JP4240384B2 - Brake mechanism - Google Patents
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Description
本発明は、金属環などの環状体の弾性変形を利用して、シャフトの軸線周りの回転運動および軸線方向の直線運動を拘束可能なブレーキ機構に関するものである。 The present invention relates to a brake mechanism capable of restraining rotational movement around an axis of a shaft and linear movement in the axial direction by utilizing elastic deformation of an annular body such as a metal ring.
従来、シャフトの軸線周りの回転運動を制止可能なブレーキ機構としては、シャフトと同軸状態に取り付けられているディスク盤を、その両側からブレーキパッドで押さえ付けるディスクブレーキ機構などが知られている。このディスクブレーキ機構には、油圧によってブレーキパッドをディスク盤に押し付けている油圧式のものと、ソレノイドによってブレーキパッドをディスク盤に押し付けている電磁式のものがあり、双方とも、ブレーキパッドに対する押圧を解除すると、戻しバネのばね力によってブレーキパッドによるブレーキ力が解除されるように構成されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a brake mechanism capable of restraining rotational movement around the axis of a shaft, a disk brake mechanism that presses a disk board mounted coaxially with a shaft with brake pads from both sides is known. This disc brake mechanism includes a hydraulic type that presses the brake pad against the disc board by hydraulic pressure, and an electromagnetic type that presses the brake pad against the disc board using a solenoid, both of which press against the brake pad. When released, the brake force by the brake pad is released by the spring force of the return spring.
ブレーキ機構は、工作機械などの複雑な機構の内部に組み込まれることが多いので、小型であることが望ましい。しかしながら、ディスクブレーキ機構は、パッドをディスク盤に押し付けるための油圧機構あるいはソレノイドが別途、必要になるので、それらを組み合わせると装置が大型化してしまうという問題がある。 Since the brake mechanism is often incorporated in a complicated mechanism such as a machine tool, it is desirable that the brake mechanism be small. However, since the disc brake mechanism requires a separate hydraulic mechanism or solenoid for pressing the pad against the disc board, there is a problem that the device becomes large when they are combined.
また、ブレーキ機構に対しては、その使用形態によって、シャフトをロック状態に保持してその回転運動を長時間、制止したいという要求があるが、そのためには、油圧機構あるいはソレノイドを長時間、作動させた状態に保持しなければならない。このため、油圧機構あるいはソレノイドへの負荷が大きく、かつ、消費電力が大きいという問題がある。 In addition, depending on the type of use, the brake mechanism is required to hold the shaft in a locked state and stop its rotational movement for a long time. To that end, the hydraulic mechanism or solenoid is operated for a long time. It must be kept in a letting state. For this reason, there is a problem that the load on the hydraulic mechanism or the solenoid is large and the power consumption is large.
さらに、ディスクブレーキ機構のような構成では、シャフトの軸線周りの回転運動を制止することができるが、その軸線方向の直線運動を制止できない。 Further, in the configuration such as the disc brake mechanism, the rotational motion around the axis of the shaft can be restrained, but the linear motion in the axial direction cannot be restrained.
本発明の課題は、上記の問題点を解消可能なブレーキ機構を提案することにある。 An object of the present invention is to propose a brake mechanism that can solve the above-mentioned problems.
上記の課題を解決するために、本発明のブレーキ機構は、環状体の弾性変形を利用して、簡単な構成により、シャフトの回転運動および直線運動を制止あるいは拘束できるように構成されている。すなわち、本発明のブレーキ機構は、
径方向に弾性変形可能な真円形状の環状体と、
この環状体の内周面から径方向内側に突出している複数の内側突起と、
前記環状体の外周面から径方向外側に突出している複数の外側突起とを有し、
前記外側突起を径方向の内側に押し込むと、前記内側突起が径方向の外側に移動するように、前記内側突起および前記外側突起が、前記環状体の周方向に沿って相互にずれた位置に形成され、
前記内側突起の先端面に内接する内接円の直径が、拘束対象のシャフトの外径よりも小さな寸法に設定されていることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the brake mechanism of the present invention is configured to be able to restrain or restrain the rotational motion and linear motion of the shaft with a simple configuration by utilizing elastic deformation of the annular body. That is, the brake mechanism of the present invention is
A perfectly circular ring that is elastically deformable in the radial direction;
A plurality of inner protrusions protruding radially inward from the inner peripheral surface of the annular body;
A plurality of outer protrusions projecting radially outward from the outer peripheral surface of the annular body;
When the outer protrusion is pushed inward in the radial direction, the inner protrusion and the outer protrusion are displaced from each other along the circumferential direction of the annular body so that the inner protrusion moves outward in the radial direction. Formed,
The diameter of the inscribed circle inscribed in the front end surface of the inner protrusion is set to be smaller than the outer diameter of the constrained shaft.
この構成のブレーキ機構では、外側突起を内側に押し込み、環状体を弾性変形させて内側突起を押し広げると、環状体にシャフトを通すことができる。シャフトを通した後に、外側突起に加えていた力を解除すると、環状体の弾性復帰力によって内側突起がシャフト外周面に圧接状態になり、シャフトのブレーキング状態が形成される。シャフトに作用しているブレーキ力を解除するためには、この状態において、環状体の外側突起を内側に押し込めば、環状体が弾性変形して内側突起が押し広げられ、シャフトに作用しているブレーキ力が解除され、シャフトの回転運動および直線運動が可能になる。 In the brake mechanism having this configuration, the shaft can be passed through the annular body by pushing the outer protrusion inward and elastically deforming the annular body to spread the inner protrusion. When the force applied to the outer protrusion is released after passing through the shaft, the inner protrusion is brought into pressure contact with the outer peripheral surface of the shaft by the elastic restoring force of the annular body, and the braking state of the shaft is formed. In order to release the braking force acting on the shaft, in this state, if the outer protrusion of the annular body is pushed inward, the annular body is elastically deformed and the inner protrusion is expanded, acting on the shaft. The braking force is released and the shaft can be rotated and linearly moved.
ここで、シャフトに対してその外周面の各部分から均等にブレーキング力を加えるためには、前記環状体の周方向に沿って見た場合に、各内側突起の間に各外側突起が位置するように、これら内側突起および外側突起を等角度間隔で形成しておけばよい。 Here, in order to apply a braking force evenly from each part of the outer peripheral surface to the shaft, each outer protrusion is positioned between each inner protrusion when viewed along the circumferential direction of the annular body. Thus, the inner and outer protrusions may be formed at equiangular intervals.
また、シャフトに大きなブレーキ力を加えることができるようにするためには、各内側突起の先端面を円弧面として、シャフト外周面との接触面積を確保すればよい。 Further, in order to apply a large braking force to the shaft, it is only necessary to secure the contact area with the outer peripheral surface of the shaft by using the tip surface of each inner protrusion as an arc surface.
本発明のブレーキ機構では、真円形状の環状体の弾性変形を利用して、シャフトにブレーキ力を加えると共にブレーキ力を解除できる。よって、シャフトの運動を制止するために、外部からの動力を一切必要としないので、ブレーキ機構を小型でコンパクトに構成できる。 In the brake mechanism of the present invention, the braking force can be applied to the shaft and the braking force can be released by utilizing the elastic deformation of the perfect circular annular body. Therefore, since no external power is required to stop the movement of the shaft, the brake mechanism can be made compact and compact.
また、ブレーキ力を解除するためには、環状体の外側突起を押し込むことにより環状体を僅かに径方向に撓めるだけでよい。よって、環状体を撓ませる機構として、油圧機構やソレノイドなどの変位が大きいものでなく、例えば、積層圧電素子アクチュエータなどといった変位が微小のものを用いることができる。この点においても、本発明によれば、ブレーキ機構を小型でコンパクトに構成できる。 Further, in order to release the braking force, it is only necessary to slightly deflect the annular body in the radial direction by pushing in the outer protrusion of the annular body. Therefore, as a mechanism for bending the annular body, a mechanism with a small displacement such as a laminated piezoelectric element actuator can be used instead of a mechanism with a large displacement such as a hydraulic mechanism or a solenoid. Also in this respect, according to the present invention, the brake mechanism can be configured to be small and compact.
さらに、弾性変形可能な環状体に外側突起および内側突起を形成するという簡素な構造であるので、確実に作動し、かつ、安価に製造できる。 Furthermore, since it has a simple structure in which the outer protrusion and the inner protrusion are formed on an elastically deformable annular body, it can operate reliably and can be manufactured at low cost.
以下に、図面を参照して、本発明を適用したブレーキ機構の一例を説明する。 Hereinafter, an example of a brake mechanism to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明を適用したブレーキ機構の特徴をなす環状体をシャフトに取り付けた状態を示す斜視図である。図2(a)および(b)は、図1の環状体の斜視図および正面図である。本例のブレーキ機構1は、シャフトSの軸線周りの回転運動および軸線方向の直線運動を制止可能であり、真円形状の環状体2と、この環状体2を径方向に弾性変形させるための押圧機構と、環状体2を径方向に弾性変形可能な状態で、定まった位置に保持している保持機構とを有している。
FIG. 1 is a perspective view showing a state where an annular body, which is a feature of a brake mechanism to which the present invention is applied, is attached to a shaft. 2 (a) and 2 (b) are a perspective view and a front view of the annular body of FIG. The
環状体2は、半径方向に弾性変形可能であり、繰り返し弾性変形させても疲労破壊しないように、疲労強度が大きい金属で形成されている。また、環状体2は、その円形内周面21から半径方向内側に突出する一対の内側突起3a、3bと、その円形外周面22から半径方向外側に突出する一対の外側突起4a、4bとを有している。ここで、内側突起3a、3bは点対称の位置に形成されており、外側突起4a、4bも点対称の位置に形成されている。また、内側突起3a、3bに対して、外側突起4a、4bは円周方向に90度シフトした角度位置に形成されている。
The annular body 2 can be elastically deformed in the radial direction, and is formed of a metal having a high fatigue strength so as not to be fatigued even when repeatedly elastically deformed. The annular body 2 includes a pair of
内側突起3a、3bの先端面31a、31bは、環状体2の中心を中心とする同心円上に位置する円弧形状であり、同心円の直径は、そこに同軸状態に挿入されるシャフトSの外径よりも僅かに小さな寸法に設定されている。このため、環状体2にシャフトSを挿入した状態では、環状体2の弾性力によって各内側突起3a、3bがシャフトSを両側から中心軸線S1に向けて押した状態になる。シャフトSの外周面に圧接される内側突起の先端面31a、31bには、青銅や鋳鉄などの摩擦係数の大きなライニング材を貼り付けておくことが望ましい。
The
環状体2の外周面22から半径方向外側に突出する一対の外側突起4a、4bの先端面41a、41bは、環状体2の半径線に直交する平坦面とされている。これらの先端面を、ねじ込み式のアクチュエータ、積層圧電素子アクチュエータなどからなる押圧機構によって両側から押圧すると、環状体2が楕円状に撓み、内側突起3a、3bが押し広げられる。押圧機構によって外側突起4a、4bを両側から押し込む代わりに、一方の側を保持機構によって固定しておき、他方側から押圧機構によって押し込むようにしてもよい。
The
このよう構成されたブレーキ機構1の動作を説明する。図3(a)および(b)は、本例のブレーキ機構1の環状体2がシャフトSを拘束している状態を示す説明図、およびブレーキ機構1の環状体2がシャフトSの拘束を解除した状態を示す説明図である。図3(a)に示すように、外側突起4a、4bに外力が加わっていない状態では、内側突起3a、3bは、環状体2の弾性力によってシャフトSを両側から中心軸線S1に向けて押している状態になり、当該内側突起3a、3bの先端面31a、31bがシャフトSの外周面を押圧している。したがって、シャフトSには、環状体2の弾性復帰力によるブレーキ力が一対の内側突起3a、3bから加わっているので、軸線周りの回転運動および軸線方向の直線運動が制止されたブレーキロック状態に保持される。
The operation of the
このブレーキロック状態にある環状体2の外側突起4a、4bの先端面41a、41bに、積層圧電素子アクチュエータなどからなる押圧機構によって力Fを加えると、環状体2が弾性変形して、外側突起4a、4bの部分が内側に撓み、内側突起3a、3bの部分が外側に広がり、全体として楕円形に変形する。この結果、図3(b)に示すように、各内側突起3a、3bの先端面31a、31bがシャフトSの外周面から離れ、シャフトSに対するブレーキ力が解除されて、シャフトSが、軸線周りの回転運動および軸線方向の直線運動が可能な状態に切り換わる。
When force F is applied to the
以上説明したように、本例のブレーキ機構1では、環状体2の弾性復帰力によりシャフトSにブレーキ力を加え、環状体2を押圧機構によって弾性変形させてブレーキ力を解除可能である。このため、シャフトSの運動を制止するために、外部からの動力を一切必要としないので、シャフトSの運動を長時間、制止したいという場合に有効である。また、ブレーキ力の解除は、環状体2を半径方向に僅かに撓ませるだけでよいので、押圧機構として、油圧機構やソレノイドなどの変位が大きいものでなく、積層圧電素子アクチュエータなどの変位が微小のものを用いることができる。よって、小型でコンパクトなブレーキ機構を実現できる。
As described above, in the
特に、積層圧電素子アクチュエータは、小さいサイズでも大きな力を発生させることができるので、環状体を弾性変形させるための押圧機構として用いるのに適している。また、積層圧電素子アクチュエータを用いた場合、それに印加する電圧を制御することで、外側突起4a、4bに対する押圧力を増減することが簡単にできるので、シャフトSに加えるブレーキ力を無段階に調整できるという利点もある。
In particular, the laminated piezoelectric element actuator can generate a large force even with a small size, and is therefore suitable for use as a pressing mechanism for elastically deforming an annular body. In addition, when a laminated piezoelectric element actuator is used, the pressure applied to the
さらに、本例のブレーキ機構1は、環状体2に突起が形成された簡素な構造であるので、確実に作動し、かつ、安価に製造でき、取り付けスペースを少なくて済む。
Furthermore, since the
さらには、内側突起および外側突起が等角度間隔に配置され、各外側突起の中間に各内側突起が位置しているので、各内側突起の変位量を等しくすることができる。よって、シャフトを両側から均等な力で押圧できるので、シャフトの運動を確実に制止できる。 Furthermore, since the inner protrusion and the outer protrusion are arranged at equal angular intervals and each inner protrusion is positioned in the middle of each outer protrusion, the displacement amount of each inner protrusion can be made equal. Therefore, since the shaft can be pressed from both sides with an equal force, the movement of the shaft can be reliably restrained.
(環状体の別の例)
図4(a)および(b)は、環状体2の別の例を示す斜視図および正面図である。本例の環状体2Aは真円形状をしており、その円形内周面21に等角度間隔で3箇所に内側突起3c、3d、3eが形成され、その円形外周面22にも等角度間隔で3箇所に外側突起4c、4d、4eが形成されている。また、各内側突起3c、3d、3eと、各外側突起4c、4d、4eとは、円周方向に60度シフトした位置に形成されている。各内側突起3a、3d、3eの先端面31c、31d、31eは同心円上に位置する円弧面であり、同心円の直径は、シャフトSの外径よりも僅かに小さくなるように設定されている。各外側突起4c、4d、4eの先端面41c、41d、41eは平坦面とされている。
(Another example of an annular body)
FIGS. 4A and 4B are a perspective view and a front view showing another example of the annular body 2. The
この形状の環状体2Aを用いる場合には、各外側突起4c、4d、4eをそれぞれ押圧機構によって押圧してもよいし、1つの外側突起を保持機構によって固定し、残りの2つの外側突起を押圧機構によって押圧してもよい。いずれの場合にも、環状体2Aが三角形状に撓み、内側突起3c、3d、3eによるブレーキ力を解除できる。
When the
本例の環状体2Aを用いても、上記の環状体2を用いる場合と同様な作用効果が得られる。また、本例では、シャフトSを等角度間隔の3箇所から押しているので、シャフトSを位置決めした状態でロックできる。等角度間隔に配置した内側突起の数を増やせば、シャフトを外周の各部分から均等に押圧することができる。 Even when the annular body 2 </ b> A of this example is used, the same effect as that obtained when the above-described annular body 2 is used can be obtained. Moreover, in this example, since the shaft S is pushed from three places at equal angular intervals, the shaft S can be locked in a positioned state. If the number of the inner protrusions arranged at equal angular intervals is increased, the shaft can be pressed evenly from each part of the outer periphery.
なお、上記の各例における環状体では、シャフトを押圧するための内側突起の先端面を円弧面としてあるが、これ以外の形状とすることもできる。いずれの場合においても、先端面に内接する内接円の直径が、シャフトの外径よりも僅かに小さくなるように設定すればよい。 In addition, in the annular body in each of the above examples, the tip surface of the inner projection for pressing the shaft is an arc surface, but other shapes can be used. In any case, the diameter of the inscribed circle inscribed in the tip surface may be set to be slightly smaller than the outer diameter of the shaft.
1 ブレーキ機構
2、2A 環状体
21 環状体の内周面
22 環状体の外周面
3a〜3e 内側突起
31a〜31e 内側突起の先端面
4a〜4e 外側突起
41a〜41e 外側突起の先端面
S シャフト
1 Brake mechanism
2, 2A ring
Inner circumferential surface of 21 annular body
22 Outer
Claims (3)
この環状体の内周面から径方向内側に突出している複数の内側突起と、
前記環状体の外周面から径方向外側に突出している複数の外側突起とを有し、
前記外側突起を径方向の内側に押し込むと、前記内側突起が径方向の外側に移動するように、前記内側突起および前記外側突起が、前記環状体の周方向に沿って相互にずれた位置に形成され、
前記内側突起の先端面に内接する内接円の直径が、拘束対象のシャフトの外径よりも小さな寸法に設定されている環状体の弾性変形を利用したブレーキ機構。 A perfectly circular ring that is elastically deformable in the radial direction;
A plurality of inner protrusions protruding radially inward from the inner peripheral surface of the annular body;
A plurality of outer protrusions projecting radially outward from the outer peripheral surface of the annular body;
When the outer protrusion is pushed inward in the radial direction, the inner protrusion and the outer protrusion are displaced from each other along the circumferential direction of the annular body so that the inner protrusion moves outward in the radial direction. Formed,
A brake mechanism using elastic deformation of an annular body in which a diameter of an inscribed circle inscribed in a tip surface of the inner protrusion is set to be smaller than an outer diameter of a shaft to be constrained.
前記環状体の周方向に沿って見た場合に、各内側突起の間に各外側突起が位置するように、これら内側突起および外側突起が等角度間隔で形成されているブレーキ機構。 In claim 1,
A brake mechanism in which the inner and outer protrusions are formed at equal angular intervals so that the outer protrusions are positioned between the inner protrusions when viewed along the circumferential direction of the annular body.
各内側突起の先端面は円弧面であるブレーキ機構。 In claim 1 or 2,
A brake mechanism in which the tip surface of each inner protrusion is an arc surface.
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