JP5745239B2

JP5745239B2 - 駆動装置

Info

Publication number: JP5745239B2
Application number: JP2010174994A
Authority: JP
Inventors: 晃平田渕
Original assignee: クラウン精機株式会社
Priority date: 2010-08-04
Filing date: 2010-08-04
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2030-08-04
Also published as: JP2012036923A

Description

本発明は、原動機の振動や入力側と出力側との回転軸心のずれを磁気カップリングによって吸収しつつ被駆動部材を回転駆動する駆動装置に関する。

周知のように、磁気カップリングは磁力を利用して入力側から出力側へトルクを伝達するものであり、このような磁気カップリングを有する駆動装置として例えば特許文献１に記載のものが提案されている。この特許文献１に記載の駆動装置は、入力軸であるモータ軸の先端と出力軸の先端とに永久磁石を固着した略円板状のホルダをそれぞれ設け、それらのホルダの永久磁石同士を所定のギャップを隔てて近接対峙させることで磁気カップリングを構成しているものであって、モータ軸の振動やモータ軸と出力軸との軸心のずれを両永久磁石間のギャップによって吸収しつつ、両永久磁石の磁力によってモータ軸から出力軸へトルクを伝達するようになっている。

特開平５−３８０８７号公報

ところで、特許文献１に記載の磁気カップリングは、一対の永久磁石間の磁力をもってトルクを伝達するようになっていることから、当然のことながら両永久磁石同士の間には常時吸引力が作用することになる。したがって、磁気カップリングの組立時には、両永久磁石同士を近接対峙させ、それら両永久磁石同士が吸着しないように両永久磁石をそれらの吸引力に抗して保持しつつ、その状態で両永久磁石同士を両者の間に所定のギャップが形成されるように位置決めしなければならず、その組立作業が非常に煩雑なものとなっていた。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、磁気カップリングを用いて入力側から出力側へトルクを伝達する駆動装置において、その組立作業性を向上させることを目的としている。

請求項１に記載の発明は、入力側動力伝達用マグネットを固定した入力側回転部材と出力側動力伝達用マグネットを固定した出力側回転部材とを、両動力伝達用マグネット同士が上記両回転部材の回転軸心方向で互いに近接対峙するように配置することで磁気カップリングを構成し、上記入力側回転部材を原動機によって回転駆動することにより、上記出力側回転部材に連結された被駆動部材に磁気カップリングを介してトルクを伝達する駆動装置であって、ゴム状弾性を有する環状のスペーサー部材が上記両回転部材同士の間に挟持されていて、そのスペーサー部材によって上記両動力伝達用マグネット同士の間にギャップが形成されているとともに、上記両回転部材の一方に上記スペーサー部材と引っ掛かりの関係になって当該スペーサー部材を嵌合保持する第１の環状溝が、上記両回転部材の他方に上記スペーサー部材を受容する第２の環状溝がそれぞれ形成されていて、上記スペーサー部材が第１の環状溝に嵌合保持されつつ第２の環状溝に着座していることを特徴としている。

したがって、この請求項１に記載の発明では、上記両回転部材間に上記スペーサー部材が介在していることから、上記磁気カップリングの組立時に、上記両動力伝達用マグネット同士が密着したり衝突してしまうことを防止できる。そして、上記磁気カップリングの組付後には、上記スペーサー部材の撓み変形をもって上記原動機の振動や上記両回転部材同士の回転軸心のずれを吸収しつつ、上記原動機から被駆動部材へトルクを伝達することができる。

また、上記スペーサー部材が環状に形成されていることから、上記原動機の振動や両回転部材同士の回転軸心のずれをより効果的に吸収できるようになる。さらに、上記磁気カップリングの組立時において、上記両回転部材同士を近接対峙させるときに、上記第１の環状溝に上記スペーサー部材を嵌合保持させることでそのスペーサー部材の脱落が防止されることになる。

その上で請求項２に記載の発明は、上記スペーサー部材は、上記両動力伝達用マグネットの外周側となる位置で上記両回転部材間に挟持されていて、そのスペーサー部材の内周側に上記ギャップとなる空間を隔成していることを特徴としている。

この請求項２に記載の発明では、上記ギャップとしての空間が上記スペーサー部材の内周側に隔成されることにより、その空間への塵埃や腐食性物質の進入を防止することができる。

また、請求項１または２に記載の発明を前提とした上で構造の簡素化および省スペース化を図る上では、請求項３に記載の発明のように、略有底円筒状のロータの内周側にステータを配置してなるアウタロータモータを上記原動機として有していて、上記ロータを上記入力側回転部材として当該ロータの底壁外面に入力側動力伝達用マグネットを固着し、そのロータの底壁外面に上記出力側回転部材を対向配置することが望ましい。

請求項１に記載の発明によれば、上記磁気カップリングの組立時に、上記両回転部材間に介在する上記スペーサー部材により、上記両動力伝達用マグネット同士がそれらの吸引力によって密着したり衝突することを防止することで、組立作業性を向上させることができる。

また、上記スペーサー部材を環状に形成することで、上記原動機の振動や両回転部材同士の回転軸心のずれをより効果的に吸収できるようになるほか、第１の環状溝が引っ掛かりの関係をもってスペーサー部材を嵌合保持しているため、上記磁気カップリングの組立作業時に、上記スペーサー部材の上記第１の環状溝からの脱落を防止することができるようになり、上記磁気カップリングの組立作業性がさらに向上するメリットがある。

請求項２に記載の発明によれば、上記両動力伝達用マグネット間への塵埃や腐食性物質の進入を防止して所期の性能を長期に亘って維持できるようになる。

請求項３に記載の発明によれば、上記原動機としてのアウタロータモータのロータを上記入力側回転部材とし、そのロータに入力側動力伝達用マグネットを固着するようになっているため、部品点数を削減して構造を簡素化することができる上に、省スペース化を図ることができるメリットがある。

本発明の実施の形態を示す図であって、本発明に係る駆動装置の軸方向に沿った断面図。図１に示す磁気カップリングの分解斜視図。図１に示すＯリングと環状溝との嵌合状態を示す拡大図。図１〜３に示す実施の形態の変形例を示す図。図１〜３に示す実施の形態の別の変形例を示す図。

図１〜３は、本発明の好適な実施の形態として、原動機であるアウタロータモータが磁気カップリングを介して被駆動部材としての歯車を回転駆動する駆動装置を示す図であり、そのうち図１は駆動装置の軸方向に沿った断面図、図２は図１に示す磁気カップリングの分解斜視図、図３は後述するＯリングと環状溝との嵌合状態を示す拡大図である。

図１に示すように、原動機としてのアウタロータモータ１は、振動減衰作用を奏するゴム材料からなる複数の防振支持部材２を介してベースプレート３に固定されているとともに、略有底円筒状のケーシング４によって覆われていて、同じくケーシング４によって覆われたいわゆるディスク型の磁気カップリング５を介して当該アウタロータモータ１と同軸上に設けられた出力軸６にトルクを伝達するようになっている。これにより、出力軸６のうちケーシング４外に突出する端部にキー７をもって固定された被駆動部材としての歯車８が回転駆動されることになる。なお、図示は省略しているが、歯車８は他の歯車と噛み合って減速機を構成し、駆動対象となる図示外の機構にトルクを伝達することになる。

ケーシング４は、アウタロータモータ１および磁気カップリング５を収容する略有底円筒状のケーシング本体９と、そのケーシング本体９の開口端に形成されたフランジ部１０と、ケーシング本体９のうち底壁の略中央部に形成された略有底円筒状の軸受収容部１１と、を備えていて、そのケーシング４のフランジ部１０がベースプレート３に着座しつつねじ部材によって固定されているとともに、ケーシング４の軸受収容部１１に収容されたベアリング１２によって出力軸６が回転可能に支持されている。

ベアリング１２は、耐摩耗性および潤滑性の良好な樹脂材料をもって形成された円筒状のものであって、当該ベアリング１２のうち歯車８側の端面が軸受収容部１１の底壁１１ａに着座することによって軸方向で位置決められている。

一方、出力軸６は、アウタロータモータ１側の端部に小径部１４が形成された段付き形状のものであって、当該出力軸６の一般部１３に装着された出力軸側スナップリング１５がベアリング１２のうち磁気カップリング５側の端面に着座することにより、軸方向で位置決められている。つまり、出力軸側スナップリング１５が出力軸６の位置決め手段として機能するようになっている。

そして、当該出力軸６の小径部１４には、アウタロータモータ１に近接対峙する円板状の出力側マグネットホルダ１６が出力側回転部材としてキー１７をもって固定されている。なお、出力側マグネットホルダ１６は出力軸６のうち小径部１４と一般部１３との間の段状部１８に着座していて、その段状部１８が出力側マグネットホルダ１６を軸方向で位置決めする位置決め手段として機能するようになっている。

アウタロータモータ１は、円筒状を呈するハウジング本体２０の軸方向一端部にフランジ状の取付基部２１を形成してなるハウジング１９と、ハウジング本体２０の内周側に回転自在に支持されたロータシャフト２２と、薄板を略有底円筒状に折曲形成してなり、ハウジング本体２０の外周側を覆う入力側回転部材としてのロータ２３と、そのロータ２３の内周側に収容されたステータ２４と、を備えている。そして、ハウジング１９の取付基部２１が各防振支持部材２を介してベースプレート３に固定されている。

ステータ２４は、周知のように、ハウジング本体２０の外周側に固定された積層磁性綱板からなるステータコア２５と、そのステータコア２５に巻回された複数のコイル２６と、を備えている。そして、各コイル２６に通電することでステータ２４に発生する磁力とロータ２３のうち周壁２７の内面に固定されたロータマグネット２９の磁力との相互作用により、ロータ２３がロータシャフト２２を中心として回転することになる。

ロータシャフト２２は、ハウジング本体２０のうち軸方向両端部の内周側にそれぞれ固定された第１，第２ボールベアリング３０，３１によって回転自在に軸支されているものであって、当該ロータシャフト２２のうち出力軸６側の端部をロータ２３のうち底壁２８の中央部に形成された略円筒状のかしめ継ぎ部２８ａに挿入しつつそのかしめ継ぎ部２８ａをかしめることで、ロータ２３に一体的に固定されている。

また、両ボールベアリング３０，３１は、周知のようにインナレース３０ａ，３１ａとアウタレース３０ｂ，３１ｂおよび転動体３０ｃ，３１ｃによってそれぞれ構成されており、ハウジング本体２０のうち軸方向両端部にそれぞれ凹設されたベアリング収容凹部２０ａ，２０ｂに両ボールベアリング３０，３１のアウタレース３０ｂ，３１ｂがそれぞれ挿入されている。

さらに、両ボールベアリング３０，３１のうち出力軸６側の第１ボールベアリング３０のインナレース３０ａにロータ２３側のかしめ継ぎ部２８ａが着座することで、ロータ２３が軸方向で位置決められている。つまり、かしめ継ぎ部２８ａがロータ２３の位置決め手段として機能するようになっている。なお、ロータシャフト２２は、当該ロータシャフト２２のうち反出力軸６側の端部に装着されたロータシャフト側スナップリング３２と、両ボールベアリング３０，３１のうち反出力軸６側の第２ボールベアリング３１のインナレース３１ａとの引っ掛かりによって抜け止めされている。

そして、このアウタロータモータ１のうちロータ２３の底壁２８外面に略円板状の入力側動力伝達用マグネット３３が固定されている一方、そのロータ２３の底壁２８に対向する出力側マグネットホルダ１６にも同様に略円板状の出力側動力伝達用マグネット３３が固定されており、これらの両動力伝達用マグネット３３が回転軸心方向でギャップＧを隔てて近接対峙することで、アウタロータモータ１から出力軸６へトルクを伝達する磁気カップリング５が形成されている。

図１のほか図２に示すように、入力側動力伝達用マグネット３３は、出力軸６側にＮ極が露出するように配置された略半円板状の第１入力側マグネットピース３３ａと、出力軸６側にＳ極が露出するように配置された略半円板状の第２入力側マグネットピース３３ｂとに径方向で二分割されていて、ロータ２３のうち底壁２８の外面にその回転軸心を中心として凹設された平面視略円形状の入力側マグネット収容凹部２８ｂに収容配置されている。これにより、ロータ２３のうち底壁２８の外面と入力側動力伝達用マグネット３３の外面とが面一となっている。

一方、出力側動力伝達用マグネット３４も同様に、ロータ２３側にＮ極が露出するように配置された略半円板状の第１出力側マグネットピース３４ａと、ロータ２３側にＳ極が露出するように配置された略半円板状の第２出力側マグネットピース３４ｂとに径方向で二分割されていて、出力側マグネットホルダ１６の先端面１６ａにその回転軸心を中心として凹設された平面視略円形状の出力側マグネット収容凹部１６ｂに収容配置されている。これにより、出力側マグネットホルダ１６の先端面１６ａと出力側動力伝達用マグネット３４の外面とが面一となっている。なお、両動力伝達用マグネット３３，３４は、例えば接着剤などの固定手段をもってロータ２３または出力側マグネットホルダ１６に一体的に固定されている。

そして、出力側マグネットホルダ１６は、第２出力側マグネットピース３４ｂが第１入力側マグネットピース３３ａに、第１出力側マグネットピース３４ａが第２入力側マグネットピース３３ｂにそれぞれ対向するようにロータ２３に対して周方向で相対位置決めされた状態、つまり両動力伝達用マグネット３３，３４同士の間に吸引力が発生する状態で、ロータ２３との間にスペーサー部材たるＯリング３５を挟持している。これにより、両動力伝達用マグネット３３，３４同士がギャップＧを隔てて近接対峙し、ロータ２３と出力軸６とが磁気的に連結されている。なお、図１に矢印Ａで示すように、両動力伝達用マグネット３３，３４によって形成される磁界はアウタロータモータ１のロータマグネット２９およびステータ２５に及んでいないことから、その磁界がアウタロータモータ１のロータマグネット２９およびステータ２５によって形成される磁界に与える影響は小さいものとなる。

また、Ｏリング３５は、出力側マグネットホルダ１６の先端面１６ａのうち出力側マグネット収容凹部１６ｂの外周側に凹設された第１の環状溝としての環状溝１６ｃに嵌合保持されている。詳しくは図３に拡大して示すように、環状溝１６ｃは、Ｏリング３５と略同径の断面略不完全円形状であって、且つその開口角度θが１８０度以下となるように設定されている。つまり、環状溝１６ｃのうち内外周側の両開口縁部１６ｄが、図３に示す断面上においてＯリング３５を回転軸心方向で二分する仮想線Ｂよりもロータ２３側に延出しており、それらの両開口縁部１６ｄがアンダーカット部としてＯリング３５と引っ掛かりの関係になることで、後述する駆動装置の組立時にＯリング３５の脱落を防止するようになっている。

他方、ロータ２３の底壁２８外面のうち入力側マグネット収容凹部２８ｂの外周側には、出力側マグネットホルダ１６の環状溝１６ｃよりも浅い第２の環状溝としての円環状の環状溝２８ｃが形成されていて、この環状溝２８ｃにＯリング３５が着座している。

つまり、このように出力側マグネットホルダ１６とロータ２３との間にＯリング３５を挟持することにより、Ｏリング３５の内周側にギャップＧを形成しつつ、そのギャップＧとしての空間と外部の空間との間をシールし、ギャップＧとしての空間への塵埃や腐食性物質の進入を防止するようになっている。

そして、以上のように構成した駆動装置を組み立てる際には、まず、出力側マグネットホルダ１６にＯリング３５および出力側動力伝達用マグネット３４を組み付け、その出力側マグネットホルダ１６を出力軸６に固定する。その上で、ベースプレート３に予め固定したアウタロータモータ１のロータ２３と出力側マグネットホルダ１６とを上述したように回転方向で位置決めしつつ、その出力側マグネットホルダ１６とロータ２３とをＯリング３５を挟んで重合させることになる。このとき、出力側マグネットホルダ１６とロータ２３との間に介在するＯリング３５が緩衝機能とスペーサー機能とを併せ持っていることから、従来のように両動力伝達用マグネット３３，３４間の吸引力に抗して出力側マグネットホルダ１６を保持する必要はなく、両動力伝達用マグネット３３，３４間の吸引力に任せて出力側マグネットホルダ１６をロータ２３の底壁２８に接近させればよい。

このようにして磁気カップリング５を組み立てたならば、その磁気カップリング５およびアウタロータモータ１にケーシング４を被せ、そのケーシング４のフランジ部１０をベースプレート３に固定した上で、出力軸６に歯車８を固定して組立作業が完了することになる。

そして、このように組み立てられた駆動装置では、アウタロータモータ１の振動、およびアウタロータモータ１のロータ２３と出力軸６との相対的な傾きや軸直角方向のずれをＯリング３５の撓み変形によって吸収しつつ、両駆動伝達用マグネット３３，３４間の磁力によってロータ２３から出力軸６へトルクが伝達されることになる。

したがって、本実施の形態によれば、ロータ２３と出力側マグネットホルダ１６との間に緩衝機能とスペーサー機能とを併せ持つＯリング３５を設けることにより、両動力伝達用マグネット３３，３４間の吸引力に任せて出力側マグネットホルダ１６をロータ２３の底壁２８に接近させるだけで両動力伝達用マグネット３３，３４同士を正規の相対位置関係で近接対峙させることができるから、駆動装置の組立作業性が飛躍的に向上する。

さらに、両動力伝達用マグネット３３，３４間への塵埃や腐食性物質の進入をＯリング３５によって防止することにより、それら両動力伝達用マグネット３３，３４の腐食や塵埃等の付着による性能の劣化を防止することができ、磁気カップリング５の耐久性が向上するメリットもある。

なお、本実施の形態では、スペーサー部材としてＯリング３５を用いているが、両動力伝達用マグネット３３，３４同士の間にギャップＧを形成でき、且つゴム状弾性による緩衝機能を有してさえいれば、断面非円形状のスペーサー部材を用いることも可能である。

図４は図１〜３に示した実施の形態の変形例を示す図であって、アウタロータモータのロータを単体で示す軸方向に沿った断面図である。

図４に示す変形例は、入力側マグネット収容凹部３６ａおよび第１の環状溝としての環状溝３６ｂを形成した略円板状の入力側マグネットホルダ３６を入力側回転部材としてのロータ３７の底壁３８に装着したものであって、他の部分は図１〜３に示した実施の形態と同様である。なお、図４中の符号３９はロータ３７の周壁を示している。

具体的には、入力側マグネットホルダ３６は、当該入力側マグネットホルダ３６のうちロータ３７の底壁３８に対する着座面に形成された位置決め凹部３６ｃと、ロータ３７の底壁３８に形成された位置決め突部３８ａとの凹凸嵌合をもって、ロータ３７に対して径方向で相対的に位置決めされつつ、例えば接着剤などの固定手段をもってロータ３７に対して一体的に固定されている。なお、位置決め凹部３６ｃと位置決め突部３８ａは、ロータ３７の軸心を中心とした平面視略円形状のものとしていずれも形成されている。

そして、この変形例によれば、図１〜３に示した実施の形態と略同様の効果が得られるのは勿論のこと、ロータ３７のうち底壁３８の構造が簡素化されてそのロータ３７の折曲加工が容易になるほか、入力側動力伝達用マグネット３３が比較的剛性の高い入力側マグネットホルダ３６によって保持されていることから、磁気カップリングを介したトルクの伝達をより安定して行えるようになるメリットがある。

また、図５は図１〜３に示した実施の形態の別の変形例を示す図であって、本発明に係る駆動装置の軸方向に沿った断面図である。なお、図５において図１〜３に示した実施の形態と同様または相当する部分には同一の符号を付している。

図５に示す別の変形例は、磁気カップリング４８を構成する両動力伝達用マグネット４５，４６の内周側にスペーサー部材としてのＯリング４７を設けたものであって、他の部分は図１〜３に示した実施の形態と同様である。

具体的には、アウタロータモータ４０のロータ４１のうち底壁４３の外周側に入力側マグネット収容凹部４３ｂが形成されているとともに、そのロータ４１の底壁４３のうち入力側マグネット収容凹部４３ｂの内周側にＯリング４７が着座する第２の環状溝としての環状溝４３ｃが形成されている。一方、出力側マグネットホルダ４４の先端面４４ａも同様であって、当該先端面４４ａの外周側に出力側マグネット収容凹部４４ｂが、その先端面４４ａのうち出力側マグネット収容凹部４４ｂの内周側にＯリング４７を嵌合保持する第１の環状溝としての環状溝４４ｃがそれぞれ形成されている。なお、図５中の符号４２はロータの周壁を示しているとともに、図５中の符号４３ａはかしめ継ぎ部を示している。

そして、第１，第２入力側マグネットピース４５ａ，４５ｂからなる入力側動力伝達用マグネット４５がロータ４１側の入力側マグネット収容凹部４３ｂに、第１，第２出力側マグネットピース４６ａ，４６ｂからなる出力側動力伝達用マグネット４６が出力側マグネットホルダ４４の出力側マグネット収容凹部４４ｂにそれぞれ収容保持されているとともに、出力側マグネットホルダ４４の環状溝４４ｃに嵌合保持されつつロータ４１側の環状溝４３ｃに着座するＯリング４７によって両動力伝達用マグネット４５，４６間にギャップＧを形成している。

その結果、図５に矢印Ｂで示す磁界が形成されて両動力伝達用マグネット４５，４６同士の間に吸引力が発生し、ロータ４１と出力軸６とが磁気的に連結されることになる。

したがって、この変形例によれば、両動力伝達用マグネット４５，４６間のギャップＧへの塵埃や腐食性物質の進入を防止することはできないものの、両動力伝達用マグネット４５，４６のうち互いに対向する対向面の面積を図１〜３に示した実施の形態よりも大きくすることができるので、より大きなトルクを伝達できるようになるメリットがある。

その上、Ｏリング４７が図１〜３に示した実施の形態のものよりも小径となり、シール部品として広く一般に用いられている汎用のＯリングをスペーサー部材として利用できるようになるため、コスト的に有利になるメリットもある。

１…アウタロータモータ（原動機）
５…磁気カップリング
８…歯車（被駆動部材）
１６…出力側マグネットホルダ（出力側回転部材）
１６ｃ…環状溝（第１の環状溝）
１６ｄ…環状溝の開口縁部（アンダーカット部）
２３…アウタロータモータのロータ（入力側回転部材）
２４…アウタロータモータのステータ
２８…ロータの底壁
２８ｃ…環状溝（第２の環状溝）
３３…入力側動力伝達用マグネット
３４…出力側動力伝達用マグネット
３５…Ｏリング（スペーサー部材）
３６ｂ…環状溝（第２の環状溝）
３７…アウタロータモータのロータ（入力側回転部材）
３８…ロータの底壁
４０…アウタロータモータ
４１…アウタロータモータのロータ（入力側回転部材）
４３…ロータの底壁
４３ｃ…環状溝（第２の環状溝）
４４…出力側マグネットホルダ（出力側回転部材）
４４ｃ…環状溝（第１の環状溝）
４５…入力側動力伝達用マグネット
４６…出力側動力伝達用マグネット
４７…Ｏリング（スペーサー部材）
４８…磁気カップリング

Claims

入力側動力伝達用マグネットを固定した入力側回転部材と出力側動力伝達用マグネットを固定した出力側回転部材とを、両動力伝達用マグネット同士が上記両回転部材の回転軸心方向で互いに近接対峙するように配置することで磁気カップリングを構成し、上記入力側回転部材を原動機によって回転駆動することにより、上記出力側回転部材に連結された被駆動部材に磁気カップリングを介してトルクを伝達する駆動装置であって、
ゴム状弾性を有する環状のスペーサー部材が上記両回転部材同士の間に挟持されていて、そのスペーサー部材によって上記両動力伝達用マグネット同士の間にギャップが形成されているとともに、
上記両回転部材の一方に上記スペーサー部材と引っ掛かりの関係になって当該スペーサー部材を嵌合保持する第１の環状溝が、上記両回転部材の他方に上記スペーサー部材を受容する第２の環状溝がそれぞれ形成されていて、上記スペーサー部材が第１の環状溝に嵌合保持されつつ第２の環状溝に着座していることを特徴とする駆動装置。
上記スペーサー部材は、上記両動力伝達用マグネットの外周側となる位置で上記両回転部材間に挟持されていて、そのスペーサー部材の内周側に上記ギャップとなる空間を隔成していることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
略有底円筒状のロータの内周側にステータを配置してなるアウタロータモータを上記原動機として有していて、
上記ロータを上記入力側回転部材として当該ロータの底壁外面に入力側動力伝達用マグネットを固着し、そのロータの底壁外面に上記出力側回転部材を対向配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の駆動装置。