(57)【要約】【課題】回転半径及び軸方向長の短小構造であっても、慣性モーメントが小さくでき、しかも応答スピードを向上することができ、低イナーシャ、高トルクが可能なロータリーアクチュエーターの実現にある。【解決手段】マグネットヨーク４と、ヨークの外周には４極のマグネット５と、マグネットヨークの片側にはフランジ面４１を有し、ヨークの中央に軸受け７が取り付き、フランジ面外周に円筒型のハウジング２が固着されたステータと、上記軸受けに蕨合するシャフト８と、シャフトに圧入されたハブ６と、ハブに接着された４セグメントの略台形コイル３と、コイル底面に取り付けた結線板１０から構成される回転部と、結線板から接続され、回転部が所定の角度回転できる渦巻状ＦＰＣ基板１１と、ＦＰＣ基板の片方を固定し、蓋をするエンドキャップ９から構成されてなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネットヨークと、ヨークの外周には４極のマグネットと、マグネットヨークの片側にはフランジ面を有し、ヨークの中央に軸受けが取り付き、フランジ面外周に円筒型のハウジングが固着されたステータと、上記軸受けに蕨合するシャフトと、シャフトに圧入されたハブと、ハブに接着された４セグメントの略台形コイルと、コイル底面に取り付けた結線板から構成される回転部と、結線板から接続され、回転部が所定の角度回転できる渦巻状ＦＰＣ基板と、ＦＰＣ基板の片方を固定し、蓋をするエンドキャップから構成されたことを特徴とするロータリーアクチュエーター。
【請求項２】
略台形コイルの円周面は隣り合うコイルがお互いに重なり合うよう配置されたことを特徴とする請求項１記載のロータリーアクチュエーター。
【請求項３】
ＦＰＣの可動部をＵ字状に回転可能にしたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のロータリーアクチュエーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回動往復するロータリーアクチュエーターに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の可動コイルに貫流する電流に応じて、指針が円弧回動して測定量を指し示す検流計（ガルバノメータともいう）は、可動コイルには長方形コイル等が用いられ、軸受けはピボット軸受けが取り付けられ、可動コイルの断電時の定位置復帰のためにつる巻バネが使用され、励磁電流の大きさに応じて針を動かす程度であったため比較的弱いトルクで事足りていた。
【０００３】
このようなガルバノメータの応用技術としてロータリーアクチュエーターを採用した提案がされている。
【０００４】
従来例として特許文献１を参照すると、回動角度制御用ロータリーアクチュエーターの電機子と界磁との広い相対角度変化に対して、電機子と界磁との磁気的ギャップを電機子の磁極の内側ほど広くし、或いは電機子の磁極の中央部の界磁の対向面側に凹欠部を形成
し、或いは電機子の磁極の中央部の軸方向の厚みを少なくするように凹欠部を形成する等の構成により、電機子と界磁の間に作用する微小回動角度に対する磁束の変化量を略一定に保持し、ロ一タの回転に伴ってトルクが小さくなることを防止した構成とされている。
【０００５】
したがって、ステータに対して所定の角度内を回転するロ一タを複数の位置に停止させても、ロ一タの広い回動範囲でトルクダウンが生じないから、所足の範囲内で安定した停止状態が得られるとされているが、磁気的ギャップを形成構成させるための加工処理あるいは組み付け処理では工数を要するものであった。
【０００６】
また、特許文献２を参照すると、無通電時トルクに反転トルクが発生することをなくすようにするためのもので、固定子は、突極を形成した固定子鉄心と、これに巻装された固定子コイルとから構成され、この固定子の外周側には、回転子が回転自在に配設されており、これは、円筒形のヨークに２磁極の永久磁石を取付けて構成されている。
この永久磁石を旧来形状は単一肉厚の半円弧板状をなしていたものを、永久磁石の各単位磁石における固定子鉄心対向面（内径側）および反対面（外径側）は異なる半径の円弧面で構成させ、磁極境界部部分である両端部分の肉厚が中央部分の肉厚の０．７５倍となるように設定された構成としている。
【０００７】
したがって、特許文献１と特許文献２とでは、ステータヨークとロ一タとの関係を異にするが、磁気ギャップ量が回転角度に伴い変位することでは同様であった。
【０００８】
さらに、特許文献３を参照すると、トルク特性を均一にするために、コイルを巻回した回転子の突極の形状として、突極の固定子と対向する面と回転軸の中心との長さを、この中心からの角度によって変化させるように、回転子鉄心に突極を形成し、円弧外形は異なる半径から形成され、また対向面の永久磁石は特許文献２に記載と同様に、回転子対向面円弧（内径側）と反対面円弧（外径側）のそれぞれの円弧中心を、磁極境界部分の肉厚が磁極中央部分の肉厚よりも若干薄くなるようずらして形成した構成としている。
【０００９】
これら各特許文献に記載された技術は、トルク改善のためにステータ、ロ一タのいずれか、またはステータとロ一タの双方を特異形状にしたことを特徴としたもので、特殊加工を要するものであった。
【特許文献１】特開昭６３−２４９４５６号公報
【特許文献２】特開平９−１６３７０８号公報
【特許文献３】特開２００４−３１２８２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の電流測定の計器であった検流計に採用されていた所謂ガルバノメータは、微少電流の検出のため、指針の代わりにミラーを取り付けて反射光を投影させることにより指針の振れを増幅して数値を指し示すようにしていた。
このような仕組みを引き継いだものにガルバノメータスキャナがある。
現在の光学スキャナ製品であるガルバノメータスキャナは、回転軸に取り付けた重いミラーを高速に、しかも高精度に走査あるいは位置決めさせなければならないため、負荷の大きいものにも使えるトルクの大きいものが求められていた。
さらに、高速応答、高速動作のために慣性モーメントが小さいものが求められていた。
【００１１】
また、軽飛行機の操舵用動力には応答性の速いコアレスモータ等が用いられていたが、正逆回転を常に強いられる使い方では、ブラシ付きのコアレスモータでは寿命が短いという欠点があった。
また、ロータリーソレノイドでは応答スピードが遅い、角度制御ができない等の欠点があった。
【００１２】
本発明は、以上の事情に鑑みてなされたもので、トルク向上を図り、寿命を大きく向上させ、慣性モーメントを小さくさせ、応答スピードを向上させたロータリーアクチュエーター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】
【００１３】
上記の問題を解決するために、本発明の請求項１に記載したロータリーアクチュエーターは、マグネットヨークと、ヨークの外周には４極のマグネットと、マグネットヨークの片側にはフランジ面を有し、ヨークの中央に軸受けが取り付き、フランジ面外周に円筒型のハウジングが固着されたステータと、上記軸受けに蕨合するシャフトと、シャフトに圧入されたハブと、ハブに接着された４セグメントの略台形コイルと、コイル底面に取り付けた結線板から構成される回転部と、結線板から接続され、回転部が所定の角度回転できる渦巻状ＦＰＣ基板と、ＦＰＣ基板の片方を固定し、蓋をするエンドキャップから構成されたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項２に記載したロータリーアクチュエーターは、請求項１において、略台形コイルの円周面は隣り合うコイルがお互いに重なり合うよう配置されたことを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明の請求項３に記載したロータリーアクチュエーターは、請求項１又は請求項２において、ＦＰＣの可動部をＵ字状に回転可能にしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のロータリーアクチュエーターでは４セグメントのコイルを使用することによりトルク向上ができ、また、ＦＰＣを使用することにより、無接点構造になり、寿命が大きく向上させることができ、さらに、コイルのトルク発生に寄与していない部分は慣性モーメントの少ない回転半径の小さい中央部に配置することにより、応答スピードを向上させることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１〜図５は、本発明のロータリーアクチュエーター１に関する図である。このロータリーアクチュエーター１は、図１に示すように、マグネット５の外側を包囲するようにロータコイル３が配置された状態でステータハウジング２に収容されている。このステータハウジング２は、円筒状に形成され、軸方向の一方にマグネットヨーク４に形成されたフランジ部４１が取り付けられると共に、他方にエンドキャップ９が取付けられている。また、マグネットヨーク４にはシャフト８を回転自在に支承するスリーブ状の軸受７が設けられている。
【００１９】
マグネットヨーク４は、その外周に界磁束を発生させる部材として、図３に示すように、Ｎ極とＳ極とが交互に配置されてなる４極マグネット５ａ〜５ｄが４面に固定された構成とされている。
【００２０】
ロータコイル３は、図１及び図２に示すように、マグネット５の周側面に対して、導体であるコイルを略台形状（又は弓状）に所定数巻回してなる中空の内部コイル体が並列的に配置された内側コイル３ａと、この内側コイル３ａを仮想的な円盤とした揚合の周側面に対して、導体であるコイルを略台形状（又は弓状）に所定数巻回してなる中空の外部コイル体が内部コイル３ａを被って並列的に配置された外部コイル３ｂとにより構成されている。
つまり、略台形状コイルの円周面は隣り合うコイルがお互いに重なり合うよう井桁状に配置されている。
【００２１】
井桁状の４セグメントのロータコイル３（３ａ，３ｂ）は、シャフト８に圧入されたハブ６に接着されている。
【００２２】
このハブ６に取り付けられたロータコイル３への給電のための結線板１０が設けられ、該結線板１０への給電はＦＰＣ基板１１により行われる。
ロータコイル３と結線板１０は共に所定の角度回転をするために、ＦＰＣ基板１１は渦巻き状に取り付けられることにより時計のはずみ車と同様にひげゼンマイの伸縮する速度調整を果たすと共に、当該ＦＰＣ基板１１の他方はステータハウジング２の開放を閉じるためのエンドキャップ９に固定される。
【００２３】
なお符号１２は、ＦＰＣ基板１１に外部の制御回路よりロータコイル３（３ａ，３ｂ）に給電制御をするリード線である。
符号１３は、シャフト８の軸方向への移動（抜け）防止のための止め輪である。
【実施例２】
【００２４】
図６，図７は、本発明のロータリーアクチュエーターに回動角度制御用のために採用したストッパー構造に関する図である。
【００２５】
結線板１０の胴付け部１０２を設け、一方を蓋部材１４に固定し他方を渦巻き状に形成されたＦＰＣ基板１１を、胴付け部１０２に巻き付け固定するためのスリット１０３に挿入固定されている。
【００２６】
さらに結束板１０には円板状の両翼にストッパー１０１が設けられ、蓋部材１４に形成されたストッパー突堤１４１によって、給電制御回転された際に、コイルロータ３はストッパー１０１とストッパー突堤１４１とによって領域設定された角度内で回動回転がされることが可能になる。
【００２７】
また、他の実施例として、円筒状に形成されたステータハウジング２は、軸方向の一方に蓋部材１４が取付けられ、他方に軸受ホルダー４２に形成されたフランジ部４１が取り付けられ、軸受ホルダー４２には、シャフト８を回転自在に支承するベアリング７１，７１が設けられると共に、その外周に界磁束を発生させる部材として、Ｎ極とＳ極とが交互に配置されてなる４極マグネット５ａ〜５ｄが４面に固定されたマグネットヨーク４とから構成したことにより、ロータコイルの径小化が図れ、さらに低イナーシャの改善が図れることも可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
回転軸に取り付けたミラーを高速に、高精度に走査位置決めする光学スキャナ製品であるガルバノメータスキャナでは、高速動作を高頻度で動作させるためにロータイナーシャが小さいものが求められ、したがって径小化のために軸方向に細長い構造にならざるを得ないものであったが、本発明のロータリーアクチュエーターは、コイルのトルク発生に寄与していない部分は慣性モーメントの少ない回転半径の小さい中央部に配置することにより、応答スピードを向上させることができ、しかも軸方向も短縮が図れたので併せて小型化することができたので、ガルバノメータスキャナ等の低イナーシャ、高トルクが求められる製品に利用するには最適と成り得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施例１に係るロータリーアクチュエーターの内部構造を示した平断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図１の「エンドキャップ９」を取り外した側面図である。
【図５】本発明の実施例１に係るロータリーアクチュエーターの内部構造を示した部分断面図である。
【図６】本発明の実施例２に係るロータリーアクチュエーターの内部構造を示した平断面図である。
【図７】図６の「エンドキャップ９」を取り外した側面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    ロータリーアクチュエーター
２    ハウジング
３    コイル
４    マグネットヨーク
５    マグネット
６    ハブ
７    軸受
８    シャフト
９    エンドキャップ
１０    結線板
１１    ＦＰＣ基板
１２    リード線
１３    止め輪
１４    蓋部材
４１    フランジ部
４２    軸受ホルダー
７１    ベアリング
【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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