(57)【要約】【課題】鋼材製歯車を用いた従来技術では騒音低減、オイルレス化、高効率化、長寿命化が課題となっている、磁力を利用する非接触歯車はオイルレス化、高効率化、長寿命化は可能だが、高トルクの伝達が困難であるとともに歯車の強度不足の問題が指摘されている。【解決手段】透磁率の高い鋼材製歯車対の側面に永久磁石(あるいは電磁石)をＮ極（あるいはＳ極）同士が向き合うよう挟んで配置し、かみあい歯面間に高い磁気斥力を発生させ、トルク伝達時に接触面圧の低減あるいは非接触状態を得る。歯形を円弧形状とすることでトルク伝達率を向上させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
近傍に配置した磁性体または電磁石により同極性に磁化された歯を持った歯車を駆動側と従動側に配置し、駆動側歯車の歯と従動側の歯の間に隙間をもたせ、磁気斥力により非接触で回転運動を伝達することを特徴とする歯車装置。
【請求項２】
前記歯車が磁性体又は電磁石で挟み込まれていることを特徴とする請求項１記載の歯車装置。
【請求項３】
前記歯車が磁性体又は電磁石で挟み込まれた２枚以上の複数の歯車で構成されることを特徴とする請求項２記載の歯車装置。
【請求項４】
前記歯車の歯末の側面視形状が円弧状であり、歯と歯の間の歯底の側面視形状が円弧形状であることを特徴とする請求項１記載の歯車装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高トルク伝達可能な磁気斥力を利用した非接触歯車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータなどの電動機では出力／重量比を満足しつつ軽量化やコストを抑えるため、トルク／重量比の大きい鋼材製の遊星歯車やサイクロイド減速機構などを適用している。
【０００３】
大気圧油潤滑下から大気圧清浄環境下、真空無潤滑下までの様々な環境下においてトルク／重量比の大きい鋼材製歯車を適用する場合、高効率化や長寿命化を最終目的として摩擦低減や耐摩耗性の向上やピッチングなどの歯面損傷を防止するために各種表面改質が施されている。
【０００４】
磁気斥力(反発力)を利用し非接触でトルクを伝達する非接触平行軸歯車装置は、図６に示すようにかみ合いが生じる歯面あるいは歯車本体５に永久磁石３を用いている。
【０００５】
磁気引力を利用して非接触でトルクを伝達する非接触平行軸歯車装置では、図７に示すように歯は存在せず、歯車本体５の外周面に磁極が異なるよう永久磁石３を交互に数多く配置している。また、磁気引力を利用して非接触でトルクを伝達する食い違い軸歯車装置では、図８に示すように円筒面に対してつる巻状に永久磁石３を交互に配置している。
【特許文献１】特開平６−１４５２４
【特許文献２】特開平１１−３２４７４
【特許文献３】特許登録番号２６８３３１６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術によれば、鋼材製等の高強度材を用いた接触式歯車の場合は、高トルク伝達が可能であるが、騒音低減、オイルレス化、高効率化、長寿命化の全てを満足することは困難である。また、表面改質による表面強度等を向上し長寿命化する方法は、適用が難しくコストが大きい。一方、磁気斥力を利用する非接触歯車装置における永久磁石製の歯の曲げ強度は、鋼材製歯車の歯の曲げ強度と比較して小さい。又、従来の非接触歯車の永久磁石製歯は矩形形状あるいはインボリュート形状を有しており、その伝達トルクは油潤滑下の鋼材製歯車と比較すると小さい。また、磁気引力を利用する非接触歯車装置では、かみ合い終わりで磁気引力が抵抗となりトルク伝達効率を低下させることに加え、円盤の外周面に磁極の異なる永久磁石を交互に多数配置する必要があり製作コストが大きい。とくに食い違い軸歯車への適用には円筒面に対してつるまき状に永久磁石を交互に配置する必要があり非常に製作コストが大きい。
以上のとおり、磁力を利用する非接触歯車はオイルレス化、高効率化、長寿命化は可能だが、高トルクを伝達するためには多くの永久磁石を必要とするなどコストがかかる上、技術的にも実現が困難であるため、モータの減速機などの各種動力機械への適用範囲は限られている。
そこで、この発明は、鋼材歯車の近傍に永久磁石あるいは電磁石を配置することにより、永久磁石材性の歯車と比較して曲げ強度の高い鋼材製歯車を磁化し、低製作コストで磁気斥力により高効率かつ高伝達トルクを得る非接触歯車装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するために、第一発明は、歯車の近傍に永久磁石あるいは電磁石を配置し、この磁場により歯車の歯先を間接的に磁化させることであり、特に電磁石を使用する場合は電磁石の電流変化により磁場の強さを制御できることを特徴とする歯車装置である。第二発明は、第一発明の歯車において磁石をＮ極あるいはＳ極同士が向き合うように歯車を挟み込むことを特徴とする。第三発明は、歯車と磁石を複数個重ね合わせて一つの歯車とすることを特徴とする。第四発明は、第一発明の歯車において、歯先の磁気斥力をトルク伝達に有効に利用できるように歯形を円弧形状にし、対向する歯先の電気力線が均等に配置できることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
第一発明および第二発明によれば、従来の高強度の鋼材製歯車を利用し歯面間に簡易的に高い磁気斥力を発生させることができる。第三発明によれば、歯車を多段積み上げることにより伝達トルク増加させることができる。第四発明により歯車の歯先を円弧形状にすることにより伝達トルクを増加させることができる。これらの発明により、非接触で高いトルク伝達を行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
この発明の一実施形態を、図１に示す。
平歯車１、２は透磁率の高い鋼材製であり、リング形永久磁石３のＮ極同士が向き合いなおかつ平歯車１、２を挟むよう側面に配置する。この平歯車１、２は円弧歯形４を有している。円弧歯形は側面視形状が円弧状の歯末８、および歯と歯の間の側面視形状が円弧状の歯底９を有している。
【００１０】
この実施形態によれば、リング形永久磁石３により歯車１、２全体がＮ極のみに磁化され、かみあい歯面間に磁気斥力が作用し、円弧歯形により歯先の磁気斥力をトルク伝達に有効に利用できるため、従来のインボリュート歯形の場合と比較して数倍大きい伝達トルクが得られる。
【００１１】
図１の実施形態では、永久磁石３により鋼材製平歯車１、２を磁化したが、他の実施形態では、電磁石により鋼材製平歯車を磁化しても良い。また、図１の実施形態では、歯車を平歯車としたが、他の実施形態では平歯車でなくても食い違い歯車や直交軸歯車などの各種歯車に適用しても良い。
【実施例】
【００１２】
歯車試験はサーボモータを用いた動力吸収式歯車試験機で実施した。表１は試験に用いたリングマグネットの化学成分を示す。リングマグネットは外径φ60，内径φ32，厚さ8mmとした。磁極は厚さ方向にN極およびS極とし、着磁後の磁束密度は343mTであった。試験歯車は歯数12で、切削加工により図２に示す矩形歯車と、図３に示す歯車で歯厚と歯丈を変化させた４種類の歯車で、図４に示すリングマグネットとSS400製平歯車の組み合わせについて、表２に示す10種類の実験を行った。リングマグネット援用磁化平歯車は、かみ合いにおいて磁気斥力が得られるよう、同極同士を組み合わせた。実験は大気圧無潤滑下において磁気斥力による完全非接触動力伝達が可能な駆動側歯車回転速度N1rpmにおける従動側歯車最大伝達トルクT2を調べ、駆動側歯車伝達トルクT1からT2と軸受の摩擦損失トルクを差し引いて損失トルクΔTを求め、トルク損失率ΔT/T2を求めた。各試験条件における運転時間は約１minとし、かみ合い時に発生する音圧LA(A特性)の測定も併せて行った。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
【表２】
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【００１５】
図５は完全非接触運転における駆動側歯車回転速度N1と従動側歯車最大伝達トルクT2およびトルク損失率ΔT/T2を示す。リングマグネットを３枚使用した試験歯車（3MAG）は２枚使用した試験歯車（2MAG）より最大伝達トルクT2が大きくなった。試験歯車全体で比較すると、3MACGS-で最大伝達トルクT2が最も大きく、2MACGS+で最も小さかった。リングマグネットを２枚および３枚使用した場合に関わらず、円弧歯形歯車の最大伝達トルクT2はMACGS-で最も大きかった。ついでMACGが大きく、MACGS+で最も小さかった。また、最大伝達トルクT2は3MACGS-では0.18Nm以上，3MACGでは0.16Nm以上と比較的大きな値が得られた。これらから、歯車を複数枚使用すること及び円弧形状を適正化した円弧歯形歯車を使用することは、伝達トルクの増大に有効である。
【００１６】
トルク損失率ΔT/T2をみてみると、全ての試験歯車で駆動側歯車回転速度N1が大きくなるにつれトルク損失率ΔT/T2も大きくなっている。その中で、3MACGS-が0.05以下と最もトルク損失率ΔT/T2が小さく、2MACGS+が0.23以上と最もトルク損失率ΔT/T2が大きくなった。最大伝達トルクT2とトルク損失率ΔT/T2の関係を見てみると、最大伝達トルクT2が最も大きかった3MACGS-はトルク損失率ΔT/T2が最も小さく、最大伝達トルクT2が最も小さかった2MACGS+はトルク損失率ΔT/T2が最も大きいという結果が得られた。
【００１７】
非接触状態で運転中の音圧dB(A特性)は、完全非接触で動力伝達が行われた全ての試験歯車においてかみ合い音が全く発生せず、60〜80dBと従来の歯車と比較して20〜30dB程度低く、非常に静粛かつ滑らかな運転が可能であった。また、いずれの試験歯車においても完全非接触で１時間運転時の温度上昇は全く認められなかった。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
摩耗ゼロで比較的高いトルクが伝達できるため、摩耗粉などの発生による環境汚染をきらう半導体搬送装置、航空宇宙分野における補機駆動などのメンテナンスフリーが要求される各種動力機械への用途に適用できる。また、低ランニングコストが要求される常時運転が必要な減速歯車を必要とするモータなどへの用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の一実施形態を示す断面図および側面図
【図２】試験に使った矩形歯車の形状
【図３】試験に使った円弧歯形歯車の形状
【図４】歯車を２枚重ねて使用する方法
【図５】歯車の種類による回転数と最大伝達トルク、回転数とトルク損失の関係
【図６】従来技術を示す正面図
【図７】従来技術を示す正面図
【図８】従来技術を示す斜視図
【符号の説明】
【００２０】
１  鋼材製平歯車１      ２  鋼材製平歯車２
３  永久磁石            ４  円弧歯形
５  歯車本体            ６  動力伝達軸
７  動力伝達キー        ８  歯末
９  歯底
【図１】
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【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】
2005253292.tif 000010
【図７】
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【図８】
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