JPH0114460B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はマグネツトテンシヨン装置
（magnetic tensioning device）〔以下発明の詳細
な説明の項においては単に張力装置と呼ぶ〕又は
滑りクラツチ（slip clutch）に関する。その特殊
例の１つを挙げるならば、この発明は、永久磁石
及び磁性粒子によつて得られる磁気結合を利用し
てトルクの調整自在な滑りクラツチを得る張力装
置に関するものであると云うことができる。

始めにこの発明の背景技術について述べる。張
力装置又は滑りクラツチは永年に亘つて産業用に
使われてきている。これらの張力装置又はクラツ
チの持つ１つの機能は、或る材料を心棒に巻付け
たり又は心棒から巻戻したりするような機械装置
に於て或るレベルのトルク即ち回転に対する抵抗
を生じさせることである。過去に於ては、回転に
対して所要の抵抗を生じさせるために、摩擦クラ
ツチを使うことが屡々行なわれた。しかし摩擦ク
ラツチは、摩擦材料が滑り又は摩耗して徐々にす
り減るので、有利ではない。このように、摩擦ク
ラツチの寿命はかなり短く、摩擦面同志が互に滑
り合つて生ずる摩耗の程度によつてきまる。この
ような種類のクラツチ装置の有用性を制限するも
う１つの要因は、摩擦面が摩耗するにつれ、この
摩擦面によつて同一量のトルク又は回転に対する
抵抗が生じないようになることが屡々あるという
ことである。従つて摩擦クラツチに於ては、トル
ク又は回転に対する抵抗は、クラツチの摩擦面が
受ける摩耗の量によつて変る。更に難点を挙げる
ならば、摩擦面が摩耗するにつれ粉末状物質が出
てくることである。粉末は常に摩擦クラツチ機構
内のコンテナであつて、摩擦クラツチの使用に支
障を与えることが屡々ある。

回転に対して所要の抵抗を生じさせるために、
電気的に磁化したコイルを使うことができる。し
かし、磁化することのできるコイルの付勢に必要
な電線及び電力を供給することには屡々困難を伴
う。電気的に磁化したコイルに伴う困難性は、電
力が容易に得らない地域とかコイルの使用中に電
力事故が起つたりする地域では、更に増大する。
このような困難性によつて、電気的に磁化された
コイルが張力装置又は滑りクラツチとして殆ど役
に立たないものになることは明白である。

永久磁石及び磁石からの磁束は、回転に対する
所要の抵抗を生じさせるために、２個の結合エレ
メントをリンクするのに使うことができる。永久
磁石の使用に伴う困難性は、磁石によつて生ずる
トルク又は回転に対する抵抗を変えるように磁石
の磁束を調整することが極めて困難であるという
ことである。過去に於ては、米国特許第3822290
号明細書に記載されているように、永久磁石によ
つて生じた磁束を変えるために磁束ゲートが使わ
れた。しかし磁束ゲートには、或る与えられた大
きさの磁石に対する最大トルク能力を減少させる
という欠点がある。従つて、所要のトルク範囲を
持つ張力装置を作るためには、もしこの場合磁石
の出力トルクを変える手段として磁束ゲートを使
うものとすれば、更に大きな永久磁石を使うこと
が必要となろう。

磁石の磁束を調整する手段として、調整自在な
磁気分路を磁石の中心に置くこともできる。しか
し磁石の動作磁束に大きな変化を起させるために
は、分路の区域を以つて磁石の区域の大部分を構
成することが必要である。磁石分路を大きくする
ことは、トルク出力と張力装置の大きさとの間の
関係に不利な結果を与える。換言すれば、磁気分
路を使うことは、所要範囲のトルク又は回転に対
する抵抗を生じさせるために、張力装置の大きさ
を生来的に増大させるという欠点を伴つている。

次にこの発明の概要を述べる。この発明によれ
ば、回転自在な外ハウジングとこの外ハウジング
の内方に位置させた磁気装置とを備えた磁気式張
力装置が得られる。外ハウジングと磁気装置との
間には空間がある。磁気装置と外ハウジングとの
間の空間には複数の磁性粒子を置く。磁性粒子は
磁気装置からの磁束によつて位置が保たれ、また
この磁性粒子が磁気装置と外ハウジングとを磁気
的に結合させる。磁気装置と外ハウジングとの間
の空間の大きさを変える装置を設ける。この空間
の大きさを変えることにより磁気装置からの磁束
を変化させ、また磁気装置と外ハウジングとの間
の磁気結合を変化させる。

次にこの発明をその実施例について添付図面を
使つて詳細に説明する。

第１図ないし第４図は、ほぼ円筒形の外ハウジ
ング３から成る張力装置１を示す。外ハウジング
は普通金属又は他の磁化することのできる材料か
ら作る。ほぼ円筒形の磁気装置５を外ハウジング
３の内部に位置させる。磁気装置５には磁気磁石
のような永久磁石７が含まれる。磁石７には、第
１の磁気的にソフトな（magnetically soft）〔磁
化や減磁が比較的容易にできる〕プレート９及び
第２の磁気的にソフトなプレート１１を構造的に
結合させる。永久磁石７及びプレート９，１１
は、磁石の一面（Ｎ）が北極にまた他面（Ｓ）が
南極になるように、１個の組立品として磁化して
ある。磁気的にソフトな２個のプレートは磁束コ
レクタとして作用し、永久磁石によつて生じた磁
束を集中させる。永久磁石によつて生ずる磁束の
線は、線１２で示す通りである。磁気的にソフト
な２個のプレートは通常鋼のような材料から作る
ので、これらのプレートは磁気的にはソフトであ
るが、機械的には必ずしもソフトではない。

外ハウジング３の内方周面には、２個の半径方
向のみぞ１３，１３が切つてある。これらのみぞ
１３，１３は、磁気装置の２個のプレート９，１
１とほぼ同じ間隔をとつて互に隔ててある。また
みぞ１３，１３の幅は、ソフトプレート９，１１
の幅とほぼ同じである。第２図に示すように、磁
気的にソフトな２個のプレート９，１１の位置
は、外ハウジング３のみぞ１３，１３の位置とほ
ぼ一致する。

磁気装置５の外周面と外ハウジング３の内周面
との間に、環状の空間１４をとつてある。この空
間１４は通常0.05インチないし0.25インチである
が、この空間は、張力装置に対する種々異なるト
ルク上の要求を満すために、殆どどのような大き
さにすることもできる。磁気装置及び外ハウジン
グ間の空間は、２個の半径方向みぞ１３，１３の
面積を増すことに注目する必要がある。

磁気装置と外ハウジングとの間の空間内に複数
の磁性粒子１６を位置させる。これらの磁性粒子
は、永久磁石７からの磁束によつて引付けられ
る。磁気的にソフトな２個のプレート９，１１は
磁束を集中させ、この磁束を両ソフトプレートの
外周を通つて通過させる。従つて、磁性粒子は、
環状の空間１４内に於て両プレートの外周縁部付
近に集中する。

調整自在な張力装置の中心を通つて、固定した
非磁性軸１５を設ける。キーみぞ１７を持つスピ
ンドルシヤフト１８を軸１５の一部分に位置させ
る。スピンドルシヤフト１８は固定装置２０によ
つて軸１５上に回転不能の関係を保つて位置させ
る。第１のソフトプレート９は軸線方向のキーみ
ぞ１７内に延び、このソフトプレートのキーみぞ
内の位置は、磁気装置が軸１５に対して相対回転
をしようとするのを防止する。しかし、第１のソ
フトプレート９は、キーみぞ１７に沿つて軸線方
向に移動するのは自由である。従つて、磁気装置
も軸１５に対して軸線方向に自由に移動すること
ができる。

スピンドルシヤフト１８上には、調整機構２１
を回転自在に位置させる。スピンドルシヤフト１
８のみぞ内に、調整機構２１の一端と接触させ
て、スナツプリング２４を位置させる。調整機構
２１の他端は、軸線方向のキーみぞ１７が終つて
いるところに在るスピンドルシヤフト１８の肩部
２５と接触させる。スナツプリング２４及び肩部
２５は調整機構２１が軸１５に沿い軸線方向に動
こうとするのを拘束するように働くと共に、調整
機構が軸１５のまわりに自由に回転するのを許す
調整機構はその一面に複数のねじ２２を持つ。調
整機構のねじ２２とかみ合うことのできるねじ２
３を第２の磁気的にソフトなプレート１１の内方
周縁に位置させる。ソフトプレート１１及び調整
機構２１は、両ねじ２２，２３がかみ合う関係に
なるように、相互の位置ぎめを行なつてある。

軸１５には回転自在なチヤツク２７を取付け
る。軸１５には適当な軸受２９，２９を設けてチ
ヤツク２７が軸１５に対して自由に回転すること
ができるようにする。チヤツク２７の一端を外ハ
ウジング３に固着するために、ボルト３１その他
適当な締付具を使用する。外ハウジング３も軸受
２９に位置させてあり、軸１５に対して自由に回
転する。回転自在なチヤツク２７は、このチヤツ
クを回転させた場合ハウジングが回転するような
要領で、外ハウジングに取付ける。

第５図は、外ハウジング３に対してもう１つの
別の位置にある磁気装置５を示す。磁気装置５
は、軸１５に沿つて軸線方向に移動し、プレート
９はキーみぞ１７に沿つて軸線方向に移動してい
る。プレート１１のねじ２３もまた調整機構２１
上のねじ２２に沿つて軸線方向に移動している。
この位置に於ては、磁気的にソフトな２個のプレ
ート９，１１は、外ハウジング３内の２個の半径
方向みぞ１３，１３とはもはや整合していない。
この位置では、ソフトプレート９，１１と外ハウ
ジング３との間の空間１４は、プレート９，１１
が半径方向のみぞ１３，１３と整合状態にあると
きの空間よりもずつと小さくなる。

使用に際しては、磁石７の北極からの磁束が、
第２のソフトプレート１１内を通過し、ここで磁
束が集中すると共に磁束が第２のプレート１１の
外周縁を通過するように方向づけされる。次いで
磁束は、磁気装置５と外ハウジング３との間の空
間１４を通過する。磁束は、外ハウジング３の材
料を通り、空間１４を横切つて戻り、第１のソフ
トプレート９の外周縁に入つていく。第２のソフ
トプレート１１は、この磁束を永久磁石７の南極
の方向に向ける。磁束が両ソフトプレートの外周
縁を通る際、この磁束によつて磁性粒子１６が引
付けられる。従つて磁性粒子は２つのソフトプレ
ートの外周縁に集中してくる。磁束は２つのソフ
トプレートの外周縁と調整自在な張力装置の外ハ
ウジングとの間を通るので、両プレートの外周縁
と外ハウジングとの間には磁束の線が存在する。
従つて磁性粒子１６は、これらの磁束の線に引付
けられて両プレートの外周縁と外ハウジングとの
間の空間を横切つて磁性粒子のチエーン又はコラ
ムを形成する。磁性粒子から成るこれらのチエー
ンは、磁気装置と張力装置の外ハウジングとの間
に磁気結合を形成する。このように磁性粒子は磁
気装置と外ハウジングとの間に磁気的連結又は磁
気的接合を作る。

磁性粒子によつて形成されるチエーン又はコラ
ムの強さは、磁気装置と外ハウジングとの間の空
間１４を横切る磁束の強さに依存する。磁束の線
の強さは、永久磁石の強さ磁気的にソフトな２つ
のプレートによる磁束のコレクシヨン及び集中の
程度、磁気装置及び外ハウジング間の空間１４の
大きさ、及び外ハウジングが作られている物質に
依存する。磁気装置及び外ハウジング間の空間１
４が大きいほどこの空間を架橋している磁束の線
が弱いことは注目すべきことである。このこと
は、磁束は、エアスペースを横切つては、磁性材
料を通つて進むときと同じように進行しないとい
う事実からくる結果である。

第２図に示す装置１では、ソフトな２個の磁性
プレートは、これらのプレートが外ハウジング３
の２個の半径方向みぞ１３，１３とほぼ整合する
ように位置ぎめしてある。この位置では、両プレ
ートの外周縁及び外ハウジング間の空間１４を横
切つて架橋している磁束の線は、２個の半径方向
みぞによつて作られる付加的エアスペースを通ら
なければならない。このことはこのエアスペース
を横切つて架橋している磁束の強さを減少させ、
従つて、磁束の線に沿つて形成された磁性粒子か
ら成るチエーン又はコラムの強さを減少させる。
この位置では、磁気装置５及び外ハウジング３間
の連結又はトルク移動は最低点に在る。

磁気装置と外ハウジング３との間の連結又は結
合を増すためには、磁気装置を軸線方向に移動又
はシフトして、磁気的にソフトな２個のプレート
がもはや２個の半径方向みぞ１３，１３と完全な
整合状態にはないようにしなければならない。磁
気装置の移動は、調整機構２１を回転させること
によつて行なうことができる。調整機構２１を回
転すれば、第２のプレート１１の内周縁のねじ２
３は、調整機構２１上のねじ２２に沿つて前進す
る。すなわち、調整機構２１を回転すれば、第２
のプレート１１は、ねじ２２に沿い軸線方向にチ
ヤツク２７から離れる向きに移動する。第２のプ
レート１１が移動するにつれ、全磁気装置５もま
た第２のプレートと共に動くことは云うまでもな
い。第１のプレート９はスピンドルシヤフト１８
の軸線方向のキーみぞ１７内に在るので、磁気装
置５は軸１５に沿い軸線方向に自由に移動するこ
とができる。しかし第１のプレート９を軸線方向
のキーみぞ１７内に位置させると、磁気装置５が
軸１５又は外ハウジング３に対して半径方向に動
こうとするのが妨げられる。磁気装置５の移動に
より、２つのプレートが動いて２個の半径方向み
ぞ１３，１３との整合から外れる。２つのプレー
トが動いて半径方向のみぞ１３，１３との整合か
ら外れるにつれ、２つのプレートの外周縁と外ハ
ウジング３との間のエアギヤツプが小さくなり、
空間１４を架橋している磁束の線の強さが増す。
空間の大きさを小さくすることは、磁性粒子から
成る強いチエーン又はコラムが両プレートの外周
縁及び外ハウジング間の空間１４内に形成される
結果を生む。すなわち、磁気装置が動いて２個の
半径方向みぞとの整合が外れると、磁気装置及び
外ハウジング３間の結合又は連結の強さが２つの
プレートが半径方向みぞ１３との整合から完全に
外れるようになるまで増大する。２つのプレート
が第５図に示すように半径方向みぞとの整合から
完全に外れると、磁気装置５と外ハウジング３と
の間の結合は最大レベルに達する。

使用の際には、巻付け又は巻戻す材料をチヤツ
ク２７にのせる。チヤツク２７は軸受２９に支え
られ軸１５のまわりに自由に回転する。しかしチ
ヤツク２７は調整自在な張力装置の外ハウジング
３に強固に取付ける。チヤツクに材料を巻付け又
はこれを配分するためにチヤツクを回転すると、
外ハウジング３もまた回転する。しかし、磁気装
置５及び外ハウジング３間に形成される磁性粒子
１６から成るチエーン又はコラムは、この運動に
抵抗する。従つて、外ハウジング３が回転するた
めには、磁性粒子から成るチエーン又はコラムを
破らなければならず、磁性粒子から成るチエーン
を破るのは必要な力又はトルクは、磁気装置及び
外ハウジング間を通る磁束の線の強さに比例す
る。このように、外ハウジング３が回転するにつ
れ、磁性粒子から成るチエーンは連続して破られ
また再形成される。磁性粒子から成るチエーンの
破壊は、外ハウジング及びチヤツクの回転に抵抗
する一定の力又はトルクを供給することになる。

チヤツクにかかる引張り力を変えたいならば、
所要の量の引張り力が供給されてチヤツク２７の
回転に抵抗するまで調整機構２１を回動して磁気
装置５を半径方向みぞ１３，１３に対して位置ぎ
めし直せばよい。

第６図は張力装置に使うことのできる別の実施
例を示す。この例では、外ハウジング３は半径方
向のみぞ１３を改造し、その中に非磁性の挿入材
３５を位置させてある。磁気的にソフトな２個の
プレートを、それらの外周縁が半径方向のみぞ１
３と整合するようにして位置ぎめすると、両プレ
ートの外周縁から流れる磁束が、２つの半径方向
みぞ１３内に在る非磁性の挿入材３５を通過す
る。挿入材中の非磁性物質は、磁束の弱い導体と
して作用し、プレートの外周縁から外ハウジング
内に入つていく磁束の力を減少させる結果をもた
らす。挿入材の非磁性物質は磁束の強さを減少さ
せることになるが、この減少は磁束がエアギヤツ
プを通る際存在する減少よりも大きいことに注目
する必要がある。磁束の強さが減少するにつれ、
磁気装置５の外周縁と外ハウジング３との間の空
間１４内に在る磁性粒子１６は低い磁束にさらさ
れるようになる。従つて、磁性粒子１６は、非磁
性挿入材３５が半径方向みぞ１３内に存在しない
ときに形成されるコラムほどには強くないチエー
ン又はコラムを、空間１４を横切つて形成する。
すなわち、非磁性挿入材３５が半径方向みぞ内に
置かれると、磁性粒子１６によつて創造された磁
性装置５及び外ハウジング３間の磁気結合は減少
する。従つて、外ハウジング３とこの外ハウジン
グに連結したチヤツク２７との回転に対する抵抗
が減少する。非磁性挿入材３５が、外ハウジング
３と磁気装置５との間の磁気結合を、２つのプレ
ートが動かされて、これらのプレートが外ハウジ
ング内に在る非磁性挿入材３５と全く整合の外れ
た位置にくるまで、減少させるように働くことに
注目する必要がある。

以上述べたところから、非磁性挿入材３５は、
最少量の磁気結合が生じている位置に磁気装置が
在る場合、磁気装置５と外ハウジング３との間の
電磁気結合を低下させるように働くことがわか
る。すなわち、非磁性挿入材は、２つの磁気的に
ソフトなプレートが少くとも部分的に非磁性挿入
材３５と整合状態にある場合、張力範囲の下端に
於ける張力装置の回転に対する抵抗を減少させ
る。

以上この発明を実施について詳細に説明した
が、これらの実施例は、この発明の精神を逸脱す
ることなく、種々の変化変型をなし得ることは云
うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるマグネツトテンシヨン
装置の１実施例の斜視図、第２図は第１図の線２
―２に沿う断面図で最小のトルク伝達が行なわれ
るように調整して示す図、第３図はマグネツトテ
ンシヨン装置の端部正面図、第４図は第２図の線
４―４に沿う部分断面図、第５図はマグネツトテ
ンシヨン装置の部分断面図で最大のトルク伝達が
行なわれるように調整して示す図、第６図はマグ
ネツトテンシヨンの別の実施例の部分断面図であ
る。 １…マグネツトテンシヨン装置、３…外ハウジ
ング、５…磁気装置、７…永久磁石、９，１１…
磁気的ソフトプレート、１３…半径方向のみぞ、
１４…環状空間、１５…軸、１６…磁性粒子、１
７…１８のキーみぞ、１８…スピンドルシヤフ
ト、２０…１８の固定装置、２１…調整機構、２
２…２１のねじ、２３…１１のねじ、２４…スナ
ツプリング、２５…１８の肩部、２７…チヤツ
ク、２９…軸受、３１…ボルト、３５…非磁性挿
入材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (イ) 軸と、 (ロ) 外面と、少なくとも２個の半径方向のみぞを
   形成している内面とを持ち、前記軸に取付けら
   れた回転自在な外ハウジングと、 (ハ) この外ハウジングの内部内に位置し、前記軸
   に沿つて滑動自在に移動可能であり、前記外ハ
   ウジングの前記内面の周囲と共に環状の空間を
   形成する磁気装置と、 (ニ) 前記環状の空間内に位置し、前記磁気装置か
   らの磁束の影響を受け、前記磁気装置を前記外
   ハウジングに磁気的に結合する複数の磁性粒子
   と、 を備え、前記みぞによつて、前記磁気装置と前記
   外ハウジングとの間の前記環状の空間の状態が変
   えられて、前記磁気装置と前記外ハウジングとの
   間の磁気的結合を変化させるようにしたマグネツ
   トテンシヨン装置。 ２ 前記磁気装置を、永久磁石と、この永久磁石
   の両側に位置し、この永久磁石によつて生ずる磁
   束を集中する磁束コレクタとして働く磁気的にソ
   フトな２個のプレートとにより構成した特許請求
   の範囲第１項記載のマグネツトテンシヨン装置。 ３ 前記半径方向のみぞに、前記磁気的にソフト
   な２個のプレートとほぼ同じ幅を持たせ、前記半
   径方向のみぞを、前記磁気的にソフトな２個のプ
   レートとほぼ同じ距離だけ間隔を置いて配置した
   特許請求の範囲第２項記載のマグネツトテンシヨ
   ン装置。 ４ チヤツクを、前記軸上に回転自在に位置ぎめ
   し、かつ前記チヤツクを前記外ハウジングに取付
   ける装置を設けた特許請求の範囲第３項記載のマ
   グネツトテンシヨン装置。 ５ 前記２個の半径方向のみぞに、非磁性の挿入
   材を入れた特許請求の範囲第３項記載のマグネツ
   トテンシヨン装置。 ６ 前記磁気装置と、前記外ハウジングとの間の
   前記環状の空間の状態を変えるために、前記磁気
   装置を、前記２個の半径方向のみぞに対して前記
   軸に沿つて軸線方向に移動させる装置を備えた特
   許請求の範囲第３項記載のマグネツトテンシヨン
   装置。 ７ 前記磁性粒子によつて前記環状の空間内に、
   前記磁気装置からの磁束の線に沿いチエーンを形
   成し、この磁性粒子から成るチエーンによつて前
   記磁気装置と前記外ハウジングとを磁気的に結合
   すようにした特許請求の範囲第６項記載のマグネ
   ツトテンシヨン装置。