JPH0686888B2 - トルクリミッタ - Google Patents

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、摩擦板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筒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図に示すように、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17やキャップ18を設
け、外筒17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、摩擦板式は、金属の
摩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、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、摩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ト
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筒26
とを備え、上記内筒22,45,54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33
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、トルクを発生するもので、請求項１では、内筒22,4
5,54及び外筒26の一方の磁石または磁石42,52とヨーク4
3,51の組合わせ体44,53のいずれかにより、内筒22,45,5
4及び外筒26の他方の内部で磁石粒子27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
35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
筒22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極に多極着磁されている。

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27を流動可能な状態で収納し、上記内筒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、内筒22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、所望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5200
ガウス、保磁力4000エルステッドで、形状が、外径16m
m、内径12mm、ただし取付部23の内径は8mm、長さ20mm
の、等方性Nd-Fe-Bボンド磁石を用い、12極に着磁した
後、取付部23に外径8mm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25mm、内径17mm、長さ
25mmで、その中空部の外径23mm、中空部の内径18mm、中
空部の長さ20mmの外筒26に充填し、この外筒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250g・cm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
ルステッドの、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重量部をマシン油30重量部に混合した後磁化した
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180g・cm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。

さらに、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2800ガウ
ス、保磁力2300エルステッドの、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・cm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、
その一側面を軸方向に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
を流動可能な状態で収納し、上記磁石33に指定のギャッ
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、磁石33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1050
0ガウス、保磁力6500エルステッドで、形状が、外径30m
m、内径6mm、長さ（厚さ）3mmの、軸方向異方性Sm-Co焼
結磁石を用い、12極に着磁した後、外径6mmのシャフト3
1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Sm-Co磁石の
粉末を磁化したものを4g用い、外径30mm、内径6mm、長
さ（厚さ）6mmで、その中空部の外径27mm、中空部の内
径10mm、中空部の長さ（厚さ）3mm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、一対のシャフ
ト31,32を同心上に支持して、磁石33と収納体34を0.5mm
のギャップを介して組合わせて、トルクリミッタを製作
したところ、そのトルクが180g・cm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-Al-C、Fe-Cr-C
o、アルニコ、Sm-CoやNd-Fe-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、Ni-Zn等のソフト
フェライトや、Fe、Fe-Ni、Fe-Si、Fe-Co、Fe-Al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エルス
テッド以上、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け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2
7,35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27,35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1000μ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、単体で用いてもよいが、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27,35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2
7,35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-Al-C、Fe-Cr-Co、アルコ
ニ、Sm-CoやNd-Fe-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エルステッド以
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
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（Ｔ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27,35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
着磁極数は、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、着磁面とこの着磁面に対向した
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倍以下の偶数極数が好まし
い。

たとえば、着磁円周面の径Ｄが20mm、肉厚Ｔが3mm、ギ
ャップｔが1mmの内筒22の場合、８極以上、30極以下と
なる。

そして、このように多極着磁することにより、着磁部の
肉厚Ｔを着磁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、等方性及び着磁面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、割れ難く、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
なしでできることから、より一層の工数減や部品減が可
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、磁石と強磁性体から成るヨークを組合わ
せた組合わせ体の磁極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45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43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体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
すると組合わせ体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27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
外部の磁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、
相対的な可動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項
１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II−II視断面図、第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図は本発明のトルクリミッタ
の請求項２に対応した第４の実施例の構造を示すもの
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視断面図、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。 21,46,55……シャフト、22,45,54……内筒、26……外
筒、27……磁石粒子、33,42,52……磁石、34……収納
体、35……磁石粒子、43,51……ヨーク、44,53……組合
わせ体。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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. 【請求項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。