JP4850773B2 - 円筒状磁気歯車 - Google Patents

Description

本発明は、駆動軸と従動軸の間で磁力により動力を伝達する磁気式トルク伝達装置に関し、さらに詳しくは、磁気式トルク伝達装置に好適に用いられる円筒状磁気歯車に関する。

例えば、モータで昇降装置、搬送用コンベヤ、シュレッダー等を駆動する場合、歯車やウォームギヤ等を用いたトルク伝達装置が広く用いられている。このような、従来のトルク伝達装置は、歯車同士を直接噛み合わせて動力を伝達させるため、歯車が摩耗して摩耗粉が飛散したり、歯車の噛み合いによる騒音が発生するという課題があった。

このような問題を解決するものとして、円筒表面上に磁極を軸方向にＮ極、Ｓ極交互に固着した円筒状磁気歯車を駆動軸又は従動軸の一方側に用い、円盤表面上に磁極を円周方向にＮ極、Ｓ極交互に配置した円盤状磁気歯車を従動軸又は駆動軸の他方側に用いて、非接触で回転トルクの伝達を行う磁気式トルク伝達装置が知られている。このような磁気式トルク伝達装置は、摩耗粉等の塵埃の発生がきわめて少ないため、半導体製造工場や食品製造工場など、クリーンな環境が要求される場所での使用が期待されている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開２００３−１３９２１３号公報（第１図） 特許２６４８５６５号公報（第９図）

ところが、図１９に示したような従来の磁気式トルク伝達装置に用いられている円筒状磁気歯車５００は、円筒状の取付ベース５１０を有し、取付ベース５１０の外表面に、磁極がＮ極、Ｓ極交互に配置された磁極円筒部５２０が固着されていると共に、取付ベース５１０から軸方向に延設されて回転軸（駆動軸又は従動軸）６００を固着するための取付部５３０を有している。そして、円筒状磁気歯車５００と回転軸６００との固定を取付部５３０に設けた止めねじ５４０によって行っていた。なお、図１９において、参照符号７００及び８００を付した部材は、円筒状磁気歯車５００と所定の空隙を介して対向して配備され円筒状磁気歯車５００とともに磁気式トルク伝達装置を構成する円盤状磁気歯車と、それに連結される回転軸（従動軸又は駆動軸）を図示している。

しかしながら、図１９に示したような止めねじ５４０による固定では、回転軸を点接触で固定しているので、締結力が弱く、緩みやすいという課題が指摘されていた。また、回転軸６００が止めねじ５４０によってのみ固定されているので、回転軸６００の軸芯と円筒状磁気歯車５００の軸芯とが一致しないという課題が指摘されていた。さらに、取付ベース５１０がアルミニウムや樹脂などの非磁性材料によって形成されているため、伝達トルクが小さくなるという課題が指摘されていた。

しかも、取付ベース５１０と磁極円筒部５２０が直接固定されているため、取付ベース５１０と磁極円筒部５２０の軸芯のずれを吸収することができず、対向する他方の磁石と接触する恐れがあり、円筒状磁気歯車５００の円滑な回転が損なわれるという課題も指摘されていた。さらに、円筒状磁気歯車５００を機器の筐体板などに軸承する手段を有していないという課題も指摘されていた。

そこで、本発明の目的は、磁気式トルク伝達装置に用いられる円筒状磁気歯車であって回転軸（駆動軸又は従動軸）との締結力が強く、回転軸の軸芯のずれを抑制することができ、伝達トルクが大きく、機器の筐体板等への軸承も簡単に行える円筒状磁気歯車を提供することにある。

請求項１に係る発明は、磁極を円筒表面上又は円盤表面上にＮ極、Ｓ極交互に配置した２つの磁気歯車の一方を駆動軸に固着し、他方を従動軸に固着し、所定の空隙を介して一方の磁気歯車の磁極と他方の磁気歯車の磁極同士が対向するように配置し、対向する前記磁極間に作用する磁気的吸引力及び磁気的反発力を利用して前記駆動軸の回転トルクを従動軸に伝達する磁気式トルク伝達装置に用いられる円筒状磁気歯車であって、前記円筒状磁気歯車が、磁性材料からなる円筒状の取付ベースと、前記取付ベースの外周面に前記磁極が円周方向にＮ極、Ｓ極交互に配置された磁極円筒部と、前記磁極円筒部が固着された前記取付ベースの内側に前記駆動軸又は従動軸を案内支持するガイド部と、前記取付ベースの片端に前記駆動軸又は従動軸を締結するクランプ部とを有しており、前記取付ベースと前記クランプ部が、前記磁性材料により一体に形成され、前記クランプ部の外径が、前記磁極円筒部の外径よりも小さくされていることによって、前記の課題を解決するものである。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の構成に加えて、前記取付ベースと前記磁極円筒部との芯出しを行う２つのＯリングが、前記取付ベースの軸方向に離れて、前記取付ベースと前記磁極円筒部の間に挟持されていることによって、前記の課題をさらに解決するものである。

さらに、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に係る発明の構成に加えて、前記取付ベースが、前記駆動軸又は従動軸との間に空間を形成するように、前記ガイド部での肉厚に比べて薄肉化されているヨーク部を有していることによって、前記の課題を解決するものである。

なお、本発明において「所定の空隙」の記載における「所定」とは、特定の値に限定されるわけではなく、磁気的相互作用する２つの磁気歯車の結合力を最も強くするための狭い間隔を意味しており、例えば、０．５〜１．５ｍｍ程度である。

請求項１に係る発明によれば、円筒状磁気歯車が、磁性材料からなる円筒状の取付ベースと、取付ベースの外周面に磁極が円周方向にＮ極、Ｓ極交互に配置された磁極円筒部と、磁極円筒部が固着された取付ベースの内側に駆動軸又は従動軸を案内支持するガイド部と、取付ベースの片端に駆動軸又は従動軸を締結するクランプ部とを有していると共に、取付ベースとクランプ部が、一体に構成されていることによって、磁性材料からなる取付ベースがヨークとして機能するので、伝達トルクが向上する。また、クランプ部が、回転軸（駆動軸又は従動軸）の外周面全体に亘って押圧するので、止めねじによって点接触で回転軸を固定していた従来のものと比べて、回転軸と円筒状磁気歯車との締結力が格段に向上する。さらに、取付ベースの内側に回転軸を案内支持するガイド部を有しているので取付ベースと回転軸との軸芯のずれを抑制することができる。しかも、取付ベースとクランプ部が一体に形成されているので、部品点数を削減できると共に、取付ベースとクランプ部の軸芯合わせの作業が不要になる。

また、請求項２に係る発明によれば、請求項１に係る発明が奏する効果に加えて、取付ベースと磁極円筒部の間にＯリングが挟持されているので、Ｏリングの弾性により取付ベースと磁極円筒部の軸芯のずれを吸収でき、円筒状磁気歯車が円滑に回転する。
Ｏリングの弾性によって、取付ベースと磁極円筒部の芯出しが行われる。また、Ｏリングを磁極円筒部と対面する取付ベースの軸方向の両端に設けることによって、磁極円筒部が軸方向に傾くことを抑制することができる。

さらに、請求項３に係る発明によれば、請求項１又は請求項２に係る発明が奏する効果に加えて、取付ベースが、駆動軸又は従動軸との間に空間を形成するように、ガイド部での肉厚に比べて薄肉化されているヨーク部を有しているので、取付ベースが、ヨークとして必要なヨーク部を残して、ガイド部に必要ない部分をなくして、軽量化されたことにより、慣性が低減され、回転トルクの伝達を迅速に遮断したいような用途に適した円筒状磁気歯車が得られる。

本発明の円筒状磁気歯車５０は、図１に示したように円盤状磁気歯車７０と組み合わせて回転軸６０と回転軸８０との間で直交方向に回転トルクの伝達を行う磁気式トルク伝達装置の構成部品として機能させることもできるし、図２に示したように本発明の円筒状磁気歯車５０の２つを所定の空隙を介して直交方向に対向させて片方の円筒状磁気歯車５０の回転トルクを他方の円筒状磁気歯車５０に直交方向に伝達する磁気式トルク伝達装置の構成部品として機能させることもできる。さらに、図３に示したように、本発明の円筒状磁気歯車５０を平行に配置して、平行に並んだ２つの回転軸６０、６０間で回転トルクの伝達を行う磁気式トルク伝達装置の構成部品として機能させることもできる。

本発明の一実施の形態を実施例１に基づき、図４を参照して説明する。

図４（ａ）は、図１に斜視図として示した磁気式トルク伝達装置の構成部品である円筒状磁気歯車５０を矢視IV方向から見た時の側面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示した円筒状磁気歯車５０を矢視IVB方向から見た時の正面図である。図４（ｃ）は、図４（ｂ）に示した円筒状磁気歯車５０をIVC−IVC線で切断した時の断面図である。

図４に示した円筒状磁気歯車５０は、磁性材料からなる円筒状の取付ベース５１を有しており、この取付ベース５１の外周面には、磁極が円周方向にＮ極、Ｓ極交互にスパイラル状に配置された磁極円筒部５２が固着されており、取付ベース５１の片方の側面に駆動軸又は従動軸の回転軸を締結するクランプ部５４が一体に形成されており、円筒状の取付ベース５１の内周面は、回転軸と嵌合するガイド部５３を有している。したがって、円筒状磁気歯車５０の部品点数を削減することができ、取り扱いが簡便になる。また、ガイド部５３の口径は、回転軸の直径と一致しており、回転軸がガイド部５３に嵌合することにより、回転軸の軸芯と取付ベース５１の軸芯の一致度を向上させている。

クランプ部５４の形式は、特に限定されるわけではないが、実施例１においては、図２に示したように環状部材の一部にスリットを設けて、ねじを締めることによって、スリットの幅を狭めて回転軸の外周面全体に亘って押圧して回転軸を固定する、いわゆるスリ割式クランプを用いている。
クランプ部５４の外径は、磁極円筒部５２の外径よりも小さくされている。

次に本発明の別の実施の形態を実施例２に基づき、図５を参照して説明する。

図５（ａ）は、図４（ａ）と同様に図１に斜視図として示した磁気式トルク伝達装置の構成部品である円筒状磁気歯車５０を矢視V方向から見た時の側面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示した円筒状磁気歯車５０を矢視VB方向から見た時の正面図である。図５（ｃ）は、図５（ｂ）に示した円筒状磁気歯車５０をVC−VC線で切断した時の断面図である。

図５に示した円筒状磁気歯車５０は、実施例１の円筒状磁気歯車５０と対比させると、取付ベース５１が、ヨークとして必要なヨーク部５１ａを残して、ガイド部５３に必要ない部分をなくして、回転軸との間に空間を形成するように、ヨーク部５１ａにおいてガイド部５３よりも薄肉化されて、軽量化を図っている。軽量化されたことにより、慣性が低減され、回転トルクの伝達を迅速に遮断したいような用途に適した円筒状磁気歯車５０が得られる。その他の構成については、実施例１と同じなので、対応する部材は、同じ参照符号を付すと共に、説明については、割愛する。

次に本発明の別の実施の形態を実施例３に基づき、図６を参照して説明する。

図６（ａ）は、図４（ａ）と同様に図１に斜視図として示した磁気式トルク伝達装置の構成部品である円筒状磁気歯車５０を矢視VI方向から見た時の側面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示した円筒状磁気歯車５０を矢視VIB方向から見た時の正面図である。図６（ｃ）は、図６（ｂ）に示した円筒状磁気歯車５０をVIC−VIC線で切断した時の断面図である。

図６に示した円筒状磁気歯車５０は、実施例１の円筒状磁気歯車５０と対比させると、取付ベース５１が磁極円筒部５２の縁に沿った部分にのみガイド部５３ａ、５３ｂを残し、他の部分は、ヨークとして機能するヨーク部５１ａだけを残して、回転軸との間に空間を形成するように、ヨーク部５１ａにおいてガイド部５３ａ、５３ｂよりも薄肉化されている。その結果、軽量化されると共に、回転軸を軸方向に離れた２箇所でガイド部５３ａ、５３ｂが支持するため、回転軸の軸芯と取付ベース５１の軸芯の一致度が向上し、円筒状永久磁石の回転が円滑になる。また、軽量化されたことによって、慣性が低減され回転トルクの伝達を速やかに遮断したい用途に適している。なお、図６（ｃ）では、２箇所のガイド部５３ａ、５３ｂは、取付ベース５１と一体に構成されているが、外側のガイド部５３ｂは、環状の別部材として構成し、取付ベース５１に圧入等によって、固着することもできる。その他の構成については、実施例１と同じなので、対応する部材は、同じ参照符号を付すと共に、説明については、割愛する。

次に本発明の別の実施の形態を実施例４に基づき、図７及び図８を参照して説明する。

図７は、磁気式トルク伝達装置の構成部品である円筒状磁気歯車５０の側面図を示しており、図８は、図７に示した円筒状磁気歯車５０を矢視VIII方向から見た時の正面図である。

本実施例における円筒状磁気歯車５０は、実施例１乃至実施例３で説明した円筒状磁気歯車５０の構成とクランプ部５４を除いて同じ構成をしている。実施例４におけるクランプ部５４は、円筒状磁気歯車５０の取付ベース（図示はされていない）と一体に構成されたクランプ部５４を構成する環状部材が１つの直径で所定の幅で切り取られ、半円環状部材５４ｂを、２本のボルト５４ａにより取付ベースと一体化された半円環状部５４ｃとの隙間を詰めていくことにより回転軸を締結する、いわゆる２分割式クランプを採用している。その他の構成については、実施例１乃至実施例３と同じなので、対応する部材は、同じ参照符号を付すと共に、説明については、割愛する。

次に本発明の別の実施の形態を実施例５に基づき、図９乃至図１２を参照して説明する。

図９は、磁気式トルク伝達装置の構成部品である円筒状磁気歯車１５０の側面図を示しており、図１０は、図９に示した円筒状磁気歯車１５０を矢視Ｘ方向から見た時の正面図であり、図１１は、図１０に示した円筒状磁気歯車１５０をXI−XI線で切断した時の断面図であり、図１２は、図１１のXII部の拡大図である。

実施例５の円筒状磁気歯車１５０は、図９及び図１１に示したように、取付ベース１５１とクランプ１５４が一体に形成されている。図９に示したクランプ部１５４は、実施例４で説明した２分割式クランプを示しているが、実施例１で説明したスリ割式クランプであっても構わない。

そして、図１１に示すように取付ベース１５１は、ガイド部１５３とヨーク部１５１ａを残して、必要ない部分は軽量化のため無くして、ヨーク部１５１ａにおいてガイド部１５３よりも薄肉化されている。そして、ヨーク部１５１ａの２箇所に凹部１５１ｂを設けて、その中にＯリング１５５を装填している。このＯリングの弾性によって、取付ベース１５１と磁極円筒部１５２の芯出しを行っている。Ｏリング１５５を磁極円筒部１５２と対面する取付ベース１５１の軸方向の両端に離れて設けることによって、磁極円筒部１５２が軸方向に傾くことを抑制している。
クランプ部１５４の外径は、磁極円筒部１５２の外径よりも小さくされている。

次に本発明の別の実施の形態を実施例６に基づき、図１３乃至図１７を参照して説明する。

図１３は、磁気式トルク伝達装置の構成部品であって、取付ベース２５１のクランプ部２５４と反対側に中空駆動軸２５６を取付ベース２５１と一体に有した円筒状磁気歯車２５０の斜視図である。図１４は、図１３に示した円筒状磁気歯車２５０の中空駆動軸２５６が筐体板３００に埋設された軸受に軸承された時の側面図である。図１５は、図１４に示した軸承された円筒状磁気歯車２５０を矢視XV方向から見た時の正面図である。図１６は、図１４に示した軸承された円筒状磁気歯車２５０を矢視XVI方向から見た時の背面図である。図１７は、図１６に示した軸承された円筒状磁気歯車２５０をXVII−XVII線で切断した時の断面図である。

円筒状磁気歯車２５０は、図１７に示したように、取付ベース２５１の一端にクランプ部２５４が取付ベース２５１と一体に設けられており、取付ベース２５１の軸方向の略中央部外周のヨーク部２５１ａに磁極円筒部２５２が固設されており、取付ベース２５１の他端に中空駆動軸２５６が取付ベース２５１と一体に設けられている。
クランプ部２５４の外径は、磁極円筒部２５２の外径よりも小さくされている。

そして、中空駆動軸２５６の内側は、取付ベース２５１に穿孔されたガイド部２５３と同一の口径を有しており、クランプ部２５４から中空駆動軸２５６まで連通して一つの中空軸を構成している。また、図１７に示した例では、中空駆動軸２５６の外周面は、筐体板３００に装填された２つの軸受３５０によって軸承されている。２つの軸受３５０は、外輪３５０ｂが、筐体板３００に両面側からそれぞれ圧入され、転動体３５０ｃを介して内輪３５０ａに中空駆動軸２５６が圧入されている。さらに、この円筒状磁気歯車２５０が、軸受３５０から抜けないように止め輪２５７が筐体板３００から突き出た中空駆動軸２５６に係合している。

なお、前述した各実施例において、円筒状磁気歯車の着磁パターンは、すべて、図１８（ａ）に示したようなスパイラル状であるが、図１８（ｂ）に示したような扇状であっても構わない。

本発明の一実施の形態を示す斜視図。 本発明の別の実施の形態を示す斜視図。 本発明のさらに別の実施の形態を示す斜視図。 実施例１の円筒状磁気歯車の（ａ）側面図、（ｂ）正面図、（ｃ）断面図。 実施例２の円筒状磁気歯車の（ａ）側面図、（ｂ）正面図、（ｃ）断面図。 実施例３の円筒状磁気歯車の（ａ）側面図、（ｂ）正面図、（ｃ）断面図。 実施例４の円筒状磁気歯車の側面図。 図７に示した円筒状磁気歯車を矢視VIII方向から見た時の正面図。 実施例５の円筒状磁気歯車の側面図。 図９に示した円筒状磁気歯車を矢視X方向から見た時の正面図。 図１０に示した円筒状磁気歯車をXI−XI線で切断した時の断面図。 図１１に示した円筒状磁気歯車のXII部の拡大図。 実施例６の円筒状磁気歯車の斜視図。 図１３に示した円筒状磁気歯車を筐体板に軸承した時の側面図。 図１４に示した軸承された円筒状磁気歯車を矢視XV方向から見た時の正面図。 図１４に示した軸承された円筒状磁気歯車を矢視XVI方向から見た時の背面図。 図１６に示した軸承された円筒状磁気歯車をXVII−XVII線で切断した時の断面図。 本発明の円筒状磁気歯車に適用される着磁パターンを示した図。 従来の磁気式トルク伝達装置を示す斜視図。

５０、１５０、２５０、５００ ・・・ 円筒状磁気歯車
５１、１５１、２５１、５１０ ・・・ 取付ベース
５１ａ、１５１ａ、２５１ａ ・・・ ヨーク部
５２、１５２、２５２、５２０ ・・・ 磁極円筒部
５３、１５３、２５３ ・・・ ガイド部
５４、１５４、２５４ ・・・ クランプ部
６０、８０、６００、８００ ・・・ 回転軸
７０、７００ ・・・ 円盤状磁気歯車
２５７ ・・・ 止め輪
３００ ・・・ 筐体板
３５０ ・・・ 軸受
３５０ａ ・・・（軸受の）内輪
３５０ｂ ・・・（軸受の）外輪
３５０ｃ ・・・（軸受の）転動体
５３０ ・・・ 取付部
５４０ ・・・ 止めねじ

Claims (3)

1. 磁極を円筒表面上又は円盤表面上にＮ極、Ｓ極交互に配置した２つの磁気歯車の一方を駆動軸に固着し、他方を従動軸に固着し、所定の空隙を介して一方の磁気歯車の磁極と他方の磁気歯車の磁極同士が対向するように配置し、対向する前記磁極間に作用する磁気的吸引力及び磁気的反発力を利用して前記駆動軸の回転トルクを従動軸に伝達する磁気式トルク伝達装置に用いられる円筒状磁気歯車であって、
   前記円筒状磁気歯車が、磁性材料からなる円筒状の取付ベースと、前記取付ベースの外周面に前記磁極が円周方向にＮ極、Ｓ極交互に配置された磁極円筒部と、前記磁極円筒部が固着された前記取付ベースの内側に前記駆動軸又は従動軸を案内支持するガイド部と、前記取付ベースの片端に前記駆動軸又は従動軸を締結するクランプ部とを有しており、
   前記取付ベースと前記クランプ部が、前記磁性材料により一体に形成され、
   前記クランプ部の外径が、前記磁極円筒部の外径よりも小さくされていることを特徴とする円筒状磁気歯車。
2. 前記取付ベースと前記磁極円筒部との芯出しを行う２つのＯリングが、前記取付ベースの軸方向に離れて、前記取付ベースと前記磁極円筒部の間に挟持されていることを特徴とする請求項１に記載の円筒状磁気歯車。
3. 前記取付ベースが、前記駆動軸又は従動軸との間に空間を形成するように、前記ガイド部での肉厚に比べて薄肉化されているヨーク部を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の円筒状磁気歯車。

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