JP2009293760A - モータ用ブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧力調整機構を備えることによって内部圧力の変化を吸収することができるモータ用ブレーキ装置を提供する。
【解決手段】 密閉空間内に磁性流体を充填し、該磁性流体に磁場を与えることによって前記磁性流体を磁化してモータに制動力を付与するモータ用ブレーキ装置において、前記磁性流体４の温度上昇に伴う体積変動に応じて容積を拡大または縮小するように位置を変え、前記密閉空間Ｓ内の内部圧力を調整する内部圧力調整用部材として高分子材料シート６を前記磁性流体４の体積変動に応動するように配設したことにある。
【選択図】 図１

Description

本発明は磁性流体を用いたモータ用ブレーキ装置に関する。

従来、この種のモータ用ブレーキ装置としては、例えば特開２００２−３４００５９号公報（特許文献１参照。）がある。
この先行技術によれば、図９および図１０に示すように、モータ用励磁作動型電磁ブレーキ１０１は、モータ１０２のケース１０２ａ端部に、取付けられる電磁ブレーキ本体１０３と、前記モータ１０２の回転子出力軸である回転軸１０２ｂに固着されたブレーキ可動部材１０６とからなる。電磁ブレーキ本体１０３は、内部に前記回転軸１０２ｂを中心軸に巻回される励磁コイル巻線１０４が配設され、中心部分を前記回転軸１０２ｂに貫通させるとともに、前記励磁コイル巻線１０４の内周側に段部１０５ｃを有する磁性材からなる第１のヨーク部材１０５ａと、該第１のヨーク部材１０５ａの端部に、固着、密封される段部１０５ｄを有する、磁性材からなる第２のヨーク１０５ｂとからなる。前記ブレーキ可動部材１０６は、回転軸１０２ｂに固着された磁性材からなる円板部１０７を有する部材である。前記第１のヨーク部材１０５ａと回転軸１０２ｂの間には、シール部材１０９が配設されている。

前記円板部１０７は第１のヨーク部材１０５ａおよび第２のヨーク１０５ｂによって形成される空隙１０８内に配設され、該空隙１０８内には磁性流体１１０が充填されている。
前記励磁コイル巻線１０４に通電して励磁するとき、該励磁コイル巻線１０４により発生する磁束は、第１のヨーク部材１０５ａ→磁性流体１１０→円板部１０７→第２のヨーク１０５ｂを通り、再び第１のヨーク部材１０５ａに入る磁路を形成する。
特開２００２−３４００５９号公報 実開昭６０−１６００５６号公報 特開昭５８−３６１５０号公報 実公平２−２９８０７号公報

しかしながら、前記先行技術では、前記空隙１０８内に、前記磁性流体１１０を封入するとき、シール部材１０９で密閉した空隙１０８内に前記磁性流体１１０を１００％充填していた。このとき、モータおよびブレーキ部の温度上昇により、磁性流体１１０が熱膨張を起こし、その結果、シール部材１０９が内部圧力に耐え切れず前記磁性流体１１０およびベース液漏れが発生する課題がある。
このような内圧を調整するためにベローズを用いる構造が考えられる（特許文献２参照）が、密閉性を保つためにＯリングを介する必要があり、また取り付けの作業性も悪いという問題がある。さらにベローズは、高価である上、スペースを取るという問題もある。
さらに、内圧を吸収するために、弾性体の膜を設けて、弾性膜の伸縮で吸収する方法がある（特許文献３、特許文献４）が、磁性流体の体積変動を吸収するには、強度的に不十分である。

本発明は、上記課題を解決し、圧力調整機構を備えることによって内部圧力の変化を吸収することができるモータ用ブレーキ装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、密閉空間内に磁性流体を充填し、該磁性流体に磁場を与えることによって前記磁性流体を磁化してモータに制動力を付与するモータ用ブレーキ装置において、前記磁性流体の温度上昇に伴う体積変動に応じて容積を拡大または縮小するように位置を変え、前記密閉空間内の内部圧力を調整する内部圧力調整用部材として高分子材料シートを前記磁性流体の体積変動に応動するように配設したことにある。
また、本発明は、前記密閉空間内に充填された磁性流体の表面に前記高分子材料シートを配置し、前記モータの温度が上昇していない時には、収縮する前記磁性流体の体積変動に応じて前記高分子材料シートが前記密閉空間内に窪んだ状態になるように構成されたことにある。
さらに、本発明は、前記密閉空間内に充填された磁性流体の表面に前記高分子材料シートを配置し、前記モータの温度が上昇していない時には、収縮する前記磁性流体の体積変動に応じて前記高分子材料シートが半径方向に波形形状になるように構成されたことにある。
またさらに、本発明は、前記高分子材料シートを円形に形成するとともに、前記高分子材料シートの周縁部に、環状の肉厚部を形成したことにある。
また、本発明は、前記高分子材料シートの前記密閉空間内に窪んだ部分の容積が、モータ駆動時に前記磁性流体が熱膨張する容積の１／２に設定されたことにある。

本発明のモータ用ブレーキ装置によれば以下の効果を奏することができる。
請求項１の発明によれば、磁性流体の温度上昇に伴う体積変動に応じて容積を拡大または縮小するように高分子材料シートが位置を変えることができるので、従来と比較して安価で小型のモータ用ブレーキ装置を得ることができる。
請求項２の発明によれば、モータやブレーキ装置の発熱によってブレーキの内部圧力が上昇しても高分子材料シートがほとんど延びることが無いので、ゴムの劣化を防止することができる。
請求項３の発明によれば、モータやブレーキ装置の発熱によってブレーキの内部圧力が上昇しても高分子材料シートが位置変化するだけで、ほとんど延びることが無いことから、ゴムの劣化を防止することができる。
請求項４の発明によれば、高分子材料シートの肉厚部がＯリングと同等の機能を持つので、新たにＯリングを装着する必要がない。また取り付けも簡単である。また安価である。
請求項５の発明によれば、モータ駆動時の発熱状態にあっても、磁性流体の熱膨張による容積変化に、高分子材料シートが全く延びることなく対応できるので、ブレーキ内部の圧力が上昇しない。そのため、安定したブレーキ力を得ることができる。またブレーキ装置の寿命が長くなる。

以下図示の実施の形態を、図面を参照しながら、詳細に説明する。

図１はモータ用ブレーキ装置に用いる内部圧力調整機構を示したものである。
モータ用ブレーキ装置１は、筐体２内にモータシャフト３を導入し、このモータシャフト３の周囲に充填されるように筐体２内に、磁性流体４を密閉したものである。モータシャフト３はオイルシール５を介して筐体２に回転自在に支持されている。筐体２の一側面には開口部２ａが形成されており、この開口部２ａを塞ぐようにして高分子材料シート６が配置されて密閉空間Ｓを形成している。

この高分子材料シート６は、クロロプレンゴムなどの硬度のある合成ゴムで成形され、図２（ａ）（ｂ）に示すように、外形が円形で、断面が略半円状の椀形をした薄いシート状に形成されており、かつ周囲の縁部に沿って環状の肉厚部６ａが形成されている。この高分子材料シート６は、前記筐体２の端面に環状に形成された凹部２ｂに肉厚部６ａを配置し、固定プレート７によって肉厚部６ａを挟むようにしてネジ止めされている。前記固定プレート７は、リング状に形成されたプレートで、開口部２ａが形成された筐体２の端面２ｃにネジ８を介して組み付けられている。

前記磁性流体４は、磁場を与えることによって磁化してモータシャフト３に制動力を付与するもので、ＭＲ流体とも呼ばれる素材である。ＭＲ流体は強磁性金属微粒子を媒体となる液体中に高濃度で分散させたスラリーで、外部磁場により磁化された粒子同士が強く引きつけ合うことで高粘度になる素材である。

上記構成によると、磁性流体４に磁場を与えることによって、磁性流体４は、磁化して高粘度になる。こうして、高粘度になった磁性流体４がモータシャフト３に密着して、モータシャフト３に制動力を付与するものである。一方、磁性流体４は、図３に示すように熱による磁性流体４の温度上昇に伴って体積を拡大するように変動する。このとき、密閉空間Ｓ内の内部圧力を調整する内部圧力調整用部材としての高分子材料シート６は、磁性流体４が熱膨張してある程度の体積になると、図示破線のように密閉空間Ｓを拡大するように、開口部２ａの外側に向けて図４（ｉ）（ｉｉ）（ｉｉｉ）（ｉｖ）のように変形して位置を変え、密閉空間Ｓの容積を拡大する。

こうして、磁性流体４は熱膨張によって体積を拡大しても、密閉空間Ｓの容積が拡大しているので、内部圧力の上昇を抑制することができる。高分子材料シート６の外周部に環状の肉厚部分６ａを設けているので、Ｏリングと同様の機能を持たせることができる。よって、オイルシール５が破損して磁性流体４が外部に漏れたり、ベース液が漏れたりする不具合を防止することができる。密閉空間Ｓの容積の拡大量Ｌは、磁性流体４が熱膨張によって体積を拡大する量Ｍに相当している。

また、内部温度が低下すると、磁性流体４も温度が下がり、体積が縮小すると、密閉空間Ｓ内の内部圧力が低下する。こうして、密閉空間Ｓ内の内部圧力の低下にともなって、高分子材料シート６は密閉空間Ｓの容積を縮小するように変形して位置を変え、密閉空間Ｓの内側に窪んだ状態となるので、磁性流体４が密閉空間Ｓ内で不規則に流動する不具合を防止できる。

また、図５および図６は、本発明の他の実施の形態による、モータに併設したモータ用ブレーキ装置を示したもので、モータシャフトの制動に磁性流体を用いたものである。

この場合、モータ本体１０に、ブレーキ装置１１を併設したもので、モータ本体１０に、ブレーキ装置１１のハウジング１２がネジ２０により組み付けられている。ハウジング１２内には、密閉空間Ｓが形成され、この密閉空間Ｓ内に、モータ本体１０からモータシャフト１３の先端部１３ａが導入されている。モータシャフト１３の先端部１３ａには、密閉空間Ｓ内に広がるように、円盤状のブレーキディスク２１が装着されており、このブレーキディスク２１およびモータシャフト１３の先端部１３ａを覆うように密閉空間Ｓ内に磁性流体１４が充填されている。密閉空間Ｓへのモータシャフト１３の先端部１３ａの導入部にはオイルシール１５が設けられており、かつ、モータシャフト１３の先端部１３ａの端面側の開口端部１２ａには、高分子材料シート１６が装着されている。高分子材料シート１６は、クロロプレンゴムなどの硬度のある合成ゴムで構成されており、一定以上の圧力で変形して位置を変えるように構成されている。

この高分子材料シート１６は、周縁部に環状の肉厚部１６ａを形成した円形のシート状に形成されている。ハウジング１２の開口端部１２ａの周囲には、環状の凹部１２ｂが形成されており、この凹部１２ｂに肉厚部１６ａを配置し、この肉厚部１６ａの外側に固定プレート１７がネジ１８によって固定されている。固定プレート１７の外側には、高分子材料シート１６を外部と遮断するプレート１９がネジ２２を介してハウジング１２に固定されている。ハウジング１２の内部には、密閉空間Ｓの外周側に電磁石となるコイル２３が配置され、磁性流体１４の磁化を行なう。

こうして、コイル２３に通電して電磁石として動作させると、磁性流体１４が磁化して粘性を高め、ブレーキディスク２１に制動力を付与する。そして、モータシャフト１３に制動力がかけられモータを停止させる。このとき、磁性流体１４が熱膨張してある程度の体積になると、高分子材料シート１６が、図示破線のように密閉空間Ｓを拡大するように、開口部１２ａの外側に向けて変形して位置を変え、密閉空間Ｓの容積を拡大する。これによって、密閉空間Ｓの内部圧力が低下し、オイルシール１５の破損を防止する。

以上のように、上記実施の形態によれば、磁性流体１４の温度上昇に伴う体積変動に応じて容積を拡大または縮小するように高分子材料シート１６が位置を変えることができるので、従来と比較して安価で小型のモータ用ブレーキ装置を得ることができる。
また、モータやブレーキ装置１１の発熱によってブレーキの内部圧力が上昇しても高分子材料シート１６がほとんど延びることが無いので、ゴムの劣化を防止することができる。
さらに、高分子材料シート１６の肉厚部１６ａがＯリングと同等の機能を持つので、新たにＯリングを装着する必要がない。また取り付けも簡単で、安価である。
またさらに、モータ駆動時の発熱状態にあっても、磁性流体１４の熱膨張による容積変化に、高分子材料シート１６が全く延びることなく対応できるので、ブレーキ内部の圧力が上昇しない。そのため、安定したブレーキ力を得ることができる。またブレーキ装置１１の寿命が長くなる。

次に、図７（ａ）（ｂ）は、高分子材料シート２６の変形例で、肉厚部２６ａの内側に、半径方向の波形２６ｂを同心円状に形成したものである。この場合も、図８（ｉ）（ｉｉ）（ｉｉｉ）（ｉｖ）のように変形して、磁性流体１４の熱膨張による容積変化によって、波形２６ｂの凹凸が移動して、最終的に外側に湾曲し（図８（ｉｖ））、内部圧力の変化に追従することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、高分子材料シート１６としては、クロロプレンゴムなどの硬度のあるゴム材料であれば、他の高分子材料でもよく、また、形状も円形以外の多角形でも良い。など、その他本発明の要旨を変更しない範囲内で適宜変更して実施し得ることができることはいうまでもない。

本発明の実施の形態によるモータ用ブレーキ装置に用いる内部圧力調整機構を示す概念断面図である。 熱膨張によって磁性流体の体積が増大した場合の高分子材料シートの容積変化を示す断面図である。 高分子材料シートの形状を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 高分子材料シートの変形過程を示す断面図である。 モータ本体に本発明によるモータ用ブレーキ装置を組み付けた状態を示す部分断面図である。 熱膨張によって磁性流体が体積を増大した場合の高分子材料シートの変化を示す部分断面図である。 高分子材料シートの変形例を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。 波形の高分子材料シートの変形過程を示す断面図である。 従来のモータ用励磁作動型電磁ブレーキを示す断面図である。 図９の部分拡大断面図である。

符号の説明

１ モータ用ブレーキ装置
２ 筐体
３、１３ モータのシャフト
４、１４ 磁性流体
５、１５ オイルシール
６、１６ 高分子材料シート
７、１７ 固定プレート
１０ モータ本体
１１ ブレーキ装置
１２ ハウジング
Ｓ 密閉空間
２ａ 開口部
２ｂ 凹部
６ａ，１６ａ 肉厚部

Claims (5)

1. 密閉空間内に磁性流体を充填し、該磁性流体に磁場を与えることによって前記磁性流体を磁化してモータに制動力を付与するモータ用ブレーキ装置において、前記磁性流体の温度上昇に伴う体積変動に応じて容積を拡大または縮小するように位置を変え、前記密閉空間内の内部圧力を調整する内部圧力調整用部材として高分子材料シートを前記磁性流体の体積変動に応動するように配設したことを特徴とするモータ用ブレーキ装置。
2. 前記密閉空間内に充填された磁性流体の表面に前記高分子材料シートを配置し、前記モータの温度が上昇していない時には、収縮する前記磁性流体の体積変動に応じて前記高分子材料シートが前記密閉空間内に窪んだ状態になるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のモータ用ブレーキ装置。
3. 前記密閉空間内に充填された磁性流体の表面に前記高分子材料シートを配置し、前記モータの温度が上昇していない時には、収縮する前記磁性流体の体積変動に応じて前記高分子材料シートが半径方向に波形形状になるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のモータ用ブレーキ装置。
4. 前記高分子材料シートを円形に形成するとともに、前記高分子材料シートの周縁部に、環状の肉厚部を形成したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか1項に記載のモータ用ブレーキ装置。
5. 前記高分子材料シートの前記密閉空間内に窪んだ部分の容積が、モータ駆動時に前記磁性流体が熱膨張する容積の１／２に設定されたことを特徴とする請求項２に記載のモータ用ブレーキ装置。

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