JP5448061B2 - 磁気粘性流体せん断型制動装置及び制振装置 - Google Patents
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Description
本発明は、磁界方向に磁性粉クラスタが形成される特性を有する磁気粘性流体を用いて、変位方向に負荷荷重を発生し運動又は振動を抑制する磁気粘性流体せん断型制動装置及び制振装置に関するものである。
従来、支持体又は被支持体の一方にシリンダを連結してその内部に磁気粘性流体を充填し、他方にピストンロッドを連結して、シリンダに出入り自在に挿入し、このピストンロッドにシリンダ内を軸線方向に移動可能なピストンを固定して、シリンダ内を第１及び第２の隔室に区画し、シリンダの内部に磁気粘性流体を充填したバイパス管を第１及び第２の隔室に連通させ、この内壁との間の隙間に磁界を形成する電磁石を設け、磁気粘性流体の流動抵抗を変化させて振動を減衰させる磁気粘性流体流動型制振装置がある（特許文献１参照）。
上記従来の制振装置においては、移動荷重や振動減衰力を可変調整するために、隔室間に制御弁や調整弁などの間に弁機構を介在させたり、バイパス管を外付けするなどしているので、装置の構造が複雑になる。ピストンの移動によって流体を流動させ、オリフィスでの流動抵抗を減衰力とするので、ピストンロッドとの摺動部のシール材に摺動摩擦が生じると共に流体の圧力を受け、さらに磁気粘性流体に含まれる磁性粉がシール材を傷め、シリンダの密閉性が損なわれ易く、耐久性が損なわれる構成となっている。しかも、磁気粘性流体は非常に高価であるため、使用量が増えるほど装置の価格も高価になり、製作コストの低減の妨げになる。
そこで、本発明は、簡易な構造で、製作コストを抑え、長期にわたり性能を維持できる耐久性を備えた磁気粘性流体せん断型制動装置及び制振装置を提供することを課題としている。
そこで、本発明は、簡易な構造で、製作コストを抑え、長期にわたり性能を維持できる耐久性を備えた磁気粘性流体せん断型制動装置及び制振装置を提供することを課題としている。
上記課題を解決するため、本発明においては、磁気粘性流体を充填する円筒状のシリンダ２のような両端が閉鎖した流体保持ケースと、流体保持ケースに軸線方向に出入り自在に貫通するロッド３のような流体せん断部材と、流体保持ケースに、流体せん断部材の流体保持ケースに対する出入り方向と直交する磁性粉クラスタを形成する磁界を形成する電磁石７のような磁石とで磁気粘性流体せん断型制動装置１を構成する。流体保持ケースと流体せん断部材との相対移動に対して、磁気粘性流体の磁性粉クラスタのせん断応力により移動荷重を発生させる。
一端が支持体又は被支持体の一方に連結され、磁気粘性流体を充填する円筒状のシリンダ２のような両端が閉鎖した流体保持ケースと、一端が支持体又は被支持体の他方に連結され、流体保持ケースに軸線方向に出入り自在に貫通するロッド３のような流体せん断部材と、流体保持ケースに、流体せん断部材の流体保持ケースに対する出入り方向と直交する磁性粉クラスタを形成する磁界を形成する電磁石７のような磁石とで磁気粘性流体せん断型制振装置１を構成する。流体保持ケースと流体せん断部材との相対移動に対する磁気粘性流体の磁性粉クラスタのせん断応力により振動を減衰させる。
一端が支持体又は被支持体の一方に連結され、磁気粘性流体を充填する円筒状のシリンダ２のような両端が閉鎖した流体保持ケースと、一端が支持体又は被支持体の他方に連結され、流体保持ケースに軸線方向に出入り自在に貫通するロッド３のような流体せん断部材と、流体保持ケースに、流体せん断部材の流体保持ケースに対する出入り方向と直交する磁性粉クラスタを形成する磁界を形成する電磁石７のような磁石とで磁気粘性流体せん断型制振装置１を構成する。流体保持ケースと流体せん断部材との相対移動に対する磁気粘性流体の磁性粉クラスタのせん断応力により振動を減衰させる。
本発明は、流体保持ケース内に流体せん断部材を貫通させて、軸線直交方向に磁界を作用させ、磁気粘性流体に磁性粉クラスタを形成し、そのせん断応力を強化するので、流体の粘性抵抗が高まり、流体保持ケースと流体せん断部材との相対移動に対する荷重を生じ、相対移動を抑制し、あるいは振動減衰力を発生することができる。ピストンやバイパス管を設けることなく、移動荷重や振動減衰力を作用させるので、極めて簡易な構造となる。シリンダ内での急激な圧力上昇や流体の流れが生じないので、軸摺動部のシール材への圧力や磁性粉による損傷を大幅に軽減し、密封性を損なうことなく、長期にわたり性能を維持できる。また、磁気粘性流体は流体せん断部材と接触すれば足り、高価な磁気粘性流体の使用量を少なくすることができ、簡易構造と併せ、製作コストの低減を図ることができる。
本発明の実施の一形態を図面を参照して説明する。
図１において、制動装置１は、例えば産業用ロボットや運動器具の可動部の移動荷重を調整するために用いられる。制動装置１は、図示しない固定部に固定される流体保持ケースである円筒状のシリンダ２と、図示しない可動部に引き手４を介して連結されシリンダ２に軸線方向へ出入り自在に貫通する流体せん断部材であるロッド３とを備えている。シリンダ２の内部には磁気粘性流体が充填される。シリンダ２のロッド３の出入り口にはシール材５を備えている。
図１において、制動装置１は、例えば産業用ロボットや運動器具の可動部の移動荷重を調整するために用いられる。制動装置１は、図示しない固定部に固定される流体保持ケースである円筒状のシリンダ２と、図示しない可動部に引き手４を介して連結されシリンダ２に軸線方向へ出入り自在に貫通する流体せん断部材であるロッド３とを備えている。シリンダ２の内部には磁気粘性流体が充填される。シリンダ２のロッド３の出入り口にはシール材５を備えている。
シリンダ２の側壁内側には、図２，図３に示すように、軸線方向に複数の電磁石６が並んで固定され、図示しない電源部に接続される。この電磁石６は、環状の鉄心材６ａの外周面の直交方向を軸として円周方向に連続的にコイル６ｂが埋め込まれて構成される。コイル６ｂの導線は鉄心材６ａの周縁部に軸線方向に設けられた導線通し溝６ｃにより外部へ引き出される。電磁石６は、図４の矢印に示すように、シリンダ２とロッド３と間に半径方向の磁界を形成する。
この制動装置１のシリンダ２内の磁気粘性流体は、電磁石６により、図４の矢印で示す磁束が発生するので、シリンダ２とロッド３との間に半径方向の磁界が生じる。この磁界により、図５（Ａ）に示すように磁気粘性流体中に散在する磁性粉Ｄが、同図（Ｂ）に示すように磁界方向に沿って揃った磁性粉クラスタＣを形成し、流体の粘度が高まる。従って、シリンダ２とロッド３との相対移動時に、ロッド３の移動に伴う磁性粉クラスタＣのせん断応力により、磁気粘性流体の粘性抵抗が高まり、ロッド３の移動を妨げる方向の荷重を発生して、運動器具等の固定部に対する可動部の制動作用を行う。この過程でシリンダ２内の圧力はほぼ変化なく、磁気粘性流体に流れがほとんど生じないので、シリンダ２のシール材５への圧力や磁性粉による負担が大幅に軽減され、シリンダ２の密閉性を損なうことなく、長期にわたり性能を維持できる。また、シリンダ２内に充填される磁気粘性流体はロッド３と接触状態にあればよく、使用量を少なくすることができる。
なお、上記実施形態の制動装置１においては、従来の磁気粘性流体を用いる制振装置におけると同様に、温度変化による流体の体積変動を吸収するために内圧を付与するアキュムレータ等を適宜設けてもよい。
他の実施形態を図６、図７に示す。同図おいて、制振装置７は、図示しない構築物のような支持体又は被支持体に引き手１０を介して連結される流体保持ケースである円筒状のシリンダ８と、被支持体又は支持体に引き手１１を介して連結されシリンダ８に軸線方向へ出入り自在に貫通する流体せん断部材であるロッド９とを備えている。シリンダ８の内部には磁気粘性流体が充填される。シリンダ８のロッド９出入り口にはシール材１２を備えている。
シリンダ８の側壁内側には、軸線方向に複数の電磁石１３が並んで固定され、図示しない電源部に接続される。この電磁石１３は、環状の鉄心材１３ａの外周面の直交方向を軸として円周方向に連続的にコイル１３ｂが埋め込まれて構成される。コイル１３ｂの導線は鉄心材１３ａの周縁部に軸線方向に設けられた図示しない導線通し溝により外部へ引き出される。電磁石７は、図４の矢印に示すように、シリンダ８とロッド９と間に半径方向の磁界を形成する。
この制振装置７は、例えば高層建築物の構造材間に介設される。両者間に振動による相対的変位が生じるときに、ロッド９がシリンダ８の一端から押し込まれ、他端から引き出される。シリンダ８の内部の磁気粘性流体は、電磁石１３により、図４の矢印で示す磁束が発生するので、シリンダ８とロッド９との間には半径方向の磁界が生じる。この磁界により、図５（Ａ）に示すように磁気粘性流体中に散在する磁性粉Ｄが、同図（Ｂ）に示すように磁界方向に沿って揃った磁性粉クラスタＣを形成し、流体の粘度が高まる。従って、ロッド９の移動に伴う磁性粉クラスタＣのせん断応力により、磁気粘性流体の粘性抵抗が高まり、ロッド９の移動を妨げて振動を減衰させる。この過程でシリンダ内の圧力は変化なく、磁気粘性流体の流れがほとんど生じないので、シリンダ８のシール材１２への圧力や磁性粉による負担が大幅に軽減され、シリンダ８の密閉性を損なうことなく、長期にわたり性能を維持できる。また、シリンダ８内に充填される磁気粘性流体はロッド９と接触状態にあればよく、使用量を少なくすることができる。
本発明は、磁気粘性流体を用いて運動器具等の可動部に対する移動荷重や構造物の構造材に対する振動減衰力を発生するのに有効である。
１ 制動装置
２ シリンダ
３ ロッド
５ シール材
６ 電磁石
６ａ 鉄心材
６ｂ コイル
７ 制振装置
８ シリンダ
９ ロッド
１２ シール材
１３ 電磁石
１３ａ 鉄心材
１３ｂ コイル
Ｄ 磁性粉
Ｃ 磁性粉クラスタ
２ シリンダ
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１３ｂ コイル
Ｄ 磁性粉
Ｃ 磁性粉クラスタ
Claims (3)
- 内部に磁気粘性流体を充填した流体保持ケースと、前記流体保持ケースを出入り自在に気密に貫通する流体せん断部材と、前記流体保持ケース内の磁気粘性流体に、前記流体せん断部材の流体保持ケースに対する出入り方向と直交する磁界を形成する磁石とを具備し、
前記流体保持ケースと流体せん断部材との相対移動に対して、これに伴う流体保持ケースの内圧変化及び磁気粘性流体の流れをほとんど生じることなく、前記磁界方向に沿った磁気粘性流体の磁性粉クラスタのせん断応力により移動方向への負荷荷重を発生することを特徴とする磁気粘性流体せん断型制動装置。 - 支持体又は被支持体の一方に連結され、内部に磁気粘性流体を充填した流体保持ケースと、他方に連結され、前記流体保持ケースを出入り自在に気密に貫通する流体せん断部材と、前記流体保持ケース内の磁気粘性流体に、前記流体せん断部材の流体保持ケースに対する出入り方向と直交する磁界を形成する磁石とを具備し、
前記流体保持ケースと流体せん断部材との相対移動に対して、これに伴う流体保持ケースの内圧変化及び磁気粘性流体の流れをほとんど生じることなく、前記磁界方向に沿った磁気粘性流体の磁性粉クラスタのせん断応力により振動を減衰することを特徴とする磁気粘性流体せん断型制振装置。 - 前記流体保持ケースは、両端が閉鎖された円筒状のシリンダで構成され、
前記流体せん断部材は、前記シリンダの軸線方向に沿うロッドで構成され、
前記磁石は、シリンダの内壁に設けられた電磁石であることを特徴とする請求項１に記載の磁気粘性流体せん断型制動装置又は請求項２に記載の制振装置。
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