JPWO2018011965A1 - トルク伝達装置、制動装置および動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

低差動域で伝達トルクが十分小さく高差動域で伝達トルクが大きいトルク伝達装置を、取扱いが難しいダイラタンシー性流体を用いることなく、通常の粘性流体を用いて実現する。
アウタープレートはドーナツ円盤状に形成され、かつケース体の内周面に取り付けられ、一方、インナープレートは略円弧状に形成され、かつシャフトの回転中心から所定の距離離れた位置を中心に揺動可能に支持されている。ケース体とシャフトとの相対回転数が小さいときは、インナープレートは、引張コイルバネにより、アウタープレートとインナープレートとの咬合面積が小さい第１の位置に保持され、ケース体とシャフトとの相対回転数が所定の値を超えると、粘性流体の剪断力により、インナープレートがアウタープレート側に回動し、インナープレートとアウタープレートとの咬合面積が大きい第２の位置に保持される。

Description

本発明は、粘性流体の剪断力を利用して、２軸の相対回転の速度（以降、「相対回転数」という）に応じたトルクを、相対回転数を減少させる向きに発生させるトルク伝達装置、ならびに、当該トルク伝達装置を備えた制動装置および動力伝達装置に関する。

従来より、粘性流体の剪断力を利用して、２軸間に生じる相対回転数に応じたトルクを発生させるトルク伝達装置が知られている。また、このような流体式トルク伝達装置を備えた動力伝達装置や制動装置が知られている。

流体式トルク伝達装置を備えた動力伝達装置の例としては、スタンバイ式四輪駆動自動車において、主駆動輪（前輪）と副駆動輪（後輪）とに駆動力を配分するためのビスカスカップリングが挙げられる（特許文献１参照）。

上述のビスカスカップリングに求められる性能として、定常走行時には、タイトコーナーブレーキングを回避するために、相対回転数が小さい状態（以降、「低差動域」という）では、副駆動輪への伝達トルクは小さいことが好ましい。一方、悪路走行時に主駆動輪にスリップが生じた場合には、大きな駆動力を副駆動輪に伝達する必要があるため、相対回転数が大きい状態（以降、「高差動域」という）では、副駆動輪への伝達トルクは大きい必要がある。

しかし、従来のビスカスカップリングでは、低差動域で十分に小さな伝達トルクとしつつ、高差動域で大きな伝達トルクを得ることが難しいため、種々の工夫がなされている。

特許文献１では、ビスカスカップリングおよびダイラタンシー性流体カップリングの両方の構成を含んだ動力伝達装置が開示されている。ダイラタンシー性流体は、ずり速度がある値を超えると急激に剪断抵抗が大きくなる特性があり、ビスカスカップリングと並列に組み合わせれば、低差動域では十分小さな伝達トルクでありながら、高差動域では大きな伝達トルクが実現できる。

更に、流体式トルク伝達装置を備えた制動装置が特許文献２に開示されている。同文献に開示された制動装置は歩行補助車等に用いるものであり、低速時には極力軽く、スピードが上がった場合には、危険防止のために確実に制動がかかることが望ましい。このため、上述の動力伝達装置と同様に、低差動域では小さな伝達トルクでありながら、高差動域では大きな伝達トルクが作用することが求められる。

上述の性能を実現するために、特許文献２では、インナーロータを第１の空間を介してアウターロータで覆い包み、更に当該アウターロータを、第２の空間に封入された液体状の流体を介してドラムにより密封状態で覆い包むことで、回転軸の回転数が上昇した際に、インナーロータの遠心力により出没部材が進出してアウターロータをインナーロータと一体的に回転させ、回転するアウターロータの回転力を、静止状態のドラムに対し液体状の流体を介して伝達している。

更に、特許文献２では、ダイラタンシー性流体を第２の空間に封入し、インナーロータの遠心力により出没部材が進出してアウターロータをインナーロータと一体回転させる際に、ドラムとアウターロータとの間で生じるずり速度の増加に伴ってダイラタンシー性流体の粘性を上昇させることで、アウターロータからドラムへ動力が確実に伝達されるようにしている。

特開平９−５８２８７号公報 特開２０１３−１４８１８３号公報

しかしながら、ダイラタンシー性流体は、流体に粒子を均一に分散する技術、粒子の沈降を防ぐ技術など製造上および管理上の高度な技術が必要であり、トルク伝達装置に使用することが難しい。

また、特許文献２に記載されたようなインナーロータから遠心力により進出した出没部材をアウターロータに係合させて一体的に回転させ、アウターロータとドラムとの間の流体の粘性を利用するものでは、インナーロータの回転速度が速くなければ、遠心力が小さく出没部材が進出できない。よって、比較的低回転速度で制動装置を作動させることが難しい。

更に、アウターロータを車両本体に固定し、インナーロータを車輪に連結する必要があり、逆にアウターロータを車輪に連結した場合には、出没部材に遠心力が作用しないため制動装置として機能しない。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、所望の伝達特性を有するトルク伝達装置を、取扱いが難しいダイラタンシー性流体を用いることなく、通常の粘性流体を用いて実現することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明にかかる第１のトルク伝達装置は、粘性流体の剪断力を利用して、２軸の相対回転数に応じたトルクを、速度差を減少させる向きに発生させるトルク伝達装置であって、
前記粘性流体を収容する作動室を形成するケース体と、
前記ケース体に相対回転可能に挿通されたシャフトと、
前記ケース体に連結された複数の第１プレートと、
前記シャフトに連結され、前記第１プレートと、厚さ方向に間隔を隔てて配置された複数の第２プレートと、を備え、
前記第１プレートまたは第２プレートは、前記シャフトの軸と直交する面内で揺動可能な可動プレートであり、
弾性部材を用いて第１の位置に保持された当該可動プレートを、相対回転によってプレート間に作用する前記粘性流体の剪断力を利用し、前記弾性部材の弾力に抗して第２の位置に移動させることにより、プレート間の咬合面積を切り換えて、前記ケース体と前記シャフトとの間に生じるトルクの値を制御することを特徴とする。

本発明にかかる第１のトルク伝達装置において、前記第２プレートが可動プレートであるとき、
前記第１プレートは前記ケース体の内周面に取り付けられ、かつ前記可動プレートは前記シャフトの回転軸から所定の距離離れた位置を中心に揺動可能に支持され、
前記ケース体と前記シャフトとの相対回転数が小さいときは、前記弾性部材により、前記第１プレートと前記可動プレートとの咬合面積が小さい第１の位置に保持され、
前記ケース体と前記シャフトとの相対回転数が所定の値を超えると、前記粘性流体の剪断力により、前記可動プレートが前記第１プレート側に回動し、前記可動プレートと第１プレートとの咬合面積が大きい第２の位置に保持されることが好ましい。

また一対の前記可動プレートが、前記シャフトの回転軸に対し回転対称に配置されること、もしくは一対の前記可動プレートが、前記シャフトの回転軸を含む面に対し面対称に配置されることが好ましい。

また前記弾性部材として引張コイルバネまたはねじりバネを用いることが好ましい。

また前記第１プレートが可動プレートであるとき、
前記可動プレートは前記ケース体の内周面から所定の距離離れた位置を中心に揺動可能に支持され、かつ前記第２プレートは前記シャフトの外周面に取り付けられ、
前記ケース体と前記シャフトの相対回転数が小さいときは、前記弾性部材により、前記可動プレートと前記第２プレートとの咬合面積が小さい第１の位置に保持され、
前記ケース体と前記シャフトの相対回転数が所定の値を超えると、前記粘性流体の剪断力により、前記可動プレートが前記第２プレート側に回動し、前記可動プレートと前記第２プレートとの咬合面積が大きい第２の位置に保持されることが好ましい。

本発明にかかる第２のトルク伝達装置は、粘性流体の剪断力を利用して、２軸の相対回転数に応じたトルクを、速度差を減少させる向きに発生させるトルク伝達装置であって、
前記粘性流体を収容する作動室を形成するケース体と、
前記ケース体に相対回転可能に挿通されたシャフトと、
所定のピッチで同心円状に配置され、かつ前記ケース体に連結された、直径の異なる複数のリング状の第１プレートと、
前記第１プレートと同様のピッチで同心円状に配置され、前記シャフトの回転に伴って回転すると共に当該シャフトの軸方向に移動可能な、直径の異なる複数のリング状の第２プレートと、を備え、
前記第２プレートは、前記シャフトの軸方向に移動可能な可動プレートであり、
弾性部材を用いて第１の位置に保持された前記可動プレートを、相対回転によって生じる前記粘性流体の剪断力を利用し、前記弾性部材の弾力に抗して第２の位置に移動させることにより、プレート間の咬合面積を切り換えて、前記ケース体と前記シャフトとの間に生じるトルクの値を制御することを特徴とする。

本発明にかかる第２のトルク伝達装置において、前記可動プレートは、前記ケース体と前記シャフトの相対回転数が小さいときは、前記弾性部材により、前記第１プレートと前記可動プレートとの咬合面積が小さい第１の位置に保持され、
前記ケース体と前記シャフトの相対回転数が所定の値を超えると、前記粘性流体の剪断力により、前記可動プレートが前記第１プレート側に移動し、前記可動プレートと前記第１プレートとの咬合面積が大きい第２の位置に保持されることが好ましい。

更に、本発明は、上述したいずれかのトルク伝達装置を備えた制動装置および動力伝達装置を含む。

本発明によれば、低差動域において伝達トルクが十分小さく、かつ高差動域において伝達トルクが大きい特性を有するトルク伝達装置を、取扱いが難しいダイラタンシー性流体を用いることなく、シリコンオイル等の通常の流体を用いて実現できる。

更に、本発明に係るトルク伝達装置は、相対回転数による伝達トルクの変化を増幅する特性を備えており、このような特性を必要とする制動装置または動力伝達装置を、一般的な粘性流体を用いて簡素な構造で実現できる。

本発明の第１の実施形態に係るトルク伝達装置を、シャフトの軸方向から見た正面図である。 図１におけるＡ−Ａ線で切断した断面図である。 図１の第１および第２のプレート体をケースから抜き出した状態の斜視図である。 通常モードにおける第２のプレート体の斜視図である。 高トルクモードにおける第２のプレート体の斜視図である。 通常モードにおけるトルク伝達装置を、シャフトの軸方向から見た正面図である。 高トルクモードにおけるトルク伝達装置を、シャフトの軸方向から見た正面図である。 第１の実施形態に係るトルク伝達装置において、相対回転数を変化させたときにシャフトからケース体に伝達されるトルクの測定値を示したグラフである。 本発明の第２の実施形態に係るトルク伝達装置を、シャフトの軸方向から見た正面図である。 ケース体がシャフトに対して時計方向に相対回転する場合の高トルクモードにおける正面図である。 ケース体がシャフトに対して反時計方向に相対回転する場合の高トルクモードにおける正面図である。 本発明の第３の実施形態に係るトルク伝達装置の通常モードにおける概略正面図である。 同実施形態に係るトルク伝達装置の高トルクモードにおける概略正面図である。 本発明の第４の実施形態に係るトルク伝達装置を、シャフトの軸心に沿って半割りした状態の斜視図である。 同実施形態において、シャフトと第２のプレート体とを分解した状態を示す一部切欠斜視図である。 通常モードにおけるトルク伝達装置の断面図である。 高トルクモードにおけるトルク伝達装置の断面図である。

以下、本発明の実施形態に係るトルク伝達装置について、図面を参照しながら説明する。実施形態について説明する前に、本発明に係るトルク伝達装置の基本的な構成と動作について説明する。

本発明に係るトルク伝達装置は、粘性流体が収容された作動室を形成するケース体に、シャフトと、複数のアウタープレートおよびインナープレートが収容されたものである。説明の便宜上、複数のアウタープレート（第１プレート）の集合体を第１のプレート体と云い、複数のインナープレート（第２プレート）の集合体を第２のプレート体と云う。

所定のピッチで配列された複数のアウタープレートで構成された第１のプレート体は、ケース体に連結されている。一方、アウタープレートと同様のピッチで配列された複数のインナープレートで構成された第２のプレート体は、シャフトに連結されている。

第１のプレート体のアウタープレートと第２のプレート体のインナープレートとを、間隔を隔てて交互に咬合させた状態において、ケース体とシャフトを相対的に回転させると、インナープレートとアウタープレートが面方向に相対移動するため、両プレートは、粘性流体のずり速度に応じた剪断力を受ける。この剪断力によって、ケース体とシャフトとの間にトルクが生じることで、トルク伝達が可能となる。

上述の構成は従来のトルク伝達装置と同じであり、相対回転数が大きくなると、粘性流体のずり速度の上昇により両プレートが受ける剪断力も大きくなる。しかし、このような構成では、粘性流体の粘度特性を超えて、伝達トルクを大きく変化させることはできない。

そこで本発明では、インナープレートまたはアウタープレートのいずれかを可動式とすることにより、両プレートが粘性流体から剪断力を受ける面積を変えることで、粘性流体の粘度特性を超えて、伝達トルクを大きく変化させている。

すなわち、可動式としたインナープレートまたはアウタープレートが面方向に変位することで、可動プレートと、ケース体またはシャフトに固定されたままのプレートとの重なり面積（隙間を挟んで向かい合う面の面積（以降、「咬合面積」という）を変化させることで、プレートが受ける剪断力の変化を大きくしている。

可動プレートは、弾性部材により咬合面積が小さい第１の位置に付勢されているため、弾性部材による付勢力に抗して可動プレートを咬合面積が大きい第２の位置に変位させる力が生じなければ、伝達トルクを小さいまま維持できる。

本発明では、更に、相対回転によって生じる剪断力が可動プレートを第２の位置に付勢する方向に作用する。可動プレートが第１の位置にある状態であっても、相対回転数が増加することにより、粘性流体の粘度特性に応じて剪断力が増加する。

剪断力によって可動プレートに作用する第２の位置方向の付勢力が、弾性部材による第１の位置方向の付勢力を上回る速度を超えたときに、可動プレートの第２の位置方向への変位が開始される。変位が始まると、咬合面積の増加によって剪断力がさらに大きくなるので、可動プレートは、弾性部材の付勢力に抗して第２の位置に到達する。

第２の位置では、咬合面積が大きいので、第１の位置において単に流体のずり速度が増加することによる効果を超えて大きな伝達トルクを実現できる。一方、相対回転数が減少すると、剪断力も小さくなるので、弾性部材の付勢力により、可動プレートは第１の位置へ復帰する。

このように、本発明に係るトルク伝達装置は、相対回転数による伝達トルクの変化を増幅する特性を備えており、このような特性を必要とする制動装置または動力伝達装置を、一般的な粘性流体を用いて簡素な構造で実現できる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るトルク伝達装置を、シャフト３の軸方向（以降、「軸方向」という）から見た正面図、図２は、図１におけるＡ−Ａ線で切断した断面図である。図１では、内部構造を明らかにするために、図２に示すキャップ２２、Ｏ−リング２３、ブッシュ７２およびオイルシール８２を取り外した状態を示している。

本実施形態に係るトルク伝達装置１は、ケース体２、シャフト３、第１のプレート体４、第２のプレート体５および引張コイルバネ６で構成され、更に、軸受であるブッシュ７１、７２および封止部材であるオイルシール８１、８２を備えている。また本実施形態では、第２のプレート体５を構成するインナープレートを可動プレートとしている。

有底円筒状のケース体２は、円筒状で底面を有するケース２１と、ケース２１の開口面をふさぐ円盤状のキャップ２２とで構成され、内部空間である作動室２０を有する。作動室２０内には、ケース体２に連結された第１のプレート体４と、シャフト３と一体的に回転する第２のプレート体５が収容され、作動室２０内の空隙には粘性流体が封入されている。

シャフト３は、ケース２１の底面の中心部およびキャップ２２の中心部に設けられた孔に、ブッシ７１、７２を介してケース体２に相対回転可能に挿通され支持されている。

トルクの伝達は、作動室２０内に封入された粘性流体を介して相対回転するシャフト３とケース体２の間に生じる。すなわち、ケース体２に連結された第１のプレート体４のアウタープレート４１と、シャフト３に連結された第２のプレート体５のインナープレート５１とが隙間を持って咬合し、当該隙間には粘性流体が充填されている。

相対回転によって両プレート間には逆方向の剪断力が生じ、流体の粘性と相対回転数に応じたトルクがシャフト３とケース体２の２軸の間に生じることで、トルクを伝達することができる。

本実施形態に係るトルク伝達装置１は、相対回転数が所定の値を超えたときに、インナープレート５１が変位して、アウタープレート４１との咬合面積が増加する。以下の説明において、咬合面積が増加した状態を高トルクモードと呼ぶ。

一方、相対回転数が減少し、伝達トルクが減少すると、弾性部材である引張コイルバネ６の付勢力によって、インナープレート５１が逆方向に変位して、咬合面積が減少し初期の状態に戻る。以下の説明において、咬合面積が小さい初期の状態を通常モードと呼ぶ。

本実施形態に係るトルク伝達装置１は、相対回転数によって通常モードと高トルクモードの双方向の移行が可能であるため、単に流体のずり速度が増減することによる剪断力の増減を超えて剪断力が増減し、相対回転数による伝達トルクの増減のレンジを拡大することができる。

本実施形態に係るトルク伝達装置１は、遠心力を利用するものではないため、駆動側がシャフト３であってもケース体２であってもかまわない。本実施形態に係るトルク伝達装置１を車輪の制動装置として利用する場合には、ケース体２を車体に固定して、シャフト３に車輪を固定することもできるが、逆にシャフト３を車体に固定して、ケース体２をそのまま車輪のホイールとすることもできる。

次に、各部材の構成と機能を説明する。最初に、第１のプレート体４について説明する。ケース２１の円筒壁の内面側には、シャフト３の軸心上の点を中心とする同心円状の外形と孔とを有するドーナツ円盤状のアウタープレート４１が、軸方向に所定のピッチで複数枚設置されている。本実施形態においては、第１プレート体４を４枚のアウタープレート４１で構成しているが、必要なトルク特性に合わせて、後述する第２のプレート体５を構成するインナープレートの枚数とともに適宜増減できる。

図３は、第１のプレート体４および第２のプレート体５をケース２１から抜き出した状態の斜視図である。第１のプレート体４を構成するアウタープレート４１の外縁部には、全周にわたり外縁から半径方向に突出したプレート固定突起４２を備えている。一方、ケース２１の円筒壁内面には、突出した凸部２４と、窪んだ凹部２５が交互に配置されている。

凸部２４の径はアウタープレート４１の外縁の径と略一致し、凹部２５の径はプレート固定突起４２の外縁の径と略一致している。また、凹部２５の円周方向の長さは、プレート固定突起４２の円周方向の長さに略一致する。したがって、プレート固定突起４２を有する第１のプレート体４を、凸部２４と凹部２５とを有するケース２１に相対回転ができない状態で嵌挿することができる。

これにより、第１のプレート体４はケース２１と一体的に連結され、ケース２１とシャフト３との間に相対回転が生じた場合にも、第２のプレート体５との連れ回りは生じず、粘性流体から受ける剪断力によるトルクをケース体２に伝達できる。

さらに、プレート固定突起４２は、図２に示すように、厚さ方向にアウタープレート４１の厚さより大きい寸法を有している。４枚のアウタープレート４１は、プレート固定突起４２同志で当接し、ケース２１の底面とキャップ２２に設けられた位置決め用の突起２６とで挟持される。したがって、プレート固定突起４２の厚さを調整することにより、アウタープレート４１を所定の間隔で位置決めできる。

なお、４枚のアウタープレート４１のピッチは、アウタープレート４１の厚さと、これと咬合するインナープレート５１の厚さと、両プレート間に剪断抵抗を生じさせる粘性流体が充填される２つの隙間の厚さとを足し合わせた値となる。

次に、前述の図１〜図３、更には新たな図４および図５を参照して、シャフト３、および相対回転時にシャフト３と一体的に動作する第２のプレート体５について説明する。図４は、通常モードにおける第２のプレート体５の斜視図である。また、図５は、高トルクモードにおける第２のプレート体５の斜視図である。図中、見易さを考慮し、上側の第２のプレート体５を仮想線で表している。

図４および図５に示すように、シャフト３がハブ３１の中心部に設けられたシャフト挿通孔に挿通されている。また、ハブ３１の円筒側面の軸方向中央部からシャフト３の軸心を通り、ハブ３１の反対側の円筒側面まで貫通するハブ固定ピン３２を圧入することにより、ハブ３１がシャフト３に固定されている。これにより、トルクが生じた場合でも、ハブ３１はシャフト３と一体となって回転し、または停止状態を維持することができる。

本実施形態では、ハブ３１の円筒側面の２か所（シャフト３の軸回りに１８０度回転した位置）に揺動軸３４を支持するための一対のアーム３３が設けられている。アーム３３には、シャフト３の軸心から所定の距離を隔てた位置に、この軸心と平行に搖動軸支持孔が形成され、その孔に搖動軸３４が挿入固定されている。

第２のプレート体５を構成するインナープレート５１は、軸方向から見て略半円弧状の形状を有し、一方の端部に揺動軸３４が挿通する孔が開けられている。この孔とハブ３１の搖動軸支持孔を揺動軸３４が連通することにより、第２のプレート体５がハブ３１に対して、シャフト３と直交する面内で搖動可能に支持されている。

第２のプレート体５を構成するインナープレート５１は、図２に示すように、軸方向に所定のピッチで複数枚設置されている。本実施形態では、５枚のインナープレート５１が、連結部材５２によって内側で一体的に連結されたものが、シャフト３の軸心に対して回転対称に２セット配置されている。

連結部材５２は、本実施形態において、第２のプレート体５の第２の位置側の可動範囲を制限するストッパとしても機能する。すなわち、高トルクモードで第１のプレート体４と第２のプレート体５との咬合面積が増加すると、２枚の隣り合うアウタープレート４１の隙間にインナープレート５１の先端が入り込む形となるが、アウタープレート４１の先端と連結部材５２とが当接すると、第２のプレート体５は、この位置を超えて変位することができなくなる。したがって、高トルクモードでは、アウタープレート４１の先端と連結部材５２とが摺動しながら相対回転する。

なお、粘性流体の潤滑作用により摺動摩擦は大きくはならないが、既存の摩耗対策を施しても良い。また、第２のプレート体５とハブ３１との間に搖動角を規制するストッパを別途設けても良く、この場合、第１のプレート体４と第２のプレート体５との摺動を避けて摩耗を防止することができる。

インナープレート５１は、略半円弧状の内側曲面の半径が、ハブ３１の円筒側面の半径とほぼ一致し、図４に示すように、通常モードでは、搖動軸３４によりハブ３１に支持された端部から他方の搖動軸に向けてハブ３１の円筒側面を、反時計方向に包み込むように配置されている。

第２のプレート体５の先端近くにはフック５３が設けられており、他方の揺動軸３４との間に弾性部材である引張コイルバネ６を装着して、シャフト３の軸心方向に付勢されている。したがって、通常モードでは、インナープレート５１の内側曲面とハブ３１の円筒側面とが当接した状態が維持される。

なお、本実施形態では、弾性部材として引張コイルバネを用いているが、これに限らず第２のプレート体５をシャフト３の軸心方向に付勢するものであれば良い。例えば、ねじりバネを用いて、揺動軸３４を中心に第２のプレート体と５ハブ３１との間に付勢力を生じさせることもできる。

インナープレート５１の外側曲面は、図１に示すように、通常モードでは、先端部を除き軸方向から見てシャフト３の軸心に中心を有する円上にある。すなわち、インナープレート５１の外側曲面は、先端部を除き、内側曲面と同心円弧形状であるため、内側曲面が同一径であるハブ３１の円筒側面に当接する通常モードでは、外側曲面の円弧の中心はシャフト３の軸心上に位置することとなる。よって、通常モードでは、先端部を除き、インナープレート５１の外側曲面は、軸方向から見て、シャフト３の軸心を中心とする真円状となっている。

またインナープレート５１の外側曲面は、アウタープレート４１の内側曲面の半径より小さくなっているため、先端部を除き、インナープレート５１とアウタープレート４１とが咬合しないので、流体の剪断力は小さい。したがって、通常モードでの伝達トルクを小さくできる。

インナープレート５１の先端部は、他の部分に比べて半径方向に突出した形状となっており、通常モードにおいても、アウタープレート４１と咬合した状態となっている。よって、インナープレート５１は、アウタープレート４１と咬合した先端部に差動による流体の剪断力を受けて、搖動軸３４回りのモーメントを生じさせ、インナープレート５１を半径方向外側（咬合面積が増加する方向）に付勢する。

このように、通常モードにおいて、アウタープレート４１とインナープレート５１とを先端部のみで咬合させる構成により、剪断力の作用線と搖動軸３４との距離を長くでき、第２のプレート体５を、搖動軸３４回りに咬合面積が増加する方向へ変位させるモーメントを発生させやすい。また、先端部分以外では、両プレートは咬合しないために剪断力が生じにくく、伝達トルクを極力小さく抑えることができる。

したがって、このような構成のトルク伝達装置を備えた制動装置を歩行補助車や車いす等に用いれば、通常走行時の負荷が小さく、過剰な速度となったときには確実に制動を掛けることができる。

また、通常モードにおいて、第２のプレート体（インナープレート５１）の先端部以外の部位でアウタープレート４１と咬合させても良く、この場合、通常モードにおいてもある程度の伝達トルクを必要とする動力伝達装置に用いることができる。

本実施形態では、揺動軸を中心として可動プレートを揺動させることで、通常モードと高トルクモードとの移行を可能としたため、モード移行時に可動プレートに生じる摺動抵抗の発生部位は、揺動軸付近に限ることができる。一方、剪断力が可動プレートを第２の位置へ回動させるモーメントを生じさせる構成としたため、剪断力によるモーメントに対して、摺動抵抗のモーメントを小さくでき、安定したモード移行を実現できる。

また、本実施形態では、インナープレート５１を可動プレートとしたことで、高トルクモードにおける両プレートの咬合位置をシャフト回転軸から遠い位置とすることができる。シャフトから遠い位置では、両プレートの相対速度が速いため、剪断力は大きい。また、トルクは力と距離との積であるため、剪断力の発生位置の回転軸からの距離が長いほど伝達トルクは大きくなる。したがって、本実施形態に係るトルク伝達装置は、コンパクトなサイズで高トルクモードでの伝達トルクを大きくできる。

なお、本実施形態では、第２のプレート体５を軸心回りに１８０度回転対称に２セット配置した。しかし、相対回転によって第２のプレート体５に生じる剪断力が、引張コイルバネ６の付勢力に抗して、第２のプレート体５を咬合面積が増加する方向に変位させ得る形状であれば、例えば、１２０度回転対称に３セット配置しても良い。また４セット以上の第２のプレート体５を配置する構成としても良く、逆に、本実施形態から１セットを取り外して、第２のプレート体５を１セットのみとしても本発明の効果を奏することができる。

本実施形態に係るトルク伝達装置１は、作動室２０に粘性流体を充填して使用される。よって、流体の漏れ出しを防ぐために、図２に示すように、ケース２１とキャップ２２との接合面にはＯ−リング２３を挿入し、キャップ２２とシャフト３の間、およびケース２１とシャフト３の間には、それぞれオイルシール８１と８２を挿入している。なお、ケース２１とキャップ２２との接合には、ボルト等の周知の締結手段を用いることができる。

次に、本実施形態における通常モード、高トルクモードおよび両モード間の移行のメカニズムについて説明する。

図６および図７は、それぞれ通常モードおよび高トルクモードにおけるトルク伝達装置１を軸方向から見た図である。図１と同様に、キャップ２２、Ｏ−リング２３、ブッシュ７２およびオイルシール８２を取り外した状態を示している。

また図８は、図１および図２に示した本実施形態に係るトルク伝達装置１を用い、相対回転数を変化させたときにシャフト３からケース体２に伝達されるトルクの測定値を示したグラフである。

測定には、内径７１．２ｍｍ、軸方向の寸法２０ｍｍの作動室に信越化学工業製のシリコンオイル（品番KF96-10000CS）を充填したトルク伝達装置１を用いた。そしてシャフト３を固定した状態でケース体２に接続されたモータを回転させ、シャフト３に取り付けられたトルクセンサーでトルクを測定した。

測定に際しては、停止状態から毎秒２．５ｒｐｍの加速度で１０５ｒｐｍまで加速した後、毎秒−２．５ｒｐｍの加速度で停止状態まで減速させた。図８において、太い線は加速時における相対回転数−伝達トルク特性を示し、細線は減速時における相対回転数−伝達トルク特性を示す。

図６に示すように、相対回転数が小さい通常モードでは、アウタープレート４１とインナープレート５１との咬合面積Ｓ１（斜線で表示）が狭小であるため、流体からインナープレート５１が受ける剪断力（破線の矢印で表示）は小さい。このため、剪断力によって揺動軸３４回りにインナープレート５１に作用する時計方向のモーメント（黒の矢印で表示）は小さなものとなる。

一方、インナープレート５１は、引張コイルバネ６によってシャフト３の軸心方向に付勢されている。この引張コイルバネ６の付勢力によって、インナープレート５１には、揺動軸３４回りに反時計方向のモーメントが作用する。

相対回転数が小さい通常モードでは、剪断力による時計方向のモーメントが引張コイルバネ６による反時計方向のモーメントよりも小さいため、インナープレート４１の内側曲面はハブ３１の円筒側面に当接したまま相対回転する。したがって、相対回転数が小さい通常モードでは、咬合面積が小さい状態が継続し、伝達トルクを小さくできる。図８に示すように、このときの伝達トルクは０．１Ｎｍ程度である。

通常モードにおいて、相対回転数が増加するに従い、プレート間の流体のずり速度が大きくなるため、流体の粘性特性に応じインナープレート５１に作用する剪断力が大きくなる。そうすると、剪断力による時計方向のモーメントが増大し、やがて引張コイルバネ６による反時計方向のモーメントを上回る。この結果、インナープレート５１の外側への変位が生じ、図７に示す高トルクモードへ移行する。

図７に示すように、高トルクモードでは、咬合面積Ｓ２（斜線で表示）が広いため、アウタープレート４１およびインナープレート５１に大きな剪断力が作用する。したがって、ケース体２とシャフト３間に生じる伝達トルクは、単に流体のずり速度が増加したことによる伝達トルクの増分を超えた大きな値となる。

図８のグラフに示すように、相対回転数が約３５ｒｐｍを超えた時点から、インナープレート５１の外側への変位に応じて伝達トルクが約０．２Ｎｍから約１．５Ｎｍへと急激に変化し、その後、高トルクモードでの動作に移行し、相対回転数が増加するに従って伝達トルクが増加する。最終的には、伝達トルクは約２．７Ｎｍに到達した。

次に、高トルクモードから通常モードへの移行について説明する。高トルクモードにおいて、相対回転数が減少すると、流体のずり速度が減少することにより、伝達トルクの減少とともに、インナープレート５１を時計方向に付勢する剪断力が減少する。そして、引張コイルバネ６による反時計方向のモーメントが、剪断力による時計方向のモーメントを上回ったときに、インナープレート５１はシャフト３の軸心方向への変位を開始する。

相対回転数が小さい状態が継続すると、インナープレート５１は、引張コイルバネ６の付勢力によって、図６に示す状態、すなわち内側曲面がハブ３１の円筒側面に当接した状態に復帰する。このように、相対回転数が小さくなると伝達トルクが小さい通常モードに復帰する。

図８に示すように、減速の開始時には、インナープレート５１が第２の位置にあるため剪断力が大きく、加速時に伝達トルクが急激に変化した相対回転数より低速でも、インナープレート５１は第２の位置に保持される。しかし、さらに減速すると剪断力が減少して弾性部材による付勢力が優勢になるため、相対回転数が０になるまでには第１の位置に復帰して、通常モードに移行する。

また減速時には、伝達トルクは緩やかに低下する。歩行補助車等の制動装置では、十分に減速するまでは制動が解除されないことが好ましい。したがって、本実施形態に係るトルク伝達装置１は、このような歩行補助車等の制動装置として用いるのに好適である。

図１に示すように、本実施形態では、第２のプレート体５を、シャフト３の軸に対して１８０度回転対称となる位置に２セット設けており、いずれのプレート体５も、ケース体２がシャフト３に対して時計方向の差動（正転）の場合に高トルクモードへの移行が可能である。

時計方向とは逆方向の差動が生じた場合には、剪断力が正転とは逆に作用するため、剪断力によってインナープレート５１に生じる付勢力は、引張コイルバネ６による付勢力と同一方向となる。よって、逆転の場合、相対回転数が増加しても、通常モードのまま低伝達トルクを維持することができる。

したがって、本実施形態に係るトルク伝達装置１を、例えば、スタンバイ式四輪駆動自動車において、主駆動輪（前輪）と副駆動輪（後輪）とに駆動力を配分するためのビスカスカップリングとして用いれば、後輪側プロペラシャフトが高回転となった場合にも、ワンウェイクラッチを併用することなく、動力伝達装置の損傷を防止することができる。

すなわち、従来のビスカスカップリングを用いた動力伝達装置では、レッカー移動の際に前輪をレッカー車に固定することができない。具体的には、従来のビスカスカップリングでは、正転、逆転ともに、相対回転数に応じたトルクを伝達するため、前輪を固定したレッカー移動では、差動が大きい状態が長時間続き、動力伝達装置が破損する恐れがある。

これに対して、本実施形態に係るトルク伝達装置１を用いた動力伝達装置では、前輪がスリップして高回転になった場合（正転）には、高トルクモードに移行して高トルクを伝達することができる。一方、後輪が高回転となった場合（逆転）には、低伝達トルクのままであるため、動力伝達装置にかかる負荷は小さく、損傷の恐れを小さくできる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係るトルク伝達装置１ａについて、図９から１１を参照して説明する。なお、図中、第１の実施形態との同一機能を有する部材には、同一の符号またはそれにアルファベットを追加した符号を付している。以後も同様とする。

本実施形態に係るトルク伝達装置１ａは、第１の実施形態と同様に、第２のプレート体を構成するインナープレートに可動式プレートを採用しているが、その配置は第１の実施形態と異なっている。

図９は、通常モードにおけるトルク伝達装置１ａを軸方向から見た正面図である。また、図１０は、ケース体２がシャフト３に対して、時計方向（正転）に相対回転する場合の高トルクモードにおける正面図、図１１は、反時計方向（逆転）に相対回転する場合の高トルクモードにおける正面図である。なお、図１と同様にキャップ２２、Ｏ−リング２３、ブッシュ７２およびオイルシール８２を取り外した状態を図示している。

前述の第１の実施形態では、２セットの第２のプレート体５が、シャフト３の軸に対して回転対称となるように配置されている。よって、第１の実施形態では、正転の場合にのみ、高トルクモードに移行できる構成となっている。

これに対して、本実施形態では、２セットのインナープレート５１を、シャフト３の軸を含む平面（図９では水平面）に対して面対称となる位置に配置することで、正逆双方向の相対回転に対して、高トルクモードへの移行が可能な構成となっている。

すなわち、第１の実施形態で２か所に設けた搖動軸支持用のアーム３３を、本実施形態では１か所とし、このアーム３３に、正転で作動する第２のプレート体５Ｘの搖動軸３４Ｘと、逆転で作動する第２のプレート体５Ｙの搖動軸３４Ｙを前記水平面に対して面対称に設けている。

第２のプレート体５Ｘは、図９に示す通常モードでは、搖動軸３４Ｘによりハブ３１に支持された端部からハブ３１の円筒側面の上側を反時計方向に包み込むように配置されている。一方、第２のプレート体５Ｙは、同じく通常モードでは、搖動軸３４Ｙによりハブ３１に支持された端部からハブ３１の円筒側面の下側を時計方向に包み込むように配置されており、前記水平面に対して面対称となっている。

また、双方のインナープレート５１Ｘ、５１Ｙの面対称となる位置にフック５３Ｘおよび５３Ｙを設け、両フック５３Ｘ、５３Ｙ間に引張コイルバネ６ａを装着して、双方の第２のプレート体５Ｘ、５Ｙともにシャフト３の軸心に向かう方向に付勢されている。

次に、本実施形態における通常モード、および正転、逆転の２種類の高トルクモード、ならびに両モード間の移行のメカニズムについて説明する。

ケース体２がシャフト３に対して時計方向に相対回転する正転の場合、第２のプレート体５Ｘには、剪断力により時計方向の搖動軸３４Ｘ回りのモーメントが生じる。しかし、相対回転数が小さい低差動域においては、この時計方向のモーメントは小さく、引張コイルバネ６ａの付勢力による反時計方向のモーメントに抗して、インナープレート５１Ｘを変位させることができない。

また、正転の場合、第２のプレート体５Ｙに作用する搖動軸３４Ｙ回りのモーメントは、引張コイルバネ６ａの付勢力によるモーメントと剪断力によるモーメントがいずれも時計方向で、インナープレート５１Ｙがハブ円筒側面に押し付けられる方向に作用するため、正転の場合には、インナープレート体５１Ｙは通常モードの位置から変位は生じない。

したがって、低差動域においては、インナープレート５１Ｘ、５１Ｙの双方が通常モードの位置を維持するため、伝達トルクは小さいものとなる。

次に、正転方向の相対回転数が増加すると、インナープレート５１Ｘに作用する剪断力が大きくなるため、次第に剪断力による時計方向のモーメントが大きくなり、引張コイルバネ６ａの付勢力による反時計方向のモーメントを上回ったときにインナープレート５１Ｘの外側への変位が生じ、図１０に示す高トルクモードへ移行する。図中、白抜きの矢印はケース体２の回転方向を示す。

図１０に示すように、インナープレート５１Ｙには変位は生じない。上述のとおり、正転の場合、インナープレート５１Ｙに作用する２つのモーメントは、いずれもハブ３１の円筒側面へ押し付けられる方向となるためである。

正転の高トルクモードでは、咬合面積Ｓ３（斜線で示す）が広いため、アウタープレート４１およびインナープレート５１Ｘとの間に大きな剪断力が作用する。したがって、シャフト３とケース体２間に生じる伝達トルクは、単に流体のずり速度が増加したことによる伝達トルクの増分を超えた大きな値となる。

次に、高トルクモードから通常モードへの移行について説明する。正転の高トルクモードにおいて、相対回転数が減少すると、流体のずり速度が減少することにより、伝達トルクが減少するとともに、インナープレート５１Ｘを時計方向に付勢する剪断力が減少する。そして、引張コイルバネ６ａによる反時計方向のモーメントが、剪断力による時計方向のモーメントを上回ったときに、インナープレート５１Ｘはシャフト３の軸心方向への変位を開始する。

相対回転数が小さい状態が継続すると、インナープレート５１Ｘは、引張コイルバネ６ａの付勢力によって、内側曲面がハブ３１の円筒側面に当接した状態に復帰する。このように、相対回転数が小さくなると伝達トルクが小さい通常モードに復帰する。

一方、ケース体２が、シャフト３に対して反時計方向に相対回転する逆転の場合には、正転方向とは逆に、インナープレート５１Ｙのみが変位して、通常モード（図９）と、逆転の高トルクモード（図１１）との間を移行し、インナープレート５１Ｘは、ハブ３１円筒側面に当接したまま変位しない。

このように、本実施形態では、２セットの第２のプレート体５Ｘ・５Ｙをシャフト３の軸を含む平面に対して面対称に配置したので、正転の場合には、第２のプレート体５Ｘが変位して正転の高トルクモードとなり、逆転の場合には、第２のプレート体５Ｙが変位して逆転の高トルクモードとなる。結果として、正転および逆転の両方向の相対回転で、高差動域で単に流体のずり速度が増加したことによる伝達トルクの増分を超えた大きな伝達トルクを実現できる。

なお、本実施形態では、２つの第２のプレート体５Ｘと５Ｙを１８０度ピッチで配置したが、これに限らず、例えば、４つの第２のプレート体５を９０度ピッチで配置しても良い。この場合、正転用と逆転用の第２のプレート体５Ｘ、５Ｙを交互に配置しても良く、正転用と逆転用を２つずつ連続して配置しても良い。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係るトルク伝達装置ついて、図１２および図１３を用いて説明する。

図１２は、本実施形態に係るトルク伝達装置１ｂの通常モードにおける概略断面図である。同じく図１３は、トルク伝達装置１ｂの高トルクモードにおける概略断面図である。図１と同様に、内部構造を明らかにするために、キャップ２２やＯ−リング２３を外した状態を示している。なお、両図において白抜き矢印の方向にシャフト３が相対回転するものとして説明する。

前述した第１および第２の実施形態は、いずれもシャフト３に連結された第２のプレート体５のインナープレート５１が揺動し、第１のプレート体４を構成するアウタープレート４１がケース体２に固定された構成とした。

これに対して本実施形態では、第１および第２の実施形態とは逆に、第２のプレート体５を構成するインナープレート５１ｂはシャフト３に固定され、ケース体２に連結された第１のプレート体４ｂを構成するアウタープレート４１ｂが揺動する構成を採用している。

本実施形態においても、第１および第２の実施形態と同様に、アウタープレート４１ｂとインナープレート５１ｂとの間に生じる粘性流体の剪断力により、シャフト３とケース体２との間に伝達トルクを生じさせることができる。

図１２および１３に示すように、差動室２０ｂ内において、第２のプレート体５ｂを構成する円盤状のインナープレート５１ｂが、シャフト３の軸に対して垂直にシャフト３に固定されている。よって、第２のプレート体５ｂはシャフト３と一体的に回転または静止状態を維持できる。

一方、揺動軸２７は、シャフト３の軸と平行に、作動室２０ｂ内の第２のプレート体５ｂの外縁より半径方向外側の位置に設けられている。第１のプレート体４ｂを構成するアウタープレート４１ｂは、略円弧状の形状を有し、その端部に揺動軸２７が挿通される搖動軸挿通孔が設けられている。揺動軸２７は、ケース２１の底面とキャップ２２とで両端を支持されており、その間で搖動軸挿通孔に連通することにより、アウタープレート４１ｂが搖動可能に支持されている。

アウタープレート４１ｂは、略円弧状の外側曲面の曲率半径が、ケース２１の円筒壁内面の曲率半径とほぼ等しく、図１２に示す通常モードでは、両曲面が当接するように、弾性部材である捻じりバネ６ｂにより付勢されている。捻じりバネ６ｂは中心部に設けられたコイル部に揺動軸２７が挿通されている。そして一方の腕がスプリングフック６１でアウタープレート４１ｂに固定され、他方の腕がスプリングフック６２でキャップ２２（図２参照）に固定されている。

捻じりバネ６ｂは、図１２に示す設置状態において、両腕が開放された状態より小さい角度に保持されている。よって、アウタープレート４１ｂは通常モードにおいて、捻じりバネ６ｂによって第１の位置方向に付勢されている。

通常モードにおいて、アウタープレート４１ｂは、揺動軸２７と反対側の端部（先端部）で、インナープレート５１ｂと咬合し、搖動軸２７に近いその他の部分では、略円弧状の内側曲面はインナープレート５１ｂの外縁より半径方向外側に位置するようになっている。

よって、通常モードから高トルクモードへの移行の際に、咬合部Ｓ７（図１２に斜線で表示）でアウタープレート４１ｂに生じる剪断力が、咬合面積が大きい第２の位置へ変位させるための搖動軸２７回りのモーメントを効果的に生じさせつつ、通常モードでの剪断力を小さくして伝達トルクを小さくできる。なぜなら、アウタープレート４１ｂとインナープレート５１ｂとが咬合している位置では、インナープレート５１ｂには、シャフト３の軸を中心とする円の接線方向に剪断力が作用し、アウタープレート４１ｂの搖動軸２７に近い部分が咬合状態にあると、その部分では、剪断力によるモーメントが第１の位置方向へ付勢する向きとなるが、当該部位を咬合させないことで、第１の位置方向へ付勢する剪断力の発生を抑制できるためである。

次に、通常モードと高トルクモードとの間の移行について説明する。図１２に示す通常モードにおいて、相対回転数が増加すると、アウタープレート４１ｂに作用する流体の粘性による剪断力が大きくなり、アウタープレート４１ｂを第２の位置方向へ変位させる搖動軸２７回りのモーメントを増大させる。このモーメントが捻じりバネ６ｂの付勢力によるモーメントを上回ったときに、アウタープレート４１ｂの第２の位置方向への変位が開始される。

アウタープレート４１ｂの変位に伴い、インナープレート５１ｂとアウタープレート４１ｂとの咬合面積Ｓ８の増加によって剪断力が大きくなり、アウタープレート４１ｂを第２の位置方向へ付勢するモーメントも大きくなる。したがって、アウタープレート４１ｂの変位開始後、変位はストッパ（図示しない）で制限された位置まで急激に進み、図１３に示す高トルクモードへ移行して、伝達トルクは急激に増加する。

高トルクモードにおいて、相対回転数が低下すると、剪断力による第２の位置方向へ付勢するモーメントが小さくなる結果、第１の位置方向へ付勢する捻じりバネ６ｂの付勢力によるモーメントが優勢となり、通常モードへ復帰する。

本実施形態において、アウタープレート４１ｂをこのような形状とすることにより、通常モードでは、伝達トルクを極力小さくすることができ、歩行補助車や車いす等の制動装置として用いた場合には、通常走行時には、少ない力で走行でき、速度過剰時には確実に制動を懸けることができる。

しかし、動力伝達装置として用いる場合で、通常モードにおいても、ある程度の伝達トルクが必要な場合は、このような構成をとらないこともできる。すなわち、アウタープレート４１ｂの搖動軸２７側と先端部の双方で咬合している場合、搖動軸２７側で生じる剪断力と先端側で生じる剪断力が同程度であったとしても、剪断力の作用線と搖動軸２７との距離は、先端側の方が長いため、搖動軸２７回りのモーメントは、第２の位置方向へ変位させる方向が優勢となる。よって、アウタープレート４１ｂの搖動軸２７側でインナープレート５１ｂと咬合させても、第２の位置へ変位を開始する相対回転数は大きくなるが、相対回転数の増加によって第２の位置への変位は可能である。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態にかかるトルク伝達装置ついて、図１４〜図１７を用いて説明する。

前述した第１〜第３の実施形態では、第１および第２のプレート体として、複数のアウタープレートまたはインナープレートが所定のピッチで配列されたプレート体を用いた。これに対して、本実施形態では、第１および第２のプレート体として、直径の異なる複数のリング状プレートが所定のピッチで同心円状に配置されたプレート体を用いる。

また第１〜第３の実施形態では、アウタープレートまたはインナープレートを回動させることによりプレート間の咬合面積を切り換えて、ケース体とシャフト間に生じるトルクを制御した。これに対し、本実施形態では、第１のプレート体に対し、第２のプレート体をシャフトの軸方向に移動させることにより、プレート間の咬合面積を切り換えるようにしている。また本実施形態では、そのための手段として、シャフトの回転運動を第２のプレート体の直進運動に変換する運動変換手段を備えている。

図１４は、本実施形態に係るトルク伝達装置１ｃを、シャフト３の軸心に沿って半割りにした状態の斜視図である。また図１５は、側面に雄ネジを備えたシャフト３ｃと、この雄ネジと螺嵌可能な雌ネジを備えた第２のプレート体５ｃとを分解した状態の一部切欠斜視図である。更に図１６および図１７は、それぞれ通常モードおよび高トルクモードのシャフト３ｃの軸心を含むトルク伝達装置１ｃの断面図である。

図１４に示すように、本実施形態に係るトルク伝達装置１ｃのケース体２ｃは、他の実施形態と同様に、略円筒状で底面を有するケース２１ｃと、ケース２１ｃの開口面をふさぐ円盤状のキャップ２２ｃとからなり、内部に作動室２０ｃを有している。

ケース体２ｃは、作動室２０ｃ内に、ケース体２ｃと一体に成形された第１のプレート体４ｃと、シャフト３ｃと一体的に相対回転する第２のプレート体５ｃを内包するとともに、作動室２０ｃ内の空隙にはシリコンオイル等の粘性流体が封入されている。なお、ケース２１ｃとキャップ２２ｃの接合面のシーリングと締結手段については説明を省略する。

シャフト３ｃは、円形のケース２１ｃの底面の中心部およびキャップ２２ｃの中心部に設けられたベアリングハウジングに、ボールベアリング７３および７４を介してケース体２ｃと相対回転可能に支持されている。トルクの伝達は、他の実施形態と同様に、封入された粘性流体を介して相対回転するシャフト３ｃとケース体２ｃの間に生じる。

図１４に示すように、キャップ２２ｃ側のシャフト３ｃの端部はキャップ２２ｃを貫通しない構成としたため、オイルシール８１はケース２１ｃ側だけに設ければ良い。

次に、本実施形態における部材の構成と機能について説明する。シャフト３ｃの軸心を中心として、複数のリング状プレート（第１プレート）４４が同心円状に所定のピッチで配置された第１のプレート体４ｃがキャップ２２ｃの内面に設けられている。本実施形態では、第１のプレート体４ｃはキャップ２２ｃと一体成形されているが、別部品として、リング状プレート４４が同心円状に設けられた円盤を相対回転不能にキャップ２２ｃに締結しても良い。

次に、シャフト３ｃと一体的に相対回転する第２のプレート体５ｃについて説明する。第２のプレート体５ｃには、シャフト３ｃの軸心を中心とする同心円状で、第１のプレート体４ｃのリング状プレート４４と咬合可能な厚さと間隔を有する複数のリング状プレート（第２プレート）５５が、ナット部５３の円筒側面から放射状に突出したプレート連結リブ５６で連結されている（図１５参照）。

シャフト３ｃと第２のプレート体５ｃのナット部５４には、シャフト３ｃと第２のプレート体との相対回転運動を第２のプレート体５ｃの軸方向の直進運動に変換する運動変換手段が組み込まれている。この運動変換手段は、シャフト３ｃの外周面に形成された雄ネジ３６と、第２のプレート体５ｃのナット部５４の内周面に形成された雌ネジ５８とで構成されている。

具体的には、シャフト３ｃの外周面に形成された雄ネジ３６と、ナット部５４の内周面に形成された雌ネジ５８は螺嵌し、作動室２０ｃに封入された粘性流体が潤滑剤として作用するため、シャフト３ｃと第２のプレート体５ｃとの間に、軸方向の力を加えると、第２のプレート体５ｃは相対回転しながら軸方向にスライドして直進運動を行う。また、逆に、シャフト３ｃと第２のプレート体５ｃとの間に軸回りのトルクを負荷すると、第２のプレート体５ｃは軸方向にスライドしながら相対回転する。

第２のプレート体５ｃは、通常モードにおいては、図１６に示すように、弾性部材である圧縮コイルスプリング６ｃ（以降、単に「コイルスプリング６ｃ」という）によってケース２１ｃの底面側へ付勢され、第２のプレート体５ｃの可動範囲を制限するためにシャフト３ｃに一体的に設けられたストッパ３５に当接した状態に保持されている。

コイルスプリング６ｃとシャフト３ｃの間には、フランジを有する円筒状のナット側スプリングガイド９１と軸側スプリングガイド９２が嵌挿されている。

ナット側スプリングガイド９１は、内径がシャフト３ｃと摺動可能なクリアランスを持っており、外径がコイルスプリング６ｃの姿勢を保持しつつコイルスプリング６ｃの伸縮に影響を与えないクリアランスを持っている。また、フランジ面は第２のプレート体５ｃのナット部５４のうち回転軸に直交する面と当接するようになっており、コイルスプリング６ｃの力をナット部５４に伝える構成となっている。

軸側スプリングガイド９２は、ナット側スプリングガイド９１と同一形状であるが、軸方向の姿勢が反対方向であり、フランジ面はシャフト３ｃに固定されたセットカラー９３によってコイルスプリング６ｃを圧縮する方向に付勢されている。したがって、通常モードにおいては、コイルスプリング６ｃによって第２のプレート体５ｃを構成するリング状プレート５５がケース２１ｃの底面側（図１６において左側）に付勢されているため、第１のプレート体４ｃを構成するリング状プレート４４との重なり面積が小さい状態が維持される。

一方、ケース体２ｃが、図１５に示す黒い矢印の方向に相対回転した場合には、第２のプレート体５ｃに作用する剪断力によって、ケース体２ｃの相対回転と同じ方向のトルクが第２のプレート体５ｃにも生じ、シャフト３ｃと第２のプレート体５ｃの運動変換手段によって、図１５に白抜きの矢印で示すように、第２のプレート体５ｃにキャップ２２ｃの方向へ向かう軸方向の力が生じる。

相対回転数が小さい低差動域においては、この軸方向の力がコイルスプリング６ｃによる付勢力より小さいため、図１６に示す通常モードを維持する。

相対回転数が増加するに従い、前記軸方向の力が大きくなり、コイルスプリング６ｃによる付勢力を上回った場合、図１７に示す高トルクモードに移行する。このとき、前述した軸側スプリングガイド９２とナット側スプリングガイド９１とが円筒端面同志で当接し、第２のプレート体５ｃの第２の位置側の可動範囲を制限するストッパの機能を果たす。

高トルクモードでは、図１７に示すように、第１のプレート体４ｃのリング状プレート４４と第２のプレート体５ｃのリング状プレート５５との咬合面積が大きく、両プレートが流体から受ける剪断力が大きくなるため、シャフト３ｃとケース体２ｃとの間の伝達トルクは、通常モードで回転速度が増加する以上に増大する。

また、第２のプレート体５ｃおよび第１のプレート体４ｃのそれぞれのリング状プレートの断面形状を根元が太く先端が細いテーパ形状とすると、プレートの重なり面積の増加に加えて、プレート間の流体の厚さが小さくなることによる粘性流体の速度勾配の増加が、より顕著な剪断力の増加要因となる。この場合、通常モードから高トルクモードへの移行に必要な第２のプレート体５ｃのストロークを短くできるため、移行の応答性を向上させるのに役立つ。

高トルクモードにおいて、相対回転数が減少して剪断力が小さくなり、コイルスプリング６ｃの付勢力が、剪断力に起因して第２のプレート体５ｃに作用していた軸方向の力を上回ると、第２のプレート体５ｃがケース２１ｃの底面方向に移動して通常モードに復帰する。

なお、通常モードと高トルクモードの移行の際には、図１５に示すように、隣接するプレート連結リブ５６の間の流通孔５７を通って流体が軸と平行な方向に移動できるため、第２のプレート体５ｃの軸方向の動作がスムーズに行える。

本実施形態は、第１の実施形態と同様、高トルクモードへ移行する相対回転方向は一方向のみで、反対回転の場合は高差動域でも高トルクモードへの移行は生じない。

なお、上述した各実施形態において、作動室内に封入する粘性流体は、粘性を有する液体であれば良く、潤滑性を有する油剤、特に鉱物油が好ましい。シャフトや第１、第２のプレート体の軸受け部や摺動面、その他の作動室内で潤滑を要する部位に、特に潤滑剤を供給しなくても、粘性流体が潤滑剤として機能するからである。

さらに、温度によらず粘度が安定しているシリコンオイルを用いると、環境温度に変化がある場合や、流体の摩擦によって温度上昇が生じた場合でも、安定したトルクの伝達が可能である点で好ましい。作動室内は、粘性流体で満たすことが好ましいが、トルクの伝達や可動プレートの作動が可能であれば、充填率が１００％でなくても良い。

粘性流体の粘度は、伝達するトルクの特性と高トルクモードへ移行する相対回転数（以降、「移行速度」という）に影響する。粘度が低いと伝達トルクは小さく、移行速度は速くなり、粘度が高いと逆の傾向となる。

しかし、伝達トルクと移行速度へ影響を与える因子は、粘度以外にも、第１および第２のプレート体の形状、間隔および咬合面積、ならびに弾性部材の物性等の設計要素が挙げられる。目的とするトルク特性や移行速度を実現するためには、これら設計要素に合わせて粘性流体の粘度を選択すればよい。

例えば、トルク伝達装置を歩行補助車や車いすの速度制限用の制動装置に利用する場合には、通常モードでは、軽い力で走行できるように極力伝達トルクが小さいことが好ましい。粘度の低い流体を用いた場合、剪断力が小さく伝達トルクを小さくできるが、移行速度が上昇する。そこで、移行速度が高すぎる場合には、弾性部材のバネ定数やセット長を変更して付勢力を小さくすることで移行速度を低くすることができる。

また、粘性流体の粘度は、通常モードと高トルクモードの双方で、伝達トルクに与える影響は同じ傾向となる。ここで、通常モードにおいて低伝達トルクとしつつ、高トルクモードで高い伝達トルクが必要な場合には、例えば、低粘度の粘性流体を用いつつ、高トルクモードでの咬合面積が大きくなるように、両プレートの形状や寸法を決定すれば良い。

また、第１のプレート体および/または第２のプレート体の各プレートを、先端部が薄く、根本側が太いテーパ状とすると、咬合面積とともに両プレート間に充填される粘性流体の厚さ（プレート間隔）も変わるため、通常モードと高トルクモードでのトルク差を大きくすることができる。

逆に、高トルクモードでの伝達トルクを小さく抑えたい場合には、プレートの形状や寸法の他に、可動プレートの第２の位置の可動範囲を制限するストッパで、咬合面積が大きくならないように制限しても良い。

また、本発明に係るトルク伝達装置を動力伝達装置として利用する場合であって、通常モードにおいても、ある程度の伝達トルクが必要な場合には、第１の位置における咬合面積を大きめに設定すれば良い。

また、両モードにおける伝達トルクを同じ方向に増減させるには、第１および第２のプレート体を構成するプレートの枚数を増減すれば良く、もしくは第１のプレート体と第２のプレート体の間の粘性流体が充填される隙間の寸法を変更しても良い。

以上、詳述したとおり、本発明に係るトルク伝達装置は、ケース体とシャフトとの相対回転により生じる粘性流体の剪断力を利用して咬合面積を変化させることにより、相対回転数による伝達トルクの変化を増幅する。よって、遠心力を利用して同様の効果を得ようとする、例えば、特許文献２に示す制動装置等とは異なる利点がある。すなわち、入力軸と出力軸との相対回転数に依存して、通常モードと高トルクモードとの間でのモード移行が可能であり、絶対回転速度への依存性は小さい。

したがって、駆動側がシャフトであってもケース体であっても同様の相対回転数でのモード移行が可能である。例えば、本発明に係るトルク伝達装置を備えた車両用の制動装置では、シャフトを固定側、ケース体を車輪側としても、逆に用いた場合でも、同様の回転速度で制動力が作用する。

また、本発明に係るトルク伝達装置をスタンバイ４ＷＤ自動車のビスカスカップリングとして使用した場合、遠心力を利用するものではないため、絶対的な回転速度、すなわち車速によらず前輪のスリップにより発生する相対回転数に基づいてモード移行が可能となる。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ トルク伝達装置
２、２ｃ ケース体
３、３ｃ シャフト
４、４ｂ、４ｃ 第１のプレート体
５、５ｂ、５ｃ、５Ｘ、５Ｙ 第２のプレート体
６、６ａ 引張コイルバネ
６ｂ 捻じりバネ
６ｃ コイルスプリング
２０、２０ｂ、２０ｃ 作動室
２１、２１ｂ、２１ｃ ケース
２２、２２ｃ キャップ
２３ Ｏ−リング
２４ 凸部
２５ 凹部
２６ 位置決め突起
３１ ハブ
３２ ハブ固定ピン
３３ アーム
３４、３４Ｘ、３４Ｙ、２７ 揺動軸
３６ 雄ネジ
４１、４１ａ、４１ｂ アウタープレート
４２ プレート固定突起
４４、５５ リング状プレート
５１、５１ｂ、５１Ｘ、５１Ｙ インナープレート
５２ 連結部材
５３、５３Ｘ、５３Ｙ スプリングフック
５４ ナット部
５６ プレート連結リブ
５８ 雌ネジ
７１、７２ ブッシュ
７３，７４ ベアリング
８１、８２、オイルシール
９１、９２ スプリングガイド

Claims (11)

1. 粘性流体の剪断力を利用して、２軸の相対回転数に応じたトルクを、速度差を減少させる向きに発生させるトルク伝達装置であって、
   前記粘性流体を収容する作動室を形成するケース体と、
   前記ケース体に相対回転可能に挿通されたシャフトと、
   前記ケース体に連結された複数の第１プレートと、
   前記シャフトに連結され、前記第１プレートと、厚さ方向に間隔を隔てて配置された複数の第２プレートと、を備え、
   前記第１プレートまたは第２プレートは、前記シャフトの軸と直交する面内で揺動可能な可動プレートであり、
   弾性部材を用いて第１の位置に保持された当該可動プレートを、相対回転によってプレート間に生じる剪断力を利用し、前記弾性部材の弾力に抗して第２の位置に移動させることにより、プレート間の咬合面積を切り換えて、前記ケース体と前記シャフトとの間に生じるトルクの値を制御することを特徴とするトルク伝達装置。
2. 前記第２プレートが可動プレートであるとき、
   前記第１プレートは前記ケース体の内周面に取り付けられ、かつ前記可動プレートは前記シャフトの回転軸から所定の距離離れた位置を中心に揺動可能に支持され、
   前記ケース体と前記シャフトとの相対回転数が小さいときは、前記弾性部材により、前記第１プレートと前記可動プレートとの咬合面積が小さい第１の位置に保持され、
   前記ケース体と前記シャフトとの相対回転数が所定の値を超えると、前記粘性流体の剪断力により、前記可動プレートが前記第１プレート側に回動し、前記可動プレートと第１プレートとの咬合面積が大きい第２の位置に保持される、請求項１に記載のトルク伝達装置。
3. 一対の前記可動プレートが、前記シャフトの回転軸に対し回転対称に配置された、請求項１または２に記載のトルク伝達装置。
4. 一対の前記可動プレートが、前記シャフトの回転軸を含む面に対し面対称に配置された、請求項１または２に記載のトルク伝達装置。
5. 前記弾性部材として引張コイルバネを用いる、請求項２乃至４のいずれかに記載のトルク伝達装置。
6. 前記第１プレートが可動プレートであるとき、
   前記可動プレートは前記ケース体の内周面から所定の距離離れた位置を中心に揺動可能に支持され、かつ前記第２プレートは前記シャフトの外周面に取り付けられ、
   前記ケース体と前記シャフトの相対回転数が小さいときは、前記弾性部材により、前記可動プレートと前記第２プレートとの咬合面積が小さい第１の位置に保持され、
   前記ケース体と前記シャフトの相対回転数が所定の値を超えると、前記粘性流体の剪断力により、前記可動プレートが前記第２プレート側に回動し、前記可動プレートと前記第２プレートとの咬合面積が大きい第２の位置に保持される、請求項１に記載のトルク伝達装置。
7. 前記弾性部材としてねじりバネを用いる、請求項６に記載のトルク伝達装置。
8. 粘性流体の剪断力を利用して、２軸の相対回転数に応じたトルクを、速度差を減少させる向きに発生させるトルク伝達装置であって、
   前記粘性流体を収容する作動室を形成するケース体と、
   前記ケース体に相対回転可能に挿通されたシャフトと、
   所定のピッチで同心円状に配置され、かつ前記ケース体に連結された、直径の異なる複数のリング状の第１プレートと、
   前記第１プレートと同様のピッチで同心円状に配置され、前記シャフトの回転に伴って回転すると共に当該シャフトの軸方向に移動する、直径の異なる複数のリング状の第２プレートと、を備え、
   前記第２プレートは、前記シャフトの軸方向に移動可能な可動プレートであり、
   弾性部材を用いて第１の位置に保持された前記可動プレートを、相対回転によって生じる剪断力を利用し、前記弾性部材の弾力に抗して第２の位置に移動させることにより、プレート間の咬合面積を切り換えて、前記ケース体と前記シャフトとの間に生じるトルクの値を制御することを特徴とするトルク伝達装置。
9. 前記可動プレートは、前記ケース体と前記シャフトの相対回転数が小さいときは、前記弾性部材により、前記第１プレートと前記可動プレートとの咬合面積が小さい第１の位置に保持され、
   前記ケース体と前記シャフトの相対回転数が所定の値を超えると、前記粘性流体の剪断力により、前記可動プレートが前記第１プレート側に移動し、前記可動プレートと前記第１プレートとの咬合面積が大きい第２の位置に保持される、請求項８に記載のトルク伝達装置。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載のトルク伝達装置を備えた制動装置。
11. 請求項１乃至９のいずれかに記載のトルク伝達装置を備えた動力伝達装置。

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