(57)【要約】【課題】機械的な力により維持される係合状態を着磁により解放状態へ切り替える係合装置を実現する。【解決手段】係合状態では、磁束１０５が第２ヨーク２０内を流れないため、第１ヨークＢ（１０Ｂ）と第２ヨーク２０の間に磁束１０５による吸引力が発生しない。そのため、リターンスプリング７０によって、第２ヨーク２０が係合部材３０に押し付けられて、第２ヨーク２０と係合部材３０が互いに噛み合って接続される。着磁により極性可変磁石４０の極性を反転させると、磁束１０５が第２ヨーク２０内を流れてから第１ヨークＢ（１０Ｂ）内と第１ヨークＡ（１０Ａ）内に戻るため、第１ヨークＢ（１０Ｂ）と第２ヨーク２０の間に磁束１０５による吸引力が発生する。これにより、第２ヨーク２０と係合部材３０が互いに引き離されて、第２ヨーク２０と係合部材３０の噛み合いが外れて解放状態となる。【選択図】図２
2020091012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的に得られる力により係合状態を維持する係合機構と、
着磁によって発生する磁力により前記係合機構を係合状態から解放状態へ切り替える着磁機構と、
を有する、
ことを特徴とする係合装置。
【請求項２】
請求項１に記載の係合装置において、
前記係合機構は、係合状態で噛み合う２つの部材を備え、
前記着磁機構は、係合状態で噛み合う前記２つの部材のうちの一方の部材を着磁による磁力で引き寄せて他方の部材から引き離すことにより、前記係合機構を解放状態へ切り替える、
ことを特徴とする係合装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の係合装置において、
前記着磁機構は、着磁により極性を反転させる極性可変磁石を備え、
前記極性可変磁石を反転前の極性から反転後の極性に変化させることにより、前記係合機構を係合状態から解放状態へ切り替え、
前記極性可変磁石を前記反転後の極性から前記反転前の極性に戻すことにより、前記係合機構を解放状態から係合状態へ切り替える、
ことを特徴とする係合装置。
【請求項４】
請求項２に記載の係合装置において、
前記着磁機構は、コイルに電流を流すことによって発生する磁束で着磁されて極性を反転させる極性可変磁石を備え、
前記コイルに第１の電流を流すことによって発生する磁束が引き起こす吸引力により、係合状態で噛み合う前記２つの部材のうちの一方の部材を引き寄せて前記着磁機構との間のギャップを縮めてから、前記コイルに第２の電流を流すことによる着磁で前記極性可変磁石の極性を反転させることにより、前記２つの部材を互いに引き離して前記係合機構を解放状態へ切り替える、
ことを特徴とする係合装置。
【請求項５】
請求項４に記載の係合装置において、
前記２つの部材のうちの一方の部材と前記着磁機構との間のギャップを計測するセンサを備え、
前記コイルに第１の電流を流すことによって発生する磁束が引き起こす吸引力により前記２つの部材のうちの一方の部材が引き寄せられ、前記センサによって計測されるギャップが予め定められた値に達してから、前記コイルに第２の電流を流すことによる着磁で前記極性可変磁石の極性を反転させる、
ことを特徴とする係合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、係合装置に関し、特に、着磁を利用する係合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、励磁コイルに電流を流して円筒状押圧部材を介して多板ブレーキ機構を係合する電磁ブレーキの発明が記載されている（特許文献１の第００７６段落参照）。また、特許文献２には、第２永久磁石の着磁状態を変化させることにより、第２部材が第１部材に係合された係合状態、または、第２部材が第１部材に係合されていない解放状態（開放状態）のいずれか一方に制御される係合システムの発明が記載されている。特許文献２の係合システムは、着磁状態で磁束により得られる吸引力で第２部材が第１部材に係合された係合状態を維持している（特許文献２の図３（ｂ）参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−５２９０２号公報
【特許文献２】特開２０１６−２１７３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に係る発明では、励磁コイルに電流を流して多板ブレーキ機構を係合している。したがって、多板ブレーキ機構の係合状態を維持するために励磁コイルに電流を流し続けなければならない。
【０００５】
また、特許文献２に係る発明では、着磁により得られる吸引力で第２部材と第１部材の係合状態を維持している。したがって、第２部材と第１部材の係合状態を維持するために電流を流し続けなくてもよい。しかし、着磁により得られる吸引力を利用して係合状態が維持されるため、その吸引力を高めるために比較的高価な磁石の量を増やさなければならない。
【０００６】
なお、係合装置では、係合状態を維持するだけではなく、係合状態から解放状態への切り替えも必要になる。係合状態の維持と解放状態への切り替えに係る改良技術の登場が期待される。
【０００７】
本発明は、機械的な力により維持される係合状態を着磁により解放状態へ切り替える係合装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の具体例の一つである係合装置は、機械的に得られる力により係合状態を維持する係合機構と、着磁によって発生する磁力により前記係合機構を係合状態から解放状態へ切り替える着磁機構と、を有することを特徴とする。
【０００９】
上記具体例において、機械的に得られる力とは、例えば、物体同士の接点や接触面を通じて伝えられる力であり、その具体例には、抗力（垂直抗力）、弾性力、張力、摩擦力などの接触力が含まれる。例えば、部材同士の噛み合い、部材同士の嵌め合い、部材同士の張り付きなどにより、機械的に得られる力を発生させてもよい。ちなみに、磁力などの場の力は非接触力である。なお、上記具体例の係合機構は、機械的に得られる力に加えて、機械的に得られる力以外の補助的な力を利用して、係合状態を維持してもよい。
【００１０】
上記具体例によれば、機械的な力により維持される係合状態を着磁により解放状態へ切り替える係合装置が実現される。上記具体例では、機械的な力により係合状態を維持しているため、例えば、係合状態を維持するために電流を流し続けなくてもよい。また、上記具体例では、機械的な力により係合状態を維持しているため、例えば、着磁による磁力のみを利用して係合状態を維持する場合に比べて、安価な構造で係合状態を維持する力（吸引力など）を得ることができる。
【００１１】
前記係合機構は、係合状態で噛み合う２つの部材を備え、前記着磁機構は、係合状態で噛み合う前記２つの部材のうちの一方の部材を着磁による磁力で引き寄せて他方の部材から引き離すことにより、前記係合機構を解放状態へ切り替えるようにしてもよい。
【００１２】
また、前記着磁機構は着磁により極性を反転させる極性可変磁石を備え、前記極性可変磁石を反転前の極性から反転後の極性に変化させることにより、前記係合機構を係合状態から解放状態へ切り替え、前記極性可変磁石を前記反転後の極性から前記反転前の極性に戻すことにより、前記係合機構を解放状態から係合状態へ切り替えるようにしてもよい。
【００１３】
また、前記着磁機構は、コイルに電流を流すことによって発生する磁束で着磁されて極性を反転させる極性可変磁石を備え、前記コイルに第１の電流を流すことによって発生する磁束が引き起こす吸引力により、係合状態で噛み合う前記２つの部材のうちの一方の部材を引き寄せて前記着磁機構との間のギャップを縮めてから、前記コイルに第２の電流を流すことによる着磁で前記極性可変磁石の極性を反転させることにより、前記２つの部材を互いに引き離して前記係合機構を解放状態へ切り替えるようにしてもよい。
【００１４】
また、前記係合装置は、前記２つの部材のうちの一方の部材と前記着磁機構との間のギャップを計測するセンサを備え、前記コイルに第１の電流を流すことによって発生する磁束が引き起こす吸引力により前記２つの部材のうちの一方の部材が引き寄せられ、前記センサによって計測されるギャップが予め定められた値に達してから、前記コイルに第２の電流を流すことによる着磁で前記極性可変磁石の極性を反転させるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の具体例の一つにより、機械的な力により維持される係合状態を着磁により解放状態へ切り替える係合装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】係合装置を備えた係合システムの具体例を示す図である。
【図２】係合装置の具体例を示す図である。
【図３】電流値と磁束密度と吸引力の具体例を示す図である。
【図４】電気コイルに流す電流値の具体例を示す図である。
【図５】ギャップが広い場合と狭い場合の電流値の比較例を示す図である。
【図６】ギャップを縮めてから着磁を行う処理の具体例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の具体的な実施態様の一例を示す図である。図１には、係合装置１００を備えた係合システムの具体例が図示されている。図１に例示する係合システムは、入力軸２００側から得られる運動を係合装置１００を介して出力軸３００側へ伝達することができる。
【００１８】
図１に例示する係合装置１００は、係合状態または解放状態に切り替えられる。係合装置１００が係合状態であると、入力軸２００と出力軸３００が係合装置１００を介して互いに接続された状態となる。これにより、係合状態では、入力軸２００側から得られる運動が出力軸３００側へ伝達される。
【００１９】
一方、係合装置１００が解放状態であると、入力軸２００と出力軸３００が互いに切り離された状態となる。したがって、解放状態では、入力軸２００側から得られる運動が出力軸３００側へ伝達されない。
【００２０】
図１には、係合装置１００を介して入力軸２００側から出力軸３００側へ伝達される運動の具体例が例示されている。例えば、図１（Ａ）に示すように、入力軸２００側から得られる回転運動が係合装置１００を介して出力軸３００側へ伝達される。
【００２１】
また、係合装置１００を介して並進運動が伝達されてもよい。例えば、図１（Ｂ）に示すように、入力軸２００側から得られる前後方向の並進運動が係合装置１００を介して出力軸３００側へ伝達されてもよいし、例えば、図１（Ｃ）に示すように、入力軸２００側から得られる上下方向の並進運動が係合装置１００を介して出力軸３００側へ伝達されてもよい。
【００２２】
図２は、係合装置１００の具体例を示す図である。図２には、図１の係合システムが備える係合装置１００の具体例が図示されている。
【００２３】
図２に例示する係合装置１００は、第１ヨークＡ（１０Ａ）と第１ヨークＢ（１０Ｂ）と第２ヨーク２０と係合部材３０と極性可変磁石４０と極性固定磁石５０と電気コイル６０とリターンスプリング７０とセンサ８０を備えている。極性可変磁石４０は第１ヨークＡ（１０Ａ）に取り付けられており、極性固定磁石５０は第１ヨークＢ（１０Ｂ）に取り付けられている。
【００２４】
極性可変磁石４０は着磁状態の変化に応じて極性を反転させる磁石であり、極性固定磁石５０は極性が固定された磁石である。磁界密度がゼロの時における磁界の強さを保持力と呼び、極性固定磁石５０は保持力が比較的高く（比較的大きく）、極性可変磁石４０は保持力が比較的低い（比較的小さい）。極性固定磁石５０の具体例の一つがネオジム磁石であり、極性可変磁石４０の具体例の一つがアルニコ磁石である。極性可変磁石４０は、その保持力が低いため、極性固定磁石５０を対象とする場合よりも、小さい外部磁界によって着磁や減磁を行うことができる。
【００２５】
図２には、第２ヨーク２０と係合部材３０が互いに係合された係合状態と、第２ヨーク２０と係合部材３０が互いに係合されていない解放状態が図示されている。
【００２６】
係合状態では、極性固定磁石５０と極性可変磁石４０により直列磁気回路が形成され、磁束１０５が第１ヨークＡ（１０Ａ）内と第１ヨークＢ（１０Ｂ）内を流れるものの第２ヨーク２０内を流れないため、第１ヨークＢ（１０Ｂ）と第２ヨーク２０の間に磁束１０５による吸引力が発生しない。
【００２７】
そのため、第１ヨークＢ（１０Ｂ）と第２ヨーク２０の間に設けられたリターンスプリング７０によって、第２ヨーク２０が係合部材３０に押し付けられる。第２ヨーク２０と係合部材３０には、互いに噛み合う歯が設けられている。したがって、係合状態では、リターンスプリング７０により第２ヨーク２０が係合部材３０に押し付けられて、第２ヨーク２０と係合部材３０が互いに噛み合って接続される。
【００２８】
例えば、入力軸２００（図１）が直接的または間接的に第２ヨーク２０に接続され、係合部材３０が直接的または間接的に出力軸３００（図１）に接続される構成であれば、係合状態において、入力軸２００側から得られる運動が、互いに噛み合って接続された第２ヨーク２０と係合部材３０を介して、出力軸３００側へ伝達される。
【００２９】
また、入力軸２００が直接的または間接的に係合部材３０に接続され、第２ヨーク２０が直接的または間接的に出力軸３００に接続される構成であれば、係合状態において、入力軸２００側から得られる運動が、互いに噛み合って接続された係合部材３０と第２ヨーク２０を介して、出力軸３００側へ伝達される。
【００３０】
これに対し、解放状態では、極性固定磁石５０と極性可変磁石４０により並列磁気回路が形成され、第１ヨークＡ（１０Ａ）内と第１ヨークＢ（１０Ｂ）内を流れる磁束１０５が第２ヨーク２０内を流れてから第１ヨークＢ（１０Ｂ）内と第１ヨークＡ（１０Ａ）内に戻るため、第１ヨークＢ（１０Ｂ）と第２ヨーク２０の間に磁束１０５による吸引力が発生する。
【００３１】
そのため、磁束１０５による吸引力がリターンスプリング７０による押し付け力を上回ると、磁束１０５の吸引力により第２ヨーク２０が第１ヨークＢ（１０Ｂ）に引き寄せられる。これにより、第２ヨーク２０と係合部材３０が互いに引き離されて、第２ヨーク２０と係合部材３０の噛み合いが外れる。
【００３２】
したがって、例えば、入力軸２００（図１）が直接的または間接的に第２ヨーク２０に接続され、係合部材３０が直接的または間接的に出力軸３００（図１）に接続される構成で、入力軸２００側から得られる運動が第２ヨーク２０に伝達されたとしても、解放状態では、その運動が第２ヨーク２０から係合部材３０に伝達されず出力軸３００側へも伝達されない。
【００３３】
また、入力軸２００が直接的または間接的に係合部材３０に接続され、第２ヨーク２０が直接的または間接的に出力軸３００に接続される構成であっても、解放状態では、入力軸２００側から得られる運動が係合部材３０に伝達されたとしても、その運動が係合部材３０から第２ヨーク２０に伝達されず出力軸３００側へも伝達されない。
【００３４】
図２に示す具体例では、電気コイル６０に電流を流して着磁のための外部磁界を発生させることにより、極性可変磁石４０の着磁状態を変化させ、極性可変磁石４０の極性を反転させる。つまり、図２に示す具体例では、電気コイル６０に着磁のための電流を流すことにより、係合装置１００が、係合状態から解放状態へ切り替えられ、また、解放状態から係合状態へ切り替えられる。
【００３５】
図２に示す係合装置１００の具体例では、第１ヨークＡ（１０Ａ）と第１ヨークＢ（１０Ｂ）との間に第１ギャップ（第１の隙間）１１０が存在し、第１ヨークＢ（１０Ｂ）と第２ヨーク２０との間に第２ギャップ（第１の隙間）１２０が存在する。
【００３６】
第１ヨークＡ（１０Ａ）と第１ヨークＢ（１０Ｂ）と第２ヨーク２０は、鉄などの強磁性体の材料によって形成される。そのため、第１ヨークＡ（１０Ａ）と第１ヨークＢ（１０Ｂ）と第２ヨーク２０内では、磁束密度を高めることができる。
【００３７】
これに対し、第１ギャップ１１０と第２ギャップ１２０には空気が存在する。空気中の透磁率（１．２５６×１０−６〔Ｈ／ｍ〕程度）は、強磁性体の透磁率（例えば鉄の場合には６．３×１０−３〔Ｈ／ｍ〕程度）よりも低いため、ギャップの幅（距離）が広がるほど、着磁のために電気コイル６０に流す電流の大きさ（電流量）または電気コイル６０のターン数（コイルの巻数）を増やす必要がある。
【００３８】
図３は、電流値と磁束密度と吸引力の具体例を示す図であり、図２の係合装置１００の電気コイル６０に流れる電流の大きさ（電流値）と、極性可変磁石４０によって得られる磁束１０５の磁束密度と、第１ヨークＢ（１０Ｂ）と第２ヨーク２０との間に作用する吸引力の具体例を示している。
【００３９】
図３には、極性可変磁石４０の極性を反転させる前の係合状態から、着磁により極性可変磁石４０の極性を反転させた後の解放状態まで、電気コイル６０に流れる電流の大きさ（電流値）を徐々に大きくした場合の具体例が図示されている。
【００４０】
極性反転前の係合状態から、電気コイル６０に流すインパルス状の電流を徐々に大きくしていくと、磁束密度の絶対値が一旦減少した後に再び上昇し、最終的に、電流を停めた場合における磁束密度の絶対値が飽和してほぼ一定値に落ち着く。これは、電気コイル６０に電流を流したことにより、極性可変磁石４０の極性が反転し、着磁し直されたことを示している。また、図３に示す具体例から、電気コイル６０に電流を流すことにより、瞬時的に比較的大きな吸引力が発生することが分かる。
【００４１】
そこで、図２に示す具体例において、電気コイル６０に第１の電流を流すことによって発生する磁束１０５が引き起こす吸引力により、係合状態で係合部材３０に噛み合う第２ヨーク２０を引き寄せて第２ギャップ１２０を縮めてから、電気コイル６０に第２の電流を流すことによる着磁で極性可変磁石４０の極性を反転させるようにしてもよい。
【００４２】
図４は、電気コイル６０に流す電流値の具体例を示す図である。図４には、第２ギャップ１２０を縮めずに着磁を行うギャップ短縮無と、第２ギャップ１２０を縮めてから着磁を行うギャップ短縮有の具体例が図示されている。
【００４３】
第２ギャップ１２０を縮めずにギャップが広い状態のままで着磁を行うと、極性可変磁石４０の極性を反転させるために比較的大きな電流を電気コイル６０に流す必要がある。そして、例えば、磁束密度が飽和するまで（図３参照）電気コイル６０への通電が継続される。
【００４４】
これに対し、第２ギャップ１２０を縮めてから着磁を行うと、ギャップを縮めない場合に比べて、小さな電流で極性可変磁石４０の極性を反転させることができる。つまり、ギャップを縮めることにより、着磁のために電気コイル６０に流す電流の大きさ（例えば電流のピーク値）を抑制することができる。
【００４５】
図５は、ギャップが広い場合と狭い場合の電流値の比較例を示す図である。図５には、図２に示す具体例において、第２ギャップ１２０が広い状態で着磁に必要な電気コイル６０の電流値と、第２ギャップ１２０が狭い状態で着磁に必要な電気コイル６０の電流値の具体例が図示されている。
【００４６】
図５の横軸は電気コイル６０のターン数（巻き線数）を示しており、図５の縦軸は着磁に必要な電気コイル６０の電流値を示している。図５の具体例は、ターン数が同じ場合で比較した場合に、第２ギャップ１２０が広い状態よりも狭い状態の方が、電流値を小さく（低く）抑えることができることを示している。
【００４７】
図６は、ギャップを縮めてから着磁を行う処理の具体例を示す図である。図６は、図２に例示する係合装置１００を係合状態から解放状態へ切り替える際に、第２ギャップ１２０を縮めてから着磁により極性可変磁石４０の極性を反転させる処理の具体例を示している。
【００４８】
図６に示す処理の具体例では、まず、電気コイル６０が第１の電流で通電される（Ｓ６０１）。つまり、第２ギャップ１２０を縮めるために利用される第１の電流が電気コイル６０に流される。
【００４９】
次に、第２ギャップ１２０が予め定められた値（規定値）に到達したかどうかが確認される（Ｓ６０２）。例えば、センサ８０（図２）によって第２ギャップ１２０の幅（距離）が計測され、センサ８０によって計測される第２ギャップ１２０の幅が、例えば規定値に達したかどうかが確認される。
【００５０】
第２ギャップ１２０が規定値に到達すると、電気コイル６０が第２の電流で通電される（Ｓ６０３）。つまり、極性可変磁石４０の極性を反転させるための着磁に利用される第２の電流が電気コイル６０に流される。
【００５１】
そして、磁束密度が飽和したかどうかが確認される（Ｓ６０４）。例えば、図３を利用して説明したように、着磁により極性可変磁石４０の極性が反転すると磁束密度の絶対値が飽和してほぼ一定値に落ち着くため、磁束密度が飽和したか否かにより、着磁が完了したか否かが確認される。
【００５２】
そして、磁束密度が飽和して着磁が完了したことが確認されると、電気コイル６０に対する第２電流の通電が停止される（Ｓ６０５）。こうして、図２に例示する係合装置１００が係合状態から解放状態へ切り替えられ、図６のフローチャートが終了する。
【００５３】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。
【符号の説明】
【００５４】
１０Ａ  第１ヨークＡ、１０Ｂ  第１ヨークＢ、２０  第２ヨーク、３０  係合部材、４０  極性可変磁石、５０  極性固定磁石、６０  電気コイル、７０  リターンスプリング、８０  センサ、１００  係合装置、２００  入力軸、３００  出力軸。
【図１】
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【図２】
2020091012.tif 000004
【図３】
2020091012.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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