JP2010538843A - クランプ・制動システム - Google Patents

Abstract

特に工具部材または機器部材を製造するための機械設備（１）に関するものであり、機械設備は、工具ヘッドまたはワーク治具を駆動する回転軸（６）を有し、この回転軸には安全制動システム（８）配置され、非常制動の際に回転軸を破損することなくかつ通常の精度と安全性で回転軸（６）の制動が可能である。この目的のため、制動システム（８）は、回転軸（６）を囲繞するブレーキディスク（12）を備え、このブレーキディスクは、数量が必要に応じて決められる若干数の関連する圧力ピストン（17）に配置された摩擦層（14）と摩擦接触する。

Description

本発明は特に工具部材または機器部材を製造するためのものであって、工具ヘッドまたはワーク治具を駆動するための、受動制動システムとして構成される安全制動システム（８）が設けられた回転軸を有する機械設備に関するものである。

工具部材または機器部材を製造する際には、往々にして加工機械、特に主軸と回転可能または揺動可能な作業台とが使用され、これらは回転運動する回転軸上に固定される切削工具によってワークを切削することにより、所望の形状にする。また、上記加工機械は、さらに工具またはワークを適当な加工位置に配置したり、必要な回転速度でワークを回転させたりするために用いられる。正確な加工の前提条件としては、回転軸の高回転速度とフライスまたは工具ヘッドとを正確に選択することである。また、非常システムおよび安全システムの役割は、例えばシステムに停電、配線破断などの故障が生じた場合に、回転軸の運動を停止するか、または、回転軸を固定位置に保持して回転軸を固定することである。

多くの加工機械は、電磁式安全制動装置、気動式安全制動装置または液圧式安全制動装置を有する。これらの安全制動装置は、摩擦層を備え、この摩擦層は、エネルギ伝達および回転軸摩擦により制動可能である。これらの方式により回転軸に対する迅速な制動が可能である。非常制動においては非常に大きな摩擦力が生じることから、これらの制動方式は安全制動装置の摩擦層の磨耗を引き起こすだけでなく、回転軸と前記摩擦層とが接触する箇所で回転軸に破損が生じる。したがって、非常制動が行われるたびに機器の修理が必要であり非常に多くの時間が費やされ、場合によっては、回転軸の交換が必要であり多くの費用を要することになる。

したがって、本発明の解決しようとする技術課題は、前記制動システムを有する機械設備を提供することであり、この機械設備は、非常制動を行う際に回転軸が破損しにくく、かつ、回転軸制動の通常の精度と安全性とを達成できる。

本発明は上記課題を解決するために、安全制動システムが、回転軸を囲繞するブレーキディスクを備え、このブレーキディスクは、関連する圧力プラグに設けられた若干数の摩擦層と摩擦接触し、前記圧力プラグの数量は必要に応じて自由に決定でき、圧力を伝送するための媒体は圧縮空気または液圧用液体でよく、かつ、圧力プラグ毎に制動力を強化するための圧力キャビンが配置される。

本発明の出発点は、非常制動における摩擦層による回転軸の破損を回避するために、摩擦層が回転軸と摩擦接触しないことにある。摩擦層の摩擦接触は、回転軸に取り付けられる材料との間で行われるべきであり、また、前記材料が非常制動の際に破損した場合、非常に簡単に除去できる。したがって、制動システムは、回転軸を囲繞するブレーキディスクを備えるべきである。このブレーキディスクは、非常制動の際に、圧力キャビンに設けられている若干数の摩擦層と摩擦接触可能である。

非常制動の作動を保証するため、前記制動システムは、受動制動システムとして構成される。受動制動システムの意味は、回転軸が作動できるように前記制動システムが外力作用によってレリーズ状態に保持されることである。制動システムをレリーズ状態に保持する前記外力作用が消失すると、例えば機器に故障が発生するか、または、人為的に非常カットオフハンドルが操作されると、制動装置は自動閉鎖し、圧力ピストンに設置された摩擦層はブレーキディスクと摩擦接触を行う。その結果、回転軸は、クランプ状態の制動システムにより制動される。

また、制動力を強化するための圧力キャビンが圧力プラグ毎に設けられている。この圧力キャビンにより圧力プラグに設けられた摩擦層を主動的にブレーキディスクに圧接できる。この効果は、上述の制動力を強化する圧力キャビンの充填により実現し、また、充填は制動装置表面に設置されたポートを介して行われる。

力を伝送するための圧力伝送媒体は、圧縮空気を使用できる。このような方式により、非常に簡単な構成で非常制動の際に必要な安全度を達成でき、この安全度は、制動システムに空気を充填することにより迅速かつ正確に達成できる。変更可能な実施例において、圧力を伝送する媒体に液圧用液体を選択してもよい。圧縮空気の代わり液圧用液体によって比較的高い圧力を得ることで比較的大きな制動力が得られる。異なる応用分野および所望の制動力の差に応じて、譲位圧力キャビンと制動力を強化する圧力キャビンとに異なる圧力媒体を充填することにより、回転軸に最適な制動力を得ることもできるが、一般的な状況では、二つの圧力キャビンには同一種類の圧力媒体が使用される。

外的な動力源を要さず受動制動システムに必要な制動力を取得するために、好ましい実施例では、圧力プラグに設けられたばねにて予圧力を付加する。原則的には、摩擦層をブレーキディスクの方向へ伸ばす延伸ばねでも、圧縮ばねでもよく、圧縮ばねを用いた場合には、前記圧縮ばねは圧力プラグの磨耗層から遠い側に設置される。

好ましい実施形態では、制動装置をレリーズするために、摩擦層がある側にいくつかの圧力プラグ毎に譲位圧力キャビンを設置できる。譲位圧力キャビンは、制動システム表面に設置される若干数のポートにより圧力を伝送する媒体が充填される。このように回転軸が作動できるようにばねを予め圧縮できる。

高速回転するブレーキディスクが制動される際には、そのトルクは、ブレーキディスクを非常制動の際に生じる作用力の方向に沿ってずれさせることにより、回転軸を破損する可能性がある。このような危険を回避するために、好ましい実施形態では、若干数の制動手段は、回転軸の中心軸線を囲繞する位置に対称に分布され、各制動手段は、それぞれ関連する圧力ピストンに配置される摩擦層を１つ有する。このような制動手段の均一かつ環状の分布は、トルクの発生を極力低減し、これにより制動を行う回転軸の保護作用を提供する。

本発明により得られるメリットは、主に、回転軸に剛性連結するものである一方、制動システムの一部分にも属するブレーキディスクを応用することで、回転軸自体が非常制動の際に破損しないことにある。制動システムが損耗したために交換を行う場合に簡単かつ経済的な方式で交換できるとともに、回転軸を取り外す必要がない。またさらに、外部と連結するポートと圧力プラグに配置される制動力を強化する圧力キャビンとにより、目的的にかつ主動的に外部から制動の際の制動力を強化する。このような方式により制動システムの各種異なる需要に適応できる。

以下、図面を用いて本発明の具体的な実施形態を詳細に紹介する。

機械設備の断面図であり、回転軸およびそれに取り付けられたクランプ・制動システムを含む。 クランプ・制動手段の概略図である。 クランプ・制動システムの平面図である。

同一の部材に対して全ての図面にて同一の符号が使用される。

図１における機械設備１は、機械ハウジング２と、軸受４に回転可能に取り付けられた回転軸６とを有する。この回転軸６は、材料を加工するため、特に機械部品または工具部材を製造する金属を加工するために、その一端に工具ヘッドまたはワーク治具（図示されない）を備える。非常制動または安全制動のため、前記回転軸６は環状のクランプ・制動システム８を備える。前記クランプ・制動システム８は、回転軸に外嵌され、若干数のスクリューにより回転軸に接続固定される。

回転軸６を安全かつ迅速に制動するという目的を達成するために、クランプ・制動システム８には環状分布する若干数の制動手段10が存在する。このような分布方式は、迅速な回転の際に制動されるブレーキディスクのトルクを低減できる。意図的に制動手段10を環状方式で回転軸６の中心軸線周囲に分布させることにより、ブレーキディスク12が作用力の方向に沿って変位して回転軸６が破損する可能性を低減できる。これらの制動手段10は、それぞれ摩擦層14を有する圧力ディスク16を備え、この圧力ディスクは、制動の際に圧力プラグ18によりブレーキディスク12に圧接されるとともに、後者と摩擦接触する。前記ブレーキディスク12は、スクリュー連結20により回転軸に剛性的に連結される。

制動システム８をレリーズするために、各制動手段10内に圧力ピストン17と組み合わされた譲位圧力キャビン32を有する。この譲位圧力キャビンは、圧縮空気または液圧用液体を用いて充填され、かつ、これにより生成される圧力により摩擦層14と組み合わされる圧力プラグ18をブレーキディスクからレリーズする。

これ以外に、図１における制動システム８は、二つのポート26a，26bをさらに有し、これら二つのポートの用途は、譲位圧力キャビン32を充填するために用いられる一方で、制動力を強化する圧力キャビン34を充填するためにも用いられる。

パーツが交換可能なクランプ・制動システム８の一部分である一方で、スクリュー連結20により回転軸６と剛性的に連結する部材であるようにブレーキディスク12を意図的に設計することにより、非常制動の際に回転軸６が消耗および磨耗により破損しないようにすることが可能である。ブレーキディスク12および摩擦層14そのものにおいてのみ破損が発生する可能性があり、この二種の部材は、迅速かつ経済的な方法で交換を行うことが可能である。

図２にクランプ・制動手段10をさらに拡大して示した。図からわかるように、ブレーキディスク12のみがスクリュー連結20により回転軸６と剛性的に連結する。前記ブレーキディスク12は、ブレーキディスク12の両側に設置された二つの摩擦層14により制動され、かつ、これにより回転軸６の制動効果を達成する。回転軸６を制動するのに必要な圧力は圧縮ばね22により提供される。この圧縮ばね22は、制動の際に圧力ピストン17に設けられた圧力プラグ18をガイドパネル24に沿ってブレーキディスク12の方向へ付勢する。前記圧力プラグ18においてブレーキディスク12に近い側に圧力ディスク（図示されない）が設置され、この圧力ディスクは摩擦層14を含む。この圧力ディスクにより摩擦層14がブレーキディスク12に対して均一かつ大きい面積で圧力を付加する。圧力ピストン17は、摩擦層の一側に設置される譲位圧力キャビン32によりブレーキディスク12から離間するように押され、かつ、圧縮ばね22を圧縮する。圧力ピストン17および圧力プラグ18は、各自にそれぞれ１つの譲位圧力キャビン32が配置されるか、またはいくつかの圧力ピストン17毎に共同の譲位圧力キャビン32が設けられる。このような方式により制動手段10はレリーズされ、制動状態が解除される。具体的な形態では、ポート26aにより譲位圧力キャビン32に圧力媒体が充填される。圧力媒体として適するのは圧縮空気および液圧用液体である。制動を要する際に、圧力媒体は譲位圧力キャビン32からレリーズされ、圧力ピストン17は予め圧縮された圧縮ばね22の力量によりブレーキディスク12の方向へ押される。その後、摩擦層14とブレーキディスク12との間の摩擦力により、回転軸６の制動が実現する。摩擦層14およびブレーキディスク12に適した摩擦材料の選択に関しては、それぞれ剛性制動を要するか、それとも軟性制動を要するかに基づいて選択できる。このような受動式制動方法のメリットは、機器の停止または制動システム８に故障が生じた場合に、この制動システムが自動閉鎖することにより非常状況での回転軸６の制動を達成することである。

また、制動手段10は、第２の連結ポート26bをさらに備え、このポートにより制動力を強化する圧力キャビン34に圧力を伝送する媒体を充填できる。このような方式にて、外部から主動的制動力を強化するとともに圧力を伝送する媒体により圧力プラグ18に対してブレーキディスク12方向への推進を加速できる。このように応用された圧力媒体に基づいて制動力を強化しやすくなる。

図３にはクランプ・制動システム８の平面図が示されている。前記クランプ・制動システム８は、その中心位置にある開口を介して回転軸に挿嵌され（図には表示されない）、かつ、その内環28にある定位開口30にてブレーキディスク12を回転軸に固定する。前記内環を出発点として、ブレーキディスクはクランプ・制動システム８の内部に位置する。同様に、中心軸線周囲に環状分布する各制動手段10が内部に位置する。図３に示される具体的な実施形態は、中心軸線周囲に対称に１６個の制動手段10が分布されている。また、クランプ・制動システム８の辺縁位置にクランプまたは制動をレリーズし、さらに、クランプ力または制動力を強化するポート26a，26b、および、制動システム８を機械ハウジング２に固定する固定孔36を備える。

制動システム８は、図３においては完全な円形状に示されている。しかしながら、異なる応用分野では、扇形の制動システムの応用も可能であり、場合によっては円形状より適している。また、ブレーキディスク12の両側に前記制動システム８が設置され、かつ、浮動式の取り付けを採用することも可能である。このような構成により力量が機械ハウジングおよび回転軸に作用しない効果を達成できる。

１ 機械設備
２ 機械ハウジング
４ 軸受
６ 回転軸
８ 安全制動システム
10 制動手段
12 ブレーキディスク
14 摩擦層
16 圧力ディスク
17 圧力ピストン
18 圧力プラグ
20 スクリュー連結
22 圧縮ばね
24 ガイドパネル
26a ポート
26ｂ ポート
28 内環
30 定位開口
32 譲位圧力キャビン
34 制動力を強化する圧力キャビン
36 固定孔

Claims (4)

1. 特に工具部材または機器部材を製造するための機械設備（１）であり、工具ヘッドまたはワーク治具を駆動するための受動制動システムとして構成される安全制動システム（８）と関連する回転軸（６）を有する機械設備であって、
   前記安全制動システム（８）は、回転軸（６）を囲繞するブレーキディスク（12）を備え、このブレーキディスクは、数量が必要に応じて決められる若干数の関連する圧力プラグ（18）に設けられた摩擦層（14）と摩擦接触し、圧力を伝送するための媒体は圧縮空気または液圧用液体であり、かつ、圧力プラグ毎に制動力を強化する圧力キャビン（34）が設けられた機械設備。
2. 摩擦接触の目的を達成するために、圧力プラグ毎にブレーキディスク（12）に対して予め蓄積されたばね（22）が設けられた
   ことを特徴とする請求項１に記載の機械設備。
3. 譲位圧力キャビン（32）は、摩擦層を有する一側に、それぞれ若干数の圧力プラグ（18）に関連して設けられた
   ことを特徴とする請求項１または２記載の機械設備。
4. 若干数の制動手段（10）は、回転軸（６）の中心軸線を囲繞する周囲に対称に分布され、制動手段（10）毎に関連する圧力ピストン（17）に設けられた摩擦層（14）を備えた
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか記載の機械設備。

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