JPH07131970A - 磁力式トルク制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外径寸法を小さくし、しかも回転軸８の回転
に要するトルクの大きさを調整可能とする。 【構成】 保持筒１８の内周面に断面が円弧形の磁石素
子１７ａ、１７ｂを添着して、円筒状の永久磁石１５と
する。回転軸８の中間部に固定したトルク付与ブロック
１２が、この永久磁石１５の内側で回転する。磁性材製
の磁束調整筒１６を、上記永久磁石１５の内周面とトル
ク付与ブロック１２の外周面１２ａとの間に設ける。こ
の磁束調整筒１６のスリット２６、２６と隣り合う磁石
素子１７ａ、１７ｂの境界とを一致させると、上記トル
クが最大となる。又、ずらせると、ずれ量に応じてトル
クが小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明に係る磁力式トルク制御
装置は、各種線材やフィルム、紙、金属箔等の送り出し
用、或は巻き取り用のブレーキ装置として、或はモータ
試験装置や健康器具、トレーニング機器等の負荷装置と
して、更には瓶詰め工場に設置するキャップ締め付け装
置、電動式ドライバ、クランプ装置等のトルク制御装置
として、ねじ切りタップに過大なトルク加わる事を防止
する保護装置として、異常負荷から各種機器を保護する
為のトルクリミッタとして利用できる。

【０００２】

【従来の技術】例えば、銅線、鋼線、光ファイバ、炭素
繊維等、各種線材に所望の張力を付与しつつドラムから
送り出したり、或はドラムに巻き取る為には、回転運動
に対する抵抗となるべきトルクを付与する装置が必要に
なる。この様な場合に使用する装置として従来から、例
えば特開平２−６２３７８号公報に記載された様な構造
のものが知られている。図８〜９は、この公報に記載さ
れた磁力式トルク制御装置を示している。

【０００３】回転軸１の中間部には、半硬質マグネット
材等の強磁性材、或は純銅（Cu）等の良導電体により造
られた回転板２を固定している。そして、この回転板２
を、それぞれがドーナツ型に形成された１対の永久磁石
３、４の間に位置させている。これら各永久磁石３、４
はそれぞれ、Ｓ極とＮ極とを円周方向に亙って交互に配
列している。これら両永久磁石３、４の間には円筒状の
スペーサ５を設けて、両永久磁石３、４の間に、上記回
転板２が自由に回転できる空間６を形成している。

【０００４】両永久磁石３、４の内の一方の永久磁石３
は、両方の磁石３、４の相対位置を変更できる様に、回
転軸１を中心として回転自在とし、両永久磁石３、４の
互いに対向する極を同じにしたり、或は異ならせたりで
きる様にしている。尚、両永久磁石３、４が同極同士で
対向した場合に、永久磁石３、４の間隔が広がらない様
に、両永久磁石３、４にケースを被せておく。

【０００５】この様な磁力式トルク制御装置に於いて
は、一方の永久磁石３を所要の角度だけ回転させ、両永
久磁石３、４を同極同士で対向させた場合に、両永久磁
石３、４の間の空間６に強い磁束が形成される。この
為、回転軸１を回転させようとする場合は、回転板２が
この強い磁束を切る事になり、回転軸１の回転を妨げよ
うとする大きな力が働く。

【０００６】従って、この回転軸１を回転させるのに要
するトルクが大きくなる。反対に両永久磁石３、４を異
極同士で対向させた場合、空間６に存在する磁束は弱い
ものとなり、回転軸１を小さいトルクで回転できる様に
なる。両永久磁石３、４の相対位置を変える為に、一方
の永久磁石３を回転させる角度を調節すれば、回転軸１
を回転させるのに要するトルクを最大値から最小値まで
連続的に変化させる事ができる。

【０００７】尚、回転板２を磁性材により造った場合に
は、この回転板２が回転する事に伴なって、この回転板
２を通過する磁束を切る事でトルクを発生する、所謂ヒ
ステリシス型のトルク制御装置を構成する。従って、得
られるトルクは、（上記両永久磁石３、４同士の位置関
係が変化しない限り）上記回転板２の回転速度に関係な
く、一定である。

【０００８】又、上記回転板２を良導電体で造った場合
には、この回転板２の回転に伴なって発生する渦電流の
強さに応じてトルクを発生する、所謂エディカレント型
のトルク制御装置を構成する。従って、得られるトルク
は、上記回転板２の回転速度に比例して増大する。回転
板２の回転速度が遅い場合には、得られるトルクは極く
小さいものとなる。

【０００９】更に、上記回転板２を磁性材と良導電体と
を積層する事により造った場合には、回転板２の回転速
度が遅い場合にも或る程度のトルクを確保できる。そし
て、回転速度が上昇するのに伴なってトルクが増大す
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述の様に構成される
従来の磁力式トルク制御装置は、回転板２と１対の永久
磁石３、４とを軸方向に亙って配置している為、十分に
大きなトルクを得る場合には外径寸法が大きくなる事が
避けられない。

【００１１】この様な外径寸法の増大を抑える為には、
回転軸１の中間部に上記回転板２に相当するトルク付与
ブロックを固定し、このトルク付与ブロックの外周面と
円筒状に配列された永久磁石の内周面とを対向させる事
が考えられる。ところが、この様な構造の場合には、前
述の図８〜９に記載した構造の場合の様に、１対の永久
磁石３、４の位相を変える事による、トルク調整が不可
能になる。トルク付与ブロックと永久磁石とを軸方向に
変位させればトルク調整できるが、現実的ではない。

【００１２】本発明は、上述の様な事情に鑑みてなされ
たもので、大きなトルクを得る場合にも外径寸法を徒に
大きくせず、しかもトルク調整が可能な磁力式トルク制
御装置を得るものである。

【００１３】

【課題を解決する為の手段】本発明の磁力式トルク制御
装置は、回転軸と、磁性材と良導電体との少なくとも一
方を含んで構成され、上記回転軸と同心である円筒形の
外周面を有し、この回転軸の中間部に固定されたトルク
付与ブロックと、このトルク付与ブロックの周囲に設け
られた、筒状で回転しないハウジングと、このハウジン
グの内周面と上記トルク付与ブロックの外周面との間の
筒状空間内に上記ハウジングの内周面の側から順に、そ
れぞれ上記回転軸と同心に設けられた、永久磁石及び磁
性材製の磁束調整筒とを備えている。

【００１４】この内の永久磁石の内周面には円周方向に
亙ってＳ極とＮ極とを、交互に且つ等ピッチで配置して
いる。又、上記磁束調整筒は上記永久磁石の内側に位置
する円筒部を有する。そして、この円筒部にそれぞれが
軸方向に亙る複数のスリットを、上記Ｓ極とＮ極とのピ
ッチと同じピッチで形成している。更に、上記永久磁石
及び磁束調整筒は上記ハウジングの内側に、互いの円周
方向に亙る変位を自在として装着されている。

【００１５】

【作用】上述の様に構成される本発明の磁力式トルク制
御装置の場合には、隣り合うＳ極とＮ極との間で磁束の
流れが形成される。この磁束はトルク付与ブロックの内
部を流れる為、このトルク付与ブロックを固定した回転
軸を回転させる場合には、上記磁束の密度に応じたトル
クが、上記回転軸に付与される。

【００１６】そして、上記磁束の密度は、永久磁石と磁
束調整筒との円周方向に亙る位相を変える事により、調
整自在である。例えば、磁束調整筒の円筒部に形成した
スリットを、隣り合うＳ極とＮ極との境界部分に位置さ
せると、上記磁束はこの磁束調整筒を短絡して流れる事
なく、上記トルク付与ブロック内を流れる。従って、こ
のトルク付与ブロック内に存在する磁束の密度が高くな
って、上記回転軸を回転させる為に要するトルクが大き
くなる。

【００１７】一方、上記スリットを上記境界部分からず
らせると、この境界部分に磁性材製の磁束調整筒の円筒
部が掛け渡された状態となる。この結果、隣り合うＳ極
とＮ極との間で磁束の一部が、上記円筒部を短絡しつつ
流れ、上記トルク付与ブロック内を流れる磁束がその分
だけ減少する。従って、このトルク付与ブロック内に存
在する磁束の密度が低くなって、上記回転軸を回転させ
る為に要するトルクが小さくなる。

【００１８】

【実施例】図１〜７は本発明の実施例を示している。図
１に示す様に、円筒状のハウジング７の内側中心部には
回転軸８を、１対の軸受９ａ、９ｂにより、回転自在に
支持している。即ち、上記ハウジング７の一端（図１の
左端）開口部内周面には内向フランジ状の鍔部１０を形
成しており、この鍔部１０の内周面と上記回転軸８の一
端部（図１の左端部）外周面との間に一方の軸受９ａを
設けている。又、上記ハウジング７の他端（図１の右
端）開口部には、断面が略Ｌ字形で全体が円輪状の蓋体
１１を被着している。そして、この蓋体１１の内周面と
上記回転軸８の中間部外周面との間に、他方の軸受９ｂ
を設けている。尚、上記蓋体１１は上記ハウジング７に
対し、若干の回転自在に装着している。

【００１９】上記回転軸８の中間部で、上記１対の軸受
９ａ、９ｂの間に位置する部分には、図１〜２に示す様
に、トルク付与ブロック１２を固定している。従って、
このトルク付与ブロック１２と回転軸８とは同期して回
転する。このトルク付与ブロック１２は、半硬質マグネ
ット材等の強磁性材、或は純銅等の良導電体、更にはこ
れら強磁性材と良導電体との複合材により円筒状に造ら
れている。トルク付与ブロック１２を構成する材料の違
いにより得られるトルクの特性が異なる事は、前述の図
８〜９に示した従来構造の場合と同様である。

【００２０】そして、このトルク付与ブロック１２は、
上記回転軸８と同心である円筒形の外周面１２ａを有す
る。又、このトルク付与ブロック１２の両端面と、上記
軸受９ａ、９ｂとの間には、図１に示す様に、それぞれ
スペーサ１３ａ、１３ｂを設けて、上記両端面が上記鍔
部１０或は上記蓋体１１の内側面と摺接する事を防止し
ている。

【００２１】上記ハウジング７の内周面７ａと上記トル
ク付与ブロック１２の外周面１２ａとの間の筒状空間１
４内には、図１に示す様に、上記ハウジング７の内周面
７ａの側から順に、永久磁石１５と磁束調整筒１６とを
設けている。この内の永久磁石１５は、図２に示す様
に、それぞれが円弧板状に造られた、同形同大の複数枚
（図示の例では４枚）の磁石素子１７ａ、１７ｂと、円
筒状の保持筒１８とから成る。上記各磁石素子１７ａ、
１７ｂはこの保持筒１８の内周面に、接着等の手段によ
り固定されている。尚、上記保持筒１８は、好ましくは
磁性材により造る。

【００２２】上記複数枚の磁石素子１７ａ、１７ｂの
内、半分の磁石素子１７ａ、１７ａはその内周面をＳ極
とし、残り半分の磁石素子１７ｂ、１７ｂはその内周面
をＮ極としている。これら各磁石素子１７ａ、１７ｂは
上記保持筒１８の内周面に、交互に、且つ隣り合う磁石
素子１７ａ、１７ｂの円周方向端縁同士の間に隙間１
９、１９を介在させた状態で固定している。従って、こ
れら磁石素子１７ａ、１７ｂと保持筒１８とにより、内
周面にＳ極とＮ極とを、交互に且つ等ピッチで配置した
円筒状の永久磁石１５が構成される。

【００２３】上記各磁石素子１７ａ、１７ｂの軸方向に
亙る長さ寸法は、図１に示す様に、上記保持筒１８の長
さ寸法よりも短い。そして、上記各磁石素子１７ａ、１
７ｂを保持筒１８の内周面に固定する場合に、この保持
筒１８の片端部１８ａ（図１の右端部）を、上記各磁石
素子１７ａ、１７ｂの軸方向端縁から突出させている。
そして、上記端部１８ａを前記蓋体１１の内側面に形成
した凸部１１ａに外嵌し、この凸部１１ａの外周面と上
記端部１８ａとの間にピン２０を掛け渡している。従っ
て、上記蓋体１１と保持筒１８を含む永久磁石１５と
が、同期して回転する。

【００２４】一方、前記磁束調整筒１６は、図１、２、
６、７に示す様に、上記永久磁石１５の内側に位置する
円筒部２１と、この円筒部２１の端部（図１の左端部）
外周面に形成された、外向フランジ状の鍔部２２とから
成る。この内の円筒部２１は、上記永久磁石１５の内径
と同じかこの内径よりも僅かに小さな外径と、前記トル
ク付与ブロック１２の外径よりも少し大きな内径とを有
する。又、上記鍔部２２の外径は、前記ハウジング７の
内径とほぼ同じとしている。

【００２５】又、上記鍔部２２の円周方向複数箇所（図
示の例では４箇所）には、直径方向に亙る円孔２３、２
３を、上記ハウジング７の一部で、この円孔２３、２３
と整合する位置にはねじ孔２４を、それぞれ形成してい
る。そして、このねじ孔２４に止めねじ２５を、直径方
向外方から螺合し、更にこの止めねじ２５の先端を上記
円孔２３の外端開口部に係合させている。従って、上記
磁束調整筒１６は、上記ハウジング７の内側に、回転不
能に固定されている。

【００２６】更に、上記円筒部２１には、それぞれが軸
方向（図１、２、６の左右方向、図３、４、７の表裏方
向）に亙る複数本（図示の例では４本）のスリット２
６、２６を形成している。この様な複数本のスリット２
６、２６のピッチは、前記永久磁石１５のＳ極とＮ極と
を構成する為の磁石素子１７ａ、１７ｂのピッチと同じ
にしている。又、各スリット２６、２６の幅は、隣り合
う磁石素子１７ａ、１７ｂの円周方向端縁同士の間に形
成された、前記隙間１９、１９の幅と、ほぼ同じにして
いる。

【００２７】上述の様に構成される本発明の磁力式トル
ク制御装置の場合には、図３〜４に矢印で示す様に、隣
り合う磁石素子１７ａ、１７ｂの内周面の磁極であるＳ
極とＮ極との間で、磁束の流れが形成される。この磁束
はトルク付与ブロック１２の内部を流れる為、このトル
ク付与ブロック１２を固定した回転軸８を回転させる場
合には、上記磁束の密度に応じたトルクが、上記回転軸
８に付与される。

【００２８】そして、上記磁束の密度は、永久磁石１５
と磁束調整筒１６との円周方向に亙る位相を変える事に
より、調整自在である。例えば、図３に示す様に、磁束
調整筒１６の円筒部２１に形成したスリット２６、２６
を、隣り合うＳ極とＮ極との境界部分である、前記隙間
１９、１９に整合させると、上記磁束はこの磁束調整筒
１６を短絡して流れる事なく、上記トルク付与ブロック
１２内を流れる。従って、このトルク付与ブロック１２
内に存在する磁束の密度が高くなって、上記回転軸８を
回転させる為に要するトルクが大きくなる。

【００２９】一方、図４に示す様に、上記スリット２
６、２６を上記境界部分である隙間１９、１９からずら
せると、この境界部分に磁性材製の磁束調整筒１６の円
筒部２１が掛け渡された状態となる。この結果、図４に
矢印で示す様に、隣り合うＳ極とＮ極との間で磁束の一
部が、上記円筒部２１を短絡しつつ流れ、上記トルク付
与ブロック１２内を流れる磁束がその分だけ減少する。
従って、このトルク付与ブロック１２内に存在する磁束
の密度が低くなって、上記回転軸８を回転させる為に要
するトルクが小さくなる。

【００３０】上記各スリット２６、２６と隙間１９、１
９との位置関係を調節する作業は、前記蓋体１１をハウ
ジング７に対し回転させ、前記永久磁石１５を磁束調整
筒１６の周囲で回転させる事により、容易に行なえる。
所望のトルクに調整後、上記ハウジング７中間部のねじ
孔２７に螺合した止めねじ２８を緊締し、この止めねじ
２８の先端部を前記保持筒１８の外周面に強く押し付け
れば、上記永久磁石１５が不用意に回転する事がなくな
る。従って、上記トルクは調整後の値に固定されたまま
となる。

【００３１】上記各スリット２６、２６と隙間１９、１
９とのずれを、図３と図４との中間位置にすれば、得ら
れるトルクの値も中間の値となる。本発明者が行なった
実験によると、磁束調整筒１６を設けない場合に６００
gf・cm のトルクを得られる磁力式トルク制御装置に、磁
束調整筒１６を設けると、５０〜５００gf・cm の範囲
で、無段階にトルクの調整を行えた。尚、この様なトル
クの調整作業を容易に行なえる様にする為、上記蓋体１
１の外周面と上記ハウジング７の端部外周面との間に目
盛を設ける事もできる。

【００３２】

【発明の効果】本発明の磁力式トルク制御装置は、以上
に述べた通り構成され作用するが、大きなトルクを得る
場合にも外径寸法を徒に大きくせず、しかもトルク調整
が可能となる為、各種機械装置の設計の容易化を図れる
等、産業上の効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁力式トルク制御装置の実施例を示す
断面図。

【図２】トルク調整部分の分解斜視図。

【図３】トルクを最大値とした状態で示す、図１のＡ−
Ａ断面図。

【図４】同じく最小値とした状態で示す、図１のＡ−Ａ
断面図。

【図５】組み立てられた状態を示す側面図。

【図６】磁束調整筒の断面図。

【図７】図６のＢ−Ｂ断面図。

【図８】従来から知られた磁力式トルク制御装置の原理
を示す分解斜視図。

【図９】同じく断面図。

【符号の説明】

１ 回転軸 ２ 回転板 ３、４ 永久磁石 ５ スぺーサ ６ 空間 ７ ハウジング ７ａ 内周面 ８ 回転軸 ９ａ、９ｂ 軸受 １０ 鍔部 １１ 蓋体 １１ａ 凸部 １２ トルク付与ブロック １２ａ 外周面 １３ａ、１３ｂ スぺーサ １４ 筒状空間 １５ 永久磁石 １６ 磁束調整筒 １７ａ、１７ｂ 磁石素子 １８ 保持筒 １８ａ 端部 １９ 隙間 ２０ ピン ２１ 円筒部 ２２ 鍔部 ２３ 円孔 ２４ ねじ孔 ２５ 止めねじ ２６ スリット ２７ ねじ孔 ２８ 止めねじ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸と、磁性材と良導電体との少なく
   とも一方を含んで構成され、上記回転軸と同心である円
   筒形の外周面を有し、この回転軸の中間部に固定された
   トルク付与ブロックと、このトルク付与ブロックの周囲
   に設けられた、筒状で回転しないハウジングと、このハ
   ウジングの内周面と上記トルク付与ブロックの外周面と
   の間の筒状空間内に上記ハウジングの内周面の側から順
   に、それぞれ上記回転軸と同心に設けられた、永久磁石
   及び磁性材製の磁束調整筒とを備え、 この内の永久磁石の内周面には円周方向に亙ってＳ極と
   Ｎ極とを、交互に且つ等ピッチで配置しており、 上記磁束調整筒は上記永久磁石の内側に位置する円筒部
   を有し、この円筒部にそれぞれが軸方向に亙る複数のス
   リットを、上記Ｓ極とＮ極とのピッチと同じピッチで形
   成したものであり、 上記永久磁石及び磁束調整筒は上記ハウジングの内側
   に、互いの円周方向に亙る変位を自在として装着されて
   いる磁力式トルク制御装置。