JP2011003861A - ロータリソレノイド - Google Patents

Abstract

【課題】 小型化が容易で、かつ、高トルクを得るのに好適な構造を有するロータリソレノイドを提供すること。
【解決手段】 コイル２０の対向部２１ａと対向部２２ａとが永久磁石８３の外側面８３ａと内側面８３ｂを、対向部２１ｂ及び対向部２２ｂとが永久磁石８４の外側面８４ａと内側面８４ｂとを挟み込むように位置させ、また第１巻線部１３と第２巻線部１４とを第１シャフト構成体６０及び第２シャフト構成体６８の側方に、かつ、極めて近接させて設けた。永久磁石８３及び８４の外側面側と内側面側との双方のコイルにローレンツ力が働くようにしたので、磁気回路の一部に間隙を設けて通電時にこの間隙を埋めるように回転動作するロータリソレノイドよりも高効率となると共に、従来のロータリソレノイドよりも小型化が容易になる。コイル２０の形成が容易である上にコイルボビン１１への装着も容易になる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ロータリソレノイドに関し、特に小型化が容易で、かつ、高トルクを得るのに好適な構造を有するロータリソレノイドに関する。

ロータリソレノイドは、一般的に、コイル、固定磁極、回転子、永久磁石、ストッパ及びシャフトなどの構成を有している。そして、コイルに通電すると発生する磁力によりストッパに規制されるまで回転子が回転し、通電を止めると回転子が永久磁石に吸引されて通電前の位置まで復帰する構成となっているものが多い。

このようなロータリソレノイドにおいて、高トルク化を図るために様々な構造が提案されている。例えば、特開２００４−１７２３５３公報に開示されているロータリソレノイドでは、一対の突部を固定磁極の回転軸に対して対称となる位置に設け、さらに回転子に設けた一対の永久磁石の一方を、回転方向にずらし固定磁極に近接させて設けた構造にしている。

他の例においても、固定磁極の形状や永久磁石の配置がトルクに大きな影響を与えることから、固定磁極や永久磁石に改良を加えたものが多い。

しかしながら、固定磁極の改良は、固定磁極や、これに付随して設けられる永久磁石などの加工コストを増大するのに対して十分な高トルク化を図れない場合が多い。また、固定磁極に複雑な凹凸を付加する改良では、固定磁極の配置スペースが大きくなる場合が多く、小型化が困難になるという課題も生じる。

特開２００４−１７２３５３公報

本発明は、上記課題を解決するために、小型化が容易で、かつ、高トルクを得るのに好適な構造を有するロータリソレノイドを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、左右に回転自在に設けられたシャフトと、前記シャフトと一体的に設けられたコイルボビンと、金属の線条を巻回して形成され、前記コイルボビンに設けたコイルと、前記コイルボビンの近傍に配置されると共に、互いの内側面同士が対向するように、かつ、着磁方向が逆向きになされた第１の永久磁石及び第２の永久磁石とを有するロータリソレノイドにおいて、前記コイルボビンは、前記第１の永久磁石と前記第２の永久磁石とが間に介在するように配置された第１の巻枠部と第２の巻枠部とを備え、前記第１の巻枠部は前記シャフトの基端寄りの部分に固定され、前記第２の巻枠部は前記シャフトの先端寄りの部分に固定され、前記コイルは、第１の巻線部及び第２の巻線部を備え、これらの第１の巻線部及び第２の巻線部が略矩形枠状に形成されると共に前記シャフトの側方に配置され、前記第１の巻線部は、前記第１の永久磁石の外側面に対向するように設けられた第１の対向部と、前記第２の永久磁石の外側面に対向するように設けられた第２の対向部と、前記第１の対向部の上端と前記第２の対向部の上端とに連続するように設けられた第１の連続部と、前記第１の対向部の下端と前記第２の対向部の下端とに連続するように設けられた第２の連続部とを備え、前記第２の巻線部は、前記第１の永久磁石の内側面に対向するように設けられた第３の対向部と、前記第２の永久磁石の内側面に対向するように設けられた第４の対向部と、前記第３の対向部の上端と前記第４の対向部の上端とに連続するように設けられた第３の連続部と、前記第３の対向部の下端と前記第４の対向部の下端とに連続するように設けられた第４の連続部とを備え、前記コイルへの通電時に、前記第１の対向部及び前記第３の対向部を流れる電流が第１の方向となり、かつ、前記第２の対向部及び前記第４の対向部を流れる電流が前記第１の方向と逆向きの第２の方向となることを特徴とするロータリソレノイドである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記コイルボビンは、前記第１の巻枠部において前記第１の巻線部及び前記第２の巻線部に背向する部位に、前記コイルに接続された配線又は電子部品の一部又は全部を格納した凹部を設けたことを特徴とするロータリソレノイドである。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記コイルは、前記第１の連続部、前記第２の連続部、前記第３の連続部及び前記第４の連続部において、これらの中央寄りの部分が平板状に形成され、左右両端寄りの部分の一部又は全部が前記シャフトに向かってそれぞれ湾曲するように形成されていることを特徴とするロータリソレノイドである。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記コイルは、平角線線条を巻回して形成されていることを特徴とするロータリソレノイドである。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記コイルは、前記第１の連続部、前記第２の連続部、前記第３の連続部及び前記第４の連続部の中央寄りの部分が前記平角線線条を前記シャフトの軸方向と同方向に重畳するようにして形成されていることを特徴とするロータリソレノイドである。

請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記コイルボビンは、前記第１の巻枠部が前記第１の連続部及び前記第３の連続部の左右両端寄りの部分をそれぞれ貼り付ける４つの貼付面を備え、前記第２の巻枠部が前記コイルの前記第２の連続部及び前記第４の連続部の左右両端寄りの部分をそれぞれ貼り付ける４つの貼付面を備えていることを特徴とするロータリソレノイドである。

請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の発明において、前記コイルボビンは、前記第１の巻枠部が前記コイルの前記第１の連続部及び前記第３の連続部の中央寄りの部分を保持する保持溝を備え、前記第２の巻枠部が前記コイルの前記第２の連続部及び前記第４の連続部の中央寄りの部分を保持する保持溝を備えていることを特徴とするロータリソレノイドである。

請求項１に記載の発明によれば、コイルの各対向部を第１の永久磁石及び第２の永久磁石の内側面及び外側面に対して対向するように設けたので、内側面側の線条、外側面側の線条の双方にローレンツ力が加わり、いずれか一方の側面のみに対して線条を設ける構造よりもより大きなトルクを得ることができる。したがって、同程度のトルクを発揮する従来型ロータリソレノイドよりも小型化することが可能になる。

請求項２に記載の発明によれば、ロータリソレノイドの駆動に係る配線又は電子部品の一部又全部をコイルボビンの凹部に格納するので、従来ロータリソレノイドの外部に確保していた配置スペースを削減又は撤廃することができる。

請求項３に記載の発明によれば、第１の永久磁石及び第２の永久磁石の内側面と外側面との両面にコイルを構成する線条の一部を湾曲することによって、湾曲した線条が第１の永久磁石及び第２の永久磁石に正対する、又は正対した状態に近づき、さらに両者の間の間隙が小さくなるので、さらに大きなローレンツ力が得られる。したがって、従来技術による同程度の大きさのロータリソレノイドよりも大きなトルクが得られる。ひいては、ロータリソレノイドの小型化が可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、コイルを平角線線条で形成するので、第１の巻線部及び第２の巻線部を略矩形枠状に形成することが容易になる。

請求項５に記載の発明によれば、第１の連続部、第２の連続部、第３の連続部及び第４の連続部の中央寄りの部分をシャフトの軸方向と同方向に平角線線条を重畳したので、第１の巻線部及び第２の巻線部を略矩形枠状に形成することが容易になる。

請求項６に記載の発明によれば、第１の巻線部及び第２の巻線部の所定部分を４つの貼付面に貼り付けるので、コイルをコイルボビンに設けることが容易になる。

請求項７に記載の発明によれば、第１の巻線部及び第２の巻線部の所定部分を保持溝で保持するので、コイルをコイルボビンに対して所定形状を保ちつつ保持することが容易になる。

本発明の実施の形態に係るロータリソレノイドの概略構造を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るロータリソレノイドの分解斜視図である。 本発明の実施の形態に係るロータリソレノイドの説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 非通電状態におけるロータリソレノイドの断面説明図（１）であり、（ａ）はＡ−Ａ線断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。 左に最大限回転したロータリソレノイドの断面説明図であり、（ａ）はＡ−Ａ線断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。 右に最大限回転したロータリソレノイドの断面説明図であり、（ａ）はＡ−Ａ線断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。 非通電状態におけるロータリソレノイドの断面説明図（２）であり、（ａ）はＣ−Ｃ線断面図、（ｂ）はＤ−Ｄ線断面図である。 コイルボビン及びコイルの細部の構成を示す斜視図である。 コイルの巻線状態を示す斜視図である。 コイルの通電方向を示す斜視図である。 コイルボビンへのフレキシブルプリント基板の収納状態を示す斜視図である。 支持体の変形例を示す斜視図である。

以下に、本発明の実施の形態に係るロータリソレノイドを図面に基づいて説明する。図２は、本発明の実施の形態に係るロータリソレノイドの分解斜視図である。図２において、１０はロータリソレノイド、２０はコイル、２１ａ、２１ｂ、２２ａ及び２２ｂは対向部、２３ａ、２３ｂ、２４ａ及び２４ｂは連続部、３０は上部巻枠部、３１ａ、３１ｂ、３２ａ及び３２ｂは貼付面、３４は貫通孔、３５は円板部、３７は保持溝、４０は下部巻枠部、４１ａ、４１ｂ、４２ａ及び４２ｂは貼付面、４４はネジ孔、４７は保持溝、６０は第１シャフト構成体、６１はネジ溝形成部、６２は段差部、６３ａ、６３ｂ、６４ａ及び６４ｂは面カット部、６５は段差部、６６は挿入部、６７はネジ溝形成部、６８は第２シャフト構成体、６９はネジ孔、７０は段差部、７１はケース、７２は開口部、７３はナット、７４はドライベアリング、７５は内部固定磁極、７６は上段部、７７は貫通孔、７８ａ及び７８ｂは縦溝、７９は中段部、８０は下段部、８１ａ及び８１は切欠、８２は開口部、８３は永久磁石、８３ａは外側面、８３ｂは内側面、８４は永久磁石、８４ａは外側面、８４ｂは内側面、８５はボールベアリング、８６はストッパ、８７ａ及び８７ｂは当接面、８８はダボ状突起、８９はスペーサ、９０はベース、９１は開口部、９２ａ及び９２ｂは水平溝、９３ａ及び９３ｂはネジ孔、９４は支持体、９５ａ及び９５ｂは永久磁石保持部、９６は脚部、９７は支持体、９８ａ及び９８ｂは永久磁石保持部、９９は脚部、１００及び１０１は突出部、１０２はネジである。また、図３は、本発明の実施の形態に係るロータリソレノイドの説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。図３において用いた符号は、すべて図２と同じものを示す。なお、コイル２０については、図２をはじめとする各図面（図９の部分拡大した図を除く）において、線条を繰り返し巻回した細かい態様の記載を省略し、総体的な外観形状によって表現している。さらに、第１シャフト構成体６０及びネジ１０２のネジ溝も記載を省略する。

図２に示すように、ロータリソレノイド１０は、内部構造が略円筒形状のケース７１に収納されている。ケース７１は、図３（ａ）に示すように、放熱性を良くするために、上面の開口部７２にエンドキャップを設けない開放型の構造としている。したがって、上部巻枠部３０などは、ロータリソレノイド１０の上面に露出している。また、ロータリソレノイド１０の内部構造は、図２に示すように、回転する構成要素として、コイルボビンを構成する上部巻枠部３０と下部巻枠部４０、コイル２０、第１シャフト構成体６０及び第２シャフト構成体６８からなるシャフトなどを設けている。さらに、回転力を生成し、又は回転するものを支持する固定的な構成要素として、内部固定磁極７５、永久磁石８３及び８４、支持体９４及び９７、ドライベアリング７４、ボールベアリング８５、ストッパ８６などを備えている。なお、ロータリソレノイド１０は、開口部７２にエンドキャップを設けて防塵性を有する構造としてもよい。

まず、ロータリソレノイド１０の回転する構成要素について述べる。第１シャフト構成体６０は、上部先端寄りの部分を中央部より小径とし、さらにネジ溝を形成してネジ溝形成部６１としている。また、小径とした部分と中央部の境界部分は、上部巻枠部３０を挟着するための段差部６２としている。また、段差部６２から下側の部分には、コイルボビン１１の空回りを防止するために面カット部６３ａ及び６３ｂを形成している。さらに、第１シャフト構成体６０の下側の部分は、下部巻枠部４０へ挿入するために中央部よりも小径とした挿入部６６を形成している。さらに、その先端側の部分は、第２シャフト構成体６８と螺合するために挿入部６６よりも小径のネジ溝形成部６７としている。中央部と挿入部６６との境界部分は、下部巻枠部４０を挟着するための段差部６５としている。また、段差部６５から上側の部分には、コイルボビン１１の空回りを防止するために面カット部６４ａ及び６４ｂを形成している。なお、第１シャフト構成体６０の面カットは、上下でそれぞれ２面ずつカットしているが、それぞれ１面又は３面以上カットしてもよい。

第２シャフト構成体６８は、上部に第１シャフト構成体６０のネジ溝形成部６７と螺合するためにネジ孔６９を形成している。また、上側の部分を下側の部分よりも小径とし、これらの境界部分を段差部７０としている。段差部７０は、内部固定磁極７５の下段部８０に嵌合されるボールベアリング８５の内輪に圧接して、第２シャフト構成体６８がケース７１の内部へ陥入することを防止する。

図８は、コイルボビン及びコイルの細部の構成を示す斜視図である。図８において、１１はコイルボビン、１３は第１巻線部、１４は第２巻線部、２５ａ、２５ｂ、２６ａ及び２６ｂは外部接続部、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ及び２８ｄは湾曲起点部、３３ａ、３３ｂ、３６ａ及び３６ｂは腕部、３８は平板部、３９ａ及び３９ｂは収納凹部、４５は面カット孔、４３ａ、４３ｂ、４６ａ及び４６ｂは腕部、４８は平板部、４９ａ及び４９ｂは収納凹部、５５は挿入部であり、その他の符号は図２と同じものを示す。また、図９は、コイルの巻線状態を示す斜視図である。図９において、２９ａは長辺面、２９ｂは短辺面であり、その他の符号は図８と同じものを示す。

図８に示すように、ロータリソレノイド１０のコイルボビン１１は、上部巻枠部３０と下部巻枠部４０とで構成されており、後述するように第１シャフト構成体６０及び第２シャフト構成体６８などによって一体のものとしている。

上部巻枠部３０は、第１シャフト構成体６０のネジ溝形成部６１が貫通する貫通孔３４の周囲に円板部３５を設けており、さらに円板部３５から略Ｌ字状に延びる腕部３３ａ及び３６ａと、略逆Ｌ字状に延びる腕部３３ｂ及び３６ｂを設けている。なお、貫通孔３４は、第１シャフト構成体６０の面カット部６３ａ及び６３ｂに対応する面カットを形成しており、第１シャフト構成体６０と貫通孔３４との面カットの向きが合っていないと挿入できないようにしてある。腕部３３ａ及び３６ａと、腕部３３ｂ及び３６ｂとは、貫通孔３４の中心を通り、保持溝３７と直交する面に対して面対称となる、つまり互いに鏡像となる構造を有しており、貫通孔３４から遠い部位にコイル２０を貼り付けるための貼付面３１ａ及び３１ｂとが形成され、これらより貫通孔３４に近い部位に同じ目的で貼付面３２ａ及び３２ｂとが形成されている。なお、貼付面３１ａ、３１ｂ、３２ａ及び３２ｂは、平坦な面ではなく、後述するようにコイル２０の湾曲した部分を貼り付けるので、これらの面もコイル２０の湾曲した部分に合わせて湾曲面となっている。また、上部巻枠部３０のコイル２０を設ける側の面の中央は、平坦な平板部３８が垂下するように設けられており、その内側には保持溝３７が形成されている。

下部巻枠部４０は、その中央に、ネジ孔４４と、第１シャフト構成体６０の面カット部６４ａ及び６４ｂに対応する面カット孔４５とが一体的に形成されている。また、後述するように、ロータリソレノイド１０を組み立てたときには、これらの孔に第１シャフト構成体６０が貫通した状態で設けられる。これらの孔の周囲の部分から略Ｌ字状に延びる腕部４３ａ及び４６ａと、略逆Ｌ字状に延びる腕部４３ｂ及び４６ｂを設けている。腕部４３ａ及び４６ａと、腕部４３ｂ及び４６ｂとは、ネジ孔４４の中心を通り、保持溝４７と直交する面に対して面対称となる、つまり互いに鏡像となる構造を有しており、ネジ孔４４から遠い部位にコイル２０を貼り付けるための貼付面４１ａ及び４１ｂとが形成され、これらよりネジ孔４４に近い部位に同じ目的で貼付面４２ａ及び４２ｂとが形成されている。なお、貼付面４１ａ、４１ｂ、４２ａ及び４２ｂは、貼付面３１ａなどと同じ理由により、コイル２０の湾曲した部分に合わせて湾曲した面となっている。また、下部巻枠部４０のコイル２０を設ける側の面の中央は、平坦な平板部４８が直立するように設けられており、その内側には保持溝４７が形成されている。挿入部５５は、内部固定磁極７５の中段部７９の内周面側に挿入される。

コイル２０は、第１巻線部１３と第２巻線部１４との２つの巻線部からなる。第１巻線部１３及び第２巻線部１４は、両者共に略矩形枠状に形成されている。また、永久磁石８３及び８４に対する距離及び配置の関係上、第１巻線部１３が第２巻線部１４よりも多少幅広となるように形成してある。また、第１巻線部１３及び第２巻線部１４は、コイル２０の装着を容易にするために、第１巻線部１３及び第２巻線部１４からなるシャフトの側方に極めて接近した状態に配置している。したがって、これらの巻線部をシャフト側から見ると、第１巻線部１３と第２巻線部１４とは、ほぼ重なり合っているように見えることになる。一般的なロータリソレノイドでは、シャフトを取り囲む、又は左右から挟むようにコイルを設けており、コイル２０の配置はロータリソレノイド１０の大きな特徴と言える。

第１巻線部１３及び第２巻線部１４は、コイルボビン１１に直接巻回して形成したものではなく、コイルワイヤーとも呼ばれる銅線条を予め巻線機によって略矩形枠状に巻回した後、湾曲起点部２７ａ、２７ｂ、２８ａ及び２８ｂから左右両端までの部分をシャフト側に曲げ加工して形成したものである。なお、曲げ加工時には、上部巻枠部３０及び下部巻枠部４０に合わせて曲げる。したがって、湾曲起点部２７ａ、２７ｂ、２８ａ又は２８ｂから左右両端までの部分は、永久磁石８３又は永久磁石８４にほぼ正対しているので、コイル２０を回転させるためのローレンツ力を最も効率よく得ることができる。また、両者の間隙がほぼ一定になるので、コイル２０の回転中に得られるトルクがほぼ一定になるという利点もある。ところで、図９の下部の部分拡大図に示しているように、この実施例では平角線条の短辺面２９ｂがコイルボビン方向を向き、長辺面２９ａが上下方向を向くように、いわゆるエッジワイズ巻に巻回している。平角線条をこのように巻回することによって、曲げ加工後の形状がよく維持される上に、湾曲起点部２７ａ、２７ｂ、２８ａ及び２８ｂにおいて線条の配置が崩れることがほとんどない。さらに、丸線条よりも占積率が高いので、コイルの配置に必要なスペースを小さくでき、かつ、丸線条よりも放熱性がよいという利点がある。

また、第１巻線部１３の右側の垂直部分を対向部２１ａ、左側の垂直部分を対向部２１ｂ、上側の水平部分を連続部２３ａ、下側の水平部分を連続部２３ｂとしている。したがって、コイル２０の平面（上面）から見ると、連続部２３ａ及び２３ｂの中央寄りの部分は左右に向かって直線的に延びているように見える。同様に、これらの連続部の左右両端寄りの部分と対向部２１ａ及び２１ｂは、ケース７１の内周面とほぼ同心円状の曲面を描くようにゆるやかに湾曲しているように見える。また、第１巻線部１３の対向部２１ａ及び２１ｂは、永久磁石８３の外側面８３ａと永久磁石８４の外側面８４ａとにわずかな間隙をおいて対向するように設けられる。したがって、コイル２０への通電時には、対向部２１ａ及び２１ｂと、永久磁石８３及び８４との間にローレンツ力が生じて、コイル２０を左右どちらかに回転させる力となる。連続部２３ａ及び２３ｂは、コイル２０への通電時に電流の流路となるものであり、対向部２１ａ及び２１ｂのようにコイル２０を回転させる力をもたらすものではない。したがって、中央寄りの部分を平坦な板状とすることによって対向部２１ａと対向部２１ｂとの間における電流の経路長をできる限り短くして電力損失の低減を図っている。

第２巻線部１４も第１巻線部１３と同様に、右側の垂直部分を対向部２２ａ、左側の垂直部分を対向部２２ｂ、上側の水平部分を連続部２４ａ、下側の水平部分を連続部２４ｂとしている。したがって、コイル２０の平面（上面）から見ると、連続部２４ａ及び２４ｂの中央寄りの部分は左右に向かって直線的に延びているように見える。同様に、これらの連続部の左右両端寄りの部分と対向部２２ａ及び２２ｂは、ケース７１の内周面とほぼ同心円状の曲面を描くようにゆるやかに湾曲しているように見える。また、対向部２２ａ及び２２ｂは、第１巻線部１３と同様に、中央寄りの部分を平坦な板状とすることによって対向部２２ａと対向部２２ｂとの間における電流の経路長をできる限り短くし、電力損失の低減を図っている。また、第２巻線部１４の対向部２２ａ及び２２ｂは、永久磁石８４の外側面８３ａと永久磁石８４の外側面８４ａとにわずかな間隙をおいて対向するように設けられる。

図１０は、コイルの通電方向を示す斜視図である。図１０において、５１ａ、５１ｂ、５２ａ及び５２ｂは電流の方向、５３ａ及び５３ｂは回転方向であり、その他の符号は図８と同じものを示す。

図９に示した第１巻線部１３の外部接続部２５ａ及び２５ｂと、第２巻線部１４の外部接続部２６ａ及び２６ｂとは、後述するように、それぞれフレキシブルプリント基板の端子に接続されており、この基板を介してロータリソレノイド１０の外部の電源に接続される。なお、外部接続部２５ａ及び２５ｂの一方と、外部接続部２６ａ及び２６ｂの一方とを接続して、第１巻線部１３と第２巻線部１４とを１つの巻線にしてもよいし、これらの巻線部に別個に電流を流す構成とし、さらにどちらか一方をオン、又は両方をオンとすることを可能にし、２段階のトルクを得られるようにしてもよい。さらに、第１巻線部１３と第２巻線部１４とを異なる巻数にすれば、３段階のトルクを得ることもできる。ただし、第１巻線部１３と第２巻線部１４とに流す電流は、図１０の電流の方向５１ａ、５１ｂ、５２ａ及び５２ｂに示すように、永久磁石８３側と、永久磁石８４側とでそれぞれ逆方向であり、かつ、永久磁石８３の外側面８３ａとその内側面８３ｂ、永久磁石８４の外側面８４ａとその内側面８４ｂとがそれぞれ同方向となるようにする。このように電流を流すことによって、対向部２１ａ、２１ｂ、２２ａ及び２２ｂを回転方向５３ａ又は５３ｂのように回転させるローレンツ力を生じる。なお、回転方向は永久磁石８３及び永久磁石８４の着磁方向によって適宜設定することができる。この電流の方向をそれぞれ逆向きにすれば、逆方向へ回転させるローレンツ力が働く。

図８に戻って、コイル２０のコイルボビン１１への装着方法について説明する。第１巻線部１３及び第２巻線部１４の曲げ加工後は、第１巻線部１３の連続部２３ａの両端部を上部巻枠部３０の貼付面３１ａ及び３１ｂに、連続部２３ｂの両端部を下部巻枠部４０の貼付面４２ａ及び４２ｂに接着剤で貼り付ける。同時に、第２巻線部１４の連続部２４ａの両端部を上部巻枠部３０の貼付面３１ａ及び３１ｂに、連続部２４ｂの両端部を下部巻枠部４０の貼付面４２ａ及び４２ｂに接着剤で貼り付ける。このように各連続部を貼り付けると、連続部２３ａと連続部２４ａとは上部巻枠部３０の保持溝３７に軽く挟まれた状態で保持され、連続部２３ｂと連続部２４ｂとは下部巻枠部４０の保持溝４７に軽く挟まれた状態で保持される。したがって。第１巻線部１３及び第２巻線部１４は、それぞれ４カ所を貼り付けてある上に保持溝３７及び保持溝４７で保持されているので、長期間使用しても形状が一定に保たれる。

なお、ケース７１の径が相当に大きい場合には、第１巻線部１３及び第２巻線部１４を丸線条で形成しても、湾曲起点部２７ａ、２７ｂ、２８ａ及び２８ｂにおける線条の配置が崩れにくいので、このような場合には丸線条で形成してもよい。また、乾電池のように細長い外形を持つ場合、連続部２３ａ、２３ｂ、２４ａ及び２４ｂの長さが相対的に短くなるので、連続部２３ａ、２３ｂ、２４ａ及び２４ｂ全体をケース７１の内周面に合わせて曲げ加工してもよい。さらに、この場合には、保持溝３７及び保持溝４７を設けず、連続部２３ａ、２３ｂ、２４ａ及び２４ｂを平板部３８及び平板部４８の外面に貼り付けてもよい

図１１は、コイルボビンへのフレキシブルプリント基板の収納状態を示す斜視図である。図１１において、５０及び５０ａはフレキシブルプリント基板、５４は収納空間であり、その他の符号は図８と同じものを示す。

この実施の形態では、コイル２０を構成する第１巻線部１３及び第２巻線部１４を上部巻枠部３０の平板部３８側に設けているので、平板部３８とは反対側の部分にはコイル２０を構成するものが存在しない。そこで、この部分に収納凹部３９ａ及び３９ｂを形成して収納空間５４とし、フレキシブルプリント基板５０を撓んだ状態で収納できるようにしている。すなわち、フレキシブルプリント基板５０の一方の端部を収納凹部３９ａに貼り付け、図示していない端子と、外部接続部２５ａ、２５ｂと、２６ａ及び２６ｂとを結線する。また、フレキシブルプリント基板５０の当該端部側を収納凹部３９ａ内に略Ｕ字状に撓めて収める。さらに、フレキシブルプリント基板５０の他方の端部は、図示していないケース７１の外部へ引き出した配線に接続すると共に、略Ｕ字状に撓めつつケース７１に貼り付けておく。このようにすれば、上部巻枠部３０が回転しても、フレキシブルプリント基板５０ａに示すように、当該端部に対する引張応力などのストレスが加わることがない。また、他方の端部も略Ｕ字状に撓めており、さらに撓んだ部分を収納する収納凹部３９ｂを設けているので、こちらにもストレスが加わることがない。なお、収納空間５４には、例えば磁気センサなどのデバイスを収納してもよいし、その他のものを収納することもできる。なお、下部巻枠部４０にも、収納凹部４９ａ及び４９ｂを形成しており、配線などのストッパ８６に干渉しない大きさのものであれば、ここに収納することが可能である。

さらに、ロータリソレノイド１０の回転する構成要素について述べる。図７は、非通電状態におけるロータリソレノイドの断面説明図（２）であり、（ａ）はＣ−Ｃ線断面図、（ｂ）はＤ−Ｄ線断面図である。図７において用いた符号は、すべて図２と同じものを示す。なお、断面のハッチングは省略している。

コイルボビン１１を構成する上部巻枠部３０及び下部巻枠部４０は、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１シャフト構成体６０に対して固定されている。すなわち、上部巻枠部３０は、図２の貫通孔３４に第１シャフト構成体６０のネジ溝形成部６１を挿入した状態でナット７３をねじ込んでいる。したがって、円板部３５は、第１シャフト構成体６０の段差部６２とナット７３とに挟着されている。下部巻枠部４０は、図２に示したネジ孔４４に挿入部６６を挿入した状態において、ネジ溝形成部６７を第２シャフト構成体６８のネジ孔６９にねじ込んであり、第１シャフト構成体６０は第２シャフト構成体６８に引張されて、ネジ孔４４の周辺部がスペーサ８９に圧接している。したがって、下部巻枠部４０は、図２に示した第１シャフト構成体６０の段差部６５とスペーサ８９とで挟着されている。

さらに、第１シャフト構成体６０には、その上側に面カット部６３ａ及び６３ｂ、その下側に面カット部６４ａ及び６４ｂを形成しており、ロータリソレノイド１０を組み立てた状態において、それぞれ上部巻枠部３０の貫通孔３４と下部巻枠部４０の面カット孔４５とに接した状態となる。したがって、第１シャフト構成体６０とこれに螺合した第２シャフト構成体６８は、上部巻枠部３０の貫通孔３４及び下部巻枠部４０に対して空回りすることがない。以上のように、シャフトを第１シャフト構成体６０と第２シャフト構成体６８とからなる構成にしたので、２つのシャフト構成体を螺合するときにシャフトの段差等によってコイルボビン１１を２つのシャフト構成体に強固に固定することができる。

続けて、ロータリソレノイド１０の固定的な構成要素について述べる。図２に示すように、内部固定磁極７５は、上段部７６、中段部７９及び下段部８０から構成されている。上段部７６は、略円筒形状に形成され、中央にドライベアリング７４を嵌合するために貫通孔７７を形成している。また、周側面の互いに背向する部位に、支持体９４及び９７の突出部１００及び１０１を嵌合するための縦溝７８ａ及び７８ｂを形成している。中段部７９は、略半円筒形状に形成されており、下部巻枠部４０の挿入部５５が内周面側に挿入された状態で左右に回転自在な状態で保持されている。なお、中段部７９の幅は、下部巻枠部４０の回転角度を配慮して設定している。下段部８０は、中央に開口部８２が形成されており、ベース９０に嵌合されている。また、開口部８２にはボールベアリング８５を嵌合している。さらに、下段部８０の周側部には、ベース９０に対して嵌合する向きを合わせるために切欠８１ａ及び８１ｂを形成している。以上のように、内部固定磁極７５は、ドライベアリング７４を設けた上段部７６と、ボールベアリング８５を設けた下段部８０とが中段部７９を介して一体としているので、ドライベアリング７４及びボールベアリング８５の中心軸（位置）を合わせること（芯出し）がきわめて容易になる。

ベース９０は、内部固定磁極７５を固定するための固定部材であると共に、磁気回路を構成するための固定磁極でもある。その中央に開口部９１が形成されており、ケース７１の下側の開口部に嵌合されている。また、開口部９１には内部固定磁極７５の下段部８０を嵌合している。さらに、内部固定磁極７５を嵌合する向きを合わせるために、上面に水平溝９２ａ及び９２ｂを形成している。すなわち、内部固定磁極７５を嵌合するときに、切欠８１ａと切欠８１ｂとの向きを、それぞれ水平溝９２ａと水平溝９２ｂに合わせることによって正しく嵌合できるようにしている。くわえて、水平溝９２ａ及び９２ｂの内部には、支持体９４の脚部９６と支持体９７の脚部９９とをネジ１０２でネジ止めするためのネジ孔９３ａ及び９３ｂを形成している。

ボールベアリング８５は、内部固定磁極７５の下段部８０に嵌合されており、内輪に第２シャフト構成体６８を嵌合している。したがって、第１シャフト構成体６０及び第２シャフト構成体６８は、ボールベアリング８５によって左右に回転自在に支持されている。なお、ボールベアリングに代えてニードルベアリングを設けてもよい。スペーサ８９は、上部に第１シャフト構成体６０と第２シャフト構成体６８と螺合することによって、下端部がボールベアリング８５に圧接し、上端部が図８に示した挿入部５５に圧接している。その結果、図７（ｂ）に示すように、スペーサ８９の上端部と第１シャフト構成体６０の段差部６５と挿入部５５を挟着している。

永久磁石８３と永久磁石８４とは、略円弧板状に形成されており、その着磁方向が逆になっている。すなわち、永久磁石８３は、外側面８３ａがＳ極側、内側面８３ｂがＮ極側となるように着磁され、永久磁石８４は、外側面８４ａがＮ極側、内側面８４ｂがＳ極側となるように着磁されている。このように着磁することによって、コイル２０に図１０に示す方向の電流を流したときに、永久磁石８３及び永久磁石８４と、対向部２１ａ、２１ｂ、２２ａ及び２２ｂとの間にコイル２０を同じ方向へ回転させるローレンツ力を生成する。なお、永久磁石８３及び永久磁石８４の着磁方向は、それぞれの外側面又は内側面の曲率中心から放射状に広がる、又は曲率中心へ収束する方向になされていることが望ましい。

支持体９４及び９７は、永久磁石８３及び永久磁石８４を支持する機能を持つ。すなわち、支持体９４は、脚部９６がベース９０の縦溝７８ａ及び切欠８１ａで位置決めされ、さらに突出部１００が縦溝７８ａに嵌合されており、くわえてネジ１０２によってベース９０に固定されている。支持体９７は、脚部９９が内部固定磁極７５の縦溝７８ｂ及び切欠８１ｂで位置決めされ、さらに突出部１０１が縦溝７８ｂに嵌合されており、くわえてネジ１０２によってベース９０に固定されている。また、永久磁石保持部９５ａと永久磁石保持部９５ｂはそれぞれ永久磁石８３と永久磁石８４とに接しており、永久磁石保持部９８ａと永久磁石保持部９８ｂとは左右両端が永久磁石８３と永久磁石８４とに接している。接している部分は互いに接着剤で接着してある。

さらに、支持体９４及び９７の変形例について説明する。図１２は、支持体の変形例を示す斜視図である。図１２において１０３はネジ孔であり、その他の符号は図２と同じものを示す。この変形例の支持体９４及び９７は脚部を省略している。すなわち、内部固定磁極７５の縦溝７８ａにネジ孔１０３を形成し、さらに縦溝７８ｂにも図示していないネジ孔を設けている。くわえて、支持体９４と支持体９７とにも、それぞれ突出部１００と突出部１０１を貫通する（図示していない）ネジ孔を設けている。そして、突出部１００を縦溝７８ａに嵌合し、突出部１０１を縦溝７８ａに嵌合した状態においてネジ１０２を支持体９４及び支持体９７の外側面側から螺合して支持体９４及び９７を内部固定磁極７５に固定する。したがって、脚部を省略しても支持体９４及び９７を強固に固定するこができる。

ストッパ８６は、コイルボビン１１の回転を規制する機能を持つ。すなわち、下部巻枠部４０が一定角度左回転すると、下部巻枠部４０の腕部４３ａがストッパ８６の当接面８７ａに当接して回転が停止する。また、下部巻枠部４０が一定角度右回転すると、下部巻枠部４０の腕部４３ｂがストッパ８６の当接面８７ｂに当接して回転が停止する。ストッパ８６は、上部のダボ状突起８８が支持体９４の図示していない凹陥部に嵌合されており、所定位置に固定されているので、下部巻枠部４０が当接することによって位置ずれすることはない。ドライベアリング７４は、第１シャフト構成体６０を支持する軸受であり、内部固定磁極７５の上段部７６に嵌合されている。コイル２０はシャフト１２から見ると一方向に偏って配置されており、コイル２０の回転中、コイル２０の遠心力はシャフト１２に対して常に一方向から加わる。したがって、回転中、シャフト１２を首振り（揺動）させるような応力が常に加わることになる。しかし、ドライベアリング７４を設けているので、シャフト１２が首振りしながら回転することはない。

次に、この実施の形態に係るロータリソレノイド１０の動作について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るロータリソレノイドの概略構造を示す斜視図である。図４は、非通電状態におけるロータリソレノイドの断面説明図（１）であり、（ａ）はＡ−Ａ線断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。図５は、左に最大限回転したロータリソレノイドの断面説明図であり、（ａ）はＡ−Ａ線断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。図６は、右に最大限回転したロータリソレノイドの断面説明図であり、（ａ）はＡ−Ａ線断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。図１、図４、図５及び図６において用いた符号は、すべて図１と同じものを示す。

まず、図１及び図４に示すように、コイル２０へ通電していないときに、コイル２０の対向部２１ａ及び対向部２２ａと、対向部２１ｂ及び対向部２２ｂとは、それぞれ永久磁石８３と永久磁石８４との中央付近にあるものとする。ここでコイル２０へ通電すると、図１０の電流の方向５１ａ、５１ｂ、５２ａ及び５２ｂに示すように、２組の対向部にそれぞれ逆方向となる電流が流れる。また、永久磁石８３及び８４、内部固定磁極７５、ベース９０及びケース７１を巡る磁気回路も発生する。

そうすると、対向部２１ａ及び対向部２２ａと、対向部２１ｂ及び対向部２２ｂとを流れる電流に対して右ねじが進む向きの力、すなわち荷電粒子の流れを動かそうとずるローレンツ力が働いて、これらの対向部を図１０の回転方向５３ａの向きに動かす。そうすると。コイル２０の回転に伴ってコイルボビン１１と第１シャフト構成体６０及び第２シャフト構成体６８も回転する。そして、図５に示すところまで回転すると、ストッパ８６の当接面８７ａに下部巻枠部４０の腕部４３ａが当接して停止する。

回転が停止した状態において、今度は図１０とは逆方向に電流を流すと、対向部２１ａ及び対向部２２ａと、対向部２１ｂ及び対向部２２ｂとを回転方向５３ｂの向きに動かす。そうすると。コイル２０の回転に伴ってコイルボビン１１等も逆回転する。そして、図６に示すところまでコイルボビン１１等が逆回転すると、ストッパ８６の当接面８７ｂに下部巻枠部４０の腕部４３ｂが当接して停止する。

なお、コイルボビン１１等を逆回転させるときに、逆方向に電流を流す手段以外の手段を採用してもよい。例えば、ケース７１の内部又は外部に設けたつるまきばねなどの機械的手段によってコイルボビン１１等を逆回転されるような状態に設けてもよい。このようにすれば、コイルボビン１１等が所定角度まで回転したところでコイル２０への通電を止めると、つるまきばねなどの手段の働きによってコイルボビン１１等が元の角度に戻るように動作するようになる。

以上説明したように、この実施の形態に係るロータリソレノイド１０においては、コイル２０の対向部２１ａと対向部２２ａとが永久磁石８３の外側面８３ａと内側面８３ｂを、対向部２１ｂ及び対向部２２ｂとが永久磁石８４の外側面８４ａと内側面８４ｂとを挟み込むように位置させ、この状態においてコイル２０に電流を流すことによって、永久磁石８３及び８４の外側面側と内側面側との双方のコイルにローレンツ力が働くようにしたので、磁気回路の一部に間隙（エアギャップ）を設け、通電時にこの間隙を埋めるように回転動作するロータリソレノイドよりも高効率となる。ひいては、このようなロータリソレノイドよりも小型化が容易になる。また、第１巻線部１３と第２巻線部１４とを第１シャフト構成体６０及び第２シャフト構成体６８の側方に、かつ、極めて近接させて設けたので、コイル２０の形成が容易になる。さらに、コイルボビン１１への装着も容易になっている。また、シャフトを第１シャフト構成体６０と第２シャフト構成体６８との２つで構成しているので、コイルボビン１１をシャフトに固定することが非常に容易になる。また、シャフトを第１シャフト構成体６０と第２シャフト構成体６８とからなる構成にし、２つのシャフト構成体を螺合するときにシャフトの段差等によってコイルボビン１１を２つのシャフト構成体に固定するようにしたので、固定手段を別途設ける必要がない。さらに、ロータリソレノイド１０の組み立て手順の自由度が大きくなり、組み立てが容易になる。くわえて、上部巻枠部３０のコイル２０を配置している側と反対側のスペースを収納空間５４とし、フレキシブルプリント基板５０を収納できるようにしているので、フレキシブルプリント基板５０のような配線に係わるものの収納が非常に容易になる。さらに例えば磁気センサなどのデバイスなどを収納することもできる。

なお、本発明は以上に説明した内容に限定されるものではなく、コイルボビン、コイル、又は支持体の細部の形状や、コイル、コイルボビン及びシャフトの組立順序などについては、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限りにおいて種々の変形を加えることが可能である。

１０ ロータリソレノイド
１１ コイルボビン
１３ 第１巻線部
１４ 第２巻線部
２０ コイル
２１ａ 対向部
２１ｂ 対向部
２２ａ 対向部
２２ｂ 対向部
２３ａ 連続部
２３ｂ 連続部
２４ａ 連続部
２４ｂ 連続部
２５ａ 外部接続部
２５ｂ 外部接続部
２６ａ 外部接続部
２６ｂ 外部接続部
２７ａ 湾曲起点部
２７ｂ 湾曲起点部
２７ｃ 湾曲起点部
２７ｄ 湾曲起点部
２８ａ 湾曲起点部
２８ｂ 湾曲起点部
２８ｃ 湾曲起点部
２８ｄ 湾曲起点部
２９ａ 長辺面
２９ｂ 短辺面
３０ 上部巻枠部
３１ａ 貼付面
３１ｂ 貼付面
３２ａ 貼付面
３２ｂ 貼付面
３３ａ 腕部
３３ｂ 腕部
３４ 貫通孔
３５ 円板部
３６ａ 腕部
３６ｂ 腕部
３７ 保持溝
３８ 平板部
３９ａ 収納凹部
３９ｂ 収納凹部
４０ 下部巻枠部
４１ａ 貼付面
４１ｂ 貼付面
４２ａ 貼付面
４２ｂ 貼付面
４３ａ 腕部
４３ｂ 腕部
４４ ネジ孔
４５ 面カット孔
４６ａ 腕部
４６ｂ 腕部
４７ 保持溝
４８ 平板部
４９ａ 収納凹部
４９ｂ 収納凹部
５０ フレキシブルプリント基板
５０ａ フレキシブルプリント基板
５１ａ 電流の方向
５１ｂ 電流の方向
５２ａ 電流の方向
５２ｂ 電流の方向
５３ａ 回転方向
５３ｂ 回転方向
５４ 収納空間
５５ 挿入部
６０ 第1シャフト構成体
６１ ネジ溝形成部
６２ 段差部
６３ａ 面カット部
６３ｂ 面カット部
６４ａ 面カット部
６４ｂ 面カット部
６５ 段差部
６６ 挿入部
６７ ネジ溝形成部
６８ 第２シャフト構成体
６９ ネジ孔
７０ 段差部
７１ ケース
７２ 開口部
７３ ナット
７４ ドライベアリング
７５ 内部固定磁極
７６ 上段部
７７ 貫通孔
７８ａ 縦溝
７８ｂ 縦溝
７９ 中段部
８０ 下段部
８１ａ 切欠
８１ｂ 切欠
８２ 開口部
８３ 永久磁石
８３ａ 外側面
８３ｂ 内側面
８４ 永久磁石
８４ａ 外側面
８４ｂ 内側面
８５ ボールベアリング
８６ ストッパ
８７ａ 当接面
８７ｂ 当接面
８８ ダボ状突起
８９ スペーサ
９０ ベース
９１ 開口部
９２ａ 水平溝
９２ｂ 水平溝
９３ａ ネジ孔
９３ｂ ネジ孔
９４ 支持体
９５ａ 永久磁石保持部
９５ｂ 永久磁石保持部
９６ 脚部
９７ 支持体
９８ａ 永久磁石保持部
９８ｂ 永久磁石保持部
９９ 脚部
１００ 突出部
１０１ 突出部
１０２ ネジ
１０３ ネジ孔

Claims (7)

1. 左右に回転自在に設けられたシャフトと、
   前記シャフトと一体的に設けられたコイルボビンと、
   金属の線条を巻回して形成され、前記コイルボビンに設けたコイルと、
   前記コイルボビンの近傍に配置されると共に、互いの内側面同士が対向するように、かつ、着磁方向が逆向きになされた第１の永久磁石及び第２の永久磁石とを有するロータリソレノイドにおいて、
   前記コイルボビンは、前記第１の永久磁石と前記第２の永久磁石とが間に介在するように配置された第１の巻枠部と第２の巻枠部とを備え、前記第１の巻枠部は前記シャフトの基端寄りの部分に固定され、前記第２の巻枠部は前記シャフトの先端寄りの部分に固定され、
   前記コイルは、第１の巻線部及び第２の巻線部を備え、これらの第１の巻線部及び第２の巻線部が略矩形枠状に形成されると共に前記シャフトの側方に配置され、前記第１の巻線部は、前記第１の永久磁石の外側面に対向するように設けられた第１の対向部と、前記第２の永久磁石の外側面に対向するように設けられた第２の対向部と、前記第１の対向部の上端と前記第２の対向部の上端とに連続するように設けられた第１の連続部と、前記第１の対向部の下端と前記第２の対向部の下端とに連続するように設けられた第２の連続部とを備え、前記第２の巻線部は、前記第１の永久磁石の内側面に対向するように設けられた第３の対向部と、前記第２の永久磁石の内側面に対向するように設けられた第４の対向部と、前記第３の対向部の上端と前記第４の対向部の上端とに連続するように設けられた第３の連続部と、前記第３の対向部の下端と前記第４の対向部の下端とに連続するように設けられた第４の連続部とを備え、前記コイルへの通電時に、前記第１の対向部及び前記第３の対向部を流れる電流が第１の方向となり、かつ、前記第２の対向部及び前記第４の対向部を流れる電流が前記第１の方向と逆向きの第２の方向となることを特徴とするロータリソレノイド。
2. 前記コイルボビンは、前記第１の巻枠部において前記第１の巻線部及び前記第２の巻線部に背向する部位に、前記コイルに接続された配線又は電子部品の一部又は全部を格納した凹部を設けた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。
3. 前記コイルは、前記第１の連続部、前記第２の連続部、前記第３の連続部及び前記第４の連続部において、これらの中央寄りの部分が平板状に形成され、左右両端寄りの部分の一部又は全部が前記シャフトに向かってそれぞれ湾曲するように形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロータリソレノイド。
4. 前記コイルは、平角線線条を巻回して形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のロータリソレノイド。
5. 前記コイルは、前記第１の連続部、前記第２の連続部、前記第３の連続部及び前記第４の連続部の中央寄りの部分が前記平角線線条を前記シャフトの軸方向と同方向に重畳するようにして形成されていることを特徴とする請求項４に記載のロータリソレノイド。
6. 前記コイルボビンは、前記第１の巻枠部が前記第１の連続部及び前記第３の連続部の左右両端寄りの部分をそれぞれ貼り付ける４つの貼付面を備え、前記第２の巻枠部が前記コイルの前記第２の連続部及び前記第４の連続部の左右両端寄りの部分をそれぞれ貼り付ける４つの貼付面を備えていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のロータリソレノイド。
7. 前記コイルボビンは、前記第１の巻枠部が前記コイルの前記第１の連続部及び前記第３の連続部の中央寄りの部分を保持する保持溝を備え、前記第２の巻枠部が前記コイルの前記第２の連続部及び前記第４の連続部の中央寄りの部分を保持する保持溝を備えていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のロータリソレノイド。

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