JP5290720B2 - ２位置切替え装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁ソレノイドのオン、オフに伴う駆動軸の進退により２ポジション間で循環的に位置切替して機械的に保持する２位置切替え装置及びカムロック機構に関する。

従来、電磁ソレノイドにより機械的に２つの位置を切替える２位置切替え装置にあっては、電磁ソレノイドに設けたコイルに通電してプランジャを磁気的に吸引し、プランジャに固定した軸を吸引方向に移動して位置を切替えており、切替位置を保持するために吸引後もコイルに通電を続けており、切替位置に保持するための保持電力を必要とし、消費電力が増大する問題がある。

この問題を解決するため、固定配置したコイルに対し、可動側に永久磁石を配置し、コイルの通電により可動側を移動し、切替位置に近づくと永久磁石の磁束作用により吸着し、自己保持のためにコイルの流す電流を少なくしている（特許文献１）。

また、別の電磁ソレノイドを用いた切換得装置にあっては、切換え移動のための作動用コイルと、切換位置にて保持するだけの吸引力を得る保持用コイルとを設けている（特許文献２）。
特開昭５８−８９８０４号公報 特開平８−２０２６２号公報

しかしながら、このような従来の電磁ソレノイドを用いた自己保持型の２位置切替え装置にあっては、次の問題がある。

まず、永久磁石を用いた装置にあっては、永久磁石による吸着力を利用することで、コイルに流す保持電力を小さくすることができるが、永久磁石を設けたことで電磁ソレノイドが大型化してコストが高くなり、また、切換位置から初期位置に戻す際に、永久磁石による保持力を解除するため大きな解除電力を流す必要があるという問題がある。

また作動用コイルと保持用コイルを設けた装置にあっては、保持電力を小さくすることはできるが、コイルが２個必要となることで、電磁ソレノイドが大型化し、構造が複雑化してコストも高くなるという問題がある。

本発明は、特別な電磁ソレノイドを必要とすることなく、電磁ソレノイドのオン、オフによる駆動軸の進退を利用して機械的に２ポジションの切替え位置を保持して保持電力を必要としない２位置切替え装置及びカムロック機構を提供することを目的とする。

本発明は２位置切替え装置に於いて、
通電オンにより駆動軸を前進し、通電オフにより駆動軸を後退する電磁ソレノイドと、
駆動軸の前進と後退により第１切替位置と第２切替位置とを切り替えて保持するカムロック機構と、
を一体構造としてカバー部材内に組み込んだ２位置切替え装置に於いて、
カバー部材は、
電磁ソレノイドを組み込む大径部と、
カムロック機構を組み込む小径部と、
を備え、
カムロック機構は、
駆動軸と一体に形成した第１カム軸と、
小径部の内部に固定され、第１カム軸を挿通する軸穴を有した固定ケース部材と、
第１カム軸に相対して軸穴に挿入された第２カム軸と、
小径部の内部に配置され、第２カム軸を固定ケース部材側に付勢する弾性部材と、
を備え、
第１カム軸は、外周軸方向に先端を山形に形成した複数の第１スライド突条部を円周方向に均等に形成し、軸先端面に第１スライド突条部の隣接する山形頂部間に相対して頂部、谷底部、頂部、谷底部及び頂部を結ぶ４斜面からなり隣接する頂部間をピッチとする第１山形カムを形成して円周方向に連接し、
固定ケース部材は、第１スライド突条部を係合して第１カム軸を軸方向に移動させるガイド溝を軸穴の内周軸方向に形成し、第１山形カムと同一ピッチで且つ第１スライド突条部の第１山形カムから一定量位相のずれた楔カムを軸穴の第１カム軸出口側の端面に円周方向に連接し、
第２カム軸は、軸先端面に第１山形カムに相対して同一ピッチの第２山形カムを形成し、ガイド溝に係合して第２カム軸を軸方向に移動すると共に軸先端面側の移動端直前でガイド溝との係合を解除可能な複数の第２スライド突条部を外周に形成し、第２スライド突条部の先端部に第２山形カムの１斜面に連なる先端カムを楔カムに相対して形成し、
電磁ソレノイドの通電オフにより第１カム軸を後退させ、第２スライド突条部がガイド溝に係合した状態で、第２山形カムを第１山側カムに当接させて第２カム軸を第１切替位置に保持し、
電磁ソレノイドの通電オンにより第１カム軸を前進させ、第１山形カムにより第２山形カムを押圧前進させて第２スライド突条部をガイド溝から押出して係合解除し、第２山形カムの頂部を第１山形カムの斜面に沿って谷底部まで回転させ、
電磁ソレノイドの通電オフにより第１カム軸を後退させ、先端カムを楔カムの斜面に沿って楔カムの谷底部まで回転させ、第１切替位置方向の移動を制限して第２切替え位置に保持し、
電磁ソレノイドの通電オンにより第１カム軸を前進させ、第１山形カムにより第２山形カムを押圧前進させて先端カムを楔カムの頂部から押出し、第２山形カムの頂部を第１山形カムの斜面に沿って谷底部まで回転させ、
電磁ソレノイドの通電オフにより第１カム軸を後退させ、先端カムを楔カムの斜面に沿ってスライド溝に移動させ、第２スライド突条部がガイド溝に係合した状態で第２山形カムを第１山側カムに当接させて第２カム軸を第１切替え位置に保持し、
以後これを繰り返すことを特徴とする。

第２カム軸の第１山形カムのカム角θを、次式を満足する角度に設定する。
（数２）
θ＞ｔａｎ ^-1 ｛μ２・ｒ２＋μ１・ｒ１｝／ｒ１
但し、
μ１はカム面摩擦係数
μ２はリターンスプリング座面摩擦係数
ｒ１はカム面有効半径
ｒ２はバネ部材座面有効半径

本発明によれば、電磁ソレノイドの通電オン、オフによる駆動軸の前進と後退により、固定ケース部材の軸穴に対し第１カム軸を進退させると、軸穴の反対側に配置した第２カム軸がカムテーパ面同士の接触で段階的に回転しながら進退することで、軸方向に配置した第１切替位置と第２切替位置に循環的に切り替り、電磁ソレノイドの通電オフにより切り替わった後の各切替位置ではカムロック機構により機械的に保持され、このため電磁ソレノイドの保持電力は全く不要となり、全体としての駆動電力を大幅に低減できる。

また電磁ソレノイドは特別な構造を必要とせず、通常の電磁ソレノイドをそのまま使用することができ、装置の小型化とコストの低減を図ることができる。

図１は本発明による２位置切替え装置の実施形態を示した断面図であり、電磁ソレノイドとカムロック機構を分離構造としたことを特徴とする。図１において、２位置切替え装置１０は取付け側となるボディ１１に対しケーシング１２を装着し、ケーシング１２の外側にはスペーサ１３を介して、カバー１８に収納された電磁ソレノイド１４をボルト５２による締付けで装着している。

電磁ソレノイド１４はプッシュプル型であり、ケーシング１２側に摺動自在に設けている駆動軸２０を前進または後退させる。電磁ソレノイド１４の外側端部には、内蔵したプランジャの端部が突出しており、その先端にストッパ１５を装着し、電磁ソレノイド１４によるストロークを決めている。

電磁ソレノイド１４は、コイルの通電オフのとき図示の後退位置にあり、コイルに対し通電オンとすると、ストッパ１５が電磁ソレノイド１４の左側端部に当接するストローク（Ｌ１＋α）だけ前進し、これに伴い、同じストロークだけ駆動軸２０を左側に前進させる。

ケーシング１２の内部には、電磁ソレノイド１４の前進と後退により動作して軸方向の第１切替位置と第２切替位置との２位置を切替え保持するカムロック機構１６が設けられている。

カムロック機構１６は電磁ソレノイド１４の駆動軸２０に続いて設けられた第１カム軸３２を有するピン部材２２、ピン部材２２の第１カム軸３２を挿入するケース軸穴２５を備えた固定ケース部材２４、ケース軸穴２５に第２カム軸３４を挿入したプラグ部材２６、更にプラグ部材２６を電磁ソレノイド１４側に付勢するボディ１１に組み込まれた弾性部材としてのリターンスプリング２８で構成される。

このうちプラグ部材２６が軸方向に定めた第１切替位置と第２切替位置との２位置で切替保持される作動部材として機能する。例えばプラグ部材２６の動きは４輪駆動車の４輪駆動で駆動力が伝達され、２輪駆動で駆動力が切り離される車輪に対するアクスルシャフトに設けたクラッチに伝達され、４輪駆動時にクラッチを結合し、２輪駆動時にクラッチを切り離す制御に使用される。

固定ケース部材２４は、ケース軸穴２５を形成した中央の軸部に対し円盤状のフランジ部材として構成しており、外周側をボディ１１にねじ込み固定したスペーサ付ボルト５６に対し、ボルト５４によりねじ込み固定している。

カムロック機構１６は、電磁ソレノイド１４の通電オフによる後退位置となる図示の第１切替え位置での電磁ソレノイド１４のオンによる駆動軸２０の前進と、これに続く電磁ソレノイド１４のオフによる駆動軸２０の後退により、第１カム軸３２、ケース軸穴２５及び第２カム軸３４のカム噛合い回転作用により、図示の第１切替え位置から後の説明で明らかにする第２切替え位置に切り替わって、切り替わった第２切替え位置を機械的に保持する。

第２切替え位置に切り替わって保持した状態において、同様に電磁ソレノイド１４の通電オンにより駆動軸２０を前進し、続いて電磁ソレノイド１４のオフにより駆動軸２０を後退させると、この駆動軸２０の前進と後退に伴う第１カム軸３２、ケース軸穴２５及び第２カム軸３４のカム噛合い回転作用により、第２切替え位置から第１切替え位置に切り替わって、切替え後に第１切替え位置を機械的に保持する。

以後同様に電磁ソレノイド１４のオン、オフを繰り返すことで、第１切替え位置から第２切替え位置への切替え保持、第２切替え位置から第１切替え位置への切替え保持を、循環的に行うことになる。

図２は図１のカムロック機構１６を取り出して示している。ピン部材２２の左側には第１カム軸３２が一体に形成され、第１カム軸３２の外周には、３箇所に分かれて均等に第１スライド突条部３８が形成されている。第１カム軸３２の先端面には、所定ピッチで円周方向に第１山形カム４４が形成されている。

固定ケース部材２４に設けたケース軸穴２５には、第１カム軸３２の外周に形成している第１スライド突条部３８を挿入するガイド溝４０が円周方向の３箇所に形成されており、このガイド溝４０に第１カム軸３２の第１スライド突条部３８が嵌合して、ケース軸穴２５に対し第１カム軸３２を軸方向に案内移動する。

第１カム軸３２に相対して設けられたプラグ部材２６の第２カム軸３４には、第１カム軸３２の外周の第１スライド突条部３８に相対して、同じくケース軸穴２５のガイド溝４０に挿入可能な第２スライド突条部４２が円周方向の３箇所に形成されている。第２スライド突条部４２の先端は、第２カム軸３４の先端に設けた後の説明で明らかにする第２山形カムのカム面に繋がる先端カムを形成している。

図３は図２のカムロック機構における第１カム軸３２、ケース軸穴２５及び第２カム軸３４を周方向で平面に展開して示した説明図である。図３において、ピン部材２２に設けた第１カム軸３２は、円周方向の３箇所に第１スライド突条部３８を形成しており、第１スライド突条部３８の先端は山型に形成されている。

第１カム軸３２の先端面には、円周方向に一定ピッチＰで第１山形カム４４が形成されている。第１山形カム４４は、円周方向の３箇所に均等配置した第１スライド突条部３８の先端の山型の隣接する頂点の間について、頂部、谷底部、頂部、谷底部、頂部となる山型形状を連接している。この実施例では、円周方向に第１スライド突条部３８を均等に３箇所に配置しており、これに対し第１山形カム４４のカム数は、その２倍の６つとなっている。

固定ケース部材２４に設けたケース軸穴２５には、第１カム軸３２の第１スライド突条部３８に相対して円周方向の３箇所にガイド溝４０を軸方向に形成している。ケース軸穴２５の第１カム軸３２に対する出口側即ち第２カム軸３４に相対した軸端には、楔カム４６が形成されている。

楔カム４６は、軸方向に沿った面と、軸方向に対し所定の角度を持ったテーパ面を持つ楔型のカムであり、第１カム軸３２の第１山形カム４４のカム山の数に対応して６つのカム山を形成している。

またケース軸穴２５のガイド溝４０に第１カム軸３２の第１スライド突条部３８が軸方向から挿入した状態において、第１山形カム４４の頂部から一定量Ｓだけの位相ずれを持ち、一定量Ｓは例えば第１スライド突条部３８の幅Ｗの半分となるＳ＝（Ｗ／２）の位相ずれを持っている。

第２カム軸３４のケース軸穴２５に相対した端面円周方向には第２山形カム４８が形成されている。第２山形カム４８は第１カム軸３２の第１山形カム４４と同一ピッチＰを持っている。また第２カム軸３４の外周部には、第１カム軸３２の外周の第１スライド突条部３８に相対して第２スライド突条部４２が設けられている。

第２スライド突条部４２はケース軸穴２５のガイド溝４０に挿入される高さを持ち、第２スライド突条部４２の先端は、その内側に形成している第２山形カム４８のカム面に繋がるカム面を形成している。なお、以下の説明では第２スライド突条部４２の先端カム面をスライドカム面５０と呼ぶ。

図４は図３のカムロック機構における第１カム軸３２のカム形成端面を示した説明図である。第１カム軸３２の外周の３箇所には第１スライド突条部３８が円周方向の均等位置となるように形成され、第１カム軸３２の軸端円周方向には６つのカム山を持つ第１山形カム４４が形成されている。

図５は図３のカムロック機構におけるケース軸穴の構造を示した説明図である。図５（Ａ）は図３の第１カム軸３２側から見たケース軸穴２５であり、ケース軸穴２５の内周の３箇所にガイド溝４０が形成されており、このガイド溝４０に図４に示した第１カム軸３２の第１スライド突条部３８が軸方向に挿入されて摺動する。

図５（Ｂ）は図３のケース軸穴２５を第２カム軸３４側から見た説明図であり、ケース軸穴２５の内周側の３箇所にはガイド溝４０が形成され、ガイド溝４０の間となる端面部分に、円周方向に６つのカム山を連接した楔カム４６が形成されている。

図６は図３のカムロック機構における第２カム軸３４のカム形成端面を示した説明図である。第２カム軸３４は、図６のケース軸穴２５に挿入可能な軸部の端面に６つのカム山を連接した第２山形カム４８を形成している。また外周の３箇所には固定ケース部材２４のガイド溝４０に挿入される第２スライド突条部４２が形成されている。第２スライド突条部４２の先端のテーパ面は、内側に位置する第２山形カム４８のカム山のカム面と一体化され、これによって先端側にスライドカム面５０を形成している。

図７は図２のカムロック機構における第１切替え位置での噛合い状態を示した説明図である。図７において、第１切替え位置にあっては、ピン部材２２の第１カム軸３２の外周３箇所に形成した第１スライド突条部３８は固定ケース部材２４におけるケース軸穴２５のガイド溝４０に図示のように挿入されており、第１カム軸３２の先端に形成した第１山形カム４４の頂部に対し、プラグ部材２６側に形成している第２カム軸３４の外周３箇所に形成した第２スライド突条部４２の先端のスライドカム面５０が当接した位置関係となっている。

この図７の第１切替え位置の保持状態から、電磁ソレノイドの通電オンによる第１カム軸３２のストローク（Ｌ１＋α）の前進と、前進した後の電磁ソレノイドの通電オフによる同じストローク（Ｌ１＋α）の後退により、図８に示す第２切替え位置に切り替わる。

図８の第２切替え位置の状態にあっては、プラグ部材２６に一体に設けている第２カム軸３４の第２スライド突条部４２がケース軸穴２５のガイド溝４０から抜け出し、右回りに回動して、ケース軸穴２５の端面に形成した楔カム４６に噛み合っている。

この図７の第１切替え位置と図８の第２切替え位置を比較してみると、固定側となる固定ケース部材２４のケース軸穴２５に対し、図７の第１切替え位置では、プラグ部材２６は第２スライド突条部４２の先端のスライドカム面５０が第１カム軸３２の先端の第１山形カム４４の頂部に当接した位置にある。これに対し図８の第２切替え位置にあっては、プラグ部材２６の第２カム軸３４に設けた第２スライド突条部４２の先端のスライドカム面５０が、ケース軸穴２５の軸端の楔カム４６に噛み合った位置にある。この結果、図７の第１切替え位置でプラグ部材２６は右側に位置し、図８の第２切替え位置ではプラグ部材２６は左側に移動した切替え位置となっている。

図９，図１０及び図１１は、図３に展開して示した第１カム軸、ケース軸穴及び第２カム軸を用いて本実施形態の２位置切替え装置の動作を示した説明図である。

図９（Ａ）は本実施形態の２位置切替え装置により、例えば４ＷＤ走行と２ＷＤ走行を切り替える車両において、２ＷＤ走行で駆動力が切り離される例えば車輪のアクスルシャフトに設けたクラッチを４ＷＤで結合し、２ＷＤで切り離すクラッチ操作を例にとると、第１切替え位置でクラッチ接続を切り離して２ＷＤとし、第２切替え位置でクラッチを結合して４ＷＤとする場合を例に取っている。

図９（Ａ）は第１切替え位置となる２ＷＤにおけるカムロック機構の噛合い状態を示している。このとき電磁ソレノイドは通電オフにより後退位置にあり、第１カム軸３２は後退した初期位置に置かれている。第１カム軸３２の第１スライド突条部３８は、ケース軸穴２５のガイド溝４０に先端が挿入されており、第１カム軸３２の先端に形成した第１山形カム４４がケース軸穴２５の中に位置している。

一方、第２カム軸３４にあっては、リターンスプリングによる押圧を受けて第２スライド突条部４２がケース軸穴２５のガイド溝４０に挿入されており、第２スライド突条部４２の先端のスライドカム面５０が第１カム軸３２の第１山形カム４４のカム面にガイド溝４０の中で当接し、第１カム軸３２を２ＷＤとなる第１切替え位置に保持している。

ここで、以下の説明における第２カム軸３４の動きを明確にするため、図９（Ａ）で中央に位置している第２スライド突条部４２の先端側に黒丸の印を付けて、第１カム軸３２側の動きを明確に分かるようにしている。

図９（Ａ）の第１切替え位置となる２ＷＤから第２切替え位置となる４ＷＤに切り替えるためには、電磁ソレノイドを通電オンにより前進した後、通電オフにより後退させる動作を行う。

図９（Ｂ）は電磁ソレノイドのオンにより第１カム軸３２を矢印Ａに示す方向に一定ストローク（Ｌ１＋α）だけ移動した場合の説明図である。第１カム軸３２が矢印Ａ方向に移動すると、先端の第１山形カム４４に押され、第２カム軸３４がケース軸穴２５から押し出され、第２スライド突条部４２がガイド溝４０から外れると、第１山形カム４４のカム面にスライドカム面５０で接触していた第２カム軸３４の第２スライド突条部４２は、矢印Ｂに示すように第１山形カム４４のカム面に沿って、カム谷底部に噛み合うように軸周りにスライドする。

この状態で電磁ソレノイドの通電をオフすると、図９（Ｃ）に示すように、第１カム軸３２は矢印Ｃ１に示すように後退する。この第１カム軸３２の後退に伴い、第１山形カム４４の谷底部に噛み合っている第２カム軸３４のスライドカム面５０は、その外周部がケース軸穴２５の端面に形成している楔カム４６のカム面に接触する。

続いて図１０（Ｄ）に示すように、第１カム軸３２は矢印Ｃ２に示すように更に後退し、このときケース軸穴２５の楔カム４６のカム面に先端のスライドカム面５０が接触した第２スライド突条部４２を持つ第２カム軸３４は、第１カム軸３２の第１山形カム４４との接触が断たれ、楔カム４６側に接触することで、そのテーパ面に沿って楔カム４６の谷底部に矢印Ｄに示すようにスライドして噛み合う。

そして図１０（Ｅ）に示すように、第１カム軸３２が電磁ソレノイドのオフにより完全に初期位置に後退したとき、第２カム軸３４のスライドカム面５０は、ケース軸穴２５の楔カム４６の谷底部に嵌合した第２切替え位置となる４ＷＤ位置に切り替わって機械的に保持される。

図１０（Ｅ）に示す第２切替え位置としての４ＷＤから第１切替え位置としての２ＷＤに切り替える場合には、同様にして電磁ソレノイドの通電オンと通電オフによる第１カム軸３２の前進と後退を行えばよい。

図１０（Ｆ）は図１０（Ｅ）の第２切替え位置としての４ＷＤの切替え状態で電磁ソレノイドを通電オンとして、矢印Ｅに示すように第１カム軸３２を前進させた場合である。この第１カム軸３２の前進により、楔カム４６の谷底部に噛み合っていた第２カム軸３４の第２スライド突条部４２の先端のスライドカム面５０は、第１カム軸３２の先端の第１山形カム４４に押されてガイド溝４０から押し出され、ガイド溝４０から押し出されると、第１山形カム４４の谷底部にスライドして嵌合した状態となる。この第２カム軸３４の動きが矢印Ｆに示すようになる。

続いて図１１（Ｇ）に示すように、電磁ソレノイドの通電オフにより矢印Ｇに示すように第１カム軸３２を後退させると、第２カム軸３４のスライドカム面５０は、第１山形カム４４の後退に伴いケース軸穴２５の楔カム４６の一部に接触し、この状態で第２カム軸３４側を残したまま第１カム軸３２が後退し、第２カム軸３４は楔カム４６に対する先端のスライドカム面５０の接触で残されることから、テーパ面に沿って楔カム４６の谷底部にスライドし、図１１（Ｈ）に示すように、第１切替え位置としての２ＷＤに切り替わって機械的に保持される。

以下同様に、電磁ソレノイドの通電オンと通電オフを繰り返すごとに、図９（Ａ）の第１切替え位置としての２ＷＤから、図１０（Ｅ）の第２切替え位置としての４ＷＤへの切り替え、続いて電磁ソレノイドを通電オンして通電オフすることにより、図１０（Ｅ）の第２切替え位置としての４ＷＤから、図１１（Ｈ）の第１切替え位置としての２ＷＤへの切替えが循環的に繰り返されることになる。

図１２は本実施形態のカムロック機構による第１切替え位置と第２切替え位置の切替えに必要な電磁ソレノイド１４による第１カム軸３２のストロークを示した説明図である。図１２にあっては、カムロック機構における第１カム軸３２側の第１山形カム４４の１つと、これに相対した第２カム軸３４側の第２スライド突条部４２の１つと、これに隣接するケース軸穴２５の楔カム４６の一部を示している。

図１２は第１カム軸３２の第１山形カム４４に第２カム軸３４の第２スライド突条部４２のスライドカム面５０が当接する第１切替え位置の噛合い状態を示している。この第１切替え位置の噛合い状態から第２スライド突条部４２の先端のスライドカム面５０がケース軸穴２５の楔カム４６に噛合う第２切替え位置に切り替えるためのストロークは、第２カム軸３４のスライドカム面５０の頂部Ｐが楔カム４６の頂部Ｑまでの距離Ｌ１に微小距離αを加えた距離だけ移動する必要があり、したがって第１カム軸３２を移動するための電磁ソレノイドによるストロークは（Ｌ１＋α）に設定すればよい。

また、図示の第１切替え位置となるＰ点から第２切替え位置となるＲ点に第２カム軸３４のスライドカム面５０が移動したときの軸方向の移動量Ｌ２が、第１切替え位置を与えるＰ点と第２切替え位置を与えるＱ点の切替え位置移動距離を設定している。

したがって第１切替え位置と第２切替え位置の移動量は、適宜の切替え移動距離Ｌ２となるように、ケース軸穴２５のガイド溝４０内における第１山形カム４４とスライドカム面５０の接触位置を設定すればよい。また切替え移動距離Ｌ２は、電磁ソレノイド１４によりストローク可能な距離の範囲内に収まることはもちろんである。

図１３は本実施形態のカムロック機構１６におけるリターンスプリング２８の力と各部の抵抗の関係から、第１カム軸３２の第１山形カム４４と、第２カム軸３４のスライドカム面５０との接触で、カムをスライド回転させるために必要な条件を説明するための説明図である。

図１３はカムロック機構１６における第１切替え位置での第１カム軸３２と第２カム軸３４のカム噛合い状態を示しており、噛合い部分を図１４に拡大して示している。即ち図１４に示すように、第１カム軸３２の第１山形カム４４のカム面に、第２カム軸３４側の第２スライド突条部４２の先端に形成したスライドカム面５０が接触した状態にあり、この状態からスライドカム面５０が第１山形カム４４の谷底部にスライドするに必要な条件としてのカム角θを求める。

ここで、第１カム軸３２に対し第２カム軸３４がカム接触により回転するための条件となるカム角θを求めるため、次表（１）に示すパラメータを定義する。

ここで、図１４のベクトルは次式で表すことができる。

Ｆ＝Ｐ／ｃｏｓθ （１）
ｆ＝Ｆ・μ１ （２）
Ｓ＝Ｐ・ｔａｎθ・ｒ１ （３）
ｓ＝Ｆ・μ１・ｃｏｓθ・ｒ１ （４）
Ｇ＝Ｐ・μ２・ｒ２ （５）

第１山形カム４４に当接したスライドカム面５０がスライドして谷底部に嵌合するためには次の関係が成立すればよい。
Ｓ−ｓ＞Ｇ （６）
そこで（６）式に前記（３）（４）（５）式を代入すると、
｛（Ｐ・ｔａｎθ・ｒ１）−（Ｆ・μ１・ｃｏｓθ・ｒ１）｝＞（Ｐ・μ２・ｒ２）
となる。続いて（１）式を代入すると
［（Ｐ・ｔａｎθ・ｒ１）−｛（Ｐ／ｃｏｓθ）・μ１・ｃｏｓθ・ｒ１｝＞（Ｐ・μ２・ｒ２）
となり、整理すると
｛（ｔａｎθ・ｒ１）−（μ１・ｒ１）｝＞（μ２・ｒ２）
が得られる。

続いて
（ｔａｎθ）＞｛（μ２・ｒ２）＋（μ１・ｒ１）｝／ｒ１
とすると、次式のカム角θの設定条件が得られる。
θ＞ｔａｎ^−１［｛（μ２・ｒ２）＋（μ１・ｒ１）｝／ｒ１］ （７）
この（７）式を満足するカム角θの設定は、ケース軸穴２６の左側に形成した楔カム４６に対するスライドカム面５０の当接についても同様である。

図１５は本発明による２位置切替え装置の他の実施形態を示した断面図であり、電磁ソレノイドとカムロック機構を一体構造としたことを特徴とする。図１５において、電磁ソレノイド１４はカバー１８の内部にコイル１４ａを配置し、コイル１４ａの中心の通し穴に駆動軸２０を摺動自在に配置している。

カムロック機構は電磁ソレノイド１４のカバー１８内に一体に組み込まれている。即ち、第１カム軸３２を備えたピン部材を電磁ソレノイド１４の駆動軸２０と一体に形成し、ケース軸穴２５を有する固定ケース部材２４０を電磁ソレノイド１４のカバー部材２０の内部に固定し、電磁ソレノイド１４の駆動軸２０に戻し力を与える弾性部材としてのリターンスプリング２８を、プラグ部材２６を介してピン部材を一体化した駆動軸２０を付勢するようにカバー１８の内部に配置している。

第１カム軸２５、ケース軸穴２５及びプラグ部材２６で構成されるカムロック機構の詳細は、図３〜図１４に示した図１の実施形態の場合と同じになる。

このように電磁ソレノイドとカムロック機構を一体化することで、２位置切替え装置を小型化でき、ユニットに対する組付けが容易で組付けスペースも低減できる。

なお上記の実施形態は４ＷＤと２ＷＤを切り替える車両のアクセルシャフトに設けたクラッチの断接に使用する２位置切替え装置を例に取るものであったが、本発明はこれに限定されず、２つの位置の切替えに使用するものであれば、適宜の装置につき本発明による２位置切替え装置をそのまま適用することができる。

また本発明はカムロック機構そのものを提供するものであり、上記の実施形態にあっては電磁ソレノイドのオンオフによりカムロック機構を切替え動作しているが、電磁ソレノイド以外に適宜のアクチュエータ例えば油圧アクチュエータなどによるカムロック機構の切替え動作としてもよいことはもちろんである。

また上記の実施形態にあっては、電磁ソレノイド１４とカムロック機構１６を分離配置して組み合わせて２位置切替え装置を実現する場合を例に取っているが、電磁ソレノイド１４とカムロック機構１６を一体構造とした１つのユニットとしてもよいことはもちろんである。

また本発明はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。

本発明による２位置切替え装置の実施形態を示した断面図 図１のカムロック機構を取り出して示した断面図 図２のカムロック機構における第１カム軸、ケース軸穴および第２カム軸を周方向で平面に展開して示した説明図 図３のカムロック機構における第１カム軸のカム形成端面を示した説明図 図３のカムロック機構におけるケース軸穴の構造を示した説明図 図３のカムロック機構における第２カム軸のカム形成端面を示した説明図 図２のカムロック機構における第１切替位置（２ＷＤ）での噛合い状態を示した説明図 図２のカムロック機構における第２切替位置（４ＷＤ）での噛合い状態を示した説明図 本実施形態の２位置切替え装置の動作を図８に展開した第１カム軸、ケース軸穴および第２カム軸を用いて示した説明図 図９に続く本実施形態の２位置切替え装置の動作を示した説明図 図１０に続く本実施形態の２位置切替え装置の動作を示した説明図 図２のカムロック機構の位置切替えに必要なストロークを示した説明図 本実施形態のカムロック機構まカム回転に必要なカム角を設定するパラメータを示した説明図 図１４のカムか見合い部分を拡大してカム角の設定に関連するベクトル関係を示した説明図 本発明による２位置切替え装置の他の実施形態を示した断面図

符号の説明

１０：２位置切替え装置
１１：ボディ
１２：ケーシング
１４：電磁ソレノイド
１６：カムロック機構
１８：カバー
２０：駆動軸
２２：ピン部材
２４：固定ケース部材
２５：軸穴
２６：プラグ部材
２８：スプリング
３０：作動部材
３２：第１カム軸
３４：第２カム軸
３８：第１スライド突条部
４０：ガイド溝
４２：第２スライド突条部
４４：第１山形カム
４６：楔カム
４８：第２山形カム
５０：スライドカム面
５２，５４：ボルト
５６：スペーサ付ボルト

Claims (2)

1. 通電オンにより駆動軸を前進し、通電オフにより前記駆動軸を後退する電磁ソレノイドと、
   前記駆動軸の前進と後退により第１切替位置と第２切替位置とを切り替えて保持するカムロック機構と、
   を一体構造としてカバー部材内に組み込んだ２位置切替え装置に於いて、
   前記カバー部材は、
   前記電磁ソレノイドを組み込む大径部と、
   前記カムロック機構を組み込む小径部と、
   を備え、
   前記カムロック機構は、
   前記駆動軸と一体に形成した第１カム軸と、
   前記小径部の内部に固定され、前記第１カム軸を挿通する軸穴を有した固定ケース部材と、
   前記第１カム軸に相対して前記軸穴に挿入された第２カム軸と、
   前記小径部の内部に配置され、前記第２カム軸を前記固定ケース部材側に付勢する弾性部材と、
   を備え、
   前記第１カム軸は、外周軸方向に先端を山形に形成した複数の第１スライド突条部を円周方向に均等に形成し、軸先端面に前記第１スライド突条部の隣接する山形頂部間に相対して頂部、谷底部、頂部、谷底部及び頂部を結ぶ４斜面からなり隣接する頂部間をピッチとする第１山形カムを形成して円周方向に連接し、
   前記固定ケース部材は、前記第１スライド突条部を係合して前記第１カム軸を軸方向に移動させるガイド溝を前記軸穴の内周軸方向に形成し、前記第１山形カムと同一ピッチで且つ前記第１スライド突条部の第１山形カムから一定量位相のずれた楔カムを前記軸穴の第１カム軸出口側の端面に円周方向に連接し、
   前記第２カム軸は、軸先端面に前記第１山形カムに相対して同一ピッチの第２山形カムを形成し、前記ガイド溝に係合して前記第２カム軸を軸方向に移動すると共に前記軸先端面側の移動端直前で前記ガイド溝との係合を解除可能な複数の第２スライド突条部を外周に形成し、前記第２スライド突条部の先端部に前記第２山形カムの１斜面に連なる先端カムを前記楔カムに相対して形成し、
   前記電磁ソレノイドの通電オフにより前記第１カム軸を後退させ、前記第２スライド突条部が前記ガイド溝に係合した状態で、前記第２山形カムを前記第１山側カムに当接させて前記第２カム軸を第１切替位置に保持し、
   前記電磁ソレノイドの通電オンにより前記第１カム軸を前進させ、前記第１山形カムにより前記第２山形カムを押圧前進させて前記第２スライド突条部を前記ガイド溝から押出して係合解除し、前記第２山形カムの頂部を前記第１山形カムの斜面に沿って前記谷底部まで回転させ、
   前記電磁ソレノイドの通電オフにより前記第１カム軸を後退させ、前記先端カムを前記楔カムの斜面に沿って前記楔カムの谷底部まで回転させ、前記第１切替位置方向の移動を制限して第２切替え位置に保持し、
   前記電磁ソレノイドの通電オンにより前記第１カム軸を前進させ、前記第１山形カムにより前記第２山形カムを押圧前進させて前記先端カムを前記楔カムの頂部から押出し、前記第２山形カムの頂部を前記第１山形カムの斜面に沿って前記谷底部まで回転させ、
   前記電磁ソレノイドの通電オフにより前記第１カム軸を後退させ、前記先端カムを前記楔カムの斜面に沿って前記スライド溝に移動させ、前記第２スライド突条部が前記ガイド溝に係合した状態で前記第２山形カムを前記第１山側カムに当接させて前記第２カム軸を第１切替え位置に保持し、
   以後これを繰り返すことを特徴とする２位置切替え装置。
   
2. 請求項１記載の２位置切替え装置に於いて、前記第２カム軸の第１山形カムのカム角θを、次式を満足する角度に設定したことを特徴とする２位置切替え装置。
   （数１）
   θ ＞ ｔａｎ−１｛μ２・ｒ２＋μ１・ｒ１｝／ｒ１
   但し、
   μ１はカム面摩擦係数
   μ２はリターンスプリング座面摩擦係数
   ｒ１はカム面有効半径
   ｒ２はバネ部材座面有効半径

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