JP2019199957A - 電磁ブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブレーキ解除状態において、回転する摩擦板がアーマチュアディスクおよび固定ディスクに接触しない電磁ブレーキ装置を提供する。【解決手段】電磁ブレーキ装置（１）では、コイルばね（９）によって、アーマチュアディスク（５）が、摩擦ディスク（６）を介して、固定ディスク（７）に押し付けられ、摩擦ディスク（６）が一体回転するように取り付けられている回転軸（３）の回転拘束状態が形成されている。電磁石（４）を励磁すると、アーマチュアディスク（５）が吸引され、摩擦ディスク（６）が開放されて回転軸（３）が回転自在の状態に切り換わる。このとき、アーマチュアディスク（５）に形成した貫通孔（５２）を介して、前側に位置している磁性材料からなる摩擦ディスク（６）も磁力によって吸引されて、円筒ハブ（８）の段面（８５）に押し付けられ、双方のディスク（５、７）に接触しない位置に保持される。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、モータ回転軸などの回転軸を回転拘束状態および回転自在状態に切り替えるために、当該回転軸に取り付けられる電磁ブレーキ装置に関するものである。

電磁ブレーキ装置では、両面に摩擦面が形成された摩擦ディスクを制御対象の回転軸に一体となって回転するように取り付け、この摩擦ディスクを挟み、アーマチュアディスクおよび固定ディスクが同軸状態で対向配置されている。アーマチュアディスクはコイルばねなどの付勢部材によって摩擦ディスクの側に押し付けられている。

アーマチュアディスクおよび摩擦ディスクは回転軸の中心軸線の方向にスライド可能であり、固定ディスクは定まった位置に固定されている。したがって、付勢部材の付勢力によって、アーマチュアディスクがスライドして、摩擦ディスクを固定ディスクに押し付けた状態が形成される。この結果、回転軸と一体回転する摩擦ディスクが、所定の押し付け力で固定ディスクとアーマチュアディスクの間に挟まれ、これらの間に発生する摩擦力によって、回転軸の回転拘束状態（ブレーキ状態）が形成される。

アーマチュアディスクの背面側（摩擦ディスクとは反対側）にはヨークおよびコイルからなる電磁石が配置されており、電磁石を励磁すると、強磁性材料からなるアーマチュアディスクが付勢部材による付勢力に逆らって磁力によって吸引される。この結果、アーマチュアディスクが固定ディスクから離れる方向にスライドして、固定ディスクとアーマチュアディスクによる回転拘束状態から摩擦ディスクが開放される。すなわち、摩擦ディスクと一体回転する回転軸が回転自在の状態（ブレーキ解除状態）に切り換わる。電磁石を消磁すると、回転軸の回転拘束状態に戻る。

ここで、回転軸の回転自在状態では、磁力によって吸引されたアーマチュアディスクは、固定ディスクから所定の距離だけ離れたスライド位置に保持される。したがって、固定ディスクおよびアーマチュアディスクの間に位置している摩擦ディスクは、これらの間において、回転軸の中心軸線の方向にスライド可能な状態になる。すなわち、そのスライド位置が不定になる。このため、例えば、回転軸と一体回転している摩擦ディスクがアーマチュアディスクの側にスライドすると、アーマチュアディスクと摩擦接触しながら回転するおそれがある。逆に、摩擦ディスクが固定ディスクの側にスライドすると、固定ディスクと摩擦接触しながら回転するおそれがある。摩擦接触しながら摩擦板が回転すると、騒音が発生し、また、摩耗粉が発生するので好ましくない。

本発明の目的は、制御対象の回転軸と一体回転する摩擦板が、ブレーキ解除状態において、アーマチュアディスクおよび固定ディスクに接触することのない電磁ブレーキ装置を提案することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の電磁ブレーキ装置は、
回転軸と一体回転すると共に当該回転軸の中心軸線の方向にスライド可能なスライドディスクと、
前記スライドディスクの一方の側に同軸状態に対向配置された固定ディスクと、
前記スライドディスクの他方の側に同軸状態に対向配置され、前記中心軸線の方向にスライド可能なアーマチュアディスクと、
前記スライドディスクを挟み、前記アーマチュアディスクを前記固定ディスクに押し付けることにより、前記回転軸の回転を拘束している付勢部材と、
前記回転軸の回転拘束状態を解除するために、前記付勢部材の付勢力に逆らって前記アーマチュアディスクを前記スライドディスクから離れる方向に吸引する磁力を発生可能な電磁石と、
前記スライドディスクの両面、または、前記固定ディスクおよび前記アーマチュアディスクにおける前記スライドディスク側の表面に形成された摩擦面とを有し、
前記スライドディスクは磁性材料から形成されており、
前記アーマチュアディスクには磁気透過部が形成されており、
当該磁気透過部を介して、前記スライドディスクは前記磁力によって吸引されて、前記固定ディスクから離れた状態に保持されるようになっていることを特徴としている。

ここで、前記アーマチュアディスクに形成した貫通孔あるいは切り欠き部分を、前記磁気透過部として用いることができる。

また、前記電磁石のヨークが、前記中心軸線を中心とする円環状端面を備えたヨークを備えている場合には、前記アーマチュアディスクの前記円環状端面に対峙する位置において、円周方向に沿って、等角度間隔に形成された前記貫通孔を、磁気透過部として用いることができる。

次に、本発明の電磁ブレーキ装置は、前記磁力によって吸引された前記スライドディスクを前記アーマチュアディスクに接触しないスライド位置に保持する保持機構を有していることを特徴としている。

前記保持機構は、前記回転軸の側に形成した回転軸側係合部と、前記スライドディスクが前記アーマチュアディスクの側にスライドすると前記回転軸側係合部に当接する前記スライドディスクの側に形成したディスク側係合部から構成することができる。

また、スライドディスクが、前記回転軸の外周面に同心状態で固定した筒状ハブを介して前記回転軸に取り付けられている場合には、前記保持機構の前記回転軸側係合部を、前記回転軸の外周面に同心状態で固定した筒状ハブの外周面に形成した段面とし、前記ディスク側係合部を、前記スライドディスクに形成した前記円筒ハブが挿入される中心孔の内周縁部分とすることができる。

本発明の電磁ブレーキ装置では、電磁石とスライドディスクの間を磁気的に遮断した状態を形成しているアーマチュアディスクに磁気透過部を形成し、スライドディスクを磁性材料から形成している。したがって、電磁石によってアーマチュアディスクが吸引される場合、すなわち、ブレーキ解除状態では、磁性材料からなるスライドディスクも同時に吸引される。したがって、回転軸と一体回転するスライドディスクは固定ディスクから離れたスライド位置に保持される。したがって、本発明によれば、回転軸と一体回転するスライドディスクが、固定ディスクに接触しながら回転することを回避できる。よって、接触状態での回転に伴う騒音の発生、および摩耗粉の発生を防止できる。

また、保持機構を備えている場合には、回転軸と一体回転するスライドディスクが、固定ディスクおよびアーマチュアディスクから離れた位置に保持されるので、これらと接触しながら回転することを回避できる。よって、接触状態での回転に伴う騒音および摩耗粉の発生を確実に防止できる。

さらに、本発明によれば、アーマチュアディスクに開けた貫通穴などによって磁気透過部を形成し、スライドディスクを磁性材料から形成することにより、スライドディスクを電磁石によって吸引して、固定ディスクに接触させないようにしている。したがって、部品点数の増加を招くことなく、しかも、簡単な構成により、ブレーキ解除状態におけるスライドディスクと固定ディスクの接触を回避できるという利点がある。

本発明を適用した電磁ブレーキ装置の断面図である。 本発明を適用した電磁ブレーキ装置の端面図である。 電磁ブレーキ装置の分解斜視図である。 電磁ブレーキ装置のブレーキ状態を示す説明図である。 電磁ブレーキ装置のブレーキ解除状態を示す説明図である。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した電磁ブレーキ装置の実施例を説明する。

図１Ａおよび１Ｂは本例の電磁ブレーキ装置を示す断面図および端面部であり、図２はその分解斜視図である。本例の電磁ブレーキ装置１は、例えば、モータ２の回転軸３に取り付けられており、当該回転軸３を回転拘束状態（ブレーキ状態）および回転自在状態（ブレーキ解除状態）に切り替えるために用いられる。

（全体構成）
電磁ブレーキ装置１は、電磁石４と、アーマチュアディスク５と、摩擦ディスク６（スライドディスク）と、固定ディスク７とを有し、これらがモータ２の側から回転軸３の中心軸線３ａの方向にこの順序に配列されている。摩擦ディスク６は両面に摩擦面が形成されており、筒状ハブ８を介して、制御対象の回転軸３に一体回転するように取り付けられている。摩擦ディスク６の後側に対向配置されているアーマチュアディスク５は複数のコイルばね９（付勢部材）によって摩擦ディスク５の側に押し付けられている。

アーマチュアディスク５および摩擦ディスク６は回転軸３の中心軸線３ａの方向にスライド可能である。これに対して、摩擦ディスク６の前側に対向配置されている固定ディスク７の位置は固定されている。したがって、コイルばね９のばね力によって、アーマチュアディスク５がスライドして、摩擦ディスク６を固定ディスク７に押し付けた状態が形成されている。この結果、回転軸３と一体回転する摩擦ディスク６が、所定の押し付け力で固定ディスク７とアーマチュアディスク５の間に挟まれ、これらの間に発生する摩擦力によって、回転軸３のブレーキ状態が形成されている。

アーマチュアディスク５の後側に配置されている電磁石４を励磁すると、強磁性材料からなるアーマチュアディスク５がコイルばね９のばね力に逆らって磁力によって後側に吸引される。この結果、アーマチュアディスク５が固定ディスク７から離れる方向にスライドして、固定ディスク７とアーマチュアディスク５による回転拘束状態から摩擦ディスク６が開放され、摩擦ディスク６と一体回転する回転軸３がブレーキ解除状態に切り換わる。電磁石４を消磁すると、電磁ブレーキ装置１は回転軸３の回転を拘束したブレーキ状態に戻る。

（各部の構成）
次に、各部の構成を詳細に説明する。まず、電磁石４はヨーク４１およびコイル４２を備えている。ヨーク４１は全体として円環形状をしており、その前端面には、一定の深さの円環状凹部４３が開口している。この円環状凹部４３に円環状にコイル４２が装着され、封止材４４によって封止されている。ヨーク４１の外側円筒部４５には、その中心軸線に平行な方向に貫通して延びるねじ挿通孔４６が等角度間隔で形成されている。本例では、１２０度間隔で３個のねじ挿通孔４６が形成されている。ヨーク４１の中心を貫通している中心孔４１ｂに回転軸３を差し込み、各ねじ挿通孔４６に前側から差し込んだ固定ねじ４７を、モータ前面の対応部位に形成されているねじ孔にねじ込み固定することにより、電磁石４がモータ前面に同軸状態に固定される。

ヨーク４１の外側円筒部４５には、ねじ挿通孔４６から６０度オフセットした位置に、ねじ孔４８が形成されている。各ねじ孔４８は、外側円筒部４５の円環状端面４５ａから一定の深さを有するねじ孔である。また、当該円環状端面４５ａには、等角度間隔で、中心軸線方向に延びる所定深さのばね装着用の円形凹部４９が形成されている。本例では、ねじ挿通孔４６およびねじ孔４８に干渉しないように、これらに対して３０度オフセットした部位において６０度の角度間隔で６個形成されている。各円形凹部４９にコイルばね９が装着される。

次に、最も前側に配置されている固定ディスク７は、電磁石４とほぼ同一の外径寸法のものであり、中心を貫通している中心孔７１と、その外周縁部分に沿って、１２０度の角度間隔で形成された３個のねじ穴７２を備えている。固定ディスク７の前方からは、３本の締結ねじ７３が、ねじ孔７２および所定長さの円筒スペーサ７４を通って、電磁石４の前面に形成されているねじ孔４８にねじ込み固定されている。したがって、固定ディスク７は、円筒スペーサ７４を挟み、電磁石前面から一定の距離の所に固定されている。なお、固定ディスク７の外周縁部分には、ねじ孔７２に対して６０度オフセットした３箇所の部位にＵ状に切り欠いたＵ溝７５が形成されている。このＵ溝７５は、電磁石固定用の固定ねじ４７をねじ込む際に利用するドライバ差し込み溝である。

電磁石４と、この前面に対して一定の間隔を開けて固定した固定ディスク７の間において、電磁石４の側に配置されているアーマチュアディスク５は強磁性材料から形成されている。アーマチュアディスク５はヨーク４１の外径寸法とほぼ同一寸法のものであり、その中心孔５１はヨーク中心穴とほぼ同一径である。また、アーマチュアディスク５には、ヨーク４１の円環状凹部４３に対峙する部位に、等角度間隔で磁気透過部として機能する複数個の貫通孔５２が形成されている。本例では、９０度間隔で４個の貫通孔５２が形成されている。さらに、アーマチュアディスク５の外周縁には、１２０度の角度間隔でＵ状に切り欠かれた３個のＵ溝５４が形成されている。また、Ｕ溝５４に対して６０度オフセットした角度位置には３個のＵ溝５５が形成されている。

３個のＵ溝５４には、円筒スペーサがスライド可能な状態で中心軸線の方向に通っている。したがって、アーマチュアディスク５は、円筒スペーサによって、電磁石４に対して同軸状態に保持されていると共に、中心軸線の方向にスライド可能な状態で保持されている。なお、残りの３個のＵ溝５５は、電磁石固定用の固定ねじ４７をねじ込む際に利用するドライバ差し込み溝である。

次に、アーマチュアディスク５の前側に位置する摩擦ディスク６は、中心穴６１が形成されたライニング保持ディスク６２と、このライニング保持ディスク６２の前側端面および後側端面に形成されている高摩擦材料からなるライニング層６３、６４とを備えている。ライニング層６３、６４は一定幅で円環状に形成されており、摩擦ディスク６の摩擦面を形成している。摩擦ディスク６の外径寸法は、Ｕ状溝７４、５４および固定ねじに干渉しないように、固定ディスク７およびアーマチュアディスク５よりも小径とされている。

摩擦ディスク６を回転軸３に取り付けている円筒ハブ８は、回転軸３をはめ込み可能な大きさの中心貫通孔８１を備えており、ここに差し通された回転軸３に、固定ねじ８２によって締結固定されている。また、円筒ハブ８は、その後端部分が円形外周面を備えた円形輪郭部分８３とされ、それ以外の部分は、当該円形輪郭部分８３と同一外径の外周面を９０度の角度間隔で平坦に切除して得られるほぼ矩形の輪郭形状をした矩形輪郭部分８４となっており、これらの間には、前方に面する段面８５が形成されている。

摩擦ディスク６の中心孔は矩形輪郭部分８３をスライド可能状態で受け入れる相補的な内周面形状をしている。よって、摩擦ディスク６は、円筒ハブ８に対して、一体回転すると共に、中心軸線の方向にスライド可能な状態で取り付けられている。また、摩擦ディスク６が後側（アーマチュアディスク５の側）にスライドすると、その矩形の中心孔の内周縁部分６１ａが段面８５に当り、摩擦ディスク６のスライドが規制される。

ここで、電磁石前面に形成されたばね装着用の円形凹部４９にはコイルねじ９が装着されており、それらの前半部分が中心軸線の方向に突出して、アーマチュアディスク５の後面に当っている。したがって、アーマチュアディスク５はコイルばね９のばね力によって、常に、前方に押し付けられている。電磁石前面と固定ディスク７の間隔は、コイルばね９のばね力によって、摩擦ディスク６を挟み、アーマチュアディスク５が所定の押し付け力によって固定ディスク７の側に押し付けられた状態が形成されるように、設定されている。

（動作説明）
図３Ａ、３Ｂを参照して電磁ブレーキ装置１の動作を説明する。まず、電磁石４が非励磁状態においては、図３Ａに示すように、コイルばね９のばね力によって、アーマチュアディスク５および摩擦ディスク６が固定ディスク７に押し付けられている。この結果、これらの間に発生する摩擦力によって、摩擦ディスク６を介して回転軸３にブレーキ力が作用する。よって、回転軸３は回転拘束状態（ブレーキ状態）に保持される。

この状態において、電磁石４を励磁すると、図３Ｂに示すように、発生する磁力によってアーマチュアディスク５が吸引されて後方に所定量だけスライドする。この結果、摩擦ディスク６は、固定ディスク７とアーマチュアディスク５の間に挟まれた回転拘束状態から開放され、回転軸３が回転自在状態（ブレーキ解除状態）に切り換わる。

ここで、強磁性材料からなるアーマチュアディスク５には４個の円形貫通孔５２が形成されているので、ここを介して、前側に位置している摩擦ディスク６にも磁力が作用する。よって、磁性材料からなる摩擦ディスク６も吸引されて、後方にスライドする。また、摩擦ディスク６が摺動する円筒ハブ８の外周面には段面８５が形成されており、摩擦ディスク６のスライドは段面８５に当ると阻止される。

本例では、図３Ｂに示すように、段面８５によってスライドが阻止された摩擦ディスク６が、アーマチュアディスク５に接触しない位置となるようにしてある。したがって、本例の電磁ブレーキ装置１では、ブレーキ解除状態において、摩擦ディスク６は、電磁石４による磁力によって、段面８５に押し付けられた状態となり、そのスライド方向の位置が固定される。よって、回転軸３が回転している状態において、それと一体回転している摩擦ディスク６が、アーマチュアディスク５あるいは固定ディスク７に接触しながら回転して、騒音や摩耗が発生するという弊害を防止できる。

（その他の実施の形態）
なお、上記の例は本発明の一例を示すものであり、本発明は当該実施例の各構成に限定されるものではない。例えば、アーマチュアディスク５に形成される磁気透過部としては、貫通孔の代わりに、当該ディスクを、その外周面あるいは内周面から所定の深さに切り欠くことにより形成した切り欠き溝であってもよい。また、摩擦ディスク６のスライドを阻止するための保持機構は、段面８５と摩擦ディスク側の内周縁部分６１ａとの係合構造としてあるが、これ以外の機構であってもよい。例えば、筒状ハブ８を同一径の円筒部材から形成し、その後端に一回り大きな径の円環を同軸状態に固定して、当該円環によって摩擦ディスク６のスライドを阻止してもよい。

次に、上記の例では、スライドディスクとして、両面に摩擦面が形成された摩擦ディスクを用いている。この代わりに、アーマチュアディスクにおけるスライドディスク側の面に摩擦面を形成すると共に、固定ディスクにおけるスライドディスク側の面に摩擦面を形成し、スライドディスクを磁性材料からなる円盤形状のものとすることも可能である。

１ 電磁ブレーキ装置
２ モータ
３ モータの回転軸
３ａ 中心軸線
４ 電磁石
４１ ヨーク
４２ コイル
５ アーマチュアディスク
５２ 貫通孔（磁気透過部）
６ 摩擦ディスク（スライドディスク）
６１ ライニング保持ディスク
６１ａ 中心孔の内周縁部分
６３、６４ ライニング層
７ 固定ディスク
８ 円筒ハブ
８５ 段面

Claims (6)

1. 回転軸と一体回転すると共に当該回転軸の中心軸線の方向にスライド可能なスライドディスクと、
   前記スライドディスクの一方の側に同軸状態に対向配置された固定ディスクと、
   前記スライドディスクの他方の側に同軸状態に対向配置され、前記中心軸線の方向にスライド可能なアーマチュアディスクと、
   前記スライドディスクを挟み、前記アーマチュアディスクを前記固定ディスクに押し付けることにより、前記回転軸の回転を拘束している付勢部材と、
   前記回転軸の回転拘束状態を解除するために、前記付勢部材の付勢力に逆らって前記アーマチュアディスクを前記スライドディスクから離れる方向に吸引する磁力を発生可能な電磁石と、
   前記スライドディスクの両面、または、前記固定ディスクおよび前記アーマチュアディスクにおける前記スライドディスク側の表面に形成された摩擦面とを有し、
   前記スライドディスクは磁性材料から形成されており、
   前記アーマチュアディスクには磁気透過部が形成されており、
   当該磁気透過部を介して、前記スライドディスクは前記磁力によって吸引されて、前記固定ディスクから離れた状態に保持されるようになっていることを特徴とする電磁ブレーキ装置。
2. 請求項１において、
   前記磁気透過部は、前記アーマチュアディスクに形成した貫通孔あるいは切り欠き部分であることを特徴とする電磁ブレーキ装置。
3. 請求項２において、
   前記電磁石は前記中心軸線を中心とする円環状端面を備えたヨークを備えており、
   前記アーマチュアディスクの前記磁気透過部は、前記円環状端面に対峙する位置において、円周方向に沿って、等角度間隔に形成された前記貫通孔であることを特徴とする電磁ブレーキ装置。
4. 請求項１、２または３において、
   前記磁力によって吸引された前記スライドディスクを前記アーマチュアディスクに接触しないスライド位置に保持する保持機構を有していることを特徴とする電磁ブレーキ装置。
5. 請求項４において、
   前記保持機構は、前記回転軸の側に形成した回転軸側係合部と、前記スライドディスクが前記アーマチュアディスクの側にスライドすると前記回転軸側係合部に当接する前記スライドディスクの側に形成したディスク側係合部とを備えていることを特徴とする電磁ブレーキ装置。
6. 請求項５において、
   前記回転軸側係合部は、前記回転軸の外周面に同心状態で固定した筒状ハブの外周面に形成した段面であり、
   前記ディスク側係合部は、前記筒状ハブが挿入される前記スライドディスクに形成した中心孔の内周縁部分であることを特徴とする電磁ブレーキ装置。

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