JP5273502B2 - シャフト型リニアモータのブレーキ装置 - Google Patents

Description

本発明は、可動子をシャフトに沿って直線的に駆動させるシャフト型リニアモータのブレーキ装置に関する。

近年、直線駆動する電気アクチュエータとしてシャフト型リニアモータが注目されている。この種のシャフト型リニアモータは、複数の棒状磁石が直列状に配列されたシャフトと、該シャフトにスライド自在に外嵌する可動子とを備え、該可動子の内周部に設けられるコイルの励磁により、可動子を直線的に駆動させる。このような構成によれば、コギングや速度ムラが少ないので、様々な分野での応用が検討されている。

シャフト型リニアモータを位置決め制御する場合は、通常、可動子の位置を検出する位置検出手段が別途付加される（例えば、特許文献１参照）。この種の位置検出手段としては、一般的にリニアスケール（リニアエンコーダ）を用いることで、可動子の位置を正確に検出することができ、可動子が目標停止位置を過ぎたり手前で停止した場合でも、微調整移動することによって精度よく位置決めすることが可能になる。そして、この様に精度良く位置決めされた可動子は、シャフトが傾斜状、垂直状に配置されている場合は勿論、水平状に配置されている場合でも、外部要因等により不用意に動いてしまうことがないよう、停止位置を保持させておく必要がある。

ところで従来、停止位置を保持させておく装置として、可動子に近接配置させたブレーキ装置が備える複数のクランプ部材を挟圧させてシャフトを直接把持するようにしたものが知られている（例えば、特許文献２、３参照）。
しかしながら、これらのものは何れも電磁ブレーキにより構成されるものであり、通電状態でブレーキを解放し、非通電状態でブレーキ動作させる構成となっているため、ブレーキ装置の励磁力がリニアモータの励磁力に磁束干渉したり、リニアスケールに悪影響を与える危惧があり、非磁性体材料を用いるなどの干渉防止手段を講じなければならず、しかも、急停止のブレーキ制御しかできないという問題がある。
また、シャフト型リニアモータは、その構造上、シャフトが０．５ｍｍ程度のステンレス管内に複数のドーナツ棒状磁石が直列状に挿入された構成となっているため、長くなるに追随して、その自重で湾曲したり撓みを生じる場合が多い。そこでこれらのものにおいても、その対策として、対向するクランプアームの中央を連結軸で軸支し、これを支点として一方を励磁操作部、他方をクランプ部で構成した電磁ブレーキ本体を、左右のブロックに上下方向揺動可能に支持することにより、クランプアームが揺動しながら変形に追従できるよう構成されてはいるものの、クランプ円弧面が変形シャフトの円弧面に対して、接触する部位としない部位が存在し、ブレーキシューを常に適正な位置に保持した面接触によるブレーキ制動ができないばかりか、シャフト変形への追従も上下方向のみに限られるという欠点を有しており、しかも、ブレーキ装置自体が大型化し、コンパクト化が求められる分野での利用が制限されるという問題を有している。

特開２００４−１２９４４１号公報 特開２００５−２２６８２４号公報 特開２００６−３１１６６６号公報

本発明は、上記の如き問題点を一掃すべく創案されたものであって、クランプ体をシャフト変形に追従させる３次元的な遊動押圧を可能ならしめ、変形シャフトの円弧面に対して、ブレーキシューを適正な位置に保持した状態で面接触させて可動子のブレーキ制動を行うことのできるシャフト型リニアモータのブレーキ装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明のシャフト型リニアモータのブレーキ装置は、複数の棒状磁石が直列状に配列されたシャフトと、該シャフトの長手方向にスライド自在に外嵌する可動子とを備え、該可動子の内周部に設けられるコイルの励磁により、前記可動子を直線的に駆動させるシャフト型リニアモータのブレーキ装置であって、該ブレーキ装置は、前記シャフトに外嵌して前記可動子と一体移動するよう連結されたハウジングと、該ハウジング内に、前記シャフト形状に対応する凹状のブレーキシューが形成され、該ブレーキシューが、互いに前記シャフトの外周面に対して直交する方向から挟んで、常時弾発力で対向離間するよう配置された一対のクランプ体と、該一対のクランプ体を押圧して前記シャフトの外周面に挟圧させるための押圧手段を備えると共に、前記一対のクランプ体を、その先端をシャフト側に向けてそれぞれ前記ハウジングに片持ち状に支持させて並設せしめた一対の弾性板間に、該弾性板の弾圧力に抗して遊動可能に介装せしめ、前記シャフトへ押圧される際に前記ブレーキシューとシャフトとの軸芯ズレを吸収すべく構成したことを特徴とする。

本発明は、上記のように構成したことにより、クランプ体をシャフト変形に追従させる３次元的な遊動押圧が可能になり、変形シャフトの円弧面に対して、ブレーキシューを適正な位置に保持した状態で挟圧させるブレーキ制動を行うことができるようになり、可動子の停止位置保持や緊急停止の際に、変形シャフトを矯正することなくブレーキ制動ができるばかりか、可動子を目標停止位置手前から緩やかなブレーキ制動を行なっても、シャフト変形の影響を受けることなくスムーズな停止を行うことが可能となり、リニアモータの目標停止位置からズレた停止と、その位置ズレ補正動作を軽減或いは回避することができる。

以下、本発明の実施の形態を好適な実施の形態として例示するシャフト型リニアモータのブレーキ装置を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、シャフト型リニアモータの斜視図である。この図に示すように、シャフト型リニアモータ１は、０．５ｍｍ程度のステンレス管内に複数のドーナツ棒状磁石２ａが直列状に配列されたシャフト２と、該シャフト２にスライド自在に外嵌する可動子３とを備え、走行台４に装着されており、該可動子３の内周部に設けられるコイル（図示せず）の励磁により、可動子３を直線的に駆動させる。

前記走行台４は、シャフト２の両端部を持設する支持部４１、４１と、該支持部４１、４１間に設けられた可動子３を案内支持するためのガイドレール４２により構成される。シャフト２は、前記支持部４１、４１間に両端支持されている。また、可動子３には、その上部側に設けられた所定のワーク（ＸＹＺ軸テーブルなど）が適用される移動台３１と、その下部側の両サイドに設けられたガイド片３２、３２を備えており、ガイド片３２、３２は、両側からガイドレール４２、４２を挟持する状態でスライド走行自在に案内支持されるようになっている。
また、このようなシャフト型リニアモータ１を位置決め制御する場合は、図示しない可動子３に設けられる磁気センサ（ホール素子等）が検出するシャフト２の磁束変化に基づいて可動子３の位置検出が行なわれる。

図２は、本発明の実施形態に係るブレーキ装置の内部構成断面図、図３はその分解斜視図である。この図に示すように、ブレーキ装置５は、シャフト２に外嵌して前記可動子３と一体移動するよう連結されたハウジング５１と、このハウジング５１内に、シャフト２の円筒形状に対応する湾曲凹状のブレーキシュー５２ａが形成され、該ブレーキシュー５２ａがシャフト２を挟んで常時弾発力で対向（反発）離間するよう配置された一対のクランプ体５２、５２と、このクランプ体５２、５２を押圧して前記シャフトに挟圧させるための押圧手段５３を備えて構成される。

ハウジング５１は、中央にクランプ体５２、５２をセットするためのスペースを備えた上面視コ字状の胴部５１ａと、胴部５１ａの上面側に取着される蓋部５１ｂとにより分解可能に形成されている。胴部５１ａの両側部には、それぞれの上下に弾性板としての板バネ５４ａ、５４ｂを取着するための取着部５１１が設けられており、該取着部５１１に板バネ５４ａ、５４ｂが、その一端側をビス６止めされてそれぞれ片持ち支持状に止着されており、また、上下の取着部５１１間には、押圧手段５３を構成する筒孔状のシリンダ部５１２が形成され、このシリンダ部５１２に連通してエアー供給口７よりエアーを供給するためのエアー供給路７１が穿設されている。

クランプ体５２には、上下のそれぞれ２個所に、コイルスプリング５２１を挿入するための挿入孔５２２が都合４つ穿設されており、クランプ体５２、５２同士は、それぞれ対向する挿入孔５２２、５２２にコイルスプリング５２１の一端側と他端側を挿入させ、コイルスプリング５２１を常時圧縮させて拡開方向に弾発力が加わる状態で、上下に片持ち支持させた板バネ５４ａ、５４ｂ間に挿入セットされている。本実施例で採用した板バネ５４は、板バネ５４ａ、５４ｂ共に同じ弾性力を有するものを採用し、下側の板バネ５４ｂは、クランプ体５２の幅と略同幅の１枚ものを用いてクランプ体５２の自重を支え、上側の板バネ５４ａは、複数に分割された２枚の帯状板を用いてクランプ体５２の上面に軽く（僅かに）面接させた状態で保持しすることで、上側板バネ５４ａが下側板５４ｂよりも弱い弾発力に設定させ、クランプ体５２は、板バネ５４ａ、５４ｂ間でその弾圧力に抗して、３次元的な遊動が可能な状態で介装セットされている。

また、ブレーキシュー５２ａの湾曲形状は、シャフト２の円筒半径を僅かに大きくし、円筒形状から僅かに変形した楕円形状となっており、このブレーキシュー５２ａの円弧面に、シャフト２に面接する湾曲面が、シャフト２の半径より僅かに小さく、円筒形状に適合した帯状のブレーキパッド５２ｂ、５２ｂが２個所に設けられている。

押圧手段５３は、エアー供給路７１と連通するシリンダ部５１２と、このシリンダ部５１２に所定の間隙をもって嵌挿される筒状のピストン部５３ａとを備えて構成される。ピストン部５３ａは、シリンダ部５１２の内径よりも０．４ｍｍ程度小さい外径となっており、両者間に間隙が形成されるようになっている。ピストン部５３ａの外周面の後方には、Ｏリング５３ｂが設けられており、ピストン部５３ａはシリンダ部５１２の内壁に圧接した片支持状態で嵌挿され、ピストン部５３ａが、流圧により押動した際に、前記間隙の範囲においてリング５３を支点として前面側が３６０゜の首振り状態で遊動する構成となっている。ピストン部５３ａの前面となる面域は、クランプ体５２の背面に面当てさせ、クランプ体５２の弾発力で常時後方に押された状態で、ピストン部５３ａの後面が、シリンダ部５１２の後面（底面）となるハウジング５１に当接している。

ピストン部５３ａの後部は、前記エアー供給路７１と連通するよう角周面をＬ字状に切り欠いて形成された環状溝５３１が設けられており、エアー供給路７１からのエアーが環状溝５３１内に供給されると、その流圧によりピストン部５３ａが押圧されて、クランプ体５２を押動し、エアーを排出するとコイルスプリング５２１の復元力で弾発されたクランプ体５２により押し戻されて復帰するようになっている。

叙述の如く構成された本発明の実施の形態において、シャフト型リニアモータの可動子３が所定の位置に停止され、該停止位置をブレーキ装置５のブレーキ操作で保持するのであるが、図４（Ａ）に示す如く可動子３が停止された位置において、シャフト２がその自重により湾曲し、ブレーキシュー５２ａの円弧中心から斜め下方に軸芯ズレした状態にあった場合、先ず、ブレーキシュー５２ａの湾曲（円弧）面は、その下面部位がシャフト２の軸芯ズレ方向の外周面に対して接触し、さらにクランプ体５２が押圧されると、ブレーキシュー５２ａの湾曲面に沿ってシャフト２の外周面に適合しようとする力が作用する。

このとき、本発明におけるブレーキ装置５は、シャフト２の長手方向にスライド自在に外嵌する可動子３と一体移動するよう連結されたハウジング５１と、該ハウジング５１内に、シャフト２の形状に対応する湾曲凹状のブレーキシュー５２ａが形成され、該ブレーキシュー５２ａが、互いにシャフト２の外周面に対して直交する方向から挟んで、常時弾発力で対向離間するよう配置された一対のクランプ体５２と、該一対のクランプ体５２を押圧してシャフト２の外周面に挟圧させるための押圧手段５３を備えると共に、一対のクランプ体５２、５２を、その先端をシャフト２側に向けてそれぞれハウジング５１（５１ｂ）に片持ち状に支持させて、（図面視において上下）に並設せしめた一対の板バネ（弾性板）５４ａ、５４ｂ間に、該板バネ５４の弾圧力に抗して遊動可能に介装せしめ、シャフト２へ押圧される際にブレーキシュー５２ａの中心とシャフト２中心との軸芯ズレを吸収すべく構成されている。

つまり、ブレーキ操作時に押圧手段５３によりクランプ体５２が押圧されると、図４（Ｂ）に示す如く、ブレーキシュー５２ａの湾曲面の下面部位が、シャフト２の軸芯ズレ方向の外周面に対して接触した状態から、さらにクランプ体５２を押圧することにより、クランプ体５２は、ブレーキシュー５２ａの湾曲面に沿ってシャフト２の外周面に適合して凹凸嵌合しようとする力が作用し、板バネ５４ａ、５４ｂ間でそのバネ力に抗して板バネ５４ａ、５４ｂを湾曲させながら、シャフト２の軸芯ズレに追随して遊動し、シャフト２の外周面とブレーキシュー５２ａの湾曲面同士を適正位置に対面させて、２個所に設けられたブレーキパッド５２ｂ、５２ｂを確実に面接触させることができる。また、このブレーキパッド５２ｂの接触は、シャフト２の外周面に緩やかに接触した半ブレーキ状態でも行うことができる。

したがって、クランプ体５２は、シャフト２の変形に追従した３次元的な遊動押圧による直接把持が可能になり、変形シャフトの円弧面に対して、ブレーキシュー５２ａを適正な位置に保持した面接触状態で挟圧したブレーキ制動を行うことができるようになり、可動子３の停止位置保持や緊急停止の際に、変形シャフトを矯正することなくブレーキ制動ができる。しかも、エアー供給路７１からのエアー流圧を制御することにより、可動子３を目標停止位置手前から緩やかな半ブレーキ制動を行なっても、シャフト変形の影響を受けることなくスムーズな停止を行うことが可能となり、リニアモータ１の目標停止位置からズレた停止と、その位置ズレ補正動作を軽減或いは回避することができる。

また、前記板バネ５４は、図面視の如くシャフト２が水平状に配置され上下に並設された状態において、上側板バネ５４ａが下側板バネ５４ｂよりも弱い弾発力に設定されている。つまり、本実施例においては、上側板バネ５４ａが、複数に分割されてクランプ体５２上面に面接されているので、クランプ体５２の３次元的な遊動に対して、下側板バネ５４ｂに大きな負荷がかかると上側板バネ５４ａ側に押し上げる反発力が作用し、また、片上がり方向の遊動があっても一方の上側板バネ５４ａをクランプ体５２上面側に対して適格に圧接させることができる。なお、板バネ５４ａと下側板バネ５４ｂは共に同じ弾性力を有するものを採用したが、これに限定されるものでなく、材質を金属製、非金属性の材質のもの、異なる弾性力のものを組み合わせること等任意に弾性板を用いることができる。

また、前記クランプ体５２は、その背面側から押圧手段５３により押圧され、かつ、押圧手段５３とは分離して構成されているので、板バネ５４ａ、５４ｂ間でクランプ体５２だけを独立した状態でスムーズに遊動することができる。つまり、一対のクランプ体５２、５２は、その角部位４個所でコイルスプリング５２１により連結されているだけなので、一対のクランプ体５２、５２でありながら、各々対面するシャフト２の変形が異なっていたとしても、それぞれのクランプ体５２が独立した状態でシャフト変形に追従した異なる３次元的な前後、左右、上下、捻れ方向などの遊動が可能となり、シャフト２を適正な押圧姿勢をもって挟圧するブレーキ制動を行うことができる。

また、エアー供給口７より供給された圧縮エアーは、エアー供給路７１を介して環状溝５３１内に導入され、ピストン部５３ａを背面側より押圧する。その際、押圧手段５３は、ハウジング５１のクランプ体５２背面側に形成された筒状のシリンダ部５１２と、該シリンダ部５１２に所定の間隙をもって嵌挿されるピストン部５３ａとを備え、該ピストン部５３ａを、シリンダ部５１２内への流圧制御により往復移動すべく構成すると共に、ピストン部５３ａの外周面にＯリング５３ｂを設け、該ピストン部５３ａを、Ｏリング５３ｂをシリンダ部内壁に圧接した片支持状態で、ピストン部５３ａの前面をクランプ体５２の背面に面当てさせて押動すべく構成してあるため、クランプ体５２がシャフト２の変形に追従した３次元的な遊動に対して、ピストン部５３ａの前面側がクランプ体５２の背面に面当てされた状態で追随した遊動を行うことができ、均等な押圧が確保できる。

つまり、ピストン部５３ａが押動すると、その前面側がシリンダ部５１２内からハウジング５１のクランプ体５２の配設スペースに突出し、Ｏリング５３ｂもシリンダ部５１２内を移動してクランプ体５２の配設スペース側に位置することになる。従って、ピストン部５３ａの前面側は、シリンダ部５１２の内周とピストン部５３ａとの間隙に加え、更に大きな３６０゜の首振り遊動が可能となり、クランプ体５２の背面に対して面当て状態の確保を図ることができる。なお、流圧制御媒体として、エアーを用いたが、気体、液体等適宜に採用できることは言うまでもない。

本発明の実施形態に係るシャフト型リニアモータの斜視図である。 本発明の実施形態に係るシャフト型リニアモータのブレーキ装置の縦断面図である。 ブレーキ装置の分解斜視図である。 ブレーキ装置の内部動作を示す説明図である。

符号の説明

１ リニアモータ
２ シャフト
２ａ 棒状磁石
３ 可動子
４ 走行台
４１ 支持部
５ ブレーキ装置
５１ ハウジング
５１ａ 胴部
５１ｂ 蓋部
５１１ 取着部
５１２ シリンダ部
５２ クランプ体
５２ａ ブレーキシュー
５２ｂ ブレーキパッド
５２１ コイルスプリング
５２２ 挿入孔
５３１ 環状溝
５３ 押圧手段
５３ａ ピストン部
５３ｂ Ｏリング
５４ 板バネ
５４ａ 上側板バネ
５４ｂ 下側板バネ
６ ビス
７ エアー供給口
７１ エアー供給路

Claims (6)

1. 複数の棒状磁石が直列状に配列されたシャフトと、該シャフトの長手方向にスライド自在に外嵌する可動子とを備え、該可動子の内周部に設けられるコイルの励磁により、前記可動子を直線的に駆動させるシャフト型リニアモータのブレーキ装置であって、
   該ブレーキ装置は、前記シャフトに外嵌して前記可動子と一体移動するよう連結されたハウジングと、該ハウジング内に、前記シャフト形状に対応する凹状のブレーキシューが形成され、該ブレーキシューが、互いに前記シャフトの外周面に対して直交する方向から挟んで、常時弾発力で対向離間するよう配置された一対のクランプ体と、該一対のクランプ体を押圧して前記シャフトの外周面に挟圧させるための押圧手段を備えると共に、
   前記一対のクランプ体を、その先端をシャフト側に向けてそれぞれ前記ハウジングに片持ち状に支持させて並設せしめた一対の弾性板間に、該弾性板の弾圧力に抗して遊動可能に介装せしめ、前記シャフトへ押圧される際に前記ブレーキシューとシャフトとの軸芯ズレを吸収すべく構成したことを特徴とするシャフト型リニアモータのブレーキ装置。
2. 前記弾性板は、前記シャフトが水平状に配置され上下に並設された状態において、上側弾性板が下側弾性板よりも弱い弾発力に設定されていることを特徴とする請求項１記載のシャフト型リニアモータのブレーキ装置。
3. 前記上側弾性板は、複数に分割されて前記クランプ体上面に面接されていることを特徴とする請求項２記載のシャフト型リニアモータのブレーキ装置。
4. 前記クランプ体は、前記ブレーキシューを前面としてその背面側から前記押圧手段により押圧され、かつ、押圧手段とは分離して構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のシャフト型リニアモータのブレーキ装置。
5. 前記押圧手段は、前記ブレーキシューを前面とするクランプ体の背面側に形成された筒状のシリンダ部と、該シリンダ部に所定の間隙をもって嵌挿されるピストン部とを備え、該ピストン部を、前記シリンダ部内への流圧制御により往復移動すべく構成すると共に、前記ピストン部の外周面にＯリングを設け、該ピストン部を、前記Ｏリングをシリンダ部内壁に圧接した片支持状態で、前記ピストン部の前面をクランプ体背面に面当てさせて押動すべく構成したことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のシャフト型リニアモータのブレーキ装置。
6. 前記ブレーキシューには、帯状のブレーキパッドが複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のシャフト型リニアモータのブレーキ装置。