WO2017199312A1 - ロータリソレノイド - Google Patents

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WO2017199312A1
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rotary solenoid
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magnet
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古賀欣郎
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タカノ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a rotary solenoid including a fixed body portion having a casing provided with a bearing portion and a movable body portion having a rotation shaft that is rotatably supported by the bearing portion.
  • a rotary solenoid having reciprocating rotation is used for various two-position switching applications such as a conveyance path switching for sorting banknotes and an optical path switching for optical equipment.
  • a rotary solenoid used for such a switching application is not only reliable in operation but also often requires a contradictory performance between high-speed operation (high-speed processing) and downsizing (thinning).
  • a rotary solenoid suitable for such a use a rotary solenoid disclosed in Patent Document 1 already proposed by the present applicant is known.
  • the purpose of this rotary solenoid is to reduce the number of parts and reduce the number of assembly steps, and to reduce the overall size and size.
  • the rotary solenoid uses a bearing portion provided on the casing.
  • a magnetic field portion that can attract or repel the movable body portion.
  • the shaft is arranged at a position corresponding to one corner portion of the triangle, and the S pole and N are located at positions corresponding to the remaining corner portions.
  • a movable body part having a magnet part where each pole is generated, a field part having a single coil arranged with one end face in the coil axis direction facing the magnet part, and the movable body part is rotated. It is constructed by a movable body regulating portion for regulating the range of the predetermined range.
  • the conventional rotary solenoid including a movable body part that pivots and displaces with a shaft as a fulcrum has the following problems to be solved.
  • the coil is combined with an iron core (E-shaped yoke) to function as an electromagnet, and the coil axis is arranged in a positional relationship orthogonal to the axis of the shaft, resulting in a large component.
  • the number of parts increases, such as the need for an iron core, and the overall structure based on the layout of the parts tends to be large. Therefore, there is a limit in realizing a reduction in size, particularly a reduction in thickness of the rotary solenoid, and it becomes a cause of weight increase and cost increase that cannot be ignored.
  • the present invention aims to provide a rotary solenoid that solves such problems in the background art.
  • the rotary solenoid 1 is rotated by a fixed body portion Sc having a casing 2 provided with a pair of bearing portions 3f and 3r positioned at the front and rear and a pair of bearing portions 3f and 3r.
  • a rotary solenoid including a movable body portion Sm having a pivot shaft 4 that is freely supported.
  • the stationary body portion Sc is orthogonal to the casing 2 made of a magnetic material and the axial direction Fs of the pivot shaft 4.
  • the rotor yoke 7 having an air core coil 6 fixed to the inner surface 2f (or 2r) of the casing 2 serving as a surface, the movable body Sm being fixed to the rotating shaft 4 at one end 7s side, and the air core A pair of magnets 8a, 8 fixed to a facing surface 7p located on the other end 7t side of the rotor yoke 7 which is a surface facing the coil 6, and arranged along the rotation direction Fr of the facing surface 7p. Characterized in that by comprising a configuration and a magnet portion 8 having.
  • the fixed body portion Sc and the movable body portion Sm also serve as a pair of restriction stopper mechanisms 11a and 11b that abut against each other and regulate the rotation angle range Zm of the movable body portion Sm.
  • the fixed body portion Sc can be provided with a fixed block portion 12 made of a non-magnetic material that holds the air-core coil 6, and the movable body portion Sm is fixed to the rotating shaft 4 to be fixed to the rotor yoke 7.
  • the movable block part 13 which consists of a nonmagnetic material holding the magnet part 8 can be provided.
  • the movable block portion 13 can be provided with a pair of restricting surface portions 13a and 13b that constitute the restricting stopper mechanisms 11a and 11b in contact with the inner surfaces 2a and 2b of the casing 2.
  • the fixed block portion 12 can be provided with a component holding portion 14 that holds one or more circuit components Pc connected to the air-core coil 6.
  • the casing 2 can also serve as self-holding mechanisms 15a and 15b that suck the movable body Sm at the first position Xa and the second position Xb at both ends of the rotation angle range Zm and hold the position of the movable body Sm.
  • the self-holding mechanisms 15 a and 15 b can be provided with suction piece portions 15 as and 15 bs formed by projecting a part of the casing 2.
  • the shortest distance Ls in the axial direction Fs between the magnet 8a (8b) and the suction piece 15as (15bs) is preferably selected to be smaller than the thickness Lm of the magnet 8a (8b) in the axial direction Fs. Further, it is desirable that the magnet 8a (8b) and the attraction piece 15as (15bs) are arranged in a positional relationship that does not overlap each other in the axial direction Fs. Further, the shortest distance Ly... Between the end portion in the rotation direction Fr of the rotor yoke 7 at the first position Xa (second position Xb) and the inner surface 2a (2b) of the casing 2, and the first position Xa (second position Xb). The shortest distance Li ...
  • the distance La between the rotor yoke 7 and the inner surface 2r (2f) of the casing 2 facing the rotor yoke 7 is preferably selected to be smaller than the thickness of the casing 2 on the inner surface 2r (2f).
  • the rotary solenoid 1 according to the present invention having such a configuration has the following remarkable effects.
  • the fixed body portion Sc is provided with the air core coil 6, the rotor yoke 7 having one end 7 s fixed to the rotating shaft 4 on the movable body portion Sm, and the rotor yoke 7 serving as a surface facing the air core coil 6. Since it includes a magnet portion 8 having a pair of magnets 8a and 8b fixed to the facing surface 7p located on the other end 7t side and disposed along the rotation direction Fr of the facing surface 7p, an iron core as a large component is provided. Since the number of parts can be reduced, such as being eliminated, and by arranging the axis of the air-core coil 6 and the axis of the rotary shaft 4 in parallel, the layout structure can be easily reduced in size (thinned). The entire solenoid 1 can be reduced in size, in particular, thinned easily, and the entire rotary solenoid 1 can be reduced in weight and cost.
  • the inductance proportional to the magnetic permeability in the inner space of the air-core coil 6 can be made as small as several mH.
  • the current can be raised to a saturation current almost instantaneously, so that extremely high responsiveness can be realized. Can contribute to the improvement of performance and processing speed.
  • the fixed body portion Sc and the movable body portion Sm can be combined with a pair of restriction stopper mechanisms 11a and 11b that abut against each other and regulate the rotation angle range Zm of the movable body portion Sm.
  • additional parts constituting the restriction stopper mechanisms 11a and 11b are not required, so that it is possible to reduce the number of parts, the number of assembly steps, and further downsizing and cost reduction.
  • the air-core coil 6 can be accurately positioned by the fixed block portion 12. It can be easily assembled to the casing 2 while performing.
  • a movable block portion 13 made of a nonmagnetic material that holds the rotor yoke 7 and the magnet portion 8 by fixing the movable body Sm to the rotating shaft 4 is provided on the movable body portion Sm according to a preferred embodiment, a synthetic resin material or the like Since the rotating shaft 4, the rotor yoke 7 and the magnet part 8 can be integrated on the basis of the movable block part 13 that can use the movable body part Sm, the movable body part Sm can be easily manufactured by an insert molding method or the like. The fixed strength (rigidity) between the moving shaft 4, the rotor yoke 7 and the magnet portion 8 can be improved and the positioning accuracy can be improved.
  • the movable block 13 is provided with a pair of regulating surface portions 13a and 13b that constitute the regulating stopper mechanisms 11a and 11b in contact with the inner surfaces 2a and 2b of the casing 2 according to a preferred embodiment, a synthetic resin material or the like Since part of the movable block part 13 that can use this can be used as the restriction surface parts 13a and 13b, the restriction stopper mechanisms 11a and 11b can be easily constructed, and the rotation angle range Zm of the movable block part 13 can be easily set. be able to.
  • the fixed block part 12 If the component holding part 14 holding one or more circuit parts Pc connected to the air core coil 6 is provided in the fixed block part 12 according to a preferred aspect, the fixed block adjacent to the air core coil 6 Since the circuit component Pc can be held (fixed) at a predetermined position of the portion 12, troubles such as disconnection on the energizing circuit including the lead wire led out from the air-core coil 6 can be avoided, and contribution to improvement in reliability can be achieved.
  • the self-holding mechanisms 15a and 15b are constituted by suction pieces 15as and 15bs formed by projecting a part of the casing 2 according to a preferred embodiment, for example, when the casing 2 is manufactured, it is joined together by press molding or the like. Since it can be molded, it can be easily manufactured, and optimization related to the holding performance of the self-holding mechanisms 15a and 15b can be easily and flexibly performed.
  • the shortest distance Ls in the axial direction Fs between the magnet 8a (8b) and the suction piece 15as (15bs) is selected to be smaller than the thickness Lm of the magnet 8a (8b) in the axial direction Fs. Then, under this selection condition, a sufficient self-holding function when the self-holding mechanisms 15a and 15b are configured can be ensured, and optimization thereof can be easily performed.
  • the magnet 8a (8b) and the suction piece 15as (15bs) are arranged in a positional relationship that does not overlap with each other in the axial direction Fs according to a preferred embodiment, the magnet 8a (8b) Since the vector balance of the suction force of the suction piece 15as (15bs) can be optimized, a good self-holding function by the self-holding mechanisms 15a and 15b can be secured.
  • the shortest distance Ly... Between the end portion in the rotation direction Fr of the rotor yoke 7 at the first position Xa (second position Xb) and the inner surface 2a (2b) of the casing 2 and the first position Xa.
  • the shortest distance Li between the end of the magnet 8a (8b) in the rotation direction Fr at the (second position Xb) and the inner surface 2a (2b) of the casing 2 is the thickness Lm of the magnet 8a (8b) in the axial direction Fs. If it is selected to be smaller than the above, it can be implemented as an optimum form from the viewpoint of constructing the magnetic circuit of the rotary solenoid 1 according to the present invention, so that good magnetic properties can be ensured by the dimension under such selection conditions.
  • the distance La between the rotor yoke 7 and the inner surface 2r (2f) of the casing 2 facing the rotor yoke 7 is selected to be smaller than the thickness of the casing 2 on the inner surface 2r (2f), Since the rotor yoke 7 and the casing 2 can be made to function as an integrated magnetic path, a good magnetic circuit that can suppress magnetic leakage and the like as much as possible can be constructed.
  • FIG. 2 is a cross-sectional rear view of the rotary solenoid according to the preferred embodiment of the present invention taken along line CC in FIG. 2; Sectional side view of the rotary solenoid, The internal structure figure of the fixed body part which shows the inner surface of the cover side which constitutes the casing of the rotary solenoid, A partial cross-sectional front view showing an extracted movable body part of the rotary solenoid, An exploded perspective view of the rotary solenoid, Sectional plan view including a partially extracted enlarged view of the rotary solenoid, An electric circuit diagram showing an example of a drive device for the rotary solenoid; A signal waveform diagram of a control signal for driving and controlling the drive device; Installation outline diagram from the front direction showing the usage example of the rotary solenoid, Installation outline diagram from the side direction showing the usage example of the rotary solenoid, Magnetic field line distribution diagram when the rotary solenoid is stopped, Time vs.
  • the rotary solenoid 1 is roughly divided into a fixed body part Sc having a casing 2 provided with a pair of bearing parts 3f and 3r positioned at the front and rear, and a rotating shaft rotatably supported by the pair of bearing parts 3f and 3r. 4 and a movable body part Sm.
  • the fixed body part Sc includes a casing 2 shown in FIGS. 1 and 2, and the casing 2 includes a housing part 2 m whose front surface is an open surface and a lid part 2 c that covers the open surface of the housing part 2 m.
  • the inner surface of the lid portion 2 c is the front inner surface 2 f of the casing 2
  • the inner surface of the housing portion 2 m facing (facing) the inner surface 2 f is the rear inner surface 2 r of the casing 2.
  • the height dimension of the casing 2 illustrated in FIG. 1 is 16 [mm].
  • the housing 2m is made of a soft magnetic (magnetic material) steel plate material such as a cold rolled steel plate and is formed in a box shape having an open surface on the front surface. At this time, if pure iron or silicon steel plate having a high saturation magnetic flux density is used, the plate thickness can be further reduced. On the other hand, if the thickness of the steel plate is selected to be about half of the thickness of the magnet 8a (8b) described later (0.5 to 2.0 [mm]), that is, relatively thick, the saturation of the magnetic circuit as the yoke is reduced. This can prevent magnetic flux leakage due to saturation. In addition, since vibration (amplitude) when the movable body portion Sm collides can be suppressed, there is an advantage that it can contribute to reduction of collision sound.
  • a soft magnetic (magnetic material) steel plate material such as a cold rolled steel plate
  • a bearing mounting hole is formed at an upper position in the inner surface 2r of the housing portion 2m, and a rear bearing portion 3r formed in a ring shape is mounted in the bearing mounting hole.
  • a synthetic resin material can be used as the forming material, and the thickness in the axial direction Fs can be reduced.
  • the lid 2c can also be formed of the same material as that of the housing 2m except that it is formed in a single plate shape. Further, a mounting circular hole is formed at an upper position in the inner surface 2f of the lid portion 2c, and the front bearing portion 3f having a ring shape is mounted in the mounting circular hole.
  • the bearing portion 3f is integrally formed using a metal material, and the thickness in the axial direction Fs is also increased. And it fixes to the cover part 2c firmly by welding or caulking.
  • the lid portion 2c when the lid portion 2c is assembled to the housing portion 2m, a plurality of (four examples) caulking piece portions 2mp are formed so as to protrude from the opening edge of the housing portion 2m (see FIG. 11). What is necessary is just to hold down the position of recessed part 2cp ... formed in 2c.
  • the casing 2 can be easily assembled by the housing portion 2m and the lid portion 2c, and this casing 2 constitutes a part of a magnetic circuit (magnetic path) through which magnetic lines from magnets 8a and 8b described later pass. To do.
  • the lid portion 2c functions as a substantially fixed body portion Sc. Therefore, a rectangular shape integrally formed of a synthetic resin material, which is an insulating material (nonmagnetic material), is provided at a lower position in the inner surface 2f of the lid portion 2c.
  • the fixed block portion 12 is fixed.
  • a plurality of pin-shaped convex portions 12p are formed on the mounting surface of the fixed block portion 12, and the convex portions 12p are inserted into the concave portions 2fc formed in the lid portion 2c.
  • the fixed block portion 12 is positioned with respect to the lid portion 2c, and is fixed by thermally deforming the tip of the inserted convex portion 12p.
  • the fixed block part 12 is not essential.
  • a steel plate such as an electrogalvanized steel plate
  • an insulating layer such as polyimide is provided on the surface of the steel plate, and an iron substrate having a copper foil pattern formed on the insulating layer is used, it will be described later.
  • Electrical connection with the air-core coil 6 and lead wires, or mounting of a circuit component Pc such as a thermal fuse is possible on the inner surface 2f of the lid 2c, which can contribute to a reduction in assembly man-hours.
  • a coil support convex portion 12 s that is inserted into the inner space of the air core coil 6 and positions and fixes the air core coil 6 is integrally formed and protruded.
  • a component holding portion 14 that holds one or more circuit components Pc connected to the air core coil 6 is integrally formed at a portion where the air core coil 6 is not located.
  • the component holding part 14 can be formed in a channel shape.
  • the casing 2 is positioned while the air-core coil 6 is accurately positioned by the fixed block portion 12.
  • the component holding portion 14 is formed integrally with the fixed block portion 12, the circuit component Pc can be held (fixed) at a predetermined position of the fixed block portion 12 adjacent to the air core coil 6. Troubles such as disconnection on the energization circuit including the lead wire to be derived can be avoided, and the reliability can be improved.
  • the air core coil 6 is a single coil wound with a magnet wire (an annealed copper wire).
  • the circular coil is configured to be slightly distorted into a rectangular shape (trapezoidal shape).
  • the air-core coil 6 is exposed to hot air of several hundreds [° C.] and heat-sealed during winding in order to secure the adhesion strength between the magnet wires.
  • the air-core coil 6 heat-sealed is press-molded in the thickness direction, the space factor of the conductor, that is, the ampere turn can be increased. Therefore, it is possible to contribute to the reduction in thickness of the entire rotary solenoid 1, and further, if a rectangular wire is used as the magnet wire, the ampere turn can be further increased.
  • the air-core coil 6 is mounted on the fixed block portion 12 and fixed with an adhesive or the like, and the circuit component Pc is accommodated in the component holding portion 14 and fixed with an adhesive or the like.
  • the illustrated circuit component Pc is a thermal fuse connected in series to the air-core coil 6.
  • the circuit component Pc includes a lead wire (leader of the air-core coil 6) and the like.
  • the movable body portion Sm includes a rotating shaft 4 that is rotatably supported by a pair of bearing portions 3f and 3r attached to the casing 2.
  • the rotating shaft 4 is formed of a highly rigid metal material such as a stainless material. It does not matter whether the forming material is a magnetic material or a non-magnetic material. If a magnetic material is used, it can be used as a part of the magnetic circuit in the rotary solenoid 1.
  • the movable block portion 13 integrally formed of a synthetic resin material that is an insulating material (non-magnetic material) is fixed on the rotating shaft 4.
  • the movable block portion 13 may be a metal material having a small specific gravity such as aluminum or magnesium.
  • PA resin material such as nylon material is used as the synthetic resin material, vibration absorption effect can be obtained, and if magnesium having the same weight as the synthetic resin material is used as the metal material, high strength is secured. A vibration absorbing effect can also be obtained.
  • the movable block portion 13 includes a cylindrical block upper portion 13u positioned at the upper portion and a flat plate-shaped block lower portion 13d extending downward from the central position in the axial direction Fs of the block upper portion 13u. It fixes in the state which penetrated the intermediate position of the rotating shaft 4. FIG. In this case, it can be fixed by press-fitting or welding. In addition, it is desirable to further increase the fixing strength by forming a knurling or the like on the peripheral surface of the rotating shaft 4 that fixes the block upper portion 13u.
  • a rotor yoke 7 having a similar shape slightly smaller than the movable block portion 13 is disposed on the rear surface of the movable block portion 13. Thereby, one end (upper end) 7 s side of the rotor yoke 7 is fixed to the rotating shaft 4.
  • the rotor yoke 7 uses a soft magnetic (magnetic material) steel plate material such as a cold rolled steel plate, and the thickness Lp is about 2 mm, which is about half the thickness Lm in the axial direction Fs of the magnets 8a and 8b. It can be formed by a single plate selected.
  • the thickness Lp of the rotor yoke 7 is considered to be a magnetic circuit combined with the adjacent casing 2, and the portion where the magnetic flux between the pair of magnets 8a and 8b is most concentrated can be used even if it is saturated. It is desirable to form. As a result, the efficiency of the magnetic circuit can be improved, and it can contribute to miniaturization and thinning.
  • a magnet portion 8 comprising a pair of magnets 8a and 8b.
  • the magnets 8a and 8b are formed in a flat rectangular parallelepiped shape whose thickness is selected as Lm..., And are arranged at predetermined intervals along the rotation direction Fr of the opposing surface 7p, that is, the turning direction. Arrange. As shown in FIG. 2, each magnet 8 a, 8 b penetrates the movable block portion 13 and is exposed on the front surface of the movable block portion 13.
  • One magnet surface of each of the exposed magnets 8a and 8b is an N pole, and the other magnet surface is an S pole.
  • the magnets 8a and 8b can be ferrite magnets, rare earth magnets, etc., and are not particularly limited. As an example, if an [Nd-Fe-B] magnet is used, a high air gap magnetic flux density can be obtained, so that the output torque can be increased, and if it is oriented (magnetized) in the thickness direction, the magnetic characteristics can be utilized to the maximum Thus, the magnetic flux density in the gap can be further increased. Further, if the thickness Lm of the magnets 8a and 8b is selected to be about 2 to 4 [mm] and the gap is selected to be about 4 to 8 [mm] which is almost doubled, a permeance coefficient of 0.5 or more can be obtained.
  • the magnetic flux density of the air gap can be set to 0.5 [T] or more.
  • a single magnet can be used for the pair of magnets 8a and 8b.
  • the pair of magnets 8a and 8b includes a case where two-pole split magnetization is performed in the plane direction of the single magnet. It is.
  • the movable body portion Sm includes the rotating shaft 4, the movable block portion 13, the rotor yoke 7, and the magnets 8a and 8b, the movable body portion Sm may be obtained by assembling them.
  • the rotary shaft 4, the rotor yoke 7, and the magnets 8a and 8b may be insert-molded together. If such a movable block portion 13 is provided, the rotating shaft 4, the rotor yoke 7 and the magnet portion 8 can be integrated on the basis of the movable block portion 13 which can use a synthetic resin material or the like.
  • the movable body portion Sm can be easily manufactured, and there is an advantage that the fixing strength (rigidity) between the rotating shaft 4, the rotor yoke 7 and the magnet portion 8 can be improved and the positioning accuracy can be improved.
  • a pair of regulating stopper mechanisms 11a and 11b for regulating the rotation angle range Zm of the movable body Sm are provided inside the casing 2.
  • the fixed body portion Sc and the movable body portion Sm described above are also used as a pair of restriction stopper mechanisms 11a and 11b.
  • one side surface in the rotation direction Fr of the movable block portion 13 constituting the movable body portion Sm is formed as a restriction surface portion 13 a and the other side surface is formed as a restriction surface portion 13 b.
  • the regulating surface portion 13a is in contact with the one inner surface 2a of the casing 2 so that the rotational displacement is regulated.
  • the rotational displacement is restricted by the restriction surface portion 13b coming into contact with the other inner surface 2b of the casing 2. Therefore, one regulation surface part 13a on the movable body part Sm side and one inner surface 2a on the stationary body part Sc side constitute one regulation stopper mechanism 11a, and the other regulation surface part 13b on the movable body part Sm side and the stationary body.
  • the other inner surface 2b on the side of the part Sc constitutes the other restriction stopper mechanism 11b.
  • the restriction stopper Since the additional parts constituting the mechanisms 11a and 11b are not required, there is an advantage that the number of parts can be reduced, the number of assembling steps can be reduced, and the size and cost can be reduced.
  • the movable block portion 13 is provided with a pair of regulating surface portions 13a and 13b that constitute the regulating stopper mechanisms 11a and 11b in contact with the inner surfaces 2a and 2b of the casing 2, the movable block portion that can use a synthetic resin material or the like.
  • the restricting stopper mechanisms 11a and 11b can be easily constructed, and the rotation angle range Zm of the movable block portion 13 can be easily set.
  • the movable body Sm at a position regulated by the regulation stopper mechanisms 11a and 11b is indicated by a virtual line.
  • the rotation angle range Zm of the movable body portion Sm is a range regulated by the pair of regulation stopper mechanisms 11a and 11b, and the positions regulated by the pair of regulation stopper mechanisms 11a and 11b are both ends of the rotation angle range Zm.
  • self-holding mechanisms 15a and 15b that suck the movable body part Sm at the first position Xa and the second position Xb to hold the position of the movable body part Sm are provided.
  • the casing 2 is also used as the self-holding mechanisms 15a and 15b.
  • a pair of cut portions 21 and 22 are formed on the end sides of the lid portion 2 c constituting the casing 2, and formed between the cut portions 21 and 22.
  • One strip piece 15as is formed by bending a strip-shaped piece portion 90 [deg.] Inward.
  • One self-holding mechanism 15a held at the first position Xa is configured.
  • the other self-holding mechanism 15b is configured similarly to the one self-holding mechanism 15a except that the other self-holding mechanism 15b is symmetrical.
  • Reference numeral 15bs denotes a suction piece in the other self-holding mechanism 15b.
  • the movable body portion Sm includes the magnets 8a and 8b
  • the suction piece portions 15as and 15bs formed on the casing 2 side constitute a pair of self-holding mechanisms 15a and 15b
  • the casing 2 has a pair of self-holding mechanisms 15a. , 15b.
  • the casing 2 is also used as a pair of self-holding mechanisms 15a and 15b, the additional parts constituting the self-holding mechanisms 15a and 15b are not necessary, so that the number of parts and the number of assembly steps can be reduced. Has the advantage of reducing the size and cost.
  • the self-holding mechanisms 15a and 15b are constituted by suction piece portions 15as and 15bs formed by projecting a part of the casing 2, for example, when the casing 2 is manufactured, it can be molded together by press molding or the like. It can be manufactured, and optimization related to the holding performance of the self-holding mechanisms 15a and 15b can be easily and flexibly performed.
  • the rotary solenoid 1 since the rotary solenoid 1 according to the present embodiment has a relatively simple configuration such as the use of an air-core coil 6, the dimension of details functions as an important element. In the following, particularly important elements related to the dimensions of each part will be described with reference to FIG.
  • the shortest distance Ls in the axial direction Fs between the magnet 8a and the suction piece 15as is determined in the axial direction.
  • the thickness is selected to be smaller than the thickness Lm of the magnet 8a at Fs, and the shortest distance Ls in the axial direction Fs between the magnet 8b and the attraction piece portion 15bs, specifically, the magnet 8b and attraction of the movable body portion Sm at the second position Xb.
  • the shortest distance Ls between the pieces 15bs is selected to be smaller than the thickness Lm of the magnet 8b in the axial direction Fs. If such a condition is selected, there is an advantage that a sufficient self-holding function when the self-holding mechanisms 15a and 15b are configured can be secured and the optimization can be easily performed under the selected conditions.
  • the magnet 8a and the suction piece 15as are arranged in a positional relationship that does not overlap each other in the axial direction Fs, and the magnet 8b and the suction piece 15bs are arranged in a positional relationship that does not overlap each other in the axial direction Fs.
  • the gap Lg (Lg> 0) is selected between the magnet 8a and the suction piece 15as in the axial direction Fs, and the gap Lg is generated between the magnet 8b and the suction piece 15bs.
  • the shortest distance Li between 2a is selected to be smaller than the thickness Lm of the magnet 8a in the axial direction Fs, and the shortest distance Ly between the end in the rotational direction Fr of the rotor yoke 7 and the inner surface 2b of the casing 2 at the second position Xb.
  • the shortest distance Li between the end in the rotation direction Fr of the magnet 8b at the second position Xb and the inner surface 2b of the casing 2 is selected to be smaller than the thickness Lm of the magnet 8b in the axial direction Fs. If such a condition is selected, it can be implemented as an optimum form from the viewpoint of constructing the magnetic circuit of the rotary solenoid 1 according to the present invention, and therefore, there is an advantage that good magnetic characteristics can be secured by the dimension under the selected condition.
  • the distance La between the rotor yoke 7 and the inner surface 2r of the casing 2 facing the rotor yoke 7 is selected to be smaller than the thickness Lc of the casing 2 on the inner surface 2r.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the rotary solenoid 1 according to the present embodiment. As is apparent from FIG. 5, each part can be assembled along the axial direction Fs.
  • the assembly of the lid 2c is fitted (attached) by welding or caulking or the like by fitting the bearing portion 3f along the axial direction Fs from the outer surface side into the mounting circular hole formed at the upper position of the lid 2c.
  • the fixed block portion 12 is assembled to the inner surface 2f of the lid 2c along the axial direction Fs, and a plurality of convex portions 12p are inserted into the concave portions 2fc, and then the tips of the convex portions 12p are thermally deformed. To fix.
  • the inner space of the air-core coil 6 is incorporated from the axial direction Fs into the coil support convex portion 12 s of the fixed block portion 12, and the circuit component Pc is incorporated into the component holding portion 14 from the axial direction Fs. Thereby, the assembly of the cover body 2c can be obtained.
  • the assembly of the movable body portion Sm may be integrally formed by an insert molding method, or may be manufactured by a normal assembly method.
  • the rotor yoke 7 is assembled from the axial direction Fs to the back surface of the movable block portion 13 to be a resin molded product, and thereafter, the magnets 8a and 8b are respectively attached from the surface side of the movable block portion 13. Assembly is performed along the axial direction Fs. Further, the rotation shaft 4 is inserted and fixed to the movable block portion 13 from the axial direction Fs. Thereby, the assembly of movable body part Sm can be obtained.
  • the bearing 3r is mounted along the axial direction Fs from the inner surface side into the mounting circular hole formed at the upper position of the housing 2m. Thereafter, the rotation shaft 4 of the movable body portion Sm is inserted into the bearing portion 3r from the rear end side from the axial direction Fs, and the front end side of the rotation shaft 4 is fixed to the lid portion 2c. Then, it is inserted along the axial direction Fs from the inner surface side. Then, if the four crimping piece portions 2mp... Projectingly formed on the housing portion 2m are bent (caulking) and the recesses 2cp of the lid portion 2c are pressed and fixed, the rotary according to the present embodiment shown in FIGS. The solenoid 1 can be obtained.
  • each part can be assembled along the axial direction Fs, so that the manufacturing process can be completely automated and the manufacturing can be performed very easily. This can contribute to cost reduction.
  • the fixed body portion Sc includes the air core coil 6 and the movable body portion Sm has the one end 7 s fixed to the rotating shaft 4 and the rotor yoke 7. And a pair of magnets 8a and 8b fixed to the facing surface 7p located on the other end 7t side of the rotor yoke 7 which is a surface facing the air-core coil 6, and arranged along the rotation direction Fr of the facing surface 7p. Since it is constructed with a basic configuration including the magnet section 8, it is possible to reduce the number of parts, such as eliminating the iron core that is a large part, and the axis of the air-core coil 6 and the axis of the rotary shaft 4 are arranged in parallel.
  • the layout structure can be easily reduced in size (thinned), so that the entire rotary solenoid 1 can be easily reduced in size, in particular, reduced in thickness, and the rotary solenoid can be easily realized.
  • Id 1 can contribute to the overall weight and cost.
  • the inductance proportional to the magnetic permeability in the inner space of the air-core coil 6 can be made as small as several mH.
  • the current can be raised to a saturation current almost instantaneously, so that extremely high responsiveness can be realized. Can contribute to the improvement of performance and processing speed.
  • FIG. 7 shows an example of a drive device 30 suitable for use in the rotary solenoid 1 according to the present embodiment
  • FIG. 8 shows an example of a drive pulse Ps suitable for use in the drive device 30.
  • reference numeral 6 denotes the air-core coil of the rotary solenoid 1 described above, and in this case, circuit components (thermal fuse etc.) Pc are also included. Further, since two lead wires from the air-core coil 6 lead out to the rotary solenoid 1, each lead wire is connected to the driving device 30.
  • the driving device 30 includes a driving circuit 31 connected to two lead wires, a DC power source 32 for supplying DC power (DC / 24 [V]) to the driving circuit 31, and a first switching pulse Pa to the driving circuit 31. And a switching pulse generator 33 that applies the second switching pulse Pb, and an adjustment unit 34 that is connected to the switching pulse generator 33 and adjusts the OFF time (end time) of the first switching pulse Pa and the second switching pulse Pb. Prepare.
  • the drive circuit 31 includes two PNP transistors Q1, Q2, four NPN transistors Q3, Q4, Q5, Q6, four diodes D1, D2, D3, D4, and eight resistance elements R1, R2, R3. R4... R8 are provided, and an electric circuit is configured by the connections shown in FIG. Thereby, when the rotary solenoid 1 is driven, the first switching pulse Pa shown in FIG. 8A is applied to the base of the NPN transistor Q3, and the second switching pulse Pb shown in FIG. 8B is applied to the NPN transistor Q5. Granted to the base. As a result, the drive pulse Ps shown in FIG. 8C is applied to both ends of the air-core coil 6. This drive pulse Ps is a waveform that matches the pulse waveform obtained by adding the first switching pulse Pa and the second switching pulse Pb in which the positive and negative polarities are inverted, except for the magnitude.
  • the forward current Ii [A] flows through the air-core coil 6.
  • the air-core coil 6 is excited in the positive direction, and an energizing torque Tfd due to Lorentz force is generated according to Fleming's left-hand rule. Therefore, the movable body portion Sm is located between the magnet 8b and the suction piece portion 15bs at the second position Xa.
  • the holding torque Tfc is overcome and rotation to the first position Xa side is started. Thereafter, the energization torque Tfd increases and reaches the maximum torque at the center position.
  • the first position Xa is reached at a substantially maximum speed. That is, the first position Xa is switched. Note that, at the first position Xa, the magnetic flux density decreases due to the influence of the magnetic circuit, and thus the magnitude of the energization torque Tfd also decreases.
  • the magnetic lines of force Ff from the N pole of the magnet 8a reach the S pole of the other magnet 8b through the space in the casing 2 and the lid portion 2c.
  • the lid 2c includes a suction piece 15as formed integrally with the lid 2c. Further, the magnetic lines of force Ff through the lid 2c pass through the housing 2m, pass through the gap between the housing 2m and the rotor yoke 7, and then reach the S pole of the magnet 8a through the rotor yoke 7. On the other hand, the magnetic field lines Ff...
  • the tip portion and the attracting piece 15as in the rotation direction Fr of the magnet 8a are closer to each other by the shortest distance Ls (see FIG. 6), and the magnetic material The suction piece portion 15as and the magnet 8a formed by the above are sucked.
  • the restriction by the restriction stopper mechanism 11a that is, the restriction surface portion 13a of the movable block portion 13 in the movable body portion Sm is brought into contact with the inner surface 2a of the casing 2 to restrict the position.
  • the movable body portion Sm is held at the first position Xa by the restriction stopper mechanism 11a and the self-holding mechanism 15a.
  • the movable body Sm is displaced to the second position Xb, it is held at the second position Xb by the same action.
  • the rotary solenoid 1 according to the present embodiment can be used as a two-position switching device shown in FIGS. 9 and 10 as an example of usage.
  • FIG. 9 and 10 show an outline of the banknote sorting apparatus 50 that distributes the banknote Mo transported on the transport path 51 to the first passage 52 or the second passage 53.
  • FIG. In the banknote sorting apparatus 50, the rotary solenoid 1 according to the present embodiment is installed at three branch portions of the transport path 51, the first approach path 52, and the second approach path 53, and the rotary solenoid 1 is rotated.
  • a flapper unit 41 is attached to the moving shaft 4.
  • the flapper unit 41 is preferably formed as lightly as possible using a plastic material or the like. Further, the flapper unit 41 includes a base portion 41m coaxially attached to the tip of the rotating shaft 4, and a pair of flapper portions 41f and 41f that are provided apart from each other in the axial direction of the base portion 41m.
  • the flapper portions 41f and 41f in FIG. 9 are switched to the position (first position Xa) indicated by the solid line rotated and rotated counterclockwise, the transport path 51 and the first entry path 52 are connected. Therefore, the banknote Mo conveyed by the conveyance path 51 can be caused to enter the first entry path 52 in the arrow Fc direction. Further, if the flapper portions 41f and 41f are switched to a position (second position Xb) indicated by an imaginary line that is rotationally displaced clockwise, the conveyance path 51 and the second entry path 53 are connected. The banknote Mo conveyed 51 can be caused to enter the second approach path 53 in the arrow Fce direction.
  • the rotary solenoid 1 when the rotary solenoid 1 is used for switching the flapper unit 41 of the banknote sorting apparatus 50 as described above, the rotary solenoid 1 has a reliable and reliable switching based on a certain output torque. Is required. In addition to this, since it is necessary to arrange in a limited installation space, it is necessary to reduce the size and size as much as possible and to increase the processing quantity as much as possible, so high-speed processing (high-speed switching operation) is also required. . In addition, since electric power is used, basically, reduction of power consumption and further improvement of energy saving and economy are also required.
  • the rotary solenoid 1 according to the present embodiment can meet such a request by an approach from a mechanical structure, and can also meet such a request by an approach from a control method described below.
  • FIG. 12 shows the time [ms] when the positive pulse Pp of the drive pulse Ps shown in FIG. 8C is applied to the air-core coil 6 by the first switching pulse Pa shown in FIG.
  • the change characteristic of the positive direction current Ii [A] is shown. Since the rotary solenoid 1 according to the present embodiment uses the air-core coil 6 to form the fixed body portion Sc, as described above, the inductance of the air-core coil 6 is the magnetic permeability of the inner space of the air-core coil 6. Can be set to a slight size of about several mH.
  • a characteristic curve of current when an iron plate is stacked on the back surface of the air-core coil 6 is indicated by Iip. Further, a characteristic curve of current when an iron core is inserted into about half of the air core portion of the air core coil 6 is indicated by Iss. Furthermore, Ism represents a current characteristic curve when an iron core that fills the inner space is inserted inside the air-core coil 6. As is apparent from FIG. 12, the characteristic curve Iip can obtain the same characteristics as the characteristic curve Ii from the viewpoint of satisfying the high-speed response.
  • the air-core coil 6 is a concept including not only the case where no magnetic material is added to the air-core coil 6 but also the case where an iron plate is used on the back surface of the air-core coil 6.
  • the inductance of the air core coil 6 is It is almost equal to or less than the case where iron plates are stacked on the back. That is, the current characteristic curve in this case is substantially the same as Iip, and can be regarded as the air-core coil 6 when this condition is satisfied.
  • the control method based on the present embodiment that is, the energization time Tp indicated by the solid line in FIG. 8 was used.
  • This energization time Tp is applied with the positive pulse Pp, and the rotation position of the movable body portion Sm at the second position Xb is an intermediate position, specifically, the rotation angle from the second position Xb to the first position Xa.
  • the positive pulse Pp is applied at a midway position (midway timing) when the movable body Sm is turned 10 to 50 [%] of the rotation angle range Zm from the second position Xb. It is to turn off.
  • the energization time Tr indicated by the phantom line in FIG. 8C is a known general energization time, and energization is performed in the entire rotation angle range Zm from the second position Xb to the first position Xa. Shows the case. Therefore, in this case, after applying the positive pulse Pp and the movable body part Sm at the second position Xb reaches the first position Xa due to rotational displacement, the application of the positive pulse Pp is released at a stable timing. In other words, it is a control method based on full energization control.
  • the control method based on this embodiment is a control method based on the initial energization control, which is controlled based on the elapsed time until midway.
  • FIG. 13 is a change characteristic diagram of the rotation angle [°] of the movable body portion Sm with respect to time [ms] including a comparative example when the rotary solenoid 1 according to the present embodiment is driven by the driving device 30, and
  • FIG. 15 is an explanatory diagram of the principle of the change characteristic of the rotation angle [°] of the movable body portion Sm with respect to time [ms], and FIG. 15 shows the output torque [with respect to the rotation angle [°] when the movable body portion Sm is rotationally displaced.
  • the change characteristic diagram of N ⁇ m] is shown respectively.
  • the movable body portion Sm is a magnet at the second position Xb.
  • the second position is accelerated by a torque exceeding the holding torque Tfc based on the suction action of 8b and the suction piece 15bs, and takes approximately 8 [ms] as shown by the change characteristic Xr indicated by the phantom line in FIG. While reaching the first position Xa from Xb, the bouncing is repeated twice, and is self-held after approximately 12 [ms].
  • the range in which the movable body portion Sm is rotationally displaced is the rotational angle range Zm, which is 20 [°].
  • the excitation is released after approximately 20 [ms], and thereafter, the non-excitation is performed over a period of approximately 80 [ms]. Maintain power.
  • the first switching pulse used for this all energization control becomes a virtual line Par shown in FIG.
  • the rotational displacement of the movable body portion Sm is an acceleration displacement by a quadratic function as shown by the change characteristic Xr shown in FIG.
  • a large bounce occurs. Therefore, control is performed to turn off the positive pulse Pp after a certain period of time after the hold state. Note that when reaching the first position Xa, bounce is suppressed as much as possible by voltage suppression control, brake pulse control, or the like, but some bounce is unavoidable.
  • the positive pulse Pp is turned off at the midway position (set position) Px from the second position Xb to the first position Xa as shown by the change characteristic Xi indicated by the solid line in FIG. To do.
  • the rotation angle at the illustrated midway position Px is approximately 4.3 [°], and is approximately 22% of the rotation angle range Zm.
  • This midway position Px is approximately 4 [ms] in time and corresponds to the energization time Tp.
  • the movable body portion Sm continues to be rotationally displaced as it is by the inertial force (moment of inertia), and if it approaches the first position Xa, The magnet 8a and the attraction piece 15as are displaced to the first position Xa by the attraction action.
  • the rotational displacement of the movable body portion Sm is a linear displacement, that is, a constant velocity motion from the midway position Px as shown by the change characteristic Xi shown in FIG. Therefore, even if a slight bounce occurs at the first position Xa, the number and size of the bounces are reduced, and the first position Xa is held at about 13 [ms] as shown in FIG.
  • the energization time Tp is desirably secured at least four times the response time constant of the current Ii (illustration is 0.5 [ms]). As a result, a current equal to or greater than 98% of the saturation current can be secured, so that acceleration close to the maximum torque can be achieved.
  • the time required for the rotational displacement of the movable body portion Sm is almost the same as that in the case of performing the normal full energization control, but the energization time Tp is approximately 1. / 5 and power consumption can be reduced to 1/5.
  • the current response time constant is 0.5 [ms]. Therefore, if the power consumption becomes 1/5, the temperature rise of the air-core coil 6 also becomes 1/5. Therefore, when the temperature rise of the air-core coil 6 at the time of full energization control when the energization time Tr is 20 [ms] (duty ratio 20%) is 100 [° C.], the energization time Tp is 4 [ms] (duty ratio 4). %) During the initial energization control, the temperature rise of the air-core coil 6 is suppressed to about 20 [° C.].
  • the increase in resistance value will remain at about 8 [%], so there is no possibility of causing troubles such as burning, and a reduction in output torque. Can be neglected, and the configuration can be simplified.
  • the decrease in the output torque when the temperature rise of the air-core coil 6 is 100 [° C.] driven by a constant voltage circuit, the output torque is inversely proportional to the resistance value, so the resistance value increases by 40 [%]. In addition, the output torque is about 70%.
  • the rotation angle from the second position Xb is 10 to 50% of the rotation angle range Zm.
  • the timing reached is desirable. 13 to 15, the selectable release range Ze, that is, a range of 10 to 50 [%] is indicated by hatching.
  • Pd shown in FIG. 14 indicates a release position at a relatively early stage, and this release position Pd is approximately 5% of the rotation angle range Zm.
  • the positive side pulse Pp is turned OFF at the release position Pd
  • the movable body portion Sm thereafter is rotationally displaced along the change characteristic Kd that is a tangent to the change characteristic Xr at the release position Pd.
  • the arrival time td at the first position Xa where the change characteristic Kd is extended is approximately 18 [ms].
  • the arrival time te (12 [ms]) at the time of all energization control shown in FIG. 13 since a considerably long time elapses from the arrival time te (12 [ms]) at the time of all energization control shown in FIG. 13, it is impossible to respond to a request for speeding up due to a decrease in responsiveness. Moreover, it is turned off before the actual energization torque Tfd is generated.
  • Pu indicates a release position at a relatively late stage, and this release position Pu is approximately 50% of the rotation angle range Zm.
  • the positive pulse Pp is turned OFF at the release position Pu, it is almost the same as that during full energization control (change characteristic Xr).
  • the movable body Sm thereafter is rotationally displaced along the change characteristic Ku that is a tangent to the change characteristic Xr at the release position Pu. Therefore, the arrival time tu at the first position Xa where the change characteristic Ku is extended is approximately 8 [ms].
  • the first position Xa is more unstable because it is a collision in a state where no energization is performed.
  • Pm indicates a release position located between the release positions Pd and Pu, and Km indicates a change characteristic that is a tangent at the release position Pm.
  • the holding torque Tfc generated by the attraction between the magnet 8a and the attraction piece 15as at the first position Xa can be arbitrarily set according to the application, etc., but when using the control method according to the embodiment, the air core It is desirable to set to 10 to 50% of the energization torque Tfd generated when the coil 6 is energized. In order to set the energization torque Tfd at the first position Xa to 50 to 80 [%] of the central position where the maximum torque (the energization torque Tfd) is generated, it is necessary to start it securely. It is desirable to make it 50% or less with respect to the maximum energization torque Tfd at the center position.
  • FIG. 15 shows change characteristics when the holding torque Tfc is set to 10 [%] and 50 [%].
  • FIG. 15 shows a change in output torque (energization torque + holding torque) when the holding torque Tfc is set to 50% of the energizing torque Tfd and turned OFF within the setting range Ze of 10 to 50%. Characteristic Ti is shown.
  • FIG. 15 shows, as a comparative example, a change characteristic when a general drive pulse corresponding to the characteristic curve Xr of FIG. 13 is applied over the entire section and there is no holding torque based on the holding piece 15as.
  • Tr and the holding torque are set to 10% of the torque generated when the air-core coil 6 is energized
  • the holding torque change characteristic Ths and the holding torque are 50% of the torque generated when the air-core coil 6 is energized.
  • the holding torque change characteristic Thm, the change characteristic Tr and the characteristic Trs obtained by adding the change characteristic Ths, and the change characteristic Tr and the characteristic Trm obtained by adding the change characteristic Thm are respectively shown.
  • the operation based on the positive side pulse Pp has been mainly described, but the basic case is also applicable when the negative side pulse Pn shown in FIG. 8C is applied to switch the movable body portion Sm at the first position Xa to the second position Xb.
  • the typical operation is the same as in the case of the positive pulse Pp.
  • the air core coil 6 is fixed to the inner surface 2f of the lid portion 2c which is the front, and the movable body portion Sm having the magnets 8a and 8b is arranged behind this. is there. Therefore, the movable body portion Sm is sucked forward, and stress due to suction acts on the front bearing portion 3f. For this reason, it is necessary to increase the mechanical strength of the bearing portion 3f, and on the other hand, the mechanical strength of the rear bearing portion 3r can be kept low.
  • the air-core coil 6 is fixed to the inner surface 2r of the rear casing 2m, and the movable body Sm having magnets 8a and 8b is arranged in front of this. is there. Therefore, in this case, the movable body portion Sm is attracted rearward, and stress due to the suction acts on the rear bearing portion 3r. For this reason, it is necessary to increase the mechanical strength of the rear bearing portion 3r.
  • the rear bearing portion 3r is also assembled with the same one as the front bearing portion 3f. The front bearing portion 3f is not subjected to internal stress, but is subjected to an external load as a working end.
  • the present invention is not limited to such an embodiment, and the detailed configuration, shape, material, quantity, technique, and the like do not depart from the gist of the present invention. It can be changed, added, or deleted arbitrarily.
  • the case where the fixed body portion Sc and the movable body portion Sm are combined with a pair of regulating stopper mechanisms 11a and 11b that abut against each other and regulate the rotation angle range Zm of the movable body portion Sm is shown.
  • the case where the restriction stopper portions 11a and 11b are separately provided is not excluded, and the case where the restriction stopper portions 11a and 11b are provided on the rotating shaft 4 protruding outside the casing 2 is not excluded.
  • the movable block part 13 made of a non-magnetic material for holding the rotor yoke 7 and the magnet part 8 by fixing the movable body part Sm to the rotating shaft 4
  • the movable block part 13 is It does not exclude the case where it is not used.
  • maintains the one or two or more circuit components Pc connected to the air-core coil 6 was provided in the fixed block part 12 was illustrated, it is arbitrary whether to provide.
  • the casing 2 is also used as the self-holding mechanisms 15a and 15b for holding the position of the movable body portion Sm by the suction action with respect to the movable body portion Sm at both end positions Xa and Xb of the rotation angle range Zm is shown.
  • this does not exclude the case where a separate part is attached.
  • stop controls such as voltage suppression control and brake pulse control.
  • the rotary solenoid according to the present invention is a two-position switching actuator in various devices having various switching functions such as a sorting function for money, banknotes, etc., a sorting function for postal items, a transport path switching function for printed matter, an optical path switching function, etc. Available as

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Abstract

　前後に位置する一対の軸受部３ｆ，３ｒを設けたケーシング２を有する固定体部Ｓｃ及び一対の軸受部３ｆ，３ｒにより回動自在に支持される回動シャフト４を有する可動体部Ｓｍを備え、固定体部Ｓｃを、磁性材よりなるケーシング２と、回動シャフト４の軸方向Ｆｓに対して直交する面となるケーシング２の内面２ｆ（又は２ｒ）に固定した空芯コイル６とを備えるとともに、可動体部Ｓｍを、一端７ｓ側を回動シャフト４に固定したロータヨーク７と、空芯コイル６に対向する面となるロータヨーク７の他端７ｔ側に位置する対向面７ｐに固定し、かつ対向面７ｐの回動方向Ｆｒに沿って配した一対のマグネット８ａ，８ｂを有するマグネット部８とを備える。

Description

ロータリソレノイド
　本発明は、軸受部を設けたケーシングを有する固定体部及びこの軸受部に回動自在に支持される回動シャフトを有する可動体部を備えるロータリソレノイドに関する。
　一般に、往復回動性を有するロータリソレノイドは、紙幣を区分けする搬送路切替や光学機器の光路切替等の様々な二位置切換用途に利用されている。このような切替用途に利用されるロータリソレノイドは、動作の信頼性は勿論のこと、高速動作（高速処理）と小型化（薄型化）の相反する性能が要求される場合も少なくない。
　従来、このような用途に好適な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で開示されるロータリソレノイドが知られている。このロータリソレノイドは、部品点数の削減及び組立工数の低減に基づくコストダウンを図るとともに、全体の小型コンパクト化を図ることを目的としたものであり、具体的には、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と、一端側をシャフトに固定し、かつ他端側を自由端にすることにより旋回可能なマグネット部を有する可動体部と、ケーシングに固定し、給電制御されることにより可動体部を吸引又は反発可能な界磁部とを備え、特に、三角形における一つの角部に対応する位置にシャフトを配し、かつ残りの角部に対応する位置にＳ極とＮ極がそれぞれ生じるマグネット部を配した可動体部と、コイル軸方向における一方の端面をマグネット部に対面させて配した単一コイルを有する界磁部と、可動体部が旋回する範囲を所定の範囲に規制する可動体規制部とを備えて構成したものである。
特開２０１４－２２７０３号公報
　しかし、上述した特許文献１のロータリソレノイドをはじめ、特に、シャフトを支点に旋回変位する可動体部を備える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。
　第一に、コイルは、鉄心（Ｅ形ヨーク）と組合わせることにより、電磁石として機能させるとともに、コイルの軸心をシャフトの軸心に対して直交する位置関係に配するため、大型部品となる鉄心が必要になるなど、部品点数が多くなるとともに、部品のレイアウトに基づく全体構造も大型化しやすい傾向にある。したがって、ロータリソレノイドの小型化、特に、薄型化を実現するには限界があるとともに、無視できない重量アップ要因やコストアップ要因になる。
　第二に、コイルに対して高透磁率の鉄心を組合わせることにより、磁極部を構成するため、コイルのインダクタンスがひじょうに大きくなる。この結果、駆動電圧を印加しても電流の立ち上がりが遅くなり、応答性の低下を招く。結局、高速動作を実現するにも限界があるなど、ロータリソレノイドの使用対象機器における生産性や処理速度の低下要因として直接影響する。
　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１は、上述した課題を解決するため、前後に位置する一対の軸受部３ｆ，３ｒを設けたケーシング２を有する固定体部Ｓｃ及び一対の軸受部３ｆ，３ｒにより回動自在に支持される回動シャフト４を有する可動体部Ｓｍを備えるロータリソレノイドであって、固定体部Ｓｃを、磁性材よりなるケーシング２と、回動シャフト４の軸方向Ｆｓに対して直交する面となるケーシング２の内面２ｆ（又は２ｒ）に固定した空芯コイル６とを備えて構成するとともに、可動体部Ｓｍを、一端７ｓ側を回動シャフト４に固定したロータヨーク７と、空芯コイル６に対向する面となるロータヨーク７の他端７ｔ側に位置する対向面７ｐに固定し、かつ対向面７ｐの回動方向Ｆｒに沿って配した一対のマグネット８ａ，８ｂを有するマグネット部８とを備えて構成してなることを特徴とする。
　この場合、発明の好適な態様により、固定体部Ｓｃと可動体部Ｓｍは、相互に当接して当該可動体部Ｓｍの回動角範囲Ｚｍを規制する一対の規制ストッパ機構１１ａ，１１ｂを兼用できる。また、固定体部Ｓｃには、空芯コイル６を保持する非磁性材よりなる固定ブロック部１２を設けることができるとともに、可動体部Ｓｍには、回動シャフト４に固定することによりロータヨーク７及びマグネット部８を保持する非磁性材よりなる可動ブロック部１３を設けることができる。この際、可動ブロック部１３には、ケーシング２の内面２ａ，２ｂに当接して規制ストッパ機構１１ａ，１１ｂを構成する一対の規制面部１３ａ，１３ｂを設けることができる。一方、固定ブロック部１２には、空芯コイル６に接続する一又は二以上の回路部品Ｐｃを保持する部品保持部１４を設けることができる。また、ケーシング２は、回動角範囲Ｚｍの両端の第一位置Ｘａと第二位置Ｘｂにおける可動体部Ｓｍを吸引して可動体部Ｓｍの位置を保持する自己保持機構１５ａ，１５ｂを兼用できる。この自己保持機構１５ａ，１５ｂには、ケーシング２の一部を突出形成した吸引片部１５ａｓ，１５ｂｓを設けることができる。
　なお、マグネット８ａ（８ｂ）と吸引片部１５ａｓ（１５ｂｓ）間の軸方向Ｆｓにおける最短距離Ｌｓ…は、軸方向Ｆｓにおけるマグネット８ａ（８ｂ）の厚みＬｍ…よりも小さく選定することが望ましい。また、マグネット８ａ（８ｂ）と吸引片部１５ａｓ（１５ｂｓ）は、軸方向Ｆｓにおいて相互にオーバーラップしない位置関係に配することが望ましい。さらに、第一位置Ｘａ（第二位置Ｘｂ）におけるロータヨーク７の回動方向Ｆｒの端部とケーシング２の内面２ａ（２ｂ）間の最短距離Ｌｙ…，及び第一位置Ｘａ（第二位置Ｘｂ）におけるマグネット８ａ（８ｂ）の回動方向Ｆｒの端部とケーシング２の内面２ａ（２ｂ）間の最短距離Ｌｉ…は、軸方向Ｆｓにおけるマグネット８ａ（８ｂ）の厚みＬｍ…よりも小さく選定することが望ましい。加えて、ロータヨーク７とこのロータヨーク７に対面するケーシング２の内面２ｒ（２ｆ）間の距離Ｌａは、この内面２ｒ（２ｆ）における当該ケーシング２の厚みよりも小さく選定することが望ましい。
　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。
　（１）　固定体部Ｓｃに空芯コイル６を備えるとともに、可動体部Ｓｍに、一端７ｓ側を回動シャフト４に固定したロータヨーク７と、空芯コイル６に対向する面となるロータヨーク７の他端７ｔ側に位置する対向面７ｐに固定し、かつ対向面７ｐの回動方向Ｆｒに沿って配した一対のマグネット８ａ，８ｂを有するマグネット部８とを備えるため、大型部品となる鉄心を排除できるなど、部品点数の削減を図れるとともに、空芯コイル６の軸心と回動シャフト４の軸心を平行に配することにより、小型化（薄型化）しやすいレイアウト構造にできるため、ロータリソレノイド１全体の小型化、特に、薄型化を容易に実現できるとともに、ロータリソレノイド１全体の軽量化及びコストダウンに寄与できる。
　（２）　空芯コイル６を用いるため、空芯コイル６の内側空間における透磁率に比例するインダクタンスを数ｍＨの僅かな大きさにすることができる。この結果、駆動電圧を印加した際には、電流をほぼ瞬時に飽和電流まで立ち上げることができるなど、極めて高い応答性を実現できるため、高速動作、更にはロータリソレノイド１の使用対象機器における生産性や処理速度の向上に貢献できる。
　（３）　好適な態様により、固定体部Ｓｃと可動体部Ｓｍに、相互に当接して当該可動体部Ｓｍの回動角範囲Ｚｍを規制する一対の規制ストッパ機構１１ａ，１１ｂを兼用させれば、規制ストッパ機構１１ａ，１１ｂを構成する追加部品が不要になるため、部品点数の削減及び組立工数の削減、更には、小型化及びコストダウンを図ることができる。
　（４）　好適な態様により、固定体部Ｓｃに、空芯コイル６を保持する非磁性材よりなる固定ブロック部１２を設ければ、空芯コイル６を、固定ブロック部１２により正確な位置決めを行いつつケーシング２に対して容易に組付けることができる。
　（５）　好適な態様により、可動体部Ｓｍに、回動シャフト４に固定することによりロータヨーク７及びマグネット部８を保持する非磁性材よりなる可動ブロック部１３を設ければ、合成樹脂素材等を利用できる可動ブロック部１３をベースにして、回動シャフト４，ロータヨーク７及びマグネット部８を一体化できるため、インサート成形法等により可動体部Ｓｍの製作を容易に行うことができるとともに、回動シャフト４，ロータヨーク７及びマグネット部８間の固定強度（剛性）の向上及び位置決め精度の向上を図ることができる。
　（６）　好適な態様により、可動ブロック部１３に、ケーシング２の内面２ａ，２ｂに当接して規制ストッパ機構１１ａ，１１ｂを構成する一対の規制面部１３ａ，１３ｂを設ければ、合成樹脂素材等を利用できる可動ブロック部１３の一部を規制面部１３ａ，１３ｂとして利用できるため、規制ストッパ機構１１ａ，１１ｂを容易に構築できるとともに、可動ブロック部１３の回動角範囲Ｚｍの設定も容易に行うことができる。
　（７）　好適な態様により、固定ブロック部１２に、空芯コイル６に接続する一又は二以上の回路部品Ｐｃを保持する部品保持部１４を設ければ、空芯コイル６に隣接する固定ブロック部１２の所定位置に回路部品Ｐｃを保持（固定）できるため、空芯コイル６から導出されるリード線を含む通電回路上における断線等のトラブルを回避できるとともに、信頼性向上に寄与できる。
　（８）　好適な態様により、ケーシング２に、回動角範囲Ｚｍの両端となる第一位置Ｘａと第二位置Ｘｂにおける可動体部Ｓｍを吸引して可動体部Ｓｍの位置を保持する自己保持機構１５ａ，１５ｂを兼用させれば、自己保持機構１５ａ，１５ｂを構成する追加部品が不要になるため、部品点数の削減及び組立工数の削減、更には小型化及び低コスト化を図ることができる。
　（９）　好適な態様により、自己保持機構１５ａ，１５ｂを、ケーシング２の一部を突出形成した吸引片部１５ａｓ，１５ｂｓにより構成すれば、例えば、ケーシング２の製作時に、プレス成形等により一緒に成形できるため、容易に製作できるとともに、自己保持機構１５ａ，１５ｂの保持性能に係わる最適化も容易かつ柔軟に行うことができる。
　（１０）　好適な態様により、マグネット８ａ（８ｂ）と吸引片部１５ａｓ（１５ｂｓ）間の軸方向Ｆｓにおける最短距離Ｌｓ…を、軸方向Ｆｓにおけるマグネット８ａ（８ｂ）の厚みＬｍ…よりも小さく選定すれば、この選定条件下において、自己保持機構１５ａ，１５ｂを構成する際の十分な自己保持機能を確保できるとともに、その最適化も容易に行うことができる。
　（１１）　好適な態様により、マグネット８ａ（８ｂ）と吸引片部１５ａｓ（１５ｂｓ）を、軸方向Ｆｓにおいて相互にオーバーラップしない位置関係に配すれば、この位置関係下において、マグネット８ａ（８ｂ）と吸引片部１５ａｓ（１５ｂｓ）の吸引力のベクトルバランスを最適化できるため、自己保持機構１５ａ，１５ｂによる良好な自己保持機能を確保できる。
　（１２）　好適な態様により、第一位置Ｘａ（第二位置Ｘｂ）におけるロータヨーク７の回動方向Ｆｒの端部とケーシング２の内面２ａ（２ｂ）間の最短距離Ｌｙ…，及び第一位置Ｘａ（第二位置Ｘｂ）におけるマグネット８ａ（８ｂ）の回動方向Ｆｒの端部とケーシング２の内面２ａ（２ｂ）間の最短距離Ｌｉ…を、軸方向Ｆｓにおけるマグネット８ａ（８ｂ）の厚みＬｍ…よりも小さく選定すれば、本発明に係るロータリソレノイド１の磁気回路を構築する観点から最適な形態として実施できるため、かかる選定条件下のディメンションにより良好な磁気特性を確保できる。
　（１３）　好適な態様により、ロータヨーク７とこのロータヨーク７に対面するケーシング２の内面２ｒ（２ｆ）間の距離Ｌａを、この内面２ｒ（２ｆ）における当該ケーシング２の厚みよりも小さく選定すれば、ロータヨーク７とケーシング２を補完し合う一体の磁路として機能させることができるため、磁気漏れなどを可及的に抑制できる良好な磁気回路を構築できる。
本発明の好適実施形態に係るロータリソレノイドの図２中Ｃ－Ｃ線位置の断面背面図、 同ロータリソレノイドの断面側面図、 同ロータリソレノイドのケーシングを構成するカバー側の内面を示す固定体部の内部構造図、 同ロータリソレノイドの可動体部を抽出して示す一部断面正面図、 同ロータリソレノイドの分解斜視図、 同ロータリソレノイドの一部抽出拡大図を含む断面平面図、 同ロータリソレノイドの駆動装置の一例を示す電気系回路図、 同駆動装置を駆動制御する制御信号の信号波形図、 同ロータリソレノイドの使用例を示す正面方向からの設置概要図、 同ロータリソレノイドの使用例を示す側面方向からの設置概要図、 同ロータリソレノイドの停止時における磁力線分布図、 同ロータリソレノイドを同駆動装置により駆動した際の比較例を含む時間対駆動電流特性図、 同ロータリソレノイドを同駆動装置により駆動した際の比較例を含む時間対可動体部の回動角特性図、 同時間対可動体部の回動角特性の原理説明図、 同ロータリソレノイドを同駆動装置により駆動した際の比較例を含む可動体部の回動角対出力トルク特性図、 同ロータリソレノイドの変更例を示す断面側面図、
　１：ロータリソレノイド，２：ケーシング，２ｆ：ケーシングの内面，２ｒ：ケーシングの内面，２ａ：ケーシングの内面，２ｂ：ケーシングの内面，３ｆ：軸受部，３ｒ：軸受部，４：回動シャフト，６：空芯コイル，７：ロータヨーク，７ｓ：ロータヨークの一端，７ｔ：ロータヨークの他端，７ｐ：ロータヨークの対向面，８：マグネット部，８ａ：マグネット，８ｂ：マグネット，１１ａ：規制ストッパ機構，１１ｂ：規制ストッパ機構，１２：固定ブロック部，１３：可動ブロック部，１３ａ：規制面部，１３ｂ：規制面部，１４：部品保持部，１５ａ：自己保持機構，１５ｂ：自己保持機構，１５ａｓ：吸引片部，１５ｂｓ：吸引片部，Ｓｃ：固定体部，Ｓｍ：可動体部，Ｆｓ：軸方向，Ｆｒ：回動方向，Ｚｍ：回動角範囲，Ｐｃ：回路部品，Ｘａ：第一位置，Ｘｂ：第二位置，Ｌｓ…：マグネットと吸引片部間の軸方向における最短距離，Ｌｍ…：マグネットの厚み，Ｌｙ…：ロータヨークの回動方向の端部とケーシングの内面間の最短距離，Ｌｉ…：マグネットの回動方向の端部とケーシングの内面間の最短距離，Ｌａ：ロータヨークとこのロータヨークに対面するケーシングの内面間の距離
　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。
　まず、本実施形態に係るロータリソレノイド１の全体構成について、図１～図６（図１１）を参照して具体的に説明する。
　ロータリソレノイド１は、大別して、前後に位置する一対の軸受部３ｆ，３ｒを設けたケーシング２を有する固定体部Ｓｃと、一対の軸受部３ｆ，３ｒにより回動自在に支持される回動シャフト４を有する可動体部Ｓｍとを備える。
　固定体部Ｓｃは、図１及び図２に示すケーシング２を備え、このケーシング２は、前面が開放面となる筺体部２ｍと、この筺体部２ｍの開放面を覆う蓋部２ｃにより構成する。この場合、蓋部２ｃの内面が、ケーシング２の前側の内面２ｆとなり、この内面２ｆに対向（対面）する筺体部２ｍの内面が、ケーシング２の後側の内面２ｒとなる。なお、図１に例示するケーシング２の高さ寸法は１６〔ｍｍ〕である。
　筺体部２ｍは、冷間圧延鋼板等の軟磁性（磁性材）の鋼板素材を使用し、前面に開放面を設けたボックス状に形成する。この際、飽和磁束密度の高い純鉄やケイ素鋼板を用いれば、板厚をより薄くすることができる。一方、鋼板の厚みを、後述するマグネット８ａ（８ｂ）の厚みの半分程度（０．５～２．０〔ｍｍ〕）、即ち、比較的厚めに選定すれば、ヨークとしての磁気回路の飽和を防止できるとともに、飽和による磁束の漏れを低減できる。しかも、可動体部Ｓｍが衝突した際の振動（振幅）を抑制できるため、衝突音の低減にも寄与できる利点がある。
　また、筺体部２ｍの内面２ｒ内における上部位置には軸受装着孔を形成し、この軸受装着孔に、リング状に形成した後側の軸受部３ｒを装着する。この場合、可動体部Ｓｍは、前方（蓋部２ｃ側）に吸引されるため、後側の軸受部３ｒには、相対的に大きな応力が付加されないため、軸受部３ｒに対する大きな機械的強度は問われない。したがって、例えば、形成素材として合成樹脂素材を使用できるとともに、軸方向Ｆｓの厚みも薄くすることができる。
　一方、蓋部２ｃも、一枚のプレート状に形成する点を除き、筺体部２ｍと同様の素材により形成できる。また、蓋部２ｃの内面２ｆ内における上部位置には装着円孔を形成し、この装着円孔に、リング状をなす前側の軸受部３ｆを装着する。上述したように、可動体部Ｓｍは、磁気回路により前方（蓋部２ｃ側）に吸引されるため、軸受部３ｆの機械的強度は、この応力に対抗するための十分な大きさを確保する。したがって、軸受部３ｆは、金属素材を使用して一体形成し、軸方向Ｆｓの厚みも大きくする。そして、蓋部２ｃに対しては溶接又はカシメ等により強固に固定する。
　これにより、筺体部２ｍに蓋部２ｃを組付ける際には、筺体部２ｍの開口縁に突出形成した複数（例示は四つ）のカシメ片部２ｍｐ…を折り曲げ（図１１参照）、蓋部２ｃに形成した凹部２ｃｐ…の位置を押さえ付ければよい。このように、ケーシング２は、筺体部２ｍと蓋部２ｃにより容易に組立てることができ、このケーシング２は、後述するマグネット８ａ，８ｂからの磁力線が通る磁気回路（磁路）の一部を構成する。
　他方、蓋部２ｃは、実質的な固定体部Ｓｃとして機能させるため、蓋部２ｃの内面２ｆ内における下部位置には、絶縁素材（非磁性材）である合成樹脂素材により一体成形した矩形状の固定ブロック部１２を固定する。この場合、図５に示すように、固定ブロック部１２の取付面には複数のピン形の凸部１２ｐ…を形成し、この凸部１２ｐ…を、蓋部２ｃに形成した凹部２ｆｃ…に挿入する。これにより、蓋部２ｃに対する固定ブロック部１２の位置決めを行うとともに、挿入した凸部１２ｐ…の先端を熱変形させるなどにより固定する。なお、固定ブロック部１２の使用は必須となるものではない。例えば、蓋部２ｃに、電気亜鉛メッキ鋼板等の鋼板を使用し、この鋼板の表面にポリイミド等の絶縁層を設けるとともに、この絶縁層に銅箔パターンを形成した鉄基板を用いれば、後述する空芯コイル６やリード線との電気的接続、或いは温度ヒューズ等の回路部品Ｐｃの実装が、蓋部２ｃの内面２ｆ上で可能になり、組立工数の削減に寄与できる。
　また、固定ブロック部１２の中央位置には、空芯コイル６の内側空間に挿入し、当該空芯コイル６を位置決めして固定するコイル支持凸部１２ｓを一体に突出形成するとともに、固定ブロック部１２における空芯コイル６が位置しない部位には、図３に示すように、空芯コイル６に接続する一又は二以上の回路部品Ｐｃを保持する部品保持部１４を一体に形成する。部品保持部１４は、チャンネル形に形成することができる。
　このように、固定体部Ｓｃに、空芯コイル６を保持する非磁性材よりなる固定ブロック部１２を設ければ、空芯コイル６を、固定ブロック部１２により正確な位置決めを行いつつケーシング２に対して容易に組付けることができる利点がある。さらに、この固定ブロック部１２に部品保持部１４を一体に形成すれば、空芯コイル６に隣接する固定ブロック部１２の所定位置に回路部品Ｐｃを保持（固定）できるため、空芯コイル６から導出されるリード線を含む通電回路上における断線等のトラブルを回避できるとともに、信頼性向上にも寄与できる。
　一方、空芯コイル６を用意する。空芯コイル６は、マグネットワイヤ（軟銅線）を巻回した単一コイルである。実施形態では、図３に示すように、円形コイルをやや矩形状（台形状）に歪めた形状に構成した。この場合、空芯コイル６は、マグネットワイヤ間の密着強度を確保するため、巻線時に数百〔℃〕の熱風下に晒し、熱融着させることが望ましい。なお、熱融着した空芯コイル６を、厚み方向にプレス成形すれば、導体の占積率、即ち、アンペアターンを大きくすることができる。したがって、ロータリソレノイド１全体の薄型化に寄与できるとともに、さらに、マグネットワイヤとして平角線を使用すれば、アンペアターンをより大きくすることができる。
　そして、空芯コイル６は固定ブロック部１２に装着し、接着剤等により固定するとともに、部品保持部１４に回路部品Ｐｃを収容し、接着剤等により固定する。そして、空芯コイル６と回路部品Ｐｃを接続するとともに、導出用のリード線との接続を行えば、蓋部２ｃ側のアッセンブリを得ることができる。なお、例示の回路部品Ｐｃは、空芯コイル６に直列接続した温度ヒューズである。また、回路部品Ｐｃにはリード線（空芯コイル６の引出線）なども含まれる。
　他方、可動体部Ｓｍは、ケーシング２に取付けた一対の軸受部３ｆ，３ｒにより回動自在に支持される回動シャフト４を備える。回動シャフト４は、ステンレス素材等の剛性の高い金属素材により形成する。なお、形成素材は、磁性材であるか非磁性材であるかは問わない。磁性材を使用すれば、ロータリソレノイド１における磁気回路の一部として利用できる。
　また、回動シャフト４上には、絶縁素材（非磁性材）である合成樹脂素材により一体成形した可動ブロック部１３の一端側を固定する。なお、可動ブロック部１３は、慣性モーメントをできるだけ小さくする観点から合成樹脂素材を用いることが望ましいが、アルミニウムやマグネシウム等の比重の小さい金属素材を用いてもよい。特に、合成樹脂素材として、ナイロン素材等のＰＡ樹脂素材を用いれば、振動吸収効果を得れるとともに、金属素材として、合成樹脂素材と同等の重量を有するマグネシウムを用いれば、高い強度を確保しつつ振動吸収効果も得ることができる。
　可動ブロック部１３は、上部に位置する筒形状のブロック上部１３ｕと、このブロック上部１３ｕの軸方向Ｆｓ中央位置から下方に延設した平盤形状のブロック下部１３ｄからなり、このブロック上部１３ｕに、回動シャフト４の中間位置を貫通させた状態で固定する。この場合、圧入又は溶接等により固定できる。なお、ブロック上部１３ｕを固定する回動シャフト４の周面には、ローレット等を形成することにより、固定強度をより高めることが望ましい。
　そして、可動ブロック部１３の後面には、この可動ブロック部１３よりもやや小さい相似形状のロータヨーク７を配設する。これにより、ロータヨーク７の一端（上端）７ｓ側が、回動シャフト４に固定される。ロータヨーク７には、冷間圧延鋼板等の軟磁性（磁性材）の鋼板素材を使用し、厚みＬｐが、マグネット８ａ，８ｂの軸方向Ｆｓにおける厚みＬｍ…の半分程度となる２〔ｍｍ〕程度に選定した一枚のプレートにより形成できる。この場合、ロータヨーク７の厚みＬｐとしては、近接するケーシング２と組合わせた磁気回路を考慮し、一対のマグネット８ａ，８ｂ間の磁束が最も集中する部分では、飽和させても使用できるように薄肉形成することが望ましい。これにより、磁気回路の効率化を図れるとともに、小型化及び薄肉化にも寄与できる。
　さらに、ブロック下部１３ｄに位置するロータヨーク７の他端７ｔ側であって、図２に示すように、空芯コイル６に対向する対向面７ｐには、一対のマグネット８ａ，８ｂからなるマグネット部８を固定する。この場合、各マグネット８ａ，８ｂは、厚みをＬｍ…に選定した偏平な直方体形状に形成し、対向面７ｐの回動方向Ｆｒ、即ち、旋回方向に沿わせることにより、所定間隔をおいて並べて配する。各マグネット８ａ，８ｂは、図２に示すように、可動ブロック部１３を貫通し、可動ブロック部１３の前面に露出する。露出する各マグネット８ａ，８ｂの一方のマグネット面はＮ極、他方のマグネット面はＳ極となる。
　マグネット８ａ，８ｂには、フェライトマグネットや希土類マグネット等を用いることができ、特に、限定されるものではない。一例として、［Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ］マグネットを用いれば、高い空隙磁束密度が得られるため、出力トルクを大きくできるとともに、厚み方向に配向（着磁）すれば、磁気特性を最大限利用することにより、空隙での磁束密度をより高めることができる。また、マグネット８ａ，８ｂの厚みＬｍを２～４〔ｍｍ〕程度に選定するとともに、空隙をほぼ２倍となる４～８〔ｍｍ〕程度に選定すれば、０．５以上のパーミアンス係数を得れるとともに、空隙の磁束密度を０．５〔Ｔ〕以上にすることができる。なお、一対のマグネット８ａ，８ｂには、単一のマグネットを使用することができ、特に、単一のマグネットの面方向に二極の分割着磁を行う場合も一対のマグネット８ａ，８ｂに含まれる。
　このように、可動体部Ｓｍには、回動シャフト４，可動ブロック部１３，ロータヨーク７及びマグネット８ａ，８ｂを含むため、これらを組立てることにより可動体部Ｓｍを得てもよいし、可動ブロック部１３を成形する際に、回動シャフト４，ロータヨーク７及びマグネット８ａ，８ｂを一緒にインサート成形してもよい。このような可動ブロック部１３を設ければ、合成樹脂素材等を利用できる可動ブロック部１３をベースにして、回動シャフト４，ロータヨーク７及びマグネット部８を一体化できるため、インサート成形法等により可動体部Ｓｍの製作を容易に行うことができるとともに、回動シャフト４，ロータヨーク７及びマグネット部８間の固定強度（剛性）の向上及び位置決め精度の向上を図れる利点がある。
　他方、ケーシング２の内部には、可動体部Ｓｍの回動角範囲Ｚｍを規制する一対の規制ストッパ機構１１ａ，１１ｂを設ける。この場合、上述した固定体部Ｓｃと可動体部Ｓｍに、一対の規制ストッパ機構１１ａ，１１ｂを兼用させている。具体的には、図１に示すように、可動体部Ｓｍを構成する可動ブロック部１３の回動方向Ｆｒにおける一方の側面を規制面部１３ａとして形成するとともに、他方の側面を規制面部１３ｂとして形成する。これにより、可動体部Ｓｍが一方（第一位置Ｘａ側）へ回動変位した際には、規制面部１３ａがケーシング２の一方の内面２ａに当接することにより回動変位が規制されるとともに、可動体部Ｓｍが他方（第二位置Ｘｂ側）へ回動変位した際には、規制面部１３ｂがケーシング２の他方の内面２ｂに当接することにより回動変位が規制される。したがって、可動体部Ｓｍ側の一方の規制面部１３ａと固定体部Ｓｃ側の一方の内面２ａが一方の規制ストッパ機構１１ａを構成し、かつ可動体部Ｓｍ側の他方の規制面部１３ｂと固定体部Ｓｃ側の他方の内面２ｂが他方の規制ストッパ機構１１ｂを構成する。
　このように、固定体部Ｓｃと可動体部Ｓｍに、相互に当接して当該可動体部Ｓｍの回動角範囲Ｚｍを規制する一対の規制ストッパ機構１１ａ，１１ｂを兼用させれば、規制ストッパ機構１１ａ，１１ｂを構成する追加部品が不要になるため、部品点数の削減及び組立工数の削減、更には、小型化及びコストダウンを図れる利点がある。特に、可動ブロック部１３に、ケーシング２の内面２ａ，２ｂに当接して規制ストッパ機構１１ａ，１１ｂを構成する一対の規制面部１３ａ，１３ｂを設ければ、合成樹脂素材等を利用できる可動ブロック部１３の一部を規制面部１３ａ，１３ｂとして利用できるため、規制ストッパ機構１１ａ，１１ｂを容易に構築できるとともに、可動ブロック部１３の回動角範囲Ｚｍの設定も容易に行うことができる。図４に、規制ストッパ機構１１ａ，１１ｂにより規制された位置の可動体部Ｓｍを仮想線で示す。したがって、可動体部Ｓｍの回動角範囲Ｚｍは、一対の規制ストッパ機構１１ａ，１１ｂにより規制される範囲となり、一対の規制ストッパ機構１１ａ，１１ｂにより規制される位置が回動角範囲Ｚｍの両端における第一位置Ｘａと第二位置Ｘｂになる。
　また、ケーシング２の内部には、第一位置Ｘａと第二位置Ｘｂにおける可動体部Ｓｍを吸引して可動体部Ｓｍの位置を保持する自己保持機構１５ａ，１５ｂを設ける。例示の場合、ケーシング２に、自己保持機構１５ａ，１５ｂを兼用させている。具体的には、図３及び図６に示すように、ケーシング２を構成する蓋部２ｃの端辺に一対の切込部２１，２２を形成し、この切込部２１と２２間に形成される短冊状の片部分を内部側へ９０〔°〕折曲させることにより、一方の吸引片部１５ａｓを形成する。これにより、可動体部Ｓｍが第一位置Ｘａ側へ回動変位すれば、一方のマグネット８ａが吸引片部１５ａｓに接近し、マグネット８ａと吸引片部１５ａｓの吸引作用により、可動体部Ｓｍが第一位置Ｘａに保持される一方の自己保持機構１５ａが構成される。他方の自己保持機構１５ｂも、左右対称となる点を除いて一方の自己保持機構１５ａと同様に構成する。１５ｂｓが他方の自己保持機構１５ｂにおける吸引片部を示す。
　したがって、可動体部Ｓｍにはマグネット８ａ，８ｂを備えるため、ケーシング２側に形成した吸引片部１５ａｓ，１５ｂｓが一対の自己保持機構１５ａ，１５ｂを構成し、ケーシング２が一対の自己保持機構１５ａ，１５ｂを兼用する。このように、ケーシング２に、一対の自己保持機構１５ａ，１５ｂを兼用させれば、自己保持機構１５ａ，１５ｂを構成する追加部品が不要になるため、部品点数の削減及び組立工数の削減、更には小型化及び低コスト化を図れる利点がある。特に、自己保持機構１５ａ，１５ｂを、ケーシング２の一部を突出形成した吸引片部１５ａｓ，１５ｂｓにより構成すれば、例えば、ケーシング２の製作時に、プレス成形等により一緒に成形できるため、容易に製作できるとともに、自己保持機構１５ａ，１５ｂの保持性能に係わる最適化も容易かつ柔軟に行うことができる。
　ところで、本実施形態に係るロータリソレノイド１は、空芯コイル６を使用するなど、比較的シンプルな構成となるため、細部のディメンションが重要な要素として機能する。以下に、各部のディメンションに係わる特に重要な要素について、図６を参照して説明する。
　まず、マグネット８ａと吸引片部１５ａｓ間の軸方向Ｆｓにおける最短距離Ｌｓ、具体的には、第一位置Ｘａにおける可動体部Ｓｍのマグネット８ａと吸引片部１５ａｓ間の最短距離Ｌｓを、軸方向Ｆｓにおけるマグネット８ａの厚みＬｍよりも小さく選定するとともに、マグネット８ｂと吸引片部１５ｂｓ間の軸方向Ｆｓにおける最短距離Ｌｓ、具体的には、第二位置Ｘｂにおける可動体部Ｓｍのマグネット８ｂと吸引片部１５ｂｓ間の最短距離Ｌｓを、軸方向Ｆｓにおけるマグネット８ｂの厚みＬｍよりも小さく選定する。このような条件を選定すれば、この選定条件下において、自己保持機構１５ａ，１５ｂを構成する際の十分な自己保持機能を確保できるとともに、その最適化も容易に行える利点がある。
　また、マグネット８ａと吸引片部１５ａｓを、軸方向Ｆｓにおいて相互にオーバーラップしない位置関係に配するとともに、マグネット８ｂと吸引片部１５ｂｓを、軸方向Ｆｓにおいて相互にオーバーラップしない位置関係に配する。具体的には、軸方向Ｆｓにおける、マグネット８ａと吸引片部１５ａｓ間に、隙間Ｌｇ（Ｌｇ＞０）が生じるように選定するとともに、マグネット８ｂと吸引片部１５ｂｓ間に、隙間Ｌｇが生じるように選定する。このような位置条件を選定すれば、この位置関係において、マグネット８ａ，８ｂと吸引片部１５ａｓ，１５ｂｓの吸引力のベクトルバランスを最適化できるため、自己保持機構１５ａ，１５ｂによる良好な自己保持機能を確保できる利点がある。
　さらに、第一位置Ｘａにおけるロータヨーク７の回動方向Ｆｒの端部とケーシング２の内面２ａ間の最短距離Ｌｙ，及び第一位置Ｘａにおけるマグネット８ａの回動方向Ｆｒの端部とケーシング２の内面２ａ間の最短距離Ｌｉを、軸方向Ｆｓにおけるマグネット８ａの厚みＬｍよりも小さく選定するとともに、第二位置Ｘｂにおけるロータヨーク７の回動方向Ｆｒの端部とケーシング２の内面２ｂ間の最短距離Ｌｙ，及び第二位置Ｘｂにおけるマグネット８ｂの回動方向Ｆｒの端部とケーシング２の内面２ｂ間の最短距離Ｌｉを、軸方向Ｆｓにおけるマグネット８ｂの厚みＬｍよりも小さく選定する。このような条件を選定すれば、本発明に係るロータリソレノイド１の磁気回路を構築する観点から最適な形態として実施できるため、かかる選定条件下のディメンションにより良好な磁気特性を確保できる利点がある。
　加えて、ロータヨーク７とこのロータヨーク７に対面するケーシング２の内面２ｒ間の距離Ｌａは、この内面２ｒにおけるケーシング２の厚みＬｃよりも小さく選定する。このように選定すれば、ロータヨーク７とケーシング２を補完し合う一体の磁路として機能させることができるため、磁気漏れなどを可及的に抑制できる良好な磁気回路を構築できる利点がある。
　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５を参照して説明する。
　図５は、本実施形態に係るロータリソレノイド１の分解斜視図を示す。図５から明らかなように、各部品類は、軸方向Ｆｓに沿った組付けが可能である。
　まず、蓋体２ｃのアッセンブリは、蓋体２ｃの上部位置に形成した装着円孔に、外面側から、軸方向Ｆｓに沿って軸受部３ｆを嵌め込み、溶接又はカシメ等により固定（装着）する。また、蓋体２ｃの内面２ｆに、固定ブロック部１２を軸方向Ｆｓに沿って組付け、複数の凸部１２ｐ…を凹部２ｆｃ…に挿入した後、凸部１２ｐ…の先端を熱変形させるなどにより固定する。さらに、固定ブロック部１２のコイル支持凸部１２ｓに、空芯コイル６の内側空間を軸方向Ｆｓから組み込むとともに、部品保持部１４に、回路部品Ｐｃを軸方向Ｆｓから組み込む。これにより、蓋体２ｃのアッセンブリを得ることができる。
　一方、可動体部Ｓｍのアッセンブリは、前述したように、インサート成形法により一体成形してもよいし、通常の組付方式により製作してもよい。組付方式の場合、樹脂成形品となる可動ブロック部１３の裏面に、軸方向Ｆｓからロータヨーク７の組付けを行うとともに、この後、可動ブロック部１３の表面側からマグネット８ａ及び８ｂを、それぞれ軸方向Ｆｓに沿って組付けを行う。また、可動ブロック部１３に、軸方向Ｆｓから回動シャフト４を挿入して固定する。これにより、可動体部Ｓｍのアッセンブリを得ることができる。
　他方、筺体部２ｍの上部位置に形成した装着円孔には、内面側から、軸方向Ｆｓに沿って軸受部３ｒを装着する。この後、軸受部３ｒに、軸方向Ｆｓから、可動体部Ｓｍの回動シャフト４を、後端側から挿入するとともに、回動シャフト４の前端側を、蓋部２ｃに固定した軸受部３ｆに、内面側から軸方向Ｆｓに沿って挿入する。そして、筺体部２ｍに突出形成した四つのカシメ片部２ｍｐ…を折り曲げ（カシメ）、蓋部２ｃの凹部２ｃｐ…を押さえ付けて固定すれば、図１及び図２に示す本実施形態に係るロータリソレノイド１を得ることができる。
　このように、ロータリソレノイド１の組立（製造）を行う場合、各部品類を軸方向Ｆｓに沿って組付けが可能になるため、製造工程の完全自動化もきわめて容易に行うことができるなど、製造コストの低減に寄与できる。
　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、固定体部Ｓｃに空芯コイル６を備えるとともに、可動体部Ｓｍに、一端７ｓ側を回動シャフト４に固定したロータヨーク７と、空芯コイル６に対向する面となるロータヨーク７の他端７ｔ側に位置する対向面７ｐに固定し、かつ対向面７ｐの回動方向Ｆｒに沿って配した一対のマグネット８ａ，８ｂを有するマグネット部８とを備える基本構成により構築するため、大型部品となる鉄心を排除できるなど、部品点数の削減を図れるとともに、空芯コイル６の軸心と回動シャフト４の軸心を平行に配することにより、小型化（薄型化）しやすいレイアウト構造にできるため、ロータリソレノイド１全体の小型化、特に、薄型化を容易に実現できるとともに、ロータリソレノイド１全体の軽量化及びコストダウンに寄与できる。
　また、空芯コイル６を用いるため、空芯コイル６の内側空間における透磁率に比例するインダクタンスを数ｍＨの僅かな大きさにすることができる。この結果、駆動電圧を印加した際には、電流をほぼ瞬時に飽和電流まで立ち上げることができるなど、極めて高い応答性を実現できるため、高速動作、更にはロータリソレノイド１の使用対象機器における生産性や処理速度の向上に貢献できる。
　次に、本実施形態に係るロータリソレノイド１の使用方法及び機能（動作）について、図７～図１５を参照して説明する。
　図７に、本実施形態に係るロータリソレノイド１に用いて好適な駆動装置３０の一例を示すとともに、図８に、同駆動装置３０に用いて好適な駆動パルスＰｓの一例を示す。
　なお、図７中、符号６は前述したロータリソレノイド１の空芯コイルであり、この場合には回路部品（温度ヒューズ等）Ｐｃも含まれる。また、ロータリソレノイド１には、空芯コイル６からの二本のリード線が導出するため、各リード線を駆動装置３０に接続する。この駆動装置３０は、二本のリード線に接続する駆動回路３１、この駆動回路３１に直流電力（ＤＣ／２４〔Ｖ〕）を供給する直流電源３２、この駆動回路３１に第一切換パルスＰａ及び第二切換パルスＰｂを付与する切換パルス生成部３３、この切換パルス生成部３３に接続して第一切換パルスＰａ及び第二切換パルスＰｂのＯＦＦ時間（終了時間）を調整する調整部３４を備える。
　駆動回路３１は、二個のＰＮＰトランジスタＱ１，Ｑ２、四個のＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６、四個のダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４、八個の抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４…Ｒ８を備え、図７に示す結線により電気系回路を構成する。これにより、ロータリソレノイド１の駆動時には、図８（ａ）に示す第一切換パルスＰａがＮＰＮトランジスタＱ３のベースに付与されるとともに、図８（ｂ）に示す第二切換パルスＰｂがＮＰＮトランジスタＱ５のベースに付与される。この結果、空芯コイル６の両端には、図８（ｃ）に示す駆動パルスＰｓが印加される。この駆動パルスＰｓは、第一切換パルスＰａと、正負極性を反転させた第二切換パルスＰｂを加えたパルス波形に対して、大きさを除いて一致する波形となる。
　これにより、第一切換パルスＰａがＯＮになれば、空芯コイル６に正方向電流Ｉｉ〔Ａ〕が流れる。この結果、空芯コイル６が正方向に励磁され、フレミングの左手の法則によりローレンツ力による通電トルクＴｆｄが発生するため、可動体部Ｓｍは、第二位置Ｘａおけるマグネット８ｂと吸引片部１５ｂｓ間による保持トルクＴｆｃに打ち勝ち、第一位置Ｘａ側へ回動を開始する。この後、通電トルクＴｆｄは増加し、中央位置で最大トルクとなる。さらに、通電を継続すれば、通電トルクＴｆｄにより加速が行われ、ほぼ最高速の状態で第一位置Ｘａに到達する。即ち、第一位置Ｘａに切換わる。なお、第一位置Ｘａでは、磁気回路の影響により磁束密度が小さくなるため、通電トルクＴｆｄの大きさも小さくなる。
　他方、第二切換パルスＰｂがＯＮになれば、空芯コイル６に逆方向電流－Ｉｉ〔Ａ〕が流れる。この結果、空芯コイル６が逆方向に励磁され、フレミングの左手の法則によるローレンツ力が発生し、上述した第一位置Ｘａ側へ回動変位する場合と同様の作用により、可動体部Ｓｍは、第二位置Ｘｂ側に変位し、第二位置Ｘｂに切換わる。
　図１１は、正方向電流Ｉｉが解除され、自己保持機構１５ａの自己保持機能により、可動体部Ｓｍが第一位置Ｘａに停止しているときの磁気回路における磁力線Ｆｆ…を点線矢印で示している。
　この場合、マグネット８ａのＮ極からの磁力線Ｆｆ…は、ケーシング２内の空間及び蓋部２ｃを通して他方のマグネット８ｂのＳ極に到達する。なお、蓋部２ｃはこの蓋部２ｃに一体形成した吸引片部１５ａｓが含まれる。また、蓋部２ｃ内を通った磁力線Ｆｆ…は、筺体部２ｍを通るとともに、筺体部２ｍとロータヨーク７間の空隙を通った後、ロータヨーク７を通してマグネット８ａのＳ極に到達する。一方、マグネット８ｂのＮ極からの磁力線Ｆｆ…は、ロータヨーク７を通してマグネット８ａのＳ極に到達するとともに、ロータヨーク７と筺体部２ｍ間の空隙を通った後、筺体部２ｍを通り、さらに、筺体部２ｍから、筺体部２ｍとロータヨーク７間の空隙を通った後、ロータヨーク７を通してマグネット８ａのＳ極に到達する。また、筺体部２ｍを通った磁力線Ｆｆ…は、蓋部２ｃを通り、ケーシング２内の空間を通った後、マグネット８ｂのＳ極に到達する。
　このように、空芯コイル６が励磁されていない状態であっても、マグネット８ａの回動方向Ｆｒにおける先端部と吸引片部１５ａｓは、最短距離Ｌｓ（図６参照）により近接し、磁性材で形成された吸引片部１５ａｓとマグネット８ａは吸引される。また、図１及び図４に示すように、規制ストッパ機構１１ａによる規制、即ち、可動体部Ｓｍにおける可動ブロック部１３の規制面部１３ａがケーシング２の内面２ａに当接して位置が規制される。この結果、可動体部Ｓｍは、規制ストッパ機構１１ａ及び自己保持機構１５ａにより、第一位置Ｘａに保持される。同様に、可動体部Ｓｍが、第二位置Ｘｂに変位した際も同様の作用により、第二位置Ｘｂに保持される。
　したがって、本実施形態に係るロータリソレノイド１は、使用方法の一例として図９及び図１０に示す二位置の切換装置として利用できる。
　図９及び図１０は、搬送路５１を搬送される紙幣Ｍｏを、第一通路５２又は第二通路５３に振り分ける紙幣振分装置５０の概要を示す。この紙幣振分装置５０は、搬送路５１，第一進入路５２及び第二進入路５３の三路の分岐部に、本実施形態に係るロータリソレノイド１を設置するとともに、このロータリソレノイド１の回動シャフト４に、フラッパユニット４１を取付けたものである。なお、フラッパユニット４１は、プラスチック素材等により、できるだけ軽量に形成することが望ましい。また、フラッパユニット４１は、回動シャフト４の先端に同軸的に取付けた基部４１ｍと、この基部４１ｍの軸方向に離間して設けた一対のフラッパ部４１ｆ，４１ｆを備える。
　これにより、図９中、フラッパ部４１ｆ，４１ｆを、反時計方向へ回動変位させた実線で示す位置（第一位置Ｘａ）に切換えれば、搬送路５１と第一進入路５２が接続されるため、搬送路５１を搬送される紙幣Ｍｏは、矢印Ｆｃ方向となる第一進入路５２に進入させることができる。また、フラッパ部４１ｆ，４１ｆを、時計方向へ回動変位させた仮想線で示す位置（第二位置Ｘｂ）に切換えれば、搬送路５１と第二進入路５３が接続されるため、搬送路５１を搬送される紙幣Ｍｏは、矢印Ｆｃｅ方向となる第二進入路５３に進入させることができる。
　ところで、ロータリソレノイド１を、このような紙幣振分装置５０のフラッパユニット４１の切換用途に使用する場合、ロータリソレノイド１には、ある程度の出力トルクに基づく安定かつ確実な切換を行う信頼性の確保が求められる。また、これに加えて、限られた設置スペースに配設する必要があるため、できるだけ小型コンパクト化を図るとともに、処理数量をできるだけ高める必要があることから高速処理（高速切換動作）も要求される。しかも、電力を使用するため、基本的には、消費電力の低減、更には省エネルギー性及び経済性の改善も求められる。
　本実施形態に係るロータリソレノイド１は、機械的構造からのアプローチにより、かかる要求に応えることができるとともに、さらに、次に述べる制御的手法からのアプローチによってもかかる要求に応えることができる。
　以下、本実施形態に係るロータリソレノイド１の駆動制御に用いて好適な制御方法について、図７～図１５を参照して説明する。
　図１２は、図８（ａ）に示す第一切換パルスＰａにより、空芯コイル６に、図８（ｃ）に示す駆動パルスＰｓの正側パルスＰｐが付与されたときの時間〔ｍｓ〕に対する正方向電流Ｉｉ〔Ａ〕の変化特性を示している。本実施形態に係るロータリソレノイド１は、空芯コイル６を用いて固定体部Ｓｃを構成するため、前述したように、空芯コイル６のインダクタンスは、当該空芯コイル６の内側空間の透磁率に比例する、数ｍＨ程度の僅かな大きさに設定することができる。
　したがって、正側パルスＰｐに基づく駆動電圧が印加された場合、図１２に示す正方向電流Ｉｉのように、ほぼ瞬時に飽和電流（例示は１．０〔Ａ〕）まで立ち上げることができるなど、極めて高い応答性を実現できる。
　一方、図１２には、空芯コイル６の背面に鉄板を重ねたときの電流の特性曲線をＩｉｐで示す。また、空芯コイル６の空芯部分の約半分に鉄心を挿入したときの電流の特性曲線をＩｓｓで示す。さらに、空芯コイル６の内側に、内側空間を満たす鉄心を挿入したときの電流の特性曲線をＩｓｍで示す。図１２から明らかなように、特に、特性曲線Ｉｉｐは、高速応答を満たす観点からは、特性曲線Ｉｉと同等の特性を得ることができる。したがって、空芯コイル６とは、空芯コイル６に対して、磁性材を全く付加しない場合のみならず、空芯コイル６の背面に鉄板を重ねて使用する場合も含む概念である。なお、空芯コイル６の内側空間に鉄心を挿入する場合であって、当該内側空間の面積の１０〔％〕以下を占める面積の小型鉄心コアを挿入した場合のインダクタンスは、空芯コイル６の背面に鉄板を重ねた場合とほぼ同等或いはそれ以下となる。即ち、この場合の電流の特性曲線はＩｉｐとほぼ同じになり、この条件を満たす場合には空芯コイル６と見做すことができる。
　また、正側パルスＰｐの通電時間Ｔｐについては、本実施形態に基づく制御方法、即ち、図８に実線で示した通電時間Ｔｐを用いた。この通電時間Ｔｐは、正側パルスＰｐを印加し、第二位置Ｘｂの可動体部Ｓｍの回動位置が中途位置、具体的には、第二位置Ｘｂから第一位置Ｘａまでの回動角範囲Ｚｍを１００〔％〕とした場合、可動体部Ｓｍが第二位置Ｘｂから当該回動角範囲Ｚｍの１０～５０〔％〕回動変位した中途位置（中途タイミング）で正側パルスＰｐをＯＦＦにするものである。
　なお、図８（ｃ）に仮想線で示した通電時間Ｔｒは、公知の一般的な通電時間であり、第二位置Ｘｂから第一位置Ｘａまでの回動角範囲Ｚｍの全範囲で通電する場合を示している。したがって、この場合、正側パルスＰｐを印加し、第二位置Ｘｂの可動体部Ｓｍが回動変位により第一位置Ｘａに到達した後、安定したタイミングで正側パルスＰｐの印加を解除する、いわば全通電制御による制御方法となる。
　本実施形態に基づく制御方法は、中途までの経過時間により制御する、いわば初期通電制御に基づく制御方法となる。
　以下、本実施形態に係る制御方法について、図１３～図１５を参照して具体的に説明する。図１３は、本実施形態に係るロータリソレノイド１を、駆動装置３０により駆動した際の比較例を含む時間〔ｍｓ〕に対する可動体部Ｓｍの回動角〔°〕の変化特性図、図１４は、時間〔ｍｓ〕に対する可動体部Ｓｍの回動角〔°〕の変化特性の原理説明図、図１５は、可動体部Ｓｍが回動変位した際の回動角〔°〕に対する出力トルク〔Ｎ・ｍ〕の変化特性図をそれぞれ示す。
　図１３に示すように、ロータリソレノイド１の空芯コイル６を、上述した全通電制御（図８（ｃ）の通電時間Ｔｒ）により励磁した場合、可動体部Ｓｍは、第二位置Ｘｂにおけるマグネット８ｂと吸引片部１５ｂｓの吸引作用に基づく保持トルクＴｆｃを超えたトルク分により加速され、図１３に仮想線で示す変化特性Ｘｒのように、概ね８〔ｍｓ〕の時間をかけて第二位置Ｘｂから第一位置Ｘａに到達するとともに、バウンドを二回ほど繰り返し、概ね１２〔ｍｓ〕後に自己保持される。この場合、可動体部Ｓｍが回動変位する範囲は、回動角範囲Ｚｍとなり、例示は２０〔°〕である。また、第一位置Ｘａに到達後は、空芯コイル６の焼損を回避するため、概ね２０〔ｍｓ〕の経過後に励磁を解除するとともに、この後は、概ね８０〔ｍｓ〕以上の期間にわたって非通電を維持する。この全通電制御に用いる第一切換パルスが図８（ａ）に示す仮想線Ｐａｒとなる。
　この際、可動体部Ｓｍの回動変位は、図１３に示す変化特性Ｘｒのように、二次関数による加速度的変位となる。このため、第一位置Ｘａに到達し、規制面部１３ａがケーシング２の内面２ａに衝突した際には大きなバウンドを生じることから、このバウンドがある程度収まった時点で保持状態に移行する。したがって、保持状態後、一定時間をおいて正側パルスＰｐをＯＦＦにする制御を行っている。なお、第一位置Ｘａに到達する際には、電圧抑制制御やブレーキパルス制御等によりバウンドをできるだけ抑制しているが、ある程度のバウンドは避けられない。
　一方、本実施形態に係る制御方法は、図１３に実線で示す変化特性Ｘｉのように、第二位置Ｘｂから第一位置Ｘａまでの中途位置（設定位置）Ｐｘで正側パルスＰｐをＯＦＦにする。例示する中途位置Ｐｘにおける回動角は、概ね４．３〔°〕程度であり、回動角範囲Ｚｍの概ね２２〔％〕である。この中途位置Ｐｘは、時間的に概ね４〔ｍｓ〕となり、通電時間Ｔｐに対応する。そして、この中途位置Ｐｘで空芯コイル６の励磁を解除しても、可動体部Ｓｍは、慣性力（慣性モーメント）により、そのまま回動変位を継続するとともに、第一位置Ｘａに近付けば、マグネット８ａと吸引片部１５ａｓとの吸引作用により、第一位置Ｘａまで変位する。
　この際、可動体部Ｓｍの回動変位は、図１３に示す変化特性Ｘｉのように、中途位置Ｐｘからは直線的変位、即ち、等速運動となる。したがって、第一位置Ｘａにおいて若干のバウンドを生じるとしても、バウンドの数と大きさは低減され、図１３に示すように、概ね１３〔ｍｓ〕程度で第一位置Ｘａに保持される。なお、通電時間Ｔｐは、電流Ｉｉの応答時定数（例示は、０．５〔ｍｓ〕）の四倍以上を確保することが望ましい。これにより、飽和電流の９８〔％〕以上の電流を確保できるため、最大トルクに近いところまで加速することができる。
　このように、本実施形態に係る制御方法を行っても、可動体部Ｓｍの回動変位にかかる時間は、通常の全通電制御を行う場合とほとんど変わらないが、通電時間Ｔｐは、概ね１／５まで短縮できるとともに、消費電力も１／５にすることができる。
　また、例示の場合、電流の応答時定数は０．５〔ｍｓ〕となるため、消費電力が１／５になれば、空芯コイル６の温度上昇も１／５になる。したがって、通電時間Ｔｒが２０〔ｍｓ〕（ディーティ比２０％）となる全通電制御時における空芯コイル６の温度上昇が１００〔℃〕の場合、通電時間Ｔｐが４〔ｍｓ〕（ディーティ比４％）となる初期通電制御時における空芯コイル６の温度上昇は、概ね２０〔℃〕に抑えられる。
　空芯コイル６の温度上昇を２０〔℃〕に抑えることができれば、抵抗値の上昇は約８〔％〕に留まるため、焼損等のトラブルが生じる虞れがないのみならず、出力トルクの低下は無視できる程度の微小レベルになり、しかも、構成もシンプル化することができる。なお、出力トルクの低下については、定電圧回路により駆動し、空芯コイル６の温度上昇が１００〔℃〕の場合、出力トルクは、抵抗値に反比例するため、抵抗値は４０〔％〕上昇し、かつ出力トルクは７０〔％〕程度となる。
　さらに、第一切換パルスＰａをＯＦＦ（解除）するタイミングの範囲としては、図１４に示すように、第二位置Ｘｂからの回動角が、回動角範囲Ｚｍの１０～５０〔％〕に達したタイミングが望ましい。図１３～図１５において、選定できる解除範囲Ｚｅ、即ち、１０～５０〔％〕の範囲をハッチングにより示している。
　この場合、１０〔％〕未満では、開始位置となる第二位置Ｘｂにおける自己保持力の影響が大きく作用するとともに、負荷変動に対する余裕が無くなる。また、５０〔％〕以上では、第一位置Ｘａにおける空芯コイル６の励磁が行われないため、第一位置Ｘａでの自己保持力が小さいなり、バウンドがより大きくなる。したがって、５０〔％〕以上では全通電制御に近くなり、結果的に、通電時間が長くなる。以上の理由により、第二位置Ｘｂからの回動角を１０～５０〔％〕の範囲から選定することが望ましく、これにより、応答時間の低下を回避しつつ、低消費電力化，低衝撃化及び静音化を実現できる。
　図１４に示すＰｄは、比較的早い段階となる解除位置を示しており、この解除位置Ｐｄは、回動角範囲Ｚｍの概ね５〔％〕となる。この解除位置Ｐｄで正側パルスＰｐをＯＦＦにした場合、以降における可動体部Ｓｍは、解除位置Ｐｄにおける変化特性Ｘｒの接線となる変化特性Ｋｄに沿って回動変位する。したがって、この変化特性Ｋｄを延長させた第一位置Ｘａにおける到達時刻ｔｄは、概ね１８〔ｍｓ〕となる。この場合、図１３に示した全通電制御時の到達時刻ｔｅ（１２〔ｍｓ〕）よりもかなり時間が経過するため、応答性の低下により高速化の要請に応えることはできない。しかも、本来の通電トルクＴｆｄが発生する手前でＯＦＦすることになる。
　一方、Ｐｕは、比較的遅い段階となる解除位置を示しており、この解除位置Ｐｕは、回動角範囲Ｚｍの概ね５０〔％〕となる。この解除位置Ｐｕで正側パルスＰｐをＯＦＦにした場合、全通電制御時（変化特性Ｘｒ）とほとんど変わらなくなる。即ち、以降における可動体部Ｓｍは、解除位置Ｐｕにおける変化特性Ｘｒの接線となる変化特性Ｋｕに沿って回動変位する。したがって、この変化特性Ｋｕを延長させた第一位置Ｘａにおける到達時刻ｔｕは、概ね８〔ｍｓ〕となる。この場合、全通電制御時と類似するが、第一位置Ｘａでは、通電されていない状態での衝突となるため、より不安定化することが想定される。なお、Ｐｍは、解除位置ＰｄとＰｕの中間に位置する解除位置を示すとともに、Ｋｍは、解除位置Ｐｍにおける接線となる変化特性を示す。
　他方、第一位置Ｘａにおけるマグネット８ａと吸引片部１５ａｓ間の吸引作用で発生する保持トルクＴｆｃは、用途等に応じて任意に設定し得るが、実施形態に係る制御方法を用いる場合、空芯コイル６の通電時に発生する通電トルクＴｆｄの１０～５０〔％〕に設定することが望ましい。第一位置Ｘａにおける通電トルクＴｆｄを、最大トルク（通電トルクＴｆｄ）が生じる中央位置の５０～８０〔％〕にするには、確実に起動させる必要があり、このためには、保持トルクＴｆｃを中央位置における最大時の通電トルクＴｆｄに対して５０〔％〕以下にすることが望ましい。また、振動などの影響を回避し、非通電時における確実な自己保持力を確保するためには、通電トルクＴｆｄの１０〔％〕以上にすることが望ましい。このため、図１５には、保持トルクＴｆｃを１０〔％〕と５０〔％〕に設定した場合の変化特性を示している。
　図１５は、保持トルクＴｆｃを通電トルクＴｆｄの５０〔％〕に設定し、かつ１０～５０〔％〕の設定範囲Ｚｅの中でＯＦＦにしたときの出力トルク（通電トルク＋保持トルク）の変化特性Ｔｉを示す。なお、図１５には、比較例として、図１３の特性曲線Ｘｒに対応した一般的な駆動パルスを全区間にわたって付与した場合であって、保持片部１５ａｓに基づく保持トルクが無い場合の変化特性Ｔｒ，保持トルクを空芯コイル６の通電時に発生するトルクの１０〔％〕に設定した場合の当該保持トルクの変化特性Ｔｈｓ，保持トルクを空芯コイル６の通電時に発生するトルクの５０〔％〕に設定した場合の当該保持トルクの変化特性Ｔｈｍ，変化特性Ｔｒと変化特性Ｔｈｓを加えた特性Ｔｒｓ，変化特性Ｔｒと変化特性Ｔｈｍを加えた特性Ｔｒｍ，をそれぞれ示す。
　以上、正側パルスＰｐによる動作を中心に説明したが、図８（ｃ）に示す負側パルスＰｎを印加し、第一位置Ｘａの可動体部Ｓｍを第二位置Ｘｂに切換える場合も、基本的な動作は、正側パルスＰｐの場合と同じになる。
　次に、本実施形態に係るロータリソレノイド１の変更例について、図１６を参照して説明する。
　図１６に示す変更例は、軸方向Ｆｓにおける部品配列の前後を反転させたものである。即ち、前述の図２に示した実施形態は、前方となる蓋部２ｃの内面２ｆに空芯コイル６を固定し、この後方に、マグネット８ａ，８ｂを有する可動体部Ｓｍを配したものである。したがって、可動体部Ｓｍは、前方に吸引され、前方の軸受部３ｆに、吸引による応力が作用することになる。このため、軸受部３ｆの機械的強度を高める必要があるとともに、反面、後側の軸受部３ｒの機械的強度は、低く抑えることができる。
　これに対して、図１６に示す変更例は、後方となる筺体部２ｍの内面２ｒに空芯コイル６を固定し、この前方に、マグネット８ａ，８ｂを有する可動体部Ｓｍを配したものである。したがって、この場合、可動体部Ｓｍは、後方に吸引され、後方の軸受部３ｒに吸引による応力が作用することになる。このため、後側の軸受部３ｒの機械的強度を高くする必要があり、変更例では、後側の軸受部３ｒにも、前側の軸受部３ｆと同じものを組付けたものである。なお、前側の軸受部３ｆには、内部側の応力は付加されないが、作用端としての外部側の負荷が付与される。このため、変更例であっても軸受部３ｆを簡略化することはできないが、反面、応力の分布が前後に平均的に分散できる利点がある。その他、図１６における細部の構造は、図２に示した実施形態と同じである。このため、図６に示した変更例において、図２と同一部分には同一符号を付し、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。
　以上、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，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、固定体部Ｓｃと可動体部Ｓｍには、相互に当接して当該可動体部Ｓｍの回動角範囲Ｚｍを規制する一対の規制ストッパ機構１１ａ，１１ｂを兼用させた場合を示したが、規制ストッパ部１１ａ，１１ｂを別途設ける場合を排除するものではないし、ケーシング２の外部に突出した回動シャフト４に設ける場合を排除するものではない。また、可動体部Ｓｍに、回動シャフト４に固定することによりロータヨーク７及びマグネット部８を保持する非磁性材よりなる可動ブロック部１３を設けた場合を示したが、この可動ブロック部１３を使用しない場合を排除するものではない。さらに、固定ブロック部１２に、空芯コイル６に接続する一又は二以上の回路部品Ｐｃを保持する部品保持部１４を設けた場合を例示したが、設けるか否かは任意である。一方、ケーシング２に、回動角範囲Ｚｍの両端位置Ｘａ，Ｘｂにおいて可動体部Ｓｍに対する吸引作用により当該可動体部Ｓｍの位置を保持する自己保持機構１５ａ，１５ｂを兼用させた場合を示したが、別途の部品を取り付ける場合を排除するものではない。なお、必要により、可動体部Ｓｍが停止位置に接近した際に、電圧抑制制御やブレーキパルス制御等の公知の停止制御を組合わせることも可能である。
　本発明に係るロータリソレノイドは、貨幣や紙幣等の区分け機能、郵便物等の仕分け機能、印刷物の搬送路切替機能、光路切替機能等の各種切換機能を備える各種機器類における二位置の切換用アクチュエータとして利用できる。

Claims (12)

  1. 　前後に位置する一対の軸受部を設けたケーシングを有する固定体部及び前記一対の軸受部により回動自在に支持される回動シャフトを有する可動体部を備えるロータリソレノイドであって、前記固定体部を、磁性材よりなるケーシングと、前記回動シャフトの軸方向に対して直交する面となる前記ケーシングの内面に固定した空芯コイルとを備えて構成するとともに、前記可動体部を、一端側を前記回動シャフトに固定したロータヨークと、前記空芯コイルに対向する面となる前記ロータヨークの他端側に位置する対向面に固定し、かつ当該対向面の回動方向に沿って配した一対のマグネットを有するマグネット部とを備えて構成してなることを特徴とするロータリソレノイド。
  2. 　前記固定体部と前記可動体部は、相互に当接することにより当該可動体部の回動角範囲を規制する一対の規制ストッパ機構を兼用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。
  3. 　前記固定体部は、前記空芯コイルを保持する非磁性材よりなる固定ブロック部を備えることを特徴とする請求項１又は２記載のロータリソレノイド。
  4. 　前記固定ブロック部は、前記空芯コイルに接続する一又は二以上の回路部品を保持する部品保持部を有することを特徴とする請求項３記載のロータリソレノイド。
  5. 　前記可動体部は、前記回動シャフトに固定することにより前記ロータヨーク及び前記マグネット部を保持する非磁性材よりなる可動ブロック部を備えることを特徴とする請求項１又は２記載のロータリソレノイド。
  6. 　前記可動ブロック部は、前記ケーシングの内面に当接して前記規制ストッパ機構を構成する一対の規制面部を有することを特徴とする請求項５記載のロータリソレノイド。
  7. 　前記ケーシングは、前記回動角範囲の両端の第一位置と第二位置における前記可動体部を吸引して当該可動体部の位置を保持する自己保持機構を兼用す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。
  8. 　前記自己保持機構は、前記ケーシングの一部を突出形成した吸引片部を備えることを特徴とする請求項７記載のロータリソレノイド。
  9. 　前記マグネットと前記吸引片部間の前記軸方向における最短距離は、前記軸方向における前記マグネットの厚みよりも小さく選定することを特徴とする請求項８記載のロータリソレノイド。
  10. 　前記マグネットと前記吸引片部は、前記軸方向において相互にオーバーラップしない位置関係に配することを特徴とする請求項８又は９記載のロータリソレノイド。
  11. 　前記第一位置と前記第二位置における前記ロータヨークの前記回動方向の端部と前記ケーシングの内面間の最短距離，及び前記第一位置と前記第二位置における前記マグネットの前記回動方向の端部と前記ケーシングの内面間の最短距離は、前記軸方向における前記マグネットの厚みよりも小さく選定することを特徴とする請求項７記載のロータリソレノイド。
  12. 　前記ロータヨークとこのロータヨークに対面する前記ケーシングの内面間の距離は、この内面における当該ケーシングの厚みよりも小さく選定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。
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