WO2019220771A1 - トルク発生装置 - Google Patents

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WO2019220771A1
WO2019220771A1 PCT/JP2019/011815 JP2019011815W WO2019220771A1 WO 2019220771 A1 WO2019220771 A1 WO 2019220771A1 JP 2019011815 W JP2019011815 W JP 2019011815W WO 2019220771 A1 WO2019220771 A1 WO 2019220771A1
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WO
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yoke
magnetic disk
magnetic
torque
outer peripheral
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PCT/JP2019/011815
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French (fr)
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飛鳥 小池
未鈴 ▲高▼橋
高橋　一成
達弘 冨山
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アルプスアルパイン株式会社
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Publication date
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    • F16F9/12—Devices with one or more rotary vanes turning in the fluid any throttling effect being immaterial, i.e. damping by viscous shear effect only
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    • F16F9/53—Means for adjusting damping characteristics by varying fluid viscosity, e.g. electromagnetically
    • F16F9/535—Magnetorheological [MR] fluid dampers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2230/00—Purpose; Design features
    • F16F2230/36—Holes, slots or the like

Definitions

  • the present invention relates to a torque generator capable of changing a rotational resistance using a magnetorheological fluid.
  • the haptic interface described in Patent Literature 1 interacts with an element that interacts with a user, a rotating shaft that is fixed so that the element rotates, and a magnetorheological fluid, and rotates on the rotating shaft.
  • the element interacting with the fluid has at least one cylindrical wall in which an opening is formed and / or a relief and / or concave pattern is formed and has a longitudinal axis.
  • the magnetic particle chains contained in the magnetorheological fluid are located in the relief and form an obstacle to the displacement of the relief, and the shear force is applied to the particle chains by the interaction element. This provides increased braking force in a small volume.
  • the brake force transmission device disclosed in Patent Document 2 includes a magnetic disk fixed to a rotating shaft, MR fluid layers laid on the top and bottom of the disk, and a coil, and is arranged at a position aligned with the coil in the axial direction.
  • a gap and a magnetic bridge are provided in a region where the end face of the coil is projected onto the disk.
  • the disk diameter is increased with respect to the coil diameter in order to reverse the direction of the magnetic field on the inner peripheral side of the disk and the direction of the magnetic field on the outer peripheral side. It was difficult to convert.
  • an object of the present invention is to provide a torque generator using a magnetorheological fluid, which is suitable for downsizing and can obtain a large shear force.
  • a torque generator according to the present invention is disposed on both sides of a magnetic disk that can rotate about a rotation axis and on both sides of the magnetic disk in a first direction parallel to the rotation axis. Furthermore, the first and second yokes, the magnetorheological fluid filled between the magnetic disk and the first and second yokes, and the magnetic disk overlap when viewed in the direction along the first direction.
  • a third yoke that has a magnetic disk and a region close to the magnetic disk at least outside the coil, and constitutes a magnetic path of a magnetic field generated by the coil together with the first yoke and the second yoke
  • the magnetic disk has a torque increasing portion on at least one of the surface facing the first yoke and the surface facing the second yoke, and the torque increasing portion is a magnetic disk.
  • the shear force for the magnetorheological fluid cluster is made larger than the inner peripheral region inside the outer peripheral region,
  • the three yokes have a magnetic gap between them and the first yoke.
  • the magnetic gap when viewed along the first direction, is outside the outer peripheral edge of the magnetic disk or the outer peripheral edge of the magnetic disk. It is characterized by being formed at overlapping positions. Thereby, in a wide range excluding the outer peripheral edge of the magnetic disk, a magnetic flux having a magnetic field component crossing between the first yoke and the second yoke as a main direction can be passed, and a direction based on the direction of the magnetic flux Therefore, a large shear force can be obtained without increasing the size of the apparatus and in comparison with a configuration in which no torque increasing portion is provided.
  • the first yoke includes an extending portion that overlaps the coil and the magnetic disk when viewed along the first direction between the coil and the magnetic disk.
  • the magnetic disk it is possible to reliably pass the magnetic lines of force not only in the inner peripheral region but also in the outer peripheral region provided with the torque increasing portion, which can contribute to generation of a large shear force.
  • the torque increasing portion has an opening that penetrates in the thickness direction of the magnetic disk.
  • the opening may be a long hole whose longitudinal direction is the second direction. Thereby, a cluster of magnetic particles corresponding to the magnetic flux passing through the opening of the magnetic disk is formed between the first yoke and the second yoke, and a large resistance force (torque) can be generated.
  • the torque increasing portion is formed as irregularities in the thickness direction of the magnetic disk.
  • the torque increasing portion may have a configuration in which the unevenness is provided concentrically around the rotation axis. Thereby, irregularities are formed in the shape of the gap between the magnetic disk and the first yoke and the second yoke, and a large resistance force (torque) can be generated.
  • the gap between the first yoke and the second yoke is smaller in the torque increasing portion than in the inner peripheral region of the magnetic disk.
  • the first yoke and the second yoke may have a recess that enlarges the gap with the magnetic disk in a region facing the inner peripheral region of the magnetic disk.
  • the distance between the outer peripheral edge of the magnetic disk and the outer surface of the third yoke is not constant within a plane orthogonal to the rotation axis.
  • the third yoke is preferably substantially square in plan view. As a result, a wide magnetic path can be secured in the side wall corresponding to the corner of the third yoke, and a magnetic field is reliably generated along this magnetic path.
  • FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views taken along the line IV-IV ′ in FIG. 1A, and FIG. 4B conceptually shows a magnetic field generated by an exciting coil.
  • FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views taken along the line V-V ′ in FIG. 1A, and FIG.
  • FIG. 2B conceptually shows a magnetic field generated by an exciting coil.
  • FIG. 5 is a partially enlarged view of FIG. It is a block diagram of the control system of the torque generator shown to FIG. 1 (A), (B).
  • (A) is a plan view showing the configuration of the magnetic disk in the first embodiment
  • (B) is a perspective view of the magnetic disk of (A)
  • (C) is a sectional view taken along line VIII-VIII ′ of (A)
  • FIG. 4D is a cross-sectional view illustrating a configuration of a modification of the first embodiment.
  • 6 is a graph showing the relationship between the current applied to the coil and the output torque of the torque generator when the magnetic disks according to Examples 1 to 5 of the first embodiment and the magnetic disk according to the comparative example are used.
  • (A) is a plan view showing the configuration of the magnetic disk in the second embodiment
  • (B) is a perspective view of the magnetic disk of (A)
  • (C) is a cross-sectional view taken along line XX ′ of (A).
  • (A) is a plan view showing the configuration of the magnetic disk in the third embodiment
  • (B) is a perspective view of the magnetic disk of (A)
  • (C) is a sectional view taken along line XI-XI ′ of (A).
  • (A) is a plan view showing the configuration of the magnetic disk in the fourth embodiment
  • (B) is a perspective view of the magnetic disk of (A)
  • (C) is a sectional view taken along line XII-XII ′ of (A).
  • ⁇ Basic form> A basic form of the torque generator will be described with reference to FIGS.
  • the shape of the magnetic disk 120 is described as a substantially disk shape with the upper surface 124 and the lower surface 125 being flat, but the specific shape in each embodiment will be described later.
  • FIG. 1A is a perspective view of a torque generator 10 according to a basic form as viewed from above
  • FIG. 1B is a perspective view of the torque generator 10 as viewed from below
  • 2 and 3 are exploded perspective views of the torque generator 10.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view seen from the upper side
  • FIG. 3 is an exploded perspective view seen from the lower side.
  • 4A and 4B are cross-sectional views taken along line IV-IV ′ in FIG. 1A
  • FIG. 4B is an explanatory diagram conceptually showing the magnetic field generated by the exciting coil 50.
  • 5A and 5B are cross-sectional views taken along the line V-V 'of FIG. 1A
  • FIG. 5B conceptually shows a magnetic field generated by the exciting coil.
  • FIG. 6 is a partially enlarged view of FIG.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a control system of the torque generator 10.
  • FIGS. 1A to 6 for convenience of explanation, the vertical direction is defined along the central axis 11, but the direction in actual use is not limited.
  • a direction along the central axis 11 is referred to as a first direction, and a radial direction perpendicular to the central axis 11 from the central axis 11 is referred to as a second direction.
  • a state where the lower side is viewed from the upper side along the central axis 11 may be referred to as a plan view.
  • FIGS. 2 and 3 some screws and magnetorheological fluid are not shown.
  • the torque generating device 10 includes a holding unit 20, a Hall element 52 as a magnetic measurement unit, and an operation unit 100.
  • the operation unit 100 includes a shaft unit 110 and a magnetic disk 120, and is supported by the holding unit 20 so as to be rotatable in both directions around a central axis 11 (rotation axis).
  • the operation unit 100 is supported by the holding unit 20 in a rotatable state via the support member 140 and the radial bearing 150 (FIG. 2).
  • a gap 80 provided in the torque generator 10 is filled with a magnetorheological fluid 160.
  • the holding unit 20 includes a first yoke 30, a second yoke 40, an exciting coil 50 as a magnetic field generating unit, an annular member 60, and a third yoke 70 as an upper case.
  • the first yoke 30, the second yoke 40, and the third yoke 70 are formed by being processed separately. However, any one of the first yoke 30, the second yoke 40, and the third yoke 70 may be combined and formed integrally.
  • the first yoke 30 includes an annular portion 31 and a cylindrical portion 32 that is integrally provided so as to extend upward from the upper surface of the annular portion 31 concentrically with the annular portion 31. .
  • the annular portion 31 and the cylindrical portion 32 have a circular shape centered on the central axis 11 in plan view, and the cylindrical portion 32 is smaller in outer diameter than the annular portion 31. Due to the difference in outer diameter between the annular portion 31 and the cylindrical portion 32, a stepped portion 33 is formed outside the outer peripheral surface 32 a of the cylindrical portion 32.
  • the first yoke 30 has an inner peripheral surface 34 that is circular in plan view with the central axis 11 as the center. The inner peripheral surface 34 passes through the annular portion 31 and the cylindrical portion 32 along the central axis 11, and the inner diameter thereof is set so as to change according to the position in the vertical direction.
  • an excitation coil 50 as a magnetic field generating unit is disposed at the stepped portion 33 of the first yoke 30.
  • the exciting coil 50 has an annular shape in which the inner periphery 50 a is along the outer peripheral surface 32 a of the cylindrical portion 32, and the outer periphery 50 b is located outside the outer peripheral surface 31 a of the annular portion 31 in the radial direction. Therefore, the exciting coil 50 overlaps with the annular portion 31 as the extending portion in plan view.
  • the exciting coil 50 is a coil including a conducting wire wound around the central axis 11.
  • connection member 51 is electrically connected to the excitation coil 50, and a current is supplied through a path (not shown) to the input portion 51a of the connection member 51 exposed from the upper part of the third yoke 70.
  • a current is supplied to the exciting coil 50, a magnetic field is generated.
  • An annular member 60 is fixed to the annular portion 31 of the first yoke 30 along the outer peripheral surface 31a.
  • the annular member 60 has an annular shape and is made of a nonmagnetic material such as a synthetic resin.
  • the annular member 60 fixed to the first yoke 30 has a circular shape having an outer diameter substantially the same as that of the exciting coil 50 disposed in the step portion 33 in a plan view.
  • the lower surface 61 of the annular member 60 forms substantially the same surface as the bottom surface 35 of the first yoke 30, and this surface extends along a direction orthogonal to the central axis 11.
  • the radial thickness of the annular member 60 is a thickness that can prevent the magnetic field generated by the exciting coil 50 from passing through the annular member 60 in the radial direction.
  • the radial thickness of the annular member 60 may vary up and down.
  • 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 that is orthogonal to the vertical direction along the central axis 11.
  • the upper surface 41 is provided with an annular groove 42 that surrounds the central axis 11 and opens upward.
  • a hole 43 is formed in the center of the groove 42 so as to penetrate the second yoke 40 in the vertical direction.
  • a support member (pivot support member) 140 extending in the vertical direction is inserted into the hole 43, and the support member 140 is fixed to the lower surface 44 of the second yoke 40. Is fixed to the second yoke 40.
  • the support member 140 has a receiving portion 140a as a concave portion opened upward, and the receiving portion 140a rotatably receives the distal end portion of the shaft portion 110.
  • planar shape of the yokes 30 and 40 is not necessarily circular. Further, the division of the yoke may not be a combination such as the first yoke 30 and the second yoke 40 described above, and may be a rectangular planar shape depending on the division position.
  • the bottom surface 35 of the first yoke 30, the lower surface 61 of the annular member 60, and the upper surface 41 of the second yoke 40 are substantially parallel to each other, and between the bottom surface 35 and the upper surface 41.
  • a gap 80 is formed.
  • the third yoke 70 includes (1) an exciting coil 50, a first yoke 30, and an annular member 60, (2) a connecting member 51 and a hall element 52, and (3) a radial bearing 150.
  • the shaft portion 110 and the magnetic disk 120 are housed in a space 72 therein.
  • the space 72 is formed in a circular shape in plan view by the inner peripheral surface 71, and the lower portion is closed by disposing the second yoke 40.
  • the space 72 is surrounded by the upper wall portion 74 and the side wall portion 75 of the third yoke 70.
  • the third yoke 70 has a substantially square shape in plan view, while the space 72 has a circular shape in plan view as described above. For this reason, in the plan view shape of the side wall portion 75, that is, the plan view shape of the outer surface of the side wall portion 75 of the third yoke 70, the corners of the third yoke 70 are thick and the side portions are thin.
  • the second yoke 40 is fixed to the third yoke 70 by screws (not shown) that penetrate the side wall 75 of the third yoke 70 in the radial direction.
  • the outer peripheral surface 45 of the second yoke 40 is fixed in contact with the side wall 75 of the third yoke 70, and the second yoke 40 and the third yoke 70 are magnetically connected to each other (see FIG. 6). ).
  • the second yoke 40 and the third yoke 70 can be fixed by means other than screws, for example, welding.
  • a magnetic path (magnetic circuit) that makes the magnetic field generated by the exciting coil 50 a closed loop can be formed.
  • the third yoke 70 and the first yoke 30 are fixed to each other with a plurality of screws 90 that vertically penetrate the upper wall portion 74 of the third yoke 70. . Accordingly, the upper portion of the first yoke 30 and the upper wall portion 74 of the third yoke 70 are fixed in contact with each other, and the first yoke 30 and the third yoke 70 are magnetically connected in this region.
  • annular member 60 made of a nonmagnetic material is fixed to the outer peripheral surface 31 a of the annular portion 31 of the first yoke 30, and the outer peripheral surface of the annular member 60 is connected to the inner peripheral surface 71 of the third yoke 70. It touches. Therefore, the annular portion 31 of the first yoke 30 and the side wall portion 75 of the third yoke 70 are separated from each other by the annular member 60 in the direction orthogonal to the central axis 11, and a magnetic gap G is formed.
  • the magnetic gap G extends from the bottom surface of the exciting coil 50 to the top surface 41 of the second yoke 40 in the first direction along the central axis 11.
  • the magnetic gap G By providing the magnetic gap G, the magnetic flux of the magnetic field generated by the exciting coil 50 is transferred from the annular portion 31 of the first yoke 30 to the side wall portion 75 of the third yoke 70 and from the magnetic disk 120 to the third yoke 70. Passing to the side wall portion 75 along the direction orthogonal to the central axis 11 can be restricted.
  • an area close to the magnetic disk 120 is formed outside the magnetic disk 120 and the excitation coil 50 by the magnetic gap G.
  • the upper wall portion 74 of the third yoke 70 proceeds in a direction approaching the central axis 11 and proceeds from the top to the bottom, that is, toward the cylindrical portion 32 side of the first yoke 30 in the region corresponding to the inside of the excitation coil 50.
  • the magnet travels downward inside the exciting coil 50, crosses the magnetic disk 120 again, and reaches the second yoke 40.
  • the third yoke 70 Since the magnetic gap G is formed in the magnetic field of such a magnetic path, the passage of the magnetic flux from the annular portion 31 and the magnetic disk 120 to the side wall portion 75 of the third yoke 70 is restricted. Further, since the side wall portions 75 of the second yoke 40 and the third yoke 70 are magnetically connected, a magnetic path passing from the second yoke 40 through the side wall portion 75 is secured. Further, as described above, the shape of the side wall 75 in plan view is such that the corner of the third yoke 70 is thick and the side is thin, so that a wide magnetic path is ensured particularly in the side wall 75 corresponding to the corner. And a magnetic field is reliably generated along this magnetic path (see FIG. 5B). In the present embodiment, the third yoke 70 has a substantially rectangular shape in plan view, but may be circular or other shapes in plan view as long as a magnetic path can be secured.
  • the third yoke 70 has a substantially cylindrical through hole 73 in a region including the central axis 11.
  • the through hole 73 penetrates the third yoke 70 in the vertical direction.
  • the space in the through hole 73 communicates with the space surrounded by the inner peripheral surface 34 of the first yoke 30 in the vertical direction.
  • the shaft portion 110 as an operation shaft is a rod-like material extending vertically along the central axis 11, and is provided on the upper shaft portion 111 and below the shaft portion 111.
  • the groove portion 112 is provided with a spiral groove centered on the central axis 11 on the outer peripheral surface.
  • the tip 113 provided at the center of the lower surface of the groove 112 has a shape that tapers down as it goes down.
  • the magnetic disk 120 is a disk-shaped member that is made of a magnetic material and has a circular plane that is arranged so as to be orthogonal to the vertical direction.
  • a central hole portion 121 penetrating in the vertical direction is provided at the center of the circular plane of the magnetic disk 120, and a plurality of through hole portions 122 penetrating the magnetic disk 120 vertically are provided at positions surrounding the central hole portion 121. Is provided.
  • the magnetic disk 120 is fixed to the shaft portion 110 by fitting the shaft portion of the screw 91 inserted into the through hole portion 122 from below into the groove portion 112 of the shaft portion 110.
  • the shaft portion 110 has a shaft portion 111 rotatably supported by a radial bearing 150, and a tip portion 113 at the lower end of the groove portion 112 is a central hole portion 121 of the magnetic disk 120. And pivotally supported by a support member (pivot support member) 140.
  • the radial bearing 150 is supported at a predetermined position in the vertical direction by the third yoke 70 and the first yoke 30.
  • An O-ring 116 is attached to the groove of the groove portion 112.
  • the shaft portion 110 can rotate around the central axis 11 with respect to the first yoke 30, the second yoke 40, and the third yoke 70 while maintaining adhesion with the first yoke 30. Supported.
  • the upper portion of the shaft portion 111 is exposed above the third yoke 70, and the exposed portions of the shaft portion 111 are provided with coupling holes 114 and 115 for connecting members necessary for input operation to the shaft portion 110. It has been.
  • the magnetic disk 120 is disposed so as to extend in a direction perpendicular to the central axis 11 in the gap 80 between the first yoke 30 and the second yoke 40. As shown in FIG. Therefore, the magnetic disk 120 is positioned so as to overlap the exciting coil 50 in the direction along the central axis 11. Thereby, the magnetic disk 120 overlaps with the annular portion 31 as the extending portion in plan view.
  • the magnetic disk 120 and the excitation coil 50 may be positioned so that at least a part thereof overlaps in the direction along the central axis 11.
  • the magnetic disk 120 has an upper surface 124 and a lower surface 125 as two surfaces facing each other perpendicular to the first direction along the central axis 11.
  • a gap 81 exists between the upper surface 124 of the magnetic disk 120 and the bottom surface 35 of the first yoke 30, and a gap 82 exists between the lower surface 125 of the magnetic disk 120 and the upper surface 41 of the second yoke 40. To do. Further, the outer peripheral edge 126 of the magnetic disk 120 and the side wall 75 of the third yoke 70 are separated by a magnetic gap G.
  • the magnetic disk 120 When the magnetic disk 120 rotates relative to the first yoke 30 and the second yoke 40 by rotating the shaft portion 110, it is between the upper surface 124 of the magnetic disk 120 and the bottom surface 35 of the first yoke 30.
  • the distance in the vertical direction is kept substantially constant, the distance in the vertical direction between the lower surface 125 of the magnetic disk 120 and the upper surface 41 of the second yoke 40 is kept substantially constant, and the outer peripheral edge 126 of the magnetic disk 120 is further maintained.
  • the distance in the radial direction from the inner peripheral surface 71 of the side wall portion 75 is also maintained substantially constant.
  • the gap 80 around the magnetic disk 120 is filled with a magnetorheological fluid 160.
  • the magnetorheological fluid 160 exists in the gap 81 sandwiched in the vertical direction between the upper surface 124 of the magnetic disk 120 and the bottom surface 35 of the first yoke 30, and the lower surface 125 of the magnetic disk 120 and the upper surface of the second yoke 40.
  • the magnetorheological fluid 160 is also present in the gap 82 sandwiched between the upper and lower sides 41 and 41.
  • the magnetorheological fluid 160 is also present in a space (magnetic gap G) sandwiched between the outer peripheral edge 126 of the magnetic disk 120 and the side wall 75 of the third yoke 70 in the radial direction.
  • the gap 80 around the magnetic disk 120 is sealed by the shaft portion 110, the O-ring 116, the support member 140, the first yoke 30, the second yoke 40, the third yoke 70, the annular member 60, and the like. For this reason, the magnetorheological fluid 160 is reliably held in the gap 80.
  • the magnetorheological fluid 160 may exist only on either the upper surface 124 side or the lower surface 125 side.
  • the magnetorheological fluid 160 may exist only on either the upper surface 124 side or the lower surface 125 side.
  • the magnetorheological fluid 160 may exist only on either the upper surface 124 side or the lower surface 125 side.
  • the magnetorheological fluid 160 may be disposed in the gap 80 by applying to the inner peripheral surface 71 of the third yoke 70 and the like.
  • the magnetorheological fluid 160 is a substance whose viscosity changes when a magnetic field is applied.
  • the magnetorheological fluid 160 is 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.
  • the iron-based particles containing carbon for example, the carbon content is preferably 0.15% or more.
  • the diameter of the magnetic particles is preferably 0.5 ⁇ m or more, and more preferably 1 ⁇ m or more, for example.
  • the magnetorheological fluid 160 it is desirable to select a solvent and magnetic particles so that the magnetic particles are not easily precipitated by gravity.
  • the magnetorheological fluid 160 preferably includes a coupling material that prevents sedimentation of magnetic particles.
  • the exciting coil 50 when no magnetic field is generated by the exciting coil 50, the magnetic particles are dispersed in the solvent. Therefore, when the operator operates the shaft unit 110, the holding unit 20 rotates relative to the operation unit 100 without receiving a large resistance force.
  • the exciting coil 50 is not energized and there is a residual magnetic flux in the yoke, a resistance torque remains in the shaft portion 110 according to the density of the residual magnetic flux.
  • the magnetorheological fluid 160 can be arranged in a wider range than in the case of the shaft portion 110 alone.
  • the magnitude of the resistance force of the magnetorheological fluid 160 is related to the size of the arrangement range of the magnetorheological fluid 160 sandwiched in the vertical direction between the bottom surface 35 of the first yoke 30 or the upper surface 41 of the second yoke 40.
  • the magnitude of the resistance force by the magnetorheological fluid 160 when the magnetic disk 120 is rotated by operating the shaft portion 110 is related to the area of the magnetorheological fluid 160 on the surface orthogonal to the rotation direction. Therefore, the control range of the resistance force (torque) can be increased as the arrangement range of the magnetorheological fluid 160 becomes wider.
  • FIG. 7 is a block diagram of a control system of the torque generator 10.
  • the torque generator 10 further includes a control unit 130 in addition to the excitation coil 50 and the Hall element 52 described above.
  • the Hall element 52 as a magnetic measurement unit is arranged in a magnetic path of a magnetic field generated by applying a current to the excitation coil 50. More specifically, the Hall element 52 is disposed above the exciting coil 50 in the upper wall portion 74 of the third yoke 70. The arrangement at this position is performed by inserting the hall element 52 into a recess provided in the upper wall portion 74, and is fixed by adhesion.
  • the Hall element 52 in the magnetic path of the magnetic field generated by the excitation coil 50, the magnetism due to this magnetic field can be accurately measured, and the application of current to the excitation coil 50 is stopped. The subsequent residual magnetic field can also be accurately measured.
  • the Hall element 52 is preferably disposed at a location where a value proportional to a change in magnetic flux when a current is applied to the excitation coil 50 to guide the magnetic flux around the magnetic disk 120 can be detected.
  • the periphery of the thick portion at the four corners of the yoke 70 is preferable.
  • the Hall element 52 can be arranged at other positions as long as it is on the magnetic path of the magnetic field generated by the exciting coil 50.
  • the magnetic measurement unit is not limited to a Hall element, and for example, a magnetoresistive element can be used.
  • the control unit 130 controls the magnitude of the current applied to the exciting coil 50 according to the magnitude of the magnetic field measured by the Hall element 52, thereby controlling the magnitude of the magnetic field generated by the exciting coil 50.
  • the control unit 130 includes, for example, a central processing unit and a storage device, and executes control by executing a program stored in the storage device by the central processing unit.
  • the relationship between the magnetic field measured by the Hall element 52 and the current applied to the exciting coil 50 may be calculated sequentially by calculation, may be specified based on a correspondence table created in advance, or other than this You may specify by the method. By such control, the residual magnetic field can be made substantially zero, and a stable operation feeling can be given to the operator.
  • the residual magnetic field can be controlled to be a substantially constant value. This also makes it possible to give a stable operational feeling to the operator.
  • the residual magnetic flux density is kept at a constant value, for example, 3 mT or more, the magnetic particles in the magnetorheological fluid 160 are precipitated by gravity when the current is not applied to the exciting coil 50 for a long time. In addition, it is possible to prevent the feeling received by the operator from changing.
  • a detection unit that detects a relative position between the holding unit 20 and the operation unit 100 may be provided by mechanical, electromagnetic, optical, or other methods.
  • This detection unit is, for example, a rotary encoder.
  • the structure which does not provide a magnetic measurement part is also possible.
  • FIG. 8A is a plan view showing the configuration of the magnetic disk 170 in the first embodiment
  • FIG. 8B is a perspective view of the magnetic disk 170 in FIG. 8A
  • FIG. 8C is in the VIII-VIII ′ line in FIG. It is sectional drawing, Comprising: The surrounding annular part 31, the 2nd yoke 40, and the annular member 60 are also shown simultaneously.
  • FIG. 8D is a cross-sectional view showing a configuration of a modified example of the first embodiment, and is a cross-sectional view at a position corresponding to FIG. FIG.
  • FIG. 9 shows the current applied to the coil (unit ampere) and the output torque (unit mNm) applied to the coil when the magnetic disk according to Examples 1 to 5 of the first embodiment and the magnetic disk according to the comparative example are used. ).
  • the comparative example is indicated by a white square mark, and each example is indicated by a black circle mark.
  • the magnetic disk 170 is made of a magnetic material like the above-described magnetic disk 120, and as a whole, is vertically oriented (perpendicular to the paper surface in FIG. 8A). It is a disk-shaped member having a circular plane (upper surface 174, lower surface 175) arranged so as to be orthogonal to (direction). Further, similarly to the magnetic disk 120, a central hole portion 171 penetrating in the vertical direction is provided at the center of the circular plane, and a plurality of holes penetrating the magnetic disk 170 vertically are provided at positions surrounding the central hole portion 171. A through-hole portion 172 is provided.
  • the magnetic disk 170 includes six notches 173 provided along the radial direction from the center of the circular plane toward the outer peripheral edge 176. These notches 173 are arranged at equal angular intervals with respect to the center of the circular plane in the outer peripheral region in the second direction as the radial direction as torque increasing portions, and are arranged in the vertical direction (thickness direction of the magnetic disk 170). ). Thereby, the notch 173 is a long hole-like opening having the second direction as the longitudinal direction.
  • the formation of the notch 173 may be performed simultaneously with the manufacture of the disk-shaped member of the magnetic disk 170, or may be performed by laser processing, etching, or other means after the manufacture of the disk-shaped member.
  • the six notches 173 are formed so that the radial length of the circular plane and the circumferential width are the same.
  • the outer peripheral region is a region including the outside in the radial direction (second direction) on the magnetic disk, and includes a region where the exciting coil 50 is projected in the direction of the central axis 11.
  • the notch 173 is provided so as to penetrate the magnetic disk 170 in the vertical direction, but may be provided as a bottomed recess without penetrating the magnetic disk 170.
  • the concave portion may be provided on either the upper surface 174 or the lower surface 175 of the magnetic disk 170, or may be provided on both.
  • the annular portion 31 and the second yoke 40 of the first yoke 30 face the inner peripheral region of the magnetic disk 170, that is, the region where the notch 173 is not provided.
  • Recesses 30a and 40a are preferably provided in the region.
  • the recesses 30 a and 40 a are recessed vertically so as to increase the gap between the annular portion 31 and the magnetic disk 170 and the gap between the second yoke 40 and the magnetic disk 170.
  • the magnetic disk 170 it is easy to flow a magnetic flux selectively or intensively in the outer peripheral region, so that it is easy to increase the torque when the magnetic field strength is increased.
  • the gap between the annular portion 31 and the magnetic disk 170 and the gap between the second yoke 40 and the magnetic disk 170 are increased, the viscous resistance due to the magnetorheological fluid can be reduced. Note that these recesses may be provided only in one of the annular portion 31 and the second yoke 40.
  • Example 10 The structure of the notch in Examples 1 to 5 and the comparative example shown in FIG. 9 is as follows.
  • the outer diameter (the diameter of the outer peripheral edge) of the circular plane of the magnetic disk used in Examples 1 to 5 and the comparative example is 45 mm, and is common.
  • the cutout portions of Examples 1 to 5 start from the outer peripheral edge in the radial direction of the magnetic disk and extend to substantially half the position in the radial direction of the magnetic disk, similarly to the cutout portion 173 shown in FIGS. 8 (A) to (C).
  • six cutout portions are provided at equiangular intervals similarly to the cutout portion 173 shown in FIGS. 8 (A) to (C).
  • Example 1 Four notches that vertically penetrate the magnetic disk were provided at equiangular intervals with respect to the center of the circular plane of the magnetic disk.
  • the width of the notch (the circumferential width of the magnetic disk, hereinafter the same) was 2 mm.
  • Example 2 Six notches that vertically penetrate the magnetic disk were provided at equiangular intervals with respect to the center of the circular plane of the magnetic disk. The width of the notch was 2 mm.
  • Example 3 Eight notches that vertically penetrate the magnetic disk were provided at equiangular intervals with respect to the center of the circular plane of the magnetic disk. The width of the notch was 2 mm.
  • Example 4 Six notches that penetrate the magnetic disk vertically were provided at equiangular intervals with respect to the center of the circular plane of the magnetic disk. The width of the notch was 1 mm.
  • Example 5 Six notches that penetrate the magnetic disk vertically were provided at equiangular intervals with respect to the center of the circular plane of the magnetic disk. The width of the notch was 4 mm. Comparative example: A notch that penetrates the magnetic disk vertically was not provided.
  • Examples 1 to 5 show characteristics that can be regarded as being similar to each other, and it can be seen that a large output torque was obtained for the same applied current as compared with the comparative example. Therefore, it was found that by providing the notch portion, it is possible to generate a greater resistance force (torque) than when it is not provided (comparative example), and the brake torque performance is improved. This is because, for example, (1) the magnetic disk 170 is rotated around the central axis 11 because the notch 173 is provided to cause irregularities in the shape of the gap between the annular portion 31 and the second yoke 40. The shear force generated when the magnetic disk 170 is not uniform in the circumferential direction of the magnetic disk 170, and the shear force is increased as a whole.
  • Second Embodiment 10A is a plan view showing the configuration of the magnetic disk 180 in the second embodiment
  • FIG. 10B is a perspective view of the magnetic disk 180 in FIG. 10A
  • FIG. 10C is in the XX ′ line in FIG. It is sectional drawing, Comprising: The surrounding annular part 31, the 2nd yoke 40, and the annular member 60 are also shown simultaneously.
  • the magnetic disk 180 is made of a magnetic material in the same manner as the magnetic disks 120 and 170 described above, and as a whole, as shown in FIG. It is a disk-shaped member having a circular plane (upper surface 184, lower surface 185) arranged so as to be orthogonal to the vertical direction. Further, similarly to the magnetic disks 120 and 170, a central hole 181 penetrating in the vertical direction is provided at the center of the circular plane, and the magnetic disk 180 is vertically penetrated at a position surrounding the central hole 181. A plurality of through-hole portions 182 are provided.
  • the magnetic disk 180 includes three grooves 183a, 183b, and 183c provided concentrically along the circumferential direction of the circular plane. These groove portions 183a, 183b, and 183c are provided in the outer peripheral region in the second direction as the radial direction as torque increasing portions, and are formed at equal intervals in the second direction.
  • the groove portions 183a, 183b, and 183c are sequentially arranged inward from the outer peripheral edge 186 in the second direction, and are respectively provided in a bottomed groove shape from the upper surface 184 side and from the lower surface 185 side.
  • the torque increasing portion is formed as a plurality of irregularities on the upper surface 184 and the lower surface 185.
  • the grooves 183a, 183b, and 183c may be formed simultaneously with the production of the disk-shaped member of the magnetic disk 180, but may be performed by laser processing, etching, or other means after the production of the disk-shaped member.
  • the grooves 183a, 183b, and 183c have the magnetic disk 180 recessed inward from both the upper surface 184 and the lower surface 185, but may be configured to be recessed only from either the upper surface 184 or the lower surface 185. Further, the number and width of the groove portions are not limited to the examples shown in FIGS. 10 (A), (B), and (C).
  • notch portion 173 of the first embodiment it is also preferable to provide unevenness in the shape of the gap between the annular portion 31 and the second yoke 40.
  • the output torque of the torque generator with respect to the applied current to the coil was measured in the same manner as in FIG. It was found that the magnetic disk 180 obtained a larger output torque for the same applied current. Therefore, it was found that by providing the groove portions 183a, 183b, and 183c, it is possible to generate a greater resistance force (torque) compared to the case where the groove portions 183a, 183b, and 183c are not provided, and the brake torque performance is improved.
  • the magnetic disk 180 is centered on the central axis 11 because the grooves 183a, 183b, and 183c are provided to cause irregularities in the shape of the gap between the annular portion 31 and the second yoke 40.
  • the shearing force generated when the disk is rotated is not uniform in the radial direction of the magnetic disk 180, and the shearing force is increased as a whole, and (2) the portion with and without the grooves 183a, 183b, 183c. It is considered that the length and density of the magnetic particle clusters are different, and (3) the direction and density of the lines of magnetic force are different between the portions where the grooves 183a, 183b and 183c are present and the portions where the grooves are not present.
  • FIG. 11A is a plan view showing the configuration of the magnetic disk 190 in the third embodiment
  • FIG. 11B is a perspective view of the magnetic disk 190 in FIG. 11A
  • FIG. 11C is in the XI-XI ′ line in FIG. It is sectional drawing, Comprising: The surrounding annular part 31, the 2nd yoke 40, and the annular member 60 are also shown simultaneously.
  • the magnetic disk 190 is made of a magnetic material in the same manner as the above-described magnetic disks 120, 170, and 180. It is a disk-shaped member having a circular plane (upper surface 194, lower surface 195) arranged so as to be orthogonal to a direction perpendicular to the paper surface. Further, similarly to the magnetic disks 120, 170, and 180, a central hole portion 191 that penetrates in the vertical direction is provided at the center of the circular plane.
  • the magnetic disk 190 includes a recess 193 provided on the radially inner side of the circular plane.
  • the concave portion 193 is recessed in a bottomed shape from the upper surface 194 and the lower surface 195 to the inner side in the vertical direction in the inner peripheral region in the second direction (the direction from the center toward the outer peripheral edge 196) as the radial direction.
  • the upper surface 194 of the outer peripheral region where the concave portion 193 is not provided is indicated by hatching.
  • the magnetic disk 190 has irregularities formed in the outer peripheral region and the inner peripheral region, and the outer region thicker than the concave portion 193 functions as a torque increasing portion.
  • the formation of the recess 193 may be performed simultaneously with the manufacture of the disk-shaped member of the magnetic disk 190, but may be performed by laser processing, etching, or other means after the manufacture of the disk-shaped member.
  • the concave portion 193 has the magnetic disk 190 recessed inward from both the upper surface 194 and the lower surface 195, but may be configured to be recessed only from either the upper surface 194 or the lower surface 195. Further, the size of the groove in the radial direction is not limited to the examples shown in FIGS. 11 (A), (B), and (C).
  • the output torque of the torque generator with respect to the current applied to the coil was measured in the same manner as in FIG. It was found that a larger output torque was obtained for the same applied current. Therefore, it was found that by providing the recess 193, a greater resistance force (torque) can be generated compared to the case where the recess 193 is not provided, and the brake torque performance is improved. This is because, for the same reason as in the first embodiment, the gap between the first yoke 30 and the second yoke 40 in the inner peripheral region can be made relatively large, so that the recess 193 is not provided. It is also considered that the magnetic flux density is increased in the outer peripheral region having a small gap (magnetic field concentrated portion (shaded portion in FIGS. 11A and 11B)).
  • the magnetic disk 190 is thinner in the region where the recess 193 is provided, and the magnetic disk 190 can reduce the initial torque. .
  • FIG. 12A is a plan view showing the configuration of the magnetic disk 200 in the fourth embodiment
  • FIG. 12B is a perspective view of the magnetic disk 200 in FIG. 12A
  • FIG. 12C is in the XII-XII ′ line in FIG. It is sectional drawing, Comprising: The surrounding annular part 31, the 2nd yoke 40, and the annular member 60 are also shown simultaneously.
  • a recess 203d is provided in the inner peripheral region in the radial direction (second direction), and the grooves 183a and 183b of the second embodiment.
  • three bottomed grooves 203a, 203b, 203c are provided at equal intervals in the outer peripheral region in the radial direction (second direction) as a torque increasing portion.
  • the magnetic disk 200 is made of a magnetic material in the same manner as the magnetic disks 120, 170, and 180 described above, and as a whole, is perpendicular to the vertical direction (the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 12A). It is a disk-shaped member having a circular plane (upper surface 204, lower surface 205) to be arranged. At the center of this circular plane, there is provided a central hole portion 201 penetrating in the vertical direction, and at a position surrounding this central hole portion 201, a plurality of through hole portions 202 penetrating the magnetic disk 200 are provided. Yes.
  • the grooves 203a to 203c With such a configuration, by providing the grooves 203a to 203c, it is possible to generate a greater resistance force (torque) compared to the case where the grooves 203a to 203c are not provided, and the brake torque performance is improved. Furthermore, the initial torque can be reduced by providing the recess 203d. That is, by providing the above-described configuration, the torque is small when no current is applied, and the torque generator is highly responsive to the applied current when the current is applied and is efficient.
  • the present invention has been described with reference to the above embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be improved or modified within the scope of the purpose of the improvement or the idea of the present invention.
  • the disk outer diameter is 45 mm.
  • the present invention is not limited to this, and the disk outer diameter of the torque device may be a meter size. Since the torque generating device can be relatively downsized even if the outer diameter of the disk is increased, the torque generating device according to the present invention can increase the brake torque per unit volume.
  • the torque generator according to the present invention is useful in that it is suitable for downsizing and can obtain a large shearing force.

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Abstract

小型化に適し大きなせん断力を得ることができる本発明のトルク発生装置は、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、第１の方向に沿った方向に見たときに磁性ディスクと重なるように配置されたコイルと、第１ヨーク及び第２ヨークとともに、コイルが発生する磁界の磁路を構成する第３ヨークと、を備え、磁性ディスクは、第１ヨークに対向する面と第２ヨークに対向する面との少なくともいずれか一方にトルク増大部を有し、トルク増大部は、磁性ディスクにおいて、第１の方向に垂直な径方向としての第２の方向の外周領域に設けられ、磁気粘性流体のクラスタに対するせん断力を、外周領域よりも内側の内周領域に比べて大きくさせ、第３ヨークは第１ヨークとの間に磁気ギャップを有し、磁気ギャップは、第１の方向に沿って見たときに、磁性ディスクの外周縁よりも外側、又は磁性ディスクの外周縁と重なる位置に形成されている。

Description

トルク発生装置
　本発明は、磁気粘性流体を用いて回転抵抗を変化させることができるトルク発生装置に関する。
　特許文献１に記載の触覚インタフェースは、ユーザと相互作用する要素と、この要素が回転するように固定される回転シャフトと、磁気粘性タイプの流体と相互作用し、上記回転シャフトに回転するように固定される要素と、上記流体中に磁界を生成するためのシステムとを備える。上記流体と相互作用する要素は、開口部が形成され、及び／又は、レリーフの及び／又は凹型のパターンが形成され、縦軸を有する、少なくとも１つの円筒状の壁を有する。この構成において、磁界が印加された場合には、磁気粘性流体内に含まれる磁気粒子鎖が、レリーフに位置して、レリーフの変位に対する障害物を形成し、相互作用要素によって粒子鎖にせん断力が加わり、これによって、小さな体積で増大した制動力を提供する。
　特許文献２に記載のブレーキ力伝達装置は、回転軸に固定された磁性体のディスクと、このディスクの上下に敷かれたＭＲ流体層と、コイルとを備え、コイルと軸方向に並ぶ位置に１枚配置されたディスクにおいて、コイルの端面をディスクに投影した領域に、空隙と磁性体のブリッジとが設けられている。この構成によって、応答性が良く、かつ、コンパクトなＭＲ流体ブレーキやクラッチを提供する。
特許５６０３８５６号公報 特開２０１１－２４７４０３号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の触覚インタフェースでは、磁気粘性流体内に含まれる磁気粒子鎖が、レリーフの変位に対する障害物を形成することで、増大した制動力を得ることができるものの、密閉チャンバ、ベル形状の要素、永久磁石、コイルなどからなる構成のため、小型化を実現することは難しかった。
　特許文献２に記載のブレーキ力伝達装置では、ディスクの内周側の磁界の向きと外周側の磁界の向きとを反転させるために、コイル径に対してディスク径を大きくしているため、小型化が難しかった。
　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、大きなせん断力を得ることができるトルク発生装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明のトルク発生装置は、回転軸を中心に回転動作可能な磁性ディスクと、回転軸と平行な第１の方向において、磁性ディスクを挟んだ両側にそれぞれ配置された、第１ヨーク及び第２ヨークと、磁性ディスクと第１ヨーク及び第２ヨークとの間に充填された磁気粘性流体と、第１の方向に沿った方向に見たときに磁性ディスクと重なるように配置されたコイルと、少なくとも磁性ディスク及びコイルの外側において、磁性ディスクに近接する領域を有し、第１ヨーク及び第２ヨークとともに、コイルが発生する磁界の磁路を構成する第３ヨークと、を備え、磁性ディスクは、第１ヨークに対向する面と第２ヨークに対向する面との少なくともいずれか一方にトルク増大部を有し、トルク増大部は、磁性ディスクにおいて、第１の方向に垂直な径方向としての第２の方向の外周領域に設けられ、磁気粘性流体のクラスタに対するせん断力を、外周領域よりも内側の内周領域に比べて大きくさせ、第３ヨークは、第１ヨークとの間に磁気ギャップを有し、磁気ギャップは、第１の方向に沿って見たときに、磁性ディスクの外周縁よりも外側、又は、磁性ディスクの外周縁と重なる位置に形成されていることを特徴としている。
　これにより、磁性ディスクの外周縁を除く広い範囲において、第１ヨークと第２ヨークとの間を横断する磁界成分を主方向とする磁束を通過させることができ、この磁束の方向に基づいた方向に抵抗力（トルク）を発生させることができるため、装置を大型化することなく、かつ、トルク増大部を設けない構成と比較して大きなせん断力を得ることが可能となる。
　本発明のトルク発生装置において、第１ヨークは、コイルと磁性ディスクとの間に、第１の方向に沿って見たときにコイルと磁性ディスクと重なる延在部を備えることが好ましい。
　これにより、磁性ディスクにおいて、内周領域だけでなく、トルク増大部を設けた外周領域にも確実に磁力線を通過させることが可能となり、大きなせん断力の生成に資することができる。
　本発明のトルク発生装置において、トルク増大部は、磁性ディスクの厚さ方向に貫通させた開口部を有することが好ましい。開口部は、第２の方向を長手方向とする長孔であるとよい。
　これにより、第１ヨーク及び第２ヨークとの間に磁性ディスクの開口部を通過する磁束に応じた磁性粒子のクラスタが形成され、大きな抵抗力（トルク）を生じさせることができる。
　本発明のトルク発生装置において、トルク増大部は、磁性ディスクの厚さ方向における凹凸として形成されていることが好ましい。トルク増大部は、凹凸が回転軸を中心とした同心円状に設けられた構成を備えるとよい。
　これにより、磁性ディスクと第１ヨーク及び第２ヨークとの間の隙間の形状に凹凸ができ、大きな抵抗力（トルク）を生じさせることができる。
　本発明のトルク発生装置において、トルク増大部では、磁性ディスクの内周領域に比べて、第１ヨーク及び第２ヨークとの間の隙間が小さいことが好ましい。第１ヨーク及び第２ヨークは、磁性ディスクの内周領域に対向する領域に、磁性ディスクとの隙間を大きくする凹部を有するとよい。
　トルク増大部を設けることによって、内周領域における、第１ヨーク及び第２ヨークとの間の隙間を相対的に大きくすることができ、これにより、隙間の小さい外周領域がより一層トルク増大部として大きな抵抗力（トルク）を生じさせることができる。内周領域に対向する領域の凹部によって、初期トルクを小さく抑えることが可能となる。
　本発明のトルク発生装置において、回転軸と直交する面内において、磁性ディスクの外周縁と、第３ヨークの外側面との距離が一定ではないことが好ましい。第３ヨークは平面視がほぼ四角形であるとよい。
　これにより、第３ヨークの角部に対応する側壁部において広い磁路が確保でき、この磁路に沿って磁界が確実に生成される。
　本発明によると、小型化に適し、かつ、大きなせん断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）はトルク発生装置の基本形態を上側から見た斜視図、（Ｂ）は図１（Ａ）のトルク発生装置を下側から見た斜視図である。 図１（Ａ）、（Ｂ）に示す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）、（Ｂ）に示すトルク発生装置を下側から見た分解斜視図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、図１（Ａ）のＩＶ－ＩＶ’線に沿った断面図であり、（Ｂ）は励磁コイルが発生した磁界を概念的に示す図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、図１（Ａ）のＶ－Ｖ’線に沿った断面図であり、（Ｂ）は励磁コイルが発生した磁界を概念的に示す図である。 図４（Ａ）の一部拡大図である。 図１（Ａ）、（Ｂ）に示すトルク発生装置の制御系統のブロック図である。 （Ａ）は第１実施形態における磁性ディスクの構成を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）の磁性ディスクの斜視図、（Ｃ）は（Ａ）のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ’線における断面図、（Ｄ）は第１実施形態の変形例の構成を示す断面図である。 第１実施形態の実施例１～５に係る磁性ディスクと比較例に係る磁性ディスクを用いた場合において、コイルへの印加電流とトルク発生装置の出力トルクとの関係を示すグラフである。 （Ａ）は第２実施形態における磁性ディスクの構成を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）の磁性ディスクの斜視図、（Ｃ）は（Ａ）のＸ－Ｘ’線における断面図である。 （Ａ）は第３実施形態における磁性ディスクの構成を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）の磁性ディスクの斜視図、（Ｃ）は（Ａ）のＸＩ－ＸＩ’線における断面図である。 （Ａ）は第４実施形態における磁性ディスクの構成を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）の磁性ディスクの斜視図、（Ｃ）は（Ａ）のＸＩＩ－ＸＩＩ’線における断面図である。
＜基本形態＞
　図１～図７を参照しつつ、トルク発生装置の基本形態について説明する。この基本形態においては、磁性ディスク１２０の形状を、上面１２４と下面１２５が平坦な略円板状として説明しているが、各実施形態における具体的な形状は後述する。
　図１（Ａ）は基本形態に係るトルク発生装置１０を上側から見た斜視図、（Ｂ）はトルク発生装置１０を下側から見た斜視図である。図２と図３はトルク発生装置１０の分解斜視図である。図２は上側から見た分解斜視図、図３は下側から見た分解斜視図である。図４（Ａ）、（Ｂ）は、図１（Ａ）のＩＶ－ＩＶ’線に沿った断面図であり、（Ｂ）は励磁コイル５０が発生した磁界を概念的に示す説明図である。図５（Ａ）、（Ｂ）は図１（Ａ）のＶ－Ｖ’線に沿った断面図であり、（Ｂ）は励磁コイルが発生した磁界を概念的に示す図である。図６は図４（Ａ）の一部拡大図である。図７はトルク発生装置１０の制御系統を示すブロック図である。
　図１（Ａ）から図６において、説明の便宜上、中心軸１１に沿って上下方向を規定しているが、実際の使用時における方向を制限するものではない。中心軸１１に沿った方向を第１の方向とし、中心軸１１から、中心軸１１に直交する径方向を第２の方向と称する。以下の説明において、中心軸１１に沿って、上側から下側を見た状態を平面視ということがある。また、図２と図３においては、一部のネジや磁気粘性流体の表示を省略している。
　図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示すように、トルク発生装置１０は、保持部２０と、磁気測定部としてのホール素子５２と、操作部１００とを備える。操作部１００は、シャフト部１１０と磁性ディスク１２０とを含み、中心軸１１（回転軸）を中心として両方向に回転動作可能に保持部２０に支持されている。操作部１００は、支持部材１４０とラジアル軸受１５０を介して、回転可能な状態で保持部２０に支持されている（図２）。さらに、図４～図６に示すように、トルク発生装置１０内に設けた隙間８０には、磁気粘性流体１６０が満たされている。
　保持部２０は、第１ヨーク３０、第２ヨーク４０、磁界発生部としての励磁コイル５０、環状部材６０、及び、上部ケースとしての第３ヨーク７０を含む。第１ヨーク３０、第２ヨーク４０、第３ヨーク７０は、それぞれ別々に加工されて形成されている。ただし、第１ヨーク３０、第２ヨーク４０、第３ヨーク７０のいずれかが組み合わされて一体に形成されていてもよい。
　図２に示すように、第１ヨーク３０は、円環部３１と、円環部３１の上面から円環部３１と同心状に上側へ延びるように一体に設けられた円筒部３２とを備える。円環部３１と円筒部３２は、平面視において、中心軸１１を中心とする円形状をなしており、その外径は、円環部３１よりも円筒部３２の方が小さくされている。円環部３１と円筒部３２の外径の違いにより、円筒部３２の外周面３２ａの外側に段差部３３が形成される。また、第１ヨーク３０は、中心軸１１を中心とした平面視円形状の内周面３４を有する。内周面３４は、中心軸１１に沿って円環部３１と円筒部３２を貫いており、その内径は、上下方向の位置に応じて変化するように設定されている。
　図４（Ａ）に示すように、第１ヨーク３０の段差部３３には磁界発生部としての励磁コイル５０が配設される。励磁コイル５０は、内周５０ａが円筒部３２の外周面３２ａに沿うような円環状をなしており、外周５０ｂは径方向において円環部３１の外周面３１ａよりも外側に位置する。よって、励磁コイル５０は、平面視において、延在部としての円環部３１に重なっている。励磁コイル５０は、中心軸１１の周りを回るように巻き付けられた導線を含むコイルである。励磁コイル５０には接続部材５１が電気的に接続され、第３ヨーク７０の上部から露出した接続部材５１の入力部５１ａに対して図示しない経路で電流が供給される。励磁コイル５０に電流が供給されると磁界が発生する。
　第１ヨーク３０の円環部３１には、その外周面３１ａに沿って環状部材６０が固定されている。この環状部材６０は円環状をなしており、合成樹脂などの非磁性材料で構成される。第１ヨーク３０に固定された状態の環状部材６０は、平面視において、段差部３３に配設された励磁コイル５０と略同一の外径の円形状を有する。図６に示すように、環状部材６０の下面６１は、第１ヨーク３０の底面３５と略同一面を形成し、この面は、中心軸１１に直交する方向に沿って延びる。環状部材６０の径方向の厚みは、励磁コイル５０が発生した磁界が、環状部材６０を通じて径方向に通じることを妨げることができる厚みとなっている。また、環状部材６０の径方向の厚みは上下で変化してもよい。
　図２に示すように、第２ヨーク４０は、円板状をなしており、第１ヨーク３０の下方に配設される。第２ヨーク４０は、中心軸１１に沿った上下方向に直交する上面４１を有する。この上面４１には、中心軸１１を囲んで上方に開口する環状の溝４２が設けられている。溝４２の中央には第２ヨーク４０を上下方向に貫通する孔部４３が形成されている。図６に示すように、孔部４３内には上下方向に延びる支持部材（ピボット支持部材）１４０が挿入されており、この支持部材１４０は第２ヨーク４０の下面４４に固定された保持具１４１によって第２ヨーク４０に固定されている。支持部材１４０は、上側へ開いた凹部としての受け部１４０ａを有し、この受け部１４０ａでシャフト部１１０の先端部を回転自在に受容する。
　なお、ヨーク３０、４０の平面形状は必ずしも円形でなくてもよい。また、ヨークの分割は、上述の第１ヨーク３０と第２ヨーク４０のような組み合わせでなくても良く、分割位置によっては矩形状の平面形状とすることもできる。
　図６に示すように、第１ヨーク３０の底面３５及び環状部材６０の下面６１と、第２ヨーク４０の上面４１とは、互いに略平行とされており、底面３５と上面４１との間に隙間８０が形成されている。
　図３に示すように、第３ヨーク７０は、（１）励磁コイル５０、第１ヨーク３０、及び、環状部材６０と、（２）接続部材５１及びホール素子５２と、（３）ラジアル軸受１５０、シャフト部１１０、及び、磁性ディスク１２０とを内部に収容する空間７２を有する。この空間７２は、内周面７１によって平面視円形状に形成されており、第２ヨーク４０を配置することによって下部が閉じられる。空間７２は、第３ヨーク７０の上壁部７４と側壁部７５によって囲まれている。図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第３ヨーク７０は平面視略四角形である一方、空間７２は上述のように平面視円形状である。このため、側壁部７５の平面視形状、すなわち、第３ヨーク７０の側壁部７５の外側面の平面視形状は、第３ヨーク７０の角部が厚く、辺部が薄くなっている。
　第２ヨーク４０は、第３ヨーク７０の側壁部７５を径方向に貫通するネジ（不図示）によって、第３ヨーク７０に固定される。これによって、第２ヨーク４０の外周面４５が第３ヨーク７０の側壁部７５に接触した状態で固定され、第２ヨーク４０と第３ヨーク７０とが互いに磁気的に接続される（図６参照）。なお、第２ヨーク４０と第３ヨーク７０との固定は、ねじ以外の手段、例えば溶接によって行うこともできる。
　第１ヨーク３０、第２ヨーク４０、第３ヨーク７０を使用することで励磁コイル５０が発生する磁界を閉ループにする磁路（磁気回路）が形成できる。
　図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第３ヨーク７０と第１ヨーク３０とは、第３ヨーク７０の上壁部７４を上下に貫通する複数のネジ９０で互いに固定されている。これにより、第１ヨーク３０の上部と第３ヨーク７０の上壁部７４とが接触した状態で固定され、この領域において、第１ヨーク３０と第３ヨーク７０が磁気的に接続される。
　一方、第１ヨーク３０の円環部３１の外周面３１ａには、非磁性材料からなる環状部材６０が固定されており、この環状部材６０の外周面が第３ヨーク７０の内周面７１に接している。したがって、第１ヨーク３０の円環部３１と第３ヨーク７０の側壁部７５とは、中心軸１１に直交する方向において環状部材６０によって離間されており磁気ギャップＧが形成される。この磁気ギャップＧは、中心軸１１に沿った第１の方向においては、励磁コイル５０の底面から第２ヨーク４０の上面４１まで延びている。
　また、径方向としての第２の方向においては、第１ヨーク３０と第２ヨーク４０との隙間８０内に配置された磁性ディスク１２０の外周縁１２６と第３ヨーク７０の内周面７１との隙間に対応している。磁気ギャップＧを設けることによって、励磁コイル５０が発生した磁界の磁束が、第１ヨーク３０の円環部３１から第３ヨーク７０の側壁部７５へ、また、磁性ディスク１２０から第３ヨーク７０の側壁部７５へ、中心軸１１に直交する方向に沿って通過することを規制することができる。第３ヨーク７０は、磁気ギャップＧによって、磁性ディスク１２０と励磁コイル５０の外側において磁性ディスク１２０に近接する領域が形成されている。
　以上の構成において、励磁コイル５０に電流を印加すると図４（Ｂ）の矢印で概略的に示す方向の流れを有する磁界が形成される。また、励磁コイル５０に対して逆向きに電流を印加すると、図４（Ｂ）とは逆向きの流れの磁界が形成される。図４（Ｂ）に示す例では、中心軸１１の方向に沿って第１ヨーク３０から第２ヨーク４０側へ磁束が磁性ディスク１２０を横断し、この磁束は第２ヨーク４０では中心軸１１から遠ざかる方向へ進み、第３ヨーク７０の側壁部７５では中心軸１１の方向に沿って下から上へ進む。
　さらに、第３ヨーク７０の上壁部７４では中心軸１１へ近づく方向へ進み、励磁コイル５０の内側に対応する領域で、上から下へ、すなわち第１ヨーク３０の円筒部３２側へ進み、励磁コイル５０の内側では下向きに進行し、再び磁性ディスク１２０を横断して第２ヨーク４０に至る。
　このような磁路の磁界において、磁気ギャップＧが形成されているために、円環部３１及び磁性ディスク１２０から第３ヨーク７０の側壁部７５に磁束が通過することは規制されている。また、第２ヨーク４０と第３ヨーク７０の側壁部７５が磁気的に接続されているため、第２ヨーク４０から側壁部７５を通る磁路が確保される。さらに、上述のように、側壁部７５の平面視形状は、第３ヨーク７０の角部が厚く、辺部が薄くなっているため、特に角部に対応する側壁部７５において広い磁路が確保でき、この磁路に沿って磁界が確実に生成される（図５（Ｂ）参照）。なお、本実施形態では第３ヨーク７０が平面視略四角形であるが、磁路が確保できれば平面視円形やその他の形状であってもよい。
　第３ヨーク７０は、中心軸１１を含む領域に略円柱形の貫通孔７３を有する。貫通孔７３は、第３ヨーク７０を上下方向に貫通している。この貫通孔７３内の空間は、第１ヨーク３０の内周面３４に囲まれた空間と、上下方向に連通している。
　次に、操作部１００の構造について説明する。
　図２・図３に示すように、操作軸としてのシャフト部１１０は、中心軸１１に沿って上下に延びる棒状材であり、上側の軸部１１１と、軸部１１１よりも下側に設けられた溝部１１２とを有する。溝部１１２は、外周面に中心軸１１を中心とした螺旋状の溝が設けられている。溝部１１２の下面中央に設けた先端部１１３は下に行くほど先細となる形状を有する。
　図３に示すように、磁性ディスク１２０は、磁性材料で構成され、上下方向に直交するように配置される円形平面を有する円板状の部材である。磁性ディスク１２０の円形平面の中心には、上下方向に貫通する中央孔部１２１が設けられ、この中央孔部１２１を囲む位置には、磁性ディスク１２０を上下に貫通する複数の貫通孔部１２２が設けられている。磁性ディスク１２０は、下方から貫通孔部１２２内に挿通させたネジ９１の軸部をシャフト部１１０の溝部１１２内に嵌め込むことによって、シャフト部１１０に対して固定される。
　図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、シャフト部１１０は、軸部１１１がラジアル軸受１５０によって回転自在に支持され、溝部１１２の下端の先端部１１３が磁性ディスク１２０の中央孔部１２１を通じて支持部材（ピボット支持部材）１４０でピボット支持される。ラジアル軸受１５０は第３ヨーク７０及び第１ヨーク３０によって、上下方向の所定位置で支持される。溝部１１２の溝にはＯリング１１６が装着されている。これにより、シャフト部１１０は、第１ヨーク３０との密着性を維持しつつ、第１ヨーク３０、第２ヨーク４０、及び、第３ヨーク７０に対して、中心軸１１を中心として回転可能に支持される。軸部１１１の上部は第３ヨーク７０の上方に露出されており、軸部１１１の露出部分には、入力操作に必要な部材をシャフト部１１０に結合するための結合孔部１１４、１１５が設けられている。
　図４～図６に示すように、磁性ディスク１２０は、第１ヨーク３０と第２ヨーク４０との間の隙間８０において、中心軸１１に直交する方向に延びるように配設されている。よって、磁性ディスク１２０は、中心軸１１に沿った方向において、励磁コイル５０と互いに重複するように位置する。これにより、磁性ディスク１２０は、平面視において、延在部としての円環部３１に重なる。ここで、磁性ディスク１２０と励磁コイル５０は、中心軸１１に沿った方向において、少なくとも一部が重複するように位置していればよい。図６に示すように、磁性ディスク１２０は、中心軸１１に沿った第１の方向に垂直で互いに対向しあう２つの面として、上面１２４と下面１２５を有している。磁性ディスク１２０の上面１２４と第１ヨーク３０の底面３５との間には隙間８１が存在し、また、磁性ディスク１２０の下面１２５と第２ヨーク４０の上面４１との間には隙間８２が存在する。さらに、磁性ディスク１２０の外周縁１２６と第３ヨーク７０の側壁部７５とは、磁気ギャップＧによって離間している。
　シャフト部１１０を回転操作することによって磁性ディスク１２０が第１ヨーク３０及び第２ヨーク４０に対して相対的に回転するとき、磁性ディスク１２０の上面１２４と第１ヨーク３０の底面３５との間の上下方向の距離は、略一定に保たれ、磁性ディスク１２０の下面１２５と第２ヨーク４０の上面４１との間の上下方向の距離は略一定に保たれ、さらに、磁性ディスク１２０の外周縁１２６と側壁部７５の内周面７１との径方向の距離も略一定に維持される。
　図４～図６に示すように、磁性ディスク１２０の周囲の隙間８０には磁気粘性流体１６０が満たされている。したがって、磁性ディスク１２０の上面１２４と第１ヨーク３０の底面３５とに上下方向を挟まれた隙間８１に磁気粘性流体１６０が存在し、かつ、磁性ディスク１２０の下面１２５と第２ヨーク４０の上面４１とに上下方向を挟まれた隙間８２にも磁気粘性流体１６０が存在する。さらに、磁性ディスク１２０の外周縁１２６と第３ヨーク７０の側壁部７５とに径方向に挟まれた空間（磁気ギャップＧ）にも磁気粘性流体１６０が存在する。磁性ディスク１２０の周囲の隙間８０は、シャフト部１１０、Ｏリング１１６、支持部材１４０、第１ヨーク３０、第２ヨーク４０、第３ヨーク７０、及び環状部材６０等で封止されている。このため、磁気粘性流体１６０は隙間８０内に確実に保持される。
　ここで、隙間８０の全てが磁気粘性流体１６０で埋められていなくてもよい。例えば、磁気粘性流体１６０は、上面１２４側と下面１２５側とのいずれか一方のみに存在していてもよい。また、磁気粘性流体１６０は、隙間８０内に注入して充填するほか、磁性ディスク１２０の上面１２４や下面１２５、円環部３１の底面３５、第２ヨーク４０の上面４１、環状部材６０の下面６１、第３ヨーク７０の内周面７１などに塗布することによって隙間８０内に配置しても良い。
　磁気粘性流体１６０は、磁界が印加されると粘度が変化する物質であり、例えば、非磁性の液体（溶媒）中に磁性材料からなる粒子（磁性粒子）が分散された流体である。磁気粘性流体１６０に含まれる磁性粒子としては、例えば、カーボンを含有した鉄系の粒子やフェライト粒子が好ましい。カーボンを含有した鉄系の粒子としては、例えば、カーボン含有量が０．１５％以上であることが好ましい。磁性粒子の直径は、例えば０．５μｍ以上が好ましく、さらには１μｍ以上が好ましい。磁気粘性流体１６０は、磁性粒子が重力で沈殿しにくくなるように、溶媒と磁性粒子を選定することが望ましい。さらに、磁気粘性流体１６０は、磁性粒子の沈殿を防ぐカップリング材を含むことが望ましい。
　励磁コイル５０に対して電流が印加されると、上述したように図４（Ｂ）に示すような磁界が発生し、磁性ディスク１２０においては上下方向に沿った方向のみの磁束が横断し、磁性ディスク１２０の内部では、径方向に沿った磁束は生じないか生じてもその磁束密度はわずかである。この磁界により、第２ヨーク４０においては径方向に沿った磁力線が生じ、第３ヨーク７０の側壁部７５においては、磁性ディスク１２０における磁力線とは逆方向で上下方向に沿った方向の磁力線が生じる。さらに、第３ヨーク７０の上壁部７４においては、第２ヨーク４０における磁力線とは逆方向であって径方向に沿った方向の磁力線が生じる。
　磁気粘性流体１６０においては、励磁コイル５０による磁界が生じていないときには、磁性粒子は溶媒内で分散されている。したがって、操作者がシャフト部１１０を操作すると、保持部２０は、大きな抵抗力を受けずに、操作部１００に対して相対的に回転する。あるいは、励磁コイル５０に通電されていない状態で、ヨーク内に残留磁束があるときは、その残留磁束の密度に応じてシャフト部１１０に抵抗トルクが残留する。
　一方、励磁コイル５０に電流を印加して磁界を発生させると、磁気粘性流体１６０には上下方向に沿った磁界が与えられる。この磁界により、磁気粘性流体１６０中で分散していた磁性粒子は磁力線に沿って集まり、上下方向に沿って並んだ磁性粒子が磁気的に互いに連結され、クラスタが形成される。この状態において、中心軸１１を中心とする方向にシャフト部１１０を回転させようとする力を与えると、連結された磁性粒子にせん断力がはたらき、これらの磁性粒子による抵抗力（トルク）が生じる。このため、磁界を発生させていない状態と比べて操作者に抵抗力を感じさせることができる。
　以上述べたように、シャフト部１１０から径方向外側に円板状に広がった磁性ディスク１２０を使用しているため、シャフト部１１０だけの場合に比べると広い範囲に磁気粘性流体１６０を配置できる。さらに、磁気粘性流体１６０の抵抗力の大きさは、第１ヨーク３０の底面３５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。特に、シャフト部１１０の操作によって磁性ディスク１２０を回転させたときの磁気粘性流体１６０による抵抗力の大きさは、その回転方向に直交する面の磁気粘性流体１６０の面積に関係する。よって、磁気粘性流体１６０の配置範囲が広くなるほど、抵抗力（トルク）の制御幅を広くすることができる。
　図７は、トルク発生装置１０の制御系統のブロック図である。トルク発生装置１０は、上述の励磁コイル５０とホール素子５２のほかに制御部１３０をさらに備える。
　図４（Ｂ）に示すように、磁気測定部としてのホール素子５２は、励磁コイル５０に電流を印加することによって発生する磁界の磁路に配置されている。より具体的には、ホール素子５２は、第３ヨーク７０の上壁部７４の内部のうち、励磁コイル５０の上方に配置されている。この位置への配置は、上壁部７４に設けた凹部内へホール素子５２を挿入することによって行い、接着によって固定する。このように、励磁コイル５０が発生する磁界の磁路にホール素子５２を配置することによって、この磁界による磁気を正確に測定することができ、また、励磁コイル５０への電流の印加を停止した後の残留磁場も正確に測定できる。なお、ホール素子５２は、励磁コイル５０へ電流を印加して磁性ディスク１２０周辺へ磁束を導いているときの磁束の変化に比例した値を検出できる場所に配置することが好ましく、例えば、第３ヨーク７０の四隅の肉厚部周辺がよい。
　なお、ホール素子５２は、励磁コイル５０が発生する磁界の磁路上であればほかの位置に配置することもできる。また、磁気測定部としては、ホール素子に限定されず、例えば磁気抵抗効果素子を用いることもできる。
　制御部１３０は、ホール素子５２によって測定される磁界の大きさに応じて、励磁コイル５０に印加する電流の大きさを制御し、これによって励磁コイル５０が発生する磁界の大きさを制御する。制御部１３０は、例えば、中央演算処理装置と記憶装置とを含み、記憶装置に記憶されたプログラムを中央演算処理装置で実行することにより制御を実行する。ホール素子５２によって測定された磁界と励磁コイル５０に印加する電流との関係は、計算によって逐次算出してもよいし、予め作成した対応テーブルに基づいて指定してもよく、また、これ以外の方法によって指定しても良い。このような制御によって、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、残留磁場をほぼゼロとする制御に代えて、残留磁場が略一定値となるように制御することもできる。これによっても、操作者に対して安定した操作感触を与えることが可能となる。この制御においては、残留磁束密度を一定値、例えば３ｍＴ以上に保つようにすると、励磁コイル５０への電流の印加を長い時間にわたって行わなかったときに重力によって磁気粘性流体１６０中の磁性粒子が沈殿し、操作者が受ける感触が変化してしまうことを防ぐことができる。
　ここで、ホール素子５２に加えて、機械的、電磁的、光学的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。また、磁気測定部を設けない構成も可能である。
＜第１実施形態＞
　図８（Ａ）は第１実施形態における磁性ディスク１７０の構成を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）の磁性ディスク１７０の斜視図、（Ｃ）は（Ａ）のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ’線における断面図であって、周囲の円環部３１、第２ヨーク４０、及び、環状部材６０も同時に示している。図８（Ｄ）は第１実施形態の変形例の構成を示す断面図であって、図８（Ｃ）に対応する位置の断面図である。図９は、第１実施形態の実施例１～５に係る磁性ディスクと比較例に係る磁性ディスクを用いた場合において、コイルへの印加電流（単位アンペア）とトルク発生装置の出力トルク（単位ｍＮｍ）との関係を示すグラフである。図９において、比較例は白抜きの四角印で示し、各実施例は黒の丸印で示している。
　図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、磁性ディスク１７０は、上述の磁性ディスク１２０と同様に、磁性材料で構成され、全体として、上下方向（図８（Ａ）の紙面に垂直な方向）に直交するように配置される円形平面（上面１７４、下面１７５）を有する円板状の部材である。さらに、磁性ディスク１２０と同様に、円形平面の中心には、上下方向に貫通する中央孔部１７１が設けられ、この中央孔部１７１を囲む位置には、磁性ディスク１７０を上下に貫通する複数の貫通孔部１７２が設けられている。
　さらに、磁性ディスク１７０は、その円形平面の中心から外周縁１７６へ向かう径方向に沿って設けられた、６つの切り欠き部１７３を備えている。これらの切り欠き部１７３は、トルク増大部として、径方向としての第２の方向の外周領域において、上記円形平面の中心に関して等角度間隔に配置されており、上下方向（磁性ディスク１７０の厚み方向）に貫通するように設けられている。これにより、切り欠き部１７３は、第２の方向を長手方向とする長孔状の開口部とされている。
　切り欠き部１７３の形成は、磁性ディスク１７０の円板状部材の製造と同時に行ってもよいが、円板状部材の製造の後に、レーザー加工、エッチングその他の手段によって行っても良い。また、６つの切り欠き部１７３は、円形平面の径方向の長さ、及び、周方向の幅が互いに同一となるように形成されている。ここで、上記外周領域とは、磁性ディスクにおいて、径方向（第２の方向）の外側を含む領域であり、中心軸１１の方向において励磁コイル５０を投映した領域が含まれる。
　なお、上記切り欠き部１７３は磁性ディスク１７０を上下に貫通するように設けたが、磁性ディスク１７０を貫通させることなく有底の凹部として設けても良い。この場合の凹部は、磁性ディスク１７０の上面１７４と下面１７５のいずれか一方に設けても良いし、両方に設けても良い。
　また、図８（Ｄ）に示すように、第１ヨーク３０の円環部３１と第２ヨーク４０において、磁性ディスク１７０の内周領域、すなわち切り欠き部１７３が設けられていない領域に対向する領域に、凹部３０ａ、４０ａをそれぞれ設けるとよい。この凹部３０ａ、４０ａは、円環部３１と磁性ディスク１７０との隙間、及び、第２ヨーク４０と磁性ディスク１７０との隙間を大きくするように、上下に凹設されている。このような凹部３０ａ、４０ａを設けることにより、次の効果（１）、（２）を得ることができる。
（１）磁性ディスク１７０において、外周領域に選択的又は集中的に磁束を流しやすくなるため、磁界強度を上昇させたときにトルクを増加させやすくなる。
（２）円環部３１と磁性ディスク１７０との隙間、及び、第２ヨーク４０と磁性ディスク１７０との隙間が大きくなることから、磁気粘性流体に起因する粘性抵抗を低下させることができる。
　なお、これらの凹部は、円環部３１と第２ヨーク４０の一方のみに設けても良い。
（実施例）
　図９に示す実施例１～５と比較例における切り欠き部の構成は次のとおりである。ここで、実施例１～５と比較例で用いた磁性ディスクの円形平面の外径（外周縁の直径）は４５ｍｍで共通である。また、実施例１～５の切り欠き部は、図８（Ａ）～（Ｃ）に示す切り欠き部１７３と同様に、磁性ディスクの径方向において、外周縁から始まり、略半分の位置まで延びている点で共通している。さらにまた、実施例２、４、５は、図８（Ａ）～（Ｃ）に示す切り欠き部１７３と同様に、６つの切り欠き部が等角度間隔に設けられている。
　実施例１：磁性ディスクを上下に貫通する切り欠き部を、磁性ディスクの円形平面の中心に関して等角度間隔に４つ設けた。切り欠き部の幅（磁性ディスクの周方向の幅、以下同様）は２ｍｍとした。
　実施例２：磁性ディスクを上下に貫通する切り欠き部を、磁性ディスクの円形平面の中心に関して等角度間隔に６つ設けた。切り欠き部の幅は２ｍｍとした。
　実施例３：磁性ディスクを上下に貫通する切り欠き部を、磁性ディスクの円形平面の中心に関して等角度間隔に８つ設けた。切り欠き部の幅は２ｍｍとした。
　実施例４：磁性ディスクを上下に貫通する切り欠き部を、磁性ディスクの円形平面の中心に関して等角度間隔に６つ設けた。切り欠き部の幅は１ｍｍとした。
　実施例５：磁性ディスクを上下に貫通する切り欠き部を、磁性ディスクの円形平面の中心に関して等角度間隔に６つ設けた。切り欠き部の幅は４ｍｍとした。
　比較例：磁性ディスクを上下に貫通する切り欠き部は設けなかった。
　図９において、実施例１～５は、互いに同程度とみなせる特性を示しており、また、比較例と比べて、同じ印加電流に対して大きな出力トルクが得られたことが分かる。したがって、切り欠き部を設けることにより、設けない場合（比較例）に比べて大きな抵抗力（トルク）を生じさせることができ、ブレーキトルク性能が向上することが分かった。これは、切り欠き部１７３を設けることで円環部３１と第２ヨーク４０の間の隙間の形状に凹凸が生じたことにより、例えば、（１）中心軸１１を中心として磁性ディスク１７０を回転させたときに生じるせん断力が、磁性ディスク１７０の周方向において一様でなくなり、全体としてせん断力が大きくなること、（２）切り欠き部１７３のある部分とない部分とで磁性粒子のクラスタの長さや密度が異なること、（３）切り欠き部１７３のある部分とない部分とで磁力線の方向や密度が異なること、（４）切り欠き部１７３が磁性ディスク１７０の厚さ方向に貫通している場合は、切り欠き部１７３を通過する磁束に応じた磁性粒子のクラスタが形成され、磁性ディスク１７０を回転させたときにクラスタが切断されることなどに起因すると考えられる。
＜第２実施形態＞
　図１０（Ａ）は第２実施形態における磁性ディスク１８０の構成を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）の磁性ディスク１８０の斜視図、（Ｃ）は（Ａ）のＸ－Ｘ’線における断面図であって、周囲の円環部３１、第２ヨーク４０、及び、環状部材６０も同時に示している。
　図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、磁性ディスク１８０は、上述の磁性ディスク１２０、１７０と同様に、磁性材料で構成され、全体として、上下方向（図１０（Ａ）の紙面に垂直な方向）に直交するように配置される円形平面（上面１８４、下面１８５）を有する円板状の部材である。さらに、磁性ディスク１２０、１７０と同様に、円形平面の中心には、上下方向に貫通する中央孔部１８１が設けられ、この中央孔部１８１を囲む位置には、磁性ディスク１８０を上下に貫通する複数の貫通孔部１８２が設けられている。
　さらに、磁性ディスク１８０は、その円形平面の周方向に沿って同心円状に設けられた、３つの溝部１８３ａ、１８３ｂ、１８３ｃを備えている。これらの溝部１８３ａ、１８３ｂ、１８３ｃは、トルク増大部として、径方向としての第２の方向の外周領域に設けられ、第２の方向において等間隔に等幅で形成されている。溝部１８３ａ、１８３ｂ、１８３ｃは、第２の方向において、外周縁１８６から内側へ順に配置されており、それぞれが、上面１８４側からと、下面１８５側とから有底溝状に設けられている。これにより、図１０（Ｃ）に示すように、トルク増大部は、上面１８４及び下面１８５に対して複数の凹凸として形成される。溝部１８３ａ、１８３ｂ、１８３ｃの形成は、磁性ディスク１８０の円板状部材の製造と同時に行ってもよいが、円板状部材の製造の後に、レーザー加工、エッチングその他の手段によって行っても良い。
　なお、上記溝部１８３ａ、１８３ｂ、１８３ｃは磁性ディスク１８０を上面１８４と下面１８５の両方から内側へそれぞれ凹設していたが、上面１８４と下面１８５のいずれか一方のみから凹設する構成でもよい。また、溝部の本数や幅は図１０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す例に限定されない。
　また、第１実施形態と同様に、第１ヨーク３０の円環部３１と第２ヨーク４０において、磁性ディスク１７０の内周領域に対向する領域に凹部をそれぞれ設けると、励磁コイル５０に電流を供給していない状態における抵抗力（初期トルク）を小さくすることができる。
　さらにまた、第１実施形態の切り欠き部１７３も併せて設けることも好ましい。これにより、円環部３１と第２ヨーク４０の間の隙間の形状にさらに凹凸を設けることができる。
　第２実施形態の構成の磁性ディスク１８０と、溝部１８３ａ、１８３ｂ、１８３ｃを設けていない磁性ディスクとについて、図９と同様に、コイルへの印加電流に対するトルク発生装置の出力トルクを測定したところ、磁性ディスク１８０の方が、同じ印加電流に対して大きな出力トルクが得られたことが分かった。したがって、溝部１８３ａ、１８３ｂ、１８３ｃを設けることにより、設けない場合に比べて大きな抵抗力（トルク）を生じさせることができ、ブレーキトルク性能が向上することが分かった。これは、溝部１８３ａ、１８３ｂ、１８３ｃを設けることで円環部３１と第２ヨーク４０の間の隙間の形状に凹凸が生じたことにより、例えば、（１）中心軸１１を中心として磁性ディスク１８０を回転させたときに生じるせん断力が、磁性ディスク１８０の径方向において一様でなくなり、全体としてせん断力が大きくなったこと、（２）溝部１８３ａ、１８３ｂ、１８３ｃのある部分とない部分とで磁性粒子のクラスタの長さや密度が異なること、（３）溝部１８３ａ、１８３ｂ、１８３ｃのある部分とない部分とで磁力線の方向や密度が異なることなどに起因すると考えられる。
＜第３実施形態＞
　図１１（Ａ）は第３実施形態における磁性ディスク１９０の構成を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）の磁性ディスク１９０の斜視図、（Ｃ）は（Ａ）のＸＩ－ＸＩ’線における断面図であって、周囲の円環部３１、第２ヨーク４０、及び、環状部材６０も同時に示している。
　図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、磁性ディスク１９０は、上述の磁性ディスク１２０、１７０、１８０と同様に、磁性材料で構成され、全体として、上下方向（図１１（Ａ）の紙面に垂直な方向）に直交するように配置される円形平面（上面１９４、下面１９５）を有する円板状の部材である。さらに、磁性ディスク１２０、１７０、１８０と同様に、円形平面の中心には、上下方向に貫通する中央孔部１９１が設けられている。
　さらに、磁性ディスク１９０は、その円形平面の径方向内側に設けられた凹部１９３を備えている。この凹部１９３は、径方向としての第２の方向（中心から外周縁１９６へ向かう方向）の内周領域において、上面１９４及び下面１９５から上下方向内側へ有底状に凹設されている。ここで、図１１（Ａ）、（Ｂ）においては、凹部１９３が設けられていない外周領域の上面１９４に斜線を付して示している。これにより、図１１（Ｃ）に示すように、磁性ディスク１９０は、外周領域と内周領域とで凹凸が形成され、凹部１９３よりも厚い外側領域がトルク増大部として機能する。凹部１９３の形成は、磁性ディスク１９０の円板状部材の製造と同時に行ってもよいが、円板状部材の製造の後に、レーザー加工、エッチングその他の手段によって行っても良い。
　なお、上記凹部１９３は磁性ディスク１９０を上面１９４と下面１９５の両方から内側へそれぞれ凹設していたが、上面１９４と下面１９５のいずれか一方のみから凹設する構成でもよい。また、径方向における溝部のサイズは図１１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す例に限定されない。
　また、第１実施形態と同様に、第１ヨーク３０の円環部３１と第２ヨーク４０において、磁性ディスク１９０の内周領域に対向する領域に凹部をそれぞれ設けると、励磁コイル５０に電流を供給していない状態における抵抗力（初期トルク）を小さくすることができる。
　さらにまた、第１実施形態の切り欠き部１７３を併せて設けることも好ましい。これにより、円環部３１と第２ヨーク４０の間の隙間の形状にさらに凹凸を設けることができる。
　第３実施形態の構成の磁性ディスク１９０と、凹部１９３を設けていない磁性ディスクとについて、図９と同様に、コイルへの印加電流に対するトルク発生装置の出力トルクを測定したところ、磁性ディスク１９０の方が、同じ印加電流に対して大きな出力トルクが得られたことが分かった。したがって、凹部１９３を設けることにより、設けない場合に比べて大きな抵抗力（トルク）を生じさせることができ、ブレーキトルク性能が向上することが分かった。これは、第１実施形態と同様の理由のほか、内周領域における第１ヨーク３０及び第２ヨーク４０との隙間を相対的に大きくすることができ、これにより、凹部１９３を設けておらず、隙間の小さい外周領域（磁界集中部（図１１（Ａ）、（Ｂ）における斜線部分））において磁束密度が高まることも起因していると考えられる。
　さらに、磁性ディスク１９０と、凹部１９３を設けていない磁性ディスクとを比較すると、凹部１９３を設けた領域において磁性ディスク１９０が薄くなっており、磁性ディスク１９０の方が初期トルクを小さくできることが分かった。
＜第４実施形態＞
　図１２（Ａ）は第４実施形態における磁性ディスク２００の構成を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）の磁性ディスク２００の斜視図、（Ｃ）は（Ａ）のＸＩＩ－ＸＩＩ’線における断面図であって、周囲の円環部３１、第２ヨーク４０、及び、環状部材６０も同時に示している。
　第４実施形態の磁性ディスク２００においては、第３実施形態の凹部１９３と同様に、径方向（第２の方向）の内周領域に凹部２０３ｄを設けるとともに、第２実施形態の溝部１８３ａ、１８３ｂ、１８３ｃと同様に、トルク増大部として、径方向（第２の方向）の外周領域に３つの有底の溝部２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃを等間隔に設けている。
　ここで、磁性ディスク２００は、上述の磁性ディスク１２０、１７０、１８０と同様に、磁性材料で構成され、全体として、上下方向（図１２（Ａ）の紙面に垂直な方向）に直交するように配置される円形平面（上面２０４、下面２０５）を有する円板状の部材である。この円形平面の中心には、上下方向に貫通する中央孔部２０１が設けられ、この中央孔部２０１を囲む位置には、磁性ディスク２００を上下に貫通する複数の貫通孔部２０２が設けられている。
　このような構成により、溝部２０３ａ～２０３ｃを設けることで、設けない場合に比べて大きな抵抗力（トルク）を生じさせることができ、ブレーキトルク性能が向上する。さらに、凹部２０３ｄを設けることで初期トルクを小さくできる。すなわち、上記の構成を備えることにより、電流を印加していない状態ではトルクが小さく、電流を印加したときには印加電流に対する応答性が高く効率的なトルク発生装置となる。
　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。例えば、上記の実施例ではディスク外径は４５ｍｍであったが、これに限定されず、トルク装置のディスク外径はメータサイズであってもよい。ディスク外径が大きくなってもトルク発生装置を相対的に小型化できるため、本発明に係るトルク発生装置では、装置の体積当たりのブレーキトルクを大きくすることができる。
　以上のように、本発明に係るトルク発生装置は、小型化に適し、かつ、大きなせん断力を得ることができる点で有用である。
　１０　トルク発生装置
　１１　中心軸
　２０　保持部
　３０　　第１ヨーク
　３０ａ　凹部
　３１　　円環部
　３２　　円筒部
　３３　　段差部
　３４　　内周面
　３５　　底面
　４０　　第２ヨーク
　４０ａ　凹部
　４１　　上面
　４２　　溝
　４３　　孔部
　５０　　励磁コイル（磁界発生部）
　５１　　接続部材
　５２　　ホール素子（磁気測定部）
　６０　　環状部材
　７０　　第３ヨーク
　７１　　内周面
　７２　　空間
　７３　　貫通孔
　７４　　上壁部
　７５　　側壁部
　８０、８１、８２　隙間
　１００　操作部
　１１０　シャフト部（操作軸）
　１１１　軸部（操作軸）
　１１２　溝部
　１１３　先端部
　１１４、１１５　結合孔部
　１２０　磁性ディスク
　１２１　中央孔部
　１２２　貫通孔部
　１２４　上面
　１２５　下面
　１２６　外周縁
　１３０　制御部
　１４０　支持部材
　１５０　ラジアル軸受
　１６０　磁気粘性流体
　１７０　磁性ディスク
　１７１　中央孔部
　１７２　貫通孔部
　１７３　切り欠き部（開口部）
　１７４　上面
　１７５　下面
　１７６　外周縁
　１８０　磁性ディスク
　１８１　中央孔部
　１８２　貫通孔部
　１８３ａ、１８３ｂ、１８３ｃ　溝部
　１８４　上面
　１８５　下面
　１８６　外周縁
　１９０　磁性ディスク
　１９１　中央孔部
　１９３　凹部
　１９４　上面
　１９５　下面
　１９６　外周縁
　２００　磁性ディスク
　２０１　中央孔部
　２０２　貫通孔部
　２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ　溝部
　２０３ｄ　凹部
　２０４　上面
　２０５　下面
　２０６　外周縁
　Ｇ　磁気ギャップ

Claims (10)

  1. 　回転軸を中心に回転動作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んだ両側にそれぞれ配置された、第１ヨーク及び第２ヨークと、
    　前記磁性ディスクと前記第１ヨーク及び前記第２ヨークとの間に充填された磁気粘性流体と、
    　前記第１の方向に沿った方向に見たときに前記磁性ディスクと重なるように配置されたコイルと、
    　少なくとも前記磁性ディスク及び前記コイルの外側において、前記磁性ディスクに近接する領域を有し、前記第１ヨーク及び前記第２ヨークとともに、前記コイルが発生する磁界の磁路を構成する第３ヨークと、を備え、
    　前記磁性ディスクは、前記第１ヨークに対向する面と前記第２ヨークに対向する面との少なくともいずれか一方にトルク増大部を有し、
    　前記トルク増大部は、前記磁性ディスクにおいて、前記第１の方向に垂直な径方向としての第２の方向の外周領域に設けられ、前記磁気粘性流体のクラスタに対するせん断力を、前記外周領域よりも内側の内周領域に比べて大きくさせ、
    　前記第３ヨークは、前記第１ヨークとの間に磁気ギャップを有し、
    　前記磁気ギャップは、前記第１の方向に沿って見たときに、前記磁性ディスクの外周縁よりも外側、又は、前記磁性ディスクの外周縁と重なる位置に形成されていることを特徴とするトルク発生装置。
  2. 　前記第１ヨークは、前記コイルと前記磁性ディスクとの間に、前記第１の方向に沿って見たときに前記コイルと前記磁性ディスクと重なる延在部を備える請求項１に記載のトルク発生装置。
  3. 　前記トルク増大部は、前記磁性ディスクの厚さ方向に貫通させた開口部を有する請求項１又は請求項２に記載のトルク発生装置。
  4. 　前記開口部は、前記第２の方向を長手方向とする長孔である請求項３に記載のトルク発生装置。
  5. 　前記トルク増大部は、前記磁性ディスクの厚さ方向における凹凸として形成されている請求項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. 　前記トルク増大部は、前記凹凸が前記回転軸を中心とした同心円状に設けられた構成を備える請求項５に記載のトルク発生装置。
  7. 　前記トルク増大部においては、前記磁性ディスクの内周領域に比べて、前記第１ヨーク及び前記第２ヨークとの間の隙間が小さい請求項１又は請求項２に記載のトルク発生装置。
  8. 　前記第１ヨーク及び前記第２ヨークは、前記磁性ディスクの前記内周領域に対向する領域に、前記磁性ディスクとの隙間を大きくする凹部を有する請求項７に記載のトルク発生装置。
  9. 　前記回転軸と直交する面内において、前記磁性ディスクの外周縁と、前記第３ヨークの外側面との距離が一定ではない請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のトルク発生装置。
  10. 　前記第３ヨークは平面視がほぼ四角形である請求項９に記載のトルク発生装置。
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