JP5613602B2 - 片励磁ロータリソレノイド - Google Patents

Description

本発明は、マグネットロータ部を、コイルへの通電により第二位置まで回動変位させ、かつ通電の解除により第一位置まで復帰させる片励磁ロータリソレノイドに関する。

従来、コイルへの通電によりマグネットロータ部を第一位置から第二位置まで回動変位させ、かつコイルへの通電の解除によりマグネットロータ部を第二位置から第一位置までバネにより復帰させるようにした片励磁タイプのロータリソレノイドとしては、特許文献１で開示されるロータリソレノイド装置が知られている。

同文献１で開示されるロータリソレノイド装置は、シャフトに一対の異極を有するマグネットを設けたマグネットロータと、このマグネットの外周面に対向する磁極面を有し、かつ位置を固定して配した一対のコア部（ヨーク）を有するステータと、ヨークに磁極を発生させるコイルボビンに巻回したコイル部と、ロータリソレノイド本体の他方の端面部側に配設したリターンスプリングとを備えて構成したものであり、マグネットロータを、コイル部への通電により第一位置から第二位置まで回動変位させ、かつ通電の解除により第二位置から第一位置へリターンスプリングにより復帰させることができる。

特開２００１−２５８２３３号公報

しかし、上述した従来のロータリソレノイド装置（片励磁ロータリソレノイド）は、次のような解決すべき課題が存在した。

第一に、この種のロータリソレノイドでは、マグネットロータの回動範囲をトルクの比較的大きい範囲に設定する場合、その回動範囲は双安定領域となる。図７は、従来のロータリソレノイドの磁気モーメント角度対トルク特性を示す。図７に示すように、トルクの比較的大きい回動範囲として、第一位置（角度）Ｘｆと第二位置（角度）Ｘｓ間を設定した場合、通電により、マグネットロータを第一位置Ｘｆから第二位置Ｘｓへ回動させた後、通電を解除しても、マグネットロータは第二位置Ｘｓで停止した状態を維持する。結局、マグネットロータを第一位置Ｘｆへ復帰させるには、リターンスプリング等のバネを付設し、このバネにより強制的に戻す必要がある。図８に示すＭｒ，Ｒｒ，Ｓｆは、従来のロータリソレノイドにバネを付設した場合の特性であり、Ｍｒは通電時（ＯＮ時）における磁気モーメント角度対トルク特性線、Ｒｒは通電解除時（ＯＦＦ時）における磁気モーメント角度対トルク特性線、Ｓｆはバネ自身の特性を示す。図８に示すように、バネを付設した場合、通電時には、バネの位置エネルギを蓄えながら回動することになり、特性線Ｍｒのように、第二位置Ｘｓに近づくに従ってトルクが大きく低下し、かつ安定した良好なトルク特性（トルク性能）を得ることができない。さらに、第二位置Ｘｓから第一位置Ｘｆへ戻す際にも、磁気吸引力に対し反対方向へバネにより戻すため、特性線Ｒｒのように、通電解除時におけるマグネットロータの回動開始からのトルクが小さくなり、第一位置Ｘｆに復帰する時間が長くなる。

なお、従来のロータリソレノイドであっても回動範囲（動作位置）を変更すれば、双安定領域を回避することができる。即ち、図７において、回動範囲を第一位置Ｘｆｅと第二位置Ｘｓｅ間に変更すれば、バネを付設しなくても磁気吸引力のみで復帰させることも可能である。しかし、この場合、磁気モーメントを有効に使用できないため、特に、通電開始からのトルクが大きく低下してしまう新たな問題を生じる。

第二に、ロータリソレノイド本体に対して、少なくともリターンスプリング等のバネを含むリターン機構を追加的に付設する必要があるため、無用な機械的損失を付加することになる。したがって、消費電力の増加及び動作効率の低下を招くとともに、バネの弾性がマグネットロータの動作（回動変位）に付加されるため、バネの経時的劣化（ズレやヘタリ等）により物性が変化した際には、ロータリソレノイド装置自身の性能変化を招く。しかも、部品点数が増えるため、これに伴うコストアップ，生産性低下及び大型化（省スペース性の低下）も招く。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した片励磁ロータリソレノイドの提供を目的とするものである。

本発明に係る片励磁ロータリソレノイド１は、上述した課題を解決するため、シャフト２ｓに少なくとも一対の異極を有するマグネット２ｍを設けたマグネットロータ部２と、マグネット２ｍの外周面２ｍｆに対向する内周面３ｐｆ，３ｑｆを有し、かつ位置が固定された少なくとも一対のヨーク３ｐ，３ｑを有するステータ部３と、コイルボビン４ｂに巻回したコイル４ｃによりヨーク３ｐ，３ｑに磁極を発生させるコイルユニット部４とを備え、マグネットロータ部２を、コイル４ｃへの通電により第一位置Ｘｆから第二位置Ｘｓまで回動変位させ、かつ通電の解除により第二位置Ｘｓから第一位置Ｘｆへ復帰させる片励磁ロータリソレノイドであって、一対のヨーク３ｐ，３ｑをそれぞれブロック体として一体形成し、マグネットロータ部２の通電時の回動方向Ｆｍを前方としたときに、ヨーク３ｐ，３ｑの内周面３ｐｆ，３ｑｆにおける後端位置から前方へ、当該内周面３ｐｆ，３ｑｆの周方向Ｆｆの長さＬｍ…に対して１／２以下となり、かつ当該内周面３ｐｆ，３ｑｆとマグネット２ｍの外周面２ｍｆ間のギャップＧｒ…よりも広いギャップＧｉ…を形成する切欠状のエアギャップ形成部５ｐ，５ｑを設け、他方、コイルボビン４ｂに設けた押圧片部１３ｐ，１３ｑにより、一方のヨーク３ｐを軸方向Ｆｓに押圧してステータ部３を構成するケーシング１２の軸方向Ｆｓ両端に有する一方の端面部１２ｓに当接させ、かつ他方のヨーク３ｑを軸方向Ｆｓに押圧して他方の端面部１２ｔに当接させるとともに、コイルボビン４ｂに設けた規制凸条部１４ｐ…，１４ｑ…をヨーク３ｐ，３ｑの外周面３ｐｒ，３ｑｒに当接させ、かつ当該ヨーク３ｐ，３ｑの内周面３ｐｆ，３ｑｆをシャフト２ｓを支持する軸受部２４ｓ，２４ｔの外周面に当接させてヨーク３ｐ，３ｑの径方向Ｆｒにおける位置決めを行う構成を備えることを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、片励磁ロータリソレノイド１には、マグネットロータ部２の回動範囲Ｚｒを第一位置Ｘｆと第二位置Ｘｓ間に規制する規制機構１１を設けることができる。

このような構成を有する本発明に係る片励磁ロータリソレノイド１によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１） ヨーク３ｐ，３ｑの内周面３ｐｆ，３ｑｆにおける後端位置から前方への所定範囲Ｌｐにわたって当該内周面３ｐｆ，３ｑｆとマグネット２ｍの外周面２ｍｆ間のギャップＧｒ…よりも広いギャップＧｉ…を形成する切欠状のエアギャップ形成部５ｐ，５ｑを設けたため、マグネットロータ部２に対して、トルクの比較的大きい回動範囲Ｚｒを設定する場合であっても、通電により第一位置Ｘｆから第二位置Ｘｓへ回動させた後、通電を解除しても、マグネットロータ部２におけるマグネット２ｍの磁力は、広いギャップＧｉ…側ではなく、狭いギャップＧｒ…側に引き付けられることになり、磁気吸引力のみで第一位置Ｘｆへ復帰させることができる。したがって、バネを含むリターン機構が不要になるため、第二位置Ｘｓに近づくに従ってトルクが大きく低下する不具合を解消でき、安定した良好なトルク特性（トルク性能）を得ることができるとともに、通電解除時におけるマグネットロータ部２の回動開始からの十分なトルクを確保でき、第一位置Ｘｆへの復帰時間が長くなる不具合も解消できる。

（２） 片励磁ロータリソレノイド１を構成するに際し、少なくともバネを含むリターン機構の付設が不要になるため、無用な機械的損失の発生を回避でき、消費電力の低減及び動作効率の向上に寄与できるとともに、バネの弾性がマグネットロータ部２の動作（回動変位）に付加されないため、バネの経時的劣化（ズレやヘタリ等）により物性が変化した際における片励磁ロータリソレノイド１自身の性能変化を回避できる。加えて、部品点数の削減によるコストダウン，生産性向上及び小型化（省スペース性の向上）にも寄与できる。

（３） エアギャップ形成部５ｐ，５ｑは、内周面３ｐｆ，３ｑｆの周方向Ｆｆの長さＬｍ…に対して１／２以下に選定したため、本発明に係る片励磁ロータリソレノイド１の良好なトルク特性（トルク性能）を確保する観点から望ましいパフォーマンスを確実に得ることができる。

（４） コイルボビン４ｂに設けた押圧片部１３ｐ，１３ｑにより、一方のヨーク３ｐを軸方向Ｆｓに押圧してステータ部３を構成するケーシング１２の軸方向Ｆｓ両端に有する一方の端面部１２ｓに当接させ、かつ他方のヨーク３ｑを軸方向Ｆｓに押圧して他方の端面部１２ｔに当接させてなるため、各ヨーク３ｐ，３ｑを、対応する各端面部１２ｓ，１２ｔに確実に圧接させ、もって、接触に伴う無用な損失増加を回避できる。

（５） コイルボビン４ｂに設けた規制凸条部１４ｐ…，１４ｑ…をヨーク３ｐ，３ｑの外周面３ｐｒ，３ｑｒに当接させ、かつ当該ヨーク３ｐ，３ｑの内周面３ｐｆ，３ｑｆをシャフト２ｓを支持する軸受部２４ｓ，２４ｔの外周面に当接させてヨーク３ｐ，３ｑの径方向Ｆｒにおける位置決めを行うようにしたため、マグネットロータ部２に対する各ヨーク３ｐ，３ｑの位置決めを正確かつ容易に行うことができるとともに、各ヨーク３ｐ，３ｑの固定を確実に行うことができる。

（６） 好適な態様により、マグネットロータ部２の回動範囲Ｚｒを第一位置Ｘｆと第二位置Ｘｓ間に規制する規制機構１１を設ければ、マグネットロータ部２の回動範囲Ｚｒを確実に規制することができる。

本発明の好適実施形態に係る片励磁ロータリソレノイドの図２中Ａ−Ａ線断面平面図、 同片励磁ロータリソレノイドの断面正面図、 同片励磁ロータリソレノイドに備える一対のヨークの斜視図、 同片励磁ロータリソレノイドの変更例を示す断面平面図、 同片励磁ロータリソレノイドの作用（動作）説明図、 本実施形態に係る片励磁ロータリソレノイドの磁気モーメント角度対トルク特性図、 従来技術に係るエアギャップ切欠部の無いロータリソレノイドの磁気モーメント角度対トルク特性図、 本実施形態に係る片励磁ロータリソレノイドと従来技術に係るエアギャップ切欠部が無くかつバネ付の片励磁ロータリソレノイドを対比して示す磁気モーメント角度対トルク特性図、

次に、本発明に係る好適実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係る片励磁ロータリソレノイド１の構成について、図１〜図５を参照して説明する。

２は、マグネットロータ部であり、シャフト２ｓと、このシャフト２ｓの中間位置に設けたマグネット２ｍを備える。マグネット２ｍは、円筒形に形成し、シャフト２ｓの中間位置の径方向に貫通させた断面Ｃ形のスプリングピン２１に、一端側のＵ形係合孔が係合して回り止めされる。例示のマグネット２ｍは、径方向の一方がＳ極、他方がＮ極となる。これにより、シャフト２ｓに一対の異極（Ｎ極とＳ極）を有するマグネット２ｍを設けたマグネットロータ部２が構成される

３は、ステータ部であり、マグネット２ｍの外周面２ｍｆに対向する位置に固定して配した一対のヨーク３ｐ，３ｑと、ロータリソレノイド１の外郭となるケーシング１２を備える。各ヨーク３ｐ，３ｑとケーシング１２は、磁性材により形成する。ヨーク３ｐ，３ｑは、図１及び図３に示すように、周方向Ｆｆに沿って円弧状に湾曲した形状を有し、所定の厚さを有する矩形のブロック体として焼結材等により一体形成する。また、図２及び図３に示すように、一方のヨーク３ｐは軸方向Ｆｓにおける一端を平坦端面３ｐｈに形成し、他端を傾斜端面３ｐｓに形成するとともに、他方のヨーク３ｑも軸方向Ｆｓにおける一端を平坦端面３ｑｈに形成し、他端を傾斜端面３ｑｓに形成する。

一方、上述したヨーク３ｐ，３ｑの形態は基本形態である。本実施形態では、マグネットロータ部２の通電時の回動方向Ｆｍを前方としたときに、図１及び図３に示すように、ヨーク３ｐ，３ｑの磁極面となる内周面３ｐｆ，３ｑｆにおける後端位置から前方への所定範囲Ｌｐ…にわたって、当該内周面３ｐｆ，３ｑｆとマグネット２ｍの外周面２ｍｆ間のギャップＧｒ…よりも広いギャップＧｉ…を形成する切欠状のエアギャップ形成部５ｐ，５ｑをそれぞれ設けた。エアギャップ形成部５ｐ，５ｑの所定範囲Ｌｐ…としては、内周面３ｐｆ，３ｑｆの周方向Ｆｆの長さＬｍ…に対して１／２以下に選定する。これにより、本発明に係る片励磁ロータリソレノイド１の良好なトルク特性（トルク性能）を確保する観点から望ましいパフォーマンスを確実に得ることができる。

なお、このようなエアギャップ形成部５ｐ，５ｑの形状及び形態は、任意に実施可能である。図１及び図３に例示したギャップＧｉ…は、内周面３ｐｆ，３ｑｆの後端位置から前方へ同一幅に形成したが、その他、図４（ａ）に示すように、内周面３ｐｆ，３ｑｆの後端位置から前方へ行くに従って、ギャップＧｉ…の幅が漸次狭くなる形状に形成してもよいし、図４（ｂ）に示すように、エアギャップ形成部５ｐ，５ｑの空間に対して、他の異なる素材により形成した充填部材５ｐｓ，５ｑｓを収容した形態により構成してもよい。このように、エアギャップ形成部５ｐ，５ｑは、片励磁ロータリソレノイド１の特性や用途等に合わせて任意の形状及び形態により実施できる。

他方、ケーシング１２は、図２に示すように、一端に端面部１２ｔを一体に有する円筒状のケーシング本体部１２ｍと、このケーシング本体部１２ｍの他端口を閉塞する平盤状のカバー部１２ｃの組合わせにより構成する。これにより、カバー部１２ｃは、ケーシング本体部１２ｍの他端口を閉塞する部位が端面部１２ｓとなり、この端面部１２ｓよりも外側が取付部２３，２３となる。また、一方の端面部１２ｓの中央にはシャフト２ｓの前側を回動自在に支持する軸受部２４ｓを固定するとともに、他方の端面部１２ｔの中央にはシャフト２ｓの後側を回動自在に支持する軸受部２４ｔを固定する。

４は、コイルユニット部であり、合成樹脂素材により一体形成したコイルボビン４ｂとこのコイルボビン４ｂにマグネットワイヤＷを巻回して構成したコイル４ｃを備える。これにより、コイル４ｃへの通電により、ヨーク３ｐ，３ｑに磁極（Ｓ極，Ｎ極）を発生させることができる。コイルボビン４ｂは、図１及び図２に示すように、筒状のボビン本体部２５と、このボビン本体部２５の両端に一体形成した鍔状（フランジ状）のボビンバリア部２６ｓ，２６ｔを備える。また、ボビン本体部２５の内周面における１８０〔゜〕対向位置は、各ヨーク３ｑ，３ｐをそれぞれ保持するヨーク仮保持部となる。この場合、ボビン本体部２５の内周面から突出形成し、かつ１８０〔゜〕対向位置に配した一対の規制凸部３１，３２の両側がそれぞれヨーク仮保持部となり、各規制凸部３１，３２の両側に各ヨーク３ｑ，３ｐがそれぞれ仮保持される。なお、各ヨーク３ｑ，３ｐに対する正規の位置決めは、軸受部２４ｓ，２４ｔの周面に形成した段差等に対して、各ヨーク３ｑ，３ｐの周方向一端とエアギャップ形成部５ｐ，５ｑの段差を係止させ、各ヨーク３ｑ，３ｐの周方向Ｆｆの位置を規制（位置決め）している。

さらに、規制凸部３１，３２間におけるボビン本体部２５の内周面には、各ヨーク３ｐ，３ｑを軸方向Ｆｓに押圧して各端面部１２ｓ，１２ｔにそれぞれ当接（圧接）させる押圧片部１３ｐ，１３ｑをそれぞれ設けるとともに、ヨーク３ｐ，３ｑの外周面３ｐｒ，３ｑｒに当接（圧接）して当該ヨーク３ｐ，３ｑの径方向Ｆｒにおける位置決めを行う規制凸条部１４ｐ…，１４ｑ…をそれぞれ設ける。

一方の押圧片部１３ｐは、ボビン本体部２５の一端側（一方のボビンバリア部２６ｓ側）における内周面から直角に突出する突出片部２８ｐとこの突出片部２８ｐの中央からボビンバリア部２６ｓに至る複数のリブ状の加圧片部２９ｐ…からなる。これにより、ヨーク３ｐを傾斜端面３ｐｓ側から規制凸部３１と３２間における一方のヨーク仮保持部内に挿入すれば、図２に示すように、傾斜端面３ｐｓに突出片部２８ｐの先端縁が当接する。この際、ヨーク３ｐの平坦端面３ｐｈがボビン本体部２５におけるボビンバリア部２６ｓから僅かに突出するように、上述したヨーク３ｐの軸方向Ｆｓの長さを選定すればよい。また、他方の押圧片部１３ｑは、ボビン本体部２５の他端側（他方のボビンバリア部２６ｔ側）における内周面から直角に突出する突出片部２８ｑとこの突出片部２８ｑの中央からボビンバリア部２６ｔに至る加圧片部２９ｑからなり、上述した押圧片部１３ｐ側と同様に構成する。

他方、規制凸部３１と３２間における一方のヨーク仮保持部におけるボビン本体部２５の内周面には、離間した一対の規制凸条部１４ｐ，１４ｐを一体形成する。これにより、ヨーク３ｐを、規制凸部３１と３２間における一方のヨーク仮保持部に挿入すれば、規制凸条部１４ｐ…がヨーク３ｐの外周面３ｐｒに当接し、ヨーク３ｐに対して径方向Ｆｒの位置決めを行うことができる。また、規制凸部３１と３２間における他方のヨーク仮保持部におけるボビン本体部２５の内周面には、離間した一対の規制凸条部１４ｑ，１４ｑを一体形成する。これにより、ヨーク３ｑを、規制凸部３１と３２間における他方のヨーク仮保持部に挿入すれば、規制凸条部１４ｑ…がヨーク３ｑの外周面３ｑｒに当接し、ヨーク３ｑに対して径方向Ｆｒの位置決めを行うことができる。

本実施形態に係る片励磁ロータリソレノイド１は、次のように組立てることができる。まず、コイルボビン４ｂにコイル４ｃを巻回したコイルユニット部４を用意し、コイルボビン４ｂにおける規制凸部３１と３２間における両側のヨーク仮保持部に各ヨーク３ｐ，ｑをそれぞれ装着する。即ち、一方のヨーク３ｐは規制凸部３１と３２間における一方のヨーク仮保持部に挿入する。この際、ヨーク３ｐの傾斜端面３ｐｓ側をボビンバリア部２６ｓ側から挿入する。また、他方のヨーク３ｑは規制凸部３１と３２間における他方のヨーク仮保持部に挿入する。この際、ヨーク３ｑの傾斜端面３ｑｓ側をボビンバリア部２６ｔ側から挿入する。これにより、図２に示すように、ヨーク３ｐの傾斜端面３ｐｓが突出片部２８ｐの先端縁に当接するとともに、ヨーク３ｐの外周面３ｐｒが規制凸条部１４ｐ…に当接し、他方、ヨーク３ｑの傾斜端面３ｑｓが突出片部２８ｑの先端縁に当接するとともに、ヨーク３ｑの外周面３ｑｒが規制凸条部１４ｑ…に当接する。

次いで、ヨーク３ｐ，３ｑを装着したコイルユニット部４を、図２に示すように、ケーシング本体部１２ｍの内部に収容するとともに、さらに、マグネットロータ部２をボビン本体部２５の内部に収容し、シャフト２ｓの後側をケーシング本体部１２ｍに固定した軸受部２４ｔに挿通させることにより、マグネット２ｍをヨーク３ｐと３ｑ間に位置させる。また、カバー部１２ｃをケーシング本体部１２ｍの他端口の縁部に装着し、当該他端口を閉塞する。この際、シャフト２ｓの前側をカバー部１２ｃに予め固定した軸受部２４ｓに挿通させる。そして、ケーシング本体部１２ｍの他端口の縁部に一体形成した複数の押止片（不図示）を略直角に折曲してカバー部１２ｃを押さえ、ケーシング本体部１２ｍとカバー部１２ｃを一体化させる。

ところで、ヨーク３ｐの平坦端面３ｐｈは、ボビン本体部２５のボビンバリア部２６ｓから僅かに突出させているため、ケーシング本体部１２ｍにカバー部１２ｃを固定した際には、ヨーク３ｐは端面部１２ｔにより押圧され、平坦端面３ｐｈは、ボビンバリア部２６ｓの位置まで押し込まれ、押圧片部１３ｐにおける突出片部２８ｐの先端縁に傾斜端面３ｐｓが圧接する。この際、傾斜端面３ｐｓの圧接により、ヨーク３ｐは、シャフト２ｓ側にも押圧され、ヨーク３ｐの内側面が軸受部２４ｔの外周面にも圧接する。また、ヨーク３ｑ側においても同様の作用が生じ、ヨーク３ｑは端面部１２ｓにより押圧され、平坦端面３ｑｈは、ボビンバリア部２６ｔの位置まで押し込まれ、押圧片部１３ｑにおける突出片部２８ｑの先端縁に傾斜端面３ｑｓが圧接するとともに、ヨーク３ｑの内側面は軸受部２４ｓの外周面にも圧接する。このように、コイルボビン４ｂには、ヨーク３ｐ，３ｑを軸方向Ｆｓに押圧して端面部１２ｓ，１２ｔに当接させる一対の押圧片部１３ｐ，１３ｑをそれぞれ設けたため、各押圧片部１３ｐ，１３ｑにより各ヨーク３ｐ，３ｑを押圧できる。この結果、各ヨーク３ｐ，３ｑを、対応する各端面部１２ｓ，１２ｔに確実に圧接させることができ、もって、接触に伴う無用な損失増加を回避できる。

さらに、ヨーク３ｐの外周面３ｐｒは、二つの規制凸条部１４ｐ…に当接（圧接）するとともに、ヨーク３ｐの内周面３ｐｆは、軸受部２４ｓ，２４ｔの外周面に当接（圧接）して径方向Ｆｒの位置決めが行われる。また、ヨーク３ｑ側においても同様の作用が生じ、ヨーク３ｑの外周面３ｑｒは、二つの規制凸条部１４ｑ…に当接（圧接）するとともに、ヨーク３ｑの内周面３ｑｆは、軸受部２４ｓ，２４ｔの外周面に当接（圧接）して径方向Ｆｒの位置決めが行われる。このように、コイルボビン４ｂには、ヨーク３ｐ，３ｑの外周面３ｐｒ，３ｑｒに当接して当該ヨーク３ｐ，３ｑの径方向Ｆｒの位置決めを行う規制凸条部１４ｐ…，１４ｑ…をそれぞれ設けたため、マグネットロータ部２に対する各ヨーク３ｐ，３ｑの位置決めを正確かつ容易に行うことができるとともに、各ヨーク３ｐ，３ｑの固定を確実に行うことができる。

以上の工程を経て本実施形態に係る片励磁ロータリソレノイド１を組立てることができる。他方、以上の工程を経て得られた片励磁ロータリソレノイド１は、実質的にはロータリソレノイド本体を構成するため、片励磁ロータリソレノイド１を使用するに際しては、マグネットロータ部２の回動範囲Ｚｒを第一位置Ｘｆと第二位置Ｘｓ間に規制する規制機構１１を設ける。この場合、規制機構１１としては、図５に示すように、外部に突出したシャフト２ｓにレバー状の係合部４１を固定するとともに、片励磁ロータリソレノイド１の外部に、第一位置Ｘｆに対応した第一ストッパ部４２ｆと第二位置Ｘｓに対応した第二ストッパ部４２ｓをそれぞれ固定して配することにより、規制機構１１を構成する。これにより、マグネットロータ部２の回動範囲Ｚｒを確実に規制することができる。

次に、本実施形態に係る片励磁ロータリソレノイド１の全体動作について、図５〜図８を参照して説明する。

図６は本実施形態に係る片励磁ロータリソレノイド１の磁気モーメント角度対トルク特性を示す。今、係合部４１は、図５（ａ）に示すように、第一位置Ｘｆ側に位置し、第一ストッパ部４２ｆに当接した状態にあるものとする。この場合、通電は解除されているが、マグネット２ｍの磁極は、それぞれ対面（対向）するヨーク３ｐ，３ｑ間の磁気吸引力により吸引されて位置が保持されている。このときのトルクは、図６中、特性線Ｒｉの第一位置（角度）Ｘｆにおけるトルクとなり、概ね−０．０５〔Ｎｍ〕である。したがって、係合部４１は、第一ストッパ部４２ｆに当接し、かつ０．０５〔Ｎｍ〕のトルクで圧接している。

一方、この状態において、コイル４ｃに通電すれば、各ヨーク３ｐ，３ｑに、図５（ｂ）に示す磁極（Ｓ極，Ｎ極）がそれぞれ発生する。これにより、異極同士は吸引し、同極同士は反発するため、マグネットロータ部２は、図中、時計方向（回動方向Ｆｍ）に回動変位し、係合部４１は、第二ストッパ部４２ｓに係止する図５（ｂ）の位置で停止する。通電時（ＯＮ時）のトルクは、図６に示す特性線Ｍｉに沿って変化する。また、係合部４１が第二ストッパ部４２ｓに係止するトルクは、図６中、特性線Ｍｉの第二位置（角度）Ｘｓにおけるトルクとなり、概ね０．１３〔Ｎｍ〕である。したがって、係合部４１は第二ストッパ部４２ｓに当接し、かつ０．１３〔Ｎｍ〕のトルクで圧接している。

他方、この状態でコイル４ｃに対する通電を解除すれば、各ヨーク３ｐ，３ｑにおける磁極は消失する。これにより、マグネットロータ部２におけるマグネット２ｍの磁極は、それぞれ対面（対向）するヨーク３ｐ，３ｑ間の磁気吸引力により吸引されることにより、図中、反時計方向に回動変位、即ち、係合部４１が第二ストッパ部４２ｓから第一ストッパ部４２ｆ側に回動変位し、係合部４１が第一ストッパ部４２ｆに係止する図５（ａ）の位置に復帰して停止する。通電解除時（ＯＦＦ時）のトルクは、図６に示す特性線Ｒｉに沿って変化する。また、通電を解除した時点におけるトルクは、図６中、特性線Ｒｉの第二位置（角度）Ｘｓにおけるトルクとなり、概ね−０．７〔Ｎｍ〕である。したがって、０．７〔Ｎｍ〕のトルク（磁気吸引力）によりマグネットロータ部２の回動が開始し、第一位置Ｘｆ側に戻される。即ち、マグネットロータ部２におけるマグネット２ｍの磁力は、広いギャップＧｉ…側ではなく最も狭いギャップＧｒ…側に引き付けられることになり、磁気吸引力のみで第一位置Ｘｆへ復帰させることができる。

図８は、本実施形態に係る片励磁ロータリソレノイド１と従来技術に係る片励磁ロータリソレノイドを対比して示す磁気モーメント角度対トルク特性を示している。Ｍｉ，Ｒｉは、本実施形態に係る片励磁ロータリソレノイド１の特性線を示し、Ｍｉは通電時（ＯＮ時）、Ｒｉは通電解除時（ＯＦＦ時）である。したがって、基本的には、図６に示した特性線Ｍｉ，Ｒｉと同じである。一方、Ｍｒ，Ｒｒは、従来技術に係る片励磁ロータリソレノイドの特性線を示し、Ｍｒは通電時（ＯＮ時）、Ｒｒは通電解除時（ＯＦＦ時）である。また、Ｓｆはバネ自身の特性を示す。なお、例示する従来技術に係る片励磁ロータリソレノイドは、エアギャップ切欠部が無くかつバネ付のタイプであるが、従来製品の意味であって全体のソレノイド特性（ディメンション）は異なる。

前述したように、従来の片励磁ロータリソレノイドでは、トルクが比較的大きくなる回動範囲を設定しようとする場合、その回動範囲は双安定領域となるため、通電を解除した際にマグネットロータを第一位置Ｘｆまで戻すには、リターンスプリング等のバネにより強制的に戻す必要がある。この結果、通電時には、バネの位置エネルギを蓄えながら回動することになり、特性線Ｍｒで示すように、第二位置Ｘｓに近づくに従ってトルクが大きく低下し、良好なトルク特性（トルク性能）を得ることができない。また、第一位置Ｘｆまで戻す際には、回動方向Ｆｍにおける磁気吸引力に抗して、バネにより戻す必要があるため、特性線Ｒｒのように、通電解除時におけるマグネットロータの回動開始からのトルクが小さくなり、第一位置Ｘｆに復帰する時間が長くなる。

これに対して、本実施形態に係る片励磁ロータリソレノイド１では、特性線Ｍｉで示すように、通電時のトルクは全領域において、０．１〔Ｎｍ〕以上の安定した大きさを確保するとともに、特性線Ｒｉで示すように、通電解除時のトルクも−０．１〔Ｎｍ〕前後の比較的安定した大きさを確保している。そして、これらの特性（Ｍｉ，Ｒｉ）は、復帰用のバネを付設すること無しで得ることができる。

このように、本実施形態に係る片励磁ロータリソレノイド１によれば、ヨーク３ｐ，３ｑの内周面３ｐｆ，３ｑｆにおける後端位置から前方への所定範囲Ｌｐにわたって当該内周面３ｐｆ，３ｑｆとマグネット２ｍの外周面２ｍｆ間のギャップＧｒ…よりも広いギャップＧｉ…を形成する切欠状のエアギャップ形成部５ｐ，５ｑを設けたため、マグネットロータ部２に対して、トルクの比較的大きい回動範囲Ｚｒを設定する場合であっても、通電により第一位置Ｘｆから第二位置Ｘｓへ回動させた後、通電を解除しても、マグネットロータ部２におけるマグネット２ｍの磁力は、広いギャップＧｉ…側ではなく、狭いギャップＧｒ…側に引き付けられることになり、磁気吸引力のみで第一位置Ｘｆへ復帰させることができる。したがって、バネを含むリターン機構が不要になるため、第二位置Ｘｓに近づくに従ってトルクが大きく低下する不具合を解消でき、安定した良好なトルク特性（トルク性能）を得ることができるとともに、通電解除時におけるマグネットロータ部２の回動開始からの十分なトルクを確保でき、第一位置Ｘｆへの復帰時間が長くなる不具合も解消できる。また、片励磁ロータリソレノイド１を構成するに際し、少なくともバネを含むリターン機構の付設が不要になるため、無用な機械的損失の発生を回避でき、消費電力の低減及び動作効率の向上に寄与できるとともに、バネの弾性がマグネットロータ部２の動作（回動変位）に付加されないため、バネの経時的劣化（ズレやヘタリ等）により物性が変化した際における片励磁ロータリソレノイド１自身の性能変化を回避できる。加えて、部品点数の削減によるコストダウン，生産性向上及び小型化（省スペース性の向上）にも寄与できる。

以上、好適実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。

例えば、片励磁ロータリソレノイド１の基本形態は、図１〜図５に示した形態に限定されるものではなく、ステータ部３の形態やコイルユニット部４の形態は、同様の機能を有する各種形態により実施できる。一方、一対の異極は、二極に限定されるものではなく、四極や六極など、その極数は限定されない。また、規制機構１１は、同様の機能を有する公知の各種形態の規制機構を利用できるとともに、例示の規制機構１１は、片励磁ロータリソレノイド１の外部に付設した形態であるが、片励磁ロータリソレノイド１の内部、即ち、ケーシング１２の内部に設けてもよい。

本発明に係る片励磁ロータリソレノイドは、マグネットロータ部を、コイルへの通電により第二位置まで回動変位させ、かつ通電の解除により第一位置まで復帰させる機能を有する各種の片励磁ロータリソレノイドに利用できるとともに、片励磁ロータリソレノイドの用途は限定されない。

１：片励磁ロータリソレノイド，２：マグネットロータ部，２ｓ：シャフト，２ｍ：マグネット，２ｍｆ：マグネットの外周面，３：ステータ部，３ｐ：ヨーク，３ｑ：ヨーク，３ｐｆ：ヨークの内周面，３ｑｆ：ヨークの内周面，３ｐｒ：ヨークの外周面，３ｑｒ：ヨークの外周面，４：コイルユニット部，４ｂ：コイルボビン，４ｃ：コイル，５ｐ：エアギャップ形成部，５ｑ：エアギャップ形成部，１１：規制機構，１２：ケーシング，１２ｓ：端面部，１２ｔ：端面部，１３ｐ：押圧片部，１３ｑ：押圧片部，１４ｐ…：規制凸条部，１４ｑ…：規制凸条部，２４ｓ：軸受部，２４ｔ：軸受部，Ｘｆ：第一位置，Ｘｓ：第二位置，Ｆｍ：回動方向，Ｆｆ：周方向，Ｆｓ：軸方向，Ｆｒ：径方向，Ｌｐ…：所定範囲，Ｌｍ…：ヨークの内周面の周方向の長さ，Ｇｒ…：ヨークの内周面とマグネットの外周面間のギャップ，Ｇｉ…：エアギャップ形成部により形成されるギャップ，Ｚｒ：マグネットロータ部の回動範囲

Claims (2)

1. シャフトに少なくとも一対の異極を有するマグネットを設けたマグネットロータ部と、前記マグネットの外周面に対向する内周面を有し、かつ位置が固定された少なくとも一対のヨークを有するステータ部と、コイルボビンに巻回したコイルにより前記ヨークに磁極を発生させるコイルユニット部とを備え、前記マグネットロータ部を、前記コイルへの通電により第一位置から第二位置まで回動変位させ、かつ前記通電の解除により第二位置から第一位置へ復帰させる片励磁ロータリソレノイドであって、前記一対のヨークをそれぞれブロック体として一体形成し、前記マグネットロータ部の通電時の回動方向を前方としたときに、前記ヨークの内周面における後端位置から前方へ、当該内周面の周方向の長さに対して１／２以下となり、かつ当該内周面と前記マグネットの外周面間のギャップよりも広いギャップを形成する切欠状のエアギャップ形成部を設け、他方、前記コイルボビンに設けた押圧片部により、一方のヨークを軸方向に押圧して前記ステータ部を構成するケーシングの軸方向両端に有する一方の端面部に当接させ、かつ他方のヨークを軸方向に押圧して他方の端面部に当接させるとともに、前記コイルボビンに設けた規制凸条部を前記ヨークの外周面に当接させ、かつ当該ヨークの内周面を前記シャフトを支持する軸受部の外周面に当接させて前記ヨークの径方向における位置決めを行う構成を備えることを特徴とする片励磁ロータリソレノイド。
2. 前記マグネットロータ部の回動範囲を前記第一位置と第二位置間に規制する規制機構を備えることを特徴とする請求項１記載の片励磁ロータリソレノイド。

Images