JPWO2018078847A1 - Rotary solenoid - Google Patents
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Abstract
マグネットロータ部2に、シャフト6の軸方向Fsにおける一方がS極となり他方がN極となるマグネット部7を使用し、このマグネット部7の軸方向Fsにおける両側に、シャフト6から径方向Fdに突出し、かつ周方向Ffに所定の角度範囲Zaにわたって形成した一対のロータヨーク12f,12rを設けるとともに、軸受部5f,5rを設けるケーシング4における相対向する一対の端面部4f,4rを長方形状Srに選定し、かつ少なくとも一方の長辺部4rmから直角方向に延出するケーシング4における側面部4pの位置を、マグネットロータ部2の回動を許容する近接位置Xsに選定する。The magnet rotor portion 2 uses a magnet portion 7 in which one of the shafts 6 in the axial direction Fs is an S pole and the other is an N pole. A pair of rotor yokes 12f and 12r projecting and formed in a circumferential direction Ff over a predetermined angle range Za is provided, and a pair of opposed end surface portions 4f and 4r in the casing 4 provided with the bearing portions 5f and 5r are formed in a rectangular shape Sr. The position of the side surface portion 4p in the casing 4 extending in the direction perpendicular to the at least one long side portion 4rm is selected as the proximity position Xs that allows the magnet rotor portion 2 to rotate.
Description
本発明は、ケーシングに設けた軸受部により回動自在に支持されるマグネットロータ部及びこのマグネットロータ部の径方向両側に配した一対のステ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 magnet rotor part rotatably supported by a bearing part provided in a casing, and a rotary solenoid provided with a pair of stator parts arranged on both sides in the radial direction of the magnet rotor part.
一般に、ロータリソレノイドは、ケーシングに設けた軸受部により回動自在に支持されるシャフトの中間位置にマグネットを有するマグネットロータ部、及びこのマグネットロータ部の径方向両側に配し、かつケーシングに固定したステータヨークに装着したコイルを有する一対のステータ部により構成し、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ている。 In general, a rotary solenoid is disposed on both sides in the radial direction of a magnet rotor portion having a magnet at an intermediate position of a shaft that is rotatably supported by a bearing portion provided on the casing, and is fixed to the casing. It comprises a pair of stator parts having coils mounted on the stator yoke, and has a function of switching between two positions by outputting a reciprocating rotational displacement.
したがって、この種の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用いられているが、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が要求されている。 Therefore, this type of rotary solenoid uses its reciprocating rotational property to sort money and banknotes, sort mail, etc., switch the transport path of printed matter, switch the optical path of optical equipment, and ion shutter of semiconductor manufacturing equipment. In particular, optical path switching of optical equipment is not only fast and has high operating angle accuracy, but also has a limited installation space. ) Is required, and in an ion shutter of a semiconductor manufacturing apparatus, it is necessary to perform ion trimming by arranging the shutter at a narrow pitch according to the size of the element. Rotary solenoids are required. Further, in order to sort defective products by a chip semiconductor sorting apparatus, an ultra-small rotary solenoid accompanying the miniaturization of chips is required.
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。
Further, 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, the conventional rotary solenoid including the rotary solenoid disclosed in
第一に、往復回動変位を出力するため、シャフトに支持される可動部(ロータ部)は回動変位するとともに、この可動部に対向する固定部(ステータ部)も、可動部の円周方向に沿って配設される。これにより、軸方向から見たロータリソレノイド全体の形状(ケーシングの外郭形状)は、円形状又はこの円形状を収容する正方形状となるため、全体の小型化を図るとしても、5〔mm〕程度の外径が限界となる。特に、外径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、トルクの低下を招く問題を生じる。 First, in order to output a reciprocating rotational displacement, the movable part (rotor part) supported by the shaft is rotationally displaced, and the fixed part (stator part) facing the movable part is also connected to the circumference of the movable part. Arranged along the direction. As a result, the shape of the entire rotary solenoid (outer shape of the casing) viewed from the axial direction is a circular shape or a square shape that accommodates the circular shape, so even if the overall size is reduced, it is about 5 mm. The outer diameter is the limit. In particular, when the size is reduced to around 5 [mm], the coil winding space is narrowed, so the number of turns of the coil cannot be increased, and a magnetic flux and an ampere turn for obtaining necessary torque are secured. It becomes difficult. As a result, the current becomes excessive, and the smaller the size, the higher the temperature of the coil, causing the problem of torque reduction.
第二に、マグネットロータ部に備えるマグネットは、径方向に着磁するため、着磁波形が正弦波状となる。例えば、リング形のマグネットを二極で使用する場合には、マグネットの体積に対して十分な磁束を確保できなくなり、トルクもそれに伴い小さくなる。この問題は、マグネットを組込んだ後に着磁を行うことに起因する。即ち、着磁したマグネットを組込む場合、磁気的な吸引力の発生により、部品の破損を招いたり鉄粉等のゴミを吸着してロータリソレノイドを損傷する虞れがあるため、通常、マグネットを組込んだ後に着磁を行っている。結局、着磁波形が正弦波状の場合、着磁方向に対して直角となる部分は未着磁状態に近くなり、小型化を図る場合には、マグネットの磁束が不足する。 Secondly, since the magnet provided in the magnet rotor part is magnetized in the radial direction, the magnetized waveform is sinusoidal. For example, when a ring-shaped magnet is used with two poles, a sufficient magnetic flux cannot be secured with respect to the volume of the magnet, and the torque decreases accordingly. This problem is caused by magnetizing after incorporating the magnet. In other words, when a magnetized magnet is assembled, the magnet is usually assembled because there is a risk of damage to the parts due to the generation of magnetic attraction force or adsorption of dust such as iron powder. Magnetization is performed after Eventually, when the magnetization waveform is sinusoidal, the portion perpendicular to the magnetization direction is close to an unmagnetized state, and the magnetic flux of the magnet is insufficient when downsizing is attempted.
第三に、ロータリソレノイドは、二位置を往復回動変位するため、回動変位を二位置に規制するための一対のストッパが必要となるが、軸方向から見た全体の形状(ケーシングの外郭形状)が円形状となるロータリソレノイドでは、ケーシングの内部にストッパの配設場所を確保しにくい。結局、ケーシングの内部にストッパを設ける場合、別途の配設スペースを確保したり、或いは、別途、外部に配設する必要があり、結果的に、ロータリソレノイド全体の小型化を妨げる要因になりやすい。 Third, since the rotary solenoid reciprocally moves at two positions, a pair of stoppers for restricting the rotation displacement to two positions are required. In a rotary solenoid having a circular shape, it is difficult to secure a place for the stopper in the casing. After all, when a stopper is provided inside the casing, it is necessary to secure a separate arrangement space or separately arrange it outside, and as a result, it tends to hinder downsizing of the entire rotary solenoid. .
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。 An object of the present invention is to provide a rotary solenoid that solves such problems in the background art.
本発明は、上述した課題を解決するため、ケーシング4に設けた軸受部5f,5rにより回動自在に支持されるシャフト6の中間位置にマグネット部7を有するマグネットロータ部2と、このマグネットロータ部2の径方向Fd両側に配し、かつケーシング4に固定したステータヨーク8s…に装着したコイル9s…を有する一対のステータ部3s…とを備えてなるロータリソレノイド1であって、マグネットロータ部2に、シャフト6の軸方向Fsにおける一方がS極となり他方がN極となるマグネット部7を使用し、このマグネット部7の軸方向Fsにおける両側に、シャフト6から径方向Fdに突出し、かつ周方向Ffに所定の角度範囲Zaにわたって形成した一対のロータヨーク12f,12rを設けるとともに、軸受部5f,5rを設けるケーシング4における相対向する一対の端面部4f,4rを長方形状Srに選定し、かつ少なくとも一方の長辺部4rmから直角方向に延出するケーシング4における側面部4pの位置を、マグネットロータ部2の回動を許容する近接位置Xsに選定してなることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a
この場合、発明の好適な態様により、端面部4f,4rの長方形状Srは、短辺部4rs…の長さLsを長辺部4rm…の長さLmの1/2以下に選定することができる。一方、一対のステータ部3s,3tは、マグネットロータ部2の径方向Fd両側であって、端面部4f…の長手方向両側におけるケーシング4の内部空間Rs,Rtに配設することができる。また、ステータヨーク8s,8tは、コイル9s,9tの中心位置に装填し、かつシャフト6に平行に配するとともに、両端をケーシング4に固定したコア部15s,15tと、このコア部15s,15tの軸方向Fsにおけるコイル9s,9tの両側に、コア部15s,15tから径方向Fdに突出し、ロータヨーク12f,12rの周面に対向する一対のヨーク本体部16sf,16tf,16sr,16trを備えて構成できる。なお、ケーシング4及び/又はシャフト6は、非磁性材により形成することが望ましい。また、ケーシング4には、側面部4pに対向する他方の側面部4qの内面4qiに、ロータヨーク12f,12rに係止して回動範囲Zrを規制する一対のストッパ17s,17tを一体に設けることができる。さらに、所定の角度範囲Zaは、80〜140〔°〕に選定することができる。他方、マグネット部7は、マグネット本体部7mと、このマグネット本体部7mの軸方向Fs端部に当接した磁性材を用いたセパレータ部7sにより構成することができるとともに、或いはマグネット本体部7mのみにより構成することもできる。この際、マグネット本体部7mは、シャフト6の外周面6fにおける周方向の全部の周を覆う円筒体Mrにより形成してもよいし、シャフト6の外周面6fにおける周方向の一部の周を覆う円弧体Msにより形成してもよい。
In this case, according to a preferred aspect of the invention, the rectangular shape Sr of the end face portions 4f and 4r is selected so that the length Ls of the short side portions 4rs... it can. On the other hand, the pair of stator portions 3s and 3t can be disposed in the inner spaces Rs and Rt of the
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1によれば、次のような顕著な効果を奏する。
According to the
(1) マグネットロータ部2に、シャフト6の軸方向Fsにおける一方がS極となり他方がN極となるマグネット部7を使用し、このマグネット部7の軸方向Fsにおける両側に、シャフト6から径方向Fdに突出し、かつ周方向Ffに所定の角度範囲Zaにわたって形成した一対のロータヨーク12f,12rを設けてなるため、マグネット部7における十分な磁束を確保できる。この結果、ロータリソレノイド1の超薄型化を図った場合であっても、必要となる十分なトルクを確保できる。
(1) The
(2) 軸受部5f,5rを設けるケーシング4における相対向する一対の端面部4f,4rを長方形状Srに選定し、かつ少なくとも一方の長辺部4rmから直角方向に延出するケーシング4における側面部4pの位置を、マグネットロータ部2の回動を許容する近接位置Xsに選定してなるため、部品間の隙間のような狭い空間にも配設可能になるなど、様々な配設スペースに対応させることができ、汎用性を飛躍的に高めることができる。
(2) A pair of opposite end surface portions 4f and 4r in the
(3) 好適な態様により、端面部4f,4rの長方形状Srを、短辺部4rs…の長さLsを長辺部4rm…の長さLmの1/2以下に選定すれば、ロータリソレノイド1の全体形状(外郭形状)を、厚さの薄い偏平形状、特に、厚さ5〔mm〕以下の超薄型形状とすることも容易に実現できる。 (3) According to a preferred embodiment, if the rectangular shape Sr of the end face portions 4f and 4r is selected and the length Ls of the short side portions 4rs... Is set to ½ or less of the length Lm of the long side portions 4rm. It is also possible to easily realize the overall shape (outer shape) of 1 as a flat shape having a small thickness, particularly an ultra-thin shape having a thickness of 5 mm or less.
(4) 好適な態様により、一対のステータ部3s,3tを、マグネットロータ部2の径方向Fd両側であって、端面部4f…の長手方向両側におけるケーシング4の内部空間Rs,Rtに配設すれば、ステータ部3s,マグネットロータ部2,ステータ部3tを、直線上に沿って配することができるため、全体形状(外郭形状)が厚さの薄い偏平形状となるロータリソレノイド1もレイアウトの観点から合理的に実現できる。
(4) According to a preferred embodiment, the pair of stator portions 3s and 3t are disposed in the inner spaces Rs and Rt of the
(5) 好適な態様により、ステータヨーク8s,8tを、コイル9s,9tの中心位置に装填し、かつシャフト6に平行に配するとともに、両端をケーシング4に固定したコア部15s,15tと、このコア部15s,15tの軸方向Fsにおけるコイル9s,9tの両側に、コア部15s,15tから径方向Fdに突出し、ロータヨーク12f,12rの周面に対向する一対のヨーク本体部16sf,16tf,16sr,16trとを設けて構成すれば、マグネットロータ部2の形態にマッチングしたシンプルな磁気回路を構築できるため、無用な磁気損失を排除し、ロータリソレノイド1の高効率化を図れるとともに、トルクのバラツキを低減できる。
(5) According to a preferred aspect, the
(6) 好適な態様により、ケーシング4を、非磁性材により形成すれば、ケーシング4に対する無用な磁束の漏れを回避できるため、ロータリソレノイド1の更なる高効率化に寄与できるとともに、シャフト6を、非磁性材により形成すれば、シャフト6に対する無用な磁束の漏れを回避できるため、ロータリソレノイド1の更なる高効率化に寄与できる。
(6) If the
(7) 好適な態様により、ケーシング4における側面部4pに対向する他方の側面部4qの内面4qiに、ロータヨーク12f,12rに係止して回動範囲Zrを規制する一対のストッパ17s,17tを一体に設ければ、ロータヨーク12f,12rの形状を直接当接部として利用できるため、ストッパ17s,17tを追加するのみで、回動範囲Zrを規制するストッパ機構を容易に構築できる。また、デッドスペースを利用することによりケーシング4の内部に配設可能な小型のストッパ機構を構築できるとともに、停止位置の高精度化にも寄与できる。
(7) According to a preferred embodiment, a pair of
(8) 好適な態様により、所定の角度範囲Zaを、80〜140〔°〕に選定すれば、ステータ部3s,3t側との吸引作用及び反発作用の不安定化を回避できるため、マグネットロータ部2の往復回動変位に係わる動作を確実に確保できるとともに、必要な駆動出力となる回動範囲Zrを確保できる。
(8) According to a preferred embodiment, if the predetermined angle range Za is selected in the range of 80 to 140 [°], it is possible to avoid destabilization of the attracting action and the repulsive action with the stator portions 3s and 3t. The operation related to the reciprocating rotational displacement of the
(9) 好適な態様により、マグネット部7は、マグネット本体部7mと、このマグネット本体部7mの軸方向Fs端部に当接した磁性材を用いたセパレータ部7sにより構成することができるとともに、或いはマグネット本体部7mのみにより構成することもできるなど、マグネット本体部7mの組付態様の観点から設計自由度を高めることができるため、仕様に対応させた目的のロータリソレノイド1を容易に得ることができる。
(9) According to a preferred embodiment, the
(10) 好適な態様により、マグネット本体部7mは、シャフト6の外周面6fにおける周方向の全部の周を覆う円筒体Mrにより形成してもよいし、シャフト6の外周面6fにおける周方向の一部の周を覆う円弧体Msにより形成してもよいなど、マグネット本体部7mの形状態様の観点から設計自由度を高めることができるとともに、マグネット本体部7mの組付態様と組合わせることにより、より設計自由度を高めることができる。
(10) According to a preferred embodiment, the
1:ロータリソレノイド,2:マグネットロータ部,3s:ステータ部,3t:ステータ部,4:ケーシング,4f:端面部,4r:端面部,4rs…:短辺部,4rm…:長辺部,4p:側面部,4q:側面部,4qi:側面部の内面,5f:軸受部,5r:軸受部,6:シャフト,6f:シャフトの外周面,7:マグネット部,7m:マグネット本体部,7s:セパレータ部,8s:ステータヨーク,8t:ステータヨーク,9s:コイル,9t:コイル,12f:ロータヨーク,12r:ロータヨーク,15s:コア部,15t:コア部,16sf:ヨーク本体部,16tf:ヨーク本体部,16sr:ヨーク本体部,16tr:ヨーク本体部,17s:ストッパ,17t:ストッパ,Fd:径方向,Fs:軸方向,Ff:周方向,Za:所定の角度範囲,Zr:回動範囲,Ls:短辺部の長さ,Lm:長辺部の長さ,Sr:長方形状,Xs:近接位置,Rs:内部空間,Rt:内部空間,Mr:円筒体,Ms:円弧体 1: Rotary solenoid, 2: Magnet rotor part, 3s: Stator part, 3t: Stator part, 4: Casing, 4f: End face part, 4r: End face part, 4rs ...: Short side part, 4rm ...: Long side part, 4p : Side part, 4q: side part, 4qi: inner surface of side part, 5f: bearing part, 5r: bearing part, 6: shaft, 6f: outer peripheral surface of shaft, 7: magnet part, 7m: magnet body part, 7s: Separator part, 8s: stator yoke, 8t: stator yoke, 9s: coil, 9t: coil, 12f: rotor yoke, 12r: rotor yoke, 15s: core part, 15t: core part, 16sf: yoke body part, 16tf: yoke body part , 16sr: Yoke main body, 16tr: Yoke main body, 17s: stopper, 17t: stopper, Fd: radial direction, Fs: axial direction, Ff: circumferential direction, Z : Predetermined angle range, Zr: rotation range, Ls: length of short side portion, Lm: length of long side portion, Sr: rectangular shape, Xs: proximity position, Rs: internal space, Rt: internal space, Mr: Cylindrical body, Ms: Arc body
次に、本発明に係る最良実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。 Next, the best embodiment according to the present invention will be given and described in detail with reference to the drawings.
まず、本実施形態に係るロータリソレノイド1の構成について、図1〜図10を参照して説明する。
First, the configuration of the
本実施形態に係るロータリソレノイド1は、図1〜図5に示すように、偏平な直方体状をなすケーシング4を備え、このケーシング4は、上端開口のケーシング本体部4mとこのケーシング本体部4mの上端開口を閉塞するカバー部4sからなる。これにより、カバー部4sは、ケーシング4における一方の端面部4fを構成するとともに、この端面部4fに対向するケーシング本体部4mの底面部は他方の端面部4rを構成する。これにより、相対向する一対の端面部4f,4rが構成される。なお、ケーシング本体部4mとカバー部4sは、例えば、図4に示すように、ケーシング本体部4mの上端に複数の固定片4mc…を突出形成し、この固定片4mc…のカシメを行うことによりカバー部4sに固定することができる。
As shown in FIGS. 1 to 5, the
また、端面部4rの形状は、図5に示すように、短辺部4rsの長さが、長辺部4rmの長さの1/2以下となる条件を満たす長方形状Srに選定する。したがって、カバー部4sにおける長方形状Srに対応するエリアが端面部4fとなる。このように、端面部4f,4rの長方形状Srを、短辺部4rs…の長さLsを長辺部4rm…の長さLmの1/2以下に選定すれば、ロータリソレノイド1の全体形状(外郭形状)を、厚さの薄い偏平形状、特に、厚さ5〔mm〕以下の超薄型形状とすることも容易に実現できる利点がある。
Further, as shown in FIG. 5, the shape of the end face portion 4r is selected to be a rectangular shape Sr that satisfies the condition that the length of the short side portion 4rs is ½ or less of the length of the long side portion 4rm. Therefore, the area corresponding to the rectangular shape Sr in the
さらに、ケーシング4は、全体を非磁性材により形成する。例示の場合、カバー部4sは、非磁性材となる合成樹脂素材により一体形成するとともに、ケーシング本体部4mは、ステンレス素材やアルミニウム素材等の非磁性材となる金属素材により一体形成した。このように、ケーシング4を、非磁性材により形成すれば、ケーシング4に対する無用な磁束の漏れを回避できるため、ロータリソレノイド1の高効率化に寄与できる。
Further, the
そして、カバー部4s(端面部4f)の中央位置には、ボールベアリング,潤滑性樹脂軸受,焼結含油軸受等を用いた一方の軸受部5fを配設するとともに、ケーシング本体部4mの底面部(端面部4r)の中央位置にも、同様の軸受部を用いた他方の軸受部5rを配設する。なお、21s,21tは、カバー部4sの長手方向両側に一体形成し、ケーシング本体部4mより外方まで延出(突出)して円孔を設けた取付部である。
Then, at the center position of the
一方、2は、マグネットロータ部であり、ステンレス素材等の非磁性材により形成した一本の丸棒状のシャフト6を備える。このように、シャフト6を、非磁性材により形成すれば、シャフト6に対する無用な磁束の漏れを回避できるため、ロータリソレノイド1の更なる高効率化に寄与できる利点がある。このシャフト6は、図2に示すように、後端部(下端部)が、上述した軸受部5rによりピボット式に支持されるとともに、中間部が、上述した軸受部5fにより支持される。即ち、シャフト6は、一対の軸受部5f,5rにより回動自在に支持される。
On the other hand, 2 is a magnet rotor part, and includes a single round bar-shaped
また、ケーシング4の内部に位置するシャフト6の外周面6fにおける軸方向Fsの中間位置には、マグネット部7を固定する。マグネット部7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円筒体Mrとして形成する。したがって、例示のマグネット部7は、全体がマグネット本体部7mを構成する。
In addition, the
そして、マグネット部7(マグネット本体部7m)は、シャフト6の軸方向Fsにおける一方をS極に、他方をN極に着磁する。これにより、マグネット本体部7mの磁気特性を最大限利用し、後述するステータ部3s,3t側との空隙部における高い磁束密度を得ることができる。例えば、素材として、Nd−Fe−B磁石を使用し、厚みを2〔mm〕程度、空隙部を0.25〔mm〕程度に選定すれば、1以上の高いパーミアンス係数を得ることができる。また、空隙部の磁束密度も0.5〔T〕以上にすることができるなど、高い空隙部磁束密度を得ることができるとともに、トルクも高めることができる。
And the magnet part 7 (magnet main-
図8は、マグネット本体部7mの着磁方向による空隙部の磁束密度分布を示したものであり、横軸が中心角〔°〕、縦軸が磁束密度〔T〕となる。図8中、Paは本実施形態における軸方向Fsに着磁した場合、Prは径方向Fdに着磁した場合を示している。なお、マグネット本体部7mのディメンションは、外径2〔mm〕、内径1〔mm〕、高さ(軸方向長さ)2〔mm〕とし、Nd−Fe−B磁石を使用することにより、アキシャル(軸方向)着磁したマグネット本体部7mとラジアル(径方向)着磁したマグネット本体部7mをそれぞれ用意した。そして、各マグネット部7を用いてロータリソレノイド1を構成し、各ロータリソレノイド1に通電した際の空隙部の磁束密度を計測した。
FIG. 8 shows the magnetic flux density distribution in the air gap portion according to the magnetization direction of the magnet
この結果、設計条件により変動は生じるも、概ね、アキシャル(軸方向)着磁したマグネット本体部7mを用いた場合の磁束密度は、ラジアル(径方向)着磁したマグネット部7を用いた場合の磁束密度の約2倍となり、しかも、図8中、Paで示すように、矩形状の磁束密度分布となるため、総磁束数も多くなることを確認できた。このように、軸方向Fsに着磁を行ったマグネット本体部7mを用いることにより、高トルク及び非通電時の高保持力を確保できる。
As a result, although variations occur depending on the design conditions, the magnetic flux density when using the
図2に示したマグネット部7は、全体を円筒体として形成するとともに、全体をマグネット本体部7mとして構成したものであるが、マグネット部7は、このような形態に限定されるものではない。その他の変更例を図9に示す。なお、図9(a)は、対比のために示した図2の形態である。
The
図9(b)は、マグネット部7を構成するに際し、マグネット本体部7m,及びこのマグネット本体部7mの軸方向Fs端部に当接した磁性材により形成したセパレータ部7sにより構成したものである。セパレータ部7sは、SPCC,SECC,ケイ素鋼板等の軟磁性材を用いて円筒形に形成することができる。このように、マグネット部7は、図9(b)に示すようなマグネット本体部7m,及びこのマグネット本体部7mの軸方向Fs端部に当接した磁性材を用いたセパレータ部7sにより構成することができるとともに、或いは図2(図9(a))に示すようなマグネット本体部7mのみにより構成することもできる。したがって、マグネット本体部7mの組付態様の観点から設計自由度を高めることができ、仕様に対応させた目的のロータリソレノイド1を容易に得ることができる。
FIG. 9 (b) shows a configuration in which the
また、このようなセパレータ部7sを用いれば、後述する一対のロータヨーク12fと12r間における軸方向Fsの離間距離を大きくすることができ、磁束の漏れを低減できる。しかも、これに対応して、後述する一対のヨーク本体部16sf…と16sr…間の離間距離も大きくできるため、十分な巻線スペースを確保できるとともに、低消費電力化にも寄与することができる。なお、フェライトマグネット等の比較的磁気特性の低い磁石素材のときは、セパレータ部7sを使用しない構成が望ましく、他方、希土類マグネット等の比較的磁気特性の高い磁石素材のときは、セパレータ部7sを使用する構成が望ましい。これにより、コイル9s,9tへの過大電流を回避できるとともに、過大な保持力の発生も回避できる。
Further, if such a separator portion 7s is used, the separation distance in the axial direction Fs between a pair of
図9(c)に示す変更例は、マグネット本体部7mを、シャフト6の外周面6fにおける周方向Ffの一部の周を覆う円弧体Msにより形成したものであり、この点が、図9(a)及び図2に示したマグネット部7が、マグネット本体部7mを、シャフト6の外周面6fにおける周方向の全部の周を覆う円筒体Mrにより形成した点と異なる。この変更例の場合、マグネット本体部7mの取付位置及び断面形状は、後述するロータヨーク12f,12rの位置及び形状に対応させることができる。なお、マグネット本体部7mの全体形状は、必ずしも円筒体Mr或いは円弧体Msにより形成する必要はなく、直方体形状や板形状であってもよい。
In the modified example shown in FIG. 9C, the magnet
このように、マグネット本体部7mは、シャフト6の外周面6fにおける周方向の全部の周を覆う円筒体Mrにより形成してもよいし、シャフト6の外周面6fにおける周方向の一部の周を覆う円弧体Msにより形成してもよいなど、マグネット本体部7mの形状態様の観点から設計自由度を高めることができるとともに、マグネット本体部7mの組付態様と組合わせることにより、より設計自由度を高めることができる。
Thus, the
一方、マグネット部7の軸方向Fsにおける両側には、シャフト6から径方向Fdに突出し、かつ周方向Ffに所定の角度範囲Zaにわたって形成した一対のロータヨーク12f,12rを設ける。各ロータヨーク12f,12rは、SPCC,SECC,ケイ素鋼板等の軟磁性材により形成し、図1及び図9(a)に示すように、それぞれリング形に形成したシャフト取付部12fc,12rcと、このシャフト取付部12fc,12rcの周縁に一体形成した扇状(円弧形)のロータヨーク本体部12fm,12rmを有する。したがって、ロータヨーク本体部12fm,12rmは、シャフト6から径方向Fdに突出し、かつ周方向Ffに所定の角度範囲Zaにわたって形成される。例示の場合、角度範囲Zaとして、120〔°〕を選定するとともに、板厚として0.5〔mm〕程度を選定した。これにより、後述するストッパ17s,17tと組合わせた場合、マグネットロータ部2の回動範囲Zrを、60〔°〕に設定できる。なお、ロータヨーク12f,12rの軸方向Fsの厚みをマグネット部7の軸方向Fsの長さよりも小さく選定することにより、小型の磁気回路を構成できるとともに、ロータヨーク12f,12r間の磁気漏れも低減することができる。
On the other hand, on both sides in the axial direction Fs of the
図1に示したロータヨーク12f,12rは、所定の角度範囲Zaとして、120〔°〕を選定した場合を示したが、所定の角度範囲Zaは、このような角度態様に限定されるものではない。その他の変更例を図10に示す。 The rotor yokes 12f and 12r shown in FIG. 1 show the case where 120 [°] is selected as the predetermined angle range Za, but the predetermined angle range Za is not limited to such an angle mode. . Another modification is shown in FIG.
図10(a)は、角度範囲Zaを135〔°〕に選定した例を示すとともに、図10(b)は、角度範囲Zaを90〔°〕に選定した例を示す。これにより、図1のロータヨーク12f,12rと対比した場合、図10(a)におけるマグネットロータ部2の回動範囲Zrは、45〔°〕となり、図10(b)におけるマグネットロータ部2の回動範囲Zrは、90〔°〕となる。
FIG. 10A shows an example in which the angle range Za is selected to be 135 [°], and FIG. 10B shows an example in which the angle range Za is selected to be 90 [°]. Accordingly, when compared with the rotor yokes 12f and 12r in FIG. 1, the rotation range Zr of the
この場合、所定の角度範囲Zaとしては、80〜140〔°〕に選定することが望ましい。これにより、ステータ部3s,3t側との吸引作用及び反発作用の不安定化を回避できるため、マグネットロータ部2の往復回動変位に係わる動作を確実に確保できるとともに、必要な駆動出力となる回動範囲Zrを確保できる。
In this case, the predetermined angle range Za is desirably selected from 80 to 140 [°]. As a result, it is possible to avoid destabilization of the attracting action and the repulsive action on the stator parts 3s, 3t side, so that the operation related to the reciprocating rotational displacement of the
ところで、ロータヨーク本体部12fm,12rmの形状、特に、径方向Fdの寸法は、ケーシング4の寸法選定に関係する。即ち、ケーシング4における一対の端面部4f,4rは、前述した長方形状Srに選定するが、この際、少なくとも一方の長辺部4rm…から直角方向に延出するケーシング4における側面部4pの位置は、マグネットロータ部2、具体的には、ロータヨーク12f,12rの回動を許容する近接位置Xsに選定する。したがって、図7に示すように、ロータヨーク12f,12rの先端縁とケーシング4の側面部4p間の隙間Lcは、ロータヨーク12f,12rの回動を許容できる条件のみを考慮した僅かな隙間を確保すれば足りる。具体的には、近接位置Xsとして、ケーシング4における側面部4pとマグネットロータ部2におけるロータヨーク12f,12r間の隙間Lcが、ロータヨーク12f,12rと後述する磁極片部16sfp…間の空隙部に対して、1〜10倍の範囲に選定すれば、必要なトルク及び組付性を確保しつつ、超薄型形状とするための有効性を享受できる。
By the way, the shape of the rotor yoke main body portions 12fm and 12rm, particularly the dimension in the radial direction Fd, is related to the dimension selection of the
なお、22fは、ロータヨーク12fと軸受部5f間に介在させた潤滑性樹脂素材や非磁性材による金属素材によりリング状に一体形成したアウタセパレータであり、22rは、同アウタセパレータ22fと同様に形成した、ロータヨーク12rと軸受部5r間に介在させたアウタセパレータである。
In addition, 22f is an outer separator integrally formed in a ring shape by a lubricating resin material or a nonmagnetic material metal material interposed between the
また、ケーシング4における、側面部4pに対向する他方の側面部4qの内面4qiには、ロータヨーク12f,12rに係止して回動範囲Zrを規制するストッパ17s,17tを一体に設ける。この場合、図1に示すように、合成樹脂素材等の非磁性材によりコの字形に一体成形したストッパ部材23を側面部4qの内面4qiに固定することにより、ストッパ部材23の両側に、側面部4qの内面4qiから直角方向に突出するストッパ17s,17tを配することができるとともに、このストッパ17sと17t間に、ロータヨーク12f,12rにおけるシャフト取付部12fc,12rcを位置させることができる。この際、ストッパ17sと17tの先端面は、端面部4s…における短辺方向の中央位置に位置させることが望ましいが、この位置は変更可能である。したがって、ストッパ部材23の変更により停止位置を容易に変更することができる。
Further, on the inner surface 4qi of the other
これにより、ロータヨーク12f,12rの一端側がストッパ17sに係止すれば、一方への回動変位が規制されるとともに、ロータヨーク12f,12rの他端側がストッパ17tに係止すれば、他方への回動変位が規制される。このようなストッパ17s,17tを設ければ、ロータヨーク12f,12rの形状を直接当接部として利用できるため、ストッパ17s,17tを追加するのみで、回動範囲Zrを規制するストッパ機構を容易に構築できる。また、デッドスペースを利用することによりケーシング4の内部に配設可能な小型のストッパ機構を構築できるとともに、停止位置の高精度化にも寄与できる利点がある。
Thereby, if one end side of the rotor yokes 12f, 12r is locked to the
他方、マグネットロータ部2の径方向Fd両側には、左右一対のステータ部3s,3tを配設する。即ち、ステータ部3s,3tを、マグネットロータ部2の径方向Fd両側であって、端面部4f…の長手方向両側におけるケーシング4の内部空間Rs,Rtに配設する。これにより、ステータ部3s,マグネットロータ部2,ステータ部3tを、いわば、直線上に沿って配することができるため、全体形状(外郭形状)が厚さの薄い偏平形状となるロータリソレノイド1もレイアウトの観点から合理的に実現できる。
On the other hand, a pair of left and right stator portions 3s and 3t are disposed on both sides of the
また、各ステータ部3s,3tは、ケーシング4に固定したステータヨーク8s,8tに装着したコイル9s,9tを備える。この場合、コイル9s,9tは、軟銅線等のマグネットワイヤを円筒形に巻回して製作する。さらに、ステータヨーク8s,8tは、コイル9s,9tの中心位置に装填し、かつシャフト6に平行に配するとともに、両端をケーシング4、即ち、一端を一方の端面部4fに固定し、他端を他方の端面部4rに固定したコア部15s,15tと、このコア部15s,15tの軸方向Fsにおけるコイル9s,9tの両側に、コア部15s,15tから径方向Fdに突出し、ロータヨーク12f,12rの周面に対向する一対のヨーク本体部16sf,16tf,16sr,16trとを設けて構成する。各ヨーク本体部16sf,16tf,16sr,16trは、SPCC,SECC,ケイ素鋼板等の軟磁性材を用いて同一形状に形成することができる。
Each stator portion 3s, 3t includes coils 9s, 9t attached to
ステータヨーク8s,8tを、このように構成すれば、マグネットロータ部2の形態にマッチングしたシンプルな磁気回路を構築できるため、無用な磁気損失を排除し、ロータリソレノイド1の高効率化を図れるとともに、トルクのバラツキを低減できる。また、ステータヨーク8s,8tは、このように構成するため、コア部15s…とヨーク本体部16sf,16sr…は、鋳造等により一体成形することも可能である。この場合には、部品点数の低減によりコスト削減を図れる利点がある。
If the stator yokes 8s and 8t are configured in this way, a simple magnetic circuit matching the form of the
一つのヨーク本体部、例えば、ヨーク本体部16sfは、図1及び図2に示すように、内部空間Rsを軸方向Fsに仕切る矩形形状部16sfmとこの矩形形状部16sfmの一端辺からマグネットロータ部2側に突出する磁極片部16sfpとを一体に形成する。この磁極片部16sfpの先端は、凹状の円弧縁として形成し、ロータヨーク12fに対向させる。この磁極片部16sfpは、端面部4rの短辺方向における半部であって、側面部4p寄りに形成する。
As shown in FIGS. 1 and 2, one yoke body portion, for example, the
これにより、マグネットロータ部2が回動変位し、ロータヨーク12f…の先端(周縁部)が磁極片部16sfp…に対向した際には、ロータヨーク12fの周縁部が空隙部を介して磁極片部16sfpに近接する。他のヨーク本体部16sr,16tf,16trも、このヨーク本体部16sfと同じものを用いることができる。
Thereby, when the
なお、ステータヨーク8s,8tの、ロータヨーク12f…に対向する部分の周方向長さは、ロータヨーク12f…における所定の角度範囲Zaによる周方向長さよりも小さくすることが望ましい。これにより、非通電時における十分な保持トルクを確保できる。また、左右のステータヨーク8sと8t間の間隔は、ロータヨーク12f…における角度範囲Zaによる周方向長さよりも小さくすることが望ましい。これにより、非通電時であっても不感帯位置に停止しにくい双方向ラッチ機能を有するロータリソレノイドとして構成できる。さらに、左右一対のコイル9s,9tは、直列接続することが望ましい、これにより、リード線等の電気的接続は、最小限の2本に抑えることができるため、小型化にも寄与できる。この場合、コイル9s,9tに通電した際は、コイル9s,9tにより左右に発生する磁極(N極,S極)は反対となる。
The circumferential lengths of the portions of the stator yokes 8s, 8t facing the rotor yokes 12f are desirably smaller than the circumferential lengths of 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によれば、基本構成として、マグネットロータ部2に、シャフト6の軸方向Fsにおける一方がS極となり他方がN極となるマグネット部7を使用し、このマグネット部7の軸方向Fsにおける両側に、シャフト6から径方向Fdに突出し、かつ周方向Ffに所定の角度範囲Zaにわたって形成した一対のロータヨーク12f,12rを設けるとともに、軸受部5f,5rを設けるケーシング4における相対向する一対の端面部4f,4rを長方形状Srに選定し、かつ少なくとも一方の長辺部4rmから直角方向に延出するケーシング4における側面部4pの位置を、マグネットロータ部2の回動を許容する近接位置Xsに選定してなるため、ロータリソレノイド1の全体形状(外郭形状)を、厚さの薄い偏平形状、特に、厚さ5〔mm〕以下の超薄型形状とすること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にも配設可能になるなど、様々な配設スペースに対応させることができ、汎用性を飛躍的に高めることができる。なお、本実施形態に係る構造を用いれば、マグネット部7及びコイル9s,9tの軸方向Fsの長さを短くすることにより、更に低背となる超小型化も可能である。
Therefore, according to such a
また、マグネットロータ部2には、シャフト6の軸方向Fsにおける一方がS極となり他方がN極となるマグネット部7を使用したため、マグネット部7における十分な磁束を確保できる。この結果、ロータリソレノイド1の超薄型化を図った場合であっても、必要となる十分なトルクを確保できる。
Further, since the
次に、本実施形態に係るロータリソレノイド1の動作について、図1〜図8を参照して説明する。
Next, the operation of the
図6に示すように、例示のマグネットロータ部2のマグネット部7は、上側がN極、下側がS極に着磁されているものとする。これにより、上側のロータヨーク12fはN極となり、下側のロータヨーク12rはS極となる。今、図6に示す右側のコイル9tに正方向通電を行えば、ステータヨーク8tが励磁され、磁力線は、図6中、点線矢印で示すように、コア部15t→ヨーク本体部16tr→ロータヨーク12r→マグネット部7→ロータヨーク12f→ヨーク本体部16tf→コア部15tの経路で発生する。この結果、上側のヨーク本体部16tfにS極が発生し、かつ下側のヨーク本体部16trにN極が発生する。また、同時に、図6に示す左側のコイル9sには、逆方向通電が行われ、ステータヨーク8sが励磁されることにより、上側のヨーク本体部16sfにN極が発生し、かつ下側のヨーク本体部16srにS極が発生する。
As shown in FIG. 6, it is assumed that the
これにより、上側のロータヨーク12f及び下側のロータヨーク12rに対して、右側のステータ部3tは吸引状態になり、左側のステータ部3sは反発状態になるため、マグネットロータ部2は、図7中、時計方向に回動変位する。そして、図7に仮想線で示すロータヨーク12fx…の位置、即ち、ロータヨーク12fx…の右端がストッパ17tに当接した位置で停止する。停止した際には、通電を解除しても、ロータヨーク12fx…はヨーク本体部16tf…に吸引され、自己保持機能により停止状態が保持される。
As a result, the right stator portion 3t is in an attracted state and the left stator portion 3s is in a repulsive state with respect to the
他方、この状態において、通電切換を行い、左側のコイル9sに正方向通電を行えば、ステータヨーク8sが励磁され、上側のヨーク本体部16sfにS極が発生し、かつ下側のヨーク本体部16srにN極が発生する。また、同時に、右側のコイル9tには逆方向通電が行われるため、ステータヨーク8tが励磁されることにより、上側のヨーク本体部16tfにN極が発生し、かつ下側のヨーク本体部16trにS極が発生する。
On the other hand, in this state, when energization switching is performed and the left coil 9s is energized in the positive direction, the stator yoke 8s is excited, the S pole is generated in the upper yoke body portion 16sf, and the lower yoke body portion. An N pole is generated at 16 sr. At the same time, the right coil 9t is energized in the reverse direction. Thus, when the
これにより、上側のロータヨーク12f及び下側のロータヨーク12rに対して、左側のステータ部3sは吸引状態となり、右側のステータ部3tは反発状態となるため、マグネットロータ部2は、図7中、反時計方向に回動変位する。そして、図7に実線で示すロータヨーク12fy…の位置、即ち、ロータヨーク12fy…の左端がストッパ17sに当接した位置で停止する。停止した際には、通電を解除しても、ロータヨーク12fy…はヨーク本体部16sf…に吸引され、自己保持機能により停止状態が保持される。例示の場合、ロータヨーク12f…の角度範囲Zaを120〔°〕に選定したため、回動範囲Zrは60〔°〕となる。
Accordingly, the left stator portion 3s is in an attracted state and the right stator portion 3t is in a repulsive state with respect to the
例示したロータリソレノイド1は、ディメンションとして、シャフト6の径を1〔mm〕、マグネット部7の外径を1.8〔mm〕、ロータヨーク12f…の半径を1.5〔mm〕とした。これにより、ケーシング4の厚さ(幅方向寸法)が、3.9〔mm〕となる超薄型として構成することができ、一般的な外径7〔mm〕の円形ロータリソレノイドと対比した場合、出力トルクは同等になることを確認できた。
The illustrated
なお、図11には、ケーシング4の変更例を示す。前述した図1及び図2に示したロータリソレノイド1は、ケーシング4を構成するに際し、カバー部4sを合成樹脂素材により一体形成し、ケーシング本体部4mを金属素材により一体形成したものであるが、図11に示す変更例は、ケーシング4の全体、即ち、カバー部4s及びケーシング本体部4mの双方を、非磁性材となる合成樹脂素材により形成したものである。
In addition, in FIG. 11, the example of a change of the
例示の場合、軸受部5f,5rを、カバー部4sとケーシング本体部4mに、一体に形成した。また、ストッパ17s,17tも図に現れないがケーシング本体部4mの内面に一体形成することができる。その他、図11の構成において、図1〜図5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。
In the case of illustration, the bearing
以上、変更例を含む最良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。 As described above, the best embodiment including the modified example has been described in detail. However, the present invention is not limited to such an embodiment, and the configuration, shape, material, quantity, numerical value, and the like of the present invention are not limited thereto. Changes, additions and deletions can be made arbitrarily without departing from the scope.
例えば、実施形態では、一方のステータ部3s…に、一つのコア部15s…と一つのコイル9s…を配した例を示したが、複数のコア部15s…と複数のコイル9s…を配することにより、多連式に構成し、長方形状Srの長手方向に配列させる構成であってもよく、数量は限定されない。また、端面部4f,4rの長方形状Srは、短辺部4rs…の長さLsを長辺部4rm…の長さLmの1/2以下に選定することが望ましいが、1/2を越える場合を排除するものではない。さらに、ケーシング4及び/又はシャフト6を非磁性材により形成することが望ましいが、必須の構成要素となるものではない。一方、ケーシング4の内部にストッパ17s,17tを配した例を上げたが、ケーシング4の外部に別途配設する場合を排除するものではない。なお、長方形状Srは、純粋な長方形のみならず、例えば、長辺部4rmに角度を持たせて二辺としたり、湾曲形成するなどの類似形状も含む概念である。
For example, in the embodiment, one
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 uses its reciprocating rotational property to sort money and banknotes, sort mails, 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 various applications in many fields.
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