JPH04219529A

JPH04219529A - 強磁性流体シール付電気活性流体トルク伝達装置

Info

Publication number: JPH04219529A
Application number: JP3070190A
Authority: JP
Inventors: J David Carlson; ジェイ・デイビッド・カールソン
Original assignee: Lord Corp
Current assignee: Lord Corp
Priority date: 1990-04-03
Filing date: 1991-04-03
Publication date: 1992-08-10
Also published as: EP0450824A1; US5007513A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的には、電気活性
流体を用いたトルク伝達及び変換装置に関するものであ
る。さらに具体的にいえば、本発明は強磁性流体シール
を有する上記形式のトルク伝達及び変換装置を提供する
。

【０００２】

【従来の技術】低価格で信頼性のある電気活性流体の開
発において著しい進歩があった。一般的には、電気活性
流体は、誘電液体媒質中への極微粒子の懸濁液からなっ
ている。電気活性流体が電界の存在するときに物理的性
質に変化を生じ、この理由で非常に様々な機械的処理に
有用である。

【０００３】一つの型の電気活性流体が電気レオロジー
流体又は「電気粘性」流体である。たとえば、カールソ
ン（Ｃａｒｌｓｏｎ）　の米国特許第４．７７２，４０
７号を参照されたい。電気レオロジー流体は、電界のな
いときに、ずり速度がずり応力にほぼ比例するようなニ
ュートン流動特性を示す電気活性流体である。しかし、
１０３Ｖ／ｍｍ程度の電界が加えられると、降伏現象又
は応力現象が生じずり応力が電界の強さの増大するにつ
れて上昇する降伏値を超えるまでずりが生じないように
なる。結果は、見かけ粘度の数桁の大きさの増加として
現れることがある。

【０００４】もう一つの型の電気活性流体は、電気泳動
流体すなわち「電気分離性」流体である。電気泳動流体
がクラス（Ｋｌａｓｓ）　ほかの米国特許第３，２５５
，８５３号及び本発明の譲受人に譲渡されたカールソン
（Ｃａｒｌｓｏｎ）　の米国特許願第４６３，２４５号
に記載されている。電気泳動流体は、電気レオロジー流
体と同様の懸濁液であるが、加わった電界に対して非常
に異なる応答をすることを特徴としている。電気泳動流
体内の粒子は、非常に強い電気泳動移動を示す。電界が
あるときには誘導降伏強さを有する繊維状構造を形成し
ないで、電気泳動流体が電気泳動によって高粒子密度相
と粒子欠乏相に分れる。一般的には、電気泳動で誘導さ
れる分離は、ずっと低い電界によって達成されて維持さ
れ得るが、それは電気泳動が電界強さに関して線形現象
であるが、反対に、電気レオロジー流体の強さは、電気
レオロジー効果のために誘導双極子相互作用によって左
右されるので、電界の自乗で変化するからである。

【０００５】電気活性流体を用い、可変クラッチ、ブレ
ーキ、差動歯車組立体などのトルク伝達及び変換装置を
含む多くの商業的に実現可能な装置が開発されてきた。ウンスロー（Ｗｉｎｓｌｏｗ）　の米国特許第２，８８
６，１５１号及びクラス（Ｋｌａｓｓ）　ほかの米国特
許第３，２５５，８５３号を参照されたい。この型の装
置は、周知であり、電気活性流体に加えられた電界の変
動に応じてトルクを漸次及び連続的に制御する可能性を
与える。

【０００６】しかし、電気活性流体装置に関連する共通
問題は、回転軸がシールを貫いて流体を満たした領域に
入らなければならない場合の、電気活性流体の閉じ込め
である。流体の漏れは、特に長期間振動、衝撃、熱が加
わる条件の下及びその他の悪条件の下で動作する装置の
場合に防止するのが難しい。従来の動的流体シールは、
電気活性流体の粒子（粒状相）がかなりあらくて研摩性
を有することがあるので、この用途には適さない。さら
に閉じ込めらけた流体が受ける温度と圧力の極値は、正
常動作条件の下でさえ、シールの有効性を小さくして、
流体の漏れを生じさせることがある。このような装置に
おいて、動的流体シールを通して電気活性流体が失われ
ることは、流体閉じ込め領域内に空隙が生じて装置の性
能に悪い影響を与えるとともに、装置を故障に導く可能
性のあるアーク発生又は高圧絶縁破壊を生ずることがあ
る。さらに、電気活性流体液体媒質（液体相であり、粒
状相でない）の漏れは流体レオロジーに有害な効果を与
える可能性があり、粒状相の沈降や固化をもたらす。

【０００７】動的状態と静的状態の下での著しい圧力差
に耐えるように設計されている不活性ガス又は真空のシ
ールの用途のために強磁性流体を磁気回路中で用いる回
転軸シールが開発された。

【０００８】強磁性流体は、粒子の凝集を防止する安定
剤を添加した種々の担体溶媒中に磁鉄鑛すなわちＦｅ３
Ｏ２などの強磁性粒子を恒久的にコロイド状に懸濁させ
た液体である。強磁性流体はサイエンテイフイック・ア
メリカン（Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ａｍｅｒｉｃａｎ）
第２４３巻、１１４〜１３２頁に掲載されたアール・ロ
ーゼンワイク（Ｒ．Ｒｏｓｅｎｗｅｉｇ）　の「磁性流
体」の論文及びローゼンワイクの米国特許第３，９１７
，５３８号に記載されている。１９４０年代の非ニュー
トン磁気クラッチにおいて使用された粗磁性粒子懸濁液
と異なり、強磁性流体の粒子は、それらをブラウン運動
の力によって保持されるのに十分なだけ小さい（直径１
００オングストローム）。さらに、粒子寸法のために、
強磁性流体の粒子はビンガム型降伏応力を示さず、磁界
が加わったとき、固形塊りに固まらないで、代りに均一
な液体として存続する。磁界が強磁性流体に加わると、
強磁性流体の与えられた体積全体にわたって作用する力
にすぎない体積力が発生する。発生する体積力は、磁界
の勾配と強磁性流体の磁化値によって変り、強磁性流体
に磁界の最も高い領域を占めさせる。

【０００９】多段回転軸強磁性流体シールが、たとえば
ローゼンワイクの米国特許第３，６２０，５８４号に示
されている。このシールは集中した磁界を作るために永
久磁石と磁極片からなる磁気回路を含んでいる。強磁性
流体は、それによって、シールの各環状段にある離散的
強磁性流体液体Ｏリングをひきずるのに十分な体積力を
受ける。

【００１０】しかし、強磁性流体シール組立体は、これ
まで、圧力のかかった液体を密封するのに用いるように
勧められなかったが、それは、多くの液体が強磁性流体
と反応性又は混和性があって、綿状凝集、漏洩及びその
他の問題が生ずる傾向があるからである。また、粒子が
シールの完全性を妨げるようにシールの領域に集まるの
で、強磁性流体は、パッキング方式で粒子を含む装置を
密封するのに用いられるのにはあまり適していない。

【００１１】前述のことから、電気活性流体の閉じ込め
をよくするために強磁性流体シールをうまく組入れる電
気活性流体トルク伝達及び変換装置が必要とされている
。

【００１２】

【発明が解決しょうとする課題】したがって、本発明の
目的は、電気活性流体を用いる改良形トルク伝達及び変
換装置を提供することである。

【００１３】本発明のそのほかの目的は、結合すべき部
材間の力又はトルクを維持する電極間の係合を制御する
ために電気活性流体に電界を加えている上記型の装置を
提供することである。

【００１４】本発明のなおそのほかの目的は、電気活性
流体がハウジングの中に閉じ込められ、少なくとも一つ
の強磁性流体シールが電気活性流体のハウジングから漏
れるのを防止するために設けられている上記型の装置を
提供することである。

【００１５】本発明のなおそのほかの目的は、強磁性流
体シールがハウジングから伸びている回転軸と共同して
動作する上記型の装置を提供することである。

【００１６】本発明のなおそのほかの目的は強磁性流体
と電気活性流体が混じらない上記型の装置を提供するこ
とである。

【００１７】本発明のなおそのほかの目的は、電気活性
流体の粒状相が強磁性流体シールに接して集まって詰ま
ることのないようにされている上記型の装置を提供する
ことである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】これら及びその他の目的
を満たすために、電界を電気活性流体に加えることによ
って制御されるトルク伝達及び変換装置が提供される。この装置はクラッチ、ブレーキ、差動歯車、ポンプ又は
その他の回転力伝達組立体として構成されてもよく、相
対的に可動な部材又は駆動要素にそれぞれ接続されてい
る共同作動できる電極を備えている。

【００１９】ハウジングが電気活性流体（粒状相と液相
を含む）を両電極間の空間に収容するための室を形成す
る。ハウジングには、電極の一つを駆動要素の一つに接
続するために回転軸を受ける少なくとも一つの穴が開い
ている。電界を電気活性流体に加える電源が電極間に制
御可能な電圧を与える。トルクが電界の強さに従って電
極間、したがって、駆動要素間に電気活性流体によって
伝達される。

【００２０】強磁性流体シール組立体が室内の電気活性
流体を密封するために設けられている。このシール組立
体は、室内の電気活性流体と通じている回転軸とともに
環状空間を形成する。環状空間を横切る一つ以上の領域
内に集中磁界を発生する磁気回路が永久磁石によって強
磁性流体シール組立体内に作られる。強磁性流体が磁界
に応じて一つ以上の領域を占めて一つ以上の対応する液
体Ｏリングシールとなるので、回転軸が静止していると
きも、回転しているときも、室内の電気活性流体を隔離
する。したがって、強磁性流体と電気活性流体は、混じ
られない。

【００２１】電気活性流体の粒状相が強磁性流体シール
組立体の近くで穴の中に集って強磁性流体に押しつけら
れないようにするために、穴の輪郭を定めるハウジング
の端を室から内方へ斜めに切って、強磁性流体に隣接し
た流体ずりを大きくして、粒状相を強磁性流体から離し
て室に押し込むようにしてもよい。同様にして、穴に隣
接した電極の端にテーパをつけて、その電極とハウジン
グの穴に近い端との間の流体ずりを大きくして、粒状相
が穴の近く集らないようにしてもよい。

【００２２】

【実施例】本発明のこのほかの目的、特徴及び利点並び
に上記の簡単な説明を本発明による現在好ましいが例示
的実施例についての以下の詳細な説明を添付図面と関連
させて参照することによってさらに完全に理解するであ
ろう。

【００２３】図面の図１を参照すると、参照数字１０は
、非常に様々な用途において、たとえば、トルク結合装
置、ブレーキ、固定装置又は切りはなし装置として用い
ることのできるトルクの伝達及び変換をするためのクラ
ッチ又は同様な装置を表わす。クラッチ１０は、開放端
縮径部分１２ａを有するハウジング１２、端板１４及び
内部円筒形ロータ１６を備えている。ハウジン１２はま
た、縮径部分１２ａの中に、内側肩１２ｃを定める深座
ぐり１２ｂ及び内側肩１２ｅを定める深座ぐり１２ｄを
以下に説明する理由で備えている。

【００２４】ロータ１６及びロータとハウジングの間の
空間にある電気活性流体の入った囲われた室１８がハウ
ジング１２によって形成されている。次に詳細に論ずる
電気活性流体は、図示のようにまばらになった粒子２０
によって表わされている。駆動軸２２はロータ１６に接
続され、ハウジングの縮径部分１２ａの開放端を通って
伸びている。参照数字２４によって総括的に表わされた
軸受組立体が駆動軸２２とロータ１６をハウジング１２
に対して回転運動させるように駆動軸２２をハウジング
の縮径部分１２ａの中で支持する。軸受組立体２４の内
輪２６及び外輪２８は、駆動軸２２及び深ぐり１２ｂに
それぞれ係合する。内輪２６及び外輪２８は、回転軸２
２から電気的に絶縁される必要があり、これは、内輪２
６と外輪２８のそれぞれと駆動軸２２の間にポリマーフ
イルムのような絶縁材料の薄層を備えることによって遂
行できる。代案として、内輪２６及び外輪２８を、後述
の理由で、非電導性でしかも、透磁性の材料で構成して
もよい。複数の玉軸受３０が内輪２６と外輪２８の間に
設けられ、内輪と外輪が相互に小さな摩擦で回転できる
ようにする。軸受組立体２４は、内側肩１２ｃに当接し
、深座ぐり１２ｂの中で駆動軸２２の周りに軸受組立体
に押しつけてはめられた止め輪（図示なし）によって保
持される。絶縁部材３１が駆動軸２２を端板１４に対し
て支持してロータ１６がぐらつかないようにする。

【００２５】駆動軸３２が駆動軸２２と共軸に整列して
端板１４に接続されている。図示してないが、端板１４
は、適当な漏洩防止方法でハウジング１２に接続されて
いることが分る。駆動軸２２及び駆動軸３２は、それぞ
れ、あとで説明するように、特定の用途に従って、入力
又は出力駆動軸として動作できる。

【００２６】電源３４が電線３６、３８によってそれぞ
れ駆動軸２２、３２へ接続されている。駆動軸２２、３
２、ハウジング１２及びロータ１６は、ハウジングとロ
ータの間に電位差を生じさせることができるように導電
材料で構成される。このようにして、ハウジング１２及
びロータ１６は電極として働き、後述の理由でそれらの
間の空間にある電気活性流体を横切る電界を作る。好適
実施例では、ハウジング１２は接地され、ロータ１６は
、電源３４によって決められるように、ハウジングに対
して正又は負のいずれかの高圧になっている。

【００２７】本発明の特徴によれば、参照数字４０によ
って総括的に表された強磁性流体シール組立体がハウジ
ング縮径部分１２ａ内に設けられて、駆動軸２２がハウ
ジング縮径部分１２ａに対して回転運動できるようにし
ながら室１８の中の流体を密封する働きをする。この目
的のために、半径方向に分極した環状永久磁石４２が深
座ぐりの中に伸びて駆動軸２２を駆動軸２２から間隔を
あけて取り囲んでいる。永久磁石４２は、深座ぐり１２
ｄの中へ圧入され、内側肩１２ｅに当接する。カラー４
４が永久磁石４２と同じ横断平面内で駆動軸２２を取り
囲んでいる。カラー４４の外周辺は、それの中央から軸
方向に両方向に半径方向の厚さを減らすように傾斜をつ
けられている。したがって、永久磁石４２とカラー４４
の間にカラーの中央で比較的狭く、中央から軸方向に両
方向に半径方向の厚さが次第に大きくなる環状空間が形
成される。

【００２８】密集した粒子４６によって表した強磁性流
体が永久磁石４２とカラー４４の間の環状空間を満たし
、あとで詳しく説明する理由で、あたかも電気活性流体
と接触している液体Ｏリング又は液体リップシールのよ
うになる。したがって、強磁性液体シールは、室１８内
の液体が、ごみ、気体又はその他の異物によって汚染す
るのを防止する排他的シールとしてと、流体が室から駆
動軸２２とハウジング縮径部分１２ａの間に形成された
環状空間を通って漏れるのを防止する包含的シールとし
ての両方の働きをする。

【００２９】重要なことは、強磁性流体と電気活性流体
は、どちらかの流体の粒状相が他方と接触しているとき
、綿状凝集したり懸濁状態でなくなったりしないように
混じられず非反応性であることである。したがって電気
活性流体の液体相も強磁性流体を通って駆動軸２２の表
面に沿って「浸出」するのが防止される。

【００３０】好適実施例において、電気活性流体は、過
フッ素化ポリエーテル液の中に電気的分極性粒子の懸濁
液からなる電気レオロジー流体である。電気レオロジー
流体の粒子は、本質的には当該技術で周知であり、たと
えば米国特許第３，０４７，５０７号に記載された電気
レオロジー流体において以前に用いられたどの粒子であ
ってもよい。好ましいのは、電気レオロジー流体の粒子
は、約１ミクロンと１０ミクロンの間の直径のものであ
ることである。過フッ素化ポリエーテル液は、モンテジ
ソン（Ｍｏｎｔｅｄｉｓｏｎ）　社から商品名ガルデン
（ＧＡＬＤＥＮ）として入手できる。

【００３１】磁性流体は、合成ジエステル液、油溶性分
散剤及び溶液中に分散したコロイド大の強磁性粒子の混
合物であるのが好ましい。代表的な分散剤は、ポリイソ
ブテン・コハク酸誘導体であり、代表的な強磁性粒子は
磁鉄鑛である。適当な強磁性流体がフエロフルーイデイ
ックス（Ｆｅｒｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ）コーポレーショ
ンから商品番号ＡＰＧ−５１３Ａで入手できる。

【００３２】他の不混和性電気活性流体と強磁性流体の
組合せも考えられる。たとえば、ジエステル又はポリジ
メチルシロキサン液相を有する電気活性流体が過フッ素
化ポリエーテル液相を有する強磁性流体と一緒に使用で
きる。

【００３３】永久磁石４２と協力して、図面中に磁束線
４８によって図解で示されている磁気回路がシール組立
体４０の中に作られるように、軸受組立体２４、駆動軸
２２及びカラー４４は、透磁性であると理解される。磁
気回路は、永久磁石４２とカラー４４の直間の環状空間
を横切る集中磁界を作る。この磁気回路によって作られ
る磁界強さ、すなわち、磁束密度は、環状空間がカラー
４４の中央によって形成される横断面に近づいて狭くな
るにつれて大きくなる。磁束密度が最大の領域、すなわ
ち、永久磁石４２とカラー４４の間の環状空間、さらに
詳しくいえば、カラーの中央によって画定された横断平
面内の環状空間の狭い部分に強磁性流体を向ける体積力
が集中磁界によって強磁性流体に加えられる。強磁性流
体シールは、磁界によって適所に保持され、強磁性流体
に加わる体積力の大きさによって決まる圧力容量をもっ
ている。

【００３４】動作中は、クラッチ１０の駆動軸２２、３
２は、相対的に可動な部材すなわち駆動要素（図示なし
）に接続される。各駆動要素は、用途次第で、回転機械
力を伝達するか受け止めるかのいずれか、又は代りに伝
達して受け止める。駆動軸２２、３２がそれぞれロータ
１６及びハウジング１２に接続されるので、駆動要素間
のトルクの伝達は、電気活性流体によってロータとハウ
ジングの間の機械的結合を制御することによって調整さ
れる。

【００３５】二つの駆動要素を結合しないで、したがっ
て相互に相対的に自由に回転させて、クラッチ１０を作
動させることを望むとき、電源３４は、ハウジング１２
とロータ１６の間に電位差を与えないように切られるの
で、室１８内の電気活性流体に電界が加えられない。電
界がないときには、電気活性流体は、粒子２０の低粘度
の均一懸濁液となっている。電気活性流体によって与え
られる粘性「抗力」は、零電界のとき低粘度の流体を用
いて最小に保つことができる。

【００３６】駆動要素間にトルクを伝達するためには、
電源３４を入れて、電界が室１８内の電気活性流体に加
えられるようにハウジング１２とロータ１６の間に電位
差を与える。電界があるとき、電気活性流体は、固化す
る、すなわち降伏強さを生じ、それによってハウジング
１２とロータ１６の相対する面に係合する。したがって
ハウジング１２とロータ１６は結合され、駆動軸２２、
３２の間、したがってそれぞれの駆動要素間にトルクを
伝達できる。電源３４によって発生される電界の大きさ
は、電気活性流体の降伏強さ、したがって駆動要素間の
トルクの伝達および変換を制御するように調節できる。

【００３７】強磁性流体シール組立体４０の磁気回路は
、永久磁石４２によつて連続的に維持され、駆動軸２２
がハウジング１２に対して静止していても、回転してい
ても駆動軸２２と軸受組立体２４とによって完成される
。したがって、強磁性流体は、常に環状空間の狭い部分
に閉じ込められて密封機能を果たす。強磁性流体が集中
磁界によって閉じ込められているときでも、液体の性質
を維持するので、シールの完全性も駆動軸２２の回転中
に駆動軸２２が振れたり偏心したりしても維持される。

【００３８】次に図面の図２を参照すると、参照数字５
０は、たとえば、トルク結合装置、ブレーキ、固定装置
又は切りはなし装置として用いることのできるトルクを
伝達及び変換するための代替のクラッチ又は同様の装置
を表わしている。クラッチ５０には、開放端円筒形ハウ
ジング５２、向かい合いの端板５４、５６及び軸方向に
配置された円筒形ロータ５８がある。図面には示してな
いが、クラッチ５０を適当な方法で支えて、あとで説明
するように、相対的に可動な部材すなわち駆動要素に接
続し、それらの部材間にトルクを伝達するとする。

【００３９】ロータ５８及びロータとハウジング５２の
間の空間にある電気活性流体の入っている密閉室６０が
ハウジング５０と端板５４、５６によって形成されてい
る。電気活性流体は前記実施例に関して説明したもので
、粒子２０によって表されている。管部材６２が、後述
の理由で、ハウジング５２の内径面に係合し、電気活性
流体と面接触している。電気活性流体を密閉室６０に出
入させる流体ポート６４がハウジング５２と管部材６２
にある心の合った穴によって形成されている。ねじ付キ
ヤップ６６ガ流体ポート６４に係合して流体ポートのた
めの着脱式カバーとなっている。

【００４０】ハウジング５２の向かい合いの端に係合す
る外側肩５４ａ、５６ａが端板５４、５６のそれぞれの
周辺を形成する。複数のねじ付締結具６８が肩５４ａ、
５６ａに形成された対応する穴を通りハウジング５２の
両端にある対応する穴の中へ伸びているので、端板５４
、５６をハウジングへ着脱自在に固着している。みぞ５
４ｂ、５６ｂもまた肩５４ａ、５６ａのそれぞれに削ら
れている。肩５４ａ、５６ａ及びハウジング５２の対向
端の対面表面を有効に密封するＯリングシールがそれぞ
れのみぞの中に受けられる。縮径部分５４ｃ、５６ｃ及
び深座ぐり５４ｄ、５６ｄも端板５４、５６のそれぞれ
にある。縮径部分５４ｃ、５６ｃの直径は、後述の理由
で、ハウジング５２の内径よりわずかに小さい。縮径部
分５４ｃ、５６ｃと深座ぐり５４ｄ、５６ｄの機能は、
あとで詳述する。

【００４１】回転軸７４がロータ５８にロータの軸線に
沿って作動可能に接続され、さらに回転軸のどちらか一
端又は両端で一つ以上の駆動要素（図示なし）に接続さ
れる。

【００４２】回転軸７４が室６０から両方向に外方に伸
びるので、回転軸７４を受ける穴７６、７８が端板５４
、５６のそれぞれに形成されている。穴７６、７８は、
引き続き説明する理由で、室６０の方へ向かって増大す
る直径をもつように傾斜をつけられている。ロータ５８
の向かい合った端は、端板５４、５６からわずかに間隔
を開けており、ロータと端板の間の電気活性流体によっ
て占められた空間が、後述の理由で、回転軸７４から半
径方向に外方にゆくにつれて軸方向寸法が大きくなるよ
うに、回転軸７４から半径方向に外方にテーパがつけら
れている。

【００４３】高圧リード線８０が管部材６２に接触する
ようにハウジングにある対応する穴にねじ結合で係合す
る。電源（図示なし）が適当な配線（やはり図示なし）
によってリード線８０及び回転軸７４に接続される。接
地接続を回転軸７４、又は端板５４、５６のどちらか又
は磁性流体シールハウジング８６、８８に行うことがで
きるが、それはこれらの構成要素のすべてが玉軸受９４
を介して電気的に接触しているからであると解釈する。ロータ５８、管部材６２、回転軸７４及びリード線８０
は、ロータと管部材の間に電源によって電位差を生じさ
せることができるように導電材料によって構成される。このようにして、ロータ５８及び管部材６２は、電極と
して働き、あとで検討する理由で、室６０内の電気活性
流体を横切る電界を作る。好適実施例においては、ロー
タ５８は接地され、管部材６２は、電源によって決まる
ようにロータに対して正又は負のいずれかの高圧になっ
ている。

【００４４】ハウジング５２は、今説明した導電性構成
要素の間に衝撃やアーク発生が起らないように非導電性
材料で構成されるとする。絶縁リング８２、８４が管部
材６２をハウジング５２の内面に押しつけて適所に固着
し、端板５４、５６のそれぞれから管部材を電気的に絶
縁する。絶縁リング８２、８４は、縮径部分５４ｃ、５
６ｃのそれぞれとハウジング５２の内壁との間の環状空
間を占め、肩５４ａ、５６ａのそれぞれと縮径部分５４
ｃ、５６ｃのそれぞれによって適所に支持される。

【００４５】図２で参照数字８６及び８８によって総括
的に表わされている二つの強磁性流体シール組立体が設
けられており、これは、あとで論じるように、回転軸７
４がハウジング５２に対して回転運動できるようにしな
がら、室６０内の電気活性流体を隔離するものである。シール組立体８６、８８は、回転軸７４及びそれぞれの
端板５４、５６に対して正しく整列するようにそれぞれ
の深座ぐり５４ｄ、５６ｄの中に受け入れられ、シール
組立体にある対応する穴を通り、端板にある対応する深
座ぐりの中へ伸び込んでいるねじ付き締結具８９によっ
て端板に着脱自在に固着される。シール組立体８６と８
８は事実上同じなので、シール組立体８８だけを詳細に
説明する。

【００４６】次に図３をも参照すると、シール組立体８
８にはあとで説明する理由で、中に削られた環状みぞ９
０ａ、第１の内側肩９０ｃを定める第１の深座ぐり９０
ｂ、及び第２の内側肩９０ｃを定める第２の深座ぐり９
０ｄを有するハウジング９０がある。

【００４７】端板５６とハウジング９０の対面する表面
に密封関係に係合するＯリングシール９２がみぞ９０ａ
の中に伸びている。

【００４８】軸受組立体９４が内側肩９０ｃに押しつけ
て深座ぐり９０ｂの中に圧入され、回転軸７４をハウジ
ング５２とハウジング９０に対して回転運動するように
支持する。軸受組立体９４には回転軸７４を取り囲んで
いる内輪９６と深座ぐり９０ｂの中で伸びている外輪９
８がある。内輪と外輪の間には、複数の玉軸受が設けら
れている。止め輪１０２が回転軸７４に係合して軸受組
立体９４を内側肩９０ｃに押しつけて適所に保持する。軸受組立体９４と止め輪１０２との間にそれらの間の摩
擦力を小さくし、回転軸７４の回転中、ロータ５８をハ
ウジング５２の中で正しく縦方向に位置決めするのを確
実にする積層詰め金１０４が配置されている。

【００４９】軸方向に磁化した環状永久磁石１０６が深
座ぐり９０ｄの中で回転軸７４から間隔をあけて伸びて
いる。環状磁極片１０８、１１０もまた永久磁石１０６
と共軸に深座ぐり９０ｄの中に伸びて、磁極片１０８が
端板５６の壁に当接し、磁極片１１０が第２の内側肩９
０ｅに当接した状態でそれぞれ、永久磁石１０６の両端
に係合している。みぞ１０８ａ、１１０ａがそれぞれ磁
極片１０８、１１０の外径表面に削られている。エラス
トマシール環１１２、１１４がそれぞれみぞ１０８ａ、
１１０ａの中に伸びて、深座ぐり９０ｄと磁極片１０８
、１１０の対面する表面に密封関係で係合する。複数の
三角形の環状歯１０８ｂ、１１０ｂが磁極片１０８、１
１０のそれぞれの内径面に沿って形成されているので、
回転軸７４とそれぞれの磁極片との間の環状空間の半径
方向の寸法が比較的狭くなっている対応領域を作る。こ
れらの対応領域は、回転軸７４と磁極片１０８、１１０
の間の環状空間の半径方向の寸法が比較的広い空隙によ
って分離されている。歯１０８ｂ、１１０ｂの機能は、
次に説明する。

【００５０】前の実施例を参照して説明し、密集した粒
子４６によって表された強磁性流体が、次に説明する理
由で、液体Ｏリング又は液体リップリングのシールであ
るかのように、回転軸７４と歯１０８ｂ、１１０ｂの間
の各領域を満たす。このようにして、強磁性流体は、電
気活性流体が室６０から漏れないようにする包含的シー
ルとして働く。電気活性流体と強磁性流体は混合しない
ので、電気活性流体の液相も強磁性流体を通り回転軸７
４に沿って浸出して室６０の外に出ることのないように
されている。強磁性流体はまた、ごみ、気体又はその他
の異物が室６０に入らないようにする排他的シールとし
ても働く。

【００５１】回転軸７４と磁極片１０８、１１０は、永
久磁石１０６と共同して磁気回路をシール組立体８８の
中に確立するように透磁性であるとする。この磁気回路
は、磁束線１１６によって表され、回転軸７４と磁極片
１０８、１１０との間の環状空間内に集中磁界を確立す
る。磁界強さ、すなわち、磁束密度は、回転軸７４と歯
１０８ｂ、１１０ｂの間の狭い領域で最大である。集中
磁界は、強磁性流体に体積力を加え、強磁性流体が動い
て最大磁束密度の領域、すなわち、回転軸７４と歯１０
８ｂ、１１０ｂの間の領域を占めるようにさせる。

【００５２】動作についていえば、ハウジング５２は、
たとえば、静止、一次要素（図示なし）に取付けられる
。一次要素に対して回転可能か又は運動可能である二次
要素（やはり図示なし）がそれぞれに適当な方法で回転
軸７４の両端に接続されている。一次及び二次要素は、
ハウジング５２とロータ５４の間の機械的連結を室６０
内の電気活性流体によって制御することによって調節さ
れる相互間の機械的力を、用途によって、伝達又は受け
止めのいずれか、又は代りに伝達と受け止めを行う。

【００５３】駆動要素が分離され、したがって相互に比
較的自由に動くようにシール組立体を作動することを望
むとき、電源（図示なし）は、ロータ５８と管部材６２
の間に電位差が生じないように、したがって電界が室６
０内の電気活性流体に加えられないように、切られる。電界がないときは、電気活性流体は、管部材とロータの
間の空間内に比較的低い粘性の均一な懸濁液として存在
する。したがって、ロータ５８のハウジング５２に対す
る回転が開始されると、管部材６２とロータ５８は、電
気活性流体のずり強さによって与えられる範囲にだけ結
合される。

【００５４】駆動部材間にトルクを伝達するためには、
電源（図示なし）は、電界が室６０内の電気活性流体に
加えられるようにロータ５８と管部材６２の間に電位差
を与えるように作動される。電界があるときは電気活性
流体は、固化する、すなわち降伏強さを生じ、それによ
ってロータ５８と管部材６２の対面する表面に係合する
。したがってロータ５８と管部材６２は結合され、一次
要素と二次要素の間に力を伝達できる。電源によって発
生される電界の大きさを調節して電気活性流体の降伏強
さ、したがって、駆動要素間の力の伝達及び変換を制御
できると分る。強磁性流体シール組立体８８の磁気回路
は、永久磁石１０６によって維持され、回転軸７４がハ
ウジング５２に対して静止しているときと回転している
ときの両方で回転軸７４と磁極片１０８、１１０によっ
て完成され、それによって、常に個別液体Ｏリングシー
ルとして働くように、回転軸と歯１０８ｂ、１１０ｂの
間の各領域に強磁性流体を維持する。強磁性流体が、そ
れの液体特性を、シール領域内に集中磁界によって閉じ
込められているときでさえ、保つので、シールの完全性
は、回転軸７４が回転している間に振れたり偏心したり
しても維持される。強磁性流体を有する各領域は、シー
ルが直列に作用してシール組立体８８に全差圧シール容
量を与えるように差圧容量を維持できる。各領域間の空
隙は、望むなら、圧力型密封機能を与えるように加圧し
てもよい。

【００５５】ロータ５８の回転中は、通常は、室６０の
中で穴７８の近くにある電気活性流体が受けるずり応力
が小さくなり、それによってシール組立体８８の動作を
妨げるように、穴の中にあって強磁性流体に接している
電気活性流体の粒状相の濃縮又は「押し固め」を生じさ
せる可能性がある。本発明は、穴７８の中にあり、穴に
隣接した室６０の中にある電気活性流体が受けるずり応
力を変えることによって前述のことを軽減する。この目
的に、穴７８は、前述のように、端板５６の内壁から外
壁へ徐々に小さくなる直径をもつように傾斜をつけられ
ている。したがって、電気活性流体が端板５６の外壁に
すぐ隣接した穴７８の縮径部分において受けるずり応力
が大きくなり、その応力は、端板の内壁に隣接した穴の
大径部分の方へ内向きに、したがってロータ５８の端の
方へ内向きに粒状相を押しやる。前にも説明したように
、ロータ５８の端は、端板５６の内壁とロータの端の間
の空間の軸方向寸法が回転軸７４から半径方向に外方に
大きくなるように回転軸７４からその半径方向の縁にか
けて次第に小さくされている。したがって、電気活性流
体は、粒状相が穴７８から離れて管部材６２の方へ押し
やられるようにロータ５８の端におけるテーパの傾斜を
変えて、ロータ５８の端に沿って半径方向に電気活性流
体が受けるずり応力を単に等しくし、電気活性流体の粒
状相が穴７８の中に集らず、管部材６２の方へ押しやら
れもしないようにすることが分る。次に図面の図４を参
照すると、参照数字１２０で総括的に表わされた代りの
強磁性流体シール組立体が、続いて説明するように、ク
ラッチの回転軸７４を共同作動できる回転軸１２２、１
２４で置換したクラッチ５０とともに用いるために設け
られている。シール組立体１２０には環状みぞ１２６ａ
を中に削られたハウジング１２６と、第１の内側肩１２
６ｃを画定する第１の深座ぐり１２６ｂと、第２の内側
肩１２６ｅを画定する第２の内側肩１２６ｄがあり、そ
れらの必要な理由はあとで説明する。

【００５６】ハウジング１２６は、端板５６に対して正
しく整列するようにクラッチ５０の深座ぐり５６ｄの中
に受けられ、ハウジングの中の対応する穴を通って端板
にある対応する穴の中へ伸び入っているねじ付締付具８
９によって端板に着脱自在に固着されている。

【００５７】端板５６とハウジング１２６の対面する表
面に密封関係で係合するＯリング１２８がみぞ１２６ａ
の中に伸びている。

【００５８】回転軸１２２はロータ５８に接続され、端
板５６の穴７８を通ってシール組立体１２０の中へ伸び
入っている。回転軸１２４は、回転軸１２２と共軸に心
を合され、回転軸１２２から間隔をおいている、軸方向
に磁化した永久磁石円板１３０が回転軸１２２と回転軸
１２４の間の空間に共軸に配置され、後述の理由で２本
の軸の対面する端に当接する。２本の回転軸を相互に機
械的に結合するスリーブ１３２が回転軸１２２、１２４
の端及び磁石円板１３０を取り囲んでいる。スリーブ１
３２は、回転軸が回転運動している間、２本の回転軸が
相互に対してすべらないように回転軸１２２、１２４の
端に接着剤で結合されたり、圧入若しくは焼きばめされ
たり又は他の方法で適当に締結される。

【００５９】軸受組立体１３４が第１の内側肩１２６ｃ
に押しつけて深座ぐり１２６ｂの中に圧入され、ハウジ
ング５２に対して回転運動するように回転軸１２４を支
持する。軸受組立体１３４には回転軸１２４を取り囲む
内輪１３６及び深座ぐり１２６ｂ内に伸びる外輪１３８
がある。複数の玉軸受１４０が内輪と外輪の間に入れら
れている。止め輪１４２が回転軸１２４に係合し、軸受
組立体１３４を第１の内側肩１２６ｃに押しつけて適所
に保持する。積層詰め金１４４が軸受組立体１３４と止
め輪１４２の間に配置されて、摩擦力を小さくし、回転
軸１２４が回転している間、軸受組立体と止め輪の間で
ロータ５８が正しく軸方向に整列するのを確実にする。

【００６０】細長い管状磁極片１４６が深座ぐり１２６
ｄの中に回転軸１２２、１２４から間隔をあけた関係で
各回転軸と共軸に伸びている。磁極片１４６の両端は、
端板５６の壁と第２の内側肩１２６ｅにそれぞれ当接す
る。Ｏリングシール１４７が磁極片をハウジング１２６
と密封関係に保つように磁極片１４６を取り囲んでいる
。

【００６１】複数の矩形の環状歯１２２ａ、１２４ａが
回転軸１２２、１２４のそれぞれ外径表面に沿って形成
されているので、回転軸１２２、１２４磁極１４６の間
の環状空間の半径方向の寸法が比較的狭くなっている対
応領域ができる。これらの対応領域は、回転軸１２２、
１２４と磁極片１４６の間の環状空間の半径方向の寸法
が比較的広くなっている領域内の空隙によって分離され
ている。歯１２２ａ、１２４ａの機能を次に説明する。

【００６２】前の実施例に関してさきに説明し、密集し
た粒子４６によって表した強磁性流体が、以下に説明す
る理由で、あたかも液体Ｏリング又は液体リップリング
シールであるかのように、磁極片１４６と歯１２２ａ、
１２４ａの間の各領域を満たしている。このようにして
、強磁性流体が前に説明したのと同じようにして、包含
的シール又は排他的シールとして働く。

【００６３】磁石円板１３０と共同して、シール組立体
１２０に磁気回路を確立するために透磁性であるとわか
る。この磁気回路は、磁束線１４８によって表され、回
転軸１２２、１２４と磁極片１４６の間の環状空間に集
中磁界を確立する。磁界の強さ、すなわち磁束密度は回
転軸１２２、１２４と磁極片１４６の間の狭い領域で最
大である。この集中磁界は、強磁性流体に体積力を加え
、強磁性流体を動かし強磁性流体に最大磁束密度の領域
、すなわち、歯１２２ａ、１２４ａと磁極片１４６の間
の領域を占めさせる。

【００６４】動作についていえば、クラッチ５０及びシ
ール組立体１２０は、図２及び図３に関して前述したも
のと事実上同じようにして働く。本発明の特徴を用いる
前述の各トルク伝達及び変換装置は、非常に様々な用途
に用いることができ、代表的実施例にすぎない。したが
って、ある範囲で改変、変更及び置換のできることが前
述の開示において意図され、場合によっては、本発明の
いくつかの特徴を他の特徴を対応して用いることなく用
いるであろう。

【００６５】たとえば、本発明の特徴を用い、電気泳動
性流体を利用する電気泳動性流体トルク伝達及び変換装
置が考えられる。。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明のトルク伝達及び変換装置を示す側
立面部分断面図である。

【図２】　　本発明のトルク伝達及び変換装置のもう一
つの実施例を示す側立面、部分断面図である。

【図３】　　図２の装置の強磁性流体シール組立体の一
つの拡大、部分切除、半径方向半断面図である。

【図４】　　図２の装置の強磁性流体シール組立体の一
つのもう一つの実施例の拡大、部分切除、半径方向半断
面図である。

【符号の説明】

１０　　　　クラッチ１２　　　　ハウジング１８　　　　室２０　　　　電気活性流体２２，２３　　　　駆動軸２４　　　　軸受組立体３４　　　　電源４０　　　　強磁性流体４２　　　　永久磁石

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　相対運動をするのに適する構成の第１
及び第２の部材を備え、前記第１の部材は、室を形作る
とともに円形穴を有し、前記第２の部材は、前記第１の
部材に対して間隔をあけた関係で前記室内に伸びており
、さらに、前記第１の部材と前記第２の部材の間の空間
に配置された電気活性流体と、前記第２の部材から前記
穴を通って伸び、環状空間を形成するために前記穴の直
径より小さい直径を有する軸と、前記第１の部材と前記
第２の部材の間で前記電気活性流体に電界を加え、前記
電界の強さに従って前記第１の部材と前記第２の部材の
間に前記電気活性流体によって力を伝達する手段と、前
記環状空間内に配置され前記電気活性流体と混合しない
強磁性流体と、前記強磁性流体を前記環状空間内にシー
ルとして保つために前記環状空間内で前記強磁性流体に
集中磁界を加える磁気回路手段とを備えてなる力の伝達
制御装置。
【請求項２】　　前記電気活性流体が過フッ素化ポリエ
ーテル液相を含んでいる請求項１に記載の力の伝達制御
装置。
【請求項３】　　前記強磁性流体がジエステル液相を含
む請求項１に記載の力の伝達制御装置。
【請求項４】　　前記強磁性流体が過フッ素化ポリエー
テル液相を含んでいる請求項１に記載の力伝達の制御装
置。
【請求項５】　　前記電気活性流体がジエステル液相を
含む請求項１に記載の力伝達の制御装置。
【請求項６】　　前記電気活性流体がポリジメチルシロ
キサン液相を含み、前記強磁性流体が過フッ素化ポリエ
ーテル液相を含む請求項１に記載の力伝達の制御装置。
【請求項７】　　前記電気活性流体が電気レオロジー流
体である請求項１に記載の力伝達の制御装置。
【請求項８】　　前記電気活性流体が電気泳動流体であ
る請求項１に記載の力伝達の制御装置。
【請求項９】　　前記穴は、前記電気活性流体の粒状相
を前記シールから無理に引き離すために前記穴の中で前
記電気活性流体が受けるずり応力にこう配を作るために
前記室から離れる方へ相対的に小さくなる直径をもつよ
うに斜めに切られている請求項１に記載の力伝達の制御
装置。
【請求項１０】　　前記第２の部材は、前記電気活性流
体の粒状相が前記穴の近くに集るのを防止するように、
前記電気活性流体が前記穴に隣接した前記室内で比較的
低いずり応力を受けないようにする先細端を備えている
請求項１に記載の力伝達の制御装置。
【請求項１１】　　前記磁気回路手段が前記軸と前記軸
を取り囲む少なくとも一つの環状永久磁石を備えている
請求項１に記載の力伝達の制御装置。
【請求項１２】　　前記磁気回路手段がさらに前記永久
磁石に近接して置かれた少なくとも一つの環状磁極片を
備えている請求項１１に記載の力伝達の制御装置。
【請求項１３】　　前記少なくとも一つの磁極片が磁極
片の内径に沿って前記環状空間を半径方向で狭め、前記
歯と前記軸の間に対応する強磁性流体シールとなる軸方
向に間隔をあけた環状歯を備えている請求項１２に記載
の力伝達の制御装置。
【請求項１４】　　前記シール間の前記空間が加圧され
ている請求項１３に記載の力伝達の制御装置。
【請求項１５】　　前記軸が前記軸の外径に沿って前記
磁極片と前記軸との間に対応する磁極性流体シールを与
える軸方向に間隔をおいている環状歯を備えている請求
項１２に記載の力伝達の制御装置。
【請求項１６】　　室を形作り少なくとも一つの円形穴
を有するハウジングと、前記室の中で間隔をあけた関係
で伸びて、相対的に運動するように構成された第１及び
第２の部材と、前記室内に配置された電気活性流体と、
前記第１及び第２の部材の少なくとも一方から前記穴を
通って伸び、環状空間を形成するために前記穴の直径よ
り小さい直径を有する軸と、前記第１の部材と前記第２
の部材の間で前記電気活性流体に電界を加え、前記第１
の部材と前記第２の部材の間にトルクを前記電気活性流
体によって前記電界の強さに従って伝達する手段と、前
記環状空間の中で前記強磁性流体に集中磁界を加えて前
記環状空間内の前記強磁性流体をシールとして保つ磁気
回路手段とを備えてなるトルク伝達の制御装置。
【請求項１７】　　前記穴は、前記電気活性流体の粒状
相を前記シールから無理に引き離すために前記穴の中で
前記電気活性流体が受けるずり応力にこう配を作るため
に前記室から離れる方へ相対的に小さくなる直径をもつ
ように斜めに切られている請求項１６に記載のトルク伝
達の制御装置。
【請求項１８】　　前記第１の部材及び前記第２の部材
の少なくとも一方は、前記軸から半径方向に外方に出て
、前記電気活性流体の粒状相が前記穴の近くに集るのを
防止するように、前記電気活性流体が前記穴に隣接した
前記室内で比較的低いずり応力を受けないようにする先
細端を備えている請求項１６に記載のトルク伝達の制御
装置。
【請求項１９】　　前記第１の部材及び前記第２の部材
の一方が前記ハウジングの内面に沿って伸びる管からな
る請求項１６に記載のトルク伝達の制御装置。
【請求項２０】　　前記磁気回路手段が前記軸と、前記
ハウジングに対して固定され前記軸を取り囲む環状永久
磁石と、前記永久磁石に隣接した前記先細端に対して固
定され前記軸を取り囲む少なくとも一つの環状磁極片と
からなり、前記集中磁界が前記軸と前記少なくとも一つ
の磁極片の間の前記環状空間の中に与えられることを特
徴とする請求項１６に記載のトルク伝達の制御装置。
【請求項２１】　　前記磁極片の内径部が軸方向に間隔
をあけた環状歯を備え、前記環状空間に対応する軸方向
に間隔をあけた強磁性流体シールを与える請求項２０に
記載のトルク伝達の制御装置。
【請求項２２】　　前記軸が磁石円板によって第１及び
第２の部分に分割され、前記第１の部分と前記第２の部
分を結合するスリーブが前記磁石円板にかぶせられてい
る請求項１６に記載のトルク伝達の制御装置。
【請求項２３】　　前記磁気回路手段が前記軸と前記磁
石円板と、前記ハウジングに対して固定され前記軸を前
記軸から間隔をおいた関係で取り囲む管状磁極片からな
り、前記集中磁界を前記軸と前記磁極片の間に与える請
求項２２に記載のトルク伝達の制御装置。
【請求項２４】　　前記軸が軸方向に離間し、前記環状
空間に前記強磁性流体シールの対応する離間したシール
を与える環状歯を備えている請求項２３に記載のトルク
伝達の制御装置。