JP7036654B2

JP7036654B2 - ロータリソレノイドの切換速度検出装置

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Publication number: JP7036654B2
Application number: JP2018074245A
Authority: JP
Inventors: 昌幸田中
Original assignee: Takano Co Ltd
Current assignee: Takano Co Ltd
Priority date: 2018-04-06
Filing date: 2018-04-06
Publication date: 2022-03-15
Anticipated expiration: 2038-04-06
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Description

本発明は、マグネット部の変位に対応して出力が変化するホール素子によりロータリソレノイドの切換速度を検出するロータリソレノイドの切換速度検出装置に関する。

従来、マグネットをシャフトに固定したマグネットロータ部と、シャフトを所定の回動範囲で変位可能に支持するケーシングと、このケーシングの内部に取付け、コイルの通電制御により発生する磁極により、マグネットロータ部を回動範囲の順方向又は逆方向に変位させるステータ部とを備えたロータリソレノイドは知られている。さらに、マグネットロータ部の回動位置（回動角度）を、ロータリソレノイドに付設した所定の位置検出装置により検出し、当該マグネットロータ部の回動変位等を制御するようにしたロータリソレノイドも知られており、この種の位置検出装置は、特許文献１に開示されている。

同文献１に開示されるロータリソレノイドの位置検出装置は、コスト、配置スペース及び組立工数の削減を目的としたものであり、具体的には、磁路部材にコイルが巻かれ、その両端の各磁極がロータを挟むように対向するとともに、ロータは、磁性部材に、磁石が固着されて形成され、回転自在に支持されており、被駆動軸に連結される。また、各磁極間のエアギャップに、磁界の強さを検出するようにホール素子が配置されており、このホール素子の起電力とコイルに流れる電流からロータの回動角が算出されるように構成したものである。

特開平８－２７５４６０号公報

しかし、上述した従来におけるロータリソレノイドの位置検出装置は、次のような問題点があった。

第一に、上述した位置検出装置は、ホール素子を利用し、このホール素子をロータリソレノイドに内蔵させて構成するため、ロータリソレノイドの外部には別途の位置検出装置を設ける必要がない利点を有するも、ホール素子の機能としては、ロータの変位時における回動位置（回動角）を検出する機能に留まり、これ以上の機能を有するものではない。一方、ロータリソレノイドの用途によっては切換速度が重要になる場合もあり、この場合、切換速度は重要な技術的要素になるが、従来の位置検出装置の場合、切換速度の検出までは想定しておらず、ロータリソレノイドの多機能性及び多様性を高める観点からは、必ずしも十分であるとはいえない。

第二に、ホール素子をエアギャップの中に配設する取付構造が前提となるため、エアギャップが存在する磁路部材を使用する構造が必須の条件となる。したがって、これ以外の構造を有するロータリソレノイドには適用することが困難になる。結局、位置検出装置を付設できる特定のロータリソレノイドのタイプに限られるなど、用途が限定され、汎用性及び発展性に難がある。

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ロータリソレノイドの切換速度検出装置の提供を目的とするものである。

本発明に係るロータリソレノイドＭの切換速度検出装置１は、上述した課題を解決するため、変位方向ＦｍにＮ極とＳ極を配したマグネット部３をシャフト４に固定したマグネットロータ部２と、シャフト４を所定の回動範囲Ｚｒで変位可能に支持するケーシング部５と、このケーシング部５の内部に取付け、コイル７の通電制御により発生する磁極によりマグネットロータ部２を回動範囲Ｚｒの順方向Ｆｐ又は逆方向Ｆｎに変位させるステータ部６とを有するロータリソレノイドＭの切換速度Ｒｖを検出する切換速度検出装置を構成するに際して、ケーシング部５の内面５ｉにおけるマグネットロータ部２の回動範囲Ｚｒの中間位置Ｘｓに配設し、かつマグネット部３の位置に対応して出力電圧Ｖｅが変化するアナログタイプのホール素子８と、マグネットロータ部２の順方向Ｆｐ又は逆方向Ｆｎへの変位時における回動範囲Ｚｒの変位時間Ｔｍを検出してロータリソレノイドＭの切換速度Ｒｖを算出し、算出した当該切換速度Ｒｖを、ロータリソレノイドＭの切換対象となる切換機構１６と協動する協動系システム１７の動作タイミングの制御に用いる速度検出処理部９とを備えてなることを特徴とする。

また、本発明は好適な態様により、ホール素子８は、配線基板１１に表面実装し、この配線基板１１をケーシング部５の内面５ｉに取付けることができるとともに、配線基板１１とケーシング部５の内面５ｉ間には、ケーシング部５の内面５ｉにおける基準位置Ｘｍに対して配線基板１１を位置決めして取付ける基準位置決め部１２を設けることができる。さらに、配線基板１１とケーシング部５の内面５ｉ間には間隔調整用セパレータ１３を介在させることができる。一方、マグネットロータ部２は、三角形における一つの角部に対応する位置をシャフト４に固定し、かつ自由端となる残りの二つの角部に対応する位置にマグネット部３を固定するモールド部１４を備えて構成できるとともに、ステータ部６は、ケーシング部５に固定して一方の端面７ｓをマグネット部３に対面させた単一のコイル７と、このコイル７により発生する磁界の磁路を形成するヨーク１５を備えて構成できる。他方、速度検出処理部９は、回動範囲Ｚｒの両端位置におけるホール素子８の出力電圧Ｖｅの最小電圧Ｖｅｓと最大電圧Ｖｅｍを設定し、マグネットロータ部２の変位時における最小電圧Ｖｅｓを検出した時点又は最大電圧Ｖｅｍを検出した時点に基づいて変位時間Ｔｍを検出することができる。

このような構成を有する本発明に係るロータリソレノイドの切換速度検出装置１によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１）ホール素子８を利用し、このホール素子８をロータリソレノイドＭに内蔵させるという基本的構成を確保しつつ、ロータリソレノイドＭの外部に別途の検出手段を設けることなく、目的の切換速度検出装置１を構築することができる。したがって、切換速度Ｒｖが重要になるロータリソレノイドＭの用途においても十分に対応できるなど、ロータリソレノイドＭの多機能性及び多様性を高めることができるとともに、容易かつ低コストに実施できる。この結果、ロータリソレノイドＭを使用する各種機器における応答性の向上や処理の高速化など、各種機器の処理能力向上に貢献できる。

（２）基本的に、ホール素子８は、ケーシング部５の内面５ｉにおける任意の位置に、その内面５ｉを利用して取付可能になるため、切換点検出装置１を付設するに際しては、磁気回路の構成やレイアウト等、特定の構造に左右されることなく、様々な磁気回路に設けることができる。したがって、各種ロータリソレノイドに適用可能になるなど、用途の拡大が可能となり、汎用性及び発展性に優れる。

（３）速度検出処理部９から得る切換速度Ｒｖを、ロータリソレノイドＭの切換対象となる切換機構１６と協動する協動系システム１７の動作タイミングの制御に用いたため、協動系システム１７における応答性の向上や処理の高速化など、協動系システム１７の処理能力向上に貢献できる。

（４）好適な態様により、ホール素子８を、配線基板１１に表面実装し、この配線基板１１をケーシング部５の内面５ｉに取付ければ、配線基板１１の一定の範囲内においてホール素子８の半田付け位置を調整できるため、取付位置となる中間位置Ｘｓに対するホール素子８の位置決めを容易に行うことができるとともに、併せて組付の容易化も確保できる。

（５）好適な態様により、配線基板１１とケーシング部５の内面５ｉ間に、ケーシング部５の内面５ｉにおける基準位置Ｘｍに対して配線基板１１を位置決めして取付ける基準位置決め部１２を設ければ、配線基板１１とケーシング部５間の位置決めを確実に行うことができるため、ケーシング部５に対するホール素子８の位置決め、即ち、中間位置Ｘｓに対するホール素子８の確実な位置決め、更にはマグネット部３に対する検出の正確性向上及びバラツキの低減に寄与できる。

（６）好適な態様により、配線基板１１とケーシング部５の内面５ｉ間に間隔調整用セパレータ１３を介在させれば、ケーシング部５の内面５ｉに対する配線基板１１の取付高さを容易に調整（設定）できるため、ホール素子８とマグネット部３間の間隔Ｇの調整（設定）も容易に行うことができる。しかも、両面接着性の間隔調整用セパレータ１３を用いれば、ケーシング部５の内面５ｉに対する配線基板１１の取付手段にも兼用させることができる。

（７）好適な態様により、マグネットロータ部２を構成するに際し、三角形における一つの角部に対応する位置をシャフト４に固定し、かつ自由端となる残りの二つの角部に対応する位置にマグネット部３を固定するモールド部１４を設けて構成するとともに、ステータ部６を構成するに際し、ケーシング部５に固定して一方の端面７ｓをマグネット部３に対面させた単一のコイル７と、このコイル７により発生する磁界の磁路を形成するヨーク１５を設けて構成すれば、独立した界磁部の数量を半減できるため、部品点数の削減及び組立工数の低減によるコストダウンを図ることができる。しかも、シャフト４の軸直角方向における寸法もサイズダウンできるとともに、マグネットロータ部２の変位空間の両側にはステータ部６が存在しないため、ケーシング５を直方体状に形成する場合であっても、合理的な部品配置を容易に行うことができる。この結果、無用なデッドスペースの発生を低減し、ロータリソレノイドＭ全体の小型コンパクト化も容易に実現できる。

（８）好適な態様により、速度検出処理部９を構成するに際し、回動範囲Ｚｒの両端位置におけるホール素子８の出力電圧Ｖｅの最小電圧Ｖｅｓと最大電圧Ｖｅｍを設定し、マグネットロータ部２の変位時における最小電圧Ｖｅｓを検出した時点又は最大電圧Ｖｅｍを検出した時点に基づいて変位時間Ｔｍを検出するようにすれば、ホール素子８における特に出力電圧Ｖｅの大きさを利用することにより必要とする変位時間Ｔｍの検出を容易かつ確実に行うことができる。

本発明の好適実施形態に係る切換速度検出装置を備えるロータリソレノイドの一部を破断した内部構造を含む全体構成図、同切換速度検出装置を備えるロータリソレノイドの一部を破断した内部構造を含む断面正面図、同切換速度検出装置のブロック系統図、同切換速度検出装置のホール素子を表面実装した配線基板の一部を省略した正面拡大図、同切換速度検出装置のホール素子を表面実装した配線基板の一部を省略した側面拡大図、同切換速度検出装置に備えるホール素子の最大電圧に対する出力比とマグネットロータ部の回動角度の順方向回動変位時の特性図、同切換速度検出装置に備えるホール素子の最大電圧に対する出力比とマグネットロータ部の回動角度の逆方向回動変位時の特性図、同切換速度検出装置に備えるホール素子の出力電圧を最大電圧に対する出力比に変換する原理説明図、同切換速度検出装置を適用できるロータリソレノイドの外観斜視図、同切換速度検出装置を適用できるロータリソレノイドの電気系及び磁気系を示す回路図、同切換速度検出装置を適用できるロータリソレノイドの作用説明図、同切換速度検出装置を適用したロータリソレノイドの使用例を示す協動系システムの全体概要図、図１２に示す協動系システムの使用方法を説明するための振分け処理に係わるフローチャート、図１２に示す協動系システムの使用方法を説明するための振分け処理に係わるフローチャート、

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、本実施形態に係る切換速度検出装置１の理解を容易にするため、ロータリソレノイドＭの基本構成について、図１，図２，図９及び図１０を参照して説明する。

基本構成に係るロータリソレノイドＭは、外郭を構成するケーシング部５を備え、図２に示すように、ケーシング本体部５ｍとこのケーシング本体部５ｍの開口部を閉塞するケーシング蓋部５ｃからなる。このケーシング本体部５ｍとケーシング蓋部５ｃは、それぞれ成形性及び軽量性に優れた合成樹脂素材により一体成形する。この場合、合成樹脂素材の種類としては、特定の種類に限定するものではないが、寸法安定性及び熱安定性（耐熱性）に優れた素材、例えば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂素材等を用いることができる。なお、図中、符号２１，２２（図９）は、ケーシング本体部５ｍの底面に設けた脚部を示す。

また、ケーシング本体部５ｍには前軸受部２３を一体成形するとともに、ケーシング蓋部５ｃには後軸受部２４を一体成形する。即ち、二つの各軸受部２３，２４は、ケーシング部５（ケーシング本体部５ｍ及びケーシング蓋部５ｃ）に対して同一の合成樹脂素材Ｒにより一体成形する。この場合、前軸受部２３は、図２及び図９に示すように、軸方向Ｆｓに対して所定の厚さを有し、かつ径方向Ｆｄに対して所定のリング厚を有するリング状となるように形成し、ケーシング本体部５ｍの外面から軸方向Ｆｓに突出形成する。

さらに、前軸受部２３の外端面には、図２及び図９に示すように、周方向Ｆｃに沿って所定の間隔置きに配し、かつ底部を所定の厚さに選定した複数の公差吸収凹部２５ｆ…を形成する。例示は、同一形状に選定した八つのほぼ矩形状の公差吸収凹部２５ｆ…を全周にわたって形成した例を示す。この場合、基本的には、公差吸収凹部２５ｆ…により、この内側には実質的な軸受筒部２３ｗが形成されるため、軸受筒部２３ｗの支持機能が損なわれないように留意する。このような公差吸収凹部２５ｆ…を設ければ、合成樹脂素材Ｒを使用し、比較的大きな公差が生じやすい場合であっても、機械的強度を確保しつつ、無用な公差を有効に吸収できる。

一方、ケーシング蓋部５ｃに設ける後軸受部２４も、図２に示すように、基本的には、上述した前軸受部２３と同様に構成することができる。即ち、ケーシング蓋部５ｃの後軸受部２４は、ケーシング本体部５ｍの前軸受部２３に対して前後対称となる点を除いて、ケーシング本体部５ｍ側と同一に構成できる。なお、２４ｗは後軸受部２４における軸受筒部、２５ｒ…は後軸受部２４に形成した複数の公差吸収凹部をそれぞれ示す。

したがって、このような前軸受部２３及び後軸受部２４を設ければ、別途製作する二つの軸受部品が不要になり、実質的な部品点数はケーシング部５のみで足りるため、部品コストの削減を図れるとともに、ケーシング部５に軸受部品を取付ける工程が不要になり、組立工数の低減による製造コストの削減を図ることができる。

他方、２は、変位方向ＦｍにＮ極とＳ極を配したマグネット部３をシャフト４に固定したマグネットロータ部を示す。シャフト４は、図１及び図２に示すように、磁性材により丸棒状に形成した回転出力軸となり、前後の位置がケーシング部５に設けた前軸受部２３と後軸受部２４により回動変位可能に支持される。また、シャフト４の回動変位の範囲は、図１及び図１０に示すように、ケーシング部５の上内面５ｉｕが規制部位になり、所定の回動範囲Ｚｒに規制される。この場合、上内面５ｉｕには、マグネットロータ部２が当接して変位が規制される左右一対の規制壁面部５ｐ，５ｑを一体成形により設けている。これにより、マグネットロータ部２は、シャフト４を支点に回動し、図１中、時計方向となる順方向Ｆｐに回動変位させれば、左側の規制壁面部５ｑに当接して回動変位が規制されるとともに、反時計方向となる逆方向Ｆｎに回動変位させれば、右側の規制壁面部５ｐに当接して回動変位が規制される。このような規制壁面部５ｐ，５ｑを設ければ、ケーシング部５の内壁及びマグネットロータ部２の一部に、位置規制手段を兼用できるため、全体構造の簡略化，コストダウン及びサイズダウンに寄与できる。

そして、このシャフト４におけるケーシング部５の内部側の位置には可動体部２６を固定する。可動体部２６は、合成樹脂素材等の非磁性材により形成し、図１に示すように、全体を三角形状のモールド部１４を備える。そして、このモールド部１４の一つの角部に対応する位置をシャフト４に固定するとともに、自由端となる残りの二つの角部に対応する位置にはマグネット部３を固定する。この場合、マグネット部３は、下側のマグネット本体３ｍと上側のバックヨーク３ｙを重ねて構成するとともに、モールド部１４は、下面側の一部を開口し、マグネット本体３ｍを露出させる。

マグネット本体３ｍは、さらに、図１及び図１０に示すように、二枚重ねのマグネットプレート３ｍｕ，３ｍｄにより構成する。例示の場合、上側のマグネットプレート３ｍｕは、左側をＮ極にし、右側をＳ極にするとともに、下側のマグネットプレート３ｍｄは、左側をＳ極にし、右側をＮ極にする。したがって、全体では四極のマグネット本体３ｍが構成される。なお、例示のマグネット本体３ｍは、二枚重ねのマグネットプレート３ｍｕ，３ｍｄを用いたが、一枚のマグネットプレートの左右上下の四部位を四極に着磁してもよい。

マグネットロータ部２は、可動体部２６の一端側がシャフト４に固定され、他端側が自由端となるため、マグネット部３はシャフト４を支点に旋回可能となる。この結果、少なくとも変位方向ＦｍにＮ極とＳ極を配したマグネット部３が構成される。なお、バックヨーク３ｙは、設けることが望ましいが必ずしも設けることを要しない。

一方、ケーシング部５の内部にはステータ部６を取付ける。ステータ部６は、コイル７の通電制御により発生する磁極によりマグネットロータ部２を回動範囲Ｚｒの順方向Ｆｐ又は逆方向Ｆｎに変位させる機能を備える。この場合、図１及び図２に示すように、ステータ部６は、単一のコイル７を備えるとともに、ステータ部６は、このコイル７により発生する磁界の磁路を形成するＥ形のヨーク１５を備える。これにより、ステータ部６は、全体をユニットに構成し、このユニットをケーシング部５の内部に収容して固定する。この結果、コイル７における一方の端面７ｓは、マグネット部３に対面するとともに、ヨーク１５により磁気回路が形成されるため、ロータリソレノイドＭの高効率化及び高性能化に寄与できる。なお、２７は、プラスチック等の絶縁材により形成し、コイル７を巻回したコイルボビンを示す。

したがって、このような構成、即ち、マグネットロータ部２を、三角形における一つの角部に対応する位置をシャフト４に固定し、かつ自由端となる残りの二つの角部に対応する位置にマグネット部３を固定するモールド部１４を設けて構成するとともに、ステータ部６を、ケーシング部５に固定して一方の端面７ｓをマグネット部３に対面させた単一のコイル７と、このコイル７により発生する磁界の磁路を形成するヨーク１５を設けて構成すれば、独立した界磁部の数量を半減できるため、部品点数の削減及び組立工数の低減によるコストダウンを図ることができる。しかも、シャフト４の軸直角方向における寸法もサイズダウンできるとともに、マグネットロータ部２の変位空間の両側にはステータ部６が存在しないため、ケーシング５を直方体状に形成する場合であっても、合理的な部品配置を容易に行うことができる。この結果、無用なデッドスペースの発生を低減し、ロータリソレノイドＭ全体の小型コンパクト化も容易に実現できる。以上が、本実施形態に係る切換速度検出装置１を適用して好適なロータリソレノイドＭの基本構成となる。

次に、本実施形態に係る切換速度検出装置１の構成について、図１～図８及び図１２を参照して具体的に説明する。

切換速度検出装置１は、マグネットロータ部２（マグネット部３）の変位に対応して出力電圧Ｖｅが変化するアナログタイプのホール素子８を備える。

このホール素子８は、図１及び図２に示すように、ケーシング部５の内面５ｉに取付けるとともに、取付けるに際しては、配線基板１１に対して表面実装し、この配線基板１１をケーシング部５の内面５ｉに取付ける取付構造を採用する。配線基板１１を拡大した一部を図４及び図５に示す。

例示の場合、配線基板１１は、ケーシング部５におけるケーシング蓋部５ｃの内面５ｃｉ（５ｉ）であって、マグネット部３の左端部（又は右端部）を検出できる位置に取付ける。また、ケーシング蓋部５ｃの内面５ｃｉ（５ｉ）と配線基板１１間には、内面５ｃｉにおける基準位置Ｘｍに対して配線基板１１を位置決めして取付ける基準位置決め部１２を設ける。具体的には、配線基板１１の上部（一端側）に円形の係合孔部３１を形成するとともに、この係合孔部３１に嵌合する円柱形の係合凸部３２を内面５ｃｉに一体形成する。この係合孔部３１と係合凸部３２により基準位置決め部１２が構成される。そして、例示の配線基板１１は、図４に示すように、三個所に、ランド３５ａ，３５ｂ，３５ｃを有するため、このランド３５ａ，３５ｂ，３５ｃ上に、ホール素子８の端子８ａ，８ｂ，８ｃを載置し、半田付けにより表面実装することができる。

この際、ホール素子８の取付位置は、図４に示す中間位置Ｘｓを選定する。この中間位置Ｘｓは、マグネットロータ部２の回動範囲Ｚｒの中央位置０°に対応する。したがって、例示の場合、マグネットロータ部２は、中央位置０°に対して順方向Ｆｐへ＋１０°回動変位できるとともに、中央位置０°に対して逆方向Ｆｎへ－１０°回動変位できる。この中間位置Ｘｓへの位置決めは、上述したように、ホール素子８を配線基板１１に対して表面実装するため、容易に設定できる。このように、表面実装では、配線基板１１の一定の範囲内においてホール素子８の半田付け位置を調整することができるため、取付位置となる中間位置Ｘｓに対するホール素子８の位置決めを容易に行うことができるとともに、併せて組付の容易化も確保できる。

図８（ａ）は、マグネットロータ部２を、中央位置０°に対して、逆方向Ｆｎとなる－１０°の位置から順方向Ｆｐとなる＋１０°の位置まで回動変位させた際におけるホール素子８の出力電圧Ｖｅ特性を示す。したがって、例示の場合、－１０°の位置における出力電圧Ｖｅは最小電圧Ｖｅｓとなり、＋１０°の位置における出力電圧Ｖｅは最大電圧Ｖｅｍとなる。

この場合、配線基板１１とケーシング部５の内面５ｉ間には、前述したように、ケーシング部５内面５ｉの基準位置Ｘｍに対して、配線基板１１が位置決めされる基準位置決め部１２が設けられるため、配線基板１１とケーシング部５間の位置決めが確実に行なわれる。この結果、ケーシング部５に対するホール素子８の位置決め、即ち、中間位置Ｘｓに対するホール素子８の確実な位置決め、更にはマグネット部３に対する検出の正確性向上及びバラツキの低減に寄与できる。

また、図５に示すように、配線基板１１とケーシング部５の内面５ｉ間には、間隔調整用セパレータ１３を介在させる。なお、間隔調整用セパレータ１３の素材は特に限定されるものではなく、プラスチックフィルムや紙フィルム等のシート部材を利用できる。このように、配線基板１１とケーシング部５の内面５ｉ間に間隔調整用セパレータ１３を介在させれば、ケーシング部５の内面５ｉに対する配線基板１１の取付高さを容易に調整（設定）できるため、ホール素子８とマグネット部３間の間隔Ｇの調整（設定）も容易に行うことができる。しかも、両面接着性の間隔調整用セパレータ１３を用いれば、ケーシング部５の内面５ｉに対する配線基板１１の取付手段にも兼用できる利点がある。なお、図４中、３８ａ，３８ｂは、ホール素子８から導出されるリードを示すとともに、３９ａ，３９ｂはリード３８ａ，３８ｂと外部配線４０ａ，４０ｂを接続する接続ランドを示す。

さらに、切換速度検出装置１は、マグネットロータ部２の順方向Ｆｐ又は逆方向Ｆｎへの変位時の回動範囲Ｚｒにおける変位時間Ｔｍを検出してロータリソレノイドＭの切換速度Ｒｖを算出する速度検出処理部９を備える。

速度検出処理部９は、図１に示すように、前述したホール素子８を接続するコントローラ１０の一部を利用する。即ち、コントローラ１０はコンピュータ処理機能を備えるため、このコンピュータ処理機能の一部を利用して速度検出処理部９を構成する。したがって、コントローラ１０は、速度検出処理部９と、この速度検出処理部９を除くコントローラ本体１０ｍにより構成し、ホール素子８の出力電圧Ｖｅは外部配線４０ａ，４０ｂを介して速度検出処理部９に付与される。

一方、実施形態として示すロータリソレノイドＭは、一例として後述する切換機構１６（図１２）に利用可能であり、この切換機構１６は例示する協動系システム１７に組込まれる。したがって、コントローラ１０、特に、コントローラ本体１０ｍは、協動系システム１７を含む全体の制御を司る機能を備え、速度検出処理部９から得られる切換速度Ｒｖに係わるデータは、コントローラ本体１０ｍに付与される。

図３に、切換速度検出装置１の構成、特に、速度検出処理部９の処理系統をブロック系統により示す。９ａは電圧処理部である。ホール素子８からは、図８（ａ）に示すように、回動角度－１０°の位置における最小電圧Ｖｅｓと、回動角度＋１０°の位置における最大電圧Ｖｅｍが付与されるため、電圧処理部９ａは、図８（ｂ）に示すように、最大電圧Ｖｅｍと最小電圧Ｖｅｓの電圧差を、百分率に変換して出力する機能を備える。したがって、最小電圧Ｖｅｓは「０」に、最大電圧Ｖｅｍは「１００」となるように変換される。

図６及び図７は、百分率に変換した後のホール素子８の出力特性を示す。図６及び図７は、試料数として４３点の結果を分布させて描いたものであり、いずれの特性もハッチングエリアに収まっていることを示している。図６は、回動角度－１０°から図１中の時計方向（矢印Ｆｐ方向）へ回動角度＋１０°回動変位させたときの特性を示し、図７は、回動角度＋１０°から図１中の反時計方向（矢印Ｆｎ方向）へ回動角度－１０°回動変位させたときの特性を示す。この結果から明らかなように、バラツキは一定の範囲に収まっていることを確認できる。

また、９ｂは変位時間検出部、９ｃは計時部（タイマ部）である。この変位時間検出部９ｂは、回動角度－１０°から＋１０°まで回動変位する際における－１０°から＋１０°に達するまでの変位時間（切換時間）Ｔｍを検出する機能を備える。この場合、変位時間Ｔｍの検出は様々な方法が考えられるが、本実施形態では、ホール素子８の出力電圧Ｖｅ、即ち、変換後の「０」から「１００」までを監視して検出する。これにより、実際の動作に対応した時間を得ることができる。これにより、変位時間検出部９ｂからは検出した変位時間Ｔｍに係わるデータが出力する。

９ｄは、速度算出部である。この速度算出部９ｄは、百分率に変換された出力電圧（Ｖｅ）と変位時間Ｔｍから切換速度Ｒｖを演算により求め、得られた切換速度Ｒｖに換わるデータはコントローラ本体１０ｍに付与される。このように、速度検出処理部９では、基本的機能として、回動範囲Ｚｒの両端位置におけるホール素子８の出力電圧Ｖｅの最小電圧Ｖｅｓと最大電圧Ｖｅｍを設定し、マグネットロータ部２の変位時における最小電圧Ｖｅｓを検出した時点又は最大電圧Ｖｅｍを検出した時点に基づいて変位時間Ｔｍを検出する機能を備える。したがって、ホール素子８における特に出力電圧Ｖｅの大きさを利用することにより必要とする変位時間Ｔｍの検出を容易かつ確実に行うことができる。

次に、本実施形態に係る切換速度検出装置１を備えるロータリソレノイドＭの動作及び使用方法について、図１０～図１４を参照して説明する。

まず、ロータリソレノイドＭの基本動作について、図１０及び図１１を参照して説明する。

図１０は、ロータリソレノイドＭに接続した駆動回路５０を示す。この駆動回路５０は、コイル７から導出する一対の接続リード５３ａ，５３ｂに給電するための直流源５１と、この直流源５１からコイル７の接続リード５３ａ，５３ｂに供給する直流電圧の給電又は給電停止を行うとともに、直流電圧の極性を反転させる極性切換を行う操作スイッチ５２を備える。

図１０は、操作スイッチ５２を一方の給電ポジションに切換えた状態を示す。これにより、コイル７に給電が行われるため、Ｅ形のヨーク１５に、図１０に示すＳ極とＮ極が発生する。なお、マグネット本体３ｍの極性（Ｓ極，Ｎ極）は、図１０に示すとおりであり、マグネットプレート３ｍｄのＮ極側はヨーク１５のＳ極側に吸引されるとともに、マグネットプレート３ｍｄのＳ極側はヨーク１５のＳ極側に対して反発する。この結果、シャフト４は、図１０に示す矢印Ｆｐ方向（時計方向）に回動変位する。そして、可動体部２６が図１０に示す位置、即ち、可動体部２６がケーシング部５の規制壁面部５ｑに当接（係止）した位置で停止する。

一方、この状態から操作スイッチ５２を中央に位置する給電停止ポジションに切換えた場合を想定する。この場合、ステータ部６には給電に基づく自らの磁極は発生しない。しかし、マグネット部３による磁界は維持されるため、マグネット部３及びヨーク１５により形成される磁気回路により可動体部２６の位置が保持される。この磁気回路による磁力線は、図１１に示す点線Ｊｍとなり、可動体部２６は自己保持力により停止状態が維持される。

他方、この停止状態から操作スイッチ５２を極性反転する他方の反転給電ポジションに切換えた場合を想定する。この場合、ヨーク１５には、図１１に示すように、図１０に示した極性に対して反転したＳ極とＮ極が発生する。これにより、マグネットプレート３ｍｄのＳ極側はヨーク１５のＮ極側に吸引され、マグネットプレート３ｍｄのＮ極側はヨーク１５のＮ極側に対して反発する。この結果、シャフト４は図１１に示す矢印Ｆｎ方向（反時計方向）に回動変位する。そして、可動体部２６が図１１に示す位置、即ち、可動体部２６がケーシング部５の規制壁面部５ｐに当接（係止）した位置で停止する。図１１に示す点線Ｊｐ，Ｊｑは、給電時における磁気回路を通る磁力線を示している。この際、シャフト４が回動変位する角度範囲は、図１に示した所定の回動範囲Ｚｒとなる。

次に、ロータリソレノイドＭの制御方法を含む使用方法の一例について、図１２～図１４を参照して説明する。

この種のロータリソレノイドＭは、その用途として各種切換機構に使用される場合も少なくない。図１２に、その一例として、多数のカードＣ…を、ＡタイプとＢタイプに振分けるカード振分けシステム１７ｓを示すとともに、このカード振分けシステム１７ｓに付設したロータリソレノイドＭを用いた切換機構１６を示す。したがって、このカード振分けシステム１７ｓは、当該切換機構１６と協動する協動系システム１７となり、例示の場合、速度検出処理部９から得られる切換速度Ｒｖに係わるデータは、この協動系システム１７の動作タイミングの制御に用いられる。

例示するカード振分けシステム１７ｓは、多数のカード（振分け対象物）Ｃ…であって、二種類のカードＣａ…，Ｃｂ…、即ち、Ａタイプのカード（第一振分け対象物）Ｃａ…とＢタイプのカード（第二振分け対象物）Ｃｂ…を収容したカード送出部６２から一枚ずつカードＣを送り出すとともに、送り出されたカードＣを、共通供給路６３に通した後、切換機構１６により振分ける機能を備える。これにより、振分けられたカードＣａは、Ａタイプ取込路６３ａに供給され、振分けられたカードＣｂは、Ｂタイプ取込路６３ｂに供給される。なお、図中、Ｌｄは共通供給路６３の長さであり、通常、短い長さに設定されるものとする。

以下、カード振分けシステム１７ｓの具体的な動作について、図１３及び図１４に示すフローチャートに従って説明する。

図１３に示すように、動作中は、まず、カード送出部６２において、次に送り出すカードＣのタイプがセンサ６４により識別される（ステップＳ１）。今、ＡタイプのカードＣａが識別されたものとする（ステップＳ２）。この識別結果に係わる識別データはコントローラ１０に送られるため、コントローラ１０から切換機構１６におけるロータリソレノイドＭに対して切換制御信号Ｄｓが付与される。この際、ロータリソレノイドＭのシャフト４に取付けられている切換ブレード６６が仮想線で示す切換ブレード６６ｓの位置、即ち、Ｂタイプ取込路６３ｂ側に切換わっている状態にあるものとする（ステップＳ３）。この場合、切換制御信号Ｄｓに基づいてロータリソレノイドＭが作動し、Ａタイプ取込路６３ａ側へ切換えるための回動変位を開始する（ステップＳ４）。

即ち、ロータリソレノイドＭは停止状態にあり、かつ切換機構１６はＢタイプ取込路６３ｂ側に切換わっているため、ロータリソレノイドＭに切換制御信号Ｄｓが供給されれば、可動体部２６は時計方向（矢印Ｆｐ方向）へ回動変位し、前述したように、図１０の位置に達して停止する。この際、シャフト４には一体の切換ブレード６６を備えるため、図１２に仮想線で示す切換ブレード６６ｓも対応して回動変位し、実線で示す切換ブレード６６の位置、即ち、Ａタイプ取込路６３ａ側に切換わる。

一方、切換速度検出装置１は、前述したように、マグネット部３の変位をホール素子８により検出するため、コントローラ本体１０ｍは、マグネット部３の変位状態に対応するホール素子８の出力状態（図８（ｂ））を監視する（ステップＳ５）。そして、切換変位が終了したなら、速度検出処理部９により切換速度Ｒｖを検出（算出）する（ステップＳ６，Ｓ７）。また、この検出結果となる切換速度Ｒｖに係わるデータは、上述したように速度検出処理部９から出力し、コントローラ本体１０ｍに付与され、カード振分けシステム１７ｓの動作タイミングの制御に用いられる。

具体的には、切換速度Ｒｖに係わるデータがコントローラ本体１０ｍに付与されれば、コントローラ本体１０ｍによりカード送出部６２の送出タイミングが算出される（ステップＳ８）。即ち、切換速度Ｒｖに基づき、ロータリソレノイドＭの切換動作の開始から何秒後に切換が終了したかを、出力電圧Ｖｅを変換した「０」～「１００」間の時間差により求めることができるとともに、他方、カードＣは、送出開始から何秒後に切換機構１６に到達するかが分かるため、例えば、切換速度Ｒｖが速い場合には、送出タイミングを早くする制御を行うことができるとともに、切換速度Ｒｖが遅い場合には、送出タイミングを遅くする制御を行うことができる。したがって、この送出タイミング（動作タイミング）は、例えば、ロータリソレノイドＭの切換動作の開始後、何秒後に行うかの時間により設定することができる。

例示の場合、送出タイミングに係わる時間は、振分け動作毎に求め、次の振分け動作の制御に用いている。この場合、次の振分け動作とは、振分けるタイプが同じであることが前提の振分け動作となる。なお、送出タイミングに係わる時間は、振分け動作毎に求めることが望ましいが、必要により、５回おきなど、Ｎ回単位で求めてもよい。したがって、この送出タイミングに係わる時間に係わるデータは、少なくともメモリに一時登録（設定）される（ステップＳ９）。

他方、カード送出部６２は、カードＣａが識別されるまでは待機状態になっている（ステップＳ１０）。コントローラ本体１０ｍは、マグネットロータ部２の切換状態、即ち、ホール素子８の出力状態である図８（ｂ）を監視しているため、設定されている前回の送出タイミング（時間）に到達すれば、コントローラ本体１０ｍは、カード送出部６２を制御し、カードＣａの送出動作を開始する（ステップＳ１１，Ｓ１２，１３）。この結果、送出されたカードＣａは、共通供給路６３を落下し、切換機構１６に達するが、このタイミングは、送出タイミングにより制御されているため、カードＣａは、切換機構１６の切換が終了したタイミングとほぼ同時に到達する。即ち、カードＣａは、最も短い時間により振分けられるとともに、確実に、Ａタイプ取込路６３ａに取り込まれる（ステップＳ１４）。

なお、ステップＳ３において、切換ブレード６６が実線で示す切換ブレード６６、即ち、Ａタイプ取込路６３ａ側に切換わっている状態であれば、切換機構１６の切換動作は行わないため、カードＣａに対する識別が行われたなら、直ちにカード送出部６２の送出動作を開始する（ステップＳ３，Ｓ１３）。

一方、前述したステップＳ１，Ｓ２におけるカードＣの識別において、ＢタイプのカードＣｂが識別された場合には、ＢタイプのカードＣｂに対する振分け処理が行われる（ステップＳＥ）。図１４は、ＢタイプのカードＣｂが識別された際における振分け処理を示している。

この場合、ＢタイプのカードＣｂが識別されることにより、この識別結果に係わる識別データはコントローラ１０に送られるため、コントローラ１０から切換機構１６におけるロータリソレノイドＭに対して切換制御信号Ｄｓが付与される。この際、切換ブレード６６は実線で示す切換ブレード６６、即ち、Ａタイプ取込路６３ａ側に切換わっている状態にあるものとする（ステップＳ２１）。この場合、切換制御信号Ｄｓに基づいてロータリソレノイドＭが作動し、Ｂタイプ取込路６３ｂ側へ切換えるための回動変位を開始する（ステップＳ２２）。

即ち、ロータリソレノイドＭは停止状態にあり、かつ切換機構１６はＡタイプ取込路６３ａ側に切換わっているため、ロータリソレノイドＭに切換制御信号Ｄｓが供給されれば、可動体部２６は反時計方向（矢印Ｆｎ方向）へ回動変位し、前述したように、図１１の位置に達して停止する。この際、シャフト４には一体の切換ブレード６６を備えるため、図１２に実線で示す切換ブレード６６も対応して回動変位し、図１２に仮想線で示す切換ブレード６６ｓの位置、即ち、Ｂタイプ取込路６３ｂ側に切換わる。

また、切換速度検出装置１は、マグネット部３の変位をホール素子８により検出するため、コントローラ本体１０ｍは、マグネット部３の変位状態に対応するホール素子８の出力状態を監視する（ステップＳ２３）。そして、切換変位が終了したなら、速度検出処理部９により切換速度Ｒｖを検出（算出）する（ステップＳ２４，Ｓ２５）。さらに、この検出結果となる切換速度Ｒｖに係わるデータは、上述したように速度検出処理部９から出力し、コントローラ本体１０ｍに付与され、カード振分けシステム１７ｓの動作タイミングの制御に用いられる。即ち、切換速度Ｒｖに係わるデータがコントローラ本体１０ｍに付与されれば、コントローラ本体１０ｍによりカード送出部６２の送出タイミングが算出される（ステップＳ２６）。また、この送出タイミングに係わる時間に係わるデータは、少なくともメモリに一時登録（設定）される（ステップＳ２７）。

他方、カード送出部６２は、カードＣｂが識別されるまでは待機状態になっている（ステップＳ２８）。コントローラ本体１０ｍは、マグネットロータ部２の切換状態、即ち、ホール素子８の出力状態を監視しているため、設定されている前回の送出タイミング（時間）に到達すれば、コントローラ本体１０ｍは、カード送出部６２を制御し、カードＣｂの送出動作を開始する（ステップＳ２９，Ｓ３０，Ｓ３１）。この結果、送出されたカードＣｂは、共通供給路６３を落下し、切換機構１６に達するが、このタイミングは、送出タイミングにより制御されているため、カードＣｂは、切換機構１６の切換が終了したタイミングとほぼ同時に到達する。即ち、カードＣｂは、最も短い時間により振分けられるとともに、確実に、Ｂタイプ取込路６３ｂに取り込まれる（ステップＳ３２）。

なお、ステップＳ２１において、切換ブレード６６が仮想線で示す切換ブレード６６ｓ、即ち、Ｂタイプ取込路６３ｂ側に切換わっている状態にあれば、切換機構１６の切換動作は行われないため、識別が行われたなら直ちにカード送出部６２の送出動作を開始する（ステップＳ２１，Ｓ３１）。

そして、次の振分け処理が継続する場合には、次のカードＣの識別処理が行われるとともに、識別するカードＣが終了すれば、振分け処理は終了する（ステップＳ１５）。

このように、本実施形態に係る切換速度検出装置１は、基本的に、変位方向ＦｍにＮ極とＳ極を配したマグネット部３をシャフト４に固定したマグネットロータ部２と、シャフト４を所定の回動範囲Ｚｒで変位可能に支持するケーシング部５と、このケーシング部５の内部に取付け、コイル７の通電制御により発生する磁極によりマグネットロータ部２を回動範囲Ｚｒの順方向Ｆｐ又は逆方向Ｆｎに変位させるステータ部６とを有するロータリソレノイドＭの切換速度Ｒｖを検出する切換速度検出装置を構成するに際して、ケーシング部５の内面５ｉにおけるマグネットロータ部２の回動範囲Ｚｒの中間位置Ｘｓに配設し、かつマグネット部３の位置に対応して出力電圧Ｖｅが変化するアナログタイプのホール素子８と、マグネットロータ部２の順方向Ｆｐ又は逆方向Ｆｎへの変位時の回動範囲Ｚｒにおける変位時間Ｔｍを検出してロータリソレノイドＭの切換速度Ｒｖを算出する速度検出処理部９とを備えてなるため、ホール素子８を利用し、このホール素子８をロータリソレノイドＭに内蔵させるという基本的構成を確保しつつ、ロータリソレノイドＭの外部に別途の検出手段を設けることなく、目的の切換速度検出装置１を構築することができる。したがって、切換速度Ｒｖが重要になるロータリソレノイドＭの用途においても十分に対応できるなど、ロータリソレノイドＭの多機能性及び多様性を高めることができるとともに、容易かつ低コストに実施できる。この結果、ロータリソレノイドＭを使用する各種機器における応答性の向上や処理の高速化など、各種機器の処理能力向上に貢献できる。

また、基本的に、ホール素子８は、ケーシング部５の内面５ｉにおける任意の位置に、その内面５ｉを利用して取付可能になるため、切換点検出装置１を付設するに際しては、磁気回路の構成やレイアウト等、特定の構造に左右されることなく、様々な磁気回路に設けることができる。したがって、各種ロータリソレノイドに適用可能になるなど、用途の拡大が可能となり、汎用性及び発展性に優れる。

しかも、速度検出処理部９から得る切換速度Ｒｖを、ロータリソレノイドＭの切換対象となる切換機構１６と協動する協動系システム１７の動作タイミングの制御に用いることができるため、協動系システム１７における応答性の向上や処理の高速化など、協動系システム１７の処理能力向上に貢献できる。

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，手法等において、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、特定位置Ｘｓは、マグネット部３の変位方向Ｆｍに対する相対位置Ｐとマグネット部３に対する対向間隔Ｇの双方を含ませた場合を示したが、相対位置Ｐのみにより特定位置Ｘｓを設定する場合を排除するものではない。また、ホール素子８は、配線基板１１に表面実装し、この配線基板１１をケーシング部５の内面５ｉに取付ける場合を示したが、ホール素子８をスルーホール方式により配線基板１１に実装し、この配線基板１１を位置調整可能な介在部材を介してケーシング部５の内面５ｉに取付ける場合であっても同様に実施可能であり、表面実装は必須の構成要素になるものではない。さらに、配線基板１１とケーシング部５の内面５ｉ間に設ける基準位置決め部１２は、位置決め可能な手段であれば、例示の構成に限定されるものではなく、各種位置切め構造により構成できる。一方、間隔調整用セパレータ１３は、事前に用意した異なる厚さを有する複数の間隔調整用セパレータ１３…から選択した一つであってもよいし、複数の間隔調整用セパレータ１３…を重ねて（組合わせて）使用してもよく、使用する数量は任意である。他方、ロータリソレノイドＭとして、三角形における一つの角部に対応する位置をシャフト４に固定し、かつ自由端となる残りの二つの角部に対応する位置にマグネット部３を固定するモールド部１４を設けたマグネットロータ部２を備えるとともに、ケーシング部５に固定して一方の端面７ｓをマグネット部３に対面させた単一のコイル７と、このコイル７により発生する磁界の磁路を構成するヨーク１５を設けたステータ部６を備えるタイプを例示したが、他の形態に基づくロータリソレノイドＭであってもよい。したがって、切換速度検出装置１を適用できるロータリソレノイドＭは、例示の構成に限定されるものではなく、各種原理を採用した様々なロータリソレノイドに適用可能である。

本発明に係る切換速度検出装置は、マグネット部の変位に対応して出力が変化するホール素子によりマグネットロータ部の切換速度を検出する機能を必要とする各種ロータリソレノイド、更には、ロータリソレノイドを使用する各種機器、特に、協動系システムに利用できる。

１：切換速度検出装置，２：マグネットロータ部，３：マグネット部，４：シャフト，５：ケーシング部，５ｉ；ケーシング部の内面，６：ステータ部，７：コイル，７ｓ：コイルの端面，８：ホール素子，９：速度検出処理部，１１：配線基板，１２：基準位置決め部，１３：間隔調整用セパレータ，１４：モールド部，１５：ヨーク，１６：切換機構，１７：協動系システム，Ｍ：ロータリソレノイド，Ｆｍ：変位方向，Ｆｐ：順方向，Ｆｎ：逆方向，Ｚｒ：回動範囲，Ｒｖ：切換速度，Ｘｓ：中間位置，Ｘｍ：基準位置，Ｖｓ：出力電圧，Ｖｅｓ：最小電圧，Ｖｅｍ：最大電圧

Claims

変位方向にＮ極とＳ極を配したマグネット部をシャフトに固定したマグネットロータ部と、前記シャフトを所定の回動範囲で変位可能に支持するケーシング部と、このケーシング部の内部に取付け、コイルの通電制御により発生する磁極により前記マグネットロータ部を前記回動範囲の順方向又は逆方向に変位させるステータ部とを有するロータリソレノイドの切換速度を検出するロータリソレノイドの切換速度検出装置であって、前記ケーシング部の内面における前記マグネットロータ部の前記回動範囲の中間位置に配設し、かつ前記マグネット部の位置に対応して出力が変化するアナログタイプのホール素子と、前記マグネットロータ部の前記順方向又は前記逆方向への変位時における前記回動範囲の変位時間を検出して前記ロータリソレノイドの切換速度を算出し、算出した当該切換速度を、前記ロータリソレノイドの切換対象となる切換機構と協動する協動系システムの動作タイミングの制御に用いる速度検出処理部とを備えてなることを特徴とするロータリソレノイドの切換速度検出装置。
前記ホール素子は、配線基板に表面実装し、この配線基板を前記ケーシング部の内面に取付けることを特徴とする請求項１記載のロータリソレノイドの切換速度検出装置。
前記配線基板と前記ケーシング部の内面間には、前記ケーシング部の内面における基準位置に対して前記配線基板を位置決めして取付ける基準位置決め部を備えることを特徴とする請求項２記載のロータリソレノイドの切換速度検出装置。
前記配線基板と前記ケーシング部の内面間に介在させる間隔調整用セパレータを備えることを特徴とする請求項２又は３記載のロータリソレノイドの切換速度検出装置。
前記マグネットロータ部は、三角形における一つの角部に対応する位置を前記シャフトに固定し、かつ自由端となる残りの二つの角部に対応する位置に前記マグネット部を固定するモールド部を備えて構成するとともに、前記ステータ部は、前記ケーシング部に固定して一方の端面を前記マグネット部に対面させた単一のコイルと、このコイルにより発生する磁界の磁路を形成するヨークを備えて構成することを特徴とする請求項１記載のロータリソレノイドの切換速度検出装置。
前記速度検出処理部は、前記回動範囲の両端位置における前記ホール素子の出力電圧の最小電圧と最大電圧を設定し、前記マグネットロータ部の変位時における前記最小電圧を検出した時点又は前記最大電圧を検出した時点に基づいて前記変位時間を検出することを特徴とする請求項１記載のロータリソレノイドの切換速度検出装置。