JP5471503B2 - 無励磁作動型電磁ブレーキ - Google Patents

Description

本発明は無励磁作動型電磁ブレーキに関する。

従来から、サーボモータや各種ロボットに用いられる無励磁作動型電磁ブレーキに関して、小型化、低消費電力化及び高トルク化を実現すべく、種々の無励磁作動型電磁ブレーキの構造が提案されている。

現在、無励磁作動型電磁ブレーキは、例えば３０φ程度の直径を有する程度までに小型化が実現しており、例えば特許文献１記載のような無励磁作動型電磁ブレーキがあり、また、例えば図６に表わされるような構造が採用されている。図６は、従来の小型無励磁作動型電磁ブレーキの構造を示す概略縦断面図である。

従来の小型無励磁作動型電磁ブレーキ１００は、図６に示すように、ヨーク１０２、ヨーク１０２に内蔵されたコイル体１０４、ヨーク１０２に対向配置されたプレート１０６、ヨーク１０２とプレート１０６との間に配置されヨーク１０２の基準軸線Ｃ回りに回動可能に設けられた制動部１０８、ヨーク１０２と制動部１０８との間に配置され基準軸線Ｃ回りに回動不能かつ基準軸線Ｃ方向に移動可能に配置されたアーマチュア１１０、プレート１０６及びアーマチュア１１０をヨーク１０２に締結するボルト１１２、を具備している。

ヨーク１０２は、基準軸線Ｃ回りにおいて中心部に設けられた開口部１０２ａと、基準軸線Ｃからみて開口部１０２ａの外側に設けられた環状の凹部１０２ｂと、で構成されており、凹部１０２ｂに内蔵されたコイル体１０４は、ボビン（芯体）１０４ａとボビン１０４ａに捲回された励磁コイル１０４ｂとで構成されている。

また、基準軸線Ｃからみて凹部１０２ｂの外側には、開口部１０２ｃが設けられており、ここには、図示しないが、アーマチュア１１０を制動部１０８に対して付勢する圧縮バネが内蔵されている。更に、ボルト１１２は、カラー１１６を介してプレート１０６をヨーク１０２に締め付けている。アーマチュア１１０は、カラー１１６をガイドとして摺動可能となるようにプレート１０６及びヨーク１０２の間に配置されている。

特願平５−２２７３０号公報

しかしながら、上記のような従来の小型無励磁作動型電磁ブレーキ１００においては、プレート１０６が、ボルト１１２及びカラー１１６を用いてヨーク１０２に締め付けて固定されており、部品点数が多くなり、これが小型化を妨げる要因の１つになっていた。

そこで、本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、ボルトやカラーを用いないことによって部品点数を減らし、より一層小型化された小型無励磁作動型電磁ブレーキの新規な構造を提供することを目的とする。

本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、無励磁作動型電磁ブレーキの構造において、無励磁作動型電磁ブレーキの性能を妨げない範囲でボルト及びカラーを用いずにプレートを固定するにはどのような構造を採用すればいいのか鋭意検討を重ねた結果、プレートがヨークの一部に直接接続・固定された構成を採用すれば、部品点数を減らしてより一層小型化された無励磁作動型電磁ブレーキを実現できることを見出し、本発明を完成するに至った。

上記の課題を解決すべく、本発明は、
励磁コイルを備えた内側ヨーク部と、内側ヨーク部を覆う筒状の外側ヨーク部と、内側ヨーク部に間隔をおいて設けられ、外側ヨーク部に一体的に接続されたプレート部と、をそれぞれ基準軸線上に配置してなるヨークと、
内側ヨーク部とプレート部との間において、ヨークの基準軸線回りに回動可能に設けられた制動部と、
内側ヨーク部と制動部との間において、基準軸線回りに回動不能かつ基準軸線方向に移動可能に配置されたアーマチュアと、
アーマチュアを前記制動部に対して付勢する付勢部と、
を具備し、
外側ヨーク部は、アーマチュア又は制動部を、前記基準軸に直交する方向において当該外側ヨーク部よりも外側から前記基準軸に近付く方向に水平姿勢で挿入可能な穴部を有することを特徴とする無励磁作動型電磁ブレーキを提供する。

このような構成を有する本発明の無励磁作動型電磁ブレーキにおいては、プレート部が外側ヨーク部の一部に直接接続・固定された構成が採用されていることから、プレートをヨークに固定するためにボルト及びカラー等の別部材を用いる必要がなく、部品点数が少なく従来の無励磁作動型電磁ブレーキに比べてより一層の小型化が可能である。

上記の本発明の無励磁作動型電磁ブレーキにおいては、前記アーマチュアが前記外側ヨーク部の穴部の一部に嵌合することにより前記基準軸線回りに回動不能かつ前記基準軸線方向に移動可能に配置されている、ことが好ましい。

このような構成を有する本発明の無励磁作動型電磁ブレーキにおいては、アーマチュアの固定にボルト及びカラー等の別部材を用いる必要がないことから、部品点数が少なく従来の無励磁作動型電磁ブレーキに比べてより一層の小型化が可能である。また、アーマチュアを外側ヨーク部に嵌合させることは比較的簡単な構造で実現することができ、製造工程上有利である。

上記の本発明の無励磁作動型電磁ブレーキにおいては、前記付勢部が前記内側ヨーク部に設けられた中央開口部に内蔵されている、ことが好ましい。

このような構成を有する本発明の無励磁作動型電磁ブレーキにおいては、前記内側ヨーク部の中央開口部を有効利用してそこに前記付勢部が内蔵されていることから、従来の無励磁作動型電磁ブレーキに比べてより一層の小型化が可能である。

本発明によれば、ボルトやカラーを用いないことによって部品点数を減らし、より一層小型化された小型無励磁作動型電磁ブレーキの新規な構造を提供することができる。

本発明の無励磁作動型電磁ブレーキの一実施形態の構造を概略的に示す斜視図である。 図１に示す無励磁作動型電磁ブレーキ１において、Ｘ−Ｘ線で切り欠いた断面構造を示す斜視図である。 図１に示す無励磁作動型電磁ブレーキ１をＸ−Ｘ線断面図である。 図１に示す無励磁作動型電磁ブレーキ１において、制動部８を省略した構造を示す斜視図である。 図１に示す無励磁作動型電磁ブレーキ１におけるアーマチュア１０の上面図である。 従来の無励磁作動型電磁ブレーキの構造を示す概略断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の代表的な実施形態について説明する。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略することもある。また、各図面における各部材の形状や寸法は、実際に本発明の作用効果を奏するための形状や寸法を必ずしも高精度で表していない場合もある。

本実施形態の無励磁作動型電磁ブレーキ１は、図１に示すように、ヨーク２と、励磁コイル４（図２参照）と、制動部８と、アーマチュア１０と、圧縮バネ１２（図３参照）と、を具備する。なお、励磁コイル４は、図２において概略的に示しており、また、通電するための電源に接続されるリード線が接続されているが、図面においては省略している。

本実施形態において、ヨーク２は、鉄等の強磁性体からなり、図２及び図３に示すように、内側ヨーク部２ａと外側ヨーク部２ｂとで構成されたいわゆる２体構造を有する。そして、プレート部６が、内側ヨーク部２ａに間隔をおいて、外側ヨーク部２ｂに一体的に接続され、内側ヨーク部２ａ、外側ヨーク部２ｂ及びプレート部６が基準軸線上に配置されている。内側ヨーク部２ａには励磁コイル４が捲回されており、内側ヨーク部２ａと外側ヨーク部２ｂとの間において励磁コイル４が内蔵された構成を有している。内側ヨーク部２ａと外側ヨーク部２ｂとは、例えば、接着剤等の化学的な連結手段、ボルトとナットの組合せ、又は凹部と凸部の組合せ若しくはこれらと嵌合部との組合せ等の物理的な連結手段、圧入、焼ばめ等、従来公知の接合手段で連結されている。

内側ヨーク部２ａは、図２及び図３に示すように、基準軸（中心軸乃至はモータの回転軸と一致する。）線Ｃに略直交し互いに略平行に対向する外側端面２ａ₁と係合端面２ａ₂とを有しかつフランジ状部分２ａ₃を有する肉厚の筒状部材で構成されている。内側ヨーク部２ａにおいて、基準軸線Ｃ方向に貫通して延びている中央開口部２ｃは、開口径の大きい大径部２ｃ₁と開口径の小径部２ｃ₂とを有し、大径部２ｃ₁と小径部２ｃ₂との間には、アーマチュア１０側に面する段差部２ｄが形成されている。

内側ヨーク部２ａの中央開口部２ｃには、図３に示すように、付勢部である圧縮バネ１２が１つ内蔵されており、この圧縮バネ１２は、段差部２ｄとアーマチュア１０とに挟まれて、アーマチュア１０に対して付勢力を付与しており、組立後の無励磁作動型電磁ブレーキ１においては、アーマチュア１０はこの圧縮バネ１２によって制動部８に押圧されている。なお、図２において圧縮バネ１２は省略されている。

外側ヨーク部２ｂは、図２及び図３に示すように、略筒状であり、より具体的には、内側ヨーク部２ａのフランジ状部分２ａ₃に当接して内側ヨーク部２ａを覆う筒状部材と、図１及び図４に示すように、当該筒状部材のアーマチュア１０側の端部（係合端面）２ｂ₁から基準軸線Ｃ方向上方に延びるように設けられた２つの延設部２ｂ₂と、で構成されており、延設部２ｂ₂の両端には切り欠かれて段差部２ｂ₃が形成されている。

内側ヨーク部２ａに捲回されている励磁コイル４は、図３に示すように、ボビン等には捲回されず、内側ヨーク部２ａを構成する筒状部材に、例えばポリイミドフィルム等の絶縁部１４を介した状態で捲回されている。励磁コイル４を構成する金属線としては、種々の断面を有するものを採用することができるが、捲回密度や第一ヨーク部２ａの筒状部材との接触面積を最大限にして磁気吸引力（高トルク化）を高めることができるという観点から、断面矩形のいわゆる平角線を用いるのが好ましい。

プレート部６は、上記のように内側ヨーク部２ａに対して一定の間隔をおいて外側ヨーク部２ｂに一体的に接続されており、より具体的には、図１に示すように、略円盤状で、外側ヨーク部２ｂの係合端面２ｂ₁に設けられた延設部２ｂ₂の上端部に接続され、外側ヨーク部２ｂに間隔をおいて接続されている。即ち、無励磁作動型電磁ブレーキ１において、プレート部６は、外側ヨーク部２ｂの係合端面２ｂ₁及び内側ヨーク部２ａの係合端面２ａ₂側に対向して配置されている。このようにプレート部６が外側ヨーク部２ｂに間隔をおいて一体的に接続されており、外側ヨーク部２ｂに延設部２ｂ₂及び段差部２ｂ₃が設けられていることから、無励磁作動型電磁ブレーキ１は、外側ヨーク部２ｂの側面上部に、制動部８及びアーマチュア１０を外周側から内周側へ挿入可能な穴部が設けられた構成を有している。

このプレート部６と外側ヨーク部２ｂとの接続は、例えば、プレート部６と外側ヨーク部２ｂとを溶接又はネジ止めで接続することによって得られ、また、プレート部６と外側ヨーク部２ｂとを一体的に成型することによって一体的な構成を採用してもよい。

また、プレート部６においては、図２に示すように、基準軸線Ｃ上においてプレート部６の中心部にはモータの回転軸を挿通するための貫通した円形の開口６ａが形成されており、本発明はこれに限定されるわけではないが、本実施形態におけるこの開口６ａの開口径は内側ヨーク部２ａの中央開口部２ｃの開口径よりも大きい。換言すると、プレート部６は環状構造を有するともいえる。

プレート部６のヨーク２側には、図１〜図４に示すように、基準軸線Ｃ回りに制動部８が設けられている。制動部８は、プレート部６よりも外径が小さい略円盤状であり、基準軸線Ｃ上において制動部８の中心部には、モータの回転軸を挿通するための貫通した矩形の開口８ａが形成されている。本発明はこれに限定されるわけではないが、本実施形態におけるこの開口８ａの開口径は、ヨーク２の中央開口部２ｃの開口径よりも大きくプレート部６の開口６ａの開口径よりも小さい。

次に、内側ヨーク部２ａの係合端面２ａ₂及び外側ヨーク部２ｂの係合端面２ｂ₁と制動部８との間には、図１〜図４に示すように、ヨーク２に対して基準軸線Ｃ回りに回動不能で、かつ、基準軸線Ｃ方向に移動可能に支持されたアーマチュア１０が配置されている。

このアーマチュア１０は、略円盤状に形成された鉄等の強磁性体からなり、基準軸線Ｃ上においてアーマチュア１０の中心部には、モータの回転軸を挿通するための貫通した円形の開口１０ａが形成されている。本発明はこれに限定されるわけではないが、本実施形態におけるこの開口１０ａの開口径は、内側ヨーク部２ａの中央開口部２ｃのうちの段差２ｄより下の部分の径と略一致している。

ここで、図５に示すように、本実施形態のアーマチュア１０は略円盤状の形状を有しているが、外周部において、中心ｃからみて点対称となる２箇所に、角度αの範囲の切欠部１０ｂが設けられている。そして、本実施形態の無励磁作動型電磁ブレーキ１においては、図１及び図４に示すように、基準軸線Ｃ方向からみて、アーマチュア１０の切欠部１０ｂの部分に外側ヨーク部２ｂの延設部２ｂ₂が入り込んでいる。これによってアーマチュア１０は、外側ヨーク部２ｂの穴部の一部に嵌合し、は基準軸線Ｃ回りに回動不能かつ基準軸線Ｃ方向に移動可能に配置されている。

なお、図２及び図３に示すように、ヨーク２における内側ヨーク部２ａの係合端面２ａ₂及び外側ヨーク部２ｂの係合端面２ｂ₁は、略同一の高さを有しており、ヨーク２とプレート部６との間隔（距離）、即ち、内側ヨーク部２ａの係合端面２ａ₂及び外側ヨーク部２ｂの係合端面２ｂとプレート部６との間隔は、制動部８及びアーマチュア１０の厚さ、並びに圧縮バネ１２の圧縮強度等によって、適宜選択される。

このように、本実施形態の無励磁作動型電磁ブレーキ１は、プレート部６がヨーク２の一部に直接接続・固定された構成を有しており、また、アーマチュア１０がヨーク２のうちの外側ヨーク部２ｂに嵌合することにより基準軸線Ｃ回りに回動不能かつ基準軸線Ｃ方向に移動可能に配置されていることから、プレート部６及びアーマチュア１０のヨーク２への固定にボルト及びカラー等の別部材が使用されておらず、部品点数が少なく従来に比べてより一層の小型化が実現されている。

また、本実施形態の無励磁作動型電磁ブレーキ１は、付勢部である圧縮バネ１２が内側ヨーク部２ａの中央開口部２ｃに内蔵されていることから、この点からも、従来の無励磁作動型電磁ブレーキに比べてより一層の小型化が実現されている。このような小型化により、本実施形態の無励磁作動型電磁ブレーキ１においては、励磁コイル４のためにより広いスペースが確保され、これにより、小型化と大磁気吸引力（高トルク化）、低消費電力及び低発熱量とのバランス良い改善が期待される。

更に、本実施形態の無励磁作動型電磁ブレーキ１では、プレート部６及びアーマチュア１０のヨーク２への固定にボルト及びカラー等の別部材が使用されておらず、制動部８のうちのプレート部６及びヨーク２（内側ヨーク部２ａ及び外側ヨーク部２ｂ）と接する部分の面積をより大きくすることができ、大磁気吸引力（高トルク化）も期待される。なお、トルクは、摩擦係数と摩擦面数と押付け荷重と平均摩擦半径との積で表わすことができる。

以上、本発明の無励磁作動型電磁ブレーキの代表的な実施形態について説明したが、本発明はこれらのみに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において種々の設計変更が可能である。

例えば、上記実施形態においては、内側コイルに絶縁部材を介して励磁コイルが捲回されている態様について説明したが、励磁コイルと当該励磁コイルが捲回されたボビン（芯体）とを含むコイル体を、内側コイルと外側コイルとの間に内蔵させても構わない。

また、上記実施形態においては、内側ヨーク部２ａと外側ヨーク部２ｂとが別部材である態様について説明したが、プレート部６と外側ヨーク部２ｂとの接合の仕方を含む無励磁作動型電磁ブレーキの製造方法によっても異なるが、内側ヨーク部２ａと外側ヨーク部２ｂとが一体的な構成を有していてもよい。

本発明の無励磁作動型電磁ブレーキは、小型無励磁作動型電磁ブレーキとして、特にサーボモータやロボット用モータ等の小型モータの無励磁作動型電磁ブレーキとして好適に用いることができる。

１、１００・・・無励磁作動型電磁ブレーキ、
２、１０２・・・ヨーク、
２ａ・・・内側ヨーク部、
２ｂ・・・外側ヨーク部、
４、１０４ｂ・・・励磁コイル、
６・・・プレート部、
８、１０８・・・制動部、
１０、１１０・・・アーマチュア、
１２・・・圧縮バネ、
１０４ａ・・・ボビン、
１０６・・・プレート、
１１２・・・ボルト、
１１４・・・リード線、
１１６・・・カラー。

Claims (3)

1. 励磁コイルを備えた内側ヨーク部と、前記内側ヨーク部を覆う筒状の外側ヨーク部と、前記内側ヨーク部に間隔をおいて設けられ、前記外側ヨーク部に一体的に接続されたプレート部と、をそれぞれ基準軸線上に配置してなるヨークと、
   前記内側ヨーク部と前記プレート部との間において、前記ヨークの基準軸線回りに回動可能に設けられた制動部と、
   前記内側ヨーク部と前記制動部との間において、前記基準軸線回りに回動不能かつ前記基準軸線方向に移動可能に配置されたアーマチュアと、
   前記アーマチュアを前記制動部に対して付勢する付勢部と、
   を具備し、
   前記外側ヨーク部は、前記アーマチュア又は前記制動部を、前記基準軸に直交する方向において当該外側ヨーク部よりも外側から前記基準軸に近付く方向に水平姿勢で挿入可能な穴部を有することを特徴とする無励磁作動型電磁ブレーキ。
2. 前記アーマチュアが前記外側ヨーク部の穴部の一部に嵌合することにより前記基準軸線回りに回動不能かつ前記基準軸線方向に移動可能に配置されている、
   請求項１に記載の無励磁作動型電磁ブレーキ。
3. 前記付勢部が前記内側ヨーク部に設けられた中央開口部に内蔵されている、
   請求項１又は２に記載の無励磁作動型電磁ブレーキ。

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