特開 2023-131180 マグネットカップリング

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023131180

(43)【公開日】2023-09-22

(54)【発明の名称】マグネットカップリング

(51)【国際特許分類】

   F16D 27/01 20060101AFI20230914BHJP

   F16C 19/52 20060101ALI20230914BHJP

【ＦＩ】

F16D27/01

F16C19/52

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022035754

(22)【出願日】2022-03-09

(71)【出願人】

【識別番号】591164820

【氏名又は名称】ポリマーエンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100187791

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 晃志郎

(72)【発明者】

【氏名】長廣 大樹

(72)【発明者】

【氏名】山川 孝好

(72)【発明者】

【氏名】影近 和也

【テーマコード（参考）】

3J701

【Ｆターム（参考）】

3J701AA02

3J701AA42

3J701AA52

3J701AA62

3J701BA77

3J701FA60

3J701GA29

(57)【要約】

【課題】軸受が劣化したときに主軸等の軸ズレを一定範囲に制限するマグネットカップリングを提供すること。
【解決手段】マグネットカップリング１は、インナーマグネットユニット２と、アウターマグネットユニット３０を備える。インナーマグネットユニット２は、アウターマグネットユニット３０の中心軸Ｃを中心に回転可能な主軸３と、インナーマグネット４と、インナーマグネット４を保持し主軸３と同期回転するポンプ側フランジ５と、主軸３又は／及びポンプ側フランジ５の回転を支持する軸受６を備える。インナーマグネットユニット２の外殻を形成するケーシング８と、ケーシング８に直接又は間接的に取り付けられ、主軸３又は主軸３と同期回転する部材の外周を、第一隙間を設けた状態で囲う保護リング７を備える。保護リング７は、内側端点１８と軸受６との間に配置される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

インナーマグネットユニットと、アウターマグネットユニットとを備えるマグネットカップリングであって、
前記インナーマグネットユニットは、
前記アウターマグネットユニットの中心軸を中心に回転可能な主軸と、
インナーマグネットと、
前記インナーマグネットを保持し、前記主軸と同期回転するポンプ側フランジと、
前記主軸又は／及び前記ポンプ側フランジの回転を支持する軸受と、
前記インナーマグネットユニットの外殻を形成するケーシングと、
前記ケーシングに直接又は間接的に取り付けられ、前記主軸又は該主軸と同期回転する部材の外周を、第一隙間を設けた状態で囲う保護リングを備え、
前記ケーシングの内側と前記中心軸との交点を内側端点とし、
前記保護リングは、前記内側端点と前記軸受との間に配置されるマグネットカップリング。

【請求項2】

前記第一隙間は、前記インナーマグネットと前記ケーシングの内側との径方向の隙間である第三隙間よりも小さい請求項１に記載のマグネットカップリング。

【請求項3】

前記中心軸の方向において、
前記保護リングにおける前記内側端点の側の端部は、前記インナーマグネットの前記内側端点の側の端部よりも前記軸受の側にある請求項１又は２に記載のマグネットカップリング。

【請求項4】

前記中心軸の方向において、
前記保護リングは、前記軸受よりも前記内側端点の側にあり、
前記インナーマグネットの前記内側端点の側の端部は、前記保護リングにおける前記内側端点の側の端部と前記軸受との間にある請求項１から３のいずれかに記載のマグネットカップリング。

【請求項5】

前記インナーマグネットユニットは、前記ケーシングによって密閉された内部空間が形成され、
前記主軸の一部と、前記インナーマグネットと、前記ポンプ側フランジ、及び前記保護リングは、前記内部空間にあり、
前記主軸又は該主軸と同期回転する部材と前記保護リングとが接触して、該保護リングに振動が発生すると、前記ケーシングに振動が伝達される請求項１から４のいずれかに記載のマグネットカップリング。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マグネットカップリングに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、マグネット駆動型ポンプが提案されている。例えば、特許文献１の記載によれば、モータと、該モータの主軸と分離された主軸に固定された羽根車と、前記モータの主軸と前記羽根車が固定された主軸とを磁気的に連結するマグネットとを備えたマグネット駆動型モータポンプにおいて、羽根車の吸込部をモータ側に向けたことを特徴とする、と記載されている。

【0003】

図１２（ａ）は、特許文献１の記載内容に沿って、キャンドモータポンプをマグネットポンプに展開したものを図示したものである。特許文献１における図４のうち、キャン６０の要部を抜きだして記載した。なお、各要素に付した符号は、本発明の要素と区別するために、特許文献１に記載に要素の符号に対して１００を加えて記載している。

【0004】

図１２（ａ）を参照し、特許文献１に記載に沿って、特に主軸１０３に関連する部分を説明する。主軸１０３が内ケーシングカバー１０７を貫通する部分には軸受ブラケット１１６が設けられている。そして、全ての軸受はロータと羽根車の間に存在している。すべり軸受からなる２つのラジアル軸受１１２、１１３のうち一方の軸受は、ポンプ吸込流路内に位置しており、２つのラジアル軸受１１２、１１３の距離（スパン）を十分に確保している。

【0005】

ラジアル軸受１１２、１１３の端部には、アキシャルスラスト軸受１１４、１１５が設けられ、双方向のアキシャル軸受スラスト荷重に対応する。ラジアル軸受１１２、１１３は軸スリーブ１１７、１１８と摺接している。なお、ラジアル軸受１１２、１１３は固定側ラジアル軸受を構成し、軸スリーブ１１７、１１８は回転側ラジアル軸受を構成している。

【0006】

ラジアル軸受１１２、１１３と軸スリーブ１１７、１１８及びアキシャルスラスト軸受１１４、１１５の材質は、耐久性の高いセラミックであるシリコンカーバイド（ＳｉＣ）を使用している。ステータキャン支持環（図示せず）の内周部には、いんろうを介して軸受ブラケット１１６が挿入されている。軸受ブラケット１１６には、２つの固定側ラジアル軸受１１２、１１３が焼バメ固定される。尚、軸受ブラケット１１６は、ステンレス鋼鋳物製である、と記載されている。

【0007】

これによれば、特許文献１の記載内容のマグネット駆動型ポンプは、ラジアル軸受１１２、１１３及びアキシャルスラスト軸受１１４、１１５が設けられ、主軸１０３の回転に対して種々の軸受が設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００６－１５３０２５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、主軸１０３は高速回転、或いは負荷を受けた状態で回転することがあるため、軸受には負荷が加わる状態となる。そのため、軸受は摺動摩擦による発熱、変形、及び磨耗が発生し、いわゆる軸ズレが発生する場合がある。

【0010】

図１２（ａ）に示す従来例は、主軸１０３と軸受であるラジアル軸受１１２、１１３と軸スリーブ１１７、１１８とは、摺動に適した状態に設定されている。これに対し、図１２（ｂ）は、軸受の劣化によりいわゆる軸ズレが発生した状態を示す。この場合、軸ズレが発生すると回転ムラが発生し、ポンプ性能の劣化に繋がる。さらに軸ズレが大きくなると、従動マグネット１５６の先端がＤの箇所でぶつかり、内ケーシングカバー１０７を損傷させてしまうという結果に繋がる。内ケーシングカバー１０７の内部は、液体Ｒがあるため、Ｄの箇所から漏洩してしまうという不具合が発生する。液体Ｒが外部に漏洩すると、周辺の装置に対して多大な悪影響を及ぼす。特に、液体Ｒが有害物質を含む場合大きな問題となる。以上のことから、従来技術は軸受が劣化すると軸ズレが発生し、軸ズレを一定程度に制限する手段が無いという課題があった。

【0011】

本発明の目的は、従来の課題を解決するものであり、軸受が劣化したときに主軸等の軸ズレを一定範囲に制限するマグネットカップリングを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の態様に係るマグネットカップリングは、インナーマグネットユニットと、アウターマグネットユニットとを備、前記インナーマグネットユニットは、前記アウターマグネットユニットの中心軸を中心に回転可能な主軸と、インナーマグネットと、前記インナーマグネットを保持し、前記主軸と同期回転するポンプ側フランジと、前記主軸又は／及び前記ポンプ側フランジの回転を支持する軸受と、前記インナーマグネットユニットの外殻を形成するケーシングと、前記ケーシングに直接又は間接的に取り付けられ、前記主軸又は該主軸と同期回転する部材の外周を、第一隙間を設けた状態で囲う保護リングを備え、前記ケーシングの内側と前記中心軸との交点を内側端点とし、前記保護リングは、前記内側端点と前記軸受との間に配置される。

【0013】

これによれば、マグネットカップリングは、保護リングが、ケーシングに直接又は間接的に取り付けられ、主軸又は主軸と同期回転する部材の外周を、第一隙間を設けた状態で囲う。よって、保護リングは、軸受が通常の状態のとき、主軸又は主軸と同期回転する部材との間に第一隙間を有するので、主軸に回転負荷を与えない。また、軸受が劣化して、主軸又は主軸と同期回転する部材とが中心軸に対して軸ズレしたとき、主軸又は主軸と同期回転する部材は保護リングと接触して軸ズレが一定範囲に制御される。よって、マグネットカップリングは、軸受が劣化したときに主軸等の軸ズレを一定範囲に制限することができる。

【0014】

また、前記マグネットカップリングは、第一隙間が前記インナーマグネットと前記ケーシングの内側との径方向の隙間である第三隙間よりも小さくてもよい。

【0015】

この場合、マグネットカップリングは、第一隙間が第三隙間よりも小さいので、軸受が劣化して主軸を含む主軸と同期回転する部材が軸ズレしたとき、保護リングが主軸等の振幅を一定範囲に制限することができるので、インナーマグネットがケーシングの内側と接触することを防止できる。

【0016】

また、前記マグネットカップリングは、前記中心軸の方向において、前記保護リングにおける前記内側端点の側の端部は、前記インナーマグネットの前記内側端点の側の端部よりも前記軸受の側にあってもよい。

【0017】

この場合、保護リングは中心軸の方向において軸受とインナーマグネットとの間にあるので、中心軸の方向の寸法を短くすることができる。よって、マグネットカップリングは、軸受が劣化したとき、主軸又は主軸と同期回転する部材の軸ズレを一定範囲に制御する構成をコンパクトに実現することができる。

【0018】

また、前記マグネットカップリングは、前記中心軸の方向において、前記保護リングは、前記軸受よりも前記内側端点の側にあり、前記インナーマグネットの前記内側端点の側の端部は、前記保護リングにおける前記内側端点の側の端部と前記軸受との間にあってもよい。

【0019】

この場合、中心軸の方向において、インナーマグネットは保護リングと軸受との間にあるので、軸受が劣化したときに、主軸又は主軸と同期回転する部材の軸ズレは保護リングと軸受とによって長いスパンで支持する構造となる。よって、マグネットカップリングは、軸受が劣化しても、主軸を含む主軸と同期回転する部材の軸ズレを抑制して、軸受以外の部材に損傷を与えることを抑制できる。

【0020】

また、前記マグネットカップリングの前記インナーマグネットユニットは、前記ケーシングによって密閉された内部空間が形成され、前記主軸の一部と、前記インナーマグネットと、前記ポンプ側フランジ、及び前記保護リングは、前記内部空間にあり、前記主軸又は該主軸と同期回転する部材と前記保護リングとが接触して、該保護リングに振動が発生すると、前記ケーシングに振動が伝達されてもよい。

【0021】

この場合、主軸又は主軸と同期回転する部材と保護リングとが接触して、保護リングに振動が発生すると、ケーシングに振動が伝達される。よって、マグネットカップリングは、軸受が劣化したことをケーシングの振動によって検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明のマグネットカップリング１の要部全体を示す断面図である。

【図2】本発明の第一実施形態のマグネットカップリング１ａの要部を示した断面図である。

【図3】本発明の第一実施形態のマグネットカップリング１ａにおいて、軸受６にガタが生じ、主軸３等が軸ズレした状態を示す。

【図4】本発明の第一実施形態のマグネットカップリング１ａにおいて、軸受６のガタがさらに増大したときの状態を示した断面図である。

【図5】図３に対して、軸受６が滑り軸受２６の場合を示す。

【図6】本発明の第二実施形態のマグネットカップリング１ｂの要部を示した断面図である。

【図7】本発明の第二実施形態のマグネットカップリング１ｂにおいて、軸受６にガタが生じ、主軸３等が軸ズレした状態を示す。

【図8】本発明の第二実施形態のマグネットカップリング１ｂにおいて、軸受６のガタがさらに増大したときの状態を示した断面図である。

【図9】本発明の第三実施形態のマグネットカップリング１ｃの要部を示した断面図である。

【図10】本発明の第三実施形態のマグネットカップリング１ｃにおいて、軸受６のガタが生じ、主軸３等が軸ズレした状態を示す。

【図11】本発明の第四実施形態のマグネットカップリング１ｄの要部を示した断面図である。

【図12】従来例のマグネットカップリングのうち、インナーマグネットユニットの要部を示した断面図であり、（ａ）は通常の状態を示し、（ｂ）は第二隙間Ｇ１００が増大した状態を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、図面を参照し、本発明を具現化したマグネットカップリング１を説明する。なお、発明を実施するための形態、及び参照する図面は、本発明が採用しうる技術的特徴を説明するために用いられるものである。本発明はこれらに限定されるものではない。図面に記載されている構成は、それのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例である。

【0024】

＜各実施形態に共通の構成＞
図１及び図２を例にして、本発明の態様に係るマグネットカップリング１の各実施形態に共通の構成を説明する。マグネットカップリング１は、インナーマグネットユニット２と、アウターマグネットユニット３０を備える。インナーマグネットユニット２は、例としてポンプ装置、或いは攪拌装置である装置本体４０に取り付けられる。

【0025】

インナーマグネットユニット２は、以下の構成を備える。アウターマグネットユニット３０の中心軸Ｃを中心に回転可能な主軸３と、インナーマグネット４と、インナーマグネット４を保持し、主軸３と同期回転するポンプ側フランジ５を備える。主軸３又は／及びポンプ側フランジ５の回転を支持する軸受６を備える。インナーマグネットユニット２の外殻を形成するケーシング８と、ケーシング８に直接又は間接的に取り付けられ、主軸３又は主軸３と同期回転する部材の外周を、第一隙間Ｇ１を設けた状態で囲う保護リング７を備える。ケーシング８の内側と中心軸Ｃとの交点を内側端点１８とし、保護リング７は、内側端点１８と軸受６との間に配置される。

【0026】

図１に示す例では、軸受６は主軸３を支持し、保護リング７は主軸３と同期回転するポンプ側フランジ５の外周の一部を周方向に囲う。インナーマグネット４は、六角穴付きボルト２２によってポンプ側フランジ５に固定される。ポンプ側フランジ５は、内側端点１８の側の端部５ａが、ポンプ側座金２５と六角穴付きボルト２４によって主軸３に固定される。主軸３とポンプ側フランジ５とは、主軸シャフトキー３ａによって互いに同期回転する。主軸３とポンプ側フランジ５とインナーマグネット４は、軸受６に対して一体的に回転する構成である。

【0027】

図１に示す例では、保護リング７は、中心軸Ｃの方向において、軸受６と内側端点１８との間にあって、ケーシング８又はケーシング８と一体的に形成される部材に取り付けられる。保護リング７は、主軸３又は主軸３と同期回転する部材との間に、径方向において所定の隙間である第一隙間Ｇ１を有する。

【0028】

図１に示す例では、ケーシング８と一体的に形成される部材は、隔壁９とポンプイケール１０と隔壁押さえ１１である。隔壁９は、隔壁押さえ１１に挟まれて、六角穴付きボルト２１によってポンプイケール１０に固定される。六角穴付きボルト２１は、周方向の複数箇所に取付けられる。軸受６は深溝玉軸受等のベアリング１５を使用し、装置本体４０の内部に取り付けられ、主軸３は軸受６に回転可能に支持される。

【0029】

軸受６がベアリング１５の場合、ベアリング１５ａ、１５ｂ、１５ｃが中心軸Ｃの方向に内側端点１８の側から装置本体４０の側に向かって並んでいる。ベアリング１５は、外輪１４と内輪１３の間に複数の玉１２を備える。ベアリング１５ａ、１５ｂ、１５ｃのそれぞれは、玉１２ａ、１２ｂ、１２ｃを備える。保護リング７は、六角穴付きボルト２３によって、ケーシング８が一体的に固定される装置本体４０に取り付けられる。なお、軸受６は、深溝玉軸受に限定されず、他の構成でもよい。

【0030】

主軸３と、主軸３と同期回転するインナーマグネット４と、ポンプ側フランジ５は、中心軸Ｃの方向において装置本体４０の側のみが軸受６によって支持される片持ち構造である。従って、中心軸Ｃに対して主軸３に軸ズレが生じると、内側端点１８の側へ向かうに従って振幅が大きくなる。

【0031】

図１に示すように、アウターマグネットユニット３０は、モータ３２にモータ軸３１が直結し、モータ軸３１がモータ側フランジ３４に固定される。アウターマグネット３３は、モータ側フランジ３４に接続され、隔壁９との間に所定の隙間を有して外周側を覆う。インナーマグネット４とアウターマグネット３３は、隔壁９を挟んで対向する。インナーマグネット４とアウターマグネット３３は、それぞれ隔壁９と所定の隙間を有する。モータ３２が駆動すると、アウターマグネット３３が回転し、アウターマグネット３３の磁力に誘導されてインナーマグネット４が回転する。

【0032】

図１等に示すように、インナーマグネットユニット２は、ケーシング８によって密閉された内部空間２０が形成され、主軸３の一部と、インナーマグネット４と、ポンプ側フランジ５、及び保護リング７は内部空間２０にある。主軸３又は主軸３と同期回転する部材と保護リング７とが接触して、保護リング７に振動が発生すると、ケーシング８に振動が伝達される。

【0033】

図１に示すように、マグネットカップリング１がポンプ装置に取り付けられる場合、内部空間２０が液体Ｒによって満たされている。液体Ｒの注入口は図示しないが、液体Ｒは軸受６の深溝玉軸受が有する溝を通って内部空間２０に送られる。液体Ｒは、マグネットカップリング１の使用用途に応じた種類が注入される。なお、液体Ｒに限らず、マグネットカップリング１が攪拌装置に取り付けられるとき、気体或いは粉体を注入してもよい。

【0034】

また、図２に示すように、第一隙間Ｇ１は、インナーマグネット４とケーシング８の内側との径方向の隙間である第三隙間Ｇ３より小さくてもよい。なお、インナーマグネット４と隔壁９との径方向の隙間、及びアウターマグネット３３と隔壁９との径方向の隙間は、マグネットの特性に応じて適正な範囲に設定される。

【0035】

＜各実施形態に共通の構成による効果＞
以上説明したマグネットカップリング１に共通の構成により、以下の効果を奏する。マグネットカップリング１は、保護リング７が、主軸３又は主軸３と同期回転する部材の外周を、第一隙間Ｇ１を設けた状態で囲う。よって、保護リング７は、軸受６が通常の状態のとき、主軸３又は主軸３と同期回転する部材との間に第一隙間Ｇ１を有するので、主軸３に回転負荷を与えない。また、軸受６が劣化して、主軸３又は主軸３と同期回転する部材とが中心軸Ｃに対して軸ズレしたとき、主軸３又は主軸３と同期回転する部材は、保護リング７と接触して軸ズレが一定範囲に制御される。よって、マグネットカップリング１は、軸受６が劣化したときに主軸３等の軸ズレを一定範囲に制限することができる。

【0036】

また、マグネットカップリング１は、第一隙間Ｇ１が第三隙間Ｇ３よりも小さいので、軸受６が劣化して主軸３又は主軸３と同期回転する部材が中心軸Ｃに対して軸ズレしたとき、保護リング７が主軸３等の振幅を一定範囲に制限することができる。よって、インナーマグネット４がケーシング８の内側と接触することを防止できる。

【0037】

また、マグネットカップリング１は、主軸３又は主軸３と同期回転する部材と保護リング７とが接触して、保護リング７に振動が発生すると、ケーシング８に振動が伝達される。よって、マグネットカップリング１は、軸受６が劣化したことをケーシング８の振動によって検出することができる。

【0038】

＜マグネットカップリング１ａの構成＞
次に、図１から図５までを参照して、本発明の第一実施形態のマグネットカップリング１ａの構成を説明する。マグネットカップリング１ａは、中心軸Ｃの方向において、保護リング７ａが軸受６よりも内側端点１８の側にある。保護リング７ａの中心軸Ｃの方向における端部１７のうち、内側端点１８の側の端部１７ａは、インナーマグネット４の内側端点１８の端部４ａよりも装置本体４０の側にある。

【0039】

図１等に示すように、マグネットカップリング１ａは、中心軸Ｃの方向において内側端点１８の側から装置本体４０の側に向かって、インナーマグネット４、保護リング７ａ、及び軸受６の順に並んでいる。保護リング７ａは、主軸３と同期回転するポンプ側フランジ５の外周を周方向に囲う。図１から図４までは、軸受６が深溝玉軸受等の玉１２を有するベアリング１５であり、図５は軸受６が滑り軸受２６の場合を示す。

【0040】

＜マグネットカップリング１ａの構成による効果＞
以上説明したように、マグネットカップリング１ａの構成によれば、以下の効果を奏する。保護リング７ａは、中心軸Ｃの方向において軸受６とインナーマグネット４との間にあるので、中心軸Ｃの方向の寸法を短くすることができる。よって、マグネットカップリング１ａは、軸受６が劣化したとき、主軸３又は主軸３と同期回転する部材の軸ズレを一定範囲に制御する構成をコンパクトに実現することができる。また、保護リング７ａは剛性が高い装置本体４０に取り付けられるので、主軸３等が軸ズレにより接触した場合に、安定した状態で保持することができる。

【0041】

＜マグネットカップリング１ｂ、１ｃに共通の構成＞
次に、図６から図１０までを参照して、本発明の第二実施形態のマグネットカップリング１ｂと第三実施形態のマグネットカップリング１ｃに共通の構成を説明する。以下、マグネットカップリング１ｂとマグネットカップリング１ｃを合わせてマグネットカップリング１ｂ等と称する。マグネットカップリング１ｂ等は、中心軸Ｃの方向において、保護リング７が軸受６よりも内側端点１８の側にある。インナーマグネット４の内側端点１８の側の端部４ａは、保護リング７における内側端点１８の側の端部１７ａと軸受６との間にある。

【0042】

＜マグネットカップリング１ｂ、１ｃに共通の構成による効果＞
以上説明したマグネットカップリング１ｂ、１ｃに共通の構成によれば、以下の効果を奏する。中心軸Ｃの方向において、インナーマグネット４は保護リング７と軸受６との間にあるので、軸受６が劣化したときに、主軸３又は主軸３と同期回転する部材の軸ズレは、保護リング７と軸受６とによって長いスパンで支持する構造となる。よって、マグネットカップリング１ｂ等は、軸受６が劣化しても、主軸３又は主軸３と同期回転する部材の軸ズレを抑制して、軸受６以外の部材に損傷を与えることを抑制できる。

【0043】

＜マグネットカップリング１ｂの構成と効果＞
次に、図６から図８までを参照して、本発明の第二実施形態のマグネットカップリング１ｂの構成を説明する。インナーマグネット４及び軸受６は、マグネットカップリング１ａと同様である。保護リング７ｂは、隔壁９の内側端点１８に取り付けられる。主軸３は、中心軸Ｃの方向における内側端点１８の側の延長上に補助軸３ｂが取り付けられる。保護リング７ｂは、補助軸３ｂに対して第一隙間Ｇ１を設けた状態で外周の一部を周方向に囲う。中心軸Ｃの方向において、内側端点１８の側から装置本体４０の側に向かって順に、保護リング７ｂと、インナーマグネット４及びポンプ側フランジ５と、軸受６が並ぶ構成である。保護リング７ｂの中心軸Ｃの方向における装置本体４０の側の端部１７ｂは、インナーマグネット４の端部４ａよりも装置本体４０の側にある。

【0044】

以上説明したマグネットカップリング１ｂの構成によれば、以下の効果を奏する。すでに説明した、マグネットカップリング１ｃとの共通の効果に加えて、保護リング７ｂは隔壁９に取り付けられるので、主軸３等が軸ズレして補助軸３ｂが接触したとき、隔壁９に振動がより伝わりやすい。よって、マグネットカップリング１ｂは、主軸３等が軸ズレした場合の異常な状態をより早期に検出することができる。

【0045】

＜マグネットカップリング１ｃの構成と効果＞
次に、図９及び図１０を参照して、本発明の第三実施形態のマグネットカップリング１ｃの構成を説明する。マグネットカップリング１ｃは、マグネットカップリング１ａよりも保護リング７ｃが中心軸Ｃの方向において内側端点１８の側に長く形成される。保護リング７ｃは、インナーマグネット４の内周側に挿入され、内側端点１８の側の端部１７ａがインナーマグネット４の内側端点１８の側の端部４ａよりも内側端点１８の側にある。インナーマグネット４とポンプ側フランジ５とは、保護リング７ｃの内側端点１８の側の端部１７ａと隔壁９の内側端点１８との間で結合される。マグネットカップリング１ｃは、他の実施形態に比べて中心軸Ｃの方向において保護リング７ｃがポンプ側フランジ５の外周を囲う長さが最も長くなる。

【0046】

以上説明したマグネットカップリング１ｃの構成によれば、以下の効果を奏する。保護リング７ｃは、中心軸Ｃの方向へより長いスパンでポンプ側フランジ５の外周を囲うことができる。よって、マグネットカップリング１ａの構成に比べて、保護リング７ｃは主軸３等の軸ズレによる振幅が小さい段階でも主軸３等と接触して、軸ズレを抑制することができる。さらに、マグネットカップリング１ａの構成に対して、保護リング７ｃによる主軸３等の軸ズレの量を同程度に抑制する場合、第一隙間Ｇ１を大きくできるので、各部材における製造上の誤差の許容範囲を広げることができる。

【0047】

＜マグネットカップリング１ｄの構成と効果＞
次に、図１１を参照して、本発明の第四実施形態のマグネットカップリング１ｄの構成を説明する。マグネットカップリング１ｄは、マグネットカップリング１ａに対して、保護リング７ｄとポンプ側フランジ５との関係が異なる。保護リング７ｄは、主軸３の外周を、第一隙間Ｇ１を設けた状態で囲う。中心軸Ｃの方向において、内側端点１８の側から装置本体４０の側に向かって順に、インナーマグネット４と保護リング７ｄと軸受６が並ぶ。

【0048】

以上説明したマグネットカップリング１ｃの構成によれば、以下の効果を奏する。主軸３等の軸ズレを抑制するために、保護リング７ｄと主軸３等との隙間である第一隙間Ｇ１は微小な隙間にする必要がある。保護リング７ｄは、主軸３以外の部材を介することなく主軸３の外周を直接囲う構成である。第一隙間Ｇ１は、主軸３の外径寸法の誤差と保護リング７ｄの内径寸法の誤差、及びそれぞれの取付位置の誤差のみのばらつきによる。よって、第一隙間Ｇ１のばらつきの範囲を小さくできるので、各部材における製造上の誤差の許容範囲を広げることができる。

【0049】

＜主軸３等が軸ズレしたときの状態説明＞
次に、マグネットカップリング１において、主軸３が軸ズレしたときの状態を説明する。すでに説明したように、インナーマグネット４とポンプ側フランジ５と主軸３は、中心軸Ｃの方向における装置本体４０の側のみが軸受６によって支持される片持ち構造である。主軸３は、高速回転することによって軸受６が劣化する。軸受６が深溝玉軸受等の玉１２を有する構造の場合、玉１２が磨耗して径が縮小すると共に、内輪１３と外輪１４のうち玉１２と接する側に磨耗或いは損傷が発生し、内輪１３が外輪１４に対してガタを生じる。この場合、主軸３は内輪１３が外輪１４との間のガタによって振れるため、内輪１３につられて軸ズレが発生する。

【0050】

軸受６が滑り軸受２６等の場合は、軸受６の摺動面が磨耗して内径が増大して主軸３との間で径方向にガタを生じ、主軸３が軸ズレする。主軸３が軸ズレするときの起点は、軸受６が劣化するときの状況によって異なる。軸ズレは、中心軸Ｃの方向において軸受６の内部、或いはさらに装置本体４０の側が振れの中心となって、円錐形状の軌跡を描く傾向がある。例として、図３は、主軸３が軸受６の装置本体４０の側の端部１６と中心軸Ｃとの交点Ｓを中心に振れると仮定したときの図である。

【0051】

マグネットカップリング１は、軸受６にガタが生じるか、或いは軸受６が滑り軸受２６等の場合に、軸受６の磨耗により主軸３との間で径方向にガタ増大すると、主軸３又は主軸３と同期回転する部材が中心軸Ｃに対して軸ズレする。軸ズレが一定以上に大きくなると、図３、図７に示すように、主軸３又は主軸３と同期回転する部材は、保護リング７と第一接触点Ｔ１において接触することにより軸ズレが制限される。このとき、径方向において、インナーマグネット４とケーシング８の内側とは離間した状態である。インナーマグネット４とケーシング８の内側との径方向の初期の隙間である第三隙間Ｇ３は、主軸３の軸ズレによって生じるインナーマグネット４の振幅よりも大きく設定され、隙間Ｇ３１が確保される。

【0052】

図３を参照して、第一実施形態のマグネットカップリング１ａの例を説明する。軸受６の玉１２は、磨耗によって径が縮小する。特に、内側端点１８の側の玉１２ａの径が小さくなる傾向がある。内側端点１８の側の玉１２ａの径が小さくなると、軸受６が径方向にガタが発生する。軸受６は、玉１２ａの径が小さくなることによって外輪１４と内輪１３との間にガタが発生する。内輪１３は、外輪１４に対して中心軸Ｃの方向に対して傾きながら径方向に移動する。主軸３は、内輪１３が移動することにより軸ズレを生じる。

【0053】

図３に示すように、主軸３は、交点Ｓを中心にθ１の範囲で軸ズレが発生して振幅すると仮定する。この場合、内側端点１８の側は、ポンプ側フランジ５が第一接触点Ｔ１において保護リング７ａと接触し、装置本体４０の側は、軸受６における内輪１３が移動する範囲内で主軸３の振れが規制される。このときに、インナーマグネット４における内側端点１８の側の端部４ａにおいて、隔壁９との径方向の初期の隙間である第三隙間Ｇ３は、主軸３の軸ズレによって振れたときの振幅よりも大きく設定され、隙間Ｇ３１が確保される。

【0054】

図５に示す例は、軸受６が滑り軸受２６の場合を示す。滑り軸受２６は、主軸３が回転することにより磨耗によって内側摺動面２６ａが大きくなり、主軸３との間に第二隙間Ｇ２が発生する。軸受６の装置本体４０の側の端部１６と中心軸Ｃとの交点Ｓを仮の起点として、主軸３がθ１の範囲で振幅すると仮定する。この場合も、インナーマグネット４における内側端点１８の側の端部４ａにおいて、隔壁９との径方向の初期の隙間である第三隙間Ｇ３は、主軸３の軸ズレによる振幅よりも大きく設定され、隙間Ｇ３１が確保される。

【0055】

図７を参照して、第二実施形態のマグネットカップリング１ｂの例を説明する。図３の場合と同様に、軸受６は、磨耗によって外輪１４と内輪１３との関係にガタが発生する。内輪１３は、外輪１４に対して中心軸Ｃの方向に対して傾きながら径方向に移動する。主軸３は、磨耗した分、内輪１３が径方向に移動することにより軸ズレを生じる。

【0056】

主軸３は、交点Ｓを中心にθ２の範囲で軸ズレが発生して振幅すると仮定する。この場合、内側端点１８の側は、補助軸３ｂが第一接触点Ｔ１において保護リング７ｂと接触し、装置本体４０の側は、軸受６における内輪１３が移動する範囲内で主軸３の振れが規制される。このときに、インナーマグネット４における内側端点１８の側の端部４ａ、或いは装置本体４０の側の端部４ｂにおいて、隔壁９との径方向の初期の隙間である第三隙間Ｇ３は、主軸３の軸ズレによって振れたときの振幅よりも大きく設定され、隙間Ｇ３１が確保される。

【0057】

＜主軸３等が軸ズレしたときの効果＞
以上説明した主軸３等の軸ズレに対して、本発明のマグネットカップリング１が奏する効果を説明する。軸受６が劣化して主軸３等の軸ズレが発生すると、主軸３又は主軸３と同期回転する部材は第一接触点Ｔ１において保護リング７に接触して軸ズレが制限される。そのとき、径方向においてインナーマグネット４とケーシング８における隔壁９の内側とは離間する状態である。よって、主軸３又は主軸３と同期回転する部材が軸ズレしても、損傷することを防止できる。

【0058】

また、主軸３又は主軸３と同期回転する部材と保護リング７とが接触して、保護リング７に振動が発生すると、ケーシング８に振動が伝達される。よって、マグネットカップリング１は、軸受６が劣化したことをケーシング８の振動によって検出することができる。マグネットカップリング１は、軸受６の劣化を特別な検出装置を用いることなく検出することができる。主軸３等と保護リング７とは、接触点が第一接触点Ｔ１の一箇所のみであってもケーシング８の振動によって検出できるので、軸受６の劣化を初期の段階で検出することができる。よって、インナーマグネット４とケーシング８とが接触或いは衝突して損傷する事故を未然に防ぐことができる。

【0059】

＜主軸３等がさらに大きく軸ズレしたときの状態説明＞
次に、マグネットカップリング１において、主軸３がさらに大きく軸ズレしたときの状態を説明する。なお、以下に説明する構成は、軸受６の劣化が特に激しくなったときでもケーシング８の損傷を防止するためのもので、必ずしも必要な構成ではない。

【0060】

図４、図８、及び図１０を参照して説明する。マグネットカップリング１は、軸受６が深溝玉軸受等の場合に内部のガタさらに大きくなるか、或いは軸受６が滑り軸受２６の場合に、内側摺動面２６ａが磨耗して第二隙間Ｇ２がさらに増大する場合がある。このとき、主軸３又は主軸３と同期回転する部材が中心軸Ｃに対してさらに軸ズレが大きくなる。この場合、主軸３等の軸ズレが発生する起点は変動すると思われる。

【0061】

図４等に示すように、軸ズレによる振幅が一定範囲を超えると、主軸３又は主軸３と同期回転する部材は、保護リング７との間で内側端点１８の側の第一接触点Ｔ１と、装置本体４０の側の第二接触点Ｔ２の二箇所で接触することにより軸ズレが制限される。このとき、径方向において、インナーマグネット４とケーシング８における隔壁９の内側とは離間する状態であれば、軸ズレの振幅が一定範囲を超えたときでも、インナーマグネット４とケーシング８における隔壁９の内側との接触による損傷を防止できる。この場合、インナーマグネット４とケーシング８における隔壁９の内側との径方向の初期の隙間である第三隙間Ｇ３が、主軸３の軸ズレによる振幅よりも大きく設定されると、隙間Ｇ３２が確保される。

【0062】

図４を参照して、第一実施形態のマグネットカップリング１ａの例を説明する。軸受６のうち玉１２ａのみならず装置本体４０の側の玉１２ｂ、玉１２ｃの径がさらに減少し、内輪１３と主軸３は起点を特定できない状態で振幅する。軸受６は主軸３の軸ズレを制御できない状態となり、保護リング７ａが第一接触点Ｔ１と第二接触点Ｔ２の二箇所において主軸３と接触し、主軸３の軸ズレを一定範囲に抑える。このとき、インナーマグネット４における内側端点１８の側の端部４ａにおいて、隔壁９との径方向の初期の隙間である第三隙間Ｇ３が、主軸３の軸ズレによる振幅よりも大きく設定されると、隙間Ｇ３２が確保される。

【0063】

図８を参照して、第二実施形態のマグネットカップリング１ｂの例を説明する。軸受６において、玉１２ａのみならず玉１２ｂ、玉１２ｃの径が磨耗によって減少するのは図４と同様である。図４の場合と同様に、軸受６は主軸３の軸ズレを制御できない状態となり、保護リング７ｂが第一接触点Ｔ１と第二接触点Ｔ２の二箇所において主軸３と接触し、主軸３の軸ズレを一定範囲に抑える。このとき、インナーマグネット４における内側端点１８の側の端部４ａ及び装置本体４０の側の端部４ｂにおいて、隔壁９との径方向の初期の隙間である第三隙間Ｇ３が、主軸３の軸ズレによる振幅よりも大きく設定されると、隙間Ｇ３２が確保される。

【0064】

図７及び図８に示すように、保護リング７ｂがインナーマグネット４よりも中心軸Ｃの方向において内側端点１８の側にある。よって、軸ズレの状態によって、インナーマグネット４と隔壁９との径方向の隙間は、内側端点１８の側の端部４ａが最小になる場合と、装置本体４０の側の端部４ｂが最小にある場合とがある。

【0065】

図１０を参照して、第三実施形態のマグネットカップリング１ｃの例を説明する。軸受６において、玉１２ａのみならず玉１２ｃの径が磨耗によって減少するのは図４と同様である。図４の場合と同様に、内輪１３と主軸３は起点を特定できない状態で振幅する。軸受６は主軸３の軸ズレを制御できない状態となり、保護リング７ｃが第一接触点Ｔ１と第二接触点Ｔ２の二箇所において主軸３と接触し、主軸３の軸ズレを一定範囲に抑える。このとき、インナーマグネット４における内側端点１８の側の端部４ａ及び装置本体４０の側の端部４ｂにおいて、隔壁９との径方向の初期の隙間である第三隙間Ｇ３が、主軸３の軸ズレによる振幅よりも大きく設定されると、隙間Ｇ３２が確保される。図４の例と比較すると、中心軸Ｃの方向において保護リング７ｃがポンプ側フランジ５の外周を長い範囲で囲うので、主軸３が第一接触点Ｔ１と第二接触点Ｔ２において保護リング７ｃと接触したとき、軸ズレは小さく抑えられる。

【0066】

＜主軸３等がさらに大きく軸ズレしたときの効果＞
以上説明した主軸３等がさらに大きく軸ズレしたときに、本発明のマグネットカップリング１が奏する効果を説明する。マグネットカップリング１は、軸受６がさらに劣化して主軸３又は主軸３と同期回転する部材の軸ズレが増大すると、保護リング７のみに接触する状態となる。このとき、第三隙間Ｇ３が主軸３等の振幅よりも大きく設定されれば、インナーマグネット４とケーシング８における隔壁９の内側とは離間する状態となり、インナーマグネット４とケーシング８とが接触、或いは衝突して損傷することを防止できる。

【0067】

すでに説明したように、主軸３等が軸ズレして保護リング７と第一接触点Ｔ１において接触すると、隔壁９を含むケーシング８に振動が伝わることで検出可能である。しかしながら、マグネットカップリング１は騒音下で使用される場合がある。主軸３等と保護リング７とが第一接触点Ｔ１及び第二接触点Ｔ２の二箇所で接触するときは、すでに軸受６が主軸３等の軸ズレを抑制する機能が無い状態であり、軸ズレによる振幅はこれ以上増大しない。よって、マグネットカップリング１は、仮に軸受６が機能しない状態になった場合でも、第三隙間Ｇ３を所定の隙間に設定することを条件に、損傷を防止することができる。なお、ここ説明した内容は、第三実施形態のマグネットカップリング１ｃの場合に第三隙間Ｇ３をより小さく設定できるので実現しやすい構成である。

【符号の説明】

【0068】

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ マグネットカップリング
２ インナーマグネットユニット
３ 主軸
４ インナーマグネット
４ａ、４ｂ 端部
５ ポンプ側フランジ
５ａ 端部
６ 軸受
７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ 保護リング
８ ケーシング
１６ 端部
１７ａ、１７ｂ 端部
１８ 内側端点
２０ 内部空間
３０ アウターマグネットユニット
３３ アウターマグネット
Ｃ 中心軸
Ｇ１ 第一隙間
Ｇ３ 第三隙間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】