JP5789842B2 - 回転動力伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロータとその周囲のハウジング等との間に磁気粘性流体などの可変粘性流体を封入し、可変粘性流体の粘性を変化させることにより、ロータとハウジング等との間の伝達トルクを制動する回転制動装置を利用した回転動力伝達装置に関する。

この種の回転制動装置として、例えば特許文献１に開示されている回転制動装置（ロータリーダンパ）は、ケーシングと、ケーシング内のロータと、電磁石とを備え、電磁石とロータとの隙間に磁気粘性流体を封入している。電磁石は、磁場を発生するコイルと、コイルを巻き付けたボビンと、磁路を誘導する磁性体のヨークとで構成されている。この回転制動装置は、磁気粘性流体に磁場を与えて所定の粘度を発現させ、ケーシングとロータとの間のずり応力によって伝達トルクを制動する。

特開２００８−２０２７４４号公報

ところで、従来の磁気粘性流体を用いた回転制動装置では、伝達トルクの回転方向を逆転させる場合、入力軸側の動力源である電動モータ等の回転方向を逆転させることが必要であった。

また、回転制動装置の入力側に動力の分岐点を設け、この分岐点から他のデバイスへ動力が供給されている場合は、当該デバイスへ供給する動力の回転方向を反転させるために、上記回転制動装置の出力軸の回転方向も反転させなければならず、何れか一方の回転方向のみを反転させることができなかった。このため、装置全体として設計の自由度が著しく制限されていた。

本発明は、上記問題に鑑みて創案されたものであり、動力源の回転方向を反転させることなく、出力側の回転方向を迅速に反転させることができる回転動力伝達装置を提供することを目的とする。また、入力側の分岐点から他のデバイスへ動力が供給されていても、当該デバイスへ供給する動力の回転方向と上記回転制動装置の出力軸の回転方向の何れか一方のみを反転することが可能な回転動力伝達装置を提供することをも目的とする。

本発明の回転動力伝達装置は、軸線回りに相対回転可能に配設されたロータおよびハウジングと、可変粘性流体の粘性を可変とする、前記ハウジングに設けられた粘性可変手段と、を有し、前記ロータと前記ハウジング、前記ハウジングと粘性可変手段との隙間にそれぞれ可変粘性流体が充填された２つの回転制動装置を備えるものを前提としており、一方の回転制動装置のロータと一体に回転するよう接続された入力軸と、前記入力軸から回転方向を反転させて分力を取り出す回転方向反転機構と、他方の回転制動装置のロータと一体に回転するよう接続され、前記入力軸からの分力が前記回転方向反転機構を介して伝達される反転軸と、前記２つの回転制動装置のハウジングに固定され、前記入力軸および前記反転軸回りに同軸回転可能に設けられた出力部材と、前記出力部材に回転一体に同軸上に接続された出力軸と、を備えることを特徴としている。

かかる構成を備える回転動力伝達装置によれば、駆動源の回転方向を切り替えることなく、２つの回転制動装置においてトルク伝達状態と非トルク伝達状態を相違させ、これらを互いに切り替えるだけで、出力軸の回転方向を切り替えることが可能である。

前記回転制動装置の前記可変粘性流体は、例えば、磁気粘性流体であり、前記粘性可変手段は、例えば、前記ハウジングに固定され前記ロータを貫通する磁場を発生させるための電磁石である。

既述の回転動力伝達装置の構成において、前記入力軸には、前記回転方向反転機構のほか、分力を取り出すための分岐動力伝達機構が接続されてもよい。

かかる構成を備える回転動力伝達装置によれば、分岐動力伝達機構から取り出された回転動力の回転方向は、駆動源の回転方向を切り替えることにより、反転させることができ、しかも、駆動源の回転方向を切り替えると同時に２つの回転制動装置の励磁状態と非励磁状態を互いに切り替えることで、出力軸の回転方向を駆動源の回転方向に関わらず維持することができる。以下、励磁状態とは、電磁石に電流を印加して磁場を発生させる状態（制動状態）を指し、非励磁状態とは、電磁石に電流を印加せずに、磁場を発生していない状態（非制動状態）を指す。

本発明によれば、駆動源の回転方向を切り替えることなく、出力軸の回転方向を切り替えることができる。また、入力軸に、分力を取り出すための分岐動力伝達機構が接続されていても、出力軸の回転方向を駆動源の回転方向に関わらず維持することができる。

本発明の実施の形態に係る回転動力伝達装置を示す図であって、一部断面化した図である。 本発明の実施の形態に係る回転動力伝達装置の要部を示す断面図である。 本発明の実施の形態における回転制動装置を示す断面図である。 図３のＢ部拡大図である。

以下、本発明の実施の形態に係る回転動力伝達装置を図面を参照しながら説明する。図１〜図４に示すように、本発明の実施の形態に係る回転動力伝達装置１００は、２つの回転制動装置１，２（以下それぞれ「第１回転制動装置１」、「第２回転制動装置」という。）と、第１回転制動装置１の入力部材１１に回転一体に接続された入力軸３と、該入力軸３から回転方向を反転させて分力を取り出す回転方向反転機構４（図２参照）と、第２回転制動装置２の入力部材２１に回転一体に接続され、回転方向反転機構４を介して入力軸３からの分力が伝達される反転軸４８と、２つの回転制動装置１，２のハウジング１２，２２と固定され、且つ、入力軸３および反転軸４８回りに同軸回転可能に設けられた出力部材５と、該出力部材５に回転一体に同軸上に接続された出力軸７と、を備えている。

図１に示すように、入力軸３には、駆動源である電動モータ８の出力軸が接続されている。

第１回転制動装置１および第２回転制動装置２は、ロータ軸である入力部材１１，２１と、この入力部材１１，２１に固設されたディスク支持円板１３，１３と、ディスク支持円板１３，１３の外周に固設された環状板材からなる複数（本実施形態では２枚）のロータディスク１４と、後記ハウジング１２にボルト締結により固定され、複数のロータディスク１４間に介入されたアウタープレート１５と、後記ハウジング１２に固定された電磁石１６と、を備える。なお、本実施形態では、ロータは、ディスク支持円板１３およびロータディスク１４で構成されている。

ハウジング１２は、ディスク支持円板１３、ロータディスク１４、電磁石１６を内装しており、ディスク支持円板１３およびロータディスク１４に対しては相対回転自在となっている。すなわち、電磁石１６と入力部材１１との間にはベアリング１７が介装されており、さらに、ディスク支持円板１３およびロータディスク１４と、ハウジング１２との間には、隙間が形成されている。そして、この隙間には、磁気粘性流体Ａ（図４参照）が封入されている。また、アウタープレート１５とロータディスク１４との間にも隙間が形成され、その隙間に磁気粘性流体Ａが介在している。

ここで使用する磁気粘性流体Ａは、磁性粒子を分散媒に分散させてなる液体であり、特にその磁性粒子がナノサイズの金属粒子（金属ナノ粒子）からなるものが使用できる。磁性粒子は磁化可能な金属材料からなり、金属材料に特に制限はないが軟磁性材料が好ましい。軟磁性材料としては、例えば鉄、コバルト、ニッケル及びパーマロイ等の合金が挙げられる。

金属ナノ粒子は、その平均粒子径が、２０〜５００ｎｍであることが望ましく、より好ましくは、７０〜２００ｎｍである。また、磁性粒子には、金属ナノ粒子が凝集した凝集体を含んでいても良く、特に金属ナノ粒子が塊状に凝集した凝集体を含んでいても良い。塊状の凝集体は、例えば棒状又は鎖状の凝集体が磁気粘性流体に含まれる場合と比較して、基底粘度を低下させることになる。凝集体の大きさは、レーザー回折散乱法による平均粒子径が、１０μｍ以下であることが望ましく、５μｍ以下であることがより好ましい。

分散媒は、特に限定されるものではないが、一例として疎水性のシリコーンオイルを挙げることができる。採用する分散媒の種類に応じて、磁性粒子に対し、その分散媒と親和性の高い表面改質を施すようにすればよい。こうすることで、磁性粒子の分散安定性が高まる。例えば疎水性のシリコーンオイルを分散媒として採用する場合、磁性粒子にはカップリング剤による表面改質を施すことが好ましい。

磁気粘性流体における磁性粒子の配合量は、例えば３〜４０vol％とすればよい。磁気粘性流体にはまた、所望の各種特性を得るために、各種の添加剤を添加することも可能である。

電磁石１６は、通電するとロータディスク１４や磁気粘性流体Ａに磁場を付与する。この電磁石１６は、コイル１６ａと、コイル１６ａが巻き付けられたボビン１６ｂと、ハウジング１２，２２のコイル包囲部１２ａ，２２ａとを備えている。ボビン１６ｂおよび、ハウジング１２，２２のコイル包囲部１２ａ，２２ａには、コイル１６ａの周囲に磁路Ｌが形成されるように、純鉄等の磁性体を用いることが望ましい。なお、ベアリング１７には、非磁性体が用いられることが望ましい。コイル１６ａを通電した際、コイル１６ａから発生した磁力線（磁束）は磁性体であるコイル包囲部１２ａおよびボビン１６ｂ内を循環し、図３に示すような磁路Ｌを生成する。この磁路Ｌが磁気粘性流体を通過することで増粘し、ロータディスク１４を制動する。

回転方向反転機構４は、入力軸３から回転方向を反転させて分力を取り出すものである。この回転方向反転機構４は、例えば図２に示すように、第１平歯車４１〜第７平歯車４７、外フレーム６（この外フレーム６は、後述する脚部１０２、床部材１０１等の基礎に対して固定される。）に対して固定された一対の歯車軸固定板４９，４９、第３平歯車４３と第４平歯車４４を回転一体に連結する連結シャフト５０などで構成されている。

第１平歯車４１は、入力軸３の中間部に回転一体に固設されており、第２平歯車４１と噛み合っている。第２平歯車４２は第１平歯車４１のほか第３平歯車４３とも噛合っている。第３平歯車４３は、連結シャフト５０の一端部に固設されており、第４平歯車４４は連結シャフト５０の他端部に固設されている。この連結シャフト５０の両端部はそれぞれ、歯車軸固定板４９，４９に回転自在に支持されている。第４平歯車４４は、第５平歯車４５と噛み合っている。この第５平歯車４５は、第４平歯車４４のほか、第６平歯車４６と噛み合っている。第６平歯車４６は、第５平歯車４５のほか、反転軸４８に固設された第７平歯車４７とも噛み合っている。なお、入力軸３、第２平歯車４２および第３平歯車４３は、一方の歯車軸固定板４９（図中左側）に回転自在に支持されており、反転軸４８、第４平歯車４４、第５平歯車４５および第６平歯車４６は、他方の歯車軸固定板４９（図中右側）に回転自在に支持されている。

上記回転方向反転機構４によれば、入力軸３の回転を正回転とすれば、第１平歯車４１〜第７平歯車４７を介して反転軸４８に伝達される回転は逆回転となる。これにより、第１回転制動装置１内のロータディスク１４と第２回転制動装置２内のロータディスク１４は互いに逆方向に回転するようになっている。

第１回転制動装置１および第２回転制動装置２の何れか一方の電磁石１６を励磁状態（トルク伝達状態）とし、他方の電磁石１６を非励磁状態（非トルク伝達状態）とすれば、第１回転制動装置１および第２回転制動装置２のハウジング１２，２２のうち、電磁石１６が励磁された方の回転制動装置のハウジングにのみ入力軸３のトルクが伝達され、当該一方のハウジングが軸線回りに回転する。これにより、ハウジング１２，２２と一体に出力部材５も同軸線回りに回転し、出力部材５の一端側の軸心部５ａに設けられた出力軸７が同方向に回転する。なお、出力部材５は、外フレーム６に対して回転自在に支持されており、その一端側の軸心部５ａに前記出力軸７が設けられている。

例えば、第１回転制動装置１を励磁状態、第２回転制動装置２を非励磁状態とすれば、入力軸３から入力した回転動力は、第１回転制動装置１のみによって、出力部材５および出力軸７に伝達される。この場合、入力軸３の回転方向は反転されずそのまま維持される。逆に、第１回転制動装置１を非励磁状態、第２回転制動装置２を励磁状態とすれば、入力軸３から入力した回転動力は、第２回転制動装置２のみによって、出力部材５および出力軸７に伝達される。この場合、入力軸３の回転方向は反転されて出力軸７に伝達される。

このように、本実施形態に係る回転動力伝達装置１００によれば、駆動源である電動モータ８の回転方向を切り替えることなく、２つの回転制動装置１，２の励磁状態と非励磁状態を相違させ、これらを互いに切り替えるだけで、出力軸７の回転方向を切り替えることが可能である。また、回転制動装置１，２におけるトルクの断接動作は迅速かつ円滑におこなわれるため、出力軸７の回転方向の切り替えも迅速かつ円滑に行われる。

両方の回転制動装置１，２を励磁状態にするとともに、両方の回転制動装置１，２における伝達トルクに差を設ける（両方のコイル１６ａに流す電流に差を設ける）ことで、出力軸に伝達されるトルクを繊細に制御することも可能である。例えば、第１回転制動装置１における伝達トルクを「１０」とし、第２回転制動装置２における伝達トルクを「８」とすれば、その差分である「２」のトルクが正回転として出力軸７に伝達されることとなる。

上記入力軸３には、回転方向反転機構４のほか、分力を取り出すための分岐動力伝達機構９が接続されている。図１に例示する分岐動力伝達機構９は、入力軸３に回転一体に設けられた駆動側プーリー９１と、従動側プーリー９２と、これら２つのプーリー９１，９２に巻き掛けられた無端ベルト９３と、従動側プーリー９２が一端に固設された入力シャフト９４と、を備えている。

入力シャフト９４は、旋回装置１０の動力を取り込むためのものである。この旋回装置１０は、電動モータ８、回転動力伝達装置１００などを旋回軸Ｎを中心に旋回させるためのものであり、床部材１０１上に図示しないスラストベアリングを介して旋回軸Ｎを中心に旋回可能に設けられた脚部１０２を備えている。この脚部１０２には、垂直シャフト１０５の下端が回転自在に支持されており、同垂直シャフト１０５の上端は、前記回転制動装置１，２と同様の回転制動装置１０３のロータに回転一体に接続されている。一方、この回転制動装置１０３のハウジング２２は、脚部１０２に固定されている。

また、入力シャフト９４は、脚部１０２に固設された軸受パイプ１０４内に回転自在に支持されており、従動側プーリー９２と反対側には、かさ歯車１０６を有している。このかさ歯車１０６は、垂直シャフト１０５の中間部に固設されたかさ歯車１０７と噛合っており、電動モータ８が駆動している間は、入力軸３のトルクが分岐動力伝達機構９を介してかさ歯車１０６，１０７に伝達され、垂直シャフト１０５が常に回転するようになっている。

電動モータ８が駆動している間、上記回転制動装置１０３の電磁石を励磁すると、垂直シャフト１０５のトルクが回転制動装置１０３を介して脚部１０２に伝達され、脚部１０２およびその上に搭載された回転動力伝達装置１００、電動モータ８などが旋回軸Ｎを中心として旋回動作を行う。旋回方向は、電動モータ８の回転方向を切り替えることで反転することができる。一方、上記回転制動装置１０３の電磁石を非励磁すると、脚部１０２は停止する。

ところで、電動モータ８の回転方向を切り替えると、入力軸３のほか、回転制動装置１，２内のロータディスク１４の回転方向も反転してしまい、出力軸７の回転方向も反転してしまうが、本実施形態に係る回転動力伝達装置によれば、電動モータ８の回転方向（装置の旋回方向）を切り替えると同時に、２つの回転制動装置１，２の励磁状態と非励磁状態を互いに切り替えることで、出力軸７の回転方向を電動モータ８の回転方向の切り替え前後でも維持することができる。

＜他の実施形態＞
既述の実施形態では、磁気粘性流体を可変粘性流体の一例に挙げて説明したが、可変粘性流体を電気粘性流体とし、粘性可変手段としての電磁石の代わりに電界印加装置をハウジング１１，２２に設けてもよい。この他、回転制動装置としてパウダークラッチやヒステリシスなど、制動状態と非制動状態を切り替えることができる装置が使用できる。

１ 回転制動装置
２ 回転制動装置
３ 入力軸
４ 回転方向反転機構
５ 出力部材
７ 出力軸
９ 分岐動力伝達機構
１２ ハウジング
１３ ディスク支持円板（ロータ）
１４ ロータディスク（ロータ）
１６ 電磁石（粘性可変手段）
４８ 反転軸
１００ 回転動力伝達装置
Ａ 磁気粘性流体（可変粘性流体）

Claims (3)

1. 軸線回りに相対回転可能に配設されたロータおよびハウジングと、可変粘性流体の粘性を可変とする、前記ハウジングに設けられた粘性可変手段と、を有し、前記ロータと前記ハウジング、前記ハウジングと粘性可変手段との隙間にそれぞれ可変粘性流体が充填された２つの回転制動装置を備える回転動力伝達装置であって、
   一方の回転制動装置のロータと一体に回転するよう接続された入力軸と、
   前記入力軸から回転方向を反転させて分力を取り出す回転方向反転機構と、
   他方の回転制動装置のロータと一体に回転するよう接続され、前記入力軸からの分力が前記回転方向反転機構を介して伝達される反転軸と、
   前記２つの回転制動装置のハウジングに固定され、前記入力軸および前記反転軸回りに同軸回転可能に設けられた出力部材と、
   前記出力部材に回転一体に同軸上に接続された出力軸と、
   を備えることを特徴とする回転動力伝達装置。
2. 請求項１に記載の回転動力伝達装置において、
   前記回転制動装置の前記可変粘性流体は、磁気粘性流体であり、
   前記粘性可変手段は、前記ハウジングに固定され前記ロータを貫通する磁場を発生させるための電磁石であることを特徴とする回転動力伝達装置。
3. 請求項１又は２に記載の回転動力伝達装置において、
   前記入力軸には、前記回転方向反転機構のほか、分力を取り出すための分岐動力伝達機構が接続されていることを特徴とする回転動力伝達装置。