JP3194414U - 電磁クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータと回転軸との連結部の強度が確保でき、且つ、加工および組み立てが容易な電磁クラッチを提供する。【解決手段】電磁クラッチ１は、スプール７に巻回された電磁コイル９を内蔵したフィールドコア５と、前記フィールドコア５に回転自在に内嵌された回転軸２と、回転軸２と一体に回転可能に該回転軸２に固定されたロータ３と、ロータ３を挟んで電磁コイル９と反対側に、回転軸２上に回転自在に外嵌された入力ハブ４と、入力ハブ４のロータ３と対向する端面４ｂに取り付けられたアーマチュア６とを備え、回転軸２は、円筒状に形成され、先端部の外周面に互いに平行な二つの平面部２５を有し、ロータ３は、外筒部と内筒部とが連結されたカップ状に形成され、内筒部の内周面に回転軸２の二つの平面部２５とそれぞれ嵌合される互いに平行な二つの突出面３１を有する。【選択図】図３

Description

本考案は、電磁クラッチに関し、さらに詳細には、フィールドコアに内蔵された電磁コイルの通電もしくは非通電により、入力ハブに固定されたアーマチュアと回転軸に固定されたロータとが吸着・解離して、入力ハブと回転軸との間で動力の伝達・非伝達が行われる電磁クラッチに関する。

プリンタ、複写機等のＯＡ機器において、例えば、用紙を搬送する機構部分等に電磁クラッチが組み込まれて、搬送動力等の伝達・非伝達の機能を担っている。

従来の電磁クラッチの例として、特許文献１、２等に記載の電磁クラッチが挙げられる。ここで、回転軸とロータとの連結構造に関して、例えば、特許文献１記載の電磁クラッチの場合、キー溝状の係合部と突起状の係止部とを係合させる構成が採用されている。また、特許文献２記載の電磁クラッチの場合、鋸歯状の嵌合突起と鋸歯状の嵌合溝とを嵌合させる構成が採用されている。

特開２００１−２７１８４９号公報 特開２００７−０５７０２３号公報

しかし、上記特許文献に例示される従来の電磁クラッチのように、回転軸とロータとの連結部にキー溝を用いる構成の場合、当該連結部の強度が低下してしまう、あるいは経年による変形（ガタつき等）が生じるという課題があった。また、連結部にキー溝を用いる構成や、鋸歯状の嵌合構造を用いる構成の場合、キー溝および対応するキー形状の形成や、鋸歯状の嵌合部の形成において、加工が複雑になるという課題もあった。

本考案は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ロータと回転軸との連結部の強度が確保でき、且つ、加工および組み立てが容易な電磁クラッチを提供することを目的とする。

本考案は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。

この電磁クラッチは、スプールに巻回された電磁コイルを内蔵したフィールドコアと、前記フィールドコアに回転自在に内嵌された回転軸と、前記回転軸と一体に回転可能に該回転軸に固定されたロータと、前記ロータを挟んで前記電磁コイルと反対側に、前記回転軸上に回転自在に外嵌された入力ハブと、前記入力ハブの前記ロータと対向する端面に取り付けられたアーマチュアとを備える電磁クラッチにおいて、前記回転軸は、円筒状に形成され、先端部の外周面に互いに平行な二つの平面部を有し、前記ロータは、外筒部と内筒部とが連結されたカップ状に形成され、内筒部の内周面に前記回転軸の二つの平面部とそれぞれ嵌合される互いに平行な二つの突出面を有することを要件とする。

本考案によれば、ロータと回転軸との連結部の強度を十分に確保することができると共に、加工および組み立てが容易な電磁クラッチの実現が可能となる。

本考案の実施の形態に係る電磁クラッチの例を示す概略図である。 図１の電磁クラッチの構成を説明するための概略図である。 図１の電磁クラッチの組み付け構造を説明するための概略図である。 図１の電磁クラッチのロータの構成を示す概略図である。 図１の電磁クラッチの回転軸の構成を示す概略図である。

以下、図面を参照して、本考案の実施の形態について詳しく説明する。図１は、本考案の実施の形態に係る電磁クラッチ１の例を示す概略図（斜視図）であり、図２は、その電磁クラッチ１の構成を説明するための概略図（分解斜視図）であり、図３は、その電磁クラッチ１の組み付け構造を説明するための概略図（上半断面図）である。また、図４は、その電磁クラッチ１のロータ３の構成を示す概略図であって、図４（ａ）は左側面図であり、図４（ｂ）は正面図（断面図）である。図５は、その電磁クラッチ１の回転軸２の構成を示す概略図であって、図５（ａ）は左側面図であり、図５（ｂ）は正面図（上半断面図）である。ここで、本願においては回転軸２の長手方向に平行な方向を「軸方向」とし、軸方向に直行する方向を「径方向」とする。
なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

本実施形態に係る電磁クラッチ１は、図１〜３に示すように、スプール７に巻回された電磁コイル９を内蔵したフィールドコア５と、フィールドコア５に回転自在に内嵌された回転軸２と、回転軸２と一体に回転可能に当該回転軸２に固定されたロータ３と、ロータ３を挟んで電磁コイル９と反対側に、回転軸２上に回転自在に外嵌された入力ハブ４と、入力ハブ４のロータ３と対向する端面４ｂに取り付けられたアーマチュア６とを備える。

ロータ３は、図１〜図４に示すように、フィールドコア５側に開口するカップ状、すなわち、内筒部３ａと外筒部３ｂとを備える二重円筒構造であって、一端側に内筒部３ａと外筒部３ｂとを連結する底面部３ｃを備えて、他端側（フィールドコア５側）が開口する断面（上半断面および下半断面）の形状がコ字状に形成される。ここで、ロータ３の底面部３ｃの入力ハブ４側の端面３ｄがアーマチュア吸着面として形成される。なお、本実施形態においては底面部３ｃにスリットを設けて、電磁コイル９への通電時にロータ３に発生する磁界を強めて吸着力を強化させている。一例として、ロータ３は、ＳＰＣＥ等の磁性金属材料を用いて形成される。

また、本実施形態に特徴的な構成として、ロータ３は内筒部３ａの内周面において、回転軸２（詳細は後述）の先端部２Ａに設けられる二つの平面部２５、２６とそれぞれ嵌合される互いに平行な二つの突出面３１、３２を有する。なお、突出面３１、３２の平面形状（幅・長さ）は適宜設定すればよく、平面部２５、２６と同一形状でなくても構わない。

上記の構成を有するロータ３は、プレス装置を用いて深しぼり加工によって形成し得る形状を備えている。したがって、製造工程の簡素化および時間短縮の両方を達成することができ、製造コストの大幅な低減が可能となる。

図３に示すように、ロータ３は、内筒部３ａの外径がフィールドコア５（詳細は後述）の内筒部５ａの内径よりも小さく形成される。また、ロータ３の外筒部３ｂの内径がカバー８（詳細は後述）の円筒部８ａの外径およびフィールドコア５の外筒部５ｂの外径よりも大きく形成される。ここで、ロータ３は、内筒部３ａの外周部に外嵌される軸受１１を介して、フィールドコア５の内筒部５ａの内周部に対して回転可能に連結される。

上記の構成によって、図３に示すように、フィールドコア５、スプール７（カバー８装着状態）、およびロータ３を、フィールドコア５の内筒部５ａおよび外筒部５ｂの軸方向長さの範囲内でほぼ収まるように配置する組み付け構造（重なり構造）が実現できるため、電磁クラッチ１全体の小型化・薄型化を達成することが可能となる。

上記のごとく、小型化・薄型化を図りつつも、その一方で、ロータ３を電磁コイル９に近づける配置とすることで、ロータ３に発生させる吸着力を強力なものとすることができる。加えて、ロータ３の外筒部３ｂの軸方向長さがスプール７の電磁コイル巻回部の軸方向長さよりも長く形成されることにより、外筒部３ｂが軸方向において電磁コイル９を覆うように配置することを可能とし、ロータ３に発生させる吸着力をさらに一層強力なものとすることができる。
すなわち、本実施形態に係る電磁クラッチ１によれば、小型化・薄型化と伝達力強化との両立を図ることができる。

次に、図１〜図３、図５を用いて、回転軸２の構成について説明する。回転軸２は、先端部２Ａ側に小径部２１、後端部２Ｂ側に大径部２２、それらの境界位置に段付き部２３を有する段付き円筒状に形成される。また、先端部２ＡにＣリング１０が嵌合される周方向溝２０を有すると共に、後端部２Ｂに径方向に延出する鍔状部２４を有している。この構成によれば、小径部２１によってロータ３が固定支持されると共に、大径部２２によって入力ハブ４が回転可能に支持される。

また、この構成によれば、先端部２Ａにおける小径部２１の周方向溝２０に嵌合されたＣリング１０をフィールドコア５の底面部５ｃに当接させて、当該Ｃリング１０と回転軸２の段付き部２３とで挟持されることによって、スプール７が内嵌されたフィールドコア５、およびロータ３が軸方向に固定される。
また、後端部２Ｂにおける鍔状部２４を入力ハブ４のロータ３と対向しない端面４ａに当接させて、当該鍔状部２４とロータ３の底面部３ｃの入力ハブ４側の端面（アーマチュア吸着面）３ｄとで挟持されて入力ハブ４が軸方向に固定される。

また、回転軸２は、中心に軸方向に挿通孔２７が形成され、この挿通孔２７内に出力軸（不図示）が挿通される。挿通孔２７の一部（ここでは先端部２Ａ）にはＤカット部２８が設けられると共に、出力軸における当該Ｄカット部２８に対応する位置に断面がＤ字状に形成された部分（不図示）が設けられ、それらが嵌合される構成によって、出力軸と回転軸２とは一体に回転可能となる。

また、本実施形態に特徴的な構成として、回転軸２は、先端部２Ａにおける小径部２１の外周面に、互いに平行な二つの平面部２５、２６を有している。前述のように、回転軸２の二つの平面部２５、２６に対応して、ロータ３の内筒部３ａの内周面に二つの突出面３１、３２が設けられる構成によれば、回転軸２の平面部２５、２６と、ロータ３の突出面３１、３２とがそれぞれ嵌合されて（すなわち、平面部２５と突出面３１とが隙間無く密着し、平面部２６と突出面３２とが隙間無く密着した状態となって）、回転軸２とロータ３とが相互に周方向移動が規制されて固定される。なお、本実施形態では、二つの平面部２５、２６、および二つの突出面３１、３２は、それぞれ互いに平行としているが、厳密な平行に限定されるものではない。なお、他の変形例として、三つ以上の平面で構成する場合も考えられる（不図示）。

この構成によれば、キー溝等を用いて連結するような従来の構成と比較して、回転軸２とロータ３との連結部の強度が低下してしまう、あるいは経年による変形（ガタつき等）が生じてしまうという課題の解決が可能となる。さらに、キー溝および対応するキー形状を形成する加工が不要となるため、加工工程が簡素化されて製造コストの低減が可能となる。また、組み付け方法が確実で容易なものとなるため、手作業による組み付けを行う場合であっても、組み付け不具合の発生を防止できるため不良品の発生を防止できると共に、短時間での組み付けが可能となるためタクトタイムの短縮による製造コストの低減が可能となる。

なお、二つの平面部２５、２６、および二つの突出面３１、３２については、それぞれを一つの面とする構造（いわゆるＤカット構造）とすることも考えられるが、本願考案者らの研究により、動力の伝達・非伝達を頻繁に行う電磁クラッチの分野では、Ｄカット構造と比較して、本実施形態に係る構造によって、特に、経年による変形（ガタつき等）を長期にわたって防止することができるという極めて顕著な効果が得られることが明らかとなった。

上記の構成を備える回転軸２は、回動力伝達の観点から所要強度が求められ、入力ハブ４等との間で摺動機構を有することから硬度が求められる。本実施形態においては、一例として合成樹脂材料を用いて形成されるが、これに限定されるものではない。

次に、入力ハブ４は、図１〜図３に示すように、外周部に歯車部４ｃを有し、外部の歯車（不図示）と噛み合わせることによって、動力の入力（もしくは出力）を行う部材である。ここで、入力ハブ４のロータ３側の端面４ｂにはアーマチュア６が設けられている。アーマチュア６は、軸方向にのみ所定距離だけ移動自在に入力ハブ４に固定されている。この構成により、電磁コイル９への通電によってロータ３に吸引力が生じた際に、アーマチュア６がロータ３側に移動することが可能となって、アーマチュア吸着面３ｄに吸着することができる。このとき、アーマチュア６は入力ハブ４に対して、周方向に移動しないように、すなわち周方向の回動力を伝達可能なように入力ハブ４に固定されているため、前記吸着によって、入力ハブ４と回転軸２との間でアーマチュア６、ロータ３を介して回動力を伝達させることが可能となる。一例として、入力ハブ４は、合成樹脂材料を用いて形成され、アーマチュア６は、磁性金属材料を用いて形成される。
なお、変形例として、アーマチュア６を所定方向（例えば、ロータ３から離反する方向）に付勢する板ばね等のような付勢部材（不図示）を設けてもよい。

次に、フィールドコア５は、図１〜図３に示すように、ロータ３側に開口するカップ状、すなわち、内筒部５ａと外筒部５ｂとを備える二重円筒構造であって、一端側に内筒部５ａと外筒部５ｂとを連結する底面部５ｃを備えて、他端側（ロータ３側）が開口する断面（上半断面および下半断面）の形状がコ字状に形成される。この内筒部５ａと外筒部５ｂとの間の空間部の内部に、電磁コイル９が巻回されたスプール７が嵌合されて固定される。

次に、スプール７は、図１〜図３に示すように、第１のリング状部７ａと、第２のリング状部７ｂと、第１のリング状部７ａと第２のリング状部７ｂとを連結する円筒部７ｃとを備えて一体形状に形成されて、フィールドコア５の内筒部５ａと外筒部５ｂとの間に嵌合される。一例として、スプール７は電気的絶縁性を有する合成樹脂材料を用いて形成される。当該円筒部７ｃの外周面に電線（一例として銅線）が巻回されて電磁コイル９が形成される。

さらに、スプール７には、第１のリング状部７ａと第２のリング状部７ｂとの外縁部に外嵌されて、第１のリング状部７ａと第２のリング状部７ｂとの間の電磁コイル巻回部を密閉する円筒状のカバー８が取り付けられる。これにより、電磁コイル９の露出に起因する汚損等によって、当該電磁コイル９の性能劣化・故障等が発生することを防止できる。なお、スプール７とカバー８とは相互に周方向に回動しないように固定される。

なお、本実施形態では、カバー８は、径方向に立設される係合突部８ｂを備える。一例として係合突部８ｂは、カバー８と一体に合成樹脂により形成される。係合突部８ｂは、フィールドコア５に設けられる切欠部５ｄに嵌合され、さらに組み込まれるＯＡ機器等の本体に固定される。これにより、カバー８とフィールドコア５とが相互に周方向に回動しない作用、および電磁クラッチ１全体の共回り防止作用を生じる。

なお、フィールドコア５の底面部５ｃには、電磁コイル９のコイル端と電気的に接続する端子１２を設けるための挿通孔５ｅが設けられる。ちなみに、端子１２にソケットを介して導線を連結することによって電磁コイル９と電源（不図示）とが電気的に接続される。

続いて、上記構成に基づくクラッチ動作について説明する。
電磁クラッチ１は、電磁コイル９が非通電状態の場合には、入力ハブ４（歯車部４ｃ）に入力される回動力はロータ３には伝達されず、回転軸２および回転軸２内に挿通される出力軸（不図示）は回転しない。

電磁コイル９に通電されると、フィールドコア５、ロータ３およびアーマチュア６内に磁性回路が形成される。これによって、アーマチュア６はロータ３に向かって軸方向に移動してロータ３のアーマチュア吸着面３ｄに吸着される。よって、入力ハブ４に入力された回動力は、当該入力ハブ４に対して周方向に固定されたアーマチュア６を介してロータ３に伝達され、さらには、回転軸２、最終的に出力軸に伝達されて、出力軸が回転する。

電磁コイル９が再び非通電状態になると、アーマチュア６に対する電磁コイル９の吸着力が失せるため、当該アーマチュア６とロータ３との吸着が解除されて、出力軸の回転が停止する。以上の作用が生じることによって、入力ハブ４への入力を出力軸へ伝達・非伝達することが可能となり、電磁クラッチ１をクラッチ機構として用いることが可能となる。なお、上記の動作は一例であって、出力軸が入力側となり、入力ハブ４が出力側となる場合、あるいは、それぞれが入力側・出力側の両方を担う場合等の動作をなし得ることは言うまでもない。

以上の説明の通り、本考案に係る電磁クラッチによれば、ロータと回転軸との連結部の強度を十分に確保することができ、また、経年によるガタつきの発生を防止できる。さらに、加工および組み立てが容易な電磁クラッチが実現できるため、製造コストを低減することができると共に、組み付け不具合の発生を防止することができる。

なお、本考案は、以上説明した実施形態に限定されることなく、本考案を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

１ 電磁クラッチ
２ 回転軸
３ ロータ
４ 入力ハブ
５ フィールドコア
６ アーマチュア
７ スプール
８ カバー
９ 電磁コイル
１０ Ｃリング
１１ 軸受
１２ 端子

Claims (5)

1. スプールに巻回された電磁コイルを内蔵したフィールドコアと、前記フィールドコアに回転自在に内嵌された回転軸と、前記回転軸と一体に回転可能に該回転軸に固定されたロータと、前記ロータを挟んで前記電磁コイルと反対側に、前記回転軸上に回転自在に外嵌された入力ハブと、前記入力ハブの前記ロータと対向する端面に取り付けられたアーマチュアとを備える電磁クラッチにおいて、
   前記回転軸は、円筒状に形成され、先端部の外周面に互いに平行な二つの平面部を有し、
   前記ロータは、外筒部と内筒部とが連結されたカップ状に形成され、内筒部の内周面に前記回転軸の二つの平面部とそれぞれ嵌合される互いに平行な二つの突出面を有すること
   を特徴とする電磁クラッチ。
2. 前記回転軸は、先端部にＣリングが嵌合される周方向溝を有すると共に、後端部に径方向に延出する鍔状部を有すること
   を特徴とする請求項１記載の電磁クラッチ。
3. 前記回転軸は、少なくとも先端部側に小径部と後端部側に大径部とを有する段付き円筒状に形成され、該小径部によって前記ロータが固定支持されると共に、該大径部によって前記入力ハブが回転可能に支持されること
   を特徴とする請求項１または請求項２記載の電磁クラッチ。
4. 前記ロータは、該ロータの内筒部の外周部に外嵌される軸受を介して、前記フィールドコアに対して回転可能に連結されること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の電磁クラッチ。
5. 前記フィールドコアは、前記回転軸が挿通されて、該回転軸の先端部に嵌合された前記Ｃリングによって軸方向の移動が規制されること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の電磁クラッチ。

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