JP7391432B2 - 磁気粘性流体バルブの使用方法 - Google Patents

Description

（関連出願との相互参照）
本出願は、２０２０年６月２１日に出願された米国仮出願６３／０４１，９６７の優先権を主張し、その内容全体は、参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、一般に、可変モールド（ｖａｒｉａｂｌｅ ｍｏｌｄ）に関し、特に、磁気粘性流体及び磁気粘性バルブを用いて可変モールドを調整及び構成する可変モールドに関するものである。

モールド（金型）は、さまざまな製造工程で使用される。
モールドを使用することの欠点の１つは、製品のわずかな変更にも新しいモールドを作る必要があることである。そのため、カスタム製品のように成形品を頻繁に変更する場合や、研究開発のように成形品を何種類も試作するような場合には、多大な時間と費用がかかってしまう。

可変モールドは利用できるかもしれないが、従来の可変モールドは利用できる解像度が低いため、その用途が限定される。
例えば、従来の可変モールドは、大きな曲率半径を有する大規模な成形品を製造することしかできない場合がある。
さらに、従来の可変モールドの低解像度のために、可変モールドの各点間の表面を滑らかにするためにモールド上に敷く補間層が必要とされる場合がある。
さらに、従来の可変モールドの制御システムは、複雑な電気機械アクチュエータ、サーボ、及び／又はステッピングモータを必要とする場合がある。

そのため、分解能が高く、制御機構がシンプルで、補間層が不要な可変モールドが求められている。

（例示的な実施形態の簡単な説明）
一態様において、本開示は、磁気粘性流体と共に使用するためのバルブに向けられる。このバルブは、長手方向に延びる中空シリンダを含む。中空のシリンダは、シリンダ第１端と、シリンダ第２端と、シリンダ内部と、を含む。また、このバルブは、シリンダ内部に設けられたセンターロッドを含む。センターロッドは、ロッド第１端とロッド第２端とを含む。

前記バルブは、前記センターロッドに長手方向に設けられた第１のスペーサシリンダと、前記センターロッドに長手方向の第２位置で設けられた第２のスペーサシリンダと、を有することを特徴とする。バルブは、第１のエンドプレートの厚さ方向に延在する第１流路開口部を備える第１のエンドプレートと、第２のエンドプレートの厚さ方向に延在する第２流路開口部を備える第２のエンドプレートとをさらに含む。第１のエンドプレートは、ロッド第１端に結合され、第２のエンドプレートは、ロッド第２端に結合される。

また、このバルブは、長手方向の第３の位置において、中空シリンダの外側に設けられたワイヤーコイルを含む。第３の位置は、第１の位置と第２の位置との間である。第１のスペーサシリンダの外径及び第２のスペーサシリンダの外径は、中空シリンダの内径より小さい。

別の態様において、本開示は、磁気粘性流体バルブの使用方法に向けられている。本方法は、磁気粘性流体バルブを提供することを含む。バルブは、長手方向に延びる中空シリンダを含む。中空シリンダは、シリンダ第１端と、シリンダ第２端と、シリンダ内部とを含む。また、このバルブは、シリンダ内部に設けられたセンターロッドを含む。センターロッドは、ロッド第１端とロッド第２端とを含む。また、バルブは、長手方向においてセンターロッドに設けられた第１のスペーサシリンダと、長手方向において第２位置においてセンターロッドに設けられた第２のスペーサシリンダと、を有する。バルブは、第１のエンドプレートの厚さ方向に延在する第１流路開口部を備える第１のエンドプレートと、第２のエンドプレートの厚さ方向に延在する第２流路開口部を備える第２のエンドプレートとをさらに含む。第１のエンドプレートはロッド第１端に結合され、第２のエンドプレートはロッド第２端に結合される。また、バルブは、長手方向の第３の位置で中空シリンダの外部に設けられたワイヤーコイルを含む。第３の位置は、第１の位置と第２の位置との間である。第１スペーサシリンダの外径及び第２スペーサシリンダの外径は、中空シリンダの内径より小さい。

この方法は、磁気粘性流体が第１の流路を通り、中空シリンダを通り、第２の流路から出るように、圧力下でシリンダ第１の端に磁気粘性流体を供給することをさらに含む。また、この方法は、磁気粘性流体の粘度を増加させ、それによって磁気粘性流体の流れを停止させるために、ワイヤーコイルに電流を選択的に流すことを含む。

別の態様において、本開示は、可変モールドに向けられる。可変モールドは、複数の油圧ピンシステムを含む。各油圧ピンシステムは、加圧流体の供給と流体連通しているバルブと、バルブと流体連通しているチュービングと、チュービングに結合されているピンとを含む。ピンは、バルブからチューブへの流体の供給に応答して、チューブから変位するように構成されている。複数の油圧ピンシステムの各ピンの長手方向軸は、相互に平行であり、２次元アレイに配置されている。また、可変モールドは、複数の油圧ピンシステムのバルブに動作可能に結合されたコントローラを含む。コントローラは、複数の油圧ピンシステムの各ピンの変位を制御するように構成される。

（図面略図）
より具体的な説明は、添付の図に示されている例示的な実施形態を参照することによって行われる。
これらの図面は例示的な実施形態を描いており、本開示の範囲を限定するものではないことを理解した上で、例示的な実施形態は、その中の添付図面の使用を通じて、さらなる具体性及び詳細性をもって説明及び解説されることになる。

図１は、例示的な実施形態による磁気粘性（ＭＲ）流体バルブの透視図である。 図２は、例示的な実施形態に係るＭＲ流体バルブの断面図である。 図３は、例示的な実施形態によるエンドプレートの透視図である。 図４は、例示的な実施形態に係るＭＲ流体バルブの拡大断面図である。 図４Ａは、例示的な実施形態による磁力線を示すＭＲ流体バルブの拡大断面図である。 図５は、例示的な実施形態によるカップリング付きＭＲ流体バルブの断面図である。 図６は、例示的な実施形態による油圧ピンシステムの模式的なブロック図である。 図７は、例示的な実施形態によるピンアセンブリの断面図である。 図８は、図７のピンアセンブリの断面図であり、例示的な実施形態による拡張位置にあるピンを示す。 図９は、例示的な実施形態によるピンアセンブリの断面図である。 図１０は、図９のピンアセンブリの断面図であり、例示的な実施形態による拡張位置にあるピンを示している。 図１１は、例示的な実施形態による可変モールドの概略ブロック図である。 図１２は、例示的な実施形態によるマニホールドの透視図である。 図１３は、例示的な実施形態による可変モールドの透視図である。 図１４は、例示的な実施形態に係る可変モールドの上面図である。 図１５は、例示的な実施形態によるＭＲ流体バルブの側面図である。 図１６は、例示的な実施形態による可変モールドの透視図である。 図１７は、例示的な実施形態による可変モールドの透視図である。 図１８は、例示的な実施形態によるマニホールドの分解透視図である。 図１９は、ＦＥＭＭ（Finite Element Method Magnetics）データを生成するための解析レイアウトを示す図である。 図２０は、ＦＥＭＭデータを生成するための横方向の解析ラインを示す図である。 図２１は、ＦＥＭＭデータ生成のための軸方向解析線を示す図である。 図２２は、磁気シールドがない場合の横方向の解析線に沿った磁界強度を示すプロット図である。 図２３は、磁気シールドがない場合の軸方向分析線に沿った磁界強度を示すプロット図である。 図２４は、０.００２インチの磁気シールドを施した横方向の解析線に沿った磁界強度を示すプロットである。 図２５は、磁気シールドが０.００２インチの軸方向分析線に沿った磁界強度を示すプロットである。 図２６は、０.００５インチの磁気シールドを有する横方向の解析線に沿った磁界強度を示すプロットである。 図２７は、磁気シールドが０.００５インチの軸方向分析線に沿った磁界強度を示すプロットである。 図２８は、磁気シールドが０.０１０インチである横方向の解析線に沿った磁界強度を示すプロットである。 図２９は、磁気シールドが０.０１０インチの軸方向分析線に沿った磁界強度を示すプロットである。 図３０は、０.０２０インチの磁気シールドを施した横方向の解析線に沿った磁界強度を示すプロットである。 図３１は、磁気シールドが０.０２０インチの軸方向分析線に沿った磁界強度を示すプロットである。 図３２は、例示的な実施形態によるピンアセンブリの断面図である。

例示的な実施形態の様々な特徴、態様、及び利点は、図及び詳細な説明を通して同種の数字が同種の構成要素を表す添付の図面と共に、以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。 様々な説明された特徴は、図面において必ずしも縮尺通りに描かれていないが、いくつかの実施形態に関連する特定の特徴を強調するために描かれている。

本明細書で使用される見出しは、組織的な目的のためのものであり、本開示又は特許請求の範囲を制限することを意味しない。理解を容易にするために、図に共通する同様の要素を指定するために、可能であれば参照数字が使用されている。

（詳細説明）
ここで、様々な実施形態について詳細に参照する。
各例は、説明のために提供され、限定として意図されず、すべての可能な実施形態の定義を構成しない。

図１－２及び図４は、磁気粘性流体バルブ（ＭＲ流体バルブ）１００の例示的な実施形態を示している。ＭＲ流体バルブ１００は、中空シリンダ１１０、センターロッド１２０（図２及び図４）、第１のスペーサシリンダ１３０（図２及び図４）、第２のスペーサシリンダ１４０（図２及び図４）、第１のエンドプレート１５０、第２のエンドプレート１６０、及びワイヤーコイル１７０を含んでもよい。

図２に示されるように、例えば、中空シリンダ１１０は、長手方向、すなわち長手方向軸１０に沿って延在していてもよい。中空シリンダ１００は、シリンダ壁１１１と、シリンダ壁１１１によって画定されるシリンダ内部１１６とを含んでもよい。中空シリンダ１００は、シリンダ第１端１１２と、シリンダ第１端１１２の反対側で長手方向軸線１０に沿って延びるシリンダ第２端１１４とを更に含んでもよい。

センターロッド１２０は、シリンダ内部１１６内に収容されてもよい。センターロッド１２０は、ロッド第１端１２２及びロッド第２端１２４を含んでもよい。センターロッド１２０は、高透磁率材料で形成されてもよい。例示的な実施形態では、高透磁率材料は、鉄などの強磁性材料であってもよい。

第１のスペーサシリンダ１３０は、第１のスペーサシリンダ１３０がセンターロッド１２０の上から嵌め込まれるように寸法構成されたスペーサ内径Ｄ１（図４参照）を有する中空であってもよい。スペーサ内径Ｄ１は、第１のスペーサシリンダ１３０がセンターロッド１２０との摩擦係合又は接着剤、はんだ、溶接、圧入、摩擦撹拌溶接、又は他の適切な接合方法を介してセンターロッド１２０に軸方向に固定されたままであるように構成されてもよい。第１のスペーサシリンダ１３０は、長手方向軸線１０に沿った第１の位置１３２（図２参照）に配置されてもよい。

第２のスペーサシリンダ１４０は、第２のスペーサシリンダ１４０がセンターロッド１２０の上から嵌め込まれるように、内径がＤ１（図４参照）の大きさを有する中空であってもよい。第２のスペーサシリンダ１３０は、長手方向軸線１０に沿った第２の位置１４２（図２）に配置されてもよい。スペーサ内径Ｄ１は、第２のスペーサシリンダ１４０が、センターロッド１２０との摩擦係合又は接着剤、はんだ、溶接、圧入、摩擦撹拌溶接、又は他の適切な接合方法を介してセンターロッド１２０上に軸方向に固定されたままとなるように構成されていてもよい。第２の位置１４２は、第１の位置１３２と異なっていてもよい。

第１のスペーサシリンダ１３０及び第２のスペーサシリンダ１４０は、それぞれ、スペーサ外径Ｄ２（図４参照）を有していてもよい。中空シリンダ１１０は、シリンダ内径Ｄ３（図４参照）を有してもよい。例示的な実施形態において、スペーサ外径Ｄ２はシリンダ内径Ｄ３より小さく、それによって第１のスペーサシリンダ１３０と中空シリンダ１１０との間に第１のチャネル１８０が形成され、第２のスペーサシリンダ１４０と中空シリンダ１１０との間に第２のチャネル１８２が形成される。図４に詳細に示されるように、第１の位置１３２と第２の位置１４２との間の長手方向軸線１０に沿った軸線位置において、中心ロッド１２０と中空シリンダ１１０との間に内部室１９０が形成されてもよい（図２も参照）。
内部室１９０の直径は、第１のチャネル１８０及び第２のチャネル１８２の直径より大きくてもよい。

図３は、第１のエンドプレート１５０の例示的な実施形態を示している。例示的な実施形態において、第１のエンドプレート１５０及び第２のエンドプレート１６０は、実質的に同一であってもよい。従って、本明細書に記載された第１のエンドプレート１５０の特徴は、第２のエンドプレート１６０にも適用され得る。

しかし、第１のエンドプレート１５０と第２のエンドプレート１６０が同一であることは必須ではなく、特定の用途で必要とされ得るように第１のエンドプレート１５０と第２のエンドプレート１６０の間に差があってもよいことが理解されよう。第１のエンドプレート１５０は、第１のロッド孔１５２を含んでもよい。第１のロッド孔１５２は、寸法的に中央ロッド１２０の端部を受け入れるように構成されてもよい。エンドプレート１５０又は１６０は、摩擦係合又は接着剤、はんだ、溶接、圧着、摩擦撹拌溶接、又はセンターロッドとの他の適切な接合方法を介して、センターロッド１２０に取り付けられる。第１のエンドプレート１５０は、第１のエンドプレート１５２の厚さ方向に延在する第１流路孔１５４をさらに含んでもよい。例示的な実施形態において、第１のエンドプレート１５０は、複数の第１流路孔１５４を含んでもよい。第１流路孔１５４は、第１のエンドプレート１５０を通過してシリンダ内部１１６（図２参照）へＭＲ流体を流すことができるように構成される。

例示的な実施形態において、シリンダ第１端１１２は、第１のエンドプレート１５０の表面と略一致してもよく、シリンダ第２端１１４は、第２のエンドプレート１６０の表面と略一致してもよい。この実施形態では、第１のエンドプレート１５０及び第２のエンドプレート１６０は、接着剤、はんだ、溶接、圧着、摩擦攪拌溶接、又は他の適切な接合方法を介して中空シリンダ１１０に貼付されてもよい。代替の例示的な実施形態では、第１のエンドプレート１５０及び第２のエンドプレート１６０の外径は、第１のエンドプレート１５０及び第２のエンドプレート１６０が中空シリンダ１１０内に受容され得るように寸法的に構成されてもよい。本実施形態において、第１のエンドプレート１５０及び第２のエンドプレート１６０は、上述したように、中空シリンダ１１０に接合されてもよい。

あるいは、第１のエンドプレート１５０及び第２のエンドプレート１６０は、軸筒１１０との摩擦係合を介して中空軸筒１１０に対して軸方向に固定されてもよい。

ワイヤーコイル１７０は、中空シリンダ１１０の周囲に周方向に巻かれたワイヤであってもよい。ワイヤーコイル１７０は、電流がワイヤーコイルに流されたときに発生する磁場が、内部室１９０内で長手方向軸線１０に実質的に平行になるように寸法構成されていてもよい。さらに、ワイヤーコイル１７０によって生成される磁場は、第１のチャネル１８０及び第２のチャネル１８２内で長手方向軸１０に垂直な、すなわち、ＭＲ流体の流れ方向に垂直な重要な成分を有していてもよい。

図４Ａは、磁力線６００を有するＭＲ流体バルブ１００の例示的な実施形態を示している。領域６０２で見られるように、第１のチャネル１８０内の磁場は、長手方向軸１０に垂直な重要な成分を有する。同様に、領域６０４で見られるように、第２のチャネル１８２内の磁場は、長手方向軸１０に垂直な有意な成分を有することが分かる。図４Ａに示される磁場線６００は、説明のためのみの大まかな近似であり、ＭＲ流体バルブ１００内の方向磁場を正確に示すことを意図していないことが理解されるであろう。

磁場が第１のチャネル１８０及び第２のチャネル１８２を通過するとき、長手方向軸１０に垂直な磁場の成分は、ＭＲ流体に作用してその粘性を変化させ、ＭＲ流体を低流動状態にすることがある。ＭＲ流体の低流量状態は、第１のチャネル１８０及び第２のチャネル１８２の小さな断面積と組み合わせて、ＭＲ流体を、ＭＲ流体バルブ１００を通るそれ以上のＭＲ流体の通過を防止するプラグに効果的に変換し得る。磁場を除去すると、ＭＲ流体は通常の流動状態に戻り、ＭＲ流体バルブ１００を通る流動を再開することができる。

図５に見られるように、第１のカップリング１９２及び第２のカップリング１９４は、ＭＲ流体バルブ１００に動作可能に結合されてもよい。第１のカップリング１９２は、ＭＲ流体バルブ１００を、ＭＲ流体供給と流体連通している第１のチューブ２０６と流体連通させてもよい。第２のカップリング１９４は、ＭＲ流体バルブ１００を、本明細書で議論するようなピンアセンブリと流体連通している第２のチューブ２０８と流体連通させてもよい。

図６は、油圧ピンシステム２００の例示的な実施形態を示している。油圧ピンシステムは、圧力下で流体を供給するように構成されたポンプ２０２を含んでもよい。例示的な実施形態において、流体は、本明細書に記載されるようなＭＲ流体であってよい。油圧ピンシステム２００は、流体の流れを調節するように構成されたバルブ２０３をさらに含んでもよい。例示的な実施形態では、バルブ２０３は、本明細書に記載されるようなＭＲ流体バルブ１００であってよい。バルブ２０３は、第１チューブ２０６を介してポンプ２０２と流体連通していてもよい。液圧ピンシステムは、ピンアセンブリ２０４をさらに含んでもよい。ピンアセンブリ２０４は、第２のチューブ２０８を介してバルブ２０３と流体連通していてもよい。

図７－図８は、ピンアセンブリ２０４の例示的な実施形態を示す。
ピンアセンブリは、ピン本体２１０と、ピンチューブ２１２とを含んでもよい。
ピン本体２１０は、ピンチューブ２１２の外周に適合するように寸法的に構成されてもよい。例示的な実施形態では、ピンチューブ２１２は、図６に示される第２チューブ２０８と同じ構造であってよい。
代替の例示的な実施形態では、ピンチューブ２１２は、第２のチューブ２０８とは異なる構造であってもよく、代わりに第２のチューブ２０８と流体連通していてもよい。

図７は、格納位置にあるピンアセンブリ２０４を示す。流体が圧力下でピンチューブ２１２内に供給されると、流体は、図８に見られるように、ピン本体２１０を拡張させる。図６のバルブ２０３が、流体の流れを止めるために閉じられる（すなわち、作動させられる）と、ピン本体２１０は、拡張位置に留まる。図６のバルブ２０３が開いている（すなわち、非活性化されている）とき、流体の流れは、ピン本体２１０を拡張又は後退させることが許可される。

図９－図１０は、ピンアセンブリ２２０の例示的な実施形態を示す。ピンアセンブリ２２０において、図７－図８のピン本体２１０は、ピンシャフト２２４及びピンヘッド２２２に置き換えられている。ピンシャフト２２２は、ピンチューブ２１２の内部に適合するように寸法的に構成されてもよい。図９は、格納位置にあるピンアセンブリ２２０を示す。流体が圧力下でピンチューブ２１２内に供給されると、流体はピンシャフト２２４及びピンヘッド２２２を拡張させる。図６のバルブ２０３が流体の流れを止めるために閉じられる（すなわち、作動させられる）と、ピンシャフト２２４及びピンヘッド２２２は、伸長位置に留まる。図６のバルブ２０３が開いている（すなわち、非活性化されている）とき、流体の流れは、ピンシャフト２２４及びピンヘッド２２２を伸長又は収縮させることを許可される。

図３２は、ピンアセンブリ２３０の例示的な実施形態を示す。ピンアセンブリ２３０は、図７－８のピン本体２１０を含むが、ピン本体２１０の遠位端２１０ａに又は近接して、加熱要素２３６及びプラグ２３８の少なくとも１つを含むように変更されている。チューブ２１２に対するピン本体２１０の動きは、それ以外は、図７及び図８に示される配置に関して上述したものと同じである。

発熱体２３６は、電力源に電気的に接続されてもよく、加熱コイルとして形成されてもよい。発熱体２３６は、ピン本体２１０を形成するための成形操作の間に発熱体を埋め込むことを含むがこれに限定されない様々な方法でピン本体２１０に接続されてもよい。加熱要素２３６の加熱から発生する熱は、ピン本体２１０の遠位端２１０ａの温度を上昇させ、遠位端２１０ａに隣接する任意の成形可能材料の硬化を補助するために使用されてもよい。

プラグ２３８は、ピン本体２１０の遠位端２１０ａの開口部２１０ｂを閉じるように構成される。開口部２１０ｂは、チューブ２１２と流体連通している。プラグ２３８を取り外すと、流体、すなわち磁気粘性流体の充填又は取出しのためなど、ピン本体２１０及びチューブ２１２の内部へのアクセスが可能になる。プラグ２３８は、図３２に示すように、ねじ式の止めねじであってもよい。図３２に示すように、発熱体２３６は、プラグ２３８を取り囲むか、さもなければ、プラグ２３８を取り囲んでいてもよい。

図１１は、可変モールド３００の例示的な実施形態を示している。可変モールド３００は、ポンプ３１０と、ポンプ３１０と流体連通しているマニホールド３２０と、マニホールド３２０と流体連通している複数の油圧ピンシステム３３０と、ポンプ及び複数の油圧ピンシステム３３０に動作可能に結合されたコントローラ３４０と、コントローラ３４０に動作可能に結合されたピン位置検出器３５０とを含んでもよい。油圧ピンシステム３３０は、各ピンシステム３３０の長手方向軸が実質的に平行であり、２次元マトリックスに配置されるように配置された、合計Ｎ個の油圧ピンシステム（Ｎは整数）を含んでもよい。
例示的な実施形態では、各油圧ピンシステム３３０は、図６を参照して説明した油圧ピンシステム２００であってもよいが、ポンプ３１０が可変モールド３００に提供されるので、ポンプ２０２は含まれない。
各油圧ピンシステム３３０は、ピン３３２を含んでもよい（図１３参照）。

ポンプ３１０は、加圧された流体をマニホールド３２０に供給してもよい。例示的な実施形態において、流体は、本明細書に記載されるようなＭＲ流体であってよい。マニホールド３２０は、順に、加圧された流体を油圧ピンシステム３３０の各々に供給する。ピン位置検出器３５０は、油圧ピンシステム３３０の各ピン３３２が伸長する際の伸長距離を検出するように構成されていてもよい。例えば、ピン位置検出器１５０は、各ピン３３２へのレーザビームの飛行時間に基づいて伸長距離を検出するように構成された一連のレーザ及び検出器から構成されてもよい。あるいは、ピン位置検出器１５０は、ピン３３２の画像を撮影するように構成された１つ以上のカメラを含んでもよい。

コントローラ３４０は、これらの画像を使用して、ピン位置検出器１５０内のカメラの既知の位置に基づいてピン３３２の位置を写真測量的に計算するように構成されてもよい。代替の実施形態では、各油圧ピンシステム３３０は、バルブを通って流れた流体の量を検出するように構成された流量検出器を含んでもよく、この流量検出器は、コントローラ３４０に動作可能に結合され、各ピン３３２がどの程度延びたかを決定するために使用されてもよい。コントローラ３４０は、油圧ピンシステム３３０の各々のバルブに動作可能に結合されてもよい。

コントローラ３４０は、所望の形状を作成するために、可変モールド３００の各ピン３３２の必要な伸長距離を記述する予めプログラムされたファイルを格納するように構成されてもよい。コントローラ３４０は、ピン位置検出器３５０を介して各ピンの位置を監視し、ピン３３２が所定の距離を伸長したときに対応するバルブを閉じるように構成されてもよい。例示的な実施形態では、コントローラ３４０は、ＭＲ流体バルブ１００のワイヤーコイル１７０を介して電流を送ることによって、対応するバルブを閉じてもよい（例えば、図２参照）。

図１２は、マニホールド３２０の例示的な実施形態を示している。マニホールド３２０は、ポンプ３１０（図１１を参照）と流体連通するための入口ポート３２２を含んでもよい。マニホールドは、油圧ピンアセンブリ３３０（図１１参照）の各々と流体連通するための複数の出口ポート３２４をさらに含んでもよい。

図１３は、可変モールド３００の例示的な斜視図である。例示的な実施形態において、ピン３３２の各々は、六角形の形状を有してよく（図１４も参照）、ピン３３２の各々の間の空間を最小にするようにハニカムパターンで配置されてよい。図１３に示された例示的な実施形態は１２０本のピン３３２を示しているが、図１３の実施形態は例示的なものに過ぎず、可変モールド３００はこの構成に限定されないことは理解されよう。可変モールドは、数万、数十万、又はそれ以上のピン３３２を含む、任意の所望のサイズまで構成可能であることが想定される。

例示的な実施形態では、磁気シールドは、液圧ピンアセンブリ３３０の各磁気コイル１７０の周囲に提供されてもよい。磁気シールドは、第１の磁気コイル１７０によって生成された磁場が、隣接する又はそうでなければ近くの液圧ピンアセンブリ３３０内のＭＲ流体に干渉するのを防ぐように構成されていてもよい。例示的な実施形態では、磁気遮蔽体は、鉄などの高透磁率材料で形成されてもよい。例示的な実施形態では、磁気シールドは、ＭＲ流体バルブ１００の周囲に嵌る金属スリーブであってもよい。

さらに、例示的な実施形態では、各磁気コイル１７０の周囲に熱遮蔽体及び／又は熱絶縁体が設けられてもよい。熱シールドは、活性化された磁気コイルからのオーミック加熱によって引き起こされる熱の熱伝導を停止するように構成されてもよい。

例示的な実施形態において、冷却システムは、ＭＲ流体バルブ１００の周囲に提供されてもよい。冷却システムは、より高い電流及び磁気密度を可能にするように、オーミック加熱を介して磁気コイルから発生する熱に対抗するのを助けることができる。例示的な実施形態では、冷却システムは、ＭＲ流体バルブが配置される流体密室と、流体密室を通して冷却流体を積極的にポンピングすることとを含んでもよい。代替の例示的な実施形態では、受動的対流冷却システムが使用されてもよい。

本明細書に記載される少なくとも例示的な実施形態は、ＭＲ流体の使用について説明する。本明細書の目的のために、ＭＲ流体は、磁場を受けると見かけの粘度が増加する流体であることが理解されよう。例示的な実施形態では、ＭＲ流体は、磁場を受けると粘弾性固体となることができる。

例示的な実施形態において、ＭＲ流体は、ロード社製のＭＲＦ－１４０ｂC Magneto-Rheological Fluid；ロード社製のＭＲＦ－１４０ＣＧ Magneto-Rheological Fluid；又はガリウム系液体金属であってもよい。しかしながら、これらの例は例示的なものであって限定的なものではなく、他のＭＲ流体も本明細書に記載の構造で使用できることが理解されよう。ガリウム系ＭＲ（ＧＭＲ）流体が使用される例示的な実施形態では、流体システム（すなわち、流体リザーバ、マニホールド３２０、ＭＲ流体バルブ１００、流体供給ライン）の温度は、ＧＭＲ流体の融点より高くされてもよい。次に、コントローラ３４０（図１１参照）は、ポンプを制御して、ピン３３２を拡張するように、マニホールドを介してＧＭＲ流体をＭＲ流体バルブ１００に流してもよい。

コントローラ３４０は、個々のピン３３２がその所定の伸長距離に達すると、ＧＭＲ流体の流れを停止するようにＭＲ流体バルブ１００を選択的に制御してもよい。全てのピン３３２が所望の位置になると、冷却剤システムを用いて、ＭＲ流体バルブ１００の周囲の温度をＧＭＲ流体の融点よりも低い点まで下げ、それによってＭＲ流体バルブ１００内のＧＭＲを固化させても良い。その後、磁気コイル１７０をオフにしてもよく、ＭＲ流体バルブ１００は、固化したＧＭＲ流体により閉じた状態のままとなる。ピン３３２をリセットするために、冷却水システムを制御してＭＲ流体バルブ１００の周囲の温度をＧＭＲ流体の融点よりも高くし、負圧をかけることによってＧＭＲ流体を油圧ピンアセンブリ３３０から汲み上げてもよい。ＧＭＲ流体を使用し、冷却システムを介して温度を制御することにより、オートクレーブ圧力（すなわち、１００psi以上）の環境下で可変モールド３００を使用することができるようになる場合がある。これにより、例えば、航空宇宙用途の部品の製造において、可変モールド３００を使用することができるであろう。

図１５は、ＭＲ流体バルブ４００の例示的な実施形態である。ＭＲ流体バルブ４００は、ＭＲ流体バルブ１００の代替品としてあってもよい。ＭＲ流体バルブ４００は、中空シリンダ４１０を含んでもよい。中空シリンダ４１０の内部は、第１大径部４１１と、小径部４１４と、第２大径部４１２とに分割されていてもよい。小径部４１４の周囲には、磁気コイル４１６が設けられてもよい。磁気コイル４１６に電力が供給されると、結果として生じる磁場が小径部４１４内のＭＲ流体の粘性を高め、それによってＭＲ流体を粘弾性流体に変え、小径部４１４を通るＭＲ流体の流動を停止させることがある。

図１６－図１７は、動作原理を示すためのスケールモデル可変モールド５００の例示的な実施形態である。ＭＲ流体を供給するためのポンプをモデル化するために、シリンジ５０２が使用されてもよい。シリンジは、流体入口５１６を介してマニホールド５１０にＭＲ流体を供給してもよい。シリンジ５０２から圧力を受けている間、ＭＲ流体は、チャンバ５２０に設けられたＭＲ流体バルブ５６０を通って流れてもよい。個々のＭＲ流体バルブ５６０は、制御カップリング５４０（図１７参照）から制御線（図示せず）を介して伝送される制御信号を介して制御されてもよい。外部ケーブル（図示せず）は、制御カップリングをコントローラに動作可能に結合してもよい。制御バルブ５６０から、ＭＲ流体は、ピン５３０を延ばしてもよい。ピン５３０が延びるときに、ピン５３０の機械的支持を提供するために、フレーム５３２が提供されてもよい。

図１６－図１７にさらに見られるように、可変モールド５００は、マニホールド５１０を介して温度制御流体を循環させるために用いられるマニホールド温度流体入口５１２及びマニホールド温度流体出口５１４を含んでもよい。
温度制御流体は、上述したように、ＧＭＲ流体の状態を遷移させるために使用されてもよい。
さらに、可変モールドは、チャンバ温度流体入口５２２及びチャンバ温度流体出口５２４（図１６）を含んでもよく、これらは、チャンバ５２０を介して温度制御流体を循環させるために使用されてもよい。

図１８は、マニホールド５１０の例示的な実施形態を示している。
マニホールド５１０は、マニホールドベースプレート５７０と、流体フローデバイダ５５０とを含んでもよい。
流体入口５１６を介してマニホールドに供給されたＭＲ流体は、内部流路５７２に流れることになる。
そして、ＭＲ流体は、流体フローデバイダ内に設けられた複数のバルブ流体入口５５０の各々を通過することになる。
バルブ流体入口５５０の各々は、ＭＲ流体バルブ５６０の１つと流体連通していてもよい（図１６－図１７を参照）。

図１９－図３１は、様々な厚さの磁気シールドを使用する単一ＭＲ流体バルブ１００のモデルに対する有限要素法磁気学（ＦＥＭＭ）データを示す様々な図表である。
データは、磁気コイル１７０を流れる２アンペアのＤＣ電流を想定して作成された。磁気コイル１７０は、ＦＥＭＭデータの目的のために、３７６個のコイルターンを含んでいた。ＦＥＭＭデータを作成する際に考慮したＭＲ流体は、ロード社製のＭＲＦ－１４０ＣＧである。

図１９は、ＦＥＭＭデータの生成に使用されたＭＲ流体バルブの解析レイアウトの概要を示す図である。図２０は、横方向の解析ラインに沿って測定された磁場強度を示すプロットのＸ軸を示す図である。図２１は、ＭＲ流体チャンネルに中心的な軸方向分析線に沿って測定された磁場強度を示すプロットに対するＸ軸を示す図である。

図２２－２３は、磁気シールドを有しないＭＲ流体バルブの磁界強度を示す。図２２に見られるように、ＭＲ流体バルブの幾何学的形状をはるかに超えて伸びる著しい磁場があり、これは、完全可変モールドアセンブリにおける隣接するＭＲ流体バルブの動作に干渉を引き起こす可能性がある。

図２４－図３１は、０.００２インチ厚から０.０２インチ厚までの範囲の磁気遮蔽体の厚さを変えた場合の磁界強度のプロットを示している。図２４、図２６、図２８、図３０に見られるように、磁気シールドは、ＭＲ流体バルブのジオメトリの外側の磁場の強さを著しく減少させる。これにより、隣接するＭＲ流体バルブが互いに干渉することなく独立して動作することが可能になると考えられる。

本開示は、様々な実施形態、構成、及び側面において、本明細書に描かれ、説明されるような構成要素、方法、プロセス、システム、及び／又は装置を含み、それらの様々な実施形態、サブコンビネーション、及びサブセットを含む。 本開示は、様々な実施形態、構成、及び態様において、例えば、本明細書に描かれていない及び／又は説明されていないが、当技術分野において周知又は理解されており、本開示と一致する可能性のある構成要素又はプロセスを実際に又は任意に使用又は含めることを企図する。

本開示の実施形態は、多数の他の汎用又は特殊目的のコンピューティングシステム環境又は構成で動作可能である。本明細書に記載されたシステム及び方法と共に使用するのに適している可能性のあるコンピューティングシステム、環境、及び／又は構成の例としては、パーソナルコンピュータ、サーバコンピュータ、ハンドヘルド又はラップトップ装置、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースのシステム、セットトップボックス、プログラマブル家電、ネットワークPC、ミニコンピュータ、メインフレームPC、上記の任意のシステム又は装置を含む分散コンピューティング環境、及び同様のものがあるが、それだけに限られるわけではない。

本開示の実施形態は、プログラムモジュールなどのコンピュータ実行可能な命令がコンピュータによって実行されるという一般的な文脈で説明され得る。一般に、プログラムモジュールは、特定のタスクを実行する、又は特定の抽象データ型を実装するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含んでもよい。本明細書に記載されたシステム及び方法は、通信ネットワークを介してリンクされるリモート処理デバイスによってタスクが実行される分散コンピューティング環境でも実施され得る。分散コンピューティング環境では、プログラムモジュールは、メモリ記憶装置を含むローカル及びリモートのコンピュータ記憶媒体の両方に配置されてもよい。

プログラム及びモジュールによって実行されるタスクは、以下に、図の助けを借りて説明される。当業者は、本開示による対応するコンピューティング環境において、任意の形態のコンピュータ可読媒体に書き込むことができるプロセッサ実行可能命令として、例示的な実施形態を実装することができる。

少なくとも１つ」、「１つ以上」、「及び/又は」という表現は、動作上、接続法でも分離法でもある自由形式である。 例えば、「A、B及びCの少なくとも１つ」；「A、B、又はCの少なくとも１つ」；「A、B及びCの１つ以上」；「A、B、又はCの１つ以上」；「A、B、及び／又はC」という表現のそれぞれは、A単独、B単独、C単独、A及びB一緒、A及びC一緒、B及びC一緒、又はA、B、及びC一緒を意味している。

本明細書及びそれに続く請求項において、以下の意味を有する多数の用語が参照されるであろう。用語「a」（又は「an」）及び「the」は、その実体の１つ以上を指し、それにより、文脈が明らかにそうでないことを指示しない限り、複数の参照語を含む。このように、用語「a」（又は「an」）、「１つ以上」及び「少なくとも１つ」は、本明細書において交換可能に使用することができる。さらに、「一実施形態」、「いくつかの実施形態」、「一実施形態」等への言及は、言及された特徴も組み込んだ追加の実施形態の存在を排除すると解釈することを意図していない。

本明細書及び特許請求の範囲を通して使用される近似語は、それが関連する基本機能の変化をもたらすことなく許容的に変化し得る任意の定量的表現を修正するために適用され得る。従って、「約」などの用語によって修正された値は、指定された正確な値に限定されるものではない。場合によっては、近似的な表現は、値を測定するための機器の精度に対応することがある。「第１」、「第２」、「上」、「下」などの用語は、ある要素を別の要素から識別するために使用され、特に指定しない限り、特定の順序又は要素の数を指すことを意味するものではない。

本明細書で使用する場合、用語「かもしれない（ｍａｙ）」及び「かもしれない（ｍａｙ ｂｅ」は、一連の状況内での発生の可能性、特定の特性、特徴又は機能の所有、及び／又は修飾動詞に関連する能力、能力又は可能性の一つ以上を表現することにより他の動詞を修飾することを示す。従って、"may "及び "may be "の使用は、ある状況下では修正された用語が時には適切、有能、又は適切でない場合があることを考慮しながら、示された能力、機能、又は用途に対して明らかに適切、有能、又は適切であることを示すものである。
例えば、ある状況では事象や能力が期待できるが、他の状況では事象や能力が発生しない。この区別は、"may" と "may be" という用語によって把握される。

特許請求の範囲で使用される場合、単語「comprises」及びその文法的な変形は、論理的に、例えば、これに限定されないが、「consisting essentially of」及び「consisting of」のような、様々で異なる範囲のフレーズを従属し含むものでもある。必要な場合には、範囲が示されており、それらの範囲は、その間のすべての下位範囲を含むものである。本開示が特定の実施形態における特定の範囲の使用を明確にしている場合を除き、添付の特許請求の範囲は、範囲のバリエーションをカバーすることが期待される。

本書で使用する用語「決定する」、「計算する」、「算出する」、及びその変形は、互換的に使用され、あらゆる種類の方法論、プロセス、数学的操作又は技術を含む。

本開示は、例示及び説明の目的で提示される。本開示は、本明細書に開示された形態又は形態に限定されるものではない。本開示の詳細な説明において、例えば、いくつかの例示的な実施形態の様々な特徴は、特徴のすべての潜在的な実施形態、変形、及び組み合わせの説明を本開示に含めることが実行可能でない程度に、それら及び他の企図される実施形態、構成、及び側面を代表的に説明するためにグループ化されたものである。従って、開示された実施形態、構成、及び態様の特徴は、上記で明示的に議論されていない代替の実施形態、構成、及び態様において組み合わされることができる。例えば、以下の請求項に記載された特徴は、単一の開示された実施形態、構成、又は態様の全ての特徴よりも少ない特徴にある。従って、以下の請求項は、本詳細説明に組み込まれ、各請求項は、本開示の別個の実施形態として、それ自体で成立する。

科学技術の進歩により、本開示の用語で必ずしも表現されないバリエーションが提供される可能性があるが、特許請求の範囲ではこれらのバリエーションを必ずしも排除するものではない。

Claims (1)

1. 磁気粘性流体バルブの使用方法であって、
   前記磁気粘性流体バルブは、
   長手方向に延びる中空シリンダであって、シリンダ第１端と、シリンダ第２端と、シリンダ内部と、を備える中空シリンダと、
   前記中空シリンダ内部に設けられたセンターロッドであって、ロッド第１端とロッド第２端とを含むセンターロッドと、
   前記センターロッドの長手方向の第１の位置に設けられた第１のスペーサシリンダと、
   前記センターロッドの長手方向の第２の位置に設けられた第２のスペーサシリンダと、
   その厚さ方向に延在する第１の流路開口部を含む第１のエンドプレートであって、
   前記第１のエンドプレートは前記ロッド第１端に結合される、第１のエンドプレートと、
   その厚さ方向に延在する第２の流路開口部を含む第２のエンドプレートであって、
   前記第２のエンドプレートは前記ロッド第２端に結合される、第２のエンドプレートと、 前記中空シリンダの外側で長手方向の第３の位置に設けられたワイヤーコイルであって、前記第３の位置は、前記第１の位置と前記第２の位置との間である、ワイヤーコイルと、
   を備え、
   前記第１のスペーサシリンダの外径及び前記第２のスペーサシリンダの外径は、前記中空シリンダの内径より小さい前記磁気粘性流体バルブを提供するステップと、
   圧力下で前記シリンダ第１端に磁気粘性流体を供給して前記磁気粘性流体が前記第１の流路開口部及び前記中空シリンダを通過して前記第２の流路開口部から流出させるステップと、
   前記ワイヤーコイルに選択的に電流を流すことにより前記磁気粘性流体の粘度を増加させて磁性流体の流れを停止させるステップと、
   前記磁気粘性流体バルブの周囲の温度を前記磁気粘性流体の融点以下に下げ、前記磁気粘性流体バルブ内の前記磁気粘性流体を固化させるステップと、
   前記磁気粘性流体が固化した後、前記ワイヤーコイルへの通電を停止するステップと、
   を含む磁気粘性流体バルブの使用方法。

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