JP2016056925A - 無励磁作動ブレーキ - Google Patents

Abstract

【課題】無励磁作動ブレーキにおけるエアギャップの設定を、一度の組立工程のなかで効率的に行うことができ、かつ装置の大型化を伴わない構造とする。
【解決手段】フィールドコア１０とサイドプレート２０との間に、塑性変形することで隙間調整材として機能するカラー３０ａを介在させて、これらをねじ４０により一体に組み付ける。このとき、カラー３０ａの塑性変形量をねじ４０の締め付け具合によって調整することでエアギャップＧを適正な値に設定する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、無励磁作動ブレーキにおけるエアギャップの設定を効率的に行うための構造に関するものである。

一般的な無励磁作動ブレーキにおいては、装置のフレームを形成するフィールドコアとサイドプレートとの間にアーマチュアが配置され、さらにこのアーマチュアと前記サイドプレートとの間に、回転軸と連結するブレーキディスクが配置されている。前記アーマチュアは、別途付設された圧縮コイルばねによる付勢力と電磁コイルによる磁気吸着力とによって、後述するエアギャップの範囲で前記回転軸の軸線方向に往復動する機械要素である。このアーマチュアが往復動することで、前記ブレーキディスクがアーマチュアとサイドプレートに挟圧され、またはアーマチュアから離間し、これによってブレーキが制動し、または解放する構造となっている。ここで、前記アーマチュアの往復動の範囲は、前記フィールドコアとサイドプレートとの間隔からアーマチュアとブレーキディスクの厚みとの合算値を差し引いた値（以下、エアギャップという）によって決定される。このエアギャップが大きすぎると前記電磁コイルによる磁気吸着力が弱まり、一方、小さすぎるとアーマチュアとブレーキディスクとが完全に離間しないことから異常摩耗や発熱の原因となる。このように、適切なブレーキ性能を確保する上で、適正なエアギャップの設定がきわめて重要となる。

従来の薄型で小型の無励磁作動ブレーキにおいては、フィールドコアとサイドプレートとの間に筒状のカラーとシムとを介在させ、このシムの枚数を調整することでエアギャップの設定を行っていた。このエアギャップ設定法では、装置を一度組み立てたのちにシックネスゲージを用いてエアギャップを測定し、規定値を満たさなければ装置を分解してシムの枚数を調整してから再度組み立てる必要があった。

前記従来のエアギャップ設定法はきわめて生産性が低いことから、これを改善するための幾つかの先行技術が提案されている。この先行技術の一つとして、前記シムおよび筒状のカラーの代わりにナットおよびこれと螺合するカラーを用いた技術がある（特許文献１参照）。この先行技術においては、一端部近傍の外周面に雄ねじ部が設けられたカラーにナットを螺合させ、これらを前記フィールドコアと前記サイドプレートとの間に介在させてねじで固定するというものである。前記シムの枚数調整によって実施されていたエアギャップの設定は、前記ナットとカラーとの螺合の度合いを調整したのちにねじを締め付けるといった２つの作業工程によって行われるため、装置の分解と再組立とがいずれも不要となる。

また、他の先行技術では、前記シムおよび筒状のカラーの代わりに、弾性部材を用いた技術がある（特許文献２参照）。この先行技術は、フィールドコアとサイドプレートとの間に弾性部材を介在させ、この弾性部材の変形量を調整したのちにリベットを打ち込むといった２つの作業工程によってエアギャップの設定を行うものである。この先行技術においても、装置の分解と再組立とがいずれも不要となる。前記弾性部材としては、カラーと皿ばねから構成される部材や、弾性を有するカラーのみからなる部材が提案されている。

実公平２−７３１２号公報 実開平２−９２１２４号公報

本発明の主な課題は、従来のシム調整によるエアギャップ設定法の低い生産性を改善することにある。

さらに、本発明は、従来のシム調整によるエアギャップ設定法の生産性を改善する前記先行技術が抱える以下の問題を併せて解決することを課題とする。すなわち、シムおよび筒状のカラーの代わりにナットおよびこれと螺合するカラーを用いた技術では、構造上ナットの外径寸法がシムのそれより大きくなることから、このナットと外縁端近傍で接するサイドプレートの外径寸法も必然的に大きくなり、装置が大型化するという問題がある。この問題は、薄型で小型の無励磁作動ブレーキへ採用する際に特に障壁となる。また、ナットが必須となることで、シムを隙間調整材として用いる従来品との比較で部品点数が増えることにもなりかねず、カラー外周面に雄ねじを設ける新たな加工も必要になることから、製造コストが高くなるという問題がある。

一方、シムと筒状のカラーの代わりに弾性部材を用いる先行技術においても、弾性部材の一部として皿ばねを用いる場合には、構造上皿ばねの外形寸法がシムの外形寸法より大きくなるため、前記先行技術と同様の装置が大型化するという問題が生じる。また、皿ばねやリベットを固定するピン等が必須の場合には部品点数が増えることにもなりかねず、前記先行技術と同様に製造コストが高くなるという問題もある。

さらに、本先行技術では、フィールドコアとサイドプレートとをリベットを用いて固定しているため、フィールドコアとサイドプレートとの間隔が狭まる方向に対する固定力がねじに比べて弱く、介在する弾性部材の変形を積極的に利用する構造であることに鑑みれば、フィールドコアとサイドプレートとの間隔は、押力に対して比較的容易に変化することが想定される。したがって、本先行技術においては、フィールドコアとサイドプレートとの間隔を狭める向きの外力に対してエアギャップの値が一定しないという問題が懸念される。

本発明は、以上に述べた問題に鑑みなされたものであり、シム調整のための装置の分解と再組立とを要することなくエアギャップの適正な設定を効率的に行うことができ、かつ装置の大型化を伴うこともなく、さらには少ない部品点数でフィールドコアとサイドプレートとの間隔が外力によって容易に変化せずエアギャップを一定に保持できる構造の無励磁作動ブレーキを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために本発明は、電磁コイルが内蔵されたフィールドコアと、このフィールドコアとねじによって一体に固定されたサイドプレートと、このサイドプレートと前記フィールドコアとの間に介在するアーマチュアと、このアーマチュアを前記サイドプレートの方向に付勢する圧縮コイルばねと、前記アーマチュアと前記サイドプレートとの間に介在し、かつ回転軸と連結するブレーキディスクと、前記フィールドコアと前記サイドプレートとの間に介在し、かつ前記アーマチュアを前記回転軸の軸線方向のみに平行移動可能に案内するカラーとからなる無励磁作動ブレーキであって、前記カラーは、前記ねじの締め付けによる押圧力によって前記サイドプレート近傍で塑性変形していることを特徴としている。

前記本発明に係る無励磁作動ブレーキは、前記フィールドコアと前記サイドプレートとの間に前記カラーを介在させ、前記ねじを締め付けることでこれらを一体に組み付けるものである。前記ねじの締め付けによる押圧力を受けた前記カラーは、塑性変形しながら前記ねじの軸線方向の長さを縮小させていく。この塑性変形量を調整することで前記エアギャップを適正な値に設定することができる。ここで、前記塑性変形量は前記ねじの締め付け量に依存することから、前記エアギャップは、基本的にねじの締め付け作業のみで設定される。このように、本発明では、前記カラーが隙間調整材としての機能を果たす。

また、本発明における前記カラーは、前記サイドプレートとの接触端部近傍の側壁部肉厚が他の部分より薄く形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明における前記カラーは、前記サイドプレート側の開口端近傍の内側壁面が前記開口端に向かって次第に広がるテーパ状を呈していることを特徴とするものである。

また、本発明における前記カラーは、内側壁面の一部分が全周にわたって凹状に形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明における前記カラーは、前記サイドプレートと接触する側に塑性変形し易い素材からなる円環板状の部材を位置付け、他の部分を塑性変形し難い素材からなる円筒状の部材としたことを特徴とするものである。

本発明によれば、エアギャップの設定は、前述したように、基本的にねじの締め付け作業のみで行われる。この作業は、一度の組立工程のなかで完結することができるため、従来のようにシム調整のための装置の分解と再組立とを必要とせず生産性を向上させることができる。また、本発明は、前記先行技術との比較でも作業工程が削減されることから自動化により適している。

また、本発明によれば、ナットや皿ばねのようにサイドプレートの外形寸法を拡張する機械要素を伴わない構造であることから、装置の小型化に適している。

また、従来品との比較でナットや皿ばねといった新たな部品を特に必要とせず、かつシムが不要であり、さらにはカラー外周面に雄ねじ部を設ける必要もないことから、部品点数の削減および部品の原価低減の効果が見込め、製造コストが削減できる。

さらに、本発明によれば、カラー部分の弾性変形を積極的に利用した構造ではなく、かつねじで固定する構造であるため、フィールドコアとサイドプレートとの間隔を狭める向きの外力が加わってもエアギャップを一定に保持することができる。

図１は、本発明の実施の形態による無励磁作動ブレーキの斜視図であって、一部分をカットした状態を示す。 図２は、本発明の実施の形態による無励磁作動ブレーキの図１におけるＰ−Ｐ断面図であって、組立完了時の状態を示す。 図３は、本発明の実施の形態による無励磁作動ブレーキのカラー近傍における断面図であって、エアギャップ設定前の状態を示す。 図４は、本発明の実施の形態による無励磁作動ブレーキのカラー近傍における断面図であって、エアギャップの設定態様を示す。 図５は、本発明の実施の形態による無励磁作動ブレーキのカラー近傍における断面図であって、組立完了時の状態を示す。 図６は、本発明の他の実施の形態による無励磁作動ブレーキのカラー近傍における断面図であって、エアギャップ設定前の状態を示す。 図７は、本発明の他の実施の形態による無励磁作動ブレーキのカラー近傍における断面図であって、組立完了時の状態を示す。 図８は、本発明の他の実施の形態による無励磁作動ブレーキのカラー近傍における断面図であって、エアギャップ設定前の状態を示す。 図９は、本発明の他の実施の形態による無励磁作動ブレーキのカラー近傍における断面図であって、組立完了時の状態を示す。

図１ないし図９において符号１で示す装置は、円環状を呈するフィールドコア１０と円環板状を呈するサイドプレート２０とが、円周方向で３等分したそれぞれの位置の外周縁近傍において、カラー３０ａを介在させた状態でねじ４０にて一体に固定され、かつこのフィールドコア１０とサイドプレート２０との間に、アーマチュア５０および回転軸７０と連結したブレーキディスク６０とが介在するように構成された無励磁作動ブレーキ１を示す。

前記フィールドコア１０は、炭素鋼などの磁性材からなり、ねじ４０と螺合するためのねじ孔１１が、前述したように、円周方向で３等分したそれぞれの位置の外周縁近傍に設けられている。このねじ孔１１は、フィールドコア１０を貫通する孔に形成したものである（図２参照）。

前記フィールドコア１０には、円環状の空隙が設けられ、この空隙内には電磁コイル１２が装填されている（図１および図２参照）。

前記電磁コイル１２の外径側にあって円周方向で３等分した位置のうち前記ねじ孔１１と異なる箇所には、前記アーマチュア５０と対向する面に向かって開口する非貫通孔が設けられ、この非貫通孔内にはそれぞれ圧縮コイルばね１４が圧縮された状態で装填されている（図１および図２参照）。この圧縮コイルばね１４の一端部は、アーマチュア５０のフィールドコア１０と対向する面と常時圧接している（図２参照）。

前記サイドプレート２０には、ねじ４０を挿入するための３つの貫通孔２１が、前記フィールドコア１０に形成されたねじ孔１１と対応する位置に設けられている（図１および図２参照）。

前記カラー３０ａは、非磁性体であるステンレス鋼やアルミニウム合金などの素材からなる筒状の部材であり、前記ねじ孔１１と貫通孔２１との同軸線上に位置するように前記フィールドコア１０とサイドプレート２０との間に介在している。カラー３０ａが存在することで、フィールドコア１０とサイドプレート２０とは常に一定の間隔Ａをおいた位置関係にある（図２参照）。このように、カラー３０ａは隙間調整部材として機能するとともに、詳細については後述するが、前記アーマチュア５０を回転軸７０の軸線方向のみに平行移動可能に支持する案内部材としても機能する。

組立前のカラー３０ａは、図２に示すように、基本的には円筒状を呈しており、サイドプレート２０との接触端部近傍の内壁面には、開口端へ向かってテーパ状に薄肉厚となる部分３１ａが形成されている。組立前のカラー３０ａの全長はＡ０であるが、ねじ４０の締め付けによってサイドプレート２０との接触端部が塑性変形することで、組立後の全長は前記間隔Ａにまで縮小する（図２および図５参照）。

前記ねじ４０は、前述したように、フィールドコア１０とサイドプレート２０とを一体に固定する機械要素であり、前記貫通孔２１とカラー３０ａの中を通って、先端部がねじ孔１１と螺合している（図１および図２参照）。ねじ４０の軸線は、回転軸７０の軸線と平行である。また、ゆるみ止め用のスプリングワッシャ４１が台座として用いられている。

前記アーマチュア５０は、炭素鋼などの磁性材からなり、円環板状を呈している。アーマチュア５０の支持については、前記円筒状のカラー３０ａが、アーマチュア５０の切欠き部５１に挿入することで、回転軸７０の軸線方向への平行移動を可能にし、かつその他の方向に対しては規制する構造を採っている。前述したように、アーマチュア５０のフィールドコア１０と対向する面は、圧縮コイルばね１４の一端部と常時圧接しており、無励磁状態において、アーマチュア５０とフィールドコア１０との間にエアギャップＧが形成されている。 このエアギャップＧは、前記間隔Ａから前記アーマチュア５０の厚みＢと前記ブレーキディスク６０の厚みＣとの合算値を差し引いた値に相当する（図２参照）。

前記ブレーキディスク６０は、図１および図２に示すように、ハブ８０とスプライン６１によって嵌合している。このハブ８０は、無励磁作動ブレーキ１の中央部を貫通するように設置される回転軸７０と、例えばキー接続によって連結する円環状の部材である。このように、ブレーキディスク６０は、ハブ８０を介して回転軸７０と連結している。前記アーマチュア５０が前記圧縮コイルばね１４の付勢力を受けることで、前記サイドプレート２０との間でブレーキディスク６０を挟圧する。このとき、ブレーキディスク６０の両面には摩擦材６２が固着されており、この摩擦材６２を介して前記サイドプレート２０の対向面と前記アーマチュア５０の対向面とに圧接する。

以上に述べた無励磁作動ブレーキ１の制動と解放との性能は、背景技術の欄で述べたように、無励磁作動ブレーキ１の組立時におけるエアギャップＧの適正な設定によって担保される。以下にエアギャップＧの設定を含めた組立態様について、図３ないし図５に基づき説明する。

組立作業者は、図３に示すように、ねじ孔１１および磁極面１３が上方に向いたフィールドコア１０を作業台１００の上に載せて治具（図示せず）等で固定する。その上からアーマチュア５０とブレーキディスク６０とをこの順序で重ねる。このときアーマチュア５０に設けられたＵ字状の切欠き部５１とねじ孔１１とを連通させる。その後、部分３１ａを上にして起立させたカラー３０ａを、ねじ孔１１と切欠き部５１とが連通する位置に設置する。その上からサイドプレート２０を、貫通孔２１とカラー３０ａとが連通する位置にて重ね合わせる。

前記状態に整えた上で、図４に示すように、フィールドコア１０とアーマチュア５０との間に、エアギャップの規定値と等しい厚みＧのシックネスゲージ９０を挿入する。その後、ねじ４０を貫通孔２１に挿入し、ドリルＤを用いてねじ４０を回転させながらこれをねじ孔１１に螺合させていく。このとき、ゆるみ止め用のスプリングワッシャー４１を台座として用いる。

ねじ４０を締め付けると、カラー３０ａは、フィールドコア１０とサイドプレート２０とに挟圧され、カラー３０ａの内部応力（圧縮）が次第に増大する。この内部応力（圧縮）は、肉厚が最も薄いサイドプレート２０との接触端が最も大きくなり、この部分が最初に降伏応力に達して塑性変形する。その後、テーパ状に形成された部分３１ａの肉薄部分から順次塑性変形が拡大していく。このとき、接触端部がテーパ状を呈していることから、前記塑性変形は外側に広がるように進行する（図５参照）。

このように、部分３１ａが塑性変形することで、フィールドコア１０とサイドプレート２０との間隔は、カラー３０ａの組立前の全長Ａ０から次第に縮小していく。フィールドコア１０とサイドプレート２０との間隔が略Ａとなった時点で、厚みＧのシックネスゲージ９０は、フィールドコア１０とアーマチュア５０とに接触する。さらにねじ４０を締め付けると、シックネスゲージ９０はフィールドコア１０とアーマチュア５０とに挟圧され、シックネスゲージ９０を引く抜くのにある程度の力が必要となる。所定の引き抜き力を要する状態となった時点でねじ４０の締め付けを終了し、前記所定の引き抜き力を加えてシックネスゲージ９０を引き抜く。以上の作業工程を経て、フィールドコア１０とアーマチュア５０との間に適正なエアギャップＧが形成された無励磁作動ブレーキ１の組立が完了する。（図５参照）。

前記エアギャップＧの設定を伴う組立態様によれば、前記所定の引き抜き力を検知するとドリルＤの締め付けを停止してシックネスゲージ９０を機械的に引き抜く一連の装置等を用いることで、エアギャップＧの設定を含めた組立工程を自動化することができる。なお、前記所定の引き抜き力の検知に代えて、シックネスゲージ９０に設けられた圧力センサーによって所定の圧力を検知する構造としてもよい。

前記カラー３０ａの形状は、塑性変形し易くするための仕様であり、塑性変形し易い形状であれば特定のものに限定されない。したがって、内壁または外壁もしくは内外壁を、端部にいくほど薄肉になる段付き状を呈したカラーとしてもよい。また、ねじ４０の締め付け動作をできるだけ阻害しないためには外側に向かって塑性変形させることが望ましいことから、変形する部分の周回りに一定の間隔を置いてスリットや切れ目などの加工を加えてもよい。以下に、塑性変形し易い他の形状のカラーを用いた実施の態様について、前記実施の形態と相違する点を中心に説明する。

図６および図７に示す実施の形態は、前記実施の形態に対して、前記カラー３０ａと形状のみが異なるカラー３０ｂを用いたものであり、その他は前記実施の形態と同一である。本実施の形態におけるカラー３０ｂは、円筒状を基本形状とし、サイドプレート２０との接触端よりやや中ほどに入った部分から中間部分にかけての内壁面に中ぐり加工が施されている。

本実施の形態によれば、エアギャップＧの設定を含めた組立工程において、ねじ４０が締め付けられると、カラー３０ｂはフィールドコア１０とサイドプレート２０とに挟圧される。その結果、カラー３０ｂの内部応力（圧縮）は次第に増大し、部分３１ｂが塑性座屈する。ねじ４０の締め付けを強めていくと、カラー３０ｂは、組立前の全長Ａ０から次第に縮小し、全長が略Ａとなった時点でシックネスゲージ９０がフィールドコア１０とアーマチュア５０とに接触する。さらにねじ４０を締め付けていくと、シックネスゲージ９０はフィールドコア１０とアーマチュア５０とに挟圧されるに至る。その後は前記実施の形態と同様の工程を経ることで、適正なエアギャップＧが形成された無励磁作動ブレーキ１の組立が完了する。

前記カラー３０ｂが、アーマチュア５０の案内部材としても機能することを考慮すれば、中ぐり部分は、前記アーマチュア５０の案内部材として機能する部分以外の位置に設けることが望ましい。また、カラー３０ｂの内側に曲がり込むように塑性変形すると、ねじ４０の締め付け動作を阻害するおそれがあることから、外側へ膨らむように塑性変形する形状とすることが好ましい。

図８および図９に示す実施の形態は、前記実施の形態に対して、前記カラー３０ａと形状および構成が異なるカラー３０ｃを用いたものであり、その他は前記実施の形態と同一である。本実施の形態におけるカラー３０ｃは、塑性変形し易い素材からなる部材３１ｃと塑性変形し難い素材からなる部材３２ｃとから構成されている。部材３１ｃとしては、例えばアルミ合金からなる円環板状を呈した部材が好適であり、部材３２ｃとしては、例えばステンレス鋼からなる円筒状を呈した部材が好適である。本実施の形態では、カラー３０ｃがアーマチュア５０の案内部材として機能することを考慮して、部材３１ｃがサイドプレート２０と接する側に設けられている。また、部材３１ｃの全長と部材３２ｃの全長との合算値はＡ０となるように形成されている。

本実施の形態によれば、エアギャップＧの設定を含めた組立工程において、ねじ４０の締め付けによって軸力が増大すると、部材３１ｃが押しつぶされるようにして塑性変形し全長を縮小させる。部材３１ｃの全長と部材３２ｃの全長との合算値が略Ａとなった時点でシックネスゲージ９０がフィールドコア１０とアーマチュア５０とに接触する。さらにねじ４０を締め付けていくと、シックネスゲージ９０はフィールドコア１０とアーマチュア５０とに挟圧されるに至る。その後は前記実施の形態と同様の工程を経ることで、適正なエアギャップＧが形成された無励磁作動ブレーキ１の組立が完了する。

前記実施の形態においては、カラー３０ｃの内側に向かって伸びるように塑性変形するとねじ４０の締め付け動作を阻害するおそれがあることから、部材３１ｃが外側へ向かって伸びるように塑性変形する形状・構造とすることが好ましい。

１…無励磁作動ブレーキ、１０…フィールドコア、２０…サイドプレート、３０ａ…カラー、３０ｂ…カラー、３０ｃ…カラー、４０…ねじ、５０…アーマチュア、６０…ブレーキディスク、７０…回転軸、８０…ハブ。

Claims (5)

1. 電磁コイルが内蔵されたフィールドコアと、このフィールドコアとねじによって一体に固定されたサイドプレートと、このサイドプレートと前記フィールドコアとの間に介在するアーマチュアと、このアーマチュアを前記サイドプレートの方向に付勢する圧縮コイルばねと、前記アーマチュアと前記サイドプレートとの間に介在し、かつ回転軸と連結するブレーキディスクと、前記フィールドコアと前記サイドプレートとの間に介在し、前記アーマチュアを前記回転軸の軸線方向のみに平行移動可能に案内するカラーとからなる無励磁作動ブレーキであって、前記カラーは、前記ねじの締め付けによる押圧力によってサイドプレート近傍で塑性変形していることを特徴とする無励磁作動ブレーキ。
2. 前記カラーは、前記サイドプレートとの接触端部近傍の側壁部肉厚が他の部分より薄く形成されていることを特徴とする請求項１に記載の無励磁作動ブレーキ。
3. 前記カラーは、前記サイドプレート側の開口端近傍の内側壁面が前記開口端に向かって次第に広がるテーパ状を呈していることを特徴とする請求項２に記載の無励磁作動ブレーキ。
4. 前記カラーは、内側壁面の一部分が全周にわたって凹状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の無励磁作動ブレーキ。
5. 前記カラーは、前記サイドプレートと接触する側に塑性変形し易い素材からなる円環板状の部材を位置付け、他の部分を塑性変形し難い素材からなる円筒状の部材としたことを特徴とする請求項１に記載の無励磁作動ブレーキ。

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