(57)【要約】  電磁石を形成する非常に小さいワイヤが埋め込まれた透過性サブパネルの非常に薄い構造体により、そのサブパネルの間に挟まれた磁気粘性流体に懸濁する非常に細い粒子の分布を制御するシステム。特定の電磁石に電流を流すことにより、当該パネルシステムを透過できる可視光などの電磁エネルギーの量を制御することができる。このシステムを使用して、複層パネル構造体の剛性率を、電磁石に流す電流の関数として増減させることもできる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の形態の放射線を透過させ、透過率を選択的に変えられるように構成されたパネルアセンブリ（１０）であって、
第１の端縁部（２２）とその反対側の第２の端縁部（２４）との間を互いに概して平行に離間して延びる複数の第１のワイヤ（２０）を含む第１の透過性サブパネル（１６）であって、当該第１の端縁部または当該第２の端縁部にある当該第１のワイヤの各々の少なくとも一端と隣接する第１のワイヤの一端とが複数のＵ字形導電要素を形成するように接続されており、当該第１の透過性サブパネルの当該第１の端縁部または当該第２の端縁部またはその近傍にある当該Ｕ字形導電性要素の各々の周りには電磁コイル（３０）が巻回されて、当該接続された第１のワイヤの各々のところに「馬蹄形」電磁石が形成されることを特徴とする第１の透過性サブパネルと、
第３の端縁部（４２）とその反対側の第４の端縁部（４４）との間を互いに概して平行に離間して延びる複数の第２のワイヤ（４０）を含む第２の透過性サブパネル（１８）であって、当該第３の端縁部または当該第４の端縁部にある当該第２のワイヤの各々の少なくとも一端と隣接する第２のワイヤの一端とが第２の複数のＵ字形導電性要素を形成するように接続されており、当該第２の透過性サブパネルの当該第３の端縁部または当該第４の端縁部またはその近傍にある当該第２の複数のＵ字形導電性要素の各々の周りには電磁コイル（５０）が巻回されて、当該接続された第２のワイヤの各々のところに「馬蹄形」電磁石が形成されることを特徴とする第２の透過性サブパネルと、
当該第１の透過性サブパネルと当該第２の透過性パネルとの間に挟まれ、或る量の磁気粘性流体（１４）を収容するように構成された磁気粘性流体貯蔵域（１２）と
を具備するパネルアセンブリ（１０）。
【請求項２】
前記貯蔵域内にはさらに、或る量の磁性粒子を含む或る量の磁気粘性流体（１４）が位置する、請求項１のパネルアセンブリ。
【請求項３】
前記貯蔵域は、前記貯蔵域から前記第１のサブパネルおよび前記第２のサブパネルの前記第１の端縁部、前記第２の端縁部、前記第３の端縁部または前記第４の端縁部のうちの１つを越えて延びる貯蔵域延長部（６０）を具備し、前記電磁コイルのいずれも通電状態にないときは前記磁性粒子が当該貯蔵域延長部に位置することを特徴とする、請求項２のパネルアセンブリ。
【請求項４】
前記第１のワイヤおよび前記第２のワイヤは互いに約９０°の角度（θ）を成して延びる、請求項１のパネルアセンブリ。
【請求項５】
前記電磁コイルの各々に供給される電流を個別に制御するように構成された制御システム（７２）をさらに備える、請求項１のパネルアセンブリ。
【請求項６】
前記所定の形態の放射線は電磁放射線であり、当該電磁放射線の経路を追跡して当該経路を制御システムに入力し、当該経路と交差する前記パネルアセンブリの場所に対応する電磁コイルを選択的に作動させるように構成された電磁放射線検出器（８０）をさらに具備する、請求項５のパネルアセンブリ。
【請求項７】
前記電磁放射線検出器は１つ以上の光センサである、請求項６のパネルアセンブリ。
【請求項８】
前記パネルアセンブリは内面および外面を有し、前記光センサは当該内面に隣接して支持される、請求項７のパネルアセンブリ。
【請求項９】
前記所定の形態の放射線は熱中性子またはＸ線のうちの一つを含む、請求項５のパネルアセンブリ。
【請求項１０】
前記磁性粒子は鉄を含む、請求項２のパネルアセンブリ。
【請求項１１】
前記磁気粘性流体はアルコールを含む、請求項２のパネルアセンブリ。
【請求項１２】
前記パネルアセンブリの或る部分における前記磁性粒子の濃度によって当該部分の強度が高められる、請求項２のパネルアセンブリ。
【請求項１３】
前記第１の透過性サブパネルおよび前記第２の透過性サブパネルの各々は、透明なガラスまたはプラスチック製である、請求項１のパネルアセンブリ。
【請求項１４】
前記第１のワイヤおよび前記第２のワイヤはそれぞれ、前記第１の透過性パネルおよび前記第２の透過性パネルに埋め込まれている、請求項１のパネルアセンブリ。
【請求項１５】
前記第１のワイヤおよび前記第２のワイヤはそれぞれ、前記第１の透過性パネルおよび前記第２の透過性パネルに固着されている、請求項１のパネルアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で、参照により本願に組み込まれる２０１７年１２月６日出願の米国仮特許出願第６２／５９５，２２５号に基づく優先権を主張する。
【０００２】
本発明は概してスマートガラス技術に関し、具体的には、磁気粘性流体を用いて透過率を制御する放射線透過性パネルアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００３】
スマートガラス技術を用いて窓を透過する可視光の強度を調節できるようにするには、現状では、電場および潜在的に有毒な化学物質の使用を伴う比較的高価な製造技術を用いる必要がある。現用の技術では、パネル全体の透過率が均一に変化する。そのような「スマートガラス」技術の用途の多くは、潜在的に有毒なまたは高価な化学元素を使用することなく、ごく局所的な領域の光透過率を変えられる、非常に安価で拡張や縮小が容易な方法を利用できれば、その大きな恩恵に浴することができる。光透過率を変えるために使用する方法が、パネルの耐衝撃性を高めるようにパネルの強度も変化させる効果があれば、この技術の有用性が大幅に向上するであろう。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の実施態様は、所定の形態の放射線を透過させ、透過率を選択的に変えられるように構成されたパネルアセンブリを提供する。当該パネルアセンブリは、第１の端縁部とその反対側の第２の端縁部との間を互いに概して平行に離間して延びる複数の第１のワイヤを含む第１の透過性サブパネルであって、当該第１の端縁部または当該第２の端縁部にある当該第１のワイヤの各々の少なくとも一端と隣接する第１のワイヤの一端とが複数のＵ字形導電性要素を形成するように接続されており、当該第１の透過性サブパネルの当該第１の端縁部または当該第２の端縁部またはその近傍にある当該Ｕ字形導電性要素の各々の周りには電磁コイルが巻回されて、当該接続された第１のワイヤの各々のところに「馬蹄形」電磁石が形成されることを特徴とする第１の透過性サブパネルと、第３の端縁部とその反対側の第４の端縁部との間を互いに概して平行に離間して延びる複数の第２のワイヤを含む第２の透過性サブパネルであって、当該第３の端縁部または当該第４の端縁部にある当該第２のワイヤの各々の少なくとも一端と隣接する第２のワイヤの一端とが複数のＵ字形導電性要素を形成するように接続されており、当該第２の透過性サブパネルの当該第３の端縁部または当該第４の端縁部またはその近傍にある当該第２のＵ字形導電性要素の各々の周りには電磁コイルが巻回されて、当該接続された第２のワイヤの各々のところに「馬蹄形」電磁石が形成されることを特徴とする第２の透過性サブパネルと、当該第１の透過性サブパネルと当該第２の透過性パネルとの間に挟まれ、或る量の磁気粘性流体を収容するように構成された磁気粘性流体貯蔵域とより成る。
【０００５】
当該パネルアセンブリの当該貯蔵域内には、或る量の磁性粒子を含む或る量の磁気粘性流体がさらに位置することがある。
【０００６】
当該貯蔵域は、当該貯蔵域から当該第１のサブパネルおよび当該第２のサブパネルの当該第１の端縁部、当該第２の端縁部、当該第３の端縁部または当該第４の端縁部のうちの１つを越えて延びる貯蔵域延長部を具備し、当該電磁コイルのいずれも通電状態にないときは当該磁性粒子が当該貯蔵域延長部に位置する。
【０００７】
当該第１のワイヤおよび当該第２のワイヤは互いに約９０°の角度を成して延びる。
【０００８】
当該パネルアセンブリは、当該電磁コイルの各々に供給される電流を個別に制御するように構成された制御システムをさらに備える。
【０００９】
当該所定の形態の放射線は電磁放射線でよい。
【００１０】
当該パネルアセンブリは、当該電磁放射線の経路を追跡して当該経路を制御システムに入力し、当該経路と交差する当該パネルアセンブリの場所に対応する電磁コイルを選択的に作動させるように構成された電磁放射線検出器をさらに具備することがある。
【００１１】
当該電磁放射線検出器は１つ以上の光センサでよい。
【００１２】
当該パネルアセンブリは内面および外面を有し、当該光センサは当該内面に隣接して支持されてよい。
【００１３】
当該所定の形態の放射線は熱中性子を含んでよい。
【００１４】
当該所定の形態の放射線はＸ線を含んでよい。
【００１５】
当該磁性粒子は鉄を含んでよい。
【００１６】
当該磁気粘性流体はアルコールを含んでよい。
【００１７】
当該パネルアセンブリの或る部分における当該磁性粒子の濃度によって当該部分の強度を増加させることができる。
【００１８】
当該第１の透過性サブパネルおよび当該第２の透過性サブパネルの各々は、透明なガラスまたはプラスチック製でよい。
【００１９】
当該第１のワイヤおよび当該第２のワイヤは、それぞれ当該第１のサブパネルおよび当該第２のサブパネルに埋め込むことができる。
【００２０】
当該第１のワイヤおよび当該第２のワイヤは、それぞれ当該第１のサブパネルおよび当該第２のサブパネルに固着することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
本発明の詳細を、好ましい実施態様を例にとり、添付の図面を参照して以下に説明する。
【００２２】
【図１】本発明の一実施例に基づくパネルアセンブリの概略正立面図である。
【００２３】
【図２】図１のパネルアセンブリの概略側立面図である。
【００２４】
【図３】図１、２のパネルアセンブリを用いたシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の実施形態は、磁気粘性技術を用いて、元来は透過的なパネルアセンブリの放射線透過率を制御するものである。本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願公開第２０１６／０２３２９９５号に記載されるように、磁気粘性流体は、磁場をかけると実効密度および組成特性が変化する流体である。典型的な磁気粘性流体は、或る種の粘性流体中に非常に小さい強磁性球体粒子が懸濁した状態にある。磁性粒子は、一般的にマイクロメートルまたはナノメートル・サイズの球体または楕円体であり、担体流体中にランダムに分散して分布し、通常の環境で懸濁状態にある。しかし、磁場がかかると、微視的な粒子が磁束線に沿って整列する。
【００２６】
図１、２はそれぞれ、本発明の一実施例に基づくパネルアセンブリ１０の正面図および側面図である。パネルアセンブリ１０は、透明材料（例えばガラスまたは透明プラスチック）で構成された非常に薄い（例えば厚さｔ（図２）が約５ｍｍ）貯蔵域１２（図２）を含む。この貯蔵域１２は、磁性粒子が懸濁していなければ透明である磁気粘性流体１４（例えばアルコール）が充填されている。パネルアセンブリ１０は、図２の側面図から最も良くわかるように、貯蔵域１２を間に挟むようにその両側に位置する第１のサブパネル１６と第２のサブパネル１８をさらに含む。
【００２７】
引き続き図１、２を参照すると、第１のサブパネル１６は概して、透過性材料（例えばガラスまたは透明プラスチック）で作られた薄い構造体であり、その中に直径約０．１ｍｍの複数の第１のワイヤ２０が埋め込まれている。本願の実施例は、厚さｔ１（図２）が約１ｍｍの第１のサブパネル１６を採用しているが、本発明の範囲から逸脱することなく、他の厚さｔ１にしてもよいことを理解されたい。第１のワイヤ２０は、第１のサブパネル１６の第１の端縁部２２からその反対側の第２の端縁部２４へ、互いに概して平行に離間して延びている。図１に示す例において、対２６を成す第１のワイヤ２０同士は、第１のサブパネル１６の第１の端縁部２２と第２の端縁部２４の両方またはその近傍で、一対のＵ字形導電性要素を形成するように接続されている。このため、各対２６の第１のワイヤ２０が、一対のＵ字形導電性要素を互いに接続した導電性ループ２８を形成する。第１のサブパネル１６の第１の端縁部２２と第２の端縁部２４またはその近傍にある各導電性ループ２８の各Ｕ字形導電性要素の周りには電磁コイル３０が巻回されており、この電磁コイル３０に電流を流すと、各導電性ループ２８が二連の「馬蹄形」電磁石として機能する。代案として、対２６を成す第１のワイヤ２０同士を第１のサブパネル１６の第１の端縁部２２または第２の端縁部２４の一方のみまたはその一方の近傍で接続して、各対１個のＵ字形導電性要素を形成し、このような構成の第１のワイヤ２０の接続部に電磁コイル３０を巻回して、電磁コイル３０に電流を流したとき各Ｕ字形導電性要素が「馬蹄形」電磁石として機能するようにしてもよい。
【００２８】
引き続き図１を参照すると、所与の一対２６の第１のワイヤ２０同士は第１の距離ｄ１だけ離間し、第１のワイヤ２０の対２６同士は第２の距離ｄ２だけ離間している。第１の距離ｄ１および第２の距離ｄ２の具体的な値は、具体的な用途に応じて変えることができる。これらの離間距離は、ワイヤ間に磁場強度の適切な均一性を確保するのに十分なものとすべきである（例えば約３ｍｍ）。
【００２９】
第２のサブパネル１８は、第１のサブパネル１６と概して同じ構成であるが、第１のサブパネル１６に対して角度θを成すように配置される。角度θは、磁気粘性流体の所望の方向制御を実現できるように調整される。本願の実施例では、θとして９０°またはそれに近い角度を採用している。したがって、第２のサブパネル１８も同様に、概して透過性材料（例えばガラス、プラスチック）で作られた薄い構造体であり、その中に複数の第２のワイヤ４０（第１のワイヤ２０と同じ寸法のもの）が埋め込まれている。実施例では、厚さｔ２（図２）が約１ｍｍの第２のサブパネル１８を採用しているが、本発明の範囲から逸脱することなく、他の厚さｔ２にしてもよいことを理解されたい。第２のワイヤ４０は、第２のサブパネル１８の第３の端縁部４２からその反対側の第４の端縁部４４まで、互いに概して平行に離間して延びている。図１に示す例において、対４６を成す第２のワイヤ４０は、第２のサブパネル１８の第３の端縁部４２と第４の端縁部４４の両方またはその近傍で、一対のＵ字形導電性要素を形成するように接続されている。このため、各対４６の第２のワイヤ４０が、一対のＵ字形導電性要素を互いに接続した導電性ループ４８を形成する。第２のサブパネル１８の第３の端縁部４２と第４の端縁部４４またはその近傍にある各導電性ループ４８の各Ｕ字形要素の周りには電磁コイル５０が巻回されており、この電磁コイル５０に電流を流すと、各導電性ループ４８が二連の「馬蹄形」電磁石として機能する。代案として、対４６を成す第２のワイヤ４０同士を第２のサブパネル１８の第３の端縁部４２または第４の端縁部４４の一方のみまたはその一方の近傍で接続して、各対１個のＵ字形導電性要素を形成し、このような構成の第２のワイヤ４０の接続部に電磁コイル５０を巻回して、電磁コイル５０に電流を流したとき各Ｕ字形導電性要素が「馬蹄形」電磁石として機能するようにしてもよい。
【００３０】
引き続き図１を参照すると、所与の一対４６の第２のワイヤ４０同士は第３の距離ｄ３だけ離間し、第２のワイヤ４０の対４６同士は第４の距離ｄ４だけ離間している。第３の距離ｄ３および第４の距離ｄ４の具体的な値は、具体的な用途に応じて変えることができる。しかしながら、一般的に、これらの寸法は、前述の第１の距離ｄ１および第２の距離ｄ２と同じである。
【００３１】
図１、２に示す構成は例示のためのみのものであり、第１のワイヤ２０または第２のワイヤ４０の数／寸法および／またはそのような要素の離間距離ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４の１つ以上は、本発明の範囲から逸脱せずに、特定の用途の要件を満たすために変えられることを理解されたい。
【００３２】
貯蔵域１２内の磁気粘性流体１４中の任意所望の場所における鉄粒子などの磁性粒子の静的および動的分布および密度は、第１のサブパネル１６および第２のサブパネル１８のそれぞれの電磁石コイル３０、５０に供給される電流の大きさおよびタイミングを適切に調整することによって制御できる。
【００３３】
本発明の図示の実施例のパネルアセンブリ１０は、その底部に、貯蔵域延長部６０をさらに含む。貯蔵域１２の延長部である貯蔵域延長部６０は、第１のサブパネル１６および第２のサブパネル１８を越えて延在する。このような構成では、電磁コイル３０、５０が通電状態になければ、磁気粘性流体１４中の磁性粒子は、重力または遠心力による位置エネルギーが最も低い位置である貯蔵域延長部６０へ移動して留まる。この構成は、電磁コイル３０、５０が通電状態にないときにパネルアセンブリ１０の透過率が最大になるようにする。通電されると、電磁コイル３０、５０は磁性粒子を貯蔵域延長部６０から逐次輸送して、パネルアセンブリ１０全体にわたり、ユーザの設定に合った均一な透過率が得られるように動作する（例えば、垂直方向の粒子の相対移動は水平方向の磁石によって、また、水平方向の相対移動は垂直方向の磁石の作動によって引き起こされる）。
【００３４】
次に図３を参照し、図１、２のパネルアセンブリ１０を用いたシステム７０の概略図について説明する。システム７０は、図１、２に関連して前述したようなパネルアセンブリ１０と、パネルアセンブリ１０の電磁コイル３０、５０に接続された制御システム７２とを含む。さらに詳しく言うと、制御システム７２は、処理部７４と電磁石電流供給部７６とを含む。
【００３５】
処理部７４は、例えばマイクロプロセッサ、マイクロコントローラまたは他の適切な処理装置と、それに内蔵または作動的に接続されて、パネルアセンブリ１０の動作制御のためのデータおよび実行可能なソフトウェアのための記憶媒体を提供する記憶部である。当該記憶部は、さまざまな種類の内部および／または外部記憶媒体のうちの任意の１つ以上のもので、非限定的な例として、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ、ならびにコンピュータの内部記憶領域のようにデータを記憶する記憶レジスタ（すなわち機械可読媒体）を構成するものが挙げられ、揮発性メモリまたは不揮発性メモリでもよい。
【００３６】
電磁石電流供給部７６は、処理部７４に接続／制御され、電磁コイル３０、５０の各々に接続され、処理部７４から提供される命令／制御に応じて電磁コイルの各々に様々な電流を供給するように構成されている。
【００３７】
引き続き図３を参照すると、システム７０は、制御システム７２に接続された多数の光センサ７８を含むことができる。本明細書に用いる用語「多数」は、１または１より大きい整数（すなわち複数）を意味する。制御システム７２は、多数の光センサ７８から提供される入力を用い、ユーザが選択した基準透過率からの偏差に応答して、パネルアセンブリ１０の任意の場所における磁気粘性流体１４中の磁性粒子の密度を自動的に変化させることができる。望ましい分布の一例は、パネルアセンブリ１０の各制御区画を最大強度未満に保つことである。
【００３８】
パネルアセンブリ１０の透過率を選択的に制御するだけでなく、制御システム７２は、パネルアセンブリ１０全体および当該パネルアセンブリの特定の場所の両方について、パネルアセンブリ１０の構造剛性を制御することもできる。これは、磁性粒子の均一な分布を得るために必要な電流分布を変化させることによって、またはパネルアセンブリ１０の貯蔵域１２内の所望の場所の磁性粒子の濃度を変えるように電流分布を調整することによって達成される。図３に示す例において、システム７０は、制御システム７２に接続された電磁放射線透過／反射測定装置８０（例えばＥＭＲ送信器／受信器アレイ）を含む。この装置８０は、パネルアセンブリ１０の表面に向かって移動する物体の速度および重力により誘起される偏向を検出するために使用してもよい。制御システム７２は、装置８０から受信する透過／反射データを使用して、予想衝突点におけるパネルアセンブリ１０の剛性率を選択的に調整／最適化するために必要な、電磁コイル３０、５０に印加される電流の分布および強度を調整する。この最適化の例として、衝撃部の周辺領域の剛性率を調整することにより、衝撃時およびその後に生じる応力波を、対象物が装置を貫通する可能性が減るように、必要に応じて減衰させることが挙げられる。
【００３９】
本発明に基づく例示的なシステムは、ユーザの核放射線被ばく量を低減させるような構成であってもよい。例えば、貯蔵域１２の磁気粘性流体１４中の磁性粒子としてホウ化鉄粒子を用いることにより、パネルアセンブリ１０の熱中性子透過率を大幅に低減することができる。このシステムでは、単に磁気粘性流体１４中の鉄の密度を高めて、パネルアセンブリ１０により高い磁場強度を発生させるだけで、ガンマ線も同様に減衰させることができるであろう。このような能力は、核研究および核医学の用途で非常に有用な可能性がある。
【００４０】
本発明の特定の実施態様について詳しく説明してきたが、当業者は、本開示書全体の教示するところに照らして、これら詳述した実施態様に対する種々の変更および代替への展開が可能である。したがって、ここに開示した特定の実施態様は説明目的だけのものであり、本発明の範囲を何ら制約せず、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲に記載の全範囲およびその全ての均等物を包含する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2021508368.tif 000008