／２以下であることがさらに好ましい。非磁性体層１６の軸方向の長さが短すぎると、磁束の漏れを充分に抑制できないと考えられ、磁気吸引力を充分に高められない傾向がある。また、非磁性体層１６の軸方向の長さが長すぎても、磁気吸引力を充分に高められない傾向がある。このことは、プランジャ１２とステータコア１３との間の空気層の影響が強くなり、好適な磁気回路を形成できない傾向があることによると考えられる。
【００６２】
次に、ステータコアの製造方法について説明する。
【００６３】
ステータコアの製造方法は、上記の構成を有するステータコアを製造することができれば、特に限定されない。具体的には、ステータコアの製造方法は、軸方向に、強磁性体層、非磁性体層、及び強磁性体層の順に配置されるように接合されたものであって、非磁性体層の磁気抵抗が、上記範囲内になるようなステータコアを製造することができれば、特に限定されない。
【００６４】
前記接合としては、特に限定されないが、例えば、溶接法や摩擦接合法等が挙げられる。ステータコアの製造方法は、具体的には、図４及び図５に示すような、以下の方法で製造される。なお、図４及び図５は、本実施形態に係るソレノイドに備えられる固定子の製造方法を説明するための概念図である。また、図４は、溶接法を用いた場合を示し、図５は、摩擦接合法を用いた場合を示す。
【００６５】
まず、前記接合として、溶接法を用いた製造方法について説明する。
【００６６】
まず、強磁性体からなる材料を、切削等により、円柱状に成形する。このような強磁性体からなる円柱状体３１，３３を２本用意する。また、非磁性体からなる材料を、切削等により、円柱状に成形する。このような非磁性体からなる円柱状体３２を１本用意する。これらの各円柱状体の大きさは、最終的に得られるステータコアにおける大きさに相当する大きさとすればよい。具体的には、円柱の直径としては、例えば、約２０ｍｍ等が挙げられる。そして、図４に示すように、強磁性体からなる円柱状体３１と、非磁性体からなる円柱状体３２とを、底面同士が接合されるように、溶接法で接合する。そして、図４に示すように、非磁性体からなる円柱状体３２の、強磁性体からなる円柱状体３１が接合されていない底面と、強磁性体からなる円柱状体３３の底面とが接合されるように、溶接法で接合する。そうすることによって、図４に示すように、軸方向に、強磁性体、非磁性体、及び磁性体の順で配置された円柱状体が得られる。その後、この円柱状体を円筒形状にするために、中心部を切削加工等の、穴あけ加工を施す。また、必要に応じて、表面研磨等を施す。また、各素材の間には、前記接合により変質層が形成されている。すなわち、この製造方法によって、軸方向に、強磁性体層３１、強磁性体層３１に接するように形成された変質層を含む非磁性体層３２、及び強磁性体層３３の順で配置されるステータコアが得られる。なお、図４には、変質層を図示していない。
【００６７】
また、溶接法としては、従来公知の溶接法を用いることができ、また、部品精度やコスト等に応じて変更可能であり、特に限定されない。具体的には、電気溶接やアーク溶接等が挙げられる。また、ガス、プラズマ、電子線、及びレーザ等を用いた溶接等も挙げられる。また、溶接法の条件としては、非磁性体層の磁気抵抗が、上記範囲を満たすように、変質層が形成される条件であれば、特に限定されない。
【００６８】
次に、前記接合として、摩擦接合法を用いた製造方法について説明する。
【００６９】
まず、強磁性体からなる材料を、切削等により、円柱状に成形する。このような強磁性体からなる円柱状体３５，３７を２本用意する。また、非磁性体からなる材料を、切削等により、円柱状に成形する。このような非磁性体からなる円柱状体３６を１本用意する。これらの各円柱状体の大きさは、最終的に得られるステータコアにおける大きさに相当する大きさとすればよい。具体的には、円柱の直径としては、例えば、約２０ｍｍ等が挙げられる。ただし、非磁性体からなる円柱状体３６は、製造時に切断するので、軸方向に、充分に長い円柱状体である。なお、軸方向に長い円柱状体を用いる理由は、摩擦接合法では、一定の長さ以上の部材でないと、接合することができないことによる。そして、図５に示すように、強磁性体からなる円柱状体３５と、非磁性体からなる円柱状体３６とを、底面同士が接合されるように、摩擦接合法で接合する。そして、図５に示すように、非磁性体からなる円柱状体３６の軸方向の厚みが、最終的に得られるステータコアにおける厚みとなるように、切断する。その後、図５に示すように、非磁性体からなる円柱状体３６の切断面と、強磁性体からなる円柱状体３７の底面とが接合されるように、摩擦接合法で接合する。そうすることによって、図５に示すように、軸方向に、強磁性体、非磁性体、及び磁性体の順で配置された円柱状体が得られる。その後、この円柱状体を円筒形状にするために、中心部を切削加工等の、穴あけ加工を施す。また、摩擦接合層では、接合部付近にばりが発生するので、このばりの除去加工を施す。また、必要に応じて、表面研磨等を施す。また、各素材の間には、前記接合により変質層が形成されている。すなわち、この製造方法によって、軸方向に、強磁性体層３５、強磁性体層３５に接するように形成された変質層を含む非磁性体層３６、及び強磁性体層３７の順で配置されるステータコアが得られる。なお、図５には、変質層を図示していない。
【００７０】
また、摩擦接合法としては、従来公知の摩擦接合法を用いることができ、特に限定されない。また、摩擦接合法の条件としては、非磁性体層の磁気抵抗が、上記範囲を満たすように、変質層が形成される条件であれば、特に限定されない。
【００７１】
次に、各製造方法で製造されたステータコアにおける変質層ついて説明する。図６及び図７は、本実施形態に係るソレノイドに備えられる固定子（ステータコア）の変質層について説明するための概念図である。なお、図６は、溶接法で製造した場合を示し、図７は、摩擦接合法で製造した場合を示す。
【００７２】
上記のような溶接法で製造したステータコアの、強磁性体層３３と非磁性体層３２との付近を、光学顕微鏡等で観察すると、図６に示すように、強磁性体層３３と非磁性体層３２との間であって、ステータコアの表面付近に、変質層４１が形成されていることがわかる。ところで、溶接法で製造したステータコアの変質層の断面は、外径側の変質域が広い三角形状に近い形状となる。変質層の断面形状が、長方形に近い形状の場合は、前記変質層の軸方向の長さ（Ｃ）が、非磁性体層の軸方向の長さ（Ｄ）に対して０％より大きく２０％以下であることが好ましい。一方で、変質層の断面形状が三角形状に近い形状となる場合は、軸方向の長さの最大値の半分を、前記変質層の軸方向の長さ（Ｃ）として計算するとよい。
【００７３】
また、上記のような摩擦接合法で製造したステータコアの、強磁性体層３５と非磁性体層３６との付近を、光学顕微鏡等で観察すると、図７に示すように、強磁性体層３５と非磁性体層３６との間に、変質層４２が広く形成されていることがわかる。
【００７４】
これらの変質層４１，４２は、ＳＥＭ観察等により、上述した、非磁性体が変質した層であることが確認できる。その比透磁率は、非磁性体層や強磁性体として用いる素材や、接合条件等によっても異なるが、１０〜２０００であり、一般的には、数百程度である。具体的には、非磁性体として、オーステナイト系のステンレス鋼を用いた場合、変質層は、マルテンサイトとフェライトとの混合相となっており、比透磁率が数百程度であることが推定できる。なお、摩擦接合法で製造した場合、変質層の体積が非常に少なくなる。
【００７５】
本実施形態に係るソレノイドは、上記の構成にすることによって、磁気吸引力が充分に高いものとなる。
【００７６】
以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例】
【００７７】
まず、本実施形態に係るソレノイドにおける磁気回路の形成を、シミュレーションした結果（数値解析結果）について説明する。
【００７８】
数値解析は、株式会社ＪＳＯＬ製の電磁界解析ソフトウエア（ＪＭＡＧ）を用いて行った。そして、数値解析の条件としては、まず、図８に示すようなソレノイドを用いた。なお、図８は、数値解析に用いるソレノイドの条件を説明するための図である。そして、図８は、溶接法でソレノイドを作製した場合を想定している。変質層１８，１９は、非磁性体が変質した変質層に相当するものであり、その比透磁率は、４００と設定した。また、非変質層２０の比透磁率は、１と設定した。
【００７９】
これらの条件で得られた数値解析結果は、図９に示す。図９は、非磁性体層の磁気抵抗（合成磁気抵抗）と変質比との関係を示すグラフである。なお、横軸は、変質層１８，１９の体積（Ｂ）の、非磁性体層１６の体積（Ａ）に対する比率（Ｂ／Ａ）である変質比（％）を示す。また、縦軸は、非磁性体層１６の磁気抵抗（合成磁気抵抗）（Ａ／Ｗｂ）を示す。また、変質層の軸方向の長さ（Ｘ）は、以下に示すものである。線９１で示す場合が、１ｍｍである。線９２で示す場合が、２ｍｍである。線９３で示す場合が、１．５ｍｍである。線９４で示す場合が、０．７ｍｍである。線９５で示す場合が。０．３ｍｍである。
【００８０】
この中で、プロット１０１とプロット１０２とで示す場合について、検討した。
【００８１】
（実施例）
プロット１０１で示す場合は、非磁性体層の合成磁気抵抗（Ｒ）が、１．４４Ａ／Ｗｂであった。そして、接合前の非磁性体層の磁気抵抗（Ｒ０）が、１．９７Ａ／Ｗｂであった。このことから、非磁性体層１６の合成磁気抵抗（Ｒ）の、接合前の非磁性体層の磁気抵抗（Ｒ０）に対する比（Ｒ／Ｒ０）が、約０．７３０９であり、０．７３以上１未満であった。なお、プロット１０１で示す場合は、変質層の軸方向の長さ（Ｘ）は、１ｍｍであって、変質比は、非磁性体層の合成磁気抵抗（Ｒ）が１．４４Ａ／Ｗｂになるように、３０％を少し下回るように、変質層の体積を調整したものである。すなわち、プロット１０１で示す場合は、Ｒ／Ｒ０が０．７３を少し上回るように、変質層の体積を調整したものである。
【００８２】
このようなソレノイドの磁気吸引力は、摩擦接合法で変質層がほぼ形成されないように形成したソレノイドの磁気吸引力に対して、２０％低減した程度であった。
【００８３】
（比較例）
これに対して、プロット１０２で示す場合は、非磁性体層の合成磁気抵抗（Ｒ）が、１．２４Ａ／Ｗｂであった。このことから、非磁性体層１６の合成磁気抵抗（Ｒ）の、接合前の非磁性体層の磁気抵抗（Ｒ０）に対する比（Ｒ／Ｒ０）が、約０．６２９４であり、０．７３未満であった。なお、プロット１０２で示す場合は、変質層の軸方向の長さ（Ｘ）は、２ｍｍであって、変質比は、非磁性体層の合成磁気抵抗（Ｒ）が１．２４Ａ／Ｗｂになるように、１０％を少し上回るように、変質層の体積を調整したものである。
【００８４】
このようなソレノイドの磁気吸引力は、摩擦接合法で変質層がほぼ形成されないように形成したソレノイドの磁気吸引力に対して、３０％低減した程度であった。
【００８５】
以上のことから、Ｒ／Ｒ０が０．７３以上１未満となるように変質層を形成したソレノイドである場合（実施例）は、Ｒ／Ｒ０が０．７３未満である比較例より磁気吸引力が高いことがわかった。このことから、実施例が、比較例より変質比が高いにもかかわらず、Ｒ／Ｒ０が０．７３以上１未満である範囲を満たすことによって、磁気吸引力が高くなることがわかった。すなわち、Ｒ／Ｒ０が０．７３以上１未満である範囲を満たすように、変質層を形成することによって、磁気吸引力の高いソレノイドが得られることがわかった。
【００８６】
なお、図９から、Ｒ／Ｒ０を０．７３以上１未満に容易に達成するためには、変質比が３０％以下であることが好ましいことがわかる。このことから、変質比は、０％より大きく３０％以下であることが好ましいことがわかる。
【００８７】
また、図９から、Ｒ／Ｒ０を０．７３以上１未満に容易に達成するためには、変質層の軸方向の長さ（Ｘ）が１ｍｍ以上であることが好ましいことがわかる。このことから、変質層の軸方向の長さが、非磁性体層の軸方向の長さに対して、０％より大きく２０％以下であることが好ましいことがわかる。
【００８８】
また、溶接法は、ソレノイドの固定子の製造には、低コストや高生産性の観点から好ましい手法であるが、変質層が形成されてしまう。本実施形態に係るソレノイドのように、Ｒ／Ｒ０が０．７３以上１未満となるように、変質層が形成されるように、溶接法の溶接条件を調整することにより、変質層が形成されてしまう溶接法であっても、磁気吸引力の充分に高いソレノイドが得られることがわかった。
【００８９】
また、他の変質比を有する場合であっても、Ｒ／Ｒ０が０．７３以上１未満となるソレノイドであれば、磁気吸引力の充分に高いソレノイドが得られた。
【符号の説明】
【００９０】
１１  ソレノイド
１２  プランジャ（可動子）
１３  ステータコア（固定子）
１４  コイル
１５  強磁性体層
１６  非磁性体層
１７  強磁性体層
１８，１９  変質層
２０  非変質層
２１  磁気回路
２２  空気層
２５  軸部
【図１】
2016012691.tif 000003
【図２】
2016012691.tif 000004
【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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