JP4289261B2

JP4289261B2 - マグネットカップリング

Info

Publication number: JP4289261B2
Application number: JP2004268268A
Authority: JP
Inventors: 寛矢口; 大作澤田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-09-15
Filing date: 2004-09-15
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2024-09-15
Also published as: JP2006083920A

Description

本発明は、非接触状態で回転力を伝達するためのマグネットカップリングに関するものである。

一般的なマグネットカップリングにおいて、駆動軸の先端部には内側マグネットが固定される一方、この駆動軸と同心上に設けられた従動軸の基端部には外側マグネットが固定されており、この内側マグネットに対して所定間隔をもって外側マグネットが配置されており、両者の間には隔壁が非接触状態で設けられている。従って、駆動軸の回転力は内側マグネットの磁力として隔壁を通して外側マグネットに伝達され、この外側マグネットを介して従動軸に伝達され、この従動軸が回転することができる。

このようなマグネットカップリングでは、磁力による各マグネットと隔壁との接着を防止すると共に、隔壁により従動軸側を適正にシールすることが重要である。そのため、隔壁は、非磁性体であって、高強度、高剛性、高精度で、且つ、薄肉構造であることが必須の要件である。

従来のマグネットカップリングを用いた技術としては、例えば、下記引用文献１に記載されたものがある。この引用文献１に記載された「真空脱気装置の冷却装置」では、モータの軸端に取付けられたヨークの第１に駆動側マグネットが固定される一方、主軸には駆動側マグネットの第１に対向して従動側マグネットが固定され、駆動側マグネットと従動側マグネットとの間に隙間を保って仕切りの隔壁が取付けられている。

実開昭６３−１１８９０６号公報

上述した従来のマグネットカップリングでは、一般に、隔壁が金属製である。ところが、隔壁を金属で形成すると、駆動側マグネットと従動側マグネットとの間に、従動軸の回転方向とは逆方向の渦電流が発生し、駆動軸に伝達する回転力が損失してしまい、回転伝達効率が低下してしまうという問題がある。

なお、隔壁を、非磁性体及び非導電体であると共に、高強度、高剛性、高精度、薄肉構造である繊維強化樹脂で形成することが考えられるが、この隔壁はカップ形状をなしており、繊維強化樹脂によりカップ形状をなす隔壁を製造することは困難であり、製造コストが大幅に増加してしまうという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためのものであって、十分な強度を確保すると共に駆動伝達力の損失を抑制する一方で、製造コストの増加を抑制したマグネットカップリングを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のマグネットカップリングは、駆動軸に固着された第１マグネットと、前記駆動軸と同心上に設けられた従動軸に固着されて前記第１マグネットに近接して位置する第２マグネットと、前記第１マグネットと前記第２マグネットとの間に所定間隔をもって設けられて前記駆動軸側と前記従動軸側とを区画する隔壁部とを具えたマグネットカップリングにおいて、前記隔壁部は、前記第１マグネットと前記第２マグネットとの間に位置して基端外周部に第２スリーブが設けられた円筒部を有し、フランジ部材が前記第２スリーブに係止した状態でハウジングに固定されることを特徴とするものである。

本発明のマグネットカップリングは、駆動軸に固着された第１マグネットと、前記駆動軸と同心上に設けられた従動軸に固着されて前記第１マグネットに近接して位置する第２マグネットと、前記第１マグネットと前記第２マグネットとの間に所定間隔をもって設けられて前記駆動軸側と前記従動軸側とを区画する隔壁部とを具えたマグネットカップリングにおいて、前記隔壁部は、前記第１マグネットと前記第２マグネットとの間に位置して基端外周部に第２スリーブが設けられた円筒部を有し、該第２スリーブがハウジングに形成されたリング状をなす縦壁部の外周面に嵌合した状態で、前記円筒部が前記ハウジングに固定されることを特徴とするものである。

本発明のマグネットカップリングでは、前記円筒部は繊維強化樹脂により構成され、前記第１スリーブまたは前記第２スリーブは前記繊維強化樹脂と膨張係数がほぼ同様の材料により構成されたことを特徴としている。

本発明のマグネットカップリングは、駆動軸に固着された第１マグネットと、前記駆動軸と同心上に設けられた従動軸に固着されて前記第１マグネットに近接して位置する第２マグネットと、前記第１マグネットと前記第２マグネットとの間に所定間隔をもって設けられて前記駆動軸側と前記従動軸側とを区画する隔壁部とを具えたマグネットカップリングにおいて、前記隔壁部は、前記第１マグネットと前記第２マグネットとの間に位置して内周部に第１スリーブが設けられると共に基端外周部に第２スリーブが設けられた円筒部と、該円筒部における先端部の内周面に嵌合して内圧により外周部が前記第１スリーブに係止可能な蓋部とを有し、前記第２スリーブがハウジングに形成されたリング状をなす縦壁部の外周面に嵌合し、且つ、フランジ部材が前記第２スリーブに係止した状態で前記ハウジングに固定されることを特徴とするものである。

本発明のマグネットカップリングによれば、隔壁部を、第１マグネットと第２マグネットとの間に位置して基端外周部に第２スリーブが設けられた円筒部により構成し、フランジ部材が第２スリーブに係止した状態でハウジングに固定したので、内圧により円筒部が膨張しても、フランジ部材が第２スリーブを係止しているため、円筒部を確実に支持することができ、その結果、円筒部の素材に拘らず、円筒部を確実にハウジングに支持することが可能となり、隔壁部に十分な強度を確保することができると共に駆動伝達力の損失を抑制することができる一方で、製造コストの増加を抑制することができる。

また、本発明のマグネットカップリングによれば、隔壁部を、第１マグネットと第２マグネットとの間に位置して基端外周部に第２スリーブが設けられた円筒部により構成し、第２スリーブがハウジングに形成されたリング状をなす縦壁部の外周面に嵌合した状態で円筒部をハウジングに固定したので、内圧により円筒部が膨張しても、第２スリーブがハウジングの縦壁部の外周面に嵌合しているため、円筒部を確実に支持して内方への変形を抑制することができ、その結果、円筒部の素材に拘らず、円筒部を確実にハウジングに支持することが可能となり、隔壁部に十分な強度を確保することができると共に駆動伝達力の損失を抑制することができる一方で、製造コストの増加を抑制することができる。

以下に、本発明に係るマグネットカップリングの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施例に係るマグネットカップリングの隔壁部の取付状態を表す断面図、図２は、本実施例のマグネットカップリングが適用された駆動装置の概略構成図である。

本実施例のマグネットカップリングが適用された駆動装置において、図２に示すように、駆動部から延出された駆動軸１１は、ハウジング１２により回転自在に支持されており、この駆動軸１１の先端部には内側旋回部材（第１旋回部材）１３が固結され、この内側旋回部材１３の外周部に内側マグネット（第１マグネット）１４が固着されている。一方、従動軸１５は、駆動軸１１と同心上をなして図示しない支持機構によりハウジング１２に回転自在に支持されている。この従動軸１５は、基端部に外側旋回部材（第２旋回部材）１６が固結され、この外側旋回部材１６の内周部に外側マグネット（第２マグネット）１７が固着されている。

この場合、内側旋回部材１３の外側に近接して外側旋回部材１６が位置しており、内側マグネット１４の外周側に所定間隔をあけて外側マグネット１７が位置している。そして、この内側マグネット１４と外側マグネット１７との間に所定隙間をもって隔壁部１８が配置されており、この隔壁部１８はカップ形状をなし、基端部がハウジング１２に固定されることで、駆動軸１１側の空間を封止して隔離することで、従動軸１５側の空間と区画してシールしている。

この隔壁部１８は、図１及び図２に示すように、内側マグネット１４と外側マグネット１７との間に位置する円筒部２１と、この円筒部２１における先端部（ハウジング１２の反対側）の内周面に嵌合する蓋部２２とから構成されている。円筒部２１は、繊維強化樹脂としてのＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）により構成されている。この場合、多数のカーボン繊維を網状に裁縫してシート状のＣＦＲＰを形成し、これを円筒形状に成形することで、容易に低コストで隔壁部１８の円筒部２１を製造することができる。そして、この円筒部２１の先端部には、その内周面に内側スリーブ（第１スリーブ）２３が接着剤により固定されている。この場合、内側スリーブ２３は、円筒部２１の材料となる繊維強化樹脂と物性値、即ち、同様の膨張係数を有する材料により構成する必要があり、できれば、同じ材料である繊維強化樹脂で製造することが望ましい。

一方、蓋部２２は、ステンレス製であって、円筒部２１の内径より若干大きい外径を有する円盤形状をなしている。即ち、蓋部２２は、上方へ湾曲するドーム形状をなす本体２４と、この本体２４の外周縁がほぼ鉛直をなすように屈曲したシール部２５と、このシール部２５から外方に屈曲して延出した係止部２６とから構成されている。

そして、先端部に内側スリーブ２３が固着された円筒部２１に対して、蓋部２２を基端部側から先端部まで挿入し、外周部が円筒部２１の先端部における内側スリーブ２３に接触する位置に嵌合させ、内側スリーブ２３の内周面と蓋部２２のシール部２５の外周面との間にシール部材２７を介装する。従って、隔壁部１８の組付状態では、内部に所定の圧力（正圧）が作用するが、この圧力により蓋部２２が膨張するように変形し、係止部２６が上方に移動しようとして内側スリーブ２３の端部に係止すると共に、シール部２５が径方向外側に移動しようとしてシール部材（例えば、Ｏリング）２７を介して内側スリーブ２３に密着することとなり、内部が確実にシールされることとなる。

また、円筒部２１の基端部には、その外周面に若干下方にずれた状態で外側スリーブ（第２スリーブ）２８が接着剤により固定されている。この場合、外側スリーブ２８は、円筒部２１の材料となる繊維強化樹脂と物性値、即ち、同様の膨張係数を有する材料により構成する必要があり、できれば、同じ材料である繊維強化樹脂で製造することが望ましい。一方、ハウジング１２には、隔壁部１８の内径とほぼ同様の内径を有する開口部２９が形成されており、この開口部２９の縁部には、リング状をなす縦壁部３０が形成されており、この縦壁部３０の外径は円筒部２１の外径とほぼ同様の大きさに設定されている。

そして、円筒部２１の外側スリーブ２８がハウジング１２の縦壁部３０の外周面に嵌合することで、円筒部２１の基端部が所定の位置に支持される。この状態で、フランジ部材３１の内周部が円筒部２１の外周部に嵌合し、拘束部３２が外側スリーブ２８の端部に係止すると共に、取付部３３がハウジング１２に密着した状態で、複数の固定ボルト３４によってフランジ部材３１がハウジング１２に固定されている。この場合、外側スリーブ２８の外周面とフランジ部材３１のシール部３５との間に介装されたシール部材（例えば、Ｏリング）３６により両者が密着するため、内部が確実にシールされることとなる。なお、必要に応じて、フランジ部材３１の内周部と円筒部２１の外周部との間、取付部３３とハウジング１２との間にシール部材を介装することで、シール性能を向上することができる。

このように構成されたマグネットカップリングにて、駆動軸１１が回転すると内側旋回部材１３が回転し、その回転力が内側マグネット１４の磁力として隔壁部１８を通して外側マグネット１７に伝達され、この外側旋回部材１６を介して従動軸１５に伝達され、この従動軸１５が回転することができる。

このとき、駆動部側からハウジング１２を通して隔壁部１８内に所定の圧力が作用することとなり、この圧力により蓋部２２に作用して外側に膨張し、係止部２６が上方への力を受けて内側スリーブ２３の端部に強固に係止すると共に、シール部２５が径方向外側への力を受けてシール部材２７を介して内側スリーブ２３に強固に密着することとなり、駆動軸１１側が確実にシールされる。また、隔壁部１８に作用する圧力により円筒部２１の中央部が径方向外側に変形する力が作用し、この円筒部２１は、フランジ部材３１の嵌合部を支点として基端部が径方向内側へ変形しようとする力を受ける。しかし、円筒部２１は、基端部に固着された外側スリーブ２８がハウジング１２の縦壁部３０の外側から嵌合して固定されており、円筒部２１の基端部の内側変形を抑制し、駆動軸１１側を確実にシールできる。

このように本実施例のマグネットカップリングにあっては、駆動軸１１に固着された内側マグネットと、従動軸１５に固着された外側マグネット１７との間に所定隙間をあけて隔壁部１８を設けることで、駆動軸１１側の空間と従動軸１５側の空間とを区画するように空間的にシールし、この隔壁部１８を、内側マグネット１４と外側マグネット１７との間に位置して内周部に内側スリーブ２３が設けられた円筒部２１と、この円筒部２１における先端部の内周面に嵌合して内圧により外周部が内側スリーブ２３に係止可能な蓋部２２とにより構成している。

従って、内圧が作用しても、この内圧により蓋部２２の外周部が内側スリーブ２３に係止する方向に付勢され、この蓋部２２の移動を防止することができると共に、蓋部２２が内側スリーブ２３を介して円筒部２１に密着して両者の隙間をなくして確実にシールすることができる。

この場合、蓋部２２を、ドーム形状をなす本体２４と、内圧によりシール部材２７を介して内側スリーブ２３の内周面に密着するシール部２５と、この内側スリーブ２３の端部に係止可能な係止部２６とから構成している。従って、蓋部２２が隔壁部１８の内圧を受けたとき、シール部２５は、径方向外側に変形してシール部材２７を圧縮して確実に内側スリーブ２３の内周面に密着することができ、係止部２６は、上方への力を受けて内側スリーブ２３の端部に強固に係止することができ、円筒部２１と蓋部２２とを強固に、且つ、隙間のない接合状態に維持することができる。

また、本実施例にあっては、円筒部２１の基端外周部に外側スリーブ２８を設け、フランジ部材３１がこの外側スリーブ２８の端部に係止した状態で、固定ボルト３４によりハウジング１２に固定している。従って、内圧により円筒部２１が膨張しても、フランジ部材３１が外側スリーブ２８を拘束しているため、円筒部２１をハウジング１２に確実に支持することができる。

この場合、外側スリーブ２８がハウジング１２に形成されたリング状をなす縦壁部３０の外周面に嵌合した状態で円筒部２１をハウジング１２に固定している。従って、内圧により円筒部２１が膨張しても、外側スリーブ２８が円筒部２１の基端部の内方への移動を阻止しているため、円筒部２１を確実に支持して内方への変形を抑制することができる。

また、隔壁部１８にて、円筒部２１の先端部の内周面に内周スリーブ２３を固着し、基端外周部に外側スリーブ２８を固着するだけで、円筒部２１のその他の突起部を形成しないため、円筒部２１の内周部に容易に蓋部２２を嵌合することができると共に、円筒部２１の外周部に容易にフランジ部材３１を嵌合することができ、隔壁部１８の組付性を向上することができる。

その結果、隔壁部１８における円筒部２１と蓋部２２とを別部材で構成することができ、円筒部２１をＣＦＲＰにより構成することで、非磁性体及び非導電体とすると共に、高強度、高剛性、高精度、薄肉構造を可能とすることができ、隔壁部１８に十分な強度を確保することができると共に、渦電流の発生を防止して駆動伝達力の損失を抑制することができる。また、円筒部２１をＣＦＲＰにより構成し、蓋部２２をステンレスにより構成することで、ＣＦＲＰを用いた複雑形状の下降を不要として製造コストの増加を抑制することができる。

また、ＣＦＲＰ製の円筒部２１を、外側スリーブ２８や縦壁部３０を用いて容易に、且つ、強固にハウジング１２に固定することができ、隔壁部１８の組付性を向上して製造コストの増加を抑制することができる。

なお、上述した実施例では、円筒部２１及び各スリーブ２３，２８をＣＦＲＰにより構成したが、繊維強化樹脂であれば、この素材に限定されるものではなく、また、非磁性体、非導電体であって、高強度、高剛性、高精度、薄肉構造を可能とする材料であれば、これに限るものではない。また、円筒部２１と各スリーブ２３，２８とを同じ材料にする必要はなく、両者が同様の物性値であり、両者を強固に接合することができれば、異なる材料であっても良い。一方、この円筒部２１と各スリーブ２３，２８とを同材料で一体に成形しても良い。

また、マグネットカップリングにて、円筒部２１の先端部の内周面に内側スリーブ２３を固着してこの内側スリーブに蓋部２２を係止可能としたが、内側スリーブ２３の固着位置は先端部に限らず、適正位置に適宜固着すればよい。また、マグネットカップリングにて、隔壁部１８内に正圧が作用する構造として説明したが、負圧が作用する場合であっても上述したものと同様の構成をとることができ、この場合、円筒部２１の先端部に内側スリーブ２３を固着し、蓋部２２をこの円筒部２１の内周部に先端部から嵌合させて外周部が内側スリーブ２３に係止するように構成すればよい。

以上のように、本発明に係るマグネットカップリングは、蓋部を円筒部内に嵌合して内圧により外周部を内側スリーブ係止可能として隔壁部を構成したものであり、非接触で駆動力を伝達するための装置であれば、いずれのマグネットカップリングに適用しても有用である。

本発明の一実施例に係るマグネットカップリングの隔壁部の取付状態を表す断面図である。本実施例のマグネットカップリングが適用された駆動装置の概略構成図である。

符号の説明

１１駆動軸
１２ハウジング
１４内側マグネット（第１マグネット）
１５従動軸
１７外側マグネット（第２マグネット）
１８隔壁部
２１円筒部
２２蓋部
２３内側スリーブ（第１スリーブ）
２８外側スリーブ（第２スリーブ）
３０縦壁部
３１フランジ部材

Claims

駆動軸に固着された第１マグネットと、前記駆動軸と同心上に設けられた従動軸に固着されて前記第１マグネットに近接して位置する第２マグネットと、前記第１マグネットと前記第２マグネットとの間に所定間隔をもって設けられて前記駆動軸側と前記従動軸側とを区画する隔壁部とを具えたマグネットカップリングにおいて、前記隔壁部は、前記第１マグネットと前記第２マグネットとの間に位置して基端外周部に第２スリーブが設けられた円筒部を有し、フランジ部材が前記第２スリーブに係止した状態でハウジングに固定されることを特徴とするマグネットカップリング。
駆動軸に固着された第１マグネットと、前記駆動軸と同心上に設けられた従動軸に固着されて前記第１マグネットに近接して位置する第２マグネットと、前記第１マグネットと前記第２マグネットとの間に所定間隔をもって設けられて前記駆動軸側と前記従動軸側とを区画する隔壁部とを具えたマグネットカップリングにおいて、前記隔壁部は、前記第１マグネットと前記第２マグネットとの間に位置して基端外周部に第２スリーブが設けられた円筒部を有し、該第２スリーブがハウジングに形成されたリング状をなす縦壁部の外周面に嵌合した状態で、前記円筒部が前記ハウジングに固定されることを特徴とするマグネットカップリング。
請求項１または２に記載のマグネットカップリングにおいて、前記円筒部は繊維強化樹脂により構成され、前記第１スリーブまたは前記第２スリーブは前記繊維強化樹脂と膨張係数がほぼ同様の材料により構成されたことを特徴とするマグネットカップリング。
駆動軸に固着された第１マグネットと、前記駆動軸と同心上に設けられた従動軸に固着されて前記第１マグネットに近接して位置する第２マグネットと、前記第１マグネットと前記第２マグネットとの間に所定間隔をもって設けられて前記駆動軸側と前記従動軸側とを区画する隔壁部とを具えたマグネットカップリングにおいて、前記隔壁部は、前記第１マグネットと前記第２マグネットとの間に位置して内周部に第１スリーブが設けられると共に基端外周部に第２スリーブが設けられた円筒部と、該円筒部における先端部の内周面に嵌合して内圧により外周部が前記第１スリーブに係止可能な蓋部とを有し、前記第２スリーブがハウジングに形成されたリング状をなす縦壁部の外周面に嵌合し、且つ、フランジ部材が前記第２スリーブに係止した状態で前記ハウジングに固定されることを特徴とするマグネットカップリング。
請求項４記載のマグネットカップリングにおいて、前記円筒部と前記蓋部と前記フランジ部材が別の部材により構成され、前記円筒部が繊維強化樹脂により構成されることを特徴とするマグネットカップリング。