JP6452502B2 - Magnetorheological fluid device - Google Patents

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JP6452502B2 JP2015045364A JP2015045364A JP6452502B2 JP 6452502 B2 JP6452502 B2 JP 6452502B2 JP 2015045364 A JP2015045364 A JP 2015045364A JP 2015045364 A JP2015045364 A JP 2015045364A JP 6452502 B2 JP6452502 B2 JP 6452502B2
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Description

本発明は、部材間に介在する磁気粘性流体に付与する磁場の強さを変えることで、当該部材間で伝達される力を変化させる磁気粘性流体装置に関する。   The present invention relates to a magnetorheological fluid device that changes the force transmitted between the members by changing the strength of a magnetic field applied to the magnetorheological fluid interposed between the members.

特許文献1には、磁気粘性流体に付与する磁場の強さを変えることで、磁気粘性流体を介して2つの部材間で伝達される回転力を変化させる磁気粘性流体装置が開示されている。例えば、同文献の図1に記載された磁気粘性流体装置は、回転力の伝達側となる円板と、該円板に対する対向面を有し、回転力の被伝達側となる部材と、円板と前記部材との隙間に介在するケーシング内に封入された磁気粘性流体と、この磁気粘性流体に磁場を付与する電磁石とを備えるものである。この装置において、電磁石に電流を印加すると、電流の大きさに応じて磁気粘性流体に粘度(ずり応力)が発現し、その印加電流の大きさを変えることで、円板と前記部材との間で伝達する回転力(トルク)を変化させることができる。   Patent Document 1 discloses a magnetorheological fluid device that changes the rotational force transmitted between two members via a magnetorheological fluid by changing the strength of a magnetic field applied to the magnetorheological fluid. For example, the magnetorheological fluid device described in FIG. 1 of the same document includes a disk that is a transmission side of a rotational force, a member that is opposed to the disk and is a transmission side of the rotational force, A magnetorheological fluid sealed in a casing interposed in a gap between the plate and the member, and an electromagnet for applying a magnetic field to the magnetorheological fluid. In this apparatus, when an electric current is applied to the electromagnet, a viscosity (shear stress) appears in the magnetorheological fluid in accordance with the magnitude of the electric current, and the magnitude of the applied current is changed so that the disk and the member are not affected. The rotational force (torque) transmitted by can be changed.

また、特許文献2には、磁気粘性流体に付与する磁場の強さを変えることで、磁気粘性流体を介してピストンとシリンダボディとの間で伝達される直動方向の力(以下「直動力」ともいう。)を変化させることができる磁気粘性流体装置であるダンパーが開示されている。   Further, Patent Document 2 discloses a force in a linear motion direction (hereinafter referred to as “direct power”) transmitted between a piston and a cylinder body via a magnetorheological fluid by changing the strength of a magnetic field applied to the magnetorheological fluid. A damper is disclosed which is a magneto-rheological fluid device capable of changing.

特開2014−181778号公報JP 2014-181778 A 特開2004−019741号公報JP 2004-019741 A

ところで、部材間で伝達される力を制御・調整等する装置の分野においては、回転力および直動力の双方の伝達力を同時に制御・調整等することが要求される場合がある。しかしながら、従来の磁気粘性流体装置では、単体でそのような要求に応えることが困難であった。   By the way, in the field of devices for controlling / adjusting the force transmitted between members, it may be required to simultaneously control / adjust both the rotational force and the direct force. However, it has been difficult for conventional magnetorheological fluid devices to meet such demands alone.

本発明は、かかる課題に鑑みて創案されたものであり、部材間に介在する磁気粘性流体に付与する磁場の強さを変えることで、当該部材間で伝達する力を変化させる磁気粘性流体装置において、回転力および直動力の双方の伝達力を制御・調整等することが可能となる磁気粘性流体装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and a magnetorheological fluid device that changes the force transmitted between the members by changing the strength of the magnetic field applied to the magnetorheological fluid interposed between the members. An object of the present invention is to provide a magneto-rheological fluid device that can control and adjust both the rotational force and the direct force.

本発明に係る磁気粘性流体装置は、シリンダと、前記シリンダの内部空間に往復動可能に嵌め込まれたピストンと、前記シリンダの一方から該シリンダに対して回転可能かつ往復動可能に挿通され、前記ピストンに接続された第1の軸材と、前記シリンダの他方から該シリンダに対して回転不能かつ往復動可能に挿通され、前記ピストンに接続された第2の軸材と、前記ピストン内に設けられたコイルと、を備えるものを前提としている。前記ピストンは、その一方に凹部が形成され、その他方に前記第1の軸材が接続されたアウター部と、前記凹部に対して回転可能に嵌め込まれ、その嵌め込み側と反対側の面に前記第2の軸材が接続されたインナー部と、前記アウター部の凹部形成面から中心側に張り出し、前記インナー部に形成されたスリット内に相対回転可能に差し込まれた環状板部と、を有する。また、前記ピストンにより前記シリンダの内部空間が区画されてなる第1流体室および第2流体室を互いに連通するものであって、前記インナー部のスリット形成面と前記環状板部の板面との隙間を経由する連通路が設けられている。また、前記コイルに電流を印加することにより、前記インナー部のスリット形成面と前記環状板部の板面との前記隙間を貫通する磁路が形成されるように、前記コイルが配設されるとともに、前記アウター部、前記インナー部および前記環状板部に使用される材料が設定されている。   A magnetorheological fluid device according to the present invention includes a cylinder, a piston fitted in an internal space of the cylinder so as to be reciprocally movable, and is inserted into the cylinder so as to be rotatable and reciprocally movable from one of the cylinders. A first shaft connected to the piston, a second shaft connected to the piston from the other side of the cylinder so as not to rotate and reciprocate, and connected to the piston; and provided in the piston It is premised on what is provided with the coil provided. The piston has a concave portion formed on one side thereof, and is fitted to the outer portion to which the first shaft member is connected on the other side and the concave portion so as to be rotatable. An inner portion to which the second shaft member is connected, and an annular plate portion that projects from the concave portion forming surface of the outer portion toward the center and is inserted into the slit formed in the inner portion so as to be relatively rotatable. . In addition, the first fluid chamber and the second fluid chamber in which the internal space of the cylinder is partitioned by the piston communicate with each other, and the slit forming surface of the inner portion and the plate surface of the annular plate portion A communication path that passes through the gap is provided. Further, the coil is disposed so that a magnetic path that penetrates the gap between the slit forming surface of the inner portion and the plate surface of the annular plate portion is formed by applying a current to the coil. In addition, materials used for the outer portion, the inner portion, and the annular plate portion are set.

また、他の本発明に係る磁気粘性流体装置は、シリンダと、前記シリンダの内部空間に往復動可能に嵌め込まれたピストンと、前記シリンダの一方から該シリンダに対して回転可能かつ往復動可能に挿通され、前記ピストンに接続された第1の軸材と、前記シリンダの他方から該シリンダに対して回転不能かつ往復動可能に挿通され、前記ピストンに接続された第2の軸材と、前記ピストン内に設けられたコイルと、を備えるものを前提としている。前記ピストンは、その一方に凹部が形成され、その他方に前記第2の軸材が接続されたアウター部と、前記凹部に対して回転可能に嵌め込まれ、その嵌め込み側と反対側の面に前記第1の軸材が接続されたインナー部と、前記アウター部の凹部形成面から中心側に張り出し、前記インナー部に形成されたスリット内に相対回転可能に差し込まれた環状板部と、を有する。また、前記ピストンにより前記シリンダの内部空間が区画されてなる第1流体室および第2流体室を互いに連通するものであって、前記インナー部のスリット形成面と前記環状板部の板面との隙間を経由する連通路が設けられている。また、前記コイルに電流を印加することにより、前記インナー部のスリット形成面と前記環状板部の板面との前記隙間を貫通する磁路が形成されるように、前記コイルが配設されるとともに、前記アウター部、前記インナー部および前記環状板部に使用される材料が設定されている。   In addition, another magnetorheological fluid device according to the present invention includes a cylinder, a piston fitted in the inner space of the cylinder so as to be reciprocally movable, and is rotatable and reciprocally movable with respect to the cylinder from one of the cylinders. A first shaft member that is inserted and connected to the piston; a second shaft member that is inserted through the other of the cylinders so as to be non-rotatable and reciprocally movable; and connected to the piston; And a coil provided in the piston. The piston has a concave portion formed on one side thereof, and the outer portion to which the second shaft member is connected on the other side. The piston is rotatably fitted to the concave portion, and the piston is provided on a surface opposite to the fitting side. An inner portion to which the first shaft member is connected, and an annular plate portion that protrudes from the concave portion forming surface of the outer portion toward the center and is inserted into the slit formed in the inner portion so as to be relatively rotatable. . In addition, the first fluid chamber and the second fluid chamber in which the internal space of the cylinder is partitioned by the piston communicate with each other, and the slit forming surface of the inner portion and the plate surface of the annular plate portion A communication path that passes through the gap is provided. Further, the coil is disposed so that a magnetic path that penetrates the gap between the slit forming surface of the inner portion and the plate surface of the annular plate portion is formed by applying a current to the coil. In addition, materials used for the outer portion, the inner portion, and the annular plate portion are set.

上記本発明に係る磁気粘性流体装置又は上記他の本発明係る磁気粘性流体装置によれば、シリンダの内部空間および連通路に磁気粘性流体を充填した後、コイルに電流を印加し、インナー部のスリット形成面と環状板部の板面との隙間に介在する磁気粘性流体に磁場を付与すると、当該磁気粘性流体に磁場(印加電流)の強さに応じた粘度(ずり応力)が発現する。そして、当該磁気粘性流体が介在する隙間は、第1流体室および第2流体室を互いに連通する連通路の一部を形成するものであると同時に、当該隙間に介在する磁気粘性流体は、インナー部とアウター部との間で回転力を伝達するものである。これらのことから、当該磁気粘性流体に付与する磁場の強さ(印加電流)を変えることで、第1の軸材とシリンダ間で伝達される回転力を制御・調整等することが可能になるとともに、それらの間で伝達される直動力も制御・調整等することが可能となる。   According to the magnetorheological fluid device according to the present invention or the other magnetorheological fluid device according to the present invention, after the magnetorheological fluid is filled in the internal space and the communication path of the cylinder, an electric current is applied to the coil, When a magnetic field is applied to the magnetorheological fluid interposed in the gap between the slit forming surface and the plate surface of the annular plate portion, a viscosity (shear stress) corresponding to the strength of the magnetic field (applied current) appears in the magnetorheological fluid. The gap in which the magnetorheological fluid intervenes forms part of the communication path that connects the first fluid chamber and the second fluid chamber to each other, and at the same time, the magnetorheological fluid intervening in the gap The rotational force is transmitted between the part and the outer part. For these reasons, it is possible to control / adjust the rotational force transmitted between the first shaft member and the cylinder by changing the strength (applied current) of the magnetic field applied to the magnetorheological fluid. At the same time, the direct power transmitted between them can be controlled and adjusted.

上記構成において、前記コイルは、前記環状板部の内側に配置されており、前記連通路は、前記インナー部のスリット形成面の一方の面とこれに対向する前記環状板部の板面との隙間、前記環状板部の内周面とコイルとの隙間、および、前記インナー部のスリット形成面の他方の面とこれに対向する前記環状板部の板面との隙間を経由するものである、ことが望ましい。   The said structure WHEREIN: The said coil is arrange | positioned inside the said cyclic | annular board part, and the said communicating path is one surface of the slit formation surface of the said inner part, and the board surface of the said cyclic | annular plate part facing this. It passes through the gap, the gap between the inner peripheral surface of the annular plate portion and the coil, and the gap between the other surface of the slit forming surface of the inner portion and the plate surface of the annular plate portion facing this. Is desirable.

この場合、シリンダの内部空間および連通路に磁気粘性流体を充填した後、コイルに電流を印加すると、インナー部のスリット形成面と環状板部の両面との間にそれぞれ形成された2か所の隙間に介在する磁気粘性流体に磁場が付与され、それぞれの隙間に介在する磁気粘性流体に磁場(印加電流)の強さに応じた粘度(ずり応力)が発現する。当該2か所の磁気粘性流体が介在する隙間は、第1流体室および第2流体室を互いに連通する連通路を形成するものであると同時に、当該2か所の隙間に介在する磁気粘性流体は、何れもインナー部とアウター部との間で回転力を伝達するものである。これらのことから、回転力および直動力の伝達効率の向上、消費電力の抑制等が期待できる。   In this case, after filling the internal space and the communication path of the cylinder with a magnetorheological fluid and applying a current to the coil, the two portions formed between the slit forming surface of the inner portion and both surfaces of the annular plate portion are respectively formed. A magnetic field is applied to the magnetorheological fluid interposed in the gap, and a viscosity (shear stress) corresponding to the strength of the magnetic field (applied current) appears in the magnetorheological fluid interposed in each gap. The gap in which the two magnetorheological fluids intervene forms a communication path that connects the first fluid chamber and the second fluid chamber to each other, and at the same time, the magnetorheological fluid intervening in the gaps in the two sites. These all transmit rotational force between the inner part and the outer part. From these facts, it can be expected to improve the transmission efficiency of the rotational force and the direct power, and to suppress the power consumption.

本発明によれば、磁気粘性流体に付与する磁場の強さを変えることで、第1の軸材とシリンダ間で伝達される回転力を制御・調整等することが可能になるとともに、それらの間で伝達される直動力も制御・調整等することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to control and adjust the rotational force transmitted between the first shaft member and the cylinder by changing the strength of the magnetic field applied to the magnetorheological fluid. It is also possible to control / adjust the direct power transmitted between them.

本発明の実施の形態に係る磁気粘性流体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the magnetorheological fluid apparatus which concerns on embodiment of this invention. シリンダおよびピストンの構築例を示した断面図である。但し、磁気粘性流体を表現するための塗り潰しは省略している。It is sectional drawing which showed the construction example of the cylinder and the piston. However, the painting for expressing the magnetorheological fluid is omitted. ピストン等の部分拡大断面図である。It is a partial expanded sectional view of pistons. 図1に示す状態からピストンが反対側へ移動した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which the piston moved to the opposite side from the state shown in FIG. ピストン等の部分拡大断面図である。It is a partial expanded sectional view of pistons. 本発明の他の実施の形態に係る磁気粘性流体装置のピストン等の部分拡大断面図である。It is a partial expanded sectional view of the piston etc. of the magnetorheological fluid device concerning other embodiments of the present invention. 本発明の他の実施の形態に係る磁気粘性流体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the magnetorheological fluid apparatus which concerns on other embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態に係る磁気粘性流体装置について、図面を参照しつつ説明する。図1に示すように、本発明の実施の形態に係る磁気粘性流体装置1は、シリンダ2、ピストン3、回転可能ロッド4、回転不能ロッド6、磁場発生手段7、磁気粘性流体8等で構成されている。   Hereinafter, a magnetorheological fluid device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, a magnetorheological fluid device 1 according to an embodiment of the present invention includes a cylinder 2, a piston 3, a rotatable rod 4, a nonrotatable rod 6, a magnetic field generating means 7, a magnetorheological fluid 8, and the like. Has been.

シリンダ2は、両端が端壁9,10によって閉塞された円筒状の部材で構成され、その内部にピストン3が往復動するための内部空間12が形成されている。一方の端壁9には、回転可能ロッド4を挿通するためのロッド孔9aが形成されている。該ロッド孔9aの内周面には、2つの溝が形成されており、各溝にブッシュ13およびUパッキン14が嵌め付けられている。他方の端壁10には、回転不能ロッド6を挿通するためのロッド孔10aが形成されている。該ロッド孔10aの内周面にも、2つの溝が形成され、各溝にブッシュ13およびUパッキン14が嵌め付けられている。なお、シリンダ2にはステンレス鋼(SUS304)等の非磁性体を使用することが望ましい。   The cylinder 2 is composed of a cylindrical member whose both ends are closed by end walls 9 and 10, and an internal space 12 for reciprocating the piston 3 is formed therein. One end wall 9 is formed with a rod hole 9 a for inserting the rotatable rod 4. Two grooves are formed on the inner peripheral surface of the rod hole 9a, and a bush 13 and a U packing 14 are fitted in each groove. The other end wall 10 is formed with a rod hole 10a through which the non-rotatable rod 6 is inserted. Two grooves are also formed on the inner peripheral surface of the rod hole 10a, and a bush 13 and a U packing 14 are fitted in each groove. The cylinder 2 is preferably made of a nonmagnetic material such as stainless steel (SUS304).

ピストン3は、シリンダ2の内部空間12に往復動可能に嵌め込まれている。ピストン3の外径とシリンダ2の内径とは、ピストン3がシリンダ2の内部空間12内を移動する際に、磁気粘性流体が当該隙間を極力通過しないように、設定されている。なお、ピストン3の詳細な構造については後に詳述する。   The piston 3 is fitted in the internal space 12 of the cylinder 2 so as to be able to reciprocate. The outer diameter of the piston 3 and the inner diameter of the cylinder 2 are set so that the magnetorheological fluid does not pass through the gap as much as possible when the piston 3 moves in the internal space 12 of the cylinder 2. The detailed structure of the piston 3 will be described later.

回転可能ロッド4は、シリンダ2の端壁9に形成されたロッド孔9aから挿通され、その一端部がピストン3に対して接続されている。回転可能ロッド4の他端部にはボタン16が固設されている。このボタン16は、一般の人が容易に把持可能なサイズの円柱状のものとされている。また、回転可能ロッド4には、該ロッド4がシリンダ2から伸長する方向に付勢する復帰手段17が設けられている。復帰手段17は、回転可能ロッド4の途中部に固設された円板状のスプリングリテーナ18と、このスプリングリテーナ18とシリンダ2の端壁9との間に圧縮状態で介装されたコイルスプリング19とを備えている。なお、回転可能ロッド4にはステンレス鋼等の非磁性体を使用することが望ましい。   The rotatable rod 4 is inserted through a rod hole 9 a formed in the end wall 9 of the cylinder 2, and one end thereof is connected to the piston 3. A button 16 is fixed to the other end of the rotatable rod 4. The button 16 has a cylindrical shape that can be easily grasped by a general person. The rotatable rod 4 is provided with a return means 17 that urges the rod 4 in a direction in which the rod 4 extends from the cylinder 2. The return means 17 includes a disk-like spring retainer 18 fixedly provided in the middle of the rotatable rod 4 and a coil spring interposed between the spring retainer 18 and the end wall 9 of the cylinder 2 in a compressed state. 19. It is desirable to use a nonmagnetic material such as stainless steel for the rotatable rod 4.

回転不能ロッド6は、シリンダ2の端壁10に形成されたロッド孔10aから挿通され、ピストン3に対して接続されている。回転不能ロッド6は、シリンダ2に対して回転不能にかつ軸方向に移動可能に設けられている。回転不能ロッド6をシリンダ2に対して回転不能とする手段は、回転不能ロッドに直径方向に貫通したピン21と、シリンダ2の端壁10に回転不能ロッドの移動方向に平行に形成されたピン21のガイド溝10bとで構成されている。回転不能ロッド6の内部には、後述するコイル22に電流を供給する導線23を挿通するための導線孔6aが形成されている。なお、回転不能ロッド6にはステンレス鋼等の非磁性体を使用することが望ましい。   The non-rotatable rod 6 is inserted through a rod hole 10 a formed in the end wall 10 of the cylinder 2 and connected to the piston 3. The non-rotatable rod 6 is provided so as not to rotate with respect to the cylinder 2 and to be movable in the axial direction. The means for making the non-rotatable rod 6 non-rotatable with respect to the cylinder 2 includes a pin 21 diametrically penetrating the non-rotatable rod and a pin formed on the end wall 10 of the cylinder 2 in parallel with the moving direction of the non-rotatable rod. 21 guide grooves 10b. Inside the non-rotatable rod 6, a conductor hole 6 a is formed for inserting a conductor 23 for supplying a current to a coil 22 described later. The non-rotatable rod 6 is desirably made of a nonmagnetic material such as stainless steel.

次に、上記ピストン3について更に詳細に説明する。上記ピストン3は、主に、アウター部31、インナー部32および環状板部33で構成されている。   Next, the piston 3 will be described in more detail. The piston 3 mainly includes an outer portion 31, an inner portion 32, and an annular plate portion 33.

アウター部31の一方には、凹部31aが形成されている。この凹部31aには、インナー部32が相対回転可能に嵌め込まれている。また、アウター部31の他方には、回転可能ロッド4の端部が接続されている。なお、アウター部31(環状板部33の外径側部分を除く)にはステンレス鋼等の非磁性体が使用されている。   A concave portion 31 a is formed on one side of the outer portion 31. The inner portion 32 is fitted into the recess 31a so as to be relatively rotatable. The other end of the outer portion 31 is connected to the end of the rotatable rod 4. A nonmagnetic material such as stainless steel is used for the outer portion 31 (excluding the outer diameter side portion of the annular plate portion 33).

インナー部32は、アウター部31の凹部31aに対して2つのベアリング34,35を介して回転可能に、かつ、軸方向に相対移動不能に嵌め込まれている。一方のベアリング34は凹部31aの深い位置に嵌め込まれ、もう一方のベアリング35は凹部31aの浅い位置に嵌め込まれている。また、インナー部32内には、ボビン36および該ボビン36に巻かれたコイル22が設置されている。コイル22は、インナー部32の軸線を中心とした円筒状に巻設されている。また、インナー部32において、凹部31aへの嵌め込み側と反対側の面32aに、回転不能ロッド6の端部が接続されている。インナー部32内には、回転不能ロッド6内に形成された導線孔6aから連続してコイル22に至るまで、導線23を挿通するための導線孔32bが形成されている。なお、インナー部32はヨークとしても機能するため、その材料として磁性体が使用されている。   The inner portion 32 is fitted to the concave portion 31a of the outer portion 31 so as to be rotatable via two bearings 34 and 35 and not to be relatively movable in the axial direction. One bearing 34 is fitted in a deep position of the recess 31a, and the other bearing 35 is fitted in a shallow position of the recess 31a. In the inner portion 32, a bobbin 36 and a coil 22 wound around the bobbin 36 are installed. The coil 22 is wound in a cylindrical shape around the axis of the inner portion 32. Moreover, in the inner part 32, the edge part of the non-rotatable rod 6 is connected to the surface 32a on the opposite side to the fitting side to the recessed part 31a. In the inner portion 32, a conductor hole 32 b for inserting the conductor 23 is formed from the conductor hole 6 a formed in the non-rotatable rod 6 to the coil 22 continuously. In addition, since the inner part 32 functions also as a yoke, the magnetic body is used as the material.

環状板部33は、アウター部31の凹部31aの形成面から中心側に張り出し、インナー部32に形成されたスリット32cに相対回転可能に差し込まれている。環状板部33のインナー部32に差し込まれた部分の表面33aおよび裏面33bとインナー部32の2つのスリット形成面32c1,32c2との間には、それぞれ微小隙間37(図3参照)が確保されている。また、環状板部33の内周面とコイル22との間にも隙間38(図3参照)が確保されている。なお、環状板部33には磁性体が使用されている。   The annular plate portion 33 projects from the formation surface of the concave portion 31 a of the outer portion 31 toward the center side and is inserted into a slit 32 c formed in the inner portion 32 so as to be relatively rotatable. A minute gap 37 (see FIG. 3) is secured between the front surface 33a and back surface 33b of the portion inserted into the inner portion 32 of the annular plate portion 33 and the two slit forming surfaces 32c1 and 32c2 of the inner portion 32. ing. Further, a gap 38 (see FIG. 3) is also secured between the inner peripheral surface of the annular plate portion 33 and the coil 22. Note that a magnetic material is used for the annular plate portion 33.

また、ピストン3には、該ピストン3によりシリンダ2の内部空間12が区画されてなる第1流体室27と第2流体室28とを連通する連通路29が形成されている。この連通路29は、アウター部31、インナー部32、アウター部31とインナー部32との間などに形成されている。アウター部31においては、第1流体室27から凹部31aまで形成された第1貫通孔31bが連通路29を構成している。また、インナー部32においては、アウター部31の凹部31aに臨む位置からスリット形成面32c1まで形成された第2貫通孔32dと、上記2か所の微小隙間37と、上記隙間38と、スリット形成面32c2から第2流体室28まで形成された第3貫通孔32eとで連通路29を構成している。なお、第2貫通孔32dと第3貫通孔32eとは、ピストン3の移動方向から視て同じ位置に形成されていることが望ましい。また、本実施形態では、第1貫通孔31b、第2貫通孔32dおよび第3貫通孔32eは、それぞれ1ずつ形成されているが、これらは、それぞれ周方向に間隔をおいて複数形成されていてもよい。   In addition, the piston 3 is formed with a communication passage 29 that communicates the first fluid chamber 27 and the second fluid chamber 28 in which the internal space 12 of the cylinder 2 is partitioned by the piston 3. This communication path 29 is formed in the outer part 31, the inner part 32, between the outer part 31 and the inner part 32, and the like. In the outer portion 31, a first through hole 31 b formed from the first fluid chamber 27 to the recess 31 a constitutes the communication passage 29. Further, in the inner portion 32, the second through hole 32d formed from the position facing the concave portion 31a of the outer portion 31 to the slit forming surface 32c1, the two minute gaps 37, the gap 38, and the slit formation. A communication passage 29 is constituted by the third through hole 32e formed from the surface 32c2 to the second fluid chamber 28. The second through hole 32d and the third through hole 32e are preferably formed at the same position when viewed from the moving direction of the piston 3. In the present embodiment, one each of the first through hole 31b, the second through hole 32d, and the third through hole 32e are formed, but a plurality of these are formed at intervals in the circumferential direction. May be.

ピストン3には、その他にも、第1流体室27から第2流体室28までアウター部31を貫通した逆止弁付連通路39が形成されている。逆止弁付連通路39の逆止弁39aは、ボタン16がシリンダ2側へ押進されたときに第2流体室28から第1流体室27へ移動しようとする磁気粘性流体の流れを阻止するように設置されている。なお、符号39bは、連通路39における磁気粘性流体の流れを阻害することなく、逆止弁39aのボールが連通路39から離脱することを防止する部材であり、例えば細棒材で構成されている。   In addition, a communication path 39 with a check valve that penetrates the outer portion 31 from the first fluid chamber 27 to the second fluid chamber 28 is formed in the piston 3. The check valve 39a of the communication passage 39 with a check valve blocks the flow of the magnetorheological fluid that tries to move from the second fluid chamber 28 to the first fluid chamber 27 when the button 16 is pushed to the cylinder 2 side. It is installed to do. Reference numeral 39b is a member that prevents the ball of the check valve 39a from being detached from the communication path 39 without hindering the flow of the magnetorheological fluid in the communication path 39, and is constituted by, for example, a thin bar. Yes.

磁場発生手段7は、ピストン3のインナー部32内に配置された、ボビン36に巻き付けられたコイル22と、ヨークとして機能するピストン3のインナー部32と、コイル22に電流を供給する電流供給装置(不図示)とで主に構成されている。コイル22に電流が供給されると、ヨーク(インナー部32)と環状板部33との2か所の隙間37および環状板部33を貫通する磁路が形成される。なお、コイル22から延出した導線23は、導線孔6a,32bを通じて電流供給装置に接続されている。   The magnetic field generation means 7 includes a coil 22 wound around a bobbin 36, an inner part 32 of the piston 3 that functions as a yoke, and a current supply device that supplies current to the coil 22. (Not shown). When a current is supplied to the coil 22, two gaps 37 between the yoke (inner portion 32) and the annular plate portion 33 and a magnetic path that penetrates the annular plate portion 33 are formed. In addition, the conducting wire 23 extended from the coil 22 is connected to the current supply device through the conducting wire holes 6a and 32b.

磁気粘性流体8は、シリンダ2の内部空間12に封入されており、第1流体室27および第2流体室28のみならず、連通路29や各部の隙間にも行き渡っている。この磁気粘性流体8は、磁性粒子を分散媒に分散させてなる液体であり、特にその磁性粒子がナノサイズの金属粒子(金属ナノ粒子)からなるものが使用できる。磁性粒子は磁化可能な金属材料からなり、金属材料に特に制限はないが軟磁性材料が好ましい。軟磁性材料としては、例えば鉄、コバルト、ニッケル及びパーマロイ等の合金が挙げられる。分散媒は、特に限定されるものではないが、一例として疎水性のシリコーンオイルを挙げることができる。磁気粘性流体における磁性粒子の配合量は、例えば3〜40vol%とすればよい。磁気粘性流体にはまた、所望の各種特性を得るために、各種の添加剤を添加することも可能である。   The magnetorheological fluid 8 is sealed in the internal space 12 of the cylinder 2 and spreads not only in the first fluid chamber 27 and the second fluid chamber 28 but also in the communication passage 29 and the gaps between the respective portions. The magnetorheological fluid 8 is a liquid in which magnetic particles are dispersed in a dispersion medium, and in particular, a liquid in which the magnetic particles are made of nano-sized metal particles (metal nanoparticles) can be used. The magnetic particles are made of a magnetizable metal material, and the metal material is not particularly limited, but a soft magnetic material is preferable. Examples of the soft magnetic material include alloys such as iron, cobalt, nickel, and permalloy. The dispersion medium is not particularly limited, and a hydrophobic silicone oil can be given as an example. The blending amount of the magnetic particles in the magnetorheological fluid may be, for example, 3 to 40 vol%. Various additives can also be added to the magnetorheological fluid in order to obtain various desired properties.

図2に、上記に述べた磁気粘性流体装置1のシリンダ2およびピストン3の構築例を示しておく。シリンダ2については、非磁性体からなる円筒部材2Aの一端にロッド孔9aを形成した非磁性体からなる円板部材2Bを嵌め込み固定し、円筒部材2Aの他端にロッド孔10aを形成した非磁性体からなる円柱部材2Cを嵌め込み固定することにより構築できる。嵌め込み後の固定は、例えば、ボルト締結、溶接等により行うことが可能である。ピストン3のアウター部31については、2枚の非磁性体からなる厚板円環部材3A,3Bで環状板部33を形成する円環状板材の外径側を挟み、更に厚板円環部材3Bの側面に非磁性体からなる円板3Cを重ね合わせ、これらを互いに固定することにより構築することができる。これらの固定も、例えば、ボルト締結、溶接等により行うことが可能である。ピストン3のインナー部32については、図2に示すように、スリット32c、コイル22、ボビン36等を形成するよう加工が予め施された磁性体からなる2部材3D,3Eを軸方向に組み合わせることにより構築することができる。   FIG. 2 shows a construction example of the cylinder 2 and the piston 3 of the magnetoviscous fluid device 1 described above. For the cylinder 2, a non-magnetic disk member 2B having a rod hole 9a formed at one end of a cylindrical member 2A made of a non-magnetic material is fitted and fixed, and a rod hole 10a is formed at the other end of the cylindrical member 2A. It can be constructed by fitting and fixing a cylindrical member 2C made of a magnetic material. Fixing after fitting can be performed by, for example, bolt fastening, welding, or the like. As for the outer portion 31 of the piston 3, the thick plate ring members 3A and 3B made of two nonmagnetic materials sandwich the outer diameter side of the annular plate member forming the annular plate portion 33, and further the thick plate ring member 3B. The disc 3C made of a non-magnetic material can be superposed on the side surfaces of the two and fixed together. These fixations can also be performed by, for example, bolt fastening, welding, or the like. For the inner portion 32 of the piston 3, as shown in FIG. 2, two members 3D and 3E made of a magnetic material previously processed so as to form a slit 32c, a coil 22, a bobbin 36, and the like are combined in the axial direction. Can be constructed.

以上に述べた磁気粘性流体装置1において、電流供給装置(不図示)により、コイル22に電流が印加されると、図3の矢印Pに示す方向に沿ってインナー部32および環状板部33内に磁路が形成される。この磁路は、環状板部33とインナー部32のスリット形成面32c1,32c2との微小隙間37,37に介在する磁気粘性流体8を貫通する。このため、当該磁路上の磁気粘性流体8に、磁場の強さに応じた粘度(ずり応力)が発現し、その結果、環状板部33(ボタン16、回転可能ロッド4)とインナー部32(シリンダ2)との間で伝達される回転力が磁場の強さ(コイル22に供給される電流の大きさ)に応じて大きくなる。   In the magnetorheological fluid device 1 described above, when a current is applied to the coil 22 by a current supply device (not shown), the inside of the inner portion 32 and the annular plate portion 33 along the direction indicated by the arrow P in FIG. A magnetic path is formed. This magnetic path passes through the magnetorheological fluid 8 interposed in the minute gaps 37, 37 between the annular plate portion 33 and the slit forming surfaces 32 c 1, 32 c 2 of the inner portion 32. For this reason, the viscosity (shear stress) corresponding to the strength of the magnetic field appears in the magnetorheological fluid 8 on the magnetic path, and as a result, the annular plate portion 33 (button 16, rotatable rod 4) and the inner portion 32 ( The rotational force transmitted to and from the cylinder 2) increases in accordance with the strength of the magnetic field (the magnitude of the current supplied to the coil 22).

また、ボタン16が使用者に押進されて、ピストン3が図1に示す状態から図4に示す状態へと移動する際、図3に示すように、逆止弁39aが閉弁するため、第2流体室28にある磁気粘性流体は専ら連通路29を通じて第1流体室27へ移動する。このとき、連通路29を通過する磁気粘性流体は、環状板部33の両面33a,33bとインナー部32のスリット形成面32c1,32c2との微小隙間37,37を通過する際に磁場の強さに応じた粘度(ずり応力)が発現する。このため、ボタン16側からシリンダ2側へは磁場の強さ(コイル22に供給される電流の大きさ)に応じた直動力が伝達される。その後、使用者がボタン16から手を離すと、復帰手段17により、回転可能ロッド4に復帰方向への力が作用し、ボタン16は元の位置に復帰する。このとき図5に示すように、第1流体室27から第2流体室28への磁気粘性流体の流れにより逆止弁39aは開弁するため、コイル22へ電流が印加されているか否かにかかわらず、ボタン16、ピストン3等は迅速に元の位置に復帰する。   When the button 16 is pushed by the user and the piston 3 moves from the state shown in FIG. 1 to the state shown in FIG. 4, the check valve 39a is closed as shown in FIG. The magnetorheological fluid in the second fluid chamber 28 moves exclusively to the first fluid chamber 27 through the communication path 29. At this time, the magnetorheological fluid passing through the communication passage 29 has a magnetic field strength when passing through the minute gaps 37 and 37 between the both surfaces 33a and 33b of the annular plate portion 33 and the slit forming surfaces 32c1 and 32c2 of the inner portion 32. Viscosity (shear stress) corresponding to Therefore, direct power corresponding to the strength of the magnetic field (the magnitude of the current supplied to the coil 22) is transmitted from the button 16 side to the cylinder 2 side. Thereafter, when the user releases his / her hand from the button 16, the return means 17 applies a force in the return direction to the rotatable rod 4, and the button 16 returns to its original position. At this time, as shown in FIG. 5, the check valve 39 a is opened by the flow of the magnetorheological fluid from the first fluid chamber 27 to the second fluid chamber 28, so whether or not current is applied to the coil 22. Regardless, the button 16, piston 3, etc. quickly return to their original positions.

以上に述べた磁気粘性流体装置1は、様々な使用形態に適用可能であるが、その使用形態の一つとして、シリンダ2を所定の場所に固定して使用することが考えられる。この場合、コイル22に供給する電流を制御することにより、使用者がボタン16を押進するときに手に感じる負荷や、使用者がボタン16を回転させるときに手に感じる回転負荷を自在に制御、調整等することができる。勿論、コイル22へ供給する電流値の変化に対する磁気粘性流体の粘度の応答性が優れていることから、本装置1によれば、微小な負荷変化や複雑な負荷変化であっても自在に表現することができる。   The magnetorheological fluid device 1 described above can be applied to various usage forms. As one of the usage forms, it is conceivable to use the cylinder 2 while being fixed at a predetermined place. In this case, by controlling the current supplied to the coil 22, the load that the user feels when pushing the button 16 and the rotation load that the user feels when the button 16 is rotated can be freely controlled. It can be controlled and adjusted. Of course, since the responsiveness of the viscosity of the magnetorheological fluid to the change in the current value supplied to the coil 22 is excellent, the present apparatus 1 can freely express even a minute load change or a complicated load change. can do.

<他の実施形態>
既述の実施形態に係る磁気粘性流体装置1は、復帰手段17および逆止弁付連通路29を備えるものであるが、本発明の適用に当たり必要に応じてこれらの一方又は双方を省略してもよい。特に、逆止弁付連通路29を省略した場合は、コイル22に電流を印加した状態でボタン16を引くときに、図6に示すように、第1流体室27にある磁気粘性流体は、専ら連通路29を通じて第2流体室28へ移動する。このとき、環状板部33の両面33a,33bとインナー部32のスリット形成面32c1,32c2との微小隙間37,37を通過する磁気粘性流体に磁場の強さに応じた粘度(ずり応力)が発現するため、使用者がボタン16を引くときの負荷も自在に制御、調整等することができる。
<Other embodiments>
The magnetorheological fluid device 1 according to the above-described embodiment includes the return means 17 and the communication passage 29 with a check valve. However, one or both of them may be omitted as necessary in applying the present invention. Also good. In particular, if the communication passage 29 with a check valve is omitted, when the button 16 is pulled with a current applied to the coil 22, the magnetorheological fluid in the first fluid chamber 27, as shown in FIG. It moves to the second fluid chamber 28 exclusively through the communication passage 29. At this time, the viscosity (shear stress) corresponding to the strength of the magnetic field is applied to the magnetorheological fluid passing through the minute gaps 37 and 37 between the both surfaces 33a and 33b of the annular plate portion 33 and the slit forming surfaces 32c1 and 32c2 of the inner portion 32. Because of this expression, the load when the user pulls the button 16 can be freely controlled and adjusted.

既述の実施形態においては、回転可能ロッド4とピストン3のアウター部31とを接続し、これらを回転可能に構成する一方、回転不能ロッド6とピストン3のインナー部32とを接続し、これらを回転不能に構成していたが、図7に示すように、ピストン3を反転配置して、回転可能ロッド4とピストン3のインナー部32とを接続し、これらを回転可能とする一方、回転不能ロッド6とピストン3のアウター部31とを接続し、これらを回転不能とした磁気粘性流体装置1Aとしてもよい。   In the above-described embodiment, the rotatable rod 4 and the outer portion 31 of the piston 3 are connected, and these are configured to be rotatable, while the non-rotatable rod 6 and the inner portion 32 of the piston 3 are connected, However, as shown in FIG. 7, the piston 3 is reversely arranged to connect the rotatable rod 4 and the inner portion 32 of the piston 3 so that they can rotate. The impervious rod 6 and the outer portion 31 of the piston 3 may be connected, and the magnetorheological fluid device 1A may be configured such that they cannot be rotated.

既述の実施形態において、2つのベアリング34,35に代えてブッシュ等のすべり軸受を設けてもよい。   In the embodiment described above, a sliding bearing such as a bush may be provided in place of the two bearings 34 and 35.

既述の実施形態において、ピストン3が移動する際に、各ベアリング34,35内を磁気粘性流体が通過する可能性があるが、この通過を阻止する必要がある場合は、ベアリング34,35の側面(図中のベアリングの上下面)にゴムパッキンを配置してもよい。   In the above-described embodiment, when the piston 3 moves, the magnetorheological fluid may pass through the bearings 34 and 35. If it is necessary to prevent this passage, the bearings 34 and 35 Rubber packing may be arranged on the side surface (upper and lower surfaces of the bearing in the figure).

本発明は、部材間に介在する磁気粘性流体に付与する磁場の強さを変えることで、当該部材間での伝達力を変化させる装置(例えば、操作感触可変装置など)に適用可能である。   The present invention can be applied to a device (for example, an operation feeling variable device) that changes the transmission force between the members by changing the strength of the magnetic field applied to the magnetorheological fluid interposed between the members.

1,1A 磁気粘性流体装置
2 シリンダ
3 ピストン
4 回転可能ロッド(第1の軸材)
6 回転不能ロッド(第2の軸材)
8 磁気粘性流体
12 シリンダの内部空間
22 コイル
27 第1流体室
28 第2流体室
29 連通路
31 アウター部
31a 凹部
32 インナー部
32a 凹部への嵌め込み側と反対側の面
32c スリット
32c1,32c2 スリット形成面
33 環状板部
33a 環状板部の表面(板面)
33b 環状板部の裏面(板面)
37 微小隙間(隙間)
38 隙間
1, 1A Magnetorheological fluid device 2 Cylinder 3 Piston 4 Rotating rod (first shaft member)
6 Non-rotatable rod (second shaft)
8 Magnetorheological fluid 12 Cylinder internal space 22 Coil 27 First fluid chamber 28 Second fluid chamber 29 Communication path 31 Outer portion 31a Recessed portion 32 Inner portion 32a Surface opposite to the fitting side into the recessed portion 32c Slit 32c1, 32c2 Slit formation Surface 33 Annular plate portion 33a Surface of annular plate portion (plate surface)
33b Back surface of the annular plate (plate surface)
37 Minute gap (gap)
38 Clearance

Claims (4)

シリンダと、
前記シリンダの内部空間に往復動可能に嵌め込まれたピストンと、
前記シリンダの一方から該シリンダに対して回転可能かつ往復動可能に挿通され、前記ピストンに接続された第1の軸材と、
前記シリンダの他方から該シリンダに対して回転不能かつ往復動可能に挿通され、前記ピストンに接続された第2の軸材と、
前記ピストン内に設けられたコイルと、
を備える磁気粘性流体装置であって、
前記ピストンは、
その一方に凹部が形成され、その他方に前記第1の軸材が接続されたアウター部と、
前記凹部に対して回転可能に嵌め込まれ、その嵌め込み側と反対側の面に前記第2の軸材が接続されたインナー部と、
前記アウター部の凹部形成面から中心側に張り出し、前記インナー部に形成されたスリット内に相対回転可能に差し込まれた環状板部と、
を有し、
前記ピストンにより前記シリンダの内部空間が区画されてなる第1流体室および第2流体室を互いに連通するものであって、前記インナー部のスリット形成面と前記環状板部の板面との隙間を経由する連通路が設けられ、
前記コイルに電流を印加することにより、前記インナー部のスリット形成面と前記環状板部の板面との前記隙間を貫通する磁路が形成されるように、前記コイルが配設されるとともに、前記アウター部、前記インナー部および前記環状板部に使用される材料が設定されている、
ことを特徴とする磁気粘性流体装置。
A cylinder,
A piston fitted in the internal space of the cylinder so as to be able to reciprocate;
A first shaft member, which is inserted in a rotatable and reciprocating manner with respect to the cylinder from one of the cylinders, and is connected to the piston;
A second shaft member that is inserted from the other side of the cylinder so as to be non-rotatable and reciprocable with respect to the cylinder, and connected to the piston;
A coil provided in the piston;
A magnetorheological fluid device comprising:
The piston is
An outer part in which a recess is formed on one side and the first shaft member is connected to the other side;
An inner portion in which the second shaft member is connected to a surface opposite to the fitting side, and is fitted to the recess so as to be rotatable.
An annular plate portion that protrudes from the concave portion forming surface of the outer portion toward the center, and is inserted so as to be relatively rotatable in a slit formed in the inner portion;
Have
A first fluid chamber and a second fluid chamber in which an internal space of the cylinder is partitioned by the piston communicate with each other, and a gap between a slit forming surface of the inner portion and a plate surface of the annular plate portion There is a communication path to go through,
While applying the current to the coil, the coil is disposed so that a magnetic path that penetrates the gap between the slit forming surface of the inner portion and the plate surface of the annular plate portion is formed, The material used for the outer part, the inner part and the annular plate part is set,
A magnetorheological fluid device characterized by the above.
シリンダと、
前記シリンダの内部空間に往復動可能に嵌め込まれたピストンと、
前記シリンダの一方から該シリンダに対して回転可能かつ往復動可能に挿通され、前記ピストンに接続された第1の軸材と、
前記シリンダの他方から該シリンダに対して回転不能かつ往復動可能に挿通され、前記ピストンに接続された第2の軸材と、
前記ピストン内に設けられたコイルと、
を備える磁気粘性流体装置であって、
前記ピストンは、
その一方に凹部が形成され、その他方に前記第2の軸材が接続されたアウター部と、
前記凹部に対して回転可能に嵌め込まれ、その嵌め込み側と反対側の面に前記第1の軸材が接続されたインナー部と、
前記アウター部の凹部形成面から中心側に張り出し、前記インナー部に形成されたスリット内に相対回転可能に差し込まれた環状板部と、
を有し、
前記ピストンにより前記シリンダの内部空間が区画されてなる第1流体室および第2流体室を互いに連通するものであって、前記インナー部のスリット形成面と前記環状板部の板面との隙間を経由する連通路が設けられ、
前記コイルに電流を印加することにより、前記インナー部のスリット形成面と前記環状板部の板面との前記隙間を貫通する磁路が形成されるように、前記コイルが配設されるとともに、前記アウター部、前記インナー部および前記環状板部に使用される材料が設定されている、
ことを特徴とする磁気粘性流体装置。
A cylinder,
A piston fitted in the internal space of the cylinder so as to be able to reciprocate;
A first shaft member, which is inserted in a rotatable and reciprocating manner with respect to the cylinder from one of the cylinders, and is connected to the piston;
A second shaft member that is inserted from the other side of the cylinder so as to be non-rotatable and reciprocable with respect to the cylinder, and connected to the piston;
A coil provided in the piston;
A magnetorheological fluid device comprising:
The piston is
An outer part in which a recess is formed on one side and the second shaft member is connected to the other side;
An inner part in which the first shaft member is connected to a surface opposite to the fitting side;
An annular plate portion that protrudes from the concave portion forming surface of the outer portion toward the center, and is inserted so as to be relatively rotatable in a slit formed in the inner portion;
Have
A first fluid chamber and a second fluid chamber in which an internal space of the cylinder is partitioned by the piston communicate with each other, and a gap between a slit forming surface of the inner portion and a plate surface of the annular plate portion There is a communication path to go through,
While applying the current to the coil, the coil is disposed so that a magnetic path that penetrates the gap between the slit forming surface of the inner portion and the plate surface of the annular plate portion is formed, The material used for the outer part, the inner part and the annular plate part is set,
A magnetorheological fluid device characterized by the above.
請求項1又は2に記載の磁気粘性流体装置において、
前記コイルは、前記環状板部の内側に配置されており、
前記連通路は、前記インナー部のスリット形成面の一方の面とこれに対向する前記環状板部の一方の板面との隙間、前記環状板部の内周面とコイルとの隙間、および、前記インナー部のスリット形成面の他方の面とこれに対向する前記環状板部の他方の板面との隙間を経由するものである、
ことを特徴とする磁気粘性流体装置。
The magnetorheological fluid device according to claim 1 or 2,
The coil is disposed inside the annular plate portion,
The communication path includes a gap between one surface of the slit forming surface of the inner portion and one plate surface of the annular plate portion opposed thereto, a gap between the inner peripheral surface of the annular plate portion and the coil, and It passes through the gap between the other surface of the slit forming surface of the inner portion and the other plate surface of the annular plate portion facing it.
A magnetorheological fluid device characterized by the above.
請求項1〜3の何れか1項に記載の磁気粘性流体装置において、
前記シリンダの内部空間および前記連通路に磁気粘性流体が充填された、磁気粘性流体装置。
In the magnetorheological fluid device according to any one of claims 1 to 3,
A magnetorheological fluid device in which the interior space of the cylinder and the communication path are filled with a magnetorheological fluid.
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