JP7258454B2 - rotary solenoid - Google Patents
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Description
本発明は、ケーシングに固定したステータ部及びケーシングにより回動自在に支持されるマグネットロータ部を備えるロータリソレノイドに関する。 The present invention relates to a rotary solenoid having a stator portion fixed to a casing and a magnet rotor portion rotatably supported by the casing.
一般に、ロータリソレノイドは、往復回動変位を出力することにより二位置の切換を行う機能を備えるため、貨幣や紙幣等の区分け、郵便物等の仕分け、印刷物の搬送路切換、光学機器の光路切換、半導体製造装置のイオンシャッタ等、数多くの分野における各種用途に用いられている。特に、光学機器の光路切換では、高速かつ高い動作角度精度のみならず、配設スペースが限られるため、ロータリソレノイドの小型化(薄型化)が要求されるとともに、半導体製造装置のイオンシャッタでは、素子の大きさに合わせて狭ピッチでシャッタを並べることにより、素子をイオントリミングする必要があるため、このシャッタを駆動するため超薄型のロータリソレノイドが要求されている。さらに、チップ半導体の仕分け装置による不良品の仕分けでは、チップの微細化に伴う超小型のロータリソレノイドも要求されている。 In general, a rotary solenoid has a function of switching between two positions by outputting a reciprocating rotational displacement. , ion shutters for semiconductor manufacturing equipment, and so on. In particular, optical path switching in optical equipment requires not only high speed and high operating angle accuracy, but also the installation space is limited. Since it is necessary to perform ion trimming on the element by arranging the shutters at a narrow pitch according to the size of the element, an ultra-thin rotary solenoid is required to drive the shutter. Furthermore, in the sorting of defective products by a chip semiconductor sorting device, an ultra-compact rotary solenoid is also required along with the miniaturization of chips.
従来、このような用途に用いる小型化されたロータリソレノイドとしては、既に本出願人が提案した特許文献1及び2で開示されるロータリソレノイドが知られている。特許文献1で開示されるロータリソレノイド(回転電機)は、コイル収容空間を効率的に確保し、小型コンパクト化(超小型化)、さらには全体のコストダウンを実現するとともに、特性及び品質の均一性を高めることを目的としたものであり、具体的には、シャフトの中間部にマグネットを有するマグネットロータと、鉄芯部を覆うコイルボビンにコイルを巻回したステータを備え、特に、シャフトに対して両側から装着し、対向させることによりコイルボビンを構成するとともに、コイルを巻回するコイル巻回部がマグネットの外周面よりも径方向中心側へオーバラップした形状を有する一対のボビン半体部と、一対のボビン半体部間に装着する鉄芯部を備えて構成したものである。
Conventionally, rotary solenoids disclosed in
また、特許文献2で開示されるロータリソレノイド(ソレノイド)は、超小型のソレノイドを容易に実現するとともに、ワイヤ端部の接続部分を機械的に保護することにより超小型のソレノイドにおける信頼性を高めることを目的としたものであり、具体的には、筒形のケーシングと、このケーシングの開口部を閉塞する端面カバーと、ケーシングに収容するコイルボビンと、このコイルボビンに巻装した一又は二以上のコイルと、コイルボビンに装着してコイルから導出されるワイヤ端部を接続する一又は二以上のピン端子と、コイルの通電により変位するマグネットを有する可動部とを備え、特に、コイルボビンに設けた貫通孔部と、この貫通孔部に対して一端開口から挿通させた際に、ワイヤ接続部に対してワイヤ端部を接続可能な中途位置及びワイヤ接続部がコイルボビンにおけるバリア部により遮蔽される最終位置に止めることができる中間取付部を有するとともに、最終位置では貫通孔部の他端開口から突出するピン本体部を有してなるピン端子とを備えて構成したものである。
In addition, the rotary solenoid (solenoid) disclosed in
しかし、上述した特許文献1及び特許文献2で開示されるロータリソレノイドをはじめ、従来の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。
However, conventional rotary solenoids, including the rotary solenoids disclosed in
第一に、往復回動変位を出力する可動部(ロータ部)は、軸受部により回動変位自在に支持されるとともに、この可動部に対向する固定部(ステータ部)は、可動部の円周方向に沿って配設されるため、軸方向から見たロータリソレノイド全体の外郭形状は、円形状又はこの円形状を収容する正方形状となる。したがって、小型化を実現することは容易でなく、外径は、5〔mm〕程度までが限界となる。特に、外径を5〔mm〕前後まで小型化する場合、コイルの巻線スペースが狭くなるため、コイルのターン数を増やすことができず、必要なトルクを得るための磁束及びアンペアターンを確保することが困難になる。この結果、電流が過大となり、小型化すればするほど、コイルの温度が上昇し、トルクの低下を招いてしまう。 First, the movable part (rotor part) that outputs the reciprocating rotational displacement is supported by the bearing part so as to be rotationally displaceable. Since they are arranged along the circumferential direction, the outer shape of the rotary solenoid as a whole when viewed from the axial direction is a circular shape or a square shape that accommodates this circular shape. Therefore, it is not easy to achieve miniaturization, and the outer diameter is limited to about 5 [mm]. In particular, when the outer diameter is reduced to around 5 mm, the winding space of the coil becomes narrow, so the number of coil turns cannot be increased, and the magnetic flux and ampere turns to obtain the necessary torque are secured. become difficult to do. As a result, the current becomes excessive, and the smaller the size, the higher the temperature of the coil and the lower the torque.
第二に、ステータ部は、円形状のケーシング部(又はヨーク部)に固定するため、ステータ部により構成される各極(N極,S極)は径方向に突出したコアを備えるとともに、このコアにマグネットワイヤを巻回してコイルを製作する必要がある。したがって、コイルの中心位置は外側に行くほど円弧に沿って内方へずれることになり、特殊な巻線装置が必要になるなど、製造工程が複雑化し、製造コストの上昇や歩留まり率の低下が無視できない。なお、巻線処理の簡略化を図るため、コイルを巻回したコイルボビンをコアに装着する方法も採用されているが、外径を5〔mm〕程度まで小型化した場合、コイルの設置空間が制限されるため、コイルボビンの使用は困難となり、コイルボビンをコアに装着する方法は事実上採用できない。 Secondly, since the stator portion is fixed to the circular casing portion (or yoke portion), each pole (N pole, S pole) formed by the stator portion has a radially protruding core. It is necessary to wind the magnet wire around the core to fabricate the coil. Therefore, the center position of the coil shifts inward along the arc as it goes outward, which complicates the manufacturing process by requiring a special winding device, etc., increasing the manufacturing cost and lowering the yield rate. cannot be ignored. In addition, in order to simplify the winding process, a method of mounting a coil bobbin on which a coil is wound is also adopted, but if the outer diameter is reduced to about 5 [mm], the installation space for the coil will be large. Due to the limitations, it is difficult to use the coil bobbin, and the method of attaching the coil bobbin to the core cannot be practically adopted.
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提供を目的とするものである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a rotary solenoid which solves the problems existing in the background art.
本発明に係るロータリソレノイド1,1eは、上述した課題を解決するため、ケーシング2に固定し、かつステータコア3に巻回したコイル4を有するステータ部及び当該ケーシング2により回動自在に支持されるマグネットロータ部を備えるロータリソレノイドを構成するに際して、コの字形に形成したステータコア3の中間部に位置するセンタコア部3cにマグネットワイヤWを巻回して製作したコイル4を有するステータ部Msと、横長の直方体形状Fに一体形成することにより、当該直方体形状Fの一面における開口部2oから内部における内面2si,2siにステータ部Msを構成するステータコア3の収容をガイドするガイド凹部21,21を設け、かつこのガイド凹部21,21の所定位置Xs…で少なくともステータコア3の位置を規制可能な係止部22,22を設けたステータ規制部11…を有するとともに、開口部2oに対向する底板部2dに一方の軸受部12及びコイル4の逃げ空間となる許容凹部23を有する合成樹脂素材により一体形成したケーシング2と、開口部2oを閉塞し、かつ他方の軸受部14を有する合成樹脂素材により一体形成したカバー13と、センタコア部3cの両側に位置する一対のサイドコア部3p,3q間に配するマグネット15を一体に有するとともに、一端側が一方の軸受部12に支持され、かつ他端側が他方の軸受部14に支持されるマグネットロータ部Mrを備え、一対のサイドコア部3p,3qにおける相対向する平行面に形成した対向面3pf,3qfに、マグネット15の周面15fに対して一定のクリアランスCcを介して対面する湾曲面3pr,3qrを形成するとともに、マグネット15の外径寸法をL1及び内径寸法をL2とし、一対のサイドコア部3pと3q間の最大間隔寸法及び最小間隔寸法をL3及びL4とし、コイル4の軸方向寸法をL5としたとき、L3>L1>L4>L2,L4=L5の関係に選定してなることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the
また、本発明は、発明の好適な態様により、マグネット15は、シャフト16の直交方向一方向に配向し、かつこの配向方向にS極とN極の2極に分割着磁した円筒形、又はシャフト16の半径方向にラジアル配向し、かつこのラジアル配向にS極とN極の2極に分割着磁した円筒形に形成することができる。一方、ケーシング2の内部又は外部に、係止によりマグネットロータ部Mrの回動範囲を設定範囲Zrを規制するストッパ機構17を設けることができる。また、センタコア部3cの表面に絶縁塗料を塗布することによりコーティング絶縁層18を設け、このコーティング絶縁層18上に、マグネットワイヤWを直接巻回することができる。この際、マグネットワイヤWには熱融着線Whを用いることができる。
Further, according to a preferred aspect of the present invention, the
このような本発明に係るロータリソレノイド1,1eによれば、次のような顕著な効果を奏する。
According to the
(1) コの字形に形成したステータコア3の中間部に位置するセンタコア部3cにマグネットワイヤWを巻回して製作したコイル4を有するステータ部Msを備えるとともに、横長の直方体形状Fに一体形成することにより、当該直方体形状Fの一面における開口部2oから内部にステータ部Msをガイドし、かつ所定位置Xs…で少なくともステータコア3の位置を規制可能なステータ規制部11…を有するケーシング2を具備してなるため、全体の外郭形状の小型化及び薄型化、特に、厚さが5〔mm〕以下の超薄型形状も容易に実現できる。この結果、部品間の隙間のような狭い空間への配設やアレー化による高密度配列も可能になるなど、様々な配設スペースに対応させることができ、汎用性及び発展性を飛躍的に高めることができる。
(1) A stator portion Ms having a
(2) マグネット15やステータコア3の形状及び体積を考慮した合理的な磁路を構築できるため、コイル4の巻線スペースの相対的確保によりターン数を増やすことができる。この結果、必要なトルクを得るための磁束及びアンペアターンを容易に得ることができ、超薄型形状による構造であっても高い駆動トルクを確保できる。加えて、製造においても、特殊な巻線装置が不要になるなど、シンプルな製造工程の組合わせが可能になり、特に、製造自動化工程の容易化,簡略化及び低コスト化を実現できるとともに、製品の歩留まり率の向上にも寄与できる。
(2) Since a rational magnetic path can be constructed in consideration of the shape and volume of the
(3) ステータコア3を形成するに際し、一対のサイドコア部3p,3qにおける相対向する平行面に形成した対向面3pf,3qfに、マグネットロータ部Mrの周面Mrfに対して一定のクリアランスCcを介して対面する湾曲面3pr,3qrを形成したため、各対向面3pf,3qfに対して突出部位を設けることなく、マグネットロータ部Mrの周面Mrfとの対向面積を大きくできるとともに、マグネット15の直径を大きくできる。これにより、ロータリソレノイド1の小型化を図る場合であっても、必要なトルク(磁束)を確保できるとともに、非通電時の自己保持力を高めることができる。
(3) When forming the
(4) 各部を構成するに際し、マグネット15の外径寸法をL1及び内径寸法をL2とし、一対のサイドコア部3pと3q間の最大間隔寸法及び最小間隔寸法をL3及びL4とし、コイル4の軸方向寸法をL5としたとき、L3>L1>L4>L2,L4=L5の関係に選定したため、センタコア部3cの長手方向寸法を最大限に利用できるとともに、センタコア部3cの長手方向寸法に等しい空間を確保できる。これにより、マグネットワイヤWの巻線工程も、汎用的な巻線装置を利用することにより、容易かつ確実に行うことができるとともに、製造コストの削減に寄与できる。
(4) When configuring each part, the outer diameter dimension of the
(5) ケーシング2及びカバー13を形成するに際し、双方を合成樹脂素材Rにより一体形成したため、樹脂成形品として一体成形できる。これにより、量産性及び低コスト性を高めることができるとともに、ケーシング2とカバー13は熱溶着により容易に一体化させることができる。
(5) When forming the
(6) 好適な態様により、マグネット15を、シャフト16の直交方向一方向に配向し、かつこの配向方向にS極とN極の2極に分割着磁した円筒形、又はシャフト16の半径方向にラジアル配向し、かつこのラジアル配向にS極とN極の2極に分割着磁した円筒形に形成すれば、小径でも大きな磁束を発生させることができるとともに、最もシンプルな形態として実施できるため、ステータコア3とマッチングした最適な態様として実施することができる。
(6) According to a preferred embodiment, the
(7) 好適な態様により、ケーシング2の内部又は外部に、係止によりマグネットロータ部Mrの回動範囲を設定範囲Zrを規制するストッパ機構17を設ければ、往復回動変位の出力による二位置の切換アクチュエータとして機能させることができるため、本来のロータリソレノイド1として使用できるとともに、任意の設定範囲Zrを容易に設定することができる。
(7) According to a preferred embodiment, if a
(8) 好適な態様により、ステータコア3におけるセンタコア部3cの表面に絶縁塗料を塗布することによりコーティング絶縁層18を設け、このコーティング絶縁層18上に、マグネットワイヤWを直接巻回するようにすれば、コイル4との短絡を容易かつ確実に防止できるとともに、コイルボビンを排除できるため、マグネットワイヤWの巻数を大きくすることが可能となり、超薄型形状(超小型形状)も容易に実現できる。
(8) According to a preferred embodiment, the
(9) 好適な態様により、マグネットワイヤWとして、熱融着線Whを用いれば、マグネットワイヤW,W…同士の融着が可能になるため、巻線時におけるコイル4の巻崩れを回避しつつ、コイルボビンを用いることなく、確実にマグネットワイヤWの巻線処理を実行することができるとともに、強度の向上により振動等に対する断線の防止にも寄与できる。
(9) According to a preferred embodiment, if the heat-sealing wire Wh is used as the magnet wire W, the magnet wires W can be fused to each other, so that the winding collapse of the
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。 Next, preferred embodiments according to the present invention will be presented and explained in detail based on the drawings.
まず、本実施形態に係るロータリソレノイド1を構成する部材について、図1~図7を参照して説明する。
First, members constituting a
ロータリソレノイド1は、図1~図7に示すように、一面における開口部2oを有する横長の直方体形状Fに一体形成したケーシング2と、当該開口部2oを閉塞するカバー13を備え、ケーシング2とカバー13は、それぞれプラスチック素材(合成樹脂素材)Rにより一体成形する。このように、ケーシング2とカバー13をプラスチック素材Rにより一体形成すれば、樹脂成形品として一体成形できるため、量産性及び低コスト性を高めることができる。
As shown in FIGS. 1 to 7, the
なお、ケーシング2及びカバー13の双方をプラスチック素材Rにより形成することが望ましいが、いずれか一方又は双方を合成樹脂素材R以外の素材により形成する場合を排除するものではない。例えば、強度等を考慮し、金属素材(アルミニウム等)などの他の素材により形成してもよい。この場合であっても小型化故に接着剤等により容易に組付けることができる。
Although it is desirable that both the
ケーシング2は、図5に示すように、最短辺Fsを有する直方体形状Fとなるが、この最短辺Fsの寸法Lsは、例示の場合、5〔mm〕である。また、この最短辺Fsの両側には直角方向に長辺Fmを有するが、図6に示すように、超薄型ロータリソレノイド1を構築する観点から、この最短辺Fsの寸法Lsと長辺Fmの寸法Lmの関係は、(Lm/Ls)>1.5の条件を満たすように選定することが望ましい。
As shown in FIG. 5, the
さらに、ケーシング2の内部には、後述するステータ部Msを開口部2oから収容可能ステータ規制部11,11を形成する。例示の場合、図5及び図7に示すように、開口部2oにおける対向する一対の長辺Fm,Fmから内面2si,2siに沿って、ステータコア3の収容をガイドするガイド凹部21,21を内面2si,2siの中途の所定位置Xs,Xsまでそれぞれ形成する。この所定位置Xs…におけるガイド凹部21,21の底面部が係止部22,22となり、ガイド凹部21,21と係止部22,22がステータ規制部11,11を構成する。このようなステータ規制部11,11を設けることにより、ケーシング2の内部に、ステータ部Msを容易かつ円滑に収容(組付け)できるとともに、収容後は、ケーシング2に対するステータ部Msの位置決めが行われる。
Further, inside the
また、ケーシング2における開口部2oに対向する底板部2dの内面2diであって、後述するステータ部Msに巻回したコイル4に対向する部位には、図2に示すように、コイル4の収容を許容する逃げ空間となる許容凹部23を形成するとともに、後述するマグネットロータ部Mrを収容する位置に対応する底板部2dの部位には、当該マグネットロータ部Mrのシャフト16の一端側を回動自在に支持可能な一方の軸受部12を形成する。なお、ロータリソレノイド1は、電動モータのように高速回転するものではないため、軸受部12は単純な円孔で足りるが、必要により別途の軸受体をインサート成形又は組付けにより設けてもよい。その他、図5に示す25,25は、図4に示すように、一対のリード線61,62を導出する断面U形の切欠部を示す。
Moreover, as shown in FIG. and a portion of the
他方、カバー13は、平板状に形成し、内面13iには、ケーシング2の開口部2oに装着した際に、ケーシング2の内面2si…に嵌合する肉厚部31を形成する。また、肉厚部31における許容凹部23に対向する位置には、コイル4の収容を許容する逃げ空間となる同様の許容凹部32を形成するとともに、後述するマグネットロータ部Mrを収容する位置に対応する肉厚部31の部位には、当該マグネットロータ部Mrのシャフト16の他端側を回動自在に支持可能な他方の軸受部14を形成する。この場合、軸受部12と同様、軸受部14は単純な円孔で足りるが、必要により別途の軸受体をインサート成形又は組付けにより設けてもよい。
On the other hand, the
カバー13は、ケーシング2に組付けた際に、肉厚部31により位置決めされるため、一対の軸受部12と14の位置決めが行われるとともに、マグネットロータ部Mrの位置決めも行われることになる。また、ステータ部Msも前述したケーシング2により位置決めされるため、ケーシング2,カバー13,ステータ部Ms及びマグネットロータ部Mrの主要構成要素は、相互に位置決めされた状態で一体化される。
Since the
一方、ロータリソレノイド1は、ケーシング2に収容する図7に示すステータ部Msとマグネットロータ部Mrを備える。本実施形態に係るロータリソレノイド1は、上述したケーシング2とカバー13に加え、別途製作したステータ部Msとマグネットロータ部Mrを用意すれば足り、その基本的な構造は極めて単純である。
On the other hand, the
ステータ部Msは、図7に示すように、ステータコア3とコイル4により構成する。ステータコア3は、図1に示すように、全体をコの字形に形成し、中間に位置するセンタコア部3cとこのセンタコア部3cの両端から直角方向へ延出した一対のサイドコア部3p,3qを備え、SPCC,SECC,ケイ素鋼板等の軟磁性材の電磁鋼板をプレス加工により一体形成することができる。その他、軟磁性材料を鍛造等により型成形したものであってもよい。
The stator portion Ms is composed of a
この場合、一対のサイドコア部3p,3qにおける相対向する対向面3pf,3qfは、平行面に形成するとともに、後述するマグネット15の周面15fに対向する部位には、当該周面15fに対して一定のクリアランスCcを介して対面する円弧状の湾曲面3pr,3qrを形成する。このような湾曲面3pr,3qrを形成すれば、各対向面3pf,3qfに対して突出部位を設けることなく、マグネットロータ部Mrの周面Mrfとの対向面積を大きくできるとともに、マグネット15の直径を大きくできるため、ロータリソレノイド1の小型化を図る場合であっても、必要なトルク(磁束)を確保できるとともに、非通電時の自己保持力を高めることができる。
In this case, the opposing surfaces 3pf and 3qf of the pair of
また、ステータコア3におけるセンタコア部3cの表面(外面)には、樹脂の電着や粉体静電塗装等による絶縁塗料を塗布することによりコーティング絶縁層18を設ける。具体的には、フッ素樹脂,アクリル樹脂,エポキシ樹脂等の各種樹脂素材を用いることができる。特に、イミドアミド-エポキシ変性樹脂を用いれば、薄膜であっても絶縁性が高く、かつ十分な強度を有する絶縁層を得ることができる。いずれの場合であっても、本実施形態の場合、コーティング絶縁層18の厚さは、10〔μm〕程度であっても十分な絶縁能力を持たせることができる。加えて、コーティング絶縁層18の厚さを、コイル4の導体線径よりも小さく選定すれば、巻線スペースの確保によりターン数を増やせるため、低消費電力化にも寄与できる。
A coating insulating
したがって、このようなコーティング絶縁層18を設ければ、コーティング絶縁層18上に、マグネットワイヤWを直接巻回した場合であっても、コイル4との短絡を防止することができるとともに、コイルボビンを排除できるため、マグネットワイヤWの巻数を大きくすることが可能となり、超薄型形状(超小型形状)も容易に実現できる。
Therefore, if such a
そして、このセンタコア部3cには、後述する巻線装置70を使用してマグネットワイヤWを直接巻回し、コイル4を製作することができる。この場合、マグネットワイヤWには、例えば、軟銅線の表面に熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂等の融着皮膜を設けた熱融着線Whを用いることが望ましい。マグネットワイヤWとして、このような熱融着線Whを用いれば、マグネットワイヤW…同士の融着が可能になるため、巻線時におけるコイル4の巻崩れを回避しつつ、コイルボビンを用いることなく、確実にマグネットワイヤWの巻線処理を実行することができるとともに、強度の向上により振動等に対する断線の防止にも寄与できる。なお、マグネットワイヤWは、断面が丸形の一般的な導線であってもよいし、断面が角形の平角導線であってもよい。
Then, the
他方、マグネットロータ部Mrは、図1及び図7に示すように、軟磁性材により形成したシャフト16を備える。シャフト16は丸棒状に形成し、一端側(先端側)の所定範囲にはDカット面を設ける。また、シャフト16における所定の中間位置には、大径部を形成し、この大径部に円筒形のマグネット15を接着により固定する。これにより、マグネット15とシャフト16間で閉磁気回路を構成する。なお、シャフト16の大径部によりマグネット15に対する接着をより容易かつ強固にできる。このシャフト16は、一端側がカバー13に形成した軸受部14により回動自在に支持されるとともに、他端側がケーシング2に形成した軸受部12により回動自在に支持される。
On the other hand, as shown in FIGS. 1 and 7, the magnet rotor portion Mr includes a
マグネット15は、フェライトマグネット,希土類マグネット等の永久磁石により形成することができる。マグネット15は、シャフト16の直交方向一方向に配向し、かつこの配向方向にS極とN極の2極に分割着磁した円筒形に形成してもよいし、或いはシャフト16の半径方向にラジアル配向し、かつこのラジアル配向にS極とN極の2極に分割着磁した円筒形に形成してもよい。このように構成すれば、マグネット15が小径であっても、大きな磁束を発生させることができるとともに、最もシンプルな形態として実施できるため、ステータコア3とマッチングした最適な態様として実施できる。マグネット15として、特に、Nd-Fe-B磁石を使用すれば、空隙部における高い磁束密度を確保できるとともに、トルクを高めることが可能となる。
The
ロータリソレノイド1は、このような構成を有するため、全体の寸法関係は、図6に示すように、マグネット15の外径寸法をL1、マグネット15の内径寸法をL2、一対のサイドコア部3pと3q間の最大間隔寸法、即ち、湾曲部3prの中央位置と湾曲部3qrの中央位置間の寸法をL3、一対のサイドコア部3pと3q間の最小間隔寸法、即ち、平行面を構成する対向面3pfと3qf間の寸法をL4、コイル4の軸方向寸法をL5としたとき、L3>L1>L4>L2,L4=L5の関係に選定することができる。
Since the
全体のディメンションをこのような関係に選定すれば、センタコア部3cの長手方向寸法を最大限に利用できるとともに、センタコア部3cの長手方向寸法に等しい空間を確保できるため、マグネットワイヤWの巻線工程も、汎用的な巻線装置を利用することにより、容易かつ確実に行うことができるとともに、製造コストの削減に寄与できる。加えて、マグネット15の軸方向寸法は、コイル4の軸方向寸法L5よりも長く選定することが望ましい。
If the overall dimensions are selected in such a relationship, the longitudinal dimension of the
次に、本実施形態に係るロータリソレノイド1の製造方法について、図1~図7,図9~図12を参照しつつ、図8に示すフローチャートに従って説明する。
Next, a method for manufacturing the
なお、図9は、ステータ部Msの製作に用いて好適な巻線装置70を示す。最初に、この巻線装置70について説明する。巻線装置70は、大別して、機台を兼ねる回転駆動部71と、この回転駆動部71から上方に突出した回転支持部71sの上端に支持される回転テーブル72とを備える。回転テーブル72は、全体を磁性材により円柱盤状に形成し、特に、上面のテーブル面72uは平坦面に形成する。
Note that FIG. 9 shows a winding
そして、テーブル面72uには、凹部によるコアセット部73を形成する。コアセット部73は、ステータコア3における一方のサイドコア部3q(又は3p)を上から嵌合した際に、水平方向における位置決めが行われるように、その開口形状を選定するとともに、所定の深さに形成することにより、底部に、上下にSN極が生じる保持マグネット74を固定する。したがって、コアセット部73の深さは、サイドコア部3qをセットし、保持マグネット74に吸着された状態で、サイドコア部3qの上面が、テーブル面72uに一致又はやや上方に位置する深さに選定する。なお、保持マグネット74は、可動式又は電磁石等により構成することにより、吸着機能(クランプ機能)をON/OFF可能にすることが望ましい。
A core set
また、コアセット部73を設けるテーブル面72u上の位置は、コアセット部73(保持マグネット74を含む)に、サイドコア部3qをセットした際に、センタコア部3cがテーブル面72uに対して直角に起立し、かつセンタコア部3cの中心(軸心)Pcが回転テーブル72の回転中心に一致する位置を選定する。
The position on the
これにより、コアセット部73に、ステータコア3における一方のサイドコア部3qをセット(収容)すれば、図9に示すように、サイドコア部3qは、保持マグネット74に吸着固定されるとともに、コアセット部73により位置決めされる。なお、点線矢印Dmは、磁力線の経路を示している。
Accordingly, when one
ところで、本実施形態に係るステータコア3は、サイドコア部3pの長手方向寸法が、5〔mm〕程度となるため、チャック等により機械的に挟んで固定することは容易でない。仮に挟んで固定したとしても保持面積が小さくなり、安定した状態では保持しにくくなるため、ステータコア3を傷付けやすいなどの弊害も生じる。本実施形態で用いる巻線装置70は、保持マグネット74により吸着するようにしたため、ステータコア3のサイズが小さくなっても十分な保持固定が可能になるとともに、巻線装置70…全体の小型化や低コスト化に寄与できるなど、本実施形態に係るロータリソレノイド1の製造に用いて最適となる。
By the way, in the
したがって、この巻線装置70は、他の様々な形態に変更可能である。一例として、図11は、回転テーブル72を、プラスチック素材により形成した回転テーブル72eに変更した巻線装置70eを示す。この変更例では、回転テーブル72eが磁路を形成しないため、コアセット部73の中に、磁性プレート75を収容するとともに、この磁性プレート75の上に、二つの保持マグネットメンバ74ep,74enを左右に並べた保持マグネット74eを収容した。二つの保持マグネットメンバ74ep,74enの磁極は上下反対である。これにより、二つの保持マグネットメンバ74ep,74en,磁性プレート75及びステータコア3により磁路を形成することができ、安価で軽量なプラスチック素材による回転テーブル72eを用いることができる。
Therefore, this winding
また、図12は、不図示の支持機構に支持された押えブロック76を追加した巻線装置70fを示す。この変更例では、ステータコア3を上下で保持固定できるため、ステータコア3を確実かつ安定に固定できることに加え、巻回時におけるマグネットワイヤW(熱融着線Wh)のセンタコア部3cからのはみ出しを規制してコイル4の無用な型崩れを防止できるとともに、ステータコア3をコアセット部73にセットさせる際のキャッチャーとして機能させることにより、ステータコア3を容易にコアセット部73にセットすることができる。
Also, FIG. 12 shows a winding device 70f to which a
具体的には、図12に示すように、押えブロック76の下面76dに、コアセット部73にセットしたステータコア3の上側に位置するサイドコア部3pに嵌合して保持するコア保持部77を形成するとともに、このコア保持部77の真上に位置する押えブロック76の上面にマグネット収容部78を設け、このマグネット収容部78に保持マグネット79を収容して構成した。この場合、サイドコア部3pの下面は、押えブロック76の下面76dに一致又はやや下方に位置するように選定するとともに、サイドコア部3qの上面は、回転テーブル72の上面72uに一致又はやや上方に位置するように選定する。
Specifically, as shown in FIG. 12, a
以上、巻線装置70(70e,70f)におけるステータコア3の固定手段としてマグネットを用いた例を挙げたが、その他、チャック等の機械的な固定手段以外の各種固定手段が利用可能であり、例えば、吸気による吸引手段等も利用可能である。なお、図11及び図12において、図9と同一部分には同一符号を付してその構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
An example of using a magnet as a means for fixing the
したがって、本実施形態に係るロータリソレノイド1を製造するに際しては、まず、ステータ製作工程により、ステータ部Msの製作を行う。ステータ部Msを製作するに際しては、予め製作したステータコア3を用意する。そして、このステータコア3を巻線装置70のコアセット部73にセットする(ステップS1)。また、不図示のワイヤ繰出部から繰り出される熱融着線Whの先端側を、ステータコア3におけるセンタコア部3cの巻始め位置に仮止めする。そして、不図示の熱風放出部を作動させ、熱風をセンタコア部3cに向けて局所的に放出(供給)する(ステップS2)。
Therefore, when manufacturing the
次いで、巻線装置70を作動させる(ステップS3)。巻線装置70の作動により、回転テーブル72が回転し、この回転テーブル72にセットされたステータコア3が回転するため、不図示のワイヤ繰出部からは、適度なバックテンションが付与され、かつ繰り出し位置の制御された熱融着線Whが繰り出される(ステップS4)。
Next, the winding
これにより、ステータコア3のセンタコア部3cに、熱融着線Whが巻回され、コイル4の製作が行われるとともに、巻回時には、熱風により熱融着線Whの融着皮膜が融解及び固化し、巻回された熱融着線Wh…同士が固着する巻線処理が行われる(ステップS5)。そして、設定したターン数を巻回したなら巻線処理を終了する(ステップS6)。以上により、図7に示すステータ部Msを製作することができる(ステップS7)。
As a result, the heat-sealing wire Wh is wound around the
また、マグネットロータ部Mrを用意する。このマグネットロータ部Mrは、予め、別途製作したシャフト16にマグネット15を組付けることにより得ることができる。即ち、円筒形のマグネット15に、シャフト16を挿通させるとともに、マグネット15の大径部における外周面とマグネット15の内周面間を、接着剤等により固定すればよい(ステップS8)。なお、マグネットロータ部Mrは、単体として着磁が完了したマグネット15をシャフト16に組付ける場合を説明したが、着磁前のマグネット生地をシャフト16に組付けて固定し、この後、シャフト16のDカット面を基準にして着磁を行ってもよい。この場合、特に、着磁するタイミングは、ケーシング2に組付けた後に行うことが望ましく、これにより、組立途中におけるマグネット15に対する金属粉等の粉塵の無用な付着を有効に防止できる利点がある。このように、着磁前のマグネット生地をシャフト16に組付け、この後、着磁する態様であっても、マグネット生地は、組立上、マグネット15として見做すことができるため、上述した着磁が完了したマグネット15を、シャフト16に組付ける場合と同じ概念である。これにより、図7に示すマグネットロータ部Mrを製作することができる(ステップS9)。
Also, a magnet rotor portion Mr is prepared. The magnet rotor portion Mr can be obtained by previously assembling the
次いで、ステータ組付工程により、製作したステータ部Msをケーシング2に組付ける。この場合、まず、ケーシング2を所定の組立機にセットする(ステップS10)。そして、図7に示すように、開口部2oからケーシング2の内部に、ステータ部Msを収容するのみで容易に組付けを行うことができる(ステップS11)。この場合、ステータ部Msは、矢印D1方向に沿って開口部2oからケーシング2の内部に収容される。この際、ステータコア3は、ガイド凹部21,21により直線上をガイドされるため、容易に収容できるとともに、収容後は、係止部22,22に係止して停止する。これにより、ステータ部Msは、ケーシング2に設けたステータ規制部11,11により正確に位置決めされる。
Next, the manufactured stator portion Ms is assembled to the
また、ステータ部Msの収容が収容したなら、図4に示すように、リード線61,62とコイル4を接続する(ステップS12)。この場合、リード線61,62の露出した導線部61s,62sに、コイル4における熱融着線Whの巻始めと巻終わりのそれぞれの引出線(導線部)Wha,Whbを絡げ、半田付け等により接続することができる。
When the stator portion Ms is accommodated, the
次いで、マグネットロータ組付工程により、用意したマグネットロータ部Mrをケーシング2に組付ける(ステップS13)。この場合、図7に示すように、マグネットロータ部Msを、開口部2oからケーシング2の内部に収容すればよい(ステップS13)。この際、シャフト16の他端側は、スペーサ51を通してケーシング2の底板部2dに設けた軸受部12に挿入する。スペーサ51は、フッ素樹脂やPOM(ポリアセタール)等の潤滑性樹脂素材を用いてワッシャ状に形成したものである。
Next, the prepared magnet rotor portion Mr is assembled to the
次いで、カバー組付工程により、用意したカバー13をケーシング2に組付ける(ステップS14)。この場合、シャフト16の一端側は、スペーサ51を通して、カバー13の軸受部14に挿入すれば、ケーシング2の開口部2oは、カバー13により閉塞される。そして、カバー13とケーシング2を熱溶着により固定する。これにより、図1~図3に示す目的のロータリソレノイド1を製造することができる。
Next, the
次に、本実施形態に係るロータリソレノイド1の動作(機能)について、図13を参照して説明する。
Next, the operation (function) of the
本実施形態に係るロータリソレノイド1を実際に使用する際には、ケーシング2の内部又は外部に、係止によりマグネットロータ部Mrの回動範囲を設定範囲Zrを規制するストッパ機構17を設けることができる。図13は、ケーシング2の外部に設けたストッパ機構17を一例として示す。このストッパ機構17は、一端をシャフト16に固定した係止レバー部を備えるとともに、係止レバー部41の回動変位方向の両側に配し、かつ係止レバー部41に係止して係止レバー部41の回動変位を規制する一対のストッパ部42,43を備える。これにより、例示のロータリソレノイド1(マグネットロータ部Mr)は、概ね60〔°〕の設定範囲Zrに設定され、係止レバー部41が一方のストッパ部42に係止する第一位置と他方のストッパ部43に係止する第二位置間を往復回動変位する機能を備える。
When the
一方、ロータリソレノイド1は、次のように動作する。なお、例示のロータリソレノイド1は、マグネット15が係止レバー部41を通る径方向に着磁され、シャフト16を境にして係止レバー部41側にS極が、その反対側にN極が生じているものとする。また、ロータリソレノイド1から導出したリード線61,62は、電源部を内蔵するコントローラ65に接続され、コイル4に対して正方向通電が行われているものとする。
On the other hand, the
したがって、この状態においては、コイル4が正方向に励磁され、図13中、上側のサイドコア部3pにS極が発生し、下側のサイドコア部3qにN極が発生する。この結果、マグネット15のN極は、S極のサイドコア部3p側に吸引され、かつN極のサイドコア部3qに対して反発するとともに、マグネット15のS極は、N極のサイドコア部3q側に吸引され、かつS極のサイドコア部3pに対して反発する。
Therefore, in this state, the
これにより、マグネット15は、図13中、時計方向へ回動変位し、係止レバー部41がストッパ部42に係止する第一位置で停止する。また、第一位置に停止後又はその直前に、コイル4に対する通電を解除すれば、マグネット15のN極とS極は、近接する磁性材であるサイドコア部3p,3qにそれぞれ吸引され、自己保持機能により第一位置の停止状態を保持する。
As a result, the
次いで、コントローラ65の制御により、ロータリソレノイド1に対する通電極性を切換えれば、コイル4に対して逆方向通電が行われ、図13中、上側のサイドコア部3pにN極が発生し、下側のサイドコア部3qにS極が発生する。この結果、マグネット15のN極は、S極のサイドコア部3q側に吸引され、かつN極のサイドコア部3pに対して反発するとともに、マグネット15のS極は、N極のサイドコア部3p側に吸引され、かつS極のサイドコア部3qに対して反発する。
Next, by switching the energization polarity of the
これにより、マグネット15は、図13中、反時計方向へ回動変位し、係止レバー部41がストッパ部43に係止する第二位置で停止する。また、
第二位置に停止後又はその直前に、コイル4に対する通電を解除すれば、マグネット15のN極とS極は、近接する磁性材であるサイドコア部3q,3pにそれぞれ吸引され、自己保持機能により第二位置の停止状態を保持する。このように、ケーシング2の内部又は外部に、係止によりマグネットロータ部Mrの回動範囲を設定範囲Zrを規制するストッパ機構17を設ければ、往復回動変位の出力による二位置の切換アクチュエータとして機能させることができるため、本来のロータリソレノイド1として使用できるとともに、任意の設定範囲Zrを容易に設定することができる。以上、図13は、ストッパ機構17をケーシング2の外部に設けた一例を示したが、このストッパ機構17は、ケーシング2の内部空間内に同様に配設してもよい。
As a result, the
When the
次に、本発明の変更実施形態に係るロータリソレノイド1eについて、図14を参照して説明する。 Next, a rotary solenoid 1e according to a modified embodiment of the invention will be described with reference to FIG.
図14に示すロータリソレノイド1eは、同一構成したステータ部Ms…を二つ用意し、マグネットロータ部Mrに対して、左右方向(径方向Dd)の一方側に一つ目のステータ部Msを配するとともに、180〔°〕反対方向となる他方側に二つ目のステータ部Msを配したものである。したがって、この場合、一方のステータ部Msに対して、他方のステータ部Msの左右を反転させるとともに、一方のステータ部Msのサイドコア部3p,3qの湾曲面3pr,3qrと他方のステータ部Msのサイドコア部3p,3qの湾曲面3pr,3qrは、位置が重なり合うように相互にオーバラップさせる。このため、各ステータ部Ms…は、シャフト16の軸方向に段違いに配される。また、基本形態のロータリソレノイド1(図1)に対して、マグネット15は、軸方向長さをより長く形成するとともに、ケーシング2の長手方向長さをより長く形成する。
In the rotary solenoid 1e shown in FIG. 14, two stator portions Ms having the same configuration are prepared. In addition, a second stator portion Ms is arranged on the other side which is 180[°] opposite. Therefore, in this case, the other stator portion Ms is horizontally reversed with respect to the other stator portion Ms, and the curved surfaces 3pr, 3qr of the
これにより、変更実施形態に係るロータリソレノイド1eは、基本形態のロータリソレノイド1の厚さを同一(5〔mm〕)に維持したまま、駆動力(駆動トルク)をより高めることができる。さらに、ロータリソレノイド1eは、複数のステータ部Ms…をシャフト16の軸方向に段違いに配することを条件として、三つ以上のステータ部Ms…を設けて構成することも可能である。
As a result, the rotary solenoid 1e according to the modified embodiment can increase the driving force (driving torque) while maintaining the same thickness (5 [mm]) as the
よって、このような本実施形態に係るロータリソレノイド1,1eは、基本的な構成として、コの字形に形成したステータコア3の中間部に位置するセンタコア部3cにマグネットワイヤWを巻回して製作したコイル4を有するステータ部Msと、横長の直方体形状Fに一体形成することにより、当該直方体形状Fの一面における開口部2oから内部にステータ部Msをガイドし、かつ所定位置Xs…で少なくともステータコア3の位置を規制可能なステータ規制部11…を有するとともに、開口部2oに対向する底板部2dに一方の軸受部12を有するケーシング2と、開口部2oを閉塞し、かつ他方の軸受部14を有するカバー13と、センタコア部3cの両側に位置する一対のサイドコア部3p,3q間に配するマグネット15を一体に有し、かつ一端側が一方の軸受部12に支持され、かつ他端側が他方の軸受部14に支持されるマグネットロータ部Mrを備えてなるため、全体の外郭形状の小型化及び薄型化、特に、厚さが5〔mm〕以下の超薄型形状も容易に実現できる。この結果、部品間の隙間のような狭い空間への配設やアレー化による高密度配列も可能になるなど、様々な配設スペースに対応させることができ、汎用性及び発展性を飛躍的に高めることができる。
Therefore, the
また、マグネット15やステータコア3の形状及び体積を考慮した合理的な磁路を構築できるため、コイル4の巻線スペースの相対的確保によりターン数を増やすことができる。この結果、必要なトルクを得るための磁束及びアンペアターンを容易に得ることができ、超薄型形状による構造であっても高い駆動トルクを確保できる。加えて、製造においても、特殊な巻線装置が不要になるなど、シンプルな製造工程の組合わせが可能になり、特に、製造自動化工程の容易化,簡略化及び低コスト化を実現できるとともに、製品の歩留まり率の向上にも寄与できる。
In addition, since a rational magnetic path can be constructed in consideration of the shape and volume of the
以上、変更例を含む好適実施形態(変更実施形態)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。 Although preferred embodiments (modified embodiments) including modified examples have been described in detail above, the present invention is not limited to such embodiments, and detailed configurations, shapes, materials, quantities, numerical values, etc. , can be arbitrarily changed, added, or deleted without departing from the gist of the present invention.
例えば、ケーシング2の内部又は外部に、係止によりマグネットロータ部Mrの回動範囲を設定範囲Zrを規制するストッパ機構17を設ける構成例としては、ロータリソレノイド1の一部を兼用する構成であってもよいし、ストッパ機構17を設けることなく、ロータリソレノイド1による切換対象側の機構における規制された範囲に直接従う態様であってもよい。さらに、ストッパ機構17を設けることなく、一部の部品変更等によりモータとして応用することも可能である。一方、ステータコア3におけるセンタコア部3cの表面に絶縁塗料を塗布することによりコーティング絶縁層18を設ける場合を示したが、絶縁塗料を塗布するとは、絶縁テープを貼付けるなど、同様の機能を発揮させる他の手段も含む概念である。また、マグネットワイヤWとして熱融着線Whを用いた場合を示したが、熱融着線Whを使用することなく、例えば、図12に示した巻線装置70fを使用して巻線処理し、巻線処理後、固定剤を塗布するなどの方法により固定してもよい。
For example, as a configuration example in which a
本発明に係るロータリソレノイドは、その往復回動性を利用して、貨幣や紙幣等の区分け、郵便物等の仕分け、印刷物の搬送路切換、光学機器の光路切換、半導体製造装置のイオンシャッタ等、数多くの分野における各種用途に利用することができる。 The rotary solenoid according to the present invention utilizes its reciprocating rotatability to sort money and bills, sort mail, etc., switch the transport path of printed matter, switch the optical path of optical equipment, ion shutter of semiconductor manufacturing equipment, etc. , can be used for a variety of applications in numerous fields.
1:ロータリソレノイド,2:ケーシング,2o:開口部,2d:底板部,2si:内面,3:ステータコア,3c:センタコア部,3p:サイドコア部,3q:サイドコア部,3pf:対向面,3qf:対向面,3pr:湾曲面,3qr:湾曲面,4:コイル,11:ステータ規制部,12:軸受部,13:カバー,14:軸受部,15:マグネット,16:シャフト,17:ストッパ機構,18:コーティング絶縁層,21:ガイド凹部,22:係止部,23:許容凹部,70:巻線装置,74:保持マグネット,L1:一対のサイドコア部間の最大間隔寸法,L2:マグネットの外径寸法,L3:一対のサイドコア部間の最小間隔寸法,L4:コイルの軸方向寸法,L5:マグネットの内径,Dd:径方向,F:直方体形状,Ms:ステータ部,Mr:マグネットロータ部,Mrf:マグネットロータ部の周面,Cc:クリアランス,R:合成樹脂素材,Zr:設定範囲,W:マグネットワイヤ,Wh:熱融着線,Xs:所定位置 1: rotary solenoid, 2: casing, 2o: opening, 2d: bottom plate, 2si: inner surface, 3: stator core, 3c: center core, 3p: side core, 3q: side core, 3pf: facing surface, 3qf: facing surface, 3pr: curved surface, 3qr: curved surface, 4: coil, 11: stator regulation portion, 12: bearing portion, 13: cover, 14: bearing portion, 15: magnet, 16: shaft, 17: stopper mechanism, 18 : Coating insulating layer 21: Guide recess 22: Locking portion 23: Allowable recess 70: Winding device 74: Holding magnet L1: Maximum distance between a pair of side core portions L2: Magnet outer diameter Dimensions, L3: Minimum distance between a pair of side core portions, L4: Coil axial dimension, L5: Magnet inner diameter, Dd: Radial direction, F: Cuboid shape, Ms: Stator portion, Mr: Magnet rotor portion, Mrf : Peripheral surface of magnet rotor, Cc: Clearance, R: Synthetic resin material, Zr: Setting range, W: Magnet wire, Wh: Thermal fusion wire, Xs: Predetermined position
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C60 | Trial request (containing other claim documents, opposition documents) |
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A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
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C21 | Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings |
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A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
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C211 | Notice of termination of reconsideration by examiners before appeal proceedings |
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C22 | Notice of designation (change) of administrative judge |
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C23 | Notice of termination of proceedings |
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C03 | Trial/appeal decision taken |
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C30A | Notification sent |
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