(57)【要約】【課題】待ち機構を適用しても体格の大型化を抑制できるアクチュエータ構造を提供する。【解決手段】電磁アクチュエータ２０は、アーマチュア２４とスリーブ１２との間にて推力を伝達するよう配置される待ちバネ２８を備える。待ちバネ２８は、アーマチュア２４から推力を付与されるのに応じて撓み変形することで、待ち機構として機能する。待ちバネ２８がアーマチュア２４から推力を付与されない状態における待ちバネ２８の軸方向の寸法ａは、推力によるアーマチュア２４の所定位置から軸方向の係合方向への許容移動量ｂ以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
推力発生手段と、
前記推力発生手段により発生される推力により所定方向に移動することで被操作部材を操作する可動部と、
前記可動部及び前記被操作部材を所定位置に戻すよう前記所定方向と逆方向に付勢するリターンスプリングと、
前記可動部と前記被操作部材との間にて前記推力を伝達するよう配置され、前記可動部から前記推力を付与されるのに応じて撓み変形する撓みバネと、
を備え、
前記撓みバネが前記可動部から前記推力を付与されない状態における前記撓みバネの前記所定方向の寸法が、前記推力による前記可動部の前記所定位置から前記所定方向への許容移動量以下である
ことを特徴とするアクチュエータ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用の変速装置において、電磁アクチュエータ等のアクチュエータにより駆動する噛み合い式ドグクラッチを備え、このドグクラッチの駆動によって変速装置内の回転要素の回転を規制する構成が知られている（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０５８１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなドグクラッチにおいて、スリーブとピースの位相が合わない状態で係合を行おうとするときに、両者の位相が揃うまで係合を待機させる待ち機構を用いることが考えられる。しかし、特許文献１に記載されるような電磁アクチュエータに待ち機構を用いる場合には、待ち機構の軸方向（係合方向）寸法が必要であり、電磁アクチュエータの体格が大型化するという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、待ち機構を適用しても体格の大型化を抑制できるアクチュエータ構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係るアクチュエータ構造は、推力発生手段と、前記推力発生手段により発生される推力により所定方向に移動することで被操作部材を操作する可動部と、前記可動部及び前記被操作部材を所定位置に戻すよう前記所定方向と逆方向に付勢するリターンスプリングと、前記可動部と前記被操作部材との間にて前記推力を伝達するよう配置され、前記可動部から前記推力を付与されるのに応じて撓み変形する撓みバネと、を備え、前記撓みバネが前記可動部から前記推力を付与されない状態における前記撓みバネの前記所定方向の寸法が、前記推力による前記可動部の前記所定位置から前記所定方向への許容移動量以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係るアクチュエータ構造は、待ち機構を可動部の移動範囲内に配置することができるので、待ち機構を適用しても体格の大型化を抑制できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るアクチュエータ構造の一例としての電磁アクチュエータが適用される係合装置の概略構成を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明に係るアクチュエータ構造の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００１０】
本実施形態では、所定方向に推力を発生させることができるアクチュエータ構造の一例として、電磁力を利用する電磁アクチュエータ２０を挙げて説明する。まず、本実施形態に係る電磁アクチュエータ２０が適用される係合装置１０の構成を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るアクチュエータ構造の一例としての電磁アクチュエータが適用される係合装置の概略構成を示す断面模式図である。
【００１１】
図１に示す係合装置１０は、例えば、ハイブリッド車両において、エンジンやモータなどの駆動源からの動力を出力軸に伝達する動力伝達装置に組み込まれる。係合装置１０は、例えば、動力伝達装置から出力軸に伝達する動力を制御するために、動力伝達装置の回転要素の一部の回転を規制するブレーキ装置として使用される。なお、動力伝達装置の全体構成等の詳細な構造は本発明の要旨と直接関係しないため説明を省略する。
【００１２】
係合装置１０は、図１に示すように、ピース１１、スリーブ１２（被操作部材）、ハブブラケット１５、電磁アクチュエータ２０、及びＥＣＵ３０（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ：電子制御ユニット）を備える。
【００１３】
ピース１１及びスリーブ１２は、上記の回転要素の周囲に配置されている。この回転要素は、図１下部の左右方向に一点鎖線で描画した軸線Ｃを中心として回転するものとし、以下の説明では、特に断りのない限り、図面の左右方向を軸線Ｃの「軸方向」、上下方向を「径方向」と表現する。また、軸線Ｃまわりの方向を「周方向」と表現する。
【００１４】
ピース１１は、回転要素と連動して軸線Ｃまわりを一体回転する。ピース１１は、軸方向及び径方向の移動が規制されている。
【００１５】
スリーブ１２は、ピース１１より径方向外側に配置されている。スリーブ１２は、ハブブラケット１５にスプライン嵌合されている。ハブブラケット１５は、動力伝達装置の構成要素を内包するケース（図示せず）に固設されている。つまり、スリーブ１２は、軸方向に移動可能に構成されており、径方向の移動及び軸線Ｃまわりの回転が規制されている。
【００１６】
ピース１１とスリーブ１２は、スリーブ１２の軸方向の移動によって、スリーブ１２の内周面とピース１１の外周面とを係合／解放することができる。ピース１１の外周面には、径方向外側に向けて軸線Ｃまわりの周方向に沿ってドグ歯１３が配設されている。スリーブ１２の内周面には、径方向内側に向けて、軸線Ｃまわりの周方向に沿ってドグ歯１４が配設される。これらのドグ歯１３，１４は、噛み合いドグクラッチになっており、両者が噛み合うことにより、ピース１１とスリーブ１２とを係合させることができる。スリーブ１２をピース１１とスプライン嵌合することにより、ピース１１と連動する回転要素の回転を固定することができる。
【００１７】
図１では、スリーブ１２がピース１１に対して左側に配置され、スリーブ１２が右方向に移動するとピース１１と係合し、左方向に移動するとピース１１から解放するよう構成されている。以下の説明では、図１の右方向を「係合方向」、左方向を「解放方向」とも表現する。
【００１８】
電磁アクチュエータ２０は、軸方向に駆動力を発生させ、スリーブ１２を軸方向に移動させる動力源である。図１に示すように、本実施形態の電磁アクチュエータ２０は、具体的には電磁ソレノイド方式のアクチュエータである。電磁アクチュエータ２０は、ピース１１及びスリーブ１２の径方向外側に配置されている。
【００１９】
電磁アクチュエータ２０は、電磁コイル２１と、インナーヨーク２２と、アウターヨーク２３と、アーマチュア２４（可動部）と、リターンスプリング２５と、待ちバネ２８（撓みバネ）を備える。
【００２０】
インナーヨーク２２は、係合方向側から電磁コイル２１の周囲に配置され、アウターヨーク２３は、解放方向側から電磁コイル２１の周囲に配置される。インナーヨーク２２及びアウターヨーク２３は、電磁コイル２１の径方向外側にて連結し、共にケースに固設されている。すなわち、インナーヨーク２２及びアウターヨーク２３は、電磁コイル２１を軸方向両側から挟み込むよう電磁コイル２１の周囲に固定配置される固定部として機能する。また、インナーヨーク２２及びアウターヨーク２３は、電磁コイル２１の径方向内側では相互に接続せず、電磁コイル２１の径方向内側の一部に開口部２６を形成している。インナーヨーク２２及びアウターヨーク２３は、共に磁性体で形成されている。
【００２１】
アーマチュア２４は、インナーヨーク２２及びアウターヨーク２３の径方向内側、かつ、スリーブ１２の径方向外側に配置されている。アーマチュア２４は、軸方向に移動可能に設置されており、軸方向移動によりスリーブ１２に推力を付与することできる。
【００２２】
アーマチュア２４は、第一部材２４ａ及び第二部材２４ｂの２つの部材から構成される。アーマチュア２４の第一部材２４ａは、軸方向の解放方向側からスリーブ１２と対向して配置され、また、第二部材２４ｂは、係合方向側からスリーブ１２と当接可能に配置される。第一部材２４ａとスリーブ１２との間には待ちバネ２８が配置され、第一部材２４ａは待ちバネ２８を介してスリーブ１２に推力を付与できる。つまり、アーマチュア２４は、スリーブ１２を軸方向両側から挟み込んだ状態で配置されており、アーマチュア２４とスリーブ１２との連動性を向上できるよう構成されている。また、この構成により、第一部材２４ａ及び第二部材２４ｂの間に配置するスリーブ１２の組付性を確保することができる。
【００２３】
アーマチュア２４の第一部材２４ａは、アウターヨーク２３の径方向内側にて、メッキやブッシュ等の支持部材２７ａを介して支持されており、また、第二部材２４ｂは、インナーヨーク２２の径方向内側にて支持部材２７ｂを介して支持されている。つまり、第一部材２４ａ及び第二部材２４ｂは、固定部（インナーヨーク２２、アウターヨーク２３）に個別に支持されている。すなわち、アーマチュア２４は、軸方向に沿って固定部による支持点を二点有し、両持ち支持（二点支持）されており、軸方向移動の安定性を向上でき、スリーブ１２への推力の伝達を効率良く行うことができるよう構成されている。
【００２４】
アーマチュア２４の第一部材２４ａをアウターヨーク２３に支持する支持部材２７ａと、第二部材２４ｂをインナーヨーク２２に支持する支持部材２７ｂとは、径方向位置が異なるよう配置されている。図１に示すように、本実施形態では、支持部材２７ａは、支持部材２７ｂよりも径方向外側に配置されている。
【００２５】
また、アーマチュア２４は、第二部材２４ｂを第一部材２４ａに圧入固定することで一体的な部材として形成されるのが好ましい。これにより、アーマチュア２４を複数部材で構成しても、径方向及び軸方向寸法の小型化、組付性向上、慣性低減による性能向上を実現しつつ、一体動作が可能となる。
【００２６】
また、アーマチュア２４の第一部材２４ａは、径方向外側に突出し、かつ、軸方向の係合方向側に突出する突出部２４ｃを有する。突出部２４ｃは、インナーヨーク２２とアウターヨーク２３との間の開口部２６に挿入されている。突出部２４ｃの係合方向側の端面には、アーマチュア２４の動作方向に直交するストッパ面２４ｄが設けられている。一方、インナーヨーク２２の解放方向側の端面にも、アーマチュア２４のストッパ面２４ｄと対向する位置にストッパ面２２ａが設けられている。アーマチュア２４が係合方向に移動したときに、アーマチュア２４のストッパ面２４ｄが、インナーヨーク２２のストッパ面２２ａと突き当たることで、アーマチュア２４の係合方向への移動を停止させることができる。
【００２７】
アーマチュア２４の第一部材２４ａは磁性体で形成され、第二部材２４ｂは非磁性体で形成されるのが好ましい。これにより、第一部材２４ａ及び第二部材２４ｂと固定部（インナーヨーク２２、アウターヨーク２３）との支持部にエアギャップ等を設けなくても必要部以外の磁路を遮断することが可能となる。
【００２８】
リターンスプリング２５は、アーマチュア２４の第二部材２４ｂとインナーヨーク２２との間に配置されている。リターンスプリング２５は、例えば圧縮バネであり、適度に圧縮された状態で保持されており、アーマチュア２４を解放方向に付勢している。リターンスプリング２５は、アーマチュア２４の係合方向への移動が進むほど、つまり、スリーブ１２とピース１１との噛み合い度合いが深くなるほど、解放方向への付勢力を大きく発生させる。リターンスプリング２５は、アーマチュア２４が推力を受けないときには、その付勢力によって、アーマチュア２４及びスリーブ１２を、スリーブ１２がピース１１と噛み合わない所定位置まで戻すよう設定されている。
【００２９】
待ちバネ２８は、アーマチュア２４の第一部材２４ａとスリーブ１２との間にて、両者と当接可能に配置され、アーマチュア２４の第一部材２４ａから付与される推力をスリーブ１２に伝達可能に配置されている。待ちバネ２８は、アーマチュア２４の係合方向への移動時に、アーマチュア２４の第一部材２４ａから推力を付与されるのに応じて撓み変形することができる。このような待ちバネ２８の撓み変形によって、スリーブ１２に押圧力を付与すると共に、スリーブ１２の係合方向の移動を待機させることができる。すなわち、待ちバネ２８は、スリーブ１２のドグ歯１４の位相がピース１１のドグ歯１３の位相と揃うまでは、アーマチュア２４から付与される推力を蓄積してスリーブ１２の係合方向の移動を待機させ、スリーブ１２のドグ歯１４とピース１１のドグ歯１３の位相が揃ったときに、スリーブ１２を係合方向に移動させることができる、バネ要素を利用した待ち機構である。
【００３０】
待ちバネ２８としては、具体的には、ウェーブワッシャーまたは皿バネを適用するのが好ましい。また、待ちバネ２８の撓み量は、スリーブ１２のストローク量以下に設定されている。言い換えると、待ちバネ２８がアーマチュア２４から推力を付与されない状態における待ちバネ２８の軸方向の寸法（図１に符号ａで示す）が、推力によるアーマチュア２４（及びスリーブ１２）の所定位置（上述のスリーブ１２がピース１１と噛み合わない軸方向の位置）から軸方向への許容移動量（図１に符号ｂで示す）以下であるよう設定される。これらの構成により、待ちバネ２８をアーマチュア２４の第一部材２４ａとスリーブ１２との間に設置したときの軸方向長（セット長）を低減できる。
【００３１】
また、待ちバネ２８をアーマチュア２４の第一部材２４ａとスリーブ１２との間に設置したときに予めかけておく軸方向の荷重（セット荷重）は、Ｇ（加速度）振動が入っても待ちバネ２８が動かないよう設定される。係合中にＧ振動にてスリーブ１２が動くとピース１１から誤解放される虞があるが、上記のようにセット荷重を設定することで、誤解放を回避できる。
【００３２】
待ちバネ２８の最大荷重は、ピース１１のドグ歯１３及びスリーブ１２のドグ歯１４の軸方向最大荷重以上に設定される。待ちバネ２８の最大荷重がドグ歯１３，１４の接触時の軸方向最大荷重以下である場合、待ちバネ２８の撓み量が大きくなるため、バネのへたり等が心配される。また、この場合、バネが縮みきってしまうため、アーマチュア２４の第一部材２４ａとスリーブ１２とが剛に繋がれ、スリーブ１２の傾きが直接アーマチュア２４に伝わり、支持部材２７ａへの荷重が大きくなる虞がある。上記のように、待ちバネ２８の最大荷重をドグ歯１３，１４の軸方向最大荷重以上に設定することで、支持部材２７ａへの荷重が大きくなる状況を回避できる。
【００３３】
ハブブラケット１５は、軸線Ｃまわりに、ピース１１に隣接して延在し、スリーブ１２とスプライン嵌合する内円筒部１５ａを有する。ハブブラケット１５は、この内円筒部１５ａから電磁アクチュエータ２０の形状に沿って、スリーブ１２及び電磁アクチュエータ２０を被覆しながら径方向外側に延在する形状をとり、外縁端部１５ｂにてケースにボルト固定されている。
【００３４】
ＥＣＵ３０は、車両内の各種センサ類の情報に基づいて、車両の各部の制御を行う制御装置である。本実施形態では、ＥＣＵ３０は、係合装置１０の電磁アクチュエータ２０に接続されており、電磁アクチュエータ２０の動作を制御することにより、スリーブ１２の軸方向の移動を制御して、係合装置１０の係合／解放を制御することができる。
【００３５】
ＥＣＵ３０は、物理的には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）及びインターフェースなどを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路である。ＥＣＵ３０の各機能は、ＲＯＭに保持されるアプリケーションプログラムをＲＡＭにロードしてＣＰＵで実行することによって、ＣＰＵの制御のもとで車両内の各種装置を動作させると共に、ＲＡＭやＲＯＭにおけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。
【００３６】
次に、本実施形態に係る電磁アクチュエータ２０が適用される係合装置１０の動作を説明する。
【００３７】
電磁アクチュエータ２０の電磁コイル２１が非励磁状態にあるときは、電磁アクチュエータ２０は停止しており、スリーブ１２は、アーマチュア２４の第二部材２４ｂを介して、リターンスプリング２５の付勢力を解放方向に受ける。この付勢力により、スリーブ１２は、図１に示すように、ピース１１と離間するハブブラケット１５の内円筒部１５ａ上の所定位置に保持され、ピース１１と非噛合の状態となる。すなわち、電磁アクチュエータ２０が非励磁状態にあるときは、係合装置１０が解放状態となり、ピース１１は回転要素と連動して回転することができる。
【００３８】
ＥＣＵ３０からの制御指令に応じて、電磁コイル２１が励磁されると、電磁コイル２１の周囲に配置されている磁性体のインナーヨーク２２、アウターヨーク２３、及びアーマチュア２４の第一部材２４ａを周回する磁気回路Ｍが形成される。この磁気回路Ｍは、図１に示すように、アーマチュア２４の突出部２４ｃのストッパ面２４ｄと、インナーヨーク２２のストッパ面２２ａとの隙間を横切るように形成される。したがって、アーマチュア２４は、インナーヨーク２２及びアウターヨーク２３の内周面に案内されつつ、インナーヨーク２２に向かって磁気吸引される。アーマチュア２４は、この磁気吸引力（電磁力）によって、リターンスプリング２５に抗して係合方向に移動する。このアーマチュア２４の動作に伴い、スリーブ１２は待ちバネ２８を介して推力を受けて係合方向に移動し、スリーブ１２のドグ歯１４がピース１１のドグ歯１３と噛み合った噛合状態となる。すなわち、電磁アクチュエータ２０が励磁状態にあるときは、係合装置１０が係合状態となり、ピース１１と連結する回転要素の回転を停止させることができる。
【００３９】
ここで、スリーブ１２の係合方向の移動によって、スリーブ１２がピース１１との係合を開始したものの、例えばピース１１とスリーブ１２との位相がずれているために、スリーブ１２のドグ歯１４がピース１１のドグ歯１３とうまく噛み合わない状況が起こりうる。このような状況では、スリーブ１２の係合方向へのさらなる進行がピース１１によって阻害され、ピース１１とスリーブ１２との係合が不完全となる。本実施形態の電磁アクチュエータ２０では、このような状況であっても、アーマチュア２４は待ちバネ２８を押し縮めつつ、係合方向に移動し続けることができる。そして、ピース１１とスリーブ１２との位相が一致する状況に遷移した後に、待ちバネ２８の付勢力によって、スリーブ１２は、係合方向に押し出され、スリーブ１２のドグ歯１４とピース１１のドグ歯１３との噛み合いが充分となる位置まで移動する。
【００４０】
本実施形態の電磁アクチュエータ２０は、ピース１１とスリーブ１２との位相がずれており、スリーブ１２がピース１１から解放方向に所定以上の反力を受ける場合には、待ちバネ２８の作用によって、スリーブ１２の係合方向への移動を待機させると共に、アーマチュア２４から伝達される推力を蓄積することができる。そして、ピース１１とスリーブ１２との位相が一致して、スリーブ１２が受ける反力が低減すると、蓄積されている推力を利用して、スリーブ１２を係合方向へ速やかに移動させることができる。この結果、電磁アクチュエータ２０は、待ちバネ２８を備えることによって、被操作部材であるスリーブ１２のピース１１との係合動作をより一層確実に行うことができる。
【００４１】
なお、本実施形態では、電磁コイル２１、インナーヨーク２２、アウターヨーク２３及びＥＣＵ３０が、アーマチュア２４に推力を発生させる推力発生手段として機能する。
【００４２】
このように、本実施形態の電磁アクチュエータ２０は、アーマチュア２４とスリーブ１２との間にて推力を伝達するよう配置される待ちバネ２８を備える。待ちバネ２８は、アーマチュア２４から推力を付与されるのに応じて撓み変形することで、待ち機構として機能する。待ちバネ２８がアーマチュア２４から推力を付与されない状態における待ちバネ２８の軸方向の寸法ａは、推力によるアーマチュア２４の所定位置（スリーブ１２がピース１１と噛み合わない位置）から軸方向の係合方向への許容移動量ｂ以下である。
【００４３】
この構成により、待ちバネ２８をアーマチュア２４のストローク範囲内に配置することができるので、電磁アクチュエータ２０に待ち機構を適用しても体格の大型化を抑制できる。
【００４４】
ここで、電磁アクチュエータ２０において、アーマチュア２４とスリーブ１２との間に待ち機構としての待ちバネ２８を配置することの利点は以下のとおりである。ドグ歯１３，１４の質量を低減できるので、スリーブ１２の軸方向の移動速度を向上できる。ドグ歯１３，１４の係合部の軸方向荷重を待ちバネ２８のバネバラツキまで低減できる。ドグ歯１３，１４の係合時において、スリーブ１２とアーマチュア２４は径方向に接触していないので、支持部材２７ａ，２７ｂに伝達される径方向荷重を待ちバネ２８のバネ力まで低減できる。ドグ歯１３，１４の接触時にスリーブ１２が傾いても、アーマチュア２４は支持部材２７ａ，２７ｂによって固定部に二点支持されており、スリーブ１２よりも傾きが小さいので、待ちバネ２８によりアーマチュア２４の傾きにスリーブ１２の姿勢を正そうとする荷重が働き、スリーブ１２の姿勢を好適に維持できる。
【００４５】
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４６】
１２  スリーブ（被操作部材）
２０，２０ａ  電磁アクチュエータ
２１  電磁コイル（推力発生手段）
２２  インナーヨーク（推力発生手段）
２３  アウターヨーク（推力発生手段）
２４  アーマチュア（可動部）
２５  リターンスプリング
２８  待ちバネ（撓みバネ）
３０  ＥＣＵ（推力発生手段）
【図１】
2015070646.tif 000003