JP3563961B2

JP3563961B2 - 電磁連結装置

Info

Publication number: JP3563961B2
Application number: JP15562498A
Authority: JP
Inventors: 憲爾酒本; 一雄吉野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-06-04
Filing date: 1998-06-04
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2018-06-04
Also published as: JPH11351279A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁力の作用により回転力を間欠的あるいは連続的に伝達する電磁連結装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複写機やファクシミリの給紙機構における紙送りローラ軸の駆動装置として、電磁石への通電の制御によって、クラッチとしての接続動作と遮断動作を行う電磁連結装置が適用されている。この給紙機構は、紙送りローラを所定の回転位置から所定角度、例えば一回転だけ回転させることにより、１枚の記録紙を装置内部に搬送するものである。
【０００３】
図５は、従来の電磁連結装置の一例を示す破断側面図であり、図において、１１は第１の連結主体であり、ギヤー部２、このギヤー部２に板バネ３を介して固定されるアマチュア４４で構成されている。また、５は第２の連結主体であり、側壁部に複数の窓１２が形成された椀状のロータ８を第１軸６、第２軸７で挟持し、一体に形成されている。９は、励磁装置である電磁コイルで、ヨーク１０に固定され、上記ロータ８の内部に配置されている。また、ギヤー部２は第２軸７に、ヨーク１０は第１軸６にそれぞれ回転自在に遊嵌されている。
また、ヨーク１０には突起１０ａが設けられており、外部の固定部（図示せず）に接続され、ヨーク１０及び電磁コイル９の、第１軸６との共回りが防止されている。また、アマチュア４４は、第１の連結主体１１のギヤー部２の一端がロータ８側面に当接した場合、このロータ８側面と隙間Ｇを有するように位置決めされている。
また、ロータ８、第１軸６、第２軸７、アマチュア４４、ヨーク１０は、磁気回路を形成するために、鉄系の材料で形成されている。さらに、アマチュア４４、ロータ８には、防錆の目的で亜鉛メッキが施されている。
【０００４】
次に、従来の電磁連結装置の動作について説明する。まず、電磁コイル９にリード線（図示せず）を介して通電すると、図中点線で示す磁束が発生し、その吸引力によりアマチュア４４は板バネ３の弾性力に抗してロータ８の側壁に吸着される。ここで、アマチュア４４とロータ８の側面間には、上記吸着力と、アマチュア４４とロータ８間の摩擦係数により決定される力が生じ、回転力の伝達が可能となる。以下、この回転力を伝達可能トルクと称する。
このため、第１の連結主体１１のギヤー部２に与えられた回転力は、板バネ３、アマチュア４４、ロータ８を介して第１軸６に伝えられ、この第１軸６に契合された負荷装置（図示せず）の負荷軸が回転駆動される。以下、これらの一連の動作を負荷の立ち上げと称する。なお、ここで、負荷装置においては、各部の機械的な摩擦等により負荷軸の停止を継続させようとする力が作用しており、この力が上記の伝達可能トルクより大であれば、負荷軸は回転駆動されない。
電磁コイル９への通電が停止されると、電磁力が無くなり、アマチュア４４は板バネ３の復元力によってロータ８から引き離され、負荷軸への回転駆動力が無くなり、負荷装置は、機械的な摩擦等により自然に停止する。
【０００５】
以下に、伝達可能トルクと負荷の立ち上げ回数の初期推移について、図２を流用して説明する。図２は、本発明及び従来の電磁連結装置における伝達可能トルクの推移特性を示す概念図であり、図中、点線ａは、従来の電磁連結装置における伝達可能トルクの推移を示している。従来の電磁連結装置は、連結回数すなわち負荷の立ち上げ回数が進むにつれ、伝達可能トルクが増加し、やがてほぼ一定の値に落ち着くという特性があった。これは、負荷の立ち上げに伴う微小な摩耗が動作面に生じ、最初はアマチュア４４表面の亜鉛メッキが無くなり、母材である鉄同士の摩擦となり、さらに鉄同士の接触も、部分当たりから全面当たりとなるためである。以下に、この摩擦面の接触面積が増加し、ほぼ全面当たりとなることをなじみがついたと称する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の電磁連結装置においては、使用初期において、ロータ８とアマチュア４４の摩擦面同士のなじみが悪いため、摩擦面同士の連結力が弱く、伝達可能トルクが小さいという問題があった。このため、負荷装置の使用初期には、立ち上げに時間を要したり、立ち上げ不能となる場合があった。
また、使用初期より大きな伝達可能トルクを得るために、従来の電磁連結装置では、摩擦面のなじみ付け作業を行っていたが、この工程は時間を要するため、生産性が低下するという問題があった。また、使用初期より大きな伝達可能トルクを得るために、必要以上に大型の電磁連結装置を使用することもあり、消費電力が大きくなるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、初期より所定の伝達可能トルクが得られ、低消費電力で小型化が可能な電磁連結装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる電磁連結装置は、同一軸線上に対向して配置された摩擦面の接触摩擦により回転力の伝達を行う少なくとも一対の連結主体と、これらの連結主体のいずれかの摩擦面を軸方向に移動させ、連結主体相互間の連結を制御する励磁装置を備えた電磁連結装置であって、少なくとも一箇所の連結部において、摩擦面のうちの少なくとも片方に、摩擦摺動する相手材よりも硬度が大きく、過半数が１０μｍ以上の粒子または結晶粒よりなる皮膜を化成処理により形成したものである。
【０００９】
また、皮膜は、リン酸マンガン塩よりなるものである。
また、皮膜は、リン酸亜鉛塩よりなるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態を図について説明する。図１は、本発明の実施の形態１である電磁連結装置を示す破断側面図であり、図において、１は第１の連結主体であり、ギヤー部２、このギヤー部２に板バネ３を介して固定されるアマチュア４で構成されている。また、５は第２の連結主体であり、第１軸６、第２軸７で椀状のロータ８を挟持し、一体に形成されている。９は、励磁装置である電磁コイルで、ヨーク１０に固定され、ロータ８の内部に配置されている。また、ギヤー部２は第２軸７に、ヨーク１０は第１軸６にそれぞれ回転自在に遊嵌されている。また、ヨーク１０には突起１０ａが設けられており、外部の固定部（図示せず）に接続され、ヨーク１０及び電磁コイル９の、第１軸６との共回りが防止されている。また、アマチュア４は、第１の連結主体１のギヤー部２の一端がロータ８側面に当接した場合、このロータ８側面と隙間Ｇを有するように位置決めされている。さらに、ロータ８の側壁部には、複数の窓１２を形成することにより、磁気抵抗を大きくし、後述する磁束のうち、ロータ８の内径側から外径側へと側壁部を流通する分を減少させ、アマチュア４を経由して流通する分を増加させている。
【００１１】
本実施の形態における電磁連結装置は、同一軸線上に対向して配置されたアマチュア４とロータ８の摩擦面の接触摩擦により回転力の伝達を行う第１の連結主体１及び第２の連結主体５と、これらの連結主体のいずれかの摩擦面、本実施の形態ではアマチュア４を軸方向に移動させ、連結主体相互間の連結を制御する電磁コイル９を備えた電磁連結装置であって、アマチュア４に、摩擦摺動する相手材、ここでは鉄系のロータ８よりも硬度が大きく、過半数が１０μｍ以上の結晶粒よりなるリン酸マンガン塩皮膜４ａを化成処理により形成し、処理後、カシメにより板バネ３に固着したものである。
【００１２】
次に、本実施の形態による電磁連結装置の動作について説明する。まず、図示しない駆動ギヤーにて、第１の連結主体１のギヤー部２に回転動力が与えられると、アマチュア４を含む第１の連結主体１は、第２の連結主体５の第２軸７の周りを回転する。続いて電磁コイル９にリード線（図示せず）を介して通電すると、図中点線で示すように、ヨーク１０、ロータの外周部８ａ、ロータ側壁の半径方向外周寄り８ｂ、アマチュア４、ロータ側壁の半径方向内周寄り８ｃ、第１軸６を通るように磁束が生じ、磁気回路が形成される。このため、アマチュア４は、磁力により板バネ３の弾性力に抗してロータ８の側壁に吸着され、アマチュア４とロータ８の側面間に伝達可能トルクが発生する。従って、第１の連結主体１のギヤー部２に与えられた回転力は、板バネ３、アマチュア４、ロータ８を介して第１軸６に伝えられ、この第１軸６に契合された負荷軸（図示せず）が回転駆動され、負荷の立ち上げが行われる。
電磁コイル９への通電が停止されると、電磁力が無くなり、アマチュア４は板バネ３の復元力によってロータ８から引き離され、負荷軸への回転駆動力が無くなり、負荷装置は、機械的な摩擦等により自然に停止する。
【００１３】
本実施の形態による電磁連結装置における伝達可能トルクの推移特性を図２に示す。図において、横軸は連結回数であり、電磁コイル９への給電にて負荷の立ち上げがなされる回数を示している。本実施の形態による電磁連結装置の伝達可能トルクは、図中ｂで示すように、連結の初期よりほぼ一定の値で推移する。これは、連結の初期においては、アマチュア４の表面に形成されたリン酸マンガン塩皮膜４ａの結晶粒が、ロータ８の摩擦面に食い込むことにより、従来のアマチュアに比べ、大きな伝達可能トルクが得られるためである。連結回数が増加するに伴い、この結晶粒は摩耗していき、結晶粒が相手材に食い込むことの効果は減少していくが、それに伴い摩擦面のなじみもついてくるため、伝達可能トルクの落ち込みはなく、ほぼ一定に推移していく。なお、この伝達可能トルクの初期値は、リン酸マンガン塩の結晶粒が大きいほど、大きくなることが実験結果から得られている。
【００１４】
以上のように、本実施の形態によれば、電磁連結装置のアマチュア４表面に、リン酸マンガン塩皮膜４ａを化成処理により形成することにより、従来のなじみ付け作業を実施せずとも、リン酸マンガン塩皮膜４ａの結晶粒がロータ８に食い込むため、使用初期より高い伝達可能トルクが得られる効果がある。このため、装置の小型化、電磁コイル９の低消費電力化が図られる。さらに、リン酸塩皮膜は、非磁性体であるため、電磁コイル９を消勢した際、残留磁気により磁気回路が残ることなく、アマチュア４が素早くロータ８から離れ、電磁連結装置としての切れが良好となる。また、皮膜を化成処理にて形成したので、メッキ等の処理に比べて強度が大きく、強い防錆効果が得られる。
【００１５】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２である電磁連結装置のアマチュアを示す破断側面図である。図において、４ｂは、鉄系のロータ８よりも硬度が大きく、過半数が１０μｍ以上の結晶粒よりなるリン酸亜鉛塩皮膜で、アマチュア４表面に化成処理されたものである。本実施の形態では、リン酸塩皮膜として、リン酸亜鉛塩皮膜４ｂを用いることにより、上記実施の形態１と同様の効果が得られ、さらに、結晶粒の大きさが調整し易く、化成皮膜処理の作業が容易に行える効果がある。その結果、伝達可能トルクの調整を容易に行うことが可能である。
【００１６】
なお、上記実施の形態１及び２では、アマチュア４の全面に化成処理によりリン酸塩皮膜を形成したが、適当なマスキングをし、摩擦面だけに形成しても良い。ただし、この場合には、摩擦面以外への防錆効果は得られない。
【００１７】
参考例 .
図４は、本発明の参考例である電磁連結装置のアマチュアを示す破断側面図である。図において、４ｃは、鉄系のロータ８よりも硬度が大きく、過半数が１０μｍ以上の粒子よりなるセラミックス粒子皮膜であり、接着剤とともに摩擦面に塗布されたものである。本参考例によれば、セラミックスの粉砕粒子を接着剤とともにアマチュア４の摩擦面または全面に塗布することにより、上記実施の形態１及び２で述べたリン酸塩皮膜を化成処理にて形成する場合に比べて容易な処理で、使用初期より高い伝達可能トルクが得られ、電磁連結装置の小型化及び低消費電力化が可能となる。
【００１８】
なお、上記実施の形態１，２及び参考例では、摩擦面の片方であるアマチュア４にのみ皮膜を形成したが、アマチュア４及びロータ８の両方の摩擦面に皮膜を形成しても良く、その場合、各々の母材よりも硬度が大きく、過半数が１０μｍ以上の粒子または結晶粒よりなる皮膜を形成すれば良い。また、上記実施の形態１，２及び参考例では、アマチュア４とロータ８が直接摩擦接触する形式の電磁連結装置で、クラッチ装置の例を示したが、本発明は、ロータ８またはアマチュア４の一方を回転しないように固定したブレーキ装置にも適用することができる。さらに、ロータ８とアマチュア４間に中間プレートを有するものや、多板式電磁連結装置、またはアマチュア４とロータ８をバネ力で加圧接触させ、磁力によりアマチュア４を引き離す、励磁解放型の電磁連結装置においても適用可能であり、同様の効果が得られる。なお、複数の連結部を有する場合には、少なくとも１箇所の連結部において本発明を適用すればよいが、全ての連結部において適用した場合に大きな効果が得られることは言うまでもない。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、電磁連結装置の少なくとも一箇所の連結部において、摩擦面のうちの少なくとも片方に、摩擦摺動する相手材よりも硬度が大きく、過半数が１０μｍ以上の粒子または結晶粒よりなる皮膜を化成処理により形成したので、この結晶粒が相手材に食い込むことにより、初期より高い伝達可能トルクが得られ、電磁連結装置の小型化及び低消費電力化が図られる。
【００２０】
また、リン酸塩皮膜を化成処理により形成したので、皮膜の強度が大きく、強い防錆効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１である電磁連結装置を示す破断側面図である。
【図２】本発明及び従来の電磁連結装置における伝達可能トルクの推移特性を示す概念図である。
【図３】本発明の実施の形態２である電磁連結装置のアマチュアを示す破断側面図である。
【図４】本発明の参考例である電磁連結装置のアマチュアを示す破断側面図である。
【図５】従来の電磁連結装置の一例を示す破断側面図である。
【符号の説明】
１、１１第１の連結主体、２ギヤー部、３板バネ、
４、４４アマチュア、４ａリン酸マンガン塩皮膜、
４ｂリン酸亜鉛塩皮膜、４ｃセラミックス粒子皮膜、
５第２の連結主体、６第１軸、７第２軸、８ロータ、
９電磁コイル、１０ヨーク、１２窓。

Claims

同一軸線上に対向して配置された摩擦面の接触摩擦により回転力の伝達を行う少なくとも一対の連結主体と、上記連結主体のいずれかの摩擦面を軸方向に移動させ、上記連結主体相互間の連結を制御する励磁装置を備えた電磁連結装置であって、少なくとも一箇所の連結部において、上記摩擦面のうちの少なくとも片方に、摩擦摺動する相手材よりも硬度が大きく、過半数が１０μｍ以上の粒子または結晶粒よりなる皮膜を化成処理により形成したことを特徴とする電磁連結装置。
皮膜は、リン酸マンガン塩よりなることを特徴とする請求項１記載の電磁連結装置。
皮膜は、リン酸亜鉛塩よりなることを特徴とする請求項１記載の電磁連結装置。