JP2014126100A - Magnetic coupling device and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、磁気カップリング装置および磁気カップリング装置の製造方法に関し、特に、磁石部と保持部とを含むカップリング体を備える磁気カップリング装置およびその磁気カップリング装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a magnetic coupling device and a method for manufacturing the magnetic coupling device, and more particularly to a magnetic coupling device including a coupling body including a magnet portion and a holding portion, and a method for manufacturing the magnetic coupling device.
従来、磁石部と保持部とを含むカップリング体が知られている(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, a coupling body including a magnet part and a holding part is known (see, for example, Patent Document 1).
上記特許文献1には、ロータハブと、ロータハブの表面上に配置された複数の磁石を含む磁石部と、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)からなり、複数の磁石の外周面に嵌合(圧入)された複数の保持リングとを備える永久磁石ロータが開示されている。この永久磁石ロータの磁石部の外周は、回転軸線方向の一方端部側から他方端部側に向かってテーパ形状に形成されている。また、複数の保持リングは、回転軸線方向に沿って隣接するように複数の磁石の外周面に嵌め合わされている。ここで、複数の保持リングの穴径は、テーパ状の磁石部に対応するように、各々異なるように(徐々に小さくなるように)形成されている。さらに、複数の保持リングの穴径は、テーパ状に形成された磁石部のうち、各々の保持リングが嵌め込まれる位置の外径よりもわずかに小さく形成されることによって、所定の締め代(磁石部の外径が保持リングの穴径よりも大きい場合の、磁石部の外径と保持リングの穴径との差)が確保されている。そして、複数の保持リングは、複数の磁石の外周面にそれぞれ個別に圧入されている。 Patent Document 1 includes a rotor hub, a magnet portion including a plurality of magnets disposed on the surface of the rotor hub, and carbon fiber reinforced plastic (CFRP), and is fitted (press-fitted) onto the outer peripheral surfaces of the plurality of magnets. A permanent magnet rotor with a plurality of retaining rings is also disclosed. The outer periphery of the magnet portion of the permanent magnet rotor is formed in a taper shape from one end side to the other end side in the rotation axis direction. Further, the plurality of holding rings are fitted to the outer peripheral surfaces of the plurality of magnets so as to be adjacent along the rotation axis direction. Here, the hole diameters of the plurality of holding rings are formed so as to be different from each other (so as to be gradually reduced) so as to correspond to the tapered magnet portion. Furthermore, the hole diameter of the plurality of holding rings is slightly smaller than the outer diameter of the position where each holding ring is fitted in the tapered magnet portion, so that a predetermined tightening margin (magnet) The difference between the outer diameter of the magnet portion and the hole diameter of the retaining ring when the outer diameter of the portion is larger than the hole diameter of the retaining ring is ensured. The plurality of holding rings are individually press-fitted into the outer peripheral surfaces of the plurality of magnets.
しかしながら、上記特許文献1に開示された永久磁石ロータでは、複数の保持リングの穴径をそれぞれ異なるように形成する必要があるとともに、複数の保持リングをそれぞれ個別に圧入する必要があるため、複数の保持リングによる圧力(内圧)の不均一に起因して磁石のがたつきなどが生じ、この結果、磁石部を十分に固定することができないという問題点がある。また、保持リングにおいて所定の締め代(磁石部の外径と保持リングの穴径との差)を確保した状態で磁石部に圧入する必要があるため、締め代を確保した分、回転軸線方向に沿った大きな力を保持リングに加えて、保持リングを広げる必要がある。ここで、引張弾性率の大きなCFRPからなる保持リングを広げるために要する力は、非常に大きなものになるため、圧入時に、保持リングや磁石部が破損しやすいという問題点がある。 However, in the permanent magnet rotor disclosed in Patent Document 1, it is necessary to form the plurality of holding rings with different diameters, and it is necessary to press-fit the plurality of holding rings individually. Due to non-uniformity of pressure (internal pressure) due to the holding ring, there is a problem that the magnet is rattled, and as a result, the magnet portion cannot be sufficiently fixed. In addition, since it is necessary to press-fit into the magnet part with a predetermined tightening margin (difference between the outer diameter of the magnet part and the hole diameter of the retaining ring) in the retaining ring, the amount of the tightening margin has been secured. It is necessary to apply a large force along the retaining ring to widen the retaining ring. Here, since the force required to spread the holding ring made of CFRP having a large tensile elastic modulus becomes very large, there is a problem that the holding ring and the magnet part are easily damaged during press-fitting.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、磁石部を十分に固定しつつ保持部および磁石部が破損するのを抑制することが可能な磁気カップリング装置およびその磁気カップリング装置の製造方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to prevent the holding portion and the magnet portion from being damaged while sufficiently fixing the magnet portion. It is an object of the present invention to provide a possible magnetic coupling device and a method for manufacturing the magnetic coupling device.
この発明の第1の局面による磁気カップリング装置は、磁石を有する磁石部と、磁石部が挿入される挿入穴を有し、挿入穴に挿入された磁石部に圧力を加えて磁石を固定することが可能な1つの保持部とを含む回転可能な第1カップリング体と、第1カップリング体に対して非接触の状態で配置され、第1カップリング体と磁気カップリングする第2カップリング体とを備え、保持部は、磁石部よりも冷却により収縮しにくい材料から構成されており、保持部の挿入穴の内周面は、第1カップリング体の回転軸線方向における一方端部側から他方端部側に向かって、穴径が小さくなるようにテーパ形状に形成されており、磁石部の外周面は、挿入穴の内周面のテーパ形状に対応するように、回転軸線方向における一方端部側から他方端部側に向かって、外径が小さくなるようにテーパ形状に形成されており、磁石部は、保持部に冷やしばめ工程によって挿入されて固定されている。 A magnetic coupling device according to a first aspect of the present invention has a magnet part having a magnet and an insertion hole into which the magnet part is inserted, and applies pressure to the magnet part inserted into the insertion hole to fix the magnet. A rotatable first coupling body including one holding portion capable of being moved, and a second cup disposed in a non-contact state with respect to the first coupling body and magnetically coupled to the first coupling body And the holding part is made of a material that is less likely to contract by cooling than the magnet part, and the inner peripheral surface of the insertion hole of the holding part is one end part in the rotation axis direction of the first coupling body From the side to the other end side, it is formed in a taper shape so that the hole diameter decreases, and the outer peripheral surface of the magnet portion is in the direction of the rotation axis so as to correspond to the taper shape of the inner peripheral surface of the insertion hole From one end side to the other end side Selfish, is formed in a tapered shape so that the outer diameter decreases, the magnet portion is fixed by being inserted by fit process be cooled to the holding portion.
この発明の第1の局面による磁気カップリング装置では、上記のように、第1カップリング体が、磁石を有する磁石部と、挿入穴に挿入された磁石部に圧力を加えて磁石を固定することが可能な1つの保持部とを含むことによって、保持部が複数からなる場合と異なり、複数の保持部による圧力(内圧)が不均一になるのを抑制することができる。また、磁石部を、保持部に冷やしばめ工程によって挿入して固定することによって、冷却により収縮した状態の磁石部を保持部に挿入することができるので、保持部の挿入穴の穴径を磁石部の外径よりも小さく形成して締め代(磁石部の外径と保持部の挿入穴の穴径との差)を確保した状態であっても、圧入に比べて小さな力で、磁石部を保持部に挿入することができる。これにより、保持部や磁石部が破損するのを抑制することができる。 In the magnetic coupling device according to the first aspect of the present invention, as described above, the first coupling body applies pressure to the magnet part having the magnet and the magnet part inserted into the insertion hole to fix the magnet. By including the one holding portion that can be used, it is possible to suppress nonuniform pressure (internal pressure) due to the plurality of holding portions, unlike the case where the holding portions are plural. In addition, by inserting and fixing the magnet part to the holding part by a cooling fit process, the magnet part contracted by cooling can be inserted into the holding part, so the hole diameter of the insertion hole of the holding part can be reduced. Even with the tightening margin (difference between the outer diameter of the magnet part and the hole diameter of the insertion hole of the holding part) formed smaller than the outer diameter of the magnet part, the magnet can be used with less force than press-fitting. The part can be inserted into the holding part. Thereby, it can suppress that a holding | maintenance part and a magnet part are damaged.
また、この発明の第1の局面による磁気カップリング装置では、保持部の挿入穴の内周面を、第1カップリング体の回転軸線方向における一方端部側から他方端部側に向かって、穴径が小さくなるようにテーパ形状に形成し、磁石部の外周面を、挿入穴の内周面のテーパ形状に対応するように、回転軸線方向における一方端部側から他方端部側に向かって、外径が小さくなるようにテーパ形状に形成するとともに、磁石部を、保持部に冷やしばめ工程によって挿入して固定する。このように構成することによって、保持部の挿入穴の内周面、および、磁石部の外周面がテーパ形状でない場合と異なり、冷やしばめ工程において磁石部を保持部の挿入穴に挿入する場合に、穴径の大きな箇所から穴径の小さな箇所に向かって挿入すればよいので、磁石部の径方向の公差および保持部の挿入穴の穴径の公差などを考慮して、磁石部と保持部との間の隙間を確保する必要がない。これにより、テーパ形状の磁石部をテーパ形状の保持部の挿入穴に挿入した状態で、冷やしばめ工程を行うことができるので、冷やしばめ工程後に磁石部が膨張して元の大きさに戻った際に、保持部により、十分な圧力(内圧)を磁石部に加えることができる。 Further, in the magnetic coupling device according to the first aspect of the present invention, the inner peripheral surface of the insertion hole of the holding portion is directed from the one end side to the other end side in the rotation axis direction of the first coupling body. A tapered shape is formed so that the hole diameter is small, and the outer peripheral surface of the magnet portion is directed from one end side to the other end side in the rotation axis direction so as to correspond to the tapered shape of the inner peripheral surface of the insertion hole. Then, it is formed in a tapered shape so that the outer diameter becomes small, and the magnet part is inserted and fixed to the holding part by a cold fitting process. Unlike the case where the inner peripheral surface of the insertion hole of the holding portion and the outer peripheral surface of the magnet portion are not tapered, the magnet portion is inserted into the insertion hole of the holding portion in the cooling fit process. In addition, it is only necessary to insert from the location with the larger hole diameter toward the location with the smaller hole diameter, so the magnet portion and the holder are held in consideration of the radial tolerance of the magnet portion and the tolerance of the hole diameter of the insertion hole of the holding portion. It is not necessary to secure a gap between the parts. As a result, the cold fitting process can be performed in a state where the tapered magnet part is inserted into the insertion hole of the tapered holding part, so that the magnet part expands to the original size after the cold fitting process. When returning, a sufficient pressure (internal pressure) can be applied to the magnet portion by the holding portion.
また、磁石部および保持部の挿入穴をテーパ形状にしていない場合、磁石部と保持部との間に大きな摩擦力が生じることにより、強い押圧力にて保持部に磁石部を挿入しなければならず、保持部の厚みはその際の摩擦により割れないように、充分な厚さを確保する必要があったのに対して、本発明では、磁石部および保持部の挿入穴がテーパ形状に形成されていることにより、磁石部を保持部の挿入穴に挿入する際に、磁石部と保持部との間に大きな摩擦力が生じるのを抑制することができるので、保持部の厚みを大きくすることなく、磁石部を十分に固定することができる。これにより、第1カップリング体の磁石部を、第1カップリング体と磁気カップリングする第2カップリング体により近づけることができるので、第1カップリング体と第2カップリング体との間の力(トルク)の伝達をより効率的に行うことができる。 Also, if the insertion holes of the magnet part and the holding part are not tapered, a large frictional force will be generated between the magnet part and the holding part, so that the magnet part must be inserted into the holding part with a strong pressing force. In addition, the thickness of the holding portion had to be secured so that it would not break due to friction at that time, whereas in the present invention, the insertion hole of the magnet portion and the holding portion has a tapered shape. By being formed, when the magnet part is inserted into the insertion hole of the holding part, it is possible to suppress the generation of a large frictional force between the magnet part and the holding part, so the thickness of the holding part is increased. Without doing so, the magnet portion can be sufficiently fixed. Thereby, since the magnet part of the 1st coupling body can be brought closer to the 2nd coupling body which carries out magnetic coupling with the 1st coupling body, it is between the 1st coupling body and the 2nd coupling body. Force (torque) can be transmitted more efficiently.
上記第1の局面による磁気カップリング装置において、好ましくは、保持部の挿入穴の内周面のテーパ形状、および、磁石部の外周面のテーパ形状における傾斜角度θは、0<θ≦tan−1(0.2/10)を満たしている。このように構成すれば、容易に、テーパ形状の磁石部をテーパ形状の保持部の挿入穴に挿入して両者を密着させた状態で、冷やしばめ工程を行うことができる。ここで、「傾斜角度θ」とは、保持部の挿入穴の内周面と第1カップリング体の回転軸線とのなす角度、および、磁石部の外周面と第1カップリング体の回転軸線とのなす角度のことを意味する。 In the magnetic coupling device according to the first aspect, preferably, the inclination angle θ in the tapered shape of the inner peripheral surface of the insertion hole of the holding portion and the tapered shape of the outer peripheral surface of the magnet portion is 0 <θ ≦ tan −. 1 (0.2 / 10) is satisfied. If comprised in this way, a cold fitting process can be easily performed in the state which inserted the taper-shaped magnet part in the insertion hole of the taper-shaped holding | maintenance part, and contact | adhered both. Here, the “inclination angle θ” is an angle formed between the inner peripheral surface of the insertion hole of the holding portion and the rotation axis of the first coupling body, and the outer peripheral surface of the magnet portion and the rotation axis of the first coupling body. Means the angle between
上記第1の局面による磁気カップリング装置において、好ましくは、保持部の厚みは、保持部による圧力が磁石部に働く遠心力よりも大きくなるような厚みに設定されている。このように構成すれば、第1カップリング体の回転時に、磁石部に働く遠心力により保持部が破損することを確実に抑制することができる。なお、「遠心力」とは、回転運動に基づいて働く慣性力を意味する。 In the magnetic coupling device according to the first aspect, preferably, the thickness of the holding portion is set to a thickness such that the pressure by the holding portion is greater than the centrifugal force acting on the magnet portion. If comprised in this way, when a 1st coupling body rotates, it can suppress reliably that a holding | maintenance part is damaged by the centrifugal force which acts on a magnet part. The “centrifugal force” means an inertial force that works based on rotational motion.
上記第1の局面による磁気カップリング装置において、好ましくは、保持部の厚みは、回転軸線方向に沿って一定になるように構成されている。このように構成すれば、保持部の厚みを回転軸線方向に沿って異ならせる必要がないので、容易に、保持部を形成することができる。 In the magnetic coupling device according to the first aspect described above, preferably, the thickness of the holding portion is configured to be constant along the rotation axis direction. If comprised in this way, since it is not necessary to vary the thickness of a holding | maintenance part along a rotating shaft direction, a holding | maintenance part can be formed easily.
上記第1の局面による磁気カップリング装置において、好ましくは、保持部は、非磁性の炭素繊維強化プラスチックからなる。このように構成すれば、炭素繊維強化プラスチックにより、保持部を軽量化することができる。また、炭素繊維強化プラスチックは引張強度が高いので、第1カップリング体が高速回転することによって働く遠心力によって保持部が割れることが起きにくくなり、保持部の厚さをさらに薄くすることができる。これにより、保持部をさらに軽量化させることができる。また、保持部が非磁性であるので、トルク伝達効率が低下するのを抑制することができる。 In the magnetic coupling device according to the first aspect, preferably, the holding portion is made of a nonmagnetic carbon fiber reinforced plastic. If comprised in this way, a holding | maintenance part can be reduced in weight with a carbon fiber reinforced plastic. In addition, since the carbon fiber reinforced plastic has high tensile strength, it is difficult for the holding portion to crack due to the centrifugal force that acts when the first coupling body rotates at high speed, and the thickness of the holding portion can be further reduced. . Thereby, a holding | maintenance part can be further reduced in weight. Moreover, since the holding part is non-magnetic, it is possible to suppress a decrease in torque transmission efficiency.
上記第1の局面による磁気カップリング装置において、好ましくは、磁石部は、円柱状のヨークと、ヨークの外表面に互いに間隔を隔てて密着する複数の磁石とを有する複数の磁石を互いに間隔を隔てて配置することによって、冷やしばめ工程の際に、磁石とヨークとの冷却による収縮度合いが異なることに起因して磁石同士が接触するのを抑制することができる。これにより、磁石が破損するのを抑制することができる。 In the magnetic coupling device according to the first aspect described above, preferably, the magnet unit is configured to space a plurality of magnets having a cylindrical yoke and a plurality of magnets closely contacting each other on the outer surface of the yoke. By arrange | positioning apart, it can suppress that magnets contact in the case of a cold fitting process resulting from the shrinkage | contraction degree by cooling of a magnet and a yoke differing. Thereby, it can suppress that a magnet is damaged.
この発明の第2の局面による磁気カップリング装置の製造方法は、磁石を有する磁石部と、磁石部が挿入される挿入穴を有し、磁石部に圧力を加えて磁石を固定することが可能な1つの保持部とを含む回転可能な第1カップリング体と、第1カップリング体に対して非接触の状態で配置され、第1カップリング体と磁気カップリングする第2カップリング体とを備え、保持部が、磁石部よりも冷却により収縮しにくい材料から構成されている磁気カップリング装置の製造方法であって、保持部の挿入穴の内周面を、第1カップリング体の回転軸線方向における一方端部側から他方端部側に向かって、穴径が小さくなるようにテーパ形状に形成する工程と、磁石部の外周面を、挿入穴の内周面のテーパ形状に対応するように、回転軸線方向における一方端部側から他方端部側に向かって、外径が小さくなるようにテーパ形状に形成する工程と、冷却された状態の磁石部を、冷却された状態の保持部に挿入する冷やしばめ工程とを備える。 The manufacturing method of the magnetic coupling device according to the second aspect of the present invention has a magnet part having a magnet and an insertion hole into which the magnet part is inserted, and can fix the magnet by applying pressure to the magnet part. A rotatable first coupling body including a single holding portion, and a second coupling body that is disposed in a non-contact state with respect to the first coupling body and is magnetically coupled to the first coupling body. And the holding part is made of a material that is less likely to shrink by cooling than the magnet part, and the inner peripheral surface of the insertion hole of the holding part is formed on the inner surface of the first coupling body. Corresponding to the taper shape of the inner peripheral surface of the insertion hole, the process of forming the taper shape so that the hole diameter decreases from one end side to the other end side in the rotation axis direction In the direction of the rotation axis. Forming the taper shape so that the outer diameter decreases from the one end side to the other end side, and inserting the cooled magnet part into the cooled holding part. Process.
この発明の第2の局面による磁気カップリング装置の製造方法では、上記のように、第1カップリング体が、磁石を有する磁石部と、挿入穴に挿入された磁石部に圧力を加えて磁石を固定することが可能な1つの保持部とを含むことによって、保持部が複数からなる場合と異なり、複数の保持部による圧力(内圧)が不均一になるのを抑制することができる。また、冷却された状態の磁石部を、冷却された状態の保持部に挿入する冷やしばめ工程を備えることによって、冷却により収縮した状態の磁石部を保持部に挿入することができるので、保持部の挿入穴の穴径を磁石部の外径よりも小さく形成して締め代(磁石部の外径と保持部の挿入穴の穴径との差)を確保した状態であっても、圧入に比べて小さな力で、磁石部を保持部に挿入することができる。これにより、保持部や磁石部が破損するのを抑制することができる。 In the method of manufacturing a magnetic coupling device according to the second aspect of the present invention, as described above, the first coupling body applies a pressure to the magnet part having the magnet and the magnet part inserted into the insertion hole. Unlike the case where a plurality of holding portions are included, it is possible to suppress the non-uniform pressure (internal pressure) due to the plurality of holding portions. In addition, by providing a cooling fit process for inserting the cooled magnet part into the cooled holding part, the magnet part contracted by cooling can be inserted into the holding part. Even if the hole diameter of the insertion hole in the part is smaller than the outer diameter of the magnet part and the tightening margin (difference between the outer diameter of the magnet part and the hole diameter of the insertion hole in the holding part) is secured The magnet part can be inserted into the holding part with a small force compared to the above. Thereby, it can suppress that a holding | maintenance part and a magnet part are damaged.
また、この発明の第2の局面による磁気カップリング装置の製造方法では、保持部の挿入穴の内周面を、第1カップリング体の回転軸線方向における一方端部側から他方端部側に向かって、穴径が小さくなるようにテーパ形状に形成する工程と、磁石部の外周面を、挿入穴の内周面のテーパ形状に対応するように、回転軸線方向における一方端部側から他方端部側に向かって、外径が小さくなるようにテーパ形状に形成する工程とを備えている。これにより、保持部の挿入穴の内周面、および、磁石部の外周面がテーパ形状に形成されていない場合と異なり、冷やしばめ工程において磁石部を保持部の挿入穴に挿入する場合に、穴径の大きな箇所から穴径の小さな箇所に向かって挿入すればよいので、磁石部の径方向の公差および保持部の挿入穴の穴径の公差などを考慮して、磁石部と保持部との間の隙間を確保する必要がない。これにより、テーパ形状の磁石部をテーパ形状の保持部の挿入穴に挿入して両者を密着させた状態で、冷やしばめ工程を行うことができるので、冷やしばめ工程後に磁石部が膨張して元の大きさに戻った際に、保持部により、十分な圧力(内圧)を磁石部に加えることができる。 Moreover, in the manufacturing method of the magnetic coupling device according to the second aspect of the present invention, the inner peripheral surface of the insertion hole of the holding portion is changed from one end side to the other end side in the rotation axis direction of the first coupling body. The step of forming the taper shape so that the hole diameter becomes smaller and the outer peripheral surface of the magnet portion from the one end side in the rotation axis direction to the other so as to correspond to the taper shape of the inner peripheral surface of the insertion hole And a step of forming the taper shape so that the outer diameter decreases toward the end side. This is different from the case where the inner peripheral surface of the insertion hole of the holding part and the outer peripheral surface of the magnet part are not formed in a tapered shape, when the magnet part is inserted into the insertion hole of the holding part in the cooling fit process. The magnet part and the holding part should be inserted in consideration of the radial tolerance of the magnet part and the hole diameter of the insertion hole of the holding part. There is no need to secure a gap between them. As a result, the cooling and fitting process can be performed in a state where the tapered magnet part is inserted into the insertion hole of the tapered holding part and the both are brought into close contact with each other, so that the magnet part expands after the cooling and fitting process. When returning to the original size, a sufficient pressure (internal pressure) can be applied to the magnet portion by the holding portion.
また、磁石部および保持部の挿入穴をテーパ形状にしていない場合、磁石部と保持部との間に大きな摩擦力が生じることにより強い押圧力にて保持部に磁石部を挿入しなければならず、保持部の厚みはその際の摩擦により割れないように、充分な厚さを確保する必要があったのに対して、本発明では、磁石部および保持部の挿入穴がテーパ形状に形成されていることにより、磁石部を保持部の挿入穴に挿入する際に、磁石部と保持部との間に大きな摩擦力が生じるのを抑制することができるので、保持部の厚みを大きくすることなく、磁石部を十分に固定することができる。これにより、第1カップリング体の磁石部を、第1カップリング体と磁気カップリングする第2カップリング体により近づけることができるので、第1カップリング体と第2カップリング体との間の力(トルク)の伝達をより効率的に行うことができる。 In addition, when the insertion hole of the magnet part and the holding part is not tapered, the magnet part must be inserted into the holding part with a strong pressing force due to a large frictional force generated between the magnet part and the holding part. However, in the present invention, the insertion holes of the magnet part and the holding part are formed in a tapered shape, whereas the holding part has to have a sufficient thickness so that it does not break due to friction at that time. As a result, when the magnet portion is inserted into the insertion hole of the holding portion, it is possible to suppress the generation of a large frictional force between the magnet portion and the holding portion, so the thickness of the holding portion is increased. And the magnet part can be sufficiently fixed. Thereby, since the magnet part of the 1st coupling body can be brought closer to the 2nd coupling body which carries out magnetic coupling with the 1st coupling body, it is between the 1st coupling body and the 2nd coupling body. Force (torque) can be transmitted more efficiently.
上記第2の局面による磁気カップリング装置の製造方法において、好ましくは、冷やしばめ工程は、冷却された状態の磁石部の外径が、冷却された状態の保持部の挿入穴の内周面の穴径と略同一になるように、磁石部を保持部に挿入する工程を含む。このように構成すれば、テーパ形状の磁石部をテーパ形状の保持部の挿入穴に挿入して両者を確実に密着させることができる。 In the method of manufacturing a magnetic coupling device according to the second aspect, preferably, the cooling and fitting step is such that the outer diameter of the cooled magnet portion is the inner peripheral surface of the insertion hole of the holding portion in the cooled state. Including a step of inserting the magnet portion into the holding portion so as to be substantially the same as the hole diameter. If comprised in this way, a taper-shaped magnet part can be inserted in the insertion hole of a taper-shaped holding | maintenance part, and both can be contact | adhered reliably.
上記第2の局面による磁気カップリング装置の製造方法において、好ましくは、保持部を形成する工程は、保持部の回転軸線方向の長さが、磁石部の回転軸線方向の長さよりも大きくなるように形成する工程を含み、冷やしばめ工程の後に、保持部の回転軸線方向の一方端部と、磁石部の回転軸線方向の一方端部とが略面一になるとともに、保持部の回転軸線方向の他方端部と、磁石部の回転軸線方向の他方端部とが略面一になるように、保持部の一部を取り除く工程をさらに備える。このように構成すれば、回転軸線方向に大きめに形成した保持部の挿入穴に磁石部を挿入した後に、保持部の一部を取り除くことによって、磁石部および保持部において回転軸線方向の長さを予め合わせている場合と異なり、確実に、保持部の回転軸線方向の一方端部と、磁石部の回転軸線方向の一方端部とを略面一にすることができるとともに、保持部の回転軸線方向の他方端部と、磁石部の回転軸線方向の他方端部とを略面一にすることができる。これにより、回転軸線方向に保持部が磁石部よりも長くなることを抑制することができるので、回転軸線方向に磁気カップリング装置が大型化するのを抑制することができる。また、回転軸線方向に磁石部が保持部よりも長くなることを抑制することができるので、保持部により、磁石部を確実に固定することができる。 In the method of manufacturing a magnetic coupling device according to the second aspect, preferably, in the step of forming the holding portion, the length of the holding portion in the rotation axis direction is larger than the length of the magnet portion in the rotation axis direction. And after the cooling and fitting step, the one end portion in the rotation axis direction of the holding portion and the one end portion in the rotation axis direction of the magnet portion are substantially flush with each other, and the rotation axis line of the holding portion A step of removing a part of the holding portion so that the other end portion in the direction and the other end portion in the rotation axis direction of the magnet portion are substantially flush with each other. If comprised in this way, after inserting a magnet part in the insertion hole of the holding | maintenance part formed large in the rotation-axis direction, after removing a part of holding | maintenance part, the length of a rotation-axis direction in a magnet part and a holding | maintenance part. Unlike the case where the two are aligned in advance, the one end in the rotation axis direction of the holding portion and the one end in the rotation axis direction of the magnet portion can be surely substantially flush with each other and the rotation of the holding portion can be ensured. The other end portion in the axial direction and the other end portion in the rotation axis direction of the magnet portion can be substantially flush. Thereby, since it can suppress that a holding | maintenance part becomes longer than a magnet part in a rotating shaft direction, it can suppress that a magnetic coupling apparatus enlarges in a rotating shaft direction. Moreover, since it can suppress that a magnet part becomes longer than a holding | maintenance part in a rotating shaft direction, a magnet part can be reliably fixed with a holding | maintenance part.
上記第2の局面による磁気カップリング装置の製造方法において、好ましくは、冷やしばめ工程の前に、磁石部の複数の磁石を、接着剤を用いることなく、磁力により円柱状のヨークに密着させる工程をさらに備える。ここで、磁石部にてヨークと接合している磁石は、冷やしばめ工程後に磁石部が膨張して元の大きさに戻った際にはじめて、十分な圧力(内圧)にて保持部とヨークとに挟まれ強固に保持される。すなわち、本発明の磁石部では、保持部に挿入する際、磁石部の磁石に大きな力が働かないので、磁石とヨークを接着剤にて接合させる必要がなくなり、冷やしばめ工程における接着剤の熱収縮や低温耐久性を考慮する必要がなくなる。そのため、容易に、第1カップリング体を作製することができる。 In the method for manufacturing a magnetic coupling device according to the second aspect, preferably, before the cooling and fitting step, the plurality of magnets of the magnet portion are brought into close contact with the columnar yoke by magnetic force without using an adhesive. The method further includes a step. Here, the magnet joined to the yoke at the magnet portion is not the only time when the magnet portion expands and returns to its original size after the cooling and fitting process. It is sandwiched between and firmly held. That is, in the magnet part of the present invention, when inserting into the holding part, a large force does not act on the magnet of the magnet part, so it is not necessary to join the magnet and the yoke with an adhesive, and the adhesive part in the cold-fitting process There is no need to consider heat shrinkage and low temperature durability. Therefore, a 1st coupling body can be produced easily.
本発明では、上記のように、磁石部を十分に固定しつつ保持部および磁石部が破損するのを抑制することができる。 In the present invention, as described above, the holding part and the magnet part can be prevented from being damaged while the magnet part is sufficiently fixed.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、図1〜図3を参照して、本発明の一実施形態による磁気カップリング装置100について説明する。なお、以下に記載する負荷側回転体10および駆動源側回転体20は、それぞれ、本発明の「第1カップリング体」および「第2カップリング体」の一例であり、負荷側回転体10を第1カップリング体の例として、そして駆動源側回転体20を第2カップリング体の例として説明する。
First, with reference to FIGS. 1-3, the
本発明の一実施形態による磁気カップリング装置100は、図1に示すように、図示しない負荷部に駆動力を伝達する負荷側部1と、図示しない駆動源から駆動力が伝達されるとともに、駆動力を負荷側部1に伝達する駆動源側部2と、負荷側部1側の空間と駆動源側部2側の空間とを隔離する隔離部材3とを備えている。また、負荷側部1および駆動源側部2は、共に、X方向に延びる回転軸線Aを回転中心として回転可能に構成されている一方、隔離部材3は回転および移動を行わないように固定されている。
As shown in FIG. 1, a
負荷側部1は、図示しない負荷部に一方端部側(X1側)が接続され、X1側に延びる軸部1aと、軸部1aの他方端部側(X2側)に接続された負荷側回転体10とを含んでいる。また、駆動源側部2は、図示しない駆動源に一方端部側(X2側)が接続され、X2側に延びる軸部2aと、軸部2aの他方端部側(X1側)に接続された駆動源側回転体20とを含んでいる。
The load side portion 1 has one end side (X1 side) connected to a load portion (not shown), a
負荷側回転体10は、図1および図2に示すように、正円柱状のヨーク11および弓型の複数の磁石12から構成される磁石部10aと、磁石部10aを径方向の外側から覆う円筒状の保持部13とを含んでいる。また、磁石部10aのX方向の長さはL1である。
As shown in FIGS. 1 and 2, the load-side
ヨーク11は、一般構造用鋼材であるSS400からなる。また、ヨーク11は、磁石12の磁力により複数の磁石12が密着される外表面11aと、回転軸線Aに沿って形成され、軸部1aが挿入および固定される挿入穴11bとを有している。外表面11aは、図1に示すように、X方向(回転軸線方向)に沿って略平行に延びるように形成されている。つまり、ヨーク11のX方向と直交する径方向の直径R1は、X方向に沿って変化しない。また、ヨーク11のX方向の長さはL1である。
The
複数の磁石12は、ネオジム磁石(Nd−Fe−B系焼結磁石)からなる。また、複数の磁石12の各々の内周面は、ヨーク11の外表面11aに沿うように湾曲するような弓型形状に形成されている。また、複数の磁石12は、18個のN極磁石112と、18個のS極磁石212とからなる。なお、N極磁石112とは、外周面側の磁極がN極である磁石12のことを指し、S極磁石212とは、外周面側の磁極がS極である磁石12のことを指す。
The plurality of
また、図3に示すように、ヨーク11の外表面11a上に、3個のN極磁石112および3個のS極磁石212が、回転軸線Aに沿って並んで配置されている。また、図2に示すように、ヨーク11の外表面11a上に、6個のN極磁石112と6個のS極磁石212とが、回転方向Bに沿って等角度間隔で交互に配置されている。なお、各々の磁石12は、図2および図3に示すように、約1mm以下の大きさの間隔dになるように、X方向およびB方向に沿って配置されている。
As shown in FIG. 3, three N-
ここで、本実施形態では、磁石部10aの外周面10bは、図3に示すように、X1側からX2側に向かって、径方向の内側(回転軸線A側)に傾斜するように形成されている。つまり、磁石部10aの外周面10bは、X1側からX2側に向かって、外径が小さくなるようにテーパ形状に形成されている。具体的には、磁石部10aのX1側の端部10cにおいて、磁石12は、径方向の厚みt1を有するとともに、X2側の端部10dにおいて、磁石12は、厚みt1よりも小さな径方向の厚みt2を有している。そして、磁石部10aの外周面10bは、X1側からX2側に向かって外径が小さくなるように、0<α≦tan−1(0.2/10)を満たすような傾斜角度αで傾斜している。なお、磁石部10aの外周面10bのテーパ形状は、磁石12の外周面がテーパ形状にされることにより形成されている。なお、傾斜角度αは、本発明の「傾斜角度θ」の一例である。
Here, in this embodiment, the outer
また、図1に示すように、磁石部10aのX1側の端部10cにおける外径R2(=ヨーク11の外径R1+(磁石12の厚みt1×2))は、磁石部10aのX2側の端部10dにおける外径R3(=ヨーク11の外径R1+(磁石12の厚みt2×2))よりも大きくなる。
Further, as shown in FIG. 1, the outer diameter R2 (= the outer diameter R1 of the
また、本実施形態では、円筒状の保持部13には、X方向に貫通するように形成され、磁石部10aが内部に挿入される挿入穴13aが形成されている。また、保持部13の挿入穴13aの内周面13bは、X1側からX2側に向かって、径方向の内側(回転軸線A側)に傾斜するように形成されている。つまり、図4に示すように、保持部13の挿入穴13aの内周面13bは、X1側からX2側に向かって、径方向の穴の直径(穴径)が小さくなるようなテーパ形状に形成されている。
In the present embodiment, the
具体的には、図1に示すように、保持部13は、X1側の端部13cにおいて、穴径R2を有するとともに、X2側の端部13dにおいて、穴径R2よりも小さな穴径R3を有している。つまり、保持部13の挿入穴13aの内周面13bは、X1側からX2側に向かって穴径が小さくなるように、0<β≦tan−1(0.2/10)を満たすような傾斜角度βで傾斜している。なお、傾斜角度βは、本発明の「傾斜角度θ」の一例である。
Specifically, as shown in FIG. 1, the holding
また、保持部13の挿入穴13aの内周面13bにおける傾斜角度βは、磁石部10aの外周面10bの傾斜角度αと略等しい。この結果、図1および図3に示すように、磁石部10aの外周面10bと、保持部13の挿入穴13aの内周面13bとは、互いに対応するようにテーパ形状に形成されている。ここで、傾斜角度αおよびβは、0<α(β)≦tan−1(0.1/10)を満たす方が好ましい。
Further, the inclination angle β of the inner
また、保持部13は、図3に示すように、X方向(回転軸線方向)に沿って略一定の厚みt3になるように構成されている。つまり、保持部13の外周面13eは、挿入穴13aの内周面13bと略同一の傾斜角度βで傾斜している。また、保持部13の厚みt3は、磁石12の厚みの約2分の1未満であるのが好ましく、より好ましくは、約4分の1以下である。また、保持部13の厚みt3は、保持部13による圧力(内圧)が磁石部10aに働く遠心力よりも大きくなるような厚みに設定されている。さらに、保持部13の厚みt3は、保持部13に働く遠心力よりも大きくなるような厚みに設定されている。
Further, as shown in FIG. 3, the holding
また、保持部13は、非磁性の炭素繊維強化プラスチック(CFRP)からなる。このCFRPは、熱膨張率が非常に小さく、常温(約20℃)の状態から液体窒素の沸点(−196℃)の温度状態に変化させた場合であっても、ほとんど収縮しない性質を有しており、ヨーク11を構成するSS400および磁石12を構成するネオジム磁石よりも冷却によって収縮しにくい。なお、CFRPは、エポキシ樹脂などの樹脂材料からなる母材と、引張弾性率が約600GPa以上の炭素繊維からなる強化材とから構成されている。また、CFRPからなる保持部13の引張弾性率は、炭素繊維の引張弾性率の約半分程度である。また、保持部13のX方向の長さは、磁石部10aのX方向の長さL1と略等しい。
The holding
また、本実施形態では、下記の磁気カップリング装置100の製造方法において詳述するように、保持部13の挿入穴13aは磁石部10aよりも径方向に若干小さく形成されていることによって、締め代(磁石部10aの外径と保持部13の挿入穴13aの穴径との差)が確保されている。また、相対的に保持部13の挿入穴13aよりも径方向に若干大きく形成された磁石部10aは、保持部13の挿入穴13aに冷やしばめ工程によって挿入されて固定されている。これにより、保持部13の挿入穴13aの内周面13bが磁石部10aの外周面10bに密着されて、保持部13により、磁石部10aに対して径方向の内側に向かう圧力(内圧)が加えられるように構成されている。この結果、複数の磁石12が、径方向に移動するのが抑制されて固定されるように構成されている。
In this embodiment, as will be described in detail in the manufacturing method of the
また、磁石部10aのX1側の端部10cと保持部13のX1側の端部13cとは略面一になるように構成されているとともに、磁石部10aのX2側の端部10dと保持部13のX2側の端部13dとは略面一になるように構成されている。
Further, the X1
駆動源側回転体20は、図1および図2に示すように、ヨークを兼ねる円筒部21と、磁石部22とを含んでいる。円筒部21は、図1に示すように、回転軸線Aを中心とするとともに、X1側に開口を有する有底円筒状に形成されている。また、駆動源側回転体20の円筒部21の内側に、負荷側回転体10および隔離部材3が配置されている。また、駆動源側回転体20の負荷側回転体10の外周面と対向する円筒部21の内周面21aには、磁石部22と、一対の押さえ部23とが配置されている。一対の押さえ部23は、それぞれ、磁石部22のX方向(回転軸線方向)の両端部に配置されることによって、磁石部22がX方向に動くのを抑制する機能を有している。なお、駆動源側回転体20の磁石部22は、テーパ形状には形成されておらず、X方向に沿って略平行に形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the drive source
また、磁石部22は、ネオジム磁石(Nd−Fe−B系焼結磁石)からなる36個の磁石(18個のN極磁石122および18個のS極磁石222)を有しており、各々の磁石は、負荷側回転体10における磁石部10aの各々の磁石12と対向するように配置されている。具体的には、図1に示すように、磁石部22では、磁石部10aと同様に、3個のN極磁石122および3個のS極磁石222が、回転軸線Aに沿って並んで配置されている。また、図2に示すように、磁石部22では、磁石部10aと同様に、6個のN極磁石122と6個のS極磁石222とが、回転方向Bに沿って等角度間隔で交互に配置されている。なお、N極磁石122とは、径方向の内側(負荷側回転体10側)の磁極がN極である磁石のことを指し、S極磁石222とは、径方向の内側の磁極がS極である磁石のことを指す。
Moreover, the
また、磁石部10aと磁石部22とは、互いに磁気カップリングするように構成されている。具体的には、図2に示すように、磁気カップリング装置100の初期状態において、磁石部10aのN極磁石112と磁石部22のS極磁石222とが互いに対向するとともに、磁石部10aのS極磁石212と磁石部22のN極磁石122とが互いに対向するように構成されている。そして、駆動源側回転体20(図1参照)が回転軸線A回りに回転した際に、負荷側回転体10(図1参照)の磁石部10aのS極磁石212が、対向する磁石部22のN極磁石122に対して少しずれた状態で従動して、回転方向Bに沿って回転移動する。同様に、磁石部10aのN極磁石112が、対向する磁石部22のS極磁石222に対して少しずれた状態で従動して、回転方向Bに沿って回転移動することによって、負荷側回転体10が駆動源側回転体20と共に回転軸線A回りに回転する。この結果、駆動源側回転体20の回転軸線A回りの駆動力が、負荷側回転体10の回転軸線A回りの駆動力として伝達されるように構成されている。
Moreover, the
本実施形態では、上記のように、負荷側回転体10が、磁石部10aと、磁石部10aを径方向の外側から覆う円筒状の保持部13とを含むとともに、保持部13により、磁石部10aに対して径方向の内側に向かう圧力(内圧)が加えられて、複数の磁石12が固定されるように構成することによって、保持部13が複数からなる場合と異なり、複数の保持部による圧力(内圧)が不均一になるのを抑制することができる。
In the present embodiment, as described above, the load-
また、本実施形態では、保持部13の挿入穴13aの内周面13bを、X1側からX2側に向かって、磁石部10aが配置される径方向の穴の直径(穴径)が小さくなるようなテーパ形状に形成するとともに、磁石部10aの外周面10bを、X1側からX2側に向かって、外径が小さくなるようにテーパ形状に形成する。また、磁石部10aの外周面10bと、保持部13の挿入穴13aの内周面13bとを、互いに対応するようにテーパ形状に形成する。このように構成することによって、保持部13の挿入穴13aの内周面13bおよび磁石部10aの外周面10bがテーパ形状でない場合と異なり、冷やしばめ工程において磁石部10aを保持部13の挿入穴13aに挿入する場合に、穴径の大きな箇所から穴径の小さな箇所に向かって挿入すればよいので、磁石部10aの径方向の公差および保持部13の挿入穴13aの穴径の公差などを考慮して、磁石部10aと保持部13との間の隙間を確保する必要がない。これにより、テーパ形状の磁石部10aをテーパ形状の保持部13の挿入穴13aに挿入した状態で、冷やしばめ工程を行うことができるので、冷やしばめ工程後に磁石部10aが膨張して元の大きさに戻った際に、保持部13により十分な圧力(内圧)を磁石部10aに加えることができる。
Moreover, in this embodiment, the diameter (hole diameter) of the radial hole in which the
また、磁石部10aおよび保持部13の挿入穴13aをテーパ形状にしていない場合、磁石部10aと保持部13との間に大きな摩擦力が生じることにより、強い押圧力にて保持部13に磁石部10aを挿入しなければならず、保持部13の厚みt3はその際の摩擦により割れないように、充分な厚さを確保する必要があったのに対して、本実施形態では、磁石部10aおよび保持部13の挿入穴13aがテーパ形状に形成されていることにより、磁石部10aを保持部13の挿入穴13aに挿入する際に、磁石部10aと保持部13との間に大きな摩擦力が生じるのを抑制することができるので、保持部13の厚みt3を大きくすることなく、磁石部10aを十分に固定することができる。これにより、負荷側回転体10の磁石部10aを、負荷側回転体10と磁気カップリングする駆動源側回転体20により近づけることができるので、負荷側回転体10と駆動源側回転体20との間の力(トルク)の伝達をより効率的に行うことができる。
Moreover, when the
また、本実施形態では、磁石部10aの外周面10bを、X1側からX2側に向かって外径が小さくなるように、0<α≦tan−1(0.2/10)を満たすような傾斜角度αで傾斜させるとともに、保持部13の挿入穴13aの内周面13bを、X1側からX2側に向かって穴径が小さくなるように、0<β≦tan−1(0.2/10)を満たすような傾斜角度βで傾斜させる。このように構成することによって、容易に、テーパ形状の磁石部10aをテーパ形状の保持部13の挿入穴13aに挿入して両者を密着させた状態で、冷やしばめ工程を行うことができる。また、テーパ形状に形成された負荷側回転体10と、テーパ形状に形成していない駆動源側回転体20との間隔が、X1側とX2側とで大きく異なることを抑制することができるので、磁気カップリング装置100において、X1側とX2側とで磁気カップリングの状態が大きく異なることを抑制することができる。これにより、負荷側回転体10と駆動源側回転体20との間の力(トルク)の伝達が不安定になるのを抑制することができる。
In the present embodiment, the outer
また、本実施形態では、保持部13の厚みt3を、保持部13による圧力(内圧)が磁石部10aに働く遠心力よりも大きくなるような厚みに設定することによって、負荷側回転体10の回転時に、磁石部10aに働く遠心力により保持部13が破損することを確実に抑制することができる。
Moreover, in this embodiment, the thickness t3 of the holding
また、本実施形態では、保持部13を、回転軸線方向に沿って略一定の厚みt3になるように構成することによって、保持部13の厚みt3を回転軸線方向に沿って異ならせる必要がないので、容易に、保持部13を形成することができる。
In the present embodiment, the holding
また、本実施形態では、保持部13が、非磁性のCFRPからなることによって、保持部13を軽量化することができるとともに、保持部13の引張弾性率が大きいので、冷やしばめ工程後に磁石部10aが膨張して元の大きさに戻った際に、保持部13の変形量を十分に小さくすることができる。さらに、CFRPは引張強度が高いので、負荷側回転体10が高速回転することによって働く遠心力によって保持部13が割れることが起きにくくなり、保持部13の厚さt3を薄くすることができる。これにより、保持部13のさらなる軽量化を図ることができる。また、保持部13が非磁性であるので、負荷側回転体10と駆動源側回転体20との磁気カップリングの状態が不安定になるのを抑制することができるとともに、トルク伝達効率が低下するのを抑制することができる。
Moreover, in this embodiment, since the holding |
また、本実施形態では、磁石部10aを、正円柱状のヨーク11およびヨークの外表面11aに磁力により密着している複数の磁石12から構成することによって、容易に、磁石部10aを形成することができる。
Moreover, in this embodiment, the
また、本実施形態では、各々の磁石12を、間隔dが約1mm以下になるようにX方向およびB方向に沿って配置することによって、冷やしばめ工程の際に、磁石12とヨーク11との冷却による収縮度合いが異なることに起因して磁石12同士が接触するのを抑制することができる。これにより、磁石12が破損するのを抑制することができる。
In the present embodiment, the
次に、図1、図2および図4〜図9を参照して、磁気カップリング装置100の製造プロセスについて説明する。
Next, a manufacturing process of the
まず、CFRPからなる円筒状の保持部13を作製する。具体的には、図4に示すように、回転しているマンドリル101の外表面101aに対して、樹脂を浸み込ませた炭素繊維(図示せず)を厚みt3になるまで巻きつけた後に、熱を加えて樹脂を硬化させる。これにより、CFRPからなる円筒状の保持部13が作製される。この際、マンドリル101として、外表面101aが、0<β≦tan−1(0.2/10)を満たすような傾斜角度βで傾斜しているマンドリル101を用いる。これにより、保持部13の挿入穴13aの内周面13bが、傾斜角度βで傾斜するようにテーパ形状に形成される。
First, the
また、保持部13は、図1に示す負荷側回転体10におけるX方向の長さL1よりも大きな長さL2で形成される。この際、保持部13のX1側の端部13cは、図1に示す負荷側回転体10における穴径R2よりも大きな穴径R4を有するとともに、X2側の端部13dは、図1に示す負荷側回転体10における穴径R3よりも小さな穴径R5を有するように形成される。
Moreover, the holding |
このとき、冷やしばめによる収縮を考慮して、保持部13を締め代分だけ小さく形成する。
At this time, considering the shrinkage due to the cold fit, the holding
また、図5に示すように、正円柱状のヨーク11を準備する。なお、前段で冷やしばめによる収縮を考慮して、保持部13を締め代分だけ小さく形成すると記載したが、ヨーク11の径方向の直径R1aを、図1に示す負荷側回転体10における直径R1よりも、所定の大きさ(締め代)だけ大きく形成しても同様の効果が得られる。
Further, as shown in FIG. 5, a regular
そして、径方向に厚みt1を有する36個の磁石12(18個のN極磁石112および18個のS極磁石212)を、正円柱状のヨーク11の外表面11aに密着させる。この際、3個のN極磁石112および3個のS極磁石212を回転軸線Aに沿って並んで配置するとともに、図2に示すように、6個のN極磁石112と6個のS極磁石212とを、回転方向Bに沿って等角度間隔で交互に配置する。なお、この際、接着剤を用いずに、磁力により、ヨーク11の外表面11aに36個の磁石12を密着させる。
Then, 36 magnets 12 (18 N-
そして、図5に示すように、固定治具102を用いて、磁石部10aをX方向の両側から挟み込むことによって、磁石部10aをX方向(回転軸線方向)に固定する。また、磁石部10aのX方向の長さは、図1に示す負荷側回転体10と同様に、L1である。つまり、保持部13のX方向の長さL2は、磁石部10aのX方向の長さL1よりも大きい。
Then, as shown in FIG. 5, the
そして、研磨装置103を用いて、磁石部10aの外周面10bにテーパ形状を形成する加工を行う。テーパ形状の加工では、磁石部10aの回転軸に対して研磨装置103の回転軸を平行な状態から少し傾けて、研磨装置103をX方向に回転させながら移動させることによって、磁石部10aの外周面10bを、X1側からX2側に向かって外径が小さくなるように研磨する。この際、磁石部10aの外周面10bが、0<α≦tan−1(0.2/10)を満たすような傾斜角度αで傾斜するように研磨する。これにより、磁石部10aのX1側の端部10cにおいて、磁石12の厚みは、厚みt1のままである一方、X2側の端部10dにおいて、磁石12の厚みは、厚みt1よりも小さな厚みt2になり、磁石部10aの外周面10bにテーパ形状が形成される。
And the process which forms a taper shape in the outer
この結果、磁石部10aは、図1に示す負荷側回転体10(実際に磁石部10aが挿入される位置における、保持部13の挿入穴13a)よりも径方向に前述した所定の大きさ(締め代)だけ大きくなる。具体的には、磁石部10aのX1側の端部10cにおける外径R2a(=ヨーク11の外径R1a+(磁石12の厚みt1×2))、および、X2側の端部10dにおける外径R3a(=ヨーク11の外径R1a+(磁石12の厚みt2×2))は、それぞれ、図1に示す負荷側回転体10における外径R2およびR3よりも、所定の大きさ(締め代)だけ大きくなるとともに、X方向に沿って、図1に示す負荷側回転体10よりも、径方向に所定の大きさ(締め代)だけ大きくなる。
As a result, the
そして、図6〜図8に示すように、磁石部10aを保持部13に挿入するための冷やしばめ工程を行う。具体的には、まず、図6に示すように、液体窒素で満たされた冷却容器104内に、保持部13のX1側(穴径が大きい側)が冷却容器104の開口104a側に位置するように、保持部13を配置する。そして、保持部13を液体窒素の沸点(−196℃)と略同一の温度の状態になるまで冷却する。この冷却過程において、保持部13はほとんど収縮しない。
Then, as shown in FIGS. 6 to 8, a cold fitting process for inserting the
そして、十分に保持部13が冷却された後に、冷却容器104内に、磁石部10aを、磁石部10aのX2側(外径が小さい側)から挿入することにより、磁石部10aのX2側の端部10dが、保持部13のX1側の端部13cと対向するように配置する。
And after the holding |
この際、図7に示すように、磁石部10aが液体窒素の沸点(−196℃)と略同一の温度になる前の状態においては、磁石部10aの端部10cにおける外径R2a、および、X2側の端部10dにおける外径R3aが、それぞれ、図1に示す負荷側回転体10における外径R2およびR3よりも、共に所定の大きさだけ大きくなるように形成されているため、磁石部10aの一部しか保持部13の挿入穴13aに挿入されない。
At this time, as shown in FIG. 7, in a state before the
その後、磁石部10aが液体窒素の沸点(−196℃)と略同一の温度の状態になるまで冷却されることによって、磁石部10aの外径R2aおよびR3aが、それぞれ、図1に示す負荷側回転体10における外径R2およびR3と略同一の大きさになるまで、磁石部10aは収縮される。これにより、図8に示すように、冷却された状態の磁石部10aが締め代分だけ収縮することによって、テーパ形状の磁石部10aがテーパ形状の保持部13の挿入穴13aに、穴径の大きな箇所(X1側の端部13c)から穴径の小さな箇所(X2側の端部13d)に向かって、X2方向に挿入される。この際、冷却された状態の磁石部10aは、冷却しない状態で圧入する場合よりも小さな力をX2方向に加えるだけで、容易に、冷却された状態の保持部13の挿入穴13aに挿入される。
Thereafter, the
そして、磁石部10aが保持部13に完全に挿入された後、磁石部10aが挿入された保持部13を冷却容器104から取り出して、常温に戻す。これにより、収縮していた磁石部10aが膨張する。これにより、磁石部10aが保持部13の挿入穴13a内に密着した状態で固定されて、冷やしばめ工程が終了される。
And after the
そして、固定治具102を取り外した後、図9に示すように、磁石部10aのX1側の端部10cと保持部13のX1側の端部13cとが略面一になるように、切断線Cで切断および研磨する。これにより、保持部13のX1側の一部が取り除かれる。同様に、磁石部10aのX2側の端部10dと保持部13のX2側の端部13dとが略面一になるように、切断線Cで切断および研磨する。これにより、保持部13のX2側の一部が取り除かれる。この結果、負荷側回転体10が作製される。その後、図1に示すように、ヨーク11の挿入穴11bに、軸部1aを挿入および固定することによって、負荷側部1が作製される。
Then, after removing the fixing
そして、別途作製した駆動源側部2および隔離部材3と、負荷側部1とを、図1および図2に示すように配置する。これにより、磁気カップリング装置100が作製される。
Then, separately prepared drive source
本実施形態の製造方法では、上記のように、磁石部10aを、保持部13の挿入穴13aに冷やしばめ工程によって挿入して固定することによって、冷却により収縮した状態の磁石部10aを保持部13に挿入することができるので、保持部13の挿入穴13aの穴径を、磁石部10aの外径よりも小さく形成して締め代(磁石部10aの外径と保持部13の挿入穴13aの穴径との差)を確保した状態であっても、圧入に比べて小さな力で、磁石部10aを保持部13に挿入することができる。これにより、保持部13や磁石部10aが破損するのを抑制することができる。
In the manufacturing method of the present embodiment, as described above, the
また、本実施形態の製造方法では、冷やしばめ工程において、冷却された状態の磁石部10aのX1側の外径R2およびX2側の外径R3を、それぞれ、保持部13の挿入穴13aの内周面13bにおける穴径R2およびR3と略同一の大きさにすることによって、テーパ形状の磁石部10aをテーパ形状の保持部13の挿入穴13aに挿入して両者を確実に密着させることができる。
Further, in the manufacturing method of the present embodiment, in the cooling and fitting process, the outer diameter R2 on the X1 side and the outer diameter R3 on the X2 side of the
また、本実施形態の製造方法では、保持部13のX方向の長さL2を、磁石部10aのX方向の長さL1よりも大きくする。そして、冷やしばめ工程の後に、磁石部10aのX1側の端部10cと保持部13のX1側の端部13cとが略面一になるように、保持部13のX1側の一部を取り除くとともに、磁石部10aのX2側の端部10dと保持部13のX2側の端部13dとが略面一になるように、保持部13のX2側の一部を取り除く。これにより、X方向(回転軸線方向)に大きめに形成した保持部13の挿入穴13aに磁石部10aを挿入した後に、保持部13の一部を取り除くことによって、磁石部10aおよび保持部13においてX方向の長さを予め合わせている場合と異なり、確実に、保持部13のX1側の端部13cと、磁石部10aのX1側の端部10cとを略面一にすることができるとともに、保持部13のX2側の端部13dと、磁石部10aのX2側の端部10dとを略面一にすることができる。この結果、X方向に保持部13が磁石部10aよりも長くなることを抑制することができるので、X方向に磁気カップリング装置100が大型化するのを抑制することができる。また、X方向に磁石部10aが保持部13よりも長くなることを抑制することができるので、保持部13により、磁石部10aを確実に固定することができる。
Moreover, in the manufacturing method of this embodiment, the length L2 of the holding |
また、本実施形態の製造方法では、冷やしばめ工程の前に、接着剤を用いずに、磁力により、ヨーク11の外表面11aに36個の磁石12を密着させることによって、磁石部10aにてヨーク11と接合している磁石12は、冷やしばめ工程後に磁石部10aが膨張して元の大きさに戻った際にはじめて、十分な圧力(内圧)にて保持部13とヨーク11とに挟まれ強固に保持される。つまり、本実施形態の磁石部10aでは、保持部13に挿入する際、磁石部10aの磁石12に大きな力が働かないので、磁石12とヨーク11を接着剤にて接合させる必要がなくなり、冷やしばめ工程における接着剤の熱収縮や低温耐久性を考慮する必要がなくなる。そのため、容易に、負荷側回転体10を作製することができる。
Further, in the manufacturing method of the present embodiment, the 36
(実施例)
次に、図1、図4、図5および図8を参照して、上記実施形態に記載した磁気カップリング装置100の負荷側回転体10の実施例について説明する。
(Example)
Next, an example of the load
この実施例における負荷側回転体10では、図5に示すように、磁石部10aのX方向(回転軸線方向)の長さL1を、63.0mmにした。また、冷やしばめ前のヨーク11の径方向の直径R1aを、125.25mmになるように形成した。また、磁石部10aの外周面10bを、X1側からX2側に向かって外径が小さくなるように、α≦tan−1(0.2/10)を満たすような傾斜角度αで傾斜するように形成した。具体的には、磁石12のX1側の端部10cにおける厚みt1を、5.075mmにするとともに、X2側の端部10dにおける厚みt2を、4.925mmにした。この結果、磁石部10aのX1側の端部10cにおける外径R2a(=ヨーク11の外径R1a+磁石12の厚みt1×2)が、135.400mmになるとともに、磁石部10aのX2側の端部10dにおける外径R3a(=ヨーク11の外径R1a+磁石12の厚みt2×2)が、135.100mmになった。
In the load
また、図4に示すように、保持部13の挿入穴13aの内周面13bを、X1側からX2側に向かって穴径が小さくなるように、β≦tan−1(0.2/10)を満たすような傾斜角度βで傾斜するように形成した。つまり、保持部13の挿入穴13aの内周面13bを、磁石部10aの外周面10bに対応するようなテーパ角になるように形成した。具体的には、保持部13のX1側の端部13cにおける穴径R2を、135.275mmにするとともに、X2側の端部13dにおける穴径R3を、134.975mmにした。また、保持部13の厚みt3を、2.0mmにするとともに、X方向に沿って一定の厚みにした。
Further, as shown in FIG. 4, β ≦ tan −1 (0.2 / 10) of the inner
すなわち、保持部13のX1側の端部13cにおける穴径R2(図4参照)を、磁石部10aのX1側の端部10cにおける外径R2a(図5参照)よりも、締め代として0.125mm(=135.400−130.275)だけ小さく形成するとともに、保持部13のX2側の端部13dにおける穴径R3(図4参照)を、磁石部10aのX2側の端部10dにおける外径R3a(図5参照)よりも、締め代として0.125mm(=135.100−134.975)だけ小さく形成した。
That is, the hole diameter R2 (see FIG. 4) at the
そして、上記した冷やしばめ工程において磁石部10aを冷却することによって、磁石部10aの外径R2aおよびR3aを、それぞれ、外径R2およびR3と同一の大きさになるまで、磁石部10aを収縮させた。つまり、磁石部10aを、径方向に0.125mm(締め代)だけ収縮させた。そして、図8に示すように、冷却された状態の磁石部10aを、冷却された状態の保持部13の挿入穴13aに、穴径の大きな側(X1側の端部13c)から穴径の小さな側(X2側の端部13d)に向かって、X2方向に挿入した。
Then, by cooling the
その後、磁石部10aが挿入された保持部13を冷却容器104から取り出して、常温に戻した後、上記した製造方法に基づいて、図1に示す磁気カップリング装置100を作製した。そして、負荷側回転体10を、1分あたり2万回の回転速度で回転させた。この際、磁石部10aの36個の磁石12は、保持部13により、移動せずに十分に固定されていた。この結果、上記実施例では、保持部13により、磁石部10aに十分な圧力(内圧)が加えられており、磁石部10aを十分に固定できていると考えられる。
Thereafter, the holding
ここで、保持部13の厚みt3について考える。保持部13の厚みt3は、保持部13による圧力(内圧)が磁石部10aに働く遠心力よりも大きいという条件から、t3>(r×ρm×tm×r×ω2)/(ε×Ec)という式が導き出される。なお、上記式のうち、t3は、保持部13の厚み、rは、磁石部10aの平均の半径、ρmは、磁石12の磁石密度、tmは、磁石12の平均の厚み、および、ωは磁石部10a(負荷側回転体10)の角速度、εは、保持部13の冷やしばめ工程後の径方向の歪み、Ecは、保持部13の縦弾性係数である。
Here, the thickness t3 of the holding
また、本実施形態では、冷やしばめ工程時において、磁石部10aの外周面10bの外径と、保持部13の挿入穴13aの内周面13bの穴径とを同一の大きさにすることが可能であるので、上記実施例における保持部13の冷やしばめ工程後の径方向の歪みεは、ε=α×ΔTで表すことが可能である。なお、上記式のうち、αは、磁石部10aの線膨張係数、ΔTは、冷やしばめ工程時の温度差である。
Moreover, in this embodiment, the outer diameter of the outer
ここで、αは、磁石部10aの線膨張係数を磁石部10aの大半を占めるヨーク11の線膨張係数で近似することができるので、上記実施例における具体的な数値を代入すると、磁石部10aの線膨張係数α=11.7×10−6(SS400の線膨張係数)、ΔT=20(常温)−(−196)(液体窒素の沸点)=216になり、その結果、ε=2.53×10−3になる。
Here, α can approximate the linear expansion coefficient of the
また、上記実施例におけるε以外の値は、それぞれ、磁石部10aの平均の半径r=65mm、磁石12の磁束密度ρm=7.4×10−3g/mm3(一般的なネオジム磁石の密度)、磁石12の平均の厚みtm=5.0mm、磁石部10aの角速度=2090rad/s、保持部13の縦弾性係数Ec=300GPaになる。
Further, values other than ε in the above-described embodiments are the average radius r of the
この結果、上記した式からt3を求めると、t3>0.90mmになる。つまり、安全率として2倍を掛け合わせたとしても、t3>1.80mmになる。つまり、上記実施例の保持部13の厚みt3(2.0mm)は上記した式を十分に満たしているので、保持部13による圧力(内圧)を磁石部10aに働く遠心力よりも十分に大きくすることが可能である。
As a result, when t3 is obtained from the above equation, t3> 0.90 mm. That is, even if the safety factor is multiplied by 2, t3> 1.80 mm. That is, since the thickness t3 (2.0 mm) of the holding
また、保持部13の厚みt3を2.0mmにすることによって、保持部13の厚みt3が6.5mmである場合と比べて、トルクの伝達率を25%程度向上させることができた。つまり、保持部13の厚みt3を小さくすることによって、磁石部10aを、負荷側回転体10と磁気カップリングする駆動源側回転体20により近づけることができ、その結果、負荷側回転体10と駆動源側回転体20との間の力(トルク)の伝達をより効率的に行うことができることが確認できた。
Further, by setting the thickness t3 of the holding
なお、保持部13の厚みt3は、負荷側回転体10の回転数などの条件が変更された場合には、上記した式に合わせて変更される。そのような場合であっても、本実施形態では、冷やしばめ工程時において、磁石部10aの外周面10bの外径と、保持部13の挿入穴13aの内周面13bの穴径とを一致させることが可能であるので、保持部13の厚みt3を小さくすることが可能である。
Note that the thickness t3 of the holding
また、本実施形態では、保持部13の厚みt3を大きく確保できる場合には、保持部13を構成するCFRPの炭素繊維として、引張弾性率が小さな炭素繊維を用いることが可能である。引張弾性率が小さいものを用いても十分に磁石部10aに対して圧力(内圧)を加えつつ、保持部13が破損することをより確実に抑制することが可能である。
Moreover, in this embodiment, when the thickness t3 of the holding
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 The embodiments and examples disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments and examples but by the scope of claims for patent, and includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
たとえば、上記実施形態では、磁石部10aの外周面10bのテーパ形状を、磁石12の外周面をテーパ形状にすることにより形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、磁石部10aの外周面10bをテーパ状に形成せずに、ヨーク11の外表面をテーパ状に形成することによって、磁石部10aの外周面10bをテーパ形状に形成してもよい。
For example, in the said embodiment, although the taper shape of the outer
また、上記実施形態では、保持部13として、CFRPを用いた例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、保持部として、CFRPの代わりに、エポキシ樹脂などの樹脂材料からなる母材と、ガラス繊維からなる強化材とから構成されるガラス繊維強化プラスチック(GFRP)を用いてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the example using CFRP was shown as the holding |
また、上記実施形態では、ヨーク11の外表面11a上に、3個のN極磁石112および3個のS極磁石212が回転軸線Aに沿って並んで配置されるとともに、6個のN極磁石112と6個のS極磁石212とが、回転方向Bに沿って等角度間隔で交互に配置される例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、磁石部の磁石は1つからなるように構成してもよい。また、磁石部の磁石が、回転方向に沿って一体に形成されたリング状の複数の磁石からなるように構成してもよい。この場合、複数のリング状の磁石は、回転軸線方向に沿って並んで配置される。また、磁石部の磁石が、回転軸線方向に沿って一体に形成された複数の磁石からなるように構成してもよい。この場合、複数の磁石は、回転方向に沿って並んで配置される。
In the above embodiment, the three N-
また、上記実施形態では、ヨーク11がSS400からなる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ヨークは、磁性材料であれば特に限定されない。たとえば、ヨークは、SUS430でもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the
また、上記実施形態では、磁石がネオジム磁石からなる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、磁石は、フェライト磁石でもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the example in which a magnet consists of a neodymium magnet was shown, this invention is not limited to this. For example, the magnet may be a ferrite magnet.
また、上記実施形態では、保持部13の挿入穴13aをX方向に貫通するように形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、保持部の挿入穴は、貫通するように形成されていなくてもよく、たとえば、保持部を、図1におけるX1側に開口を有し、図1におけるX2側に底部を有するようなカップ形状(有底円筒状)に形成してもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the example formed so that the
また、上記実施形態では、磁石部10aのX1側の端部10cと保持部13のX1側の端部13cとを略面一になるように形成するとともに、磁石部10aのX2側の端部10dと保持部13のX2側の端部10dとを略面一になるように形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、磁石部の端部と保持部の端部とは、面一でなくてもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、駆動源側回転体20(第2カップリング体)が回転可能な例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、テーパ形状が形成される負荷側回転体が回転可能なように構成されていればよく、第2カップリング体は回転しなくてもよい。 Moreover, although the drive source side rotation body 20 (2nd coupling body) showed the example which can rotate in the said embodiment, this invention is not limited to this. In the present invention, it is only necessary that the load side rotating body formed with the taper shape is rotatable, and the second coupling body does not need to rotate.
また、上記実施形態では、駆動源側回転体20の円筒部21の内側に、負荷側回転体10および隔離部材3が配置される例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、負荷側回転体と駆動源側回転体とを、共に円盤状に形成するとともに、回転軸線方向に互いに対向するように配置してもよい。この際、負荷側回転体と駆動源側回転体との両方に、テーパ形状の磁石部および保持部を設けた方が好ましい。
Moreover, in the said embodiment, although the example in which the load side
10 負荷側回転体(第1カップリング体)
10a 磁石部
10b 外周面
11 ヨーク
11a 外表面
12 磁石
13 保持部
13a 挿入穴
13b 内周面
20 駆動源側回転体(第2カップリング体)
100 磁気カップリング装置
10 Load-side rotating body (first coupling body)
DESCRIPTION OF
100 Magnetic coupling device
Claims (10)
前記第1カップリング体に対して非接触の状態で配置され、前記第1カップリング体と磁気カップリングする第2カップリング体とを備え、
前記保持部は、前記磁石部よりも冷却により収縮しにくい材料から構成されており、
前記保持部の前記挿入穴の内周面は、前記第1カップリング体の回転軸線方向における一方端部側から他方端部側に向かって、穴径が小さくなるようにテーパ形状に形成されており、
前記磁石部の外周面は、前記挿入穴の前記内周面のテーパ形状に対応するように、前記回転軸線方向における一方端部側から他方端部側に向かって、外径が小さくなるようにテーパ形状に形成されており、
前記磁石部は、前記保持部に冷やしばめ工程によって挿入されて固定されている、磁気カップリング装置。 A magnet portion having a magnet, and an insertion hole into which the magnet portion is inserted, and one holding portion capable of fixing the magnet by applying pressure to the magnet portion inserted into the insertion hole. A rotatable first coupling body comprising:
A second coupling body that is disposed in a non-contact state with respect to the first coupling body and magnetically couples with the first coupling body;
The holding part is made of a material that is less likely to shrink by cooling than the magnet part,
The inner peripheral surface of the insertion hole of the holding part is formed in a tapered shape so that the hole diameter decreases from one end side to the other end side in the rotation axis direction of the first coupling body. And
The outer peripheral surface of the magnet portion has an outer diameter that decreases from one end side to the other end side in the rotation axis direction so as to correspond to the tapered shape of the inner peripheral surface of the insertion hole. It is formed in a tapered shape,
The magnetic coupling device, wherein the magnet portion is inserted and fixed to the holding portion by a cold fitting process.
前記保持部の前記挿入穴の内周面を、前記第1カップリング体の回転軸線方向における一方端部側から他方端部側に向かって、穴径が小さくなるようにテーパ形状に形成する工程と、
前記磁石部の外周面を、前記挿入穴の前記内周面のテーパ形状に対応するように、前記回転軸線方向における一方端部側から他方端部側に向かって、外径が小さくなるようにテーパ形状に形成する工程と、
冷却された状態の前記磁石部を、冷却された状態の前記保持部に挿入する冷やしばめ工程とを備える、磁気カップリング装置の製造方法。 A rotatable first cup including a magnet part having a magnet and a holding part that has an insertion hole into which the magnet part is inserted and that can apply pressure to the magnet part to fix the magnet. A ring body, and a second coupling body that is arranged in a non-contact state with respect to the first coupling body and magnetically couples with the first coupling body, wherein the holding portion is Is a method of manufacturing a magnetic coupling device made of a material that is difficult to shrink by cooling,
Forming the inner peripheral surface of the insertion hole of the holding portion into a tapered shape so that the hole diameter decreases from one end side to the other end side in the rotation axis direction of the first coupling body; When,
An outer diameter of the outer peripheral surface of the magnet portion is reduced from one end side to the other end side in the rotation axis direction so as to correspond to the tapered shape of the inner peripheral surface of the insertion hole. Forming into a tapered shape;
A method of manufacturing a magnetic coupling device, comprising: a cooling and fitting step of inserting the magnet portion in a cooled state into the holding portion in a cooled state.
前記冷やしばめ工程の後に、前記保持部の前記回転軸線方向の一方端部と、前記磁石部の前記回転軸線方向の一方端部とが略面一になるとともに、前記保持部の前記回転軸線方向の他方端部と、前記磁石部の前記回転軸線方向の他方端部とが略面一になるように、前記保持部の一部を取り除く工程をさらに備える、請求項7または8に記載の磁気カップリング装置の製造方法。 The step of forming the holding portion includes a step of forming the holding portion so that the length in the rotation axis direction of the holding portion is larger than the length of the magnet portion in the rotation axis direction,
After the cooling and fitting step, the one end portion of the holding portion in the rotation axis direction and the one end portion of the magnet portion in the rotation axis direction are substantially flush, and the rotation axis of the holding portion. 9. The method according to claim 7, further comprising a step of removing a part of the holding portion so that the other end portion in the direction and the other end portion in the rotation axis direction of the magnet portion are substantially flush with each other. A method of manufacturing a magnetic coupling device.
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