JP2011196451A - 磁気歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸を介して軸受に作用する磁気吸引力を小さくすることができ、且つ、伝達トルクを確保することができる磁気歯車装置を提供する。
【解決手段】磁気歯車装置１は、複数の第１歯車５と、複数の磁石環６と、複数の第１歯車５及び複数の磁石環６が固定される第１の回転軸３と、複数の第２歯車７と、複数の第２歯車７が固定される第２の回転軸４を備えている。複数の第１歯車５は、磁性板の外周に複数の歯１６を設けて形成され、歯幅方向に所定の間隔をあけて積層されている。複数の磁石環６は、複数の第１歯車５間に介在されている。複数の第２歯車７は、磁性板の外周に複数の歯を設けて形成され、歯幅方向に所定の間隔をあけて積層される。そして、複数の第１歯車５間に介在されることで第２歯車７の複数の歯１９が第１歯車５の複数の歯１６に非接触で重なり合う。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気吸引力または斥力を利用して動力を伝達する磁気歯車装置に関するものである。

歯車は、トルクなどの動力を伝達する機械要素である。一般的な歯車は、原動側の歯と従動側の歯が接触することで動力を伝達するため、原動側の歯と従動側の歯との間に摩擦が生じる。したがって、原動側の歯と従動側の歯との間には、潤滑剤が必要になる。また、原動側の歯と従動側の歯との接触による騒音も発生する。そこで、近年、歯の接触の無い磁気歯車が開発されている。磁気歯車は、非接触でトルクを伝達するため、潤滑剤を必要とせず、且つ、無騒音で駆動させることができる。

一方、ロボットや複写機等に用いられる減速機構には、過大なトルクが作用したときにそのトルクを遮断（動力伝達を遮断）するトルクリミッタ機能を有するものが要求されている。磁気歯車は、トルクリミッタ機能を有するため、簡単な構造でトルクリミッタ機能を備えた減速機構を構成することができる。

磁気歯車装置としては、例えば、特許文献１に記載されているものがある。この特許文献１に記載された磁気歯車装置は、片面に磁気歯が設けられた磁気円盤と、外周面に磁性帯を有する磁気円筒とを備えている。これら磁気円盤と磁気円筒は、磁気歯と磁性帯が所定の間隔をあけて対向するように配置されている。

また、磁気歯車装置としては、特許文献２に記載されているものがある。この特許文献２に記載された磁気歯車装置は、所定の空隙をあけて対向する駆動側の回転円盤及び被駆動側の回転円盤と、各回転円盤の外周部に配置された放射状の永久磁石から構成されている。

国際公開第ＷＯ２００７／０１０７８０号パンフレット 特開２００５−１１４１６２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された磁気歯車装置では、磁気歯と磁性帯との間に生じる磁気吸引力によって、磁気円盤及び磁気円筒の軸に軸方向に交差する方向に作用する力が加わってしまうため、軸受が摩耗するという問題があった。また、磁気歯と磁性帯との間に生じる磁気吸引力を小さくして軸受に加わる力を軽減すると、伝達トルクが小さくなり、実用的な伝達トルクを得られないという問題があった。

また、特許文献２に記載された磁気歯車装置では、駆動側の回転円盤と被駆動側の回転円盤との間に生じる磁気吸引力によって、両回転円盤の軸に軸方向に作用する力が加わってしまうため、軸受が摩耗するという問題があった。また、両回転円盤間に生じる磁気吸引力を小さくして軸受に加わる力を軽減すると、伝達トルクが小さくなり、実用的な伝達トルクを得られないという問題があった。

磁束密度は距離の自乗に反比例して減少するので、強い磁気力を得ようとすると、距離を小さく取る必要がある。特許文献１，２に記載された磁気歯車装置は、磁石間の距離を小さくしてトルクを確保するため、軸受に作用する磁気吸引力が大きくなる。これにより、軸受が損傷しやすくなるという問題が生じる。磁気歯車装置は、非接触で動力を伝達するため、本来、整備・保守が不要になるという特徴を有する。ところが、特許文献１，２に記載された磁気歯車装置では、軸受が損傷しやすいため、整備・保守が必要になってしまう。

なお、伝達トルクを大きくした磁気歯車装置としては、例えば、楕円と真円の差動を利用した波動式のものが提案されている。ところが、波動式の磁気歯車装置では、コギングトルク（トルク変動）が非常に大きくなり、滑らかなトルク伝達を行うことができないという問題がある。

本発明は、このような従来技術に鑑みてなされたものであり、回転軸を介して軸受に作用する磁気吸引力を小さくすることができ、且つ、伝達トルクを確保することができる磁気歯車装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明の磁気歯車装置は、複数の第１歯車と、複数の磁石環と、第１の回転軸と、複数の第２歯車と、第２の回転軸とを備えている。複数の第１歯車は、磁性板の外周に複数の歯を設けて形成され、歯幅方向に所定の間隔をあけて積層されている。複数の磁石環は、複数の第１歯車間に介在されている。複数の第１歯車及び複数の磁石環は、第１の回転軸に固定されている。複数の第２歯車は、磁性板の外周に複数の歯を設けて形成され、歯幅方向に所定の間隔をあけて積層される。そして、複数の第１歯車間に介在されることで第２歯車の複数の歯が第１歯車の複数の歯に非接触で重なり合う。この複数の第２歯車は、第２の回転軸に固定されている。

この磁気歯車装置は、複数の磁石環によって複数の第１歯車と複数の第２歯車を磁化し、第１歯車と第２歯車との間に生じる磁気吸引力を利用して動力を伝達する。第１歯車と第２歯車との間に生じる軸方向の磁気吸引力は、第１歯車と第２歯車との間の間隙を等しくすることによりキャンセルされる。また、第１歯車と第２歯車との間に磁気吸引力を生じさせる磁束は、第１の回転軸及び第２の回転軸の軸方向に向いた磁束が支配的となるため、軸方向に交わる方向の磁気吸引力は小さくなる。したがって、軸受に作用する磁気吸引力を小さくすることができ、軸受の損傷を防止或いは抑制することができる。

また、本発明の磁気歯車装置は、永久磁石または着磁された保磁力を有する部材により形成された複数の歯を有する複数の第１歯車及び複数の第２歯車と、第１の回転軸と、第２の回転軸とを備えている。複数の第１歯車は、歯幅方向に所定の間隔をあけて積層されて第１の回転軸に固定されている。複数の第２歯車は、歯幅方向に所定の間隔をあけて積層されると共に、複数の第１歯車間に介在されることで複数の歯が第１歯車の歯に非接触で重なり合う。

この磁気歯車装置は、永久磁石または着磁された保磁力を有する部材により形成された複数の第１歯車と複数の第２歯車との間に生じる磁気吸引力を利用して動力を伝達する。第１歯車と第２歯車との間に磁気吸引力を生じさせる磁束は、第１の回転軸及び第２の回転軸の軸方向に向いた磁束が支配的となるため、軸方向に交差する方向の磁気吸引力は小さくなる。したがって、軸受に作用する磁気吸引力を小さくすることができ、軸受の損傷を防止或いは抑制することができる。

また、本発明の磁気歯車装置は、複数の太陽歯車と、複数の太陽側磁石環と、太陽側回転軸と、複数の遊星歯車と、遊星側回転軸と、複数の内歯車と、内歯側磁石環とを備えている。複数の太陽歯車は、磁性板の外周に複数の歯を設けて形成され、歯幅方向に所定の間隔をあけて積層されている。太陽側磁石環は、複数の太陽歯車間に介在されている。複数の太陽歯車及び前記複数の太陽側磁石環は、太陽側回転軸に固定されている。複数の遊星歯車は、磁性板の外周に複数の歯を設けて形成され、歯幅方向に所定の間隔をあけて積層されている。そして、複数の太陽歯車間に介在されることで遊星歯車の複数の歯が太陽歯車の複数の歯に非接触で重なり合っている。この複数の遊星歯車は、遊星側回転軸に固定されている。複数の内歯車は、リング状に形成され、内周に複数の歯を有している。この複数の内歯車は、歯幅方向に所定の間隔をあけて積層されると共に、複数の遊星歯車間に介在されることで複数の歯が遊星歯車の複数の歯に非接触で重なり合っている。内歯側磁石環は、複数の内歯車間に介在されている。

この磁気歯車装置は、太陽側磁石環によって複数の太陽歯車と複数の遊星歯車を磁化し、太陽歯車と遊星歯車との間に生じる磁気吸引力を利用して動力を伝達する。また、内歯側磁石環によって複数の遊星歯車と複数の内歯車を磁化し、遊星歯車と内歯車との間に生じる磁気吸引力を利用して動力を伝達する。したがって、遊星歯車の数を増やせば、伝達トルクも増大する。

太陽歯車と遊星歯車との間に生じる軸方向の磁気吸引力は、太陽歯車と遊星歯車との間の間隙を等しくすることによりキャンセルされる。また、太陽歯車と遊星歯車との間に磁気吸引力を生じさせる磁束は、太陽側回転軸及び遊星側回転軸の軸方向に向いた磁束が支配的となるため、軸方向に交差する方向の磁気吸引力は小さくなる。
遊星歯車と内歯車との間に生じる軸方向の磁気吸引力は、遊星歯車と内歯車との間隙を等しくすることによりキャンセルされる。また、遊星歯車と内歯車との間に磁気吸引力を生じさせる磁束は、遊星側回転軸の軸方向に向いた磁束が支配的となるため、軸方向に交差する方向の磁気吸引力は小さくなる。
したがって、軸受に作用する磁気吸引力を小さくすることができ、軸受の損傷を防止或いは抑制することができる。

本発明の磁気歯車装置によれば、軸受に作用する磁気吸引力を小さくすることができ、且つ、伝達トルクを確保することができる。

本発明の磁気歯車装置の第１の実施の形態を示す断面図である。 本発明の磁気歯車装置の第１の実施の形態に係る第１歯車と第２歯車の噛み合い状態を示す説明図である。 本発明の磁気歯車装置の第１の実施の形態に係る第１歯車及び第２歯車における歯の角部が尖っている場合の磁束密度分布を示す説明図である。 本発明の磁気歯車装置の第１の実施の形態に係る第１歯車及び第２歯車における歯の角部が円弧状になっている場合の磁束密度分布を示す説明図である。 本発明の磁気歯車装置の第２の実施の形態を示す部分断面図である。 本発明の磁気歯車装置の第３の実施の形態を示す部分断面図である。 本発明の磁気歯車装置の第４の実施の形態を示す部分断面図である。 本発明の磁気歯車装置の第５の実施の形態を示す断面図である。 図８に示すＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の磁気歯車装置の第６の実施の形態を示す部分断面図である。

以下、本発明の磁気歯車装置を実施するための形態について、図１〜図９を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。

１．第１の実施の形態
まず、本発明の磁気歯車装置の第１の実施の形態の構成について、図１及び図２を参照して説明する。
図１は、本発明の磁気歯車装置の第１の実施の形態の断面図である。図２は、本発明の磁気歯車装置の第１の実施の形態に係る第１歯車と第２歯車の噛み合い状態を示す説明図である。

図１に示すように、磁気歯車装置１は、ケース２と、第１の回転軸３と、第２の回転軸４と、複数の第１歯車５と、複数の磁石環６と、複数の第２歯車７を備えている。複数の第１歯車５と複数の磁石環６は、第１の回転軸３に固定され、複数の第２歯車７は、第２の回転軸４に固定されている。

ケース２は、非磁性材料により形成された中空部を有する筐体である。このケース２の中空部には、複数の第１歯車５及び複数の第２歯車７等が配置される。このケース２は、複数の第２歯車７の一側を露出させる開口部２ａを有している。

第１の回転軸３及び第２の回転軸４は、非磁性材料から形成されている。これら２つの回転軸３，４は、互いに平行に配置されており、ケース２の中空部を貫通している。第１の回転軸３は、軸受１２によってケース２に回転可能に取り付けられている。また、第２の回転軸４は、軸受１３によってケース２に回転可能に取り付けられている。

軸受１２，１３は、それぞれ転動体１２ａ，１３ａを有する転がり軸受（ボールベアリング）である。この軸受１２，１３の転動体１２ａ，１３ａは、非磁性材料または炭素含有量が多い材料によって形成することが好ましい。通常の玉軸受は、硬度を確保するための焼き入れを行うため、炭素含有量は多いが、そのような通常の玉軸受を用いてもよい。なお、本発明に係る軸受は、転がり軸受に限定されるものではなく、例えば、すべり軸受、流体軸受等を適用することもできる。

第１の回転軸３には、外周部を切り欠くことにより平面部３ａ（図２参照）が形成されている。この平面部３ａは、複数の第１歯車５及び複数の磁石環６が第１の回転軸３の軸周りに回転することを防止する。第２の回転軸４の外周面には、突部４ａが設けられている。この突部４ａは、複数の第２歯車７が第２の回転軸４の軸周りに回転することを防止する。

第１歯車５は、軟磁性材料によって形成された略円形の磁性板であり、中心部に設けられた軸固定用孔１５と、外周部に設けられた複数の歯１６を有している。複数の第１歯車５は、歯幅方向に所定の間隔をあけて積層された状態で第１の回転軸３に固定されており、中心が第１の回転軸３の軸心に一致している。

軸固定用孔１５は、第１の回転軸３に嵌合する形状であり、円弧部と直線部を有している。複数の歯１６は、第１歯車５の周方向の一方に向かってインボリュート曲線状に凸となる凸面１６ａと、周方向の一方に向かってインボリュート曲線状に凹となる凹面１６ｂを有している。そして、歯幅方向（第１の回転軸３の軸方向）に隣り合う第１歯車５の各歯１６は、それぞれ歯幅方向に一致して重なり合っている。

図１に示すように、複数の磁石環６は、複数の第１歯車５間に介在されており、磁場を発生して第１歯車５及び第２歯車７を磁化させる。また、複数の磁石環６は、複数の第１歯車５のスペーサとしての役割も兼ねている。

磁石環６は、リング状の永久磁石であり、一方の面がＳ極となり、他方の面がＮ極となっている。つまり、磁石環６は、厚み方向（第１歯車５の歯幅方向）に磁化されており、異なる磁極が第１歯車５を挟んで対向するように積層されている。磁石環６の外周部は、カバー環１７によって覆われている。このカバー環１７は、遠心力による磁石環６の破壊を防止するものである。カバー環１７の材料は、特に限定されないが、例えば、軽いポリアセタール（ＰＯＭ）などの合成樹脂により形成することができる。

第２歯車７は、第１歯車５と同様に、軟磁性材料によって形成された略円形の磁性板である。この第２歯車７は、第１歯車５よりも径が大きくなっており、中心部に設けられた軸固定用孔１８と、外周部に設けられた複数の歯１９を有している。複数の第２歯車７は、歯幅方向に所定の間隔をあけて積層された状態で第２の回転軸４に固定され、中心が第２の回転軸４の軸心に一致している。

軸固定用孔１８は、第２の回転軸４に嵌合する形状になっている。複数の歯１９は、第２歯車７の周方向の一方に向かってインボリュート曲線状に凸となる凸面１９ａと、周方向の一方に向かってインボリュート曲線状に凹となる凹面１９ｂを有している。そして、歯幅方向（第２の回転軸４の軸方向）に隣り合う第２歯車７の各歯１９は、それぞれ歯幅方向に一致して重なり合っている。

複数の第２歯車７間には、非磁性材料により形成されたスペーサ８が介在されている。このスペーサ８を、磁石環６と同様の磁石環（サブ磁石環）にすることもできる。スペーサ８を磁石環にすることにより、第１歯車５及び第２歯車７を通る磁束が多くなるため、伝達トルクを大きくすることができる。なお、スペーサ８を磁石環にする場合は、径を大きくして、外周部を第２歯車７の歯１９付近に位置させるとよい。

複数の第２歯車７は、複数の第１歯車５間に配置されている。これにより、第２歯車７の複数の歯１９と第１歯車５の複数の歯１６は、非接触で歯幅方向に重なり合っている。そして、隣り合う第１歯車５と第２歯車７との間隙は、ほぼ等しくなっている。

また、第２歯車７の歯１９のおける凸面１９ａは、第１歯車５の歯１６における凸面１６ａの突出する方向とは反対の方向に突出している。これにより、第１歯車５の歯１６における凸面１６ａのインボリュート曲線は、第２歯車７の歯１９における凸面１９ａのインボリュート曲線と歯幅方向で重なり合う。一方、第１歯車５の歯１６における凹面１６ｂのインボリュート曲線は、第２歯車７の歯１９における凹面１９ｂのインボリュート曲線と歯幅方向で重なり合う。その結果、第１歯車５の歯１６と第２歯車７の歯１９とが重なり合う（噛み合う）時間を長くすることができ、且つ、第１歯車５及び第２歯車が回転する際に歯１６と歯１９を連続的に重なり合わせる（噛み合わせる）ことができる。

第１歯車５の歯１６と第２歯車７の歯１９は、磁石環６により発生する磁場の影響を受けて磁化する。これにより、複数の第１歯車５と第２歯車７との間に磁気吸引力が生じる。したがって、第１歯車５を原動歯車として回転させると、第２歯車７が従動歯車となって第１歯車５に追従して回転する。一方、第２歯車７を原動歯車として回転させると、第１歯車５が従動歯車となって第２歯車７に追従して回転する。

本実施の形態の磁気歯車装置１によれば、第１歯車５と第２歯車７が磁気吸引力によって噛み合うため、潤滑剤が必要なく、また、噛み合いによる騒音を無くすことができる。したがって、異物の混入を避ける必要がある食料品の加工機械や医療用機械に用いて好適な歯車装置を提供することができる。

また、磁気歯車装置１によれば、隣り合う第１歯車５と第２歯車７との間隙がほぼ等しいため、第１の回転軸３に対して作用する軸方向の磁気吸引力と第２の回転軸４に対して作用する軸方向の磁気吸引力が互いに打ち消し合う。また、歯車５，７間に磁気吸引力を生じさせる磁束は、回転軸３，４と平行な向きのものが支配的になるため、回転軸３，４に交わる方向へ作用する磁気吸引力は極めて小さくなる。その結果、軸受１２，１３に作用する磁気吸引力を小さくすることができ、軸受１２，１３の損傷や摩耗を防止或いは抑制することができる。

また、磁気歯車装置１によれば、第１歯車５及び第２歯車７の枚数を増加させたり、第１歯車５と第２歯車７との間隙を小さくしたりするだけで、複数の歯１６，１８間に生じる磁気吸引力を増大させることができる。したがって、歯車の径方向に大きくしなくても伝達トルクを増大させることができる。

磁気歯車機構は、軸受に作用する磁気吸引力が小さくて伝達トルクが大きいことの他に、伝達トルクの変動が小さいことも望まれている。そこで、磁気歯車装置１では、歯車５，７の複数の歯１６，１９の先端の角部を、丸みを有するように円弧状に形成し、伝達トルクの変動を小さくしている。

図３は、第２歯車７の歯１９における角部が尖っている場合の磁束密度分布を示す説明図である。図４は、第２歯車７の歯１９における角部を円弧状にした場合の磁束密度分布を示す説明図である。

図３を参照すると、歯１９の角部が尖っている場合は、歯１９の先端部に磁束が集中することがわかる。その結果、コギングトルク（トルク変動）が大きくなってしまう。一方、図４を参照すると、歯１９の角部が円弧状になっている場合は、歯１９を通る磁束が分散され、磁束密度が滑らかになることがわかる。その結果、コギングトルク（トルク変動）を小さくすることができる。

２．第２の実施の形態
次に、本発明の磁気歯車装置の第２の実施の形態について、図５を参照して説明する。
図５は、本発明の磁気歯車装置の第２の実施の形態を示す部分断面図である。

第２の実施の形態の磁気歯車装置２１は、第１の実施の形態の磁気歯車装置１と同様の構成を有している。この磁気歯車装置２１が磁気歯車装置１と異なる点は、磁石環６の磁極の向きである。そのため、ここでは、磁石環６の磁極の向きについて説明し、磁気歯車装置１と共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図５に示すように、磁気歯車装置２１の磁石環６は、同一の磁極が第１歯車５を挟んで対向するように積層されている。このように磁石環６を配置すると、磁束の立ち上がりが第１の実施の形態よりも大きくなるため、歯１６の先端側（歯１９の基端側）まで磁束を通過させることができる。つまり、歯１６，１９間の磁束密度を大きくすることができる。その結果、第１歯車５と第２歯車７との間に生じる磁気吸引力を増大させることができ、より大きな伝達トルクを得ることができる。

３．第３の実施の形態
次に、本発明の磁気歯車装置の第３の実施の形態について、図６を参照して説明する。
図６は、本発明の磁気歯車装置の第３の実施の形態を示す部分断面図である。

第３の実施の形態の磁気歯車装置３１は、第２の実施の形態の磁気歯車装置２１と同様の構成を有している。この磁気歯車装置３１が磁気歯車装置２１と異なる点は、第１の回転軸３３に複数の軸用磁石環３４を取り付けた点である。そのため、ここでは、第１の回転軸３３及び軸用磁石環３４について説明し、磁気歯車装置２１と共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図６に示すように、磁気歯車装置３１の第１の回転軸３３には、複数の軸用磁石環３４が取り付けられている。第１の回転軸３３は、磁性材料から形成されており、いわゆるヨークになっている。この第１の回転軸３３には、軸用磁石環３４を取り付けるための凹部３３ａが設けられている。

軸用磁石環３４は、第１歯車５の取付ピッチ（第１歯車５の厚みと磁石環６の厚みを足した長さ）と同じ厚みを有するリング状の永久磁石であり、外径が第１の回転軸３３の外径と等しくなっている。

軸用磁石環３４は、内周部がＳ極で外周部がＮ極である第１の軸用磁石環３４Ａと、内周部がＮ極で外周部がＳ極である第２の軸用磁石環３４Ｂの２種類がある。第１の軸用磁石環３４ＡのＮ極は、第１歯車５を挟んで対向する磁石環６のＮ極に対向し、第２の軸用磁石環３４ＢのＳ極は、第１歯車５を挟んで対向する磁石環６のＳ極に対向している。

磁気歯車装置３１によれば、磁束の立ち上がりが第２の実施の形態よりも大きくなり。且つ、歯１６，１９に磁束が集中するため、歯１６，１９間の磁束密度を大きくすることができる。その結果、第１歯車５と第２歯車７との間に生じる磁気吸引力を増大させることができ、より大きな伝達トルクを得ることができる。

４．第４の実施の形態
次に、本発明の磁気歯車装置の第４の実施の形態について、図７を参照して説明する。
図７は、本発明の磁気歯車装置の第４の実施の形態を示す部分断面図である。

第４の実施の形態の磁気歯車装置４１は、第１の実施の形態の磁気歯車装置１と同様の構成を有している。この磁気歯車装置４１が磁気歯車装置１と異なる点は、第１歯車４５及び第２歯車４７が磁石になっている点である。そのため、ここでは、第１歯車４５及び第２歯車４７について説明し、磁気歯車装置１と共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図７に示すように、磁気歯車装置４１の複数の第１歯車４５及び複数の第２歯車４７は、保磁力を有する材料から形成されており、着磁することで磁石になっている。第１歯車４５は、略円形の板体からなり、中心部に設けられた軸固定用孔５５と、外周部に設けられた複数の歯５６を有している。この第１歯車４５の一方の面はＳ極になっており、他方の面がＮ極になっている。第２歯車４７は、第１歯車４５よりも径の大きい略円形の板体からなり、中心部に設けられた軸固定用孔５８と、外周部に設けられた複数の歯５９を有している。この第２歯車４７の一方の面はＳ極になっており、他方の面がＮ極になっている。

複数の第１歯車４５は、歯幅方向に所定の間隔をあけて積層された状態で第１の回転軸３に固定されており、中心が第１の回転軸３の軸心に一致している。これら複数の第１歯車４５間には、スペーサ４８が介在されている。一方、複数の第２歯車４７は、歯幅方向に所定の間隔をあけて積層された状態で第２の回転軸４に固定されており、中心が第２の回転軸４の軸心に一致している。これら複数の第２歯車４７間には、スペーサ８が介在されている。

複数の第２歯車４７は、複数の第１歯車４５間に配置されている。これにより、第２歯車４７の複数の歯５９と第１歯車４５の複数の歯５６は、非接触で歯幅方向に重なり合っている。そして、隣り合う第１歯車４５と第２歯車４７は、異なる磁極が対向している。そして、隣り合う第１歯車４５と第２歯車４７との間隙は、ほぼ等しくなっている。

磁気歯車装置４１では、複数の第１歯車４５と第２歯車４７との間に磁気吸引力が生じる。したがって、第１歯車４５を原動歯車として回転させると、第２歯車４７が従動歯車となって第１歯車４５に追従して回転する。一方、第２歯車４７を原動歯車として回転させると、第１歯車４５が従動歯車となって第２歯車４７に追従して回転する。

磁気歯車装置４１においても、第１の実施の形態の磁気歯車装置１と同様の作用効果を奏することができる。すなわち、軸受１２，１３（図１参照）に作用する磁気吸引力を小さくすることができ、軸受１２，１３の損傷や摩耗を防止或いは抑制することができる。また、歯車を径方向に大きくしなくても、第１歯車４５及び第２歯車４７の枚数を増加させたり、第１歯車４５と第２歯車４７との間隙を小さくしたりするだけで、伝達トルクを増大させることができる。

本実施の形態では、保磁力を有する材料により第１歯車４５及び複数の第２歯車４７を形成し、着磁することで磁石とした。しかしながら、本発明に係る第１歯車及び第２歯車としては、例えば、板材に磁石を貼り付けて形成することもできる。また、第１歯車及び第２歯車は、少なくとも歯の部分が磁石になっていればよい。

５．第５の実施の形態
次に、本発明の磁気歯車装置の第５の実施の形態について、図８及び図９を参照して説明する。
図８は、本発明の磁気歯車装置の第５の実施の形態の断面図である。図９は、図８に示すＡ−Ａ線に沿う断面図である。

図８に示す磁気歯車装置６１は、遊星磁気歯車装置である。この磁気歯車装置６１は、ケース６２と、太陽歯車ユニット６３と、遊星歯車ユニット６４と、内歯車ユニット６５を備えている。

ケース６２は、筒部材７１と、筒部材７１の軸方向の一端に固定された入力側ブラケット７２と、筒部材７１の軸方向の他端に固定された出力側ブラケット７３から構成されている。入力側ブラケット７２は、太陽歯車ユニット６３の後述する太陽側回転軸７５が貫通する貫通孔７２ａを有している。また、出力側ブラケット７３は、遊星歯車ユニット６４の後述する出力軸８８が貫通する貫通孔７３ａを有している。

太陽歯車ユニット６３は、太陽側回転軸（入力軸）７５と、複数の太陽歯車７６と、複数の太陽側磁石環７７とから構成されている。複数の太陽歯車７６と複数の太陽側磁石環７７は、太陽側回転軸７５に固定されている。

太陽側回転軸７５は、非磁性材料から形成されている。この太陽側回転軸７５は、軸受８２によってケース６２の入力側ブラケット７２、遊星歯車ユニット６４の後述する入力側遊星キャリア８４及び出力側遊星キャリア８５に回転可能に取り付けられている。太陽側回転軸７５の軸心は、遊星キャリア８４，８５の中心に一致している。

太陽歯車７６は、第１の実施の形態に係る第１歯車５と同様に、軟磁性材料によって形成された略円形の磁性板であり、中心部に設けられた軸固定用孔７９と、外周部に設けられた複数の歯８０を有している（図９参照）。複数の太陽歯車７６は、歯幅方向に所定の間隔をあけて積層された状態で太陽側回転軸７５に固定されており、中心が太陽側回転軸７５の軸心に一致している。

太陽歯車７６の複数の歯８０は、太陽歯車７６の周方向の一方に向かってインボリュート曲線状に凸となる凸面８０ａと、周方向の一方に向かってインボリュート曲線状に凹となる凹面８０ｂを有している。そして、歯幅方向に隣り合う太陽歯車７６の各歯８０は、それぞれ歯幅方向に一致して重なり合っている。

太陽側磁石環７７は、複数の太陽歯車７６間に介在されており、磁場を発生して太陽歯車７６及び遊星歯車ユニット６４の後述する遊星歯車８７を磁化させる。また、太陽側磁石環７７は、複数の太陽歯車７６のスペーサとしての役割も兼ねている。この太陽側磁石環７７は、厚み方向に磁化されたリング状の永久磁石であり、同一の磁極が太陽歯車７６を挟んで対向するように積層されている。また、太陽側磁石環７７の外周部は、合成樹脂によって形成されたカバー環８１によって覆われている。カバー環８１は、第１の実施の形態に係るカバー環１７と同様に、遠心力による太陽側磁石環７７の破壊を防止するものであり、材料は特に限定されない。

遊星歯車ユニット６４は、入力側遊星キャリア８４と、出力側遊星キャリア８５と、４つの遊星側回転軸８６（図９参照）と、複数の遊星歯車８７から構成されている。複数の遊星歯車８７は、各遊星側回転軸８６には、複数の遊星歯車８７が固定されている。

入力側遊星キャリア８４は、円板状に形成されており、ケース６２の入力側ブラケット７２に対向している。また、出力側遊星キャリア８５は、入力側遊星キャリア８４と略等しい径の円板状に形成されており、ケース６２の出力側ブラケット７３に対向している。この出力側遊星キャリア８５には、出力軸８８が設けられている。出力軸８８の軸心は、出力側遊星キャリア８５及び入力側遊星キャリア８４の中心に一致している。また、出力軸８８は、軸受８９によって出力側ブラケット７３に回転可能に取り付けられている。

４つの遊星側回転軸８６は、非磁性材料から形成されており、軸受９１によってケース６２の入力側遊星キャリア８４及び出力側遊星キャリア８５に回転可能に取り付けられている。これら４つの遊星側回転軸８６は、太陽側回転軸７５と平行になっており、太陽側回転軸７５を中心とした円上に等間隔に配置されている（図９参照）。

遊星歯車８７は、太陽側回転軸７５と同様に、軟磁性材料によって形成された略円形の磁性板である。この遊星歯車８７は、太陽側回転軸７５とほぼ同じ径であり、中心部に設けられた軸固定用孔９２と、外周部に設けられた複数の歯９３を有している（図９参照）。複数の遊星歯車８７は、歯幅方向に所定の間隔をあけて積層された状態で各遊星側回転軸８６に固定されており、中心が遊星側回転軸８６の軸心に一致している。

遊星歯車８７の複数の歯９３は、遊星歯車８７の周方向の一方に向かってインボリュート曲線状に凸となる凸面９３ａと、周方向の一方に向かってインボリュート曲線状に凹となる凹面９３ｂを有している。そして、歯幅方向に隣り合う遊星歯車８７の各歯９３は、それぞれ歯幅方向に一致して重なり合っている。また、各遊星側回転軸８６において、複数の遊星歯車８７間には、非磁性材料により形成されたスペーサ９４が介在されている。

内歯車ユニット６５は、複数の内歯車９６と、複数の内歯側磁石環９７から構成されている。内歯車９６は、太陽側回転軸７５及び遊星歯車８７と同様に、軟磁性材料によって形成されたリング状の磁性板である。複数の内歯車９６は、歯幅方向に所定の間隔をあけて積層された状態でケース６２の筒部材７１における内周面に固定されており、中心が太陽側回転軸７５の軸心に一致している。

内歯車９６は、内周部に設けられた複数の歯９８を有している。複数の歯９８は、内歯車９６の周方向の一方に向かってインボリュート曲線状に凸となる凸面９８ａと、周方向の一方に向かってインボリュート曲線状に凹となる凹面９８ｂを有している（図９参照）。そして、歯幅方向に隣り合う内歯車９６の各歯９８は、それぞれ歯幅方向に一致して重なり合っている。

内歯側磁石環９７は、複数の太陽歯車７６間に介在されており、磁場を発生して遊星歯車８７及び内歯車９６を磁化させる。また、内歯側磁石環９７は、内歯車９６のスペーサとしての役割も兼ねている。この内歯側磁石環９７は、厚み方向に磁化されたリング状の永久磁石であり、同一の磁極が内歯車９６を挟んで対向するように積層されている。

複数の遊星歯車８７は、複数の太陽歯車７６及び複数の内歯車９６間に配置されている。これにより、遊星歯車８７の複数の歯９３は、太陽歯車７６の複数の歯８０及び内歯車９６の複数の歯９８に対して非接触で歯幅方向に重なっている。そして、隣り合う遊星歯車８７と太陽歯車７６との間隙が、ほぼ等しくなっていると共に、隣り合う遊星歯車８７と内歯車９６との間隙もほぼ等しくなっている。

図９に示すように、遊星歯車８７の歯９３における凸面９３ａは、太陽歯車７６の歯８０における凸面８０ａの突出する方向とは反対の方向に突出している。また、複数の内歯車９６の歯９８における凸面９８ａは、遊星歯車８７の歯９３における凸面９３ａの突出する方向と同じ方向に突出している。その結果、遊星歯車８７の歯９３が太陽歯車７６の歯８０及び内歯車９６の歯９８に重なる時間を長くすることができ、且つ、歯９３を歯８０及び歯９８に連続的に重なる（噛み合う）ようにすることができる。

太陽歯車７６の歯８０と遊星歯車８７の歯９３は、太陽側磁石環７７により発生する磁場の影響を受けて磁化する。これにより、複数の太陽歯車７６と複数の遊星歯車８７との間に磁気吸引力が生じる。一方、遊星歯車８７の歯９３と内歯車９６の歯９８は、内歯側磁石環９７により発生する磁場の影響を受けて磁化する。これにより、複数の遊星歯車８７と複数の内歯車９６との間に磁気吸引力が生じる。したがって、太陽側回転軸７５を介して太陽歯車７６を回転させると、遊星歯車８７が自転しながら太陽歯車７６の周りを回転する。その結果、出力側遊星キャリア８５が回転し、出力軸８８より減速回転を得ることができる。

本実施の形態の磁気歯車装置６１によれば、太陽歯車７６と遊星歯車８７、内歯車９６と遊星歯車８７は、が磁気吸引力によって噛み合うため、潤滑剤が必要なく、また、噛み合いによる騒音を無くすことができる。

また、軸受８２，８６,８９（図８参照）に作用する磁気吸引力を小さくすることができ、軸受８２，８６,８９の損傷や摩耗を防止或いは抑制することができる。さらに、歯車を径方向に大きくしなくても、太陽歯車７６、遊星歯車８７及び内歯車９６の枚数を増加させたり、太陽歯車７６と遊星歯車８７、遊星歯車８７と内歯車９６との間隙を小さくしたりするだけで、伝達トルクを増大させることができる。なお、複数の遊星歯車８７が固定された遊星側回転軸８（本例では４つ）を増やすことで伝達トルクを増大させることもできる。

なお、本実施の形態では、磁気歯車装置６１を減速機として説明したが、遊星歯車８７を原動歯車として回転させれば、磁気歯車装置６１が増速機となる。

６．第６の実施の形態
次に、本発明の磁気歯車装置の第６の実施の形態について、図１０を参照して説明する。
図１０は、本発明の磁気歯車装置の第６の実施の形態を示す部分断面図である。

第６の実施の形態の磁気歯車装置１０１は、第５の実施の形態の磁気歯車装置６１と同様の構成を有している。この磁気歯車装置１０１が磁気歯車装置６１と異なる点は、太陽側磁石環７７と内歯側磁石環９７との相対的な磁極の向きである。そのため、ここでは、太陽側磁石環７７と内歯側磁石環９７の磁極の向きについて説明し、磁気歯車装置６１と共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。

遊星歯車機構では、太陽歯車の径が小さくなり、その歯を磁化する磁石環も小さくなる。そのため、太陽歯車と遊星歯車間に発生する磁気吸引力は、小さくなる。そこで、磁気歯車装置１０１では、太陽側回転軸７５の軸心に対して直交する方向に対向する太陽側磁石環７７と内歯側磁石環９７の磁極を反対にした。

このように太陽側磁石環７７と内歯側磁石環９７を配置すると、遊星歯車８７を介して内歯側磁石環９７の磁力を太陽歯車７６側に呼び込むことができる。その結果、内歯車９６の歯９８と遊星歯車８７の歯９３との間の磁束密度を小さくして、太陽歯車７６の歯８０と遊星歯車８７の歯９３との間の磁束密度を大きくすることができる。これにより、太陽歯車７６側の伝達トルクを増大することができる。

また、磁束密度は、空隙の２乗に反比例するため、太陽歯車７６と遊星歯車８７との間の距離を小さくすると、太陽歯車７６の歯８０と遊星歯車８７の歯９３との間に生じる磁気吸引力を大きくすることができる。太陽歯車７６と遊星歯車８７との間の距離を小さくする場合は、太陽歯車７６の厚みを増加させることが好ましい。なぜなら、遊星歯車８７と内歯車９６との間の距離Ｇ１よりも、太陽歯車７６と遊星歯車８７との間の距離Ｇ２を小さくすると（Ｇ１＞Ｇ２）、内歯車９６側の磁束密度よりも太陽歯車７６側の磁束密度が大きくなるからである。その結果、太陽歯車７６側の伝達トルクを増大することができる。

１，２１，３１，４１，６１，１０１…磁気歯車装置、 ２，６２…ケース、 ３，３３…第１の回転軸、 ４…第２の回転軸、 ５，４５…第１歯車、 ６…磁石環、 ７，４７…第２歯車、 ８，４８，９４…スペーサ、 １２…軸受、 １６，１９，５６，５９，８０，９３，９８…歯、 １６ａ，１９ａ，８０ａ，９３ａ，９８ａ…凸面、 １６ｂ，１９ｂ，８０ｂ，９３ｂ，９８ｂ…凹面、 １７，８１…カバー環、 ３３ａ…凹部、 ３４Ａ…第１の軸用磁石環、 ３４Ｂ…第２の軸用磁石環、 ６３…太陽歯車ユニット、 ６４…遊星歯車ユニット、 ６５…内歯車ユニット、 ７１…筒部材、 ７２…入力側ブラケット、 ７３…出力側ブラケット、 ７５…太陽側回転軸、 ７６…太陽歯車、 ７７…太陽側磁石環、 ８４…入力側遊星キャリア、 ８５…出力側遊星キャリア、 ８６…遊星側回転軸、 ８７…遊星歯車、 ８８…出力軸、 ９６…内歯車、 ９７…内歯側磁石環

Claims (10)

1. 磁性板の外周に複数の歯を設けて形成され、歯幅方向に所定の間隔をあけて積層された複数の第１歯車と、
   前記複数の第１歯車間に介在された複数の磁石環と、
   前記複数の第１歯車及び前記複数の磁石環が固定された第１の回転軸と、
   磁性板の外周に複数の歯を設けて形成され、歯幅方向に所定の間隔をあけて積層されると共に、前記複数の第１歯車間に配置されることで前記複数の歯が前記第１歯車の複数の歯に非接触で重なり合う複数の第２歯車と、
   前記複数の第２歯車が固定された第２の回転軸と、
   を備える磁気歯車装置。
2. 前記複数の磁石環は、前記複数の第１歯車間のスペーサを兼ねる請求項１に記載の磁気歯車装置。
3. 前記複数の磁石環は、前記歯幅方向に磁化されており、同一の磁極が前記第１歯車を挟んで対向するように配置されている請求項１または２に記載の磁気歯車装置。
4. 前記第１の回転軸は、磁性材から形成されており、
   隣り合う第１歯車の中心間の距離に等しい厚みを有し、径方向に磁化された複数の軸用磁石環を備え、
   前記複数の軸用磁石環は、前記複数の磁石環の内周に対向し、前記複数の磁石環との間に斥力が生じるように前記第１の回転軸に取り付けられる請求項３に記載の磁気歯車装置。
5. 前記第１歯車及び前記第２歯車の歯は、外周方向の一方にインボリュート曲線状に凸となる凸面と、外周方向の一方にインボリュート曲線状に凹となる凹面とを有し、
   前記第１歯車の歯における凸面のインボリュート曲線は、前記第２歯車の歯における凸面のインボリュート曲線と歯幅方向で重なり合う請求項１〜４のいずれかに記載の磁気歯車装置。
6. 前記第１歯車の歯及び前記第２歯車の歯の先端の角部は、丸みを有するように円弧状に形成されている請求項１〜５のいずれかに記載の磁気歯車装置。
7. 前記複数の第２歯車間に介在され、前記複数の第２歯車と共に前記第２の回転軸に固定される複数のサブ磁石環を備える請求項１〜６のいずれかに記載の磁気歯車装置。
8. 永久磁石または着磁された保磁力を有する部材により形成された複数の歯を有し、歯幅方向に所定の間隔をあけて積層された複数の第１歯車と、
   前記複数の第１歯車が固定された第１の回転軸と、
   永久磁石または着磁された保磁力を有する部材により形成された複数の歯を有し、歯幅方向に所定の間隔をあけて積層されると共に、前記複数の第１歯車間に介在されることで前記複数の歯が前記第１歯車の複数の歯に非接触で重なり合う複数の第２歯車と、
   前記複数の第２歯車が固定された第２の回転軸と、
   を備える磁気歯車装置。
9. 磁性板の外周に複数の歯を設けて形成され、歯幅方向に所定の間隔をあけて積層された複数の太陽歯車と、
   前記複数の太陽歯車間に介在された複数の太陽側磁石環と、
   前記複数の太陽歯車及び前記複数の太陽側磁石環が固定された太陽側回転軸と、
   磁性板の外周に複数の歯を設けて形成され、歯幅方向に所定の間隔をあけて積層されると共に、前記複数の太陽歯車間に介在されることで前記複数の歯が前記太陽歯車の複数の歯に非接触で重なり合う複数の遊星歯車と、
   前記複数の遊星歯車が固定された遊星側回転軸と、
   リング状に形成され、内周に複数の歯を有し、歯幅方向に所定の間隔をあけて積層されると共に、前記複数の遊星歯車間に介在されることで前記複数の歯が前記遊星歯車の複数の歯に非接触で重なり合う複数の内歯車と、
   前記複数の内歯車間に介在された複数の内歯側磁石環と、
   を備える磁気歯車装置。
10. 前記太陽側回転軸の軸心に対して直交する方向に対向する前記太陽側磁石環と前記内歯側磁石環の磁極が反対になっている請求項９に記載の磁気歯車装置。

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