(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動装置に連結した駆動軸又は被駆動装置の一方に円板を固定し、他方に非電磁性流体を収納した流体容器を固定して両者をトルク伝達可能に配置し、且つ前記円板又は流体容器のいずれか一方に駆動軸の軸線方向に振動させる加振装置を設け、検出した伝達トルクと設定トルクとの信号により加振装置の振動数を制御する制御手段を備えたことを特徴とする加振型トルク制御装置。
【請求項２】
前記装置を流体式トルクコンバータに用いた請求項１記載の加振型トルク制御装置。
【請求項３】
前記装置を流体式クラッチに用いた請求項１記載の加振型トルク制御装置。
【請求項４】
前記装置を、前記被駆動装置を回転不能に固定した流体式制動装置に用いた請求項１記載の加振型トルク制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、駆動装置と被駆動装置との間を連結する流体式トルクコンバータ、あるいは流体式クラッチ、更には駆動力に対する制動作用を行う流体式制動装置のように、流体中で円板を回転させることにより円板と流体間での流体摩擦作用を利用する装置におけるトルク制御装置に関し、特にそのトルク制御を駆動側と被駆動側の相対的な振動によって行う加振型トルク制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体中で円板を回転させ、両者間の流体摩擦作用を利用する装置は、例えば駆動装置と被駆動装置との間を連結する部分において、伝達するトルクを制御する流体式トルクコンバータ、あるいはトルクの伝達を断続する流体式クラッチを設け、あるいは駆動力に対する制動作用を行う流体式制動装置等、種々の分野で用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
例えば上記のような流体式トルクコンバータにおいて伝達するトルクを制御する際、あるいは流体式クラッチにおいて駆動側と被駆動側を徐々に連結し、あるいは徐々に離脱させる等の制御を行う際、更には流体式制動装置において制動力を任意に制御する際等には、例えば駆動装置に連結した駆動軸端に円板を固定し、被駆動側、あるいは制動物体側の対向面との間に流体を介在させた状態で両者の距離を接離することにより駆動側と被駆動側のトルク伝達力を調節し、あるいは流体の粘性を変化させることによりトルク伝達力を調節する等の手段が考えられる。
【０００４】
しかしながら上記のようなトルク制御手段において、例えば駆動側と被駆動側との距離を調節することにより制御するものにおいて、正確な制御を行うためには両者間の距離調節を極めて正確に行わなければならず、しかも流体の粘性が温度によって大きく変化するため、それを考慮した正確なトルク制御を行うことは極めて困難である。
【０００５】
また、例えば電磁流体を用いて印加電圧を調節する等の手段により流体の粘性を変化させるように、流体の粘性を変化させるようにしたものにおいては、特殊な流体を使用する必要があり、またその粘性が温度によって変化するので正確な制御を行うことが困難である。
【０００６】
したがって、本発明は、簡単な装置により正確に駆動側と被駆動側とのトルク伝達を制御することができるようにしたトルク制御装置を提供することを主たる目的とし、そのトルク制御に際して駆動側と被駆動側のいずれかを軸線方向に振動させることにより制御を行うことができるようにした、加振型トルク制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、駆動装置に連結した駆動軸又は被駆動装置の一方に円板を固定し、他方に非電磁性流体を収納した流体容器を固定して両者をトルク伝達可能に配置し、且つ前記円板又は流体容器のいずれか一方に駆動軸の軸線方向に振動させる加振装置を設け、検出した伝達トルクと設定トルクとの信号により加振装置の振動数を制御する制御手段を備えたことを特徴とする加振型トルク制御装置としたものである。
【０００８】
また、請求項２に係る発明は、前記装置を流体式トルクコンバータに用いた請求項１記載の加振型トルク制御装置としたものである。
【０００９】
また、請求項３に係る発明は、前記装置を流体式クラッチに用いた請求項１記載の加振型トルク制御装置としたものである。
【００１０】
また、請求項４に係る発明は、前記装置を、前記被駆動装置を回転不能に固定した流体式制動装置に用いた請求項１記載の加振型トルク制御装置としたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明において、駆動装置と被駆動装置とのトルク伝達を制御するに際して、例えば駆動軸に固定した回転円板と被駆動側部材の対向面間に流体を介在させたトルク伝達系統において、両者のいずれかを軸線方向に振動させ、その振動数を調整することによりトルク伝達率を制御するようにしたものであるが、このようなトルク制御方式が開発された経緯について簡単に説明する。
【００１３】
流体中で円板を回転させる回転円板系は従来から様々な分野で使用されており、例えば円錐平板トルク計として使用することは、低回転数では最も典型的な応用の一つとなっている（１９６０年、Birdら）。更に、最近では超撥水面の滑り効果を評価する実験装置としても使用されるようになっている（１９９９年、Hasegawaら）。どちらの場合も、円板が回転することにより変化するトルクを計測することになる。一方、ターボ機械においては、３次元乱流境界層（３ＤＴＢＬｓ）の性質を理解するために、回転円板系を高回転数で使用している（１９９９年、Kangら）。
【００１４】
このような回転円板系における流れは、チャネルの中の流れに比べて、より複雑で流れの計測は必ずしも容易ではない。特に高速回転時には円板表面の流体が乱流状態となるので、この乱流剪断流れ時のトルクの伝達特性は複雑となり、その特性を正確に計測することが重要な課題となる。そのため流体に人工的な擾乱状態を形成し、所定の乱流を形成する制御装置が必要となり、そのための実験装置が開発された。
【００１５】
その実験装置の概念図は図１に示すとおりのものであり、この実験装置１３においては、皿状の下部容器１４内に流体１５を入れ、その流体中で回転できるように回転円板１６を配置している。この回転円板１６はサーボモータ１７により駆動され、そのときのトルクをトルク検出器１８で検出すると共に、回転数を回転検出器１９で検出し、両検出値に基づいて正確なトルクを演算するトルク演算器２０を備えている。
【００１６】
また、下部容器１４にはセンサ及びアクチュエータ素子群が埋め込まれ、図示の例においては振動装置２１を連結しており、所定の振動数信号を発生する信号発生器２２からの出力をアンプ２３で増幅してこの振動装置２１を所定の振動数で振動させ、下部容器１４を加振することができるようにしている。
【００１７】
このような基本構成において、素子群と回転円板ユニットの間にフィードバック及びフィードホワードのループが構成されるようにする。このように制御ループを構成することにより、乱流境界層と壁の境界に埋め込まれた制御デバイスとの間の様々な相互作用を直接評価する方法として、最も簡単で便利な形態が得られる。
【００１８】
実際の実験装置としては、回転円板として黄銅製で直径９８ｍｍ、厚み３ｍｍの円錐体を使用し、直流６０Ｗのサーボモーターで駆動することにより、最大回転数１２００ｒｐｍを達成することができる。静止円板としての下部容器は直径１００ｍｍの透明なアクリル製で、これを通して回転円板系の中の流れを可視化できる。回転−静止円板の間隔は、０．０１〜５ｍｍで任意に変えることができるようにしている。トルク検出器を使用して能動制御によるトルク変化を測定するが、それぞれの検出精度はそれぞれ０．０１ｍｍ及び０．１ｍＮｍ（ミリ・ニュートン・メートル）である。
【００１９】
このような装置を用いて静止円板としての下部容器を図中上下方向に振動させ、トルクがどのように変化するかを測定した。静止円板は振動発生装置により２００μｍの振幅で加振し、回転円板を７００ｒｐｍで回転させた時のトルク変化は図２のグラフのようになる。この図から明らかなように、レイノルズ数が１．５×１０５の場合、振動数の増加と共にトルクが減少し、８Ｈｚで加振したときに、最大４％のトルク低減が達成されることがわかる。ここでレイノズル数はＲ２ω／νで低下される無次元数で、Ｒはディスクの半径、ωは円板の角周波数、そしてνは流体の動粘性率である。
【００２０】
本発明は上記の実験結果に基づいてなされたものであり、例えば図１に示すような流体トルクコンバータ、あるいは流体クラッチとして使用することができる。即ち、駆動装置１の駆動軸２から被駆動装置３の被駆動軸４にトルクを伝達するに際して、駆動軸２の先端に回転円板５を固定し、被駆動軸４にはこの回転円板５を覆うように被駆動容器６を固定すると共に、内部に流体７を充填している。
【００２１】
被駆動容器６の裏面には電磁的に作動する振動装置８を固定し、信号発生器９からの信号をアンプ１０で増幅することにより所定の振動を被駆動容器６に与えるようにしている。信号発生器９には前記図２の実験装置と同様の構成のトルク演算器１１からの伝達トルクの測定値と伝達トルク設定器１２との差の信号を入力し、所定の設定値となるように制御している。
【００２２】
上記のような構成により、伝達するトルクが設定値よりも大きいときには信号発生器９により振動装置８によって大きな加振信号を出力し、伝達トルクを減少させ、設定値よりも小さくなったときには、振動が少なくなるように制御し、設定伝達トルクに維持することができる。
【００２３】
上記の装置をトルクコンバータに用いるときには伝達するトルクの制御に直接用いることができ、また流体クラッチの時にはクラッチのオンオフの途中におけるトルク伝達緩衝制御に用いることができる。また、流体式制動装置に使用するときには、図１の被駆動装置３を設けず、被駆動容器を回転しないように固定し、加振可能にすることにより、制動力調整を行うことができる。なお、前記実施例において、駆動軸２に回転円板５を設け、被駆動軸４に容器を設けた例を示したが、逆に駆動軸に容器を設け、被駆動軸に回転円板を設けても良く、更にこれらの装置において、前記のように容器を振動させる以外に、逆に回転円板側を振動させるように構成することもできる。
【００２４】
【発明の効果】
本願の請求項１に係る発明は上記のように構成したので、簡単な装置により正確に駆動側と被駆動側とのトルク伝達を制御することができる。また、検出した伝達トルクと設定トルクとの信号により加振装置の振動数を制御するので、フィードバック制御により正確な伝達トルクの制御を行うことができる。
【００２５】
また、請求項２に係る発明は、前記装置を流体式トルクコンバータに、また請求項３に係る発明は流体式クラッチに、また請求項４に係る発明は前記装置を、前記被駆動装置を回転不能に固定した流体式制動装置に用い、各々伝達トルク、あるいは制動力を簡単な装置により正確に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を流体式トルクコンバータ、あるいは流体式クラッチに用いた例を示す概要図である。
【図２】  本発明の原理を実験する装置の概要図である。
【図３】同実験装置による実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
1   駆動装置
２  駆動軸
３  被駆動装置
４  被駆動軸
５  回転円板
６  被駆動容器
７  流体
８  振動装置
９  信号発生器
１０  アンプ
１１  トルク演算器
１２  伝達トルク設定器
【図１】
0003752525.tif 000002
【図２】
0003752525.tif 000003
【図３】
0003752525.tif 000004