回転装置
【課題】本発明は、軸線周りで相対的に回転可能に配設された回転体およびハウジングと、該ハウジングに固定され該回転体と対向する電磁石と、を備えた回転装置を提供する。
【解決手段】本回転装置は、前記回転体と前記ハウジング、前記回転体と前記電磁石、の隙間には前記電磁石により磁路が通過すると粘度が向上する磁気粘性流体が充填され、該磁気粘性流体はナノサイズの磁化可能な金属ナノ粒子を含む磁性粒子を含有する。この前記磁気粘性流体に接する前記電磁石及び／又は前記回転体の表面の一部は、非磁性絶縁体で構成される。
【解決手段】本回転装置は、前記回転体と前記ハウジング、前記回転体と前記電磁石、の隙間には前記電磁石により磁路が通過すると粘度が向上する磁気粘性流体が充填され、該磁気粘性流体はナノサイズの磁化可能な金属ナノ粒子を含む磁性粒子を含有する。この前記磁気粘性流体に接する前記電磁石及び／又は前記回転体の表面の一部は、非磁性絶縁体で構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノサイズの磁性粒子を含む磁気粘性流体とこれに磁場を与える電磁石等を用いることによって、回転軸をその周囲のハウジング等に対して制動するロータの回転装置、特に磁気粘性流体を封入する隙間に面した部材の一部を絶縁体で形成するロータの回転装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に軸受装置のような回転装置では、シャフト等の回転軸の軸周りにハウジングや軸受等の固定体が配設され、固定体に対して回転軸が相対的に軸周り回転する構成を有している。このような回転装置において回転軸と固定体との間には環状の隙間が存在し、この隙間に磁気粘性流体を封入した回転装置が存在する。
【０００３】
例えば、特許文献１ではケーシングと、ケーシングの回転体と、電磁石とを備え、電磁石と回転体との隙間に磁気粘性流体を封入している。電磁石は、概ね磁束を発生するコイルと、コイルを巻き取るボビンと、磁路を誘導する磁性体のヨークとで構成され、回転体の制動を担う役割を有するものである。このヨークに誘導された磁路が電磁石と回転体との隙間を通過することで磁気粘性流体の粘度が発現し、トルクを伝達する。したがって、トルクの応答速度すなわち回転体の制動性能は、磁気粘性流体への磁束付与に依存するものであり、磁路を効率良く形成することが要求される。
【０００４】
また、通常の磁気粘性流体を封入した場合、磁性粒子が他の部材とこすれあい、磨耗を引き起こすおそれがある。そこで、磁気粘性流体に接する部材は、耐磨耗性のある金属部材を使用するのが一般的である。
【０００５】
しかしながら、磁気粘性流体に接する部材を金属部材にすると電気コイルに対する通電によって渦電流が発生し、これによりトルク伝達の応答性を遅延させるという問題がある。また、金属部材は重いため回転装置全体としての軽量化が困難となるという問題も並存する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２０２７４４号公報
【特許文献２】特開２００９−１１７７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、電磁石と回転体との隙間にナノサイズの磁性粒子を含む磁気粘性流体を封入する回転装置において、高効率の磁路を形成しつつ耐磨耗性と軽量化とを同時に達成し得る構成を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の回転装置は、軸線周りで相対的に回転可能に配設された回転体およびハウジングと、該ハウジングに固定され該回転体と対向する電磁石と、を備えた回転装置を提供する。
この回転装置は、前記回転体と前記ハウジング、前記回転体と前記電磁石、の隙間には前記電磁石により磁路が通過すると粘度が発現する磁気粘性流体が充填され、該磁気粘性流体はナノサイズの磁化可能な金属ナノ粒子を含む磁性粒子を含有し、前記磁気粘性流体に接する前記電磁石及び／又は前記回転体の表面の一部は、非磁性絶縁体で構成される。
【０００９】
上記磁気粘性流体に接する非磁性絶縁体は、樹脂材料、例えばプラスティック材料であることが好ましい。
【００１０】
本回転装置は回転体がハウジングに対して軸周りに回転し、ハウジング側に電磁石が固定される構成である。また、ハウジングと回転体、電磁石と回転体との隙間には磁気粘性流体が充填され、電磁石が通電して磁路が磁気粘性流体を通過することで粘性が発現し、回転体を制動する。この回転装置において磁気粘性流体と接する電磁石及び／又は回転体の一部は非磁性絶縁体で構成されている。ここで示す非磁性絶縁体とは、例えばプラスティック等の樹脂材料である。このような材料を使用すれば、導電体のように通電時に渦電流が発生することを避けることができ、コイルに対する応答速度ひいては回転体制動の応答速度を向上させることができる。なお、ここで使用する磁気粘性流体はこれに含有される金属粒子がナノサイズであることが特徴であり、この磁気粘性流体を使用すれば樹脂材料のような軟材を使用しても金属粒子による磨耗の問題を大幅に軽減できる。また、電磁石及び／又は回転体の一部をプラスティックの樹脂材料にすると装置全体の軽量化にもつながる。
【００１１】
また、前記磁気粘性流体に接する前記ハウジングの表面は、非磁性絶縁体で構成されることが好ましい。
ハウジングに電磁石が固定される本回転装置の場合、電磁石、回転体のみならずハウジング表面を非磁性絶縁体にすれば、さらに軽量化を図ることができる。
【００１２】
また、電磁石が回転体に固定され、ハウジングと対向する型の本回転装置の場合もあり得る。この場合、磁気粘性流体に接する前記電磁石及び／又は前記ハウジングの表面の一部は、非樹脂等の非磁性絶縁体で構成される。また、回転体の表面の一部が、非磁性絶縁体で構成されることが好ましい点も同様である。
【００１３】
また、本発明の回転装置は、記前記回転体が中空円板状である前記ハウジングの内側でハウジングに対して相対的に軸回転する環状部材であっても良く、前記ハウジングと前記回転体との間で、前記回転体と供に軸回転するように該回転体側に結合された磁性体のディスクを有し、前記電磁石は、前記ディスクを挟むように配設され、通電時において該ディスクを挟持する方向に磁路を付与し、前記ディスクは、該ディスクを挟む方向以外に前記磁路が分散しないように該ディスクに溝が配設されることが好ましい。
【００１４】
これにより本回転装置では、電磁石が通電すると磁性体であるディスクとヨークとの間にせん断力が作用し、その結果、ディスクと結合する回転体の回転も制動できることとなる。また、ディスクには挟持方向に物理的な溝が形成されているため、溝を境界として回転半径方向の磁力が遮断される。このディスクに形成される溝は、回転側（回転体やディスク）と固定側（ハウジングや電磁石）との隙間を流体的に接続するものであり、内部に透磁率の比較的低い磁気粘性流体が保持されているためディスク内で磁路が分散することを回避できる。その結果、電磁石とディスクとの間で強い挟持力が作用するような強い磁路を形成することができる。
また、本回転装置ではディスクと電磁石との隙間が狭くなる傾向にあり、通電時に粘度が増大した場合、せん断力が過大になるがナノ金属粒子を含有する磁気粘性流体を使用するため磨耗のおそれは回避できる点は上述同様である。
【００１５】
また、上述のような本回転装置、すなわち回転体が中空円板状である前記ハウジングの内側でハウジングに対して相対的に軸回転する環状部材である回転装置の他の例としては、
前記ハウジングに固定される前記電磁石と前記回転体との両者において前記磁気粘性流体を介して対向する部分の一部が、それぞれ非磁性絶縁体で構成され、前記回転体の他の部分が磁性体で構成され、前記電磁石から付与される磁路は、前記非磁性絶縁体を回避して電磁石から回転体を経由して電磁石に戻るように形成される構成であっても良い。
【００１６】
この回転装置によれば、磁気粘性流体と接する電磁石と回転体との対向する部分が樹脂等の非磁性絶縁体で構成される。これにより電磁石のヨークを通過してきた磁束の多くは、磁気粘性流体をわたって回転体の磁性体部分を通過し（回転体の非磁性体部分を回避し）、再びヨークに戻ってくる。この装置において、電磁石と対向する回転体の部分は樹脂等であり絶縁体でもあるため渦電流の発生を抑制することができる点では上述の場合と同様である。したがって、コイル電流に対して回転制動の応答速度が向上させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の回転装置によれば、ハウジング、電磁石、回転体の隙間にナノサイズの磁性粒子を含む磁気粘性流体を封入し、磁気粘性流体に接する部材の一部を樹脂等の非磁性絶縁体する。このため通電による渦電流の発生を抑えることができコイル電流に対する応答性が高いと同時に耐磨耗性も確保することができる。さらに、本回転装置では樹脂等の使用による装置の軽量化も達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の回転装置の第１の実施形態の軸線に沿った断面図である。
【図２】図１に示すエリアＡについての拡大図である。
【図３】ディスクを図１の紙面上方から見た概略を示した例示図であり、（ａ）は間欠的な溝を設けた場合のディスクの一例を示しており、（ｂ）は円周に亘って連続的に形成された溝を設けた場合のディスクの一例を示したものである。
【図４】本発明の回転装置の第２の実施形態の軸線に沿った断面図である。
【図５】図４に示すエリアＡ´についての拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
≪使用する磁気粘性流体について≫
まず、本発明の回転装置について説明する前提として本発明の回転装置で使用する磁気粘性流体について言及する。
ここで使用する磁気粘性流体は特許文献２に開示されるものであり、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。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。
【００２０】
金属ナノ粒子は、その平均粒子径が、２０〜５００ｎｍであることが望ましく、より好ましくは、７０〜２００ｎｍである。また、磁性粒子には、金属ナノ粒子が凝集した凝集体を含んでいても良く、特に金属ナノ粒子が塊状に凝集した凝集体を含んでいても良い。塊状の凝集体は、例えば棒状又は鎖状の凝集体が磁気粘性流体に含まれる場合と比較して、基底粘度を低下させることになる。凝集体の大きさは、レーザー回折散乱法による平均粒子径が、１０μｍ以下であることが望ましく、５μｍ以下であることがより好ましい。
【００２１】
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。採用する分散媒の種類に応じて、磁性粒子に対し、その分散媒と親和性の高い表面改質を施すようにすればよい。こうすることで、磁性粒子の分散安定性が高まる。例えば疎水性のシリコーンオイルを分散媒として採用する場合、磁性粒子にはカップリング剤による表面改質を施すことが好ましい。
【００２２】
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。
【００２３】
≪本回転装置の第１本実施形態について≫
まず、図１を参照すれば本発明の回転装置１０の第一の実施形態が示されている。具体的には、本回転装置１０の回転軸線に沿った断面図を示している。なお、図１は軸線Ｘを中心に左右対称であり、左右いずれかに示された部材はこれに対称となる位置の部材と同一の部材を示している。また、図２を参照すれば概ね図１の回転装置１０の点線Ａを示した拡大断面図である。
【００２４】
まず、本実施形態の回転装置１０では、主として軸回転する回転体１２と、その周囲を覆う固定状態のハウジング１８と、回転体１２と結合された環状のディスク２６と、回転体１２とハウジング１８等との隙間に保持された磁気粘性流体２８と、通電するとディスク２６や磁気粘性流体２８に磁場を付与する電磁石２０とで構成されている。上述するようにこの磁気粘性流体２８に含有される磁性粒子はナノサイズであり、この磁気粘性流体２８によれば接する部材の磨耗を低減できる。
【００２５】
まず、回転体１２は、軸線Ｘを中心に回転する棒状のシャフト１４と、シャフト１４から半径方向に拡がり略環状板を形成するロータ１６と、で構成されている。このシャフト１４とロータ１６とは一体に形成されており非磁性体が使用される。非磁性体としては概ねオーステナイト系ステンレス（ＳＵＳ３０４）が使用されているが、先端部材１６ａについては絶縁体であるプラスティック等の樹脂材料を使用することもできる。シャフト１４は強度確保のため金属材料であることが必要であるが、後述するようにロータ１６については磁路が分散してこないようにするために非磁性体であることが好ましいからである。さらに、先端部材１６ａは非磁性体であるうえにプラスティックのごとく絶縁体であると通電による渦電流の発生を回避することができる。なお、プラスティック等の軟材にしたことによる耐磨耗性の問題については本磁気粘性流体２８がナノ金属粒子含有であることで解決される点は上記の通りである。
【００２６】
またハウジング１８は、回転体１２のケーシング部材として機能し、軸回転する回転体１２に対して固定されている。ここでは回転体１２が軸回転しハウジング１８が固定されるが、両者が相対的に軸回転すればよく、ハウジング１８が軸線Ｘ周りに回転し、回転体１２が固定されていてもよい。さらに詳細にはハウジング１８は、内部でロータ１６が回転できるようにロータ１６の外周囲を覆う構造を有しており、互いに対向するように配置された２つの皿状部材１８ａ、１８ｂをネジ等（図示せず）で結合することで構成されている。
【００２７】
このハウジング１８は非磁性体である点では回転体１２と同様であるがプラスティック等の樹脂材料が使用されている。詳細には後述するがハウジング１８を樹脂等にすると軽量化、十分な磁路の確保に有利である。さらに、上述するように本実施形態に使用する磁気粘性流体２８はナノ金属粒子を含有するものであるため樹脂材料のような軟材を使用しても磨耗を防止することができる。
【００２８】
また、ハウジング１８には軸線Ｘを回転中心とする環状の回転軸受３２が上下に１つずつ配設されている。この２つの回転軸受３２にシャフト１４が内挿し軸回転することでハウジング１８に対して回転体１２が軸回転し得る。なお、以下、説明していくハウジング１８の中に配設される各部材は、回転軸受３２の場合と同様に、軸線Ｘ方向に形成された２つで１組の環状の部材である。
【００２９】
ロータ１６の回転半径方向の外縁端部には、複数枚で１組の環状板部材であるディスク２６が結合されている。ここで図２を参照すれば、図１の点線の囲まれたエリアＡの拡大図を示している。この図２や図１からも理解されるように、ディスク２６はその内縁側２６ｃの一部をロータ１６の外縁端部（先端部材）に結合させ、また該ディスク２６の外縁側２６ｂはロータ１６の外縁端部から突出されて電磁石２０(後述)に挿入される。ディスク２６とロータ１６とは、ロータ１６の先端部とディスク２６の内縁側２６ｃとを介して図示しないネジ等で結合することで固定される。
【００３０】
また、ロータ１６の外縁端部から回転半径方向外側に突出したディスク２６の外縁側２６ｂは電磁石２０に介挿されている。ここで電磁石２０は、ボビン２３を介してコイル２２の周囲をヨーク２４で包囲している。このヨーク２４は純鉄等の磁性体を用いている。また、コイル２２とヨーク２４との間のボビン２３は、コイル２２の天面側と内面側（底面側と内面側でも良い）を環方向全域に亘って覆うように介挿されている。一般的に電磁石ではボビンに相当する部材は磁性体が用いられているが、ここではヨーク２４内に磁束を集中させて十分な磁路Ｌ（図１、図２の矢印Ｌ参照）を形成するために非磁性材料を採用している。
【００３１】
さらに、非磁性体としてＳＵＳ３０４などの金属部材も考えられるが上述してきたように導電性を有する部材を採用すると渦電流の発生を招き十分な磁路形成を妨げる要因となる。したがって、ここではボビン２３には樹脂等の絶縁材料を使用している。また、プラスティック等の樹脂は金属部材よりも軽量であるためボビン２３に使用すると回転装置１０全体の軽量化を図ることもできる。なお、本実施形態に使用する磁気粘性流体２８はナノ金属粒子を含有するものであるため樹脂のような軟材料を使用してもボビン２３の磨耗を防止することができる点は上述してきた通りである。
【００３２】
ここでコイル２２を通電した際の磁路Ｌについて図１、２を参照しつつ説明する。上述したようにコイル２２から発生した磁力線（磁束）は非磁性体である補助部材２３およびハウジング１８の存在により主としてヨーク２４内を循環し、磁路Ｌを生成する。本回転装置１０の場合、さらに磁力線を分散させず磁路Ｌに集中させるための手段が設けられており、詳細については後述する。
【００３３】
まず、図２に示すようにヨーク２４は、ロータ１６側に開いたコの字断面形状であり、上下に２分割し得る第一ヨーク２４ａと、この第一ヨーク２４ａと相俟ってディスク２６の外縁側２６ｂを挟む第二ヨーク２４ｂとで構成されている。また、第一ヨーク２４ａは概ねハウジング１８と隙間を設けず固定されている。第二ヨーク２４ｂは、前述のボビン２３に結合され一体化している。第一ヨーク２４ａ内を進行してきた磁力線はディスク２６の外縁側２６ｂに屈曲して進行する。図２において左方向から略直角下向きに屈曲して進行する磁路Ｌに示されるとおりである。これは第一ヨーク部材２４ａから放出する磁力線はパーマロイ（Fe-Ni合金）などの透磁率の大きい材質で形成されたディスク２６側に向かうからである。
【００３４】
但し、磁路Ｌは通電時において内部を進行する磁力線が外部に分散放出されないような形状が好ましい。次に第一ヨーク部材２４ａからディスク２６の外縁側に進行した磁路Ｌは、概ねそのままディスク２６内を進行して第二ヨーク部材２６ｂに到達する。具体的には図１よび図２磁路Ｌに参照する通りである。ここでディスク２６の外縁側２６ｂと内縁側２６ｂとは紙面下方に向かう溝２６ａにより磁気的に分断されている。即ち、ディスク２６の溝２６ａの内部には透磁率の比較的低い磁性粘性流体が保持されるので溝２６ａで磁力線を遮断する。これによりディスク２６内で矢印Ｌの方向以外に磁路が分散せず、第一ヨーク部材２４ａから進行してきた磁路Ｌはそのままディスク２６内を紙面下方に直進することとなる。なお、ディスク２６やロータ１６と、ハウジング１８や電磁石２０との「隙間」には磁気粘性流体２８が保持されるが、図１〜図２において磁気粘性流体として参照番号２８を付した部分は全てここで言う「隙間」に位置しており、溝２６ａも「隙間」の一部を形成していると言える（以下、「隙間２８」と参照番号を付して表記する場合もある）。
【００３５】
再びディスク２６の溝２６ａについて言及する。
図３を参照すればディスク２６を上方（図１〜図２紙面視）から見た天面図である。但し、理解し易さを考慮し、ｒ０〜ｒ３の寸法は図１〜図２の寸法と一致するものではないことに留意する。
【００３６】
まず図３（ａ）に示すディスク２６は、環方向に間欠的に溝２６ｂが配設されている。このディスク２６の場合、中心Ｏが図１〜図２に示す回転軸線Ｘに相当し、中心Ｏからディスク２６の内縁側２６ｃに到達するまでの径距離がｒ０であり、さらに溝２６ａまでの内縁側２６ｃの幅がｒ１、溝２６ａの幅がｒ２、ディスク２６の外縁側２６ｂの幅がｒ３となっている。この溝２６ａの幅ｒ２が大きいほど外縁側２６ｂから内縁側２６ｃへの磁力線の分散は少なくなってくるが、その反面、溝２６ａの幅ｒ２を大きくしたことで外縁側２６ｂの幅ｒ３が小さくなると第一ヨーク部材２４ａと第二ヨーク部材２４ｂとの間でディスク２６に生じるせん断力（既述）も小さくなり回転装置１０としての制動性能が低下する。
【００３７】
なお、この図３（ａ）の場合、溝２６ａが環方向に間欠的であるためディスク２６全体としてある程度の強度が担保される。また、図２に示すように溝２６ａはディスク２６を貫通していない。これはディスク２６の内縁側２６ｂと外縁側２６ｂとの物理的な結合を確保するためのものであり、図３（ａ）のように間欠的な溝２６ａの場合、ディスク２６を貫通する溝２６ａであっても良い。また、図１〜図２ではディスク２６は複数の環状板が積層されているように表現されているが一枚ものとして形成されても良い。
【００３８】
また、上記図３（ａ）の変形例としてディスク２６−１が示されている。このディスク２６−１の場合、溝２６ａ−１は環方向全域に亘って繋がっている。このディスク２６の場合、ディスク２６内の磁力線の分散を防止するという点では外縁側２６ｂ−１と内縁側２６ｃ−１とが物理的分断が進んでおり好ましいが、溝２６ａ−１がディスク２６を貫通するとディスク２６´が一体化しないという弊害がある。特にこのディスク２６の場合、図２に示すような環状板の積層構造より一枚ものの方が好ましい。
【００３９】
再び図２に戻って説明する。ディスク２６を通過して進行した磁路Ｌは、第二ヨーク部材２４ｂに侵入し、そのまま下方に直進する。そして回転平面Ｙの位置を通過する。その後、回転平面Ｙに対して上下に対称であるため磁路Ｌも対称に進行する。また、他の部材の構成や構成の意義についても上下に対称である。このことは図２を参照すれば理解されよう。
【００４０】
ディスクや電磁石、ロータ等の組立方法について
次に、ロータ１６、電磁石２０、ディスク２６の組立方法について説明する。まず、ロータ１６の下面にディスク２６を機械的に結合する。例えば、ネジ結合等である。次に、下側のハウジング１８の皿状部材１８ｂに第一ヨーク２４ａを固定する。また、下側のハウジング１８の皿状部材１８ｂにはロータ１６も固定する。このとき第一ヨーク２４ａの真上にディスク２６が位置することになる。第一ヨーク２４ａは前述のように概ね隙間なくハウジング１８の皿状部材１８ｂの上に固定されるため、ディスク２６と第一ヨーク２４ａの間の隙間は、所定の間隔に保たれる。
【００４１】
さらに、第二ヨーク２４ｂと一体化したボビン２３が、第一ヨーク２４ａの上に配設される。ボビン２３の位置を基準として、ディスク２６と第二ヨーク２４ｂの間の隙間は所定の隙間に保たれる。また、ロータ１６の上面にはディスク２６が結合される。このとき第二ヨーク２４ｂの上にディスク２６が位置することになる。第一ヨーク２４ａはボビン２３の上に配設され、さらに上方からハウジング１８の皿状部材１８ａで覆い、上下のハウジング１８同士をネジ止めする。このように下から順に組み立てることが可能であるため、組立作業が容易で、ディスク２６とヨーク２４の間の隙間も、高精度に所定の間隔にすることができる。
【００４２】
磁気粘性流体の充填について
ここでロータ１６やディスク２６とハウジング１８や電磁石２０（特にヨーク２４）との隙間に保持される磁気粘性流体２８の充填方法について説明する。図１に示すようにシャフト１４は回転平面Ｙより紙面下方の内部に流路１２aを備え、流路１２ａの下端部で外部に開放される中空構造である。また、ロータ１６も回転平面Ｙに沿って内部に流路１２ｂを備えている。流路１２ｂはロータ１６の半径方向外側に延びており、流路１２ｃによってロータ１６の外縁端部近傍で下方に開放されている。これらの流路１２ａと流路１２ｂと流路１２ｃとは流体的に連結的にしている。図１においては図示されていないが流路１２ｂと流路１２ｃとは回転軸線Ｘを中心に放射状に複数存在しても良い。
【００４３】
次に磁気粘性流体の充填について説明する。前述のように本回転装置を組み立てた後、磁気粘性流体を流路１２ａの開放端から注射器等を用いて圧入する。磁気粘性流体はまず最初に流路１２ａの中に充填される。磁気粘性流体は流路１２ａから流路１２ｂに到達すると回転軸線Ｘの位置から回転半径外側に向かって進行する。そして流路１２ｃを介して磁気粘性流体はロータ１６の外縁端部下方から隙間２８に放出される。この隙間２８は、全て流体的に連結するため磁気粘性流体が順次補充されていくこととなる。
【００４４】
≪本回転装置の第２本実施形態について≫
図４を参照すれば本発明の回転装置の第二の実施形態１０´が示されている。なお、図４は軸線Ｘを中心に左右対称であり、左右いずれかに示された部材はこれに対称となる位置の部材と同一の部材を示している。また、図５を参照すれば概ね図４の回転装置１０´の点線Ａ´を示した拡大断面図である。図４〜図５に示す本回転装置１０´は、その構成の大部分は図１〜図２に示す本回転装置１０（第一の実施形態）と同一であり、図４〜図５において同一の参照番号を示す部材は図１〜図２に示す同番号の部材と同一のものを示している。また、図４〜図５において同一の参照番号に´（ダッシュ）を付した部材は図１〜図２に示す同番号（´なし）の部材と類似の部材（同機能）を示している。したがって、ここでは´表示をした部材についてのみ言及する。
【００４５】
第一の実施形態では、ロータ１６の回転半径方向の外縁端部にはディスク２６が結合されていたが、第二の実施形態の本回転装置１０´では採用されない。本回転装置１０´ではヨーク２４´がボビン２３´を包囲してロータ１６´側に開放するコの字断面形状であるが、ボビン２３´の内壁側で磁気粘性流体と直接接している点が異なる。ヨーク２４´は純鉄等の磁性体を用いているが、ボビン２３´には樹脂等の非磁性絶縁体を採用している点は第一の実施形態と同様である。なお、ロータ１６´の先端部材１６´ａ以外は磁路の確保のため（後述）、純鉄等の金属磁性体を使用する。
【００４６】
また回転装置１０´では、磁気粘性流体２８を介してボビン２３´と対向するロータ１６´の先端部材１６ａ´も非磁性絶縁体としてプラスティック等の樹脂を使用している。したがって、同じく樹脂等を使用するボビン２３´と相まって渦電流の発生を防止し、コイル２２への通電に対する応答速度を速めることができる。また、プラスティック等の樹脂を使用すると回転装置１０´全体の軽量化を図ることができる点と、磁気粘性流体２８がナノ金属粒子を含有するものであるため樹脂のような軟材料を使用しても磨耗を防止することができる点と、については上述してきた通りである。
【００４７】
ここでコイル２２を通電した際の磁路Ｌ´について図４〜図５を参照しつつ説明する。上述したようにコイル２２から発生した磁束はヨーク２４内を進行し、ボビン２３´の手前で進路変更し、磁気粘性流体２８をわたってロータ１６´の先端部材１６ａ´に進入する。進入した磁束はロータ１６´内を先端部材１６´ａを回避しながら進行し、再び磁気粘性流体２８をわたってヨーク２４´に戻って循環する。これは磁気粘性流体２８に対して対向するボビン２３´と先端部材１６´ａとが非磁性体であり、周囲の部材よりも透磁性が低いからである。
【００４８】
以上、本発明の２つの実施形態について説明してきたが、本発明の本回転装置はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載の精神と教示との範囲を逸脱しない他の変形例と改良例とが存在することは当業者に明白であろう。
【符号の説明】
【００４９】
１０、１０´…回転装置
１２、１２´…回転体
１４…シャフト
１６、１４´…ロータ
１８…ハウジング
２０、２０´…電磁石
２２…コイル（回転軸）
２３、２３´…ボビン
２４、２４´…ヨーク
２６…ディスク
２６ａ…溝
２８…磁気粘性流体（隙間）
Ｘ…回転軸線
Ｙ…回転平面
Ｌ、Ｌ´…磁路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノサイズの磁性粒子を含む磁気粘性流体とこれに磁場を与える電磁石等を用いることによって、回転軸をその周囲のハウジング等に対して制動するロータの回転装置、特に磁気粘性流体を封入する隙間に面した部材の一部を絶縁体で形成するロータの回転装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に軸受装置のような回転装置では、シャフト等の回転軸の軸周りにハウジングや軸受等の固定体が配設され、固定体に対して回転軸が相対的に軸周り回転する構成を有している。このような回転装置において回転軸と固定体との間には環状の隙間が存在し、この隙間に磁気粘性流体を封入した回転装置が存在する。
【０００３】
例えば、特許文献１ではケーシングと、ケーシングの回転体と、電磁石とを備え、電磁石と回転体との隙間に磁気粘性流体を封入している。電磁石は、概ね磁束を発生するコイルと、コイルを巻き取るボビンと、磁路を誘導する磁性体のヨークとで構成され、回転体の制動を担う役割を有するものである。このヨークに誘導された磁路が電磁石と回転体との隙間を通過することで磁気粘性流体の粘度が発現し、トルクを伝達する。したがって、トルクの応答速度すなわち回転体の制動性能は、磁気粘性流体への磁束付与に依存するものであり、磁路を効率良く形成することが要求される。
【０００４】
また、通常の磁気粘性流体を封入した場合、磁性粒子が他の部材とこすれあい、磨耗を引き起こすおそれがある。そこで、磁気粘性流体に接する部材は、耐磨耗性のある金属部材を使用するのが一般的である。
【０００５】
しかしながら、磁気粘性流体に接する部材を金属部材にすると電気コイルに対する通電によって渦電流が発生し、これによりトルク伝達の応答性を遅延させるという問題がある。また、金属部材は重いため回転装置全体としての軽量化が困難となるという問題も並存する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２０２７４４号公報
【特許文献２】特開２００９−１１７７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、電磁石と回転体との隙間にナノサイズの磁性粒子を含む磁気粘性流体を封入する回転装置において、高効率の磁路を形成しつつ耐磨耗性と軽量化とを同時に達成し得る構成を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の回転装置は、軸線周りで相対的に回転可能に配設された回転体およびハウジングと、該ハウジングに固定され該回転体と対向する電磁石と、を備えた回転装置を提供する。
この回転装置は、前記回転体と前記ハウジング、前記回転体と前記電磁石、の隙間には前記電磁石により磁路が通過すると粘度が発現する磁気粘性流体が充填され、該磁気粘性流体はナノサイズの磁化可能な金属ナノ粒子を含む磁性粒子を含有し、前記磁気粘性流体に接する前記電磁石及び／又は前記回転体の表面の一部は、非磁性絶縁体で構成される。
【０００９】
上記磁気粘性流体に接する非磁性絶縁体は、樹脂材料、例えばプラスティック材料であることが好ましい。
【００１０】
本回転装置は回転体がハウジングに対して軸周りに回転し、ハウジング側に電磁石が固定される構成である。また、ハウジングと回転体、電磁石と回転体との隙間には磁気粘性流体が充填され、電磁石が通電して磁路が磁気粘性流体を通過することで粘性が発現し、回転体を制動する。この回転装置において磁気粘性流体と接する電磁石及び／又は回転体の一部は非磁性絶縁体で構成されている。ここで示す非磁性絶縁体とは、例えばプラスティック等の樹脂材料である。このような材料を使用すれば、導電体のように通電時に渦電流が発生することを避けることができ、コイルに対する応答速度ひいては回転体制動の応答速度を向上させることができる。なお、ここで使用する磁気粘性流体はこれに含有される金属粒子がナノサイズであることが特徴であり、この磁気粘性流体を使用すれば樹脂材料のような軟材を使用しても金属粒子による磨耗の問題を大幅に軽減できる。また、電磁石及び／又は回転体の一部をプラスティックの樹脂材料にすると装置全体の軽量化にもつながる。
【００１１】
また、前記磁気粘性流体に接する前記ハウジングの表面は、非磁性絶縁体で構成されることが好ましい。
ハウジングに電磁石が固定される本回転装置の場合、電磁石、回転体のみならずハウジング表面を非磁性絶縁体にすれば、さらに軽量化を図ることができる。
【００１２】
また、電磁石が回転体に固定され、ハウジングと対向する型の本回転装置の場合もあり得る。この場合、磁気粘性流体に接する前記電磁石及び／又は前記ハウジングの表面の一部は、非樹脂等の非磁性絶縁体で構成される。また、回転体の表面の一部が、非磁性絶縁体で構成されることが好ましい点も同様である。
【００１３】
また、本発明の回転装置は、記前記回転体が中空円板状である前記ハウジングの内側でハウジングに対して相対的に軸回転する環状部材であっても良く、前記ハウジングと前記回転体との間で、前記回転体と供に軸回転するように該回転体側に結合された磁性体のディスクを有し、前記電磁石は、前記ディスクを挟むように配設され、通電時において該ディスクを挟持する方向に磁路を付与し、前記ディスクは、該ディスクを挟む方向以外に前記磁路が分散しないように該ディスクに溝が配設されることが好ましい。
【００１４】
これにより本回転装置では、電磁石が通電すると磁性体であるディスクとヨークとの間にせん断力が作用し、その結果、ディスクと結合する回転体の回転も制動できることとなる。また、ディスクには挟持方向に物理的な溝が形成されているため、溝を境界として回転半径方向の磁力が遮断される。このディスクに形成される溝は、回転側（回転体やディスク）と固定側（ハウジングや電磁石）との隙間を流体的に接続するものであり、内部に透磁率の比較的低い磁気粘性流体が保持されているためディスク内で磁路が分散することを回避できる。その結果、電磁石とディスクとの間で強い挟持力が作用するような強い磁路を形成することができる。
また、本回転装置ではディスクと電磁石との隙間が狭くなる傾向にあり、通電時に粘度が増大した場合、せん断力が過大になるがナノ金属粒子を含有する磁気粘性流体を使用するため磨耗のおそれは回避できる点は上述同様である。
【００１５】
また、上述のような本回転装置、すなわち回転体が中空円板状である前記ハウジングの内側でハウジングに対して相対的に軸回転する環状部材である回転装置の他の例としては、
前記ハウジングに固定される前記電磁石と前記回転体との両者において前記磁気粘性流体を介して対向する部分の一部が、それぞれ非磁性絶縁体で構成され、前記回転体の他の部分が磁性体で構成され、前記電磁石から付与される磁路は、前記非磁性絶縁体を回避して電磁石から回転体を経由して電磁石に戻るように形成される構成であっても良い。
【００１６】
この回転装置によれば、磁気粘性流体と接する電磁石と回転体との対向する部分が樹脂等の非磁性絶縁体で構成される。これにより電磁石のヨークを通過してきた磁束の多くは、磁気粘性流体をわたって回転体の磁性体部分を通過し（回転体の非磁性体部分を回避し）、再びヨークに戻ってくる。この装置において、電磁石と対向する回転体の部分は樹脂等であり絶縁体でもあるため渦電流の発生を抑制することができる点では上述の場合と同様である。したがって、コイル電流に対して回転制動の応答速度が向上させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の回転装置によれば、ハウジング、電磁石、回転体の隙間にナノサイズの磁性粒子を含む磁気粘性流体を封入し、磁気粘性流体に接する部材の一部を樹脂等の非磁性絶縁体する。このため通電による渦電流の発生を抑えることができコイル電流に対する応答性が高いと同時に耐磨耗性も確保することができる。さらに、本回転装置では樹脂等の使用による装置の軽量化も達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の回転装置の第１の実施形態の軸線に沿った断面図である。
【図２】図１に示すエリアＡについての拡大図である。
【図３】ディスクを図１の紙面上方から見た概略を示した例示図であり、（ａ）は間欠的な溝を設けた場合のディスクの一例を示しており、（ｂ）は円周に亘って連続的に形成された溝を設けた場合のディスクの一例を示したものである。
【図４】本発明の回転装置の第２の実施形態の軸線に沿った断面図である。
【図５】図４に示すエリアＡ´についての拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
≪使用する磁気粘性流体について≫
まず、本発明の回転装置について説明する前提として本発明の回転装置で使用する磁気粘性流体について言及する。
ここで使用する磁気粘性流体は特許文献２に開示されるものであり、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。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。
【００２０】
金属ナノ粒子は、その平均粒子径が、２０〜５００ｎｍであることが望ましく、より好ましくは、７０〜２００ｎｍである。また、磁性粒子には、金属ナノ粒子が凝集した凝集体を含んでいても良く、特に金属ナノ粒子が塊状に凝集した凝集体を含んでいても良い。塊状の凝集体は、例えば棒状又は鎖状の凝集体が磁気粘性流体に含まれる場合と比較して、基底粘度を低下させることになる。凝集体の大きさは、レーザー回折散乱法による平均粒子径が、１０μｍ以下であることが望ましく、５μｍ以下であることがより好ましい。
【００２１】
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。採用する分散媒の種類に応じて、磁性粒子に対し、その分散媒と親和性の高い表面改質を施すようにすればよい。こうすることで、磁性粒子の分散安定性が高まる。例えば疎水性のシリコーンオイルを分散媒として採用する場合、磁性粒子にはカップリング剤による表面改質を施すことが好ましい。
【００２２】
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。
【００２３】
≪本回転装置の第１本実施形態について≫
まず、図１を参照すれば本発明の回転装置１０の第一の実施形態が示されている。具体的には、本回転装置１０の回転軸線に沿った断面図を示している。なお、図１は軸線Ｘを中心に左右対称であり、左右いずれかに示された部材はこれに対称となる位置の部材と同一の部材を示している。また、図２を参照すれば概ね図１の回転装置１０の点線Ａを示した拡大断面図である。
【００２４】
まず、本実施形態の回転装置１０では、主として軸回転する回転体１２と、その周囲を覆う固定状態のハウジング１８と、回転体１２と結合された環状のディスク２６と、回転体１２とハウジング１８等との隙間に保持された磁気粘性流体２８と、通電するとディスク２６や磁気粘性流体２８に磁場を付与する電磁石２０とで構成されている。上述するようにこの磁気粘性流体２８に含有される磁性粒子はナノサイズであり、この磁気粘性流体２８によれば接する部材の磨耗を低減できる。
【００２５】
まず、回転体１２は、軸線Ｘを中心に回転する棒状のシャフト１４と、シャフト１４から半径方向に拡がり略環状板を形成するロータ１６と、で構成されている。このシャフト１４とロータ１６とは一体に形成されており非磁性体が使用される。非磁性体としては概ねオーステナイト系ステンレス（ＳＵＳ３０４）が使用されているが、先端部材１６ａについては絶縁体であるプラスティック等の樹脂材料を使用することもできる。シャフト１４は強度確保のため金属材料であることが必要であるが、後述するようにロータ１６については磁路が分散してこないようにするために非磁性体であることが好ましいからである。さらに、先端部材１６ａは非磁性体であるうえにプラスティックのごとく絶縁体であると通電による渦電流の発生を回避することができる。なお、プラスティック等の軟材にしたことによる耐磨耗性の問題については本磁気粘性流体２８がナノ金属粒子含有であることで解決される点は上記の通りである。
【００２６】
またハウジング１８は、回転体１２のケーシング部材として機能し、軸回転する回転体１２に対して固定されている。ここでは回転体１２が軸回転しハウジング１８が固定されるが、両者が相対的に軸回転すればよく、ハウジング１８が軸線Ｘ周りに回転し、回転体１２が固定されていてもよい。さらに詳細にはハウジング１８は、内部でロータ１６が回転できるようにロータ１６の外周囲を覆う構造を有しており、互いに対向するように配置された２つの皿状部材１８ａ、１８ｂをネジ等（図示せず）で結合することで構成されている。
【００２７】
このハウジング１８は非磁性体である点では回転体１２と同様であるがプラスティック等の樹脂材料が使用されている。詳細には後述するがハウジング１８を樹脂等にすると軽量化、十分な磁路の確保に有利である。さらに、上述するように本実施形態に使用する磁気粘性流体２８はナノ金属粒子を含有するものであるため樹脂材料のような軟材を使用しても磨耗を防止することができる。
【００２８】
また、ハウジング１８には軸線Ｘを回転中心とする環状の回転軸受３２が上下に１つずつ配設されている。この２つの回転軸受３２にシャフト１４が内挿し軸回転することでハウジング１８に対して回転体１２が軸回転し得る。なお、以下、説明していくハウジング１８の中に配設される各部材は、回転軸受３２の場合と同様に、軸線Ｘ方向に形成された２つで１組の環状の部材である。
【００２９】
ロータ１６の回転半径方向の外縁端部には、複数枚で１組の環状板部材であるディスク２６が結合されている。ここで図２を参照すれば、図１の点線の囲まれたエリアＡの拡大図を示している。この図２や図１からも理解されるように、ディスク２６はその内縁側２６ｃの一部をロータ１６の外縁端部（先端部材）に結合させ、また該ディスク２６の外縁側２６ｂはロータ１６の外縁端部から突出されて電磁石２０(後述)に挿入される。ディスク２６とロータ１６とは、ロータ１６の先端部とディスク２６の内縁側２６ｃとを介して図示しないネジ等で結合することで固定される。
【００３０】
また、ロータ１６の外縁端部から回転半径方向外側に突出したディスク２６の外縁側２６ｂは電磁石２０に介挿されている。ここで電磁石２０は、ボビン２３を介してコイル２２の周囲をヨーク２４で包囲している。このヨーク２４は純鉄等の磁性体を用いている。また、コイル２２とヨーク２４との間のボビン２３は、コイル２２の天面側と内面側（底面側と内面側でも良い）を環方向全域に亘って覆うように介挿されている。一般的に電磁石ではボビンに相当する部材は磁性体が用いられているが、ここではヨーク２４内に磁束を集中させて十分な磁路Ｌ（図１、図２の矢印Ｌ参照）を形成するために非磁性材料を採用している。
【００３１】
さらに、非磁性体としてＳＵＳ３０４などの金属部材も考えられるが上述してきたように導電性を有する部材を採用すると渦電流の発生を招き十分な磁路形成を妨げる要因となる。したがって、ここではボビン２３には樹脂等の絶縁材料を使用している。また、プラスティック等の樹脂は金属部材よりも軽量であるためボビン２３に使用すると回転装置１０全体の軽量化を図ることもできる。なお、本実施形態に使用する磁気粘性流体２８はナノ金属粒子を含有するものであるため樹脂のような軟材料を使用してもボビン２３の磨耗を防止することができる点は上述してきた通りである。
【００３２】
ここでコイル２２を通電した際の磁路Ｌについて図１、２を参照しつつ説明する。上述したようにコイル２２から発生した磁力線（磁束）は非磁性体である補助部材２３およびハウジング１８の存在により主としてヨーク２４内を循環し、磁路Ｌを生成する。本回転装置１０の場合、さらに磁力線を分散させず磁路Ｌに集中させるための手段が設けられており、詳細については後述する。
【００３３】
まず、図２に示すようにヨーク２４は、ロータ１６側に開いたコの字断面形状であり、上下に２分割し得る第一ヨーク２４ａと、この第一ヨーク２４ａと相俟ってディスク２６の外縁側２６ｂを挟む第二ヨーク２４ｂとで構成されている。また、第一ヨーク２４ａは概ねハウジング１８と隙間を設けず固定されている。第二ヨーク２４ｂは、前述のボビン２３に結合され一体化している。第一ヨーク２４ａ内を進行してきた磁力線はディスク２６の外縁側２６ｂに屈曲して進行する。図２において左方向から略直角下向きに屈曲して進行する磁路Ｌに示されるとおりである。これは第一ヨーク部材２４ａから放出する磁力線はパーマロイ（Fe-Ni合金）などの透磁率の大きい材質で形成されたディスク２６側に向かうからである。
【００３４】
但し、磁路Ｌは通電時において内部を進行する磁力線が外部に分散放出されないような形状が好ましい。次に第一ヨーク部材２４ａからディスク２６の外縁側に進行した磁路Ｌは、概ねそのままディスク２６内を進行して第二ヨーク部材２６ｂに到達する。具体的には図１よび図２磁路Ｌに参照する通りである。ここでディスク２６の外縁側２６ｂと内縁側２６ｂとは紙面下方に向かう溝２６ａにより磁気的に分断されている。即ち、ディスク２６の溝２６ａの内部には透磁率の比較的低い磁性粘性流体が保持されるので溝２６ａで磁力線を遮断する。これによりディスク２６内で矢印Ｌの方向以外に磁路が分散せず、第一ヨーク部材２４ａから進行してきた磁路Ｌはそのままディスク２６内を紙面下方に直進することとなる。なお、ディスク２６やロータ１６と、ハウジング１８や電磁石２０との「隙間」には磁気粘性流体２８が保持されるが、図１〜図２において磁気粘性流体として参照番号２８を付した部分は全てここで言う「隙間」に位置しており、溝２６ａも「隙間」の一部を形成していると言える（以下、「隙間２８」と参照番号を付して表記する場合もある）。
【００３５】
再びディスク２６の溝２６ａについて言及する。
図３を参照すればディスク２６を上方（図１〜図２紙面視）から見た天面図である。但し、理解し易さを考慮し、ｒ０〜ｒ３の寸法は図１〜図２の寸法と一致するものではないことに留意する。
【００３６】
まず図３（ａ）に示すディスク２６は、環方向に間欠的に溝２６ｂが配設されている。このディスク２６の場合、中心Ｏが図１〜図２に示す回転軸線Ｘに相当し、中心Ｏからディスク２６の内縁側２６ｃに到達するまでの径距離がｒ０であり、さらに溝２６ａまでの内縁側２６ｃの幅がｒ１、溝２６ａの幅がｒ２、ディスク２６の外縁側２６ｂの幅がｒ３となっている。この溝２６ａの幅ｒ２が大きいほど外縁側２６ｂから内縁側２６ｃへの磁力線の分散は少なくなってくるが、その反面、溝２６ａの幅ｒ２を大きくしたことで外縁側２６ｂの幅ｒ３が小さくなると第一ヨーク部材２４ａと第二ヨーク部材２４ｂとの間でディスク２６に生じるせん断力（既述）も小さくなり回転装置１０としての制動性能が低下する。
【００３７】
なお、この図３（ａ）の場合、溝２６ａが環方向に間欠的であるためディスク２６全体としてある程度の強度が担保される。また、図２に示すように溝２６ａはディスク２６を貫通していない。これはディスク２６の内縁側２６ｂと外縁側２６ｂとの物理的な結合を確保するためのものであり、図３（ａ）のように間欠的な溝２６ａの場合、ディスク２６を貫通する溝２６ａであっても良い。また、図１〜図２ではディスク２６は複数の環状板が積層されているように表現されているが一枚ものとして形成されても良い。
【００３８】
また、上記図３（ａ）の変形例としてディスク２６−１が示されている。このディスク２６−１の場合、溝２６ａ−１は環方向全域に亘って繋がっている。このディスク２６の場合、ディスク２６内の磁力線の分散を防止するという点では外縁側２６ｂ−１と内縁側２６ｃ−１とが物理的分断が進んでおり好ましいが、溝２６ａ−１がディスク２６を貫通するとディスク２６´が一体化しないという弊害がある。特にこのディスク２６の場合、図２に示すような環状板の積層構造より一枚ものの方が好ましい。
【００３９】
再び図２に戻って説明する。ディスク２６を通過して進行した磁路Ｌは、第二ヨーク部材２４ｂに侵入し、そのまま下方に直進する。そして回転平面Ｙの位置を通過する。その後、回転平面Ｙに対して上下に対称であるため磁路Ｌも対称に進行する。また、他の部材の構成や構成の意義についても上下に対称である。このことは図２を参照すれば理解されよう。
【００４０】
ディスクや電磁石、ロータ等の組立方法について
次に、ロータ１６、電磁石２０、ディスク２６の組立方法について説明する。まず、ロータ１６の下面にディスク２６を機械的に結合する。例えば、ネジ結合等である。次に、下側のハウジング１８の皿状部材１８ｂに第一ヨーク２４ａを固定する。また、下側のハウジング１８の皿状部材１８ｂにはロータ１６も固定する。このとき第一ヨーク２４ａの真上にディスク２６が位置することになる。第一ヨーク２４ａは前述のように概ね隙間なくハウジング１８の皿状部材１８ｂの上に固定されるため、ディスク２６と第一ヨーク２４ａの間の隙間は、所定の間隔に保たれる。
【００４１】
さらに、第二ヨーク２４ｂと一体化したボビン２３が、第一ヨーク２４ａの上に配設される。ボビン２３の位置を基準として、ディスク２６と第二ヨーク２４ｂの間の隙間は所定の隙間に保たれる。また、ロータ１６の上面にはディスク２６が結合される。このとき第二ヨーク２４ｂの上にディスク２６が位置することになる。第一ヨーク２４ａはボビン２３の上に配設され、さらに上方からハウジング１８の皿状部材１８ａで覆い、上下のハウジング１８同士をネジ止めする。このように下から順に組み立てることが可能であるため、組立作業が容易で、ディスク２６とヨーク２４の間の隙間も、高精度に所定の間隔にすることができる。
【００４２】
磁気粘性流体の充填について
ここでロータ１６やディスク２６とハウジング１８や電磁石２０（特にヨーク２４）との隙間に保持される磁気粘性流体２８の充填方法について説明する。図１に示すようにシャフト１４は回転平面Ｙより紙面下方の内部に流路１２aを備え、流路１２ａの下端部で外部に開放される中空構造である。また、ロータ１６も回転平面Ｙに沿って内部に流路１２ｂを備えている。流路１２ｂはロータ１６の半径方向外側に延びており、流路１２ｃによってロータ１６の外縁端部近傍で下方に開放されている。これらの流路１２ａと流路１２ｂと流路１２ｃとは流体的に連結的にしている。図１においては図示されていないが流路１２ｂと流路１２ｃとは回転軸線Ｘを中心に放射状に複数存在しても良い。
【００４３】
次に磁気粘性流体の充填について説明する。前述のように本回転装置を組み立てた後、磁気粘性流体を流路１２ａの開放端から注射器等を用いて圧入する。磁気粘性流体はまず最初に流路１２ａの中に充填される。磁気粘性流体は流路１２ａから流路１２ｂに到達すると回転軸線Ｘの位置から回転半径外側に向かって進行する。そして流路１２ｃを介して磁気粘性流体はロータ１６の外縁端部下方から隙間２８に放出される。この隙間２８は、全て流体的に連結するため磁気粘性流体が順次補充されていくこととなる。
【００４４】
≪本回転装置の第２本実施形態について≫
図４を参照すれば本発明の回転装置の第二の実施形態１０´が示されている。なお、図４は軸線Ｘを中心に左右対称であり、左右いずれかに示された部材はこれに対称となる位置の部材と同一の部材を示している。また、図５を参照すれば概ね図４の回転装置１０´の点線Ａ´を示した拡大断面図である。図４〜図５に示す本回転装置１０´は、その構成の大部分は図１〜図２に示す本回転装置１０（第一の実施形態）と同一であり、図４〜図５において同一の参照番号を示す部材は図１〜図２に示す同番号の部材と同一のものを示している。また、図４〜図５において同一の参照番号に´（ダッシュ）を付した部材は図１〜図２に示す同番号（´なし）の部材と類似の部材（同機能）を示している。したがって、ここでは´表示をした部材についてのみ言及する。
【００４５】
第一の実施形態では、ロータ１６の回転半径方向の外縁端部にはディスク２６が結合されていたが、第二の実施形態の本回転装置１０´では採用されない。本回転装置１０´ではヨーク２４´がボビン２３´を包囲してロータ１６´側に開放するコの字断面形状であるが、ボビン２３´の内壁側で磁気粘性流体と直接接している点が異なる。ヨーク２４´は純鉄等の磁性体を用いているが、ボビン２３´には樹脂等の非磁性絶縁体を採用している点は第一の実施形態と同様である。なお、ロータ１６´の先端部材１６´ａ以外は磁路の確保のため（後述）、純鉄等の金属磁性体を使用する。
【００４６】
また回転装置１０´では、磁気粘性流体２８を介してボビン２３´と対向するロータ１６´の先端部材１６ａ´も非磁性絶縁体としてプラスティック等の樹脂を使用している。したがって、同じく樹脂等を使用するボビン２３´と相まって渦電流の発生を防止し、コイル２２への通電に対する応答速度を速めることができる。また、プラスティック等の樹脂を使用すると回転装置１０´全体の軽量化を図ることができる点と、磁気粘性流体２８がナノ金属粒子を含有するものであるため樹脂のような軟材料を使用しても磨耗を防止することができる点と、については上述してきた通りである。
【００４７】
ここでコイル２２を通電した際の磁路Ｌ´について図４〜図５を参照しつつ説明する。上述したようにコイル２２から発生した磁束はヨーク２４内を進行し、ボビン２３´の手前で進路変更し、磁気粘性流体２８をわたってロータ１６´の先端部材１６ａ´に進入する。進入した磁束はロータ１６´内を先端部材１６´ａを回避しながら進行し、再び磁気粘性流体２８をわたってヨーク２４´に戻って循環する。これは磁気粘性流体２８に対して対向するボビン２３´と先端部材１６´ａとが非磁性体であり、周囲の部材よりも透磁性が低いからである。
【００４８】
以上、本発明の２つの実施形態について説明してきたが、本発明の本回転装置はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載の精神と教示との範囲を逸脱しない他の変形例と改良例とが存在することは当業者に明白であろう。
【符号の説明】
【００４９】
１０、１０´…回転装置
１２、１２´…回転体
１４…シャフト
１６、１４´…ロータ
１８…ハウジング
２０、２０´…電磁石
２２…コイル（回転軸）
２３、２３´…ボビン
２４、２４´…ヨーク
２６…ディスク
２６ａ…溝
２８…磁気粘性流体（隙間）
Ｘ…回転軸線
Ｙ…回転平面
Ｌ、Ｌ´…磁路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線周りで相対的に回転可能に配設された回転体およびハウジングと、該ハウジングに固定され該回転体と対向する電磁石と、を備えた回転装置であって、
前記回転体と前記ハウジング、前記回転体と前記電磁石、の隙間には前記電磁石により磁路が通過すると粘度が発現する磁気粘性流体が充填され、該磁気粘性流体はナノサイズの磁化可能な金属ナノ粒子を含む磁性粒子を含有し、
前記磁気粘性流体に接する前記電磁石及び／又は前記回転体の表面の一部は、非磁性絶縁体で構成される、ことを特徴とする回転装置。
【請求項２】
前記磁気粘性流体に接する前記ハウジングの表面は、非磁性絶縁体で構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の回転装置。
【請求項３】
軸線周りで相対的に回転可能に配設された回転体およびハウジングと、該回転体に固定され該ハウジングと対向する電磁石とを備えた回転装置であって、
前記回転体と前記ハウジング、前記回転体と前記電磁石、の隙間には前記電磁石により磁路が通過すると粘度が発現する磁気粘性流体が充填され、該磁気粘性流体はナノサイズの磁化可能な金属ナノ粒子を含む磁性粒子を含有し、
前記磁気粘性流体に接する前記電磁石及び／又は前記ハウジングの表面の一部は、非磁性絶縁体で構成される、ことを特徴とする回転装置。
【請求項４】
前記磁気粘性流体に接する前記回転体の表面の一部は、非磁性絶縁体で構成される、ことを特徴とする請求項３に記載の回転装置。
【請求項５】
前記回転体が、中空円板状である前記ハウジングの内側でハウジングに対して相対的に軸回転する環状部材である請求項１又は２に記載に記載の回転装置であって、
前記ハウジングと前記回転体との間で、前記回転体と供に軸回転するように該回転体側に結合された磁性体のディスクを有し、
前記電磁石は、前記ディスクを挟むように配設され、通電時において該ディスクを挟持する方向に磁路を付与し、
前記ディスクは、該ディスクを挟む方向以外に前記磁路が分散しないように該ディスクに溝が配設される、
ことを特徴とする回転装置。
【請求項６】
前記回転体が、中空円板状である前記ハウジングの内側でハウジングに対して相対的に軸回転する環状部材である請求項１又は２に記載の回転装置であって、
前記ハウジングに固定される前記電磁石と前記回転体との両者において前記磁気粘性流体を介して対向する部分の一部が、それぞれ非磁性絶縁体で構成され、前記回転体の他の部分が磁性体で構成され、
前記電磁石から付与される磁路は、前記非磁性絶縁体を回避して電磁石から回転体を経由して電磁石に戻るように形成される、ことを特徴とする回転装置。
【請求項７】
前記磁気粘性流体に接する非磁性絶縁体は、樹脂材料であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転装置。
【請求項８】
前記磁気粘性流体に接する非磁性絶縁体は、プラスティック材料であることを特徴とする請求項７に記載の回転装置。
【請求項１】
軸線周りで相対的に回転可能に配設された回転体およびハウジングと、該ハウジングに固定され該回転体と対向する電磁石と、を備えた回転装置であって、
前記回転体と前記ハウジング、前記回転体と前記電磁石、の隙間には前記電磁石により磁路が通過すると粘度が発現する磁気粘性流体が充填され、該磁気粘性流体はナノサイズの磁化可能な金属ナノ粒子を含む磁性粒子を含有し、
前記磁気粘性流体に接する前記電磁石及び／又は前記回転体の表面の一部は、非磁性絶縁体で構成される、ことを特徴とする回転装置。
【請求項２】
前記磁気粘性流体に接する前記ハウジングの表面は、非磁性絶縁体で構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の回転装置。
【請求項３】
軸線周りで相対的に回転可能に配設された回転体およびハウジングと、該回転体に固定され該ハウジングと対向する電磁石とを備えた回転装置であって、
前記回転体と前記ハウジング、前記回転体と前記電磁石、の隙間には前記電磁石により磁路が通過すると粘度が発現する磁気粘性流体が充填され、該磁気粘性流体はナノサイズの磁化可能な金属ナノ粒子を含む磁性粒子を含有し、
前記磁気粘性流体に接する前記電磁石及び／又は前記ハウジングの表面の一部は、非磁性絶縁体で構成される、ことを特徴とする回転装置。
【請求項４】
前記磁気粘性流体に接する前記回転体の表面の一部は、非磁性絶縁体で構成される、ことを特徴とする請求項３に記載の回転装置。
【請求項５】
前記回転体が、中空円板状である前記ハウジングの内側でハウジングに対して相対的に軸回転する環状部材である請求項１又は２に記載に記載の回転装置であって、
前記ハウジングと前記回転体との間で、前記回転体と供に軸回転するように該回転体側に結合された磁性体のディスクを有し、
前記電磁石は、前記ディスクを挟むように配設され、通電時において該ディスクを挟持する方向に磁路を付与し、
前記ディスクは、該ディスクを挟む方向以外に前記磁路が分散しないように該ディスクに溝が配設される、
ことを特徴とする回転装置。
【請求項６】
前記回転体が、中空円板状である前記ハウジングの内側でハウジングに対して相対的に軸回転する環状部材である請求項１又は２に記載の回転装置であって、
前記ハウジングに固定される前記電磁石と前記回転体との両者において前記磁気粘性流体を介して対向する部分の一部が、それぞれ非磁性絶縁体で構成され、前記回転体の他の部分が磁性体で構成され、
前記電磁石から付与される磁路は、前記非磁性絶縁体を回避して電磁石から回転体を経由して電磁石に戻るように形成される、ことを特徴とする回転装置。
【請求項７】
前記磁気粘性流体に接する非磁性絶縁体は、樹脂材料であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転装置。
【請求項８】
前記磁気粘性流体に接する非磁性絶縁体は、プラスティック材料であることを特徴とする請求項７に記載の回転装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２０２４２９（Ｐ２０１２−２０２４２９Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６５２２０（Ｐ２０１１−６５２２０）
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（０００１４２５９５）株式会社栗本鐵工所 (566)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（０００１４２５９５）株式会社栗本鐵工所 (566)
【Ｆターム（参考）】
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