JP2007100747A

JP2007100747A - 回転ブレーキ装置

Info

Publication number: JP2007100747A
Application number: JP2005288310A
Authority: JP
Inventors: Akio Matsui; 明男松井
Original assignee: Pubot Giken Co Ltd
Current assignee: Pubot Giken Co Ltd
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2007-04-19

Abstract

【課題】小形化が可能で、関節リンク機構の関節部などに簡単に装着することができ、回動部にブレーキをかけて確実にロックし得るブレーキ装置を提供する。
【解決手段】ブレーキ輪本体６の環状ブレーキ板部６１にブレーキ力となる押圧力を印加するブレーキ中間輪９がケース１内に回動を阻止し軸方向に移動可能に嵌入される。ケース１の端部には、ロータリーアクチュエータ１６によって回動されるブレーキ外輪２が回転可能に嵌入される。ブレーキ外輪２とブレーキ中間輪９の対向する面には、各々複数の円弧状傾斜面を段差部を介して円周状に配置した第１環状傾斜面２２と第２環状傾斜面９１が形成される。第１環状傾斜面２２と第２環状傾斜面９１の間には、円弧形のリテーナ内に複数のローラ４を回転自在に支持してなるローラ組付体３がローラを両側から挟むように配設される。
【選択図】図１

Description

本発明は、リンクの関節部などの回動部にブレーキをかけてロックする回転ブレーキ装置に関する。

近年、各種の産業分野で多関節の関節リンク機構が使用され、例えば溶接を行なう関節リンク機構においては、リンクアームの先端に溶接ヘッドが装着され、被溶接物に対して溶接ヘッドの溶接電極、溶接トーチ、溶接ノズルなどを近づけ、自動的に溶接が行なわれる（下記特許文献１などを参照）。
特開２００３−１８１６４８

ところで、関節とリンクアームを有する関節リンク機構は、通常、数値制御を行うコンピュータによりその動きを制御され、リンクアームの先端に取り付けた溶接ヘッドの溶接電極など加工工具の３次元座標位置を正確に検出しながら、ＮＣ制御によって３軸或はそれ以上の軸を駆動制御して、加工工具の先端位置の３次元座標制御を行っている。

しかしながら、数値制御を行う関節リンク機構では、関節アームの先端位置つまり加工工具の先端位置が静止した状態に制御される場合でも、各軸のサーボモータが位置検出データに基づき、常に３次元座標位置の制御を行うため、常時サーボモータが微細に正逆回転を行い、このために、加工工具の先端位置が僅かに振動する（震える）現象が生じている。

このため、溶接作業などにおいて、加工工具である溶接電極などの位置を、完全に静止させて作業を行う必要がある場合、関節アームの関節を固定して先端位置の振動を防止する必要が生じていた。

そこで、多関節型の関節リンク機構における特定の関節を一時的にロックするようにブレーキをかける回転ブレーキ装置を関節部に装着することが検討されたが、現状では、関節アームの関節部に簡単に装着して、確実にアームをロックできる小型の回転ブレーキ装置は未だ開発されていない。

本発明は、上述の点に鑑みなされたもので、小形化が可能で、関節リンク機構の関節部などに簡単に装着することができ、回動部にブレーキをかけて確実にロックすることができる回転ブレーキ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１の回転ブレーキ装置は、円筒型のケース内に回転可能に収納されたブレーキ輪本体にブレーキをかけてロックする回転ブレーキ装置であって、該ブレーキ輪本体の環状ブレーキ板部にブレーキ力となる押圧力を印加するブレーキ中間輪が該ケース内に回動を阻止し軸方向に移動可能に嵌入され、該ケースの端部には、ロータリーアクチュエータによって回動されるブレーキ外輪が回転可能に嵌入され、該ブレーキ外輪と該ブレーキ中間輪の対向する面には、各々複数の円弧状傾斜面を段差部を介して円周状に配置した第１環状傾斜面と第２環状傾斜面が形成され、該第１環状傾斜面と第２環状傾斜面の間には、円弧形のリテーナ内に複数のローラを回転自在に支持してなるローラ組付体が該ローラを両側から挟まれるように配設され、該ブレーキ外輪の回動に応じて該ローラが該第１環状傾斜面と第２環状傾斜面間で転動し、該ローラ組付体のローラを介して該ブレーキ中間輪に押圧力を印加し、該ブレーキ中間輪が該ブレーキ輪本体の環状ブレーキ板部にブレーキ力となる押圧力を印加することを特徴とする。

ここで、上記請求項１記載の回転ブレーキ装置においては、上記ブレーキ輪本体の環状ブレーキ板部の両側にブレーキ押圧輪が介装され、両側のブレーキ押圧輪で該環状ブレーキ板部を挟むようにブレーキ力となる押圧力を印加することができる。

また、上記ブレーキ外輪の外周部は、上記ケース内においてスラストベアリングを介して回転可能に支持することができる。

また、上記請求項１記載の回転ブレーキ装置においては、上記ケースの一方の端部に第１アーム固定板が固定され、該ケースの他方の端部から突出する前記ブレーキ輪本体の端部に、第２アーム固定板が固定され、該第１アーム固定板は関節リンク機構における元部側のリンクアームに固定され、該第２アーム固定板は先端側のリンクアームに固定することができる。

上記構成の回転ブレーキ装置は、例えば関節リンク機構の関節部に並列に取り付けて使用される。関節部に取り付ける場合、この回転ブレーキ装置は関節リンク機構のリンクアームと共に回動するように取り付け、元部側のリンクアームが第１アーム固定板に固定され、先端側のリンクアームが第２アーム固定板に固定される。先端側のリンクアームはケース内に回転可能に嵌入したブレーキ輪本体により回動可能であり、リンクアームを回転させるアクチュエータとして、例えばリング状の振動モータを使用する場合、振動モータのステータをケース外周部に固定し、そのロータを第２アーム固定板に固定する。

リンクアームの関節部をロックする場合、ブレーキ用のロータリーアクチュエータを動作させてブレーキ外輪を所定の方向に回動させる。ブレーキ外輪の回転により、その第１環状傾斜面がローラ組付体のローラを円周方向に転動させながら、ブレーキ中間輪の第２環状傾斜面を押圧する。これにより、押圧されたブレーキ中間輪が、ブレーキ輪本体の環状ブレーキ板部にブレーキ力となる押圧力を印加してブレーキ輪本体をロックする。

このように、本回転ブレーキ装置によれば、リンクアームの関節部などに装着可能な程度に小形に構成することができ、しかも、円周上に配置された複数のローラ取付体を環状傾斜面で挟むようにして、ブレーキ輪本体にブレーキ力となる押圧力を生じさせ、ロータリーアクチュエータの比較的小さい回転トルクから、強力なブレーキ力を発生することができる。さらに、ロータリーアクチュエータの１／４程度の回転或は最大でも半回転以内の回転で、迅速にブレーキ作動とブレーキ解除を繰り返すことができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は関節リンク機構の関節部に適用される回転ブレーキ装置の正面図を示し、図２はその断面図を、図３はその側面図を示している。１は、この回転ブレーキ装置のケースであり、端部にフランジを有した円筒状に形成され、側部の１箇所にキー部材１２をはめ込むために長孔１ａが形成されている。ケース１内には、後述のブレーキ外輪２、ローラ組付体３、ブレーキ輪本体６、ブレーキ中間輪９などが収納され、ケース１の端部のフランジには、第１アーム固定板１０がケース１内を閉鎖するように取り付けられ、固定ねじ１４により締め付け固定される。

ケース１内の第１アーム固定板１０側に、スラストベアリング１３を介してブレーキ外輪２が回転可能に収納される。ブレーキ外輪２は図５、図６に示すように、フランジを有した円筒容器状に形成され、底部中央に長円状の軸孔２１が形成され、この軸孔２１にはロータリーアクチュエータ１６の回転軸が嵌合される。ロータリーアクチュエータ１６は第１アーム固定板１０の外側に取り付けられ、その回転軸の回転によりブレーキ外輪２が回転駆動される。

また、ブレーキ外輪２のフランジの上面には、第１環状傾斜面２２が円周上に形成されている。この第１環状傾斜面２２は、４分割された円弧状傾斜面を、４個の段差部２３を介して円周上に形成したもので、図６のフランジ上面の展開図に示すように、９０度の間隔で４個の段差部２３が形成され、４個の円弧状傾斜面がそれらの段差部２３を繋ぐように第１環状傾斜面２２が形成されている。段差部２３の段差は例えば約１ｍｍに設定され、円周上のフランジ上面を、段差部２３により約１ｍｍの高低差をつけ、９０°の角度範囲で約１ｍｍの高低差分だけ傾斜するように円弧状傾斜面が形成されている。

４個の段差部２３の頂点は、図２に示すように、ケース１の軸Ｌに対し垂直な平面上に位置し、図６に示すように、各段差部２３の最下部から反ブレーキ回動方向に向かって傾斜面の位置が高くなるように、第１環状傾斜面２２の各円弧状傾斜面は形成されている。このようなブレーキ外輪２は、ケース１内に軸Ｌの回りで回動可能に収納され、上記のように、ロータリーアクチュエータ１６により半回転以下の角度で回転駆動される。

図２、図４に示すように、ケース１内のブレーキ外輪２の上方には、ローラ組付体３を介してブレーキ中間輪９が、回転を阻止され且つ軸方向にのみ僅かに移動可能に配設される。このブレーキ中間輪９は、図７に示すように、リング状に形成され、その環状の下面（ローラ組付体３を介してブレーキ外輪２の上面に向かう面）に、上記第１環状傾斜面２２と同様な構成の第２環状傾斜面９１が形成されている。このブレーキ中間輪６の下面は上記ブレーキ外輪２のフランジ上面と同じ外径、内径を持って形成され、第１環状傾斜面２２と第２環状傾斜面９１の形状も、上面と下面の違いは別として同一である。

すなわち、第２環状傾斜面９１は、第１環状傾斜面２２と同様に、円周方向に４分割された９０°の角度範囲の円弧状傾斜面を有して形成され、９０°の間隔で４個の段差部９２が設けられ、４個の円弧状傾斜面がそれらの段差部９２を繋ぐようにして第２環状傾斜面９１が形成されている。段差部９２の段差は例えば約１ｍｍに設定され、円周上の下面を、段差部９２により約１ｍｍの高低差をつけ、９０度の範囲で約１ｍｍの高低差分だけ傾斜する傾斜面を形成している。

４個の段差部９２の頂点は、図２に示すように、ケース１の軸Ｌに対し垂直な平面上に位置し、図７に示すように、各段差部９２の最上部からブレーキ回動方向に向かって傾斜面の位置が低くなるように、第２環状傾斜面９１の各円弧状傾斜面は形成されている。

上記のように、このブレーキ中間輪９は、ケース１内で回転を阻止され、軸方向に僅かに摺動可能にケース１内に収納されるが、そのため、図７に示すように、ブレーキ中間輪９の外周部の一部に、切り欠き状の凹部９３がキー部材１２をはめ込むために形成され、さらに、その底部に固定ねじをねじ込むためのねじ孔９４が形成されている。

図２、図４に示すように、ブレーキ外輪２とブレーキ中間輪９との間の円周部には、４個のローラ組付体３が円周方向に移動可能に挿入されている。これらのローラ組付体３は、図８に示すように、３個の開口部５１を設けたリテーナ５と
、各開口部５１内に回転自在に収容されるローラ４とから構成されている。図１、図８に示すように、リテーナ５は、平板状のリング部材を４５°の角度範囲で切断して円弧形状、扇形に形成され、そこに３個の開口部５１が円周方向に沿って形成されている。各開口部５１は、その短手方向が、リテーナ５の円周方向つまりブレーキ外輪２のフランジ上面、ブレーキ中間輪９の下面の円周方向に沿い、開口部５１の長手方向（ローラ４の軸方向）はブレーキ外輪２とブレーキ中間輪９のラジアル方向に一致している。そして、これらの開口部５１内にローラ４が回転自在に収容される。ローラ４の外径は、リテーナ５の厚さ、つまり開口部５１の高さより僅かに大きく形成され、ローラ４の上部と下部が僅かにリテーナ５の上面と下面から外側に突出するように形成されている。

このようなローラ組付体３は、図１、図４のように、ブレーキ外輪２のフランジ上面とブレーキ中間輪９の下面の間に、円周上に沿って、９０°の間隔で介装される。つまり、ブレーキ外輪２のフランジ上面に９０°の間隔で形成された第１環状傾斜面２２の４個の円弧状傾斜面と、ブレーキ中間輪９の下面に９０°の間隔で形成された第２環状傾斜面９１の４個の円弧状傾斜面との間の空間、つまり図６（ｂ）において０°〜９０°、９０°〜１８０°、１８０°〜２７０°、２７０°〜３６０°の空間内に、各ローラ組付体３が夫々挿入される。

各ローラ組付体３は、そのリテーナ５が４５°の角度範囲に形成され、ブレーキ外輪２の回転に伴い、段差部２３、９２の間の９０°を角度範囲とする第１環状傾斜面２２、９１の各円弧状傾斜面の範囲内を、ローラ４が転動して移動可能であるが、ブレーキ外輪２が例えば９０°回転したとき、ローラ組付体３は４５°回転するのみであるから、ローラ組付体３が段差部２３，９２を乗り越えることはない。また、リテーナ５が実際にブレーキ動作をする際には、ブレーキ外輪２の例えば約３０°〜約５０°の回動により、ブレーキがかかるように設定され、第１環状傾斜面２２、９１の各円弧状傾斜面の傾斜角度、及びブレーキ押圧輪７，８とブレーキ輪本体６の環状ブレーキ板部６１との隙間などが設定されている。

ブレーキ中間輪９は、ケース１内において、キー部材１２により、軸方向には僅かな幅で摺動可能に、また円周方向には回動を阻止されて取り付けられる。キー部材１２は、図３のように、ケース１の外周部に設けた縦長の矩形孔に嵌入され、縦方向（軸方向）には移動可能で、円周方向には回動を阻止された状態で、固定ねじ１２ａをねじ孔９４にねじ込み、ブレーキ中間輪９の矩形の凹部９３に締付け固定される。

図２、図４に示すように、ブレーキ中間輪９の上のケース１内には、ブレーキ輪本体６が嵌め込むように回動可能に挿入されている。ブレーキ輪本体６はハブとなる部材であって、ケース１内に回転可能に嵌入されるが、図９に示すように、ブレーキ輪本体６は、上部を閉じた円筒状に形成され、中間部に環状ブレーキ板部６１がフランジ状に外周部に突出するように形成されている。

この環状ブレーキ板部６１はブレーキ中間輪９と同一の外径と内径を持って形成され、リング状のブレーキ押圧輪８を介してブレーキ中間輪９の上側に回動可能に嵌め込まれる。また、環状ブレーキ板部６１の上側にはリング状のブレーキ押圧輪７が嵌め込まれ、その上にケース１の上壁が位置するように組み付けられている。このブレーキ輪本体６の上部（先端部）はケース１から上方（外側）に突き出し、その突出部の周囲に複数のねじ孔６２が形成される。第２アーム固定板１１はこの突出部の外側に嵌め込まれ、固定ねじ１５をねじ孔６２にねじ込んでこの第２アーム固定板１１はブレーキ輪本体６に締付固定される。

このように構成された回転ブレーキ装置は、例えば数値制御される作業用関節リンク機構におけるリンクアームの関節部に取り付けられ、関節部のブレーキとして使用される。本回転ブレーキ装置を関節部に取り付ける場合、その第１アーム固定板１０を元部側のリンクアームに固定し、その第２アーム固定板１１を先端側のリンクアームに固定する。先端側のリンクアームを回転駆動する駆動モータは、リング状の振動モータの場合、ケース１の外周部に取り付けることができ、そのロータがリンクアームに固定される。振動モータの他、タイミングベルトなどにより駆動されるプーリを回転可能にケース１の外周部に支持させ、リンクアームにそれを連結するように取り付けることもできる。

ロータリーアクチュエータ１６を動作させない通常時には、各ローラ組付体３が第１環状傾斜面２２の各円弧状傾斜面における谷側つまり低い部分にあり、各ローラ組付体３に押圧力は発生せず、ブレーキ輪本体６の環状ブレーキ板部６１にブレーキ力は生じず、ブレーキ輪本体６と第２アーム固定板１１は自在に回転可能である。

関節リンク機構の関節部にブレーキをかけてロックする場合、ロータリーアクチュエータ１６を回動動作させ、図１の反時計方向に、９０°未満の角度範囲でブレーキ外輪２を回転駆動させる。

このブレーキ外輪２の回転により、その上部のフランジ上面に形成した第１環状傾斜面２２が、図２では右から左に移動し、図３では左から右に移動するように回動し、これにより、第１環状傾斜面２２と上側の第２環状傾斜面９１の間の４個のローラ組付体３のローラ４が挟まれながら転動し、ローラ組付体３はブレーキ外輪２の半分の角度だけ移動する。つまり、例えばブレーキ外輪２が８０°回動したとき、ローラ組付体３は４０°だけ同じ方向に回動する。

そして、この第１環状傾斜面２２の移動によって、４個のローラ組付体３の１２個のローラ４が、４個の円弧状傾斜面から押圧力を受け、上側の第２環状傾斜面９１を強力に押圧する。例えば、ローラ４の直径が７ｍｍ、ブレーキ外輪２の環状傾斜面の直径が７０ｍｍ、段差部の段差が１ｍｍの場合、ブレーキ外輪２の回転時、その回転トルクの約１００倍の押圧力を発生させることができる。この押圧力がブレーキ中間輪９に上方（軸方向）への押上力として印加され、この押圧力がブレーキ押圧輪８を介してブレーキ輪本体６の環状ブレーキ板部６１に印加される。また、同時に、上方からはこの押圧力の反力がケース１の底壁（上壁）からブレーキ押圧輪７を介して環状ブレーキ板部６１に印加される。

これにより、環状ブレーキ板部６１が上下からブレーキ押圧輪７、８により強力に挟むように押圧されてブレーキ力がかかり、ブレーキ輪本体６つまり第２アーム固定板１１に固定されたリンクアームがロックされる。一方、ブレーキを解除する場合は、ロータリーアクチュエータ１６をブレーキ方向とは逆方向に回動位置を元に戻すように回動させる。これにより、ブレーキ外輪２が元の位置に戻るように回動し、これに伴い４個のローラ組付体３が元に戻るように回動して、ブレーキが解除される。

このように、本回転ブレーキ装置は、関節リンク機構の関節部を構成する円筒型のケース内に収納して、小形に構成することができ、しかも、複数のローラ組付体３の上下を環状傾斜面で挟むようにしてブレーキ輪本体にブレーキ力となる押圧力を生じさせ、ロータリーアクチュエータの比較的小さい回転トルクから、強力なブレーキ力を発生することができる。また、ロータリーアクチュエータの半回転以内の回転によって、迅速にブレーキ作動とブレーキ解除を行うことができる。

なお、上記実施形態では、４個のローラ組付体３を使用したが、３個のローラ組付体とすることもでき、この場合、第１第２環状傾斜面には１２０°間隔で３個の円弧状傾斜面が円周上に設けられることになる。また、ローラ組付体に保持するローラの数は、上記のような３個以外に２個或は４個とすることもできる。

本発明の一実施形態を示す回転ブレーキ装置の正面図である。同回転ブレーキ装置の断面図である。同回転ブレーキ装置の部分断面付き側面図である。回転ブレーキ装置の部分的な分解斜視図である。ブレーキ外輪の正面図（ａ）と断面図（ｂ）である。ブレーキ外輪の正面図（ａ）とその第１環状傾斜面の展開図（ｂ）である。ブレーキ中間輪の正面図（ａ）と断面図（ｂ）である。ローラ組付体の分解図（ａ）と斜視図（ｂ）である。ブレーキ輪本体の正面図（ａ）と断面図（ｂ）である。

符号の説明

１−ケース
２−ブレーキ外輪
３−ローラ組付体
４−ローラ
５−リテーナ
６−ブレーキ輪本体
７，８−ブレーキ押圧輪
９−ブレーキ中間輪
１０−第１アーム固定板
１１−第２アーム固定板
１６−ロータリーアクチュエータ

Claims

円筒型のケース内に回転可能に収納されたブレーキ輪本体にブレーキをかけてロックする回転ブレーキ装置であって、該ブレーキ輪本体の環状ブレーキ板部にブレーキ力となる押圧力を印加するブレーキ中間輪が該ケース内に回動を阻止し軸方向に移動可能に嵌入され、該ケースの端部には、ロータリーアクチュエータによって回動されるブレーキ外輪が回転可能に嵌入され、該ブレーキ外輪と該ブレーキ中間輪の対向する面には、各々複数の円弧状傾斜面を段差部を介して円周状に配置した第１環状傾斜面と第２環状傾斜面が形成され、該第１環状傾斜面と第２環状傾斜面の間には、円弧形のリテーナ内に複数のローラを回転自在に支持してなるローラ組付体が該ローラを両側から挟まれるように配設され、該ブレーキ外輪の回動に応じて該ローラが該第１環状傾斜面と第２環状傾斜面間で転動し、該ローラ組付体のローラを介して該ブレーキ中間輪に押圧力を印加し、該ブレーキ中間輪が該ブレーキ輪本体の環状ブレーキ板部にブレーキ力となる押圧力を印加することを特徴とする回転ブレーキ装置。
前記ブレーキ輪本体の環状ブレーキ板部の両側にブレーキ押圧輪が介装され、両側のブレーキ押圧輪で該環状ブレーキ板部を挟むようにブレーキ力となる押圧力を印加することを特徴とする請求項１記載の回転ブレーキ装置。
前記ブレーキ外輪の外周部は前記ケース内においてスラストベアリングを介して回転可能に支持されていることを特徴とする請求項１記載の回転ブレーキ装置。
前記ケースの一方の端部に第１アーム固定板が固定され、該ケースの他方の端部から突出する前記ブレーキ輪本体の端部に、第２アーム固定板が固定され、該第１アーム固定板は関節リンク機構における元部側のリンクアームに固定され、該第２アーム固定板は先端側のリンクアームに固定されることを特徴とする請求項１記載の回転ブレーキ装置。