JP5608965B2 - ブレーキ付電磁クラッチ - Google Patents

Description

本発明は、複写機，プリンタなどの給紙用に使用されるブレ−キ付電磁クラッチに関し、特にそのブレーキの応答性能を向上させたブレ−キ付電磁クラッチに関するものである。

この種のブレーキ付電磁クラッチとして、特許文献１の図１に示すもの等が知られている。

このものは、駆動軸と、前記駆動軸に対し同心的に位置する被動軸と、前記被動軸に一体的に固定され、一方の側面にクラッチ摩擦面を、他方の側面にブレーキ摩擦面を有するロータと、コイルと、当該コイルを保持するコイルボビンとを備え、前記コイルの励磁により発生する磁束の磁路を形成し、静止部材に固定される磁極体と、前記駆動軸に対し、軸方向のみに相対位置が変位可能に固定され、前記ロータに対向して位置し、前記コイルの励磁によって生ずる磁気吸引力によって前記ロータのクラッチ摩擦面に圧接するクラッチアーマチュアと、上記ロータのブレーキ摩擦面に対向する摩擦面を有し、上記コイルの励磁によって生じる磁気吸引力によって前記ロータへのブレーキ作用を解除するブレーキアーマチュアと、上記ブレーキアーマチュアを前記磁極体において軸方向のみに変位可能に支持する手段と、上記ブレーキアーマチュアを上記コイルの無励磁時のみ前記ロータへのブレーキ作用を与える弾性手段と、を備えて構成されている。この場合の被動軸は、複写機等の適用機の軸に連結することが想定されている。

このように複写機，プリンタなどの給紙用に使用される電磁クラッチにブレーキ機能を付設として，次の理由が挙げられている。即ち，この種の電磁クラッチは紙送り用のローラに取付けられ，必要な時にクラッチをＯＮさせ紙を送っているが，最近は使われる紙の質が多様化され，とりわけ紙質の厚い場合はクラッチがＯＦＦ状態になっているにもかかわらず，たわみ圧力で紙を送ってしまうという給紙ミスを生じる場合があり，これを防止するためであるとされている。

因みに、上記特許文献１に示されるブレーキ付電磁クラッチの作動としては、コイルが通電されると，クラッチアーマチュア，ロータ，ブレーキアーマチュア，磁極体，被動軸に磁束による磁路が形成され，クラッチアーマチュアがロータに吸着されるから，駆動軸のトルクはクラッチアーマチュア，ロータを介して被動軸に伝達され，被動軸を介して図示しない適用機に対する給紙等の所要の駆動を行う。この場合，ブレーキアーマチュアは弾性手段のバネ圧に抗して磁極体に吸着されるから，被動軸に対する制動作用は解除されている。次に，コイルの通電を絶つと，クラッチアーマチュアはロータとの吸着が釈放されるので，ロータ従って被動軸は駆動力を失うと共に，さらに，ブレーキアーマチュアが弾性手段のバネ圧によってロータに圧着されるから，被動軸には所要の制動力が付与される。このように、給電停止に伴って、被動軸を早期に停止させるための対策が図られている。
特許第３２９１９０８号公報

ところが、上記特許文献１のように、駆動軸が被動軸の外周にすべり摺動の下に同心的に外装されている構成において、クラッチアーマチュアとともにブレーキアーマチュアを励磁的に作動させてブレーキを掛けるようにすると、コイルへの通電を絶った後、ブレーキアーマチュアが励磁解除による釈放によって、バネの付勢でロータのブレーキ摩擦面にまで移動して摺動し、ブレーキが利き始めるまでの間にタイムラグが存する。そして、このタイムラグの間、上記すべり摺動部分において駆動軸から被動軸にトルクの一部が伝達され続けるため、これが被動軸に作用する負荷トルクよりも大きい場合、被動軸の連れ回りが生じる。したがって、上記のようなタイムラグよりも速い時間でロータを停止させたいという要請がある場合等には、これに応えることは困難である。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、単にロータにブレーキを掛けるのみならず、電磁クラッチ切断時以後の被動軸の連れ回りを的確に防止してブレーキ作動時の応答性を有効に向上させた、新たな機能を備えたブレーキ付電磁クラッチを提供することを目的としている。

本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。

すなわち、本発明のブレーキ付電磁クラッチは、被動軸と、この被動軸の外周にすべり摺動の下に同心的に外装される駆動軸と、前記被動軸とともに一体回転可能であって少なくとも軸方向の一方の端面にクラッチ摩擦面を有するロータと、前記駆動軸に軸方向に対して変位可能に固定されその状態で前記ロータに対向配置されたアーマチュアと、前記被動軸および前記ロータの回転を支持する静止部材側に少なくともコイルを備えこのコイルを励磁した際には前記アーマチュアを吸引して当該アーマチュアをロータのクラッチ摩擦面に圧接させるとともに給電停止時にアーマチュアをロータから釈放する励磁手段と、静止部材側の一部と前記ロータとの間に設けられ、当該ロータの他方の端面に設けられたブレーキ摩擦面に対して前記駆動軸の軸方向に弾接して静止部材側から前記ロータおよび前記被動軸と共に一体回転する回転部材側に常時ブレーキを作用させるブレーキ手段とを備え、このブレーキ手段によるブレーキトルクの大きさを、前記被動軸と前記駆動軸の間のすべり摺動トルク以上であって前記駆動軸による駆動トルク未満となる範囲に設定するとともに、静止部材側にバネの基端を支持させ、このバネの先端側に設定したブレーキ要素を前記ロータのブレーキ摩擦面に弾接させて前記ブレーキ手段を構成し、前記ブレーキ要素と、静止部材側に設けた軸方向に延びる延出部との間に、前記ブレーキ要素の軸方向に対する相対変位を許容し回転方向に対する相対変位を規制する規制手段を設けたことを特徴とする。

このように構成すると、上記すべり摺動によるシャフトおよびロータを含む回転部材側の連れ回りを有効に防止することができるだけでなく、給電停止と同時にブレーキが実効的に作用するため、従来のブレーキアーマチュアのように給電停止による釈放からブレーキ摩擦面に摺動するまでに要するタイムラグを無くして、停止時の応答性能を有効に向上させることが可能となる。

また、前記ブレーキ要素と、静止部材側に設けた軸方向に延びる延出部との間に、前記ブレーキ要素の軸方向に対する相対変位を許容し回転方向に対する相対変位を規制する規制手段を設けていることから、ブレーキ要素と、静止部材側との間における連れ回りを防止して本発明の実効を図ることができる。

また、前記ロータおよび前記アーマチュアを通過する磁路を形成すべくコイルの外周側に静止部材側の磁路形成部材を配置し、この磁路形成部材の外周に一部被るように前記ロータが配置されているものにおいて、従来の励磁型のブレーキ機構に対して容易に代替可能とするためには、前記磁路形成部材又はその周辺の静止部材側に直接又は支持部材を介してバネの基端を支持させることが好ましい。

また、本発明のブレーキ付電磁クラッチは、被動軸と、この被動軸の外周にすべり摺動の下に同心的に外装される駆動軸と、前記被動軸とともに一体回転可能であって少なくとも軸方向の一方の端面にクラッチ摩擦面を有し、他方の端面にブレーキ摩擦面を有するロータと、前記駆動軸に軸方向に対して変位可能に固定されその状態で前記ロータに対向配置されたアーマチュアと、前記被動軸および前記ロータの回転を支持する静止部材側に少なくともコイルを備えこのコイルを励磁した際には前記アーマチュアを吸引して当該アーマチュアをロータのクラッチ摩擦面に圧接させるとともに給電停止時にアーマチュアをロータから釈放する励磁手段と、静止部材側の一部と前記ロータとの間に設けられ、静止部材側から前記ロータのブレーキ摩擦面に対してブレーキ要素を弾接して当該ロータに常時ブレーキを作用させるブレーキ手段とを備え、このブレーキ手段によるブレーキトルクの大きさを、前記被動軸と前記駆動軸の間のすべり摺動トルク以上であって前記駆動軸による駆動トルク未満となる範囲に設定し、前記ロータおよび前記アーマチュアを通過する磁路を形成すべくコイルの外周側に静止部材側の磁路形成部材を配置するとともに、この磁路形成部材の外周に一部被るように前記ロータを配置し、前記磁路形成部材又はその周辺の静止部材側に直接又は支持部材を介してバネの基端を支持させ、このバネの先端側に設定した前記ブレーキ要素を前記ロータのブレーキ摩擦面に弾接させて前記ブレーキ手段を構成し、ブレーキ要素と、磁路形成部材又は支持部材の一部との間に、前記ブレーキ要素と前記磁路形成部材又は支持部材の一部とが直接係合し、前記ブレーキ要素の軸方向に対する相対変位を許容し回転方向に対する相対変位を規制する規制手段を設けていることを特徴とする。

ブレーキ要素は、バネの先端に取り付けたフェーシング等のブレーキ部材であることが好ましい。

本発明は、以上のような構成であるから、単にロータにブレーキを掛けるのみならず、電磁クラッチ切断時以後の被動軸の連れ回りを的確に防止してブレーキ作動時の応答性を有効に向上させ、給電停止とともに被動軸に接続された負荷を速やかに停止させることを可能にした、停止性能に優れたブレーキ付電磁クラッチを提供することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

図１に示すブレーキ付電磁クラッチは、駆動軸１と被動軸であるシャフト２との間を弾接切替可能とするクラッチ機能と、クラッチ切断時にシャフト２を停止させるためのブレーキ機能とを備えたマイクロクラッチタイプのものである。

駆動軸１は中空状のもので、例えば図示しないモータに接続された一次側ギヤと噛合して動力を受ける二次側ギヤとしての役割を果たすべく、外周にギヤ歯１ａを周設されており、内周１ｂをシャフト２の外周２ａにすべり摺動可能に嵌装されている。この駆動軸１の端面にはボルト３ａを介して板バネ３が一体回転可能に取り付けられ、この板バネ３の外周側の片面にアーマチュア４が、板バネ３の弾性により軸方向に対して変位可能な状態で固定されている。

一方、このアーマチュア４に隣接させて、前記シャフト２の外周にロータ５を一体回転可能に取り付けている。ロータ５は有底筒状のもので、底部側に位置する一方の端面５ａを前記アーマチュア４に対向させて、その一部にクラッチ摩擦面５ｂを設定するとともに、前記シャフト２との間に所要の空間を隔ててその外周位に筒部５ｃを配置し、アーマチュア４から受ける回転トルクをシャフト２に伝えるとともに、回転部材側の磁路形成部材の一部を構成する役割を果たしている。

そして、前記空間内に位置づけて、ハブロータ６、フィールド７およびコイル８を配置している。

ハブロータ６は、回転部材側の磁路形成部材の一部を構成するもので、ボス部６ａをシャフト２の外周２ａに配置し、ボス部６ａの基端から前記空間を閉止する方向に基端６ｂを拡開させており、シャフト２に対して一体回転可能に固定されている。

コイル７には、フィールド８の一部を介して図示しない配線が引き込まれ、図示しないモータとともに給電がなされるようになっている。

フィールド８は、コイル７の外周側に配置された円筒状のもので、コイル７を巻回したコイルボビン７ａを支持するとともに、静止部材側の磁路形成部を構成している。前記ロータの筒部５ｃはこのフィールド７の外側に被るように配置されている。

すなわち、前記コイル７および前記板バネ３は本発明の励磁手段を構成し、外部のモータへの給電とともにコイル７が励磁された際には、フィールド８、ロータ５、アーマチュア４、ハブロータ６に沿って図中破線で示すような磁束Φによる磁路が形成され、これにより前記アーマチュア４を吸引して当該アーマチュア４をロータ５のクラッチ摩擦面５ｂに圧接することにより駆動軸１の動力を板バネ３、アーマチュア４およびロータ５を介してシャフト２に伝達されて、シャフト２に接続された図示しない適用機等に対する給紙等の負荷駆動を行う。また、外部のモータへの給電停止に伴ってコイル７への通電が遮断され、アーマチュア４のロータ５への吸着が釈放されると、板バネ３の作用によってアーマチュア４がロータ５から解離されるものとなっている。

なお、本発明に言う静止部材側には、コイル７やこのコイル７を巻回状態に保持するコイルボビン７ａ、フィールド８等が含まれており、回転部材側には、駆動軸１、被動軸（シャフト）２、アーマチュア４、ロータ５、ハブロータ６が含まれている。

そして、本実施形態では、前記ロータ５の他端面５ｄをブレーキ摩擦面として、このブレーキ摩擦面５ｄに対向する位置に、本発明のブレーキ手段９を構成している。

このブレーキ手段９は、前記フィールド８に支持部材であるアーム９１を介して基端を支持させたコイルバネ９２と、このコイルバネ９２の先端に設けたブレーキ要素であるフェーシング９３とからなるもので、コイルバネ９２によってフェーシング９３を前記ロータ５のブレーキ摩擦面５ｄに常時摺接させた状態を実現している。すなわちブレーキ手段９は、ロータ５の端面に対して駆動軸１の軸方向に弾接している。フェーシング９３は、ロータ５のブレーキ摩擦面５ｄと対面する側の面に所要の摩擦係数を有し、磁束の影響を受けない素材から構成されている。このため、磁束の変化に伴って作動することはない。

また、本実施形態では、フェーシング９３とアーム９１との間に、アーム９１に対するフェーシング９３の軸方向の相対変位を許容し回転方向の相対変位を規制する規制手段Ｒを設けている。この規制手段Ｒは、図２及び図３に示すように、前記アーム９１の一部に軸方向にひさし状に延びる延出部９１ａを形成し、この延出部９１ａにガイド溝９１ｂを設ける一方で、前記フェーシング９３の一部に外周に突出する突起９３ａを形成して、この突出部９３ａを前記ガイド溝９１ｂにスライド可能に係合させたものである。すなわち、フェーシング９３と、静止部材側に設けた軸方向に延びる延出部９１ａとの間に、フェーシング９３と延出部９１ａとが直接係合し、フェーシング９３の軸方向に対する相対変位を許容し回転方向に対する相対変位を規制する規制手段Ｒを設けている。このアーム９１は、フェーシング９３の回り止めとバネ９２の基端側の支持とを兼ねているが、フィールド８の一部が上記アーム９１に準じた形態を有すれば、アーム９１は不要となる。

そして、このブレーキ手段９によるブレーキトルクＴｂの大きさを、図１に示すシャフト２と駆動軸１の間のすべり摺動トルクＴａ以上であって前記駆動軸１による駆動トルクＴｃ未満となる範囲に設定している。この場合のブレーキトルクＴｂは、バネ９２によりフェーシング９３がロータ５のブレーキ側摩擦面５ｄに摺接することにより発生する制動トルクであり、すべり摺動トルクＴａは、クラッチ切断時における駆動軸１側（クラッチ回転側）の空転トルクであり、駆動トルクＴｃは、クラッチ接続時に駆動軸１側（クラッチ回転側）に外部から伝達される回転トルクである。

以上のようなブレーキ手段９をブレーキ付電磁クラッチの一部として構成すると、ブレーキトルクＴｂは前記シャフト２と前記駆動軸１の間のすべり摺動トルクＴａ以上であるため、給電停止によってクラッチが切断された以後、シャフト２にはブレーキが確実に掛かり、駆動軸１とのすべり摺動部分におけるシャフト２の連れ回りを有効に防止することができる。そして、このブレーキ手段９は常にロータ５にブレーキを作用させており、給電停止と同時にブレーキが実効的に作用するので、従来のブレーキ機構のように給電停止に伴う励磁解除による釈放からバネの付勢によってアーマチュアがブレーキ摩擦面にまで移動して摺動し、ブレーキが利き始めるまでにタイムラグが発生するということが無く、被動軸２に接続される負荷が軽い状態や負荷が無い状態は勿論のこと、負荷（したがって給電停止後の慣性）がある程度大きい場合であっても、速やかにシャフト２を停止させることができ、例えば従来構成によるタイムラグの間にシャフト２を停止させたい等といった要請に有効に応えることが可能となる。そして、このようにしても、ブレーキトルクＴｂは、通常、駆動軸１からシャフト２への動力伝達効率を著しく損なうほど大きな値とする必要はないことから、作動上特に問題とならない範囲で構成することは容易であり、消費電力等も無視できる範囲に抑えることができる。

具体的な構成としては、アーマチュア４を介して駆動軸１側からの駆動を受けるロータ５の他方の端面に、ブレーキ摩擦面５ｄを有し、ブレーキ手段９が、静止部材側からこのブレーキ摩擦面５ｄに対してブレーキ要素であるフェーシング９３を弾接するように構成してあるので、クラッチ接続時の動力伝達およびクラッチ切断時のブレーキ作用を共通の部材であるロータ５を通じて行うことができ、特許文献１と同様の小型化、部品点数の簡素化の効果を得ることができる。

より具体的には、前記ロータ５および前記アーマチュア４を通過する磁路Φを形成すべくコイル７の外周側に磁路形成部材であるフィールド８を配置し、このフィールド８の外周に一部被るように前記ロータ５が配置されている点において特許文献１と同様の構成を採用しつつも、前記フィールド８にアーム９１を介してバネ９２の基端を支持させ、このバネ９２の先端側に設けたブレーキ要素であるフェーシング９３を前記ロータ５のブレーキ摩擦面５ｄに弾接させてブレーキ手段９を構成しているので、従来の励磁型ブレーキ機構に代えて、バネ９２およびフェーシング９３をフィールド８に直接またはアーム９１を介して支持させるだけでよく、外段取りのみにて簡単に構成することができる。しかも、このブレーキ手段９は外周側でロータ５にブレーキトルクを作用させるので、トルクアームを十分に確保することが可能である。

そして、ブレーキ要素であるフェーシング９３をバネ９２の先端に取り付けるだけでよいため、構成も極めて簡素なものとなる。

その際、ブレーキ要素であるフェーシング９３とフィールド８に取り付けたアーム９１との間に、軸方向の相対変位を許容し回転方向の相対変位を規制する規制手段９を設けているので、ロータ５のブレーキ摩擦面５ｄとブレーキ要素であるフェーシング５との間においても連れ回りを確実に防止して、本発明のブレーキ作用を実効あらしめることができる。

なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。

例えば、ブレーキ手段は、静止部材側を足場にして回転部材側に制動トルクを作用させることができれば、特に上記の場所に限定されるものではない。例えば、コイルが巻回されるコイルボビンとブレーキハブの間などに構成すること等も可能である。但し、上記実施形態によるとより外周においてブレーキ手段を構成でき、トルクアームを大きくとれる点でより有効なものとなる。

また、コイルバネに替えて板バネを採用してもよいし、板バネを採用する場合にはねじり剛性が高いので、先端に必要な摩擦係数が確保できれば、板バネ自体を直接ロータのブレーキ摩擦面に摺動させることも可能である（換言すれば、フェーシング自体を板バネ状にしてもよい）。この場合は、１部品の追加のみで本発明を構成することができ、バネの基端と磁路形成部材あるいは支持部材とを固定できれば回転方向の変位を規制する規制手段の構成も不要となる。

さらに、規制手段は、ブレーキトルクに抗してブレーキ要素を所定の回転位相位置に保持できれば、上記構造に限らない。

また、バネの弾性が適切であれば、例えば特許文献１のロータのブレーキ摩擦面に摺接するアーマチュアを非磁性材に替えるだけでも、本発明と同様の作用効果を営ませることができる。

さらにまた、例えば駆動軸と被動軸との間にころがり軸受を組み込んだ既設のブレーキ付電磁クラッチに対して、駆動軸の外周がプーリ等のように偏荷重が作用する構造でなければ、この部位をすべり軸受に代えるとともに、静止側部材と回転側部材の間に本発明のブレーキ手段を導入することによって、製品価格に占める割合の高いころがり軸受を省いてコストダウンを有効に実現することができる。

その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の一実施形態を示す全体断面図。 図１の一部の外観等を示す図。 同実施形態のブレーキ手段付近の構成を示す要部分解斜視図。

符号の説明

１…駆動軸
２…被動軸
４…アーマチュア
５…ロータ
５ａ…クラッチ摩擦面
５ｄ…ブレーキ摩擦面
７…コイル
８…磁路形成部材（フィールド）
９…ブレーキ手段
９１…支持部材（アーム）
９２…バネ
９３…ブレーキ要素（フェーシング）
Ｔａ…すべり摺動トルク
Ｔｂ…ブレーキトルク
Ｒ…規制手段
Φ…磁路

Claims (4)

1. 被動軸と、この被動軸の外周にすべり摺動の下に同心的に外装される駆動軸と、前記被動軸とともに一体回転可能であって少なくとも軸方向の一方の端面にクラッチ摩擦面を有するロータと、前記駆動軸に軸方向に対して変位可能に固定されその状態で前記ロータに対向配置されたアーマチュアと、前記被動軸および前記ロータの回転を支持する静止部材側に少なくともコイルを備えこのコイルを励磁した際には前記アーマチュアを吸引して当該アーマチュアをロータのクラッチ摩擦面に圧接させるとともに給電停止時にアーマチュアをロータから釈放する励磁手段と、静止部材側の一部と前記ロータとの間に設けられ、当該ロータの他方の端面に設けられたブレーキ摩擦面に対して前記駆動軸の軸方向に弾接して静止部材側から前記ロータおよび前記被動軸と共に一体回転する回転部材側に常時ブレーキを作用させるブレーキ手段とを備え、このブレーキ手段によるブレーキトルクの大きさを、前記被動軸と前記駆動軸の間のすべり摺動トルク以上であって前記駆動軸による駆動トルク未満となる範囲に設定するとともに、静止部材側にバネの基端を支持させ、このバネの先端側に設定したブレーキ要素を前記ロータのブレーキ摩擦面に弾接させて前記ブレーキ手段を構成し、前記ブレーキ要素と、静止部材側に設けた軸方向に延びる延出部との間に、前記ブレーキ要素の軸方向に対する相対変位を許容し回転方向に対する相対変位を規制する規制手段を設けたことを特徴とするブレーキ付電磁クラッチ。
2. 前記ロータおよび前記アーマチュアを通過する磁路を形成すべくコイルの外周側に静止部材側の磁路形成部材を配置し、この磁路形成部材の外周に一部被るように前記ロータが配置されているものにおいて、前記磁路形成部材又はその周辺の静止部材側に直接又は支持部材を介してバネの基端を支持させている請求項１記載のブレーキ付電磁クラッチ。
3. 被動軸と、この被動軸の外周にすべり摺動の下に同心的に外装される駆動軸と、前記被動軸とともに一体回転可能であって少なくとも軸方向の一方の端面にクラッチ摩擦面を有し、他方の端面にブレーキ摩擦面を有するロータと、前記駆動軸に軸方向に対して変位可能に固定されその状態で前記ロータに対向配置されたアーマチュアと、前記被動軸および前記ロータの回転を支持する静止部材側に少なくともコイルを備えこのコイルを励磁した際には前記アーマチュアを吸引して当該アーマチュアをロータのクラッチ摩擦面に圧接させるとともに給電停止時にアーマチュアをロータから釈放する励磁手段と、静止部材側の一部と前記ロータとの間に設けられ、静止部材側から前記ロータのブレーキ摩擦面に対してブレーキ要素を弾接して当該ロータに常時ブレーキを作用させるブレーキ手段とを備え、このブレーキ手段によるブレーキトルクの大きさを、前記被動軸と前記駆動軸の間のすべり摺動トルク以上であって前記駆動軸による駆動トルク未満となる範囲に設定し、
   前記ロータおよび前記アーマチュアを通過する磁路を形成すべくコイルの外周側に静止部材側の磁路形成部材を配置するとともに、この磁路形成部材の外周に一部被るように前記ロータを配置し、前記磁路形成部材又はその周辺の静止部材側に直接又は支持部材を介してバネの基端を支持させ、このバネの先端側に設定した前記ブレーキ要素を前記ロータのブレーキ摩擦面に弾接させて前記ブレーキ手段を構成し、
   ブレーキ要素と、磁路形成部材又は支持部材の一部との間に、前記ブレーキ要素と前記磁路形成部材又は支持部材の一部とが直接係合し、前記ブレーキ要素の軸方向に対する相対変位を許容し回転方向に対する相対変位を規制する規制手段を設けていることを特徴とするブレーキ付電磁クラッチ。
4. ブレーキ要素がバネの先端に取り付けたフェーシング等のブレーキ部材である請求項１〜３の何れかに記載のブレーキ付電磁クラッチ。

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