WO2019026558A1 - トルク発生装置 - Google Patents

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WO2019026558A1
WO2019026558A1 PCT/JP2018/025917 JP2018025917W WO2019026558A1 WO 2019026558 A1 WO2019026558 A1 WO 2019026558A1 JP 2018025917 W JP2018025917 W JP 2018025917W WO 2019026558 A1 WO2019026558 A1 WO 2019026558A1
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WO
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yoke
magnetic
magnetic disk
magnetic field
coil
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PCT/JP2018/025917
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English (en)
French (fr)
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飛鳥 小池
高橋　一成
未鈴 ▲高▼橋
祥宏 久家
厚志 後藤
Original Assignee
アルプス電気株式会社
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Publication date
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Priority to JP2019534005A priority patent/JP6839285B2/ja
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    • F16D37/00—Clutches in which the drive is transmitted through a medium consisting of small particles, e.g. centrifugally speed-responsive
    • F16D37/008—Clutches in which the drive is transmitted through a medium consisting of small particles, e.g. centrifugally speed-responsive the particles being carried by a fluid, to vary viscosity when subjected to electric change, i.e. electro-rheological or smart fluids
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    • F16D57/002—Liquid-resistance brakes; Brakes using the internal friction of fluids or fluid-like media, e.g. powders comprising a medium with electrically or magnetically controlled internal friction, e.g. electrorheological fluid, magnetic powder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/10—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
    • F16F15/16—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using a fluid or pasty material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/10—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using liquid only; using a fluid of which the nature is immaterial
    • F16F9/12—Devices with one or more rotary vanes turning in the fluid any throttling effect being immaterial, i.e. damping by viscous shear effect only
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    • F16D37/00—Clutches in which the drive is transmitted through a medium consisting of small particles, e.g. centrifugally speed-responsive
    • F16D2037/004—Clutches in which the drive is transmitted through a medium consisting of small particles, e.g. centrifugally speed-responsive characterised by multiple substantially axial gaps in which the fluid or medium consisting of small particles is arranged
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16D2037/005—Clutches in which the drive is transmitted through a medium consisting of small particles, e.g. centrifugally speed-responsive characterised by a single substantially radial gap in which the fluid or medium consisting of small particles is arranged

Definitions

  • the present invention relates to a torque generator capable of changing rotational resistance using a magnetorheological fluid.
  • the brake described in Patent Document 1 comprises a housing, a rotor connected to a rotatable shaft, magnetic field generating means (magnetic field generator) placed in a first housing chamber of the housing, and a magnetic field responsive material (magnetic viscosity) Fluid) and means for controlling or monitoring the operation of the brake.
  • the magnetic field generator comprises a coil and a pole piece, and the coil generates a magnetic field in the pole piece disposed opposite to the rotor.
  • this invention is a torque generation apparatus using a magnetorheological fluid, Comprising: It aims at providing the torque generation apparatus which can obtain a big shear stress which is suitable for size reduction.
  • a torque generator comprises a magnetic disk rotatable about a rotation axis, a first yoke positioned on one side of the magnetic disk, and a second yoke positioned on the other side.
  • a coil disposed so as to overlap the magnetic disk when viewed in a direction along the direction in which the rotation axis extends, and at least a region close to the magnetic disk is located outside the magnetic disk and the coil;
  • a third yoke forming a magnetic path of a magnetic field generated by the coil together with the two yokes, and a magnetorheological fluid filled between the magnetic disk and the first yoke and the second yoke,
  • the third yoke has a magnetic gap with the first yoke, and the magnetic gap is outside the outer peripheral edge of the magnetic disk or the magnetic disk when viewed in the direction along the direction in which the rotation axis extends It is characterized in that it is formed at a position overlapping with the outer peripheral edge of.
  • the torque generator of the present invention it is preferable that only the magnetic flux crossing between the first yoke and the second yoke passes through the magnetic disk. Further, in the magnetic disk, it is preferable that no magnetic gap exists in the region where the magnetic flux traverses. As a result, since a magnetic field in the same direction is applied to the magnetic disk, a large resistance can be generated.
  • the distance between the outer peripheral edge of the magnetic disk and the outer surface of the third yoke is not constant in a plane orthogonal to the rotation axis.
  • the third yoke is substantially square in plan view.
  • a magnetic path can be secured on the outside of the magnetic disk, so that a magnetic field in the same direction can be applied to the magnetic disk, whereby a large resistance can be reliably generated on the magnetic disk.
  • the planar shape of the third yoke into a quadrilateral (rectangular), the shape becomes easy to assemble, which is desirable in terms of downsizing.
  • a permanent magnet is provided on the magnetic path of the magnetic field generated by the coil to provide an initial magnetic field in the same direction as or opposite to the direction of the magnetic field generated by the coil. This makes it possible to generate resistance (torque) even in the state where no current is applied to the coil.
  • control of the current to the coil enables control to approach or cancel the magnetic flux crossing the magnetic disk to zero.
  • the first yoke, the second yoke, and the third yoke are separate bodies. This makes it possible to design with a high degree of freedom.
  • any combination of the first yoke, the second yoke, and the third yoke may be formed of yokes integral with each other.
  • the torque generator according to the present invention preferably includes a magnetic measurement unit that measures the strength of the magnetic field generated by the magnetic field generated by the coil. Thereby, the magnetism due to the magnetic field generated by the coil can be accurately measured, and the residual magnetic field after the application of the current to the coil is stopped can be accurately measured.
  • (A) is the perspective view which looked at the torque generator which concerns on 1st Embodiment from upper side
  • (B) is the perspective view which looked at the torque generator of FIG. 1 (A) from lower side. It is the disassembled perspective view which looked at the torque generator which concerns on 1st Embodiment from the upper side. It is the disassembled perspective view which looked at the torque generator which concerns on 1st Embodiment from lower side.
  • (A), (B) is a cross-sectional view taken along the line IV-IV 'of FIG. 1 (A),
  • (B) is a view conceptually showing a magnetic field generated by the exciting coil.
  • (A), (B) is sectional drawing along the V-V 'line
  • FIG. 1 (A), (B) is a figure which shows notionally the magnetic field which the exciting coil generate
  • (A) is a perspective view which shows a structure of the magnetic disc in 1st Embodiment
  • (B) is a perspective view which shows the structure of the magnetic disc in a comparative example. It is a graph which shows distribution of the magnetic flux density in the magnetic disc of 1st Embodiment shown to FIG. 8 (A), and the magnetic disc of the comparative example shown to FIG. 8 (B).
  • FIG. 10 (A) is the perspective view which looked at schematic structure of the torque generator which concerns on 2nd Embodiment from the upper side
  • (B) is the perspective view which looked at the torque generator of FIG. 10 (A) from lower side.
  • FIG. 1A is a perspective view of the torque generator 10 according to the first embodiment as viewed from above
  • FIG. 1B is a perspective view of the torque generator 10 as viewed from below
  • 2 and 3 are exploded perspective views of the torque generator 10.
  • FIG. FIG. 2 is an exploded perspective view seen from the upper side
  • FIG. 3 is an exploded perspective view seen from the lower side.
  • 4A and 4B are cross-sectional views taken along the line IV-IV 'of FIG. 1A
  • FIG. 4B is an explanatory view conceptually showing the magnetic field generated by the exciting coil 50.
  • 5A and 5B are cross-sectional views taken along the line VV 'of FIG. 1A
  • FIG. 5B is a view conceptually showing the magnetic field generated by the exciting coil.
  • FIG. 6 is a partially enlarged view of FIG. 4 (A).
  • the vertical direction is defined along the central axis 11, but the direction in the actual use is not limited.
  • a direction orthogonal to the central axis 11 from the central axis 11 is referred to as a radial direction.
  • the state seen from the upper side to the lower side along the central axis 11 may be referred to as a plan view.
  • FIG. 2 and FIG. 3 the display of a part of screw and the magnetorheological fluid is omitted.
  • the torque generation device 10 includes a holding unit 20, a Hall element 52 as a magnetic measurement unit, and an operation unit 100.
  • the operation unit 100 includes a shaft portion 110 and a magnetic disk 120.
  • the shaft portion 110 and the magnetic disk 120 integrally form a holding portion so as to rotate in both directions about the central axis 11 (rotational axis) It is supported by 20.
  • the operation unit 100 is rotatably supported by the holding unit 20 via the support member 140 and the radial bearing 150 (FIG. 2). Further, as shown in FIGS. 4 to 6, the gap 80 provided in the torque generator 10 is filled with the magnetorheological fluid 160.
  • the holding unit 20 includes a first yoke 30, a second yoke 40, an excitation coil 50 as a magnetic field generating unit, an annular member 60, and a third yoke 70 as an upper case.
  • the first yoke 30 is positioned on one side of the magnetic disk 120
  • the second yoke 40 is positioned on the other side of the magnetic disk 120.
  • the first yoke 30, the second yoke 40, and the third yoke 70 are separately processed and formed. However, any one of the first yoke 30, the second yoke 40, and the third yoke 70 may be combined and integrally formed.
  • the first yoke 30 includes an annular portion 31 and a cylindrical portion 32 integrally provided so as to extend upward from the upper surface of the annular portion 31 concentrically with the annular portion 31. .
  • the annular portion 31 and the cylindrical portion 32 have a circular shape centered on the central axis 11 in a plan view, and the outer diameter of the annular portion 31 is smaller than that of the annular portion 31. Due to the difference in the outer diameters of the annular portion 31 and the cylindrical portion 32, the stepped portion 33 is formed on the outer side of the outer peripheral surface 32 a of the cylindrical portion 32.
  • the first yoke 30 has an inner peripheral surface 34 having a circular shape in a plan view centering on the central axis 11. The inner circumferential surface 34 penetrates the annular portion 31 and the cylindrical portion 32 along the central axis 11, and the inner diameter thereof is set to change according to the position in the vertical direction.
  • an exciting coil 50 as a magnetic field generating portion is disposed at the step portion 33 of the first yoke 30.
  • the exciting coil 50 has an annular shape such that the inner periphery 50a is along the outer peripheral surface 32a of the cylindrical portion 32, and the outer periphery 50b is located outside the outer peripheral surface 31a of the annular portion 31 in the radial direction.
  • the exciting coil 50 is a coil including a conducting wire wound around the central axis 11.
  • the connection member 51 is electrically connected to the exciting coil 50, and current is supplied to the input portion 51a of the connection member 51 exposed from the upper portion of the third yoke 70 through a path (not shown). When a current is supplied to the exciting coil 50, a magnetic field is generated.
  • annular member 60 is fixed to the annular portion 31 of the first yoke 30 along the outer peripheral surface 31 a thereof.
  • the annular member 60 has an annular shape and is made of a nonmagnetic material such as a synthetic resin.
  • the annular member 60 in a state of being fixed to the first yoke 30 has a circular shape having an outer diameter substantially the same as that of the exciting coil 50 disposed in the step portion 33 in a plan view.
  • the lower surface 61 of the annular member 60 forms substantially the same surface as the bottom surface 35 of the first yoke 30, and this surface extends along the direction orthogonal to the central axis 11.
  • the radial thickness of the annular member 60 is a thickness that can prevent the magnetic field generated by the excitation coil 50 from passing through the annular member 60 in the radial direction. Moreover, the thickness in the radial direction of the annular member 60 may be changed in the vertical direction.
  • the second yoke 40 has a disk shape, and is disposed below the first yoke 30.
  • the second yoke 40 has an upper surface 41 orthogonal to the vertical direction along the central axis 11.
  • the upper surface 41 is provided with an annular groove 42 which opens upward around the central axis 11.
  • a hole 43 penetrating the second yoke 40 in the vertical direction is formed.
  • a support member (pivot support member) 140 extending in the vertical direction is inserted in the hole 43, and the support member 140 is a holder 141 fixed to the lower surface 44 of the second yoke 40.
  • the support member 140 has a receiving portion 140 a as a concave portion opened upward, and the receiving portion 140 a rotatably receives the tip of the shaft portion 110.
  • the planar shape of the yokes 30 and 40 may not necessarily be circular. Further, the division of the yokes may not be a combination such as the first yoke 30 and the second yoke 40 as in the first embodiment, and may have a rectangular planar shape depending on the division position.
  • the bottom surface 35 of the first yoke 30 and the bottom surface 61 of the annular member 60 and the top surface 41 of the second yoke 40 are substantially parallel to each other.
  • a gap 80 is formed.
  • the third yoke 70 includes (1) an excitation coil 50, a first yoke 30, and an annular member 60, (2) a connection member 51 and a Hall element 52, and (3) a radial bearing 150. , A shaft portion 110, and a space 72 for accommodating the magnetic disk 120 therein.
  • the space 72 is formed in a circular shape in a plan view by the inner circumferential surface 71, and the lower part is closed by arranging the second yoke 40.
  • the space 72 is surrounded by the upper wall 74 and the side wall 75 of the third yoke 70.
  • the third yoke 70 is substantially rectangular in plan view, while the space 72 is circular in plan view as described above. Therefore, in the plan view shape of the side wall portion 75, the corner portion of the third yoke 70 is thick and the side portion is thin.
  • the second yoke 40 is fixed to the third yoke 70 by a screw (not shown) that passes through the side wall 75 of the third yoke 70 in the radial direction.
  • the outer peripheral surface 45 of the second yoke 40 is fixed in contact with the side wall portion 75 of the third yoke 70, and the second yoke 40 and the third yoke 70 are magnetically connected to each other.
  • the third yoke 70 and the first yoke 30 are fixed to each other by a plurality of screws 90 penetrating vertically through the upper wall portion 74 of the third yoke 70. .
  • the upper portion of the first yoke 30 and the upper wall portion 74 of the third yoke 70 are fixed in contact with each other, and the first yoke 30 and the third yoke 70 are magnetically connected in this region.
  • annular member 60 made of a nonmagnetic material is fixed to the outer peripheral surface 31 a of the annular portion 31 of the first yoke 30, and the outer peripheral surface of the annular member 60 is the inner peripheral surface 71 of the third yoke 70. I am in touch.
  • the side wall 75 of the third yoke 70 is located outside the magnetic disk 120 and the exciting coil 50 in a region close to the magnetic disk 120. Therefore, the annular portion 31 of the first yoke 30 and the side wall portion 75 of the third yoke 70 are separated by the annular member 60 in the direction orthogonal to the central axis 11, and the magnetic gap G is formed.
  • the magnetic gap G extends from the bottom surface of the exciting coil 50 to the top surface 41 of the second yoke 40 in the direction along the central axis 11. Further, in the radial direction, the gap corresponds to the gap between the outer circumferential surface 126 of the magnetic disk 120 disposed in the gap 80 between the first yoke 30 and the second yoke 40 and the inner circumferential surface 71 of the third yoke 70. .
  • the magnetic flux of the magnetic field generated by the exciting coil 50 is transferred from the annular portion 31 of the first yoke 30 to the side wall 75 of the third yoke 70, and from the magnetic disk 120 to the third yoke 70.
  • the side wall portion 75 can be restricted from passing along the direction orthogonal to the central axis 11.
  • the upper wall portion 74 of the third yoke 70 proceeds in the direction approaching the central axis 11, and in the area corresponding to the inside of the exciting coil 50, it proceeds from the top to the bottom, ie, the cylindrical portion 32 side of the first yoke 30, Inside the exciting coil 50, it travels downward and again traverses the magnetic disk 120 to reach the second yoke 40.
  • the magnetic gap G since the magnetic gap G is formed, the passage of magnetic flux from the annular portion 31 and the magnetic disk 120 to the side wall portion 75 of the third yoke 70 is restricted.
  • the second yoke 40 and the sidewall portion 75 of the third yoke 70 are magnetically connected, a magnetic path passing from the second yoke 40 to the sidewall portion 75 is secured. Furthermore, as described above, in the plan view shape of the side wall 75, the corner of the third yoke 70 is thick and the side is thin, so a wide magnetic path is secured particularly in the side wall 75 corresponding to the corner. The magnetic field is reliably generated along this magnetic path (see FIG. 5 (B)).
  • the third yoke 70 has a substantially cylindrical through hole 73 in a region including the central axis 11.
  • the through hole 73 vertically penetrates the third yoke 70.
  • the space in the through hole 73 communicates with the space surrounded by the inner circumferential surface 34 of the first yoke 30 in the vertical direction.
  • the shaft portion 110 as an operation shaft is a rod-like member extending vertically along the central axis 11, and is provided below the upper shaft portion 111 and the shaft portion 111. And a groove portion 112.
  • the groove portion 112 is provided with a spiral groove centered on the central axis 11 on the outer peripheral surface.
  • the tip portion 113 provided at the center of the lower surface of the groove portion 112 has a tapered shape toward the bottom.
  • the magnetic disk 120 is a disk-shaped member made of a magnetic material and having a circular plane disposed to be orthogonal to the vertical direction.
  • a central hole 121 penetrating in the vertical direction is provided at the center of the circular plane of the magnetic disk 120, and a plurality of through holes 122 penetrating the magnetic disk 120 at the position surrounding the central hole 121 are provided. It is provided.
  • the magnetic disk 120 is fixed to the shaft portion 110 by fitting the shaft portion of the screw 91 inserted into the through hole portion 122 from below into the groove portion 112 of the shaft portion 110.
  • the shaft portion 111 is rotatably supported by the radial bearing 150, and the tip end portion 113 of the lower end of the groove portion 112 is a support member (pivot support member through the central hole portion 121 of the magnetic disk 120). Pivot supported at 140).
  • the radial bearing 150 is supported by the third yoke 70 and the first yoke 30 at a predetermined position in the vertical direction.
  • An O-ring 116 is attached to the groove of the groove portion 112.
  • the shaft portion 110 can rotate around the central axis 11 with respect to the first yoke 30, the second yoke 40, and the third yoke 70 while maintaining the adhesion with the first yoke 30.
  • the upper portion of the shaft portion 111 is exposed above the third yoke 70, and the exposed portion of the shaft portion 111 is provided with coupling holes 114 and 115 for coupling a member necessary for an input operation to the shaft portion 110. It is done.
  • the magnetic disk 120 is disposed so as to extend in a direction perpendicular to the central axis 11 in the gap 80 between the first yoke 30 and the second yoke 40.
  • the magnetic disk 120 is positioned so as to overlap the excitation coil 50 in the direction along the central axis 11.
  • the magnetic disk 120 and the exciting coil 50 may be positioned so that at least a part thereof overlaps in the direction along the central axis 11.
  • a gap 81 exists between the upper surface 124 of the magnetic disk 120 and the bottom surface 35 of the first yoke 30, and between the lower surface 125 of the magnetic disk 120 and the upper surface 41 of the second yoke 40.
  • the outer circumferential surface 126 of the magnetic disk 120 and the side wall 75 of the third yoke 70 are separated by the magnetic gap G.
  • the magnetic disk 120 rotates relative to the first yoke 30 and the second yoke 40 by rotating the shaft portion 110, the space between the upper surface 124 of the magnetic disk 120 and the bottom surface 35 of the first yoke 30 The distance in the vertical direction is kept substantially constant, and the distance in the vertical direction between the lower surface 125 of the magnetic disk 120 and the upper surface 41 of the second yoke 40 is kept substantially constant. The distance in the radial direction between the and the inner circumferential surface 71 of the side wall portion 75 is also maintained substantially constant.
  • the gap 80 around the magnetic disk 120 is filled with the magnetorheological fluid 160. Therefore, the magnetorheological fluid 160 exists in the gap 81 vertically interposed between the upper surface 124 of the magnetic disk 120 and the bottom surface 35 of the first yoke 30, and the lower surface 125 of the magnetic disk 120 and the upper surface of the second yoke 40. The magnetorheological fluid 160 is also present in the gap 82 which is vertically sandwiched between the two. Furthermore, the magnetorheological fluid 160 also exists in a space (magnetic gap G) radially interposed between the outer circumferential surface 126 of the magnetic disk 120 and the side wall 75 of the third yoke 70.
  • a space magnetic gap G
  • the gap 80 around the magnetic disk 120 is sealed by the shaft portion 110, the O-ring 116, the support member 140, the first yoke 30, the second yoke 40, the third yoke 70, the annular member 60, and the like.
  • the magnetorheological fluid 160 is reliably held in the gap 80.
  • the magnetorheological fluid 160 may be present on only one of the upper surface 124 side and the lower surface 125 side.
  • the magnetorheological fluid 160 is injected into the gap 80 and filled, and the upper surface 124 and the lower surface 125 of the magnetic disk 120, the bottom surface 35 of the annular portion 31, the upper surface 41 of the second yoke 40, and the lower surface of the annular member 60 61, it may be disposed in the gap 80 by applying it to the inner circumferential surface 71 of the third yoke 70 or the like.
  • the magnetorheological fluid 160 is a substance whose viscosity changes when a magnetic field is applied, and is, for example, a fluid in which particles (magnetic particles) made of a magnetic material are dispersed in a nonmagnetic liquid (solvent).
  • magnetic particles contained in the magnetorheological fluid 160 for example, iron-based particles containing carbon and ferrite particles are preferable.
  • iron-based particles containing carbon for example, the carbon content is preferably 0.15% or more.
  • the diameter of the magnetic particles is, for example, preferably 0.5 ⁇ m or more, and more preferably 1 ⁇ m or more.
  • the magnetorheological fluid 160 it is desirable to select the solvent and the magnetic particles so that the magnetic particles are less likely to precipitate by gravity.
  • the magnetorheological fluid 160 preferably includes a coupling material that prevents the precipitation of magnetic particles.
  • a magnetic field as shown in FIG. 4B is generated, and in the magnetic disk 120, the magnetic flux only in the direction along the vertical direction crosses, In the interior of the disk 120, no magnetic flux is generated along the radial direction, or its magnetic flux density is slight.
  • the magnetic field generates magnetic lines of force in the radial direction in the second yoke 40, and magnetic walls of force in the direction opposite to the magnetic lines of force in the magnetic disk 120 in the vertical direction in the side wall 75 of the third yoke 70. .
  • magnetic lines of force in the direction opposite to the magnetic lines of force in the second yoke 40 and in the radial direction are generated.
  • the magnetorheological fluid 160 when no magnetic field is generated by the exciting coil 50, the magnetic particles are dispersed in the solvent. Therefore, when the operator operates the shaft portion 110, the holding portion 20 rotates relative to the operation portion 100 without receiving a large resistance.
  • resistance torque when residual magnetic flux is present in the yoke in a state in which the excitation coil 50 is not energized, resistance torque remains on the shaft portion 110 according to the density of the residual magnetic flux.
  • the magnetorheological fluid 160 when current is applied to the exciting coil 50 to generate a magnetic field, the magnetorheological fluid 160 is given a magnetic field along the vertical direction. By this magnetic field, the magnetic particles dispersed in the magnetorheological fluid 160 gather along the magnetic lines of force, and the magnetic particles aligned along the vertical direction are magnetically coupled to each other. In this state, when a force is applied to rotate the shaft portion 110 in a direction about the central axis 11, a resistance (torque) is exerted by the coupled magnetic particles, so that no magnetic field is generated. In comparison, the operator can feel resistance.
  • the magnetorheological fluid 160 can be disposed in a wider range as compared with the case of the shaft portion 110 alone. Furthermore, the magnitude of the resistance of the magnetorheological fluid 160 is related to the width of the arrangement range of the magnetorheological fluid 160 vertically sandwiched by the bottom surface 35 of the first yoke 30 or the top surface 41 of the second yoke 40. In particular, the magnitude of the resistance by the magnetorheological fluid 160 when the magnetic disk 120 is rotated by the operation of the shaft portion 110 is related to the area of the magnetorheological fluid 160 in the plane orthogonal to the rotation direction. Therefore, as the arrangement range of the magnetorheological fluid 160 becomes wider, the control range of the resistance (torque) can be made wider.
  • FIG. 7 is a block diagram of a control system of the torque generator 10.
  • the torque generator 10 further includes a control unit 170 in addition to the excitation coil 50 and the hall element 52 described above.
  • the Hall element 52 as a magnetic measurement unit is disposed in the magnetic path of the magnetic field generated by applying a current to the exciting coil 50. More specifically, the Hall element 52 is disposed above the exciting coil 50 in the inside of the upper wall 74 of the third yoke 70. The arrangement at this position is performed by inserting the Hall element 52 into the recess provided in the upper wall 74 and fixed by adhesion.
  • the Hall element 52 in the magnetic path of the magnetic field generated by the exciting coil 50, the magnetic field due to the magnetic field can be accurately measured, and the application of the current to the exciting coil 50 is stopped.
  • the later residual magnetic field can also be measured accurately.
  • Hall element 52 can also be arranged at another position as long as it is the magnetic path of the magnetic field generated by exciting coil 50.
  • the magnetic measurement unit is not limited to the hall element, and for example, a magnetoresistive element can be used.
  • the control unit 170 controls the magnitude of the current applied to the exciting coil 50 according to the magnitude (magnetic flux density) of the magnetic field measured by the Hall element 52, thereby controlling the magnetic field generated by the exciting coil 50.
  • the control unit 170 includes, for example, a central processing unit and a storage unit, and executes control by causing the central processing unit to execute a program stored in the storage unit.
  • the relationship between the magnetic field measured by the Hall element 52 and the current applied to the exciting coil 50 may be calculated sequentially by calculation, or may be designated based on a correspondence table created in advance, and other than this You may specify by the method. By such control, the magnetic field can be made substantially zero, and a stable operation feeling can be given to the operator.
  • the residual magnetic field can be controlled to be a substantially constant value. This also makes it possible to give the operator a stable operation feel.
  • the magnetic flux density of the remanent magnetic field is maintained at a constant value, for example, 3 mT or more, the magnetic particles in the magnetorheological fluid 160 can be removed by gravity when no current is applied to the exciting coil 50 for a long time. Precipitates, which can prevent the operator from changing its feel.
  • a detection unit that detects the relative position between the holding unit 20 and the operation unit 100 by mechanical, electromagnetic, optical or other methods may be provided.
  • This detection unit is, for example, a rotary encoder.
  • FIG. 8A is a perspective view showing the configuration of the magnetic disk 120 in the first embodiment
  • FIG. 8B is a perspective view showing the configuration of the magnetic disk 180 in the comparative example
  • FIG. 9 is a graph comparing the distribution of the magnetic flux density in the magnetic disk 120 of the first embodiment shown in FIG. 8A with the distribution of the magnetic flux density in the magnetic disk 180 of the comparative example shown in FIG. It is.
  • the magnetic flux density distribution of the magnetic disk 180 of the comparative example is indicated by a solid line L1
  • the magnetic flux density distribution of the magnetic disk 120 of the first embodiment is indicated by a broken line L2.
  • the two lines L1 and L2 overlap each other.
  • the magnetic disk 180 in the comparative example is formed of a magnetic material, and has a circular plane arranged to be orthogonal to the vertical direction, and the center of the circular plane is A central hole 181 penetrating in the vertical direction is provided, and a plurality of through holes 182 penetrating vertically are provided at positions surrounding the central hole 121. Similar to the magnetic disk 120 in the first embodiment, the magnetic disk 180 engages the shaft portion 110 by fitting the shaft portion of the screw 91 inserted into the through hole portion 182 into the groove portion 112 of the shaft portion 110. It is fixed.
  • the magnetic disk 180 in the comparative example is further provided with four slits 183a, 183b, 183c, and 183d penetrating in the vertical direction (thickness direction). These slits are provided at equal angular intervals along the circumferential direction at the same distance from the center of the circular plane.
  • the four slits 183a, 183b, 183c, and 183d function as magnetic gaps, and the four slits 183a, 183b, 183c, and 183d.
  • the magnetic flux crosses downward from the first yoke 30 to the second yoke 40 on the central axis 11 side (inner side) than the second yoke 40 outside the four slits 183a, 183b, 183c, and 183d. To the first yoke 30, the magnetic flux crosses upward.
  • the horizontal axis in FIG. 9 is the distance (in mm) from the center of the circular plane of the magnetic disk 180, and the vertical axis is the magnetic flux density (in mT) at each position.
  • the magnetic flux density is small in the vicinity of the center where the central hole 121 and the through hole 182 are provided, that is, in the range P1 of less than 4 mm, but in the range P2 of 4 mm or more It is shown.
  • the range S of about 9 to 9.5 mm corresponds to the range in which the slits 183a, 183b, 183c, and 183d are provided.
  • this range S the passage of the magnetic flux of the magnetic field by the exciting coil 50 is restricted, and the magnetic flux density is greatly reduced. Furthermore, a decrease in magnetic flux density is observed also in the peripheral range of the range P3 of about 2 mm from the range S to the center side and the range P4 of about 2 mm to the outer peripheral side.
  • the magnetic disk 120 of the first embodiment is not provided with a slit (magnetic gap) for restricting the passage of the magnetic flux of the magnetic field generated by the exciting coil 50, and the entire region in the radial direction of the magnetic disk 120 is provided.
  • the magnetic flux passes uniformly downward from the first yoke 30 to the second yoke 40. Therefore, as shown by the broken line L2 in FIG. 9, a substantially constant magnetic flux density can be obtained in a wide range outside the vicinity of the center. That is, as in the magnetic disk 180 of the comparative example, the magnetic flux density does not decrease in the range S corresponding to the slit and the ranges P3 and P4 around it, and the magnetic flux density also increases in the outermost range P5. Absent.
  • the magnetic disk 120 of the first embodiment Compared with the magnetic disk 180 of the comparative example, in the magnetic disk 120 of the first embodiment, no slit is provided and a magnetic field in the same direction along the vertical direction is applied, so that control of resistance is easy. Become. In addition, since magnetic fields in the same direction are applied to the magnetic disk 120, it is possible to provide sufficient resistance with a small radius.
  • the three separate yokes 30, 40, 70 are combined, but two or three of the three yokes may be integrated. Also in this configuration, two yokes are disposed on both sides of the magnetic disk 120, and the third yoke is disposed outside the exciting coil 50 so as to form a magnetic path.
  • the magnetic gap G is provided between the first yoke 30 and the third yoke 70 so as to space them apart in the radial direction.
  • the magnetic gap G overlaps the outer peripheral surface 126 which is the outer peripheral edge of the magnetic disk 120.
  • the outer circumferential surface 126 of the magnetic disk 120 is located at a position substantially coincident with the outer circumferential surface 31 a of the annular portion 31 which forms one surface of the magnetic gap G in the direction orthogonal to the central axis 11.
  • the outer circumferential surface 126 of the magnetic disk 120 may be located closer to the central axis 11 than the outer circumferential surface 31 a of the annular portion 31. That is, the magnetic gap G may be outside the outer peripheral edge of the magnetic disk 120.
  • FIG. 10A is a perspective view of a schematic configuration of a torque generating device 200 according to a second embodiment as viewed from the upper side
  • FIG. 10B is a perspective view as viewed from the lower side
  • FIG. 11 is an exploded perspective view of the schematic configuration of the torque generator 200 as viewed from the upper side
  • FIG. 12 is an exploded perspective view of the schematic configuration of the torque generator 200 as viewed from below.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a torque generator 200 according to the second embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view corresponding to FIGS. 4 (A) and 4 (B), and the illustration on the right side is omitted because it is symmetrical.
  • the permanent magnet 260 is disposed in the middle of the third yoke 270 on the magnetic path of the magnetic field generated by the exciting coils 251 and 252 in the first embodiment. It differs from the torque generator 10.
  • the torque generator 200 shown in FIGS. 10 to 13 includes a shaft portion 210, a magnetic disk 220, a first yoke 230, a second yoke 240, two exciting coils 251 and 252, a permanent magnet 260, and a Hall element as a magnetic measurement portion.
  • An annular member 262 and a third yoke 270 are provided.
  • the magnetic disk 220 is rotatably disposed about the central axis 201 within the gap between the first yoke 230 and the second yoke 240 filled with the magnetorheological fluid, as in the first embodiment.
  • the operation unit is supported by the holding unit so as to rotate in both directions about the central axis 201.
  • the magnetic fields generated by the two excitation coils 251 and 252 are indicated by arrows.
  • This magnetic field is the case where a current in the opposite direction to the example shown in FIG. 4B is applied to the two exciting coils 251 and 252, and the magnetic field in the direction opposite to the direction shown in FIG. It is generated.
  • a magnetic field in the same direction as the direction shown in FIG. 4B can be obtained by flowing a current in the same direction as the example shown in FIG. 4B.
  • the configuration of the shaft portion 210 and the support configuration thereof are the same as the shaft portion 110 of the first embodiment, and the configuration of the magnetic disk 220 and the support configuration thereof are also the same as the magnetic disk 120 of the first embodiment. Since there is, these detailed explanations are omitted.
  • the first yoke 230 and the second yoke 240 are respectively disposed at the upper and lower positions sandwiching the magnetic disk 220, similarly to the first yoke 30 and the second yoke 40 of the first embodiment.
  • the first yoke 230 is integrally provided so as to extend upward from the upper surface of the annular portion 231 and the annular portion 231 concentrically with the upper surface of the annular portion 231.
  • a cylindrical portion 232 a cylindrical portion 232.
  • the annular portion 231 and the cylindrical portion 232 have a circular shape centering on the central axis 201 in a plan view, and the outer diameter thereof is smaller in the cylindrical portion 232 than in the annular portion 231. Due to the difference between the outer diameters of the annular portion 231 and the cylindrical portion 232, the step portion 233 is formed on the outside of the cylindrical portion 232.
  • the exciting coils 251 and 252 as magnetic field generating units are disposed in the step portion 233 of the first yoke 230.
  • the exciting coils 251 and 252 have the same shape, and the inner periphery thereof has an annular shape along the outer peripheral surface of the cylindrical portion 232 of the first yoke 230, and the outer periphery has an annular portion 231 in the radial direction It is arranged at substantially the same position.
  • the exciting coils 251, 252 are coils including a conducting wire wound around the central axis 201, and are supplied with current similarly to the exciting coil 50 of the first embodiment, thereby generating a magnetic field.
  • the exciting coils 251 and 252 are disposed one on top of the other so as to generate magnetic fields in the same direction.
  • control may be performed to supply current to only one of the exciting coils 251 and 252.
  • one coil may be arranged as in the case of the excitation coil 50 of the first embodiment.
  • annular member 262 having the same material and shape as the annular member 60 of the first embodiment is provided.
  • the annular member 262 is fixed along the outer peripheral surface of the annular portion 231 of the first yoke 230, and has a circle with an outer diameter larger than that of the exciting coils 251 and 252 disposed in the step portion 233 in plan view. It has a shape.
  • the lower surface of the annular member 262 forms substantially the same surface as the bottom surface of the first yoke 230, and this surface extends along the direction orthogonal to the central axis 201.
  • the radial thickness of the annular member 262 is a thickness that can prevent the magnetic field generated by the exciting coils 251 and 252 from passing in the radial direction through the annular member 262.
  • the third yoke 270 has a cylindrical outer shape. As shown in FIG. 13, the third yoke 270 includes an upper wall 271 covering the upper sides of the two excitation coils 251 and 252, and an inner wall 272 extending downward from the upper wall 271 inside the excitation coils 251 and 252. And an outer wall 273 extending downward from the upper wall 271 to the outside of the exciting coils 251 and 252.
  • the inner wall 272 and the outer wall 273 are disposed concentrically with respect to the central axis 201, as shown in FIG.
  • the upper wall portion 271 and the inner wall portion 272 of the third yoke 270 are fixed in contact with the cylindrical portion 232 of the first yoke 230, whereby the first yoke 230 and the third yoke 270 are magnetically connected.
  • the outer wall portion 273 of the third yoke 270 is circular when viewed along a direction parallel to the central axis 201, and the lower portion thereof is in contact with and fixed to the second yoke 240.
  • the third yoke 270 are magnetically connected. As a result, a magnetic path of a magnetic field as shown by the arrow in FIG. 13 is formed.
  • the magnetic flux crosses the magnetic disk 220 from the second yoke 240 toward the first yoke 230 along the direction of the central axis 201, and the magnetic flux travels upward along the central axis 201 in the first yoke 230. 3 to the yoke 270.
  • the upper wall 271 of the third yoke 270 travels away from the central axis 201 to reach the outer wall 273, and the outer wall 273 travels downward along the central axis 201 to the second yoke 240.
  • the second yoke 240 travels in the direction approaching the central axis 201, and traverses the magnetic disk 220 again to reach the first yoke 230.
  • a permanent magnet 260 is disposed on the outer wall 273 of the third yoke 270 on the magnetic path of the magnetic field generated by the two excitation coils 251 and 252.
  • the permanent magnet 260 is disposed at a position corresponding to the lower excitation coil 252, and the magnetic poles are disposed so as to generate a magnetic field in the direction along the direction of the magnetic field generated by the two excitation coils 251, 252.
  • the permanent magnet 260 is in contact with and supported by the annular member 262.
  • the permanent magnet can be provided at a position other than that shown in FIG. 13 as long as it can generate a magnetic field in the direction along the direction of the magnetic field generated by the two excitation coils 251 and 252, and the number thereof is also It may be two or more.
  • the permanent magnet 260 is not limited to the arrangement in which the direction of the magnetic field by the two excitation coils 251 and 252 is the same as the direction of the magnetic field.
  • the poles can also be arranged to provide.
  • the gap around the magnetic disk 220 is sealed by the shaft portion 210, the first yoke 230, the second yoke 240, the third yoke 270, the annular member 262, etc.
  • the permanent magnet 260 is securely separated.
  • the permanent magnet 260 By providing the permanent magnet 260, it is possible to generate an initial magnetic field even when no current is applied to the two exciting coils 251, 252. For this reason, since the residual magnetic field including the initial magnetic field generated by the permanent magnet 260 can be applied to the magnetorheological fluid, it is possible to apply resistance (torque) to the force for rotating the shaft portion 210. By applying a residual magnetic field including an initial magnetic field by the permanent magnet 260, it is possible to prevent the precipitation of magnetic particles in the interior of the magnetorheological fluid, and thereafter, the rise of the resistance torque when the exciting coils 251 and 252 are energized You can be fast.
  • the magnetic poles of the permanent magnet 260 are arranged to give an initial magnetic field opposite to the direction of the magnetic field by the two excitation coils 251 and 252 contrary to the above configuration, the two excitation coils 251, Since the control of the current to 252 enables the magnetic flux crossing the magnetic disk 220 to approach zero, the operating resistance of the shaft portion 210 can be controlled to zero.
  • the magnetic fields are opposite between the inner side and the outer side of the slits 183a, 183b, 183c, 183d, and the magnetic flux density is different. It is difficult to make the residual magnetic field zero, and it is difficult to control the operating resistance to zero.
  • the permanent magnet 260 By providing the permanent magnet 260, it is possible to give a remanent magnetic field including an initial magnetic field to the magnetorheological fluid in the state where no current is applied to the two exciting coils 251, 252, and thus the magnetic particles in the magnetorheological fluid Gravity settling can be prevented and the desired dispersion can be maintained. Therefore, regardless of the magnitude of the time during which the current is not applied to the two exciting coils 251 and 252, the resistance to which the operator is subjected can be controlled within a predetermined range.
  • the Hall element 261 as a magnetic measurement unit is disposed in the magnetic path of the magnetic field generated by applying a current to the exciting coils 251 and 252. More specifically, the Hall element 261 is disposed in the upper wall portion 271 of the third yoke 270 above the exciting coils 251 and 252. The arrangement at this position is performed by inserting the Hall element 261 into the recess provided in the upper wall portion 271, and fixed by adhesion. As described above, by disposing the Hall element 261 in the magnetic path of the magnetic field generated by the exciting coil 251, 252, the magnetic field due to this magnetic field can be accurately measured, and the current to the exciting coil 251, 252 can be The residual magnetic field after stopping the application can also be measured accurately.
  • the Hall element 261 is disposed at a position away from the excitation coils 251 and 252 generating the magnetic field, the two yokes 230 and 240, and the magnetic disk 220, the gap in the space where the magnetic disk 220 is disposed The magnetic field can be made stable.
  • action, and an effect are the same as that of 1st Embodiment.
  • the torque generator according to the present invention is useful in that it is easy to miniaturize and that a large shear stress can be obtained.

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Abstract

【課題】磁気粘性流体を用いたトルク発生装置であって、小型化に適し、かつ、大きなせん断応力を得ることができるトルク発生装置を提供する。 【解決手段】回転軸を中心に回転する磁性ディスクと、磁性ディスクを挟む一方に位置する第１ヨークと、他方に位置する第２ヨークと、回転軸が延びる方向に沿って見たときに磁性ディスクと重なるように配置されたコイルと、少なくとも磁性ディスクと近接する領域が磁性ディスク及びコイルの外側に位置し、第１ヨーク及び第２ヨークとともに、コイルが発生する磁界の磁路を構成する第３ヨークと、磁性ディスクと第１ヨーク及び第２ヨークとの間に充填された磁気粘性流体とを備え、第３ヨークは、第１ヨークとの間に磁気ギャップを有し、磁気ギャップは、回転軸が延びる方向に沿った方向に見たときに、磁性ディスクの外周縁よりも外側、又は、磁性ディスクの外周縁と重なる位置に形成されている。

Description

トルク発生装置
　本発明は、磁気粘性流体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に記載のブレーキは、ハウジングと、回転可能なシャフトに接続されたロータと、ハウジングの第１のハウジング室に置かれた磁場発生手段（磁界発生器）と、磁界応答材料（磁気粘性流体）と、ブレーキの動作を制御または監視する手段とを備えている。また、磁界発生器はコイルと極片を備え、コイルは、ロータに対向配置された極片に磁界を発生させる。
特許４６９５８３５号公報
　しかしながら、特許文献１に記載のブレーキは、ロータの外周辺部の近くでしか磁界が印加されていないため、発生するブレーキ力が充分でなかった。そのため、より小型化を図りつつ大きなせん断応力を得ることは困難であった。
　そこで本発明は、磁気粘性流体を用いたトルク発生装置であって、小型化に適し、かつ、大きなせん断応力を得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。
　上記課題を解決するために、本発明のトルク発生装置は、回転軸を中心に回転動作可能な磁性ディスクと、磁性ディスクを挟む一方に位置する第１ヨークと、他方に位置する第２ヨークと、回転軸が延びる方向に沿った方向に見たときに磁性ディスクと重なるように配置されたコイルと、少なくとも磁性ディスクに近接する領域が磁性ディスク及びコイルの外側に位置し、第１ヨーク及び第２ヨークとともに、コイルが発生する磁界の磁路を構成する第３ヨークと、磁性ディスクと第１ヨーク及び第２ヨークとの間に充填された磁気粘性流体とを備え、
　第３ヨークは、第１ヨークとの間に磁気ギャップを有し、磁気ギャップは、回転軸が延びる方向に沿った方向に見たときに、磁性ディスクの外周縁よりも外側、又は、磁性ディスクの外周縁と重なる位置に形成されていることを特徴としている。
　これにより、磁性ディスクの外周縁を除く広い範囲において、第１ヨークと第２ヨークとの間を横断する磁界成分を主方向とする磁束を通過させることができ、この磁束の方向に基づいた方向に抵抗力（トルク）を発生させることができるため、装置を大型化することなく大きなせん断応力を得ることが可能となる。
　本発明のトルク発生装置において、磁性ディスクには、第１ヨークと第２ヨークとの間を横断する磁束のみが通過することが好ましい。また、磁性ディスクは、磁束が横断する領域に、磁気ギャップが存在しないことが好ましい。
　これにより、磁性ディスクに対して同じ方向の磁界がかかるため、大きな抵抗力を発生させることができる。
　本発明のトルク発生装置において、前記回転軸と直交する面内において、前記磁性ディスクの外周縁と、前記第３ヨークの外側面との距離が一定ではないことが好ましい。例えば、第３ヨークは平面視でほぼ四角形である。
　これにより、磁性ディスクの外側に磁路を確保できるため、磁性ディスクに対して同じ方向の磁界がかけることができ、これにより、磁性ディスクに対して大きな抵抗力を確実に発生させることができる。また、第３ヨークの平面形状を四角形（矩形）にすることによって、組み立てやすい形状となるため、小型化の点で望ましい。
　本発明のトルク発生装置において、コイルが発生する磁界の磁路上に、コイルによる磁界の方向と同じ向きまたは反対の向きの初期磁界を与える永久磁石が設けられていることが好ましい。
　これにより、コイルに電流を印加していない状態においても抵抗力（トルク）を発生させることが可能となる。また、コイルへの電流の制御によって、磁性ディスクを横断する磁束をゼロに近づける、又は、キャンセルする制御が可能となる。さらにまた、コイルに電流を印加していない状態において、磁気粘性流体中の磁性粒子が重力で沈殿することを防止することができ、所望の分散状態を維持できる。
　本発明のトルク発生装置において、第１ヨークと第２ヨークと第３ヨークは別体であることが好ましい。これにより、自由度の高い設計が可能となる。ただし、本発明では、第１ヨークと第２ヨークと第３ヨークのいずれかの組み合わせが、互いに一体のヨークで形成されていてもよい。
　本発明のトルク発生装置において、コイルが発生する磁界による磁場の強度を測定する磁気測定部を備えることが好ましい。これにより、コイルが発生する磁界による磁気を正確に測定することができ、また、コイルへの電流の印加を停止した後の残留磁場も正確に測定できる。
　本発明によると、磁気粘性流体を用いたトルク発生装置において、小型化に適し、かつ、大きなせん断応力を得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。
（Ａ）は第１実施形態に係るトルク発生装置を上側から見た斜視図、（Ｂ）は図１（Ａ）のトルク発生装置を下側から見た斜視図である。 第１実施形態に係るトルク発生装置を上側から見た分解斜視図である。 第１実施形態に係るトルク発生装置を下側から見た分解斜視図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、図１（Ａ）のＩＶ－ＩＶ’線に沿った断面図であり、（Ｂ）は励磁コイルが発生した磁界を概念的に示す図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、図１（Ａ）のＶ－Ｖ’線に沿った断面図であり、（Ｂ）は励磁コイルが発生した磁界を概念的に示す図である。 図４（Ａ）の一部拡大図である。 第１実施形態に係るトルク発生装置の制御系統のブロック図である。 （Ａ）は第１実施形態における磁性ディスクの構成を示す斜視図、（Ｂ）は比較例における磁性ディスクの構成を示す斜視図である。 図８（Ａ）に示す第１実施形態の磁性ディスクと図８（Ｂ）に示す比較例の磁性ディスクにおける磁束密度の分布を示すグラフである。 （Ａ）は第２実施形態に係るトルク発生装置の概略構成を上側から見た斜視図、（Ｂ）は図１０（Ａ）のトルク発生装置を下側から見た斜視図である。 第２実施形態に係るトルク発生装置の概略構成を上側から見た分解斜視図である。 第２実施形態に係るトルク発生装置の概略構成を下側から見た分解斜視図である。 第２実施形態に係るトルク発生装置の概略構成を示す断面図であって、図１０のＸ－Ｘ’線に沿った断面図である。
　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（Ａ）は第１実施形態に係るトルク発生装置１０を上側から見た斜視図、（Ｂ）はトルク発生装置１０を下側から見た斜視図である。図２と図３はトルク発生装置１０の分解斜視図である。図２は上側から見た分解斜視図、図３は下側から見た分解斜視図である。図４（Ａ）、（Ｂ）は、図１（Ａ）のＩＶ－ＩＶ’線に沿った断面図であり、（Ｂ）は励磁コイル５０が発生した磁界を概念的に示す説明図である。図５（Ａ）、（Ｂ）は図１（Ａ）のＶ－Ｖ’線に沿った断面図であり、（Ｂ）は励磁コイルが発生した磁界を概念的に示す図である。図６は図４（Ａ）の一部拡大図である。図１（Ａ）から図６において、説明の便宜上、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。また、図２と図３においては、一部のネジや磁気粘性流体の表示を省略している。
　図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示すように、トルク発生装置１０は、保持部２０と、磁気測定部としてのホール素子５２と、操作部１００とを備える。操作部１００は、シャフト部１１０と磁性ディスク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（回転軸）を中心として両方向に回転するように保持部２０に支持されている。操作部１００は、支持部材１４０とラジアル軸受１５０を介して、回転可能な状態で保持部２０に支持されている（図２）。さらに、図４～図６に示すように、トルク発生装置１０内に設けた隙間８０には、磁気粘性流体１６０が満たされている。
　保持部２０は、第１ヨーク３０、第２ヨーク４０、磁界発生部としての励磁コイル５０、環状部材６０、及び、上部ケースとしての第３ヨーク７０を含んでいる。図２に示すように、磁性ディスク１２０を挟む一方に第１ヨーク３０が位置し、磁性ディスク１２０を挟む他方に第２ヨーク４０が位置するように組み合わされている。第１ヨーク３０、第２ヨーク４０、第３ヨーク７０は、それぞれ別々に加工されて形成されている。ただし、第１ヨーク３０、第２ヨーク４０、第３ヨーク７０のいずれかが組み合わされて一体に形成されていてもよい。
　図２に示すように、第１ヨーク３０は、円環部３１と、円環部３１の上面から円環部３１と同心状に上側へ延びるように一体に設けられた円筒部３２とを備える。円環部３１と円筒部３２は、平面視において、中心軸１１を中心とする円形状をなしており、その外径は、円環部３１よりも円筒部３２の方が小さくされている。円環部３１と円筒部３２の外径の違いにより、円筒部３２の外周面３２ａの外側に段差部３３が形成される。また、第１ヨーク３０は、中心軸１１を中心とした平面視円形状の内周面３４を有する。内周面３４は、中心軸１１に沿って円環部３１と円筒部３２を貫いており、その内径は、上下方向の位置に応じて変化するように設定されている。
　図４（Ａ）に示すように、第１ヨーク３０の段差部３３には磁界発生部としての励磁コイル５０が配設される。励磁コイル５０は、内周５０ａが円筒部３２の外周面３２ａに沿うような円環状をなしており、外周５０ｂは径方向において円環部３１の外周面３１ａよりも外側に位置する。励磁コイル５０は、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５１が電気的に接続され、第３ヨーク７０の上部から露出した接続部材５１の入力部５１ａに対して図示しない経路で電流が供給される。励磁コイル５０に電流が供給されると磁界が発生する。
　第１ヨーク３０の円環部３１には、その外周面３１ａに沿って環状部材６０が固定されている。この環状部材６０は円環状をなしており、合成樹脂などの非磁性材料で構成される。第１ヨーク３０に固定された状態の環状部材６０は、平面視において、段差部３３に配設された励磁コイル５０と略同一の外径の円形状を有する。図６に示すように、環状部材６０の下面６１は、第１ヨーク３０の底面３５と略同一面を形成し、この面は、中心軸１１に直交する方向に沿って延びる。環状部材６０の径方向の厚みは、励磁コイル５０が発生した磁界が、環状部材６０を通じて径方向に通じることを妨げることができる厚みとなっている。また、環状部材６０の径方向の厚みは上下で変化してもよい。
　図２に示すように、第２ヨーク４０は、円板状をなしており、第１ヨーク３０の下方に配設される。第２ヨーク４０は、中心軸１１に沿った上下方向に直交する上面４１を有する。この上面４１には、中心軸１１を囲んで上方に開口する環状の溝４２が設けられている。溝４２の中央には第２ヨーク４０を上下方向に貫通する孔部４３が形成されている。図６に示すように、孔部４３内には上下方向に延びる支持部材（ピボット支持部材）１４０が挿入されており、この支持部材１４０は第２ヨーク４０の下面４４に固定された保持具１４１によって第２ヨーク４０に固定されている。支持部材１４０は、上側へ開いた凹部としての受け部１４０ａを有し、この受け部１４０ａでシャフト部１１０の先端部を回転自在に受容する。
　なお、ヨーク３０、４０の平面形状は必ずしも円形でなくてもよい。また、ヨークの分割は、第１実施形態のような、第１ヨーク３０と第２ヨーク４０のような組み合わせでなくても良く、分割位置によっては矩形状の平面形状とすることもできる。
　図６に示すように、第１ヨーク３０の底面３５及び環状部材６０の下面６１と、第２ヨーク４０の上面４１とは、互いに略平行とされており、底面３５と上面４１との間に隙間８０が形成されている。
　図３に示すように、第３ヨーク７０は、（１）励磁コイル５０、第１ヨーク３０、及び、環状部材６０と、（２）接続部材５１及びホール素子５２と、（３）ラジアル軸受１５０、シャフト部１１０、及び、磁性ディスク１２０とを内部に収容する空間７２を有する。この空間７２は、内周面７１によって平面視円形状に形成されており、第２ヨーク４０を配置することによって下部が閉じられる。空間７２は、第３ヨーク７０の上壁部７４と側壁部７５によって囲まれている。図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第３ヨーク７０は平面視略四角形である一方、空間７２は上述のように平面視円形状である。このため、側壁部７５の平面視形状は、第３ヨーク７０の角部が厚く、辺部が薄くなっている。
　第２ヨーク４０は、第３ヨーク７０の側壁部７５を径方向に貫通するネジ（不図示）によって、第３ヨーク７０に固定される。これによって、第２ヨーク４０の外周面４５が第３ヨーク７０の側壁部７５に接触した状態で固定され、第２ヨーク４０と第３ヨーク７０とが互いに磁気的に接続される。
　第１ヨーク３０、第２ヨーク４０、第３ヨーク７０を使用することで励磁コイル５０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。
　図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第３ヨーク７０と第１ヨーク３０とは、第３ヨーク７０の上壁部７４を上下に貫通する複数のネジ９０で互いに固定されている。これにより、第１ヨーク３０の上部と第３ヨーク７０の上壁部７４とが接触した状態で固定され、この領域において、第１ヨーク３０と第３ヨーク７０が磁気的に接続される。
　一方、第１ヨーク３０の円環部３１の外周面３１ａには、非磁性材料からなる環状部材６０が固定されており、この環状部材６０の外周面が第３ヨーク７０の内周面７１に接している。第３ヨーク７０の側壁部７５は、磁性ディスク１２０に近接する領域において、磁性ディスク１２０および励磁コイル５０の外側に位置している。したがって、第１ヨーク３０の円環部３１と第３ヨーク７０の側壁部７５とは、中心軸１１に直交する方向において環状部材６０によって離間されており磁気ギャップＧが形成される。この磁気ギャップＧは、中心軸１１に沿った方向においては、励磁コイル５０の底面から第２ヨーク４０の上面４１まで延びている。また、径方向においては、第１ヨーク３０と第２ヨーク４０との隙間８０内に配置された磁性ディスク１２０の外周面１２６と第３ヨーク７０の内周面７１との隙間に対応している。磁気ギャップＧを設けることによって、励磁コイル５０が発生した磁界の磁束が、第１ヨーク３０の円環部３１から第３ヨーク７０の側壁部７５へ、また、磁性ディスク１２０から第３ヨーク７０の側壁部７５へ、中心軸１１に直交する方向に沿って通過することを規制することができる。
　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（Ｂ）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（Ｂ）とは逆向きの流れの磁界が形成される。図４（Ｂ）に示す例では、中心軸１１の方向に沿って第１ヨーク３０から第２ヨーク４０側へ磁束が磁性ディスク１２０を横断し、この磁束は第２ヨーク４０では中心軸１１から遠ざかる方向へ進み、第３ヨーク７０の側壁部７５では中心軸１１の方向に沿って下から上へ進む。さらに、第３ヨーク７０の上壁部７４では中心軸１１へ近づく方向ヘ進み、励磁コイル５０の内側に対応する領域で、上から下へ、すなわち第１ヨーク３０の円筒部３２側へ進み、励磁コイル５０の内側では下向きに進行し、再び磁性ディスク１２０を横断して第２ヨーク４０に至る。このような磁路の磁界において、磁気ギャップＧが形成されているために、円環部３１及び磁性ディスク１２０から第３ヨーク７０の側壁部７５に磁束が通過することは規制されている。また、第２ヨーク４０と第３ヨーク７０の側壁部７５が磁気的に接続されているため、第２ヨーク４０から側壁部７５を通る磁路が確保される。さらに、上述のように、側壁部７５の平面視形状は、第３ヨーク７０の角部が厚く、辺部が薄くなっているため、特に角部に対応する側壁部７５において広い磁路が確保でき、この磁路に沿って磁界が確実に生成される（図５（Ｂ）参照）。
　第３ヨーク７０は、中心軸１１を含む領域に略円柱形の貫通孔７３を有する。貫通孔７３は、第３ヨーク７０を上下方向に貫通している。この貫通孔７３内の空間は、第１ヨーク３０の内周面３４に囲まれた空間と、上下方向に連通している。
　次に、操作部１００の構造について説明する。
　図２・図３に示すように、操作軸としてのシャフト部１１０は、中心軸１１に沿って上下に延びる棒状材であり、上側の軸部１１１と、軸部１１１よりも下側に設けられた溝部１１２とを有する。溝部１１２は、外周面に中心軸１１を中心とした螺旋状の溝が設けられている。溝部１１２の下面中央に設けた先端部１１３は下に行くほど先細となる形状を有する。
　図３に示すように、磁性ディスク１２０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。磁性ディスク１２０の円形平面の中心には、上下方向に貫通する中央孔部１２１が設けられ、この中央孔部１２１を囲む位置には、磁性ディスク１２０を上下に貫通する複数の貫通孔部１２２が設けられている。磁性ディスク１２０は、下方から貫通孔部１２２内に挿通させたネジ９１の軸部をシャフト部１１０の溝部１１２内に嵌め込むことによって、シャフト部１１０に対して固定される。
　図４に示すように、シャフト部１１０は、軸部１１１がラジアル軸受１５０によって回転自在に支持され、溝部１１２の下端の先端部１１３が磁性ディスク１２０の中央孔部１２１を通じて支持部材（ピボット支持部材）１４０でピボット支持される。ラジアル軸受１５０は第３ヨーク７０及び第１ヨーク３０によって、上下方向の所定位置で支持される。溝部１１２の溝にはＯリング１１６が装着されている。これにより、シャフト部１１０は、第１ヨーク３０との密着性を維持しつつ、第１ヨーク３０、第２ヨーク４０、及び、第３ヨーク７０に対して、中心軸１１を中心として回転可能に支持される。軸部１１１の上部は第３ヨーク７０の上方に露出されており、軸部１１１の露出部分には、入力操作に必要な部材をシャフト部１１０に結合するための結合孔部１１４、１１５が設けられている。
　図４～図６に示すように、磁性ディスク１２０は、第１ヨーク３０と第２ヨーク４０との間の隙間８０において、中心軸１１に直交する方向に延びるように配設されている。よって、磁性ディスク１２０は、中心軸１１に沿った方向において、励磁コイル５０と互いに重複するように位置する。この場合、磁性ディスク１２０と励磁コイル５０は、中心軸１１に沿った方向において、少なくとも一部が重複するように位置していればよい。図６に示すように、磁性ディスク１２０の上面１２４と第１ヨーク３０の底面３５との間に隙間８１が存在し、また、磁性ディスク１２０の下面１２５と第２ヨーク４０の上面４１との間には隙間８２が存在する。さらに、磁性ディスク１２０の外周面１２６と第３ヨーク７０の側壁部７５とは、磁気ギャップＧによって離間している。
　シャフト部１１０を回転操作することによって磁性ディスク１２０が第１ヨーク３０及び第２ヨーク４０に対して相対的に回転するとき、磁性ディスク１２０の上面１２４と第１ヨーク３０の底面３５との間の上下方向の距離は、略一定に保たれ、磁性ディスク１２０の下面１２５と第２ヨーク４０の上面４１との間の上下方向の距離は略一定に保たれ、さらに、磁性ディスク１２０の外周面１２６と側壁部７５の内周面７１との径方向の距離も略一定に維持される。
　図４～図６に示すように、磁性ディスク１２０の周囲の隙間８０には磁気粘性流体１６０が満たされている。したがって、磁性ディスク１２０の上面１２４と第１ヨーク３０の底面３５とに上下方向を挟まれた隙間８１に磁気粘性流体１６０が存在し、かつ、磁性ディスク１２０の下面１２５と第２ヨーク４０の上面４１とに上下方向を挟まれた隙間８２にも磁気粘性流体１６０が存在する。さらに、磁性ディスク１２０の外周面１２６と第３ヨーク７０の側壁部７５とに径方向に挟まれた空間（磁気ギャップＧ）にも磁気粘性流体１６０が存在する。磁性ディスク１２０の周囲の隙間８０は、シャフト部１１０、Ｏリング１１６、支持部材１４０、第１ヨーク３０、第２ヨーク４０、第３ヨーク７０、および環状部材６０等で封止されている。このため、磁気粘性流体１６０は隙間８０内に確実に保持される。
　ここで、隙間８０の全てが磁気粘性流体１６０で埋められていなくてもよい。例えば、磁気粘性流体１６０は、上面１２４側と下面１２５側とのいずれか一方のみに存在していてもよい。また、磁気粘性流体１６０は、隙間８０内に注入して充填するほか、磁性ディスク１２０の上面１２４や下面１２５、円環部３１の底面３５、第２ヨーク４０の上面４１、環状部材６０の下面６１、第３ヨーク７０の内周面７１などに塗布することによって隙間８０内に配置しても良い。
　磁気粘性流体１６０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１６０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１６０は、磁性粒子が重力で沈殿しにくくなるように、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１６０は、磁性粒子の沈殿を防ぐカップリング材を含むことが望ましい。
　励磁コイル５０に対して電流が印加されると、上述したように図４（Ｂ）に示すような磁界が発生し、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２ヨーク４０においては径方向に沿った磁力線が生じ、第３ヨーク７０の側壁部７５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３ヨーク７０の上壁部７４においては、第２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１６０においては、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、保持部２０は、大きな抵抗力を受けずに、操作部１００に対して相対的に回転する。あるいは、励磁コイル５０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１１０に抵抗トルクが残留する。
　一方、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１６０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１６０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よる抵抗力（トルク）がはたらくため、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。
　本実施形態では、シャフト部１１０から径方向外側に円板状に広がった磁性ディスク１２０を使用しているため、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１６０を配置できる。さらに、磁気粘性流体１６０の抵抗力の大きさは、第１ヨーク３０の底面３５または第２ヨーク４０の上面４１に上下方向を挟まれた磁気粘性流体１６０の配置範囲の広さに関係する。特に、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１６０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１６０の面積に関係する。よって、磁気粘性流体１６０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７は、トルク発生装置１０の制御系統のブロック図である。トルク発生装置１０は、上述の励磁コイル５０とホール素子５２のほかに制御部１７０を更に備える。
　図４（Ｂ）に示すように、磁気測定部としてのホール素子５２は、励磁コイル５０に電流を印加することによって発生する磁界の磁路に配置されている。より具体的には、ホール素子５２は、第３ヨーク７０の上壁部７４の内部のうち、励磁コイル５０の上方に配置されている。この位置への配置は、上壁部７４に設けた凹部内へホール素子５２を挿入することによって行い、接着によって固定する。このように、励磁コイル５０が発生する磁界の磁路にホール素子５２を配置することによって、この磁界による磁場を正確に測定することができ、また、励磁コイル５０への電流の印加を停止した後の残留磁場も正確に測定できる。
　なお、ホール素子５２は、励磁コイル５０が発生する磁界の磁路上であればほかの位置に配置することもできる。また、磁気測定部としては、ホール素子に限定されず、例えば磁気抵抗効果素子を用いることもできる。
　制御部１７０は、ホール素子５２によって測定される磁場の大きさ（磁束密度）に応じて、励磁コイル５０に印加する電流の大きさを制御し、これによって励磁コイル５０が発生する磁界を制御する。制御部１７０は、例えば、中央演算処理装置と記憶装置とを含み、記憶装置に記憶されたプログラムを中央演算処理装置で実行することにより制御を実行する。ホール素子５２によって測定された磁場と励磁コイル５０に印加する電流との関係は、計算によって逐次算出してもよいし、予め作成した対応テーブルに基づいて指定してもよく、また、これ以外の方法によって指定しても良い。このような制御によって、磁場をほぼゼロとすることができ、操作者に対して安定した操作感触を与えることができる。
　また、残留磁場が略一定値となるように制御することもできる。これによっても、操作者に対して安定した操作感触を与えることが可能となる。この制御においては、残留磁場の磁束密度を一定値、例えば３ｍＴ以上に保つようにすると、励磁コイル５０への電流の印加を長い時間にわたって行わなかったときに重力によって磁気粘性流体１６０中の磁性粒子が沈殿し、操作者が受ける感触が変化してしまうことを防ぐことができる。
　ここで、ホール素子５２に加えて、機械的、電磁的、光学的またはその他の方法によって、保持部２０と操作部１００との相対的な位置を検出する検出部を設けても良い。この検出部は、例えばロータリーエンコーダーである。
　図８（Ａ）は第１実施形態における磁性ディスク１２０の構成を示す斜視図、（Ｂ）は比較例における磁性ディスク１８０の構成を示す斜視図である。図９は、図８（Ａ）に示す第１実施形態の磁性ディスク１２０における磁束密度の分布と、図８（Ｂ）に示す比較例の磁性ディスク１８０における磁束密度の分布を比較して示すグラフである。図９においては、比較例の磁性ディスク１８０の磁束密度分布を実線Ｌ１で示し、第１実施形態の磁性ディスク１２０の磁束密度分布を破線Ｌ２で示している。なお、範囲Ｐ１では、２つの線Ｌ１、Ｌ２は互いに重なっている。
　比較例における磁性ディスク１８０は、第１実施形態における磁性ディスク１２０と同様に、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し、その円形平面の中心には、上下方向に貫通する中央孔部１８１が設けられ、この中央孔部１２１を囲む位置には、上下に貫通する複数の貫通孔部１８２が設けられている。磁性ディスク１８０は、第１実施形態における磁性ディスク１２０と同様に、貫通孔部１８２内に挿通させたネジ９１の軸部をシャフト部１１０の溝部１１２内に嵌め込むことによって、シャフト部１１０に対して固定される。
　比較例における磁性ディスク１８０には、さらに、上下方向（厚み方向）に貫通する４つのスリット１８３ａ、１８３ｂ、１８３ｃ、１８３ｄが設けられている。これらのスリットは、円形平面の中心から同一の距離に、周方向に沿って、等角度間隔に設けられている。比較例において励磁コイル５０に図４（Ｂ）に示す磁界を発せさせると、４つのスリット１８３ａ、１８３ｂ、１８３ｃ、１８３ｄが磁気ギャップとして機能することになり、４つのスリット１８３ａ、１８３ｂ、１８３ｃ、１８３ｄよりも中心軸１１側（内側）では、第１ヨーク３０から第２ヨーク４０に向けて、磁束が下向きに横断し、４つのスリット１８３ａ、１８３ｂ、１８３ｃ、１８３ｄよりも外側では、第２ヨーク４０から第１ヨーク３０に向けて、磁束が上向きに横断する。
　図９の横軸は磁性ディスク１８０の円形平面の中心からの距離（単位ｍｍ）であり、縦軸は各位置における磁束密度（単位ｍＴ）である。図９に示すように、中央孔部１２１や貫通孔部１８２が設けられた中心近傍、すなわち距離４ｍｍ未満の範囲Ｐ１では磁束密度は小さいが、距離４ｍｍ以上の範囲Ｐ２では一定以上の磁束密度が示されている。
　図９において距離約９～９．５ｍｍの範囲Ｓはスリット１８３ａ、１８３ｂ、１８３ｃ、１８３ｄを設けた範囲に対応する。図９に示すように、この範囲Ｓでは、励磁コイル５０による磁界の磁束の通過が規制されているため磁束密度が大きく低下している。さらに、範囲Ｓから中心側へ約２ｍｍの範囲Ｐ３と外周側へ約２ｍｍの範囲Ｐ４の周辺範囲においても、磁束密度の低下が見られる。
　さらに、前記周辺範囲Ｐ４の外側の範囲Ｐ５では、範囲Ｐ２に対して磁束密度の上昇が見られる。これは、中心側の範囲Ｐ２を通過した磁束が、範囲Ｐ２よりも狭い範囲Ｐ５で上向きに横断するからである。
　これに対して第１実施形態の磁性ディスク１２０には、励磁コイル５０が発生する磁界の磁束の通過を規制するスリット（磁気ギャップ）が設けられておらず、磁気ディスク１２０の半径方向の全域において、第１ヨーク３０から第２ヨーク４０に向けて下向きに均一に磁束が通過する。このため、図９において破線Ｌ２で示すように、中心近傍よりも外側の広い範囲でほぼ一定の磁束密度を得ることができる。すなわち、比較例の磁性ディスク１８０のようにスリットに対応する範囲Ｓとその周辺の範囲Ｐ３、Ｐ４で磁束密度が低下することがなく、また、最も外側の範囲Ｐ５で磁束密度が上昇することもない。
　比較例の磁性ディスク１８０に比べて、第１実施形態の磁性ディスク１２０では、スリットが設けられておらず、かつ、上下方向に沿った同一方向の磁界がかかるため、抵抗力の制御が容易となる。また、磁性ディスク１２０に対して同一方向の磁界がかかるため、小さな半径で十分な抵抗力を与えることが可能となる。
　以下に変形例について説明する。
　上記第１実施形態では、別個の３つのヨーク３０、４０、７０を組み合わせて構成したが、３つのヨークのうちの２つ又は３つのヨークを一体として構成してもよい。この構成の場合も、磁性ディスク１２０を挟む両側に２つのヨークを配置し、励磁コイル５０の外側において磁路を構成するように第３のヨークを配置する。
　磁気ギャップＧは、第１ヨーク３０と第３ヨーク７０とを径方向において互いに離間させるようにこれらの間に設けられ、第１実施形態では磁性ディスク１２０の外周縁である外周面１２６と重なる位置に形成されていた。別言すると、中心軸１１に直交する方向において、磁気ギャップＧの一面を形成していた円環部３１の外周面３１ａと略一致する位置に磁性ディスク１２０の外周面１２６が位置していた。これに対して、磁性ディスク１２０の外周面１２６は、円環部３１の外周面３１ａよりも中心軸１１側に位置していてもよい。すなわち、磁気ギャップＧは、磁性ディスク１２０の外周縁よりも外側にあってもよい。
　＜第２実施形態＞
　図１０（Ａ）は第２実施形態に係るトルク発生装置２００の概略構成を上側から見た斜視図、（Ｂ）は下側から見た斜視図である。図１１はトルク発生装置２００の概略構成を上側から見た分解斜視図である。図１２はトルク発生装置２００の概略構成を下側から見た分解斜視図である。図１３は、第２実施形態に係るトルク発生装置２００の概略構成を示す断面図である。図１３は、図４（Ａ）、（Ｂ）に対応する断面図であり、左右対称であるため右側の図示を省略している。また、軸受、ネジなどの細部を省略して概略を示している。第２実施形態のトルク発生装置２００においては、励磁コイル２５１、２５２が発生する磁界の磁路上であって、第３ヨーク２７０の途中に永久磁石２６０が配置されている点が第１実施形態のトルク発生装置１０と異なる。
　図１０～図１３に示すトルク発生装置２００は、シャフト部２１０、磁性ディスク２２０、第１ヨーク２３０、第２ヨーク２４０、２つの励磁コイル２５１、２５２、永久磁石２６０、磁気測定部としてのホール素子２６１、環状部材２６２、及び、第３ヨーク２７０を備えている。磁性ディスク２２０は、第１実施形態と同様に、磁気粘性流体を満たした、第１ヨーク２３０と第２ヨーク２４０の隙間内において、中心軸２０１を中心に回転可能に配置されている。シャフト部２１０及び磁性ディスク２２０を操作部とし、第１ヨーク２３０、第２ヨーク２４０、２つの励磁コイル２５１、２５２、永久磁石２６０、及び、第３ヨーク２７０を保持部としたとき、第１実施形態と同様に、操作部は、中心軸２０１を中心として両方向に回転するように保持部に支持されている
　図１３においては、２つの励磁コイル２５１、２５２が発生した磁界を矢印で示している。この磁界は、図４（Ｂ）に示す例とは逆向きの電流を２つの励磁コイル２５１、２５２に加えた場合のものであって、図４（Ｂ）に示す向きと反対向きの磁界を発生させている。なお、図４（Ｂ）に示す例と同じ向きの電流を流すことによって図４（Ｂ）に示す向きと同じ向きの磁界を得ることもできる。シャフト部２１０の構成、及び、その支持構成は第１実施形態のシャフト部１１０と同様であり、また、磁性ディスク２２０の構成、及び、その支持構成も第１実施形態の磁性ディスク１２０と同様であるため、これらの詳細な説明は省略する。
　第１ヨーク２３０及び第２ヨーク２４０は、第１実施形態の第１ヨーク３０及び第２ヨーク４０と同様に、磁性ディスク２２０を挟んで上下の位置にそれぞれ配置されている。第１ヨーク２３０は、第１実施形態の第１ヨーク３０と同様に、円環部２３１と、円環部２３１の上面から円環部２３１と同心状に上側へ延びるように一体に設けられた円筒部２３２とを備える。円環部２３１と円筒部２３２は、平面視において、中心軸２０１を中心とする円形状をなしており、その外径は、円環部２３１よりも円筒部２３２の方が小さくされている。円環部２３１と円筒部２３２の外径の違いにより、円筒部２３２の外側に段差部２３３が形成される。
　第１ヨーク２３０の段差部２３３には磁界発生部としての２つの励磁コイル２５１、２５２が配設される。これらの励磁コイル２５１、２５２は互いに同一形状を有し、その内周は第１ヨーク２３０の円筒部２３２の外周面に沿った円環状をなしており、外周は径方向において円環部２３１と略同一の位置に配置される。励磁コイル２５１、２５２は、中心軸２０１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り、第１実施形態の励磁コイル５０と同様に電流が供給され、これによって磁界が発生する。これらの励磁コイル２５１、２５２は同じ向きの磁界を発生するように上下に重ねて配置される。発生する磁界を小さくしたいときには、励磁コイル２５１、２５２のうち一方のみに電流を供給するように制御してもよい。なお、２つの励磁コイル２５１、２５２を配設する替わりに、第１実施形態の励磁コイル５０と同様に、１つのコイルを配設する構成としてもよい。
　第２実施形態においても、第１実施形態の環状部材６０と同様の材料・形状の環状部材２６２が設けられている。この環状部材２６２は、第１ヨーク２３０の円環部２３１の外周面に沿って固定されており、平面視において、段差部２３３に配設された励磁コイル２５１、２５２よりも大きな外径の円形状を有する。図１３に示すように、環状部材２６２の下面は、第１ヨーク２３０の底面と略同一面を形成し、この面は、中心軸２０１に直交する方向に沿って延びる。環状部材２６２の径方向の厚みは、励磁コイル２５１、２５２が発生した磁界が、環状部材２６２を通じて径方向に通じることを妨げることができる厚みとなっている。
　図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第３ヨーク２７０は円筒状の外形形状を備える。
図１３に示すように、第３ヨーク２７０は、２つの励磁コイル２５１、２５２の上側を覆う上壁部２７１と、上壁部２７１から励磁コイル２５１、２５２の内側を下方へ延びる内壁部２７２と、上壁部２７１から励磁コイル２５１、２５２の外側を下方へ延びる外壁部２７３とを備える。内壁部２７２と外壁部２７３は、図１１に示すように、中心軸２０１について同心状に配置されている。
　第３ヨーク２７０の上壁部２７１及び内壁部２７２は、第１ヨーク２３０の円筒部２３２に接触した状態で固定されており、これによって、第１ヨーク２３０と第３ヨーク２７０とが磁気的に接続される。また、第３ヨーク２７０の外壁部２７３は中心軸２０１と平行な方向に沿って見たときに円形であり、その下部が第２ヨーク２４０に接触固定されており、これによって、第２ヨーク２４０と第３ヨーク２７０が磁気的に接続される。これらによって図１３の矢印で示すような磁界の磁路が形成される。すなわち、中心軸２０１の方向に沿って第２ヨーク２４０から第１ヨーク２３０側へ磁束が磁性ディスク２２０を横断し、この磁束は第１ヨーク２３０では中心軸２０１に沿って上方向へ進み、第３ヨーク２７０に至る。第３ヨーク２７０の上壁部２７１では、中心軸２０１から遠ざかる方向に進んで外壁部２７３に至り、外壁部２７３では中心軸２０１に沿った下方向へ進み、第２ヨーク２４０に至る。第２ヨーク２４０では中心軸２０１へ近づく方向へ進行し、再び磁性ディスク２２０を横断して第１ヨーク２３０に至る。
　２つの励磁コイル２５１、２５２が発生する磁界の磁路上であって、第３ヨーク２７０の外壁部２７３には永久磁石２６０が配置されている。永久磁石２６０は、下側の励磁コイル２５２に対応する位置に配置され、２つの励磁コイル２５１、２５２が発生する磁界の方向に沿った方向に磁界を発生するように磁極が配置されている。また、永久磁石２６０は環状部材２６２に接触・支持されている。なお、永久磁石は、２つの励磁コイル２５１、２５２が発生する磁界の方向に沿った方向に磁界を発生することができれば、図１３に示す以外の位置に設けることができ、また、その数も２つ以上であってもよい。また、永久磁石２６０は、２つの励磁コイル２５１、２５２による磁界の方向と同じ向きとする配置に限定されるものでなく、２つの励磁コイル２５１、２５２による磁界の方向と反対向きとなる磁界を与えるように磁極を配置することもできる。
　磁性ディスク２２０の周囲の隙間は、シャフト部２１０、第１ヨーク２３０、第２ヨーク２４０、第３ヨーク２７０、及び、環状部材２６２等によって封止されているため、この隙間を満たす磁気粘性流体は永久磁石２６０と確実に分離されている。
　永久磁石２６０を設けることによって、２つの励磁コイル２５１、２５２に電流を印加していない状態においても初期磁界を発生させることができる。このため、永久磁石２６０による初期磁界を含む残留磁場を磁気粘性流体に与えることができることから、シャフト部２１０を回転させようとする力に対して抵抗力（トルク）を与えることが可能となる。永久磁石２６０による初期磁界を含む残留磁場を与えることで、磁気粘性流体の内部での磁性粒子の沈殿を防止することができ、その後、励磁コイル２５１、２５２に通電したときの抵抗トルクの立ち上がりを速くすることができる。また、上記の構成とは逆に、２つの励磁コイル２５１、２５２による磁界の方向と反対向きとなる初期磁界を与えるように永久磁石２６０の磁極を配置した場合には、２つの励磁コイル２５１、２５２への電流の制御によって、磁性ディスク２２０を横断する磁束をゼロに近づけることが可能となるため、シャフト部２１０の操作抵抗をゼロに制御することができる。これに対して、図８（Ｂ）に示す比較例において永久磁石を追加した構成においては、スリット１８３ａ、１８３ｂ、１８３ｃ、１８３ｄの内側と外側とで磁界が逆向きであり、磁束密度も異なるため、残留磁場をゼロにすることは困難であり、操作抵抗をゼロに制御することは難しい。
　永久磁石２６０を設けることによって、２つの励磁コイル２５１、２５２に電流を印加していない状態において、磁気粘性流体に初期磁界を含む残留磁場を与えることができるため、磁気粘性流体中の磁性粒子が重力で沈殿することを防止することができ、所望の分散状態を維持できる。よって、２つの励磁コイル２５１、２５２に電流を印加していなかった時間の大小にかかわらず、操作者が受ける抵抗を所定の範囲に制御することができる。
　磁気測定部としてのホール素子２６１は、励磁コイル２５１、２５２に電流を印加することによって発生する磁界の磁路に配置されている。より具体的には、ホール素子２６１は、第３ヨーク２７０の上壁部２７１の内部のうち、励磁コイル２５１、２５２の上方に配置されている。この位置への配置は、上壁部２７１に設けた凹部内へホール素子２６１を挿入することによって行い、接着によって固定する。このように、励磁コイル２５１、２５２が発生する磁界の磁路にホール素子２６１を配置することによって、この磁界による磁場を正確に測定することができ、また、励磁コイル２５１、２５２への電流の印加を停止した後の残留磁場も正確に測定できる。また、ホール素子２６１を、磁界を発生する励磁コイル２５１、２５２、２つのヨーク２３０、２４０や、及び、磁性ディスク２２０から離れた位置に配置しているため、磁性ディスク２２０が配置された隙間における磁界を安定したものにすることができる。
　なお、その他の構成、作用、効果は第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、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良また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、小型化が容易であり、かつ、大きなせん断応力を得ることができる点で有用である。
　１０　トルク発生装置
　１１　中心軸
　２０　保持部
　３０　第１ヨーク
　３１　円環部
　３２　円筒部
　３３　段差部
　３４　内周面
　３５　底面
　４０　第２ヨーク
　４１　上面
　４２　溝
　４３　孔部
　５０　励磁コイル（磁界発生部）
　５２　ホール素子（磁気測定部）
　６０　環状部材
　７０　第３ヨーク
　７１　内周面
　７２　空間
　７３　貫通孔
　７４　上壁部
　７５　側壁部
　８０、８１、８２　隙間
　１００　操作部
　１１０　シャフト部（操作軸）
　１１１　軸部（操作軸）
　１１２　溝部
　１１３　先端部
　１１４、１１５　結合孔部
　１２０　磁性ディスク
　１２１　中央孔部
　１２２　貫通孔部
　１４０　支持部材
　１５０　ラジアル軸受
　１６０　磁気粘性流体
　１７０　制御部
　２００　トルク発生装置
　２０１　中心軸
　２１０　シャフト部
　２２０　磁性ディスク
　２３０　第１ヨーク
　２３１　円環部
　２３２　円筒部
　２３３　段差部
　２４０　第２ヨーク
　２５１、２５２　励磁コイル
　２６０　永久磁石
　２６１　ホール素子（磁気測定部）
　２６２　環状部材
　２７０　第３ヨーク
　２７１　上壁部
　２７２　内壁部
　２７３　外壁部
　Ｇ　　　磁気ギャップ

Claims (8)

  1. 　回転軸を中心に回転動作可能な磁性ディスクと、
    　前記磁性ディスクを挟む一方に位置する第１ヨークと、他方に位置する第２ヨークと、
    　前記回転軸が延びる方向に沿った方向に見たときに前記磁性ディスクと重なるように配置されたコイルと、
    　少なくとも前記磁性ディスクに近接する領域が前記磁性ディスク及び前記コイルの外側に位置し、前記第１ヨーク及び前記第２ヨークとともに、前記コイルが発生する磁界の磁路を構成する第３ヨークと、
    　前記磁性ディスクと前記第１ヨーク及び前記第２ヨークとの間に充填された磁気粘性流体とを備え、
    　前記第３ヨークは、前記第１ヨークとの間に磁気ギャップを有し、
    　前記磁気ギャップは、前記回転軸が延びる方向に沿った方向に見たときに、前記磁性ディスクの外周縁よりも外側、又は、前記磁性ディスクの外周縁と重なる位置に形成されていることを特徴とするトルク発生装置。
  2. 　前記磁性ディスクには、前記第１ヨークと前記第２ヨークとの間を横断する磁束のみが通過する請求項１に記載のトルク発生装置。
  3. 　前記磁性ディスクは、前記磁束が横断する領域に、磁気ギャップが存在しない請求項２に記載のトルク発生装置。
  4. 　前記回転軸と直交する面内において、前記磁性ディスクの外周縁と、前記第３ヨークの外側面との距離が一定ではない請求項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. 　前記第３ヨークは平面視がほぼ四角形である請求項４に記載のトルク発生装置。
  6. 　前記コイルが発生する磁界の磁路上に、前記コイルによる磁界の方向と同じ向きまたは反対の向きの初期磁界を与える永久磁石が設けられている請求項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。
  7. 　前記第１ヨークと前記第２ヨークと前記第３ヨークは別体である請求項１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. 　前記コイルが発生する磁界による磁場を測定する磁気測定部を備える請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のトルク発生装置。
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