JP5907131B2 - トルク調整装置及びバルブタイミング調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、調整回転体の回転軸に与えるトルクを調整するトルク調整装置及びバルブタイミング調整装置に、関する。

従来、中空体内部の流体室に封入されて調整回転体と接触する機能性流体に磁束を通過させることで、当該通過磁束に追従する流体粘度を可変制御してトルク調整するトルク調整装置が、知られている。この種のトルク調整装置としては、調整回転体を制動するブレーキトルクを機能性流体の粘度に応じて調整する流体ブレーキ装置や、中空体及び調整回転体の間を伝達されるクラッチトルクを機能性流体の粘度に応じて調整する流体クラッチ装置等が、考えられる。

さて、特許文献１に開示されるトルク調整装置では、磁性粒子がベース液に分散されてなる機能性流体を中空体内部に閉じ込めておくために、機能分離式のシール構造により中空体及び回転軸の間をシールしている。具体的にシール構造は、回転軸との間でのシールギャップの形成により磁性粒子の流動を規制する粒子シールと、液密な摺接により回転軸との間をシールする液体シールと、粒子シール及び液体シール間に挟まれた中間室を満たす液状の中間流体とを、有している。

こうしたシール構造において粒子シールは、回転軸との間のシールギャップにより摺動摩耗を低減した状態下、流体室と連通する当該ギャップを通じて磁性粒子が中空体の内部側から外部側へ漏出するのを抑制し得る。また、シール構造において粒子シールよりも外部側の液体シールは、粒子シールとの間に挟んだ中間室の液状中間流体に対するシール機能を、回転軸との液密摺接により発揮する。その結果、流体室の圧力は、流体室からシールギャップへの流入ベース液と中間室の中間流体とに伝播して、液体シールにより受け止められるので、当該圧力を受けるベース液の漏出も抑制され得る。これらによれば、摺動摩耗による耐久性の低下と、機能性流体の漏出によるトルク調整特性（ブレーキ特性）の変動とにつき、回避可能となる。

特開２０１３−８３２４４号公報

さて一般に、回転軸との間にてシール機能を発揮するシール構造では、直動軸との間にてシール機能を発揮するシール構造に比べ、シール構造と軸との摺動距離が格段に大きくなるため、摺動摩耗の低減要求は厳しいものとなる。

そこで、特許文献１に開示される如きシール構造に関して、本発明者らが鋭意研究を行なったところ、シールギャップの形成状態にあっても、摺動摩耗を惹起するおそれのあることが判明したのである。それは、流体室から磁性粒子が回転軸と粒子シールとの間のシールギャップへ入り込んで、長期間、停滞することに起因する。即ち、磁性粒子の停滞が生じると、金属により形成される回転軸外周部の表面では、通常存在している金属酸化膜が摺動摩耗する。その結果、露出状態となる金属表面が活性化して、磁性粒子やベース液と高温下で接触すると、当該金属表面にスラッジを生成させるおそれがあった。ここでスラッジは、シールギャップを広げて磁性粒子を漏出させ易くすることから、その生成を抑制することが望ましい。

本発明は、以上説明した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、耐久性の向上とトルク調整性能の安定化とを図るトルク調整装置及びバルブタイミング調整装置を、提供することにある。

そこで、第一の発明は、流体室（１１４）を内部に形成する中空体（１１０，３１１０）と、磁性粒子（１４０ｐ）がベース液（１４０ｌ）に分散されてなり、流体室に封入されて通過磁束に追従して粘度変化する機能性流体（１４０）と、流体室の機能性流体に磁束を通過させることにより、機能性流体の粘度を可変制御する粘度制御手段（１５０，２００，３１７２，３１７３）と、中空体を内外に貫通する回転軸（１３１，２１３１）を有し、流体室の機能性流体と接触することにより、機能性流体の粘度に応じて回転軸に与えるトルクが調整される調整回転体（１３０，３１３０）と、中空体及び回転軸の間をシールするシール構造（１６０，２１６０）とを、備えるトルク調整装置であって、シール構造は、回転軸の外周部（１３３，２１３３）を囲んで中空体に保持され、流体室に連通するシールギャップ（１６２ｇ）を回転軸との間に形成することにより、中空体の内部側から外部側へ向かう磁性粒子の流動を規制する粒子シール（１６２）と、粒子シールよりも外部側において中空体に保持され、回転軸の外周部と液密に摺接することにより、当該回転軸との間をシールする液体シール（１６３）と、粒子シール及び液体シールの間に挟まれた中間室（１６６）を満たす液状の中間流体（１６４）と、回転軸の外周部のうち、金属により形成されて粒子シールとの間にシールギャップを挟むシール外周部（１３３ｓ，２１３３ｓ）に、少なくとも設けられ、磁性粒子よりも高硬度に形成されるコーティング膜（１６５）とを、有し、コーティング膜の表面粗さ（Ｒ）は、磁性粒子の外径（φ）よりも小さく設定されることを特徴とする。

この発明によると、回転軸の外周部のうち少なくとも金属製のシール外周部に、磁性粒子よりも高硬度に設けられるコーティング膜は、粒子シールとの間のシールギャップへ入り込んだ磁性粒子によっては、摺動摩耗し難い。故に、シール外周部の金属表面が活性化してスラッジが生成される事態を、抑制できるのみならず、当該スラッジにより広がるシールギャップを通じて磁性粒子が漏出する事態も、抑制できる。したがって、スラッジの生成抑制により耐久性の向上を図ると共に、当該生成抑制の結果得られる漏出抑制によりトルク調整性能の安定化を図ることが、可能となる。

また、この発明によると、磁性粒子の外径よりも表面粗さが小さいコーティング膜と、粒子シールとの間のシールギャップでは、当該膜表面の凹部へと向かう磁性粒子の入り込みは、生じ難くなる。これによれば、高硬度コーティング膜の作用と相俟って、スラッジの生成抑制効果を高めることができるので、耐久性の向上とトルク調整性能の安定化とに大きく貢献可能となる。

さらに、第二の発明は、内燃機関においてクランク軸からのトルク伝達によりカム軸（２）が開閉する動弁のバルブタイミングを調整するバルブタイミング調整装置であって、トルク調整装置（１００）と、中空体の外部において回転軸と連繋し、回転軸から与えられるブレーキトルクに応じて、クランク軸に対するカム軸の相対位相を調整する位相調整機構（３００）とを、備えることを特徴とする。

この発明のように、バルブタイミング調整装置に適用されるトルク調整装置では、ブレーキトルクの調整特性が変動するのを抑制できるので、当該特性変動に起因する位相調整精度の悪化を回避可能となる。

本発明の第一実施形態によるトルク調整装置を備えたバルブタイミング調整装置を示す図であって、図２のI−I線断面図である。 図１のII−II線断面図である。 図１のIII−III線断面図である。 図１に示す磁気粘性流体の特性を説明するための模式図である。 図１に示すトルク調整装置のシール構造を拡大して示す断面図である。 図５に示すシール構造の特性を説明するための模式図である。 図５に示すシール構造の特性を説明するための特性図である。 本発明の第二実施形態によるトルク調整装置のシール構造を拡大して示す断面図である。 本発明の第三実施形態によるトルク調整装置を示す断面図である。 図５の変形例に示す断面図である。 図５の変形例に示す断面図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。

（第一実施形態）
図１に示すように、本発明の第一実施形態によるトルク調整装置１００を適用したバルブタイミング調整装置１は、車両において内燃機関のクランク軸（図示しない）からカム軸２へ機関トルクを伝達する伝達系に、設けられている。ここでカム軸２は、内燃機関の「動弁」のうち吸気弁（図示しない）を機関トルクの伝達により開閉するものであり、バルブタイミング調整装置１は、当該吸気弁のバルブタイミングを調整する。

図１〜３に示すようにバルブタイミング調整装置１は、トルク調整装置１００に加えて、制御回路２００及び位相調整機構３００等を組み合わせてなる。バルブタイミング調整装置１は、クランク軸に対するカム軸２の相対位相である機関位相を調整することで、所望のバルブタイミングを実現する。

（トルク調整装置）
図１に示すように第一実施形態のトルク調整装置１００は、流体ブレーキ装置である。トルク調整装置１００は、中空体１１０、調整回転体１３０、機能性流体１４０、ソレノイドコイル１５０及びシール構造１６０を備えている。

全体として中空状の中空体１１０は、固定部材１１１及びカバー部材１１２を有している。固定部材１１１は、金属磁性材により段付円筒状に形成されている。固定部材１１１は、内燃機関におけるチェーンケース等の固定節（図示しない）により、位置固定される。カバー部材１１２は、金属磁性材により円形皿状に形成されている。カバー部材１１２は、軸方向に固定部材１１１を挟んで位相調整機構３００とは反対側に、配置されている。カバー部材１１２は、固定部材１１１に同軸上に且つ液密に嵌合固定されている。かかる嵌合固定によりカバー部材１１２は、固定部材１１１との間に流体室１１４を形成している。

調整回転体１３０は、回転軸１３１及び磁性ロータ１３２を有している。回転軸１３１は、金属によりシャフト状に形成されている。回転軸１３１は、中空体１１０のうち位相調整機構３００側の固定部材１１１を、内外に同軸上に貫通している。回転軸１３１は、中空体１１０の外部に突出した軸方向端を、当該外部にて位相調整機構３００と連繋させている。回転軸１３１の軸方向中間部は、中空体１１０のうち固定部材１１１に設けられた軸受１１６により、回転可能に支持されている。これらの構成により調整回転体１３０は、機関運転中にクランク軸から出力される機関トルクが位相調整機構３００から伝達されることで、一定方向Ｄｒ（図２，３の反時計方向）に回転する。

図１に示すように磁性ロータ１３２は、金属磁性材により円環板状に形成されている。磁性ロータ１３２は、回転軸１３１のうち位相調整機構３００とは反対側の軸方向端部から外周側に突出することで、中空体１１０内部の流体室１１４に収容されている。流体室１１４のうち、磁性ロータ１３２と固定部材１１１とにより軸方向に挟まれて回転方向Ｄｒに連続する隙間部分は、第一磁気ギャップ１１４ｇ１を形成している。また、流体室１１４のうち、磁性ロータ１３２とカバー部材１１２とにより軸方向に挟まれて回転方向Ｄｒに連続する隙間部分は、第二磁気ギャップ１１４ｇ２を形成している。

こうした磁気ギャップ１１４ｇ１，１１４ｇ２を含んでなる流体室１１４には、機能性流体１４０が満充填状態で封入されている。機能性流体１４０は、本実施形態では磁気粘性流体であり、ベース液１４０ｌに対して磁性粒子１４０ｐを懸濁状に分散させてなる（図６参照）。ここで磁性粒子１４０ｐは、粉状の金属粒子、例えば最小粒径が３μｍ程度のカルボニル鉄等である。また、ベース液１４０ｌは、内燃機関の使用環境下にて液相を維持可能な非磁性の非極性液体（疎水性液体）、例えば内燃機関の潤滑オイルと同種のオイル等である。これら磁性粒子１４０ｐ及びベース液１４０ｌからなる機能性流体１４０は、磁性ロータ１３２の全面と接触した状態下、通過磁束の密度に追従する見かけ上の粘度が図４の如く上昇変化することで、当該粘度に応じた降伏応力を増大させる。

図１に示すようにソレノイドコイル１５０は、樹脂ボビン１５１に金属線材を巻回してなる。ソレノイドコイル１５０は、磁性ロータ１３２の外周側に同軸上に配置されている。ソレノイドコイル１５０は、固定部材１１１とカバー部材１１２とにより軸方向に挟まれることで、中空体１１０に同軸上に保持されている。かかる保持状態のソレノイドコイル１５０へ通電電流が供給されると、固定部材１１１、第一磁気ギャップ１１４ｇ１、磁性ロータ１３２、第二磁気ギャップ１１４ｇ２及びカバー部材１１２を順次経由する磁束が、発生する。

したがって、調整回転体１３０が回転する機関運転中に、ソレノイドコイル１５０が通電電流を受けて磁束を発生するときには、流体室１１４のうち磁気ギャップ１１４ｇ１，１１４ｇ２の機能性流体１４０に当該発生磁束が通過する。その結果、機能性流体１４０との接触状態にある中空体１１０及び磁性ロータ１３２の間では、当該流体１４０の粘度変化により降伏応力が発生することで、調整回転体１３０が制動される。かかる制動により回転軸１３１には、回転方向Ｄｒとは逆方向（図２，３の時計方向）のブレーキトルクが与えられる。以上より本実施形態では、通電を受けるソレノイドコイル１５０が流体室１１４の機能性流体１４０に磁束を通過させることで、当該流体１４０の粘度を可変制御して、回転軸１３１に与えるブレーキトルクを調整する。

図１，５に示すようにシール構造１６０は、中空体１１０において軸方向の流体室１１４及び軸受１１６の間に、設けられている。シール構造１６０は、中空体１１０のうち固定部材１１１と、調整回転体１３０のうち回転軸１３１との間をシールすることで、機能性流体１４０が中空体１１０の内部側から外部側へ漏出するのを抑制する。

（制御回路）
図１に示す制御回路２００は、マイクロコンピュータを主体に構成され、トルク調整装置１００の外部に配置されている。制御回路２００は、ソレノイドコイル１５０及び車両のバッテリ４と電気接続されている。機関運転中にバッテリ４から電力供給を受ける制御回路２００は、ソレノイドコイル１５０への通電電流を制御対象として、機能性流体１４０の粘度を通過磁束に追従させて可変制御する。その結果、回転軸１３１に与えられるブレーキトルクが正確に増減調整される。尚、このように第一実施形態では、制御回路２００及びソレノイドコイル１５０が共同して、「粘度制御手段」を構成している。

（位相調整機構）
図１〜３に示すように位相調整機構３００は、駆動回転体１０、従動回転体２０、アシスト部材３０、遊星キャリア４０及び遊星歯車５０を備えている。

金属製の駆動回転体１０は、歯車部材１２とスプロケット部材１３とを螺子留めすることで、中空状に形成されている。歯車部材１２は、歯先円が歯底円よりも小径の駆動側内歯車部１４を有している。スプロケット部材１３は、タイミングチェーン（図示しない）を介してクランク軸と連繋する。かかる連繋により機関運転中は、クランク軸から機関トルクがスプロケット部材１３に伝達されることで、駆動回転体１０が一定方向（図２，３の反時計方向）に回転する。

金属製の従動回転体２０は、駆動回転体１０内に同軸上に収容され、カム軸２と連結されている。かかる連結により機関運転中の従動回転体２０は、カム軸２と連動して一定方向（図２，３の反時計方向）に回転しつつ、駆動回転体１０に対して相対回転可能となっている。従動回転体２０は、歯先円が歯底円よりも小径の従動側内歯車部２２を有している。

金属製のねじりコイルばねからなるアシスト部材３０は、駆動回転体１０内に同軸上に収容され、回転体１０，２０間に介装されている。アシスト部材３０は、回転体１０，２０によりそれぞれ係止される両端部３１，３２の間にてねじれ変形することで、駆動回転体１０に対する遅角側へ従動回転体２０を付勢するように、アシストトルクを発生する。

金属製の遊星キャリア４０は、駆動回転体１０内に収容され、継手４３を介して回転軸１３１と同軸上に連結されている。かかる連結により機関運転中の遊星キャリア４０は、調整回転体１３０と一体に一定方向（図２，３の反時計方向）へと回転しつつ、駆動回転体１０に対して相対回転可能となっている。遊星キャリア４０は、回転軸１３１に対して偏心配置される軸受部４６を、円筒面状に形成している。軸受部４６は、遊星ベアリング４８を介して遊星歯車５０の中心孔５１に同軸上に嵌合している。かかる嵌合により遊星歯車５０は、駆動回転体１０に対する遊星キャリア４０の相対回転に応じて遊星運動可能となっている
金属製の遊星歯車５０は、歯先円が歯底円よりも大径の外歯車部５２，５４を有している。駆動側外歯車部５２は、駆動側内歯車部１４の内周側に偏心配置され、当該内歯車部１４と噛合している。従動側外歯車部５４は、従動側内歯車部２２の内周側に偏心配置されて、当該内歯車部２２と噛合している。

以上の構成により位相調整機構３００は、回転軸１３１から与えられるブレーキトルクと、アシスト部材３０により当該ブレーキトルクとは逆方向へ与えられるアシストトルクとに応じて、機関位相を調整する。具体的には、ブレーキトルクの保持等により回転軸１３１が駆動回転体１０と同速回転し、遊星キャリア４０が当該回転体１０に対して相対回転しないとき、遊星歯車５０が遊星運動せずに回転体１０，２０と連れ回りする。その結果、機関位相が保持される。一方、ブレーキトルクの増大等により回転軸１３１が駆動回転体１０よりも低速回転し、遊星キャリア４０が当該回転体１０に対する遅角側へ相対回転するとき、遊星歯車５０の遊星運動により従動回転体２０が駆動回転体１０に対する進角側へ相対回転する。その結果、機関位相が進角する。また一方、ブレーキトルクの減少等により回転軸１３１が駆動回転体１０よりも高速回転し、遊星キャリア４０が当該回転体１０に対する進角側へ相対回転するとき、遊星歯車５０の遊星運動により従動回転体２０が駆動回転体１０に対する遅角側へ相対回転する。その結果、機関位相が遅角する。

（シール構造）
以下、シール構造１６０の詳細構成を説明する。図１，５に示すように、機能性流体１４０を中空体１１０の内部に閉じ込めておくためのシール構造１６０は、シールホルダ１６１、粒子シール１６２、液体シール１６３、中間流体１６４及びコーティング膜１６５を有している。尚、以下の説明では、中空体１１０及び回転軸１３１の共通の軸方向を単に「軸方向」という。また、以下の説明では、流体室１１４を形成する中空体１１０の内部を単に「内部」といい、位相調整機構３００が配置される中空体１１０の外部を単に「外部」という。

図５に示すようにシールホルダ１６１は、金属により有底円筒状に形成されている。シールホルダ１６１は、固定部材１１１の内周部に開口する嵌合孔１１５のうち、軸方向内部側端に嵌合固定されることで、中空体１１０に保持されている。シールホルダ１６１は、回転軸１３１の外周側に同軸上に配置され、当該軸１３１の外周部１３３を回転方向Ｄｒに沿って囲んでいる。

粒子シール１６２は、フランジ付円筒状（即ち、ハット状）に形成されている。本実施形態の粒子シール１６２は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）によりメッシュ形態に形成されることで、機能性流体１４０中の磁性粒子１４０ｐを捕捉する、所謂フィルタ機能を発揮する。尚、粒子シール１６２については、ＰＴＦＥ以外の樹脂によりメッシュ形態に形成してフィルタ機能を発揮する他、セラミックにより多孔質形態に形成してフィルタ機能を発揮してもよい。あるいは、樹脂又はセラミックにより、粒子シール１６２を繊維形態に形成してフィルタ機能を発揮してもよい。

粒子シール１６２は、円環状のシールフランジ１６２ｆと、当該フランジ１６２ｆの内周側端から軸方向内部側へ突出する円筒状のシール本体１６２ｂとを、有している。シールフランジ１６２ｆは、シールホルダ１６１の底壁部１６１ｂにより軸方向外部側から支持された状態下、シールホルダ１６１の周壁部１６１ｐに嵌合固定されることで、中空体１１０に保持されている。シール本体１６２ｂは、回転軸１３１の外周側に同軸上に配置され、当該軸１３１の外周部１３３を回転方向Ｄｒに沿って囲んでいる。ここで、外周部１３３のうちシール本体１６２ｂに囲まれる軸方向一部分は、シールギャップ１６２ｇを当該本体１６２ｂとの間に挟むように、シール外周部１３３ｓを形成している。尚、シール本体１６２ｂの内周部の内径は、本実施形態では、外部側から内部側へ向かって実質一定径に設定されている。

こうしてシール本体１６２ｂ及びシール外周部１３３ｓの間に形成されるシールギャップ１６２ｇは、図６に示す如く径方向に幅Ｗをあけて且つ回転方向Ｄｒへと連続する隙間部分として、内部側の流体室１１４と軸方向に連通している。ここでシールギャップ１６２ｇの幅Ｗについては、後に詳述するシール外周部１３３ｓ表面の凹部１６５ｃに生じる最大幅が、機能性流体１４０をなす磁性粒子１４０ｐの外径φ（例えば最小粒径等）よりも小さくなるように、設定されている。かかる設定によりシールギャップ１６２ｇには、軸方向内部側の流体室１１４から機能性流体１４０中のベース液１４０ｌは流入可能となるが、同流体１４０中の磁性粒子１４０ｐは流入制限される。その結果、ベース液１４０ｌにて満たされるシールギャップ１６２ｇを通じて軸方向の内部側から外部側へ向かう磁性粒子１４０ｐの流動は、粒子シール１６２によるフィルタ機能の発揮も相俟って、規制されることになる。

図５に示すように液体シール１６３は、全体として円筒状に形成されている。液体シール１６３は、粒子シール１６２よりも軸方向外部側にて嵌合孔１１５に嵌合固定されることで、中空体１１０に保持されている。液体シール１６３は、回転軸１３１の外周側に同軸上に配置され、当該軸１３１の外周部１３３を回転方向Ｄｒに沿って囲んでいる。液体シール１６３は、金属製のリング１６３ｒに合成ゴム製のシールリップ１６３ｌを装着してなる、所謂オイルシールである。ここでシールリップ１６３ｌは、シール外周部１３３ｓよりも軸方向外部側の外周部１３３にて回転方向Ｄｒの全域と液密に摺接することで、回転軸１３１との間をシールしている。

液体シール１６３は、軸方向内部側に離間する粒子シール１６２との間に、中間室１６６を挟んでいる。この中間室１６６のうち、シールホルダ１６１の底壁部１６１ｂに囲まれる容積部分は、第一容積部１６６ｖ１を形成している。第一容積部１６６ｖ１の横断面積は、軸方向に連通するシールギャップ１６２ｇの横断面積よりも拡大されている。また、中間室１６６のうち、シールホルダ１６１よりも軸方向外部側にて嵌合孔１１５に囲まれる容積部分は、第二容積部１６６ｖ２を形成している。第二容積部１６６ｖ２の横断面積は、軸方向に連通する第一容積部１６６ｖ１の横断面積よりも拡大されている。

このような容積部１６６ｖ１，１６６ｖ２を含んでなる中間室１６６は、液状の中間流体１６４により満たされている。本実施形態の中間流体１６４は、機能性流体１４０中のベース液１４０ｌと同質の液体、即ち、内燃機関の使用環境下にて液相を維持可能な非磁性の非極性液体（疎水性液体）、例えば内燃機関の潤滑オイルと同種のオイル等である。

コーティング膜１６５は、回転軸１３１にて金属により形成されるシール外周部１３３ｓを少なくとも覆うように、外周部１３３の全体に設けられている。コーティング膜１６５は、機能性流体１４０中の磁性粒子１４０ｐよりも高い硬度に形成されている。例えば、ビッカース硬度が１１０ＨＶの磁性粒子１４０ｐに対して、ビッカース硬度が１０００ＨＶ以上のコーティング膜１６５が採用される。本実施形態のコーティング膜１６５は、こうした硬度を実現するのに好適な例えば３０００ＨＶ程度のダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）により、回転方向Ｄｒへと連続する円筒薄膜状に、形成されている。尚、コーティング膜１６５については、ＤＬＣにより形成する他、例えば１６００ＨＶ程度の窒化チタン（ＴｉＮ）等により形成してもよい。

ここで、コーティング膜１６５の径方向における厚さは、図７に示す所定の範囲Δｔ内に設定されている。具体的に、設定範囲Δｔの下限値ｔｍｉｎは、トルク調整装置１００に要求される耐久時間Ｔｄに応じて、例えば３μｍ等に設定される。ここで耐久時間Ｔｄとは、シールギャップ１６２ｇを通じた磁性粒子１４０ｐの漏出がコーティング膜１６５の消失により生じるまでの時間を寿命としたとき、当該寿命の尽きないことが車両において求められる時間であり、例えば３０００ｈに設定される。また、設定範囲Δｔの上限値ｔｍａｘは、コーティング膜１６５に要求される表面粗さＲ（図６参照）に応じて、例えば４０μｍ等に設定される。ここで表面粗さＲ（例えば最大高さ等）は、シールギャップ１６２ｇにてコーティング膜１６５表面の凹部１６５ｃ（図６参照）へと向かう磁性粒子１４０ｐの入り込みを防ぐよう、磁性粒子１４０ｐの外径φ（例えば最小粒径等）よりも小さく設定される。

（作用効果）
以上説明した第一実施形態の作用効果を、以下に説明する。

回転軸１３１の外周部１３３のうち少なくとも金属製のシール外周部１３３ｓに、磁性粒子１４０ｐより高硬度に設けられるコーティング膜１６５は、粒子シール１６２との間のシールギャップ１６２ｇへ入り込んだ磁性粒子１４０ｐによっては、摺動摩耗し難い。故に、シール外周部１３３ｓの金属表面が活性化してスラッジが生成される事態を、抑制できるのみならず、当該スラッジにより広がるシールギャップ１６２ｇを通じて磁性粒子１４０ｐが漏出する事態も、抑制できる。したがって、スラッジの生成抑制により耐久性の向上を図ると共に、当該生成抑制の結果得られる漏出抑制によりトルク調整性能の安定化を図ることが、可能となる。

また、磁性粒子１４０ｐの外径φよりも表面粗さＲが小さいコーティング膜１６５と、粒子シール１６２との間のシールギャップ１６２ｇでは、当該膜１６５表面の凹部１６５ｃへと向かう磁性粒子１４０ｐの入り込みは、生じ難くなる。これによれば、高硬度コーティング膜１６５の作用と相俟って、スラッジの生成抑制効果を高めることができるので、耐久性の向上とトルク調整性能の安定化とに大きく貢献可能となる。

さらに、回転軸１３１の外周部１３３全体に設けられるコーティング膜１６５は、シール外周部１３３ｓを確実に覆うことができる。これによれば、耐久性の向上とトルク調整性能の安定化に必要なスラッジの生成抑制効果を、確固たる効果として発揮可能となる。

またさらに、磁性粒子１４０ｐの外径φよりも小幅Ｗに設定されるシールギャップ１６２ｇには、磁性粒子１４０ｐの入り込み自体が生じ難くなる。これによれば、高硬度コーティング膜１６５の作用と相俟って、スラッジの生成抑制効果を高めることができるので、耐久性の向上とトルク調整性能の安定化とに大きく貢献可能となる。

加えて、ＰＴＦＥによりメッシュ形態に形成される粒子シール１６２は、シール外周部１３３ｓとの間のシールギャップ１６２ｇへと入り込んでしまった磁性粒子１４０ｐに対して、捕捉機能を発揮できる。これによれば、高硬度コーティング膜１６５の作用と相俟って、スラッジの生成抑制効果を高めることができるので、耐久性の向上とトルク調整性能の安定化とに大きく貢献可能となる。

また加えて、流体室１１４からシールギャップ１６２ｇへの流入ベース液１４０ｌは、中間室１６６へと流出して同質液体の中間流体１６４に混合したとしても、問題がない。また逆に、中間室１６６の中間流体１６４は、シールギャップ１６２ｇを通じた流体室１１４への流出により同質液体のベース液１４０ｌに混合したとしても、機能性流体１４０の変質を実質的に生じさせないので、当該変質によるトルク調整特性の変動を回避可能となる。

以上、シール構造１６０の詳細構成による作用効果に加えて、位置固定された中空体１１０により回転可能に支持される調整回転体１３０は、機能性流体１４０の粘度に応じて回転軸１３１に与えられるブレーキトルクにより、制動を受ける。このときトルク調整装置１００では、シール構造１６０の高硬度コーティング膜１６５によりスラッジの生成抑制効果が発揮され得ることから、耐久性を向上させるのみならず、ブレーキトルクの調整特性を安定化させることが、可能となる。故に、バルブタイミング調整装置１に適用されるトルク調整装置１００では、ブレーキトルクの調整特性が変動するのを抑制できるので、当該特性変動に起因する位相調整精度の悪化を回避可能となる。

（第二実施形態）
図８に示すように本発明の第二実施形態は、第一実施形態によるバルブタイミング調整装置１にて流体ブレーキ装置として適用されるトルク調整装置１００の変形例である。

第二実施形態では、シール構造２１６０の構成が第一実施形態と異なっている。具体的にシール構造２１６０では、回転軸２１３１の外周部２１３３のうちコーティング膜１６５が設けられる少なくともシール外周部２１３３ｓは、シール螺子部２１３４を形成している。このシール螺子部２１３４は、回転軸２１３１の回転方向Ｄｒに辿った場合に内部側から外部側へ向かって遠ざかる雄螺子状に、形成されている。特に、本実施形態では平行雄螺子状に形成されるシール螺子部２１３４の山頂外径は、軸方向における当該螺子部２１３４の形成範囲Ｐでは、実質一定に設定されている。ここで形成範囲Ｐは、外周部２１３３全体のうちシール外周部２１３３ｓと同一部分、又は当該同一部分に加えてシール外周部２１３３ｓから軸方向の片側又は両側に広がる一部分（図８は、両側に広がる例）に、設定される。また、コーティング膜１６５は、シール螺子部２１３４をなす山及び谷の全域を覆っている。ここで、シール螺子部２１３４の山及び谷について、軸方向に沿う縦断面形状は、本実施形態では矩形状であるが、それ以外の例えば三角形状等であってもよい。

このようにシール外周部２１３３ｓは、回転方向Ｄｒに辿った場合に内部側から外部側へ向かって遠ざかる雄螺子状に形成されるので、粒子シール１６２との間のシールギャップ１６２ｇへ流入するベース液１４０ｌに、内部側へ向かうモーメントを与え得る。これにより、シールギャップ１６２ｇにて内部側へと汲み上げられることになるベース液１４０ｌは、当該ギャップ１６２ｇへの磁性粒子１４０ｐの入り込みを抑制し得る。故に、シール外周部２１３３ｓに設けられる高硬度コーティング膜１６５の作用と相俟って、スラッジの生成抑制効果を高めることができるので、耐久性の向上とトルク調整性能の安定化とに大きく貢献可能となる。

（第三実施形態）
図９に示すように本発明の第三実施形態は、流体クラッチ装置としてのトルク調整装置３１００であり、工作機械のトルク伝達系に設けられる。トルク調整装置３１００は、第一実施形態にはない電磁ユニット３１７０と、第一実施形態とは異なる構成の中空体３１１０及び調整回転体３１３０と、第一実施形態と同様な構成の機能性流体１４０及びシール構造１６０とを、備えている。

電磁ユニット３１７０は、筐体３１７１、ソレノイドコイル３１７２及び通電回路３１７３を組み合わせてなる。

筐体３１７１は、固定部材３１７４及びカバー部材３１７５を有している。固定部材３１７４は、金属磁性材により段付円筒状に形成されている。固定部材３１７４は、工作機械における基台等の固定節（図示しない）により、位置固定される。カバー部材３１７５は、金属磁性材により円板状に形成されている。カバー部材３１７５は、固定部材３１７４のうち大径側の軸方向端部に同軸上に螺子留めされている。

ソレノイドコイル３１７２は、樹脂ボビン３１７７に金属線材を巻回してなる。ソレノイドコイル３１７２は、固定部材３１７４とカバー部材３１７５とにより軸方向に挟まれることで、筐体３１７１に同軸上に保持されている。通電回路３１７３は、マイクロコンピュータを主体に構成され、筐体３１７１の外部に配置されている。通電回路３１７３は、ソレノイドコイル３１７２及び工作機械外部の電源（図示しない）と電気接続されている。通電回路３１７３は、電源からの電力供給を受けることで、ソレノイドコイル３１７２の通電電流を制御対象とする。

中空体３１１０は、回転部材３１１１、カバー部材３１１２及びジャーナル部材３１１３を有している。

回転部材３１１１は、シャフト状の入力軸３１１１ｉと有底円筒状の回転ハウジング３１１１ｈとを、金属磁性材により一体に形成してなる。入力軸３１１１ｉは、回転ハウジング３１１１ｈの底壁部から同軸上に突出している。入力軸３１１１ｉの軸方向中間部は、筐体３１７１のうち固定部材３１７４に設けられた軸受３１７６により、回転可能に支持されている。回転ハウジング３１１１ｈの周壁部は、筐体３１７１及びソレノイドコイル３１７２の内周部に対して、回転方向Ｄｒに連続するギャップを径方向にあけている。かかるギャップにより、回転部材３１１１の回転が許容されている。また、回転ハウジング３１１１ｈの周壁部は、軸方向中間部にて薄肉に形成されることで、当該薄肉部３１１１ｔを挟む軸方向両側間での磁束の通過を制限している。そこで以下では、回転ハウジング３１１１ｈの周壁部にて薄肉部３１１１ｔを挟む両側のうち、固定部材３１７４側を第一磁束通過部３１１１ｐ１といい、カバー部材３１７５側を第二磁束通過部３１１１ｐ２という。

カバー部材３１１２は、金属非磁性材により円板状に形成されている。カバー部材３１１２は、回転ハウジング３１１１ｈに同軸上に且つ液密に嵌合固定されている。かかる嵌合固定によりカバー部材３１１２は、機能性流体１４０の封入される流体室１１４を回転ハウジング３１１１ｈとの間に形成した状態下、回転ハウジング３１１１ｈと共に回転可能となっている。カバー部材３１１２に形成される嵌合孔１１５の内周側には、シール構造１６０の構成要素１６１，１６２，１６３，１６４，１６５が第一実施形態に準じて配置されている。

ジャーナル部材３１１３は、金属非磁性材により段付円筒状に形成されている。ジャーナル部材３１１３には、軸受３１１６が設けられている。ジャーナル部材３１１３は、回転ハウジング３１１１ｈの周壁部内周面との間にカバー部材３１１２を挟んだ状態下、同ハウジング３１１１ｈの周壁部外周面に嵌合固定されている。かかる嵌合固定によりジャーナル部材３１１３は、回転ハウジング３１１１ｈ及びカバー部材３１１２と共に回転可能となっている。

以上の構成により中空体３１１０は、工作機械にて伝達されるトルクの入力を入力軸３１１１ｉに受けることで、一定方向Ｄｒへと回転する。

調整回転体３１３０は、回転軸１３１及び磁性ロータ１３２を有している。但し、調整回転体３１３０をなす回転軸１３１は、中空体３１１０のうちカバー部材３１１２及びジャーナル部材３１１３を内外に同軸上に貫通し、軸受３１１６により支持されている。かかる貫通及び支持形態により、調整回転体３１３０と中空体３１１０とが互いに相対回転可能に設けられている。また、調整回転体３１３０をなす磁性ロータ１３２は、中空体３１１０内部の流体室１１４に収容されることで、各磁束通過部３１１１ｐ１，３１１１ｐ２との間にそれぞれ磁気ギャップ１１４ｇ１，１１４ｇ２を形成している。但し、第三実施形態の磁気ギャップ１１４ｇ１，１１４ｇ２は、磁束通過部３１１１ｐ１，３１１１ｐ２のいずれかと磁性ロータ１３２とにより径方向に挟まれて、回転方向Ｄｒに連続している。

以上の構成下、中空体３１１０の回転中にソレノイドコイル３１７２は、通電回路３１７３から通電電流を受けることで、磁束を発生する。このとき磁束は、固定部材３１７４、第一磁束通過部３１１１ｐ１、第一磁気ギャップ１１４ｇ１、磁性ロータ１３２、第二磁気ギャップ１１４ｇ２、第二磁束通過部３１１１ｐ２及びカバー部材３１７５を順次経由する。故に、流体室１１４のうち磁気ギャップ１１４ｇ１，１１４ｇ２の機能性流体１４０には、磁束が通過することになる。その結果、機能性流体１４０との接触状態にある中空体３１１０及び磁性ロータ１３２の間では、当該流体１４０の粘度変化により降伏応力が発生することで、入力軸３１１１ｉへの入力トルクが方向Ｄｒのクラッチトルクとして伝達される。かかる伝達により、通電回路３１７３からソレノイドコイル３１７２への通電電流に従って機能性流体１４０の粘度が可変制御されると、それに応じて回転軸１３１の回転方向Ｄｒに与えられるクラッチトルクは、正確に増減調整されることとなる。尚、このような第三実施形態では、ソレノイドコイル３１７２及び通電回路３１７３が共同して、「粘度制御手段」を構成している。

ここまで説明した第三実施形態では、シール構造１６０の詳細構成による作用効果については、第一実施形態と同様に発揮可能である。また、第三実施形態によると、互いに相対回転可能な中空体３１１０及び調整回転体３１３０間を伝達されるクラッチトルクは、機能性流体１４０の粘度に応じた調整を受けて回転軸１３１に与えられる。このときトルク調整装置３１００では、シール構造１６０の高硬度コーティング膜１６５によりスラッジの生成抑制効果が発揮され得ることから、耐久性を向上させるのみならず、クラッチトルクの調整特性を安定化させることが、可能となる。

（他の実施形態）
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。

具体的に、第一〜第三実施形態に関する変形例１では、磁性を有する磁性粒子１４０ｐをベース液１４０ｌに分散させてなる機能性流体１４０であれば、磁気粘性流体以外の例えば磁性流体等を、当該流体１４０として採用してもよい。この場合、シールギャップ１６２ｇの幅Ｗ及びコーティング膜１６５の表面粗さＲについては、採用した機能性流体１４０をなす磁性粒子１４０ｐの外径φに応じて適宜設定される。

第一〜第三実施形態に関する変形例２では、ベース液１４０ｌ及び中間流体１６４として、互いに同質な非磁性の極性液体（親水性液体）を、採用してもよい。この場合の極性液体とは、例えば沸点が１４０℃以上のポリエチレングリコールモノエーテルを基にしたものや、凝固点が−３０℃以下のイオン液体である１−オクチル−３−メチルイミダゾリウム・ビス（トリフルオロメチルスルホニル）アミド、水等である。

第一〜第三実施形態に関する変形例３では、ベース液１４０ｌ及び中間流体１６４として、互いに異質な非磁性の液体を、採用してもよい。この場合には例えば、第一実施形態で説明した非極性液体であるベース液１４０ｌに対して、変形例２で説明した極性液体又は当該液１４０ｌには溶け難いシリコンオイル等を、中間流体１６４として採用してもよい。

第一〜第三実施形態に関する変形例４では、シールギャップ１６２ｇの幅Ｗを、磁性粒子１４０ｐの外径φ以上に設定してもよい。

第一〜第三実施形態に関する変形例５では、コーティング膜１６５の表面粗さＲを、磁性粒子１４０ｐの外径φ以上に設定してもよい。

第一〜第三実施形態に関する変形例６では、粒子シール１６２として、フィルタ機能を発揮するもの以外にも、例えばゴム製のＯリング乃至はカーボン製のリップパッキンからなるメカニカルシールを、採用してもよい。

第一〜第三実施形態に関する変形例７では、回転軸１３１，２１３１のうち、粒子シール１６２に囲まれるシール外周部１３３ｓ，２１３３ｓを含んだ一部のみを、金属により形成し、残部を金属以外の材料により形成してもよい。

第一〜第三実施形態に関する変形例８では、外周部１３３，２１３３全体のうちシール外周部１３３ｓ，２１３３ｓと同一部分、又は当該同一部分に加えてシール外周部１３３ｓ，２１３３ｓから軸方向の片側又は両側に広がる一部分に、コーティング膜１６５を形成してもよい。

第一〜第三実施形態に関する変形例９では、図１０に示すように、粒子シール１６２（具体的にはシール本体１６２ｂ）の内周部の内径を、軸方向の外部側から内部側へ向かうに従って拡大変化させてもよい。この場合には、軸方向の外部側から内部側へ向かうに従って外径が拡大変化する突起１３４を、シール外周部１３３ｓ，２１３３ｓに設けることで、シールギャップ１６２ｇの幅Ｗを調整可能である。尚、図１０は、第一実施形態に関する変形例９を示している。

第一〜第三実施形態に関する変形例１０では、図１１に示すように、回転軸１３１，２１３１の回転方向Ｄｒに辿った場合に外部側から内部側へ向かって遠ざかる雌螺子状に、粒子シール１６２（具体的にはシール本体１６２ｂ）の内周部を形成してもよい。尚、図１１は、第一実施形態に関する変形例１０を示している。

第一及び第二実施形態に関する変形例１１では、「動弁」としての排気弁のバルブタイミングを調整するバルブタイミング調整装置の流体ブレーキ装置の他、ブレーキトルクを利用する各種の流体ブレーキ装置として、トルク調整装置１００を採用してもよい。

第二実施形態に関する変形例１２では、外周部２１３３全体に亘って、シール螺子部２１３４を形成してもよい。

第三実施形態に関する変形例１３では、第二実施形態と同様な構成のシール構造２１６０を、シール構造１６０に代えて採用してもよい。

１ バルブタイミング調整装置、２ カム軸、１００，３１００ トルク調整装置、１１０，３１１０ 中空体、１１４ 流体室、１３０，３１３０ 調整回転体、１３１，２１３１ 回転軸、１３３，２１３３ 外周部、１３３ｓ，２１３３ｓ シール外周部、１４０ 機能性流体、１４０ｐ 磁性粒子、１４０ｌ ベース液、１５０，３１７２ ソレノイドコイル、１６０，２１６０ シール構造、１６２ｇ シールギャップ、１６２ 粒子シール、１６３ 液体シール、１６４ 中間流体、１６５ コーティング膜、１６５ｃ 凹部、１６６ 中間室、２００ 制御回路、３００ 位相調整機構、２１３４ シール螺子部、３１７３ 通電回路、Ｄｒ 回転方向、Ｒ 表面粗さ、Ｗ 幅、φ 外径

Claims (10)

1. 流体室（１１４）を内部に形成する中空体（１１０，３１１０）と、
   磁性粒子（１４０ｐ）がベース液（１４０ｌ）に分散されてなり、前記流体室に封入されて通過磁束に追従して粘度変化する機能性流体（１４０）と、
   前記流体室の前記機能性流体に磁束を通過させることにより、前記機能性流体の粘度を可変制御する粘度制御手段（１５０，２００，３１７２，３１７３）と、
   前記中空体を内外に貫通する回転軸（１３１，２１３１）を有し、前記流体室の前記機能性流体と接触することにより、前記機能性流体の粘度に応じて前記回転軸に与えるトルクが調整される調整回転体（１３０，３１３０）と、
   前記中空体及び前記回転軸の間をシールするシール構造（１６０，２１６０）とを、
   備えるトルク調整装置であって、
   前記シール構造は、
   前記回転軸の外周部（１３３，２１３３）を囲んで前記中空体に保持され、前記流体室に連通するシールギャップ（１６２ｇ）を前記回転軸との間に形成することにより、前記中空体の内部側から外部側へ向かう前記磁性粒子の流動を規制する粒子シール（１６２）と、
   前記粒子シールよりも前記外部側において前記中空体に保持され、前記回転軸の外周部と液密に摺接することにより、当該回転軸との間をシールする液体シール（１６３）と、
   前記粒子シール及び前記液体シールの間に挟まれた中間室（１６６）を満たす液状の中間流体（１６４）と、
   前記回転軸の外周部のうち、金属により形成されて前記粒子シールとの間に前記シールギャップを挟むシール外周部（１３３ｓ，２１３３ｓ）に、少なくとも設けられ、前記磁性粒子よりも高硬度に形成されるコーティング膜（１６５）とを、
   有し、
   前記コーティング膜の表面粗さ（Ｒ）は、前記磁性粒子の外径（φ）よりも小さく設定されることを特徴とするトルク調整装置。
2. 前記コーティング膜は、前記回転軸の外周部全体に設けられることを特徴とする請求項１に記載のトルク調整装置。
3. 前記コーティング膜は、ダイヤモンドライクカーボンにより形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のトルク調整装置。
4. 前記シールギャップの幅（Ｗ）は、前記磁性粒子の外径（φ）よりも小さく設定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のトルク調整装置。
5. 前記回転軸（２１３１）の外周部（２１３３）のうち、前記コーティング膜が設けられる少なくとも前記シール外周部（２１３３ｓ）は、前記回転軸の回転方向（Ｄｒ）に辿った場合に前記内部側から前記外部側へ向かって遠ざかる雄螺子状に、形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のトルク調整装置。
6. 前記粒子シールは、ポリテトラフルオロエチレンによりメッシュ形態に形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のトルク調整装置。
7. 前記中間流体は、前記ベース液と同質の液体であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のトルク調整装置。
8. 前記中空体（１１０）は、位置固定されて前記調整回転体（１３０）を回転可能に支持し、
   前記調整回転体を制動するブレーキトルクが前記機能性流体の粘度に応じて調整されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のトルク調整装置。
9. 内燃機関においてクランク軸からのトルク伝達によりカム軸（２）が開閉する動弁のバルブタイミングを調整するバルブタイミング調整装置であって、
   請求項８に記載のトルク調整装置（１００）と、
   前記中空体の外部において前記回転軸と連繋し、前記回転軸から与えられる前記ブレーキトルクに応じて、前記クランク軸に対する前記カム軸の相対位相を調整する位相調整機構（３００）とを、備えることを特徴とするバルブタイミング調整装置。
10. 前記中空体（３１１０）と前記調整回転体（３１３０）とは、互いに相対回転可能に設けられ、
    前記中空体及び前記調整回転体の間を伝達されるクラッチトルクが前記機能性流体の粘度に応じて調整されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のトルク調整装置。

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