JP2014160815A - ロータリーソレノイド - Google Patents

Abstract

【課題】低出力レベルで数億サイクルの寿命を実現するように構成された安価な直接回転運動式ソレノイドを提供する。
【解決手段】ロータリーソレノイド２０は、コア２２、シャフト２４、回転子２３、及び２つの端部キャップ２８，３０を備える。コアは２つ磁極面３２Ａ、３２Ｂのそれぞれで終端する２つの電磁石磁極３５Ａ、３５Ｂを備える。回転子は、シャフトに取り付けられる。２つの端部キャップは、コアに取り付けられ、シャフトは、端部キャップを貫通し、２つの電磁石磁極の励磁により磁極面に対して回転運動する。少なくとも一方、好ましくは両方の端部キャップは、カバー部材及び軸方向壁部を備える。カバー部材は、シャフトが貫通する開口部を備える。軸方向壁部は、カバー部材から軸線の方向に延び、２つの磁極面をカバー部材の開口部と整列させて２つの磁極面を回転子の外径と自動整列させるための特徴部を提供するように構成される。
【選択図】図６

Description

本技術はソレノイドに関し、詳細にはロータリーソレノイドに関する。

典型的な高出力かつ長寿命のロータリーソレノイドは、多くの精密な構成要素、高価な軸受、及び複雑な製造方法という理由により高価である。長寿命のロータリーソレノイドは、金属構造全体が熱を周辺環境に伝達するので１億サイクル以上の寿命を実現し、高出力レベルを維持することができる。ソレノイドの用途によっては、これらのロータリーソレノイドが高価であることが許容されるが、さらに、サイクル寿命が短く出力が小さい安価なロータリーソレノイドが望まれる大きな市場分野が存在する。このシナリオを達成する一つの選択肢は、非常に安価なリニアソレノイド汎用品を選択し、そのリニアソレノイドを、直線運動を回転運動に変換する機構と組み合わせることである。しかしながら、この組み合わせによるアプローチは、一般的に組立体全体が要求以上に高価であり、多くの品質問題に影響されやすい。

低出力レベルで数億サイクルの寿命を実現するように構成された安価な直接回転運動式ソレノイドが必要とされている。

本発明の１つの態様おいて、本明細書で開示する技術は、ロータリーソレノイドを製作する方法に関する。全体的な様式において、本方法は、固定子の２つの嵌合コアハーフ部材を、この２つの嵌合コアハーフ部材の２つの磁極面それぞれが２つの嵌合コアハーフ部材間に位置決めされた精密直径ピンに対してポジティブストップに圧入されるまで、一緒に嵌合させて、２つの嵌合コアハーフ部材をポジティブストップにおいて連結させる段階を含む。本方法はさらに、精密直径ピンを取り外して、２つの磁極面それぞれの間で所定距離を有する軸方向伸長空間を提供する段階を備える。本方法はさらに、軸方向伸長空間に回転子を挿入する段階を備える。本方法はさらに、２つの嵌合コアハーフ部材及び回転子を２つの対向する端部キャップ間で嵌合させる段階を備える。２つの嵌合コアハーフ部材及び回転子を２つの対向する端部キャップ間で嵌合させる段階は、好ましくは、２つの対向する端部キャップに設けられた磁極面整列特徴部と２つの磁極面とを整列させ、それにより２つの磁極面を回転子に対して所定位置に支持する段階を含む。

本発明の１つの態様おいて、本明細書で開示する技術は、コア、シャフト、回転子、及び２つの端部キャップを備えるロータリーソレノイドに関する。コアは、２つの磁極面それぞれで終端する２つの電磁石磁極を備える。回転子はシャフトに取り付けられる。２つの端部キャップは、コアに取り付けられ、シャフトは、端部キャップを貫通し、２つの電磁石磁極の励磁により磁極面に対して回転運動する。少なくとも一方、好ましくは両方の端部キャップは、カバー部材と、軸方向壁部とを備える。カバー部材は、シャフトが貫通する開口部を備える。軸方向壁部は、カバー部材から軸線の方向に延び、２つの磁極面をカバー部材の開口部と整列させて２つの磁極面を回転子の外径と自動整列させるための特徴部を提供するように構成される。さらに、例示的な実施形態において、壁部は、回転子に対する移動終端停止面及びシャフト用の軸受面を提供するように構成される。

別の態様において、本明細書で開示する技術は、コア、軸線を規定するシャフト、回転子、及び２つの端部キャップを備えるロータリーソレノイドに関する。コアは２つの磁極面それぞれで終端する２つの電磁石磁極を備える。回転子はシャフトに取り付けられる。２つの端部キャップは、コアに取り付けられ、シャフトは、端部キャップを貫通し、２つの電磁石磁極の励磁により磁極面に対して回転運動する。少なくとも一方、好ましくは両方の端部キャップは、カバー部材と軸方向壁部とを備える。カバー部材はシャフトが貫通する開口部を備える。軸方向壁部は、カバー部材から軸線の方向に延び、回転子に対する１つ又はそれ以上の移動終端停止面を提供するように構成される。

例示的な実施形態において、ロータリーソレノイドは、第１の端部キャップ及び第２の端部キャップの両方を備える。第１の端部キャップは、シャフトが貫通する第１の端部キャップ開口部を含む第１の端部キャップカバー部材と、第１の端部キャップ壁部とを備える。第１の端部キャップ壁部は、第１の端部キャップカバー部材から軸線の方向に延び、第１の端部キャップ特徴部（２つの磁極面を第１の端部キャップカバー部材の開口部と整列させて２つの磁極面を回転子の外径と自動整列させる）を提供し、回転子に対する両方の移動終端停止面を提供するように構成される。第２の端部キャップは、第２の端部キャップカバー部材と、第２の端部キャップ軸方向壁部とを備える。第２の端部キャップ壁部は、シャフトが貫通する第２の端部キャップ開口部を備える。第２の端部キャップ壁部は、第２の端部キャップカバー部材から軸線の方向に延び、第２の端部キャップ特徴部（２つの磁極面を第２の端部キャップカバー部材の開口部と整列させて２つの磁極面を回転子の外径と自動整列させる）提供し、回転子に対する両方の第２の移動終端停止面を提供するように構成される。

例示的な実施形態において、２つの磁極面を第１の端部キャップカバー部材の開口部と整列させる第１の端部キャップ特徴部、及び２つの磁極面を第２の端部キャップカバー部材の開口部と整列させる第２の端部キャップ特徴部は、窓部を形成し、この窓部に２つの磁極面の少なくとも一部分が配置され、この窓部を通して２つの磁極面の少なくとも一部分が前記回転子に露出される。

例示的な実施形態において、２つの端部キャップの少なくとも一方はプラスチック材料を備え、少なくとも１つの端部キャップの開口部はシャフト用のプラスチック軸受として機能する。

例示的な実施形態において、端部キャップの少なくとも一方は、シャフトを支持する玉軸受を収容するために形成されたチャンネルを備える。

例示的な実施形態において、カバー部材、及び２つの端部キャップの少なくとも一方の壁部は、プラスチックで一体的に形成される。

例示的な実施形態において、２つの端部キャップの少なくとも一方のカバー部材は金属製であり、少なくとも１つのキャップの壁部は、カバー部材の内面に取り付けられたプラスチック製壁部挿入部材を備え、プラスチック製壁部挿入部材は、シャフト用の軸受面及び回転子用のスラストリング面を提供する第２の開口部を備える。

別の態様において、本明細書で開示する技術は、２つの磁極面それぞれで終端する２つの電磁石磁極を備えるコアと、ストッパ部材を有するシャフトと、シャフトに取り付けられた回転子と、コアに取り付けられ２つの電磁石磁極の励磁により磁極面に対して回転運動するようにシャフトが貫通する２つの端部キャップとを備え、端部キャップの少なくとも一方は、シャフトが貫通しストッパ部材を有する開口部を含むカバー部材と、少なくとも１つの端部キャップ上に取り付けられるように設けられストッパ部材に対する補強キャップ移動停止面を規定する補強端部キャップとを備える。

別の態様において、本明細書で開示する技術は、コア、シャフト、回転子、及び２つの端部キャップを備える。コアは、２つの磁極面それぞれで終端する２つの電磁石磁極を備える。回転子はシャフトに取り付けられる。２つの端部キャップは、コアに取り付けられ、シャフトは、端部キャップを貫通し、２つの電磁石磁極の励磁により磁極面に対して回転運動する。２つの端部キャップの一方はアンカー特徴部を備える。ねじりバネが、２つの磁極が励磁されていない場合にシャフトを定位置に戻すように構成される。ねじりバネは、ねじりバネの第１の端部及び第２の端部で終端する巻線を備え、ねじりバネの第１の端部は、アンカー特徴部と係合するように構成される。バネホルダがシャフトに取り付けられる。バネホルダはさらに、ねじりバネの巻線が少なくとも一巻き巻かれたバネホルダ本体を備える。バネホルダはさらに、ねじりバネの第２の端部を支持するための設定ポイントを備え、バネホルダ本体は、ねじりバネが、設定された後に軸線の方向に沿って外れることを防止するための少なくとも１つの拡張ローブ部とともに構成される。

別の態様において、本明細書で開示する技術は、コア、回転子組立体、及び２つの端部キャップを備えるロータリーソレノイドに関する。コアは、２つの磁極面それぞれで終端する２つの電磁石磁極を備える。回転子組立体は、シャフトと、シャフトによって支持され２つの磁極面間に収容されるように構成された磁気回転子と、磁気回転子をシャフト上に支持するように構成されたリテーナとを備える。２つの端部キャップは、コアに取り付けられ、シャフトは、端部キャップを貫通し２つの電磁石磁極の励磁により磁極面に対して回転運動する。

例示的な実施形態において、シャフトは階段状部分を備え、磁気回転子は、磁気回転子が階段状部分に当接するようにしてシャフトを受け取るように構成された貫通穴を備え、磁気回転子リテーナは、シャフトの外側に嵌合して磁気回転子がシャフトに対して回転運動することを防止するように構成される。

本明細書で開示する技術の前述の及びその他の目的、特徴、及び利点は、添付図面において様々な図面にわたって同様の要素を同様の符号で示す好ましい実施形態の詳細な説明から明らかになる。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、むしろ本明細書で開示する技術の原理を示すために強調されている。

例示的な実施形態によるロータリーソレノイドを左前方から見た斜視図である。 図１の実施例によるロータリーソレノイドを９０度回転しさらに４つのファスナを示す斜視図である。 図２のロータリーソレノイドの側面図である。 図２のロータリーソレノイドを下方から見た斜視図である。 図２のロータリーソレノイドの平面図である。 図１のロータリーソレノイドの分解斜視図である。 図１のロータリーソレノイドの回転子組立体を側方から見た斜視図である。 図１のロータリーソレノイドの一部分を上方及び側方から見た斜視図である。 図１のロータリーソレノイドの組立方法を示す線図である。 図１のロータリーソレノイドのスリップジョイント部を拡大して示す線図である。 図１のロータリーソレノイドの上端部端部キャップの下面図である。 図１のロータリーソレノイドの上端部端部キャップの下面図であり、さらにソレノイドコアの配置を示す図である。 図１のロータリーソレノイドの底部端部キャップを上方から見た斜視図である。 図１３の底部端部キャップの内部構造を示すためにその一部分が切り取られた底部端部キャップを側方から見た斜視図である。 図１の種類のロータリーソレノイドを上方から見た斜視図であり、反時計方向運動の方向を示し、さらに他方の端部キャップ上の取付フランジに対して９０度回転した端部キャップ上の１組の取付フランジ及び２つのファスナを示す図である。 図１の種類のロータリーソレノイドを下方から見た斜視図であり、時計方向運動の方向を示し、さらに他方の端部キャップ上の取付フランジに対して９０度回転した端部キャップ上の１組の取付フランジ及び２つのファスナを示す。 図１のロータリーソレノイドが備えるバネホルダ及びねじりバネの側面図である。 図１７のバネホルダを上方から見た斜視図である。 変更を加えた例示的な実施形態による図１のロータリーソレノイドの上端部端部キャップを下方から見た斜視図である。 別の変更を加えた例示的な実施形態による図１のロータリーソレノイドの上端部端部キャップの組立方法を下方から見た斜視図である。 図２０の組み立てられた端部キャップの下面図である。 図２０の組み立てられた端部キャップの平面図である。 図２０の組み立てられた端部キャップを側方及び下方から見た斜視図である。 図２０の組み立てられた端部キャップの断面を側方から見た斜視図である。 ロータリーソレノイドのコア製作の組立方法又は工程の実施例による、例示的で代表的な選択された操作又は段階を示すフローチャートである。 図２１の操作を含むロータリーソレノイド製作の方法又は工程を示すフローチャートである。 回転子が磁石を備えるように構成されたロータリーソレノイドの回転子組立体を側方から見た斜視図である。 外側キャップ又は補強端部キャップを含むロータリーソレノイドの組立方法を下方から見た斜視図である。 別の例示的な実施形態による完全に組み立てられたロータリーソレノイドを上方から見た斜視図である。 上端部端部キャップ、底部端部キャップ、ねじりバネ、バネリテーナ、及び導線が取り除かれた図２４Ａのロータリーソレノイドを上方から見た斜視図である。 図２４Ａの例示的な実施形態によるロータリーソレノイドの分解斜視図である。

以下の説明において、本明細書で開示する技術を完全に理解できるように、限定ではなく説明の目的で具体的なアーキテクチャ、インターフェース、技法などの具体的な詳細を説明する。しかしながら、これらの具体的な詳細とは別の実施形態において本明細書で開示する技術を実施できることは、当業者には明白である。すなわち、当業者は、本明細書には明確に説明も図示もされていない本明細書で開示される技術の原理を具体化し本明細書の精神及び範囲に含まれる様々な構成を考案することができる。幾つかの事例では、本明細書で開示する技術の説明が必要以上に詳しい説明によって不明瞭とならないように、公知の装置、回路、及び方法の詳細な説明は省略される。本明細書で開示する技術の原理、態様、及び実施形態を記載する全ての記述は、その具体的な実施例と同様にそれらの構造的及び機能的な均等物を包含することを意図する。追加的に、このような均等物は、最新の公知の均等物、並びに将来における均等物、すなわち、構造と無関係に同じ機能を実現するように開発される任意の要素を含むことを意図する。

図１から図６は、容易に組み立てられるロータリーソレノイド２０の例示的な実施形態を異なる観点及び視野から示す。図６に最も明瞭に示されるであろうが、ロータリーソレノイド２０の基本的な全体形態は、ソレノイドコア２２と、回転子組立体２３（さらに、回転子軸２５の周りで回転するシャフト２４及び回転子２６を備える）と、２つの端部キャップ２８及び３０（例えば上端部端部キャップ２８及び底部端部キャップ３０）とを備える。本明細書全体にわたって使用されるように、「軸方向の」、「軸」、又は「軸方向に」は、シャフト２４の回転子軸２５に言及する。

コア２２は、２つの磁極面３２Ａ及び３２Ｂでそれぞれ終端する２つの電磁石磁極を備える。詳細には、コア２２は、２つの嵌合コアハーフ部材２２Ａ及び２２Ｂを備え、これらの部材は、２つの磁極面３２Ａ及び３２Ｂそれぞれの間で所定の距離を規定するようにして連結関係となるように圧入される。コアハーフ部材２２Ａ及び２２Ｂは、好ましくは、中実スチール又は積層の何れかとしてスチールで形成される。例示的な実施形態では、２つのコアハーフ部材の各々は、回転子軸２５に垂直な平面内において、実質的に「Ｅ」字形状を有し、３つの平行な分岐セグメント３４、３５、及び３６を備える。３つの平行な分岐セグメント３４、３５、及び３６は各々、これらが結合されるコア本体セグメント３７に対して垂直である。

各コアハーフ部材２２Ａ、２２Ｂについて、中央の分岐セグメント（セグメント３５）が磁極を形成し、それ自体の周りにコイル組立体３８のコイル部分が巻かれる。図６及び図８に示し、図１０にさらに詳細に示すように、分岐セグメントのうち中央でない又は最遠の外側分岐セグメント（セグメント３４及び３６）は、別のコアハーフ部材とスリップジョイント嵌合（タン部と溝との嵌合）するように構成される。例えば、コアハーフ部材２２Ａの外側セグメント３４Ａには、回転子軸２５と平行な方向に延びる溝４０Ａが形成される。さらに、コアハーフ部材２２Ｂの嵌合外側セグメント３４Ｂには、タン部４２が形成され、タン部４２は、回転子軸２５と平行な方向に延び、嵌合コアハーフ部材２２Ａの対応する溝４０Ａ内にスリップジョイント（圧入）嵌合する寸法とされる。他の外側セグメント３６Ａ及び３６Ｂに関しては、実質的に同様又は類似の種類のスリップジョイント（圧入）が存在し、他の外側セグメント３６Ａ及び３６Ｂの何れか一方に溝が、他方にタン部が形成され、好ましくは、図６及び図８に例示するように、各嵌合コアハーフ部材２２は、溝が形成された１つの外側セグメント及びタン部が形成された１つの外側セグメントを有する。別の連結構成も可能であることが、当業者に理解される。

図６に示すように、コイル組立体３８は、コア嵌合ハーフ部材２２Ａの中央コアセグメント３５Ａを取り囲むコイルハーフ巻線３８Ａと、コアの嵌合ハーフ部材２２Ｂの中央コアセグメント３５Ｂを取り囲むコイルハーフ巻線３８Ｂとを備える。コイル組立体３８は、２つの巻線コイル３８Ａ及び３８Ｂを備え、これら２つの巻線コイル３８Ａ及び３８Ｂは互いに電気的に接続されるので、電流が両コイル３８Ａ及び３８Ｂを通って流れる経路は１つしか存在しない。この理由により、コイル巻線３８Ａ及び３８Ｂは、コイルハーフ巻線とも呼ばれる。磁極面３２Ａ及び３２Ｂは、電流がコイルハーフ巻線３８Ａ及び３８Ｂそれぞれを通して流れる際に電磁石になる。巻線３８Ａ及び３８Ｂは、支持され、例えばボビン４４の周りに巻かれ、詳細には、それぞれの中央コアセグメント３５Ａ及び３５Ｂにそれぞれ嵌合するような寸法とされたボビンハーフセグメント４４Ａ及び４４Ｂの周りに巻かれる。コイル巻線３８Ａ、コイル巻線３８Ｂそれぞれに電流を流すための導線４６Ａ、４６Ｂが設けられる。各コイル巻線３８Ａ及び３８Ｂには１本の導線のみが取り付けられ、最終的に電流はコイル組立体全体を通して直列に流れる。コイルハーフ巻線３８Ａ及び３８Ｂそれぞれを有するボビンハーフセグメント４４Ａ及び４４Ｂは、間隔を介して支持され、それらのそれぞれの導線４６Ａ、４６Ｂは、ボビンコネクタ部材４８で支持される。好ましくは、ボビンハーフセグメント４４Ａ、４４Ｂ、及びボビンコネクタ部材４８は、一体的に成形／形成される。

前述し図７に詳細に示すように、回転子組立体２３は、シャフト２４、及びシャフト２４により支持された（例えば取り付けられた）回転子２６を備える。図７の例示的な実施形態において、好ましくは、回転子２６は、スチール（中実スチール又は積層）を備える。回転子２６は２つの磁極面３２Ａ及び３２Ｂの間で収容されるように構成される。例えば図８に例示する具体的な例示的な実施形態では、回転子２６は、回転子軸２５に対して互いに１８０度の角度に方向付けられた２つの拡張部又は回転子ローブ部５２を有する。ローブ部５２の終端面５４は、２つの磁極面３２Ａ、３２Ｂの構造と実質的に同様の半円筒形構造を有する。回転子２６はシャフト２４の外側に圧入される回転子中心開口部５６を有する。

２つの端部キャップ、例えば上端部端部キャップ２８及び底部端部キャップ３０は、コア２２に取り付けられる。シャフト２４は、端部キャップ２８、３０を貫通し、２つの電磁石磁極、例えばコアセグメント３５Ａ、３５Ｂの励磁により回転子組立体２３が磁極面３２Ａ、３２Ｂに対して回転する。

端部キャップの少なくとも一方、好ましくは両方は、カバー部材及び軸方向に延びる２つの壁部を備える。上端部端部キャップ２８は、第１の端部キャップとしても呼称され、それ自体は、例えば図１１に示すように第１の端部キャップカバー壁部又は部材６０を備える。第１の端部キャップカバー壁部６０は、中央に第１の端部キャップ開口部６２が形成された内面６１（図１１参照）を有する。シャフト２４は、第１の端部キャップ開口部６２を貫通する。さらに、上端部又は第１の端部キャップ２８は、第１の端部キャップカバー壁部６０から直交して回転子軸２５方向に延びる少なくとも１つの第１の端部キャップ軸方向磁極面収容壁部６４を備える。第１の端部キャップの軸方向磁極面収容壁部６４は、２つの磁極面窓部６５Ａ、６５Ｂを備え、この磁極面窓部内に２つの磁極面３２Ａ及び３２Ｂの少なくとも一部分が配置され、組立時、この磁極面窓部を通して２つの磁極面３２Ａ及び３２Ｂの少なくとも一部分が回転子２６に露出される。２つの磁極面窓部６５を設けたことにより、第１の端部キャップの軸方向磁極面収容壁部６４は別々の壁部として視認され、この理由により第１の端部キャップの軸方向磁極面収容壁部６４は、１つ又は複数の第１の端部キャップの軸方向磁極面収容壁部６４として言及される場合がある。

第１の端部キャップの軸方向磁極面収容壁部６４は、第１の端部キャップの磁極面整列特徴部６６を提供する。第１の端部キャップの磁極面整列特徴部６６Ａ１及び６６Ａ２は、磁極面３２Ａを磁極面窓部６５Ａ内に整列させ位置決めする役割を果たす。同様に、第１の端部キャップの磁極面整列特徴部６６Ｂ１及び６６Ｂ２は、磁極面３２Ｂを磁極面窓部６５Ｂ内に整列させ位置決めする役割を果たす。磁極面整列特徴部６６Ａ２及び６６Ｂ２は、それぞれの磁極面３２Ａ、３２Ｂの軸方向に延びる第１の縁部を受け止める又は支持するための切欠き又は溝を備える。第１の端部キャップの磁極面整列特徴部６６Ａ２及び６６Ｂ２の各々は、準「Ｖ」字形状切欠きを備え、Ｖ字の一方の脚部はコアセグメント３５の側面に当接するように方向付けられ、Ｖ字の他方の脚部は磁極面３２の第１の軸方向縁部を受け止めるように準円筒形表面として構成される。準円筒形状のＶ字形表面の端部は、磁極面窓部６５に対する第１の軸方向境界部を形成する。一方、磁極面整列特徴部６６Ａ１及び６６Ｂ１は、磁極面３２Ａ、３２Ｂそれぞれの第２又は反対側の軸方向に延びる縁部が当接できる肩部を備え、磁極面窓部６５に対する第２の軸方向境界部を形成する。第１の端部キャップの磁極面整列特徴部６６は、２つの磁極面３２Ａ、３２Ｂを第１の端部キャップカバー壁部６０の開口部６２と整列させるように位置決め及び構成され、それ自体は、２つの磁極面３２Ａ、３２Ｂを、回転子２６の外径、例えばローブ部５２の終端面５４と自動整列させる役割を果たす。

さらに、第１の端部キャップの軸方向磁極面収容壁部６４は、第１の端部キャップの磁極面整列特徴部６６以外のその他の特徴部を提供し、これらには移動終端停止面６８が含まれる。回転子２６の各ローブ部５２に対する移動終端停止面６８の１つは、磁極面の軸方向縁部を少なくとも部分的に隠すように位置決めされた第１の端部キャップの軸方向磁極面収容壁部６４の突起部回転子方向面である。移動終端停止面６８を形成する突起部の実質的隣接面は、少なくとも部分的に第１の端部キャップの磁極面整列特徴部６６を規定する。回転子２６のローブ部５２に対する両方の移動終端停止面６８は、ローブ部５２側面の実質的に全体、例えばローブ部５２の終端面５４以外の表面に当接するように構成される。

さらに、上端部又は第１の端部キャップ２８は、第１の端部キャップカバー壁部６０から直交して回転子軸２５の方向に延びる第１の端部キャップ軸受壁部７０を備える。軸受壁部７０は、円筒形状で、回転子軸２５に中心合わせされ、磁極面収容壁部６４と実質的に同心である。軸受壁部７０は、軸方向に延び、第１の端部キャップ開口部６２の内面と実質的に同一平面にある内側軸受面を有する。従って、軸受壁部７０は、磁極面収容壁部６４よりも回転子軸２５から短い距離にある。軸受壁部７０の内面はラジアルシャフト軸受面を提供する。軸受壁部７０は、その軸方向終端部において回転子スラストリング面７２を設ける。回転子スラスト面としても呼称される回転子スラストリング面７２は、回転子２６の終端面７３（図６及び図７を参照）と係合し、回転子組立体２３が軸方向に遠方に移動しすぎることを防止する。軸受壁部７０のラジアルシャフト軸受面及びスラスト面７２は、図２０に示す実施形態の類似の特徴部及びスラスト面７２を例示する図２０Ｄを参照することによりさらに理解される。

第２の端部キャップとしても呼称される底部端部キャップ３０は、回転子軸２５の方向により長く延びることを除いて、上端部端部キャップ２８に類似した構造を有する。底部端部キャップ３０は、第２の端部キャップカバー壁部又は部材８０（例えば図３及び図４を参照）を備える。第２の端部キャップカバー壁部８０（図１３及び図１４を参照）は、中央に第２の端部キャップ開口部８２が形成された内面８１（図６及び図１３を参照）を有する。第２の端部キャップ開口部８２は、シャフト２４の基部端が貫通するように寸法及び位置決めされる。軸方向に延びる中空円筒形シャフト支持基部８３が、第２の端部キャップ開口部８２の周りの内面８１に形成され、半径方向においてシャフト２４用のラジアル軸受支持体を提供する。

さらに、底部端部キャップ３０は、第２の端部キャップカバー壁部８０から直交して回転子軸２５の方向に延びる第２の端部キャップの軸方向磁極面収容壁部８４を備える。第２の端部キャップの軸方向磁極面収容壁部８４は、２つの磁極面窓部８５Ａ、８５Ｂを備え、この磁極面窓部内に２つの磁極面３２Ａ及び３２Ｂの少なくとも一部分が配置され、この磁極面窓部を通して２つの磁極面３２Ａ及び３２Ｂの少なくとも一部分が回転子２６に露出される。上端部端部キャップ２８の場合と同様に、２つの磁極面窓部８５を設けることにより、第２の端部キャップの軸方向磁極面収容壁部８４は別々の壁部として視認され、この理由により第２の端部キャップの軸方向磁極面収容壁部８４は、１つ又は複数の第１の端部キャップの軸方向磁極面収容壁部８４と呼称される場合がある。

第２の端部キャップの軸方向磁極面収容壁部８４は、第２の端部キャップの磁極面整列特徴部８６を提供する。第２の端部キャップの磁極面整列特徴部８６Ａ１及び８６Ａ２は、磁極面３２Ａを磁極面窓部８５Ａ内に整列させる役割を果たし、第２の端部キャップの磁極面整列特徴部８６Ｂ１及び８６Ｂ２は、磁極面３２Ｂを磁極面窓部８５Ｂ内に整列させる及び位置決めする役割を果たす。磁極面整列特徴部８６Ａ２及び８６Ｂ２は、それぞれの磁極面３２Ａ、３２Ｂの軸方向に延びる第１の縁部を受け止める又は支持するための切欠き又は溝を備える。上端部端部キャップ２８と同様に、第２の端部キャップの磁極面整列特徴部８６Ａ２及び８６Ｂ２の各々は、準「Ｖ」字形状切欠きを備え、Ｖ字の一方の脚部はコアセグメント３５の側面に当接するように方向付けられ、Ｖ字の他方の脚部は磁極面３２の第１の軸方向縁部を受け止めるように準円筒形表面として構成される。準円筒形状のＶ字形表面の端部は、磁極面窓部８５Ａに対する第１の軸方向境界部を形成する。一方、磁極面整列特徴部８６Ａ１及び８６Ｂ１は、それぞれの磁極面３２Ａ、３２Ｂの第２又は反対側の軸方向に延びる縁部が当接できる肩部を備え、磁極面窓部８５Ａ、８５Ｂに対する第２の軸方向境界部を形成する。第２の端部キャップの磁極面整列特徴部８６は、２つの磁極面３２Ａ、３２Ｂを第２の端部キャップカバー壁部８０の開口部８２と整列させるように位置決め及び構成され、それ自体は、２つの磁極面３２Ａ、３２Ｂを、回転子２６の外径、例えばローブ部５２の終端面５４と自動整列させる役割を果たす。

さらに、上端部端部キャップ２８と同様に、第２の端部キャップの軸方向磁極面収容壁部８４は、第２の端部キャップの磁極面整列特徴部８６以外に移動終端停止面８８を含む他の特徴部を提供する。回転子２６の各ローブ部５２に対する移動終端停止面８８の１つは、磁極面の軸方向縁部を少なくとも部分的に隠すように位置決めされた第２の端部キャップの軸方向磁極面収容壁部８４の突起部回転子方向面である。移動終端停止面８８を形成する突起部の実質的な隣接面は、少なくとも部分的に第２の端部キャップの磁極面整列特徴部８６を規定する。回転子２６のローブ部５２に対する両方の移動終端停止面８８は、ローブ部５２の側面の実質的に全体、例えばローブ部５２の終端面５４以外の表面に当接するように構成される。

さらに、底部又は第２の端部キャップ３０は、第２の端部キャップカバー壁部８０から直交して回転子軸２５の方向に延びシャフト支持基部８３としても呼称される第２の端部キャップ軸受壁部９０を備える。軸受壁部９０は円筒形で、回転子軸２５に中心合わせされ、磁極面収容壁部８４と実質的に同心である。軸受壁部９０は軸方向に延び、第２の端部キャップ開口部８２の内面と実質的に同一平面にある内側軸受面を有する。従って、軸受壁部９０は、磁極面収容壁部８４よりも回転子軸２５から短い距離にある。軸受壁部９０の内面はラジアルシャフト軸受面を提供する。

このように上端部端部キャップ２８及び底部端部キャップ３０は、ロータリーソレノイド２０全体の組立時に整列する類似の特徴部を有する。即ち、シャフト２４（回転子２６の軸受）がシャフト支持基部８３に固定される場合、コア２２は、第２の端部キャップの軸方向磁極面収容壁部８４に嵌合しその周りに取り付けられ、上端部端部キャップ２８は、コア２２及び底部端部キャップ３０の上方に位置決めされ（シャフト２４が上端部端部キャップ２８を貫通する状態）、上端部端部キャップ２８及び底部端部キャップ３０の内部の特徴部は整列する。例えば、底部端部キャップ３０の２つの磁極面窓部８５Ａ、８５Ｂは、上端部端部キャップ２８の２つの磁極面窓部６５Ａ、６５Ｂと連携して合成窓部を形成し、この合成窓部を通して２つの磁極面３２Ａ、３２Ｂを回転子組立体２３に方向付けて支持することができる。コア２２は、底部端部キャップ３０と上端部端部キャップ２８との間で、例えば締り嵌め又は圧入によって支持される。第１の端部キャップの磁極面整列特徴部６６及び第２の端部キャップの磁極面整列特徴部８６は、端部キャップ２８及び３０それぞれの移動終端停止面６８及び移動終端停止面８８の整列と同様に整列し、例えば自動整列目的を含むそれらの意図された目的を達成するために合同して作用する合成整列特徴部を形成するように連携する。

例えば図１３にさらに示すように、底部端部キャップ３０は、コア格納空間又は容積を規定し軸方向に延びる周辺壁部又はシェル１００を備える。軸方向伸長外周壁部１００は、それと第２の端部キャップカバー壁部８０との共通部分の近くに、回転子軸２５に対して１８０度で位置決めされた２つのソレノイド取付フランジ１０４を備える。各ソレノイド取付フランジ１０４は、ロータリーソレノイド２０を周囲の支持体又は使用構造体に取り付け可能なファスナ１０８等を通すソレノイド取付開口部１０６を備える。底部端部キャップ３０の軸方向に延びる周辺壁部１００は、その上端部又は遠位端部の近くに、キャップ閉鎖ダボ又はその他のファスナ１１２が貫通可能に形成された４つのキャップ閉鎖フランジ１１０を備える。上端部端部キャップ２８は、４つの相補的キャップ閉鎖フランジ１１３を備え、これらの相補的キャップ閉鎖フランジは、上端部端部キャップ２８及び底部端部キャップ３０がこれらを貫通するシャフト２４と整列する場合、キャップ閉鎖フランジ１１２を受け取るように位置決めされる。上端部端部キャップ２８はさらに、ソレノイド取付開口部１１６を各々支持するソレノイド取付フランジ１１４を備え、このソレノイド取付開口部１１６を通して、ファスナ１１８又はそれと同様のものは、ロータリーソレノイド２０を周囲の支持体又は使用構造体に取り付けることができる。

例示的な実施形態では、２つの端部キャップの少なくとも一方（例えば上端部端部キャップ２８及び底部端部キャップ３０）はプラスチック材料を備え、少なくとも１つの端部キャップ２８、３０の開口部６２、８２は、それぞれ、シャフト用のプラスチック軸受として機能する。例えば、上端部端部キャップ２８及び底部端部キャップ３０の一方又は両方に関して、カバー壁部及び軸方向壁部はプラスチックで一体的に形成することができる。この点に関して、Ｄｅｌｒｉｎ、Ｃｅｌｃｏｎ、Ｕｉｔｒａｆｏｒｍ、Ｄｕｒａｃｏｎ等の登録商標の、（例えば）アセタール（単独重合体及び共重合体の両方）のような摩擦係数が小さい全てのプラスチックが適する。

図１９に示す上端部端部キャップ２８（１９）の別の例示的な実施形態において、上端部端部キャップ及び底部端部キャップの一方又は両方は、それぞれの開口部の位置に、シャフトを支持する玉軸受１２０を収容するためのチャンネル又はその他の手段を備える。換言すれば、両方の端部キャップにおける一体的なプラスチック軸受は、シャフトを支持する玉軸受に置き換えることができる。この適応は、図１９に示すように、軸受を受け取る軸受ポケットをプラスチック又はダイカスト製端部キャップに成形することにより容易に実現できる。軸受ポケットは、端部キャップ内に成形されコアを配置する重要な特徴部を分裂させないようにする。

さらに、図１９は、相補的キャップ閉鎖フランジ１１３が他の実施形態とは異なる数及び位置に形成可能であることを示す。例示的な実施形態において、ファスナは、ソレノイドをホスト又は使用装置に取り付けるためにソレノイド本体のフランジ又はその他の位置に設けられた中空のリベット又はアイレットに挿入することができる。

上端部端部キャップ２８（２０）に関して図２０及び図２０Ａから２０Ｄに示すさらに別の例示的な実施形態において、上端部端部キャップ及び底部端部キャップの一方又は両方は、放熱目的の金属材料を備えるように構成された端部キャップのカバー壁部（図２０ではカバー壁部６０（２０）で表わされる）を有することができる。図２０の実施形態では、好ましくはプラスチックから成る軸受挿入体１２２は、カバー部材６０（２０）の内面６１（２０）に取り付けられる。軸受挿入体１２２は、その他の実施形態で類似の符号が付与された要素と同様に、磁極面収容壁部６４（２０）及び軸受壁部７０（２０）を提供する役割を果たし、カバー部材６０（２０）の内面６１（２０）に取り付けられる。軸方向磁極面収容壁部として機能するプラスチック軸受挿入体１２２は、実質的に中空で円筒形のカラー部１２４を備え、その内部軸方向壁部はシャフト２４用の軸受壁部７０（２０）を提供する。軸方向磁極面収容壁部６４（２０）として機能するプラスチック軸受挿入体１２２の内面６１（２０）への取り付けはダボ又はファスナ１２６を介して行い、このダボ又はファスナ１２６は、内面６１（２０）から軸方向に延び、軸方向磁極面収容壁部として機能するプラスチック軸受挿入体１２２の相手チャンネルに嵌合する。さらに、図２０Ｄは、端部キャップが上端部又は第１の端部キャップである場合の回転子リング軸受スラスト面７２（２０）を示す。前述したように、回転子リング軸受スラスト面７２（２０）は回転子の終端面７３と係合し、回転子組立体が軸方向に移動しすぎることを防止する。さらに、図２０Ｄは、軸受壁部７０（２０）のバネリテーナスラストリング面７４（２０）を示す。バネリテーナスラストリング面７４（２０）は、バネリテーナ又はバネホルダ１３４の下面に接触する。バネリテーナ１３４はシャフト２４に圧入される。バネリテーナ１３４の下面は、作動時、必要に応じてバネリテーナスラストリング面７４（２０）に接触する。バネリテーナスラストリング面７４（２０）は、シャフト／回転子組立体が回転軸に沿って他の方向に移動しすぎることを防止する。バネリテーナスラストリング面７４（２０）は、図２０Ｄの断面図において下向きの２つの小さな「三角形」として視認される。

ヒートシンクとして作動する金属製構成要素は、それらの取付面に効率的に熱を伝える。全金属製ロータリーソレノイドの電力定格は、プラスチック製端部キャップで製作されたユニットの電力定格よりも大きい。このような大きい電力定格が望まれる場合、図２０に示すように、ソレノイド基礎設計を容易に改良して、金属端部キャップがユニットからその取付面への熱移動を大幅に強化し、そのことによって電力定格を増加させることができる。ダイカスト製金属端部キャップは、熱移動を高めるがシャフト用の軸受面が非常に低品質である。この欠点は、前述した整列特徴部、軸受特徴部、及び移動終端停止特徴部の全てを提供するようにして軸受挿入体１２２を各ダイカスト端部キャップに挿入することによって容易に克服することができる。さらに、顧客がより大きな出力及びより長い寿命のユニットを望む場合、軸受挿入体１２２は、玉軸受を組み込むためのスペースを有する。

２つの端部キャップ２８、３０の一方、好ましくは上端部端部キャップ２８は、バネアンカー１３０を備える。例えば、図５及び図６に例示するように、バネアンカー１３０は、キャップカバー壁部６０の外面に形成されたピン又は突起部とすることができる。ねじりバネ１３２の第１の端部は、バネアンカー１３０と係合するように構成される。例えば図１７及び図１８に示すバネホルダ１３４は、上端部端部キャップ２８の開口部６２から突出するシャフト２４に取り付けられる。バネホルダ１３４はシャフト２４のローレットに圧入されるので、バネホルダ１３４がシャフト２４とともに回転する。バネホルダ１３４は、バネホルダ本体１３６を備え、ねじりバネ１３２の巻線が、このバネホルダ本体の周りで少なくとも１巻きを構成する。バネホルダ１３４はさらに、ねじりバネ１３２の第２の端部を支持するためのバネホルダ設定ポイント１３８を備える。バネホルダ本体１３６には、ねじりバネ１３２が、設定された後に軸線２５の方向に沿って外れることを防止するための１つ又はそれ以上の拡張ローブ部１４０が設けられる。例示した実施形態では、このような拡張ローブ部１４０が３個設けられる。

ねじりバネ１３２は、２つの磁極が励磁されていない場合にシャフト２４を定位置に戻すように構成される。ねじりバネ１３２は、ねじりバネの第１の端部で終端するバネ巻線を備え、この端部はバネアンカー１３０と係合し、ねじりバネ１３２はさらに、ねじりバネの第２の端部を備え、この第２の端部はバネホルダ設定ポイント１３８で支持される。

ここで前述の実施形態の様々な態様及び特徴を詳述及び／又は強調する。このような実施例の第１の態様は、コア２２を組み立てる方法又は工程に関する。典型的なエアギャップ構造ロータリーソレノイドは、積層スタックで製作された又は金属製中実部品から組み立てられた単一部品コアを有する。一般的に、回転子はコアの内側円形開口部を通して回転するが、この開口部は組立技術により各コアに応じて寸法的に変化し、公差累積問題の原因となる可能性があり、さらにエアギャップの変動により性能変動が引き起こされる。対照的に、本明細書に開示する技術のツーピース型スリップジョイントコア２２は、２つの嵌合ハーフコア部材２２Ａ及び２２Ｂからコア２２を形成し、これら２つの嵌合ハーフコア部材２２Ａ及び２２Ｂを回転子組立体２３と整列させることによって、従来技術の問題及び課題を排除する。

上記の点に関し、図２１は、例示的なコア組立方法／工程による例示的で代表的な操作又は段階を示す。操作２１−１は、精密直径ゲージピンを２つのコアハーフ部材２２Ａ、２２Ｂそれぞれの２つの磁極面３２Ａ及び３２Ｂ間に挿入する段階を含む。操作２１−２は、図９に矢印「圧入力」で示すように、２つのコアハーフ部材（事実上同一の部品２２Ａ、２２Ｂ）を一緒に所定の距離／方向に圧入する段階を含む。２つのコアハーフ部材２２Ａ、２２Ｂが一緒に圧入されると、それらの２つのスリップジョイント形状が整列する（例えば、タン部４２が溝４０に圧入される）。その後、コアハーフ部材は、精密直径ゲージピンに対してポジティブストップに圧入される。２つのスリップジョイント部の圧入により２つのコアハーフ部材２２Ａ、２２Ｂが一緒に固定される。精密ゲージピンが取り外される際に（操作２１−３）、コアハーフ磁極面３２Ａとコアハーフ磁極面３２Ｂとの間の距離に関する単一で再現可能な寸法が実現される。この操作は、全てのコアに関してその組立時に繰り返し可能で、前述した公差累積問題を排除する。圧入操作のもう一つの利点は、圧入には数百ポンドの力を必要とするので、（例えば、力の結果として）各コアハーフ部材の磁極面上のハイスポットのような表面の全ての歪みが「滑らかになり」、エアギャップ（磁極面と回転子２６との間に存在）用の非常に均一な磁極面半径方向形状がもたらされ、これによりソレノイド繰り返し性能が高まることである。

図２１Ａは、図２１の例示的な操作例を含みコア組立を含むロータリーソレノイド組立体の例示的な工程を、本明細書の他の箇所で説明した他の操作と組み合わせて示す。操作２１Ａ−１は、操作２１−１及び２１−２の実行を含み、それ自体は、固定子の２つの嵌合コアハーフ部材を、この２つの嵌合コアハーフ部材の２つのそれぞれの磁極面が２つの嵌合コアハーフ部材間に位置決めされた精密直径ピンに対してポジティブストップに圧入されるまで一緒に嵌合させ、２つの嵌合コアハーフ部材をポジティブストップにおいて連結させる段階を含む。操作２１Ａ−２（操作２１−３と同様）は、精密直径ピンを取り外して２つのそれぞれの磁極面３２Ａ、３２Ｂ間に所定距離を有する軸方向伸長空間を提供する段階を含む。操作２１Ａ−３は、固定子組立体（２つの嵌合コアハーフ部材２２Ａ、２２Ｂを備える）を上端部端部キャップ２８に圧入する段階を含む。このとき、第１の端部キャップの磁極面整列特徴部６６Ａ１及び６６Ａ２は、磁極面３２Ａを磁極面窓部６５Ａに整列させる役割を果たし、第１の端部キャップの磁極面整列特徴部６６Ｂ１及び６６Ｂ２は、磁極面３２Ｂを磁極面窓部６５Ｂに整列させて位置決めする役割を果たす。操作２１Ａ−４は、２つのそれぞれの磁極面３２Ａ、３２Ｂの間の軸方向伸長空間内に第１の端部キャップ開口部６２を通して回転子２６を含む回転子組立体２３を挿入する段階を含む。このようにして、回転子組立体２３のシャフト２４は、次の操作が行なわれる間に上端部端部キャップ２８の軸受壁部７０に位置決めされて所定の位置に支持される。バネホルダ１３４を使用する例示的な実施形態に関して、操作２１Ａ−５（フローチャートには示さない）は、回転子シャフト２４の先端部が第１の端部キャップ開口部６２から突出するようにして、バネホルダ１３４をこの回転子シャフト２４の先端部に嵌合又は圧入させる段階を含む。バネホルダ１３４は、使用される際に、回転子組立体２３の正確で最終的な軸方向位置決めを提供する。操作２１Ａ−６（フローチャートには示さない）は、底部端部キャップ３０を固定子組立体（例えば２つの嵌合コアハーフ部材２２Ａ、２２Ｂ）に取り付ける段階を含む。底部端部キャップ３０を固定子組立体に嵌合させる場合、底部端部キャップの磁極面整列特徴部８６Ａ１及び８６Ａ２は、磁極面３２Ａを磁極面窓部８５Ａと整列させる役割を果たし、底部端部キャップの磁極面整列特徴部８６Ｂ１及び８６Ｂ２は、磁極面３２Ｂを磁極面窓部８５Ｂと整列させて位置決めする役割を果たす。この時点で、２つの嵌合コアハーフ部材２２Ａ、２２Ｂ及び回転子２６の少なくとも一部分は、回転子組立体２３の終端部がシャフト支持基部８３に位置決めされ２つの嵌合コアハーフ部材２２Ａ、２２Ｂ間の軸方向伸長空間内で回転可能な状態で、２つの対向する端部キャップ２８、３０間で軸方向に正確に位置決めされる。２つの対向する端部キャップに設けられた磁極面整列特徴部を備える２つの磁極面は、２つの磁極面３２Ａ、３２Ｂが回転子２６に対して所定位置に保たれるように整列する。

本明細書に開示する技術の第２の例示的な態様は、本明細書で説明されるソレノイド端部キャップの幾つかの特徴に関する。全ロータリーソレノイドに関して、シャフトが通過するソレノイド構成要素は、磁極の数と無関係にシャフト回転子組立体を、コアの磁極面と同心に保つ必要がある。端部キャップを位置決めするための好ましいコア特徴部はコアの磁極又は磁極面であるが、これらの特徴部は、磁極に位置決められたボビン及び巻線により一般的にアクセス不可能である。その結果、現行の設計は、コアの外側形状等の他のコア特徴部、又は両方の端部キャップ、従ってシャフト回転子組立体をコア内に位置決めするためにコアに特別に追加された位置決め用特徴部を選択する。特徴部及び部品による結果として生じる公差累積は必要以上に大きく、公差累積を補償するためには必要以上のエアギャップが必要とされることになる。これらの条件は、エアギャップがその組立に伴って変化するので、性能低下、及び性能変動を引き起こす。公差累積問題は、サイクル寿命を延ばすために軸受ポケットを各金属製端部キャップに機械加工しそのポケットに軸受を圧入する場合に悪化する。

本明細書で開示する技術により設計された端部キャップは、説明した問題の多くを解決し、追加的な利点を包含する。本明細書で開示する技術による端部キャップは各端部キャップで成形される特徴部を備え、これらは、コアを低重要度のコア特徴部上ではなくその磁極面上に直接位置決めすることにより公差累積を大幅に低減させる。これらの位置決め特徴部は、例えばシャフトがユニットを通過する穴部のような端部キャップ貫通穴又は開口部を成形するのと同時に、端部キャップで成形されるので、これら全ての特徴部は同じ中心線上で成形され、回転子は、所定の精密ゲージピンで事前に設定された磁極面開口部と同心となることができる。前述の位置決め特徴部は、例えば、上端部端部キャップ２８の磁極面整列特徴部６６及び底部端部キャップ３０の磁極面整列特徴部８６を含む。

Ｄｅｌｒｉｎのようなプラスチック材料又はその他の摩擦係数が低い材料から端部キャップ２８、３０を成形することにより、それぞれの開口部又は出口穴６２、８２がシャフト２４用のラジアル軸受支持体をもたらし、ユニットの各端部において別個の軸受構成要素が不要となる。

さらに、回転子スラスト面７２及び移動終端停止面６８は、第１の端部キャップ２８に成形することができ、移動終端停止面８８は、第２の端部キャップ３０に成形することができる。このように、各端部キャップ構成要素は、以下のタスク、すなわち、コア２２を固定し位置決めするタスク、コア２２内に回転子２６を同心的に位置決めするタスク、回転子組立体２３用のラジアル面及び（第１の端部キャップの場合）スラスト面を提供するタスク、及び回転子２６の両方向の移動において個別化された一組の移動終端停止面を設けるタスクを実現する。

一般的なロータリーソレノイドは、ユニットの一端に圧入されるスタッドボルト、又はネジ部品を受け取るネジ穴を有する。幾つかの場合では、ネジ穴は、これが、外部に位置決めされた戻りバネ及びバネリテーナの妨げとならないように両方の端部キャップに設けることができ、或いは外部の移動終端停止面を位置決め及び固定するために使用することができる。これらの解決法の全てにおいて、幾つかの事例で電磁石磁束経路の一部分として機能する金属製端部キャップが必要とされる。これらの解決法はさらに、特徴部の穴開け、ネジ切り、及び／又は圧入を行う二次的操作を必要とし、それによりユニットの全体的なコストが増加する。取付方法がソレノイドの片側に限定される場合、シャフトを両方向（時計方向及び反時計方向）に回転させるためには、異なる位置にある内部移動終端停止特徴部を備える２つの別個のボビンが必要となる場合があり、これによりコストが増加し、動力供給時に回転方向を具体的に特定する二次的部品番号の使用が必要とされる。

図１５及び図１６に示す取付方法は、１つの最終組立体（及び部品番号）で単純に一部分の向きを変えることによって時計方向及び反時計方向の両回転が自由に得られることを示す。このアプローチによれば、端部キャップの追加的な特徴部の穴開け、ネジ切り及び／又は圧入を行う二次的操作は全て不要となる。両方の端部キャップは電磁石磁束経路の一部分ではなくプラスチック又はダイカスト金属の何れかで成形されるので、何れかの端部キャップ用工具において数に制限がないフランジ取付方法を用いることできる。

本明細書で開示する技術の別の好都合な態様は、その戻りバネの構造及び作動に関する。典型的なロータリーソレノイドは、ユニットの動力がない場合にクロックバネを使用してシャフト回転子組立体を「定」位置に戻すトルクを機械的に供給する。一般的に、クロックバネの一端は、シャフト上に圧延された特徴部によって支持され、他端は、端部キャップに固定された金属製バネホルダの多数の留め具の１つに選択的に位置決めされる。操作者は、クロックバネを設定するために、バネを手動で適切な回転回数「クロック」し、バネをホルダ留め具に設定し、その後正確な設定値を保証するためにバネのトルク値を検査する必要がある。バネの設定が正確でない場合、バネは、ホルダ留め具との係合が解除され、バネホルダ上の適切な留め具に調整され、再度検査される必要がある。この長く複雑な工程により、ソレノイドの作業時間が増加し、クロックバネ及びバネホルダの両方に関して高価な構成要素を必要とする。

本明細書で開示する技術は例えばバネホルダ１３４を特徴とする。バネホルダ１３４は、プラスチックで成形され、単純にシャフト２４上のローレットに圧入され、シャフト２４及びバネホルダ１３４の両方の部品コストが低減される。プラスチック製バネホルダ１３４は、バネを設定するための単一の特徴部１３８を備え、これにより現在のところクロックバネを用いて行われている設定工程、検査工程、及び再設定工程が不必要となる。さらに、本明細書で開示する技術による標準的なねじりバネ１３２の巻線は、完全な一巻よりも少なくて済み、組立時間を短縮させ、バネ１３２がバネホルダ１３４に容易に取り付けられる。組立時、ねじりバネ１３２は、最初３つのローブ部１４０を介して配置されるが、バネ１３２は、巻かれて設定されると内径が減少するのでバネホルダ１３４から外れることができず、すなわちバネ１３２は所定の位置に支持されるだけでなく、設定されるとバネホルダ１３４から決して外れないように支持することができる。

基本的なロータリーソレノイド２０の回転子組立体２３は、４５度の可動域内で回転する。用途によっては、回転運動を２つの状態の１つに維持することが必要となる。ロータリーソレノイドの設計者は、この要求に対して、磁石をシャフトに取り付け、その後磁石を「回転子」とする方法に決定することによって対処してきた。幾つかの事例では、磁石がシャフトにオーバモールドされ、別の事例では、様々な構成要素の複雑なクラッジ及び接着剤が使用される。対照的に、図２２は、磁気回転子２６（２２）をシャフト２４に取り付けるための非常に直接的で費用効果が高い解決法を示す。図２２に示すような双安定磁気ラッチングの実施形態では、回転子組立体２３（２２）は９０度の可動域内で回転する。

図２２の回転子組立体２３（２２）は、シャフト２４、シャフト２４で支持された（例えば取り付けられた）磁気回転子２６（２２）、及び磁気回転子リテーナ５０を備える。磁気回転子２６（２２）は、２つの磁極面３２Ａ及び３２Ｂの間に収容されるように構成される。磁気回転子２６（２２）は、互いに対して１８０度の角度で方向付けられた２つの拡張部分又は回転子ローブ部５２（２２）を有する。ローブ部５２の終端面５４（２２）は、２つの磁極面３２Ａ、３２Ｂの構造と実質的に同様の半円筒形構造を有する。シャフト２４は直径が異なるセグメントを備える。シャフト２４の基部は、シャフト呼び径セグメント２４Ａを備える。磁気回転子２６（２２）が取り付けられるシャフト２４の位置２４Ｂにおいて直径が階段状に減少し、シャフト磁石固定セグメント２４Ｃが形成される。図２２に示すように、シャフト２４は、セグメント２４Ｄ、２４Ｅのような、さらに別の直径漸進的減少部分を有する。

磁気回転子２６（２２）は回転子中央開口部５６（２２）を有し、この回転子中央開口部は、回転子軸２５の方向に延び、シャフト磁石固定セグメント２４Ｃの外側に嵌合するサイズであり、シャフト呼び径セグメント２４Ａよりも小さい直径を有し、それにより、磁気回転子２６（２２）は、階段状部分２４Ｂに位置決めされ又は着座する。磁気回転子リテーナ５０は、概して円形状又は円盤状であり、その下面に、切除され又は別の方法で形成された回転子収容チャンネル５８を備える。磁気回転子リテーナ５０は、シャフト２４の階段状部分２４Ｄに圧入される軸方向中央開口部を有する。回転子収容チャンネル５８は、磁気回転子リテーナ５０の下面に従属する弦状リテーナ肩部５９によって規定される。回転子収容チャンネル５８は、磁気回転子２６（２２）の上端部の外側に嵌合するようなサイズ及び構成であり、弦状リテーナ肩部５９が磁気回転子２６（２２）をシャフト２４に固定し、これによって、磁気回転子２６（２２）が、回転子軸２５に対してシャフト２４の回転と一致して回転する。

従って、前述の説明から理解できるように、実施例の実施において、回転子シャフト２４は少なくとも１つの階段状部分（例えば２４Ｂ）を備える。磁気回転子２６（２２）は、シャフト２４を受け取るように構成された貫通穴又は開口部５６(２２)を備え、磁気回転子２６（２２）はシャフト階段状部分２４Ｂに当接する。回転子リテーナ５０は、シャフト２４の外側に圧入され、磁気回転子２６（２２）のシャフト２４に対する回転が防止されるように、例えば磁気回転子２６（２２）が確実にシャフト２４とともに回転子軸２５の周りで回転するように構成される。

貫通穴５６(２２)を備える磁気回転子２６（２２）は、シャフト２４の階段状部分２４Ｂに接触する位置までシャフト２４に配置される。その後、磁気回転子リテーナ５０は、シャフト２４上のローレットに圧入されて回転が防止される。磁気回転子リテーナ５０のリテーナ肩部５９の２つの平坦面が磁気回転子２６（２２）の２つの平坦部（例えば平坦面）と係合する場合、磁気回転子２６（２２）は、シャフトの回転と一緒に回転する。図２２に示す組立シーケンスは、接着剤、複雑な構成要素、及び高価なオーバモールディング工具が必要とされないので、迅速に効率的に行うことができる。

幾つかの二位置磁気ラッチングソレノイドが克服すべき課題は、ユニットに加わる非常に大きな移動終端衝撃荷重である。場合によっては、前述の２つの端部キャップに位置決められたプラスチック製内部停止部を交換して、移動終端衝撃荷重を良好に受けることができる。このようにして、ユニットの「外部に」別の移動終端停止機構を組み込むことができる。ロータリーソレノイドの設計者の中には、回転特徴部をシャフトに追加し、変位を所定角度に制限するための端部キャップに金属製構成要素を追加することによってこの課題を克服する設計者がいる。幾つかのロータリーソレノイドは、衝撃荷重を低減するためのバンパを含む。金属製構成要素及び関連するファスナは、ソレノイドのコスト及び組立時間を大幅に増加させる。

図２３はロータリーソレノイドを示し、シャフト２４は、端部キャップの少なくとも一方（例えば、上端部端部キャップ２８及び／又は底部端部キャップ３０）を超えて延び、回転子２６と一緒に回転するストッパ部材１５０を支持する。内在する端部キャップの一方の上に取り付けられた外側キャップ又は補強端部キャップ１５２が設けられる。補強端部キャップ１５２は、ストッパ部材１５０に対する１つ又はそれ以上の補強移動停止面１５４、例えば図２３に示す４つのこのような補強移動停止面１５４を規定する。

図２３に示すアプローチは、移動終端停止部１５４がプラスチック成形された外側キャップの一部分として組み込まれるので、費用効率が優れている。回転構成要素は、移動終端停止面１５４が、その各停止面１５４が衝撃荷重の半分を吸収することで移動終端衝撃荷重を吸収することができるように、性質が正反対である。外側キャップ１５２は、ユニット全体を一緒に支持する既存の工程でソレノイドに固定できるので、追加的なファスナを必要としない。移動終端停止機構全体は、プラスチック製外側キャップ１５２で覆うことができる。この保護機能により、ソレノイドのこの部分に破片が蓄積されることが防止され、さらにソレノイド作動時、この領域に人の指が挟まり締め付けられることを防止する安全カバーが提供される。

本明細書で開示する技術の様々な特徴を組み合わせることにより、基本的構造として製作される非常に低コストのロータリーソレノイドが可能となり、すなわち各ユニットに関して個別に適応させる工程が不要となり、その結果、構成要素をそのまま単純に結合させることが容易である。より長い寿命又はより大きい出力が必要とされる用途では、特徴部を組み込んでその用途に適合させることが容易である。基礎設計は、用途が保証される限り、二位置磁気ラッチングソレノイドに再構成することができる

さらに、本明細書で開示する技術は、強化された軸受システムと、基礎設計のサイクル寿命及び電力定格を高めるための材料変更とを含む基礎設計を、どのようにして変更／改良できるかを説明する。さらに、基礎ロータリーソレノイドは、両方向に回転する二位置磁気ラッチングソレノイドに改造することができる。

本明細書で開示する技術による利点及び恩恵は下記事項を含むが、これらに限定されない。

コア磁極面３２Ａ、３２Ｂは、ボビンを通して突出し、それらの磁極面の内径を、シャフト２４がそれを通して突出する端部キャップ２８、３０の穴６２、８２と整列させる、すなわち磁極面３２Ａ、３２Ｂを回転子２６の外径と自動整列させる。

ソレノイドハウジング（又は端部キャップ等）は、典型的に金属で製作され、ユニットを機能させるための電磁束を伝導するのに役立つ。従って、シャフトがハウジングから突出する場合、ユニットの寿命を延ばすためには別の軸受が必要とされる。磁束を伝導しない（ＥＭ磁束がコアに限定される）プラスチック製端部キャップ設計（上端部端部キャップ２８及び底部端部キャップ３０）では、本明細書で開示する技術において説明されるように、プラスチック軸受は、部品を不要にして端部キャップに一体的に成形される（本明細書に示すように、ラジアル玉軸受を端部キャップに挿入することによって寿命サイクルが長いユニットが実現でき、これは標準的な工程である）。

プラスチック製バネリテーナ又はバネホルダ１３４は、バネ１３２を支持（及び固定）するための本来の能力を有する。バネ１３２は、バネリテーナ１３４のローブ部１４０の外側に容易に取り付けられるが、バネ１３２は、その設定取付位置にクロックすることにより設定されると、バネ１３２の内径がバネリテーナローブ部１４０の外径よりも小さくなるので、製品寿命中にバネ１３２が外れることはない。

一般的に、磁石をシャフトに固定するために磁石をシャフトに圧入すると磁石に亀裂が生じる可能性があるので、磁石は、所定の位置にプラスチックでオーバモールド又は接着される。本明細書で開示する技術の１つの態様として、磁気回転子２６（２２）は、プラスチック製圧入磁石リテーナ５０を使用してシャフトの階段状部分に固定される。

各コアハーフ部材の滑り嵌合するタン部及び溝の機能は、取り外し可能な精密ゲージピンによって規定される圧入寸法と組み合わされて、寸法に関する公差累積問題を排除する。コア磁極面がプラスチック位置決め特徴部に着座すると、軸受貫通孔への自動整列が行われる。

前記の説明は多くの特定性を包むが、これらは、本明細書で開示する技術の範囲を限定せず、本明細書で開示する技術の現在のところ好ましい幾つかの実施形態を単に例示すると解釈されたい。従って、本明細書で開示する技術の範囲は、添付の特許請求の範囲及びそれらの法律上の均等物により決定されるべきである。従って、本明細書で開示する技術の範囲は当業者にとって明らかな他の実施形態を完全に包含すること、及び、従って本明細書で開示する技術の範囲は添付の特許請求の範囲以外では限定されず、特許請求の範囲では単数形で記載された要素への言及がそのように明記されていない限り「唯１つ」ではなく「１つ又はそれ以上」を意味することを意図していることに留意されたい。当業者にとって公知である、前述の好ましい実施形態の要素の構造的、化学的、及び機能的な全ての均等物は、引用により本明細書に明示的に組み込まれ、本特許請求の範囲に包含されることが意図されている。加えて、装置又は方法が本特許請求の範囲に包含されるためには、装置又は方法が本明細書で開示する技術によって解決されることが求められるようなあらゆる問題に対処する必要はない。さらに、本開示における要素、構成要素、又は方法段階は、それらが特許請求の範囲に明記されているかどうかにかかわらず、公開されることを意図していない。

２２ ソレノイドコア
２２Ａ、２２Ｂ コアハーフ部材
２３ 回転子組立体
２４ シャフト
２８、３０ 端部キャップ
３２Ａ、３２Ｂ 磁極面
６０ カバー壁部
６２ 開口部

Claims (15)

1. 固定子の２つの嵌合コアハーフ部材を、該２つの嵌合コアハーフ部材の２つの磁極面それぞれが２つの嵌合コアハーフ部材間に位置決めされた精密直径ピンに対してポジティブストップに圧入されるまで、一緒に嵌合させて、前記２つの嵌合コアハーフ部材を前記ポジティブストップにおいて連結させる段階と、
   前記精密直径ピンを取り外して、前記２つの磁極面それぞれの間で所定距離を有する軸方向伸長空間を提供する段階と、
   前記軸方向伸長空間に回転子を挿入する段階と、
   ２つの嵌合コアハーフ部材及び回転子を前記２つの対向する端部キャップ間で嵌合させる段階と、
   を備える、ロータリーソレノイド組立方法。
2. ２つの磁極面それぞれで終端する２つの電磁石磁極を備えるコアと、
   シャフトと、
   前記シャフトに取り付けた回転子と、
   前記コアに取り付けられ、前記２つの電磁石磁極の励磁により前記磁極面に対して回転運動するようにシャフトが貫通する２つの端部キャップと、
   を備えるロータリーソレノイドであって、
   前記端部キャップの少なくとも一方は、
   前記シャフトが貫通する開口部を備えるカバー部材と、
   前記カバー部材から軸線の方向に延び、前記２つの磁極面を前記カバー部材の開口部と整列させて前記２つの磁極面を前記回転子の外径と自動整列させるための特徴部を提供するように構成された軸方向壁部とを備える、
   ロータリーソレノイド。
3. ２つの磁極面それぞれで終端する２つの電磁石磁極を備えるコアと、
   軸線を規定するシャフトと、
   前記シャフトに取り付けられた回転子と、
   前記コアに取り付けられ、前記２つの電磁石磁極の励磁により前記磁極面に対して回転運動するようにシャフトが貫通する２つの端部キャップと、
   を備えるロータリーソレノイドであって、
   前記端部キャップの少なくとも一方は、
   前記シャフトが貫通する開口部を備えるカバー部材と、
   前記カバー部材から軸線の方向に延び、前記回転子に対する移動終端停止面を提供するように構成された軸方向壁部と、
   を備える、ロータリーソレノイド。
4. 前記軸方向壁部は、前記回転子のための２つの移動終端停止面を提供する、請求項３に記載のロータリーソレノイド。
5. 前記軸方向壁部は、前記シャフト用の軸受面を提供するように構成される、請求項３に記載のロータリーソレノイド。
6. 前記２つの端部キャップは第１の端部キャップ及び第２の端部キャップを備え、
   前記第１の端部キャップは、
   前記シャフトが貫通する第１の端部キャップ開口部を有する第１の端部キャップカバー部材と、
   前記第１の端部キャップカバー部材から前記軸線の方向に延びる第１の端部キャップ軸方向壁部と、
   を備え、該第１の端部キャップ軸方向壁部は、
   前記２つの磁極面を前記第１の端部キャップカバー部材の開口部と整列させて、前記２つの磁極面を前記回転子の外径と自動整列させる第１の端部キャップ特徴部と、
   前記回転子に対する第１の移動終端停止面と、
   前記シャフト用の第１の軸受面と、
   を含み、
   前記第２の端部キャップは、
   前記シャフトが貫通する第２の端部キャップ開口部を有する第２の端部キャップカバー部材と、
   前記第２の端部キャップカバー部材から前記軸線の方向に延びる第２の端部キャップ軸方向壁部と、
   を備え、該第２の端部キャップ軸方向壁部は、
   前記２つの磁極面を前記第２の端部キャップカバー部材の開口部と整列させて、前記２つの磁極面を前記回転子の外径と自動整列させる第２の端部キャップ特徴部と、
   前記回転子に対する第２の移動終端停止面と、
   前記シャフト用の第２の軸受面と、
   を含む、請求項２又は３に記載のロータリーソレノイド。
7. 前記２つの磁極面を前記第１の端部キャップカバー部材の開口部と整列させる前記第１の端部キャップ特徴部、及び前記２つの磁極面を前記第２の端部キャップカバー部材の開口部と整列させる前記第２の端部キャップ特徴部は、窓部を形成し、該窓部に前記２つの磁極面の少なくとも一部分が配置され、前記窓部を通して前記２つの磁極面の少なくとも一部分が前記回転子に露出される、請求項６に記載のロータリーソレノイド。
8. 前記２つの端部キャップの少なくとも一方は、プラスチック材料を備え、前記少なくとも１つの端部キャップの開口部は、シャフト用のプラスチック軸受として機能する、請求項２又は３に記載のロータリーソレノイド。
9. 前記端部キャップの少なくとも一方は、前記シャフトを支持する玉軸受を収容するために形成されたチャンネルを備える、請求項２又は３に記載のロータリーソレノイド。
10. 前記カバー部材、及び前記２つの端部キャップの少なくとも一方の壁部は、プラスチックで一体的に形成される、請求項２又は３に記載のロータリーソレノイド。
11. 前記２つの端部キャップの少なくとも一方のカバー部材は金属製であり、前記少なくとも１つのキャップの壁部は、前記カバー部材の内面に取り付けられたプラスチック製壁部挿入部材を備え、該プラスチック製壁部挿入部材は、前記シャフト用の軸受面及び前記回転子用のスラストリング面を提供する第２の開口部を備える、請求項２又は３に記載のロータリーソレノイド。
12. ２つの磁極面それぞれで終端する２つの電磁石磁極を備えるコアと、
    ストッパ部材を有するシャフトと、
    前記シャフトに取り付けた回転子と、
    前記コアに取り付けられ、前記２つの電磁石磁極の励磁により前記磁極面に対して回転運動するようにシャフトが貫通する２つの端部キャップと、
    を備えるロータリーソレノイドであって、
    前記端部キャップの少なくとも一方は、
    前記ストッパ部材を有する開口部を通過するシャフトが貫通する開口部を含むカバー部材と、
    前記少なくとも１つの端部キャップ上に取り付けられるように設けられ、前記ストッパ部材に対する補強キャップ移動停止面を規定する補強端部キャップと、
    を備えるロータリーソレノイド。
13. ２つの磁極面それぞれで終端する２つの電磁石磁極を含むコアと、
    シャフトと、
    前記シャフトに取り付けられた回転子と、
    前記コアに取り付けられ、前記２つの電磁石磁極の励磁により前記磁極面に対して回転運動するようにシャフトが貫通する２つの端部キャップと、
    を備えるロータリーソレノイドであって、
    前記２つの端部キャップの一方は、
    アンカー特徴部と、
    前記アンカー特徴部と係合するように構成された第１の端部と第２の端部とで終端する巻線を含み、前記２つの磁極が励磁されていない場合に前記シャフトを定位置に戻すように構成されたねじりバネと、
    前記ねじりバネの巻線が少なくとも一巻き巻かれたバネホルダ本体を含み、前記シャフトに取り付けられたバネホルダと、
    を備え、前記バネホルダはさらに、前記ねじりバネの第２の端部を支持するための設定ポイントを含み、バネホルダ本体は、前記ねじりバネが設定された後に前記ねじりバネが軸線の方向に沿って外れることを防止するための少なくとも１つの拡張ローブ部とともに構成される、
    ロータリーソレノイド。
14. ２つの磁極面それぞれで終端する２つの電磁石磁極を備えるコアと、
    回転子組立体と、
    を備えるロータリーソレノイドであって、
    前記回転子組立体は、
    シャフトと、
    前記シャフトによって支持され、前記２つの磁極面間に収容するように構成された磁気回転子と、
    前記磁気回転子を前記シャフトに支持するように構成されたリテーナと、
    を備え、前記ロータリーソレノイドはさらに、
    前記コアに取り付けられ、前記２つの電磁石磁極の励磁により前記磁極面に対して回転運動するようにシャフトが貫通する２つの端部キャップを備える、ロータリーソレノイド。
15. 前記シャフトは階段状部分を備え、
    前記磁気回転子は、前記磁気回転子が前記階段状部分に当接するようにして前記シャフトを受け取るように構成された貫通穴を備え、
    前記回転子リテーナは、前記シャフトの外側に嵌合して前記磁気回転子が前記シャフトに対して回転運動することを防止するように構成される、請求項１４に記載のロータリーソレノイド。

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