特許 7649213 ロータリソレノイド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-11

(45)【発行日】2025-03-19

(54)【発明の名称】ロータリソレノイド

(51)【国際特許分類】

   H01F 7/08 20060101AFI20250312BHJP

   H02K 33/16 20060101ALI20250312BHJP

【ＦＩ】

H01F7/08 B

H02K33/16 B

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021122436

(22)【出願日】2021-07-27

(65)【公開番号】P2023018363

(43)【公開日】2023-02-08

【審査請求日】2024-03-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000108627

【氏名又は名称】タカノ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088579

【弁理士】

【氏名又は名称】下田 茂

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】北村 将志

【審査官】古河 雅輝

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－２０５３４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０９５１８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２５８２３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１７８２０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２７７７００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－１７６４５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０４７９５９２９（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｆ ７／０６－ ７／１７

Ｈ０２Ｋ ３３／００－３３／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

筒形のヨーク本体部，このヨーク本体部の内周面から中心方向に１８０〔゜〕対向して突出する一対のコア部，及び各コア部に巻回したコイル部を有するステータ部と、ケーシング部の端面部の中心位置で回動自在に支持されたマグネットロータ部とを備えるロータリソレノイドにおいて、前記ヨーク本体部の内周面と前記コア部の磁気的接続面の間を、空隙部を介して磁気的に接続するとともに、当該空隙部の間隔を、前記マグネットロータ部に対して設定した回動角度範囲の中央位置における通電時の回転トルクに対する、±１５〔゜〕の回動角度範囲の通電時における全体の回転トルクの変動率が、２０〔％〕以内となるように設定したことを特徴とするロータリソレノイド。

【請求項2】

前記コイル部は、前記コア部の外郭部に装着するコイルボビンに巻回してな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。

【請求項3】

前記空隙部は、前記コイルボビンにより前記コア部を固定する位置を選定して形成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。

【請求項4】

前記空隙部は、前記コイルボビンを形成する合成樹脂素材を充填して充填樹脂部を設けてなることを特徴する請求項２又は３記載のロータリソレノイド。

【請求項5】

前記マグネットロータ部の回動角度範囲を±１５〔゜〕以内に規制するストッパ機構部を備え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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ステータ部に通電することによりマグネットロータ部を所定の回動角度範囲で変位させるロータリソレノイドに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、筒形のヨーク本体部，このヨーク本体部の内周面から中心方向に１８０〔゜〕対向して突出する一対のコア部，及び各コア部に巻回したコイル部を有するステータ部と、ケーシング部の端面部の中心位置で回動自在に支持されたマグネットロータ部とを備えるロータリソレノイドとしては、特許文献１に記載されるソレノイド及び特許文献２に記載されるロータリソレノイド装置が知られている。

【0003】

同文献１のソレノイドは、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たソレノイドであって、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。

【0004】

また、同文献２のロータリソレノイド装置は、全体の小型コンパクト化を図り、無用な設置スペースが取られてしまう不具合を解消するとともに、部品点数の削減により、コストダウン及び組立性（組付性）の向上を図ることを目的としたものであり、具体的には、ロータリソレノイド本体のシャフトに作用部材を取付けて構成したロータリソレノイド装置において、作用部材を板材より形成し、この板材に規制孔部を設けるとともに、ロータリソレノイド本体の一方の端面部に、規制孔部に係合して作用部材の回動変位範囲を規制する規制突起部を設けて構成したものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１２－ ３９８０４号公報

【文献】特開２００１－２５８２３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、上述した従来のロータリソレノイドは、ステータ部を構成するヨーク部は、筒形のヨーク本体部の内周面から中心方向に１８０〔゜〕対向して突出する一対のコア部により構成するとともに、ヨーク本体部とコア部間は、磁気抵抗を低減する観点から密着（又は一体形成）する構成を備えている。したがって、回転トルク特性は、起動時に低く、他方、終端時に高くなる傾向があるため、次のような解決すべき課題も存在した。

【0007】

第一に、ロータリソレノイドの使用電圧は、マグネットロータの起動時の低い回転トルクに依存する。したがって、回転トルクを補うために印加電圧を高く設定する必要があり、この設定が省エネルギ化を促進する上での阻害要因になっているとともに、加えて、ロータリソレノイドの発熱要因、更には回転トルク特性の不安定化の一因になる。

【0008】

第二に、ロータリソレノイドの終端時の回転トルクが高くなる傾向があるため、終端付近におけるマグネットロータの加速は大きくなる。したがって、終端の停止時には、大きな衝撃力が発生するとともに、負荷の大きさやストッパ機構の構造により、この衝撃力に伴う反力がマグネットロータ及び軸受を介してステータ部側に伝達され、ロータリソレノイド全体の耐久性を低下させる要因となる。

【0009】

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。

【課題を解決するための手段】

【0010】

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、筒形のヨーク本体部２ｍ，このヨーク本体部２ｍの内周面２ｍｉから中心方向に１８０〔゜〕対向して突出する一対のコア部２ｃｐ，２ｃｑ，及び各コア部２ｃｐ，２ｃｑに巻回したコイル部３ｐ，３ｑを有するステータ部Ｍｓと、ケーシング部４の端面部４ｓ，４ｔの中心位置で回動自在に支持されたマグネットロータ部Ｍｒとを備えるロータリソレノイドを構成するに際して、ヨーク本体部２ｍの内周面２ｍｉとコア部２ｃｐ，２ｃｑの磁気的接続面２ｃｐｏ，２ｃｑｏの間を、空隙部Ｇｓを介して磁気的に接続するとともに、当該空隙部Ｇｓの間隔Ｌｇを、マグネットロータ部Ｍｒに対して設定した回動角度範囲Ｚｒの中央位置Ｘｃにおける通電時の回転トルクＴｒに対する、±１５〔゜〕の回動角度範囲Ｚｒの通電時における全体の回転トルクＴｒの変動率が、２０〔％〕以内となるように設定したことを特徴とする。

【0011】

この場合、発明の好適な態様により、コイル部３ｐ，３ｑは、コア部２ｃｐ，２ｃｑの外郭部に装着するコイルボビン１１ｐ，１１ｑに巻回して構成することができる。また、空隙部Ｇｓは、コイルボビン１１ｐ，１１ｑによりコア部２ｃｐ，２ｃｑを固定する位置を選定して形成することができるとともに、この空隙部Ｇｓには、コイルボビン１１ｐ，１１ｑを形成する合成樹脂素材Ｒを充填して充填樹脂部１１ｆｐ，１１ｆｑを設けることができる。さらに、マグネットロータ部Ｍｒの回動角度範囲Ｚｒを±１５〔゜〕以内に規制するストッパ機構部１２を設けることができる。

【発明の効果】

【0012】

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。

【0013】

（１） ヨーク本体部２ｍの内周面２ｍｉとコア部２ｃｐ，２ｃｑの磁気的接続面２ｃｐｏ，２ｃｑｏの間を、空隙部Ｇｓを介して磁気的に接続するとともに、当該空隙部Ｇｓの間隔Ｌｇを、マグネットロータ部Ｍｒに対して設定した回動角度範囲Ｚｒの中央位置Ｘｃにおける通電時の回転トルクＴｒに対する、±１５〔゜〕の回動角度範囲Ｚｒの通電時における全体の回転トルクＴｒの変動率が２０〔％〕以内となるように設定したため、マグネットロータ部Ｍｒの回動角度範囲Ｚｒにおける通電時の回転トルク特性を、変動を抑えたフラットな特性にすることができる。これにより、起動時における印加電圧を低く設定することができ、消費電力の低減化による省エネルギ化を促進できるとともに、発熱の抑制、更には回転トルク特性の安定化を図ることができる。

【0014】

（２） ロータリソレノイド１の終端時の回転トルクをＴｒを低く設定できるため、終端付近におけるマグネットロータ部Ｍｒの加速を低減できる。この結果、終端の停止時に発生する衝撃力を抑制できるとともに、この衝撃力に伴う反力がマグネットロータ部Ｍｒ及び軸受孔部を有する端面部４ｓ，４ｔを介してステータ部Ｍｓ側に伝達されるのを低減できるため、ロータリソレノイド１全体の耐久性を高めることができる。

【0015】

（３） 好適な態様により、コイル部３ｐ，３ｑを構成するに際し、コア部２ｃｐ，２ｃｑの外郭部に装着するコイルボビン１１ｐ，１１ｑに巻回して構成すれば、コア部２ｃｐ，２ｃｑとコイル部３ｐ，３ｑを絶縁する本来の絶縁機能に加え、ヨーク本体部２ｍとコア部２ｃｐ，２ｃｑ間における空隙部Ｇｓを介在させた位置決めを確実に行うことができるため、信頼性の高いロータリソレノイド１を容易に得ることができる。

【0016】

（４） 好適な態様により、空隙部Ｇｓを、コイルボビン１１ｐ，１１ｑによりコア部２ｃｐ，２ｃｑを固定する位置を選定して形成すれば、コイルボビン１１ｐ，１１ｑに対する形状変更等により対応できるため、精度の高い空隙部Ｇｓを容易に形成することができる。

【0017】

（５） 好適な態様により、この空隙部Ｇｓに、コイルボビン１１ｐ，１１ｑを形成する合成樹脂素材Ｒを充填して充填樹脂部１１ｆｐ，１１ｆｑを設ければ、コイルボビン１１ｐ，１１ｑのインサート成形等により一緒に成形できるため、空隙部Ｇｓの間隔Ｌｇを安定に維持できるとともに、金型変更等を行うことなくコイルボビン１１ｐ，１１ｑの一部として容易に成形することができる。

【0018】

（６） 好適な態様により、マグネットロータ部Ｍｒの回動角度範囲Ｚｒを±１５〔゜〕以内に規制するストッパ機構部１２を設ければ、少なくとも実施する観点から回動角度範囲Ｚｒを±１５〔゜〕以内に設定できるため、本発明の作用効果が確実なロータリソレノイド１を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の好適実施形態に係るロータリソレノイドの一部抽出拡大断面図を含む断面背面図、

【図2】同ロータリソレノイドの断面平面図、

【図3】同ロータリソレノイドの図２中の上方から見たコイルボビンの側面図、

【図4】同ロータリソレノイドの空隙部の間隔をパラメータとした通電時における回動角度範囲対回転トルク特性図、

【図5】同ロータリソレノイドの空隙部の間隔をパラメータとした非通電時における回動角度範囲対回転トルク特性図、

【図6】同ロータリソレノイドの起動時における磁束線図、

【図7】従来技術に係るロータリソレノイドの起動時における磁束線図、

【図8】本発明の好適実施形態に係るロータリソレノイドに係る回動角度範囲（±１５〔゜〕）対回転トルク特性図、

【図9】同ロータリソレノイドの変更例を示す一部抽出拡大断面正面図、

【図10】従来技術に係るロータリソレノイドの一部抽出拡大断面図を含む断面正面図、

【発明を実施するための形態】

【0020】

次に、本発明に係る好適実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

【0021】

まず、本実施形態に係るロータリソレノイド１の理解を容易にするため、比較例として図１０に示す一般的なロータリソレノイド１ｒの概略構成について説明する。

【0022】

ロータリソレノイド１ｒは、主要構成として、ヨーク本体部２ｍ、コア部２ｃｐ，２ｃｑ、コイル部３ｐ，３ｑ、ケーシング部４、マグネットロータ部Ｍｒ、コイルボビン１１ｐ，１１ｑを備える。

【0023】

この場合、図１０に示すように、筒形のヨーク本体部２ｍ，このヨーク本体部２ｍの内周面２ｍｉから中心方向に突出する一対のコア部２ｃｐ，２ｃｑ及び各コア部２ｃｐ，２ｃｑに巻回したコイル部３ｐ，３ｑはステータ部Ｍｓを構成する。ヨーク本体部２ｍは、ケーシング部４の一部を構成するため、ケーシング部４は、このヨーク本体部２ｍ，このヨーク本体部２ｍの前端開口を閉塞する前端カバー４ｓ（図２参照）及びこのヨーク本体部２ｍの後端開口を閉塞する後端カバー４ｔ（図２参照）により構成する。

【0024】

また、ヨーク本体部２ｍの内周面２ｍｉから中心方向に１８０〔゜〕対向して突出する一対のコア部２ｃｐ，２ｃｑはヨーク部２を構成する。ヨーク部２は磁束が通る磁気回路を構成するため、通常、ヨーク本体部２ｍの内周面２ｍｉとコア部２ｃｐ，２ｃｑの磁気的接続面２ｃｐｏ，２ｃｑｏの間は、図１０に示す一部抽出拡大断面図のように、密着（０〔ｍｍ〕）又は一体形成することにより磁気損失を最小にしている。

【0025】

一方、マグネットロータ部Ｍｒの前側は前端カバー４ｓの中心位置で回動自在に支持されるとともに、マグネットロータ部Ｍｒの後側は後端カバー４ｔの中心位置で回動自在に支持される。そして、マグネットロータ部Ｍｒの中間位置には、Ｎ極とＳ極を径方向の１８０対向する位置に着磁したマグネット５ｍを設けるとともに、ケーシング部４の外部に位置するマグネットロータ部Ｍｒの前端付近には、マグネットロータ部Ｍｒの回動角度範囲を所定の角度範囲に規制するストッパ機構部１２を配設する。ストッパ機構部１２は、マグネットロータ部Ｍｒに、一端を固定したレバー状のストッパ１２ｓと、このストッパ１２ｓの回動角度範囲を規制する一方側と他方側に配設した一対の規制部１２ｐ，１２ｑからなる。

【0026】

これにより、コイル部３ｐ，３ｑに順方向の通電を行えば、各コア部２ｃｐ，２ｃｑにＮ極とＳ極がそれぞれ発生し、マグネット５ｍのＳ極（Ｎ極）が各コア部２ｃｐ，２ｃｑのＮ極（Ｓ極）に吸引（反発）され、マグネットロータ部Ｍｒの回動変位によりストッパ１２ｓが一方の規制部１２ｐに当接して停止するとともに、コイル部３ｐ，３ｑに逆方向の通電を行えば、各コア部２ｃｐ，２ｃｑにＳ極とＮ極がそれぞれ発生し、マグネット５ｍのＮ極（Ｓ極）が各コア部２ｃｐ，２ｃｑのＳ極（Ｎ極）に反発（吸引）され、マグネットロータ部Ｍｒの回動変位によりストッパ１２ｓが他方の規制部１２ｑに当接する。

【0027】

次に、本実施形態に係るロータリソレノイド１の全体の構成について、図１－図３を参照して具体的に説明する。

【0028】

なお、ロータリソレノイド１の基本的な部品構成は図１０に比較例として示した一般的なロータリソレノイド１ｒと同じである。このため、ロータリソレノイド１における図１０と同一部分については同一符号を付してその構成を明確にした。

【0029】

ロータリソレノイド１も、主要構成として、ロータリソレノイド１ｒと同様に、ヨーク本体部２ｍ、コア部２ｃｐ，２ｃｑ、コイル部３ｐ，３ｑ、ケーシング部４、マグネットロータ部Ｍｒ、コイルボビン１１ｐ，１１ｑを備える。

【0030】

この場合、ケーシング部４は、筒形に形成したヨーク本体部２ｍと、このヨーク本体部２ｍの前端開口に付設する前端カバー（端面部）４ｓと、ヨーク本体部２ｍの後端開口に付設する後端カバー（端面部）４ｔを備える。このため、ヨーク本体部２ｍは、前述したように、本来のヨーク本体部２ｍの機能に加えてケーシング部４の一部を兼ねている。ヨーク本体部２ｍは、炭素鋼素材等を用いて筒形に形成する。また、図２に示すように、前端カバー４ｓはヨーク本体部２ｍの前端開口に嵌め込むことにより閉塞するため、全体を円盤状に一体形成するとともに、後端カバー４ｒも、ヨーク本体部２ｍの後端開口に嵌め込むことにより閉塞するため、全体を円盤状に一体形成する。

【0031】

さらに、前端カバー４ｓの中央位置には、後述するマグネットロータ部Ｍｒにおける駆動シャフト５ｓの前側を支持する軸受孔部２１を設けるとともに、後端カバー４ｔの中央位置には、マグネットロータ部Ｍｒにおける駆動シャフト５ｓの後側を支持する軸受孔部２２を設ける。前端カバー４ｓ及び後端カバー４ｔには、それぞれ軸受機能と絶縁機能が求められるため、絶縁性及び耐熱性を有し、かつ摺動性の高い潤滑性樹脂素材等により形成することが望ましい。

【0032】

一方、ヨーク本体部２ｍの内周面２ｍｉから中心方向に１８０〔゜〕対向して突出する一対のコア部２ｃｐ，２ｃｑを備え、少なくとも、ヨーク本体部２ｍ，一対のコア部２ｃｐ，２ｃｑは、それぞれ独立した三部品として用意する。そして、本発明に従って、ヨーク本体部２ｍの内周面２ｍｉとコア部２ｃｐ，２ｃｑの磁気的接続面２ｃｐｏ，２ｃｑｏの間は、図１及び図２に示すように、空隙部Ｇｓを介して磁気的に接続する。この場合、一対のコア部２ｃｐ，２ｃｑの外郭部には合成樹脂素材Ｒにより形成したコイルボビン１１ｐ，１１ｑをそれぞれ装着し、このコイルボビン１１ｐ，１１ｑ上に、コイル部３ｐ，３ｑを巻回構成する。また、ヨーク本体部２ｍの内周面２ｍｉに対向するコア部２ｃｐ，２ｃｑの磁気的接続面２ｃｐｏ，２ｃｑｏに位置する各コイルボビン１１ｐ，１１ｑは、ヨーク本体部２ｍの内周面２ｍｉに沿って延出形成する。

【0033】

この際、コア部２ｃｐの先端に位置するコイルボビン１１ｐの先端部位とコア部２ｃｑの先端に位置するコイルボビン１１ｑの先端部位は近接するため、コイルボビン１１ｐの先端部位とコイルボビン１１ｑの先端部位は、それぞれ連結片部１１ｊｐ，１１ｊｑを介して一体形成するとともに、この連結片部１１ｊｐ，１１ｊｑにより形成した段差部によりコア部２ｃｐ，２ｃｑの先端に当接する位置決め機能を持たせている。これにより、コイルボビン１１ｐと１１ｑは、全体を連続したボビンユニット１１として一体成形することができる。なお、ボビンユニット１１は、難燃性の高い絶縁性合成樹脂素材（例えば、シンジオタクチックポリスチレン等）により全体を一体形成することが望ましい。

【0034】

これにより、ボビンユニット１１に、各コア部２ｃｐ，２ｃｑを装着又はインサート成形により組付けるとともに、この状態で、各コイルボビン１１ｑ，１１ｑに対して、自動巻線機を用いて銅線等のマグネットワイヤＷを巻回することができる。このように、コイル部３ｐ，３ｑを構成するに際し、コア部２ｃｐ，２ｃｑの外郭部に装着するコイルボビン１１ｐ，１１ｑに巻回して構成すれば、コア部２ｃｐ，２ｃｑとコイル部３ｐ，３ｑを絶縁する本来の絶縁機能に加え、ヨーク本体部２ｍとコア部２ｃｐ，２ｃｑ間における空隙部Ｇｓを介在させた位置決めを確実に行うことができるため、信頼性の高いロータリソレノイド１を容易に得ることができる。

【0035】

また、この状態のボビンユニット１１は、そのままヨーク本体部２ｍの内部に挿入して組付けすることができる。組付けた際には、図１に示すように、ヨーク本体部２ｍの内周面２ｍｉに対して、ボビンユニット１１の周方向における四つのほぼ等間隔の外郭部位の外面が面接触し、径方向の位置決めが行われる。さらに、上述した連結片部１１ｊｐ，１１ｊｑとコイルボビン１１ｐ，１１ｑの形状により、コア部２ｃｐ，２ｃｑに対する径方向の位置決めが行われるため、前述した空隙部Ｇｓの間隔Ｌｇを容易に設定できる。このように、空隙部Ｇｓを、コイルボビン１１ｐ，１１ｑによりコア部２ｃｐ，２ｃｑを固定する位置を選定して形成すれば、コイルボビン１１ｐ，１１ｑに対する形状変更等により対応できるため、精度の高い空隙部Ｇｓを容易に形成することができる。

【0036】

空隙部Ｇｓは、単なる空気空間として形成してもよいが、図１－図３に示すように、コイルボビン１１ｐ，１１ｑを形成する合成樹脂素材Ｒを充填することにより、充填樹脂部１１ｆｐ，１１ｆｑとして形成してもよい。このように、空隙部Ｇｓに、コイルボビン１１ｐ，１１ｑを形成する合成樹脂素材Ｒを充填して充填樹脂部１１ｆｐ，１１ｆｑを設ければ、コイルボビン１１ｐ，１１ｑのインサート成形等により一緒に成形できるため、空隙部Ｇｓの間隔Ｌｇを安定に維持できるとともに、金型変更等を行うことなくコイルボビン１１ｐ，１１ｑの一部として容易に成形することができる。以上により、ステータ部Ｍｓを構成することができる。

【0037】

他方、マグネットロータ部Ｍｒは、ステンレス素材等の磁性材料により形成した駆動シャフト５ｓと、この駆動シャフト５ｓの中間部に固定した円筒形のマグネット５ｍを備える。マグネット５ｍは径方向における１８０〔゜〕対向位置にＳ極とＮ極を着磁した二極マグネットである。マグネットロータ部Ｍｒは、図１及び図２に示すように、駆動シャフト５ｓの前側が前端カバー４ｓの中央位置に設けた軸受孔部２１により回動自在に支持されるとともに、駆動シャフト５ｓの後側が後端カバー４ｔの中央位置に設けた軸受孔部２２により回動自在に支持される。

【0038】

また、ケーシング部４の外部に位置するマグネットロータ部Ｍｒの前端付近には、図１０のロータリソレノイド１ｒで示した同様のストッパ機構部１２を備える。即ち、ストッパ機構部１２は、マグネットロータ部Ｍｒの回動角度範囲を所定の角度範囲に規制する機能を備えており、マグネットロータ部Ｍｒに一端を固定したレバー状のストッパ１２ｓと、このストッパ１２ｓの回動角度範囲を規制する一方側と他方側に配設した一対の規制部１２ｐ，１２ｑからなる。特に、図１におけるストッパ機構部（１２）は、マグネットロータ部Ｍｒの回動角度範囲Ｚｒを±１５〔゜〕に設定する。このように、マグネットロータ部Ｍｒの回動角度範囲Ｚｒを±１５〔゜〕以内に規制するストッパ機構部１２を設ければ、少なくとも実施する観点から回動角度範囲Ｚｒを±１５〔゜〕以内に設定できるため、本発明の作用効果が確実なロータリソレノイド１を得ることができる。

【0039】

次に、本実施形態に係るロータリソレノイド１の要部構成となる空隙部Ｇｓについて、図１－図８を参照して具体的に説明する。

【0040】

前述したように、この種のロータリソレノイドの場合、通常、ヨーク本体部２ｍの内周面２ｍｉとコア部２ｃｐ，２ｃｑの磁気的接続面２ｃｐｏ，２ｃｑｏ間は、密着又は一体形成することにより磁気的なロスを低減している。

【0041】

一方、一定の目的の下に、磁気特性（回転トルク特性）を最適化する観点からは改善の余地がある。そこで、今回、空隙部Ｇｓの有無による影響について、その検証を行うとともに、特に、空隙部Ｇｓの間隔Ｌｇを選定することにより、省エネルギ性及び耐久性を高める観点から回転トルクＴｒの最適化が図れる点を確認できた。

【0042】

まず、空隙部Ｇｓの有無による影響について検証を行った。この検証はシミュレーションにより行ったものであり、図４は、ロータリソレノイド１の空隙部Ｇｓの間隔Ｌｇをパラメータ、即ち、間隔Ｌｇ〔ｍｍ〕を、「０．１」，「０．２」，「０．３」，「０．４」，「０．５」として設定し、各間隔Ｌｇにおいて、０，５〔Ａ〕を駆動電流とした際における回動角度範囲「－９０～＋９０〔゜〕」における回転トルクＴｒ〔Ｎｍ〕のトルク値を求めた。また、図５はロータリソレノイド１の空隙部Ｇｓの間隔Ｌｇ〔ｍｍ〕を、「０．１」，「０．２」，「０．３」，「０．４」，「０．５」として設定し、各間隔Ｌｇにおいて、非通電時（０〔Ａ〕）における回動角度範囲「－９０～＋９０〔゜〕」に対する回転トルクＴｒ〔Ｎｍ〕の値を求めた。図４及び図５から明らかなように、空隙部Ｇｓの間隔Ｌｇを０．２〔ｍｍ〕に設定した場合、回動角度範囲Ｚｒを、－１５～＋１５〔゜〕の範囲で使用する場合には、０．５〔Ａ〕の通電時及び非通電時のいずれの場合であっても、フラットの特性を維持できることを確認できる。

【0043】

一方、図６は最適結果として得た間隔Ｌｇが０．２〔ｍｍ〕の空隙部Ｇｓを用いた場合のロータリソレノイド１の磁束線ｆ…を示すとともに、図７は従来技術（間隔Ｌｇを０〔ｍｍ〕）におけるロータリソレノイド１ｒの磁束線ｆを示す。いずれの場合も、－１５〔゜〕の角度の起動時（０．５〔Ａ〕通電時）における磁束線ｆを示している。

【0044】

このように、検証結果では、空隙部Ｇｓの間隔Ｌｇをロータリソレノイド１における固有の空隙部Ｇｓとして最適化可能であり、特に、回動角度範囲Ｚｒに対する回転トルクＴｒのトルク特性をフラットな特性にできることを確認できた。即ち、一般的な（従来の）ロータリソレノイドの場合、磁束の流れは、図７に示すように、マグネット５ｍ（Ｎ極）→コア部２ｃｐ→ヨーク本体部２ｍ→コア部２ｃｑ→マグネット５ｍ（Ｓ極）が主体となり、ヨーク本体部２ｍの外方には一部の磁束の漏れも生じるが、空隙部Ｇｓ（磁気抵抗）を設けたロータリソレノイド１では、図６に示すように、マグネット５ｍ（Ｎ極）→コア部２ｃｐ→コア部２ｃｑ→マグネット５ｍ（Ｓ極）に流れる磁束の量を増加させることができる。これにより、ヨーク本体部２ｍｓとコア部２ｃｐ，２ｃｑ間に流れる磁束とのバランスを取ることができるため、保持力による回転トルクの傾きを無くすことが可能となり、通電時の回転トルクＴｒをフラットにできるものと想定される。

【0045】

図１－図３は、このような検証結果に基づいて試作した本実施形態に係るロータリソレノイド１である。このロータリソレノイド１の回転トルク特性を図８に示す。このロータリソレノイド１の回動角度範囲Ｚｒは、±１５〔゜〕に設定することにより、回転トルク特性の最適化を図った。即ち、空隙部Ｇｓの間隔Ｌｇを設定するに際しては、マグネットロータ部Ｍｒに対して設定した回動角度範囲Ｚｒの中央位置Ｘｃにおける通電時の回転トルクＴｒに対する、±１５〔゜〕の回動角度範囲Ｚｒの通電時における全体の回転トルクＴｒの変動率が、２０〔％〕以内となるように設定した。この際、空隙部Ｇｓの間隔Ｌｇは、０．０６〔ｍｍ〕程度であった。

【0046】

これにより、例示の場合、図８に示すように、本発明として示すロータリソレノイド１に１１〔Ｖ〕，１５〔Ｖ〕をそれぞれ印加するとともに、起動時（非飽和時），温度飽和時のいずれの場合も変動率は、１０〔％〕以内となることを確認できる。なお、変動率は、回動角度範囲Ｚｒを±１５〔゜〕に設定するとともに、＋１５〔゜〕における回転トルクをＴｒｕ、－１５〔゜〕における回転トルクをＴｒｄ、回動角度範囲Ｚｒの中心値、即ち、中央位置Ｘｃとなる０〔゜〕の回転トルクＴｒｃとしたとき、［（Ｔｒｕ－Ｔｒｄ）／Ｔｒｃ］×１００〔％〕により求めた値である。なお、比較例（従来技術）として示すロータリソレノイド１ｒに、１５〔Ｖ〕を印加した起動時（非飽和時）の変動率は、６２〔％〕となる。

【0047】

本実施形態に係るロータリソレノイド１の場合、回動角度範囲Ｚｒを±１５〔゜〕に設定し、一端側から起動させた際における比較例（従来技術）として挙げた図１０のロータリソレノイド１ｒとの対比では、起動時の回転トルクＴｒは、概ね２．３倍、中央位置Ｘｃの回転トルクＴｒは、概ね１．５倍、終端時の回転トルクＴｒｕは、概ね１．２倍となった。また、起動時の回転トルクＴｒを同等に設定した場合の電力は、－８０〔％〕、回動角度範囲Ｚｒを±６〔゜〕に設定した場合の同一応答速度を得る印加電力は－４５〔％〕、さらに、起動時の回転トルクＴｒを同一とした場合の消費電力は－７０〔％〕、終端時の回転トルクＴｒを同一とした場合の消費電力は－２５〔％〕となり、衝撃力の低下を確認で、高耐久性を期待できる。また、温度上昇は２０〔℃〕ほど低下した。アレニウスの法則に従った場合、寿命は４倍となる。

【0048】

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、ヨーク本体部２ｍの内周面２ｍｉとコア部２ｃｐ，２ｃｑの磁気的接続面２ｃｐｏ，２ｃｑｏの間を、空隙部Ｇｓを介して磁気的に接続するとともに、当該空隙部Ｇｓの間隔Ｌｇを、マグネットロータ部Ｍｒに対して設定した回動角度範囲Ｚｒの中央位置Ｘｃにおける通電時の回転トルクＴｒに対する、±１５〔゜〕の回動角度範囲Ｚｒの通電時における全体の回転トルクＴｒの変動率が、２０〔％〕以内となるように設定したため、マグネットロータ部Ｍｒの回動角度範囲Ｚｒにおける通電時の回転トルク特性を、変動を抑えたフラットな特性にすることができる。これにより、起動時における印加電圧を低く設定することができ、消費電力の低減化による省エネルギ化を促進できるとともに、発熱の抑制、更には回転トルク特性の安定化を図ることができる。加えて、ロータリソレノイド１の終端時の回転トルクをＴｒを低く設定できるため、終端付近におけるマグネットロータ部Ｍｒの加速を低減できる。この結果、終端の停止時に発生する衝撃力を抑制できるとともに、この衝撃力に伴う反力がマグネットロータ部Ｍｒ及び軸受孔部を有する端面部４ｓ，４ｔを介してステータ部Ｍｓ側に伝達されるのを低減できるため、ロータリソレノイド１全体の耐久性を高めることができる。

【0049】

以上、好適実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定
されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，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。

【0050】

例えば、図９に変更例として示すように、空隙部Ｇｓの間隔Ｌｇの大きさを調整できる間隔調整機構３１を設けてもよい。この場合、インサート成形による製造は行わない。即ち、コア部２ｃｐ，２ｃｑとボビンユニット１１はそれぞれ別体の部品として製作し、組付けにより一体化させる。このため、空隙部Ｇｓは、空気空間Ｓｇ又は弾性材を充填して構成する。また、コア部２ｃｐ（２ｃｑも同じ）の磁気的接続面２ｃｐｏに対面するヨーク本体部２ｍの部位に、ネジ孔部３２を貫通形成し、このネジ孔部３２に調整ネジ３３を螺着し、先端面を磁気的接続面２ｃｐｏに当接する。さらに、コア部２ｃｐとボビンユニット１１間にゴム等の弾性素材３４，３４を介在させて構成できる。この構成は、空隙部Ｇｓに弾性材を充填した場合には不要である。なお、間隔調整機構３１は少なくとも一つ設けることができるが、必要に応じ、バランスを考慮した位置に二つ、或いはそれ以上の間隔調整機構３１を設けてもよい。このような変更例は一例であり、その他、薄いシート材を空隙部Ｇｓに挿入するなどの手法により空隙部Ｇｓを調整することも可能である。

【0051】

その他、本発明において、ヨーク本体部２ｍの内周面２ｍｉから中心方向に１８０〔゜〕対向して突出する一対のコア部２ｃｐ，２ｃｑは、一組の意味であり、二組以上を含む場合を排除するものではない。また、マグネットロータ部Ｍｒの回動角度範囲Ｚｒの中央位置Ｘｃの回転トルクＴｒに対して、±１５〔゜〕の回動角度範囲Ｚｒの通電時における全体の回転トルクＴｒの変動率が、２０〔％〕以内となるとは、あくまでも設定時の条件であり、使用時（実施時）の条件となるものではない。さらに、コイルボビン１１ｐ，１１ｑは必ずしも必須の構成要件となるものではなく、他の絶縁機能を有する部材により置換可能である。

【産業上の利用可能性】

【0052】

本発明に係るロータリソレノイドは、ステータ部に通電することによりマグネットロータ部を所定の回動角度範囲で変位させる機能を有する各種タイプのロータリソレノイドに利用することができる。

【符号の説明】

【0053】

１：ロータリソレノイド，２ｍ：ヨーク本体部，２ｍｉ：ヨーク本体部の内周面，２ｃｐ：コア部，２ｃｑ：コア部，２ｃｐｏ：磁気的接続面，２ｃｑｏ：磁気的接続面，３ｐ：コイル部，３ｑ：コイル部，４：ケーシング部，４ｓ：端面部，４ｔ：端面部，１１ｐ：コイルボビン，１１ｑ：コイルボビン，１１ｆｐ：充填樹脂部，１１ｆｑ：充填樹脂部，１２：ストッパ機構部，Ｍｓ：ステータ部，Ｍｒ：マグネットロータ部，Ｇｓ：空隙部，Ｌｇ：空隙部の間隔，Ｚｒ：回動角度範囲，Ｘｃ：中央位置，Ｔｒ：回転トルク，Ｒ：合成樹脂素材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】