JP6177269B2 - ソレノイド装置 - Google Patents

Description

本発明は、可動部とこの可動部を電磁気力により少なくとも第一停止位置と第二停止位置へ選択的に変位可能なステータ部を備えるソレノイド装置に関する。

従来、ハウジングの内部に配した一対のコイルからなるコイル部を有するステータ部と、コイル間に配し、かつハウジングの内部に回動自在に支持されたシャフトにマグネット部を設けたロータ部とを備え、コイル部に対する通電切換により、シャフト（出力軸）を右側位置又は左側位置へ選択的に変位させることができるようにした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。このロータリソレノイド装置は、ロータリソレノイド本体のシャフトに取付けた作用部材を板材により形成し、この板材に規制孔部を設けるとともに、ロータリソレノイド本体の一方の端面部に、規制孔部に係合して作用部材の回動変位範囲を規制する規制突起部を設けたものである。

ところで、この種のロータリソレノイド装置は、基本的な構成として、筒形のヨークの内部に配した一対のコイル部を有するステータと、当該コイル部間に配し、かつヨークの両側に配した一対の端板部に回動自在に支持されたシャフトに二極マグネットを設けたマグネットロータを備えるため、シャフト（出力軸）を右側位置又は左側位置の二位置へ選択的に変位させる機能は備えるも、右側位置と左側位置間における任意の位置へ自由に変位（停止）させることができない。したがって、用途においても二位置に切換えることを目的とした切換機構や選択機構などに限定される難点があった。

なお、右側位置と左側位置間における任意の位置へ自由に変位させることができる他の原理を用いた変位装置としては、例えば、電動モータとギア機構を組合わせた変位機構或いはステッピングモータ等の他の原理を利用した駆動アクチュエータなどが公知である。しかし、このような他の原理を用いた変位装置は、相応の機構部品や部材或いは機構の組合わせを必要とするため、装置の大型化，重量アップ及びコストアップが避けられないとともに、特に、ロータリソレノイドのようなコンパクト性，使い勝手及び特性（性能）を確保することが困難となる問題がある。

そこで、本出願人は、既に、特許文献２により、この問題を解決するためのロータリアクチュエータ装置を提案した。このロータリアクチュエータ装置は、二位置に切換える本来のロータリソレノイドの機能に加え、二位置間における任意の位置へ自由に変位（停止）させることにより、ロータリソレノイドの多用途性（汎用性）及び多機能性を高めるとともに、従来のロータリソレノイドにおける延長線上の改良により容易に実施可能にすることを目的としたものであり、具体的には、ハウジングの内部に配した一対のコイルからなるコイル部を有するステータ部と、前記コイル間に配し、かつ前記ハウジングの内部に回動自在に支持されたシャフトに二極のマグネット部を設けたロータ部とを備えるロータリアクチュエータ装置において、前記一対のコイルを前記ステータ部の周方向における１８０〔゜〕対称位置以外の位置にそれぞれ配して第一磁極部及び第二磁極部を構成し、かつ前記コイル部の非通電状態における前記ロータ部の停止位置から回動変位する当該ロータ部に対してバックテンションを付与するバックテンション付与手段を設けるとともに、少なくとも前記コイル部に流す駆動電流の大きさを可変制御可能な通電制御手段を設けたものである。

特開２００１−２５８２３３号公報 特開２００８−３０１６２６号公報

しかし、上述した特許文献２で開示されるロータリアクチュエータ装置は、次のような解決すべき課題も残されていた。

第一に、右側位置と左側位置間における中間停止位置が中央の一点に固定されるため、用途として特定の目的に限定されてしまう。即ち、停止位置を変更できないため、他の目的の用途に転用しにくく、汎用性に劣るとともに、応用性及び発展性にも難がある。しかも、中間停止位置を設定しても、回動変位するロータ部を停止させる場合、慣性によりオーバーシュート（アンダーシュート）を生じ易いなど、中間停止位置に迅速かつ安定に停止させることが容易でない。

第二に、制御系を含めた全体の構成が煩雑化しやすい。特に、ステータ部におけるケーシング及びヨークを含めた構成（形状）が複雑になり、ケーシング及びヨークの製作工程や巻線工程等の製造工程全体が煩雑化しやすい。結局、部品コスト及び製造工数の増加に伴う全体のコストアップを招く。しかも、ケーシングの内部にデッドスペースを生じやすいため、一般的なロータリソレノイドに対して同一能力を確保するには、アクチュエータ装置の大型化を招く。

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ソレノイド装置の提供を目的とするものである。

本発明に係るソレノイド装置１は、上述した課題を解決するため、回動変位自在に支持される駆動シャフト１４ｓに対してＮ極とＳ極を径方向Ｗｄに配したマグネット１４ｍを有するロータ部１４により構成した可動部２と、ヨーク本体部２１ｏの内周面における１８０〔°〕対向した一対のコア部２１ｐ，２１ｑに巻回したコイル１３ｐｃ，１３ｑｃの励磁により対峙するＮ極又はＳ極を発生する一対の磁極部１３ｐ，１３ｑを有し、電磁気力により可動部２を第一停止位置Ｘ１と第二停止位置Ｘ２へ変位可能なステータ部３と、このステータ部３を制御することにより可動部２を少なくとも第一停止位置Ｘ１と第二停止位置Ｘ２へ選択的に変位可能な駆動制御部と、可動部２に係止し、当該可動部２の自己保持力により第一停止位置Ｘ１又は第二停止位置Ｘ２に停止させる一対のストッパ部１２ｐ，１２ｑとを備えるソレノイド装置を構成するに際して、第一停止位置Ｘ１と第二停止位置Ｘ２間における可動部２の予め設定した任意の中間停止位置Ｘｎを検出可能な位置センサ部５と、この位置センサ部５の検出結果に基づき、可動部２が中間停止位置Ｘｎに停止するように、ステータ部３をフィードバック制御による位置制御を行うとともに、少なくとも位置制御時にステータ部３に対してパルス駆動電圧Ｖｐを印加し、このパルス駆動電圧Ｖｐに対してパルス幅制御を行うことによりトルクの大きさを調整可能なトルク調整機能Ｆｔを有する駆動制御部６と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、位置センサ部５は、ホール素子５ｓｈを用いた磁気センサ５ｓにより構成することができる。また、ソレノイド装置１は、可動部２を、ステータ部３の制御により第一停止位置Ｘ１及び第二停止位置Ｘ２へ変位させる双安定ソレノイド１ｗとして構成することができる。

このような構成を有する本発明に係るソレノイド装置１によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１） 位置センサ部５による可動部２の位置の検出結果に基づき、可動部２を第一停止位置Ｘ１と第二停止位置Ｘ２間における予め設定した任意の中間停止位置Ｘｎに停止するように、ステータ部３をフィードバック制御による位置制御を行う駆動制御部６とを備えるため、中間停止位置Ｘｎを任意の位置に選定できる。したがって、様々な目的を有する各種用途に利用できるなど、一製品としての、汎用性、更には応用性及び発展性を高めることができる。

（２） 基本的には、駆動制御部６により、フィードバック制御による位置制御を行うのみで対応でき、ケーシング及びヨークを備えるステータ部３は、一般的な基本構造をそのまま利用できる。即ち、一般的なソレノイドに対しての構成上（形状上）の変更は不要となる。したがって、追加及び変更する主要な部品類としては、位置センサ部５と駆動制御部６のみとなるため、大幅な低コスト化を実現できるとともに、ソレノイド装置１が大型化する不具合も回避できる。

（３） 駆動制御部６には、少なくとも位置制御時にステータ部３のトルクの大きさを調整可能なトルク調整機能Ｆｔを設けたため、可動部２が停止する際の停止力（外力に対する位置保持力）を任意の大きさに調整し、負荷の大きさに対応した停止力の最適化を図ることができる。これにより、中間停止位置Ｘｎに停止する際のオーバーシュート（アンダーシュート）の低減，停止させる際の迅速性，安定性及び正確性等をより高めることができる。

（４） トルク調整機能Ｆｔは、ステータ部３に対してパルス駆動電圧Ｖｐを印加するとともに、このパルス駆動電圧Ｖｐに対してＰＷＭ（パルス幅変調）制御を行うことによりトルクの大きさを調整可能に構成したため、比較的簡単な制御系の構成により制御性の高いトルク調整を行うことができる。

（５） 可動部２に係止し、当該可動部２の自己保持力により第一停止位置Ｘ１又は第二停止位置Ｘ２に停止させる一対のストッパ部１２ｐ，１２ｑを設けたため、最大出力により動作させる場合であっても、変位する可動部２の脱調を防止し、可動部２をより確実かつ迅速に停止させることができる。即ち、第一停止位置Ｘ１及び第二停止位置Ｘ２における停止も駆動制御部６の制御により実現可能であるが、ストッパ部１２ｐ，１２ｑを設けることにより機械的に保持可能になるため、確実かつ迅速に停止させることができるとともに、自己保持力による保持が可能になり、停止時における電力消費を不要にできるため、省エネルギ性の向上にも寄与できる。

（６） ステータ部３を構成するに際し、コイル１３ｐｃ，１３ｑｃの励磁により対峙する二極を発生する一対の磁極部１３ｐ，１３ｑを設けて構成したため、いわばソレノイド装置１の利点である最少単位の原理構造により実現でき、実施する際における更なる低コスト化及び小型化に寄与できる。加えて、二極のソレノイドとしての利点、即ち、トルクリプルやコキングがないため、負荷に拘わらずスムームに移動させることができるとともに、ヒステリシスが生じないなどの利点も享受できる。

（７） 好適な態様により、位置センサ部５を構成するに際し、ホール素子５ｓｈを用いた磁気センサ５ｓにより構成すれば、簡易な構造により検出機能を実現できる。これにより、比較的低コストに実施できるとともに、配設スペースも少なくて済むため、センサ全体の小型化にも寄与できる。即ち、ソレノイド装置１の場合、可動部２の可動範囲が比較的狭い角度範囲に留まるため、モータ類の場合に必要なロータリエンコーダ等の高価な部品や関係する制御回路等が不要となり、低コスト化及び小型化を実現できる。

本発明の好適実施形態に係るソレノイド装置（ロータリソレノイド）全体の原理的断面正面図、 同ソレノイド装置におけるソレノイド本体の原理的断面側面図、 同ソレノイド装置の可動部が第一停止位置にある状態の位置センサ部を背面方向から見た構成図、 同ソレノイド装置の可動部が中間停止位置にある状態の位置センサ部を背面方向から見た構成図、 同ソレノイド装置における駆動制御システムのブロック構成図、 同ソレノイド装置の動作を説明するためのフローチャート、 同ソレノイド装置の動作時における各部の状態及び信号を示すタイミングチャート、 同ソレノイド装置の動作に基づく作用を説明するための模式的構成図、 同ソレノイド装置の使用例の説明図、 本発明に関連した参考例に係るソレノイド装置（リニアソレノイド）の可動部が第一停止位置にある状態の断面側面図、 同参考例に係るソレノイド装置の可動部が第二停止位置にある状態の断面側面図、

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、本実施形態に係るソレノイド装置１の構成について、図１〜図５を参照して説明する。

図１〜図５は、ロータリソレノイド１Ｒ及び双安定ソレノイド１ｗとして構成したソレノイド装置１を示す。

図１は、ソレノイド装置１の全体構成を示す。３はステータ部であり、磁性体により形成したヨーク２１を備える。ヨーク２１は、筒形に形成したヨーク本体部２１ｏを備え、図２に示すように、ヨーク本体部２１ｏの一端には後端面部２１ｒを一体形成する。一方、ヨーク本体部２１ｏの他端は前端面部２１ｆにより閉塞する。この場合、前端面部２１ｆはヨーク本体部２１ｏに対して別体に形成することによりボルトナット等により固定する。なお、このヨーク２１はケーシングを兼ねている。

また、ヨーク本体部２１ｏの内周面における１８０゜対向位置には一対のコア部２１ｐ，２１ｑを一体形成し、先端はヨーク中心方向に突出させる。したがって、コア部２１ｐ，２１ｑの相対向する先端面は一対の磁極部１３ｐ，１３ｑとなる。そして、各コア部２１ｐ，２１ｑには図示を省略したコイルボビンを介してコイル１３ｐｃ，１３ｑｃをそれぞれ巻回する。これにより、コイル１３ｐｃ，１３ｑｃを励磁することにより対峙する二極（Ｓ極，Ｎ極）を発生する一対の磁極部１３ｐ，１３ｑを有するステータ部３が構成される。このように、ステータ部３を構成するに際し、コイル１３ｐｃ，１３ｑｃの励磁により対峙する二極を発生する一対の磁極部１３ｐ，１３ｑを設けて構成すれば、いわばソレノイド装置１の利点である最少単位の原理構造により実現できるため、実施する際における低コスト化及び小型化に寄与できる利点がある。加えて、二極のソレノイドとしての利点、即ち、トルクリプルやコキングがないため、負荷に拘わらずスムームに移動させることができるとともに、ヒステリシスが生じないなどの利点も享受できる。

さらに、前端面部２１ｆと後端面部２１ｒの各中心位置にはそれぞれ挿通孔を形成し、各挿通孔に軸受部２２ｆ，２２ｒを取付けるとともに、各軸受部２２ｆ，２２ｒにより、駆動シャフト１４ｓの軸方向両側の位置を回動自在に支持する。また、この駆動シャフト１４ｓの外周面上には、筒形に形成したマグネット１４ｍを装着して固定する。これにより、駆動シャフト１４ｓに対して二極、即ち、Ｎ極とＳ極を径方向Ｗｄに配したマグネット１４ｍを有するロータ部１４となる。なお、例示のマグネット１４ｍは、二分割した一対のマグネット半体の組合わせにより構成する。その他、２３ｆは、軸受部２２ｆとマグネット１４ｍ間に介在し、かつ駆動シャフト１４ｓを挿通させるカラーを示すとともに、２３ｒは、軸受部２２ｒとマグネット１４ｍ間に介在し、かつ駆動シャフト１４ｓを挿通させるカラーを示す。

一方、図２に示すように、前端面部２１ｆから外部に突出する駆動シャフト１４ｓには、係止レバー２５の一端を固定する。これにより、係止レバー２５の他端側は、駆動シャフト１４ｓの軸方向に対して直角方向（径方向Ｗｄ）に突出する。例示の場合、ロータ部１４に対して係止レバー２５を含めた構造体がソレノイド装置１における可動部２を構成する。さらに、係止レバー２５（可動部２）に係止し、この可動部２の自己保持力により第一停止位置Ｘ１又は第二停止位置Ｘ２に停止させる左右一対のストッパ部１２ｐ，１２ｑを付設する。このストッパ部１２ｐ，１２ｑは、可動部２に対して相対位置を固定して取付ける。例示の場合、ソレノイド装置１を取付ける取付部位等（不図示）に配した場合を示したが、ヨーク２１に直接取付けてもよい。また、例示の場合、ストッパ部１２ｐと１２ｑに係止する係止レバー２５の回動変位範囲は概ね６０〔°〕である。

このようなストッパ部１２ｐ，１２ｑを設ければ、最大出力により動作させる場合であっても、変位する可動部２（ロータ部１４）の脱調を防止し、可動部２をより確実かつ迅速に停止させることができる。即ち、第一停止位置Ｘ１及び第二停止位置Ｘ２における停止も駆動制御部６の制御により実現可能であるが、ストッパ部１２ｐ，１２ｑを設けることにより機械的に保持可能になるため、確実かつ迅速に停止させることができるとともに、自己保持力による保持が可能になり、停止時における電力消費を不要にできるため、省エネルギ性の向上にも寄与できる利点がある。以上がソレノイド装置１の機械的構造部分を構成するソレノイド本体１ｍとなる。

他方、ソレノイド装置１は、図１に示すように、ソレノイド本体１ｍを駆動制御する駆動制御システム１ｃを備える。この駆動制御システム１ｃは、可動部２の位置を検出する位置センサ部５と、この位置センサ部５の検出結果に対応してソレノイド本体１ｍを駆動制御する駆動制御部６を備え、この駆動制御部６は、さらに、制御ユニット６ｃと駆動ユニット６ｄを備えている。

位置センサ部５の構成を図２〜図４に示す。この位置センサ部５は、後端面部２１ｒの外側に配設し、可動側となるセンサマグネット３１及び固定側となる磁気センサ（検出器）５ｓにより構成することにより、可動部２（駆動シャフト１４ｓ）の回動位置を検出する機能を備える。この場合、後端面部２１ｒから外部に突出した駆動シャフト１４ｓにマグネット支持部３１ｓの一端を固定し、このマグネット支持部３１ｓの先端（他端）にセンサマグネット３１を取付ける。これにより、駆動シャフト１４ｓの回動によりマグネット部３１は当該駆動シャフト１４ｓを支点に旋回変位する。一方、後端面部２１ｒには、支持プレート３２を固定し、この支持プレート３２上に、磁気センサ５ｓを構成するホール素子５ｓｈを取付ける。このホール素子５ｓｈは、図２に示すように、センサマグネット３１に対して、所定の隙間を介して対向する。これにより、駆動シャフト１４ｓ（可動部２）が回動変位すれば、センサマグネット３１も一体に旋回変位するため、磁気センサ５ｓ（ホール素子５ｓｈ）の出力の大きさは、センサマグネット３１の旋回変位した位置に対応して変化するため、予め求めた旋回位置と出力の相関データに基づいて、可動部２の回動位置（位置データ）を得ることができる。

このように、位置センサ部５を構成するに際し、ホール素子５ｓｈを用いた磁気センサ５ｓにより構成すれば、簡易な構造により検出機能を実現できるため、比較的低コストに実施できるとともに、配設スペースも少なくて済むため、センサ全体の小型化にも寄与できる利点がある。即ち、ソレノイド装置１の場合、可動部２の可動範囲が比較的狭い角度範囲に留まるため、モータ類の場合に必要なロータリエンコーダ等の高価な部品や関係する制御回路等が不要となり、低コスト化及び小型化を実現できる。

一方、駆動制御部６の構成を図５に示す。６ｃは制御ユニットであり、制御回路５１を備えるとともに、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器５２を備える。これにより、前述した位置センサ部５から得られる検出結果、即ち、出力信号（アナログ信号）は、Ａ／Ｄ変換器５２に付与され、デジタル信号に変換されて制御回路５１に付与されるとともに、制御回路５１から出力する制御信号は、駆動ユニット６ｄに付与される。そして、駆動ユニット６ｄからソレノイド本体１ｍに対してパルス駆動電圧Ｖｄが印加される。したがって、駆動制御部６は、基本的な機能として、位置センサ部５の検出結果に対応してソレノイド本体１ｍを駆動制御する機能を備えるとともに、特に、本発明に従って、可動部２を第一停止位置Ｘ１と第二停止位置Ｘ２間における予め設定した任意の中間停止位置Ｘｎに停止するように、ステータ部３をフィードバック制御による位置制御を行う位置制御機能を備えている。

また、駆動制御部６には、ソレノイドコントローラ５３を備える。このソレノイドコントローラ５３は、ＣＰＵ及び付属する内部メモリ５３ｍ等のハードウェアを内蔵し、ソレノイド装置１全体の制御を司るコンピュータ機能を有している。なお、内部メモリ５３ｍは、データエリア５３ｍｄ及びプログラムエリア５３ｍｐを有し、データエリア５３ｍｄには、中間停止位置Ｘｎやトルクの大きさ等の設定データをはじめ各種データ類を書き込むとともに、プログラムエリア５３ｍｐには、制御モードに係わるシーケンスプログラム等の各種プログラム類を格納する。制御モードは、例えば、使用する用途に応じて、第一停止位置Ｘ１の停止時間，中間停止位置Ｘｎにおける停止時間やトルクの大きさ，第二停止位置Ｘ２の停止時間等のシーケンス制御パターンであり、このシーケンス制御パターンを実行するためのシーケンスプログラムを、予め特定の制御モードとして設定し、複数の異なるパターンに対応する各種制御モードを任意に選択できるようにしたものである。

さらに、ソレノイドコントローラ５３には操作部５４が付属する。この操作部５４により、図５に示す各種機能を実現するための操作入力を行うことができる。Ｆｔは、前述したトルク調整機能であり、操作部５４から、トルクの大きさとして、トルク値或いはトルクレベル大，中，小等を入力（又は選択）することにより、パルス駆動電圧Ｖｄを制御し、トルクの大きさを調整できる。特に、このトルク調整機能Ｆｔを実現するため、制御回路５１には、ステータ部３に印加するパルス駆動電圧Ｖｄに対してＰＷＭ（パルス幅変調）制御を行うための制御機能を備えている。例示の場合、パルス駆動電圧Ｖｐのパルス周波数は４０〔ｋＨｚ〕である。

このようなトルク調整機能Ｆｔを設ければ、可動部２が停止する際の停止力（外力に対する位置保持力）を任意の大きさに調整し、負荷の大きさに対応した停止力の最適化を図ることができる。これにより、中間停止位置Ｘｎに停止する際のオーバーシュート（アンダーシュート）の低減，停止させる際の迅速性，安定性及び正確性等をより高めることができる。なお、例示のように、パルス駆動電圧Ｖｐに対してＰＷＭ制御を行うことによりトルクの大きさを調整可能に構成した場合には、比較的簡単な制御系の構成により制御性の高いトルク調整を行うことができるが、その他、ステータ部３に印加される駆動電圧の大きさを制御することによりトルクの大きさを調整可能に構成することも可能である。

また、Ｆｘは、停止位置設定機能であり、操作部５４から、目標とする中間停止位置Ｘｎに係わる位置データを入力（又は選択）することにより、中間停止位置Ｘｎを、中央位置のみならず任意の位置に設定することができる。これにより、位置データは、指令データとして、ソレノイドコントローラ５３から制御回路５１に付与され、制御回路５１に既設定されている中間停止位置Ｘｎに係わる目標位置を書き換えることができる。さらに、Ｆｃは、モード切換機能であり、前述したように、予め設定した各種の制御モードを、操作部５４を介して任意の制御モードに切換えることができる。

次に、このような構成を有する本実施形態に係るソレノイド装置１の動作について、図６〜図９を参照し、一例として示すソレノイド装置１の使用方法とともに説明する。

図９（ａ）〜（ｃ）は、ソレノイド装置１の使用方法の一例である。符号Ｋｄは作用レバーであり、例示の場合、この作用レバーＫｄの一端を、図１及び図２に示すように、駆動シャフト１４ｓの先端部に取付けて使用する。図６は、ソレノイド装置１の動作を説明するためのフローチャートであり、以下、このフローチャートに従って使用方法及び動作について説明する。

まず、図９（ａ）〜（ｃ）に示す使用方法に対応する制御モードをモード切換機能Ｆｃにより選択する。今、図８（ａ）に示すように、係止レバー２５が左側のストッパ部１２ｐに係止し、第一停止位置Ｘ１に停止している状態を想定する。この状態では、駆動ユニット６ｄからの通電は無く、ステータ部３における磁極１３ｐ，１３ｑの発生はない。したがって、図８（ａ）に示すように、ロータ部１４におけるマグネット１４ｍのＮ極とコア部２１ｐが吸引状態となり、かつマグネット１４ｍのＳ極とコア部２１ｑが吸引状態となるため、係止レバー２５はストッパ部１２ｐに係止する方向に付勢される。これにより、係止レバー２５がストッパ部１２ｐに係止した状態、即ち、自己保持力により停止状態を維持する（ステップＳ１）。したがって、作用レバーＫｄも図９（ａ）に示す第一停止位置Ｘ１に位置している。

一方、図７は、ソレノイド装置１の動作時における各部の状態及び信号の大きさを示すタイミングチャートである。上述した図８（ａ）の状態において、制御回路５１に、ソレノイドコントローラ５３から図７（ａ）に示すトリガ（移行指令）Ｐｔが入力すれば、制御回路５１から対応する制御信号が駆動ユニット６ｄに付与され、さらに、駆動ユニット６ｄからソレノイド本体１ｍに対して、図７（ｃ）に符号Ｐｐｆで示す正のパルス駆動電圧Ｖｄが付与される（ステップＳ２，Ｓ３）。これにより、コイル１３ｐｃ，１３ｑｃに対する通電が行われ、図８（ａ）に示すように、磁極１３ｐには括弧内のＮ極が発生するとともに、磁極１３ｑには括弧内のＳ極が発生する。この結果、ロータ部１４は、図８（ａ）に示す矢印Ｗａ方向に回動変位する（ステップＳ４）。この場合、パルス駆動電圧Ｖｄは、１００〔％〕出力となり、実質的な直流出力となる。

そして、ロータ部１４が、図８（ｂ）に示す中間停止位置Ｘｎに到達すれば、この中間停止位置Ｘｎに停止するように、フィードバック制御による位置制御が行われる。中間停止位置Ｘｎでは、設定した位置データと検出した位置データ間の位置偏差は０になるため、この位置におけるパルス駆動電圧Ｖｄによる出力は、ロータ部１４を中間停止位置Ｘｎに維持するための最少限の出力となる（ステップＳ５，Ｓ６）。一方、図８（ｂ）に示すように、中間停止位置Ｘｎにおける係止レバー２５が、例えば、矢印Ｗｂ方向に変位すれば、正の位置偏差が発生し、ステータ部３はロータ部１４を矢印Ｗｃ方向へ回動変位させる磁極を発生させるとともに、中間停止位置Ｘｎにおける係止レバー２５が矢印Ｗｃ方向に変位すれば、負の位置偏差が発生し、ステータ部３はロータ部１４を矢印Ｗｂ方向へ回動変位させる磁極を発生させる。即ち、中間停止位置Ｘｎに停止するように、フィードバック制御による位置制御が行われる。この場合、位置制御時におけるパルス駆動電圧Ｖｐは、図７（ｃ）及び（ｃｓ）にように、符号Ｐｐｎで示す正側のパルス駆動電圧と符号Ｐｎｎで示す負側のパルス駆動電圧が交互に印加される波形となる。したがって、パルス駆動電圧Ｖｐの最大電圧は、低下することになり、図７（ｃ）に例示の場合には、７０〔％〕程度の大きさとなる。なお、図７（ｂ）は、中間停止位置Ｘｎにおける可動部２（係止レバー２５）を示している。

また、パルス駆動電圧Ｖｄは４０〔ＫＨｚ〕のパルス駆動信号のため、前述したトルク調整機能Ｆｔによりトルクの大きさを調整することができる。トルクの大きさを小さくなるように調整すれば、図８（ｂ）に示す矢印Ｗｂ方向の力と矢印Ｗｃ方向の力が共に小さくなるとともに、トルクの大きさを大きくなるように調整すれば、矢印Ｗｂ方向の力と矢印Ｗｃ方向の力が共に大きくなる。したがって、例示の場合、作用レバーＫｄに付加される負荷が大きいときは、トルクを大きく設定、即ち、ＰＷＭ制御におけるパルス幅が長くなるように制御し、作用レバーＫｄに付加される負荷が小さいときは、トルクを小さく設定、即ち、ＰＷＭ制御におけるパルス幅が短くなるように制御すればよく、実質的な電力制御が行われる。

この後、制御回路５１に、ソレノイドコントローラ５３から図７（ａ）に示す次のトリガＰｔが入力すれば、制御回路５１から対応する制御信号が駆動ユニット６ｄに付与され、さらに、駆動ユニット６ｄからソレノイド本体１ｍに対して、図７（ｃ）に符号Ｐｐｒで示す正のパルス駆動電圧Ｖｄが付与される（ステップＳ７，Ｓ８）。これにより、コイル１３ｐｃ，１３ｑｃに対する通電が行われ、図８（ｃ）に示すように、磁極１３ｐに括弧内のＮ極が発生するとともに、磁極１３ｑに括弧内のＳ極が発生する。この結果、ロータ部１４は、図８（ｃ）に示す矢印Ｗｄ方向に回動変位する（ステップＳ９）。そして、係止レバー２５が右側のストッパ部１２ｑに係止して停止する（ステップＳ１０）。また、係止状態は位置データ等により検知し、駆動ユニット６ｄの通電を解除する（ステップＳ１１）。この状態では、図８（ｃ）に示すように、ロータ部１４におけるマグネット１４ｍのＮ極とコア部２１ｑが吸引状態となり、かつマグネット１４ｍのＳ極とコア部２１ｐが吸引状態となる。この結果、係止レバー２５がストッパ部１２ｑに係止する方向に付勢され、係止レバー２５がストッパ部１２ｑに係止した状態、即ち、自己保持力により停止状態を維持する（ステップＳ１２）。

さらに、この後、制御回路５１に、ソレノイドコントローラ５３から図７（ａ）に示す次のトリガＰｔが入力すれば、制御回路５１から対応する制御信号が駆動ユニット６ｄに付与されるとともに、駆動ユニット６ｄからソレノイド本体１ｍに対して、図７（ｃ）に符号Ｐｎｈで示す、負のパルス駆動電圧Ｖｄが付与される（ステップＳ１３，Ｓ１４）。これにより、コイル１３ｐｃ，１３ｑｃに対する逆方向の通電が行われ、磁極１３ｐにＳ極が発生し、磁極１３ｑにＮ極が発生する。この結果、ロータ部１４は、図８（ｃ）に示す矢印Ｗｄ方向に対して反対方向に回動変位する（ステップＳ１５）。そして、係止レバー２５が左側のストッパ部１２ｐ（第一停止位置Ｘ１）に係止して停止する（ステップＳ１６）。また、係止状態は駆動電流の大きさ等により検知し、駆動ユニット６ｄからの通電を解除する（ステップＳ１６，Ｓ１７）。この状態では、図８（ｃ）に示すように、ロータ部１４におけるマグネット１４ｍのＮ極とコア部２１ｐが吸引状態となり、かつマグネット１４ｍのＳ極とコア部２１ｑが吸引状態となる。したがって、係止レバー２５はストッパ部１２ｐに係止する方向に付勢され、係止レバー２５がストッパ部１２ｐに係止した状態、即ち、自己保持力により停止状態を維持する（ステップＳ１…）。他方、生産が終了したなら運転を終了させる（ステップＳ１８）。

以上、ソレノイド装置１の動作について説明したが、次に、この動作に対応した作用レバーＫｄの作用について、図９（ａ）〜（ｃ）に基づき説明する。

まず、図９（ａ）は、作用レバーＫｄが第一停止位置Ｘ１に停止している状態を示し、この状態は、図８（ａ）の状態に対応する。したがって、線材６１の搬送路は開放された状態となり、線材６１は矢印Ｗｆ方向に比較的高速で搬送される。そして、設定長さだけ搬送された後、線材６１の搬送が停止され、把持機構６３により線材６１の下流側の先端が把持されるとともに、同時に、作用レバーＫｄが図９（ｂ）の位置（中間停止位置Ｘｎ）に変位し、この作用レバーＫｄと固定ベースＫｃ間に線材６１が挟まれて把持される。即ち、例示の場合、中間停止位置Ｘｎは、線材６１の上流側を固定する固定機能を発揮するとともに、この際、把持する際の力（停止力）は、トルク調整機能Ｆｔによるトルクの大きさを調整することにより任意に設定される。

一方、この時点では、把持機構６３に対して上流側に位置する線材６１には、図９（ｂ）に示すように、弛みを生じやすい。このため、図９（ｃ）に示すように、作用レバーＫｄを第二停止位置Ｘ２まで変位させることにより、線材６１の弛みを除くことができる。そして、この後、カッタ機構６４により線材６１の設定位置をカッティングすれば、正確な長さの線材６１を得るカッティング工程を行うことができる。この後、作用レバーＫｄを最初のスタンバイ位置、即ち、第一停止位置Ｘ１に戻すとともに、線材６１の搬送を開始すればよい。以降は、同様の動作により線材６１に対するカッティング工程を行うことができる。

このように、本実施形態に係るソレノイド装置１は、位置センサ部５による可動部２の位置の検出結果に基づき、可動部２を第一停止位置Ｘ１と第二停止位置Ｘ２間における予め設定した任意の中間停止位置Ｘｎに停止するように、ステータ部３をフィードバック制御による位置制御を行う駆動制御部６を備えるため、中間停止位置Ｘｎを任意の位置に選定することが可能となる。したがって、様々な目的を有する各種用途に利用できるなど、一製品としての、汎用性、更には応用性及び発展性を高めることができる。また、基本的には、駆動制御部６により、フィードバック制御による位置制御を行うのみで対応でき、ケーシング及びヨークを備えるステータ部３は、一般的な基本構造をそのまま利用できる。即ち、一般的なソレノイドに対しての構成上（形状上）の変更は不要となる。したがって、追加及び変更する主要な部品類としては、位置センサ部５と駆動制御部６のみとなるため、大幅な低コスト化を実現できるとともに、ソレノイド装置１が大型化する不具合も回避できる。

以上の実施形態は、ロータリソレノイド１Ｒ及び双安定ソレノイド１ｗとして構成したソレノイド装置１を示したが、基本的には各種タイプのソレノイド装置１に適用できる。なお、図１０及び図１１には、リニアソレノイド１Ｌ及び双安定ソレノイド１ｗとして構成した本発明に関連する参考例としてのソレノイド装置１を示す。なお、図１０及び図１１において、図１〜図９に示した部分と同一機能部分については同一符号を付すことにより、その構成及び機能を明確化した。

図１０において、３はステータ部であり、磁性体により形成したヨーク２１を備える。ヨーク２１は、筒形に形成したヨーク本体部２１ｏを備え、このヨーク本体部２１ｏの一端には後端面部２１ｒを一体形成するとともに、ヨーク本体部２１ｏの他端は前端面部２１ｆにより閉塞する。また、ヨーク本体部２１ｏの内周面における軸方向Ｗｓには、コイル１３ｐｃ，１３ｑｃを前後に配するとともに、このコイル１３ｐｃと１３ｑｃ間にはマグネット１４ｍｅを配する。このマグネット１４ｍｅは、軸方向Ｗｓの両側にそれぞれＮ極とＳ極を有する。さらに、前端面部２１ｆと後端面部２１ｒの各中心位置にはそれぞれ挿通孔を形成し、各挿通孔に軸受部２２ｆ，２２ｒを取付けるとともに、各軸受部２２ｆ，２２ｒにより、駆動シャフト１４ｅｓの軸方向両側の位置を進退変位自在に支持する。この場合、図１１に示すように、軸受部２２ｆは、一方のストッパ部１２ｐ及び磁極部１３ｐを兼用するとともに、軸受部２２ｒは、他方のストッパ部１２ｑ及び磁極部１３ｑを兼用する。したがって、図１に示した実施形態とは異なり、外部には、別途のストッパ部１２ｐ，１２ｑを設けないとともに、このストッパ部１２ｐ，１２ｑに係止する係止レバー２５も使用しない。

一方、駆動シャフト１４ｅｓの軸方向Ｗｓには可動磁性部２ｅを固定し、これにより、プランジャ部１４ｅを構成する。また、後端面部２１ｒから外部に突出する駆動シャフト１４ｅｓには、位置センサ部５を付設する。位置センサ部５は、可動側となるセンサマグネット３１及び固定側となる磁気センサ（検出器）５ｓにより構成する。これにより、可動部２を構成する駆動シャフト１４ｅｓの進退変位位置を検出することができる。この場合、後端面部２１ｒから外部に突出した駆動シャフト１４ｓにはマグネット支持部３１ｓの一端を固定し、このマグネット支持部３１ｓの下端にセンサマグネット３１を取付けるとともに、後端面部２１ｒには、支持プレート３２を固定し、この支持プレート３２の上面に、磁気センサ５ｓを構成するホール素子５ｓｈを取付ける。このホール素子５ｓｈは、図１０に示すように、センサマグネット３１に対して、所定の隙間を介して対向する。

これにより、駆動シャフト１４ｅｓが進退変位すれば、センサマグネット３１も一体に進退変位するため、磁気センサ５ｓ（ホール素子５ｓｈ）の出力の大きさは、センサマグネット３１の変位した位置に対応して変化する。したがって、予め求めた進退変位位置と出力の相関データに基づいて、可動部２の位置データを得ることができる。また、磁気センサ（検出器）５ｓは、駆動制御部６の入力部に接続するとともに、駆動制御部６の出力部は、コイル１３ｐｃ，１３ｑｃに接続する。なお、位置センサ部５及び駆動制御部６の基本的な機能は、図１〜図９に示した実施形態と同じとなる。

したがって、リニアソレノイド１Ｌとして構成した参考例に係るソレノイド装置１の動作（作用）は次のようになる。

図１０は、プランジャ部１４ｅが第一停止位置Ｘ１に停止している状態を示している。この状態では、マグネット１４ｍｅにより軸受部２２ｒに磁極１３ｑ（例示はＮ極）が発生しているため、可動磁性部２ｅが軸受部２２ｒに吸引され、軸受部２２ｒに可動磁性部２ｅが当接することにより位置が規制される。したがって、プランジャ部１４ｅは自己保持力により第一停止位置Ｘ１に停止する。そして、コイル１３ｐｃ，１３ｑｃに通電し、コイル１３ｑｃにより軸受部２２ｒの磁極１３ｑを打ち消すように磁界を発生させるとともに、コイル１３ｐｃにより軸受部２２ｆの磁極１３ｐ（例示はＳ極）を増幅するように磁界を発生させれば、プランジャ部１４ｅは第一停止位置Ｘ１から第二停止位置Ｘ２へ移動する。

図１１は、プランジャ部１４ｅが第二停止位置Ｘ２に停止している状態を示す。この状態では、軸受部２２ｆ（磁極１３ｐ）と可動磁性部２ｅが吸引状態となり、かつ軸受部２２ｆに可動磁性部２ｅが当接することにより位置が規制される。したがって、プランジャ部１４ｅは自己保持力により第二停止位置Ｘ２に停止する。また、図１１に示すように、第一停止位置Ｘ１と第二停止位置Ｘ２間に中間停止位置Ｘｎを設定し、中間停止位置Ｘｎにおいて位置制御するようにすれば、前述した図１〜図９に示した実施形態と同様に、プランジャ部１４ｅを中間停止位置Ｘｎに停止させることができる。

このように、リニアソレノイド１Ｌとして構成した場合であっても、可動部２が回動方向に変位するか、或いは直進方向に変位するかの相違はあるとしても、基本的な駆動制御は同様に行うことができ、同様の作用効果を得ることができる。したがって、ソレノイド装置１は、可動部２に、回動変位自在に支持された駆動シャフト１４ｓに対して二極を径方向Ｗｄに配したマグネット１４ｍを有するロータ部１４を備えることによりロータリソレノイド１Ｒとして構成してもよいし、或いは可動部２に、進退変位自在に支持された駆動シャフト１４ｅｓを有するプランジャ部１４ｅを備えることによりリニアソレノイド１Ｌとして構成してもよいなど、駆動方向の異なるソレノイドが選択可能になる観点から、その汎用性（応用性及び発展性）を高めることができる。

他方、ロータリソレノイド１Ｒ及びリニアソレノイド１Ｌを双安定ソレノイド１ｗとして構成した場合を説明したが、いずれの場合であっても単安定ソレノイドとして構成することも可能である。この場合であっても、ソレノイド装置１としての基本的な機能を発揮させることができる。

具体的には、ロータリソレノイド１Ｒの場合、駆動シャフト１４ｓの係止レバー２５を第一停止位置Ｘ１側（又は第二停止位置Ｘ２側）へ、スプリング等の弾性部材により付勢するとともに、駆動制御部６により、コイル１３ｐｃ，１３ｑｃに対して正側（又は負側）のパルス駆動電圧Ｖｐを印加（ＯＮ）して第二停止位置Ｘ２へ変位させ、パルス駆動電圧Ｖｐの印加を解除（ＯＦＦ）して第一停止位置Ｘ１へ弾性部材により変位（弾性復帰）させることができる。加えて、中間停止位置Ｘｎにおいて位置制御する場合には、パルス駆動電圧ＶｐのＯＮ／ＯＦＦ制御による位置制御を行うことができる。

同様に、リニアソレノイド１Ｌの場合、駆動シャフト１４ｅｓを第一停止位置Ｘ１側（又は第二停止位置Ｘ２側）へ、スプリング等の弾性部材により付勢するとともに、駆動制御部６により、コイル１３ｐｃ，１３ｑｃに対して正側（負側）のパルス駆動電圧Ｖｐを印加（ＯＮ）して第二停止位置Ｘ２へ変位させ、パルス駆動電圧Ｖｐの印加を解除（ＯＦＦ）して第一停止位置Ｘ１へ弾性部材により変位（弾性復帰）させることができる。加えて、中間停止位置Ｘｎで位置制御する場合には、パルス駆動電圧ＶｐのＯＮ／ＯＦＦ制御による位置制御を行うことができる。また、いずれの場合であってもパルス駆動電圧Ｖｐに対するＰＷＭ制御によるトルク調整が可能である。

したがって、ソレノイド装置１は、可動部２に、ステータ部３の制御により第一停止位置Ｘ１及び第二停止位置Ｘ２へ変位させる双安定ソレノイド１ｗとして構成してもよいし、或いは可動部２を、ステータ部３の制御により第一停止位置Ｘ１（又は第二停止位置Ｘ２）へ変位させるとともに、可動部２を弾性部材により第二停止位置Ｘ２（又は第一停止位置Ｘ１）へ復帰させる単安定ソレノイドとして構成してもよいなど、双安定タイプ又は単安定タイプが選択可能になる観点から、その汎用性（応用性及び発展性）を高めることができる。

以上、好適実施形態（及び参考例）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、実施形態においては、トルク調整機能Ｆｔを中間停止位置Ｘｎにおいて使用する場合を示したが、第一停止位置Ｘ１から中間停止位置Ｘｎへの移動，中間停止位置Ｘｎから第二停止位置Ｘ２への移動，第二停止位置Ｘ２から第一停止位置Ｘ１への移動において使用しても勿論よい。さらに、マグネット１４ｍは二分割した一対のマグネット半体の組合わせにより構成した場合を例示したが、一体のマグネットを二極に着磁してもよい。また、位置センサ部５は、後端面部２１ｒの外側に配設した場合を例示したが、内側に配設してもよい。一方、中間停止位置Ｘｎは一つ設定した場合を示したが、異なる二つ以上の中間停止位置Ｘｎ…を設定する場合を排除するものではない。

本発明に係るソレノイド装置は、可動部を、第一停止位置と第二停止位置へ変位させることに加え、第一停止位置と第二停止位置間における任意の中間停止位置に停止させることを目的とした各種用途に利用できるとともに、各種タイプのソレノイド装置として利用できる。

１：ソレノイド装置，１Ｒ：ロータリソレノイド，１ｗ：双安定ソレノイド，２：可動部，３：ステータ部，５：位置センサ部，５ｓ：磁気センサ，５ｓｈ：ホール素子，６：駆動制御部，１２ｐ：ストッパ部，１２ｑ：ストッパ部，１３ｐ：磁極部，１３ｑ：磁極部，１３ｐｃ：コイル，１３ｑｃ：コイル，１４：ロータ部，１４ｓ：駆動シャフト，１４ｍ：マグネット，２１ｏ：ヨーク本体部，２１ｐ：コア部，２１ｑ：コア部，Ｆｔ：トルク調整機構，Ｘ１：第一停止位置，Ｘ２：第二停止位置，Ｘｎ：中間停止位置，Ｖｄ：パルス駆動電圧，Ｗｄ：径方向，Ｗｓ：軸方向

Claims (3)

1. 回動変位自在に支持される駆動シャフトに対してＮ極とＳ極を径方向に配したマグネットを有するロータ部により構成した可動部と、ヨーク本体部の内周面における１８０〔°〕対向した一対のコア部に巻回したコイルの励磁により対峙するＮ極又はＳ極を発生する一対の磁極部を有し、電磁気力により前記可動部を第一停止位置と第二停止位置へ変位可能なステータ部と、このステータ部を制御することにより前記可動部を少なくとも前記第一停止位置と前記第二停止位置へ選択的に変位可能な駆動制御部と、前記可動部に係止し、当該可動部の自己保持力により前記第一停止位置又は前記第二停止位置に停止させる一対のストッパ部とを備えるソレノイド装置であって、前記第一停止位置と前記第二停止位置間における前記可動部の予め設定した任意の中間停止位置を検出可能な位置センサ部と、この位置センサ部の検出結果に基づき、前記可動部が前記中間停止位置に停止するように、前記ステータ部をフィードバック制御による位置制御を行うとともに、少なくとも前記位置制御時に前記ステータ部に対してパルス駆動電圧を印加し、このパルス駆動電圧に対してパルス幅制御を行うことによりトルクの大きさを調整可能なトルク調整機能を有する駆動制御部とを備えることを特徴とするソレノイド装置。
2. 前記位置センサ部は、ホール素子を用いた磁気センサにより構成することを特徴とする請求項１記載のソレノイド装置。
3. 前記可動部を、前記ステータ部の制御により前記第一停止位置及び前記第二停止位置へ変位させる双安定ソレノイドとして構成することを特徴とする請求項１記載のソレノイド装置。

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