WO2015056330A1

WO2015056330A1 - 摩擦ロスを低減したクラッチ装置およびデファレンシャル装置

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Publication number: WO2015056330A1
Application number: PCT/JP2013/078204
Authority: WO
Inventors: 康雄山中; 豊史丸山
Original assignee: Ｇｋｎドライブラインジャパン株式会社
Priority date: 2013-10-17
Filing date: 2013-10-17
Publication date: 2015-04-23
Also published as: CN105723112B; CN105723112A; JP6204485B2; US9695922B2; US20160223064A1; JPWO2015056330A1

Abstract

　デファレンシャル装置は、差動機構を収容して駆動するべく構成されたケーシングであって、第１の端壁、第２の端壁および側壁を備え、前記第１の端壁から前記第２の端壁に向かう軸の周りに回転可能なケーシングと、円周溝を囲むべく、前記第１の端壁の外面から一体的に前記軸の方向に延びた延長壁と、前記ケーシングに収容され、前記軸の方向に可動であって前記第１の端壁の内面に停留可能なクラッチ部材を備え、前記差動機構の差動を制限するべく構成されたクラッチと、前記クラッチ部材を前記軸の方向に駆動するべく構成され、磁束を導くコアを備えたソレノイドであって、前記コアは前記円周溝に摺動可能に嵌合する嵌合部と、前記嵌合部より径方向に外方に突出して前記延長壁に前記軸の方向に当接する当接部と、前記円周溝より前記軸の方向に外方に突出して前記当接部より径方向に内方に後退した背部と、を備えた、ソレノイドと、を備える。

Description

摩擦ロスを低減したクラッチ装置およびデファレンシャル装置

　本発明は、ソレノイドに駆動されるクラッチ装置およびそれを含むデファレンシャル装置に関し、特にソレノイドのコアとケーシングとの摩擦によるエネルギロスを低減したクラッチ装置およびデファレンシャル装置に関する。

　車両が左右の何れかに曲がるときには、左右の車輪の間に回転速度差が生じる。差動を許容しながら左右の車軸にエンジン／モータのトルクを分配するべく、通常、車両はデファレンシャル装置を備える。車軸間の差動を制限するために、あるいは他の目的のために、デファレンシャル装置はしばしばクラッチと、クラッチを外部から駆動するためのアクチュエータとを備える。アクチュエータとしてはソレノイドが利用されることがある。

　ソレノイドは外部と電気ケーブルにより繋がった静止部材であるので、回転するデフケースといかに結合するかは技術的問題の一つである。特許文献１は関連する技術を開示している。

日本国特許公開２０１０－７８１３７号

　ソレノイドが発生する磁束がソレノイドのコアからデファレンシャル装置のケーシングへ通過すると、コアをケーシングに誘引する磁力が生ずる。本発明者らが明らかにしたところによれば、かかる磁力は、ケーシングの軸に関して径方向には打ち消しあって問題を生じないが、軸方向にはコアとケーシングとの間の摩擦を増大するように作用する。摩擦はエネルギロスの主要因の一つであるから、磁束が透過する方向はデファレンシャル装置のエネルギ効率において無視し得ない要素であることが明らかである。本発明は、かかるエネルギロスの要因を発見したことに基づいて、磁束が透過する方向を制御する手段を採用したことにより為されたものである。

　本発明の第１の局面によれば、クラッチ装置は、軸の周りに回転可能な端壁と、円周溝を囲むべく、前記端壁の第１の面から一体的に前記軸の方向に延びた延長壁と、前記軸の方向に可動であって前記端壁の第２の面に停留可能なクラッチ部材を備えたクラッチと、前記クラッチ部材を前記軸の方向に駆動するべく構成され、磁束を導くコアを備えたソレノイドであって、前記コアは前記円周溝に摺動可能に嵌合する嵌合部と、前記嵌合部より径方向に外方に突出して前記延長壁に前記軸の方向に当接する当接部と、前記円周溝より前記軸の方向に外方に突出して前記当接部より径方向に内方に後退した背部と、を備えた、ソレノイドと、を備える。

　本発明の第２の局面によれば、デファレンシャル装置は、差動機構を収容して駆動するべく構成されたケーシングであって、第１の端壁、第２の端壁および側壁を備え、前記第１の端壁から前記第２の端壁に向かう軸の周りに回転可能なケーシングと、円周溝を囲むべく、前記第１の端壁の外面から一体的に前記軸の方向に延びた延長壁と、前記ケーシングに収容され、前記軸の方向に可動であって前記第１の端壁の内面に停留可能なクラッチ部材を備え、前記差動機構の差動を制限するべく構成されたクラッチと、前記クラッチ部材を前記軸の方向に駆動するべく構成され、磁束を導くコアを備えたソレノイドであって、前記コアは前記円周溝に摺動可能に嵌合する嵌合部と、前記嵌合部より径方向に外方に突出して前記延長壁に前記軸の方向に当接する当接部と、前記円周溝より前記軸の方向に外方に突出して前記当接部より径方向に内方に後退した背部と、を備えた、ソレノイドと、を備える。

図１は、本発明の一実施形態に係るクラッチを含むデファレンシャル装置の断面図である。図２は、キャリアと共に表す前記デファレンシャル装置の断面図である。図３は、前記デファレンシャル装置の側面図であって、ソレノイドの側から見た側面図である。図４は、プランジャのストロークＳに対する推力ＴＦの変化を示すグラフであって、本実施形態と比較例とを比較する図である。図５Ａは、前記ソレノイドにおけるコアの背面の形状の一例を表す断面図である。図５Ｂは、前記ソレノイドにおけるコアの背面の形状の他の例を表す断面図である。図６Ａは、ソレノイドとケーシングの一部の断面図であって、一の例によるコアにおける磁力線の分布を表す図である。図６Ｂは、ソレノイドとケーシングの一部の断面図であって、他の例によるコアにおける磁力線の分布を表す図である。図６Ｃは、ソレノイドとケーシングの一部の断面図であって、さらに他の例によるコアにおける磁力線の分布を表す図である。図７は、印加する電圧Ｖに対するドラグトルクＴの変化を示すグラフであって、図６Ａないし６Ｃに示す各例を比較する図である。図８は、前記ソレノイドにおけるコアの形状のさらに他の例を表す断面図である。図９は、本発明の他の実施形態に係るクラッチを含むデファレンシャル装置の断面図である。図１０は、キャリアの開口を通して見た前記デファレンシャル装置の平面図である。

　図１ないし１０を参照して以下に本発明の幾つかの例示的な実施形態を説明する。

　ベベルギア式のロックアップデファレンシャル装置を例にとり各実施形態を説明するが、本発明の実施形態は必ずしもこれに限られない。以下に開示されたクラッチ装置を、例えばフリーランニングデファレンシャル装置やトランスファに適用することができる。またデファレンシャル装置が車軸に適用された例を挙げるが、プロペラシャフト等の他のシャフトに適用されてもよい。

　図１を参照するに、デファレンシャル装置２０１は、軸周りに回転可能なデフケース３と、これに収容されたベベルギア式の差動機構２０９とを備える。デフケース３が回転することにより差動機構２０９が駆動され、左右の車軸に差動的にトルクを分配する。またデファレンシャル装置２０１は、差動を制限するためにクラッチ装置１を備える。

　デフケース３は、ケース本体２１７と、その一方の端を覆うカバー体２１５と、よりなるケーシングであって、その内部のキャビティに差動機構２０９が収容される。図中右寄りに示された壁部（第１の端壁）３７からカバー体（第２の端壁）２１５に向かう軸の回りにデフケース３は回転可能である。カバー体２１５と壁部３７から、それぞれボス部２１１，４７が突出しており、それぞれベアリング２１３，６５を介してキャリア５１に回転可能に支持される。キャリア５１は車体に対して静止している静止部材である。

　図２を参照するに、デフケース３は、リングギヤ２１９が固定されるフランジ部２２１を備え、リングギヤ２１９に係合したギアを介してエンジン／モータからトルクを受容し、以って軸周りに回転する。リングギア２１９に係合するギアは、例えば車両のトランスファに連絡したドライブピニオン２２３である。

　ドライブピニオン２２３は、リングギヤ２１９より小径であってもよい。小径のドライブピニオン２２３が大径のリングギヤ２１９と組み合わされることにより、変速が可能である。またこれらはベベルギヤ組を構成するので、トルクが伝達される方向を変換する。

　ドライブピニオン２２３は、入力軸２２５の一端として形成されていてもよく、また別体であってもよい。エンジン／モータのトルクは入力軸２２５から入力され、方向変換してデフケース３に伝達される。

　入力軸２２５は、その軸がデフケース３の回転軸と直交するように配置され、軸方向に離れて配置された２つのベアリング２２７，２２９を介してキャリア５１に回転可能に支持されている。この入力軸２２５の他端側は、連結部２３１プロペラシャフトに連結される連結部材２３３が一体回転可能に連結されている。連結のために、スプライン結合あるいは他の結合が利用できる。プロペラシャフトはエンジン／モータに駆動的に連絡している。

　連結部材２３３を入力軸２２５の端部に固定するべく、これにねじ締結されるナット２３５を利用することができる。またナット２３５の締結による与圧は、ベアリング２２７，２２９にも付与され、入力軸２２５を軸方向に位置決めする。また、連結部材２３３に近接して、キャリア５１の内部と外部とを区画するべく、キャリア５１はシール部材２３７を備え、連結部材２３３の外周にはシール部材２３７のリップ部と摺動するダストカバー２３９が配置されて、キャリア５１の内部を外部から隔離している。

　この連結部材２３３を介して入力軸２２５に伝達された駆動力は、ドライブピニオン２２３とリングギヤ２１９とからなるギヤ組を介してデフケース３に伝達される。

　デフケース３は、フランジ部２２１においてカバー体２１５とケース本体２１７とに分割できる。カバー体２１５を外してアクセスできるケース本体２１７の開口から、ピニオン２０５、一対のサイドギヤ２０７，５、クラッチ装置１のクラッチ部材９などの各種部材が内部に収容される。適宜のボルトによってケース本体２１７とカバー体２１５とが互いに固定され、ケース本体２１７の開口がカバー体２１５によって閉塞される。リングギヤ２１９はボルト２４１によりフランジ部２２１に固定される。あるいはボルト２４１によりケース本体２１７、カバー体２１５およびリングギヤ２１９が共締めされてもよい。

　複数のピニオンシャフト２０３がデフケース３の側壁から挿入されてピニオン２０５を貫通し、これらを支承する。ピニオンシャフト２０３は、例えば１つの長尺のピニオンシャフト２０３と２つの短尺のピニオンシャフト２０３とからなる。短尺のピニオンシャフト２０３の外端部は、デフケース３の側壁に係合してピン２４３で抜け止め及び回り止めされる。長尺のピニオンシャフト２０３は、その中間に孔を備えており、短尺のピニオンシャフト２０３の内端部がこの孔に係合することにより、長尺のピニオンシャフト２０３が抜け止め及び回り止めされる。以っていずれのピニオンシャフト２０３も、デフケース３と一体に回転する。ピニオンシャフト２０３は、ピニオン２０５をその軸周りに回転可能に支承する。

　ピニオン２０５は、デフケース３の周方向に等間隔に４つ配置することができるが、これに限られない。ピニオン２０５は、それぞれ長尺のピニオンシャフト２０３と短尺の２つのピニオンシャフト２０３とに支承されてデフケース３の回転によって公転する。また、ピニオン２０５とデフケース３との間には、球面ワッシャ２４５が介在してもよい。

　ピニオン２０５は、一対のサイドギヤ２０７，５に係合することにより、これらにトルクを伝達する。またサイドギヤ２０７，５に差回転が生じると、各ピニオン２０５はピニオンシャフト２０３の周りに回転することができ、以ってサイドギヤ２０７，５の差動を許容する。

　一対のサイドギヤ２０７，５は、それぞれボス部２４７，３５を備え、これらがそれぞれカバー体２１５，ケース本体２１７に摺動可能に嵌合することにより、デフケース３に相対回転可能に支持される。また、サイドギヤ２０７，５とデフケース３との間には、スラストワッシャ２４９，２５１が介在してもよい。

　一対のサイドギヤ２０７，５は、その内周に円孔状の連結部２５３，２５５を備えてもよく、またその内面は車軸との連結のためにスプラインを備えてもよい。連結部２５３，２５５によりサイドギヤ２０７，５は左右の車軸と一体に回転可能にされ、以ってデフケース３に入力されたトルクが車軸に出力される。

　デファレンシャル装置２０１における差動機構２０９の差動は、クラッチ装置１により、制御可能にロック又はアンロックされる。クラッチ装置１は、クラッチ７を備え、以ってサイドギヤ５をデフケース３に対して回転不能にする。

　このクラッチ装置１が適用されたデファレンシャル装置２０１では、クラッチ７が連結すると、デフケース３とサイドギヤ５とが接続され、差動機構２０９の差動がロック状態となる。この状態では、一対のサイドギヤ２０７，５は等速に回転する。クラッチ装置１が脱連結すると、一対のサイドギヤ２０７，５の差動が許容され、トルクが適宜に分配される。

　クラッチ装置１は、デフケース３とサイドギヤ５との間の相対回転を制限するクラッチ７を備える。クラッチ７は、デフケース３と一体回転可能であってその軸方向に移動可能なクラッチ部材９と、このクラッチ部材９を軸方向に駆動する電磁石（ソレノイド）１１と、を備える。電磁石１１は例えば環状であって、デフケース３と同軸に配置される。また電磁石１１の励磁により駆動されてクラッチ部材９を操作する可動部材１３を備えることができる。

　電磁石１１は、デフケース３の壁部（第１の端壁）３７と軸方向に隣接するように配置され、電磁コイル１５と、この電磁コイル１５の周囲に配置されるコア１７とを有する。

　さらに、デフケース３は、その壁部３７から軸方向に延びた延長壁１９を備える。延長壁１９は、円周溝２０を囲み、これに部分的に嵌合することによりコア１７は支持される。

　コア１７は、延長壁１９に嵌入する嵌合部と、これより径方向に外方に突出する当接部２１と、を備える。当接部２１は延長壁１９の端面に当接する。

　コア１７において延長壁１９が囲む円周溝２０より軸方向に外方に突出した部分、すなわち当接部２１に関して背部２３は、当接部２１と同程度の径であってもよいが、当接部２１より径方向に内方に後退していてもよい。背部２３は、その全体が後退してもよく、あるいは部分的に後退していてもよい。当接部２１の面のうち、延長壁１９の端面に当接する面と反対の面、すなわち背部２３に向いた背面には、何れの部材も当接せずに開放されている。

　延長壁１９は、その端面の縁がそれぞれ面取りされた面取部２５，２５を備えてもよい。面取部２５は内周側の縁にのみ形成されていてもよい。

　また、当接部２１は、延長壁１９の軸方向端面と対向するように、その隅に、軸方向に切り欠かれた切欠部２７を備えてもよい。

　図１～図３に示すように、クラッチ部材９は、基部２９と、基部２９の一方の面から一体的に軸方向に延長された複数の凸部３１と、その反対の面に形成された噛み合い歯３３とから構成されている。基部２９は、環状であって、サイドギヤ５のボス部３５に同軸的に摺動可能に嵌合する。クラッチ部材９は、サイドギヤ５から離れてデフケース３の壁部３７の内面に停留可能（クラッチ７は脱連結する）であり、そこからサイドギヤ５に向かって軸方向に移動可能（クラッチ７は連結する）である。なお壁部３７の内面への停留は、必ずしも接することを要しない。

　基部２９とサイドギヤ５との間には、クラッチ７を脱連結させる方向にクラッチ部材９を付勢する付勢部材３９が介在してもよい。

　凸部３１は、基部２９の周方向に、一定の間隔を置いており、これは例えば等間隔である。デフケース３の壁部３７は、これらに対応するように、軸方向に開けられた複数の孔４１を備え、凸部３１と孔４１とが係合している。

　凸部３１と孔４１との係合により、クラッチ部材９がデフケース３に回り止めされ、クラッチ部材９とデフケース３とが一体に回転する。凸部３１と軸方向孔４１との周方向面は、それぞれ対応するように傾斜していてもよい。傾斜した面は、クラッチ部材９を軸方向に付勢するカム面として作用する。

　このため、クラッチ７が連結する向きにクラッチ部材９が移動すると、デフケース３の回転によってカム面同士が接し、そのトルクの一部を軸力に変換し、以ってクラッチ７の接続を強化する。

　クラッチ部材９は、凸部３１とは軸方向に反対側の面に、複数の噛み合い歯３３を備える。噛み合い歯３３に対応するように、サイドギヤ５の背面は、複数の噛み合い歯４３を備える。クラッチ７は、噛み合い歯３３，４３の組み合わせにより構成されている。クラッチ７は、噛み合い歯３３，４３が噛み合うと、クラッチ部材９とサイドギヤ５とを連結して一体に回転させる。

　このクラッチ部材９とサイドギヤ５との連結により、デファレンシャル装置２０１では、デフケース３とサイドギヤ５とが連結されて一体に回転するようになり、差動機構２０９の差動がロックされ、デフケース３に入力されたトルクが一対のサイドギヤ２０７，５を介して車軸に出力される。

　このようなクラッチ７の接続は、クラッチ部材９をクラッチ７に向けて軸方向に移動することによって行われ、このクラッチ部材９の軸方向の移動はアクチュエータ４５によってなされる。

　アクチュエータ４５は、電磁石１１と、可動部材１３とを備えている。電磁石１１は、デフケース３のボス部４７に嵌合し、デフケース３の壁部３７に軸方向に隣接するように配置される。この電磁石１１は、回り止め部４９を介して静止系部材としてのキャリア５１に対して回り止めされる。回り止め部４９と電磁石１１との固定のために溶接等の手段が利用できる。電磁石１１は、電磁コイル１５と、コア１７とを備えている。

　電磁コイル１５は、環状に巻回されて樹脂でモールド成形されている。また、電磁コイル１５には、外部に引き出されるリード線５３が接続され、このリード線５３の端末に接続されたコネクタ５５を介して通電を制御するコントローラ（不図示）に接続されている。この電磁コイル１５の周囲には、コア１７が配置されている。

　コア１７は、電磁コイル１５が発生する磁束を伝導するべく磁性材料から形成される。コア１７は、電磁コイル１５を、壁部３７に面した側を除き、覆っている。壁部３７も磁性材料であるから、コア１７が壁部３７に接することにより、後述のプランジャ５７に面したギャップを除き、電磁コイル１５のほぼ全てを囲む磁気回路が形成される。

　コア１７は、その嵌合部において、延長壁１９に面接触し、以って磁束がコア１７から延長壁１９へ透過しうる。延長壁１９との面接触は、また、電磁石１１を径方向に位置決めするように、電磁石１１を支持する。ただしかかる面接触は、必ずしも密でなく、過大な摩擦抵抗なく摺動を許容する程度に緩やかである。

　コア１７の当接部２１において延長壁１９に向いた側の面は、延長壁１９の軸方向に向いた端面に当接しており、ここを介しても磁束がコア１７から延長壁１９へ透過しうる。延長壁１９の端面との当接は、電磁石１１がデフケース３へ向かう方向への移動を妨げるように、電磁石１１を支持している。

　既に述べたように、延長壁１９は面取部２５，２５を備え、当接部２１は切欠部２７を備えてもよい。これらは延長壁１９と当接部２１との間の摺動抵抗を低減することができ、ひいては装置のフリクションを低減することができる。

　可動部材１３は、電磁石１１の内側であってボス部４７の外側に、前述の磁気回路のギャップを跨ぐように配置される。可動部材１３は、環状のプランジャ５７と、リング部材５９とを備えている。

　プランジャ５７は、磁性材料から形成される。プランジャ５７とコア１７との間は、磁束が透過できる程度に狭いエアギャップを隔てて近接しており、磁気回路のギャップを跨いでいるので、コア１７、壁部３７およびプランジャ５７の組み合わせは閉じた磁気回路を構成する。このプランジャ５７の内周には、リング部材５９が固定されて一体に移動する。

　リング部材５９は、非磁性材料から形成され、プランジャ５７の内周側からデフケース３側へ磁束が漏れることを防止している。リング部材５９は、クラッチ部材９に当接する押圧部６１を備える。押圧部６１は、壁部３７の孔４１内においてクラッチ部材９の凸部３１に当接するべく延長されている。

　電磁石１１の励磁により可動部材１３が移動するのに伴い、リング部材５９が軸方向に移動し、押圧部６１がクラッチ部材９を押圧することによりクラッチ７を連結せしめる。

　コア１７、プランジャ５７およびリング部材５９の脱落を防止するように、規制部材６３がボス部４７の外周に固定される。固定は、例えば圧入によることができるが、これに限られない。規制部材６３は、コア１７およびリング部材５９の、それぞれ軸方向に外側の端面に当接してこれらを軸方向に位置決めする。規制部材６３の他には、コア１７を軸方向に位置決めする部材を要せず、それゆえ、例えば当接部２１の背面に、デフケース３に固定された部材が当接していなくてもよい。規制部材６３は非磁性材料よりなり、環状とすることができる。非磁性材料よりなることは、磁束の漏れを防止して磁気効率を改善する点で有利である。

　図３を参照するに、規制部材６３は、複数の孔部６７を備えてもよい。孔部６７は、例えば規制部材６３の周方向に等間隔に形成され、電磁石１１および可動部材１３の側と、ベアリング６５の側とを連通する。孔部６７は、潤滑油が可動部材１３へ流入することを許容し、特にベアリング６５の回転は潤滑油の流動を促進するので、可動部材１３の潤滑性を向上させ、以って可動部材１３の応答反応性を向上するに有利である。

　図２に示すように、規制部材６３は、ベアリング６５のインナレースと軸方向から見てオーバーラップするように配置せしめてもよい。あるいは規制部材６３の孔部６７がベアリング６５の各ローラの軸方向と揃うようにしてもよい。このように規制部材６３を配置させることにより、ベアリング６５の回転による潤滑油の流動は効率的に孔部６７に導かれ、以ってさらに可動部材１３の潤滑性が向上する。

　ベアリング６５は、例えばテーパローラベアリングからなり、保持器をさらに備えてもよい。図１を参照するに、規制部材６３は、回避部６９において窪んでおり、ベアリング６５の保持器に干渉しないようになっている。規制部材６３が回避部６９を備えることにより、規制部材６３とベアリング６５とを軸方向により近接して配置させることができるので、装置を小型化するに有利である。

　コア１７の規制部材６３側において、径方向に内側（可動部材１３に近い側）の肉厚は外側よりも厚くてもよい。かかる肉厚差により、可動部材１３に近い側においてコア１７の磁路断面積が大きくなる。本発明者らが見出したところによれば、かかる部分は磁束が飽和しやすく、それゆえ磁路断面積が大きいことにより磁束の飽和が防止される。これは、可動部材１３の軸方向への推力を向上するに有利である。

　可動部材１３（プランジャ５７）の軸方向ストロークＳに対する可動部材１３の推力ＴＦの変化を図４に示す。ここでは径方向に内側がより厚いコア１７を有する電磁石１１と、一定の肉厚のコアを有する電磁石１１Aとを比較している。図４から明らかなように、径方向に内側がより厚いコア１７は、可動部材１３の推力を向上させることがわかる。

　コア１７において、径方向に内側をより厚くするべく、図１に示すごとく、コア１７は凸部７１を備えてもよい。凸部７１の端面には、規制部材６３が当接されて電磁石１１の軸方向の位置決めがなされている。これは電磁石１１の軸方向の位置を安定せしめるに有利である。

　回り止め部４９の固定には、コア１７の薄肉の部位が利用できる。回り止め部４９を固定するために特別な部位を設ける必要がないため、装置を小型化するに有利である。

　電磁石１１のコア１７の規制部材６３側の形状は、例えば、図５Ａに示すように、肉厚が急峻に変化する段差を有する形状であってもよく、あるいは、図５Ｂに示すように、肉厚が次第に変化する傾斜を有する形状でもよい。あるいは肉厚を変化せしめる他の適宜の形状を採用することができる。

　図１に戻って参照するに、デフケース３の壁部３７において、電磁石１１に隣接する部分よりも、可動部材１３に隣接する部分をより厚くしてもよい。より内周の部位ほど負担するトルクは大きくなるので、かかる部分がより肉厚であることは、強度および剛性の点で有利である。また、より外周の部位ほど肉薄であるので、軽量化の点で有利である。

　上述の肉厚が厚い部分は、サイドギヤ５の噛み合い反力を負担している。すなわちかかる部分がより肉厚であることは、サイドギヤ５の噛み合い反力を安定して受ける点でも有利である。

　壁部３７は、コア１７に向かって延長されて磁気回路の一部をなす磁路形成部７３を備えてもよい。磁路形成部７３は、壁部３７において肉厚が厚い部分と薄い部分との境界から延長されていてもよい。磁路形成部７３とコア１７との間が前述の磁気回路のギャップであってもよい。磁路形成部７３は、電磁石１１を壁部３７に対して軸方向により近接させるのに寄与し、装置を小型化するに有利である。

　このように構成されたクラッチ装置１では、電磁石１１の励磁によりコア１７とプランジャ５７とデフケース３の壁部３７とを透過する磁束が閉じた磁束ループを形成し、プランジャ５７を経由する磁束がこれを駆動して、リング部材５９を軸方向に移動せしめる。リング部材５９は押圧部６１を介してクラッチ部材９を押圧し、以ってクラッチ７を連結せしめる。磁束が閉じたループから外部に漏れにくいので、磁気エネルギが効率よく利用される。

　クラッチ７が連結することにより、デファレンシャル装置２０１では、サイドギヤ５とクラッチ部材９とが一体に回転するように接続され、以ってサイドギヤ５とデフケース３とが接続されて差動機構２０９の差動はロックされる。

　電磁石１１への通電を停止すると、クラッチ部材９は付勢部材３９の付勢力によってサイドギヤ５から離れる方向に移動させられ、以ってクラッチ７は脱連結する。

　クラッチ７が脱連結すると、デファレンシャル装置２０１では、サイドギヤ５はクラッチ部材９に対して相対的に回転可能となり、以ってサイドギヤ５がデフケース３に対して相対的に回転可能となるので、差動機構２０９の差動が可能になる。

　デファレンシャル装置２０１は、クラッチ部材９の軸方向の位置を検出する手段を備えてもよい。クラッチ部材９の軸方向の位置を検出することにより、クラッチ７が連結した状態か脱連結した状態かを検出することができ、以ってデファレンシャル装置２０１がロックアップした状態か差動が可能な状態かを検出することができる。

　位置を検出する手段の一例として、デファレンシャル装置２０１は検出部材７５を備えることができる。検出部材７５は、例えば円盤状であって、その内周から複数の凸状板部がクラッチ部材９側に向けて突出している。デフケース３は、これに対応するように径方向に貫通した孔７７を備える。複数の凸状板部は孔７７を介してデフケース３の内部に臨み、クラッチ部材９の凸部３１にボルト等により固定されている。

　このため、検出部材７５は、クラッチ部材９と一体的に軸方向に移動する。検出部材７５の径方向に外方の端に係合するように、ポジションスイッチ７９が配置されている。

　ポジションスイッチ７９は、キャリア５１に固定され、コントローラに接続されている。また、ポジションスイッチ７９は接点部８１を備え、スイッチをＯＮ－ＯＦＦに切り替えることができるようになっている。検出部材７５の外端は、接点部８１に係合している。

　このポジションスイッチ７９は、接点部８１が前進および後退することにより、ＯＮ－ＯＦＦ切り替えされるので、クラッチ部材９の軸方向の位置を検出し、以ってクラッチ７の連結－脱連結を検出する。すなわちポジションスイッチ７９は、デファレンシャル装置２０１における差動機構２０９がロックされた状態か、アンロックされた状態かを検出することができる。

　このように構成されたクラッチ装置１では、デフケース３の延長壁１９と電磁石１１のコア１７の当接部２１とが軸方向に当接することによって、デフケース３と電磁石１１とは、軸方向に相対的に動かないように、互いに支持しあっている。

　既に述べた通り、コア１７は、当接部２１に関して背側に背部２３を備えており、背部２３は当接部２１より径方向に内方に後退していてもよい。背部２３は、その全体が後退してもよく、あるいは部分的に後退していてもよい。またコア１７において嵌合部の肉厚は厚いほうが有利である。

　図６Ａを参照するに、背部２３が当接部２１よりも後退していない電磁石１１ａにおいて、磁束の相当部分は当接部２１から延長壁１９の端面へと軸方向に透過する。この磁束はコア１７を延長壁１９へ誘引する力を生じ、それゆえデフケース３と電磁石１１ａとの間の摩擦を増大する。これは回転に伴うエネルギロスを増大する要因である。

　図６Ｂを参照するに、コア１７において延長壁１９の内面に嵌合する嵌合部の肉厚を増大した電磁石１１ｂにおいて、電磁石１１ａと対比して、磁束のうち嵌合部から延長壁１９の内面へと径方向に透過する部分が増大し、軸方向に透過する部分は減少する。デフケース３と電磁石１１ａとの間の摩擦が減少するので、かかる形態のほうが、エネルギロスを抑制できる点で有利である。

　図６Ｃを参照するに、コア１７において背部２３が当接部２１よりも全体的に後退している電磁石１１において、磁束は背部２３から当接部２１へ迂回し難い。それゆえ磁束の大部分は軸方向に嵌合部へと導かれて延長壁１９の内面へと径方向に透過する。磁束の僅かな部分のみが軸方向に延長壁１９へ透過するので、デフケース３と電磁石１１との間の摩擦は、僅かにしか増大しない。すなわちかかる形態は、エネルギロスを抑制できる点で有利である。

　図７を参照するに、印加する電圧Ｖに対するドラグトルクＴの変化を、電磁石１１ａと、電磁石１１ｂと、電磁石１１とで比較する。図７から明らかなように、等しい電圧を印加したときに、電磁石１１ａよりも電磁石１１ｂのほうがドラグトルクが小さく（摩擦が小さく）、電磁石１１はさらにドラグトルクが小さい（摩擦が小さい）。嵌合部の厚さを増大し、背部を当接部よりも後退せしめることが摩擦を減少せしめる効果が明らかである。

　既に述べた通り、背部２３の全体が後退していなくてもよく、例えば、図８に示す背部２３ａのように、当接部２１の背面のみが周方向に溝状に後退している形態であってもよい。あるいは、後退した部分が周方向に連続していなくてもよく、複数の部分が周方向に間隔を置いて後退していてもよい。

　図９，図１０を参照するに、デファレンシャル装置およびクラッチ装置の支持には種々の形態がありうる。

　図９に示す例によれば、回り止め部１０３はコア１７の背部２３に結合している。

　図１０を参照するに、キャリア５１は、デフケース３を回転可能に支持するベアリング６５を保持するためのベアリングキャップ１０５を備える。

　ベアリングキャップ１０５は、半円環状であって、複数のボルト１０７を介してキャリア５１に固定されている。キャリア５１は半円環状の構造を有し、ベアリングキャップ１０５をキャリア５１に組付けると完全な環を形成し、かかる環はベアリング６５を包囲してこれを保持する。

　図２を参照するに、ベアリング６５を軸方向に保持するための支持部材１１３は、ベアリング１０５に固定されていてもよい。固定のために、例えば適宜の支持部材１１１と、これをベアリングキャップ１０５に固定するボルト１０９が利用できる。

　図１０を参照するに、回り止め部１０３との係合のために、ベアリングキャップ１０５は、２つ以上の係合部１１５を備えることができる。図示の例では各係合部１１５はデフケース３の軸方向に向けてベアリング１０５から延長された凸部であり、２つの係合部１１５が対称的に配置されている。係合部１１５には、回り止め部１０３が係合して電磁石１１が回り止めされる。

　回り止め部１０３は、２つ以上の結合部１１７において、例えば溶接により電磁石１１のコア１７に結合する。結合部１１７は、コア１７の背部２３に間隔をおいて、係合部１１５の配置と対応するように、設けることができる。

　回り止め部１０３は、電磁石１１の周方向の２以上の箇所において、ベアリングキャップ１０５の係合部１１５と、電磁石１１が回転する方向に隣接し、以って互いに係合する。図１０より明らかに理解できるように、これら２組以上の係合の少なくとも一は、電磁石１１が矢印１１９の方向に回転するのを妨げ、他はその反対方向に回転するのを妨げる。すなわち、回り止め部１０３と係合部１１５との２組以上の係合は、電磁石１１が何れの方向にも回転しないよう、回り止めを行う。なお、回り止め部１０３は、電磁石１１のコア１７の背部２３にコア１７と一体成形されてもよい。唯一つの係合が両方向の回転を妨げる構造であってもよい。

　すなわち図９，１０に例示した支持構造によれば、ベアリングキャップ１０５をキャリア１５に組み付けるだけで電磁石１１の回り止めが可能であり、回り止めのための構造を別途に設ける必要がない。構造の簡略化および製造の容易さの点でかかる構造は有利である。図１に例示した支持構造のようにキャリアに向かって軸方向に張り出した回り止め部を要せず、回り止め部１０３や係合部１１５は径方向にも張り出していないので、かかる構造はキャリア５１を小型化するのに有利である。

　なお、回り止め部１０３と係合する係合部１１５は、ベアリングキャップ１０５に設けられているが、これに限らず、キャリア５１から軸方向の電磁石１１側に向けて延長された凸部を係合部としてもよい。

　上述の説明において、歯が軸方向に対向する形式の噛み合いクラッチを例に取ったが、スリーブが軸方向に移動する形式の噛み合いクラッチ、或いは多板クラッチや単板クラッチなどのごとき摩擦クラッチなど、何れの形式のクラッチも利用できる。

　好適な実施形態により本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記開示内容に基づき、当該技術分野の通常の技術を有する者が、実施形態の修正ないし変形により本発明を実施することが可能である。

　ソレノイドのコアとケーシングとの摩擦によるエネルギロスを低減するデファレンシャル装置が提供される。

Claims

　軸の周りに回転可能な端壁と、
　円周溝を囲むべく、前記端壁の第１の面から一体的に前記軸の方向に延びた延長壁と、
　前記軸の方向に可動であって前記端壁の第２の面に停留可能なクラッチ部材を備えたクラッチと、
　前記クラッチ部材を前記軸の方向に駆動するべく構成され、磁束を導くコアを備えたソレノイドであって、前記コアは前記円周溝に摺動可能に嵌合する嵌合部と、前記嵌合部より径方向に外方に突出して前記延長壁に前記軸の方向に当接する当接部と、前記円周溝より前記軸の方向に外方に突出して前記当接部より径方向に内方に後退した背部と、を備えた、ソレノイドと、
　を備えたクラッチ装置。
　請求項１のクラッチ装置であって、前記当接部において前記延長壁に当接する面と前記軸の方向に関して反対を向いた背面は、前記端壁に固定された何れの部材にも当接していない、クラッチ装置。
　請求項１のクラッチ装置であって、
　前記磁束により駆動されて前記クラッチを駆動するプランジャをさらに備え、
　前記コアと、前記端壁と、前記プランジャとは、前記磁束を導く閉じた閉回路を構成するべく配置されている、クラッチ装置。
　差動機構を収容して駆動するべく構成されたケーシングであって、第１の端壁、第２の端壁および側壁を備え、前記第１の端壁から前記第２の端壁に向かう軸の周りに回転可能なケーシングと、
　円周溝を囲むべく、前記第１の端壁の外面から一体的に前記軸の方向に延びた延長壁と、
　前記ケーシングに収容され、前記軸の方向に可動であって前記第１の端壁の内面に停留可能なクラッチ部材を備え、前記差動機構の差動を制限するべく構成されたクラッチと、
　前記クラッチ部材を前記軸の方向に駆動するべく構成され、磁束を導くコアを備えたソレノイドであって、前記コアは前記円周溝に摺動可能に嵌合する嵌合部と、前記嵌合部より径方向に外方に突出して前記延長壁に前記軸の方向に当接する当接部と、前記円周溝より前記軸の方向に外方に突出して前記当接部より径方向に内方に後退した背部と、を備えた、ソレノイドと、
　を備えたデファレンシャル装置。
　請求項４のデファレンシャル装置であって、前記当接部において前記延長壁に当接する面と前記軸の方向に関して反対を向いた背面は、ケーシングに固定された何れの部材にも当接していない、デファレンシャル装置。
　請求項４のデファレンシャル装置であって、
　前記磁束により駆動されて前記クラッチを駆動するプランジャをさらに備え、
　前記コアと、前記第１の端壁と、前記プランジャとは、前記磁束を導く閉じた閉回路を構成するべく配置されている、デファレンシャル装置。