JP2013187413A - フラッパ型電磁ソレノイドおよび画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 フラッパ式のソレノイドにおいて、フラッパが離間した状態でも、コイルに流す電流を大きくすることなく、次にフラッパを吸引する際の吸引力を大きくする。即ち、磁気回路のパーミアンスを大きくする。
【解決手段】 固定鉄芯２０５に傾斜した対向面２１１を設け、フラッパ２０２に鉄芯２０５が貫通する開口部２２０と、開口部２２０の開口面に対して斜めに突出し、鉄芯２０５の対向面２１１に対向する対向面２１２を設ける。
【選択図】 図３

Description

本発明はフラッパ型電磁ソレノイドとこれを備える画像形成装置に関する。

複写機などの画像形成装置には、シートを給送する給紙部などにフラッパ型のソレノイドが用いられているものがある。フラッパ型ソレノイドは、金属で形成される可動鉄片（以下、フラッパと記載）を駆動させるアクチュエータであり、コイルに通電させることで発生した磁束により解放状態にあるフラッパを吸引するよう駆動する。

フラッパ型ソレノイドには、コイルの通電状態に応じて可動するフラッパと、コイルを巻きつけたボビンと、ボビンの中心に配置される鉄芯とが配置されている。さらにソレノイドには、鉄芯と結合され、フラッパ部へ磁束を導くＵ字形状の金属で形成されるヨーク部と、フラッパを鉄芯から遠ざける方向に付勢するバネなどの付勢部と、付勢部により移動するフラッパの可動範囲を規制する規制部とが設けられている。

フラッパはある支点を中心として回転するように支持されており、コイルに通電していない状態では、フラッパは付勢部によって鉄心から遠ざかる方向に、規制部で規制される位置まで移動する。一方、コイルに通電された状態では、鉄芯とヨーク部を通る磁束によってフラッパが鉄芯に近づく方向に引き付けられるよう移動する。

ソレノイドのフラッパの推進力は、ソレノイドが形成する磁気回路のパーミアンスに大きな影響を受ける。即ち、フラッパに大きな推進力を発生させる為には磁気回路のパーミアンスを大きくすることが必要である。ここで、パーミアンスとは磁束の通りやすさを示す用語であり、磁気抵抗の逆数に相当する。例えば、磁気回路を為す物質の断面積や透磁率が一様である場合、物質の長さをｌ、断面積をＳ、透磁率をμとすると、磁気回路のパーミアンスＰは以下の式で表される。

特許文献１に開示されているソレノイドはヨークの両端に立設板部が設けられている。コイル通電磁には、鉄心と一方の立設板部とフラッパとを磁気が通る第１の磁気回路と、固定鉄心と他方の立設板部とフラッパとを磁気が通る第２の磁気回路とが形成されるような形状になっている。２つの磁気回路を持つことで磁気回路のパーミアンスを大きくし、これによりフラッパの推進力を大きくすることができる。

特開２０１１−３９１８号公報

しかしながら、コイル非通電時にはフラッパが固定鉄心から離れる方向に移動しているので、フラッパと固定鉄心とのエアギャップが広がってしまう。磁気回路のパーミアンスは磁路に形成されたギャップ長に反比例するので、離間状態におけるソレノイドのパーミアンスは小さくなってしまい、フラッパを引き寄せる推進力が小さくなってしまう。そのため、従来のソレノイド構成ではフラッパに大きな推進力を与えるために巻線数の増加、通電時電流の増加が必要であり、前者はコストアップ、後者は昇温や消費電力の増加を招く、という課題があった。

上記の課題を解決するために、本発明のソレノイドは、固定鉄芯と、前記固定鉄芯を囲むように設けられ、コイルが巻き付けられたボビンと、前記固定鉄芯に取り付けられるヨークと、前記コイル、前記固定鉄芯及び前記ヨークにより発生する磁界により回動して前記ヨーク及び固定鉄芯に向けて吸引される可動鉄芯と、前記磁界が発生していない状態で、前記ヨーク及び前記固定鉄芯から離間する方向へ前記可動鉄芯を付勢する付勢手段と、を有し、前記固定鉄芯の前記可動鉄芯側には、前記固定鉄芯の軸に対して傾斜した第１の対向面が設けられ、前記可動鉄芯には、前記固定鉄芯が突き抜ける開口部と、前記開口部の開口面に対して斜めに突出し、前記第１の対向面に対向する第２の対向面が設けられることを特徴とする。

本発明によれば、コイル非通電によってフラッパが鉄心やヨークから離間された状態の時、フラッパと鉄心のギャップ長を従来よりも小さくすることができるため、ソレノイドが形成する磁気回路のパーミアンスを大きくすることができる。すなわち、従来よりもフラッパの推進力を大きくすることができるため、コイル巻線数や通電時電流を減らすことでコストダウンや昇温抑制、省エネの効果を期待できる。

画像形成装置の構成の説明図である。 ソレノイドの斜視図である。 ソレノイドの断面図である。 ボビンの回動規制に係わる部分の詳細を示す図である。 フラッパ回動時のフラッパの傾斜面と鉄芯の傾斜面との関係の変化を説明する図である。 第２の実施形態のソレノイドの断面図である。

（第１の実施の形態）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。本発明を提要したソレノイドを搭載する画像形成装置の概略構成を図１に示す。本実施形態の画像形成装置は電子写真プロセスによりカラー画像形成を行う。

本画像形成装置には、感光体１ａ〜１ｄ、１次帯電部２ａ〜２ｄ、露光部３ａ〜３ｄ、現像部４ａ〜４ｄ、１次転写部５３ａ〜５３ｄ、クリーナー６ａ〜６ｄ、中間転写ベルト５１、２次転写部５６，５７、中間転写ベルトクリーナー５５が設けられている。画像形成装置には更に、定着部７、シート収納庫９１、給紙ローラ８０、引抜ローラ８１、縦パスローラ８２、プレレジストレーションローラ８３、レジストレーションローラ８４、排紙ローラ８５が設けられている。

１次帯電部２ａ〜２ｄによって感光体１ａ〜１ｄが一様に帯電された後、画像信号に応じた露光が露光部３ａ〜３ｄによってなされることにより、感光体１ａ〜１ｄ上に静電潜像が形成される。静電潜像は、現像部４ａ〜４ｄによって各色のトナーで現像されトナー像が形成される。４個の感光体１ａ〜１ｄ上のトナー像は１次転写部５３ａ〜５３ｄによって中間転写ベルト５１に多重転写される。

シート収納庫９１から給紙ローラ８０、引き抜きローラ８１により給送されたシートＰは、縦パスローラ８２によりさらに搬送され、プレレジストレーションローラ８３でシート搬送の遅れ・進みが調整され、レジストレーションローラ８４まで搬送される。多重転写されたトナー像のタイミングに合わせて、レジストレーションローラ８４がシートＰを２次転写部５６，５７に搬送することにより、多重転写されたトナー像はシートＰに転写される。感光体１ａ〜１ｄ上に残った転写残トナーはクリーナー６ａ〜６ｄによって回収され、中間転写ベルト５１に残った転写残トナーは中間転写ベルトクリーナー５５によって回収される。シートＰに転写されたトナー像は定着部７によって定着され、排紙ローラ８５により装置の外へ排紙される。

次に、シート収納庫９１からのシートＰの給紙制御について説明する。モータ制御部１０１は給紙モータＭ１の駆動を制御する。ソレノイド制御部１０２は給紙モータＭ１の駆動力を給紙ローラ８０へ伝達したり、遮断するようソレノイド７１を制御する。プリンタ制御部１００はモータ制御部１０１、ソレノイド制御部１０２及び画像形成装置全体の動作を制御する。モータＭ１は給紙ローラ８０と引抜ローラ８１を駆動する。動力伝達装置７０は欠け歯ギアを用いており、給紙モータＭ１から給紙ローラ８０への駆動力を伝達する。ソレノイド７１は、移動可能なフラッパを有するフラッパ型ソレノイドである。ソレノイド７１が通電されていない状態では、フラッパが動力伝達装置７０の欠け歯ギアの回転を抑制することで欠け歯ギアと駆動ギアが噛みあわず、駆動力の伝達を停止する。一方、ソレノイド７１が通電されている状態では、フラッパによる欠け歯ギアの回転の抑制が解除されるため、欠け歯ギアが駆動ギアと噛みあい、給紙モータＭ１の駆動力が給紙ローラ８０へ伝達される。プリンタ制御部１００がソレノイド制御部１０２へ駆動指令を出力していない状態では、ソレノイド７１は通電されず、給紙ローラ８０は停止したままであり、シートＰは給紙されない。プリンタ制御部１００がソレノイド制御部１０２へ駆動指令を出力すると、ソレノイド制御部１０２がソレノイド７１を通電させ、給紙ローラ８０が回転し、シートＰの給紙が開始される。したがって、プリンタ制御部１００は、ソレノイド７１の通電タイミングを制御することで、シート収納庫９１からの給紙タイミングを制御することができる。なお、モータ制御部１０１、ソレノイド制御部１０２の機能をプリンタ制御部１００が実行する構成でもよい。

画像形成動作中にシートを１枚ずつ給紙する毎に、上述したようにソレノイドのフラッパの吸引および解除が繰り返えされる。

本実施形態のソレノイドの構成について、図２および図３を用いて説明する。図２はソレノイド７１の斜視図、図３はソレノイド７１の断面図である。

コイル２００は樹脂製のボビン２０１に巻かれており、ボビンの一端には金属製の可動鉄芯としてのフラッパ２０２を支える支持部２０３が設けられ、支持部２０３はフラッパ２０２をこの支点のように支えている。

コイル２００からは電線２０９が引き出されており、コネクタ２１０を介してソレノイド制御部１０２に接続される。ソレノイド制御部１０２が電線２０９に電流を流すことにより磁気が発生する。支持部２０３に設けられる規制部２１５は、磁気が発生していないときに、バネ２０４によって鉄芯２０５から離れる方向へ付勢されるフラッパ２０２の最大離間角度を規制する規制部材としての役割を果たしている。図３のＤの位置の断面図を図４に示す。フラッパ２０２が固定鉄芯（以下鉄芯と称す）２０５から離間すると、フラッパ２０２の上面が規制部２１５に当接することで、フラッパ２０２の最大離間角度が規制される。

また、ボビン２０１の中心には空洞が設けられており、この空洞の中に鉄芯２０５が配置されている。フラッパ２０２とは反対側となる鉄芯２０５の一端は、金属製のヨーク２０６に接合されており、ヨーク２０６は鉄芯２０５に対してバネ２０４とは反対側のボビン２０１の外面を通ってフラッパ２０２周辺まで延在されている。

ここで、本実施形態においては鉄芯２０５とヨーク２０６は一体成型品を用いているが、製造工程で一体に接合される別部品として構成されていてもよい。

ヨーク２０６（鉄芯２０５）はボビン２０１の空洞に挿入されており、抜け防止の為の抜け防止部材２０８がボビン２０１と一体成型されている。電線２０９に電流が流れて、フラッパ２０２が吸引状態になった際にヨーク２０６とフラッパ２０２の間の空隙が一定の間隔になるよう、フラッパ位置決め用の突起部２０７がボビン２０１に一体成型されている。フラッパ２０２が吸引されると、フラッパ２０２と突起部２０７とが接触することでヨーク２０６とフラッパ２０２の間の空隙が一定の間隔になる。この間隔が極度に小さい或いはなくなった場合には、コイル２００が非通電となったとしてもヨーク２０６に残留磁気が残り、フラッパ２０２が吸引され続ける場合がある。この現象を防ぐ為に一定の空隙ができるように突起部２０７が設けられている。

また、突起部２０７はボビン２０１と一体成型されているので、突起部２０７も樹脂性の部材であり、フラッパ２０２と突起部２０７との接触時の騒音低下の効果もある。

フラッパ２０２の一部分２０２−２はフラッパ２０２の一部分２０２−１に対して約９０度曲がった形状となっている。この形状により、フラッパ２０２が離間状態であっても、一部分２０２−２とヨーク２０６との距離が小さくなるので、吸引する際の推進力を高めることができる。

ソレノイド制御部１０２の制御によりコイル２００に通電されると、フラッパ２０２が鉄芯２０５及びヨーク２０６に吸引されて吸引状態となり、フラッパ位置を決める突起部２０７で規制される位置まで支持部２０３を中心に回動する。フラッパ２０２が鉄芯２０５から離間している状態では、フラッパ２０２の先端（図３における左側）は、動力伝達装置７０の欠け歯ギアに係合されて、モータＭ１の駆動力がローラ８０に伝達されないようになっている。フラッパ２０２が吸引されると、フラッパ２０２の先端が動力伝達装置７０の欠け歯ギアから外れてモータＭ１の駆動力がローラ８０に伝達される。

フラッパ２０２が突起部２０７に接触した状態で、鉄芯２０５がフラッパ２０２を突き抜けるように、フラッパ２０２には開口部２２０が設けられている。また、開口部２２０の開口面に対して傾斜して突出し、フラッパ２０２の吸引時に開口部２２０を突き抜けている鉄芯２０５に対向する対向面２１２（第２の対向面）がフラッパ２０２に設けられている。

また、フラッパ２０２の対向面２１２に対向する鉄芯２０５側の対向面２１１（第１の対向面）も、第２の対向面２１２と同様に斜めになっており、フラッパ２０２の吸引時には、第２の対向面２１２と第１の対向面２１１とは平行或いは略平行となる。即ち、第２の対向面２１１は、固定面２１３を基準面にしたとき、回動中心側、即ち支持部２０３側が前記被当接部２０７側よりも図３記載のＺ方向に高くなっている傾斜を有する面となるように形成されている。言い換えれば、第１の対向面２１１は鉄芯２０５の軸に対して傾斜している。鉄芯２０５に対向する第２の対向面２１２は、フラッパ２０２の上面２１４を基準面にしたとき、支持部２０３側（対向面２１２の先端側）が支持部２０３とは反対側（付け根側）よりも図３記載のＺ方向に高くなっている傾斜を有する面となるように形成されている。更に、対向面２１１は支持部２０３側とは反対側に向いており、対向面２１２は支持部２０３側に向いている。即ち、第２の対向面２１２の先端側の方が付け根側よりもフラッパ２０２の回動中心に近くなっている。

コイル２００への通電が断たれ、フラッパ２０２が離間方向へ回動する時、第２の対向面２１２は図３記載のＺ方向とＸ方向に回転しながら移動する。図５を用いて離間状態のフラッパ２０２の対向面２１２と鉄芯２０５の対向面２１１との距離を説明する。但し、説明を簡単にするために、Ｘ軸に対して傾斜角αを有する２つの対向面のうち片面がＺ方向にｄ１、Ｘ方向にｄ２だけ水平に移動する簡易モデルについて考える。

図４（ａ）は吸着状態におけるフラッパ２０２の対向面２１２と鉄芯２０５の対向面２１１を表している。対向面２１２はフラッパ２０２の開口部２２０の開口面に対して角度αの傾斜を持っている。図４（ｂ）はフラッパ２０２がＺ方向へ距離ｄ１移動した状態を示している。この場合、対向面２１２と対向面２１１との距離は、図４（ａ）に比べてｄ１・ｃｏｓαだけ増加している。図４（ｃ）はフラッパ２０２がＸ方向へ距離ｄ２移動した状態を示している。この場合、対向面２１２と対向面２１１との距離は、図４（ｂ）に比べてｄ２・ｓｉｎαだけ減少している。従って、フラッパ２０２が離間状態となっても、対向面２１２と対向面２１１との距離は図４（ａ）の吸着状態に比べてｄ１・ｃｏｓα−ｄ２・ｓｉｎαの変化となる。

即ち、フラッパ２０２が吸引状態から離間状態になっても、フラッパ２０２と鉄芯２０５の対向面間の距離の変化量を小さく維持することができる。その結果、フラッパ離間状態においてもフラッパ２０２と鉄芯２０５とのギャップ長が小さいため磁気回路のパーミアンスは大きくなり、離間状態からフラッパ２０２を吸引する際の推進力を従来よりも大きくすることが出来る。なお、αは４５〜７５度、ｄ１は２．５〜３．０ｍｍ、ｄ２は１ｍｍ以下となるようにフラッパ２０２、鉄芯２０５が構成されるのが望ましい。

（第２の実施形態）
第２の実施形態におけるソレノイドについて図６を用いて説明する。図６において、第１の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付している。

第２の実施形態におけるソレノイド７１のフラッパ２０２は、フラッパ２０２が磁界により吸引され、突起部２０７に接触している状態の時に鉄芯３０５側の対向面３１４（第３の対向面）と平行或いは略平行となる対向面３１２（第４の対向面）を有している。更に、フラッパ２０２は、フラッパ２０２が突起部２０７に接触している状態の時に固定鉄芯２０５側の対向面３１５（第１の対向面）と平行或いは略平行となる対向面３１３（第２の対向面）を有している。対向面３１２は対向面３１３の先端側に設けられ、対向面３１２，３１３は一体成型されている。第１の実施形態と同様、対向面３１５は、フラッパ２０２の回動支持部２０３とは反対側に向いた傾斜面である。対向面３１３は回動支持部２０３に向いた傾斜面である。

ボビン２０１に巻かれたコイル２００が通電され、フラッパ２０２が磁界により吸引された状態の時には対向面３１２と対向面３１３がそれぞれ鉄芯２０５の対向面３１４、対向面３１５と微小ギャップを持って対向するので、大きな吸引力を保持することができる。

コイル２００の通電が断たれ、フラッパ２０２が離間している状態の時には、第２の対向面３１３と鉄芯２０５の対向面３１５とが離れる距離が小さい為、磁気回路のパーミアンスを大きくすることができる。すなわち、吸引開始時におけるフラッパ２０２の推進力が従来よりも大きく出来る。

鉄芯２０５の対向面３１５とフラッパ２０２の対向面３１３（吸引時）は、固定面２１３を基準面にしたとき、基準面に対して垂直（Ｚ軸に平行）となるように構成しても良い。しかし、フラッパ２０２は離間動作時に鉄芯２０５に近づく方向へ回動させられるため、離間動作中に対向面３１３が対向面３１５に接触しないようなギャップが必要である。

また、対向面３１５と対向面３１３は、平坦な面でなく、湾曲した面で且つフラッパ２０２の回動中心軸を中心軸とした円柱面に平行となる（同心となる）面或いは略平行となる（略同心となる）で構成してもよい。このように構成すると、対向面３１３は対向面３１５に対し一定距離を維持しながら回動させることができる。従って、磁気回路のバーミアンスを大きくするとともに、吸引時に大きな吸引力を保持することができる。この形状を第１の実施形態における対向面２１１，２１２の関係にも用いることができる。 以上の構成により、コイル非通電時において可動鉄片と固定鉄芯のギャップ長を従来のソレノイド構成よりも小さくすることができるため、ソレノイドが形成する磁気回路のパーミアンスを大きくすることができる。すなわち、従来のソレノイド構成よりも可動鉄片の推進力を大きくすることができるため、コイル巻線数や通電時電流を減らすことでコストダウンや昇温抑制、省エネの効果を期待できる。

７１ ソレノイド
２００ コイル
２０１ ボビン
２０２ フラッパ
２０５ 鉄芯
２０６ ヨーク
２１１ 第１の対向面
２１２ 第２の対向面
２０９ 電線

Claims (8)

1. 固定鉄芯と、
   前記固定鉄芯を囲むように設けられ、コイルが巻き付けられたボビンと、
   前記固定鉄芯に取り付けられるヨークと、
   前記コイル、前記固定鉄芯及び前記ヨークにより発生する磁界により回動して前記ヨーク及び固定鉄芯に向けて吸引される可動鉄芯と、
   前記磁界が発生していない状態で、前記ヨーク及び前記固定鉄芯から離間する方向へ前記可動鉄芯を付勢する付勢手段と、
   を有し、前記固定鉄芯の前記可動鉄芯側には、前記固定鉄芯の軸に対して傾斜した第１の対向面が設けられ、
   前記可動鉄芯には、前記固定鉄芯が突き抜ける開口部と、前記開口部の開口面に対して斜めに突出し、前記第１の対向面に対向する第２の対向面が設けられることを特徴とするソレノイド。
2. 前記第１の対向面は、前記可動鉄芯の回動中心側とは反対側を向いており、前記第２の対向面は前記回動中心側を向いていることを特徴とする請求項１記載のソレノイド。
3. 前記第２の対向面の付け根よりも前記第２の対向面の先端側の方が前記可動鉄芯の回動中心に近い位置であることを特徴とする請求項２記載のソレノイド。
4. 前記可動鉄芯が吸引されている状態では、前記第１の対向面と前記第２の対向面とは平行或いは略平行となることを特徴とする請求項１記載のソレノイド。
5. 前記可動鉄芯には、前記第２の対向面の先端側に前記固定鉄芯に対向する第３の対向面が設けられ、前記固定鉄芯には、前記第３の対向面に対向する第４の対向面が設けられることを特徴とする請求項１記載のソレノイド。
6. 前記可動鉄芯が吸引されている状態では、前記第３の対向面と前記第４の対向面とは平行或いは略平行となることを特徴とする請求項５記載のソレノイド。
7. 前記第１の対向面と前記第２の対向面は湾曲した面であり、且つ前記可動鉄芯の回動中心に対して同心となる面であることを特徴とする請求項１記載のソレノイド。
8. シートを給送する給送手段と、
   前記給送手段により給送されるシートの画像形成する画像形成手段と、
   を有し、前記給送手段に請求項１乃至７の何れか１項に記載のソレノイドを用いたことを特徴とする画像形成装置。

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