JP2008121836A - 無励磁作動型電磁ブレーキ - Google Patents

Abstract

【課題】僅かな設計変更により空転時の摺動回転による摩耗を軽減防止するようにした無励磁作動型電磁ブレーキを提供する。
【解決手段】フィールドコア５を竪型電動機１のハウジング３上に固定する。ブレーキディスク１０を回転軸２に軸線方向に移動自在に配設し、アーマチュア８とサイドプレート９との間に位置させる。ブレーキディスク１０の下面外周部に摺動目的材１６を固着し、上面外周部に摩擦板２８を固着する。摺動目的材１６は、摩擦係数が小さい材料からなる例えばスラストワッシャが用いられ、ブレーキディスク１０の制動解放時に、ブレーキディスク１０の自重によりアーマチュア８に押しつけられて摺動回転するが、滑りが生じるため摩耗は少ない。
【選択図】 図１

Description

この発明は、無励磁作動型電磁ブレーキの改良に関するものである。

無励磁作動型電磁ブレーキは、励磁コイルと制動用ばねが収容されたフィールドコアの磁極面側に、互いに対向して配置された第１、第２のディスク保持部材としてのアーマチュアおよびサイドプレートと、これら両部材によって制動されるブレーキディスクとを備えている。アーマチュアは、フィールドコアの磁極面に対して軸線方向に移動自在に支持されて配設され、ブレーキディスクは電動機などの被駆動装置の回転軸に同じく軸線方向にのみ移動自在に装着されている。一方、サイドプレートは、前記フィールドコアに所定の間隔を保って固定されており、このサイドプレートとフィールドコアとの間に前記アーマチュアと前記ブレーキディスクとを配置し、前記制動用ばねによりアーマチュアをサイドプレート方向に付勢している。そして、このような電磁ブレーキは、励磁コイルヘの通電を断った無励磁状態において、前記制動用ばねによる押圧力によってブレーキディスクをアーマチュアとサイドプレートとで挟圧保持することにより、前記ブレーキディスクを制動しており、前記励磁コイルを通電励磁すると、その磁束による磁気吸引力により前記アーマチュアが前記制動用ばねの押圧力に抗して移動してフィールドコアの磁極面に磁気吸着されることにより、前記ブレーキディスクの制動を解放するように構成されている。

このような構造の電磁ブレーキは、ブレーキディスクが回転軸側に軸線方向に移動自在に装着されているため、この電磁ブレーキを回転軸が垂直な竪型電動機に装着して使用する場合、制動解放時（励磁コイルの励磁時）に、ブレーキディスクが自重によって下降するからアーマチュアの摩擦接触面に当接し自重相当の加重がかかるため、アーマチュアに対して摺動回転する。このため、ブレーキディスクに貼付けてあるレジンモールド系の摩擦板が摩耗したり発熱する。因みに、５６００ｒｐｍで５００時間の正逆空転試験を実施したところ、ブレーキディスクの摺動回転により摩擦板に０．０３ｍｍ程度の摩耗が発生した。

また、この電磁ブレーキは、励磁コイルの無励磁状態においてフィールドコアの磁極面とアーマチュアの吸着面との間に０．１〜０．２ｍｍ程度のきわめて僅かな隙間（エアギャップ）が形成される構造であるため、摩擦板の摩耗によりエアギャップ寸法が大きくなると、励磁コイルの磁束による磁気吸引力が低下し、アーマチュアを制動用ばねの押圧力に抗してフィールドコア側に磁気吸引することができなくなる。

そこで、このようなブレーキディスクの摺動回転による摩擦板の摩耗を防止するために、例えば特許文献１，２に開示されている電磁ブレーキが知られている。

前記特許文献１に記載されている電磁ブレーキは、制動用ばねに加えてレリーズ用のばねを設け、励磁コイルへの通電によってブレーキディスクの制動を解放したとき、前記レリーズ用ばねによってブレーキディスクを浮上させ、アーマチュアに対して摺動回転しないようにしている。

前記特許文献２に開示されている電磁ブレーキは、回転軸に支持板を制動板に対向して固定し、この支持板と制動板との間に圧縮コイルばねを組込み、励磁コイルへの通電によってブレーキディスクの制動を解放したとき、前記圧縮コイルばねによって制動板を浮上させるようにしている。

実開平３−１０７５３５号公報 実公昭５３−３５２０５号公報 実開昭５９−１３３８４０号公報

上記した従来の無励磁作動型電磁ブレーキは、浮上用のばねでブレーキディスクをエアギャップの二分の一程度浮き上がらせる構造を採っている。しかしながら、このような構造を採用した電磁ブレーキにおいては、浮上用のばねを必要とするため部品点数が増加し高価になるばかりか、ばねを組み込むためのスペースを新たに確保しなければならないため、その分だけ装置自体が大型化するという問題があった。特に、通称マイクロ電磁ブレーキと呼ばれている小径小型のブレーキの場合は、コイルばねを組込むと電動機への取付け寸法などの設計変更が発生するため好ましくない。

ブレーキディスクの空転中において摩擦板が摩耗しないようにした電磁ブレーキとしては、例えば特許文献３に記載されている電磁ブレーキが知られている。この電磁ブレーキは、サイドプレートを省略してブレーキディスクを回転軸に固定し、アーマチュアを板ばねで弾性支持し、無励磁状態においてこの板ばねの弾発力によりアーマチュアを摩擦板に圧接することにより、ブレーキディスクに制動トルクを生じさせ、励磁コイルの通電励磁時にその磁気吸引力によってフィールドコアがアーマチュアを板ばねに抗して磁気吸着することにより、ブレーキディスクの制動を解放するようにしている。すなわち、この電磁ブレーキは、摩擦面がアーマチュアと制動板との一面だけの通称単面電磁ブレーキと呼ばれるものである。しかしながら、このような単面電磁ブレーキを電動機に装着した場合、制動用の板ばねの弾発力が電動機の回転軸と、この回転軸を電動機内で支持する軸受にスラスト加重として作用するため、回転軸へのスラスト荷重を嫌う装置には使用できないという問題があった。なお、摩擦面が二面以上の電磁ブレーキは、通称多面電磁ブレーキと呼ばれている。

本発明は、竪軸仕様の多面電磁ブレーキに適用して好適な電磁ブレーキの改良に関するものであり、その目的とするところは、僅かな設計変更により空転時の摺動回転による摩耗を軽減防止するようにした無励磁作動型電磁ブレーキを提供することにある。

上記目的を達成するために第１の発明は、上下に対向して配置された第１、第２のディスク保持部材と、これらのディスク保持部材の間に配置されたブレーキディスクと、前記第１のディスク保持部材の前記第２のディスク保持部材側とは反対側の面に対向して配置されたフィールドコアと、通電励磁時に前記第１のディスク保持部材を前記フィールドコアの磁極面に吸着させる励磁コイルと、前記第１のディスク保持部材を前記ブレーキディスク方向に付勢し前記第２のディスク保持部材に押し付ける制動用ばねとを備え、前記第２のディスク保持部材と前記フィールドコアが竪型被駆動装置の固定部に固定され、前記ブレーキディスクが前記竪型被駆動装置の回転軸に軸線方向に移動自在に取付けられる無励磁作動型電磁ブレーキにおいて、前記第１、第２のディスク保持部材のうち上側に位置するディスク保持部材と前記ブレーキディスクとの間に摩擦板を介在させ、下側に位置するディスク保持部材と前記ブレーキディスクとの間に摩擦係数が小さい材質からなる摺動目的材を介在させたものである。

第２の発明は、摺動目的材としてスラストワッシャまたはフッ素樹脂コーティング層を用いたものである。

本発明においては、制動解放時にブレーキディスクが自重によって下降すると、摺動目的材を下側のディスク保持部材に当接し自重相当の加重がかかるが、この摺動目的材は、摩擦係数が小さい材質で形成されているため下側のディスク保持部材との間に滑りが生じ、摺動回転による摩耗を軽減することができる。
また、本発明は、空転時に摺動回転する摩擦板を摺動目的材に交換するだけでよいので、構造的には多面型の電磁ブレーキであるにもかかわらず、１つの摩擦板でブレーキディスクを摩擦制動する単面型の電磁ブレーキを構成している。また、１つの摩擦板を摺動目的材に交換するだけでよいので、大がかりな設計変更をしたり格別なスペースを確保する必要がなく、装置が大型、高価格化することもない。

また、摺動目的材と用いられる市販のスラストワッシャまたはフッ素樹脂コーティング層は、摩擦係数が小さく、下側のディスク保持部材との間に滑りが生じやすいために摩耗が少ない。

以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。
図１は本発明に係る無励磁作動型電磁ブレーキの一実施の形態を示す断面図、図２は要部の拡大断面図である。これらの図において、１は竪型電動機、２はその回転軸、３はハウジングである。回転軸２は、垂直に配設され、その上端部２ａがハウジング３の上側に突出し、この上端部２ａに無励磁作動型電磁ブレーキ（以下、電磁ブレーキという）４が装着されている。

前記電磁ブレーキ４は、前記ハウジング３の上面に軸線を回転軸２の軸線と一致させて設置固定されたフィールドコア５と、このフィールドコア５に収納された励磁コイル６および制動用ばね７と、前記フィールドコア５に対向してその上方に配置されたアーマチュア８と、このアーマチュア（第１のディスク保持部材）８の上方に配置されたサイドプレート（第２のディスク保持部材）９と、このサイドプレート９と前記アーマチュア８との間に配置されたブレーキディスク１０等を備えている。

前記フィールドコア５は、前記回転軸２の上端部２ａが貫通する内側円筒部５Ａと、これと同心状の外側円筒部５Ｂと、底板部５Ｃとを一体に有する筒状体に形成されることにより、内側円筒部５Ａと外側円筒部５Ｂおよび底板部５Ｃとの間に形成された上方に開放する環状溝１１を有し、この環状溝１１に前記励磁コイル６が収納されている。また、前記外側円筒部５Ｂの上面には、例えば３つのばね用収納凹部１２が周方向に等間隔おいて形成されており、これらのばね用収納凹部１２に前記制動用ばね７がそれぞれ収納されている。制動用ばね７は、圧縮コイルばねからなり、前記アーマチュア８を上方に付勢している。なお、内側円筒部５Ａと外側円筒部５Ｂの上面は、前記アーマチュア８を磁気吸着する磁極面１５を形成している。

前記アーマチュア８は、機械構造用低炭素鋼板（ＳＰＣＣ）によって円板状に形成されることにより、前記回転軸２の上端部２ａが貫通する中心孔１４を有し、前記フィールドコア５とブレーキディスク１０との間に軸線方向にのみ移動自在に配置されている。また、アーマチュア８は、前記励磁コイル６の無励磁状態において前記制動用ばね７によって前記ブレーキディスク１０の下面外周縁部に固定された摺動目的材１６に押し付けられることにより、フィールドコア５の上面である磁極面１５から僅かに離間しており、これによってフィールドコア５とアーマチュア８との間に僅かな隙間（エアギャップ）Ｇが形成されている。このエアギャップＧの寸法は、０．１〜０．２ｍｍ程度である。

前記サイドプレート９は、前記回転軸２の上端部２ａが貫通する中心孔２０を有する円板状に形成され、外周縁部が複数個の固定用ねじ２１によって前記フィールドコア５の外側円筒部５Ｂの上面にカラー２２を介して固定されることにより、前記ブレーキディスク１０の上方に位置している。前記カラー２２は、前記アーマチュア８の外周に形成されたＵ字状の凹部２３に係入されることにより、サイドプレート９を保持するとともにアーマチュア８の回転を防止している。

カラー２２の長さ（高さ）は、アーマチュア８とブレーキディスク１０が制動用ばね７によってサイドプレート９に圧接された状態におけるアーマチュア８の下面からサイドプレート９の下面までの距離よりもエアギャップＧだけ長く設定されている。つまり、カラー２２は、アーマチュア８の回転を防止する機能に加えてエアギャップＧを設定する機能をも有している。

前記ブレーキディスク１０は、非磁性鋼板（ＳＵＳ）によって円板状に形成され、前記回転軸２の上端部２ａに固定されたハブ２５に軸線方向にのみ移動自在に取付けられ、回転を防止されている。このため、ブレーキディスク１０の内周面とハブ２５の外周面には、互いに係合するスプライン２６がそれぞれ形成されている。

また、ブレーキディスク１０は、中央部１０ａが厚肉で、外周縁部１０ｂが薄肉に形成されており、この薄肉の外周縁部１０ｂの上面、すなわちサイドプレート９の下面と対向する面２７にレジンモールド系の摩擦板２８が固着されている。一方、アーマチュア８と対向する下面２９には前記摺動目的材１６が固着されている。なお、摺動目的材１６と摩擦板２８は、ブレーキディスク１０に固着されるものに限らず、アーマチュア８とサイドプレート９に固着されるものであってもよい。

前記摺動目的材１６は、摩擦係数が一般の材料に比べて十分に小さい材料によって形成されたもので、例えばスラストワッシャが用いられる。摩擦係数が十分に小さいスラストワッシャとしては、例えば市販のすべり軸受（エヌデーシー（株）製Ｆ９２０）が用いられる。このすべり軸受は、銅裏金上の多孔質青銅にＰＴＦＥ（polytetra-fluoroethylene）と潤滑繊維の混合物を含浸させたコーティング層を形成したものである。なお、摺動目的材１６の摩擦係数としては、アーマチュア８の材質、ブレーキディスク１０の重量等にもよるが、０．０４〜０．１８程度であることが望ましい。

このような構造からなる電磁ブレーキ４は、励磁コイル６に通電していない無励磁状態において、制動用ばね７の押圧力でブレーキディスク１０がアーマチュア８とサイドプレート９とで挟圧されて制動されることにより、電動機１の回転軸２の慣性回転を制動し静止状態に保持している。

通電により励磁コイル６を励磁した状態では、アーマチュア８が制動用ばね７に抗して下降しフィールドコア５の磁極面１５に磁気吸着される。この励磁状態において、アーマチュア８とブレーキディスク１０との間には隙間が生じる。また、ブレーキディスク１０はアーマチュア８から解放されると、自重によって下降するためサイドプレート９からも離間して解放されるため空転する。この制動解放時に、ブレーキディスク１０は自重によって下降すると、摺動目的材としてのスラストワッシャ１６がアーマチュア８に当接して摺動回転するが、スラストワッシャ１６は摩擦係数が十分小さいため、滑りが生じて摩耗を抑えることができる。因みに、５６００ｒｐｍで５００時間の正逆空転試験を実施したところ、スラストワッシャ１６の摩耗量は０．００５ｍｍ程度で、レジンモールド系摩擦板を用いた従来の電磁ブレーキの摩耗量（０．０３ｍｍ）に比べて著しく少なく、エアギャップＧ寸法が広くなることによるフィールドコア５のアーマチュア８に対する磁気吸引力低下を招くおそれがないことが確認された。

図３は、本発明の他の実施の形態を示す要部の断面図である。
本実施の形態は、サイドプレート９の下面内径側に環状溝３１を形成し、この環状溝３１にレジンモールド系摩擦板２８を固着し、ブレーキディスク１０のアーマチュア８と対向する下面２９に摺動目的材としてのフッ素樹脂からなるコーティング層３２を形成したものである。フッ素樹脂のコーティング層３２は、摩擦係数が０．２以下の低摩擦性の表面が得られる。なお、その他の構造は、上記した実施の形態と同様である。

このような構成においても、上記した実施の形態と同様に、ブレーキディスク１０の制動解放時において、アーマチュア８とコーティング層３２との間に滑りが生じるためコーティング層３２の摩耗が少なく、エアギャップＧ寸法が広くなることによる磁気吸引力低下を防止することができる。

図４は、本発明のさらに他の実施の形態を示す要部の断面図である。この実施の形態は、ブレーキディスク１０の下面外周側に形成した環状溝３４に摺動目的材としての摺動リング部材３５を固着したものである。摺動リング部材３５の材質としては、摩擦係数が小さい材質、例えばＰＴＦＥが用いられる。なお、その他の構成は、上記した実施の形態と同様である。

このような構成においても、上記した実施の形態と同様な作用効果が得られる。

なお、上記した実施の形態は、いずれもフィールドコア５の底部を電動機１への取付け面とし、サイドプレート９をフィールドコア５の上方に固定してその下面をブレーキディスク１０の上面に対向させたが、これに限らずアーマチュア８がブレーキディスク１０の上方に位置するように電磁ブレーキ４を上下反転させてサイドプレート９を電動機１のハウジング３上に固定し、フィールドコア５を回転軸２に固定してもよい。その場合は、制動解放時にブレーキディスク１０がサイドプレート９に対して摺動回転するため、サイドプレート９とブレーキディスク１０との間に摺動目的材を介在させ、アーマチュア８とブレーキディスク１０との間に摩擦板を介在させればよい。

本発明に係る無励磁作動型電磁ブレーキの一実施の形態を示す断面図である。 同電磁ブレーキの要部の断面図である。 本発明の他の実施の形態を示す要部の断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態を示す要部の断面図である。

符号の説明

１…竪型電動機、２…回転軸、３…ハウジング、４…無励磁作動型電磁ブレーキ、５…フィールドコア、６…励磁コイル、７…制動用ばね、８…アーマチュア（第１のディスク保持部材）、９…サイドプレート（第２のディスク保持部材）、１０…ブレーキディスク、１６…スラストワッシャ（摺動目的材）、２８…摩擦板。

Claims (2)

1. 上下に対向して配置された第１、第２のディスク保持部材と、これらのディスク保持部材の間に配置されたブレーキディスクと、前記第１のディスク保持部材の前記第２のディスク保持部材側とは反対側の面に対向して配置されたフィールドコアと、通電励磁時に前記第１のディスク保持部材を前記フィールドコアの磁極面に吸着させる励磁コイルと、前記第１のディスク保持部材を前記ブレーキディスク方向に付勢し前記第２のディスク保持部材に押し付ける制動用ばねとを備え、前記第２のディスク保持部材と前記フィールドコアが竪型被駆動装置の固定部に固定され、前記ブレーキディスクが前記竪型被駆動装置の回転軸に軸線方向に移動自在に取付けられる無励磁作動型電磁ブレーキにおいて、
   前記第１、第２のディスク保持部材のうち上側に位置するディスク保持部材と前記ブレーキディスクとの間に摩擦板を介在させ、下側に位置するディスク保持部材と前記ブレーキディスクとの間に摩擦係数が小さい材質からなる摺動目的材を介在させたことを特徴とする無励磁作動型電磁ブレーキ。
2. 請求項１記載の無励磁作動型電磁ブレーキにおいて、
   前記摺動目的材が、スラストワッシャまたはフッ素樹脂コーティング層であることを特徴とする無励磁作動型電磁ブレーキ。

Images