(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心に主磁極を有する電磁コイルと、該電磁コイルを支持すると共に前記主磁極と磁気的に結合された固定ヨークと、単極着磁された２個のマグネットと、該両マグネットを互いに異なる磁極が前記電磁コイルにエアギャップを介して対向するよう並置した状態で固着する平面部を有するスイングヨークと、該スイングヨークを回動自在に支持し前記平面部に直交すると共に前記主磁極と平行な出力軸とを有し、前記スイングヨークを前記出力軸の中心と前記主磁極の中心とを結ぶ中心線に対して正逆方向にそれぞれ所定の角度θ揺動させるようにしたロータリーソレノイドにおいて、
前記固定ヨークには、前記電磁コイルの外周位置の両側において前記主磁極とほぼ同じ高さに立ち上げた突起部がそれぞれ形成され、
該両突起部はそれぞれ、前記スイングヨークの揺動範囲において、前記両マグネットの互いの隣り合うそれぞれの内側縁部のうち一方のマグネットの内側縁部が前記主磁極に最も近接するときに、他方のマグネットにおける前記内側縁部との反対側の外側縁部に最も近接するよう配置されており、
かつ、前記スイングヨークの揺動を正逆方向にそれぞれ所定の角度θの範囲に規制するストッパが設けられ、
該スイングヨークが正逆の一方側（若しくは他方側）に揺動して前記ストッパにより規制された際、一方側（若しくは他方側）の前記マグネットの揺動方向における磁気中心が一方側（若しくは他方側）の前記突起部の揺動方向における中心より他方側（若しくは一方側）に位置し、他方側（若しくは一方側）の前記マグネットの揺動方向における磁気中心が前記主磁極の中心より他方側（若しくは一方側）に位置していることを特徴とするロータリーソレノイド。
【請求項２】
前記スイングヨークが正逆の一方側（若しくは他方側）に揺動して前記ストッパにより規制された際、前記両マグネットの少なくとも何れかは、一方側（若しくは他方側）の前記突起部或いは前記主磁極に対し軸方向に重なる部分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】
該スイングヨークが正逆の一方側（若しくは他方側）に揺動して前記ストッパにより規制された際、一方側（若しくは他方側）の前記マグネットにおける一方側の外側縁部が一方側（若しくは他方側）の前記突起部の揺動方向におけるほぼ中心に位置していることを特徴とする請求項１に記載のロータリーソレノイド。
【請求項４】
該スイングヨークが正逆の一方側（若しくは他方側）に揺動して前記ストッパにより規制された際、他方側（若しくは一方側）の前記マグネットにおける一方側の内側縁部が前記主磁極のほぼ中心に位置していることを特徴とする請求項１に記載のロータリーソレノイド。
【請求項５】
中心に主磁極を有する電磁コイルと、該電磁コイルを支持すると共に前記主磁極と磁気的に結合された固定ヨークと、単極着磁された２個のマグネットと、該両マグネットを互いに異なる磁極が前記電磁コイルにエアギャップを介して対向するよう並置した状態で固着する平面部を有するスイングヨークと、該スイングヨークを回動自在に支持し前記平面部に直交すると共に前記主磁極と平行な出力軸とを有し、前記スイングヨークを前記出力軸の中心と前記主磁極の中心とを結ぶ中心線に対して正逆方向にそれぞれ所定の角度θ揺動させるようにしたロータリーソレノイドにおいて、
前記固定ヨークには、前記電磁コイルの外周位置の両側において前記主磁極とほぼ同じ高さに立ち上げた突起部がそれぞれ形成され、
該両突起部はそれぞれ、前記スイングヨークの揺動範囲において、前記両マグネットの互いの隣り合うそれぞれの内側縁部のうち一方のマグネットの内側縁部が前記主磁極に最も近接するときに、他方のマグネットにおける前記内側縁部との反対側の外側縁部に最も近接するよう配置されており、
前記２個のマグネットのそれぞれの隣り合う内側縁部は前記出力軸の中心を通る近似直線部を形成しており、該両マグネットは、それぞれの前記近似直線部が、前記出力軸の中心を通り該スイングヨークを２等分する中央線に対して、正逆方向にそれぞれ前記所定の角度θとほぼ同じになるように前記スイングヨークに配置され、前記スイングヨークが一方側又は他方側に揺動して停止した際、前記スイングヨークにおける他方側又は一方側の前記マグネットの内側縁部の近似直線部は前記主磁極のほぼ中心に一致するように構成されることを特徴とするロータリーソレノイド。
【請求項６】
前記２個のマグネットはそれぞれほぼ長方形状に形成され、前記２個のマグネットは、それぞれの隣り合う内側縁部の近似直線部が前記スイングヨークの中央線に対して正逆方向に前記所定の角度θとほぼ同じになるように配置され、前記突起部端面の前記出力軸を中心とした角度が前記出力軸中心と主磁極中心とを結ぶ直線に対してほぼ２θの角度を有していることを特徴とした請求項５に記載のロータリーソレノイド。
【請求項７】
中心に主磁極を有する電磁コイルと、該電磁コイルを支持すると共に前記主磁極と磁気的に結合された固定ヨークと、単極着磁された２個のマグネットと、該両マグネットを互いに異なる磁極が前記電磁コイルにエアギャップを介して対向するよう並置した状態で固着する平面部を有するスイングヨークと、該スイングヨークを回動自在に支持し前記平面部に直交すると共に前記主磁極と平行な出力軸とを有し、前記スイングヨークを前記出力軸の中心と前記主磁極の中心とを結ぶ中心線に対して正逆方向にそれぞれ所定の角度θ揺動させるようにしたロータリーソレノイドにおいて、
前記固定ヨークには、前記電磁コイルの外周位置の両側において前記主磁極とほぼ同じ高さに立ち上げた突起部がそれぞれ形成され、
該両突起部はそれぞれ、前記スイングヨークの揺動範囲において、前記両マグネットの互いの隣り合うそれぞれの内側縁部のうち一方のマグネットの内側縁部が前記主磁極に最も近接するときに、他方のマグネットにおける前記内側縁部との反対側の外側縁部に最も近接するよう配置されており、
前記固定ヨークの両突起部はそれぞれ、前記両マグネットのそれぞれの外側縁部の形状に沿って形成され、前記スイングヨークが一方側に揺動した際、一方側の前記突起部は一方側の前記マグネットの前記外側縁部とほぼ全長に渡って対峙し、前記スイングヨークが他方側に揺動した際、他方側の前記突起部は他方側の前記マグネットの前記外側縁部とほぼ全長に渡って対峙することを特徴とするロータリーソレノイド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出力軸を所定の角度範囲で反復的にスイングさせるロータリーソレノイドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、出力軸を中心として一定の角度範囲で反復的にスイングさせるロータリーソレノイドは、産業用機械の駆動源として使用されてきている。例えば、特許第３２４０３５１号公報や特開２００９−３８８７４号公報に記載のものが知られている。
【０００３】
特許３２４０３５１号公報には、出力軸の回動方向に空隙を介してマグネットと電磁コイルを対向配置する、いわゆるラジアルエアギャップ構造のロータリーソレノイドが示されている。この種のロータリーソレノイドは、電磁コイルの配置等の関係で形状が大きくなり、コストアップする傾向にもある。
【０００４】
一方、特開２００９−３８８７４号公報に記載のロータリーソレノイドは、出力軸と平行な方向に空隙を介してマグネットと電磁コイルを配置する、いわゆるアキシャルエアギャップ構造であり、小型化に有利である。この構造のロータリーソレノイドは、中心に磁性体の主磁極を配置した電磁コイルに軸方向に対向して、極性が異なるようにして並置された２個のマグネットを配置しており、２個のマグネットの電磁コイルとの反対側には磁性体からなるスイングヨーク（バックヨーク）が空隙を介して配置されている。
【０００５】
そして、動作時、スイング部分の一部がストッパに当たることでスイング部分の移動を規制する。これにより、電磁コイル部を通電制御すれば、出力軸を一定の角度範囲で反復的にスイングさせることができる。また、電磁コイルの通電を遮断した場合には、ストッパの当たる位置でスイング部分はマグネットの吸引力により自己保持される。
この種ロータリーソレノイドでは、用途によっては小型ながら適度な自己保持力と動作速度の特性が要求される場合があり、使用されるマグネットとして高価な希土類の焼結材料が使用されるのが普通である。
【０００６】
図１１は、アキシャルエアギャップ構造の従来のロータリーソレノイドの断面構造を示したものであり、無通電時における自己保持状態での磁束ルートを説明するものである。同図において、ロータリーソレノイドの筐体１００が上ケース１０１と下ケース１０２と両ケース１０１，１０２間の周囲を囲むように配置された側面ケース１０３とからなり、これらが磁性体により構成されている。上下ケース１０１，１０２間に支持された出力軸１０４はその軸端である出力部が上ケース１０１より導出され、筐体１００内における出力軸１０４には、上ケース１０１に近い位置に、出力軸１０４に直交する面に平行にスイングヨーク１０５が取り付けられている。このスイングヨーク１０５の先端側（回転自由端側）の位置には２個のマグネット１０６，１０７が図外の非磁性ホルダ等を用いて取り付けられている。２個のマグネット１０６，１０７は出力軸１０４の軸方向と平行な上下方向に着磁されており、それぞれ互いに異なる磁極が下側を向くように並置されると共に、両マグネット１０６，１０７がスイングヨーク１０５にエアギャップを介して対向している。
【０００７】
スイングヨーク１０５の先端側の下方には、中心に主磁極１０８を配置した環状の電磁コイル１０９が設けられ、上下方向に向いた主磁極１０８の下端部が下ケース１０２に支持され、磁気的に結合されている。側面ケース１０３のマグネット１０６，１０７に対応する高さの位置には、スイングヨーク１０５の回動方向に向かい合うようにストッパ１１０、１１１が取り付けられている。
【０００８】
このような構成のロータリーソレノイドにあっては、図１１の状態において電磁コイル１０９への通電により主磁極１０８をその上部がＮ極になるよう励磁すると、一方（右側）のマグネット１０６の電磁コイル１０９に対向する下面がＮ極であるため、一方のマグネット１０６に磁気反発力が発生してスイングヨーク１０５に回動力が作用し、スイングヨーク１０５は一方のマグネット１０６を主磁極１０８から遠ざけるように回動する。この回動過程において、一方のマグネット１０６に作用する反発力はスイングヨーク１０５の回動に伴って徐々に減少していくが、反面、他方（左側）のマグネット１０７においては下面のＳ極の主磁極１０８に対する吸引力が徐々に増大していくことになるため、スイングヨーク１０５の回動はその一部がストッパ１１０に当接するまで連続して行われる。
【０００９】
他方のマグネット１０７が電磁コイル１０９の主磁極５８に対向する状態から、電磁コイル１０９を前述とは逆方向に通電して主磁極１０８をその上部がＳ極になるよう励磁すると、スイングヨーク１０５は前記とは反対方向に回動し、再び図１１の状態となる。スイングヨーク１０５の回動が完了した後、電磁コイル１０９への通電を停止しても、一方又は他方のマグネット１０６，１０７が主磁極１０８を磁気吸引するため、スイングアーム１０５の回動位置は保持される。
【００１０】
図１１における矢印は磁束の流れを示したものである。一方のマグネット１０６のＮ極から出た磁束の磁路は主に、主磁極１０８を経由して、下ケース１０２、側面ケース１０３を通り、空気中から他方のマグネット１０７のＳ極に戻るルートｒ１と、側面ケース１０３に入った磁束が上ケース１０１から一方のマグネット１０６の上部のスイングヨーク１０５を目指し空気中から戻るルートｒ２となる。
【００１１】
この場合、いずれのルートｒ１，ｒ２も長い空隙を有しているため、磁束はこの空気領域を通過する必要があり、磁気抵抗が大きくなっている。また、スイングヨーク１０５とマグネット１０６，１０７との間にはエアギャップが設けられているため、ここでも大きな磁気抵抗が生じている。なお、電磁コイル１０９に通電された際にも類似の磁気回路が構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許３２４０３５１号公報
【特許文献２】特開２００９−３８８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献２に示す上記従来の構成では、図１１で説明したように、ロータリーソレノイドの磁気回路が磁性体のケースを利用して構成されるため、磁路が長いだけでなく、磁気抵抗が著しく大きく、効率の悪い磁気回路となっている。このため、所定の特性を得るためにマグネットのグレードを高くしたり、マグネットの厚みを必要以上に大きくし、パーミアンス係数を上げてマグネットの減磁に対処することになる。このような構成は材料費の高騰やロータリーソレノイドの大型化を招く問題を有している。
【００１４】
本発明は、上記のような課題を解決するものであり、ロータリーソレノイドに最適な磁気回路を提供し、材料費の低廉化と装置の小型化を図るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明のロータリーソレノイドは、磁性体から成るスイングヨークと固定ヨークを配置して、最短距離で磁気回路を構成し、例えば残留磁束密度等のグレードが低い材質のマグネットを使用しても、磁路を最適に設計することが可能で、従来と同等以上の特性を維持できる構造を提供するものである。
【００１６】
すなわち、本発明のロータリーソレノイドは、  中心に主磁極を有する電磁コイルと、この電磁コイルを支持すると共に主磁極と磁気的に結合された固定ヨークと、単極着磁された２個のマグネットと、両マグネットを互いに異なる磁極が電磁コイルにエアギャップを介して対向するよう並置した状態で固着する平面部を有するスイングヨークと、このスイングヨークを回動自在に支持し平面部に直交すると共に主磁極と平行な出力軸とを有し、スイングヨークを出力軸の中心と主磁極の中心とを結ぶ中心線に対して正逆方向にそれぞれ所定の角度θ揺動させるようにし、かつ、固定ヨークに、電磁コイルの外周位置の両側において主磁極とほぼ同じ高さに立ち上げた突起部をそれぞれ形成し、この両突起部をそれぞれ、スイングヨークの揺動範囲において、両マグネットの互いの隣り合うそれぞれの内側縁部のうち一方のマグネットの内側縁部が主磁極に最も近接するときに、他方のマグネットにおける内側縁部との反対側の外側縁部に最も近接するよう配置している。
【００１７】
このような構成のロータリーソレノイドにあっては、電磁コイルの停止時、スイングヨークの揺動範囲において、一方のマグネットの内側縁部が電磁コイルの主磁極に最も近接した際に、他方のマグネットの外側縁部が固定ヨークの両側の突起部のうち他方の突起部に最も近接するため、一方のマグネットから主磁極、固定ヨーク及びその突起部を通して他方のマグネットに至る磁束の閉ループが形成され、最短距離の磁気回路を構成することが可能となる。他方のマグネットの内側縁部が電磁コイルの主磁極に最も近接した際には、一方のマグネットの外側縁部が一方の突起部に最も近接し、同様に、最短距離の磁気回路を構成することが可能となる。
【００１８】
ここで、上記の停止状態から電磁コイルが通電されると、次の電磁力が作用する。
（１）主磁極が一方のマグネットと同極に励磁され、他方のマグネットを吸引する
（２）固定ヨークの立ち上げられた両端の突起部端面には主磁極と逆の磁界が生じるため、他方の突起部端面は他方のマグネットに反発力を与える
（３）一方の突起部端面は一方のマグネットに吸引力を与える
この３つの力は同一スイング方向に作用するので、強力な電磁力が得られることになる。
【００１９】
そして、この移動位置で再び無通電状態としても、上述したように、移動して来た他方のマグネットは電磁コイルの中心部の主磁極に吸引され、一方のマグネットは固定ヨークの一方の突起部に吸引される。このように通電を遮断しても他方のマグネットからの磁束は電磁コイルの主磁極を経由して、固定ヨーク及びその突起部から一方のマグネットに入り、さらにはスイングヨークを介して他方のマグネットに戻る磁路がしっかりと確保され、停止状態を維持できることになる。
【００２０】
上記のような構成のロータリーソレノイドにおいて、スイングヨークの揺動を正逆方向にそれぞれ所定の角度θの範囲に規制するストッパを設け、スイングヨークが正逆の一方側（若しくは他方側）に揺動してストッパにより規制された際、一方側（若しくは他方側）のマグネットの揺動方向における磁気中心を一方側（若しくは他方側）の突起部の揺動方向における中心より他方側（若しくは一方側）に位置させ、他方側（若しくは一方側）のマグネットの揺動方向における磁気中心を主磁極の中心より他方側（若しくは一方側）に位置させるようにするのがよい。
特に、スイングヨークが正逆の一方側（若しくは他方側）に揺動してストッパにより規制された際、両マグネットの少なくとも何れかは、一方側（若しくは他方側）の突起部或いは主磁極に対し軸方向に重なる部分を有する構成とするのが望ましい。
【００２１】
また、スイングヨークが正逆の一方側（若しくは他方側）に揺動してストッパにより規制された際、一方側（若しくは他方側）のマグネットにおける外側縁部が一方側（若しくは他方側）の突起部の揺動方向におけるほぼ中心に位置させ、或いは、他方側（若しくは一方側）のマグネットにおける内側縁部が主磁極のほぼ中心に位置させるようにするのがよい。
【００２２】
さらに、本発明のロータリーソレノイドにおいて、２個のマグネットのそれぞれの隣り合う内側縁部が出力軸の中心を通る近似直線部を形成しているものとし、両マグネットを、それぞれの近似直線部が、出力軸の中心を通り該スイングヨークを２等分する中央線に対して、正逆方向にそれぞれ所定の角度θとほぼ同じになるようにスイングヨークに配置し、スイングヨークが一方側又は他方側に揺動して停止した際、スイングヨークにおける他方側又は一方側のマグネット内側縁部の近似直線部が主磁極のほぼ中心に一致するように構成してもよい。
【００２３】
一方、固定ヨークの両突起部をそれぞれ、両マグネットのそれぞれの外側縁部の形状に沿って形成し、スイングアームが一方側に揺動した際、一方側の突起部が一方側のマグネットの外側縁部とほぼ全長に渡って対峙し、スイングアームが他方側に揺動した際、他方側の突起部が他方側のマグネットの外側縁部とほぼ全長に渡って対峙するような構成とすることが好ましい。
【００２４】
２個のマグネットをそれぞれほぼ長方形状に形成した場合は、２個のマグネットを、それぞれの隣り合う内側縁部の近似直線部がスイングアームの中央線に対して正逆方向に所定の角度θとほぼ同じになるように配置し、突起部端面の出力軸を中心とした角度が出力軸中心と主磁極中心とを結ぶ直線に対してほぼ２θの角度とするのがよい。
【００２５】
本発明のロータリーソレノイドにあっては、マグネットをボンドマグネットで構成し、２個のマグネットを一体化することもできる。また、電磁コイルを支持した固定ヨーク、マグネットを配置したスイングアーム等を収容した外周ケース部を樹脂材料で形成することができ、この場合、外周ケース部に、スイングアームの回動中心に設けられた出力軸を支持する軸受部を一体成形により設けるのがよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のロータリーソレノイドは、上記の構成を採ることより最適な磁気回路が構成されるため、以下の効果を奏する。
（１）グレード（残留磁束密度等）の低いボンドマグネット等で、従来と同様の出力特性が得られる。または、従来と同じグレードのマグネットの場合には、厚み等を大幅（半分近く）に小さく設計できるため、マグネットの材料費を大きく低減できる。
（２）マグネットの材質や形状変更で、スイング部の慣性モーメントが低減されるため、ロータリーソレノイドとしての応答時間を短くできる。または、電磁コイルの通電電流が低減でき効率アップとなる。
（３）外周ケース部を磁性体で構成する必要がないので、安価な樹脂材料等で構成できる。
（４）スイングヨークを直接出力軸に固定することで、部品数が低減できる。
（５）マグネットに樹脂を配合したボンドマグネットとして、２個のマグネットを一体に成形できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態によるロータリーソレノイドの一部切り欠き斜視図である。
【図２】図１のロータリーソレノイドの磁路を説明するための切断正面図である。
【図３】図１のロータリーソレノイドにおける固定ヨークとスイングヨークとの関係を説明するための平面図である。
【図４】図３の固定ヨークを示す平面図である。
【図５】図３のスイングヨークを示す平面図である。
【図６】図１のロータリーソレノイドの動作説明用の平面図であり、（ａ）は一方向動作時を示し、（ｂ）は他方向動作時を示す。
【図７】本発明の他の実施形態によるロータリーソレノイドの固定ヨークとスイングヨークとの関係を説明するための平面図である。
【図８】図７の固定ヨークを示す平面図である。
【図９】図７のスイングヨークを示す平面図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施形態によるロータリーソレノイドのマグネットを示す正面図である。
【図１１】従来のロータリーソレノイドにおける磁路を説明する切断正面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に、本願発明のロータリーソレノイドの実施形態について、図面に基づき詳細に説明する。
【実施例】
【００２９】
図１は第一の実施形態によるロータリーソレノイドを示すものであり、箱状の外周ケース部１０の上面より突出した出力軸２０をスイング角±θとして反復的にスイング運動させるものである。外周ケース部１０は、上ケース１１と下ケース１２とを側面部で結合させる構造で、樹脂材料にて成形されており、両ケース１１，１２の出力軸２０の貫通部位には軸受部１３がケースに一体に形成され、出力軸２０を回動自在に支持する構成になっている。出力軸２０の下端部は下ケース１２上で支持され、出力軸２０の上部は上ケース１１の軸受部１３から外部に導出されている。
【００３０】
下ケース１２の内側上面には、磁性体からなる固定ヨーク３０が固定され、さらにこの固定ヨーク３０上の中央部には電磁コイル４０が固定されている。電磁コイル４０は中心に磁性体からなる主磁極４１を有し、主磁極４１の回りにコイルボビン４２を介してマグネットワイヤ４３が巻回されて構成されている。主磁極４１の下端部は固定ヨーク３０に固定され、磁気的に結合されている。固定ヨーク３０は、図４に示すような対称多角形状に形成されており、固定ヨーク３０の左右には、電磁コイル４０の外周位置の両側に位置すると共に折り曲げ加工により出力軸２０の軸線と平行で上方に立ち上げられた突起部３１，３２が形成されている。この突起部３１，３２は電磁コイル４０の主磁極４１とほぼ同じ高さとなるように設定されている。
【００３１】
上記した出力軸２０には、外周ケース部１０の内部における上側位置に、該出力軸２０と直交するようスイングヨーク５０が固定されている。スイングヨーク５０は磁性板により構成され、図５に示すように、出力軸２０の中心を通る中央線に対して左右対称な形状になっている。スイングヨーク５０の下面は出力軸２０に直交する平面部となっており、この平面部に２個のマグネット５１，５２が上記中央線に対して対称な位置に固着されている。２個のマグネット５１，５２は各々出力軸２０と平行な方向つまり上下方向に単極着磁され、かつ着磁の向きが互いに逆になるように設定されている。具体的には、図２に見られるように、一方（右側）のマグネット５１の下側の磁極がＮ極に、他方（左側）のマグネット５２の下側の磁極がＳ極にそれぞれ設定されている。さらに、これらマグネット５１，５２は、互いに異なる磁極がエアギャップを介して電磁コイル４０に対向するよう並置され、マグネット５１，５２の磁化方向に主磁極４１の上面及び突起部３１，３２の上端面に対向するように配置されている。
【００３２】
外周ケース部１０の左右内側面には、スイングヨーク５０の外側面に対応して、スイングヨーク５０の回動範囲を規制するストッパ１４，１５が固定されている。ロータリーソレノイドのスイング角が±θに規制されているとしたとき、図５に示すように出力軸２０の中心を通る中央線に対して、２個のマグネット５１、５２の内側縁は±θの角度で配置されている。また、前記固定ヨーク３０における両突起部３１，３２の前後方向の配置角度は、図４に示すように、出力軸２０の中心と主磁極４１の中心とを結ぶ直線に対して、それぞれほぼ２θの角度を有するように設定されている。図３は、スイングヨーク５０の停止位置、つまりにスイングヨーク５０が右側のストッパ１４に当接した停止位置でのマグネット５１，５２と突起部３１，３２との位置関係を示すものである。スイングヨーク５０における左側のマグネット５２はその内側縁部と主磁極４１のセンタとが上下方向にほぼ一致し、また右側のマグネット５１の外側縁部と突起部３１の端面の幅方向のセンタとが上下方向にほぼ一致するように配置され、最大の磁気吸引反発力が得られるようになっている。スイングヨーク５０が左側のストッパ１５に当接した停止位置でも、同様に、スイングヨーク５０における右側のマグネット５１の内側縁部と主磁極４１のセンタとが上下方向にほぼ一致し、左側のマグネット５２の外側縁部と突起部３２の幅方向のセンタとが上下方向にほぼ一致するように配置される。
【００３３】
図６は上記構成のロータリーソレノイドの動作を説明するものである。
図６の（ａ）は無通電状態で、左側のマグネット５２と主磁極４１間には磁気吸引力Ｐが生じている。また、右側のマグネット５１と突起部３１間にも磁気吸引力Ｑが生じている。このＰとＱの電磁力はほぼ同一回転方向であるためＰ＋Ｑの吸引力が残留した状態でスイングヨーク５０がストッパ１４により強制的に停止されている。
【００３４】
図６（ｂ）は電磁コイル４３に通電した状態で、電磁コイル４３が励磁されてその中心部の主磁極４１は左側のマグネット５２と同極（Ｓ極）に磁化され、大きな反発力Ｒが作用して、スイングヨーク５０は反対方向に移動（回動）することとなる。一方、右側のマグネット５１の外側縁部とほぼ一致して位置していた突起部３１端面は、電磁コイル４３の中心部の磁極と反対極性（Ｎ極）に磁化されるため、この右側のマグネット５１との間に反発力Ｔが生じ、Ｒ＋Ｔの大きなスイング出力が得られる。さらに左側のマグネット５２が突起部３２の端面に近づくと吸引力Ｕが作用する。この３つの電磁力は合成されて出力軸２０からトルクとして出力される。
【００３５】
図２は、この移動位置で無通電状態とした場合の自己保持状態での磁束のルートを示すものである。最短の磁気回路を構成するために専用の固定ヨーク３０を配置し、その両端は立ち上げて突起部３１，３２を形成しているため、右側のマグネット５１のＮ極から出た磁束は、狭い空隙ｇ１を介して主磁極２を経由して、固定ヨーク３０の底面から、突起部３２の端面４に至り、狭い空隙ｇ２を介して左側のマグネット５２のＳ極に入り、スイングヨーク５０を介してマグネット５１に戻る磁路が形成される。このように非常に短く磁気抵抗の低い磁気回路構成にすることができる。この磁路で２カ所の空隙ｇ１，ｇ２に生じる磁束ベクトルはほぼ同一方向に傾いている。磁束はゴムのような特性と等価で、最短距離で短く縮む性質がある。図２中のこの磁束の傾きによりマグネット５１，５２を取り付けたスイングヨーク５０は図中の大矢印のように左方向に移動する応力が残った状態で、ストッパ１５により自己保持される。
【００３６】
この磁束の傾きを大きく生成させるには、空隙で対向するマグネット５１（５２）の内側縁部と主磁極４１のセンタ、またマグネット５２（５１）の外側縁部と突起部３２（３１）端面の位置関係が重要で、マグネットの側縁部位置が対向する磁性体の端面の半分にかかる位置で傾きのある磁束が最多になり、磁気吸引反発力も最大となることが電磁界解析の結果から得られている。
【００３７】
このようにして、電磁コイル４３への励磁電流の向きを適宜に変えることより、マグネット５１，５２とスイングヨーク５０をスイングさせて、出力軸２０からスイングトルクを得ることができる。
【００３８】
次に、本発明の他の実施形態によるロータリーソレノイドにつき、図７〜図９を用いて説明する。
この実施形態に示すものは、スイングヨークに固定された一対のマグネットの外側外周縁と固定ヨークの突起部を共に円弧状にすることで、マグネット外側外縁部と突起部端面の相関する面積を増加させ、動作スイング角度±θの２点の停止位置で磁気吸引反発力を更に増加させるようにしたものである。
【００３９】
すなわち、図８に示すように、電磁コイルを支持する固定ヨーク６０は磁性板によりほぼ小判状に構成され、中央部に電磁コイルの主磁極４１が磁気的に結合される。固定ヨーク６０の左右両側には、平面円弧状の突起部６１，６２が磁性体板の折り曲げにより上方に立ち上げて形成され、その高さは主磁極４１とほぼ同じに設定されている。
【００４０】
他方、図９に示すように、出力軸２０にこれと直交するように固定されたスイングヨーク７０は、磁性板により略ひょうたん形であって出力軸２０の中心を通る中央線に対して対称形状に形成され、その下面が平面部となり、これに２個のマグネット７１，７２が取り付けられている。この２個のマグネット７１，７２は出力軸２０の軸方向と平行な方向に単極着磁され、互いに異極が電磁コイルに対向するよう並置されており、両マグネット７１，７２の互いに隣り合う内側縁部は直線状に形成され、上記中央線に対して、±θの角度で配置されている。さらに両マグネット７１，７２はそれぞれの外側縁部が円弧状に形成されている。このマグネット７１，７２の円弧は、固定ヨーク６０の突起部６１，６２とほぼ同じ形状とされている。
【００４１】
図７は、スイングヨーク７０がその揺動範囲のうち最も右側に回動した状態を示したものである。スイングヨーク７０は、上記実施形態の場合と同様に、その揺動範囲が１対のストッパにより規制されているが、図７のスイングヨーク７０は右側のストッパに当接してその位置が保持されている状態である。このとき、スイングヨーク７０の左側のマグネット７２の内側縁部が主磁極４１のセンタとほぼ一致し、右側のマグネット７１の円弧状外側縁部が固定ヨーク６０における右側の円弧状突起部６１の端面のセンタにほぼ一致するように配置される。反対に、スイングヨーク７０が左側のストッパに当接して停止している状態では、右側のマグネット７１の内側縁部が主磁極４１のセンタとほぼ一致し、左側のマグネット７２の円弧状外側縁部が左側の円弧状突起部６２の端面のセンタにほぼ一致するように配置される。
【００４２】
スイングヨーク７０のマグネット７１，７２と電磁コイルの主磁極４１及び固定ヨーク６０の突起部６１，６２とがこのような関係に配置されることで、上記実施形態で説明した場合と同様に、スイングヨーク７０の位置保持力が確保されるが、特にこの実施形態では、マグネット７１，７２の外側縁部と突起部６１，６２とが共に円弧状に合致する形状となっているため、マグネット外側縁部と突起部端面の相関する面積を増加させることができ、ロータリーソレノイド内の漏洩磁束を減少することができる。その結果、マグネットが発生する磁束の利用率を大きく改善することが可能で、大きな磁気吸引反発力が得られることになり、出力アップを図ることが可能となる。
【００４３】
次に、図１０は、さらに他の実施形態を示したものであり、スイングアーム８０の平面部に固着される２個のマグネット８１，８２をネオジム系ボンドマグネット材を使用して一体成形した場合を示したものである。両マグネット８１，８２の成形体８３には、両マグネット８１，８２の領域の間に薄肉の無着磁部８４を設けられ、両マグネット８１，８２が２極に着磁されている。
【００４４】
このように、マグネット成形体８３によって一対のマグネット８１，８２を構成した場合には、マグネットの材料費が半減できるだけでなく、マグネットの形状に自由度が広がり、スイングヨーク８０への取付を工夫し作業の効率化も可能である。また、焼結材のマグネットと比較して、比重が約２０％低減できるためスイング部の慣性モーメントが低減され、出力軸の動作速度も改善される。
【００４５】
以上、本発明の実施形態によるロータリーソレノイドについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱することなく種々の変更，変形が可能である。
例えば、スイングヨークに固着された一対のマグネットは、無通電時の自己保持状態において、内側縁部を電磁コイルの主磁極のセンタに一致させるだけでなく、主磁極に対しマグネットの一部が上下方向にオーバーラップするだけでもよく、要は、マグネットの磁気センタが主磁極のセンタからずれる形態で近接していれば、磁気吸引力が作用し、保持力を得ることができるものである。さらに、マグネットはその外側縁部を固定ヨークの突起部の端面センタに一致させる以外に、外側縁部が突起部端面に一部または全部をオーバーラップさせてもよく、或いは全くオーバーラップすることなく近接させる形態でもよく、十分な磁気吸引力を得ることができるのは明らかである。
【００４６】
また、上記実施形態では、固定ヨーク，電磁コイル，スイングヨーク等を収容する外周ケース部を樹脂成形体により構成したが、外周ケース部内では最短距離で集中する磁気回路を構成しているため、外部への漏れ磁束は殆ど問題にならない。特に微弱な磁束に対しても磁気シールド機能が要求される環境においては、樹脂成形体の材料に磁性粉を混入させたり、樹脂成形体の外周にシールド層を形成するだけで対応することが可能である。
さらには、外周ケース部を磁性材料にて形成することも可能である。この場合、外周ケース部とスイングヨーク及びマグネットとの間隙は、固定ヨークの突起部とマグネット間の間隙（ｇ２）に比較して大幅に大きいため、磁束は専らマグネットと突起部との間を通ることになり、上述した実施形態の場合と同様の作用効果が得られる上、磁性体ケースによるシールド効果が発揮されることになる。なお、外周ケース部を磁性材料で形成する場合は、ストッパは非磁性材料で構成される。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、出力軸を一定の角度範囲で反復的にスイング変位させ、自己保持力が要求されるロータリーソレノイドに適用することで、スイング角度からマグネットの配置や固定ヨークの形状を決定できて、磁路の短い磁気回路が容易に構成される。その結果、材料費の低減、部品数削減、慣性モーメント低減という格別の特徴を有するロータリーソレノイドが構成されることになり、産業用機械の駆動源として広く適用が可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  外周ケース部
１４，１５  ストッパ
３０，６０  固定ヨーク
３１，３２，６１，６２  突起部
４０  電磁コイル
４１  主磁極
５０，７０，８０  スイングヨーク
５１，５２，７１，７２，８１，８２  マグネット
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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