JPWO2020066073A1 - トルク発生装置 - Google Patents

Abstract

磁気粘性流体を確実に保持しつつ解体することが可能であり、解体した構成部材を、装置の仕様に応じて再利用することができる本発明のトルク発生装置は、回転動作可能なロータと、ロータの周囲を封止して封止空間を形成する封止部材と、封止部材とは分離可能に封止部材の外側に配置され、封止空間を通過する、電界又は磁界を発生させるフィールド発生部と、フィールド発生部を制御して、封止空間を通過する電界又は磁界の大きさを制御する制御部と、封止空間内に流動可能に封入されて、封止空間を通過する電界又は磁界の大きさに応じてロータの回転動作のトルクを変化させる機能性材料と、を備え、封止部材は、ロータを回転動作可能に支持する支持部を備え、フィールド発生部とは分離可能に設けられている。

Description

本発明は、磁気粘性流体その他の機能性材料を用いて回転抵抗を変化させることができるトルク発生装置に関する。

特許文献１に記載の回転制動装置は、回転軸と、磁性体からなる円板と、対面部材と、コイルと、磁気粘性流体と、非磁性体からなる球体とを備える。上記円板は、その一方の面の中心部に回転軸の端部が接続され、また、他方の面に対して、微小隙間を介して、磁性体からなる対面部材が平行に対向している。コイルは、電流印加時に、上記微小隙間を貫通する磁路が形成されるように、回転軸の軸線を中心とする同心円状に配設され、微小隙間には磁気粘性流体が充填されている。円板の上記他方の面の中心部に上記球体が嵌め込まれた凹部が形成され、球体が凹部に対して最深位置まで嵌め込まれ、その球体の一部が円板の他方の面から軸線方向に所定量だけ突出して対向面に当接していることによって微小隙間が形成されている。

特許文献２に記載の連結装置は、非磁性体で形成された可動軸と、磁性体で形成された可動部材と、磁気粘性流体と、磁気粘性流体に磁場を与えるための磁場発生手段と、磁性体で形成されたヨークハウジングとを備える。可動部材は、可動軸に結合されて可動軸と一体的に動き、磁気粘性流体は、磁場が加えられることで磁場が加えられる前よりも粘度が高くなる。さらに、ヨークハウジングのうちの磁気粘性流体を間に挟んで可動部材と対向する対向部が、可動部材側に凹んだ凹形状とされている。磁場発生手段の電磁石を挟んでヨークハウジングがカシメ固定されて、電磁石とヨークハウジングとの間のゴムパッキンで磁気粘性流体が電磁石側に漏れないように封止されている。

特開２０１４−１８１７７８号公報 特開２０１７−１７２６５５号公報

特許文献１の回転制動装置と特許文献２の連結装置においては、各構成部材を一体に組み上げることによって、所定の構成部材間に磁気粘性流体が充填可能な領域が形成され、この領域に磁気粘性流体が充填される。ここで、磁気粘性流体を用いて回転抵抗を変化させるトルク発生装置においては、最大トルク、最小トルク、サイズ、必要な電力などの仕様に応じて、構成部材を再構成する必要がある。しかし、再構成のために上記構成部材を解体した場合、仕様変更後にも再利用できる構成部材は少ないことが多い。さらに、構成部材を解体するときに、構成部材間に充填されていた磁気粘性流体をすべて確実に回収することは困難である。また、一般に、トルク発生装置の製品仕様が異なれば、各部品の構成が異なるため、製造コストや設計コストの面で不利である。

そこで本発明は、磁気粘性流体を確実に保持しつつ解体することが可能であり、解体した構成部材を、装置の仕様に応じて再利用することができるトルク発生装置を提供することを目的とする。本発明のさらなる目的は、製品仕様が異なっても部品を共通にすることができるトルク発生装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のトルク発生装置は、回転動作可能なロータと、ロータの周囲を封止して封止空間を形成する封止部材と、封止部材とは分離可能に封止部材の外部に配置され、封止空間を通過する、電界又は磁界を発生させるフィールド発生部と、フィールド発生部を制御して、封止空間を通過する電界又は磁界の大きさを制御する制御部と、封止空間内に流動可能に封入されて、封止空間を通過する電界又は磁界の大きさに応じてロータの回転動作のトルクを変化させる機能性材料と、を備え、封止部材は、ロータを回転動作可能に支持する支持部を備え、フィールド発生部とは分離可能に設けられていることを特徴としている。
これにより、フィールド発生部を組み合わせることなく封止空間内に機能性材料を封入することができ、したがって機能性材料を確実に保持しつつ装置を解体することが可能となり、解体した構成部材を、装置の仕様に応じて再利用することができる。

本発明のトルク発生装置においては、封止部材は複数の部材からなり、これらの複数の部材のうちの第１封止部材が支持部を構成することが好ましい。
これにより、ロータを確実に保持できるとともに、支持部が第１封止部材を兼ねることで構成部材の数を減らすことができる。また、生産性を高めることができ、さらには、各封止部材に機能を分担させることができる。機能の分担により、封止空間内への磁束の通過性を制御しやすくなるとともに、ロータを確実に保持する構成を実現できる。

本発明のトルク発生装置において、封止部材を構成する複数の部材のうちの第２封止部材は、フィールド発生部とロータとの間に位置することが好ましい。
これにより、封止空間内への磁束の透過性を制御して最適な量の磁束をロータへ通過させることができる。

本発明のトルク発生装置において、機能性材料は磁気粘性流体であり、フィールド発生部は、磁気粘性流体を通過する磁界を発生させる磁界発生部であることが好ましい。
これにより、コンパクトな構成で制御しやすい装置を構成することができる。

本発明のトルク発生装置において、封止部材は、フィールド発生部とロータとの間に位置する部分が、磁界発生部が発生した磁界を封止空間へと透過させることができる大きさの磁気抵抗を有する磁気透過部材であることが好ましい。この磁気透過部材は、磁界発生部が発生した磁界を磁気粘性流体に透過させることができる、金属の非磁性部材からなることが好ましい。
これにより、封止空間内への磁束の透過性を制御して最適な量の磁束をロータへ通過させることができる。

本発明のトルク発生装置において、磁界発生部は、ロータの回転の中心軸が延びる方向において封止空間の上側に配置されていることが好ましい。
これにより、径方向におけるサイズを小さく抑えることができる。

本発明のトルク発生装置において、磁界発生部は、ロータの回転の中心軸を中心とする径方向において封止空間の外側に配置されていることが好ましい。
これにより、回転軸が延びる方向におけるサイズを抑えることができる。

本発明のトルク発生装置において、封止空間の容積を調整可能とする調整部を有することが好ましい。調整部は、封止部材が有する可撓性の板状部材であり、板状部材の変形によって封止空間の容積が調整可能とされていることが好ましい。調整部は、封止部材が有する蛇腹構造であり、蛇腹構造の変形によって封止空間の容積が調整可能とされていることが好ましい。磁界発生部は、封止部材に接続される固定部材を備え、固定部材に凹部が設けられており、調整部は、凹部との空間内において封止部材が変形することによって、封止空間の容積が調整可能とされていることが好ましい。

これにより、封止空間内の圧力の変動に応じて封止空間内の容積を変化させることができ、封止空間の内圧が上昇した場合には、封止空間内の容積を増加させることによって圧力を補償させ、上昇した内圧がもとに戻る際には調整部の変形が解除されて元の状態に戻る。

本発明によると、磁気粘性流体を確実に保持しつつ解体することが可能であり、解体した構成部材を、装置の仕様に応じて再利用することができるトルク発生装置を提供することができる。また、封止部材とフィールド発生部が互いに分離可能な構成をとることにより、トルク発生装置の製品仕様が異なっても部品を共通にすることができるため、量産によるコスト低減その他の効果を得ることができる。

第１実施形態に係るトルク発生装置の構成を示す分解斜視図である。 （ａ）は、図１のＡ−Ａ’線における断面図、（ｂ）は（ａ）のトルク発生装置を組み立てた状態を示す断面図である。 図２（ｂ）の一部拡大断面図である。 図２（ａ）に対応する断面図であって、励磁コイルが発生した磁界に基づく磁路を概念的に示す説明図である。 第１実施形態に係るトルク発生装置の機能ブロック図である。 （ａ）は第２実施形態に係るトルク発生装置の構成を示す断面図、（ｂ）は第２実施形態におけるカバー部材の構成を示す斜視図である。 （ａ）は第３実施形態に係るトルク発生装置の構成を示す断面図、（ｂ）は第３実施形態に係るトルク発生装置の構成を示す分解斜視図である。 第４実施形態に係るトルク発生装置の構成を示す断面図である。 図８の一部拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態に係るトルク発生装置について図面を参照しつつ詳しく説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係るトルク発生装置１０の構成を示す分解斜視図である。図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ’線における断面図、（ｂ）は図２（ａ）のトルク発生装置１０を組み立てた状態を示す断面図である。図３は図２（ｂ）の一部拡大断面図である。図４は図２（ａ）に対応する断面図であって、励磁コイル５０が発生した磁界に基づく磁路を概念的に示す説明図である。図５はトルク発生装置１０の機能ブロック図である。

各図において、説明の便宜上、シャフト部１１０（回転軸）の中心軸１１に沿って上下方向を規定しているが、実際の使用時における方向を制限するものではない。中心軸１１から、中心軸１１に直交する方向を径方向と称する。以下の説明において、中心軸１１に沿って、上側から下側を見た状態を平面視ということがある。

図1に示すように、トルク発生装置１０は、分離ユニット２０と、操作ユニット１００とを備える。
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、操作ユニット１００は、回転軸としてのシャフト部１１０と、ロータとしての磁性ディスク１２０とを含んでおり、シャフト部１１０と磁性ディスク１２０は一体となって、中心軸１１を中心として両方向に回転動作可能となるように、分離ユニット２０に接続される（図２（ｂ））。さらに、操作ユニット１００において、磁性ディスク１２０の周囲を封止する封止空間６０が形成され、この封止空間６０内に、機能性材料としての磁気粘性流体１４０が流動可能に封入されている。

＜分離ユニット２０＞
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、分離ユニット２０は、磁界発生部（フィールド発生部）としての励磁コイル５０と、固定部材としての第２ヨーク７０とを備える。分離ユニット２０は、封止空間６０を形成する封止部材とは分離可能、すなわち、封止部材を破壊させることなく封止部材から分離することが可能である。したがって、分離ユニット２０を構成する励磁コイル５０及び第２ヨーク７０も封止部材とは分離可能である。

励磁コイル５０は、封止空間６０の外部であって、より具体的には、中心軸１１が延びる方向において封止空間６０の上側に配置されており、第２ヨーク７０の内部空間７１において、中心軸１１の周りを回るように巻き付けられた導線を含むコイルである。励磁コイル５０には、接続部材（不図示）が電気的に接続され、この接続部材に対して図示しない経路を介して電流が供給される。励磁コイル５０に通電されると磁界が発生する。

図１に示すように、第２ヨーク７０は、中心軸１１を中心とする中空円筒状をなす磁性材料である。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、第２ヨーク７０は、その内周面７０ａを形成する筒状の内壁部７２と、第２ヨーク７０の外周面７０ｂを形成する筒状の外壁部７３と、円板状の上壁部７４を備える。内壁部７２と外壁部７３は、これらの上側に位置する上壁部７４によって互いに接続される。外壁部７３の底部７３ａは、内壁部７２の底面７２ａよりも下側へ突出している。

内壁部７２と上壁部７４は、別々に形成されたヨークであり、内壁部７２の上面上に上壁部７４を載置・固定することによって第２ヨーク７０が形成される。励磁コイル５０は、上壁部７４を載せていない状態の内壁部７２の外周面に沿うように配置され、その後、上壁部７４を載置することによって、励磁コイル５０は第２ヨーク７０によって囲まれるようになる。
なお、外壁部７３と上壁部７４は、一体のヨークでもよいし、別々に形成されたヨークであってもよい。

励磁コイル５０が配置される上記内部空間７１は、径方向において、内壁部７２と外壁部７３との間の空間として設けられ、上部は上壁部７４によって覆われている。また、内部空間７１の下部では、径方向において、内壁部７２と外壁部７３が互いに離間しており、ギャップ７０ｇが形成されている。

したがって、内部空間７１内に配置される励磁コイル５０は、径方向において内部空間７１と内壁部７２に挟まれ、上方は外壁部７３に覆われている。このような構成により、励磁コイル５０が発生する磁界の磁路（磁気回路）が形成できる。

内壁部７２の下部には、内周面７０ａと同心状に連なるように、中心軸１１に沿って内周面７０ａから離れるほど内径が大きくなる第１開口部９０（凹部）が形成されている。別言すると、内壁部７２の下部は外周側に広がるような形状を備えており、これにより、底面７２ａの面積を限定し、ここに磁束を集中させることで磁束密度を高めることができる。

＜操作ユニット１００＞
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、操作ユニット１００は、回転軸としてのシャフト部１１０と、ロータとしての磁性ディスク１２０と、第１封止部材としての第１ヨーク４０と、第２封止部材としてのカバー部材６１とを備える。

シャフト部１１０は、中心軸１１に沿って上下に延びる棒状材である。その上部には、同心状に磁性ディスク１２０が固定されている。磁性ディスク１２０は、磁性材料で構成され、上下方向に対して直交するように配置される円形平面を有する円板状の部材である。磁性ディスク１２０の中央には、上下方向（厚み方向）に貫通する孔部１２１が設けられ、この孔部１２１にシャフト部１１０が挿通・固定される。これにより、シャフト部１１０と磁性ディスク１２０とが一体化され、中心軸１１を中心として回転動作可能となる。

第１ヨーク４０は、上下方向に対して直交するように配置される円形平面を有する円板状の磁性材料であって、シャフト部１１０と同心状に配置される。第１ヨーク４０は、磁性ディスク１２０を回転動作可能に支持する支持部を備える。この支持部として、第１ヨーク４０の中央において、上下方向（厚み方向）に貫通する孔部４１が設けられ、この孔部４１内に配置した軸受及びＯリング（ともに不図示）を介して、中心軸１１を中心として回転動作可能な状態でシャフト部１１０が支持される。

第１ヨーク４０上には、磁性ディスク１２０の周囲を囲むようにカバー部材６１が配置される。カバー部材６１は、平面視で円形状をなしており（図１参照）、励磁コイル５０（磁界発生部）と磁性ディスク１２０（ロータ）との間に位置する。これにより、磁性ディスク１２０の下方に配置された第１封止部材としての第１ヨーク４０と、第２封止部材としてのカバー部材６１と、の２つの封止部材によって、封止空間６０が形成され、この封止空間６０によって磁性ディスク１２０の全周囲が封止される。また、上述のＯリングにより、シャフト部１１０に対して封止空間６０が液密な状態が実現されている。

図３に示すように、封止空間６０には、機能性材料としての磁気粘性流体１４０が流動可能に封入される。磁気粘性流体１４０は、磁界が印加されると粘度が変化する物質であり、例えば、非磁性の液体（溶媒）中に磁性材料からなる粒子（磁性粒子）が分散された流体である。磁気粘性流体１４０に含まれる磁性粒子としては、例えば、カーボンを含有した鉄系の粒子やフェライト粒子が好ましい。カーボンを含有した鉄系の粒子としては、例えば、カーボン含有量が０．１５％以上であることが好ましい。磁性粒子の直径は、例えば０．５μｍ以上が好ましく、さらには１μｍ以上が好ましい。磁気粘性流体１４０は、磁性粒子が重力で沈殿したり、凝集が起こりにくくなるように、溶媒と磁性粒子を選定することが望ましい。さらに、磁気粘性流体１４０は、磁性粒子の沈殿や凝集を防ぐカップリング材を含むことが望ましい。

ここで、封止空間６０の全てが磁気粘性流体１４０で埋められていなくてもよい。例えば、磁気粘性流体１４０は、磁性ディスク１２０の上面側と下面側とのいずれか一方のみに存在していてもよい。

第１開口部９０の下部には、これに同心状に連なるように、第２開口部９１が設けられている。図３に示すように、第２開口部９１の上側位置は内壁部７２の底面７２ａによって規定される。第２開口部９１の径方向の外側位置は、外壁部７３において内壁部７２よりも下方に突出した、外壁部７３の底部７３ａの内周面７３ａｉによって規定されている。第２開口部９１の内径は、第１開口部９０の最大内径よりも大きく設定されている。よって、分離ユニット２０と操作ユニット１００とを互いに組み付けたとき、磁性ディスク１２０の周囲を封止したカバー部材６１（第２封止部材）の上面６１ａの外側部分が内壁部７２の底面７２ａに当接する。また、カバー部材６１のうち、内壁部７２の底面７２ａより外側に位置する外縁部６１ｂは、外壁部７３の底部７３ａの内周面７３ａｉ及び底面７３ａｂにそれぞれ当接する。ここで、カバー部材６１の上面６１ａのうち、内壁部７２の底面７２ａに当接していない内側の領域６１ｃは、第１開口部９０の空間に面している。

第２封止部材としてのカバー部材６１は、トルク発生装置１０の励磁コイル５０（磁界発生部）が発生した磁界を封止空間６０内へ透過させることができる大きさの磁気抵抗を有する磁気透過部材である。このようなカバー部材６１としては、金属の非磁性部材や、磁気抵抗が小さな金属材料が挙げられ、例えばステンレス（ステンレス鋼）であって、磁気抵抗が小さい、または透磁率が大きな、フェライト系やマルテンサイト系のものを選択することができる。このようなカバー部材６１を用いることにより、封止空間６０内の磁気粘性流体１４０及び磁性ディスク１２０に対して、励磁コイル５０が発生した磁界に基づいて、第２ヨーク７０及び第１ヨーク４０で構成された磁路を経た磁束を透過させることができる。

カバー部材６１は、少なくとも一部が可撓性を有し、封止空間６０の容積を調整可能とする調整部として機能する。さらに、カバー部材６１において板状をなす上面６１ａのうち、中心軸１１に直交する方向において、内壁部７２の底面７２ａに当接する範囲よりも内側の領域６１ｃは、第１開口部９０に面している。このため、磁気粘性流体１４０における圧力の変動に応じて、少なくともカバー部材６１のうちの上記領域６１ｃが第１開口部９０（凹部）との空間内へ突出することが可能となる。ここで、第１開口部９０との空間は、第１開口部９０の内部の空間、及び、第１開口部９０と封止空間６０の間の空間を含む。よって、封止空間６０内の圧力の変動に応じて封止空間６０内の容積を変化させることができる。例えば封止空間６０の内圧が上昇した場合には、封止空間６０内の容積を増加させることによって圧力を補償させ、上昇した内圧がもとに戻る際には調整部の変形が解除されて元の状態に戻る。

ここで、上記内側の領域６１ｃの範囲（平面視における面積）は、トルク発生装置１０の仕様、例えば封止空間６０内で想定される圧力変動量に応じて設定することができる。また、この領域６１ｃの範囲の調整にともなって、第１開口部９０の開口径や、内壁部７２の径方向のサイズを変更すると、励磁コイル５０が発生する磁界の磁路を任意に設定することができる。

以上の構成において、励磁コイル５０に電流を印加すると図４の矢印で概略的に示す方向の流れを有する磁界が形成される。また、励磁コイル５０に対して逆向きに電流を印加すると、図４に示す矢印とは逆向きの流れの磁界が形成される。図４に示す例では、中心軸１１の方向に沿って内壁部７２から、操作ユニット１００の第１ヨーク４０側へ、磁束が磁性ディスク１２０上下に横断し、この磁束は第１ヨーク４０では中心軸１１から遠ざかる方向へ進む。ここで、第１開口部９０を設けることによって内壁部７２の下部は外周側に広がるような形状を備えているため、底面７２ａの面積が限定される。これにより、内壁部７２から第１ヨーク４０側へ向かう磁束を、底面７２ａに集中させることができる。

第１ヨーク４０内において中心軸１１から遠ざかる方向へ進んだ磁束は、第１ヨーク４０の外縁部４２と底部７３ａが当接する外壁部７３において、すなわち励磁コイル５０よりも外側の領域において、中心軸１１の方向に沿って下から上へ進み、上壁部７４では中心軸１１へ近づく方向ヘ進む。そして、この磁束は、励磁コイル５０の内側に対応する内壁部７２において、上から下へ進み、再び磁性ディスク１２０を横断して第１ヨーク４０に至る。

第１ヨーク４０の上面のうち、径方向外側の外縁部４２は、外壁部７３の底部７３ａの底面７３ａｂと対向するように配置され、カバー部材６１を介して、外壁部７３と互いに固定される。これにより、外壁部７３と第１ヨーク４０とが磁気的に結ばれ、励磁コイル５０が発生する磁界の磁路が分離ユニット２０から操作ユニット１００まで広がって閉ループ状に形成される。

このような磁路の磁界において、内部空間７１の下部にリング状の開口としてギャップ７０ｇが形成されているために、内壁部７２と外壁部７３との間で磁束が通過することは規制されている。また、内壁部７２の底面７２ａに当接するカバー部材６１は、磁気透過部材として、ギャップ７０ｇよりも小さな磁気抵抗を有しているため、内壁部７２の底面７２ａからカバー部材６１を上下に通過して封止空間６０内へ至る磁路が確保される。

磁性ディスク１２０においては上下方向に沿った方向のみの磁束が横断し、磁性ディスク１２０の内部では、径方向に沿った磁束は生じないか生じてもその磁束密度はわずかである。この磁界により、第１ヨーク４０においては径方向に沿った磁力線が生じ、第２ヨーク７０の外壁部７３においては、磁性ディスク１２０における磁力線とは逆方向で上下方向に沿った方向の磁力線が生じる。さらに、第２ヨーク７０の上壁部７４においては、第１ヨーク４０における磁力線とは逆方向であって径方向に沿った方向の磁力線が生じる。

磁気粘性流体１４０においては、励磁コイル５０に電流を印加して磁界を発生させると、磁気粘性流体１４０には上下方向に沿った磁界が与えられる。この磁界により、磁気粘性流体１４０中で分散していた磁性粒子は磁力線に沿って集まり、上下方向に沿って並んだ磁性粒子が磁気的に互いに連結され、クラスタが形成される。この状態において、中心軸１１を中心とする方向にシャフト部１１０を回転させようとする力を与えると、連結された磁性粒子にせん断力がはたらき、これらの磁性粒子による抵抗力（磁性ディスク１２０による回転動作のトルク）が生じる。このため、磁界を発生させていない状態と比べて操作者に抵抗力を感じさせることができる。

これに対して、励磁コイル５０による磁界が生じていないときには、磁性粒子はクラスタを形成せずに溶媒内で分散されている。したがって、操作者がシャフト部１１０を操作すると、操作ユニット１００は、大きな抵抗力を受けずに、分離ユニット２０に対して相対的に回転する。

磁性ディスク１２０として、シャフト部１１０から径方向外側に円板状に広がった形状を採用しているため、シャフト部１１０だけの場合に比べると広い範囲に磁気粘性流体１４０を配置できる。シャフト部１１０の操作によって磁性ディスク１２０を回転させたときの磁気粘性流体１４０による抵抗力の大きさは、その回転方向に直交する面の磁気粘性流体１４０の面積に関係する。よって、磁気粘性流体１４０の配置範囲が広くなるほど、抵抗力（トルク）の制御幅を広くすることができる。

図５に示すように、トルク発生装置１０は、上述の励磁コイル５０と、励磁コイル５０に電気的に接続された制御部１３０とを備える。制御部１３０は、励磁コイル５０に与える電流を制御することによって、励磁コイル５０が生成する磁束、及び、この磁束に対する磁路を制御する。これにより、磁気粘性流体１４０及び磁性ディスク１２０を通過する磁束が制御され、制御された磁束の作用によって、磁気粘性流体１４０中で分散していた磁性粒子が磁力線に沿って集まり、上下方向に沿って並んだ磁性粒子が磁気的に互いに連結され、クラスタが形成される。この状態において、中心軸１１を中心とする方向にシャフト部１１０を回転させようとする力を与えると、連結された磁性粒子にせん断力がはたらき、これらの磁性粒子による抵抗力が生じるため、シャフト部１１０の操作者が感じる抵抗力をコントロールすることができる。

分離ユニット２０と操作ユニット１００は、接着、嵌合、ねじ止めなどの各種の方法で互いに固定することができる。トルク発生装置１０においては、封止空間６０が分離ユニット２０と独立した構成となっているため、封止空間６０を維持し、かつ、その内部に磁気粘性流体１４０を保持したまま、分離ユニット２０と操作ユニット１００を互いに分離して解体することができる。このように分離することができるため、標準化した、分離ユニットと操作ユニットを用意すれば、多様な構成のトルク発生装置に容易に対応することができる。また、分離ユニットと操作ユニットとで、製造工程を分離できるため、製造ラインの構築の自由度が向上する。

以下に変形例について説明する。
上記第１実施形態においては、フィールド発生部としての励磁コイル５０（磁界発生部）、及び、機能性材料としての磁気粘性流体１４０を用いたが、フィールド発生部と機能性材料の組合せはこれに限定されない。例えば、封止空間６０内で流動可能な磁性粉を用いることもできる。

また、フィールド発生部として、電界を発生し、かつ、電界を制御可能な電界発生部を用い、機能性材料として電気粘性流体を用いても良い。この場合、封止部材としては、トルク発生装置１０の電界発生部が発生した電界を封止空間へ透過させることができる大きさの電気抵抗を有する電気透過材料を用いることが好ましい。

上記第１実施形態では、第１ヨーク４０とカバー部材６１の２つの封止部材によって、磁性ディスク１２０の周囲を封止する封止空間６０を形成していたが、封止部材の数、配置、及び構成材料はこれに限定されない。特に、磁路に配置される封止部材が磁気透過部材であれば、それ以外の位置の封止部材は磁気透過性が低い、すなわち磁気抵抗が大きな材料で構成してもよい。

上記第１実施形態では、第１ヨーク４０と第２ヨーク７０とで磁路を形成したが、磁路を構成するヨークはこれに限定されない。例えば、第２ヨーク７０を構成する複数のヨークの組み合わせは、上述の内壁部７２と上壁部７４の組み合わせに限定されない。

封止空間６０内の圧力変動に対応できる範囲で第２開口部９１の下部の開口面積を確保できれば、内壁部７２の底面７２ａの平面形状を調整することが可能である。上述の構成では、内壁部７２の下部を外側に広げて第１開口部９０を設け、これによって底面７２ａの面積を限定して磁束を集中させることで磁束密度を高めていたが、底面７２ａの面積をより広く設定することも可能である。

＜第２実施形態＞
図６（ａ）は、第２実施形態に係るトルク発生装置の構成を示す断面図、図６（ｂ）は第２実施形態におけるカバー部材２６１の構成を示す斜視図である。図６（ａ）は、図２（ａ）に対応する位置における断面図であり、図６（ｂ）はカバー部材２６１を上側から見た斜視図である。

第２実施形態においては、第１実施形態における第２封止部材及び調整部としてのカバー部材６１に代えて、蛇腹部２６２（蛇腹構造）を有するカバー部材２６１（第２封止部材及び調整部）を備えている。その他の構成は第１実施形態と同様であって、同じ部材については同じ参照符号を使用する。

図６（ｂ）に示すように、カバー部材２６１は、平面視で円形状をなしており、励磁コイル５０（磁界発生部）と磁性ディスク１２０（ロータ）との間に配置される。これにより、磁性ディスク１２０の下方に配置された第１封止部材としての第１ヨーク４０と、第２封止部材としてのカバー部材２６１と、の２つの封止部材によって、封止空間２６０が形成され、この封止空間２６０によって磁性ディスク１２０の全周囲が封止される。この封止空間２６０には磁気粘性流体１４０が封入される。

カバー部材２６１は、トルク発生装置１０の励磁コイル５０（磁界発生部）が発生した磁界を封止空間２６０内へ透過させることができる大きさの磁気抵抗を有する磁気透過部材であり、第１実施形態のカバー部材６１と同様に、金属で磁気抵抗が小さな材料で構成することが好ましい。

カバー部材２６１は、調整部としての蛇腹部２６２を備える。蛇腹部２６２は、中心軸１１を中心とした周方向に沿って環状に設けられ、かつ、中心軸１１を中心とした径方向に沿って上下に屈曲された蛇腹構造を有している。図６（ａ）に示すように、蛇腹部２６２は、径方向において、第１開口部９０に対応する範囲内に位置する。蛇腹部２６２は、その蛇腹構造に基づく弾性力を有しており、封止空間２６０内の圧力が上昇した場合に、伸張可能であり、この伸張によって、カバー部材２６１のうち蛇腹部２６２で囲まれた領域２６３が第１開口部９０（凹部）の空間内へ突出するため、封止空間２６０内の容積が増大する。一方、上昇した圧力がもとに戻ると、蛇腹部２６２の弾性力によって伸張が解除されてもとの状態に戻る。したがって、封止空間２６０内の圧力の変動に応じて封止空間２６０内の容積を変化させることができる。蛇腹部２６２を備える構成によって、封止空間２６０内の容積の調整量をより大きくとることが可能となる。
なお、その他の作用、効果、変形例は第１実施形態と同様である。

＜第３実施形態＞
図７（ａ）は、第３実施形態に係るトルク発生装置の構成を示す断面図、図７（ｂ）は第３実施形態に係るトルク発生装置の構成を示す分解斜視図である。図７（ａ）は、図２（ａ）に対応する位置における断面図であり、図７（ｂ）は第２封止部材としてのカバー部材３６１を上側から見た斜視図である。

第３実施形態においては、第１実施形態における第２封止部材及び調整部としてのカバー部材６１に代えて、可撓性の変形板部３６２を有するカバー部材３６１（第２封止部材及び調整部）を備えている。その他の構成は第１実施形態と同様であって、同じ部材については同じ参照符号を使用する。

図７（ｂ）に示すようにカバー部材３６１は、平面視で円形状をなしており、励磁コイル５０（磁界発生部）と磁性ディスク１２０（ロータ）との間に配置される。これにより、磁性ディスク１２０の下方に配置された第１封止部材としての第１ヨーク４０と、第２封止部材としてのカバー部材３６１と、の２つの封止部材によって、封止空間３６０が形成され、この封止空間３６０によって磁性ディスク１２０の全周囲が封止される。この封止空間３６０には磁気粘性流体１４０が封入される。

カバー部材３６１は、トルク発生装置１０の励磁コイル５０（磁界発生部）が発生した磁界を封止空間３６０内へ透過させることができる大きさの磁気抵抗を有する磁気透過部材であり、第１実施形態のカバー部材６１と同様に、金属で磁気抵抗が小さな材料で構成することが好ましい。

カバー部材３６１は、調整部としての変形板部３６２を備える。変形板部３６２は、可撓性を有する板状部材であり、中心軸１１を中心とする径方向においてカバー部材３６１の中央部分に設けられている。変形板部３６２は、中心軸１１を中心とする平面視円形状をなしており、第１開口部９０に対応する範囲内に位置している。変形板部３６２は、例えば、カバー部材３６１の中央部に上下に貫通する孔部を設け、この孔部を上側から閉じるように貼り付けることによって、カバー部材３６１に設ける。

変形板部３６２は、封止空間３６０内の圧力が上昇した場合に、第１開口部９０（凹部）の空間内へ、上向きに凸となるように変形するため、封止空間３６０内の容積が増大する。一方、上昇した圧力がもとに戻ると、変形板部３６２の復元力によって変形が解除されてもとの状態に戻る。したがって、封止空間３６０内の圧力の変動に応じて封止空間３６０内の容積を変化させることができる。変形板部３６２は、その面積や厚みを任意に設定できるため、トルク発生装置の仕様に合わせた最適な調整部を簡便に実現することができる。
なお、その他の作用、効果、変形例は第１実施形態と同様である。

＜第４実施形態＞
図８は、第４実施形態に係るトルク発生装置の構成を示す断面図であり、図９は図８の一部拡大断面図である。図８は、図２（ａ）に対応する位置における断面図である。

第１実施形態においては、シャフト部１１０が延びる方向（中心軸１１が延びる方向）において、磁界発生部としての励磁コイル５０が封止空間６０の上側に配置されていたが、封止空間の外側であれば、磁界発生部の位置はこれに限定されない。この一例として、第４実施形態においては、磁界発生部としての励磁コイル４５０が、封止空間４６０の外側、より具体的には、中心軸１１を中心とする径方向において、封止空間４６０の外側に配置されている。

また、第１実施形態ではロータとして磁性ディスク１２０を用いていたが、ロータの形態はこれに限定されず、例えば第４実施形態に示すような円柱状のロータ（磁性円柱体４２０）も可能である。

第４実施形態のトルク発生装置は、分離ユニット４０１と操作ユニット４００とを備える。
分離ユニット４０１は、磁界発生部（フィールド発生部）としての励磁コイル４５０と、固定部材としての第２ヨーク４７０とを備える。

励磁コイル４５０は、中心軸１１を中心とする径方向において封止空間４６０の外側に配置されており、第２ヨーク４７０の内部空間４７１において、中心軸１１の周りを回るように巻き付けられた導線を含むコイルである。励磁コイル４５０には、接続部材（不図示）が電気的に接続され、この接続部材に対して図示しない経路を介して電流が供給される。励磁コイル４５０に通電されると磁界が発生する。

図８に示すように、第２ヨーク４７０は、中心軸１１を中心とする中空円筒状をなす磁性材料である。第２ヨーク４７０は、内部に操作ユニット４００が挿通される内周面４７０ａを有し、円板状をなす、底壁部４７３及び上壁部４７４と、これらに上下から挟まれた筒状の外壁部４７２とを備える。内周面４７０ａに囲まれた開口部４９０は上下方向に第２ヨーク４７０を貫通する。さらに、第２ヨーク４７０は、中心軸１１の方向に沿った上下方向の中央において、内周面４７０ａから径方向外側へ凹むように形成された内部空間４７１を備える。

外壁部４７２と上壁部４７４は、別々に形成されたヨークであり、底壁部４７３に固定された外壁部４７２の上面上に上壁部４７４を載置・固定することによって第２ヨーク４７０が形成される。励磁コイル４５０は、上壁部４７４を載せていない状態の外壁部４７２の外周面に沿うように配置され、その後上壁部４７４を載置することによって、励磁コイル４５０は第２ヨーク４７０によって囲まれるようになる。
なお、外壁部４７２と底壁部４７３は、一体のヨークでもよいし、別々に形成されたヨークであってもよい。

内部空間４７１内には、励磁コイル４５０が配置される。したがって励磁コイル４５０は、上下方向において第２ヨーク４７０によって挟まれ、径方向外側も第２ヨーク４７０によって囲まれている。このような構成により、励磁コイル４５０が発生する磁界を閉ループにする磁路（磁気回路）が形成できる。

以上の構成において、第１実施形態の制御部１３０と同様の制御部の制御によって、励磁コイル４５０に電流を印加すると図８の矢印で概略的に示す方向の流れを有する磁界が形成される。また、励磁コイル４５０に対して逆向きに電流を印加すると、図８に示す矢印とは逆向きの流れの磁界が形成される。図８に示す例では、中心軸１１の方向に沿って磁束が上から下へ磁性円柱体４２０を横断し、この磁束は、第２ヨーク４７０の励磁コイル４５０よりも下側の部分において、中心軸１１から遠ざかる方向へ進む。さらに、この磁束は、第２ヨーク４７０の励磁コイル４５０より外側の部分において、下から上へ進み、励磁コイル４５０よりも上側の部分において中心軸１１へ近づく方向ヘ進む。

操作ユニット４００は、回転軸としてのシャフト部４１０と、ロータとしての磁性円柱体４２０と、第１封止部材としての第１ヨーク４４０と、第２封止部材としてのカバー部材４６１とを備える。

シャフト部４１０は、中心軸１１に沿って上下に延びる棒状材である。その上部には、同心状に磁性円柱体４２０が固定されている。磁性円柱体４２０は、磁性材料で構成され、上下方向に直交するように配置される円形平面を有する円板状の部材である。磁性円柱体４２０の中央には、上下方向（厚み方向）に貫通する孔部４２１が設けられ、この孔部４２１にシャフト部４１０が挿通・固定される。これにより、シャフト部４１０と磁性円柱体４２０とが一体化され、中心軸１１を中心として回転動作可能となる。

第１ヨーク４４０は、上下方向に直交するように配置される円形平面を有する円板状の磁性材料であって、上下方向において磁性円柱体４２０の下方において、シャフト部４１０と同心状に配置される。第１ヨーク４４０は、磁性円柱体４２０を回転動作可能に支持する支持部を備える。この支持部として、第１ヨーク４４０の中央において、上下方向（厚み方向）に貫通する孔部４４１が設けられ、この孔部４４１内に配置した軸受及びＯリング（ともに不図示）を介して、中心軸１１を中心として回転動作可能な状態でシャフト部４１０が支持される。

第１ヨーク４４０上には、磁性円柱体４２０の周囲を囲むようにカバー部材４６１が配置される。カバー部材４６１は、平面視で円形状をなしており、径方向において励磁コイル４５０（磁界発生部）と磁性円柱体４２０（ロータ）との間に位置し、上部４６１ａは外部へ露出している。これにより、磁性円柱体４２０の下方に配置された第１封止部材としての第１ヨーク４４０と、第２封止部材としてのカバー部材４６１と、の２つの封止部材によって、封止空間４６０が形成され、この封止空間４６０によって磁性円柱体４２０の全周囲が封止される。

封止空間４６０には、機能性材料として、第１実施形態の磁気粘性流体１４０と同様の磁気粘性流体４８０が流動可能に封入される。

第２封止部材としてのカバー部材４６１は、第１実施形態のカバー部材６１と同様に、トルク発生装置の励磁コイル４５０（磁界発生部）が発生した磁界を封止空間４６０内へ透過させることができる大きさの磁気抵抗を有する磁気透過部材である。このようなカバー部材４６１を用いることにより、封止空間４６０内の磁気粘性流体４８０及び磁性円柱体４２０に対して、励磁コイル４５０が発生した磁界に基づいた磁束を透過させることができる。

カバー部材４６１は、可撓性を有する材料で構成されており、封止空間４６０の容積を調整可能とする調整部として機能する。さらに、カバー部材４６１の上部４６１ａは外部へ露出しているため、封止空間４６０における圧力の変動に応じて、調整部としての上部４６１ａは外側へ突出することが可能となる。よって、封止空間４６０内の圧力の変動に応じて封止空間４６０内の容積を変化させることができる。例えば封止空間４６０の内圧が上昇した場合には、封止空間４６０内の容積を増加させることによって圧力を補償させ、上昇した内圧がもとに戻る際には上部４６１ａの変形が解除されて元の状態に戻る。

磁気粘性流体４８０においては、励磁コイル４５０に電流を印加して磁界を発生させると、磁気粘性流体４８０には磁界が与えられる。この磁界により、磁気粘性流体４８０中で分散していた磁性粒子は磁力線に沿って集まり、集まった磁性粒子が磁気的に互いに連結され、クラスタが形成される。この状態において、中心軸１１を中心とする方向にシャフト部４１０を回転させようとする力を与えると、連結された磁性粒子にせん断力がはたらき、これらの磁性粒子による抵抗力（トルク）が生じる。このため、磁界を発生させていない状態と比べて操作者に抵抗力を感じさせることができる。

これに対して、励磁コイル４５０による磁界が生じていないときには、磁性粒子はクラスタを形成せずに溶媒内で分散されている。したがって、操作者がシャフト部４１０を操作すると、操作ユニット４００は、大きな抵抗力を受けずに、分離ユニット４０１に対して相対的に回転する。あるいは、励磁コイル４５０に通電されていない状態で、ヨーク内に残留磁束があるときは、その残留磁束の密度に応じてシャフト部４１０に抵抗トルクが残留する。

以上述べたように、磁界発生部としての励磁コイル４５０を封止空間４６０の外側に配置し、ロータとしてディスク状以外の形態を用いても、操作者に感じさせる抵抗力を制御することができる。

第４実施形態では円柱状のロータを用いていたが、第１実施形態と同様の、ディスク状のロータを用いた操作ユニットに対して、中心軸１１を中心とする径方向において、操作ユニットの外側に磁界発生部としての励磁コイルを配置してもよい。この場合は、ディスク状のロータを上下のヨークで挟むことで、ディスク状のロータを上下方向（中心軸１１に沿った方向）に通過する磁界を印加することができる。
なお、その他の作用、効果、変形例は第１実施形態と同様である。
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的又は本発明の思想の範囲内において改良又は変更が可能である。

以上のように、本発明に係るトルク発生装置は、磁気粘性流体を確実に保持しつつ解体することが可能であり、解体した構成部材を、装置の仕様に応じて再利用することができる点で有用である。また、トルク発生装置の製品仕様が異なっても部品を共通にすることができる。

１０ トルク発生装置
１１ 中心軸
２０ 分離ユニット
４０ 第１ヨーク（第１封止部材）
４１ 孔部（支持部）
４２ 外縁部
５０ 励磁コイル（磁界発生部（フィールド発生部））
６０ 封止空間
６１ カバー部材（第２封止部材、調整部）
６１ａ 上面
６１ｂ 外縁部
６１ｃ 内側の領域
７０ 第２ヨーク（固定部材）
７０ａ 内周面
７０ｂ 外周面
７０ｇ ギャップ
７１ 内部空間
７２ 内壁部
７２ａ 底面
７３ 外壁部
７３ａ 底部
７３ａｂ 底面
７３ａｉ 内周面
７４ 上壁部
９０ 第１開口部（凹部）
９１ 第２開口部
１００ 操作ユニット
１１０ シャフト部（回転軸）
１２０ 磁性ディスク（ロータ）
１２１ 孔部
１３０ 制御部
１４０ 磁気粘性流体（機能性材料）
２６０ 封止空間
２６１ カバー部材（第２封止部材、調整部）
２６２ 蛇腹部（蛇腹構造、調整部）
３６０ 封止空間
３６１ カバー部材（第２封止部材、調整部）
３６２ 変形板部（調整部）
４００ 操作ユニット
４０１ 分離ユニット
４１０ シャフト部（回転軸）
４２０ 磁性円柱体（ロータ）
４４０ 第１ヨーク（第１封止部材）
４４１ 孔部（支持部）
４５０ 励磁コイル（磁界発生部（フィールド発生部））
４６０ 封止空間
４６１ カバー部材（第２封止部材、調整部）
４６１ａ 上部（調整部）
４７０ 第２ヨーク（固定部材）
４７０ａ 内周面
４７１ 内部空間
４８０ 磁気粘性流体（機能性材料）
４９０ 開口部

Claims (12)

1. 回転動作が可能なロータと、
   前記ロータの周囲を封止して封止空間を形成する封止部材と、
   前記封止部材とは分離可能に前記封止部材の外部に配置され、前記封止空間を通過する、電界又は磁界を発生させるフィールド発生部と、
   前記フィールド発生部を制御して、前記封止空間を通過する電界又は磁界の大きさを制御する制御部と、
   前記封止空間内に流動可能に封入されて、前記封止空間を通過する電界又は磁界の大きさに応じて前記ロータの前記回転動作のトルクを変化させる機能性材料と、を備え、
   前記封止部材は、前記ロータを回転動作可能に支持する支持部を備え、前記フィールド発生部とは分離可能に設けられていることを特徴とするトルク発生装置。
2. 前記封止部材は複数の部材からなり、複数の前記部材のうちの第１封止部材が前記支持部を備える請求項１に記載のトルク発生装置。
3. 複数の前記部材のうちの第２封止部材は、前記フィールド発生部と前記ロータとの間に位置する請求項２に記載のトルク発生装置。
4. 前記機能性材料は磁気粘性流体であり、
   前記フィールド発生部は、前記磁気粘性流体を通過する磁界を発生させる磁界発生部である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のトルク発生装置。
5. 前記封止部材は、前記フィールド発生部と前記ロータとの間に位置する部分が、前記磁界発生部が発生した磁界を前記封止空間へと透過させることができる大きさの磁気抵抗を有する磁気透過部材である請求項４に記載のトルク発生装置。
6. 前記磁気透過部材は、前記磁界発生部が発生した磁界を前記磁気粘性流体に透過させることができる、金属の非磁性部材からなる請求項５に記載のトルク発生装置。
7. 前記磁界発生部は、前記ロータの回転の中心軸が延びる方向において前記封止空間の上側に配置されている請求項４から請求項６のいずれか１項に記載のトルク発生装置。
8. 前記磁界発生部は、前記ロータの回転の中心軸を中心とする径方向において前記封止空間の外側に配置されている請求項４から請求項６のいずれか１項に記載のトルク発生装置。
9. 前記封止空間の容積を調整可能とする調整部を有する請求項４から請求項８のいずれか１項に記載のトルク発生装置。
10. 前記調整部は、前記封止部材が有する可撓性の板状部材であり、前記板状部材の変形によって前記封止空間の容積が調整可能とされている請求項９に記載のトルク発生装置。
11. 前記調整部は、前記封止部材が有する蛇腹構造であり、前記蛇腹構造の変形によって前記封止空間の容積が調整可能とされている請求項９に記載のトルク発生装置。
12. 前記磁界発生部は、前記封止部材に接続される固定部材を備え、
    前記固定部材に凹部が設けられており、
    前記調整部は、前記凹部との空間内において前記封止部材が変形することによって、前記封止空間の容積が調整可能とされている請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載のトルク発生装置。

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