JP2005168191A

JP2005168191A - 電磁式アクチュエータ

Info

Publication number: JP2005168191A
Application number: JP2003404314A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Fushiki; 正明伏木
Original assignee: Tochigi Fuji Sangyo KK
Current assignee: GKN Driveline Japan Ltd
Priority date: 2003-12-03
Filing date: 2003-12-03
Publication date: 2005-06-23

Abstract

【課題】プランジャを残留磁気によって位置保持する。
【解決手段】電磁コイル６５を保持し、磁路の一部を構成するコイルハウジング６７と、コイルハウジング６７と共に電磁コイル６５の磁路を構成し、電磁コイル６５に通電すると励磁され、被操作装置９を操作する位置に移動するプランジャ７１とを備え、プランジャ７１を適度な残留磁気特性を有する磁性材料で作ったことにより、電磁コイル６５の通電を停止してもプランジャ７１が被操作装置９の操作位置に保持される。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、車両の動力伝達装置でクラッチ装置（被操作装置）を操作する電磁式アクチュエータに関する。

特許文献１に、図１２に示すようなアクチュエータ５０１とこれを用いたデファレンシャル装置５０３が記載されている。

デファレンシャル装置５０３は、アクチュエータ５０１と、アウターデフケース５０５と、ベベルギア式の差動機構５０７が連結されたインナーデフケース５０９と、アウターデフケース５０５とインナーデフケース５０９とを断続するドッグクラッチ５１１（被操作装置）などから構成されている。

アクチュエータ５０１は電磁コイル５１３と、コイルハウジング５１５と、永久磁石のプランジャ５１７と、リターンスプリング５１９などから構成されており、電磁コイル５１３に通電すると励磁されたプランジャ５１７が移動してドッグクラッチ５１１が噛み合い、エンジンの駆動力がアウターデフケース５０５からインナーデフケース５０９を介して差動機構５０７に伝達され、左右の車輪に配分される。

また、上記のような構成のアクチュエータ（電磁式アクチュエータ）では、一般に、プランジャは残留磁気の小さい軟磁性材料で作られている。
特開２００３−１５８８６２号公報（図１）

プランジャが残留磁気の小さい軟磁性材料で作られている電磁式アクチュエータの場合、プランジャで被操作装置を操作状態に保つには電磁コイルに通電し続ける必要があり、消費電力を小さくするために電力制御を行ってはいるが、それでも、ある程度の電力消費が許される装置でしか使用できず、例えば、車載装置ではバッテリーの負担が大きく、エンジンの燃費が低下する。

また、電磁コイルに通電し続けることによって発熱するから、耐熱性に優れたオイルや電磁コイルを選定する必要が生じ、コストがそれだけ上昇することになる。

また、電磁コイルの通電を停止するとスプリング（付勢部材）によって被操作装置が反対の状態に戻るように構成されているから、電磁コイルが作動不良になると、電磁石の磁力によって保持されていた状態を保持できない。

また、軟磁性材料は高価であり、加工性が悪い。

しかし、図１２のアクチュエータ５０１のように、プランジャに永久磁石を用いる装置では、電磁コイルの通電を停止しても自身の磁力によってプランジャの位置（被操作装置の状態）が保持されるから、上記のような被操作装置の状態を保持するための電力消費と、バッテリーの負担が低減され、エンジン燃費が向上し、軟磁性材料をプランジャに用いる必要が無くなる。

ところが、永久磁石のプランジャには、磁性金属のコンタミネーション（摩耗粉）が吸着されて隙間に詰まり、移動抵抗になることが考えられ、この場合電磁式アクチュエータ全体が動作不良を生じないように複雑な対処を強いられる。

そこで、この発明は、電力消費及びバッテリー負担の増加とを防止し、さらに、プランジャによるコンタミネーションの吸着を防止し、長期にわたって動作が正常に保たれる電磁式アクチュエータの提供を目的としている。

請求項１の電磁式アクチュエータは、電磁コイルを保持し、磁路の一部を構成するコイルハウジングと、前記コイルハウジングと共に前記電磁コイルの磁路を構成し、前記電磁コイルに通電すると励磁され、被操作装置の操作位置に向かい移動するプランジャとを備えた電磁式アクチュエータであって、前記磁路を構成する部材の少なくとも一方を適度な残留磁気特性を有する磁性材料製にし、前記電磁コイルの通電を停止しても、前記プランジャが前記被操作装置の操作位置側に保持されることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載された電磁式アクチュエータであって、前記被操作装置の状態を検知するセンサーを設け、前記被操作装置が前記プランジャによる操作状態から逸脱する兆候を前記センサーが検知すると、前記電磁コイルに通電して前記プランジャの残留磁気低下を補い、前記被操作装置の操作状態からの逸脱を防止することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載された電磁式アクチュエータであって、前記コイルハウジングに、前記被操作装置の操作位置側に移動した前記プランジャと突き当たって位置決めするストッパ部を設け、前記ストッパ部と前記プランジャとの間に滑らかな接触面を有することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載された電磁式アクチュエータであって、前記電磁コイルに通電し、付勢部材の付勢力に抗して、前記プランジャを一方向に操作し、前記電磁コイルによって前記プランジャの残留磁気を消磁し、前記付勢部材の付勢力によって前記プランジャを他方向に操作することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項４に記載された電磁式アクチュエータであって、前記プランジャの移動方向と、前記付勢部材の付勢力の方向が同一であることを特徴とする。

本発明の電磁式アクチュエータは、請求項１の構成のように、電磁コイルの磁路を構成する部材の少なくとも一方を適度な残留磁気特性を有する磁性材料で作ったことにより、電磁コイルの通電を停止してもプランジャが被操作装置の操作位置（例えば、クラッチ装置の連結位置または連結解除位置）側に保持されるから、被操作装置の状態を保持するための電力消費とバッテリーの負担が大幅に低減され、エンジン燃費が向上する上に、加工性が悪く高価な軟磁性材料をプランジャに用いる必要がなくなる。

また、適度な残留磁気特性を有する磁性材料には、機械構造用炭素鋼（例えば、Ｓ４５Ｃ程度の材料）などがあり、この材料は加工性（被切削性）に優れているから、加工コストをそれだけ低減することができる。

本発明の電磁式アクチュエータにおいて、プランジャに与えられる適度な残留磁気とは、位置保持のために必要最低限の磁力（残留磁気）であって永久磁石の磁力（残留磁気）より小さく、また、残留磁気は徐々に減衰すると共に、プランジャを移動させるときは電磁コイルでプランジャを消磁するから、プランジャの残留磁気によるコンタミネーションの吸着量は実質的に極めて少なく、従って、電磁式アクチュエータの動作は長期にわたって正常に保たれる。

請求項２の電磁式アクチュエータは、請求項１の発明と同等の効果が得られる。

また、被操作装置がプランジャによる操作状態から逸脱する兆候をセンサーによって検知し、電磁コイルによりプランジャを再び磁化して残留磁気を補うように構成したから、電磁コイルの消費電力を低く保ちながら、被操作装置を意図した操作状態に保持することができる。

請求項３の電磁式アクチュエータは、請求項１または請求項２の発明と同等の効果が得られる。

また、コイルハウジングのストッパ部とプランジャとの間の接触面を滑らかにした（例えば、平面度を高めた加工をするなど）ことによってこの接触面での磁気抵抗が小さくなり、磁路が成立し易くなって磁力によるプランジャの吸引力が強化される上に、滑らかな面と面の間では吸着力が生じるから、コイルハウジングとの接触面においてプランジャに大きな吸着力が働き、プランジャによる被操作装置の操作機能及び状態保持機能がさらに向上する。

請求項４の電磁式アクチュエータは、請求項１〜請求項３の発明と同等の効果が得られる。

また、電磁コイルでプランジャの残留磁気を消磁してから、付勢部材によってプランジャを反対方向に移動させるこの構成では、付勢部材を特別に強くせずにプランジャの移動操作が可能であるから、付勢部材の強化に伴う電磁コイルの大型化と、電力消費及びバッテリー負担の増加とが防止されると共に、プランジャによるコンタミネーション吸着量が大幅に減少し、長期にわたって動作が正常に保たれる。

請求項５の電磁式アクチュエータは、請求項４の発明と同等の効果が得られる。

また、プランジャの移動方向と付勢部材の付勢力の方向を同一にしたことにより、付勢部材の付勢力に押圧されて移動する際にプランジャの倒れと、倒れによるカジリが防止されてプランジャが円滑に移動するから、電磁式アクチュエータの動作が正常に保たれる。

次に本発明の実施形態について説明する。

（実施形態）
図１〜図１１によって本発明の一実施形態である電磁式アクチュエータ１及びこれを用いたデファレンシャル装置３の説明をする。なお、図８は電磁コイル６５の通電電流値及びその方向とプランジャ７１の残留磁気の諸グラフを示し、図９は電磁コイル６５の通電電流値とプランジャ７１の推力（スラスト力）とのグラフを示し、図１０は電磁コイル６５の通電電流値とプランジャ７１の残留磁気の諸グラフを示し、図１１はプランジャ７１の残留磁気と貼り付き力の諸グラフを示している。また、以下の説明の中で左右の方向はデファレンシャル装置３が用いられた車両での左右の方向である。

［電磁式アクチュエータ１の構成］
電磁式アクチュエータ１は、電磁コイル６５を保持し、磁路の一部を構成するコイルハウジング６７と、コイルハウジング６７と共に電磁コイル６５の磁路を構成し、電磁コイル６５に通電すると励磁されてドッグクラッチ９（被操作装置）を噛み合わせる位置に向かい移動するプランジャ７１とを備えた電磁式アクチュエータであって、プランジャ７１（磁路を構成する部材の少なくとも一方）を適度な残留磁気特性を有する磁性材料で作ったことにより、電磁コイル６５の通電を停止しても、残留磁気によってプランジャ７１がドッグクラッチ９の噛み合い位置（操作位置）側保持される。

デファレンシャル装置３は、電磁式アクチュエータ１と、デフケース５と、ベベルギア式の差動機構７と、ドッグクラッチ９（被操作装置）と、リターンスプリング１１（付勢部材）と、コントローラなどから構成されている。

デフケース５は、ケーシング本体１５と左カバー１７から構成されており、ケーシング本体１５とカバー１７はボルト１９で固定されている。デフケース５はデフキャリヤ２１の内部に配置されており、カバー１７とケーシング本体１５に形成された各ボス部２３，２５はテーパーローラーベアリング２７を介してそれぞれデフキャリヤ２１に支承されている。また、デフキャリヤ２１にはオイル溜りが形成されている。デフケース５にはリングギアがボルトで固定され、このリングギアは動力伝達系のギヤと噛み合っている。この動力伝達系はトランスミッション側に連結され、デフケース５はトランスミッションとこの動力伝達系とを介して伝達されるエンジンの駆動力により回転駆動される。

差動機構７は、１本のピニオンシャフト２９と、各ピニオンシャフト２９上に支承されたピニオンギア３１と、出力側のサイドギア３３，３５から構成されている。各ピニオンシャフト２９はデフケース５（ケーシング本体１５）に設けられた貫通孔３７に端部を係合し、スプリングピン３９によって抜け止めされている。また、サイドギア３３，３５は左右からそれぞれ各ピニオンギア３１と噛み合っている。デフケース５と各ピニオンギア３１との間には球面ワッシャ４１が配置されており、ピニオンギア３１の遠心力と、サイドギア３３，３５との噛み合いによってピニオンギア３１に生じる噛み合い反力とを受けている。

各サイドギア３３，３５のボス部４３，４５はカバー１７とケーシング本体１５に形成された支承部４７，４９によって回転自在に支承されており、各ボス部４３，４５はスプライン連結された車軸を介して左右の車輪側に連結されている。また、左サイドギア３３とデフケース５との間にはスラストワッシャ５１が配置されてサイドギア３３の噛み合い反力を受けており、右サイドギア３５とデフケース５との間にはスラストワッシャ５３，５３が配置され、サイドギア３５の噛み合い反力を受けている。

ドッグクラッチ９は、右サイドギア３５に形成された噛み合い歯５５と、クラッチリング５７に形成された噛み合い歯５９によって構成されている。このクラッチリング５７には脚部６１が周方向等間隔に形成されており、クラッチリング５７は各脚部６１をケーシング本体１５に形成された周方向等間隔の開口６３にそれぞれ貫通させてデフケース５に回り止めされ、軸方向移動自在に配置されている。図１の下半部のように、クラッチリング５７が左に移動するとドッグクラッチ９が噛み合って差動機構７の差動がロックされ、図１の上半部のように、クラッチリング５７が右に移動するとドッグクラッチ９の噛み合いが解除され、差動ロックが解除される。

リターンスプリング１１は右サイドギア３５とクラッチリング５７との間に配置され、クラッチリング５７をドッグクラッチ９の噛み合い解除側（右方）へ軸方向に付勢している。

電磁式アクチュエータ１は、電磁コイル６５と、コイルハウジング６７と、ガイド部材６９と、プランジャ７１（磁路を構成する部材の少なくとも一方：適度な残留磁気特性を有する磁性材料）と、スライドリング７３と、プレッシャープレート７５と、ポジションスイッチ７７と、コントローラなどから構成されている。

電磁コイル６５はコイルハウジング６７に収容されており、そのリード線はコイルハウジング６７からコネクターを介してデフキャリヤ２１の外部に引き出され、コントローラを介して車載のバッテリに接続されている。コイルハウジング６７は磁性材料で作られており、連結部材を介してデフキャリヤ２１に固定され、回り止めされている。ガイド部材６９は非磁性材料（例えば、ステンレス鋼）で作られており、コイルハウジング６７の内周部に溶接されている。また、コイルハウジング６７とガイド部材６９は、ボス部２５の段差部７９とスラストワッシャ８１とによりデフケース５とテーパーローラーベアリング２７との間で軸方向に位置決めされている。

プランジャ７１は、適度な残留磁気特性を有する材料（例えば、Ｓ４５Ｃ程度）で作られており、スライドリング７３の外周に固定されている。また、スライドリング７３は非磁性材料（例えば、ステンレス鋼）で作られている。下記のように、電磁コイル６５によって励磁されるとプランジャ７１は所望の強さの残留磁気を帯びる。また、プランジャ７１とスライドリング７３はコイルハウジング６７の内周側とガイド部材６９の外周側に配置されており、スライドリング７３の内周はガイド部材６９の外周で軸方向移動自在に支承されている。このようにプランジャ７１及びスライドリング７３の移動方向と上記のリターンスプリング１１の付勢力の方向はいずれも軸方向（同方向）でプランジャ７１の移動推力を生じる方向とリターンスプリング１１の押圧力方向は対向している。

また、コイルハウジング６７にはプランジャ７１と対向するギャップ８３と、プランジャ７１が左方へ移動したとき突き当たって位置決めするストッパ部８５が設けられており、プランジャ７１とストッパ部８５の各接触面８７，８９は、下記のように、電磁コイル６５の磁束及びプランジャ７１の残留磁気による磁束を通り易くしてプランジャ７１に対する吸引力を強化するために、また、接触面８７，８９間の吸着力を強化するために接触面が滑らかに加工されている。

プレッシャープレート７５は、内周側に形成された腕部９１によって回転側のクラッチリング５７に連結されており、静止側のスライドリング７３と接触して摺動する。ドッグクラッチ９のクラッチリング５７はリターンスプリング１１の付勢力によりプレッシャープレート７５を介してスライドリング７３（プランジャ７１）を右方に付勢している。

ポジションスイッチ７７は、その取り付け軸９３がデフキャリヤ２１を貫通して螺着されており、取り付け軸９３と同軸に設けられた位置検出軸９５の先端にはプローブ９７が形成されている。プローブ９７はプレッシャープレート７５の左側面に係合しており、位置検出軸９５は内部に設けられた適度な強さのリターンスプリングによって右方に付勢されている。ポジションスイッチ７７の位置検出軸９５（プローブ９７）は、ドッグクラッチ９が噛み合うと、プレッシャープレート７５の移動に伴って破線の位置まで左に移動し、ドッグクラッチ９の噛み合いが解除されると、上記のリターンスプリングによって実線の位置に戻る。また、ポジションスイッチ７７は位置検出軸９５のこのような軸方向移動に伴ってＯＮ−ＯＦＦし、その信号をコントローラに送る。コントローラは受け取ったＯＮ−ＯＦＦ信号に基づいて、デファレンシャル装置３（差動機構７）の差動回転がドッグクラッチ９によってロックされているか否か、また、プランジャ７１が差動機構７の差動ロック位置にあるか否かを判断する。

コイルハウジング６７とギャップ８３とプランジャ７１とによって電磁コイル６５の磁路が構成されている。

コントローラは、
（手順１）一方向の電流を所定の電流値で電磁コイル６５に通電し、プランジャ７１を励磁して軸方向左側に移動させ、
（手順２）その通電を停止すると共に、必要に応じて一方向の電流を電磁コイル６５に通電し、プランジャ７１の残留磁気低下を補い、
（手順３）一方向の電流を電磁コイル６５に通電しているときはその通電を停止すると共に、反対方向の電流を所定の電流値で電磁コイル６５に通電してプランジャ７１を消磁した後、消磁電流を停止する。

電磁コイル６５が通電されていない状態では、図２と図４のように、リターンスプリング１１によってクラッチリング５７とプレッシャープレート７５とプランジャ７１とスライドリング７３が右方へ移動し、ドッグクラッチ９の噛み合いが解除されており、差動機構７は自由に差動回転できる状態にある。

次に、（手順１）のように、電磁コイル６５に一方向の電流を所定の電流値で通電すると、磁路に磁束ループ９９（図５と図６と図７）が発生し、その磁力によってプランジャ７１が励磁され、プランジャ７１と共にスライドリング７３が左方に移動し、プレッシャープレート７５を介してクラッチリング５７を押圧し、リターンスプリング１１を撓ませながら、ドッグクラッチ９を噛み合わせ、上記のように、差動機構７の差動をロックさせる。なお、図５は電磁コイル６５に一方向の電流を通電した直後で、まだプランジャ７１が左方に移動していない状態を示している。また、プランジャ７１は左方に移動するとコイルハウジング６７のストッパ部８５と突き当たって停止し、位置決めされる。また、上記のようにガイド部材６９とスライドリング７３の両方が非磁性材料で作られているから、図５と図６と図７に示すように、磁束ループ９９から分岐ループが発生することはなく、磁気漏れによる電磁コイル６５の磁力ロスが避けられる。

また、上記のようにプランジャ７１とストッパ部８５の各接触面８７，８９が滑らかに加工されているから、電磁コイル６５の磁束がそれだけ通り易くなり、磁力によってプランジャ７１が強く吸引され、クラッチリング５７に対する大きな移動操作力が得られる。

また、ポジションスイッチ７７のプローブ９７は、上記のように、ドッグクラッチ９が噛み合うときのプレッシャープレート７５の移動に伴って図１の破線の位置まで移動し、信号をコントローラに送り、コントローラは受け取った信号に基づいて、デファレンシャル装置３（差動機構７）の差動回転がロックされたこと、さらに、プランジャ７１が差動機構７の差動ロック位置に保持されていることを検知する。

悪路走行中のように左右の駆動輪が空転し易い状況で差動機構７の差動をロックさせると、空転車輪からの駆動力の逃げが防止され、悪路などの脱出性、走破性が向上し、車両のスタックが防止される。

次に、（手順２）のように、電磁コイル６５に対する一方向の電流の通電を停止すると、図３と図７に示すように、残留磁気によってプランジャ７１が、電磁コイル６５の通電中の位置に保持され、差動機構７の差動ロックが保持される。

また、滑らかに加工され磁束が通り易くなったプランジャ７１とコイルハウジング６７のストッパ部８５との各接触面８７，８９では、残留磁気によりプランジャ７１が強く吸引されると共に、ストッパ部８５の接触面８９でプランジャ７１に大きな吸着力が働くから、プランジャ７１によって差動機構７の差動ロック状態を保持する機能がさらに向上する。

また、時間の経過に伴ってプランジャ７の残留磁気が減衰し、プランジャ７１がリターンスプリング１１の付勢力により差動機構７の差動ロック位置から右方へ戻りそうになると、プランジャ７１の位置を監視しているポジションスイッチ７７がプランジャ７１のこの兆候（動き）を検知してコントローラに信号を送り、コントローラは電磁コイル６５に一方向の電流を通電させてプランジャ７１の残留磁気低下を補い、差動機構７の差動ロック状態を保持する。

次に、（手順３）のように、一方向の電流を電磁コイル６５に通電しているときはその通電を停止し、さらに、電磁コイル６５に反対方向の電流を所定の電流値で通電すると、磁路に磁束ループ９９と反対方向の磁束が生じてプランジャ７１が消磁され、リターンスプリング１１の付勢力によりクラッチリング５７とプレッシャープレート７５とプランジャ７１とスライドリング７３が右方へ戻り、ドッグクラッチ９の噛み合いが解除され、差動機構７の差動が自由になり、その後、消磁電流を停止する。

また、上記のように、プランジャ７１及びスライドリング７３の移動方向とリターンスプリング１１の付勢力の方向がいずれも軸方向（同方向）であり、リターンスプリング１１の付勢力によって右に戻るときのプランジャ７１の倒れと、倒れによるカジリが防止されてプランジャ７１が円滑に移動するから、ドッグクラッチ９の噛み合い解除動作（差動機構７の差動ロック解除動作）が正常に保たれる。

なお、プランジャ７１を消磁しなくても、リターンスプリング１１の付勢力でドッグクラッチ９の噛み合いを解除することもできるが、消磁することによってプランジャ７１の張り付きが解消されるから、ドッグクラッチ９の噛み合い解除が確実に、また、円滑に行われる。

以下、図８〜図１１の各グラフによって電磁コイル６５の通電電流に対するプランジャ７１の残留磁気及び推力（スラスト力）との関係と、プランジャ７１の材料に対する残留磁気の関係と、接触面８７，８９の平面度毎に異なるプランジャ７１の残留磁気と張り付き力（吸引力及び吸着力）との関係を説明する。

図８は電磁コイル６５の通電電流及び方向とプランジャ７１の残留磁気との関係を示しており、グラフ２０１は、上記の手順１において、電磁コイル６５に通電されプランジャ７１を励磁して軸方向左側に移動させる一方向電流の電流であり、そのときプランジャ７１に残留磁気Ｔ１が生じ、磁束が飽和するまでは、電磁コイル６５の通電電流値が大きい程プランジャ７１に大きな残留磁気が生じる。また、手順２のように電磁コイル６５への通電を停止した後、必要に応じて一方向の電流を電磁コイル６５に通電すれば、プランジャ７１の残留磁気低下を補うことができる。また、グラフ２０３は、手順３において、電磁コイル６５に通電してプランジャ７１を消磁する反対方向の電流であり、プランジャ７１を消磁するために必要な消磁電流値はＡ１である。

図９のグラフ２１１は、電磁コイル６５に通電される電流とそのときプランジャ７１に生じる移動力（推力：スラスト力）を示しており、磁束が飽和するまでは、電磁コイル６５の通電電流値が大きくなる程、大きな移動力がプランジャ７１に生じる。

図１０は、プランジャ７１の磁性材料と残留磁気との関係を示しており、グラフ２２１，２２３，２２５はそれぞれ機械構造用炭素鋼のＳ４５Ｃ、Ｓ２５Ｃ、Ｓ１５Ｃで作られたプランジャ７１での特性を示している。このように、プランジャ７１の材料を選択することによって所望の残留磁気特性を得ることができるが、このデータからわかるようにＳ４５Ｃ程度以上が極めて良好な特性を得ることができる。

図１１は、接触面８７，８９の面粗度（滑らかさ）毎に異なるプランジャ７１の残留磁気と張り付き力（吸引力及び吸着力）との関係であり、グラフ２３１，２３３，２３５はそれぞれ平面度０．０１５ｍｍ、０．０３５ｍｍ、０．１ｍｍの接触面８７，８９での特性を示している。このように、接触面８７，８９の平面度を変えることによって所望の残留磁気特性を得ることができる。

デフケース５には、ケーシング本体１５の開口６３の他に、カバー１７とケーシング本体１５に開口１０１，１０３がそれぞれ形成され、ボス部２３，２５の内周には螺旋状のオイル溝が形成され、スラストワッシャ５３，５５との対向部には、前記の各螺旋状オイル溝にそれぞれ連通した径方向のオイル溝１０５，１０７が形成されている。オイル溜りのオイルはデフケース５とリングギアの回転によって掻き上げられ、これらの開口６３，１０１，１０３と螺旋状オイル溝とオイル溝１０５，１０７とを介してデフケース５の内部に流入し、差動機構７を構成する各ギア３１，３５，３７、ケーシング本体１５とクラッチリング５７の摺動部、ドッグクラッチ９（噛み合い歯５５，５９）などに供給されてこれらを潤滑・冷却する。また、電磁式アクチュエータ１の下部もオイル溜りに浸されており、プランジャ７１のスライドリング７３とガイド部材６９との摺動部、スライドリング７３とプレッシャープレート７５との摺動部、コイルハウジング６７（ガイド部材６９）と段差部７９及びスラストワッシャ８１との摺動部、ポジションスイッチ７７のプローブ９７とプレッシャープレート７５の摺動部なども潤滑・冷却され、各潤滑・冷却部では、供給されたオイルによって磨耗が軽減され、耐久性が向上すると共に、各摺動部での摩擦抵抗の低減によってエンジンの燃費が向上する。

また、スライドリング７３（プランジャ７１）とプレッシャープレート７５との摺動部が潤滑されることにより、プランジャ７１に掛かるトルク及びプランジャ７１とコイルハウジング６７との間に生じる摩擦抵抗が軽減されるから、電磁式アクチュエータ１によるドッグクラッチ９の操作機能（デファレンシャル装置３の差動ロック機能）が円滑で正常に保たれる。

［電磁式アクチュエータ１の効果］
電磁式アクチュエータ１は、上記のように構成されたことにより次のような効果が得られる。

電磁コイル６５の磁路を構成する部材であるプランジャ７１を適度な残留磁気特性を有する磁性材料で作ったことにより、電磁コイル６５の通電を停止してもプランジャ７１がドッグクラッチ９の噛み合い位置に保持されるから、ドッグクラッチ９の状態を保持するための電力と、バッテリーの負担が大幅に低減されてエンジン燃費が向上する上に、加工性が悪く高価な軟磁性材料をプランジャ７１に用いる必要がなくなった。

また、適度な残留磁気特性を有する磁性材料である機械構造用炭素鋼は加工性（被切削性）に優れており、加工コストをそれだけ低減することができる。

また、プランジャ７１に与えられる適度な残留磁気は、位置保持のために必要最低限の磁力（残留磁気）であり、この残留磁気は徐々に減衰する上に、プランジャ７１を元の位置に戻すときは電磁コイル６５でプランジャ７１を消磁するから、プランジャ７１の残留磁気によるコンタミネーションの吸着量は実質的に極めて少なく、従って、電磁式アクチュエータ１の動作が長期にわたって正常に保たれる。

また、ドッグクラッチ９が噛み合い状態から逸脱する兆候をポジションスイッチ７７によって検知し、プランジャ７１を再び磁化して残留磁気を補うように構成したから、電磁コイル６５の消費電力を低く保ちながら、ドッグクラッチ９を噛み合い状態に保持することができる。

また、コイルハウジング６７のストッパ部８５とプランジャ７１との接触面８９，８７を滑らかに加工したことによってこの接触面８９，８７での磁気抵抗が小さくなり、電磁コイル６５の磁力及びプランジャ７１の残留磁気によるプランジャ７１の吸引力が強化される上に、滑らかな接触面８９，８７においてプランジャ７１に大きな吸着力が働くから、プランジャ７１によるドッグクラッチ９の噛み合い操作機能及び噛み合い状態の保持機能がさらに向上する。

また、プランジャ７１の残留磁気を消磁してからリターンスプリング１１によってドッグクラッチ９を噛み合い解除操作するこの構成では、リターンスプリング１１を特に強くする必要がなく、電磁コイル６５の大型化と、電力消費及びバッテリー負担の増加とが防止される。

また、プランジャ７１の移動方向とリターンスプリング１１の付勢力の方向を同一（軸方向）にしたことにより、リターンスプリング１１に押圧されて移動する際にプランジャ７１の倒れと、倒れによるカジリが防止されてプランジャ７１が円滑に移動するから、電磁式アクチュエータ１の動作が正常に保たれる。

［本発明の範囲に含まれる他の態様］
なお、本発明の電磁式アクチュエータにおいて、プランジャを適度な残留磁気特性を有する磁性材料で作る以外に、電磁コイルのコイルハウジングを適度な残留磁気特性を有する磁性材料で作っても、あるいは、プランジャとコイルハウジングの両方を適度な残留磁気特性を有する磁性材料で作ってもよい。

また、実施形態と反対に、付勢部材で被操作装置を作動させ、電磁式アクチュエータで被操作装置の作動を停止するように構成してもよい。

また、ストッパ部とプランジャとの間に滑らかな接触面についての管理基準は平面度の他に、面粗さ（面精度）、平行度としても良い。

本発明の電磁式アクチュエータは、実施形態のようにデファレンシャル装置の差動ロック機構を操作するアクチュエータとして使用する他に、デファレンシャル装置内蔵の駆動力断続機構を操作するアクチュエータとして使用してもよい。

一実施形態の電磁式アクチュエータ１を用いたデファレンシャル装置３を示す断面図である。図１の電磁式アクチュエータ１において電磁コイル６５が通電されていない状態を示す断面図である。図１の電磁式アクチュエータ１において、電磁コイル６５の通電により、あるいは、残留磁気によってプランジャ７１が位置保持されている状態を示す断面図である。図１の電磁式アクチュエータ１において、電磁コイル６５が通電されていない状態を示す断面図である。図１の電磁式アクチュエータ１において、電磁コイル６５の通電開始直後の状態を示す断面図である。図１の電磁式アクチュエータ１において、電磁コイル６５の通電によりプランジャ７１が位置保持されている状態を示す断面図である。図１の電磁式アクチュエータ１において、残留磁気によってプランジャ７１が位置保持されている状態を示す断面図である。電磁コイル６５の電流及びその方向とプランジャ７１の残留磁気との関係を示すグラフである。電磁コイル６５に通電される電流値とプランジャ７１に与えられる推力との関係を示すグラフである。電磁コイル６５に通電される電流値とプランジャ７１の残留磁気との関係を材料毎に示すグラフである。プランジャ７１の残留磁気と張り付き力との関係を接触面の平面度毎に示すグラフである。従来例の断面図である。

符号の説明

１電磁式アクチュエータ
９ドッグクラッチ（被操作装置）
１１リターンスプリング（付勢部材）
６５電磁コイル
６７コイルハウジング
７１プランジャ（磁路を構成する部材の少なくとも一方：適度な残留磁気特性を有する磁性材料）

Claims

電磁コイルを保持し、磁路の一部を構成するコイルハウジングと、
前記コイルハウジングと共に前記電磁コイルの磁路を構成し、前記電磁コイルに通電すると励磁され、被操作装置の操作位置に向かい移動するプランジャとを備えた電磁式アクチュエータであって、
前記磁路を構成する部材の少なくとも一方を適度な残留磁気特性を有する磁性材料製にし、前記電磁コイルの通電を停止しても、前記プランジャが前記被操作装置の操作位置側に保持されることを特徴とする電磁式アクチュエータ。
請求項１に記載された発明であって、
前記被操作装置の状態を検知するセンサーを設け、
前記被操作装置が前記プランジャによる操作状態から逸脱する兆候を前記センサーが検知すると、前記電磁コイルに通電して前記プランジャの残留磁気低下を補い、前記被操作装置の操作状態からの逸脱を防止することを特徴とする電磁式アクチュエータ。
請求項１または請求項２に記載された発明であって、
前記コイルハウジングに、前記被操作装置の操作位置側に移動した前記プランジャと突き当たって位置決めするストッパ部を設け、
前記ストッパ部と前記プランジャとの間に滑らかな接触面を有することを特徴とする電磁式アクチュエータ。
請求項１〜請求項３のいずれかに記載された発明であって、
前記電磁コイルに通電し、付勢部材の付勢力に抗して、前記プランジャを一方向に操作し、
前記電磁コイルによって前記プランジャの残留磁気を消磁し、前記付勢部材の付勢力によって前記プランジャを他方向に操作することを特徴とする電磁式アクチュエータ。
請求項４に記載された発明であって、
前記プランジャの移動方向と、前記付勢部材の付勢力の方向が同一であることを特徴とする電磁式アクチュエータ。