JP2008157348A - 動作制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁性流体の保圧特性を利用して動作制限時の消費電力を低減する。
【解決手段】少なくとも往復動作もしくは回転動作する動作部材の動作を選択的に制限する動作制御装置であって、作用する磁界が増大することにより粘度が増大して前記動作部材の動作を制限する磁性流体と、前記動作部材の動作制限要求によって前記磁界を増大させた後、前記動作部材の動作制限の解除要求が生じるまでの間に前記磁界を低下させて前記磁性流体の粘度が相対的に増大した状態に維持する磁界制御手段（ステップＳ１３，Ｓ１４）とを備えている。したがって、磁界を常時消磁させておく必要がないので、消費電力を低減でき、車両では燃費を向上させることができる。
【選択図】 図４

Description

この発明は、押圧力を受けて前後動し、あるいはトルクを受けて回転する所定の回転部材の動作を選択的に制限する装置に関するものである。

従来、直線的に動作する部材の位置を決めたり、あるいは相対位置を調整したり、さらには相対的に回転する部材の相対回転を制限したりする装置や機構が各種の分野で使用されている。この種の装置のうち直線的に動作の制限を行う装置を適用可能な機構の一例が特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載されている装置は、電磁石をアクチュエータとして利用した電磁摩擦クラッチであって、電磁石で発生させた磁気力によってアーマチュアを吸引し、その推力を摩擦板に作用させて各摩擦板を接触させるように構成されている。したがって、その推力に応じた係合力すなわちトルク容量が設定される。しかしながら、その推力あるいはクラッチの締結力は、磁束密度によって変化し、その磁束密度がエアギャップによって変化するので、特許文献１に記載された発明では、磁束密度を算出することにより、電磁石に通電する電流値をフィードバック制御するように構成している。その結果、エアギャップが変化しても締結力を適切に制御できる、としている。

この特許文献１の発明は、アーマチュアによる推力もしくは締結力を所定値に維持するために電流を制御することとしているが、磁束密度は、電流以外にエアギャップによっても変化するから、エアギャップを調整することにより、電流を変化させずにアーマチュアによる推力もしくは締結力を一定に維持することができる。これは、アーマチュアと摩擦板との間に、両者の間隔を調整するために、一方の動作を他方に対して選択的に制限する機構を設けることにより成立させることができる。

特開２００２−２２７８８２号公報

上述したアーマチュアと摩擦板との間隔調整などのために相対的な動作を制限したり、あるいは回転動作を制限したりする機構は、本来直線的に動作し、あるいは回転する装置の内部に組み込むことになるのが一般的であるから、可及的に小型であり、また制御が簡単でエネルギ消費の少ないものであることが好ましい。しかしながら、上述したエアギャップを一定に維持するための機構もしくは装置を含めて、従来では、必ずしも小型化や制御の簡素化あるいはエネルギ消費の削減の要請を十分に満たすものが開発されていないのが実情である。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、動作制限制御が容易であり、またエネルギ消費の少ない装置を提供することを目的とするものである。

この発明は、上記の目標を達成するために、作用する磁界に応じて粘度が変化する磁性流体を使用し、その粘度を高くして所定の動作部材の動作を制限するとともに、磁界を低下させた後であっても直ちには粘度が低下しない特性を利用して動作の制限を行うように構成したことを特徴としている。なお、この発明における磁性流体は、ミクロンメータ（μｍ）オーダーの磁性粉粒体をオイルの混入した磁性流体だけでなく、ナノメータ（ｎｍ）オーダーの磁性粉粒体をオイルの混入した磁気粘性流体を含む。

具体的には、請求項１の発明は、少なくとも往復動作もしくは回転動作する動作部材の動作を選択的に制限する動作制御装置において、作用する磁界が増大することにより粘度が増大して前記動作部材の動作を制限する磁性流体と、前記動作部材の動作制限要求によって前記磁界を増大させた後、前記動作部材の動作制限の解除要求が生じるまでの間に前記磁界を低下させて前記磁性流体の粘度が相対的に増大した状態に維持する磁界制御手段とを備えていることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記動作部材は、摩擦接触することによりトルクを伝達する摩擦板を押圧するピストンを含み、そのピストンに推力を与えるアクチュエータを更に備え、前記ピストンと前記アクチュエータとの間に形成された流体室に前記磁性流体が流出入可能に収納され、前記磁界制御手段は、前記磁性流体の前記流体室からの流出を阻止するように前記磁性流体に磁界を作用させる手段を含むことを特徴とする動作制御装置である。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記磁界を発生させる電磁コイルを更に備え、前記磁界制御手段は、前記磁性流体が磁界の作用によって固化した後に前記電磁コイルによる磁束密度を低下させる手段を含むことを特徴とする動作制御装置である。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記磁界制御手段は、前記電磁コイルによる磁束密度を低下させる継続時間を、その電磁コイルによる磁束密度が低いほど、および前記磁性流体の圧力が高いほど、短くする手段を含むことを特徴とする動作制御装置である。

請求項５の発明は、請求項３または４の発明において、前記磁性流体を固化させた後に前記磁界を低下させている間に前記アクチュエータによる推力を間欠的に増大させる推力制御手段を更に備えていることを特徴とする動作制御装置である。

請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記推力制御手段は、前記アクチュエータの推力を、前記磁性流体が固化した時点における推力より小さい推力に低下させた後に間欠的に増大させる手段を含むことを特徴とする動作制御装置である。

請求項７の発明は、請求項５または６の発明において、前記アクチュエータによる推力を間欠的に増大させる時間間隔を、前記電磁コイルによる磁束密度が低いほど、および前記磁性流体の圧力が高いほど、短くする手段を含むことを特徴とする動作制御装置である。

請求項８の発明は、請求項２ないし７のいずれかの発明において、前記磁性流体を固化させた状態で前記電磁コイルに通電できなくなった場合に、前記摩擦板に掛かるトルクおよび前記アクチュエータによる推力を低下させる負荷制御手段を更に備えていることを特徴とする動作制御装置である。

請求項９の発明は、請求項１ないし８のいずれかの発明において、前記動作部材の動作制限を解除する場合に、前記磁界とは逆の磁化を一時的に作用させる解除制御手段を更に備えていることを特徴とする動作制御装置である。

請求項１０の発明は、請求項２ないし９のいずれかの発明において、前記ピストンは、前記アクチュエータに対して前記推力の作用方向に前後動可能に配置され、前記流体室に封入される前記磁性流体の量に応じて、前記ピストンの前記アクチュエータに対する伸長量が変化するように構成されていることを特徴とする動作制御装置である。

請求項１１の発明は、請求項１０の発明において、前記磁界制御手段は、前記ピストンが前記摩擦板に当接して反力を受けることにより前記アクチュエータと前記ピストンとの間隔が短くなった状態で前記磁性流体に作用する磁界を増大させて前記磁性流体の粘度を増大させる手段を含むことを特徴とする動作制御装置である。

請求項１２の発明は、請求項１０の発明において、前記磁界制御手段は、前記アクチュエータの初期位置からの移動量が予め定めた所定量になりかつ前記ピストンが前記アクチュエータ側に押し戻されている状態で前記磁性流体に作用する磁界を増大させる手段を備えていることを特徴とする動作制御装置である。

請求項１３の発明は、請求項２ないし１２のいずれかの発明において、前記アクチュエータは、通電されて磁気を発生する主コイルと、その磁気によって吸引されて移動するアーマチュアとを備えていることを特徴とする動作制御装置である。

請求項１の発明によれば、所定の動作部材の動作の制限要求があると、磁性流体に作用する磁界を増大させることによりその粘度を増大させ、これにより所定の動作部材の動作が制限される。その後、前記動作制限の解除要求があるまでの間に、前記磁界が低下させられる。その場合であっても、磁性流体の粘度は、残留磁界などが要因となって粘度が増大した状態を維持する。その結果、動作制限を継続するために磁界を常時維持する必要がないので、エネルギ消費を抑制することができる。また、磁界に応じて磁性流体の状態を変化させることにより、動作制限の制御を行うことができるので、制御が容易になり、また全体としての構成を簡素化することが可能になる。

請求項２の発明によれば、アクチュエータの推力によって磁性流体が流体室に押されるとともに、その磁性流体を介してピストンが押され、摩擦板が摩擦接触する。その状態で磁界を低下させても磁性流体の粘度が直ちには低下せずに増大した状態に維持されるので、摩擦板に対する押圧力を維持できる。

請求項３の発明によれば、磁性流体を固化させた後に電磁コイルに対する通電を止め、あるいは低減して、磁性流体の固化状態を維持するので、電力の消費を抑制することができ、エネルギ効率を向上させることができる。

請求項４の発明によれば、電磁コイルによる磁束密度を低下させた場合、その継続時間を磁束密度および磁性流体の圧力に基づいて制御する。具体的には、磁束密度が低いほど、また圧力が高いほど、磁束密度を低下させた状態の継続時間を短くする。その結果、磁束密度の粘度を相対的に高い状態に維持できる。

請求項５の発明によれば、磁界を低下させることにより磁性流体の粘度が次第に低下するのに対して、アクチュエータによる推力が間欠的に付与されるので、摩擦板を押圧する押圧力が維持される。その場合、アクチュエータを間欠的に動作させるだけであって、推力を発生する動作状態を継続させるものではないから、エネルギ消費を抑制することができる。

請求項６の発明によれば、アクチュエータに替わって、粘度の増大した磁性流体が反力を受け持ち、アクチュエータの推力あるいはアクチュエータを動作状態に維持する消費エネルギを低減できるので、エネルギ効率を向上させることができる。

請求項７の発明によれば、磁界を低下させていることにより磁性流体の粘度が低下しやすい状態ほど、すなわち磁束密度が低いほど、また磁性流体に掛かる圧力が高いほど、アクチュエータが頻度高く推力を発生するので、磁性流体の粘度の低下を補って、摩擦板を押圧する押圧力を維持することができる。

請求項８の発明によれば、電磁コイルに通電できなくなって磁性流体に磁界を作用させることができなくなった場合、アクチュエータによる推力を低下させて磁性流体の圧力を相対的に低くするので、磁性流体の固化状態あるいはその粘度が高い状態を相対的に長い時間の間、維持させることができ、またそれに伴って摩擦板によって伝達できるトルクが低下することに合わせて、摩擦板に掛かるトルクを低下させるので、摩擦板を介したトルクの伝達を長時間に亘って維持できる。

請求項９の発明によれば、磁性流体の粘度を高くした後、その粘度を低下させる場合、消磁することにとどまらず、逆の磁界を一時的に作用させるので、残留磁界を積極的に除去して磁性流体の粘度を早期に低下させることができ、その結果、動作部材の動作制限を迅速に解消することができる。

請求項１０の発明によれば、アクチュエータとピストンとが相対的に移動可能であるから、それらの間に介在させる磁性流体の量に応じて両者の相対位置、言い換えれば、アクチュエータに対するピストンの伸長量を変化させることができる。したがって、ピストンをストロークさせる位置がそのストローク方向で前後に変化しても、その変化分を流体室内の磁性流体の量で調整でき、それに伴ってアクチュエータのストローク量もしくはその範囲を一定に維持することができる。

請求項１１の発明によれば、アクチュエータを移動させることに伴ってピストンが摩擦板に当接すると、その反力によってピストンがアクチュエータ側に押される。その場合に磁性流体が流動状態に設定されていると、これが流体室から押し出されてピストンがアクチュエータに対して接近する。すなわち、ピストンのストローク位置がいわゆる後退側に調整される。その状態で、磁性流体の流動性が低下させられて流体室に封止した状態に維持されるので、アクチュエータによる推力が摩擦板に作用してこれがいわゆる係合状態になる。したがって、摩擦板が摩耗していないなどのことによってピストンのストローク位置を後退側に設定するストローク調整を自動的に、かつ容易に行うことができる。

請求項１２の発明によれば、アクチュエータの移動量に基づいて流体室における磁性流体の封止量すなわちアクチュエータとピストンとの相対位置が設定されるので、アクチュエータのストロークを維持しつつ、ピストンのストローク位置を調整することができ、ストローク調整が容易になる。

請求項１３の発明によれば、ピストンのストローク位置を変化させる場合であっても、アーマチュアのストローク量もしくはその範囲が一定に維持される。そのため、主コイルとアーマチュアとの間のエアギャップを一定の範囲に維持できるため、主コイルに流す電流を増大させるなどの必要がなく、したがって主コイルの大型化や電流もしくは消費エネルギの増大を防止もしくは抑制することができる。

つぎにこの発明を更に具体的に説明する。この発明で動作が制限される動作部材は、直線的に前後動する部材や回転動作する部材のいずれであってもよい。前者の直線往復動作する例が、摩擦係合装置の押圧機構や振動を減衰させるダンパーなどであり、後者の回転動作する例が、ビスカスカップリングや差動制限機構などである。また、その動作の制限は、動作の絶対量を減じる制限であってもよく、あるいは相対移動量や相対速度を減じる制限などであってもよい。

この発明を適用した電磁クラッチの例を図１に模式的に示してある。ここに示す例におけるアクチュエータ１は、電磁石２とこれに吸引されるアーマチュア３とによって推力を発生するように構成されている。その電磁石２は、全体として環状を成しかつ周辺部分の断面が、軸線方向に開いたコ字状を成すヨーク４と、通電することにより磁界を発生する電磁コイル（以下、仮にメインコイルと記す）５とを備えている。そのメインコイル５はヨーク４の内部に嵌め込まれた状態になっている。

アーマチュア３は、ヨーク４に対向するリング状の平板部６と、その平板部６の外周端に一体化させられているシリンダ部７とを備えている。このアーマチュア３がこの発明の可動部に相当している。そのシリンダ部７は、内筒部７ａとそれより大径の外筒部７ｂとを備え、全体として環状を成し、かつ周辺部分が中空形状を成している。

このシリンダ部７は、ヨーク４の外周側の少なくとも一部を被うように配置されており、その先端部に薄板状のリテーナ８が取り付けられている。このリテーナ８に対向する他のリテーナ９が、電磁石２を保持している所定の固定部１０に固定されている。そして、これらのリテーナ８，９の間にリターンスプリング１１が配置されている。このリターンスプリング１１は、アーマチュア３が電磁石２によって吸引されて前進された場合に圧縮され、電磁石２による吸引力（アーマチュア３の推力）がなくなった場合にアーマチュア３を元の初期位置に押し戻す弾性力を発生するように構成されている。

前記シリンダ部７の内部で軸線方向でのほぼ中央部に電磁石１２が固定されている。この電磁石１２は、前記内筒部７ａの外周面に固定したベースリング１２ａと、その外周側に嵌合させた電磁コイル（以下、仮にサブコイルと記す）１２ｂと、そのサブコイル１２ｂを被うフレーム部材１２ｃとを備えている。なお、ベースリング１２ａとサブコイル１２ｂおよびフレーム部材１２ｃとの間には僅かな隙間が開いていて、この隙間が後述する磁性流体もしくは磁気粘性流体のための流路を形成している。

上記のシリンダ部７の内部で前記電磁石１２を挟んだ一方（図１の右側）には、この発明におけるピストンに相当する第１ピストン１３が液密状態を維持して前後動するように嵌め込まれている。それに伴って電磁石１２と第１ピストン１３との間に、この発明における流体室に相当する第１ピストン室１４が形成されている。また、上記のシリンダ部７の内部で前記電磁石１２を挟んだ他方（図１の左側）には、第２ピストン１５が液密状態を維持して前後動するように嵌め込まれている。それに伴って電磁石１２と第２ピストン１５との間に第２ピストン室１６が形成されている。

第１ピストン１３は、シリンダ部７の内部に嵌合する部分から軸線方向に延び出ている部分を備え、そのいわゆる延出部分が、ブレーキとして機能するクラッチ機構１７を構成している摩擦板１８に接近して対向している。この摩擦板１８は、ケーシング１９の内周面にスプライン嵌合されたブレーキプレートと、ブレーキドラム２０の外周面にスプライン嵌合されかつブレーキプレートに対して交互に配置されたブレーキディスクとを含み、第１ピストン１３によって厚さ方向（軸線方向）に押圧されることにより互いに摩擦接触してトルクを伝達するように構成されている。図１に示す例では、遊星歯車機構２１のサンギヤ２２にブレーキドラム２０が一体化され、そのサンギヤ２２を選択的に制動するように構成されている。

また、第２ピストン１５は、シリンダ部７の内部に嵌合する部分から軸線方向（図１における左方向）に延び出ている部分を備え、そのいわゆる延出部分が、ケーシング１９に取り付けられているストッパー２３に当接するように構成されている。このストッパー２３は、第２ピストン１５をシリンダ部７の内部に押し戻すためのものであり、したがって第２ピストン１５に前記延出部分を形成する替わりに、第２ピストン１５に向けて突出した部分をストッパー２３に設けてもよい。

そして、上記の各ピストン室１４，１６の内部に、磁性流体もしくは磁気粘性流体（以下、仮にこれらを磁性流体と記す）２４が封入されている。この磁性流体２４は、従来知られているものであり、作用する磁界に応じて粘度が増大し、もしくはその流動性が低下し、あるいは固化する流体である。

なお、上記の各コイル５，１２ｂに対する通電およびその遮断ならびに電流量の各制御は、クラッチ機構１７の係合および解放の各要求ならびにこれらの要求に伴う前記磁性流体２４の固化要求やその固化解除要求に基づく電子制御装置（図示せず）からの指令信号によって実行されるようになっている。

つぎに上述した装置の作用について説明する。先ず、クラッチ機構１７を係合させるまでのいわゆる通常制御を行った場合の作用について説明すると、図１に示す状態は、メインコイル５がオフ状態であって押圧作用を行っていない状態であり、アーマチュア３はリターンスプリング１１によって、各ピストン１３，１５と共に後退側の初期位置に押し戻されている。この状態では、サブコイル１２ｂもオフ状態となっており、したがって磁性流体には磁界が作用しておらず、もしくは磁界が微弱であって、磁性流体２４の粘度が低く、流動性を保持している。また、第２ピストン１５がストッパー２３に当接して第２ピストン室１６内に相対的に押し込まれている。そのため、第２ピストン室１６の容積が小さくなっているので、磁性流体２４の多くは第１ピストン室１４の内部に移動している。したがって、第１ピストン室１４の容積が大きく、あるいはその内部の磁性流体２４の量が多いことにより、第１ピストン１３がアーマチュア３から相対的に大きく突出した状態となっており、そのストローク調整が押圧方向での前方側になっている。

この状態で係合開始の判断が成立して係合指令が出力されると、図２のフローチャートに示すように、先ず、メインコイル５の電流が増大させられる（ステップＳ１）。その結果、メインコイル５による磁力によってアーマチュア３が吸引され、軸線方向の推力が発生する。したがってアーマチュア３における少なくとも前記平板部６は磁性体によって形成されている。その場合の吸引力すなわち推力は、メインコイル５に流す電流と、ヨーク４とアーマチュア３との間のエアギャップとに応じたものとなる。

アーマチュア３に作用する吸引力が、前記リターンスプリング１１による弾性力より大きくなると、アーマチュア３が移動し始める。このアーマチュア３と共に各ピストン１３，１５が移動すると、第１ピストン１３が摩擦板１８に当接し、また第２ピストン１５がストッパー２３から離れてストッパー２３側に移動できる状態になる。したがって、第１ピストン１３の前進が阻止された状態でアーマチュア３が前進するので、第１ピストン１３がシリンダ部７の内部に向けて相対的に押し戻される。そのため、この状態では摩擦板１８を積極的に摩擦接触させる押圧力は生じない。

また、第１ピストン室１４の磁性流体２４は、前述した流路を通って第２ピストン室１６に移動し、それに伴って第２ピストン１５がストッパー２３側に押し出される。したがって、第１ピストン１３のアーマチュア３からの突出量もしくは両者の相対位置が変更され、第１ピストン１３のストローク位置が相対的に後退方向に調整される。

こうして、アーマチュア３が設定位置まで前進すると、メインコイル５の電流が一時的に低下させられる。すなわち、メインコイル５による推力が一時的に低下させられる。これを図２のフローチャートで説明すると、アーマチュア３の位置が設定位置か否かが判断される（ステップＳ２）。そのステップＳ２で否定的に判断された場合には、ステップＳ１に戻ってメインコイル５の電流を増大させる制御もしくは電流を維持する制御を継続する。これとは反対にステップＳ２で肯定的に判断された場合には、メインコイル５の電流を低下させる（ステップＳ３）。

ここで、ステップＳ２の判断基準である設定位置は、エアギャップがゼロに近い微小になる位置であり、実験やシミュレーションなどによって予め定めた位置である。そして、ステップＳ２の判断は、アーマチュア３の位置やストローク量を検出するセンサによる出力値と設定値とを比較することにより行うことができる。他方、ステップＳ２で低下させるメインコイル５の電流値は、アーマチュア３が前記リターンスプリング１１による押し戻し力で初期位置に戻らない程度の推力もしくは吸引力が発生する電流値であり、設計上、予め定めておくことができる。

上記のようにしてヨーク４とアーマチュア３との間のエアギャップがゼロに近い所定間隔になった時点に、サブコイル１２ｂの電流が増大させられる（ステップＳ４）。これは、この発明における磁性流体の粘度を増大させる制御もしくは固化させる制御に相当し、前述した磁性流体２４にサブコイル１２ｂからの磁界が作用することにより磁性流体２４が固化し、あるいはその粘度が増大する。そのために、第１ピストン室１４の内部に充填されている磁性流体２４がその第１ピストン室１４の内部に封止された状態になって、アーマチュア３と第１ピストン１３とが接近する相対移動が制限もしくは規制され、あるいは第１ピストン１３の前進を止めた状態でアーマチュア３が前進する動作が制限もしくは規制され、その結果、アーマチュア３の推力が第１ピストン１３に伝達される。その状態を図３に示してある。

そのため、第１ピストン１３が摩擦板１８を押圧してそれらを互いに摩擦接触させ、クラッチ機構１７がいわゆる係合状態となる。その場合の係合力は、メインコイル５でアーマチュア３を吸引する電磁気力あるいは磁束密度に応じたものになるが、アーマチュア３と第１ピストン１３との相対位置もしくは第１ピストン１３のストローク位置が前述したように調整されてエアギャップが小さいことにより、その電磁気力あるいは磁束密度が大きく、メインコイル５の電流を特に増大させることなく、必要十分な係合力を得ることができる。

サブコイル１２ｂの電流を増大させる制御は、クラッチ機構１７の保持トルクが必要トルク以上となるように実行される。すなわち、図２に示すフローチャートでは、保持トルクが必要トルク以上か否かが判断され（ステップＳ５）、このステップＳ５で否定的に判断された場合には、ステップＳ４に戻ってサブコイル１２ｂの電流を増大させる制御を継続する。これとは反対にステップＳ５で肯定的に判断された場合には、サブコイル１２ｂの電流値がその時点の電流値に維持され（ステップＳ６）、ついでメインコイル５の電流制御（ステップＳ７）が実行される。

なお、保持トルクは、摩擦板１８の枚数、摩擦係数、半径、第１ピストン１３による係合圧などに基づいて算出することができる。また、必要トルクは、前記クラッチ機構１７を含む動力伝達装置に入力されるトルク（例えばエンジントルク）や変速比などに基づいて算出することができる。さらに、メインコイル５の電流制御は、前述したステップＳ３で低下させた電流値への復帰、および入力トルクや変速比の変化などによる必要トルクの変化に合わせて保持トルクを変化させる制御である。

上述のようにしてクラッチ機構１７の係合制御が実行された後、係合状態を保持するための制御が行われる。その制御例を図４に示してある。図４に示す制御例では、先ず、クラッチ係合終了が判定される（ステップＳ１１）。すなわち、前記クラッチ機構１７が所期通りに係合したか否かが判断される。この判断は、サブコイル１２ｂの電流を増大させてからの経過時間や回転数、あるいは車両の場合には変速比などによって行うことができる。このステップＳ１１で否定的に判断された場合には、ステップＳ１２に進んで通常制御が継続される。この通常制御は、図２を参照して説明した制御である。このステップＳ１２の後、リターンする。

これに対してクラッチ機構１７が所期通りに係合してステップＳ１１で肯定的に判断された場合には、マップが読み込まれる（ステップＳ１３）。このマップは、一旦粘度を増大させた磁性流体２４の保圧特性を示すマップであり、磁性流体２４に掛かる圧力（摩擦板１８の締結圧あるいはクラッチ機構１７の係合圧）、サブコイル１２ｂの電流値（磁性流体２４に作用する磁束密度）、磁性流体２４の温度のそれぞれに応じた圧力の保持時間を示すマップである。具体的に説明すると、図５の（ａ）は、所定の油温において、クラッチ機構１７の係合圧が９０％に低下するまでの時間（保圧時間）Ｔlpを、係合圧毎およびサブコイル１２ｂの電流値毎に測定した結果を示す図である。この図５の（ａ）に示すように、磁性流体２４の圧力が低いほど、また磁性流体２４に作用する磁束密度が高いほど、保圧時間Ｔlpが長くなる。なお、特定の電流値の下でのクラッチ係合圧Ｐlpに対する保圧時間Ｔlpの関係を示せば、図５の（ｂ）のとおりである。

図５の（ａ）に示す測定結果をマップとして書き直すと、図５の（ｃ）のとおりであり、ステップＳ１３ではこのようにして作成されたマップが読み込まれる。なお、磁性流体２４はオイルに磁性の粉粒体を混入させたものであるから、油温が高いほどその粘度が低くなるので、保圧時間Ｔlpは油温が高いほど短くなる特性を示す。したがって、上記のマップは、油温毎に作成されて用意される。そして、そのマップに基づいて、設定すべきクラッチ係合圧Ｐlp、保圧時間Ｔlpからサブコイル１２ｂの電流値が求められる。また、メインコイル５の電流値は設定するべきクラッチ係合圧Ｐlpに基づいて求められる。より具体的には、サブコイル１２ｂの電流値は、可及的に小さくなるように設定される。

そして、ステップＳ１３での制御の結果に基づいてサブコイル１２ｂの電流値Ｉsおよびメインコイル５の電流Ｉmが制御される（ステップＳ１４）。その後にリターンする。このようにして設定された各電流値の下での磁性流体２４の粘度は次第に低下し、クラッチ係合圧Ｐlpがそれに応じて次第に低下するので、磁性流体２４を介した摩擦板１８の押圧を維持するために、すなわちアーマチュア３と第１ピストン１３との相対動作を制限した状態を維持するために、いずれかの電流Ｉs，Ｉmが制御される。その例を図６に示してある。

クラッチ機構１７の係合指示に伴って磁性流体２４を固化させる要求（この発明における動作制限要求）が生じると、メインコイル５の電流Ｉmが増大させられてアーマチュア３の推力が発生し、また前述したストローク調整が完了したストローク位置でサブコイル１２ｂの電流Ｉsが増大させられて、磁性流体２４が固化される。その結果、クラッチ機構１７の係合圧Ｐlpが所期通りの圧力に増大し、これが検出されることによりクラッチ機構１７の係合完了の判定が成立する（ｔ1時点）。これと同時にクラッチ係合のフラグが立つ。

その後、サブコイル１２ｂの電流Ｉsが低下させられる（ｔ2時点）。その結果、磁性流体２４に作用する磁界が消失し、もしくは低下するので、磁性流体２４を介したクラッチ係合圧Ｐlpが次第に低下する。その低下傾向は、前述した保圧特性に応じたものとなる。クラッチ係合圧Ｐlpが、摩擦板１８の滑りを生じさせることなくトルクを伝達できる範囲で、所定の圧力まで低下したｔ3時点に、メインコイル５の電流が一時的に増大させられる。このメインコイル５の電流を増大させるタイミングは、前述した保圧特性から決定することができ、こうすることによりクラッチ係合圧Ｐlpを検出する必要はなくなる。

メインコイル５の電流Ｉmを一時的に増大させる制御は、クラッチ機構１７の係合要求があり、かつサブコイル１２ｂの電流値を低下させている間、繰り返し実行される。これは、サブコイル１２ｂの電流Ｉmを増大させてクラッチ係合圧Ｐlpを増大させても、磁性流体２４に作用する磁界が消失しもしくは低下していることにより、磁性流体２４の保圧特性に応じてクラッチ係合圧Ｐlpが再度、次第に低下するからである。したがって、メインコイル５の電流Ｉmを一時的に増大させる制御の時間間隔、すなわち推力を間欠的に増大させる際の時間間隔は、磁性流体２４の保圧特性に基づいて決定することができる。具体的には、磁性流体２４の圧力（クラッチ係合圧Ｐlp）が高いほど、また低下させたサブコイル１２ｂの電流値（磁束密度）が低いほど、短くする。一例として、メインコイル５の電流値を最初に増大させたことにより、クラッチ係合圧Ｐlpが元に戻る場合には、前述したｔ2時点とｔ3時点との時間間隔でメインコイル５の電流値を間欠的に増大させればよい。

したがって、クラッチ係合圧Ｐlpは、図６に示すように、僅かな低下と復帰とを繰り返しながらトルク伝達できる圧力に維持される。その間、サブコイル１２ｂの電流Ｉsを止め、あるいは低下させておくことができるので、クラッチ機構１７を係合状態に維持するために消費する電力を低減することができる。そのため、この発明を車両に搭載されている装置に適用すれば、燃費を向上させることができる。

一方、上記のようにして係合させたクラッチ機構１７を解放させる場合、解放指示の信号に基づいてフラグがリセットされ、同時にアーマチュア３と第１ピストン１３との相対移動を制限もしくは規制していた状態を解除する動作制限解除の要求が成立する（ｔ4時点）。それに伴ってメインコイル５の電流値が次第に低下させられ、それに応じてクラッチ係合圧Ｐlpが所定の勾配で低下する。このように、クラッチ機構１７の解放を徐々に行うのは、トルクの急激な変化やそれに起因するショックを防止するためである。

つぎに、この発明に係る動作制御装置の他の例を説明する。図７はこの発明の他の具体例を模式的に示しており、ここに示す動作制御装置は、摩擦板などの押圧対象物を押す推力を、磁性流体の保圧特性を利用して維持し、推力発生手段による付勢を解除できるように構成した例である。なお、図７に示す例では、ストローク調整もしくは伸長量の調整のための機構は設けられていない。

図７において、摩擦板などの押圧対象物３０に向けた保圧機構３１が配置されている。この保圧機構３１は、シリンダ３２と、その両端側に前後動自在に収容された第１ピストン３３と第２ピストン３４とを備えている。また、シリンダ３２の内部で軸線方向でのほぼ中央部に隔壁３５が形成されており、この隔壁３５には、その左右の油室３６，３７を連通させる油路３８が貫通して形成されている。そして、これらの油圧３６，３７および油路３８を満たすように磁性流体３９が充填されている。さらに、その磁性流体３９の粘度を増大させる磁界を生じさせる電磁コイル４０が、油路３８の内部もしくは近傍に設けられている。この電磁コイル４０の電流の制御、すなわち磁界の制御は、図示しない電子制御装置によって行うように構成されている。

前記第１ピストン３３はその先端部が押圧対象物３０に接近して対向するように配置され、これに対して第２ピストン３４は第１ピストン３３とは反対側に配置されており、この第２ピストン３４に推力（押圧対象物３０を押すための軸線方向の力）を付与するようになっている。その推力を発生する機構としてネジ機構およびこれを回転させるモータ４１が設けられている。これらのネジ機構およびモータ４１がこの発明におけるアクチュエータに相当し、そのネジ機構は、ネジ軸の一例としてのボールネジ軸４２と、これにねじ込まれているナット４３とを備えており、そのボールネジ軸４２が前記モータ４１に連結されて、モータ４１によって回転させられるようになっている。また、ナット４３に前記第２ピストン３４が連結されている。

上記の押圧対象物３０に荷重を掛ける場合、先ず、電磁コイル４０への通電を遮断して磁性流体３９の粘度を低下させておき、その状態でモータ４１を駆動してボールネジ軸４２を回転させることにより、ナット４３を図７の右方向に前進させる。このナット４３と共に第２ピストン３４が移動してシリンダ３２の内部に押し込まれるから、図７の左側の油室３７における磁性流体３９が、油路３８を通って図７の右側の油室３６に流動する。そのため、第１ピストン３３が押圧対象物３０に向けて前進し、これを押圧する。このようにして、モータ４１およびネジ機構による推力が、磁性流体３９を介して押圧対象物３０に作用する。

この発明の動作制御装置は、上述のようにして押圧対象物３０に付与した荷重もしくは押し付け力（摩擦クラッチや摩擦ブレーキの場合は係合力）を磁性流体３９の保圧機能によって維持するように構成されている。すなわち、予め定めた所定の荷重で押圧対象物３０を押す状態にまでモータ４１およびネジ機構によって推力を発生させた後に、先ず、電磁コイル４０に通電されて、油路３８に磁界を生じさせる。その電流は、油路３８における磁性流体３９の粘度が、油路３８で流動しない程度の粘度となる電流の範囲で、可及的に少ない電流である。これは、油路３８の寸法やエアギャップ、あるいは磁性流体３９の特性などによって異なるので、実験などによって予め定めておくことができる。

電磁コイル４０にこのようにして電流を流すことにより、少なくとも油路３８において磁性流体３９の粘度が高くなり、あるいは実質的に固化するので、図７の右側の油室３６に移動した磁性流体３９は、その油室３６に閉じ込められた状態となる。したがって、押圧対象物３０を押し付けることによる反力は、第１ピストン３３および磁性流体３９を介して、固定されているシリンダ３２によって受け止められる。そのため、モータ４１の駆動を止めて、モータ４１およびネジ機構による推力をなくしても、押圧対象物３０を押し付ける荷重を保持することができる。

電磁コイル４０に通電して磁界を発生させた場合、磁性流体３９の粘度が高くなるものの完全に固化する訳ではないので、漏れなどが要因となって僅かながらも圧力が低下することがある。これは、図５を参照して前述したとおりである。そこでこの発明では、粘度が増大して磁性流体３９で保持されている圧力の低下を補うように、アクチュエータによる推力を間欠的に発生させる。その制御例を図８にタイムチャートで示してある。

ここに示す例は、摩擦式のクラッチ機構を押圧対象物３０とした例であり、クラッチ機構の係合判断に基づく指令信号によってモータ４１の電流Ｉmが増大させられて推力が発生する。図７に示す構成の場合には、これに加えて電磁コイル４０の電流Ｉmgが増大させられる。すなわち、モータ４１の電流Ｉmを増大させて各ピストン３３，３４を前進させ、第１ピストン３３が押圧対象物３０に当接してこれを押圧する。こうして、クラッチ機構が係合するとクラッチ係合完了の判断が成立する（ｔ11時点）。クラッチ機構の係合状態を維持するためには、磁性流体３９を固化させ、あるいはその粘度を高くしておく必要があるので、電磁コイル４０の電流値Ｉmは、係合完了の判断の前に高くさせられている。そして、クラッチ係合完了の判断が成立するのとほぼ同時、もしくはその後に電磁コイル４０の電流値Ｉmが低下させられる。これは、磁性流体３９に作用させる磁界が低下しても、磁性流体３９の粘度が直ちには低下させずに、圧力を維持する保圧特性を有効に利用するためである。なお、その電流値Ｉmもしくは磁界あるいは磁束密度の低下量は、油温や圧力などのマップとして予め用意しておくことができる。

その結果、クラッチ機構を係合させることに伴う反力が、前述したようにシリンダ３２を介して所定の固定部で受け止められるので、モータ４１の駆動を止めるためにモータ４１に対する電流が遮断される（ｔ12時点）。モータ４１の駆動を止めることにより、積極的に推力が作用することがなくなり、これに対して漏れなどによって第１ピストン３３を押す圧力が低下する場合があり、これは、その時点の温度や圧力、電磁コイル４０の電流値、装置の個体差、経時変化などが要因となっており、実験的あるいは経験的に知り得る圧力低下もしくは推定できる圧力低下である。そこで、目標とする圧力に対して所定の圧力低下が生じる時間が経過した時点（ｔ13時点）に、モータ電流Ｉmを一時的に増大させてモータ４１を駆動する。すなわち、モータ４１によって推力を発生させ、これにより圧力低下を補う。

すなわち、クラッチ係合圧Ｐlpの低下を補うように推力を付与する。その結果、クラッチ係合圧Ｐlpおよび磁性流体３９の圧力が増大し、その後、モータ４１およびネジ機構による推力が消失することにより、クラッチ係合圧Ｐlpおよび磁性流体３９の圧力が磁性流体３９の保圧特性に従って、再度、次第に低下する。以降、前述した図６に示す制御の例と同様に、モータ４１の電流Ｉmを間欠的に増大させる。その時間間隔は、磁性流体３９の圧力（クラッチ係合圧Ｐlp）が高いほど、また油温が高いほど、電磁コイル４０の電流値（磁束密度）が低いほど、短くすればよい。

そして、クラッチ機構を解放させる場合、解放指示の信号に基づいてフラグがリセットされ、同時に第１ピストン３３の後退移動を制限もしくは規制していた状態を解除する動作制限解除の要求が成立する（ｔ14時点）。それに伴って電磁コイル４０の電流が次第に低下させられ、またモータ４１の電流が一旦、増大させられた後に、次第に低下させられる。それに応じてクラッチ係合圧Ｐlpが所定の勾配で低下する。このように、クラッチ機構の解放を徐々に行うのは、トルクの急激な変化やそれに起因するショックを防止するためである。

つぎに、前述した図１あるいは図７に示す構成において、磁性流体２４，３９を固化させた状態でサブコイル１２ｂや電磁コイル４０が断線フェールした場合の制御の例を説明する。磁性流体２４，３９は前述したように保圧性があるので、サブコイル１２ｂや電磁コイル４０による磁界が消失しても直ちに粘度が低下することはなく、ある程度の圧力を維持できる。したがって磁性流体２４，３９が目標とする所定の時間の間、所定の圧力になるようにクラッチ係合圧Ｐlpを低下させ、そのクラッチ係合圧Ｐlpに応じてクラッチ機構１７の入力トルクを低下させれば、サブコイル１２ｂが断線フェールしてもクラッチ機構１７を含む変速機などの伝動機構を有効に機能させることができる。

具体的に説明すると、図９に示すように、先ず、前述したサブコイル１２ｂの断線フェールの有無が判断される（ステップＳ２１）。これは、サブコイル１２ｂに通電できない状態もしくはサブコイル１２ｂが磁界を生じさせ得ない状態が生じているか否かの判断であり、通常のフェール検出プログラムによって実行することができる。

ステップＳ２１で否定的に判断された場合、すなわち断線フェールが生じていない場合には、前述した図２に示す通常の制御が実行される（ステップＳ２２）。これとは反対に断線フェールが生じていることによりステップＳ２１で肯定的に判断された場合には、マップが読み込まれる（ステップＳ２３）。このマップの一例を図１０に模式的に示してある。

図１０に示すマップは、所定の油温で磁性流体２４を固化させ、その状態でサブコイル１２ｂの電流をゼロにして磁界を消失させた場合に、磁界消失後に９０％のクラッチ係合圧Ｐlpを保持する時間を示すマップであり、基準となる保持時間Ｔlpを設定すると、保圧特性線からクラッチ係合圧Ｐlpを求めることができる。上記のステップＳ２３では、サブコイル１２ｂが消磁した時点における圧力の所定の割合（例えば９０％）以上の圧力を維持する目標時間（例えば数十分）に対応するクラッチ係合圧Ｐlpを図１０のマップから求める。

ついで、クラッチ機構１７に対する入力トルクもしくはクラッチ機構１７を含む変速機などの伝動装置に対する入力トルクを低下させる制御が実行される（ステップＳ２４）。この制御は、車両の場合にはエンジンのトルクあるいはエンジンを含む動力源のトルクを低下させる制御である。上述したようにサブコイル１２ｂの断線フェールが生じた場合に磁性流体２４の保圧特性を利用してクラッチ係合圧Ｐlpを維持するとしても、そのクラッチ係合圧Ｐlpは低い圧力であるから、そのクラッチ係合圧Ｐlpで設定されるクラッチ機構１７のトルク容量に応じた入力トルクとなるように、トルクダウン制御が実行される。その状態でメインコイル５の電流を低下させる制御が実行される（ステップＳ２５）。その電流値は、ステップＳ２３においてマップから算出されたクラッチ係合圧Ｐlpを設定する電流値である。

上記のように制御することにより、磁性流体２４を固化させた状態でサブコイル１２ｂが断線フェールし、あるいは磁界を発生できない状態になっても、磁性流体２４の保圧特性によりクラッチ機構１７を係合状態に維持することができ、低トルクであってもトルクを伝達することができる。したがって、車両に搭載されたクラッチ機構１７に上記の制御を適用することにより、サブコイル１２ｂの断線フェールが生じても、上記の目標時間の間は低トルクで走行を維持でき、いわゆるリンプホーム走行が可能になる。

なお、この発明は、摩擦板を摩擦接触させる機構における動作制御装置に限られないのであって、直線的な動作を制限するダンパーにも適用することができる。例えば、シリンダ内を往復移動するピストンに、その両側を連通させる貫通孔を形成するとともに、そのシリンダの内部に上述した磁性流体を封入し、かつその磁性流体に磁界を作用させる電磁石を設ける。そして、そのピストンの移動を制限するべく磁性流体に磁界を作用させてその粘度を高くした後、電磁石への通電を一時的に低下させ、もしくは遮断する。こうして、磁性流体の保圧特性によりその粘度の高い状態を維持し、所定時間の後に、もしくは所定時間毎に、電磁石への通電を行い、磁界を発生させる。その結果、常時通電することなく磁性流体の粘度を相対的に高い状態に維持できるので、消費電力を低減することができる。このような作用・効果は、上記の磁性流体を粘性流体として使用するビスカスカップリングや差動制限機構でも得ることができる。

ここで、上述した具体例とこの発明との関係を簡単に説明すると、サブコイル１２ｂおよび電磁コイル４０ならびに図４のステップＳ１３，Ｓ１４の制御を実行する機能的手段が、この発明の磁界制御手段に相当し、また図４のステップＳ１４の制御および図６に示すようにメインコイル５の電流を間欠的に増大させる制御ならびに図８に示すようにモータ電流を間欠的に増大させる制御を実行する機能的手段が、この発明の推力制御手段に相当する。さらに、図９のステップＳ２３，〜Ｓ２５の制御を実行する機能的手段が、この発明の負荷制御手段に相当する。

この発明の一例を模式的に示す部分的な断面図である。 そのメインコイルおよびサブコイルの電流の制御例を説明するためのフローチャートである。 ストローク調整が完了してクラッチ機構を係合させている状態を示す部分的な断面図である。 磁性流体の保圧特性を利用してサブコイルの電流を低下させる制御を説明するための概略的なフローチャートである。 （ａ）は磁性流体の保圧特性をサブコイルの電流値毎に測定した結果を示す線図、（ｂ）は（ａ）に示す測定結果を所定の電流値についての保圧時間に書き換えた線図、（ｃ）は所定のの油温でのクラッチ係合圧および保圧時間ならびにサブコイルの電流との関係を示すマップである。 サブコイルの電流を低下させて保圧する制御を行った場合のクラッチ係合圧や電流などの変化を示すタイムチャートである。 この発明の他の例を模式的に示す図である。 図７に示す装置を対象としてこの発明による制御を行った場合のクラッチ係合圧や電流などの変化を示すタイムチャートである。 図１に示す構成でサブコイルが断線フェールした場合の制御例を説明するためのフローチャートである。 その制御で使用するマップの一例を示す図である。

符号の説明

１…アクチュエータ、 ２，１２…電磁石、 ３…アーマチュア、 ５…メインコイル、 １１…リターンスプリング、 １２ｂ…サブコイル、 １３…第１ピストン、 １４…第１ピストン室、 １５…第２ピストン、 １６…第２ピストン室、 １７…クラッチ機構、 １８…摩擦板、 ２４，３９…磁性流体、 ３０…押圧対象物、 ３１…保圧機構、 ３３，３４…ピストン、 ３６，３７…油室、 ３８…油路、 ４０…電磁コイル、 ４１…モータ、 ４２…ボールネジ軸、 ４３…ナット。

Claims (13)

1. 少なくとも往復動作もしくは回転動作する動作部材の動作を選択的に制限する動作制御装置において、
   作用する磁界が増大することにより粘度が増大して前記動作部材の動作を制限する磁性流体と、
   前記動作部材の動作制限要求によって前記磁界を増大させた後、前記動作部材の動作制限の解除要求が生じるまでの間に前記磁界を低下させて前記磁性流体の粘度が相対的に増大した状態に維持する磁界制御手段と
   を備えていることを特徴とする動作制御装置。
2. 前記動作部材は、摩擦接触することによりトルクを伝達する摩擦板を押圧するピストンを含み、
   そのピストンに推力を与えるアクチュエータを更に備え、
   前記ピストンと前記アクチュエータとの間に形成された流体室に前記磁性流体が流出入可能に収納され、
   前記磁界制御手段は、前記磁性流体の前記流体室からの流出を阻止するように前記磁性流体に磁界を作用させる手段を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の動作制御装置。
3. 前記磁界を発生させる電磁コイルを更に備え、
   前記磁界制御手段は、前記磁性流体が磁界の作用によって固化した後に前記電磁コイルによる磁束密度を低下させる手段を含む
   ことを特徴とする請求項２に記載の動作制御装置。
4. 前記磁界制御手段は、前記電磁コイルによる磁束密度を低下させる継続時間を、その電磁コイルによる磁束密度が低いほど、および前記磁性流体の圧力が高いほど、短くする手段を含むことを特徴とする請求項３に記載の動作制御装置。
5. 前記磁性流体を固化させた後に前記磁界を低下させている間に前記アクチュエータによる推力を間欠的に増大させる推力制御手段を更に備えていることを特徴とする請求項３または４に記載の動作制御装置。
6. 前記推力制御手段は、前記アクチュエータの推力を、前記磁性流体が固化した時点における推力より小さい推力に低下させた後に間欠的に増大させる手段を含むことを特徴とする請求項５に記載の動作制御装置。
7. 前記アクチュエータによる推力を間欠的に増大させる時間間隔を、前記電磁コイルによる磁束密度が低いほど、および前記磁性流体の圧力が高いほど、短くする手段を含むことを特徴とする請求項５または６に記載の動作制御装置。
8. 前記磁性流体を固化させた状態で前記電磁コイルに通電できなくなった場合に、前記摩擦板に掛かるトルクおよび前記アクチュエータによる推力を低下させる負荷制御手段を更に備えていることを特徴とする請求項２ないし７のいずれかに記載の動作制御装置。
9. 前記動作部材の動作制限を解除する場合に、前記磁界とは逆の磁化を一時的に作用させる解除制御手段を更に備えていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の動作制御装置。
10. 前記ピストンは、前記アクチュエータに対して前記推力の作用方向に前後動可能に配置され、前記流体室に封入される前記磁性流体の量に応じて、前記ピストンの前記アクチュエータに対する伸長量が変化するように構成されていることを特徴とする請求項２ないし９のいずれかに記載の動作制御装置。
11. 前記磁界制御手段は、前記ピストンが前記摩擦板に当接して反力を受けることにより前記アクチュエータと前記ピストンとの間隔が短くなった状態で前記磁性流体に作用する磁界を増大させて前記磁性流体の粘度を増大させる手段を含むことを特徴とする請求項１０に記載の動作制御装置。
12. 前記磁界制御手段は、前記アクチュエータの初期位置からの移動量が予め定めた所定量になりかつ前記ピストンが前記アクチュエータ側に押し戻されている状態で前記磁性流体に作用する磁界を増大させる手段を備えていることを特徴とする請求項１０に記載の動作制御装置。
13. 前記アクチュエータは、通電されて磁気を発生する主コイルと、その磁気によって吸引されて移動するアーマチュアとを備えていることを特徴とする請求項２ないし１２のいずれかに記載の動作制御装置。

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