JP2016036229A - リニアアクチュエータのブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 リニアアクチュエータのガイドレールに摩擦摺動材を電磁力で押しつけることで、コンパクトで、かつ部品点数が少ないブレーキ機構により従来技術の問題点を解決することができるリニアアクチュエータのブレーキ装置を提供する。【解決手段】 ガイドレールに沿って摺動するスライダ部を有するリニアアクチュエータに取り付けられる電磁ブレーキにおいて、前記スライダ部（５，５Ｂ）に取り付けられ、前記ガイドレール（７，７１，７２）の面に電磁ブレーキ（２０Ｂ，２０Ｃ）の摩擦摺動材３１を押し当てて前記スライダ部（５Ｂ）に制動を付与することにある。【選択図】 図１

Description

本発明は、ガイドレールを利用したリニアアクチュエータのブレーキ装置に関する。

従来、リニアアクチュエータであるリニアモータの停電時や電源遮断時の機械的ブレーキ機構としては、例えば、「特開平１０−１１２９７１号公報」（特許文献１）や、「特開２０００−１８４６８６号公報」（特許文献２）に示すようなものがある。

「特開平１０−１１２９７１号公報」（特許文献１）のブレーキ機構は、リニアモータ駆動用の固定マグネットにブレーキユニットの吸引板を吸引することで、吸引板の両側部に設けられている摩擦部材が外部摩擦係合部材に当接し、次いで強く押し付けられることにより、ブレーキとして作動している。

「特開２０００−１８４６８６号公報」（特許文献２）のブレーキ機構は、リニアモータのベースの端部に、ブレーキ用ベースを配置し、移動体の端部にブレーキ用ベースと対向するように非常用停止ブレーキ装置（電磁ブレーキ）が固定されている。

特開平１０−１１２９７１号公報 特開２０００−１８４６８６号公報

特許文献１のブレーキ機構では、リニアモータ駆動用の固定マグネットとコイルを跨ぐようにブレーキユニットの吸引板および摩擦部材が構成され、さらに、固定マグネットの両側に外部摩擦係合部材を設置しなくてはならず、ブレーキユニットが大きくなり、つまりは、リニアモータを構成するリニアアクチュエータ全体が大型となる。さらに、ブレーキ時は、固定マグネットと吸引板が、固定マグネットの磁力により、強固に吸着しているため、ブレーキを解除するためには、エアシリンダや電磁プランジャのような、解除するための機構が必要となるという問題点があった。
また、特許文献２のブレーキ機構だと、リニアモータ本体から、ブレーキ装置部が外部に取り付けられた形となるので、リニアモータを構成するリニアアクチュエータが大きくなってしまうという問題点があった。

本発明は、このような従来の問題点（課題）に着目してなされたもので、リニアアクチュエータのガイドレールに摩擦摺動材を電磁力で押しつけることで、コンパクトで、かつ部品点数が少ないブレーキ機構により上記の問題点を解決することができるリニアアクチュエータの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、ガイドレールに沿って摺動するスライダ部を有するリニアアクチュエータに取り付けられるブレーキ装置において、前記スライダ部に電磁ブレーキを取り付け、前記ガイドレールの面に前記電磁ブレーキの摩擦摺動材を押し当てて前記スライダ部に制動を付与することにある。
また、本発明は、前記ガイドレールの上面に位置するとともに、前記スライダ部の前部端面または後部端面の少なくともいずれか一方に前記電磁ブレーキを装着したことにある。
さらに、本発明は、前記ガイドレールを複数有するリニアアクチュエータに取り付けられるブレーキ装置では、少なくとも前記ガイドレールの数だけ、前記電磁ブレーキを前記スライダ部に装着したことにある。
またさらに、本発明は、前記ガイドレールを磁性体金属とし、前記摩擦摺動材をマグネットとしたことにある。

本発明によれば、ガイドレールに摩擦摺動材を電磁力で押しつけることで、コンパクトで、かつ部品点数が少ないブレーキ機構を提供することができる。また、従来のものより、省スペース化出来、かつ部品点数の削減を図ることが出来る。さらに、目的に応じて、電磁ブレーキの個数を変更でき、脱着も容易に出来る。またさらに、マグネットを使用することで非常用ブレーキとしても活用出来る。

本発明の実施の形態によるリニアアクチュエータのブレーキ装置を示す斜視図である。 図１のリニアアクチュエータのブレーキ装置の矢視Ａ方向の正面図である。 図１のリニアアクチュエータ用電磁ブレーキ（無励磁でのブレーキ状態）を示し、（ａ）は電磁ブレーキの右側面図、（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 図３（ｂ）のリニアアクチュエータ用電磁ブレーキの無励磁時の動作を説明する概念断面図である。 図３のリニアアクチュエータ用電磁ブレーキの励磁時の動作を説明するもので、（ａ）は図３（ａ）と同一部分の右側面図、（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ線概念断面図である。 図１のリニアアクチュエータに電磁ブレーキを４台組み込んだ変形例を示す斜視図である。 本発明のリニアアクチュエータ用電磁ブレーキのブレーキ電磁部１台で摩擦摺動ディスク機構を２カ所にした変形例を示す斜視図である。 図７のリニアアクチュエータ用電磁ブレーキの構造を示し、（ａ）は図７の右側面図、（ｂ）は図８（ａ）のＤ−Ｄ線概念断面図である。 図７の電磁ブレーキをリニアアクチュエータに組み込んだ変形例を示す正面図である。 本発明のリニアアクチュエータ用電磁ブレーキのブレーキ電磁部１台で摩擦摺動ディスク機構を２カ所にした機構をリニアモータに２台組み込んだ変形例を示す斜視図である。 本発明のリニアアクチュエータ用電磁ブレーキのブレーキ機構部にマグネット力を追加した機構の変形例を示し、（ａ）は図１０の右側面図、（ｂ）は図１１（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。 図１１のブレーキ装置をリニアモータに組み込んだ変形例を示す正面図である。 ベルト・プーリー機構によるリニアアクチュエータのブレーキ機構の斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
図１および図２に示すように、リニアアクチュエータ１は、ハウジング６のベース２０１に取り付けられた２本のガイドレール７_１，７_２と、それぞれのガイドレール７_１，７_２に沿って摺動するガイドブロック５ａと、２つのガイドブロック５ａに固定し、ガイドブロック５ａと一体となり直動するテーブルブロック５Ｂ、さらに、前記ベース２０１とテーブルブロック５ＢのテーブルＴに対面して構成されたリニアモータ２０２で構成される。
前記リニアモータ２０２は、ベース２０１の２本のガイドレール７_１，７_２の間に、極性を交互にとった多数の永久磁石セグメントで構成される固定マグネット２０２ａが配設されている。テーブルブロック５Ｂにおけるベース２０１に配設された固定マグネット２０２ａと対向する位置には、励磁コイル２０２ｂが取り付けられている。励磁コイル２０２ｂは、図示せぬ電源回路から供給される電流によって磁界を発生させるものである。ベース２０１に配設された固定マグネット２０２ａと励磁コイル２０２ｂで構成されるリニアモータ２０２により、テーブルブロック５Ｂを移動させる推力を発生する。

図１は、リニアアクチュエータ１のガイドレール７_１，７_２と、２台の電磁ブレーキ２０Ｂの構成を示す。各電磁ブレーキ２０Ｂには、それぞれ取付アダプタ２１が設けられており、取付アダプタ２１によりガイドレール７_１，７_２に摺動可能なガイドブロック７ａに取り付けられたテーブルブロック５Ｂにねじ２２を介して取り付けられている。各電磁ブレーキ２０Ｂは、ガイドレール７_１，７_２に対応するように、それぞれガイドレール７_１，７_２の上方に位置するようにテーブルブロック５Ｂの前面に配置されている。

電磁ブレーキ２０Ｂの解除時には、電磁ブレーキ２０Ｂの摩擦摺動ディスク３１は、ガイドレール７_１，７_２と隙間を持ち、電磁ブレーキ作動時には、電磁ブレーキ２０Ｂの摩擦摺動ディスク３１は、ガイドレール７_１，７_２に押し付けられて固定されるように取り付けられている。

したがって、電磁ブレーキ解除時は、リニアモータ２０２により、ガイドブロック５ａに取り付けられたテーブルブロック５Ｂがガイドレール７_１，７_２に沿って摺動し直動する。電源遮断等により、リニアモータ２０２による推力、制御がなくなったときには、電磁ブレーキ２０Ｂが作動し、電磁ブレーキ２０Ｂの摩擦摺動ディスク３１がガイドレール７_１，７_２に押し付けられて固定されることにより、直動していたテーブルブロック５Ｂが固定される。

電磁ブレーキ２０Ｂの構造は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように無励磁作動型のリニアアクチュエータ用電磁ブレーキを示している。
電磁ブレーキ２０Ｂは、移動シャフト８１と同軸に配置された二重円筒状のブレーキケース（外鉄心）８２及び内鉄心８３を備えている。ブレーキケース８２と内鉄心８３との間にある円筒状空隙内には、絶縁カバー８４を介して内鉄心８３に巻回された電磁コイル７７が収容されている。

前記ブレーキケース８２には、軸方向一端から径方向内側に突出するようにリング状の鍔部８２ｂが設けられ、この鍔部８２ｂが取付アダプタ２１の下面２１ａと固定されている。鍔部８２ｂには、内径側を軸方向に一段階突出させて段差部８２ｃが形成されており、この段差部８２ｃに係合する段差部２１ｂが取付アダプタ２１の下面２１ａの周縁部に形成されて組み付けられている。
そして、ブレーキケース８２の鍔部８２ｂと、内鉄心８３の鍔部８３ｂとで形成される円環状空間には、リング状のマグネット８５と、このマグネット８５の径方向外側にリング状のギャップ材８６が設けられている。マグネット８５は、内鉄心８３の鍔部８３ｂ側の軸方向端面がＮ極、ブレーキケース８２の鍔部８２ｂの軸方向端面がＳ極となるように着磁されている。
ギャップ材８６の軸方向の肉厚Ｇｂは、マグネット８５の軸方向の肉厚よりも小さく、材質は非磁性体であり、銅又はステンレス鋼が好ましい。または、ギャップ材８６を使用せず、ギャップ材８６の肉厚Ｇｂと同等の空隙を、ブレーキケース８２の鍔部８２ｂと、内鉄心８３の鍔部８３ｂとで形成しても良い。

移動シャフト８１は、取付アダプタ２１の下面２１ａと、取付アダプタ２１の上面に設けられたリニアブッシュガイド８７の軸線上に形成された、開口孔内周面に締結されたリニアブッシュ８８によってガイドされ、上下に移動可能に設置されている。移動シャフト８１の上端には、抜け止め用のストッパ８９が止めネジ９２で取り付けられている。
移動シャフト８１にはハブ９０が止めネジ９１で締結されている。内鉄心８３と移動シャフト８１の間の筒状の空間に軸方向に弾発力を付与する解放ばね７６が装着されている。ハブ９０は、軟磁性体で成形され、解放ばね７６により、常時、ブレーキケース８２の端部８２ａと内鉄心の端部８３ａから引き離される方向（図示上方向）に付勢されている。

電磁ブレーキ作動時（無励磁時）は、マグネット８５の磁力により、ハブ９０は、解放ばね７６の付勢力に抗して、ブレーキケース８２の端部８２ａと内鉄心８３の端部８３ａに引き付けられている。電磁コイル７７を励磁し、マグネット８５の磁力を打ち消したときには、ハブ９０は、解放ばね７６の付勢力により、ブレーキケース８２の端部８２ａと内鉄心８３の端部８３ａからギャップＧａだけ引き離される。（図５（ａ）参照）

以上のような電磁ブレーキ２０Ｂの作動時において、マグネット８５の有効磁束φｍを図４に矢印により示している。有効磁束φｍは、マグネット８５のＮ極から、内鉄心８３内をハブ９０に向かって軸方向に通過し、ハブ９０の内周側の領域に流入する。この有効磁束φｍは、ハブ９０内を径方向外向きに通過してハブ９０の外周側の領域からブレーキケース８２に流入する。有効磁束φｍは、さらに、ブレーキケース８２内を鍔部８２ｂに向かって軸方向に通過し、鍔部８２ｂ内を径方向内向きに通過してマグネット８５のＳ極に至る。このように還流する有効磁束φｍにより、電磁コイル７７が無励磁の状態では、ハブ９０が解放ばね７６の付勢力に抗してブレーキケース８２の端部８２ａと内鉄心８３の端部８３ｂに吸着されるため、移動シャフト８１が図示下方向に移動する。

その一方で、電磁ブレーキ解除時は電磁コイル７７に対し、マグネット８５による磁束φｍを打ち消す方向に所定値の電流を流すと、磁束φｍと大きさがほぼ同じで向きが逆方向の磁束φｃが図５（ｂ）の矢印に示すように生じる。磁束φｃは、内鉄心８３を鍔部８３ｂに向けて軸方向に通過し、マグネット８５を迂回するように、鍔部８３ｂ内を径方向外向きに通過し、ギャップＧｂに流入する。この磁束φｃは、ギャップＧｂを軸方向に通過してブレーキケース８２に流入し、鍔部８２ｂ内を径方向外向きに通過し、ブレーキケース８２内をハブ９０に向かって軸方向に通過する。磁束φｃは、さらに、ギャップＧａを経たうえでハブ９０の外周側の領域に流入し、ハブ９０内を径方向内向きに通過してハブ９０の内周側の領域からギャップＧａを経たうえで内鉄心８３に流入する。このように、磁束φｃが前記有効磁束φｍとは逆方向に還流することにより、磁束φｍと磁束φｃとが互いに打ち消し合って、その差がある値以下となるため、解放ばね７６の付勢力によりハブ９０はブレーキケース８２の端部８２ａ、内鉄心８３の端部８３ａへの吸着から解放される。その結果、移動シャフト８１は、ギャップＧａ分、上に移動する。

移動シャフト８１の下端部には、加圧プレート３５を介して、摩擦摺動ディスク３１が取り付けられている。上記の電磁コイル７７へ所定の電流をＯＮ／ＯＦＦすることにより、摩擦摺動ディスク３１が、ギャップＧａ分、上下動する。

電磁ブレーキ２０Ｂの摩擦摺動ディスク３１を、ガイドレール７_１，７_２よりギャップＧａ未満の隙間を設けるように電磁ブレーキ２０Ｂを、ガイドレール７_１，７_２に沿って摺動移動するテーブルブロック５Ｂに取り付ける。
電磁コイル７７の電流ＯＦＦ時はマグネット８５の磁力によりハブ９０はブレーキケース８２の端面８２ａと、内鉄心８３の端面８３ａに引きつけられている。
電磁コイル７７に所定の電流を通電すると、電磁コイル７７に発生した磁力とマグネット８５の磁力が打ち消し合い、ハブ９０が解放ばね７６により解放する。ハブ９０は解放バネ７６により、上方向に移動する。これにより、ハブ９０に締結している移動シャフト８１が上方向に移動する。移動シャフト８１に締結している加圧プレート３５、摩擦摺動ディスク３１も連結・締結してあるため、同じ方向に移動する。電磁コイル７７の電流ＯＦＦ時には下方向にハブ９０が移動し、最終的にハブ９０と繋がっている摩擦摺動ディスク３１が移動する。こうして、図１のように摩擦摺動ディスク３１がガイドレール７_１，７_２に押しつけられてブレーキがかかる。

上記実施の形態では、マグネット８５は、内鉄心８３の鍔部８３ｂ側の軸方向端面がＮ極、ブレーキケース８２の鍔部８２ｂの軸方向端面がＳ極となるように着磁されている場合で説明したが、マグネット８５は、内鉄心８３の鍔部８３ｂ側の軸方向端面がＳ極、ブレーキケース８２の鍔部８２ｂの軸方向端面がＮ極としても良い。その際は、マグネット８５の有効磁束φｍは、図４の矢印と逆方向になる。したがって、電磁ブレーキ解除時は電磁コイル７７による磁束φｃが図５（ｂ）の矢印と逆方向になるように電流を流せばよい。

その他の実施の形態を、以下の図６から図１２の図面を参照しながら説明する。これらの図面では図１ないし図３と同一部分は同符号を付して説明を省略して説明する。

図１の例では電磁ブレーキ２０Ｂは、２個の例で説明したが、図６では、テーブルブロック５Ｂの移動方向前後の端面に２個づつ、計４個設置した例である。この場合の保持力は個数分アップする。また、単数でも使用できる。数が増えることにより、保持力も上がって行くので、必要な保持力により、電磁ブレーキ２０Ｂの個数を調整することができる。

図７ないし図１０の例では、電磁ブレーキ２０Ｃは、電磁機構１台でガイドレール２本を使用するアクチュエータのブレーキ機構を示す。
この電磁ブレーキ２０Ｃの構造は、電磁ブレーキ２０Ｃの移動シャフト８１にジョイントプレート３０１を締結し、このジョイントプレート３０１の両端部に第２移動シャフト３０４を締結している。
第２移動シャフト３０４は、シャフトブッシュ３０３の円筒部３０３ａを介して摺動可能に支持されて案内されている。シャフトブッシュ３０３は円筒部３０３ａの外面に張り出した鍔部３０３ｂをネジ３０５を介して取付アダプタ３０２の下面部３０２ａの取付孔３０２ｂに螺着されている。
移動シャフト８１は、取付アダプタ３０２の下面３０２ａと、上面に設けられたリニアブッシュガイド８７に締結されたリニアブッシュ８８でガイドされ、上下に移動可能に設置されている。移動シャフト８１の上端には、抜け止め用のストッパ８９が取り付けられている。
第２移動シャフト３０４の下端部には、摩擦摺動ディスク３１を取り付けた加圧プレート３５が装着されている。
図９は図７の電磁ブレーキ２０Ｃをリニアモータ２０２のテーブルブロック５Ｂの前面、すなわちテーブルＴに設置した例を示す。電磁機構１台で２本のガイドレール７_１，７_２に摩擦摺動ディスク３１を押しつけて止められる構造となっている。
図１０はテーブルブロック５Ｂの前後のテーブルＴ端面に取り付けた実施例を示す。この構造だと２本のガイドレール７_１，７_２のリニアモータ２０２でも電磁ブレーキ解放時の電流を小さく出来、且つ安定して止められるメリットがある。

図１１に非常停止用の電磁ブレーキの構造を示す。加圧プレート３５の厚みを短くし、加圧マグネット３６を締結し、加圧マグネット３６に摩擦摺動ディスク３１を締結した構造となる。摩擦摺動ディスク３１が電磁力でガイドレール７_１，７_２に押しつけられる力に加圧マグネット３６の磁力でガイドレール７_１，７_２に吸着する力を合成出来る。ガイドレール７_１，７_２が磁性体である条件付きとなるが、大半のガイドレール７_１，７_２は磁性体のため、構造的に成り立つ。これにより、ブレーキ力を格段にアップ出来き、非常用のブレーキとして活用出来る。加圧マグネット３６の磁力が大きい場合、ブレーキの解除は手動となるため、緊急時の非常ブレーキとしての活用に適している。
図１２にリニアモータ２０２に装着した例を示す。このように図１と同様に取り付けて使用出来る。
また、図１０の機構との併用とこの機構との組み合わせ構造も容易に出来る。

上記のリニアアクチュエータは、駆動部にリニアモータの例で説明したが、図１３に示すように、回転電機によるベルト・プーリー機構のリニアアクチュエータや、ボールネジ機構などにも、この電磁ブレーキを使用することができる。
図１３に示した回転電機によるベルト・プーリー機構のリニアアクチュエータ１０では、一対のプーリー１１，１１間に無端状のベルト１２を掛け渡して、駆動モータ１３の作動によりプーリー１１の一方を駆動し、前記ベルト１２によりスライダ部としてのテーブルブロック５Ｃをガイドレール７に沿って往復動操作するものである。このテーブルブロック５Ｃに電磁ブレーキ２０Ｂを組み付けることで前記実施の形態と同様の操作をすることができる。
第２の実施の形態およびその他の実施の形態のいずれの場合も、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる等、その他、本発明の技術的範囲を変更しない範囲内で適宜変更して実施しうることは言うまでもない。

１，１０ リニアアクチュエータ
５，５Ｂ テーブルブロック
５ａ ガイドブロック
７，７_１，７_２ ガイドレール
２０Ｂ，２０Ｃ 電磁ブレーキ
３１ 摩擦摺動ディスク（摩擦摺動材）
３４ ジョイント
７７ 電磁コイル
８１ 移動シャフト
２０２ リニアモータ
２０２ａ 固定マグネット
２０２ｂ 駆動コイル
３０１ ジョイントプレート
３０２ 取付アダプタ
３０４ 第２移動シャフト
Ｔ テーブル

Claims (5)

1. ガイドレールに沿って摺動するスライダ部を有するリニアアクチュエータに取り付けられるブレーキ装置において、前記スライダ部に電磁ブレーキを取り付け、前記ガイドレールの面に前記電磁ブレーキの摩擦摺動材を押し当てて前記スライダ部に制動を付与することを特徴とするリニアアクチュエータのブレーキ装置。
2. 前記ガイドレールの上面に位置するとともに、前記スライダ部の前部端面または後部端面の少なくともいずれか一方に前記電磁ブレーキを装着したことを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータのブレーキ装置。
3. 前記ガイドレールを複数有するリニアアクチュエータに取り付けられるブレーキ装置では、少なくとも前記ガイドレールの数だけ、摩擦摺動材を設け、これら摩擦摺動材を操作する電磁ブレーキを前記スライダ部に装着したことを特徴とする請求項２に記載のリニアアクチュエータのブレーキ装置。
4. 前記ガイドレールを磁性体金属とし、前記摩擦摺動材をマグネットとしたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のリニアアクチュエータのブレーキ装置。
5. 前記電磁ブレーキの移動シャフトにジョイントプレートを締結し、このジョイントプレートの両端部に第２移動シャフトを締結し、これら第２移動シャフトに前記ガイドレールの面に対応して摩擦摺動材を設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のリニアアクチュエータのブレーキ装置。

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