JPWO2006103727A1 - 電磁ブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

無励磁作動電磁ブレーキ装置（１）は、アーマチュアディスク（５）を摩擦ディスク（６）を挟み固定ディスク（７）の側に押し付けるために、複数本の円錐コイルばね（８）を備えている。円錐コイルばね（８）は、電磁石（４）のヨーク（１１）のばね挿入用凹部（１５）に挿入され、当該凹部底面とアーマチュアディスク（５）の間に圧縮状態で挟まれている。円錐コイルばね（８）は、円筒コイルばねに比べて圧縮時の長さが短くなるので、ばね挿入用凹部（１５）を浅くでき、当該凹部によって厚さが決まるヨーク（１１）の厚さを薄くできる。よって、電磁ブレーキ（１）の扁平化に有利である。

Description

本発明は、モータ出力軸などの回転軸の回転を拘束するために取り付けられる扁平な無励磁作動電磁ブレーキ装置に関するものである。

モータ出力軸などの回転軸にブレーキ力を付与する装置として、無励磁作動電磁ブレーキ装置が知られている。この無励磁作動電磁ブレーキ装置は、両面に摩擦面が形成された摩擦ディスクを備え、その一方の側に装置軸線方向には移動しないように固定ディスクが配置され、反対側には、電磁石によって吸引可能なアーマチュアディスクが配置されている。アーマチュアディスクと電磁石の間には圧縮コイルばねが挟まれている。

摩擦ディスクは、回転軸に対して、中心軸線方向にスライド可能な状態で一体回転するように、取り付けられる。電磁石がオフの状態では、圧縮コイルばねによってアーマチュアディスクが摩擦ディスクを挟み、固定ディスクに押し付けられている。この圧縮コイルばねの押し付け力によってディスク間に発生する摩擦力によって、回転軸の回転が拘束される。電磁石をオンにすると、圧縮コイルばねのばね力に逆らって、アーマチュアディスクが吸引され、摩擦ディスクが開放状態になる。この結果、回転軸の拘束が解除される。

この構造の電磁ブレーキ装置の扁平化を図るためには、すなわち、その軸線方向の厚さを薄くするためには、構成部品の中で最も厚い電磁石を薄くすることが有効である。電磁石は、ヨークと、ここに装着した励磁コイルから構成されている。また、ヨークのアーマチュアディスクに対峙している端面には、ばね挿入用凹部が形成されており、ここに挿入された圧縮コイルばねが、ばね挿入用凹部の底面とアーマチュアディスクの間に挟まれている。電磁石を薄くするためにはヨークを薄くする必要があり、そのためには、ヨークに形成されている励磁コイルの装着部分の厚さ、および、ばね挿入用凹部の厚さ（深さ）を低減する必要がある。

励磁コイルの装着部分を薄くするためには、励磁コイルとして、一般的に使用されている丸型導線の代わりに角型導線を整列巻きするなどの方法を採用すればよい。しかしながら、圧縮コイルばねを挿入するばね挿入用凹部を薄く（浅く）することは困難である。すなわち、圧縮コイルばねのばね力の安定化を図るためには、ある程度の長さの圧縮コイルばねを挿入する必要がある。よって、ばね挿入用凹部の深さも、それに対応した深さのものとする必要がある。所定深さのばね挿入用凹部を形成できるようにするためには、ヨークの厚さも所定寸法以上必要であり、薄くできない。

本発明の目的は扁平な電磁ブレーキ装置を提案することにある。

そのために、本発明の電磁ブレーキ装置は、
摩擦ディスクと、
前記摩擦ディスクの一方の側において、装置中心軸線の方向における固定された位置に配置されている固定ディスクと、
前記摩擦ディスクの他方側において前記装置中心軸線の方向にスライド可能な状態に配置されているアーマチュアディスクと、
前記アーマチュアディスクを前記摩擦ディスクの側に付勢している圧縮コイルばねと、
前記圧縮コイルばねのばね力に逆らって前記アーマチュアディスクを吸引可能な電磁石とを有し、
前記圧縮コイルばねは、中心軸線の方向に向けて、各巻き線部分の径が漸減あるいは漸増する形状をしており、
前記摩擦ディスクが、制御対象の回転軸に対して、その中心軸線方向にスライド可能な状態で一体回転するように取り付けられるようになっていることを特徴としている。

本発明において、前記圧縮コイルばねとして、円錐コイルばねを用いることができる。

この場合、前記円錐コイルばねとして、圧縮すると、隣接する一方の巻き線部分が実質的に他方の巻き線部分の内側に入り込むように、各巻き線部分の径が一方の端から他方の端に向けて漸減あるいは漸増しているものを用いることが望ましい。

次に、前記電磁石として、
前記アーマチュアディスクを磁気吸着するための円形端面を備えたヨークと、
前記円形端面に形成された環状のコイル挿入用凹部と、
前記円形端面において同一円上に等角度間隔で形成されたばね挿入用凹部と、
前記コイル挿入用凹部に装着されている励磁コイルと、
各ばね挿入用凹部に挿入され、当該凹部の底面と前記アーマチュアディスクの端面の間に挟まれている前記圧縮コイルばねとを備えたものを用いることができる。

本発明の無励磁作動電磁ブレーキ装置では、圧縮コイルばねとして、円錐コイルばねなどのように、その中心軸線の方向に向けて、各巻き線部分の径が漸減あるいは漸増する形状のものを用いている。このような形状のコイルばねを圧縮すると、隣接する一方の巻き線部分の内側に他方の巻き線部分が入り込む状態で、渦巻状に重なる。よって、その巻き線の径に巻き数を掛けた長さよりも圧縮させることができる。これに対して、一般的に使用されている円筒状の圧縮コイルばねを圧縮した場合には、隣接する巻き線部分の径が同一であるので、これらが相互に当たり、それ以上圧縮できない。すなわち、巻き線の径に巻き数を掛けた長さよりも圧縮できない。

このように、巻き数が同一であっても、円錐コイルばねの圧縮長さは、円筒コイルばねの圧縮長さに比べて十分に短くできる。よって、円錐コイルばねを挿入するためにヨークに形成されるばね挿入用凹部を浅くできる。この結果、ヨークを薄くできるので、電磁石を薄くでき、結果として、電磁ブレーキ装置を薄くできる。

（ａ）および（ｂ）は、本発明を適用した無励磁作動電磁ブレーキ装置の正面図、およびその縦断面図である。 （ａ）ないし（ｃ）は、円錐コイルばねを示す平面図、その伸長状態における縦断面図、およびその圧縮状態における縦断面図である。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した無励磁作動電磁ブレーキ装置の一例を説明する。

図１（ａ）および（ｂ）は、本発明を適用した無励磁作動電磁ブレーキ装置の平面図および縦断面図である。本例の無励磁作動電磁ブレーキ装置１は、モータ２の回転軸３に取り付けられており、当該回転軸３を回転拘束状態（ブレーキ状態）および回転自在状態（ブレーキ解除状態）に切り替えるために用いられている。

無励磁作動電磁ブレーキ装置１は、装置軸線１ａの方向に同軸状態で配列された電磁石４、アーマチュアディスク５、摩擦ディスク６、および固定ディスク７を備えている。また、電磁石４とアーマチュアディスク５の間には複数本の円錐コイルばね８が配置されており、これらの円錐コイルばね８によって、アーマチュアディスク５は常に摩擦ディスク６の側に付勢されている。

摩擦ディスク６は、両面に摩擦面が形成されており、円筒ハブ９に同軸状態で固定されている。円筒ハブ９は、回転軸３に対して、その回転中心線３ａ（装置軸線１ａ）の方向にスライド可能な状態で一体回転するように取り付けられている。アーマチュアディスク５は、電磁石４の側に取り付けた不図示のガイドによって、装置軸線１ａの方向にスライド可能な状態で支持されている。

これに対して、摩擦ディスク６の前側に対向配置されている固定ディスク７は、装置軸線１ａの方向における所定の位置に、回転不可の状態で固定されている。したがって、円錐コイルばね８のばね力によって、アーマチュアディスク５が、摩擦ディスク６を挟み、固定ディスク７に押し付けられた状態が形成される。この状態（電磁石４の無励磁状態）では、回転軸３と一体回転する摩擦ディスク６が、所定の押し付け力で固定ディスク７とアーマチュアディスク５の間に挟まれ、これらの間に発生する摩擦力によって、回転軸３の回転が拘束される。

アーマチュアディスク５の後側に配置されている電磁石４は、ヨーク１１と励磁コイル１２とを備えている。ヨーク１１は、全体として円環形状をしており、モータ２のハウジング２ａに同軸状態で固定されている。ヨーク１１の前端面１３はアーマチュアディスク５の吸着面であり、ここには、一定の深さの円環状凹部１４が形成されている。この円環状凹部１４には励磁コイル１２が装着されている。本例では、励磁コイル１２として、角型導線を整列巻きしたものを用いている。角型導線を用いると、丸型導線を用いた場合に比べて、巻数が同一の励磁コイル１２の装着スペースが少なくて済むので、円環状凹部１４を浅くできる。円環状凹部１４は励磁コイル１２が装着された後に、絶縁材料などを充填することにより封鎖されている。

次に、ヨーク１１の前端面１３における円環状凹部１４の内側には、同一円上に等角度間隔で、４個の円形のばね挿入用凹部１５が形成されている。各ばね挿入用凹部１５には円錐コイルばね８が挿入されている。本例では、円錐コイルばね８の大径側の端が凹部底面側に位置するように、各円錐コイルばね８が挿入されている。各円錐コイルばね８が伸長した状態の長さ寸法は、ばね挿入用凹部１５の深さよりも大きい。

この構成の無励磁作動電磁ブレーキ装置１の動作を説明する。まず、無励磁状態においては、電磁石４による磁気吸引力が作用していないので、円錐コイルばね８のばね力によって、アーマチュアディスク５が摩擦ディスク６を固定ディスク７に押し付けられた状態になる。この状態では、回転軸３と一体回転する摩擦ディスク６が、所定の押し付け力で固定ディスク７とアーマチュアディスク５の間に挟まれ、これらの間に発生する摩擦力によって、回転軸３の回転が拘束されている。

電磁石４を励磁すると、アーマチュアディスク５が円錐コイルばね８のばね力に逆らって、電磁石の前端面１３の側に磁気吸引されて、ここに吸着する。円錐コイルばね８は、アーマチュアディスク５によって圧縮されて、ばね挿入用凹部１５の深さに対応する長さ寸法まで圧縮される。この結果、摩擦ディスク６が開放状態に切り替わり、摩擦ディスク６と一体回転する回転軸３に対するブレーキ力が解除される。

図２は円筒コイルばね８を示す平面図、その伸長状態の縦断面図、およびその圧縮状態の縦断面図である。本例の円錐コイルばね８は、隣接する一方の巻き線部分が他方の巻き線部分の内側に実質的に入り込むように、その円錐形状が規定されている。図において想像線で示す円筒コイルばね１８の場合には、隣接する同一径の巻き線部分が当たると、それ以上は圧縮できない。すなわち、巻き線の径に巻き数を掛けた分の長さ寸法Ｌ（１８）より短くなるように圧縮できない。

これに対して、円錐コイルばね８の場合には、巻き線の径に巻き数を掛けた分の長さ寸法よりも短い寸法Ｌ（８）まで圧縮させることができる。よって、円錐コイルばね８を用いると、コイルばねを挿入するためのばね挿入用凹部１５の深さを浅くできるので、当該凹部１５の深さによって厚さ寸法が規定されるヨーク１１の厚さを薄くできる。この結果、電磁ブレーキ装置１の厚さを全体として薄くできる。

（その他の実施の形態）
なお、円錐コイルばね８の代わりに、両端部から中央に向けて径が漸減している鼓形のコイルばね、両端部から中央に向けて径が漸増している樽形のコイルばねなどを用いることも可能である。

また、摩擦ディスク６として、両面に摩擦面が形成されたものを用いたが、この代わりに、アーマチュアディスクにおける摩擦ディスク側の面、および固定ディスクにおける摩擦ディスク側の面に、それぞれ摩擦面を形成することも可能である。

Claims (4)

1. 摩擦ディスクと、
   前記摩擦ディスクの一方の側において、装置中心軸線の方向における固定された位置に配置されている固定ディスクと、
   前記摩擦ディスクの他方側において前記装置中心軸線の方向にスライド可能な状態に配置されているアーマチュアディスクと、
   前記アーマチュアディスクを前記摩擦ディスクの側に付勢している圧縮コイルばねと、
   前記圧縮コイルばねのばね力に逆らって前記アーマチュアディスクを吸引可能な電磁石とを有し、
   前記圧縮コイルばねは、中心軸線の方向に向けて、各巻き線部分の径が漸減あるいは漸増する形状をしており、
   前記摩擦ディスクが、制御対象の回転軸に対して、その中心軸線方向にスライド可能な状態で一体回転するように取り付けられるようになっていることを特徴とする電磁ブレーキ装置。
2. 請求項１において、
   前記圧縮コイルばねは円錐コイルばねであることを特徴とする電磁ブレーキ装置。
3. 請求項２において、
   前記円錐コイルばねは、圧縮すると、隣接する一方の巻き線部分が実質的に他方の巻き線部分の内側に入り込むように、各巻き線部分の径が一方の端から他方の端に向けて漸減あるいは漸増していることを特徴とする電磁ブレーキ装置。
4. 請求項１ないし３のうちのいずれかの項において、
   前記電磁石は、
   前記アーマチュアディスクを磁気吸着するための円形端面を備えたヨークと、
   前記円形端面に形成された環状のコイル挿入用凹部と、
   前記円形端面において同一円上に等角度間隔で形成されたばね挿入用凹部と、
   前記コイル挿入用凹部に装着されている励磁コイルと、
   各ばね挿入用凹部に挿入され、当該凹部の底面と前記アーマチュアディスクの端面の間に挟まれている前記圧縮コイルばねとを備えていることを特徴とする電磁ブレーキ装置。

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