(57)【要約】  回転軸の容器内外に圧力差がある場合、また海水などの腐食環境中であっても使用可能な磁気カップリングを提供することにある。そのため本発明は、複数個の第１の磁石を固定した回転軸と、この回転軸と同軸に配されて複数個の第２の磁石を固定した被回転軸とを有し、前記第１と第２の磁石のお互いの吸引力で前記回転軸の回転トルクを前記被回転軸に伝達する磁気カップリングであって、前記回転軸と前記被回転軸との間に繊維強化樹脂からなる隔壁が二層設けられ、この隔壁間に繊維強化樹脂からなる中間回転体を介在させ、この中間回転体は複数個の第３の磁石を固定するとともに、前記中間回転体は二層の隔壁との間で回転自由となっており、この中間回転体の表面に摺動部材が固定されるようにしたものである。
2014054087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の第１の磁石を固定した回転軸と、この回転軸と同軸に配されて複数個の第２の磁石を固定した被回転軸とを有し、
前記第１と第２の磁石のお互いの吸引力で前記回転軸の回転トルクを前記被回転軸に伝達する磁気カップリングであって、
前記回転軸と前記被回転軸との間に繊維強化樹脂からなる隔壁が二層設けられ、この隔壁間に繊維強化樹脂からなる中間回転体を介在させ、この中間回転体は複数個の第３の磁石を固定するとともに、
前記中間回転体は二層の隔壁との間で回転自由となっており、この中間回転体の表面に摺動部材が固定されていることを特徴とする磁気カップリング。
【請求項２】
請求項１記載の磁気カップリングにおいて、
前記回転軸と中間回転体と被回転軸が円筒形状であることを特徴とする磁気カップリング。
【請求項３】
請求項１記載の磁気カップリングにおいて、
前記回転軸と中間回転体と被回転軸が円板形状であることを特徴とする磁気カップリング。
【請求項４】
請求項１記載の磁気カップリングにおいて、
前記回転軸と中間回転体と被回転軸が円錐台形状であることを特徴とする磁気カップリング。
【請求項５】
請求項１記載の磁気カップリングにおいて、
前記回転軸と中間回転体と被回転軸がドーム形状であることを特徴とする磁気カップリング。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の磁気カップリングにおいて、
前記回転軸と中間回転体と前記被回転軸を構成する繊維強化樹脂はガラス繊維、炭化ケイ素繊維、セラミック繊維、有機繊維が用いられ、樹脂はエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ナイロン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂であることを特徴とする磁気カップリング。
【請求項７】
請求項１記載の磁気カップリングにおいて、
前記中間回転体の外表面と隔壁内面との接触部には摺動部材が固定されていることを特徴とする磁気カップリング。
【請求項８】
請求項６記載の磁気カップリングにおいて、
前記摺動部材を構成する繊維強化樹脂はポリベンゾイミダゾール、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、芳香族ポリアミド、ポリアリレート、芳香族ポリエステルで製造される繊維が用いられ、摺動部材の樹脂はエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ナイロン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂であることを特徴とする磁気カップリング。
【請求項９】
請求項１記載の磁気カップリングにおいて、
前記中間回転体の外表面と隔壁内面の両方に摺動部材が固定されていることを特徴とする磁気カップリング。
【請求項１０】
請求項８記載の磁気カップリングにおいて、
前記摺動部材を構成する繊維強化樹脂はポリベンゾイミダゾール、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、芳香族ポリアミド、ポリアリレート、芳香族ポリエステルで製造される繊維が用いられ、摺動部材の樹脂はエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ナイロン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂となっていること、あるいはセラミックス材で製作されていることを特徴とする磁気カップリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気カップリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転軸を有する構造物においては、回転軸が主回転軸と被回転軸とに分けられ、両者の間に磁石の吸引力を利用した磁気カップリングを利用したものがある。この磁気カップリングの利用による主回転軸のトルクを被回転軸に伝える機構は多数存在する。特に化学薬品の搬送や、血液、食品など衛生上の関係から、回転トルクを発生する発動機と薬品等との接触を避けることが必要な場合に多く用いられている。【０００３】
その一例として、特開２００５−１６０２７４号公報（特許文献１）がある。この例では、冷凍機の冷媒を搬送する電動機の軸に磁気カップリングを取り付け、主回転軸側と被回転軸側との間に金属製の隔壁が介在されている。この隔壁の板厚を薄くすることで磁力の劣化を防いだ例が記載されている。そして薄くなった隔壁の強度を補う目的で、特許文献１では、繊維強化プラスチック製のリングをその外周側に設置したものである。【０００４】
また、特開２００１−２５８２０８号公報（特許文献２）は、自動車用冷却剤のポンプに磁気カップリングを利用し、回転軸側とポンプファンのついた被回転軸側の間に繊維強化されたプラスチックで製作された隔壁を設けた例である。なお、回転軸と静止側の容器の間にゴムなどで製作されたシール材をはさみ、容器の内外の流体の移動を極力抑える例は多数ある。【０００５】
さらに、特開平７−１５８６４３号公報（特許文献３）は、回転軸が熱膨張で軸方向に伸縮する場合に備え、ベアリングの左右に設けた部屋にグリースを注入したものである。このグリースによって、ベアリングが左右に動いた場合でも、グリースが圧力バッファとなるようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１６０２７４号公報
【特許文献２】特開２００１−２５８２０８号公報
【特許文献３】特開平７−１５８６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の従来技術では次のような課題が考えられる。【０００８】
海水中や腐食溶液中で使用する回転機械の場合、構造物の容器内側と外側の流体の移動を避けたいがために、上述の磁気カップリングを利用することが多い。ただし、容器内外に圧力差がある場合は、回転軸と被回転軸との間に位置する隔壁の強度、剛性を上げて、容器が変形あるいは破壊を防止する必要が生じる。その場合、必然的に隔壁の板厚を増加させ、磁気カップリングの回転軸側の磁石と被回転軸側の磁石との間隔を広げる必要がある。【０００９】
このとき、磁力の伝達率をなるべく低下させないように、隔壁に透磁率の小さい繊維強化樹脂材を設ける特許文献１のアイデアが考えられる。しかし、金属製の隔壁に対して剛性の小さい繊維強化樹脂材で隔壁を作成すると、圧力差に耐えうる剛性と強度を確保するためには、隔壁自身の板厚は金属単体で隔壁を製作した時以上に増加してしまう。したがって、磁力の伝達率は低下してしまう。【００１０】
容器内外に圧力差がある場合に、上記のシール材を介在させる特許文献２のアイデアを用いる場合、シール材の接触面圧を大きくすることですきまを小さくとる必要がある。【００１１】
しかし、この高面圧荷重によってシール材の摩耗が促進されるため、定期的な交換が必要となる。さらに回転軸の回転トルクも大きくなってしまう。また、摺動させて回転させるためには、わずかながら隙間が必要となる。この隙間に高圧水や特許文献３のような高圧グリースなどを常に満たしておく必要が生じるため、回転シール部からは、多少の水やグリースが漏えいする可能性がある。水やグリースが漏洩した状況での長期間の使用においては、回転シール部にグリースなどが付着、堆積するためそこにゴミなどが混入し、美観を維持することが難しい。【００１２】
そこで本発明の目的は、回転軸の容器内外に圧力差がある場合、また海水などの腐食環境中であっても使用可能な磁気カップリングを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために本発明は、複数個の第１の磁石を固定した回転軸と、この回転軸と同軸に配されて複数個の第２の磁石を固定した被回転軸とを有し、前記第１と第２の磁石のお互いの吸引力で前記回転軸の回転トルクを前記被回転軸に伝達する磁気カップリングであって、前記回転軸と前記被回転軸との間に繊維強化樹脂からなる隔壁が二層設けられ、この隔壁間に繊維強化樹脂からなる中間回転体を介在させ、この中間回転体は複数個の第３の磁石を固定するとともに、前記中間回転体は二層の隔壁との間で回転自由となっており、この中間回転体の表面に摺動部材が固定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、回転軸の容器内外に圧力差がある場合、また海水などの腐食環境中であっても使用可能な磁気カップリングを提供することにある。【００１５】
上記した以外の課題、構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１に係る磁気カップリングの断面図である。
【図２】本発明の実施例２に係る磁気カップリングの断面図である。
【図３】本発明の実施例２に係る中間回転体の斜視図である。
【図４】本発明の実施例２に係る隔壁の斜視図である。
【図５】本発明の実施例３に係る中間回転体の斜視図である。
【図６】本発明の実施例４に係る中間回転体の斜視図である。
【図７】本発明の実施例５に係る磁気カップリングの断面図である。
【図８】本発明の実施例６に係る磁気カップリングの断面図である。
【図９】本発明の実施例７に係る磁気カップリングを内在した船舶の側面図である。
【図１０】本発明の実施例８に係る磁気カップリングを内在した深海調査船の側面図である。
【図１１】本発明の実施例９に係る磁気カップリングを内在した深海掘削機械の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施例を図にしたがって順次説明する。
【実施例１】
【００１８】
本実施例では、磁気カップリングの例を説明する。なお、説明の関係上、本発明を船に実施した場合を例として説明するが、本発明は船に限定されるものではない。【００１９】
図１は本発明の実施例１に係る磁気カップリングの断面図である。【００２０】
図１において、回転軸１の円筒あるいは円柱形状をした部位の外周部近傍に第１の磁石２ａが複数個固定されている。この回転軸１は水密容器３の内部（例えば、船舶で言えば、キャビン内部）に位置したエンジンと連結された回転軸ことである。【００２１】
水密容器３の一部には繊維強化樹脂で製作された円筒状の隔壁４（船舶で言えば、キャビンを構成する壁）が存在する。この隔壁４は二層存在し、その間隔はスペーサ５の板厚で一定とされている。二層の隔壁４の端部は水密容器３、スペーサ５に接着あるいは適当なシール材を介して固定される。二層の隔壁４の間には、繊維強化樹脂で製作された円筒状の中間回転体６が存在する。【００２２】
中間回転体６には第３の磁石２ｃが複数個固定されている。外側の隔壁４の外部には、被回転軸７（船舶で言えば、海水側のスクリューに連結された回転軸）が存在し、回転軸１の回転軸方向と被回転軸７の軸方向は一致するように配される。被回転軸７の隔壁４に相対する部分には第２の磁石２ｂが複数個固定されている。なお回転軸１、被回転軸７の材質は問わない。【００２３】
隔壁４、中間回転体６は円筒形状をしており、繊維強化樹脂で製作されている。この繊維はガラス繊維、炭化ケイ素繊維、セラミック繊維、有機繊維などの導電率が小さく、比透磁率が小さく、高強度な繊維が用いられる。樹脂の種類としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ナイロン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂が考えられる。これらの樹脂は導電率が小さく、比透磁率が小さければ種類を問わないが、強度が比較的大きいものが好ましい。【００２４】
回転軸１に固定された第１の磁石２ａの外表面側の磁性は、中間回転体６に固定された第３の磁石２ｃの内表面側の磁性と異なるように配されている。この中間回転体６に固定された第３の磁石２ｃの外表面側の磁性は、被回転軸７に固定された第２の磁石２ｂの内表面側の磁性と異なるように配される。磁石の種類としてはネオジウム磁石、フェライト磁石などの磁力の強いものが好ましい。【００２５】
中間回転体６の外表面と隔壁４内面との接触部には摺動部材８が固定されている。摺動部材８の材質としては繊維強化樹脂とし、繊維はポリベンゾイミダゾール、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、芳香族ポリアミド、ポリアリレート、芳香族ポリエステルで製造される繊維が用いられる。また、摺動部材８の樹脂はエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ナイロン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂が考えられる。【００２６】
また摺動部材８が二分割され、一方が隔壁４側内面に固定され、もう一方が中間回転体６外面に固定され互いに接する状態になっていてもよい。この場合の摺動部材の材質は上記の繊維強化樹脂に加えてセラミックス材であってもよい。【００２７】
このように本実施例によれば、回転軸１にモータなどにより回転運動が伝えられた場合、回転軸１の第１の磁石２ａと、中間回転体６の第３の磁石２ｃの引力によって回転軸１と中間回転体６とは同じ回転速度で回転する。そして、中間回転体６の第３の磁石２ｃと被回転軸７の第２の磁石２ｂとの間に働く引力により、中間回転体６と被回転軸７は同じ回転速度で回転する。結果として、回転軸１の回転運動が被回転軸７に伝達される。【００２８】
水密容器３の外部の海水圧が大きい場合でも、隔壁４と中間回転体６の三層構造の繊維強化樹脂製構造物の剛性により、その変形量は小さくできる。隔壁４の板厚は使用する内外圧差に応じて自由に変えることができる。たとえ、隔壁４の板厚が増加しても、中間回転体６にも第３の磁石２ｃが固定されているため、回転トルクの伝達は減衰することなく行われる。また、隔壁４が海水圧で変形し水密容器３の内側方向に変形しても、隔壁４と中間回転体６の間に挿入されている摺動部材８によって、低摩擦力で中間回転体６は回転運動可能となる効果を生む。
【実施例２】
【００２９】
次に、実施例２を備えた磁気カップリングの例を説明する。【００３０】
図２は本発明の実施例２に係る磁気カップリングの断面図である。【００３１】
図３は本発明の実施例２に係る中間回転体の斜視図である。【００３２】
図４は本発明の実施例２に係る隔壁の斜視図である。【００３３】
図２において、平板回転軸９には第１の磁石２ａが複数個固定されている。この平板回転軸９は水密容器３の内部に位置している。【００３４】
水密容器３の一部には繊維強化樹脂で製作された円板状の隔壁１０が存在する。この隔壁１０は二層存在する。二層の隔壁１０の端部は水密容器３に隔壁押さえ具１１とボルト１２によって固定される。二層の隔壁１０の間には、繊維強化樹脂で製作された円板状の中間回転体１３が存在する。【００３５】
中間回転体１３には第３の磁石２ｃが複数個固定されている。外側の隔壁１０の外部には、平板被回転軸１４が存在し、平板回転軸９の回転軸方向と平板被回転軸１４の軸方向は一致するように配される。平板被回転軸１４の隔壁１０に相対する部分には第２の磁石２ｂが複数個固定される。なお平板回転軸９、平板被回転軸１４の材質は問わない。【００３６】
隔壁１０及び中間回転体１３は円板形状をしており、繊維強化樹脂で製作されている。この繊維はガラス繊維、炭化ケイ素繊維、セラミック繊維、有機繊維などの導電率が小さく、比透磁率が小さく、高強度な繊維が用いられる。樹脂の種類としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ナイロン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂が考えられる。これらの樹脂は導電率が小さく、比透磁率が小さければ種類を問わないが、強度が比較的大きいものが好ましい。【００３７】
平板回転軸９に固定された第１の磁石２ａの外表面側の磁性は、中間回転体１３に固定された第３の磁石２ｃの内表面側の磁性と異なるように配されている。中間回転体１３に固定された第３の磁石２ｃの外表面側の磁性は、平板被回転軸１４に固定された第２の磁石２ｂの内表面側の磁性と異なるように配される。磁石の種類としてはネオジウム磁石、フェライト磁石などの磁力の強いものが好ましい。【００３８】
中間回転体１３の外表面と隔壁１０内面との接触部には摺動部材８が固定されている。摺動部材８の材質としては繊維強化樹脂とし、繊維はポリベンゾイミダゾール、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、芳香族ポリアミド、ポリアリレート、芳香族ポリエステルで製造される繊維が用いられる。また、摺動部材８の樹脂はエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ナイロン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂が考えられる。【００３９】
また摺動部材８が二分割され、一方が隔壁１０側内面に固定され、もう一方が中間回転体１３外面に固定され互いに接する状態になっていてもよい。この場合の摺動部材の材質は上記の繊維強化樹脂に加えてセラミックス材であってもよい。【００４０】
図３において、中間回転体１３の表面の外周部と内周部には摺動部材８が固定されている。この摺動部材８に挟まれる領域に、第３の磁石２ｃが複数個固定されている。第３の磁石２ｃの表面は摺動部材８の表面より低い位置にある。これにより、回転運動時に第３の磁石２ｃを傷つけることを防止できる。【００４１】
図４において、隔壁１３の内側表面の外周部と内周部には摺動部材１５が固定されている。この摺動部材１５の幅は中間回転体１３に固定された摺動部材８の幅よりも大きくなっている。こうすることによって、外圧によって隔壁１０が変形した場合でも、常に中間回転体１３に固定された摺動部材８と、隔壁１３との内側表面に固定された摺動部材１５は接触することができ、安定した回転運動を行える。【００４２】
本実施例によれば、モータ或いはエンジンによって平板回転軸９に回転運動が伝えられた場合、平板回転軸９の第１の磁石２ａと、中間回転体１３の第３の磁石２ｃの引力で平板回転軸９と中間回転体１３とは同じ回転速度で回転する。そして、中間回転体１３の第３の磁石２ｃと平板被回転軸９の第２の磁石２ｂとの間に働く引力により、中間回転体１３と平板被回転軸１４とは同じ回転速度で回転する。結果として、平板回転軸９の回転運動が平板被回転軸１４に伝達されることになる。【００４３】
水密容器３の外部の海水圧が大きい場合でも、隔壁１０と中間回転体１３の三層構造の繊維強化樹脂製構造物の剛性により、その変形量を小さくできる。また、隔壁１０の板厚は使用する内外圧差に応じて自由に変えることができる。【００４４】
たとえ、隔壁１０の板厚が増加しても、中間回転体１３にも第３の磁石２ｃが固定されているため、回転トルクの伝達は減衰することなく行われる。また、隔壁１０が海水圧で変形し水密容器３の内側方向に変形しても、隔壁１０と中間回転体１３の間に挿入されている摺動部材８によって、低摩擦力で中間回転体１３は回転運動可能となる効果を生む。【００４５】
また、平板回転軸９、中間回転体１３、平板被回転軸１４は円板形状をしているため、軸方向の厚み、高さをコンパクトにできるという効果を生む。
【実施例３】
【００４６】
本実施例では、中間回転体１３の他の例を説明する。【００４７】
図５は、本発明の実施例３に係る中間回転体の斜視図である。【００４８】
図５において、中間回転体１３の表面の外周部と内周部に加えて、第３の磁石２ｃの間にも摺動部材８を固定されている。摺動部材８に挟まれる領域に、第３の磁石２ｃが複数個固定されている。第３の磁石２ｃの表面は摺動部材８の表面より低い位置にある。これにより、回転運動時に第３の磁石２ｃを傷つけることがなくなる。【００４９】
このように本実施例によれば、中間回転体１３に固定された摺動部材８と、隔壁１０内面との接触面積が大きくできりため、より高圧の海水中でも隔壁１０や中間回転体１３の変形を小さくすることができるという効果を生む。
【実施例４】
【００５０】
本実施例では、中間回転体１３の他の例を説明する。【００５１】
図６は、本発明の実施例４に係る中間回転体の斜視図である。【００５２】
図６において、中間回転体１３の内部には第３の磁石２ｃが埋設されている。中間回転体１３は繊維強化樹脂で製作されており、第３の磁石２ｃは繊維強化樹脂の成型時に一体成型（いわゆる、インサート成形）されていてもよいし、成形後に第３の磁石２ｃを挿入してもよい。【００５３】
本実施例では第３の磁石２ｃが埋設された中間回転体１３の隔壁１０に接する面に摺動部材８が一体成型されている。摺動部材８は、中間回転体１３の成形後に、接着剤によって固定されてもよいし、成型過程に一体成型（いわゆる、インサート成形）されてもよい。【００５４】
このように、本実施例によれば、中間回転体１３に固定あるいは一体成型された摺動部材８と、隔壁１０との接触面積がより大きくできるため、高圧の海水中でも隔壁１０や中間回転体１３の面圧や変形を小さくすることができるという効果を生む。
【実施例５】
【００５５】
本実施例では、磁気カップリングの他の例を説明する。【００５６】
図７は、本発明の実施例５に係る磁気カップリングの断面図である。【００５７】
図７において、円錐形状回転軸１６に第１の磁石２ａが複数個固定されている。円錐台形状回転軸１６は水密容器３の内部に位置している。水密容器３の一部には繊維強化樹脂で製作された円錐台形状の隔壁１７が存在する。隔壁１７は二層存在する。二層の隔壁１７の端部は水密容器３に隔壁押さえ具１１とボルト１２によって固定される。二層の隔壁１７の間には、繊維強化樹脂で製作された円錐台形状の中間回転体１８が存在する。【００５８】
中間回転体１８には第３の磁石２ｃが複数個固定されている。外側の円錐台形状隔壁１７の外部には、円錐台形状被回転軸１９が存在し、円錐台形状回転軸１６の回転軸方向と円錐台形状被回転軸１９の軸方向は一致するように配される。【００５９】
円錐台形状被回転軸１９の隔壁１７に相対する部分には第２の磁石２ｂが複数個固定される。なお円錐台形状回転軸１６、円錐台形状被回転軸１９の材質は問わない。【００６０】
隔壁１７、中間回転体１８は円錐台形状をしており、繊維強化樹脂で製作されており、繊維はガラス繊維、炭化ケイ素繊維、セラミック繊維、有機繊維などの導電率が小さく、比透磁率が小さく、高強度な繊維が用いられる。樹脂の種類としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ナイロン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂が考えられる。これらの樹脂は導電率が小さく、比透磁率が小さければ種類を問わないが、強度が比較的大きいものが好ましい。【００６１】
円錐台形状回転軸１６に固定された第１の磁石２ａの外表面側の磁性は、中間回転体１８に固定された第３の磁石２ｃの内表面側の磁性と異なるように配され、中間回転体１８に固定された第３の磁石２ｃの外表面側の磁性は、円錐台形状被回転軸１９に固定された第２の磁石２ｂの内表面側の磁性と異なるように配される。磁石の種類としてはネオジウム磁石、フェライト磁石などの磁力の強いものが好ましい。【００６２】
中間回転体１８の外表面と隔壁１７内面との接触部には摺動部材８が固定されている。摺動部材８の材質としては繊維強化樹脂とし、繊維はポリベンゾイミダゾール、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、芳香族ポリアミド、ポリアリレート、芳香族ポリエステルで製造される繊維が用いられる。また、摺動部材８の樹脂はエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ナイロン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂が考えられる。【００６３】
また摺動部材８が二分割され、一方が隔壁１７側内面に固定され、もう一方が中間回転体１８外面に固定され互いに接する状態になっていてもよい。この場合の摺動部材の材質は上記の繊維強化樹脂に加えてセラミックス材であってもよい。【００６４】
本実施例によれば、円錐台形状回転軸１６にモータなどにより回転運動が伝えられた場合、円錐台形状回転軸１６の第１の磁石２ａと、中間回転体１８の第３の磁石２ｃの引力で円錐台形状回転軸１６と中間回転体１８は同じ回転速度で運動する。そして、中間回転体１８の第３の磁石２ｃと円錐台形状被回転軸１９の第２の磁石２ｂの間に働く引力により、中間回転体１３と円錐台形状被回転軸１９は同じ回転速度で運動する。結果として、円錐台形状回転軸１６の回転運動が円錐台形状被回転軸１９に伝達される。【００６５】
水密容器３の外部の海水圧が大きい場合でも、隔壁１７と中間回転体１８の三層構造の繊維強化樹脂製構造物の剛性により、その変形量は小さくできる。隔壁１７の板厚は使用する内外圧差に応じて自由に変えることができる。たとえ、隔壁１７の板厚が増加しても、中間回転体１８にも第３の磁石２ｃが固定されているため、回転トルクの伝達は減衰することなく行われる。また、隔壁１７が海水圧で変形し水密容器３の内側方向に変形しても、隔壁１７と中間回転体１８の間に挿入されている摺動部材８によって、低摩擦力で中間回転体１８は回転運動可能となる効果を生む。【００６６】
また、回転軸１６、中間回転体１８、被回転軸１９は円錐台形状をしているため、高い海水圧に対しても、円錐台形状を構成している強化繊維の中で、周方向の強化繊維が有効に張力を発するために変形が極めて小さくなる。したがって、より高い海水圧環境下での使用が可能になるという効果を生む。また同じ海水圧に対してより隔壁１７の板厚を減ずることができるため、磁力の減衰がより少なくできるという効果を生む。
【実施例６】
【００６７】
本実施例では、磁気カップリングの他の例を説明する。【００６８】
図８は、本発明の実施例６に係る磁気カップリングの断面図である。【００６９】
図８において、ドーム形状回転軸２０に第１の磁石２ａが複数個固定されている。ドーム形状回転軸２０は水密容器３の内部に位置している。水密容器３の一部には繊維強化樹脂で製作されたドーム形状の隔壁２１が存在する。隔壁２１は二層存在する。二層の隔壁２１の端部は水密容器３に隔壁押さえ具１１とボルト１２によって固定される。二層の隔壁２１の間には、繊維強化樹脂で製作されたドーム形状の中間回転体２２が存在する。【００７０】
中間回転体２２には第３の磁石２ｃが複数個固定されている。外側のドーム形状隔壁２１の外部には、ドーム形状被回転軸２３が存在し、ドーム形状回転軸２０の回転軸方向とドーム形状被回転軸２３の軸方向は一致するように配される。【００７１】
ドーム形状被回転軸２３の隔壁２１に相対する部分には第２の磁石２ｂが複数個固定される。なおドーム形状回転軸２０、ドーム形状被回転軸２３の材質は問わない。隔壁２１、中間回転体２２はドーム形状をしており、繊維強化樹脂で製作されており、繊維はガラス繊維、炭化ケイ素繊維、セラミック繊維、有機繊維などの導電率が小さく、比透磁率が小さく、高強度な繊維が用いられる。樹脂の種類としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ナイロン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂が考えられる。これらの樹脂は導電率が小さく、比透磁率が小さければ種類を問わないが、強度が比較的大きいものが好ましい。【００７２】
ドーム形状回転軸２０に固定された第１の磁石２ａの外表面側の磁性は、中間回転体２２に固定された第３の磁石２ｃの内表面側の磁性と異なるように配され、中間回転体２２に固定された第３の磁石２ｃの外表面側の磁性は、ドーム形状被回転軸２３に固定された第２の磁石２ｂの内表面側の磁性と異なるように配される。磁石の種類としてはネオジウム磁石、フェライト磁石などの磁力の強いものが好ましい。【００７３】
中間回転体２２の外表面と隔壁２１内面との接触部には摺動部材８が固定されている。摺動部材８の材質としては繊維強化樹脂とし、繊維はポリベンゾイミダゾール、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、芳香族ポリアミド、ポリアリレート、芳香族ポリエステルで製造される繊維が用いられる。また、摺動部材８の樹脂はエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ナイロン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂が考えられる。【００７４】
また摺動部材８が二分割され、一方が隔壁２１側内面に固定され、もう一方が中間回転体２２外面に固定され互いに接する状態になっていてもよい。この場合の摺動部材の材質は上記の繊維強化樹脂に加えてセラミックス材であってもよい。【００７５】
このように本実施例によれば、ドーム形状回転軸２０にモータなどにより回転運動が伝えられた場合、ドーム形状回転軸２０の第１の磁石２ａと、中間回転体２２の第３の磁石２ｃの引力でドーム形状回転軸２０と中間回転体２２は同じ回転速度で運動する。そして、中間回転体２２の第３の磁石２ｃとドーム形状被回転軸２３の第２の磁石２ｂとの間に働く引力により、中間回転体２２とドーム形状被回転軸２３は同じ回転速度で運動する。結果として、ドーム形状回転軸２０の回転運動がドーム形状被回転軸２３に伝達される。【００７６】
水密容器３の外部の海水圧が大きい場合でも、隔壁２１と中間回転体２２との三層構造の繊維強化樹脂製構造物の剛性により、その変形量は小さくできる。隔壁２１の板厚は使用する内外圧差に応じて自由に変えることができる。たとえ、隔壁２１の板厚が増加しても、中間回転体２２にも第３の磁石２ｃが固定されているため、回転トルクの伝達は減衰することなく行われる。また、隔壁２１が海水圧で変形し水密容器３の内側方向に変形しても、隔壁２１と中間回転体２２の間に挿入されている摺動部材８によって、低摩擦力で中間回転体２２は回転運動可能となる効果を生む。【００７７】
また、回転軸２０、中間回転体２２、被回転軸２３はドーム形状をしているため、高い海水圧に対しても、ドーム形状を構成している強化繊維の中で、周方向の強化繊維が有効に張力を発するために変形が極めて小さくなる。したがって、より高い海水圧環境下での使用が可能になるという効果を生む。また同じ海水圧に対してより隔壁２１の板厚を減ずることができるため、磁力の減衰がより少なくできるという効果を生む。さらに隔壁２１がドーム形状となっていることで、海水中で移動する機器に設置した場合、その流体抵抗を小さくできるという効果を生む。
【実施例７】
【００７８】
本実施例では、磁気カップリングを利用した船舶の例を説明する。【００７９】
図９は、本発明の実施例７に係る磁気カップリングを内在した船舶の側面図である。【００８０】
図９において、点線で囲ったように、船舶の進行方向を決定する舵の軸シール部２４に、本発明の磁気カップリングが適用される。また、同じく点線で囲ったように推進軸２５の軸シール部２６にも本発明の磁気カップリングが適用される。【００８１】
本実施例によれば、淡水、海水などの環境の影響を受けずに、舵の軸シール部、推進軸シール部の密封性が長期間保たれるという効果を生む。
【実施例８】
【００８２】
本実施例では、磁気カップリングを利用した深海調査船の例を説明する。【００８３】
図１０は、本発明の実施例８に係る磁気カップリングを内在した深海調査船の側面図である。【００８４】
図１０において、点線で囲った調査船の潜水浮上を行う潜舵の軸シール部２７、点線で囲った横舵の軸シール部２８、点線で囲った縦舵の軸シール部２９、点線で囲った推進軸の軸シール部３０にも本発明の磁気カップリングが適用される。【００８５】
本実施例によれば、淡水、海水などの環境の影響を受けずに、しかも潜航中の高い水圧が働く環境でも、各舵や推進軸の軸シール部の密封性が長期間保たれるという効果を生む。
【実施例９】
【００８６】
本実施例では、磁気カップリングを利用した深海掘削機械の例を説明する。【００８７】
図１１は、本発明の実施例９に係る磁気カップリングを内在した深海掘削機械の斜視図である。【００８８】
図１１において、海底資源たとえば水深８００〜１０００ｍ以上の深い水深領域に存在しているメタンハイドレートを掘削収集するために掘削機構の回転シール部３１に本発明の磁気カップリングが適用されている。この掘削機構は、採取されたメタンハイドレートを加熱分解してメタンガスを取り出すための加熱機構３２と、該加熱機構３２による加熱により生じたメタンガスを海上基地等の貯蔵場所へと輸送するための輸送パイプ３３も合わせ持っている。【００８９】
本実施例によれば、軟弱な深海の地盤を無限軌道推進機構を有した掘削機械で自由に移動し、高い海水圧に耐えながら高トルクで掘削機構を駆動できるという効果を生む。【００９０】
以上の効果は、海水環境下での使用を想定して記載したが、海水環境下による構造物以外にも適用可能である。たとえば、各種薬品環境下で使用する機械の回転駆動部や、宇宙などの真空環境で使用する機械の回転駆動部にも適用可能となる。【００９１】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されたものではない。またある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、またある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００９２】
１…回転軸、２ａ…第１の磁石、２ｂ…第２の磁石、２ｃ…第３の磁石、３…水密容器、４…隔壁、５…スペーサ、６…中間回転体、７…被回転軸、８…摺動部材、９…平板回転軸、１０…隔壁、１１…隔壁押え具、１２…ボルト、１３…中間回転体、１４…平板回転軸、１５…摺動部材、１６…円錐台形状回転軸、１７…円錐台形状隔壁、１８…円錐台形状中間回転体、１９…円錐台形状被回転軸、２０…ドーム形状回転軸、２１…ドーム形状隔壁、２２…ドーム形状中間回転体、２３…ドーム形状被回転軸、２４…舵の軸シール部、２５…推進軸、２６…軸シール部、２７…潜舵の軸シール部、２８…横舵の軸シール部、２９…縦舵の軸シール部、３０…推進軸の軸シール部、３１…掘削機構の回転シール部、３２…加熱機構、３３…輸送パイプ。
【図１】
2014054087.tif 000003
【図２】
2014054087.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2014054087.tif 000007
【図６】
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【図７】
2014054087.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2014054087.tif 000012
【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年12月17日(2015.12.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の第１の磁石を固定した回転軸と、この回転軸と同軸に配されて複数個の第２の磁石を固定した被回転軸とを有し、
前記第１と第２の磁石のお互いの吸引力で前記回転軸の回転トルクを前記被回転軸に伝達する磁気カップリングであって、
前記回転軸と前記被回転軸との間に繊維強化樹脂からなる隔壁が二層設けられ、この隔壁間に繊維強化樹脂からなる中間回転体を介在させ、この中間回転体は複数個の第３の磁石を固定するとともに、
前記中間回転体は二層の隔壁との間で回転自由となっており、この中間回転体の表面に摺動部材が固定され、
前記第１の磁石と前記第３の磁石の対向面の磁性が異なり、前記第３の磁石と前記第２の磁石の対向面の磁性が異なることを特徴とする磁気カップリング。
【請求項２】
請求項１記載の磁気カップリングにおいて、
前記回転軸と中間回転体と被回転軸が円筒形状であることを特徴とする磁気カップリング。
【請求項３】
請求項１記載の磁気カップリングにおいて、
前記回転軸と中間回転体と被回転軸が円板形状であることを特徴とする磁気カップリング。
【請求項４】
請求項１記載の磁気カップリングにおいて、
前記回転軸と中間回転体と被回転軸が円錐台形状であることを特徴とする磁気カップリング。
【請求項５】
請求項１記載の磁気カップリングにおいて、
前記回転軸と中間回転体と被回転軸がドーム形状であることを特徴とする磁気カップリング。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の磁気カップリングにおいて、
前記回転軸と中間回転体と前記被回転軸を構成する繊維強化樹脂はガラス繊維、炭化ケイ素繊維、セラミック繊維、有機繊維が用いられ、樹脂はエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ナイロン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂であることを特徴とする磁気カップリング。
【請求項７】
請求項１記載の磁気カップリングにおいて、
前記中間回転体の外表面と隔壁内面との接触部には摺動部材が固定されていることを特徴とする磁気カップリング。
【請求項８】
請求項６記載の磁気カップリングにおいて、
前記摺動部材を構成する繊維強化樹脂はポリベンゾイミダゾール、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、芳香族ポリアミド、ポリアリレート、芳香族ポリエステルで製造される繊維が用いられ、摺動部材の樹脂はエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ナイロン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂であることを特徴とする磁気カップリング。
【請求項９】
請求項１記載の磁気カップリングにおいて、
前記中間回転体の外表面と隔壁内面の両方に摺動部材が固定されていることを特徴とする磁気カップリング。
【請求項１０】
請求項８記載の磁気カップリングにおいて、
前記摺動部材を構成する繊維強化樹脂はポリベンゾイミダゾール、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、芳香族ポリアミド、ポリアリレート、芳香族ポリエステルで製造される繊維が用いられ、摺動部材の樹脂はエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ナイロン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂となっていること、あるいはセラミックス材で製作されていることを特徴とする磁気カップリング。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
上記課題を解決するために本発明は、複数個の第１の磁石を固定した回転軸と、この回転軸と同軸に配されて複数個の第２の磁石を固定した被回転軸とを有し、前記第１と第２の磁石のお互いの吸引力で前記回転軸の回転トルクを前記被回転軸に伝達する磁気カップリングであって、前記回転軸と前記被回転軸との間に繊維強化樹脂からなる隔壁が二層設けられ、この隔壁間に繊維強化樹脂からなる中間回転体を介在させ、この中間回転体は複数個の第３の磁石を固定するとともに、前記中間回転体は二層の隔壁との間で回転自由となっており、この中間回転体の表面に摺動部材が固定され、前記第１の磁石と前記第３の磁石の対向面の磁性が異なり、前記第３の磁石と前記第２の磁石の対向面の磁性が異なることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明によれば、回転軸の容器内外に圧力差がある場合、また海水などの腐食環境中であっても使用可能な磁気カップリングを提供することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
図１において、回転軸１の円筒あるいは円柱形状をした部位の外周部近傍に第１の磁石２ａが複数個固定されている。この回転軸１は水密容器３の内部（例えば、船舶で言えば、キャビン内部）に位置したエンジンと連結された回転軸のことである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
図４において、隔壁１０の内側表面の外周部と内周部には摺動部材１５が固定されている。この摺動部材１５の幅は中間回転体１３に固定された摺動部材８の幅よりも大きくなっている。こうすることによって、外圧によって隔壁１０が変形した場合でも、常に中間回転体１３に固定された摺動部材８と、隔壁１０との内側表面に固定された摺動部材１５は接触することができ、安定した回転運動を行える。
【国際調査報告】
2014054087.tif 000014
2014054087.tif 000015