JPH02217626A

JPH02217626A - トルクリミッタ

Info

Publication number: JPH02217626A
Application number: JP3586589A
Authority: JP
Inventors: Hisaaki Oseko; 久秋小瀬古; Jiyunzou Aisa; 相佐　潤三
Original assignee: Ishikawa Tekko KK; Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: Ishikawa Tekko KK; DIC Corp
Priority date: 1989-02-15
Filing date: 1989-02-15
Publication date: 1990-08-30
Anticipated expiration: 2009-11-02
Also published as: JPH0686888B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明はトルクリミッタに関するものである。

（従来の技術）トルクリミッタには、第９図に示すように、シャフト１
．２の端部に設けた金属製の摩擦板３゜４をばね５等に
よって圧接し、ＦＪｉ！２板３．４間の摩擦によってト
ルクを発生させる摩擦板式と、第１０図に示すように、
シャフト７の外側に磁石８や強磁性体から成るヨーク９
を一体的に設け、この磁石８やヨーク９の周囲を強磁性
体から成る外局１０やキャップ１１で覆い、外筒１０と
磁石８やヨーク９の間に軟質の磁性粒子１２を充填し、
磁性粒子１２と磁石８やヨーク９や外筒１０との摩擦に
よってトルクを発生させる磁性粒子式と、第１１図に示
づように、シャフト１４の外側に成形体１５等を介して
磁石１６を一体的に設け、この磁石１６の周囲にヒステ
リシス材から成る外筒１１やキャップ１８を設け、外ｒ
ａ１７内部の磁区が磁石１６からの磁界により電子的に
回転することを利用してトルクを発生させるヒステリシ
ス式がある。

（発明が解決しようとする課題）上述したトルクリミッタにおいて、ａｍ板式は、金属の
摩擦を利用しているため、ｒａ擦係数の変化、＊ｍ発熱
等により、トルクが長期的に安定せず、加工精度のばら
つきにより、製造時に所望のトルクを得難く、そして、
磁性粒子式も、ＦＪ擦を利用しているため、摩擦係数の
変化、摩擦発熱等により、トルクが長期的に安定せず、
磁性粒子１２を一定量充填することが難しいため、製造
時に所望のトルクを得難い。

一方、ヒステリシス式は、機械的に結合しないで、回転
を伝達したり、制動したりするため、トルクは長期的に
安定するが、ヒステリシス材が硬いため研削加工となり
、冷間加工や熱処理条件により磁気特性が大きく変化す
ること、固有抵抗が小さくマイナーループの面積が比較
的に大きいこと等により、製造時に所望のトルクを得難
い。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、トルク
が長期的に安定し、しかも、所望のトルクを得られる］
−ルクリミッタを提供しようとするものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明の請求項１のトルクリミッタは、シャフト２１．
４６．５５と、このシャフト２１．４６．５５の外側に
配設されシャフト２１．４６．５５の回転運動に連動す
る内筒２２．４５．５４と、この内筒２２．４５．５４
の外側にギャップを介して配設された外ｒＲ２６とを備
え、上記内ｎ２２．４５．５４及び外筒２６の一方を、
磁石または磁石４２．５２とヨーク４３．５１の組合わ
せ体４４、５３のいずれかで形成するとともに、上記内
筒２２、４５．５４及び外筒２６の他方の内部に、磁石
粒子２７を流動可能な状態で収納したものである。

本発明の請求項２のトルクリミッタは、円盤状の磁石３
３または磁石とヨークの組合わせ体のいずれかと、内部
に磁石粒子３５を流動可能な状態で内包した円盤状の収
納体３４とを、同心上に位置して所定のギャップを介し
て回動自在に設けたものである。

〈作用）本発明の請求項１及び２のトルクリミッタは、磁石粒子
２７．３５が外部の磁極の移動に追従して回転すること
により、トルクを発生ずるもので、請求項１では、内ｍ
２２．４５．５４及び外筒２６の一方の磁石またはｌ１
ｉ５４２．５２とヨーク４３．５１の組合わせ体４４．
５３のいずれかにより、内局２２．４５．５４及び外筒
２６の他方の内部で磁石粒子２１が回転するものであり
、請求項２では、磁石３３または磁石とヨークの組合わ
せ体のいずれかにより、収納体３４の内部で磁石粒子３
５が回転するものである。

（実施例）本発明のトルクリミッタの実施例を図面を参照して説明
する。

まず、第１図ないし第３図は請求項１に対応する第１な
いし第３の実施例の構造を示すものである。

第１図及び第２図において、２１はシャフトで、このシ
ャフト２１の外側には磁石から成る円形の内筒２２が、
この内ｎ２２の内側に一体に突設された取付部２３を介
して、圧入等により一体的に設けられており、この磁石
から成る円形の内筒２２は、第３図に示すように、その
外周面を円周方向にＮ極Ｓ極交互の１２極に多種着磁さ
れている。

２６は円形の外筒で、この外筒２６は、中空状で、その
内部に磁石粒子２１を流動可能な状態で収納し、上記内
局２２の外側に所定のギャップを介して回動自在に配設
され、その両端部にはそれぞれ上記シャフト２１の外周
面及び内筒２２の端面に対するベアリングを兼ねたキャ
ップ２８が装着されている。

そうして、この構造では、磁石から成る内筒２２と磁石
粒子２７を内部に収納した外筒２６が相対的に回動する
と、１粒１粒の磁石粒子２７が外部の磁極の移動に追従
して独立に回転し、この回転による磁気ヒステリシスに
より、内筒２２と外筒２６の間にトルクを発生するよう
になっており、内ｎ２２と外筒２６がギャップを介して
非接触の状態にあるので、トルクが長期的に安定し、し
かも、製造に際して、磁石粒子２７には磁気特性を変化
させるような加工を行なわないので、所ツ！のトルクを
得ることができる。

そして、第１の実施例として、第１図ないし第３図の構
造において、内筒２２に、磁気特性が、残留磁束密度５
２００ガウス、保磁力４０００エルステツドで、形状が
、外径１６Ｍ１内径１２顛、ただし取付部２３の内径は
８＃Ｉ、長さ２０顛の、等方性Ｎ　ｄ−Ｆ　ｅ−Ｂボン
ド磁石を用い、１２極に着磁した後、取付部２３に外径
８１Ｍのシャフト２１を圧入し、そして、磁石粒子２７
には、磁化したときのレマネンス比が０．９６である平
均粒径１．２μのバリウムフェライト磁石の粉末を磁化
したものを４ｇ用い、外径２５Ｍ５内径１７ｍ、長ざ２
５！！ＩＩＲで、その中空部の外径２３Ｍ、中空部の内
径１８Ｍ、中空部の長さ２０ｍの外筒２６に充填し、こ
の外因２６をキャップ２８とともに内筒２２に組合せて
、トルクリミッタを製作したところ、そのトルクが２５
０！ＩＪ・Ｃｌ１ｔで、シャフト２１と外筒２６の間に
滑らかなトルク伝達ができた。

また、第２の実施例として、第１図ないし第３図の構造
で、第１の実施例と同形状において、内筒２２に、極方
向の磁気特性が、残留磁束密度３８００ガウス、保磁力
２２００エルステツドの、極異方性バリウムフェライト
焼結磁石を用い、磁石粒子２７には、磁化したときのレ
マネンス比が０゜９６である平均粒径１．２μのバリウ
ムフェライト磁石の粉末７０重爪部をマシン油３０重Φ
部に混合した侵磁化したものを７ｇ用い、外筒２６に充
填し、トルクリミッタを製作したところ、そのトルクが
１８０９・αで、シャフト２１と外筒２６の間に滑らか
なトルク伝達ができた。

ざらに、第３の実施例として、第２の実施例において、
内筒２２を、極方向の磁気特性が、残留磁束密度２８０
０ガウス、保磁力２３００エルステツドの、極異方性ス
トロンチウムフェライトボンド磁石に変えて、トルクリ
ミッタを製作したところ、そのトルクが１４０ｇ・はで
、シャフト２１と外筒２６の間に滑らかなトルク伝達が
できた。

つぎに、第４図ないし第６図は請求項２に対応する第４
の実施例の構造を示すものである。

第４図において、３１．３２は同心上に位置して独立に
回動自在に支持された一対のシャフトで、一方のシャフ
ト３１の他方のシャフト３２に対する端部の外側に円盤
状の磁石３３が圧入等により一体的に設けられていると
ともに、他方のシャフト３２の一方のシャフト３１に対
する端部の外側に円盤状の収納体３４が圧入等により一
体的に設けられており、上記磁石３３は、第５図及び第
６図に示すように、その−側面を軸方向にＮ極Ｓ極交互
の１２極に多極着磁され、上記収納体３４は、中空状で
、その内部に磁石粒子３５を流シ」可能な状態で収納し
、上記磁石３３に所定のギャップを介して対向している
。

そうして、この構造では、磁石３３と磁石粒子３５を内
部に収納した収納体３４が相対的に回動すると、１粒１
粒の磁石粒子３５が外部の磁極の移ジノに追従して独立
に回転し、この回転によるヒステリシスにより、磁石３
３と収納体３４の間にトルクを発生するようになってお
り、磁石３３と収納体３４がギャップを介して非接触の
状態にあるので、トルクが長期的に安定し、しかも、製
造に際して、磁石粒子３５には磁気特性を変化させるよ
うな加工を行なわないので、所望のトルクを得ることが
できる。

そして、第４の実施例として、第４図ないし第６図の構
造において、磁石３３に、磁気特性が、残留磁束密度１
０５００ガウス、保磁力６５００エルステツドで、形状
が、外径３０Ｍ、内径６　ｍ　。

長さ（厚さ）３μｍの、軸方向異方性５ｌｌｌ−Ｃｏ焼
結磁石を用い、１２極に肴…した後、外径６ｍのシャフ
ト３１を圧入し、そして、磁石粒子３５には、磁化した
ときのレマネンス比が０，９４である平均粒径２０μの
Ｓｌ！ｌ−００１１石の粉末を磁化したものを４９用い
、外径３０ａｇ、内径６ｍ、長さ゛（厚ざ）６Ｍで、そ
の中空部の外径２７馴、中空部の内径１０Ｍ、中空部の
長さ（厚さ）３ＪＩｆｆｉの収納体３４に充填し、この
収納体３４にシャフト３２を圧入し、対のシャフト３１
．３２を同心上に支持してＪ１５３３と収納体３４を０
．５ｍのギャップを介して紺合わせて、トルクリミッタ
を製作したところ、そのトルクが１８０９・ｃｔｘで、
一対のシャフト３１．３２間に滑らかなトルク伝達がで
きた。

以上で、具体的な実施例の説明を終るが、本発明で使用
する磁石粒子２７．３５には、バリウムフエライトやス
トロンチウムフェライト等のフェライト、Ｍｎ−Ａｔ−
Ｃ，Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ　、アルニコ、５ｆｆｉ−ＣＯや
Ｎ　ｄ−Ｆ　ｅ−Ｂ等の希土類等の磁石粒子を用いるこ
とができ、これらの磁石粒子を２種類以上混合して用い
ることもできる他、Ｍｎ−Ｚｎ。

Ｎ　ｉ−Ｚ　ｎ等のソフトフェライトや、Ｆｅ、Ｆｅ−
Ｎ　ｉ　　Ｆｅ−８ｉ　、Ｆｅ−Ｃｏ　、　Ｆｅ−△１
等の軟質の磁性粒子と混合して使用してもよい。

なお、磁石粒子２７．３５に保磁力の小さいものを用い
ると、減磁し易いため、保磁力は、少なくとも５００工
ルステツド以上、好ましくは１０００エルステッド以上
必要であり、そして、使用する磁石粒子２７．３５は、
その発生磁界方向にできるだけ配向して強力な磁極を形
成し、また、磁石から成る内筒２２や円盤状の磁石３３
の発生磁界の反転にともなってできるだ（）容易に回転
できるものがよい。

また、磁石粒子２７．３５の充填度は、１つ１つの磁石
粒子２７．３５の回転を阻害しない範囲で、できるだけ
高くすることが望ましく、充填度が低すぎると、磁石と
しての特性が低下するため、トルクが低下し、充填度が
高すぎると、磁石粒子２１゜３５同士が衝突しあって、
応答性が悪くなるばかりでなく、トルクも低下するため
、好ましくない。

磁石粒子２７．３５の形状は、できるだけ球形に近いも
のがよく、球形から外れるほど、回転時の抵抗が大きく
なり、充填度も低くおさえられてトルクが低下するので
、好ましくない。

磁石粒子２７．３５の平均粒径は０．１μから１０００
μの範囲であればとくに問題はなく、平均粒径の異なる
ものを２種類以上混合して用いることもできるが、これ
以下だと充填度が低下してトルクが低くなり、これ以上
では充填が不均一になってトルクが安定しない。

磁石粒子２７．３５は、中休で用いてもよいが、液体に
分散して使用してもよく、充填のし易さと回転抵抗の低
下及び均一性からは、液体に分散したものの方がよいが
、液体には、使用温度域が広く、温度による粘度変化や
膨脹の小さいものを用いる必要がある。

また、磁石粒子２７．、３５には、フェライト磁石を用
いると、コストを低くすることができ、希土類磁石を用
いると、高トルク化や小型化が可能となる。

磁石粒子２７．３５を充填する外筒２６や収納体３４は
、非磁性体であれば、アルミニュウムやステンレス等の
金属でもプラスチックでもよく、そして、磁石から成る
内筒２２や円盤状の磁石３３とのギャップを一定に保つ
ことができれば、袋を用い、この袋に磁石粒子２７．３
５を充填した後、袋を巻いて使用してもよい。

また、外筒２６や収納体３４は、単純な中空体でもよい
が、内部の磁石粒子２７．３５が回転しながら、磁石か
ら成る内筒２２や円盤状の磁石３３の回転方向と反対の
方向に移動しようとするので、この移動を阻止するため
、内部に仕切り板等を設けたものでもよい。

また、外筒２６や収納体３４は、予め形成しておいたも
のに磁石粒子２７．３５を充填する他、熱、光、放射線
等により硬化する液体に磁石粒子２７．３５を混ぜ、こ
の液体を所定の形状に保持した状態で、液体の表面だけ
を硬化させたものでもよい。

磁石から成る内筒２２や円盤状の磁石３３には、磁石粒
子２７．３５と同様に、バリウムフェライトやストロン
チウムフェライト等のフェライト、Ｍｎ−ＡＩ−Ｃ，Ｆ
ｅ−０ｒ−ｃｏ　、アルニコ、Ｓｍ−ＣｏやＮ　ｄ−Ｆ
　ｅ！−Ｂ等の希土類等の磁石粒子を用いることができ
るが、保磁力の小ざいものを用いると、減磁し易いため
、保磁力は、少なくとも５００工ルステツド以上、好ま
しくは１０００エルステッド以上必要であり、フェライ
ト磁石を用いると、コストを低くすることができ、希土
類磁石を用いると、高トルク化や小型化が可能となる。

そして、請求項１に対応した第１図ないし第３図の構造
において、実施例では、内筒２２を磁石として外筒２６
に磁石粒子２７を収納したが、内筒に磁石粒子を収納し
て外筒を磁石とすることもできる。

そして、磁石から成る内局２２の外周面や磁石から成る
外筒の内周面及び円盤状の磁石３３の−側面の多極着磁
の最小着磁極数は、内筒２２や外筒のように円筒状の場
合には、着磁円周面の径（Ｄとする）と、肉厚（王とす
る）に左右され、円盤状の磁石３３の場合には、着磁側
面の平均径（Ｄとする）と、肉厚（Ｔとする）に左右さ
れ、（３，１４×Ｄ÷Ｔ）の１／３倍以上の偶数極数が
望ましく、これ以下の極数では、着磁により、磁性粒子
２１゜３５に対する作用面と反対の面に磁束が漏れるた
め、反対の面に強磁性体を配置しなければ、十分なトル
クが得られなくなる。

また、磁石から成る内筒２２の外周面や磁石から成る外
筒の内周面及び円盤状の磁石３３の一側面の多極着磁の
最大？？磁極数は、着磁円周面の径（Ｄとする）や着磁
側面の平均径（Ｄとする）と、着磁部とこの着磁部に対
向した磁石粒子２７．３５との間のギャップ（ｔとする
）に左右され、（３，１４×Ｄ÷ｔ）の１／２倍以下の
偶ａ極数が好ましい。

たとえば、着磁円周面の径りが２０層、肉厚Ｔが３Ｍ、
ギャップｔが１Ｍの内筒２２の場合、８極以上、３０極
以下となる。

そして、このように多Ｉ４ｉ＠磁することにより、着磁
部の肉厚Ｔをｒｉ隅極数とのバランスで薄くすることが
できるため、軽量化が可能となり、磁気漏洩も、この多
極着磁と、第１図ないし第３図の構造では、磁極位置が
シャフト２１が遠くなることによって、軽減でき、さら
に、回転方向に多極着磁することによって解決できる。

また、磁石から成る内筒２２や磁石から成る外筒及び円
盤状の磁石３３には、等方性及び着磁部に垂直方向に磁
化容易軸を有する異方性のものを用いることができるが
、極方向に磁化容易軸を有する極異方性のものを用いる
のがより好ましく、この極異方性磁石を用い、その磁化
容易軸方向に着磁することにより、トルクアップが可能
で、磁気漏洩をほとんどなくすことができる。

また、磁石から成る内筒２２や磁石から成る外筒及び円
盤状の磁石３３には、焼結磁石とボンド磁石のいずれを
用いてもよいが、複雑な形状が可能で、割れｌく、軽量
で、着磁面が平滑で、寸法精度に優れるボンド磁石を使
用すると、加工工数、作業性の点で有利であり、複雑な
形状が可能で、肉盗みによる軽量化やローレット等を後
加工なしてできることがら、より一層の工数減や部品滅
が可能となる。

また、上述した各実施例では、磁石の磁極を磁性粒子に
対向させたが、磁石と強１ｉｆｉｔ’ｌ休から成るヨー
クを組合わせた組合わせ体の１１４を磁性粒子に対向さ
せて、トルクを発生することもできる。

その例として、第７図に示すように、非磁性体から成る
成形体４１の周囲に複数の磁石４２と強磁性体から成る
ヨーク４３を交互に貼着した組合わせ体４４を、内筒４
５として、シャフト４６に固定し、この組合わせ体４４
から成る内筒４５を第１図ないし第２図に示す構造の外
筒２６の内側に配置すると、組合わせ体４４のヨーク４
３にできる磁極が外筒２６内の磁石粒子２７に対向して
、トルクを発生し、また、第８図に示すように、強磁性
体から成るヨーク５１の両側部に磁石５２を貼着した組
合わせ休５３を、内筒５４として、シャフト５５に固定
し、この組合わせ体５３から成る内筒５４を第１図ない
し第２図に示した構造の外筒２６の内側に配置づると組
合わせ体５３のヨーク５１にできる磁極と磁石５２の磁
極が外筒２６内の磁石粒子２１に対向して、トルクを発
生する。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明の請求項１のトルクリミッタは
、内筒及び外筒の一方が磁石または磁石とヨークの組合
わせ体で、その相対的な回転により、内筒及び外筒の他
方の内部で個々の磁石粒子が外部の磁極の移動に追従し
て独立に回転し、この回転によるヒステリシスにより、
トルクを発生し、また、請求項２のトルクリミッタでは
、円盤状の磁石または磁石とヨークの組合わせ体の相対
的な回転により、収納体の内部で個々の磁石粒子が外部
のＦｉ１極の移動に追従して回転し、この回転によるヒ
ステリシスにより、トルクを発生し、いずれの場合も、
相対的な可Ｅノ部分がギャップを介して非接触の状態に
あるので、トルクが長期的に安定し、しかも、製造に際
して、磁石粒子には磁気特性を変化させるような加工を
行なわないので、所望のトルクを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明のトルクリミッタの請求Ｉ
ＦＪ１に対応した第１ないし第３の実施例の構造を示す
もので、第１図は一部を断面にした側面図、第２図は第
１図の■−■視断面断面図３図は一部の拡大断面図であ
り、そして、第４図ないし第６図１Ｊ本発明のトルクリ
ミッタの請求項２に対応した第４の実施例のＩａ造を示
すもので、第４図は一部を断面にした側面図、第５図は
第４図のＶ−ｖ面断面図、第６図は一部の拡大断面図で
あり、また、第７図及び第８図はそれぞれ本発明のトル
クリミッタの請求項１に対応した第５及び第６の実施例
の構造を示す断面図であり、また、第９図は従来のトル
クリミッタの側面図、第１０図及び第１１図もそれぞれ
従来のトルクリミッタの一部を断面にした側面図である
。２１、４６．５５φ−シャフト、２２．４５．５４・・
内筒、２６・φ外筒、２７・・磁石粒子、３３．４２．
５２・・磁石、３４・・収納体、３５・・磁石粒子、４
３．５１・・ヨーク、４４．５３・・組合わせ体。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）シャフトと、このシャフトの外側に配設されシャ
フトの回転運動に連動する内筒と、この内筒の外側にギ
ャップを介して配設された外筒とを備え、上記内筒及び外筒の一方を、磁石または磁石とヨークの
組合わせ体のいずれかで形成するとともに、上記内筒及
び外筒の他方の内部に、磁石粒子を流動可能な状態で収
納したことを特徴とするトルクリミッタ。
（２）円盤状の磁石または磁石とヨークの組合わせ体の
いずれかと、内部に磁石粒子を流動可能な状態で内包し
た円盤状の収納体とを、同心上に位置して所定のギャッ
プを介して回動自在に設けたことを特徴とするトルクリ
ミッタ。