JP2007002959A - 電磁アクチュエータ並びにこれを用いた電磁クラッチ及びデファレンシャル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電磁石の省電力性と耐久性を向上させ、電磁石を軽量小型にしてレイアウト性を改善し、差動制限機能の動作状態を正確に検知可能にし、部品点数を低減させる。
【解決手段】 差動機構３と、差動機構３の差動を制限するために作動するクラッチ５と、電磁石７及びその磁力によって軸方向に移動操作力を受けるプランジャ９を有する電磁アクチュエータ１１とを備え、プランジャ９は軸方向の移動を制限され、電磁石７は軸方向移動自在に配置され、励磁された電磁石７によってプランジャ９を作動して電磁石７を軸方向に移動してクラッチ５を作動する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電磁アクチュエータ並びに、これを用いた電磁クラッチ及びデファレンシャル装置に関する。

特許文献１に記載されたデファレンシャル装置は、差動機構と、その差動をロックするドッグクラッチと、ドッグクラッチを断続操作する電磁式アクチュエータなどから構成されている。

この電磁式アクチュエータは、電磁石とアーマチャなどから構成され、電磁石は差動機構を収容したデフケース上に軸方向移動可能に取り付けられており、アーマチャは固定側に取り付けられている。励磁されると、電磁石はアーマチャを吸引する磁力の反力を受けて移動し、ドッグクラッチを噛み合わせる。

特許文献２に記載されたデファレンシャル装置は、同様に、差動機構と、その差動をロックするドッグクラッチと、ドッグクラッチを断続操作する電磁式アクチュエータと、固定側に配置されたポジションスイッチなどから構成されている。

この電磁式アクチュエータは、固定側に配置された電磁石と、その磁力で移動するプランジャから構成されており、プランジャは、ドッグクラッチの一部を構成するクラッチリングに固定されたプレッシャープレートを介してクラッチリングを移動させてドッグクラッチを噛み合わせる。固定側のポジションスイッチは、回転側のプレッシャープレートと接触し摺動しながら、プレッシャープレートの移動位置を検知し、ドッグクラッチの断続状態（差動制限機能の動作状態）を検知する。
特開２００１−１０７９８３号公報 特開２００４−１００９２４号公報

しかし、特許文献１のデファレンシャル装置は、電磁石の磁力の利用効率に問題があり、励磁電流（電力消費）と発熱が多いことによって省電力性と耐久性に難があり、また、磁力の利用効率が低いだけ電磁石を大型にする必要があり、その分重くなり、車両上でのレイアウト性が低下する。

また、特許文献２のデファレンシャル装置は、ドッグクラッチの断続状態を検知するために、静止側のポジションスイッチで回転側のプレッシャープレートの位置を検知するように構成されており、互いの摺動に伴ってこれらが摩耗するとポジションスイッチに誤動作が生じる恐れがある。また、プレッシャープレートはクラッチリングに圧入されているが、圧入時に変形や倒れが生じると、同様に、ポジションスイッチが誤動作するおそれがある。

そこで、この発明は次の目的を達成する電磁クラッチ、並びにこれを用いた電磁アクチュエータ及びデファレンシャル装置を提供する。

第１の目的は、電磁石の省電力性と耐久性を向上することである。

第２の目的は、電磁石が軽量で小型にすることである。

第３の目的は、優れたレイアウト性を得ることである。

第４の目的は、差動制限機能の動作状態を正確に検知することである。

発明の第１の特徴は、次の電磁アクチュエータを提供する。電磁アクチュエータは、クラッチを作動して差動機構の差動を制限するために軸方向に移動自在な電磁石を含む。

電磁アクチュエータは、前記軸方向の移動を制限されると共に、励磁された前記電磁石によって作動されて前記電磁石を軸方向に移動するプランジャを含む。

発明の第２の特徴は、次の電磁クラッチを含む。電磁クラッチは、差動機構の差動を制限するために作動するクラッチを含む。電磁クラッチは、前記差動機構の差動を制御する電磁アクチュエータとを含む。電磁アクチュエータは、前記クラッチを作動するために軸方向に移動自在な電磁石を含む。電磁アクチュエータは、前記軸方向の移動を制限されると共に、励磁された前記電磁石によって作動されて前記電磁石を軸方向に移動するプランジャとを含む。

発明の第３の特徴は、次のデファレンシャル装置を提供する。デファレンシャル装置は差動機構を含む。デファレンシャル装置は、前記差動機構の差動を制限するために作動するクラッチを含む。前記デファレンシャル装置は、前記差動機構の差動を制御する電磁アクチュエータを含む。電磁アクチュエータは、前記クラッチを作動するために軸方向に移動自在な電磁石を含む。電磁アクチュエータは、前記軸方向の移動を制限されると共に、励磁された前記電磁石によって作動されて前記電磁石を軸方向に移動するプランジャとを含む。

発明の特徴に従う電磁アクチュエータ、電磁クラッチ、及びデファレンシャル装置によれば、軸方向移動を規制したプランジャによって電磁石が移動してクラッチを作動し、これにより差動機構の差動を制限する。

従って、特許文献１のデファレンシャル装置に対しては、電磁石の磁力の利用効率が向上し、省電力性と耐久性が改善され、電磁石の大型化と重量化が防止され、レイアウト性が向上する。

また、特許文献２のデファレンシャル装置に対しては、非回転側に配置された電磁石の軸方向位置変化によって被操作装置の状態を検知するように構成することが可能になり、部材の摩耗による状態検知機能の低下が防止される。

図１〜図４によってリヤデフ１（一実施形態のデファレンシャル装置）の説明をする。以下の説明の中で左右の方向はリヤデフ１が用いられた４輪駆動車と図１及び図２での左右の方向である。

リヤデフ１の特徴を説明する。

リヤデフ１は、差動機構３と；差動機構３の差動を制限するドッグクラッチ５（クラッチ）と；電磁石７と、励磁された電磁石７によって作動されるプランジャ９とを有する電磁アクチュエータ１１とを含む。プランジャ９は軸方向の移動を制限される。電磁石７は軸方向移動自在に配置される。電磁石７が励磁されると、プランジャ９は作動される。プランジャ９は、例えば反力を受けて、電磁石７を移動させ、ドッグクラッチ５を作動する。

差動機構３は、例えば、エンジン又はモータの駆動源から入力する駆動トルクを差動機構３に伝達する入力部材としてのデフケース１３（入力部材）を含む。

差動機構３は、駆動トルクを受けてデフケース１３と一体に回転可能であると共に、第１及び第２の出力軸に接続された相対回転可能な出力部材としての第１及び第２のサイドギア１５，１７を含む。

ドッグクラッチ５は、デフケース１３と、サイドギア１５、１７の一方とを接続可能である。

電磁アクチュエータ１１は、電磁石７の軸方向変位を検知してドッグクラッチ５の差動を判断するためのポジションセンサ１９を含む。

電磁石７は、軸方向の移動を許容しながら、回転を制限する回り止め部材２１を有し、
電磁石７は、プランジャ９が挿入されたホルダ２３を含む。

電磁石７は、プランジャ９に当接するストッパ６９を含む
リヤデフ１を用いた４輪駆動車の動力系を説明する。

この動力系において、エンジンの駆動力はトランスファからリヤデフ１（原動機の駆動力を左右の後輪に配分するデファレンシャル装置）を介して左右の後輪に配分される。トランスファ内の２−４切替え機構と左右の前輪側のハブクラッチをそれぞれ連結させると、エンジンの駆動力はフロントデフ（原動機の駆動力を左右の前輪に配分するデファレンシャル装置）を介し左右の前輪に配分されて車両は４輪駆動状態になる。２−４切替え機構とハブクラッチをそれぞれ連結解除すると、車両は後輪駆動の２輪駆動状態になる。

リヤデフ１の構成を説明する。

リヤデフ１は、ベベルギア式の差動機構３と、ドッグクラッチ５と、電磁式アクチュエータ１１と、デフケース１３と、ポジションスイッチ１９（ポジションセンサ）と、リターンスプリング２５と、コントローラなどから構成されている。

デフケース１３はケーシング本体２７とカバー２９をボルト３１で固定される。デフケース１３は、キャリヤ３３の内部に配置され、左右のボス部３５，３７をスラスト力を受けるベアリング３９を介してキャリヤ３３に支承されている。キャリヤ３３は、その内部にオイル溜りを画成する。デフケース１３は上記エンジンの駆動力によって回転駆動される。

差動機構３は、ピニオンシャフト４１と、ピニオンシャフト４１上で回転自在に支持されたピニオンギア４３と、サイドギア１５，１７から構成されている。サイドギア１５，１７は左右から各ピニオンギア４３と噛み合っている。ピニオンシャフト４１の端部はケーシング本体２７の貫通孔４５に係合し、スプリングピン４７で抜け止めされている。

ドッグクラッチ５は、右サイドギア１７に形成された噛み合い歯４９と、クラッチリング５１に形成された噛み合い歯５３によって構成されている。クラッチリング５１は脚部５５をケーシング本体２７の貫通孔５７に係合して回り止めされ、軸方向移動自在に配置されている。図２のようにクラッチリング５１が左に移動するとドッグクラッチ５が噛み合って差動機構３の差動がロックされる。図１のようにクラッチリング５１が右に移動するとドッグクラッチ５の噛み合いと差動ロックが解除される。リターンスプリング２５は右サイドギア１７とクラッチリング５１との間に配置され、クラッチリング５１をドッグクラッチ５の噛み合い解除側（右方）に付勢している。

電磁式アクチュエータ１１の電磁石７は、電磁コイル５９と、左右のコイルハウジング６１，６３などから構成されている。

コイルハウジング６１，６３は磁性材料（機械構造用炭素鋼鋼材；ＪＩＳ Ｇ ４０５１−１９７９ Ｓ１０Ｃ）で作られる。コイルハウジング６１、６３は、電磁コイル５９を左右から挟み込みんで一体になる。電磁コイル５９のリード線はデフキャリヤ３３の外部に引き出され車載のバッテリに接続されている。左コイルハウジング６１は、径方向内側部に溶接された非磁性材料のガイド部材６５を有する。ガイド部材６５は、軸方向右方へ延びる。左コイルハウジング６１とガイド部材６５とは、凹所２４を有したホルダ２３を構成する。凹所２４にはプランジャ９が挿入される。プランジャ９は、端壁からガイド部材６５へ軸方向へ突出する突起９ａを有する。この突起９ａは、プランジャ９とガイド部材６５との貼り付きを防止する。プランジャ９は、径方向内側部に溶接された非磁性材料のガイド部材６７を有する。プランジャ９とガイド部材６７とは、その間に凹所２６を画成する。プランジャ９はホルダ２３の凹所２４に収容され、軸方向相対移動可能に保持される。コイルハウジング６１のガイド部材６５は、プランジャ９とガイド部材６７との間の凹所２６に収容され、軸方向相対移動可能に保持される。右のコイルハウジング６３はプランジャ９の脱落を防止するために径方向内方へ延びるストッパ部６９を有する。このストッパ部６９は、下記のように電磁石７が左移動したときプランジャ９と突き当たって電磁石７の移動を適正な範囲内に規制する。

左コイルハウジング６１の外周は、図１，２，３のように、軸方向の複数のガイド溝７１を有する。回り止め部材２１は、ガイド溝７１と同数の腕部７３を含む。回り止め部材２１はキャリヤ３３に固定されており、各腕部７３の先端はガイド溝７１にそれぞれ係合し、電磁石７を、軸方向移動自在に保ちながら、回り止めしている。

ガイド部材６７は、ケーシング本体２７の段差部７５と、ベアリング３９に当接したワッシャ７７との間に挟まれて、プランジャ９の軸方向移動を規制する。従って、電磁石７はプランジャ９に対しても軸方向移動可能になっている。

ドッグクラッチ５のクラッチリング５１には、図４に示すステンレス鋼のプレート７９が３個の脚部８１を圧入して取り付けられる。コイルハウジング６１は、その左側面からプレート７９へ突出する環状当接部８３を有する。

ポジションスイッチ１９のプローブ８５は、内蔵したスプリングの押圧力によって電磁石７（クラッチリング６３）と接触する。下記のように、ドッグクラッチ５が断続されるときの電磁石７の軸方向移動に伴って断続（０ＦＦ−ＯＮ）し、リヤデフ１の差動ロック状態を運転席に表示させる。

また、クラッチリング５１の脚部５５と、ケーシング本体２７の貫通孔５７とは、カムを構成する。このカムは、ドッグクラッチ５が噛み合った状態で駆動トルクを受けると、生じたカムスラスト力によりクラッチリング５１を付勢してドッグクラッチ５の噛み合わせようとする。

コイルハウジング６１，６３とプランジャ９によって電磁コイル５９の磁路Ｐ１が構成されており（図５参照）、プランジャ９はアーマチャになっている。

コントローラは、電磁コイル５９の励磁、励磁停止を行う。

電磁コイル５９が励磁されると、プランジャ９は磁力を受けて右方向に移動しワッシャ７７と突き当たって停止しする。図２のように、その反力（磁力）によって電磁石７が左へ移動する（参照矢印Ａ）。環状当接部８３は、プレート７９を押圧してクラッチリング５１を左移動させる（参照矢印Ｂ）。これにより、ドッグクラッチ５を噛み合わせ、差動機構３の差動をロックさせる。悪路走行中のように、左右の後輪が空転し易い状況で差動をロックさせると、悪路などの脱出性、走破性を向上し、車両のスタックを防止する。

このとき、上記のカムが作動してドッグクラッチ５を噛み合い状態に保持する。また、電磁コイル５９が励磁されている間、非磁性材料のガイド部材６５，６７及びプレート７９によって磁力線の漏洩が抑制され、磁力の利用効率が向上する。

電磁コイル５９の励磁を停止すると、リターンスプリング２５は付勢力によりクラッチリング５１と電磁石７を右方に戻す。これにより、ドッグクラッチ５の噛み合いを解除し、差動機構３の差動を自由にする。また、環状当接部８３は、コイルハウジング６１とプレート７９との接触面積を小さくし、これらの貼り付きを抑制し、ドッグクラッチ５の噛み合い解除を円滑にする。

リヤデフ１のこのような差動ロック状態の変化は、上記のようにポジションスイッチ１９が検知し、運転席に表示される。

リヤデフ１は次の効果を得る。

軸方向移動を規制したプランジャ９から受ける反力によって電磁石７が移動し、ドッグクラッチ５を断続操作するように構成したから、磁力の利用効率が向上し、省電力性と耐久性が改善され、電磁石７の大型化と重量化が防止され、レイアウト性が向上する。

また、非回転側の電磁石７の軸方向移動をポジションスイッチ１９で検知しドッグクラッチ５の状態を知ることができるから、従来例と異なり、状態検知に伴う部材間の摺動が生じることがなく、摩耗による機能低下から解放されると共に、状態検知のために用いるプレッシャープレートの変形や倒れによる機能の低下も防止される。

また、状態検知用のプレッシャープレートを用いないから、部品点数がそれだけ低減される。

また、回り止め部材２１によって電磁石７の回転が防止されるから、ポジションスイッチ１９（プローブ８５）と電磁石７（コイルハウジング６３）との摺動と摩耗が防止される。

また、プランジャ９が電磁石７のホルダ２３で支持されるから、電磁石７とプランジャ９のユニット性が向上する。

本発明の範囲に含まれる他の態様を説明する。

本発明において、ポジションセンサは、接触型でも非接触型でもよく、接触型の場合はプッシュ型でもプル型でもよい。

本発明のデファレンシャル装置に適用可能な差動機構は、ベベルギア式の差動機構に限らず、他のギア機構を用いた差動機構でも、あるいは、ギア機構を用いない差動機構でもよい。

クラッチは、差動をロックするものに限らない。例えば、摩擦クラッチを用いて差動制限力を連続的に制御するように構成してもよい。

本発明のデファレンシャル装置は、実施形態と異なって、リヤデフでなく、フロントデフや、センターデフとして用いてもよい。

実施形態のリヤデフの断面図であり、差動ロックが解除された状態を示す。 図１のリヤデフの断面図であり、差動がロックされた状態を示す。 図１の電磁石の回り止め機構を示す断面図である。 図１のプレートの斜視図である。 図１の電磁アクチュエータの拡大断面図である。

符号の説明

１ リヤデフ（デファレンシャル装置）
３ 差動機構
５ ドッグクラッチ（クラッチ）
７ 電磁石
９ プランジャ
１１ 電磁式アクチュエータ
１３ デフケース（入力部材）
１５，１７ サイドギア（出力部材）
１９ ポジションスイッチ（ポジションセンサ）
２１ 回り止め部材
２３ ホルダ

Claims (9)

1. クラッチを作動して差動機構の差動を制限するために軸方向に移動自在な電磁石と；
   前記軸方向の移動を制限されると共に、励磁された前記電磁石によって作動されて前記電磁石を軸方向に移動するプランジャとを含む電磁アクチュエータ。
2. 前記クラッチの作動を判断するために前記電磁石の軸方向の変位を検知するポジションセンサを含む請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
3. 差動機構の差動を制限するために作動するクラッチと；
   前記差動機構の差動を制御する電磁アクチュエータとを含み、
   前記電磁アクチュエータは、
   前記クラッチを作動するために軸方向に移動自在な電磁石と；
   前記軸方向の移動を制限されると共に、励磁された前記電磁石によって作動されて前記電磁石を軸方向に移動するプランジャとを含む電磁クラッチ。
4. デファレンシャル装置であって、
   差動機構と；
   前記差動機構の差動を制限するために作動するクラッチと；
   前記差動機構の作動を制御する電磁アクチュエータとを含み、
   前記電磁アクチュエータは、
   前記クラッチを差動するために軸方向に移動自在な電磁石と；
   前記軸方向の移動を制限されると共に、励磁された前記電磁石によって作動されて前記電磁石を軸方向に移動するプランジャとを含むデファレンシャル装置。
5. 駆動源によって回転可能な入力部材を含み、
   前記差動機構は、前記入力部材によって回転可能であると共に、第１及び第２の出力軸に接続された相対回転可能な第１及び第２の出力部材を含み、
   前記クラッチは、前記入力部材と第１及び第２の出力部材の一方とを接続可能である請求項４に記載のデファレンシャル装置。
6. 前記電磁石は、軸方向の移動を許容しながら、回転を制限する回り止めを含む請求項４に記載のデファレンシャル装置。
7. 前記電磁石は、前記プランジャが挿入されたホルダを含む請求項４に記載のデファレンシャル装置。
8. 前記電磁石は、前記プランジャによってセンタリングされる請求項４に記載のデファレンシャル装置。
9. 前記電磁石は、前記プランジャと当接するストッパを含む請求項４に記載のデファレンシャル装置。

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