(57)【要約】      （修正有）【課題】伝達トルク容量を増大しかつ引き摺り損失を低減することができ、なおかつトルク伝達部が高温になった場合のフェールセーフ機能を確立することが可能な係合装置を提供する。【解決手段】同軸上で相対回転可能な駆動輪２および受動輪３と、それらが互いに対向する対向面２ａ，３ａ間に形成された隙間５と、隙間５に介在させられるとともに基液９ａ中に磁性体９ｂを分散させ磁界の作用により粘性が変化する磁性流体９と、隙間５に磁界を発生させる励磁手段１０とを備え、隙間５の磁界を制御して駆・受動輪２，３間の伝達トルク容量を制御する係合装置において、対向面２ａ，３ａに、温度が予め設定した切り替え液温ｔＣ未満の場合に基液９ａをはじく撥液性を呈し、かつ基液９ｂの温度が切り換え液温ｔＣ以上の場合には基液９ａをなじませる親液性を呈する撥液層１１を形成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一軸線上で互いに相対回転可能に配置された第１回転部材および第２回転部材と、該第１回転部材と該第２回転部材とが互いに対向するそれぞれの対向面の間に形成された隙間と、該隙間内に介在させられるとともに基液中に磁性体を分散させることにより構成されて磁界が作用することにより粘性が増大する磁性流体と、前記隙間に磁界を発生させる励磁手段とを備え、該励磁手段により前記隙間に発生させる磁界を制御することにより前記磁性流体の粘性を変化させて前記第１回転部材と前記第２回転部材との間の伝達トルク容量を制御する係合装置において、
少なくともいずれか一方の前記対向面に、前記基液の温度が予め設定した切り替え液温未満の場合に前記基液をはじく撥液性を呈し、かつ前記基液の温度が前記切り替え液温以上の場合には前記基液をなじませる親液性を呈する撥液層が形成されていることを特徴とする係合装置。
【請求項２】
同一軸線上で互いに相対回転可能に配置された第１回転部材および第２回転部材と、該第１回転部材と該第２回転部材とが互いに対向するそれぞれの対向面の間に形成された隙間と、該隙間内に介在させられるとともに基液中に磁性体を分散させることにより構成されて磁界が作用することにより粘性が増大する磁性流体と、前記隙間に磁界を発生させる励磁手段とを備え、該励磁手段により前記隙間に発生させる磁界を制御することにより前記磁性流体の粘性を変化させて前記第１回転部材と前記第２回転部材との間の伝達トルク容量を制御する係合装置において、
少なくともいずれか一方の前記対向面に、前記基液の温度が予め設定した切り替え液温未満の場合に前記基液をはじく撥液性を呈する撥液層が形成されているとともに、
前記基液は、該基液の温度が前記切り替え液温以上の場合に、前記撥液層になじむ特性を有している
ことを特徴とする係合装置。
【請求項３】
前記撥液層は、前記基液の温度が前記切り替え液温未満の場合に該撥液層の表面張力が前記基液の表面張力の４分の１よりも小さくなり、かつ前記基液の温度が前記切り替え液温以上の場合には該撥液層の表面張力が前記基液の表面張力の４分の１以上となるように前記対向面に施された表面処理層を含むことを特徴とする請求項１に記載の係合装置。
【請求項４】
前記撥液層は、前記基液の温度が前記切り替え液温未満の場合に該撥液層の表面張力が前記基液の表面張力の４分の１よりも小さくなるように前記対向面に施された表面処理層を含み、
前記基液は、該基液の温度が前記切り替え液温以上の場合に該基液の表面張力が前記撥液層の表面張力の４倍以下となる特性を有している
ことを特徴とする請求項２に記載の係合装置。
【請求項５】
前記切り替え液温は、前記係合装置の冷却性能に応じて設定されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の係合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、２つの回転部材の間で、磁界が作用することにより見かけの粘性が増大する磁性流体を介して、選択的に動力伝達を行う係合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、２つの回転部材の間で選択的に動力伝達を行う係合装置として、磁界が作用することにより見かけの粘性が増大する磁性流体（もしくは磁気粘性流体，ＭＲ流体）を利用したクラッチが知られている。例えば、特許文献１には、入力軸の駆動力を流体の粘性摩擦によって出力軸に伝達する可変クラッチが記載されている。この特許文献１に記載された可変クラッチは、流体内に混入された磁性成分と、その流体内における磁性成分の磁気的結合力を変化させて流体の見かけの粘性を変化させる可変手段とを有し、可変手段により粘性流体内に混入された磁性成分の密度を変化させてクラッチの係合度合いを制御するように構成されている。
【０００３】
また、特許文献２には、磁性粒子が封入された連結空隙を介して対向する第１連結主体および第２連結主体と、連結空隙に磁束を発生させてその連結空隙内の磁性粒子同士を固化させることにより第１連結主体と第２連結主体とを連結させる電磁コイルとから構成された磁性粒子式電磁連結装置が記載されている。
【０００４】
なお、特許文献３には、水性相と、その水性相の中に分散された油性相と、その油性相の中に分散された他の（内部の）水性相とからなる、いわゆるＷ／Ｏ／Ｗ型エマルション類であって、温度上昇に伴って親油性が増加するとともに、温度低下に伴って親水性が増加する乳化剤類に関する発明が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２７７８５３号公報
【特許文献２】実公平３−３１８６３号公報
【特許文献３】特表平９−５０６８７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１に記載された可変クラッチは、前述したように、可変手段により粘性流体内に混入された磁性粉あるいは磁性流体などの磁性成分の密度を変化させることにより、クラッチの係合度合いを制御するように構成されている。具体的には、可変手段として入力軸側と出力軸側との２個所に設けられた電磁石に通電する電流をそれぞれ制御してそれら２つの電磁石の励磁状態をそれぞれ変化させて、粘性流体内に混入された磁性成分を粘性流体内で入力軸側もしくは出力軸側に移動させることにより、粘性流体内における磁性成分の密度を変化させるようになっている。したがって、この特許文献１に記載された可変クラッチによれば、電磁石により粘性流体内に混入させた磁性成分の密度を変化させることによって、粘性流体の粘性を変化させて入力軸側の回転要素と出力軸側の回転要素との間の係合度すなわちクラッチの伝達トルク容量を自由に設定することができる、とされている。
【０００７】
しかしながら、この特許文献１に記載された可変クラッチは、磁性粉あるいは磁性流体などの磁性成分を粘性流体内に混入して用いているので、その粘性流体内における磁性成分の密度が、例えば従来の磁性粉を用いたパウダクラッチと比較して、磁気結合している磁性粉間の摩擦力が相対的に低くなる。そのため、クラッチ係合時の伝達トルク容量が、従来のパウダクラッチ等と比較して相対的に小さくなってしまう問題があった。また、入力軸側の回転要素と出力軸側の回転要素との間には粘性流体が常に介在しているので、クラッチ解放時すなわち動力伝達が不要な時であっても、粘性流体の粘性抵抗による引き摺り損失が発生してしまう問題があった。
【０００８】
さらに、例えば装置に何らかのフェールが発生し、入力軸側の回転要素と出力軸側の回転要素とが互いに滑りながら半係合している状態すなわちクラッチのトルク伝達部分がスリップしている状態が長時間継続されると、クラッチのトルク伝達部分の温度が上昇し、そのトルク伝達部分に介在する粘性流体あるいは磁性流体が高温になってその性能が低下してしまう場合がある。その結果、伝達トルク容量の低下やトルク伝達部分における摺動面の摩耗などを誘発し、ひいては耐久性が低下してしまう可能性があった。
【０００９】
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、入力部材と出力部材との間のトルク伝達部における伝達トルク容量を増大しかつ引き摺り損失を低減することができ、なおかつトルク伝達部が過熱した場合であっても耐久性の低下を回避もしくは抑制するためのフェールセーフ機能を備えた係合装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、同一軸線上で互いに相対回転可能に配置された第１回転部材および第２回転部材と、該第１回転部材と該第２回転部材とが互いに対向するそれぞれの対向面の間に形成された隙間と、該隙間内に介在させられるとともに基液中に磁性体を分散させることにより構成されて磁界が作用することにより粘性が増大する磁性流体と、前記隙間に磁界を発生させる励磁手段とを備え、該励磁手段により前記隙間に発生させる磁界を制御することにより前記磁性流体の粘性を変化させて前記第１回転部材と前記第２回転部材との間の伝達トルク容量を制御する係合装置において、少なくともいずれか一方の前記対向面に、前記基液の温度が予め設定した切り替え液温未満の場合に前記基液をはじく撥液性を呈し、かつ前記基液の温度が前記切り替え液温以上の場合には前記基液をなじませる親液性を呈する撥液層が形成されていることを特徴とする係合装置である。
【００１１】
また、請求項２の発明は、同一軸線上で互いに相対回転可能に配置された第１回転部材および第２回転部材と、該第１回転部材と該第２回転部材とが互いに対向するそれぞれの対向面の間に形成された隙間と、該隙間内に介在させられるとともに基液中に磁性体を分散させることにより構成されて磁界が作用することにより粘性が増大する磁性流体と、前記隙間に磁界を発生させる励磁手段とを備え、該励磁手段により前記隙間に発生させる磁界を制御することにより前記磁性流体の粘性を変化させて前記第１回転部材と前記第２回転部材との間の伝達トルク容量を制御する係合装置において、少なくともいずれか一方の前記対向面に、前記基液の温度が予め設定した切り替え液温未満の場合に前記基液をはじく撥液性を呈する撥液層が形成されているとともに、前記基液は、該基液の温度が前記切り替え液温以上の場合に、前記撥液層になじむ特性を有していることを特徴とする係合装置である。
【００１２】
また、請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記撥液層が、前記基液の温度が前記切り替え液温未満の場合に該撥液層の表面張力が前記基液の表面張力の４分の１よりも小さくなり、かつ前記基液の温度が前記切り替え液温以上の場合には該撥液層の表面張力が前記基液の表面張力の４分の１以上となるように前記対向面に施された表面処理層を含むことを特徴とする係合装置である。
【００１３】
また、請求項４の発明は、請求項２の発明において、前記撥液層が、前記基液の温度が前記切り替え液温未満の場合に該撥液層の表面張力が前記基液の表面張力の４分の１よりも小さくなるように前記対向面に施された表面処理層を含み、前記基液は、該基液の温度が前記切り替え液温以上の場合に該基液の表面張力が前記撥液層の表面張力の４倍以下となる特性を有していることを特徴とする係合装置である。
【００１４】
そして、請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの発明において、前記切り替え液温が、前記係合装置の冷却性能に応じて設定されることを特徴とする係合装置である。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、第１回転部材と第２回転部材との間の隙間に磁界を発生させることにより、隙間内に介在している磁性流体の磁性体が磁界に吸引され、それら磁性体同士が互いに締結した状態になって隙間内におけるせん断抵抗となる。すなわち隙間内における磁性流体の粘性が増大する。その結果、第１回転部材と第２回転部材との間の相対回転が規制されて、それら第１回転部材と第２回転部材との間が動力伝達可能な状態になる。すなわち、第１回転部材と第２回転部材との間の伝達トルク容量が増大して、それら第１回転部材と第２回転部材との間が係合状態になる。この場合、第１回転部材と第２回転部材との係合力（もしくは締結力）すなわち係合装置の伝達トルク容量は、隙間内の磁性流体の粘性が高いほど大きくなる。
【００１６】
そして、この請求項１の発明では、隙間を形成している第１，第２回転部材のそれぞれの対向面のうち少なくともいずれか一方に、すなわち磁性流体を介在させる隙間内の表面に、温度が所定の切り替え液温よりも低い状態における磁性流体の基液をはじく性質すなわち基液に対する撥液性を有する撥液層が形成される。その結果、基液の温度が切り替え液温よりも低い状態では、隙間内の表面と基液との間の摩擦抵抗が低下し、隙間内から基液が移動し排出され易くなる。そのため、隙間内に基液が介在しない状態もしくは隙間内の磁性流体における基液の密度が低下した状態、言い換えると、隙間内の磁性流体における磁性体の密度が増大した状態でそれら磁性体同士を互いに締結させてそれら磁性体同士の締結力を増大させることができ、第１回転部材と第２回転部材との間をより強い力で係合すること、すなわち係合装置の伝達トルク容量を増大することができる。
【００１７】
また、磁性流体を介在させる隙間の表面に、上記のように撥液層が形成されて、その撥液層が形成されている部分と磁性流体との間の摩擦抵抗が低下することにより、第１回転部材と第２回転部材との間を解放状態にする場合、すなわち第１回転部材と第２回転部材との間の動力伝達を遮断する場合に、第１回転部材と第２回転部材との間における磁性流体を介した引き摺り損失を低減することができる。
【００１８】
さらに、この請求項１の発明における撥液層は、基液の温度が所定の切り替え液温を超えた場合に、その表面に基液をなじませる性質すなわち基液に対する親液性に切り替わるように構成されている。言い換えると、基液の温度が所定の切り替え液温以上になると、基液に対する濡れ性が向上するようになっている。そのため、例えば係合装置に何らかのフェールが発生し、トルク伝達部分すなわち隙間部分が過熱した場合に、装置に影響が及ぶ温度の下限付近に切り替え液温を設定しておくことにより、撥液性を呈していた撥液層を親液性を呈する状態に切り替えることができる。その結果、過熱状態の隙間の表面等に基液による保護膜を形成することができ、各回転部材の表面および磁性流体の磁性体の摩耗や損傷を防止もしくは抑制することができる。すなわち、トルク伝達部分が過熱した場合のフェールセーフ機能を確立させることができる。
【００１９】
また、請求項２の発明によれば、隙間を形成している第１，第２回転部材のそれぞれの対向面のうち少なくともいずれか一方に、すなわち磁性流体を介在させる隙間内の表面に、温度が所定の切り替え液温よりも低い状態における磁性流体の基液をはじく性質すなわち基液に対する撥液性を有する撥液層が形成される。その結果、基液の温度が切り替え液温よりも低い状態では、隙間内の表面と基液との間の摩擦抵抗が低下し、隙間内から基液が移動し排出され易くなる。そのため、隙間内に基液が介在しない状態もしくは隙間内の磁性流体における基液の密度が低下した状態、言い換えると、隙間内の磁性流体における磁性体の密度が増大した状態でそれら磁性体同士を互いに締結させてそれら磁性体同士の締結力を増大させることができ、第１回転部材と第２回転部材との間をより強い力で係合すること、すなわち係合装置の伝達トルク容量を増大することができる。
【００２０】
また、磁性流体を介在させる隙間の表面に、上記のように撥液層が形成されて、その撥液層が形成されている部分と磁性流体との間の摩擦抵抗が低下することにより、第１回転部材と第２回転部材との間を解放状態にする場合、すなわち第１回転部材と第２回転部材との間の動力伝達を遮断する場合に、第１回転部材と第２回転部材との間における磁性流体を介した引き摺り損失を低減することができる。
【００２１】
さらに、この請求項２の発明における磁性流体の基液は、その基液の温度が所定の切り替え液温を超えた場合に、撥液層の表面にはじかれる性質から撥液層の表面になじむ性質に切り替わるような材質の流体が選択されて用いられている。そのため、例えば係合装置に何らかのフェールが発生し、トルク伝達部分すなわち隙間部分が過熱した場合に、装置に影響が及ぶ温度の下限付近に切り替え液温を設定しておくことにより、撥液層にはじかれる状態から撥液層になじむ状態に切り替えることができる。その結果、過熱状態の隙間の表面等に基液による保護膜を形成することができ、各回転部材の表面および磁性流体の磁性体の摩耗や損傷を防止もしくは抑制することができる。トルク伝達部分が過熱した場合のフェールセーフ機能を確立させることができる。
【００２２】
また、請求項３の発明によれば、撥液層の基液に対する性質を、基液の温度が切り替え温度未満の場合に、撥液層の固体の表面張力が基液の液体の表面張力の４分の１よりも小さいいわゆる撥水性もしくは撥油性とし、基液の温度が切り替え温度以上の場合には、撥液層の固体の表面張力が基液の液体の表面張力の４分の１よりも大きいいわゆる親水性もしくは親油性とすることができる。
【００２３】
また、請求項４の発明によれば、撥液層の基液に対する性質を、基液の温度が切り替え温度未満の場合に、撥液層の固体の表面張力が基液の液体の表面張力の４分の１よりも小さいいわゆる撥水性もしくは撥油性とすることができる。そして、その撥液層に対して、基液の温度が切り替え温度以上の場合には、基液をなじませることができる。言い換えれば、撥液層の基液に対する性質を、撥液層の固体の表面張力が基液の液体の表面張力の４分の１よりも大きいいわゆる親水性もしくは親油性とすることができる。
【００２４】
そして、請求項５の発明によれば、係合装置の発熱部分に対する冷却性能に応じて、切り替え液温を適宜に設定することができる。例えば、係合装置の冷却性能が通常よりも高いものであれば、切り替え液温も通常よりも高く設定することができる。
【００２５】
なお、この発明における撥液性および親液性とは、撥水性、撥油性、および親水性、親油性を総称したものであり、したがって、磁性流体の基液に対する撥液性を呈する撥液層とは、例えば基液が水性材料である場合は、撥水性を呈する表面層のことを示し、あるいは基液が油性材料である場合は、撥油性を呈する表面層のことを示すものである。また、磁性流体の基液に対する親液性を呈する撥液層とは、例えば基液が水性材料である場合は、親水性を呈する表面層のことを示し、あるいは基液が油性材料である場合は、親油性を呈する表面層のことを示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
つぎにこの発明を具体例に基づいて説明する。この発明の係合装置は、動力源が発生する動力、具体的には回転力（トルク）を、第１，第２の２つの回転部材の間で選択的に伝達もしくは遮断するように構成されている。それら第１回転部材と第２回転部材との間における動力伝達のために、磁界が作用することにより粘性が増大する磁性流体が第１回転部材と第２回転部材との間に形成された隙間に介在させられていて、そして、その隙間に磁界を発生させるための励磁手段として電磁コイルや電磁石など磁界や磁力を電気的に制御可能な機構が設けられている。
【００２７】
したがって、励磁手段を電気的に制御することにより、第１回転部材と第２回転部材との間の隙間に介在させられている磁性流体の粘性を変化させて、それら第１回転部材と第２回転部材との間の動力の伝達・遮断状態すなわち伝達トルク容量を制御するように構成されている。例えば、電磁コイルに通電して第１回転部材と第２回転部材との間の隙間に磁界を発生させることにより、隙間内の磁性流体の粘性を増大させ、もしくは実質的に固化させて、第１回転部材と第２回転部材との間で磁性流体を介して動力伝達を行うようになっている。また、電磁コイルに通電させず第１回転部材と第２回転部材との間の隙間に磁界を発生させないことにより、隙間内の磁性流体の粘性を低下させ、すなわち磁性流体の流動性を最大にして、第１回転部材と第２回転部材との間の動力伝達を遮断するようになっている。
【００２８】
図１に、この発明を電磁力を利用してクラッチの開・閉（係合・解放）を行う電磁クラッチに適用した例を示してある。符号１は、この電磁クラッチＣＬの入力軸であり、その一方の端部は、例えばエンジンやモータなどの動力源（図示せず）と動力伝達可能に直接もしくは間接的に連結されていて、そして、この入力軸１の他方の端部は、所定の軸受（図示せず）などにより回転自在に支持された駆動輪２に一体に連結されている。したがって、この駆動輪２は、入力軸１を回転軸として回転する回転部材であり、この発明の第１回転部材に相当している。また、駆動輪２は、後述する受動輪３および磁性流体９等を収容するケーシングを兼ねていて、中空構造の円板状の部材により形成されている。なお、上記の駆動輪２や後述の受動輪３などを含め、この電磁クラッチＣＬ全体を収容するハウジング（図示せず）を備えた構成とすることもできる。
【００２９】
駆動輪２の中空部分に、受動輪３が駆動輪２と互いに相対回転可能に配置されている。そしてこの受動輪３と、入力軸１と同一軸線上で相対回転可能に配置された出力軸４とが一体に連結されている。すなわちこの受動輪３は、出力軸４を回転軸として回転する回転部材であり、この発明の第２回転部材に相当している。したがって、駆動輪２と受動輪３とは、入力軸１および出力軸４と同じ軸線上で互いに相対回転可能に配置されている。
【００３０】
受動輪３は、上記のように駆動輪２の中空部分に駆動輪２と相対回転可能に配置されていて、受動輪３の外周面と駆動輪２の中空部分の内周面との間には所定の間隔が設けられている。特に、それら駆動輪２と受動輪３とが回転半径方向（図１での上下方向）で互いに対向するそれぞれの対向面２ａ，３ａの間、すなわち駆動輪２の中空部分の内周面が回転半径方向で受動輪３の外周面と対向する対向面２ａと、その対向面２ａと回転半径方向で対向する受動輪３の外周面の対向面３ａとの間には、ギャップ（隙間）５が形成されている。言い換えると、駆動輪２と受動輪３とが回転半径方向で互いに対向する部分に、駆動輪２の対向面２ａと受動輪３の対向面３ａとからなるギャップ５が形成されている。
【００３１】
受動輪３は、上記のギャップ５における対向面３ａの対向面２ａと対向する部分の面積を広く確保するため、その対向面３ａが形成される受動輪３の外周部分がフランジ状に形成されている。そして、その外周部分より内周側の部分がウェブ状に形成されている。すなわち、外周部分の厚さ寸法（図１での左右方向の寸法）と比較して内周部分が薄肉に形成されている。したがって、駆動輪２の中空部分内における駆動輪２の中空部分の内周面と受動輪３の外周面との間には、上記のギャップ５と、そのギャップ５よりも相対的に間隔が広く駆動輪２と受動輪３とが軸線方向（図１での左右方向）で互いに対向する部分の空間６とが形成される。
【００３２】
なお、上記の駆動輪２および受動輪３は、後述する電磁コイル１０に通電して駆動輪２およびギャップ５ならびに受動輪３の間に磁界を発生させるために、磁性を帯びることが可能な材料、例えば鉄やニッケルなどを含む金属材料により形成されている。
【００３３】
上記のように一方の端部が受動輪３と一体に連結された出力軸４の他方の端部は、駆動輪２の中空部分の開口部２ｂから外部に延出されていて、所定の軸受（図示せず）などにより回転自在に支持されている。そして、例えば変速機の入力軸（図示せず）や駆動輪もしくは駆動部材に動力を伝達する駆動軸（いずれも図示せず）と動力伝達可能に連結されている。
【００３４】
また、駆動輪２の開口部２ｂの内径は、出力軸４の外径よりも若干大きく設定されていて、それら駆動輪２の開口部２ｂと出力軸４との間には、駆動輪２の中空部分すなわち上記のギャップ５および空間６の液密性を確保し、かつ開口部２ｂと出力軸４との間の摺動を容易にするシール軸受７、もしくはオイルシールやＯリングなどのパッキン７が取り付けられている。したがって、ギャップ５と空間６とにより形成される空間８は、液密性を備えた流体室８となっていて、これが後述する磁性流体を封入して介在させる、この発明における流体室に相当している。
【００３５】
上記のように、駆動輪２の中空部分の駆動輪２と受動輪３との間に形成されるギャップ５を含む流体室８は液密性を備えていて、その流体室８の内部に、この発明における磁性流体に相当する磁性流体９もしくは磁気粘性流体９あるいはＭＲ流体（ＭＲＦ；Maguneto Rheological Fluids）９（以下、仮にこれらを磁性流体９と記す）が封入されている。この磁性流体９は、従来知られているものであり、磁気を印加することによりその流動性が低下するもしくは固化する流体、言い換えると、磁界が作用することによりその粘性が増大するもしくは固化する流体である。
【００３６】
具体的には、磁性流体９は、図２に示すように、媒体となる基液（ベース液）９ａ中に、例えば鉄粉などの磁性体（磁性粒子）９ｂをその表面に界面活性剤９ｃを吸着させて分散させることにより構成されるコロイド溶液であって、界面活性剤９ｃと基液９ａとの親和力、および界面活性剤９ｃ同士の反発力により、基液９ａ中で磁性体９ｂが凝集したり沈降したりすることなく安定した分散状態が保たれている。
【００３７】
基液９ａとしては、例えば、水、鉱物油、イソパラフィン、アルキルナフタレン、パーフルオロポリエーテルなどを用いることができるが、この実施例では、基液９ａとして、潤滑油としての機能も備えた鉱物油を採用した例について説明する。なお、この基液９ａの具体的な性質については後述する。また、磁性体９ｂとしては、例えば、マグネタイト（鉄粉）あるいはマンガン亜鉛フェライトなどの強磁性微粒子などを用いることができる。
【００３８】
上記のようにして流体室８に封入されて介在させられる磁性流体９に対して、ギャップ５において磁界を作用させ、ギャップ５内の磁性流体９の流動性を低下させるもしくは実質的に固化させるための電磁コイル１０が駆動輪２に取り付けられている。すなわち、電磁コイル１０に通電することにより、駆動輪２の対向面２ａを含む内周部分からギャップ５および受動輪３の対向面３ａを含む外周部分を通る磁界が発生するように、駆動輪２に電磁コイル１０が取り付けられている。
【００３９】
電磁コイル１０には、電磁コイル１０に電流を供給する電源（図示せず）と、その電流値を制御する制御装置（図示せず）とが接続されている。例えば、電磁コイル１０と電源および制御装置等との間を通電用のブラシ（図示せず）を用いて電気的に接続することにより、駆動輪２および受動輪３の回転時もしくは停止時のいずれの場合においても、電磁コイル１０に電流を供給し、ギャップ５部に発生させる磁界を制御することができるように構成されている。すなわち、この電磁コイル１０が、上記のギャップ５に磁界を発生させるこの発明における励磁手段に相当している。
【００４０】
したがって、電磁コイル１０を電気的に制御してギャップ５に発生させる磁界を制御することにより、ギャップ５に介在している磁性流体９の粘性（もしくは流動性）を制御することができる。すなわち、電磁コイル１０に所定の電流を通電することにより、その電流値に応じた強さの磁界をギャップ５に発生させ、ギャップ５内の磁性流体９の粘性を増大させる、もしくはギャップ５内の磁性流体９を実質的に固化させることができる。そのため、ギャップ５における駆動輪２と受動輪３との間の磁性流体９による摩擦抵抗を増大させて駆動輪２と受動輪３との間の相対回転を規制し、それら駆動輪２と受動輪３との間を動力伝達可能な状態にすることができる。すなわち、駆動輪２と受動輪３との間の伝達トルク容量を増大させて、電磁クラッチＣＬを係合状態にすることができる。
【００４１】
前述したように、電磁コイル１０に通電してギャップ５に磁界を発生させる電磁クラッチＣＬの係合時に、駆動輪２と受動輪３との間の動力伝達を所定の粘性を有する基液９ａ中に磁性体９ｂを混合した磁性流体９を介して行う場合は、例えば従来のパウダクラッチ（電磁粒子式クラッチ）などと比較して、係合時の伝達トルク容量が相対的に小さくなってしまう。また、非係合時すなわち解放時には、磁性流体９の基液９ａの粘性抵抗による引き摺り損失が生じてしまう。
【００４２】
そこで、この発明における電磁クラッチＣＬでは、係合時の伝達トルク容量を大きくし、かつ解放時の引き摺り損失を低減するために、動力伝達のための磁性流体９が介在させられるギャップ５の各対向面２ａ，３ａおよび磁性流体９が封入される流体室８内の表面、言い換えるとギャップ５を含む流体室８内の磁性流体９との接触面が、磁性流体９の媒体である基液９ａをはじく性質すなわち基液９ａに対する撥液性（撥水性もしくは撥油性）を呈するように構成されている。
【００４３】
具体的には、図３に示すように、駆動輪２の対向面２ａおよび受動輪３の対向面３ａに、磁性流体９の基液９ａをはじく性質の撥液性が付与された撥液層１１が形成されている。この撥液層１１は、各対向面２ａ，３ａに、例えばテトラフルオロエチレン（四フッ化エチレン樹脂）やトリフルオロエチルあるいはパーフルオロラウリン酸等で代表されるフッ素系コーティング、あるいはシリコン系やパラフィン系のコーティングなどを施すことにより形成される。この実施例では、各対向面２ａ，３ａに、トリフルオロエチルあるいはパーフルオロラウリン酸などのフッ素系コーティングを施すことにより、表面処理層として撥液層１１を形成した例について説明する。なお、これらの表面処理を施したの撥液層１１の具体的な性質については後述する。
【００４４】
もしくは、各対向面２ａ，３ａの表面に、微細な凹凸形状が連続するいわゆるフラクタル構造の層を生成することにより、各対向面２ａ，３ａの表面と基液９ａとの接触角を大きくして、基液９ａに対する撥液性を有する撥液層１１を形成することも可能である。例えば、腐食液の成分や液温、あるいは腐食液を噴射するもしくは噴霧する圧力や時間等を制御して、各対向面２ａ，３ａにエッチング処理を施すことなどにより、それら各対向面２ａ，３ａの表面にフラクタル構造の層を生成することができる。
【００４５】
撥液層１１に、上記のような撥液性が付与されることにより、ギャップ５に磁界が発生させられてギャップ５内の磁性流体９の磁性体９ｂがその磁界に引きつけられ、それら磁性体９ｂ同士が互いに締結して集積した場合に、基液９ａと撥液層１１との間の摩擦抵抗が低減され、ギャップ５内からの基液９ａが排出され易くなる。その結果、ギャップ５内から基液９ａが排出された分、ギャップ５内の磁性流体９における磁性体９ｂの密度が他の部分と比較して相対的に高くなり、ギャップ５内での磁性体９ｂによる締結力が一層増大する。そのため、駆動輪２と受動輪３とをより一層強い締結力で係合することができる。すなわち、電磁クラッチＣＬの伝達トルク容量を一層増大させることができる。
【００４６】
さらに、上記のように基液９ａと撥液層１１との間の摩擦抵抗が低減されることにより、ギャップ５内の磁性流体９に磁界が作用させられず駆動輪２と受動輪３との間で動力伝達を行わない場合に、磁性流体９の通常（磁界が作用していない状態）の粘性により不可避的に発生する引き摺り損失が低減する。したがって、ギャップ５内の磁性流体９に磁界が作用させられず駆動輪２と受動輪３との間で動力伝達を行わない場合、すなわち電磁クラッチＣＬの解放時に、磁性流体９の通常の粘性により不可避的に発生する引き摺り損失を低減することができる。
【００４７】
なお、流体室８内でギャップ５を除き磁性流体９と接触する部分の表面、すなわち、流体室８内のギャップ５すなわち各対向面２ａ，３ａ以外の内壁面８ａに対しても、各対向面２ａ，３ａと同様に、撥液層１１を形成しておくこともできる。ここで内壁面８ａは、流体室８内で磁性流体９と接する各対向面２ａ，３ａ以外の部分の表面を意味していて、受動輪３と一体に連結されている出力軸４の少なくとも流体室内に位置する部分の外周面４ａも流体室８内で磁性流体９と接触する部分であり、この出力軸４の外周面４ａにも撥液層１１を形成することができる。
【００４８】
このように、電磁クラッチＣＬの係合時に磁界が作用して動力伝達に関与することがない流体室８内の内壁面８ａにも、撥液層１１を形成しておくことにより、内壁面８ａと磁性流体９との間の摩擦抵抗が低減されて、駆動輪２と受動輪３との間で動力伝達を行わない場合、すなわち電磁クラッチＣＬの解放時に、磁性流体９の通常の粘性により不可避的に発生する引き摺り損失を効果的に低減することができる。
【００４９】
そして、この発明における電磁クラッチＣＬは、例えば、駆動輪２と受動輪３との間が係合途中で固定されてしまうようなフェールが発生し、その結果駆動輪２と受動輪３との間のトルク伝達部分すなわち隙間５の周辺部分が過熱状態になったような場合であっても、隙間５内の表面や磁性流体９の磁性体９ｂの磨耗や損傷、あるいは磁性流体９の劣化を防止もしくは抑制するための、いわゆるフェールセーフ機能が確立されている。
【００５０】
すなわち、前述したように、基液９ａすなわち基油９ａとして鉱物油が採用されていて、各対向面２ａ，３ａには、トリフルオロエチルあるいはパーフルオロラウリン酸等のフッ素系コーティングが施されることによって表面処理層１１として撥液層１１が形成されており、これらの表面処理が施された撥液層１１と基液９ａとの組み合わせにより、切り替え液温ｔＣとして予め設定した所定の温度を閾値にして、撥液層１１の基液９ａに対する性質が、基液９ａをはじく撥液性と基液９ａをなじませる親液性との間で切り替わるように構成されている。
【００５１】
一般に、所定の液体に対する固体表面の撥液性（すなわち固体表面が所定の液体をはじく性質）は、固体表面上に位置する液体の接触角によって示される。すなわち、図４に示すように、固体表面Ｓ上に液体Ｌが位置する状態、具体的には、固体表面Ｓの表面張力γＳと、液体Ｌの表面張力γＬと、それら固体表面Ｓと液体Ｌとが接触している部分の固液の表面張力γSLとが互いにつり合った状態における固体表面Ｓと液体Ｌの表面張力γＬの方向との間の角度である接触角θにより、液体Ｌに対する固体表面Ｓの撥液性の程度が表される。すなわち、接触角θが９０°よりも大きければ、その固体表面Ｓは液体Ｌに対して撥液性があり、接触角θが９０°以下であれば、その固体表面Ｓは液体Ｌに対して親液性があるとされている。
【００５２】
また、これらのことは、上記の固体表面Ｓの表面張力γＳと、液体Ｌの表面張力γＬとを用いて、簡易的に以下の(1)，(2)式によって表すことができる。
撥液性；  γＳ＜γＬ／４          ・・・・・(1)
親液性；  γＳ≧γＬ／４          ・・・・・(2)
すなわち、固体表面Ｓの表面張力γＳと液体Ｌの表面張力γＬとが、上記の(1)式を満たす場合は、その固体表面Ｓは液体Ｌに対して撥液性があり、上記の(2)式を満たす場合は、その固体表面Ｓは液体Ｌに対して親液性があると表すことができる。
【００５３】
図５に、上記のように電磁クラッチＣＬのトルク伝達部分が過熱した場合のフェールセーフのために設定される撥液層１１と基液９ａとの組み合わせの例、すなわち、切り替え液温（油温）ｔＣを４０℃に設定した場合の撥液層１１を形成するための表面処理（撥油処理）と磁性流体９の基液（基油）９ａとの組み合わせ例（上段）、および切り替え液温（油温）ｔＣを８０℃に設定した場合の撥液層１１を形成するための表面処理（撥油処理）と磁性流体９の基液（基油）９ａとの組み合わせ例（下段）を示している。
【００５４】
図５の上段に示す切り替え油温ｔＣを４０℃に設定した場合の例では、基液９ａとして、潤滑油としての機能を備えている鉱物油が採用され、撥液層１１を形成するための表面処理（撥油処理）として、パーフルオロラウリン酸を用いたフッ素系コーティングが採用されている。この場合の基液９ａすなわち鉱物油の表面張力γＬと、パーフルオロラウリン酸による表面処理が施された撥液層１１の表面張力γＳとから、常温時の場合は、上記の(1)式が成立し、４０℃すなわち切り替え油温ｔＣ以上の場合には、上記の(2)式が成立する。したがって、切り換え油温ｔＣである４０℃を境界にして、パーフルオロラウリン酸を用いた撥液層１１の性状が、鉱物油を用いた基液９ａに対する撥油性から親油性に切り替わることが分かる。
【００５５】
また、図５の下段に示す切り替え油温ｔＣを８０℃に設定した場合の例では、基液９ａとして、潤滑油としての機能を備えている鉱物油が採用され、撥液層１１を形成するための表面処理（撥油処理）として、トリフルオロエチルを用いたフッ素系コーティングが採用されている。この場合の基液９ａすなわち鉱物油の表面張力γＬと、トリフルオロエチルによる表面処理が施された撥液層１１の表面張力γＳとから、常温時の場合は、上記の(1)式が成立し、８０℃すなわち切り替え油温ｔＣ以上の場合には、上記の(2)式が成立する。したがって、切り換え油温ｔＣである８０℃を境界にして、トリフルオロエチルを用いた撥液層１１の性状が、鉱物油を用いた基液９ａに対する撥油性から親油性に切り替わることが分かる。
【００５６】
したがって、この電磁クラッチＣＬの隙間５の周辺部分が過熱状態になった場合に、例えば、電磁クラッチＣＬの耐久性が悪化しない温度領域の上限温度、あるいは、磁性流体９としての性能を確保できる温度領域の上限温度を切り替え液温（油温）ｔＣとして設定しておくことにより、仮に隙間５の周辺部分が過熱状態になった場合であっても、撥液層１１の基液（基油）９ａに対する性質が、通常時における撥液（撥油）性から親液（親油）性に変化し、その結果、撥液層１１の表面に基液（基油）９ａがなじみ易くなるので、基液（基油）９ａを潤滑油として十分に機能させることができる。
【００５７】
なお、切り替え液温（油温）ｔＣは、上記のように、基液９ａの材料および撥液層１１の表面処理を選定して組み合わせる際に予め設定されるが、その場合、電磁クラッチＣＬの発熱部位や磁性流体９に対する冷却性能に応じて設定することができる。すなわち、この図５に示すように、電磁クラッチＣＬが特に冷却機構等を備えておらず比較的冷却性能が高くない場合は、切り替え液温（油温）ｔＣとして、例えば４０℃程度が設定される。一方、電磁クラッチＣＬが、例えば水冷方式の冷却機構等を備えていて冷却性能が高い場合には、切り替え液温（油温）ｔＣとして、例えば４０℃よりも高温の８０℃程度を設定することができる。
【００５８】
つぎに、上述した電磁クラッチＣＬの作用について説明する。図３の（ａ）に示す状態は、電磁クラッチＣＬにおいて動力の伝達を必要としない解放状態であって、電磁コイル１０はＯＦＦ状態（通電されていない状態）である。この状態では、電磁コイル１０に通電されないことによりギャップ５には磁界が発生していないので、ギャップ５内の磁性流体９は通常の流動性を維持している。言い換えると、ギャップ５内の磁性流体９はその粘性が最小になっている。そのため、ギャップ５内の磁性流体９では、駆動輪２と受動輪３との間で動力を伝達できる程度の粘性抵抗もしくはせん断抵抗は発生せず、したがって、駆動輪２と受動輪３との間では動力は伝達されない。すなわち、電磁コイル１０をＯＦＦ状態に制御することにより、この電磁クラッチＣＬは解放状態に設定される。
【００５９】
この電磁クラッチＣＬの解放状態では、例えば動力源の動力により駆動輪２が回転している場合に、駆動輪２と受動輪３との間のギャップ５および流体室８に磁性流体９が介在していることによって不可避的に引き摺り損失が発生する。すなわち、電磁クラッチＣＬの解放状態で駆動輪２が回転すると、磁性流体９の本来の（磁界が作用しない状態での）粘性により、流体室８内における駆動輪２と磁性流体９との間に摩擦力が不可避的に発生する。また、この摩擦力により駆動輪２のトルクの一部が磁性流体９に伝達されると、同様に、磁性流体９の本来の粘性により、流体室８内における磁性流体９と受動輪３との間に摩擦力が不可避的に発生する。したがって、これらの摩擦力あるいは磁性流体９の攪拌抵抗などが要因となり、引き摺り損失が発生する。
【００６０】
このとき、前述したように、ギャップ５の内面すなわち各対向面２ａ，３ａに、磁性流体９の基液９ａをはじく性質を有する撥液層１１が形成され、また、流体室８内のギャップ５以外の部分の内表面すなわち内壁面８ａに、磁性流体９の基液９ａをはじく性質を有する撥液層１を形成しておくことにより、駆動輪２と磁性流体９との間、および磁性流体９と受動輪３との間の摩擦力が低減される。その結果、電磁クラッチＣＬの解放時における引き摺り損失が低減される。
【００６１】
一方、電磁クラッチＣＬを係合状態にして、駆動輪２と受動輪３との間でトルクを伝達させる場合は、電磁コイル１０がＯＮ状態（通電された状態）にされる。電磁コイル１０に通電されると、図３の（ｂ）に示すように、その電磁コイル１０に近設されている駆動輪２の対向面２ａと、ギャップ５と、ギャップ５を挟んで対向面２ａと対向している受動輪３の対向面３ａとの間で、磁界Ｍが形成される。
【００６２】
ギャップ５内に磁界Ｍが形成されると、ギャップ５内に介在していた磁性流体９にその磁界Ｍが作用し、ギャップ５内に発生した磁界Ｍに磁性流体９の磁性体９ｂが引き寄せられる。具体的には、ギャップ５内の磁性体９ｂが磁界Ｍに周辺に集積し、それら磁性体９ｂ同士が磁気を帯びて互いに締結する。すなわち、ギャップ５内の磁性体９ｂが鎖状に集積して締結し合うことにより、ギャップ５内の磁性流体９の粘性が増大した状態、もしくはギャップ５内の磁性流体９が固化した状態になる。
【００６３】
このとき、対向面２ａおよび対向面３ａに形成される撥液層１１は、前述したように、磁性流体９の基液９ａをはじく性質を有しているので、ギャップ５内から磁性流体９の基液９ａが排出され易くなっている。その結果、磁性体９ｂの密度が高くなって、磁性体９ｂ同士が集積して締結する際の締結力が一層増大するようになっている。
【００６４】
電磁コイル１０に通電されてギャップ５内の磁性流体９に磁界が作用させられることにより、磁性流体９の磁性体９ｂ同士が集積して締結し、ギャップ５内の磁性流体９としては粘性が増大した状態になる。その結果、ギャップ５内では、その粘性が増大したもしくは固化した磁性流体９がせん断抵抗となり、駆動輪２と受動輪３との間がトルク伝達可能な状態になる。すなわち、電磁コイル１０をＯＮ状態に制御することにより、この電磁クラッチＣＬは係合状態に設定される。
【００６５】
そして、この発明における電磁クラッチＣＬは、前述したように、トルク伝達部分すなわち隙間５の周辺部分が過熱状態になった場合であっても、隙間５内の表面や磁性流体９の磁性体９ｂの磨耗や損傷、あるいは磁性流体９の劣化を防止もしくは抑制するためのフェールセーフ機能が確立されている。すなわち、基液９ａの材料および撥液層１１の表面処理を選定して、撥液層１１の性状を切り換え油温ｔＣの前後で切り替え可能にすることにより、電磁クラッチＣＬのトルク伝達部分が過熱した場合のフェールセーフの例を図６に示す。これは、電磁クラッチＣＬに何らかのフェールが生じたことにより、トルク伝達部分の係合が不完全になった場合、すなわち駆動輪２側と受動輪３側との差回転が０にならない場合の基液９ａの温度（すなわち油温）の挙動を示している。図６において一点鎖線で示す正常時の場合は、電磁クラッチＣＬの係合が開始されると、駆動輪２側と受動輪３側との差回転が徐々に低下し、最終的に係合が完了することにより、その差回転が０になる。その間、基液９ａの油温は、通常の温度レベルから徐々に上昇するが、係合が完了してトルク伝達部分における滑り（摩擦）がなくなることにより、それ以降の温度上昇はなくなって最終的には通常の温度レベルに戻る。
【００６６】
これに対して、図６において実線で示す異常時の場合は、駆動輪２側と受動輪３側との差回転が０にならず、トルク伝達部分における滑り（摩擦）が継続されることにより、基液９ａの油温は、通常の温度レベルから低下することなく上昇し続けてしまう。油温が過度に上昇すると、基液９ａの性能が劣化し、トルク伝達部分の潤滑性能や係合力に影響する可能性があるが、この発明における電磁クラッチＣＬでは、前述したように、フェール時の過度の油温上昇を防ぐための切り換え油温ｔＣが設定されていて、基液９ａの油温がその切り換え油温ｔＣに達することにより、それまで基液９ａに対して撥液性を呈していた撥液層１１が、基液９ａに対して親液性を呈するようになる。そのため、撥液層１１が撥液性を呈している状態と比較して、基液９ａによるトルク伝達部分の潤滑性能あるいは潤滑効率が向上し、基液９ａの油温の過度の上昇、すなわちトルク伝達部分の過熱が防止もしくは抑制される。
【００６７】
以上のように、この発明の電磁クラッチＣＬによれば、隙間５を形成している駆動輪２と受動輪３とのそれぞれの対向面２ａ，３ａのうち少なくともいずれか一方に、すなわち磁性流体９を介在させる隙間５内の表面に、温度が所定の切り替え液温ｔＣよりも低い状態における磁性流体９の基液９ａをはじく性質すなわち基液９ａに対する撥液性を有する撥液層１１が形成される。その結果、基液９ａの温度が切り替え液温ｔＣよりも低い状態では、隙間５内の表面と基液９ａとの間の摩擦抵抗が低下し、隙間５内から基液９ａが移動し排出され易くなる。そのため、隙間５内に基液９ａが介在しない状態もしくは隙間５内の磁性流体９における基液９ａの密度が低下した状態、言い換えると、隙間５内の磁性流体９における磁性体９ｂの密度が増大した状態でそれら磁性体９ｂ同士を互いに締結させてそれら磁性体９ｂ同士の締結力を増大させることができ、駆動輪２と受動輪３との間をより強い力で係合すること、すなわち電磁クラッチＣＬの伝達トルク容量を増大することができる。
【００６８】
また、磁性流体９を介在させる隙間５の表面に、上記のように撥液層１１が形成されて、その撥液層１１が形成されている部分と磁性流体９との間の摩擦抵抗が低下することにより、駆動輪２と受動輪３との間を解放状態にする場合、すなわち駆動輪２と受動輪３との間の動力伝達を遮断する場合に、それら駆動輪２と受動輪３との間における磁性流体９を介した引き摺り損失を低減することができる。
【００６９】
そして、この発明における電磁クラッチＣＬの撥液層１１は、基液９ａの温度が所定の切り替え液温ｔＣを超えた場合に、その表面に基液９ａをなじませる性質すなわち基液９ａに対する親液性に切り替わるように構成されている。言い換えると、基液９ａの温度が所定の切り替え液温ｔＣ以上になると、基液９ａに対する濡れ性が向上するようになっている。そのため、例えば電磁クラッチＣＬに何らかのフェールが発生し、トルク伝達部分すなわち隙間５部分が過熱した場合に、例えば、装置に影響が及ぶ温度の下限付近に切り替え液温ｔＣを設定しておくことにより、撥液性を呈していた撥液層１１を親液性を呈する状態に切り替えることができる。その結果、過熱状態の隙間５の表面等に基液９ａによる油膜を形成することができ、各回転部材の表面や磁性流体９の磁性体９ｂの摩耗や損傷を防止もしくは抑制することができる。すなわち、トルク伝達部分が過熱した場合のフェールセーフ機能を確立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】この発明の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】この発明で用いる磁性流体の構成を説明するための模式図である。
【図３】図１に示すこの発明の構成を具体的に説明するための部分的な拡大断面図である。
【図４】個体表面の液体に対する撥液性を説明するための模式図である。
【図５】この発明で用いる磁性流体の基液および撥液層を形成するための表面処理の具体例を説明するための図表である。
【図６】この発明におけるフェールセーフの具体例を説明するためのタイムチャートである。
【符号の説明】
【００７１】
２…駆動輪（第１回転部材）、  ３…受動輪（第２回転部材）、  ２ａ，３ａ…対向面、  ５…ギャップ（隙間）、  ９…磁性流体、  ９ａ…基液、  ９ｂ…磁性体、  １０…電磁コイル（励磁手段）、  １１…撥液層、  ＣＬ…電磁クラッチ（係合装置）、  Ｍ…磁界。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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