(57)【要約】【課題】完全非接触にて動力伝達を行うことができる機構であり、減速比を大きくとることができる機構を提供する。【解決手段】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非接触歯車において、従動側の歯車と駆動側の歯車の歯数が異なることを特徴とする非接触歯車。歯車の磁化には、例えば、鋼材からなる歯車をリングマグネットにて挟み込む手段を用いることができる。【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有する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非接触歯車において、従動側の歯車と駆動側の歯車の歯数が異なることを特徴とする非接触歯車。
【請求項２】
従動側の歯車の歯数が駆動側の歯車の歯数よりも多い請求項１に記載の非接触歯車。
【請求項３】
従動側の歯車の歯数が駆動側の歯車の歯数よりも少ない請求項１に記載の非接触歯車。
【請求項４】
従動側および／または駆動側の歯車が磁性体または電磁石で挟み込まれている請求項１〜３のいずれかに記載の非接触歯車。
【請求項５】
従動側および／または駆動側の歯車の歯末の側面視形状が円弧状である請求項１〜４のいずれかに記載の非接触歯車。
【請求項６】
従動側および／または駆動側の歯と歯の間の歯底の側面視形状が円弧形状である請求項１〜５のいずれかに記載の非接触歯車。
【請求項７】
非接触歯車が歯車の回転軸方向に複数設置されてなる請求項１〜６のいずれかに記載の非接触歯車。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の非接触歯車を構成に含むことを特徴とする遊星歯車機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対の歯車が磁力により非接触にてトルクを伝達する非接触歯車に関し、さらに詳しくは、対の歯車の歯数が異なり、加減速可能にトルクを伝達することができる非接触歯車に関する。
【背景技術】
【０００２】
トルクを伝達する歯車対において、多くの歯車は、磨耗防止等のための潤滑油を必要とする。しかしながら、食品加工機や精密機器、真空状態で運転する機器などは、潤滑油の飛散の心配のない無潤滑の歯車を求めていた。
また、通常の歯車は、潤滑油を介したりまたは介さなかったりの状態で、歯車対の歯の部分の接触によりトルクを伝達している。このため、摩擦抵抗による伝達効率の低下、磨耗による寿命の低下、接触音の発生が問題となっている。このため、非接触にて歯車対を駆動する試みがなされており、特に、非接触手段に磁力を用いるものが多く報告されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２１８７３５号公報
【特許文献２】特開２００５−２３３３２６号公報
【特許文献３】特開２００５−２５３２９２号公報
【０００４】
特許文献１〜２に記載の歯車は、図４または図５に示すように、歯車の外周に磁石をＮ極Ｓ極交互に配置し、Ｎ極とＳ極の磁気引力により歯車を駆動するものである。このため、磁石の設置が複雑であり、製作コストが大きい問題点があった。また、特許文献３に記載の歯車は、図６に示すように、透磁率の高い鋼材からなる歯車を両サイドから磁石で挟み込むことにより歯車を磁化する。このため、磁石の設置は比較的安価に行なえる利点がある。また、磁気引力を用いるのではなく、磁気斥力（いわゆる反発力）を用いることにより、歯車対を非接触に駆動することを特徴とするが、さらに高トルクの伝達が望まれるものであった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明の目的は、高トルクの伝達を実現する減速機構を付加した歯車を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係わる発明は、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有する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非接触歯車において、従動側の歯車と駆動側の歯車の歯数が異なることを特徴とする非接触歯車である。
【０００７】
請求項２に係わる発明は、従動側の歯車の歯数が、駆動側の歯車の歯数よりも多い請求項１に記載の非接触歯車である。
【０００８】
請求項３に係わる発明は、従動側の歯車の歯数が、駆動側の歯車の歯数よりも少ない請求項１に記載の非接触歯車である。
【０００９】
請求項４に係わる発明は、従動側および／または駆動側の歯車が、磁性体または電磁石で挟み込まれている請求項１〜３のいずれかに記載の非接触歯車である。
【００１０】
請求項５に係わる発明は、従動側および／または駆動側の歯車の歯末の側面視形状が、円弧状である請求項１〜４のいずれかに記載の非接触歯車である。
【００１１】
請求項６に係わる発明は、従動側および／または駆動側の歯と歯の間の歯底の側面視形状が、円弧形状である請求項１〜５のいずれかに記載の非接触歯車である。
【００１２】
請求項７に係わる発明は、非接触歯車が、歯車の回転軸方向に複数設置されてなる請求項１〜６のいずれかに記載の非接触歯車である。
【００１３】
請求項８に係わる発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の非接触歯車を構成に含むことを特徴とする遊星歯車機構である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、磁気斥力を用いる非接触歯車において、駆動側と従動側の歯数を異とすることから減速比を大きくでき、駆動側と従動側の歯数が同じ歯車対の場合に比べて伝達トルクを大きくすることができる。また、本発明は、太陽歯車、遊星歯車、内歯車からなる遊星歯車機構に好適に適用できる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００１６】
図１に設計した太陽歯車および遊星歯車の寸法形状を示す。太陽歯車１は歯数が９、遊星歯車２は歯数が１３である。太陽歯車１と遊星歯車２と内歯車（図示しない）をそれぞれリングマグネットによりＮ極に磁化させたが、歯先同士で磁気引力が生ずる問題が発生した。同極にも関わらず磁気引力が生じた原因は磁気斥力を作用させる歯車対の歯面磁束密度の差が原因の一つと考えられる。
つまり、大小歯数の異なる歯車の場合、取り付けるリングマグネット外径が小歯車より大歯車で大きくなるため、大歯車歯先の磁極がＳ極に変化したと考えられる。したがって、大小歯車歯先から生ずる磁束密度が等しいなら、減速比を有する磁気斥力平歯車対でも磁極が変わらず歯車間に磁気斥力を生じ、非接触トルク伝達が可能になる。図２は歯車およびリングマグネットの取り付け状態を示す。鋼材３からなる歯車をリングマグネットにて挟み込む形となる。このとき、リングマグネットは、Ｎ極側４ｎが鋼材３側に、Ｓ極側４ｓが外側になるように配置した。
【００１７】
また、太陽歯車および遊星歯車の３次元静磁場解析を行った。表１は解析条件を示す。リングマグネットの外径を０．５ｍｍごとに増加した場合の歯先磁束密度を計算した。解析はＳｏｌｉｄ  ｗｏｒｋｓにより作成した３次元ソリッドモデルを四面体要素に分割し、ＣＯＭＯＳ  ＥＭＳにより行った。また、空気モデルは、図２に示すモデル全体を覆うモデルを作成した。空気モデルは太陽歯車側で６０ｍｍ×６０ｍｍ×４０ｍｍ、遊星歯車側で８０ｍｍ×８０ｍｍ×４０ｍｍであった。解析モデルにより異なるが要素数は８０５７０〜３３４３６５、節点数は１４１９１〜５７５２０であった。要素基準サイズは計算機のメモリの制限により、太陽歯車で１ｍｍ、太陽歯車用リングマグネットおよび空気モデルで２ｍｍ、遊星歯車用リングマグネットおよび空気モデルで４ｍｍとした。
【００１８】
図３に解析結果を示す。縦軸は歯車にリングマグネットを取付けた解析モデルの歯先から生ずる磁束密度Ｂと補正値（Ｌ／（Ｄ−ｄ））の積である。Ｌは歯車と磁石の厚みの総和、Ｄは歯車の歯先円直径、ｄは歯車の内径である。横軸は図２に示す歯先とリングマグネットの距離Ｘである。また、図３中の実線は最小二乗近似式（ｌｎＢＬ／（Ｄ−ｄ）＝−４．７８ｌｎＸ＋１６．５１）で表される直線であり、解析値群との相関係数は0.91とよくあてはまる。この最小二乗近似式により、磁束密度Ｂは歯先と磁石の距離Ｘの関数で表され、歯先と磁石の距離Ｘが長くなるほど歯先の磁束密度Ｂは小さくなるといえる。この最小二乗近似式を用いると、歯面磁束密度を等価にするためのリングマグネット外径を求めることができる。たとえば、実施例１の場合では歯数比に相当する外径比のリングマグネットを用い、大小歯車の両サイドに挟み込めば、かみ合い歯先磁束密度を等価にできる。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
上記の実施例の非接触歯車は、従動側と駆動側の歯車の歯数を異にすることから、従動側と駆動側の歯車にて回転速度を異にすることができる。
【００２１】
本発明は、上記の実施例の他に、さまざまな実施態様が挙げられる。
従動側の歯車の歯数が駆動側の歯車の歯数よりも多い非接触歯車は、駆動側の歯車の歯数が従動側の歯車よりも少ないため、駆動側の回転に対し、従動側の回転を減速することができる。
【００２２】
従動側の歯車の歯数が駆動側の歯車の歯数よりも少ない非接触歯車は、駆動側の歯車の歯数が従動側の歯車よりも多いため、駆動側少しの回転に対し、従動側を多く回転することができる。
【００２３】
従動側および／または駆動側の歯車が磁性体または電磁石で挟み込まれている非接触歯車は、歯車を磁化させる手段として、歯車の両側に磁性体もしくは電磁石を設置する。例えば、歯車の両側に、中心に孔のある円柱状のリングマグネットを設置することができる。この際、リングマグネットの孔には、歯車の回転軸を通過させることができる。
【００２４】
従動側および／または駆動側の歯車の歯末の側面視形状が円弧状である非接触歯車は、歯車の歯末（いわゆる歯の先の部分）の側面視形状を円弧状とすることにより、鋭角の頂点が存在する矩形歯形やインボリュート歯形にくらべ、磁束の放出を均一化する。このため、歯車間の磁気斥力を好適に作用させることができ、伝達力を向上することができる。
【００２５】
従動側および／または駆動側の歯と歯の間の歯底の側面視形状が円弧形状である非接触歯車は、歯と歯の間の歯底の側面視形状を円弧状とし、鋭角となる頂点をなくすことにより、隣り合う磁束が干渉し合う影響を少なくする。このため、歯車間の磁気斥力を好適に作用させることができ、伝達力を向上することができる。
【００２６】
歯車の回転軸方向に複数設置されてなる非接触歯車は、歯車を歯車の同軸上に複数個設置することにより、伝達トルクを増加することができる。
【００２７】
また、本発明は、上記のいずれかに記載の非接触歯車を構成に含むことを特徴とする遊星歯車機構である。
本発明の遊星歯車機構は、遊星歯車機構を構成する遊星歯車、太陽歯車、内歯車のいずれかまたは全てに本非接触歯車を用いた動力伝達機構であり、従来の遊星歯車機構で問題となる遊星歯車と内歯車のかみ合い過剰がないため、振動や騒音を防止でき、静粛で高い効率でトルク伝達することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施例を示す歯車の寸法形状である。
【図２】実施例を示す歯車におけるリングマグネットの取り付け状態を示す図である。
【図３】実施例の歯車について磁場解析を行った結果を示すグラフである。
【図４】従来の非接触歯車の例を示す図である。
【図５】従来の非接触歯車の例を示す図である。
【図６】従来の非接触歯車の例を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…太陽歯車、２…遊星歯車、３…鋼材、４ｓ…リングマグネット（Ｓ極側）
４ｎ…リングマグネット（Ｎ極側）
【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】
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