JP7161944B2 - 制動力調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、ブレーキトルクを発生させる永久磁石の位置を変えてブレーキトルクの大きさを変える制動力調整装置に関する。

従来、永久磁石の磁気吸引力で回転部材にブレーキトルクを付与する装置としては、例えば特許文献１に記載された制動力付与装置がある。
この特許文献１に開示された制動力付与装置は、制動対象の回転軸に設けられた円板と、この円板の一方の面と対向する複数の第１の永久磁石と、この円板の他方の面と対向する複数の第２の永久磁石とを備えている。複数の第１および第２の永久磁石は、それぞれ極性が円板の周方向に交互に変わるように円板の周方向に並べられている。

特許文献１に示す制動力付与装置においては、第１の永久磁石と第２の永久磁石との間で円板が回転して磁束を横切ることによって、円板にブレーキトルクが作用する。そして、この制動力付与装置においては、第１の永久磁石と第２の永久磁石とのうちいずれか一方を他方に対して回転軸を中心にして回すことによって、円板に作用するブレーキトルクの大きさが変化する。

この種の制動力付与装置においては、ブレーキトルクが所望の大きさになるように第１の永久磁石に対する第２の永久磁石の位置を設定した後は、電力を使用することなく一定のブレーキトルクが発生する。このため、この制動力付与装置は、電力を供給し難い回転体や運動部に搭載されることが多い。

特許第２８８７３３８号公報

特許文献１に記載された制動力付与装置は、ブレーキトルクの大きさを遠隔操作で調整することができないという問題があった。

本発明の目的は、ブレーキトルクの大きさを遠隔操作で調整可能な制動力調整装置を提供することである。

この目的を達成するために、本発明に係る制動力調整装置は、制動の対象となる回転軸と、前記回転軸と一体に回転するヒステリシス板および前記ヒステリシス板に磁気的に接続された制動部材を有し、前記制動部材が前記回転軸と同一軸線上で回ることにより前記ヒステリシス板に作用するブレーキトルクが変化するヒステリシスブレーキと、ステッピングモータを動力源として前記制動部材の回転方向の位置を変える駆動装置と、前記制動部材の回転方向に列をなして所定の間隔で並ぶ複数の位置であって、前記列の一端から他端に向かうにしたがって回転中心からの距離が連続的に変化する位置にそれぞれ設けられた位置検出用の永久磁石と、前記永久磁石を検出する磁気センサーと、前記ステッピングモータおよび前記磁気センサーに接続された制御装置とを備え、前記制御装置は、前記磁気センサーの検出信号に基づいて前記制動部材の回転方向の現在の位置を検出する位置検出部と、目標とするブレーキトルクが生じる、前記制動部材の回転方向の目標位置を求める目標設定部と、前記現在の位置が前記目標位置と一致するように前記駆動装置の動作を制御する動作制御部とを有しているものである。

本発明は、前記制動力調整装置において、前記目標設定部は、ブレーキトルクを前記制動部材の回転方向の位置に割り付けたマップを有し、前記目標位置は、前記マップから読み出した、前記目標とするブレーキトルクと対応する前記制動部材の回転方向の位置であってもよい。

本発明は、前記制動力調整装置において、前記目標設定部は、ブレーキトルクに対応する前記制動部材の回転方向の位置が得られる関数を用いて前記目標とするブレーキトルクから前記目標位置を演算によって求める演算部を有していてもよい。

本発明は、前記制動力調整装置において、さらに、前記制動部材を制動する摩擦ブレーキを備え、前記制動部材は、前記駆動装置によって駆動されることにより前記摩擦ブレーキの制動力に抗して回るものであってもよい。

本発明は、前記制動力調整装置において、前記制動部材は、前記ヒステリシス板と同一軸線上に位置付けられているとともに、前記ヒステリシス板とは反対側の端部に内歯車を有し、前記駆動装置は、前記内歯車に噛合して前記内歯車を駆動する歯車を有し、前記位置検出用の永久磁石と前記磁気センサーは、前記回転軸の軸線方向において前記内歯車と重なる位置に配置されていてもよい。

本発明においては、磁気センサーが制動部材の永久磁石を検出することにより現在の制動部材の回転方向の現在の位置を特定することができる。制御装置は、この現在の位置が目標位置と一致するように、駆動装置の動作を制御する。このため、制御装置に目標とするブレーキトルクを入力することによって、ヒステリシスブレーキで生じる実際のブレーキトルクが目標とするブレーキトルクになる。
このため、制動部材の回転方向の位置、すなわちブレーキトルクの大きさを遠隔操作によって変えることができる。
したがって、本発明によれば、ブレーキトルクの大きさを遠隔操作で調整可能な制動力調整装置を提供することができる。

本発明に係る制動力調整装置の要部の断面図である。 固定ベースを後側から見た背面図である。 制動部材の断面図である。 可動ベースの前側から見た正面図である。 可動ベースの後側から見た背面図である。 従動部材の後側から見た背面図である。 駆動装置の後側から見た断面図である。 従動部材と駆動装置の斜視図である。 従動部材と駆動装置の一部を拡大して示す斜視図である。 駆動装置の後側から見た背面図である。 駆動装置の前側から見た正面図である。 制御装置の構成を示すブロック図である。 制御装置の変形例の構成を示すブロック図である。

以下、本発明に係る制動力調整装置の一実施の形態を図１～図１３を参照して詳細に説明する。
＜制動力調整装置の概略の説明＞
図１に示す制動力調整装置１は、ハウジング２と、このハウジング２の一端（図１においては左端）から図１において左方に突出する、制動対象としての回転軸３と、ハウジング２内に収容されたヒステリシスブレーキ４と、ハウジング２の他端部に取付けられたステッピングモータ５などを備えている。この制動力調整装置１は、詳細は後述するが、ヒステリシスブレーキ４によって回転軸３を制動し、回転軸３に付与されるブレーキトルクの大きさをステッピングモータ５によって調整する装置である。以下においては、便宜上、ハウジング２から回転軸３が突出する方向を制動力調整装置１の前方とし、この方向とは反対方向を制動力調整装置１の後方として説明する。

ハウジング２は、複数の部材を組み合わせて前後方向を軸線方向とする円柱状に形成されている。ハウジング２を構成する複数の部材とは、前端部に位置する円板状の固定ベース６と、後端部に位置する円板状のモータ取付板７と、これらの固定ベース６とモータ取付板７との間に挟まれた円筒状のケース８である。これらの部材は、ハウジング２の外周部で前後方向に延びる複数の固定用ボルト９によって互いに結合されている。固定用ボルト９は、固定ベース６の外周部の貫通孔６ａと、ケース８の貫通孔８ａとに通されてモータ取付板７のねじ孔７ａに螺着されている。

この実施の形態による固定ベース６は、固定用ボルト９とは別の複数のベース固定用ボルト１０によってケース８に取付けられている。固定用ボルト１０は、固定ベース６の貫通孔６ｂに通されてケース８のねじ孔８ｂに螺着されている。
固定ベース６の外周部には、図２に示すように、貫通孔６ａと貫通孔６ｂの他に、この制動力調整装置１を図示していない支持体（図示せず）に取付ける取付用ボルトを通すための複数の貫通孔６ｃが穿設されている。

ケース８の前後方向の中央部には、後側が前側より小径に形成されて環状の段部１１が設けられている。この段部１１には、前側から円環板状の受圧板１２が重ねられている。受圧板１２は、ケース８の、段部１１より前側の内周面に嵌合し、ケース８から径方向の内側に突出する固定用ねじ１３によってケース８に固定されている。

＜回転軸の説明＞
回転軸３は、ハウジング２の固定ベース６を前後方向に貫通し、固定ベース６に二つの前側軸受１４を介して回転自在に支持されている。前側軸受１４は、固定ベース６の軸心部の貫通孔１５に嵌合して固定ベース６に支持されている。
回転軸３の前端部には、図示してはいないが、被制動用の部材が接続されている。被制動用の部材は、例えばリールやボビンなどである。これらのリールやボビンは、テープやケーブル、糸などの長尺材料が巻き付けられており、この長尺材料が引かれて消費されることによって回転する。
この実施の形態による制動力調整装置１は、この被制動用の部材が回転するときにブレーキトルクを付与するとともに、このブレーキトルクを調整して長尺材料の張力を調整する。

回転軸３におけるハウジング２内に挿入された後端部には、二つの後側軸受１６が取付けられている。これらの後側軸受１６は、後述する可動ベース１７を回転自在に支持するためのものである。回転軸３における後側軸受１６と固定ベース６との間の部位にはハブ１８を介してヒステリシス板１９が取付けられている。ハブ１８は回転軸３に圧入によって固定されている。ヒステリシス板１９は、円環状に形成されてハブ１８に嵌合し、図示していない取付用ボルトによってハブ１８に固定されている。
ヒステリシス板１９は、後述するヒステリシスブレーキ４の一部を構成するものである。このヒステリシス板１９の前端面２１は、固定ベース６の後端面２２に所定の間隔をおいて対向している。

＜固定ベースの説明＞
固定ベース６の後端面２２には、図２に示すように、複数の第１の永久磁石２３がそれぞれ固着されている。これらの第１の永久磁石２３は、固定ベース６の周方向（ヒステリシス板１９の回転方向）に並ぶ状態で固定ベース６の後端面２２に接着剤（図示せず）によって固定されている。これらの第１の永久磁石２３の磁極２３ａは、回転軸３の軸線方向において、第１の永久磁石２３の両端部に設けられている。この磁極２３ａの極性は、固定ベース６の周方向に交互に変えられている。

＜可動ベースの説明＞
可動ベース１７は、図３～図５に示すように、円板状に形成されており、軸心部に位置する円筒部２４と、この円筒部２４の前端から径方向の外側に延びる環状の円板部２５とを有している。円筒部２４の中には、図１に示すように後側軸受１６が嵌合する。可動ベース１７は、回転軸３との間に後側軸受１６が介在することによって、回転軸３に対して前側に移動することができないように回転軸３に支持されている。

円板部２５の前端面２６には、図４に示すように、複数の第２の永久磁石２７がそれぞれ固着されている。これらの第２の永久磁石２７は、可動ベース１７の周方向（ヒステリシス板１９の回転方向）に並ぶとともに上述した第１の永久磁石２３と対向する状態で可動ベース１７の前端面２６に接着剤（図示せず）によって固定されている。これらの第２の永久磁石２７の磁極２７ａは、回転軸３の軸線方向において、第２の永久磁石２７の両端部に設けられている。この磁極２７ａ極性は、可動ベース１７の周方向に交互に変えられている。

第２の永久磁石２７の磁束と、第１の永久磁石２３の磁束は、それぞれヒステリシス板１９を含む磁気回路を通る。このため、固定ベース６と可動ベース１７は、それぞれヒステリシス板１９に磁気的に接続されることになる。これらの第１および第２の永久磁石２３，２７と、ヒステリシス板１９とによって、ヒステリシスブレーキ４が構成されている。このヒステリシスブレーキ４のブレーキトルクは、第１の永久磁石２３と第２の永久磁石２７とが回転軸３の軸線方向から見て同一の位置であって、これらの第１および第２の永久磁石２３，２７の互いに対向する磁極２３ａ，２７ａの極性が一致した状態で最大になる。

すなわち、第１の永久磁石２３のＮ（Ｓ）極と、第２の永久磁石２７のＮ（Ｓ）極とが互いに対向するときにブレーキトルクが最大になる。このブレーキトルクは、上述したようにブレーキトルクが最大になる位置から第２の永久磁石２７が第１の永久磁石２３に対して可動ベース１７の周方向に変位することにより減少する。そして、このブレーキトルクは、第１の永久磁石２３と第２の永久磁石２７とが回転軸３の軸線方向から見て同一の位置であって、これらの第１および第２の永久磁石２３，２７の異なる極性の磁極２３ａ，２７ａどうしが対向する状態で最小になる。

円板部２５の後端面３１には、図５に示すように、３本のガイドピン３２が回転軸３の軸線方向に延びる状態で立設されているとともに、６つの円形の穴３３が開口している。これらの穴３３には圧縮コイルばね３４（図１参照）が挿入されている。ガイドピン３２は、円板部２５の後方近傍に位置する押圧板３５（図１参照）を前後方向に移動自在に支持するもので、押圧板３５のピン孔３５ａに移動自在に嵌合している。押圧板３５は、円板部２５と外径が等しい円環状に形成されており、中空部内に円筒部２４が挿入された状態でガイドピン３２を介して円板部２５に移動自在に支持されている。受圧板１２の内周部であって前側には摩擦板３６が固着されている。摩擦板３６は、押圧板３５と対向している。

円板部２５の穴３３に挿入された圧縮コイルばね３４は、押圧板３５を後方に向けて付勢し、押圧板３５を受圧板１２の摩擦板３６に押し付けている。この圧縮コイルばね３４と、押圧板３５と、摩擦板３６と、受圧板１２は、可動ベース１７が回転軸３を中心にして回る回転を規制する摩擦ブレーキ３７を構成している。
円筒部２４の後端部には、図３に示すように、可動ベース１７と協働して本発明でいう制動部材４１を構成する従動部材４２が複数の結合用ボルト４３によって結合されている。

従動部材４２は、図３および図８に示すように、可動ベース１７と同一軸線上に位置する円環状の結合部４４と、この結合部４４の外周部分から後方に突出した突壁部４５とによって構成されている。この従動部材４２は、磁性材料によって形成されている。
結合部４４の後端面４６には、図６に示すように、複数の位置検出用の永久磁石４７が設けられている。これらの永久磁石４７は、それぞれ円柱状に形成されており、中心線Ｃ１（図３参照）が回転軸３の軸線Ｃ２と平行になるように結合部４４に取付けられている。また、これらの永久磁石４７の前端部は、図３に示すように、結合部４４の円形凹部４８に嵌合し、図示していない接着剤によって接着されている。図３の破断位置は、図６中にIII－III線で示した位置である。

これらの永久磁石４７は、軸線方向の両端部が磁極となるように着磁された市販のもので、同一の極性の磁極が結合部４４の後端面４６に露出するように結合部４４に取付けられている。
これらの永久磁石４７が取付けられる位置は、制動部材４１の回転方向に列をなして所定の間隔で並ぶ複数の位置であって、列の一端から他端に向かうにしたがって回転中心からの距離が連続的に変化する位置である。ここでいう「連続的に」とは、距離が連続して増大するか、距離が連続して減少するという意味である。このため、これらの永久磁石４７は、仮想の渦巻き線Ｌに沿って配置されている。

従動部材４２の突壁部４５は、制動部材４１のヒステリシス板１９とは反対側の端部に位置している。この突壁部４５の一部の内周部分には、ステッピングモータ５側から動力が伝達されるラック５１が設けられている。このラック５１には、図７に示すように、後述する減速機構５２のピニオン５３が噛合している。図７は、この制動力調整装置１を図１においてVII－VII線で示す位置で破断した断面図である。
ラック５１は、従動部材４２の周方向において所定の長さだけ延びる円弧状に形成されており、図３に示すように、突壁部４５の内周面に形成された溝５４に嵌合している。

このラック５１は、可撓性を有するプラスチック材料によって内歯車として形成されて溝５４に収容されている。従動部材４２の軸線方向におけるラック５１の位置決めは、溝５４の一対の側壁５４ａ，５４ｂによって行われている。
従動部材４２の周方向におけるラック５１の位置決めは、図７に示すように、ラック５１の長手方向の両端と隣接するように従動部材４２に設けられた第１および第２の移動規制部材５５，５６によって行われている。

図７においてラック５１の右側の端部と隣接する第１の移動規制部材５５は、回転軸３の軸線方向に延びる円柱状のピンによって構成され、溝５４を横切るように従動部材４２の結合部４４に立てて設けられている。第１の移動規制部材５５は、従動部材４２に穿設された貫通孔５７（図６参照）に圧入されており、ラック５１が第１の移動規制部材５５を越えて従動部材４２の周方向に移動することができないように、ラック５１の一端と接触している。

この実施の形態による第１の移動規制部材５５は、ラック５１の一端の移動を規制する機能の他に、従動部材４２（制動部材４１）の回動範囲を制限するためのストッパーピンとしての機能を有している。従動部材４２の回動範囲を制限するためには、図７に示すように、従動部材４２の周方向において第１の移動規制部材５５の両側に位置する２本のストッパエンドピン６１，６２が用いられる。これらのストッパエンドピン６１，６２は、回転軸３の軸線方向に延びる円柱状のピンによって形成されている。このストッパエンドピン６１，６２は、モータ取付板７の貫通孔６３，６４（図１１参照）に圧入され、図８に示すように、モータ取付板７から従動部材４２に向けて突出するようにモータ取付板７に立てて設けられている。

これらのストッパエンドピン６１，６２と、第１の移動規制部材５５とは、従動部材４２の周方向から見て先端部どうしが互いに重なるように構成されている。このため、従動部材４２（制動部材４１）は、図９に示すように第１の移動規制部材５５が一方のストッパエンドピン６１と接触する一方の回動端と、第１の移動規制部材５５が他方のストッパエンドピン６２と接触する他方の回動端との間で回動する。
第１の移動規制部材５５が図７に示すように一方のストッパエンドピン６１に当接したときは、同じ極性の第１および第２の永久磁石２３，２７が対向しており、ブレーキトルクは最大になる。一方、第１の移動規制部材５５が他方のストッパエンドピン６２に当接した場合には、互いに異なる磁極の第１および第２の永久磁石２３，２７が対向しており、ブレーキトルクは最小になる。

図７においてラック５１の左側の端部と隣接する第２の移動規制部材５６は、図３に示すように、ラック５１の端部と接触する円柱状のカラー６５と、このカラー６５を貫通して従動部材４２に螺着された固定用ボルト６６とによって構成されている。固定用ボルト６６は、カラー６５の軸心とは偏心した位置に設けられている。カラー６５と固定用ボルト６６は、回転軸３の軸線方向（図３においては左右方向）に延びている。
この第２の移動規制部材５６においては、固定用ボルト６６を緩めた状態でカラー６５を固定用ボルト６６に対して回すことによって、カラー６５の外周面が偏心カムとして機能し、ラック５１の端部を押す量が増減する。ラック５１は、この第２の移動規制部材５６により押圧されることによって、溝５４の底部に押し付けられて密着した状態で固定される。

＜駆動装置の説明＞
可動ベース１７と従動部材４２とからなる制動部材４１は、従動部材４２に減速機構５２を介して接続されたステッピングモータ５を動力源とする駆動装置７１（図８参照）によって駆動される。
ステッピングモータ５は、図１および図１０に示すように、出力軸７２が前後方向に延びてハウジング２内に挿入される状態でモータ取付板７の後端面７３に複数の固定用ボルト７４によって固定されている。モータ取付板７の後端面７３には、ステッピングモータ５の動作を制御する制御装置７５が取付けられている。モータ取付板７は、可動ベース１７に対してヒステリシス板１９とは反対側に位置しており、駆動装置７１の構成部品を支持するフレームとして機能している。

この実施の形態によるステッピングモータ５は、ＨＢ型のステッピングモータで、制御装置７５に接続されており、この制御装置７５によりオープンループ制御によって制御されて動作する。なお、ステッピングモータ５の種類はＨＢ型に限定されることはなく、適宜変更することができる。
ステッピングモータ５の出力軸７２は、モータ取付板７の貫通孔７６に通されてハウジング２内に挿入されている。出力軸７２には、減速機構５２の一部を構成するピニオン歯車７７が固定されている。貫通孔７６にはステッピングモータ５の前端部の一部が嵌合している。

＜減速機構の説明＞
減速機構５２は、いわゆるスター型の遊星歯車減速機構で、出力軸７２の回転を減速して従動部材４２（制動部材４１）に伝える。
減速機構５２は、図７および図１１に示すように、ステッピングモータ５の出力軸７２に固定されたピニオン歯車７７と、このピニオン歯車７７と噛み合う大歯車７８と、この大歯車７８と同一軸線上で一体に回転するピニオン５３と、このピニオン５３と噛み合う従動部材４２のラック５１などによって構成されている。

大歯車７８とピニオン５３は、支軸７９を介してモータ取付板７に回転自在に支持されている。大歯車７８の一部は、ケース８との干渉を避けるために、ケース８に形成された凹部８０（図７参照）の中に挿入されている。この実施の形態においては、ピニオン５３が本発明でう「内歯車を駆動する歯車」に相当する。
この減速機構５２によれば、ステッピングモータ５の出力軸７２の回転がピニオン歯車７７から大歯車７８に伝達されることにより減速され、さらに、この回転がピニオン５３からラック５１に伝達されることにより減速される。

モータ取付板７の前端面８１には、図８および図１１に示すように、上述した２本のストッパエンドピン６１，６２が立設されているとともに、磁気センサー８２が支持用ブロック８３を介して取付けられている。
磁気センサー８２は、図１に示すように、従動部材４２に設けられている位置検出用の複数の永久磁石４７の後方近傍に位置付けられており、これらの永久磁石４７の磁束を検出し、検出結果を信号としてリード線８４を介して制御装置７５に送る。

永久磁石４７は、図６に示すように仮想の渦巻き線Ｌに沿って配置されており、従動部材４２が回転軸３の軸心を中心にして回ることによって、磁気センサー８２の近傍であって回転中心からの距離が異なる位置を回転方向に移動して横切る。このため、全ての永久磁石４７の磁力が一定であれば、個々の永久磁石４７の位置に基づいた磁気センサー８２の検出結果により、従動部材４２の回転方向の位置を高い精度で検出することができる。

磁気センサー８２は、図１１に示すように、基板８２ａに磁気感応素子８２ｂを実装した構造のものである。磁気感応素子８２ｂは、半導体磁気抵抗素子や、半導体磁気抵抗素子を含む集積回路である。半導体抵抗素子を単体で使用する場合は、信号電圧が微弱なため、信号電圧を増幅する回路が必要になる場合がある。半導体磁気抵抗素子を含む集積回路は、この増幅回路を組込むことができるため、外部に増幅回路は不要になる。
この実施の形態による位置検出用の永久磁石４７と磁気センサー８２は、図１に示すように、回転軸３の軸線方向において、ラック５１と重なる位置に配置されている。

＜制御装置の説明＞
制御装置７５は、図１２に示すように、操作スイッチ９１、磁気センサー８２およびステッピングモータ５などが接続され、位置検出部９２と、目標設定部９３と、動作制御部９４とを備えている。操作スイッチ９１は、オペレーター（図示せず）がこの制動力調整装置１のブレーキトルクを増やしたり減らしたりするために操作される。この制御装置７５は、例えばマイクロコンピュータによって構成することができる。

位置検出部９２は、磁気センサー８２の検出信号に基づいて制動部材４１の回転方向の現在の位置を検出する。現在の位置を検出するためには、例えば、予め実験を行って制動部材４１の回転方向の位置と、磁気センサー８２の例えば出力電圧との関係を調べ、磁気センサー８２の出力電圧から制動部材４１の回転方向の位置を特定できるような換算式を求めておく。この換算式に現在の磁気センサー８２の出力電圧を代入することにより、現在の位置を演算によって求めることができる。

目標設定部９３は、目標とするブレーキトルクが生じるような、制動部材４１の回転方向の目標位置を求める。ここでいう目標とするブレーキトルクとは、操作スイッチ９１を使用してオペレーター（図示せず）が入力したブレーキトルクである。目標とするブレーキトルクが生じる目標位置を求める方法は２通りある。
第１の方法は、マップ９５を用いる方法である。このマップ９５は、ヒステリシスブレーキ４で生じるブレーキトルクを制動部材４１の回転方向の位置に割り付けて形成されている。

ヒステリシスブレーキ４で生じるブレーキトルクは、トルク検出器（図示せず）を使用して測定する。このトルク検出器は、入力シャフトと出力シャフトとの間に検出部を有し、入力シャフトと出力シャフトとの間でねじれてトルクが発生することによって、トルクに応じた出力電圧が検出部で発生する機器である。このトルク検出器の入力シャフトに駆動用のモータ（図示せず）を接続するとともに、出力シャフトに回転軸３を接続することによって、ヒステリシスブレーキ４で生じるブレーキトルクをトルク検出器で検出することができる。
マップ９５には回転方向の位置と対応する、上記の方法で測定したブレーキトルクが書き込まれている。目標設定部９３は、目標とするブレーキトルクが生じる、制動部材４１の回転方向の目標位置をマップ９５から読み出す。

第２の方法は、図１３に示すように、目標設定部９３の演算部９６で演算によって目標とするブレーキが生じる制動部材４１の回転方向の目標位置を求める方法である。演算部９６は、ブレーキトルクに対応する制動部材４１の回転方向の位置が得られる関数を用いて目標とするブレーキトルクから目標位置を演算によって求める。この関数は、予め実験を行って作成することができる。この実験は、制動部材４１の回転方向の位置と、その状態で生じるブレーキトルクとを調べて行う。

動作制御部９４は、現在の制動部材４１の回転方向の位置が目標位置と一致するようにステッピングモータ５の動作を制御する。現在の制動部材４１の回転方向の位置は、位置検出部９２が検出した位置である。目標位置は、目標設定部９３がマップ９５を使用するか、あるいは演算をして求めた位置である。

＜制動力調整装置の動作の説明＞
このように構成された制動力調整装置１においては、回転軸３が被制動用の部材とともに回転し、ヒステリシス板１９が第１および第２の永久磁石２３，２７に対して回転することによって、ヒステリシス板１９にブレーキトルクが付与される。ブレーキトルクの大きさは、可動ベース１７の周方向における第１の永久磁石２３に対する第２の永久磁石２７の位置に依存して増減する。

被制動用の部材から引き出されている長尺材料の張力が不足している場合は、ブレーキトルクが増大するようにオペレーターが操作スイッチ９１を操作する。操作スイッチ９１がこのように操作されることにより、目標とするブレーキトルクが制御装置７５に入力され、制御装置７５が制御動作を行う。
このとき制御装置７５は、現在の制動部材４１の回転方向の位置を検出するとともに、目標とするブレーキトルクが生じる制動部材４１の回転方向の目標位置をマップ９５から読み出すか、あるいは演算を行って求める。そして、制御装置７５は、現在の制動部材４１の回転方向の位置が目標位置と一致するようにステッピングモータ５を動作させて制動部材４１を回す。このとき、制動部材４１は、摩擦板３６が受圧板１２に対して滑ることにより、摩擦ブレーキ３７の制動力に抗して回る。

このため、操作スイッチ９１を操作することによって、ブレーキトルクの大きさを遠隔操作によって変えることができる。
したがって、この実施の形態によれば、ブレーキトルクの大きさを遠隔操作で調整可能な制動力調整装置を提供することができる。
また、位置検出用の複数の永久磁石４７は市販のものを使用できるから、制動部材４１の回転方向の位置を高い精度で検出する検出機構を安価に実現することができる。このため、この実施の形態によれば、遠隔操作が可能な制動力調整装置を安価に提供することが可能になる。
＜実施の形態による効果の説明＞
図１２に示した制御装置７５の目標設定部９３は、ブレーキトルクを制動部材４１の回転方向の位置に割り付けたマップ９５を有している。目標とするブレーキトルクが生じる制動部材４１の回転方向の目標位置は、マップ９５から読み出して取得することができる。このため、目標位置を速く求めることができるから、ブレーキトルクを変更するときの応答性が高い制動力調整装置を提供することができる。

図１３に示した制御装置７５の目標設定部９３は、ブレーキトルクに対応する制動部材４１の回転方向の位置が得られる関数を用いて目標とするブレーキトルクから目標位置を演算によって求める演算部９６を有している。このため、目標とするブレーキトルクがどのような値であっても、この値に対応する目標位置が算出されるから、目標位置を高い精度で求めることができる。

この実施の形態による制動力調整装置は、制動部材４１を制動する摩擦ブレーキ３７を備えている。制動部材４１は、駆動装置７１によって駆動されることにより摩擦ブレーキ３７の制動力に抗して回る。このため、ステッピングモータ５への通電を絶ったとしても制動部材４１が静止した状態を維持する。ヒステリシスブレーキ４の制動部材４１には、互いに対向する第１および第２の永久磁石２３，２７に作用する吸引力や反発力が加えられる。この力は、通常はステッピングモータ５で受けられており、ステッピングモータ５が通電状態であるときは制動部材４１がこの力で回ることはない。この実施の形態においては、摩擦ブレーキ３７で制動部材４１が制動されるから、ステッピングモータ５の電源がＯＦＦになったとしても制動部材４１が回ることはない。
したがって、ブレーキトルクを変更するとき以外はステッピングモータ５に通電する必要がないから、電力消費量が少ない制動力調整装置を提供することができる。

この実施の形態による制動部材４１は、ヒステリシス板１９と同一軸線上に位置付けられているとともに、ヒステリシス板１９とは反対側の端部にラック５１（内歯車）を有している。位置検出用の永久磁石４７と磁気センサー８２は、図１に示すように、回転軸３の軸線方向において、ラック５１と重なる位置に配置されている。このため、内歯車の径方向の内側に生じるデッドスペースを利用して位置検出用の永久磁石４７と磁気センサー８２とを配置できるから、これらの検出機構を内蔵しているにもかかわらずコンパクトな制動力調整装置が実現される。

制動部材４１の回転方向の角度を高い精度で検出するためには、ポテンショメータを使用することが考えられる。しかし、ポテンショメータは、ケースや回転支持用シャフトなどの部材を省くことができないために、価格が高くなるとともに、小型化するにも限界がある。この実施の形態によれば、制動部材４１に複数の永久磁石４７が支持されるとともに、駆動装置７１に磁気センサー８２が支持されており、ケース８や回転支持用のシャフトなどの部材が不要になるから、低価格と小型化とが両立する制動力調整装置を実現できる。

１…制動力調整装置、３…回転軸、１９…ヒステリシス板、４…ヒステリシスブレーキ、５…ステッピングモータ、３７…摩擦ブレーキ、４１…制動部材、４７…永久磁石、５１…ラック（内歯車）、５３…ピニオン（内歯車を駆動する歯車）、７１…駆動装置、７５…制御装置、８２…磁気センサー、９２…位置検出部、９３…目標設定部、９４…動作制御部、９５…マップ、９６…演算部。

Claims (5)

1. 制動の対象となる回転軸と、
   前記回転軸と一体に回転するヒステリシス板および前記ヒステリシス板に磁気的に接続された制動部材を有し、前記制動部材が前記回転軸と同一軸線上で回ることにより前記ヒステリシス板に作用するブレーキトルクが変化するヒステリシスブレーキと、
   ステッピングモータを動力源として前記制動部材の回転方向の位置を変える駆動装置と、
   前記制動部材の回転方向に列をなして所定の間隔で並ぶ複数の位置であって、前記列の一端から他端に向かうにしたがって回転中心からの距離が連続的に変化する位置にそれぞれ設けられた位置検出用の永久磁石と、
   前記永久磁石を検出する磁気センサーと、
   前記ステッピングモータおよび前記磁気センサーに接続された制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記磁気センサーの検出信号に基づいて前記制動部材の回転方向の現在の位置を検出する位置検出部と、
   目標とするブレーキトルクが生じる、前記制動部材の回転方向の目標位置を求める目標設定部と、
   前記現在の位置が前記目標位置と一致するように前記駆動装置の動作を制御する動作制御部とを有していることを特徴とする制動力調整装置。
2. 請求項１記載の制動力調整装置において、
   前記目標設定部は、ブレーキトルクを前記制動部材の回転方向の位置に割り付けたマップを有し、
   前記目標位置は、前記マップから読み出した、前記目標とするブレーキトルクと対応する前記制動部材の回転方向の位置であることを特徴とする制動力調整装置。
3. 請求項１記載の制動力調整装置において、
   前記目標設定部は、ブレーキトルクに対応する前記制動部材の回転方向の位置が得られる関数を用いて前記目標とするブレーキトルクから前記目標位置を演算によって求める演算部を有していることを特徴とする制動力調整装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の制動力調整装置において、
   さらに、前記制動部材を制動する摩擦ブレーキを備え、
   前記制動部材は、前記駆動装置によって駆動されることにより前記摩擦ブレーキの制動力に抗して回ることを特徴とする制動力調整装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一つに記載の制動力調整装置において、
   前記制動部材は、前記ヒステリシス板と同一軸線上に位置付けられているとともに、前記ヒステリシス板とは反対側の端部に内歯車を有し、
   前記駆動装置は、前記内歯車に噛合して前記内歯車を駆動する歯車を有し、
   前記位置検出用の永久磁石と前記磁気センサーは、前記回転軸の軸線方向において前記内歯車と重なる位置に配置されていることを特徴とする制動力調整装置。

Images