JP5643537B2 - 制動機能付モータ、及びそれを備えるロボット - Google Patents

Description

本発明は、出力軸を制動するための制動機構を備える制動機能付モータに関する。

従来から、搬送作業や塗装作業等、様々な作業を実施すべく様々な産業用ロボットが使用されており、産業用ロボットの１つとして多関節ロボットが知られている。多関節ロボットは、複数の関節を有し、関節を動かして様々な姿勢をとることができるように構成されている。このように姿勢の変更を可能にする関節には、モータが設けられている。モータは、各関節を作動させるだけでなく、作動する関節を制動する制動機能を有している。制動機能を有するモータとして、例えば特許文献１に開示された主軸制動装置がある。

特許文献１に開示された主軸制動装置では、主軸モータにより回動可能なワーク主軸（出力軸）にブレーキディスク（制動板）が固定されている。ブレーキディスクの両側には、ブレーキパッド（摩擦板）が夫々設けられている。ブレーキパッドは、ばねにより付勢されてブレーキディスクから離されている。また、ブレーキパッドには、ブレーキシリンダが夫々設けられている。ブレーキシリンダは、加圧空気が供給されると、ばねにより離されたブレーキパッドをブレーキディスクに押付けてワーク主軸を制動するようになっている。

特開平６−８０９４号公報

特許文献１に開示された主軸制動装置では、振動等の外力が働いた場合、ばねによりブレーキパッドとブレーキディスクとが離されていても、このばねの付勢力より大きい外力がブレーキパッドに作用することでブレーキパッドが動かされてブレーキディスクに接触することがある。このようなことは、外力に起因する事象だけでなく、主軸制動装置の配置位置によっても生じることがある。例えばブレーキパッドとブレーキディスクとが上下に並ぶように配置された場合、ブレーキパッドが自重によって下がり、常時ブレーキディスクと接触しているという状態になることがある。このように制動中以外では離されて配置されることが好ましいブレーキパッドとブレーキディスクが常時又は頻繁に接触している。塗装作業等を実施するような場合、モータを連続運転する必要があり、ブレーキパッド及びブレーキディスクが常時又は頻繁に接触していると、それらの磨耗が早くなり寿命が短くなる。

そこで本発明は、摩擦板及び制動板の寿命を向上させることができる制動機能付モータを提供することを目的としている。

本発明の制動機能付モータは、固定子と、前記固定子に回動可能に設けられた回転子と、前記回転子の回転軸である出力軸と、前記出力軸を制動するための制動機構と、を備え、前記制動機構は、前記出力軸に、その軸線回りに相対回動不能にかつ前記出力軸の軸線方向に摺動可能に嵌合されたディスクと、前記ディスクの主面に取付けられた摩擦板と、前記摩擦板に対向して前記固定子に配設された制動板と、前進時に前記制動板に前記摩擦板を押付けつけるよう前記ディスクを押圧し、後退時に前記制動板から前記摩擦板が離れるよう前記ディスクへの押圧を解除するように前記出力軸の軸線方向に進退可能な押圧部材と、前記固定子に配設され、外部から入力される制動指令に応じて前記押圧部材を進退させる駆動装置と、弾性変形可能であり、前記押圧部材が後退した状態で、弾性反発力により前記制動板から前記摩擦板が離れるよう前記ディスクの摺動を規制し、前記押圧部材の前進時に該押圧部材による前記ディスクへの押圧により弾性変形して前記制動板への前記摩擦版の押し付けを可能ならしめる規制部材と、を備え、前記規制部材は、円環状に形成され、且つ前記制動板と前記ディスクとの間に介在するように前記出力軸の軸線周りに配置されているものである。

本発明に従えば、駆動装置により押圧部材を後退させることで制動板と摩擦板とが引き離され、出力軸に作用する制動力を解除することができる。この際、規制部材が駆動装置と協働して制動板とディスクとを引離し、摩擦板に制動板が当たらないように摩擦板と制動板との接触を規制している。このように接触を規制することで、制動中以外で摩擦板と制動板とが接触することを防ぐことができる。これにより、摩擦板及び制動板の磨耗量を抑えることができ、摩擦板及び制動板の寿命を向上させることができる。

このように前記摩擦板と前記制動板との接触を規制する規制部材であるが、駆動装置により押付け部材を前進させると、規制部材は、押付部材によりディスクが押圧されて弾性変形し、前記制動板と前記摩擦版との接触を可能ならしめる。つまり、押圧部材が後退している状態では、前記摩擦板と前記制動板との接触を規制するが、押圧部材を前進させると、出力軸を制動させることができるようになっている。これにより、制動時以外では、摩擦板と制動板との接触を規制しつつ、任意に出力軸を制動させることができる。

また本発明では、予め引き離されている制動板とディスクとの間に規制部材を介在させるだけで実現できるので、制動機構の外形寸法を殆ど変えることなく摩擦板及び制動板の寿命を向上させることができる。

上記発明において、前記規制部材は、前記摩擦板より摩擦係数が小さい低摩擦材料から成ることが好ましい。

上記構成に従えば、出力軸の回動中に摩擦板が接触していた場合よりも、出力軸における回動力の損失を低減することができる。つまり、制動機能付モータの出力損失を抑えることができる。

上記発明において、前記規制部材は、前記摩擦板より耐磨耗性が高い材料から成ることが好ましい。

上記構成に従えば、規制部材の磨耗を抑えることができ、摩擦板と制動板との接触をより長く規制することができる。その結果、摩擦板及び制動板の更なる寿命の向上を果たすことができる。

上記発明において、前記押圧部材が制動板として機能し、前記摩擦板は、前記ディスクの両主面に夫々配置され、前記規制部材は、更に前記押圧部材と前記ディスクとの間に介在することが好ましい。

上記構成に従えば、制動力を高めつつ、摩擦板及び制動版の寿命の向上を図ることができる。

本発明のロボットは、前述する何れかの制動機能付モータを備えるものである。

上記構成に従えば、摩擦板及び制動板の寿命が向上したロボットを実現することができる。

本発明によれば、摩擦板及び制動板の寿命を向上させることができる。

本発明の第１実施形態の制動機能付モータを備えるロボットの構成を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態の制動機能付モータの縦断面を示す縦断面図である。 図２の制動機構を拡大し、更に一部切断して示す拡大斜視断面図である。 図２の制動機能付モータが備える制動機構を拡大して示した拡大断面図である。 図４の切断線Ａ−Ａで制動機構を切断して示す拡大断面図である。 制動機構の動きを示す動作図である 本発明の第２実施形態の制動機能付モータの制動機構の一部分の構成及び動作を示す拡大断面図である。 本発明の第３実施形態の制動機能付モータの制動機構を図４の切断線Ａ−Ａと同じところで切断して示す拡大断面図である。

以下では、前述する図面を参照しながら、本発明の実施形態の制動機能付モータ（以下、単に「モータ」ともいう）１を備えるロボット２について説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、以下に説明するモータ１及びロボット２は、本発明の一実施形態に過ぎず、本発明は実施の形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。

＜第１実施形態＞
図１に示すロボット２は、その先端部に塗装用ガンや溶接用ガン等のアタッチメントを取付可能に構成されている。ロボット２は、多関節ロボットであり、後述する制御装置５０が入力された指令やプログラム等に基づいてモータ１を制御して前記アタッチメントを動かすように構成されている。本実施形態において、ロボット２は、図１に示すような６軸ロボットであり、以下でロボット２の構成について説明する。なお、ロボット２は、６軸ロボットに限定されず、水平３軸や垂直３軸等の他の多関節ロボット等であってもよい。また、ロボット２も溶接用や塗装用のものに限定されず、搬送用や取付作業用等のロボットであってもよい。

［ロボット］
ロボット２は、設置場所の床等に固定される基台１１を備えている。基台１１には、旋回体１２が旋回可能に設けられている。旋回体１２は、基台１１に対してＳ軸線（垂直軸線）回りに旋回可能に構成されて、旋回体１２の上部には、第１アーム１３の下端が回動可能に設けられている。第１アーム１３は、旋回体１２に対してＬ軸線（水平軸線）回りに回動可能に構成され、第１アーム１３の上端部には、第２アーム１４の基端部が回動可能に設けられている。第２アーム１４は、第１アーム１３に対してＵ軸線（Ｌ軸線に平行な軸線）回りに回動可能に構成され、第２アーム１４は、Ｒ軸線（Ｕ軸線に直交する軸線）に沿って延在している。

第２アーム１４の先端部には、手首部１５の基端部が回動可能に設けられ、手首部１５は、第２アーム１４に対してＲ軸線回りに回動可能に構成されている。手首部１５は、その基端部に対して先端部１５ａがＢ軸線（Ｒ軸線に直交する軸線）及びＴ軸線（Ｂ軸線に直交する軸線）回りに夫々回動可能に構成されている。このように構成される手首部１５の先端部１５ａには、溶接用ガンや塗装用ガン等のアタッチメントが取り付けられている。

また、ロボット２は、６つのモータ１を備えている。なお、図１では、６つのモータ１に、夫々が設けられる位置に応じて１Ａ〜１Ｆの参照符号を夫々付している。６つのモータ１は、配置位置及び外形寸法等が互いに異なるだけで、略同じ構成を有している。６つのモータ１は、Ｓ、Ｌ、Ｕ、Ｒ、Ｂ及びＴ軸線に対応させて夫々１つずつ設けられ、旋回体１２、第１アーム１３、第２アーム１４及び手首部１５を、対応する軸線回りに夫々回動駆動するように構成されている。以下では、６つのモータ１の構成について具体的に説明する。

［制動機能付モータ］
モータ１は、図２に示すように、基本的に駆動部２０と、制動部３０とを備えている。制動部３０はブレーキで構成されていて、以下では制動部３０が電磁ブレーキで構成されている例を説明する。駆動部２０は、例えば、サーボモータで構成されている。サーボモータとしては、周知のＡＣサーボモータ、ＤＣサーボモータ、ステッピングモータ等を用いることができる。これらの構造は周知であるので、ここでは簡単に説明する。駆動部２０は、ステーターとローター２４とを備えている。駆動部２０は、後述するローターシャフト２３を回動可能に支持するモータケース２１を有している。モータケース２１は、大略的に中空円柱状に形成され、モータケース２１内には、ステーター巻線２２が収容されている。ステーター巻線２２は、大略円筒状に形成され、モータケース２１の内周部に固定されている。モータケース２１とステーター巻き線２２とはステーター（固定子）を構成している。

このステーター巻線２２には、ローター（回転子）２４が挿通されている。ローター２４は、ローターシャフト２３を有している。出力軸であるローターシャフト２３は、モータケース２１の軸線Ｌ１に沿って延在してモータケース２１を貫通している。ローターシャフト２３の両端部は、軸受部材２１ａ，２１ｂによりモータケース２１に支持され、軸線Ｌ１を中心に回動可能に構成されている。また、ローター２４のローターシャフト２３の周囲に位置する部分は、サーボモータの種類に応じて、ローター巻線、永久磁石等で構成されている。この部分は、大略的に円柱状に形成されていて、ローターシャフト２３とステーター巻線２２との間に位置している。

駆動部２０には、さらに、エンコーダ２５が設けられている。エンコーダ２５は、例えば、ローターシャフト２３に設けられたスリット付きのディスク（図示せず）とモータケース２１の外周部に設けられ、このスリットを検出する検出器（図示せず）とを備え、検出器で検出したスリット数等に基づいてローターシャフト２３の角変位量（周方向の位置）を検出する機能を有している。

［電磁ブレーキ］
図２乃至図５を参照しつつ電磁ブレーキ３０の構成を説明する。制動機構である電磁ブレーキ３０は、回動するローターシャフト２３を制動可能に構成され、モータケース２１内に収容されている。電磁ブレーキ３０は、インナードライバー３１を有している。インナードライバー３１は、大略円筒状に形成され、その内孔にはローターシャフト２３が挿通されている。インナードライバー３１及びローターシャフト２３は、互いにキー３２により結合され、互いにトルク伝達が可能に構成されている。

また、インナードライバー３１の外周部には、ディスク３３が設けられている。ディスク３３は、略円環板状に形成されており、ディスク３３は、インナードライバー３１に同軸状に嵌合されている。ディスク３３とインナードライバー３１とは、相対回動不能であって、且つ軸線Ｌ１に沿って相対変位（摺動）可能にスプライン結合されている。本実施形態において、インナードライバー３１及びディスク３３のスプラインの形状は、角形スプラインである。しかし、前記スプラインの形状は、角形スプラインに限らず、インボリュートスプラインであってもよい。また、インナードライバー３１の少なくとも一部が角ハブで、この角ハブにディスク３３を相対回動不能に嵌合させてもよい。なお、インナードライバー３１及びディスク３３の軸線は、ローターシャフト２３の軸線Ｌ１に略一致している。

ディスク３３の両主面３３ａ，３３ｂには、摩擦板３４，３５がそれぞれ設けられている。摩擦板３４、３５は、略円環板状で略同一の形状に形成され、摩擦板３４，３５は、その内径がディスク３３の内径より大きく、そして外径がディスク３３の外径より小さく形成されている。このように形成された摩擦板３４，３５は、それらの軸線が軸線Ｌ１に略一致するように両主面３３ａ，３３ｂにそれぞれ取り付けられている。

そして、摩擦板３４，３５に夫々対向するように制動板としてのサイドプレート３６及び押圧部材としてのアーマチュア３７が配設されている。サイドプレート３６及びアーマチュア３７は、大略円環板状に形成され、それらの軸線が軸線Ｌ１に略一致するように配置されている。サイドプレート３６は、ディスク３３の一方の主面３３ａ（図２の左側の主面）に設けられている摩擦板３４に対向するように位置し，アーマチュア３７は、ディスク３３の他方の主面３３ｂ（図２の右側の主面）に設けられている摩擦板３５に対向するように位置している。それ故、サイドプレート３６及びアーマチュア３７は、軸線Ｌ１に平行な方向に互いに離れており、それらの間にディスク３３が配置されている。

また、アーマチュア３７の背後には、フィールド（フィールドコア）３８が設けられている。フィールド３８は、大略的に円筒状に形成され、その内径及び外径がアーマチュア３７の内径及び外径と略一致している。フィールド３８は、フィールド３８の一端部（図２の右端）がモータケース２１のエンコーダ側の端部に固定されている。そして、フィールド３８の他端部に、互いの軸線が略一致するようにアーマチュア３７が配置されている。

さらに、フィールド３８の外周部には、複数のばね収容空間（例えば、３つのばね収容空間）３８ａが形成されている。ばね収容空間３８ａは、アーマチュア３７の方に開口しており、フィールド３８に周方向に略等間隔で配置されている。ばね収容空間３８ａには、圧縮コイルばね３９が収容されている。押付部材である圧縮コイルばね３９は、アーマチュア３７に常時当接しており、アーマチュア３７を摩擦板３５の方に向かって付勢している。

また、フィールド３８内には、大略円環状のコイル収容空間３８ｂを有しており、コイル収容空間３８ｂは、フィールド３８のアーマチュア３７側の端面に形成されている開口３８ｃにより開放されている。つまり、フィールド３８の周方向に直交する断面は、Ｕ字状に形成されている。このコイル収容空間３８ｂの開口３８ｃを覆うようにアーマチュア３７が配置されており、このように覆われたコイル収容空間３８ｂには、略円環状に形成されたコイル４０が収容されている。アーマチュア３７は、磁性材料により構成されている。励磁部であるコイル４０は、通電されるとフィールド３８を励磁する。これにより、フィールド３８は、圧縮コイルばね３９の付勢力に抗する磁力を発生してアーマチュア３７を吸着し、アーマチュア３７をサイドプレート３６から遠ざける。コイル４０、フィールド３８、及び圧縮コイルバネ３７が、押圧部材であるアーマチュア３７の駆動装置を構成している。

アーマチュア３７の外周部には、複数の貫通孔が形成されていて、この複数の貫通孔に複数のカラー（例えば、３つのカラー）４１が軸線方向に相対変位可能にそれぞれ挿通されている。カラー４１は、略円筒状に形成され、アーマチュア３７の周方向に等間隔で配置されている。カラー４１の一端部は、サイドプレート３６に当接し、他端部は、フィールド３８に当接している。つまり、カラー４１は、サイドプレート３６とフィールド３８との間に介在するようには配置されている。このように配置されたカラー４１には、締結部材４２が挿通されており、フィールド３８とサイドプレート３６とが締結部材４２によって締結されている。これにより、サイドプレート３６とフィールド３８との間には、カラー４１が介在するように固定され、サイドプレート３６とフィールド３８とがカラー４１の長さだけ離して配置されている。また、サイドプレート３８が、カラー４１、締結部材４２、及びフィールド３８を介してモータケース２１に固定されている。更に、アーマチュア３７は、このように介在するカラー４１に案内されてカラー４１の軸線方向にスライド移動可能に構成されている。

電磁ブレーキ３０は、更に規制部材としての第１規制リング４３及び第２規制リング４４を備えている。第１規制リング４３及び第２規制リング４４は、摩擦板３４，３５より摩擦係数が小さくて耐磨耗性が高く、且つ弾性変形可能な材料により構成されている。具体的には、第１規制リング４３及び第２規制リング４４は、例えばフッ素系ゴムやテフロン（登録商標）樹脂等によって構成されている。

そして、第１規制リング４３及び第２規制リング４４は、略円環板状に形成されていて、ディスク３３の両主面３３ａ，３３ｂに摩擦板３４，３５より外側に位置するようにそれぞれ取り付けられている。

また、第１規制リング４３及び第２規制リング４４は、摩擦板３４，３５より厚く形成されていて、サイドプレート３６及びアーマチュア３７に夫々当接している。つまり、第１規制リング４３は、ディスク３３とサイドプレート３６との間、第２規制リング４４は、ディスク３３とアーマチュア３７との間に介在している。このように２つの構成の間に夫々介在する第１規制リング４３及び第２規制リング４４は、弾性変形可能な材料から成っているので、アーマチュア３７が圧縮コイルばね３９により付勢されると圧縮変形する。なお、第１規制リング４３及び第２規制リング４４は、摩擦板３４，３５が夫々サイドプレート３６及びアーマチュア３７に接触しない限り、サイドプレート３６及びアーマチュア３７との間に夫々隙間を有していてもよい。

［制御装置］
制御装置５０は、例えば、ＣＰＵ（図示せず）、制御プログラム等を記憶するメモリ（図示せず）、及び指令等を入力可能な入力手段（図示せず）を有している。制御部５０には、エンコーダ２５からモータ１（ローターシャフト２３）の角変位量（位置）が入力される。制御部５０は、これらの入力に基づいて制御プログラム等を実行することにより、電磁ブレーキ３０のコイル４０、モータ１の駆動部２０等の動作を駆動回路（図示せず）等を介して制御する。

このように構成された制御装置５０を備えるロボット２では、制御装置５０がプログラムに応じてモータ１Ａ〜１Ｆを夫々制御して旋回体１２、アーム１３，１４及び手首部１５を動かし、アタッチメントを所定位置まで移動させる。

［モータの動作等］
以下では、制御装置５０により制御されるモータ１の動作等を、図２乃至図６を参照しながら説明する。

まず、制御装置５０が、モータ１を動作させる場合を説明する。この場合、制御装置５０は、まず制御信号を駆動回路に流して電磁ブレーキ３０の制動を解除すべくコイル４０に所定の電流を流す。すると、圧縮コイルばね３９の押付力に抗するような磁力がアーマチュア３７に作用し、アーマチュア３７がフィールド３８に吸着される。これにより、アーマチュア３７がサイドプレート３６から遠ざかり、摩擦板３４，３５がサイドプレート３６及びアーマチュア３７から離れる。これによりディスク３３が回動可能になり、制動が解除される（図６の（ａ）参照）。

このアーマチュア３７がサイドプレート３６から遠ざかる過程において、第１規制リング４３及び第２規制リング４４は、制動時の圧縮変形されていた状態から弾性復帰していき、元の形状の状態、つまり摩擦板３４，３５よりも厚い状態へと戻っていく。元の形状に戻った第１規制リング４３及び第２規制リング４４は、その弾性反発力によりアーマチュア３７及びサイドプレート３６に対するディスク３３の相対変位を規制する。これより、振動等やロボット２の稼動時の慣性力等の外力によりディスク３３がアーマチュア３７又はサイドプレート３６の方に向かって動くことを防ぐことができる。このように第１規制リング４３及び第２規制リング４４がディスク３３の突発的な相対変位を防ぐことで、制動中以外に摩擦板３４，３５がサイドプレート３６やアーマチュア３７に当接することを防ぐことができる。これにより、制動中以外に摩擦板３４，３５がサイドプレート３６やアーマチュア３７に頻繁に当たることを防ぐことができ、摩擦板３４，３５、サイドプレート３６及びアーマチュア３７の寿命を向上させることができる。また、摩擦板３４，３５がサイドプレート３６やアーマチュア３７に頻繁に当たることで生じる騒音を防ぐことができる。一方、第１規制リング４３及び第２規制リング４４は、回転しながらサイドプレート３６やアーマチュア３７に接触するが、摩擦係数が小さい材料で構成されているので、自身の磨耗やサイドプレート３６及びアーマチュア３７の磨耗を防止することができる。

また、ロボット２の第２アーム１４や手首部１５に設けられるモータ１は、ロボット２の姿勢によって様々な向きに位置することがあり、その向きによりディスク３３、サイドプレート３６及びアーマチュア３７に係る重力の向きが異なる。この重力による影響が大きいのが、ディスク３３、サイドプレート３６及びアーマチュア３７が上下方向に並ぶ場合であり、このような場合、ディスク３３が自重により下方に下がる。従来技術のような構造を採用した場合、ブレーキパッドが下方に下がることでブレーキパッドとブレーキディスクとが常時接触し、制動中以外でもブレーキパッドが磨耗してしまい寿命が短くなってしまう。特に、塗装ロボットの場合、ヘビーデューティであるので、この傾向が顕著に現れる。これに対して本実施形態では、ディスク３３が自重により下がってきても、ディスク３３が第１規制リング４３又は第２規制リング４４により支えられ、摩擦板３４又は摩擦板３５がサイドプレート３６又はアーマチュア３７に対し間隔を保つことができる。それ故、モータ１が動作している間に、摩擦板３４，３５がサイドプレート３６又はアーマチュア３７に常時接触することを防ぐことができる。これにより、摩擦板３４，３５の磨耗を抑え、寿命を向上させることができる。

更に、従来技術のような構造を適用した場合、常時ブレーキディスクに接触している２つのブレーキパッドが、常に均等な力でブレーキディスクに接触しているわけではないので、片側のブレーキパッドだけが磨耗するということがある。このように片側のブレーキパッドだけが磨耗する場合、片方のブレーキパッドの制動性能が大きく下がってしまい。所望の制動性能が得られない場合がある。しかし、本実施形態では、第１規制リング４３及び第２規制リング４４により２つの摩擦板３４，３５のうち片方だけが磨耗するという事態を防ぐことができるので、片方だけが大きく磨耗して制動性能が大きく低下するということを防ぐことができる。

また、第１規制リング４３及び第２規制リング４４は、ディスク３３の相対変位を規制するためにモータ１の駆動中もサイドプレート３６及びアーマチュア３７に接触するが、摩擦板３４，３５よりも摩擦係数が小さいので、摩擦板３４が接触する場合よりも出力損失を抑えることができる。

そして、電磁ブレーキ３０の制動が解除されると、制御装置５０は、制御プログラムに従って、エンコーダ２５から入力される角変位量に基づきモータ１の駆動部２０を動作させる。

次に、制御装置５０がモータ１を制動する場合を説明する。この場合、制御装置５０は、電磁ブレーキ３０のコイル４０に流す電流を適宜小さくする。すると、フィールド３８の磁力が小さくなり、圧縮コイルばね３９の付勢力によってアーマチュア３７がディスク３３の方に押される。押されたアーマチュア３７は、カラー４１により案内されてディスク３３の方に移動する。これにより、ディスク３３が、第２規制リング４４を介してアーマチュア３７によりサイドプレート３６の方に押されてインナードライバー３１上を移動し、第１規制リング３４を押圧する。これにより、第１規制リング３４が弾性変形して圧縮されて、ディスク３３の摩擦板３４がサイドプレート３６に押し付けられる。このようにして、サイドプレート３６に摩擦板３５がアーマチュア３７を介して圧縮コイルばね３９により押し付けられる。この際、第２規制リング４４は、第１規制リング４４と同様にディスク３３とアーマチュア３７とにより圧縮されて弾性変形し、それによって、アーマチュア３７がディスク３３の摩擦板３５に押し付けられる。

このように、サイドプレート３６及びアーマチュア３７が摩擦板３４，３５に相対的に押し付けられることで、ディスク３３が制動される。ディスク３３は、インナードライバー３１に相対回動不能にスプライン結合され、またインナードライバー３１は、ローターシャフト２３に相対回動不能に取り付けられている。それ故、ディスク３３を制動することでローターシャフト２３が制動される。ローターシャフト２３の制動力は、圧縮コイルばね３９の付勢力とコイル４０に流す電流の大きさに応じて決まり、制御装置５０は、エンコーダ２５からのローターシャフト２３の位置に応じてコイル４０に流す電流を制御し、ローターシャフト２３がプログラムに規定される所定位置で止まるようにローターシャフト２３の制動力を調整する。なお、電磁ブレーキ３０がロック用ブレーキとして用いられる場合には、制御装置５０は、電磁ブレーキ３０の制動を解除するときには、コイル４０に所定の電流を流し、電気ブレーキ３０の制動を効かすときにはコイル４０の電流をゼロにする。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態のモータ１０１の構成は、第１実施形態のモータ１の構成を変形したものである。以下では、第２実施形態のモータ１０１の特有の構成についてだけ説明し、第１実施形態のモータ１と同じ構成については、同一の符合を付して説明を省略する。後述する第３実施形態のモータ２０１についても同様である。

モータ１０１の電磁ブレーキ１３０では、図７に示すように、ディスク３３の一方主面３３ａにだけ摩擦板３４が設けられている。他方、ディスク３３の他方の主面３３ｂには、何も設けられていない。そして、ディスク３３には、更に、規制部材としてのガタつき防止ばね１４４が設けられている。このガタつき防止ばね１４４に付勢されて、ディスク３３の他方の主面３３ｂがアーマチュア３７に当接している。ガタつき防止ばね１４４は、Ｕ字状に形成されており、２つの取付部１４４ａ，１４４ｂとアーチ部１４４ｃとを有している。２つの取付部１４４ａ，１４４ｂは、互いに離れて形成され、アーチ部１４４ｃは、２つの取付部１４４ａ，１４４ｂを繋ぐように形成されている。また、アーチ部１４４ｃは、一方の取付部１４４ａの方が他方の取付部１４４ｂより高く（又は低く）なるように傾斜しており、弾性変形可能に構成されている。

このように構成されるガタつき防止ばね１４４は、インナードライバー３１のスプライン溝間の歯３１ａにアーチ部１４４ｃがスプライン溝の延在方向に延在するように取り付けられている。ガタつき防止ばね１４４は、一方の取付部１４４ａがアーマチュア３７側に位置するように取り付けられている。このように取り付けられたガタつき防止ばね１４４は、少しだけ弾性変形した状態でアーチ部１４４ｃの一部がインナードライバー３１とディスク３３との間に入り込んでいる。このように入り込んだガタつき防止ばね１４４は、アーチ部１４４ｃが傾斜しているため、ディスク３３をアーマチュア３７の方へと付勢して摩擦板３４をサイドプレート３６から離している。なお、アーマチュア３７は固定され、ディスク３３は回転しているので、アーマチュア３７とディスク３３との間ですべりが生じる。そのため、アーマチュア３７及びディスク３３の何れか一方に低摩擦材料から成るシールを設ける等して、それらの間に前記シールを介在させることが好ましい。

そして、電磁ブレーキ１３０の制動が解除された状態では、アーマチュア３７がフィールド３８に吸着されているため、摩擦板３４はサイドプレート３６と離隔している。しかし、ガタつき防止ばね１４４がディスク３３の相対変位を規制しているので、ディスク３３のガタつきを防止し、ガタつきによって生じる騒音を防止することができる。また、モータ１０１の駆動中に、ディスク３３がガタついて摩擦板３４がサイドプレート３６に接触することがなく、摩擦板３４の磨耗を抑制することができる。これにより、摩擦板３４の磨耗を抑え、寿命を向上させることができる。

一方、電磁ブレーキ１３０の制動時には、フィールド３８の磁力が減少してアーマチュア３７が圧縮コイルばね３９により押圧される。すると、ガタつき防止ばね１４４が、アーチ部１４４ｃの傾斜が減少するように弾性変形して、ディスク３３がサイドプレート３６の方へと移動する。これにより、摩擦板３４がサイドプレート３６に接触し、ローターシャフト２３を制動する。

このように第２実施形態のモータ１０１は、第１実施形態のモータ１と同様の効果を奏する。

＜第３実施形態＞
第３実施形態のモータ２０１の電磁ブレーキ２３０では、図８に示すように摩擦板２３４が４つのパッド２３４ａに分割されている。４つのパッド２３４ａは、円弧状で略同一の形状に形成され、周方向に等間隔をあけてディスク３３の一方の主面３３ａに取り付けられている。それ故、摩擦板２３４は、大略的に円環状に形成されている。

また、ディスク３３の一方の主面３３ａには、第１規制リング２４３が設けられている。第１規制リング２４３もまた４つのブロック２４３ａに分割されている。この４つのブロック２４３ａは、円弧状で略同一形状に形成され、周方向に等間隔をあけてディスク３３の一方の主面３３ａに取り付けられている。このようにして構成される第１規制リング２４３は、大略的に円環状に形成され、その外径が摩擦板２３４の内径より小さくなっている。それ故、第１規制リング２４３は、摩擦板２３４よりも半径方向内側に配置される。

このように摩擦板２３４を第１規制リング２４３より外側に形成することで、摩擦板２３４の表面面積を大きくすることができる。これにより、同じ制動力であっても、摩擦板２３４が外側に形成される方が摩擦板２３４に作用する面圧が小さくなり、摩擦板２３４の磨耗を抑えることができる。逆に、第１実施形態のように第１規制リング２４３を外側に形成すると、第１規制リング２４３の表面面積を大きくすることができる。これにより、第１規制リング２４３の磨耗を抑えることができる。

なお、他方の主面３３ｂにも、摩擦板２３４及び第１規制リング２４３と同様の構成（つまり、摩擦板及び第２規制リング）が取り付けられている。これらの構成は、一方の主面３３ａか他方の主面３３ｂかという点で異なるだけで、その他の配置位置や構造については、略同じである。他方の主面３３ｂにも設けられる摩擦板及び第２規制リングの説明については省略する。

このように構成された第３実施形態のモータ２０１は、第１実施形態のモータ１と同様の効果を奏する。

＜その他の実施形態＞
第１実施形態及び第２実施形態のモータ１，１０１では、規制リング４３，４４及びガタつき防止ばね１４４が個別に設けられているが、それらの両方の構成をディスク３３に設けてもよい。この場合、がたつき防止ばね１４４によりディスク３３をアーマチュア３７及びサイドプレート３６のいずれの方に付勢させておけばよい。

また、第１乃至第３実施形態のモータ１，１０１，２０１の電磁ブレーキ３０，１３０，２３０において、摩擦板３４，３５，２３４は、大略円環状に形成されているが、中空の正方形や矩形であってもよい。また摩擦板２３４のように複数のパッドに分割してもよい。このパッドの形状についても円弧状に限定されず、正方形や矩形、多角形であってもよい。

制動部３０は、ブレーキであればよく、電磁ブレーキには限定されない。例えば、油圧ブレーキ、エアブレーキ等の流体ブレーキで構成してもよい。

本発明の制動機能付きモータは、ロボット等のサーボモータ等として有用である。

本発明のロボットは、摩擦板及び制動板の寿命を向上可能な制動機能付モータを備えるロボットとして有用である。

１，１０１，２０１ モータ
２ ロボット
２３ ローターシャフト
３０，１３０，２３０ 電磁ブレーキ
３３ ディスク
３４，２３４ 摩擦板
３５ 摩擦板
３６ サイドプレート
３７ アーマチュア
４０ コイル
４３，２４３ 第１規制リング
４４ 第２規制リング
５０ 制御装置
１４４ つき防止ばね

Claims (5)

1. 固定子と、前記固定子に回動可能に設けられた回転子と、前記回転子の回転軸である出力軸と、前記出力軸を制動するための制動機構と、を備え、
   前記制動機構は、
   前記出力軸に、その軸線回りに相対回動不能にかつ前記出力軸の軸線方向に摺動可能に嵌合されたディスクと、
   前記ディスクの主面に取付けられた摩擦板と、
   前記摩擦板に対向して前記固定子に配設された制動板と、
   前進時に前記制動板に前記摩擦板を押付けつけるよう前記ディスクを押圧し、後退時に前記制動板から前記摩擦板が離れるよう前記ディスクへの押圧を解除するように前記出力軸の軸線方向に進退可能な押圧部材と、
   前記固定子に配設され、制動時及び制動解除時に前記押圧部材を進退させる駆動装置と、
   弾性変形可能であり、前記押圧部材が後退した状態で、弾性反発力により前記制動板から前記摩擦板が離れるよう前記ディスクの摺動を規制し、前記押圧部材の前進時に該押圧部材による前記ディスクへの押圧により弾性変形して前記制動板への前記摩擦板の押し付けを可能ならしめる規制部材と、を備え、
   前記規制部材は、円環状に形成され、且つ前記制動板と前記ディスクとの間に介在するように前記出力軸の軸線周りに配置されている、制動機能付モータ。
2. 前記規制部材は、前記摩擦板より摩擦係数が小さい低摩擦材料から成る、請求項１に記載の制動機能付モータ。
3. 前記規制部材は、前記摩擦板より耐磨耗性が高い材料から成る、請求項１又は２に記載の制動機能付モータ。
4. 前記押圧部材が前記制動板として機能し、
   前記摩擦板は、前記ディスクの両主面に夫々配置され、
   前記規制部材は、更に前記押圧部材と前記ディスクとの間に介在する、請求項１乃至３の何れか１つに記載の制動機能付モータ。
5. 前記１乃至４の何れか１つに記載の制動機能付モータを備えるロボット。

Images