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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-07-28
(45)【発行日】2022-08-05
(54)【発明の名称】ソレノイド装置
(51)【国際特許分類】
H01F 7/16 20060101AFI20220729BHJP
【ＦＩ】
H01F7/16 D
H01F7/16 N
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2019079476
(22)【出願日】2019-04-18
(65)【公開番号】P2020178047
(43)【公開日】2020-10-29
【審査請求日】2021-07-15
(73)【特許権者】
【識別番号】000004695
【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ
(73)【特許権者】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(73)【特許権者】
【識別番号】390001812
【氏名又は名称】株式会社デンソーエレクトロニクス
(74)【代理人】
【識別番号】110000648
【氏名又は名称】特許業務法人あいち国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】西口 佳孝
(72)【発明者】
【氏名】城 貴洋
(72)【発明者】
【氏名】山口 健太郎
【審査官】井上 健一
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－１４２５２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１４２５０３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２２５６９１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】実公昭４６－０１５０１９（ＪＰ，Ｙ１）
【文献】特開２００２－１７５９１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０２６４７４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｆ ７／１６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
通電により磁束（Φ）が発生する電磁コイル（１１）と、前記電磁コイルの内周側に配された固定コア（２）と、
前記固定コアと前記電磁コイルの軸方向（Ｚ）に対向するよう配され、前記電磁コイルへの通電時に前記軸方向の前記固定コア側へ吸引される可動コア（３）と、
互いに前記軸方向に対向するとともに互いに前記軸方向に重なる位置に配された前記固定コアの固定対向面部（２１）と前記可動コアの可動対向面部（３１１）との間に配され、磁性体からなり、前記可動コアを前記軸方向における前記固定コアから遠ざかる側に付勢する磁性バネ（４）と、
前記固定コア、前記可動コア、及び前記磁性バネと共に前記磁束が通る磁気回路を構成し、前記固定対向面部と対向する位置に開口部（５２１）を有するヨーク（５）と、を備え、
前記可動コアは、前記可動コアが前記固定コアに吸引されていない非吸引状態において前記磁性バネの外形の外側かつ前記開口部の内周側に位置するとともに、前記可動対向面部よりも前記固定コア側に突出する突出部（３２）を有する、ソレノイド装置（１）。
【請求項2】
前記磁性バネは、前記軸方向の一方側へ向かうほど縮径する螺旋状に巻回されている、請求項１に記載のソレノイド装置。
【請求項3】
前記突出部は、前記可動対向面部における前記磁性バネに前記軸方向に重ならない非投影領域に形成されている、請求項１又は２に記載のソレノイド装置。
【請求項4】
前記突出部は、前記磁性バネの最外周部よりも外周側に位置する、請求項３に記載のソレノイド装置。
【請求項5】
前記突出部は、環状に形成されている、請求項４に記載のソレノイド装置。
【請求項6】
複数の前記突出部を有する、請求項１～５のいずれか一項に記載のソレノイド装置。
【請求項7】
前記突出部は、前記電磁コイルが通電状態にあるときに局所的に磁気飽和する磁気飽和部（３２１）を有する、請求項１～６のいずれか一項に記載のソレノイド装置。
【請求項8】
前記突出部は、前記軸方向の複数箇所に前記磁気飽和部を有する、請求項７に記載のソレノイド装置。
【請求項9】
前記突出部に形成された前記軸方向の複数箇所の前記磁気飽和部は、前記固定コア側のものほど高い磁気抵抗を有する、請求項８に記載のソレノイド装置。
【請求項10】
前記突出部は、前記可動コアにおける前記突出部を除く部位を構成する材料よりも、透磁率の低い材料からなる、請求項１～６のいずれか一項に記載のソレノイド装置。
【請求項11】
前記磁気飽和部は、前記可動コアにおける前記磁気飽和部を除く部位を構成する材料よりも、透磁率の低い材料を含有する、請求項７～９のいずれか一項に記載のソレノイド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ソレノイド装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、ソレノイド装置の一種である電磁継電器が開示されている。特許文献１に記載された電磁継電器は、通電時に磁束を形成する電磁コイルと、電磁コイルの内側に配された固定コアと、固定コアと対向するよう配された可動コアとを備える。また、固定コアと可動コアとの間の空間には、可動コアを固定コアから遠ざかる側に付勢する磁性バネが配されている。さらに、特許文献１に記載された電磁継電器は、固定コア、可動コアと共に前記磁束が通る磁気回路を構成するヨークを備える。ヨークは、固定コアと対向する位置に開口部を備える。
【0003】
特許文献１に記載された電磁継電器は、電磁コイルに通電すると前記磁気回路に磁束が流れ、可動コアが、電磁力によりバネのバネ力に抗して固定コア側に吸引されてヨークの開口部の内側に配される。
【0004】
ここで、特許文献１に記載のソレノイド装置は、前記磁気回路における磁気抵抗を低減すべく、バネを磁性体で構成している。これにより、磁性バネが前記磁気回路の一部として作用し、前記磁気回路全体の磁気抵抗を低減させることができ、固定コア側へ可動コアを電磁的に吸引する際の吸引力を向上させることができる。かかる吸引力を向上させることにより、電磁コイルに通電する電流値を減らして省電力化を図ったり、電磁コイルのターン数を減らして小型化を図ったりすることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１８－８１９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献１に記載の電磁継電器においては、可動コアを介さず、磁性バネとヨークにおける開口部の周囲の部位との間を通る漏れ磁束が懸念される。かかる漏れ磁束は、固定コア側へ可動コアを吸引する際の電磁的な吸引力に寄与しない。それゆえ、特許文献１に記載のソレノイド装置においては、固定コア側へ可動コアを吸引する際の電磁的な吸引力を向上させる観点から改善の余地がある。
【0007】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、固定コア側へ可動コアを吸引する際の電磁的な吸引力を向上させることができるソレノイド装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一態様は、通電により磁束（Φ）が発生する電磁コイル（１１）と、
前記電磁コイルの内周側に配された固定コア（２）と、
前記固定コアと前記電磁コイルの軸方向（Ｚ）に対向するよう配され、前記電磁コイルへの通電時に前記軸方向の前記固定コア側へ吸引される可動コア（３）と、
互いに前記軸方向に対向するとともに互いに前記軸方向に重なる位置に配された前記固定コアの固定対向面部（２１）と前記可動コアの可動対向面部（３１１）との間に配され、磁性体からなり、前記可動コアを前記軸方向における前記固定コアから遠ざかる側に付勢する磁性バネ（４）と、
前記固定コア、前記可動コア、及び前記磁性バネと共に前記磁束が通る磁気回路を構成し、前記固定対向面部と対向する位置に開口部（５２１）を有するヨーク（５）と、を備え、
前記可動コアは、前記可動コアが前記固定コアに吸引されていない非吸引状態において前記磁性バネの外形の外側かつ前記開口部の内周側に位置するとともに、前記可動対向面部よりも前記固定コア側に突出する突出部（３２）を有する、ソレノイド装置（１）にある。
前記電磁コイルの内周側に配された固定コア（２）と、
前記固定コアと前記電磁コイルの軸方向（Ｚ）に対向するよう配され、前記電磁コイルへの通電時に前記軸方向の前記固定コア側へ吸引される可動コア（３）と、
互いに前記軸方向に対向するとともに互いに前記軸方向に重なる位置に配された前記固定コアの固定対向面部（２１）と前記可動コアの可動対向面部（３１１）との間に配され、磁性体からなり、前記可動コアを前記軸方向における前記固定コアから遠ざかる側に付勢する磁性バネ（４）と、
前記固定コア、前記可動コア、及び前記磁性バネと共に前記磁束が通る磁気回路を構成し、前記固定対向面部と対向する位置に開口部（５２１）を有するヨーク（５）と、を備え、
前記可動コアは、前記可動コアが前記固定コアに吸引されていない非吸引状態において前記磁性バネの外形の外側かつ前記開口部の内周側に位置するとともに、前記可動対向面部よりも前記固定コア側に突出する突出部（３２）を有する、ソレノイド装置（１）にある。
【発明の効果】
【0009】
前記態様のソレノイド装置において、可動コアは、非吸引状態において磁性バネの外形の外側かつ開口部の内周側に位置するとともに、可動対向面部よりも固定コア側に突出する突出部を有する。それゆえ、磁性バネの各部から突出部を含む可動コアまでの距離を短くすることができ、磁性バネの各部と可動コアとの間の磁気抵抗を低減することができる。それゆえ、突出部が存在しない場合に可動コアを介さずに磁性バネとヨークにおける開口部周囲の部位との間を通るよう形成される漏れ磁束の少なくとも一部は、可動コアに突出部を形成することにより、磁性バネと突出部との間を通るよう形成される。そのため、固定コア側へ可動コアを吸引する際の電磁的な吸引力を向上させることができる。
【0010】
以上のごとく、前記態様によれば、固定コア側へ可動コアを吸引する際の電磁的な吸引力を向上させることができるソレノイド装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】実施形態１における、ソレノイド装置の斜視図。
【図2】実施形態１における、ソレノイド装置の断面図。
【図3】実施形態１における、可動コアを固定コア側から見た図。
【図4】実施形態１における、電磁コイルに通電を開始した直後に生じる磁束の様子を示すソレノイド装置の断面図。
【図5】実施形態１における、磁性バネの周囲に形成される漏れ磁束を説明するためのソレノイド装置の拡大断面図。
【図6】実施形態１における、完全吸引状態のソレノイド装置の断面図。
【図7】比較形態における、磁性バネの外周部とヨークの開口形成部との間に漏れ磁束が形成されている様子を示すソレノイドの拡大断面図。
【図8】実施形態２における、ソレノイド装置の断面図。
【図9】実施形態２における、可動コアを固定コア側から見た図。
【図10】実施形態２における、完全吸引状態のソレノイド装置の断面図。
【図11】実施形態２における、突出部と磁性バネの外周部との間に形成される漏れ磁束を説明するためのソレノイド装置の拡大断面図。
【図12】試験例における、各ソレノイド装置の、ギャップ長さと吸引力との関係を示す線図。
【図13】実施形態３における、ソレノイド装置の断面図。
【図14】実施形態３における、可動コアの突出部の一部拡大断面図。
【図15】実施形態３における、突出部と磁性バネの外周部との間に形成される漏れ磁束を説明するためのソレノイド装置の拡大断面図。
【図16】実施形態３における、突出部の磁気飽和部から先端側が磁気飽和した後に、可動コアと磁性バネの外周部との間に形成される漏れ磁束を説明するためのソレノイド装置の拡大断面図。
【図17】実施形態４における、可動コアの突出部の一部拡大断面図。
【図18】実施形態５における、可動コアの突出部の一部拡大断面図。
【図19】実施形態５における、突出部と磁性バネの外周部との間に形成される漏れ磁束を説明するためのソレノイド装置の拡大断面図。
【図20】実施形態５における、突出部の第二部位から先端側が磁気飽和した後に、突出部と磁性バネの外周部との間に形成される漏れ磁束を説明するためのソレノイド装置の拡大断面図。
【図21】実施形態５における、突出部の第一部位から先端側が磁気飽和した後に、可動コアと磁性バネの外周部との間に形成される漏れ磁束を説明するためのソレノイド装置の拡大断面図。
【図22】実施形態６における、可動コアの突出部の一部拡大断面図。
【図23】実施形態７における、可動コアの突出部の一部拡大断面図。
【図24】実施形態８における、可動コアの突出部の一部拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【0012】
（実施形態１）
ソレノイド装置の実施形態につき、図１～図６を用いて説明する。
本実施形態のソレノイド装置１は、図１、図２に示すごとく、電磁コイル１１と固定コア２と可動コア３と磁性バネ４とヨーク５とを備える。
ソレノイド装置の実施形態につき、図１～図６を用いて説明する。
本実施形態のソレノイド装置１は、図１、図２に示すごとく、電磁コイル１１と固定コア２と可動コア３と磁性バネ４とヨーク５とを備える。
【0013】
図４に示すごとく、電磁コイル１１は、通電により周囲に磁束Φを発生させる。固定コア２は、電磁コイル１１の内周側に配されている。可動コア３は、固定コア２と電磁コイル１１の軸方向（Ｚ方向）に対向するよう配され、電磁コイル１１への通電時にＺ方向の固定コア２側へ吸引される。
【0014】
図２に示すごとく、磁性バネ４は、固定コア２の固定対向面部２１と可動コア３の可動対向面部３１１との間に配されている。ここで、固定コア２の固定対向面部２１と可動コア３の可動対向面部３１１とは、互いにＺ方向に対向するとともに互いにＺ方向に重なる位置に配されている。磁性バネ４は、磁性体からなる。磁性バネ４は、可動コア３をＺ方向における固定コア２から遠ざかる側に付勢する。
【0015】
図４に示すごとく、ヨーク５は、固定コア２、可動コア３、及び磁性バネ４と共に磁束Φが通る磁気回路を構成する。ヨーク５は、固定対向面部２１とＺ方向に対向する位置に開口部５２１を有する。
【0016】
図２に示すごとく、可動コア３は、突出部３２を有する。突出部３２は、可動コア３が固定コア２に吸引されていない非吸引状態において磁性バネ４の外形の外側かつ開口部５２１の内周側に位置する。磁性バネ４の外形の外側とは、磁性バネ４と磁性バネ４の径方向の内周側の空間領域とを除く領域である。本実施形態において、突出部３２は、非吸引状態において、磁性バネ４の内周部４１の外周側において、内周部４１に径方向に重なる位置に形成されている。また、突出部３２は、可動対向面部３１１よりも固定コア２側に突出する。なお、図２は、非吸引状態のソレノイド装置１を表している。
以後、本実施形態につき詳説する。
以後、本実施形態につき詳説する。
【0017】
以後、Ｚ方向の一方側であって、固定コア２に対する可動コア３側をＺ１側といい、その反対側をＺ２側という。また、電磁コイル１１の径方向を単に径方向といい、電磁コイル１１の周方向を単に周方向という。
【0018】
本実施形態において、ソレノイド装置１は、図示しないスイッチ部を備えた電磁継電器に用いることができる。すなわち、ソレノイド装置１は、可動コア３の進退動作によって、スイッチ部を開閉するよう構成することができる。
【0019】
電磁継電器は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車に搭載される車載用の電磁継電器とすることができる。電磁継電器のスイッチ部は、例えばバッテリとインバータとの間に電気的に接続される。インバータは、バッテリから供給される直流電力を三相交流電力に変換し、三相交流モータへ供給するものである。
【0020】
図２に示すごとく、電磁コイル１１は、Ｚ方向に伸びる巻回軸を中心に巻回されており、略円筒形状を呈している。図４に示すごとく、電磁コイル１１に通電することにより、電磁コイル１１の周囲の固定コア２、ヨーク５、可動コア３及び磁性バネ４から構成される磁気回路に磁束Φが流れる。
【0021】
図２に示すごとく、電磁コイル１１は、スプール１２に巻回されている。スプール１２は、電気的絶縁性を有する非磁性体の樹脂等からなる。スプール１２は、電磁コイル１１に対して、内周側及びＺ方向の両側から対向するよう形成されている。スプール１２の内周側に固定コア２が配置されている。
【0022】
固定コア２は、略円柱状を呈している。固定コア２は、強磁性体である。固定コア２の軸方向は、Ｚ方向と一致している。固定コア２の外径は、スプール１２の内径と同等であり、固定コア２の外周面とスプール１２の内周面とは、微小空間を介して近接対向している、或いは当接している。
【0023】
固定コア２は、Ｚ方向に貫通するよう形成された固定挿入穴２２を有する。固定挿入穴２２には、後述のシャフト１３のＺ２側の部位が挿入されている。
【0024】
固定コア２のＺ２側端部には、Ｚ２側に突出するコア嵌合部２３が形成されている。コア嵌合部２３は、固定コア２におけるコア嵌合部２３のＺ１側に隣接する部位よりも、外径が小さくなっている。コア嵌合部２３は、ヨーク５に形成された底壁穴５１１ａに挿入嵌合されている。
【0025】
【0026】
第一ヨーク５１の全体は、Ｕ字状に形成されている。第一ヨーク５１は、電磁コイル１１をＺ２側から覆うよう形成された底壁５１１と、底壁５１１におけるＺ方向に直交するＸ方向の両端縁のそれぞれからＺ１側に立設されるとともに、Ｘ方向の両側から電磁コイル１１を覆う一対の側壁５１２とを有する。なお、以後、Ｘ方向とＺ方向との双方に直交する方向をＹ方向という。
【0027】
底壁５１１は、矩形板状に形成されており、Ｚ方向に厚みを有する。Ｚ方向から見たときの底壁５１１の中央には、底壁５１１をＺ方向に貫通する前述の底壁穴５１１ａが形成されている。図２に示すごとく、固定コア２のコア嵌合部２３は、底壁穴５１１ａからヨーク５のＺ２側に突出している。
【0028】
側壁５１２は、Ｘ方向に厚みを有する矩形板状に形成されている。一対の側壁５１２は、互いにＸ方向に対向している。図１に示すごとく、側壁５１２のＺ１側端部には、Ｙ方向の中央がＺ２側に凹んだ第一係合部５１２ａが形成されている。第一係合部５１２ａに第二ヨーク５２が係合している。
【0029】
第二ヨーク５２は、電磁コイル１１をＺ側から覆うよう形成されている。第二ヨーク５２は、Ｚ方向に厚みを有する板状に形成されている。第二ヨーク５２のＸ方向の両端部には、Ｙ方向の中央がＸ方向の固定コア２から離れる側に突出した第二係合部５２３が形成されている。第二係合部５２３は、第一ヨーク５１の第一係合部５１２ａに挿入されるとともに第一係合部５１２ａに接合されている。
【0030】
Ｚ方向から見たときの第二ヨーク５２の中央部に、第二ヨーク５２をＺ方向に貫通する円形の開口部５２１が形成されている。図２に示すごとく、開口部５２１は、固定コア２のＺ１側に形成されている。開口部５２１は、固定コア２の固定対向面部２１よりも一回り大きく形成されており、Ｚ方向から見たとき、固定対向面部２１は開口部５２１の内側の領域に収まる。
【0031】
第二ヨーク５２における開口部５２１の周囲には、開口形成部５２２が形成されている。開口形成部５２２は、環状に形成されており、その内周側が開口部５２１を構成している。開口形成部５２２のＺ１側の面は、第二ヨーク５２における開口形成部５２２の外周側に隣接する部位よりもＺ２側に後退している。図６に示すごとく、開口形成部５２２のＺ１側の空間は、固定コア２側に吸引された可動コア３の外周端部３３が収まるよう構成されている。以後、可動コア３が固定コア２側に吸引され、可動コア３の外周端部３３が開口形成部５２２に当接した状態を、完全吸引状態ということもある。図６に、完全吸引状態のソレノイド装置１の断面図を表している。
【0032】
可動コア３は、強磁性体からなり、円盤状を呈している。図２に示すごとく、可動コア３は、電磁コイル１１が非通電状態にあるとき、開口部５２１の内側空間を介して固定コア２にＺ方向に対向するよう配されており、可動コア３の外周端部３３とヨーク５の開口形成部５２２との間にはギャップＧが形成されている。
【0033】
可動コア３の外径は、開口部５２１の内径よりも大きい。また、可動コア３の外径は、第二ヨーク５２の開口形成部５２２の外径と同等である。
【0034】
可動コア３は、外周端部３３よりも内周側の領域に、Ｚ２側に隆起する可動隆起部３１を有する。可動隆起部３１の外径は、開口部５２１の内径よりも小さい。図６に示すごとく、可動隆起部３１は、完全吸引状態において、開口部５２１の内側に挿入される。
【0035】
可動隆起部３１の主面は、固定コア２のＺ１側の面にＺ方向に対向している。可動隆起部３１の主面は、略全体が、固定対向面部２１の全面にＺ方向に重なる位置に配されている。
【0036】
そして、前述のごとく、固定コア２の固定対向面部２１と可動コア３の可動対向面部３１１とは、互いにＺ方向に対向するとともに互いにＺ方向に重なる位置に配されている。すなわち、本実施形態において、固定対向面部２１は、固定コア２のＺ１側の面であり、可動対向面部３１１は、可動隆起部３１の主面である。なお、固定対向面部２１に対して、Ｚ方向に対向するとともにＺ方向に重なる可動コア３の面部が複数ある場合は、その複数の面部のうちの最も面積の大きい面部を可動対向面部３１１という。
【0037】
可動対向面部３１１からＺ２側に突出するように突出部３２が形成されている。図２、図３に示すごとく、本実施形態において、突出部３２は、複数形成されている。具体的には、突出部３２は、２つ形成されている。２つの突出部３２は、後述のシャフト１３に対して、Ｘ方向の両側のそれぞれに形成されている。各突出部３２は、径方向における可動対向面部３１１の中央位置に形成されている。すなわち、径方向の一つであるＸ方向において、各突出部３２は、後述の可動挿入穴３４に隣接する部位から可動対向面部３１１の外周縁までの領域の略中央位置に形成されている。
【0038】
図２に示すごとく、突出部３２は、可動対向面部３１１における磁性バネ４にＺ方向に重ならない非投影領域に形成されている。そして、図６に示すごとく、突出部３２は、完全吸引状態において、磁性バネ４の径方向に隣接する部位間の隙間に挿入されるよう形成されている。
【0039】
なお、電磁コイル１１に電流を流しておらず、可動コア３が固定コア２に吸引されていない非吸引状態と、完全吸引状態とにおいて、非投影領域や投影領域の形成範囲が、若干変更される場合が想定される。この場合において、非投影領域とは、特に断らない限り、完全吸引状態の、可動対向面部３１１における磁性バネ４にＺ方向に重ならない領域を表すものとする。また、投影領域とは、特に断らない限り、完全吸引状態において、磁性バネ４を可動対向面部３１１にＺ方向に投影した領域を表すものとする。
【0040】
図６に示すごとく、Ｚ方向において、突出部３２の長さは、完全吸引状態における可動対向面部３１１と固定対向面部２１との間のＺ方向の長さよりも短い。本実施形態において、Ｚ方向の突出部３２の長さは、完全吸引状態における可動対向面部３１１と固定対向面部２１との間のＺ方向の長さの半分の長さと同等の長さを有する。また、図３に示すごとく、Ｙ方向において、各突出部３２の長さは、後述の可動挿入穴３４のＺ２側端部３４ａを除く部位の直径と同等であるが、これに限られない。
【0041】
図２に示すごとく、Ｚ方向から見たときの可動コア３の中央に、可動コア３をＺ方向に貫通する可動挿入穴３４が形成されている。可動挿入穴３４に、非磁性体からなるシャフト１３が挿入されている。
【0042】
シャフト１３は、Ｚ方向に長尺な棒状（円柱状）に形成されている。本実施形態において、シャフト１３は可動挿入穴３４に圧入されている。これにより、シャフト１３が可動コア３に対して固定されている。
【0043】
シャフト１３には、外周側に突出するシャフト係合部１３１が形成されている。また、可動挿入穴３４のＺ２側端部は、可動挿入穴３４の他の部位よりも大きい径となるよう形成されている。そして、シャフト１３は、シャフト係合部１３１を可動挿入穴３４のＺ２側端部に挿入するよう配されている。これにより、Ｚ方向におけるシャフト１３と可動コア３との位置決めがなされている。
【0044】
シャフト１３のＺ２側の部位は、固定コア２の固定挿入穴２２に挿入されている。シャフト１３は、可動コア３に対して固定されている一方、固定コア２の固定挿入穴２２に対しては、Ｚ方向に進退可能となっている。可動コア３の可動対向面部３１１と固定コア２の固定対向面部２１との間に、磁性バネ４が配されている。
【0045】
磁性バネ４は、Ｚ方向の一方側へ向かうほど縮径する螺旋状に巻回されている。本実施形態において、磁性バネ４は、Ｚ１側に向かうほど縮径する螺旋状に巻回されている。磁性バネ４は、強磁性体の板バネ部材を、当該板バネ部材の厚さ方向が磁性バネ４の径方向となるように螺旋状に巻回してなる。すなわち、磁性バネ４は、いわゆる竹の子ばねである。
【0046】
磁性バネ４の内周端のＺ１側の端面は、可動対向面部３１１における可動挿入穴３４の先端部に外周側に隣接する部位に溶接等により接合されているが、溶接されていなくてもよい。また、磁性バネ４の外周部４２（すなわちＺ２側端部）の外径は、固定コア２の固定対向面部２１の外径より若干小さい。
【0047】
非吸引状態において、磁性バネ４の内周部４１（すなわちＺ１側端部）の外周側に、突出部３２が配されている。突出部３２は、磁性バネ４の外周部４２（すなわちＺ２側端部）よりも内周側に配されている。図６に示すごとく、完全吸引状態において、磁性バネ４の径方向の中央部分において径方向に隣接する部位間の隙間に、突出部３２が挿入される。
【0048】
磁性バネ４は、電磁コイル１１が通電状態にあるときも非通電状態にあるときも、弾性変形していない自由状態よりもＺ方向に圧縮された状態で、固定対向面部２１と可動対向面部３１１との間に配されている。これにより、磁性バネ４は、可動コア３をＺ１側に向かって付勢している。電磁コイル１１が非通電状態にあるとき、可動コア３の外周端部３３は、磁性バネ４からの付勢力により、開口部５２１よりもＺ１側に配され、第二ヨーク５２の開口形成部５２２との間にギャップＧが形成される。
【0049】
【0050】
図４に示すごとく、電磁コイル１１に通電すると、固定コア２、ヨーク５、ギャップＧ、可動コア３、磁性バネ４を含む磁気回路に磁束Φが形成される。これにより、ギャップＧを挟む可動コア３とヨーク５との間にＺ方向の磁気的な吸引力が発生し、可動コア３が固定コア２側に吸引される。
【0051】
また、磁性バネ４を通る磁束Φは、磁性バネ４の長手方向に沿って螺旋状に形成される。ここで、磁性バネ４は、その長手方向に直交する断面積が比較的小さく、磁気飽和しやすい。
【0052】
磁性バネ４が磁気飽和すると、図５に示すごとく、磁性バネ４と固定コア２との間、及び磁性バネ４と可動コア３との間に漏れ磁束Φａが発生する。この漏れ磁束Φａによって、固定コア２と磁性バネ４との間、及び磁性バネ４と可動コア３との間のそれぞれに吸引力が発生する。
【0053】
ここで、漏れ磁束Φａは、磁性バネ４における固定コア２に近い部位と固定コア２との間、及び磁性バネ４における可動コア３に近い部位と可動コア３との間に多く形成される。そのため、磁性バネ４における固定コア２に近い部位と固定コア２との間、及び磁性バネ４における可動コア３に近い部位と可動コア３との間において、漏れ磁束Φａによる吸引力も大きくなる。
【0054】
特に、本実施形態においては、可動コア３に、磁性バネ４が配されたＺ２側に突出する突出部３２が形成されているため、突出部３２と磁性バネ４の各部との間の長さが比較的短くなりやすい。そのため、可動コア３の突出部３２と磁性バネ４の各部との間にＺ方向成分を有する漏れ磁束Φａが形成されやすい。これにより、可動コア３の突出部３２と磁性バネ４との間にもＺ方向の吸引力が作用する。
【0055】
そして、磁性バネ４の各部と、固定コア２及び可動コア３のそれぞれとの間に形成される漏れ磁束Φａにより、磁性バネ４にＺ方向に縮もうとする力が生じ、見かけ上の磁性バネ４の反力が弱まる（すなわち見かけ上の磁性バネ４のバネ定数が下がる）。これにより、可動コア３に作用する固定コア２側への吸引力が増加する。
【0056】
前述したすべての吸引力により、可動コア３が固定コア２側に吸引される。図６に示すごとく、完全吸引状態においては、可動コア３の可動隆起部３１がヨーク５の開口部５２１内に挿入されるとともに、可動コア３の外周端部３３が、開口形成部５２２に当接する。この状態においては、磁性バネ４のＺ１側の面の全体が可動コア３の可動対向面部３１１と当接又は近接対向するとともに、磁性バネ４のＺ２側の面の全体が固定コア２の固定対向面部２１と当接又は近接対向する。つまり、磁性バネ４を構成する板バネ部材のＺ方向の幅は、完全吸引状態における可動対向面部３１１と固定対向面部２１とのＺ方向の長さと同等である。完全吸引状態において、磁束Φは、磁性バネ４をＺ方向に沿って流れる。
【0057】
次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
本実施形態のソレノイド装置１において、可動コア３は、非吸引状態において磁性バネ４の外形の外側かつ開口部５２１の内周側に位置するとともに、可動対向面部３１１よりも固定コア２側に突出する突出部３２を有する。それゆえ、磁性バネ４の各部から突出部３２を含む可動コア３までの距離を短くすることができ、磁性バネ４の各部と可動コア３との間の磁気抵抗を低減することができる。それゆえ、突出部３２が存在しない場合に可動コア３を介さずに磁性バネ４とヨーク５における開口部５２１周囲の部位（すなわち開口形成部５２２）との間を通るよう形成される漏れ磁束Φａの少なくとも一部は、可動コア３に突出部３２を形成することにより、磁性バネ４と突出部３２との間を通るよう形成される。そのため、固定コア２側へ可動コア３を吸引する際の電磁的な吸引力を向上させることができる。
本実施形態のソレノイド装置１において、可動コア３は、非吸引状態において磁性バネ４の外形の外側かつ開口部５２１の内周側に位置するとともに、可動対向面部３１１よりも固定コア２側に突出する突出部３２を有する。それゆえ、磁性バネ４の各部から突出部３２を含む可動コア３までの距離を短くすることができ、磁性バネ４の各部と可動コア３との間の磁気抵抗を低減することができる。それゆえ、突出部３２が存在しない場合に可動コア３を介さずに磁性バネ４とヨーク５における開口部５２１周囲の部位（すなわち開口形成部５２２）との間を通るよう形成される漏れ磁束Φａの少なくとも一部は、可動コア３に突出部３２を形成することにより、磁性バネ４と突出部３２との間を通るよう形成される。そのため、固定コア２側へ可動コア３を吸引する際の電磁的な吸引力を向上させることができる。
【0058】
ここで、図７に示すごとく、突出部３２が形成されていない場合を想定する。すなわち、可動隆起部３１のＺ２側の面の全体が、Ｚ方向に直交する平面状に形成された場合を想定する。この場合、電磁コイル１１に通電し、磁性バネ４が飽和した場合、ヨーク５の開口形成部５２２と磁性バネ４における開口形成部５２２に近い部位との間に漏れ磁束Φｂが形成される。すなわち、突出部３２が形成されていない場合、磁性バネ４の各部とヨーク５の開口形成部５２２との間の距離が、磁性バネ４の各部と可動コア３との間の距離よりも短くなりやすく、磁性バネ４における開口形成部５２２付近の部位と開口形成部５２２との間に直接的に漏れ磁束Φｂが形成されやすい。開口形成部５２２と磁性バネ４との間に形成される漏れ磁束Φｂは、可動コア３を固定コア２側に吸引することに寄与せず、可動コア３を固定コア２側に吸引する際のロスとなる漏れ磁束である。
【0059】
そこで、図５に示すごとく、可動コア３に突出部３２を形成し、突出部３２と磁性バネ４の各部との間の距離を短くすることにより、磁性バネ４と開口形成部５２２との間に形成される漏れ磁束（図７の符号Φｂ参照）を減らし、磁性バネ４と可動コア３との間を通る漏れ磁束Φａを増やすことができる。これにより、本実施形態においては、固定コア２側へ可動コア３を吸引する際の電磁的な吸引力を向上させることができる。
【0060】
また、磁性バネ４は、Ｚ方向の一方側へ向かうほど縮径する螺旋状に巻回されている。それゆえ、磁性バネ４の外周部４２は、ヨーク５の開口形成部５２２に近接し、磁性バネ４と開口形成部５２２との間に、可動コア３を固定コア２側にＺ方向に吸引する際の吸引力に寄与しない漏れ磁束が生じることが懸念される。しかしながら、前述のごとく可動コア３に突出部３２を有することにより、磁性バネ４と開口形成部５２２との間に形成される漏れ磁束（図７の符号Φｂ参照）を減らし、磁性バネ４と可動コア３との間を通る漏れ磁束Φａを増やすことができる。
【0061】
さらに、磁性バネ４の各部と固定コア２及び可動コア３との間に漏れ磁束Φａが流れ、磁性バネ４と固定コア２との間、及び、磁性バネ４と可動コア３との間のそれぞれに電磁的な吸引力が発生する。これにより、見かけ上の磁性バネ４の反力を弱めやすく、固定コア２側へ可動コア３を吸引する際の電磁的な吸引力を向上させやすい。
【0062】
また、突出部３２は、可動対向面部３１１における磁性バネ４にＺ方向に重ならない非投影領域に形成されている。それゆえ、可動コア３が固定コア２側に吸引される際、可動コア３の突出部３２が、磁性バネ４に干渉することを防止することができる。
【0063】
また、本実施形態のソレノイド装置１は、複数の突出部３２を有する。このように、突出部３２の形成箇所を増やすことにより、磁性バネ４の各部と可動コア３との距離を縮めやすく、これらの間に形成される漏れ磁束Φａを増やすことができる。これによっても、固定コア２側へ可動コア３を吸引する際の電磁的な吸引力を向上させることができる。
【0064】
以上のごとく、本実施形態によれば、固定コア側へ可動コアを吸引する際の電磁的な吸引力を向上させることができるソレノイド装置を提供することができる。
【0065】
【0066】
図８に示すごとく、突出部３２は、可動隆起部３１の主面の外周縁に沿うよう形成されている。すなわち、可動コア３の可動対向面部３１１の外周端縁に形成されている。また、図９に示すごとく、突出部３２は、全周に形成されており、全体として環状を呈している。図２に示すごとく、非吸引状態において、突出部３２の先端（すなわちＺ２側端）の位置は、ヨーク５の開口形成部５２２の位置と同等の位置にある。
【0067】
突出部３２は、磁性バネ４の最外周部よりも外周側に位置している。すなわち、突出部３２の最内周位置は、磁性バネ４の最外周位置よりも外周側に位置している。また、突出部３２は、スプール１２の内周側に配されている。それゆえ、図１０に示すごとく、突出部３２は、完全吸引状態においては、径方向における磁性バネ４とスプール１２との間の空間に配される。本実施形態において、突出部３２のＺ方向の長さは、完全吸引状態におけるＺ方向の可動対向面部３１１と固定対向面部２１との間の長さの半分の長さよりも長い。
【0068】
その他は、実施形態１と同様である。
なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
【0069】
次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
本実施形態において、突出部３２は、磁性バネ４の最外周部よりも外周側であって、開口部５２１よりも内周側に形成される。それゆえ、磁性バネ４の各部から突出部３２を含む可動コア３までの距離を、磁性バネ４の各部からヨーク５の開口形成部５２２までの距離よりも短くしやすい。特に、磁性バネ４の外周部４２は、開口形成部５２２に比較的近くに形成され、開口形成部５２２との間に漏れ磁束が形成されることが懸念される。そこで、本実施形態のように突出部３２を設けることにより、突出部３２を磁性バネ４の外周部４２近傍の部位に近付けることができ、図１１に示すごとく、磁性バネ４の外周部４２と、可動コア３の突出部３２との間にＺ方向成分を有する漏れ磁束Φａを形成することができる。これにより、固定コア２側へ可動コア３を吸引する際の電磁的な吸引力を向上させることができる。
本実施形態において、突出部３２は、磁性バネ４の最外周部よりも外周側であって、開口部５２１よりも内周側に形成される。それゆえ、磁性バネ４の各部から突出部３２を含む可動コア３までの距離を、磁性バネ４の各部からヨーク５の開口形成部５２２までの距離よりも短くしやすい。特に、磁性バネ４の外周部４２は、開口形成部５２２に比較的近くに形成され、開口形成部５２２との間に漏れ磁束が形成されることが懸念される。そこで、本実施形態のように突出部３２を設けることにより、突出部３２を磁性バネ４の外周部４２近傍の部位に近付けることができ、図１１に示すごとく、磁性バネ４の外周部４２と、可動コア３の突出部３２との間にＺ方向成分を有する漏れ磁束Φａを形成することができる。これにより、固定コア２側へ可動コア３を吸引する際の電磁的な吸引力を向上させることができる。
【0070】
また、突出部３２は、環状に形成されている。それゆえ、固定コア２側へ可動コア３を吸引する際の電磁的な吸引力を、全周において安定して向上させることができる。
【0071】
さらに、突出部３２は、環状に形成されており、かつ、磁性バネ４の最外周部よりも外周側に配されている。それゆえ、突出部３２を磁性バネ４との干渉を防止することができる。ここで、突出部３２が環状に形成されているが、磁性バネ４の最外周部よりも内周側に形成されている場合、磁性バネ４はＺ方向の一方側に向かうほど縮径する螺旋状に形成されているため、可動コア３が固定コア２側に吸引されている過程において突出部３２が磁性バネ４に干渉するおそれがある。そこで、本実施形態のように、突出部３２を、環状に形成し、かつ、磁性バネ４の最外周部よりも外周側に配することにより、突出部３２を環状に形成しても、突出部３２と磁性バネ４とが干渉することを防止することができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。
【0072】
（試験例）
本例は、実施形態１のソレノイド装置、実施形態２のソレノイド装置、及び突出部を備えないソレノイド装置のそれぞれについて、ギャップ長さと可動コアに作用する固定コア側への吸引力との関係を解析した例である。なお、例えば図２に示すごとく、ギャップ長さは、可動コア３の外周端部３３とヨーク５の開口形成部５２２との間のギャップＧのＺ方向の長さである。
本例は、実施形態１のソレノイド装置、実施形態２のソレノイド装置、及び突出部を備えないソレノイド装置のそれぞれについて、ギャップ長さと可動コアに作用する固定コア側への吸引力との関係を解析した例である。なお、例えば図２に示すごとく、ギャップ長さは、可動コア３の外周端部３３とヨーク５の開口形成部５２２との間のギャップＧのＺ方向の長さである。
【0073】
突出部を備えないソレノイド装置は、実施形態１のソレノイド装置と基本構造を同じくしつつ、可動隆起部のＺ２側の面の全体を、Ｚ方向に直交する平面状に形成したソレノイド装置である。そして、各ソレノイド装置において、ギャップ長さを３ｍｍ～０ｍｍの間で変化させたとき、各ソレノイド装置の可動コアに作用する固定コア側への吸引力を確認した。なお、ギャップ長さ３ｍｍは、各ソレノイド装置の電磁コイルに電流を流しておらず、可動コアが固定コアに吸引されていない非吸引状態における可動コアの外周端部と開口形成部との間のギャップ長さである。
【0074】
結果を図１２に示す。図１２において、横軸は、各ソレノイド装置のギャップ長さを示し、縦軸は、各ソレノイド装置の可動コアに作用する固定コア側への吸引力を示している。図１２において、縦軸は、上側ほど吸引力が大きく、下側ほど吸引力が小さくなる。また、図１２において、実施形態１のソレノイド装置の解析結果を四角記号（□）でプロットし、実施形態２のソレノイド装置の解析結果を三角記号（△）でプロットし、突出部を備えないソレノイド装置の解析結果をひし形記号（◇）でプロットした。
【0075】
図１２から分かるように、実施形態１のソレノイド装置及び実施形態２のソレノイド装置は、特にギャップ長さが１ｍｍ～２ｍｍのとき、突出部を有さないソレノイド装置に比べ、可動コアに作用する固定コア側への吸引力が高くなることが分かる。これは、実施形態１のソレノイド装置、及び実施形態２のソレノイド装置において、ギャップ長さが１ｍｍ～２ｍｍのときに突出部と磁性バネの外周部とがＺ方向に最も近接するからである。
【0076】
そして、ギャップ長さが０．５ｍｍ以下となると、実施形態１のソレノイド装置、実施形態２のソレノイド装置のそれぞれの可動コアに作用する固定コア側への吸引力は、突出部を備えないソレノイド装置の可動コアに作用する固定コア側への吸引力と同等となった。これは、実施形態１のソレノイド装置及び実施形態２のソレノイド装置において、ギャップ長さが０．５ｍｍ以下となると、磁性バネにおける突出部と径方向に重なる領域が形成され、磁性バネと突出部とに径方向に流れる磁束が増加するためであると考えられる。すなわち、磁性バネと突出部とに径方向に流れる磁束は、可動コアを固定コア側にＺ方向に吸引する際の吸引力に寄与しないため、ギャップ長さが０．５ｍｍ以下となると、３種類のソレノイド装置のそれぞれの可動コアに作用する固定コア側への吸引力が互いに同等になったものと考えられる。
【0077】
以上から、実施形態１のソレノイド装置及び実施形態２のソレノイド装置は、突出部を有さないソレノイド装置に比べ、特にギャップ長さが１ｍｍ～２ｍｍのときに可動コアに作用する固定コア側への吸引力が高くなることが分かった。つまり、実施形態１、２において、突出部３２が磁性バネ４のＺ１側に位置しており（すなわち、突出部３２が磁性バネ４の部位間の隙間に挿入されていない状態）、かつ、突出部３２が磁性バネ４に近づくことで、可動コア３に作用する固定コア２側への吸引力が増加することが分かった。
【0078】
（実施形態３）
本実施形態は、図１３～図１６に示すごとく、実施形態２と基本構造を同様としつつ、突出部３２に磁気飽和部３２１を形成した実施形態である。磁気飽和部３２１は、電磁コイル１１が通電状態にあるときに局所的に磁気飽和する突出部３２の部位である。
本実施形態は、図１３～図１６に示すごとく、実施形態２と基本構造を同様としつつ、突出部３２に磁気飽和部３２１を形成した実施形態である。磁気飽和部３２１は、電磁コイル１１が通電状態にあるときに局所的に磁気飽和する突出部３２の部位である。
【0079】
磁気飽和部３２１は、突出部３２に形成される磁束量を所定値以下に制御するために設けられている。磁気飽和部３２１は、突出部３２の外周面の一部が内周側に凹むように形成されている。これにより、磁気飽和部３２１の径方向の厚みＴ１は、突出部３２における磁気飽和部３２１以外の部位の径方向の厚みＴ０よりも小さくなっている。また、磁気飽和部３２１は、突出部３２における磁気飽和部３２１以外の部位よりも、Ｚ方向に直交する断面積が小さくなっている。磁気飽和部３２１は、全周に形成されている。また、磁気飽和部３２１は、突出部３２のＺ１側端部に形成されている。
【0080】
なお、「磁気飽和する」とは、ＢＨカーブの磁気飽和領域に入ったことを意味する。磁気飽和領域とは、磁束密度が、飽和磁束密度の５０％以上になる領域と定義することができる。また、飽和磁束密度とは、磁性体に外部から磁界を加え、それ以上外部から磁界を加えても磁化の強さが増加しない状態における磁束密度である。
【0081】
【0082】
図１５に示すごとく、電磁コイル１１に通電すると、実施形態１と同様、固定コア２、ヨーク５、ギャップＧ、可動コア３、磁性バネ４を含む磁気回路に磁束が形成される。そして、可動コア３と磁性バネ４の外周部４２との間は、可動コア３の突出部３２の先端部と磁性バネ４の外周部４２とが最も近接するため、突出部３２と磁性バネ４の外周部４２との間に漏れ磁束Φａが形成される。この漏れ磁束Φａによって、可動コア３と磁性バネ４との間に吸引力が作用し、固定コア２側への可動コア３の吸引力が増加する。
【0083】
そして、可動コア３が固定コア２側へ吸引されていくと、突出部３２と磁性バネ４の外周部４２との間の距離が縮まるため、可動コア３が固定コア２側へ吸引されるにつれて突出部３２に形成される磁束量が増加する。そのため、可動コア３が固定コア２側へ吸引されていくと、やがて突出部３２に形成される磁束量が前述の所定量を超え、突出部３２の磁気飽和部３２１から先端側の部位が磁気飽和する。
【0084】
ここで、図１６に示すごとく、磁気飽和部３２１は、少なくとも、突出部３２と磁性バネ４の外周部４２とが径方向に重なる位置に配されるまで可動コア３が固定コア２側に吸引された状態において磁気飽和するよう形成されることが好ましい。これにより、突出部３２と磁性バネ４の外周部４２とが径方向に重なった状態において、突出部３２と磁性バネ４の外周部４２との間に径方向に形成される、可動コア３の吸引力に寄与しない漏れ磁束を減らすことができる。
【0085】
磁気飽和部３２１が磁気飽和すると、突出部３２の磁気飽和部３２１からＺ２側の部位と磁性バネ４の外周部４２との間に磁束が形成されにくくなる。この状態においては、磁性バネ４の外周部４２と可動コア３の可動対向面部３１１とが近接し、可動対向面部３１１と磁性バネ４の外周部４２との間にＺ方向に漏れ磁束Φａが形成される。これによって、可動コア３と磁性バネ４との間にＺ方向の吸引力が作用し、固定コア２側へ可動コア３を吸引する際の吸引力が増加する。なお、図１６において、突出部３２における磁気飽和した部位に可動コア３の他の部位とは異なるハッチングを施している。
その他は、実施形態２と同様である。
その他は、実施形態２と同様である。
【0086】
次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
本実施形態において、突出部３２は、電磁コイル１１が通電状態にあるときに局所的に磁気飽和する磁気飽和部３２１を有する。これにより、固定コア２側へ可動コア３を吸引する際の電磁的な吸引力を向上させることができる。すなわち、図１５に示すごとく、ギャップＧが大きく、突出部３２から磁性バネ４の各部までの距離が比較的長い状態においては、磁性バネ４と突出部３２との間に漏れ磁束Φａを形成することで、磁性バネ４と可動コア３との間に吸引力を作用させることができる。そして、図１６に示すごとく、ギャップＧが小さく、例えば突出部３２が磁性バネ４の外周部４２の外周側に沿うように配されるまで可動コア３が固定コア２側に吸引された状態においては、突出部３２における磁気飽和部３２１からＺ２側の部位を磁気飽和させることで突出部３２に形成される磁束の量を制限することができる。これにより、可動コア３のＺ方向の吸引に寄与しない、磁性バネ４と突出部３２との間に径方向に沿って流れる磁束を制限し、可動コア３のＺ方向の吸引に寄与する、磁性バネ４の外周部４２と可動対向面部３１１との間にＺ方向に沿う磁束を増やすことができる。
その他、実施形態２と同様の作用効果を有する。
本実施形態において、突出部３２は、電磁コイル１１が通電状態にあるときに局所的に磁気飽和する磁気飽和部３２１を有する。これにより、固定コア２側へ可動コア３を吸引する際の電磁的な吸引力を向上させることができる。すなわち、図１５に示すごとく、ギャップＧが大きく、突出部３２から磁性バネ４の各部までの距離が比較的長い状態においては、磁性バネ４と突出部３２との間に漏れ磁束Φａを形成することで、磁性バネ４と可動コア３との間に吸引力を作用させることができる。そして、図１６に示すごとく、ギャップＧが小さく、例えば突出部３２が磁性バネ４の外周部４２の外周側に沿うように配されるまで可動コア３が固定コア２側に吸引された状態においては、突出部３２における磁気飽和部３２１からＺ２側の部位を磁気飽和させることで突出部３２に形成される磁束の量を制限することができる。これにより、可動コア３のＺ方向の吸引に寄与しない、磁性バネ４と突出部３２との間に径方向に沿って流れる磁束を制限し、可動コア３のＺ方向の吸引に寄与する、磁性バネ４の外周部４２と可動対向面部３１１との間にＺ方向に沿う磁束を増やすことができる。
その他、実施形態２と同様の作用効果を有する。
【0087】
（実施形態４）
本実施形態は、図１７に示すごとく、実施形態３に対し、磁気飽和部３２１の形成の仕方を変更した実施形態である。
本実施形態は、図１７に示すごとく、実施形態３に対し、磁気飽和部３２１の形成の仕方を変更した実施形態である。
【0088】
本実施形態において、突出部３２は、外周面がＺ方向に平行に形成されている一方、内周面がＺ１側に向かうほど内周側に向かうテーパ状に形成されている。これにより、突出部３２は、Ｚ１側端部におけるＺ方向に直交する断面積が、それよりもＺ２側の部位におけるＺ方向に直交する断面積よりも小さくなっている。そして、突出部３２は、Ｚ１側端部が磁気飽和部３２１を構成している。
その他は、実施形態３と同様である。
その他は、実施形態３と同様である。
【0089】
本実施形態においても、実施形態３と同様の作用効果を有する。
【0090】
（実施形態５）
本実施形態は、図１８～図２１に示すごとく、実施形態３に対し、突出部３２のＺ方向の複数箇所に磁気飽和部３２１を形成した実施形態である。本実施形態において、突出部３２は、Ｚ方向の２箇所に磁気飽和部３２１を有する。
本実施形態は、図１８～図２１に示すごとく、実施形態３に対し、突出部３２のＺ方向の複数箇所に磁気飽和部３２１を形成した実施形態である。本実施形態において、突出部３２は、Ｚ方向の２箇所に磁気飽和部３２１を有する。
【0091】
図１８に示すごとく、突出部３２は、実施形態３と同様にＺ１側端部に磁気飽和部３２１を有し、加えて、Ｚ方向の中央部にも磁気飽和部３２１を有する。本実施形態において、Ｚ方向の２箇所の磁気飽和部３２１のうち、Ｚ１側のものを第一部位３２１ａ、Ｚ２側のものを第二部位３２１ｂという。第一部位３２１ａは、実施形態３で示した磁気飽和部３２１と同様の構成を有する。
【0092】
第二部位３２１ｂは、突出部３２における第一部位３２１ａのＺ２側に離れた位置に形成されている。第二部位３２１ｂは、突出部３２におけるＺ方向の中央部に形成されている。
【0093】
第二部位３２１ｂの径方向の厚みＴ２は、第一部位３２１ａの径方向の厚みＴ１よりも小さくなっている。そして、第二部位３２１ｂのＺ方向に直交する断面積は、第一部位３２１ａのＺ方向に直交する断面積よりも小さくなっている。これにより、第二部位３２１ｂは、第一部位３２１ａよりも少ない磁束量で磁気飽和するよう形成されている。つまり、突出部３２に形成されたＺ方向の複数箇所の磁気飽和部３２１は、固定コア２側のものほど高い磁気抵抗を有する。第二部位３２１ｂのその他の構成は、第一部位３２１ａと同様である。
【0094】
【0095】
図１９に示すごとく、電磁コイル１１に通電すると、実施形態１と同様、固定コア２、ヨーク５、ギャップＧ、可動コア３、磁性バネ４を含む磁気回路に磁束が形成される。そして、可動コア３と磁性バネ４の外周部４２との間は、可動コア３の突出部３２の先端部と磁性バネ４の外周部４２とが最も近接するため、突出部３２と磁性バネ４の外周部４２との間に漏れ磁束Φａが形成される。この漏れ磁束Φａによって、可動コア３と磁性バネ４との間に吸引力が作用し、固定コア２側への可動コア３の吸引力が増加する。
【0096】
そして、可動コア３が固定コア２側へ吸引されていくと、突出部３２と磁性バネ４の外周部４２との間の距離が縮まるため、可動コア３が固定コア２側へ吸引されるにつれて、突出部３２に形成される磁束量が増加する。そのため、可動コア３が固定コア２側へ吸引されていくと、図２０に示すごとく、まず、磁性バネ４の外周部４２に近く、かつ、断面積の比較的小さい第二部位３２１ｂからＺ２側の部位が磁気飽和する。
【0097】
ここで、第二部位３２１ｂは、少なくとも、突出部３２と磁性バネ４の外周部４２とが径方向に重なる位置に配されるまで可動コア３が固定コア２側に吸引された状態において磁気飽和するよう形成されることが好ましい。これにより、突出部３２と磁性バネ４の外周部４２とが径方向に重なった状態において、突出部３２と磁性バネ４の外周部４２との間に径方向に形成される、可動コア３の吸引力に寄与しない磁束を減らすことができる。
【0098】
第二部位３２１ｂが磁気飽和すると、突出部３２における第二部位３２１ｂからＺ２側の部位と磁性バネ４の外周部４２との間に漏れ磁束が形成されにくくなり、突出部３２における第二部位３２１ｂよりＺ１側の部位と磁性バネ４の外周部４２との間にＺ方向成分を有する漏れ磁束Φａが形成されやすくなる。これにより、突出部３２における第二部位３２１ｂよりＺ１側の部位と磁性バネ４との間にＺ方向の吸引力が作用し、固定コア２側へ可動コア３を吸引する際の吸引力が増加する。
【0099】
そして、さらに可動コア３が固定コア２側へ吸引されていくと、突出部３２における第二部位３２１ｂよりもＺ１側の部位と磁性バネ４の外周部４２との間の距離が縮まる。そのため、可動コア３が固定コア２側に吸引されるにつれて、突出部３２における第二部位３２１ｂよりもＺ１側の部位に形成される磁束量が増加する。それゆえ、可動コア３が固定コア２側へ吸引されていくと、図２１に示すごとく、やがて第一部位３２１ａが磁気飽和する。
【0100】
ここで、第一部位３２１ａは、少なくとも、突出部３２における第二部位３２１ｂよりもＺ１側の部位と磁性バネ４の外周部４２とが径方向に重なる位置に配されるまで可動コア３が固定コア２側に吸引された状態において磁気飽和するよう形成されることが好ましい。これにより、突出部３２における第二部位３２１ｂよりもＺ１側の部位と磁性バネ４の外周部４２とが径方向に重なった状態において、突出部３２における第二部位３２１ｂよりもＺ２側の部位と磁性バネ４との間に径方向に形成される、可動コア３の吸引力に寄与しない磁束を減らすことができる。
【0101】
第一部位３２１ａが磁気飽和すると、突出部３２における第一部位３２１ａからＺ２側の部位と磁性バネ４の外周部４２との間に磁束が形成されにくくなる。この状態においては、磁性バネ４の外周部４２と可動コア３の可動対向面部３１１とが近接し、可動対向面部３１１と磁性バネ４の外周部４２との間にＺ方向に漏れ磁束Φａが形成される。これによって、可動コア３と磁性バネ４との間にＺ方向の吸引力が作用し、固定コア２側へ可動コア３を吸引する際の吸引力が増加する。
その他は、実施形態３と同様である。
その他は、実施形態３と同様である。
【0102】
次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
本実施形態において、突出部３２は、Ｚ方向の複数箇所に磁気飽和部３２１を有する。それゆえ、前述のごとく、可動コア３が固定コア２側に吸引される過程において、Ｚ２側から段階的に突出部３２を磁気飽和させることができる。それゆえ、磁性バネ４の外周部４２と突出部３２とが径方向に重なった状態において突出部３２と磁性バネ４との間に径方向に形成される磁性バネ４を効果的に抑制することができ、可動コア３が固定コア２側に吸引される過程において可動コア３と磁性バネ４との間に形成されるＺ方向成分を有する磁束を確保しやすい。
本実施形態において、突出部３２は、Ｚ方向の複数箇所に磁気飽和部３２１を有する。それゆえ、前述のごとく、可動コア３が固定コア２側に吸引される過程において、Ｚ２側から段階的に突出部３２を磁気飽和させることができる。それゆえ、磁性バネ４の外周部４２と突出部３２とが径方向に重なった状態において突出部３２と磁性バネ４との間に径方向に形成される磁性バネ４を効果的に抑制することができ、可動コア３が固定コア２側に吸引される過程において可動コア３と磁性バネ４との間に形成されるＺ方向成分を有する磁束を確保しやすい。
【0103】
また、突出部３２に形成されたＺ方向の複数箇所の磁気飽和部３２１は、固定コア２側のものほど高い磁気抵抗を有する。それゆえ、可動コア３が固定コア２側に吸引される過程において、磁気飽和部３２１を、固定コア２側のものから順に確実に磁気飽和させることができ、より確実にＺ２側から段階的に突出部３２を磁気飽和させることができる。
その他、実施形態３と同様の作用効果を有する。
その他、実施形態３と同様の作用効果を有する。
【0104】
（実施形態６）
本実施形態は、図２２に示すごとく、基本構造を実施形態５と同様としつつ、突出部３２において、磁気飽和部３２１をＺ方向の３箇所に形成した例である。本実施形態において、３箇所の磁気飽和部３２１のうち、Ｚ１側端のものを第一部位３２１ａ、Ｚ方向の中間のものを第二部位３２１ｂ、Ｚ２側端のものを第三部位３２１ｃという。
本実施形態は、図２２に示すごとく、基本構造を実施形態５と同様としつつ、突出部３２において、磁気飽和部３２１をＺ方向の３箇所に形成した例である。本実施形態において、３箇所の磁気飽和部３２１のうち、Ｚ１側端のものを第一部位３２１ａ、Ｚ方向の中間のものを第二部位３２１ｂ、Ｚ２側端のものを第三部位３２１ｃという。
【0105】
第一部位３２１ａ及び第二部位３２１ｂは、実施形態５で示したものと同様である。第三部位３２１ｃは、突出部３２における第二部位３２１ｂのＺ２側に離れた位置に形成されている。第三部位３２１ｃは、突出部３２におけるＺ方向の中央よりもＺ２側の領域に形成されている。
【0106】
第三部位３２１ｃの径方向の厚みＴ３は、第一部位３２１ａの径方向の厚みＴ１、及び第二部位３２１ｂの径方向の厚みＴ２のそれぞれよりも小さくなっている。そして、第三部位３２１ｃのＺ方向に直交する断面積は、第一部位３２１ａのＺ方向に直交する断面積、及び第二部位３２１ｂのＺ方向に直交する断面積のそれぞれよりも小さくなっている。これにより、第三部位３２１ｃは、第二部位３２１ｂよりも少ない磁束量で磁気飽和するよう形成されている。そして、本実施形態においても、突出部３２に形成されたＺ方向の複数箇所の磁気飽和部３２１は、固定コア２側のものほど高い磁気抵抗を有する。
【0107】
第三部位３２１ｃは、可動コア３が固定コア２側に吸引されている過程において、少なくとも突出部３２と磁性バネ４の外周部４２とが径方向に重なった状態において磁気飽和するよう形成されている。また、第二部位３２１ｂは、可動コア３が固定コア２側に吸引されている過程において、少なくとも突出部３２における第三部位３２１ｃよりもＺ１側の部位と磁性バネ４の外周部４２とが径方向に重なった状態において磁気飽和するよう形成されている。また、第一部位３２１ａは、少なくとも突出部３２における第二部位３２１ｂよりもＺ１側の部位と磁性バネ４の外周部４２とが径方向に重なった状態において磁気飽和するよう形成されている。
その他は、実施形態５と同様である。
その他は、実施形態５と同様である。
【0108】
本実施形態において、突出部３２は、Ｚ方向の３箇所に磁気飽和部３２１を有する。それゆえ、可動コア３が固定コア２側に吸引される過程において、Ｚ２側から、より段階的に突出部を磁気飽和させることができる。
その他、実施形態５と同様の作用効果を有する。
その他、実施形態５と同様の作用効果を有する。
【0109】
（実施形態７）
本実施形態は、図２３に示すごとく、実施形態２に対して、突出部３２の構成を変更した実施形態である。
本実施形態は、図２３に示すごとく、実施形態２に対して、突出部３２の構成を変更した実施形態である。
【0110】
本実施形態において、突出部３２は、可動コア３における突出部３２を除く部位を構成する材料よりも透磁率の低い材料からなる。例えば、可動コア３における突出部３２を除く部位は、ＥＬＣＨ２やＳＵＹ等の純鉄等によって構成することができ、突出部３２は、ＳＰＣＣ等の圧延鋼板により構成することができる。突出部３２は、例えば溶接等により、可動コア３における突出部３２以外の部位に固定されている。
その他は、実施形態２と同様である。
その他は、実施形態２と同様である。
【0111】
本実施形態において、突出部３２は、可動コア３における突出部３２を除く部位を構成する材料よりも、透磁率の低い材料からなる。それゆえ、比較的ギャップＧが大きく、突出部３２から磁性バネ４の各部までの距離が比較的長い状態においては、磁性バネ４と突出部３２との間に漏れ磁束Φａを形成することで、磁性バネ４と可動コア３との間に吸引力を作用させることができる。そして、ギャップＧが小さく、例えば突出部３２が磁性バネ４の外周部４２の外周側に沿うように配されるまで可動コア３が固定コア２側に吸引された状態においては、突出部３２を磁気飽和させることで突出部３２に形成される磁束の量を制限することができる。これにより、可動コア３のＺ方向の吸引に寄与しない、磁性バネ４と突出部３２との間に径方向に沿って流れる磁束を制限し、可動コア３のＺ方向の吸引に寄与する、磁性バネ４の外周部４２と可動対向面部３１１との間にＺ方向に沿う磁束を増やすことができる。これにより、固定コア２側へ可動コア３を吸引する際の電磁的な吸引力を向上させることができる。
その他は、実施形態２と同様の作用効果を有する。
その他は、実施形態２と同様の作用効果を有する。
【0112】
（実施形態８）
本実施形態は、図２４に示すごとく、実施形態３に対して、突出部３２の磁気飽和部３２１の構成を変更した実施形態である。
本実施形態は、図２４に示すごとく、実施形態３に対して、突出部３２の磁気飽和部３２１の構成を変更した実施形態である。
【0113】
本実施形態において、磁気飽和部３２１は、可動コア３における磁気飽和部３２１を除く部位を構成する材料よりも、透磁率の低い材料を含有する。本実施形態において、磁気飽和部３２１は、突出部３２のＺ１側の端部であり、外周面が内周側に凹んでなる第一飽和部３２１ｄと、第一飽和部３２１ｄの外周側の凹部に配された第二飽和部３２１ｅとを有する。
【0114】
第一飽和部３２１ｄは、可動コア３における磁気飽和部３２１を除く部位を構成する材料と同じ材料で構成されており、第二飽和部３２１ｅは、可動コア３における磁気飽和部３２１を除く部位を構成する材料よりも透磁率の低い材料からなる。例えば、可動コア３における第二飽和部３２１ｅを除く部位は、ＥＬＣＨ２やＳＵＹ等の純鉄等によって構成することができ、第二飽和部３２１ｅは、ＳＰＣＣ等の圧延鋼板により構成することができる。第二飽和部３２１ｅは、突出部３２の外周面と面一になるよう形成されている。
その他は、実施形態３と同様である。
その他は、実施形態３と同様である。
【0115】
本実施形態において、磁気飽和部３２１は、可動コア３における磁気飽和部３２１を除く部位を構成する材料よりも、透磁率の低い材料を含有する。それゆえ、磁気飽和部３２１の飽和磁束密度を調整しやすい。このため、適宜磁気飽和部３２１の飽和磁束密度を調整することにより、所望のギャップＧのときに、磁気飽和部３２１を磁気飽和させることができる。それゆえ、比較的ギャップＧが大きく、突出部３２から磁性バネ４の各部までの距離が比較的長い状態においては、磁性バネ４と突出部３２との間に漏れ磁束Φａを形成することで、磁性バネ４と可動コア３との間に吸引力を作用させることができる。また、ギャップＧが小さく、例えば突出部３２が磁性バネ４の外周部４２の外周側に沿うように配されるまで可動コア３が固定コア２側に吸引された状態においては、突出部３２を磁気飽和させることで突出部３２に形成される磁束の量を制限することができる。これにより、可動コア３のＺ方向の吸引に寄与しない、磁性バネ４と突出部３２との間に径方向に沿って流れる磁束を制限し、可動コア３のＺ方向の吸引に寄与する、磁性バネ４の外周部４２と可動対向面部３１１との間にＺ方向に沿う磁束を増やすことができる。これにより、固定コア２側へ可動コア３を吸引する際の電磁的な吸引力を向上させることができる。
その他、実施形態３と同様の作用効果を有する。
その他、実施形態３と同様の作用効果を有する。
【0116】
本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。
【0117】
前記各実施形態おいて、磁性バネは、可動コア側に向かうほど縮径する螺旋状に巻回されている例を示したが、これとは逆に、固定コア側に向かうほど縮径する螺旋状に巻回されていてもよい。また、磁性バネは、例えばＺ方向において径が一定のコイルバネ等によって形成することも可能である。
【0118】
また、突出部と同様な構成が、磁性バネの内周側に形成されていてもよい。この場合、突出部に磁性バネの内周端を係合させることで、磁性バネの位置決めをすることができる。
【符号の説明】
【0119】
１ ソレノイド装置
１１ 電磁コイル
２ 固定コア
２１ 固定対向面部
３ 可動コア
３１１ 可動対向面部
３２ 突出部
４ 磁性バネ
５ ヨーク
５２１ 開口部
１１ 電磁コイル
２ 固定コア
２１ 固定対向面部
３ 可動コア
３１１ 可動対向面部
３２ 突出部
４ 磁性バネ
５ ヨーク
５２１ 開口部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】