JP6492937B2 - 回転伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転伝達装置に関する。

従来、磁気粘性流体等の機能性流体を利用した回転伝達装置が知られている。特許文献１には、電磁石が組み込まれた中空状のハウジングと、ハウジング内に設けられる円板状のロータと、ハウジングとロータとの隙間に設けられた磁気粘性流体と、を備える回転制動装置が開示されている。この回転制動装置では、電磁石が通電されると、主にロータのディスクと電磁石のヨークとの隙間にある磁気粘性流体が磁化し、この磁化した磁気粘性流体を介してロータとハウジングとの間で回転が伝達される。

特開２０１１−２０２７４５号公報

ところで、磁界中に置かれると磁化する磁気粘性流体等の機能性流体は、磁化していないときであっても比較的大きな粘性を持っている。そのため、磁界の無印加時、機能性流体の粘りによる引きずり損失が大きいという問題がある。

これに対して、ロータとハウジングとの隙間を広くすることによって引きずり損失を小さくすることが考えられる。しかし、ロータとハウジングとの隙間を広くすると、磁界の印加時にロータとハウジングとの間で伝達されるトルクが小さくなるという欠点がある。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、伝達トルクを低下させることなく磁界無印加時の引きずり損失が低減した回転伝達装置を提供することである。

本発明による回転伝達装置は、中空状のハウジングと、ハウジング内に設けられるロータと、ハウジング内に及ぶ磁界を通電により発生するコイルと、磁性材料からなるヨークと、磁性材料からなる可動子と、機能性流体とを備える。ロータは、ハウジングに対して相対回転可能である。ヨークは、コイルの周りに設けられ、ハウジングと一体に形成されている。可動子は、周方向においてハウジングと係合する。機能性流体は、ロータと可動子との隙間に設けられ、コイルが発生させる磁界中で磁化すると粘性が増大する。

本発明には第１発明と第２発明と第３発明とがある。
第１発明および第３発明では、可動子は、ロータに接近および離間可能であり、コイルの通電時にロータに接近してヨークおよびロータと共に磁気回路を形成し、コイルの非通電時にロータから離間する。
このように構成することで、コイルの通電時には機能性流体を介して可動子とロータとの間でトルクが十分に伝達されつつも、コイルの非通電時には可動子とロータとの隙間が広くなって引きずり損失が小さくなる。したがって、第１発明によれば、伝達トルクを低下させることなく磁界無印加時の引きずり損失を低減することができる。
また、第１発明では、可動子は、コイルの通電時にヨークが発生させる磁気的吸引力により当該ヨークに引き寄せられることによって、ロータに接近する。ヨークは筒部を有する。可動子は、筒部の端部に接近および離間可能に設けられている。ハウジングのうち、可動子に対し径方向外側の部分は、非磁性材料からなる。
また、第３発明では、ハウジング内の空間は、可動子によって当該可動子の移動方向の一方側と他方側とに仕切られている。可動子は、当該可動子の移動方向の一方側から他方側まで貫通する通路を有する。

第２発明では、可動子は、軸方向においてロータと対向するよう設けられ、径方向へ移動可能である。また、可動子は、コイルの通電時に径方向外側へ移動してヨークおよびロータと共に磁気回路を形成し、コイルの非通電時に径方向内側へ移動する。
このように構成することで、コイルの通電時には可動子とロータとの隙間が径方向外側に移動し、機能性流体を介して可動子とロータとの間でトルクが十分に伝達される。一方、コイルの非通電時には可動子とロータとの隙間が径方向内側に移動し、引きずり損失が小さくなる。二つの部材の隙間の間隔が同じである場合、径方向の位置が内側であるほど引きずり損失が小さくなる。したがって、第２発明によれば、伝達トルクを低下させることなく磁界無印加時の引きずり損失を低減することができる。

本発明の第１実施形態による回転伝達装置の縦断面図である。 図１の回転伝達装置のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図１の状態から可動子がロータに接近した状態を示す断面図である。 本発明の第２実施形態による回転伝達装置の縦断面図である。 本発明の第３実施形態による回転伝達装置の縦断面図である。 本発明の第４実施形態による回転伝達装置の縦断面図である。 図６の回転伝達装置のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。 図６の状態から可動子が径方向内側へ移動した状態を示す断面図である。 図８の回転伝達装置のＩＸ−ＩＸ線断面図である。 本発明の第５実施形態による回転伝達装置の縦断面図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による回転伝達装置について図１〜図３を参照して説明する。
回転伝達装置１０は、固定部材９１とシャフト９２との間で回転の伝達および遮断を切り替え可能なものである。固定部材９１は非回転部材である。本実施形態では、回転伝達装置１０はブレーキとして用いられる。

図１、図２に示すように、回転伝達装置１０は、ハウジング１１、ロータ１２、電磁石１３、可動子１４、スプリング１５および磁気粘性流体１６を備えている。可動子１４は、特許請求の範囲に記載の「可動子」に相当する。スプリング１５は、特許請求の範囲に記載の「弾性部材」に相当する。

ハウジング１１は、カップ状の第１ハウジング部２１と、第１ハウジング部２１の開口側に設けられている円板状の第２ハウジング部２２と、第１ハウジング部２１と第２ハウジング部２２との隙間を塞ぐカバー部２３と、を有する。第１ハウジング部２１は、シャフト９２と同軸上に設けられている。第１ハウジング部２１および第２ハウジング部２２は磁性材料からなり、カバー部２３は非磁性材料からなる。第１ハウジング部２１とカバー部２３との間にはシール部材１８が設けられ、第２ハウジング部２２とカバー部２３との間にはシール部材１９が設けられている。

ロータ１２は、ハウジング１１内に設けられ、ハウジングに対して相対回転可能である。ロータ１２は、シャフト９２と同軸上に設けられ、シャフト９２の端部に固定されている。ロータ１２は、本実施形態では、ロータ１２は全てが磁性材料からなる。

電磁石１３は、コイル２４およびヨーク２５を有する。コイル２４は、ハウジング１１内に及ぶ磁界を通電により発生する。ヨーク２５は、磁性材料からなり、コイル２４の周りに設けられ、第１ハウジング部２１と一体に形成されている。本実施形態では、ヨーク２５は、第１ハウジング部２１と同一部材であり、第１ハウジング部２１の外周部の内壁に形成されている。ヨーク２５は、筒部２６および底部２７を有するカップ状である。コイル２４は、筒部２６の内側に設けられており、非磁性体である筒状のボビン２８に巻回されている。

可動子１４は、磁性材料からなり、周方向においてハウジング１１と係合する。可動子１４は、ヨーク２５の筒部２６に対して底部２７とは反対側に設けられ、筒部２６の端部に接近および離間可能であるとともに、ロータ１２に接近および離間可能である。本実施形態では、可動子１４は、円環状であり、スプライン穴３１を有し、第２ハウジング部２２の外周部のスプライン歯３２に嵌合している。

ハウジング１１のうち、可動子１４に対し径方向外側の部分には、非磁性材料からなるカバー部２３が設けられている。また、ヨーク２５の筒部２６とロータ１２とを磁気的にバイパスするものは、可動子１４以外にない。そのため、ヨーク２５の筒部２６は、コイル２４が通電されると、可動子１４を引き寄せる磁気的吸引力を発生させる。そして図３に示すように、可動子１４は、ヨーク２５が発生させる磁気的吸引力により、筒部２６のうち底部２７とは反対側の端部に引き寄せられることによって、ロータ１２に接近する。ロータ１２は、コイル２４の内側でヨーク２５の底部２７に対向するよう設けられている。可動子１４は、ロータ１２に接近するとヨーク２５およびロータ１２と共に磁気回路を形成する。

スプリング１５は、圧縮コイルばねであり、可動子１４をロータ１２から離間する方へ付勢している。図１に示すように、可動子１４は、コイル２４の非通電時にスプリング１５の付勢力を受けてロータ１２から離間する。

磁気粘性流体１６は、ハウジング１１内の空間に充填され、ロータ１２と可動子１４との隙間３３、および、ロータ１２とヨーク２５の底部２７との隙間３４に設けられている。図３に示すように、磁気粘性流体１６は、コイル２４が発生させる磁界中で磁化すると粘性が増大する機能性流体である。具体的には、隙間３３、３４にある磁気粘性流体１６中の磁化された粒子は、磁気回路に沿って並ぶように結びつく。そのため、磁気粘性流体１６とロータ１２、可動子１４、ヨーク２５との間に作用する周方向の外部摩擦、および、磁気粘性流体１６の周方向の内部摩擦が増大する。その結果、ロータ１２と可動子１４との間、および、ロータ１２とヨーク２５との間で大きなトルクを伝達可能である。

ハウジング１１内の空間は、可動子１４によって当該可動子１４の移動方向の一方側と他方側とに仕切られている。可動子１４の移動方向は軸方向である。可動子１４は、軸方向の一方側から他方側まで貫通する通路３５を有する。可動子１４に対し軸方向の一方側にある磁気粘性流体１６は、通路３５を通じて、可動子１４に対し軸方向の他方側へ移動可能である。

（効果）
以上説明したように、第１実施形態では、ロータ１２に接近および離間可能な可動子１４が設けられる。可動子１４は、コイル２４の通電時にロータ１２に接近してヨーク２５およびロータ１２と共に磁気回路を形成し、コイル２４の非通電時にロータ１２から離間する。
このように構成することで、コイル２４の通電時には磁気粘性流体１６を介して可動子１４とロータ１２との間でトルクが十分に伝達されつつも、コイル２４の非通電時には可動子１４とロータ１２との隙間３３が広くなって引きずり損失が小さくなる。したがって、伝達トルクを低下させることなく磁界無印加時の引きずり損失を低減できる。

また、第１実施形態では、可動子１４は、コイル２４の通電時にヨーク２５が発生させる磁気的吸引力により当該ヨーク２５に引き寄せられることによって、ロータ１２に接近する。そのため、可動子１４を駆動するアクチュエータを別途設ける必要がない。

また、第１実施形態では、ヨーク２５は、筒部２６および底部２７を有するカップ状である。可動子１４は、筒部２６のうち底部２７とは反対側の端部に接近および離間可能である。ハウジング１１のうち、可動子１４に対し径方向外側の部分は、非磁性材料からなる。そのため、ヨーク２５の筒部２６は、コイル２４が通電されると、可動子１４を引き寄せる磁気的吸引力を発生させることができる。

また、第１実施形態では、コイル２４の非通電時に可動子１４をロータ１２から離間させるスプリング１５を備える。そのため、可動子１４を駆動するアクチュエータを別途設ける必要がない。また、電力を消費することなく可動子１４をロータ１２から離間させることができる。

また、第１実施形態では、可動子１４は、当該可動子１４の移動方向の一方側から他方側まで貫通する通路３５を有する。これにより、可動子１４に対し軸方向の一方側にある磁気粘性流体１６は、通路３５を通じて、可動子１４に対し軸方向の他方側へ移動可能である。そのため、可動子１４が移動しても、ハウジング１１内において磁気粘性流体１６が存在する空間の容積が変わらない。したがって、磁気粘性流体１６の外部への漏れを抑えることができる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態では、図４に示すように、ヨーク２５は、ハウジング４１と一体に形成されているものの、ハウジング４１とは別部材である。ハウジング４１は、樹脂製のカップ状の第１ハウジング部４２と、第１ハウジング部４２の開口部に組み合わせられた樹脂製のカップ状の第２ハウジング部４３と、を有する。
このようにヨーク２５がハウジング４１とは別部材であっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態では、図５に示すように、第１実施形態における通路３５が設けられていない。その代わりに、可動子５１のスプライン穴５２の歯底部が径方向外側へ延長されている。これにより、スプライン歯３２とスプライン穴５２との間に、可動子５１の移動方向の一方側から他方側まで貫通する通路５３が形成されている。
このようにスプライン歯３２とスプライン穴５２との間に通路５３が形成されていてもよい。

［第４実施形態］
本発明の第４実施形態では、図６、図７に示すように、可動子６１は、周方向において複数設けられている。また、可動子６１は、軸方向においてロータ１２と対向するよう設けられ、径方向へ移動可能である。ハウジング６４は、可動子６１を径方向へ案内する開口６５を有する。図８、図９に示すように、可動子６１は、コイル２４の通電時にヨーク２５が発生させる磁気的吸引力により、筒部２６のうち底部２７とは反対側の端部に引き寄せられることによって径方向外側へ移動して、ヨーク２５およびロータ１２と共に磁気回路を形成する。一方、図６、図７に示すように、可動子６１は、コイル２４の非通電時にスプリング６２の付勢力を受けて径方向内側へ移動する。

このように構成することで、コイル２４の通電時には可動子６１とロータ１２との隙間６３が径方向外側に移動し、磁気粘性流体１６を介して可動子６１とロータ１２との間でトルクが十分に伝達される。一方、コイル２４の非通電時には可動子６１とロータ１２との隙間６３が径方向内側に移動し、引きずり損失が小さくなる。二つの部材の隙間６３の間隔が同じである場合、径方向の位置が内側であるほど引きずり損失が小さくなる。したがって、伝達トルクを低下させることなく磁界無印加時の引きずり損失を低減することができる。

［第５実施形態］
本発明の第５実施形態では、図１０に示すように、ハウジング７１は、筒状のヨーク７２を含む筒状の第１ハウジング部７３と、第１ハウジング部７３に対し軸方向の一方側に設けられている円板状の第２ハウジング部７４と、第１ハウジング部７３に対し軸方向の他方側に設けられている円板状の第３ハウジング部７５と、第１ハウジング部７３と第２ハウジング部７４との隙間を塞ぐカバー部２３と、第１ハウジング部７３と第３ハウジング部７５との隙間を塞ぐカバー部２３と、を有する。

また、第５実施形態では、可動子１４は、軸方向においてロータ１２を挟んだ両側に１つずつ設けられている。両方の可動子１４は、コイル２４の非通電時にロータ１２から離間する。
このように構成することで、ロータ１２に対し軸方向の一方側の隙間３３だけでなく、ロータ１２に対し軸方向の他方側の隙間３４もコイル２４の非通電時に広くなる。そのため、第１実施形態と比べて引きずり損失が一層小さくなる。

［他の実施形態］
本発明の他の実施形態では、磁気粘性流体（Magneto Rheological Fluid）に代えて、磁性流体（Magnetic Fluid）または電気粘性流体（Electrorheological Fluid）等の他の機能性流体が用いられてもよい。
本発明の他の実施形態では、圧縮コイルばねであるスプリングに代えて、例えばウェーブワッシャ、皿ばね、引っ張りコイルばね等の他の弾性部材が用いられてもよい。

本発明の他の実施形態では、可動子は、ロータに対して径方向に隔てて設けられてもよい。
本発明の他の実施形態では、可動子を駆動するアクチュエータを設けてもよい。
本発明の他の実施形態では、ロータは、少なくとも可動子と対向する部分が磁性体であれば、その他の部分は非磁性体であってもよい。
本発明の他の実施形態では、コイルおよびヨークの一部は、ハウジング外に位置していてもよい。要するに、コイルは、ハウジング内に磁界を及ぼせばよく、ヨークは、コイルの通電時に可動子を引き寄せられればよい。

本発明の他の実施形態では、非磁性材料は、樹脂に限らず、例えば非磁性の金属などであってもよい。
本発明の他の実施形態では、回転伝達装置は、回転部材と回転部材との間に設けられるクラッチとして用いられてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１１、４１・・・ハウジング
１２・・・ロータ
１４、５１、６１・・・可動子
１６・・・磁気粘性流体（機能性流体）
２４・・・コイル
２５・・・ヨーク
３３、６３・・・隙間

Claims (6)

1. 中空状のハウジング（１１、４１）と、
   前記ハウジング内に設けられ、前記ハウジングに対して相対回転可能なロータ（１２）と、
   前記ハウジング内に及ぶ磁界を通電により発生するコイル（２４）と、
   磁性材料からなり、前記コイルの周りに設けられ、前記ハウジングと一体に形成されているヨーク（２５）と、
   磁性材料からなり、周方向において前記ハウジングと係合し、前記ロータに接近および離間可能であり、前記コイルの通電時に前記ロータに接近して前記ヨークおよび前記ロータと共に磁気回路を形成し、前記コイルの非通電時に前記ロータから離間する可動子（１４、５１）と、
   前記ロータと前記可動子との隙間（３３）に設けられ、前記コイルが発生させる磁界中で磁化すると粘性が増大する機能性流体（１６）と、
   を備え、
   前記可動子は、前記コイルの通電時に前記ヨークが発生させる磁気的吸引力により当該ヨークに引き寄せられることによって、前記ロータに接近し、
   前記ヨークは筒部（２６）を有し
   前記可動子は、前記筒部の端部に接近および離間可能に設けられ、
   前記ハウジングのうち、前記可動子に対し径方向外側の部分は、非磁性材料からなることを特徴とする回転伝達装置。
2. 中空状のハウジングと、
   前記ハウジング内に設けられ、前記ハウジングに対して相対回転可能なロータと、
   前記ハウジング内に及ぶ磁界を通電により発生するコイルと、
   磁性材料からなり、前記コイルの周りに設けられ、前記ハウジングと一体に形成されているヨークと、
   磁性材料からなり、軸方向において前記ロータと対向するよう設けられ、周方向において前記ハウジングと係合し、径方向へ移動可能であり、前記コイルの通電時に径方向外側へ移動して前記ヨークおよび前記ロータと共に磁気回路を形成し、前記コイルの非通電時に径方向内側へ移動する可動子（６１）と、
   前記ロータと前記可動子との隙間（６３）に設けられ、前記コイルが発生させる磁界中で磁化すると粘性が増大する機能性流体と、
   を備えることを特徴とする回転伝達装置。
3. 前記コイルの非通電時に前記可動子を前記ロータから離間させる弾性部材（１５、６２）をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の回転伝達装置。
4. 前記ハウジング内の空間は、前記可動子によって当該可動子の移動方向の一方側と他方側とに仕切られており、
   前記可動子は、当該可動子の移動方向の一方側から他方側まで貫通する通路（３５、５３）を有することを特徴とする請求項１または３に記載の回転伝達装置。
5. 中空状のハウジング（１１、４１）と、
   前記ハウジング内に設けられ、前記ハウジングに対して相対回転可能なロータ（１２）と、
   前記ハウジング内に及ぶ磁界を通電により発生するコイル（２４）と、
   磁性材料からなり、前記コイルの周りに設けられ、前記ハウジングと一体に形成されているヨーク（２５）と、
   磁性材料からなり、周方向において前記ハウジングと係合し、前記ロータに接近および離間可能であり、前記コイルの通電時に前記ロータに接近して前記ヨークおよび前記ロータと共に磁気回路を形成し、前記コイルの非通電時に前記ロータから離間する可動子（１４、５１）と、
   前記ロータと前記可動子との隙間（３３）に設けられ、前記コイルが発生させる磁界中で磁化すると粘性が増大する機能性流体（１６）と、
   を備え、
   前記ハウジング内の空間は、前記可動子によって当該可動子の移動方向の一方側と他方側とに仕切られており、
   前記可動子は、当該可動子の移動方向の一方側から他方側まで貫通する通路（３５、５３）を有することを特徴とする回転伝達装置。
6. 前記可動子は、軸方向において前記ロータを挟んだ両側に１つずつ設けられていることを特徴とする請求項１、３、４または５に記載の回転伝達装置。

Images