JP2004187476A - 電磁式アクチュエータ及びこれを用いたデファレンシャル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プランジャを小さな推力で円滑に移動でき、電磁コイルの小型化及び消費電流の低下及びレスポンスの向上となる。
【解決手段】デフケース５と共に回転し、差動回転を許容する位置と、差動回転をロックする位置との間で軸方向に移動自在であるクラッチリング５９と、デフケース５の外側に配置された円筒状のガイド部材７５と、ガイド部材７５をガイド面として軸方向に移動自在に配置された円筒状のプランジャ７３と、電磁コイル６７とを有し、電磁コイル６７の励磁によるプランジャ７３の軸方向の変移によりデフケース５と共に回転するクラッチリング５９を押圧する電磁式アクチュエータ１を備え、プランジャ７３を、共に回転させる共回り手段７７を介してクラッチリング５９に連結した。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クラッチ部材等の被操作部材を操作する電磁式アクチュエータと、このような電磁式アクチュエータを使用して作動モード（差動回転とそのロック）の変更を行うデファレンシャル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、特公平５−５４５７４号公報（特許文献１）に記載されたデファレンシャル装置を示す。このデファレンシャル装置１００は、パートタイム４輪駆動車の２輪切り換え時に駆動が絶たれるものであり、車両のフロントデフに適用される。
【０００３】
デファレンシャル装置１００は、インナデフケース１０３とアウタデフケース１０５とを備えている。インナデフケース１０３の内部には、ピニオンシャフト１０７が固定されており、ピニオンシャフト１０７にはピニオンギア１０９が回転可能に取り付けられている。ピニオンギア１０９にはドライブシャフト１１１，１１１がスプライン連結された左右のサイドギア１１３，１１３が噛み合っている。ドライブシャフト１１１，１１１は、インナデフケース１０３の左右のボス部１１５，１１７から外側に突出しており、突出部分に左右の車輪が装着されている。アウタデフケース１０５は、インナデフケース１０３のボス部１１５，１１７に配置されボールベアリング１１９を介して相対回転可能になっている。また、アウタデフケース１０５の左右のボス部１２１，１２３はテーパーローラベアリング１２５を介してデフキャリア１２７に回転可能に支持されている。
【０００４】
アウタデフケース１０５にはリングギア１２９が固定され、リングギア１２９がプロペラシャフト１３１に噛み合うことにより、エンジンからの回転力が入力されてアウタデフケース１０５が回転する。インナデフケース１０３のボス部１１５には、スプライン連結されたスリーブ１３３が軸方向に移動可能に配置されている。スリーブ１３３の外周には、環状の凹部１３５が形成されており、この凹部１３５にはシフトフォーク１３７が相対回転可能に係合している。シフトフォーク１３７は、デフキャリア１２７に設置された空圧、油圧等のシリンダ１３９に連結されており、シリンダ１３９の駆動によってスリーブ１３３が往復方向に移動するようになっている。シリンダ１３９は、運転席側からのリモート操作によって伸縮駆動する。
【０００５】
スリーブ１３３とアウタデフケース１０５との対向部には、クラッチ手段１４１が設けられている。クラッチ手段１４１は、スリーブ１３３の端面に環状に形成されたドッグクラッチ１４３と、アウタデフケース１０５のボス部１２１の端面に形成され、ドッグクラッチ１４３と噛み合うドッグクラッチ１４５とからなっている。
【０００６】
このデファレンシャル装置１００では、シリンダ１３９を伸長駆動してスリーブ１３３を右方向に移動させ、ドッグクラッチ１４３をアウタデフケース１０５のドッグクラッチ１４５に噛み合わせることにより、アウタデフケース１０５とインナデフケース１０３とを結合させる。これにより、四輪駆動走行を行う。一方、シリンダ１３９を短縮駆動してスリーブ１３３を左方向に駆動して、ドッグクラッチ１４３，１４５の噛み合いを解除することにより、二輪駆動走行が可能となる。
【０００７】
このようなデファレンシャル装置１００では、ドッグクラッチ１４３，１４５の噛み合い及び離脱を行うためのアクチュエータとしてシリンダ１３９を用いているが、アクチュエータが空圧、油圧などの流体圧で駆動するため、大型化している。特に、高地等における走行では、流体圧が気圧に左右されやすいため、アクチュエータを大型化する必要がある。
【０００８】
このような問題を解決するのに電磁式のアクチュエータを用いた車両用デフロック装置５０１が、特開昭６４−２２６３３号公報（特許文献２）に記載されている。この車両用デフロック装置５０１は、図５に示すように、ベベルギア式差動機構５０３、その差動回転をロックするためのドッグクラッチ５０５、ドッグクラッチ５０５を噛み合わせ操作する電磁式アクチュエータ５０７、ドッグクラッチ５０５の噛み合いを解除するリターンスプリング５０９などから構成されている。デフケース５１１を回転させるエンジンの駆動力は、差動機構５０３のサイドギア５１３，５１５からそれぞれの車軸５１７，５１９を介して左右の車輪側に配分される。
【０００９】
ドッグクラッチ５０５は、デフケース５１１と磁性材料製のプランジャ５２１との間に設けられており、このプランジャ５２１は左サイドギア５１３側の車軸５１７に軸方向移動自在にスプライン連結されている。また、プランジャ５２１はリターンスプリング５０９によってドッグクラッチ５０５の噛み合い解除方向（図６の左方）に付勢されている。
【００１０】
電磁式アクチュエータ５０７は、プランジャ５２１の外周に配置された磁性材料製のベアリングハウジング５２３上に巻線された電磁コイル５２５と、上記のプランジャ５２１などから構成されており、ベアリングハウジング５２３とプランジャ５２１とによって電磁コイル５２５の磁路が構成されている。電磁コイル５２５が励磁されていない間、プランジャ５２１はリターンスプリング５０９の付勢力によって、図６の位置に移動しており、この状態ではドッグクラッチ５０５の噛み合いと、差動機構５０３の差動ロックが解除されている。また、電磁コイル５２５が励磁されると、上記の磁路に磁束ループが形成され、その磁力によって生じた移動操作力によりプランジャ５２１は右方に移動し、ドッグクラッチ５０５を噛み合わせて差動機構５０３の差動をロックする。
【００１１】
悪路走行中のように、駆動輪が空転し易い状況で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て、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。このように、電磁式アクチュエータ５０７は、電磁コイル５２５とプランジャ５２１とを同軸配置したことにより、コンパクトに構成されると共に、ユニット性が高く、従って、車載性に勝れている。
【００１２】
【特許文献１】
特公平５−５４５７４号
【００１３】
【特許文献２】
特開昭６４−２２６３３号
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の電磁式アクチュエータ５０７では、プランジャ５２１がベアリングハウジング５２３にガイドされながら軸方向に移動するようになっているものの、プランジャ５２１の移動時にはベアリングハウジング５２３との間に静止摩擦抵抗が作用し、この静止摩擦抵抗に抗して移動しなければならないため、大きな推力が必要である。
【００１５】
また、電磁コイル５２５の発生する磁力にばらつきがあったり、形成される磁束ループに偏りが生じていると、ベアリングハウジング５２３の内壁や、車軸５１７に対してプランジャ５２１が片当たりする（偏って摺動する）こととなり、摩擦抵抗が大きくなる。
【００１６】
その上、プランジャ５２１の長さを、装置のコンパクト化等の理由により径方向に対して短く設定する場合には、こじり（軸傾斜）が発生し易く、こじりが発生すると方当たりが生じて静止摩擦抵抗が更に増大する。
【００１７】
又、プランジャ５２１とベアリングハウジング５２３との間の隙間は円周方向に亘って一定になるよう加工することが望ましいが、実際にはこのように加工することは不可能であり、静止摩擦抵抗の増大をもたらす。プランジャ５２１の移動抵抗の増加は、電磁式アクチュエータ５０７の動作に円滑さを欠き、レスポンスの悪化になる。
【００１８】
このようなプランジャ５２１の移動抵抗の増加に備えて、電磁式アクチュエータ５０７の電磁コイル５２５を大型化したり、電磁コイル５２５への励磁電流を大きくしたりしてプランジャ５２１への推力を大きくする必要があった。
【００１９】
そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、プランジャを小さな推力で円滑に移動でき、電磁コイルの小型化及び消費電流の低下及びレスポンスの向上を図ることができる電磁式アクチュエータ及びこれを用いたデファレンシャル装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、回転体の回転軸中心を中心として前記回転体の外周側に配置された円筒状のガイド部材と、前記回転体の回転軸中心を中心として前記回転体の外周側に配置され、前記ガイド部材の円周面をガイド面として軸方向に移動自在に配置された円筒状のプランジャと、前記プランジャに軸方向の推力を励磁により作用させる電磁コイルとを有し、前記電磁コイルの励磁により前記プランジャを軸方向に変移させ、前記回転体と共に回転する被操作部材を押圧して軸方向に移動させる電磁式アクチュエータであって、前記プランジャを、共に回転させる共回り手段を介して前記被操作部材に連結したことを特徴とする。
【００２１】
この電磁式アクチュエータでは、電磁コイルの励磁によりプランジャが移動する際には、回転体と共にプランジャが回転していることからプランジャとガイド部材とが回転方向に相対的に滑っているので軸方向のまさつが抑制され、このため、プランジャ軸方向移動（摺動した場合にも）が殆ど実質的に抵抗のない状態で移動する。
【００２２】
請求項２の発明は、エンジンの駆動力を受けて回転するデフケースと、前記デフケースの回転を一対のサイドギアから車輪側に配分する差動機構と、前記デフケースと共に回転し、前記デフケースと一対の前記サイドギアとの相対的な回転を許容する差動位置と、前記デフケースと一対の前記サイドギアとを一体として回転させる差動ロック位置との間で軸方向に移動自在であるクラッチ部材とを備えると共に、前記デフケースの回転軸中心を中心として前記デフケースの外周側に配置された円筒状のガイド部材と、前記デフケースの回転軸中心を中心として前記デフケースの外周側に配置され、前記ガイド部材の円周面をガイド面として軸方向に移動自在に配置された円筒状のプランジャと、前記プランジャに軸方向の推力を励磁により作用させる電磁コイルとを有し、前記電磁コイルの励磁による前記プランジャの軸方向の変移により前記デフケースと共に回転する前記クラッチ部材を押圧して軸方向に移動させる電磁式アクチュエータを備え、前記プランジャを、共に回転させる共回り手段を介して前記クラッチ部材に連結したことを特徴とする。
【００２３】
このデファレンシャル装置では、電磁コイルの励磁によりプランジャが移動する際には、デフケースと共にプランジャが回転していることからプランジャとガイド部材との間には静止摩擦抵抗より遙かに小さい動摩擦抵抗が作用し、プランジャが殆ど実質的に抵抗のない状態で移動する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１及び図２は本発明の一実施形態を示し、図１はデファレンシャル装置の断面図、図２（ａ）は電磁式アクチュエータの構成図、図２（ｂ）は共回り手段の平面図である。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が用いられていた車両での左右の方向である。
【００２６】
図１に示すように、デファレンシャル装置３は、電磁式アクチュエータ１、回転体であるデフケース５，ベルルギア式の差動機構７、ドッグクラッチ９、リターンスプリング１１、ポジションスイッチ１３、コントローラなどから構成されている。
【００２７】
回転体であるデフケース５は、ケーシング本体１５と左右のカバー１７，１９から構成されており、ケーシング本体１５と左のカバー１７はボルト２１で固定され、ケーシング本体１５と右のカバー１９は溶接されている。
【００２８】
デフケース５は、デフキャリア２３の内部に配置されており、カバー１７，１９に形成された各ボス部２５，２７はテーパーローラーベアリング２９を介してそれぞれデフキャリア２３に支持されている。デフキャリア２３の内部にはオイル溜まりが形成されている。
【００２９】
デフケース５には、リングギアがボルトで固定されており、このリングギアは動力伝達系のギアに噛み合っている。この動力伝達系はトランスミッション側に連結されており、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。
【００３０】
差動機構７は、複数本のピニオンシャフト３１，各ピニオンシャフト３１に回転自在に支持されたピニオンギア３３，出力側のサイドギア３５，３７から構成されている。
【００３１】
各ピニオンシャフト３１は、デフケース５のケーシング本体１５に設けられた貫通孔３９に端部を係合し、スプリングピン４１によって抜け止めされている。また、サイドギア３５，３７は、左右からそれぞれ各ピニオンギア３３と噛み合っている。
【００３２】
デフケース５とピニオンギア３３との間には球面ワッシャ４３が配置されており、ピニオンギア３３の遠心力と、サイドギア３５，３７との噛み合いによってピニオンギア３３に生じる噛み合い反力を受けている。
【００３３】
各サイドギア３５，３７のボス部４５，４７は、カバー１７，１９に形成された支承部４９，５１によって支承されており、各ボス部４５，４７はスプライン連結された車軸を介して左右の車輪に連結されている。
【００３４】
左サイドギア３５とデフケース５との間にはスラストワッシャ５３が配置され、サイドギア３５の噛み合い反力を受けており、右サイドギア３７とデフケース５との間にはスラストワッシャ５５，５６が配置され、サイドギア３７の噛み合い反力を受けている。
【００３５】
ドッグクラッチ９は、右サイドギア３７に形成された噛み合い歯５７と、被操作部材であるクラッチリング（クラッチ部材）５９に形成された噛み合い歯６１によって構成されている。
【００３６】
このクラッチリング５９には、脚部６３が周方向に等間隔に形成されている。クラッチリング５９は、各脚部６３をカバー１９に形成された周方向に等間隔の開口６５にそれぞれ貫通させてデフケース５に回り止めされ、且つ、軸方向に移動自在に配置されており、クラッチリング５９はデフケース５と共に回転される。又、クラッチリング５９の右端にはリング状のプレッシャプレート８９が固定されている。
【００３７】
クラッチリング５９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のように、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。
【００３８】
リターンスプリング１１は、右サイドギア３７とクラッチリング５９との間に配置され、クラッチリング５９をドッグクラッチ９の噛み合い解除側（右方）に付勢している。
【００３９】
電磁式アクチュエータ１は、図２（ａ）に詳しく示すように、電磁コイル６７、これを左右から挟み込んで一体に形成された一対のコイルハウジング６９，７１、ガイド部材７５、プランジャ７３などから構成されている。
【００４０】
コイルハウジング７１は連結部材を介してデフキャリア２３に固定されており、電磁コイル６７のリード線はデフキャリア２３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。
【００４１】
また、コイルハウジング６９，７１は、強磁性材料にて形成され、左右のスラストワッシャ７９，８１によりデフケース５の右ボス部２７と、デーパーローラーベアリング２９のインナーレース８３との間で軸方向に位置決めされている。
【００４２】
ガイド部材７５は、非磁性材料からほぼ円筒形状に形成され、デフケース５の回転軸中心を中心としてカバー１９のボス部２７の外周側に配置されている。ガイド部材７５は、コイルハウジング７１に溶接などで固定されており、デフケース５が回転しても回転しない。
【００４３】
プランジャ７３は、円筒形状を有し、デフケース５の回転軸中心を中心としてカバー１９のボス部２７の外周側に配置され、ガイド部材７５の外側の円周面をガイド面として軸方向に移動自在に配置されている。プランジャ７３は、強磁性材料にて形成されており、コイルハウジング６９，７１と共に電磁コイル６７の磁路を構成する。プランジャ７３は、アマーチャになっており、電磁コイル６７の励磁により左方向の推力が作用する。
【００４４】
又、プランジャ７３の左端は、図２（ａ）、（ｂ）に詳しく示すように、軸方向の移動を許容し、且つ、共に回転させる共回り手段７７を介してクラッチリング５９のプレッシャプレート８９に連結されている。共回り手段７７は、プランジャ７３の端面に形成された係止溝７７ａと、プレッシャプレート８９に形成され、係止溝７７ａに挿入された係止突起７７ｂとから構成されている。係止溝７７ａと係止突起７７ｂとの係止状態は、プランジャ７３が右方向に最大変移された位置においても保持されるように設定されている。
【００４５】
ポジションスイッチ１３は、デフキャリア２３に装着され、プレッシャプレート８９の位置によりオン・オフされる。このオン・オフ信号はコントローラに送られ、コントローラは電磁式アクチュエータ１の作動状態を検出する。
【００４６】
コントローラは、電磁式アクチュエータ１の動作を制御する。
【００４７】
次に、デファレンシャル装置３の動作を説明する。エンジンからの駆動力がリングギアに伝達されると、デフケース５が回転軸中心を中心として回転し、このデフケース５の回転がピニオンシャフト３１、ピニオンギア３３、サイドギア３５，３７の順に伝達され、左右の車輪が回転される。そして、車両の旋回などによって、左右の車輪からの反力に差異が発生すると、ピニオンギア３３が公転しつつ自転して差動回転が行われる。
【００４８】
このような状態にあって、差動ロックの指令がコントローラに出力されると、コントローラが電磁コイル６７に通電する。すると、コイルハウジング６９，７１及びプランジャ７３を磁路とするループ磁界が形成され、プランジャ７３に左方向の推力が発生する。ここで、プランジャ７３は共回り手段７７を介してクラッチリング５９に連結されているため、デフケース５と共に回転している。
【００４９】
従って、プランジャ７３の移動に際して、プランジャ７３とガイド部材７５とが回転方向に相対的に滑っているので軸方向のまさつが抑制され、このため、プランジャ７３軸方向移動（摺動した場合にも）が殆ど実質的に抵抗のない状態で移動することができる。以上より、プランジャ７３が小さな推力で円滑に移動され、電磁コイル６７の小型化及び消費電流の低下及びレスポンスの向上を図ることができる。
【００５０】
また、本実施形態では、プランジャ７３が径方向への移動によりガイド部材７５に対して方当たりした場合に生じる摩擦抵抗を、予めプランジャ７３を共回り手段７７を介してデフケース５と共に回転させることにより実質的に消失させることができる。この結果、プランジャ７３の作動を妨げることがないのでレスポンスが向上すると共に、プランジャ７３を作動させるための磁力も低減することができるので、電磁コイル６７の消費電流も小さくすることができる。
【００５１】
図３（ａ）、（ｂ）は電磁式アクチュエータ１の変形例を示し、図３（ａ）は電気アクチュエータの構成図、図３（ｂ）は共回り手段の平面図である。
【００５２】
この変形例の電磁式アクチュエータ１では、上記実施形態のものと比較して、共回り手段７７の構成のみが相違する。図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、共回り手段７７は、プランジャ７３の端面に形成された噛み合い歯７７ｃと、プレッシャプレート８９に形成され、噛み合い歯７７ｃに噛み合う噛み合い歯７７ｄとから構成されている。双方の噛み合い歯７７ｃ、７７ｄの噛み合い状態は、プランジャ７３が右方向に最大変移された位置においても保持されるように設定されている。
【００５３】
他の構成は前記実施形態と同一であるため、同一箇所に同一符号を付して重複説明を省略する。
【００５４】
この変形例の電磁式アクチュエータ１によっても、上記実施形態と同様の作用・効果が得られる。
【００５５】
尚、前記実施形態の電磁式アクチュエータ１は、デフケース５とサイドギア３７とをクラッチリング５９によって固定し、デフケース５とサイドギア３７とを一体回転させることによって差動回転をロックするために使用したが、本発明の電磁式アクチュエータはこれに限定されるものではなく、電磁式アクチュエータによって操作される被操作部材が回転体と共に回転する場合に適用可能である。例えば、図４に示す従来例のように、デフケースをアウタデフケースとインナデフケースとに分割し、この分割されたアウタデフケースとインナデフケースとを一体回転させたり、別個独立に回転させたりして四輪駆動と二輪駆動とを切り換えするために使用しても良い。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、プランジャを、共に回転させる共回り手段を介して被操作部材に連結したので、回転体と共にプランジャが回転することからプランジャとガイド部材とが回転方向に相対的に滑っているので、軸方向のまさつが抑制され、このため、プランジャ軸方向移動（摺動した場合にも）が殆ど実質的に抵抗のない状態で移動する。従って、プランジャを小さな推力で円滑に移動でき、電磁コイルの小型化及び消費電流の低下及びレスポンスの向上となる。
【００５７】
請求項２の発明によれば、プランジャを、共に回転させる共回り手段を介してクラッチ部材に連結したので、デフケースと共にプランジャが回転することからプランジャとガイド部材との間には静止摩擦抵抗より遙かに小さい動摩擦抵抗が作用し、電磁コイルの励磁によってプランジャが殆ど実質的な抵抗のない状態で移動する。従って、プランジャを小さな推力で円滑に移動でき、電磁コイルの小型化及び消費電流の低下及びレスポンスの向上となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示し、デファレンシャル装置の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示し、（ａ）は電磁式アクチュエータの構成図、図２（ｂ）は共回り手段の平面図である。
【図３】上記実施形態の電磁式アクチュエータの変形例を示し、（ａ）は電磁式アクチュエータの構成図、図２（ｂ）は共回り手段の平面図である。
【図４】従来例を示し、デファレンシャル装置の断面図である。
【図５】多能従来例を示し、デファレンシャル装置の断面図である。
【符号の説明】
１ 電磁式アクチュエータ
３ デファレンシャル装置
５ デフケース（回転体）
７ 差動機構
３５，３７ サイドギア
５９ クラッチリング（被操作部材，クラッチ部材）
６７ 電磁コイル
７３ プランジャ
７５ ガイド部材
７７ 共回り手段

Claims (2)

1. 回転体の回転軸中心を中心として前記回転体の外周側に配置された円筒状のガイド部材と、
   前記回転体の回転軸中心を中心として前記回転体の外周側に配置され、前記ガイド部材の円周面をガイド面として軸方向に移動自在に配置された円筒状のプランジャと、
   前記プランジャに軸方向の推力を励磁により作用させる電磁コイルとを有し、
   前記電磁コイルの励磁により前記プランジャを軸方向に変移させ、前記回転体と共に回転する被操作部材を押圧して軸方向に移動させる電磁式アクチュエータであって、
   前記プランジャを、共に回転させる共回り手段を介して前記被操作部材に連結したことを特徴とする電磁式アクチュエータ。
2. エンジンの駆動力を受けて回転するデフケースと、
   前記デフケースの回転を一対のサイドギアから車輪側に配分する差動機構と、
   前記デフケースと共に回転し、前記デフケースと一対の前記サイドギアとの相対的な回転を許容する差動位置と、前記デフケースと一対の前記サイドギアとを一体として回転させる差動ロック位置との間で軸方向に移動自在であるクラッチ部材とを備えると共に、
   前記デフケースの回転軸中心を中心として前記デフケースの外周側に配置された円筒状のガイド部材と、
   前記デフケースの回転軸中心を中心として前記デフケースの外周側に配置され、前記ガイド部材の円周面をガイド面として軸方向に移動自在に配置された円筒状のプランジャと、
   前記プランジャに軸方向の推力を励磁により作用させる電磁コイルとを有し、
   前記電磁コイルの励磁による前記プランジャの軸方向の変移により前記デフケースと共に回転する前記クラッチ部材を押圧して軸方向に移動させる電磁式アクチュエータを備え、
   前記プランジャを、共に回転させる共回り手段を介して前記クラッチ部材に連結したことを特徴とするデファレンシャル装置。

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