JP3563961B2 - 電磁連結装置 - Google Patents

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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 (3)

  1. 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。
  2. 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記載の電磁連結装置。
  3. 皮膜は、リン酸亜鉛塩よりなることを特徴とする請求項記載の電磁連結装置。
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