JP6809269B2

JP6809269B2 - 位相調整機構及びそれを用いたトルク制御機構

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Publication number: JP6809269B2
Application number: JP2017023882A
Authority: JP
Inventors: 英滋土屋; 祥宏水野
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2017-02-13
Filing date: 2017-02-13
Publication date: 2021-01-06
Anticipated expiration: 2037-02-13
Also published as: JP2018132071A

Description

本発明は、位相調整機構及びそれを用いたトルク制御機構に関する。

車両等において出力及び回転数が大きくなると、クランクシャフトに対して捩り振動や曲げ振動が増大する。そこで、クランクシャフトの軸端にラバーダンパーを設けて捩り振動や曲げ振動を抑制する技術が採用されている。

例えば、ダンパーディスクの外周部にラバーを介して円環状の慣性体を配置し、設定回転数にて慣性体とダンパーディスクとに一斉にばねを接続するばね端固着手段を備えた可変ばね定数型回転軸振動ダンパーが開示されている（特許文献１）。

また、第１回転軸、第２回転軸、弾性部材及び振動子を含み、弾性部材の一端が第２回転軸の軸心から外れた位置に固定され、他端が振動子に固定され、振動子は第１回転軸に接続した状態と接続していない状態とのいずれかになることが可能な駆動力伝達装置が開示されている（特許文献２）

特開平３−１４０６５３号公報特開２０１５−１３５１７９号公報

ところで、従来の駆動力伝達装置では、駆動力を開放するための構造を必要とするために装置が大型化してしまう問題がある。また、一般的なダンパーでは、その剛性は可変ではない。また、可変ばね定数式のダンパーでは、剛性を可変にできる範囲が限定され、構造が複雑化したり、剛性を可変にするタイミングが制約されたりするという問題がある。また、ばねに大きな力が加わった場合のトルクを制限するために、ばねと直列に摩擦材等のトルクリミッタを設ける必要がある。

本発明の１つの態様は、回転体と、前記回転体の回転に伴って周期的に変化するトルクを前記回転体に対して与える弾性構造と、を備え、前記弾性構造が前記回転体に与える最大トルク以上の保持トルクで前記弾性構造を保持する保持手段と、前記保持トルクと前記最大トルクとの差より大きい駆動トルクを与えることで前記保持手段に対して前記弾性構造を相対的に移動させて前記弾性構造から前記回転体に与えられるトルクの位相を可変とする駆動手段と、を備えることを特徴とする位相調整機構である。

ここで、前記駆動手段で与えられる前記駆動トルクは、前記最大トルクより小さいことが好適である。

また、前記駆動手段は、前記回転体に対して前記弾性構造から前記最大トルクが与えられるタイミングを含む所定の期間のみ前記駆動トルクを与えることが好適である。

本発明の別の態様は、回転体と、前記回転体の回転に伴って周期的に変化するトルクを前記回転体に対して与える弾性構造と、を備え、前記弾性構造が前記回転体に与える最大トルク以上の保持トルクで前記弾性構造を保持する保持手段と、前記保持トルクを前記最大トルクより小さくすることで前記保持手段に対して前記弾性構造を相対的に移動させて前記弾性構造から前記回転体に与えられるトルクの位相を可変とする駆動手段と、を備えることを特徴とする位相調整機構である。

ここで、前記駆動手段は、前記弾性構造の移動方向を選択可能な構造を備えることが好適である。

また、前記駆動手段は、前記回転体に対して前記弾性構造から前記最大トルクが与えられるタイミングを含む所定の期間のみ前記保持トルクを小さくすることが好適である。

本発明の別の態様は、前記弾性構造を複数含み、前記位相調整機構によって、前記弾性構造の少なくとも１つから前記回転体に与えられるトルクの位相を変化させることで前記回転体に与えられる全体のトルク特性を可変としたことを特徴とするトルク制御機構である。

本発明によれば、周期反転ばね構造の位相制御において、大きな駆動力を必要とせずに位相調整を可能とする位相調整機構及びそれを用いたトルク制御機構を提供することを可能とする。

本発明の実施の形態におけるトルク制御機構の構成を示す図である。本発明の実施の形態におけるトルク制御機構の構成を示す図である。本発明の実施の形態におけるトルク制御機構によって回転体に与えられる弾性力を示す図である。本発明の実施の形態におけるトルク制御機構によって回転体に与えられるトルクを示す図である。本発明の実施の形態におけるトルク制御機構によって回転体に与えられる弾性力を示す図である。本発明の実施の形態におけるトルク制御機構によって回転体に与えられるトルクを示す図である。本発明の変形例１におけるトルク制御機構の構成を示す分解組立図である。本発明の変形例１におけるトルク制御機構の構成を示す図である。本発明の変形例１におけるトルク制御機構によって回転体に与えられるトルクを示す図である。本発明の変形例１におけるトルク制御機構によって回転体に与えられるトルクを示す図である。本発明の変形例２におけるトルク制御機構の構成を示す図である。本発明のトルク制御機構を用いたダンパー装置の構成を示す図である。本発明の実施の形態における位相調整機構の原理を説明する図である。本発明の実施の形態における位相調整機構の原理を説明する図である。本発明の実施の形態における位相調整機構の構成を示す図である。本発明の実施の形態における位相調整機構の原理を説明する図である。本発明の実施の形態における位相調整機構の構成を示す図である。本発明の実施の形態における位相調整機構の作用を説明する図である。

［基本構成］
本発明の実施の形態におけるトルク制御機構１００は、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、回転体１０、ケース１２、保持部１４（第１保持部１４ａ，第２保持部１４ｂ）、弾性体保持部１６（第１弾性体保持部１６ａ，第２弾性体保持部１６ｂ）、弾性体１８（第１弾性体１８ａ，第２弾性体１８ｂ）を含んで構成される。トルク制御機構１００は、回転体１０の回転に伴って回転体１０にトルクを与える機構である。

図１（ａ）は、トルク制御機構１００の断面側面図を示す。図１（ｂ）は、トルク制御機構１００をＡ方向からみた正面図を示す。図１（ｃ）は、トルク制御機構１００をＢ方向からみた背面図を示す。なお、図面が煩雑になるのを防ぐため、図１（ｂ）では第２弾性体１８ｂを省略し、図１（ｃ）では第１弾性体１８ａを省略して図示している。

回転体１０は、回転軸Ｍを回転中心として回転する回転体である。回転体１０は、図１（ａ）に示すように、回転軸Ｍからはずれた軸を結ぶクランク部１０ａと当該軸と１８０°ずれた軸を結ぶクランク部１０ｂとを有するクランク構造を備えている。回転体１０は、機械的な強度を有する金属等で形成することができる。

ケース１２は、回転軸Ｍを中心とし、回転体１０、保持部１４、弾性体保持部１６及び弾性体１８を内部に収納する円筒状の部材である。ケース１２は、機械的な強度を有する金属等で形成することができる。

弾性体保持部１６は、第１弾性体保持部１６ａ及び第２弾性体保持部１６ｂを含んで構成され、弾性体１８の一端が固定される部材である。第１弾性体保持部１６ａ及び第２弾性体保持部１６ｂは、回転軸Ｍを中心とし、ケース１２の内径よりも小さな外径を有する円筒状の部材とすることができる。第１弾性体保持部１６ａの内面には第１弾性体１８ａの一端が固定される。第２弾性体保持部１６ｂの内面には第２弾性体１８ｂの一端が固定される。第１弾性体保持部１６ａと第２弾性体保持部１６ｂは、回転軸Ｍに沿って並べて配置される。第１弾性体保持部１６ａ及び第２弾性体保持部１６ｂは、機械的な強度を有する金属等で形成することができる。

保持部１４は、第１保持部１４ａ及び第２保持部１４ｂを含んで構成される。第１保持部１４ａは、第１弾性体保持部１６ａをケース１２に対して回転しないように保持する部材である。第２保持部１４ｂは、第２弾性体保持部１６ｂをケース１２に対して回転しないように保持する部材である。ただし、第１保持部１４ａと第２保持部１４ｂは、第１弾性体保持部１６ａと第２弾性体保持部１６ｂとが回転軸Ｍを中心として相対的に回転可能なようにケース１２に保持する手段とする。例えば、第１保持部１４ａは第１弾性体保持部１６ａをケース１２に完全に固定する接着剤等とし、第２保持部１４ｂは第２弾性体保持部１６ｂをケース１２に対して相対的に回転可能かつ固定可能なラッチ機構等とすればよい。

弾性体１８は、第１弾性体１８ａ及び第２弾性体１８ｂを含んで構成される。第１弾性体１８ａ及び第２弾性体１８ｂは、弾性力を発生させる部材であり、特に限定されるものではないが、例えばスプリング、ゴム等とすることができる。第１弾性体１８ａの一端は第１弾性体保持部１６ａの内面に固定され、他端は回転体１０のクランク部１０ａに固定される。第２弾性体１８ｂの一端は第２弾性体保持部１６ｂの内面に固定され、他端は回転体１０のクランク部１０ｂに固定される。

本実施の形態では、第１弾性体１８ａと第２弾性体１８ｂは同じ弾性特性を有するものとする。ただし、これに限定されるものではなく、トルク制御機構１００によって回転体１０に与えようとするトルク特性に応じて第１弾性体１８ａ及び第２弾性体１８ｂの弾性特性は適宜設定すればよい。

このように、本実施の形態のトルク制御機構１００では、第１弾性体保持部１６ａと第１弾性体１８ａの組からなる弾性構造、及び、第２弾性体保持部１６ｂと第２弾性体１８ｂの組からなる弾性構造を備える。すなわち、回転体１０に対して弾性力を与える２組の弾性構造を備える。

トルク制御機構１００では、第２保持部１４ｂにより第２弾性体保持部１６ｂをケース１２に対して回転可能な状態とし、第２弾性体保持部１６ｂをケース１２に対して回転させることができる。第２保持部１４ｂがラッチ機構である場合、ラッチを開放することによって第２弾性体保持部１６ｂがケース１２に対して回転可能な状態とすることができる。例えば、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、図１の状態に対して第２弾性体保持部１６ｂを１８０°回転させた状態にすることができる。

図１の状態では、図３の実線に示すように、第１弾性体１８ａによって回転体１０に弾性力が周期的に与えられる。また、図３の破線に示すように、第２弾性体１８ｂによって回転体１０に弾性力が周期的に与えられる。第１弾性体１８ａによって回転体１０に与えられる弾性力と第２弾性体１８ｂによって回転体１０に与えられる弾性力は１８０°（半周期）だけ位相がずれた状態となる。

回転体１０が回転した場合、図４に示すように、第１弾性体１８ａ及び第２弾性体１８ｂのそれぞれから回転体１０に対してトルクが与えられる。図４では、第１弾性体１８ａによって回転体１０に与えられるトルクを細実線で示し、第２弾性体１８ｂによって回転体１０に与えられるトルクを細破線で示している。したがって、第１弾性体１８ａと第２弾性体１８ｂとによって回転体１０に与えられる合成トルクは太実線で示されるようになる。

これに対して、図２の状態は、図５に示すように、第１弾性体１８ａによって回転体１０に与えられる弾性力と第２弾性体１８ｂによって回転体１０に与えられる弾性力は位相が揃った状態である。

回転体１０が回転した場合、図６に示すように、第１弾性体１８ａ及び第２弾性体１８ｂのそれぞれから回転体１０に対してトルクが与えられる。図４では、第１弾性体１８ａ及び第２弾性体１８ｂによって回転体１０に与えられるトルクを細実線で示している。したがって、第１弾性体１８ａと第２弾性体１８ｂとによって回転体１０に与えられる合成トルクは太実線で示されるようになる。

このように、本実施の形態におけるトルク制御機構１００では、第２弾性体保持部１６ｂと第２弾性体１８ｂとからなる弾性構造から回転体１０に与えられるトルクの位相を変化させることで回転体１０に与えられる合成トルクを可変とすることができる。

すなわち、回転体１０の回転に対してトルクが正負に反転するような弾性構造を複数設け、少なくとも１つの弾性構造から回転体１０に与えられる位相を可変とすることによって、複雑な方法を用いることなく、回転体１０に対するピークトルクやトルク特性を制御することが可能となる。

［変形例１］
上記実施の形態では、第１弾性体保持部１６ａと第１弾性体１８ａとを含む弾性構造及び第２弾性体保持部１６ｂと第２弾性体１８ｂとを含む弾性構造とを組み合わせた構成としたがこれに限定されるものではない。変形例１におけるトルク制御機構２００は、図７及び図８に示すように、回転体２０、ケース２２、保持部２４（第１保持部２４ａ，第２保持部２４ｂ）、弾性体保持部２６（第１弾性体保持部２６ａ，第２弾性体保持部２６ｂ）、磁石２８（第１磁石２８ａ，第２磁石２８ｂ，第３磁石２８ｃ）を含んで構成される。なお、図７は、トルク制御機構２００の分解組立図を示す。図８は、トルク制御機構２００の外観斜視図を示す。

回転体２０は、回転軸Ｍを回転中心として回転する回転体である。回転体２０は、円柱形状のロータ２０ａとその中心に貫通して固定された軸２０ｂとを備える。ロータ２０ａ及び軸２０ｂは、機械的強度を有する材料、特に磁性体によって構成することが好適である。ロータ２０ａの外周部には、第１磁石２８ａが配置される。第１磁石２８ａは、ロータ２０ａの径方向に向けて交互に極性が入れ替わるようにロータ２０ａの周囲に等間隔に配置される。本実施の形態では、４つの第１磁石２８ａが９０°置きに極性が交互に入れ替わるように配置された例を示している。

ケース２２は、回転軸Ｍを中心とし、回転体２０、保持部２４、弾性体保持部２６及び磁石２８を内部に収納する円筒状の部材である。ケース２２は、弾性体保持部２６の外径よりも大きな内径を有する略円筒形状の部材とする。ケース２２は、機械的な強度を有する金属等で形成することができる。

弾性体保持部２６は、第１弾性体保持部２６ａ及び第２弾性体保持部２６ｂを含んで構成される。第１弾性体保持部２６ａ及び第２弾性体保持部２６ｂは、第２磁石２８ｂ及び第３磁石２８ｃがそれぞれ固定される部材である。第１弾性体保持部２６ａ及び第２弾性体保持部２６ｂは、回転軸Ｍを中心とし、ケース２２の内径よりも小さな外径を有し、ロータ２０ａの外径より大きい内径を有する円筒状の部材とすることができる。第１弾性体保持部２６ａと第２弾性体保持部２６ｂは、回転軸Ｍに沿って並べてケース２２内に配置される。第１弾性体保持部２６ａ及び第２弾性体保持部２６ｂは、機械的強度を有する材料、特に磁性体によって構成することが好適である。

第１弾性体保持部２６ａの内周面には第２磁石２８ｂが配置される。第２磁石２８ｂは、第１弾性体保持部２６ａの径方向に向けて交互に極性が入れ替わるように第１弾性体保持部２６ａの周囲に等間隔に配置される。本実施の形態では、４つの第２磁石２８ｂが９０°置きに極性が交互に入れ替わるように配置された例を示している。第２弾性体保持部２６ｂの内周面には第３磁石２８ｃが配置される。第３磁石２８ｃは、第２弾性体保持部２６ｂの径方向に向けて交互に極性が入れ替わるように第２弾性体保持部２６ｂの周囲に等間隔に配置される。本実施の形態では、４つの第３磁石２８ｃが９０°置きに極性が交互に入れ替わるように配置された例を示している。

保持部２４は、第１保持部２４ａ及び第２保持部２４ｂを含んで構成される。第１保持部２４ａは、第１弾性体保持部２６ａをケース２２に対して回転しないように保持する部材である。第２保持部２４ｂは、第２弾性体保持部２６ｂをケース２２に対して回転しないように保持する部材である。ただし、第１保持部２４ａと第２保持部２４ｂは、第１弾性体保持部２６ａと第２弾性体保持部２６ｂとが回転軸Ｍを中心として相対的に回転可能なようにケース２２に保持する手段とする。例えば、第２保持部２４ｂは第２弾性体保持部２６ｂをケース２２に完全に固定する接着剤等とし、第１保持部２４ａは第１弾性体保持部２６ａをケース２２に対して相対的に回転可能かつ固定可能なラッチ機構等とすればよい。

本実施の形態では、第２磁石２８ｂと第３磁石２８ｃはそれぞれ同じ磁力を有するものとする。ただし、これに限定されるものではなく、トルク制御機構２００によって回転体２０に与えようとするトルク特性に応じて第２磁石２８ｂと第３磁石２８ｃの磁力は適宜設定すればよい。

このように、本実施の形態のトルク制御機構２００では、回転体２０の外周に配置された第１磁石２８ａと第１弾性体保持部２６ａの内周に配置された第２磁石２８ｂの組からなる弾性構造、及び、回転体２０の外周に配置された第１磁石２８ａと第２弾性体保持部２６ｂの内周に配置された第３磁石２８ｃの組からなる弾性構造を備える。すなわち、回転体２０が回転する際に回転体２０に対して弾性力を与える２組の弾性構造を備える。

トルク制御機構２００では、第１保持部２４ａにより第１弾性体保持部２６ａをケース２２に対して回転可能な状態とし、第１弾性体保持部２６ａをケース２２に対して回転させることができる。第１保持部２４ａがラッチ機構である場合、ラッチを開放することによって第１弾性体保持部２６ａがケース２２に対して回転可能な状態とすることができる。

例えば、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、第１弾性体保持部２６ａに保持された第２磁石２８ｂとロータ２０ａに保持された第１磁石２８ａとの位置関係が第２弾性体保持部２６ｂに保持された第３磁石２８ｃとロータ２０ａに保持された第１磁石２８ａとの位置関係と逆位相（１８０°位相差）となるようにすることができる。また、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、第１弾性体保持部２６ａに保持された第２磁石２８ｂとロータ２０ａに保持された第１磁石２８ａとの位置関係が第２弾性体保持部２６ｂに保持された第３磁石２８ｃとロータ２０ａに保持された第１磁石２８ａとの位置関係と同位相（０位相差）となるようにすることができる。

図９の逆位相（１８０°位相差）の状態では、図９（ｃ）の細実線に示すように、第１弾性体保持部２６ａに保持された第２磁石２８ｂとロータ２０ａに保持された第１磁石２８ａとの間の磁力によって回転体２０にトルクが周期的に与えられる。また、図９（ｃ）の細破線に示すように、第２弾性体保持部２６ｂに保持された第３磁石２８ｃとロータ２０ａに保持された第１磁石２８ａとの間の磁力によって回転体２０にトルクが周期的に与えられる。これらのトルクは互いに打ち消し合い、図９（ｃ）の太実線に示すように、回転体２０に与えられるトルクはゼロとなる。

これに対して、図１０の同位相（０位相差）の状態では、図１０（ｃ）の細実線に示すように、第１弾性体保持部２６ａに保持された第２磁石２８ｂとロータ２０ａに保持された第１磁石２８ａとの間の磁力によって回転体２０にトルクが周期的に与えられる。また、第２弾性体保持部２６ｂに保持された第３磁石２８ｃとロータ２０ａに保持された第１磁石２８ａとの間の磁力によって回転体２０に与えられるトルクも同位相となる。したがって、図１０（ｃ）の太実線に示すように、回転体２０に与えられる合成トルクは第１弾性体保持部２６ａと第２弾性体保持部２６ｂとから回転体２０に与えられるトルクを加算した値となる。

このように、本実施の形態におけるトルク制御機構２００では、第１弾性体保持部２６ａ及び第２磁石２８ｂからなる弾性構造から回転体２０に与えられるトルクの位相を変化させることで回転体２０に与えられる合成トルクを可変とすることができる。

なお、トルク制御機構２００では、位相を１８０°ずらすことでトルクを完全に打ち消し合うことができる。すなわち、０〜１８０°の位相範囲におけるトルクをＴ_{０−１８０}とし、１８０°〜３６０°の位相範囲におけるトルクをＴ_{１８０−３６０}とした場合に数式（１）の関係を満たす。
(数１)
Ｔ_{０−１８０}＝−Ｔ_{１８０−３６０} ・・・（１）

トルク制御機構２００のように、数式（１）を満たす構成とすることによって、より広い範囲でトルクを変化させることができ、トルクを発生させる必要がない場合にはトルクをゼロにするゼロトルク制御が可能となる。

［変形例２］
なお、数式（１）を満たす別の構成としては、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、カムを用いたトルク制御機構３００が挙げられる。トルク制御機構３００は、回転体３０、ケース３２、保持部３４（第１保持部３４ａ，第２保持部３４ｂ）、弾性体保持部３６（第１弾性体保持部３６ａ，第２弾性体保持部３６ｂ）、弾性体３８（第１弾性体３８ａ，第２弾性体３８ｂ）を含んで構成される。

回転体３０は、軸にカム３０ａ，３０ｂが設けられた構成とされる。回転体３０は、機械的強度を有する材料によって構成することが好適である。

ケース３２は、回転体３０、保持部３４、弾性体保持部３６及び弾性体３８を内部に収納する円筒状の部材である。ケース３２は、弾性体保持部３６の外径よりも大きな内径を有する略円筒形状の部材とする。ケース３２は、機械的な強度を有する金属等で形成することができる。

弾性体保持部３６は、第１弾性体保持部３６ａ及び第２弾性体保持部３６ｂを含んで構成される。第１弾性体保持部３６ａ及び第２弾性体保持部３６ｂは、第１弾性体３８ａ及び第２弾性体３８ｂがそれぞれ固定される部材である。第１弾性体保持部３６ａ及び第２弾性体保持部３６ｂは、ケース２２の内径よりも小さな外径を有する円筒状の部材とすることができる。第１弾性体保持部３６ａと第２弾性体保持部３６ｂは、回転軸に沿って並べてケース３２内に配置される。第１弾性体保持部３６ａ及び第２弾性体保持部３６ｂは、機械的強度を有する材料、特に磁性体によって構成することが好適である。

保持部３４は、第１保持部３４ａ及び第２保持部３４ｂを含んで構成される。第１保持部３４ａは、第１弾性体保持部３６ａをケース３２に対して回転しないように保持する部材である。第２保持部３４ｂは、第２弾性体保持部３６ｂをケース３２に対して回転しないように保持する部材である。ただし、第１保持部３４ａと第２保持部３４ｂは、第１弾性体保持部３６ａと第２弾性体保持部３６ｂとが回転軸を中心として相対的に回転可能なようにケース３２に保持する手段とする。例えば、第２保持部３４ｂは第２弾性体保持部３６ｂをケース３２に完全に固定する接着剤等とし、第１保持部３４ａは第１弾性体保持部３６ａをケース３２に対して相対的に回転可能かつ固定可能なラッチ機構等とすればよい。

弾性体３８は、第１弾性体３８ａ及び第２弾性体３８ｂを含んで構成される。第１弾性体３８ａ及び第２弾性体３８ｂは、弾性力を発生させる部材とベアリングを組み合わせた構成とされる。弾性力を発生させる部材は、特に限定されるものではないが、例えばスプリング、ゴム等とすることができる。第１弾性体３８ａの弾性体の一端は第１弾性体保持部３６ａの内面に固定され、他端はベアリングに固定される。ベアリングは、回転体３０のカム３０ａの外周面を押してカム３０ａに弾性力を与えるように配置される。第２弾性体３８ｂの弾性体の一端は第２弾性体保持部３６ｂの内面に固定され、他端はベアリングに固定される。ベアリングは、回転体３０のカム３０ｂの外周面を押してカム３０ｂに弾性力を与えるように配置される。

トルク制御機構３００では、回転体３０の外周に配置されたカム３０ａと第１弾性体保持部３６ａの内周に配置された第１弾性体３８ａからなる弾性構造、及び、回転体３０の外周に配置されたカム３０ｂと第２弾性体保持部３６ｂの内周に配置された第２弾性体３８ｂの組からなる弾性構造を備える。すなわち、回転体３０が回転する際に回転体３０に対して弾性力を与える２組の弾性構造を備える。

また、第１保持部３４ａにより第１弾性体保持部３６ａをケース３２に対して回転可能な状態とし、第１弾性体保持部３６ａをケース３２に対して回転させることができる。第１保持部３４ａがラッチ機構である場合、ラッチを開放することによって第１弾性体保持部３６ａがケース３２に対して回転可能な状態とすることができる。これにより、回転体３０のカム３０ａと第１弾性体３８ａとの関係を変化させることができ、第１弾性体３８ａから回転体３０に周期的に与えられるトルクの位相を変えることができる。

このように、トルク制御機構３００でも、第１弾性体保持部３６ａ及び第１弾性体３８ａからなる弾性構造から回転体３０に与えられるトルクの位相を変化させることで回転体３０に与えられる合成トルクを可変とすることができる。

また、カム３０ａとカム３０ｂの形状を適宜選択することによって、上記数式（１）を満たすことができる。例えば、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、トルクが正弦波のように数式（１）を満たす形状とすればよい。これにより、より広い範囲でトルクを変化させることができ、トルクを発生させる必要がない場合にはトルクをゼロにするゼロトルク制御が可能となる。

［ダンパー装置への適用］
上記トルク制御機構１００〜３００は、回転体に対するトルクを制御するトルク制御機構として機能する。そこで、ケース１２，２２，３２を別の回転軸に接続できる構成とすることによって回転体に対するダンパー装置として機能させることができる。

図１２は、トルク制御機構１００をダンパー装置４００に適用した例を示す。ダンパー装置４００は、トルク制御機構１００のケース１２に回転軸Ｍを回転中心とする回転軸４０を接続し、クラッチ４４を介して出力軸４２を接続した構成を備える。

このような構成にすれば、ケース１２を介して回転体１０とケース１２との間の位相に伴った伝達トルクが発生する。したがって、回転軸４０と出力軸４２とをクラッチ４４にて接続することによって、ケース１２を介して回転体１０の回転を出力軸４２へ伝達することができる。

このとき、トルク制御機構１００をねじりダンパーとして利用することができる。回転体１０に対する制振性を高めるときには、トルク制御機構１００によって回転体１０に与えられる全体のトルクを減少させるように制御し、回転体１０から出力するトルクを高めるときには、回転体１０に与えられる全体のトルクを増加させる制御を行えばよい。

なお、トルク制御機構１００に代えて、トルク制御機構２００，３００を適用しても同様に捩りダンパー装置を構成することができる。

一般的な捩りダンパーの場合、ばね剛性が単調増加かつ線形であるので、複数のばねを配置して位相を変化させたとしても回転体に与えられる総トルクは変化しない。これに対して、トルク制御機構１００，２００，３００を適用してダンパー装置を構成した場合、位相を変化させることによって回転体に与えられる総トルクを変えることができる。したがって、制振性能を重視する場合には回転体に与えられる総トルクを減少させるように制御し、回転応答性能を重視する場合には回転体に与えられる総トルクを増加させるように制御すればよい。

また、所定の回転角度（位相）にてトルクのピークを有するので、トルクリミッタとして使用することができる。このとき、従来の捩りダンパーのように別体の摩擦クラッチ等を用いる必要がない。

［位相調整機構］
上記トルク制御機構及びそれを用いたダンパー装置では、弾性構造から回転体に与えられる弾性力及びトルクの位相を調整する必要がある。以下では、位相調整機構について説明する。

上記トルク制御機構では、図９等に示すように回転体に与えられる総トルクがゼロの状態であったとしても、各弾性構造から回転体に与えられるトルクには周期的な変化が発生している。すなわち、回転体には各弾性構造から与えられる最大トルク及び最少トルクが回転に応じて発生しており、その反力として弾性体や磁石等を保持する弾性体保持部にも最大トルク及び最少トルクが発生している。したがって、回転体の回転中に弾性体保持部を回転しないように保持するためには保持部によって最大トルク以上の保持トルクで固定する必要があると共に、位相を調整するためには保持部による保持トルク以上のトルクで弾性体保持部を駆動する必要がある。

図１３及び図１４を参照して、本実施の形態における位相調整機構の原理について説明する。なお、以下の説明では、回転の一方向（トルクが正に働く方向）について説明するが、回転の逆方向（トルクが負に働く方向）についてもトルクを作用させる方向を逆にすれば同様である。

図１３の破線は、トルク制御機構における弾性構造の１つから回転体に与えられるトルクＴの時間変化を示す。このように周期的に変化するトルクＴが与えられる場合、反力によって弾性体や磁石を保持する弾性体保持部にも同じトルクＴが与えられる。したがって、図１３の実線に示すように、保持部によって最大トルクＴ_ｍａｘ以上の保持トルクＴ_ｆを与えることによって、回転体の回転中に弾性体保持部が動くことのないように保持することができる。保持部によって与えられる保持トルクＴ_ｆは、例えば摩擦力等とすればよい。

一方、回転体に与えられるトルクを変更するためにトルク制御を行う際には、弾性体保持部に駆動トルクＴ_ｍを与えることにより弾性体保持部により保持されている弾性体や磁石の位相を調整する必要がある。このとき、図１４の一点破線に示すように駆動トルクＴ_ｍを与え、駆動トルクＴ_ｍと最大トルクＴ_ｍａｘとの和が保持トルクＴ_ｆよりも大きくなる期間Ｗがあれば弾性体保持部を駆動することができる。

すなわち、保持トルクＴ_ｆが最大トルクＴ_ｍａｘより大きければ、駆動トルクＴ_ｍを与えない状態では弾性体保持部は動くことはない。駆動トルクＴ_ｍを与えて、駆動トルクＴ_ｍと最大トルクＴ_ｍａｘとの和が保持トルクＴ_ｆよりも大きくなる期間Ｗが生ずるようにすれば、その期間において弾性体保持部は駆動トルクＴ_ｍが与えられた方向に駆動される。

このとき、保持トルクＴ_ｆと最大トルクＴ_ｍａｘとの差が最大トルクＴ_ｍａｘよりも小さくなるようにする、すなわち保持トルクＴ_ｆを最大トルクＴ_ｍａｘより大きく２倍未満とすることで、駆動トルクＴ_ｍを最大トルクＴ_ｍａｘよりも小さい値とすることができる。

例えば、図１５に示すように、トルク制御機構１００において駆動トルク付与手段５０及び制御部５２を含む構成とする。第２保持部１４ｂは、第２弾性体１８ｂ及び第２弾性体保持部１６ｂから回転体１０に与えられる最大トルクＴ_ｍａｘより大きい保持トルクＴ_ｆ（例えば摩擦力によるトルク）を与えるものとする。このような構成において、制御部５２による制御によって駆動トルク付与手段５０から第２弾性体保持部１６ｂに駆動トルクＴ_ｍを与える。駆動トルク付与手段５０は、例えば、ケース１２に固定され、第２弾性体保持部１６ｂに対して回転方向に駆動力を与えるアクチュエータを含むものとすればよい。駆動トルクＴ_ｍと最大トルクＴ_ｍａｘとの和が保持トルクＴ_ｆよりも大きくなる期間が生じるだけの駆動トルクＴ_ｍを与えれば、当該期間において第２弾性体保持部１６ｂが移動させられ、回転体１０に与えられるトルクの位相を変更することができる。

なお、回転体が回転している状態において駆動トルクＴ_ｍを付加し続けることによって駆動トルクＴ_ｍと最大トルクＴ_ｍａｘとの和が保持トルクＴ_ｆよりも大きくなる期間Ｗのみ弾性体保持部を駆動することができる。

また、図１５に示すように、回転体１０に掛かるトルクを計測するためのトルクセンサ５４を設け、最大トルクＴ_ｍａｘが発生するタイミングが測定できる場合にはそのタイミングを含む所定の期間のみ駆動トルクＴ_ｍを付加するようにしてもよい。最大トルクＴ_ｍａｘが発生するタイミングのみ駆動トルクＴ_ｍを付加する構成とすることによって、より少ない消費エネルギーで位相調整を行うことが可能となり、位相角度の制御が容易になる。

また、駆動トルクＴ_ｍを与える代わりに保持トルクＴ_ｆを低減させる手段を設けてもよい。すなわち、図１６に示すように、駆動トルクＴ_ｍを与える代わりに、最大トルクＴ_ｍａｘが保持トルクＴ_ｆよりも小さくなる期間Ｗが生ずるようにすれば、その期間において弾性体保持部は駆動される。

例えば、図１７に示すように、トルク制御機構２００において保持部２４ａをセレクタブルツーウェイクラッチ５６とした構成とする。セレクタブルツーウェイクラッチ５６は、ローラ５８と保持器６０とを含んで構成される。保持器６０は、ロータ２０ａよりも僅かに大きい内径と第１弾性体保持部２６ａより僅かに小さい外径を有する円筒状の部材である。ローラ５８は、球状又は円筒状の部材であり、保持器６０に対して回転可能に保持器６０によって保持される。ローラ５８と保持器６０からなるセレクタブルツーウェイクラッチ５６は、ロータ２０ａと第１弾性体保持部２６ａとの間の間隙に配置される。このとき、ロータ２０ａの外周には、ローラ５８が配置される位置において最大幅がローラ５８の外径よりも大きい切り欠き部６２が設けられる。

図１８を参照して、セレクタブルツーウェイクラッチ５６の作用について説明する。セレクタブルツーウェイクラッチ５６は、選択された方向のみに動力を伝達可能とする作用を発揮する。図１８（ｂ）のように、ローラ５８がロータ２０ａの切り欠き部６２の中央部にある状態では、ローラ５８の外周はロータ２０ａの外周及び第１弾性体保持部２６ａの内周に接触しておらず、ロータ２０ａの回転によるトルクは第１弾性体保持部２６ａには伝達されない。図１８（ａ）のように、セレクタブルツーウェイクラッチ５６を左に回転させて、ローラ５８をロータ２０ａの切り欠き部６２の左端に配置した状態では、ローラ５８の外周はロータ２０ａの外周及び第１弾性体保持部２６ａの内周に接触する。このとき、ロータ２０ａが右方向（時計回転方向）に回転したときにはトルクは第１弾性体保持部２６ａに伝達され、ロータ２０ａが左方向（時計逆回転方向）に回転したときにはトルクは第１弾性体保持部２６ａに伝達されない。図１８（ｃ）のように、セレクタブルツーウェイクラッチ５６を右に回転させて、ローラ５８をロータ２０ａの切り欠き部６２の右端に配置した状態では、ローラ５８の外周はロータ２０ａの外周及び第１弾性体保持部２６ａの内周に接触する。このとき、ロータ２０ａが左方向（時計逆回転方向）に回転したときにはトルクは第１弾性体保持部２６ａに伝達され、ロータ２０ａが右方向（時計回転方向）に回転したときにはトルクは第１弾性体保持部２６ａに伝達されない。このように、セレクタブルツーウェイクラッチ５６を用いることによってロータ２０ａのトルクが第１弾性体保持部２６ａに伝達する方向を選択することができる。

セレクタブルツーウェイクラッチ５６により第１弾性体保持部２６ａの回転方向を選択し、ロータ２０ａと第１弾性体保持部２６ａとの間の反力を利用することによってロータ２０ａに保持されている第１磁石２８ａと第１弾性体保持部２６ａに保持されている第２磁石２８ｂとの位相を調整することができる。そして、適切な位相において第１弾性体保持部２６ａが止まるようにケース２２にストッパ６４等を設けておくことによって、ロータ２０ａに対して第１弾性体保持部２６ａを適切な位相の位置に移動させることができる。また、ストッパ６４の代わりに、ケース２２と第１弾性体保持部２６ａとの間に多段階のラッチ機構を設けることによって位相を細かく変更するような構成としてもよい。

１０回転体、１０ａ，１０ｂクランク部、１２ケース、１４保持部、１４ａ第１保持部、１４ｂ第２保持部、１６弾性体保持部、１６ａ第１弾性体保持部、１６ｂ第２弾性体保持部、１８弾性体、１８ａ第１弾性体、１８ｂ第２弾性体、２０回転体、２０ａロータ、２０ｂ軸、２２ケース、２４保持部、２４ａ第１保持部、２４ｂ第２保持部、２６弾性体保持部、２６ａ第１弾性体保持部、２６ｂ第２弾性体保持部、２８磁石、２８ａ第１磁石、２８ｂ第２磁石、２８ｃ第３磁石、３０回転体、３０ａ，３０ｂカム、３２ケース、３４保持部、３４ａ第１保持部、３４ｂ第２保持部、３６弾性体保持部、３６ａ第１弾性体保持部、３６ｂ第２弾性体保持部、３８弾性体、３８ａ第１弾性体、３８ｂ第２弾性体、４０回転軸、４２出力軸、４４クラッチ、５０駆動トルク付与手段、５２制御部、５４トルクセンサ、５６セレクタブルツーウェイクラッチ、５８ローラ、６０保持器、６２切り欠き部、６４ストッパ、１００，２００，３００トルク制御機構、４００ダンパー装置。

Claims

回転体と、前記回転体の回転に伴って周期的に変化するトルクを前記回転体に対して与える弾性構造と、を備え、
前記弾性構造が前記回転体に与える最大トルク以上の保持トルクで前記弾性構造を保持する保持手段と、
前記保持トルクと前記最大トルクとの差より大きい駆動トルクを与えることで前記保持手段に対して前記弾性構造を相対的に移動させて前記弾性構造から前記回転体に与えられるトルクの位相を可変とする駆動手段と、
を備えることを特徴とする位相調整機構。
請求項１に記載の位相調整機構であって、
前記駆動手段で与えられる前記駆動トルクは、前記最大トルクより小さいことを特徴とする位相調整機構。
請求項１又は２に記載の位相調整機構であって、
前記駆動手段は、前記回転体に対して前記弾性構造から前記最大トルクが与えられるタイミングを含む所定の期間のみ前記駆動トルクを与えることを特徴とする位相調整機構。
回転体と、前記回転体の回転に伴って周期的に変化するトルクを前記回転体に対して与える弾性構造と、を備え、
前記弾性構造が前記回転体に与える最大トルク以上の保持トルクで前記弾性構造を保持する保持手段と、
前記保持トルクを前記最大トルクより小さくすることで前記保持手段に対して前記弾性構造を相対的に移動させて前記弾性構造から前記回転体に与えられるトルクの位相を可変とする駆動手段と、
を備えることを特徴とする位相調整機構。
請求項４に記載の位相調整機構であって、
前記駆動手段は、前記弾性構造の移動方向を選択可能な構造を備えることを特徴とする位相調整機構。
請求項４又は５に記載の位相調整機構であって、
前記駆動手段は、前記回転体に対して前記弾性構造から前記最大トルクが与えられるタイミングを含む所定の期間のみ前記保持トルクを小さくすることを特徴とする位相調整機構。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の位相調整機構を備え、
前記弾性構造を複数含み、
前記位相調整機構によって、前記弾性構造の少なくとも１つから前記回転体に与えられるトルクの位相を変化させることで前記回転体に与えられる全体のトルク特性を可変としたことを特徴とするトルク制御機構。