JP5003912B2 - 無励磁作動型ブレーキおよびそれを用いたサーボモータ - Google Patents

Description

本発明は、サーボモータなどの制動に用いられると共に、高出力化、小型化、省エネ、低温化を図った無励磁作動型ブレーキおよびそれを用いたサーボモータに関するものである。

従来、サーボモータなどの制動に用いられる無励磁作動型ブレーキは、電磁コイルに通電しない状態において、制動ばねのばね力で押圧されるアーマチュアと被制動機械の被制動軸に装着されるディスクとの摩擦係合により、被制動軸を制動し、電磁コイルに通電した状態において、内部に電磁コイルを収納し磁束の磁気回路となるフィールドコアに磁性体のアーマチュアを制動ばねのばね力に抗して磁気吸着することにより、被制動軸の制動を開放する構造となっている。
しかしながら、無励磁作動形電磁ブレーキは、アーマチュアがフィールドコアの磁極面に磁気吸着されるときに、これら部材に強い衝撃力が作用するので、また、慣性回転するブレーキディスクにアーマチュアを当接したとき、アーマチュアとこのアーマチュアの回転を規制する部材に強い衝撃力が作用するので、長年使用すると鍍金層がはく離してしまう場合がある。また、鍍金層がはく離した部分に錆が発生すると、アーマチュアの円滑な動作が得られなくなるなど、品質上の問題が発生するため、何らかの対策を講じる必要があった。このようなアーマチュアの円滑な動作を維持することができる無励磁作動形電磁ブレーキとして、図３に示すものがある（例えば、特許文献１を参照）。
図３は従来の無励磁作動型ブレーキの断面図である。図面の無励磁作動形電磁ブレーキは、一般産業用機械（サーボモータ等）の動力伝達系路を構成する回転軸（以下、被制動軸と称す。）の軸端に装着され、安全ブレーキとして使用されるものである。
図３において、１は被制動軸、２電磁コイル、３はフィールドコア、６は制動ばね、８はアーマチュア、１０はディスクである。
無励磁作動形電磁ブレーキは、図示しないサーボモータなどのハウジングに固定されるフィールドコア３を有する。このフィールドコア３には環状の収納溝が形成されており、該収納溝内に多条に巻回された電磁コイル２が収納され、絶縁樹脂により固定されている。また、フィールドコア３には、ばね挿入穴が形成されており、ばね挿入穴には、圧縮コイルばねからなる制動ばね６が挿入されている。この制動ばね６の巻き端部がアーマチュア８に当接されている。ここで、電磁コイル２に通電しない場合、制動ばね６のばね力により大きな力でアーマチュア８を押圧するため、押圧されるアーマチュア８と被制動軸１に装着されるディスク１０との摩擦係合部で発生する保持・制動トルクを増大させることができるようになっている。
特開平９−３２４８３０（明細書第２頁、図１）

従来の無励磁作動型ブレーキは、被制動軸の制動に要する保持・制動トルクは制動ばねのばね力、アーマチュアとディスクの摩擦係合部の摩擦係数、摩擦係合部の回転径に依存しており、保持・制動トルクの高出力化には、ばね力の増加、摩擦係合部の回転径拡大、ばね力増加に伴う電磁コイルのターン数増加、電磁コイルの消費電力増加が必要となり、ブレーキの大型化、コイルの熱量増加、消費電力の問題がある。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、無励磁作動型ブレーキの高出力化、小型化、省エネ化、低温化を実現する無励磁作動型ブレーキおよびそれを用いたサーボモータを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、請求項１記載の発明は、電磁コイルと、この電磁コイルを収納するためのフィールドコアと、このフィールドコアに対向配置され被制動軸に装着されたディスクと、このディスクと前記フィールドコアとの間に設けられ、前記被制動軸の軸線方向にのみ移動自在に配置された磁性体からなるアーマチュアと、前記フィールドコア内に収納され、前記アーマチュアを前記ディスクに押圧する制動ばねと、を備えた無励磁作動形電磁ブレーキにおいて、前記制動ばねと前記アーマチュアの間に、前記フィールドコアを支点とし、前記制動ばねを力点とし、前記アーマチュアを押圧する部位を作用点となるようにした、てこ機構となる磁性体のバーを備えたことを特徴としている。
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の無励磁作動型ブレーキにおいて、前記制動ばねを前記バーの支点部近傍に配してあり、前記バーは、前記フィールドコアを支点とし、前記電磁コイル と前記フィールドコア による磁気吸引力を力点とし、前記制動ばねのばね力に抗する力が集中する前記支点部近傍を作用点となるようにした、てこ機構であることを特徴としている。
請求項３記載の発明は、請求項２に記載の無励磁作動型ブレーキにおいて、前記制動ばねをねじりばねで構成したことを特徴としている。
請求項４記載の発明は、請求項２に記載の無励磁作動型ブレーキにおいて、前記制動ばねを板ばねで構成したことを特徴としている。
請求項５記載の発明は、請求項１〜４までの何れか１項に記載の無励磁作動型ブレーキにおいて、前記制動ばねと前記バーを一体化したことを特徴としている。
請求項６記載の発明は、請求項１〜５までの何れか１項に記載の無励磁作動型ブレーキにおいて、前記無励磁作動型ブレーキが摩擦係合面を１面のみとする単板無励磁作動型ブレーキであることを特徴としている。
請求項７記載の発明は、請求項１〜５までの何れか１項に記載の無励磁作動型ブレーキにおいて、前記無励磁作動型ブレーキが摩擦係合面を複数面とする多板無励磁作動型ブレーキであることを特徴としている。
請求項８記載の発明は、請求項１〜７までの何れか１項に記載の前記無励磁作動型ブレーキを回転体の被制動軸に取り付けたサーボモータであることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によると、てこの原理により、小さなばね力に対し、大きな力でアーマチュアを押圧することができ、保持・制動トルクの高出力化を実現することができる。
請求項２に記載の発明によると、てこの原理により、小さな磁気吸引力で大きなばね力に抗することができ、保持・制動トルクの高出力化を維持しつつ、電磁コイルのターン数減少、電磁コイルの消費電力減少に伴う小型化を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について図１、２を参照して説明する。

図１は、本発明の無励磁作動型ブレーキの断面図である。図１において、１は被制動軸、２は電磁コイル、３はフィールドコア、４はバー、５はバー支点部、６は制動ばね、７はバー力点部、８はアーマチュア、９はバー作用点部、１０はディスクである。
本発明が従来技術と異なる部分は、制動ばね６とアーマチュア８の間にバー４を備えた部分である。

図１においてバー４は、フィールドコア３に配置したバー支点部５、制動ばね６に押圧されるバー力点部７、アーマチュア８を押圧するバー作用点部９とした、てこ機構となる磁性体である。バー支点部５とバー力点部７の間の距離は、バー支点部５とバー作用点部９の間より長くする。

電磁コイル２に通電しない場合、制動ばね６とアーマチュア８の間に配したバー４は、制動ばね６によって、バー力点部７で押圧される。この時、バー作用点部９では制動ばね６のばね力より大きな力でアーマチュア８を押圧する。

てこの原理により、制動ばね６より大きな力でアーマチュア８を押圧するため、従来の無励磁作動型ブレーキに比べ、押圧されるアーマチュア８と被制動軸１に装着されるディスク１０との摩擦係合部で発生する保持・制動トルクを増大させることができる。

図２は、本発明の第２実施例の無励磁作動型ブレーキの断面図である。図２において、１は被制動軸、２は電磁コイル、３はフィールドコア、４はバー、５はバー支点部、６は制動ばね、７はバー力点部、８はアーマチュア、９はバー作用点部、１０はディスクである。バー４、制動ばね６、アーマチュア８は一体化させることが望ましい。

図２において、バー４は、フィールドコア３に配置したバー支点部５、電磁コイル２とフィールドコア３による磁気吸引力が働くバー力点部７、制動ばね６のばね力に抗する力が集中するバー支点部５近傍をバー作用点部９としたてこ機構となる磁性体である。バー支点部５とバー力点部７の間の距離は、バー支点部５とバー作用点部９の間より長くする。

電磁コイル２に通電する場合、バー４は電磁コイル２とフィールドコア３によって発生する磁気吸引力によってフィールドコア３へ吸引される。この時、バー作用点９では電磁コイル２とフィールドコア３によって発生する磁気吸引力より大きな力で制動ばね６のばね力に抗する。

てこの原理により、電磁コイル２とフィールドコア３によって発生する磁気吸引力より大きな力で制動ばね６のばね力に抗するため、保持・制動トルクの高出力化を維持しつつ、従来の無励磁作動型ブレーキに比べ、バー４、アーマチュア８を吸引するために必要な磁気吸引力は減少し、電磁コイル２のターン数、消費電力を減少させることができ、かつ、小型化が可能になる。

なお、本実施例の無励磁作動型ブレーキにおいて、制動ばねをねじりばねあるいは板ばねで構成し、バーの支点部に配し、フィールドコアを支点、磁気吸引力を力点、ばね力に抗する力が集中する支点部近傍を作用点とした、てこ機構となる磁性体のバーを備えた構成にしてもかまわない。
このようにすることで、フィールドコア内に制動ばねを配置していたスペースを利用し、コイルのターン数を増加することで、ブレーキの高出力化、小型化を実現することができる。
また、本実施例において、制動ばねとバーを弾性体で一体化する構成にしても構わない。
このようにすることで、部品点数を削減することができる。
また、本実施例において、バーとアーマチュアを一体化した構成にしても構わない。
さらに、本実施例において、無励磁作動型ブレーキを、摩擦係合面を１面のみとする単板無励磁作動型ブレーキとしても構わない。
このようにすることで、部品点数の削減、およびブレーキの小型化を実現することができる。
さらにまた、本実施例において、無励磁作動型ブレーキを、摩擦係合面を複数面とする多板無励磁作動型ブレーキとしても構わない。
このようにすることで、ブレーキの省エネ化、低音化することができる。

本発明の第１実施例を示す無励磁作動型ブレーキの断面図 本発明の第２実施例を示す無励磁作動型ブレーキの断面図 従来の無励磁作動型ブレーキの断面図

符号の説明

１ 被制動軸
２ 電磁コイル
３ フィールドコア
４ バー
５ バー支点部
６ 制動ばね
７ バー力点部
８ アーマチュア
９ バー作用点部
１０ ディスク

Claims (8)

1. 電磁コイルと、
   この電磁コイルを収納するためのフィールドコアと、
   このフィールドコアに対向配置され被制動軸に装着されたディスクと、
   このディスクと前記フィールドコアとの間に設けられ、前記被制動軸の軸線方向にのみ移動自在に配置された磁性体からなるアーマチュアと、
   前記フィールドコア内に収納され、前記アーマチュアを前記ディスクに押圧する制動ばねと、
   を備えた無励磁作動形電磁ブレーキにおいて、
   前記制動ばねと前記アーマチュアの間に、前記フィールドコアを支点とし、前記制動ばねを力点とし、前記アーマチュアを押圧する部位を作用点となるようにした、てこ機構となる磁性体のバーを備えたことを特徴とする無励磁作動型ブレーキ。
2. 前記制動ばねを前記バーの支点部近傍に配してあり、
   前記バーは、前記フィールドコアを支点とし、前記電磁コイル と前記フィールドコア による磁気吸引力を力点とし、前記制動ばねのばね力に抗する力が集中する前記支点部近傍を作用点となるようにした、てこ機構であることを特徴とする請求項１記載の無励磁作動型ブレーキ。
3. 前記制動ばねをねじりばねで構成したことを特徴とする請求項２に記載の無励磁作動型ブレーキ。
4. 前記制動ばねを板ばねで構成したことを特徴とする請求項２に記載の無励磁作動型ブレーキ。
5. 前記制動ばねと前記バーを一体化したことを特徴とする請求項１〜４までの何れか１項に記載の無励磁作動型ブレーキ。
6. 前記無励磁作動型ブレーキが摩擦係合面を１面のみとする単板無励磁作動型ブレーキであることを特徴とする請求項１〜５までの何れか１項に記載の無励磁作動型ブレーキ。
7. 前記無励磁作動型ブレーキが摩擦係合面を複数面とする多板無励磁作動型ブレーキであることを特徴とする請求項１〜５までの何れか１項に記載の無励磁作動型ブレーキ。
8. 請求項１〜７までの何れか１項に記載の前記無励磁作動型ブレーキを回転体の被制動軸
   に取り付けたことを特徴とするサーボモータ。

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