JP3976250B2 - 磁性流体を用いたダンパ - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性流体を用いた、振動を押さえるためのダンパに関する。
【０００２】
【技術的背景】
磁性流体（ＭＲ流体（磁気粘性流体）やＭＣＦ流体（磁気混合流体）等）とは、溶媒に高い透磁率を持つ粒径１〜数μｍのα鉄の微粒子を一様に分散させた溶液である。鉄の微粒子と水や油などの溶媒とが分離しないのは、強磁性微粒子の表面が界面活性剤で処理されているからである。磁性流体に磁場を与えると、各粒子が磁化されて磁界方向に鎖状のクラスタを形成して、クラスタが流体の流動抵抗となり、流体全体の見かけの粘度が上昇する。
この磁性流体を、例えば、図１の構成のダンパ１１０に用いている。図１において、磁性流体１１６中にピストン１１３を浸して、ピストンと磁性流体との粘性により、ピストンの振動に対する減衰を得ている。外部から電磁石１２０により、静止磁界を印加している。磁性流体をダンパに用いるのは、ダンパに印加する磁界の強さを電磁石１２０により変化することで、磁性流体の粘性を変化させ、ダンパの特性を制御できるからである。磁界を制御することにより、ダンパを制御することができるので、磁性流体を用いたダンパは地震等の制震装置等に用いられている。
しかしながら、この磁性流体を用いた流体ダンパにおいては、流体に含まれる磁性粒子が時間の進行と共に沈降するという問題がある。このため、粒子が沈降しにくい流体の開発が進められてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、磁性流体の種類に関係なく、磁性体の粒子が沈降しにくいダンパの提供である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、磁性流体を用いたダンパであって、磁性流体を格納した容器と、該容器内の摺動子と、外部から磁界を前記磁性流体に印加し、前記磁性流体の粘性を変化させる電磁石とを有し、前記摺動子は、常磁性体と非磁性体との積層体で、両端が非磁性体であり、前記電磁石から印加する磁界は進行磁界であることを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図２は、本発明の実施形態の磁性流体１１６を納めた容器１１２と摺動子（ビストン）１１４とで構成したダンパ１１０を示す図である。図２に示すように、ダンパ１１０のピストン（摺動子）１１４として、常磁性体と非磁性体の積層した構成のものを使用している。このような構成とすることで、図２で丸で模式的に示した粒子がピストン１１４に付着する。このため、どのような磁性流体を用いても、粒子が沈降することがない。ピストンとして用いられる積層体の両端は非磁性体としている。これは一様に磁性粒子が付着するようにするためである。両端を磁性体とすると、両端に針状に磁性粒子が付着してしまう。この磁性体を用いたピストンは、電磁石１２０から定常磁場を印加した磁性流体のダンパに用いることができる。
【０００６】
このような磁性体を用いたピストンを有する磁性流体のダンパに、電磁石１２０で外部から進行磁場を印加すると、外部からの印加した進行磁場の周波数と振幅により、より大きな減衰効果を得ることができる。
図３を用いて、外部から印加した時間的に変化する進行磁場による減衰効果のメカニズムについて説明する。始めに、図３（ａ）状態であったものが、時間的に変動する進行磁場を電磁石１２０から印加すると、図３（ｂ）のように粒子がピストン１１４から離脱して外部磁場に引き寄せられる状態と、図３（ｃ）のようなピストン１１４に引き寄せられる状態を交互に繰り返す。これにより、流体の粘性が変化し、ダンパの減衰を、進行磁場の周波数と振幅により変化させることができる。
なお、定常磁場を印加したときは、図３（ｂ）のように、粒子が引き寄せられた状態となる。これによっても、磁性流体の粘性を変化させることができる。
【０００７】
図４に示すシステムにより、具体的にいろいろな磁性流体を用いた場合のダンパ特性を測定した例を、図５に示す。図４において、振動台１５０からダンパ１１０に対して振動を与えている。振動台１５０の振動は、歪みゲージ１６２，アンプ１６４，ＦＦＴアナライザー１６６により、コンピュータ１７０に入力されている。また、ダンパを介する振動は、重り１３２，レーザー変位計１６８，ＦＦＴアナライザーから、コンピュータ１７０に入力されている。
磁気反応流体（複合流体）として、以下に示す（ａ）〜（ｃ）を用いた。
（ａ）ＭＦ（Ｋ）
・ケロシンベース磁性流体（分散粒子：マグネタイト（粒子径１０ｎｍ，濃度５０ｗｔ％）、分散媒：ケロシン、動粘度：２ｍｍ２／ｓ程度）
（ｂ）ＭＣＦ（Ｋ）
・ケロシンベース磁性流体（分散粒子：マグネタイト（粒子径１０ｎｍ，濃度８．７６ｗｔ％）、分散媒：ケロシン、動粘度２ｍｍ２／ｓ程度） 配合比：５４．９６ｇ
・添加剤１：ケロシン（動粘度：１ｍｍ２／ｓ程度） 配合比：６２．４ｇ
（ｃ）ＭＣＦ（Ｗ）
・水ベース磁性流体（分散粒子：マグネタイト（粒子径１０ｎｍ，濃度８．７６ｗｔ％）、分散媒：水、動粘度：２ｍｍ２／ｓ程度） 配合比：３２．３２ｇ
・添加分散微粒子：鉄（粒子径１μｍ，濃度６．３８ｗｔ％） 配合比：８ｇ
・添加剤１：水（動粘度：１ｍｍ２／ｓ程度） 配合比：８４．８４ｇ
・添加剤２：オレイン酸Ｎａ 配合比：０．２ｇ
・添加分散微粒子：鉄（粒子径１μｍ，濃度６．３８ｗｔ％） 配合比：８ｇ
また、実際に使用したシステムでは、バネのバネ定数０．００５８ｋｇｆ／ｍｍ、重り６０．４ｇの１自由度系である。円筒形の容器の内径は２５ｍｍで、円筒形のビストンの直径は２１ｍｍである。ピストンの常磁性体は厚さ５ｍｍのフェライト（５００ｇａｕｓｓ）で、非磁性体は６ｍｍのアクリルを用いている。常磁性体は４層，非磁性体は５層である。このとき、外部から与える磁場として、時間的に変動する進行磁場（振幅Ｉ＝１０Ａ（最大磁場強度４０ｇａｕｓｓ）、周波数５０Ｈｚ）を与えている。共振時には、振幅比ｚ０／ｚが大きくなる。
【０００８】
上述の混合流体を用いた実施結果例は、図５のグラフに示す通りである。このグラフは、流体中に浸される物体が磁性体（永久磁石つきピストン）であるとき、周波数ｆに対する振幅比ｚ０／ｚを示している。
このような構成のダンパを用いると、長期間にわたって粒子が沈降しないことが観察された。また、進行磁場を外部から印加することにより、ピストンの永久磁石についた粒子を外部磁場により引き離すので、磁場による効果を得ることができる。図５（ａ）に示す磁場を印加しないときの周波数特性のグラフと、図５（ｂ）に示す磁場を印加したときの周波数グラフとを比較すると、共振時における振幅の磁場による減衰効果は、総じて約２１〜２８％である。これは、図１に示した非磁性体のピストンを用いた従来型の流体粘性ダンパのときと比べて、磁場を印加することで大きい減衰効果を得ることができる。
【０００９】
【発明の効果】
本発明は、磁性流体を用いたダンパのピストン（摺動子）を、常磁性体と非磁性体との積層体とし、両端を非磁性体とすることで、磁性流体中の粒子の沈降を防ぐことができる。
また、ピストンを常磁性体と非磁性体との積層体としたとき、電磁石から印加する磁界を進行磁界とすることにより、静止磁界を印加するより、大きい減衰効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の磁性流体を用いたダンパの構成例を示す図である。
【図２】本発明の磁性流体を用いたダンパの構成例を示す図である。
【図３】進行磁場を印加したときの状態を説明する図である。
【図４】磁性流体のダンパをテストするシステムの構成を示す図である。
【図５】進行磁場を印加したときのダンパ特性を示す図である。
【符号の説明】
１１０ ダンパ
１１２ 容器
１１３ ピストン
１１４ ピストン
１１６ 磁性流体
１２０ 電磁石
１５０ 振動台
１６２ 歪みゲージ
１６４ アンプ
１６６ ＦＦＴアナライザー
１６８ レーザー変位計
１７０ コンピュータ

Claims (1)

  1. 磁性流体を用いたダンパであって、
    磁性流体を格納した容器と、該容器内の摺動子と、
    外部から磁界を前記磁性流体に印加し、前記磁性流体の粘性を変化させる電磁石とを有し、
    前記摺動子は、常磁性体と非磁性体との積層体で、両端が非磁性体であり、
    前記電磁石から印加する磁界は進行磁界である
    ことを特徴とする磁性流体を用いたダンパ。
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