JP2010048311A - クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】動力伝達をおこなう時にはトルク容量を高め、動力伝達をおこなわない時には、引き摺りトルクの増加を抑制することの可能なクラッチを提供する。
【手段】同軸上に配置された第１回転要素１２および第２回転要素１６と、第１回転要素１２と第２回転要素１６との間に形成された隙間Ｂ１を含み、かつ、流体密に構成された流体室１４と、流体室１４に充填され、かつ、基油に磁性粉２１を混入して構成された磁気粘性流体１５とを有し、磁界を形成して磁性粉２１を整列させて磁気粘性流体１５の見かけ上の粘度を相対的に高めることにより、第１回転要素１２と第２回転要素１６との間におけるトルク容量を相対的に高めることのできるクラッチにおいて、第１回転要素１２または第２回転要素１６の少なくとも一方における隙間Ｂ１を形成する表面に、基油を隙間Ｂ１から外部に排出させる撥油層２０が設けられている。
【選択図】図１

Description

この発明は、第１回転要素と第２回転要素との間で、磁気粘性流体を介して動力伝達をおこなうクラッチに関するものである。

従来、動力源のトルクを被駆動部材に伝達するクラッチとして、磁気粘性流体を用いるクラッチが特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載されたクラッチは、入力軸および出力軸が同心状に配置されており、出力軸に連続して円筒部が形成されている。この円筒部の内部に前記入力軸の一端が配置され、円筒部の内周面と入力軸との間に軸受が配置されている。さらに、円筒部と入力軸との間にＯリングを設けてシールし、円筒部の内部に流体室を形成し、その流体室内に粘性流体が封入されている。この粘性流体には、磁性粉が混入されている。また、入力軸には軸線に沿った方向に多板が取り付けられ、円筒部の内周には、軸線に沿った方向にリング状の多板が取り付けられている。なお、入力軸に取り付けた多板と、円筒部に取り付けた多板とが、軸線に沿った方向で交互に配置されている。

このようにして、多板および粘性流体により、湿式クラッチが構成されている。さらに、前記円筒部には、軸線に沿った方向で異なる位置に第１電磁石および第２電磁石が取り付けられており、その電磁石に通電する励磁回路が形成されている。ここで、第１電磁石は入力軸に近い位置に設けられ、第２電磁石は出力軸に近い位置に設けられている。そして、入力軸が回転すると、湿式クラッチでは粘性流体のせん断力によりトルク伝達がおこなわれる。また、第１電磁石に通電されると、多板により構成された湿式クラッチに近い位置に磁性粉が引き寄せられて、粘性流体のせん断力が大きくなり、トルク容量が増加する。これに対して、第２電磁石に通電されると、磁性粉が湿式クラッチから離れた位置に移動するため、多板に対する粘性流体のせん断力が小さくなり、トルク容量が小さくなる。なお、磁性粒子を用いるクラッチは、特許文献２および特許文献３にも記載されている。

特開平８−２７７８５３号公報 特許第２９３７８３９号公報 実公平３−３１８６３号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたクラッチにおいては、粘性流体を用いているため、磁性粉同士の間、および回転要素と磁性粉との境界面で滑りが生じて摩擦抵抗が低下し、他のクラッチ、例えば、パウダクラッチと比べてトルク容量が相対的に低くなる問題があった。また、多板同士の間に粘性流体が存在するため、動力伝達が不要な時でも、動力源の動力の一部が、粘性流体の引き摺りにより出力軸に伝達されて動力損失が生じる問題があった。

この発明は上記の事情を背景としてなされたものであり、第１回転要素と第２回転要素との間で動力伝達をおこなう時には、トルク容量を相対的に高めることができる一方、動力伝達をおこなわない時には、引き摺りトルクの増加を抑制することの可能なクラッチを提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は回転中心となる軸線を中心として相対回転可能に配置され、かつ、同軸上に配置された第１回転要素および第２回転要素と、この第１回転要素と第２回転要素との間に形成された隙間と、前記第１回転要素および前記第２回転要素および前記隙間を通る磁界を形成する励磁機構と、前記隙間を含む空間を形成する流体室と、この流体室に収容され、かつ、基油に磁性粉が混入された磁気粘性流体とを有し、前記磁界を形成して前記磁性粉を整列させることにより、前記第１回転要素と前記第２回転要素との間におけるトルク容量を相対的に高めることの可能なクラッチにおいて、前記第１回転要素または前記第２回転要素の少なくとも一方における前記隙間を形成する表面に、前記流体室内で前記基油を前記隙間から排出させる撥油層が設けられていることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、動力伝達をおこなうために、第１回転要素および第２回転要素および隙間を通る磁界が形成されると、磁性粉が隙間に吸引されて磁性粉同士のクラスタが形成され、磁気粘性流体の見かけ上のせん断力が高まり、磁性粉が接触する部分の摩擦力により動力伝達がおこなわれる。また、撥油層の機能により、基油が隙間から排出されるため、回転要素と磁性粉との接触部分（境界面）の摩擦力、および磁性粉同士の接触部分の摩擦力が相対的に高まり、第１回転要素と第２回転要素との間で伝達されるトルクの容量を相対的に高めることができる。さらに、動力伝達をおこなわないときは磁界が消滅して、磁性粉が隙間から排出されるとともに、撥油層の機能で基油が隙間から外部に排出されるため、基油による引き摺りトルクが低下する。したがって、動力源の動力損失を抑制できる。

この発明において、第１回転要素および第２回転要素は、何れも動力を伝達する要素であり、回転要素には、回転軸、歯車、回転部材同士を接続するコネクティングドラム、円板形状のディスク、環状部材などが含まれる。この発明における第１回転要素および第２回転要素は、軸線を中心とする半径方向で内側と外側とに配置することが可能である。この場合、第１回転要素が外側に配置され、かつ、第２回転要素が内側に配置される構成、または、第１回転要素が内側に配置され、かつ、第２回転要素が外側に配置される構成のいずれでもよい。さらに、この発明において、第１回転要素および第２回転要素を、軸線に沿った方向に配置することもできる。この発明における隙間は、軸線を中心とする半径方向の隙間量、または軸線に沿った方向の隙間量のいずれか一方の隙間量を有する。

つぎに、この発明を図面に基づいて説明する。図２は、この発明におけるクラッチを、車両の動力源であるエンジンから、被駆動部材である車輪との間に形成された動力伝達経路に設ける場合の一例を示す断面図である。図２において、入力軸１はエンジン（図示せず）と動力伝達可能に接続されており、そのエンジントルクで入力軸１が軸線Ａ１を中心として回転可能に構成されている。この入力軸１のトルクが、出力軸２を経由して変速機（図示せず）に伝達される構成であり、その変速機が車輪（図示せず）と動力伝達可能に構成されている。前記出力軸２は水平な軸線Ａ１を中心として回転可能である。この軸線Ａ１は、車両の前後方向または左右方向に沿って配置されている。そして、入力軸１と出力軸２との間の動力伝達経路にクラッチ３が設けられている。

上記クラッチ３はクラッチハウジング４の内部に設けられている。このクラッチハウジング４は、車体（図示せず）の下方空間に取り付けられており、クラッチハウジング４は回転不可能である。前記クラッチ３は、内部中空のケーシング５を有している。このケーシング５は、円板形状に構成され、かつ、軸線Ａ１に沿った方向で異なる位置に配置された第１側板６および第２側板７と、第１側板６の外周と第２側板７の外周とを接続する円筒部８とを有している。前記軸線Ａ１が車両の前後方向に沿った配置されている場合は、車両の前後方向で、第１側板６の方が第２側板７よりも前方に配置される。前記入力軸１には、環状のプレート９の内周側が固定部材１０により固定されており、そのプレート９の外周側が固定部材１１により第１側板６に固定されている。前記固定部材１０，１１は何れもボルトが用いられている。このように、入力軸１とプレート９とケーシング５とが、軸線Ａ１を中心として一体回転可能に接続されている。入力軸１およびプレート９およびケーシング６は、トルクを伝達するための要素である。なお、プレート９に、軸線Ａ１を中心とするトルクの変動を吸収もしくは緩和するダンパ機能を付加することも可能である。

前記ケーシング５の内周面には駆動輪（ヨーク）１２が取り付けられており、その駆動輪１２は強磁性を備えた金属材料、例えば、鉄により構成されている。この駆動輪１２は環状に構成されており、ケーシング５と共に一体回転する。また、この駆動輪１２には電磁コイル１３が取り付けられており、車体に設けられた電源（図示せず）と、電磁コイル１２とが電気回路（図示せず）により接続されている。例えば、ケーシング５を導電性材料により構成し、クラッチハウジング４に通電用のブラシ（図示せず）を取り付け、そのブラシを電線（図示せず）を介在させて前記電源に接続するとともに、そのブラシの先端をケーシング５に接触させることにより、電気回路を構成することが可能である。前記電源は、二次電池、例えばバッテリまたはキャパシタである。また、ケーシング５を構成する導電性材料としては銅などを用いることができる。このような電気回路が形成されていると、前記ケーシング５が回転しているとき、またはケーシング５が停止しているときの何れにおいても、電磁コイル１３に電力を供給することができる。

前記ケーシング５の内部、より具体的には、駆動輪１２の内側空間に流体室１４が形成されており、その流体室１４には磁気粘性流体（ＭＲＦ：Maguneto-Rheological Fluids ）１５が封入されている。この磁気粘性流体１５は、基油（ベース液）および強磁性微粒子（以下、「磁性粉」と記す）１６および界面活性剤の３つから構成される磁性コロイド溶液である。磁性粉２１としては、マグネタイト（鉄粉）またはマンガン亜鉛フェライトを用いることができる。ベース液としては、水、イソパラフィン、アルキルナフタレン、パーフルオロポリエーテルなどを用いることができる。この磁気粘性流体１５中の磁性粉２１は、界面活性剤とベース液の親和力と、界面活性剤同士の反発力により、ベース液中で凝集したり沈降したりすることなく安定した分散状態が保たれる。

前記出力軸２の一端は流体室１４の内部に配置されており、その出力軸２には受動輪１６が取り付けられている。この受動輪１６は強磁性を備えた金属材料、例えば、鉄により構成されている。また、受動輪１６の外径は駆動輪１２の内径よりも小さく構成されており、受動輪１６の外周面と駆動輪１２の内周面との間に隙間Ｂ１が形成されている。つまり、軸線Ａ１を中心とする環状の隙間Ｂ１が形成されている。また、出力軸２と受動輪１６とが一体回転するようにスプライン結合されており、２個の軸受１７，１８により出力軸２が回転可能に支持されている。具体的には、軸線Ａ１に沿った方向で２個の軸受１７，１８の間に受動輪１６が配置されており、軸受１７，１８の外輪（図示せず）がケーシング５により支持されている。また、ケーシング５には出力軸２が挿入された軸孔１９が形成されており、軸孔１９がシールされて流体室１４が液密に維持されている。軸孔１９のシールにあたり、ケーシング５と出力軸２との間にオイルシールまたはＯリングを設ける構成、または軸受１８として周知のシール軸受を用いる構成の何れを採用してもよい。

前記隙間Ｂ１を形成する受動輪１６の外周面および駆動輪１２の内周面には、図１に示す撥油層２０が形成されている。この撥油層２０は、磁気粘性流体１５の成分である基油をはじく特性を備えており、例えば、受動輪１６および駆動輪１２の表面に、四フッ化エチレン樹脂コーティングまたはフッ素コーティングを施すことにより、撥油層２０を形成することができる。この撥油層２０の表面は平坦である。このように撥油層２０が形成された隙間Ｂ１の隙間量は、０．５ｍｍ程度である。隙間量は軸線Ａ１を中心とする半径方向の隙間量である。この隙間Ｂ１の全周に亘って磁気粘性流体１５が存在している。一方、車体には、各種のセンサやスイッチの信号が入力される電子制御装置（図示せず）が設けられており、その電子制御装置から出力される信号により、電磁コイル１３への通電および非通電が制御される。

つぎに、この実施例の作用を説明する。前記エンジンが運転されて、そのエンジントルクが入力軸１を経由してケーシング５に伝達される。前記電子制御装置に信号が入力されて、エンジントルクを変速機に伝達する条件が成立したと電子制御装置が判断された場合は、前記電源の電力が電磁コイル１３に供給される。すると、駆動輪１２および受動輪１６および隙間Ｂ１を通る磁界が形成される。このように、電磁コイル１３に電力が供給されて磁界が形成される励磁状態では、図１に示すように、隙間Ｂ１の外部に存在する磁性粉２１が磁力で隙間Ｂ１内に吸引されて、その磁性粉２１同士が鎖状のクラスタを形成する。磁性粉２１が隙間Ｂ１に進入する際、隙間Ｂ１の外部に存在する基油の一部も隙間Ｂ１に進入する。このようにして、隙間Ｂ１内では磁気粘性流体１５の見かけ上の粘度もしくはせん断力が相対的に高まる。そして、駆動輪１２と磁性粉２１との境界面における摩擦力、および磁性粉２１同士の接触部分の摩擦力、磁性粉２１と受動輪１６との接触部分における摩擦力により、駆動輪１２の動力が受動輪１６に伝達される。この受動輪１６のトルクは、出力軸２を経由して変速機に伝達される。

一方、エンジントルクを変速機に伝達する条件が不成立である場合は、電磁コイル１３への電力の供給が遮断されて、磁界が形成されない（非励磁状態）ため、図３に示すように、磁性粉２１が基油中に分散されて、隙間Ｂ１に存在する磁気粘性流体１４の見かけ上の粘度もしくはせん断力が相対的に低下する。このため、駆動輪１２と受動輪１６との間で伝達されるトルクの容量が低下する。なお、電磁コイル１３に供給する電力の電流値を制御することにより、クラッチ３のトルク容量を変更可能である。具体的には、電流値が相対的に高くなるほど、クラッチ３のトルク容量が相対的に高くなる。

この実施例では、受動輪１６および駆動輪１２の両方に撥油層２０が形成されているため、図１のように基油が隙間Ｂ１から排出される。また、駆動輪１２の回転による遠心力で、基油が一層隙間Ｂ１から排出されやすくなる。このため、エンジントルクを変速機に伝達する条件が成立しているとき、受動輪１６と磁性粉２１との接触部分の摩擦力、駆動輪１２と磁性粉２１との接触部分の摩擦力、磁性粉２１同士の接触部分の摩擦力が相対的に高まり、駆動輪１２と受動輪１６との間におけるトルク容量を相対的に高めることができる。これに対して、エンジントルクを変速機に伝達する条件が不成立であるときは、磁界が形成されないため、撥油層２０の機能により基油が隙間Ｂ１から外部に排出され、かつ、磁性粉２１が基油中に分散されて隙間Ｂ１の外部に排出される。このため、動力伝達をおこなわないときは、磁気粘性流体１５の見かけ上のせん断力が低下し、クラッチ３のトルク容量が相対的に低下する。つまり、基油による引き摺りトルクが低減され、エンジンの動力損失を抑制できる。

また、この実施例では電磁コイル１３への通電および非通電をおこなうことにより、流体室１４内の基油が隙間Ｂ１に進入し、かつ、隙間Ｂ１から排出される作用が生じる。このため、全部の基油のうち、一部の基油が隙間Ｂ１に残留することなく、外部で混ざり合い、一部の基油だけが隙間Ｂ１に出入りすることを回避できる。したがって、磁気粘性流体１５の劣化を防止できる。この磁気粘性流体１５の劣化とは、動力伝達による高負荷が、一部の磁性粉２１にのみ作用して、その磁性粉２１が変形または割れることを意味する。この実施例では、磁気粘性流体１５の劣化を抑制できるため、クラッチ３を経由して伝達されるトルクの容量が低下することを抑制できる。また、磁気粘性流体１５の劣化には、基油の組成が変化するという意味も含まれる。基油の組成が変化するとは、具体的には酸化または熱分解という意味であり、基油５の流動性および潤滑性が変化して、動力損失が増大するという不具合が生じる。この実施例によれば、この不具合を回避できる。

さらに、受動輪１６の外周面以外の表面、つまり、軸線Ａ１と垂直な面、軸線Ａ１と交差する面などに、撥油層を形成することも可能である。このように構成すると、ケーシング５が回転し、かつ、入力軸１のトルクを出力軸２に伝達する条件が不成立である際に、磁気粘性流体１５のせん断力により引き摺りトルクが生じることを、一層確実に回避できる。

ここで、この実施例で説明した構成と、この発明の構成との対応関係を説明すると、駆動輪１２が、この発明の第１回転要素に相当し、受動輪１６が、この発明の第２回転要素に相当し、電磁コイル１３および電源が、この発明の励磁機構に相当する。上記の実施例では、駆動輪１２および受動輪１６の両方に撥油層２０が形成されているが、いずれか一方に形成することも可能である。なお、上記の実施例では、エンジンから変速機に至る動力伝達経路にクラッチが設けられているが、変速機から車輪に至る動力伝達経路にクラッチを設けることも可能である。さらに、駆動力源として、エンジンに代えて電動モータが設けられた車両において、電動モータと車輪との間の動力伝達経路にクラッチを設けることも可能である。

また、この実施例においては、車両が惰力走行しているときに、車両の運動エネルギを動力源に伝達する条件が成立した場合に、前記電磁コイル１３に供給する電力の電流値を高めてクラッチ３のトルク容量を相対的に高める一方、車両の運動エネルギを動力源に伝達する条件が不成立である場合に、前記電磁コイル１３に供給する電力の電流値を低下させてクラッチ３のトルク容量を相対的に低下させる制御をおこなうこともできる。さらに、この実施例のクラッチは、車両以外の工作機械に用いることも可能である。例えば、動力源の動力で刃物（工具）を回転または往復運動させる工作機械において、その動力源から刃物に至る動力伝達経路にクラッチを配置することができる。

この発明のクラッチの励磁状態における概念図である。 この発明のクラッチの全体構成を示す断面図である。 この発明のクラッチの非励磁状態における概念図である。

符号の説明

３…クラッチ、 １２…駆動輪、 １３…電磁コイル、 １４…流体室、 １５…磁気粘性流体、 １６…受動輪、 ２０…撥油層、 ２１…磁性粉、 Ａ１…軸線、 Ｂ１…隙間。

Claims (1)

1. 回転中心となる軸線を中心として相対回転可能に配置され、かつ、同軸上に配置された第１回転要素および第２回転要素と、この第１回転要素と第２回転要素との間に形成された隙間と、前記第１回転要素および前記第２回転要素および前記隙間を通る磁界を形成する励磁機構と、前記隙間を含む空間を形成する流体室と、この流体室に収容され、かつ、基油に磁性粉が混入された磁気粘性流体とを有し、前記磁界を形成して前記磁性粉を整列させることにより、前記第１回転要素と前記第２回転要素との間におけるトルク容量を相対的に高めることの可能なクラッチにおいて、
   前記第１回転要素または前記第２回転要素の少なくとも一方における前記隙間を形成する表面に、前記流体室内で前記基油を前記隙間から排出させる撥油層が設けられていることを特徴とするクラッチ。

Images