JP2006304433A - マグネットカップリング構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】 温度の影響が隔壁やカップリング部に及ぶのを最小限に抑えることができる、簡単な構成のマグネットカップリング構造体を提供すること。
【解決手段】 アウター磁石３を有し、駆動側回転軸２に設けられたアウター部材２ｃと、アウター磁石３にラジアル方向に対向するインナー磁石４を有し、従動側回転軸１２に設けられたインナー部材１２ａと、アウター磁石３とインナー磁石４との間の隔壁８と、を具備したマグネットカップリング構造体１であって、アウター部材２ｃと隔壁８により形成される空間Ｓに気体を噴出し環流させるための気体環流機構が、駆動側回転軸２の所定位置に設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モータ等の回転力を非接触で回転装置に導入するマグネットカップリング構造体に関し、特に、回転導入装置が低温等の特殊環境でも用いられる場合に、その特殊環境の影響がマグネットカップリング構造体に及ぶのを軽減するための改良に関するものである。

マグネットカップリングは、回転装置に非接触で回転力を導入する構造体として公知であり、ケミカルポンプを中心として各種のポンプ、真空機器等に多く用いられている。

このマグネットカップリングは、一般に、アウター磁石を有し、モータの回転を伝達する回転軸の一端部に設けられたアウター部材と、このアウター磁石にラジアル方向に対向配置されたインナー磁石を有し、回転を導入する装置の回転軸の一端部に設けられたインナー部材と、前記アウター磁石とインナー磁石との間に配設されたシールド隔壁と、を具備した構成である。

このアウター磁石とインナー磁石はＮ極とＳ極を含む多極構造を有しているので、これらの磁石の吸引力と反発力により、駆動側の回転軸を介してアウター部材に加えられたトルクが、インナー部材を介して非接触で従動側の回転軸に伝達可能となっている。

このマグネットカップリング（以後、カップリング部と言う）において、高トルクを伝達する機能を維持しつつ、小型化を達成する技術ついて、例えば、特許文献１に示されており、その構成を図２に示している。同図において、カップリング部２０は、インナー磁石４を有するインナー部材１２ａと、隔壁８を介してインナー磁石４とラジアル方向に対向配置されたアウター磁石３を有するアウター部材２ａを備えており、このインナー磁石４とアウター磁石３の間隔をＬｇ、インナー磁石４の各磁極（Ｎ，Ｓ）の外周面幅と、これに対向するアウター磁石３の各磁極（Ｎ，Ｓ）の内周面幅の平均幅寸法をＷとすると、２Ｌｇ＜Ｗ＜５Ｌｇの関係を満足するというものである。

しかし、回転が導入される側の装置（以後、回転導入装置と略記する）が冷却槽を有する低温体である場合は、その低温がカップリング部にも伝達されて、シールド隔壁等に凍結が生じることがある。このような不具合に対する対策は、特許公報等の先行技術には見当たらないが、一般的な方法としては、ヒータを巻く等の対策が考えられる。

このような温度の影響に関する問題は、回転導入装置が冷却槽を有する場合だけでなく、逆に高温体である場合にも発生することがある。これは、カップリング部のような真空容器の部分では熱の対流が生じないで輻射熱だけになることから、カップリング部の熱伝導の効率や熱膨張の差が生じることが原因している。

また、特許文献２では、エキシマレーザ装置のカップリング部（図２に示したものと略同様の構成）において、シールド隔壁を強度を保つために金属製にすると、モータ駆動時に回転磁界によって過電流が生じて高熱化し、モータ駆動に不利な影響が生じるのを防止するため、このシールド隔壁をセラミックス材とすることが提案されている。
特開２０００−１２５５４１号公報 特開２００１−７７４４６号公報

しかしながら、従来の上記マグネットカップリング構造体、特に、冷却槽を有する回転導入装置にトルクを伝達するカップリング部においては、上記の如く、インナー磁石４とアウター磁石３の間にシールド隔壁８を設けているが、冷却槽の低温の影響で、隔壁８の大気側には空気中の水分が結露して氷結し、隔壁８を破損してしまうことがあるという問題点があった。

このようなカップリング部においては、シールド隔壁８と永久磁石３，４の間は狭いため、ヒータ等を配設することは困難であるだけではなく、回転体であるカップリング部に電力を供給しなければならないので、構成が複雑になってしまう。

そこで、本発明では、上述した従来の不都合を改善して、回転導入装置にトルクを伝達する機能を維持しつつ、回転導入装置からの温度の影響が隔壁やカップリング部に及ぶのを最小限に抑えることができる、特に、回転導入装置が冷却槽を有する場合に、隔壁やカップリング部が氷結するのを防止することができる、簡単な構成のマグネットカップリング構造体を提供することを課題としている。

上記課題を達成するために、多極構造のアウター磁石を有し、モータの回転を伝達する駆動側回転軸の一端部に設けられたアウター部材と、このアウター磁石にラジアル方向に対向配置された多極構造のインナー磁石を有し、回転を導入する装置の従動側回転軸の一端部に設けられたインナー部材と、前記アウター磁石とインナー磁石との間に配設された隔壁と、を具備したマグネットカップリング構造体において、前記アウター部材と前記隔壁により形成される空間に、気体を噴出し環流させるための気体環流機構を備えていることを特徴としている。

また、前記気体は乾燥した圧縮空気であって、前記気体環流機構は、前記駆動側回転軸の所定位置に設けられ、気体導入孔を有する気体導入部と、この気体導入部に連通するもので、当該回転軸内の軸方向に設けられ、前記アウター部材側に開口する気体孔と、から構成されていることを特徴としている。

本発明は、以上のような構成を有しているため、マグネットカップリングの回転導入装置へのトルク伝達機能を維持しながら、アウター部材と隔壁間に噴出する気体によって、回転導入装置からの温度の影響が隔壁やアウター部材に及ぶのを最小限に抑えることができる。

特に、回転導入装置が低温槽を有する場合、噴出する気体を圧縮した乾燥空気にすることにより、空気中の水分が隔壁やアウター磁石の表面に付着することはなくなるので、低温の影響で隔壁に結露した水分が氷結して隔壁を破損してしまうのを防止することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施形態を示す低温槽に具備されたマグネットカップリング構造体の軸方向断面図である。

本発明の実施形態として、特に、従動側の回転導入装置が低温槽（冷却槽）を具備したマグネットカップリング構造体について説明する。

図１において、駆動側の回転軸２は、軸受１７，１８によりハウジング５の一部である支持部６ａ，６ａに支持されており、モータ１４の回転力がプーリ１６ａ，１６ｂ及びベルト１５を介して伝達されるようになっている。

一方、従動側の回転軸１２は、回転導入装置の低温槽９内に固定された２つのアンギュラ玉軸受１１と、負荷装置１３を介して低温槽９内に固定された円筒ころ軸受１０により支持されている。したがって、この回転軸１２は、負荷される荷重が負荷装置１３により制御可能な状態で揺動・回転自在に支持されている。

上記回転軸２の一端部に設けられたアウター部材２ｃには、円筒形状で多極構造のアウター磁石３が内嵌・固定されており、且つ、回転軸１２の一端部に設けられたインナー部材１２ａには、同じく円筒形状で多極構造のインナー磁石４が、前記アウター磁石３に対してラジアル方向に対向配置されるように外嵌・固定されている。このインナー磁石４とアウター磁石３の間には、隔壁（シールド隔壁）８がこれらの磁石３，４に非接触の状態で介在するように回転導入装置側に固定されている。このインナー部材１２ａを有する回転軸１２、インナー磁石４、隔壁８、アウター部材２ｃを有する回転軸２、アウター磁石３によりマグネットカップリング構造体１が構成されている。

さらに、駆動側の回転軸２の、軸受１７と軸受１８の略中間位置にはハウジング５に取り付けた円筒形状の気体導入部であるオイルシール６ｂが設けられ、このハウジング５には空気導入孔（気体導入孔）５ａが設けられている。回転軸２の、ハウジング５によりシールされる環状室５ｂの部分には、軸心からラジアル方向に形成した複数の空気穴２ａが、軸２の周方向に等間隔に設けられ、且つ、回転軸２には、この空気穴２ａに連通する軸心穴２ｂが軸心に沿って軸方向に設けられており、回転軸２のアウター部材２ｃ側（カップリング部のカップ底中央部）に開口している。

空気穴２ａは、少なくとも２本、回転軸２の軸心からラジアル方向に放射状に設けられていれば良い。空気孔２ａと軸心孔２ｂが気体孔になっている。また、ハウジング５、オイルシール６ｂ、空気孔２ａ、軸心孔２ｂにより気体環流機構が構成されている。

上記構成において、モータ１４の回転が、プーリ１６ａ，１６ｂ及びベルト１５を介して回転軸２に伝達され、回転軸２のアウター部材２ｃが回転するのに伴って、インナー部材１２ａを介して回転軸１２が回転する。この動作は、アウター部材２ｃのアウター磁石３とインナー部材１２ａのインナー磁石４は多極構造を有しているので、これらの磁石３，４の吸引力と反発力により、アウター部材２ｃに加えられたトルクがインナー部材１２ａに非接触で伝達されるために可能となっている。

一方、回転導入装置の低温槽９では、導入口９ａから冷風が矢印のように導入され、排出口９ｂから冷風が矢印のように排出されることにより、低温槽９内は常に所定の低温が維持されている。

この時、ハウジング５の空気導入孔５ａから圧縮した乾燥空気が矢印のように環状室５ｂ内に導入され、この空気が環状室５ｂから回転軸２の空気孔２ａ及び軸心孔２ｂを通過して、隔壁８とアウター部材２ｃ（及びアウター磁石３）によって形成される空間Ｓ内に噴出される。噴出された空気は、圧力でアウター部材２ｃと回転導入装置の隙間から外部（矢印方向）へ排出されることにより環流する。

このため、空間Ｓ内は空気圧が高まり大気よりも気圧が高くなるので、空気中の水分が隔壁８とアウター磁石３の表面に付着することはない。したがって、低温槽９の低温の影響で、隔壁８に結露した水分が氷結して隔壁８を破損してしまうのを防止することができる。

また、低温槽９内に設置された円筒ころ軸受１０は、隔壁８により大気とは完全に遮断された状態になっているので、低温状態でも霜がついたり氷結したりすることはない。

尚、上記実施形態では、本発明の構成を低温槽９を有する回転導入装置に適用し、乾燥した圧縮空気を用いたが、これに限らず、回転軸２の回転を非接触で伝達する種々の回転導入装置に適用可能であって、他の種類の気体を用いることもできる。例えば、回転導入装置が高温を発生するものでは、隔壁８の発熱を防止するために、ハウジング５の空気導入孔５ａから圧縮した冷風を導入する、等の構成にすることもできる。

したがって、本発明のマグネットカップリング構造体は、広い意味では、マグネットカップリングの回転導入装置へのトルク伝達機能を維持しながら、アウター部材と隔壁間に噴出する気体によって回転導入装置からの温度の影響が隔壁やアウター部材に及ぶのを最小限に抑えることができるという効果を奏するものである。

本発明の実施形態を示す低温槽に具備されたマグネットカップリング構造体の軸方向断面図である。 従来のマグネットカップリング構造体を示す軸方向断面図である。

符号の説明

１：マグネットカップリング構造体
２：回転軸（駆動側）
２ａ：空気孔
２ｂ：軸心孔
２ｃ：アウター部材
３：アウター磁石
４：インナー磁石
５：ハウジング（気体導入部）
６ａ：ハウジングの一部
６ｂ：オイルシール
８：隔壁
９：低温槽（冷却槽）
１０：円筒ころ軸受
１１：アンギュラ玉軸受
１２：回転軸（従動側）
１３：負荷装置
１４：モータ
１５：ベルト
１６：プーリ

Claims (3)

1. 多極構造のアウター磁石を有し、モータの回転を伝達する駆動側回転軸の一端部に設けられたアウター部材と、
   前記アウター磁石にラジアル方向に対向配置された多極構造のインナー磁石を有し、回転を導入する装置の従動側回転軸の一端部に設けられたインナー部材と、
   前記アウター磁石とインナー磁石との間に非接触で配設された隔壁と、
   を具備したマグネットカップリング構造体において、
   前記アウター部材と前記隔壁により形成される空間に、気体を噴出し環流させるための気体環流機構を備えていることを特徴とするマグネットカップリング構造体。
2. 前記気体は、乾燥した圧縮空気であることを特徴とする請求項１記載のマグネットカップリング構造体。
3. 前記気体環流機構は、前記駆動側回転軸の所定位置に設けられ、気体導入孔を有する気体導入部と、当該回転軸内の軸方向に設けられ、該気体導入部に連通し、前記アウター部材側に開口する気体孔と、から構成されていることを特徴とする請求項１記載のマグネットカップリング構造体。

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