JP2006246572A - 回転動力発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁場制御による回転動力の発生が容易な回転動力発生装置の提供。
【解決手段】 磁場制御により回転動力が生じる回転動力発生装置１であって、互いに比重が異なる磁性流体２及び非磁性流体４を収容する容器本体６と、容器本体６の内面に設けられ、磁性流体２及び非磁性流体４の流動に対して抵抗となる流動抵抗部８とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転動力発生装置に関し、より詳しくは、外部から印加する磁場を制御することにより回転動力が生じる回転動力発生装置に関する。

磁場変動を利用した動力発生装置として、例えば、特許文献１に開示された運動装置が知られている。この運動装置は、磁界に応答する流体が弾性膜に収容されており、磁界付与装置を作動させて磁界を付与することにより弾性膜が変形するように構成されている。
特開２００３−２６６３９２号公報

ところが、上述した運動装置は、流体に作用する磁力と弾性膜の復元力とを利用して運動させる構成であるため、運動状態が主として往復運動に限定され、回転動力を発生させる手段としては必ずしも適当なものではなかった。上記特許文献１には、変形例として、回転動力を発生させるための構成も開示されているが、複数の電磁石を放射状に配置して各電磁石の作動を制御しなければならず、回転動力の発生が容易でないという問題があった。

そこで、本発明は、磁場制御による回転動力の発生が容易な回転動力発生装置の提供を目的とする。

本発明の前記目的は、磁場制御により回転動力が生じる回転動力発生装置であって、互いに比重が異なる磁性流体及び非磁性流体を収容する容器本体と、前記容器本体の内面に設けられ、前記磁性流体及び非磁性流体の流動に対して抵抗となる流動抵抗部とを備える回転動力発生装置により達成される。

この回転動力発生装置によれば、容器本体内に外部から磁場を与えることにより、磁性流体が磁場の影響を受けて、容器本体の内部において磁性流体及び非磁性流体の流動が生じる。そして、この流動に対して流動抵抗部が抵抗となることにより、容器本体に回転力が生じる。一方、磁場を除去することにより、磁性流体及び非磁性流体は、比重差によって分離された状態に戻る。したがって、この操作を繰り返すことにより、容器本体に断続的に回転力を生じさせることができる。流動抵抗部は、例えば、複数の突片を備えることができる。

また、本発明の前記目的は、磁場制御により回転動力が生じる回転動力発生装置であって、互いに比重が異なる磁性流体及び非磁性流体を収容する容器本体と、前記容器本体の内部に回転可能に支持され、複数の回転羽根を有する回転体とを備える回転動力発生装置により達成される。

この回転動力発生装置によれば、容器本体内に外部から磁場を与えることにより容器本体の内部において磁性流体及び非磁性流体の流動が生じ、この流動によって回転羽根が押圧され、回転体に回転力が生じる。一方、磁場を除去することにより、磁性流体及び非磁性流体は、比重差によって分離された状態に戻る。したがって、この操作を繰り返すことにより、回転体に断続的に回転力を生じさせることができる。

以上のように、本発明によれば、磁場制御による回転動力の発生が容易な回転動力発生装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る回転動力発生装置の概略構成を示す断面図である。図１に示すように、回転動力発生装置１は、磁性流体２及び非磁性流体４が、容器本体６の内部空間全体を満たすように収容されている。

磁性流体２は、磁場の印加により吸引される流体であり、水、イソパラフィン、ポリαオレフィン、パーフルオロポリエーテルなどの液媒体中に、界面活性剤などを用いてマグネタイト、フェライトなどの酸化鉄の強磁性微粉末を分散させたものを例示することができる。磁性流体２は、必ずしも液状のものに限定されず、例えば、中空の金属球や、オイルコーティングされた金属粉（例えば、マイクロカプセル内に粉状の酸化鉄と灯油などの油分とを封入したもの）
などのように、粒状または粉状の磁性体の集合体であってもよい。

非磁性流体４は、磁場の影響を受けない流体であり、例えば、純水や生理食塩水などの液体を例示することができる。非磁性流体４の比重は、磁性流体２の比重と異なる必要があるが、磁性流体２の比重より大きくても小さくてもよい。例えば、非磁性流体４として純水を用いる場合、市販のＭＲ（Magneto-Rheological）流体は、非磁性流体４よりも比重が大きい磁性流体２として使用することができる一方、中空の金属球やオイルコーティングされた金属粉は、非磁性流体４よりも比重が小さい磁性流体２として使用することができる。図１では、非磁性流体４の比重が磁性流体２の比重よりも大きい場合を示している。尚、磁性流体２が、中空体や発泡体などからなる場合には、磁性流体２のみかけ比重と異なる比重を有する非磁性流体４を用いればよい。

容器本体６は、柔軟性及び弾性を有する軟質材料からなる楕円球体であり、例えば、ポリエチレン、ポリウレタン、シリコーンゴム、ラテックスゴムなどの各種エラストマーを挙げることができる。容器本体６自体は、非磁性材料からなることが好ましい。容器本体６の外周面は、表面粗さを大きくしたり、凹凸を形成したり、粘着剤を塗布する等して、容器本体６の回転時に接触面との摩擦抵抗が大きくなるような加工を施すことが好ましい。

容器本体６の内周面には、複数の突片８が設けられている。突片８は、例えば針状の部材であり、容器本体６の内周面から中心に向けて放射状に配置されている。突片８の材料は、容器本体６と同一材料であってもよく、或いは別材料であってもよいが、容器本体６の内部における流体の流動に対して抵抗となるように、ある程度の剛性を有することが好ましい。

次に、上記構成を備えた回転動力発生装置１の作動を説明する。まず、容器本体６を平面や曲面などの面上に載置する。この状態では、図１に示すように磁性流体２及び非磁性流体４が比重差により分離しており、非磁性流体４よりも上方に磁性流体２が位置している。ついで、図２に示すように、電磁石または永久磁石などの磁場発生手段を用いて矢示Ａ方向の磁場を印加すると、磁性流体２が磁場の影響を受けて矢印方向に勢いよく流動する。これにより、非磁性流体４も移動し、容器本体６内部の流体全体が容器本体６の内周面に沿って一方向に流動する。流動流体は、容器本体６の内面に設けられた突片８と衝突して、各突片８を押圧する。これにより、容器本体６は回転を開始し、載置された面上を磁場の方向に沿って移動する。特に、非磁性流体４として水を主成分とする液体を用い、磁性流体２として、非磁性流体４よりもみかけ比重が小さい粒状または粉状の磁性体の集合体を用いた場合には、磁場の印加により突片８に対して大きな押圧力を与えることができ、容器本体６の移動を容易にすることができる。

磁場の印加による磁性流体２の流動が終了すると、磁場を除去する。これにより、磁性流体２に作用していた吸引力がなくなり、磁性流体２は、非磁性流体４との比重差によってゆっくりと上方へ移動し、図１に示すもとの状態に戻る。そして、図１に示す状態から再び磁場を印加することにより、容器本体６に回転力が作用する。尚、磁場の除去は、必ずしも完全である必要はなく、磁性流体２及び非磁性流体４が比重差で分離された状態となる限り、磁場の除去時において弱磁場が印加されていてもよい。

以上の説明は、磁性流体２の比重が非磁性流体４の比重よりも小さい場合についてであるが、磁性流体２の比重が非磁性流体４の比重よりも大きい場合も、同様の原理で容器本体６内に磁性流体２及び非磁性流体４の流動が生じるため、容器本体６の回転動力を生じさせることができる。

このように、本実施形態の回転動力発生装置１によれば、磁場の印加を断続的に行うことにより、容器本体６の回転動力を継続的に発生させることができる。容器本体６の移動方向は、磁場の発生方向により制御することができる。印加磁場は必ずしも均一である必要はなく、複数の電磁石を用いる等して傾斜磁場を印加してもよい。磁性流体２の流動速度は磁場の大きさによって変わるため、移動方向に対して垂直方向の傾斜磁場を引加することにより、容器本体２の両側で速度差を生じさせることができ、これによって容器本体６の向きをかえながら移動させることもできる。また、容器本体６の移動速度は、磁場の大きさや磁場の印加周期により制御することができる。

印加する磁場の波形は、電磁石を用いることにより、矩形波、正弦波、台形波、三角波など種々の波形とすることができるが、回転動力を効率よく発生させる観点からは、磁場の印加により磁性流体２を急激に移動させた後、磁場を徐々に除去して磁性流体２をもとの位置に緩やかに戻すことが好ましい。このような磁場波形として、図３に示すようなノコギリ波を例示することができる。

また、本実施形態においては、容器本体６が軟質材料からなるので、図１に示すように面上に載置された容器本体６が自重により変形し、載置面との接触面積を大きくすることができる。したがって、容器本体６の載置面が柔軟な場合や凹凸がある場合でも、載置面上をすべることなく確実に回転移動を行うことができる。このため、例えば、体腔や臓器の表面を傷つけずに安全に移動させることができるマイクロ体内ロボットの動力発生装置として、好適に用いることができる。

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明の具体的な態様は上記実施形態に限定されない。例えば、本実施形態においては、磁性流体２及び非磁性流体４の流動に対して抵抗となる流動抵抗部として、容器本体６の内面に複数の突片８を設けているが、流動抵抗部は、必ずしも突片８に限定されるものではない。例えば、容器本体６の内面の表面粗さを大きくしたり、粘着剤を塗布したり、或いは、これらの加工を施した上で突片８を設ける等して、容器本体６の内面に流動抵抗部を設けることができ、これによって、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態においては、容器本体６を軟質材料から構成しているが、ポリカーボネート樹脂やアクリル樹脂などの硬質プラスチックなど、変形しにくい硬質材料から容器本体６を構成してもよく、これによって、容器本体６の迅速な移動が可能になる。

また、本実施形態においては、容器本体６の形状を楕円球体としているが、球体であってもよい。容器本体６の形状を、楕円球体や球体などのような球状とした場合には、容器本体６を任意の方向に回転移動させることができる。一方、容器本体６を直線に沿って移動させる場合には、容器本体６の形状を、楕円円筒体や円筒体などのような円筒状としてもよい。

容器本体６に設けられる突片８は、容器本体６が球状である場合、流体の流動によってどの方向にも同じ回転動力が生じるように、断面が円形であることが好ましい。一方、容器本体６が円筒状である場合には、突片８を、容器本体６の軸方向に沿って延びるように形成することで、磁場印加時に大きな回転動力を得ることができる。尚、容器本体６の移動方向が一方向のみの場合には、突片８の形状を、磁場印加時の流動抵抗が大きく磁場除去時の流動抵抗が小さくなるような形状（例えば、断面が三角形状や半円状）としてもよい。

以上は、本発明の回転動力発生装置を容器本体６の回転移動に用いる場合の説明であるが、容器本体６を軸中心に回転させることにより、容器本体６を回転駆動源として機能させることもできる。この一例を、図４に示す。

図４に示す回転動力発生装置１において、容器本体６は、硬質材料からなり、中心部に挿通孔を有するリング状（ドーナツ状）に形成され、内部空間に磁性流体２及び非磁性流体４が収容されている。容器本体６の前記挿通孔には、回転軸１２が挿入されており、回転軸１２の回転により容器本体６が一体的に回転するように、容器本体６と回転軸１２とが固定されている。突片８は、容器本体６の軸方向幅とほぼ同じ幅を有する短冊状に形成されており、容器本体６の内周方向に沿って等間隔に配置されている。

この構成によれば、回転軸１２をベアリング（図示せず）などにより回転可能に支持することで、磁場制御により容器本体６を回転させることができる。したがって、例えば、容器本体６の外周面にベルトを巻くことによりプーリーとして機能させることができ、或いは、容器本体６の外周面に複数の歯を設けることによりギアとして機能させることができる。容器本体６は、必ずしも回転軸１２に固定する必要はなく、回転軸１２との間にベアリングを介在させて、回転軸１２を固定した状態で容器本体６のみが回転するように構成してもよい。

また、本発明の回転動力発生装置は、容器本体６を回転させる構成に限定されるものではなく、容器本体６の内部に配置された回転体の回転に適用することも可能である。この場合の一例を図５に示す。

図５に示す回転動力発生装置１は、容器本体６の内部に回転可能に支持された回転体２０を備えている。回転体２０は、回転軸２２から放射状に延びる複数の回転羽根２４を備えている。容器本体６の内部には、図１に示す構成と同様に、磁性流体２と、この磁性流体２よりも比重が大きい非磁性流体４とが収容されている。

この回転動力発生装置によれば、図５に示す位置に磁石２６を近づけて磁場を印加することにより、磁性流体２が上方から下方に向けて流動し、このときの磁性流体２及び非磁性流体４の流動により回転羽根２４が押圧されて、回転体２０が矢示方向に回転する。そして、磁場を除去することにより、磁性流体２が比重差によって上方へ移動し、このときの磁性流体２及び非磁性流体４の流動によっても、回転体２０に同じ矢示方向の回転力が付与される。こうして、磁場を断続的に印加することにより、回転体２０の回転動力を生じさせることができる。

本発明の一実施形態に係る回転動力発生装置の概略構成を示す断面図である。 図１の回転動力発生装置に対して磁場が印加されたときの状態を示す断面図である。 磁場波形の一例を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る回転動力発生装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の更に他の実施形態に係る回転動力発生装置の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 回転動力発生装置
２ 磁性流体
４ 非磁性流体
６ 容器本体
８ 突片（流動抵抗部）
１２ 回転軸
２０ 回転体
２２ 回転軸
２４ 回転羽根

Claims (9)

1. 磁場制御により回転動力が生じる回転動力発生装置であって、
   互いに比重が異なる磁性流体及び非磁性流体を収容する容器本体と、
   前記容器本体の内面に設けられ、前記磁性流体及び非磁性流体の流動に対して抵抗となる流動抵抗部とを備える回転動力発生装置。
2. 前記流動抵抗部は、複数の突片を備える請求項１に記載の回転動力発生装置。
3. 前記容器本体は、球状又は円筒状である請求項１に記載の回転動力発生装置。
4. 前記容器本体は、軟質材料からなる請求項１に記載の回転動力発生装置。
5. 前記容器本体は、硬質材料からなる請求項１に記載の回転動力発生装置。
6. 前記容器本体を回転可能に支持する回転軸を備える請求項１に記載の回転動力発生装置。
7. 前記非磁性流体は、水を主成分とする液体であり、
   前記磁性流体は、前記非磁性流体の比重よりもみかけ比重が小さい粒状又は粉状の磁性体からなる請求項１に記載の回転動力発生装置。
8. 磁場制御により回転動力が生じる回転動力発生装置であって、
   互いに比重が異なる磁性流体及び非磁性流体を収容する容器本体と、
   前記容器本体の内部に回転可能に支持され、複数の回転羽根を有する回転体とを備える回転動力発生装置。
9. 前記容器本体の外部から該容器本体の内部空間に印加する磁場を発生させる磁場発生手段を更に備える請求項１から８のいずれかに記載の回転動力発生装置。