(57)【要約】  マグネットロータ部２に、シャフト６の軸方向Ｆｓにおける一方がＳ極となり他方がＮ極となるマグネット部７を使用し、このマグネット部７の軸方向Ｆｓにおける両側に、シャフト６から径方向Ｆｄに突出し、かつ周方向Ｆｆに所定の角度範囲Ｚａにわたって形成した一対のロータヨーク１２ｆ，１２ｒを設けるとともに、軸受部５ｆ，５ｒを設けるケーシング４における相対向する一対の端面部４ｆ，４ｒを長方形状Ｓｒに選定し、かつ少なくとも一方の長辺部４ｒｍから直角方向に延出するケーシング４における側面部４ｐの位置を、マグネットロータ部２の回動を許容する近接位置Ｘｓに選定する。
2018078847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングに設けた軸受部により回動自在に支持されるシャフトの中間位置にマグネット部を有するマグネットロータ部と、このマグネットロータ部の径方向両側に配し、かつ前記ケーシングに固定したステータヨークに装着したコイルを有する一対のステータ部とを備えてなるロータリソレノイドであって、前記マグネットロータ部に、前記シャフトの軸方向における一方がＳ極となり他方がＮ極となるマグネット部を使用し、このマグネット部の軸方向における両側に、前記シャフトから径方向に突出し、かつ周方向に所定の角度範囲にわたって形成した一対のロータヨークを設けるとともに、前記軸受部を設ける前記ケーシングの相対向する一対の端面部を長方形状に選定し、かつ少なくとも一方の前記長辺部から直角方向に延出する前記ケーシングにおける側面部の位置を、前記マグネットロータ部の回動を許容する近接位置に選定してなることを特徴とするロータリソレノイド。
【請求項２】
前記長方形状は、短辺部の長さを長辺部の長さの１／２以下に選定することを特徴とする請求項１記載のロータリソレノイド。
【請求項３】
前記一対のステータ部は、前記マグネットロータ部の径方向両側であって、前記端面部の長手方向両側における前記ケーシングの内部空間に配設することを特徴とする請求項１記載のロータリソレノイド。
【請求項４】
前記ステータヨークは、前記コイルの中心位置に装填し、かつ前記シャフトに平行に配するとともに、両端を前記ケーシングに固定したコア部と、このコア部の軸方向における前記コイルの両側に、前記コア部から径方向に突出し、前記ロータヨークの周面に対向する一対のヨーク本体部とを備えることを特徴とする請求項１又は３記載のロータリソレノイド。
【請求項５】
前記ケーシングは、非磁性材により形成することを特徴とする請求項１記載のロータリソレノイド。
【請求項６】
前記ケーシングは、前記側面部に対向する他方の側面部の内面に、前記ロータヨークに係止して回動範囲を規制する一対のストッパを一体に備えることを特徴とする請求項１又は５記載のロータリソレノイド。
【請求項７】
前記所定の角度範囲は、８０〜１４０〔°〕に選定することを特徴とする請求項１記載のロータリソレノイド。
【請求項８】
前記シャフトは、非磁性材により形成することを特徴とする請求項１記載のロータリソレノイド。
【請求項９】
前記マグネット部は、マグネット本体部とこのマグネット本体部の軸方向端部に当接した磁性材を用いたセパレータ部により構成することを特徴とする請求項１記載のロータリソレノイド。
【請求項１０】
前記マグネット部は、マグネット本体部のみにより構成することを特徴とする請求項９記載のロータリソレノイド。
【請求項１１】
前記マグネット本体部は、前記シャフトの外周面における周方向の全部の周を覆う円筒体により形成することを特徴とする請求項９又は１０記載のロータリソレノイド。
【請求項１２】
前記マグネット本体部は、前記シャフトの外周面における周方向の一部の周を覆う円弧体により形成することを特徴とする請求項９又は１０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、ケーシングに設けた軸受部により回動自在に支持されるマグネットロータ部及びこのマグネットロータ部の径方向両側に配した一対のステータ部を備えるロータリソレノイドに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ロータリソレノイドは、ケーシングに設けた軸受部により回動自在に支持されるシャフトの中間位置にマグネットを有するマグネットロータ部、及びこのマグネットロータ部の径方向両側に配し、かつケーシングに固定したステータヨークに装着したコイルを有する一対のステータ部により構成し、往復回動変位を出力することにより、二位置の切換を行う機能を備えている。【０００３】
したがって、この種のロータリソレノイドは、その往復回動性を利用して、貨幣や紙幣等の区分け、郵便物等の仕分け、印刷物の搬送路切換、光学機器の光路切換、半導体製造装置のイオンシャッタ等、数多くの分野における各種用途に用いられているが、特に、光学機器の光路切換では、高速かつ高い動作角度精度のみならず、配設スペースが限られるため、ロータリソレノイドの小型化（薄型化）が要求されるとともに、半導体製造装置のイオンシャッタでは、素子の大きさに合わせて狭ピッチでシャッタを並べることにより、素子をイオントリミングする必要があるため、このシャッタを駆動するため超薄型のロータリソレノイドが要求される。さらに、チップ半導体の仕分け装置による不良品の仕分けでは、チップの微細化に伴う超小型のロータリソレノイドが要求されている。【０００４】
従来、このような用途に用いる小型化されたロータリソレノイドとしては、既に本出願人が提案した特許文献１及び２で開示されるロータリソレノイドが知られている。特許文献１で開示されるロータリソレノイド（回転電機）は、コイル収容空間を効率的に確保し、小型コンパクト化（超小型化）、さらには全体のコストダウンを実現するとともに、特性及び品質の均一性を高めることを目的としたものであり、具体的には、シャフトの中間部にマグネットを有するマグネットロータと、鉄芯部を覆うコイルボビンにコイルを巻回したステータを備え、特に、シャフトに対して両側から装着し、対向させることによりコイルボビンを構成するとともに、コイルを巻回するコイル巻回部がマグネットの外周面よりも径方向中心側へオーバラップした形状を有する一対のボビン半体部と、一対のボビン半体部間に装着する鉄芯部を備えて構成したものである。【０００５】
また、特許文献２で開示されるロータリソレノイド（ソレノイド）は、超小型のソレノイドを容易に実現するとともに、ワイヤ端部の接続部分を機械的に保護することにより超小型のソレノイドにおける信頼性を高めることを目的としたものであり、具体的には、筒形のケーシングと、このケーシングの開口部を閉塞する端面カバーと、ケーシングに収容するコイルボビンと、このコイルボビンに巻装した一又は二以上のコイルと、コイルボビンに装着してコイルから導出されるワイヤ端部を接続する一又は二以上のピン端子と、コイルの通電により変位するマグネットを有する可動部とを備え、特に、コイルボビンに設けた貫通孔部と、この貫通孔部に対して一端開口から挿通させた際に、ワイヤ接続部に対してワイヤ端部を接続可能な中途位置及びワイヤ接続部がコイルボビンにおけるバリア部により遮蔽される最終位置に止めることができる中間取付部を有するとともに、最終位置では貫通孔部の他端開口から突出するピン本体部を有してなるピン端子とを備えて構成したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２９２５５７号公報
【特許文献２】特開２０１２−０３９８０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述した特許文献１及び特許文献２で開示されるロータリソレノイドをはじめ、従来のロータリソレノイドは、次のような解決すべき課題が存在した。【０００８】
第一に、往復回動変位を出力するため、シャフトに支持される可動部（ロータ部）は回動変位するとともに、この可動部に対向する固定部（ステータ部）も、可動部の円周方向に沿って配設される。これにより、軸方向から見たロータリソレノイド全体の形状（ケーシングの外郭形状）は、円形状又はこの円形状を収容する正方形状となるため、全体の小型化を図るとしても、５〔ｍｍ〕程度の外径が限界となる。特に、外径５〔ｍｍ〕前後まで小型化する場合、コイルの巻線スペースが狭くなるため、コイルのターン数を増やすことができず、必要なトルクを得るための磁束及びアンペアターンを確保することが困難になる。この結果、電流が過大となり、小型化すればするほど、コイルの温度が上昇し、トルクの低下を招く問題を生じる。【０００９】
第二に、マグネットロータ部に備えるマグネットは、径方向に着磁するため、着磁波形が正弦波状となる。例えば、リング形のマグネットを二極で使用する場合には、マグネットの体積に対して十分な磁束を確保できなくなり、トルクもそれに伴い小さくなる。この問題は、マグネットを組込んだ後に着磁を行うことに起因する。即ち、着磁したマグネットを組込む場合、磁気的な吸引力の発生により、部品の破損を招いたり鉄粉等のゴミを吸着してロータリソレノイドを損傷する虞れがあるため、通常、マグネットを組込んだ後に着磁を行っている。結局、着磁波形が正弦波状の場合、着磁方向に対して直角となる部分は未着磁状態に近くなり、小型化を図る場合には、マグネットの磁束が不足する。【００１０】
第三に、ロータリソレノイドは、二位置を往復回動変位するため、回動変位を二位置に規制するための一対のストッパが必要となるが、軸方向から見た全体の形状（ケーシングの外郭形状）が円形状となるロータリソレノイドでは、ケーシングの内部にストッパの配設場所を確保しにくい。結局、ケーシングの内部にストッパを設ける場合、別途の配設スペースを確保したり、或いは、別途、外部に配設する必要があり、結果的に、ロータリソレノイド全体の小型化を妨げる要因になりやすい。【００１１】
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決したロータリソレノイドの提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上述した課題を解決するため、ケーシング４に設けた軸受部５ｆ，５ｒにより回動自在に支持されるシャフト６の中間位置にマグネット部７を有するマグネットロータ部２と、このマグネットロータ部２の径方向Ｆｄ両側に配し、かつケーシング４に固定したステータヨーク８ｓ…に装着したコイル９ｓ…を有する一対のステータ部３ｓ…とを備えてなるロータリソレノイド１であって、マグネットロータ部２に、シャフト６の軸方向Ｆｓにおける一方がＳ極となり他方がＮ極となるマグネット部７を使用し、このマグネット部７の軸方向Ｆｓにおける両側に、シャフト６から径方向Ｆｄに突出し、かつ周方向Ｆｆに所定の角度範囲Ｚａにわたって形成した一対のロータヨーク１２ｆ，１２ｒを設けるとともに、軸受部５ｆ，５ｒを設けるケーシング４における相対向する一対の端面部４ｆ，４ｒを長方形状Ｓｒに選定し、かつ少なくとも一方の長辺部４ｒｍから直角方向に延出するケーシング４における側面部４ｐの位置を、マグネットロータ部２の回動を許容する近接位置Ｘｓに選定してなることを特徴とする。【００１３】
この場合、発明の好適な態様により、端面部４ｆ，４ｒの長方形状Ｓｒは、短辺部４ｒｓ…の長さＬｓを長辺部４ｒｍ…の長さＬｍの１／２以下に選定することができる。一方、一対のステータ部３ｓ，３ｔは、マグネットロータ部２の径方向Ｆｄ両側であって、端面部４ｆ…の長手方向両側におけるケーシング４の内部空間Ｒｓ，Ｒｔに配設することができる。また、ステータヨーク８ｓ，８ｔは、コイル９ｓ，９ｔの中心位置に装填し、かつシャフト６に平行に配するとともに、両端をケーシング４に固定したコア部１５ｓ，１５ｔと、このコア部１５ｓ，１５ｔの軸方向Ｆｓにおけるコイル９ｓ，９ｔの両側に、コア部１５ｓ，１５ｔから径方向Ｆｄに突出し、ロータヨーク１２ｆ，１２ｒの周面に対向する一対のヨーク本体部１６ｓｆ，１６ｔｆ，１６ｓｒ，１６ｔｒを備えて構成できる。なお、ケーシング４及び／又はシャフト６は、非磁性材により形成することが望ましい。また、ケーシング４には、側面部４ｐに対向する他方の側面部４ｑの内面４ｑｉに、ロータヨーク１２ｆ，１２ｒに係止して回動範囲Ｚｒを規制する一対のストッパ１７ｓ，１７ｔを一体に設けることができる。さらに、所定の角度範囲Ｚａは、８０〜１４０〔°〕に選定することができる。他方、マグネット部７は、マグネット本体部７ｍと、このマグネット本体部７ｍの軸方向Ｆｓ端部に当接した磁性材を用いたセパレータ部７ｓにより構成することができるとともに、或いはマグネット本体部７ｍのみにより構成することもできる。この際、マグネット本体部７ｍは、シャフト６の外周面６ｆにおける周方向の全部の周を覆う円筒体Ｍｒにより形成してもよいし、シャフト６の外周面６ｆにおける周方向の一部の周を覆う円弧体Ｍｓにより形成してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
このような構成を有する本発明に係るロータリソレノイド１によれば、次のような顕著な効果を奏する。【００１５】
（１）  マグネットロータ部２に、シャフト６の軸方向Ｆｓにおける一方がＳ極となり他方がＮ極となるマグネット部７を使用し、このマグネット部７の軸方向Ｆｓにおける両側に、シャフト６から径方向Ｆｄに突出し、かつ周方向Ｆｆに所定の角度範囲Ｚａにわたって形成した一対のロータヨーク１２ｆ，１２ｒを設けてなるため、マグネット部７における十分な磁束を確保できる。この結果、ロータリソレノイド１の超薄型化を図った場合であっても、必要となる十分なトルクを確保できる。【００１６】
（２）  軸受部５ｆ，５ｒを設けるケーシング４における相対向する一対の端面部４ｆ，４ｒを長方形状Ｓｒに選定し、かつ少なくとも一方の長辺部４ｒｍから直角方向に延出するケーシング４における側面部４ｐの位置を、マグネットロータ部２の回動を許容する近接位置Ｘｓに選定してなるため、部品間の隙間のような狭い空間にも配設可能になるなど、様々な配設スペースに対応させることができ、汎用性を飛躍的に高めることができる。【００１７】
（３）  好適な態様により、端面部４ｆ，４ｒの長方形状Ｓｒを、短辺部４ｒｓ…の長さＬｓを長辺部４ｒｍ…の長さＬｍの１／２以下に選定すれば、ロータリソレノイド１の全体形状（外郭形状）を、厚さの薄い偏平形状、特に、厚さ５〔ｍｍ〕以下の超薄型形状とすることも容易に実現できる。【００１８】
（４）  好適な態様により、一対のステータ部３ｓ，３ｔを、マグネットロータ部２の径方向Ｆｄ両側であって、端面部４ｆ…の長手方向両側におけるケーシング４の内部空間Ｒｓ，Ｒｔに配設すれば、ステータ部３ｓ，マグネットロータ部２，ステータ部３ｔを、直線上に沿って配することができるため、全体形状（外郭形状）が厚さの薄い偏平形状となるロータリソレノイド１もレイアウトの観点から合理的に実現できる。【００１９】
（５）  好適な態様により、ステータヨーク８ｓ，８ｔを、コイル９ｓ，９ｔの中心位置に装填し、かつシャフト６に平行に配するとともに、両端をケーシング４に固定したコア部１５ｓ，１５ｔと、このコア部１５ｓ，１５ｔの軸方向Ｆｓにおけるコイル９ｓ，９ｔの両側に、コア部１５ｓ，１５ｔから径方向Ｆｄに突出し、ロータヨーク１２ｆ，１２ｒの周面に対向する一対のヨーク本体部１６ｓｆ，１６ｔｆ，１６ｓｒ，１６ｔｒとを設けて構成すれば、マグネットロータ部２の形態にマッチングしたシンプルな磁気回路を構築できるため、無用な磁気損失を排除し、ロータリソレノイド１の高効率化を図れるとともに、トルクのバラツキを低減できる。【００２０】
（６）  好適な態様により、ケーシング４を、非磁性材により形成すれば、ケーシング４に対する無用な磁束の漏れを回避できるため、ロータリソレノイド１の更なる高効率化に寄与できるとともに、シャフト６を、非磁性材により形成すれば、シャフト６に対する無用な磁束の漏れを回避できるため、ロータリソレノイド１の更なる高効率化に寄与できる。【００２１】
（７）  好適な態様により、ケーシング４における側面部４ｐに対向する他方の側面部４ｑの内面４ｑｉに、ロータヨーク１２ｆ，１２ｒに係止して回動範囲Ｚｒを規制する一対のストッパ１７ｓ，１７ｔを一体に設ければ、ロータヨーク１２ｆ，１２ｒの形状を直接当接部として利用できるため、ストッパ１７ｓ，１７ｔを追加するのみで、回動範囲Ｚｒを規制するストッパ機構を容易に構築できる。また、デッドスペースを利用することによりケーシング４の内部に配設可能な小型のストッパ機構を構築できるとともに、停止位置の高精度化にも寄与できる。【００２２】
（８）  好適な態様により、所定の角度範囲Ｚａを、８０〜１４０〔°〕に選定すれば、ステータ部３ｓ，３ｔ側との吸引作用及び反発作用の不安定化を回避できるため、マグネットロータ部２の往復回動変位に係わる動作を確実に確保できるとともに、必要な駆動出力となる回動範囲Ｚｒを確保できる。【００２３】
（９）  好適な態様により、マグネット部７は、マグネット本体部７ｍと、このマグネット本体部７ｍの軸方向Ｆｓ端部に当接した磁性材を用いたセパレータ部７ｓにより構成することができるとともに、或いはマグネット本体部７ｍのみにより構成することもできるなど、マグネット本体部７ｍの組付態様の観点から設計自由度を高めることができるため、仕様に対応させた目的のロータリソレノイド１を容易に得ることができる。【００２４】
（１０）  好適な態様により、マグネット本体部７ｍは、シャフト６の外周面６ｆにおける周方向の全部の周を覆う円筒体Ｍｒにより形成してもよいし、シャフト６の外周面６ｆにおける周方向の一部の周を覆う円弧体Ｍｓにより形成してもよいなど、マグネット本体部７ｍの形状態様の観点から設計自由度を高めることができるとともに、マグネット本体部７ｍの組付態様と組合わせることにより、より設計自由度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の好適実施形態に係るロータリソレノイドの断面平面図（図２中Ａ−Ａ線断面）、
【図２】同ロータリソレノイドの断面正面図、
【図３】同ロータリソレノイドの断面右側面図、
【図４】同ロータリソレノイドの一部を破断した外観右側面図、
【図５】同ロータリソレノイドの外観底面図、
【図６】同ロータリソレノイドの磁気回路図、
【図７】同ロータリソレノイドの断面平面図を用いた作用説明図、
【図８】同ロータリソレノイドの着磁方向による空隙部の磁束密度分布特性図、
【図９】同ロータリソレノイドに備えるマグネットロータ部におけるマグネット部の変更例を示す断面正面図、
【図１０】同ロータリソレノイドに備えるマグネットロータ部におけるロータヨークの変更例を示す断面正面図、
【図１１】同ロータリソレノイドに備えるケーシング及びケーシング周辺の変更例を示す断面正面図、
【符号の説明】
【００２６】
１：ロータリソレノイド，２：マグネットロータ部，３ｓ：ステータ部，３ｔ：ステータ部，４：ケーシング，４ｆ：端面部，４ｒ：端面部，４ｒｓ…：短辺部，４ｒｍ…：長辺部，４ｐ：側面部，４ｑ：側面部，４ｑｉ：側面部の内面，５ｆ：軸受部，５ｒ：軸受部，６：シャフト，６ｆ：シャフトの外周面，７：マグネット部，７ｍ：マグネット本体部，７ｓ：セパレータ部，８ｓ：ステータヨーク，８ｔ：ステータヨーク，９ｓ：コイル，９ｔ：コイル，１２ｆ：ロータヨーク，１２ｒ：ロータヨーク，１５ｓ：コア部，１５ｔ：コア部，１６ｓｆ：ヨーク本体部，１６ｔｆ：ヨーク本体部，１６ｓｒ：ヨーク本体部，１６ｔｒ：ヨーク本体部，１７ｓ：ストッパ，１７ｔ：ストッパ，Ｆｄ：径方向，Ｆｓ：軸方向，Ｆｆ：周方向，Ｚａ：所定の角度範囲，Ｚｒ：回動範囲，Ｌｓ：短辺部の長さ，Ｌｍ：長辺部の長さ，Ｓｒ：長方形状，Ｘｓ：近接位置，Ｒｓ：内部空間，Ｒｔ：内部空間，Ｍｒ：円筒体，Ｍｓ：円弧体
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
次に、本発明に係る最良実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。【００２８】
まず、本実施形態に係るロータリソレノイド１の構成について、図１〜図１０を参照して説明する。【００２９】
本実施形態に係るロータリソレノイド１は、図１〜図５に示すように、偏平な直方体状をなすケーシング４を備え、このケーシング４は、上端開口のケーシング本体部４ｍとこのケーシング本体部４ｍの上端開口を閉塞するカバー部４ｓからなる。これにより、カバー部４ｓは、ケーシング４における一方の端面部４ｆを構成するとともに、この端面部４ｆに対向するケーシング本体部４ｍの底面部は他方の端面部４ｒを構成する。これにより、相対向する一対の端面部４ｆ，４ｒが構成される。なお、ケーシング本体部４ｍとカバー部４ｓは、例えば、図４に示すように、ケーシング本体部４ｍの上端に複数の固定片４ｍｃ…を突出形成し、この固定片４ｍｃ…のカシメを行うことによりカバー部４ｓに固定することができる。【００３０】
また、端面部４ｒの形状は、図５に示すように、短辺部４ｒｓの長さが、長辺部４ｒｍの長さの１／２以下となる条件を満たす長方形状Ｓｒに選定する。したがって、カバー部４ｓにおける長方形状Ｓｒに対応するエリアが端面部４ｆとなる。このように、端面部４ｆ，４ｒの長方形状Ｓｒを、短辺部４ｒｓ…の長さＬｓを長辺部４ｒｍ…の長さＬｍの１／２以下に選定すれば、ロータリソレノイド１の全体形状（外郭形状）を、厚さの薄い偏平形状、特に、厚さ５〔ｍｍ〕以下の超薄型形状とすることも容易に実現できる利点がある。【００３１】
さらに、ケーシング４は、全体を非磁性材により形成する。例示の場合、カバー部４ｓは、非磁性材となる合成樹脂素材により一体形成するとともに、ケーシング本体部４ｍは、ステンレス素材やアルミニウム素材等の非磁性材となる金属素材により一体形成した。このように、ケーシング４を、非磁性材により形成すれば、ケーシング４に対する無用な磁束の漏れを回避できるため、ロータリソレノイド１の高効率化に寄与できる。【００３２】
そして、カバー部４ｓ（端面部４ｆ）の中央位置には、ボールベアリング，潤滑性樹脂軸受，焼結含油軸受等を用いた一方の軸受部５ｆを配設するとともに、ケーシング本体部４ｍの底面部（端面部４ｒ）の中央位置にも、同様の軸受部を用いた他方の軸受部５ｒを配設する。なお、２１ｓ，２１ｔは、カバー部４ｓの長手方向両側に一体形成し、ケーシング本体部４ｍより外方まで延出（突出）して円孔を設けた取付部である。【００３３】
一方、２は、マグネットロータ部であり、ステンレス素材等の非磁性材により形成した一本の丸棒状のシャフト６を備える。このように、シャフト６を、非磁性材により形成すれば、シャフト６に対する無用な磁束の漏れを回避できるため、ロータリソレノイド１の更なる高効率化に寄与できる利点がある。このシャフト６は、図２に示すように、後端部（下端部）が、上述した軸受部５ｒによりピボット式に支持されるとともに、中間部が、上述した軸受部５ｆにより支持される。即ち、シャフト６は、一対の軸受部５ｆ，５ｒにより回動自在に支持される。【００３４】
また、ケーシング４の内部に位置するシャフト６の外周面６ｆにおける軸方向Ｆｓの中間位置には、マグネット部７を固定する。マグネット部７は、フェライトマグネット，希土類マグネット等の永久磁石により円筒体Ｍｒとして形成する。したがって、例示のマグネット部７は、全体がマグネット本体部７ｍを構成する。【００３５】
そして、マグネット部７（マグネット本体部７ｍ）は、シャフト６の軸方向Ｆｓにおける一方をＳ極に、他方をＮ極に着磁する。これにより、マグネット本体部７ｍの磁気特性を最大限利用し、後述するステータ部３ｓ，３ｔ側との空隙部における高い磁束密度を得ることができる。例えば、素材として、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石を使用し、厚みを２〔ｍｍ〕程度、空隙部を０．２５〔ｍｍ〕程度に選定すれば、１以上の高いパーミアンス係数を得ることができる。また、空隙部の磁束密度も０．５〔Ｔ〕以上にすることができるなど、高い空隙部磁束密度を得ることができるとともに、トルクも高めることができる。【００３６】
図８は、マグネット本体部７ｍの着磁方向による空隙部の磁束密度分布を示したものであり、横軸が中心角〔°〕、縦軸が磁束密度〔Ｔ〕となる。図８中、Ｐａは本実施形態における軸方向Ｆｓに着磁した場合、Ｐｒは径方向Ｆｄに着磁した場合を示している。なお、マグネット本体部７ｍのディメンションは、外径２〔ｍｍ〕、内径１〔ｍｍ〕、高さ（軸方向長さ）２〔ｍｍ〕とし、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石を使用することにより、アキシャル（軸方向）着磁したマグネット本体部７ｍとラジアル（径方向）着磁したマグネット本体部７ｍをそれぞれ用意した。そして、各マグネット部７を用いてロータリソレノイド１を構成し、各ロータリソレノイド１に通電した際の空隙部の磁束密度を計測した。【００３７】
この結果、設計条件により変動は生じるも、概ね、アキシャル（軸方向）着磁したマグネット本体部７ｍを用いた場合の磁束密度は、ラジアル（径方向）着磁したマグネット部７を用いた場合の磁束密度の約２倍となり、しかも、図８中、Ｐａで示すように、矩形状の磁束密度分布となるため、総磁束数も多くなることを確認できた。このように、軸方向Ｆｓに着磁を行ったマグネット本体部７ｍを用いることにより、高トルク及び非通電時の高保持力を確保できる。【００３８】
図２に示したマグネット部７は、全体を円筒体として形成するとともに、全体をマグネット本体部７ｍとして構成したものであるが、マグネット部７は、このような形態に限定されるものではない。その他の変更例を図９に示す。なお、図９（ａ）は、対比のために示した図２の形態である。【００３９】
図９（ｂ）は、マグネット部７を構成するに際し、マグネット本体部７ｍ，及びこのマグネット本体部７ｍの軸方向Ｆｓ端部に当接した磁性材により形成したセパレータ部７ｓにより構成したものである。セパレータ部７ｓは、ＳＰＣＣ，ＳＥＣＣ，ケイ素鋼板等の軟磁性材を用いて円筒形に形成することができる。このように、マグネット部７は、図９（ｂ）に示すようなマグネット本体部７ｍ，及びこのマグネット本体部７ｍの軸方向Ｆｓ端部に当接した磁性材を用いたセパレータ部７ｓにより構成することができるとともに、或いは図２（図９（ａ））に示すようなマグネット本体部７ｍのみにより構成することもできる。したがって、マグネット本体部７ｍの組付態様の観点から設計自由度を高めることができ、仕様に対応させた目的のロータリソレノイド１を容易に得ることができる。【００４０】
また、このようなセパレータ部７ｓを用いれば、後述する一対のロータヨーク１２ｆと１２ｒ間における軸方向Ｆｓの離間距離を大きくすることができ、磁束の漏れを低減できる。しかも、これに対応して、後述する一対のヨーク本体部１６ｓｆ…と１６ｓｒ…間の離間距離も大きくできるため、十分な巻線スペースを確保できるとともに、低消費電力化にも寄与することができる。なお、フェライトマグネット等の比較的磁気特性の低い磁石素材のときは、セパレータ部７ｓを使用しない構成が望ましく、他方、希土類マグネット等の比較的磁気特性の高い磁石素材のときは、セパレータ部７ｓを使用する構成が望ましい。これにより、コイル９ｓ，９ｔへの過大電流を回避できるとともに、過大な保持力の発生も回避できる。【００４１】
図９（ｃ）に示す変更例は、マグネット本体部７ｍを、シャフト６の外周面６ｆにおける周方向Ｆｆの一部の周を覆う円弧体Ｍｓにより形成したものであり、この点が、図９（ａ）及び図２に示したマグネット部７が、マグネット本体部７ｍを、シャフト６の外周面６ｆにおける周方向の全部の周を覆う円筒体Ｍｒにより形成した点と異なる。この変更例の場合、マグネット本体部７ｍの取付位置及び断面形状は、後述するロータヨーク１２ｆ，１２ｒの位置及び形状に対応させることができる。なお、マグネット本体部７ｍの全体形状は、必ずしも円筒体Ｍｒ或いは円弧体Ｍｓにより形成する必要はなく、直方体形状や板形状であってもよい。【００４２】
このように、マグネット本体部７ｍは、シャフト６の外周面６ｆにおける周方向の全部の周を覆う円筒体Ｍｒにより形成してもよいし、シャフト６の外周面６ｆにおける周方向の一部の周を覆う円弧体Ｍｓにより形成してもよいなど、マグネット本体部７ｍの形状態様の観点から設計自由度を高めることができるとともに、マグネット本体部７ｍの組付態様と組合わせることにより、より設計自由度を高めることができる。【００４３】
一方、マグネット部７の軸方向Ｆｓにおける両側には、シャフト６から径方向Ｆｄに突出し、かつ周方向Ｆｆに所定の角度範囲Ｚａにわたって形成した一対のロータヨーク１２ｆ，１２ｒを設ける。各ロータヨーク１２ｆ，１２ｒは、ＳＰＣＣ，ＳＥＣＣ，ケイ素鋼板等の軟磁性材により形成し、図１及び図９（ａ）に示すように、それぞれリング形に形成したシャフト取付部１２ｆｃ，１２ｒｃと、このシャフト取付部１２ｆｃ，１２ｒｃの周縁に一体形成した扇状（円弧形）のロータヨーク本体部１２ｆｍ，１２ｒｍを有する。したがって、ロータヨーク本体部１２ｆｍ，１２ｒｍは、シャフト６から径方向Ｆｄに突出し、かつ周方向Ｆｆに所定の角度範囲Ｚａにわたって形成される。例示の場合、角度範囲Ｚａとして、１２０〔°〕を選定するとともに、板厚として０．５〔ｍｍ〕程度を選定した。これにより、後述するストッパ１７ｓ，１７ｔと組合わせた場合、マグネットロータ部２の回動範囲Ｚｒを、６０〔°〕に設定できる。なお、ロータヨーク１２ｆ，１２ｒの軸方向Ｆｓの厚みをマグネット部７の軸方向Ｆｓの長さよりも小さく選定することにより、小型の磁気回路を構成できるとともに、ロータヨーク１２ｆ，１２ｒ間の磁気漏れも低減することができる。【００４４】
図１に示したロータヨーク１２ｆ，１２ｒは、所定の角度範囲Ｚａとして、１２０〔°〕を選定した場合を示したが、所定の角度範囲Ｚａは、このような角度態様に限定されるものではない。その他の変更例を図１０に示す。【００４５】
図１０（ａ）は、角度範囲Ｚａを１３５〔°〕に選定した例を示すとともに、図１０（ｂ）は、角度範囲Ｚａを９０〔°〕に選定した例を示す。これにより、図１のロータヨーク１２ｆ，１２ｒと対比した場合、図１０（ａ）におけるマグネットロータ部２の回動範囲Ｚｒは、４５〔°〕となり、図１０（ｂ）におけるマグネットロータ部２の回動範囲Ｚｒは、９０〔°〕となる。【００４６】
この場合、所定の角度範囲Ｚａとしては、８０〜１４０〔°〕に選定することが望ましい。これにより、ステータ部３ｓ，３ｔ側との吸引作用及び反発作用の不安定化を回避できるため、マグネットロータ部２の往復回動変位に係わる動作を確実に確保できるとともに、必要な駆動出力となる回動範囲Ｚｒを確保できる。【００４７】
ところで、ロータヨーク本体部１２ｆｍ，１２ｒｍの形状、特に、径方向Ｆｄの寸法は、ケーシング４の寸法選定に関係する。即ち、ケーシング４における一対の端面部４ｆ，４ｒは、前述した長方形状Ｓｒに選定するが、この際、少なくとも一方の長辺部４ｒｍ…から直角方向に延出するケーシング４における側面部４ｐの位置は、マグネットロータ部２、具体的には、ロータヨーク１２ｆ，１２ｒの回動を許容する近接位置Ｘｓに選定する。したがって、図７に示すように、ロータヨーク１２ｆ，１２ｒの先端縁とケーシング４の側面部４ｐ間の隙間Ｌｃは、ロータヨーク１２ｆ，１２ｒの回動を許容できる条件のみを考慮した僅かな隙間を確保すれば足りる。具体的には、近接位置Ｘｓとして、ケーシング４における側面部４ｐとマグネットロータ部２におけるロータヨーク１２ｆ，１２ｒ間の隙間Ｌｃが、ロータヨーク１２ｆ，１２ｒと後述する磁極片部１６ｓｆｐ…間の空隙部に対して、１〜１０倍の範囲に選定すれば、必要なトルク及び組付性を確保しつつ、超薄型形状とするための有効性を享受できる。【００４８】
なお、２２ｆは、ロータヨーク１２ｆと軸受部５ｆ間に介在させた潤滑性樹脂素材や非磁性材による金属素材によりリング状に一体形成したアウタセパレータであり、２２ｒは、同アウタセパレータ２２ｆと同様に形成した、ロータヨーク１２ｒと軸受部５ｒ間に介在させたアウタセパレータである。【００４９】
また、ケーシング４における、側面部４ｐに対向する他方の側面部４ｑの内面４ｑｉには、ロータヨーク１２ｆ，１２ｒに係止して回動範囲Ｚｒを規制するストッパ１７ｓ，１７ｔを一体に設ける。この場合、図１に示すように、合成樹脂素材等の非磁性材によりコの字形に一体成形したストッパ部材２３を側面部４ｑの内面４ｑｉに固定することにより、ストッパ部材２３の両側に、側面部４ｑの内面４ｑｉから直角方向に突出するストッパ１７ｓ，１７ｔを配することができるとともに、このストッパ１７ｓと１７ｔ間に、ロータヨーク１２ｆ，１２ｒにおけるシャフト取付部１２ｆｃ，１２ｒｃを位置させることができる。この際、ストッパ１７ｓと１７ｔの先端面は、端面部４ｓ…における短辺方向の中央位置に位置させることが望ましいが、この位置は変更可能である。したがって、ストッパ部材２３の変更により停止位置を容易に変更することができる。【００５０】
これにより、ロータヨーク１２ｆ，１２ｒの一端側がストッパ１７ｓに係止すれば、一方への回動変位が規制されるとともに、ロータヨーク１２ｆ，１２ｒの他端側がストッパ１７ｔに係止すれば、他方への回動変位が規制される。このようなストッパ１７ｓ，１７ｔを設ければ、ロータヨーク１２ｆ，１２ｒの形状を直接当接部として利用できるため、ストッパ１７ｓ，１７ｔを追加するのみで、回動範囲Ｚｒを規制するストッパ機構を容易に構築できる。また、デッドスペースを利用することによりケーシング４の内部に配設可能な小型のストッパ機構を構築できるとともに、停止位置の高精度化にも寄与できる利点がある。【００５１】
他方、マグネットロータ部２の径方向Ｆｄ両側には、左右一対のステータ部３ｓ，３ｔを配設する。即ち、ステータ部３ｓ，３ｔを、マグネットロータ部２の径方向Ｆｄ両側であって、端面部４ｆ…の長手方向両側におけるケーシング４の内部空間Ｒｓ，Ｒｔに配設する。これにより、ステータ部３ｓ，マグネットロータ部２，ステータ部３ｔを、いわば、直線上に沿って配することができるため、全体形状（外郭形状）が厚さの薄い偏平形状となるロータリソレノイド１もレイアウトの観点から合理的に実現できる。【００５２】
また、各ステータ部３ｓ，３ｔは、ケーシング４に固定したステータヨーク８ｓ，８ｔに装着したコイル９ｓ，９ｔを備える。この場合、コイル９ｓ，９ｔは、軟銅線等のマグネットワイヤを円筒形に巻回して製作する。さらに、ステータヨーク８ｓ，８ｔは、コイル９ｓ，９ｔの中心位置に装填し、かつシャフト６に平行に配するとともに、両端をケーシング４、即ち、一端を一方の端面部４ｆに固定し、他端を他方の端面部４ｒに固定したコア部１５ｓ，１５ｔと、このコア部１５ｓ，１５ｔの軸方向Ｆｓにおけるコイル９ｓ，９ｔの両側に、コア部１５ｓ，１５ｔから径方向Ｆｄに突出し、ロータヨーク１２ｆ，１２ｒの周面に対向する一対のヨーク本体部１６ｓｆ，１６ｔｆ，１６ｓｒ，１６ｔｒとを設けて構成する。各ヨーク本体部１６ｓｆ，１６ｔｆ，１６ｓｒ，１６ｔｒは、ＳＰＣＣ，ＳＥＣＣ，ケイ素鋼板等の軟磁性材を用いて同一形状に形成することができる。【００５３】
ステータヨーク８ｓ，８ｔを、このように構成すれば、マグネットロータ部２の形態にマッチングしたシンプルな磁気回路を構築できるため、無用な磁気損失を排除し、ロータリソレノイド１の高効率化を図れるとともに、トルクのバラツキを低減できる。また、ステータヨーク８ｓ，８ｔは、このように構成するため、コア部１５ｓ…とヨーク本体部１６ｓｆ，１６ｓｒ…は、鋳造等により一体成形することも可能である。この場合には、部品点数の低減によりコスト削減を図れる利点がある。【００５４】
一つのヨーク本体部、例えば、ヨーク本体部１６ｓｆは、図１及び図２に示すように、内部空間Ｒｓを軸方向Ｆｓに仕切る矩形形状部１６ｓｆｍとこの矩形形状部１６ｓｆｍの一端辺からマグネットロータ部２側に突出する磁極片部１６ｓｆｐとを一体に形成する。この磁極片部１６ｓｆｐの先端は、凹状の円弧縁として形成し、ロータヨーク１２ｆに対向させる。この磁極片部１６ｓｆｐは、端面部４ｒの短辺方向における半部であって、側面部４ｐ寄りに形成する。【００５５】
これにより、マグネットロータ部２が回動変位し、ロータヨーク１２ｆ…の先端（周縁部）が磁極片部１６ｓｆｐ…に対向した際には、ロータヨーク１２ｆの周縁部が空隙部を介して磁極片部１６ｓｆｐに近接する。他のヨーク本体部１６ｓｒ，１６ｔｆ，１６ｔｒも、このヨーク本体部１６ｓｆと同じものを用いることができる。【００５６】
なお、ステータヨーク８ｓ，８ｔの、ロータヨーク１２ｆ…に対向する部分の周方向長さは、ロータヨーク１２ｆ…における所定の角度範囲Ｚａによる周方向長さよりも小さくすることが望ましい。これにより、非通電時における十分な保持トルクを確保できる。また、左右のステータヨーク８ｓと８ｔ間の間隔は、ロータヨーク１２ｆ…における角度範囲Ｚａによる周方向長さよりも小さくすることが望ましい。これにより、非通電時であっても不感帯位置に停止しにくい双方向ラッチ機能を有するロータリソレノイドとして構成できる。さらに、左右一対のコイル９ｓ，９ｔは、直列接続することが望ましい、これにより、リード線等の電気的接続は、最小限の２本に抑えることができるため、小型化にも寄与できる。この場合、コイル９ｓ，９ｔに通電した際は、コイル９ｓ，９ｔにより左右に発生する磁極（Ｎ極，Ｓ極）は反対となる。【００５７】
よって、このような本実施形態に係るロータリソレノイド１によれば、基本構成として、マグネットロータ部２に、シャフト６の軸方向Ｆｓにおける一方がＳ極となり他方がＮ極となるマグネット部７を使用し、このマグネット部７の軸方向Ｆｓにおける両側に、シャフト６から径方向Ｆｄに突出し、かつ周方向Ｆｆに所定の角度範囲Ｚａにわたって形成した一対のロータヨーク１２ｆ，１２ｒを設けるとともに、軸受部５ｆ，５ｒを設けるケーシング４における相対向する一対の端面部４ｆ，４ｒを長方形状Ｓｒに選定し、かつ少なくとも一方の長辺部４ｒｍから直角方向に延出するケーシング４における側面部４ｐの位置を、マグネットロータ部２の回動を許容する近接位置Ｘｓに選定してなるため、ロータリソレノイド１の全体形状（外郭形状）を、厚さの薄い偏平形状、特に、厚さ５〔ｍｍ〕以下の超薄型形状とすることも容易に実現できる。この結果、部品間の隙間のような狭い空間にも配設可能になるなど、様々な配設スペースに対応させることができ、汎用性を飛躍的に高めることができる。なお、本実施形態に係る構造を用いれば、マグネット部７及びコイル９ｓ，９ｔの軸方向Ｆｓの長さを短くすることにより、更に低背となる超小型化も可能である。【００５８】
また、マグネットロータ部２には、シャフト６の軸方向Ｆｓにおける一方がＳ極となり他方がＮ極となるマグネット部７を使用したため、マグネット部７における十分な磁束を確保できる。この結果、ロータリソレノイド１の超薄型化を図った場合であっても、必要となる十分なトルクを確保できる。【００５９】
次に、本実施形態に係るロータリソレノイド１の動作について、図１〜図８を参照して説明する。【００６０】
図６に示すように、例示のマグネットロータ部２のマグネット部７は、上側がＮ極、下側がＳ極に着磁されているものとする。これにより、上側のロータヨーク１２ｆはＮ極となり、下側のロータヨーク１２ｒはＳ極となる。今、図６に示す右側のコイル９ｔに正方向通電を行えば、ステータヨーク８ｔが励磁され、磁力線は、図６中、点線矢印で示すように、コア部１５ｔ→ヨーク本体部１６ｔｒ→ロータヨーク１２ｒ→マグネット部７→ロータヨーク１２ｆ→ヨーク本体部１６ｔｆ→コア部１５ｔの経路で発生する。この結果、上側のヨーク本体部１６ｔｆにＳ極が発生し、かつ下側のヨーク本体部１６ｔｒにＮ極が発生する。また、同時に、図６に示す左側のコイル９ｓには、逆方向通電が行われ、ステータヨーク８ｓが励磁されることにより、上側のヨーク本体部１６ｓｆにＮ極が発生し、かつ下側のヨーク本体部１６ｓｒにＳ極が発生する。【００６１】
これにより、上側のロータヨーク１２ｆ及び下側のロータヨーク１２ｒに対して、右側のステータ部３ｔは吸引状態になり、左側のステータ部３ｓは反発状態になるため、マグネットロータ部２は、図７中、時計方向に回動変位する。そして、図７に仮想線で示すロータヨーク１２ｆｘ…の位置、即ち、ロータヨーク１２ｆｘ…の右端がストッパ１７ｔに当接した位置で停止する。停止した際には、通電を解除しても、ロータヨーク１２ｆｘ…はヨーク本体部１６ｔｆ…に吸引され、自己保持機能により停止状態が保持される。【００６２】
他方、この状態において、通電切換を行い、左側のコイル９ｓに正方向通電を行えば、ステータヨーク８ｓが励磁され、上側のヨーク本体部１６ｓｆにＳ極が発生し、かつ下側のヨーク本体部１６ｓｒにＮ極が発生する。また、同時に、右側のコイル９ｔには逆方向通電が行われるため、ステータヨーク８ｔが励磁されることにより、上側のヨーク本体部１６ｔｆにＮ極が発生し、かつ下側のヨーク本体部１６ｔｒにＳ極が発生する。【００６３】
これにより、上側のロータヨーク１２ｆ及び下側のロータヨーク１２ｒに対して、左側のステータ部３ｓは吸引状態となり、右側のステータ部３ｔは反発状態となるため、マグネットロータ部２は、図７中、反時計方向に回動変位する。そして、図７に実線で示すロータヨーク１２ｆｙ…の位置、即ち、ロータヨーク１２ｆｙ…の左端がストッパ１７ｓに当接した位置で停止する。停止した際には、通電を解除しても、ロータヨーク１２ｆｙ…はヨーク本体部１６ｓｆ…に吸引され、自己保持機能により停止状態が保持される。例示の場合、ロータヨーク１２ｆ…の角度範囲Ｚａを１２０〔°〕に選定したため、回動範囲Ｚｒは６０〔°〕となる。【００６４】
例示したロータリソレノイド１は、ディメンションとして、シャフト６の径を１〔ｍｍ〕、マグネット部７の外径を１．８〔ｍｍ〕、ロータヨーク１２ｆ…の半径を１．５〔ｍｍ〕とした。これにより、ケーシング４の厚さ（幅方向寸法）が、３．９〔ｍｍ〕となる超薄型として構成することができ、一般的な外径７〔ｍｍ〕の円形ロータリソレノイドと対比した場合、出力トルクは同等になることを確認できた。【００６５】
なお、図１１には、ケーシング４の変更例を示す。前述した図１及び図２に示したロータリソレノイド１は、ケーシング４を構成するに際し、カバー部４ｓを合成樹脂素材により一体形成し、ケーシング本体部４ｍを金属素材により一体形成したものであるが、図１１に示す変更例は、ケーシング４の全体、即ち、カバー部４ｓ及びケーシング本体部４ｍの双方を、非磁性材となる合成樹脂素材により形成したものである。【００６６】
例示の場合、軸受部５ｆ，５ｒを、カバー部４ｓとケーシング本体部４ｍに、一体に形成した。また、ストッパ１７ｓ，１７ｔも図に現れないがケーシング本体部４ｍの内面に一体形成することができる。その他、図１１の構成において、図１〜図５と同一部分には同一符号を付して、その構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。【００６７】
以上、変更例を含む最良実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。【００６８】
例えば、実施形態では、一方のステータ部３ｓ…に、一つのコア部１５ｓ…と一つのコイル９ｓ…を配した例を示したが、複数のコア部１５ｓ…と複数のコイル９ｓ…を配することにより、多連式に構成し、長方形状Ｓｒの長手方向に配列させる構成であってもよく、数量は限定されない。また、端面部４ｆ，４ｒの長方形状Ｓｒは、短辺部４ｒｓ…の長さＬｓを長辺部４ｒｍ…の長さＬｍの１／２以下に選定することが望ましいが、１／２を越える場合を排除するものではない。さらに、ケーシング４及び／又はシャフト６を非磁性材により形成することが望ましいが、必須の構成要素となるものではない。一方、ケーシング４の内部にストッパ１７ｓ，１７ｔを配した例を上げたが、ケーシング４の外部に別途配設する場合を排除するものではない。なお、長方形状Ｓｒは、純粋な長方形のみならず、例えば、長辺部４ｒｍに角度を持たせて二辺としたり、湾曲形成するなどの類似形状も含む概念である。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明に係るロータリソレノイドは、その往復回動性を利用して、貨幣や紙幣等の区分け、郵便物等の仕分け、印刷物の搬送路切換、光学機器の光路切換、半導体製造装置のイオンシャッタ等、数多くの分野における各種用途に利用することができる。
【図１】
2018078847.tif 000003
【図２】
2018078847.tif 000004
【図３】
2018078847.tif 000005
【図４】
2018078847.tif 000006
【図５】
2018078847.tif 000007
【図６】
2018078847.tif 000008
【図７】
2018078847.tif 000009
【図８】
2018078847.tif 000010
【図９】
2018078847.tif 000011
【図１０】
2018078847.tif 000012
【図１１】
2018078847.tif 000013
【国際調査報告】
2018078847.tif 000014
2018078847.tif 000015
2018078847.tif 000016
2018078847.tif 000017