JP6963874B2 - 磁気粘性流体装置 - Google Patents

Description

本発明は、内部に封入された磁気粘性流体に印加する磁場の強さを変えることにより、回転部の回転抵抗等を変えることのできる磁気粘性流体装置に関する。

この種の装置は、例えば特許文献１，２に開示されている。

特許文献１に開示された磁気粘性流体装置では、回転可能に支持された円板を挟むように電磁石のヨークが配設され、円板とヨークとの隙間に、磁気粘性流体が介在している。この磁気粘性流体装置では、磁気抵抗を小さくするために、円板のヨークに挟まれた部分（特許文献１では「環状部材２２」と称している。）に、磁性体を採用している。

特許文献２に開示された磁気粘性流体装置では、回転可能に支持されたロータの外周にディスクが固設され、このディスクを挟むように電磁石のヨークが配設されている。ディスクとヨークとの隙間には磁気粘性流体が介在している。この装置も、磁気抵抗を小さくするために、ディスク（特許文献２では「ディスク２６」と称している。）に磁性体を採用している。

特開２０１２−１８９５２８号公報 特開２０１１−２０２７４５号公報

従来の磁気粘性流体装置では、磁気抵抗を小さくするために、磁路上の円板等の回転子に磁性体を使用しているが、磁性体は残留磁気を帯び易い。回転子が残留磁気を帯びると、その残留磁気によって磁気粘性流体に常に弱い磁場が付与されることとなり、その結果、コイルに電流を印加していないときの回転部（回転子等）の回転抵抗（以下「基底トルク」という。）が大きくなってしまう。

基底トルクが大きくなると、回転部の回転抵抗をゼロ近傍で制御することが困難になり、ゼロ近傍での回転抵抗の制御を必要とする用途に磁気粘性流体を適用できなくなる。

勿論、毎回使用する度に、適宜のタイミングで、残留磁気を消磁するようにすれば、残留磁気に起因する基底トルクの上昇を回避することができる。

しかしながら、残留磁気を消磁するためには、消磁用の回路を別途設けることが必要となる。また、磁気粘性流体装置の種類によっては、適切なタイミングで消磁を実行させるために、プログラミングの手間が余計に掛かってしまう場合がある。また、短時間ではあるが消磁を実行するための時間を確保する必要がある。

本発明は、上述の課題を解決するために創案されたものであり、消磁しなくても、あるいは、消磁する頻度を少なくしても、残留磁気に起因する基底トルクの上昇を抑制することができる磁気粘性流体装置を提供することを目的とする。

本発明に係る磁気粘性流体装置は、シャフトに固定された回転子と、前記回転子を回転自在に収容した装置本体と、前記回転子と前記装置本体との隙間に充填された磁気粘性流体と、前記回転子および前記磁気粘性流体を貫通する磁路を形成するように設けられた磁路形成部と、を備えるものを前提とし、前記回転子は、前記磁路が貫通可能な厚さを有する非磁性体であり、前記シャフトの固定部分を除く表面の全域に亘って前記磁気粘性流体に常に接触する、ことを特徴とする。

かかる構成を備える磁気粘性流体装置によれば、回転子が非磁性体であるため、回転子が残留磁気を帯びることが無くなり、残留磁気に起因する基底トルクの上昇が抑制される。

本発明によれば、回転子が残留磁気を帯びることが無くなり、残留磁気に起因する基底トルクの上昇が抑制される。

本発明の実施の形態に係る磁気粘性流体装置の一例を示した断面図である。

以下、本発明の実施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、本実施形態に係る磁気粘性流体装置１は、回転部２、装置本体３、磁路形成部４、磁気粘性流体５等で構成されている。

回転部２は、シャフト６、回転子７等で構成されている。

シャフト６は、後述するケーシング９に形成された軸穴にベアリング８を介して回転自在に支持されている。シャフト６の材質は非磁性体であることが望ましい。

回転子７には、本実施形態では、円板状のディスクが採用されている。回転子７は、シャフト６の端面に固定されており、シャフト６と一体に回転する。回転子７は非磁性体で構成されている。非磁性体としては、ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６等のオーステナイト系ステンレスのほか、銅、アルミニウム、チタン、樹脂、真鍮、セラミック、ガラス等が例示される。

装置本体３は、本実施形態では、磁性体からなるケーシング９で構成されている。ケーシング９は、回転子７を回転自在に収容している。ケーシング９は、後述する磁路形成部４のヨークとしても機能する。ケーシンング９内には、コイル１１およびボビン１２を嵌め込む空間、シャフト６および回転子７を回転自在に収容する空間が形成されている。なお、図１に例示するケーシング９は、２部材９Ａ，９Ｂが組み合わされて、図示しないビスで締結されることにより構築されている。一方のケーシング部材９Ａの軸穴には、既述したようにベアリング８が嵌め込まれており、このベアリング８よりも回転子７側の位置には、磁気粘性流体５の漏出を防止するためのシール材１３が装着されている。

コイル１１は、ケーシング９に嵌め込まれたボビン１２に巻き付けられており、電源線１４を介して外部から電流値制御可能に電流が供給される。コイル１１に電流が印加されると、図１の矢印Ｐが示す方向に沿って、ケーシング９、回転子７およびこれらの隙間に介在する磁気粘性流体５上に磁路が形成される。なお、符号１６は、ボビン１２の両側面とケーシング９との隙間から磁気粘性流体５が外部に漏出することを防止するための円環状のシール材である。

磁路形成部４は、回転子７および、回転子７とケーシング９との隙間に介在する磁気粘性流体５を貫通する磁路を形成するように設けられたものである。本実施形態では、磁路形成部４は、ヨークとして機能するケーシング９、コイル１１、ボビン１２、コイルに電流を供給する電流供給装置等で構成される。

磁気粘性流体５は、装置本体３内における磁気粘性流体５の封入空間１７に封入されている。図１では、灰色に塗り潰した領域が磁気粘性流体５の封入空間１７を表す。この磁気粘性流体５は、回転子７とケーシング９との隙間に介在し、これらの間で粘度に応じたトルク伝達を行う。

なお、磁気粘性流体５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。

上記構成を備える磁気粘性流体装置１において、コイル１１に電流を印加すると、図１の矢印Ｐに示す方向に沿って磁路が形成され、ケーシング９と回転子７との隙間に介在する磁気粘性流体５に磁場の強さに応じた粘度（ずり応力）が発現する。これにより、回転部２（シャフト６、回転子７等）と装置本体３（ケーシング９）との間で、コイル１１に印加される電流値の大きさに応じたトルク伝達がなされる。

本発明の実施の形態に係る磁気粘性流体装置１によれば、回転子７が非磁性体で構成されているため、回転子７が残留磁気を帯びることが無く、残留磁気に起因する基底トルクの上昇を抑制することができる。その結果、消磁を頻繁に行う必要が無くなり、磁気粘性流体装置の用途によっては、全く消磁を行う必要が無くなる。この場合、磁気粘性流体装置に消磁用の回路を設ける必要や消磁実行用のプログラムを追加する必要も無くなる。

本発明の実施の形態においては、回転子７が円板状になった磁気粘性流体装置を例に挙げて説明したが、回転子７の形状は、磁路が貫通可能な厚さの非磁性体で構成されたものであれば、円板状に限定されない。例えば、回転子が円筒状、半球殻状になった磁気粘性流体装置にも本発明を適用することができる。

本発明の実施の形態においては、回転子７全体が非磁性体で構成されているが、回転子の一部が非磁性体で構成されている磁気粘性流体装置であっても、回転子の非磁性体部分を磁路が貫通し、回転子の磁性体部分を磁路が通過しないように回路構成されていればよい。

本発明は、例えば、内部に封入された磁気粘性流体に印加する磁場の強さを変えることにより、回転部の回転抵抗等を変えることのできる磁気粘性流体装置に適用することができる。

１ 磁気粘性流体装置
３ 装置本体
４ 磁路形成部
５ 磁気粘性流体
７ 回転子

Claims (1)

1. シャフトに固定された回転子と、
   前記回転子を回転自在に収容した装置本体と、
   前記回転子と前記装置本体との隙間に充填された磁気粘性流体と、
   前記回転子および前記磁気粘性流体を貫通する磁路を形成するように設けられた磁路形成部と、
   を備える磁気粘性流体装置において、
   前記回転子は、前記磁路が貫通可能な厚さを有する非磁性体であり、前記シャフトの固定部分を除く表面の全域に亘って前記磁気粘性流体に常に接触する、
   ことを特徴とする磁気粘性流体装置。

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