磁気カップリング及び撹拌装置
【課題】被回転体と回転体との間の軸心に沿った相互間距離が増大した場合にも、継続して非接触で動力を伝達する。
【解決手段】軸心が鉛直方向に沿う態様で配設した出力軸１と、出力軸１の延長上に配置した被駆動軸２との間に、反発用磁石ユニット４０及び吸引用磁石ユニット３０を配設し、反発用磁石ユニット４０の反発力により出力軸１に対して被駆動軸２を浮上させた状態に維持するとともに、吸引用磁石ユニット３０の吸引力により出力軸１と被駆動軸２との間に非接触で回転力を伝達するようにした磁気カップリングにおいて、出力軸１と被駆動軸２との間の軸心に沿った相互間距離Ｄが予め設定した閾値よりも小さい場合に反発力が吸引力を上回り、かつ相互間距Ｄ離が閾値を超えて増大した場合に吸引力が反発力を上回るようにそれぞれの磁力を設定した。
【解決手段】軸心が鉛直方向に沿う態様で配設した出力軸１と、出力軸１の延長上に配置した被駆動軸２との間に、反発用磁石ユニット４０及び吸引用磁石ユニット３０を配設し、反発用磁石ユニット４０の反発力により出力軸１に対して被駆動軸２を浮上させた状態に維持するとともに、吸引用磁石ユニット３０の吸引力により出力軸１と被駆動軸２との間に非接触で回転力を伝達するようにした磁気カップリングにおいて、出力軸１と被駆動軸２との間の軸心に沿った相互間距離Ｄが予め設定した閾値よりも小さい場合に反発力が吸引力を上回り、かつ相互間距Ｄ離が閾値を超えて増大した場合に吸引力が反発力を上回るようにそれぞれの磁力を設定した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触で回転力を伝達する磁気カップリング及びこれを適用した撹拌装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
撹拌槽の内部に貯留した液体を撹拌する装置としては、撹拌槽の内部に配設した撹拌翼（被回転体）と、撹拌槽の外部に配設したモータ等の駆動部の出力軸（回転体）との間に磁気カップリングを適用し、駆動部の回転力を非接触で撹拌翼に伝達するようにしたものがある。この種の磁気カップリングでは、撹拌翼と駆動部の出力軸との互いに対向する部位に吸引用磁石ユニットと反発用磁石ユニットとを配設し、反発用磁石ユニットの反発力により撹拌槽の内部で撹拌翼を浮上させた状態に維持し、かつ吸引用磁石ユニットの吸引力によって非接触で回転力を伝達するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３５０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した磁気カップリングにあっては、撹拌翼と駆動部の出力軸との間の反発力に対して互いの間の吸引力を大きく設定した場合、撹拌槽の内部で撹拌翼を浮上させることができないため、液体の撹拌を行うことができない。つまり、上記のような撹拌装置においては、撹拌翼と駆動部の出力軸との間の反発力が互いの間の吸引力を上回るようにそれぞれの磁石ユニットの磁力を設定する必要がある。
【０００５】
磁石ユニットの磁力を上記のように設定した磁気カップリングによれば、撹拌翼と出力軸との間の軸心に沿った相互間距離が減少しても、互いの間に働く反発力によって撹拌翼が上昇し、再び駆動部との相互間距離が大きくなるように調整されることになり、撹拌翼が撹拌槽の底壁に接触する事態を防止することができるようになる。
【０００６】
しかしながら、撹拌翼と出力軸との間の軸心に沿った相互間距離が増大した後においては、もはや両者を接近させる力が作用することはなく、そのまま相互間距離が増大して回転力を伝達することが困難となる恐れがある。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みて、被回転体と回転体との間の軸心に沿った相互間距離が増大した場合にも、継続して非接触で動力を伝達することのできる磁気カップリング及び撹拌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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る磁気カップリングは、軸心が鉛直方向に沿う態様で配設した回転体と、前記回転体の延長上に配置した被回転体との間に、反発用磁石ユニット及び吸引用磁石ユニットを配設し、前記反発用磁石ユニットの反発力により前記回転体に対して前記被回転体を浮上させた状態に維持するとともに、前記吸引用磁石ユニットの吸引力により前記回転体と前記被回転体との間に非接触で回転力を伝達するようにした磁気カップリングにおいて、前記回転体と前記被回転体との間の軸心に沿った相互間距離が予め設定した閾値よりも小さい場合に前記反発用磁石ユニットの反発力が前記吸引用磁石ユニットの吸引力を上回り、かつ前記相互間距離が前記閾値を超えて増大した場合に前記吸引用磁石ユニットの吸引力が前記反発用磁石ユニットの反発力を上回るようにそれぞれの磁力を設定したことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、上述した磁気カップリングにおいて、前記吸引用磁石ユニットを前記回転体の中心部に配設し、かつ前記反発用磁石ユニットを前記吸引用磁石ユニットの外周部に配設し、前記吸引用磁石ユニットは、隣接するものが互いに異極となる態様で複数の磁石を周方向に交互に配設して構成し、前記反発用磁石ユニットは、互いに外径が異なる複数のリング状磁石を、隣接するものが互いに異極となる態様で同心上に配設して構成したことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、上述した磁気カップリングにおいて、前記回転体と前記被回転体との間に、前記回転体の軸心と前記被回転体の軸心とが合致した場合に相互間に作用する磁力がバランスし、かつ前記回転体の軸心と前記被回転体の軸心とが互いにずれた場合に前記磁力がアンバランスとなる横ずれ防止用磁石ユニットを配設したことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る撹拌装置は、上述した磁気カップリングのいずれか一つにおいて、前記被回転体に撹拌翼を設け、かつ液体を撹拌する撹拌槽の内部に前記被回転体を配設する一方、前記撹拌槽の外部に前記回転体を駆動する駆動部を配設し、前記被回転体と前記回転体とを互いに対向させたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、回転体と被回転体との間の軸心に沿った相互間距離が増大した場合に吸引用磁石ユニットの吸引力が反発用磁石ユニットの反発力を上回り、かつ相互間距離が減少した場合に反発用磁石ユニットの反発力が吸引用磁石ユニットの吸引力を上回るようにそれぞれの磁力を設定しているため、被回転体と回転体との間の相互間距離を増大するように力が作用した場合、吸引力が反発力を上回り、互いの相互間距離が減少する。従って、被回転体と回転体との間に継続して吸引力を作用させ、非接触で動力を伝達することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１である磁気カップリングを示した断面図である。
【図２】図２は、図１に示した磁気カップリングに適用する反発用磁石ユニット及び吸引用磁石ユニットの配置態様を示す図である。
【図３】図３は、図１に示した磁気カップリングの回転体と被回転体との間の軸心に沿った相互間距離と、反発用磁石ユニットの反発力及び吸引用磁石ユニットの吸引力との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、図１に示した磁気カップリングの回転体と被回転体との間の軸心に沿った相互間距離と、両者間に作用する力との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、図１に示した磁気カップリングを適用する撹拌装置を概念的に示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２である磁気カップリングを示した断面図である。
【図７】図７は、図６に示した磁気カップリングの回転体に設けた磁石の配置態様を示す斜視図である。
【図８】図８は、図６に示した磁気カップリングの被回転体に設けた磁石の配置態様を一部破断して示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら本発明に係る磁気カップリング及び撹拌装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１及び図２は、本発明の実施の形態１である磁気カップリングを示したものである。ここで例示する磁気カップリングは、出力軸（回転体）１を鉛直上方に向けた状態で配置された電動モータ（図示せず）と、出力軸１よりも上方となる部位に軸心を鉛直方向に沿って配置した被駆動軸（被回転体）２との間に適用され、これら出力軸１と被駆動軸２との間に非接触で回転力を伝達するもので、出力軸１の端部及び被駆動軸２の端部にそれぞれユニット保持体１０，２０を備えている。ユニット保持体１０，２０は、互いに同一の外径を有した円板状を成すものである。出力軸１のユニット保持体１０は、自身の軸心を出力軸１の軸心に合致させた状態で出力軸１に固定してあり、被駆動軸２のユニット保持体２０は、自身の軸心を被駆動軸２の軸心に合致させた状態で被駆動軸２の端部に固定してある。個々のユニット保持体１０，２０には、それぞれの端面に吸引用磁石ユニット３０及び反発用磁石ユニット４０が設けてある。
【００１６】
吸引用磁石ユニット３０は、出力軸１のユニット保持体１０と被駆動軸２のユニット保持体２０との間に吸引力を作用させ、出力軸１のユニット保持体１０から被駆動軸２のユニット保持体２０に非接触で回転力を伝達するためのものである。本実施の形態１では、ユニット保持体１０，２０の中心部に互いに同一の略扇形状を成す４つの永久磁石（以下、「吸引用磁石３１Ｎ，３１Ｓ」という）を配設することによって吸引用磁石ユニット３０が構成してある。吸引用磁石３１Ｎ，３１Ｓは、それぞれ露出する端面全域がＮ極もしくはＳ極となるものであり、隣接するものが互いに異極となり、かつ４つを組み合わせたものの外形が、中心孔を有した円板状を呈する態様で、ユニット保持体１０，２０の軸心を中心として周方向に交互に並設してある。出力軸１のユニット保持体１０に構成した吸引用磁石ユニット３０と、被駆動軸２のユニット保持体２０に構成した吸引用磁石ユニット３０とは、互いに同一の形状を有するように構成してある。
【００１７】
反発用磁石ユニット４０は、出力軸１のユニット保持体１０と被駆動軸２のユニット保持体２０との間に反発力を作用させ、被駆動軸２のユニット保持体２０を出力軸１のユニット保持体１０から浮上した状態に維持するためのものである。本実施の形態１では、吸引用磁石ユニット３０の外周部に互いに外径が異なるリング状を成した３つの永久磁石（以下、「反発用磁石４１Ｎ，４１Ｓ，４１Ｎ」という）を配設することによって反発用磁石ユニット４０が構成してある。反発用磁石４１Ｎ，４１Ｓ，４１Ｎは、それぞれ露出する端面全周がＮ極もしくはＳ極となるもので、隣接するものが互いに異極となる態様で、ユニット保持体１０，２０の軸心を中心とした同心上に交互に並設してある。出力軸１のユニット保持体１０に構成した反発用磁石ユニット４０と、被駆動軸２のユニット保持体２０に構成した反発用磁石ユニット４０とは、互いに同一の形状、かつ同一の磁極を有するように構成してある。
【００１８】
上記のように吸引用磁石ユニット３０及び反発用磁石ユニット４０を備えたユニット保持体１０，２０においては、互いの軸心を合致させた状態でそれぞれの端面を対向させると、反発用磁石４１Ｎ，４１Ｓ，４１Ｎが同極同士で対向するため、互いの間に反発力が作用し、被駆動軸２のユニット保持体２０が出力軸１の軸方向に沿ってユニット保持体１０から浮上した状態に維持される。これに対して吸引用磁石ユニット３０においては、ユニット保持体１０，２０が適宜相対回転することにより、互いに異極を対向させ、相互間に吸引力が作用した状態で停止することになる。
【００１９】
ここで、反発用磁石ユニット４０の反発力は、吸引用磁石ユニット３０の吸引力よりも大きく設定しなければ、出力軸１のユニット保持体１０に対して被駆動軸２のユニット保持体２０を浮上した状態に維持することができない。しかしながら、反発用磁石ユニット４０の反発力を、単に吸引用磁石ユニット３０の吸引力よりも大きく設定した場合には、出力軸１のユニット保持体１０と被駆動軸２のユニット保持体２０との間の軸心に沿った相互間距離Ｄが増大するように力が作用すると、そのまま相互間距離Ｄが増大してしまうため、その後に回転力を伝達することが困難となる。
【００２０】
このため、上述の磁気カップリングでは、図３及び図４に示すように、出力軸１のユニット保持体１０と被駆動軸２のユニット保持体２０との間の軸心に沿った相互間距離Ｄが予め設定した閾値よりも小さい場合、従前のものと同様に反発用磁石ユニット４０の反発力が吸引用磁石ユニット３０の吸引力を上回るように設定し、かつ相互間距離Ｄが上述の閾値を超えて増大した場合に吸引用磁石ユニット３０の吸引力が反発用磁石ユニット４０の反発力を上回るようにそれぞれの磁力が設定してある。つまり、吸引用磁石ユニット３０の相互間に作用する吸引力に対して、反発用磁石ユニット４０の反発力が、上述した相互間距離Ｄの変化に対してより急激に変化するように設定してある。
【００２１】
出力軸１のユニット保持体１０と被駆動軸２のユニット保持体２０との間の軸心に沿った相互間距離Ｄの変化に対して反発用磁石ユニット４０の反発力が吸引用磁石ユニット３０の吸引力よりも急激に変化するように設定するには、例えば吸引用磁石３１Ｎ，３１Ｓの極数をできるだけ少なくすることが好ましい。これは、吸引用磁石３１Ｎ，３１Ｓの極数が多い場合、上述の相互間距離Ｄが増大すると、対向する吸引用磁石ユニット３０の吸引用磁石３１Ｎ，３１Ｓの間において出入されていた磁力線が、同じ吸引用磁石ユニット３０の隣接する吸引用磁石３１Ｎ，３１Ｓの間で出入りされるようになり、吸引用磁石ユニット３０の相互間に作用する吸引力が急激に減少するためである。一方、反発用磁石ユニット４０においては、反発用磁石４１Ｎ，４１Ｓ，４１Ｎとして径方向の幅ができるだけ小さいものを適用することが好ましい。これは、上記と同様、上述した相互間距離Ｄが増大すると、対向する反発用磁石ユニット４０の反発用磁石４１Ｎ，４１Ｓ，４１Ｎの間において出入されていた磁力線が、同じ反発用磁石ユニット４０の隣接する反発用磁石４１Ｎ，４１Ｓ，４１Ｎの間で出入りされるようになり、反発用磁石ユニット４０の相互間に作用する反発力が急激に減少するためである。
【００２２】
上記のように構成した磁気カップリングによれば、反発用磁石ユニット４０の反発力と吸引用磁石ユニット３０の吸引力とがバランスし、出力軸１のユニット保持体１０に対して被駆動軸２のユニット保持体２０が浮上した状態に維持される。この状態から電動モータ（図示せず）を駆動すれば、吸引用磁石ユニット３０の相互間に作用する吸引力により、出力軸１のユニット保持体１０の回転が非接触で被駆動軸２のユニット保持体２０に伝達され、被駆動軸２が出力軸１と同方向に回転することになる。
【００２３】
この状態において、被駆動軸２に対してその軸心が水平方向にずれるように力が作用すると、出力軸１のユニット保持体１０に配設した吸引用磁石３１Ｎ，３１Ｓと被駆動軸２のユニット保持体２０に配設した吸引用磁石３１Ｎ，３１Ｓとの対向面積がアンバランスとなる。これにより、各吸引用磁石３１Ｎ，３１Ｓの間に作用する吸引力もアンバランスとなり、被駆動軸２の軸心が出力軸１の軸心に合致するように力が作用する。従って、上記磁気カップリングによれば、常に出力軸１の軸心と被駆動軸２の軸心とが互いに合致した状態に自動的に調整される。
【００２４】
一方、被駆動軸２のユニット保持体２０に対して、出力軸１のユニット保持体１０から軸心に沿った相互間距離Ｄが増大するように力が作用すると、反発用磁石ユニット４０の反発力及び吸引用磁石ユニット３０の吸引力がいずれも減少することになる。しかしながら、吸引力の減少率に比べて反発力の減少率が大きいため、出力軸１のユニット保持体１０と被駆動軸２のユニット保持体２０との間には、吸引力が作用し、相互間距離Ｄが減少することになる。従って、再び二つのユニット保持体１０，２０の相互間距離Ｄが反発用磁石ユニット４０の反発力と吸引用磁石ユニット３０の吸引力とがバランスした位置で停止し、出力軸１のユニット保持体１０に対して被駆動軸２のユニット保持体２０が浮上した状態に維持される。この結果、被駆動軸２と電動モータ（図示せず）の出力軸１との間に継続して吸引力を作用させ、非接触で動力を伝達することが可能となる。
【００２５】
図５は、上述した磁気カップリングを適用した撹拌装置を示したものである。この撹拌装置では、基台５０に電動モータ（駆動部）６０が出力軸１を鉛直上方に向けた状態で取り付けてあり、出力軸１の上端部に反発用磁石ユニット４０及び吸引用磁石ユニット３０を備えたユニット保持体１０が固定してある。
【００２６】
一方、基台５０には、その上部に撹拌槽７０が取り付けてある。撹拌槽７０は、非磁性体によって中空の直方体状に形成したもので、その底壁７１の四隅部に設けた脚部７２を介して基台５０の上面に固定してある。図５からも明らかなように、撹拌槽７０の底壁７１は、出力軸１に設けたユニット保持体１０の上面に対して平行、かつ近接した状態で配置してある。
【００２７】
撹拌槽７０の内部には、撹拌すべき液体とともに被駆動軸２が配設してある。被駆動軸２の下端部には、反発用磁石ユニット４０及び吸引用磁石ユニット３０を備えたユニット保持体２０が固定してある。被駆動軸２の上端部には、被駆動軸２の軸心を回転軸心として撹拌翼２ａが取り付けてある。
【００２８】
その他、実施の形態１と同様の構成に関しては、同一の符号を付してそれぞれの詳細説明を省略している。
【００２９】
上記のように構成した撹拌装置においても、反発用磁石ユニット４０の反発力と吸引用磁石ユニット３０の吸引力とがバランスし、出力軸１のユニット保持体１０に対して被駆動軸２のユニット保持体２０が浮上した状態に維持される。この状態から電動モータ６０を駆動すれば、吸引用磁石ユニット３０の相互間に作用する吸引力により、出力軸１のユニット保持体１０の回転が非接触で被駆動軸２のユニット保持体２０に伝達され、被駆動軸２が出力軸１と同方向に回転することになる。被駆動軸２が回転すると、これに取り付けた撹拌翼２ａが回転することになり、撹拌槽７０の液体が撹拌される。
【００３０】
液体を撹拌している間、被駆動軸２に対してその軸心が水平方向にずれるように力が作用した場合、あるいは被駆動軸２に対して電動モータ６０との間の軸心に沿った相互間距離Ｄが増大するように力が作用した場合、いずれも上述した磁気カップリングの作用によって自動的に復帰するため、継続的に液体を撹拌することが可能である。
【００３１】
尚、上述した実施の形態１では、吸引用磁石ユニット３０として、略扇形状を成す４つの吸引用磁石３１Ｎ，３１Ｓを配設することによって構成したものを例示しているが、吸引用磁石ユニット３０を構成する永久磁石の構成はこれらに限定されない。その他の形状を成す永久磁石を適用しても良いし、極数も４極に限定されない。同様に、反発用磁石ユニット４０として、外径が異なるリング状を成した３つの反発用磁石４１Ｎ，４１Ｓ，４１Ｎを配設することによって構成したものを例示しているが、その他の形状を成す永久磁石を適用しても良いし、極数も３極に限定されない。
【００３２】
また、上述した実施の形態１では、電動モータの駆動により非接触で被駆動軸を回転するものを例示しているが、被回転体としては必ずしも軸部材である必要はない。
【００３３】
さらに、上述した実施の形態１では、撹拌槽７０として底壁７１が平板状を成すものを例示しているが、必ずしもこれに限定されない。例えば、中心部から外周に向かうに従って上方に傾斜するテーパ状の底壁を有した撹拌槽に適用すれば、液体をより効率よく撹拌させることが可能となる。
【００３４】
（実施の形態２）
図６〜図８は、本発明の実施の形態２である磁気カップリングを示したものである。ここで例示する磁気カップリングは、実施の形態１と同様に、出力軸（回転体）１′を鉛直上方に向けた状態で配置された電動モータ（図示せず）と、出力軸１′よりも上方となる部位に軸心を鉛直方向に沿って配置した被駆動軸（被回転体）２′との間に適用され、これら出力軸１′と被駆動軸２′との間に非接触で回転力を伝達するもので、出力軸１′の端部及び被駆動軸２′の端部にそれぞれユニット保持体１００，２００を備えている。出力軸１′のユニット保持体（以下、区別する場合に「第１ユニット保持体１００」という）は、出力軸１′よりも太径の円柱状を成す基部１０１と、基部１０１の外周面に設けたフランジ部１０２とを有したもので、基部１０１の軸心を出力軸１′の軸心に合致させた状態で出力軸１′に固定してある。被駆動軸２′のユニット保持体（以下、区別する場合に「第２ユニット保持体２００」という）は、下端が開口した円筒状を成す基部２０１と、基部２０１の開口端部外周面に設けたフランジ部２０２とを有したもので、基部２０１の軸心を被駆動軸２′の軸心に合致させた状態で被駆動軸２′の端部に固定してある。第２ユニット保持体２００の基部２０１は、第１ユニット保持体１００の基部１０１を収容することのできる内径寸法に形成してある。第２ユニット保持体２００のフランジ部２０２は、第１ユニット保持体１００のフランジ部１０２と外径がほぼ一致するように形成してある。個々のユニット保持体１００，２００には、吸引用磁石ユニット１３０、反発用磁石ユニット１４０及び横ずれ防止用磁石ユニット１５０が設けてある。
【００３５】
吸引用磁石ユニット１３０は、第１ユニット保持体１００と第２ユニット保持体２００との間に吸引力を作用させ、第１ユニット保持体１００から第２ユニット保持体２００に非接触で回転力を伝達するためのものである。本実施の形態２では、第１ユニット保持体１００における基部１０１の端面中心部に互いに同一の略扇形状を成す４つの永久磁石（以下、「吸引用磁石１３１Ｎ，１３１Ｓ」という）を配設し、かつ第２ユニット保持体２００における基部２０１の内端面中心部に互いに同一の略扇形状を成す４つの永久磁石（以下、「吸引用磁石１３１Ｎ，１３１Ｓ」という）を配設することによって吸引用磁石ユニット１３０が構成してある。吸引用磁石１３１Ｎ，１３１Ｓは、それぞれ露出する端面全域がＮ極もしくはＳ極となるものであり、隣接するものが互いに異極となり、かつ４つを組み合わせたものの外形が、中心孔を有した円板状を呈する態様で、ユニット保持体１００，２００の軸心を中心として周方向に交互に並設してある。第１ユニット保持体１００に構成した吸引用磁石ユニット１３０と、第２ユニット保持体２００に構成した吸引用磁石ユニット１３０とは、互いに同一の形状を有するように構成してある。
【００３６】
反発用磁石ユニット１４０は、第１ユニット保持体１００と第２ユニット保持体２００との間に反発力を作用させ、第２ユニット保持体２００を第１ユニット保持体１００から浮上した状態に維持するためのものである。本実施の形態２では、第１ユニット保持体１００のフランジ部１０２及び第２ユニット保持体２００のフランジ部２０２にそれぞれ互いに外径が異なるリング状を成した３つの永久磁石（以下、「反発用磁石１４１Ｎ，１４１Ｓ，１４１Ｎ」という）を配設することによって反発用磁石ユニット１４０が構成してある。反発用磁石１４１Ｎ，１４１Ｓ，１４１Ｎは、それぞれ露出する端面全周がＮ極もしくはＳ極となるもので、隣接するものが互いに異極となる態様で、ユニット保持体１００，２００の軸心を中心とした同心上に交互に並設してある。第１ユニット保持体１００に構成した反発用磁石ユニット１４０と、第２ユニット保持体２００に構成した反発用磁石ユニット１４０とは、互いに同一の形状、かつ同一の磁極を有するように構成してある。
【００３７】
実施の形態２の磁気カップリングにおいても、実施の形態１と同様、第１ユニット保持体１００と第２ユニット保持体２００との間の軸心に沿った相互間距離Ｄ′が予め設定した閾値よりも小さい場合、反発用磁石ユニット１４０の反発力が吸引用磁石ユニット１３０の吸引力を上回るように設定し、かつ上述した相互間距離Ｄ′が閾値を超えて増大した場合に吸引用磁石ユニット１３０の吸引力が反発用磁石ユニット１４０の反発力を上回るようにそれぞれの磁力が設定してある。
【００３８】
横ずれ防止用磁石ユニット１５０は、出力軸１′の軸心と被駆動軸２′の軸心とが合致した場合に互いの間に作用する磁力、例えば反発力が全周でバランスし、かつ出力軸１′の軸心と被駆動軸２′の軸心とが互いにずれた場合に反発力がアンバランスとなることにより、常に出力軸１′の軸心と被駆動軸２′の軸心とを互いに合致した状態に維持するためのものである。本実施の形態２では、第１ユニット保持体１００における基部１０１の外周面と第２ユニット保持体２００における基部２０１の内周面との互いに対向する部位にリング状を成す永久磁石（以下、「防止用磁石１５１Ｎ，１５１Ｎ」という）を配設することによって横ずれ防止用磁石ユニット１５０が構成してある。第１ユニット保持体１００の基部１０１に設けた防止用磁石１５１Ｎは、露出する外周面全周が例えばＮ極となるもので、基部１０１の上端部に配設してある。第２ユニット保持体２００の基部２０１に設けた防止用磁石１５１Ｎは、露出する内周面全周が第１ユニット保持体１００の防止用磁石１５１Ｎと同一のＮ極となるもので、基部２０１の下端部に配設してある。
【００３９】
上記のように吸引用磁石ユニット１３０及び反発用磁石ユニット１４０を備えたユニット保持体１００，２００においては、互いの軸心を合致させた状態でそれぞれの端面を対向させると、反発用磁石１４１Ｎ，１４１Ｓ，１４１Ｎが同極同士で対向するため、互いの間に反発力が作用し、第２ユニット保持体２００が第１ユニット保持体１００から浮上した状態に維持される。これに対して吸引用磁石ユニット１３０においては、ユニット保持体１００，２００が適宜相対回転することにより、互いに異極を対向させ、相互間に吸引力が作用した状態で停止することになる。この状態から電動モータ（図示せず）を駆動すれば、吸引用磁石ユニット１３０の相互間に作用する吸引力により、第１ユニット保持体１００の回転が非接触で第２ユニット保持体２００に伝達され、被駆動軸２′が出力軸１′と同方向に回転することになる。
【００４０】
この状態において、被駆動軸２′に対してその軸心が出力軸１′の軸心から水平方向にずれるように力が作用すると、横ずれ防止用磁石ユニット１５０の防止用磁石１５１Ｎ，１５１Ｎの間に作用する反発力がアンバランスとなる。反発力がアンバランスとなった横ずれ防止用磁石ユニット１５０においては、反発力が全周でバランスするように力が作用し、被駆動軸２′の軸心位置が出力軸１′の軸心に合致するように修正される。従って、上記磁気カップリングによれば、常に出力軸１′の軸心と被駆動軸２′の軸心とが互いに合致した状態に自動的に調整されることになる。しかも、実施の形態１で記載したように、第１ユニット保持体１００に配設した吸引用磁石１３１Ｎ，１３１Ｓと第２ユニット保持体２００に配設した吸引用磁石１３１Ｎ，１３１Ｓとの対向面積がアンバランスすることに起因した力も同時に作用するため、出力軸１′に対して被駆動軸２′の軸心がずれる事態をより確実に防止することができるようになる。
【００４１】
一方、第２ユニット保持体２００に対して、第１ユニット保持体１００との間の軸心に沿った相互間距離Ｄ′が増大するように力が作用すると、反発用磁石ユニット１４０の反発力及び吸引用磁石ユニット１３０の吸引力がいずれも減少することになる。しかしながら、吸引力の減少率に比べて反発力の減少率が大きいため、第１ユニット保持体１００と第２ユニット保持体２００との間には、吸引力が作用し、相互間距離Ｄ′が減少することになる。従って、再び二つのユニット保持体１００，２００の相互間距離Ｄ′が反発用磁石ユニット１４０の反発力と吸引用磁石ユニット１３０の吸引力とがバランスした位置で停止し、第１ユニット保持体１００に対して第２ユニット保持体２００が浮上した状態に維持される。この結果、被駆動軸２′と電動モータ（図示せず）の出力軸１′との間に継続して吸引力を作用させ、非接触で動力を伝達することが可能となる。
【００４２】
図には明示していないが、本実施の形態２においても、撹拌槽７０′の内部に撹拌すべき液体とともに被駆動軸２′を配設し、その下端部に第２ユニット保持体２００を設ける一方、撹拌槽７０′の外部に電動モータを設置し、その出力軸１′の上端部に第１ユニット保持体１００を設ければ、撹拌装置を構成することが可能である。但し、実施の形態２を適用する場合には、図６に示すように、撹拌槽７０′の底壁をユニット保持体１００，２００の形状に沿って凹凸状に形成する必要がある。
【００４３】
尚、上述した実施の形態２では、吸引用磁石ユニット１３０として、略扇形状を成す４つの吸引用磁石１３１Ｎ，１３１Ｓを配設することによって構成したものを例示しているが、吸引用磁石ユニット１３０を構成する永久磁石の構成はこれらに限定されない。その他の形状を成す永久磁石を適用しても良いし、極数も４極に限定されない。同様に、反発用磁石ユニット１４０として、外径が異なるリング状を成した３つの反発用磁石１４１Ｎ，１４１Ｓ，１４１Ｎを配設することによって構成したものを例示しているが、その他の形状を成す永久磁石を適用しても良いし、極数も３極に限定されない。さらに、第１ユニット保持体１００の外周面と第２ユニット保持体２００の内周面との互いに対向する部位に横ずれ防止用磁石ユニット１５０を設けるようにしているが、ユニット保持体１００，２００の対向する部位であれば、端面間に設けるようにしても良い。この場合、横ずれ防止用磁石ユニットは、吸引用磁石ユニットと反発用磁石ユニットとの間に設ける必要もなく、例えばユニット保持体の最外周部に設けるようにしても良い。
【００４４】
また、上述した実施の形態２では、横ずれ防止用磁石ユニット１５０として、軸方向長さが同じ寸法となる２つの防止用磁石１５１Ｎ，１５１Ｎを例示しているが、２つの防止用磁石は軸方向長さが互いに異なるものを用いるようにしても良い。この場合、反発用磁石１４１Ｎ，１４１Ｓ，１４１Ｎの間に作用する反発力によって第２ユニット保持体２００が第１ユニット保持体１００から浮上した状態に維持された際に、軸方向長さの小さい防止用磁石１５１Ｎが軸方向長さの大きい防止用磁石１５１Ｎに対して高さ方向の中央部に位置するように設定することが好ましい。
【００４５】
さらに、上述した実施の形態２では、電動モータの駆動により非接触で被駆動軸２′を回転するものを例示しているが、被駆動軸２′としては必ずしも軸部材である必要はない。
【符号の説明】
【００４６】
１，１′ 出力軸
２，２′ 被駆動軸
２ａ 撹拌翼
１０，２０ ユニット保持体
３０ 吸引用磁石ユニット
３１Ｎ，３１Ｓ 吸引用磁石
４０ 反発用磁石ユニット
４１Ｎ，４１Ｓ，４１Ｎ 反発用磁石
６０ 電動モータ
７０，７０′ 撹拌槽
１００，２００ ユニット保持体
１３０ 吸引用磁石ユニット
１３１Ｎ，１３１Ｓ 吸引用磁石
１４０ 反発用磁石ユニット
１４１Ｎ，１４１Ｓ，１４１Ｎ 反発用磁石
１５０ 防止用磁石ユニット
１５１Ｎ 防止用磁石
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触で回転力を伝達する磁気カップリング及びこれを適用した撹拌装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
撹拌槽の内部に貯留した液体を撹拌する装置としては、撹拌槽の内部に配設した撹拌翼（被回転体）と、撹拌槽の外部に配設したモータ等の駆動部の出力軸（回転体）との間に磁気カップリングを適用し、駆動部の回転力を非接触で撹拌翼に伝達するようにしたものがある。この種の磁気カップリングでは、撹拌翼と駆動部の出力軸との互いに対向する部位に吸引用磁石ユニットと反発用磁石ユニットとを配設し、反発用磁石ユニットの反発力により撹拌槽の内部で撹拌翼を浮上させた状態に維持し、かつ吸引用磁石ユニットの吸引力によって非接触で回転力を伝達するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３５０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した磁気カップリングにあっては、撹拌翼と駆動部の出力軸との間の反発力に対して互いの間の吸引力を大きく設定した場合、撹拌槽の内部で撹拌翼を浮上させることができないため、液体の撹拌を行うことができない。つまり、上記のような撹拌装置においては、撹拌翼と駆動部の出力軸との間の反発力が互いの間の吸引力を上回るようにそれぞれの磁石ユニットの磁力を設定する必要がある。
【０００５】
磁石ユニットの磁力を上記のように設定した磁気カップリングによれば、撹拌翼と出力軸との間の軸心に沿った相互間距離が減少しても、互いの間に働く反発力によって撹拌翼が上昇し、再び駆動部との相互間距離が大きくなるように調整されることになり、撹拌翼が撹拌槽の底壁に接触する事態を防止することができるようになる。
【０００６】
しかしながら、撹拌翼と出力軸との間の軸心に沿った相互間距離が増大した後においては、もはや両者を接近させる力が作用することはなく、そのまま相互間距離が増大して回転力を伝達することが困難となる恐れがある。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みて、被回転体と回転体との間の軸心に沿った相互間距離が増大した場合にも、継続して非接触で動力を伝達することのできる磁気カップリング及び撹拌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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る磁気カップリングは、軸心が鉛直方向に沿う態様で配設した回転体と、前記回転体の延長上に配置した被回転体との間に、反発用磁石ユニット及び吸引用磁石ユニットを配設し、前記反発用磁石ユニットの反発力により前記回転体に対して前記被回転体を浮上させた状態に維持するとともに、前記吸引用磁石ユニットの吸引力により前記回転体と前記被回転体との間に非接触で回転力を伝達するようにした磁気カップリングにおいて、前記回転体と前記被回転体との間の軸心に沿った相互間距離が予め設定した閾値よりも小さい場合に前記反発用磁石ユニットの反発力が前記吸引用磁石ユニットの吸引力を上回り、かつ前記相互間距離が前記閾値を超えて増大した場合に前記吸引用磁石ユニットの吸引力が前記反発用磁石ユニットの反発力を上回るようにそれぞれの磁力を設定したことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、上述した磁気カップリングにおいて、前記吸引用磁石ユニットを前記回転体の中心部に配設し、かつ前記反発用磁石ユニットを前記吸引用磁石ユニットの外周部に配設し、前記吸引用磁石ユニットは、隣接するものが互いに異極となる態様で複数の磁石を周方向に交互に配設して構成し、前記反発用磁石ユニットは、互いに外径が異なる複数のリング状磁石を、隣接するものが互いに異極となる態様で同心上に配設して構成したことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、上述した磁気カップリングにおいて、前記回転体と前記被回転体との間に、前記回転体の軸心と前記被回転体の軸心とが合致した場合に相互間に作用する磁力がバランスし、かつ前記回転体の軸心と前記被回転体の軸心とが互いにずれた場合に前記磁力がアンバランスとなる横ずれ防止用磁石ユニットを配設したことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る撹拌装置は、上述した磁気カップリングのいずれか一つにおいて、前記被回転体に撹拌翼を設け、かつ液体を撹拌する撹拌槽の内部に前記被回転体を配設する一方、前記撹拌槽の外部に前記回転体を駆動する駆動部を配設し、前記被回転体と前記回転体とを互いに対向させたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、回転体と被回転体との間の軸心に沿った相互間距離が増大した場合に吸引用磁石ユニットの吸引力が反発用磁石ユニットの反発力を上回り、かつ相互間距離が減少した場合に反発用磁石ユニットの反発力が吸引用磁石ユニットの吸引力を上回るようにそれぞれの磁力を設定しているため、被回転体と回転体との間の相互間距離を増大するように力が作用した場合、吸引力が反発力を上回り、互いの相互間距離が減少する。従って、被回転体と回転体との間に継続して吸引力を作用させ、非接触で動力を伝達することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１である磁気カップリングを示した断面図である。
【図２】図２は、図１に示した磁気カップリングに適用する反発用磁石ユニット及び吸引用磁石ユニットの配置態様を示す図である。
【図３】図３は、図１に示した磁気カップリングの回転体と被回転体との間の軸心に沿った相互間距離と、反発用磁石ユニットの反発力及び吸引用磁石ユニットの吸引力との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、図１に示した磁気カップリングの回転体と被回転体との間の軸心に沿った相互間距離と、両者間に作用する力との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、図１に示した磁気カップリングを適用する撹拌装置を概念的に示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２である磁気カップリングを示した断面図である。
【図７】図７は、図６に示した磁気カップリングの回転体に設けた磁石の配置態様を示す斜視図である。
【図８】図８は、図６に示した磁気カップリングの被回転体に設けた磁石の配置態様を一部破断して示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら本発明に係る磁気カップリング及び撹拌装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１及び図２は、本発明の実施の形態１である磁気カップリングを示したものである。ここで例示する磁気カップリングは、出力軸（回転体）１を鉛直上方に向けた状態で配置された電動モータ（図示せず）と、出力軸１よりも上方となる部位に軸心を鉛直方向に沿って配置した被駆動軸（被回転体）２との間に適用され、これら出力軸１と被駆動軸２との間に非接触で回転力を伝達するもので、出力軸１の端部及び被駆動軸２の端部にそれぞれユニット保持体１０，２０を備えている。ユニット保持体１０，２０は、互いに同一の外径を有した円板状を成すものである。出力軸１のユニット保持体１０は、自身の軸心を出力軸１の軸心に合致させた状態で出力軸１に固定してあり、被駆動軸２のユニット保持体２０は、自身の軸心を被駆動軸２の軸心に合致させた状態で被駆動軸２の端部に固定してある。個々のユニット保持体１０，２０には、それぞれの端面に吸引用磁石ユニット３０及び反発用磁石ユニット４０が設けてある。
【００１６】
吸引用磁石ユニット３０は、出力軸１のユニット保持体１０と被駆動軸２のユニット保持体２０との間に吸引力を作用させ、出力軸１のユニット保持体１０から被駆動軸２のユニット保持体２０に非接触で回転力を伝達するためのものである。本実施の形態１では、ユニット保持体１０，２０の中心部に互いに同一の略扇形状を成す４つの永久磁石（以下、「吸引用磁石３１Ｎ，３１Ｓ」という）を配設することによって吸引用磁石ユニット３０が構成してある。吸引用磁石３１Ｎ，３１Ｓは、それぞれ露出する端面全域がＮ極もしくはＳ極となるものであり、隣接するものが互いに異極となり、かつ４つを組み合わせたものの外形が、中心孔を有した円板状を呈する態様で、ユニット保持体１０，２０の軸心を中心として周方向に交互に並設してある。出力軸１のユニット保持体１０に構成した吸引用磁石ユニット３０と、被駆動軸２のユニット保持体２０に構成した吸引用磁石ユニット３０とは、互いに同一の形状を有するように構成してある。
【００１７】
反発用磁石ユニット４０は、出力軸１のユニット保持体１０と被駆動軸２のユニット保持体２０との間に反発力を作用させ、被駆動軸２のユニット保持体２０を出力軸１のユニット保持体１０から浮上した状態に維持するためのものである。本実施の形態１では、吸引用磁石ユニット３０の外周部に互いに外径が異なるリング状を成した３つの永久磁石（以下、「反発用磁石４１Ｎ，４１Ｓ，４１Ｎ」という）を配設することによって反発用磁石ユニット４０が構成してある。反発用磁石４１Ｎ，４１Ｓ，４１Ｎは、それぞれ露出する端面全周がＮ極もしくはＳ極となるもので、隣接するものが互いに異極となる態様で、ユニット保持体１０，２０の軸心を中心とした同心上に交互に並設してある。出力軸１のユニット保持体１０に構成した反発用磁石ユニット４０と、被駆動軸２のユニット保持体２０に構成した反発用磁石ユニット４０とは、互いに同一の形状、かつ同一の磁極を有するように構成してある。
【００１８】
上記のように吸引用磁石ユニット３０及び反発用磁石ユニット４０を備えたユニット保持体１０，２０においては、互いの軸心を合致させた状態でそれぞれの端面を対向させると、反発用磁石４１Ｎ，４１Ｓ，４１Ｎが同極同士で対向するため、互いの間に反発力が作用し、被駆動軸２のユニット保持体２０が出力軸１の軸方向に沿ってユニット保持体１０から浮上した状態に維持される。これに対して吸引用磁石ユニット３０においては、ユニット保持体１０，２０が適宜相対回転することにより、互いに異極を対向させ、相互間に吸引力が作用した状態で停止することになる。
【００１９】
ここで、反発用磁石ユニット４０の反発力は、吸引用磁石ユニット３０の吸引力よりも大きく設定しなければ、出力軸１のユニット保持体１０に対して被駆動軸２のユニット保持体２０を浮上した状態に維持することができない。しかしながら、反発用磁石ユニット４０の反発力を、単に吸引用磁石ユニット３０の吸引力よりも大きく設定した場合には、出力軸１のユニット保持体１０と被駆動軸２のユニット保持体２０との間の軸心に沿った相互間距離Ｄが増大するように力が作用すると、そのまま相互間距離Ｄが増大してしまうため、その後に回転力を伝達することが困難となる。
【００２０】
このため、上述の磁気カップリングでは、図３及び図４に示すように、出力軸１のユニット保持体１０と被駆動軸２のユニット保持体２０との間の軸心に沿った相互間距離Ｄが予め設定した閾値よりも小さい場合、従前のものと同様に反発用磁石ユニット４０の反発力が吸引用磁石ユニット３０の吸引力を上回るように設定し、かつ相互間距離Ｄが上述の閾値を超えて増大した場合に吸引用磁石ユニット３０の吸引力が反発用磁石ユニット４０の反発力を上回るようにそれぞれの磁力が設定してある。つまり、吸引用磁石ユニット３０の相互間に作用する吸引力に対して、反発用磁石ユニット４０の反発力が、上述した相互間距離Ｄの変化に対してより急激に変化するように設定してある。
【００２１】
出力軸１のユニット保持体１０と被駆動軸２のユニット保持体２０との間の軸心に沿った相互間距離Ｄの変化に対して反発用磁石ユニット４０の反発力が吸引用磁石ユニット３０の吸引力よりも急激に変化するように設定するには、例えば吸引用磁石３１Ｎ，３１Ｓの極数をできるだけ少なくすることが好ましい。これは、吸引用磁石３１Ｎ，３１Ｓの極数が多い場合、上述の相互間距離Ｄが増大すると、対向する吸引用磁石ユニット３０の吸引用磁石３１Ｎ，３１Ｓの間において出入されていた磁力線が、同じ吸引用磁石ユニット３０の隣接する吸引用磁石３１Ｎ，３１Ｓの間で出入りされるようになり、吸引用磁石ユニット３０の相互間に作用する吸引力が急激に減少するためである。一方、反発用磁石ユニット４０においては、反発用磁石４１Ｎ，４１Ｓ，４１Ｎとして径方向の幅ができるだけ小さいものを適用することが好ましい。これは、上記と同様、上述した相互間距離Ｄが増大すると、対向する反発用磁石ユニット４０の反発用磁石４１Ｎ，４１Ｓ，４１Ｎの間において出入されていた磁力線が、同じ反発用磁石ユニット４０の隣接する反発用磁石４１Ｎ，４１Ｓ，４１Ｎの間で出入りされるようになり、反発用磁石ユニット４０の相互間に作用する反発力が急激に減少するためである。
【００２２】
上記のように構成した磁気カップリングによれば、反発用磁石ユニット４０の反発力と吸引用磁石ユニット３０の吸引力とがバランスし、出力軸１のユニット保持体１０に対して被駆動軸２のユニット保持体２０が浮上した状態に維持される。この状態から電動モータ（図示せず）を駆動すれば、吸引用磁石ユニット３０の相互間に作用する吸引力により、出力軸１のユニット保持体１０の回転が非接触で被駆動軸２のユニット保持体２０に伝達され、被駆動軸２が出力軸１と同方向に回転することになる。
【００２３】
この状態において、被駆動軸２に対してその軸心が水平方向にずれるように力が作用すると、出力軸１のユニット保持体１０に配設した吸引用磁石３１Ｎ，３１Ｓと被駆動軸２のユニット保持体２０に配設した吸引用磁石３１Ｎ，３１Ｓとの対向面積がアンバランスとなる。これにより、各吸引用磁石３１Ｎ，３１Ｓの間に作用する吸引力もアンバランスとなり、被駆動軸２の軸心が出力軸１の軸心に合致するように力が作用する。従って、上記磁気カップリングによれば、常に出力軸１の軸心と被駆動軸２の軸心とが互いに合致した状態に自動的に調整される。
【００２４】
一方、被駆動軸２のユニット保持体２０に対して、出力軸１のユニット保持体１０から軸心に沿った相互間距離Ｄが増大するように力が作用すると、反発用磁石ユニット４０の反発力及び吸引用磁石ユニット３０の吸引力がいずれも減少することになる。しかしながら、吸引力の減少率に比べて反発力の減少率が大きいため、出力軸１のユニット保持体１０と被駆動軸２のユニット保持体２０との間には、吸引力が作用し、相互間距離Ｄが減少することになる。従って、再び二つのユニット保持体１０，２０の相互間距離Ｄが反発用磁石ユニット４０の反発力と吸引用磁石ユニット３０の吸引力とがバランスした位置で停止し、出力軸１のユニット保持体１０に対して被駆動軸２のユニット保持体２０が浮上した状態に維持される。この結果、被駆動軸２と電動モータ（図示せず）の出力軸１との間に継続して吸引力を作用させ、非接触で動力を伝達することが可能となる。
【００２５】
図５は、上述した磁気カップリングを適用した撹拌装置を示したものである。この撹拌装置では、基台５０に電動モータ（駆動部）６０が出力軸１を鉛直上方に向けた状態で取り付けてあり、出力軸１の上端部に反発用磁石ユニット４０及び吸引用磁石ユニット３０を備えたユニット保持体１０が固定してある。
【００２６】
一方、基台５０には、その上部に撹拌槽７０が取り付けてある。撹拌槽７０は、非磁性体によって中空の直方体状に形成したもので、その底壁７１の四隅部に設けた脚部７２を介して基台５０の上面に固定してある。図５からも明らかなように、撹拌槽７０の底壁７１は、出力軸１に設けたユニット保持体１０の上面に対して平行、かつ近接した状態で配置してある。
【００２７】
撹拌槽７０の内部には、撹拌すべき液体とともに被駆動軸２が配設してある。被駆動軸２の下端部には、反発用磁石ユニット４０及び吸引用磁石ユニット３０を備えたユニット保持体２０が固定してある。被駆動軸２の上端部には、被駆動軸２の軸心を回転軸心として撹拌翼２ａが取り付けてある。
【００２８】
その他、実施の形態１と同様の構成に関しては、同一の符号を付してそれぞれの詳細説明を省略している。
【００２９】
上記のように構成した撹拌装置においても、反発用磁石ユニット４０の反発力と吸引用磁石ユニット３０の吸引力とがバランスし、出力軸１のユニット保持体１０に対して被駆動軸２のユニット保持体２０が浮上した状態に維持される。この状態から電動モータ６０を駆動すれば、吸引用磁石ユニット３０の相互間に作用する吸引力により、出力軸１のユニット保持体１０の回転が非接触で被駆動軸２のユニット保持体２０に伝達され、被駆動軸２が出力軸１と同方向に回転することになる。被駆動軸２が回転すると、これに取り付けた撹拌翼２ａが回転することになり、撹拌槽７０の液体が撹拌される。
【００３０】
液体を撹拌している間、被駆動軸２に対してその軸心が水平方向にずれるように力が作用した場合、あるいは被駆動軸２に対して電動モータ６０との間の軸心に沿った相互間距離Ｄが増大するように力が作用した場合、いずれも上述した磁気カップリングの作用によって自動的に復帰するため、継続的に液体を撹拌することが可能である。
【００３１】
尚、上述した実施の形態１では、吸引用磁石ユニット３０として、略扇形状を成す４つの吸引用磁石３１Ｎ，３１Ｓを配設することによって構成したものを例示しているが、吸引用磁石ユニット３０を構成する永久磁石の構成はこれらに限定されない。その他の形状を成す永久磁石を適用しても良いし、極数も４極に限定されない。同様に、反発用磁石ユニット４０として、外径が異なるリング状を成した３つの反発用磁石４１Ｎ，４１Ｓ，４１Ｎを配設することによって構成したものを例示しているが、その他の形状を成す永久磁石を適用しても良いし、極数も３極に限定されない。
【００３２】
また、上述した実施の形態１では、電動モータの駆動により非接触で被駆動軸を回転するものを例示しているが、被回転体としては必ずしも軸部材である必要はない。
【００３３】
さらに、上述した実施の形態１では、撹拌槽７０として底壁７１が平板状を成すものを例示しているが、必ずしもこれに限定されない。例えば、中心部から外周に向かうに従って上方に傾斜するテーパ状の底壁を有した撹拌槽に適用すれば、液体をより効率よく撹拌させることが可能となる。
【００３４】
（実施の形態２）
図６〜図８は、本発明の実施の形態２である磁気カップリングを示したものである。ここで例示する磁気カップリングは、実施の形態１と同様に、出力軸（回転体）１′を鉛直上方に向けた状態で配置された電動モータ（図示せず）と、出力軸１′よりも上方となる部位に軸心を鉛直方向に沿って配置した被駆動軸（被回転体）２′との間に適用され、これら出力軸１′と被駆動軸２′との間に非接触で回転力を伝達するもので、出力軸１′の端部及び被駆動軸２′の端部にそれぞれユニット保持体１００，２００を備えている。出力軸１′のユニット保持体（以下、区別する場合に「第１ユニット保持体１００」という）は、出力軸１′よりも太径の円柱状を成す基部１０１と、基部１０１の外周面に設けたフランジ部１０２とを有したもので、基部１０１の軸心を出力軸１′の軸心に合致させた状態で出力軸１′に固定してある。被駆動軸２′のユニット保持体（以下、区別する場合に「第２ユニット保持体２００」という）は、下端が開口した円筒状を成す基部２０１と、基部２０１の開口端部外周面に設けたフランジ部２０２とを有したもので、基部２０１の軸心を被駆動軸２′の軸心に合致させた状態で被駆動軸２′の端部に固定してある。第２ユニット保持体２００の基部２０１は、第１ユニット保持体１００の基部１０１を収容することのできる内径寸法に形成してある。第２ユニット保持体２００のフランジ部２０２は、第１ユニット保持体１００のフランジ部１０２と外径がほぼ一致するように形成してある。個々のユニット保持体１００，２００には、吸引用磁石ユニット１３０、反発用磁石ユニット１４０及び横ずれ防止用磁石ユニット１５０が設けてある。
【００３５】
吸引用磁石ユニット１３０は、第１ユニット保持体１００と第２ユニット保持体２００との間に吸引力を作用させ、第１ユニット保持体１００から第２ユニット保持体２００に非接触で回転力を伝達するためのものである。本実施の形態２では、第１ユニット保持体１００における基部１０１の端面中心部に互いに同一の略扇形状を成す４つの永久磁石（以下、「吸引用磁石１３１Ｎ，１３１Ｓ」という）を配設し、かつ第２ユニット保持体２００における基部２０１の内端面中心部に互いに同一の略扇形状を成す４つの永久磁石（以下、「吸引用磁石１３１Ｎ，１３１Ｓ」という）を配設することによって吸引用磁石ユニット１３０が構成してある。吸引用磁石１３１Ｎ，１３１Ｓは、それぞれ露出する端面全域がＮ極もしくはＳ極となるものであり、隣接するものが互いに異極となり、かつ４つを組み合わせたものの外形が、中心孔を有した円板状を呈する態様で、ユニット保持体１００，２００の軸心を中心として周方向に交互に並設してある。第１ユニット保持体１００に構成した吸引用磁石ユニット１３０と、第２ユニット保持体２００に構成した吸引用磁石ユニット１３０とは、互いに同一の形状を有するように構成してある。
【００３６】
反発用磁石ユニット１４０は、第１ユニット保持体１００と第２ユニット保持体２００との間に反発力を作用させ、第２ユニット保持体２００を第１ユニット保持体１００から浮上した状態に維持するためのものである。本実施の形態２では、第１ユニット保持体１００のフランジ部１０２及び第２ユニット保持体２００のフランジ部２０２にそれぞれ互いに外径が異なるリング状を成した３つの永久磁石（以下、「反発用磁石１４１Ｎ，１４１Ｓ，１４１Ｎ」という）を配設することによって反発用磁石ユニット１４０が構成してある。反発用磁石１４１Ｎ，１４１Ｓ，１４１Ｎは、それぞれ露出する端面全周がＮ極もしくはＳ極となるもので、隣接するものが互いに異極となる態様で、ユニット保持体１００，２００の軸心を中心とした同心上に交互に並設してある。第１ユニット保持体１００に構成した反発用磁石ユニット１４０と、第２ユニット保持体２００に構成した反発用磁石ユニット１４０とは、互いに同一の形状、かつ同一の磁極を有するように構成してある。
【００３７】
実施の形態２の磁気カップリングにおいても、実施の形態１と同様、第１ユニット保持体１００と第２ユニット保持体２００との間の軸心に沿った相互間距離Ｄ′が予め設定した閾値よりも小さい場合、反発用磁石ユニット１４０の反発力が吸引用磁石ユニット１３０の吸引力を上回るように設定し、かつ上述した相互間距離Ｄ′が閾値を超えて増大した場合に吸引用磁石ユニット１３０の吸引力が反発用磁石ユニット１４０の反発力を上回るようにそれぞれの磁力が設定してある。
【００３８】
横ずれ防止用磁石ユニット１５０は、出力軸１′の軸心と被駆動軸２′の軸心とが合致した場合に互いの間に作用する磁力、例えば反発力が全周でバランスし、かつ出力軸１′の軸心と被駆動軸２′の軸心とが互いにずれた場合に反発力がアンバランスとなることにより、常に出力軸１′の軸心と被駆動軸２′の軸心とを互いに合致した状態に維持するためのものである。本実施の形態２では、第１ユニット保持体１００における基部１０１の外周面と第２ユニット保持体２００における基部２０１の内周面との互いに対向する部位にリング状を成す永久磁石（以下、「防止用磁石１５１Ｎ，１５１Ｎ」という）を配設することによって横ずれ防止用磁石ユニット１５０が構成してある。第１ユニット保持体１００の基部１０１に設けた防止用磁石１５１Ｎは、露出する外周面全周が例えばＮ極となるもので、基部１０１の上端部に配設してある。第２ユニット保持体２００の基部２０１に設けた防止用磁石１５１Ｎは、露出する内周面全周が第１ユニット保持体１００の防止用磁石１５１Ｎと同一のＮ極となるもので、基部２０１の下端部に配設してある。
【００３９】
上記のように吸引用磁石ユニット１３０及び反発用磁石ユニット１４０を備えたユニット保持体１００，２００においては、互いの軸心を合致させた状態でそれぞれの端面を対向させると、反発用磁石１４１Ｎ，１４１Ｓ，１４１Ｎが同極同士で対向するため、互いの間に反発力が作用し、第２ユニット保持体２００が第１ユニット保持体１００から浮上した状態に維持される。これに対して吸引用磁石ユニット１３０においては、ユニット保持体１００，２００が適宜相対回転することにより、互いに異極を対向させ、相互間に吸引力が作用した状態で停止することになる。この状態から電動モータ（図示せず）を駆動すれば、吸引用磁石ユニット１３０の相互間に作用する吸引力により、第１ユニット保持体１００の回転が非接触で第２ユニット保持体２００に伝達され、被駆動軸２′が出力軸１′と同方向に回転することになる。
【００４０】
この状態において、被駆動軸２′に対してその軸心が出力軸１′の軸心から水平方向にずれるように力が作用すると、横ずれ防止用磁石ユニット１５０の防止用磁石１５１Ｎ，１５１Ｎの間に作用する反発力がアンバランスとなる。反発力がアンバランスとなった横ずれ防止用磁石ユニット１５０においては、反発力が全周でバランスするように力が作用し、被駆動軸２′の軸心位置が出力軸１′の軸心に合致するように修正される。従って、上記磁気カップリングによれば、常に出力軸１′の軸心と被駆動軸２′の軸心とが互いに合致した状態に自動的に調整されることになる。しかも、実施の形態１で記載したように、第１ユニット保持体１００に配設した吸引用磁石１３１Ｎ，１３１Ｓと第２ユニット保持体２００に配設した吸引用磁石１３１Ｎ，１３１Ｓとの対向面積がアンバランスすることに起因した力も同時に作用するため、出力軸１′に対して被駆動軸２′の軸心がずれる事態をより確実に防止することができるようになる。
【００４１】
一方、第２ユニット保持体２００に対して、第１ユニット保持体１００との間の軸心に沿った相互間距離Ｄ′が増大するように力が作用すると、反発用磁石ユニット１４０の反発力及び吸引用磁石ユニット１３０の吸引力がいずれも減少することになる。しかしながら、吸引力の減少率に比べて反発力の減少率が大きいため、第１ユニット保持体１００と第２ユニット保持体２００との間には、吸引力が作用し、相互間距離Ｄ′が減少することになる。従って、再び二つのユニット保持体１００，２００の相互間距離Ｄ′が反発用磁石ユニット１４０の反発力と吸引用磁石ユニット１３０の吸引力とがバランスした位置で停止し、第１ユニット保持体１００に対して第２ユニット保持体２００が浮上した状態に維持される。この結果、被駆動軸２′と電動モータ（図示せず）の出力軸１′との間に継続して吸引力を作用させ、非接触で動力を伝達することが可能となる。
【００４２】
図には明示していないが、本実施の形態２においても、撹拌槽７０′の内部に撹拌すべき液体とともに被駆動軸２′を配設し、その下端部に第２ユニット保持体２００を設ける一方、撹拌槽７０′の外部に電動モータを設置し、その出力軸１′の上端部に第１ユニット保持体１００を設ければ、撹拌装置を構成することが可能である。但し、実施の形態２を適用する場合には、図６に示すように、撹拌槽７０′の底壁をユニット保持体１００，２００の形状に沿って凹凸状に形成する必要がある。
【００４３】
尚、上述した実施の形態２では、吸引用磁石ユニット１３０として、略扇形状を成す４つの吸引用磁石１３１Ｎ，１３１Ｓを配設することによって構成したものを例示しているが、吸引用磁石ユニット１３０を構成する永久磁石の構成はこれらに限定されない。その他の形状を成す永久磁石を適用しても良いし、極数も４極に限定されない。同様に、反発用磁石ユニット１４０として、外径が異なるリング状を成した３つの反発用磁石１４１Ｎ，１４１Ｓ，１４１Ｎを配設することによって構成したものを例示しているが、その他の形状を成す永久磁石を適用しても良いし、極数も３極に限定されない。さらに、第１ユニット保持体１００の外周面と第２ユニット保持体２００の内周面との互いに対向する部位に横ずれ防止用磁石ユニット１５０を設けるようにしているが、ユニット保持体１００，２００の対向する部位であれば、端面間に設けるようにしても良い。この場合、横ずれ防止用磁石ユニットは、吸引用磁石ユニットと反発用磁石ユニットとの間に設ける必要もなく、例えばユニット保持体の最外周部に設けるようにしても良い。
【００４４】
また、上述した実施の形態２では、横ずれ防止用磁石ユニット１５０として、軸方向長さが同じ寸法となる２つの防止用磁石１５１Ｎ，１５１Ｎを例示しているが、２つの防止用磁石は軸方向長さが互いに異なるものを用いるようにしても良い。この場合、反発用磁石１４１Ｎ，１４１Ｓ，１４１Ｎの間に作用する反発力によって第２ユニット保持体２００が第１ユニット保持体１００から浮上した状態に維持された際に、軸方向長さの小さい防止用磁石１５１Ｎが軸方向長さの大きい防止用磁石１５１Ｎに対して高さ方向の中央部に位置するように設定することが好ましい。
【００４５】
さらに、上述した実施の形態２では、電動モータの駆動により非接触で被駆動軸２′を回転するものを例示しているが、被駆動軸２′としては必ずしも軸部材である必要はない。
【符号の説明】
【００４６】
１，１′ 出力軸
２，２′ 被駆動軸
２ａ 撹拌翼
１０，２０ ユニット保持体
３０ 吸引用磁石ユニット
３１Ｎ，３１Ｓ 吸引用磁石
４０ 反発用磁石ユニット
４１Ｎ，４１Ｓ，４１Ｎ 反発用磁石
６０ 電動モータ
７０，７０′ 撹拌槽
１００，２００ ユニット保持体
１３０ 吸引用磁石ユニット
１３１Ｎ，１３１Ｓ 吸引用磁石
１４０ 反発用磁石ユニット
１４１Ｎ，１４１Ｓ，１４１Ｎ 反発用磁石
１５０ 防止用磁石ユニット
１５１Ｎ 防止用磁石
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸心が鉛直方向に沿う態様で配設した回転体と、前記回転体の延長上に配置した被回転体との間に、反発用磁石ユニット及び吸引用磁石ユニットを配設し、前記反発用磁石ユニットの反発力により前記回転体に対して前記被回転体を浮上させた状態に維持するとともに、前記吸引用磁石ユニットの吸引力により前記回転体と前記被回転体との間に非接触で回転力を伝達するようにした磁気カップリングにおいて、
前記回転体と前記被回転体との間の軸心に沿った相互間距離が予め設定した閾値よりも小さい場合に前記反発用磁石ユニットの反発力が前記吸引用磁石ユニットの吸引力を上回り、かつ前記相互間距離が前記閾値を超えて増大した場合に前記吸引用磁石ユニットの吸引力が前記反発用磁石ユニットの反発力を上回るようにそれぞれの磁力を設定したことを特徴とする磁気カップリング。
【請求項２】
前記吸引用磁石ユニットを前記回転体の中心部に配設し、かつ前記反発用磁石ユニットを前記吸引用磁石ユニットの外周部に配設し、
前記吸引用磁石ユニットは、隣接するものが互いに異極となる態様で複数の磁石を周方向に交互に配設して構成し、前記反発用磁石ユニットは、互いに外径が異なる複数のリング状磁石を、隣接するものが互いに異極となる態様で同心上に配設して構成したことを特徴とする請求項１に記載の磁気カップリング。
【請求項３】
前記回転体と前記被回転体との間に、前記回転体の軸心と前記被回転体の軸心とが合致した場合に相互間に作用する磁力がバランスし、かつ前記回転体の軸心と前記被回転体の軸心とが互いにずれた場合に前記磁力がアンバランスとなる横ずれ防止用磁石ユニットを配設したことを特徴とする請求項１に記載の磁気カップリング。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一つに記載の磁気カップリングにおいて、前記被回転体に撹拌翼を設け、かつ液体を撹拌する撹拌槽の内部に前記被回転体を配設する一方、前記撹拌槽の外部に前記回転体を駆動する駆動部を配設し、前記被回転体と前記回転体とを互いに対向させたことを特徴とする撹拌装置。
【請求項１】
軸心が鉛直方向に沿う態様で配設した回転体と、前記回転体の延長上に配置した被回転体との間に、反発用磁石ユニット及び吸引用磁石ユニットを配設し、前記反発用磁石ユニットの反発力により前記回転体に対して前記被回転体を浮上させた状態に維持するとともに、前記吸引用磁石ユニットの吸引力により前記回転体と前記被回転体との間に非接触で回転力を伝達するようにした磁気カップリングにおいて、
前記回転体と前記被回転体との間の軸心に沿った相互間距離が予め設定した閾値よりも小さい場合に前記反発用磁石ユニットの反発力が前記吸引用磁石ユニットの吸引力を上回り、かつ前記相互間距離が前記閾値を超えて増大した場合に前記吸引用磁石ユニットの吸引力が前記反発用磁石ユニットの反発力を上回るようにそれぞれの磁力を設定したことを特徴とする磁気カップリング。
【請求項２】
前記吸引用磁石ユニットを前記回転体の中心部に配設し、かつ前記反発用磁石ユニットを前記吸引用磁石ユニットの外周部に配設し、
前記吸引用磁石ユニットは、隣接するものが互いに異極となる態様で複数の磁石を周方向に交互に配設して構成し、前記反発用磁石ユニットは、互いに外径が異なる複数のリング状磁石を、隣接するものが互いに異極となる態様で同心上に配設して構成したことを特徴とする請求項１に記載の磁気カップリング。
【請求項３】
前記回転体と前記被回転体との間に、前記回転体の軸心と前記被回転体の軸心とが合致した場合に相互間に作用する磁力がバランスし、かつ前記回転体の軸心と前記被回転体の軸心とが互いにずれた場合に前記磁力がアンバランスとなる横ずれ防止用磁石ユニットを配設したことを特徴とする請求項１に記載の磁気カップリング。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一つに記載の磁気カップリングにおいて、前記被回転体に撹拌翼を設け、かつ液体を撹拌する撹拌槽の内部に前記被回転体を配設する一方、前記撹拌槽の外部に前記回転体を駆動する駆動部を配設し、前記被回転体と前記回転体とを互いに対向させたことを特徴とする撹拌装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１３２１６（Ｐ２０１３−１３２１６Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４３８００（Ｐ２０１１−１４３８００）
【出願日】平成２３年６月２９日（２０１１．６．２９）
【出願人】（３０３０４９４１８）株式会社プロスパイン (21)
【出願人】（０００１７１９１９）佐竹化学機械工業株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２９日（２０１１．６．２９）
【出願人】（３０３０４９４１８）株式会社プロスパイン (21)
【出願人】（０００１７１９１９）佐竹化学機械工業株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
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