JP6093940B2

JP6093940B2 - ロータリーソレノイドを用いたパチンコ玉発射機

Info

Publication number: JP6093940B2
Application number: JP2013130695A
Authority: JP
Inventors: 章吾佐々木; 真一山崎
Original assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Current assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority date: 2013-06-21
Filing date: 2013-06-21
Publication date: 2017-03-15
Anticipated expiration: 2033-06-21
Also published as: JP2015006090A

Description

本発明は、ロータリーソレノイドを用いたパチンコ玉発射機に関し、特に、ステータの各突出ヨークに半円筒部を設けると共に、ロータである輪状マグネットに直径方向の着磁を形成して少なくとも１６０度の有限角回動を得るようにするための新規な改良に関する。

従来、用いられていたこの種のロータリーソレノイドとしては、例えば、特許文献１の構成（回動アクチエータ）が用いられ、図示していないが、マグネットからなるロータのＮ極とＳ極の着磁バランスを１８０度ずつではなくアンバランスな角度範囲に形成して、停止可能な位置を増加させることができるように構成されている。

また、他の従来構成としては、図２７及び図２８に示される構成があるが、全体が枠状をなすステータ１の両面に第１、第２蓋体２,３が設けられ、この第１、第２蓋体２,３に設けられた第１、第２軸受４,５間には、ロータ６を有する回転軸７が回転自在に設けられている。
前記第２軸受５から外方に突出する前記回転軸７の一端７ａには、鋼球（パチンコ玉）を打つためのハンマー８が設けられている。
前記ロータ６は、シリコン金属で形成された磁性体で構成されている。
前記ステータ１の内面には、互いに１８０度対向するように第１、第２突出ヨーク９,１０が形成され、各突出ヨーク９,１０には、互いに直列接続されてドライバ１１に接続された第１、第２コイル１２,１３が設けられている。

前述の図２７及び図２８の従来構成において、同図中に示した方向に励磁電流Ｉをドライバ１１からコイルに流すと、磁束φ_１が生ずる。生じたφ_１によってトルクＴが発生して、回転子角度θのマイナス方向へ回転子が回転するために鋼玉を発射する。
鋼球発射装置の鋼球飛距離は、鋼球を発射するときの回転子の角速度ωに比例する。また、ωの時間変化である角加速度αは下式で与えられる。
α＝Ｔ／Ｊ（ｒａｄ／ｓ²） (1)
ここに、Ｔ：トルク（Ｎ・ｍ）．Ｊ：慣性モーメント（ｋｇｍ²）
鋼玉飛距離向上のためには、αを増加させる必要がある。従って、Ｔを増加させること、すなわち、回転子の初期位置から発射位置θ＝０°までの角度（以下、振り角度）におけるＴの面積を増加させる必要がある。
前述の図２７と図２８で示す従来構成のロータリーソレノイドを用いたパチンコ玉発射機における概略構成は、図２９で示される基本構造であり、前述の励磁電流Ｉを印加した時のロータ６の各回動角度毎の周知のＦＥＭ（有限要素法）による予測磁束変化は、図３１から図３７に示されるとおりで、実際には、図３０で示されるように、１００度までしか回転トルクＴ（Ｎ・ｍ）を得ることができないことが判明した。

特許第２９６８７４８号公報

従来のロータリーソレノイド及びロータリーソレノイドを用いたパチンコ玉発射機は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、前述の特許文献１の回動アクチュエータの場合、ロータをなすマグネットのＮ極及びＳ極の着磁バランスを変更して停止可能な位置を変更する構成であるため、回転角度を大きくするには限度があった。
また、図２７及び図２８で示される従来構成の場合、各突出ヨークの角度範囲が狭いために、シリコン金属からなるロータの回転角度は５４度が限度であるため、パチンコ玉を打つハンマーの回転角度を大きくすることは困難であった。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、ステータの各突出ヨークに半円筒部を設けると共に、ロータである輪状マグネットに直径方向の着磁を形成して少なくとも１６０度の有限角回動を得ることを目的とする。

本発明によるロータリーソレノイドを用いたパチンコ玉発射機は、全体形状が枠状をなし１８０度対向するように内方へ突出する第１、第２突出ヨークを有するステータと、前記各突出ヨークに巻回され互いに直列接続された第１、第２コイルと、前記ステータの各端面に設けられた第１、第２蓋体と、前記各蓋体に設けられた第１、第２軸受と、前記各軸受間に設けられ輪状マグネットからなるロータを有すると共に、前記ロータを軸方向に沿って貫通する回転軸と、前記回転軸に設けられたハンマーと、を備え、前記各コイルの励磁により前記ロータ及びハンマーを、前記回転軸を回転中心として前記ロータの回転方向に沿って、有限角回動させてパチンコ玉の発射を行うようにしたロータリーソレノイドを用いたパチンコ玉発射機において、前記各突出ヨークの内端には前記ロータの周面に沿って曲折し半円筒状をなす第１、第２半円筒部が形成され、前記各半円筒部の内端には一対の第１内端面及び一対の第２内端面が形成され、前記第１内端面と第２内端面との間には所定角度範囲の空隙が形成され、前記ロータには直径方向の着磁が形成され、前記コイルのコイル電流による第１磁束は、前記ロータによる第２磁束よりも小に設定され、前記ロータは少なくとも１６０度回動するようにした構成である。

本発明によるロータリーソレノイドを用いたパチンコ玉発射機は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、全体形状が枠状をなし１８０度対向するように内方へ突出する第１、第２突出ヨークを有するステータと、前記各突出ヨークに巻回され互いに直列接続された第１、第２コイルと、前記ステータの各端面に設けられた第１、第２蓋体と、前記各蓋体に設けられた第１、第２軸受と、前記各軸受間に設けられ輪状マグネットからなるロータを有すると共に、前記ロータを軸方向に沿って貫通する回転軸と、前記回転軸に設けられたハンマーと、を備え、前記各コイルの励磁により前記ロータ及びハンマーを、前記回転軸を回転中心として前記ロータの回転方向に沿って、有限角回動させてパチンコ玉の発射を行うようにしたロータリーソレノイドを用いたパチンコ玉発射機において、前記各突出ヨークの内端には前記ロータの周面に沿って曲折し半円筒状をなす第１、第２半円筒部が形成され、前記各半円筒部の内端には一対の第１内端面及び一対の第２内端面が形成され、前記第１内端面と第２内端面との間には所定角度範囲の空隙が形成され、前記ロータには直径方向の着磁が形成され、前記コイルのコイル電流による第１磁束は、前記ロータによる第２磁束よりも小に設定され、前記ロータは少なくとも１６０度回動することにより、ハンマーを少なくとも１６０度回転させることができ、コイルの巻線量を従来よりも少なくしてパチンコ玉発射機の小型化及び低消費電力化を達成することができる。

本発明によるロータリーソレノイドを用いたパチンコ玉発射機の正面断面図である。図１の側断面図である。図１のロータの回転動作図である。図２の要部の正面図である。図４の側面図である。図１のロータリーソレノイドのトルクＴ−ロータ角度θ特性図である。図１のパチンコ玉発射機の鋼球飛距離の測定ブロック図である。図７の鋼球飛距離―励磁電流特性図である。図１のパチンコ玉発射機のステータ形状を示す構成図である。図１のロータのトルクとロータ角度を示す実測値である。図１のロータ角度θ＝０°を示すＦＥＭによる磁束の分布図である。図１１のθ＝３０°の分布図である。図１１のθ＝６０°の分布図である。図１１のθ＝９０°の分布図である。図１１のθ＝１２０°の分布図である。図１１のθ＝１５０°の分布図である。図１１のθ＝１８０°の分布図である。比較例１のステータ形状の正面図である。図１のロータのトルクＴ−ロータ角度特性図である。図１８のロータリーソレノイドのロータ角度θ＝０°の時のＦＥＭによる磁束の分布図である。図２０のθ＝３０°の分布図である。図２０のθ＝６０°の分布図である。図２０のθ＝９０°の分布図である。図２０のθ＝１２０°の分布図である。図２０のθ＝１５０°の分布図である。図２０のθ＝１８０°の分布図である。従来のロータリーソレノイドを用いたパチンコ玉発射機の正面断面図である。図２７の側断面図である。図２７すなわち比較例２のステータを示す正面図である。図２９のロータの角度とトルク特性図である。図２９のロータリーソレノイドのロータ角度θ＝０°の時のＦＥＭによる磁束の分布図である。図３１のθ＝３０°を示す分布図である。図３１のθ＝６０°を示す分布図である。図３１のθ＝９０°を示す分布図である。図３１のθ＝１２０°を示す分布図である。図３１のθ＝１５０°を示す分布図である。図３１のθ＝１８０°を示す分布図である。

本発明は、ステータの各突出ヨークに半円筒部を設けると共に、ロータである輪状マグネットに直径方向の着磁を形成して少なくとも１６０度の有限角回動を得る構成である。

以下、図面と共に本発明によるロータリーソレノイドを用いたパチンコ玉発射機の好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分には同一符号を付して説明する。
図１及び図２において、全体が枠状をなすステータ１の両面に第１、第２蓋体２,３が設けられ、この第１、第２蓋体２,３に設けられた第１、第２軸受４,５間には、ロータ６を有する回転軸７が回転自在に設けられている。尚、前記回転軸７は、前記ロータ６を軸方向に沿って貫通している。
前記第２軸受５から外方に突出する前記回転軸７の一端７ａには、鋼球２０（パチンコ玉）を打つためのハンマー８が設けられている。

前記ロータ６は、マグネットよりなり、その直径方向に着磁が形成されている。
前記ステータ１の内面には、１８０度対向するように内方へ突出する第１、第２突出ヨーク９,１０が形成され、前記各突出ヨーク９,１０には互いに直列接続された第１、第２コイル１２,１３が巻回して設けられている。

前記各突出ヨーク９,１０の内端には、前記ロータ６の周面に沿って曲折し全体形状が半円筒状をなす第１、第２半円筒部２１,２２が一体状に形成され、前記各半円筒部２１,２２の内端には一対の第１内端面２１ａ及び一対の第２内端面２２ａが形成され、前記各第１内端面２１ａと各第２内端面２２ａとの間には、互いに磁気的に結合することのないような所定角度範囲の一対の空隙２３が形成されている。
尚、前記各コイル１２,１３のコイル電流（励磁電流Ｉ）による第１磁束φ_１は、マグネットのロータ６による第２磁束φ_ｍより小となるように設定されている。

図２は、図１のステータ１とロータ６を用いたパチンコ玉発射機３０を示す断面図であり、回転軸７の一端７ａにパチンコ玉２０を打つためのハンマー８が設けられている。
図４では、前記第２蓋体３に前記ハンマー８の戻り動作を停止させるためのゴム等の弾性体からなるストッパ３１が前記第２蓋体３に設けられている。
前記第２蓋体３の前記ストッパ３１の下方位置には、パチンコ玉２０を発射するため前記パチンコ玉２０を保持するためのレール３２が設けられている。

次に、動作について説明する。図１に示した方向に励磁電流Ｉをコイルに流すと、磁束φ_１が生ずる。生じたφ_１によってトルクＴが発生して、回転子角度θのマイナス方向へロータ６が回転するために鋼球を発射する。
パチンコ玉発射機３０のパチンコ球飛距離は、パチンコ玉を発射するときの回転子の角速度ωに比例する。また、ωの時間変化である角加速度αは下式で与えられる。
α＝Ｔ／Ｊ（ｒａｄ／ｓ²） (1)
ここに、Ｔ：トルク（Ｎ・ｍ）．Ｊ：慣性モーメント（ｋｇｍ²）
パチンコ玉飛距離向上のためには、αを増加させる必要がある。従って、Ｔを増加させること、すなわち、回転子の初期位置から発射位置θ＝０°までの角度（以下、振り角度）におけるＴの面積を増加させる必要がある。そのため、ロータ６に直径方向の着磁を施した永久磁石を用いて、振り角度を拡大する提案構造を提案している。
尚、図３の（Ａ）は磁束φ_１と磁束φ_ｍ（φ_１＜φ_ｍ）の関係でロータ６が矢印の方向に回転し、図３の（Ｂ）は磁束φ_１と磁束φ_ｍが吸引することにより図３の（Ａ）の戻る状態を示している。

図１及び図２に示したロータリーソレノイドを用いたパチンコ玉発射機３０は、第２蓋体３に固定されたレール３２によってパチンコ玉２０が支持されており、ストッパ３１によってハンマー８が初期位置に保持された構造である。コイル１２,１３は、導体径０．３７ｍｍ、巻数２００回のコイルボビンを使用しており、従来構造および提案構造では同一とした。また、提案構造と従来構造のロータ６の初期位置θは、それぞれ１６０°と５４°とした。さらに、提案構造の永久磁石は、住友金属鉱山社製のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系のプラスチックマグネット(Wellmax-N7S)を用いており、保持力Ｈ_ｃ３５０ｋＡ／ｍ、残留磁束密度Ｂ_ｒ５６０ｍＴ、最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘ５１ｋＪ／ｍ^３の使用値である。
図６に励磁電流Ｉ＝２Ａにおけるシルクロータ角度特性を示した。提案構造において、Ｈ_ｅ，Ｂ_ｒ＝１００％を用いたＦＥＭ計算値と実測値は、θ＝１０−６０°の範囲において差異が大きく、最大では２６％の差となった。そこで、Ｈ_ｅ，Ｂ_ｒ＝８５％としたＦＥＭ計算値と実測値を比較するとθ＝６０−１１０°の範囲において差異が生じたが、最大でも９％の差となった。従って、永久磁石の特性が仕様値の８５％程度しか得られなかったことから差が生じたと考えられる。また、実測値において、従来構造と提案構造の振り角度におけるＴの面積は、従来構造と比較して１．３５倍に増加した。

図７にパチンコ玉飛距離の測定ブロック図を示した。また、電流励磁時間ｔ_１は、電流を流してから鋼球を発射するまでに十分な時間（従来構造：２９ｍｓ、提案構造：８０ｍｓ）を実測から求めて適用した。
図８にパチンコ玉飛距離−励磁電流特性を示した。従来構造と提案構造のパチンコ玉飛距離は励磁電流Ｉ＝２Ａにおいて、それぞれ１．４３ｍと２．６１ｍであり、従来構造と比較して１．８３倍に向上した。これは、ロータ６に直径方向の着磁を施した永久磁石を用いたことによって、振り角度を拡大させることができ、Ｔの面積が増加したためである。すなわち、ロータ６の永久磁石とステータ１の電磁石による吸引トルクと反発トルクの２つを利用してハンマー８の可動角度を大きくして、ハンマー８の加速を向上させることができる。

図９は本発明によるパチンコ玉発射機４０の基本構成を示し、ロータ角度θ−トルクＴのθ−Ｔ特性は図１０で示されるようにθ＝１７０度（少なくとも１６０度まで）までトルクＴを得ることができ、周知のＦＥＭの計算に基づく磁束の分布予測は図１１から図１７で示されるように、０度、３０度、６０度、９０度、１２０度、１５０度、１８０度の場合が示されている。

図１８は、比較例１のステータ１で、ロータ６の周面全てに対応する円筒状の円筒部５０を用い、そのロータ角度θ−トルクＴの特性は図１９に示されるようにθ＝１１０度までしかトルクを得ることができない。
また、周知のＦＥＭの計算に基づく磁束の分布予測は図２０から図２６で示されるように、０度、３０度、６０度、９０度、１２０度、１５０度、１８０度の場合が示されている。尚、前記ロータ６及びハンマー８は、前記回転軸７を回転中心としてロータ６の回転方向に沿って、有限角回動している。

本発明によるロータリーソレノイドを用いたパチンコ玉発射機は、大きいトルクが得られるため、従来よりも著しく小型化及び低消費電力化を達成することができる。

１ステータ
２第１蓋体
３第２蓋体
４,５第１、第２軸受
６ロータ
７回転軸
７ａ一端
８ハンマー
９,１０第１、第２突出ヨーク
１１ドライバ
１２,１３第１、第２コイル
２０パチンコ玉
２１,２２第１、第２半円筒部
２１ａ，２２ａ第１、第２内端面
２３空隙
３０パチンコ玉発射機
３１ストッパ
３２レール

Claims

全体形状が枠状をなし１８０度対向するように内方へ突出する第１、第２突出ヨーク(9,10)を有するステータ(1)と、前記各突出ヨーク(9,10)に巻回され互いに直列接続された第１、第２コイル(12,13)と、前記ステータ(1)の各端面に設けられた第１、第２蓋体(2,3)と、前記各蓋体(2,3)に設けられた第１、第２軸受(4,5)と、前記各軸受(4,5)間に設けられ輪状マグネットからなるロータ(6)を有すると共に、前記ロータ(6)を軸方向(B)に沿って貫通する回転軸(7)と、前記回転軸(7)に設けられたハンマー(8)と、を備え、
前記各コイル(12,13)の励磁により前記ロータ(6)及びハンマー(8)を、前記回転軸(7)を回転中心として前記ロータ(6)の回転方向に沿って、有限角回動させてパチンコ玉の発射を行うようにしたロータリーソレノイドを用いたパチンコ玉発射機において、
前記各突出ヨーク(9,10)の内端には前記ロータ(6)の周面に沿って曲折し半円筒状をなす第１、第２半円筒部(21,22)が形成され、前記各半円筒部(21,22)の内端には一対の第１内端面(21a)及び一対の第２内端面(22a)が形成され、前記第１内端面(21a)と第２内端面(22a)との間には所定角度範囲の空隙(23)が形成され、前記ロータ(6)には直径方向の着磁が形成され、前記コイル(12,13)のコイル電流による第１磁束(φ₁)は、前記ロータ(6)による第２磁束(φ_ｍ)よりも小に設定され、前記ロータ(6)は少なくとも１６０度回動することを特徴とするロータリーソレノイドを用いたパチンコ玉発射機。