(57)【要約】【課題】  小型化に好適な構造を有するソレノイド弁を提供すること。【解決手段】  回転する構成要素である上部巻枠２０、下部巻枠３０及びコイル４０に囲まれた空間内に内部固定磁極５０を配置し、シャフト７７はボールベアリング６４を介して内部固定磁極５０に支持されている。さらに、永久磁石５４ａ及び５４ｂの両端面を支持体５５ａの永久磁石支持部５７ａと支持体５５ｂの永久磁石支持部５７ｂによって支持することによって、これらの永久磁石の外周面と内周面との双方にコイル４０を構成する線条の一部を対向させている。したがって、永久磁石の外周面と内周面の双方にコイルを配線することによって従来構造よりも多くのローレンツ力を生成でき、さらに磁極の一部と軸受をコイルボビンに相当する構成の内部においたので、小型化が容易になっている。【選択図】  図１
2010182903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右に回転自在に設けられたシャフトと、
前記シャフトと一体的に設けられたコイルボビンと、
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、
前記シャフトの近傍に配置された第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に配置された内部固定磁極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、前記内部固定磁極が介在するように配置された第１の巻枠部と第２の巻枠部とを備え、これらの第１の巻枠部及び第２の巻枠部は前記シャフトが挿通され、
前記内部固定磁極は、貫通孔が形成されると共に、この貫通孔に前記シャフトが挿通されたことを特徴とするロータリソレノイド。
【請求項２】
さらに、内輪に前記シャフトが嵌合され、外輪が前記内部固定磁極の前記貫通孔に嵌合されると共に、前記シャフトを左右に回転自在に支持する軸受を有し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。
【請求項３】
前記コイルは、前記線条の一部が前記第１の永久磁石と前記第２の永久磁石との各々の内側面及び外側面に対して対向するように設けられると共に、前記コイルへの通電時に、前記線条の前記第１の永久磁石の内側面及び外側面に対向する部分を流れる電流が第１の方向となり、かつ、前記線条の前記第２の永久磁石の内側面及び外側面に対向する部分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請求項１又は請求項２に記載のロータリソレノイド。
【請求項４】
前記コイルボビンは、前記第１の巻枠部に前記シャフトを挿通した第１の開口部と、前記コイルの前記線条のこれらの永久磁石の内側面に対向する部分を挿通した第２の開口部及び第３の開口部が形成され、前記第２の巻枠部に前記シャフトを挿通した第４の開口部と、前記コイルの前記線条のこれらの永久磁石の内側面に対向する部分を挿通した第５の開口部及び第６の開口部が形成され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。
【請求項５】
ケースと、
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と共に、前記ケース及び前記内部固定磁極に固定され、かつ、前記第１の永久磁石及び前記第２の永久磁石を支持する支持体とをさらに有す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。
【請求項６】
前記ケースは、溝が内周面に垂直方向に延びるように形成され、
前記支持体は、端部が前記ケースの前記溝に嵌合されていることを特徴とする請求項５に記載のロータリソレノイド。
【請求項７】
前記軸受は、ボールベアリング又はニードルベアリングであることを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか一項に記載のロータリソレノイド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１７２３５３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、前記シャフトと一体的に設けられたコイルボビンと、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、前記シャフトの近傍に配置された第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に配置された内部固定磁極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、前記内部固定磁極が介在するように配置された第１の巻枠部と第２の巻枠部とを備え、これらの第１の巻枠部及び第２の巻枠部は前記シャフトが挿通され、前記内部固定磁極は、貫通孔が形成されると共に、この貫通孔に前記シャフトが挿通されたことを特徴とするロータリソレノイドである。
【０００９】
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、内輪に前記シャフトが嵌合され、外輪が前記内部固定磁極の前記貫通孔に嵌合されると共に、前記シャフトを左右に回転自在に支持する軸受を有していることを特徴とするロータリソレノイドである。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記コイルは、前記線条の一部が前記第１の永久磁石と前記第２の永久磁石との各々の内側面及び外側面に対して対向するように設けられると共に、前記コイルへの通電時に、前記線条の前記第１の永久磁石の内側面及び外側面に対向する部分を流れる電流が第１の方向となり、かつ、前記線条の前記第２の永久磁石の内側面及び外側面に対向する部分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。
【００１１】
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、前記コイルボビンは、前記第１の巻枠部に前記シャフトを挿通した第１の開口部と、前記コイルの前記線条のこれらの永久磁石の内側面に対向する部分を挿通した第２の開口部及び第３の開口部が形成され、前記第２の巻枠部に前記シャフトを挿通した第４の開口部と、前記コイルの前記線条のこれらの永久磁石の内側面に対向する部分を挿通した第５の開口部及び第６の開口部が形成されたことを特徴とするロータリソレノイドである。
【００１２】
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、ケースと、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と共に、前記ケース及び前記内部固定磁極に固定され、かつ、前記第１の永久磁石及び前記第２の永久磁石を支持する支持体と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。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記ケースは、溝が内周面に垂直方向に延びるように形成され、前記支持体は、端部が前記ケースの前記溝に嵌合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。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項２から請求項６のいずれか一項に記載の発明において、前記軸受は、ボールベアリング又はニードルベアリングであることを特徴とすることを特徴とするロータリソレノイドである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、内部固定磁極をコイルボビンを構成する第１の巻枠部及び第２の巻枠部の間に配置し、これらを貫くようにシャフトを設けるので、実質的にコイルボビンの内部に内部固定磁極を配置できる。したがって、コイルボビンの外周周辺に配置していた従来技術の構造よりも、内部固定磁極の配置スペースを大幅に縮小することが可能となる。さらに、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。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、シャフトを支持する軸受を内部固定磁極の貫通孔に嵌合しているので、シャフトの支持手段もコイルボビンの内部に設けることができ、支持手段の配置スペースを大幅に縮小できる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、第１の永久磁石及び第２の永久磁石の内側面と外側面との両面にコイルを構成する線条の一部を対向させているので、内側面に対向する線条と、外側面に対向する線条との双方にローレンツ力が働く。したがって、従来技術による同程度の大きさのロータリソレノイドよりも大きなトルクが得られる。ひいては、ロータリソレノイドの小型化が可能となる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、第１の巻枠部に第１ないし第３の開口部、第２の巻枠部に第４ないし第６の開口部を形成したので、これらの巻枠部にシャフトを挿通し、さらに第１の永久磁石及び第２の永久磁石の内側面にコイルの線条を対向させることが容易になる。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、支持体をケース及び内部固定磁極に固定し、かつ、２つの永久磁石を支持するようにしたので、比較的簡単な構造で２つの永久磁石を強固に支持することができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明によれば、ケースに溝が垂直方向に延びるように形成されているので、ケース内への支持体の挿入と嵌合とを同時に実行できる。
【００２１】
請求項７に記載の発明によれば、軸受を安価なボールベアリング又はニードルベアリングとしたので、ロータリソレノイドの製造コストの低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】回転部分の支持構造を示す断面斜視図である。
【図２】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３】本発明の実施の形態に係るロータリソレノイドを示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態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線断面図である。
【図５】本発明の実施の形態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Ｂ−Ｂ線断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】上部巻枠及び下部巻枠の回転停止構造を示す分解斜視図である。
【図７】上部巻枠の説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【図８】コイルとその周辺部の構成を示す斜視図（１）である。
【図９】コイルとその周辺部の構成を示す斜視図（２）である。
【図１０】本発明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である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係るコイルの巻回順序を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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２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。また、図３は、本発明の実施の形態に係るロータリソレノイドを示す斜視図である。図２において、１０はロータリソレノイド、２０は上部巻枠、２１ａ及び２１ｂは側方配線路、２４ｂ線条支持部、２７及び２８は分離配線路、２９は貫通孔、３０は下部巻枠、３１ａ及び３１ｂは側方配線路、３４ａ及び３４ｂは線条支持部、３５ａ及び３５ｂは開口部、３９は貫通孔、４０はコイル、４１ａ及び４１ｂは外側縦線条、４２ａ及び４２ｂは内側縦線条、４３及び４４は上部線条、４４及び４５は下部線条、４７はボールベアリング、４８は貫通孔、５０は内部固定磁極、５１ａ及び５１ｂは嵌合溝、５２ａ及び５２ｂはビス孔、５３は開口部、５４ａ及び５４ｂは永久磁石、５５ａ及び５５ｂは支持体、５６ａ及び５６ｂは嵌合部、５７ａ及び５７ｂは永久磁石支持部、５８ａ及び５８ｂは嵌合部、５９ａ及び５９ｂはビス孔、６０はケース、６１ａ及び６１ｂは嵌合溝、６２ａ及び６２ｂはビス孔、６３はナット、６４はボールベアリング、６５ａ及び６５ｂはビス、６６はストッパ、６７は肉薄部、６８ｂは当接面、６９はスリット、７０はワッシャ、７１はスペーサ、７２はワッシャ、７３はエンドキャップ、７４ａ、７４ｂ、７４ｃ及び７４ｄは通気孔、７５は開口部、７６は段差、７７はシャフト、７８は基端部、７９は先端部である。なお、コイル４０については、図２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。図３の各符号は、全て図２と同じものを示す。
【００２４】
図３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６０に収納されている。ケース６０は、放熱性を良くするために、上面にエンドキャップを設けない開放型の構造としている。したがって、上部巻枠２０などは、ロータリソレノイド１０の上面に露出している。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。また、ロータリソレノイド１０の内部構造は、図２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２０と下部巻枠３０、コイル４０、シャフト７７などが設けられている。さらに、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５０、永久磁石５４ａ及び５４ｂ、支持体５５ａ及び５５ｂ、ボールベアリング４７及び６４、ストッパ６６などを備えている。
【００２５】
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２、図４、図５、図７、図８及び図９に基づいて詳細に説明する。図４は、本発明の実施の形態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線断面図である。また、図５は、本発明の実施の形態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Ｂ−Ｂ線断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ線断面図である。さらに、図７は、上部巻枠の説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。また、図８は、コイルとその周辺部の構成を示す斜視図（１）である。くわえて、図９は、コイルとその周辺部の構成を示す斜視図（２）である。また、図４において、２２及び３２はシャフト保持部あり、他の符号は図２と同じものを示す。また、図５において、３７及び３８は側方配線路であり、他の符号は図２と同じものを示す。さらに、図５において、２３ａ及び２３ｂは当接部、２４ａは線条支持部、２５ａ及び２５ｂは開口部、２６ａ及び２６ｂは当接部であり、他の符号は図２及び図４と同じものを示す。図７において、２２はシャフト保持部であり、他の符号は図２と同じものを示す。また、図８の各符号は、全て図２と同じものを示す。図９において、８０は分岐点を示し、他の符号は図２と同じものを示す。
【００２６】
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説明する。この実施の形態のコイルボビンは、図２に示すように、上部巻枠２０と下部巻枠３０とに完全に分離した構造としている。上部巻枠２０は、中心寄りの部分を概ね短い円筒形状とし、この部分から側方配線路２１ａ及び２１ｂが左右に張り出した外形としている。側方配線路２１ａ及び２１ｂは、道路側溝のように上方を開放した形状になされている。また、分離配線路２７と分離配線路２８とは、図５（ａ）に示すように、シャフト保持部２２の周囲を半周ずつ取り巻くように形成されており、それぞれ側方配線路２１ａと側方配線路２１ｂとを連結している。側方配線路２１ａ及び２１ｂは、それぞれ開口部２５ａと開口部２５ｂとが形成されており、開口部２５ａ及び２５ｂの先端側の部位には線条支持部２４ａ及び２５ｂが形成されている。
【００２７】
シャフト保持部２２は、図４（ｂ）に示すように、分離配線路２７及び２８よりも肉厚に形成されている。さらに、シャフト保持部２２の中心部には、図２に示すように、シャフト７７を挿通するための貫通孔２９が形成されている。シャフト保持部２２は、シャフト７７に対して傾きを生じないように、つまりシャフト７７の中心軸と上部巻枠２０の回転軸とが一致した状態になるように、他の部分よりも厚くしている。上部巻枠２０はナット６３による締め付けによってシャフト７７に固定されている。なお、より確実に固定するために、貫通孔２９の内周面に接着剤を塗布し、この接着剤によってシャフト７７に接着する手段を併用することが好ましい。また、下部巻枠３０は、上部巻枠２０を上下反転した状態で配置される。下部巻枠３０の側方配線路３１ａ及び３１ｂ、シャフト保持部３２、線条支持部３４ａ及び３４ｂ、開口部３５ａ及び３５ｂ、分離配線路３７及び３８及び貫通孔３９は、上部巻枠２０のそれぞれに対応する部分と全く同一形状である。
【００２８】
また、上部巻枠２０と下部巻枠３０とは、図２及び図４（ｂ）に示すように、分離配線路２７及び２８と、分離配線路３７及び３８とが互いに背を向けるように配置されている。また、上部巻枠２０と下部巻枠３０との間には、ワッシャ７０、ボールベアリング６４及びスペーサ７１が介在しており、上部巻枠２０と下部巻枠３０との間隔はこれらの介在するものの高さの合計値となる。さらに、上部巻枠２０と下部巻枠３０との間には、永久磁石５４ａ及び５４ｂが配置されている。上部巻枠２０及び下部巻枠３０と、永久磁石５４ａ及び５４ｂとは、きわめて近接しているが、これらが接触して上部巻枠２０及び下部巻枠３０の回転を妨げることのない程度の公差を設定している。なお、上部巻枠２０と下部巻枠３０との間隔は、スペーサ７１の高さを適宜変更することによって自在に変更することができる。
【００２９】
側方配線路２１ａ及び２１ｂと、側方配線路３１ａ及び３１ｂとは、コイルワイヤとも呼ばれるコイル４０の一部をなす線条の一部が永久磁石５４ａ及び５４ｂの内側面（シャフト７７側）及び外側面（ケース６０側）に対して対向した状態とするために設けている。すなわち、上部巻枠２０と下部巻枠３０との間には、永久磁石５４ａ及び５４ｂを配置している。永久磁石５４ａ及び５４ｂの内側面と外側面とに対して対向するように、外側縦線条４１ａ及び４１ｂと、内側縦線条４２ａ及び４２ｂとをそれぞれ配置している。すなわち、図２に示している外側縦線条４１ａと外側縦線条４１ｂとは、線条支持部２４ａ及び２５ｂの先端と、線条支持部３４ａ及び３５ｂの先端とを結ぶように垂直に配線されている。さらに、内側縦線条４２ａと内側縦線条４２ｂとは、開口部２５ａ及び２５ｂと、開口部３５ａ及び３５ｂとを結ぶように垂直に配線されている。
【００３０】
したがって、コイル４０は、図８に示すように、外側縦線条４１ａと内側縦線条４２ａ、及び、外側縦線条４１ｂと内側縦線条４２ｂは、それぞれ永久磁石５４ａ及び５４ｂが介在した状態で垂直に且つ平行に設けられている。なお、永久磁石５４ａ及び５４ｂの内側面及び外側面に対して、外側縦線条４１ａ及び４１ｂと、内側縦線条４２ａ及び４２ｂとは、きわめて近接しているが、これらが接触して上部巻枠２０及び下部巻枠３０の回転を妨げることのない程度の公差を設定している。
【００３１】
また、コイル４０は、前述の縦線条の他に、上部線条４３及び４４と、下部線条４５及び４６とで構成されている。図９に示すように、上部線条４３及び４４は、分岐点８０において分かれて、それぞれ分離配線路２７と分離配線路２８とを通るように配線されている。また、下部線条４５及び４６も同様に配線されている。また、コイル４０の外形は、シャフト７７の中心軸に対してほぼ点対称となっている。したがって、シャフト７７に加わるコイル４０、上部巻枠２０及び下部巻枠３０の加重は、例えば分離配線路２８が分離配線路２７側よりも重い、あるいは側方配線路２１ａ側が重いなどということがなく、シャフト７７の中心軸に対してバランスが取れた構成となっている。このように構成したことにより、コイル４０が回転しているときに、加重のアンバランスに起因してシャフト７７が揺動するようなことがほとんどない。
【００３２】
ここで、コイル４０の巻回順序について説明する。図１１は、本発明の実施の形態に係るコイルの巻回順序を示す斜視図である。図１１において、８１は及び８２は外部引出し線条であり、他の符号は図２と同じものを示す。コイル４０の巻回順序は、ケース６０の外部に導出されている外部引出し線条８１を基点として、上部巻枠２０の線条支持部２４ａから側方配線路２１ａ、分離配線路２８及び側方配線路２１ｂを経由して線条支持部２４ｂへ向かい、次に線条支持部２４ｂの端部を回って下部巻枠３０の線条支持部３４ｂへ向かう。さらに、線条支持部３４ｂから側方配線路３１ｂ、分離配線路３７及び側方配線路３１ａを経由し、開口部３５ａを抜けて開口部２５ａへ向かう。次に、開口部２５ａを抜けて、分離配線路２７を経由して開口部２５ｂへ向かう。今度は、開口部２５ｂを抜けて開口部３５ｂへ向かい、開口部３５ｂを抜けた後に分離配線路３８及び側方配線路３１ａを経由し、線条支持部３４ａへ向かう。さらに、線条支持部３４ａから線条支持部２４ａに戻る。この線条支持部２４ａから線条支持部２４ａへ戻る巻回順序を所定回数繰り返した後に、線条支持部２４ａから終点である外部引出し線条８２に至る。以上の巻回順序によって、通電時における外側縦線条４１ａ及び４１ｂと、内側縦線条４２ａ及び４２ｂとの後述する電流の方向を実現している。なお、外側縦線条４１ａ及び内側縦線条４２ａと、外側縦線条４１ｂ及び内側縦線条４２ｂは、より大きなローレンツ力を得るために、永久磁石５４ａと永久磁石５４ｂとの内側面及び外側面の上端から下端まで、すなわち内側面及び外側面の全面にわたって平行となるように設けられていることが好ましい。
【００３３】
図２に戻って、ボールベアリング６４は、外輪が内部固定磁極５０の開口部５３に嵌合され、内輪にはシャフト７７の基端部７８が挿入される。シャフト７７は先端部７９に負荷が接続される。また、基端部７８は、図示を省略しているが、ナット６３をねじ込むためのねじ山が形成されている。また、先端部７９と基端部７８との境界には、基端部７８が縮径するような段差７６が形成されている。くわえて、先端部７９の径はワッシャ７２の内径よりも太く形成されている。さらに、基端部７８には、ワッシャ７２、下部巻枠３０、スペーサ７１、ボールベアリング６４、ワッシャ７０及び上部巻枠２０の順で挿入されている。このように挿入した状態において、基端部７８のねじ山にナット６３をねじ込んで締め付けると、図５（ｂ）に示すように、ワッシャ７２、下部巻枠３０、スペーサ７１、ボールベアリング６４、ワッシャ７０及び上部巻枠２０は、シャフト７７の段差７６とナット６３との間に締め付けられて一体となる。なお、スペーサ７１及びワッシャ７０の外径は、ボールベアリング６４の内輪の外径よりも小さいので、スペーサ７１及びワッシャ７０がボールベアリング６４の外輪には接触しない。したがって、シャフト７７、ワッシャ７２、下部巻枠３０、７１はスペーサ、ワッシャ７０、上部巻枠２０及びナット６３は、内部固定磁極５０に支持されたボールベアリング６４を軸受として左右に自在に回転する。
【００３４】
さらに、前述した回転する構成要素の回転を規制する構造について説明する。図６は、上部巻枠及び下部巻枠の回転停止構造を示す分解斜視図である。図６において、４９は回転範囲、６８ａは当接面であり、その他の符号は、図２及び図５と同じものを示す。下部巻枠３０等をケース６０に組み込んだ状態においては、下部巻枠３０の近傍にストッパ６６が配置されている。ストッパ６６は、図２に示すように、その上部を肉薄部６７としており、肉薄部６７の中央にはスリット６９が形成されている。スリット６９には、支持体５５ｂの嵌合部５６ｂの下部が嵌合される。なお、後述するように、嵌合部５６ｂはケース６０にも嵌合されているので、ストッパ６６はケース６０と一体的に固定されている。下部巻枠３０の側方配線路３１ａ及び３１ｂは、回転に従って左右に回転移動するが、ストッパ６６がすぐ近傍に配置されているので、所定角度回転したところで側方配線路３１ａと側方配線路３１ｂとのいずれかがストッパ６６に当接し、下部巻枠３０はそれ以上回転しなくなる。言い換えれば、側方配線路３１ａと側方配線路３１ｂとがなす角度である回転範囲４９を適宜設定すれば、例えば側方配線路３１ａ及び３１ｂを先端側が放射状（扇状）に開いた形状とする、あるいは、ストッパ６６に当接させるための突起を設けることによって回転角度を自在に設定できる。なお、図６ではストッパ６６を支持体５５ｂの側に設けているが、支持体５５ａ側に設けてもよい。この場合、下部巻枠３０等の回転は、側方配線路３１ａ及び３１ｂの反対側の面によって規制されることになる。さらには、ストッパ６６を上下反転させて、上部巻枠２０と当接するようにしてもよい。
【００３５】
ところで、下部巻枠３０は、その縁辺部に当接部３３ａ及び３３ｂと、当接部３６ａ及び３６ｂとが形成されている。当接部３３ａと当接部３３ｂとは、同じ大きさの段差状に形成されており、互いに対向するような向きに形成されている。また、側方配線路３１ａ及び３１ｂを挟んだ反対側の縁辺にも、同じ形状の当接部３６ａ及び３６ｂが形成されている。さらに、図５（ａ）に示すように、上部巻枠２０にも、全く同じ形状及び配置で当接部２３ａ及び２３ｂと、当接部２６ａ及び２６ｂとが形成されている。これらの当接部は、ロータリソレノイド１０の組立時に、永久磁石５４ａ及び５４ｂが内部固定磁極５０に吸着されて作業を妨げることのないように両者の間に置くジグの位置決めに利用する。すなわち、ジグを当接部３３ａと当接部３３ｂなど向かい合う当接部の間に軽く嵌め込むことによって位置決めが簡単にでき、作業が容易になる。なお、置いたジグは、永久磁石５４ａ及び５４ｂの取り付け後に引き抜けばよい。
【００３６】
次に、ロータリソレノイド１０の固定的な構成要素について、図２に基づいて説明する。内部固定磁極５０は、コイル４０への通電時に永久磁石５４ａ及び５４ｂ及びケース６０と共に磁気回路を構成する。さらに、前述のようにシャフト７７の軸受であるボールベアリング６４が嵌合されており、回転する構成要素を支持する役割も持つ。また、内部固定磁極５０は、互いに背向する位置に嵌合溝５１ａと嵌合溝５１ｂが垂直方向に形成されており、さらに嵌合溝５１ａと嵌合溝５１ｂとの中央にビス孔５２ａ及び５２ｂが形成されている。嵌合溝５１ａと嵌合溝５１ｂとは、支持体５５ａの嵌合部５８ａと支持体５５ｂの嵌合部５８ｂが嵌合される。
【００３７】
支持体５５ａ及び５５ｂは、略円弧板状に形成された永久磁石支持部５７ａ及び５７ｂと、これらの凹面側から突出した嵌合部５８ａ及び５８ｂと、凸面側から突出した嵌合部５６ａ及び５６ｂとで構成されている。永久磁石支持部５７ａ及び５７ｂは、左右両側面に永久磁石５４ａ及び５４ｂの側面が接着される。嵌合部５８ａと嵌合部５８ｂは、前述のように、それぞれ嵌合溝５１ａと嵌合溝５１ｂとに嵌合される。さらに、支持体５５ａの永久磁石支持部５７ａと嵌合部５６ａとが交差する部位、及び支持体５５ｂの永久磁石支持部５７ｂと嵌合部５６ｂとが交差する部位にはビス孔５９ａ及び５９ｂが形成されている。
【００３８】
ケース６０は、その内周面に嵌合部５６ａと嵌合部５６ｂが嵌合される嵌合溝６１ａ及び６１ｂが形成されている。また、後述するように、コイル４０への通電時に、永久磁石５４ａ及び５４ｂ、並びに内部固定磁極５０と共に磁気回路を構成する。したがって、ケース６０は、内部機構を保護する機能の他に、外部固定磁極としての機能を併せ持っている。さらに、嵌合溝６１ａ及び６１ｂの中央には、ビス孔６２ａ及び６２ｂが形成されている。ビス６５ａ及び６５ｂは、ケース６０のビス孔６２ａ及び６２ｂ、支持体５５ａのビス孔５９ａ及び支持体５５ｂのビス孔５９ｂ、内部固定磁極５０のビス孔５２ａ及び５２ｂを貫くようにねじ込まれる。したがって、内部固定磁極５０と支持体５５ａ及び５５ｂとは、図５（ｂ）及び（ｃ）に示すように、ケース６０に対して前述の嵌込構造とビス６５ａ及び６５ｂとによってしっかりと固定されている。また、永久磁石５４ａ及び５４ｂは、支持体５５ａ及び５５ｂに挟まれ、かつ、接着されることによって固定されている。なお、永久磁石５４ａ及び５４ｂの左右両端面と、永久磁石支持部５７ａ及び５７ｂとに噛み合うような凹凸を形成し、永久磁石５４ａ及び５４ｂがさらに強固に固定されるようにしてもよい。
【００３９】
エンドキャップ７３は、図５（ｂ）に示すように、ケース６０のシャフト７７の先端部７９側に嵌合される。また、エンドキャップ７３の中央には、開口部７５が形成され、さらにその周囲に貫通孔７４ａ、７４ｂ、７４ｃ及び７４ｄが形成されている。開口部７５には、ボールベアリング４７が嵌合される。ボールベアリング４７の貫通孔４８にシャフト７７の先端部７９が嵌合されており、シャフト７７はボールベアリング４７の内輪と一体的に回転する。したがって、シャフト７７の先端部７９はボールベアリング４７によって支持されており、シャフト７７の回転時に先端部７９側に加わる負荷によってシャフト７７が揺動（首振り）することを防止する。また、貫通孔７４ａ、７４ｂ、７４ｃ及び７４ｄは、ロータリソレノイド１０の組立時に、ネジ止めを容易にするために形成している。
【００４０】
シャフト７７は、基端部７８側が先端部７９よりも縮径しており、境界が段差７６となっている。また、シャフト７７は、基端部７８の端部近傍に図示しないねじ山が形成されており、前述のようにナット６３がねじ込まれる。また、シャフト７７は、ボールベアリング４７及びボールベアリング６４によって支持されているので、コイル４０等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７７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。
【００４１】
次に、ロータリソレノイド１０の回転する構成要素を支持する構造について説明する。図１は、回転部分の支持構造を示す断面斜視図である。図１の各符号は、全て図２と同じものを示す。前述のように、シャフト７７には、先端部７９側から順に、ボールベアリング４７、エンドキャップ７３、ワッシャ７２、下部巻枠３０、スペーサ７１、内部固定磁極５０、ボールベアリング６４、ワッシャ７０、上部巻枠２０を挿通しており、最後にナット６３で締め付けている。また、シャフト７７は、ボールベアリング６４の内輪に嵌合される一方、外輪が内部固定磁極５０に嵌合されている。したがって、シャフト７７の軸受であるボールベアリング６４に左右に回転自在に支持されていると共に、内部固定磁極５０によって間接的に支持されている。さらに、内部固定磁極５０は、支持体５５ａ及び５５ｂを介してケース６０に固定されている。結局のところ、シャフト７７は、ボールベアリング６４、内部固定磁極５０、支持体５５ａ及び５５ｂを介してケース６０に間接的に支持されている。
【００４２】
また、ボールベアリング６４の内輪は、その上面がナット６３による締め付けによってワッシャ７０の下面に圧接している。さらに、ワッシャ７０の上面は、上部巻枠２０の下面に圧接している。同様に、この内輪の下面はスペーサ７１の上端に圧接しており、さらに、スペーサ７１の下端は下部巻枠３０の上面に圧接している。したがって、コイルボビンを構成する上部巻枠２０及び下部巻枠３０は、それぞれワッシャ７０とスペーサ７１とを介してボールベアリング６４の内輪に支持されている。したがって、上部巻枠２０及び下部巻枠３０は、シャフト７７と一体的に左右に自在に回転する。また、これらの回転は、下部巻枠３０がストッパ６６に当接する角度範囲に規制されているので、上部巻枠２０及び下部巻枠３０が支持体５５ａの嵌合部５６ａ又は支持体５５ｂの嵌合部５６ｂに衝突することはない。
【００４３】
前述のように、永久磁石５４ａ及び５４ｂは、その両端面が支持体５５ａの永久磁石支持部５７ａと支持体５５ｂの永久磁石支持部５７ｂによって支持されている。永久磁石５４ａ及び５４ｂの外周面と内周面とには、コイル４０の外側縦線条４１ａ及び４１ｂと、内側縦線条４２ａ及び４２ｂとがわずかな間隙をおいて対向している。これらの縦線条は、ケース６０に対して間接的に支持されたシャフト７７を中心として同心円を描くように回転するので、回転時における永久磁石５４ａ及び５４ｂの間隙は一定に保たれ、接近して接触するようなことはない。
【００４４】
以上のように、ロータリソレノイド１０は、回転する構成要素である上部巻枠２０、下部巻枠３０及びコイル４０に囲まれた空間、すなわちコイルボビンの内部に相当する空間内に内部固定磁極５０を配置し、さらにシャフト７７がボールベアリング６４を介して内部固定磁極５０に支持されるという複雑な構造としているが、シャフト等の回転する構成要素は安定的に支持されている。さらに、永久磁石５４ａ及び５４ｂの両端面を支持体５５ａの永久磁石支持部５７ａと支持体５５ｂの永久磁石支持部５７ｂによって支持することによって、これらの永久磁石の外周面と内周面との双方にコイル４０を構成する線条の一部を対向させることを実現している。くわえて、前述のように、支持体５５ａ及び５５ｂはケース６０に対して強固に固定されているので、よほど強い衝撃が加わらない限り、永久磁石５４ａ及び５４ｂと内部固定磁極５０との間隙が変化することはない。したがって、ロータリソレノイド１０は、回転する構成要素の中に固定的な構成要素を設けるという複雑な構造でありながら、長期間使用しても各部が変形しにくく安定的にトルクを得られる構造になっている。ひいては、ロータリソレノイドとしての特性の変化が小さいという利点がある。
【００４５】
次に、本発明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１０は、本発明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である。図１０において用いた符号は、図１と同じものを示す。
【００４６】
図１０において、コイル４０の外側縦線条４１ａと内側縦線条４２ａとは永久磁石５４ａの中央（中間）近傍を、同時に、外側縦線条４１ｂと内側縦線条４２ｂとは永久磁石５４ｂの中央（中間）近傍を両側から挟み込むように位置している。ここで、コイル４０へ通電すると、外側縦線条４１ａ及び内側縦線条４２ａには矢印Ａの方向に、さらに外側縦線条４１ｂ及び内側縦線条４２ｂには矢印Ｂの方向に、すなわち２組の線条にそれぞれ逆方向となる電流が流れる。このとき、永久磁石５４ａ及び５４ｂ、ケース６０及び内部固定磁極５０を巡る磁気回路が発生する。
【００４７】
そうすると、外側縦線条４１ａ及び内側縦線条４２ａと、外側縦線条４１ｂ及び内側縦線条４２ｂ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ずるローレンツ力が働いて外側縦線条４１ａ及び内側縦線条４２ａを矢印Ｃ、外側縦線条４１ｂ及び内側縦線条４２ｂを矢印Ｄの方向に動かす。そうすると。コイル４０の回転に伴って下部巻枠３０等もシャフト７７を中心として回転する。そして、図６に示したストッパ６６の当接面６８ａに下部巻枠３０が当接すると、そこで回転が停止する。
【００４８】
回転が停止した状態において、今度は図１０とは逆方向に電流を流すと、外側縦線条４１ａ及び内側縦線条４２ａと、外側縦線条４１ｂ及び内側縦線条４２ｂとを矢印Ｃ，Ｄとは逆方向に動かす。そうすると。コイル４０の回転に伴って下部巻枠３０等もシャフト７７を中心として逆回転する。そして、図６に示したストッパ６６の当接面６８ｂに下部巻枠３０が当接すると、そこで回転が停止する。
【００４９】
なお、下部巻枠３０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６０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下部巻枠３０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、下部巻枠３０等が所定角度まで回転したところでコイル４０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下部巻枠３０等が元の角度に戻るように動作するようになる。
【００５０】
以上説明したように、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４０の外側縦線条４１ａと内側縦線条４２ａとが永久磁石５４ａの外周面と内周面を、外側縦線条４１ｂと内側縦線条４２ｂとが永久磁石５４ｂの外周面と内周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４０電流を流すことによって。永久磁石５４ａ及び５０ｂの外周面側と内周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、ロータリソレノイドの構成要素の中で大きな容量を占めることが多い永久磁石５４ａ及び５０ｂや内部固定磁極５０がコイルボビンを構成する上部巻枠２０及び下部巻枠３０とコイル４０からなるスペース内に置き、かつ、上部巻枠２０等とシャフトと、ボールベアリングを介して一体にしたので、この点からも小型化が容易であると言える。また、内部固定磁極５０などの固定的な構成要素と、シャフト７７などの可動的な構成要素との間にボールベアリング６４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６４の他に、ボールベアリング４７によってシャフト７７を案内しているので、シャフト７７の揺動を防止することができる。また、上部巻枠２０及び下部巻枠３０とコイル４０との構成をシャフト７７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、シャフト７７の回転中に、アンバランスな構成に起因するシャフト７７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。
【００５１】
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、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。
【符号の説明】
【００５２】
１０ ロータリソレノイド
２０ 上部巻枠
２１ａ 側方配線路
２１ｂ 側方配線路
２２ シャフト保持部
２３ａ 当接部
２４ａ 線条支持部
２４ｂ 線条支持部
２５ａ 開口部
２５ｂ 開口部
２６ａ 当接部
２６ｂ 当接部
２７ 分離配線路
２８ 分離配線路
２９ 貫通孔
３０ 下部巻枠
３１ａ 側方配線路
３１ｂ 側方配線路
３２ シャフト保持部
３３ａ 当接部
３３ｂ 当接部
３４ａ 線条支持部
３４ｂ 線条支持部
３５ａ 開口部
３５ｂ 開口部
３６ａ 当接部
３６ｂ 当接部
３７ 分離配線路
３８ 分離配線路
３９ 貫通孔
４０ コイル
４１ 内部固定磁極
４１ａ 外側縦線条
４１ｂ 外側縦線条
４２ａ 内側縦線条
４２ｂ 内側縦線条
４３ 上部線条
４４ 上部線条
４５ 下部線条
４６ 下部線条
４７ ボールベアリング
４８ 貫通孔
４９ 回転範囲
５０ 内部固定磁極
５１ａ 嵌合溝
５１ｂ 嵌合溝
５２ａ ビス孔
５２ｂ ビス孔
５３ 開口部
５４ａ 永久磁石
５４ｂ 永久磁石
５５ａ 支持体
５５ｂ 支持体
５６ａ 嵌合部
５６ｂ 嵌合部
５７ａ 永久磁石支持部
５７ｂ 永久磁石支持部
５８ａ 嵌合部
５８ｂ 嵌合部
５９ａ ビス孔
５９ｂ ビス孔
６０ ケース
６１ａ 嵌合溝
６１ｂ 嵌合溝
６２ａ ビス孔
６２ｂ ビス孔
６３ ナット
６４ ボールベアリング
６５ａ ビス
６５ｂ ビス
６６ ストッパ
６７ 肉薄部
６８ａ 当接面
６８ｂ 当接面
６９ スリット
７０ ワッシャ
７１ スペーサ
７２ ワッシャ
７３ エンドキャップ
７４ａ 貫通孔
７４ｂ 貫通孔
７４ｃ 貫通孔
７４ｄ 貫通孔
７５ 開口部
７６ 段差
７７ シャフト
７８ 基端部
７９ 先端部
８０ 分岐点
８１ 外部引出し線条
８２ 外部引出し線条
【図１】
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【図２】
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【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】
2010182903.tif 000009
【図８】
2010182903.tif 000010
【図９】
2010182903.tif 000011
【図１０】
2010182903.tif 000012
【図１１】
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