JP2010276060A - Linear motor device with brake - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、スライダを備えた可動部がリニアモータの駆動力でレールに沿って駆動するリニアモータ装置に関し、特に、電力の供給を失って駆動力を喪失した時に、可動部にブレーキをかけて安全に固定できるブレーキ機構を備えたリニアモータ装置に関するものである。 The present invention relates to a linear motor device in which a movable part having a slider is driven along a rail with a driving force of a linear motor, and in particular, when the power is lost due to loss of power supply, the moving part is braked. The present invention relates to a linear motor device provided with a brake mechanism that can be safely fixed.
リニアモータ装置とは、装置の固定した側の部材(以後、固定部)に取り付けた固定磁石と、可動する側の部材(以後、可動部)に取り付けた励磁コイルとを、エアギャップを隔てて対向するように配置することで、励磁時に可動方向へ直線的な駆動力を発生するように構成した装置である。
このリニアモータ装置は、高速で高精度な応答性を得やすいなどの特長を生かし、工作機械や搬送設備をはじめ各種の産業分野において利用されている。このようなリニアモータ装置は、ボールネジ駆動やラック&ピニオン駆動とは異なり、固定部と可動部とはレールとスライドで構成されるガイド部でのみボールを介して接触しており、電源断時などの非通電時にリニアモータが駆動力を喪失すると可動部が自由に動いてしまうという問題があるため、非通電時において動作するブレーキ手段を設けることが一般的である。
従来のブレーキ手段としては、通電時はコイルバネの付勢力に抗して電磁石でブレーキパッドを摩擦係合部から引き離すことでブレーキを解除し、非通電時には電磁石の磁力を喪失させることでコイルバネの付勢力によってブレーキパッドを摩擦係合部と摩擦係合させてブレーキ動作を行うものが提案されている。(例えば特許文献1)
A linear motor device refers to a fixed magnet attached to a fixed member (hereinafter referred to as a fixed portion) of the device and an excitation coil attached to a movable member (hereinafter referred to as a movable portion) with an air gap therebetween. It is an apparatus configured to generate a linear driving force in the movable direction during excitation by being arranged so as to face each other.
This linear motor device is used in various industrial fields such as machine tools and conveyance facilities, taking advantage of its high-speed and high-accuracy responsiveness. In such a linear motor device, unlike the ball screw drive and rack & pinion drive, the fixed part and the movable part are in contact with each other only via the guide part composed of rails and slides, and when the power is cut off, etc. Since there is a problem that when the linear motor loses driving force when the current is not energized, the movable part is free to move, so it is common to provide a brake means that operates when the current is not energized.
As a conventional brake means, when energized, the brake is released by separating the brake pad from the friction engagement part with an electromagnet against the urging force of the coil spring, and when the coil is not energized, the magnetic force of the electromagnet is lost. There has been proposed one in which a brake pad is frictionally engaged with a friction engagement portion by force to perform a brake operation. (For example, Patent Document 1)
このようなリニアモータ装置のブレーキ機構にあっては、電源遮断時に可動部を停止させることを主な目的としているため、大きな制動力を発生させる必要がある。
そのためには電源遮断時に強力なバネでブレーキパッドを摩擦係合部に押し当てればよいのであるが、通電時には常時これを電磁石で引き離しているため、電磁石に常に相当の電力を供給する必要があり、電磁石も大型になって可動部が重くなるという悪循環があった。
またブレーキパッド部に摩擦摺動部品を使用するため部品を高精度に加工する必要があり、またブレーキ機構の組み立てにおいては微調整が必要なため製作が困難で製作費が高額になるという問題点があった。
In such a brake mechanism of the linear motor device, the main purpose is to stop the movable portion when the power is cut off, and thus it is necessary to generate a large braking force.
To that end, it is only necessary to press the brake pad against the frictional engagement part with a strong spring when the power is cut off. However, since this is always separated by the electromagnet when energized, it is necessary to always supply a considerable amount of power to the electromagnet. There was a vicious circle in which the electromagnets became larger and the moving parts became heavier.
In addition, since friction sliding parts are used for the brake pads, it is necessary to machine the parts with high precision, and the brake mechanism assembly requires fine adjustment, making it difficult to manufacture and expensive to manufacture. was there.
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、小型・軽量で製作、保守が容易なブレーキ機構を備えたリニアモータ装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a linear motor device including a brake mechanism that is small and lightweight and that is easy to manufacture and maintain.
この発明によるリニアモータ装置は、励磁コイルを備えた可動部が、磁石とレールを備えた固定部の上をリニアモータの駆動力によって自在に走行するリニアモータ装置において、
可動部が固定部に対向する面に、
固定部に押し当てて可動部を制動するブレーキパッドと、
このブレーキパッドに接続されたピストンロッドと、
このピストンロッドに接続されたピストンと、
ピストンロッドを付勢するためのバネと、
ピストンを内蔵するシリンダとを備えたブレーキ機構を備え、
シリンダ内に流体を圧入、又はシリンダ内から流体を排出することによってバネを付勢しながらピストンロッドをシリンダ内に収納して可動部の制動を解除し、
シリンダ内の流体の正圧または負圧を開放することによって、バネの付勢を開放してピストンロッドを突出させて可動部を制動することを特徴とするものである。
The linear motor device according to the present invention is a linear motor device in which a movable part provided with an exciting coil freely travels on a fixed part provided with a magnet and a rail by a driving force of the linear motor.
On the surface where the movable part faces the fixed part,
A brake pad that presses against the fixed part to brake the movable part;
A piston rod connected to this brake pad;
A piston connected to this piston rod;
A spring for biasing the piston rod;
A brake mechanism including a cylinder with a built-in piston;
The piston rod is housed in the cylinder while the spring is biased by press-fitting the fluid into the cylinder or discharging the fluid from the cylinder to release the braking of the movable part,
By releasing the positive or negative pressure of the fluid in the cylinder, the urging force of the spring is released, and the piston rod is protruded to brake the movable part.
この発明によるリニアモータ装置は、
可動部が固定部に対向する面に、
固定部に押し当てて可動部を制動するブレーキパッドと、
このブレーキパッドに接続されたピストンロッドと、
このピストンロッドに接続されたピストンと、
ピストンロッドを付勢するためのバネと、
ピストンを内蔵するシリンダとを備えたブレーキ機構を備え、
シリンダ内に流体を圧入、又はシリンダ内から流体を排出することによってバネを付勢しながらピストンロッドをシリンダ内に収納して可動部の制動を解除し、
シリンダ内の流体の正圧または負圧を開放することによって、バネの付勢を開放してピストンロッドを突出させて可動部を制動することを特徴とするものなので小型軽量で、組み立て、調整及び保守が容易なものである。
The linear motor device according to the present invention is
On the surface where the movable part faces the fixed part,
A brake pad that presses against the fixed part to brake the movable part;
A piston rod connected to this brake pad;
A piston connected to this piston rod;
A spring for biasing the piston rod;
A brake mechanism including a cylinder with a built-in piston;
The piston rod is housed in the cylinder while the spring is biased by press-fitting the fluid into the cylinder or discharging the fluid from the cylinder to release the braking of the movable part,
By releasing the positive or negative pressure of the fluid in the cylinder, the spring is released and the piston rod is protruded to brake the movable part. Easy maintenance.
実施の形態1.
この発明の実施の形態1によるリニアモータ装置1を図に基づいて説明する。
図1はリニアモータ装置1(以下装置1という)の斜視図であり、図2は、装置1を装置1の走行方向から見た正面図である。
A
FIG. 1 is a perspective view of a linear motor device 1 (hereinafter referred to as device 1), and FIG. 2 is a front view of the
基台2上には固定磁石3を設けており、この固定磁石3の両側にレール4を配置している。
テーブル6の下面の四隅には断面コ字型のスライダ5を設けている。
このスライダ5がレール4に案内されることにより、テーブル6はレール4に沿って移動可能となる。
A
At the four corners of the lower surface of the table 6,
By guiding the
図3は、スライダ5とレール4を可動部の走行方向に対して垂直に切断した断面図である。
図4は図3のスライダ5とレール4をA方向から見た図であり、説明のためスライダ5の下部(破線で示す部分)は表示していない。
レール4とスライダ5にはそれぞれ、相対するV字状の溝を設けている。
ボール11はレール4側、スライダ5側でそれぞれ上下2点、合計4点で支持されていて、スライダ5の溝部両端にはボールがスライダ5の外部へ飛び出さないように規制を設けている。ボール11が転がることにより、スライダ5はレール4に沿ってスムーズに移動できる。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
FIG. 4 is a view of the
Each of the
The
図2に戻って説明する。
テーブル6の下面、固定磁石3と対向する位置には、励磁コイル7を配置している。
固定磁石3と励磁コイル7との間にはエアギャップを設けており、固定磁石3と励磁コイル7とが接触する事は無い。
また、図に示すように、励磁コイル7の左右両端部とスライダ5との間のテーブル6の下面には、ブレーキ機構8が取り付けられている。
図のブレーキ機構8は、制動を解除した状態を示している。
Returning to FIG.
An
An air gap is provided between the
As shown in the figure, a
The illustrated
基台2の上には、テーブル6の移動方向に平行に位置表示器9を配置し、テーブル6には、現在の位置情報を位置表示器9から読み取るセンサヘッド10を取り付けている。
ここで、基台2とこの基台2に固定した固定磁石3、レール4と位置表示器9は固定した側の部材であり、以後、固定部と呼ぶ。
一方、テーブル6と、テーブル6に取り付けた励磁コイル7、ブレーキ機構8とスライダ5、センサヘッド10は可動する側の部材であり、以後、可動部と呼ぶ。
A
Here, the
On the other hand, the table 6, the
次に、装置1が駆動する仕組みについて説明する。
図2に示すコントローラはセンサヘッド10より、可動部の現在位置情報を得ている。
図示しない制御装置から可動部を移動すべき目的位置情報を受けたコントローラは、励磁コイル7の磁極を制御し励磁コイル7と固定磁石3との間に可動方向へ直線的な駆動力を発生させる。この駆動力により可動部はレール4に沿って移動する。
コントローラはセンサヘッド10からの位置情報を元に励磁コイル7に出力する電力量を調整することで、可動部を任意の位置に任意の速度で駆動できる。
Next, a mechanism for driving the
The controller shown in FIG. 2 obtains the current position information of the movable part from the
A controller that receives target position information to move the movable part from a control device (not shown) controls the magnetic pole of the
The controller can drive the movable portion to an arbitrary position at an arbitrary speed by adjusting the amount of electric power output to the
ブレーキ機構8の構造について説明する。
図5は、装置1のブレーキ機構8が制動状態にある時の正面図である。また、図6は制動状態にあるブレーキ機構8の断面図である。
ブレーキ機構8はシリンダ81とブレーキパッド82、圧縮バネ83、ピストンロッド85により構成されている。
シリンダ81内から外部、下方に突出したピストンロッド85に圧縮バネ83を通し、その下端にブレーキパッド82を取り付けてある。本実施の形態ではピストンロッド85はシリンダ内を摺動するピストンと一体となっている。
The structure of the
FIG. 5 is a front view when the
The
A
次にブレーキ機構8の動作について説明する。
ピストンロッド85の動力源としては、一般的に使用されている圧縮エア源15を用いても良いし、励磁コイル7の冷却水(図示せず)を用いても良い。
通電時においては、電磁弁14の動作により圧縮エア源15から圧縮エアをシリンダ81の気室84に印加することで、圧縮バネ83を付勢した状態でブレーキパッド82を引き上げることができる。
電磁弁14を非通電状態にすることで、シリンダ81の内部に印加された圧縮エアが開放され、圧縮バネ83の復元力によってピストンロッド85が押し下げられる。
Next, the operation of the
As a power source of the
During energization, the
By turning off the
図7はブレーキ機構8が制動状態にあるときの制動力の作用を示す図である。
圧縮バネ83の反発力によって、ブレーキパッド82は基台2に強く押し付けられる。この時のブレーキパッド82と基台2との間に働く摩擦力33が、ブレーキ機構8の主な制動力になる。
FIG. 7 is a diagram showing the action of the braking force when the
The
ブレーキパッド82が基台2に押し付けられると、可動部全体に対して反力32がかかる。
スライダ5とレール4との関係は、図3を用いて先述したような構造なので、この反力32はボール11を介してレール4とスライダ5との間の摩擦力34となる。
これにより、本実施の形態で言うと、2カ所のブレーキパッド82と4カ所のスライダ5に制動力を分散することができる。
When the
Since the relationship between the
Thus, in the present embodiment, the braking force can be distributed to the two
ブレーキを解除するには、先述のように通電して電磁弁14を動作させ、気室84に再度圧縮エアを印加してピストンロッド85を上昇させ、ブレーキパッド82を基台2から引き離す。
In order to release the brake, the
以上のように構成すると、装置1が動作中である通電時には制動が解除されるので可動部が移動可能となり、電源断などによりリニアモータが駆動力を喪失すると、ブレーキが作動して可動部を固定することができる。
また非通電時に伸張するピストンロッド85の別の例として、図8に示すように圧縮バネ83をシリンダ81の内部に埋め込むブレーキ機構108の構成としてもよい。この構成でも、上述のブレーキ機構8の動作とまったく同じ動作が可能である。
また、圧縮バネ83は、図9に示すように皿バネ86に置き換えても良い。この構成によれば圧縮バネ83で構成するものと比較して、同じ大きさでも、より大きなバネ定数のバネを選定できる。
ブレーキパッド82の基台2への押し付け力を増大することができるので、強いブレーキ力を得ることができる。
With the above configuration, since the braking is released during energization when the
Further, as another example of the
Further, the
Since the pressing force of the
ブレーキ機構8を配置する位置に関して、図2においてはブレーキ機構8を励磁コイル7とスライダ5との間に配置したものを示しているが、図10に示すようにブレーキ機構8をスライダ5の外側に配置しても良い。
また、この実施の形態では気室84に圧縮エアを印加する例を示したが、図6に示す気室87側からエアを真空引きし、電源の遮断と同時に弁を開放する構成としても良い。
さらに、ピストンロッド85を付勢するバネは引っ張りばねを使用する構成としても良い。
As for the position where the
In this embodiment, the compressed air is applied to the
Furthermore, the spring that biases the
ブレーキ機構8は、シリンダ81、ブレーキパッド82、圧縮バネ83、ピストンロッド85という少数の部品で構成されるため、単純で組み立て保守が容易なリニアモータ装置1を安価に提供できる。
また従来のブレーキ機構で使用している電磁石は、鉄心の回りに何重にも巻いた銅線に電流を流すことで動作するのに対し、この発明で使用しているシリンダ81は、中空構造のアルミ筐体内部に印加する流体の圧力で動作することから、小型・軽量なリニアモータ装置1用のブレーキ機構8が実現できる。
また、一旦ブレーキ機構8の制動を解除すると、電磁弁14を開放するだけでブレーキを作動できるので、従来例のように常に電磁石でブレーキを吸着しておく必要がなく、消費電力を大幅に節減できる。
また、ブレーキパッド82を基台2の上面に押し付けることでブレーキ動作を行うので、ブレーキパッド部に摩擦摺動部品などの高精度を要求される部品を必要とせず、組み立てにおいては微調整を必要としないため、製作が容易である。
さらに、ブレーキパッドを外してバネをバネの種類を容易に変更できるので、テーブルに取り付ける器機の重量に合わせてフレキシブルに制動力を調整できる。
Since the
In contrast, the electromagnet used in the conventional brake mechanism operates by passing a current through a copper wire wound around the iron core, whereas the
In addition, once the braking of the
In addition, since the brake operation is performed by pressing the
Furthermore, since the type of spring can be easily changed by removing the brake pad, the braking force can be adjusted flexibly according to the weight of the device attached to the table.
実施の形態2.
この発明の実施の形態2に係るリニアモータ装置について実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
図11はブレーキ機構308の側面図である。
大型のブレーキパッド182の上面にバネ用ガイドシャフト88を複数個固定し、それぞれに圧縮バネ183を通してある。図示しないがテーブル6にはバネ用ガイドシャフト88が上下に摺動できる孔を設けている。シリンダ81内に圧縮エアを印加あるいは、シリンダ81内からエアを真空引きする方法は実施の形態1と同様である。
この構成によれば実施の形態1と比較し、圧縮バネの数を増やし、より大きなブレーキパッド282を装着できる。
これによりブレーキパッド282の基台2への押し付け力を容易に増大でき、強いブレーキ力を得ることができる。
The linear motor device according to the second embodiment of the present invention will be described focusing on the differences from the first embodiment.
FIG. 11 is a side view of the
A plurality of
According to this configuration, the number of compression springs can be increased and a larger brake pad 282 can be attached as compared with the first embodiment.
Thereby, the pressing force of the brake pad 282 to the
また、図11の左右方向が装置1の可動部の可動方向となるようにブレーキ機構308をテーブル6に取り付けることによって、制動時にブレーキパッド182が受ける偏荷重を防止できる。
すなわち、移動中にブレーキ動作を行うと、可動部が止まるまでブレーキパッド182は基台2を押し付けたまま図の左右方向に滑る。この際、ブレーキパッド182は、基台2との間に働く摩擦力によって、移動方向の前部により大きな力を受ける。
つまり、ピストンロッド185は、制動時には、図の上下方向のみならず、左右方向に働く力がかかる。
この実施の形態では、この力をシリンダ81とは別の位置に配置したバネ用ガイドシャフト88とテーブル6に開けた孔の側面でも受け止めることができるため、ピストンロッド185及びシリンダ81にかかる力を分散することができ、より安定した制動力と剛性を確保できる。
Further, by attaching the
That is, if a braking operation is performed during movement, the
That is, the
In this embodiment, the force applied to the
1 リニアモータ装置、2 基台、3 固定磁石、4 レール、5 スライダ、
6 テーブル、7 励磁コイル、8,108,208,308 ブレーキ機構、
81 シリンダ、82,182 ブレーキパッド、83,183 圧縮バネ、
84,87 気室、85,185 ピストンロッド、86 皿バネ、
88 バネ用ガイドシャフト、9 位置表示器、10 センサヘッド、11 ボール、
14 電磁弁、15 圧縮エア源、32 反力、33,34 摩擦力。
1 Linear motor device, 2 bases, 3 fixed magnets, 4 rails, 5 sliders,
6 tables, 7 excitation coils, 8, 108, 208, 308 brake mechanism,
81 cylinder, 82, 182 brake pad, 83, 183 compression spring,
84,87 Air chamber, 85,185 Piston rod, 86 Belleville spring,
88 Guide shaft for spring, 9 Position indicator, 10 Sensor head, 11 Ball,
14 Solenoid valve, 15 Compressed air source, 32 reaction force, 33, 34 Friction force.
Claims (7)
前記可動部が前記固定部に対向する面に、
前記固定部に押し当てて前記可動部を制動するブレーキパッドと、
このブレーキパッドに接続されたピストンロッドと、
このピストンロッドに接続されたピストンと、
前記ピストンロッドを付勢するためのバネと、
前記ピストンを内蔵するシリンダとを備えたブレーキ機構を備え、
前記シリンダ内に流体を圧入、又は前記シリンダ内から流体を排出することによってバネを付勢しながら前記ピストンロッドを前記シリンダ内に収納して前記可動部の制動を解除し、
前記シリンダ内の流体の正圧または負圧を開放することによって、前記バネの付勢を開放して前記ピストンロッドを突出させて前記可動部を制動することを特徴とするリニアモータ装置。 In the linear motor device in which the movable part including the excitation coil travels freely on the fixed part including the magnet and the rail by the driving force of the linear motor,
On the surface where the movable part faces the fixed part,
A brake pad that presses against the fixed part to brake the movable part;
A piston rod connected to this brake pad;
A piston connected to this piston rod;
A spring for biasing the piston rod;
A brake mechanism including a cylinder containing the piston;
The piston rod is housed in the cylinder while urging a spring by press-fitting a fluid into the cylinder or discharging the fluid from the cylinder to release the braking of the movable part,
A linear motor device that releases the positive or negative pressure of the fluid in the cylinder, thereby releasing the bias of the spring and causing the piston rod to protrude to brake the movable portion.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009127230A JP2010276060A (en) | 2009-05-27 | 2009-05-27 | Linear motor device with brake |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018058156A (en) * | 2016-10-05 | 2018-04-12 | 株式会社北川鉄工所 | Gripper |
CN114526300A (en) * | 2022-02-25 | 2022-05-24 | 中信戴卡股份有限公司 | Unidirectional automatic pneumatic system braking device |
-
2009
- 2009-05-27 JP JP2009127230A patent/JP2010276060A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2018058156A (en) * | 2016-10-05 | 2018-04-12 | 株式会社北川鉄工所 | Gripper |
CN114526300A (en) * | 2022-02-25 | 2022-05-24 | 中信戴卡股份有限公司 | Unidirectional automatic pneumatic system braking device |
CN114526300B (en) * | 2022-02-25 | 2024-04-26 | 中信戴卡股份有限公司 | Unidirectional automatic pneumatic system braking device |
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