JP2010014153A - 電磁連結装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効果的に衝撃騒音を低減することが可能な電磁連結装置を提供する。
【解決手段】電磁連結装置１は、相互に相対的に進退可能に設けられた連結部３０及び被連結部１０と、電磁力を作用させることによって被連結部１０と連結部３０とを、互いに圧接した連結状態と、互いに離間した非連結状態とに切り替える切替手段４０と、被連結部１０に対して連結部３０が相対的に進退した時に、連結部３０の相対速度を低減させる速度調整手段５０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁作用によって、被連結部と連結部とを非連結状態から連結状態に切り替えることで、被連結部の駆動状態を連結部によって制動し、または、伝達させる電磁連結装置に関する。

従来から、電磁作用によって被連結部と連結部とを非連結状態と連結状態とに切り替える電磁連結装置としては、連結状態にすることで、被連結部側の回転運動や直線運動を制動する電磁ブレーキや、被連結部側の回転運動や直線運動を連結部側に伝達させる電磁クラッチなどが挙げられる。より具体的には、電磁ブレーキを例とすれば、シャフトと、表面に摩擦係数を増大させたフェーシング材を設けてシャフトとともに回転可能な被連結部であるディスクと、ディスクの両側に設けられた連結部であるプレート及びアーマチュアと、アーマチュアをディスクに押し付けるように付勢するコイルバネと、電磁力を作用させることによってコイルバネの付勢に抗してアーマチュアをディスクから離間させるように吸引する電磁石とで構成されている。このような電磁ブレーキでは、電磁石に電流を供給しない状態では、アーマチュアは、電磁石から釈放され、コイルバネの付勢によってプレートとの間でディスクを挟み込み、これによりディスクとの間で摩擦が生じることとなる。このため、ディスクは、アーマチュア及びプレートとの摩擦によって作用するトルクによって制動されることとなる。一方、電磁石に電流を供給することで、アーマチュアは電磁石に吸引されて、ディスクから離間し、ディスクは、プレートとアーマチュアとの間で自在に回転可能な状態となる。

ここで、上記のような電磁連結装置では、電磁石による吸引、釈放動作によって、連結部であるプレートやアーマチュアが、被連結部や電磁石に当接することとなり、その際に大きな衝撃音が発生することとなる。このため、このような衝撃音を低減して、騒音制限のあるような環境下においても使用可能とする技術が提案されている。例えば、連結部であるアーマチュアについて、リング状の平たい鉄板及びケイ素鋼板の積層により構成し、内外周で互いを溶接して一体化したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような連結部を備えた電磁連結装置によれば、電磁石による吸引、釈放動作に際して、連結部が被連結部や電磁石に当接したとしても、その際に発生する衝撃力は、積層構造によるクッション作用によって吸収される。また、連結部の固有振動数は、積層構造によって低減することとなる。このため、連結部が被連結部に圧接する際に発生する衝撃騒音を低減することが可能であるとされている。

また、連結部であるアーマチュア及びプレートについて、複数の金属板と、これらの間に配設されたコルク板状緩衝材またはゴム板状緩衝材とで構成し、これらをネジによって締結して一体化したものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。このような連結部を備えた電磁連結装置によれば、連結部に作用する衝撃力は、緩衝材によって吸収されることで、連結部が被連結部に圧接する際に発生する衝撃騒音を低減することが可能であるとされている。
特開平８−２４７１８１号公報 特開平１０−３０６８３４号公報

しかしながら、特許文献１、２の電磁連結装置では、連結部が被連結部や他の部材と当接する際に生じる衝突エネルギーが変わることは無い。また、特許文献２の電磁連結装置では、緩衝材を設けることで、発生した振動を速やかに減衰させることが可能であるものの、衝突した瞬間に発生する衝突音の音圧レベルを低減することはできない。このため、特許文献１、２の電磁連結装置では、連結部が被連結部や他の部材と当接する際に発生する衝撃騒音を効果的に低減することができなかった。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、効果的に衝撃騒音を低減することが可能な電磁連結装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明は、相互に相対的に進退可能に設けられた連結部及び被連結部と、電磁力を作用させることによって前記連結部と前記被連結部とを、互いに圧接した連結状態と、互いに離間した非連結状態とに切り替える切替手段と、前記被連結部に対して前記連結部が相対的に進退した時に、該連結部の相対速度を低減させる速度調整手段とを備えることを特徴としている。

この構成によれば、切替手段によって、被連結部と連結部とを、非連結状態から連結状態へ、または、連結状態から非連結状態へ切り替える際に、連結部と被連結部とは相互に相対的に進退することとなる。この際、連結部は、速度調整手段によって、被連結部に対して相対速度を低減させられて進退することとなる。このため、連結部は、相対速度を減じた状態で被連結部または他の部材に当接することとなり、これにより当接する際の衝突エネルギーを低減させて、衝撃騒音の低減を図ることができる。

また、前記速度調整手段は、前記連結部に当接し、該連結部が前記被連結部に対して進退する際に摺動可能とさせる摩擦部材を有することが好ましい。
この構成によれば、摩擦部材が連結部に当接し、連結部が進退するに伴って摩擦部材に対して摺動することで、連結部には進退方向に沿って摩擦力が作用することとなる。すなわち、摩擦部材によって作用する摩擦力の大きさに応じて、連結部の進退する速度を調整することができ、これにより衝撃騒音の低減を図ることができる。

また、前記速度調整手段は、前記摩擦部材を前記進退方向と略直交する方向に付勢して前記連結部に押圧させる付勢部材を有することが好ましい。
この構成によれば、付勢部材によって摩擦部材が連結部に対して進退方向と略直交する方向に付勢されていることにより、その付勢力によって摩擦部材を連結部に押圧させて、摩擦部材によって連結部に作用する摩擦力を略一定とすることができる。

本発明の電磁連結装置によれば、速度調整手段を備えることで、連結部が被連結部や他の部材に当接する際の衝突エネルギーを低減させて、効果的に衝撃騒音を低減させることができる。

（第１の実施形態）
図１及び図２は、この発明に係る第１の実施形態を示していて、電磁連結装置の一例として、無励磁作動型の電磁ブレーキを示している。図１に示すように、この実施形態の電磁ブレーキ１は、回転駆動するシャフト２に同軸上で回転可能に取り付けられた被連結部であるディスク１０と、ディスク１０に対してシャフト２の回転軸Ｌ方向一方側に設けられたプレート２０と、他方側に設けられた連結部であるアーマチュア３０と、電磁力を作用させることによってアーマチュア３０がディスク１０に圧接した連結状態と離間した非連結状態とに切り替える切替手段４０と、連結部の回転軸L方向の速度を調整する速度調整手段５０とを備える。

ディスク１０は、シャフト２に外嵌され固定された略筒状の固定部材１１と、固定部材１１に外装された略環状の本体部材１２と、本体部材１２の両面に設けられたフェーシング部材１３とを有する。固定部材１１は、図示しないキーによってシャフト２に固定されている。また、固定部材１１の外周面には、回転軸Ｌ方向に沿って複数の歯１１ａが形成されている。一方、本体部材１２の内周面には固定部材１１の歯１１ａと対応して回転軸Ｌ方向に沿って形成された溝部１２ａが設けられ、固定部材１１の歯１１ａに回転軸Ｌ方向に摺動可能に噛合されている。このため、本体部材１２は、固定部材１１とともにシャフト２の回転軸Ｌ回りに回転可能であるとともに、シャフト２及び固定部材１１に対して回転軸Ｌ方向に進退可能とされている。

また、フェーシング部材１３は、略ドーナツ状で、プレート２０またはアーマチュア３０に圧接可能に本体部材１２の両面からそれぞれに向かって突出して設けられている。フェーシング部材１３３は、例えば、ゴムや様々な樹脂などの材質が選択される。また、フェーシング部材１３は、一般的に、プレート２０やアーマチュア３０により剛性の低いものを用いている。また、プレート２０やアーマチュア３０との間で摩擦を生じさせて、回転軸Ｌと直交する方向及び回転軸Ｌ回りに互いを拘束することが可能な程度の摩擦係数の大きいもの材質であることが好ましい。

プレート２０は、中央に形成された貫通孔２０ａをシャフト２が貫通した略円板状の部材で、磁性体または金属で形成されている。
また、アーマチュア３０は、中央に形成された貫通孔３０ａをシャフト２が貫通した略円板状の部材で、鉄などの磁性体で形成されている。

切替手段４０は、アーマチュア３０に対してディスク１０と反対側に設けられた電磁石４１と、電磁石４１側からディスク１０に向かって回転軸Ｌ方向にアーマチュア３０を付勢するコイルバネ４２とを有する。電磁石４１は、中央に形成された貫通孔４３ａをシャフト２が貫通した略円筒状のヨーク４３と、ヨーク４３のアーマチュア３０と対向する側に形成された略円環状の溝に収容されたコイル４４とを有する。

ヨーク４３の外周側には、固定用孔４３ｂが設けられていて、回転軸Ｌと略平行に略軸状の案内部材４５が固定されている。案内部材４５は、その先端部がヨーク４３からプレート２０側に向かって突出していて、アーマチュア３０及びプレート２０のそれぞれに形成された案内孔３１ｃ、２０ｂに挿通されている。また、案内部材４５の先端側は、段部４５ａを有して縮径し、さらに先端側には、雄ネジが形成されてナット４５ｂが螺合されている。案内部材４５において、段部４５ａとナット４５ｂとの間には、バネ部材４６が外装されていて、プレート２０は、バネ部材４６とナット４５ｂとの間で、バネ部材４６の付勢によって弾性的に挟み込まれている。このため、プレート２０は、ヨーク４３と略一定間隔に保持されている一方、アーマチュア３０は、案内部材４５に沿って回転軸Ｌ方向に進退可能とされている。なお、図１においては、案内部材４５は、一つ設けられているように図示されているが、平面的には、周方向に複数設けられている。

また、コイルバネ４２は、ヨーク４３の端面４３ｃに形成された収容穴４３ｄに一端側が収容され、他端側がアーマチュア３０に当接しディスク１０側に向かって付勢している。なお、図１においては、コイルバネ４２は、一つ設けられているように図示されているが、平面的には周方向に複数設けられている。そして、アーマチュア３０は、電磁石４１のコイル４４に電流を流さず無励磁の状態では、電磁力が作用せず、コイルバネ４２による付勢力によってディスク１０のフェーシング部材１３に圧接した状態することが可能となっている。一方、図２に示すように、電磁石４１のコイル４４に電流を流して励磁した状態では、アーマチュア３０は、電磁力が作用してコイルバネ４２の付勢に抗して吸引されて回転軸Ｌ方向に移動することとなり、ディスク１０のフェーシング部材１３から離間させてヨーク４３と当接した状態とすることが可能となっている。

また、図１及び図２に示すように、速度調整手段５０は、回転軸Ｌ方向に進退するアーマチュア３０が摺動可能となるように側面３０ｃに当接した摩擦部材５１と、ヨーク４３に固定された支持部材５２と、支持部材５２に対して摩擦部材５１を付勢する付勢部材５３とを有する。摩擦部材５１は、進退するアーマチュア３０の側面３０ｃに当接可能に所定の大きさの当接面５１ａを有する部材である。摩擦部材５１を形成する材質としては、金属やゴムなど様々な材質が選択可能であるが、アーマチュア３０との間で後述するように速度を低減させるのに必要な摩擦力を生じさせるだけの摩擦係数を有しつつ、アーマチュア３０が摺動することによる摩耗に対して耐性を有するものが好ましい。付勢部材５３は、コイルバネや板バネなどであり、摩擦部材５１を回転軸Ｌ方向と直交する方向に付勢してアーマチュア３０の側面３０ｃに押圧させるものである。

次に、この実施形態の作用について、図１及び図２に基づいて説明する。図１に示すように、切替手段４０の電磁石４１が無励磁の状態では、アーマチュア３０は、コイルバネ４２によってディスク１０に向かって付勢されている。このため、アーマチュア３０は、ディスク１０のフェーシング部材１３に圧接した状態であり、ディスク１０は、プレート２０とアーマチュア３０とによって挟み込まれ、アーマチュア３０と連結状態となっている。このため、シャフト２及びディスク１０の回転は、フェーシング部材１３の材質に応じて生じる摩擦によってプレート２０及びアーマチュア３０に拘束されて、制動されることとなる。

一方、シャフト２及びディスク１０を回転させる場合には、切替手段４０において、電磁石４１のコイル４４に電流を流して励磁させる。これにより磁界が発生し、磁性体で形成されたアーマチュア３０に電磁力が作用して、アーマチュア３０は、コイルバネ４２に抗してヨーク４３側に吸引されることとなる。これにより、アーマチュア３０は、ディスク１０から離間し、案内部材４５に案内されて、ヨーク４３の端面４３ｃに当接して非連結状態となる。このため、ディスク１０は、プレート２０とアーマチュア３０との間で隙間を有した状態となり、シャフト２の回転に応じて回転可能な状態となる。

ここで、アーマチュア３０は、電磁石４１による吸引によってディスク１０から離間してヨーク４３の端面４３ｃに当接するまでの間、速度調整手段５０の摩擦部材５１から移動する回転軸Ｌ方向逆向きの摩擦力を受けることとなる。このため、アーマチュア３０の移動速度は、摩擦部材５１から作用する摩擦力によって低減することとなる。すなわち、アーマチュア３０は、移動速度を減じた状態でヨーク４３の端面４３ｃに当接することとなり、これにより当接する際の衝突エネルギーを低減させて、衝撃騒音が低減されることとなる。

次に、再び連結状態に戻して、回転しているシャフト２及びディスク１０を制動する際には、電磁石４１に供給される電流を停止し、無励磁の状態にする。すなわち、アーマチュア３０には電磁力が作用しなくなり、これによりアーマチュア３０は、コイルバネ４２による付勢によって回転軸Ｌ方向にディスク１０に向かって移動することとなる。このため、ディスク１０は、プレート２０とアーマチュア３０との間に挟み込まれ、制動されることとなる。この際にも、アーマチュア３０がヨーク４３から離間しディスク１０に圧接する際に、速度調整手段５０によってアーマチュア３０の移動速度は低減され、これにより衝突エネルギーを低減させて衝撃騒音が低減されることとなる。

以上のように、本実施形態の電磁ブレーキ１では、速度調整手段５０の摩擦部材５１によってアーマチュア３０の進退方向である回転軸Ｌ方向に摩擦力を作用させることでアーマチュア３０がディスク１０やヨーク４３などに圧接する際の衝突エネルギーを低減させて効果的に衝撃騒音を低減させることができる。また、本実施形態では、摩擦部材５１は、付勢部材５３によって付勢されてアーマチュア３０を押圧した状態にある。このため、アーマチュア３０が回転軸Ｌ方向に進退する際に、回転軸Ｌと直交する方向に僅かに変位が生じたとしても、付勢部材５３が変形、追従することとなり、摩擦部材５１によってアーマチュア３０を押圧する力を略一定とすることができる。すなわち、摩擦部材５１によってアーマチュア３０に作用する摩擦力を略一定とすることができ、これにより安定して速度調整を行うことができる。

なお、上記実施形態では、電磁連結装置として、無励磁作動型の電磁ブレーキを例に挙げたがこれに限るものでは無い。電磁石を励磁した際に連結部と被連結部とを連結状態にさせる励磁作動型の電磁ブレーキにも適用可能である。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図３及び図４は、本発明の第２の実施形態を示したものであり、電磁連結装置の一例として、励磁作動型の電磁クラッチを示している。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。

図３に示すように、この実施形態の電磁クラッチ１００は、被連結部であるディスク１１０と、ディスク１１０と対向配置されたハブ１２０と、ディスク１１０とハブ１２０との間に介装された連結部であるアーマチュア１３０と、アーマチュア１３０がディスク１１０に圧接した連結状態と離間した非連結状態とに切り替える切替手段１４０と、アーマチュア１３０の速度を調整する速度調整手段５０とを備える。ディスク１１０は、主動側に接続されて回転駆動する第一のシャフト１０１に取り付けられた略筒状で、フランジ部１１１ａを有する本体部材１１１と、フランジ部１１１ａのハブ１２０と対向する面に取り付けられたフェーシング部材１１２とを有する。ディスク１１０は、本体部材１１１においてフランジ部１１１ａから突出する筒部１１１ｂが第一のシャフト１０１に外嵌して固定されており、これにより第一のシャフト１０１の回転軸Ｌと同軸上で回転することが可能となっている。なお、フェーシング部材１１２の材質や形状などは、第１の実施形態のフェーシング部材と同様であるので説明を省略する。

また、ハブ１２０は、従動側に接続されて回転軸Ｌと同軸で回転可能な第二のシャフト１０２に取り付けられた略筒状の部材で、アーマチュア１３０と対向してフランジ部１２０ａを有している。また、アーマチュア１３０は、略円板状の部材で、磁性体で形成されている。

切替手段１４０は、アーマチュア１３０に対してディスク１１０のフランジ部１１１ａの反対側に設けられた電磁石１４１と、アーマチュア１３０とハブ１２０との間に設けられた付勢部材である板バネ１４２とを有する。電磁石１４１は、略円筒状のヨーク１４３と、コイル１４４とを有し、軸受１４５によって、ディスク１１０の筒部１１１ｂに対して回転軸Ｌ回りに回転可能に外装されている。また、板バネ１４２は、回転軸Ｌを中心として放射状に複数設けられている。各板バネ１４２は、一端がリベット１４２ａによってハブ１２０に固定されているとともに、他端がリベット１４２ｂによってアーマチュア１３０に固定されている。そして、板バネ１４２は、ハブ１２０に対してアーマチュア１３０を引き付けるように付勢している。このため、アーマチュア１３０は、電磁石１４１のコイル１４４に電流を流さず無励磁の状態では、電磁力が作用せず、板バネ１４２による付勢力によってハブ１２０のフランジ１２０ａに当接した状態となっている。

また、速度調整手段５０について、基本的構成は第１の実施形態と同様であり、摩擦部材５１と支持部材５２と付勢部材５３とを有している。本実施形態において、支持部材５２は、ハブ１２０に固定されている。また、摩擦部材５１は、アーマチュア１３０の側面１３０ａに当接している。

次に、この実施形態の作用について、図３及び図４に基づいて説明する。図３に示すように、切替手段１４０の電磁石１４１が無励磁の状態では、アーマチュア１３０は、板バネ１４２の付勢によりハブ１２０に当接した状態にあり、すなわち、ディスク１１０と離間して非連結状態となっている。このため、第一のシャフト１０１及びディスク１１０の回転は、アーマチュア１３０、ハブ１２０、及び、第二のシャフト１０２に伝達されない。

一方、第一のシャフト１０１の回転を第二のシャフト１０２に伝達させるには、切替手段１４０において、電磁石１４１のコイル１４４に電流を流して励磁させる。これにより磁界が発生し、磁性体で形成されたアーマチュア１３０に電磁力が作用して、図４に示すように、アーマチュア１３０は、板バネ１４２に抗してヨーク１４３側に吸引されて、ディスク１１０のフェーシング部材１１２に圧接して連結状態となる。このため、第一のシャフト１０１の回転は、ディスク１１０からアーマチュア１３０、ハブ１２０を介して第二のシャフト１０２に伝達され、第二のシャフト１０２は回転軸Ｌ回りに回転することとなる。

この際、アーマチュア１３０は、電磁石１４１による吸引によってハブ１２０のフランジ部１２０ａから離間してディスク１１０のフェーシング部材１１２に圧接するまでの間、速度調整手段５０の摩擦部材５１から移動する回転軸Ｌ方向逆向きの摩擦力を受けることとなる。このため、アーマチュア１３０の移動速度は、摩擦部材５１から作用する摩擦力によって低減することとなる。すなわち、アーマチュア１３０は、移動速度を減じた状態でディスク１１０に圧接することとなり、これにより圧接する際の衝突エネルギーを低減させて、衝撃騒音が低減されることとなる。

同様に、電磁石１４１を供給する電流を停止して無励磁の状態とし、アーマチュア１３０とディスク１１０とを連結状態から非連結状態に切り替えた場合においても、速度調整手段５０によってアーマチュア１３０の移動速度が低減され、ハブ１２０に当接する際の衝突エネルギーを低減させて、衝撃騒音が低減されることとなる。

なお、本実施形態では、電磁連結装置の一例として、励磁作動型の電磁クラッチを例に挙げたが、無励磁作動型の電磁クラッチにも適用可能である。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

なお、上記各実施形態では、速度調整手段５０において、付勢部材５３によってアーマチュアに摩擦部材５１を押圧させることにより、好適に摩擦力を発生させるものとしたが、これに限るものでは無い。単に、摩擦部材５１が支持部材５２に固定された状態で、アーマチュアに当接しているものとしても良い。また、摩擦部材を永久磁石として、アーマチュアを吸引して当接させることによって摩擦力を発生させるものとしても良い。また、速度調整手段としては、アーマチュアの進退方向に沿って摩擦力を作用させる手段を例に挙げたが、これに限るものでは無い。例えば、ダンパーなどを用いて、アーマチュアの移動速度に比例して抵抗力を作用させるものなどとしても良い。また、上記各実施形態では、アーマチュアやプレートは、一枚の板状の部材であるものとしたが、複数の薄い板を積層した構造とするものとしても良い。

この発明の実施形態の電磁ブレーキの連結状態における断面図である。 この発明の実施形態の電磁ブレーキの非連結状態における断面図である。 この発明の実施形態の電磁クラッチの非連結状態における断面図である。 この発明の実施形態の電磁ブレーキの連結状態における断面図である。

符号の説明

１ 電磁ブレーキ（電磁連結装置）
１０ ディスク（被連結部）
３０ アーマチュア（連結部）
４０ 切替手段
５０ 速度調整手段
５１ 摩擦部材
５３ 付勢部材
１００ 電磁クラッチ（電磁連結装置）
１１０ ディスク（被連結部）
１３０ アーマチュア（連結部）
１４０ 切替手段

Claims (3)

1. 相互に相対的に進退可能に設けられた連結部及び被連結部と、
   電磁力を作用させることによって前記連結部と前記被連結部とを、互いに圧接した連結状態と、互いに離間した非連結状態とに切り替える切替手段と、
   前記被連結部に対して前記連結部が相対的に進退した時に、該連結部の相対速度を低減させる速度調整手段とを備えることを特徴とする電磁連結装置。
2. 請求項１に記載の電磁連結装置において、
   前記速度調整手段は、前記連結部に当接し、該連結部が前記被連結部に対して進退する際に摺動可能とさせる摩擦部材を有することを特徴とする電磁連結装置。
3. 請求項２に記載の電磁連結装置において、
   前記速度調整手段は、前記摩擦部材を前記進退方向と略直交する方向に付勢して前記連結部に押圧させる付勢部材を有することを特徴とする電磁連結装置。

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