JPWO2013157316A1 - 自己保持型ソレノイド及びツースクラッチ - Google Patents

Abstract

スライダに大きな推力及び大きな移動ストロークを得ることができ、かつ省電力特性を併せ持つように構成するため、スライダを第１の位置から第２の位置に移動させる場合に、第２のコイルに通電を行った状態で第１のコイルの周囲に永久磁石の磁束を打ち消す磁束が生じるように第１のコイルに通電を行う通電制御部を備えた。

Description

本発明は、自己保持型ソレノイド及びツースクラッチに関するものである。

ツースクラッチとしては、回転体であるロータに設けたツース部と、アーマチュアに設けたツース部との噛み合いによってロータからアーマチュアへトルクを伝達するものが提供されている。この種のクラッチのＯＮ／ＯＦＦ（噛み合い／非噛み合い）は、ステータに設けたコイルを非励磁状態と励磁状態とに切り替えて行うようにしている。一般的には、クラッチをＯＮする際にコイルを励磁状態とするもの（例えば、特許文献１参照）、あるいはクラッチをＯＦＦする際にコイルを励磁状態とするもの（例えば、特許文献２参照）がある。しかし、特許文献１に記載のものではクラッチをＯＮ状態に維持する際に復帰バネに抗するようにコイルに通電し続ける必要があり、また特許文献２に記載のものではクラッチをＯＦＦ状態に維持する際に復帰バネに抗するようにコイルに通電し続ける必要があり、消費電力の増大に起因して発熱等の問題を招来する恐れがある。

一方、図１４に示すような自己保持型ソレノイドが知られている。この自己保持型ソレノイドでは、軟磁性体から成る固定片１に円筒状の永久磁石２が配設されるとともに、永久磁石２の両側にそれぞれリング状のコイル３ａ，３ｂが配設され、これら永久磁石２及びコイル３ａ，３ｂの中心部に軟磁性体から成るスライダ４が設けられている。図１４に示した状態では、永久磁石２の磁束５の作用によって第１のコイル３ａの周囲にスライダ４及び固定片１を通過する磁気回路が構成されるため、スライダ４及び固定片１がそれぞれ一方の磁極面４ａ，１ａで吸着し、機械的に安定している。この状態から第１のコイル３ａに通電して永久磁石２の磁束５を打ち消す方向に磁束６を誘起させれば、スライダ４が固定片１に対して図中右側にスライドし、スライダ４と固定片１とが他方の磁極面４ｂ，１ｂで吸着した状態に変位する。

上記のような自己保持型ソレノイドを適用すれば、クラッチをＯＮ状態に維持する場合及びクラッチをＯＦＦ状態に維持する場合のいずれであっても常時通電する必要がないため、消費電力を低減して発熱等の問題を招来する恐れがなくなる。

特開２００５−３０４９１号公報 実開平７−２３８２８号公報

しかしながら、上記のように、コイル３ａに通電して永久磁石２の磁束５を打ち消しただけでは、スライダ４の推力を十分に得ることが難しい場合が多い。このため、スライダ４の移動が不安定となって、クラッチのＯＮ状態とＯＦＦ状態との切り替えが安定しないという問題を招来する恐れがある。特に、クラッチの切り替えに大きな力が必要となる場合、あるいは大きな移動ストロークが必要な場合には、上述した問題が一層顕著となる。

本発明は、上記実情に鑑みて、スライダに大きな推力及び大きな移動ストロークを得ることができ、かつ省電力特性を併せ持つ自己保持型ソレノイド及びツースクラッチを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る自己保持型ソレノイドは、永久磁石の両側にそれぞれコイルを配設するとともに、磁性体から成るスライダを前記コイルの並設方向に沿って移動可能に配設し、前記スライダが第１の位置に配置された場合には前記永久磁石の磁束によって第１のコイルの周囲に形成される磁気回路により前記スライダを前記第１の位置に保持する一方、前記スライダが第２の位置に配置された場合には前記永久磁石の磁束によって第２のコイルの周囲に形成される磁気回路により前記スライダを前記第２の位置に保持するように構成した自己保持型ソレノイドにおいて、前記スライダを前記第１の位置から前記第２の位置に移動させる場合に、前記第２のコイルに通電を行った状態で前記第１のコイルの周囲に前記永久磁石の磁束を打ち消す磁束が生じるように前記第１のコイルに通電を行う通電制御手段を備えたことを特徴とする。

また、本発明は、上述した自己保持型ソレノイドにおいて、前記通電制御手段は、前記スライダを前記第１の位置から前記第２の位置に移動させる場合、前記第２のコイルの周囲に前記永久磁石の磁束に沿って磁束が生じるように前記第２のコイルに通電を行った状態で、前記一方のコイルの周囲に前記永久磁石の磁束を打ち消す磁束が生じるように前記第１のコイルに通電を行うことを特徴とする。

また、本発明は、上述した自己保持型ソレノイドにおいて、前記通電制御手段は、前記第１のコイルに前記永久磁石の磁束を打ち消す磁束を生じさせる場合、予め設定した一定の電流値で通電を行うことを特徴とする。

また、本発明は、上述した自己保持型ソレノイドにおいて、前記通電制御手段は、前記第１のコイルに前記永久磁石の磁束を打ち消す磁束を生じさせる場合、電流値を漸次変化させながら通電を行うことを特徴とする。

また、本発明は、上述した自己保持型ソレノイドにおいて、前記通電制御手段は、前記第１のコイルに前記永久磁石の磁束を打ち消す磁束を生じさせる場合、前記スライダが移動を開始した時点で前記第１のコイルへの通電を停止し、かつ前記第２のコイルへの通電を継続することを特徴とする。

また、本発明に係るツースクラッチは、上述したいずれか一つの自己保持型ソレノイドにおいて前記スライダを円筒状に形成し、その端面にツース部を設けるとともに、前記スライダの中心軸線を中心として前記スライダに対して相対回転可能に配設した回転体にツース部を形成し、前記コイルへの通電状態を制御することによって前記スライダを中心軸線に沿って移動させ、前記スライダのツース部を前記回転体のツース部に対して噛み合い状態と非噛み合い状態とに切り替えるように構成したことを特徴とする。

また、本発明は、上述したツースクラッチにおいて、少なくとも前記スライダのツース部と前記回転体のツース部とが離隔した状態から接触する時点までの間、前記永久磁石の磁束によって前記回転体と前記スライダとが互いに離反する方向に向けて推力が発生するように構成したことを特徴とする。

本発明によれば、スライダを第１の位置もしくは第２の位置に保持させる際にコイルに通電する必要がないため、消費電力の増大に起因した発熱等の問題を招来する恐れがない。しかも、スライダを第１の位置から第２の位置に移動させる場合には、第２のコイルに通電を行った状態で第１のコイルの周囲に永久磁石の磁束を打ち消す磁束が生じるように第１のコイルに通電を行うようにしているため、スライダに大きな推力及び大きな移動ストロークを得ることが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態１である自己保持型ソレノイドにおいてスライダが第１の位置に配置された状態を模式的に示す断面図である。 図２は、図１に示した自己保持型ソレノイドにおいてスライダが第２の位置に配置された状態を模式的に示す断面図である。 図３は、図１に示した自己保持型ソレノイドの２つのコイルに個別に通電を行う電気回路を例示した図である。 図４−１は、図３に示した通電制御部がスライダを第２の位置から第１の位置に移動させる場合に通電を行うタイミングを示したタイミングチャートである。 図４−２は、図３に示した通電制御部がスライダを第１の位置から第２の位置に移動させる場合に通電を行うタイミングを示したタイミングチャートである。 図５−１は、図１に示した自己保持型ソレノイドにおいてスライダを第１の位置から第２の位置へ移動させる場合にスライダに作用する推力とコイルへ通電する電流値との関係を示したグラフである。 図５−２は、図１に示した自己保持型ソレノイドにおいてスライダを第２の位置から第１の位置へ移動させる場合にスライダに作用する推力とコイルへ通電する電流値との関係を示したグラフである。 図６−１は、図３に示した通電制御部がスライダを第２の位置から第１の位置に移動させる場合に通電を行うタイミングの変形例１を示したタイミングチャートである。 図６−２は、図３に示した通電制御部がスライダを第１の位置から第２の位置に移動させる場合に通電を行うタイミングの変形例１を示したタイミングチャートである。 図７−１は、図３に示した通電制御部がスライダを第２の位置から第１の位置に移動させる場合に通電を行うタイミングの変形例２を示したタイミングチャートである。 図７−２は、図３に示した通電制御部がスライダを第１の位置から第２の位置に移動させる場合に通電を行うタイミングの変形例２を示したタイミングチャートである。 図８は、本発明の実施の形態２であるツースクラッチにおいてスライダが第１の位置に配置され、クラッチがＯＦＦとなった状態を示す半断面図である。 図９は、図８に示したツースクラッチにおいてスライダが第２の位置に配置され、クラッチがＯＮとなった状態を示す半断面図である。 図１０は、図８に示したツースクラッチにおいてコイルに通電を行うことなくスライダを移動させた場合に永久磁石のみによってスライダに作用する推力とスライダの位置との関係を示すグラフである。 図１１−１は、図８に示したツースクラッチにおいてスライダが第１の位置に配置された状態の要部断面図である。 図１１−２は、図８に示したツースクラッチにおいて第１の位置に配置されたスライダを第２の位置に移動させるために第１のコイル及び第２のコイルに通電した状態の要部断面図である。 図１１−３は、図８に示したツースクラッチにおいてスライダが第２の位置に配置された状態の要部断面図である。 図１１−４は、図８に示したツースクラッチにおいて第２の位置に配置されたスライダを第１の位置に移動させるために第１のコイル及び第２のコイルに通電した状態の要部断面図である。 図１２−１は、従来の一般的なツースクラッチにおいてアーマチュアがＯＦＦ位置からＯＮ位置に移動するときのアーマチュアの位置とアーマチュアに作用する推力との関係を表したグラフである。 図１２−２は、従来の一般的なツースクラッチにおいてアーマチュアがＯＮ位置からＯＦＦ位置に移動するときのアーマチュアの位置とアーマチュアに作用する推力との関係を表したグラフである。 図１３−１は、図８に示したツースクラッチにおいてアーマチュアがＯＦＦ位置からＯＮ位置に移動するときのアーマチュアの位置とアーマチュアに作用する推力との関係を表したグラフである。 図１３−２は、図８に示したツースクラッチにおいてアーマチュアがＯＮ位置からＯＦＦ位置に移動するときのアーマチュアの位置とアーマチュアに作用する推力との関係を表したグラフである。 図１４は、従来の自己保持型ソレノイドの構造を概略的に示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明に係る自己保持型ソレノイド及びツースクラッチの好適な実施の形態について詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１及び図２は、本発明の実施の形態１である自己保持型ソレノイドを模式的に示すものである。ここで例示する自己保持型ソレノイドは、励磁ユニット１０を備えた固定基体２０と、固定片３０と、スライダ４０とを備えて構成してある。固定基体２０、固定片３０及びスライダ４０は、いずれも軟磁性体等の磁性材料によって成形したものである。

固定基体２０は、中心孔２１を有した円盤状を成す基部２２と、基部２２の外周縁部から突出する環状の凸部２３と、基部２２の内周縁部から凸部２３と同じ方向に突出した略円筒状の磁気ヨーク部２４とを一体に成形したものである。磁気ヨーク部２４には、その内部に中心孔２１に連通した中空孔２５が形成してあり、シャフト（図示せず）を設けることが可能である。

固定片３０は、中心孔３１を有した略円盤状を成すもので、外周縁部において固定基体２０に対向する部位に円環状の凸部３２を有している。固定片３０の内周縁部には、磁気ヨーク部２４と接合できるように平行部３３が設けてある。

励磁ユニット１０は、中空円筒形状の永久磁石１１と、永久磁石１１を挟持する態様で所定の巻数を有するリング状の第１のコイル１２及び第２のコイル１３とを備えており、基部２２と固定片３０との間に挟持されている。永久磁石１１は、固定基体２０の中心軸線Ｌに対してラジアル方向に１極着磁したものである。

スライダ４０は、略円筒形状に形成したもので、励磁ユニット１０の径外周側において第１のコイル１２及び第２のコイル１３の並設方向に沿って移動することが可能である。図には明示していないが、このスライダ４０は、図示せぬ可動片にて保持されており、励磁ユニット１０との間に一定の微小な隙間を保つような形状に設定してある。

図３に例示するように、励磁ユニット１０の第１のコイル１２及び第２のコイル１３には、それぞれ独立した電気回路が構成してある。それぞれの電気回路は、通電制御部（通電制御手段）５０から与えられた制御信号に応じて電源５１と各コイル１２，１３との接続態様を切り替える端子ユニット５２，５３を有したものである。

上記のように構成した自己保持型ソレノイドでは、図１に示すように、スライダ４０が固定片３０と当接し、第１のコイル１２と永久磁石１１とに対向した第１の位置に配置された場合、永久磁石１１の磁束ｆｍによって第１のコイル１２の周囲に磁気回路が形成される。つまり、スライダ４０が第１の位置に配置された状態においては、永久磁石１１→スライダ４０→固定片３０→磁気ヨーク部２４→永久磁石１１の向きに磁気回路が形成されるため、第１のコイル１２や第２のコイル１３への通電を継続することなくスライダ４０が第１の位置に保持されることになる。

この状態からスライダ４０を固定基体２０の基部２２に当接する第２の位置まで移動させるには、通電制御部５０からの制御信号により、図４−１に示すタイミングチャートに従って第１のコイル１２及び第２のコイル１３にそれぞれ個別に通電を行えば良い。第１のコイル１２への通電は、図１に示すように、永久磁石１１の磁束ｆｍに対して、方向が逆向きで大きさの等しい磁束ｆｃ１が第１のコイル１２の周囲に生じるように行う。第２のコイル１３への通電は、永久磁石１１の磁束ｆｍに対して方向が等しく、スライダ４０に吸引力を作用させることができる磁束ｆｃ２が第２のコイル１３の周囲に生じるように行う。

第１のコイル１２及び第２のコイル１３に対して通電を開始するタイミングｔ１は同じである。これに対して通電を停止するタイミングは、図４−１中の二点鎖線で示すように、スライダ４０が固定基体２０の基部２２に当接する時点ｔ３で同時に行っても良いし、同図中の実線で示すように、第１のコイル１２に対してはスライダ４０が移動を開始した直後の時点ｔ２で直ちに通電を停止するようにしても良い。スライダ４０が移動を開始した直後の時点ｔ２で通電を停止するのは、スライダ４０に対する永久磁石１１の磁束ｆｍの影響が急激に低下するためである。第２のコイル１３に対してスライダ４０が固定基体２０の基部２２に当接するまでの間（ｔ１→ｔ３）、継続して通電を行うのは、スライダ４０に対してできるだけ長い時間吸引力を作用させ、より大きな推力及びより大きな移動ストロークを得るようにするためである。スライダ４０が固定基体２０の基部２２に当接し、図２に示すように、第２のコイル１３と永久磁石１１とに対向した第２の位置まで移動した後においては、第２のコイル１３への通電を停止した場合にも、永久磁石１１の磁束ｆｍによって第２のコイル１３の周囲に形成される磁気回路（永久磁石１１→スライダ４０→基部２２→磁気ヨーク部２４→永久磁石１１）によりスライダ４０が第２の位置に保持されることになる。

同様に、スライダ４０を第２の位置から第１の位置まで移動させるには、通電制御部５０からの制御信号により、図４−２に示すタイミングチャートに従って第１のコイル１２及び第２のコイル１３にそれぞれ個別に通電を行えば良い。第２のコイル１３への通電は、永久磁石１１の磁束ｆｍに対して、方向が逆向きで大きさの等しい磁束ｆｃ２が第２のコイル１３の周囲に生じるように行う。第１のコイル１２への通電は、永久磁石１１の磁束ｆｍに対して方向が等しく、スライダ４０に吸引力を作用させることができる磁束ｆｃ１が第１のコイル１２の周囲に生じるように行う。

第１のコイル１２及び第２のコイル１３に対して通電を開始するタイミングｔ４は同じであるが、通電を停止するタイミングは、図４−２中の二点鎖線で示すように、スライダ４０が固定片３０に当接する時点ｔ６で同時に行っても良いし、同図中の実線で示すように、第２のコイル１３に対してはスライダ４０が移動を開始した直後の時点ｔ５で直ちに通電を停止するようにしても良い。スライダ４０が移動を開始した直後の時点ｔ５で通電を停止するのは、スライダ４０に対する永久磁石１１の磁束ｆｍの影響が急激に低下するためである。第１のコイル１２に対しては、スライダ４０に対してできるだけ長い時間吸引力を作用させ、より大きな推力及びより大きな移動ストロークを得るようにするため、スライダ４０が固定片３０に当接するまでの間（ｔ４→ｔ６）、継続して通電を行う。スライダ４０が固定片３０に当接し、図１に示すように、第１のコイル１２と永久磁石１１とに対向した第１の位置まで移動した後においては、第１のコイル１２への通電を停止した場合にも、永久磁石１１の磁束ｆｍによって第１のコイル１２の周囲に形成される磁気回路によりスライダ４０が第１の位置に保持されることになる。

以下、通電制御部５０を通じて同様の通電制御を行うことにより、スライダ４０が第１の位置と第２の位置との間で移動することになる。尚、永久磁石１１による磁束ｆｍは、便宜的に方向を示したものであり、図示する方向に限定されることはない。また、スライダ４０を第１の位置から第２の位置に移動させる場合と、第２の位置から第１の位置に移動させる場合とで、便宜上永久磁石１１による磁束を「ｆｍ」、第１のコイル１２の周囲に生じる磁束を「ｆｃ１」、第２のコイル１３の周囲に生じる磁束を「ｆｃ２」として同じ符号を付しているが、これらの符号は磁束の大きさが同じであることを意味するものではない。

図５−１及び図５−２は、スライダ４０に作用する推力と各コイル１２，１３へ通電する電流値との関係を示したものである。図５−１及び図５−２において横軸は各コイル１２，１３のアンペアターンを示し、縦軸は双方向へのスライダ４０の推力を示している。

図５−１に示すように、スライダ４０を第１の位置から第２の位置へ移動させる場合、第２のコイル１３については、電流値を増加させるに従ってスライダ４０に作用する推力（吸引力）も増大することになる。これに対して、第１のコイル１２に流す電流値には、第１のコイル１２からの磁束ｆｃ１と、永久磁石１１からの磁束ｆｍとがほぼ同等となり、スライダ４０への推力が０に最も近くなるような最良点が存在する。最良点未満の電流値では、永久磁石１１の磁束ｆｍを打ち消すことができず、また、最良点を超える電流値では、第１のコイル１２に生じる磁束ｆｃ１が、スライダ４０を第１の位置に留める力として作用するためスライダ４０の移動に影響を及ぼすことになる。同様に、図５−２に示すように、スライダ４０を第２の位置から第１の位置へ移動させる場合、第１のコイル１２に対しては、電流値を増加させるに従ってスライダ４０に作用する推力（吸引力）が増大し、第２のコイル１３に対しては、電流値に最良点が存在する。

従って、永久磁石１１の磁束ｆｍを打ち消すように各コイル１２，１３に通電を行う場合には、それぞれの最良点に一致する電流値を予め設定し、通電制御部５０から設定した電流値で通電を行うように制御信号を与えることが好ましい。

このように実施の形態１の自己保持型ソレノイドにおいては、スライダ４０を第１の位置から第２の位置へ移動する際に、第１のコイル１２に永久磁石１１の磁束ｆｍを打ち消すだけの通電を行い、かつ第２のコイル１３へは必要な推力を得られるように通電を行う。また、スライダ４０を第２の位置から第１の位置へ移動させる際は、第２のコイル１３に永久磁石１１の磁束ｆｍを打ち消すだけの通電を行い、かつ第１のコイル１２には必要な推力を得られるように通電を行うようにしている。従って、スライダ４０に大きな推力及び大きな移動ストロークを得ることが可能となる。しかも、スライダ４０を第１の位置もしくは第２の位置に保持させる際には、コイル１２，１３に通電する必要がないため、消費電力の増大に起因した発熱等の問題を招来する恐れがない。また、コイル１２，１３それぞれの電流を独立に制御可能な機能を有することは、基部２２または固定片３０またはスライダ４０の１つ以上が、対向して配置されているコイル１２，１３の中心面に対して非対称な形状である場合にも大きな推力を得る観点から特に有用である。大きな推力を得るために適切なアンペアターンがコイル１２，１３ごとに異なるためである。

図５−１及び図５−２で示した、永久磁石１１の磁束ｆｍを打ち消すようにコイル１２，１３へ通電する際の電流値の最良点は、周囲の温度環境によって変化するものである。従って、実施の形態１の図４−１及び図４−２に示すように、一定の電流値でコイル１２，１３に通電を行う場合には、温度条件に応じて最良点となる電流値を都度補正することが好ましい。しかしながら、最良点となる電流値を温度条件によって都度補正するには、温度を検出するセンサが必要となるばかりか、制御も煩雑化することになる。

そこで、変形例１では、温度を検出するセンサや煩雑な制御を要することなく最良点での通電を行うべく通電制御部５０から図６−１及び図６−２に示すような制御信号を出力するようにしている。すなわち、変形例１では、コイル１２，１３に永久磁石１１の磁束ｆｍを打ち消す磁束を生じさせる場合、電流値を漸次増加させながら通電を行うようにした。変化させる電流値の幅は、例えば標準となる温度条件で決定される電流値の最良点に対してプラス側とマイナス側とに等しい幅を設定すれば良い。尚、本変形例１において実施の形態１と同様の構成に関しては同一の符号を付して詳細説明を省略している。

上記のように電流値を漸次増加させながらコイル１２，１３へ通電を行えば、温度条件の変化に関わらず常に最良点に合致した電流値でコイル１２，１３に通電を行うことができるようになり、スライダ４０を効率良く移動させることが可能となる。尚、実施の形態１と同様、スライダ４０が移動を開始した時点でコイル１２，１３への通電を停止すれば、電流値を漸次増加させることがスライダ４０の移動に影響を与える恐れはなく、スライダ４０に大きな推力及び大きな移動ストロークを得ることが可能となる。

尚、図６−１及び図６−２では、電流値を漸次増加するように変化させているが、図７−１及び図７−２の変形例２に示すように、電流値を漸次減少するように変化させるようにしても同様の作用効果を奏することが可能である。

（実施の形態２）
図８及び図９は、本発明の実施の形態２であるツースクラッチを示したものである。ここで例示するツースクラッチは、ロータ（回転体）６０の回転を軸部材７０に対して伝達する状態と非伝達の状態とに切り替える場合に用いられるもので、実施の形態１で示した自己保持型ソレノイドを応用して構成してある。すなわち、このツースクラッチでは、ステータとなる固定基体２０の中心孔２１にベアリング７１を介して軸部材７０が回転可能に支持してある。固定基体２０と軸部材７０とは、トメワ７２によって軸部材７０の中心軸線方向に沿った相対移動が阻止されている。固定基体２０において軸部材７０の周面に対向する位置には、永久磁石１１及び２つのコイル１２，１３から成る励磁ユニット１０が配設してある。さらに、励磁ユニット１０と軸部材７０との間には、アーマチュア８０が配設してある。アーマチュア８０は、軸部材７０の周囲に設けた円筒状を成すアクチュエータ本体８１と、アクチュエータ本体８１の外周部に固定した円筒状を成すスライダ４０とを備えて構成したもので、アクチュエータ本体８１と軸部材７０との間に設けたキー８２により、軸部材７０の中心軸線方向に沿っては移動可能、かつ軸部材７０と供回りする態様で軸部材７０に装着してある。アクチュエータ本体８１において固定基体２０の内周から突出した部分は太径となっており、その端面にアーマチュアツース部８３を有している。実施の形態１で記載したように、固定基体２０及びスライダ４０は、軟磁性体等の磁性材料によって成形してあるが、アクチュエータ本体８１については必ずしも軟磁性体で成形する必要はなく、アーマチュアツース部８３として十分な強度を確保できる部材によって成形しても良い。

ロータ６０は、ベアリング６１を介して軸部材７０に回転可能に支持してある。図には明示していないが、ロータ６０と軸部材７０とは、トメワによって軸部材７０の中心軸線方向に沿った相対移動が阻止されている。ロータ６０においてアクチュエータ本体８１の端面に対向する部位には、ロータツース部６２が設けてある。ロータツース部６２は、図８に示すように、アーマチュア８０のスライダ４０が第１のコイル１２と永久磁石１１とに対向した第１の位置に配置された場合にアクチュエータ本体８１に設けたアーマチュアツース部８３に対して噛み合い状態となり、かつ、図９に示すように、スライダ４０が第２のコイル１３と永久磁石１１とに対向した第２の位置に配置された場合にアーマチュアツース部８３との噛み合いが解除された非噛み合い状態となるように構成したものである。ロータ６０についてもアクチュエータ本体８１と同様、ロータツース部６２として十分な強度を確保できる部材によって成形してある。

スライダ４０が第１の位置に配置された場合には、アクチュエータ本体８１の細径側端面がトメワ７２に当接することによってその位置が規定され、ロータツース部６２とアーマチュアツース部８３との間に中心軸線方向に沿った所定のギャップが確保される。スライダ４０が第２の位置に配置された場合には、アクチュエータ本体８１の太径側端面がロータ６０の内周側端面に当接することによってその位置が規定される。

ここで、本実施の形態２では、図１０に示すように、スライダ４０を第１の位置から第２の位置に向けて移動させ、アーマチュアツース部８３の先端とロータツース部６２の先端とが互いに接触する時点Ｐを超えた噛み合い初期の状態までは、第１のコイル１２及び第２のコイル１３に通電を行わない場合、永久磁石１１の磁束ｆｍによってロータ６０とスライダ４０とが互いに離反する方向に向けて推力が発生するように構成してある。これは、アーマチュアツース部８３とロータツース部６２との噛み合いがスムーズに行われない場合、第１のコイル１２や第２のコイル１３への通電を停止することで直ちにロータ６０に対してスライダ４０を退行移動させ、アーマチュアツース部８３及びロータツース部６２を非噛み合い状態に戻すことで双方に摩耗や損傷を来す事態を防止するためである。

尚、その他、実施の形態２において実施の形態１と同様の構成に関しては、同一の符号を付してそれぞれの詳細説明を省略している。

上記のように構成したツースクラッチにおいては、図１１−１に示すように、スライダ４０が第１の位置に配置された場合、永久磁石１１の磁束ｆｍによって第１のコイル１２の周囲に磁気回路が形成される。つまり、スライダ４０が第１の位置に配置された状態においては、永久磁石１１→固定基体２０→スライダ４０→永久磁石１１の向きに磁気回路が形成される。このため、第１のコイル１２や第２のコイル１３への通電を継続することなくスライダ４０が第１の位置に保持されることになる。この状態においては、ロータツース部６２とアーマチュアツース部８３とが非噛み合い状態となっており、ロータ６０の回転が軸部材７０に伝達されることはない（クラッチＯＦＦ）。

スライダ４０が第１の位置に配置された状態において、通電制御部（通電制御手段）５０からの制御信号により、図１１−２に示すように、第１のコイル１２の周囲に形成される永久磁石１１の磁束ｆｍを打ち消すように第１のコイル１２に通電を行うとともに、スライダ４０に吸引力を作用させることができるように第２のコイル１３に通電を行うと、第２のコイル１３の周囲に形成される磁束ｆｃ２によってスライダ４０が吸引されることになり、図１１−３に示すように、スライダ４０が第２の位置に移動する。従って、ロータツース部６２とアーマチュアツース部８３とが噛み合い状態となり、ロータ６０の回転がアーマチュア８０及びキー８２を介して軸部材７０に伝達され、軸部材７０が回転することになる（クラッチＯＮ）。

ここで、実施の形態１と同様、第１のコイル１２及び第２のコイル１３に対して通電を開始するタイミングは同じであるが、通電を停止する場合は第１のコイル１２と第２のコイル１３とで同じタイミングであっても異なるタイミングであっても良い。スライダ４０が移動を開始した直後の時点、つまりスライダ４０に対する永久磁石１１の磁束ｆｍの影響が急激に低下した時点で第１のコイル１２に対する通電を直ちに停止すれば、スライダ４０の移動に影響を与えることなく、消費電力の低減に寄与することができる。一方、第２のコイル１３に対しては、スライダ４０が第２の位置に移動するまでの間、継続して通電を行うことにより、スライダ４０に対してできるだけ長い時間吸引力を作用させることができ、より大きな推力及びより大きな移動ストロークを得ることができる。さらに大きな移動ストロークを得ることにより、図８に示すように、アーマチュアツース部８３及びロータツース部６２の双方に軸部材７０の中心軸線方向に沿った平行部分８３ａ，６２ａを設けることができるようになり、回転方向の噛み合い力の向上によってより大きなトルクを伝達することが可能となる。スライダ４０が第２の位置まで移動した後においては、第２のコイル１３への通電を停止した場合にも、永久磁石１１の磁束ｆｍによって第２のコイル１３の周囲に形成される磁気回路（永久磁石１１→固定基体２０→スライダ４０→永久磁石１１）によりスライダ４０が第２の位置に保持され、ロータ６０の回転が軸部材７０に伝達された状態を維持する。

上述した動作の間、本実施の形態２のツースクラッチでは、スライダ４０を第１の位置から第２の位置に向けて移動させ、アーマチュアツース部８３の先端とロータツース部６２の先端とが互いに接触する時点を超えた噛み合い初期の状態までは、第１のコイル１２及び第２のコイル１３に通電を行わない場合、永久磁石１１の磁束ｆｍによってロータ６０とスライダ４０とが互いに離反する方向に向けて推力が発生するように構成してある。従って、アーマチュアツース部８３とロータツース部６２との噛み合いがスムーズに行われない場合、第１のコイル１２や第２のコイル１３への通電を停止することでスライダ４０が第１の位置に戻るため、アーマチュアツース部８３及びロータツース部６２相互の接触がなくなり、双方に摩耗や損傷を来す事態を防止することができる。

一方、アーマチュアツース部８３とロータツース部６２とが噛み合った状態において通電制御部５０からの制御信号により、図１１−４に示すように、第２のコイル１３の周囲に形成される永久磁石１１の磁束ｆｍを打ち消すように第２のコイル１３に通電を行うとともに、スライダ４０に吸引力を作用させることができるように第１のコイル１２に通電を行うと、第１のコイル１２の周囲に形成される磁束ｆｃ１によってスライダ４０が吸引されることになり、図１１−１に示すように、スライダ４０が第１の位置に移動する。従って、ロータツース部６２とアーマチュアツース部８３とが非噛み合い状態となり、ロータ６０の回転が軸部材７０に伝達されない状態に復帰する（クラッチＯＦＦ）。スライダ４０が第１の位置まで移動した後においては、第１のコイル１２への通電を停止した場合にも、永久磁石１１の磁束ｆｍによって第１のコイル１２の周囲に形成される磁気回路（永久磁石１１→固定基体２０→スライダ４０→永久磁石１１）によりスライダ４０が第１の位置に保持される。

以下、通電制御部５０を通じて同様の通電制御を行うことにより、スライダ４０が第１の位置と第２の位置との間で移動することになり、アーマチュアツース部８３とロータツース部６２とを噛み合い状態と非噛み合い状態に切り替えることができる。尚、実施の形態１と同様、永久磁石１１による磁束ｆｍは、便宜的に方向を示したものであり、図示する方向に限定されることはない。また、スライダ４０を第１の位置から第２の位置に移動させる場合と、第２の位置から第１の位置に移動させる場合とで、便宜上永久磁石１１による磁束を「ｆｍ」、第１のコイル１２の周囲に生じる磁束を「ｆｃ１」、第２のコイル１３の周囲に生じる磁束を「ｆｃ２」として同じ符号を付しているが、これらの符号は磁束の大きさが同じであることを意味するものではない。

図１２−１及び図１２−２は、従来の一般的なツースクラッチにおいてアーマチュアの位置とアーマチュアに作用する推力との関係を表したもので、図１２−１はアーマチュアがＯＦＦ位置からＯＮ位置に移動するときの推力の変化を示し、図１２−２はアーマチュアがＯＮ位置からＯＦＦ位置に移動するときの推力の変化を表している。図１２−１及び図１２−２において横軸はアーマチュアの位置を示し、縦軸はアーマチュアに作用する推力を表している。横軸においては、クラッチがＯＮのときのアーマチュアの位置をＯＮ位置として表示し、クラッチがＯＦＦのときのアーマチュアの位置をＯＦＦ位置として表示している。縦軸においては、アーマチュアがＯＮ位置に向かう方向の推力を吸引力とし、ＯＮ位置から離れる方向の推力を反発力としている。図１２−１中の曲線１はアーマチュアがＯＦＦ位置に復帰するための復帰バネによる反発力を示し、曲線２はコイルに通電したときの吸引力を示し、曲線１と曲線２との合成した曲線３がアーマチュアに作用する推力となる。クラッチがＯＮの状態を維持するには、復帰バネによる反発力に抗しなければならないため、常時コイルに通電が必要となる。尚、図１２−２に示すように、クラッチがＯＮの状態からコイルの通電を停止すると、復帰バネによってクラッチがＯＦＦの状態になる。この従来例では、図１２−１に示すように、コイルからアーマチュアが離隔する方向に移動すると、コイルへの通電による吸引力が指数関数的に低下することになる。このため、アーマチュアを確実に吸引するためには、アーマチュアの移動ストロークを長く設定することが困難となる。

これに対して図１３−１及び図１３−２は、上述した実施の形態２のツースクラッチのＯＮ／ＯＦＦ切り替え動作において、アーマチュア８０の位置とアーマチュア８０に作用する推力との関係を表したもので、図１３−１は、アーマチュア８０がＯＦＦ位置（スライダ４０の第１の位置）からＯＮ位置（スライダ４０の第２の位置）に移動するときの推力の変化を示し、図１３−２はクラッチＯＮ状態からＯＦＦ状態に推移するときの推力の変化を表している。図１３−１及び図１３−２において横軸はアーマチュア８０の位置を示し、縦軸はアーマチュア８０に作用する推力を示している。横軸においては、クラッチがＯＮのときのアーマチュア８０の位置をＯＮ位置として表示し、クラッチがＯＦＦのときのアーマチュア８０の位置をＯＦＦ位置として表示している。縦軸においては、アーマチュア８０がＯＮ位置に向かう方向の推力を吸引力とし、ＯＮ位置から離れる方向の推力を反発力としている。

図１３−１中の座標１は、アーマチュア８０がＯＦＦ位置に配置されている場合の永久磁石１１による保持力である。この状態から第１のコイル１２の周囲に形成される永久磁石１１の磁束ｆｍを打ち消すように第１のコイル１２に通電を行うとともに、スライダ４０に吸引力を作用させることができるように第２のコイル１３に通電を行うと、その瞬間にアーマチュア８０に作用する推力が座標２の吸引力となる。その後、アーマチュア８０の移動に伴って曲線３に示すような吸引力が作用し（第１のコイル１２への通電を停止）、アーマチュア８０がＯＮ位置に至る（座標４）。さらにアーマチュア８０がＯＮ位置の状態で第２のコイル１３への通電を停止すると、アーマチュア８０に作用する吸引力が永久磁石１１によるものだけとなり、座標５となる。

同様に、図１３−２中の座標５に示す状態から第２のコイル１３の周囲に形成される永久磁石１１の磁束ｆｍを打ち消すように第２のコイル１３に通電を行うとともに、スライダ４０に吸引力を作用させることができるように第１のコイル１２に通電を行うと、その瞬間にアーマチュア８０に作用する推力が座標４′の反発力となる。その後、アーマチュア８０の移動に伴って曲線３′に示すような反発力が作用し（第２のコイル１３への通電を停止）、アーマチュア８０がＯＦＦ位置に至る（座標２′）。さらにアーマチュア８０がＯＦＦ位置の状態で第１のコイル１２への通電を停止すると、アーマチュア８０に作用する反発力が永久磁石１１によるものだけとなり、座標１となる。

このように、実施の形態２のツースクラッチでは、永久磁石１１を狭持して２つのコイル１２，１３を設け、通電制御部５０からの制御信号により、アーマチュア８０を第１の位置から第２の位置に移動させる場合に、第２のコイル１３に通電を行った状態で第１のコイル１２の周囲に永久磁石１１の磁束ｆｍを打ち消す磁束が生じるように第１のコイル１２に通電を行うようにしている。しかも、このツースクラッチにおいては、アーマチュア８０が第１の位置及び第２の位置に配置された場合、永久磁石１１の磁束ｆｍによってそれぞれの位置に保持されるため、従来のツースクラッチのように復帰バネを要しない。このため、移動ストロークを、従来より大幅に長くすることが可能となり、高伝達トルクのツースクラッチが可能となった。

１１ 永久磁石
１２，１３ コイル
２０ 固定基体
２１ 中心孔
２２ 基部
２３ 凸部
２４ 磁気ヨーク部
２５ 中空孔
３０ 固定片
３１ 中心孔
３２ 凸部
３３ 平行部
４０ スライダ
５０ 通電制御部
５１ 電源
５２，５３ 端子ユニット
６０ ロータ
６１ ベアリング
６２ ロータツース部
７０ 軸部材
７１ ベアリング
７２ トメワ
８０ アーマチュア
８１ アクチュエータ本体
８２ キー
８３ アーマチュアツース部

Claims (7)

1. 永久磁石の両側にそれぞれコイルを配設するとともに、磁性体から成るスライダを前記コイルの並設方向に沿って移動可能に配設し、前記スライダが第１の位置に配置された場合には前記永久磁石の磁束によって第１のコイルの周囲に形成される磁気回路により前記スライダを前記第１の位置に保持する一方、前記スライダが第２の位置に配置された場合には前記永久磁石の磁束によって第２のコイルの周囲に形成される磁気回路により前記スライダを前記第２の位置に保持するように構成した自己保持型ソレノイドにおいて、
   前記スライダを前記第１の位置から前記第２の位置に移動させる場合に、前記第２のコイルに通電を行った状態で前記第１のコイルの周囲に前記永久磁石の磁束を打ち消す磁束が生じるように前記第１のコイルに通電を行う通電制御手段を備えたことを特徴とする自己保持型ソレノイド。
2. 前記通電制御手段は、前記スライダを前記第１の位置から前記第２の位置に移動させる場合、前記第２のコイルの周囲に前記永久磁石の磁束に沿って磁束が生じるように前記第２のコイルに通電を行った状態で、前記一方のコイルの周囲に前記永久磁石の磁束を打ち消す磁束が生じるように前記第１のコイルに通電を行うことを特徴とする請求項１に記載の自己保持型ソレノイド。
3. 前記通電制御手段は、前記第１のコイルに前記永久磁石の磁束を打ち消す磁束を生じさせる場合、予め設定した一定の電流値で通電を行うことを特徴とする請求項１に記載の自己保持型ソレノイド。
4. 前記通電制御手段は、前記第１のコイルに前記永久磁石の磁束を打ち消す磁束を生じさせる場合、電流値を漸次変化させながら通電を行うことを特徴とする請求項１に記載の自己保持型ソレノイド。
5. 前記通電制御手段は、前記第１のコイルに前記永久磁石の磁束を打ち消す磁束を生じさせる場合、前記スライダが移動を開始した時点で前記第１のコイルへの通電を停止し、かつ前記第２のコイルへの通電を継続することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の自己保持型ソレノイド。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一つに記載した自己保持型ソレノイドにおいて前記スライダを円筒状に形成し、その端面にツース部を設けるとともに、前記スライダの中心軸線を中心として前記スライダに対して相対回転可能に配設した回転体にツース部を形成し、前記コイルへの通電状態を制御することによって前記スライダを中心軸線に沿って移動させ、前記スライダのツース部を前記回転体のツース部に対して噛み合い状態と非噛み合い状態とに切り替えるように構成したことを特徴とするツースクラッチ。
7. 少なくとも前記スライダのツース部と前記回転体のツース部とが離隔した状態から接触する時点までの間、前記永久磁石の磁束によって前記回転体と前記スライダとが互いに離反する方向に向けて推力が発生するように構成したことを特徴とする請求項６に記載のツースクラッチ。

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