JPH08226458A - 電気機械割出しクラッチ及び方法 - Google Patents

電気機械割出しクラッチ及び方法

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JPH08226458A
JPH08226458A JP7293258A JP29325895A JPH08226458A JP H08226458 A JPH08226458 A JP H08226458A JP 7293258 A JP7293258 A JP 7293258A JP 29325895 A JP29325895 A JP 29325895A JP H08226458 A JPH08226458 A JP H08226458A
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clutch
control circuit
clutch device
magnetic
sensor
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Mark A Kempf
マーク・エー・ケンプ
Anthony M Harrison
アンソニー・エム・ハリソン
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REEL PRECISION Manufacturing CORP
Reell Precision Manufacturing
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Reell Precision Manufacturing Corp
REEL PRECISION Manufacturing CORP
Reell Precision Manufacturing
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 複写機等の機械における各種移動部品の精密
な角度的及び直線的な動きを発生させるためのクラッチ
を提供する。 【解決手段】 電磁的に作動させられるクラッチで構成
され、該クラッチを選択的に係合及び係合解除する制御
回路と、該制御回路に位置検知信号を与えるセンサ手段
とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電磁的に作動させら
れるスプリングクラッチであって、該クラッチの選択的
な係合及び係合解除のために、一体的でセンサ励起させ
られる制御回路を有するクラッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】電磁的に作動させられるスプリングクラ
ッチは複写機等の機械における有用な構成要素であり、
例えば、こうした複写機等の機械における各種移動部品
の精密な角度的及び線形的な動きを生じさせている。例
えば、スプリングクラッチは、複数パーツの確動的な位
置付け、２つの変速機、逆転作用、ペーパー位置合せ、
ペーパー供給並びにカム位置付けのために使用され得
る。
【０００３】スプリングクラッチには幾つかの異なる実
施例がある。一実施例としてのクラッチでは、通常時、
係合状態となっている。例えば米国特許第3,926,286号
では、クラッチを係合解除するために、スプリングは、
該スプリングの自由端に接触する外側フローティングス
リーブによって入力ハブに対するその初期駆動接点から
解放される。スリーブの回転停止はスプリングを拡張す
るか或いは該スプリングによる包装又はラップを解くこ
ととなって、もはやトルクは出力ハブに伝達されず、ク
ラッチは係合状態にない。
【０００４】スプリングクラッチの他の実施例では、ク
ラッチは、通常時、係合解除状態にある。例えば米国特
許第3,185,276号にはスプリングの解放と云うよりは、
スプリングでのラップ又は包装を解くためにスリーブの
作用が利用されている。スプリング包装の解除はクラッ
チを係合状態となす。しかしながら、これらは数多くの
スプリングクラッチ例の内のごく僅かである。
【０００５】電磁気的に作動させられるスプリングクラ
ッチは電気−磁気コイル又は電磁コイルを利用し、スプ
リングの解放及び／又はラップ解除を制御している。そ
うした常時係合解除状態の電磁的に作動させられるラッ
プスプリングクラッチの一例は米国特許第4,263,995号
に示されており、ラップスプリングは、制御リングと出
力ハブに固定された隣接ショルダーとの間に磁場を作用
させ且つ磁束路の区域を形成することによってラップス
プリングをして、入力及び出力ハブからのラップ解除を
行わせている。磁束路を画成し且つ電磁コイルを収納す
る残りの区域は然るべき位置に固定され、上記２つのリ
ングのみが回転可能となる。磁場は電磁コイルの励磁に
よって生じている。米国特許第5,133,437号は、ブレー
キを有する、同様の電磁的に作動させられるスプリング
クラッチを開示している。
【０００６】しばしば、スプリングクラッチの出力部材
を複数の角度的に相互に離間する位置に対して割出しす
ること及び／又は該クラッチの回転を実行する必要性が
生ずる。米国特許第4,191,283号の例は、通常時、係合
状態の機械的に割出しが為されるスプリングクラッチで
ある。この特許においては、ソレノイド作動させられる
介在物がスプリングクラッチの回転自在部材と係合し、
該回転自在部材を複数の位置に停止させることによっ
て、クラッチを係合解除状態にしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】スプリングクラッチを
割出す現行の方法は多くの欠点や望ましからざる特徴を
有する。例えば、現在入手可能な割出しスプリングクラ
ッチは、典型的には、かなり嵩ばっていて、大切な空間
を塞いでいる。更に、それらの製造、組立、並びに取付
の費用に付加される多くの作動的な部品を有する。多く
の設計例ではホームポジションへの復帰は容易ではな
い。緩慢な入力速度及び／又は高摩擦負荷の適用方面に
おいて、こうした通常時係合状態の機械的に割出しが為
されるスプリングクラッチは、しばしば、スプリングが
部分的にのみ係合解除状態となる不充分なオーバーラン
による摩耗を呈することによって時期尚早の欠陥を生ず
る。
【０００８】しかしながら、これらは現行の割出しが為
されるクラッチに関連する問題の一部である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は電磁的に作動さ
せられるクラッチに関し、該クラッチの係合／係合解除
を為す一体的でセンサで励起させられる制御手段を備え
る。
【００１０】本発明の一実施例において、一体的制御手
段に対して検知した位置を表わす信号を提供するセンサ
は、該制御手段と一体的である。
【００１１】更なる一実施例において、クラッチは常時
係合解除状態のスプリングラップ型のクラッチである。
【００１２】更なる一実施例において、センサは磁場セ
ンサである。更なる実施例において、ホームポジション
は異なる磁場極性を検知する磁場センサによって検出さ
れる。
【００１３】本発明を特徴付ける新規性に関しての上述
の及びその他の種々の特徴及び長所は、ここに付加され
且つこの明細書の一部を形成する特許請求の範囲で特殊
性を伴って指摘される。しかしながら、本発明、そして
それを使用することによって得られる長所及び目的をよ
り良好に理解するために、この出願の更なる一部を形成
する図面や、本発明の好適実施例が図示及び記述されて
いる図面及びその伴う記載を参照すべきである。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１乃至図４において、本発明の
原理に従う電気−機械的な割出しクラッチの好適実施例
が示されており、該クラッチが全体的に符号４０で示さ
れている。この図示された好適実施例に係る割出しクラ
ッチ４は、電気−磁気式のスプリングクラッチ４２と、
該スプリングクラッチ４２に取付けられたハウジング４
４内に収納されると共に該スプリングクラッチ４２の磁
気コイル（不図示）に電気的に接続されたセンサ励起さ
れる制御回路とを含む。図示される実施例におけるスプ
リングクラッチ４２は、ここに参照用として記載する米
国特許第4,263,995号に概略的に示されるような電気−
磁気式スプリング・ラップ・クラッチである。しかしな
がら本発明は、ラップスプリング、摩擦ディスク、磁気
粉末並びにヒステリシス特性を含む他の型式の電磁クラ
ッチに適用され得ることを理解して頂きたい。
【００１５】図５乃至図７には、ハウジング４４内に収
納された制御回路４５の一実施例が示されており、クラ
ッチ４２の係合／係合解除を制御する。図７に示され
る、４つのピン４６は、制御回路４５の遠隔のマスター
制御ユニット４７に対する電気的接続のために用意され
ている。マスター制御ユニットは割出しクラッチ４０の
１つ或いはそれ以上のものが使用されている設備の全体
的作動を制御するものであってよい。実際上、マスター
制御ユニット４７は、大抵の場合、図８に示されるよう
に、複数の制御回路４５及びそれらに関連する複数のク
ラッチに対して接続される。
【００１６】図６に示されるように、上記４ピンの内、
ピン１は２４ボルト直流供給電圧（ＶＤＣ）、ピン２は
接地、ピン３はホーム信号（制御回路４５によってホー
ムポジションが検出されたときにロー"low"となる）、
並びにピン４はリセット或いはクラッチ係合信号（通常
時ロー"low"、アクティブハイ"active high"）にそれぞ
れ接続されるように、制御回路４５に接続されている。
【００１７】図９（Ａ），図９（Ｂ），図１０（Ａ），
図１０（Ｂ），図１０（Ｃ）においては、制御回路４５
をクラッチ４２に取付ける実施例が示されている。図９
（Ａ）及び図９（Ｂ）に示されるように、電磁コイルは
略々矩形状のハウジング部分５１を有するコイルハウジ
ング５０内に含まれている。電磁コイルに電気的に接続
されている２つのターミナルピン５２がハウジング部分
５１内に延びている。制御回路４５は、上記ターミナル
ピン５２を受入れる孔５４を有する回路ボード５３に配
置される。回路ボード５３をハウジング部分５１内に挿
入して、ターミナルピン５２が回路ボード５３上の制御
回路４５の適切な接点に半田付けされる。こうして４ピ
ン４６は回路ボード５３から上方へ突出することにな
る。
【００１８】コイルハウジングキャップ５６の実施例が
図１０（Ａ），（Ｂ）並びに（Ｃ）に示されている。コ
イルハウジングキャップ５６はコイルハウジング５０上
にスナップ嵌めされて、制御回路４５を収納するハウジ
ング４４を形成するように設けられている。コイルハウ
ジングキャップ５６は、該コイルハウジングキャップ５
６の両側にそれぞれ設けられた２つの弾性的なサイドス
ナップ部材５５を備えており、コイルハウジング部分５
１のサイド部材５８にそれぞれ係合することによってこ
のコイルキャップ５６を然るべき位置に保持している。
コイルハウジングキャップ５６をコイルハウジング部分
５１に挿入すると、サイドスナップ部材５５の上方縁５
５ａがサイド部材５８の下方縁５８ａをスライドして、
該上方縁５５ａが該下方縁５８ａと係合するまで、サイ
ドスナップ部材５５はサイド部材５８の傾斜面５８ｂに
よって外側にバイアスされる。コイルハウジングキャッ
プ５６は回路ボード５３上の４ピン４６に整合した電気
的ハウジング５７を有しており、マスター制御ユニット
４７からの対応する４−ピン電気的コネクタの挿入に及
んで、適切な電気的接続が為されることとなる。
【００１９】図１乃至図４と、図１１（Ａ）乃至図１１
（Ｃ）に示されるように、クラッチ４２の被駆動シャフ
ト４９と共に回転するためにそれに圧入されたディスク
部材４８は、該ディスク部材４８の外周に１つ或いは相
互に離間されて配置された複数の磁気領域４８ａを有す
る。このディスク部材４８の好適実施例は、ナイロン６
で成形され、ストロンチウムフェライトが埋設されたも
のである。磁気領域は放射方向に配向されている。この
ディスクは初期的には消磁状態で製造されてから、上記
被駆動シャフト４９への圧入前に磁化される。他の実施
例としては、プラスチック製ディスク部材４８を該プラ
スチック製ディスク部材４８の周辺における複数の所望
位置に配置されたマグネットと共に用いることも可能で
ある。
【００２０】磁場の存在を検知するセンサ５９は、上記
制御回路４５と一体的であり且つディスク部材４８の磁
気領域４８ａと略々同一の垂直方向面に設けられてい
る。図示された実施例において、センサ５９に対して整
合状態にある磁気領域４８ａと該センサ５９との間のギ
ャップは０．０８８９ｃｍ（０．０３５インチ）であ
る。センサ５９の好適実施例としては、ホール効果セン
サ（ＵＧＮ３２３５Ｋ：マサチューセッツ州ウォースタ
ーのAllegro Microsystems, Inc.製）がある。このセン
サは１７５ガウスの最大磁場によって励起される。理解
して頂けるように、光学センサ等の他のタイプのセンサ
でも被駆動シャフト４９の角度位置を検知すべく使用可
能である。注記したように、この好適実施例におけるセ
ンサ５９は制御回路４５の一体的な部分である。しかし
ながら、本発明の他の実施例として、こうしたセンサ５
９或いは他種の検知装置を制御回路４５から隔てて配置
してもよい。
【００２１】図１１（Ｃ）に概略的に示される好適実施
例において、複数個のマグネットの内の１つはＮ極マグ
ネットであり、残りのマグネットはＳ極マグネットであ
る。このＮ極マグネットはホームポジション指示器とし
ての役割を果たす。図示の実施例においては、磁気領域
４８ａが１２個存在している。しかしながら、理解して
頂けるように、こうした磁気領域個数は幾つであっても
よい。事実、磁気領域４８ａがたった１つしか存在しな
い場合も可能であり、その場合、特別なホームポジショ
ン指示器の（ための更なる磁気領域４８ａの）必要性は
なくなる。
【００２２】次に図１２を参照して、制御回路４５の動
作を説明する。ステップ６０において、リセット信号が
遠隔のマスター制御器から制御回路４５へ送り出されて
（信号ラインが少なくとも１ミリ秒の間、ハイ"high"
となる）、ステップ６２で表わされるようにクラッチ４
２を作動（係合）し、該クラッチ４２によって被駆動シ
ャフト４９を回転させる。それから制御回路はステップ
６６でホームポジションを誤りに設定する。ステップ６
８において、制御回路はリセット信号が非活動状態とな
るまで待機する。もしリセット信号が依然として活動状
態（ハイ"high"）にあれば、制御回路４５はセンサ５９
によって検知された次の角度位置に対して反応しない。
もしリセット信号がもはや活動状態になければ（ロー"l
ow"）、制御回路はセンサ５９によって検知された次の
角度位置に反応できる。もし次の角度位置がステップ７
０で検知されると、ステップ７２で制御回路４５は（検
知されるマグネットがセンサ５９を通過する際の）角度
位置がもはや検知されなくなるまで待機する。角度位置
がもはや検知されなくなると、ステップ７４で制御回路
はこれはホームポジションであるかどうかををチェック
し、もしそうであれば、ステップ７６でホームフラッグ
が設定される。ホームポジションであるかどうかに拘ら
ず、ステップ７８でクラッチ４２もまた係合解除（停
止）される。それから制御回路４５は、ステップ６０で
次のリセット信号を待機する。
【００２３】図５に示されるように、ホームポジション
はＮ極マグネットを検出するセンサ５９によって決定さ
れており、そのときに該センサ５９からのピン（３）の
出力はロー"low"となる。もしＳ極マグネットが検出さ
れると、センサ５９からのピン（２）はロー"low"とな
る。理解して頂けるように、ホームポジション検出に関
する他の装置及び方法が本発明の原理に調和して利用さ
れ得る。例えば、ホーム検出は、多重的なセンサ、複数
のガウスレベル、線形ホール装置、磁場の大きさ変化等
々によって達成され得る。光学的なセンサもディスクに
おける異なる大きさのスロットを検知すべく使用可能で
ある。
【００２４】図１３はクラッチ４０の作動中における種
々の制御ラインの状態を示している。リセット信号（ラ
イン８０が１ミリ秒の間、ハイ"high"へのフロートが許
容される）が遠隔のマスター制御ユニット４７からコネ
クタ用ピン４を介して制御回路に受け取られたとき、励
磁電流（ライン８２がハイ"high"）をクラッチ４２の電
磁コイルに送り出す制御回路４５によって該クラッチ４
２は作動又は係合される。たとえホームポジション信号
（ライン８４がロー"low"となる）がセンサ５９から検
知されても、制御回路４５は該ホームポジション信号が
もはや存在しなくなって、励磁電流がオフされるまで、
クラッチ４２を励磁し続ける。それで、遠隔のマスター
ユニットに対するホーム信号ライン８６はロー"low"に
引き下げられ、クラッチがホームポジションにあること
を指示する。ホーム信号ラインは、次のリセット信号が
遠隔のマスター制御ユニットから受け取られて、ホーム
信号ライン８６がハイ"high"になって、クラッチがもは
やホームポジションにないことを指示するまでロー"lo
w"に維持される。更に、クラッチは励磁又は励起され
る。Ｓ極マグネットの検出に及んで、センサ５９のピン
２からのライン８８はロー"low"となって、次に割出さ
れる位置又はマグネットの検出を指示する。クラッチ
は、ハイ"high"となっているライン８８によって指示さ
るように、Ｓ極マグネットがもはや検知されなくなるま
で、励磁され続ける。このとき、クラッチは励磁解除／
励起解除されて、被駆動シャフトの動作を停止し、制御
回路４５は遠隔のマスター制御回路からの次のリセット
信号に待機する。
【００２５】上述の説明から理解されるように、本発明
の原理に従った種々の実施例の数多くの特性及び長所等
は、本発明の構造及び機能と共に上述の説明に詳述され
ているが、この開示はただの例示的なものであり、種々
の変更等、特に本発明の原理内においての各種パーツの
形状、大きさ及び構成等は、添付の特許請求の範囲に表
現される用語の広範な意味合いによって示される全幅に
亙って、詳細に為される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の原理に従ったクラッチ装置の
一実施例の斜視図である。
【図２】図２は、図１に示されるクラッチの端面図であ
る。
【図３】図３は、図１に示されるクラッチの対向する端
面図である。
【図４】図４は、図１に示されるクラッチ装置の側面図
である。
【図５】図５は、本発明の原理に調和した制御回路実施
例の概略線図である。
【図６】図６は、遠隔のマスター制御ユニットに接続さ
れたクラッチ制御回路実施例の電気信号／ブロック線図
である。
【図７】図７は、クラッチ制御回路をマスター制御ユニ
ットに対して接続するための電気的な４ピンコネクタ実
施例の上面図である。
【図８】複数のクラッチ制御回路に接続されているマス
ター制御ユニットを示す線図である。
【図９】図９（Ａ）及び（Ｂ）は図１の示されるクラッ
チ実施例に用いられる電磁コイルハウジングの斜視図及
び断面図であり、制御回路ボードが該ハウジングから取
り外されている状態を図９（Ａ）に示し、該ハウジング
に挿入されている状態を図９（Ｂ）に示す。
【図１０】図１０（Ａ）、（Ｂ）、並びに（Ｃ）は、そ
れぞれ、コイルハウジング上に嵌合され且つ該コイルハ
ウジング内に配置された制御回路ボードを収納する電磁
コイルハウジングキャップ実施例の斜視図、側面図、並
びに断面図を示す。
【図１１】図１１（Ａ）、（Ｂ）、並びに（Ｃ）は、そ
れぞれ、図１に示されるクラッチ実施例に用いられる磁
気的ディスク実施例の斜視図、断面図、並びに側面図を
示す。
【図１２】図１２は、クラッチ装置及びその制御回路の
動作を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、クラッチ装置及びその制御回路の
動作を示す信号タイムチャートである。
【符号の説明】
４０ 割出しクラッチ ４２ スプリングクラッチ ４５ 制御回路 ４６ ４ピン ４７ マスター制御ユニット ４８ ディスク部材 ４８ａ 磁気領域 ４９ 被駆動シャフト ５０ コイルハウジング ５３ 回路ボード ５６ ハウジングキャップ ５９ センサ
フロントページの続き (72)発明者 マーク・エー・ケンプ アメリカ合衆国 55077 ミネソタ、イン ヴァー・グローブ・ハイツ、アクロン・ア ヴェニュ 1052 (72)発明者 アンソニー・エム・ハリソン アメリカ合衆国 55025 ミネソタ、フォ レスト・レーク、トゥエルフス・アヴェニ ュ・サウス・イースト 520

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電磁的に作動されるクラッチ装置であっ
    て、 前記クラッチを係合／係合解除する一体的な制御回路手
    段と、 前記制御回路手段に検知位置を表わす信号を提供するセ
    ンサ手段と、を備えるクラッチ装置。
  2. 【請求項２】 前記センサ手段は前記制御回路手段と一
    体的である、請求項１に記載のクラッチ装置。
  3. 【請求項３】 １つ又はそれ以上の相互に離間された磁
    気領域が、前記クラッチ装置の出力シャフトと共に回転
    するために該出力シャフトに取付けられた部材の周辺近
    辺に配置されている、請求項２に記載のクラッチ装置。
  4. 【請求項４】 前記１つ又はそれ以上の磁気領域の内の
    第１の磁気領域は、他の磁気領域とは反対極性であり、
    該第１の磁気領域はホームポジションを示している、請
    求項３に記載のクラッチ装置。
  5. 【請求項５】 前記センサ手段はホール効果センサであ
    る、請求項４に記載のクラッチ装置。
  6. 【請求項６】 前記センサ手段は光学的センサであり、
    該光学的センサは前記クラッチ装置の出力シャフトの角
    度位置を検知する、請求項２に記載のクラッチ装置。
  7. 【請求項７】 前記センサ手段は前記クラッチ装置から
    遠隔の位置に配置されている、請求項１に記載のクラッ
    チ装置。
  8. 【請求項８】 前記クラッチはスプリングラップ型の電
    磁クラッチである、請求項１に記載のクラッチ装置。
  9. 【請求項９】 電磁コイルを有する電磁的に作動される
    クラッチ装置であって、 前記クラッチを係合／係合解除する制御回路手段であ
    り、前記電磁コイルに電気的に接続されて該コイルを励
    磁及び励磁解除する制御回路手段であり、遠隔のマスタ
    ー制御ユニットに対する電気的接続用の複数の電気的接
    点を含むとともに、前記クラッチ上のハウジング内に配
    置された回路ボードを含む制御回路手段と、 前記制御回路手段と一体的であり且つ前記ハウジング内
    に配置されて、前記制御回路手段に検知された位置を表
    わす信号を提供する磁場センサ手段と、 前記クラッチ装置の出力シャフトと共に回転するために
    該出力シャフトに取付けられたディスク部材の周辺近辺
    に取付けられた複数の相互に離間された磁気領域であ
    り、該複数の磁気領域の内の第１の磁気領域は他の磁気
    領域とは反対極性を有すると共にホームポジションを示
    すことから成る複数の相互に離間された磁気領域と、を
    備えるクラッチ装置。
  10. 【請求項１０】 クラッチを係合及び係合解除すると共
    に電磁的に作動する方法であって、 前記クラッチに関連する制御回路に信号を送出すること
    によって、前記制御回路が前記電磁クラッチを係合させ
    るべく該電磁クラッチを励磁して、前記クラッチを係合
    し、 前記クラッチによって駆動させられた所定物の位置を検
    知し、 前記クラッチに関連する前記制御回路による所定位置の
    検出に及んで、前記クラッチを係合解除する、諸段階を
    含む方法。
  11. 【請求項１１】 係合状態の前記クラッチによって駆動
    させられるシャフトの角度位置を検知する段階を含む、
    請求項１０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記被駆動シャフト回りの角度的に隔
    たった複数の固定位置に配置された複数の相互に離間さ
    れた磁気領域によって生成される磁場を検知する段階を
    含む、請求項１１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 異なる極性の磁場を検知し且つ区別す
    る段階を含む、請求項１２に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記制御回路が前記被駆動シャフトが
    ホームポジションにあることを表わすホーム信号を発生
    する、請求項１３に記載の方法。
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