JP2008047567A - ソレノイド・アクチュエータ及びデファレンシャル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動作の信頼性を向上することを可能とする。
【解決手段】コイル５５が巻き付けられ吸引部６８を有した固定鉄心である一側壁６５と、一側壁６５の吸引部６８に対し同軸状に配置され吸引部６８により軸方向に吸引移動可能な可動鉄心であるプランジャ４９とを備えたソレノイド・アクチュエータ１において、吸引部６８の径方向外周側に、吸引部６８の径方向の肉厚を減少させるための窪み部８９を形成したため、磁力が径方向に流れることを抑制することができること特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車等のデファレンシャル装置等に用いるソレノイド・アクチュエータ及びこのソレノイド・アクチュエータを用いたデファレンシャル装置に関する。

従来のソレノイド・アクチュエータとしては、例えば特許文献１に記載されたようなものがある。

このソレノイド・アクチュエータは、自動車のデファレンシャル装置に適用されたものである。このデファレンシャルの差動は、ソレノイド・アクチュエータによりロック及びアン・ロックできるように構成されている。

ソレノイド・アクチュエータは、コイルが巻き付けられた固定鉄心と固定鉄心の吸引部により軸方向に吸引可能な可動鉄心とを備えている。可動鉄心の吸引移動によりロック・アップ部材を連動させ、デファレンシャル装置をロック・アップすることができる。

可動鉄心のロック・アップのための吸引移動は、コイルへの通電制御により固定鉄心及び可動鉄心間に磁束ループを形成することにより行うことができる。可動鉄心のアン・ロックのためのリターン移動は、コイル・スプリングの弾発力により行われる。

かかるデファレンシャル装置で、アン・ロックを迅速且つ確実に行わせるためには、コイル・スプリングの弾発力を強く設定する。

しかし、単にコイル・スプリングの弾発力を強く設定すると可動鉄心の吸引移動に影響し、ロック・アップが困難となる恐れがある。

すなわち、従来の構造では、可動鉄心の吸引移動のストロークと固定鉄心の吸引力の変化との関係が、必ずしもコイル・スプリングの弾発力のストローク変化に対応したものとはならず、可動鉄心の吸引移動のストロークの途中で吸引力が落ち込むことで作動不良を招く恐れがあり、信頼性に欠けるという問題があった。
特開２００５−２４０８６１号公報参照

解決しようとする問題点は、可動鉄心の吸引移動のストロークの途中で吸引力が落ち込むことで作動不良を招く恐れがあり、信頼性に欠ける点である。

本発明は、動作の信頼性を向上するため、コイルが巻き付けられ吸引部を有した固定鉄心と、該固定鉄心の吸引部に対し同軸状に配置され該吸引部により軸方向に吸引移動可能な可動鉄心とを備えたソレノイド・アクチュエータにおいて、前記吸引部の径方向外周側に、該吸引部の径方向の肉厚を減少させるための窪み部を形成したことを最も主要な特徴とする。

本発明は、コイルが巻き付けられ吸引部を有した固定鉄心と、該固定鉄心の吸引部に対し同軸状に配置され該吸引部により軸方向に吸引移動可能な可動鉄心とを備えたソレノイド・アクチュエータにおいて、前記吸引部の径方向外周側に、該吸引部の径方向の肉厚を減少させるための窪み部を形成したため、磁力が径方向に流れることを抑制することができる。従って、可動鉄心の吸引移動のストロークの途中で吸引力が落ち込むことを抑制し、確実な動作により信頼性向上を図ることができる。

動作の信頼性を向上するという目的を、吸引部の窪み部により実現した。

［４輪駆動車］
図１は、本発明に係るソレノイド・アクチュエータを適用したデファレンシャル装置の配置を示す４輪駆動車のスケルトン平面図である。

図１は、常時４輪駆動車を例に示し、本発明の実施例１に係るソレノイド・アクチュエータ１は、デファレンシャル装置としてのフロント・デフ３に適用されている。ソレノイド・アクチュエータ１の動作により、フロント・デフ３はロック・アップできるようになっている。

フロント・デフ３は、デフ・キャリヤ４に軸受けを介して回転自在に支持されている。フロント・デフ３には、左右のアクスル・シャフト５，７を介して左右の前輪９，１１が連動連結されている。フロント・デフ３のリング・ギヤ１３にはベベル・ギヤ１５が噛み合っている。ベベル・ギヤ１５には、エンジン１７からトランスミッション１９、トランスファ２１、プロペラ・シャフト２３を介してトルクが入力されるようになっている。

前記トランスファ２１からは、他方においてプロペラ・シャフト２５を介しリヤ・デフ２７にトルクが伝達されるようになっている。リヤ・デフ２７には、左右のアクスル・シャフト２９，３１を介して左右の後輪３３，３５が連動連結されている。

そして、エンジン１７のトルクは、トランスミッション１９からトランスファ２１へ伝達される。トランスファ２１からは、一方ではプロペラ・シャフト２３、ベベル・ギヤ１５を介してフロント・デフ３のリング・ギヤ１３に伝達される。フロント・デフ３からは、左右のアクスル・シャフト５，７を介して、左右の前輪９，１１にトルク伝達が行われる。

前記トランスファ２１から、他方ではプロペラ・シャフト２５を介して前記リヤ・デフ２７にトルク伝達が行われる。リヤ・デフ２７からは、左右のアクスル・シャフト２９，３１を介して左右の後輪３３，３５にトルク伝達が行われる。

従って、左右の前輪９，１１、左右の後輪３３，３５によって四輪駆動状態で走行することができる。前記ソレノイド・アクチュエータ１の動作でフロント・デフ３がロックされているときには、フロント・デフ３の差動がロックされ、悪路での走行性を向上させることができる。

［デファレンシャル装置］
フロント・デフ３は、例えば図２のようになっている。図２は、フロント・デフ３のアン・ロック状態及びロック状態の断面図である。図２の上半分がアン・ロック状態、同下半分がロック・アップ状態を示している。この図２は、図１とは左右逆となっており、図２の右が図１の左であり、同左が同右である。

図２のように、フロント・デフ３には、デフ・ケース３７内にデファレンシャル機構の左右のサイド・ギヤ３９，４１が回転自在に設けられている。サイド・ギヤ３９，４１には、ピニオン・ギヤ４３が噛み合っている。ピニオン・ギヤ４３は、デフ・ケース３７にピニオン・シャフト４５によって回転自在に支持されている。ピニオン・シャフト４５は、デフ・ケース３７のピン４６によって抜け止めが行われている。左右のサイド・ギヤ３９，４１には、左右前輪９，１１のアクスル・シャフト５，７が連動連結されている。

［ソレノイド・アクチュエータ］
図３は、図２のＡ部の拡大断面図である。

図２，図３のように、ソレノイド・アクチュエータ１は、ソレノイド４７とプランジャ４９とを備え、ロック・アップ部材５１を軸方向に駆動する。

ソレノイド４７は、ハーネスを介してコントローラ側に接続されている。ソレノイド４７は、電流制御に応じた電磁力を発生するもので、ヨーク５３とコイル５５とからなっている。

ヨーク５３は、磁性体により周回形状に形成された固定鉄心であり、フロント・デフ３の回転軸芯と同心状に配置されている。ヨーク５３は、デフ・ケース３７に対して相対回転自在であり、デファレンシャル機構のデフ・ケース３７側に相対回転可能に径方向及び軸方向に位置決め支持されると共に固定側であるデフ・キャリヤ４に対して回り止めがなされている。

ヨーク５３は、外周がデフ・ケース３７のヨーク嵌合凹部５７に相対回転自在に嵌合して径方向の位置決めがなされている。ヨーク５３の外周面に、周溝５９が設けられ、デフ・ケース３７側の位置決めプレート６１が係合して軸方向の位置決めがなされている。位置決めプレート６１は、ボルト６３によりデフ・ケース３７の端面に固定されている。

ヨーク５３に対応してデフ・ケース３７の一側壁６５に吸引部６８が形成されている。ヨーク５３は、デフ・ケース３７に対して軸方向及び径方向に相対移動を抑止されて配置されている。デフ・ケース３７の一側壁６５は、磁性体により形成され、前記ヨーク５３と共に固定鉄心を形成している。

プランジャ４９は、周回形状に形成され、固定鉄心の内周側に配置されデフ・ケース３７側に軸方向移動可能に支持された可動鉄心である。プランジャ４９は、
固定鉄心である一側壁６５の吸引部６８に対し同軸状に配置され該吸引部６８により軸方向に吸引移動可能となっている。プランジャ４９は、磁性体の磁力作用部６９と非磁性体の連係作用部７１とから成っている。連係作用部７１は、磁力作用部６９に溶接、或いは圧入等によって一体、又は一体的に形成されている。連係作用部７１は、デフ・ケース３７のボス部７２外周に嵌合支持され、軸方向に吸引移動可能となっている。磁力作用部６９の端部外周には、緩斜面のテーパ部７３が形成されている。

ロック・アップ部材５１は、リング状に形成され、デファレンシャル装置３の一側においてデフ・ケース３７内に配置されている。ロック・アップ部材５１には、一側面に連係凸部７５が形成され、他側面に噛合クラッチ歯７７が設けられている。

連係凸部７５は、デフ・ケース３７の一側壁６５に周方向複数箇所に形成された連係孔７９からプランジャ４９側へ突出し、連係作用部７１に突き当たっている。噛合クラッチ歯７７は、デファレンシャル装置３の噛合クラッチ歯８３に噛み合い可能に対向している。噛合クラッチ歯８３は、サイド・ギヤ４１の背面に設けられている。

サイド・ギヤ４１とロック・アップ部材５１との間には、ロック・アップ部材５１のリターン・スプリング８５が設けられている。デフ・ケース３７とサイド・ギヤ４１との間には、スラスト・ワッシャ８７が介設されている。

符号８１は、空間であり、ソレノイド４７に電流を付与したときにヨーク５３，プランジャ４９及び一側壁６５に形成される磁束ループ８０が正規外の磁束漏れを生じないように形成されている。

［吸引部］
図４は、吸引部の拡大断面図、図５（ａ）は、実施例１に係る固定鉄心としての一側壁の一部切欠斜視図、図５（ｂ）は、比較例の一側壁の一部切欠斜視図である。

図３〜図５のように、吸引部６８は、一側壁６５に周回状に設けられている。吸引部６８は、ヨーク５３側へ突出形成されている。吸引部６８の径方向外周側には、窪み部８９が形成されている。窪み部８９は、図５（ｂ）の比較例に対して吸引部６８の径方向の肉厚を減少させるものである。図５（ｂ）の比較例は、窪み部の無い従来の一側壁６５Ａであり、吸引部６８Ａには、窪み部は形成されず、径方向外周側は大きなアール形状８９Ａとなっている。

本実施例では、窪み部８９により、磁力が径方向に流れることを抑制することができる。窪み部８９は、例えば径方向及び軸方向の直交２面９１，９３で形成されている。

吸引部６８の先端には、面９３に連続する傾斜面９５が形成されている。吸引部６８の内周面９７は、軸方向に同一径となっている。内周面９７内に、磁力作用部６９のテーパ部７３が嵌入可能となっている。

［ロック、アン・ロック］
ソレノイド４７が電流制御されないときには、リターン・スプリング８５の付勢力によってロック・アップ部材５１が付勢され、噛合クラッチ歯７７，８３は噛み合わず、デファレンシャル装置３は図２の上半分のようにアン・ロック状態となっている。

従って、デフ・ケース３７からピニオン・シャフト４５、ピニオン・ギヤ４３を介して、左右のサイド・ギヤ３９，４１側へトルク伝達を行うことができ、また左右のサイド・ギヤ３９，４１間の差動回転も許容されることになる。

こうして、デファレンシャル装置３は、前輪９，１１間の差動を許容した状態でトルク伝達を行うことができる。

ソレノイド４７が通電によって電流制御されると、ヨーク５３、一側壁６５及びプランジャ４９の磁力作用部６９に渡って磁束が形成され、プランジャ４９が軸方向に吸引移動される。

このプランジャ４９の移動によって、連係作用部７１がロック・アップ部材５１を押圧移動させる。この押圧移動によりロック・アップ部材５１がリターン・スプリング８５の付勢力に抗して移動する。ロック・アップ部材５１の移動によって、噛合クラッチ歯７７が噛合クラッチ歯８３に噛み合い、サイド・ギヤ４１がロック・アップ部材５１を介してデフ・ケース３７側に係合ロックされる。この係合ロックによって、デファレンシャル装置３のピニオン・ギヤ４３が自転不能となり、デファレンシャル装置３が図２の下半分のようにロック・アップされる。

こうして、デファレンシャル装置３は、前輪９，１１間の差動をロックした状態でトルク伝達を行うことができる。

［実施例１の効果］
本発明の実施例１では、コイル５５が巻き付けられ吸引部６８を有した固定鉄心である一側壁６５と、該一側壁６５の吸引部６８に対し同軸状に配置され該吸引部６８により軸方向に吸引移動可能な可動鉄心であるプランジャ４９とを備えたソレノイド・アクチュエータ１において、前記吸引部６８の径方向外周側に、該吸引部６８の径方向の肉厚を減少させるための窪み部８９を形成したため、磁力が径方向に流れることを抑制することができる。従って、プランジャ４９の吸引移動のストロークの途中で吸引力が落ち込むことを抑制し、確実な動作により信頼性向上を図ることができる。

図６，図７は、プランジャ４９の変位と吸引力との関係を示したグラフである。図６，図７において、線分９９は、本発明実施例１に係る特性、線分１０１は、図５（ｂ）の比較例を用いた特性、線分１０３は、併せて示すリターン・スプリング８５の弾発力特性である。

プランジャ４９が変位してリターン・スプリング８５が撓むと、図６，図７のように、その弾発力が増大する。この弾発力の増大に応じて吸引部６８，６８Ａによる吸引力も増大している。

ここで、図５（ａ）の実施例１の一側壁６５の場合と図５（ｂ）の比較例の場合との相違は、後者に吸引力の落ち込み１０５が現れている点である。

吸引力の落ち込み１０５が存在すると、リターン・スプリング８５の設定を変更して図６から図７のように弾発力を増大した場合、落ち込み１０５が弾発力を下回ることがある。このため、弾発力の増大によりロック・アップ部材５１のリターンによりアン・ロックを迅速且つ確実に行わせることはできるが、落ち込み１０５によりロック・アップ部材５１のロック・アップ動作に作動不良を招く恐れがあり、信頼性に欠けることになる。

これに対し、吸引力の落ち込み１０５が存在しない実施例１の構造によれば、リターン・スプリング８５の設定を変更して弾発力を極力増大しながら、ロック・アップ部材５１のロック・アップ動作も確実に行わせることができる。

図８は、ソレノイド・アクチュエータの起磁力と吸引力との関係のグラフである。図８において、線分１０７が実施例１に係る特性を示し、線分１０９が比較例の特性を示している。

図８のように、起磁力が低い領域であっても、プランジャ４９に生じる推力を大きく確保することができ、かかる点からもロック・アップ動作の信頼性を維持することができる。

図９、図１０は、本発明の実施例２に係り、図９は、フロント・デフの断面図、図１０は、図９のＢ部の拡大断面図である。図９の上半分はアン・ロック状態、同下半分はロック・アップ状態である。

なお、基本的な構成は、実施例１と同様であり、同一又は対応する構成部分には、同符号又は同符号にＢを付して説明する。

本実施例のデファレンシャル装置３Ｂは、ソレノイド・アクチュエータ１Ｂの構造を若干変更した。

実施例１では、一側壁６５がヨーク５３と相対回転するように配置されていたが、図９，図１０のように、本実施例では一側壁６５Ｂがデフ・ケース３７Ｂと別に形成され、ソレノイド４７Ｂのヨーク５３Ｂに熔接などにより一体的に結合されて固定鉄心を構成している。一側壁６５Ｂの吸引部６８は、実施例１同様に窪み部８９を備えている。

ヨーク５３Ｂは、スライド・リング１１１に熔接などにより一体的に結合されている。スライド・リング１１１は、ステンレス、アルミ、銅等の非磁性体により断面Ｌ字形に形成され、デフ・ケース３７Ｂのボス部１１３に相対回転自在に嵌合している。スライド・リング１１１は、ボス部１１３に組み付けられたワッシャ１１５により位置決められている。

ロック・アップ部材５１Ｂの連係凸部７５Ｂには、デフ・ケース３７Ｂ外において係合プレート１１７が取り付けられている。係合プレート１１７の内周側には、連係作用部７１Ｂが軸方向で対向している。

従って、コイル５５への電流制御により、ヨーク５３Ｂ、一側壁６５Ｂ、及びプランジャ４９Ｂによって磁束ループ８０が形成され、可動鉄心としてのプランジャ４９Ｂをリターン・スプリング８５の弾発力に抗して軸方向に吸引移動させ、実施例１同様のロック・アップ動作を得ることができる。

また、吸引部６８の窪み部８９により、実施例１と同様に確実な動作により信頼性向上を図ることができる。
［その他］
ソレノイド・アクチュエータ１，１Ｂは、フロント・デフ３，３Ｂ以外に、リヤ・デフ、センター・デフ、さらにはデファレンシャル装置以外の装置のアクチュエータ、又は電磁バルブに用いられるリニア・ソレノイドとしても適用することができる。

４輪駆動車のスケルトン平面図である（実施例１）。 フロント・デフの断面図である（実施例１）。 図２のＡ部の拡大断面図である（実施例１）。 吸引部の拡大断面図である（実施例１）。 （ａ）は、一側壁の一部切欠斜視図（実施例１）、（ｂ）は、比較例の一側壁の一部切欠斜視図である。 プランジャの変位と吸引力との関係を示したグラフである（実施例１及び比較例）。 プランジャの変位と吸引力との関係を示したグラフである（実施例１及び比較例）。 ソレノイド・アクチュエータの起磁力と吸引力との関係のグラフである（実施例１及び比較例）。 フロント・デフ３のアン・ロック状態の断面図である（実施例２）。 図９のＢ部の拡大断面図（実施例２）。

符号の説明

１，１Ｂ ソレノイド・アクチュエータ
３，３Ｂ フロント・デフ（デファレンシャル装置）
４７，４７Ｂ ソレノイド
４９，４９Ｂ プランジャ（可動鉄心）
５１，５１Ｂ ロック部材
５３，５３Ｂ ヨーク（固定鉄心）
５５ コイル
６５，６５Ｂ 一側壁（固定鉄心）
６８ 吸引部
８９ 窪み部
９１，９３ 直交２面

Claims (4)

1. コイルが巻き付けられ吸引部を有した固定鉄心と、該固定鉄心の吸引部に対し同軸状に配置され該吸引部により軸方向に吸引移動可能な可動鉄心とを備えたソレノイド・アクチュエータにおいて、
   前記吸引部の径方向外周側に、該吸引部の径方向の肉厚を減少させるための窪み部を形成した、
   ことを特徴とするソレノイド・アクチュエータ。
2. 請求項１記載のソレノイド・アクチュエータであって、
   前記窪み部は、前記径方向及び軸方向の直交２面で形成した
   ことを特徴とするソレノイド・アクチュエータ。
3. 請求項１又は２記載のソレノイド・アクチュエータであって、
   前記可動鉄心は、デファレンシャル機構の差動をロック及びアン・ロックするためのロック・アップ部材を駆動する
   ことを特徴とするデファレンシャル装置。
4. 請求項３記載のデファレンシャル装置であって、
   前記固定鉄心は、前記デファレンシャル機構のデフ・ケース側に相対回転可能に径方向及び軸方向に位置決め支持されると共に固定側に対して回り止めがなされ、
   前記可動鉄心は、前記固定鉄心の内周側に配置され前記デフ・ケース側に軸方向移動可能に支持された
   ことを特徴とするデファレンシャル装置。
   

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