(57)【要約】      （修正有）【課題】可動磁極の直動運動を変換し、回転運動として出力可能な構成を有するロータリソレノイドにおいて、１２０°以上の回転角を得ることが可能なロータリソレノイドを提供すること。【解決手段】ロータリソレノイド１０は、第１の磁性部材２０と第２の磁性部材２５とにおいて、相対向する面に、可動磁極１１０の回転軸とこれらの相対向する面との交叉点から同じ距離離隔し、かつ、互いに重なり合わない点を曲率中心として略円弧状に形成されると共に、所定回転方向に向かって下り勾配となるように深さが設定された上部溝３２、３３及び他１つと下部溝４２、４３及び他１つとを備えたものとし、球状転動体１３２他を上部溝と下部溝を軌道として転動する構成にした。【選択図】図２
2018073963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材料からなるケースと、
該ケースの内部に設けられたコイルと、
前記ケースに嵌合して、又は、前記ケースと一体に設けられた固定磁極と、
摺動可能、且つ、中心軸を回転軸として回転可能に設けられた可動磁極と、
前記コイルに通電したときに、前記可動磁極を吸引するように設けられた固定磁極と、
前記可動磁極に固定された、又は、保持されるように設けられたシャフトと、
前記可動磁極に固定されると共に、下面が平坦に形成された第１の磁性部材と、
前記ケース若しくは前記固定磁極に嵌合して、又は、前記ケースと一体に設けられると共に、上面が平坦に、且つ、前記第１の磁性部材に対向するように形成された第２の磁性部材と有し、
前記第１の磁性部材と前記第２の磁性部材とのいずれか一方、又は、両方において、相対向する面に、前記可動磁極の前記回転軸との交叉点から所定距離離隔し、かつ、互いに重なり合わない点を曲率中心として略円弧状に形成されると共に、所定回転方向に向かって下り勾配となるように深さが設定された複数の溝を備え、
前記第１の磁性部材と前記第２の磁性部材との間に介在し、且つ、前記第１の磁性部材又は前記第２の磁性部材の前記複数の溝の内部に配置されていると共に、前記可動磁極が前記固定磁極に対して吸引されているときに、前記第１の磁性部材又は前記第２の磁性部材の前記複数の溝を軌道として転動することによって、前記回転軸を中心として前記可動磁極を回転させる複数の転動体を有することを特徴とするロータリソレノイド。
【請求項２】
前記第１の磁性部材と前記第２の磁性部材との両方において前記複数の溝が形成され、
前記第１の磁性部材の前記複数の溝と前記第２の磁性部材の前記複数の溝は、各々の前記曲率中心が前記可動磁極の前記回転軸との前記交叉点から同じ距離離隔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】
前記複数の第１の磁性部材は、前記複数の溝が３本形成されていると共に、各々の前記複数の溝の前記曲率中心が前記可動磁極の前記回転軸との前記交叉点を囲む仮想的な正三角形の頂点となる位置に配置され、
前記複数の第２の磁性部材は、前記複数の溝が３本形成されていると共に、各々の前記複数の溝の前記曲率中心が前記可動磁極の前記回転軸との前記交叉点を囲む仮想的な正三角形の頂点となる位置に配置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。
【請求項４】
前記複数の転動体は、略円板状に形成されると共に、前記可動磁極が前記固定磁極に対して吸引されているときに、周側面が前記第１の磁性部材の前記複数の溝と前記第２の磁性部材の前記複数の溝とに接した状態で、転動するようになされていることを特徴とする請求項２又は請求項３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、可動磁極の直動運動を変換し、回転運動として出力可能な構成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においては、コイルへの通電によってロータの先端部をステータに吸引させることで回転運動を得るものと、可動磁極が固定磁極に吸引される際の直動運動を変換して回転運動として出力するものとの２種類のタイプが主流となっている。直動運動を変換して回転運動として出力するものの多くは、略円板状に形成した第１の磁性部材と第２の磁性部材とを所定の間隙をおいて配置し、これらの磁性部材の相対向する面に円弧状の溝をそれぞれ３本ずつ形成し、さらにこれらの磁性部材の溝の内部にボール状の転動体を配置した構成となっている。
【０００３】
図９は、従来技術に係るロータリソレノイドを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は右側面図である。図９において、２００はロータリソレノイド、２４０は第１の磁性部材、２４１、２４２及び２４３は上部溝、２５０はケース部材、２５１は周側面部、２６１は可動磁極、２６２はシャフト、２６５は渦巻ばね、２６７及び２６８はリード線である。また、図１０は、従従来技術に係るロータリソレノイドを示し、（ａ）はＣ−Ｃ線断面図、（ｂ）は転動体の転動前の状態の概略平面図、（ｃ）は転動体の転動後の状態の概略平面図である。図１０において、２２１、２２２及び２２３は球状転動体、２５２は第２の磁性部材構成部、２５３、２５４及び２５５は下部溝、２６０は固定磁極、２６３はｅリング、２６４はスペーサ、２６６は軸受、２６９はコイルである。
【０００４】
図９及び図１０は、特開２０１２−１９９４５７号公報に開示された発明における可動磁極の直動運動を変換し、回転運動として出力する構成を示すものである。図１０（ａ）に示すように、ロータリソレノイド２００は、ケース部材２５０の内部に固定磁極２６０及びコイル２６９が設けられている。固定磁極２６０は、ケース部材２５０の周側面部２５１に嵌合されている。コイル２６９に通電すると、固定磁極２６０に可動磁極２６１が吸引されることによって、可動磁極２６１が固定磁極２６０側に摺動する。可動磁極２６１の中心に形成された貫通孔にはシャフト２６２が嵌合されており、可動磁極２６１と共に動く。なお、シャフト２６２は、固定磁極２６０の貫通孔の内部に設けた軸受２６６に支持されている。軸受２６６は、シャフトの直動と回転の両方の動きを支持する。また、可動磁極２６１の周側面側には第１の磁性部材２４０が嵌合されており、第１の磁性部材２４０も可動磁極２６１と共に動く。コイル２６９への通電時には、第１の磁性部材２４０とケース部材２５０の第２の磁性部材構成部２５２との間にも磁束の流れが発生する、つまり磁気回路の一部を構成するので、補助磁極としての役割を果たす。以上の構成は、直動型のソレノイドとも共通する部分である。
【０００５】
さらに、ケース部材２５０は、図１０（ｂ）及び（ｃ）に示すように、第２の磁性部材構成部２５２の上面に、ケース部材２５０の周側面部２５１に沿って円弧を描くように形成された下部溝２５３、２５４及び２５５が形成されている。くわえて、第１の磁性部材２４０にも、下面側が凹状になるように、且つ、下部溝２５３と同じように円弧状の上部溝２４１、２４２及び２４３が形成されている。上部溝２４１、２４２及び２４３、並びに、下部溝２５３、２５４及び２５５は、シャフト２６２の中心軸に対して、同じ距離だけ離隔し、且つ、互いの間が等間隔となるように配置されている。言い換えると、上部溝２４１、２４２及び２４３、並びに、下部溝２５３、２５４及び２５５は、平面的に見ると、シャフト２６２の中心軸を中心とする仮想的なドーナツのような形の領域と重なり合うように配置され、且つ、これらの右回り方向（又は左回り方向）の端部がこの仮想的なドーナツのような形の領域の中心軸に対して１２０度間隔となるように配置されていると言える。くわえて、これらの上部溝及び下部溝は、底面が同じ方向、全てが左回り方向に下り勾配となるように傾斜している。また、シャフト２６２の先端側には、ｅリング２６３及びスペーサ２６４によって保持された渦巻ばね２６５が設けられている。渦巻ばね２６５は、後述するように、球状転動体２２１等の移動に伴って第１の磁性部材２４０が回転すると、この回転方向と逆の方向に第１の磁性部材２４０を付勢しつつ、シャフト２６２をその基端側に押し戻す機能を持つ。
【０００６】
また、上部溝２４１、２４２及び２４３と、下部溝２５３、２５４及び２５５との間には、球状転動体２２１、２２２及び２２３がそれぞれ設けられている。球状転動体２２１、２２２及び２２３は、上部溝２４１、２４２及び２４３と、下部溝２５３、２５４及び２５５とに挟まれた状態で設けられているので、コイル２６９に通電して固定磁極２６０に可動磁極２６１が吸引されると、第１の磁性部材２４０から加わる力によって上部溝２４１、２４２及び２４３、並びに、下部溝２５３、２５４及び２５５の下り勾配となる方向に転動して移動する。そうすると、第１の磁性部材２４０は、球状転動体２２１、２２２及び２２３の移動に伴って、シャフト２６２を中心として回転して行く。第１の磁性部材２４０が回転すると、シャフト２６２も、直動しながら回転して行く。コイル２６９への通電を停止すると、シャフト２６２は、渦巻ばね２６５からの付勢力によって、逆方向に回転しながらシャフト２６２の基端側に押し戻される。したがって、球状転動体２２１、２２２及び２２３は、逆方向に転動しながら、通電前の位置向って逆に移動する。可動磁極２６１も、逆方向に回転しながら固定磁極２６０から離隔して行く。
【０００７】
以上の構成によれば、永久磁石を設ける必要がないので、例えばリード線２６７及び２６８とコイルワイヤを結線する位置の決定など、各種部品の配置において設計の自由度がより大きくなる利点がある。また、直動型ソレノイドの高速化や静音性の向上などに関する発明の成果の大半を取り込むことが可能になる利点もある。
【０００８】
ところで、上述のようなロータリソレノイドでは、シャフトから出力される回転運動の回転角は、最大で１１０°程度となる。その理由は、上部溝２４１、２４２及び２４３と、下部溝２５３、２５４及び２５５とがそれぞれ仮想的なドーナツのような形の領域内に配置されており、隣り合う溝との間隙を確保することを考慮すると、シャフト２６２の中心軸に対して最大１１０°程度となる範囲内に形成せざるを得ないからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２−１９９４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するために、可動磁極の直動運動を変換し、回転運動として出力可能な構成を有するロータリソレノイドにおいて、１２０°以上の回転角を得ることが可能な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】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、磁性材料からなるケースと、該ケースの内部に設けられたコイルと、前記ケースに嵌合して、又は、前記ケースと一体に設けられた固定磁極と、摺動可能、且つ、中心軸を回転軸として回転可能に設けられた可動磁極と、前記コイルに通電したときに、前記可動磁極を吸引するように設けられた固定磁極と、前記可動磁極に固定された、又は、保持されるように設けられたシャフトと、前記可動磁極に固定されると共に、下面が平坦に形成された第１の磁性部材と、前記ケース若しくは前記固定磁極に嵌合して、又は、前記ケースと一体に設けられると共に、上面が平坦に、且つ、前記第１の磁性部材に対向するように形成された第２の磁性部材と有し、前記第１の磁性部材と前記第２の磁性部材とのいずれか一方、又は、両方において、相対向する面に、前記可動磁極の前記回転軸との交叉点から所定距離離隔し、かつ、互いに重なり合わない点を曲率中心として略円弧状に形成されると共に、所定回転方向に向かって下り勾配となるように深さが設定された複数の溝を備え、前記第１の磁性部材と前記第２の磁性部材との間に介在し、且つ、前記第１の磁性部材又は前記第２の磁性部材の前記複数の溝の内部に配置されていると共に、前記可動磁極が前記固定磁極に対して吸引されているときに、前記第１の磁性部材又は前記第２の磁性部材の前記複数の溝を軌道として転動することによって、前記回転軸を中心として前記可動磁極を回転させる複数の転動体を有することを特徴とするロータリソレノイドである。
【００１２】
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、前記第１の磁性部材と前記第２の磁性部材との両方において前記複数の溝が形成され、前記第１の磁性部材の前記複数の溝と前記第２の磁性部材の前記複数の溝は、各々の前記曲率中心が前記可動磁極の前記回転軸との前記交叉点から同じ距離離隔してい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３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記複数の第１の磁性部材は、前記複数の溝が３本形成されていると共に、各々の前記複数の溝の前記曲率中心が前記可動磁極の前記回転軸との前記交叉点を囲む仮想的な正三角形の頂点となる位置に配置され、前記複数の第２の磁性部材は、前記複数の溝が３本形成されていると共に、各々の前記複数の溝の前記曲率中心が前記可動磁極の前記回転軸との前記交叉点を囲む仮想的な正三角形の頂点となる位置に配置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４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の発明において、前記複数の転動体は、略円板状に形成されると共に、前記可動磁極が前記固定磁極に対して吸引されているときに、周側面が前記第１の磁性部材の前記複数の溝と前記第２の磁性部材の前記複数の溝とに接した状態で、転動するようにな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。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、複数の溝において、これらの曲率中心の位置が可動磁極の中心軸と交叉する点から離隔している上に、互いの曲率中心が重なり合わないようにしているので、全ての溝が仮想的なドーナツのような形の領域に含まれるように配置している従来技術に係る構成よりも、回転方向において溝をより長く形成することができ、ロータリソレノイドとしての回転角を大きくすることができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、複数の溝が可動磁極の中心軸と交叉する点から同じ距離離隔している状態となるので、各々の転動体によって得られるトルクが等しく、又は、ほぼ等しくなる。ひいては、第１の磁性部材が回転する際のふらつきを抑制することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、３本の溝が可動磁極の中心軸と交叉する点から同じ距離離隔し、かつ、回転方向において同じ角度離れた状態で配置されるので、第１の磁性部材が回転する際のふらつきを抑制することがさらに容易になる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、転動体を略円板状に形成することによって、転動体を球状、又は、コロのような円柱状に形成する場合よりも、溝の幅を狭くすることが可能となる。ひいては、回転方向における溝の長さをより長くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】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示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図２】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示すＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の第１の形態に係るロータリソレノイドにおける転動体の転動状態を示す概略平面図である。
【図４】本発明の第１の形態に係るロータリソレノイドにおける溝を示し、（ａ）は各溝の曲率中心を示す部分平面図、（ｂ）は単独に溝の構成を示す概略平面図である。
【図５】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示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図６】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示すＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】本発明の第２の形態に係るロータリソレノイドにおける転動体の転動状態を示す概略平面図である。
【図８】本発明の第２の形態に係るロータリソレノイドにおける溝を示し、（ａ）は溝の注視日を示す部分平面図、（ｂ）は単独に溝の構成を示す概略平面図である。（ａ）は断面図、（ｂ）は概略平面図である。
【図９】従来技術に係るロータリソレノイドを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は右側面図である。
【図１０】従従来技術に係るロータリソレノイドを示し、（ａ）はＣ−Ｃ線断面図、（ｂ）は転動体の転動前の状態の概略平面図、（ｃ）は転動体の転動後の状態の概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の第１の実施の形態に係るロータリソレノイドについて説明する。なお、第１の実施の形態を含む各実施の形態において、上側とは第１の磁性部材が配置されている側、下側とは渦巻ばねが配置されている側として説明する。図１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を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。図１において、１０はロータリソレノイド、２０は第１の磁性部材、３４、３５及び３６は上面凸部、１００は固定磁極兼ケース部材、１０４はケース部、１０５はシャフト、１０７は先端部、１０９は保持部材、１１２は小径部、１１７及び１１８はリード線、１２１は固定部材である。また、図２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を示すＡ−Ａ線断面図である。図２において、２５は第２の磁性部材、３２及び３３は上部溝、４２及び４３は下部溝、１０１は底部、１０２は固定磁極部、１０３は貫通孔、１０６は切り欠き部、１０８は外部突出部、１１０は可動磁極、１１１は大径部、１１３は段差面、１１４はコイル、１１５及び１１６は軸受、１１９はエアギャップ、１２０は渦巻ばね、１３２は球状転動体であり、その他の符号は図１と同じものを示す。
【００２１】
まず、第１の実施の形態に係るロータリソレノイドの全体構成の概略について述べる。図１及び図２に示すように、ロータリソレノイド１０は、可動磁極１１０が固定磁極兼ケース部材１００の固定磁極部１０２に吸引される際に、可動磁極１１０の直動運動を上部溝３２等の上部溝、下部溝４２等の下部溝、及び、球状転動体１３２等の球状転動体によって回転運動に変換し、シャフト１０５から出力するものである。上部溝３２等の上部溝が形成された第１の磁性部材２０は、その中央に形成された開口部に可動磁極１１０が嵌合されている。下部溝４２等の下部溝が形成された第２の磁性部材２５は、固定磁極兼ケース部材１００のケース部１０４に嵌合されている。なお、第２の磁性部材２５は、固定磁極兼ケース部材１００、又は、独立したケース部材と単一の材料から一体のものとして形成されていてもよい。さらに、固定磁極部１０２に嵌合されるものであってもよい。また、球状転動体１３２等の球状転動体は、転動を容易にするために、表面が滑らかな球形に形成されている。よって、球状転動体１３２等の球状転動体は下部溝４２等の下部溝上を転動し、球状転動体１３２等の球状転動体が転動することによって上部溝３２等の上部溝が回転して行く。コイル１１４は、外部からリード線１１７及び１１８を介して電流が供給され、通電時には後述する磁気回路を生成する。なお、図２では、コイル１１４に通電していない状態を示しており、可動磁極１１０と固定磁極部１０２との間にエアギャップ１１９が存在する。また、第１の磁性部材２０の上部溝３２等は、所定の回転開始位置にある。
【００２２】
コイル１１４に通電すると、シャフト１０５は、１．５〜２ｍｍほど直動するが、直動と同時に約１８０°回転するように構成されている。なお、シャフト１０５の直動時におけるストローク長さは、必要となる回転角やトルク等に応じて異なってくる。さらに、シャフト１０５と同様な可動的な構成部材として、可動磁極１１０、第１の磁性部材２０、球状転動体１３２及び図示していない２個の球状転動体が設けられている。また、磁気回路という観点から見ると、第１の磁性部材２０と可動磁極１１０とが可動的な磁気回路の構成部材をなし、第２の磁性部材２５及び固定磁極兼ケース部材１００が固定的な磁気回路の構成部材をなしている。
【００２３】
続けて、可動磁極１１０の直動運動を変換し、シャフト１０５の回転運動として出力する機能に関連する部材について詳しく説明する。図３は、本発明の第１の形態に係るロータリソレノイドにおける転動体の転動状態を示す概略平面図である。図３において、３０は上部軌道、３１は上部溝、４０は下部軌道、４１は下部溝、１３１及び１３３は球状転動体であり、その他の符号は図１と同じものを示す。また、図４は、本発明の第１の形態に係るロータリソレノイドにおける溝を示し、（ａ）は各溝の曲率中心を示す部分平面図、（ｂ）は単独に溝の構成を示す概略平面図である。図において用いた符号は、すべて図３と同じものを示す。
【００２４】
ロータリソレノイド１０では、回転運動を得るために、まず第１の磁性部材２０の下面を平坦な面に形成し、この下面に上部軌道３０として上部溝３１、３２及び３３を形成している。図１及び図２に示したように、第１の磁性部材２０は、略円板状に形成されており、上面の上部溝３１、３２及び３３を形成した部位には上面凸部３４、３５及び３６ができる。本発明においては、従来技術に係るソレノイドよりも溝の一部が深くなるので、上面凸部３４、３５及び３６の上面側への突出が従来技術に係るものの凸部もより高くなる。なお、第１の磁性部材２０の上面側には、ばね等の他の部材を設けていないので、他の部材の配置等に影響することはない。また、上部溝３１、３２及び３３は、コイル１１４に通電したときに第１の磁性部材２０が回転する方向に向かって、つまり、図３においては左回りとなる方向に向かって、下り勾配となるように深さが設定されている。また、第１の磁性部材２０は、図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）のそれぞれの図において、上部溝３１の左回りにおいて後端となる端部近傍に記入した星印の位置から分かるように、約１８０°回転する。
【００２５】
さらに、第２の磁性部材２５は、上面を平坦な面に形成し、この上面に下部軌道４０として下部溝４１、４２及び４３を形成している。また、下部溝４１、４２及び４３も、図３においては左回りとなる方向に向かって、下り勾配となるように深さが設定されている。ところで、上部溝３１、３２及び３３は、上に向かって凹陥しているので、左回りとなる方向に向かって浅くなるように形成されている。これに対して、下部溝４１、４２及び４３は、左回りとなる方向に向かって深くなるように形成されている。したがって、上部溝３１、３２及び３３と、下部溝４１、４２及び４３とでは、左回りとなる方向に向かって下り勾配であることは共通しているが、溝の深さにおいては深浅が逆になっている。
【００２６】
図４（ａ）は、第１の磁性部材２０の下面を上方から透視した状態を示している。図４（ａ）に示すように、上部溝３１、３２及び３３の各々の曲率中心Ｐ、Ｑ、Ｒは、第１の磁性部材２０の下面を含む仮想的な平面と可動磁極１１０の回転軸との交叉点Ｏから同じ距離だけ離隔している。また、図４（ｂ）に示すように、上部溝３１は、内側の縁辺及び外側の縁辺を延長すると、曲率中心Ｐを中心とした同心円となる。上部溝３２及び３３も同様に、内側の縁辺及び外側の縁辺を延長すると同心円となる。なお、曲率中心Ｐ、Ｑ、Ｒは、交叉点Ｏから大きく離隔していると、第１の磁性部材２０を回転させる上で支障があるので、交叉点Ｏの比較的近傍に配置している。また、上部溝３１、３２及び３３は、内側の縁辺と外側の縁辺とのいずれにおいても同じ曲率半径を有する。さらに、上部溝３１、３２及び３３の曲率半径は、図９及び図１０に示したロータリソレノイド２００の外径をロータリソレノイド１０の外径と等しいものとしたときに、上部溝２４１、２４２及び２４３の曲率半径より僅かに小さくなるように設定されている。また、上部溝３１、３２及び３３は、互いの間隙が等しくなるように配置されているので、曲率中心Ｐ、Ｑ、Ｒは、仮想的な正三角形の頂点をなし、この正三角形の内側に交叉点Ｏが位置している。
【００２７】
また、図示していないが、下部溝４１、４２及び４３においても、各々の曲率中心が第１の磁性部材２０の下面を含む仮想的な平面と可動磁極１１０の回転軸との交叉点Ｏから同じ距離だけ離隔している。くわえて、下部溝４１、４２及び４３の内側の縁辺及び外側の縁辺を延長すると、曲率中心を中心とした同心円となる。さらに、下部溝４１、４２及び４３の曲率半径は、上部溝３１、３２及び３３のものと同じである。また、下部溝４１、４２及び４３の配置についても、上部溝３１、３２及び３３と同じである。ただし、下部溝４１、４２及び４３は、上部溝３１、３２及び３３に対して鏡面対象となるように形成されている。すなわち、下部溝４１、４２及び４３は、第１の磁性部材２０を上下反転した状態において、上部溝３１、３２及び３３と同じ形状、大きさ、配置となるが、上部溝３１、３２及び３３と対向した状態、つまり、ロータリソレノイド１０の組立状態においては、図３（ａ）に示すところの第１の磁性部材２０の回転開始前の状態、（ｂ）に示すところの第１の磁性部材２０の回転途中の状態、（ｃ）の第１の磁性部材２０の回転終了状態のいずれの状態においても、下部溝４１、４２及び４３は上部溝３１、３２及び３３と完全に重なる合うことがない。
【００２８】
すなわち、図３（ｂ）に示すように、第１の磁性部材２０が回転途中にあるときには、下部溝４１、４２及び４３は上部溝３１、３２及び３３と交叉した状態となる。このように構成することによって、第１の磁性部材２０の回転途中において、球状転動体１３１、１３２及び１３３が下部溝４１、４２及び４３の側壁部分によって後方から押圧が加わるので、球状転動体１３１、１３２及び１３３が前方に押し出されて、確実に転動することになる。これは、上部溝３１、３２及び３３、並びに、下部溝４１、４２及び４３が従来技術に係るロータリソレノイドの溝よりも長くなることによって、下り勾配となる傾斜が緩やかになると、球状転動体１３１、１３２及び１３３が滑らかに転動しない、場合によっては全く転動しないという副次的な課題が発生することに対処するために採用した構成である。
【００２９】
さらに、図１及び図２に戻って他の構成部材について説明する。ロータリソレノイド１０は、磁性材からなる固定磁極兼ケース部材１００のケース部１０４の内部にコイル１１４が挿入され、さらにコイル１１４の上方に第２の磁性部材２５が圧入されている。固定磁極兼ケース部材１００の底部１０１から上方に延びるように固定磁極部１０２が形成されている。なお、固定磁極兼ケース部材１００は、固定磁極とケースを単一の部材で一体のものとして形成するのではなく、別々の部材から所定形状に加工し、固定磁極をケースに嵌合することによって両者を一体的なものに組み上げてもよい。また、固定磁極部１０２は、その中心軸に沿って貫通孔１０３が形成されている。貫通孔１０３の内部には、シャフト１０５を支持する軸受１１５及び１１６が配置されている。また、シャフト１０５は、可動磁極１１０の中央に形成された貫通孔に嵌合されており、可動磁極１１０の中心軸とシャフト１０５の中心軸は一致している。さらに、シャフト１０５の下方の外部突出部１０８には、切り欠き部１０６が形成されており、渦巻ばね１２０及び保持部材１０９が取り付けられている。渦巻ばね１２０は固定部材１２１によって固定磁極兼ケース部材１００の底部１０１に固定されている。なお、シャフト１０５の先端部１０７は切り欠いていないので、保持部材１０９が脱落することはない。
【００３０】
また、可動磁極１１０は、上側の部分を径が小さい小径部１１２とし、下側の部分を径が大きい大径部１１１としている。小径部１１２は、第１の磁性部材２０の円形の開口部に嵌合されており、段差面１１３が第１の磁性部材２０の下側面に接している。くわえて、第１の磁性部材２０及び第２の磁性部材２５は、固定磁極兼ケース部材１００と可動磁極１１０とを巡る磁路を確保する補助磁極としての役割も持つ。すなわち、コイル１１４に通電すると、固定磁極兼ケース部材１００の固定磁極部１０２、底部１０１、ケース部１０４、第１の磁性部材２０及び第２の磁性部材２５、可動磁極１１０を経て固定磁極部１０２に流れる磁路が生成され、固定磁極部１０２と可動磁極１１０とのエアギャップ１１９を埋めるように可動磁極１１０が固定磁極部１０２に吸引されて摺動する。
【００３１】
以上のように、この実施の形態に係るロータリソレノイド１０は、第１の磁性部材２０と第２の磁性部材２５とにおいて、相対向する面に、可動磁極１１０の回転軸とこれらの相対向する面との交叉点から同じ距離離隔し、かつ、互いに重なり合わない点を曲率中心として略円弧状に形成されると共に、所定回転方向に向かって下り勾配となるように深さが設定された上部溝３１、３２及び３３と下部溝４１、４２及び４３とを備え、第１の磁性部材２０と第２の磁性部材２５との間に介在し、且つ、上部溝３１、３２及び３３と下部溝４１、４２及び４３内部に配置されていると共に、可動磁極１１０が固定磁極兼ケース部材１００の固定磁極部１０２に対して吸引されているときに、上部溝３１、３２及び３３と下部溝４１、４２及び４３とを軌道として転動することによって、可動磁極１１０の回転軸を中心として可動磁極１１０を回転させる球状転動体１３１、１３２及び１３３を有する構成にしたので、従来技術に係る構成よりも、回転方向において溝をより長く形成することができ、ロータリソレノイドとしての回転角を大きくすることができる。
【００３２】
すなわち、図９及び図１０に示した従来技術に係るロータリソレノイド２００においては、図１０（ｂ）及び（ｃ）から分かるように、上部溝２４１、２４２及び２４３と、下部溝２５３、２５４及び２５５とがそれぞれ仮想的なドーナツのような図形の領域内に配置されており、つまりシャフト２６２の中心軸に対して同じ距離だけ離隔しているので、隣り合う溝との間隙を確保することを考慮すると、第１の磁性部材２４０はシャフト２６２の中心軸に対して最大１１０°程度となる範囲内に形成せざるを得ない。これに対して、ロータリソレノイド１０は、上部溝３１、３２及び３３と下部溝４１、４２及び４３との曲率中心が可動磁極１１０の回転軸との交叉点を囲む仮想的な正三角形の頂点となる位置に配置され、さらに上部溝２４１、２４２及び２４３と、下部溝２５３、２５４及び２５５よりも僅かに曲率半径が僅かに小さいので、ロータリソレノイド１０の全体に大きな改変を加えることなく、約１８０°の回転角を実現している。さらに、上部溝３１、３２及び３３からなる上部軌道３０と下部溝４１、４２及び４３からなる下部軌道４０とは、鏡面対称となるように形成されているので、第１の磁性部材２０が回転しているときに互いに交叉するようになる。これによって、球状転動体１３１、１３２及び１３３が下部溝４１、４２及び４３の側壁部分によって後方から押圧が加わるので、球状転動体１３１、１３２及び１３３が前方に押し出されて、確実に転動する。
【００３３】
引き続いて、本発明の第２の実施の形態に係るロータリソレノイドについて説明する。図５は、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示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。図５において、１１はロータリソレノイド、５０は第１の磁性部材、６４、６５及び６６は上面凸部であり、その他の符号は図１と同じものを示す。また、図６は、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示すＢ−Ｂ線断面図である。図６において、５５は第２の磁性部材、６１、６２及び６３は上部溝、７１、７２及び７３は下部溝、１３５は車輪状転動体であり、その他の符号は図５と同じものを示す。さらに、図７は、本発明の第２の形態に係るロータリソレノイドにおける転動体の転動状態を示す概略平面図である。図７において、６０は上部軌道、７０は下部軌道、１３４及び１３６は車輪状転動体であり、その他の符号は図５及び図６と同じものを示す。くわえて、図８は、本発明の第２の形態に係るロータリソレノイドにおける溝を示し、（ａ）は溝の注視日を示す部分平面図、（ｂ）は単独に溝の構成を示す概略平面図である。図８において用いた符号は、全て図７と同じものを示す。
【００３４】
この第２の実施の形態に係るロータリソレノイド１１は、ロータリソレノイド１０よりもさらに回転角が大きく、約３５０°の回転角となる。すなわち、図５（ａ）及び図６に示すように、上部溝６１、６２及び６３からなる上部軌道６０、並びに、下部溝７１、７２及び７３からなる下部軌道７０は、ロータリソレノイド１０の上部溝３１、３２及び３３、並びに、下部溝４１、４２及び４３よりもそれぞれ同じ狭い幅に形成されている。また、図８（ａ）に示すように、上部溝６１、６２及び６３の各々の曲率中心Ｐ、Ｑ、Ｒは、第１の磁性部材５０の下面を含む仮想的な平面と可動磁極１１０の回転軸との交叉点Ｏから同じ距離だけ離隔している。さらに、図８（ｂ）に示すように、上部溝６１は、内側の縁辺及び外側の縁辺を延長すると、曲率中心Ｐを中心とした同心円となる。上部溝６２及び６３も同様に、内側の縁辺及び外側の縁辺を延長すると同心円となる。また、上部溝６１、６２及び６３は、内側の縁辺と外側の縁辺とのいずれにおいても同じ曲率半径を有する。さらに上部溝３１、３２及び３３は、互いの間隙が等しくなるように配置されているので、曲率中心Ｐ、Ｑ、Ｒは、仮想的な正三角形の頂点をなし、この正三角形の内側に交叉点Ｏが位置している。
【００３５】
また、図示していないが、下部溝７１、７２及び７３においても、各々の曲率中心が第１の磁性部材５０の下面を含む仮想的な平面と可動磁極１１０の回転軸との交叉点Ｏから同じ距離だけ離隔している。くわえて、下部溝７１、７２及び７３の内側の縁辺及び外側の縁辺を延長すると、曲率中心を中心とした同心円となる。さらに、下部溝７１、７２及び７３の曲率半径は、上部溝６１、６２及び６３のものと同じである。くわえて、図７に示すように、下部溝７１、７２及び７３は、上部溝６１、６２及び６３に対して鏡面対象となるように形成されている。すなわち、下部溝７１、７２及び７３は、第１の磁性部材５０を上下反転した状態において、上部溝６１、６２及び６３と同じ形状、大きさ、配置となる。また、上部溝６１、６２及び６３、並びに、下部溝７１、７２及び７３は、略半円に形成されており、上部溝６１の左回りにおいて後端となる端部近傍に記入した星印の位置から分かるように、第１の磁性部材５０は約３５０°回転する。
【００３６】
上部溝３１、３２及び３３、並びに、下部溝４１、４２及び４３を狭く形成した場合、転動体をこれに応じて小さくすると、溝と転動体との接触圧を常に適切に保つ必要があることや、溝を精緻に形成する必要があるので、製造の困難性が高くなる。そこで、ロータリソレノイド１１では、転動体を略円板状に形成した車輪状転動体１３４、１３５及び１３６を用いている。車輪状転動体１３４、１３５及び１３６は、円板の縁辺部の角を削り落とした形状、つまり、あたかもタイヤのような丸みを帯びた形状にしたもので、ロータリソレノイド１０の球状転動体１３１、１３２及び１３３と同様に転動するものである。なお、車輪状転動体１３４、１３５及び１３６は、基本形状が略円板状に形成してあればよく、中心が開口したドーナツ又は五円玉のような形状であってもよい。なお、第１の磁性部材５０は、作図の都合上３６０°に満たない回転角としているが、上部溝３１、３２及び３３、並びに、下部溝４１、４２及び４３をさらに長く形成することにより、３６０°、又は、３６０°を超える回転角にすることも可能である。
【００３７】
以上のように、この実施の形態に係るロータリソレノイド１１は、第１の磁性部材５０と第２の磁性部材５５とにおいて、相対向する面に、可動磁極１１０の回転軸とこれらの相対向する面との交叉点から同じ距離離隔し、かつ、互いに重なり合わない点を曲率中心として略円弧状に形成されると共に、所定回転方向に向かって下り勾配となるように深さが設定された上部溝６１、６２及び６３と下部溝７１、７２及び７３とを備え、第１の磁性部材５０と第２の磁性部材５５との間に介在し、且つ、上部溝６１、６２及び６３と下部溝７１、７２及び７３内部に配置されていると共に、可動磁極１１０が固定磁極兼ケース部材１００の固定磁極部１０２に対して吸引されているときに、上部溝６１、６２及び６３と下部溝７１、７２及び７３とを軌道として転動することによって、可動磁極１１０の回転軸を中心として可動磁極１１０を回転させる車輪状転動体１３４、１３５及び１３６を有する構成にしたので、従来技術に係る構成では実現できない３５０°、あるいはそれ以上の回転角を得ることができる。さらに、上部溝６１、６２及び６３からなる上部軌道３０と下部溝７１、７２及び７３からなる下部軌道４０とが鏡面対称となるように形成されているので、第１の磁性部材５０が回転しているときに互いに交叉するようになる。これによって、車輪状転動体１３４、１３５及び１３６が下部溝７１、７２及び７３の側壁部分によって後方から押圧が加わるので、車輪状転動体１３４、１３５及び１３６が前方に押し出されて、確実に転動する。
【００３８】
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、例えば、本発明の第２の実施の形態に係るロータリソレノイド１１において、ワッシャ１４０を備える構成とするなど、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ロータリソレノイドに適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１０    ロータリソレノイド
１１    ロータリソレノイド
２０    第１の磁性部材
２５    第２の磁性部材
３０    上部軌道
３１    上部溝
３２    上部溝
３３    上部溝
３４    上面凸部
３５    上面凸部
３６    上面凸部
４０    下部軌道
４１    下部溝
４２    下部溝
４３    下部溝
５０    第１の磁性部材
５５    第２の磁性部材
６０    上部軌道
６１    上部溝
６２    上部溝
６３    上部溝
６４    上面凸部
６５    上面凸部
６６    上面凸部
７０    下部軌道
７１    下部溝
７２    下部溝
７３    下部溝
１００  固定磁極兼ケース部材
１０１  底部
１０２  固定磁極部
１０３  貫通孔
１０４  ケース部
１０５  シャフト
１０６  切り欠き部
１０７  先端部
１０８  外部突出部
１０９  保持部材
１１０  可動磁極
１１１  大径部
１１２  小径部
１１３  段差面
１１４  コイル
１１５  軸受
１１６  軸受
１１７  リード線
１１８  リード線
１１９  エアギャップ
１２０  渦巻ばね
１２１  固定部材
１３１  球状転動体
１３２  球状転動体
１３３  球状転動体
１３４  車輪状転動体
１３５  車輪状転動体
１３６  車輪状転動体
２００  ロータリソレノイド
２２１  球状転動体
２２２  球状転動体
２２３  球状転動体
２４０  第１の磁性部材
２４１  上部溝
２４２  上部溝
２４３  上部溝
２５０  ケース部材
２５１  周側面部
２５２  補助磁極部
２５３  下部溝
２５４  下部溝
２５５  下部溝
２６０  固定磁極
２６１  可動磁極
２６２  シャフト
２６３  ｅリング
２６４  スペーサ
２６５  渦巻ばね
２６６  軸受
２６７  リード線
２６８  リード線
２６９  コイル
【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】
2018073963.tif 000007
【図６】
2018073963.tif 000008
【図７】
2018073963.tif 000009
【図８】
2018073963.tif 000010
【図９】
2018073963.tif 000011
【図１０】
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