JP2023124080A - 渦電流式減速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性に優れる渦電流式減速装置を提供する。【解決手段】渦電流式減速装置（１００）は、ロータ（１０）及びステータ（２０）を備える。ロータ（１０）は、ロータ本体（１１）と、ハブ（１２）と、スポーク（１３）とを含む。スポーク（１３）は、ハブ（１２）からロータ本体（１１）に向かって延び、一端部がロータ本体（１１）の軸方向の一端部に固定され、他端部がハブ（１２）に設けられた凹部に挿入される。スポークにおいて、ハブ（１２）の凹部に挿入されている部分の側面（１３５）の硬さが、ハブ（１２）の凹部の内周面（１２２）の硬さより高い。【選択図】図１

Description

本開示は、渦電流式減速装置に関する。

トラックやバス等といった大型車両の補助ブレーキとして、従来、渦電流式減速装置が使用されている。例えば特許文献１に開示されているように、渦電流式減速装置は、車両の回転軸に固定されるロータと、車両の非回転部に固定されるステータとを備える。ロータは、円筒状の導電体であるロータ本体と、回転軸に取り付けられたハブと、スポークとを含む。スポークは、ハブからロータ本体に向かって延び、一端部がロータ本体の軸方向の一端部に固定され、他端部がハブに設けられた凹部に挿入される。これにより、ロータ本体が、複数のスポークを介し、ハブに接続されている。ステータは、ロータ本体の内側においてロータ本体の周方向に配列された複数の磁石を保持している。

渦電流式減速装置では、磁石による磁界内でロータを回転させ、導電体のロータ本体に発生する渦電流と磁界との相互作用によって、ロータの回転方向と反対方向の制動力を得る。制動力が発生している状態を制動状態という。制動状態では、渦電流が流れるロータ本体にジュール熱が発生し、ロータの温度が上昇する。制動時にロータ本体の温度が上昇すると、ロータ本体は熱膨張して拡径する。

ロータ本体が熱膨張した場合であっても、ロータ本体の塑性変形を抑制する技術が、特許文献２に開示されている。特許文献２では、ハブの凹部内にゴムブッシュを配置し、ゴムブッシュとスポークの一端とを固定する。特許文献２によれば、ロータ本体が熱膨脹により変形した場合、スポークは、その変形に追従してゴムブッシュの剪断力に抗して伸縮するため、ロータ本体に塑性変形が生じるのを抑制できる。

特開２００１－７８４２５号公報 実開平３－１１７３７５号公報

上述のとおり、渦電流式減速装置の制動状態では、渦電流が流れるロータ本体にジュール熱が発生し、ロータ本体の温度が上昇する。制動時にロータ本体の温度が上昇すると、ロータ本体は熱膨張して拡径する。一方、渦電流式減速装置の非制動状態ではロータ本体に磁界が作用しない。非制動状態では、ロータ本体には制動力が発生せず、ロータ本体は発熱しない。そのため、制動状態から非制動状態に切り替えるとロータ本体の温度は低下する。非制動時にロータ本体の温度が低下すると、熱膨張していたロータ本体は、縮径する。つまり、ロータ本体は、制動及び非制動の繰り返しにより、拡径及び縮径を繰り返す。

制動時にロータ本体が熱膨張すると、ハブの凹部に挿入されているスポークが径方向外側へ動くことにより、ロータ本体の熱膨張による変形が吸収される。これにより、熱膨張した状態であっても、ロータ本体がハブに接続された状態が維持される。非制動状態に切り替わり、ロータ本体が収縮すると、スポークはハブの凹部内を径方向内側へ動く。渦電流式減速装置の制動及び非制動の繰り返しにより、スポークは、ハブの凹部内を繰り返し移動する。この際、スポークのハブの凹部に挿入されている部分の側面は、ハブの凹部の内周面と摺動する。

渦電流式減速装置が制動状態にある場合、ロータ本体に発生した渦電流と磁界との相互作用により、ロータ本体において回転方向と逆向きの制動力が発生する。このとき、ロータ本体に固定された各スポークには、ロータ本体の周方向の荷重が負荷される。すなわち、回転方向と逆向きの制動力がロータ本体に作用することにより、各スポークに対して回転方向と逆向きの荷重が負荷される。これにより、渦電流式減速装置の制動時、各スポークのハブの凹部に挿入されている部分の側面は、回転方向の荷重が負荷された状態で、ハブの凹部の内周面と摺動する。

また、渦電流式減速装置が制動状態にある場合、ロータ本体が熱膨張して拡径する。このとき、ロータ本体の軸方向の一端部では、スポークが固定されていることにより、その変形が制限される。一方、ロータ本体の軸方向の他端部は、スポークが固定されていないため、自由に変形することができる。よって、ロータ本体では、スポーク側の端部の径よりも、これと反対側の端部の径の方が大きくなる。その結果、各スポークには、ロータ本体の軸方向の荷重が負荷される。これにより、渦電流式減速装置の制動時、各スポークのハブの凹部に挿入されている部分の側面は、軸方向の荷重が負荷された状態で、ハブの凹部の内周面と摺動する。

渦電流式減速装置が制動状態から非制動状態に切り替えられると、ロータ本体の温度が低下し、ロータ本体が縮径して元の形状に復帰する。制動状態と非制動状態との切り替えが繰り返されることにより、各スポークのハブの凹部に挿入されている部分の側面は、回転方向及び軸方向の荷重が負荷された状態で、ハブの凹部の内周面と繰り返し摺動する。

このように、スポークのハブの凹部に挿入されている部分の側面は、回転方向及び軸方向の荷重が負荷された状態で、ハブの凹部の内周面と繰り返し摺動する。しかしながら、特許文献１及び２に例示されるような従来の渦電流式減速装置では、スポークの摺動による摩耗及び折損について特に考慮されていない。上述のような荷重下での摺動に対する耐久性を高めることで、スポークの摩耗を抑制することができれば、渦電流式減速装置の耐久性が高まる。

本開示の目的は、耐久性に優れる渦電流式減速装置を提供することである。

本開示の渦電流式減速装置は、
円筒状のロータ本体と、回転軸に取り付けられるハブと、前記ハブから前記ロータ本体に向かって延び、一端部が前記ロータ本体の軸方向の一端部に固定され、他端部が前記ハブに設けられた凹部に挿入されるスポークと、を含み、前記回転軸とともに回転するロータと、
前記ロータ本体の内側又は外側に配置されるステータと、
を備え、
前記スポークにおいて、
前記ハブの前記凹部に挿入されている部分の側面の硬さが、前記ハブの前記凹部の内周面の硬さより高い。

本開示の渦電流式減速装置は、耐久性に優れる。

図１は、実施形態に係る渦電流式減速装置の概略構成を示す縦断面図である。 図２は、実施形態に係る渦電流式減速装置の正面図である。 図３は、図１及び図２に示す渦電流式減速装置に含まれるロータをスポーク側から見た図である。 図４は、渦電流式減速装置のロータにおいて、スポークに負荷される周方向の荷重を説明するための模式図である。 図５は、渦電流式減速装置のロータにおいて、スポークに負荷される軸方向の荷重を説明するための模式図である。 図６は、図１及び図２に示す渦電流式減速装置の制動状態を説明するための模式図である。 図７は、図１及び図２に示す渦電流式減速装置の非制動状態を説明するための模式図である。

上述した通り、渦電流式減速装置が制動状態にある場合、スポークは、ロータ本体の周方向及び軸方向の荷重が負荷された状態で、ハブの凹部の内周面と摺動する。図４は、渦電流式減速装置のロータにおいて、スポークに負荷される周方向の荷重を説明するための模式図である。図５は、渦電流式減速装置のロータにおいて、スポークに負荷される軸方向の荷重を説明するための模式図である。

図４に示すように、渦電流式減速装置のロータ１０において、ロータ本体１１に回転方向Ｒと逆向きの制動力Ｆが発生すると、ロータ本体１１をハブ１２に接続するスポーク１３には、ロータ本体１１の周方向ｚの荷重Ｐ１が負荷される。本明細書において、渦電流式減速装置の非制動時において、スポーク１３の、ハブの凹部へ挿入されている部分を、挿入部１３１という。本明細書において、渦電流式減速装置の非制動時において、スポーク１３の、ハブの凹部から露出している部分を、非挿入部１３２という。渦電流式減速装置の制動時には、スポーク１３の、ロータ本体１１と接続する端部において、制動力Ｆと同じ方向の荷重Ｐ１が負荷される。この時、挿入部１３１と非挿入部１３２との境界を支点として、挿入部１３１では、ロータ本体１１の周方向ｚにおいて荷重Ｐ１と逆方向の荷重Ｐ２が負荷される。

一方、図５において破線で示すように、ロータ本体１１が熱膨張し、ロータ本体１１のうちスポーク１３と反対側の端部が相対的に大きく拡径した場合、スポーク１３には、ロータ本体１１の軸方向ｘの荷重Ｐ３が負荷される。挿入部１３１と非挿入部１３２との境界を支点として、挿入部１３１では、ロータ本体１１の軸方向ｘにおいて荷重Ｐ３と逆方向の荷重Ｐ４が負荷される。

上述のとおり、渦電流式減速装置の制動時において、ロータ本体１１は熱膨張により拡径する。ロータ本体１１の拡径に伴って、スポーク１３は、ハブ１２の凹部内を径方向ｙの外側へ移動する。この時、挿入部１３１の側面は、ハブ１２の凹部の内周面と摺動する。制動状態から非制動状態に切り替えられることにより、スポーク１３は、ハブ１２の凹部内を径方向ｙの内側へ移動して元の位置に戻る。制動状態と非制動状態とが繰り返されることにより、挿入部１３１の側面は、ハブ１２の凹部の内周面と繰り返し摺動する。

荷重下での繰り返しの摺動により、スポーク１３の挿入部１３１が摩耗して損傷が生じれば、スポーク１３が折損する可能性がある。一方、荷重下での繰り返しの摺動により、ハブ１２の凹部の内周面が摩耗して損傷が生じれば、ハブ１２の凹部が拡大して変形する。この場合、スポーク１３をハブ１２の凹部内の所定位置に保持できない、いわゆるがたつきが生じる。渦電流式減速装置の耐久性を考慮した場合、スポーク１３の折損と、ハブ１２のがたつきとでは、スポーク１３の折損の方が影響が大きい。そこで、ハブ１２の凹部の内周面の硬さと比較して、スポーク１３の挿入部１３１の側面の硬さを高めることにより、スポーク１３の折損を抑制する。これにより、渦電流式減速装置の耐久性が高まる。

以上の知見に基づき完成した本実施形態の渦電流式減速装置は、以下の構成を有する。

［１］
渦電流式減速装置であって、
円筒状のロータ本体と、回転軸に取り付けられるハブと、前記ハブから前記ロータ本体に向かって延び、一端部が前記ロータ本体の軸方向の一端部に固定され、他端部が前記ハブに設けられた凹部に挿入されるスポークと、を含み、前記回転軸とともに回転するロータと、
前記ロータ本体の内側又は外側に配置されるステータと、
を備え、
前記スポークにおいて、
前記ハブの前記凹部に挿入されている部分の側面の硬さが、前記ハブの前記凹部の内周面の硬さより高い、
渦電流式減速装置。

［１］の構成の渦電流式減速装置のスポークにおいて、ハブの凹部に挿入されている部分（挿入部）の側面の硬さが、ハブの凹部の内周面の硬さより高い。これにより、渦電流式減速装置の制動及び非制動の繰り返しにより、径方向及び軸方向への荷重が負荷された状態で繰り返し摺動しても、スポークの挿入部の摩耗を抑制できる。これにより、スポークの折損を抑制できる。その結果、渦電流式減速装置の耐久性が高まる。

渦電流式減速装置には、車両への搭載性の向上や車両の燃費の向上等の観点から、小型軽量化が求められる。渦電流式減速装置を小型軽量化するためには、スポークも小型化する必要がある。［１］の構成によれば、スポークが折損しにくくなるため、スポークを小型化することが可能となる。よって、渦電流式減速装置を小型軽量化することができる。

渦電流式減速装置には、例えば積載量が大きい車両の制動性能不足を解消するため、高制動力化が求められる。高制動力化された渦電流式減速装置では、その高い制動力、及びこれに伴う大きな発熱量により、スポークに負荷される荷重が増大し、スポークが折損しやすくなる。しかしながら、［１］の構成によれば、ロータ本体の周方向及び軸方向に荷重が負荷された状態であっても、スポークの折損を抑制することができる。そのため、［１］の構成に係る渦電流式減速装置は、高制動力化に対応することができる。

［２］
［１］に記載の渦電流式減速装置であって、
前記スポークにおいて、
前記ハブの前記凹部に挿入されている部分の側面のビッカース硬さが、前記ハブの前記凹部の内周面のビッカース硬さの２．００倍以上４．００倍以下である、
渦電流式減速装置。

［２］の構成によれば、スポークの挿入部の側面のビッカース硬さが、ハブの凹部の内周面のビッカース硬さの２．００倍以上４．００倍以下である。そのため、より安定してスポークの摩耗を抑制でき、これにより、より安定してスポークの折損を抑制できる。さらに、ハブの凹部の摩耗が抑制でき、ハブのがたつきが抑制できる。

［３］
［１］又は［２］に記載の渦電流式減速装置であって、
前記スポークにおいて、
前記ハブの前記凹部に挿入されている部分の側面の硬さが、前記ハブの前記凹部から露出している部分の表面の硬さより高い、
渦電流式減速装置。

［３］の構成によれば、スポークの挿入部の側面のビッカース硬さが、スポークの非挿入部の表面のビッカース硬さより高い。これにより、スポークがロータ本体に溶接により固定される場合であっても、スポークの、ロータ本体に固定されている端部の溶接性を高め、溶接割れを抑制できる。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。各図において同一又は相当の構成については同一符号を付し、同じ説明を繰り返さない。

［渦電流式減速装置の構成］
図１は、本実施形態に係る渦電流式減速装置１００の概略構成を示す縦断面図である。渦電流式減速装置１００は、例えば、トラックやバス等といった車両の補助ブレーキとして使用される。縦断面とは、渦電流式減速装置１００が用いられる車両の回転軸２００の軸心Ｘを含む平面で切断したときの断面をいう。回転軸２００は、例えば、プロペラシャフトや、ドライブシャフトである。以下、軸心Ｘが延びる方向を軸方向ｘといい、軸心Ｘを中心とする円環又は円筒の径方向ｙ及び周方向ｚを単に径方向ｙ及び周方向ｚという。

図１を参照して、渦電流式減速装置１００は、ロータ１０と、ステータ２０とを備える。ロータ１０は、車両の回転軸２００とともに軸心Ｘ周りに回転する。ステータ２０は、回転軸２００とともに回転しないよう、例えばトランスミッションカバー等といった車両の非回転部に固定されている。

ロータ１０は、ロータ本体１１と、ハブ１２と、複数のスポーク１３とを含む。ロータ本体１１は、実質的に、回転軸２００の軸心Ｘを中心とする円筒状である。ロータ本体１１は、例えば、炭素鋼、低合金鋼、又は鋳鋼等の強磁性材料で構成されている。より具体的には、ロータ本体１１は、例えば、クロムモリブデン鋼、又は低合金鋼鋳鋼等で構成される。また、例えば、質量％で、Ｃ：０．０５～０．１５％、Ｓｉ：０．１０～０．４０％、Ｍｎ：０．５～１．０％、Ｐ：０．０５％以下、Ｎｉ：０．５０％以下、Ｍｏ：０．２～１．０％、Ｎｂ：０．０１～０．０３％、Ｖ：０．０３～０．０７％、Ｂ：０．０００５～０．００３％、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．０２～０．０９％、Ｎ：０．０１％以下、及び、残部はＦｅ及び不純物からなる鋼により、ロータ本体１１が構成されていてもよい。ロータ本体１１を構成する材料は、高い耐熱性を有するものであることが好ましい。ロータ本体１１の内周面は、導電率が高い銅めっき層で被覆されてもよい。ロータ本体１１の外周面には、複数の放熱フィン１４が設けられている。

図１を参照して、ハブ１２は、径方向ｙにおいてロータ本体１１よりも内側に配置されている。図１を参照して、ハブ１２は、ロータ本体１１から軸方向ｘの一方側に位置をずらして配置されている。ハブ１２は、回転軸２００の軸心Ｘを中心とする概略円環板状をなす。ハブ１２は、支持部材１５を介し、回転軸２００に取り付けられる。ハブ１２は、例えば鋼製であり、典型的には鋳鉄で構成されている。ハブ１２は、例えば、ＪＩＳ Ｇ４０５１（２０１６）に記載される機械構造用炭素鋼鋼材、又はＪＩＳ Ｇ５５０２（２００１）に記載される球状黒鉛鋳鉄品で構成される。

図２は、渦電流式減速装置１００の正面図である。図２を参照して、複数のスポーク１３は、ハブ１２の周りにおいて放射状に配置されている。各スポーク１３は、ハブ１２からロータ本体１１に向かって径方向ｙに延びている。各スポーク１３は、回転軸２００に取り付けられたハブ１２に対し、ロータ本体１１を接続する。そのため、ロータ本体１１は、回転軸２００、ハブ１２、及びスポーク１３とともに軸心Ｘ周りに回転する。特に限定されるものではないが、ロータ本体１１とハブ１２との間には、例えば８～１０本程度のスポーク１３が設けられる。

図３は、図１及び図２に示す渦電流式減速装置１００に含まれるロータ１０をスポーク１３側から見た図である。図３を参照して、各スポーク１３の径方向ｙの外側の端部１３３は、ロータ本体１１の軸方向ｘの一端部に固定されている。各スポーク１３の径方向ｙの内側の端部１３４は、ハブ１２の外周面に設けられた凹部１２１に挿入されている。端部１３４は、ハブ１２に固定されていない。

スポーク１３は、例えば、炭素鋼や鋳鋼等の強磁性材料で構成されている。より具体的には、スポーク１３は、例えば、クロムモリブデン鋼、又は低合金鋼鋳鋼等で構成される。スポーク１３を構成する材料は、高い強度を有するものであることが好ましい。スポーク１３を構成する材料はたとえば、ＪＩＳ Ｇ４０５３（２０１６）に記載されるＳＣＭ４１５、ＳＣＭ４２０、ＳＣＭ４３５、及びＳＣＭ４４０が使用できる。スポーク１３の材料は、ロータ本体１１の材料と異なっていてもよいし、同一であってもよい。

図１を参照して、ステータ２０は、径方向ｙにおいてロータ本体１１の内側に配置されている。ステータ２０は、ステータケース２１と、磁石保持部材２２と、複数の永久磁石２３と、複数のポールピース２４とを含んでいる。

ステータケース２１は、ケース本体２１１と、本体保持部材２１２とを含む。ケース本体２１１は、軸心Ｘを中心とする概略円環板状に形成されている。ケース本体２１１は、スポーク１３の表面と対向する。ケース本体２１１のスポーク１３側の表面は、スポーク１３の表面と実質的に平行な平面であることが好ましい。ケース本体２１１は、本体保持部材２１２に固定されている。

本体保持部材２１２は、ケース本体２１１に対向する側部２１２ａと、側部２１２ａからケース本体２１１に向かって突出する底部２１２ｂとを含む。底部２１２ｂは、支持部２１２ｃを介し、車両の非回転部に取り付けられる。ケース本体２１１と、本体保持部材２１２の側部２１２ａ及び底部２１２ｂとにより、ステータ２０の内部に収容空間が形成される。この収容空間内に、磁石保持部材２２、複数の永久磁石２３、及び複数のポールピース２４が配置されている。

磁石保持部材２２は、軸心Ｘを中心とする円筒状をなす。磁石保持部材２２は、実質的にロータ本体１１と同軸に配置されている。磁石保持部材２２は、例えば、炭素鋼や鋳鋼等の強磁性材料で構成されている。

磁石保持部材２２は、例えばリング状のスライドプレート（図示略）を介し、ステータケース２１に対して周方向ｚに摺動可能に取り付けられる。磁石保持部材２２は、リンク機構（図示略）により、エアシリンダや電動アクチュエータ等の駆動装置（図示略）に接続されている。この駆動装置が作動することにより、磁石保持部材２２が回転軸２００周りに回転し、ステータケース２１に対して周方向ｚに移動する。磁石保持部材２２を回転軸２００周りに回転させることにより、渦電流式減速装置１００において制動状態と非制動状態とが切り替えられる。

図６は、渦電流式減速装置１００を回転軸２００の軸心Ｘに垂直な平面で切断したときの部分断面図である。図６では、ステータケース２１が省略されている。

図６に示すように、磁石保持部材２２は、その外周面上に複数の永久磁石２３を保持している。これらの永久磁石２３は、所定の間隔を空けて周方向ｚに配列されている。永久磁石２３の各々は、例えば接着剤により、磁石保持部材２２の外周面に固定されている。永久磁石２３は、例えば、ネオジム磁石、フェライト磁石、又はサマリウムコバルト磁石等である。

永久磁石２３の各々は、一対の磁極（Ｎ極，Ｓ極）を有する。各永久磁石２３の磁極の向きは、径方向ｙに沿うとともに、両隣の永久磁石２３の磁極の向きと反転している。すなわち、各永久磁石２３は、径方向ｙの内側にＮ極又はＳ極を有し、径方向ｙの外側にこれと反対のＳ極又はＮ極を有する。

ポールピース２４は、例えば、炭素鋼や鋳鋼等の強磁性材料で構成されている。ポールピース２４は、ロータ本体１１と永久磁石２３との間において、所定の間隔を空けて周方向ｚに配列されている。本実施形態の例において、ポールピース２４の数は、永久磁石２３の数と等しい。

［ロータの詳細構成］
以下、図３を参照し、ロータ１０の構成をより詳細に説明する。

図３は、図１及び図２に示す渦電流式減速装置１００に含まれるロータ１０をスポーク１３側から見た図である。図３を参照して、スポーク１３は、ロータ本体１１とハブ１２との間で径方向ｙに延びている。スポーク１３の径方向ｙの両端部１３３，１３４のうち、外側の端部１３３は、例えば溶接により、円筒状のロータ本体１１の端面に固定されている。内側の端部１３４は、スポーク１３がハブ１２に対して径方向ｙに移動可能なよう、ハブ１２の凹部１２１内に挿入されている。ハブ１２の凹部１２１は、内周面１２２及び底面１２３を含む。

スポーク１３の挿入部１３１は、側面１３５及び底面１３６を含む。スポーク１３の挿入部１３１の側面１３５の硬さは、ハブ１２の凹部１２１の内周面１２２の硬さより高い。スポーク１３の挿入部１３１に対してたとえば、焼入れ、浸炭処理、窒化処理、及び、めっき層形成からなる群から選択される処理を行うことで、挿入部１３１の側面１３５の硬さを高めることができる。スポーク１３の全体の表面硬さを高めてもよいし、スポーク１３の挿入部１３１のみ表面硬さを高めてもよい。好ましくは、挿入部１３１の側面１３５の硬さは、非挿入部１３２の表面硬さより高い。これにより、スポーク１３が、非挿入部１３２においてロータ本体と溶接により固定されている場合であっても、スポーク１３の、ロータ本体１１に固定されている端部１３３の溶接性を高め、溶接割れを抑制できる。

焼入れによりスポーク１３の表面硬さを高めてもよい。スポーク１３全体の表面硬さを高める場合、スポーク１３全体を焼入れすることにより表面硬さを高めてもよい。スポーク１３の挿入部１３１のみ表面硬さを高める場合、スポーク１３の挿入部１３１のみを加熱して焼入れしてもよいし、スポーク１３全体を焼入れしたあと、非挿入部１３２のみを焼戻しして軟化してもよい。焼入れの条件は周知の条件でよい。焼入れの条件はたとえば、８３０～９００℃で３０～６０分保持後、急冷である。

浸炭処理又は窒化処理によりスポーク１３の表面硬さを高めてもよい。浸炭処理及び窒化処理の条件は周知の条件でよい。浸炭処理の条件はたとえば、ＣＯ含有ガス雰囲気下、９００～９５０℃で６０～２４０分である。窒化処理の条件はたとえば、アンモニアガス雰囲気下、５００～５８０℃、２４～７２時間である。スポーク１３全体を浸炭処理又は窒化処理してもよい。これにより、スポーク１３全体の表面硬さが高まる。スポーク１３の挿入部１３１のみ表面硬さを高める場合、スポーク１３の非挿入部１３２に浸炭防止剤又は窒化防止剤を塗布した後、上述の条件で浸炭処理又は窒化処理してもよい。

めっき層形成によりスポーク１３全体、又は、スポーク１３の挿入部１３１のみの表面硬さを高めてもよい。めっき層はたとえば、クロムめっき、ニッケルリンめっき、及び、ニッケルボロンめっきからなる群から選択される。めっき条件は周知の条件でよい。クロムめっきを形成する場合、無水クロム酸：１７５～３００ｇ／Ｌ、硫酸：１．７５～３．０ｇ／Ｌ、温度：４０～５５℃のめっき液を使用し、電流密度はたとえば１０～６０ｄＡ／ｍ^２としてもよい。ニッケルリンめっきを形成する場合、硫酸ニッケル：１５～１５０ｇ／Ｌ、次亜リン酸ナトリウム：５～１３０ｇ／Ｌ、ｐＨ：４～１１、温度：３０～１００℃のめっき液を使用してもよい。ニッケルボロンめっきを形成する場合、硫酸ニッケル：１５～８０ｇ／Ｌ、水素化ホウ素ナトリウム：０．２～２．０ｇ／Ｌ、ｐＨ：１２～１４、温度：６０～１００℃のめっき液を使用してもよい。めっき浴は、上述の成分の他に、界面活性剤や還元剤などの他の成分を含有してもよい。

［表面硬さの測定方法］
スポーク１３の挿入部１３１の側面１３５の硬さ、非挿入部１３２の表面硬さ、及び、ハブ１２の凹部１２１の内周面１２２の硬さは、ビッカース硬さ（ＨＶ）を測定することで求める。ＪＩＳ Ｚ ２２４４（２００９）に準拠したビッカース硬さ試験を実施する。試験力は９．８Ｎ（１ｋｇｆ）とする。測定は室温（２３±５℃）で行う。スポーク１３の挿入部１３１の側面１３５を研磨した後、挿入部１３１の側面１３５の任意の５箇所において、ビッカース硬さを測定する。スポーク１３の非挿入部１３２の表面を研磨した後、非挿入部１３２の表面の任意の５箇所において、ビッカース硬さを測定する。ハブ１２については、ハブ凹部１２１の内周面１２２が露出するように切断（例えば、凹部１２１の中心を、径方向ｙ（凹部１２１の底面１２３に垂直な方向）に切断）して、凹部１２１の内周面１２２を露出させ、研磨する。研磨後の内周面１２２の任意の５箇所において、ビッカース硬さを測定する。任意の５箇所で得られた値の算術平均値を、各部分の表面硬さとする。

好ましくは、スポーク１３の挿入部１３１の側面１３５のビッカース硬さは、ハブ１２の凹部１２１の内周面１２２のビッカース硬さの２．００倍以上４．００倍以下である。スポーク１３の挿入部１３１の側面１３５のビッカース硬さが、ハブ１２の凹部１２１の内周面１２２のビッカース硬さの２．００倍以上であれば、スポーク１３の摩耗がより安定して抑制できる。これにより、より安定してスポーク１３の折損を抑制できる。一方、スポーク１３の挿入部１３１の側面１３５のビッカース硬さが、ハブ１２の凹部１２１の内周面１２２のビッカース硬さの４．００倍以下であれば、ハブ１２の凹部１２１の内周面１２２の摩耗が抑制でき、ハブ１２のがたつきが抑制できる。

好ましくは、スポーク１３の挿入部１３１の側面１３５のビッカース硬さの下限は、ハブ１２の凹部１２１の内周面１２２のビッカース硬さの、２．１０倍であり、さらに好ましくは２．２０倍であり、さらに好ましくは２．３０倍であり、さらに好ましくは２．５０倍であり、さらに好ましくは２．７０倍である。好ましくは、スポーク１３の挿入部１３１の側面１３５のビッカース硬さの上限は、ハブ１２の凹部１２１の内周面１２２のビッカース硬さの、３．９０倍であり、さらに好ましくは３．７０倍であり、さらに好ましくは３．５０倍であり、さらに好ましくは３．３０倍であり、さらに好ましくは３．１０倍である。

特に限定されないが、スポーク１３の挿入部１３１の側面１３５のビッカース硬さはたとえば、３００ＨＶ超である。スポーク１３の挿入部１３１の側面１３５のビッカース硬さの下限はさらに好ましくは３５０ＨＶであり、さらに好ましくは４００ＨＶであり、さらに好ましくは５００ＨＶであり、さらに好ましくは６００ＨＶであり、さらに好ましくは６５０ＨＶである。スポーク１３の挿入部１３１の側面１３５のビッカース硬さの上限は特に限定されないが、たとえば、７５０ＨＶである。

スポーク１３の非挿入部１３２の表面硬さが小さければ、非挿入部１３２の溶接性を安定的に高めることができる。好ましくは、スポーク１３の非挿入部１３２の表面のビッカース硬さは、４００ＨＶ以下である。スポーク１３の非挿入部１３２の表面のビッカース硬さの上限はさらに好ましくは３９０ＨＶであり、さらに好ましくは３７０ＨＶであり、さらに好ましくは３５０ＨＶであり、さらに好ましくは３３０ＨＶであり、さらに好ましくは３００ＨＶであり、さらに好ましくは２８０ＨＶであり、さらに好ましくは２４０ＨＶである。スポーク１３の非挿入部１３２の表面のビッカース硬さの下限は特に限定されないが、たとえば、１７０ＨＶである。

特に限定されないが、ハブ１２の凹部１２１の内周面１２２のビッカース硬さはたとえば、３００ＨＶ以下である。ハブ１２の凹部１２１の内周面１２２のビッカース硬さの上限はさらに好ましくは２８０ＨＶであり、さらに好ましくは２５０ＨＶであり、さらに好ましくは２００ＨＶであり、さらに好ましくは１６０ＨＶである。ハブ１２の凹部１２１の内周面１２２のビッカース硬さの下限は特に限定されないが、たとえば、１２０ＨＶである。

［渦電流式減速装置の動作］
以下、主に図６及び図７を参照して、渦電流式減速装置１００の動作について説明する。図６及び図７は、それぞれ、渦電流式減速装置１００の制動状態及び非制動状態を説明するための模式図である。

（制動状態）
まず、図６を参照して、渦電流式減速装置１００が制動状態にある場合、各永久磁石２３は、ポールピース２４の直下に配置される。そのため、各永久磁石２３からの磁束Ｂは、ポールピース２４を通過し、回転軸２００とともに回転するロータ本体１１に到達する。これにより、ロータ本体１１の内周面に渦電流が発生する。この渦電流と永久磁石２３が生成する磁界との相互作用により、ロータ本体１１には、回転方向Ｒと逆向きの制動力Ｆが発生する。また、渦電流の発生に伴い、ロータ本体１１でジュール熱が発生し、ロータ本体１１の温度が上昇する。これにより、ロータ本体１１の熱膨張が生じる。

（非制動状態）
図７を参照して、渦電流式減速装置１００が制動状態から非制動状態へと切り替わる際には、磁石保持部材２２が回転し、各永久磁石２３が隣り合うポールピース２４を跨ぐように配置される。非制動状態では、磁石保持部材２２、永久磁石２３、及びポールピース２４の間で磁気回路が形成され、永久磁石２３からの磁束Ｂがロータ本体１１に到達しない。そのため、ロータ本体１１に対する制動力は解除される。

［効果］
本実施形態の渦電流式減速装置１００では、スポーク１３において、挿入部１３１の側面１３５の硬さが、ハブ１２の凹部１２１の内周面１２２の硬さより高い。これにより、渦電流式減速装置１００の制動及び非制動の繰り返しにより、径方向ｙ及び軸方向ｘへの荷重が負荷された状態で繰り返し摺動しても、スポーク１３の摩耗を抑制できる。これにより、渦電流式減速装置１００の耐久性が高まる。

実施例により本実施形態の渦電流式減速装置の効果をさらに具体的に説明する。以下の実施例での条件は、本実施形態の渦電流式減速装置の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例である。したがって、本実施形態の渦電流式減速装置はこの一条件例に限定されない。

渦電流式減速装置を製造し、制動及び非制動を繰り返す熱負荷耐久試験を実施し、スポークの摩耗の発生有無を調査した。

渦電流式減速装置は、ロータと、ステータとを備えた。ロータは、ロータ本体と、ハブと、スポークとを備えた。ロータ本体は、質量％で、Ｃ：０．０５～０．１５％、Ｓｉ：０．１０～０．４０％、Ｍｎ：０．５～１．０％、Ｐ：０．０５％以下、Ｎｉ：０．５０％以下、Ｍｏ：０．２～１．０％、Ｎｂ：０．０１～０．０３％、Ｖ：０．０３～０．０７％、Ｂ：０．０００５～０．００３％、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．０２～０．０９％、Ｎ：０．０１％以下、及び、残部はＦｅ及び不純物からなる化学組成を有した。ロータ本体の内径は３９０ｍｍ、外径は４４０ｍｍ、フィン高さは１４ｍｍであった。

ハブには、球状黒鉛鋳鉄であるＪＩＳ Ｇ ５５０２（２００１）ＦＣＤ４５０、又は、機械構造用炭素鋼鋼材であるＪＩＳ Ｇ ４０５１（２０１６）Ｓ４５Ｃを用いた。試験番号１～３及び７のハブは、鋳造後、機械加工して製造した。試験番号４～６及び８のハブは、熱間鍛造した後、機械加工して製造した。ハブのサイズは、外径３２５ｍｍであり、中心部にプロペラシャフトを通すための孔を設けた。この孔の直径は最大部で２３０ｍｍ、最小部で１６０ｍｍであった。試験番号１～３及び７については、ＦＣＤ４５０の規格の範囲内においてハブの化学組成を変化させ、ハブ凹部の内周面の硬度を表１に示す値に調整した。試験番号４～６及び８については、機械加工後のハブに対して、８２０～８８０℃の範囲で温度を変化させた焼ならしを行い、ハブ凹部の内周面の硬度を表１に示す値に調整した。

スポークには、クロムモリブデン鋼であるＪＩＳ Ｇ ４０５１（２００９）ＳＣＭ４１５を用いた。熱間鍛造で成形後、非挿入部の表面に浸炭防止剤を塗布してガス浸炭焼入れを実施し、挿入部の側面の硬さを高めた。挿入部及び非挿入部を含むスポーク全体の長さは８５ｍｍであった。挿入部は円柱状であり、挿入部の直径は１５ｍｍ、挿入部の長さは２２ｍｍであった。ガス浸炭焼入れの条件はＣＯ含有ガス雰囲気下、９００～９３０℃、６０～１８０分の範囲内で適宜調整して、挿入部の側面の硬さを変化させた。スポークの本数は８本であり、ハブの円周方向に等間隔に配置した。

表１に記載されるとおりに硬さを調整したハブ及びスポークを用いて、各試験番号の渦電流式減速装置を組み立てた。

［熱負荷耐久試験］
各試験番号の渦電流式減速装置に対して、熱負荷耐久試験を実施した。ロータ本体の内表面の軸方向中央位置において、肉厚方向に２ｍｍ深さの点を測温点とした。ロータの回転数を３０００ｒｐｍで一定に保持しながら、渦電流式減速装置の制動と非制動とを繰り返した。渦電流式減速装置を制動状態にして、測温点の温度が７００℃になった時点で非制動状態に切り替えた。渦電流式減速装置を非制動状態にして、測温点の温度が１００℃になった時点で制動状態に切り替えた。制動状態と非制動状態とを繰り替える操作を２万回繰り返した。

熱負荷耐久試験後のスポークの挿入部の表面を目視観察した。擦過痕が無かった場合、「Ｅ」（Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ）と判定した。幅１ｍｍ未満の細い筋状の擦過痕のみが確認された場合、「Ａ」（Ａｃｃｅｐｔａｂｌｅ）と判定した。幅１ｍｍ以上の面状の擦過痕及び／又は欠損部が確認された場合、「ＮＡ」（Ｎｏｔ Ａｃｃｅｐｔａｂｌｅ）と判定した。結果を表１の「評価結果」、「スポーク」の欄に示す。

熱負荷耐久試験後の、スポークの、ハブの凹部への挿入状態を目視観察した。スポークのぐらつきが無かった場合、「Ｅ」（Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ）と判定した。スポークのぐらつきは無いが、スポークとハブの凹部との間に微小な隙間が確認された場合、「Ｇ」（Ｇｏｏｄ）と判定した。スポークのぐらつきが確認された場合、「Ａ」（Ａｃｃｅｐｔａｂｌｅ）と判定した。結果を表１の「評価結果」、「ハブ」の欄に示す。

［表面硬さの測定試験］
スポークの挿入部の側面、非挿入部の表面、及び、ハブの凹部の内周面のビッカース硬さを測定した。ＪＩＳ Ｚ ２２４４（２００９）に準拠したビッカース硬さ試験を実施した。試験力は９．８Ｎ（１ｋｇｆ）であった。測定は室温（２３±５℃）で行った。ビッカース硬さ試験は、各試験番号のスポーク及びハブと同条件で製造した試験片に対して実施した。スポークの挿入部に相当する試験片の表面を研磨した後、試験片の表面の任意の５箇所において、ビッカース硬さを測定し、スポークの挿入部の側面のビッカース硬さとした。結果を、表１の「スポーク」、「挿入部の側面の硬さ（ＨＶ）」の欄に示す。スポークの非挿入部に相当する試験片の表面を研磨した後、試験片の表面の任意の５箇所において、ビッカース硬さを測定し、スポークの非挿入部の表面のビッカース硬さとした。結果を、表１の「スポーク」、「非挿入部の表面硬さ（ＨＶ）」の欄に示す。ハブに相当する試験片の表面を研磨した後、試験片の表面の任意の５箇所において、ビッカース硬さを測定し、ハブ凹部の内周面のビッカース硬さとした。結果を、表１の「ハブ」、「内周面の硬さ（ＨＶ）」の欄に示す。各部分のビッカース硬さは、任意の５箇所で得られた値の算術平均値から求めた。

表１の「摺動部の硬さ比」、「（スポークの硬さ／ハブの硬さ）」欄には、スポークの挿入部の側面に相当するビッカース硬さを、ハブの凹部の内周面に相当するビッカース硬さで除した数値が記載されている。

［評価結果］
試験番号１～６の渦電流式減速装置は、スポークにおいて、ハブの凹部に挿入されている部分（挿入部）の側面の硬さが、ハブの凹部の内周面の硬さより高かった。その結果、熱負荷耐久試験後のスポークの挿入部の側面において、擦過痕が確認されなかった、あるいは、幅１ｍｍ未満の細い筋状の擦過痕のみが確認された。すなわち、試験番号１～６の渦電流式減速装置は、スポークの摩耗による損傷を抑制でき、耐久性に優れた。

さらに、試験番号２～５の渦電流式減速装置は、スポークにおいて、ハブの凹部に挿入されている部分（挿入部）の側面のビッカース硬さが、ハブの凹部の内周面のビッカース硬さの２．００倍以上４．００倍以下であった。その結果、熱負荷耐久試験後のスポークの挿入部において、擦過痕が確認されず、さらに、熱負荷耐久試験後のスポークのぐらつきが確認されなかった。すなわち、試験番号２～５の渦電流式減速装置は、より安定してスポークの摩耗による損傷を抑制でき、さらに、ハブの凹部の内周面の摩耗を抑制できた。

一方、試験番号７及び８の渦電流式減速装置は、スポークにおいて、ハブの凹部に挿入されている部分（挿入部）の側面のビッカース硬さが、ハブの凹部の内周面の硬さより低かった。その結果、試験番号７の渦電流式減速装置については、熱負荷耐久試験後のスポークの挿入部において、幅１ｍｍ以上の面状の欠損部が確認された。試験番号８の渦電流式減速装置については、熱負荷耐久試験後のスポークの挿入部において、幅１ｍｍ以上の面状の擦過痕が確認された。すなわち、試験番号７及び８の渦電流式減速装置は、スポークの摩耗による損傷を抑制できず、耐久性を高めることができなかった。

以上、本開示の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は、本開示を実施するための例示にすぎない。したがって、本開示は、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。

上記実施形態において、スポーク１３のロータ本体１１側の表面は、実質的に平らな面である。しかしながら、スポーク１３の表面の形状は、これに限定されるものではない。スポーク１３の表面は、例えば、ロータ本体１１側に凸の曲面であってもよいし、これと逆向きの凹曲面であってもよい。

上記実施形態では、ステータ２０は、径方向ｙにおいてロータ本体１１の内側に配置されている。しかしながら、ステータ２０は、径方向ｙにおいてロータ本体１１の外側に配置されていてもよい。

上記実施形態では、永久磁石式の渦電流式減速装置１００に、スポーク１３を含むロータ１０が使用されている。しかしながら、電磁石式の渦電流式減速装置にロータ１０を使用することもできる。すなわち、渦電流式減速装置１００において、磁石保持部材２２、永久磁石２３、及びポールピース２４等に代えて電磁石を設けることもできる。上記実施形態におけるスポーク１３の横断面形状を採用するに際し、ステータ２０の構造は、特に限定されるものではない。

１００：渦電流式減速装置
１０：ロータ
１１：ロータ本体
１２：ハブ
１３：スポーク
２０：ステータ
１２１：凹部
１２２：内周面
１３１：挿入部
１３２：非挿入部
１３５：側面
２００：回転軸

Claims (3)

1. 渦電流式減速装置であって、
   円筒状のロータ本体と、回転軸に取り付けられるハブと、前記ハブから前記ロータ本体に向かって延び、一端部が前記ロータ本体の軸方向の一端部に固定され、他端部が前記ハブに設けられた凹部に挿入されるスポークと、を含み、前記回転軸とともに回転するロータと、
   前記ロータ本体の内側又は外側に配置されるステータと、
   を備え、
   前記スポークにおいて、
   前記ハブの前記凹部に挿入されている部分の側面の硬さが、前記ハブの前記凹部の内周面の硬さより高い、
   渦電流式減速装置。
2. 請求項１に記載の渦電流式減速装置であって、
   前記スポークにおいて、
   前記ハブの前記凹部に挿入されている部分の側面のビッカース硬さが、前記ハブの前記凹部の内周面のビッカース硬さの２．００倍以上４．００倍以下である、
   渦電流式減速装置。
3. 請求項１又は２に記載の渦電流式減速装置であって、
   前記スポークにおいて、
   前記ハブの前記凹部に挿入されている部分の側面の硬さが、前記ハブの前記凹部から露出している部分の表面の硬さより高い、
   渦電流式減速装置。

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