JPH07183123A - ソレノイド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 可動鉄心をそなえたソレノイド装置の吸引力
をより一層増大させる。 【構成】 コイル５により発生した起磁力を、固定鉄心
４と可動鉄心２との間の動作空隙（７）に印加し、可動
鉄心２に吸引力を作用させて駆動するソレノイド装置１
において、固定鉄心４の可動鉄心２との対向部の形状
が、可動鉄心２を円筒状に包み込むリング状フランジ４
ａの形状に形成してあって、固定鉄心４と可動鉄心２と
の間に動作空隙（７）としての環状空隙７が形成してあ
り、環状空隙７に磁性流体８が封入してある構成とし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁弁等に使用される
ソレノイド装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】磁性流体を用いてソレノイド装置の吸引
力を増大させるようにした従来のソレノイド装置として
は、例えば、特開昭５６−５４０１７号公報、特開昭５
７−７１１０８号公報に開示されたものがある。

【０００３】これらのソレノイド装置における共通の構
成は、図１１に示すようなものとなっている。この図１
１に示すソレノイド装置１０１において、１０２は可動
鉄心（プランジャ）、１０３は継鉄（ヨーク）、１０４
は固定鉄心（コア）、１０５はコイルであり、磁性流体
１０６は、可動鉄心１０２と固定鉄心１０４との間の動
作空隙１０７に封入されており、可動鉄心１０２の図示
右方向への動きにより固定鉄心１０４または可動鉄心１
０２の中に設けられた液溜めの中に出入りするような機
構が設けられている。

【０００４】このような構成をもつソレノイド装置１０
１において、可動鉄心１０２と固定鉄心１０４の間に働
く吸引力は、動作空隙１０６中の電磁エネルギーＷの空
隙長（ストローク）ｘに関する微分値で決まり、以下の
ように表わされる。

【０００５】

【数式１】

【０００６】ここで、Ｕは動作空隙１０７に印加される
起磁力、Ｓは動作空隙１０７の断面積（＝可動鉄心１０
２の断面積）であり、μは動作空隙（この場合は磁性流
体）１０７の透磁率である。したがって、動作空隙１０
７に磁性流体１０６を入れることにより、μが大きくな
って吸引力が向上する。

【０００７】また、図１２は従来のソレノイド装置の他
の構成を示すものであって、この図１２に示すソレノイ
ド装置１１１において、１１２は可動鉄心（プランジ
ャ）、１１３は継鉄（ヨーク）、１１４は固定鉄心（コ
ア）、１１５はコイルであり、磁性流体１１６は、可動
鉄心１１２と継鉄１１３との間の摺動空隙１１７に封入
されていると共に、固定鉄心１１４と可動鉄心１１２と
の間の動作空隙１１８は空気または磁性流体で満たされ
ている。

【０００８】このような構成をもつソレノイド装置１１
においても、可動鉄心１１２と固定鉄心１１４の間に働
く吸引力は、動作空隙１１８の電磁エネルギーＷの空隙
長（ストローク）ｘに関する微分値で決まり、上記数式
１のように表わされる。

【０００９】図１２に示すソレノイド装置１１１におい
て、コイル１１５の発生する起磁力Ｎｉは、全て動作空
隙１１８に印加されるわけではなく、磁束漏れや継鉄１
１３の接合部等の磁気抵抗の大きい部分で一部消費され
る。その大半は、摺動空隙１１７で消費され、ソレノイ
ド装置１１１の効率が低下する原因となっている。

【００１０】それゆえ、図１２のような構成において、
摺動空隙１１７に封入された磁性流体１１６は、摺動空
隙１１７の磁気抵抗を低減させ、動作空隙１１８に印加
される起磁力Ｕを増加させて、吸引力を増大させる働き
をする。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような図１１に示す従来のソレノイド装置１０１にお
いては、磁性流体１０６の飽和磁束密度Ｂｓが、市販品
として入手可能なマグネタイト磁性流体においては５０
０（Ｇ）しかなく、継鉄１０３，固定鉄心１０４，可動
鉄心１０２の材料である鋼材（通常の場合、１００００
＜Ｂｓ＜２００００）の１／２０以下程度しかないた
め、ソレノイド装置１０１の発生する吸引力が小さい場
合しか、吸引力の増大効果が得られないという問題があ
った。

【００１２】すなわち、磁性流体１０６の磁気特性は、
図１３に示すようなものであり、飽和磁束密度Ｂｓ以上
では磁気特性曲線の傾き、つまり、透磁率μは空気と同
じになる。そのため、数式１における磁性流体１０６に
よる吸引力増大効果はなくなる。磁性流体１０６が磁気
飽和に達する磁場が動作空隙１０７に印加されるのは、
ストロークが短く励磁電流が大きいときであるので、磁
性流体１０６の有無でのストローク対吸引力特性は図１
４に示すようなものとなる。図１４より、磁性流体１０
６による吸引力増大効果が得られるのは、可動鉄心１０
２のストロークが長いときに限られることがわかる。

【００１３】一般に、ソレノイド装置１０１は、動作空
隙１０７の磁束密度が可動鉄心１０２の飽和磁束密度Ｂ
ｓ近くに達するときに最大吸引力が得られるように設計
されるため、磁性流体１０６の飽和磁束密度Ｂｓが継鉄
１０３，固定鉄心１０４，可動鉄心１０２の材料の１／
２０以下程度であると、磁性流体１０６による吸引力増
大効果は、通常、ソレノイド装置１０１の最大吸引力の
１／１０以下程度でなければ得られないという問題があ
った。

【００１４】また、上記した図１２に示す従来のソレノ
イド装置１１１にあっては、市販されているマグネタイ
ト磁性流体の飽和磁束密度Ｂｓが５００（Ｇ）と、継鉄
１１３や可動鉄心１１２の鋼材（Ｂｓ＞１００００
（Ｇ））の１／２０以下程度しかないため、コイル１１
５の励磁電流を大きくすると摺動空隙１１７中の磁性流
体１１６がすぐに磁気飽和して、吸引力の増大率（磁性
流体１１６を入れたときの吸引力増大分を入れる前の吸
引力で割った比）が１〜２％しか得られないという問題
があった。

【００１５】そこで、図１２の摺動空隙１１７の幅Ｈを
拡大して、空隙断面積を拡大し、磁性流体１１６の飽和
磁束を増やすことにより吸引力の増大を試みたこともあ
ったが、吸引力の増大率は幅Ｈを拡大しない場合とほと
んど変わらなかった。

【００１６】

【発明の目的】本発明は、このような従来の問題に鑑み
てなされたものであって、吸引力をより一層増大させる
ことができるソレノイド装置を提供することを目的とし
ている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】図１１に示す従来技術に
かんがみてなされた本発明は、動作空隙の断面積が可動
鉄心のストロークにより変化する構成を用いることによ
り、動作空隙中の磁性流体が磁気飽和状態に達していて
も、磁性流体による磁束密度の増加分だけ吸引力を増大
させて上記課題を解決するものであり、その構成におい
ては、固定鉄心の可動鉄心対向部の形状が、可動鉄心を
円筒状に包み込む形に形成してあって、固定鉄心と可動
鉄心との間に環状空隙が形成してあり、環状空隙に磁性
流体が封入してある構成としたことを特徴としている。

【００１８】そして、実施態様においては、継鉄内にコ
イルが設けてあり、継鉄と可動鉄心との間の摺動空隙に
磁性流体が封入してある構成としたり、継鉄内壁とコイ
ル外周との間に軟磁性合金が挿入してある構成としたり
することができる。

【００１９】また、図１２に示す従来技術にかんがみて
なされた本発明は、上記したような従来の問題点の原因
が、摺動空隙の断面積を拡大して磁気抵抗を減らした結
果、摺動空隙と継鉄の磁性抵抗が同程度の大きさにな
り、摺動空隙のみでなく継鉄の磁気抵抗も同時に下げな
ければ、動作空隙に印加される起磁力が増加しなくなっ
ていることにあると推察して、本発明をするに至ったも
のであり、その構成においては、継鉄と可動鉄心との間
の摺動空隙に磁性流体が封入してあると共に、継鉄内壁
とコイル外周との間に軟磁性合金が挿入してある構成と
したことを特徴としている。

【００２０】そして、実施態様においては、固定鉄心の
可動鉄心対向部の形状が、可動鉄心を円筒状に包み込む
形に形成してあって、固定鉄心と可動鉄心との間に環状
空隙が形成してあり、環状空隙に磁性流体が封入してあ
る構成とすることができる。

【００２１】

【発明の作用】本発明では、コイルにより発生した起磁
力を、固定鉄心と可動鉄心との間の動作空隙に印加し、
可動鉄心に吸引力を作用させて駆動するソレノイド装置
において、固定鉄心の可動鉄心対向部の形状が、可動鉄
心を円筒状に包み込む形に形成してあって、固定鉄心と
可動鉄心との間に環状空隙が形成してあり、環状空隙に
磁性流体が封入してある構成としたから、可動鉄心のス
トロークによって動作空隙の断面積が変化するため、こ
の部分に封入された磁性流体が磁気飽和状態にあって
も、動作空隙の磁束密度は磁性流体の飽和磁束密度と空
隙断面積の積に応じた変化が生じ、磁性流体を封入しな
い場合よりもストロークに対する磁束変化が大きくなる
ため吸引力が増大するという作用がある。

【００２２】また、本発明では、継鉄内に設けたコイル
により発生した起磁力を、固定鉄心と可動鉄心との間の
動作空隙に印加し、可動鉄心に吸引力を作用させて駆動
するソレノイド装置において、継鉄と可動鉄心との間の
摺動空隙に磁性流体が封入してあると共に、継鉄内壁と
コイル外周との間に軟磁性合金が挿入してある構成とし
たから、継鉄部の磁気回路が軟磁性合金により形成され
ているため、継鉄の磁気抵抗が減少し、摺動空隙の幅を
拡大して磁性流体を封入することにより、動作空隙に印
加される起磁力が効果的に増加して、吸引力が増大する
という作用がある。

【００２３】

【実施例】実施例１ 図１に、本発明のソレノイド装置の第１の実施例の構成
を示す。図１に示すソレノイド装置１において、２は可
動鉄心（プランジャ）、３は継鉄（ヨーク）、４は固定
鉄心（コア）、５はコイルであり、固定鉄心４の可動鉄
心２側の対向部は、可動鉄心２の端部を円筒形に包み込
むリング状フランジ４ａを設けた形状となっており、可
動鉄心２の端部は全ストローク領域において固定鉄心４
の穴６の中に位置する。

【００２４】このソレノイド装置１においては、固定鉄
心４に設けられたリング状フランジ４ａと可動鉄心２と
の間に形成された環状空隙７（環状空隙７の部分を拡大
して示す図２の領域ｌの部分）が動作空隙（７）に相当
し、磁性流体８は動作空隙（７）に相当する環状空隙７
中に封入されている。

【００２５】図２に示すように、固定鉄心４のリング状
フランジ４ａの内面と可動鉄心２の先端付近に設けられ
たテーパー４ｂ，２ｂは、磁性流体８を使用したシール
において用いられる構成であり、コイル５により動作空
隙（７）に磁場が発生したときに、テーパー４ｂ，２ｂ
部分よりも動作空隙（７）中の磁場を強くし、動作空隙
（７）中に磁性流体８を吸着させると同時に、可動鉄心
２がストロークして領域ｌが縮小した時に、余分な磁性
流体８を受ける液溜り９としての作用もある。

【００２６】固定鉄心４および可動鉄心２側にそれぞれ
固定されたシール部材１４，１２は、動作空隙（７）を
密封して磁性流体８の分散媒の蒸発を防ぎ、動作空隙
（７）の磁場が消失しても磁性流体８を動作空隙（７）
に封止しておく働きをする（通常は、固定鉄心４と可動
鉄心２の残留磁化により、コイル５に励磁電流が流れて
いなくても、磁性流体８は動作空隙（７）に吸着してい
る）。

【００２７】このような動作空隙（７）中に封入された
磁性流体８を通る磁束Φと励磁電流との関係を、巻き数
Ｎのコイル５の励磁電流ｉを横軸、ＮΦを縦軸にとって
表わすと、図３の折れ線Ａのようなる（ただし、コイル
５の起磁力が全て動作空隙（７）に印加されると仮定し
ている。また、Ｐ´，Ｑ´は動作空隙（７）中の磁性流
体８が磁気飽和に達した点である。）。この折れ線Ａの
うち、Ａ_１の部分は磁性流体８が磁気飽和に達していな
いため、傾きは磁性流体８の透磁率μ_ｍと動作空隙
（７）の形状で決まり、

【００２８】

【数式２】 と表わされ、Ａ_２の部分は磁性流体８が磁気飽和に達し
ているため、飽和磁束密度Ｂｓと空気の透磁率μ_０を用
いて、

【００２９】

【数式３】 と表わさる。

【００３０】上記構成をもつソレノイド装置１のコイル
５に電流ｉ_１を流し、動作空隙（７）に磁束Φ_１を生じ
た時、動作空隙（７）に蓄えられる電磁エネルギーＷ_１
は、以下のように表わされる。すなわち、一般に、磁場
中の電磁エネルギー密度は磁場Ｈと磁束密度Ｂとにより

【００３１】

【数式４】 と表わされ、動作空隙（７）中の電磁エネルギーは空隙
の体積（断面積Ｓ×空隙間隔δ_１）を乗じることによ
り、

【００３２】

【数式５】 となる。

【００３３】ここで、数式５の最後の等号は起磁力（Ｕ
≡Ｈδ_１）がコイル５のアンペアターンＮｉに等しいと
した。この最後の積分式よりの電磁エネルギーＷ_１は、
図３の０Ｐ´ＰＮΦ_１の部分の面積に等しくなる。

【００３４】いま、このソレノイド装置１に流す電流を
ｉ_１のまま維持し、可動鉄心２をΔ１だけ引き込み、空
隙の磁束Φ_２になったとする。この時、電源はコイル５
の発生する−Ｎ（ｄΦ／ｄｔ）の逆起電力に逆らい、電
流ｉ_１を時間ｄｔ流し続けるので、電源から供給される
エネルギーＷ_ｅは

【００３５】

【数式６】 となり、図３のＰＱＮΦ_１ＮΦ_２の部分の面積に等し
い。また、磁束がΦ_２になった時の動作空隙（７）の電
磁エネルギーＷ_２は数式５を参考に

【００３６】

【数式７】 と書け、図３の０Ｑ´ＱΦ_２の部分の面積に等しい。そ
れゆえ、ソレノイド装置１が可動鉄心２に対してした仕
事ΔＷは差し引き、

【００３７】

【数式８】 となり、図３の斜線部の面積に等しくなる。この仕事Δ
ＷをΔ１で微分すると吸引力Ｆが求まる。

【００３８】さて、図３において折れ線ＢのＢ_１の部分
は数式２を参考に

【００３９】

【数式９】 であり、Ｂ_２の部分は数式３を参考に、

【００４０】

【数式１０】 となる。ΔＷに相当する斜線部の面積を計算するに際し
て、磁性流体８が磁気飽和する磁場が通常ソレノイドが
動作するときの動作空隙中の磁場の数分の１程度である
という事実を考慮して、図３のＡ_１，Ｂ_１の部分を無視
し、Ａ_２，Ｂ_２の部分をＮΦ軸まで延長して近似的に求
めると

【００４１】

【数式１１】 となり、これをΔ１に関して微分し、ｉ_１を一般化して
ｉと書き直すと、吸引力Ｆは

【００４２】

【数式１２】 と求まる。この数式１２より、磁性流体８が磁気飽和し
ていても動作空隙（７）の断面積が可動鉄心２のストロ
ークにより変化するため、その飽和磁束密度Ｂｓが吸引
力を増大させ、ＮｉＢｓπＤの効果が発生することがわ
かる。

【００４３】この実施例１においては、Ｄを１５（ｍ
ｍ）、δ_１を０．１（ｍｍ）、ｌを１〜３（ｍｍ）、コ
イル巻数を６３０ターンとして、Ｂｓ〜５００（Ｇ）の
マグネタイト磁性流体を使用して、励磁電流５００〜７
００ｍＡで１０〜２０（Ｎ）レベルの吸引力を発生させ
て評価した結果、平均で５％の吸引力増大効果が認めら
れた。

【００４４】本発明は、マグネタイト磁性流体を例に説
明されているが、磁性流体８の種類を限定しておらず、
例えば、現在、実験室レベルで合成されている窒化鉄金
属磁性流体のように飽和磁束密度Ｂｓが５００〜２００
０（Ｇ）と高い磁性流体が将来市販されるようになれ
ば、より大きな効果が得られる。

【００４５】実施例２ 図４に、本発明のソレノイド装置の第２の実施例の構成
を示す。図２の実施例のソレノイド装置１において、コ
イル５，継鉄３，可動鉄心２と動作空隙（７）の構成
は、第１の実施例と同じであり、継鉄３と可動鉄心２と
の間の摺動空隙１５において継鉄の幅Ｈを拡大し、摺動
空隙１５にも磁性流体８を封入した点が異なる。

【００４６】図５は図４のうち摺動空隙１５の部分を拡
大して示す。図５において、継鉄３に設けたテーパー３
ｂ，３ｂは図２において説明した動作空隙（７）におけ
るテーパー２ｂ，４ｂと同じく、磁性流体８の摺動空隙
１５中に吸着させ、かつ液溜り９として機能する。シー
ル部材１６，１６の作用も動作空隙（７）のシール部材
１２，１４と同じである。

【００４７】本実施例において、動作空隙（７）に封入
された磁性流体８は第１の実施例で説明した作用のほか
に、摺動空隙１５に封入された磁性流体８との組み合わ
せにより、以下のような作用をする。

【００４８】コイル５で発生した起磁力は、継鉄３，摺
動空隙１５，可動鉄心２，動作空隙（７），固定鉄心４
を通る磁気回路を形成する。その各部分にそれぞれの磁
気抵抗の比に応じてコイル５の起磁力が印加されるが、
通常、動作空隙（７）の次に摺動空隙１５に大きな起磁
力が加わる。そして、両空隙（７），１５に印加される
起磁力の比は、最大吸引力発生時で４〜５：１程度とな
るように設計される。

【００４９】したがって、摺動空隙１５に磁性流体８を
封入することにより、摺動空隙１５の磁気特性が減少
し、動作空隙（７）に印加される起磁力が増加するの
で、数式１２においてＮｉが増加したのと等価になり、
吸引力が増大する。

【００５０】それゆえ、図５の継鉄幅Ｈを拡大して摺動
空隙１５の断面積を大きくし、封入される磁性流体８の
飽和磁束も増加させれば、摺動空隙１５の磁気抵抗を下
げたことになり、さらに吸引力を増大できる。この時、
動作空隙（７）にも磁性流体８を封入しておくことによ
り、数式１２のＮｉＢｓπＤの項が増加し、動作空隙
（７）に磁性流体を封入しない場合よりも吸引力を増大
できる。

【００５１】この実施例においては、コイル５や動作空
隙（７）の形状と使用した磁性流体８の磁気特性は、第
１の実施例と同じであり、摺動空隙１５の間隔δ_２を
０．１（ｍｍ），Ｈを８，１６，２４（ｍｍ）の３種類
用意して励磁電流５００ｍＡで吸引力の増大を評価し
た。

【００５２】図６は、横軸に摺動空隙１５の幅Ｈを取
り、摺動空隙１５に磁性流体８を入れることにより吸引
力が何％増大したかを、動作空隙（７）に磁性流体８が
有る場合と無い場合とについて示した。この図６によ
り、動作空隙（７）に磁性流体８が無いと、摺動空隙１
５の幅Ｈを拡大しても増大率ΔＦは１〜２％とわずかな
値であるが、動作空隙（７）に磁性流体８が有ると、摺
動空隙１５の幅Ｈの拡大により増大率ΔＦも大きくな
り、最大１１％に達した。

【００５３】これは、通常の場合、ソレノイド装置１の
摺動空隙１５の幅Ｈは、最大吸引力を発生しないかぎり
は、起磁力の損失が大きくならないように余裕を持たせ
て設計されるため（図２の領域ｌの４〜５倍として８
（ｍｍ））、通常のソノレノイド装置で用いられる幅Ｈ
である８（ｍｍ）以上に拡大しても吸引力の増大率はほ
とんど増えないが、動作空隙（７）に磁性流体８を入れ
ることにより、数式１２のＮｉＢｓπＤの項および両空
隙に印加される起磁力の比が変わる等して、図６に示す
ように、幅Ｈを８（ｍｍ）以上にしても増大率が増える
と推察される。

【００５４】したがって、本実施例においては、動作空
隙（７）と摺動空隙１５に磁性流体８が封入され、かつ
摺動空隙１５の幅が、動作空隙（７）の幅の４倍以上の
場合に、顕著な効果が認められた。

【００５５】実施例３ 図７に、本発明のソレノイド装置のさらに他の実施例の
構成を示す。図７に示すソレノイド装置２１において、
２２は可動鉄心（プランジャ）、２３は固定鉄心（コ
ア）、２４は継鉄（ヨーク）、２５はコイルであり、可
動鉄心２４と継鉄２３との間の摺動空隙３５には磁性流
体２８が封入してある。また、３３は継鉄２３の内壁と
コイル２５の外周との間に挿入された軟磁性合金であ
り、本実施例では軟磁性合金３３としてＦｅ−Ｎｉ（４
５重量％）合金を使用したが、Ｆｅ−Ａｌ合金やアモル
ファス合金でも使用できる。

【００５６】図８は図７の摺動空隙３５の部分を拡大し
た詳細図であり、テーパー２３ｂ，２３ｂは磁性流体シ
ールにおいて使用される方法であり、テーパー２３ｂ，
２３ｂによって摺動空隙３５（幅Ｈの部分）中の磁場を
強くすることで磁性流体２８を摺動空隙３５の部分に吸
着させるとともに、余分な磁性流体２８の液溜り２９と
しての働きがある。また、シール部材３６，３６は磁性
流体２８の分散媒の蒸発を防ぐとともに、摺動空隙３５
内の磁場が消失しても磁性流体２８を封止しておく効果
がある（通常は、励磁電流が切れても残留磁化により、
摺動空隙３５内の磁場は残存する）。また、本発明の目
的のためには、継鉄２３を軟磁性合金のみで構成しても
よいが、強度上の問題やコストの点から、継鉄２３の外
壁，動作空隙２７の形成部分，摺動空隙３５の形成部分
はＳＵＭ鋼（快削鋼）などの従来材であることが望まし
い。

【００５７】本実施例では、継鉄２３の外径Ｄをφ４６
（ｍｍ），長さＬを５０（ｍｍ），肉厚を２（ｍｍ）と
し、可動鉄心２２の直径をφ１５（ｍｍ），摺動空隙３
５の空隙長δを０．２（ｍｍ）とした。また、コイル２
５は６３０ターンのものを使用し、磁性流体２８は市販
のマグネタイト磁性流体（Ｂｓ〜５００（Ｇ））を使用
した。

【００５８】軟磁性合金３３として使用するＦｅ−Ｎｉ
合金部材は、ソレノイド装置２１が最大吸引力を発生す
る時に磁性飽和に達しない厚さを確保すればよく、本実
施例では２（ｍｍ）とした。また、摺動空隙３５の幅
は、通常のソレノイド装置でよく用いられるように、本
実施例のソレノイド装置２１が動作空隙２７の長さ０．
５（ｍｍ）で（ストロークに対する）最大吸引力を発生
するとして、このときの動作空隙２７のパーミアンスの
５倍以上となるように、Ｈの最小値を８（ｍｍ）とし、
ほかに、１６（ｍｍ），２４（ｍｍ）の場合で比較し
た。

【００５９】図９に、各摺動空隙３５の幅Ｈにおける吸
引力増大率を、軟磁性合金３３としてＦｅ−Ｎｉ合金部
材を入れた場合と、Ｆｅ−Ｎｉ合金の代わりに同一形状
で継鉄２３と同じ材料のＳＵＭ鋼部材を入れた場合とに
ついて示す。図９からわかるように、ＳＵＭ鋼使用で
は、摺動空隙３５は場を拡大しても増大率は２％以下で
あったが、Ｆｅ−Ｎｉ合金使用では幅Ｈの拡大により増
大率が６％まで増えた。

【００６０】このソレノイド装置２１において、継鉄２
３の最外径はφ４６（ｍｍ）であり、Ｆｅ−Ｎｉ合金部
材の内径はφ３９（ｍｍ）であってこの部位の長さＬは
５０（ｍｍ）であるから、断面積対全長比Ｒｙは（以
後、形状パーミアンス値と記す）１０．６である。これ
に対して、摺動空隙部の形状パーミアンス値Ｒｇは、可
動鉄心２２の径がφ１５（ｍｍ）なので

【００６１】

【数式１３】 となり、継鉄２３との比Ｒｇ／Ｒｙは

【００６２】

【数式１４】 となる。

【００６３】摺動空隙３５と継鉄２３の磁気抵抗の比
は、この値に継鉄部材の比透磁率を乗じることにより得
られるが、従来の継鉄部材であるＳＵＭ鋼の比透磁率は
１００〜１０００程度であり、幅Ｈが２４（ｍｍ）の時
は継鉄部材の磁気抵抗の方が大きくなる可能性がある。
これに対して、Ｆｅ−Ｎｉ合金の比透磁率は１００００
程度あるため、従来のような問題を生じない。

【００６４】これらの結果から、軟磁性合金３３として
用いるＦｅ−Ｎｉ合金部材は、継鉄２３のコイル外周部
と摺動空隙部の形状パーミアンス値が１８０以上の場合
に特に効果的であることが分かった。

【００６５】この実施例においては、市販品として入手
可能なマグネタイト磁性流体を例に説明したが、実験室
レベルで合成に成功している窒化鉄金属磁性流体（Ｂｓ
が５００〜２０００（Ｇ））等のように飽和磁束密度Ｂ
ｓの高い磁性流体を用いれば、更に吸引力の増大率を大
きくすることができる。

【００６６】実施例４ 図１０に、本発明のソレノイド装置のさらに他の実施例
の構成を示す。図１０に示すソレノイド装置２１におい
ては、図７に示した継鉄２３とコイル２５との間に軟磁
性合金３３を挿入した実施例のものにおいて、図１およ
び図４の実施例と同様に固定鉄心２４に設けられたリン
グ状フランジ２４ａと可動鉄心２３との間に環状空隙２
７を形成し、この環状空隙２７の中にも磁性流体２８を
封入させた構造とした場合を示している。

【００６７】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、ソレノイド装置の吸引力をより一層増大させること
が可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における磁性流体入りソレ
ノイド装置の基本構成を示す断面説明図である。

【図２】図１に示した本発明の第１実施例における磁性
流体入りソレノイド装置の動作空隙部の詳細を示す断面
説明図である。

【図３】図１に示した本発明の第１実施例におけるソレ
ノイド装置の動作空隙中の磁束とコイルの励磁電流との
関係を示す特性図である。

【図４】本発明の第２実施例における磁性流体入りソレ
ノイド装置の基本構成を示す断面説明図である。

【図５】図４に示した本発明の第２実施例における磁性
流体入りソレノイド装置の摺動空隙部の詳細を示す断面
説明図である。

【図６】図４に示した本発明の第２実施例における磁性
流体入りソレノイド装置における摺動空隙の幅と吸引力
増大率との相関を示すプロット図である。

【図７】本発明の第３実施例における磁性流体入りソレ
ノイド装置の基本構成を示す断面説明図である。

【図８】図７に示した本発明の第３実施例における磁性
流体入りソレノイド装置の摺動空隙部の詳細を示す断面
説明図である。

【図９】図７に示した本発明の第３実施例における磁性
流体入りソレノイド装置における摺動空隙の幅と吸引力
増大率との相関を示すプロット図である。

【図１０】本発明の第４実施例における磁性流体入りソ
レノイド装置の基本構成を示す断面説明図である。

【図１１】従来の一例における磁性流体入りソレノイド
装置の基本構成を示す断面説明図である。

【図１２】従来の他の例における磁性流体入りソレノイ
ド装置の基本構成を示す断面説明図である。

【図１３】磁性流体の磁気特性を示す説明図である。

【図１４】従来の磁性流体入りソレノイド装置の吸引力
対ストローク特性を示す説明図である。

【符号の説明】

１ ソレノイド装置 ２ 可動鉄心（プランジャ） ２ｂ テーパー ３ 継鉄（ヨーク） ４ 固定鉄心（コア） ４ａ リング状フランジ ４ｂ テーパー ５ コイル ６ 固定鉄心の穴 ７ 環状空隙（動作空隙） ８ 磁性流体 ９ 液溜り １２ シール部材 １４ シール部材 １５ 摺動空隙 ２１ ソレノイド装置 ２２ 可動鉄心（プランジャ） ２３ 継鉄（ヨーク） ２４ 固定鉄心（コア） ２５ コイル ２７ 環状空隙（動作空隙） ２８ 磁性流体 ３３ 軟磁性合金 ３５ 摺動空隙

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コイルにより発生した起磁力を、固定鉄
   心と可動鉄心との間の動作空隙に印加し、可動鉄心に吸
   引力を作用させて駆動するソレノイド装置において、固
   定鉄心の可動鉄心対向部の形状が、可動鉄心を円筒状に
   包み込む形に形成してあって、固定鉄心と可動鉄心との
   間に環状空隙が形成してあり、環状空隙に磁性流体が封
   入してあることを特徴とするソレノイド装置。
2. 【請求項２】 継鉄内にコイルが設けてあり、継鉄と可
   動鉄心との間の摺動空隙に磁性流体が封入してある請求
   項１に記載のソレノイド装置。
3. 【請求項３】 継鉄内にコイルが設けてあり、継鉄内壁
   とコイル外周との間に軟磁性合金が挿入してある請求項
   １または２に記載のソレノイド装置。
4. 【請求項４】 継鉄内に設けたコイルにより発生した起
   磁力を、固定鉄心と可動鉄心との間の動作空隙に印加
   し、可動鉄心に吸引力を作用させて駆動するソレノイド
   装置において、継鉄と可動鉄心との間の摺動空隙に磁性
   流体が封入してあると共に、継鉄内壁とコイル外周との
   間に軟磁性合金が挿入してあることを特徴とするソレノ
   イド装置。
5. 【請求項５】 固定鉄心の可動鉄心対向部の形状が、可
   動鉄心を円筒状に包み込む形に形成してあって、固定鉄
   心と可動鉄心との間に環状空隙が形成してあり、環状空
   隙に磁性流体が封入してある請求項４に記載のソレノイ
   ド装置。