JP6985954B2 - クラッチ - Google Patents

Description

本発明は、磁気粘性流体を用いて回転力の伝達を制御できるクラッチに関する。

特許文献１に記載のクラッチは、入力軸と、入力軸に対して相対回転可能な出力軸と、これらの周囲を囲むように配置された磁場発生部である電磁石とを有している。また、出力軸と一体となって回転するローターは外筒に囲まれており、互いに相対回転可能とされている。外筒とローターとの間には間隙が設けられており、回転時には遠心力によりこの間隙には磁気粘性流体が満たされる。この構成において、電磁石により磁場を発生させると、磁気粘性流体中の磁性粒子が磁束の方向にクラスタを形成し、クラスタを介して外筒とローターとの間にトルクが伝達される。

特開２０１５−１８５５５５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のクラッチは、電磁石がローター及び外筒の径方向の外側に離間して配置されているため、この方向において小型化することが難しいという課題があった。

そこで本発明は、磁気粘性流体を用いて伝達軸の回転抵抗を変化させることができるクラッチにおいて、特に、伝達軸に直交する方向における小型化を図ることができるクラッチを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のクラッチは、回転軸を中心に回転動作可能な第１伝達軸及び第２伝達軸と、第１伝達軸と一体に設けられた円盤状の磁性ディスクと、第２伝達軸と一体に設けられ、磁性ディスクを挟む一方の第１領域に位置する第１ヨーク、及び、他方の第２領域に位置する第２ヨークと、第１領域において、回転軸が延びる方向に沿った方向に見た平面視で磁性ディスクと重なるように配置された第１コイルと、第１ヨーク及び第２ヨークとともに、第１コイルが発生する磁界の磁路を構成する固定ヨークと、磁性ディスクと第１ヨーク及び第２ヨークとの間に充填された磁気粘性流体とを備え、平面視において、磁性ディスクの外周に沿って、第１ヨークと第２ヨークとの間に磁気ギャップが設けられ、磁気ギャップは、平面視において、第１コイルの外縁よりも外側、又は、第１コイルの外縁と重なる位置に形成されていることを特徴としている。

この構成においては、第１伝達軸と一体に設けられた磁性ディスクを、第２伝達軸と一体に設けられた、第１ヨーク及び第２ヨークで挟むとともに、磁性ディスクと第１ヨーク及び第２ヨークとの間に磁気粘性流体を充填している。このため、磁気粘性流体中の磁性粒子の連結強度を制御することで第１伝達軸の回転抵抗を変化させることができ、第１伝達軸から第２伝達軸への回転力の伝達を滑らかに行うことが可能となる。

さらに、平面視において、磁性ディスクの外周に沿って、第１ヨークと第２ヨークとの間に磁気ギャップを設け、第１コイルを磁性ディスクと重なるように配置したことにより、伝達軸（第１伝達軸及び第２伝達軸）に直交する方向における小型化を図ることができる。

また、第１コイルに印加する電流を制御することにより、第１伝達軸に与えられた回転力を第２伝達軸に伝達するか、切断するかだけでなく、その中間領域において伝達の強さを細かく制御することが可能となる。したがって、利用形態の違いなどに応じて、印加電流を適切な範囲に任意に設定できる。

さらに、この構成においては、回転力が比較的大きなものに対しても、磁性粒子の連結強度を調整することによって、第２伝達軸を破損させない範囲で回転力の伝達性能を発揮させることができる。また、上下反転させた状態も含めて、傾斜させた状態でも十分な伝達性能を発揮させることができる。

本発明のクラッチでは、平面視において、第１ヨーク及び第２ヨークの外縁に沿って封止部材が配置され、封止部材が非磁性体からなることが好ましい。
これにより、第１ヨークと第２ヨークが磁気的に互いに接続されない構成となるため、第１ヨークと第２ヨークとに挟まれた磁性ディスクに対して、その厚み方向に横断する磁界成分を主方向とする磁束を通過させることができ、これにより磁気粘性流体に対して磁界を効率的に作用させることができる。よって、この磁束の方向に基づいた方向に抵抗力（トルク）を発生させることができるため、クラッチを径方向に大型化することなく大きなせん断応力を得ることが可能となる。

本発明のクラッチでは、第２領域において、平面視で磁性ディスクと重なるように配置された第２コイルをさらに備え、第２コイルは、第１コイルが発生する磁界と同一の向きに磁界を発生することが好ましい。
これにより、発生する磁界を大幅に増加させることができ、広い範囲で回転力の伝達の強さを細かく制御できるようになる。

本発明のクラッチでは、回転軸と直交する面内において、磁性ディスクの外周と、固定ヨークの外側面との距離が一定ではないことが好ましい。さらに平面視において、固定ヨークはほぼ四角形であることが好ましい。
これにより、磁性ディスクの外側に広い磁路を確保できるため、磁性ディスクに対してかける磁界を同じ方向にしやすくなり、これにより、磁性ディスクに対して大きな抵抗力を確実に発生させることができる。また、固定ヨークの平面形状を四角形（矩形）にすることによって、組み立てやすい形状となるため、小型化の点で望ましい。

本発明によると、磁気粘性流体を用いて伝達軸の回転抵抗を変化させることができるクラッチにおいて、特に、伝達軸に直交する方向における小型化を図ることができる。

（ａ）は本発明の実施形態に係るクラッチを上側から見た斜視図、（ｂ）はクラッチを下側から見た斜視図である。 本発明の実施形態に係るクラッチの分解斜視図である。 本発明の実施形態に係るクラッチの分解斜視図である。 本発明の実施形態に係るクラッチの回転軸を含む断面図である。 図４において磁界の流れを示した断面図である。 図４の一部拡大図である。 図６の一部拡大図である。 本発明の実施形態に係るクラッチの機能ブロック図である。

以下、本発明の実施形態に係るクラッチ１０について図面を参照しつつ詳しく説明する。図１（ａ）は本実施形態に係るクラッチ１０を上側から見た斜視図、（ｂ）はクラッチ１０を下側から見た斜視図である。図２と図３はクラッチ１０の分解斜視図である。図２は上側から見た分解斜視図、図３は下側から見た分解斜視図である。図４は、クラッチ１０の回転軸１１を含む断面図、図５は図４において磁界の流れを示した断面図である。図６は図４の一部拡大図、図７は図６の一部拡大図である。図８はクラッチ１０の機能ブロック図である。図１（ａ）、（ｂ）から図７において、説明の便宜上、回転軸１１に沿って上下方向を規定しているが、実際の使用時における方向を制限するものではない。以下の説明において、回転軸１１に直交する方向を径方向と称する。また、回転軸１１に沿って、上側から下側を見た状態を平面視ということがある。

図１〜図３に示すように、本実施形態のクラッチ１０は、回転軸１１に沿って、第１伝達軸１１０と第２伝達軸２１０とが直列に並ぶように配置されている。第１伝達軸１１０と第２伝達軸２１０は、それぞれ、共通する回転軸１１を中心に回転動作可能となっている。

図２に示すように、クラッチ１０は、第１伝達軸１１０と第２伝達軸２１０のほかに、封止部材としての環状部材３０と、円盤状の磁性ディスク１２０と、第１回転ヨーク（第１ヨーク）１３０と、第１固定ヨーク１４０と、第１コイル１５０と、第２回転ヨーク（第２ヨーク）２３０と、第２固定ヨーク２４０と、第２コイル２５０とを備える。第１固定ヨーク１４０は、第１外側ヨーク１４１及び第１内側ヨーク１４２を備え、第２固定ヨーク２４０は、第２外側ヨーク２４１及び第２内側ヨーク２４２を備える。図８に示すように、第１コイル１５０と第２コイル２５０には、制御回路である制御部５０から電流がそれぞれ印加され、これによって、第１コイル１５０と第２コイル２５０はそれぞれ磁界を発生可能である。

第１伝達軸１１０と磁性ディスク１２０は、一体となって回転軸１１を中心として両方向に回転する。図４〜図６に示すように、第１伝達軸１１０は、２つのラジアル軸受１６１、１６２を介して、回転可能な状態で第１外側ヨーク１４１と第１内側ヨーク１４２にそれぞれ支持される。第１伝達軸１１０は、その外周面から径方向に沿って外側へ延びる連結シャフト１１１を備え、この連結シャフト１１１を介して磁性ディスク１２０に連結され、これによって第１伝達軸１１０と磁性ディスク１２０は一体となって回転可能となる。ここで、磁性ディスク１２０は、磁性材料で構成され、回転軸１１の方向に直交するように配置される円形平面を有する円盤状の部材である。

第２伝達軸２１０は、第１回転ヨーク１３０と、第２回転ヨーク２３０と、環状部材３０と一体となって回転軸１１を中心として両方向に回転する。図４と図５に示すように、第２伝達軸２１０は、２つのラジアル軸受２６１、２６２を介して、回転可能な状態で第２外側ヨーク２４１と第２内側ヨーク２４２にそれぞれ支持される。第２伝達軸２１０は、その外周面から径方向に沿って外側へ延びる連結シャフト２１１を備え、この連結シャフト２１１を介して第２回転ヨーク２３０に連結される。この第２回転ヨーク２３０は、環状部材３０を介して第１回転ヨーク１３０に固定されている。よって、第２伝達軸２１０は、第１回転ヨーク１３０、第２回転ヨーク２３０、及び、環状部材３０と一体となって回転可能となる。

図２と図３に示すように、第１回転ヨーク１３０と第２回転ヨーク２３０はそれぞれ、回転軸１１を中心として、回転軸１１に直交する方向に広がる略円盤状をなしており、回転軸１１の方向において互いに対向している。

図２に示すように、封止部材としての環状部材３０は円環状をなしており、非磁性体（例えば、合成樹脂などの非磁性材料の成形体）で構成される。図４〜図７に示すように、環状部材３０は、第１回転ヨーク１３０と第２回転ヨーク２３０それぞれの径方向の外縁に沿って配置され、第１回転ヨーク１３０の底面と第２回転ヨーク２３０の上面のそれぞれに接合される。第１回転ヨーク１３０と第２回転ヨーク２３０の外縁部の間に固定された状態の環状部材３０は、回転軸１１の方向において上から下に見た平面視において、第１コイル１５０の外縁１５０ａに対応する位置に配置されている。図６と図７に示すように、回転軸１１の方向における環状部材３０の高さは、第１回転ヨーク１３０と第２回転ヨーク２３０との隙間４０よりも大きくなっており、第１回転ヨーク１３０と第２回転ヨーク２３０の外縁部の間に配置することによって、第１回転ヨーク１３０と第２回転ヨーク２３０との隙間４０が径方向において閉じられる。環状部材３０の厚み（回転軸１１の方向の厚み）は、第１コイル１５０が発生した磁界が、環状部材３０を通じて径方向に通じることを妨げることができる厚みとなっている。

図６に示すように、隙間４０は、回転軸１１の方向において第１回転ヨーク１３０と第２回転ヨーク２３０に挟まれた空間であり、回転軸１１に直交する方向において環状部材３０によって囲まれるように形成される。この隙間４０には、磁気粘性流体２０が介在して満たされるとともに、磁性ディスク１２０が、第１回転ヨーク１３０及び第２回転ヨーク２３０と同心状になるように配置される。これによって、磁性ディスク１２０と第１回転ヨーク１３０との間に第１の隙間Ｓ１が形成され、磁性ディスク１２０と第２回転ヨーク２３０との間に第２の隙間Ｓ２が形成され、さらに、環状部材３０との間に、磁気粘性流体２０による第１のギャップＧ１が形成される。

回転軸１１を中心として第１伝達軸１１０を回転させると、第１伝達軸１１０と一体となった磁性ディスク１２０が、第１回転ヨーク１３０及び第２回転ヨーク２３０、並びに、第１固定ヨーク１４０に対して相対的に回転する。このとき、磁性ディスク１２０の上下面と、第１回転ヨーク１３０又は第２回転ヨーク２３０との間の回転軸１１の方向の距離は、略一定に保たれ、また、磁性ディスク１２０の外周と環状部材３０との間の径方向の距離も略一定に維持される。

図４と図５に示すように、第１回転ヨーク１３０は、磁性ディスク１２０を挟む一方の領域である第１領域Ａ１に配置され、第２回転ヨーク２３０は、磁性ディスク１２０を挟む他方の領域である第２領域Ａ２に配置されている。環状部材３０は、径方向において磁性ディスク１２０の外側に配置されている。

図４と図５に示すように、第１領域Ａ１においては、磁性ディスク１２０側から順に、第１回転ヨーク１３０、第１内側ヨーク１４２、第１コイル１５０、及び、第１外側ヨーク１４１が配置されている。

図２と図４〜６に示すように、第１内側ヨーク１４２は、円環部１４２ａと、円環部１４２ａの上面から円環部１４２ａと同心状に上側へ延びるように一体に設けられた円筒部１４２ｂとを備える。円環部１４２ａと円筒部１４２ｂは、平面視において、回転軸１１を中心とする円形状をなしており、その外径は、円環部１４２ａよりも円筒部１４２ｂの方が小さくされている。円環部１４２ａと円筒部１４２ｂの外径の違いにより、円筒部１４２ｂの外周面に沿って段差部１４２ｃが形成される。また、第１内側ヨーク１４２は、回転軸１１を中心とした平面視円形状の内周面１４２ｄを有する。内周面１４２ｄは、回転軸１１に沿って円環部１４２ａと円筒部１４２ｂを貫いており、その内径は、上下方向の位置に応じて変化するように設定されている。

図４〜図６に示すように、第１内側ヨーク１４２の段差部１４２ｃには磁界発生部としての第１コイル１５０が配設される。第１コイル１５０は、回転軸１１の方向に沿った平面視において、磁性ディスク１２０と重なるように配置されている。第１コイル１５０は、内周が円筒部１４２ｂの外周面に沿うような円環状をなしており、その外縁１５０ａは径方向において磁性ディスク１２０の外周よりも外側に位置する。第１コイル１５０は、回転軸１１の周りを回るように巻き付けられた導線を含むコイルである。第１コイル１５０には図示しない経路で電流が供給され、電流の供給によって磁界が発生する。
なお、平面視において、磁性ディスク１２０の外周よりも第１コイル１５０の外縁１５０ａが内側になるように、第１コイル１５０を配設してもよい。

図３に示すように、第１外側ヨーク１４１は内部に空間１４１ａを有している。この空間１４１ａは、第１外側ヨーク１４１の上壁部１４１ｃと側壁部１４１ｂによって囲まれている。図４と図５に示すように、空間１４１ａには、第１内側ヨーク１４２、第１コイル１５０、及び、第１回転ヨーク１３０が収容されるとともに、環状部材３０、第１伝達軸１１０、及び、磁性ディスク１２０の一部が収容される。図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１外側ヨーク１４１は平面視略四角形である一方、空間１４１ａは平面視円形状である。このため、側壁部１４１ｂは、第１外側ヨーク１４１の角部が厚く、辺部が薄くなっている。すなわち、回転軸１１と直交する面内において、磁性ディスク１２０の径方向の外周と第１外側ヨーク１４１の外側面との距離は一定ではない。

図４と図５に示すように、第１外側ヨーク１４１と第１内側ヨーク１４２とは、第１外側ヨーク１４１の上壁部１４１ｃを上下に貫通する複数のねじ１３で互いに固定されている。これにより、第１内側ヨーク１４２の上部と第１外側ヨーク１４１の上壁部１４１ｃとが接触した状態で固定され、この領域において第１外側ヨーク１４１と第１内側ヨーク１４２が磁気的に接続される。

一方、第２領域Ａ２においては、図４と図５に示すように、磁性ディスク１２０側から順に、第２回転ヨーク２３０、第２内側ヨーク２４２、第２コイル２５０、及び、第２外側ヨーク２４１が配置されている。これらは、以下に述べるように、磁性ディスク１２０に関して、上記第１回転ヨーク１３０、第１内側ヨーク１４２、第１コイル１５０、及び、第１外側ヨーク１４１と、略上下対称の配置・形状を有している。

図３〜図５に示すように、第２内側ヨーク２４２は、円環部２４２ａと、円環部２４２ａの下面から円環部２４２ａと同心状に下側へ延びるように一体に設けられた円筒部２４２ｂとを備える。円環部２４２ａと円筒部２４２ｂは、平面視において、回転軸１１を中心とする円形状をなしており、その外径は、円環部２４２ａよりも円筒部２４２ｂの方が小さくされている。円環部２４２ａと円筒部２４２ｂの外径の違いにより、円筒部２４２ｂの外周面に沿って段差部２４２ｃが形成される。また、第２内側ヨーク２４２は、回転軸１１を中心とした平面視円形状の内周面２４２ｄを有する。内周面２４２ｄは、回転軸１１に沿って円環部２４２ａと円筒部２４２ｂを貫いており、その内径は、上下方向の位置に応じて変化するように設定されている。

図４と図５に示すように、第２内側ヨーク２４２の段差部２４２ｃには磁界発生部としての第２コイル２５０が配設される。第２コイル２５０は、回転軸１１の方向に沿った平面視において、磁性ディスク１２０と重なるように配置されている。第２コイル２５０は、内周が円筒部２４２ｂの外周面に沿うような円環状をなしており、その外縁２５０ａは径方向において磁性ディスク１２０の外周よりも外側に位置する。第２コイル２５０は、回転軸１１の周りを回るように巻き付けられた導線を含むコイルである。第２コイル２５０には図示しない経路で電流が供給され、電流の供給によって磁界が発生する。
なお、平面視において、磁性ディスク１２０の外周よりも第２コイル２５０の外縁２５０ａが内側になるように、第２コイル２５０を配設してもよい。

図２に示すように、第２外側ヨーク２４１は内部に空間２４１ａを有している。この空間２４１ａは、第２外側ヨーク２４１の底壁部２４１ｃと側壁部２４１ｂによって囲まれている。図４と図５に示すように、空間２４１ａには、第２内側ヨーク２４２、第２コイル２５０、及び、第２回転ヨーク２３０が収容されるとともに、環状部材３０、第２伝達軸２１０、及び、磁性ディスク１２０の一部が収容される。図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第２外側ヨーク２４１は平面視略四角形である一方、空間２４１ａは平面視円形状である。このため、側壁部２４１ｂは、第２外側ヨーク２４１の角部が厚く、辺部が薄くなっている。すなわち、回転軸１１と直交する面内において、磁性ディスク１２０の径方向の外周と第２外側ヨーク２４１の外側面との距離は一定ではない。

図４と図５に示すように、第２外側ヨーク２４１と第２内側ヨーク２４２とは、第２外側ヨーク２４１の底壁部２４１ｃを上下に貫通する複数のねじ１４で互いに固定されている。これにより、第２内側ヨーク２４２の下部と第２外側ヨーク２４１の底壁部２４１ｃとが接触した状態で固定され、この領域において第２外側ヨーク２４１と第２内側ヨーク２４２が磁気的に接続される。

第１外側ヨーク１４１と第２外側ヨーク２４１は、それぞれの側壁部１４１ｂ、２４１ｂ同士が、回転軸１１の方向に沿って延びる固定ねじ１２によって互いに固定される（図２〜図５参照）。これによって、第１外側ヨーク１４１と第２外側ヨーク２４１は互いに磁気的に接続され、空間１４１ａと空間２４１ａが１つの閉じた空間となる。

図４〜図７に示すように、第１外側ヨーク１４１の側壁部１４１ｂは、第１内側ヨーク１４２、第１回転ヨーク１３０、及び、環状部材３０との間に空間４１を有するように離間している。空間４１は、回転軸１１の方向に延びており、第２領域Ａ２側にも至っており、第２外側ヨーク２４１の側壁部２４１ｂと、第２内側ヨーク２４２、第２回転ヨーク２３０、及び、環状部材３０との間にも続いている。

したがって、上述した、磁気粘性流体２０及び隙間４０による隙間Ｓ１、Ｓ２と第１のギャップＧ１に加えて、（１）第１外側ヨーク１４１と、第１内側ヨーク１４２、第１回転ヨーク１３０、及び、環状部材３０との間、並びに、（２）第２外側ヨーク２４１と、第２内側ヨーク２４２、第２回転ヨーク２３０、及び、環状部材３０との間にも第２のギャップＧ２が形成される。この第２のギャップＧ２は、回転軸１１に沿った方向において、第１コイル１５０の底面から、第２コイル２５０の上面まで延びている。よって、径方向において、磁性ディスク１２０の外周と、第１外側ヨーク１４１の側壁部１４１ｂ及び第２外側ヨーク２４１の側壁部２４１ｂとの間には、磁性ディスク１２０の外周に沿って、隙間４０、環状部材３０、及び、空間４１による磁気ギャップＧ３（図７の破線斜線部、図６の破線枠部）が介在している。この磁気ギャップＧ３は、第１回転ヨーク１３０と第２回転ヨーク２３０の間であって、平面視において、第１コイル１５０の外縁１５０ａ及び第２コイル２５０の外縁２５０ａと重なる位置から、外縁１５０ａ及び外縁２５０ａの外側まで広がっている。

第１のギャップＧ１、第２のギャップＧ２及び磁気ギャップＧ３を設けることによって、第１コイル１５０が発生した磁界の磁束が、第１内側ヨーク１４２の円環部１４２ａから第１外側ヨーク１４１の側壁部１４１ｂへ、回転軸１１に直交する方向に沿って通過することを規制できる。特に、磁気ギャップＧ３により、磁性ディスク１２０から第１外側ヨーク１４１の側壁部１４１ｂへ、回転軸１１に直交する方向に沿って通過することを規制することができる。これらは第２領域Ａ２についても同様であって、第２内側ヨーク２４２の円環部２４２ａから第２外側ヨーク２４１の側壁部２４１ｂへ、また、磁性ディスク１２０から第２外側ヨーク２４１の側壁部２４１ｂへ、回転軸１１に直交する方向に沿って通過することを規制できる。

このように磁束の通過を規制したため、第１コイル１５０に電流を印加することによって形成される磁界は、図５において矢印で示すように、回転軸１１の方向に沿って、第１内側ヨーク１４２から第１回転ヨーク１３０を経て磁性ディスク１２０に至った後に、磁性ディスク１２０を上下に横断し、さらに回転軸１１の方向に沿って、第２回転ヨーク２３０を経て第２内側ヨーク２４２を通って第２外側ヨーク２４１に至る。さらに、第２外側ヨーク２４１の底壁部２４１ｃでは回転軸１１から遠ざかる方向へ進み、第１コイル１５０の外側に対応する領域では、下から上へ、第２外側ヨーク２４１の側壁部２４１ｂを通って進行し、続いて第１外側ヨーク１４１の側壁部１４１ｂを上へ進行する。第１外側ヨーク１４１の上壁部１４１ｃに至った磁束は回転軸１１に近づく方向へ進む。なお、第１コイル１５０に対して逆方向の電流を印加すると、磁束が逆の方向に進行するような磁界が形成される。

このような磁路の磁界において、磁気ギャップＧ３が形成されているために、第１内側ヨーク１４２、第１回転ヨーク１３０、磁性ディスク１２０、第２回転ヨーク２３０、及び、第２内側ヨーク２４２から、第１外側ヨーク１４１又は第２外側ヨーク２４１側へ磁束が通過することは規制されている。また、第１外側ヨーク１４１の側壁部１４１ｂと第２外側ヨーク２４１の側壁部２４１ｂとが互いに磁気的に接続されているため、第１外側ヨーク１４１から第２外側ヨーク２４１への磁路が確保される。さらに、上述のように、側壁部１４１ｂと側壁部２４１ｂの平面視形状は、第１外側ヨーク１４１と第２外側ヨーク２４１のそれぞれにおいて、角部が厚く、辺部が薄くなっているため、特に角部に対応する側壁部において広い磁路が確保でき、この磁路に沿って磁界が確実に生成される。

第２コイル２５０は、第１コイル１５０が発生する磁界と同一の向きに磁界を発生するように電流が印加される。第２コイル２５０への電流の印加は、制御部５０によって、第１コイル１５０への電流の印加とは独立して行われる。第２コイル２５０に電流を印加することによって、第１コイル１５０が発生する磁界に第２コイル２５０が発生する磁界が加わるため、クラッチ１０において発生する磁界を大幅に増加させることができる。
ここで、第１コイル１５０と第２コイル２５０は、直列接続又は並列接続した構成とすることができる。これにより、第１コイル１５０と第２コイル２５０を制御部５０に接続する配線数を減らすことができるため廉価な構成を実現できる。

図６と図７に示すように、磁性ディスク１２０の周囲の隙間４０には磁気粘性流体２０が介在して満たされている。したがって、回転軸１１の方向においては、磁性ディスク１２０と第１回転ヨーク１３０との間、及び、磁性ディスク１２０と第２回転ヨーク２３０との間に磁気粘性流体２０が存在し、径方向においては、磁性ディスク１２０の外周と環状部材３０との間（第１のギャップＧ１）にも磁気粘性流体２０が存在する。磁性ディスク１２０の周囲の隙間４０は、第１回転ヨーク１３０、第１回転ヨーク１３０の内周面に当接するＯリング４２（図６）、環状部材３０、第２回転ヨーク２３０、径方向中央において磁性ディスク１２０と第２回転ヨーク２３０に挟まれるように配置されたシール材４３等で封止されている。このため、磁気粘性流体２０は、クラッチ１０の姿勢に関わらず、隙間４０内に確実に保持される。

ここで、隙間４０の全てが磁気粘性流体２０で埋められていなくてもよい。磁気粘性流体２０は、隙間４０内に注入して充填するほか、磁性ディスク１２０の上下面、第１回転ヨーク１３０の底面、第２回転ヨーク２３０の上面などに塗布することによって隙間４０内に配置しても良い。

磁気粘性流体２０は、磁界が印加されると粘度が変化する物質であり、例えば、非磁性の液体（溶媒）中に磁性材料からなる粒子（磁性粒子）が分散された流体である。磁気粘性流体２０に含まれる磁性粒子としては、例えば、カーボンを含有した鉄系の粒子やフェライト粒子が好ましい。カーボンを含有した鉄系の粒子としては、例えば、カーボン含有量が０．１５％以上であることが好ましい。磁性粒子の直径は、例えば０．５μｍ以上が好ましく、さらには１μｍ以上が好ましい。磁気粘性流体２０は、磁性粒子が重力で沈殿しにくくなるように、溶媒と磁性粒子を選定することが望ましい。さらに、磁気粘性流体２０は、磁性粒子の沈殿を防ぐカップリング材を含むことが望ましい。

第１コイル１５０に対して制御部５０から電流が印加されると、上述したように磁界が発生し、磁性ディスク１２０においては上下方向に沿った方向に磁束が横断し、磁性ディスク１２０の内部では、径方向に沿った磁束は生じないか生じてもその磁束密度はわずかである。ここで、第１コイル１５０に加えて第２コイル２５０にも電流を印加すると、発生する磁界を大幅に増加させることができる。

磁気粘性流体２０においては、第１コイル１５０及び第２コイル２５０による磁界が生じていないときには、磁性粒子は溶媒内で分散されている。したがって、第１伝達軸１１０を回転させると、第１伝達軸１１０と一体となって磁性ディスク１２０は回転するものの、この回転は第１回転ヨーク１３０及び第２回転ヨーク２３０にはほとんど伝達されない。

一方、第１コイル１５０のみ、又は、第１コイル１５０と第２コイル２５０の両方に制御部５０から電流を印加して磁界を発生させると、磁気粘性流体２０には上下方向に沿った磁界が与えられる。この磁界により、磁気粘性流体２０中で分散していた磁性粒子は磁力線に沿って集まり、上下方向に沿って並んだ磁性粒子が磁気的に互いに連結される。この状態において、回転軸１１を中心とする方向に第１伝達軸１１０を回転させる力を与えると、連結された磁性粒子による抵抗力（トルク）がはたらくため、第１回転ヨーク１３０、第２回転ヨーク２３０、及び、環状部材３０に回転力が伝達される。これにより、第１回転ヨーク１３０、第２回転ヨーク２３０、及び、環状部材３０と一体となった第２伝達軸２１０が、第１伝達軸１１０と同じ方向に回転する。

以上のように、制御部５０が、第１コイル１５０と第２コイル２５０に対する電流の印加を制御することにより、第１伝達軸１１０に対する回転抵抗を変化させることができるため、第１伝達軸１１０から第２伝達軸２１０への回転力の伝達を切り替えることができる。磁気粘性流体２０は、発生している磁界の大きさによって、連結の強さが変化し、これにともなって粘度が連続的に変化する。したがって、第１コイル１５０と第２コイル２５０に印加する電流を制御することにより、第１伝達軸１１０に与えられた回転力を第２伝達軸２１０に伝達するか、切断するかだけでなく、その中間領域において伝達の強さを細かく制御することが可能となる。さらに第１コイル１５０と第２コイル２５０に電流を印加できるため、第１コイル１５０と第２コイル２５０の両方に電流を印加することによって、第１コイル１５０だけの場合の２倍の磁界を発生させることができる。この場合も中間領域において回転力の伝達の強さを細かく制御することができる。

磁性ディスク１２０を、回転軸１１から径方向外側に広がった円盤形状としているため、第１伝達軸１１０だけの場合に比べると広い範囲に磁気粘性流体２０を配置できる。さらに、磁気粘性流体２０の抵抗力の大きさは、回転軸１１の方向において第１回転ヨーク１３０と第２回転ヨーク２３０に挟まれた磁気粘性流体２０の配置範囲の広さに関係する。特に、第１伝達軸１１０の回転によって磁性ディスク１２０を回転させたときの磁気粘性流体２０による抵抗力の大きさは、その回転方向に直交する面の磁気粘性流体２０の面積に関係する。よって、磁気粘性流体２０の配置範囲が広くなるほど、抵抗力（トルク）の制御幅を広くすることができる。
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的又は本発明の思想の範囲内において改良又は変更が可能である。

以上のように、本発明に係るクラッチは、磁気粘性流体を用いて伝達軸の回転抵抗を変化させることができるクラッチにおいて、特に、伝達軸に直交する方向における小型化を図ることができる点で有用である。

１０ クラッチ
１１ 回転軸
１２ 固定ねじ
２０ 磁気粘性流体
３０ 環状部材
４０ 隙間
４１ 空間
４２ Ｏリング
４３ シール材
５０ 制御部
１１０ 第１伝達軸
１１１ 連結シャフト
１２０ 磁性ディスク
１３０ 第１回転ヨーク（第１ヨーク）
１４０ 第１固定ヨーク
１４１ 第１外側ヨーク
１４１ａ 空間
１４１ｂ 側壁部
１４１ｃ 上壁部
１４２ 第１内側ヨーク
１４２ａ 円環部
１４２ｂ 円筒部
１４２ｃ 段差部
１４２ｄ 内周面
１５０ 第１コイル
１５０ａ 外縁
１６１、１６２ ラジアル軸受
２１０ 第２伝達軸
２１１ 連結シャフト
２３０ 第２回転ヨーク（第２ヨーク）
２４０ 第２固定ヨーク
２４１ 第２外側ヨーク
２４１ａ 空間
２４１ｂ 側壁部
２４１ｃ 底壁部
２４２ 第２内側ヨーク
２４２ａ 円環部
２４２ｂ 円筒部
２４２ｃ 段差部
２４２ｄ 内周面
２５０ 第２コイル
２５０ａ 外縁
２６１、２６２ ラジアル軸受
Ａ１ 第１領域
Ａ２ 第２領域
Ｇ１ 第１のギャップ
Ｇ２ 第２のギャップ
Ｇ３ 磁気ギャップ
Ｓ１、Ｓ２ 隙間

Claims (5)

1. 回転軸を中心に回転動作可能な第１伝達軸及び第２伝達軸と、
   前記第１伝達軸と一体に設けられた円盤状の磁性ディスクと、
   前記第２伝達軸と一体に設けられ、前記磁性ディスクを挟む一方の第１領域に位置する第１ヨーク、及び、他方の第２領域に位置する第２ヨークと、
   前記第１領域において、前記回転軸が延びる方向に沿った方向に見た平面視で前記磁性ディスクと重なるように配置された第１コイルと、
   前記第１ヨーク及び前記第２ヨークとともに、前記第１コイルが発生する磁界の磁路を構成する固定ヨークと、
   前記磁性ディスクと前記第１ヨーク及び前記第２ヨークとの間に充填された磁気粘性流体とを備え、
   前記平面視において、前記磁性ディスクの外周に沿って、前記第１ヨークと前記第２ヨークとの間に磁気ギャップが設けられ、
   前記磁気ギャップは、前記平面視において、前記第１コイルの外縁よりも外側、又は、前記第１コイルの外縁と重なる位置に形成され、
   前記固定ヨークが、前記第１ヨーク、前記第２ヨーク及び前記磁性ディスクと軸方向平面視で重なる位置、並びに前記磁気ギャップの径方向外側の位置に設けられ、
   前記第１コイルに電流を印加したときに、前記第１コイルが発生する磁界により、前記磁気ギャップの径方向内側位置で前記第１ヨーク、前記第２ヨーク及び前記磁性ディスクを軸方向に通過する磁路、前記固定ヨークにおける軸方向平面視で前記磁性ディスクに重なる部分で径方向に沿って進む磁路、および前記固定ヨークにおける前記磁気ギャップの径方向外側に位置する部分で軸方向に沿って進む磁路が構成されることを特徴とするクラッチ。
2. 前記平面視において、前記第１ヨーク及び前記第２ヨークの外縁に沿って封止部材が配置され、
   前記封止部材が非磁性体からなる請求項１に記載のクラッチ。
3. 前記第２領域において、前記平面視で前記磁性ディスクと重なるように配置された第２コイルをさらに備え、
   前記第２コイルに電流を印加したときに発生する磁界により、前記第１コイルに電流を印加したときに発生する磁界が構成する磁路と同一の向きの磁路が構成される請求項１又は請求項２に記載のクラッチ。
4. 前記回転軸と直交する面内において、前記磁性ディスクの外周と、前記固定ヨークの外側面との距離が一定ではない請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のクラッチ。
5. 前記平面視において、前記固定ヨークはほぼ四角形である請求項４に記載のクラッチ。
   

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