JP2005291398A - オフブレーキ機構およびこれを用いる運動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源断でブレーキがかかるオフブレーキ機構を提供し、不意の停電などにより生じる事故を防止する。
【解決手段】 動力部分への通電により移動する運動装置のオフブレーキ機構において、ブレーキシャフトまたはブレーキディスクを両側から挟み込む２つのブレーキシューと、開放状態で前記ブレーキシューを前記ブレーキシャフトまたはブレーキディスクに押しつけるバネ手段と、電力供給時に当該バネ手段を圧縮状態に保持するバネ圧縮機構とを設け、電源遮断時には前記バネ手段を開放することにより摩擦を働かせて制動力を得る。バネのリアクションを利用して固定シャフトを反対側から挟み込む構成としているので、少ない力で強い制動力を得られる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電源断でブレーキがかかるオフブレーキ機構およびこれを用いるリニアモータ式リニアステージなどの運動装置に関する。

例えば半導体ウエハーの位置決めや精密部品の組み立てにリニアステージが用いられている（例えば特許文献１）。リニアモータ式リニアステージは高速で往復直線運動を行い精度の高い位置決めが可能である。

しかしながら、リニアモータ式リニアステージはそのブレーキ機構も電気で駆動するため、電力供給時にはブレーキがかかるが、電源が遮断された場合にブレーキがかからないという問題があった。そのため、駆動中に不意の停電などで電源が遮断された場合は慣性でリニアステージが進んでしまい、予期せぬ事故が発生してしまうという問題がある。
特開平１１−２０７５５９号公報

本発明が解決しようとする問題点は、リニアステージのような運動装置において電源が遮断された場合にブレーキがかからないことである。そこで本発明は、電源が遮断された場合に少ない力で強い制動力を得られるオフブレーキ機構およびこれを用いる運動装置を提供することを目的とする。

本発明に係るオフブレーキ機構は、電力供給時にバネを圧縮してブレーキをリリースするとともに、電源遮断時には前記バネを開放して固定シャフトとの摩擦を働かせて制動力を得ることを最も主要な特徴とする。また、バネのリアクションを利用して固定シャフトを両側から挟み込む構成とし、少ない力で強い制動力を得られるようにしたことを特徴とする。

より具体的には、動力部分への通電により移動可能となる運動装置のオフブレーキ機構であって、ブレーキシャフトまたはブレーキディスクに接触して制動力を生じさせる第１のブレーキシューと、開放状態で前記第１のブレーキシューを前記ブレーキシャフトまたはブレーキディスクに押しつけるバネ手段と、前記バネ手段が第１のブレーキシューを付勢する反動を利用して前記ブレーキシャフトまたはブレーキディスクを前記第１のブレーキシューの反対側から挟み込む第２のブレーキシューと、前記バネ手段を圧縮状態に保持するバネ圧縮機構とを具え、当該バネ圧縮機構は、前記動力部分へ電力が供給されている場合に前記バネ手段を圧縮し、前記電力が遮断された場合に前記バネ手段を開放することを特徴とする。

前記第１および第２のブレーキシューは前記バネ手段の付勢方向に摺動可能に前記運動装置に取り付けられているとともに、当該オフブレーキ機構が電力供給時における前記第１および／または第２のブレーキシューと前記ブレーキシャフトまたはブレーキディスクとの間隔を調整する手段を具えることが有効である。

前記バネ圧縮手段は電磁マグネットを具えることが有効である。

本発明に係る運動装置は、動力部分の電力が停止した場合にブレーキがかかるオフブレーキ機構を備える運動装置において、前記オフブレーキ機構が、ブレーキシャフトまたはブレーキディスクに接触して制動力を生じさせる第１のブレーキシューと、開放状態で前記第１のブレーキシューを前記ブレーキシャフトまたはブレーキディスクに押しつけるバネ手段と、前記バネ手段が第１のブレーキシューを付勢する反動を利用して前記ブレーキシャフトまたはブレーキディスクを前記第１のブレーキシューの反対側から挟み込む第２のブレーキシューと、前記バネ手段を圧縮状態に保持するバネ圧縮機構とを具え、当該バネ圧縮機構は、前記動力部分へ電力が供給されている場合に前記バネ手段を圧縮し、前記電力が遮断された場合に前記バネ手段を開放することを特徴とする。

好適な実施例において、前記運動装置は精密作業用のリニアステージである。

本発明はまた、前記運動装置を具えて構成されることを特徴とする精密作業機械に関する。

本発明のオフブレーキ機構は、電力遮断時にバネ手段を開放してブレーキシューをブレーキシャフトまたはブレーキディスクに押しつける構造としているため、予期せぬ電力遮断時に確実に装置を静止させることができ、不意の停電などによる事故を防止することができる。また、バネ手段が第１のブレーキシューを付勢する反動を利用して第２のブレーキシューでブレーキシャフトまたはブレーキディスクを挟み込む構成としたため、少ない力で大きな制動力を得ることができる。

本発明を実施するための最良の形態を、添付の図面を参照しながら以下に詳細に説明する。図１は、例えば精密工作装置におけるリニアステージ部分の構成を示す部分概略図である。リニアステージ１は固定されたメインシャフト２に沿って図１の左右方向に往復直線運動を行う運動装置であり、磁石を円筒状に構成した直動モータを有し（図示せず）、磁石が発生する磁界を推力に変換して移動する。図１に示す装置は、例えば半導体ウエハの位置決めおよびスキャニング、精密部品の組み立てや加工、光学部品の位置決め、光通信部品のアライメント、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）、生物試料の位置決めなどの精密工作機械であり、リニアステージ１は高速微細送りなど高い制御特性を有する。通常運用時の駆動や制動はその内部機構が担うが、リニアモータを具えるリニアステージは公知であり、本発明の特徴はオフブレーキ機構にあるためここにおける詳細な説明は省略する。

本発明のリニアステージ１は、緊急停止用のオフブレーキ機構１０を具えている。図２は、図１に示すオフブレーキ機構１０のＡ−Ａ’線断面図である。図２に示すように、オフブレーキ機構１０は、加工装置に固定された角型ブレーキシャフト４を両側から第１および第２のブレーキシュー１１、１２で挟み込んで制動力を得る構成である。オフブレーキ機構１０は、大別して３つのユニットを具えている。第１のブレーキブロック１３と、第２のブレーキブロック１４と、駆動ブロック１５である。図２に示すように、ブレーキシュー１１、１２はそれぞれ第１のブレーキブロック１３と第２のブレーキブロック１４がブレーキシャフト４に接する位置に設けられている。

図３は、図２に示すブレーキ機構のＢ−Ｂ’線断面図である。図３に示すように、第１のブレーキブロック１３と第２のブレーキブロック１４は各々の基部に構成された凹凸で歯合しており、互いに近づいたり離れたりする方向（ブレーキシャフト４の直交方向）にのみ摺動可能である。図２および図３に示すように、第１および第２のブレーキブロック１３、１４との間には、お互いに離れる方向に作用する第１のバネ３１が設けられている。

図１〜図３に示すように、各ブロック１３〜１５はスライドテーブル２０の上に設けられており、このスライドテーブル２０は、運動装置１から少し浮いた状態で、ブレーキシャフト４と直交する方向にリニアステージ本体に固定された２本のガイドレール２２上に摺動可能に搭載されている。第２のブレーキブロック１４はボルト３３によりスライドテーブル２０に固定されており、スライドテーブル２０と一体的に摺動する。第１のブレーキブロック１３および駆動ブロック１５はこれらのユニットに対し、ブレーキシャフト４と直交する方向に摺動可能に搭載されている。

図２に示すように、スライドテーブル２０の一方の端部は上方に屈曲しており、ここに駆動ブロック１５用のストッパ３５が構成されている。また、スライドテーブル２０の他方の端部側にはストッパ３７が配設されている。このストッパ３７はリニアステージ本体に固定されたベース３０から延在しており、スライドテーブル２０の可動範囲を制限している。また、スライドテーブル２０とベース３０とは第２のバネ３９で接続されている。なお、図１に示すようにスライドテーブル２０は中央部分が低く延在するよう曲折されており、オフブレーキ機構１０や装置の小型化を実現している。

図３に示すように、駆動ブロック１５は、芯材１７とその周囲に巻かれた電磁コイル１８でなる電磁マグネットと、駆動ブロック１５の両側に配置された第３のバネ１９ａ、１９ｂとを具える。ここで、バネ強度は第２のバネ３９＜第１のバネ３１＜第３のバネ１９となっている。第１のブレーキブロック１３と駆動ブロック１５の間には極薄の真鍮板２５が配置されている。コイルバネ１９は、第１のブレーキブロック１３を紙面左方向に、駆動ブロック１５を紙面右側方向に付勢している。電磁コイル１８はリニアステージ１の電源に接続されており、リニアステージ１に電力が供給されている場合に電磁コイル１８に電流が流れ、リニアステージ１への電力が遮断された場合にはコイル１８に流れる電流も遮断される。なお、電磁コイル１８の巻き数などはオフブレーキ機構１０を適用する運動装置の種類や目的などに応じて適宜決定されるものとする。

ブレーキシュー１１、１２の位置調整は、ストッパ３５、３７に設けられた調節ねじ３５ａ、３７ａで行う。例えば本実施例のリニアステージでは、ブレーキリリース時にブレーキシャフト４と第１および第２のブレーキシュー１１、１２との間が各々約１ｍｍのクリアランスとなるよう調節ねじ３５ａ、３７ａが設定されている。

このオフブレーキ機構１０の動作を説明する。リニアステージ１に電力が供給されている場合、電磁コイル１８に電流が流れて強力な磁界が発生する。これにより、第１のブレーキブロック１３と駆動ブロック１５が互いに引き付け合い、両ブロックは第３のバネ１９を圧縮して密着する。この状態では、第１のバネ３１により第１のブレーキブロック１３と第２のブレーキブロック１４が離隔され、第２のバネ３９により第２のブレーキブロック１４側がストッパ３７に当接することから、ブレーキシャフト１４と各ブレーキシュー１１、１２との間には各々約１ｍｍづつのギャップが生じる。したがってブレーキがリリースされた状態となり、リニアステージ１が移動可能となる。

何らかの原因によりリニアステージ１への電力供給が遮断された場合、電磁コイル１８の電流は流れず、したがって磁界が消失する。すると今まで磁力により密着していた第１のブレーキブロック１３と駆動ブロック１５が第３のバネ１９の力により離れ、第１のブレーキブロック１３はブレーキシャフト４の方向へ付勢される。同時に、第３のバネ１９の反発力により駆動ブロック１５が第１のブレーキブロック１３の反対側へ付勢される。これにより、スライドテーブル２０が図２において右方向に移動し、スライドテーブル２０に固定された第２のブレーキブロック１４をブレーキシャフト４側に移動する。この結果、第１および第２のブレーキシュー１１、１２がブレーキシャフト４を挟み込み、強力な摩擦力を生じさせる。これにより強力なブレーキがかかり、リニアステージ１は停止する。この状態を図２に示す状態と比較すると、各ブレーキシュー１１、１２がブレーキシャフト４側に１ｍｍずつ移動して当接し、第１のブレーキブロック１３と駆動ブロック１５との間に約２ｍｍのクリアランスが生じることとなる。第３のバネ１９のリアクションを利用してブレーキシャフト４を両側から挟むようにしたため、第３のバネ１９が第１のブロック１３を付勢する力で同時に第２のブロック１４を付勢することになり、２倍の制動力を得ることができる。

なお、上述の実施例ではオフブレーキ機構１０は運動装置１とは独立して固定されたブレーキシャフト４を挟み込んで制動力を生じさせる構成であるが、本発明の技術的範囲は上記実施例に限定されるものではない。すなわち、例えば運動装置が車輪を具える乗り物等であってもよく、その場合にオフブレーキ機構は回転するブレーキディスクを両側から挟んで制動するよう構成されることは当業者であれば自明である。

また、オフブレーキ機構１０を構成する各部材の寸法や形状なども上記実施例に限定されるものではなく、適用する運動装置の種別や大きさ等に合わせて適宜決定されるものとする。

電力遮断時にバネ手段を開放して２つのブレーキシューでブレーキシャフトまたはブレーキディスクを挟み込む構造としており、例えば半導体や液晶の製造装置やダイヤモンド加工装置等における位置決め用のリニアステージのオフブレーキ機構として好適に用いることができる。

精密加工装置におけるリニアステージ部分の構成を示す部分概略図である。 図１に示すオフブレーキ機構１０のＡ−Ａ’線断面図である。 図２に示すオフブレーキ機構１０のＢ−Ｂ’線断面図である。

符号の説明

１ リニアステージ（運動装置）
２ メインシャフト
４ ブレーキシャフト
１０ オフブレーキ機構
１１、１２ ブレーキシュー
１３ 第１のブレーキブロック
１４ 第２のブレーキブロック
１５ 駆動ブロック
１７ 芯材
１８ 電磁コイル
１９ 第３のバネ
２０ スライドテーブル
２２ ガイドレール
３５、３７ ストッパ

Claims (6)

1. 動力部分への通電により移動可能となる運動装置のオフブレーキ機構であって、ブレーキシャフトまたはブレーキディスクに接触して制動力を生じさせる第１のブレーキシューと、開放状態で前記第１のブレーキシューを前記ブレーキシャフトまたはブレーキディスクに押しつけるバネ手段と、前記バネ手段が第１のブレーキシューを付勢する反動を利用して前記ブレーキシャフトまたはブレーキディスクを前記第１のブレーキシューの反対側から挟み込む第２のブレーキシューと、前記バネ手段を圧縮状態に保持するバネ圧縮機構とを具え、当該バネ圧縮機構は、前記動力部分へ電力が供給されている場合に前記バネ手段を圧縮し、前記電力が遮断された場合に前記バネ手段を開放することを特徴とするオフブレーキ機構。
2. 請求項１に記載のオフブレーキ機構において、前記第１および第２のブレーキシューは前記バネ手段の付勢方向に摺動可能に前記運動装置に取り付けられているとともに、当該オフブレーキ機構が電力供給時における前記第１および／または第２のブレーキシューと前記ブレーキシャフトまたはブレーキディスクとの間隔を調整する手段を具えることを特徴とするオフブレーキ機構。
3. 請求項１または２に記載のオフブレーキ機構において、前記バネ圧縮手段は電磁マグネットを具えることを特徴とするオフブレーキ機構。
4. 動力部分の電力が停止した場合にブレーキがかかるオフブレーキ機構を備える運動装置において、前記オフブレーキ機構が、ブレーキシャフトまたはブレーキディスクに接触して制動力を生じさせる第１のブレーキシューと、開放状態で前記第１のブレーキシューを前記ブレーキシャフトまたはブレーキディスクに押しつけるバネ手段と、前記バネ手段が第１のブレーキシューを付勢する反動を利用して前記ブレーキシャフトまたはブレーキディスクを前記第１のブレーキシューの反対側から挟み込む第２のブレーキシューと、前記バネ手段を圧縮状態に保持するバネ圧縮機構とを具え、当該バネ圧縮機構は、前記動力部分へ電力が供給されている場合に前記バネ手段を圧縮し、前記電力が遮断された場合に前記バネ手段を開放することを特徴とする運動装置。
5. 請求項４に記載の運動装置であって、当該運動装置が精密作業用のリニアステージであることを特徴とする運動装置。
6. 請求項５に記載の運動装置を具えて構成されることを特徴とする精密作業機械。

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