WO2019039293A1 - トルク発生装置 - Google Patents

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WO2019039293A1
WO2019039293A1 PCT/JP2018/029838 JP2018029838W WO2019039293A1 WO 2019039293 A1 WO2019039293 A1 WO 2019039293A1 JP 2018029838 W JP2018029838 W JP 2018029838W WO 2019039293 A1 WO2019039293 A1 WO 2019039293A1
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WO
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yoke
magnetic
coil
magnetic disk
gap
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/029838
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English (en)
French (fr)
Inventor
飛鳥 小池
高橋 一成
祥宏 久家
未鈴 ▲高▼橋
Original Assignee
アルプスアルパイン株式会社
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Publication date
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Priority claimed from JP2017159224A external-priority patent/JP2020205291A/ja
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D57/00Liquid-resistance brakes; Brakes using the internal friction of fluids or fluid-like media, e.g. powders
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D63/00Brakes not otherwise provided for; Brakes combining more than one of the types of groups F16D49/00 - F16D61/00
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/32Details
    • F16F9/53Means for adjusting damping characteristics by varying fluid viscosity, e.g. electromagnetically

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 including: a magnetic disk rotatable about an axis of rotation; and a first yoke positioned on either side of the magnetic disk in a first direction parallel to the axis of rotation; And a second yoke positioned on the other side, a first coil spaced apart from the magnetic disk in the first direction and disposed on the first yoke side and generating a magnetic field by energization, the magnetic disk, the first yoke and the second coil A magnetorheological fluid filled between the first coil and the magnetic disk, wherein the first yoke forms a first magnetic gap between the first coil and the magnetic disk;
  • the first magnetic gap is characterized by extending in the radial direction, and having a shape in which the width in the radial direction increases as approaching the first coil.
  • the facing surface of the first yoke facing the magnetic disk is divided radially inward by the first magnetic gap into the inside and the outside of the first magnetic gap, and the first magnetic gap is It is preferable that the inner area and the outer area of the first magnetic gap be provided at substantially the same position. As a result, the magnetic flux density on the facing surface of the first yoke can be made uniform between the inside and the outside of the first magnetic gap, so that it is possible to widen the range in which the shear stress by the magnetorheological fluid can be controlled.
  • the first yoke at least includes an inner circumferential side portion forming a radially inner region divided by the first magnetic gap, and an outer circumferential side portion forming a radially outer region.
  • the surface forming the first magnetic gap on each of the inner and outer circumferential side portions has an inclined surface.
  • the inclination angle of the inclined surface with respect to the first direction is larger at the inner peripheral side than at the outer peripheral side.
  • the inner circumferential side can be disposed more inward while maintaining the distribution of the magnetic flux density of the first yoke inside and outside the first magnetic gap.
  • the first yoke can be miniaturized in the radial direction.
  • the first yoke can be configured such that the magnetic flux density is substantially the same between the inside and the outside of the first magnetic gap.
  • the first magnetic gap is sealed at least in part by a sealing member made of a nonmagnetic material.
  • a sealing member made of a nonmagnetic material.
  • the first yoke and the second yoke are provided with an annular member connecting the first yoke and the second yoke in the first direction, and the annular member surrounds the outer circumferential surface of the magnetic disk with a gap. It is preferable to have a nonmagnetic portion disposed around the entire circumference. As a result, the yoke material is not disposed outside the outer peripheral surface of the magnetic disk, so that the magnetic flux of the magnetic field generated by the first coil passes from one of the two yokes sandwiching the magnetic disk to the other concentratedly. become.
  • the magnetic disks are provided with a first magnetic disk and a second magnetic disk, which are disposed to face each other in the first direction and are rotatable about the rotation axis,
  • An intermediate yoke is located between the first magnetic disk and the second magnetic disk, and the first coil is spaced apart from the first magnetic disk in the first direction and disposed on the first yoke side, and the second magnetic film is A second coil is disposed on the second yoke side away from the disk and generates a magnetic field by energization.
  • the magnetorheological fluid is generated between the first magnetic disk and the first yoke and the intermediate yoke, and the second
  • the first coil and the first yoke are each filled between the magnetic disk and the intermediate yoke and the second yoke, and the first yoke forms a first magnetic gap between the first coil and the first magnetic disk.
  • the second yoke extends radially, and the second yoke forms a second magnetic gap between the second coil and the second magnetic disk.
  • the first magnetic gap has a shape in which the width in the radial direction increases as it approaches the first coil
  • the second magnetic gap It is preferable to have a shape in which the width in the radial direction becomes larger as it approaches two coils.
  • the current control unit is provided to control the current applied to the first coil and the second coil, and the current control unit is provided with a first current applying unit for applying a current to the first coil, and a second coil. It is preferable that when the current is simultaneously applied to the first coil and the second coil, the direction of the magnetic field in the intermediate yoke is controlled to be the same direction. . As a result, the maximum value of the resistance (torque) can be increased, and the control range of the resistance can be widened.
  • the first magnetic gap divides the facing surface of the first yoke facing the first magnetic disk into the inside and the outside of the first magnetic gap in the radial direction, and the first magnetic gap In the facing surface of one yoke, the area inside the first magnetic gap and the area outside the first magnetic gap are provided substantially at the same position, and the second magnetic gap makes the second yoke face the second magnetic disk.
  • the opposing surface is radially divided into the inside and the outside of the second magnetic gap, and the second magnetic gap is such that the area inside the second magnetic gap and the area outside the second magnetic gap are substantially the same on the opposing surface of the second yoke. It is preferable to provide in the following position.
  • the magnetic flux density in the facing surface can be made uniform between the inside and the outside of the magnetic gap, respectively, so the range where the shear stress by the magnetorheological fluid can be controlled is broadened. Is possible.
  • the first yoke has at least an inner circumferential side forming an inner region of the first magnetic gap and an outer circumferential side forming an outer region, and these inner circumferential sides
  • the surface forming the first magnetic gap in each of the portion and the outer peripheral side has an inclined surface
  • the second yoke forms an inner peripheral side forming an inner region of the second magnetic gap and an outer region
  • at least one of the outer circumferential side and the outer circumferential side forming the second magnetic gap have inclined surfaces, and the respective inclined surfaces of the first yoke and the second yoke
  • the inclination angle with respect to the first direction is larger at the inner inclined surface than at the outer inclined surface.
  • the inner circumferential side can be disposed more inward while maintaining the distribution of the magnetic flux density on the inner side and the outer side.
  • the first magnetic gap and the second magnetic gap can be configured such that the magnetic flux density is substantially the same between the inside and the outside of the magnetic gap.
  • the first yoke, the intermediate yoke, and the second yoke are provided with an annular member that connects the first yoke and the second yoke in the first direction. It is preferable to have a nonmagnetic portion disposed over the entire circumference so as to surround the space with a gap between the surface and the surface. As a result, the yoke material is not disposed outside the outer peripheral surface of each magnetic disk, so the magnetic flux of the magnetic field generated by each coil is short circuited from one of the two yokes sandwiching each magnetic disk to the other. Will pass through the magnetic disk without
  • (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 (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 sectional drawing along the III-III 'line
  • (A) is the perspective view which looked at the torque generator which concerns on 2nd Embodiment from upper side
  • (b) is the perspective view which looked at the torque generator of (a) from lower side.
  • (A) is a contour diagram showing the flow of magnetic flux in the torque generating device of the second embodiment
  • (b) is a contour diagram in the torque generating device of the comparative example
  • (c) is the flux of the magnetic flux in the torque generating device of the second embodiment
  • (d) is a figure which shows the outline of the flow of the magnetic flux in the torque generator of a comparative example.
  • (A) is a graph which shows the change of the magnetic flux density above the 1st magnetic disc
  • (b) is a graph which shows the change of the magnetic flux density below the 1st magnetic disc.
  • (A) is a partial enlarged view of FIG.12 (c)
  • (b) is a partial enlarged view of FIG.12 (d).
  • FIG. 1 (a) is the perspective view which looked at the torque generator 10 which concerns on 1st Embodiment from upper side, (b) is the perspective view which looked at the torque generator 10 from lower side.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the torque generator 10 as viewed from above.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III ′ of FIG. 1A and conceptually shows the magnetic field generated by the coil 50 (first coil).
  • FIG. 4 is a partially enlarged view of FIG. In FIGS.
  • the vertical direction is defined along the central axis 11, but the direction at the time of actual use is not limited.
  • a direction parallel to the central axis 11 is taken as a first direction D1 (FIG. 1, FIG. 3)
  • a radial direction orthogonal to the central axis 11 is taken as a second direction D2 (FIG. 1, FIG. 3) It is called.
  • the state which looked at lower side from the upper side along the central axis 11 may be called planar view.
  • the display of some screws and the magnetorheological fluid is omitted.
  • the torque generating device 10 includes a holding unit 20 and an operation unit 100.
  • the operation unit 100 includes a shaft portion 110 and a magnetic disk 120, and is integrally coupled so as to rotate in both directions around a central axis 11 (rotational axis).
  • the operation unit 100 is rotatably supported by the holding unit 20 via the support member 140, the radial bearing 151, and the pusher 152 (see FIG. 2).
  • 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, a coil 50 (first coil) as a magnetic field generating unit, a sealing member 60, an annular member 70, and a third yoke 90 as an upper case.
  • first yoke 30 is positioned on one side of the magnetic disk 120
  • 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 90 are separately processed and formed. However, any of these yokes may be combined and integrally formed.
  • the coil 50 has an annular shape as shown in FIG.
  • the coil 50 is a coil including a conductive wire wound around the central axis 11.
  • a connection member (not shown) is electrically connected to the coil 50, and a current is supplied through a path not shown. When a current is supplied to the coil 50, a magnetic field is generated.
  • the first yoke 30 includes an inner yoke 31 as an inner circumferential side and an outer yoke 32 as an outer circumferential side.
  • the inner yoke 31 and the outer yoke 32 are arranged concentrically about the central axis 11.
  • the inner yoke 31 and the outer yoke 32 may be configured separately or may be configured integrally.
  • the inner yoke 31 includes a cylindrical portion 31a, and a flange portion 31b having a circular shape in a plan view and extending in the radial direction so as to extend outward from the lower surface of the cylindrical portion 31a. Further, the outer diameter of the outer peripheral surface of the upper portion of the cylindrical portion 31a and the inner diameter of the inner peripheral surface of the cylindrical portion 31a are set to change according to the position in the vertical direction.
  • the outer yoke 32 includes a cylindrical portion 32a, and an edge portion 32b in a plan view annular shape provided so as to extend in the radial direction from the lower surface of the cylindrical portion 32a toward the inside. As shown in FIG. 3, the inner peripheral surface of the cylindrical portion 32a of the outer yoke 32 is opposed to the outer peripheral surface of the cylindrical portion 31a of the inner yoke 31, and an annular first space 33 is formed between them. . In the first space 33, a coil 50 as a magnetic field generation unit is accommodated.
  • the third space 90 is closed by mounting the substantially disk-shaped third yoke 90 from the upper side of the inner yoke 31 and fixing the third yoke 90 to the inner yoke 31 and the outer yoke 32 using the screws 91,
  • the inner yoke 31, the outer yoke 32, and the third yoke 90 form a magnetic path surrounding the coil 50.
  • Annular spaces 34 and 35 are also formed between the inner peripheral surface of the edge portion 32 b of the outer yoke 32 and the outer peripheral surface of the hook-like portion 31 b of the inner yoke 31.
  • the second space 34 is continuous with the first space 33, and the third space 35 is continuous with the space 34.
  • the inner peripheral surface of the bowl-shaped portion 31b is inclined from the lower end of the first surface 31c toward the outer side in the radial direction (the direction D2 in FIG. 3) toward the lower side. And a second surface 31d extending along the direction (direction D1 in FIG. 3).
  • the inner circumferential surface of the edge portion 32b is a first surface 32c inclined inward in the radial direction toward the lower side, and a second surface extending along the first direction D1 from the lower end of the first surface 32c. And 32d.
  • the first surface 31c of the inner yoke 31 and the first surface 32c of the outer yoke 32 are provided at positions corresponding to each other to form a second space 34 sandwiched therebetween.
  • the second space 34 constitutes a magnetic gap (first magnetic gap) in which the width in the radial direction decreases toward the lower side.
  • the magnetic gap is a portion where the object is not disposed, and has a tapered shape in which the width in the radial direction increases as it approaches the coil 50, that is, as it goes up.
  • the surface shapes of the two inclined surfaces of the first surface 31c of the inner yoke 31 and the first surface 32c of the outer yoke 32 are arbitrary shapes as long as the width in the radial direction of the second space 34 is smaller than the upper side. For example, it may be uniform or stepped.
  • the second surface 31 d and the second surface 32 d are provided at mutually corresponding positions in the first direction D1, and provided so as to face each other in parallel in the radial direction, and the third surface sandwiched between both A space 35 is formed.
  • a sealing member 60 made of a nonmagnetic material is disposed in the third space 35, whereby a magnetic gap is formed by the second space 34 and the third space 35.
  • the sealing member 60 has an annular shape and is made of a nonmagnetic material such as a synthetic resin.
  • the sealing member 60 is disposed, for example, by filling the material in a fluid state into the third space 35 and solidifying it. Alternatively, it is disposed by pressing a material which is formed in an annular shape in advance and has elasticity into the third space 35. Alternatively, the inelastic material may be processed into an annular shape and fixed by an adhesive.
  • the lower surface 31e of the inner yoke 31 and the lower surface 32e of the outer yoke 32 constitute an opposing surface facing the magnetic disk 120 (FIG. 3, FIG. 4).
  • the opposite surface is divided into an inner side and an outer side by a magnetic gap formed by the second space 34 and the third space 35, the inner side corresponds to the lower surface 31 e of the inner yoke 31 and the outer side to the lower surface 32 e of the outer yoke 32. It corresponds.
  • the magnetic gap is provided at a position where the area inside the magnetic gap and the area outside the magnetic gap are substantially the same on the facing surface.
  • the area of the cross section orthogonal to the central axis 11 is the same for the inner yoke 31 and the outer yoke 32.
  • the width of the first space 33 is set larger than the minimum width of the second space 34 in the radial direction (second direction D2). Furthermore, the central position 35 x in the radial direction of the third space 35 is set outside the central position 33 x in the radial direction of the first space 33. Therefore, the first surface 31c of the inner yoke 31 and the first surface 32c of the outer yoke 32 have different inclination angles with respect to the first direction D1, and the inclination angle of the first surface 31c of the inner yoke 31 is larger. ing. In other words, with respect to the radial direction, the inclination angle of the first surface 31c of the inner yoke 31 is smaller.
  • the shapes of the inner yoke 31 and the outer yoke 32 are set such that the central position 35 x in the radial direction of the third space 35 is positioned outside the radial center of the entire first yoke 30. It is done.
  • the area of the lower surface 31e as an opposing surface in which the inner yoke 31 faces the magnetic disk 120 and the area of the lower surface 32e as an opposing surface in which the outer yoke 32 opposes the magnetic disk 120 It becomes the same. For this reason, the magnetic flux density is substantially the same between the inside and the outside of the magnetic gap.
  • 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 second yoke 40 is provided with an annular hole 42 which vertically penetrates around the central axis 11.
  • a support member (pivot support member) 140 extending in the vertical direction is inserted in the hole 42, and the support member 140 is a holder 141 fixed to the lower surface 43 of the second yoke 40.
  • the support member 140 has a receiving portion 140a (FIG. 4) as a concave portion opened upward, and the receiving portion 140a rotatably receives the distal end portion 113 of the shaft portion 110.
  • the planar shape of the yokes 30, 40, 90 may not necessarily be circular.
  • the bottom surface 36 of the first yoke 30 and the bottom surface 61 of the sealing member 60 and the top surface 41 of the second yoke 40 are substantially parallel to each other, and between the bottom surface 36 and the top surface 41
  • the magnetic disk 120 is disposed on the A gap 80 is formed between the magnetic disk 120 and the bottom surface 36 and the top surface 41.
  • An annular member 70 is disposed outside the first yoke 30 and the second yoke 40 in the radial direction.
  • the annular member 70 has an annular shape with the central axis 11 as an axis, and is made of nonmagnetic material such as synthetic resin.
  • the inner peripheral surface of the annular member 70 has a shape along the first yoke 30 and the second yoke 40, and is fixed to the outer peripheral surface of the first yoke 30 and the outer peripheral surface of the second yoke 40, respectively.
  • the first yoke 30 and the second yoke 40 are connected to each other in the first direction D1 by the annular member 70 extending along the first direction D1, and the gap 80 is the annular member 70 in the radial direction.
  • the first yoke 30 and the second yoke 40 are connected to each other by the annular member 70, and the holding portion 20 is integrally fixed.
  • the entire annular member 70 may not be formed of a nonmagnetic material, and may be a composite material having a nonmagnetic portion that does not cause a short circuit between the first yoke 30 and the second yoke 40 magnetically. Good. Even in this case, it is preferable that the gap 80 be closed by the nonmagnetic portion in the radial direction.
  • the magnetic disk 120 is disposed to extend in a second direction orthogonal to the central axis 11 in the gap 80 between the first yoke 30 and the second yoke 40. There is. Thus, the magnetic disk 120 is positioned so as to overlap the coil 50 in the first direction D1 along the central axis 11. Further, the annular member 70 is disposed over the entire circumference so as to surround the outer peripheral surface of the magnetic disk 120 with a gap 81 therebetween. As described above, the inner yoke 31 and the outer yoke 32 of the first yoke 30 and the third yoke 90 are connected to each other, and the second yoke 40 is connected to sandwich the magnetic disk 120, thereby generating the coil 50. A magnetic path (magnetic circuit) is formed to make the magnetic field a closed loop.
  • the second yoke 40 mainly moves in a direction away from the central axis 11, and further, along the direction of the central axis 11 in the radial direction outside of the second yoke 40, that is, from the second yoke 40 to the outer yoke 32. Go mainly to the side.
  • the magnetic flux mainly travels from the outer yoke 32 to the inner yoke 31 and approaches the central axis 11, and a region corresponding to the inner side of the coil 50 Then, from the top to the bottom, the inside of the inner yoke 31 of the first yoke 30 is advanced to reach the second yoke 40 through the magnetic disk 120 again.
  • a second space 34 and a third space 35 are provided as a magnetic gap at the first yoke 30.
  • the magnetic gap is provided below the coil 50 and between the coil 50 and the gap 80 and the magnetic disk 120.
  • the coil 50 is disposed on the side of the first yoke 30 so as to be separated from the magnetic disk 120, and a magnetic gap is formed in a part between the coil 50 and the magnetic disk 120. It is restricted that the magnetic flux of the generated magnetic field travels from the inner yoke 31 to the outer yoke 32 along the radial direction orthogonal to the central axis 11.
  • the magnetic flux of the magnetic field generated by the coil 50 is drawn along the two inclined surfaces of the first surface 31c of the inner yoke 31 and the first surface 32c of the outer yoke 32. You can go to 120. As a result, the magnetic flux passing through the inside of the inner yoke 31 reliably travels downward toward the second yoke 40, and the magnetic flux passing through the inside of the outer yoke 32 reliably upward from the second yoke 40 side. Proceed to the 90 side.
  • the shaft portion 110 as the operation axis is a rod-like member extending along the first direction D1 parallel to the central axis 11, and the upper side in FIG.
  • the flange portion 112 provided at the lower part of the shaft portion 111.
  • the flange portion 112 has a bowl-like shape extending outward from the outer peripheral surface of the shaft portion 111.
  • the tip portion 113 provided at the center of the lower surface of the flange portion 112 has a tapered shape toward the bottom.
  • the magnetic disk 120 has a disk shape having a circular plane disposed to be orthogonal to the first direction D1, and is made of a magnetic material.
  • a central hole 121 penetrating in the first direction D1 is provided at the center of the circular plane of the magnetic disk 120, and the magnetic disk 120 is arranged along the first direction D1 at a position surrounding the central hole 121.
  • a plurality of through holes 122 are provided to penetrate. The magnetic disk 120 is inserted into the through hole 122 along the first direction D1 by inserting the shaft of a screw (not shown) into the flange 112 of the shaft 110, thereby making It is fixed.
  • the shaft portion 111 is rotatably supported by the radial bearing 151, and the tip end portion 113 of the lower end of the flange portion 112 is a support member (pivot support through the central hole portion 121 of the magnetic disk 120). It is pivotally supported by the member 140).
  • the radial bearing 151 is supported so as to be urged upward by the pusher 152, and the pusher 152 is maintained in the vertical position between the outer peripheral surface of the shaft portion 111 and the inner peripheral surface of the inner yoke 31. It is supported by the placed O-ring 153.
  • the radial bearing 151 is supported at a predetermined position in the first direction D1 while maintaining close contact with the first yoke 30.
  • the upper portion of the shaft portion 111 is exposed above the third yoke 90, and the exposed portion of the shaft portion 111 is provided with a coupling portion 114 for coupling a member necessary for an input operation to the shaft portion 110. .
  • the magnetic disk 120 is provided with four slits 123a, 123b, 123c, and 123d penetrating in the first direction D1 (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. Further, they are provided at positions corresponding to the third space 35 in the radial direction.
  • the four slits 123a, 123b, 123c, and 123d function as magnetic gaps, so the magnetic flux of the magnetic field passes through the four slits 123a, 123b, 123c, and 123d in the radial direction.
  • the magnetic flux passes downward from the inner yoke 31 of the first yoke 30 to the second yoke 40 on the central axis 11 side (inner side) than the four slits 123a, 123b, 123c, and 123d. Outside the four slits 123a, 123b, 123c, and 123d, the magnetic flux passes upward from the second yoke 40 toward the outer yoke 32 of the first yoke 30. Furthermore, by providing four slits at a position corresponding to the third space 35, the second space 34, the third space 35, and the four slits 123a, 123b, 123c, 123d are arranged in the first direction D1. Therefore, the magnetic field generated by the coil 50 can be reliably restricted from advancing in the radial direction in the first yoke 30 or the magnetic disk 120, and a stable magnetic circuit is secured.
  • the magnetic disk 120 rotates relative to the first yoke 30 and the second yoke 40 by rotating the shaft portion 110, a distance between the upper surface of the magnetic disk 120 and the bottom surface 36 of the first yoke 30 can be reduced.
  • the distance in the first direction D1 is maintained substantially constant, and the distance in the first direction D1 between the lower surface of the magnetic disk 120 and the upper surface 41 of the second yoke 40 is maintained substantially constant.
  • the distance in the second direction between the outer circumferential surface of the ring 70 and the inner circumferential surface of the annular member 70 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 80 between the upper surface of the magnetic disk 120 and the bottom surface 36 of the first yoke 30 in the first direction D1 and the lower surface of the magnetic disk 120 and the The magnetorheological fluid 160 is also present in the gap in which the first direction D1 is sandwiched between the upper surface 41 of the second yoke 40 and the second yoke 40. Furthermore, the magnetorheological fluid 160 is also present in the gap 81 sandwiched between the outer peripheral surface of the magnetic disk 120 and the annular member 70 in the second direction.
  • a gap 80 around the magnetic disk 120 is sealed by a sealing member 60, an annular member 70, a shaft portion 110, a support member 140, a first yoke 30, a second yoke 40 and the like.
  • the magnetorheological fluid 160 is reliably held in the gap 80.
  • the magnetorheological fluid 160 may be present only on either the upper side or the lower side of the magnetic disk 120.
  • the magnetorheological fluid 160 is injected into the gap 80 and filled, and the upper and lower surfaces of the magnetic disk 120, the bottom surface 36 of the first yoke 30, the upper surface 41 of the second yoke 40, and the lower surface 61 of the sealing member 60.
  • it may be disposed in the gap 80 by applying it to the inner circumferential surface of the annular member 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. 4 is generated as described above, and in magnetic disk 120, magnetic flux only in the direction along the vertical direction passes, and the inside of magnetic disk 120 is generated. In this case, the magnetic flux density along the radial direction does not occur or does not occur.
  • the magnetic field generates magnetic lines of force along the radial direction in the second yoke 40, and magnetic lines of force along the vertical direction on the outside of the coil 50.
  • magnetic lines of force in a direction opposite to the lines of magnetic 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 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. Alternatively, when residual magnetic flux is present in the yoke in a state where the 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 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 vertically sandwiched by the bottom surface 36 of the first yoke 30 or the upper surface 41 of the second yoke 40 to which a magnetic field in the direction along the vertical direction is applied. It relates to the width of the disposition range of the magnetorheological fluid 160. Therefore, as the arrangement range of the magnetorheological fluid 160 to which the magnetic field can be applied becomes wider, the control range of the resistance (torque) can be made wider.
  • the first yoke 30 is configured by the inner yoke 31 and the outer yoke 32 so as to form a magnetic gap in a part between the coil 50 and the magnetic disk 120, without increasing the outer diameter.
  • the area of the lower surface 31 e of the inner yoke 31 through which magnetic flux passes and the area of the lower surface 32 e of the outer yoke 32 are increased.
  • a magnetic flux whose main direction is a magnetic field component passing between the first yoke 30 and the second yoke 40 can be passed, and resistance (torque (torque) is made in the direction based on the direction of the magnetic flux. Can be generated, and it is possible to obtain a large shear stress without increasing the size of the device.
  • FIG. 5 is a block diagram of a control system of the torque generator 10. As shown in FIG.
  • the torque generator 10 further includes an energization control unit 171 and an energization unit 172 in addition to the coil 50 described above.
  • the energization control unit 171 controls the current applied to the coil 50.
  • the energization unit 172 applies a predetermined current to the coil 50 in accordance with the control signal from the energization control unit 171.
  • a magnetic measurement unit capable of measuring the magnetism due to the magnetic field generated by the coil 50.
  • a Hall element, a magnetoresistive element, or the like is used as the magnetic measurement unit.
  • the energization control unit 171 controls the magnitude of the current applied to the coil 50 according to the magnitude of the magnetic field measured by the magnetic measurement unit, thereby controlling the magnitude of the magnetic field generated by the coil 50. it can. By such control, the residual magnetic field can be made almost zero, and a stable operation feeling can be given to the operator.
  • 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.
  • the four separate yokes 31, 32, 40, and 90 are combined, but two or more yokes of these yokes may be integrated. Also in this configuration, two yokes are disposed on both sides of the magnetic disk 120.
  • the torque generation device according to the first embodiment is vertically symmetrical and two-folded. As a result, it is possible to obtain a shear stress larger than that of the torque generator according to the first embodiment. Moreover, the control range of a torque can be expanded by controlling separately the coil with which each upper and lower torque generator is provided.
  • FIG. 6A is a perspective view of the torque generator 210 according to the second embodiment as viewed from above
  • FIG. 6B is a perspective view of the torque generator 210 as viewed from below
  • 7 and 8 are exploded perspective views of the torque generator 210 as viewed from above.
  • FIG. 7 is a perspective view of the upper portion 210A on the upper side up to the A portion
  • FIG. 8 is a perspective view of the lower portion 210B on the lower side from the A portion.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line IX-IX 'of FIG. 6A and conceptually shows the magnetic field generated by the two coils 250 and 450.
  • FIG. 10 is a partially enlarged view of FIG. In FIGS.
  • the vertical direction is defined along the central axis 211, but the direction in actual use is limited. It is not something to do.
  • a direction parallel to the central axis 211 is taken as a first direction D1 (FIG. 6, FIG. 9)
  • a radial direction orthogonal to the central axis 211 is taken as a second direction D2 (FIG. 6, FIG. 9) It is called.
  • the state which looked at the lower side from the upper side along the central axis 211 may be called planar view.
  • the display of a part of screws and the magnetorheological fluid is omitted.
  • the torque generator 210 includes a holding unit 220 and an operation unit 300.
  • the operation unit 300 includes a shaft portion 310 and two magnetic disks 320 and 520, and is integrally coupled so as to rotate in both directions about a central axis 211 (rotational axis).
  • the operation unit 300 is rotatably supported by the holding unit 220 via the two radial bearings 351 and 551 and the two pushers 352 and 552 (see FIGS. 7 and 8).
  • the two gaps 280 and 480 provided in the torque generator 210 are filled with the magnetorheological fluid 360 and 560, respectively.
  • the torque generator 210 is (1)
  • the magnetic disks include a first magnetic disk 320 and a second magnetic disk 520 which are disposed to face each other and are rotatable about a central axis 211 (rotational axis).
  • the first intermediate yoke 240 and the second intermediate yoke 440 are disposed opposite to each other, (3)
  • the first yoke 230 is located on the opposite side of the first magnetic disk 320 from the intermediate yoke in the first direction parallel to the central axis 211, (4)
  • the second yoke 430 is located on the opposite side to the intermediate yoke across the second magnetic disk 520 in the first direction parallel to the central axis 211, (5)
  • a first magnetic gap (second space 234) and a second magnetic gap (second space 434) are provided as magnetic gaps.
  • the holding portion 220 is a first yoke 230, a first intermediate yoke 240, a first coil 250 as a magnetic field generating portion, a sealing member 260, and a third yoke 290 as an upper case.
  • the first yoke 230 is positioned on one side of the first magnetic disk 320
  • the first intermediate yoke 240 is positioned on the other side of the first magnetic disk 320. It is combined.
  • a lower portion 210B shown in FIG. 8 includes a second yoke 430, a second intermediate yoke 440, a second coil 450 as a magnetic field generation unit, a sealing member 460, and a third yoke 490 as a lower case.
  • the second yoke 430 is positioned on one side of the second magnetic disk 520
  • the second intermediate yoke 440 is positioned on the other side of the second magnetic disk 520. It is combined.
  • the retaining portion 220 includes an annular member 270 that spans the upper portion 210A and the lower portion 210B.
  • the first yoke 230, the first intermediate yoke 240, and the third yoke 290 are separately processed and formed, and in the lower portion 210B, the second yoke 430, the second intermediate yoke 440, and The third yokes 490 are processed separately.
  • any of these yokes may be combined and integrally formed.
  • the first coil 250 of the upper portion 210A has an annular shape as shown in FIG.
  • the first coil 250 is a coil including a conducting wire wound around the central axis 211.
  • the second coil 450 of the lower portion 210B has an annular shape as shown in FIG.
  • the second coil 450 is also a coil including a conducting wire wound around the central axis 211.
  • Connecting members (not shown) are electrically connected to the two coils 250 and 450, respectively, and current is supplied through paths not shown. By supplying the current, a magnetic field is generated in each of the coils 250 and 450.
  • the first yoke 230 of the upper portion 210A includes an inner yoke 231 as an inner circumferential side and an outer yoke 232 as an outer circumferential side.
  • the inner yoke 231 and the outer yoke 232 are arranged concentrically about the central axis 211.
  • the second yoke 430 of the lower portion 210B includes an inner yoke 431 as an inner circumferential side and an outer yoke 432 as an outer circumferential side.
  • the inner yoke 431 and the outer yoke 432 are disposed concentrically about the central axis 211.
  • the inner yoke 231 and the outer yoke 232 of the first yoke 230 may be configured separately or integrally.
  • the inner yoke 431 and the outer yoke 432 of the second yoke 430 may be configured separately or integrally.
  • the inner yoke 231 of the upper portion 210A is provided so as to extend along the radial direction so as to extend outward from the cylindrical portion 231a and the lower surface of the cylindrical portion 231a. And a bowl-shaped portion 231b (FIG. 10). Further, the outer diameter of the outer peripheral surface of the upper portion of the cylindrical portion 231a and the inner diameter of the inner peripheral surface of the cylindrical portion 231a are set to change according to the position in the vertical direction.
  • the inner yoke 431 of the lower portion 210B is provided so as to extend along the radial direction so as to extend from the upper surface of the cylindrical portion 431a and the upper surface of the cylindrical portion 431a.
  • an annular collar portion 431b (FIG. 10). The outer diameter of the outer peripheral surface of the lower portion of the cylindrical portion 431a and the inner diameter of the inner peripheral surface of the cylindrical portion 431a are set to change according to the position in the vertical direction.
  • the outer yoke 232 of the upper portion 210A is provided to extend in the radial direction from the lower surface of the cylindrical portion 232a and the lower surface of the cylindrical portion 232a.
  • the edge 232b of the As shown in FIG. 9 or 10 the inner peripheral surface of the cylindrical portion 232a of the outer yoke 232 is opposed to the outer peripheral surface of the cylindrical portion 231a of the inner yoke 231, and an annular first space 233 is formed therebetween. It is done. In the first space 233, a first coil 250 as a magnetic field generation unit is accommodated.
  • the first space 233 is closed,
  • the inner yoke 231, the outer yoke 232, and the third yoke 290 form a magnetic path surrounding the first coil 250.
  • the outer yoke 432 of the lower portion 210B is provided so as to extend along the radial direction from the upper surface of the cylindrical portion 432a and the upper surface of the cylindrical portion 432a. And an annular edge 432b.
  • the inner circumferential surface of the cylindrical portion 432a of the outer yoke 432 is opposed to the outer circumferential surface of the cylindrical portion 431a of the inner yoke 431, and an annular first space 433 is formed between them. It is done.
  • a second coil 450 as a magnetic field generation unit is accommodated in the first space 433.
  • a third disk-shaped third yoke 490 is disposed on the lower side of the inner yoke 431, and the first space 433 is closed by fixing the third yoke 490 to the inner yoke 431 and the outer yoke 432 using a screw 491.
  • the inner yoke 431, the outer yoke 432 and the third yoke 490 form a magnetic path surrounding the second coil 450.
  • annular spaces 234 and 235 are also formed between the inner peripheral surface of the edge portion 232b of the outer yoke 232 of the upper portion 210A and the outer peripheral surface of the flange portion 231b of the inner yoke 231. There is.
  • the second space 234 is continuous with the first space 233
  • the third space 235 is continuous with the second space 234.
  • the inner circumferential surface of the bowl-shaped portion 231b is inclined to the outside in the radial direction (direction D2 in FIG. 9) as it goes downward, and the first surface 231c; And a second surface 231d extending along the first direction (direction D1 in FIG. 10) from the lower end of the surface 231c.
  • the inner peripheral surface of the edge portion 232b is a first surface 232c which is inclined so as to be directed radially inward toward the lower side, and a second surface extending along the first direction D1 from the lower end of the first surface 232c.
  • a surface 232 d is a first surface 232c which is inclined so as to be directed radially inward toward the lower side, and a second surface extending along the first direction D1 from the lower end of the first surface 232c.
  • the first surface 231c of the inner yoke 231 and the first surface 232c of the outer yoke 232 are provided at positions corresponding to each other, and form a second space 234 sandwiched therebetween.
  • the second space 234 is a portion where no object is disposed, and constitutes a magnetic gap (first magnetic gap) in which the radial width decreases toward the lower side.
  • the magnetic gap has a tapered shape in which the width in the radial direction increases as it approaches the first coil 250, that is, as it goes up.
  • the surface shapes of the two inclined surfaces of the first surface 231c of the inner yoke 231 and the first surface 232c of the outer yoke 232 are arbitrary shapes as long as the width in the radial direction of the second space 234 is smaller than the upper side. For example, it may be uniform or stepped.
  • the second surface 231 d and the second surface 232 d are provided at positions corresponding to each other in the first direction D1, and provided so as to face each other in parallel in the radial direction, and the third surface sandwiched between both A space 235 is formed.
  • a sealing member 260 made of a nonmagnetic material is disposed in the third space 235, whereby a magnetic gap is formed by the second space 234 and the third space 235.
  • the sealing member 260 is made of the same configuration and material as the sealing member 60 of the first embodiment.
  • the lower surface 231e of the inner yoke 231 and the lower surface 232e of the outer yoke 232 form an opposing surface facing the first magnetic disk 320 (FIGS. 9 and 10).
  • the opposing surface is divided into an inner side and an outer side by a magnetic gap formed by the second space 234 and the third space 235, the inner side corresponds to the lower surface 231e of the inner yoke 231, and the outer side to the lower surface 232e of the outer yoke 232. It corresponds.
  • the magnetic gap is provided at a position where the area inside the magnetic gap and the area outside the magnetic gap are substantially the same on the facing surface.
  • the area of the cross section orthogonal to the central axis 211 is the same for the inner yoke 231 and the outer yoke 232. Thereby, the magnetic field up to the saturation magnetic flux density can realize an optimum structure.
  • annular space 434, 435 is also formed between the inner peripheral surface of the edge 432b of the outer yoke 432 of the lower portion 210B and the outer peripheral surface of the flange portion 431b of the inner yoke 431. It is done.
  • the second space 434 is continuous with the first space 433, and the third space 435 is continuous with the second space 434.
  • the inner peripheral surface of the bowl-shaped portion 431b is a first surface 431c which is inclined to the outside in the radial direction toward the upper side, and the first surface from the upper end of the first surface 431c. And a second surface 431 d extending along the direction D1.
  • the inner circumferential surface of the edge portion 432b is a first surface 432c inclined radially inward toward the upper side, and a second surface extending along the first direction D1 from the upper end of the first surface 432c. And 432 d.
  • the first surface 431c of the inner yoke 431 and the first surface 432c of the outer yoke 432 are provided at positions corresponding to each other, and form a second space 434 sandwiched therebetween.
  • the second space 434 is a portion where no object is disposed, and constitutes a magnetic gap (second magnetic gap) in which the radial width decreases toward the upper side.
  • the magnetic gap has a tapered shape in which the width in the radial direction increases as it approaches the second coil 450, that is, as it goes down.
  • the surface shapes of the two inclined surfaces of the first surface 431c of the inner yoke 431 and the first surface 432c of the outer yoke 432 are arbitrary shapes as long as the width in the radial direction of the second space 434 is smaller than the upper side. For example, it may be uniform or stepped.
  • the second surface 431 d and the second surface 432 d are provided at mutually corresponding positions in the first direction D1, and provided so as to face each other in parallel in the radial direction, and the third surface sandwiched between both A space 435 is formed.
  • a sealing member 460 made of a nonmagnetic material is disposed in the third space 435, whereby a magnetic gap is formed by the second space 434 and the third space 435.
  • the sealing member 460 is made of the same configuration and material as the sealing member 60 of the first embodiment.
  • the upper surface 431 e of the inner yoke 431 and the upper surface 432 e of the outer yoke 432 constitute an opposing surface facing the second magnetic disk 520 (FIGS. 9 and 10).
  • the opposite surface is divided into an inner side and an outer side by a magnetic gap formed by the second space 434 and the third space 435, the inner side corresponds to the upper surface 431 e of the inner yoke 431 and the outer side to the upper surface 432 e of the outer yoke 432. It corresponds.
  • the magnetic gap is provided at a position where the area inside the magnetic gap and the area outside the magnetic gap are substantially the same on the facing surface.
  • the area of the cross section orthogonal to the central axis 211 is the same for the inner yoke 431 and the outer yoke 432. Thereby, the magnetic field up to the saturation magnetic flux density can realize an optimum structure.
  • the width of the first space 233 of the upper portion 210A is set larger than the width of the second space 234 in the radial direction (the second direction D2). Furthermore, the central position 235 x in the radial direction of the third space 235 is set outside the central position 233 x in the radial direction of the first space 233. Similarly, the width of the first space 433 of the lower portion 210B is set larger than the width of the second space 434. Further, the central position of the third space 435 in the radial direction coincides with the central position 235x, and is set outside the central position 233x coincident with the central position in the radial direction of the first space 433.
  • the first surface 231c of the inner yoke 231 and the first surface 232c of the outer yoke 232 have different inclination angles with respect to the first direction D1, and the inclination angle of the first surface 231c of the inner yoke 231 Is getting bigger. In other words, the inclination angle of the first surface 231c of the inner yoke 231 is smaller in the radial direction.
  • the first surface 431c of the inner yoke 431 and the first surface 432c of the outer yoke 432 have different inclination angles with respect to the first direction D1
  • the first surface 431c of the inner yoke 431 has a different inclination angle.
  • the inclination angle is larger. That is, the inclination angle of the first surface 431c of the inner yoke 431 is smaller in the radial direction.
  • the inner yoke 231 and the outer yoke 232 of the upper portion 210A are located outside the radial center of the entire first yoke 230 in the radial direction of the third space 235.
  • the shape is set.
  • the area of the lower surface 231e as an opposing surface in which the inner yoke 231 opposes the first magnetic disk 320 and the area of the lower surface 232e as an opposing surface in which the outer yoke 232 opposes the first magnetic disk 320 Are substantially identical to one another. For this reason, the magnetic flux density is substantially the same between the inside and the outside of the magnetic gap.
  • the inner yoke 431 and the outer yoke 432 are located outside the radial center of the entire second yoke 430, with the central position 235x coinciding with the radial center position of the third space 435.
  • the shape is set.
  • the area of the upper surface 431 e as an opposing surface in which the inner yoke 431 faces the second magnetic disk 520 and the area of the upper surface 432 e as an opposing surface in which the outer yoke 432 opposes the second magnetic disk 520 are substantially identical to one another. For this reason, the magnetic flux density is substantially the same between the inside and the outside of the magnetic gap.
  • the first intermediate yoke 240 of the upper portion 210 ⁇ / b> A has a disk shape and is disposed below the first yoke 230.
  • the first intermediate yoke 240 has an upper surface 241 orthogonal to the vertical direction along the central axis 211.
  • the first intermediate yoke 240 is provided with an annular hole 242 which vertically penetrates around the central axis 211.
  • the second intermediate yoke 440 of the lower portion 210 ⁇ / b> B has a disk shape, and is disposed above the second yoke 430.
  • the second intermediate yoke 440 has a bottom surface 441 orthogonal to the vertical direction along the central axis 211.
  • the second intermediate yoke 440 is provided with an annular hole 442 which vertically penetrates around the central axis 211. As shown in FIG. 9, the first intermediate yoke 240 and the second intermediate yoke 440 are disposed so as to overlap with each other along the first direction D1 so that the first intermediate yoke 240 is on the upper side.
  • the shaft portion 311 of the shaft portion 310 is inserted into the hole portion 242 of the second intermediate yoke 440 and the hole portion 442 of the second intermediate yoke 440.
  • the shaft portion 311 is arranged to extend along the first direction D1, and has a flange portion 312 substantially at the center of the extending direction.
  • the flange portion 312 has a bowl-like shape extending outward from the outer peripheral surface of the shaft portion 311, and the thickness in the first direction D1 is thicker than the thicknesses of the first intermediate yoke 240 and the second intermediate yoke 440 by a predetermined amount It has become.
  • the predetermined amount corresponds to the distance between the first intermediate yoke 240 and the first magnetic disk 320 and the distance between the second intermediate yoke 440 and the second magnetic disk 520.
  • planar shape of the yokes 230, 240, 290, 430, 440, 490 may not necessarily be circular.
  • the bottom surface 236 of the first yoke 230 and the lower surface 261 of the sealing member 260 and the top surface 241 of the first intermediate yoke 240 are substantially parallel to each other.
  • the first magnetic disk 320 is disposed between the and the upper surface 241.
  • a gap 280 is formed between the first magnetic disk 320, the bottom surface 236 and the top surface 241.
  • upper surface 436 of second yoke 430 and upper surface 461 of sealing member 460 and lower surface 441 of second intermediate yoke 440 are substantially parallel to each other, and between upper surface 436 and lower surface 441.
  • the second magnetic disk 520 is disposed.
  • a gap 480 is formed between the second magnetic disk 520, the top surface 436, and the bottom surface 441.
  • An annular member 270 is disposed outside the first yoke 230 and the first intermediate yoke 240 of the upper portion 210A and the second yoke 430 and the second intermediate yoke 440 of the lower portion 210B in the radial direction.
  • the annular member 270 has an annular shape centering on the central axis 211, and is made of a nonmagnetic material such as a synthetic resin.
  • the inner circumferential surface of the annular member 270 is shaped along the first yoke 230 and the first intermediate yoke 240 of the upper portion 210A, and the second yoke 430 and the second intermediate yoke 440 of the lower portion 210B. It is each fixed to the outer peripheral surface.
  • first yoke 230, the first intermediate yoke 240, the second intermediate yoke 440, and the second yoke of the lower portion 210B in the first direction D1 are formed by the annular member 270 extending along the first direction D1. They are connected to one another in the order of 430. Then, in the radial direction, each of the gap 280 in the upper portion 210A and the gap 480 in the lower portion 210B is closed by the annular member 270.
  • first yoke 230 and the first intermediate yoke 240 of the upper portion 210A, and the second intermediate yoke 440 and the second yoke 430 of the lower portion 210B are sequentially connected to each other by the annular member 270, and the holding portion 220 is integrally formed. It is fixed.
  • the entire annular member 270 may not be formed of a nonmagnetic material, and the first yoke 230 and the first intermediate yoke 240 of the upper portion 210A, and the second yoke 430 and the second intermediate yoke of the lower portion 210B. It may be a composite material having a nonmagnetic portion that does not magnetically short 440. Even in this case, it is preferable that the gap 80 be closed by the nonmagnetic portion in the radial direction.
  • the first magnetic disk 320 extends in the direction orthogonal to the central axis 211 in the gap 280 between the first yoke 230 and the first intermediate yoke 240. It is arranged. Thus, the first magnetic disk 320 is positioned to overlap the first coil 250 in the direction along the central axis 211.
  • the second magnetic disk 520 is disposed so as to extend in the direction orthogonal to the central axis 211 in the gap 480 between the second yoke 430 and the second intermediate yoke 440. Thus, the second magnetic disk 520 is positioned to overlap the second coil 450 in the direction along the central axis 211.
  • the annular member 270 has a gap 281 between it and the outer peripheral surface of the first magnetic disk 320 and also has a gap 481 between it and the outer peripheral surface of the second magnetic disk 520 so as to surround it.
  • the inner yoke 231 and the outer yoke 232 of the first yoke 230 and the third yoke 290 are connected to each other, and the first intermediate yoke 240 is connected with the first magnetic disk 320 interposed therebetween, thereby the upper portion 210A.
  • a magnetic path (magnetic circuit) is formed in which the magnetic field generated by the first coil 250 is closed.
  • the inner yoke 431 and the outer yoke 432 of the second yoke 430 and the third yoke 490 are connected to each other, and the second intermediate yoke 440 is connected with the second magnetic disk 520 interposed therebetween.
  • a magnetic path (magnetic circuit) is formed to make the magnetic field generated by the second coil 450 a closed loop.
  • the magnetic flux from the inner yoke 231 of the first yoke 230 toward the first intermediate yoke 240 along the direction of the central axis 211 causes the first magnetic disk 320 in the gap 280 to The magnetic flux travels in the direction away from the central axis 211 in the first intermediate yoke 240 and further from the bottom to the top along the direction of the central axis 211 in the radial direction outside of the first intermediate yoke 240, ie, the first From the middle yoke 240 to the outer yoke 232 side.
  • the magnetic flux travels from the outer yoke 232 to the inner yoke 231 and approaches the central axis 211, and corresponds to the inner side of the first coil 250. In the region, from top to bottom, it travels within the inner yoke 231 of the first yoke 230 and again through the first magnetic disk 320 to the first intermediate yoke 240.
  • the magnetic flux flows from the inner yoke 431 of the second yoke 430 to the second intermediate yoke 440 along the direction of the central axis 211.
  • the magnetic flux travels in a direction away from the central axis 211 in the second intermediate yoke 440 through the through 520, and further, from the top to the bottom along the direction of the central axis 211, that is, radially outward of the second intermediate yoke 440. It proceeds from the second middle yoke 440 to the outer yoke 432 side.
  • the magnetic flux travels from the outer yoke 432 side to the inner yoke 431 and approaches the central axis 211, and corresponds to the inner side of the second coil 450.
  • the inner yoke 431 of the second yoke 430 from the bottom to the top, and again through the second magnetic disk 520 to the second intermediate yoke 440.
  • a second space 234 and a third space 235 are provided as magnetic gaps at the first yoke 230 of the upper portion 210A.
  • the magnetic gap is provided below the first coil 250 and between the first coil 250 and the gap 280 and the first magnetic disk 320.
  • the first coil 250 is disposed on the side of the first yoke 230 so as to be separated from the first magnetic disk 320, and a magnetic gap is formed in a part between the first coil 250 and the first magnetic disk 320. In the vicinity of the magnetic gap, the magnetic flux of the magnetic field generated by the first coil 250 is restricted to travel in the first yoke 230 along the radial direction orthogonal to the central axis 211.
  • the magnetic flux of the magnetic field generated by the first coil 250 is divided into two inclinations of the first surface 231c of the inner yoke 231 and the first surface 232c of the outer yoke 232. It can be directed to the first magnetic disk 320 along the surface.
  • the magnetic flux passing through the inside of the inner yoke 231 reliably travels downward toward the first intermediate yoke 240, and the magnetic flux passing through the inside of the outer yoke 232 reliably upwards from the first intermediate yoke 240 side. 3 Proceed to the yoke 290 side.
  • a second space 434 and a third space 435 are provided as a magnetic gap also at the second yoke 430 of the lower portion 210B.
  • the magnetic gap is provided above the second coil 450 and between the second coil 450 and the gap 480 and the second magnetic disk 520.
  • the second coil 450 is disposed on the side of the second yoke 430 so as to be separated from the second magnetic disk 520, and a magnetic gap is formed in a part between the second coil 450 and the second magnetic disk 520. In the vicinity of the magnetic gap, the magnetic flux of the magnetic field generated by the second coil 450 is restricted to travel in the second yoke 430 in the radial direction orthogonal to the central axis 211.
  • the magnetic flux of the magnetic field generated by the second coil 450 is divided into two inclinations of the first surface 431c of the inner yoke 431 and the first surface 432c of the outer yoke 432. It can be directed to the second magnetic disk 520 along the surface.
  • the magnetic flux passing through the inside of the inner yoke 431 reliably travels upward toward the second intermediate yoke 440, and the magnetic flux passing through the inside of the outer yoke 432 reliably downwards from the second middle yoke 440 side. 3 Proceed to the yoke 490 side.
  • the shaft portion 310 as the operation shaft is a rod-like member extending vertically along the central axis 211, and the flange portion 312 substantially at the center in the first direction D1; And an axial portion 311 extending vertically from the lower side.
  • the first magnetic disk 320 of the upper portion 210A and the second magnetic disk 520 of the lower portion 210B have a disk shape having a circular plane disposed to be orthogonal to the first direction D1. None, composed of magnetic material.
  • the shapes of these magnetic disks 320 and 520 are identical to each other.
  • a central hole 321 penetrating in the first direction D1 is provided at the center of the circular plane of the first magnetic disk 320 of the upper portion 210A, and the first magnetic disk 320 is vertically arranged at a position surrounding the central hole 321.
  • a plurality of through holes 322 are provided through the holes.
  • the first magnetic disk 320 is a shaft by fitting the shaft portion of a screw (only a part of which is shown) inserted through the through hole portion 322 along the first direction D1 into the flange portion 312 of the shaft portion 310. It is fixed with respect to the part 310.
  • a central hole 521 penetrating in the first direction D1 is provided at the center of the circular plane of the second magnetic disk 520 of the lower portion 210B, and the second magnetic disk 520 is provided at a position surrounding the central hole 521.
  • a plurality of through holes 522 are provided through the upper and lower sides.
  • the second magnetic disk 520 is a shaft by fitting the shaft of a screw (only a part of which is shown) inserted through the through hole 522 along the first direction D1 into the flange 312 of the shaft 310. It is fixed with respect to the part 310.
  • the inner diameter of the central hole 321 of the first magnetic disk 320 in the upper portion 210A and the inner diameter of the central hole 521 of the second magnetic disk 520 in the lower portion 210B are respectively the shaft portion 311 of the shaft portion 310. And substantially the same as the outer diameter of the flange portion 312. Further, as described above, the thickness of the flange portion 312 in the first direction D1 is larger than the thicknesses of the first intermediate yoke 240 and the second intermediate yoke 440 by a predetermined amount.
  • the flange portion 312 when the flange portion 312 is inserted through the hole portion 242 and the hole portion 442 in a state where the first intermediate yoke 240 and the second intermediate yoke 440 are overlapped along the first direction D1, the flange portion 312
  • the first intermediate yoke 240 protrudes upward from the upper surface 241 and abuts against the lower surface of the first magnetic disk 320, and protrudes downward from the bottom surface 441 of the second intermediate yoke 440 and abuts against the upper surface of the second magnetic disk 520.
  • the height of the gap 280 between the first magnetic disk 320 and the first intermediate yoke 240 is determined according to the amount of protrusion of the flange portion 312 from the first intermediate yoke 240, and the height from the second intermediate yoke 440 is determined.
  • the height of the gap 480 between the second magnetic disk 520 and the second intermediate yoke 440 is determined according to the amount of protrusion.
  • the shaft portion 311 is rotatably supported by the radial bearing 351, and the radial bearing 351 is the upper side of the first direction D1 by the pusher 352 (FIG. Is supported to be biased to the upper side).
  • the pusher 352 is supported by an O-ring 353 arranged to be maintained in the vertical position between the outer peripheral surface of the shaft portion 311 and the inner peripheral surface of the inner yoke 231.
  • the radial bearing 351 is supported at a predetermined position in the first direction D1 while maintaining close contact with the first yoke 230.
  • the upper portion of the shaft portion 311 is exposed above the third yoke 290, and the exposed portion of the shaft portion 311 is provided with a coupling portion 314 for coupling a member necessary for the input operation to the shaft portion 310. .
  • the shaft portion 310 has the shaft portion 311 rotatably supported by the radial bearing 551, and the radial bearing 551 is below the first direction D1 by the pusher 552. It is supported to be biased.
  • the pusher 552 is supported by an O-ring 553 arranged to be maintained in the vertical position between the outer peripheral surface of the shaft portion 311 and the inner peripheral surface of the inner yoke 431.
  • the radial bearing 551 is supported at a predetermined position in the first direction D1 while maintaining close contact with the second yoke 430.
  • the lower portion of the shaft portion 311 is exposed below the third yoke 490 by a predetermined amount. This predetermined amount is an amount such that the shaft portion 311 is reliably supported by the radial bearing 551.
  • the first magnetic disk 320 of the upper portion 210A is provided with four slits 323a, 323b, 323c, and 323d penetrating in a first direction D1 (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. Further, they are provided at positions corresponding to the third space 235 in the radial direction.
  • the four slits 323a, 323b, 323c, and 323d function as magnetic gaps, so that the magnetic flux of the magnetic field radially extends in the four slits 323a, 323b, 323c, and 323d. It is restricted to pass.
  • the magnetic flux passes downward from the inner yoke 231 of the first yoke 230 toward the first intermediate yoke 240 on the central axis 211 side (inner side) than the four slits 323a, 323b, 323c, and 323d.
  • the magnetic flux passes upward from the first intermediate yoke 240 toward the outer yoke 232 of the first yoke 230. Then, in the first magnetic disk 320, the magnetic flux can be restricted from passing radially through the four slits. Furthermore, by providing four slits at a position corresponding to the third space 235, the second space 234, the third space 235, and the four slits 323a, 323b, 323c, and 323d are arranged in the first direction D1. Therefore, the magnetic field generated in the first coil 250 can be reliably restricted from advancing in the radial direction in the first yoke 230 and the first magnetic disk 320, and a stable magnetic circuit is secured.
  • slits 523 a, 523 b, 523 c, and 523 d penetrating in the first direction D ⁇ b> 1 (thickness direction) are also provided in the second magnetic disk 520 of the lower portion 210 ⁇ / b> B. These slits are provided at equal angular intervals along the circumferential direction at the same distance from the center of the circular plane. Further, they are provided at positions corresponding to the third space 435 in the radial direction. Then, in the second magnetic disk 520, the magnetic flux can be restricted from passing through the four slits in the radial direction.
  • the four slits 523a, 523b, 523c, and 523d function as magnetic gaps, so that the magnetic flux of the magnetic field radially aligns the four slits 523a, 523b, 523c, and 523d. It is restricted to pass.
  • the magnetic flux is mainly directed upward from the inner yoke 431 of the second yoke 430 to the second intermediate yoke 440 on the central axis 211 side (inner side) than the four slits 523a, 523b, 523c, 523d.
  • the magnetic flux mainly passes downward from the second intermediate yoke 440 to the outer yoke 232 of the second yoke 430 outside the four slits 523 a, 523 b, 523 c, and 523 d. Furthermore, by providing four slits at positions corresponding to the third space 435, the second space 434, the third space 435, and the four slits 523a, 523b, 523c, and 523d are arranged in the first direction D1. Therefore, the magnetic field generated by the second coil 450 can be surely restricted from advancing in the radial direction in the second yoke 430 or the second magnetic disk 520, and a stable magnetic circuit is secured.
  • the shaft portion 310 When the shaft portion 310 is operated to rotate, the first magnetic disk 320 rotates relative to the first yoke 230 and the first intermediate yoke 240, and the second magnetic disk 520 is moved to the second yoke 430 and the second intermediate yoke. It rotates relative to 440.
  • the distance in the first direction D1 between the upper surface of the first magnetic disk 320 and the bottom surface 236 of the first yoke 230 is kept substantially constant.
  • the distance between the upper surface 241 of the first intermediate yoke 240 and the first direction D1 is kept substantially constant, and the second direction of the outer peripheral surface of the first magnetic disk 320 and the inner peripheral surface of the annular member 270 is further maintained.
  • the distance of D2 is also maintained substantially constant. Also in the lower portion 210B, the distance in the first direction D1 between the lower surface of the second magnetic disk 520 and the upper surface 436 of the second yoke 430 is kept substantially constant, and the lower surface of the second magnetic disk 520 and the second surface The distance between the upper surface 241 of the second intermediate yoke 440 and the first direction D1 is kept substantially constant, and the second direction D2 between the outer peripheral surface of the second magnetic disk 520 and the inner peripheral surface of the annular member 270 is further maintained. The distance of is also kept substantially constant.
  • the gap 280 around the first magnetic disk 320 is filled with the magnetorheological fluid 360
  • the gap 480 around the second magnetic disk 520 is filled with the magnetorheological fluid 560. It is done. Therefore, in the upper portion 210A, the magnetorheological fluid 360 exists in the gap in which the first direction D1 is sandwiched between the upper surface of the first magnetic disk 320 and the bottom surface 236 of the first yoke 230 in the gap 280, and The magnetorheological fluid 360 also exists in a gap in which the first direction D1 is sandwiched between the lower surface of the first magnetic disk 320 and the upper surface 241 of the first intermediate yoke 240.
  • the magnetorheological fluid 360 is also present in the gap 281 which is radially interposed between the outer peripheral surface of the first magnetic disk 320 and the annular member 270.
  • a gap 280 around the first magnetic disk 320 is sealed by a sealing member 260, an annular member 270, a shaft portion 310, a flange portion 312, a first yoke 230, a first intermediate yoke 240, and the like.
  • the magnetorheological fluid 360 is reliably held in the gap 280.
  • the magnetorheological fluid 560 exists in the gap 480 in which the first direction D1 is sandwiched between the bottom surface of the second magnetic disk 520 and the upper surface 436 of the second yoke 430, and the second The magnetorheological fluid 560 is also present in a gap in which the first direction D1 is sandwiched between the lower surface of the magnetic disk 520 and the bottom surface 441 of the second intermediate yoke 440. Furthermore, the magnetorheological fluid 560 is also present in the gap 481 radially interposed between the outer circumferential surface of the second magnetic disk 520 and the annular member 270.
  • a gap 480 around the second magnetic disk 520 is sealed by a sealing member 460, an annular member 270, a shaft portion 310, a flange portion 312, a second yoke 430, a second intermediate yoke 440, and the like.
  • the magnetorheological fluid 560 is reliably held in the gap 480.
  • the magnetorheological fluid 360, 560 is made of the same material as the magnetorheological fluid 160 of the first embodiment, and the arrangement method to the gaps 280, 480 and the modification are also the same as those of the first embodiment.
  • a magnetic field as shown in FIG. 10 is generated as described above, and in the first magnetic disk 320, the magnetic flux in only the first direction D1 passes, and the first magnetic In the interior of the disk 320, no magnetic flux along the radial direction is generated, or its magnetic flux density is small.
  • the magnetic field generates magnetic lines of force along the radial direction in the first intermediate yoke 240, and magnetic lines of force in the first direction D1 are generated outside the first coil 250.
  • radial magnetic lines are generated in the opposite direction to the magnetic lines of force in the first intermediate yoke 240.
  • the magnetic particles are dispersed in the solvent when no magnetic field is generated by the coils 250, 450. Therefore, when the operator operates the shaft portion 310, the holding portion 220 rotates relative to the operation portion 300 without receiving a large resistance.
  • the resistance torque remains on the shaft portion 310 according to the density of the residual magnetic flux.
  • the magnetorheological fluid 360 and 560 when current is applied to the coils 250 and 450 to generate a magnetic field, the magnetorheological fluid 360 and 560 is provided with a magnetic field along the first direction D1.
  • the magnetic particles dispersed in the magnetorheological fluid 360, 560 gather along the magnetic lines of force, and the magnetic particles aligned along the first direction D1 are magnetically coupled to each other.
  • a resistance torque
  • the operator can feel resistance.
  • the magnetorheological fluid 360 has a wider range as compared with the case of the shaft portion 310 alone. 560 can be arranged. Furthermore, the magnitude of the resistance force of the magnetorheological fluid 360, 560 is determined by applying the vertical direction to the bottom surface 236 of the first yoke 230 or the top surface 241 of the first intermediate yoke 240 to which the magnetic field in the direction along the vertical direction is applied.
  • the upper surface of the upper surface 436 of the second yoke 430 or the lower surface 441 of the second intermediate yoke 440 is applied with the width of the arrangement range of the sandwiched magnetorheological fluid 360 or the magnetic field in the direction along the upper and lower direction applied.
  • Each relates to the width of the arrangement range of the sandwiched magnetorheological fluid 560.
  • the magnitude of the resistance by the magnetorheological fluid 360, 560 when the magnetic disks 320, 520 are rotated by the operation of the shaft portion 310 corresponds to the area of the magnetorheological fluid 360, 560 in the plane orthogonal to the rotation direction. Involved. Therefore, as the arrangement range of the magnetorheological fluid 360, 560 to which the magnetic field can be applied becomes wider, the control range of the resistance (torque) can be made wider.
  • the first yoke 230 is configured by the inner yoke 231 and the outer yoke 232 so that a magnetic gap is formed in a part between the first coil 250 and the first magnetic disk 320 in the upper portion 210A.
  • the area of the lower surface 231e of the inner yoke 231 through which magnetic flux passes and the area of the lower surface 232e of the outer yoke 232 are increased without increasing the outer diameter.
  • the second yoke 430 is constituted by the inner yoke 431 and the outer yoke 432 so as to form a magnetic gap in a part between the second coil 450 and the second magnetic disk 520, and the outer diameter is large.
  • the area of the upper surface 431 e of the inner yoke 431 through which the magnetic flux passes and the area of the upper surface 432 e of the outer yoke 432 are increased. Furthermore, in the wide range of the magnetic disks 320 and 520, magnetic flux whose main direction is the magnetic field component along the first direction D1 can be passed, and resistance (torque) in the direction based on the direction of the magnetic flux It is possible to obtain a large shear stress without increasing the size of the device.
  • FIG. 11 is a block diagram of a control system of the torque generator 210.
  • the torque generation device 210 further includes an energization control unit 371, a first energization unit 372, and a second energization unit 373 in addition to the coils 250 and 450 described above.
  • the energization control unit 371 controls the current applied to each of the two coils 250 and 450.
  • the first energizing unit 372 applies a predetermined current to the first coil 250 in accordance with the control signal from the energization control unit 371, and the second energizing unit 373 controls the control signal from the energization control unit 371 in accordance with the control signal.
  • a predetermined current is applied to the second coil 450.
  • FIG. 12 (a) is a contour diagram showing the flow of magnetic flux in the torque generator 210 of the second embodiment
  • FIG. 12 (b) is a contour diagram of the torque generator of the comparative example
  • FIG. 12 (c) is a torque generator of the second embodiment. It is a figure which shows the outline of the flow of the magnetic flux in an apparatus
  • (d) is a figure which shows the outline of the flow of the magnetic flux in the torque generator of a comparative example.
  • FIG. 13A is a graph showing a change in magnetic flux density on the upper side of the first magnetic disk
  • FIG. 13B is a graph showing a change in magnetic flux density on the lower side of the first magnetic disk.
  • FIG. 14 (a) is a partially enlarged view of FIG.
  • FIG. 12 (c), and (b) is a partially enlarged view of FIG. 12 (d).
  • the tapered second space is not provided, and the first space is the same as the third space 235, 435 of the second embodiment. Spaces parallel to one another extend along the direction D1 of the coil to the coil.
  • the space extending from the magnetic disk side to the coil is set as a magnetic gap so as to be narrower in the radial direction than the first space for housing the coil.
  • 13 (a) and 13 (b) show the distribution of the magnetic flux intensity from the center to the outer periphery of the first magnetic disk, and the black circles (“Tapered") correspond to the second embodiment, and have a tapered shape.
  • the white circle corresponds to the comparative example of FIGS. 12 (b) and 12 (d) and does not have the tapered second space. .
  • FIGS. 12 (a), (b), (c), (d) and FIGS. 14 (a) and (b) in both the second embodiment and the comparative example, the coil and the magnetic disk In particular, in the vicinity of the magnetic gap, the magnetic flux is restricted to travel in the radial direction, and it can be seen that the area can be effectively utilized as compared with the configuration in which the magnetic gap is not provided. Further, comparing FIGS. 12 (a), (b), (c), (d) and FIGS. 14 (a) and (b), the torque generator 210 of the second embodiment (FIGS. In c), it can be seen that the magnetic flux is more efficiently led to the magnetic disk side than the comparative example.
  • the magnetic flux density is increased by providing a tapered shape as in the torque generator 210 of the second embodiment on any of the upper and lower surfaces of the first magnetic disk.
  • This can restrict the flow of magnetic flux to the left and right in front of the magnetic disk in the yoke by providing the tapered second space, and it is possible to reduce the short circuit of the magnetic flux in this region.
  • the reason is considered to be that the magnetic flux is easily induced efficiently.
  • a magnetic flux in a direction parallel to the operation axis can be efficiently applied to the magnetorheological fluid, which makes it easy to harden the magnetorheological fluid and increase shear stress. Since this becomes possible, torque performance can be improved without increasing the size.
  • the torque generator according to the present invention is useful in that it can obtain large shear stress while being compact.

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Abstract

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。このトルク発生装置は、回転軸を中心に回転可能な磁性ディスクと、回転軸と平行な第1の方向において磁性ディスクを挟む一方に位置する第1ヨーク、及び、他方に位置する第2ヨークと、第1の方向において、磁性ディスクと離間して第1ヨーク側に配置され、通電により磁界を発生させる第1コイルと、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1ヨークは第1コイルと磁性ディスクとの間に第1磁気ギャップを形成するように、第1コイルと磁性ディスクとの間において、径方向に延在して設けられており、第1磁気ギャップは、第1コイルに近づくほど径方向における幅が大きくなる形状を有する。

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又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。
特許第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可能な磁性ディスクと、回転軸と平行な第1の方向において磁性ディスクを挟む一方に位置する第1ヨーク、及び、他方に位置する第2ヨークと、第1の方向において、磁性ディスクと離間して第1ヨーク側に配置され通電により磁界を発生させる第1コイルと、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1ヨークは、第1コイルと磁性ディスクとの間に第1磁気ギャップを形成するように、第1コイルと磁性ディスクとの間において径方向に延在して設けられており、第1磁気ギャップは、第1コイルに近づくほど径方向における幅が大きくなる形状を有することを特徴としている。
 これにより、第1コイルに近接する位置、特に、第1コイルと磁性ディスクとの間において、第1コイルが発生する磁界の磁束の向きが乱れることを抑制することができる。このため、磁性ディスクへ磁束を集中させることが可能となるため、第1の方向の磁界が磁気粘性流体により多く与えられる。これにより、磁性ディスクを大型化することなく大きなせん断応力を得ることができる。
 本発明のトルク発生装置において、磁性ディスクと対向する第1ヨークの対向面が径方向において第1磁気ギャップにより第1磁気ギャップの内側と外側に分割され、第1磁気ギャップは、対向面において、第1磁気ギャップの内側の面積と外側の面積とが互いに略同一となる位置に設けられていることが好ましい。
 これにより、第1磁気ギャップの内側と外側とで第1ヨークの対向面における磁束密度を均一にすることができるため、磁気粘性流体によるせん断応力を制御できる範囲を広くすることが可能となる。
 本発明のトルク発生装置において、第1ヨークは、第1磁気ギャップによって分割された径方向内側の領域を形成する内周側部と、径方向外側の領域を形成する外周側部と、を少なくとも有し、内周側部及び外周側部のそれぞれにおいて第1磁気ギャップを形成する面が傾斜面を有することが好ましい。
 これにより第1コイルと磁性ディスクとの間において、第1コイルが発生する磁界の磁束を傾斜面に沿って磁性ディスクへ向かわせることができる。また装置の組み立て性を向上させることができる。
 本発明のトルク発生装置において、第1の方向に対する傾斜面の傾斜角度は、内周側部の傾斜面の方が外周側部の傾斜面よりも大きくなっていることが好ましい。
 これにより、第1磁気ギャップの内側と外側における第1ヨークの磁束密度の分布を維持しつつ、内周側部をより内側へ配置できる。このように配置することにより、径方向において第1ヨークの小型化を図ることができる。また、第1磁気ギャップの内側と外側とで磁束密度が互いに略同一となるように第1ヨークを構成できる。このように構成することにより、磁気粘性流体に加えられる磁束密度が第1磁気ギャップの内側と外側とで等しくなり、せん断応力の制御性が高まる。さらに、飽和磁束密度に至るまでの磁界の制御性を高めることも可能となる。
 本発明のトルク発生装置において、第1磁気ギャップは、少なくとも一部において、非磁性体からなる封止部材によって封止されていることが好ましい。
 これにより、磁気粘性流体が第1磁気ギャップを通じて第1コイル側へ漏れ出ることを防ぐことができる。
 本発明のトルク発生装置において、第1ヨークと第2ヨークとを第1の方向において互いに接続する環状部材を備え、環状部材は、磁性ディスクの外周面との間に間隙を有して囲むように全周に亘って配置されている非磁性体部を有することが好ましい。
 これにより、磁性ディスクの外周面の外側にヨーク材が配置されない構成となるため、第1コイルが発生する磁界の磁束は、磁性ディスクを挟んだ2つのヨークの一方から他方へ集中して通るようになる。
 本発明のトルク発生装置において、磁性ディスクは、第1の方向に互いに対向して配置され、回転軸を中心にそれぞれ回転可能な、第1磁性ディスク及び第2磁性ディスクを備え、第1磁性ディスクと第2磁性ディスクの間に中間ヨークが位置し、第1コイルは、第1の方向において、第1磁性ディスクと離間して第1ヨーク側に配置され、第1の方向において、第2磁性ディスクと離間して第2ヨーク側に配置され、通電により磁界を発生させる第2コイルが設けられ、磁気粘性流体は、第1磁性ディスクと第1ヨーク及び中間ヨークとの間、並びに、第2磁性ディスクと中間ヨーク及び第2ヨークとの間に、それぞれ充填され、第1ヨークは、第1コイルと第1磁性ディスクとの間に第1磁気ギャップを形成するように、第1コイルと第1磁性ディスクとの間において、径方向に延在して設けられており、第2ヨークは、第2コイルと第2磁性ディスクとの間に第2磁気ギャップを形成するように、第2コイルと第2磁性ディスクとの間において、径方向に延在して設けられ、第1磁気ギャップは、第1コイルに近づくほど径方向における幅が大きくなる形状を有し、第2磁気ギャップは、第2コイルに近づくほど径方向における幅が大きくなる形状を有することが好ましい。
 これにより、第1コイルで発生した磁界の磁束のほとんど又は全てが第1磁性ディスクを通過し、かつ、第2コイルで発生した磁界の磁束のほとんど又は全てが第2磁性ディスクを通過し、さらに、それぞれの磁性ディスクのほぼ全面に対応する範囲で磁気粘性流体のせん断応力が発生するため、装置を大型化させることなく大きなせん断応力を得ることができる。
 本発明のトルク発生装置において、第1コイル及び第2コイルに印加する電流を制御する通電制御部を備え、通電制御部は、第1コイルに電流を印加する第1通電部と、第2コイルに電流を印加する第2通電部と、を有し、第1コイル及び第2コイルに同時に電流を印加するときには、中間ヨークにおける磁界の向きが同一の向きとなるように制御されることが好ましい。
 これにより、抵抗力(トルク)の最大値を大きくすることができ、また、抵抗力の制御範囲を広くすることが可能となる。
 本発明のトルク発生装置において、第1磁気ギャップにより、第1磁性ディスクと対向する第1ヨークの対向面が径方向において第1磁気ギャップの内側と外側に分割され、第1磁気ギャップは、第1ヨークの対向面において、第1磁気ギャップの内側の面積と外側の面積とが互いに略同一となる位置に設けられており、第2磁気ギャップにより、第2磁性ディスクと対向する第2ヨークの対向面が径方向において第2磁気ギャップの内側と外側に分割され、第2磁気ギャップは、第2ヨークの対向面において、第2磁気ギャップの内側の面積と外側の面積とが互いに略同一となる位置に設けられていることが好ましい。
 これにより、第1ヨーク及び第2ヨークにおいて、それぞれ、磁気ギャップの内側と外側とで対向面における磁束密度を均一にすることができるため、磁気粘性流体によるせん断応力を制御できる範囲を広くすることが可能となる。
 本発明のトルク発生装置において、第1ヨークは、第1磁気ギャップの内側の領域を形成する内周側部と、外側の領域を形成する外周側部とを少なくとも有し、これらの内周側部及び外周側部のそれぞれにおいて第1磁気ギャップを形成する面が傾斜面を有し、第2ヨークは、第2磁気ギャップの内側の領域を形成する内周側部と、外側の領域を形成する外周側部とを少なくとも有し、これらの内周側部及び外周側部のそれぞれにおいて第2磁気ギャップを形成する面が傾斜面を有し、第1ヨーク及び第2ヨークにおけるそれぞれの傾斜面は、第1の方向に対する傾斜角度が、内側の傾斜面の方が外側の傾斜面よりも大きくなっていることが好ましい。
 これにより、第1磁気ギャップ及び第2磁気ギャップのそれぞれにおいて、その内側と外側における磁束密度の分布を維持しつつ、内周側部をより内側へ配置できる。このように配置することにより、径方向において小型化を図ることができる。また、磁気ギャップの内側と外側とで磁束密度が互いに略同一となるように、第1磁気ギャップ及び第2磁気ギャップをそれぞれ構成できる。このように構成することにより、磁気粘性流体に加えられる磁束密度が磁気ギャップの内側と外側とで等しくなり、せん断応力の制御性が高まる。さらに、飽和磁束密度に至るまでの磁界の制御性を高めることも可能となる。
 本発明のトルク発生装置において、第1ヨーク、中間ヨーク、及び、第2ヨークを、第1の方向において互いに接続する環状部材を備え、環状部材は、第1磁性ディスク及び第2磁性ディスクの外周面との間に間隙を有して囲むように全周に亘って配置されている非磁性体部を有することが好ましい。
 これにより、それぞれの磁性ディスクの外周面の外側にヨーク材が配置されない構成となるため、それぞれのコイルが発生する磁界の磁束は、それぞれの磁性ディスクを挟んだ2つのヨークの一方から他方へ短絡することなく磁性ディスクを通るようになる。
 本発明によると、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(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。 図1(a)のIII-III’線に沿った断面図である。 図3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2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(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上側部分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下側部分を上側から見た分解斜視図である。 図6(a)のIX-IX’線に沿った断面図である。 図9の一部拡大図である。 第2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2実施形態のトルク発生装置における磁束の流れを示すコンター図、(b)は比較例のトルク発生装置におけるコンター図、(c)は第2実施形態のトルク発生装置における磁束の流れの概略を示す図、(d)は比較例のトルク発生装置における磁束の流れの概略を示す図である。 (a)は第1磁性ディスクの上側における磁束密度の変化を示すグラフ、(b)は第1磁性ディスクの下側における磁束密度の変化を示すグラフである。 (a)は図12(c)の一部拡大図、(b)は図12(d)の一部拡大図である。
 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は、トルク発生装置10を上側から見た分解斜視図である。図3は図1(a)のIII-III’線に沿った断面図であり、コイル50(第1コイル)が発生した磁界を概念的に示している。図4は図3の一部拡大図である。図1(a)から図4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。以下の説明において、中心軸11と平行な方向を第1の方向D1(図1、図3)とし、中心軸11に直交する径方向を、第2の方向D2(図1、図3)と称する。また、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。さらにまた、図2においては、一部のねじや磁気粘性流体の表示を省略している。
 図1(a)、(b)に示すように、トルク発生装置10は、保持部20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とを含み、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連結される。操作部100は、支持部材140、ラジアル軸受151、及び、プッシャ152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2参照)。さらに、図4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コイル50(第1コイル)、封止部材60、環状部材70、及び、上部ケースとしての第3ヨーク90を含む。図2に示すように、第1の方向D1において、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、及び、第3ヨーク90は、それぞれ別々に加工されて形成されている。ただし、これらのヨーク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。
 コイル50は、図2に示すように、円環状をなしている。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。コイル50には接続部材(不図示)が電気的に接続され、図示しない経路で電流が供給される。コイル50に電流が供給されると磁界が発生する。
 図2に示すように、第1ヨーク30は、内周側部としての内側ヨーク31と、外周側部としての外側ヨーク32とを備える。内側ヨーク31と外側ヨーク32は、中心軸11を中心として同心状に配置される。
 なお、内側ヨーク31と外側ヨーク32は、別体として構成してもよいし、一体として構成してもよい。
 内側ヨーク31は、円筒部31aと、円筒部31aの下面から外側へ広がるように、径方向に沿って延在するように設けられた、平面視円環状の鍔状部31bとを備える。また、円筒部31aの上部の外周面の外径と、円筒部31aの内周面の内径とは、それぞれ、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。
 外側ヨーク32は、円筒部32aと、円筒部32aの下面から内側へ向かうように、径方向に沿って延在するように設けられた、平面視円環状の縁部32bとを備える。図3に示すように、外側ヨーク32の円筒部32aの内周面は、内側ヨーク31の円筒部31aの外周面と対向し、両者の間には環状の第1空間33が形成されている。この第1空間33内には磁界発生部としてのコイル50が収納される。内側ヨーク31の上側から、略円板状の第3ヨーク90をのせ、ねじ91を用いて第3ヨーク90を内側ヨーク31と外側ヨーク32に固定することによって、第1空間33が閉じられ、内側ヨーク31、外側ヨーク32、及び、第3ヨーク90によってコイル50を囲む磁路が形成される。
 外側ヨーク32の縁部32bの内周面と、内側ヨーク31の鍔状部31bの外周面との間にも、環状の空間34、35が形成されている。第2空間34は上記第1空間33に連なり、第3空間35は上記空間34に連なっている。
 ここで、鍔状部31bの内周面は、下側に行くほど径方向(図3の方向D2)の外側へ向かうように傾斜した第1面31cと、第1面31cの下端から第1の方向(図3の方向D1)に沿って延びる第2面31dとを備える。一方、縁部32bの内周面は、下側に行くほど径方向の内側へ向かうように傾斜した第1面32cと、第1面32cの下端から第1の方向D1に沿って延びる第2面32dとを備える。そして、第1の方向D1において、内側ヨーク31の第1面31cと外側ヨーク32の第1面32cは互いに対応する位置に設けられ、両者に挟まれた第2空間34を形成する。この第2空間34は、下側へ行くほど径方向の幅が小さくなる磁気ギャップ(第1磁気ギャップ)を構成する。別言すると、この磁気ギャップは、物体を配置していない部分であり、コイル50に近づくほど、すなわち、上へ行くほど径方向における幅が大きくなるテーパ形状を有している。
 なお、内側ヨーク31の第1面31c及び外側ヨーク32の第1面32cの2つの傾斜面の面形状は、第2空間34の径方向における幅が上側よりも下側が小さければ、任意の形状とすることができ、例えば、一様な面でもよいし、階段状であってもよい。
 また、第2面31dと第2面32dは、第1の方向D1において互いに対応する位置に設けられ、かつ、径方向において互いに平行に対向し合うように設けられ、両者に挟まれた第3空間35を形成する。この第3空間35には、非磁性体からなる封止部材60が配置され、これによって、第2空間34と第3空間35による磁気ギャップが形成される。封止部材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。封止部材60は、例えば、流動状態の材料を第3空間35内に充填され、これを固化させることにより配置される。または、あらかじめ円環状に形成され、弾性を有する材料を第3空間35内に圧入することによって配置される。または、非弾性材料を円環状に加工して接着材で固定して構成してもよい。
 ここで、内側ヨーク31の下面31eと、外側ヨーク32の下面32eは、磁性ディスク120と対向する対向面を構成する(図3、図4)。この対向面は、第2空間34と第3空間35で構成される磁気ギャップによって、内側と外側に分割され、内側は内側ヨーク31の下面31eに対応し、外側は外側ヨーク32の下面32eに対応する。磁気ギャップは、この対向面において、磁気ギャップの内側の面積と外側の面積とが互いに略同一となる位置に設けられている。
 コイル50が配置される位置において、中心軸11に直交する断面の面積は、内側ヨーク31と外側ヨーク32とで互いに同じとしている。これにより、飽和磁束密度に至るまでの磁界が最適な構造を実現することができる。
 図3に示すように、径方向(第2の方向D2)において、第1空間33の幅は第2空間34の最小幅よりも大きく設定されている。さらに、第3空間35の径方向における中心位置35xは、第1空間33の径方向における中心位置33xよりも外側に設定されている。したがって、内側ヨーク31の第1面31cと外側ヨーク32の第1面32cは、第1の方向D1に対する傾斜角度が異なっており、内側ヨーク31の第1面31cの傾斜角度の方が大きくなっている。別言すると、径方向に対しては、内側ヨーク31の第1面31cの方が傾斜角度は緩くなっている。
 図3に示すように、内側ヨーク31と外側ヨーク32は、第3空間35の径方向における中心位置35xが第1ヨーク30全体の径方向における中心よりも外側に位置するように、形状が設定されている。これにより、平面視において、内側ヨーク31が磁性ディスク120と対向する対向面としての下面31eの面積と、外側ヨーク32が磁性ディスク120と対向する対向面としての下面32eの面積と、が互いに略同一となる。このため、磁気ギャップより内側と外側とで磁束密度が互いに略同一となる。
 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。第2ヨーク40には、中心軸11を囲んで上下に貫通する環状の孔部42が設けられている。図3に示すように、孔部42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43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(図4)を有し、この受け部140aでシャフト部110の先端部113を回転自在に受容する。
 なお、ヨーク30、40、90の平面形状は必ずしも円形でなくてもよい。
 図4に示すように、第1ヨーク30の底面36及び封止部材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36と上面41との間に磁性ディスク120が配置される。磁性ディスク120と底面36と上面41との間に隙間80が形成されている。
 径方向において、第1ヨーク30及び第2ヨーク40の外側には環状部材70が配置されている。この環状部材70は、中心軸11を軸とする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ている。環状部材70の内周面は、第1ヨーク30及び第2ヨーク40に沿った形状とされており、第1ヨーク30の外周面及び第2ヨーク40の外周面にそれぞれ固定されている。これにより、第1ヨーク30と第2ヨーク40は、第1の方向D1に沿って延びる環状部材70によって、第1の方向D1において互いに接続され、かつ、径方向において、隙間80が環状部材70によって閉じられる。このように、環状部材70によって第1ヨーク30と第2ヨーク40が互いに接続され、保持部20が一体に固定されている。なお、環状部材70は、全体が非磁性体材料で形成されていなくてもよく、第1ヨーク30と第2ヨーク40とを磁気的に短絡させない非磁性体部を有する複合材料であってもよい。この場合でも、径方向において、隙間80が非磁性体部によって閉じられることが好ましい。
 図3と図4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に直交する第2の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に沿った第1の方向D1において、コイル50と互いに重複するように位置する。また、環状部材70は、磁性ディスク120の外周面との間に間隙81を有して囲むように全周に亘って配置されている。
 上述のように、第1ヨーク30の内側ヨーク31及び外側ヨーク32と第3ヨーク90とがそれぞれ接続され、磁性ディスク120を挟んで第2ヨーク40が接続されることによって、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)が形成される。
 以上の構成において、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、コイル50に対して逆向きに電流を印加すると、図4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の方向に沿って第1ヨーク30の内側ヨーク31から第2ヨーク40側へ、磁束が、隙間80内の磁性ディスク120を通り、この磁束は主に第2ヨーク40では主に中心軸11から遠ざかる方向へ進み、さらに、第2ヨーク40の径方向外側においては、中心軸11の方向に沿って下から上へ、すなわち第2ヨーク40から外側ヨーク32側へ主に進む。この磁束は、コイル50よりも上側の第3ヨーク90においては、主に、外側ヨーク32側から内側ヨーク31側へ向けて、中心軸11へ近づく方向ヘ進み、コイル50の内側に対応する領域で、上から下へ、第1ヨーク30の内側ヨーク31内を進み、再び磁性ディスク120を通って第2ヨーク40に至る。
 このような磁路の磁界において、第1ヨーク30の所には、磁気ギャップとして、第2空間34と第3空間35が設けられている。この磁気ギャップは、コイル50の下方であって、コイル50と、隙間80及び磁性ディスク120との間に設けられている。コイル50は磁性ディスク120と離間して第1ヨーク30側に配置され、コイル50と磁性ディスク120との間の一部に磁気ギャップが形成されているために、磁気ギャップの近傍では、コイル50が発生する磁界の磁束が、内側ヨーク31から外側ヨーク32に向かって中心軸11に直交する径方向に沿って進行することが規制される。すなわち、コイル50と磁性ディスク120との間において、コイル50が発生する磁界の磁束を、内側ヨーク31の第1面31c及び外側ヨーク32の第1面32cの2つの傾斜面に沿って磁性ディスク120へ向かわせることができる。これによって、内側ヨーク31内を通る磁束は、確実に下向きに第2ヨーク40側へ進行し、また、外側ヨーク32内を通る磁束は、確実に上向きに、第2ヨーク40側から第3ヨーク90側へ進行する。
 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に平行な第1の方向D1に沿って延びる棒状材であり、第1の方向D1において上側(図3の上側)の軸部111と、軸部111の下部に設けられたフランジ部112とを有する。フランジ部112は、軸部111の外周面より外側に拡がる鍔状の形状を備える。フランジ部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2に示すように、磁性ディスク120は、第1の方向D1に直交するように配置される円形平面を有する円板状をなし、磁性材料で構成される。磁性ディスク120の円形平面の中心には、第1の方向D1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を第1の方向D1に沿って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、貫通孔部122内に第1の方向D1に沿って挿通させたねじ(不図示)の軸部をシャフト部110のフランジ部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3に示すように、シャフト部110は、軸部111がラジアル軸受151によって回転自在に支持され、フランジ部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151は、プッシャ152によって上方向に付勢されるように支持され、プッシャ152は、軸部111の外周面と内側ヨーク31の内周面との間において上下位置が維持されるように配置されたオーリング153によって支持されている。これによってラジアル軸受151は、第1ヨーク30に対して、密着性を維持しつつ、第1の方向D1の所定位置で支持される。軸部111の上部は第3ヨーク90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部114が設けられている。
 図2に示すように、磁性ディスク120には、第1の方向D1(厚み方向)に貫通する4つのスリット123a、123b、123c、123d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。また、径方向において、第3空間35に対応する位置に設けられている。コイル50に図4に示す磁界を発生させると、4つのスリット123a、123b、123c、123dが磁気ギャップとして機能するため、磁界の磁束が4つのスリット123a、123b、123c、123dを径方向に通ることが規制される。これに対して、4つのスリット123a、123b、123c、123dよりも中心軸11側(内側)では、第1ヨーク30の内側ヨーク31から第2ヨーク40に向けて、磁束が下向きに通って、4つのスリット123a、123b、123c、123dよりも外側では、第2ヨーク40から第1ヨーク30の外側ヨーク32に向けて、磁束が上向きに通る。さらに、4つのスリットを第3空間35に対応する位置に設けたことによって、第2空間34、第3空間35、及び、4つのスリット123a、123b、123c、123dが第1の方向D1に並ぶため、コイル50で発生した磁界が、第1ヨーク30や磁性ディスク120内で径方向に沿って進行することを確実に規制することができ、安定した磁気回路が確保される。
 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の上面と第1ヨーク30の底面36との間の第1の方向D1の距離は、略一定に保たれ、磁性ディスク120の下面と第2ヨーク40の上面41との間の第1の方向D1の距離は略一定に保たれ、さらに、磁性ディスク120の外周面と環状部材70の内周面との第2の方向の距離も略一定に維持される。
 図3と図4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、隙間80のうち、磁性ディスク120の上面と第1ヨーク30の底面36とに第1の方向D1を挟まれた隙間に磁気粘性流体160が存在し、かつ、磁性ディスク120の下面と第2ヨーク40の上面41とに第1の方向D1を挟まれた隙間にも磁気粘性流体160が存在する。さらに、磁性ディスク120の外周面と環状部材70とに第2の方向に挟まれた、上記間隙81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、封止部材60、環状部材70、シャフト部110、支持部材140、第1ヨーク30、第2ヨーク40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、磁性ディスク120の上側と下側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の上面や下面、第1ヨーク30の底面36、第2ヨーク40の上面41、封止部材60の下面61、環状部材70の内周面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。
 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通って、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、コイル50の外側においては、上下方向に沿った方向の磁力線が生じる。第3ヨーク90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、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、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、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。
 第1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、上下方向に沿った方向の磁界が印加されている、第1ヨーク30の底面36又は第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。よって、磁界を印加可能な磁気粘性流体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。第1実施形態では、コイル50と磁性ディスク120との間の一部に磁気ギャップを形成するように第1ヨーク30を内側ヨーク31と外側ヨーク32で構成し、外径を大きくすることなく、磁束の通過する内側ヨーク31の下面31eの面積と外側ヨーク32の下面32eの面積を大きくしている。磁性ディスク120の広い範囲において、第1ヨーク30と第2ヨーク40との間を通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。
 図5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、上述のコイル50のほかに、通電制御部171と通電部172とをさらに備える。通電制御部171は、コイル50に印加する電流を制御する。通電部172は、通電制御部171からの制御信号にしたがって、コイル50に対して所定の電流を印加する。
 ここで、コイル50が発生する磁界による磁気を測定可能な磁気測定部を備えることが好ましい。磁気測定部としては、ホール素子、磁気抵抗効果素子などを用いる。磁気測定部を設けることによって、この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。通電制御部171は、磁気測定部によって測定される磁界の大きさに応じて、コイル50に印加する電流の大きさを制御し、これによってコイル50が発生する磁界の大きさを制御することができる。このような制御によって、残留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、磁気測定部に加えて、機械的、電磁的、光学的又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。
 上記第1実施形態では、別体の4つのヨーク31、32、40、90を組み合わせて構成したが、これらのヨークのうちの2つ以上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つのヨークを配置する。
 <第2実施形態>
 第2実施形態においては、第1実施形態に係るトルク発生装置を上下対称にして2つ重ねた構成としている。これによって、第1実施形態に係るトルク発生装置よりもさらに大きなせん断応力を得ることが可能となる。また、上下それぞれのトルク発生装置が備えるコイルを別々に制御することによってトルクの制御範囲を広げることができる。以下、図面を参照しつつ、具体的な構成について説明する。
 図6(a)は第2実施形態に係るトルク発生装置210を上側から見た斜視図、(b)はトルク発生装置210を下側から見た斜視図である。図7と図8は、トルク発生装置210を上側から見た分解斜視図である。図7はA部までの上側の上部210Aの斜視図、図8はA部から下側の下部210Bの斜視図である。図9は図6(a)のIX-IX’線に沿った断面図であり、2つのコイル250、450が発生した磁界を概念的に示している。図10は図9の一部拡大図である。図6(a)から図10においても、図1(a)から図4と同様に、説明の便宜上、中心軸211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。以下の説明において、中心軸211と平行な方向を第1の方向D1(図6、図9)とし、中心軸211に直交する径方向を、第2の方向D2(図6、図9)と称する。また、中心軸211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。さらにまた、図7と図8においては、一部のねじや磁気粘性流体の表示を省略している。
 図6(a)、(b)に示すように、トルク発生装置210は、保持部220と、操作部300とを備える。操作部300は、シャフト部310と、2枚の磁性ディスク320、520とを含み、一体となって中心軸211(回転軸)を中心として両方向に回転するように連結される。操作部300は、2つのラジアル軸受351、551、及び、2つのプッシャ352、552を介して、回転可能な状態で保持部220に支持されている(図7、図8参照)。さらに、図10に示すように、トルク発生装置210内に設けた2つの隙間280、480には、磁気粘性流体360、560がそれぞれ満たされている。
 トルク発生装置210は、
(1)磁性ディスクとして、互いに対向して配置され、中心軸211(回転軸)を中心にそれぞれ回転可能な、第1磁性ディスク320及び第2磁性ディスク520を備え、
(2)第1磁性ディスク320と第2磁性ディスク520の間に位置する中間ヨークとして、互いに対向して配置された、第1中間ヨーク240及び第2中間ヨーク440を備え、
(3)第1ヨーク230は、中心軸211に平行な第1の方向において、第1磁性ディスク320を挟んで上記中間ヨークとは反対側に位置し、
(4)第2ヨーク430は、中心軸211に平行な第1の方向において、第2磁性ディスク520を挟んで上記中間ヨークとは反対側に位置し、
(5)磁気ギャップとして、第1磁気ギャップ(第2空間234)と第2磁気ギャップ(第2空間434)とを備える。
 保持部220は、図7に示す上部210Aにおいては、第1ヨーク230、第1中間ヨーク240、磁界発生部としての第1コイル250、封止部材260、及び、上部ケースとしての第3ヨーク290を含む。図7に示すように、第1の方向D1において、第1磁性ディスク320を挟む一方に第1ヨーク230が位置し、第1磁性ディスク320を挟む他方に第1中間ヨーク240が位置するように組み合わせられている。
 また、図8に示す下部210Bにおいては、第2ヨーク430、第2中間ヨーク440、磁界発生部としての第2コイル450、封止部材460、及び、下部ケースとしての第3ヨーク490を含む。図8に示すように、第1の方向D1において、第2磁性ディスク520を挟む一方に第2ヨーク430が位置し、第2磁性ディスク520を挟む他方に第2中間ヨーク440が位置するように組み合わされている。
 保持部220は、上部210Aと下部210Bにまたがる環状部材270を含む。上部210Aにおいて、第1ヨーク230、第1中間ヨーク240、及び、第3ヨーク290は、それぞれ別々に加工されて形成されており、下部210Bにおいて、第2ヨーク430、第2中間ヨーク440、及び、第3ヨーク490は、それぞれ別々に加工されて形成されている。ただし、これらのヨーク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。
 上部210Aの第1コイル250は、図7に示すように円環状をなしている。第1コイル250は、中心軸211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。下部210Bの第2コイル450は、図8に示すように円環状をなしている。第2コイル450も、中心軸211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。2つのコイル250、450には、接続部材(不図示)が電気的にそれぞれ接続され、図示しない経路で電流が供給される。電流が供給されることにより、コイル250、450のそれぞれに磁界が発生する。
 図7に示すように、上部210Aの第1ヨーク230は、内周側部としての内側ヨーク231と、外周側部としての外側ヨーク232とを備える。内側ヨーク231と外側ヨーク232は、中心軸211を中心として同心状に配置される。図8に示すように、下部210Bの第2ヨーク430は、内周側部としての内側ヨーク431と、外周側部としての外側ヨーク432とを備える。内側ヨーク431と外側ヨーク432は、中心軸211を中心として同心状に配置される。
 なお、第1ヨーク230の内側ヨーク231と外側ヨーク232は、別体として構成してもよいし、一体として構成してもよい。同様に、第2ヨーク430の内側ヨーク431と外側ヨーク432は、別体として構成してもよいし、一体として構成してもよい。
 図7に示すように、上部210Aの内側ヨーク231は、円筒部231aと、円筒部231aの下面から外側へ広がるように、径方向に沿って延在するように設けられた、平面視円環状の鍔状部231b(図10)とを備える。また、円筒部231aの上部の外周面の外径と、円筒部231aの内周面の内径とは、それぞれ、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。一方、下部210Bの内側ヨーク431は、図8に示すように、円筒部431aと、円筒部431aの上面から外側へ広がるように、径方向に沿って延在するように設けられた、平面視円環状の鍔状部431b(図10)とを備える。円筒部431aの下部の外周面の外径と、円筒部431aの内周面の内径とは、それぞれ、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7に示すように、上部210Aの外側ヨーク232は、円筒部232aと、円筒部232aの下面から内側へ向かうように、径方向に沿って延在するように設けられた、平面視円環状の縁部232bとを備える。図9又は図10に示すように、外側ヨーク232の円筒部232aの内周面は、内側ヨーク231の円筒部231aの外周面と対向し、両者の間には環状の第1空間233が形成されている。この第1空間233内には磁界発生部としての第1コイル250が収納される。内側ヨーク231の上側から、略円板状の第3ヨーク290をのせ、ねじ291を用いて第3ヨーク290を内側ヨーク231と外側ヨーク232に固定することによって、第1空間233が閉じられ、内側ヨーク231、外側ヨーク232、及び、第3ヨーク290によって第1コイル250を囲む磁路が形成される。
 一方、図8に示すように、下部210Bの外側ヨーク432は、円筒部432aと、円筒部432aの上面から内側へ向かうように、径方向に沿って延在するように設けられた、平面視円環状の縁部432bとを備える。図9又は図10に示すように、外側ヨーク432の円筒部432aの内周面は、内側ヨーク431の円筒部431aの外周面と対向し、両者の間には環状の第1空間433が形成されている。この第1空間433内には磁界発生部としての第2コイル450が収納される。内側ヨーク431の下側に、略円板状の第3ヨーク490を配置し、ねじ491を用いて第3ヨーク490を内側ヨーク431と外側ヨーク432に固定することによって、第1空間433が閉じられ、内側ヨーク431、外側ヨーク432、及び、第3ヨーク490によって第2コイル450を囲む磁路が形成される。
 図9に示すように、上部210Aの外側ヨーク232の縁部232bの内周面と、内側ヨーク231の鍔状部231bの外周面との間にも、環状の空間234、235が形成されている。第2空間234は上記第1空間233に連なり、第3空間235は上記第2空間234に連なっている。
 ここで、図10に示すように、鍔状部231bの内周面は、下側に行くほど径方向(図9の方向D2)の外側へ向かうように傾斜した第1面231cと、第1面231cの下端から第1の方向(図10の方向D1)に沿って延びる第2面231dとを備える。一方、縁部232bの内周面は、下側に行くほど径方向の内側へ向かうように傾斜した第1面232cと、第1面232cの下端から第1の方向D1に沿って延びる第2面232dとを備える。そして、第1の方向D1において、内側ヨーク231の第1面231cと外側ヨーク232の第1面232cは互いに対応する位置に設けられ、両者に挟まれた第2空間234を形成する。この第2空間234は、物体を配置していない部分であり、下側へ行くほど径方向の幅が小さくなる磁気ギャップ(第1磁気ギャップ)を構成する。別言すると、この磁気ギャップは、第1コイル250に近づくほど、すなわち、上へ行くほど径方向における幅が大きくなるテーパ形状を有している。
 なお、内側ヨーク231の第1面231c及び外側ヨーク232の第1面232cの2つの傾斜面の面形状は、第2空間234の径方向における幅が上側よりも下側が小さければ、任意の形状とすることができ、例えば、一様な面でもよいし、階段状であってもよい。
 また、第2面231dと第2面232dは、第1の方向D1において互いに対応する位置に設けられ、かつ、径方向において互いに平行に対向し合うように設けられ、両者に挟まれた第3空間235を形成する。この第3空間235には、非磁性体からなる封止部材260が配置され、これによって、第2空間234と第3空間235による磁気ギャップが形成される。封止部材260は、第1実施形態の封止部材60と同様の構成・材料からなる。
 ここで、内側ヨーク231の下面231eと、外側ヨーク232の下面232eは、第1磁性ディスク320と対向する対向面を構成する(図9、図10)。この対向面は、第2空間234と第3空間235で構成される磁気ギャップによって、内側と外側に分割され、内側は内側ヨーク231の下面231eに対応し、外側は外側ヨーク232の下面232eに対応する。磁気ギャップは、この対向面において、磁気ギャップの内側の面積と外側の面積とが互いに略同一となる位置に設けられている。
 第1コイル250が配置される位置において、中心軸211に直交する断面の面積は、内側ヨーク231と外側ヨーク232とで互いに同じとしている。これにより、飽和磁束密度に至るまでの磁界が最適な構造を実現することができる。
 一方、図9に示すように、下部210Bの外側ヨーク432の縁部432bの内周面と、内側ヨーク431の鍔状部431bの外周面との間にも、環状の空間434、435が形成されている。第2空間434は上記第1空間433に連なり、第3空間435は上記第2空間434に連なっている。
 ここで、図10に示すように、鍔状部431bの内周面は、上側に行くほど径方向の外側へ向かうように傾斜した第1面431cと、第1面431cの上端から第1の方向D1に沿って延びる第2面431dとを備える。一方、縁部432bの内周面は、上側に行くほど径方向の内側へ向かうように傾斜した第1面432cと、第1面432cの上端から第1の方向D1に沿って延びる第2面432dとを備える。そして、第1の方向D1において、内側ヨーク431の第1面431cと外側ヨーク432の第1面432cは互いに対応する位置に設けられ、両者に挟まれた第2空間434を形成する。この第2空間434は、物体を配置していない部分であり、上側へ行くほど径方向の幅が小さくなる磁気ギャップ(第2磁気ギャップ)を構成する。別言すると、この磁気ギャップは、第2コイル450に近づくほど、すなわち、下へ行くほど径方向における幅が大きくなるテーパ形状を有している。
 なお、内側ヨーク431の第1面431c及び外側ヨーク432の第1面432cの2つの傾斜面の面形状は、第2空間434の径方向における幅が上側よりも下側が小さければ、任意の形状とすることができ、例えば、一様な面でもよいし、階段状であってもよい。
 また、第2面431dと第2面432dは、第1の方向D1において互いに対応する位置に設けられ、かつ、径方向において互いに平行に対向し合うように設けられ、両者に挟まれた第3空間435を形成する。この第3空間435には、非磁性体からなる封止部材460が配置され、これによって、第2空間434と第3空間435による磁気ギャップが形成される。封止部材460は、第1実施形態の封止部材60と同様の構成・材料からなる。
 ここで、内側ヨーク431の上面431eと、外側ヨーク432の上面432eは、第2磁性ディスク520と対向する対向面を構成する(図9、図10)。この対向面は、第2空間434と第3空間435で構成される磁気ギャップによって、内側と外側に分割され、内側は内側ヨーク431の上面431eに対応し、外側は外側ヨーク432の上面432eに対応する。磁気ギャップは、この対向面において、磁気ギャップの内側の面積と外側の面積とが互いに略同一となる位置に設けられている。
 第2コイル450が配置される位置において、中心軸211に直交する断面の面積は、内側ヨーク431と外側ヨーク432とで互いに同じとしている。これにより、飽和磁束密度に至るまでの磁界が最適な構造を実現することができる。
 図9に示すように、径方向(第2の方向D2)において、上部210Aの第1空間233の幅は第2空間234の幅よりも大きく設定されている。さらに、第3空間235の径方向における中心位置235xは、第1空間233の径方向における中心位置233xよりも外側に設定されている。同様に、下部210Bの第1空間433の幅は第2空間434の幅よりも大きく設定されている。さらに、第3空間435の径方向における中心位置は上記中心位置235xと一致しており、第1空間433の径方向における中心位置と一致する上記中心位置233xよりも外側に設定されている。
 したがって、上部210Aにおいては、内側ヨーク231の第1面231cと外側ヨーク232の第1面232cは、第1の方向D1に対する傾斜角度が異なっており、内側ヨーク231の第1面231cの傾斜角度の方が大きくなっている。別言すると、径方向に対しては、内側ヨーク231の第1面231cの方が傾斜角度は緩くなっている。また、下部210Bにおいても同様に、内側ヨーク431の第1面431cと外側ヨーク432の第1面432cは、第1の方向D1に対する傾斜角度が異なっており、内側ヨーク431の第1面431cの傾斜角度の方が大きくなっている。すなわち、径方向に対しては、内側ヨーク431の第1面431cの方が傾斜角度は緩くなっている。
 図9に示すように、上部210Aの内側ヨーク231と外側ヨーク232は、第3空間235の径方向における中心位置235xが第1ヨーク230全体の径方向における中心よりも外側に位置するように、形状が設定されている。これにより、平面視において、内側ヨーク231が第1磁性ディスク320と対向する対向面としての下面231eの面積と、外側ヨーク232が第1磁性ディスク320と対向する対向面としての下面232eの面積と、が互いに略同一となる。このため、磁気ギャップより内側と外側とで磁束密度が互いに略同一となる。下部210Bにおいても、内側ヨーク431と外側ヨーク432は、第3空間435の径方向における中心位置と一致する上記中心位置235xが第2ヨーク430全体の径方向における中心よりも外側に位置するように、形状が設定されている。これにより、平面視において、内側ヨーク431が第2磁性ディスク520と対向する対向面としての上面431eの面積と、外側ヨーク432が第2磁性ディスク520と対向する対向面としての上面432eの面積と、が互いに略同一となる。このため、磁気ギャップより内側と外側とで磁束密度が互いに略同一となる。
 図7に示すように、上部210Aの第1中間ヨーク240は、円板状をなしており、第1ヨーク230の下方に配設される。第1中間ヨーク240は、中心軸211に沿った上下方向に直交する上面241を有する。第1中間ヨーク240には、中心軸211を囲んで上下に貫通する環状の孔部242が設けられている。図8に示すように、下部210Bの第2中間ヨーク440は、円板状をなしており、第2ヨーク430の上方に配設される。第2中間ヨーク440は、中心軸211に沿った上下方向に直交する底面441を有する。第2中間ヨーク440には、中心軸211を囲んで上下に貫通する環状の孔部442が設けられている。図9に示すように、第1中間ヨーク240と第2中間ヨーク440は、第1の方向D1に沿って、第1中間ヨーク240が上側となるように重ねて配置され、第1中間ヨーク240の孔部242、及び、第2中間ヨーク440の孔部442にはシャフト部310の軸部311が挿通される。軸部311は第1の方向D1に沿って延びるように配置され、その延伸方向の略中央にフランジ部312を有する。フランジ部312は、軸部311の外周面より外側に拡がる鍔状の形状を備え、第1の方向D1における厚みは、第1中間ヨーク240と第2中間ヨーク440の厚みよりも所定量だけ厚くなっている。この所定量は、第1中間ヨーク240と第1磁性ディスク320との間隔、及び、第2中間ヨーク440と第2磁性ディスク520との間隔に対応する。
 なお、ヨーク230、240、290、430、440、490の平面形状は必ずしも円形でなくてもよい。
 図10に示すように、上部210Aにおいては、第1ヨーク230の底面236及び封止部材260の下面261と、第1中間ヨーク240の上面241とは、互いに略平行とされており、底面236と上面241との間に第1磁性ディスク320が配置される。第1磁性ディスク320と底面236と上面241との間に隙間280が形成されている。下部210Bにおいては、第2ヨーク430の上面436及び封止部材460の上面461と、第2中間ヨーク440の底面441とは、互いに略平行とされており、上面436と底面441との間に第2磁性ディスク520が配置される。第2磁性ディスク520と上面436と底面441との間に隙間480が形成されている。
 径方向において、上部210Aの第1ヨーク230及び第1中間ヨーク240と、下部210Bの第2ヨーク430及び第2中間ヨーク440との外側には環状部材270が配置されている。この環状部材270は、中心軸211を軸とする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ている。環状部材270の内周面は、上部210Aの第1ヨーク230及び第1中間ヨーク240、並びに、下部210Bの第2ヨーク430及び第2中間ヨーク440に沿った形状とされており、各ヨークの外周面にそれぞれ固定されている。これにより、第1の方向D1に沿って延びる環状部材270によって、第1の方向D1において、上部210Aの第1ヨーク230、第1中間ヨーク240、下部210Bの第2中間ヨーク440、第2ヨーク430の順に並んで、互いに接続される。そして、径方向において、上部210Aの隙間280と下部210Bの隙間480のそれぞれが環状部材270によって閉じられる。このように、環状部材270によって、上部210Aの第1ヨーク230と第1中間ヨーク240、及び、下部210Bの第2中間ヨーク440と第2ヨーク430が順に互いに接続され、保持部220が一体に固定されている。なお、環状部材270は、全体が非磁性体材料で形成されていなくてもよく、上部210Aの第1ヨーク230及び第1中間ヨーク240、並びに、下部210Bの第2ヨーク430及び第2中間ヨーク440を磁気的に短絡させない非磁性体部を有する複合材料であってもよい。この場合でも、径方向において、隙間80が非磁性体部によって閉じられることが好ましい。
 図9と図10に示すように、上部210Aにおいて、第1磁性ディスク320は、第1ヨーク230と第1中間ヨーク240との間の隙間280において、中心軸211に直交する方向に延びるように配設されている。よって、第1磁性ディスク320は、中心軸211に沿った方向において、第1コイル250と互いに重複するように位置する。下部210Bにおいて、第2磁性ディスク520は、第2ヨーク430と第2中間ヨーク440との間の隙間480において、中心軸211に直交する方向に延びるように配設されている。よって、第2磁性ディスク520は、中心軸211に沿った方向において、第2コイル450と互いに重複するように位置する。また、環状部材270は、第1磁性ディスク320の外周面との間に間隙281を有し、また、第2磁性ディスク520の外周面との間に間隙481を有して囲むように全周に亘って配置されている。 上述のように、第1ヨーク230の内側ヨーク231及び外側ヨーク232と第3ヨーク290とがそれぞれ接続され、第1磁性ディスク320を挟んで第1中間ヨーク240が接続されることによって、上部210Aにおいて、第1コイル250が発生する磁界を閉ループにする磁路(磁気回路)が形成される。同様に、上述のように、第2ヨーク430の内側ヨーク431及び外側ヨーク432と第3ヨーク490とがそれぞれ接続され、第2磁性ディスク520を挟んで第2中間ヨーク440が接続されることによって、下部210Bにおいて、第2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)が形成される。
 以上の構成において、2つのコイル250、450に電流をそれぞれ印加すると図10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、コイル250、450に対して逆向きに電流を印加すると、図10とは逆向きの流れの磁界が形成される。
 図10に示す例では、上部210Aにおいては、中心軸211の方向に沿って第1ヨーク230の内側ヨーク231から第1中間ヨーク240側へ、磁束が、隙間280内の第1磁性ディスク320を通り、この磁束は第1中間ヨーク240では中心軸211から遠ざかる方向へ進み、さらに、第1中間ヨーク240の径方向外側においては、中心軸211の方向に沿って下から上へ、すなわち第1中間ヨーク240から外側ヨーク232側へ進む。この磁束は、第1コイル250よりも上側の第3ヨーク290においては、外側ヨーク232側から内側ヨーク231側へ向けて、中心軸211へ近づく方向ヘ進み、第1コイル250の内側に対応する領域で、上から下へ、第1ヨーク230の内側ヨーク231内を進み、再び第1磁性ディスク320を通って第1中間ヨーク240に至る。
 一方、下部210Bにおいては、図10に示すように、中心軸211の方向に沿って第2ヨーク430の内側ヨーク431から第2中間ヨーク440側へ、磁束が、隙間480内の第2磁性ディスク520を通り、この磁束は第2中間ヨーク440では中心軸211から遠ざかる方向へ進み、さらに、第2中間ヨーク440の径方向外側においては、中心軸211の方向に沿って上から下へ、すなわち第2中間ヨーク440から外側ヨーク432側へ進む。この磁束は、第2コイル450よりも下側の第3ヨーク490においては、外側ヨーク432側から内側ヨーク431側へ向けて、中心軸211へ近づく方向ヘ進み、第2コイル450の内側に対応する領域で、下から上へ、第2ヨーク430の内側ヨーク431内を進み、再び第2磁性ディスク520を通って第2中間ヨーク440に至る。
 このような磁路の磁界において、上部210Aの第1ヨーク230の所には、磁気ギャップとして、第2空間234と第3空間235が設けられている。この磁気ギャップは、第1コイル250の下方であって、第1コイル250と、隙間280及び第1磁性ディスク320との間に設けられている。第1コイル250は第1磁性ディスク320と離間して第1ヨーク230側に配置され、第1コイル250と第1磁性ディスク320との間の一部に磁気ギャップが形成されているために、磁気ギャップの近傍では、第1コイル250が発生する磁界の磁束が第1ヨーク230内において、中心軸211に直交する径方向に沿って進行することが規制される。すなわち、第1コイル250と第1磁性ディスク320との間において、第1コイル250が発生する磁界の磁束を、内側ヨーク231の第1面231c及び外側ヨーク232の第1面232cの2つの傾斜面に沿って第1磁性ディスク320へ向かわせることができる。これによって、内側ヨーク231内を通る磁束は、確実に下向きに第1中間ヨーク240側へ進行し、また、外側ヨーク232内を通る磁束は、確実に上向きに、第1中間ヨーク240側から第3ヨーク290側へ進行する。
 一方、下部210Bの第2ヨーク430の所にも、磁気ギャップとして、第2空間434と第3空間435が設けられている。この磁気ギャップは、第2コイル450の上方であって、第2コイル450と、隙間480及び第2磁性ディスク520との間に設けられている。第2コイル450は第2磁性ディスク520と離間して第2ヨーク430側に配置され、第2コイル450と第2磁性ディスク520との間の一部に磁気ギャップが形成されているために、磁気ギャップの近傍では、第2コイル450が発生する磁界の磁束が第2ヨーク430内において、中心軸211に直交する径方向に沿って進行することが規制される。すなわち、第2コイル450と第2磁性ディスク520との間において、第2コイル450が発生する磁界の磁束を、内側ヨーク431の第1面431c及び外側ヨーク432の第1面432cの2つの傾斜面に沿って第2磁性ディスク520へ向かわせることができる。これによって、内側ヨーク431内を通る磁束は、確実に上向きに第2中間ヨーク440側へ進行し、また、外側ヨーク432内を通る磁束は、確実に下向きに、第2中間ヨーク440側から第3ヨーク490側へ進行する。
 次に、操作部300の構造について説明する。
 図7と図9に示すように、操作軸としてのシャフト部310は、中心軸211に沿って上下に延びる棒状材であり、第1の方向D1の略中央のフランジ部312と、フランジ部312から上下に延びる軸部311とを有する。
 図7と図8に示すように、上部210Aの第1磁性ディスク320と下部210Bの第2磁性ディスク520は、第1の方向D1に直交するように配置される円形平面を有する円板状をなし、磁性材料で構成される。これらの磁性ディスク320、520の形状は互いに同一である。
 上部210Aの第1磁性ディスク320の円形平面の中心には、第1の方向D1に貫通する中央孔部321が設けられ、この中央孔部321を囲む位置には、第1磁性ディスク320を上下に貫通する複数の貫通孔部322が設けられている。第1磁性ディスク320は、貫通孔部322内に第1の方向D1に沿って挿通させたねじ(一部のみ図示)の軸部をシャフト部310のフランジ部312内に嵌め込むことによって、シャフト部310に対して固定される。
 また、下部210Bの第2磁性ディスク520の円形平面の中心には、第1の方向D1に貫通する中央孔部521が設けられ、この中央孔部521を囲む位置には、第2磁性ディスク520を上下に貫通する複数の貫通孔部522が設けられている。第2磁性ディスク520は、貫通孔部522内に第1の方向D1に沿って挿通させたねじ(一部のみ図示)の軸部をシャフト部310のフランジ部312内に嵌め込むことによって、シャフト部310に対して固定される。
 図10に示すように、上部210Aの第1磁性ディスク320の中央孔部321の内径と、下部210Bの第2磁性ディスク520の中央孔部521の内径は、それぞれ、シャフト部310の軸部311の外径と略同一であって、フランジ部312の外径よりも小さい。また、上述のように、フランジ部312の第1の方向D1における厚みは、第1中間ヨーク240と第2中間ヨーク440の厚みよりも所定量だけ厚くなっている。これにより、第1中間ヨーク240と第2中間ヨーク440を第1の方向D1に沿って重ねた状態で、孔部242と孔部442にフランジ部312を挿通させると、フランジ部312は、第1中間ヨーク240の上面241から上側に突出して第1磁性ディスク320の下面に当接し、かつ、第2中間ヨーク440の底面441から下側に突出して第2磁性ディスク520の上面に当接する。このとき、フランジ部312の第1中間ヨーク240からの突出量に応じて、第1磁性ディスク320と第1中間ヨーク240との間の隙間280の高さが定まり、第2中間ヨーク440からの突出量に応じて、第2磁性ディスク520と第2中間ヨーク440との間の隙間480の高さが定まる。
 図9に示すように、シャフト部310は、上部210Aにおいては、軸部311がラジアル軸受351によって回転自在に支持され、ラジアル軸受351は、プッシャ352によって第1の方向D1の上側(図9の上側)に付勢されるように支持される。プッシャ352は、軸部311の外周面と内側ヨーク231の内周面との間において上下位置が維持されるように配置されたオーリング353によって支持されている。これによってラジアル軸受351は、第1ヨーク230に対して、密着性を維持しつつ、第1の方向D1の所定位置で支持される。軸部311の上部は第3ヨーク290の上方に露出されており、軸部311の露出部分には、入力操作に必要な部材をシャフト部310に結合するための結合部314が設けられている。
 また、下部210Bにおいては、図9に示すように、シャフト部310は、軸部311がラジアル軸受551によって回転自在に支持され、ラジアル軸受551は、プッシャ552によって第1の方向D1の下側に付勢されるように支持される。プッシャ552は、軸部311の外周面と内側ヨーク431の内周面との間において上下位置が維持されるように配置されたオーリング553によって支持されている。これによってラジアル軸受551は、第2ヨーク430に対して、密着性を維持しつつ、第1の方向D1の所定位置で支持される。軸部311の下部は第3ヨーク490の下方に所定量露出されている。この所定量は、軸部311がラジアル軸受551によって確実に支持されるような量である。
 図7に示すように、上部210Aの第1磁性ディスク320には、第1の方向D1(厚み方向)に貫通する4つのスリット323a、323b、323c、323d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。また、径方向において、第3空間235に対応する位置に設けられている。第1コイル250に図10に示す磁界を発生させると、4つのスリット323a、323b、323c、323dが磁気ギャップとして機能するため、磁界の磁束が4つのスリット323a、323b、323c、323dを径方向に通ることが規制される。これに対して、4つのスリット323a、323b、323c、323dよりも中心軸211側(内側)では、第1ヨーク230の内側ヨーク231から第1中間ヨーク240に向けて、磁束が下向きに通り、4つのスリット323a、323b、323c、323dよりも外側では、第1中間ヨーク240から第1ヨーク230の外側ヨーク232に向けて、磁束が上向きに通る。そして、第1磁性ディスク320において、磁束が4つのスリットを径方向に通ることを規制することができる。さらに、4つのスリットを第3空間235に対応する位置に設けたことによって、第2空間234、第3空間235、及び、4つのスリット323a、323b、323c、323dが第1の方向D1に並ぶため、第1コイル250で発生した磁界が、第1ヨーク230や第1磁性ディスク320内で径方向に沿って進行することを確実に規制することができ、安定した磁気回路が確保される。
 図8に示すように、下部210Bの第2磁性ディスク520にも、第1の方向D1(厚み方向)に貫通する4つのスリット523a、523b、523c、523d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。また、径方向において、第3空間435に対応する位置に設けられている。そして、第2磁性ディスク520において、磁束が4つのスリットを径方向に通ることを規制することができる。第2コイル450に図10に示す磁界を発生させると、4つのスリット523a、523b、523c、523dが磁気ギャップとして機能するため、磁界の磁束が4つのスリット523a、523b、523c、523dを径方向に通ることが規制される。これに対して、4つのスリット523a、523b、523c、523dよりも中心軸211側(内側)では、第2ヨーク430の内側ヨーク431から第2中間ヨーク440に向けて、磁束が主に上向きに通り、4つのスリット523a、523b、523c、523dよりも外側では、第2中間ヨーク440から第2ヨーク430の外側ヨーク232に向けて、磁束が主に下向きに通る。さらに、4つのスリットを第3空間435に対応する位置に設けたことによって、第2空間434、第3空間435、及び、4つのスリット523a、523b、523c、523dが第1の方向D1に並ぶため、第2コイル450で発生した磁界が、第2ヨーク430や第2磁性ディスク520内で径方向に沿って進行することを確実に規制することができ、安定した磁気回路が確保される。
 シャフト部310を回転操作すると、第1磁性ディスク320が第1ヨーク230及び第1中間ヨーク240に対して相対的に回転し、かつ、第2磁性ディスク520が第2ヨーク430及び第2中間ヨーク440に対して相対的に回転する。このとき、上部210Aにおいては、第1磁性ディスク320の上面と第1ヨーク230の底面236との間の第1の方向D1の距離は、略一定に保たれ、第1磁性ディスク320の下面と第1中間ヨーク240の上面241との間の第1の方向D1の距離は略一定に保たれ、さらに、第1磁性ディスク320の外周面と環状部材270の内周面との第2の方向D2の距離も略一定に維持される。また、下部210Bにおいても、第2磁性ディスク520の下面と第2ヨーク430の上面436との間の第1の方向D1の距離は、略一定に保たれ、第2磁性ディスク520の下面と第2中間ヨーク440の上面241との間の第1の方向D1の距離は略一定に保たれ、さらに、第2磁性ディスク520の外周面と環状部材270の内周面との第2の方向D2の距離も略一定に維持される。
 図9と図10に示すように、第1磁性ディスク320の周囲の隙間280には磁気粘性流体360が満たされ、また、第2磁性ディスク520の周囲の隙間480には磁気粘性流体560が満たされている。したがって、上部210Aにおいては、隙間280のうち、第1磁性ディスク320の上面と第1ヨーク230の底面236とに第1の方向D1を挟まれた隙間に磁気粘性流体360が存在し、かつ、第1磁性ディスク320の下面と第1中間ヨーク240の上面241とに第1の方向D1を挟まれた隙間にも磁気粘性流体360が存在する。さらに、第1磁性ディスク320の外周面と環状部材270とに径方向に挟まれた、上記間隙281にも磁気粘性流体360が存在する。第1磁性ディスク320の周囲の隙間280は、封止部材260、環状部材270、シャフト部310、フランジ部312、第1ヨーク230、第1中間ヨーク240等で封止されている。このため、磁気粘性流体360は隙間280内に確実に保持される。下部210Bにおいては、隙間480のうち、第2磁性ディスク520の底面と第2ヨーク430の上面436とに第1の方向D1を挟まれた隙間に磁気粘性流体560が存在し、かつ、第2磁性ディスク520の下面と第2中間ヨーク440の底面441とに第1の方向D1を挟まれた隙間にも磁気粘性流体560が存在する。さらに、第2磁性ディスク520の外周面と環状部材270とに径方向に挟まれた、上記間隙481にも磁気粘性流体560が存在する。第2磁性ディスク520の周囲の隙間480は、封止部材460、環状部材270、シャフト部310、フランジ部312、第2ヨーク430、第2中間ヨーク440等で封止されている。このため、磁気粘性流体560は隙間480内に確実に保持される。
 ここで、磁気粘性流体360、560は、第1実施形態の磁気粘性流体160と同様の物質で構成され、隙間280、480への配置方法や変形例も第1実施形態と同様である。
 第1コイル250に対して電流が印加されると、上述したように図10に示すような磁界が発生し、第1磁性ディスク320においては第1の方向D1のみの磁束が通り、第1磁性ディスク320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中間ヨーク240においては径方向に沿った磁力線が生じ、第1コイル250の外側においては、第1の方向D1の磁力線が生じる。第3ヨーク290においては、第1中間ヨーク240における磁力線とは逆方向であって径方向の磁力線が生じる。一方、下部210Bにおいては、第2コイル450に対して電流が印加されると図10に示すような磁界が発生し、第2磁性ディスク520においては、主に、第1の方向D1に沿った方向のみの磁束が通り、第2磁性ディスク520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中間ヨーク440においては径方向に沿った磁力線が生じ、第2コイル450の外側においては、第1の方向D1の磁力線が生じる。第3ヨーク490においては、第2中間ヨーク440における磁力線とは逆方向であって径方向の磁力線が生じる。
 磁気粘性流体360、560のいずれにおいても、コイル250、450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310を操作すると、保持部220は、大きな抵抗力を受けずに、操作部300に対して相対的に回転する。あるいは、コイル250、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310に抵抗トルクが残留する。
 一方、コイル250、450に電流を印加して磁界を発生させると、磁気粘性流体360、560には第1の方向D1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360、560中で分散していた磁性粒子は磁力線に沿って集まり、第1の方向D1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211を中心とする方向にシャフト部310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。
 第2実施形態においては、シャフト部310から径方向外側に円板状に広がった磁性ディスク320、520を使用しているため、シャフト部310だけの場合に比べると広い範囲に磁気粘性流体360、560を配置できる。さらに、磁気粘性流体360、560の抵抗力の大きさは、上下方向に沿った方向の磁界が印加されている、第1ヨーク230の底面236又は第1中間ヨーク240の上面241に上下方向を挟まれた磁気粘性流体360の配置範囲の広さ、又は、上下方向に沿った方向の磁界が印加されている、第2ヨーク430の上面436又は第2中間ヨーク440の底面441に上下方向を挟まれた磁気粘性流体560の配置範囲の広さにそれぞれ関係する。特に、シャフト部310の操作によって磁性ディスク320、520を回転させたときの磁気粘性流体360、560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360、560の面積に関係する。よって、磁界を印加可能な磁気粘性流体360、560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。
 第2実施形態では、上部210Aにおいて、第1コイル250と第1磁性ディスク320との間の一部に磁気ギャップを形成するように第1ヨーク230を内側ヨーク231と外側ヨーク232で構成し、外径を大きくすることなく、磁束の通過する内側ヨーク231の下面231eの面積と外側ヨーク232の下面232eの面積を大きくしている。また、下部210Bにおいて、第2コイル450と第2磁性ディスク520との間の一部に磁気ギャップを形成するように第2ヨーク430を内側ヨーク431と外側ヨーク432で構成し、外径を大きくすることなく、磁束の通過する内側ヨーク431の上面431eの面積と外側ヨーク432の上面432eの面積を大きくしている。さらにまた、磁性ディスク320、520の広い範囲において、第1の方向D1に沿った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。
 図11は、トルク発生装置210の制御系統のブロック図である。トルク発生装置210は、上述のコイル250、450のほかに、通電制御部371、第1通電部372、及び、第2通電部373をさらに備える。通電制御部371は、2つのコイル250、450のそれぞれに印加する電流を制御する。第1通電部372は、通電制御部371からの制御信号にしたがって、第1コイル250に対して所定の電流を印加し、第2通電部373は、通電制御部371からの制御信号にしたがって、第2コイル450に対して所定の電流を印加する。図9と図10に示す例では、2つの磁性ディスク320、520のいずれにおいても、中心軸211から遠ざかる方向に磁束が通るように、2つのコイル250、450のそれぞれに同時に電流を印加しているが、互いに異なる方向に磁束が通るように、又は、一方のコイルのみに電流を印加するように制御することもできる。また、2つのコイル250、450のそれぞれに印加する電流は同一であってもよいし、異なってもよい。
 図12(a)は、第2実施形態のトルク発生装置210における磁束の流れを示すコンター図、(b)は比較例のトルク発生装置におけるコンター図、(c)は第2実施形態のトルク発生装置における磁束の流れの概略を示す図、(d)は比較例のトルク発生装置における磁束の流れの概略を示す図である。図13(a)は、第1磁性ディスクの上側における磁束密度の変化を示すグラフ、(b)は第1磁性ディスクの下側における磁束密度の変化を示すグラフである。図14(a)は図12(c)の一部拡大図、(b)は図12(d)の一部拡大図である。図12(b)、(d)と図14(b)に示す比較例では、テーパ形状の第2空間が設けられておらず、第2実施形態の第3空間235、435と同様に第1の方向D1に沿って互いに平行な空間がコイルまで延びている。ただし、比較例においても、磁性ディスク側からコイルまで延びる空間は、磁気ギャップとして、径方向において、コイルを収容する第1空間よりも狭くなるように設定されている。図13(a)、(b)では、第1磁性ディスクの中心から外周までの磁束強度の分布を示しており、黒丸(「テーパ有」)は第2実施形態に対応しており、テーパ形状の第2空間を有する場合であり、白丸(「テーパ無」)は図12(b)、(d)の比較例に対応しており、テーパ形状の第2空間を有していない場合である。
 図12(a)、(b)、(c)、(d)と図14(a)、(b)に示すように、第2実施形態と比較例のいずれにおいても、コイルと磁性ディスクとの間で、特に磁気ギャップの近傍において、磁束が径方向に沿って進行することが規制されており、磁気ギャップを設けていない構成と比べて面積を有効に活用できていることが分かる。さらに、図12(a)、(b)、(c)、(d)及び図14(a)、(b)を比較すると、第2実施形態のトルク発生装置210(図12(a)、(c))では、比較例よりもさらに、磁束が効率的に磁性ディスク側へ導かれていることが分かる。
 図13(a)、(b)を見ると、第1磁性ディスクの上下両面のいずれにおいても、第2実施形態のトルク発生装置210のようなテーパ形状を設けることによって磁束密度が大きくなっていることが分かる。これは、テーパ形状の第2空間を設けることによって、ヨーク内において磁性ディスクの手前で磁束が左右に流れることを規制することができ、この領域における磁束の短絡を減少させることができ、磁性ディスクに対して効率的に磁束が誘導されやすくなったことに起因すると考えられる。このような構成によれば、磁気粘性流体に対して、操作軸と平行な方向の磁束を効率よく与えることができ、これによって、磁気粘性流体を硬化させやすくなり、せん断応力を増加させることが可能となることから、大型化することなくトルク性能を向上させることができる。
 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、小型でありながら、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、210 トルク発生装置
 11、211 中心軸
 20、220 保持部
 30、230 第1ヨーク
 31、231、431 内側ヨーク
 31a、231a、431a 円筒部
 31b、231b、431b 鍔状部
 31c、231c、431c 第1面
 31d、231d、431d 第2面
 32、232、432 外側ヨーク
 32a、232a、432a 円筒部
 32b、232b、432b 縁部
 32c、232c、432c 第1面
 32d、232d、432d 第2面
 33、233、433 第1空間
 33x、233x 中心位置
 34 第2空間(第1磁気ギャップ)
 35x、235x 中心位置
 35 第3空間(磁気ギャップ)
 36、236 底面
 40、430 第2ヨーク
 41、241 上面
 42、242、442 孔部
 43 下面
 50 コイル(第1コイル、磁界発生部)
 60、260、460 封止部材
 61、261 下面
 70、270 環状部材
 80、280、480 隙間
 81、281、481 間隙
 90、290、490 第3ヨーク
 100、300 操作部
 110、310 シャフト部(操作軸)
 111、311 軸部(操作軸)
 112、312 フランジ部
 113 先端部
 114、314 結合部
 120 磁性ディスク
 121、321、521 中央孔部
 122、322、522 貫通孔部
 123a、123b、123c、123d スリット
 140  支持部材
 140a 受け部
 141  保持具
 151、351、551 ラジアル軸受
 152、352、552 プッシャ
 153、353、553 オーリング
 160、360、560 磁気粘性流体
 171、371 通電制御部
 172  通電部
 210A 上部
 210B 下部
 234 第2空間(第1磁気ギャップ)
 235 第3空間
 240  第1中間ヨーク
 250   第1コイル(磁界発生部)
 320   第1磁性ディスク
 323a、323b、323c、323d スリット
 372  第1通電部
 373  第2通電部
 434 第2空間(第2磁気ギャップ)
 435 第3空間
 436   上面
 440   第2中間ヨーク
 441   底面
 450   第2コイル(磁界発生部)
 461   上面
 520   第2磁性ディスク
 523a、523b、523c、523d スリット
 D1   第1の方向
 D2   第2の方向

Claims (11)

  1.  回転軸を中心に回転可能な磁性ディスクと、
     前記回転軸と平行な第1の方向において前記磁性ディスクを挟む一方に位置する第1ヨーク、及び、他方に位置する第2ヨークと、
     前記第1の方向において、前記磁性ディスクと離間して前記第1ヨーク側に配置され、通電により磁界を発生させる第1コイルと、
     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1ヨークは、前記第1コイルと前記磁性ディスクとの間に第1磁気ギャップを形成するように、前記第1コイルと前記磁性ディスクとの間において、径方向に延在して設けられており、
     前記第1磁気ギャップは、前記第1コイルに近づくほど前記径方向における幅が大きくなる形状を有することを特徴とするトルク発生装置。
  2.  前記磁性ディスクと対向する前記第1ヨークの対向面が前記径方向において前記第1磁気ギャップにより前記第1磁気ギャップの内側と外側に分割され、前記第1磁気ギャップは、前記対向面において、前記第1磁気ギャップの内側の面積と外側の面積とが互いに略同一となる位置に設けられている請求項1に記載のトルク発生装置。
  3.  前記第1ヨークは、前記第1磁気ギャップによって分割された径方向内側の領域を形成する内周側部と、径方向外側の領域を形成する外周側部と、を少なくとも有し、
     前記内周側部及び前記外周側部のそれぞれにおいて前記第1磁気ギャップを形成する面が傾斜面を有する請求項1又は請求項2に記載のトルク発生装置。
  4.  前記第1の方向に対する前記傾斜面の傾斜角度は、前記内周側部の傾斜面の方が前記外周側部の傾斜面よりも大きくなっている請求項3に記載のトルク発生装置。
  5.  前記第1磁気ギャップは、少なくとも一部において、非磁性体からなる封止部材によって封止されている請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のトルク発生装置。
  6.  前記第1ヨークと前記第2ヨークとを前記第1の方向において互いに接続する環状部材を備え、
     前記環状部材は、前記磁性ディスクの外周面との間に間隙を有して囲むように全周に亘って配置されている非磁性体部を有する請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のトルク発生装置。
  7.  前記磁性ディスクは、前記第1の方向に互いに対向して配置され、回転軸を中心にそれぞれ回転可能な、第1磁性ディスク及び第2磁性ディスクを備え、
     前記第1磁性ディスクと前記第2磁性ディスクの間に中間ヨークが位置し、
     前記第1コイルは、前記第1の方向において、前記第1磁性ディスクと離間して前記第1ヨーク側に配置され、
     前記第1の方向において、前記第2磁性ディスクと離間して前記第2ヨーク側に配置され、通電により磁界を発生させる第2コイルが設けられ、
     前記磁気粘性流体は、前記第1磁性ディスクと前記第1ヨーク及び前記中間ヨークとの間、並びに、前記第2磁性ディスクと前記中間ヨーク及び前記第2ヨークとの間に、それぞれ充填され、
     前記第1ヨークは、前記第1コイルと前記第1磁性ディスクとの間に前記第1磁気ギャップを形成するように、前記第1コイルと前記第1磁性ディスクとの間において、前記径方向に延在して設けられており、
     前記第2ヨークは、前記第2コイルと前記第2磁性ディスクとの間に第2磁気ギャップを形成するように、前記第2コイルと前記第2磁性ディスクとの間において、前記径方向に延在して設けられ、
     前記第1磁気ギャップは、前記第1コイルに近づくほど前記径方向における幅が大きくなる形状を有し、
     前記第2磁気ギャップは、前記第2コイルに近づくほど前記径方向における幅が大きくなる形状を有する請求項1に記載のトルク発生装置。
  8.  前記第1コイル及び前記第2コイルに印加する電流を制御する通電制御部を備え、
     前記通電制御部は、前記第1コイルに電流を印加する第1通電部と、前記第2コイルに電流を印加する第2通電部と、を有し、
     前記第1コイル及び前記第2コイルに同時に電流を印加するときには、前記中間ヨークにおける磁界の向きが同一の向きとなるように制御される請求項7に記載のトルク発生装置。
  9.  前記第1磁気ギャップにより、前記第1磁性ディスクと対向する前記第1ヨークの対向面が前記径方向において前記第1磁気ギャップの内側と外側に分割され、前記第1磁気ギャップは、前記第1ヨークの対向面において、前記第1磁気ギャップの内側の面積と外側の面積とが互いに略同一となる位置に設けられており、
     前記第2磁気ギャップにより、前記第2磁性ディスクと対向する前記第2ヨークの対向面が前記径方向において前記第2磁気ギャップの内側と外側に分割され、前記第2磁気ギャップは、前記第2ヨークの対向面において、前記第2磁気ギャップの内側の面積と外側の面積とが互いに略同一となる位置に設けられている請求項7又は請求項8に記載のトルク発生装置。
  10.  前記第1ヨークは、前記第1磁気ギャップの内側の領域を形成する内周側部と、外側の領域を形成する外周側部とを少なくとも有し、これらの内周側部及び外周側部のそれぞれにおいて前記第1磁気ギャップを形成する面が傾斜面を有し、
     前記第2ヨークは、前記第2磁気ギャップの内側の領域を形成する内周側部と、外側の領域を形成する外周側部とを少なくとも有し、これらの内周側部及び外周側部のそれぞれにおいて前記第2磁気ギャップを形成する面が傾斜面を有し、
     前記第1ヨーク及び前記第2ヨークにおけるそれぞれの前記傾斜面は、前記第1の方向に対する傾斜角度が、内側の傾斜面の方が外側の傾斜面よりも大きくなっている請求項7に記載のトルク発生装置。
  11.  前記第1ヨーク、前記中間ヨーク、及び、前記第2ヨークを、前記第1の方向において互いに接続する環状部材を備え、
     前記環状部材は、前記第1磁性ディスク及び前記第2磁性ディスクの外周面との間に間隙を有して囲むように全周に亘って配置されている非磁性体部を有する請求項7から請求項10のいずれか1項に記載のトルク発生装置。
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