JP2007255452A - 無励磁作動形電磁ブレーキ - Google Patents

Abstract

【課題】 外径を大きくすることなくブレーキトルクを増加させ、あるいは、ブレーキトルクを保ちつつ、小型軽量化することができる無励磁作動形電磁ブレーキを提供すること。
【解決手段】 無励磁作動形電磁ブレーキ２０は、ハブ２１を介して被制動回転軸１に対して一体に回転するよう固定された回転軸に垂直な平板状のディスク２２と、ディスク２２の一方側に配置されたヨーク２３と、ディスク２２とヨーク２３との間で軸方向に移動可能かつ回転不能に配置されたアーマチュア２４と、ディスク２２及びアーマチュア２４を覆ってヨーク２３の外周に嵌合するよう配置されたカップ状のシェル２５とを備えている。ヨーク２３には、励磁コイル２３ｃとコイルスプリング２３ｅとが設けられている。シェル２５は、頭部端面がヨークの外周面より突出しないよう締め付けられたピン２６によりヨークに固定されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、小型軽量で、主としてモータと組み合わせて利用される無励磁作動形電磁ブレーキの構造に関する。

モータと組み合わせて利用される電磁ブレーキは、各種産業の機械装置の重要な制御要素となっている。従来から用いられている無励磁作動形電磁ブレーキの一例を図１０〜図１２に示す。図１０は被制動回転軸１に垂直な面内の平面図、図１１及び図１２は被制動回転軸１に平行な面内の断面図であり、それぞれ図１０のXI-XI線、XII-XII線に沿う断面図である。

図示されるように、従来の無励磁作動形電磁ブレーキ１０は、ハブ１１を介して被制動回転軸１に対して一体に回転するよう固定された回転軸に垂直な平板状のディスク１２と、ディスク１２の一方側に配置されたヨーク１３と、ディスク１２とヨーク１３との間で軸方向に移動可能かつ回転不能に配置されたアーマチュア１４と、ヨーク１３との間にディスク１２及びアーマチュア１４を挟んでヨーク１３に固定されたプレート１５とを備えている。

ヨーク１３には、アーマチュア１４に対向して軸回りにリング状の励磁コイル１３ａが設けられると共に、アーマチュア１４をディスク１２側に付勢するコイルスプリング１３ｂが設けられている。また、ヨーク１３には、図１０に示すように１２０度間隔で３箇所に取付穴１３ｃが形成されており、図１１に示すように、これらの取付穴１３ｃに取付ボルト１３ｄを挿入してモータ等の固定部２に螺合させることにより、ヨーク１３が固定部２に固定される。プレート１５及びアーマチュア１４には、取付穴１３ｃに対応する位置に、取付ボルト１３ｄを挿入するための切欠１５ａ、１４ａが形成されている。取付ボルト１３ｄは、頭部に六角穴が形成された六角穴付きボルトであり、六角レンチを用いて締め付けられる。

一方、プレート１５には、図１０に示すように１２０度間隔で３箇所に皿ねじ１５ｂが取り付けられている。皿ねじ１５ｂは、図１１に示すように、カラー１５ｃを通してヨーク１３に螺合しており、これにより、プレート１５は、ヨーク１３に対して所定の間隔をもって固定されている。

励磁コイル１３ａへの非通電時には、コイルスプリング１３ｂの付勢力でアーマチュア１４をディスク１２に押し付けることにより、被制動回転軸１に対して制動をかけ、励磁コイル１３ａへの通電時には、励磁コイル１３ａに発生する電磁力により、コイルスプリング１３ｂの付勢力に抗してアーマチュア１４をヨーク１３側に移動させ、制動を解除する。このような構造の無励磁作動形電磁ブレーキ１０は、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００２−１０６６１８号公報 図１

しかしながら、上述した従来の無励磁作動形電磁ブレーキ１０では、プレート１５をヨーク１３に固定するための皿ねじ１５ｂがディスク１２の外側の空間を軸方向に貫通しており、かつ、取付ボルト１３ｄの頭部端面が制動時にアーマチュア１４の摩擦面よりディスク１２側に位置するため、被制動回転軸１と共に回転するディスク１２がこれらの皿ねじ１５ｂや取付ボルト１３ｄの頭部と干渉しないように、プレート１５やヨーク１３よりディスク１２の外径を小さくしなければならない。
ブレーキのトルクは摩擦面の半径が大きくなるほど大きくなるが、従来の構造では摩擦面となるディスク１２の半径が上記のように制限されるため、ブレーキの外径が大きい割にブレーキトルクが小さいという問題点があった。

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、外径を大きくすることなくブレーキトルクを増加させ、あるいは、ブレーキトルクを保ちつつ、小型軽量化することができる無励磁作動形電磁ブレーキを提供することを目的とする。

本発明の請求項１にかかる無励磁作動形電磁ブレーキは、上記の目的を達成させるため、被制動回転軸に対して一体に回転するよう固定された回転軸に垂直な平板状のディスクと、ディスクの一方側に配置され励磁コイル及びスプリングを内蔵するヨークと、ディスクとヨークとの間で軸方向に移動可能かつ回転不能に配置されたアーマチュアと、ディスク及びアーマチュアを覆ってヨークの外周に嵌合するよう配置されたカップ状のシェルとを備え、励磁コイルへの非通電時にはスプリングの付勢力でアーマチュアをディスクに押し付けることにより被制動回転軸に対して制動をかけ、励磁コイルへの通電時には励磁コイルに発生する電磁力により、スプリングの付勢力に抗してアーマチュアをヨーク側に移動させ、制動を解除することを特徴とする。

ディスクは、制動時シェルとアーマチュアとの間で挟まれるようにしてもよいし、請求項２に記載のように、シェルの内側にディスクに対向する円板状のプレートを固定し、このプレートとアーマチュアとの間で挟まれるようにしてもよい。
なお、請求項３に記載のように、シェルを形成する板材の板厚は５ｍｍ以下であることが望ましく、３ｍｍ以下とすることが、より望ましい。このように板材の板厚が薄い場合には、請求項４に記載のように、シェルをプレス加工あるいは焼結により容易に製作することができる。

また、シェルのヨークに対する固定手段は、請求項５に記載のように、シェルの外周面より突出しないよう構成されていることが望ましい。
ヨークを固定するための取付ボルトをシェル側から軸方向に挿入させる場合には、請求項６に記載のように、シェル、アーマチュア、ディスクにそれぞれ切欠を形成することが望ましい。
この場合、請求項７に記載のように、取付ボルトの頭部端面が、アーマチュアの摩擦面よりヨーク側に位置するよう設定することが望ましい。

請求項１の構成によれば、シェルをヨークの外周に嵌合させて固定することにより、従来のようにディスクの外側の空間を軸方向に貫通するねじを排除することができ、ディスクの外径をヨークと同程度まで拡大して摩擦半径を拡大することができる。
したがって、外径を大きくすることなくブレーキトルクを増加させ、あるいは、ブレーキトルクを保ちつつ、小型軽量化することができる。例えば、外径約８０ｍｍのブレーキでは、平均摩擦半径は従来構造の１．２５倍となる。増加の割合はブレーキの外径により異なるが、より小さい外径のブレーキにおいては、摩擦半径を１．５倍程度にすることができる。
また、シェルをカップ状に形成することにより、平板状のプレートより構造的な強度を高めることができるため、シェルの板厚を薄くすることができる。
このため、ディスクをシェルとアーマチュアとの間で挟む場合には、軸方向のサイズ、外径を小さくすることができる。
なお、請求項１の構成は、シェルが、請求項２のプレートの機能を兼用するため、請求項２の構成に比べ、部品点数を、少なくすることができる。

一方、請求項２の構成によれば、請求項１と同等の機能を有し、且つ、ディスクに接触するプレートをシェルとは別部品で設けることにより、シェルに要求される強度を低くして、シェルの板厚を請求項１のものに比べ、薄くすることができる。
また、請求項３の構成によれば、外径をより小さくすることが可能となる。
また、請求項４の構成によれば、加工面でシェルの製作が容易となる。

さらに、請求項５の構成によれば、固定手段により外径が拡大するのを防ぐことができる。
また、請求項６の構成によれば、ブレーキとして組立後に取付ボルトを通すことができ、請求項７の構成によれば、ディスク外径より内側に取付ボルトが取り付けられる場合にも、取付ボルトがディスクと干渉するのを防ぎ、取付ボルトがディスク外径の制限となるのを避けることができる。

以下、本発明にかかる無励磁作動形電磁ブレーキの各実施例及び変形例を各図面に基づいて説明する。
実施例１：
図１〜図４は、本発明の実施例１の無励磁作動形電磁ブレーキ２０を示し、図１は被制動回転軸１に垂直な面内の平面図、図２〜図４は被制動回転軸１に平行な面内の断面図であり、図２は図１のII-II線に沿う制動時の断面図、図３は図１のIII-III線に沿う制動時の断面図、図４は制動解除時の図３と同様の断面図である。

図１〜図４に示すように、実施例１の無励磁作動形電磁ブレーキ２０は、ハブ２１を介して被制動回転軸１に対して一体に回転するよう固定された回転軸に垂直な平板状のディスク２２と、ディスク２２の一方側に配置されたヨーク２３と、ディスク２２とヨーク２３との間で軸方向に移動可能かつ回転不能に配置されたアーマチュア２４と、ディスク２２及びアーマチュア２４を覆ってヨーク２３の外周に嵌合するよう配置されたカップ状のシェル２５とを備えている。
この場合、シェル２５の内面は、直接ディスク２２に対向しており、従来のプレートの機能をシェル２５が担っている。

ハブ２１は、被制動回転軸１を保持するキー溝付き孔２１ａが中央に形成された平面形状がほぼ正方形の角柱状であり、ディスク２２の中央部に形成された角形の開口２２ａに嵌合している。

ヨーク２３には、中心部に被制動回転軸１が貫通する開口２３ａが形成されると共に、アーマチュア２４に対向する面にリング状に溝２３ｂが形成されている。この溝２３ｂ内には、アーマチュア２４を吸着させるための励磁コイル２３ｃが設けられている。
また、ヨーク２３のアーマチュア２４に対向する面には、図３に示すように、溝２３ｂの外側に収納穴２３ｄが形成されており、この収納穴２３ｄ内にはアーマチュア２４をディスク２２側に付勢するコイルスプリング２３ｅが設けられている。なお、収納穴２３ｄは、円周上に１２０度間隔で３箇所に形成されている。

アーマチュア２４は、中心部に被制動回転軸１が貫通する開口２４ａ（図４参照）が形成された円板状の部材である。シェル２５は、回転軸に対して垂直な円板部２５ａと回転軸に対して平行な円筒部２５ｂとを組み合わせてカップ状に形成されている。また、アーマチュア２４が回転しないようにするため、アーマチュア２４には回り止め用の孔２４ｃ(図２参照)が円周方向の３箇所に形成され、ヨーク２３には、この孔２４ｃに挿入されてアーマチュア２４の回り止めをするピンＴが植設されている。アーマチュア２４は、このピンＴをガイドにして軸方向に移動可能に、かつ、回転方向には回らないよう保持されている。

シェル２５を形成する板材の板厚は５ｍｍ以下であり、プレス加工により製作される。円板部２５ａの中心部には、ハブ２１を貫通させる大径の開口２５ｃが形成されている。シェル２５は、ヨーク２３の外周に嵌合しており、固定手段によりヨーク２３に固定されている。
固定手段は、この例では、図１及び図２に示すように、円筒部２５ｂの外方から回転軸に向けて半径方向に圧入された３本のピン２６により構成されている。ピン２６の頭部端面は、円筒部２５ｂの外周面より突出しないよう圧入されている。組立の際には、ヨーク２３にアーマチュア２４、ディスク２２、シェル２５を取り付け、この状態でシェル２５の外側から半径方向にピン穴を形成し、ピン２６を圧入する。

なお、ヨーク２３には、図１に示すように１２０度間隔で３箇所に取付穴２３ｆが形成されており、図２に示すように、これらの取付穴２３ｆに取付ボルト２７を挿入してモータ等の固定部２に螺合させることにより、ヨーク２３が固定部２に固定され、無励磁作動形電磁ブレーキ２０全体が固定部２に固定される。なお、取付ボルト２７は、頭部に六角穴が形成された六角穴付きボルトであり、六角レンチを用いて締め付けられる。

シェル２５、ディスク２２、及びアーマチュア２４には、図１及び図２に示すように、取付穴２３ｆに対応する位置に、取付ボルト２７を挿入するための切欠２５ｄ、２２ｂ、２４ｂが形成されている。これにより、無励磁作動形電磁ブレーキ２０を組み立てた後に取付ボルト２７を取付穴２３ｆに挿入して固定部２にねじ止めすることができる。
取付ボルト２７を挿入する際には、切欠２５ｄ、２２ｂ、２４ｂを取付穴２３ｆの位置に合わせる必要がある。アーマチュア２４は、回り止め孔２４ｃにピンＴに合わせてヨーク２３に取り付けることにより、切り欠き２４ｂは取付穴２３ｆの位置に合うように形成されている。シェル２５は、ヨーク２３への取付時に切り欠き２５ｄが取付穴２３ｆに合うように位置合わせする必要がある。一方、ディスク２２はヨーク２３に対して回転可能であるため、取付時、あるいは、取付後にディスク２２の切欠２２ｂが取付穴２３ｆに合うように調整すればよい。

なお、ヨーク２３に形成された取付穴２３ｆは、取付ボルト２７の頭部が一部埋没するような段付穴として形成されており、これにより、図４に示すようにアーマチュア２４がヨーク２３側に移動した際にも、取付ボルト２７の頭部端面がアーマチュア２４の摩擦面よりヨーク２３側に位置するよう設定されている。

実施例１の無励磁作動形電磁ブレーキ２０は、励磁コイル２３ｃへの非通電時には、コイルスプリング２３ｅの付勢力でアーマチュア２４をディスク２２に押し付けることにより、図２及び図３に示すように、ディスク２２をシェル２５とアーマチュア２４とにより挟み込み、被制動回転軸１に対して制動をかける。
また、励磁コイル２３ｃへの通電時には、励磁コイル２３ｃに発生する電磁力により、図４に示すようにコイルスプリング２３ｅの付勢力に抗してアーマチュア２４をヨーク２３側に移動させ、制動を解除する。

実施例１の構成によれば、シェル２５をヨーク２３の外周に嵌合させて固定し、かつ、取付ボルト２７の頭部端面をアーマチュア２４の摩擦面よりヨーク側に位置するよう設定しているため、従来のようにディスク２２の外径をヨーク２３より小さく制限する要素がなく、ディスク２２の外径をヨーク２３と同程度まで拡大することができる。
したがって、外径を大きくすることなくブレーキトルクを増加させ、あるいは、ブレーキトルクを保ちつつ、小型軽量化することができる。

また、シェル２５をカップ状に形成することにより、平板状のプレートより構造的な強度を高めることができるため、シェル２５の板厚を従来のプレートより薄くすることにより、ブレーキの軸方向のサイズ、外径を小さくすることができる。

さらに、固定手段であるピン２６はシェル２５の外周面より突出しないよう構成されているため、固定手段によりブレーキの外径が大きくなるのを防ぐことができる。
なお、実施例１では、無励磁作動形電磁ブレーキ２０側から取付ボルト２７を挿入して固定部２に固定するため、シェル２５、ディスク２２、及びアーマチュア２４に切欠２５ｄ、２２ｂ、２４ｂを形成しているが、固定部２側からボルトを挿入して固定する場合には、これらの切欠は不要である。

実施例２：
次に、図５に基づいて本発明の実施例２にかかる無励磁作動形電磁ブレーキ２０Ａについて説明する。図５は、実施例２にかかる無励磁作動形電磁ブレーキ２０Ａの被制動回転軸に平行な面内の断面図である。実施例１と同等の要素には同一の符号を付して重複した説明を省略する。

実施例２では、シェル２５の内側にディスク２２に対向する円板状のプレート２８が固定されている。実施例２の構成では、励磁コイル２３ｃへの非通電時には、コイルスプリング２３ｅの付勢力でアーマチュア２４をディスク２２に押し付けることにより、ディスク２２をプレート２８とアーマチュア２４とにより挟み込み、被制動回転軸１に対して制動をかける。

実施例２のように、シェル２５の内側にプレート２８を設けることにより、摩擦面としての作用をプレート２８が担うことになり、実施例１よりシェル２５にかかる負担が小さくなり、シェル２５を形成する板材の板厚を実施例１より薄くすることができる。例えば、板厚を３ｍｍ以下とすることができる。このため、実施例１よりも容易にシェル２５をプレス加工により製作することができる。

変形例：
次に、シェル２５をヨーク２３に固定するための固定手段の変形例を図６〜図９に基づいて説明する。図６〜図９は、それぞれ固定手段の変形例１〜４を示すヨークとシェルの一部を拡大して示した断面図である。
（変形例１）
図６は変形例１を示し、同図に示すように、ヨーク２３に固定用の穴２３ｇが形成され、シェル２５の対応部分に開口２５ｅが形成され、これらを通して皿ねじ２９を螺合させることにより、シェル２５をヨーク２３に固定している。

（変形例２)
図７は変形例２を示し、同図に示すように、ヨーク２３に固定用の穴２３ｈが形成され、シェル２５の対応部分を打ち抜いて形成された筒状の部分２５ｆを穴２３ｈに挿入してかしめることによりシェル２５をヨーク２３に固定している。

（変形例３）
図８は変形例３で、図７の変形例２と同様にしてかしめた穴に、栓３０を打ち込んで補強したものである。

（変形例４）
図９は変形例４を示すもので、これは、変形例１で用いた皿ねじ２９より頭部の大きな皿ねじ３１を用いており、ヨーク２３にテーパ面２３ｉを形成し、シェル２５の周辺部分をテーパ面２３ｉに沿って内側に陥没させることにより、皿ねじ３１の頭部がシェル２５の外周面より突出しないようにシェル２５をヨーク２３に固定している。

これらの変形例１〜４のいずれの場合でも、固定手段はシェル２５の外周面から突出せず、固定手段によりブレーキの外径が大きくなるのを防ぐことができる。なお、固定手段としては、上記の示した各例の他、接着や溶接等の手段を用いてもよい。

なお、本願発明の無励磁作動形電磁ブレーキのアーマチュアとヨーク間の空隙の設定は、設定空隙相当の厚さの間隔ゲージ(図示せず)を用いることにより、次のように行うことができる。
（１）先ず、励磁コイル２３ｃを収納したヨーク２３、その上に間隔ゲージ、その上にアーマチュア２４、その上にシェル２５という順序で、ヨーク２３とアーマチュア２４の間に間隔ゲージを挟み、これらを所定の対向位置にして積み重ねた状態で、径方向からピン２６を打ち込むことで電磁ブレーキを組み立てる。
（２）次に、被制動回転軸１が取り付けられる軸心部の空間、あるいは、シェル２５に形成した半径方向の開口部(図示せず)から間隔ゲージを抜き取ることで、本願発明の無励磁作動形電磁ブレーキのアーマチュアとヨーク間の空隙の設定を適正に行うことができる。
なお、実施例２の場合や変形例の場合も、アーマチュアとヨーク間の空隙の設定を同様に行えばよい。

本発明の実施例１にかかる無励磁作動形電磁ブレーキの被制動回転軸に垂直な面内の平面図である。 本発明の実施例１にかかる無励磁作動形電磁ブレーキの被制動回転軸に平行な面内の断面図であり、図１のII-II線に沿う制動時の断面図である。 本発明の実施例１にかかる無励磁作動形電磁ブレーキの被制動回転軸に平行な面内の断面図であり、図１のIII-III線に沿う制動時の断面図である。 本発明の実施例１にかかる無励磁作動形電磁ブレーキの被制動回転軸に平行な面内の断面図であり、制動解除時の図３と同様の断面図である。 本発明の実施例２にかかる無励磁作動形電磁ブレーキの被制動回転軸に平行な面内の断面図である。 本発明の無励磁作動形電磁ブレーキの固定手段の変形例１を示す一部拡大断面図である。 本発明の無励磁作動形電磁ブレーキの固定手段の変形例２を示す一部拡大断面図である。 本発明の無励磁作動形電磁ブレーキの固定手段の変形例３を示す一部拡大断面図である。 本発明の無励磁作動形電磁ブレーキの固定手段の変形例４を示す一部拡大断面図である。 従来の無励磁作動形電磁ブレーキの被制動回転軸に垂直な面内の平面図である。 従来の無励磁作動形電磁ブレーキの被制動回転軸に平行な面内の断面図であり、図１０のXI-XI線に沿う制動時の断面図である。 従来の無励磁作動形電磁ブレーキの被制動回転軸に平行な面内の断面図であり、図１０のXII-XII線に沿う制動時の断面図である。

符号の説明

１ 被制動回転軸
２ 固定部
２０、２０Ａ 無励磁作動形電磁ブレーキ
２１ ハブ
２２ ディスク
２３ ヨーク
２３ｃ 励磁コイル
２３ｅ コイルスプリング
２４ アーマチュア
２５ シェル
２６ ピン（固定手段）
２７ 取付ボルト

Claims (7)

1. 被制動回転軸に対して一体に回転するよう固定された回転軸に垂直な平板状のディスクと、
   前記ディスクの一方側に配置され励磁コイル及びスプリングを内蔵するヨークと、
   前記ディスクとヨークとの間で軸方向に移動可能かつ回転不能に配置されたアーマチュアと、
   前記ディスク及び前記アーマチュアを覆って前記ヨークの外周に嵌合するよう配置されたカップ状のシェルとを備え、
   前記励磁コイルへの非通電時には前記スプリングの付勢力で前記アーマチュアを前記ディスクに押し付けることにより前記被制動回転軸に対して制動をかけ、前記励磁コイルへの通電時には前記励磁コイルに発生する電磁力により、前記スプリングの付勢力に抗して前記アーマチュアを前記ヨーク側に移動させ、制動を解除することを特徴とする無励磁作動形電磁ブレーキ。
2. 被制動回転軸に対して一体に回転するよう固定された回転軸に垂直な平板状のディスクと、
   前記ディスクの一方側に配置され励磁コイル及びスプリングを内蔵するヨークと、
   前記ディスクとヨークとの間で軸方向に移動可能かつ回転不能に配置されたアーマチュアと、
   前記ディスク及び前記アーマチュアを覆って前記ヨークの外周に嵌合するよう配置されたカップ状のシェルと、
   このカップ状のシェルの内側に、前記ディスクに挟着されるよう配置された円板状のプレートとを備え、
   前記励磁コイルへの非通電時には前記スプリングの付勢力で前記アーマチュアを前記ディスクに押し付けることにより前記被制動回転軸に対して制動をかけ、前記励磁コイルへの通電時には前記励磁コイルに発生する電磁力により、前記スプリングの付勢力に抗して前記アーマチュアを前記ヨーク側に移動させ、制動を解除することを特徴とする無励磁作動形電磁ブレーキ。
3. 前記シェルを形成する板材の板厚は５ｍｍ以下、望ましくは３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の無励磁作動形電磁ブレーキ。
4. 前記シェルは、プレス加工あるいは焼結により製作されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の無励磁作動形電磁ブレーキ。
5. 前記シェルの前記ヨークに対する固定手段は、シェルの外周面より突出しないよう構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の無励磁作動形電磁ブレーキ。
6. 前記ヨークを固定するための取付ボルトを前記シェル側から軸方向に挿入させるため、前記シェル、アーマチュア、ディスクにそれぞれ切り欠きが形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の無励磁作動形電磁ブレーキ。
7. 前記取付ボルトの頭部端面が、前記アーマチュアの摩擦面より前記ヨーク側に位置することを特徴とする請求項６に記載の無励磁作動形電磁ブレーキ。

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