JP2006109669A

JP2006109669A - ロータリソレノイド

Info

Publication number: JP2006109669A
Application number: JP2004295820A
Authority: JP
Inventors: Nobuhide Okada; 信秀岡田
Original assignee: Shindengen Mechatronics Co Ltd
Current assignee: Shindengen Mechatronics Co Ltd
Priority date: 2004-10-08
Filing date: 2004-10-08
Publication date: 2006-04-20

Abstract

【課題】
回転角度を大きくでき、ねじ又は固定部材のみで組み立てられているので作業効率が高く、さらに安価なソレノイドを提供すること。
【解決手段】
回転子１２の磁極が回転軸より径方向へ突出する弧状凸面１２ａ、１２ｂを備え、これに対向する固定磁極１３及び１４は弧状凹面１３ａ、１４ａを備える。固定磁極１３、１４の周りにはコイル２０、２１が配置する。回転子１２は１８０度以内の扇形状で切り欠き部１２ｃを設け、切り欠き部１２ｃには回転子１２の回転角度を決めるボルト２４と緩衝材２５を備え、ボルト２４はホルダー２２に挿通し、ベースプレート２３に固定されている。したがって、ソレノイド１０は回転子１２と固定磁極１３、１４の位置関係を工夫したことで薄型化でき、回転角度を大きく取れ、永久磁石を使用していないので安価にでき、組み立ては１本のボルト２４のみで作業効率も向上できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ロータリソレノイドにかかわり、特に回転子と固定磁極を中心とする部材の構造、及び組み立て性に関するものである。

一般に知られているロータリソレノイドの基本的な構造は、ソレノイドの筐体となるケース、磁束を発生させるコイル、シャフトに固着され左右両方向に回転可能に支持された回転子、回転子とは径方向で対向し磁束発生により回転子を吸引回転させる固定磁極、消磁の際に復帰方向に回転させるうず巻ばねで構成されている（例えば特許文献１）。

このようなロータリソレノイドの回転子と固定磁極は回転子の回転中心と同位置に中心を持った円弧の磁極形状である。特許文献１より回転子はある角度で形成された凸面の磁極形状を複数もち、固定磁極側も回転子の凸部の磁極形状及び角度に合わせた複数の磁極形状を形成している。また、回転子の凸面の磁極と固定磁極は径方向において常に一定のギャップを保っている。

また、特許文献１のようなロータリソレノイドとは異なり、回転子の形状を振り子のようにし、振り子には厚さ方向に着磁された永久マグネットが固定しているものもある。固定磁極は振り子状の回転子の左右に位置し、さらに固定磁極にはそれぞれコイルが巻かれている。この左右のコイルに印加する電圧の＋極、−極を変えることで固定磁極に向かって回転子は左右に回転することができる（例えば特許文献２）。

しかしながら、特許文献１のロータリソレノイドは磁極の数を工夫することで回転角度を大きく取ることが可能であるが、薄型化や小型化には向かず、特許文献２のロータリソレノイドは薄型化や小型化には向いているものの、回転角度を大きくするのは難しく、永久磁石を使用していることで安価にし難いという課題があった。
特開昭６１−１５７８８４（５頁、図１）特開平１０−１４６０３６（３頁、図1）

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、従来技術に係るロータリソレノイドよりも回転子を中心とした磁極形状や位置を工夫することで、薄型のロータリソレノイドにもかかわらず回転角度が大きく取れ、かつ永久磁石を使用しない安価なソレノイドを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、シャフトと、前記シャフトに挿通固着し、前記シャフトを軸部として左右両方向に回転可能であり、前記軸部より突出して磁極をなすように形成された弧状凸面を持ち、かつ前記弧状凸面が１８０度以内の扇形状に形成されている回転子と、前記回転子の弧状凸面と対向する弧状凹面を持ち、前記弧状凹面を互いに向かい合うように形成している２つの固定磁極と、筒状に形成され、２つの前記固定磁極の少なくとも一部を各々収納する２つのコイルとを備え、２つの前記コイルの一方に電圧を印加したときには、電圧を印加した前記コイルに収納された前記固定磁極に向かって回転することを特徴とするものとした。

また、前記回転子の磁極をなす前記弧状凸面に切り欠き部、前記回転子の任意の個所に孔部又は溝部を設け、前記回転子に設けられた前記切り欠き部、前記孔部または前記溝部には回転角度を任意に決める部材を設けるようにし、前記回転子が回転したときには前記回転子に設けられた前記切り欠き部、前記孔部または前記溝部と接する前記回転角度を決める部材の外周に緩衝材を設けるようにした。さらに、前記固定磁極の位置決めをするコの字型または一部を切り欠いた枠型の２つのフレームと、前記２つのフレームを上下から挟み込んで固定する２つの板材とを備え、一方の前記板材に孔部を設け、もう一方の前記板材にはねじ孔部又は孔部を設け、ねじ又は固定部材を前記孔部を設けた板材から挿通し、前記ねじ孔部又は孔部を設けた板材に相通して固定するようにしたことで、１つの前記ねじ又は固定部材のみで組み立てを可能とし、前記回転角度を任意に決める部材が前記ねじ又は固定部材とを兼ねていることを特徴とするものとした。

本発明は回転子を中心とした磁極形状や位置を工夫することで、ロータリソレノイドを薄型化にすることができ、回転角度も大きく取ることが可能となる。さらに回転子側の磁極には一般的に使われている磁性材料を使用できるので、製作上においても加工しやすく、ソレノイド自体を安価にすることができる。また、永久磁石を使用していないのでコストを削減でき、１つのねじ又は固定部材でソレノイドを組み立てることになるので作業効率も向上することができる。

本発明の実施の形態においては、回転子の形状とその回転子の軸中心となる位置を工夫することで、ロータリソレノイドにもかかわらず薄型化が可能で、回転角度を大きく取ることができることに特徴がある。また、回転子には一般的に使用されている磁性材料を用いることができるので、加工が容易となり、ソレノイド自体を安価にできる。さらにソレノイドの筐体となるフレームや板材などは１つのねじ又固定部材で固定しているので作業効率が向上する。以下に、この特徴を有する実施例について説明する。

図１ａ〜図５は、本発明の第１の実施例に係るロータリソレノイドの説明図である。図１ａ〜図５において、１０はロータリソレノイド、１１はシャフト、１２は回転子、１２ａと１２ｂは弧状凸面、１２ｃは切り欠き部、１２ｄは孔部、１３と１４は固定磁極、１３ａと１４ａは弧状凹面、１６と１７はフレーム、１８と１９は軸受け、２０と２１はコイル、２２はホルダー、２２ａと２２ｂは孔部、２３はベースプレート、２３ａはねじ孔部、２３ｂは孔部、２４はボルト、２５は緩衝材を示す。

ロータリソレノイド１０において、回転子１２は磁極が回転軸近傍より径方向へ突出する弧状凸面１２ａ、１２ｂを備え、その磁極に対向する固定磁極１３及び１４は弧状凹面１３ａ、１４ａを備えている。固定磁極１３、１４の周りにはコイル２０、２１が配置されている。回転子１２は孔部１２ｄにシャフト１１が挿通固着されており、シャフト１１はホルダー２２とベースプレート２３に固着している軸受け１８、１９に挿通支持されているので左右両方向に回転可能となっている。また、回転子１２の一部は切り欠き部１２ｃを設けており、その切り欠き部１２ｃには回転子１２の回転角度を決定するボルト２４と緩衝材２５を備えている。ボルト２４にはホルダー２２に挿通し、ベースプレート２３にねじ止め固定されていることで、ソレノイド１０は１つのボルト２４のみで組み立て固定されている。

本発明の実施例１においては回転子１２と固定磁極１３、１４の形状及びコイル２０、２１との位置関係を工夫することで、回転角度を大きくすることができ、薄型化も可能となる。また、ソレノイド１０は１つのボルト２４のみで組み立てられているので作業効率が高く、さらに回転子１２には一般の磁性材料を用いるのでソレノイド自体を安価にできることを特徴とするものである。
以下に、ソレノイド１０の主要な構成について説明する。

回転子１２は磁性材料で形成されており、シャフト１２が挿通し固着している。回転子１２はシャフト１１が挿通固着している孔１２ｄの近傍から径方向に向かって扇状に突出した形状をしており、２つの弧状凸面１２ａ及び１２ｂを備え、弧状凸面１２ａと１２ｂの間には切り欠き部１２ｃがある。また、切り欠き部１２ｃには回転子１２の回転範囲を決定するためのボルト２５が配されている。そして回転子１２が回転したときは弧状凸面１２ａ、１２ｂと対抗する面に固定磁極１３、１４の弧状凹面１３ａ、１４ｂを配し、両者は面が対抗したときでも適当なギャップを持って向かい合うよう配慮されている。

なお、回転子１２は、本実施例では薄い扇形状板の要の位置に孔部１２ｄを形成し、この扇形状板の外周面を弧状凸部１２ａと１２ｂとしているが、このような形状に限られるものではない。例えば、扇形状板の部分は本実施例よりも厚くても良く、或いは、そろばんの玉のような形のものを扇形状に分割したものであっても良い。また、切り欠き部１２ｃは、回転子１２の回転角度を決定する手段を弧状凸部１２ａと１２ｂの周辺に設ける場合には、設ける必要はない。この場合、回転子１２の加工が容易になるが、切り欠き部１２ｃの重量が増加するので、必要となる角加速度、角速度を得る上で切り欠き部１２ｃを設ける場合よりも若干不利になる。もちろん、切り欠き部１２ｃを形成しなければ弧状凸面は１つの面となる。また、切り欠き部１２ｃは、図３と図５に示した形状とする必要はなく、薄い扇形状板の部分にスリット状に形成しても良い。

固定磁極１３、１４は磁性材料で形成されており、回転子１２の弧状凸面１２ａと１２ｂに対向して弧状凹面１３ａと１４ａを備えている。固定磁極１３、１４は２つのフレーム１６、１７が上下に重なり合うことで所定の位置に決められ、弧状凹面１３ａと１４ａは向かい合うことになる。さらに、周囲にはコイル２０、２１が配されている。

また、弧状凹部１３ａと１４ａの弧状曲面の曲率半径は、弧状凸部１２ａと１２ｂの弧状極面の曲率半径よりも、これらの間のギャップ分だけ大きく設定されている。なお、本実施例では、薄型のソレノイドとするために、固定磁極１３、１４の全体形状を薄い板状としているが、回転子１２の形状等に応じてこの形状以外の形状にすることもできる。

したがって、片側のコイル２０に通電し、コイル２１を非通電とした際には、固定磁極１３の弧状凹面１３ａと回転子１２の弧状凸面１２ａとの間に磁束が流れるので、弧状凹面１３ａは弧状凸面１２ａを吸引し回転子１２は固定磁極１３に向かって回転する。反対にコイル２１に通電し、コイル２０を非通電とした際には、固定磁極１４の弧状凹面１４ａと回転子１２の弧状凸面１２ｂとの間に磁束が流れるので、弧状凹面１４ａは弧状凸面１２ｂを吸引し回転子１２は固定磁極１４に向かって回転する。また、前述したように回転子１２にはシャフト１１が挿通固着し、シャフト１１は軸受け１８と１９に挿通支持されているので両方向に回転可能で、回転子１２は回転角度を決定するボルト２４に接し所定の角度で停止することになる。このようにコイル２０または２１への通電、非通電により回転子１２は両方向回転が可能となるので復帰用のうず巻ばねの取り付けが不要となる。

シャフト１１は非磁性材料で形成されており、回転子１２に挿通固着され、さらに軸方向に伸びてホルダー２２とベースプレート２３に固着している軸受け１８と１９に挿通されて両方向に回転可能な状態で支持されている。

コイル２０と２１は固定磁極１３及び１４の外周に筒状になるように巻かれており、通電された際には弧状凹面１３ａと１４ａ及び弧状凸面１２ａと１２ｂに磁束を供給する。

フレーム１６と１７は磁性材料で形成されており、コの字型の両フレームを上下に組み合わせることで固定磁極１３及び１４の位置決めをしている。フレーム１６と１７の上下からはホルダー１７とベースプレート２３が挟んで固定している。

軸受け１８と１９は非磁性材料で形成され、ホルダー２２の孔部２２ｂとベースプレート２３の孔部２３ｂに固着されている。軸受け１８と１９の内孔にはシャフト１１が挿通し回転可能な状態で支持されている。

ホルダー２２は磁性材料で形成されており、ボルト２４を挿通するための孔部２２ａと軸受け１８を挿通固定するための孔部２２ｂを備えている。ホルダー２２は孔部２２ｂに挿入固定された軸受け１８にシャフト１１を挿通してベースプレート２３と組み合わせることでフレーム１６と１７を固定している。

ベースプレート２３は磁性材料で形成されており、ボルト２４を挿通ねじ込むためのねじ孔部２３ａと軸受け１９を挿入固定するための孔部２３ｂを備えている。ベースプレート２３は孔部２３ｂに挿入固定された軸受け１９にシャフト１１を挿通してホルダー２２と組み合わせることでフレーム１６と１７を固定している。

ボルト２４は回転子１２の切り欠き部１２ｃの位置にあり、ホルダー２２の孔部２２ａに挿通し、ベースプレート２３のねじ孔部２３ａにねじ止めされている。また、ボルト２４の外周には緩衝材２５を配し、回転子１２が回転停止する際は切り欠き部１２ｃと接することになるので回転角度を決定することを兼ねている。

緩衝材２５は樹脂やゴムなどの衝撃を吸収できる材料で形成されており、ボルト２４の外周に配されている。

ソレノイド１０は構造的な特徴もあるが、組み立て性についても大きな特徴を持っている。その組み立ての順序について図５より説明する。

シャフト１１は回転子１２の孔１２ｄに挿通固着し、コイル２０及び２１の内周に固定磁極１３及び１４を収め、同じくコイル２０及び２１の内周に回転子１２の弧状凸面１２ａ及び１２ｂを挿入する。その状態からフレーム１６及び１７を固定磁極１３及び１４の上下方向から挟み込むように合わせ、同時にお互いにつき合わせるように組む。

ホルダー２２の孔部２２ｂとベースプレート２３の孔部２３ｂに軸受け１８及び１９を挿入固定する。上下からホルダー２２とベースプレート２３の軸受け１８及び１９へシャフト１１を挿通しながらフレーム１６及び１７を挟む。それと同時にホルダー２２とベースプレート２３を固定するためのボルト２４をホルダー２２の孔部２２ａに挿入し、ボルト２４の外周にも緩衝材２５を挿入しておく。

このような状態からボルト２４をベースプレート２３のねじ孔部２３ａへねじ込んで、ソレノイド１０の組み立ては完了する。要するに本ソレノイド１０の組み立ての特徴は従来のソレノイドのように圧入したり、カシメを行ったりすることを極力少なくしているので、組み立て設備も一般的なものでよく、治具等は簡単な形状で済む。また、１本のボルト２４で全体を固定していることになるので作業効率は向上するのである。

本発明の第１の実施例に係わるロータリソレノイドの説明図である。本発明の第１の実施例に係わるロータリソレノイドの説明図である。本発明の第１の実施例に係わるロータリソレノイドの説明図である。本発明の第１の実施例に係わるロータリソレノイドの斜視図である。本発明の第１の実施例に係わるロータリソレノイドの別角度から見た斜視図である。本発明の第１の実施例に係わるロータリソレノイドの内部構造図である。本発明の第１の実施例に係わるロータリソレノイドの断面図である。本発明の第１の実施例に係わるロータリソレノイドの部品展開図である。

符号の説明

１０ロータリソレノイド
１１シャフト
１２回転子
１２ａ弧状凸面
１２ｂ弧状凸面
１２ｃ切り欠き部
１２ｄ孔部
１３固定磁極
１３ａ弧状凹面
１４固定磁極
１４ａ弧状凹面
１６フレーム
１７フレーム
１８軸受け
１９軸受け
２０コイル
２１コイル
２２ホルダー
２２ａ孔部
２２ｂ孔部
２３ベースプレート
２３ａねじ孔部
２３ｂ孔部
２４ボルト
２５緩衝材

Claims

シャフトと
前記シャフトに挿通固着し、前記シャフトを軸部として左右両方向に回転可能であり、前記軸部より突出して磁極をなすように形成された弧状凸面を持ち、かつ前記弧状凸面が１８０度以内の扇形状に形成されている回転子と、
前記回転子の弧状凸面と対向する弧状凹面を持ち、前記弧状凹面を互いに向かい合うように形成している２つの固定磁極と、
筒状に形成され、２つの前記固定磁極の少なくとも一部を各々収納する２つのコイルとを備え、
２つの前記コイルの一方に電圧を印加したときには、電圧を印加した前記コイルに収納された前記固定磁極に向かって回転することを特徴とするソレノイド。
前記ソレノイドにおいて、前記回転子の磁極をなす前記弧状凸面に切り欠き部、前記回転子の任意の個所に孔部または溝部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のソレノイド。
前記ソレノイドにおいて、前記回転子に設けられた前記切り欠き部、前記孔部、または前記溝部に回転角度を任意に決める部材を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のソレノイド。
前記ソレノイドにおいて、前記回転子が回転したときに前記回転子に設けられた前記切り欠き部、前記孔部、または前記溝部と接する前記回転角度を決める部材の外周に緩衝材を設けたことを特徴とする請求項１、２、３に記載のソレノイド。
前記ソレノイドにおいて、前記固定磁極の位置決めをするコの字型、または一部を切り欠いた枠型の２つのフレームと、
前記２つのフレームを上下から挟み込んで固定する２つの板材とを備え、
一方の前記板材に孔部を設け、もう一方の前記板材にはねじ孔部又は孔部を設け、ねじ又は固定部材を前記孔部を設けた板材から挿通し、前記ねじ孔部又は孔部を設けた板材に相通して固定するようにしたことで、１つの前記ねじ又は固定部材のみで組み立て可能としたことを特徴とする請求項１、２、３、４に記載のソレノイド。
前記ソレノイドにおいて、前記回転角度を任意に決める部材が前記ねじ又は固定部材とを兼ねていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５に記載のソレノイド。