磁気粘性流体を用いた回転制動装置および直動制動装置
【課題】内外に配設された２つの筒体間に磁気粘性流体が充填され、その磁気粘性流体に与える磁場の強さを変えることにより、それら２つの筒体の軸線回りの相対回転を制動する、磁気粘性流体を用いた回転制動装置において、２つの筒体間の隙間を大きくしてもそれらの筒体間の相対回転を効率よく制動する。
【解決手段】同軸線Ｎ回りに相対回転自在に内外に配設された内筒１０および外筒２０と、内筒１０と外筒２０との間に充填された磁気粘性流体５０と、内外筒１０，２０の半径方向または軸線Ｎと平行な方向に、磁気粘性流体５０に磁場を与えるように設けられた磁場発生装置４０と、を備える。そして、内筒１０と外筒２０との間に転動自在に複数の転動体３０が配設されている。
【解決手段】同軸線Ｎ回りに相対回転自在に内外に配設された内筒１０および外筒２０と、内筒１０と外筒２０との間に充填された磁気粘性流体５０と、内外筒１０，２０の半径方向または軸線Ｎと平行な方向に、磁気粘性流体５０に磁場を与えるように設けられた磁場発生装置４０と、を備える。そして、内筒１０と外筒２０との間に転動自在に複数の転動体３０が配設されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内外に配設された２つの筒体間に磁気粘性流体が充填され、その磁気粘性流体に与える磁場の強さを変えることにより、それら２つの筒体の軸線回りの相対回転や軸線方向への相対移動を制動する、磁気粘性流体を用いた回転制動装置および直動制動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気粘性流体は、磁化可能な金属粒子（以下「磁性粒子」という。）を分散媒に分散させてなる液体である。この磁気粘性流体は、磁場の作用のないときには流体として機能する一方、磁場を作用させたときには、磁性粒子がクラスターを形成して液体が増粘し、液体の内部応力が増大する。
【０００３】
従来より、磁気粘性流体を用いたロータリダンパが提案されている。例えば、特許文献１に開示されているロータリダンパは、ケーシングと、ロータとの隙間に磁気粘性流体を封入しており、この磁気粘性流体に磁場を与えて所定の粘度を発現させ、ケーシングとロータとの間のずり応力によってロータの回転を制動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２０２７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ロータの回転を十分に制動するには、ケーシングとロータとの間のずり応力を十分に発生させることが前提となる。そのためには、ケーシングとロータとの隙間を小さくして、隙間内の磁気粘性流体に十分な強さの磁場を与えることが必要である。仮に、ケーシングとロータとの隙間を大きくすれば、磁気抵抗が増すため、ケーシングとロータとの間の磁場が弱くなり、十分な制動力が得られなくなってしまう。勿論、コイルに供給する電力を増せば、磁気粘性流体に与える磁場を大きくすることができるが、その分、消費電力が増えてしまう。
【０００６】
従来は、このような事情から、ケーシングとロータとの隙間を小さくすることを余儀なくされ、このことが、磁気粘性流体を用いた制動装置の設計の自由度を低下させる大きな要因となっていた。
【０００７】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、内外に配設された２つの筒体間に磁気粘性流体が充填され、その磁気粘性流体に与える磁場の強さを変えることにより、それら２つの筒体の軸線回りの相対回転や軸線方向への相対移動を制動する、磁気粘性流体を用いた制動装置において、２つの筒体間の隙間を大きくしてもそれらの筒体間の相対回転又は相対移動を効率よく制動することができる、磁気粘性流体を用いた回転制動装置および直動制動装置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】
本発明の磁気粘性流体を用いた回転制動装置は、同軸線回りに相対回転自在に内外に配設された内筒および外筒と、前記内筒と前記外筒との間に充填された磁気粘性流体と、前記磁気粘性流体に磁場を与えるように設けられた磁場発生装置と、を備えるものを前提とし、前記内筒と前記外筒との間に転動自在に配設された複数の転動体を備えることを特徴としている。
【０００９】
かかる構成を備える磁気粘性流体を用いた回転制動装置によれば、磁気粘性流体を封入した内筒と外筒の隙間が大きい場合であっても、内外筒間の磁気粘性流体中で磁性粒子がクラスターを形成し、そのクラスターが転動体の回転を阻害するように作用するので、内筒と外筒の相対回転を効率よく制動することができる。
【００１０】
例えば、前記磁場発生装置は、前記内外筒の半径方向に向かって前記磁気粘性流体に磁場を与えるように設けられたものである。
【００１１】
例えば、前記磁場発生装置は、前記軸線に平行な方向に向かって前記磁気粘性流体に磁場を与えるように設けられたものである。
【００１２】
例えば、前記転動体は磁性体とすることができる。この場合、転動体に磁路が形成され、全体の磁気抵抗が低下することにより、磁性粒子が比較的大きなクラスターを形成でき、より制動効果を高めることができる。
【００１３】
例えば、前記転動体は非磁性体とすることができる。この場合、転動体に残留磁気が生じなくなり、基底トルクを低減することができる。
【００１４】
本発明の磁気粘性流体を用いた直動制動装置は、同軸線方向に相対移動自在に内外に配設された内筒および外筒と、前記内筒と前記外筒との間に充填された磁気粘性流体と、前記内外筒の半径方向に向かって前記磁気粘性流体に磁場を与えるように設けられた磁場発生装置と、を備えるものを前提とし、前記内筒と前記外筒との間に転動自在に配設された複数の転動体を備えることを特徴としている。
【００１５】
かかる構成を備える磁気粘性流体を用いた回転制動装置によれば、磁気粘性流体を封入した内筒と外筒の隙間が大きい場合であっても、内外筒間の磁気粘性流体中で磁性粒子がクラスターを形成し、そのクラスターが転動体の回転を阻害するように作用するので、内筒と外筒の相対移動を効率よく制動することができる。
【００１６】
前記直動制動装置において、例えば、前記転動体は磁性体とすることができる。この場合、転動体に磁路が形成され、全体の磁気抵抗が低下することにより、磁性粒子が比較的大きなクラスターを形成でき、より制動効果を高めることができる。
【００１７】
前記直動制動装置において、例えば、前記転動体は非磁性体とすることができる。この場合、転動体に残留磁気が生じなくなり、基底推力を低減することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の磁気粘性流体を用いた回転制動装置によれば、磁気粘性流体を封入した内筒と外筒の隙間が大きい場合であっても、内筒と外筒の相対回転を効率よく制動することができる。また、本発明の磁気粘性流体を用いた直動制動装置によれば、磁気粘性流体を封入した内筒と外筒の隙間が大きい場合であっても、内筒と外筒の相対移動を効率よく制動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る磁気粘性流体を用いた回転制動装置を軸線を含む平面で切断して表した断面図であって、転動体として球が用いられている場合を示す図である。なお、保持器の図示は省略している。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図であって、転動体が磁性体である場合の磁路等を示す図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図であって、転動体が非磁性体である場合の磁路等を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る磁気粘性流体を用いた回転制動装置を軸線を含む平面で切断して表した断面図であって、転動体としてころが用いられている場合を示す図である。なお、保持器の図示は省略している。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る磁気粘性流体を用いた回転制動装置を軸線を含む平面で切断して表した断面図であって、転動体として球が用いられている場合を示す図である。なお、保持器の図示は省略している。
【図６】図５のＢ−Ｂ断面図であって、転動体が磁性体である場合を示す図である。
【図７】図５のＢ−Ｂ断面図であって、転動体が非磁性体である場合を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る磁気粘性流体を用いた回転制動装置を軸線を含む平面で切断して表した断面図であって、転動体としてころが用いられている場合を示す図である。なお、保持器の図示は省略している。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る磁気粘性流体を用いた直動制動装置を軸線を含む平面で切断して表した断面図である。
【図１０】図９のＣ−Ｃ断面図である。
【図１１】図９のＥ部拡大図であって、転動体が磁性体である場合の磁路等を示す図である。
【図１２】図９のＥ部拡大図であって、転動体が非磁性体である場合の磁路等を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る磁気粘性流体を用いた回転制動装置１００を示す断面図であり、図２および図３は、図１のＡ−Ａ断面図である。
【００２１】
回転制動装置１００は、内筒１０、外筒２０、これら内筒１０および外筒２０間に配設された複数の転動体３０、磁場発生装置４０、磁気粘性流体５０などを備えている。
【００２２】
内筒１０および外筒２０は同じ軸線Ｎ回りに相対回転自在に内外に配設されている。内筒１０と外筒２０との間には、転動体３０が周方向に所定間隔をあけて転動自在に配設されている。内筒１０の外周および外筒２０の内周には、転動体３０を周方向に案内する軌道１１，２１が形成されている。転動体３０には、図１に示すように、玉３０Ａが採用されているが、図４に示すように、ころ３０Ｂが採用されていてもよい。なお、本実施形態では、内筒１０、外筒２０および転動体３０に磁性体が用いられている。
【００２３】
回転制動装置１００は、複数の転動体３０を周方向に一定間隔をあけて保持する保持器６０も備えている（図１において保持器の図示省略、図２参照）。この保持器６０は、内筒１０と外筒２０との間において周方向に形成されており、その支持部６１にて各転動体３０を回転自在に支持している。この保持器６０には、非磁性体が用いられることが望ましい。この保持器６０としては、周知のラジアル玉軸受などに用いられる保持器と同様のものを採用することができる。また、転動体３０としてころ３０Ｂが採用された場合にも、複数のころ３０Ｂを周方向に一定間隔をあけて保持する保持器が設けられることが望ましい。この場合の保持器としては、汎用のラジアル円筒ころ軸受などに用いられる保持器と同様のものを採用することができる。
【００２４】
内筒１０と外筒２０との間には磁気粘性流体５０が充填され、内外筒１０，２０間の隙間には、これの隙間をシールする環状パッキン７０が設けられている。この環状パッキン７０は、内外筒１０，２０の相対回転を阻害しないよう、内筒１０および外筒２０のうちの何れか一方に固定されている。上記磁気粘性流体５０は、後述する理由により、その中に含まれる磁性粒子がナノサイズのものであることが望ましい。ここで、ナノサイズの磁性粒子とは、１〜数百ナノメートル（ｎｍ）程度の大きさのものを意味する。
【００２５】
磁場発生装置４０は、図１に示すように、ヨーク４１、コイル４２および電流供給装置（図示省略）を備えている。ヨーク４１は、その両端部４１ａ，４１ｂが内筒１０および外筒２０を挟むように断面Ｕ字状に形成され、コイル４２を概ね包囲している。この磁場発生装置４０は、電流供給装置によってコイル４２に電流が供給されると、ヨーク４１に沿って磁路Ｙを形成し、さらにヨーク４１の両端部４１ａ，４１ｂ間でも磁路Ｙを形成する。これにより、内外筒１０，２０の半径方向に向かって、内外筒１０，２０間に充填された磁気粘性流体５０に磁場が与えられる。
【００２６】
なお、図１に示す回転制動装置１００では、ヨーク４１は外筒２０に対して相対回転不能に固定され、内筒１０に対しては相対回転自在となっている。この場合、内筒１０側に、回転を制動したい対象物を回転一体に接続し、外筒２０およびヨーク４１を固定体とすることで、当該対象物の回転を制動することができる。勿論、ヨーク４１を内筒１０に対して相対回転不能に固定し、外筒２０に対して相対回転自在とすれば、外筒２０側に、回転を制動したい対象物を回転一体に接続し、内筒１０およびヨーク４１を固定体とすることで、当該対象物の回転を制動することもできる。
【００２７】
上記回転制動装置１００において、コイル４２が励磁されず、磁気粘性流体５０に磁場が与えられていないときは、磁気粘性流体５０中のナノサイズの磁性粒子は、内筒１０と転動体３０との隙間、および、外筒２０と転動体３０との隙間を容易に通過する。この場合、転動体３０は容易に転動し、内筒１０は固定された外筒２０内で容易に回転（相対回転）することができる。
【００２８】
一方、コイル４２が励磁されると、図２に示すように、ヨーク４１の両端部４１ａ，４１ｂ間において、磁性体からなる外筒２０、転動体３０、内筒１０内に磁路Ｙが形成され、転動体３０と内外筒１０，２０との間およびその近傍にある磁気粘性流体にも磁路Ｙが形成される。このため、磁場が作用する磁気粘性流体中の磁性粒子がクラスター５１を形成して、見かけ上の粒子サイズを増大し、転動体３０と内筒１０との隙間、および、転動体３０と外筒２０との隙間に楔状に噛み込む。この結果、転動体３０の回転が阻害され、内筒１０および外筒２０間で伝達されるトルクが増大し、内筒１０の回転（内筒１０と外筒２０の相対回転）が制動されるようになる。
【００２９】
従来は、磁気粘性流体を封入した内筒と外筒との隙間が大きいことにより、磁気粘性流体に十分な強さの磁場を与えることができなければ、磁気粘性流体中に発生するずり応力が不十分となり、内外筒間の相対回転を十分に制動することができなかった。しかし、本実施形態に係る回転制動装置１００によれば、内筒１０と外筒２０との間の磁気粘性流体中において、磁性粒子がクラスター５１を形成し、そのクラスター５１が転動体３０の回転を阻害するので、内外筒１０，２０間の相対回転を十分に制動することが可能となっている。また、これにより、磁場発生装置４０の消費電力が抑制され、効率的な回転制動も可能となる。
【００３０】
また、本実施形態に係る回転制動装置１００によれば、内筒１０と外筒２０との隙間を大きくすることができるので、磁場発生装置４０の消磁中に内外筒１０，２０間で伝達されるトルク（基底トルク）が低減されるという利点も認められる。すなわち、基底トルクは、磁気粘性流体の基底粘度、内筒１０と外筒２０との間のずり応力に依存するため、内筒１０と外筒２０との隙間を大きくすることができれば、基底トルクが低減される。
【００３１】
また、本実施形態に係る回転制動装置１００によれば、内筒１０と外筒２０との隙間を大きくすることができるので、当該装置１００の設計上の自由度が向上する。
【００３２】
ところで、既述の回転制動装置１００においては、転動体３０に磁性体が用いられているが、既述の制動効果を得るためには、転動体３０が磁性体であることは必ずしも要求されない。すなわち、転動体３０として非磁性体を用いても一定の制動効果が得られる。
【００３３】
すなわち、図３に示すように、転動体として非磁性体からなるもの（転動体３０Ｘ）が用いられ、保持器として磁性体からなるもの（保持器６０Ｘ）が用いられた場合、コイル４２を励磁すると、ヨーク４２の両端部４２ａ，４２ｂ間において、磁路Ｙは、転動体３０Ｘを避けて内外筒１０，２０間の磁気粘性流体中を通過する。この場合、内筒１０と外筒２０との間に形成される磁場は、比較的弱くなり、形成される磁性粒子のクラスター５１の大きさも比較的小さいものに留まる。しかし、クラスター５１の大きさは、転動体３０Ｘと内筒１０の軌道面１１との隙間、および、転動体３０Ｘと外筒２０の軌道面２１との隙間より大きければ、当該隙間に楔状に噛み込み、転動体３０Ｘの回転を阻害させることができる。そして、その結果、内筒１０の回転（内筒１０と外筒２０の相対回転）を制動することができる。
【００３４】
制動力の面では、転動体を磁性体とした方が転動体と内外筒１０，２０との隙間に比較的大きなクラスター５１が形成され易いので有利であるが、転動体を非磁性体とすることで、転動体に残留磁気が生じなくなり、基底トルクを下げることができる。また、非磁性体の転動体３０Ｘとして、樹脂を採用すれば、上記残留磁気をなくすことができる上に軽量化も図られる。
【００３５】
なお、既述の実施形態では、内外筒１０，２０が磁性体である場合を前提として説明したが、内外筒１０，２０に非磁性体が用いられてもその半径方向厚さ、与える磁場の強さ等によっては一定の制動効果が得られる場合がある。
【００３６】
＜第２の実施形態＞
以下、本発明の第２の実施形態について図５および図６を参照しながら説明する。第１の実施の形態に係る回転制動装置１００では、磁場発生装置４０が内外筒１０，２０の半径方向に向かって磁気粘性流体に磁場を与えるように設けられていた。これに対し、第２の実施の形態に係る回転制動装置１００Ａの磁場発生装置４０Ａは、内外筒１０，２０の軸線Ｎに平行な方向に向かって磁気粘性流体に磁場を与えるように設けられている。以下、第２の実施の形態に係る回転制動装置１００Ａについて更に詳しく説明する。なお、以下では、第１の実施形態との相違点について主に説明し、第１の実施形態と同一の構成については図面において同符号を付してその説明を省略する。
【００３７】
第２の実施形態に係る回転制動装置１００Ａも、内筒１０Ａ、外筒２０Ａ、これら内外筒１０Ａ，２０Ａ間に配設された複数の転動体３０、磁場発生装置４０Ａ、内外筒１０Ａ，２０Ａ間に充填された磁気粘性流体５０などを備えている。
【００３８】
内筒１０Ａおよび外筒２０Ａは、第１の実施形態で説明した内筒１０および外筒２０と同様の形状、構造および組み合わせからなるが、本実施形態では、内外筒１０Ａ，２０Ａに非磁性体が用いられている。
【００３９】
本実施形態においても、転動体３０として、図５に示すように玉３０Ａや、図８に示すようにころ３０Ｂを採用することができる。
【００４０】
磁場発生装置４０Ａは、図５に示すように、ヨーク４１Ａ、コイル４２および電流供給装置（図示省略）を備えている。ヨーク４１Ａは、その両端部４１Ａａ，４１Ａｂが外筒２０Ａの両側面および、内外筒１０Ａ，２０Ａ間に充填された磁気粘性流体５０を挟むように断面Ｕ字状に形成され、コイル４２を概ね包囲している。この磁場発生装置４０Ａは、電流供給装置によりコイル４２に電流が供給されると、ヨーク４１Ａに沿って磁路Ｚを形成し、さらにヨーク４１Ａの両端部４１Ａａ，４１Ａｂ間でも磁路Ｚを形成する。これにより、内外筒１０Ａ，２０Ａの軸線Ｎに平行な方向に向かって、内外筒１０，２０間に充填された磁気粘性流体５０に磁場が与えられる。
【００４１】
なお、図５に示す回転制動装置１００Ａでは、ヨーク４１Ａは外筒２０Ａに対して相対回転不能に固定され、内筒１０Ａに対しては相対回転自在となっている。この場合、内筒１０Ａ側に、回転を制動したい対象物を回転一体に接続し、外筒２０Ａおよびヨーク４１Ａを固定体とすることで、当該対象物の回転を制動することができる。勿論、ヨーク４１Ａを内筒１０Ａに対して相対回転不能に固定し、外筒２０Ａに対して相対回転自在とすれば、外筒２０Ａ側に、回転を制動したい対象物を回転一体に接続し、内筒１０Ａおよびヨーク４１Ａを固定体とすることで、当該対象物の回転を制動することもできる。
【００４２】
上記回転制動装置１００Ａにおいて、コイル４２が励磁されず、磁気粘性流体５０に磁場が与えられていないときは、磁気粘性流体５０中のナノサイズの磁性粒子は、内筒１０Ａと転動体３０との隙間、および、外筒２０Ａと転動体３０との隙間を容易に通過する。この場合、転動体３０は容易に転動でき、内筒１０Ａは固定された外筒２０Ａ内で容易に回転することができる。
【００４３】
一方、コイル４２が励磁されると、図５に示すように、ヨーク４１Ａの両端部４１Ａａ，４１Ａｂ間において、磁気粘性流体５０および転動体３０内で軸線Ｎに平行な方向に磁路Ｚが形成される。このため、磁場が与えられた磁気粘性流体中の磁性粒子がクラスター５１を形成して、見かけ上の粒子サイズを増大し、転動体３０と内筒１０Ａとの隙間、および、転動体３０と外筒２０Ａとの隙間に楔状に噛み込む。この結果、転動体３０の回転が阻害され、内筒１０Ａおよび外筒２０Ａ間で伝達されるトルクが増大し、内筒１０Ａの回転（内筒１０Ａと外筒２０Ａの相対回転）が制動されるようになる。
【００４４】
このように、第２の実施形態に係る回転制動装置１００Ａでも、内筒１０Ａと外筒２０Ａとの間の磁気粘性流体中において、磁性粒子がクラスター５１を形成し、そのクラスター５１が転動体３０の回転を阻害するので、内外筒１０Ａ，２０Ａの隙間が大きくても、内外筒１０Ａ，２０Ａ間の相対回転を十分に制動することが期待できる。またこれにより、磁場発生装置４０Ａの消費電力が抑制され、効率的な回転制動も可能となる。
【００４５】
また、既述の説明から明らかなように、第１の実施形態に係る回転制動装置１００と同様に、第２の実施形態に係る回転制動装置１００Ａでも、基底トルクが低減されるという利点、設計上の自由度が向上するという利点が認められる。
【００４６】
ところで、本実施形態に係る回転制動装置１００Ａにおいては、転動体３０に磁性体が用いられていたが、既述の制動効果を得るためには、転動体３０が磁性体であることは必ずしも要求されない。すなわち、転動体３０として非磁性体を用いても一定の制動効果が得られる。
【００４７】
すなわち、転動体として非磁性体からなるもの（転動体３０Ｘ）が用いられ、保持器として磁性体からなるもの（保持器６０Ｘ）が用いられた場合、コイル４２を励磁すると、ヨーク４２の両端部４２ａ，４２ｂ間において、磁路Ｚは、転動体３０Ｘを避けて内外筒１０Ａ，２０Ａ間の磁気粘性流体中を通過する。この場合、内筒１０Ａと外筒２０Ａとの間に形成される磁場は、比較的弱くなり、形成される磁性粒子のクラスター５１の大きさも比較的小さいものに留まる。しかし、クラスター５１の大きさは、転動体３０Ｘと内筒１０Ａの軌道面１１Ａとの隙間、および、転動体３０Ｘと外筒２０Ａの軌道面２１Ａとの隙間より大きければ、当該隙間に楔状に噛み込み、転動体３０Ｘの回転を阻害させることができる。そして、その結果、内筒１０Ａの回転（内筒１０Ａと外筒２０Ａの相対回転）を制動することができる。
【００４８】
第１の実施形態において説明したように、制動力の面では、転動体を磁性体とした方が有利であるが、転動体を非磁性体とすることで、転動体に残留磁気が生じなくなり、基底トルクを下げることができるという利点が得られる。また、非磁性体の転動体として、樹脂を採用すれば、上記残留磁気をなくすことができる上に軽量化も図られる。
【００４９】
＜第３の実施形態＞
以下、本発明の第３の実施形態について図面を参照しながら説明する。図９は、磁気粘性流体を用いた直動制動装置２００を示す断面図であり、図１０は図９のＣ−Ｃ断面図であり、図１１は図９のＥ部拡大図である。
【００５０】
直動制動装置２００は、内筒２１０、外筒２２０、これら内筒２１０および外筒２２０間に配設された複数の転動体２３０、磁場発生装置２４０、磁気粘性流体５０などを備えている。
【００５１】
内筒２１０および外筒２２０は、同じ軸線Ｍ方向に相対移動自在に内外に配設されている。内筒２１０と外筒２２０との間には、転動体２３０が周方向および、軸線Ｍに平行な方向に所定間隔をあけて転動自在に配設されている。
【００５２】
直動制動装置２００は、複数の転動体２３０を周方向および、軸線Ｍに平行な方向に一定間隔をあけて保持する保持器２６０も備えている。この保持器２６０は、内筒２１０と外筒２２０との間に略円筒状に形成されており、その支持部２６１（図１０参照）にて各転動体２３０を回転自在に支持している。この保持器２６０には、非磁性体が用いられることが望ましい。この保持器２６０としては、周知のリニアボール軸受などに用いられる保持器と同様のものを採用することができる。
【００５３】
内筒２１０と外筒２２０との間には磁気粘性流体５０が充填され、内外筒２１０，２２０間に装着された２つの環状パッキン２７０によって封止されている。この磁気粘性流体５０としては、その中に含まれる磁性粒子がナノサイズのものであることが望ましい。
【００５４】
磁場発生装置２４０は、ヨーク２４１、コイル２４２および電流供給装置（図示省略）を備えている。ヨーク２４１は、その両端部２４１ａ，２４１ｂが内筒２１０および外筒２２０を挟むように断面Ｕ字状に形成され、コイル２４２を概ね包囲している。この磁場発生装置２４０は、その電流供給装置によってコイル２４２に電流が供給されると、ヨーク２４１に沿って磁路Ｚを形成し、さらにヨーク２４１の両端部２４１ａ，２４１ｂ間でも磁路Ｚを形成する。これにより、内外筒２１０，２２０の半径方向に向かって、内外筒２１０，２２０間に充填された磁気粘性流体５０に磁場が与えられる。
【００５５】
なお、図９に示す直動制動装置２００では、ヨーク２４１は外筒２２０に対して相対移動不能に固定され、内筒２１０に対しては相対移動自在となっている。この場合、内筒２１０側に、制動したい対象物を一体に接続し、外筒２２０およびヨーク２４１を固定体とすることで、当該対象物の動作を制動することができる。勿論、ヨーク２４１を内筒２１０に対して相対移動不能に固定し、外筒２２０に対して相対移動自在とすれば、外筒２２０側に、制動したい対象物を一体に接続し、内筒２１０およびヨーク２４１を固定体とすることで、当該対象物の動作を制動することもできる。
【００５６】
上記直動制動装置２００において、コイル２４２が励磁されず、磁気粘性流体５０に磁場が与えられていないときは、磁気粘性流体５０中のナノサイズの磁性粒子は、内筒２１０と転動体２３０との隙間、および、外筒２２０と転動体２３０との隙間を容易に通過する。この場合、転動体２３０は容易に転動し、内筒２１０は固定された外筒２２０内で軸線Ｍの方向に容易に移動（直動）することができる。
【００５７】
一方、コイル２４２が励磁されると、図１１に示すように、ヨーク２４１の両端部２４１ａ，４１ｂ間において、磁性体からなる外筒２２０、転動体２３０、内筒２１０内で半径方向に磁路Ｚが形成され、転動体２３０と内外筒２１０，２２０との間およびその近傍にある磁気粘性流体中にも磁路Ｙが形成される。このため、磁場が作用する磁気粘性流体中の磁性粒子がクラスター５１を形成して、見かけ上の粒子サイズを増大し、転動体２３０と内筒２１０との隙間、および、転動体２３０と外筒２２０との隙間に楔状に噛み込む。この結果、転動体２３０の回転が阻害され、内筒２１０および外筒２２０間で伝達される軸線Ｍ方向の推力が増大し、内筒１０の移動（内筒２１０と外筒２２０の相対移動）が制動されるようになる。
【００５８】
従来は、磁気粘性流体を封入した内筒と外筒との隙間が大きく、磁気粘性流体に十分な強さの磁場を与えることができなければ、磁気粘性流体中に発生するずり応力が不十分となり、内外筒間の相対移動を十分に制動することができなかった。しかし、本実施形態に係る直動制動装置２００によれば、内筒２１０と外筒２２０との間の磁気粘性流体中において、磁性粒子がクラスター５１を形成し、そのクラスター５１が転動体２３０の回転を阻害するので、内外筒２１０，２２０間の相対移動を十分に制動することが可能となっている。また、これにより、磁場発生装置２４０の消費電力が抑制され、効率的な直動制動が可能となる。
【００５９】
また、本実施形態に係る直動制動装置２００によれば、内筒２１０と外筒２２０との隙間を大きくすることができるので、磁場発生装置２４０の消磁中に内外筒２１０，２２０間で伝達される推力（基底推力）が低減されるという利点も認められる。すなわち、基底推力は、磁気粘性流体の基底粘度、内筒２１０と外筒２２０との間のずり応力に依存するため、内筒２１０と外筒２２０との隙間を大きくすることができれば、基底トルクが低減される。
【００６０】
また、本実施形態に係る直動制動装置２００によれば、内筒２１０と外筒２２０との隙間を大きくすることができるので、当該装置２００の設計上の自由度が向上する。
【００６１】
ところで、既述の直動制動装置２００においては、転動体２３０に磁性体が用いられているが、既述の制動効果を得るためには、転動体２３０が磁性体であることは必ずしも要求されない。すなわち、転動体２３０として非磁性体を用いても一定の制動効果が得られる。
【００６２】
すなわち、図１２に示すように、転動体として非磁性体からなるもの（転動体２３０Ｘ）が用いられ、保持器として磁性体からなるもの（保持器２６０Ｘ）が用いられた場合、
コイル２４２を励磁すると、ヨーク２４２の両端部２４２ａ，２４２ｂ間において、磁路Ｚは、転動体２３０を避けて内外筒２１０，２２０間の磁気粘性流体を通過する。この場合、内筒２１０と外筒２２０との間に形成される磁場は、比較的弱くなり、形成される磁性粒子のクラスター５１の大きさも比較的小さいものに留まる。しかし、クラスター５１の大きさは、転動体２３０と内筒２１０との隙間、および、転動体２３０と外筒２２０との隙間より大きければ、当該隙間に楔状に噛み込むことができ、転動体２３０の回転を阻害させることができる。そして、その結果、内筒２１０の移動（内筒２１０と外筒２２０の相対移動）を制動することができる。
【００６３】
制動力の面では、転動体を磁性体とした方が転動体と内外筒２１０，２２０との隙間に比較的大きなクラスター５１が形成され易いので有利であるが、転動体２３０を非磁性体とすることで、転動体に残留磁気が生じなくなり、基底推力を下げることができる。また、非磁性体の転動体２３０Ｘとして、樹脂を採用すれば、上記残留磁気をなくすことができる上に軽量化も図られる。
【００６４】
なお、第３の実施形態では、内外筒２１０，２２０が磁性体である場合を前提として説明したが、内外筒２１０，２２０に非磁性体が用いられてもその半径方向厚さ、磁場の強さ等によっては一定の制動効果が得られる場合がある。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、例えば、内外に配設された２つの筒体間に磁気粘性流体が充填され、その磁気粘性流体に与える磁場の強さを変えることにより、それら２つの筒体の軸線回りの相対回転や軸線方向への相対移動を制動する、ロータリダンパや直動型ダンパに適用可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１０，１０Ａ，２１０ 内筒
２０，２０Ａ，２２０ 外筒
３０，３０Ａ，３０Ｘ，２３０ 転動体
４０，４０Ａ，２４０ 磁場発生装置
５０ 磁気粘性流体
Ｎ
Ｍ 軸線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内外に配設された２つの筒体間に磁気粘性流体が充填され、その磁気粘性流体に与える磁場の強さを変えることにより、それら２つの筒体の軸線回りの相対回転や軸線方向への相対移動を制動する、磁気粘性流体を用いた回転制動装置および直動制動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気粘性流体は、磁化可能な金属粒子（以下「磁性粒子」という。）を分散媒に分散させてなる液体である。この磁気粘性流体は、磁場の作用のないときには流体として機能する一方、磁場を作用させたときには、磁性粒子がクラスターを形成して液体が増粘し、液体の内部応力が増大する。
【０００３】
従来より、磁気粘性流体を用いたロータリダンパが提案されている。例えば、特許文献１に開示されているロータリダンパは、ケーシングと、ロータとの隙間に磁気粘性流体を封入しており、この磁気粘性流体に磁場を与えて所定の粘度を発現させ、ケーシングとロータとの間のずり応力によってロータの回転を制動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２０２７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ロータの回転を十分に制動するには、ケーシングとロータとの間のずり応力を十分に発生させることが前提となる。そのためには、ケーシングとロータとの隙間を小さくして、隙間内の磁気粘性流体に十分な強さの磁場を与えることが必要である。仮に、ケーシングとロータとの隙間を大きくすれば、磁気抵抗が増すため、ケーシングとロータとの間の磁場が弱くなり、十分な制動力が得られなくなってしまう。勿論、コイルに供給する電力を増せば、磁気粘性流体に与える磁場を大きくすることができるが、その分、消費電力が増えてしまう。
【０００６】
従来は、このような事情から、ケーシングとロータとの隙間を小さくすることを余儀なくされ、このことが、磁気粘性流体を用いた制動装置の設計の自由度を低下させる大きな要因となっていた。
【０００７】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、内外に配設された２つの筒体間に磁気粘性流体が充填され、その磁気粘性流体に与える磁場の強さを変えることにより、それら２つの筒体の軸線回りの相対回転や軸線方向への相対移動を制動する、磁気粘性流体を用いた制動装置において、２つの筒体間の隙間を大きくしてもそれらの筒体間の相対回転又は相対移動を効率よく制動することができる、磁気粘性流体を用いた回転制動装置および直動制動装置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】
本発明の磁気粘性流体を用いた回転制動装置は、同軸線回りに相対回転自在に内外に配設された内筒および外筒と、前記内筒と前記外筒との間に充填された磁気粘性流体と、前記磁気粘性流体に磁場を与えるように設けられた磁場発生装置と、を備えるものを前提とし、前記内筒と前記外筒との間に転動自在に配設された複数の転動体を備えることを特徴としている。
【０００９】
かかる構成を備える磁気粘性流体を用いた回転制動装置によれば、磁気粘性流体を封入した内筒と外筒の隙間が大きい場合であっても、内外筒間の磁気粘性流体中で磁性粒子がクラスターを形成し、そのクラスターが転動体の回転を阻害するように作用するので、内筒と外筒の相対回転を効率よく制動することができる。
【００１０】
例えば、前記磁場発生装置は、前記内外筒の半径方向に向かって前記磁気粘性流体に磁場を与えるように設けられたものである。
【００１１】
例えば、前記磁場発生装置は、前記軸線に平行な方向に向かって前記磁気粘性流体に磁場を与えるように設けられたものである。
【００１２】
例えば、前記転動体は磁性体とすることができる。この場合、転動体に磁路が形成され、全体の磁気抵抗が低下することにより、磁性粒子が比較的大きなクラスターを形成でき、より制動効果を高めることができる。
【００１３】
例えば、前記転動体は非磁性体とすることができる。この場合、転動体に残留磁気が生じなくなり、基底トルクを低減することができる。
【００１４】
本発明の磁気粘性流体を用いた直動制動装置は、同軸線方向に相対移動自在に内外に配設された内筒および外筒と、前記内筒と前記外筒との間に充填された磁気粘性流体と、前記内外筒の半径方向に向かって前記磁気粘性流体に磁場を与えるように設けられた磁場発生装置と、を備えるものを前提とし、前記内筒と前記外筒との間に転動自在に配設された複数の転動体を備えることを特徴としている。
【００１５】
かかる構成を備える磁気粘性流体を用いた回転制動装置によれば、磁気粘性流体を封入した内筒と外筒の隙間が大きい場合であっても、内外筒間の磁気粘性流体中で磁性粒子がクラスターを形成し、そのクラスターが転動体の回転を阻害するように作用するので、内筒と外筒の相対移動を効率よく制動することができる。
【００１６】
前記直動制動装置において、例えば、前記転動体は磁性体とすることができる。この場合、転動体に磁路が形成され、全体の磁気抵抗が低下することにより、磁性粒子が比較的大きなクラスターを形成でき、より制動効果を高めることができる。
【００１７】
前記直動制動装置において、例えば、前記転動体は非磁性体とすることができる。この場合、転動体に残留磁気が生じなくなり、基底推力を低減することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の磁気粘性流体を用いた回転制動装置によれば、磁気粘性流体を封入した内筒と外筒の隙間が大きい場合であっても、内筒と外筒の相対回転を効率よく制動することができる。また、本発明の磁気粘性流体を用いた直動制動装置によれば、磁気粘性流体を封入した内筒と外筒の隙間が大きい場合であっても、内筒と外筒の相対移動を効率よく制動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る磁気粘性流体を用いた回転制動装置を軸線を含む平面で切断して表した断面図であって、転動体として球が用いられている場合を示す図である。なお、保持器の図示は省略している。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図であって、転動体が磁性体である場合の磁路等を示す図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図であって、転動体が非磁性体である場合の磁路等を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る磁気粘性流体を用いた回転制動装置を軸線を含む平面で切断して表した断面図であって、転動体としてころが用いられている場合を示す図である。なお、保持器の図示は省略している。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る磁気粘性流体を用いた回転制動装置を軸線を含む平面で切断して表した断面図であって、転動体として球が用いられている場合を示す図である。なお、保持器の図示は省略している。
【図６】図５のＢ−Ｂ断面図であって、転動体が磁性体である場合を示す図である。
【図７】図５のＢ−Ｂ断面図であって、転動体が非磁性体である場合を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る磁気粘性流体を用いた回転制動装置を軸線を含む平面で切断して表した断面図であって、転動体としてころが用いられている場合を示す図である。なお、保持器の図示は省略している。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る磁気粘性流体を用いた直動制動装置を軸線を含む平面で切断して表した断面図である。
【図１０】図９のＣ−Ｃ断面図である。
【図１１】図９のＥ部拡大図であって、転動体が磁性体である場合の磁路等を示す図である。
【図１２】図９のＥ部拡大図であって、転動体が非磁性体である場合の磁路等を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る磁気粘性流体を用いた回転制動装置１００を示す断面図であり、図２および図３は、図１のＡ−Ａ断面図である。
【００２１】
回転制動装置１００は、内筒１０、外筒２０、これら内筒１０および外筒２０間に配設された複数の転動体３０、磁場発生装置４０、磁気粘性流体５０などを備えている。
【００２２】
内筒１０および外筒２０は同じ軸線Ｎ回りに相対回転自在に内外に配設されている。内筒１０と外筒２０との間には、転動体３０が周方向に所定間隔をあけて転動自在に配設されている。内筒１０の外周および外筒２０の内周には、転動体３０を周方向に案内する軌道１１，２１が形成されている。転動体３０には、図１に示すように、玉３０Ａが採用されているが、図４に示すように、ころ３０Ｂが採用されていてもよい。なお、本実施形態では、内筒１０、外筒２０および転動体３０に磁性体が用いられている。
【００２３】
回転制動装置１００は、複数の転動体３０を周方向に一定間隔をあけて保持する保持器６０も備えている（図１において保持器の図示省略、図２参照）。この保持器６０は、内筒１０と外筒２０との間において周方向に形成されており、その支持部６１にて各転動体３０を回転自在に支持している。この保持器６０には、非磁性体が用いられることが望ましい。この保持器６０としては、周知のラジアル玉軸受などに用いられる保持器と同様のものを採用することができる。また、転動体３０としてころ３０Ｂが採用された場合にも、複数のころ３０Ｂを周方向に一定間隔をあけて保持する保持器が設けられることが望ましい。この場合の保持器としては、汎用のラジアル円筒ころ軸受などに用いられる保持器と同様のものを採用することができる。
【００２４】
内筒１０と外筒２０との間には磁気粘性流体５０が充填され、内外筒１０，２０間の隙間には、これの隙間をシールする環状パッキン７０が設けられている。この環状パッキン７０は、内外筒１０，２０の相対回転を阻害しないよう、内筒１０および外筒２０のうちの何れか一方に固定されている。上記磁気粘性流体５０は、後述する理由により、その中に含まれる磁性粒子がナノサイズのものであることが望ましい。ここで、ナノサイズの磁性粒子とは、１〜数百ナノメートル（ｎｍ）程度の大きさのものを意味する。
【００２５】
磁場発生装置４０は、図１に示すように、ヨーク４１、コイル４２および電流供給装置（図示省略）を備えている。ヨーク４１は、その両端部４１ａ，４１ｂが内筒１０および外筒２０を挟むように断面Ｕ字状に形成され、コイル４２を概ね包囲している。この磁場発生装置４０は、電流供給装置によってコイル４２に電流が供給されると、ヨーク４１に沿って磁路Ｙを形成し、さらにヨーク４１の両端部４１ａ，４１ｂ間でも磁路Ｙを形成する。これにより、内外筒１０，２０の半径方向に向かって、内外筒１０，２０間に充填された磁気粘性流体５０に磁場が与えられる。
【００２６】
なお、図１に示す回転制動装置１００では、ヨーク４１は外筒２０に対して相対回転不能に固定され、内筒１０に対しては相対回転自在となっている。この場合、内筒１０側に、回転を制動したい対象物を回転一体に接続し、外筒２０およびヨーク４１を固定体とすることで、当該対象物の回転を制動することができる。勿論、ヨーク４１を内筒１０に対して相対回転不能に固定し、外筒２０に対して相対回転自在とすれば、外筒２０側に、回転を制動したい対象物を回転一体に接続し、内筒１０およびヨーク４１を固定体とすることで、当該対象物の回転を制動することもできる。
【００２７】
上記回転制動装置１００において、コイル４２が励磁されず、磁気粘性流体５０に磁場が与えられていないときは、磁気粘性流体５０中のナノサイズの磁性粒子は、内筒１０と転動体３０との隙間、および、外筒２０と転動体３０との隙間を容易に通過する。この場合、転動体３０は容易に転動し、内筒１０は固定された外筒２０内で容易に回転（相対回転）することができる。
【００２８】
一方、コイル４２が励磁されると、図２に示すように、ヨーク４１の両端部４１ａ，４１ｂ間において、磁性体からなる外筒２０、転動体３０、内筒１０内に磁路Ｙが形成され、転動体３０と内外筒１０，２０との間およびその近傍にある磁気粘性流体にも磁路Ｙが形成される。このため、磁場が作用する磁気粘性流体中の磁性粒子がクラスター５１を形成して、見かけ上の粒子サイズを増大し、転動体３０と内筒１０との隙間、および、転動体３０と外筒２０との隙間に楔状に噛み込む。この結果、転動体３０の回転が阻害され、内筒１０および外筒２０間で伝達されるトルクが増大し、内筒１０の回転（内筒１０と外筒２０の相対回転）が制動されるようになる。
【００２９】
従来は、磁気粘性流体を封入した内筒と外筒との隙間が大きいことにより、磁気粘性流体に十分な強さの磁場を与えることができなければ、磁気粘性流体中に発生するずり応力が不十分となり、内外筒間の相対回転を十分に制動することができなかった。しかし、本実施形態に係る回転制動装置１００によれば、内筒１０と外筒２０との間の磁気粘性流体中において、磁性粒子がクラスター５１を形成し、そのクラスター５１が転動体３０の回転を阻害するので、内外筒１０，２０間の相対回転を十分に制動することが可能となっている。また、これにより、磁場発生装置４０の消費電力が抑制され、効率的な回転制動も可能となる。
【００３０】
また、本実施形態に係る回転制動装置１００によれば、内筒１０と外筒２０との隙間を大きくすることができるので、磁場発生装置４０の消磁中に内外筒１０，２０間で伝達されるトルク（基底トルク）が低減されるという利点も認められる。すなわち、基底トルクは、磁気粘性流体の基底粘度、内筒１０と外筒２０との間のずり応力に依存するため、内筒１０と外筒２０との隙間を大きくすることができれば、基底トルクが低減される。
【００３１】
また、本実施形態に係る回転制動装置１００によれば、内筒１０と外筒２０との隙間を大きくすることができるので、当該装置１００の設計上の自由度が向上する。
【００３２】
ところで、既述の回転制動装置１００においては、転動体３０に磁性体が用いられているが、既述の制動効果を得るためには、転動体３０が磁性体であることは必ずしも要求されない。すなわち、転動体３０として非磁性体を用いても一定の制動効果が得られる。
【００３３】
すなわち、図３に示すように、転動体として非磁性体からなるもの（転動体３０Ｘ）が用いられ、保持器として磁性体からなるもの（保持器６０Ｘ）が用いられた場合、コイル４２を励磁すると、ヨーク４２の両端部４２ａ，４２ｂ間において、磁路Ｙは、転動体３０Ｘを避けて内外筒１０，２０間の磁気粘性流体中を通過する。この場合、内筒１０と外筒２０との間に形成される磁場は、比較的弱くなり、形成される磁性粒子のクラスター５１の大きさも比較的小さいものに留まる。しかし、クラスター５１の大きさは、転動体３０Ｘと内筒１０の軌道面１１との隙間、および、転動体３０Ｘと外筒２０の軌道面２１との隙間より大きければ、当該隙間に楔状に噛み込み、転動体３０Ｘの回転を阻害させることができる。そして、その結果、内筒１０の回転（内筒１０と外筒２０の相対回転）を制動することができる。
【００３４】
制動力の面では、転動体を磁性体とした方が転動体と内外筒１０，２０との隙間に比較的大きなクラスター５１が形成され易いので有利であるが、転動体を非磁性体とすることで、転動体に残留磁気が生じなくなり、基底トルクを下げることができる。また、非磁性体の転動体３０Ｘとして、樹脂を採用すれば、上記残留磁気をなくすことができる上に軽量化も図られる。
【００３５】
なお、既述の実施形態では、内外筒１０，２０が磁性体である場合を前提として説明したが、内外筒１０，２０に非磁性体が用いられてもその半径方向厚さ、与える磁場の強さ等によっては一定の制動効果が得られる場合がある。
【００３６】
＜第２の実施形態＞
以下、本発明の第２の実施形態について図５および図６を参照しながら説明する。第１の実施の形態に係る回転制動装置１００では、磁場発生装置４０が内外筒１０，２０の半径方向に向かって磁気粘性流体に磁場を与えるように設けられていた。これに対し、第２の実施の形態に係る回転制動装置１００Ａの磁場発生装置４０Ａは、内外筒１０，２０の軸線Ｎに平行な方向に向かって磁気粘性流体に磁場を与えるように設けられている。以下、第２の実施の形態に係る回転制動装置１００Ａについて更に詳しく説明する。なお、以下では、第１の実施形態との相違点について主に説明し、第１の実施形態と同一の構成については図面において同符号を付してその説明を省略する。
【００３７】
第２の実施形態に係る回転制動装置１００Ａも、内筒１０Ａ、外筒２０Ａ、これら内外筒１０Ａ，２０Ａ間に配設された複数の転動体３０、磁場発生装置４０Ａ、内外筒１０Ａ，２０Ａ間に充填された磁気粘性流体５０などを備えている。
【００３８】
内筒１０Ａおよび外筒２０Ａは、第１の実施形態で説明した内筒１０および外筒２０と同様の形状、構造および組み合わせからなるが、本実施形態では、内外筒１０Ａ，２０Ａに非磁性体が用いられている。
【００３９】
本実施形態においても、転動体３０として、図５に示すように玉３０Ａや、図８に示すようにころ３０Ｂを採用することができる。
【００４０】
磁場発生装置４０Ａは、図５に示すように、ヨーク４１Ａ、コイル４２および電流供給装置（図示省略）を備えている。ヨーク４１Ａは、その両端部４１Ａａ，４１Ａｂが外筒２０Ａの両側面および、内外筒１０Ａ，２０Ａ間に充填された磁気粘性流体５０を挟むように断面Ｕ字状に形成され、コイル４２を概ね包囲している。この磁場発生装置４０Ａは、電流供給装置によりコイル４２に電流が供給されると、ヨーク４１Ａに沿って磁路Ｚを形成し、さらにヨーク４１Ａの両端部４１Ａａ，４１Ａｂ間でも磁路Ｚを形成する。これにより、内外筒１０Ａ，２０Ａの軸線Ｎに平行な方向に向かって、内外筒１０，２０間に充填された磁気粘性流体５０に磁場が与えられる。
【００４１】
なお、図５に示す回転制動装置１００Ａでは、ヨーク４１Ａは外筒２０Ａに対して相対回転不能に固定され、内筒１０Ａに対しては相対回転自在となっている。この場合、内筒１０Ａ側に、回転を制動したい対象物を回転一体に接続し、外筒２０Ａおよびヨーク４１Ａを固定体とすることで、当該対象物の回転を制動することができる。勿論、ヨーク４１Ａを内筒１０Ａに対して相対回転不能に固定し、外筒２０Ａに対して相対回転自在とすれば、外筒２０Ａ側に、回転を制動したい対象物を回転一体に接続し、内筒１０Ａおよびヨーク４１Ａを固定体とすることで、当該対象物の回転を制動することもできる。
【００４２】
上記回転制動装置１００Ａにおいて、コイル４２が励磁されず、磁気粘性流体５０に磁場が与えられていないときは、磁気粘性流体５０中のナノサイズの磁性粒子は、内筒１０Ａと転動体３０との隙間、および、外筒２０Ａと転動体３０との隙間を容易に通過する。この場合、転動体３０は容易に転動でき、内筒１０Ａは固定された外筒２０Ａ内で容易に回転することができる。
【００４３】
一方、コイル４２が励磁されると、図５に示すように、ヨーク４１Ａの両端部４１Ａａ，４１Ａｂ間において、磁気粘性流体５０および転動体３０内で軸線Ｎに平行な方向に磁路Ｚが形成される。このため、磁場が与えられた磁気粘性流体中の磁性粒子がクラスター５１を形成して、見かけ上の粒子サイズを増大し、転動体３０と内筒１０Ａとの隙間、および、転動体３０と外筒２０Ａとの隙間に楔状に噛み込む。この結果、転動体３０の回転が阻害され、内筒１０Ａおよび外筒２０Ａ間で伝達されるトルクが増大し、内筒１０Ａの回転（内筒１０Ａと外筒２０Ａの相対回転）が制動されるようになる。
【００４４】
このように、第２の実施形態に係る回転制動装置１００Ａでも、内筒１０Ａと外筒２０Ａとの間の磁気粘性流体中において、磁性粒子がクラスター５１を形成し、そのクラスター５１が転動体３０の回転を阻害するので、内外筒１０Ａ，２０Ａの隙間が大きくても、内外筒１０Ａ，２０Ａ間の相対回転を十分に制動することが期待できる。またこれにより、磁場発生装置４０Ａの消費電力が抑制され、効率的な回転制動も可能となる。
【００４５】
また、既述の説明から明らかなように、第１の実施形態に係る回転制動装置１００と同様に、第２の実施形態に係る回転制動装置１００Ａでも、基底トルクが低減されるという利点、設計上の自由度が向上するという利点が認められる。
【００４６】
ところで、本実施形態に係る回転制動装置１００Ａにおいては、転動体３０に磁性体が用いられていたが、既述の制動効果を得るためには、転動体３０が磁性体であることは必ずしも要求されない。すなわち、転動体３０として非磁性体を用いても一定の制動効果が得られる。
【００４７】
すなわち、転動体として非磁性体からなるもの（転動体３０Ｘ）が用いられ、保持器として磁性体からなるもの（保持器６０Ｘ）が用いられた場合、コイル４２を励磁すると、ヨーク４２の両端部４２ａ，４２ｂ間において、磁路Ｚは、転動体３０Ｘを避けて内外筒１０Ａ，２０Ａ間の磁気粘性流体中を通過する。この場合、内筒１０Ａと外筒２０Ａとの間に形成される磁場は、比較的弱くなり、形成される磁性粒子のクラスター５１の大きさも比較的小さいものに留まる。しかし、クラスター５１の大きさは、転動体３０Ｘと内筒１０Ａの軌道面１１Ａとの隙間、および、転動体３０Ｘと外筒２０Ａの軌道面２１Ａとの隙間より大きければ、当該隙間に楔状に噛み込み、転動体３０Ｘの回転を阻害させることができる。そして、その結果、内筒１０Ａの回転（内筒１０Ａと外筒２０Ａの相対回転）を制動することができる。
【００４８】
第１の実施形態において説明したように、制動力の面では、転動体を磁性体とした方が有利であるが、転動体を非磁性体とすることで、転動体に残留磁気が生じなくなり、基底トルクを下げることができるという利点が得られる。また、非磁性体の転動体として、樹脂を採用すれば、上記残留磁気をなくすことができる上に軽量化も図られる。
【００４９】
＜第３の実施形態＞
以下、本発明の第３の実施形態について図面を参照しながら説明する。図９は、磁気粘性流体を用いた直動制動装置２００を示す断面図であり、図１０は図９のＣ−Ｃ断面図であり、図１１は図９のＥ部拡大図である。
【００５０】
直動制動装置２００は、内筒２１０、外筒２２０、これら内筒２１０および外筒２２０間に配設された複数の転動体２３０、磁場発生装置２４０、磁気粘性流体５０などを備えている。
【００５１】
内筒２１０および外筒２２０は、同じ軸線Ｍ方向に相対移動自在に内外に配設されている。内筒２１０と外筒２２０との間には、転動体２３０が周方向および、軸線Ｍに平行な方向に所定間隔をあけて転動自在に配設されている。
【００５２】
直動制動装置２００は、複数の転動体２３０を周方向および、軸線Ｍに平行な方向に一定間隔をあけて保持する保持器２６０も備えている。この保持器２６０は、内筒２１０と外筒２２０との間に略円筒状に形成されており、その支持部２６１（図１０参照）にて各転動体２３０を回転自在に支持している。この保持器２６０には、非磁性体が用いられることが望ましい。この保持器２６０としては、周知のリニアボール軸受などに用いられる保持器と同様のものを採用することができる。
【００５３】
内筒２１０と外筒２２０との間には磁気粘性流体５０が充填され、内外筒２１０，２２０間に装着された２つの環状パッキン２７０によって封止されている。この磁気粘性流体５０としては、その中に含まれる磁性粒子がナノサイズのものであることが望ましい。
【００５４】
磁場発生装置２４０は、ヨーク２４１、コイル２４２および電流供給装置（図示省略）を備えている。ヨーク２４１は、その両端部２４１ａ，２４１ｂが内筒２１０および外筒２２０を挟むように断面Ｕ字状に形成され、コイル２４２を概ね包囲している。この磁場発生装置２４０は、その電流供給装置によってコイル２４２に電流が供給されると、ヨーク２４１に沿って磁路Ｚを形成し、さらにヨーク２４１の両端部２４１ａ，２４１ｂ間でも磁路Ｚを形成する。これにより、内外筒２１０，２２０の半径方向に向かって、内外筒２１０，２２０間に充填された磁気粘性流体５０に磁場が与えられる。
【００５５】
なお、図９に示す直動制動装置２００では、ヨーク２４１は外筒２２０に対して相対移動不能に固定され、内筒２１０に対しては相対移動自在となっている。この場合、内筒２１０側に、制動したい対象物を一体に接続し、外筒２２０およびヨーク２４１を固定体とすることで、当該対象物の動作を制動することができる。勿論、ヨーク２４１を内筒２１０に対して相対移動不能に固定し、外筒２２０に対して相対移動自在とすれば、外筒２２０側に、制動したい対象物を一体に接続し、内筒２１０およびヨーク２４１を固定体とすることで、当該対象物の動作を制動することもできる。
【００５６】
上記直動制動装置２００において、コイル２４２が励磁されず、磁気粘性流体５０に磁場が与えられていないときは、磁気粘性流体５０中のナノサイズの磁性粒子は、内筒２１０と転動体２３０との隙間、および、外筒２２０と転動体２３０との隙間を容易に通過する。この場合、転動体２３０は容易に転動し、内筒２１０は固定された外筒２２０内で軸線Ｍの方向に容易に移動（直動）することができる。
【００５７】
一方、コイル２４２が励磁されると、図１１に示すように、ヨーク２４１の両端部２４１ａ，４１ｂ間において、磁性体からなる外筒２２０、転動体２３０、内筒２１０内で半径方向に磁路Ｚが形成され、転動体２３０と内外筒２１０，２２０との間およびその近傍にある磁気粘性流体中にも磁路Ｙが形成される。このため、磁場が作用する磁気粘性流体中の磁性粒子がクラスター５１を形成して、見かけ上の粒子サイズを増大し、転動体２３０と内筒２１０との隙間、および、転動体２３０と外筒２２０との隙間に楔状に噛み込む。この結果、転動体２３０の回転が阻害され、内筒２１０および外筒２２０間で伝達される軸線Ｍ方向の推力が増大し、内筒１０の移動（内筒２１０と外筒２２０の相対移動）が制動されるようになる。
【００５８】
従来は、磁気粘性流体を封入した内筒と外筒との隙間が大きく、磁気粘性流体に十分な強さの磁場を与えることができなければ、磁気粘性流体中に発生するずり応力が不十分となり、内外筒間の相対移動を十分に制動することができなかった。しかし、本実施形態に係る直動制動装置２００によれば、内筒２１０と外筒２２０との間の磁気粘性流体中において、磁性粒子がクラスター５１を形成し、そのクラスター５１が転動体２３０の回転を阻害するので、内外筒２１０，２２０間の相対移動を十分に制動することが可能となっている。また、これにより、磁場発生装置２４０の消費電力が抑制され、効率的な直動制動が可能となる。
【００５９】
また、本実施形態に係る直動制動装置２００によれば、内筒２１０と外筒２２０との隙間を大きくすることができるので、磁場発生装置２４０の消磁中に内外筒２１０，２２０間で伝達される推力（基底推力）が低減されるという利点も認められる。すなわち、基底推力は、磁気粘性流体の基底粘度、内筒２１０と外筒２２０との間のずり応力に依存するため、内筒２１０と外筒２２０との隙間を大きくすることができれば、基底トルクが低減される。
【００６０】
また、本実施形態に係る直動制動装置２００によれば、内筒２１０と外筒２２０との隙間を大きくすることができるので、当該装置２００の設計上の自由度が向上する。
【００６１】
ところで、既述の直動制動装置２００においては、転動体２３０に磁性体が用いられているが、既述の制動効果を得るためには、転動体２３０が磁性体であることは必ずしも要求されない。すなわち、転動体２３０として非磁性体を用いても一定の制動効果が得られる。
【００６２】
すなわち、図１２に示すように、転動体として非磁性体からなるもの（転動体２３０Ｘ）が用いられ、保持器として磁性体からなるもの（保持器２６０Ｘ）が用いられた場合、
コイル２４２を励磁すると、ヨーク２４２の両端部２４２ａ，２４２ｂ間において、磁路Ｚは、転動体２３０を避けて内外筒２１０，２２０間の磁気粘性流体を通過する。この場合、内筒２１０と外筒２２０との間に形成される磁場は、比較的弱くなり、形成される磁性粒子のクラスター５１の大きさも比較的小さいものに留まる。しかし、クラスター５１の大きさは、転動体２３０と内筒２１０との隙間、および、転動体２３０と外筒２２０との隙間より大きければ、当該隙間に楔状に噛み込むことができ、転動体２３０の回転を阻害させることができる。そして、その結果、内筒２１０の移動（内筒２１０と外筒２２０の相対移動）を制動することができる。
【００６３】
制動力の面では、転動体を磁性体とした方が転動体と内外筒２１０，２２０との隙間に比較的大きなクラスター５１が形成され易いので有利であるが、転動体２３０を非磁性体とすることで、転動体に残留磁気が生じなくなり、基底推力を下げることができる。また、非磁性体の転動体２３０Ｘとして、樹脂を採用すれば、上記残留磁気をなくすことができる上に軽量化も図られる。
【００６４】
なお、第３の実施形態では、内外筒２１０，２２０が磁性体である場合を前提として説明したが、内外筒２１０，２２０に非磁性体が用いられてもその半径方向厚さ、磁場の強さ等によっては一定の制動効果が得られる場合がある。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、例えば、内外に配設された２つの筒体間に磁気粘性流体が充填され、その磁気粘性流体に与える磁場の強さを変えることにより、それら２つの筒体の軸線回りの相対回転や軸線方向への相対移動を制動する、ロータリダンパや直動型ダンパに適用可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１０，１０Ａ，２１０ 内筒
２０，２０Ａ，２２０ 外筒
３０，３０Ａ，３０Ｘ，２３０ 転動体
４０，４０Ａ，２４０ 磁場発生装置
５０ 磁気粘性流体
Ｎ
Ｍ 軸線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸線回りに相対回転自在に内外に配設された内筒および外筒と、
前記内筒と前記外筒との間に充填された磁気粘性流体と、
前記磁気粘性流体に磁場を与えるように設けられた磁場発生装置と、を備える磁気粘性流体を用いた回転制動装置であって、
前記内筒と前記外筒との間に転動自在に配設された複数の転動体を備えることを特徴とする、磁気粘性流体を用いた回転制動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気粘性流体を用いた回転制動装置において、
前記磁場発生装置は、前記内外筒の半径方向に向かって前記磁気粘性流体に磁場を与えるように設けられたものである、ことを特徴とする磁気粘性流体を用いた回転制動装置。
【請求項３】
請求項１に記載の磁気粘性流体を用いた回転制動装置において、
前記磁場発生装置は、前記軸線に平行な方向に向かって前記磁気粘性流体に磁場を与えるように設けられたものである、ことを特徴とする磁気粘性流体を用いた回転制動装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の磁気粘性流体を用いた回転制動装置において、
前記転動体が磁性体からなることを特徴とする磁気粘性流体を用いた回転制動装置。
【請求項５】
請求項１〜３の何れか１項に記載の磁気粘性流体を用いた回転制動装置において、
前記転動体が非磁性体からなることを特徴とする磁気粘性流体を用いた回転制動装置。
【請求項６】
同軸線方向に相対移動自在に内外に配設された内筒および外筒と、
前記内筒と前記外筒との間に充填された磁気粘性流体と、
前記内外筒の半径方向に向かって前記磁気粘性流体に磁場を与えるように設けられた磁場発生装置と、を備える磁気粘性流体を用いた直動制動装置であって、
前記内筒と前記外筒との間に転動自在に配設された複数の転動体を備えることを特徴とする、磁気粘性流体を用いた直動制動装置。
【請求項７】
請求項６に記載の磁気粘性流体を用いた直動制動装置において、
前記転動体が磁性体からなることを特徴とする磁気粘性流体を用いた直動制動装置。
【請求項８】
請求項６に記載の磁気粘性流体を用いた直動制動装置において、
前記転動体が非磁性体からなることを特徴とする磁気粘性流体を用いた直動制動装置。
【請求項１】
同軸線回りに相対回転自在に内外に配設された内筒および外筒と、
前記内筒と前記外筒との間に充填された磁気粘性流体と、
前記磁気粘性流体に磁場を与えるように設けられた磁場発生装置と、を備える磁気粘性流体を用いた回転制動装置であって、
前記内筒と前記外筒との間に転動自在に配設された複数の転動体を備えることを特徴とする、磁気粘性流体を用いた回転制動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気粘性流体を用いた回転制動装置において、
前記磁場発生装置は、前記内外筒の半径方向に向かって前記磁気粘性流体に磁場を与えるように設けられたものである、ことを特徴とする磁気粘性流体を用いた回転制動装置。
【請求項３】
請求項１に記載の磁気粘性流体を用いた回転制動装置において、
前記磁場発生装置は、前記軸線に平行な方向に向かって前記磁気粘性流体に磁場を与えるように設けられたものである、ことを特徴とする磁気粘性流体を用いた回転制動装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の磁気粘性流体を用いた回転制動装置において、
前記転動体が磁性体からなることを特徴とする磁気粘性流体を用いた回転制動装置。
【請求項５】
請求項１〜３の何れか１項に記載の磁気粘性流体を用いた回転制動装置において、
前記転動体が非磁性体からなることを特徴とする磁気粘性流体を用いた回転制動装置。
【請求項６】
同軸線方向に相対移動自在に内外に配設された内筒および外筒と、
前記内筒と前記外筒との間に充填された磁気粘性流体と、
前記内外筒の半径方向に向かって前記磁気粘性流体に磁場を与えるように設けられた磁場発生装置と、を備える磁気粘性流体を用いた直動制動装置であって、
前記内筒と前記外筒との間に転動自在に配設された複数の転動体を備えることを特徴とする、磁気粘性流体を用いた直動制動装置。
【請求項７】
請求項６に記載の磁気粘性流体を用いた直動制動装置において、
前記転動体が磁性体からなることを特徴とする磁気粘性流体を用いた直動制動装置。
【請求項８】
請求項６に記載の磁気粘性流体を用いた直動制動装置において、
前記転動体が非磁性体からなることを特徴とする磁気粘性流体を用いた直動制動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１９７８４１（Ｐ２０１２−１９７８４１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６１８２７（Ｐ２０１１−６１８２７）
【出願日】平成２３年３月２０日（２０１１．３．２０）
【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１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２０日（２０１１．３．２０）
【出願人】（０００１４２５９５）株式会社栗本鐵工所 (566)
【Ｆターム（参考）】
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