JP2021152401A

JP2021152401A - 磁気粘性流体装置

Info

Publication number: JP2021152401A
Application number: JP2020053676A
Authority: JP
Inventors: 修一赤岩; Shuichi Akaiwa
Original assignee: Kurimoto Ltd
Current assignee: Kurimoto Ltd
Priority date: 2020-03-25
Filing date: 2020-03-25
Publication date: 2021-09-30

Abstract

【課題】簡易な構造にて、磁気粘性流体が充填されるディスクとヨークとの隙間の寸法精度を高めること。【解決手段】ディスクと、前記ディスクを貫通する磁場を形成するように配設されたヨークと、前記ディスクと前記ヨークとの間に形成された隙間と、前記隙間に充填された磁気粘性流体と、を備え、前記ディスクが前記ヨークに対して軸線回りに回転可能に設けられたものを前提とし、前記ディスクと前記ヨークとの間に薄板材が設けられ、前記ディスクと前記ヨークとの隙間寸法が、前記薄板材の厚さ寸法と一致するように、前記薄板材が前記ディスクと前記ヨークとの間に挟み込まれている。【選択図】図１

Description

本発明は、相対回転可能に設けられた部材間に磁気粘性流体を介在させ、当該磁気粘性流体に付与する磁場の強さを変えることにより、上記部材間で伝達されるトルクを可変とする磁気粘性流体装置に関する。

この種の磁気粘性流体装置は、例えば特許文献１，２に開示されている。特許文献１，２に開示されている磁気粘性流体装置は、ディスクと、ディスクの両面にそれぞれ対向配置されたヨークとを備える。ディスクとヨークとの間には、微小寸法の隙間が形成され、当該隙間に磁気粘性流体が充填されている。そして、ヨークの間に、ディスクおよび磁気粘性流体を貫通する磁場が形成されることで、磁気粘性流体が磁場の強さに応じた粘度を発現し、ディスクとヨークとの間で磁場の強さに応じたトルクが伝達される。

特開２０１４−１８１７７８号公報特開２０１７−０４４２１５号公報

上記磁気粘性流体装置では、磁気粘性流体が充填されるディスクとヨークとの間の隙間の大きさによって、ディスクとヨークとの間で伝達されるトルクが異なる。したがって、ディスクとヨークとの間で設計通りのトルクを伝達させるために（つまり、磁気粘性流体装置に設計通りの性能を発揮させるために）、ディスクとヨークとの間の隙間の寸法精度を高めることが重要である。

しかしながら、従来の磁気粘性流体装置では、複数の部材の組み合わせによってディスクとヨークとの隙間が形成されることから、ディスクとヨークとの隙間の公差が、複数の部材の寸法公差の累積値となり、当該隙間の寸法精度を高めることが容易ではなかった。

本発明は、かかる課題に鑑みて創案されたものであり、簡易な構造にて、磁気粘性流体が充填されるディスクとヨークとの隙間の寸法精度を高めることができる磁気粘性流体装置を提供することを目的とする。

本発明の第１態様に係る磁気粘性流体装置は、ディスクと、前記ディスクを貫通する磁場を形成するように配設されたヨークと、前記ディスクと前記ヨークとの間に形成された隙間と、前記隙間に充填された磁気粘性流体と、を備え、前記ディスクが前記ヨークに対して軸線回りに回転可能に設けられたものを前提とし、前記ディスクと前記ヨークとの間に薄板材が設けられ、前記ディスクと前記ヨークとの隙間寸法が、前記薄板材の厚さ寸法と一致するように、前記薄板材が前記ディスクと前記ヨークとの間に挟み込まれている、ことを特徴とする。

本発明の第２態様に係る磁気粘性流体装置は、ディスクと、前記ディスクを貫通する磁場を形成するように前記ディスクの両側にそれぞれ配設された第１ヨークおよび第２ヨークと、前記ディスクの一側面と前記第１ヨークとの間に形成された第１隙間と、前記ディスクの他側面と前記第２ヨークとの間に形成された第２隙間と、前記第１隙間および前記第２隙間に充填された磁気粘性流体と、を備え、前記ディスクが前記第１ヨークおよび前記第２ヨークに対して軸線回りに回転可能に設けられたものを前提とし、前記ディスクの一側面と前記第１ヨークとの間に第１薄板材が設けられ、前記ディスクの他側面と前記第２ヨークとの間に第２薄板材が設けられ、前記ディスクの一側面と前記第１ヨークとの隙間寸法が、前記第１薄板材の厚さ寸法と一致するように、前記第１薄板材が前記ディスクと前記第１ヨークとの間に挟み込まれ、前記ディスクの他側面と前記第２ヨークとの隙間寸法が、前記第２薄板材の厚さ寸法と一致するように、前記第２薄板材が前記ディスクと前記第２ヨークとの間に挟み込まれている、ことを特徴とする。

本発明の第３態様に係る磁気粘性流体装置は、第１態様又は第２態様に係る磁気粘性流体装置において、前記ディスクと同軸上に前記ディスクと一体回転するシャフトが設けられており、前記薄板材は、環状の薄板材であって、前記シャフトに外嵌されていてもよい。

本発明によれば、簡易な構造にて、磁気粘性流体が充填されるディスクとヨークとの隙間の寸法精度を高めることができる。

本発明の実施形態に係る磁気粘性流体装置の断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る磁気粘性流体装置について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本発明の実施形態に係る磁気粘性流体装置１００は、シャフト１、ディスク２、第１ヨーク３Ａ、第２ヨーク３Ｂ、コイル４、ケーシング５、磁気粘性流体６等で構成されている。

シャフト１は、その端部がディスク２の中心部に垂直に接続されている。シャフト１には、基端側に形成された一般部１１と比較して大径とされた第１大径部１３Ａ、第２大径部１３Ｂおよび第３大径部１３Ｃが形成されている。各大径部１３Ａ〜１３Ｃは互いに軸線Ｎ方向に間隔をおいて形成されている。各大径部１３Ａ〜１３Ｃの間には、一般部１１より小径とされた第１小径部１４Ａおよび第２小径部１４Ｂが形成されている。また、第３大径部１３Ｃより先端側には、一般部１１より小径とされた第３小径部１４Ｃが形成され、更に、その先端側に、第３小径部１４Ｃより小径とされた第４小径部１４Ｄが形成されている。なお、シャフト１の材料は、ステンレス鋼などの非磁性体であることが望ましい。

第１小径部１４Ａおよび第２小径部１４Ｂには、それぞれ環状のシール部材７１が嵌め込まれている。このシール部材７１は、シャフト１と軸穴３１との隙間をシールする。シャフト１はベアリング７２を介して第２ヨーク３Ｂの軸穴３１に回転自在に支持されている。このベアリング７２は、シャフト１の一般部１１に外嵌されており、その一側が第１大径部１３Ａの側面に係合され、その他側が軸穴３１内に形成されたつば３２に係合されている。

ディスク２は、既述したようにシャフト１の端部に接続され、当該シャフト１と一体に軸線Ｎ回りに回転する。ディスク２は、第１ヨーク３Ａ、第２ヨーク３Ｂ、ケーシング５等に対して相対回転可能となっている。本実施形態では、ディスク２は、一定の厚さの円板形状とされている。なお、ディスク２の材料は、鉄等の磁性体であることが望ましい。

第１ヨーク３Ａは、磁性体からなり、ディスク２の一側面２ａに対して微小隙間６１を介して設けられている。第１ヨーク３Ａは、ディスク２の一側面２ａに対して平行に対向する平坦な対向面３３を有する。微小隙間６１の隙間寸法は、後述する第１薄板材８１の厚さによって規定されている。微小隙間６１の隙間寸法は、特に数値的に限定されるものではないが、例えば０．１ｍｍ以下とされる。

第１ヨーク３Ａは、円筒状のケーシング５の内側に嵌め込まれ、そのケーシング５に複数の取付ボルト５７により締結された円環状の押さえ板５５によって軸線Ｎ方向の移動が規制されている。なお、図１に示す例では、第１ヨーク３Ａの中心に貫通穴３５が形成され、当該貫通穴３５にシャフト１の先端部（第４小径部１４Ｄ）を支持する軸受材１５が嵌め込まれている。貫通穴３５と軸受材１５との隙間は、Ｏリング１６によってシールされている。

第２ヨーク３Ｂは、磁性体からなり、ディスク２の他側面２ｂに対して微小隙間６２を介して設けられている。第２ヨーク３Ｂは、ディスク２の他側面２ｂに対して平行に対向する対向面３７Ａ，３７Ｂを有する。微小隙間６２の隙間寸法は、後述する第２薄板材８２の厚さによって規定されている。微小隙間６２の隙間寸法は、特に数値的に限定されるものではないが、例えば０．１ｍｍ以下とされる。

第２ヨーク３Ｂは、シャフト１を通すための軸穴３１を中心部に有し、コイル４を配設するための軸線Ｎを中心とした環状の溝３４をも有する。この溝３４によって、前記対向面は、内径側の対向面３７Ａと、外径側の対向面３７Ｂとに分かれている。すなわち、第２ヨーク３Ｂは、コイル４の内周側、外周側および反ディスク２側を包囲した断面形状を有し、コイル４の内側と外側にそれぞれディスク２の他側面２ｂに対向する対向面３７Ａ，３７Ｂを有する。そして、第２ヨーク３Ｂは、コイル４に電流が印加されたとき、当該２つの対向面３７Ａ，３７Ｂが磁極となるヨークとして機能する。なお、第２ヨーク３Ｂは、円筒状のケーシング５の内側に嵌め込まれ、そのケーシング５に複数の取付ボルト５７により締結された円環状の押さえ板５６によって軸線Ｎ方向の移動が規制されている。本実施形態では、押さえ板５６は、複数の取付ボルト５８にて第２ヨーク３Ｂにも締結されている。

コイル４は、第２ヨーク３Ｂに形成された溝３４に沿って配設されている。このコイル４には、図示しない電流供給装置により任意の電流が供給可能となっている。

ケーシング５は、既述したように円筒状部材からなり、非磁性体で構成されている。

磁気粘性流体６は、ディスク２の他側面２ｂと、第２ヨーク３Ｂの対向面３７Ａ，３７Ｂとの微小隙間６２、並びに、ディスク２の一側面２ａと、第１ヨーク３Ａの対向面３３との微小隙間６１に充填されている。この磁気粘性流体６は、磁性粒子を分散媒に分散させてなる液体であり、特にその磁性粒子がナノサイズの金属粒子（金属ナノ粒子）からなるものが使用できる。磁性粒子は磁化可能な金属材料からなり、金属材料に特に制限はないが軟磁性材料が好ましい。軟磁性材料としては、例えば鉄、コバルト、ニッケル及びパーマロイ等の合金が挙げられる。分散媒は、特に限定されるものではないが、一例として疎水性のシリコーンオイルを挙げることができる。磁気粘性流体における磁性粒子の配合量は、例えば３〜４０ｖｏｌ％とすればよい。磁気粘性流体にはまた、所望の各種特性を得るために、各種の添加剤を添加することも可能である。

上記構成を備える磁気粘性流体装置１００において、電流供給装置により、コイル４に電流を印加すると、矢印Ｐに示す方向に沿ってディスク２、第１ヨーク３Ａ、第２ヨーク３Ｂ内に磁路が形成される。この磁路は、ディスク２の一側面２ａと第１ヨーク３Ａの対向面３３との微小隙間６１や、ディスク２の他側面２ｂと第２ヨーク３Ｂの対向面３７Ａ，３７Ｂとの微小隙間６２に充填されている磁気粘性流体６を貫通する。これにより、磁気粘性流体６に、磁場の強さに応じた粘度（ずり応力）が発現し、ディスク２と２つのヨーク３Ａ，３Ｂとの間での伝達トルクが磁場の強さに応じて大きくなる。

上記構成を備える磁気粘性流体装置１００においては、ディスク２の一側面２ａと第１ヨーク３Ａの対向面３３との間に第１薄板材８１が設けられ、ディスク２の他側面２ｂと第２ヨーク３Ｂの対向面３７Ａとの間に第２薄板材８２が設けられている。第１薄板材８１および第２薄板材８２には、環状の薄板材が用いられている。第１薄板材８１は、シャフト１の先端部（第４小径部１４Ｄ）に外嵌され、第２薄板材８２は、シャフト１の先端部に近い部分（第３大径部１３Ｃ）に外嵌されている。また、第１薄板材８１および第２薄板材８２の外径は、当然に、磁気回路の形成を阻害しない値とされる。図１に示す例では、第１薄板材８１の外径は、第２薄板材８２の外径より小さくなっているが、これに限定される訳ではない。なお、第１薄板材８１および第２薄板材８２は、ステンレス鋼などの非磁性体で構成されている。

また、第１薄板材８１は、ディスク２と第１ヨーク３Ａとの間に挟み込まれ、第２薄板材８２は、ディスク２と第２ヨーク３Ｂとの間に挟み込まれている。挟み込む手段は特に限定されないが、本実施形態では、押さえ板５５，５６をケーシング５、ヨーク３Ａ，３Ｂ等に対して取り付けている取付ボルト５７，５８を締め付けることで、第１薄板材８１は、ディスク２と第１ヨーク３Ａとの間に微小な圧力で挟み込まれ、第２薄板材８２は、ディスク２と第２ヨーク３Ｂとの間に微小な圧力で挟み込まれる。これにより、微小隙間６１の隙間寸法は、第１薄板材８１の厚さ寸法と一致し、微小隙間６２の隙間寸法は、第２薄板材８２の厚さと一致する。

以上の説明から明らかなように、磁気粘性流体装置１００によれば、微小隙間６１の隙間寸法は、第１薄板材８１の厚さと一致し、微小隙間６２の隙間寸法は、第２薄板材８２の厚さと一致することから、第１薄板材８１および第２薄板材８２に、高精度の厚さ寸法の薄板材を使用するだけで、微小隙間６１，６２の寸法精度を高めることができる。また、各微小隙間６１，６２の公差は、専ら第１薄板材８１、第２薄板材８２寸法公差と一致するため、従来例に係る磁気粘性流体装置のように寸法公差の累積に悩まされることもない。

本発明は、例えば、相対回転可能に設けられた部材間に磁気粘性流体を介在させ、当該磁気粘性流体に付与する磁場の強さを変えることにより、上記部材間で伝達されるトルクを可変とする磁気粘性流体装置に適用可能である。

１シャフト
２ディスク
２ａ一側面
２ｂ他側面
３Ａ第１ヨーク
３Ｂ第２ヨーク
６磁気粘性流体
６１微小隙間（第１隙間）
６２微小隙間（第２隙間）
８１第１薄板材
８２第２薄板材

Claims

ディスクと、
前記ディスクを貫通する磁場を形成するように配設されたヨークと、
前記ディスクと前記ヨークとの間に形成された隙間と、
前記隙間に充填された磁気粘性流体と、
を備え、
前記ディスクが前記ヨークに対して軸線回りに回転可能に設けられた磁気粘性流体装置において、
前記ディスクと前記ヨークとの間に薄板材が設けられ、前記ディスクと前記ヨークとの隙間寸法が、前記薄板材の厚さ寸法と一致するように、前記薄板材が前記ディスクと前記ヨークとの間に挟み込まれている、ことを特徴とする磁気粘性流体装置。
ディスクと、
前記ディスクを貫通する磁場を形成するように前記ディスクの両側にそれぞれ配設された第１ヨークおよび第２ヨークと、
前記ディスクの一側面と前記第１ヨークとの間に形成された第１隙間と、
前記ディスクの他側面と前記第２ヨークとの間に形成された第２隙間と、
前記第１隙間および前記第２隙間に充填された磁気粘性流体と、
を備え、
前記ディスクが前記第１ヨークおよび前記第２ヨークに対して軸線回りに回転可能に設けられた磁気粘性流体装置において、
前記ディスクの一側面と前記第１ヨークとの間に第１薄板材が設けられ、
前記ディスクの他側面と前記第２ヨークとの間に第２薄板材が設けられ、
前記ディスクの一側面と前記第１ヨークとの隙間寸法が、前記第１薄板材の厚さ寸法と一致するように、前記第１薄板材が前記ディスクと前記第１ヨークとの間に挟み込まれ、
前記ディスクの他側面と前記第２ヨークとの隙間寸法が、前記第２薄板材の厚さ寸法と一致するように、前記第２薄板材が前記ディスクと前記第２ヨークとの間に挟み込まれている、ことを特徴とする磁気粘性流体装置。
請求項１又は２に記載の磁気粘性流体装置において、
前記ディスクと同軸上に前記ディスクと一体回転するシャフトが設けられており、
前記薄板材は、環状の薄板材であって、前記シャフトに外嵌されている、ことを特徴とする磁気粘性流体装置。