JP2008128305A - 摩擦板の摩耗検知手段を備えたブレーキ及びクラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 ブレーキやクラッチの摩擦板の摩耗において、摩耗の許容限度を超える前に摩耗限界を検知し、ユーザー等に認知させることができる、摩耗検知手段を備えたブレーキ又はクラッチを提供する。
【解決手段】 アーマチュア１３と、このアーマチュア１３を吸引する励磁コイル１５と、摩擦板１２とを備え、アーマチュア１３と摩擦板１２の摩擦力を利用して、ブレーキ動作を行うブレーキ１０において、励磁コイル１５に通電する電流を微分して微分信号とする微分機能と、励磁コイル１５への通電開始から、アーマチュア１３が吸引されるまでの時間を、微分信号から算出して時間信号として出力する時間信号出力機能と、時間信号出力機能が出力した時間信号から、摩擦板１２が摩耗限界であるか否かを判別する判別機能と、判別機能が、摩擦板１２が摩耗限界であると判別したときに、摩耗限界検知信号を出力する信号出力機能とを備えた構成とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、摩擦板を用いたブレーキ及びクラッチに係り、特に、励磁コイル電流の変化で、摩擦板の摩耗限界を検知し、容易にブレーキ及びクラッチの交換時期を把握できるようにした、摩耗検知手段を備えたブレーキ又はクラッチに関する。

アーマチュアと摩擦板との摩擦力を利用したクラッチが、特許文献１乃至３に、開示されている。
また、同じく、アーマチュアと摩擦板との摩擦力を利用したブレーキが、特許文献４乃至６に開示されている。
この摩擦板を用いたブレーキの一例として、乾式複板無励磁作動形ブレーキについて、図１０を用いて説明する。
図１０は、従来の乾式複板無励磁作動形ブレーキの構成を示す縦断側面図である。

図１０に示すように、乾式複板無励磁作動形ブレーキ１００の主要構成は、アーマチュア１１０、プレート１２０、回転軸１３０、ハブ１４０、フィールドコア１５０、励磁コイル１５２、摩擦板１６０、バネ１７０である。
なお、同図において、１２２はプレート１２０とフィールドコア１５０の固定ネジである。

乾式複板無励磁作動形ブレーキ１００では、フィールドコア１５０の励磁コイル１５２に電流を流さない状況では、アーマチュア１１０はバネ１７０によりプレート１２０側に付勢され、摩擦板１６０がアーマチュア１１０及びプレート１２０の両面側で摩擦しあうことにより、ブレーキ動作を行う。
一方、フィールドコア１５０の励磁コイル１５２に電流を流した状態では、アーマチュア１１０がバネ１７０の付勢力に抗してフィールドコア１５０側に吸着され、ブレーキ動作が解除されることになる。
即ち、非通電時にブレーキがかかり、通電時にブレーキが解除される機能を備えている。

特開２００５−３３１０２８ 特開２００５−０３０４９１ 特開２００４−３３２８０２ 特開２００３−０９０３６４ 特開２００２−００５２０６ 特開２００１−１５９４３３

ところで、アーマチュアと摩擦板との摩擦力を利用したクラッチ又はブレーキは、長期間使用すると、摩擦板が摩耗するため交換が必要になる。
しかし、従来のクラッチ又はブレーキでは、交換時期を把握できるベテランサービスマンが減少していることや、また、ユーザーが摩耗量を知る手段がないため、交換時期が来ても交換されずに放置され、摩耗が進行しすぎて動作しなくなる場合がある。

そのため、例えば、製造ラインの組立用ロボットに、従来のクラッチやブレーキが組み込まれている場合、当該クラッチやブレーキの動作不良が原因でライン全体を止めてしまったり、ライン停止の原因がどのクラッチやブレーキの摩耗であるかを特定するまでに、時間がかかる等の問題を備えている。

本発明は、上記課題（問題点）を解決し、ブレーキやクラッチの摩擦板の摩耗において、摩耗の許容限度を超える前に摩耗限界を検知し、ユーザー等に認知させることができる、摩耗検知手段を備えたブレーキ又はクラッチを提供することを目的とする。

本発明の摩耗検知手段を備えたブレーキは、請求項１に記載のものは、アーマチュアと、このアーマチュアを吸引する励磁コイルと、摩擦板とを備え、前記アーマチュアと前記摩擦板の摩擦力を利用して、ブレーキ動作を行うブレーキにおいて、前記励磁コイルに通電する電流波形を分析し、この電流波形が前記摩擦板の摩耗限界時における所定の電流波形であるか否かを判別する電流波形分析機能と、前記電流波形分析機能が、前記電流波形が前記摩擦板の摩耗限界時における所定の電流波形であると判別したときに、摩耗限界検知信号を出力する信号出力機能とを備えた構成とした。

請求項２に記載のブレーキは、アーマチュアと、このアーマチュアを吸引する励磁コイルと、摩擦板とを備え、前記アーマチュアと前記摩擦板の摩擦力を利用して、ブレーキ動作を行うブレーキにおいて、前記励磁コイルに通電する電流を微分して微分信号とする微分機能と、前記励磁コイルへの通電開始から、前記アーマチュアが吸引されるまでの時間を、前記微分信号から算出して時間信号として出力する時間信号出力機能と、前記時間信号出力機能が出力した時間信号から、前記摩擦板が摩耗限界であるか否かを判別する判別機能と、前記判別機能が、前記摩擦板が摩耗限界であると判別したときに、摩耗限界検知信号を出力する信号出力機能とを備えた構成とした。

請求項３に記載のブレーキは、アーマチュアと、このアーマチュアを吸引する励磁コイルと、摩擦板とを備え、前記アーマチュアと前記摩擦板の摩擦力を利用して、ブレーキ動作を行うブレーキにおいて、前記励磁コイルへの通電開始から所定時間経過までの前記励磁コイルに通電する電流を積分して積分値とする積分機能と、前記積分値、或いは、前記励磁コイルへの通電開始から所定時間経過後の励磁コイル電流値により、前記摩擦板が摩耗限界であるか否かを判別する判別機能と、前記判別機能が、前記摩擦板が摩耗限界であると判別したときに、摩耗限界検知信号を出力する信号出力機能とを備えた構成とした。

本発明の摩耗検知手段を備えたクラッチは、請求項４に記載のものは、アーマチュアと、このアーマチュアを吸引する励磁コイルと、摩擦板とを備え、前記アーマチュアと前記摩擦板の摩擦力を利用して、クラッチ動作を行うクラッチにおいて、前記励磁コイルに通電する電流波形を分析し、この電流波形が前記摩擦板の摩耗限界時における所定の電流波形であるか否かを判別する電流波形分析機能と、前記電流波形分析機能が、前記電流波形が前記摩擦板の摩耗限界時における所定の電流波形であると判別したときに、摩耗限界検知信号を出力する信号出力機能とを備えた構成とした。

請求項５に記載のクラッチは、アーマチュアと、このアーマチュアを吸引する励磁コイルと、摩擦板とを備え、前記アーマチュアと前記摩擦板の摩擦力を利用して、クラッチ動作を行うクラッチにおいて、前記励磁コイルに通電する電流を微分して微分信号とする微分機能と、前記励磁コイルへの通電開始から、前記アーマチュアが吸引されるまでの時間を、前記微分信号から算出して時間信号として出力する時間信号出力機能と、前記時間信号出力機能が出力した時間信号から、前記摩擦板が摩耗限界であるか否かを判別する判別機能と、前記判別機能が、前記摩擦板が摩耗限界であると判別したときに、摩耗限界検知信号を出力する信号出力機能とを備えた構成とした。

請求項６に記載のクラッチは、アーマチュアと、このアーマチュアを吸引する励磁コイルと、摩擦板とを備え、前記アーマチュアと前記摩擦板の摩擦力を利用して、クラッチ動作を行うクラッチにおいて、前記励磁コイルへの通電開始から所定時間経過までの前記励磁コイルに通電する電流を積分して積分値とする積分機能と、前記積分値、或いは、前記励磁コイルへの通電開始から所定時間経過後の励磁コイル電流値により、前記摩擦板が摩耗限界であるか否かを判別する判別機能と、前記判別機能が、前記摩擦板が摩耗限界であると判別したときに、摩耗限界検知信号を出力する信号出力機能とを備えた構成とした。

本発明の摩耗検知手段を備えたブレーキは、上記のように構成したために、以下のような優れた効果を有する。
（１）請求項１乃至３に記載したように構成すると、励磁コイル電流の変化で、ユーザー若しくはサービスマンが、摩擦板が許容範囲以上に摩耗したことを認識するため、ベテランサービスマンでなくても、ブレーキの交換時期を知ることができる。
（２）また、励磁コイル電流により、摩擦板の摩耗限界を検出するようにしたので、簡単な回路を付けるだけで検知が可能となり、ブレーキとして動作しなくなる前に摩擦板の摩耗を検知したり、複数のブレーキを使う場合には不良となる機器を事前に特定することが容易になり、これらを使ったロボット、ライン、システム等の稼働率、メンテナンス効率が向上する。

本発明の摩耗検知手段を備えたクラッチは、上記のように構成したために、以下のような優れた効果を有する。
（１）請求項４乃至６に記載したように構成すると、励磁コイル電流の変化で、ユーザー若しくはサービスマンが、摩擦板が許容範囲以上に摩耗したことを認識するため、ベテランサービスマンでなくても、クラッチの交換時期を知ることができる。
（２）また、励磁コイル電流により、摩擦板の摩耗限界を検出するようにしたので、簡単な回路を付けるだけで検知が可能となり、クラッチとして動作しなくなる前に摩擦板の摩耗を検知したり、複数のクラッチを使う場合には不良となる機器を事前に特定することが容易になり、これらを使ったロボット、ライン、システム等の稼働率、メンテナンス効率が向上する。

以下、本発明のブレーキの第１、第２の実施の形態について、図１乃至図９を用いて、順次説明する。

本発明のブレーキの第１の実施の形態：
先ず、本発明の摩擦板の摩耗検知手段を備えたブレーキの第１の実施の形態について、図１乃至図７を用いて説明する。
図１は、本発明の摩擦板の摩耗検知手段を備えたブレーキの第１の実施の形態を示す縦断側面図で、励磁コイル電流ＯＦＦ時の場合である。
図２は、本発明の摩擦板の摩耗検知手段を備えたブレーキの第１の実施の形態を示す縦断側面図で、励磁コイル電流ＯＮ時の場合である。
図３は、本発明の摩擦板の摩耗検知手段を備えたブレーキの第１の実施の形態の駆動回路図である。

図４は、摩擦板に摩耗がない初期値のギャップの場合における励磁コイル電流の波形図である。
図５は、摩擦板が摩耗限界に近づいたギャップの場合における励磁コイル電流の波形図である。
図６は、摩擦板に摩耗がない初期値のギャップの場合における励磁コイル電流をハイパスフィルタに通した後の波形図である。
図７は、摩擦板に摩耗限界に近づいたギャップの場合における励磁コイル電流をハイパスフィルタに通した後の波形図である。

先ず、本実施の形態のブレーキ１０の基本構成を図１及び図２を用いて説明する。
本実施の形態のブレーキ１０は、従来のブレーキ同様に、図１及び図２に示すように、ハブ１１、摩擦板１２、アーマチュア１３、フィールドコア１４、励磁コイル１５、バネ１６を備えている。
また、励磁コイル１５に通電する駆動回路は、図３に示すように、直流定電圧電源Ｖ１とスイッチＳ１を備えている。
なお、Ｇは、アーマチュア１３とフィールドコア１４間のギャップである。
このギャップＧは、摩擦板１２が摩耗すると、アーマチュア１３がハブ１１側にシフトするため、その値が大きくなるという性質がある。

一方、本実施の形態のブレーキ１０の特徴は、図示は省略するが、励磁コイル１５に通電する電流波形の高周波成分を取り出すハイパスフィルタと、アーマチュア１３が吸引された時間にパルスを出力するコンパレータとを備えている。

次に、以上の構成を踏まえ、本実施の形態のブレーキ１０の基本動作を説明する。
本実施の形態のブレーキ１０では、図１に示すように、励磁コイル１５が非励磁状態であれば、アーマチュア１３は、バネ１６の復元力によってフィールドコア１４から離れ、摩擦板１２に押し付けられてハブ１１を固定する（ブレーキ作動）。
一方、図２に示すように、励磁コイル１５が励磁状態になると、アーマチュア１３が摩擦板１２から離れてフィールドコア１４側に吸引され、ハブ１１は回転自由となる（ブレーキ開放）。
通常、励磁コイル１５に電流を印加するための電源Ｖ１は、上記したように、直流定電圧電源であり、図３に示すように、ユーザーはスイッチＳ１を設け、ブレーキＯＮ／ＯＦＦ信号を通じてシーケンサー等により制御できるようにして使用する。

次に、励磁コイル１５に通電して、ブレーキ１０を駆動した場合の励磁コイル１５の電流波形を図３及び図４に示す。
図３に示すように、摩擦板１２に摩耗がない初期値のギャップＧの場合の電流波形では、励磁コイル電流の増加に伴って、励磁コイル１５の吸着力が増大し、ある時間でバネ１６の復元力を上回り、アーマチュア１３が励磁コイル１５に吸引される。
このとき、アーマチュア１３は急激に動くため、アーマチュア１３、フィールドコア１４、ギャップＧ間の磁気回路における磁束変化が大きく、これを妨げるように励磁コイル電流が減少する。
次に、アーマチュア１３がフィールドコア１４に接触して、アーマチュア１３の動きが止まると、再び励磁コイル電流が増加する。
このとき、磁気回路が飽和状態になっており、インダクタンスが小さくなり、電流の増加が早くなっている。

一方、ギャップＧが初期値の場合と比較して、図４に示すように、摩擦板１２が摩耗限界に近づいたときのギャップＧの場合の電流波形は、アーマチュア１３の吸引前にギャップＧが大きいため、インダクタンスが小さくなっており、電流増加の時定数が短く、図３より早く立ち上がっている。
また、ギャップＧが大きいため、アーマチュア１３を吸引するときは、大きい吸引力が必要になり、励磁コイル１５への通電開始からアーマチュア１３吸引までの時間が図３よりも長くかかっている。

次に、図５及び図６に、図３及び図４の励磁コイル電流波形を、或るカットオフ周波数ｆｃ１のハイパスフィルタを通して、高周波成分を取り出し、微分した場合の波形を示す。
この電流波形を、以下説明する閾値を持ったコンパレータに通すと、アーマチュア１３を励磁コイル１５が吸引した時間にパルスを出すことができる。
励磁コイル１５への通電を開始してから、このパルスを発生するまでの時間間隔とギャップＧ、即ち摩擦板１２の摩耗量の関係は１対１であるので、摩耗限界を時間間隔で決定しこの値を閾値とし、パルスを発生するまでの時間間隔が、この閾値以上の時間間隔となったとき、摩擦板１２の摩耗限界と判断して摩耗限界検知信号を出力する。
摩耗限界は、摩擦板１２が動作しなくなるか、或いは、ギャップＧが広がりすぎて、アーマチュア１３が吸引できなくなる等を条件として適宜決定される。

即ち、本実施の形態のブレーキ１０では、励磁コイル１５への通電を開始してから、コンパレータがパルスを発生するまでの時間間隔が、所定の時間間隔以上となった時に、摩耗限界と検知し、この摩耗限界検知信号によりユーザー若しくはサービスマンが、摩擦板１２が許容範囲以上に摩耗したことを認識するため、ベテランサービスマンでなくても、ブレーキ１０の交換時期を知ることができる。
また、励磁コイル電流により、摩擦板１２の摩耗限界を検出するようにしたので、簡単な回路を付けるだけで検知が可能となり、ブレーキとして動作しなくなる前に摩擦板１２の摩耗を検知したり、複数のブレーキ１０を使う場合には不良となる機器を事前に特定することが容易になり、これらを使ったロボット、ライン、システム等の稼働率、メンテナンス効率が向上する。

本発明のブレーキの第２の実施の形態：
次に、本発明の摩擦板の摩耗検知手段を備えたブレーキの第２の実施の形態について、図８及び図９を用い、図１を参照して説明する。
図８は、摩擦板に摩耗がない初期値のギャップの場合における励磁コイル電流をローパスフィルタに通した後の波形図である。
図９は、摩擦板に摩耗限界に近づいたギャップの場合における励磁コイル電流をローパスフィルタに通した後の波形図である。

本実施の形態のブレーキの基本構成は、上記第１の実施の形態とほぼ同一で、上記第１の実施の形態では、励磁コイル１５に通電する電流波形の高周波成分を取り出すハイパスフィルタと、アーマチュア１３が吸引された時間にパルスを出力するコンパレータとを備えた構成であったが（図１参照）、本実施の形態では、これらに替えて、励磁コイル１５に通電する電流を積分するローパスフィルタを備えた構成である。

上述したように、摩耗限界に近づいたときのギャップＧの場合の電流波形は、初期値ギャップより早く立ち上がっている。
これは、ギャップＧが増えるに従って、インダクタンスが減少し、電流増加の時定数が小さくなるためである。
励磁コイル電流を、或るカットオフ周波数ｆｃ２のローパスフィルタにより、積分した波形を図８及び図９に示す。

図８の積分値は、初期値のギャップＧの場合、アーマチュア１３の吸引時間程度まで示したもので、図９に示すように、同じ時間で、摩擦板１２が摩耗限界に近づいたときの積分値が、初期値ギャップＧの積分値より大きくなっていることが分かる。
従って、摩耗限界に対応する積分値を閾値として決めておけば、或る時間の積分値が閾値以上となったとき、摩耗限界信号を出力することができる。
従って、本実施の形態のブレーキも、第１の実施の形態と同様の優れた効果を奏することができる。
ところで、上記実施の形態では、シグナル／ノイズのＳ／Ｎ比が良くなるように積分値で説明したが、Ｓ／Ｎ比が良好な場合は、励磁コイルの電流値によって摩耗限界を判定するようにしても良い。

ところで、上記実施の形態では、ブレーキの例で説明したが、同様に、アーマチュアを吸引する励磁コイルを備え、アーマチュアと摩擦板の摩擦力を利用して、クラッチ動作を行うクラッチにも本願発明が容易に適用できるのは、勿論のことである。

本発明の摩擦板の摩耗検知手段を備えたブレーキの第１の実施の形態を示す縦断側面図で、励磁コイル電流ＯＦＦ時の場合である。 本発明の摩擦板の摩耗検知手段を備えたブレーキの第１の実施の形態を示す縦断側面図で、励磁コイル電流ＯＮ時の場合である。 本発明の摩擦板の摩耗検知手段を備えたブレーキの第１の実施の形態の駆動回路図である。 摩擦板に摩耗がない初期値のギャップの場合における励磁コイル電流の波形図である。 摩擦板が摩耗限界に近づいたギャップの場合における励磁コイル電流の波形図である。 第１の実施の形態において、摩擦板に摩耗がない初期値のギャップの場合における励磁コイル電流をハイパスフィルタに通した後の波形図である。 第１の実施の形態において、摩擦板に摩耗限界に近づいたギャップの場合における励磁コイル電流をハイパスフィルタに通した後の波形図である。 第２の実施の形態において、摩擦板に摩耗がない初期値のギャップの場合における励磁コイル電流をローパスフィルタに通した後の波形図である。 第２の実施の形態において、摩擦板に摩耗限界に近づいたギャップの場合における励磁コイル電流をローパスフィルタに通した後の波形図である。 従来の乾式複板無励磁作動形ブレーキの構成を示す縦断側面図である。

符号の説明

１０：ブレーキ
１１：ハブ
１２：摩擦板
１３：アーマチュア
１４：フィールドコア
１５：励磁コイル
１６：バネ

Claims (6)

1. アーマチュアと、このアーマチュアを吸引する励磁コイルと、摩擦板とを備え、前記アーマチュアと前記摩擦板の摩擦力を利用して、ブレーキ動作を行うブレーキにおいて、
   前記励磁コイルに通電する電流波形を分析し、この電流波形が前記摩擦板の摩耗限界時における所定の電流波形であるか否かを判別する電流波形分析機能と、
   前記電流波形分析機能が、前記電流波形が前記摩擦板の摩耗限界時における所定の電流波形であると判別したときに、摩耗限界検知信号を出力する信号出力機能とを備えたことを特徴とする摩擦板の摩耗検知手段を備えたブレーキ。
2. アーマチュアと、このアーマチュアを吸引する励磁コイルと、摩擦板とを備え、前記アーマチュアと前記摩擦板の摩擦力を利用して、ブレーキ動作を行うブレーキにおいて、
   前記励磁コイルに通電する電流を微分して微分信号とする微分機能と、
   前記励磁コイルへの通電開始から、前記アーマチュアが吸引されるまでの時間を、前記微分信号から算出して時間信号として出力する時間信号出力機能と、
   前記時間信号出力機能が出力した時間信号から、前記摩擦板が摩耗限界であるか否かを判別する判別機能と、
   前記判別機能が、前記摩擦板が摩耗限界であると判別したときに、摩耗限界検知信号を出力する信号出力機能とを備えたことを特徴とする摩擦板の摩耗検知手段を備えたブレーキ。
3. アーマチュアと、このアーマチュアを吸引する励磁コイルと、摩擦板とを備え、前記アーマチュアと前記摩擦板の摩擦力を利用して、ブレーキ動作を行うブレーキにおいて、
   前記励磁コイルへの通電開始から所定時間経過までの前記励磁コイルに通電する電流を積分して積分値とする積分機能と、
   前記積分値、或いは、前記励磁コイルへの通電開始から所定時間経過後の励磁コイル電流値により、前記摩擦板が摩耗限界であるか否かを判別する判別機能と、
   前記判別機能が、前記摩擦板が摩耗限界であると判別したときに、摩耗限界検知信号を出力する信号出力機能とを備えたことを特徴とする摩擦板の摩耗検知手段を備えたブレーキ。
4. アーマチュアと、このアーマチュアを吸引する励磁コイルと、摩擦板とを備え、前記アーマチュアと前記摩擦板の摩擦力を利用して、クラッチ動作を行うクラッチにおいて、
   前記励磁コイルに通電する電流波形を分析し、この電流波形が前記摩擦板の摩耗限界時における所定の電流波形であるか否かを判別する電流波形分析機能と、
   前記電流波形分析機能が、前記電流波形が前記摩擦板の摩耗限界時における所定の電流波形であると判別したときに、摩耗限界検知信号を出力する信号出力機能とを備えたことを特徴とする摩擦板の摩耗検知手段を備えたクラッチ。
5. アーマチュアと、このアーマチュアを吸引する励磁コイルと、摩擦板とを備え、前記アーマチュアと前記摩擦板の摩擦力を利用して、クラッチ動作を行うクラッチにおいて、
   前記励磁コイルに通電する電流を微分して微分信号とする微分機能と、
   前記励磁コイルへの通電開始から、前記アーマチュアが吸引されるまでの時間を、前記微分信号から算出して時間信号として出力する時間信号出力機能と、
   前記時間信号出力機能が出力した時間信号から、前記摩擦板が摩耗限界であるか否かを判別する判別機能と、
   前記判別機能が、前記摩擦板が摩耗限界であると判別したときに、摩耗限界検知信号を出力する信号出力機能とを備えたことを特徴とする摩擦板の摩耗検知手段を備えたクラッチ。
6. アーマチュアと、このアーマチュアを吸引する励磁コイルと、摩擦板とを備え、前記アーマチュアと前記摩擦板の摩擦力を利用して、クラッチ動作を行うクラッチにおいて、
   前記励磁コイルへの通電開始から所定時間経過までの前記励磁コイルに通電する電流を積分して積分値とする積分機能と、
   前記積分値、或いは、前記励磁コイルへの通電開始から所定時間経過後の励磁コイル電流値により、前記摩擦板が摩耗限界であるか否かを判別する判別機能と、
   前記判別機能が、前記摩擦板が摩耗限界であると判別したときに、摩耗限界検知信号を出力する信号出力機能とを備えたことを特徴とする摩擦板の摩耗検知手段を備えたクラッチ。

Images