JP5339446B2 - ロータリソレノイド - Google Patents

Description

本発明は、ロータリソレノイドに関し、特に小型化が容易で、かつ、高トルクを得るのに好適な構造を有するロータリソレノイドに関する。

ロータリソレノイドは、一般的に、コイル、固定磁極、回転子、永久磁石、ストッパ及びシャフトなどの構成を有している。そして、コイルに通電すると発生する磁力によりストッパに規制されるまで回転子が回転し、通電を止めると回転子が永久磁石に吸引されて通電前の位置まで復帰する構成となっているものが多い。

このようなロータリソレノイドにおいて、高トルク化を図るために様々な構造が提案されている。例えば、特開２００４−１７２３５３公報に開示されているロータリソレノイドでは、一対の突部を固定磁極の回転軸に対して対称となる位置に設け、さらに回転子に設けた一対の永久磁石の一方を、回転方向にずらし固定磁極に近接させて設けた構造にしている。

他の例においても、固定磁極の形状や永久磁石の配置がトルクに大きな影響を与えることから、固定磁極や永久磁石に改良を加えたものが多い。

しかしながら、固定磁極の改良は、固定磁極や、これに付随して設けられる永久磁石などの加工コストを増大するのに対して十分な高トルク化を図れない場合が多い。また、固定磁極に複雑な凹凸を付加する改良では、固定磁極の配置スペースが大きくなる場合が多く、小型化が困難になるという課題も生じる。

特開２００４−１７２３５３公報

本発明は、上記課題を解決するために、小型化が容易で、かつ、高トルクを得るのに好適な構造を有するロータリソレノイドを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、左右に回転自在に設けられたシャフトと、前記シャフトの近傍に配置されると共に、互いの内側面同士が対向するように、かつ、着磁方向が逆向きになされた第１の永久磁石及び第２の永久磁石と、平坦面を備えこの平坦面が前記シャフトに接続された接続部と、前記平坦面を横断するように形成された配線溝と、前記接続部の前記配線溝の第１の端部近傍から突出するように設けられた第１の板状部及び第２の板状部と、前記接続部の前記配線溝の第２の端部近傍から突出するように設けられた第３の板状部及び第４の板状部と、前記第１の板状部と前記第２の板状部とに架け渡すように設けられた第１の支持部と、前記第３の板状部と前記第４の板状部とに架け渡すように設けられた第２の支持部とを備えたコイルボビンと、略矩形枠状に形成されると共に前記第１の支持部及び前記第２の支持部とに架設された第１の巻線部と、略矩形枠状に形成されると共に前記配線溝内に配設された第２の巻線部を備えると共に、前記第１の巻線部は、前記第１の永久磁石の外側面に対向するように設けられた第１の対向部と、前記第２の永久磁石の外側面に対向するように設けられた第２の対向部と、前記第１の対向部の上端と前記第２の対向部の上端とに対して連続するように設けられた第１の連続部と、前記第１の対向部の下端と前記第２の対向部の下端とに対して連続するように設けられた第２の連続部とを備え、前記第２の連続部は前記接続部の前記配線溝の内部に、かつ、前記配線溝の底面から離隔して配置され、前記第２の巻線部は、前記第１の永久磁石の内側面に対向するように設けられた第３の対向部と、前記第２の永久磁石の内側面に対向するように設けられた第４の対向部と、前記第３の対向部の上端と前記第４の対向部の上端とに連続するように設けられた第３の連続部と、前記第３の対向部の下端と前記第４の対向部の下端とに連続するように設けられた第４の連続部とを備え、前記第４の連続部は前記接続部の前記配線溝の底面に接し、かつ、前記第２の連続部から離隔して配置され、前記コイルへの通電時に、前記第１の対向部及び前記第３の対向部を流れる電流が第１の方向となり、かつ、前記第２の対向部及び前記第４の対向部を流れる電流が前記第１の方向と逆向きの第２の方向となることを特徴とするロータリソレノイドである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記コイルボビンは、前記シャフトに接続され、平坦面を有する別の接続部と、前記別の接続部から突出するように設けられた第５の板状部及び第６の板状部と、前記別の接続部から前記第５の板状部及び前記第６の板状部に対して背向する方向に突出するように設けられた第７の板状部及び第８の板状部と、前記第５の板状部と前記第６の板状部とに架け渡すように設けられた第３の支持部と、前記第７の板状部と前記第８の板状部とに架け渡すように設けられた第４の支持部とをさらに備え、前記コイルは、前記第１の巻線部が前記第３の支持部及び第４の支持部に架設され、前記第２の巻線部が前記別の接続部の前記平坦面に配設されていることを特徴とするロータリソレノイドである。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記コイルボビンは、前記第１の支持部が前記第１の板状部と前記第２の板状部とを貫通する第１のピンとこの第１のピンを覆うように設けられた第１のブッシングとで形成され、前記第２の支持部が前記第３の板状部と前記第４の板状部とを貫通する第２のピンとこの第２のピンを覆うように設けられた第２のブッシングとで形成され、前記第３の支持部が前記第５の板状部と前記第６の板状部とを貫通する第３のピンとこの第３のピンを覆うように設けられた第３のブッシングとで形成され、前記第４の支持部が前記第７の板状部と前記第８の板状部とを貫通する第４のピンとこの第４のピンを覆うように設けられた第４のブッシングとで形成されていることを特徴とするロータリソレノイドである。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記コイルは、前記接続部の前記配線溝と前記別の接続部の前記別の配線溝とに金属の線条を巻回することによって前記第２の巻線部を形成し、前記第２の巻線部を形成した後に、前記コイルボビンに前記第１のピン、前記第２のピン、前記第３のピン及び前記第４のピンと、前記第１のブッシング、前記第２のブッシング、前記第３のブッシング及び前記第４のブッシングを取り付けし、さらに前記第１のブッシング、前記第２のブッシング、前記第３のブッシング及び前記第４のブッシングに金属の線条を巻回することによって前記第１の巻線部を形成したことを特徴とするロータリソレノイドである。

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記コイルは、平角線条を前記コイルボビンに巻回することによって形成されていることを特徴とするロータリソレノイドである。

請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記コイルボビンの前記接続部は略円盤状に形成され、前記シャフトは、基端に略円盤状の接続部が形成され、この接続部が前記コイルボビンの前記接続部にネジによって止着されていることを特徴とするロータリソレノイドである。

請求項１に記載の発明によれば、コイルの各対向部を第１の永久磁石及び第２の永久磁石の内側面及び外側面に対して対向するように設けたので、内側面側の線条、外側面側の線条の双方にローレンツ力が加わり、いずれか一方の側面のみに対して線条を設ける構造よりもより大きなトルクを得ることができる。したがって、同程度のトルクを発揮する従来型ロータリソレノイドよりも小型化することが可能になる。

請求項２に記載の発明によれば、金属の線条を４つの支持部に支持するように巻くことによって配線溝から離隔した第１の巻線部を形成することが容易になる。

請求項３に記載の発明によれば、４つの支持部を、４つのピンのそれぞれにブッシングを被せた構造にしているので、４つの支持部に絶縁性を持たせることができ、線条の絶縁被覆が薄い場合に発生する線条同士の短絡の発生を低減できる。

請求項４に記載の発明によれば、第２の巻線部、支持部、第１の巻線部の順に形成することによって、２つの永久磁石の外側面と内側面とにそれぞれ対向する部分を持つコイルを容易に形成できる。

請求項５に記載の発明によれば、コイルを形成する線条として平角線を用いるので、第１の巻線部及び第２の巻線部の占積率が丸線よりも高くなり、ロータリソレノイドの小型化が容易になる。

請求項６に記載の発明によれば、コイルボビンの平坦面を備えた接続部と、シャフトの略円盤状の接続部とネジによって止着するので、両者の接触面積を大きくすることができ、両者の接続状態が小さい場合に発生するシャフトの揺動を防止することができる。

本発明の実施の形態に係るロータリソレノイドの分解斜視図である。 本発明の実施の形態に係るロータリソレノイドの組立状態を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るロータリソレノイドの平面図である。 非通電状態におけるロータリソレノイドのＡ−Ａ線断面図である。 非通電状態におけるロータリソレノイドのＢ−Ｂ線断面図である。 内部固定磁極の断面図である。 下部巻枠部の断面説明図であり、（Ａ）はＢ−Ｂ線における断面図、（Ｂ）はＡ−Ａ線における断面図である。 上部巻枠部の説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は底面図、（Ｄ）はＣ−Ｃ線断面図、（Ｅ）は斜視図である。 コイルの形成手順状態を示す説明図（１）であり、（Ａ）は線条巻回前の斜視図、（Ｂ）は第２巻線部の巻回状態を示す斜視図である。 コイルの形成手順状態を示す説明図（２）であり、（Ｃ）は第２巻線部の巻回完了後の斜視図、（Ｄ）は支持部の形成後の斜視図である。 コイルの形成手順状態を示す説明図（３）であり、（Ｅ）は第１巻線部の巻回状態を示す斜視図、（Ｆ）は第１巻線部の巻回完了後の斜視図である。 コイルの周辺部分の構造を示す斜視図である。 コイルの通電及び回転方向を示す斜視図である。

以下に、本発明の実施の形態に係るロータリソレノイドを図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るロータリソレノイドの分解斜視図である。図１において、１０はロータリソレノイド、２０はコイル、２１は第１巻線部、２２は第２巻線部、２３ａ、２３ｂ、２４ａ及び２４ｂは対向部、２５ａ、２５ｂ、２６ａ及び２６ｂは連続部、３０は上部巻枠部、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ及び３１ｄは板状部、３２は接続部、３３は底板部、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ及び３４ｄは貫通孔、４０は下部巻枠部、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ及び４１ｄは板状部、４２は下部接続部、４３は上部接続部、４４ａ、４４ｂ、４４ｃ及び４４ｄは貫通孔、４８は貫通孔、４９ａはネジ孔、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ及び５０ｄはブッシング、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ及び５１ｄはピン、５２は内部固定磁極、５３は貫通孔、５５ａ及び５５ｂは嵌合溝、５６ｂはネジ孔、５７はボールベアリング、５８及び５９は永久磁石、６０は第１シャフト構成体、６１はベアリング嵌合部、６２ａは挿入部、６２ｂは嵌合部、６３ａは挿入部、６３ｂは嵌合部、６４は第２シャフト構成体、６５は接続部、６６ａは上部軸部、６６ｂは下部軸部、６７は環状溝、６８ａ及び６８ｂはネジ孔、６９はボールベアリング、７０は支持体、７１は脚部、７２は嵌込溝、７３は嵌合部、７４は嵌合部、７５はネジ孔、７６は支持体、７７は脚部、７８は嵌込溝、７９は嵌合部、８０はネジ孔、８１は嵌合部、８２ａ及び８２ｂはストッパ、８３ａ及び８３ｂは嵌込部、８４はベース、８５は開口部、８６は円環状凹部、８７ａ及び８７ｂは嵌合孔、８８はネジ孔、８９は止め輪、９０はケース、９１は開口部、９２、９３及び９４はネジである。また、図２は、本発明の実施の形態に係るロータリソレノイドの組立状態を示す斜視図である。図２において用いた符号は、すべて図１と同じものを示す。なお、コイル２０については、図１を始めとする各図面において、線条を繰り返し巻回した細かい態様の記載を省略し、総体的な外観形状によって表現している。また、ネジ溝やローレット加工の記載も省略している。

図２に示すように、ロータリソレノイド１０は、内部構造が略円筒形状のケース９０に収納されている。ケース９０は、放熱性を良くするために、上面の開口部９１をエンドキャップで閉止しない開放型の構造としている。したがって、支持体７０などは、ロータリソレノイド１０の上面に露出している。また、ロータリソレノイド１０の内部構造は、図１に示すように、回転する構成要素として、コイルボビンを構成する上部巻枠部３０と下部巻枠部４０、コイル２０、第１シャフト構成体６０及び第２シャフト構成体６４からなるシャフトなどを設けている。また、回転力を生成し、又は回転するものを支持する固定的な構成要素として、内部固定磁極５２、永久磁石５８及び５９、支持体７０及び７６、ボールベアリング５７及び６９、ストッパ８２ａ及び８２ｂなどを備えている。なお、ロータリソレノイド１０は、上面にエンドキャップを設けて防塵性を有する構造としてもよい。

まず、ロータリソレノイド１０の回転する構成要素について述べる。ロータリソレノイド１０のシャフトは、第１シャフト構成体６０と第２シャフト構成体６４とから構成される。第１シャフト構成体６０は、中央にベアリング嵌合部６１が配置され、ベアリング嵌合部６１の上方に挿入部６２ａ及び嵌合部６２ｂが設けられ、さらにベアリング嵌合部６１の下方に挿入部６３ａ及び嵌合部６３ｂが設けられている。ベアリング嵌合部６１は、ボールベアリング５７の内輪に嵌合されている。ボールベアリング５７は内部固定磁極５２の貫通孔５３に嵌合されている。したがって、第１シャフト構成体６０は、その大部分が貫通孔５３の内部に挿入された状態で設けられている。挿入部６２ａ及び嵌合部６２ｂは、ベアリング嵌合部６１よりも径が小さく、上部巻枠部３０の接続部３２に接続されている。挿入部６３ａ及び嵌合部６３ｂは、ベアリング嵌合部６１よりも径が小さく、下部巻枠部４０の上部接続部４３に接続されている。さらに、嵌合部６２ｂは、挿入部６２ａよりも若干径が小さく、その表面には圧入用のローレット加工を施している。同様に、嵌合部６３ｂも、挿入部６３ａよりも若干径が小さく、その表面にローレット加工を施している。また、挿入部６２ａ及び挿入部６３ａは、嵌合部６２ｂ及び嵌合部６３ｂの圧入時に圧入方向を案内する機能を持つ。なお、この実施の形態においては、挿入部６２ａと挿入部６３ａ、嵌合部６２ｂと嵌合部６３ｂとの径を同じものとしているが、これらの径は適宜変更できる。また、挿入部６２ａ及び嵌合部６２ｂは、上部巻枠部３０を設けない場合には省略してもよい。

第２シャフト構成体６４は、接続部６５と、接続部６５から下方に延びる上部軸部６６ａ及び下部軸部６６ｂとで構成されている。接続部６５は、上部が平坦面に形成され、さらにこの平坦面に開口するようにネジ孔６８ａ及び６８ｂが形成されている。また、この平坦面には、下部巻枠部４０が接続されている。なお、ネジ孔６８ａ及び６８ｂの位置は、上部軸部６６ａ及び下部軸部６６ｂと第１シャフト構成体６０との中心軸が一致するように設定している。上部軸部６６ａは、ボールベアリング６９の内輪に嵌合される。また、下部軸部６６ｂは、図１に表れていない面カットが形成されており、負荷となる装置に接続される部分である。

以上のように、第１シャフト構成体６０は、上部巻枠部３０と下部巻枠部４０との間に介在し、ボールベアリング５７によって支持されている。第２シャフト構成体６４は、下部巻枠部４０に接続されているが、第１シャフト構成体６０には直接接続されていない。また、ボールベアリング６９によって支持されている。したがって、第１シャフト構成体６０と第２シャフト構成体６４とは、全体として１つのシャフトを構成するが、それぞれ異なる軸受によって支持されており、コイルボビン等に対して別個に組み立てることが可能である。さらに、異なる軸受によって支持されているので、２つのシャフト構成体と、上部巻枠部３０及び下部巻枠部４０との回転が安定するという利点がある。また、第１シャフト構成体６０と第２シャフト構成体６４との間に下部巻枠部４０が介在しているので、２つのシャフト構成体の間にコイルが介在する、すなわちシャフトの中心軸を横切るようにコイルが配置されているという極めて特徴的な構造となっている。したがって、シャフトの中心軸を避けるようにコイルを配置する必要がなく、電力損失の点などにおいて従来型のものよりも有利な構造と言える。

図８は、上部巻枠部の説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は底面図、（Ｄ）はＣ−Ｃ線断面図、（Ｅ）は斜視図である。図８において、３３ａ及び３３ｂは端部、３５は貫通孔、３５ａは大径部、３５ｂは小径部、３６は段差部、３７ａ及び３７ｂは突出部、３８ａ及び３９ｂはネジ孔、３９は中央部であり、その他の符号は図１と同じものを示す。

ロータリソレノイド１０のコイルボビンは、上部巻枠部３０と下部巻枠部４０とで構成されており、前述のように第１シャフト構成体６０を介して一体のものとなっている。上部巻枠部３０は、第１シャフト構成体６０が接続される接続部３２を有する。接続部３２は、図８に示すように、底板部３３に開口した貫通孔３５が形成されており、貫通孔３５に第１シャフト構成体６０が接続されている。すなわち、貫通孔３５は、上部を図示していないネジ溝が形成された小径部３５ｂとし、下部を小径部３５ｂよりも若干径が大きい大径部３５ａとし、さらに両者の境界を段差部３６としている。挿入部６３ａの一部と嵌合部６２ｂとを大径部３５ａに挿入した後、小径部３５ｂに嵌合部６２ｂを圧入すると、上部巻枠部３０と第１シャフト構成体６０とが接続される。

底板部３３は、後述するように、線条を巻回してコイルの第２巻線部２２を形成する際に巻枠となる。すなわち、図1に示した第２巻線部２２の連続部２６ａは底板部３３の表面に巻回された線条であり、対向部２４ａと対向部２４ｂとは底板部３３の端部３３ａ及び３３ｂから下部巻枠部４０に向かって延びる部分である。また、底板部３３の２つの縁辺から板状部が立ち上がっている。板状部３１ａと板状部３１ｂと、板状部３１ｃと板状部３１ｄとはそれぞれ水平方向に平行に延びるように設けられている。さらに、後述するように、これらの間に第１巻線部２１を巻回するときに線条を支持する支持部が設けられる。したがって、第２巻線部２２が底板部３３の表面に接した状態で設けられるのに対し、第１巻線部２１は２つの支持部の間に架け渡すように設けられるので、２つの巻線部は離隔した状態となる。

また、突出部３７ａ及び３７ｂは、ネジ孔３８ａ及び３９ｂを形成するために設けたものである。ネジ孔３８ａ及び３９ｂは、上部巻枠部３０上に配線基板をネジで取り付けするためのものである。なお、図８では、板状部３１ａと板状部３１ｃと、板状部３１ｂと板状部３１ｄとはそれぞれ連続する板状部としているが、それぞれを分離したものとしてもよい。すなわち、中央部３９付近に板状部を設けず、板状部３１ａ、３１ｂ、３１ｃ及び３１ｄをそれぞれ別個のものとしてもよい。また、中央部３９付近にコイルの端部などを保持するための保持部や、係止部、収納部などを適宜設けてもよい。

図７は、下部巻枠部の断面説明図であり、（Ａ）はＢ−Ｂ線における断面図、（Ｂ）はＡ−Ａ線における断面図である。４２ａは凹部、４５は底板部、４５ａ及び４５ｂは端部、４６は溝、４７は段差部、４８ａは大径部、４８ｂは小径部、４９ｂはネジ孔であり、その他の符号は図１と同じものを示す。

下部巻枠部４０は、第１シャフト構成体６０を接続する上部接続部４３と、第２シャフト構成体６４を接続する下部接続部４２とが設けられている。下部接続部４２は略円盤状に形成され、その中央には上部接続部４３が立ち上がるように形成されている。また、その側方から板状部４１ａと板状部４１ｂと、板状部４１ｃと板状部４１ｄとがそれぞれ平行に延びるように形成されている。さらに、下部接続部４２の下面には円形の凹部４２ａが形成されている。凹部４２ａに対して、図１に示した第２シャフト構成体６４の接続部６５を挿入した状態でネジ孔４９ａ及び４９ｂと、ネジ孔６８ａ及び６８ｂとをネジ９２で止着することによって接続する。なお、下部接続部４２及び接続部６５の接続面の面積を、上部接続部４３や上部軸部６６ａの直交方向の断面の面積よりも相当大きいものにしているので、外部からの衝撃による下部巻枠部４０の揺動（首振り）を大幅に低減できる。さらに、下部接続部４２及び接続部６５の接続面を略円形にしているので、例えば接続面を長方形とする場合のように、特定方向に下部巻枠部４０が傾き（揺れ）やすくなることがない。上部接続部４３の貫通孔４８は、その上部を大径部４８ａ、下部を小径部４８ｂとしている。小径部４８ｂに第１シャフト構成体６０の嵌合部６３ｂを圧入することによって、挿入部６３ａは大径部４８ａに入り込んだ状態となり、下部巻枠部４０と第１シャフト構成体６０とが接続される。なお、小径部４８ｂは、底板部４５を貫通している。

また、図７（ａ）に示すように、下部巻枠部４０は、下部接続部４２の下面から上方に延びるように上下が反転した、すなわち上方に底が位置するように溝４６を形成している。溝４６は、下部巻枠部４０と第２シャフト構成体６４との間にコイルの一部を配置するために形成している。すなわち、図1に示した第２巻線部２２の連続部２６ｂは溝４６の底となる底板部４５に巻回された線条であり、対向部２４ａと対向部２４ｂとは底板部４５の端部４５ａ及び４５ｂから上部巻枠部３０に向かって延びる部分である。板状部４１ａと板状部４１ｂの内側面と、板状部４１ｃと板状部４１ｄの内側面とは、溝４６の側面に連続するように形成されている。また、後述するように、これらの間に第１巻線部２１を巻回するときに線条を支持する支持部が設けられる。したがって、第２巻線部２２が底板部４５の表面に接した状態で設けられるのに対し、第１巻線部２１は２つの支持部の間に架け渡すように設けられるので、２つの巻線部は離隔した状態となる。以上のように、下部巻枠部４０に溝４６を形成したことにより、第１巻線部２１及び第２巻線部２２を下部巻枠部４０と第２シャフト構成体６４との間に、かつ、第１シャフト構成体６０及び第２シャフト構成体６４の中心軸と直交するように配置することを可能にしている。

図１に示すように、コイル２０は、第１巻線部２１と第２巻線部２２との２つの巻線部からなる。第１巻線部２１及び第２巻線部２２は、両者共に略矩形枠状に形成されている。また、永久磁石５８及び５９に対する距離及び配置の関係上、第１巻線部２１が第２巻線部２２よりも多少幅広となるように形成してある。また、シャフトを第１シャフト構成体６０及び第２シャフト構成体６４からなる構成としたので、前述のように、第１巻線部２１及び第２巻線部２２がシャフトの中心軸と直交している。一般的なロータリソレノイドでは、シャフトの中心軸に直交するように線条を配設する際には、シャフトの中心軸を迂回するようにしているが、迂回した分だけコイルを構成する線条が長くなるので、電力のロスと発熱も迂回した分に応じて大きくなる。したがって、本発明のロータリソレノイド１０の構成は、電力のロスと発熱を低減することが可能であり、ロータリソレノイド１０の大きな特徴と言える。

また、第１巻線部２１及び第２巻線部２２は、後述する方法によって、コイルワイヤーとも呼ばれる銅線条を巻線機によって上部巻枠部３０及び下部巻枠部４０に巻回したものである。なお、この実施の形態では、平角線条の短辺面が水平方向を向き、長辺面が上下方向を向くように、いわゆるエッジワイズ巻に巻回している。平角線条をこのように巻回することによって、曲げ加工後の形状がよく維持される上に、湾曲させた部分において線条の配置が崩れることがほとんどない。したがって、小型で扁平なロータリソレノイドなどにおいては、上部巻枠部３０を省略することも可能である。ただし、上部巻枠部３０を省略する場合には、線条を巻回する際に巻回を補助するジグが必要となる。さらに、丸線条よりも占積率が高いので、コイルの配置に必要なスペースを小さくでき、かつ、丸線条よりも放熱性が良いという利点がある。なお、コイル２０は、丸線条によって形成してもよい。また、第１巻線部２１と第２巻線部２２とを１つの巻線にしてもよいし、これらの巻線部に別個に電流を流す構成とし、さらにどちらか一方をオン、又は両方をオンとすることを可能にし、２段階のトルクを得られるようにしてもよい。さらに、第１巻線部２１と第２巻線部２２とを異なる巻数にすれば、３段階のトルクを得ることもできる。

第１巻線部２１は、右側の垂直部分を対向部２３ａ、左側の垂直部分を対向部２３ｂ、上側の水平部分を連続部２５ａ、下側の水平部分を連続部２５ｂとしている。したがって、対向部２３ａ及び２３ｂは、永久磁石５８の外側面と永久磁石５９の外側面とにわずかな間隙をおいて対向するように設けられる。したがって、コイル２０への通電時には、対向部２３ａ及び２３ｂと、永久磁石５８及び５９との間にローレンツ力が生じて、コイル２０を左右どちらかに回転させる力となる。連続部２５ａ及び２５ｂは、コイル２０への通電時に電流の流路となるものであり、対向部２３ａ及び２３ｂのようにコイル２０を回転させる力をもたらすものではない。したがって、連続部２５ａ及び２５ｂを平坦な板状とすることによって対向部２３ａと対向部２３ｂとの間における電流の経路長をできる限り短くして電力損失と無用な発熱の低減を図っている。

第２巻線部２２は、第１巻線部２１と同様に、右側の垂直部分を対向部２４ａ、左側の垂直部分を対向部２４ｂ、上側の水平部分を連続部２６ａ、下側の水平部分を連続部２６ｂとしている。対向部２４ａ及び２４ｂは、永久磁石５８の内側面と永久磁石５９の内側面とにわずかな間隙をおいて対向するように設けられる。したがって、コイル２０への通電時には、対向部２３ａ及び２３ｂと、永久磁石５８及び５９との間にローレンツ力が生じて、コイル２０を左右どちらかに回転させる力となる。連続部２６ａ及び２６ｂは、第１巻線部２１と同様に、平坦な板状とすることによって電力損失の低減を図っている。また、永久磁石５８の外側面に対向する対向部２３ａと、この内側面に対向する対向部２４ａとは同じ方向に電流が流れるように構成されている。さらに、永久磁石５８の外側面に対向する対向部２３ｂと、この内側面に対向する対向部２４ｂとは、対向部２３ａ及び対向部２４ａとは逆方向に電流が流れるように構成されている。

続けて、コイル２０の形成方法について説明する。図９は、コイルの形成手順状態を示す説明図（１）であり、（Ａ）は線条巻回前の斜視図、（Ｂ）は第２巻線部の巻回状態を示す斜視図である。図９において、２７は線条であり、その他の符号は図１と同じものを示す。図１０は、コイルの形成手順状態を示す説明図（２）であり、（Ｃ）は第２巻線部の巻回完了後の斜視図、（Ｄ）は支持部の形成後の斜視図である。図１０の符号は、すべて図１と同じものを示す。図１１は、コイルの形成手順状態を示す説明図（３）であり、（Ｅ）は第１巻線部の巻回状態を示す斜視図、（Ｆ）は第１巻線部の巻回完了後の斜視図である。図１０の符号は、すべて図１及び図９と同じものを示す。なお、これらの３図面においては、内部固定磁極５２の記載を省略している。また、図１２は、コイルの周辺部分の構造を示す斜視図である。図１２の符号は、すべて図１と同じものを示す。

まず、図９（Ａ）に示すように、第１シャフト構成体６０を内部固定磁極５２に挿通しておく。次に、第１シャフト構成体６０の嵌合部６２ｂと嵌合部６３ｂとを、上部巻枠部３０の小径部３５ｂと下部巻枠部４０の小径部４８ｂとにそれぞれ圧入し、第１シャフト構成体６０、上部巻枠部３０及び下部巻枠部４０を一体にする。なお、図１２に示すように、第１シャフト構成体６０はボールベアリング５７を介して内部固定磁極５２に間接的に支持されており、この状態において第１シャフト構成体６０と上部巻枠部３０及び下部巻枠部４０の一部は内部固定磁極５２の貫通孔５３の内部に隠れることになる。次に、図９（Ｂ）に示すように、上部巻枠部３０の底板部３３と下部巻枠部４０の底板部４５との周囲に、第２巻線部２２となる平角の線条２７を巻回する。

さらに、図１０（Ｃ）に示すように、線条２７を所定回数巻回したら、線条を切断して端部を適宜処理する。なお、線条を切断せずに、次の手順でそのまま第１巻線部２１として巻回することも可能である。次に、図１０（Ｄ）に示すように、第１巻線部２１となる線条を支持する４つの支持部を設けるために、貫通孔３４ａと貫通孔３４ｂ、貫通孔３４ｃと貫通孔３４ｄ、貫通孔４４ａと貫通孔４４ｂ、貫通孔４４ｃと貫通孔４４ｄとの間にそれぞれブッシング５０ａ、５０ｂ、５０ｃ及び５０ｄを保持しながら、対向するこれらの貫通孔を貫くようにピン５１ａ、５１ｂ、５１ｃ及び５１ｄを挿入し、さらに接着剤でこれらのピンを固定する。

これによって、４つの支持部が完成する。そして、図１１（Ｅ）に示すように、ブッシング５０ａ、５０ｂ、５０ｃ及び５０ｄに第１巻線部２１となる平角の線条２７を巻回する。そして、図１１（Ｆ）に示すように、線条２７を所定回数巻回したら、線条を切断して端部を適宜処理して第１巻線部２１の形成を完了する。なお、第２シャフト構成体６４は、コイルの形成を終えた後に、下部巻枠部４０に対してネジ止めする。

つぎに、コイル２０への通電及び回転方向について説明する。図１３は、コイルの通電及び回転方向を示す斜視図である。図１３において、２８ａ、２８ｂ、２８ａ及び２８ｂは電流方向、２９ａ及び２９ｂは回転方向であり、その他の符号は図８と同じものを示す。

まず、コイル２０へ通電していないときに、コイル２０の対向部２３ａ及び対向部２４ａと、対向部２３ｂ及び対向部２４ｂとは、図１２に示すように、それぞれ永久磁石５８と永久磁石５９との中央付近で静止しているものとする。ここで、コイル２０へ通電すると、図１３の電流方向２８ａ、２８ｂ、２８ｃ及び２８ｄに示すように、２組の対向部にそれぞれ逆方向となる電流が流れる。また、永久磁石５８及び５９、内部固定磁極５２、ベース８４及びケース９０を巡る磁気回路も発生する。

そうすると、対向部２３ａ及び対向部２４ａと、対向部２３ｂ及び対向部２４ｂとを流れる電流に対して右ねじが進む向きの力、すなわち荷電粒子の流れを動かそうとするローレンツ力が働いて、これらの対向部を図１３の回転方向２９ａの向きに動かす。そうすると、コイル２０の回転に伴って、コイルボビンを構成する上部巻枠部３０及び下部巻枠部４０と、シャフトを構成する第１シャフト構成体６０及び第２シャフト構成体６４も回転する。そして、図１のストッパ８２ａに下部巻枠部４０の板状部４１ａが当接すると、その位置で停止する。

回転が停止した状態において、今度は電流方向２８ａ、２８ｂ、２８ｃ及び２８ｄとは逆方向にそれぞれ電流を流すと、ローレンツ力が対向部２３ａ及び対向部２４ａと、対向部２３ｂ及び対向部２４ｂとを回転方向２９ｂに動かす。そうすると。コイル２０の回転に伴ってコイルボビン等も逆回転する。そして、ストッパ８２ｂに板状部４１ｃが当接すると、その位置で停止する。

なお、上部巻枠部３０及び下部巻枠部４０等を逆回転させるときに、逆方向に電流を流す手段以外の手段を採用してもよい。例えば、ケース９０の内部又は外部に設けたつるまきばねなどの機械的手段によって上部巻枠部３０及び下部巻枠部４０等を逆回転されるような状態に設けてもよい。このようにすれば、上部巻枠部３０及び下部巻枠部４０等が所定角度まで回転したところでコイル２０への通電を止めると、つるまきばねなどの手段の働きによって上部巻枠部３０及び下部巻枠部４０等が元の角度に戻るように動作するようになる。

さらに、ロータリソレノイド１０の固定的な構成要素について述べる。図３は、本発明の実施の形態に係るロータリソレノイドの平面図である。また、図４は、非通電状態におけるロータリソレノイドのＡ−Ａ線断面図である。くわえて、図５は、非通電状態におけるロータリソレノイドのＢ−Ｂ線断面図である。図３、図４及び図５の符号は、すべて図１と同じものを示す。なお、図４及び図５は、ハッチングの記載を省略している。また、図６は、内部固定磁極の断面図である。図６において、５３ａは大径部、５３ｂは小径部、５４は段差部、５６ａはネジ孔であり、その他の符号は図１と同じものを示す。

図１に示すように、内部固定磁極５２は、略円筒形状に形成され、その中央にボールベアリング５７を嵌合するために貫通孔５３を形成している。図６に示すように、貫通孔５３は上側の大径部５３ａに対して、下側をやや径の小さい小径部５３ｂとしている。ボールベアリング５７は、大径部５３ａ側から圧入するが、大径部５３ａと小径部５３ｂとの境界である段差部５４に当接するところまで押し込まれる。したがって、ボールベアリング５７を所定位置まで圧入することが非常に容易である。なお、上側をやや径の小さい小径部とし、ボールベアリング５７を下側から圧入するようにしてもよい。また、内部固定磁極５２は、その外周面に互いに背向するように嵌合溝５５ａ及び５５ｂが形成されている。嵌合溝５５ａと嵌合溝５５ｂとは、支持体７０の嵌合部７３と支持体７６の嵌合部７９を勘合することによって内部固定磁極５２を固定するために形成されている。さらに、支持体７０及び支持体７６に対してネジ止めできるように、ネジ孔５６ａ及び５６ｂを形成している。

ボールベアリング５７は、外輪が内部固定磁極５２の貫通孔５３に嵌合されており、内輪に第１シャフト構成体６０のベアリング嵌合部６１を嵌合している。ボールベアリング６９は、外輪がベース８４の開口部８５に嵌合されており、内輪に第２シャフト構成体６８の上部軸部６６ａを嵌合している。このように、第１シャフト構成体６０と第２シャフト構成体６８とは、異なる軸受に支持される構造としたことによって、ロータリソレノイド１０の回転時の安定性を十分に確保できるようにしている。なお、これらの軸受については、ロータリソレノイド１０の大きさや要求されるトルクに応じて、ニードルベアリングやドライベアリングなどを適宜採用できる。

ベース８４は、内部固定磁極５２を固定するための固定部材であると共に、磁気回路を構成するための固定磁極でもある。図１に示すように、略円盤状に形成され、その中央には開口部８５が形成されており、ケース９０の下側の開口部に嵌合されている。また、開口部８５にはボールベアリング６９の外輪を嵌合している。さらに、開口部８５の周囲に嵌合孔８７ａ及び８７ｂを形成している。嵌合孔８７ａ及び８７ｂは、これらに支持体７０の嵌合部７４と支持体７６の嵌合部８１とを軽く嵌合することによって、支持体７０及び支持体７６の位置決めが容易にできるように形成したものである。また、支持体７０及び支持体７６をネジ止めするために、嵌合孔８７ａと嵌合孔８７ｂとの内部には、これらの孔よりも小径で、かつ、ベース８４の下面まで貫通するネジ孔８８ａ及びネジ孔８８ｂを形成している。くわえて、開口部８５の周囲を浅く削り込んで円環状凹部８６を形成している。円環状凹部８６は、図４に示すように、ロータリソレノイド１０を組み立てた状態において、ベース８４と第２シャフト構成体６４の接続部６５との間隙を十分に確保するために形成している。したがって、部品の寸法精度があまり高くない場合でも、ベース８４と接続部６５とが接触することを防止できる。

永久磁石５８及び永久磁石５９とは、図１に示すように、略円弧板状に形成されており、その着磁方向が逆になっている。すなわち、永久磁石５８は、外側面がＳ極側、内側面がＮ極側となるように着磁され、永久磁石５９は、外側面がＮ極側、内側面がＳ極側となるように着磁されている。このように着磁することによって、コイル２０に図１３に示す方向の電流を流したときに、永久磁石５８及び永久磁石５９と、対向部２３ａ、２３ｂ、２４ａ及び２４ｂとの間にコイル２０を同じ方向へ回転させるローレンツ力を生成する。なお、永久磁石５８及び永久磁石５９の着磁方向は、それぞれの外側面又は内側面の曲率中心から放射状に広がる、又は曲率中心へ収束する方向になされていることが望ましい。

支持体７０及び７６は、永久磁石５８及び５９と、内部固定磁極５２を支持する機能を持つ。すなわち、支持体７０は、脚部７１の先端にある嵌合部７４がベース８４の嵌合孔８７ａに軽く嵌合された状態において、ネジ孔８８ａ及びネジ孔７５にネジ９４をねじ込むことによってベース８４に固定される。同様に、支持体７６は、脚部７７の先端にある嵌合部８１がベース８４の嵌合孔８７ｂに軽く嵌合された状態において、ネジ孔８８ｂ及びネジ孔８０にネジ９４をねじ込むことによってベース８４に固定される。また、図３に示すように、支持体７０の嵌合部７３と支持体７６の嵌合部７９とを内部固定磁極５２の嵌合溝５５ａと嵌合溝５５ｂとにそれぞれ嵌合し、さらに、ネジ孔５６ａ及び５６ｂにネジ９３をねじ込み、図５に示しているように固定する。また、支持体７０及び７６をベース８４に固定した状態において、支持体７０と支持体７６との互いの端部の間に永久磁石５８と永久磁石５９とを挿入して接着剤で固定する。

ストッパ８２ａ及び８２ｂは、コイルボビン１１の回転を規制する機能を持つ。すなわち、下部巻枠部４０が一定角度左回転すると、下部巻枠部４０の板状部４１ａがストッパ８２ａに当接して回転が停止する。また、下部巻枠部４０が一定角度右回転すると、下部巻枠部４０の板状部４１ｃがストッパ８２ｂに当接して回転が停止する。また、ストッパ８２ａとストッパ８２ｂとは、支持体７０をベース８４に固定する前に、支持体７０の嵌込溝７２と反対側の面の図示してない嵌込溝とに、嵌込部８３ａと嵌込部８３ｂとを下側から差し込むことによって支持体７０に付設する。なお、支持体７６にも、嵌込溝７８と反対側の面の図示してない嵌込溝とを形成しているので、支持体７６にストッパ８２ａ及び８２ｂを付設してもよい。

止め輪８９は、第２シャフト構成体６４の第１シャフト構成体６０側（上方）へのがたつきを防止するものである。また、止め輪８９は、第２シャフト構成体６４の上部軸部６６ａと下部軸部６６ｂとの境界に形成された環状溝６７に取り付けられる。環状溝６７に取り付けられた止め輪８９は、図４及び図５に示すように、ボールベアリング６９に極めて近接したところに位置している。

以上説明したように、この実施の形態に係るロータリソレノイド１０においては、コイル２０の対向部２３ａと対向部２４ａとが永久磁石５８の外側面と内側面とを、対向部２３ｂ及び対向部２４ｂとが永久磁石５９の外側面と内側面とを挟み込むように位置させ、この状態においてコイル２０電流を流すことによって。永久磁石５８及び５９の外側面側と内側面側との双方のコイルにローレンツ力が働くようにしたので、磁気回路の一部に間隙（エアギャップ）を設け、通電時にこの間隙を埋めるように回転動作するロータリソレノイドよりも高効率となる。ひいては、このようなロータリソレノイドよりも小型化が容易になる。また、第１シャフト構成体６０及び第２シャフト構成体６４の間に下部巻枠部４０が介在し、かつ、コイル２０の一部を第１シャフト構成体６０及び第２シャフト構成体６４の中心軸と直交するように配設したので、第１シャフト構成体６０及び第２シャフト構成体６４を迂回するようにコイル２０を配設する必要がなく、電力損失や無用な発熱を低減することができる。さらに、シャフトを第１シャフト構成体６０と第２シャフト構成体６４との２つで構成しているので、内部固定磁極５２の周囲にコイルやコイルボビン、永久磁石を配置するという複雑な構造であっても組立が容易である。くわえて、コイルを平角線条で形成する場合には、上部巻枠部３０を省略できるので、軽量化も可能になる。さらに、上部巻枠部３０を省略する場合には、ケース９０の上方の空間を収納空間とし、配線や磁気センサなどのデバイスなどを収納することも可能になる。

なお、本発明は以上に説明した内容に限定されるものではなく、コイルボビンの接続部、コイル、又は構造支持体の細部の形状や、コイルボビンへの金属の線条の種類などについては、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限りにおいて種々の変形を加えることが可能である。

１０ ロータリソレノイド
２０ コイル
２１ 巻線部
２２ 巻線部
２３ａ 対向部
２３ｂ 対向部
２４ａ 対向部
２４ｂ 対向部
２５ａ 連続部
２５ｂ 連続部
２６ａ 連続部
２６ｂ 連続部
２７ 線条
２８ａ 電流方向
２８ｂ 電流方向
２８ｃ 電流方向
２８ｄ 電流方向
２９ａ 回転方向
２９ｂ 回転方向
３０ 上部巻枠部
３１ａ 板状部
３１ｂ 板状部
３１ｃ 板状部
３１ｄ 板状部
３２ 接続部
３３ 底板部
３３ａ 端部
３３ｂ 端部
３４ａ 貫通孔
３４ｂ 貫通孔
３４ｃ 貫通孔
３４ｄ 貫通孔
３５ 貫通孔
３５ａ 大径部
３５ｂ 小径部
３６ 段差部
３７ａ 突出部
３７ｂ 突出部
３８ａ ネジ孔
３９ｂ ネジ孔
３９ 中央部
４０ 下部巻枠部
４１ａ 板状部
４１ｂ 板状部
４１ｃ 板状部
４１ｄ 板状部
４２ 下部接続部
４２ａ 凹部
４３ 上部接続部
４４ａ 貫通孔
４４ｂ 貫通孔
４４ｃ 貫通孔
４４ｄ 貫通孔
４５ 底板部
４５ａ 端部
４５ｂ 端部
４６ 溝
４８ 貫通孔
４８ａ 大径部
４８ｂ 小径部
４９ａ ネジ孔
４９ｂ ネジ孔
５０ａ ブッシング
５０ｂ ブッシング
５０ｃ ブッシング
５０ｄ ブッシング
５１ａ ピン
５１ｂ ピン
５１ｃ ピン
５１ｄ ピン
５２ 内部固定磁極
５３ 貫通孔
５３ａ 大径部
５３ｂ 小径部
５４ 段差部
５５ａ 嵌合溝
５５ｂ 嵌合溝
５６ａ ネジ孔
５６ｂ ネジ孔
５７ ボールベアリング
５８ 永久磁石
５９ 永久磁石
６０ シャフト構成体
６１ ベアリング嵌合部
６２ａ 挿入部
６２ｂ 嵌合部
６３ａ 挿入部
６３ｂ 嵌合部
６４ シャフト構成体
６５ 接続部
６６ 下部軸部
６６ａ 上部軸部
６６ｂ 下部軸部
６７ 環状溝
６８ シャフト構成体
６８ａ ネジ孔
６８ｂ ネジ孔
６９ ボールベアリング
７０ 支持体
７１ 脚部
７２ 嵌込溝
７３ 嵌合部
７４ 嵌合部
７５ ネジ孔
７６ 支持体
７７ 脚部
７８ 嵌込溝
７９ 嵌合部
８０ ネジ孔
８１ 嵌合部
８２ａ ストッパ
８２ｂ ストッパ
８３ 永久磁石
８３ａ 嵌込部
８３ｂ 嵌込部
８４ ベース
８５ 開口部
８６ 円環状凹部
８７ａ 嵌合孔
８７ｂ 嵌合孔
８８ａ ネジ孔
８８ｂ ネジ孔
８９ 止め輪
９０ ケース
９１ 開口部
９２ ネジ
９３ ネジ
９４ ネジ

Claims (6)

1. 左右に回転自在に設けられたシャフトと、
   前記シャフトの近傍に配置されると共に、互いの内側面同士が対向するように、かつ、着磁方向が逆向きになされた第１の永久磁石及び第２の永久磁石と、
   平坦面を備えこの平坦面が前記シャフトに接続された接続部と、前記平坦面を横断するように形成された配線溝と、前記接続部の前記配線溝の第１の端部近傍から突出するように設けられた第１の板状部及び第２の板状部と、前記接続部の前記配線溝の第２の端部近傍から突出するように設けられた第３の板状部及び第４の板状部と、前記第１の板状部と前記第２の板状部とに架け渡すように設けられた第１の支持部と、前記第３の板状部と前記第４の板状部とに架け渡すように設けられた第２の支持部とを備えたコイルボビンと、
   略矩形枠状に形成されると共に前記第１の支持部及び前記第２の支持部とに架設された第１の巻線部と、略矩形枠状に形成されると共に前記配線溝内に配設された第２の巻線部を備えると共に、前記第１の巻線部は、前記第１の永久磁石の外側面に対向するように設けられた第１の対向部と、前記第２の永久磁石の外側面に対向するように設けられた第２の対向部と、前記第１の対向部の上端と前記第２の対向部の上端とに対して連続するように設けられた第１の連続部と、前記第１の対向部の下端と前記第２の対向部の下端とに対して連続するように設けられた第２の連続部とを備え、前記第２の連続部は前記接続部の前記配線溝の内部に、かつ、前記配線溝の底面から離隔して配置され、前記第２の巻線部は、前記第１の永久磁石の内側面に対向するように設けられた第３の対向部と、前記第２の永久磁石の内側面に対向するように設けられた第４の対向部と、前記第３の対向部の上端と前記第４の対向部の上端とに連続するように設けられた第３の連続部と、前記第３の対向部の下端と前記第４の対向部の下端とに連続するように設けられた第４の連続部とを備え、前記第４の連続部は前記接続部の前記配線溝の底面に接し、かつ、前記第２の連続部から離隔して配置され、前記コイルへの通電時に、前記第１の対向部及び前記第３の対向部を流れる電流が第１の方向となり、かつ、前記第２の対向部及び前記第４の対向部を流れる電流が前記第１の方向と逆向きの第２の方向となることを特徴とするロータリソレノイド。
2. 前記コイルボビンは、前記シャフトに接続され、平坦面を有する別の接続部と、前記別の接続部から突出するように設けられた第５の板状部及び第６の板状部と、前記別の接続部から前記第５の板状部及び前記第６の板状部に対して背向する方向に突出するように設けられた第７の板状部及び第８の板状部と、前記第５の板状部と前記第６の板状部とに架け渡すように設けられた第３の支持部と、前記第７の板状部と前記第８の板状部とに架け渡すように設けられた第４の支持部とをさらに備え、
   前記コイルは、前記第１の巻線部が前記第３の支持部及び前記第４の支持部に架設され、前記第２の巻線部が前記別の接続部の前記平坦面に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のロータリソレノイド。
3. 前記コイルボビンは、前記第１の支持部が前記第１の板状部と前記第２の板状部とを貫通する第１のピンとこの第１のピンを覆うように設けられた第１のブッシングとで形成され、前記第２の支持部が前記第３の板状部と前記第４の板状部とを貫通する第２のピンとこの第２のピンを覆うように設けられた第２のブッシングとで形成され、前記第３の支持部が前記第５の板状部と前記第６の板状部とを貫通する第３のピンとこの第３のピンを覆うように設けられた第３のブッシングとで形成され、前記第４の支持部が前記第７の板状部と前記第８の板状部とを貫通する第４のピンとこの第４のピンを覆うように設けられた第４のブッシングとで形成されていることを特徴とする請求項２に記載のロータリソレノイド。
4. 前記コイルは、前記接続部の前記配線溝と前記別の接続部の前記別の配線溝とに金属の線条を巻回することによって前記第２の巻線部を形成し、前記第２の巻線部を形成した後に、前記コイルボビンに前記第１のピン、前記第２のピン、前記第３のピン及び前記第４のピンと、前記第１のブッシング、前記第２のブッシング、前記第３のブッシング及び前記第４のブッシングを取り付けし、さらに前記第１のブッシング、前記第２のブッシング、前記第３のブッシング及び前記第４のブッシングに金属の線条を巻回することによって前記第１の巻線部を形成したことを特徴とする請求項３に記載のロータリソレノイド。
5. 前記コイルは、平角線条を前記コイルボビンに巻回することによって形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のロータリソレノイド。
6. 前記コイルボビンの前記接続部は略円盤状に形成され、
   前記シャフトは、基端に略円盤状の接続部が形成され、この接続部が前記コイルボビンの前記接続部にネジによって止着されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のロータリソレノイド。

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