(57)【要約】【課題】小径で組立て性に優れ、３段以上の多段構成も可能な多段式磁気歯車装置を提供する。【解決手段】  内側磁気歯車２０，６０と外側磁気歯車４０，８０と磁極体３０，７０を有する磁気歯車装置１０，５０が軸方向に直列に接続される多段式磁気歯車装置１００において、  ２つの段の磁気歯車装置１０，５０の外側磁気歯車４０，８０は一体化され回転不能に保持され、各段の磁気歯車装置１０，５０の一方の端面から入力された回転は内側磁気歯車２０，６０と磁極体３０，７０により変速されて他方の端面より出力され、隣接する２つの段の磁気歯車装置１０，５０の磁極体３０と内側磁気歯車６０の回転軸６１は一体化された接続体８６とされ、出力段の磁気歯車装置５０の磁極体７０には出力軸７３が設けられている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の磁石対が回転軸に円筒状に取り付けられた内側磁気歯車と、
円筒状の筐体の内周に複数の磁石対が取り付けられた外側磁気歯車と、
前記内側磁気歯車と前記外側磁気歯車の中間に配置される、非磁性体よりなる円筒状の磁極ホルダに複数の磁極片が円周方向に等間隔に配置された磁極体と、
を有する磁気歯車装置が前記回転軸の軸方向に複数段直列に接続される多段式磁気歯車装置において、
全ての段の前記磁気歯車装置の前記外側磁気歯車の前記筐体は一体化され回転不能に保持され、
各段の前記磁気歯車装置の一方の端面から入力された回転は前記内側磁気歯車と前記磁極体により変速されて他方の端面より出力され、
隣接する２つの段の前記磁気歯車装置の、回転が高速である側の段の前記磁気歯車装置の前記磁極体と、回転が低速である側の段の前記磁気歯車装置の前記内側磁気歯車の前記回転軸は一体化された接続体とされ、回転が最も低速である段の前記磁気歯車装置の前記磁極体には出力軸が設けられていることを特徴とした多段式磁気歯車装置。
【請求項２】
直列に接続された複数段の前記磁気歯車装置のそれぞれに関し、回転が低速である段の前記磁気歯車装置の前記内側磁気歯車に取り付けられた複数の前記磁石対および前記外側磁気歯車に取り付けられた複数の前記磁石対のそれぞれの前記軸方向の長さは、回転が高速である段の前記磁気歯車装置の前記内側磁気歯車に取り付けられた複数の前記磁石対および前記外側磁気歯車に取り付けられた複数の前記磁石対のそれぞれの前記軸方向の長さより長いことを特徴とする請求項１に記載の多段式磁気歯車装置。
【請求項３】
回転が最も高速である一方端の段の前記磁気歯車装置と該磁気歯車装置と隣接する段の前記磁気歯車装置を接続する前記接続体の他方端部は他方端側に伸張しており、前記伸張した部位は該接続体に隣接する前記接続体または前記出力軸に設けた孔部に回動自在に挿入されることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の多段式磁気歯車装置。
【請求項４】
一体化された前記筐体の外周には前記筐体の前記軸方向の移動を阻止する凹部が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかひとつに記載の多段式磁気歯車装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石を用いた磁気歯車の磁力により回転を減速または増速しながら伝達することができる磁気歯車装置に関し、特に複数の磁気歯車装置を接続し、高い変速比を得ることができる多段式磁気歯車装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気歯車装置の従来の構造として、例えば非特許文献１に記載されているものがある。
非特許文献１に記載された磁気歯車装置は、いずれも円筒状で複数の磁石片を有する、内周側に配置され回動可能に保持されるハイスピードロータと外周側に配置され回動可能に保持されるロースピードロータとを有し、ハイスピードロータの外周面はロースピードロータの内周面と対向し、ハイスピードロータとロースピードロータの中間位置に軟磁性体製のポールピースが配置され回動不能に保持される。
【０００３】
非特許文献１に記載された磁気歯車装置では、ハイスピードロータのバックヨークの外周面には４極対の磁石片が取り付けられ、ロースピードロータのバックヨークの内周面には２２極対の磁石片が取り付けられ、２６個のポールピースが環状に配置されている。
【０００４】
ハイスピードロータの磁石片とロースピードロータの磁石片の間を流れる磁束は中間に配置されたポールピースにより変調され、ハイスピードロータを回転させるとロースピードロータは各々の磁石片の極対数の比率により定まる減速比で回転する。
非特許文献１に記載された磁気歯車装置では減速比は５．５となり、ハイスピードロータとロースピードロータは逆方向に回転する。
【０００５】
このような構造の磁気歯車装置は非接触で回転を伝達することができるので、変速動作に伴う騒音が発生せず潤滑の必要もないという優れた特性を有する。
【０００６】
この構造の磁気歯車装置の減速比はハイスピードロータとロースピードロータの各々の磁石片の極対数の比率により定まるので、減速比を大きくするにはハイスピードロータの極対数を少なくするかロースピードロータの極対数を多くすればよい。
しかし、当然ではあるがハイスピードロータの極対数を１より小さくする事は出来ず、さらにはコギングの回避等の要件からハイスピードロータの極対数は小さくしても３が一般的である。また、ロースピードロータの極対数を多くすると個々の磁石の円周方向の長さが小さくなるため、上限はロースピードロータの径に依存するが、無制限に極対数を多くする事は出来ない。このような状況から実際の磁気歯車装置の減速比は１０程度が上限となることが多い。
【０００７】
磁気歯車装置で、より大きな減速比を得るには複数の磁気歯車装置を連結して使う方法が考えられ、特許文献１には筒状に形成された複数の磁気歯車が回転軸の径方向に多段化された構造の多段式磁気歯車装置が示されている。
【０００８】
図８に示すように、特許文献１に示されている多段式磁気歯車装置９０１は、回動可能に保持された第１の回転軸９０３に取り付けられた複数の第１磁石片９３２と、回動可能に保持された複数の第２磁石片９４２と、固定された複数の第１磁性歯部９０８よりなる１段目の磁気歯車装置および、回動可能に保持された複数の第３磁石片９４３と、複数の第２磁性歯部９０９と、固定された複数の第４磁石片９５２よりなる２段目の磁気歯車装置よりなる。
この多段式磁気歯車装置９０１が減速機として動作する場合、１段目の磁気歯車装置では第１磁石片９３２が入力側となり第２磁石片９４２が出力側となる。また、２段目の磁気歯車装置では第３磁石片９４３が入力側となり第２磁性歯部９０９が出力側となる。
第２磁石片９４２と第３磁石片９４３は第２内側筒９４１の内周部と外周部にそれぞれ取り付けられているので、１段目の磁気歯車装置の出力と２段目の磁気歯車装置の入力が第２内側筒９４１で接続され、多段式磁気歯車装置として動作する。
【０００９】
特許文献１に示されている多段式磁気歯車装置９０１を減速機として動作させる場合、図示しない電動機等により第１の回転軸９０３が駆動されると、第１の回転軸９０３に取り付けられた１段目の磁気歯車装置の第１磁石片９３２も回転し、磁気歯車装置の動作原理により第２磁石片９４２が減速回転する。第２磁石片９４２と２段目の磁気歯車装置の第３磁石片９４３はどちらも第２内側筒９４１に取り付けられているので、第２磁石片９４２が減速回転すると第３磁石片９４３も減速回転し、磁気歯車装置の動作原理により２段目の磁気歯車装置の第２磁性歯部９０９はさらに減速して回転する。
【００１０】
特許文献１に示されている多段式磁気歯車装置９０１は、１段目の磁気歯車装置と２段目の磁気歯車装置の各々の磁石片及び磁性歯部が第１の回転軸９０３の径方向に多段化された構造である。そのため、第１の回転軸９０３の軸方向に大型化することなく、大きな減速比の多段式磁気歯車装置を構成することができる。
【００１１】
しかしながら特許文献１のような、２段の磁気歯車装置が径方向に多段化された構造の多段式磁気歯車装置は、外側の段の磁気歯車装置の外径が必然的に大きくなるので、多段式磁気歯車装置を小径にすることができないという問題があった。
また、各段の軸受けが複雑に重なるため３段以上の多段構成とすることが困難で、さらには組み立て途中において回転軸を不安定に保持しながら、磁石片と磁性歯部を対向させ、なおかつ、磁石片と磁性歯部が吸着しない様にしなければならず、組立て性に課題が有った。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１４−１５９９２号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】K.Atallah and D.Howe, 「A Novel High-Performance Magnetic Gear」, IEEE Transactions on Magnetics, JULY 2001, Vol.37. No.4, p.2844-2846
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、小径で組立て性に優れ、３段以上の多段構成も可能な多段式磁気歯車装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の多段式磁気歯車装置における請求項１に係る発明は、複数の磁石対が回転軸に円筒状に取り付けられた内側磁気歯車と、円筒状の筐体の内周に複数の磁石対が取り付けられた外側磁気歯車と、前記内側磁気歯車と前記外側磁気歯車の中間に配置される、非磁性体よりなる円筒状の磁極ホルダに複数の磁極片が円周方向に等間隔に配置された磁極体と、を有する磁気歯車装置が前記回転軸の軸方向に複数段直列に接続される多段式磁気歯車装置において、
全ての段の前記磁気歯車装置の前記外側磁気歯車の前記筐体は一体化され回転不能に保持され、各段の前記磁気歯車装置の一方の端面から入力された回転は前記内側磁気歯車と前記磁極体により変速されて他方の端面より出力され、隣接する２つの段の前記磁気歯車装置の、回転が高速である側の段の前記磁気歯車装置の前記磁極体と、回転が低速である側の段の前記磁気歯車装置の前記内側磁気歯車の前記回転軸は一体化された接続体とされ、回転が最も低速である段の前記磁気歯車装置の前記磁極体には出力軸が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
本発明にて採用する複数段の磁気歯車装置を軸方向に直列に接続する構成の多段式磁気歯車装置は、軸方向に長くなるのみで径方向には拡大しないため、面積が狭く奥行きのある場所に設置するような用途では有利である。
【００１７】
本発明の構成による多段式磁気歯車装置では、各段の磁気歯車装置の一方の端面を入力とし他方の端面を出力としたので、磁気歯車装置の出力と隣接する磁気歯車装置の入力を接続することにより軸方向に３段以上の磁気歯車装置を接続することが可能である。これにより、磁気歯車装置を複数段接続しても外形が径方向に拡大することがなく、小径で３段以上の多段式磁気歯車を容易に構成できる。
【００１８】
また、本発明による多段式磁気歯車装置では、各段の磁気歯車装置で最外周に配置される外側磁気歯車を固定する構造とし、最内周に配置される内側磁気歯車と中間に配置される磁極体とを入出力としたので、複数段の磁気歯車装置を直列に接続したときに、固定保持される筐体を有する外側磁気歯車の内側に、前段の磁極体と次段の内側磁気歯車の回転軸を繰り返し接続するのみで多段接続構成と出来るので、組立て性の優れた多段式磁気歯車が実現できる。
【００１９】
これらにより、本発明によれば小径で組立て性に優れ、３段以上の多段構成も可能な多段式磁気歯車装置を提供することができる。
【００２０】
また、本発明の請求項２に係る発明では、直列に接続された複数段の前記磁気歯車装置のそれぞれに関し、回転が低速である段の前記磁気歯車装置の前記内側磁気歯車に取り付けられた複数の前記磁石対および前記外側磁気歯車に取り付けられた複数の前記磁石対のそれぞれの前記軸方向の長さは、回転が高速である段の前記磁気歯車装置の前記内側磁気歯車に取り付けられた複数の前記磁石対および前記外側磁気歯車に取り付けられた複数の前記磁石対のそれぞれの前記軸方向の長さより長いことを特徴とする。
【００２１】
これにより、複数段の磁気歯車装置を接続し各段の磁気歯車装置で順次回転数を低下させトルクが増大しても、回転数が低速の段の磁気歯車装置のほうが大きなトルクを伝達できるので、全ての段の磁気歯車装置で空転することなく回転を伝達でき、磁石の使用量を最小限とした多段式磁気歯車装置を提供することができる。
【００２２】
また、本発明の請求項３に係る発明は、回転が最も高速である一方端の段の前記磁気歯車装置と該磁気歯車装置と隣接する段の前記磁気歯車装置を接続する前記接続体の他方端部は他方端側に伸張しており、前記伸張した部位は該接続体に隣接する前記接続体または前記出力軸に設けた孔部に回動自在に挿入されることを特徴とする。
【００２３】
本発明では、回転が最も高速である段に接続される接続体の端部に伸張した伸張部を設け、伸張部はこの接続体に隣接する接続体または出力軸に設けた孔部に挿入され回動自在に保持される構成としたので、組立中で接続体を保持することができない工程でも、接続体端部の伸張部がわずかな隙間で孔部にガイドされ、接続体が大きく傾斜することが回避できる。これにより、既に組み込まれた部品を治具にて保持することができない最終の組み立て工程でも磁極体，内側磁気歯車，外側磁気歯車の隙間を保ちながら組み立てることが可能となり、最終組み立て工程での磁石の破損等が回避でき、組立て性のよい多段式磁気歯車装置を提供することができる。
【００２４】
また、本発明の請求項４に係る発明は、一体化された前記筐体の外周には前記筐体の前記軸方向の移動を阻止する凹部が設けられていることを特徴とする。
【００２５】
本発明による多段式磁気歯車装置では、外側磁気歯車の筐体の外周に凹部を設けたので、筐体を保持する治具に筐体外周の凹部に係合する係止機構を設けることにより、組み立て中に生じる磁気的な吸引力で外側磁気歯車が軸方向に移動することを確実、かつ容易に規制することができ、組立て性のよい多段式磁気歯車装置を提供することができる。
【００２６】
また、筐体の軸方向への移動を規制する形状を筐体外周に設けた凹部としたので、筐体外方への突起がなく筐体を容易に治具に挿入することができ、組み立て完了後も装置の外形に不要な突起が残らないので、使い易い多段式磁気歯車装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００２７】
以上により本発明によれば、小径で組立て性に優れ、３段以上の多段構成も可能な多段式磁気歯車装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態を示す外観図で（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】本実施の形態の構成を示す分解斜視図である。
【図３】本実施の形態の組み立て構造を示す中央断面図である。
【図４】本実施の形態の組み立て工程を示す中央断面図で（ａ）は構成ブロックを展開した状態、（ｂ）は入力側カバーに入力段の内側磁気歯車を取り付けた状態、（ｃ）は出力側カバーに出力段の磁極体を取り付けた状態、（ｄ）は治具を使用して外側磁気歯車ブロックに出力段の磁極体と出力側カバーの組立品を挿入する前の状態を示す図である。
【図５】本実施の形態の組み立て工程を示す中央断面図で（ａ）は治具を使用して外側磁気歯車ブロックに出力段の磁極体と出力側カバーの組立品を取り付けた状態を示す図、（ｂ）は治具を使用して接続体を挿入する途中の状態、（ｃ）は接続体の挿入が完了した状態である。
【図６】本実施の形態の組み立て工程を示す中央断面図で（ａ）は治具を使用して入力段の内側磁気歯車と入力側カバーの組み立て品を挿入する前の状態を示す図、（ｂ）は入力側カバーの取付けが完了する直前の状態、（ｃ）は組み立てが完了した本発明の実施の形態による多段式磁気歯車装置の中央断面図である。
【図７】本発明の実施の形態の変形例を示す中央断面図である。
【図８】従来の多段式磁気歯車装置の構成を示す中央断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明に係る多段式磁気歯車装置の実施の形態を、図１から図３を参照に、詳細に説明する。
【００３０】
図1に示すように、本実施の形態による多段式磁気歯車装置１００は略円柱状で、両端に回転する軸を有し、一方の軸を回転駆動すると他方の軸が変速回転する。図１に示す多段式磁気歯車装置１００では、略円柱状の筐体４１の一方の端面に突出する径の細い側の軸を回転駆動すると、他方の端面から突出する径の太い側の軸が減速回転し、減速比に応じた大きなトルクが得られる。また、他方の端面から突出する径の太い側の軸を回転駆動すると一方の端面に突出する径の細い側の軸が、トルクは減少するが増速されて回転する。
【００３１】
本実施の形態での多段式磁気歯車装置１００は２段構成の多段式磁気歯車装置とし、一方の端面側の径の細い方の軸である回転軸２１に回転を入力し、他方の端面側の径の太い方の軸である出力軸７３から減速されたトルクの大きい回転を出力する減速機として使用する場合を例に説明する。
なお、本実施の形態では以降、多段式磁気歯車装置１００の回転軸２１が突出する回転入力側を一方側、出力軸７３が突出する回転出力側を他方側と記述する。
【００３２】
〔多段式磁気歯車装置の構成〕
次に、図２を参照に、本実施の形態による多段式磁気歯車装置１００の構成を説明する。図２は多段式磁気歯車装置１００を軸方向に分解した状態の斜視図で、理解を容易とするため、各構成部品の全周の１／４周部分を切り取った状態で記載している。
【００３３】
本実施の形態による多段式磁気歯車装置１００は入力段の磁気歯車装置１０と出力段の磁気歯車装置５０の２段の磁気歯車装置により構成される。入力段の磁気歯車装置１０は内側磁気歯車２０と磁極体３０と外側磁気歯車４０などより構成される。内側磁気歯車２０は、複数の磁石対２３が軟磁性体よりなる円筒状のヨーク２２を介して回転軸２１に円筒状に取り付けられている。磁極体３０は非磁性体よりなる底付き略円筒状の磁極ホルダ３１に磁極片３２が円周方向に等間隔で複数個取り付けられている。また、外側磁気歯車４０は略円筒状の筐体４１の内周壁に複数の磁石対４２が円筒状に取り付けられている。
【００３４】
本実施の形態では入力段の磁気歯車装置１０の内側磁気歯車２０の磁石対２３は３極対、外側磁気歯車４０の磁石対４２は８極対とし、磁極体３０の磁極片３２は１１個としている。なお、外側磁気歯車４０の筐体４１の材質は軟磁性材が望ましいが、非磁性材も使用可能で、さらには筐体４１を非磁性材製とし、軟磁性体よりなるヨークを介して磁石対４２を筐体４１に取り付けても良い。
【００３５】
出力段の磁気歯車装置５０も、入力段の磁気歯車装置１０と同様に、内側磁気歯車６０と磁極体７０と外側磁気歯車８０などより構成される。内側磁気歯車６０は、複数の磁石対６３が軟磁性体よりなる円筒状のヨーク６２を介して入力段の磁極ホルダ３１と一体化された回転軸６１に円筒状に取り付けられている。また、回転軸６１はヨーク６２および磁石対６３が取り付けられる部位から、さらに他方側に伸びた伸張部６４を有する。
磁極体７０は非磁性体よりなる底付き略円筒状の磁極ホルダ７１に磁極片７２が円周方向に等間隔で複数個取り付けられており、略円筒状の磁極ホルダ７１の底部の他方側の端面に、中央に孔部７３ａを有する略円柱状の出力軸７３が設けられている。
外側磁気歯車８０は入力段の筐体４１と一体の筐体４１の内周壁に複数の磁石対８２が円筒状に取り付けられている。
【００３６】
本実施の形態では出力段の磁気歯車装置５０の内側磁気歯車６０の磁石対６３は３極対、外側磁気歯車８０の磁石対８２は１０極対とし、磁極体７０の磁極片７２は１３個としている。
【００３７】
また、本実施の形態による多段式磁気歯車装置１００では、出力段の磁気歯車装置５０の内側磁気歯車６０の磁石対６３，外側磁気歯車８０の磁石対８２及び磁極体７０の磁極片７２は、それぞれ軸方向の長さが入力段の磁気歯車装置１０の内側磁気歯車２０の磁石対２３，外側磁気歯車４０の磁石対４２及び磁極体３０の磁極片３２より長い構成としている。
【００３８】
本実施の形態による多段式磁気歯車装置１００では、各段の磁気歯車装置１０，５０で最外周に配置される外側磁気歯車４０，８０を固定する構造とし、最内周に配置される内側磁気歯車２０，６０を回転の入力とし、中間に配置される磁極体３０，８０を回転の出力とした。これにより固定保持される共通の筐体４１により一体化された外側磁気歯車４０，８０の内側で、入力段の磁極体３０と出力段の内側磁気歯車６０を一体化するのみで入力段の磁気歯車装置１０と出力段の磁気歯車装置５０を直列に接続出来るので、組立て性の優れた多段式磁気歯車が提供できる。
【００３９】
〔多段式磁気歯車装置の組み立て構造〕
次に図３を参照に、本実施の形態による多段式磁気歯車装置１００の各構成品の組み立て構造を説明する。図３は多段式磁気歯車装置１００の組み立て構造を示す、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【００４０】
入力段の磁気歯車装置１０は、筐体４１の一方側の端面に、製品使用時に製品の取り付けに使われる入力側カバー８７が取り付けられ、内側磁気歯車２０の回転軸２１の一方側が入力側カバー８７に組み込まれている軸受けに挿通され回動自在に保持される。また、回転軸２１の他方側は軸受けを介して入力段の磁極体３０と出力段の回転軸６１を一体化した接続体８６を回動自在に保持する。
【００４１】
これにより入力段の磁気歯車装置１０では、入力側カバー８７が取り付けられた筐体４１により外側磁気歯車４０が固定され、内側磁気歯車２０および磁極体３０が回動自在に保持されると共に、内側磁気歯車２０の磁石対２３，磁極体３０の磁極片３２および外側磁気歯車４０の磁石対４２が各々の軸方向の長さの中央が一致するように同心円状にならび、一式で磁気歯車として動作する。
【００４２】
入力段の磁気歯車装置１０は、内側磁気歯車２０の磁石対２３の極対数と磁極体３０の磁極片３２の数により定まる比率で減速動作し、本実施の形態の場合では、回転軸２１が回転させられると １１／３＝３．６６６ の減速比で磁極体３０が減速回転し、磁極体３０と一体化された出力段の磁気歯車装置５０の回転軸６１も減速回転する。
【００４３】
出力段の磁気歯車装置５０は、接続体８６の一部である出力段の回転軸６１が軸受けを介して入力段の回転軸２１に回動自在に保持され、回転軸６１の他方側は軸受けを介して出力段の磁極ホルダ７１に回動自在に保持され、磁極ホルダ７１の他方側に設けられた出力軸７３が出力側カバー８８に組み込まれた軸受けに挿通され回動自在に保持され、出力側カバー８８は固定された筐体４１の他方側の端面に取り付けられる構造となっている。
【００４４】
これにより出力段の磁気歯車装置５０では、入力段の磁気歯車装置１０の外側磁気歯車４０と共通の筐体４１により外側磁気歯車８０が固定され、内側磁気歯車６０および磁極体７０が回動自在に保持されると共に、内側磁気歯車６０の磁石対６３，磁極体７０の磁極片７２および外側磁気歯車８０の磁石対８２が、各々の軸方向の長さの中央が一致するように同心円状にならび、一式で磁気歯車として動作する。
【００４５】
出力段の磁気歯車装置５０は、内側磁気歯車６０の磁石対６３の極対数と磁極体７０の磁極片７２の数により定まる比率で減速動作し、本実施の形態の場合では、回転軸６１が回転すると １３／３＝４．３３３ の減速比で磁極体７０が減速回転し、磁極体７０の他方側にある出力軸７３も回転する。
【００４６】
入力段の磁極体３０と出力段の回転軸６１は一体化され接続体８６となっているので、入力段の磁気歯車装置１０の出力は出力段の磁気歯車装置５０の入力となる。したがって、２段構成の多段式磁気歯車装置１００の減速比は入力段の磁気歯車装置１０の減速比と出力段の磁気歯車装置５０の減速比の積となり、本実施の形態の場合では、
（１１／３）×（１３／３）＝１５．８８８
の減速比となる。
【００４７】
ところで、本実施の形態による多段式磁気歯車装置１００では入力段の磁気歯車装置１０の減速比は３．６６６であるから、入力段の磁気歯車装置１０に入力された回転は、１／３．６６６に減速されて出力段の磁気歯車装置５０に入力されるが、入力されるトルクは３．６６６倍に増加する。
【００４８】
磁気歯車装置を減速機として使用する場合、一般の機械式歯車装置と同様に、回転を減速させると減速率に反比例してトルクは増大する。したがって、複数段の磁気歯車装置を直列に接続した場合、入力端側の磁気歯車装置より次段の磁気歯車装置の方に大きなトルクがかかり、次々段の磁気歯車装置には更に大きなトルクがかかる。したがって多段式磁気歯車装置を減速機として使用する場合、出力段の磁気歯車装置は、入力段に入力される回転のトルクより大きなトルクがかかっても動作可能とする必要がある。
【００４９】
本実施の形態による多段式磁気歯車装置１００では、回転が低速である出力段の磁気歯車装置５０の内側磁気歯車６０の磁石対６３および外側磁気歯車８０の磁石対６３の軸方向の長さは、回転が高速である入力段の磁気歯車装置１０の内側磁気歯車２０の磁石対２３および外側磁気歯車４０の磁石対４２の軸方向の長さより長い構成とした。
【００５０】
磁気歯車装置の最大伝達トルクは使用している磁石の体積に略比例するので、磁石対の軸方向の長さが長い段の磁気歯車装置は、磁石対の軸方向の長さが短い段の磁気歯車装置より大きなトルクを伝達できる。これにより、本実施の形態による多段式磁気歯車装置１００では、入力段の磁気歯車装置１０で回転が減速しトルクが増大しても、出力段の磁気歯車装置５０のほうが大きなトルクを伝達できるので、２つの段の磁気歯車装置１０，５０は空転することなく回転を伝達できる。また、入力段の磁気歯車装置１０では、減速前の小さいトルクに見合った体積の少ない磁石を使用することが可能となるので、磁石の使用量を最小限とした多段式磁気歯車装置１００を提供することができる。
【００５１】
以上に記載のように、本実施の形態による多段式磁気歯車装置１００では、２つの段の磁気歯車装置１０，５０の外側磁気歯車４０，８０を、固定保持される共通の筐体４１にて固定する構造とし、内側磁気歯車２０，６０を回転の入力とし、磁極体３０，７０を回転の出力とした。これにより入力段の磁気歯車装置１０の出力である磁極ホルダ３１と出力段の入力である回転軸６１を一体化するのみで多段式磁気歯車装置を構成することができ、組立て性に優れた多段式磁気歯車装置を提供することができる。
【００５２】
なお、上記の説明では２段構成の多段式磁気歯車装置を減速機として使用する場合を例に記載したが、回転を入出力する軸を入れ替えて多段式磁気歯車装置を増速機として使用しても同様の本発明の効果が得られる。
【００５３】
〔多段式磁気歯車装置の組み立て工程〕
次に図４から図６を参照に、本実施の形態による多段式磁気歯車装置１００の組み立て工程を説明する。図４から図６は本実施の形態による多段式磁気歯車装置１００の一連の組み立て工程を分図にて記載した説明図である。
【００５４】
図４（ａ）は本実施の形態による多段式磁気歯車装置１００のブロック構成を示す分解状態の断面図である。
図４（ａ）に記載の様に、本実施の形態による多段式磁気歯車装置１００は、軸受けを有する入力側カバー８７，入力段の内側磁気歯車２０，入力段の外側磁気歯車４０と出力段の外側磁気歯車８０を一体にした外側磁気歯車ブロック９０，入力段の磁極体３０と出力段の内側磁気歯車６０が一体化された接続体８６，端部に出力軸７３を有する出力段の磁極体７０，軸受けを有する出力側カバー８８などより構成される。
【００５５】
本実施の形態による多段式磁気歯車装置１００の組み立てでは、組み込まれる磁石対，磁極片等が磁力により吸引されることから、組み立て治具を使用して吸引力に抗して組立てを行う必要がある。
【００５６】
ただし、図４（ｂ）に示される入力側カバー８７への入力段の内側磁気歯車２０の挿入、および図４（ｃ）に示される出力側カバー８８への出力段の磁極体７０の挿入は磁力による吸引が生じないので、特別な治具等を使用せずに組み立てることが可能である。
以降、図４（ｂ）に示される入力段の入力側カバー８７に内側磁気歯車２０が挿入された組み立て品を入力段内側磁気歯車ブロック２０Ａ、図４（ｃ）に示される出力側カバー８８に出力段の磁極体７０が挿入された組み立て品を出力段磁極体ブロック７０Ａと記述する。
【００５７】
本実施の形態による多段式磁気歯車装置１００の組み立ては、磁石対の体積が大きい段すなわち出力段から組み立てるほうが容易で、図４（ｄ）に示すように、まず初めに治具Ａ２０１に保持された外側磁気歯車ブロック９０の他方側から、治具Ｂ２０２にて保持した出力段磁極体ブロック７０Ａを外側磁気歯車ブロック９０の内側に挿入する。
このとき外側磁気歯車ブロック９０を保持する治具Ａ２０１は外側磁気歯車ブロック９０を移動不能に保持する必要がある。これ対し出力段磁極体ブロック７０Ａを保持する治具Ｂ２０２は図示しない組み立て装置等により出力段磁極体ブロック７０Ａを保持しながら軸方向に移動できることが必要である。
【００５８】
磁極体７０が外側磁気歯車ブロック９０に挿入されていくと、磁極体７０の磁極片と出力段の外側磁気歯車８０の磁石対が互いに吸引し、外側磁気歯車８０および磁極体７０は軸方向の力を受ける。また、外側磁気歯車８０と磁極体７０が理想的に同心であれば径方向の力は受けないが、外側磁気歯車８０と磁極体７０の同心がわずかにでもずれると、外側磁気歯車８０と磁極体７０の双方に径方向の力が生じ、両者がさらに近接する方向に吸引される。
【００５９】
上記のうち径方向の力は、外側磁気歯車ブロック９０の筐体４１の外径と磁極体７０の出力軸７３および出力側カバー８８の外径を治具Ａ２０１，治具Ｂ２０２にて外側磁気歯車８０と磁極体７０の同心がずれないように保持し、それぞれの治具を図示しない組み立て装置等で保持または保持しながら移動させることにより対応できる。
【００６０】
また、軸方向の力は外側磁気歯車８０の磁石対と磁極体７０の磁極片の長さの中央が一致するように、すなわち外側磁気歯車８０と磁極体７０の距離が短くなる方向にはたらく。このとき外側磁気歯車８０と磁極体７０には、離れた位置から磁極片と磁石対の長さの中央が一致する位置に移動し終えるまで、軸方向の吸引力がはたらき続ける。
したがって外側磁気歯車ブロック９０および出力段磁極体ブロック７０Ａを保持する治具Ａ２０１，治具Ｂ２０２は、外側磁気歯車ブロック９０および出力段磁極体ブロック７０Ａが軸方向に移動しないように保持しないと、軸方向の吸引力によりこれらの部材が軸方向に加速されながら移動し、磁極片と磁石対が長さの中央で対向する移動完了位置を通り越して他部品と衝突し、破損等の不具合が生じる虞がある。
【００６１】
出力段磁極体ブロック７０Ａは、図４（ｄ）に示すような、出力軸７３の外周に設けた凹部に治具Ｂ２０２の突起を係合させることにより軸方向に移動しないように保持することができる他に、例えば、磁極体７０の一方側の端面に別の治具を当接させることにより軸方向に移動を不能とすることもできる等、軸方向の移動を規制する種々の方法が設定可能である。
これに対し外側磁気歯車ブロック９０は、以降の組立工程の都合上、筐体４１の外周に係止形状を設ける以外には軸方向の移動を規制することができない。
【００６２】
本実施の形態では、外側磁気歯車ブロック９０の筐体４１の外周に係止形状として凹部４１ａを設けたので、図４（ｄ）に示すように、筐体４１を保持する治具Ａ２０１に、筐体４１の外周に設けた凹部４１ａに係合する係止機構を設けることにより、外側磁気歯車ブロック９０の軸方向の移動を規制することができる。
【００６３】
このとき、筐体４１の軸方向への移動を規制する係止形状を筐体４１の外方への突起のない凹形状としたので、筐体４１を治具Ａ２０１に容易に挿入し取り付けできるという特徴を有する。また、組み立て完了後は装置の外形に不要な突起が残らないので、使い易い多段式磁気歯車装置を提供することができる。
【００６４】
なお、本実施の形態による多段式磁気歯車装置１００では、筐体外周に設けた凹部を輪帯状の溝としたが、筐体外周に設ける凹部は筐体外周の全周に設ける必要はなく、また係止形状を溝ではなく１箇所または複数個所のＤカットでも、底付きまたは貫通の穴としてもよい。
【００６５】
なお、筐体を保持する治具に設ける係止機構には係止を解除できる機構が必要であるが、単純に治具を２分割するだけでも係止を解除することが可能であるため、本実施の形態では具体的な係止解除機構の記載は省略した。
【００６６】
外側磁気歯車ブロック９０への出力段磁極体ブロック７０Ａの挿入は、図５（ａ）に示すように、出力側カバー８８のフランジ部の端面と筐体４１の端面が当接して完了する。なお、外側磁気歯車ブロック９０および出力段磁極体ブロック７０Ａを保持する治具Ａ２０１および治具Ｂ２０２は、全ての組み立てが完了するまで取り付けたままとする。
【００６７】
次に、図５（ｂ）に示すように、治具Ｃ２０３を使用して接続体８６を外側磁気歯車ブロック９０の一方側から外側磁気歯車ブロック９０の内側に挿入する。
接続体８６を保持する治具Ｃ２０３は、外側磁気歯車ブロック９０と接続体８６の同心がずれないように略円筒状の磁極ホルダ３１の内径を保持し、磁極ホルダ３１に設けた係止形状と治具Ｃ２０３の係止機構により接続体８６の軸方向への移動を規制する構造とする。これにより、接続体８６を外部磁気歯車ブロック９０の内側に挿入していく時に接続体８６が径方向および軸方向に吸引されても、他部品と接触することなく挿入することが可能となる。
【００６８】
接続体８６の外側磁気歯車ブロック９０への挿入は、図５（ｃ）に示すように、接続体８６が出力段の磁極体７０に組み込まれている軸受けに当接して完了する。このとき接続体８６の回転軸６１の伸張部６４は出力軸７３の中央に設けられた孔部７３ａに挿入される。出力軸７３の孔部７３ａの内径は、挿入された回転軸６１の伸張部６４が回動自在にとなるように、伸張部６４よりわずかに大きい径としてある。
【００６９】
接続体８６を保持する治具Ｃ２０３は、最終組み立て部材である入力段内側磁気歯車ブロック２０Ａ（図４（ｂ）参照）を取り付けるため、接続体８６の挿入が完了すると取り外さなければならない。
したがって、最終の組み立て工程では、図６（ａ）に示すように、接続体８６が治具に保持されていない状態、すなわち自立した状態で、外側磁気歯車ブロック９０の一方側から接続体８６に入力段内側磁気歯車ブロック２０Ａを挿入する作業となる。
【００７０】
上記の様に、組み立て工程のうち最終の組み立て工程以外では外側磁気歯車ブロック９０の内側に治具等を挿入して磁極体や内側磁気歯車を保持することができるので、治具により磁極体，内側磁気歯車，外側磁気歯車の隙間を保ちながら組み立てることが可能である。
【００７１】
しかしながら、最終の組み立て工程では入力段内側磁気歯車ブロック２０Ａで接続体８６を筐体４１の内側に封じ込める作業となるので、最終の組み立て工程では接続体８６を治具等で支えることができず、接続体８６を自立させた状態で作業する事になる。このとき、もし接続体８６が傾斜すると外側磁気歯車４０の磁石対と磁極体３０の磁極片が吸着し組み立てが困難となる、または磁石が破損する等の不具合が生じる。
【００７２】
最終の組み立て工程での半組み状態の多段式磁気歯車装置では、図６（ａ）に示すように、接続体８６の回転軸６１の他方側は出力段の磁極体７０に組み込まれている１つの軸受けにて回動可能に保持される。このため、接続体８６は磁極体７０に対し容易に傾斜する。
【００７３】
ところで、接続体８６の回転軸６１の他方側を複数の軸受けで磁極体７０に回動可能に保持することにより、接続体８６が磁極体７０に対し傾斜しないように保持する事は可能である。しかし、このような構成とした場合、接続体８６を保持する複数の軸受けによる回転軸心と、入力段内側磁気歯車ブロック２０Ａの軸受けの回転軸心が厳密に一致しないと、接続体８６がなめらかに回転しなくなるという問題があり、不都合が生じる。
【００７４】
本発明では、接続体８６の回転軸６１の端部に伸張部６４を設け、この伸張部６４が出力軸７３に設けた孔部７３ａに挿入され回動自在となる構成とした。これにより接続体８６の伸張部６４がわずかな隙間で孔部７３ａにガイドされるので、接続体８６が大きく傾斜することが回避でき、接続体８６を治具等で支えることができない最終の組み立て工程でも磁極体３０，内側磁気歯車２０，外側磁気歯車４０の隙間を保ちながら組み立てることが可能となり、最終組み立て工程での磁石の破損等が回避でき、組立て性のよい多段式磁気歯車装置を提供することができる。
【００７５】
なお、出力軸７３に設けた孔部７３ａの内径は、孔の入り口側では大きめで、孔の底部付近のみで接続体８６の伸張部６４をわずかな隙間でガイドする径とした。これにより、接続体８６を所定の位置まで挿入した状態では伸張部６４の先端が孔部７３ａの底部付近でわずかな隙間でガイドされるので接続体８６の傾斜を回避できると共に、孔部７３ａへの伸張部６４の挿入開始時には孔部７３ａと伸張部６４間の隙間が広いので挿入作業が容易となり、多段式磁気歯車装置の組立て性がより良くなる。
【００７６】
治具Ｄ２０４で保持しながら入力段内側磁気歯車ブロック２０Ａを外側磁気歯車ブロック９０に挿入していくと、図６（ｂ）に示すように、やがて入力段内側磁気歯車ブロック２０Ａの回転軸２１の先端が接続体８６に取り付けられた軸受けの内径に挿入される。回転軸２１の先端が接続体８６の軸受けの内径に挿入されると、接続体８６の両端が各々、入力段内側磁気歯車ブロック２０Ａの入力側カバー８７の軸受けと、出力段の磁極体７０の軸受けで回動自在に保持されるので、接続体８６は傾斜しなくなる。
これにより、内側磁気歯車２０，６０と磁極体３０，７０、および磁極体３０，７０と外側磁気歯車４０，８０の隙間は適切に保持される。また、回転軸２１の先端が接続体８６の軸受けの内径に挿入され接続体８６が傾斜しなくなると、出力軸７３の孔部７３ａの内径部と接続体８６の伸張部６４が接触することもなくなる。
【００７７】
入力段内側磁気歯車ブロック２０Ａの挿入が完了すれば、外側磁気歯車ブロック９０，出力段磁極体ブロック７０Ａ，入力段内側磁気歯車ブロック２０Ａを保持する治具Ａ２０１、治具Ｂ２０２、治具Ｄ２０４は全て取り外すことができ、図６（ｃ）に示すように、組立てが完了する。
【００７８】
以上により、本実施の形態による多段式磁気歯車装置によれば、組み立て中に磁石の破損等が生じない組立て性に優れた多段式磁気歯車装置を提供することができる。
【００７９】
〔発明の実施形態の変形例〕
図７を参照に、本発明に係る多段式磁気歯車装置の実施の形態の変形例（以下「本変形例」と記述）を説明する。
本変形例による多段式磁気歯車装置３００は、〔実施の形態〕に示す２段構成の多段式磁気歯車装置に更に一段の磁気歯車装置を接続した３段構成の多段式磁気歯車装置である。本変形例の説明では回転が最も高速である段を入力段、回転が最も低速である段を出力段、入力段と出力段を接続する段を接続段と呼称する。
【００８０】
本変形例による多段式磁気歯車装置３００は、〔実施の形態〕に記載した２段構成の多段式磁気歯車装置と同様に、入力段，接続段および出力段の磁気歯車装置３１０，３６０，４１０はそれぞれ内側磁気歯車３２０，３７０，４２０と磁極体３３０，３８０，４３０および外側磁気歯車３４０，３９０，４４０を有する。
【００８１】
各段の磁気歯車装置３１０，３６０，４１０の外側磁気歯車３４０，３９０，４４０は一体化された筐体３４１により固定され、最内周に配置される内側磁気歯車３２０，３７０，４２０を回転の入力とし、中間に配置される磁極体３３０，３８０，４３０を回転の出力とした。これにより、各段の磁気歯車装置３１０，３６０，４１０では、一方側から入力された回転が他方側から出力されるので、固定保持される外側磁気歯車３４０，３９０，４４０の内側で、入力段の磁極体３３０と接続段の内側磁気歯車３７０を一体化し、接続段の磁極体３８０と出力段の内側磁気歯車４２０を一体化することにより、入力段，接続段および出力段の３段の磁気歯車装置３１０，３６０，４１０が直列に接続され、３段構成の多段式磁気歯車装置３００が構成される。
【００８２】
これにより多段式磁気歯車装置３００では、入力段の回転軸３２１が回転駆動されると、入力段の磁気歯車装置３１０で減速された回転が接続段の磁気歯車装置３６０で再度減速され、出力段の磁気歯車装置４１０でさらに減速され、出力軸４３３より３段にわたり減速された回転出力が取り出される。
【００８３】
上記のように、本変形例によれば３段構成の多段式磁気歯車を容易に構成できるが、本発明による多段式磁気歯車装置では各段の磁気歯車装置の一方の端面を入力とし他方の端面を出力としたので、構造上接続する段数に制限はなく、必要に応じて３段以上の多段式磁気歯車装置としてもよい。また回転を入力する軸と出力する軸を入れ替えて３段以上の多段式増速機として使用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明により、小径で組立て性に優れ、３段以上の多段構成も可能な多段式磁気歯車装置の提供が可能となる。
【符号の説明】
【００８５】
１０    （入力段の）磁気歯車装置
２０    内側磁気歯車
２０Ａ  入力段内側磁気歯車ブロック
２１    回転軸
２２    ヨーク
２３    磁石対
３０    磁極体
３１    磁極ホルダ
３２    磁石片
４０    外側磁気歯車
４１    筐体
４１ａ  凹部
４２    磁石対
５０    （出力段の）磁気歯車装置
６０    内側磁気歯車
６１    回転軸
６２    ヨーク
６３    磁石対
６４    伸張部
７０    磁極体
７０Ａ  出力段磁極体ブロック
７１    磁極ホルダ
７２    磁石片
７３    出力軸
７３ａ  孔部
８０    外側磁気歯車
８２    磁石対
８６    接続体
８７    入力側カバー
８８    出力側カバー
９０    外側磁気歯車ブロック
１００  多段式磁気歯車装置
２０１  治具Ａ
２０２  治具Ｂ
２０３  治具Ｃ
２０４  治具Ｄ
３００  多段式磁気歯車装置
３１０  （入力段の）磁気歯車装置
３２０  内側磁気歯車
３２１  回転軸
３３０  磁極体
３４０  外側磁気歯車
３４１  筐体
３６０  （接続段の）磁気歯車装置
３７０  内側磁気歯車
３８０  磁極体
３９０  外側磁気歯車
４１０  （出力段の）磁気歯車装置
４２０  内側磁気歯車
４３０  磁極体
４３３  出力軸
４４０  外側磁気歯車
９０１  多段式磁気歯車装置
９０３  第１の回転軸
９０８  第１磁性歯部
９０９  第２磁性歯部
９３２  第１磁石片
９４１  第２内側筒
９４２  第２磁石片
９４３  第３磁石片
９５２  第４磁石片
【図１】
2019052676.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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