(57)【要約】【課題】磁気粘性流体の体積変化や気圧の変化に左右されることなく、回転軸の回転抵抗を常に低い状態にすることができ、磁気粘性流体が回転軸と軸穴との隙間から漏出する可能性も低くする。【解決手段】回転軸２と、回転軸２が挿入された軸穴１２と、回転軸２の軸線方向に移動可能に、回転軸２と軸穴１２との間に挿入された中間部材７と、回転軸２と中間部材７との隙間をシールする内側シール部材１６と、中間部材７と軸穴１２との隙間をシールする外側シール部材１７と、を備える。【選択図】図１
2020153471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸が挿入された軸穴と、
前記回転軸の軸線方向に移動可能に、前記回転軸と前記軸穴との間に挿入された中間部材と、
前記回転軸と前記中間部材との隙間をシールする内側シール部材と、
前記中間部材と前記軸穴との隙間をシールする外側シール部材と、
を備えることを特徴とする磁気粘性流体装置の回転軸のシール構造。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気粘性流体装置の回転軸のシール構造において、
前記中間部材を磁気粘性流体が封入されている側に付勢する付勢部材を更に備えることを特徴とする磁気粘性流体装置の回転軸のシール構造。
【請求項３】
請求項２に記載の磁気粘性流体装置の回転軸のシール構造において、
前記回転軸は、前記中間部材の磁気粘性流体と反対側に設けられた軸受を介して前記軸穴に支持されており、
前記付勢部材は、前記中間部材と前記軸受との間に設けられ、前記中間部材を前記軸受から離反させる方向に付勢する、
ことを特徴とする磁気粘性流体装置の回転軸のシール構造。
【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装置の回転軸のシール構造において、
前記中間部材は、前記回転軸および前記軸穴の双方に対して回転可能に、前記回転軸と前記軸穴との間に挿入されている、
ことを特徴とする磁気粘性流体装置の回転軸のシール構造。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の磁気粘性流体装置の回転軸のシール構造において、
前記内側シール部材は、前記回転軸の外周部又は前記中間部材の内周部に形成された環状溝に嵌め込まれており、外側シール部材は、前記中間部材の外周部又は前記軸穴の内周部に形成された環状溝に嵌め込まれている、
ことを特徴とする磁気粘性流体装置の回転軸のシール構造。
【請求項６】
請求項２〜５の何れか１項に記載の磁気粘性流体装置の回転軸のシール構造において、
前記軸受には、前記中間部材側の空間と装置外部とを連通する連通孔が形成されている、
ことを特徴とする磁気粘性流体装置の回転軸のシール構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに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、部材間で伝達されるトルクを変えることができる磁気粘性流体装置の回転軸のシール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１の図４や特許文献２の図１に磁気粘性流体装置が開示されている。これらの磁気粘性流体装置の回転軸のシール構造では、内部に封入された磁気粘性流体が回転軸と軸穴との隙間から外部に漏出しないように、環状のシール部材を用いて当該隙間をシールしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−０７６２０９号公報
【特許文献２】特開２０１９−０１１７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１、２に開示された磁気粘性流体装置では、気温の上昇等によって磁気粘性流体の温度が上昇すると、磁気粘性流体の体積が膨張し、シール部材が回転軸と軸穴に強く押し付けられ、回転軸の回転抵抗が大きくなってしまう。特に、コイルに電流を印加していないときの回転軸の回転抵抗（以下「基底トルク」ともいう。）が大きくなってしまうことは好ましくない。
【０００５】
また、上記のように、回転軸の基底トルクが大きくなってしまうことは、磁気粘性流体装置を気圧の高いところや気圧の低い所で使用する場合にも起こり得る。
【０００６】
また、磁気粘性流体の体積が大きく膨張したり、気圧が大きく低下するような場合においては、シール部から磁気粘性流体が漏出する可能性も高まる。ここで、気圧が大きく低下する場合としては、磁気粘性流体装置が飛行機等によって輸送される場合や、磁気粘性流体が飛行機等の装置の一部として組み込まれている場合が挙げられる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みて創案されたものであり、磁気粘性流体の体積変化や気圧の変化に影響されることなく、回転軸の回転抵抗を常に低い状態に維持することができ、磁気粘性流体がシール部から漏出する可能性も低くすることができる、磁気粘性流体装置の回転軸のシール構造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の回転軸のシール構造は、回転軸と、前記回転軸が挿入された軸穴と、前記回転軸の軸線方向に移動可能に、前記回転軸と前記軸穴との間に挿入された中間部材と、前記回転軸と前記中間部材との隙間をシールする内側シール部材と、
前記中間部材と前記軸穴との隙間をシールする外側シール部材と、を備える。
【０００９】
かかる構成を備える磁気粘性流体装置の回転軸のシール構造によれば、磁気粘性流体の封入空間と、装置外部との圧力差を縮小するように中間部材が移動するので、磁気粘性流体の体積変化や気圧の変化に影響されることなく、回転軸の回転抵抗を常に低い状態に維持することができ、磁気粘性流体がシール部から漏出する可能性も低くすることができる。
【００１０】
上記構成を備える磁気粘性流体装置の回転軸のシール構造において、前記中間部材を磁気粘性流体が封入されている側に付勢する付勢部材を更に備えることが望ましい。
【００１１】
上記構成を備える磁気粘性流体装置の回転軸のシール構造において、前記回転軸は、前記中間部材の磁気粘性流体と反対側に設けられた軸受を介して前記軸穴に支持されており、前記付勢部材は、前記中間部材と前記軸受との間に設けられ、前記中間部材を前記軸受から離反させる方向に付勢する、ようにしてもよい。
【００１２】
上記構成を備える磁気粘性流体装置の回転軸のシール構造において、前記中間部材は、前記回転軸および前記軸穴の双方に対して回転可能に、前記回転軸と前記軸穴との間に挿入されている、ものとしてもよい。
【００１３】
上記構成を備える磁気粘性流体装置の回転軸のシール構造において、前記内側シール部材は、前記回転軸の外周部又は前記中間部材の内周部に形成された環状溝に嵌め込まれており、外側シール部材は、前記中間部材の外周部又は前記軸穴の内周部に形成された環状溝に嵌め込まれている、ものとしてもよい。
【００１４】
上記構成を備える磁気粘性流体装置の回転軸のシール構造において、前記軸受には、前記中間部材側の空間と装置外部とを連通する連通孔が形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、磁気粘性流体の体積変化や気圧の変化に影響されることなく、回転軸の回転抵抗を常に低い状態に維持することができ、磁気粘性流体がシール部から漏出する可能性も低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態における磁気粘性流体装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態に係る磁気粘性流体装置の回転軸のシール構造について、図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
磁気粘性流体装置は、互いに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、部材間で伝達されるトルクを変えるものであればよい。
【００１９】
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、回転軸２、円板３、第１ヨーク４、第２ヨーク５、コイル６、中間部材７、ケーシング８、付勢部材９、磁気粘性流体１０等で構成されている。
【００２０】
回転軸２は、その端部が円板３の中心部に垂直に接続されている。回転軸２は、中間部材７の磁気粘性流体１０と反対側に設けられた軸受１１を介して第２ヨーク５に設けられた軸穴１２に対して回転自在に支持されている。なお、回転軸２には非磁性体が用いられることが望ましい。
【００２１】
軸受１１は、中間部材７側の空間１５と装置１の外部との間で空気を通気可能な構造のものであることが望ましい。本実施形態では、空間１５と装置１の外部とを連通する連通孔１１ａが形成された滑り軸受が使用されている。
【００２２】
円板３は、ケーシング８、第１ヨーク４、第２ヨーク５等に対して回転する。円板３は、回転軸２と一体に設けられている。円板３は、例えば、磁性体を用いて構成される。
【００２３】
第１ヨーク４は、磁性体で構成され、円板３の表面３ｂに対して微小隙間を介して対向する対向面４ａを有する円板状のものに形成されている。この第１ヨーク４は、円筒状のケーシング８に嵌め込まれて固定されている。
【００２４】
第２ヨーク５は、磁性体で構成され、円板３の裏面３ａに対して微小隙間を介して対向する対向面５ａを有する。この第２ヨーク５は、中央に軸穴１２を有している。軸穴１２には、後述する筒状の中間部材７が挿入されている。更に中間部材７の内側には、回転軸２が挿通されている。また、第２ヨーク５には、コイル６を配設するための環状の溝１３が形成されている。第２ヨーク５は、円筒状のケーシング８の内側に嵌め込まれて固定されている。
【００２５】
符号１４は、非磁性体からなる球体であり、第１ヨーク４の中心に形成された凹部と、回転軸２の端面の中心に形成された凹部とで形成されるスペースに収容されている。この球体１４は、第１ヨーク４と円板３との隙間の設定を容易にするためのものであり、球体１４の直径によって、当該隙間が定まる。
【００２６】
コイル６は、第２ヨーク５に形成された溝１３に沿って配設されている。このコイル６には、図外の給電装置から電流が供給される。
【００２７】
中間部材７は、筒状の部材であり、回転軸２と軸穴１２との間に挿入されている。中間部材７と回転軸２との間には僅かな隙間が確保されており、中間部材７と軸穴１２との間にも僅かな隙間が確保されている。中間部材７は、回転軸２の軸線方向に移動可能に設けられ、回転軸２および軸穴１２の双方に対して回転可能に設けられている。
【００２８】
中間部材７と回転軸２との間には、中間部材７と回転軸２との隙間をシールするシール部材１６（以下「内側シール部材１６」ともいう。）が設けられている。また、中間部材７と軸穴１２との間には、中間部材７と軸穴１２との隙間をシールするシール部材１７（以下「外側シール部材１７」ともいう。）が設けられている。内側シール部材１６は、中間部材７の内周部に形成された内側環状溝１８に嵌め込まれており、外側シール部材１７は、中間部材７の外周部に形成された外側環状溝１９に嵌め込まれている。本実施形態では、内側シール部材１６および外側シール部材１７としてＯリングが用いられているが、Ｏリングに代えて他のシール部材、例えば、各種断面形状の環状パッキン、オイルシールなどを用いてもよい。また、本実施形態では、内側シール部材１６および外側シール部材１７は、それぞれ２本ずつ設けられているが、本数はこれに限定されず、１本又は３本以上であってもよい。また、内側シール部材１６と外側シール部材１７の本数が互いに異なっていてもよい。
【００２９】
また、本実施形態では、中間部材７の内周部および外周部にグリスを充填した環状のグリス溝２０，２１が設けられている。但し、グリス溝２０，２１が設けられる場所は上記に限定されない。例えば、グリス溝を片方にしたり、グリス溝を複数個所ずつ設けることも可能である。また、グリス溝を軸穴１２の内周部や、回転軸２の外周部に設けることも可能である。
【００３０】
付勢部材９は、中間部材７と軸受１１との間に設けられており、中間部材７を軸受１１から離反させる方向（磁気粘性流体１０が封入されている側）に付勢している。付勢部材９としては、例えば弾性体を使用することができる。弾性体としては、バネ、ゴム等を例示することができる。なお、図１に例示する磁気粘性流体装置１では、付勢部材９によって付勢された中間部材７は、回転軸２の形成された大径部２ａによって所定位置に形成される。ここで、大径部２ａは、回転軸２において、中間部材７の内径よりも大きな外径を有する部分である。
【００３１】
磁気粘性流体１０は、円板３と、第１ヨーク４および第２ヨーク５との隙間に封入されている。この磁気粘性流体１０は、磁性粒子を分散媒に分散させてなる液体であり、例えば、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、ニッケルおよ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。
【００３２】
上記構成を備える磁気粘性流体装置１において、コイル６に電流が印加されると、例えば矢印Ｐに示す方向に沿って円板３、第１ヨーク４、第２ヨーク５内に磁路が形成される。この磁路は、円板３の表面３ｂと第１ヨーク４の対向面４ａとの隙間や、円板３の裏面３ａと第２ヨーク５の対向面５ａとの隙間に介在する磁気粘性流体１０を貫通する。これにより、当該磁気粘性流体１０には、磁場の強さに応じた粘度（ずり応力）が発現し、円板３とヨーク４，５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。その結果、回転軸２の制動力もコイル６に印加される電流の強さに応じて大きくなる。
【００３３】
本実施形態における磁気粘性流体装置１の回転軸２のシール構造は、既述した回転軸２、中間部材７、付勢部材９、軸穴１２、内側シール部材１６、外側シール部材１７等で構成されている。例えば、気温の上昇等によって装置１内に封入された磁気粘性流体１０の体積が膨張する場合や、何らかの事情によって気圧が低下する場合、中間部材７は、付勢部材９の付勢力に抗して図中右側から左側へ移動し、磁気粘性流体１０が封入されている領域の容積を拡大する。その結果、磁気粘性流体１０が封入されている領域と気圧との圧力差が小さく抑えられる。その後、気温の低下等によって装置１内に封入された磁気粘性流体１０の体積が元の体積に戻る場合や、気圧が上昇して元に戻る場合に、中間部材７が付勢部材９の付勢力によって図中左側から右側に移動し元の状態に復帰する。もちろん、このときも、磁気粘性流体１０が封入されている領域と気圧との圧力差は、小さく抑えられている。
【００３４】
要するに、本実施形態に係る磁気粘性流体装置の回転軸のシール構造によれば、磁気粘性流体１０の体積変化や気圧の変化に影響されることなく、回転軸２の回転抵抗を常に低い状態に維持することができ、磁気粘性流体１０が回転軸２と軸穴１２との隙間から漏出する可能性も低く抑えることができる。また、本実施形態に係る磁気粘性流体装置の回転軸のシール構造では、回転軸２と軸穴１２との間に中間部材７および付勢部材９を埋め込む構造が採用されているので、殆ど大型化することなく、コンパクトな磁気粘性流体装置１として、上記作用効果を奏することができる。
【００３５】
ところで、本実施形態における磁気粘性流体装置１の回転軸２のシール構造では、回転軸２が軸穴１２に対して、所定の回転速度又は任意の回転速度で、回転するとき、中間部材７が軸穴１２に対して回転軸２よりも低い回転速度で回転するように、内側シール部材１６および外側シール部材１７の断面変形量（つぶし代）がそれぞれ設定されている。このため、各シール部材１６，１７がその内径側の部材又は外径側の部材と摺動する速度を低く抑えることができる。例えば、回転軸２が軸穴１２に対して、１００ｒｐｍの回転速度で回転し、中間部材７が軸穴１２に対して回転軸２よりも低い回転速度（例えば４０ｒｐｍ）で回転する場合は、内側シール部材１６の内径側部材（回転軸２）と外径側部材（中間部材７）との相対回転速度は、４０ｒｐｍとなる。また、外側シール部材１７の内径側部材（中間部材７）と外径側部材（軸穴１２）との相対回転速度は、６０ｒｐｍとなる。従来例に係る磁気粘性流体装置の場合、回転軸が軸穴に対して１００ｒｐｍの回転速度で回転する場合、シール部材の内径側部材と外径側部材との相対回転速度も１００ｒｐｍとなる。
【００３６】
一般的に、シール部材の内径側部材と外径側部材との相対回転速度が高くなるにつれて、シール機能が低下し、磁気粘性流体の漏れが生じ易くなる。本実施形態に係る回転軸のシール構造によれば、当該相対回転速度を低く抑えることができるため、各シール部材１６，１７の断面変形量（つぶし代）を大きくすることなく、磁気粘性流体１０の漏れを抑制することができる。また、各シール部材１６，１７の断面変形量を大きくせずに済むことから、回転軸２の基底トルクを抑えることもできる。
【００３７】
また、本実施形態に係る回転軸のシール構造によれば、シール部材の内径側部材と外径側部材との相対回転速度を低く抑えることができるので、各シール部材１６，１７の劣化を遅らせることができる。換言すれば、各シール部材１６，１７の耐久性が向上する。
【００３８】
＜変形例＞
既述した実施形態において、磁気粘性流体１０の封入領域の密封性が高い場合は、付勢部材９を省略することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、例えば、互いに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、部材間で伝達されるトルクを変えることができる磁気粘性流体装置に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１  磁気粘性流体装置
２  回転軸
３  円板
７  中間部材
９  付勢部材
１０  磁気粘性流体
１１  軸受
１１ａ  連通孔
１２  軸穴
１５  空間
１６  内側シール部材
１７  外側シール部材
１８  内側環状溝
１９  外側環状溝
【図１】
2020153471.tif 000003