(57)【要約】【課題】  直線運動を回転運動に変換でき、永久磁石を必要としないため、コストを低減できるロータリソレノイドを提供する。【解決手段】  コイル７の通電により、可動ギア４０が軸方向に変位し、可動ギア４０の突起部が第２ハウジング２０の溝部２１内を摺動して、可動波状ギア４０ａが内周ギア３２ａの歯面を摺動することにより内周ギア３２ａと噛み合う。コイル７への通電を解除すると、回転軸３０はスプリング６の付勢力により軸方向に移動し、回転軸３０の外周ギア３１ａが第２ハウジング２０の固定波状ギア２０ａの歯面を摺動することにより回転軸３０が回転する構造とした。【選択図】  図１
2013179142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ハウジングと、
該第１ハウジングの内部に配設され、外部より通電が成されるコイルと、
前記第１ハウジングの内部に配設され、前記コイルの通電により軸方向に移動自在なプランジャと、
前記第１ハウジングと同軸に配設され、円周状に複数の固定波状ギアが内部に形成されると共に、軸方向に溝部が形成された第２ハウジングと、
円周状に複数の可動波状ギアが形成されると共に、前記溝部内を摺動する突起部とを有し、前記プランジャの移動によって軸方向に変位する可動ギアと、
円周状に複数の外周ギアが形成されると共に、該外周ギアの内側に内周ギアが形成され、前記可動ギアの軸方向の変位を回転方向の変位に変える回転軸と、
前記回転軸と前記第２ハウジングとの間に配設され、前記回転軸に形成された前記外周ギアを前記固定波状ギアに噛合させる方向に付勢するスプリングとを備え
前記コイルの通電により前記可動ギアが軸方向に変位し、前記可動ギアの前記突起部が前記第２ハウジングの前記溝部内を摺動して、前記可動波状ギアが前記内周ギアの歯面を摺動することにより前記内周ギアと噛み合い、
前記コイルへの通電を解除すると、前記回転軸は前記スプリングの付勢力により軸方向に移動し、前記回転軸の前記外周ギアが前記第２ハウジングの前記固定波状ギアの歯面を摺動することにより前記回転軸が回転するロータリソレノイド。
【請求項２】
前記コイルへの通電を解除すると、前記外周ギアが前記固定波状ギアに噛合し、前記回転軸および前記可動ギアは、前記第２ハウジング内で自己保持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。
【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するものであり、ロータリソレノイドの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロータリソレノイドは、ハウジングに固定鉄芯、それに対抗して配置されるプランジャ、プランジャに接続され、所定角度だけ回動する様に周上に形成されたボールレース溝を有するプレートとボールレース溝の間に介在する複数個のベアリングボールとプレートに接続されたシャフト及びコイルを内蔵した構成が知られている。この構成において、ハウジング内部に設けられたコイルに通電を行ったときに発生する電磁力によって、プレートがハウジングに対して回動自在なベアリングボールをハウジング側に強く押し付けられ、ボールレースの働きによってプランジャが軸方向に移動しながら一定角度を瞬時に回転運動するものである。そして、コイルへの通電を解除するとバネの復元力でプレート及びシャフトを初期位置に戻すというロータリソレノイドが知られている。上記構成のロータリソレノイドは、ハウジング内部の固定鉄芯に永久磁石が配置され、コイルへの通電を解除しても、永久磁石による磁力でプランジャを保持する（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−６０５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示されるロータリソレノイドでは、ハウジング内部に設けられたコイルに通電すると軸方向に移動しながら一定角度を瞬時に回転動作し、通電を解除すると初期位置に戻り、ボールレース溝のベアリングボールが移動する角度のみを回転可能である。つまり、上記した構成においてプレートは、１回転できないため、直線運動を十分な回転運動に変換できないという問題がある。
【０００５】
また、通電を解除した場合、永久磁石の磁力によりプランジャを所定の位置に保持できるが、永久磁石を使用するため、コストアップとなる問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みて成されたものであり、回転角度の制約を受けず、永久磁石を必要としない、コスト低減が行え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】
【０００７】
本発明の課題解決手段は、第１ハウジングと、該第１ハウジングの内部に配設され、外部より通電が成されるコイルと、前記第１ハウジングの内部に配設され、前記コイルの通電により軸方向に移動自在なプランジャと、前記第１ハウジングと同軸に配設され、円周状に複数の固定波状ギアが内部に形成されると共に、軸方向に溝部が形成された第２ハウジングと、円周状に複数の可動波状ギアが形成されると共に、前記溝部内を摺動する突起部とを有し、プランジャの移動によって軸方向に変位する可動ギアと、円周状に複数の外周ギアが形成されると共に、該外周ギアの内側に内周ギアが形成され、前記可動ギアの軸方向の変位を回転方向の変位に変える回転軸と、前記回転軸と前記第２ハウジングとの間に配設され、前記回転軸に形成された前記外周ギアを前記固定波状ギアに噛合させる方向に付勢するスプリングとを備え、前記コイルの通電により前記可動ギアが軸方向に変位し、前記可動ギアの前記突起部が前記第２ハウジングの前記溝部内を摺動して、前記可動波状ギアが前記内周ギアの歯面を摺動することにより前記内周ギアと噛み合い、前記コイルへの通電を解除すると、前記回転軸は前記スプリングの付勢力により軸方向に移動し、前記回転軸の前記外周ギアが前記第２ハウジングの前記固定波状ギアの歯面を摺動することにより前記回転軸が回転する構造である。
【０００８】
上記構造において、前記コイルへの通電を解除すると、前記外周ギアが前記固定波状ギアに噛合し、前記回転軸および前記可動ギアは、前記第２ハウジング内で自己保持することが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のロータリソレノイドは、コイルの通電により可動ギアが軸方向に変位し、可動ギアの突起部が第２ハウジングの溝部内を摺動して、可動波状ギアが内周ギアの歯面を摺動することにより内周ギアと噛み合う。また、コイルへの通電を解除すると、回転軸はスプリングの付勢力により軸方向に移動し、回転軸の外周ギアが第２ハウジングの固定波状ギアの歯面を摺動することにより回転軸が所定角度（固定波状ギアの一山分の角度）だけ回転する。したがって、コイルへの通電のオンとオフを繰り返すことにより、回転軸が所定角度ずつ回転するため、１回転以上の回転も可能である。この構成では、永久磁石が不要であり、コストを低減できる。
【００１０】
また、コイルへの通電を解除すると、前記回転軸は、前記スプリングの付勢力により軸方向に移動し、前記回転軸の前記外周ギアが前記第２ハウジングの前記固定波状ギアに噛合する構成としたので、第２ハウジング内で前記回転軸と前記可動ギアを機械的に自己保持するため、コイルへの連続通電が不要であり、電力消費を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るロータリソレノイドの構成を示す断面図である。
【図２】図１に示すロータリソレノイドの発明要所の部分拡大図である。
【図３】図２に示す回転軸の斜視図である。
【図４】図２に示す可動ギアの斜視図である。
【図５】図２に示す回転軸の説明図であり、（ａ）側面図および（ｂ）正面図である。
【図６】図２に示す第２ハウジングの説明図であり、（ａ）固定波状ギアと溝部を側面から内部を透視して見た模式図および（ｂ）溝部を正面から見た模式図である。
【図７】図２に示す可動ギアの説明図であり、（ａ）側面図および（ｂ）正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明の実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１は、ロータリソレノイド１の断面図である。ロータリソレノイド１は直線運動を回転運動に変換する場合に使用される。ロータリソレノイド１は、中空円筒状の第１ハウジング２の内部には、磁力を発生するコイル７が配設され、コイル７の内側には、軸方向に移動自在なプランジャ８が第１ハウジング２と同軸の位置に配設される。図１の右側に示す方向を後方、左側に示す方向を前方として、ここでは定義する。第１ハウジング２の後方部には、外部のコネクタと嵌合させ、電気的な接続を図るための外部用コネクタ１０が第１ハウジング２に支持された状態で配設される。プランジャ８の軸方向前方にプランジャ８と同軸で円柱状のシャフト９が配設される。そして、第１ハウジング２の軸方向の前方には、第１ハウジング２と同軸に円筒状の第２ハウジング２０が一体となって配設される。第２ハウジング２０の内部には、軸方向に変位する可動ギア４０と回転軸３０が配設され、回転軸３０と第２ハウジング２０との間には、スプリング６が配設されている。そして、スプリング６の両端には、樹脂製のスラスト軸受け１１を備えている。
【００１４】
図２は、ロータリソレノイド１の発明要所の部分拡大図である。第２ハウジング２０の内部に回転軸３０と可動ギア４０が組み付けられる分解斜視図である。回転軸３０は、軸部３３と中空円柱状の軸部３３の端部に径方向に軸部３３より径の大きい外周部３１と外周部３１より径の小さい内周部３２を備える。回転軸３０の内周部３２を備える側が、第２ハウジング２０の穴部２２に組み付けられる。一方、可動ギア４０は、円周上の内部にＡ方向（前方から後方に向かう方向）から挿入され、２個の突出部４２と端部に１２個の山形状の可動波状ギア４０ａを備える。可動ギア４０は、第２ハウジング２０の同軸のＢ方向（後方から前方に向かう方向）から挿入され、第２ハウジング２０の回転軸３０と反対側の穴部２２から組み付けられる。
【００１５】
図３は、図２に示す回転軸３０の斜視図である。回転軸３０は、中空円筒状であり、軸方向後方に円盤状の外周部３１が形成される。この外周部３１は、周方向において６０度間隔の位置に、同形状で６個の外周ギア３１ａ（側壁が軸方向に延在し、隣り合う側壁間に周方向のテーパー面を有する）が径方向に設けられている。外周部３１につながる内周部３２は、外周ギア３１ａの内径に一体で形成され、円周上の等間隔の位置に同形状で１２個の波形状の内周ギア３２ａ（径が外周ギヤ３１ａの２／３の径となった中空）が３０度の間隔で設けられている。軸部３３の軸心には、シャフト９を通すための円状の孔３４が穿設されている。
【００１６】
図４は、図２に示す可動ギア４０の斜視図である。円筒状の可動ギア４０は、外周ギヤ３１ａの径と同じ径を有する円筒状を呈し、第２ハウジング２０に挿入される側に３０度の間隔の内周ギア３２ａと噛合する周方向に１２個の山形状の可動波状ギア４０ａが設けられ、外周部４２の１８０度ずれた位置に２個の軸方向に延在した突起部４１ａが設けられている。可動ギア４０の軸心には、シャフト９が挿入される円状の孔４３が穿設されている。回転軸３０と可動ギア４０共に中空であり、シャフト９を通すことで同軸になり、回転時の振れを防ぐ構造でとなっている。
【００１７】
図５は、図２に示す回転軸３０の説明図で、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は正面図である。回転軸３０の外周ギア３１ａの側面から見た形状は、軸方向に延在した半台形状の突起部が前方で周方向につながっている。回転軸３０の内周ギア３２ａの側面形状は、軸方向に対して三角形状である。回転軸３０の６個の内周ギア３２ａは、可動ギア４０の可動ギア４０と噛み合うことが可能である。
【００１８】
図６は、図２に示す第２ハウジング２０の説明図であり、（ａ）は理解を容易にするために、固定波状ギアと溝部を側面から内部を透視して見た説明図であり、（ｂ）は溝部を正面から見た説明図である。第２ハウジング２０は、樹脂より成る中空円筒状であり、周方向内周側には等間隔の位置に１２個の固定波状ギア２０ａが形成され、軸方向の対向する２箇所に略直方体状の溝部２１が形成され、固定波状ギア２０ａと回転軸３０の内周ギア３２ａが噛み合う構造となっている。
【００１９】
図７は、図２に示す可動ギア４０の説明図であり、（ａ）は可動ギヤ４０の側面図であり、（ｂ）は側面図である。可動ギア４０は、樹脂より成り前方の端面に１２個の山を有する三角形状の可動波状ギア４０ａが形成されている。可動波状ギア４０ａは、回転軸３０の内周ギア３２ａが噛み合うことが可能である。また、可動ギア４０の円周部の１８０度ずれた位置に２箇所に突出部４２（外径が第１ハウジングの円弧状）が形成されている。突出部４２は、第２ハウジング２０の溝部２１内で摺動する構造となっている。
【００２０】
次に、本発明のロータリソレノイド１の動作について、作用とともに説明する。
【００２１】
外部用コネクタ１０から通電が成されコイル７に通電を行うと、第１ハウジング２の内部でプランジャ８とプランジャ８の前後に所定間隔だけ離間した状態で配設されたヨークとの間で閉回路が形成されることにより電磁力が発生し、その電磁力を受けてプランジャ８が軸方向において前方に移動する。すると、プランジャ８と同軸に配設されたシャフト９も押圧され、シャフト９もプランジャ８と同時に前方へと移動し変位する。そして、シャフト９の軸方向の途中に形成されたフランジ部９ａにより押圧され、可動ギア４０と回転軸３０が軸方向において前方に移動する。一方、コイル７への通電を解除すると、プランジャ８が軸方向において後方の初期位置（図１に示す位置）まで移動し変位して、スプリング６の付勢力により回転軸３０と可動ギア４０とシャフト９が、コイル７に通電を行う前の初期位置に戻るようになっている。この場合、樹脂製のスラスト軸受け１１を用いることにより、スプリング６の回転方向への摩擦を低減させるようにしている。
【００２２】
上記した動作を行う中で、コイル７に通電を行う前の電源オフの初期位置（初期状態）において、可動ギア４０の２個の突起部４１ａが、第２ハウジング２０の溝部２１に嵌合し、回転軸３０の６個の外周ギア３１ａの頂点３１ｂから軸方向に延在する平面部３１ｃが、第２ハウジング２０の固定波状ギア２０ａの頂点３２ａから軸方向に延在する平面部とが当接した状態で両者が噛合した状態となり、その位置で位置保持が成され動かない状態を保持している。
【００２３】
この状態からコイル７に通電を行うと、プランジャ８が軸方向前方に移動して、それに伴いシャフト９が軸方向前方に押し出されて移動する。そして、シャフト９の移動により、可動ギア４０と回転軸３０も同様に押し出される。回転軸３０の外周ギア３１ａは、可動波状ギア４０ａの軸方向の前方への移動により、可動ギア４０の突出部４２は第２ハウジング２０の対角で形成された２つの溝部２１内で前方と摺動して、軸方向の前方に真っ直ぐに移動する。これにより、回転軸３０の外周ギア３１ａと第２ハウジング２０の固定波状ギア２０ａとの噛合が外れ、回転軸３０の内周ギア３２ａが径方向には回転不能となった可動ギア４０の内周ギア３２ａに沿って摺動して完全噛合する状態となる。上記の動作で、可動ギア４０の軸方向の変位が、回転方向の変位に変換され、可動ギア４０が所定角度（ここでは１５度）だけ回転する。
【００２４】
上記した状態から、コイル７に通電を解除する（電源オフ）と、スプリング６の付勢力によって、回転軸３０が可動ギア４０を軸方向において後方に押し戻す。ここで、回転軸３０の外周ギア３１ａが、第２ハウジング２０の固定波状ギア２０ａの歯面２０ｃに沿って滑り、回転軸３０が更に所定角度（１５度回転）する。上記の変位によりプランジャ８が後方の初期位置に移動する。
【００２５】
なお、回転軸３０の回転角度は、回転軸３０の外周ギア３１ａと可動ギア４０の可動波状ギア４０ａの歯数を変更することで、任意の回転角度に回転軸３０を回転させるという制御が可能になる。そして、コイル７への通電により、電源がオンとオフを所定回数繰り返すことにより、回転軸３０を所望角度または回数分だけ回転させることができる。
【００２６】
次に、効果について説明する。
【００２７】
本発明のロータリソレノイド１は、コイル７に通電を行うと、可動ギア４０が軸方向に変位し、可動ギア４０の突起部４２が第２ハウジング２０の溝部２１内を摺動して、可動波状ギア４０ａが内周ギア３２ａの歯面２０ｃを摺動することにより内周ギア３２ａと噛み合い、プランジャ８がシャフト９を介して可動ギア４０と回転軸３０を押し上げて小回転する。コイル７への通電を解除すると、回転軸３０はスプリング６の付勢力により軸方向に移動し、回転軸３０の外周ギア３１ａが第２ハウジング２０の固定波状ギア２０ａの歯面２０ｃを摺動する。コイル７への通電のオンとオフを繰り返すことにより、回転軸３０が回転するため、直線運動を回転角度の制約を受けることなく回転運動に変換することができ、かつ、永久磁石が不要のためコストを低減できる。そして、コイル７への通電のオンとオフのみで作動するため、システムが簡素化しやすい。
【００２８】
また、コイルへの通電を解除すると、回転軸３０は、スプリング６の付勢力により軸方向に移動し、回転軸３０の外周ギアが第２ハウジング２０の固定波状ギアに噛合する構成である。したがって、第２ハウジング内で前記回転軸と前記可動ギアを機械的に自己保持するため、永久磁石を必要とせず、コイル７への連続通電が不要であり、電力消費を抑制できる。
【符号の説明】
【００２９】
１  ロータリソレノイド
２  第１ハウジング
６  スプリング
７  コイル
８  プランジャ
２０  第２ハウジング
２０ａ  固定波状ギア
２１  溝部
３０  回転軸
３１ａ  外周ギア
３２ａ  内周ギア
４０  可動ギア
４０ａ  可動波状ギア
４２  突起部
【図１】
2013179142.tif 000003
【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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