JP5114650B2 - 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あり、同時に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。そいて、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、小型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２００５−１７５３５８公報に開示されているロータリソレノイドでは、コイルに囲まれた空間内に回転子（ローター）を配置するのではなく、コイルの上方に永久磁石からなる板状体と磁性材からなるシャフトとからなる回転子を配置している。また、このロータリソレノイドは、ケースの一部を磁性材料とし、コイルへの通電時に、回転子、シャフト及びケースを経路とする磁気回路によってトルクを得る。この構造では、ヨークが不要になるため、ロータリソレノイドの小型化と部品点数の削減が可能となっている。しかしながら、この構造は、高トルクを得るという観点から大きな課題を持っている。

上記の構造では、コイルへの通電時に、回転子、シャフト及びケースを経路とする磁気回路によって磁力を発生する。したがって、シャフトとケースとは、互いに密着し、かつ、接触面積が大きい方が磁気回路の磁束漏れを防止できるので、高トルクが得やすくなる。しかし、シャフトとケースとが密着していると、回転時の摩擦抵抗が大きくなるので、トルクを減殺する作用を生じてしまう。

また、この構造では、コイルへの通電時に、回転子とケースとの間に生じる吸引力又は反発力によってシャフトを傾かせる力が働く。したがって、シャフトとコイルボビンとの間隙、及び、回転子とコイルボビンとの間隙は、シャフトの傾きを考慮しつつ両者が接触しないよう十分に確保する必要がある。しかし、この間隙は、大きくなればなるほど磁気回路に生じる磁束を減殺することになる。また、シャフトとコイルボビンとが接触すれば大きな摩擦抵抗を生じてトルクを減殺する。したがって、この構造において、高トルクを得るための改変を加えることは容易でない。
特開２００５−１７５３５８公報

本発明は、上記課題を解決するために、小型化が容易であり、同時に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、略円筒形状に形成されたコイルボビンと、前記コイルボビンの内部に配置された第１の永久磁石及び第２の永久磁石と、前記コイルボビンに金属の線条を巻回して形成されたコイルと、前記コイルボビンと一体的に設けられると共に、左右に回転自在になされたシャフトとを有するロータリソレノイドにおいて、前記コイルボビンは、外周面上に第１の縦溝及び第２の縦溝が互いに背向するように形成され、前記第１の永久磁石は、前記コイルボビンの内周面の前記第１の縦溝に背向する部位の近傍に配置され、前記第２の永久磁石は、前記コイルボビンの内周面の前記第２の縦溝に背向する部位の近傍に配置されると共に、前記第１の永久磁石と前記第２の永久磁石との着磁方向が逆向きになされ、前記コイルは、前記線条の一部が前記コイルボビンの前記第１の縦溝及び前記第２の縦溝の内部に配線されると共に、前記コイルへの通電時に前記第１の縦溝の内部に配線された部分を流れる電流と前記第２の縦溝の内部に配線された部分を流れる電流とが逆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、さらに、前記コイルボビンの内部に、かつ、前記第１の永久磁石と前記第２の永久磁石との間に介在するよう配置されると共に、略円筒形状に形成され、前記シャフトの一部が内部に挿入された内部固定磁極を有す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、略円筒形状に形成されたコイルボビンと、略円筒形状に形成されると共に、前記コイルボビンの内部に配置された永久磁石と、前記コイルボビンに金属の線条を巻回して形成されたコイルと、前記コイルボビンと一体的に設けられると共に左右に回転自在になされたシャフトとを有するロータリソレノイドにおいて、前記コイルボビンは、外周面上に第１の縦溝及び第２の縦溝が互いに背向するように形成され、前記永久磁石は、第１の極性部が前記コイルボビンの内周面の前記第１の縦溝に背向する部位の近傍に配置され、第２の極性部が前記コイルボビンの内周面の前記第２の縦溝に背向する部位の近傍に配置され、前記コイルは、前記線条の一部が前記コイルボビンの前記第１の縦溝及び前記第２の縦溝の内部に配線されると共に、前記コイルへの通電時に前記第１の縦溝の内部に配線された部分を流れる電流と前記第２の縦溝の内部に配線された部分を流れる電流とが上下逆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４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、さらに、前記永久磁石の内部に配置され、かつ、少なくとも側面の一部が前記永久磁石に接している内部固定磁極を有する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、前記コイルボビンは、外周面を周回するように、かつ、前記第１の縦溝及び前記第２の縦溝の上端部に接続するように形成された上部周回溝と、外周面を周回するように、かつ、前記第１の縦溝及び前記第２の縦溝の下端部に接続するように形成された下部周回溝とを備え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、前記コイルボビンは、前記第１の縦溝及び前記第２の縦溝に代えて、外周面の対向する部位に垂直方向に延びるように形成された第１のスリット及び第２のスリットが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７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記コイルボビンは、外周面を周回するように、かつ、前記第１のスリット及び前記第２のスリットの上端部に接続するように形成された上部周回溝と、外周面を周回するように、かつ、前記第１のスリット及び前記第２のスリットの下端部に接続するように形成された下部周回溝とを備え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８に記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の発明において、前記コイルボビンは、前記シャフトの基端部側に底部を有する有底円筒形状に形成されると共に、前記底部に略円弧形状のスリットが形成され、前記シャフトは、基端部が前記コイルボビンの前記底部に固着され、略棒状に形成されると共に、先端側を前記コイルボビンの前記底部の前記スリットに挿入した状態で保持されたストッパをさらに有することを特徴とするロータリソレノイドである。

請求項９に記載の発明は、請求項２又は請求項４に記載の発明において、外輪が前記内部固定磁極の内周面に嵌合され、内輪に前記シャフトが嵌合された軸受をさらに有す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、コイルをなす線条の一部を第１の永久磁石及び第２の永久磁石とコイルボビンを介して対向させ、かつ、コイルへの通電時に第１の永久磁石に対向している部分と第２の永久磁石に対向している部分に流れる電流が上下逆方向になるようにしたので、コイルに荷電粒子の流れができ、この荷電粒子の流れに対するローレンツ力によってトルクが得る構造にしたので、比較的大きなトルクを得ることができる。また、二つの永久磁石とコイルとの間に同時に吸引力又は反発力を生じるので、コイルボビンを傾かせる力を生じない。ひいては、コイルボビンと一体的に設けたシャフトが傾くことがない。

請求項２に記載の発明によれば、内部固定磁極が磁気回路の一部をなすので、コイルへ与えた電力をコイルボビン及びシャフトの回転力に効率よく変換できる。

請求項３に記載の発明によれば、コイルをなす線条の一部を第１の極性部及び第２の極性部とをコイルボビンを介して対向させ、かつ、コイルへの通電時に第１の極性部に対向している部分と第２の極性部に対向している部分に流れる電流が上下逆方向になるようにしたので、コイルに荷電粒子の流れができ、この荷電粒子の流れに対するローレンツ力によってトルクを得られる構造にしたので、比較的大きなトルクを得ることができる。また、二つの極性部とコイルとの間に同時に吸引力又は反発力を生じるので、コイルボビンを傾かせる力を生じない。ひいては、コイルボビンと一体的に設けたシャフトが傾くことがない。

請求項４に記載の発明によれば、内部固定磁極が磁気回路の一部をなすので、コイルへ与えた電力をコイルボビン及びシャフトの回転力に効率よく変換できる。

請求項５に記載の発明によれば、第１の縦溝及び第２の縦溝の上端部と下端部に接続する上部周回溝と下部周回溝とを形成したので、金属の線条を第１の縦溝及び第２の縦溝の内部に配置しつつコイルボビンの周側面に巻き付けてコイルを形成することが容易にできる。

請求項６に記載の発明によれば、第１の縦溝及び第２の縦溝に代えて第１のスリット及び第２のスリットを形成したので、コイルの線条が永久磁石とが直接的に対向することになるので、両者の間隙を必要最小限の距離とすることが容易になる。

請求項７に記載の発明によれば、第１のスリット及び第２のスリットの上端部と下端部に接続する上部周回溝と下部周回溝とを形成したので、金属の線条を第１の縦溝及び第２の縦溝の内部に配置しつつコイルボビンの周側面に巻き付けることによってコイルを形成することが容易にできる。

請求項８に記載の発明によれば、コイルボビンの回転を停止させるストッパ及びスリットを設けるための空間をコイルボビンの周囲に設ける必要がない。

請求項９に記載の発明によれば、内部固定磁極と一体的にシャフトの軸受を設けるので、コイルボビンの外側に軸受を設けるための場所を確保する必要がない。

［第１の実施の形態］
以下に、本発明の第１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、本発明の第１の実施例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はコイルボビン、２１は上部枠、２２ａ及び２２ｂは縦枠、２３は下部枠、２４はシャフト固着部、２５はビス穴、２６ａ及び２６ｂはガイド孔、２７は上部周回溝、２８ａは縦溝、２９は下部周回溝、４０は構造支持体、４１は内部固定磁極、４２ａ及び４２ｂは支持部、４３はエンドキャップ部、４４は貫通孔、４５ａ及び４５ｂはストッパ嵌合孔、４６はベアリング嵌合孔、４７及び４８は内周面、４９は段差面、５０ａ及び５０ｂは永久磁石、５１はケース、５２は開口部、５３はエンドキャップ、５４ａ及び５４ｂは端子孔、５５ａ及び５５ｂは端子、５６は保護板、５７は開口部、５８ａ及び５８ｂは端子孔、６０はコイル、６１は上部線条、６２ａ及び６２ｂは縦線条、６３は下部線条、６４はビス、６５及び６６はワッシャ、６７及び６８はボールベアリング、６９はフレキシブル配線板、７０はシャフト、７１は基端部、７２は中間部、７３は先端部、７４はビス穴、７５ａ及び７５ｂはストッパである。また、図２は、本発明の第１の実施例に係るロータリソレノイドを示す斜視図であり、（ａ）は端子側の斜視図、（ｂ）はシャフト先端側の斜視図である。図２の各符号は、全て図１と同じものを示す。なお、コイル６０については、図１及び図２を初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。

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５１に収納されており、（ａ）に示しているケース５１の端面には端子５５ａ及び５５ｂが、（ｂ）に示している端面にはシャフト７０が突出している。ロータリソレノイド１０の内部構造は、大別すると図１に示すように、内部構造を支持する台となる構造支持体４０と、構造支持体４０に対して一体的に設けた内部固定磁極４１、シャフト７０、ストッパ７５ａ及び７５ｂと、内部固定磁極４１の外周面に貼り付けた永久磁石５０ａ及び５０ｂと、これらを覆うように設けたコイルボビン２０と、コイルボビンの外周面に巻回したコイル６０と、さらにこれらを覆うように設けたケース５１を備えている。

以下にロータリソレノイド１０の細部の構造等について、図１に基づいて詳細に説明する。構造支持体４０は、支持部４２ａ及び４２ｂと、エンドキャップ部４３で構成される。支持部４２ａ及び４２ｂは、エンドキャップ部４３から端子５５ａ及び５５ｂに向かって立ち上がるように形成されており、外周面は凸状円弧面、内周面は平坦面となっている。また、これら支持部の内周面同士は正対しており、かつ、エンドキャップ部４３の中心がこれらの中間となるように配置されている。また、これらの内周面同士は、内部固定磁極４１を間に嵌合するために好適な間隔に設定されている。さらに、支持部４２ａ及び４２ｂの頂部（シャフト７０の基端側）には、ストッパ７５ａ及び７５ｂを嵌合して固着するためのストッパ嵌合孔４５ａ及び４５ｂが形成されている。なお、この実施の形態では、構造支持体４０の材料として、磁性材料と非磁性材料とのいずれを用いることもできる。

ストッパ７５ａ及び７５ｂは、先端側が。エンドキャップ部４３は、略円盤形状に形成され、縁辺及びその近傍が肉薄になるような段差が形成されており、支持部４２ａ及び４２ｂは中心寄りの肉厚の部分から立ち上がっている。また、中心及びその近傍をベアリング嵌合孔４６としており、ベアリング嵌合孔４６にはボールベアリング６８が嵌合される。

さらに、図３（ｂ）に示すように、ベアリング嵌合孔４６の内周面４８には、ボールベアリング６８の厚みに相当する高さの位置に、シャフト７０の基端側（上側）が縮径するような段差を形成している。したがって、ボールベアリング６８をベアリング嵌合孔４６に圧入するときに、ボールベアリング６８がこの段差に当接したところで圧入を止めることができるので、ボールベアリング６８を過剰に押し込むことを防止できる。また、構造支持体４０の肉薄の部分と肉厚の部分との段差面４９は、コイルボビン２０の下部枠２３との間にわずかな間隙を持つように形成されている。段差面４９とコイルボビン２０の下部枠２３と間隙は、非常に小さくなるよう設定されている。したがって、コイルボビン２０の回転時に、何らかの要因によってコイルボビン２０の下部枠２３側が揺動する、つまり、コマが首を振りながら回転するのと同様の状態になると、下部枠２３の内周面３６が段差面４９に接触することによって下部枠２３の揺動を抑制する。

コイルボビン２０は、図１に示すように、下部枠２３から縦枠２２ａ及び２２ｂが立ち上がるように形成され、さらに縦枠２２ａ及び２２ｂの頂部（シャフト７０の基端側）に上部枠２１が形成されている。下部枠２３及び上部枠２１は、コイルワイヤとも呼ばれる銅の線条を巻回するために円環形状に形成されている。縦枠２２ａ及び２２ｂは、シャフト７０が介在するように配置され、シャフト７０の中心軸が中間位置となる。

コイルボビン２０について、図３及び図５に基づいてさらに詳細に説明する。図３は、本発明の第１の実施例に係るロータリソレノイドの断面説明図（１）であり、（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ線断面図である。図３において、２８ｂは縦溝、３０は凹部、３４ａ及び３４ｂは縦枠、３９は内周面、５９は凹部、６２ｂは縦線条であり、他の符号は図１と同じものを示す。また、図５は、第１の実施の形態に係るコイルボビンを示す斜視図である。図５において、３０は凹部、３１ａ及び３１ｂは切欠、３２ａは貫通孔、３３はテーパ部、３５は天板部、３６は内周面、３７ａ及び３７ｂは切欠である。

図３（ｂ）に示すように、コイルボビン２０は、樹脂からなり、上部枠２１の下側に蓋状の天板部３５が形成されており、上部枠２１の内周面３９と天板部３５の上面とによって図５に示す凹部３０を構成している。凹部３０は、後述するように、端子５５ａ及び５５ｂとコイル６０を構成する線条との接続手段であるフレキシブル配線板６９を収納するための空間となっている。また、凹部３０の中央には、シャフト固着部２４が上部枠２１よりもエンドキャップ５３側に突出するように形成されている。これは、シャフト固着部２４をエンドキャップ５３に向かって長く延ばすことによって、シャフト７０とコイルボビン２０とが固着されている部分の面積が大きくなり、両者の固着状態をより強固なものにできることによる。

さらに、シャフト固着部２４は、その中央にビス穴２５が形成されている。シャフト７０は、先端部７３側をシャフト固着部２４に挿入した状態でビス６４とワッシャ６５及び６６によって固着されており、コイルボビン２０とシャフト７０とは一体的に設けられている。したがって、コイルボビン２０が回転すると、これにつれてシャフト７０も回転する。また、天板部３５には、ガイド孔２６ａ及び２６ｂが形成されている。ガイド孔２６ａ及び２６ｂは、略円弧状になされたスリットであり、天板部３５の中心、すなわちシャフト７０の中心軸に対して点対称となるような位置及び形状になされている。前述したストッパ７５ａ及び７５ｂは、先端側がガイド孔２６ａ及び２６ｂに挿入されている。したがって、コイルボビン２０の回転は、ストッパ７５ａとストッパ７５ｂとの先端側がガイド孔２６ａとガイド孔２６ｂの縁辺にそれぞれ当接したところで規制されることになる。したがって、ロータリソレノイド１０において得られるシャフト７０の回転角は、ガイド孔２６ａ及び２６ｂの長さに応じて、おおむね１０度以上から１８０度弱の範囲で任意に設定できる。

また、図５に示している下部枠２３の内周面３６は、図３（ｂ）に示すように、構造支持体４０の段差面４９にきわめて近接しているが、内周面３６と段差面４９とが常時接触してコイルボビン２０の回転を妨げることのない程度の公差を設定している。したがって、前述したように、コイルボビン２０が安定的に回転しているときは内周面３６と段差面４９とが接触することはないが、回転中にコイルボビン２０の下部枠２３側が揺動したときには、段差面４９との接触によって揺動が抑えられるので、シャフト７０のトルクが安定する利点がある。なお、図３（ｂ）に示すように、コイルボビン２０の天板部３５の下面は、内部固定磁極４１及びボールベアリング６７の上面にかなり近接しているが、これらについても常時接触してコイルボビン２０の回転を妨げることのないような公差としている。

コイルボビン２０の上部枠２１及び下部枠２３には、図５に示すように、これらの周方向にそれぞれ上部周回溝２７と下部周回溝２９とを形成している。さらに、縦枠２２ａ及び２２ｂに縦溝２８を形成し、縦枠３４ａ及び３４ｂにも図示していない縦溝を形成している。これらの溝を形成することによって、コイルボビン２０に線条を巻き付ける際に、所定の部位をはずれて巻き付けることを防止できるようにしている。さらに、上部周回溝２７の下側には、テーパ面３３を形成している。テーパ面３３は、上部周回溝２７の端部近傍に巻回している線状が上部周回溝２７の縁辺に掛かったときに、その線条がテーパ面３３を滑り降りて上部周回溝２７に収まるようにするために形成している。なお、このようなテーパ面は、図示していないが下部周回溝２９側にも形成している。さらに、縦溝２８と上部周回溝２７とを接続している部分と、縦溝２８と下部周回溝２９とを接続している部分との角部に切欠３１ａ及び３１ｂと、切欠３７ａ及び３７ｂとをそれぞれ形成している。これらの切欠も線条を巻き付けやすくするために形成している。なお、図示していないが、縦枠３４ａ及び３４ｂにも同様の切欠を形成している。

コイル６０は、図１に示すように、コイルボビン２０の構成、すなわち上部枠２１、縦枠２２ａ及び２２ｂ、並びに下部枠２３に対応して、金属の線条を巻回し、上部線条６１、縦線条６２ａ及び６２ｂ、並びに下部線条６３からなる構成としている。この実施の形態では、図５に示している上部枠２１に形成した貫通孔３２ａの内周面３９側から挿入した線条を、まず上部周回溝２７を通って縦溝２８を下向きに通し、下部周回溝２０を半周した後、さらに縦溝２８と反対側の縦溝を上向きに通し、次に上部周回溝２７の貫通孔３２ａがない側を半周した後、再び縦溝２８を下向きに通し、次に下部周回溝２０の先に通さなかった側を半周した後、さらに縦溝２８と反対側の縦溝を上向きに通し、次に上部周回溝２７の貫通孔３２ａがある側を半周し、以降これを繰り返すように巻回することによってコイル６０を形成している。

コイル６０の通電時には、縦線条６２ａを流れる電流と縦線条６２ｂを流れる電流とは、上下逆方向となる。なお、線条を巻回する順序はこれの例に限られるものではないが、コイルボビン２０の回転時における揺動を防止するために、下部周回溝２０の片側ともう一方の側に巻回する巻数は同じ回数とすることが好ましい。また、コイル６０の材料は銅に限られるものではなく、コイルの形成に好適な金属はいずれのものでも採用できる。さらに、図３（ｃ）はコイル６０の非通電時の状態を示しているが、この図に示すようにコイル６０の非通電時には、縦線条６２ａ及び６２ｂは永久磁石５０ａ及び５０ｂの端部付近に位置している。このように配置することによって、コイル６０の通電時にコイルボビン２０の回転角を大きくすることが可能になる。

内部固定磁極４１は、磁性材料からなり、図１及び図３（ｂ）に示すように筒状に形成されている。また、構造支持体４０の支持部４２ａ及び４２ｂとの間に嵌合されており、さらに接着剤で構造支持体４０に固着されている。さらに、支持部４２ａ及び４２ｂに覆われていない側面には、永久磁石５０ａ及び５０ｂが接着剤によって固着されている。くわえて、貫通孔４４の上側開口には、ボールベアリング６７が嵌合されている。なお、上側開口の内周面４７には、ボールベアリング６７の厚みに相当する深さの位置に、シャフト７０の先端側（下側）が縮径するような段差を形成している。したがって、ボールベアリング６７を貫通孔４４に圧入するときに、ボールベアリング６７がこの段差に当接したところで圧入を止めることができるので、ボールベアリング６７を過剰に押し込むことを防止できる。

永久磁石５０ａ及び５０ｂは、内側面が凹状円弧面に、外側面が凸状円弧面にそれぞれ形成され、かつ、内側面の曲率中心と外側面の曲率中心とがシャフト７０の中心軸と一致している。また、図３（ｂ）及び図４（ｂ）から分かるように、永久磁石５０ａ及び５０ｂはコイルボビン２０と内部固定磁極４１との間の円筒形状の狭い空間内に設けられており、永久磁石５０ａ及び５０ｂとコイル６０の縦線条６２ａ及び６２ｂとの間隙は非常に小さい。さらに、永久磁石５０ａ及び５０ｂの外周面は、上下方向の全幅に渡って縦線条６２ａ及び６２ｂに面している。したがって、この実施の形態においては、永久磁石５０ａ及び５０ｂの外周面全体がトルクの生成に寄与していると言える。

永久磁石５０ａは、シャフト７０に対向している内周面側がＮ極、外周面側がＳ極となるように着磁されている。また、永久磁石及び５０ｂは、シャフト７０に対向している内周面側がＳ極、外周面側がＮ極となるように着磁されている。なお、これらの着磁方向は、シャフト７０の中心軸を中心として扇状に広がるように方向付けられていることが好ましい。すなわち、扇状に着磁した場合、ロータリソレノイド１０を平面視したときに、永久磁石５０ａ及び５０ｂの磁力線の方向は、内側面又は外側面の任意の部位の接線に対して直交する方向となる。コイル６０を構成する各線条は、コイルボビン２０が回転しているときに仮想的円弧面を描くように移動するので、永久磁石５０ａ及び５０ｂの磁力線の方向は、この仮想的円弧面とも直交することになる。つまり、コイル６０の各線条を仮想的円弧面の接線方向に動かす力は、永久磁石５０ａ及び５０ｂをこのように着磁すると最も大きくなる。言い換えれば、最も効率的にトルクを得ることが可能な着磁形態となる。なお、永久磁石５０ａ及び５０ｂは、それぞれ図１０と逆方向に着磁されていてもよい。

ケース５１は、図１に示すように、略円筒形状に形成され、その両端部を閉止する蓋として、エンドキャップ５３と、構造支持体４０のエンドキャップ部４３とが嵌合されている。また、ケース５１は磁性材料からなり、後述するように、コイル６０への通電時に、内部固定磁極４１、並びに永久磁石５０ａ及び５０ｂと共に磁気回路を構成する。したがって、ケース５１は、ロータリソレノイド１０の内部機構を保護する機能と、外部固定磁極としての機能を併せ持っている。エンドキャップ５３は、略円盤形状に形成され、縁辺及びその近傍が肉薄になるような段差が形成されており、この段差部がケース５１の開口部５２に嵌合される。また、エンドキャップ５３の肉厚の部分には、端子５５ａ及び５５ｂを外部へ導出するために、端子孔５４ａ及び５４ｂが形成されている。さらに、図３（ｂ）に示すように、エンドキャップ５３は、ビス６４の頭部がエンドキャップ５３に当接してコイルボビン２０及びシャフト７０の回転を妨げることを防止するために、その下面に凹部５９が形成されている。

保護板５６は、絶縁性材料によって略円盤形状に形成されており、中央には開口部５７が形成され、さらに端子５５ａ及び５５ｂを配線する位置に端子孔５８ａ及び５８ｂが形成されている。開口部５７は、図３（ｂ）に示すように、コイルボビン２０のシャフト固着部２４が保護板５６に接触してシャフト７０及びコイルボビン２０の回転を妨げることを防止するために形成されている。端子孔５８ａ及び５８ｂは、それぞれ端子５５ａ及び５５ｂを挿通するために形成されており、保護板５６は挿通した端子５５ａ及び５５ｂによって保持されている。後述するように、フレキシブル配線板６９は、その一部がコイルボビン２０の回転に伴って動く。端子５５ａ及び５５ｂとフレキシブル配線板６９との間に何もないと、ロータリソレノイド１０を長期間使用するうちにフレキシブル配線板６９が製造当初とは異なる状態に変形し、それに伴って端子５５ａ及び５５ｂまでも変形し、ねじれや接触による絶縁不良、断線などを起こすことが考えられる。そこで、保護板５６を設けることによって端子５５ａ及び５５ｂの変形を防止している。なお、保護板５６の移動を防止するために、保護板５６の縁辺のいずれかに舌状の突出部を形成し、この突出部をケース５１の内周面に接着してもよい。さらに、保護板５６に代えて同形状のリジッド配線板を設け、このリジッド配線板にダイオードや磁気センサなど設けてもよい。

図４は、本発明の第１の実施例に係るロータリソレノイドの断面説明図（２）であり、（ａ）は側面図、（ｂ）はＣ−Ｃ線断面図である。図４において、３２ｂは貫通孔であり、その他の符号は、図１及び図３と同じものを示す。フレキシブル配線板６９は、帯状に形成されおり、コイルボビン２０の凹部３０に収納されている。また、フレキシブル配線板６９の一端部の接続ランドには、図５及び図４（ｂ）に示したコイルボビン２０の貫通孔３２ａ及び３２ｂを介して内周面３９側に引き入れたコイル６０の線条の端部を半田付けしている（半田付け部分は記載を省略している）。さらに、図示していないが、フレキシブル配線板６９の他端部の接続ランドには、端子５５ａ及び５５ｂの先端部が半田付けされている。両端部の接続ランドの間の部分は、コイルボビン２０の内周面３９にほぼ沿った状態で配置されているが、端子５５ａ及び５５ｂの近傍部分は、端子５５ａ及び５５を螺旋状に取り巻くように配置されている。したがって、コイルボビン２０の回転時には、コイル６０を構成する線条に接続された側が回転につれて移動するが、端子５５ａ及び５５ｂの近傍部分が螺旋状の遊びとなっているので、端子５５ａ及び５５ｂに対して強い張力が働くことはない。

シャフト７０は、先端部７３、中間部７２、基端部７１の順に段階的に縮径している。さらに、シャフト７０は、中間部７２がボールベアリング６８を介して構造支持体４０に、ボールベアリング６７を介して内部固定磁極４１に左右に回転自在な状態で支持されている。さらに、前述のように、シャフト７０の先端部にはビス穴７４が形成されており、シャフト７０はビス６４とワッシャ６５及び６６によってコイルボビン２０と固着されている。したがって、シャフト７０は、軸受となる二つのボールベアリングによって強固に支持されているので、先端部７３にコイルボビン２０を接続していても、コイルボビン２０の慣性モーメントによる回転むらや揺動などを低減することができる。本実施の形態におけるシャフト７０は、磁性、非磁性いずれの材料であっても動作する。なお、特に大きなトルクを必要とする場合などにおいては、磁性材料を用いることが好ましく、電磁ステンレスが特に好ましい。

次に、本発明の第１の実施の形態に係るロータリソレノイド１０の動作について説明する。図８は、本発明の第１の実施の形態に係るロータリソレノイドの動作を示す斜視図（１）である。また、図９は、本発明の第１の実施の形態に係るロータリソレノイドの動作を示す斜視図（２）である。さらに、図１０は、通電方向と回転方向との関係を示す断面図である。図８、図９及び図１０において用いた符号は、図１、図３及び図４と同じものを示す。なお、図１０においては、ハッチングを省略している。

図８は、図３及び図４に相当する。すなわち、コイル６０の縦線条６２ａと縦線条６２ｂとは、それぞれ永久磁石５０ａと永久磁石５０ｂの側端近傍に位置している。また、ストッパ７５ａとストッパ７５ｂとの先端側は、コイルボビン２０のガイド孔２６ａとガイド孔２６ｂとの縁辺にそれぞれ当接している。ここで、コイル６０へ通電し、縦線条６２と縦線条６２ｂとに図１０に示す方向に電流が流れると、永久磁石５０ａ及び５０ｂの近傍に荷電粒子の流れができ、この荷電粒子に流れに対するローレンツ力が発生する。

そうすると、図１０に示すように、コイル６０に対する左回りの力が働いて、縦線条６２ａが永久磁石５０ｂの外周側を通り抜けて永久磁石５０ａへ向かい、縦線条６２ｂが永久磁石５０ａの外周側を通り抜けて永久磁石５０ｂへ向ように回転する。このとき、シャフト７０もコイルボビン２０と一体的に回転する。また、フレキシブル配線板６９のコイル６０を半田付けした側の端部も同様に回転するが、端子５５ａ及び５５ｂの近傍に螺旋状の遊びを設けているので、端子５５ａ及び５５ｂに対して強い張力が働くことはない。コイルボビン２０が図９に示している所定角度まで回転すると、ストッパ７５ａとストッパ７５ｂとの先端側がコイルボビン２０のガイド孔２６ａとガイド孔２６ｂとの反対側の縁辺にそれぞれ当接するので、コイルボビン２０の回転は停止する。

コイルボビン２０が回転し切った状態において、図１０とは逆方向に電流を流すと、コイルボビン２０を上記とは反対方向に動かすローレンツ力が働くので、コイルボビン２０には右回りの力が働く。したがって、コイルボビン２０は、図８に示した元の位置、すなわちストッパ７５ａとストッパ７５ｂとの先端側がコイルボビン２０のガイド孔２６ａとガイド孔２６ｂとの縁辺にそれぞれ当接する角度（方向）まで逆回転する。

なお、コイルボビン２０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５１の内部又は外部に設けた弦巻バネなどの手段をシャフト７０及びコイルボビン２０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、コイルボビン２０が図９に示す角度まで回転したところでコイル６０への通電を止めると、弦巻バネなどの手段の働きによってコイルボビン２０が元の角度に戻るように動作するようになる。

以上説明したように、第１の実施の形態に係るロータリソレノイド１０においては、シャフト７０と一体的に回転する構成とすると共に、略円筒状のコイルボビン２０の内側に永久磁石５０ａ及び５０ｂを配置し、かつ、永久磁石５０ａ及び５０ｂとコイル６０の縦線条６２ａ及び縦線条６２ｂとをごく狭い間隙で対向させ、さらに、磁気回路を永久磁石５０ａ及び５０ｂ、ケース５１及び内部固定磁極４１だけで構成するようにしたので、周辺空間への磁束漏れが少なくなり、発生した磁束を効率的にトルクに変換することができる。くわえて、コイルボビン２０の内部空間に内部固定磁極４１などの構成要素を配置している上に、ケース５１の内部に大きな間隙を設ける必要がない。したがって、ロータリソレノイドの小型化を図る上で極めて好適な構成である。また、内部固定磁極４１などの固定的な構成要素と、コイルボビン２０などの可動的な構成要素との間にボールベアリング６７及び６８を設けているので、摩擦抵抗によるトルクの減衰を低減することが可能となる。さらに、ボールベアリング６７及び６８によって強固に保持されたシャフト７０に対してコイルボビン２０を固着しているので、コイルボビン２０が回転中に周辺物に接触してトルクが減衰することを低減できる。また、コイルボビン２０及びコイル６０の構成をシャフト７０の中心軸に対して点対称となるように配置しているので、質量が特定の一点に集中するなどアンバランスな構成になることがない。よって、コイルボビン２０の回転中に、アンバランスな構成に起因するコイルボビン２０の揺動を低減することが可能となる。したがって、ロータリソレノイド１０は、小型化が容易であり、同時に高トルクを得るのに好適な構造を持っている。

［第２の実施の形態］
以下に、本発明の第２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詳細に説明する。図６は、本発明の第２の実施例に係るロータリソレノイドのコイルボビンを示す斜視図である。図６において、３８はスリットであり、その他の符号は図５と同じものを示す。また、図７は、本発明の第２の実施例に係るロータリソレノイドを示す横断面図である。図７において用いた符号は、図３と同じものを示す。

第２の実施の形態に係るロータリソレノイド１０は、コイルボビン２０の縦枠２２ａと縦枠２２ｂとの間を縦溝２８とするのではなく、スリット３８としている。縦枠３４ａと縦枠３４ｂについても同様の構成としている。したがって、この実施の形態においては、コイル６０の縦線条６２ａと縦線条６２ｂとが永久磁石５０ａと永久磁石５０ｂとに対してむき出しの状態で対向している。その他の構成は、第１の実施の形態に係るロータリソレノイド１０と同じである。したがって、この実施の形態においては、コイル６０の巻数がさほど多くなく、永久磁石５０ａ及び永久磁石５０ｂ側に線条が膨出する可能性が低いロータリソレノイドに好適である。

以上のように、第２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６０の縦線条６２ａと縦線条６２ｂとが永久磁石５０ａと永久磁石５０ｂとの間にごく狭い空間のみが介在する構造としたので、これらの間隙を極限まで狭めることができ、さらに磁束漏れを低減することができる。したがって、第１の実施の形態に係るロータリソレノイド１０と同様に小型化することが可能になると共に、より大きなトルクを得ることができる。

［第３の実施の形態］
以下に、本発明の第３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詳細に説明する。図１１は、本発明の第３の実施例に係るロータリソレノイドの永久磁石とその周辺構造を示す斜視図である。図１１において、５０は永久磁石であり、その他の符号は図１と同様である。また、図１２は、通電方向と回転方向との関係を示す断面図である。図１２において用いた符号は、図１及び図１１と同じものを示す。なお、図１２においては、ハッチングを省略している。

第３の実施の形態に係るロータリソレノイド１０は、第１の実施の形態の永久磁石５０ａ及び５０ｂに代えて永久磁石５０を設けている。すなわち、永久磁石５０は、底部のない略円筒形状に形成され、縦枠２２ａと縦枠２２ｂとの間に嵌合される。さらに縦枠２２ａ及び縦枠２２ｂの外周面と永久磁石の内周面とは接着されている。永久磁石５０の厚みは、図１の永久磁石５０ａ及び５０ｂと同じであり、コイルボビン２０との間にわずかな間隙を設けている。また、図１２に示すように、永久磁石５０は、縦線条６２ａの近傍の部分がＮ極、縦線条６２ｂの近傍の部分がＳ極となるように着磁されている。その他の部分の構成は、すべて第１の実施の形態と同じである。したがって、コイル６０へ通電すると、永久磁石５０の外周側が永久磁石５０ａ及び５０ｂと同様の極性を持つことから、第１の実施の形態と同様に図１２の矢印の方向に回転する。

この実施の形態においては、永久磁石の容積は大きくなるが、その分より大きなトルクを得られるという利点がある。なお、この実施の形態においては、永久磁石５０と支持部４２ａ及び４２ｂとを短絡する不要な磁気回路の生成を防止するために、構造支持体４０は非磁性材料で形成することが非常に望ましい。

［第４の実施の形態］
以下に、本発明の第４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詳細に説明する。図１３は、本発明の第３の実施例に係るロータリソレノイドの永久磁石とその周辺構造を示す斜視図である。また、図１４は、通電方向と回転方向との関係を示す断面図である。図１３及び図１４において用いた符号は、図１１及び図１２と同じものを示す。なお、図１４においては、ハッチングを省略している。

第４の実施の形態に係るロータリソレノイド１０は、第１の実施の形態の固定内部磁極４１と永久磁石５０ａ及び５０ｂとに代えて永久磁石５０を設けている。すなわち、永久磁石５０は、第１の実施の形態における固定内部磁極４１と永久磁石５０ａ及び５０ｂとを合わせた形状に形成され、支持部４２ａと支持部４２ｂとの間に嵌合されている。また、図１４に示すように、永久磁石５０は、縦線条６２ａの近傍の部分がＮ極、縦線条６２ｂの近傍の部分がＳ極となるように着磁されている。その他の部分の構成は、すべて第１の実施の形態と同じである。したがって、コイル６０へ通電すると、永久磁石５０の外周側が永久磁石５０ａ及び５０ｂと同様の極性を持ち、永久磁石５０が内部固定磁極としての作用も発揮するので、第１の実施の形態と同様に図１４の矢印の方向に回転する。

この実施の形態においては、永久磁石の容積は大きくなり、さらに縦枠２２ａと縦枠２２ｂとの間に嵌合するときに亀裂や欠けを生じない材料を選択する必要があるが、その分より大きなトルクを得られるという利点がある。なお、この実施の形態においては、永久磁石５０と支持部４２ａ及び４２ｂとを短絡する不要な磁気回路の生成を防止するために、構造支持体４０は非磁性材料で形成することが非常に望ましい。

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、ケース、エンドキャップ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巻回順序などについては、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。また、各実施の形態に係るロータリソレノイドの構成を説明する際に述べた各部の変形例は、他の実施の形態に係るロータリソレノイドにおいても、構造的な矛盾を生じない限りにおいて好ましく適用できる。

本発明の第１の実施例に係るロータリソレノイドの分解斜視図である。 本発明の第１の実施例に係るロータリソレノイドを示す斜視図であり、（ａ）は端子側の斜視図、（ｂ）はシャフト先端側の斜視図である。 本発明の第１の実施例に係るロータリソレノイドの断面説明図（１）であり、（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の第１の実施例に係るロータリソレノイドの断面説明図（２）であり、（ａ）は側面図、（ｂ）はＣ−Ｃ線断面図である。 第１の実施の形態に係るコイルボビンを示す斜視図である。 本発明の第２の実施例に係るロータリソレノイドのコイルボビンを示す斜視図である。 本発明の第２の実施例に係るロータリソレノイドを示す横断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るロータリソレノイドの動作を示す斜視図（１）である。 本発明の第１の実施の形態に係るロータリソレノイドの動作を示す斜視図（２）である。 通電方向と回転方向との関係を示す断面図である。 本発明の第３の実施例に係るロータリソレノイドの永久磁石とその周辺構造を示す斜視図である。 通電方向と回転方向との関係を示す断面図である。 本発明の第３の実施例に係るロータリソレノイドの永久磁石とその周辺構造を示す斜視図である。 通電方向と回転方向との関係を示す断面図である。

符号の説明

１０ ロータリソレノイド
２０ コイルボビン
２１ 上部枠
２２ａ 縦枠
２２ｂ 縦枠
２３ 下部枠
２４ シャフト固着部
２５ ビス穴
２６ａ ガイド孔
２６ｂ ガイド孔
２７ 上部周回溝
２８ 縦溝
２９ 下部周回溝
３０ 凹部
３１ａ 切欠
３１ｂ 切欠
３２ａ 貫通孔
３２ｂ 貫通孔
３３ テーパ面
３４ａ 縦枠
３４ｂ 縦枠
３５ 天板部
３６ 内周面
３７ａ 切欠
３７ｂ 切欠
３８ スリット
３９ 内周面
４０ 構造支持体
４１ 内部固定磁極
４２ａ 支持部
４２ｂ 支持部
４３ エンドキャップ部
４４ 貫通孔
４５ａ ストッパ嵌合孔
４５ｂ ストッパ嵌合孔
４６ ベアリング嵌合孔
４７ 内周面
４８ 内周面
４９ 段差面
５０ 永久磁石
５０ａ 永久磁石
５０ｂ 永久磁石
５１ ケース
５２ 開口部
５３ エンドキャップ
５４ａ 端子孔
５４ｂ 端子孔
５５ａ 端子
５５ｂ 端子
５６ 保護板
５７ 開口部
５８ａ 端子孔
５８ｂ 端子孔
５９ 凹部
６０ コイル
６１ 上部線条
６２ 縦線条
６２ａ 縦線条
６２ｂ 縦線条
６３ 下部線条
６４ ビス
６５ ワッシャ
６６ ワッシャ
６７ ボールベアリング
６８ ボールベアリング
６９ フレキシブル配線板
７０ シャフト
７１ 基端部
７２ 中間部
７３ 先端部
７４ ビス穴
７５ａ ストッパ
７５ｂ ストッパ

Claims (9)

1. 略円筒形状に形成されたコイルボビンと、
   前記コイルボビンの内部に配置された第１の永久磁石及び第２の永久磁石と、
   前記コイルボビンに金属の線条を巻回して形成されたコイルと、
   前記コイルボビンと一体的に設けられると共に、回転自在になされたシャフトとを有するロータリソレノイドにおいて、
   前記コイルボビンは、外周面上に第１の縦溝及び第２の縦溝が互いに背向するように形成され、
   前記第１の永久磁石は、前記コイルボビンの内周面の前記第１の縦溝に背向する部位の近傍に配置され、前記第２の永久磁石は、前記コイルボビンの内周面の前記第２の縦溝に背向する部位の近傍に配置されると共に、前記第１の永久磁石と前記第２の永久磁石との着磁方向が逆向きになされ、
   前記コイルは、前記線条の一部が前記コイルボビンの前記第１の縦溝及び前記第２の縦溝の内部に配線されると共に、前記コイルへの通電時に前記第１の縦溝の内部に配線された部分を流れる電流と前記第２の縦溝の内部に配線された部分を流れる電流とが逆方向となることを特徴とするロータリソレノイド。
2. さらに、前記コイルボビンの内部に、かつ、前記第１の永久磁石と前記第２の永久磁石との間に介在するよう配置されると共に、略円筒形状に形成され、前記シャフトの一部が内部に挿入された内部固定磁極を有す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. 略円筒形状に形成されたコイルボビンと、
   略円筒形状に形成されると共に、前記コイルボビンの内部に配置された永久磁石と、
   前記コイルボビンに金属の線条を巻回して形成されたコイルと、
   前記コイルボビンと一体的に設けられると共に左右に回転自在になされたシャフトとを有するロータリソレノイドにおいて、
   前記コイルボビンは、外周面上に第１の縦溝及び第２の縦溝が互いに背向するように形成され、
   前記永久磁石は、第１の極性部が前記コイルボビンの内周面の前記第１の縦溝に背向する部位の近傍に配置され、第２の極性部が前記コイルボビンの内周面の前記第２の縦溝に背向する部位の近傍に配置され、
   前記コイルは、前記線条の一部が前記コイルボビンの前記第１の縦溝及び前記第２の縦溝の内部に配線されると共に、前記コイルへの通電時に前記第１の縦溝の内部に配線された部分を流れる電流と前記第２の縦溝の内部に配線された部分を流れる電流とが上下逆方向となることを特徴とするロータリソレノイド。
4. さらに、前記永久磁石の内部に配置され、かつ、少なくとも側面の一部が前記永久磁石に接している内部固定磁極を有する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. 前記コイルボビンは、外周面を周回するように、かつ、前記第１の縦溝及び前記第２の縦溝の上端部に接続するように形成された上部周回溝と、
   外周面を周回するように、かつ、前記第１の縦溝及び前記第２の縦溝の下端部に接続するように形成された下部周回溝とを備え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. 前記コイルボビンは、前記第１の縦溝及び前記第２の縦溝に代えて、外周面の対向する部位に垂直方向に延びるように形成された第１のスリット及び第２のスリットが形成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。
7. 前記コイルボビンは、外周面を周回するように、かつ、前記第１のスリット及び前記第２のスリットの上端部に接続するように形成された上部周回溝と、
   外周面を周回するように、かつ、前記第１のスリット及び前記第２のスリットの下端部に接続するように形成された下部周回溝とを備えていることを特徴とする請求項６に記載のロータリソレノイド。
8. 前記コイルボビンは、前記シャフトの基端部側に底部を有する有底円筒形状に形成されると共に、前記底部に略円弧形状のスリットが形成され、
   前記シャフトは、基端部が前記コイルボビンの前記底部に固着され、
   略棒状に形成されると共に、先端側を前記コイルボビンの前記底部の前記スリットに挿入した状態で保持されたストッパをさらに有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のロータリソレノイド。
9. 外輪が前記内部固定磁極の内周面に嵌合され、内輪に前記シャフトが嵌合された軸受をさらに有することを特徴とする請求項２又は請求項４に記載のロータリソレノイド。

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