JPS63257431A - 磁性流体を利用した組立体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は磁性流体を利用した組立体に関するもので、
特にイナーシア・ダンパや軸受として利用するのに好適
な組立体に関するものである。

（従来の技術及びその問題点） 例えばステッピングモータに連続的にパルス信号を送っ
てモータを連続回転させるような場合等回転むらの多い
モータをなるべく均一の速度で回転させるために、イナ
ーシア・ダンパを付けることは多（行われているところ
である。

従来このような目的のために使用するイナーシア・ダン
パとしては、オイルの粘度を利用したもの、摩擦を利用
したもの、及び永久磁石を用いたもの等があったが、オ
イルの粘度を利用したものはオイルを完全にシールする
ことが困難であり、摩擦を利用するものは発熱の処理の
問題や摩耗粉等による汚染の問題等の欠点があった。

これらの諸点を改良するため、第２図に示すようなイナ
ーシア・ダンパを使用することが考えられる。すなわち
、第２図はイナーシア・ダンパの側面概念図であるが、
モータの駆動力を伝達するシャフト１にクランプ２によ
って非磁性体から成るハウジング３を取りつけ、該ハウ
ジング内部には磁石等から成るセイスミック・マスを、
周囲を磁性流体４で囲んだ状態で封入して、やはり非磁
性体の１６を閉めてＯリング７で密閉したものであって
、オイル漏れもなくダンパ効果も高いものであるが、質
量を有する非磁性体ハウジングが、シャフトから大きな
半径を介して取り付けられているため、該非磁性体ハウ
ジング自体がモータ回転の負荷となってしまい、起動電
流の過大化や同期モータにおいては立ち上がり時間の過
大化あるいは効率の低下等の欠点が避けられなかった。

この発明は上記に鑑みなされたものであって、その目的
は、イナーシア・ダンパとして利用するような場合に、
上記のような欠点を除去・改良し、イナーシア・ダンパ
自体の負荷が少なくてしかも有効に緩衝作用を有し、か
つ信頬性と耐久性とを向上し得る磁性流体を利用した組
立体を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） そこでこの発明の磁性流体を利用した組立体は、回転体
の外周部に略同輪状に外輪を配置し、上記回転体と外輪
との間に環状空間を形成すると共に、この環状空間内に
磁性流体を充填し、さらに環状空間の両側の位置におい
て、上記回転体と外輪との間には上記環状空間と連通ず
る所定の間隙を設ける一方、上記環状空間内には磁石を
配置し、この磁石に起因する上記間隙内の磁束により上
記磁性流体を保持すべく構成しである。

（作用） 上記した磁性流体を利用した組立体をイナーシア・ダン
パとして使用した場合、磁性流体が回転体と外輪との間
の粘性動力伝導剤の役目をするため、耐久性も高く、信
頬性も高くなり、また駆動シャフトに直結している付加
的な質量を極力少なくでき、そのため負荷の少ないイナ
ーシア・ダンパとなる。

なおこの発明の磁性流体を利用した組立体の適用例とし
ては、イナーシア・ダンパに限られるものではなく、後
述するように軸受等にも適用可能である。

（実施例） 次にこの発明の磁性流体を利用した組立体の具体的な実
施例について、図面を参照しつつ詳細に説明するが、ま
ず最初に、第１図〜第４図に基づいてイナーシア・ダン
パへの適用例について説明する。

男１１Ｌ医 まず第１図のように、駆動シャフト１には回転体として
のホルダ７を介して永久磁石８を磁極の方向ＮＳが前記
シャフト１の軸と垂直になるように取りつけ、該永久磁
石８の外側にやはりリング状に磁性体からなる外輪とし
ての慣性体リング９を、前記磁性体８との間に所定の間
隙を介して冠着する。而して、前記永久磁石８と慣性体
リング９との間の間隙には磁性流体４を充填するのであ
る。なお１１はホルダ７と慣性体リング９との間に形成
された環状空間、１２．１２の環状空間１１の両側に形
成されると共に、環状空間１１に連通ずる間隙をそれぞ
れ示している。

以上がこの実施例の構成であって、次にその動作につい
て説明する。

図示を省略した駆動装置によって回転運動をするシャツ
）１はホルダ７及び永久磁石８と共に回転をするが、こ
の時永久磁石８と磁性流体４との摩擦と、磁性流体４と
慣性体リング９との摩擦によって慣性体リング９は前記
シャフト１の平均回転速度よりも僅かに遅い速度で回転
をするようになる。そのため駆動装置の回転むらによっ
てシャフト１が平均速度よりも速く回転しようとしたと
きには、永久磁石８と磁性流体４との摩擦によって前記
回転力は減殺される。また駆動装置の回転むらによって
シャフトｌが平均速度よりも遅く回転しようとした時に
は慣性体リング９が前記回転よりも早く回転しているた
め慣性体リング９の回転力は磁性流体４を介して永久磁
石８、したがってシャフト１をより速く回転させる動作
として作用する。

以上によって駆動装置、したがってシャフト１は回転む
らを減殺され可及的に平均速度に近い速度で平滑に回転
させられるようになるのである。

この場合永久磁石８と慣性体リング９との間の環状空間
１１内に介在する磁性流体４は前記のように粘性動力伝
導剤として作用すると共に、また両者の間の潤滑剤とし
ても作用することになる。

而して、永久磁石８と慣性体リング９との間に介在する
前記磁性流体４は永久磁石８の磁力によって図示の位置
に保持されるのである。この場合永久磁石８の磁極ＮＳ
から生ずる磁力線は（図中の破線）なるべく磁性体の中
を通ろうとする性質があるから、磁力線は磁性流体４の
両端部の部分、すなわち間隙１２．１２部分に集中され
、したがって磁性流体の端部には密度の高い磁束が構成
されるから、磁性流体はこの磁石によって捕捉されて外
部に流出することが防がれるのである。

第主災旙附 第３図は本発明を実施せる第２の実施例を示す側面一部
切欠概念図であって、シャフト１の周囲にホルダ７を介
して永久磁石８を取りつけ、その周囲に所定の間隙を介
して慣性体リング９を取り付け、環状空間１１内に磁性
流体４を介在させることは、前記実施例と同様であるが
、永久磁石８の磁極ＮＳは前記シャフト１の回転軸と平
行方向に取りつけ、かつ非磁性体から成る慣性体リング
９の両側には、磁性体片１０ａ　、１０ｂを取りつけて
構成するのである。

この実施例においては永久磁石８の磁極ＮＳから生ずる
磁力線は前記磁性体片１０ａ　、　１０ｂを磁化して磁
性体１０ｂの図示下端部→磁性体１０ａの図示下端部へ
と磁気閉回路をつくることになる。

したがって、この実施例では磁性流体４の端部、すなわ
ち間隙１２．１２部分は一層磁束密度が高くなり、その
ため磁性流体の捕捉力、保持力が大となるのである。

１ｍ医 第４図に側面一部切欠概念図を示すものは、本発明を実
施せる第３の実施例であって、慣性体リング９が非磁気
性体から成ること以外は第１図に示す実施例と構造は同
じであり、又永久磁石８の磁極の方向ＮＳはシャフト１
の軸と平行でも垂直でもかまわない、この場合、イナー
シア・ダンパとしての効果は第１図において説明したの
と同様にして得られ、磁性流体４が永久磁石８からでる
磁気によりその表面を被い包む現象を利用して該間隙１
２．１２内に磁性流体を保持するものである。

なお、前記各実施例においては、いずれもシャフトの周
囲にホルダ７を取りつけて、その外周に永久磁石を取り
つけたものを例示したが、これに限らず、シャフトを回
転体として構成し、その外周に直接永久磁石を取りつけ
る構造に構成しても実施できるし、また慣性体リングに
永久磁石を取りつけてもよい。

上記のように、上記各実施例のイナーシア・ダンパは、
まず慣性体リングの慣性を利用して、これとシャフトと
の空隙に充填した磁性流体の摩擦によってシャフトの回
転速度が可及的に均一になるように加速または減速する
ものであるから、ディスク摩擦板のように摩擦部材の摩
耗による摩擦係数の変化及び摩擦部材粉末の飛散等がな
く、精密機械系の中で他の系に害を与えない等の利点が
ある。更に、シャフト１と直結している部分は永久磁石
だけ（但し上記実施例ではこの他にホルダ７を介してい
るが）または永久磁石も慣性体リングに取りつけてしま
うので、直結部材の慣性モメントが小さくて済み、それ
だけ駆動装置（モータ等）の立ち上がり負荷が少なくて
すむことになるから、起動電力等もさほど極端に大きく
ならないで済むという長所が新たに生じる。

また上記各実施例においては、磁界の影響によって、磁
性流体を強く捕捉・保持して流出の虞も少ないので、信
顛性・耐久性に優れている。また上記磁性流体の開口部
以外の部分では磁性流体が皮膜となり、シャフトの回転
に従ってこの皮膜の厚さも均一になるので、磁性流体と
慣性体リングとの摩擦及び永久磁石と慣性体リングとの
摩擦も、周面のいずれにおいても均一化されるので、滑
らかな減衰効果が期待できる。

次にこの発明の磁性流体を利用した組立体をラジアル及
び／又はアキシアル方向への軸受に適用した場合の実施
例について、第５図〜第１０図に基づいて説明する。

茅土実施斑 第５図はベアリングの縦断面側面概念図であるが、軸２
１に取りつけた回転体としての内輪２２には永久磁石２
３を、図示のようにその磁性ＮＳの方向が軸２１と平行
方向になるように取り付けて、前記永久磁石２３を取り
付けた内輪２２と微小−な間隙を介して外輪２４を嵌合
させ、前記微小間隙には磁性流体２５を介在させて構成
する。この実施例の場合においては、内輪２２及び外輪
２４は非磁性体で構成するものであって、外輪２４が図
示のように二つに分かれているのは、前記のように内輪
２２の外側に外輪２４を嵌合させるために、同図におけ
るように外輪２４を二つの部分で構成し、両者二つの部
分を内輪２２の外側に嵌合させた上で、固着させて構成
したことを示すものである。なお３１は内輪２２と外輪
２４との間に形成された環状空間を、３２．３２は内輪
２２と外輪２４との間に形成されると共に、上記環状空
間３１に連通ずる間隙をそれぞれ示している。

このように構成した場合、永久磁石から生ずる磁力線は
非磁性体の存否に関係なぐ略楕円形に生ずるから、同図
に点線で示すように磁力、線が生ずるものと想像される
。ところで磁性流体は“、磁石の力によって強く吸引さ
れるものであるから、前記永久磁石２３を適当な磁力の
強さのものも使用すれば、同図に示すように磁性流体２
５は同図のように間隙３２．３２の位置に保持され、こ
れよりも外に流出することがない。

このように永久磁石２３の吸引力によってこの位置に保
持された磁性流体は、それ自体相当の圧力を有し、永久
磁石２３を取り付けたベアリングの内輪２２はこの圧力
の中に浮いていることになる。このため固体で構成した
軸受と異なり、振動もほとんど皆無の軸受が得られる。

■工災隻医 第６図は他の実施例の１つを示す軸受部分の縦断面側面
概念図であるが、同図に示すようにこの実施例において
は、内輪２２を磁性体で構成し、この内輪２２に永久磁
石２３をその磁極ＮＳが軸の方向と垂直方向になるよう
に取り付け、また外輪２４も磁性体で構成した例を示す
ものであって、その他の構造、すなわち内輪２２と外輪
２４との間の環状空間３１内に磁性流体２５を介在させ
ていること等は前記第４実施例と同様である。この実施
例において磁力線は同図点線に示すように磁性体の中を
通過して同図点線に示すような構成を描くものと予想さ
れるから、同図に示すようにこの磁力線は磁性流体の末
端部、すなわち間隙３２．３２の部分に集中され、この
部分から磁性流体が外に流出することを強力に防ぐもの
と考えられる。

第旦裏旌炭 第７図は第６実施例を示す縦断面側面概念図、但し軸２
１を中心に下方向部分は上部と対称に現れるので省略し
た図であるが、同図は永久磁石２３の形状が第５図と異
なるほかは第５図と同様であり、その作用効果、磁力線
の方向等も第５図と同様と予想されるので省略する。

里１災血拠 第８図は第７実施例を示す第７図同様の図面であるが、
この実施例においては、内輪２２及び外輪２４を非磁性
体で構成する等、第５図及び第７図の構成と同様であが
、本実施例においては永久磁石２３の両端に磁性体片２
６ａ　、２６ｂを取り付けて構成する。このように構成
すると、永久磁石２３の両端に取り付けた磁性体２６ａ
　、２６ｂの各端部すなわち２７ａ　、２７ｂ及び２８
ａ　、　２８ｂ付近においても磁力線が集中するから、
この部分においても特に強力に磁性流体２５を吸引し、
そのためベアリング内部における磁性流体の圧力を高め
るのに効果的なようである。

■工裏施■ 第９図は、第８実施例の構成を示す第７図同様の図面で
あって、内輪２２及び外輪２４はそれぞれ非磁性体で構
成するが、永久磁石２３は三角形の構造とする。永久磁
石２３の構造をこのように磁性流体２５の末端部３２．
３２付近において突起した形状に構成しておけば、該永
久磁石の磁力線は磁性流体の末端部３２．３２付近にお
いて高密度に集中するものであるから、磁性流体２５の
流出を防ぎ、かつベアリング内における磁性流体の圧力
を高めるためにも効果的である。

１度実施班 第１０図は第９実施例を示す第７図同様の図面であって
、軸受の内輪２２及び外輪２４は非磁性体で構成するこ
とは第７図と同様であるが、この実施例においては、永
久磁石２３を外輪に取り付けて構成する。このように永
久磁石２３を外輪２４に取り付けて構成すれば、軸２１
と直結する内輪２２の質量が少なくなり、そのため起動
負荷が少なくなる等の利点がある。

なお以上述べた他にも、永久磁石の取り付は方法、永久
磁石を内輪に取り付けるか外輪に取り付けるか、及び内
輪外輪を磁性体で構成するか非磁性体で構成するか等、
目的によって種々に設計できるものである。

上記のように上記第４〜第９実施例では、軸受の内輪ま
たは外輪に永久磁石を取り付は外輪と内輪との間の環状
空間内に磁性流体を介在させて構成したものであり、前
記永久磁石の磁力によって軸受の外輪と内輪との間隙に
介在させた磁性流体をその位置に保持し、相当な圧力を
生じさせ、その圧力の中に軸受内輪を浮かせて作動させ
るものであるから、軸受によって軸の方向を振動させた
りすることが少なく、しかもオイル漏れもなく、かつ気
密性の保持される軸受となるものである。

また構造が簡単であるため、精密に加工することもでき
、また故障も少なくなる。

（発明の効果） この発明の磁性流体を利用した組立体は上記のように構
成されたものでり、そのためこの発明の磁性流体を利用
した組立体をイナーシア・ダンパに適用した場合には、
イナーシア・ダンパ自体の負荷が少なくてしかも有効に
緩衝作用を有し、かつ信顛性と耐久性とを向上し得ると
いう利点が生じ、一方間様の構造を軸受に適用した場合
には、軸受によって生ずる軸の振動はほとんどなくなり
、しかも気密性があり、またオイル漏れの心配もない軸
受となるという利点を有する。殊にこの組立体では、環
状空間内の磁性流体を、その両側部に生ずる磁束にて保
持するようにしであるので、磁性流体を保持するための
機械的シールが不要であり、そのためどのような機能部
品に適用しても、その構成が簡素で、耐久性の優れたも
のとなる。

さらに、回転体の外周部に磁性流体を配置する構成であ
るために、必要に応じて回転体を小径にし、その慣性モ
ーメントを低減し得るので、回転体の応答性を向上し得
る等の利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明をイナーシア・ダンパとして実施した場
合の側面概念図、第２図は従来のイナーシア・ダンパの
側面概念図、第３図は第２実施例のイナーシア・ダンパ
の側面一部切欠概念図、第４図は第３実施例の第３図同
様の図面、第５図は本発明を軸受として実施した場合の
縦断面側面概念図、第６図は第５実施例を示す第５図同
様の図面、第７図は第６実施例を示す軸受付近の縦断面
側面図、第８図は第７実施例を示す第７図同様の図面、
第９図は第８実施例を示す第７図同様の図面、第１０図
は第９実施例を示す第７図同様の図面である。 １・・・シャフト、４・・・磁性流体、７・・・ホルダ
、８・・・永久磁石、９・・・慣性体リング、１１・・
・環状空間、１２・・・間隙、２１・・・軸受、２２・
・・内輪、２３・・・永久磁石、２４・・・外輪、２５
・・・磁性流体、３１・・・環状空間、３２・・・間隙
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、回転体の外周部に略同軸状に外輪を配置し、上記回
   転体と外輪との間に環状空間を形成すると共に、この環
   状空間内に磁性流体を充填し、さらに環状空間の両側の
   位置において、上記回転体と外輪との間には上記環状空
   間と連通する所定の間隙を設ける一方、上記環状空間内
   には磁石を配置し、この磁石に起因する上記間隙内の磁
   束により上記磁性流体を保持すべく構成したことを特徴
   とする磁性流体を利用した組立体。