JP2008021806A - ロータリーソレノイド - Google Patents

Abstract

【課題】通電・無通電に伴う作動音の発生をなくしながらも、比較的簡素な構造で、コスト的に有利に省スペース化を実現でき、かつ量産性に優れたロータリーソレノイドを提供する。
【解決手段】コイル体６への通電・無通電に伴い、電磁力が発生して第２コア部８を第１コア部５に対し、磁気平衡位置Ｓ２まで相対回動させるので、両者の衝突が起こらず、打音が作動音として発生することがない。第２コア部８を初期位置Ｓ１から磁気平衡位置Ｓ２に相対回動させる構造のため、作動および停止の制御動作が正確で、その制御に高い信頼性が得られる。ケーシング１ａ内にコイル体６、第１コア部５、第２コア部８および駆動軸４を設けるといった比較的簡素な構造で製作することができ、コスト的に有利で省スペース化を実現できて量産性に優れる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の被駆動部などを作動させる際に用いる車載形のロータリーソレノイドに関する。

アクチュエータを用いた回転機構は、自動変速機を搭載した車両（ＡＴ車）のシフトレバーロック装置をはじめ、ディスチャージ形前照灯のロー・ハイを配光制御するシェードの遮蔽板、照射方向を上下調節するレベライザー、ならびに照射方向を左右に調整するＡＦＳ等に適用されている。
シフトレバーロック装置の施解錠機構や前照灯の遮蔽板等には、直線作動する電磁ソレノイド装置が組み込まれ、レベライザーやＡＦＳ等の制御には、ステップモータと減速ギアで構成された駆動装置が用いられている。電磁ソレノイド装置の駆動部は、リンク機構を介してロック装置や遮蔽板を駆動するようにしている。
近年では、回転力発生装置として、回転体に傾斜磁石を設け、永久磁石の反発力を利用することで、エネルギー源を必要とせず連続的な回転を発生させる機構が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１７３４００号公報

しかしながら、シフトレバーロック装置や遮蔽板の駆動等に電磁ソレノイド装置を適用したものでは、ロック解除時にプランジャーなどの打音が作動音として発生する問題がある。レベライザーやＡＦＳ等の制御に、ステップモータを用いたものでは、大がかりになるとともに、リンク機構を介して間接的に駆動するため、複雑な構造となってコスト的に不利で、省スペース化を妨げる不都合がある。
特許文献１の回転力発生装置をシフトレバーロック装置、遮蔽板、レベライザーやＡＦＳ等の制御に用いた場合、永久磁石の磁気が常に放出状態になっていることに加えて、多数の磁石を正確に配列しなければならず構造が複雑化する虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は通電・無通電に伴う作動音の発生をなくしながらも、比較的簡素な構造で信頼性の高い制御が可能となり、コスト的に有利で省スペース化を実現でき、かつ量産性に優れたロータリーソレノイドを提供することにある。

（請求項１について）
駆動軸は、被駆動部に連結されるもので、ケーシング内のコイル体内を挿通するように支持されている。第１コア部と第２コア部とは、コイル体の外周に、微小空隙を介して互いの一部が近接、あるいは重なる初期位置に配されている。付勢部材は、第１コア部に対して第２コア部を初期位置の方向に付勢する。
コイル体への通電時、第１コア部と第２コア部との間に電磁力が生じる。これにより、第１コア部に対して第２コア部を付勢部材の付勢力に抗して初期位置から磁気平衡位置まで周方向に相対移動させて駆動軸に回転力を与える。

第２コア部は、第１コア部に対し、磁気平衡位置まで相対移動するので、コイル体への通電・無通電に伴い、両者の衝突が起こることがなく、打音が作動音として発生することがない。
電磁力の発生により、第２コア部を初期位置から磁気平衡位置に相対移動させる構造のため、作動および停止の制御動作が正確で、その制御に高い信頼性が得られる。電磁力が生じるのは、コイル体への通電時のみなので、常に磁気放出状態になることがない。
しかも、ケーシング内にコイル体、第１コア部、第２コア部および駆動軸を設けるといった比較的簡素な構造で製作することができ、コスト的に有利で省スペース化を実現できて量産性に優れる。このため、大量生産が必要となる車両に搭載するロータリーソレノイドとして好適となる。

（請求項２について）
第１コア部および第２コア部は、駆動軸に取付けられた環状の基端部と、基端部から断面略Ｌ字状に延出されてケーシング内で互いに径方向に対向する一対の筒片部とを有している。磁気平衡位置への相対移動に伴い、第１コア部と第２コア部とは、各自の筒片部同士を重ね合わせるようになっている。
第１コア部および第２コア部を断面略Ｌ字状の筒片部で形成することにより、第１コア部および第２コア部を痩身化し、コスト上有利に全体のコンパクト化および軽量化に寄与させることができる。

（請求項３について）
コイル体のボビンには、第１コア部に対する第２コア部の必要以上の相対移動を規制する突部がストッパーとして設けられている。
このため、コイル体への通電・無通電に伴い、第１コア部に対して第２コア部に大きな移動力が加わっても、突部がストッパーとして第２コア部の相対移動を規制する。このため、第１コア部に対する第２コア部の相対移動量が所期の設定以上に大きくなることがない。

（請求項４について）
付勢部材は、第２コア部の基端部に巻回されたスプリングであり、一端部をケーシング側に固定している。この場合、付勢部材は、比較的入手し易いスプリングのため、専用品ではなく安価な量産汎用品で済み調達し易くなる。

（請求項５について）
第１コア部および第２コア部は、コイル体を囲む筒片部を備え、初期位置から所定の移動規制位置への相対移動方向に対して同方向の捩れ角を有する。捩れ角の付与により、第１コア部に対する第２コア部の距離が一定ではなく、第２コア部の相対移動に伴って変化する配置となる。
このため、コイル体への通電に伴って発生する電磁力により、第１コア部が第２コア部に及ぼす相対移動力が移動につれて緩やかに増加するようになる。この結果、第１コア部が第２コア部に作用する相対移動力が円滑になり、ひいては被駆動部に対する応答動作の信頼性が高くなる。

コイル体への通電時、第１コア部と第２コア部との間に生じる電磁力により、第１コア部に対して第２コア部をコイルスプリングの付勢力に抗して初期位置から磁気平衡位置まで周方向に相対回動させて駆動軸に回転力を与え、被駆動部の制御を可能とする。比較的簡素な構造で製作することができ、コスト的に有利で省スペース化を実現できて量産性に優れ、大量生産が必要となる車両に搭載するロータリーソレノイドとして好適である。

図１は本発明の実施例１を示す。本発明におけるロータリーソレノイド１は、自動変速機を搭載した車両（ＡＴ車）のシフトレバーロック装置をはじめ、ディスチャージ形前照灯のロー・ハイを配光制御するシェードの遮蔽板、照射方向を上下に調節するレベライザー、ならびに照射方向を左右に調整するＡＦＳ等などの被駆動部に用いられるものである。ロータリーソレノイド１の外殻である有底円筒状のケーシング１ａは、図１の（ａ）に示すように開口部に、回転駆動部品（後述する駆動軸４および第２コア部８の一体品）の抜止用の支持板２を取着している。

駆動軸４は、有底板３を貫通してケーシング１ａ内で、後述するコイル体６におけるボビン７の内側をスリーブ状の軸受７ｂとして回転可能に支持されている。駆動軸４の後端部は、有底板３から外部に位置してシフトレバーロック装置、ディスチャージ形前照灯の遮蔽板、レベライザー、あるいはＡＦＳ等の被駆動部等に連結されるものである。

磁性体である第１コア部５は、ケーシング１ａ内に設けられたもので、環状の基端部５ａと基端部５ａから断面略Ｌ字状に延出されて互いに径方向に対向する一対の筒片部５ｂを有している。第１コア部５は、本実施例ではケーシング１ａの有底板３に固定されており、環状の基端部５ａに駆動軸４を通過させている。

基端部５ａを環状に形成したのは、駆動軸４を内部に貫通させ、磁束が駆動軸４から第１コア部５に流れ易くするためである。使用状況などによっては、基端部５ａに代わって透孔のみであってもよい。
コイル体６は、ケーシング１ａ内でボビン７に導線をコイル状に巻回して成り、駆動軸４を同心的に挿通させている。コイル体６は、第１コア部５の筒片部５ｂ内に同心的に位置し、ボビン７の一側面部を基端部５ａの開口周縁側に固定している。

第２コア部８は、第１コア部５と同様に、環状の基端部８ａと略Ｌ字状に延出されて互いに対向する一対の筒片部８ｂを有している。第２コア部８の基端部８ａは、駆動軸４の先端部に固着されている。第２コア部８の筒片部８ｂは、コイル体６と第１コア部５の筒片部５ｂ間で同心的に位置している。
図１の（ｂ）に実線で示す初期位置Ｓ１では、第２コア部８における筒片部８ｂの先端部は、例えば８０度の角度間隔で筒片部５ｂの先端部と微小間隙Ｇを介して互いの一部が重なり合っている。
なお、筒片部８ｂの先端部と筒片部５ｂの先端部とは、初期位置Ｓ１で重なり合わすことなく、近接状態に位置させてもよい。

第２コア部８における筒片部８ｂの底部とボビン７の他側面部との間には、摺動抵抗を低減させる処理を施したり、例えば本実施例の如く回転ボール９を配して、ボビン７の他側面部に対する第２コア部８の回転を円滑化している。第２コア部８の基端部８ａには、捩りコイルスプリング１０が付勢部材として配置され、その一端部をケーシング１ａ側に固定している。これにより、第１コア部５に対して第２コア部８を初期位置Ｓ１の方向に付勢する。

コイル体６への通電時、筒片部５ｂの先端部と筒片部８ｂの先端部との間には、微小間隙Ｇを介して電磁力が生じる。電磁力の発生により、第１コア部５に対して第２コア部８が吸引される。
このため、第２コア部８は、捩りコイルスプリング１０の付勢力に抗し、図１の（ｂ）に実線で示す初期位置Ｓ１から、矢印Ａ方向に二点鎖線の磁気平衡位置Ｓ２まで周方向に相対回動して駆動軸４を所定の円周角（例えば、８０度）だけ回動させる。磁気平衡位置Ｓ２では、筒片部５ｂの先端部に対して筒片部８ｂの先端部が進入するため、両者の重なり合う部分が増加して全面重合状態となる。

この場合、第２コア部８の相対回動量は、コイル体６への通電量をはじめ、筒片部５ｂの幅寸法Ｔ１および筒片部８ｂの幅寸法Ｔ２を適宜に調整することにより、所望に設定できるものである。このため、磁気平衡位置Ｓ２の設定時、筒片部５ｂの先端部に対して筒片部８ｂの先端部が全面的に重なり合う場合ばかりでなく、所定の割合（回動角度）で重なり合うようにしてもよい。

これにより、シフトレバーロック装置、ディスチャージ形前照灯のロー・ハイを配光制御するシェードの遮蔽板や照射方向を上下調節するレベライザー、あるいはＡＦＳ等の被駆動部等の作動が制御される。コイル体６への無通電時、第１コア部５と第２コア部８との間の電磁力が消滅するため、第２コア部８は捩りコイルスプリング１０の付勢力により、磁気平衡位置Ｓ２から初期位置Ｓ１に戻って被駆動部を元の状態に復帰させる。
なお、第２コア部８の外側面には、ピン１１が突設されており、ピン１１が相手側のストッパー１２に当接することにより、第２コア部８が磁気平衡位置Ｓ２を超えた過剰回転を阻止している。

上記構成では、第２コア部８は、第１コア部５に対し、磁気平衡位置Ｓ２まで相対回動するので、コイル体６への通電・無通電に伴い、両者の衝突が起こることがなく、打音が作動音として発生することがない。
第１コア部５と第２コア部８との間に発生した電磁力により、第２コア部８を初期位置Ｓ１から磁気平衡位置Ｓ２に相対回動させる構造のため、作動および停止の制御動作が正確で、その制御に高い信頼性が得られる。電磁力が生じるのは、コイル体６への通電時のみなので、常に磁気放出状態になることがない。

第１コア部５、第２コア部８およびコイル体６は、ケーシング１ａ内に収容されて保護されているので、ケーシング１ａの内部に対する塵埃や水滴などの異物の侵入が防がれて異物侵入による故障を来さない。
第２コア部８は、第１コア部５に対して所定の角度差（実施例１では８０度）を有しているので、電磁力の発生により第２コア部８に、高いトルクを発生させることができる。 ケーシング１ａ内にコイル体６、第１コア部５、第２コア部８および駆動軸４を設けるといった比較的簡素な構造で製作することができ、コスト的に有利で省スペース化を実現できて量産性に優れる。このため、大量生産が必要となる車両に搭載するロータリーソレノイド１として好適である。

図２は本発明の実施例２を示す。実施例２が実施例１と異なるところは、図２の（ａ）に示すように、第２コア部８を第１コア部５の外周囲に配置したことである。このため、筒片部８ｂの先端部が筒片部５ｂの先端部の外側で、微小間隙Ｇを介して重なり合っている。この場合、第２コア部８の筒片部８ｂに比較的大きな径寸法を確保することができるので、大きな回転トルクが得られる利点がある。

図３は本発明の実施例３を示す。実施例３が実施例１と異なるところは、図３の（ａ）、（ｂ）に示すように、コイル体６におけるボビン７の鍔部７ａに、所定の角度間隔で突部１５、１６をストッパーとして設けたことである。
この場合、コイル体６への通電・無通電に伴い、第１コア部５に対して第２コア部８に大きな回動力が加わっても、筒片部８ｂがストッパーとしての突部１５、１６に当接する。

このため、第２コア部８の過剰な相対回動を規制し、第１コア部５に対する第２コア部８の相対回動量が所期の設定以上に大きくなることがない。なお、突部１５、１６の筒片部８ｂに対する当接部には、ゴムなどの緩衝材を設けて消音に対処してもよい。突部１５、１６に代わって、筒片部８ｂにゴムや合成樹脂などの緩衝材を設けてもよい。また、ストッパーとしての突部１５、１６を形成しているので、ピン１１およびストッパー１２は省略してもよい。

図４は本発明の実施例４を示す。実施例４が実施例１と異なるところは、第１コア部５の筒片部５ｂと第２コア部８の筒片部８ｂとに、軸方向に対して１０度〜３０度の角度をなすテーパ状の傾斜部５ｃ、８ｃを形成したことである。筒片部５ｂの傾斜部５ｃと筒片部８ｂの傾斜部８ｃとは、両者が近接あるいは重なり合う時、遭遇し始める部分を意味する。

このため、筒片部５ｂの先端部と筒片部８ｂの先端部とが重なり合うにつれて、両者の重なり面積が徐々に大きくなるとともに、軸方向の電磁力を回転力に変換することにより、第１コア部５に対する第２コア部８の回転トルクが漸増してトルク特性が向上する。なお、傾斜部５ｃ、８ｃは、１０度〜３０度のテーパに限らず、使用状況などに応じて所望角度のテーパに設定することができる。

図５は本発明の実施例５を示す。実施例５が実施例１と異なるところは、第１コア部５および第２コア部８には、所定の移動規制位置Ｓ３への相対回動方向に対して同方向の捩れ角α、βを付与したことである。捩れ角α、βの付与により、第１コア部５に対する第２コア部８の距離ｄが一定ではなく、第２コア部８の相対移動に伴って変化する配置となる。捩れ角αは、捩じる前の筒片部５ｂにおける内接円中央部の接線Ｔａが反時計方向に角度αだけ回転して傾斜線Ｔｂとなるまでのものである。捩れ角βは、捩じる前の筒片部８ｂにおける内接円中央部の接線Ｋａが反時計方向に角度βだけ回転して傾斜線Ｋｂとなるまでのものである。
この場合、第１コア部５に対して第２コア部８が移動規制位置Ｓ３まで相対回動した時、図示しないストッパーが第２コア部８の外側部に当接して第２コア部８の回動を規制するようにしている。

この実施例５では、コイル体６への通電に伴って発生する電磁力により、第１コア部５が第２コア部８に及ぼす相対回動力が回動につれて緩やかに増加するようになる。この結果、第１コア部５が第２コア部８に作用する相対回転トルクが円滑になり、ひいては被駆動部に対する応答動作の信頼性が高くなる。

この場合、コイル体６に対する筒片部５ｂは、円周角θを有し、筒片部８ｂは円周角ψを有するが、これらの円周角θ、ψは筒片部５ｂ、８ｂの幅寸法によって所望に設定することができる。なお、第１コア部５の捩れ角αと第２コア部８の捩れ角βとは、同一でもよく、若干異なるように設定してもよい。

（使用例）
図６は、本発明のロータリーソレノイド１を車両のディスチャージ形前照灯２０に適用した例を示す。この場合、ロータリーソレノイド１は、支持部材（図示せず）に設置されており、ディスチャージ形前照灯２０の配光調節としてシェードの放電バルブ２１をハイ・ローの２位置に切り替えるように機能する。ロータリーソレノイド１の駆動軸４は、矩形の遮蔽板２３の支軸２２に同軸上で連結されている。遮蔽板２３は、放電バルブ２１の直前であるロー位置で、枢支部２３ａを介して支軸２２に固定されている。

支軸２２には、遮蔽板２３を回動付勢する捩りコイルスプリング２５が巻回されている。捩りコイルスプリング２５の一端部２５ａは、遮蔽板２３の内側に当接し、他端部２５ｂは、放電バルブ２１の下面部に支持部材からの延出部（図示せず）を介して当接している。これにより、遮蔽板２３は、捩りコイルスプリング２５によりロー位置の方向に付勢される。
ロータリーソレノイド１のコイル体６（図１参照）に通電すると、駆動軸４が捩りコイルスプリング２５の付勢力に抗して支軸２２と一緒に矢印Ａ方向に回動し、ロー位置からハイ位置に切り替わる。

この使用例の場合、駆動軸４と支軸２２との連結には、簡素な連結構造を設けることで済むので、直線作動を回転に変換するリンク機構が要らず、コスト的に有利で省スペース化にも寄与する。
なお、ディスチャージ形前照灯２０の放電バルブ２１は光源の一例であるので、放電バルブ２１の代わりに、放電発光部やハロゲンバルブなどの白熱バルブのフィラメントなどの光源を用いてもよい。

使用例の捩りコイルスプリング２５は、遮蔽板２３の支軸２２に設けたので、駆動軸４などのロータリーソレノイド１側には、同様の捩りコイルスプリングを設けなくてもよい。すなわち、捩りコイルスプリングは、ロータリーソレノイド１側あるいは遮蔽板２３の支軸２２のどちらか一方に配置されていればよい。

（変形例）
（ａ）上記実施例では、付勢部材として捩りコイルスプリング１０を用いたが、圧縮スプリングや引張スプリングでもよく、あるいはゴムなどの弾性部材でもよい。
（ｂ）コイル体６への通電時、第１コア部５に対して第２コア部８を相対的に回動させたが、逆に第２コア部８に対して第１コア部５を相対回動させるようにしてもよい。

（ｃ）筒片部８ｂの底部とボビン７の他側面部との間に、回転ボール９を配したが、筒片部８ｂの底部およびボビン７の他側面部に低摺動処理を施して回転ボール９を省略してもよい。
（ｄ）第１コア部５と第２コア部８との間に設定した微小間隙Ｇの幅寸法については、使用状況や適用対象物に応じて所望に設定してもよい。

（ｅ）第１コア部５に対する第２コア部８の相対回動角については、これら第１、第２コア部５、８の配置、形状、ならびにストッパーの配置により調整してもよい。
（ｆ）互いに重なり合う筒片部５ｂ、８ｂについては、一対に限らず二対、三対といったように多く設けてトルク特性を向上させてもよい。

本発明のロータリーソレノイドでは、比較的簡素な構造で、自動変速機を搭載した車両（ＡＴ車）のシフトレバーロック装置をはじめ、ディスチャージ形前照灯のロー・ハイを配光制御するシェードの遮蔽板、照射方向を上下調節するレベライザー、ならびに照射方向を左右に調整するＡＦＳ等に適用される。このため、コスト的に有利で省スペース化を実現できて量産性に優れる。大量生産が必要となる車両に搭載するロータリーソレノイドとして好適となり、車両関連事業の需要を喚起して部品の流通を介して機械産業に貢献することができる。

（ａ）はロータリーソレノイドの縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＭ−Ｍ線に沿う横断面図である（実施例１）。 （ａ）はロータリーソレノイドの縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＭ１−Ｍ１線に沿う横断面図である（実施例２）。 （ａ）はロータリーソレノイドの縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＭ２−Ｍ２線に沿う横断面図である（実施例３）。 ケーシングを取外して示すロータリーソレノイドの側面図である（実施例４）。 ロータリーソレノイドの拡大横断面図である（実施例５）。 ロータリーソレノイドの使用例を示す斜視図である。

符号の説明

１ ロータリーソレノイド
１ａ ケーシング
４ 駆動軸
５ 第１コア部
５ａ 第１コア部の基端部
５ｂ 第１コア部の筒片部
６ コイル体
７ ボビン
８ 第２コア部
８ａ 第２コア部の基端部
８ｂ 第２コア部の筒片部
１０ 捩りコイルスプリング（スプリング、付勢部材）
１５、１６ 突部（ストッパー）
２３ シェードの遮蔽板（被駆動部）
Ｇ 微小間隙
Ｓ１ 初期位置
Ｓ２ 磁気平衡位置
Ｓ３ 移動規制位置
α、β 捩れ角

Claims (5)

1. ケーシング内のコイル体内を挿通するように支持されて被駆動部に連結される駆動軸と、
   前記コイルの外周に、微小空隙を介して互いの一部が近接、あるいは重なる初期位置に配された第１コア部および第２コア部と、
   前記第１コア部に対して前記第２コア部を前記初期位置の方向に付勢する付勢部材とを備え、
   前記コイル体への通電時、前記第１コア部と前記第２コア部との間に生じる電磁力により、前記第１コア部に対して前記第２コア部を前記付勢部材の付勢力に抗して前記初期位置から磁気平衡位置まで周方向に相対移動させて、前記駆動軸に回転力を与えるようにしたことを特徴とするロータリーソレノイド。
2. 前記第１コア部および前記第２コア部は、前記駆動軸に取付けられた環状の基端部と、前記基端部から断面略Ｌ字状に延出されて前記ケーシング内で互いに径方向に対向する一対の筒片部とを有し、前記磁気平衡位置への相対移動に伴い、前記第１コア部と前記第２コア部とは各自の筒片部同士を重ね合わせるようになっていることを特徴とする請求項１に記載のロータリーソレノイド。
3. 前記コイル体のボビンには、前記第１コア部に対する前記第２コア部の必要以上の相対移動を規制する突部がストッパーとして設けられていることを特徴とする請求項１に記載のロータリーソレノイド。
4. 前記付勢部材は、前記第２コア部の基端部に巻回され、一端部を前記ケーシング側に固定したスプリングであることを特徴とする請求項２に記載のロータリーソレノイド。
5. 前記第１コア部および前記第２コア部は、前記コイル体を囲む筒片部を備え、前記初期位置から所定の移動規制位置への相対移動方向に対して同方向の捩れ角を有し、前記コイル体への通電に伴って発生する電磁力により、前記第１コア部が前記第２コア部に及ぼす相対移動力を円滑化したことを特徴とする請求項１に記載のロータリーソレノイド。
   

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