JP6796659B2

JP6796659B2 - 回転機械用スイッチ

Info

Publication number: JP6796659B2
Application number: JP2018556096A
Authority: JP
Inventors: 和弘宮城; 秀之猪瀬
Original assignee: YAMATO INDUSTRIAL CO., LTD.; GKN Automotive Ltd
Current assignee: YAMATO INDUSTRIAL CO., LTD.; GKN Automotive Ltd
Priority date: 2016-12-14
Filing date: 2016-12-14
Publication date: 2020-12-09
Anticipated expiration: 2036-12-14
Also published as: US10804048B2; WO2018109874A1; JPWO2018109874A1; US20190304715A1

Description

以下の開示は、回転機械と組み合わせて利用されるスイッチに関し、特にクラッチのごとき軸方向可動部の位置を検出するためのメカニカルスイッチに関する。

自動車用デファレンシャルのごとき回転機械は、しばしば、例えばその差動を制限するためのクラッチのごとき装置をさらに備える。かかる装置は、その作動状態、すなわちクラッチの場合ならば連結しているのか脱連結しているのかに応じて、その一部材が軸方向に移動するので、その位置を電気的に検出すれば作動状態を知ることができる。かかる目的に、簡易かつ信頼性の高い手段として、プッシュスイッチまたはプルスイッチのごときメカニカルスイッチが利用されることがある。

例えばクラッチに結合して回転機械の外側に露出したリングプレートがしばしば利用される。プルスイッチから延びたロッドの先端がリングプレートに引掛けられる。クラッチの連結・脱連結に伴うリングプレートの軸方向移動にロッドが従動して進退し、プルスイッチがオン・オフされるので、以ってクラッチが連結しているのか、脱連結しているのかが電気的に検出される。

かかるスイッチは回転機械の潤滑油に曝され、また場合により外部からの水分にも曝されかねない。これらの液体が接点に侵入すればスイッチ作用を不安定にしかねないので、スイッチはシール手段を備えることが好ましい。しかしシール手段がロッドの周囲を密に囲んでも、ロッドの進退の繰り返しはポンプのような作用を奏するので、しばしば液体はスイッチ内部に侵入してしまう。すなわち回転機械用メカニカルスイッチにおいて、高いシール性を実現することは技術的課題の一つである。

特許文献１は、関連する技術を開示する。

日本国特許出願公開２０１５−２１９９４４号

特許文献１による技術によれば、ダイアフラムが接点側をロッド側から空間的に隔離するので、高いシール性が期待できる。ところがその各図から明らかな通り、構造的には極めて複雑であって、組み立てが困難であり、製造に高コストを要する。また複雑な構造は、潜在的には故障や不具合の可能性を高める要因である。またこの技術によれば、ロッドを復帰させるためのスプリングに加えて、可動接点をロッドに追従させるためのスプリングをも要する。前者は後者の付勢力に抗するに十分な付勢力を持たねばならないし、クラッチのアクチュエータはそれにさらに抗するに十分な駆動力を出力せねばならない。すなわちクラッチは強力なアクチュエータを要するし、またロッドの進退のためにリングプレートはロッドに強く押し付けられるので、その間の摺動によるエネルギ損失が無視し得ない。

以下の装置は、これらの問題に鑑みて創出された。

一局面によれば、回転機械と組み合わせて利用されるスイッチは、それぞれ接点を有した二以上の端子を備えたケーシングであって、前記接点を前記ケーシングの内方に露出するべく前記端子を支持するケーシングと、前記回転機械に係合する帽体と、第１の位置から第２の位置まで軸方向に移動可能なように前記ケーシングに嵌入して前記帽体を前記ケーシング外に露出させたロッド本体と、を備えたロッドと、前記ロッドを前記第１の位置と前記第２の位置との何れか一方へ復帰せしめるべく前記ロッドを軸方向に付勢する第１のスプリングと、前記ケーシングに収容され、前記ロッド本体の軸方向の回転を許容しながら軸方向に従動するべく前記ロッド本体と結合している、キャリアと、前記キャリアに携行されて前記キャリアの側面から前記端子に向けて露出し、前記第１の位置において前記端子を短絡し、前記第２の位置において前記端子から離れるべく寸法付けられた導体と、前記キャリアと前記導体の間に介在し、前記導体を前記接点に向けて第１のスプリングとは異なる方向に付勢する第２のスプリングと、前記ロッドと前記ケーシングとの間に介在して液密的に内部を封ずるシールであって、前記ロッドに貫通されるシールと、を備え、前記ロッドに嵌合して前記ロッドと前記ケーシングとの間に介在する筒体をさらに備え、前記シールは前記ロッドを通す貫通孔を備え、前記貫通孔の縁は前記ロッドと前記筒体とに固定的に挟まれて前記ロッドに液密的に接する。

図１は、本実施形態によるスイッチと回転機械との組み合わせの一部断面を表す立面図である。図２は、スイッチの斜視図である。図３は、図４のＩＩＩ−ＩＩＩ線より取られた、導体に平行な断面で切ったスイッチの断面平面図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線より取られた、導体に直交する断面で切ったスイッチの断面立面図である。図５は、スイッチからロッド、筒体、中間体、およびキャリアを取り出した分解平面図である。図６は、他の例によるロッド、筒体、中間体、およびキャリアの分解平面図である。図７は、さらに他の例によるロッド、筒体、中間体、およびキャリアの分解平面図である。図８は、変形例によるスプリングの配置例を示す断面平面図である。図９は、主に導体と端子の接点との関係を表す模式的な立面図である。

図１ないし９を参照して以下に幾つかの例示的な実施形態を説明する。図面は必ずしも正確な縮尺により示されておらず、従って相互の寸法関係は図示されたものに限られないことに特に注意を要する。

以下の説明および添付の請求の範囲において、特段の説明がなければ軸はロッドの中心軸を意味する。またかかる軸は、通常、回転機械の軸に平行であるが、必ずしもこれに限られない。

図１を参照するに、本実施形態によるスイッチ１は、必ずしもこれに限られないが、例えばロックアップデファレンシャル３のごとき回転機械と組み合わせて利用される。ロックアップデファレンシャル３は差動ギア組５を備え、クラッチ７が脱連結しているときには左右のアクスルにトルクを差動的に分配するが、クラッチ７が連結すると差動が制限ないしロックされる。クラッチ７のうちの軸方向に可動な部材にプレート９が結合しており、かかるプレート９の位置を検出することにより、スイッチ１はクラッチ７の作動状態、すなわちクラッチ７が連結しているのか脱連結しているのかを電気的に検出する。

図１と組み合わせて図２を参照するに、スイッチ１は、概して、図２において符号１３，１５，２１，２３で参照されたケーシングと、ケーシングに嵌入して先端をケーシング外に露出させたロッド１１と、よりなる。ロッド１１はケーシングに対して固定されておらず、矢印Ｍで示される通り軸方向に可動であり、さらに矢印Ｒで示される通り軸周りに回転可能である。

ロッド１１は、概して円柱状のロッド本体２８を備え、ケーシング外に露出したその先端は、プレート９に係合するべく、径方向に張り出した帽体２５を備える。かかる帽体２５は例えば開いた傘のような形状であってロッド本体２８と一体にすることができる。帽体２５がプレート９に係合することにより、クラッチ７が連結するときにはプレート９に従動してロッド１１がケーシングから軸方向に引き出される。またプレート９はデファレンシャル３とともにその軸周りに回転するが、これに帽体２５が摺動することにより、ロッド１１も回転する。ロッド１１が滑らかに回転することは、摺動によるエネルギ損失を軽減するに有利である。

ケーシングは複数の部分よりなることができ、すなわち胴部１３、フィッティング部１５、ボックス部２１およびソケット部２３を含むことができる。胴部１３は主にロッド１１を支持する部分であり、ボックス部２１およびソケット部２３は主に後述の導体３１および端子５３を支持する部分である。

フィッティング部１５は、胴部１３と一体であってより細くすることができ、ケーシングをデファレンシャル３のキャリアの壁１７に固定する用に供される。壁１７への固定の便宜のために、フィッティング部１５はさらにフランジ１９を備えることができ、フランジ１９はさらにボルト孔を有することができる。

ボックス部２１とソケット部２３とは一体であってもよいが、ボックス部２１は胴部１３から分割可能であってもよい。ボックス部２１は、後述のキャリア２９を収容する室２７を囲む。ケーシングにロッド１１や後述のキャリア２９及びリターンスプリング４５等を組み込む作業は、ボックス部２１を胴部１３から分離して室２７を外部に開放した状態で行うことができる。

図１，２に組み合わせて図４および図９を参照するに、ソケット部２３は複数の、通常は一対の、端子５３を支持している。ソケット部２３は、ケーブルをスイッチ１に接続するために利用される。ソケット部２３は少なくとも部分的には絶縁性の素材よりなり、以って端子５３間はソケット部２３を通して互いに電気的に導通することはない。各端子５３はソケット部２３の内方に向けて嵌入しており、その内方の端部は導体３１と接するための接点５３ｃであって、接点５３ｃはボックス部２１の内部に露出している。

図１，２に組み合わせて図３および図４を参照するに、既に述べた通り、ロッド１１は軸方向に移動可能なようにケーシングに嵌入しているが、ケーシング内の端においてキャリア２９と結合している。従ってキャリア２９はロッド１１に軸方向に従動して室２７内において軸方向に進退することができる。ロッド１１とキャリア２９との結合は、ロッド１１が軸周りに回転するのを許容するよう、例えば係合による。これについては後にさらに詳しく述べる。

キャリア２９には導体３１が嵌め込まれており、以ってキャリア２９は導体３１を携行しながら進退する。導体３１はキャリア２９の側面２９ａから、端子５３に向けて露出している。好ましくは導体３１は側面２９ａより僅かに、例えば０．１〜０．５ｍｍの程度、突出している。好ましくは導体３１を接点５３ｃに接触せしめるべく、付勢手段が利用される。付勢手段は導体３１を端子５３に安定して接触せしめ、所謂チャタリングを防止するのに役立つ。

導体３１自体にバネ機能を付与して付勢手段として利用してもよいが、あるいはキャリア２９と導体３１との間にスプリング３１ｓが介在してもよい。スプリング３１ｓは導体３１を端子５３に向けて付勢する。スプリング３１ｓは導体３１と一体または別体にすることができる。付勢手段が導体３１から独立していれば、導体３１にはりん青銅やベリリウム銅などのバネ用合金を適用する必要がなく、純銅、黄銅、アルミニウム青銅のごとき他の任意の導電性素材を利用することができる。他方、スプリング３１ｓには導電性を考慮する必要がなくなり、シリコンクロム鋼やステンレス鋼のごとき他の任意の素材を利用することができる。

図９において一点鎖線で示す通り、ロッド１１が引き出されていない第１の位置にあるとき、導体３１は複数の接点５３ｃに同時に接することができ、すなわち導体３１は端子５３を短絡する。また図９において実線で示す通り、ロッド１１が引き出された第２の位置にあるとき、導体３１は端子５３から離れ、以って端子５３は互いに導通しない。あるいはこれと逆に、ロッド１１が引き出された時に端子５３が短絡し、引き出されていないときに端子５３が短絡する配置であってもよい。

ロッド１１はキャリア２９に直接に結合していてもよいが、適宜の仲介部材が介在してもよい。図３，４に示すものは仲介部材を利用する一例であって、中間体３３およびこれに嵌合する筒体３５が利用される。図５を参照するに、中間体３３は、必ずしもこれに限られないが、ピン結合のための孔３３ｈを基端付近に備え、これに対応してキャリア２９は孔２９ｈを備え、かかる基端がキャリア２９に差し込まれてピン３７が挿入されることにより、互いに結合する。中間体３３は、また、遠位端付近にピン結合のための孔３３ｈを備え、これに対応して筒体３５は孔３５ｈを備え、かかる遠位端が筒体３５の受容孔３５ｒに差し込まれてピン３９が挿入されることにより、互いに結合する。もちろん結合はピン以外の手段、例えば嵌合や係合等によってもよい。

筒体３５はロッド１１と係合するための鉤部４１を備え、これに対応してロッド本体２８の内方の端は脚部４３を備える。脚部４３を横方向に鉤部４１に嵌め込んで係合せしめると、ロッド１１は筒体３５と結合し、以ってロッド１１は仲介部材を介してキャリア２９に結合する。かかる係合による結合は、軸方向にはキャリア２９をロッド１１に従動せしめると共に、軸周りにはロッド１１の回転を許容する。

あるいは図６に示すごとく、中間体３３はキャリア２９に接合され、あるいはこれと一体であってもよい。さらにあるいは図７に示すごとく、中間体３３はロッド本体２８に接合され、あるいはこれと一体であってもよい。この場合はロッド本体２８に代わり中間体３３が脚部４３を備え、また中間体３３に代わりロッド本体２８がピン結合のための孔３３ｈを備える。また筒体３５に代わりキャリア２９が鉤部４１を備える。図７の例において、ロッド１１とキャリア２９との結合の用に限れば、筒体３５は必要でない。

筒体３５はステンレス鋼のごとき金属よりなるものであってもよいが、適宜の樹脂でもよい。ロッド１１との摩擦抵抗を減ずるべく、ポリアセタール、ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレンのごとき低摩擦係数の樹脂を利用してもよい。これはロッド１１が軸周りに滑らかに回転するのを促し、以ってプレート９との摺動によるエネルギ損失を低減するのに役立つ。キャリア２９も同様に金属ないし樹脂よりなり、ポリアセタール、ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレンのごとき低摩擦係数の樹脂がこれに適用されていてもよい。

ロッド１１が引き出されるのに抗する向きに、換言すれば引き出されたロッド１１を当初の位置に復帰させる向きに、ロッド１１を付勢するべく、リターンスプリング４５が利用できる。リターンスプリング４５は、例えば金属よりなるコイルであって、ケーシングとロッド１１の後端付近との間に圧縮されて介在することができる。あるいはリターンスプリング４５はケーシングと筒体３５との間に介在し、筒体３５を介してロッド１１を付勢してもよい。リターンスプリング４５がロッド１１に直接に当接しなければ、リターンスプリング４５の付勢力がロッド１１の回転を妨げることがなく、ロッド１１は滑らかに回転しうる。

あるいは図８に示すごとく、リターンスプリング４５はケーシングとキャリア２９との間に介在して、キャリア２９を牽引する向きに使用されてもよい。さらにあるいは、リターンスプリング４５はロッド１１を押し出す向きに使用してもよい。この場合にスイッチ１はプルスイッチでなくプッシュスイッチである。

図３，４に戻って参照するに、スイッチ１はさらに、ロッド１１の周りから潤滑油等が内部に侵入しないよう、液密的に内部を封ずるシール４７を備える。既に述べた通り、ケーシングは少なくとも胴部１３とボックス部２１とに分割可能であって、両者の結合のために例えばボックス部２１は頭部４９を備えることができる。ケーシング、例えば頭部４９は、チャンバ５１を囲むことができ、シール４７はかかるチャンバ５１内に収容することができる。

好ましくはシール４７はその中心付近に貫通孔を備え、貫通孔の縁４７ｈが対象に密着することにより、液密性を発揮する。密着の対象は、図３，４の例では中間体３３だが、これに代えてロッド本体２８またはキャリア２９の一部であることがありうる。図５ないし７を参照するに、より好ましくは中間体３３は、あるいはロッド本体２８またはキャリア２９の一部は、貫通孔の縁４７ｈが嵌り込むくびれ部３３ｗを備える。これは縁４７ｈの密着をさらに確実にする。さらにまた、これに代えて、あるいは加えて、貫通孔の縁４７ｈは、筒体３５と中間体３３との間、あるいは筒体３５とロッド本体２８またはキャリア２９の一部との間に固定的に挟まれてもよい。筒体３５はシール４７とケーシングとの間に介在し、貫通孔の縁４７ｈがケーシングに擦られて消耗するのを防止する。

上述の説明より理解される通り、ロッド１１が進退するとき、シール４７は中間体３３、あるいはロッド本体２８またはキャリア２９の一部と摺動するのではなく、これと一体的に動く。シール４７がロッド１１に追従するのに有利なように、好ましくは図示のごとくシール４７は軸方向に波打つ形状の襞を有する。これはシール４７の耐久性を高めるに有利である。

シール４７の周囲の縁４７ｅは、例えば胴部１３とボックス部２１との間に挟まれて固定されていてもよい。これは液密性を高め、またシール４７の耐久性を高めるに有利である。

上述のスイッチ１において、導体３１を付勢するスプリング３１ｓは、ロッド１１を付勢するリターンスプリング４５とは異なる向きに、典型的には直交する向きに、弾性力を発揮する。リターンスプリング４５の弾性力は、スプリング３１ｓから独立して設計することができる。これはロッド１１に不必要に大きな力がかかることを防止し、ひいてはロッド１１とプレート９との摺動によるエネルギ損失を軽減する。またリターンスプリング４５がロッド１１に直接には接しないので、ロッド１１は自由に軸周りに回転することができ、これも摺動によるエネルギ損失を軽減する。

スプリング３１ｓの弾性力もリターンスプリング４５から独立して決定でき、従って導体３１と接点５３ｃとの接触の確保に最適化することができる。これはスイッチ作用の安定化に著しく貢献する。

シール４７は接点５３ｃ周りの空間を潤滑油から効果的に隔てる。これもスイッチ作用の安定化に著しく貢献する。またかかるシール４７にはリターンスプリング４５等の力が印加されないので、スイッチ操作の繰り返しに対し、高い耐久性が期待できる。

幾つかの実施形態を説明したが、上記開示内容に基づいて実施形態の修正ないし変形をすることが可能である。

安定したスイッチ作用を有するメカニカルスイッチが提供される。

Claims

回転機械と組み合わせて利用されるスイッチであって、
それぞれ接点を有した二以上の端子を備えたケーシングであって、前記接点を前記ケーシングの内方に露出するべく前記端子を支持するケーシングと、
前記回転機械に係合する帽体と、第１の位置から第２の位置まで軸方向に移動可能なように前記ケーシングに嵌入して前記帽体を前記ケーシング外に露出させたロッド本体と、を備えたロッドと、
前記ロッドを前記第１の位置と前記第２の位置との何れか一方へ復帰せしめるべく前記ロッドを軸方向に付勢する第１のスプリングと、
前記ケーシングに収容され、前記ロッド本体の軸方向の回転を許容しながら軸方向に従動するべく前記ロッド本体と結合している、キャリアと、
前記キャリアに携行されて前記キャリアの側面から前記端子に向けて露出し、前記第１の位置において前記端子を短絡し、前記第２の位置において前記端子から離れるべく寸法付けられた導体と、
前記キャリアと前記導体の間に介在し、前記導体を前記接点に向けて第１のスプリングとは異なる方向に付勢する第２のスプリングと、
前記ロッドと前記ケーシングとの間に介在して液密的に内部を封ずるシールであって、前記ロッドに貫通されるシールと、
を備えたスイッチであって、
前記ロッドに嵌合して前記ロッドと前記ケーシングとの間に介在する筒体をさらに備え、
前記シールは前記ロッドを通す貫通孔を備え、前記貫通孔の縁は前記ロッドと前記筒体とに固定的に挟まれて前記ロッドに液密的に接する、スイッチ。
前記ケーシングは、前記ロッドを支持する第１の部分と、前記端子を支持する第２の部分とに分割可能であり、前記シールの周囲の縁は前記第１の部分と前記第２の部分とに固定的に挟まれて前記ケーシングに液密的に接する、請求項１のスイッチ。
前記シールは前記ロッドの移動に追従するべく軸方向に波打つ形状の襞を有する、請求項１のスイッチ。