JP4798543B2 - ブレーキ付モータとこれを備えたロボット装置 - Google Patents
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Description
本発明は、ブレーキ付モータとこれを備えたロボット装置に関するものである。
たとえば産業用ロボットには、固定ベースに対する旋回ベースの駆動用モータとして、あるいは旋回ベースに対するアームの駆動モータとして、さらには支持アームに対する作動アームの駆動モータとしてブレーキ付モータが用いられている(例えば、特許文献１参照)。
図３は従来技術（本発明でも使用）における産業用ロボットなどのロボット装置Ａを示すもので、固定ベースＢに旋回ベースＣが回動可能に支持されており、前記旋回ベースＣには垂直アームＤが回動可能に支持されている。また、前記垂直アームＤには水平アームＥが回動可能に支持され、前記水平アームＥの先端部には、手首部Ｆが回動可能に支持されている。それぞれの回動部材には駆動モータとしてブレーキ付モータが使用されている。
前記ブレーキ付モータは、図４に示すように、ブレーキ付モータ１の回転軸２の一方端側、例えば反負荷側にブレーキ部３を設けている。また、前記ブレーキ部３は、図５に示すように、回転軸側にスプライン４を形成し、ブレーキ部側にスプライン溝（図示せず）を形成している。前記ブレーキ部３は、第１のライニング６を有する制動部５と、前記回転軸２に軸方向にのみ摺動自在に取り付けられたブレーキ板７と、前記ブレーキ板７を、第２のライニング９を有するアーマチュア８を介して前記制動部５の第１のライニング６に押圧するブレーキばね１０と、前記アーマチュア８を磁気的に吸引して制動を解除する電磁装置１１とを備えている。前記電磁装置１１は、内部に図示しないコイルを有し、モータの反負荷側ブラケット１２に固定されている。また、前記制動部５は固定部としての電磁装置１１（あるいはブラケットなどの外枠）に設けられている。
このような構成において、ロボット装置Ａは、ブレーキ付モータ１を駆動して、旋回ベースＣや垂直アームＤや水平アームＥあるいは手首部Ｆ等を動かし、あるいは動きを停止させる。
例えば旋回ベースＣの駆動用としてブレーキ付モータ１を用いるときは、ブレーキ付モータ１は、図４に示すように縦置きにして旋回ベースＣに取り付ける。旋回ベースＣを駆動するときは、電磁装置１１に電源を入れてアーマチュア８を、ブレーキばね１０に抗して磁気的に吸引し、電磁装置１１の端面に吸着させる。これにより、ブレーキ板７が第１のライニング６および第２のライニング９の挟持から開放され、ブレーキ付モータ１は駆動を始め、旋回ベースＣを旋回させる。
旋回ベースＣの旋回を停止させるときは、電磁装置１１の電源を切り、それまで電磁装置１１の端面に磁気的に吸着させていたアーマチュア８を、ブレーキばね１０の力で瞬時にブレーキ板７側に押し出し、第２のライニング９をブレーキ板７に当てる。そして、そのままブレーキばね１０の力によってブレーキ板７を軸方向に移動させて制動部５の第１のライニング６にブレーキ板７を押し当てる。これにより、ブレーキ板７が第１のライニング６および第２のライニング９で強く挟持され、ブレーキ付モータ１は駆動を停止し、旋回ベースＣの旋回を停止させる。
ブレーキ付モータ１を垂直および水平アームＤ，Ｅや手首部Ｆの駆動用として使用する場合も、同様の作用をする。
特開２００４−２２３６８９号公報
図３は従来技術（本発明でも使用）における産業用ロボットなどのロボット装置Ａを示すもので、固定ベースＢに旋回ベースＣが回動可能に支持されており、前記旋回ベースＣには垂直アームＤが回動可能に支持されている。また、前記垂直アームＤには水平アームＥが回動可能に支持され、前記水平アームＥの先端部には、手首部Ｆが回動可能に支持されている。それぞれの回動部材には駆動モータとしてブレーキ付モータが使用されている。
前記ブレーキ付モータは、図４に示すように、ブレーキ付モータ１の回転軸２の一方端側、例えば反負荷側にブレーキ部３を設けている。また、前記ブレーキ部３は、図５に示すように、回転軸側にスプライン４を形成し、ブレーキ部側にスプライン溝（図示せず）を形成している。前記ブレーキ部３は、第１のライニング６を有する制動部５と、前記回転軸２に軸方向にのみ摺動自在に取り付けられたブレーキ板７と、前記ブレーキ板７を、第２のライニング９を有するアーマチュア８を介して前記制動部５の第１のライニング６に押圧するブレーキばね１０と、前記アーマチュア８を磁気的に吸引して制動を解除する電磁装置１１とを備えている。前記電磁装置１１は、内部に図示しないコイルを有し、モータの反負荷側ブラケット１２に固定されている。また、前記制動部５は固定部としての電磁装置１１（あるいはブラケットなどの外枠）に設けられている。
このような構成において、ロボット装置Ａは、ブレーキ付モータ１を駆動して、旋回ベースＣや垂直アームＤや水平アームＥあるいは手首部Ｆ等を動かし、あるいは動きを停止させる。
例えば旋回ベースＣの駆動用としてブレーキ付モータ１を用いるときは、ブレーキ付モータ１は、図４に示すように縦置きにして旋回ベースＣに取り付ける。旋回ベースＣを駆動するときは、電磁装置１１に電源を入れてアーマチュア８を、ブレーキばね１０に抗して磁気的に吸引し、電磁装置１１の端面に吸着させる。これにより、ブレーキ板７が第１のライニング６および第２のライニング９の挟持から開放され、ブレーキ付モータ１は駆動を始め、旋回ベースＣを旋回させる。
旋回ベースＣの旋回を停止させるときは、電磁装置１１の電源を切り、それまで電磁装置１１の端面に磁気的に吸着させていたアーマチュア８を、ブレーキばね１０の力で瞬時にブレーキ板７側に押し出し、第２のライニング９をブレーキ板７に当てる。そして、そのままブレーキばね１０の力によってブレーキ板７を軸方向に移動させて制動部５の第１のライニング６にブレーキ板７を押し当てる。これにより、ブレーキ板７が第１のライニング６および第２のライニング９で強く挟持され、ブレーキ付モータ１は駆動を停止し、旋回ベースＣの旋回を停止させる。
ブレーキ付モータ１を垂直および水平アームＤ，Ｅや手首部Ｆの駆動用として使用する場合も、同様の作用をする。
しかしながら、このような従来技術においては、次のような問題があった。
（１）ブレーキ付モータを旋回ベースに縦置きにして使用する場合は、ブレーキ板は、スプラインとスプライン溝の摩擦力によってもっているので、重力によって下方に移動する可能性がある。この場合は、ブレーキ板がアーマチェアの第２のライニングに接触して、第２のライニングが磨耗する。ライニングが異常磨耗するとライニングの寿命が短くなるだけでなく、制動不能でロボット装置が暴走し、作業者や周囲の構造物を傷つけたり、またロボット装置自身を損傷させたりする。
（２）ブレーキ付モータをアームに取り付けアームの駆動用に使用する場合は、アームの速い動きにより、ブレーキ板が、モータの軸方向への急加速による加速度で軸方向に移動する可能性がある。この場合も、ブレーキ板がアーマチェアの第２のライニングや制動部の第１のライニングに接触して、第１あるいは第２のライニングが磨耗し、上記（１）と同様の問題が発生する。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、ブレーキ開放時にブレーキ板が、ライニングに接触することがないブレーキ付モータと、これを備えたロボット装置を提供することを目的とするものである。
（１）ブレーキ付モータを旋回ベースに縦置きにして使用する場合は、ブレーキ板は、スプラインとスプライン溝の摩擦力によってもっているので、重力によって下方に移動する可能性がある。この場合は、ブレーキ板がアーマチェアの第２のライニングに接触して、第２のライニングが磨耗する。ライニングが異常磨耗するとライニングの寿命が短くなるだけでなく、制動不能でロボット装置が暴走し、作業者や周囲の構造物を傷つけたり、またロボット装置自身を損傷させたりする。
（２）ブレーキ付モータをアームに取り付けアームの駆動用に使用する場合は、アームの速い動きにより、ブレーキ板が、モータの軸方向への急加速による加速度で軸方向に移動する可能性がある。この場合も、ブレーキ板がアーマチェアの第２のライニングや制動部の第１のライニングに接触して、第１あるいは第２のライニングが磨耗し、上記（１）と同様の問題が発生する。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、ブレーキ開放時にブレーキ板が、ライニングに接触することがないブレーキ付モータと、これを備えたロボット装置を提供することを目的とするものである。
上記課題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載のブレーキ付モータの発明は、回転軸の一方端側にブレーキ部を設け、前記ブレーキ部が、第１のライニングを有して固定部に設けられた制動部と、前記回転軸に軸方向にのみ摺動自在に取り付けられたブレーキ板と、前記ブレーキ板を、第２のライニングを有するアーマチュアを介して前記制動部の第１のライニングに押圧するブレーキばねと、ブレーキ板を吸引して制動を解除する電磁装置を備えたブレーキ付モータにおいて、前記回転軸の端部に、前記ブレーキ板を挟んで一対のばね受けを設けるとともに、制動部側のばね受けは、前記第１のライニングの面よりも制動部側に配置され、かつ、電磁装置側のばね受けは、前記第２のライニングの面よりも電磁装置側に配置され、前記ブレーキ板とそれぞれのばね受け間であって前記回転軸と同軸にそれぞれ当該ブレーキ板を押圧する中空コイル状の支持ばねを配置し、かつ、前記回転軸の前記端部が前記支持ばねの中空部分を貫通した状態で、当該支持ばねが前記ブレーキ板の両側に配置されていることを特徴とするものである。
請求項２に記載のロボット装置の発明は、請求項１に記載のブレーキ付モータを備えたことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、前記ブレーキ付モータが、その負荷側を下にして、旋回ベースの駆動用モータとして設置されており、前記電磁装置側の前記支持ばねのばね圧を、前記制動部側の支持ばねのばね圧よりも強くしたものである。
請求項１に記載のブレーキ付モータの発明は、回転軸の一方端側にブレーキ部を設け、前記ブレーキ部が、第１のライニングを有して固定部に設けられた制動部と、前記回転軸に軸方向にのみ摺動自在に取り付けられたブレーキ板と、前記ブレーキ板を、第２のライニングを有するアーマチュアを介して前記制動部の第１のライニングに押圧するブレーキばねと、ブレーキ板を吸引して制動を解除する電磁装置を備えたブレーキ付モータにおいて、前記回転軸の端部に、前記ブレーキ板を挟んで一対のばね受けを設けるとともに、制動部側のばね受けは、前記第１のライニングの面よりも制動部側に配置され、かつ、電磁装置側のばね受けは、前記第２のライニングの面よりも電磁装置側に配置され、前記ブレーキ板とそれぞれのばね受け間であって前記回転軸と同軸にそれぞれ当該ブレーキ板を押圧する中空コイル状の支持ばねを配置し、かつ、前記回転軸の前記端部が前記支持ばねの中空部分を貫通した状態で、当該支持ばねが前記ブレーキ板の両側に配置されていることを特徴とするものである。
請求項２に記載のロボット装置の発明は、請求項１に記載のブレーキ付モータを備えたことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、前記ブレーキ付モータが、その負荷側を下にして、旋回ベースの駆動用モータとして設置されており、前記電磁装置側の前記支持ばねのばね圧を、前記制動部側の支持ばねのばね圧よりも強くしたものである。
本発明によれば、ブレーキ板が、軸方向の重力や、モータの軸方向への急加速による加速度で軸方向に移動する方向で使用されても、ブレーキ板をばねで軸方向に保持することができるので、ブレーキ開放時にブレーキ板がライニングに接触することがなく、安全で、かつ、ライニングの寿命を大きく延ばすことができる。したがって、安全で、かつ、メンテナンスコストの低いロボット装置を提供することができる。
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施例におけるブレーキ付モータの要部を示す側断面図である。
本発明は、ブレーキ付モータ１をどのような使い方をしようとも、ブレーキ開放時は、ブレーキ板７を第１のライニング６と第２のライニング９間に位置させ、ブレーキ板７と第１のライニング６および第２のライニング９とが接触することがない構成としている。
第１の実施例では、支持ばねを用いた構成例を示している。
図１に示すように、ブレーキ付モータ１のブレーキ部３は、回転軸２の端部に、ブレーキ板７を挟んで一対のばね受け１２，１３を設けている。
制動部５側のばね受け１２は、前記第１のライニング６の面よりも制動部５側に配置されており、電磁装置１１側のばね受け１３は、前記第２のライニング９の面よりも電磁装置１１側に配置されている。前記ブレーキ板７とそれぞれのばね受け１２，１３間には、一対の支持ばね１４，１５を配置している。前記支持ばね１４，１５は、それぞれブレーキ板７を押圧しており、これによりブレーキ板７は、２つのばね受け１２，１３の中間に位置している。
本発明は、ブレーキ付モータ１をどのような使い方をしようとも、ブレーキ開放時は、ブレーキ板７を第１のライニング６と第２のライニング９間に位置させ、ブレーキ板７と第１のライニング６および第２のライニング９とが接触することがない構成としている。
第１の実施例では、支持ばねを用いた構成例を示している。
図１に示すように、ブレーキ付モータ１のブレーキ部３は、回転軸２の端部に、ブレーキ板７を挟んで一対のばね受け１２，１３を設けている。
制動部５側のばね受け１２は、前記第１のライニング６の面よりも制動部５側に配置されており、電磁装置１１側のばね受け１３は、前記第２のライニング９の面よりも電磁装置１１側に配置されている。前記ブレーキ板７とそれぞれのばね受け１２，１３間には、一対の支持ばね１４，１５を配置している。前記支持ばね１４，１５は、それぞれブレーキ板７を押圧しており、これによりブレーキ板７は、２つのばね受け１２，１３の中間に位置している。
これにより、ブレーキ開放時においては、ブレーキ板７は、一対の支持ばね１４，１５によって、常に第１のライニング６と第２のライニング９間に位置することができ、第１のライニング６あるいは第２のライニング９と接触することがない。制動時には支持ばね１４，１５は圧縮されるので、制動の支障になることはない。
このようにすることにより、寿命が長くてメンテナンスのコストが低く、かつ、制動を確実に行える安全なブレーキ付モータを提供することができる。
また、このブレーキ付モータを、ロボット装置の旋回ベース、垂直アーム、水平アーム、および手首部等の駆動モータとして使用することにより、ロボット装置は、制動が確実に行えて安全で、かつ、メンテナンスのコストを低くすることができる。
なお、２つの支持ばね１４，１５は、ブレーキ付モータ１の使用姿勢によりばね圧を異ならせるようにしてもよい。
例えば、ブレーキモータ１を、図３に示すように負荷側を下にして設置する場合は、負荷側、つまり電磁装置１１側の支持ばね１５のばね圧を、制動部５側の支持ばね１４のばね圧よりも強くして重力に対する支えを増すようにしてもよい。
このようにすることにより、寿命が長くてメンテナンスのコストが低く、かつ、制動を確実に行える安全なブレーキ付モータを提供することができる。
また、このブレーキ付モータを、ロボット装置の旋回ベース、垂直アーム、水平アーム、および手首部等の駆動モータとして使用することにより、ロボット装置は、制動が確実に行えて安全で、かつ、メンテナンスのコストを低くすることができる。
なお、２つの支持ばね１４，１５は、ブレーキ付モータ１の使用姿勢によりばね圧を異ならせるようにしてもよい。
例えば、ブレーキモータ１を、図３に示すように負荷側を下にして設置する場合は、負荷側、つまり電磁装置１１側の支持ばね１５のばね圧を、制動部５側の支持ばね１４のばね圧よりも強くして重力に対する支えを増すようにしてもよい。
この参考例では、永久磁石を用いた構成例を示している。
図２に示すように、ブレーキ付モータ１のブレーキ部３は、前記制動部５とブレーキ板７の相対向するそれぞれの部位に、対向する面が異極の第１の永久磁石１６および第２の永久磁石１７を取り付けるとともに、前記ブレーキ板７とアーマチェア８の相対向するそれぞれの部位に、対向する面が異極の第３の永久磁石１８および第４の永久磁石１９を取り付けている。
前記第１の永久磁石１６および第２の永久磁石１７の径方向の位置は、前記第１のライニング６と回転軸２間であり、前記第３の永久磁石１８および第４の永久磁石１９の径方向の位置は、前記第２のライニング９と回転軸２間である。
図２に示すように、ブレーキ付モータ１のブレーキ部３は、前記制動部５とブレーキ板７の相対向するそれぞれの部位に、対向する面が異極の第１の永久磁石１６および第２の永久磁石１７を取り付けるとともに、前記ブレーキ板７とアーマチェア８の相対向するそれぞれの部位に、対向する面が異極の第３の永久磁石１８および第４の永久磁石１９を取り付けている。
前記第１の永久磁石１６および第２の永久磁石１７の径方向の位置は、前記第１のライニング６と回転軸２間であり、前記第３の永久磁石１８および第４の永久磁石１９の径方向の位置は、前記第２のライニング９と回転軸２間である。
これにより、ブレーキ開放時においては、ブレーキ板７は、互いに引き合う第１の永久磁石１６と第２の永久磁石１７によって制動部側に引き寄せられると同時に、互いに引き合う第３の永久磁石１８と第４の永久磁石１９によって電磁装置１１側に引き寄せられる。このため、ブレーキ板７は、常に第１のライニング６と第２のライニング９間に位置することができ、第１のライニング６および第２のライニング９と接触することがない。
この参考例の場合は、制動時に、第１の永久磁石１６と第２の永久磁石１７の引き合う力が、ブレーキ板７を第１のライニング６に押し付ける力にプラスに作用し、また、第３の永久磁石１８と第４の永久磁石１９の引き合う力が、第２のライニング９をブレーキ板７に押し付ける力にプラスに作用するので、第１の実施例の場合よりも制動力は大きくなる。
このようにすることにより、第１の実施例と同様に、寿命が長くてメンテナンスのコストが低く、かつ、制動を確実に行える安全なブレーキ付モータを提供することができる。
また、このブレーキ付モータを、ロボット装置の旋回ベース、垂直アーム、水平アーム、および手首部等の駆動モータとして使用することにより、ロボット装置は、制動が確実に行えて安全で、かつ、メンテナンスのコストを低くすることができる。
なお、ブレーキばね１０の力が大きい場合には、第１の永久磁石１６と第２の永久磁石１７、また、第３の永久磁石１８と第４の永久磁石１９は、対向する面を同極にして、ブレーキ開放時に、磁石の反発力でブレーキ板７を第１のライニング６と第２のライニング９間に位置させるようにしてもよい。
また、第１の実施例および参考例ともブレーキ板にはライニングを取り付けていないが、ブレーキ板にライニングを取り付けるようにしてもよい。
この参考例の場合は、制動時に、第１の永久磁石１６と第２の永久磁石１７の引き合う力が、ブレーキ板７を第１のライニング６に押し付ける力にプラスに作用し、また、第３の永久磁石１８と第４の永久磁石１９の引き合う力が、第２のライニング９をブレーキ板７に押し付ける力にプラスに作用するので、第１の実施例の場合よりも制動力は大きくなる。
このようにすることにより、第１の実施例と同様に、寿命が長くてメンテナンスのコストが低く、かつ、制動を確実に行える安全なブレーキ付モータを提供することができる。
また、このブレーキ付モータを、ロボット装置の旋回ベース、垂直アーム、水平アーム、および手首部等の駆動モータとして使用することにより、ロボット装置は、制動が確実に行えて安全で、かつ、メンテナンスのコストを低くすることができる。
なお、ブレーキばね１０の力が大きい場合には、第１の永久磁石１６と第２の永久磁石１７、また、第３の永久磁石１８と第４の永久磁石１９は、対向する面を同極にして、ブレーキ開放時に、磁石の反発力でブレーキ板７を第１のライニング６と第２のライニング９間に位置させるようにしてもよい。
また、第１の実施例および参考例ともブレーキ板にはライニングを取り付けていないが、ブレーキ板にライニングを取り付けるようにしてもよい。
Ａ ロボット装置
Ｂ 固定ベース
Ｃ 旋回ベース
Ｄ 垂直アーム
Ｅ 水平アーム
Ｆ 手首部
１ ブレーキ付モータ
２ 回転軸
３ ブレーキ部
４ スプライン
５ 制動部
６ 第１のライニング
７ ブレーキ板
８ アーマチュア
９ 第２のライニング
１０ ブレーキばね
１１ 電磁装置
１２ ばね受け（制動部側）
１３ ばね受け（電磁装置側）
１４ 支持ばね（制動部側）
１５ 支持ばね（電磁装置側）
１６ 第１の永久磁石
１７ 第２の永久磁石
１８ 第３の永久磁石
１９ 第４の永久磁石
Ｂ 固定ベース
Ｃ 旋回ベース
Ｄ 垂直アーム
Ｅ 水平アーム
Ｆ 手首部
１ ブレーキ付モータ
２ 回転軸
３ ブレーキ部
４ スプライン
５ 制動部
６ 第１のライニング
７ ブレーキ板
８ アーマチュア
９ 第２のライニング
１０ ブレーキばね
１１ 電磁装置
１２ ばね受け（制動部側）
１３ ばね受け（電磁装置側）
１４ 支持ばね（制動部側）
１５ 支持ばね（電磁装置側）
１６ 第１の永久磁石
１７ 第２の永久磁石
１８ 第３の永久磁石
１９ 第４の永久磁石
Claims (3)
- 回転軸の一方端側にブレーキ部を設け、
前記ブレーキ部が、第１のライニングを有して固定部に設けられた制動部と、前記回転軸に軸方向にのみ摺動自在に取り付けられたブレーキ板と、前記ブレーキ板を、第２のライニングを有するアーマチュアを介して前記制動部の第１のライニングに押圧するブレーキばねと、ブレーキ板を吸引して制動を解除する電磁装置を備えたブレーキ付モータにおいて、
前記回転軸の端部に、前記ブレーキ板を挟んで一対のばね受けを設けるとともに、制動部側のばね受けは、前記第１のライニングの面よりも制動部側に配置され、かつ、電磁装置側のばね受けは、前記第２のライニングの面よりも電磁装置側に配置され、前記ブレーキ板とそれぞれのばね受け間であって前記回転軸と同軸にそれぞれ当該ブレーキ板を押圧する中空コイル状の支持ばねを配置し、
かつ、前記回転軸の前記端部が前記支持ばねの中空部分を貫通した状態で、当該支持ばねが前記ブレーキ板の両側に配置されていることを特徴とするブレーキ付モータ。 - 請求項１に記載のブレーキ付モータを備えたことを特徴とするロボット装置。
- 前記ブレーキ付モータが、その負荷側を下にして、旋回ベースの駆動用モータとして設置されており、前記電磁装置側の前記支持ばねのばね圧を、前記制動部側の支持ばねのばね圧よりも強くしたことを特徴とする請求項２に記載のロボット装置。
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