JP2015183783A - 回転機器のブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ライニングとアーマチュア及びライニングとディスクとの接触面積を大きくすることができ、片当たりを防止して安定な摩擦力を確保することができるブレーキ装置を提供する。【解決手段】回転機器の軸４に対して軸方向に移動できるようにライニング１を配置し、コイル６の電流を遮断したときはばね７の力によりアーマチュア８はライニング１をディスク９に押し付けるとともに、コイル６に電流を流したときはその電磁力によりアーマチュア８はライニング１から離れるように構成されており、更にライニング１は波形に構成することにより曲げられるよう構成された芯金２と、芯金２を覆い囲むように形成された摩擦材３とにより構成される。【選択図】図８

Description

この発明は、モータなどの回転機器に使用されるブレーキ装置に関するものであり、特にブレーキ装置に用いられるライニングの構成に関するものである。

従来より初期のなじみ性を向上させ、摩擦係数を安定に保つため、ライニングの表層部の硬度を低くしておく方法があった。即ち摩擦部材の表層部の硬さを母体の硬さより低く設定するものである。このように構成することにより、ディスクとライニングが接触したときに、表層部を早期に摩耗させ、接触面積を早期に拡大し、初期段階で所望の制動特性を得られるようになる。表層部の硬度を小さくするには、例えばゴムの量を多くしておくことにより、片当りを抑制して制動特性を安定にするものがあった（特許文献１参照）。

又ライニングによる摩擦力を高めて制動時の騒音を防止するために、支持板の両面にライニング材を構成し、表面は制動部材として利用すると共に、裏側は減音部材として利用する手法があった（特許文献２参照）。

さらにライニングの両端部に柔らかい材料を接着して変形し易くし、局所的な接触を防止して、異音（いわゆる鳴き）を抑制したものもあった（特許文献３参照）。

特開２０００−１０４７７０号公報 特開平８−１０５４７５号公報 特開２００３−２１１８１号公報

摩擦係数を安定に保つために、例えば特許文献１に示すように、ゴムなどの制振材を摩擦材に混入した場合、初期の摩擦特性は良好になるが、環境変動、例えば温度、湿度の変化、及びディスクやロータの制動面での錆の発生などによって、摩擦係数が変動することがある。また、オイルミストが発生するような環境では、ゴム材自体が劣化して、所定の制動特性が得られなくなるという問題点もあった。

又モータのブレーキは、ディスクの回転が停止している状態で制動するようになっており、制動時はばねでライニングをディスクに押付けている。一方開放時はばね力よりも大きい電磁吸引力でライニングが引きつけられるようにブレーキが構成されている。ここで制動時には大きな力で短時間においてライニングとディスクが接触するため、衝撃音が発生することがある。このようなブレーキの動作音を抑制するために、上記特許文献２に記載されているように減音部材を設けることも考えられるが、この方法では騒音を確実に抑制することが困難であるという問題点があった。

更に上記特許文献３に示すように、ライニングの両端に柔らかい材料を配置した場合、硬度が接着した境界で不連続的に変化するので、この箇所でスティックスリップを起こすことがあるという問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、安定な摩擦力を確保すると共に、異音を抑制することのできるライニングを具備したブレーキ装置を提供することを目的とする。

この発明に係る回転機器のブレーキ装置は、回転機器の軸に対して軸方向に移動できるように配置される円盤状のライニングと、コイル及び付勢ばねを内蔵したフィールドと、フィールドと対向する位置に設けられたディスクと、コイルの電流を遮断したときは付勢ばね力によりライニングをディスクに押し付けることによりライニングの内周部が軸に接触して軸の回転が制動されるとともに、コイルに電流を流したときは電磁力によりライニングから離れるアーマチュアを備えたものであって、ライニングは径方向断面において曲げられるよう構成された芯金と、芯金を覆い囲むように形成された摩擦材とにより構成されたものである。

この発明に係る回転機器のブレーキ装置は上記のように構成されているので、ディスクとライニングの片当たりを防止することができ、接触状態を均一に保ち、摩擦力を安定にすることができる。又エージングの時間を短縮することができ安価にブレーキ装置を製造することができる。更にはスティックスリップがライニング全体の振動に影響を与えることを抑制できるので、異音の発生を抑制することができる。

一般的な回転機器のブレーキ構造を示す断面図である。 一般的な回転機器のブレーキ構造を示す断面図である。 実施の形態１によるライニングを示す平面図である。 図３におけるＡ−Ａ線断面図である。 別の形態によるライニングを示す平面図である。 図５におけるＢ−Ｂ線断面図である。 ライニングを示す断面図である。 実施の形態１によるライニングを用いたブレーキ装置を示す断面図である。 実施の形態１によるライニングを用いたブレーキ装置を示す断面図である。 実施の形態２によるライニングを示す断面図である。 実施の形態２による多層芯金を示す断面図である。 実施の形態２によるライニングを示す平面図である。 図１１におけるＣ−Ｃ線断面図である。 実施の形態２によるライニングを示す円周方向断面図である。 実施の形態２によるライニングを示す円周方向断面図である。 実施の形態３によるライニングを示す平面図である。 図１５におけるＤ−Ｄ線断面図である。 実施の形態３によるライニングを示す断面図である。

実施の形態１．
図１、図２は一般的な回転機器（モータ）のブレーキ構造を示す断面図である。ブレーキの中央部は中空構造になっており、この中空部にモータの軸４が貫通し、軸４にライニング１が取り付けられる。フィールド５にはコイル６と付勢ばね７が内蔵されており、フィールド５に対して対向するようにアーマチュア８が配置される。更にはフィールド５に対向する位置にはディスク９が設けられている。アーマチュア８はコイル６に通電された場合には、図１に示すように、その電磁力によりフィールド５に吸引される。

一方コイル６の電流を遮断したときには、図２に示すように付勢ばね７の復帰力によりアーマチュア８はライニング１に押付けられる。図１に示すように、コイル６に電流が流されているときは、ライニング１は軸４に対して軸方向に移動可能なように、軸４との間にすき間を設けて配置されている。そして電流遮断時には、図２に示すようにアーマチュア８がライニング１をディスク９に押付けて、ライニング１の内周部が軸４に完全に接触し、これにより軸４の回転を制動するようになっている。尚図示されていないが、軸４の左側には軸４と一体に回転する回転子が備えられると共に、回転子に対向する位置に固定子が配置されている。

図３は実施の形態１によるライニングを示す平面図、図４は図３におけるＡ−Ａ線断面図である。ライニング１は、芯金２と摩擦材３からなり、円形形状で構成されるとともに中心に軸４が挿入される穴が設けられた形状、即ち円盤状に形成されている。図３の点線の箇所は芯金２が配置されている部分であり、摩擦材３は芯金２を覆い囲むように形成されている。芯金２はライニング１の径方向（図４のＸ方向）断面において曲げられるように構成されており、図４においては、径方向の断面において波形に形成されるように曲げられている。

このように芯金２が曲げられることにより芯金２は撓み易くなっている。芯金２はライニング１の厚さ方向（図４のＹ方向）のほぼ中央の位置に配置される。そして摩擦材３は、芯金２の周囲全体を包み込むように形成されている。図５、図６は別の形態によるライニングを示す平面図、断面図であり、図５、図６においては、芯金２を径方向の断面において矩形状に曲げて形成したものである。矩形状に形成すると、波形に形成した場合に比べて力を加えたときの撓み量が大きくなる。

芯金２は鉄や銅製の板金で構成される。一方摩擦材３としては、基材となる繊維、調合材料で構成される。繊維としては、ガラス繊維、スチール繊維、アラミド繊維、炭素繊維、チタン酸カリウムなどが用いられる。調合材料としては、摩擦調整剤、充填剤、結合剤などが用いられる。摩擦調整剤としては、カシューダスト、ゴムダスト、銅、亜鉛、アルミナ、ジルコニアなどが用いられる。充填剤としては、炭酸カルシム、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、硫化スズなどが用いられる。結合剤としては、フェノール樹脂、メラニン樹脂、ポリイミドなどが用いられる。

芯金２が図７に示されるように、内周側や外周側で露出している場合には、例えば摩擦材３と芯金２との間の接着面積にばらつきが生じたときに、ライニング１とディスク９との接触により摩擦材３と芯金２の境界部分に作用するとともに接触面と平行な方向に作用するせん断力によって、芯金２と摩擦材３が接着しない領域が発生してしまい、芯金２の露出部から摩擦材３がはく離するなどの問題が生じる。これに対して図４に示すように、芯金２を摩擦材３で覆うことにより、境界部にせん断力が作用しても、摩擦材３で所定の強度を確保しているので、破損を防止することができる。

アーマチュア８でライニング１をディスク９に押し付けたとき、ライニング１の厚さにばらつきがある場合や、あるいは使用中にライニング１と軸４の間における軸方向の滑りが悪化した場合には、ライニング１とアーマチュア８及びライニング１とディスク９とが片当たりして、摩擦力が低下することがある。また、ライニング１、ディスク９及びアーマチュア８は接触面が高精度に研磨されているが、運転の初期段階では、接触面積が小さいために、摩擦力が小さく、所定の時間ライニング１とアーマチュア８、及びライニング１とディスク９を摩擦させてそれぞれをなじませる工程が存在する。

図８、図９は実施の形態１によるライニングを用いたブレーキ装置を示す断面図であり、図８はコイル６に電流を流した状態、図９は電流を流していない状態をそれぞれ示している。本実施形態によるライニングを適用すれば、図９に示すように、部分的に片当たりが発生しても、芯金２は波形に形成されているので、軸方向に変形し易い構造となっており、それに従ってライニング１も軸方向に撓みやすくなっているので、ライニング１とアーマチュア８及びライニング１とディスク９との接触面積を大きくすることができ、片当たりを防止して安定な摩擦力を確保することができる。このようにライニング１自体が撓み易いので、運転の初期段階であってもライニング１とディスク９、及びライニング１とアーマチュア８との接触面積を大きくすることができる。従ってなじみ運転の時間を短縮でき、製造コストを低減することができる。

実施の形態２．
図１０は実施の形態２によるライニングを示す断面図である。実施の形態１に示したライニングとしては、軸方向に変形し易い構成としているが、本実施形態においては、円周方向に対しても可撓性を有するように構成したものである。即ち図１０に示すように、芯金２としてゴムなどの柔らかい素材を使用する。この場合ゴムは撓みやすいので、波形あるいは矩形状に形成しても、あるいは図１０に示すように平坦に形成しても良い。しかしこの場合、通常摩擦材３と芯金２の剛性が大きく異なるため、ライニング１がディスク９と接触したときに、割れや界面でのはく離が発生する問題がある。

このため剛性を確保するためにゴム等の芯金２とともに多層芯金１０を用いる。図１１はこの多層芯金１０を示す断面図である。剛性を確保するために中央に金属板１１を配置し、その両面に金属板１１よりも薄い可撓性材１２を接着などにより固定する。このような多層芯金１０をライニング１の中心部に配置して、摩擦材３で覆うことにより、ライニング１全体の変形は金属板１１の剛性により抑制し、大きく変形しないようにする。

更には局所領域での片当たりなどを可撓性材１２の柔軟性で抑制するようにする。このように構成すれば、ライニング１の片当たりが発生しても、芯金２としてゴム等を使用しているので、ライニング１は径方向と円周方向に容易に変形することができ、運転の初期段階から安定な摩擦力を確保して機器の信頼性を向上することができる。更にはディスク９やアーマチュア８の表面あらさを荒くしても接触面積が小さくならないようにすることができ、また平面度の精度も粗くすることが可能となり、加工コストを大幅に低減することができる。

ブレーキが大型で大きな制動力が必要な場合には接触面圧を大きくする必要がある。この場合には可撓性材１２が薄くても、ディスク９との接触によりライニング１に割れやはく離が発生することがある。図１２は別の形態によるライニングを示す平面図、図１３は図１２におけるＣ−Ｃ線断面図であり、円周方向（図１２のＺ方向）で切り取った断面を示している。容量が大きいブレーキのライニングとしては、図１２、１３に示すように、ライニングの表裏面において金属板２０の表面に達するように径方向に溝２１を設けるようにする。溝２１を半径方向に設けることにより、ライニング１は溝２１の箇所で柔軟に円周方向に変形でき、また、軸方向にも容易に変形することができる。尚金属板２０は実施の形態１における芯金に相当する部材であり、ライニングの径方向断面において曲げられるように構成されている。

このように構成すれば、ライニング１の片当たりが発生しても、ライニング１は半径方向と円周方向に容易に変形することができるので、運転の初期段階から安定な摩擦力を確保して機器の信頼性を向上できる。またディスク９とアーマチュア８の加工精度もあらくできるので、製造コストを低減することができる。

更にはブレーキの制動時には、ライニング１とディスク９が接触して摺動するため摩耗粉が発生する。この摩耗粉が接触領域に侵入すると、摩擦係数にばらつきが生じ、制動特性が変化する。しかしライニング１に溝２１を設けることによって、ライニング１とディスク９が接触して摺動するときに発生する摩耗粉が接触領域から溝２１に排出される。これにより安定な制動力を確保して、信頼性が高い機器を得ることができる。

また、機器の運転中には環境の変化によって、水滴が付着したり、周囲の機器から油が侵入することがあり、これにより摩擦力を低下させることがある。しかし溝２１を設けることによって、水や油が接触面から溝２１に排出されるので、環境の変化に強いライニング１を得ることができ、機器の信頼性を向上させることができる。

ブレーキの容量がさらに大きく、更なる剛性が必要な場合には、図１４に示すように、ライニング１の表裏面において溝２１の位置を円周方向においてずらすようにして配置すればよい。溝２１の位置が表裏面で円周方向にずれていることにより、図１３の場合に比べて表裏面それぞれに設けられた摩擦材３が撓みすぎることがなく、大きな力が働きすぎるような事態とはならない。従って大きな力がライニング１に作用しても破損することがなく、機器の信頼性を向上することができる。

また大きな剛性が必要であり、かつ片当たりも抑制する必要がある場合には、図１５に示すように、摩擦材３の表面を曲面状に形成すればよい。図１４に示すように摩擦材３の表面が平坦であればディスク９等と接触しないことも生じるが、図１５に示すように曲面状にすれば、いずれかの部分が接触することとなり、又接触面積を大きくすることができる。図１５の構成によれば、金属板２０の剛性が大きくても、ライニング１とディスク９の間にすき間が形成されないため、接触領域を確保して摩擦力の変動を抑制することができ、信頼性が高い機器を得ることができる。

実施の形態３．
実施の形態２では、ライニング１が軸方向及び円周方向に容易に変形できるように、径方向に溝を設けた場合を示したが、さらに変形が容易なように、波板状あるいは矩形状の芯金を用いるとともに、円周方向に切り込みを形成することもできる。これによりディスク９の接触面の変形に追随し易いライニングを得ることができる。

図１６は実施の形態３によるライニングを示す平面図、図１７は図１６におけるＤ−Ｄ線断面図であり、図においては矩形状の芯金２を用いた場合を示している。芯金２の段差部分２ａに対応させて摩擦材３に円周方向に切り込み３０を形成する。即ちライニング１の表裏面において円周方向に切り込み３０を設けたものである。段差部分２ａが最も変形しやすい部分であるので、この部分に対応させて切り込み３０を設けたものである。このように構成することにより、軸方向にライニング１が変形し易くなり、更にはディスク９との接触面に塵埃がかみ込んでも、接触状態を安定に保つことできる。そして過酷な環境であっても機器の信頼性を損なうことがない。

また片当たりに起因するスティックスリップが発生しても、ライニング１は円周方向に分散して形成されているので、スティックスリップが発生したそれぞれのトラック３ａ、３ｂ、３ｃ・・・で振動の伝達を止めることができ、振動がライニング１の径方向に影響を与えることを抑制でき、異音を抑制することができる。即ち振動が他のトラックに伝播し難くなるので、ライニング１全体を振動させないようにすることができる。尚波形状の芯金を用いた場合には、上に凸となる部分と下に凸となる部分の境界部分、いわゆる変曲点において切り込みを設けることとなる。

さらに、図１８に示すように、矩形状の芯金２のそれぞれの凸部に摩擦材３を形成することにより、ライニング１全体を形成することもできる。これにより図１７に示された切り込み３０よりも幅の大きな溝３１を形成できる。このように構成することにより、軸方向の変位を更に大きくでき、ディスク９とアーマチュア８の加工精度を粗くしても接触状態を良好に保ち、信頼性の高い機器を得ることができる。更には溝３１を設けることによって、水や油が接触面から溝３１に排出されるので、環境の変化に強いライニングを得ることができ、機器の信頼性を向上させることができる。尚波形状の芯金を用いた場合には、上に凸となる部分及び下に凸となる部分のそれぞれの凸部において摩擦材３を形成し、変曲点の間に溝が形成されることとなる。

本発明は産業用のモータのみならず、ホイスト、農機具などに用いられる回転機器、一般的なモータ、更には自動車などのブレーキ等に応用することができる。尚本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１ ライニング、２ 芯金、３ 摩擦材、４ 軸、５ フィールド、６ コイル、
７ 付勢ばね、８ アーマチュア、９ ディスク、２１ 溝、３０ 切り込み。

Claims (7)

1. 回転機器の軸に対して軸方向に移動できるように配置される円盤状のライニングと、
   コイル及び付勢ばねを内蔵したフィールドと、
   上記フィールドと対向する位置に設けられたディスクと、
   上記コイルの電流を遮断したときは上記付勢ばね力により上記ライニングを上記ディスクに押し付けることにより上記ライニングの内周部が上記軸に接触して上記軸の回転が制動されるとともに、上記コイルに電流を流したときは電磁力により上記ライニングから離れるアーマチュアを備えた回転機器のブレーキ装置において、
   上記ライニングは径方向断面において曲げられるよう構成された芯金と、上記芯金を覆い囲むように形成された摩擦材とにより構成されたことを特徴とする回転機器のブレーキ装置。
2. 上記芯金は径方向断面において波形に曲げられたことを特徴とする請求項１に記載の回転機器のブレーキ装置。
3. 上記芯金は径方向断面において矩形状に曲げられたことを特徴とする請求項１に記載の回転機器のブレーキ装置。
4. 上記ライニングの表裏面において径方向に溝を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転機器のブレーキ装置。
5. 上記ライニングの表裏面において上記溝の位置を円周方向においてずらすようにしたことを特徴とする請求項４に記載の回転機器のブレーキ装置。
6. 上記ライニングの表裏面において円周方向に切り込みを設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転機器のブレーキ装置。
7. 上記芯金の凸部に上記摩擦材を形成したことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の回転機器のブレーキ装置。

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