JPH04244625A - マグネットクラッチ - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、ビデオテープ
レコーダー（ＶＴＲ）に組込んで、テープに過大な引張
力が及ぶのを阻止する等の目的に使用する、磁気吸引力
によりクラッチが係合状態に保たれ、この磁気吸引力を
上回る負荷により係合解除される様に構成された、より
小形でより大きい係合解除トルクが得られるマグネット
クラッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の上記マグネットクラッチの模式的
な構成を図５によって説明すると、その片面に永久磁石
円板５２を取着した駆動側プーリ５１を、回転軸５０に
軸嵌し、その片面にヒステリシス特性を有するヒステリ
シス円板５３を取着した被動側プーリ５４を、このヒス
テリシス円板５３が永久磁石円板５２と微小空隙を隔て
対向される様にして、回転軸５０に遊嵌させた構造を備
えている。５５はワッシャー状のスペーサで、永久磁石
円板５２とヒステリシス円板５３との間に微小空隙を保
持させる共に、摩擦板クラッチとしての役割も果たす。 永久磁石円板５２の板面には、その周方向に扇形をした
複数のＮ極とＳ極とを交互に着磁形成させている。

【０００３】このマグネットクラッチは、永久磁石円板
５２とヒステリシス円板５３との間に生じた磁気吸引に
より、被動側プーリ５４が駆動側プーリ５１に引き付け
られている。この状態で、回転軸５０が回転されると、
ヒステリシス円板５３はヒステリシス特性を持っている
ので、駆動側プーリ５１と共に永久磁石円板５２が回転
しても、この永久磁石円板５２によって、その着磁パタ
ーンと合同のパターンを以てヒステリシス円板５３に誘
起されている各磁極は瞬時には消失しない。その為、こ
の残留各磁極と永久磁石板５３の各磁極との間に働く磁
気引力によって、被動側プーリ５４は駆動側プーリ５１
に追従して回転される。この状態で、被動側プーリ５４
に上記の磁気吸引力を上回る負荷が及ぼされれば、被動
側プーリ５４は駆動側プーリ５１の回転動に対してスリ
ップ状態となる。ヒステリシス円板５３に誘起されてい
た永久磁石円板５２の着磁パターンは、瞬時にこそ消失
しないが、永久磁石の着磁パターンより少し遅れ、リレ
ー式にヒステリシス円板５３に誘起される。即ち、永久
磁石円板５２が回転中に、ヒステリシス円板５３の回転
が止まっても、永久磁石円板５２によって誘起されたヒ
ステリシス円板５３上の着磁パターンだけが、永久磁石
円板５２の着磁パターンより少し遅れて、ヒステリシス
円板５３内で追従移動しているのである。その為、滑ら
かなスリップ回転状態となり、マグネットクラッチは係
合を解かれる。尚、ヒステリシス円板５３が、若し、ヒ
ステリシス特性を有しない単なる鉄板であれば、この鉄
板に誘起されている各磁極は、永久磁石円板５２の回転
に伴って次々に瞬時に消されて行くので、上記の追従回
転現象は起らない。更に、駆動側及び被動側の両プーリ
５１，５４に、共に永久磁石円板５２を取着すると、脈
動状の極めてぎごちない追従回転状態となる。上記構成
のマグネットクラッチは、磁気吸引力によるクラッチ作
用の他に、この磁気吸引力によって駆動側プーリ５１と
被動側プーリ５４との間で圧迫されたスペーサ５５によ
る、摩擦板クラッチの作用も生ずる。但し、この摩擦板
クラッチは、その摩擦接触面が微視的に見ればかなり粗
面であるし、この接触面には回転振動も及ぼされるので
、そのクラッチ作用は、磁力による非接触係合の場合と
は異なってかなり円滑性に欠けるという大きな欠点があ
る。その為、例えば、ＶＴＲのテープ走行部のテンショ
ン機構等に用いるに適した、５ｇｃｍ以下の負荷で係合
解除させる極く伝達トルクの小さい小形のトルククラッ
チには、摩擦板方式のものはクラッチ作動が不安定過ぎ
て使用に堪えい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のマグネットクラ
ッチが、過負荷により非接触係合状態を解かれる時の、
係合解除トルクＴは、下式によって求められる。 Ｔ＝Ｋ・Ｐ・Ｖ・Ｅｈ ここに、　　Ｋ：　　係数、Ｐ：　　永久磁石円板５２
の磁極数、Ｖ：　　ヒステリシス円板５３の体積、Ｅｈ
：　　ヒステリシス円板５３のヒステリシス損失（ヒス
テリシスループ内の面積）このＥｈの値は、ヒステリシ
ス円板５３の材質や、磁石製造時の熱処理の仕方等よっ
て変化するので、係合解除トルクＴ、つまりトルク伝達
力の極力大きいマグネットクラッチを極力小形に作ろう
とすれば、永久磁石円板５２の磁力を強化すると共に、
永久磁石円板５２とヒステリシス円板５３との間により
強力な磁気回路が形成される様に、ヒステリシス円板５
３の材質や寸法等を十分に検討しなければならない。そ
こで、本発明の目的は、極力小形で大きなトルク伝達能
力を備え、然も、極力スムーズで安定したクラッチ作動
を行わせる為に、摩擦板方式のクラッチ作用を、磁力方
式のクラッチ作用で従来に比べて極力小さく出来る様に
構成したマグネットクラッチを提供するにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する為
に、本発明によるマグネットクラッチは、同軸上に対置
された駆動側回転体１と被動側回転体２との各対向面の
一方の面に永久磁石円板７を取着し、他方の面にヒステ
リシス特性を有するヒステリシス円板８を取着し、これ
ら両円板７、８間に微小空隙を設けた構造を備え、その
板面周方向に複数のＮ極とＳ極とを交互に形成させた前
記永久磁石円板７と前記ヒステリシス円板８との間に生
ずる磁気吸引力により、前記駆動側回転体１に追従して
回転される前記被動側回転体２に、この磁気吸引力を上
回る負荷が及ぼされると、追従回転が止まる様に構成さ
れたものに於いて、前記ヒステリシス円板８として、Ｈ
ｃ＝３５０±５０（Ｏｅ）、Ｂｒ≧７３００（Ｇ）の磁
気特性を有するものを用いる構成とした。そして、前記
ヒステリシス円板８の板厚を０．３０ｍｍ±０．１０ｍ
ｍに設定する構成とした。又、前記ヒステリシス円板８
及びヒステリシス円板８を十分に磁化させ得る前記永久
磁石円板７と、此等両円板間の前記微少空隙とを含むト
ルク発生機構部の厚さを、２ｍｍ以下に設定する構成と
した。

【０００６】

【作用】上記構成のマグネットクラッチは、磁気特性値
が、Ｈｃ＝３５０±５０（Ｏｅ）、Ｂｒ≧７３００（Ｇ
）のヒステリシス円板８を用い、又、その板厚を０．３
０ｍｍ±０．１０ｍｍに設定したことによって、ヒステ
リシス円板８に形成される磁気回路の磁束密度を、従来
の略同じ外形寸法を有する同種のマグネットクラッチに
比べて目立って高められる。その為、トルク伝達能力の
大きいマグネットクラッチを極めて小形に作れる。又、
マグネットクラッチ全体としてのトルク伝達力の内、摩
擦板クラッチ部分によるトルク伝達力への依存度を、磁
気吸引式非接触クラッチ部分によるトルク伝達力に比べ
て大幅に減らすことが出来て、クラッチ作用の安定性（
定トルク特性）も十分に高められる。

【０００７】

【実施例】以下に、本発明のマグネットクラッチを、Ｖ
ＴＲのテープ張力調整装置に適用した一実施例に就き、
図１を参照し乍ら説明する。このＶＴＲ用マグネットク
ラッチＡの該略の構成は、図１に示した様に駆動側回転
体１と、被動側回転体２とを、同軸上で対向状に組合わ
せた形態を備えている。駆動側回転体１には、片側面に
円筒状のボス３を突設すると共に外周にプーリ４を形成
し、ボス３の外周基部に環状の段差面３ａを設けている
。被動側回転体２には、外周にギア５を形成し、中心軸
孔６にはボス３を遊嵌させている。駆動側回転体１及び
被動側回転体２の各対向面には、永久磁石円板７及びヒ
ステリシス特性を持つたヒステリシス円板８が夫々固着
されている。９はボス３の段差面３ａに宛てがわれたク
ラッチ板で、極く薄いワッシャー状をしており、永久磁
石円板７とヒステリシス円板８とを微小空隙を隔てて対
向させるスペーサの役割を果たすと共に、摩擦板クラッ
チとしても作用する。そして、永久磁石板円７の板面に
は、その周方向に扇形をした複数極、この場合は３極又
は４極対（６極又は８極）のＮ極とＳ極とを交互に形成
させている。

【０００８】次に、上記各部材の具体的な構成に就いて
順次説明する。合成樹脂製の駆動側回転体１は最大外径
１３．６ｍｍ、ボス３の外径は３．１ｍｍである。中心
孔を持つ永久磁石円板７は、この実施例のものは、住友
金属鉱山株式会社製の異方性希土類磁石「ＷＥＬＬＭＡ
Ｘ・Ｐ−９」（最大エネルギー積＝８．５〜９．５ＫＧ
Ｏｅ）で作られ、外径が１１．２ｍｍ、中心孔径は４．
５ｍｍ、板厚は０．９２ｍｍで、下面（図中で）には円
環板状のヨーク１０を添わせている。これらの永久磁石
円板７及びヨーク１０は、駆動側回転体１を合成樹脂材
料で成形する時に、この駆動側回転体１に一体に組付け
られる。その為、夫々の中心孔の周縁には、駆動側回転
体１との係合々体を助ける適宜の凹凸部を設けている。 合成樹脂製の被動側回転体２は、その外周に形成したギ
ア５の外径が４．７５ｍｍ、中心軸孔６の内径が３．１
ｍｍで、ボス３をこの中心軸孔６に遊嵌させた状態で、
被動側回転体２の下端面（図中で）２ａは、クラッチ板
９を介してボス３の段差面３ａに当接される。この状態
で、互いに対向された永久磁石円板７とヒステリシス円
板８との対向面間のギャップ（微小空隙）が、０．１３
ｍｍになる様にマグネットクラッチの各部の寸法が設定
されている。

【０００９】中心孔を設けたヒステリシス円板８は、外
径１１．２ｍｍｍｍ、中心孔径３．８ｍｍ、板厚０．３
０ｍｍで、その中心孔の周縁に凹凸を設けてあり、被動
側回転体２を合成樹脂原料で成形する時に、この周縁部
を被動側回転体２中に一体的に包埋させる様にしている
。図２中ではこれら両者を分離した状態で示している。 ヒステリシス円板８の材質としては、本発明目的に適合
したヒステリシス特性が得られる様に、この実施例では
、日立金属株式会社製のＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系の半硬質磁
石、「ＹＨＪ３０−１０」を選定している。このヒステ
リシス円板８の磁気特性は、Ｈｃ＝約３５０（Ｏｅ）、
Ｂｒ＝約７５００（Ｇ）で、そのヒステリシス特性は図
２のグラフに示した如くである。この様に比較的低いＨ
ｃ値と比較的高いＢｒ値との組合わせを選んだことによ
って、前述のヒステリシス損失Ｅｈの値を十分に大きく
取ることが出来た。 又、円環状のクラッチ板９は、摩擦係数が小さく自己潤
滑性を備えて摩耗し難い合成樹脂で作り、板厚０．２５
ｍｍ、外径４．３２ｍｍ、内径３．４０ｍｍ、円環の幅
を０．４６ｍｍに設定した。

【００１０】次に、上記構成の作用を説明する。図１の
状態に組立てたマグネットクラッチＡをＶＴＲに組み込
むには、ＶＴＲのフレーム（図示略）に組付けられた回
転軸１１に駆動側回転体１のボス３を嵌着したうえ、Ｖ
ＴＲの駆動部側のプーリ（図示略）とプーリ４との間に
ベルトを掛け、ボス３に遊嵌した被動側回転体２のギア
５に、ＶＴＲの負荷側のギアを噛合させればよい。この
組立状態で、被動側回転体２に固着されたヒステリシス
円板８は、微小空隙を隔てて対向位置する駆動側回転体
１の永久磁石円板７に磁気吸引されて、この板面に密着
しようとするが、被動側回転体２の下端面２ａとこの端
面に対向されたボス３の段差面３ａとの間に介在された
クラッチ板９に妨げられて、前記のギャップ０．１３ｍ
ｍを保たれる。従って、マグネットクラッチＡを構成す
る駆動側回転体１と被動側回転体２との間には、面積が
相対的に著しく狭い内周側域に、クラッチ板９によって
摩擦板クラッチが形成され、面積が相対的に著しく広い
外周側域には、磁気吸引力による非接触クラッチが形成
される。この様にして、永久磁石円板７、ヒステリシス
円板８、及びこれら両者間の微少空隙を含むトルク発生
機構部の厚さを２ｍｍ以下に構成している。

【００１１】この組立状態で、回転軸１１を駆動し駆動
側回転体１を回転させると、永久磁石円板７の回転に伴
って、この永久磁石円板７の着磁パターンと相似したパ
ターンを以てヒステリシス円板８に誘起されていた各磁
極は消失することになるが、ヒステリシス円板８はヒス
テリシス特性を持つているので直ちには消磁されず、こ
の各残留磁極と回転移動されつつある永久磁石円板７の
各磁極との間の磁気吸引力によって、ヒステリシス円板
８は永久磁石円板７に追従して円滑に回転し、従って、
マグネットクラッチＡは、被動側回転体２が駆動側回転
体１と一体的に回転されて係合状態となる。このクラッ
チ係合時のトルク伝達力を計測した処、クラッチ板９と
駆動側・被動側両回転体１及び２との間に生じた摩擦力
による伝達トルクと、永久磁石円板７の磁気吸引力によ
る非接触伝達トルクとの比率は、略３３：６７であった
。そして、被動側回転体２に接続された負荷の大きさが
、永久磁石円板７とヒステリシス円板８との間に働く磁
気吸引力、及びクラッチ板９による摩擦係合力との合力
を上回って増大すると、被動側回転体２は駆動側回転体
１の回転動に追従し切れなくなって、マグネットクラッ
チＡは係合状態を解かれる。この実施例のマグネットク
ラッチでは、この係合状態を保持出来る限界トルク（係
合解除トルクＴ）は、約２２　ｇｃｍであった。

【００１２】処で、上記実施例のマグネットクラッチＡ
と基本的構成が類似しているＸ社のマグネットクラッチ
は最大外径が約２２ｍｍと、上記マグネットクラッチＡ
の最大外径１３．６ｍｍに比べて１．６倍強もあるにも
拘わらず、係合解除トルクＴは約１８ｇｃｍで、上記実
施例のものに比べてかなり小さく、然も、全伝達トルク
のうち、摩擦係合による伝達トルクと、磁気吸引力によ
る非接触伝達トルクの割合は、約７０対３０と摩擦によ
るトルク伝達の割合が相対的に著しく高く、既述の理由
によって定トルク特性がかなり劣っていた。又、上記マ
グネットクラッチＡと基本的構成が類似し、その最大外
径も近似しているＹ社のマグネットクラッチは、係合解
除トルクＴが１３ｇｃｍと、上記実施例のものの約２２
ｇｃｍに比べて著しく小さく、その上、摩擦係合による
伝達トルクと、磁気吸引力による非接触伝達トルクとの
比率が、約６０対４０と、摩擦クラッチ部分への依存度
が極めて高く、やはり、定トルク特性が上記実施例のも
のに比べて大幅に劣っていた。

【００１３】この様に、上記実施例のマグネットクラッ
チＡのトルク伝達能力が、既存の同種のものに比べて目
立って向上された主たる理由の１つは、既存のマグネッ
トクラッチでは、ヒステリシス円板の板厚を０．５ｍｍ
程度に設定していたのに対して、上記実施例のヒステリ
シス円板８は、０．３０ｍｍとかなり薄い板厚を意図的
に採用したことによって、永久磁石円板７とヒステリシ
ス円板８との間に微小空隙を隔てて形成された磁気回路
のうち、ヒステリシス円板８に生じた磁路の磁束密度が
目立って高められ、その分、マグネットクラッチを係合
状態に保つ為の磁気吸引力が増大したと解することが出
来る。そこで、ヒステリシス円板８の最適の材質及び形
状の選択に就いて様々に試行錯誤を重ねた結果、この実
施例に関しては、磁気特性値としてＨｃ＝３５０±５０
（Ｏｅ）、Ｂｒ≧７５００（Ｇ）の値を選定し、且つ、
ヒステリシス円板８の板厚を０．３０ｍｍ±０．１０ｍ
ｍに設定した時、係合解除トルクＴが２３ｇｃｍ以下の
性能優秀な小形トルククラッチを作れることが解り、こ
れによって、上記の如きトルク伝達能力の大きいマグネ
ットクラッチを作り出すことが出来た。Ｈｃをこの数値
範囲に選んだのは、Ｈｃ値をこれ以上大きくすると、磁
石を熱処理する際の所要冷却時間が長引いて、ヒステリ
シス円板８の製造コストが目立って上昇することが、そ
の理由の一つである。

【００１４】次に、図５は、本発明の他の実施例のマグ
ネットクラッチＢを示すもので、基本的な構成は上記実
施例と同じであり、その作用も同じである。唯、駆動側
回転体１の外周のプーリ４に替えて、ギア１３を設けて
いる。又、駆動側及び被動側回転体１及び２に対する、
永久磁石円板及びヒステリシス円板７及び８の取着位置
関係を逆転させている。このマグネットクラッチＢは、
係合解除トルクＴを所望レベルに保ちながら、その大き
さを、最大外径が８．０ｍｍと、前記マグネットクラッ
チトＡの１３．６ｍｍに比べてずっと小さく出来、又、
ギア５及び１３の厚みを除いたクラッチ機構部分の厚さ
を、２．０ｍｍ以下と従来のものに比べてかなり薄く作
ることが出来た。更に、円環状のクラッチ板９は、板厚
を０．１３ｍｍ、外径を２．８０ｍｍ、内径を１．５７
ｍｍと極めて小さくしたので、全伝達トルクのうち、摩
擦板クラッチ部分による負担割合を顕著に減すことが出
来た。

【００１５】

【発明の効果】以上の説明によって明らかな様に、本発
明のマグネットクラッチは、ヒステリシス円板８の磁気
特性値を、Ｈｃ＝３５０±５０（Ｏｅ）、Ｂｒ≧７３０
０（Ｇ）とし、又、その板厚を０．３０ｍｍ±０．１０
ｍｍに設定したことによって、永久磁石円板７とヒステ
リシス円板８との間に形成される磁気回路の磁束密度を
、従来の略同じ外形寸法を有する同種のマグネットクラ
ッチに比べて顕著に高められて、その為、トルク伝達能
力の大きいマグネットクラッチを、トルク発生機構部の
厚さが２ｍｍ以下と極めて小形にまとめられる。又、マ
グネットクラッチ全体としてのトルク伝達力のうち、摩
擦板クラッチ部分によるトルク伝達力への依存度を、磁
気吸引による非接触クラッチ部分によるトルク伝達力に
比べて大幅に減らすことが出来て、定トルク特性が著し
くに向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例を示す、縦断面図である。

【図２】ヒステリシス円板のヒステリシスグラフである
。

【図３】磁石製造時の、熱処理時冷却速度に関連した、
ヒステリシス円板の磁気特性グラフである。

【図４】他の実施例を示す縦断面図である。

【図５】従来例を示す縦断面図である。

【符号の説明】

Ａ，Ｂ　　マグネットクラッチ １　　駆動側回転体 ２　　被動側回転体 ３　　ボス ３ａ　　段差面 ４　　プーリ ５，１３　　ギア ６，１２　　中心軸孔 ７　　永久磁石円板 ８　　ヒステリシス円板 ９　　クラッチ板 １０　　ヨーク １１、５０　　回転軸 ５１　　駆動側プーリ ５２　　永久磁石円板 ５３　　ヒステリシス円板 ５４　　被動側プーリ ５５　　スペーサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　同軸上に対置された駆動側回転体１と
   被動側回転体２との各対向面の一方の面に永久磁石円板
   ７を取着し、他方の面にヒステリシス特性を有するヒス
   テリシス円板８を取着し、これら両円板７、８間に微小
   空隙を設けた構造を備え、その板面周方向に複数のＮ極
   とＳ極とを交互に形成させた前記永久磁石円板７と前記
   ヒステリシス円板８との間に生ずる磁気吸引力により、
   前記駆動側回転体１に追従して回転される前記被動側回
   転体２に、この磁気吸引力を上回る負荷が及ぼされると
   、追従回転が止まる様に構成されたものに於いて、前記
   ヒステリシス円板８として、Ｈｃ＝３５０±５０（Ｏｅ
   ）、Ｂｒ≧７３００（Ｇ）の磁気特性を有するものを用
   いたことを特徴とするマグネットクラッチ。
2. 【請求項２】　　前記ヒステリシス円板８の板厚を０．
   ３０ｍｍ±０．１０ｍｍに設定したことを特徴とする請
   求項１項記載のマグネットクラッチ。
3. 【請求項３】　　前記ヒステリシス円板８及びこのヒス
   テリシス円板８を十分に磁化させ得る前記永久磁石円板
   ７と、これら両円板間の前記微少空隙とを含むトルク発
   生機構部の厚さを、２ｍｍ以下にしたことを特徴とする
   請求項１項又は２項記載のマグネットクラッチ。