特開 2022-154073 磁気粘性流体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022154073

(43)【公開日】2022-10-13

(54)【発明の名称】磁気粘性流体装置

(51)【国際特許分類】

   F16D 37/02 20060101AFI20221005BHJP

   F16F 9/53 20060101ALI20221005BHJP

   F16D 63/00 20060101ALI20221005BHJP

【ＦＩ】

F16D37/02 E

F16F9/53

F16D63/00 P

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021056940

(22)【出願日】2021-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】000142595

【氏名又は名称】株式会社栗本鐵工所

(74)【代理人】

【識別番号】100149870

【弁理士】

【氏名又は名称】芦北 智晴

(72)【発明者】

【氏名】齊藤 宏貴

(72)【発明者】

【氏名】榮 淳

(72)【発明者】

【氏名】赤岩 修一

(72)【発明者】

【氏名】上嶋 優矢

(72)【発明者】

【氏名】辻 仁志

(72)【発明者】

【氏名】古家 知弘

(72)【発明者】

【氏名】末廣 隆史

【テーマコード（参考）】

3J058

3J069

【Ｆターム（参考）】

3J058AB27

3J058BA16

3J058CC13

3J069AA41

3J069DD25

3J069EE35

(57)【要約】

【課題】磁気粘性流体装置を提供する。
【解決手段】磁気粘性流体装置１は、磁性体からなる回転子７と、回転子７に隙間５０を介して対向し磁性体からなる対向ヨーク１０と、対向ヨーク１０と回転子７との隙間５０に介在する磁気粘性流体５と、通電時に対向ヨーク１０、磁気粘性流体５および回転子７を通過する磁路を形成するコイル１１と、を備える。隙間５０の大きさは、０．３ｍｍ以下である。回転子７及び対向ヨーク１０の少なくとも一方は、所定の炭素含有量を有し、前記所定の炭素含有量は、０．２質量％以下である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁性体からなる回転子と、
前記回転子に隙間を介して対向し磁性体からなる対向ヨークと、
前記対向ヨークと前記回転子との前記隙間に介在する磁気粘性流体と、
通電時に前記対向ヨーク、前記磁気粘性流体および前記回転子を通過する磁路を形成するコイルと、
を備える磁気粘性流体装置において、
前記隙間の大きさは、０．３ｍｍ以下であり、
前記回転子及び前記対向ヨークの少なくとも一方は、所定の炭素含有量を有し、
前記所定の炭素含有量は、０．２質量％以下である、
ことを特徴とする磁気粘性流体装置。

【請求項2】

請求項１に記載の磁気粘性流体装置において、
前記隙間の大きさは、０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である、
ことを特徴とする磁気粘性流体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内部に封入された磁気粘性流体に印加する磁場の強さを変えることにより、回転部の回転抵抗を変えることのできる磁気粘性流体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の装置は、例えば特許文献１に開示されている。

【0003】

特許文献１に開示された磁気粘性流体装置では、回転可能に支持されたロータの外周にディスクが固設され、このディスクを挟むように電磁石のヨークが配設されている。ディスクとヨークとの隙間には磁気粘性流体が介在している。この装置は、磁気抵抗を小さくするために、ヨーク（特許文献１では「ヨーク２４」と称している）およびディスク（特許文献１では「ディスク２６」と称している）に磁性体を採用している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１－２０２７４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来の磁気粘性流体装置では、磁気抵抗を小さくするために、磁路上のヨークおよびディスク（回転子）に磁性体を使用しているが、磁性体は残留磁気を帯び易い。ヨークおよび回転子が残留磁気を帯びると、その残留磁気によって磁気粘性流体に常に弱い磁場が付与されることとなり、その結果、コイルに電流を印加していないときの回転部（回転子等）の回転抵抗（以下「残留トルク」という。）が大きくなってしまう。

【0006】

一般に、残留トルクの増加は、磁気粘性流体装置の用途範囲を狭めることとなるため、残留トルクは、限りなくゼロに近いことが望まれる。

【0007】

本発明は、上記の実情に鑑みて創案されたものであり、残留トルクが小さい磁気粘性流体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】

本発明に係る磁気粘性流体装置は、磁性体からなる回転子と、前記回転子に隙間を介して対向し磁性体からなる対向ヨークと、前記対向ヨークと前記回転子との前記隙間に介在する磁気粘性流体と、通電時に前記対向ヨーク、前記磁気粘性流体および前記回転子を通過する磁路を形成するコイルと、を備えるものを前提とし、前記隙間の大きさは、０．３ｍｍ以下であり、前記回転子及び前記対向ヨークの少なくとも一方は、所定の炭素含有量を有し、前記所定の炭素含有量は、０．２質量％以下である、ことを特徴とする。

【0009】

かかる構成を備える磁気粘性流体装置によれば、残留トルクを小さくすることができる。

【0010】

上記の磁気粘性流体装置は、前記隙間の大きさは、０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である、ことが好ましい。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、残留トルクが小さい磁気粘性流体装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施の形態に係る磁気粘性流体装置を示す断面図である。

【図2】本発明の実施の形態に係る磁気粘性流体装置において、回転子および第２ヨークの炭素含有量と残留トルクとの関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施の形態に係る磁気粘性流体装置について、図面を参照しつつ説明する。なお、本明細書において、ケーシング９から見てシャフト６側を上側とし、シャフト６と反対側を下側として方向を称する場合がある。

【0014】

本実施形態に係る磁気粘性流体装置１は、図１に示すように、回転部２、装置本体３、磁路形成部４、磁気粘性流体５等で構成されている。

【0015】

回転部２は、シャフト６、回転子７等で構成されている。

【0016】

シャフト６は、後述するケーシング９に形成された軸穴にベアリング８を介して回転自在に支持されている。

【0017】

回転子７には、本実施形態では、円板状のディスクが採用されている。回転子７は、シャフト６の端面に固定されており、シャフト６と一体に回転する。回転子７は、磁性体で構成されている。回転子７の具体的な材質は、後述の実験結果を参照。

【0018】

装置本体３は、本実施形態では、磁性体からなるケーシング９で構成されている。ケーシング９は、回転子７を回転自在に収容している。ケーシング９は、後述する磁路形成部４の第１ヨークとしても機能する。さらに、ケーシング９は、後述する第２ヨーク１０を収容している。また、ケーシング９内には、コイル１１およびボビン１２を嵌め込む空間と、シャフト６の端部および回転子７を回転自在に収容する空間とが形成されている。

【0019】

図１に例示するケーシング９は、２部材９Ａ，９Ｂが組み合わされて、図示しないビスで締結されることにより構築されている。一方のケーシング部材９Ａの軸穴には、既述したようにベアリング８が嵌め込まれている。他方のケーシング部材９Ｂは、ケーシング部材９Ａの中に、コイル１１、ボビン１２、シャフト６、回転子７、磁気粘性流体５および第２ヨーク１０を収容するようにして、ケーシング部材９Ａに下側から締結されている。ケーシング部材９Ｂは、回転子７と第２ヨーク１０との間に形成されている隙間５０の大きさを変更可能とするため、隙間５０の大きさに応じた複数のものが用意されている。

【0020】

第２ヨーク１０は、本実施形態では、回転子７と同じ径の円柱部材である。第２ヨーク１０は、ケーシング部材９Ｂに固定されている。第２ヨーク１０は、隙間５０を介して回転子７に対向している。すなわち、第２ヨーク１０は、回転子７に隙間５０を介して対向する対向ヨークを構成している。第２ヨーク１０は、回転子７と同じ炭素含有率を有する磁性体で構成されている。第２ヨーク１０の具体的な材質は、後述の実験結果を参照。

【0021】

コイル１１は、ケーシング９に嵌め込まれたボビン１２に巻き付けられており、電源線１４を介して外部から電流値制御可能に電流が供給される。コイル１１に電流が印加されると、図１の矢印Ｐが示す方向に沿って、第１ヨーク（ケーシング９）、第２ヨーク１０、磁気粘性流体５および回転子７上に磁路が形成される。

【0022】

磁路形成部４は、回転子７および、隙間５０に介在する磁気粘性流体５を貫通する磁路を形成するように設けられたものである。本実施形態では、磁路形成部４は、第１ヨークとして機能するケーシング９、第２ヨーク１０、コイル１１、ボビン１２、コイル１１に電流を供給する電流供給装置等で構成される。

【0023】

磁気粘性流体５は、回転子７と第２ヨーク１０との隙間５０に充填されている。図１では、灰色に塗り潰した領域に磁気粘性流体５が充填されている。

【0024】

なお、磁気粘性流体５は、磁性粒子を分散媒に分散させてなる液体である。磁性粒子として、例えばナノサイズの金属粒子（金属ナノ粒子）からなるものを使用することができる。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％とすることができる。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。

【0025】

上記構成を備える磁気粘性流体装置１において、コイル１１に電流を印加すると、図１の矢印Ｐに示す方向に沿って磁路が形成され、第２ヨーク１０と回転子７との隙間５０に介在する磁気粘性流体５に磁場の強さに応じた粘度（ずり応力）が発現する。これにより、回転部２（シャフト６、回転子７等）と装置本体３（第２ヨーク１０が固定されたケーシング９）との間で、コイル１１に印加される電流値の大きさに応じたトルク伝達がなされる。

【0026】

隙間５０の大きさは、本実施形態では、０．１ｍｍから０．３ｍｍの範囲において設定された大きさであり、好ましくは０．１ｍｍから０．２ｍｍの範囲において設定された大きさであり、更に好ましくは０．１ｍｍに設定された大きさである。

【0027】

回転子７および第２ヨーク１０を構成する磁性体が含有する炭素の量、すなわち回転子７および第２ヨーク１０の炭素含有量は、本実施形態では、０．２質量％以下に設定された量である。例えば、回転子７および第２ヨーク１０を構成する磁性体は、いずれも炭素含有量が０．２［質量％］以下の炭素鋼であるＳ１０Ｃ、Ｓ１５Ｃ、Ｓ２０Ｃ、ＳＳ４００、ＧＢ０８、ＧＢ１０、Ｑ１９５（Ａ／Ｂ／Ｃ）およびＱ２３５（Ａ／Ｂ）のうちから選択されたものであってもよい。

【0028】

このように、隙間５０の大きさ並びに回転子７および第２ヨーク１０の炭素含有量が設定された磁気粘性流体装置１は、後述する実験結果が示すように、コイル１１に電流を印加していないときの回転子７および第２ヨーク１０の残留磁気が小さく、回転部２の回転抵抗（残留トルク）が小さい。

【0029】

＜実験結果＞
磁気粘性流体装置１において、隙間５０の大きさ並びに回転子７および第２ヨーク１０の炭素含有量についての上記の数値範囲において、上記の効果を奏することを確認するために、隙間５０の大きさ並びに回転子７および第２ヨーク１０の炭素含有量をそれぞれ異なる値に設定した磁気粘性流体装置１の試験機を９つ製造し、それぞれの試験機で残留トルクを測定する実験を行った。

【0030】

試験機として製造された磁気粘性流体装置１の主要部品の寸法、材質、シャフト６の回転速度、印加磁束密度、隙間５０の大きさ（以下「ギャップ」という。）および測定時間は、次のとおりである。
・回転子７の厚さ：２０［ｍｍ］
・回転子７の外径：４６［ｍｍ］
・第２ヨーク１０の厚さ：４６［ｍｍ］
・第２ヨーク１０の外径：４６［ｍｍ］
・第１ヨークの材質：ＳＳ４００
・回転子７および第２ヨーク１０の材質：Ｓ１０Ｃ；Ｓ２０Ｃ；Ｓ２５Ｃ
・シャフト６の回転速度：１０［ｒｐｍ］
・印加磁束密度：０．５［Ｔ］
・ギャップ：０．１；０．３；０．５［ｍｍ］
・測定時間：６０［秒間］

【0031】

回転子７および第２ヨーク１０の材質、ならびに、ギャップを変えて製造された９つの試験機のうち、本発明の実施例は、当該材質がＳ１０Ｃ（炭素含有量０．１［質量％］）であり且つギャップが０．１［ｍｍ］であるもの（実施例１）、当該材質がＳ２０Ｃ（炭素含有量０．２［質量％］）であり且つギャップが０．１［ｍｍ］であるもの（実施例２）、当該材質がＳ１０Ｃ（炭素含有量０．１［質量％］）であり且つギャップが０．３［ｍｍ］であるもの（実施例３）、および、当該材質がＳ２０Ｃ（炭素含有量０．２［質量％］）であり且つギャップが０．３［ｍｍ］であるもの（実施例４）の４つである。９つの試験機のうち、実施例１ないし実施例４以外の５つのものは、比較例である。

【0032】

試験機の残留トルクの測定は、図１に示す、シャフト６に取り付けられているトルク測定器２０により行った。トルク測定器２０は、平板の直径が２０［ｍｍ］であり平板の間隔が１［ｍｍ］である平行平板型回転粘度計である。トルク測定器２０により測定した残留トルクの値は、コイル１１への電流供給を止めてから経時的に変動する。したがって、試験機の残留トルクの測定方法として、コイル１１への電流供給を止めてから６０［秒間］残留トルクを測定するものの、測定開始後３０［秒］～６０［秒］までの３０［秒間］の測定値の中央値を残留トルクの測定値とした。

【0033】

回転子７および第２ヨーク１０の材質（炭素含有量）とギャップとがそれぞれ異なる９つの試験機の残留トルクを測定した結果は、図２に示すとおりである。

【0034】

図２に示す結果から、次のことがわかる。

【0035】

磁気粘性流体装置１において、ギャップが０．１［ｍｍ］である場合、回転子７および第２ヨーク１０の炭素含有量が０．２［質量％］以下（実施例１および実施例２）であれば、炭素含有量が０．２［質量％］を超える場合（ギャップ０．１［ｍｍ］、炭素含有量０．２５［質量％］の比較例）に比べて残留トルクが大きく減少していることがわかる。

【0036】

ギャップが０．３［ｍｍ］である場合であっても、同様の傾向が見られる。すなわち、ギャップが０．３［ｍｍ］である小さな磁気粘性流体装置１において、回転子７および第２ヨーク１０の炭素含有量が０．２［質量％］以下（実施例３および実施例４）であれば、炭素含有量が０．２［質量％］を超える場合（ギャップ０．３［ｍｍ］炭素含有量０．２５［質量％］の比較例）に比べて残留トルクが減少していることがわかる。

【0037】

したがって、磁気粘性流体装置１において、ギャップが０．１［ｍｍ］～０．３［ｍｍ］であり、かつ、回転子７および第２ヨーク１０の炭素含有量が０．２［質量％］以下である場合に、残留トルクが小さいことがわかる。

【0038】

なお、ギャップが０．５［ｍｍ］である磁気粘性流体装置１の場合、炭素含有量０．２［質量％］を境に有意な変化は見られなかった。

【産業上の利用可能性】

【0039】

本発明は、例えば、内部に封入された磁気粘性流体に印加する磁場の強さを変えることにより、回転部の回転抵抗を変えることのできる磁気粘性流体装置に適用することができる。

【符号の説明】

【0040】

１ 磁気粘性流体装置
２ 回転部
３ 装置本体
４ 磁路形成部
５ 磁気粘性流体
６ シャフト
７ 回転子
９ ケーシング（第１ヨーク）
１０ 第２ヨーク（対向ヨーク）
１１ コイル
２０ トルク測定器
５０ 隙間

【図1】

【図2】