磁気粘性流体デバイス
【課題】磁気粘性流体４を用いる磁気粘性流体デバイス１において、その製造時に、磁気粘性流体４をアウタ部材２とインナ部材３との隙間に容易にかつ確実に充填できるようにする。
【解決手段】アウタ部材２及びインナ部材３の少なくとも一方に、インナ部材３のアウタ部材２に対する相対移動に伴って、流入口２５より流入した磁気粘性流体４を、アウタ部材２とインナ部材３との隙間において該流入口２５から離れる方向へ流動するように案内する凹溝部３５を形成する。
【解決手段】アウタ部材２及びインナ部材３の少なくとも一方に、インナ部材３のアウタ部材２に対する相対移動に伴って、流入口２５より流入した磁気粘性流体４を、アウタ部材２とインナ部材３との隙間において該流入口２５から離れる方向へ流動するように案内する凹溝部３５を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気粘性流体を利用する磁気粘性流体デバイスに関する技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、磁気粘性流体は、磁化可能な金属粒子からなる磁性粒子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。その内部応力の増大により磁気粘性流体は、剛体のように機能してせん断流れや圧力流れに対して抗力を示すようになる。このような磁気粘性流体は、ブレーキ、クラッチ、防振装置や制振装置のダンパといった、機械的に作動する各種のデバイスに利用されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
前記磁気粘性流体を利用する磁気粘性流体デバイスの例として、内部空間を有するアウタ部材と、このアウタ部材の内部空間に、アウタ部材の内面に対し所定の隙間をあけて配設され、アウタ部材に対し相対移動可能に構成されたインナ部材とを備えたものがあり、前記隙間に磁気粘性流体が充填されている。そして、この磁気粘性流体に対して磁場を与えることによって、磁気粘性流体の粘度を変化させ、これにより、インナ部材のアウタ部材に対する相対変位特性を変化させるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００６−５０５９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記のような磁気粘性流体デバイスでは、小型化したいという要求が存在する。この要求を満足させるためには、アウタ部材とインナ部材との隙間を、出来る限り狭くする必要がある。
【０００６】
ところが、アウタ部材とインナ部材との隙間を狭くすると、デバイスの製造時に、その隙間に磁気粘性流体を充填させることが困難になる。すなわち、デバイスの製造時、アウタ部材内にインナ部材を組み込んだ上で、アウタ部材に設けた流入口を介して磁気粘性流体をアウタ部材の外側から前記隙間に流入させる。このとき、その隙間が狭くなるほど、磁気粘性流体を充填することが困難になる。
【０００７】
そこで、例えば磁気粘性流体を高温にして粘度を低下させた状態で、かつ、アウタ部材内を真空状態にした上で、磁気粘性流体をアウタ部材内に流し入れる等の方策が考えられる。
【０００８】
しかしながら、そのような方策では、磁気粘性流体の充填作業を煩雑にし、製造コストの点で不利になるという問題がある。また、特に磁性粒子がナノサイズの磁化可能な金属ナノ粒子からなる場合には、数十μｍ程度の隙間にすることが可能になるが、このようなレベルの隙間では、前記方策を採用したとしても、磁気粘性流体が隙間全体に確実に充填されるとは限らず、デバイスの量産時に特性ばらつきを生む虞がある。
【０００９】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、磁気粘性流体を用いる磁気粘性流体デバイスにおいて、その製造時に、磁気粘性流体をアウタ部材とインナ部材との隙間に容易にかつ確実に充填できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するために、この発明では、内部空間を有するアウタ部材と、前記アウタ部材の内部空間に、該アウタ部材の内面に対し所定の隙間をあけて配設され、該アウタ部材に対し相対移動可能に構成されたインナ部材と、前記隙間に充填された磁気粘性流体と、前記磁気粘性流体に対し磁場を与えることによって、該磁気粘性流体の粘度を変化させる磁場生成手段と、を備えた磁気粘性流体デバイスを対象として、前記アウタ部材の内面には、前記磁気粘性流体デバイスの製造時に、前記磁気粘性流体を前記アウタ部材の外側から前記隙間に流入させるための流入口が開口しており、前記アウタ部材及びインナ部材の少なくとも一方には、該インナ部材のアウタ部材に対する相対移動に伴って、前記流入口より流入した磁気粘性流体を、前記隙間において該流入口から離れる方向へ流動するように案内する凹溝部が形成されている構成とした。
【００１１】
前記の構成により、磁気粘性流体デバイスの製造時における磁気粘性流体の充填時に、インナ部材をアウタ部材に対して相対移動させることで、その磁気粘性流体の充填が容易になる。すなわち、アウタ部材及びインナ部材の少なくとも一方に形成された凹溝部が、インナ部材のアウタ部材に対する相対移動に伴って、流入口より流入した磁気粘性流体を、アウタ部材とインナ部材との隙間において流入口から離れる方向へ流動するように案内するので、磁気粘性流体は前記隙間の流入口とは反対の奥側へと押し込まれて該隙間の隅々にまで行き渡るようになる。この結果、磁気粘性流体の充填工程の作業を簡略化して製造コストの低減が図られるとともに、磁気粘性流体デバイスの特性のばらつきが生じることも回避される。また、磁場生成手段により磁気粘性流体に対し磁場を付与したときに、凹溝部により、磁気粘性流体のせん断流れや圧力流れに対する抗力が向上するという効果も得られる。
【００１２】
ここで、磁気粘性流体デバイスの製造時における前記相対移動は、製造後のデバイスの動作と同じ相対移動であってもよく、製造後のデバイスの動作とは無関係な、デバイス製造時特有の相対移動であってもよい。或いは、その両方の相対移動であってもよい。例えば、シリンダ（アウタ部材）及びピストン（インナ部材）を含むダンパーの製造後の動作は、ピストンがシリンダの軸心方向に相対移動することであるが、ダンパーの製造時において磁気粘性流体をシリンダ内に充填させる際には、このような相対移動に限らず、ピストンをシリンダに対して該シリンダの軸心回りに相対回転させるようにしてもよい。或いは、ピストンをシリンダに対して、シリンダの軸心方向に相対移動させながらシリンダの軸心回りに相対回転させるようにしてもよい。
【００１３】
前記磁気粘性流体デバイスにおいては、前記アウタ部材は、筒状の周壁部と、該周壁部の筒軸方向両側の開口をそれぞれ閉塞する２つの端壁部とからなり、前記周壁部の内周面における筒軸方向の少なくとも１箇所に、全周に亘って径方向内側に突出する突出部が形成され、前記インナ部材は、前記筒軸と同軸の軸心を有していて、該軸心回りに、前記アウタ部材に対して相対回転可能に構成されているとともに、前記周壁部における前記突出部を含む内周面及び前記両端壁部の内面に対し、それぞれ前記所定の隙間をあけて対向する外周面及び２つの端面を有し、前記流入口は、前記両端壁部のうち少なくとも一方の端壁部の内面における前記筒軸の近傍に開口しており、前記凹溝部は、前記アウタ部材及びインナ部材の少なくとも一方において径方向に延びる面に形成されていて、該インナ部材のアウタ部材に対する前記相対回転に伴って、前記流入口より流入した磁気粘性流体を、径方向の外側又は内側へ流動するように案内するものである、としてもよい。
【００１４】
すなわち、流入口より流入した磁気粘性流体は、アウタ部材とインナ部材との間の隙間において径方向外側及び内側への流動を繰り返して、筒軸方向における流入口とは反対の奥側へと流動していく。その磁気粘性流体の径方向外側及び内側への流動を凹溝部によって促進することができる。したがって、磁気粘性流体を前記隙間に容易にかつ確実に充填できるようになる。また、前記の構成により、ブレーキに適した磁気粘性流体デバイスが得られる。
【００１５】
前記のブレーキに適した磁気粘性流体デバイスにおいては、前記凹溝部は、前記アウタ部材における前記流入口が開口する端壁部の内面及び前記インナ部材における該端壁部の内面と対向する端面の少なくとも一方に形成されていて、該インナ部材のアウタ部材に対する前記相対回転に伴って、前記流入口より流入した磁気粘性流体を、径方向の外側へ流動するように案内するものである、としてもよい。
【００１６】
このことにより、流入口より流入した直後の磁気粘性流体を、径方向の外側へ流動させることができ、アウタ部材とインナ部材との隙間の奥側へと押し込むことができる。このように流入口より流入した直後の磁気粘性流体を隙間の奥側へと押し込むことで、磁気粘性流体は隙間の奥側へと流動して隙間全体に充填される。
【００１７】
さらに、前記凹溝部は、前記インナ部材における、前記流入口が開口する端壁部の内面と対向する端面に、周方向に所定間隔をあけて複数形成されており、前記各凹溝部は、前記インナ部材の前記端面において径方向内側から外側に向かって該インナ部材の回転方向と反対側へ曲がるように湾曲した状態で径方向に延びていることが好ましい。
【００１８】
これにより、流入口より流入した直後の磁気粘性流体を、径方向の外側へ容易に流動させることができるようになる。
【００１９】
前記磁気粘性流体は、ナノサイズの磁化可能な金属ナノ粒子からなる磁性粒子と、該磁性粒子を分散させる分散媒とを含有するものとしてもよい。ここでいう金属ナノ粒子とは、平均粒子径が１ｎｍないし９００ｎｍ程度である金属粒子をいう。
【００２０】
すなわち、金属ナノ粒子を用いれば、アウタ部材とインナ部材との隙間を狭くすることが可能になるが、隙間を狭くすると磁気粘性流体の充填が一層困難になる。しかし、本発明では、アウタ部材とインナ部材との隙間が狭くても、凹溝部によって、磁気粘性流体を該隙間全体に容易に充填することができる。よって、本発明の作用効果を有効に発揮させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明の磁気粘性流体デバイスによると、アウタ部材及びインナ部材の少なくとも一方に、該インナ部材のアウタ部材に対する相対移動に伴って、流入口より流入した磁気粘性流体を、アウタ部材とインナ部材との隙間において該流入口から離れる方向へ流動するように案内する凹溝部を形成したことにより、磁気粘性流体デバイスの製造時に、磁気粘性流体をアウタ部材とインナ部材との隙間に容易にかつ確実に充填できるようになり、その結果、デバイス量産時に、製造コストの低減を図ることができるとともに、デバイス特性のばらつきを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る磁気粘性流体デバイスとしてのブレーキの概略構成を示す断面図である。
【図２】インナ部材の斜視図である。
【図３】ブレーキの変形例を示す図１相当図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２４】
図１は、本発明の実施形態に係る磁気粘性流体デバイスとしてのブレーキ１の概略構成を示す。本実施形態では、ブレーキ１によって制動力が付与される後述の回転軸部材５が上下方向に延びるように、ブレーキ１が配置されているものとするが、ブレーキ１の配置はこれに限られず、例えば回転軸部材５が水平に延びるようにブレーキ１を配置してもよい。尚、以下、図１における上側を上とし、下側を下として、ブレーキ１の詳細を説明する。
【００２５】
ブレーキ１は、密閉状とされる内部空間を有するアウタ部材２と、このアウタ部材の内部空間に配設されるインナ部材３と備えている。
【００２６】
前記アウタ部材２は、上下方向に延びる筒軸（中心軸）Ｚを有する円筒状の周壁部２１と、この周壁部２１の筒軸Ｚ方向（上下方向）両側の開口をそれぞれ閉塞する上端壁部２２及び下端壁部２３とからなる、容器状の部材である。上端壁部２２の中心部には、支持部２２１が上方に突出するように形成され、この支持部２２１内には、インナ部材３と一体回転する回転軸部材５の上端部を回転可能に支持する軸受２２２が取り付けられているとともに、後述の磁気粘性流体４が軸受２２２側に漏れないようにするためのシール部材２２３が配設されている。一方、下端壁部２３の中心部には、回転軸部材５が貫通する貫通孔２３１が形成され、この貫通孔２３１に、回転軸部材５の長さ方向中間部を回転可能に支持する軸受２３２と、アウタ部材２内を密閉状にシールするためのシール部材２３３とがそれぞれ配設されている。
【００２７】
アウタ部材２の周壁部２１の内周面における筒軸Ｚ方向の複数箇所（本実施形態では、３箇所）には、それぞれリング状のディスク２１１が周壁部２１と一体となるように設けられている。これらディスク２１１は、周壁部２１の内周面に形成された、全周に亘って径方向内側に突出する突出部を構成するものである。３つのディスク２１１は、同じ形状をなしていて、周壁部２１の内周面における上下方向の中間位置において、上端壁部２２の内面（下面）と下端壁部２３の内面（上面）との間を上下方向に４等分するように配設されている。各ディスク２１１の厚み（上下方向の長さ）は一定であり、その上面及び下面は水平かつ径方向に延びている。
【００２８】
前記インナ部材３は、アウタ部材２の内部空間に、アウタ部材２の内面に対し所定の隙間をあけて配設されている。本実施形態では、インナ部材３は、前記筒軸Ｚと同軸の軸心を有していて、該軸心回りに、アウタ部材２に対して相対回転可能に構成されているとともに、前記周壁部２１における前記ディスク２１１を含む内周面並びに上端壁部２２及び下端壁部２３の下面に対し、それぞれ所定の隙間をあけて対向する外周面３１並びに上端面３２及び下端面３３を有している。
【００２９】
具体的には、インナ部材３の軸心部には、前記回転軸部材５が回転一体に固定されており、この回転軸部材５が、前記の如く軸受２２２，２３２によって回転可能に支持されていることで、インナ部材３が、該インナ部材３の軸心（筒軸Ｚ）回りにアウタ部材２に対し相対回転するようになっている。尚、本実施形態では、回転軸部材５はモータ等の駆動手段によって回転駆動されるが、回転軸部材５とその駆動手段との連結を切り離すことが可能であり、この切離し状態で、回転している回転軸部材５に対して制動力を付与して回転軸部材５を停止させるべく、本実施形態のブレーキ１が構成されている。
【００３０】
インナ部材３の外周面３１には、前記周壁部２１における前記ディスク２１１を含む内周面に対し所定の隙間があくように、アウタ部材２のディスク２１１がない部分に向けて径方向外側に突出する４つのディスク３１１が一体に設けられている。すなわち、これらディスク３１１の外周面は、前記周壁部２１における前記ディスク２１１のない部分と径方向に対向し、ディスク２１１の内周面は、インナ部材３の外周面３１におけるディスク３１１のない部分と径方向に対向している。また、各ディスク２１１の上面は、その上側に位置するディスク３１１の下面と筒軸Ｚ方向に対向し、各ディスク２１１の下面は、その下側に位置するディスク３１１の上面と筒軸Ｚ方向に対向している。さらに、最上部のディスク３１１の上面は、インナ部材３の上端面３２を構成していて、アウタ部材２の上端壁部２２の下面と筒軸Ｚ方向に対向している。さらにまた、最下部のディスク３１１の下面は、インナ部材３の下端面３３を構成していて、アウタ部材２の下端壁部２３の上面と筒軸Ｚ方向に対向している。これら対向部分の隙間は一定であり、本実施形態では、数十μｍ程度の隙間に設定されている。尚、図例では理解容易のために、隙間の大きさを誇張して描いている。また、図１に示すブレーキ１は概略的に描いており、例えばインナ部材３をアウタ部材２内に配設する上で必要となる具体的構成等については、図示を省略している。そうした構成は、適宜、公知の構成を採用することが可能である。
【００３１】
アウタ部材２とインナ部材３との隙間には、磁気粘性流体４が充填されている。この磁気粘性流体４は、磁性粒子を分散媒に分散させてなる液体であり、本実施形態では、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。この磁性粒子は、磁化可能な金属材料からなる。この金属材料としては特に制限はないが、軟磁性材料が好ましい。軟磁性材料としては、鉄、コバルト、ニッケル及びパーマロイ等の合金を例示することができる。金属ナノ粒子の平均粒子径は、１ｎｍないし９００ｎｍ程度であるが、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。これは、平均粒子径が小さすぎると、磁気粘性効果（ＭＲ効果）が十分に得られなくなる一方、大きくなりすぎると、磁性粒子が分散媒中において沈降し易くなって、磁性粒子の分散媒に対する分散性が悪化するからである。より好ましい平均粒子径は、７０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。平均粒子径が７０ｎｍ以上であるときには、高いＭＲ効果が得られるとともに、平均粒子径が２００ｎｍ以下であるときには、磁気粘性流体４の沈降性の悪化を良好に回避することができる。尚、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よい。
【００３２】
前記金属ナノ粒子を生成する手法としては、例えば液相法や気相法といった、種々の公知の手法を採用することが可能であるが、気相法が特に好ましい。気相法としては、高周波プラズマ法やアークプラズマ法、レーザーアブレーション法を具体例として挙げることができる。
【００３３】
前記分散媒は、特に限定されるものではないが、一例としてシリコーンオイルやフッ素系オイル等の疎水性の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、磁性粒子にカップリング剤による表面改質を施したり、磁性粒子の表面を炭素被膜で覆ったりすることが好ましい。
【００３４】
磁気粘性流体４における磁性粒子の配合量は、例えば３〜４０vol％とすればよい。
【００３５】
磁気粘性流体４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。
【００３６】
前記インナ部材３の内部における回転軸部材５の外周側には、前記磁気粘性流体４に対し磁場を与えることによって、該磁気粘性流体４の粘度を変化させる磁場生成手段としてのコイル３４が配設されている。このコイル３４に対して電流を供給する（その供給源の図示は省略する）ことによって、前記隙間に充填された磁気粘性流体４に対して磁場が与えられる。これにより、磁気粘性流体４は、その粘度が高くなって、せん断流れに対して抗力を示すようになり、回転しているインナ部材３及び回転軸部材５に制動力が付与されることになる。本実施形態では、後述の凹溝部３５によって、磁気粘性流体４のせん断流れに対する抗力が向上して、制動力を高めることができる。
【００３７】
前記アウタ部材２の上端壁部２２における前記筒軸Ｚの近傍には、ブレーキ１の製造時に、前記磁気粘性流体４をアウタ部材２の外側から前記隙間に流入させて充填するための流入口２５が形成されている。本実施形態では、流入口２５全体が、支持部２２１を避けるために、支持部２２１の径方向外側に形成されているが、流入口２５における上端壁部２２下面側の開口を、筒軸Ｚに出来る限り近付けるべく、その開口の一部が支持部２２１に位置していてもよい。一方、流入口２５における上端壁部２２上面側の開口は、前記筒軸Ｚの近傍にある必要はなく、上端壁部２２の下面における前記筒軸Ｚの近傍に開口するように流入口２５が形成されていればよい。
【００３８】
また、アウタ部材２の下端壁部２３（流入口２５とは反対側の端壁部）における筒軸Ｚの近傍には、前記流入口２５より磁気粘性流体４を流入させるときに、前記隙間内の空気を抜くための空気抜き孔２７が形成されている。前記流入口２５及び空気抜き孔２７は、前記磁気粘性流体４の充填後に、封止栓２６，２８によってそれぞれ封止されることで、アウタ部材２の内部空間が密閉状とされるとともに、磁気粘性流体４がアウタ部材２内に封入されることになる。
【００３９】
図２に示すように、前記インナ部材３の上端面３２（流入口２５が開口する上端壁部２２の下面と対向する端面）には、周方向に所定間隔をあけて複数（図２の例では、４つ）の凹溝部３５が形成されている。これら凹溝部３５は、インナ部材３の上端面３２において径方向内側から外側に向かって該インナ部材３の回転方向（図２の矢印参照）と反対側へ曲がるように湾曲した状態で径方向に延びている。図２の例では、各凹溝部３５は、上端面３２における内周縁（回転軸部材５の外周面）よりも僅かに径方向外側の部分から径方向に延びて外周縁にまで達しているが、外周縁にまで達していなくてもよい。或いは、各凹溝部３５は、上端面３２における内周縁から外周縁まで延びていてもよい。
【００４０】
前記凹溝部３５は、上端面３２と平行な底面と、この底面の溝幅方向両側端から底面と垂直にそれぞれ上側へ延びる２つの互いに平行な側面とで構成されており、凹溝部３５の断面は略矩形状をなしている。このような凹溝部３５は、ディスク３１１を含むインナ部材３が金属からなる場合には、エッチングにより容易に形成することができる。勿論、機械加工で凹溝部３５を形成することも可能である。尚、凹溝部３５の断面形状は、磁気粘性流体４を後述の如く流動させることができるのであれば、どのような形状であってもよく、凹溝部３５の深さや数も、その流動性を考慮して適宜設定すればよい。
【００４１】
前記凹溝部３５は、インナ部材３のアウタ部材２に対する前記相対回転に伴って、前記流入口２５より流入した磁気粘性流体４を、径方向の外側（流入口２５から離れる方向）へ流動するように案内するものである。すなわち、ブレーキ１の製造時に、アウタ部材２内にインナ部材３を組み込んだ上で、そのアウタ部材２とインナ部材３との隙間に、流入口２５を介して磁気粘性流体４を流入させて充填する必要がある。このとき、前記空気抜き孔２７は開放状態にあり、隙間内の空気は、充填される磁気粘性流体４に押されて空気抜き孔２７より抜けるようになっているが、前述の如く隙間が狭いために、磁気粘性流体４が前記隙間の奥側へ入り込み難くなっている。そこで、磁気粘性流体４の充填時に、インナ部材３を、その軸心回りに、アウタ部材２に対して相対回転させる。これにより、凹溝部３５が、流入口２５より流入した、上端面３２上に位置する磁気粘性流体４を、径方向外側へ流動するように案内する。この凹溝部３５に案内されて上端面３２の外周縁まで流れてきた磁気粘性流体４は、次々と凹溝部３５により案内されて流れてくる磁気粘性流体４により押されながら、今度は、インナ部材３において最上部のディスク３１１の下面とアウタ部材２において最上部のディスク２１１の上面との隙間を径方向内側へと流れ、その後に、アウタ部材２において最上部のディスク２１１の下面とインナ部材３において上から２番目のディスク３１１の上面との隙間を径方向外側へと流れ、これを繰り返して、前記隙間において流入口２５から離れる方向（流入口２５とは反対の奥側）へと流動していく。こうして、磁気粘性流体４は、最終的に、インナ部材３の下端面３３とアウタ部材２の下端壁部２３の上面との隙間へと流れ、やがて、隙間全体に充填されることになる。
【００４２】
ここで、磁気粘性流体４の充填に際して、磁気粘性流体４の温度を高めてその粘度を低下させるようにしてもよいし、空気抜き孔２７を介して真空引きして、アウタ部材２内を真空にするようにしてもよい。但し、本実施形態のような凹溝部３５を設けて、インナ部材３をアウタ部材２に対して相対回転させながら磁気粘性流体４を充填すれば、磁気粘性流体４の温度を高めたり真空引きを行ったりしなくても、狭い隙間に磁気粘性流体４を容易に充填することができるようになる。
【００４３】
したがって、本実施形態では、製造コストを低減することができるとともに、磁気粘性流体４をアウタ部材２とインナ部材３との隙間全体に確実に充填して、ブレーキ１の特性ばらつきを抑制することができる。これは特に、当該ブレーキ１のように、隙間の狭いデバイスにおいて有効である。
【００４４】
図３は、ブレーキ１の変形例を示している。この変形例では、インナ部材３に凹溝部３５を設ける代わりに、アウタ部材２に凹溝部２４を設けている。尚、図３に示すブレーキ１において、図１に示すブレーキ１と同じ構成については、同じ符号を付して適宜説明を省略する。
【００４５】
このブレーキ１では、凹溝部２４は、アウタ部材２の上端壁部２２の下面に形成されている。その詳細な図示は省略するが、凹溝部２４は、図１に示すブレーキ１と同様に、複数（例えば４つ）配設されており、複数の凹溝部２４は、周方向に互いに等間隔をあけて配設されている。また、凹溝部２４は、前記凹溝部３５と同様の断面形状を有していて、上端壁部２２の下面において径方向内側から外側に向かってインナ部材３の回転方向と反対側へ曲がるように湾曲した状態で径方向に延びている。尚、流入口２５は、前記複数の凹溝部２４のうちの相隣接する２つの凹溝部２４間に形成される。
【００４６】
この構成においても、磁気粘性流体４をアウタ部材２とインナ部材３との隙間に充填する際には、インナ部材３をアウタ部材２に対して相対回転させる。この相対回転に伴い、流入口２５を通じてアウタ部材２内に流入した磁気粘性流体４は、インナ部材３の上端面３２上において径方向の外側に向かって流動するようになり、これにより、磁気粘性流体４を前記隙間全体に容易に充填することができるようになる。尚、アウタ部材２の上端壁部２２の下面とインナ部材３の上端面３２との双方に凹溝部を設けるようにしてもよい。
【００４７】
ブレーキ１において凹溝部を形成する位置は、インナ部材３の上端面３２（図１及び図２参照）や、アウタ部材２の上端壁部２２の下面（図３参照）に限定されるものではなく、アウタ部材２及びインナ部材３の少なくとも一方において径方向に延びる面（アウタ部材２におけるディスク２１１の上面及び下面、アウタ部材２における上端壁部２２の下面及び下端壁部２３の上面、インナ部材３におけるディスク３１１の上面及び下面）に形成すればよい。この場合の凹溝部は、磁気粘性流体４を、径方向の外側又は内側へ流動するように案内する形状にすればよい。磁気粘性流体４を外側へ流動させるか、又は内側へ流動させるかは、凹溝部を形成する位置やインナ部材３の回転の向きにより異なるが、例えばインナ部材３において最上部のディスク３１１の上面（つまりインナ部材３の上端面３２）に、磁気粘性流体４を径方向外側へ流動させる凹溝部（前記凹溝部３５と同じ）を形成し、最上部のディスク３１１の下面に、磁気粘性流体４を径方向内側へ流動させる凹溝部（径方向内側から外側に向かってインナ部材３の回転方向へ曲がるように湾曲する凹溝部）を形成しておいて、インナ部材３をアウタ部材２に対して相対回転させれば、磁気粘性流体４を、最上部のディスク３１１の上側では径方向外側へ、下側では径方向内側へとそれぞれ流動させることができる。また、最上部のディスク３１１の上下面に限らず、全てのディスク３１１の上下面についてこのようにすれば、アウタ部材２とインナ部材３との隙間において流入口２５に面する最上部から空気抜き孔２７に面する最下部まで、磁気粘性流体４を流入口２５から離れる方向へ流動するように案内することができる。
【００４８】
また、磁気粘性流体４をアウタ部材２とインナ部材３との隙間に流入させるための流入口２５の形成位置は、アウタ部材２の上端壁部２２に限定されるものではなく、下端壁部２３に形成してもよい。この場合、空気抜き孔２７は、アウタ部材２とインナ部材３との隙間において流入口２５とは反対の最奥部ないしその近傍に連通するように、上端壁部２２に形成すればよく、凹溝部２４は、インナ部材３の下端面３３や、アウタ部材２の下端壁部２３の上面等に形成すればよい。或いは、流入口２５を、上端壁部２２及び下端壁部２３の両方に形成して、その両方の流入口２５から同時に磁気粘性流体４を前記隙間に流入させるようにしてもよい。この場合、空気抜き孔２７は、アウタ部材２の周壁部２１の上下方向中央位置に形成すればよく、凹溝部２４は、インナ部材３の上端面３２及び下端面３３や、アウタ部材２の上端壁部２２の下面及び下端壁部２３の上面等に形成すればよい。
【００４９】
また、ブレーキ１の構成は、前記の構成に限らず、適宜変更することが可能である。例えばディスク２１１，３１１の枚数等は、図例には限定されず、ディスク２１１は少なくとも１つあればよい。
【００５０】
さらに、本発明は、ブレーキ１への適用に限定されず、クラッチ、防振装置や制振装置のダンパー等のような、アウタ部材と該アウタ部材に対して相対移動可能なインナ部材とを含む、各種の磁気粘性流体デバイスに広く適用することが可能である。すなわち、アウタ部材及びインナ部材の少なくとも一方に、該インナ部材のアウタ部材に対する相対移動に伴って、流入口より流入した磁気粘性流体を、アウタ部材とインナ部材との隙間において該流入口から離れる方向へ流動するように案内する凹溝部を形成すればよい。磁気粘性流体デバイスの製造時における前記相対移動は、製造後のデバイスの動作と同じ相対移動であってもよく、製造後のデバイスの動作とは無関係な、デバイス製造時特有の相対移動であってもよい。或いは、その両方の相対移動であってもよい。凹溝部の配置やその形状は、アウタ部材及びインナ部材の形状、インナ部材のアウタ部材に対する相対移動の方向、流入口の位置等を勘案して、適宜設定すればよい。
【００５１】
さらにまた、磁気粘性流体４は、ナノサイズの金属ナノ粒子からなる磁性粒子を含むものには限定されず、ナノサイズよりも大きい金属粒子からなる磁性粒子を含むものであってもよい。但し、磁気粘性流体デバイスの小型化を図る観点からは、金属ナノ粒子からなる磁性粒子を含む磁気粘性流体を用いることが好ましく、また、本発明は、このような磁気粘性流体を用いるデバイスに特に有効なものとなる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、磁気粘性流体を利用した各種のデバイスに有用であり、特に磁気粘性流体の磁性粒子がナノサイズの磁化可能な金属ナノ粒子からなる場合に有用である。
【符号の説明】
【００５３】
１ ブレーキ（磁気粘性流体デバイス）
２ アウタ部材
３ インナ部材
４ 磁気粘性流体
２１ 周壁部
２２ 上端壁部
２３ 下端壁部
２４ 凹溝部
２５ 流入口
３４ コイル（磁場生成手段）
３５ 凹溝部
２２１ ディスク（突出部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気粘性流体を利用する磁気粘性流体デバイスに関する技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、磁気粘性流体は、磁化可能な金属粒子からなる磁性粒子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。その内部応力の増大により磁気粘性流体は、剛体のように機能してせん断流れや圧力流れに対して抗力を示すようになる。このような磁気粘性流体は、ブレーキ、クラッチ、防振装置や制振装置のダンパといった、機械的に作動する各種のデバイスに利用されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
前記磁気粘性流体を利用する磁気粘性流体デバイスの例として、内部空間を有するアウタ部材と、このアウタ部材の内部空間に、アウタ部材の内面に対し所定の隙間をあけて配設され、アウタ部材に対し相対移動可能に構成されたインナ部材とを備えたものがあり、前記隙間に磁気粘性流体が充填されている。そして、この磁気粘性流体に対して磁場を与えることによって、磁気粘性流体の粘度を変化させ、これにより、インナ部材のアウタ部材に対する相対変位特性を変化させるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００６−５０５９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記のような磁気粘性流体デバイスでは、小型化したいという要求が存在する。この要求を満足させるためには、アウタ部材とインナ部材との隙間を、出来る限り狭くする必要がある。
【０００６】
ところが、アウタ部材とインナ部材との隙間を狭くすると、デバイスの製造時に、その隙間に磁気粘性流体を充填させることが困難になる。すなわち、デバイスの製造時、アウタ部材内にインナ部材を組み込んだ上で、アウタ部材に設けた流入口を介して磁気粘性流体をアウタ部材の外側から前記隙間に流入させる。このとき、その隙間が狭くなるほど、磁気粘性流体を充填することが困難になる。
【０００７】
そこで、例えば磁気粘性流体を高温にして粘度を低下させた状態で、かつ、アウタ部材内を真空状態にした上で、磁気粘性流体をアウタ部材内に流し入れる等の方策が考えられる。
【０００８】
しかしながら、そのような方策では、磁気粘性流体の充填作業を煩雑にし、製造コストの点で不利になるという問題がある。また、特に磁性粒子がナノサイズの磁化可能な金属ナノ粒子からなる場合には、数十μｍ程度の隙間にすることが可能になるが、このようなレベルの隙間では、前記方策を採用したとしても、磁気粘性流体が隙間全体に確実に充填されるとは限らず、デバイスの量産時に特性ばらつきを生む虞がある。
【０００９】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、磁気粘性流体を用いる磁気粘性流体デバイスにおいて、その製造時に、磁気粘性流体をアウタ部材とインナ部材との隙間に容易にかつ確実に充填できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するために、この発明では、内部空間を有するアウタ部材と、前記アウタ部材の内部空間に、該アウタ部材の内面に対し所定の隙間をあけて配設され、該アウタ部材に対し相対移動可能に構成されたインナ部材と、前記隙間に充填された磁気粘性流体と、前記磁気粘性流体に対し磁場を与えることによって、該磁気粘性流体の粘度を変化させる磁場生成手段と、を備えた磁気粘性流体デバイスを対象として、前記アウタ部材の内面には、前記磁気粘性流体デバイスの製造時に、前記磁気粘性流体を前記アウタ部材の外側から前記隙間に流入させるための流入口が開口しており、前記アウタ部材及びインナ部材の少なくとも一方には、該インナ部材のアウタ部材に対する相対移動に伴って、前記流入口より流入した磁気粘性流体を、前記隙間において該流入口から離れる方向へ流動するように案内する凹溝部が形成されている構成とした。
【００１１】
前記の構成により、磁気粘性流体デバイスの製造時における磁気粘性流体の充填時に、インナ部材をアウタ部材に対して相対移動させることで、その磁気粘性流体の充填が容易になる。すなわち、アウタ部材及びインナ部材の少なくとも一方に形成された凹溝部が、インナ部材のアウタ部材に対する相対移動に伴って、流入口より流入した磁気粘性流体を、アウタ部材とインナ部材との隙間において流入口から離れる方向へ流動するように案内するので、磁気粘性流体は前記隙間の流入口とは反対の奥側へと押し込まれて該隙間の隅々にまで行き渡るようになる。この結果、磁気粘性流体の充填工程の作業を簡略化して製造コストの低減が図られるとともに、磁気粘性流体デバイスの特性のばらつきが生じることも回避される。また、磁場生成手段により磁気粘性流体に対し磁場を付与したときに、凹溝部により、磁気粘性流体のせん断流れや圧力流れに対する抗力が向上するという効果も得られる。
【００１２】
ここで、磁気粘性流体デバイスの製造時における前記相対移動は、製造後のデバイスの動作と同じ相対移動であってもよく、製造後のデバイスの動作とは無関係な、デバイス製造時特有の相対移動であってもよい。或いは、その両方の相対移動であってもよい。例えば、シリンダ（アウタ部材）及びピストン（インナ部材）を含むダンパーの製造後の動作は、ピストンがシリンダの軸心方向に相対移動することであるが、ダンパーの製造時において磁気粘性流体をシリンダ内に充填させる際には、このような相対移動に限らず、ピストンをシリンダに対して該シリンダの軸心回りに相対回転させるようにしてもよい。或いは、ピストンをシリンダに対して、シリンダの軸心方向に相対移動させながらシリンダの軸心回りに相対回転させるようにしてもよい。
【００１３】
前記磁気粘性流体デバイスにおいては、前記アウタ部材は、筒状の周壁部と、該周壁部の筒軸方向両側の開口をそれぞれ閉塞する２つの端壁部とからなり、前記周壁部の内周面における筒軸方向の少なくとも１箇所に、全周に亘って径方向内側に突出する突出部が形成され、前記インナ部材は、前記筒軸と同軸の軸心を有していて、該軸心回りに、前記アウタ部材に対して相対回転可能に構成されているとともに、前記周壁部における前記突出部を含む内周面及び前記両端壁部の内面に対し、それぞれ前記所定の隙間をあけて対向する外周面及び２つの端面を有し、前記流入口は、前記両端壁部のうち少なくとも一方の端壁部の内面における前記筒軸の近傍に開口しており、前記凹溝部は、前記アウタ部材及びインナ部材の少なくとも一方において径方向に延びる面に形成されていて、該インナ部材のアウタ部材に対する前記相対回転に伴って、前記流入口より流入した磁気粘性流体を、径方向の外側又は内側へ流動するように案内するものである、としてもよい。
【００１４】
すなわち、流入口より流入した磁気粘性流体は、アウタ部材とインナ部材との間の隙間において径方向外側及び内側への流動を繰り返して、筒軸方向における流入口とは反対の奥側へと流動していく。その磁気粘性流体の径方向外側及び内側への流動を凹溝部によって促進することができる。したがって、磁気粘性流体を前記隙間に容易にかつ確実に充填できるようになる。また、前記の構成により、ブレーキに適した磁気粘性流体デバイスが得られる。
【００１５】
前記のブレーキに適した磁気粘性流体デバイスにおいては、前記凹溝部は、前記アウタ部材における前記流入口が開口する端壁部の内面及び前記インナ部材における該端壁部の内面と対向する端面の少なくとも一方に形成されていて、該インナ部材のアウタ部材に対する前記相対回転に伴って、前記流入口より流入した磁気粘性流体を、径方向の外側へ流動するように案内するものである、としてもよい。
【００１６】
このことにより、流入口より流入した直後の磁気粘性流体を、径方向の外側へ流動させることができ、アウタ部材とインナ部材との隙間の奥側へと押し込むことができる。このように流入口より流入した直後の磁気粘性流体を隙間の奥側へと押し込むことで、磁気粘性流体は隙間の奥側へと流動して隙間全体に充填される。
【００１７】
さらに、前記凹溝部は、前記インナ部材における、前記流入口が開口する端壁部の内面と対向する端面に、周方向に所定間隔をあけて複数形成されており、前記各凹溝部は、前記インナ部材の前記端面において径方向内側から外側に向かって該インナ部材の回転方向と反対側へ曲がるように湾曲した状態で径方向に延びていることが好ましい。
【００１８】
これにより、流入口より流入した直後の磁気粘性流体を、径方向の外側へ容易に流動させることができるようになる。
【００１９】
前記磁気粘性流体は、ナノサイズの磁化可能な金属ナノ粒子からなる磁性粒子と、該磁性粒子を分散させる分散媒とを含有するものとしてもよい。ここでいう金属ナノ粒子とは、平均粒子径が１ｎｍないし９００ｎｍ程度である金属粒子をいう。
【００２０】
すなわち、金属ナノ粒子を用いれば、アウタ部材とインナ部材との隙間を狭くすることが可能になるが、隙間を狭くすると磁気粘性流体の充填が一層困難になる。しかし、本発明では、アウタ部材とインナ部材との隙間が狭くても、凹溝部によって、磁気粘性流体を該隙間全体に容易に充填することができる。よって、本発明の作用効果を有効に発揮させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明の磁気粘性流体デバイスによると、アウタ部材及びインナ部材の少なくとも一方に、該インナ部材のアウタ部材に対する相対移動に伴って、流入口より流入した磁気粘性流体を、アウタ部材とインナ部材との隙間において該流入口から離れる方向へ流動するように案内する凹溝部を形成したことにより、磁気粘性流体デバイスの製造時に、磁気粘性流体をアウタ部材とインナ部材との隙間に容易にかつ確実に充填できるようになり、その結果、デバイス量産時に、製造コストの低減を図ることができるとともに、デバイス特性のばらつきを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る磁気粘性流体デバイスとしてのブレーキの概略構成を示す断面図である。
【図２】インナ部材の斜視図である。
【図３】ブレーキの変形例を示す図１相当図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２４】
図１は、本発明の実施形態に係る磁気粘性流体デバイスとしてのブレーキ１の概略構成を示す。本実施形態では、ブレーキ１によって制動力が付与される後述の回転軸部材５が上下方向に延びるように、ブレーキ１が配置されているものとするが、ブレーキ１の配置はこれに限られず、例えば回転軸部材５が水平に延びるようにブレーキ１を配置してもよい。尚、以下、図１における上側を上とし、下側を下として、ブレーキ１の詳細を説明する。
【００２５】
ブレーキ１は、密閉状とされる内部空間を有するアウタ部材２と、このアウタ部材の内部空間に配設されるインナ部材３と備えている。
【００２６】
前記アウタ部材２は、上下方向に延びる筒軸（中心軸）Ｚを有する円筒状の周壁部２１と、この周壁部２１の筒軸Ｚ方向（上下方向）両側の開口をそれぞれ閉塞する上端壁部２２及び下端壁部２３とからなる、容器状の部材である。上端壁部２２の中心部には、支持部２２１が上方に突出するように形成され、この支持部２２１内には、インナ部材３と一体回転する回転軸部材５の上端部を回転可能に支持する軸受２２２が取り付けられているとともに、後述の磁気粘性流体４が軸受２２２側に漏れないようにするためのシール部材２２３が配設されている。一方、下端壁部２３の中心部には、回転軸部材５が貫通する貫通孔２３１が形成され、この貫通孔２３１に、回転軸部材５の長さ方向中間部を回転可能に支持する軸受２３２と、アウタ部材２内を密閉状にシールするためのシール部材２３３とがそれぞれ配設されている。
【００２７】
アウタ部材２の周壁部２１の内周面における筒軸Ｚ方向の複数箇所（本実施形態では、３箇所）には、それぞれリング状のディスク２１１が周壁部２１と一体となるように設けられている。これらディスク２１１は、周壁部２１の内周面に形成された、全周に亘って径方向内側に突出する突出部を構成するものである。３つのディスク２１１は、同じ形状をなしていて、周壁部２１の内周面における上下方向の中間位置において、上端壁部２２の内面（下面）と下端壁部２３の内面（上面）との間を上下方向に４等分するように配設されている。各ディスク２１１の厚み（上下方向の長さ）は一定であり、その上面及び下面は水平かつ径方向に延びている。
【００２８】
前記インナ部材３は、アウタ部材２の内部空間に、アウタ部材２の内面に対し所定の隙間をあけて配設されている。本実施形態では、インナ部材３は、前記筒軸Ｚと同軸の軸心を有していて、該軸心回りに、アウタ部材２に対して相対回転可能に構成されているとともに、前記周壁部２１における前記ディスク２１１を含む内周面並びに上端壁部２２及び下端壁部２３の下面に対し、それぞれ所定の隙間をあけて対向する外周面３１並びに上端面３２及び下端面３３を有している。
【００２９】
具体的には、インナ部材３の軸心部には、前記回転軸部材５が回転一体に固定されており、この回転軸部材５が、前記の如く軸受２２２，２３２によって回転可能に支持されていることで、インナ部材３が、該インナ部材３の軸心（筒軸Ｚ）回りにアウタ部材２に対し相対回転するようになっている。尚、本実施形態では、回転軸部材５はモータ等の駆動手段によって回転駆動されるが、回転軸部材５とその駆動手段との連結を切り離すことが可能であり、この切離し状態で、回転している回転軸部材５に対して制動力を付与して回転軸部材５を停止させるべく、本実施形態のブレーキ１が構成されている。
【００３０】
インナ部材３の外周面３１には、前記周壁部２１における前記ディスク２１１を含む内周面に対し所定の隙間があくように、アウタ部材２のディスク２１１がない部分に向けて径方向外側に突出する４つのディスク３１１が一体に設けられている。すなわち、これらディスク３１１の外周面は、前記周壁部２１における前記ディスク２１１のない部分と径方向に対向し、ディスク２１１の内周面は、インナ部材３の外周面３１におけるディスク３１１のない部分と径方向に対向している。また、各ディスク２１１の上面は、その上側に位置するディスク３１１の下面と筒軸Ｚ方向に対向し、各ディスク２１１の下面は、その下側に位置するディスク３１１の上面と筒軸Ｚ方向に対向している。さらに、最上部のディスク３１１の上面は、インナ部材３の上端面３２を構成していて、アウタ部材２の上端壁部２２の下面と筒軸Ｚ方向に対向している。さらにまた、最下部のディスク３１１の下面は、インナ部材３の下端面３３を構成していて、アウタ部材２の下端壁部２３の上面と筒軸Ｚ方向に対向している。これら対向部分の隙間は一定であり、本実施形態では、数十μｍ程度の隙間に設定されている。尚、図例では理解容易のために、隙間の大きさを誇張して描いている。また、図１に示すブレーキ１は概略的に描いており、例えばインナ部材３をアウタ部材２内に配設する上で必要となる具体的構成等については、図示を省略している。そうした構成は、適宜、公知の構成を採用することが可能である。
【００３１】
アウタ部材２とインナ部材３との隙間には、磁気粘性流体４が充填されている。この磁気粘性流体４は、磁性粒子を分散媒に分散させてなる液体であり、本実施形態では、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。この磁性粒子は、磁化可能な金属材料からなる。この金属材料としては特に制限はないが、軟磁性材料が好ましい。軟磁性材料としては、鉄、コバルト、ニッケル及びパーマロイ等の合金を例示することができる。金属ナノ粒子の平均粒子径は、１ｎｍないし９００ｎｍ程度であるが、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。これは、平均粒子径が小さすぎると、磁気粘性効果（ＭＲ効果）が十分に得られなくなる一方、大きくなりすぎると、磁性粒子が分散媒中において沈降し易くなって、磁性粒子の分散媒に対する分散性が悪化するからである。より好ましい平均粒子径は、７０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。平均粒子径が７０ｎｍ以上であるときには、高いＭＲ効果が得られるとともに、平均粒子径が２００ｎｍ以下であるときには、磁気粘性流体４の沈降性の悪化を良好に回避することができる。尚、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よい。
【００３２】
前記金属ナノ粒子を生成する手法としては、例えば液相法や気相法といった、種々の公知の手法を採用することが可能であるが、気相法が特に好ましい。気相法としては、高周波プラズマ法やアークプラズマ法、レーザーアブレーション法を具体例として挙げることができる。
【００３３】
前記分散媒は、特に限定されるものではないが、一例としてシリコーンオイルやフッ素系オイル等の疎水性の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、磁性粒子にカップリング剤による表面改質を施したり、磁性粒子の表面を炭素被膜で覆ったりすることが好ましい。
【００３４】
磁気粘性流体４における磁性粒子の配合量は、例えば３〜４０vol％とすればよい。
【００３５】
磁気粘性流体４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。
【００３６】
前記インナ部材３の内部における回転軸部材５の外周側には、前記磁気粘性流体４に対し磁場を与えることによって、該磁気粘性流体４の粘度を変化させる磁場生成手段としてのコイル３４が配設されている。このコイル３４に対して電流を供給する（その供給源の図示は省略する）ことによって、前記隙間に充填された磁気粘性流体４に対して磁場が与えられる。これにより、磁気粘性流体４は、その粘度が高くなって、せん断流れに対して抗力を示すようになり、回転しているインナ部材３及び回転軸部材５に制動力が付与されることになる。本実施形態では、後述の凹溝部３５によって、磁気粘性流体４のせん断流れに対する抗力が向上して、制動力を高めることができる。
【００３７】
前記アウタ部材２の上端壁部２２における前記筒軸Ｚの近傍には、ブレーキ１の製造時に、前記磁気粘性流体４をアウタ部材２の外側から前記隙間に流入させて充填するための流入口２５が形成されている。本実施形態では、流入口２５全体が、支持部２２１を避けるために、支持部２２１の径方向外側に形成されているが、流入口２５における上端壁部２２下面側の開口を、筒軸Ｚに出来る限り近付けるべく、その開口の一部が支持部２２１に位置していてもよい。一方、流入口２５における上端壁部２２上面側の開口は、前記筒軸Ｚの近傍にある必要はなく、上端壁部２２の下面における前記筒軸Ｚの近傍に開口するように流入口２５が形成されていればよい。
【００３８】
また、アウタ部材２の下端壁部２３（流入口２５とは反対側の端壁部）における筒軸Ｚの近傍には、前記流入口２５より磁気粘性流体４を流入させるときに、前記隙間内の空気を抜くための空気抜き孔２７が形成されている。前記流入口２５及び空気抜き孔２７は、前記磁気粘性流体４の充填後に、封止栓２６，２８によってそれぞれ封止されることで、アウタ部材２の内部空間が密閉状とされるとともに、磁気粘性流体４がアウタ部材２内に封入されることになる。
【００３９】
図２に示すように、前記インナ部材３の上端面３２（流入口２５が開口する上端壁部２２の下面と対向する端面）には、周方向に所定間隔をあけて複数（図２の例では、４つ）の凹溝部３５が形成されている。これら凹溝部３５は、インナ部材３の上端面３２において径方向内側から外側に向かって該インナ部材３の回転方向（図２の矢印参照）と反対側へ曲がるように湾曲した状態で径方向に延びている。図２の例では、各凹溝部３５は、上端面３２における内周縁（回転軸部材５の外周面）よりも僅かに径方向外側の部分から径方向に延びて外周縁にまで達しているが、外周縁にまで達していなくてもよい。或いは、各凹溝部３５は、上端面３２における内周縁から外周縁まで延びていてもよい。
【００４０】
前記凹溝部３５は、上端面３２と平行な底面と、この底面の溝幅方向両側端から底面と垂直にそれぞれ上側へ延びる２つの互いに平行な側面とで構成されており、凹溝部３５の断面は略矩形状をなしている。このような凹溝部３５は、ディスク３１１を含むインナ部材３が金属からなる場合には、エッチングにより容易に形成することができる。勿論、機械加工で凹溝部３５を形成することも可能である。尚、凹溝部３５の断面形状は、磁気粘性流体４を後述の如く流動させることができるのであれば、どのような形状であってもよく、凹溝部３５の深さや数も、その流動性を考慮して適宜設定すればよい。
【００４１】
前記凹溝部３５は、インナ部材３のアウタ部材２に対する前記相対回転に伴って、前記流入口２５より流入した磁気粘性流体４を、径方向の外側（流入口２５から離れる方向）へ流動するように案内するものである。すなわち、ブレーキ１の製造時に、アウタ部材２内にインナ部材３を組み込んだ上で、そのアウタ部材２とインナ部材３との隙間に、流入口２５を介して磁気粘性流体４を流入させて充填する必要がある。このとき、前記空気抜き孔２７は開放状態にあり、隙間内の空気は、充填される磁気粘性流体４に押されて空気抜き孔２７より抜けるようになっているが、前述の如く隙間が狭いために、磁気粘性流体４が前記隙間の奥側へ入り込み難くなっている。そこで、磁気粘性流体４の充填時に、インナ部材３を、その軸心回りに、アウタ部材２に対して相対回転させる。これにより、凹溝部３５が、流入口２５より流入した、上端面３２上に位置する磁気粘性流体４を、径方向外側へ流動するように案内する。この凹溝部３５に案内されて上端面３２の外周縁まで流れてきた磁気粘性流体４は、次々と凹溝部３５により案内されて流れてくる磁気粘性流体４により押されながら、今度は、インナ部材３において最上部のディスク３１１の下面とアウタ部材２において最上部のディスク２１１の上面との隙間を径方向内側へと流れ、その後に、アウタ部材２において最上部のディスク２１１の下面とインナ部材３において上から２番目のディスク３１１の上面との隙間を径方向外側へと流れ、これを繰り返して、前記隙間において流入口２５から離れる方向（流入口２５とは反対の奥側）へと流動していく。こうして、磁気粘性流体４は、最終的に、インナ部材３の下端面３３とアウタ部材２の下端壁部２３の上面との隙間へと流れ、やがて、隙間全体に充填されることになる。
【００４２】
ここで、磁気粘性流体４の充填に際して、磁気粘性流体４の温度を高めてその粘度を低下させるようにしてもよいし、空気抜き孔２７を介して真空引きして、アウタ部材２内を真空にするようにしてもよい。但し、本実施形態のような凹溝部３５を設けて、インナ部材３をアウタ部材２に対して相対回転させながら磁気粘性流体４を充填すれば、磁気粘性流体４の温度を高めたり真空引きを行ったりしなくても、狭い隙間に磁気粘性流体４を容易に充填することができるようになる。
【００４３】
したがって、本実施形態では、製造コストを低減することができるとともに、磁気粘性流体４をアウタ部材２とインナ部材３との隙間全体に確実に充填して、ブレーキ１の特性ばらつきを抑制することができる。これは特に、当該ブレーキ１のように、隙間の狭いデバイスにおいて有効である。
【００４４】
図３は、ブレーキ１の変形例を示している。この変形例では、インナ部材３に凹溝部３５を設ける代わりに、アウタ部材２に凹溝部２４を設けている。尚、図３に示すブレーキ１において、図１に示すブレーキ１と同じ構成については、同じ符号を付して適宜説明を省略する。
【００４５】
このブレーキ１では、凹溝部２４は、アウタ部材２の上端壁部２２の下面に形成されている。その詳細な図示は省略するが、凹溝部２４は、図１に示すブレーキ１と同様に、複数（例えば４つ）配設されており、複数の凹溝部２４は、周方向に互いに等間隔をあけて配設されている。また、凹溝部２４は、前記凹溝部３５と同様の断面形状を有していて、上端壁部２２の下面において径方向内側から外側に向かってインナ部材３の回転方向と反対側へ曲がるように湾曲した状態で径方向に延びている。尚、流入口２５は、前記複数の凹溝部２４のうちの相隣接する２つの凹溝部２４間に形成される。
【００４６】
この構成においても、磁気粘性流体４をアウタ部材２とインナ部材３との隙間に充填する際には、インナ部材３をアウタ部材２に対して相対回転させる。この相対回転に伴い、流入口２５を通じてアウタ部材２内に流入した磁気粘性流体４は、インナ部材３の上端面３２上において径方向の外側に向かって流動するようになり、これにより、磁気粘性流体４を前記隙間全体に容易に充填することができるようになる。尚、アウタ部材２の上端壁部２２の下面とインナ部材３の上端面３２との双方に凹溝部を設けるようにしてもよい。
【００４７】
ブレーキ１において凹溝部を形成する位置は、インナ部材３の上端面３２（図１及び図２参照）や、アウタ部材２の上端壁部２２の下面（図３参照）に限定されるものではなく、アウタ部材２及びインナ部材３の少なくとも一方において径方向に延びる面（アウタ部材２におけるディスク２１１の上面及び下面、アウタ部材２における上端壁部２２の下面及び下端壁部２３の上面、インナ部材３におけるディスク３１１の上面及び下面）に形成すればよい。この場合の凹溝部は、磁気粘性流体４を、径方向の外側又は内側へ流動するように案内する形状にすればよい。磁気粘性流体４を外側へ流動させるか、又は内側へ流動させるかは、凹溝部を形成する位置やインナ部材３の回転の向きにより異なるが、例えばインナ部材３において最上部のディスク３１１の上面（つまりインナ部材３の上端面３２）に、磁気粘性流体４を径方向外側へ流動させる凹溝部（前記凹溝部３５と同じ）を形成し、最上部のディスク３１１の下面に、磁気粘性流体４を径方向内側へ流動させる凹溝部（径方向内側から外側に向かってインナ部材３の回転方向へ曲がるように湾曲する凹溝部）を形成しておいて、インナ部材３をアウタ部材２に対して相対回転させれば、磁気粘性流体４を、最上部のディスク３１１の上側では径方向外側へ、下側では径方向内側へとそれぞれ流動させることができる。また、最上部のディスク３１１の上下面に限らず、全てのディスク３１１の上下面についてこのようにすれば、アウタ部材２とインナ部材３との隙間において流入口２５に面する最上部から空気抜き孔２７に面する最下部まで、磁気粘性流体４を流入口２５から離れる方向へ流動するように案内することができる。
【００４８】
また、磁気粘性流体４をアウタ部材２とインナ部材３との隙間に流入させるための流入口２５の形成位置は、アウタ部材２の上端壁部２２に限定されるものではなく、下端壁部２３に形成してもよい。この場合、空気抜き孔２７は、アウタ部材２とインナ部材３との隙間において流入口２５とは反対の最奥部ないしその近傍に連通するように、上端壁部２２に形成すればよく、凹溝部２４は、インナ部材３の下端面３３や、アウタ部材２の下端壁部２３の上面等に形成すればよい。或いは、流入口２５を、上端壁部２２及び下端壁部２３の両方に形成して、その両方の流入口２５から同時に磁気粘性流体４を前記隙間に流入させるようにしてもよい。この場合、空気抜き孔２７は、アウタ部材２の周壁部２１の上下方向中央位置に形成すればよく、凹溝部２４は、インナ部材３の上端面３２及び下端面３３や、アウタ部材２の上端壁部２２の下面及び下端壁部２３の上面等に形成すればよい。
【００４９】
また、ブレーキ１の構成は、前記の構成に限らず、適宜変更することが可能である。例えばディスク２１１，３１１の枚数等は、図例には限定されず、ディスク２１１は少なくとも１つあればよい。
【００５０】
さらに、本発明は、ブレーキ１への適用に限定されず、クラッチ、防振装置や制振装置のダンパー等のような、アウタ部材と該アウタ部材に対して相対移動可能なインナ部材とを含む、各種の磁気粘性流体デバイスに広く適用することが可能である。すなわち、アウタ部材及びインナ部材の少なくとも一方に、該インナ部材のアウタ部材に対する相対移動に伴って、流入口より流入した磁気粘性流体を、アウタ部材とインナ部材との隙間において該流入口から離れる方向へ流動するように案内する凹溝部を形成すればよい。磁気粘性流体デバイスの製造時における前記相対移動は、製造後のデバイスの動作と同じ相対移動であってもよく、製造後のデバイスの動作とは無関係な、デバイス製造時特有の相対移動であってもよい。或いは、その両方の相対移動であってもよい。凹溝部の配置やその形状は、アウタ部材及びインナ部材の形状、インナ部材のアウタ部材に対する相対移動の方向、流入口の位置等を勘案して、適宜設定すればよい。
【００５１】
さらにまた、磁気粘性流体４は、ナノサイズの金属ナノ粒子からなる磁性粒子を含むものには限定されず、ナノサイズよりも大きい金属粒子からなる磁性粒子を含むものであってもよい。但し、磁気粘性流体デバイスの小型化を図る観点からは、金属ナノ粒子からなる磁性粒子を含む磁気粘性流体を用いることが好ましく、また、本発明は、このような磁気粘性流体を用いるデバイスに特に有効なものとなる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、磁気粘性流体を利用した各種のデバイスに有用であり、特に磁気粘性流体の磁性粒子がナノサイズの磁化可能な金属ナノ粒子からなる場合に有用である。
【符号の説明】
【００５３】
１ ブレーキ（磁気粘性流体デバイス）
２ アウタ部材
３ インナ部材
４ 磁気粘性流体
２１ 周壁部
２２ 上端壁部
２３ 下端壁部
２４ 凹溝部
２５ 流入口
３４ コイル（磁場生成手段）
３５ 凹溝部
２２１ ディスク（突出部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間を有するアウタ部材と、
前記アウタ部材の内部空間に、該アウタ部材の内面に対し所定の隙間をあけて配設され、該アウタ部材に対し相対移動可能に構成されたインナ部材と、
前記隙間に充填された磁気粘性流体と、
前記磁気粘性流体に対し磁場を与えることによって、該磁気粘性流体の粘度を変化させる磁場生成手段と、を備えた磁気粘性流体デバイスであって、
前記アウタ部材の内面には、前記磁気粘性流体デバイスの製造時に、前記磁気粘性流体を前記アウタ部材の外側から前記隙間に流入させるための流入口が開口しており、
前記アウタ部材及びインナ部材の少なくとも一方には、該インナ部材のアウタ部材に対する相対移動に伴って、前記流入口より流入した磁気粘性流体を、前記隙間において該流入口から離れる方向へ流動するように案内する凹溝部が形成されていることを特徴とする磁気粘性流体デバイス。
【請求項２】
請求項１記載の磁気粘性流体デバイスにおいて、
前記アウタ部材は、筒状の周壁部と、該周壁部の筒軸方向両側の開口をそれぞれ閉塞する２つの端壁部とからなり、
前記周壁部の内周面における筒軸方向の少なくとも１箇所に、全周に亘って径方向内側に突出する突出部が形成され、
前記インナ部材は、前記筒軸と同軸の軸心を有していて、該軸心回りに、前記アウタ部材に対して相対回転可能に構成されているとともに、前記周壁部における前記突出部を含む内周面及び前記両端壁部の内面に対し、それぞれ前記所定の隙間をあけて対向する外周面及び２つの端面を有し、
前記流入口は、前記両端壁部のうち少なくとも一方の端壁部の内面における前記筒軸の近傍に開口しており、
前記凹溝部は、前記アウタ部材及びインナ部材の少なくとも一方において径方向に延びる面に形成されていて、該インナ部材のアウタ部材に対する前記相対回転に伴って、前記流入口より流入した磁気粘性流体を、径方向の外側又は内側へ流動するように案内するものであることを特徴とする磁気粘性流体デバイス。
【請求項３】
請求項２記載の磁気粘性流体デバイスにおいて、
前記凹溝部は、前記アウタ部材における前記流入口が開口する端壁部の内面及び前記インナ部材における該端壁部の内面と対向する端面の少なくとも一方に形成されていて、該インナ部材のアウタ部材に対する前記相対回転に伴って、前記流入口より流入した磁気粘性流体を、径方向の外側へ流動するように案内するものであることを特徴とする磁気粘性流体デバイス。
【請求項４】
請求項３記載の磁気粘性流体デバイスにおいて、
前記凹溝部は、前記インナ部材における、前記流入口が開口する端壁部の内面と対向する端面に、周方向に所定間隔をあけて複数形成されており、
前記各凹溝部は、前記インナ部材の前記端面において径方向内側から外側に向かって該インナ部材の回転方向と反対側へ曲がるように湾曲した状態で径方向に延びていることを特徴とする磁気粘性流体デバイス。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の磁気粘性流体デバイスにおいて、
前記磁気粘性流体は、ナノサイズの磁化可能な金属ナノ粒子からなる磁性粒子と、該磁性粒子を分散させる分散媒とを含有することを特徴とする磁気粘性流体デバイス。
【請求項１】
内部空間を有するアウタ部材と、
前記アウタ部材の内部空間に、該アウタ部材の内面に対し所定の隙間をあけて配設され、該アウタ部材に対し相対移動可能に構成されたインナ部材と、
前記隙間に充填された磁気粘性流体と、
前記磁気粘性流体に対し磁場を与えることによって、該磁気粘性流体の粘度を変化させる磁場生成手段と、を備えた磁気粘性流体デバイスであって、
前記アウタ部材の内面には、前記磁気粘性流体デバイスの製造時に、前記磁気粘性流体を前記アウタ部材の外側から前記隙間に流入させるための流入口が開口しており、
前記アウタ部材及びインナ部材の少なくとも一方には、該インナ部材のアウタ部材に対する相対移動に伴って、前記流入口より流入した磁気粘性流体を、前記隙間において該流入口から離れる方向へ流動するように案内する凹溝部が形成されていることを特徴とする磁気粘性流体デバイス。
【請求項２】
請求項１記載の磁気粘性流体デバイスにおいて、
前記アウタ部材は、筒状の周壁部と、該周壁部の筒軸方向両側の開口をそれぞれ閉塞する２つの端壁部とからなり、
前記周壁部の内周面における筒軸方向の少なくとも１箇所に、全周に亘って径方向内側に突出する突出部が形成され、
前記インナ部材は、前記筒軸と同軸の軸心を有していて、該軸心回りに、前記アウタ部材に対して相対回転可能に構成されているとともに、前記周壁部における前記突出部を含む内周面及び前記両端壁部の内面に対し、それぞれ前記所定の隙間をあけて対向する外周面及び２つの端面を有し、
前記流入口は、前記両端壁部のうち少なくとも一方の端壁部の内面における前記筒軸の近傍に開口しており、
前記凹溝部は、前記アウタ部材及びインナ部材の少なくとも一方において径方向に延びる面に形成されていて、該インナ部材のアウタ部材に対する前記相対回転に伴って、前記流入口より流入した磁気粘性流体を、径方向の外側又は内側へ流動するように案内するものであることを特徴とする磁気粘性流体デバイス。
【請求項３】
請求項２記載の磁気粘性流体デバイスにおいて、
前記凹溝部は、前記アウタ部材における前記流入口が開口する端壁部の内面及び前記インナ部材における該端壁部の内面と対向する端面の少なくとも一方に形成されていて、該インナ部材のアウタ部材に対する前記相対回転に伴って、前記流入口より流入した磁気粘性流体を、径方向の外側へ流動するように案内するものであることを特徴とする磁気粘性流体デバイス。
【請求項４】
請求項３記載の磁気粘性流体デバイスにおいて、
前記凹溝部は、前記インナ部材における、前記流入口が開口する端壁部の内面と対向する端面に、周方向に所定間隔をあけて複数形成されており、
前記各凹溝部は、前記インナ部材の前記端面において径方向内側から外側に向かって該インナ部材の回転方向と反対側へ曲がるように湾曲した状態で径方向に延びていることを特徴とする磁気粘性流体デバイス。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の磁気粘性流体デバイスにおいて、
前記磁気粘性流体は、ナノサイズの磁化可能な金属ナノ粒子からなる磁性粒子と、該磁性粒子を分散させる分散媒とを含有することを特徴とする磁気粘性流体デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−２４２９４５（Ｐ２０１０−２４２９４５Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９５２２３（Ｐ２００９−９５２２３）
【出願日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【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２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【出願人】（０００１４２５９５）株式会社栗本鐵工所 (566)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]