WO2024095879A1 - 電磁摩擦装置 - Google Patents

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WO2024095879A1
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WO
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rotor disk
armature
friction device
opposing plate
electromagnetic friction
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PCT/JP2023/038653
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French (fr)
Inventor
雅晴 廣澤
慎吾 関水
Original Assignee
三木プーリ株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D27/00—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor
    • F16D27/10—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor with an electromagnet not rotating with a clutching member, i.e. without collecting rings
    • F16D27/108—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor with an electromagnet not rotating with a clutching member, i.e. without collecting rings with axially movable clutching members
    • F16D27/112—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor with an electromagnet not rotating with a clutching member, i.e. without collecting rings with axially movable clutching members with flat friction surfaces, e.g. discs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D55/00—Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes
    • F16D55/24—Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes with a plurality of axially-movable discs, lamellae, or pads, pressed from one side towards an axially-located member
    • F16D55/26—Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes with a plurality of axially-movable discs, lamellae, or pads, pressed from one side towards an axially-located member without self-tightening action
    • F16D55/28—Brakes with only one rotating disc
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00—Parts or details
    • F16D65/02—Braking members; Mounting thereof
    • F16D65/12—Discs; Drums for disc brakes

Definitions

  • the present invention relates to electromagnetic friction devices, and in particular to electromagnetic friction devices such as electromagnetic brakes and electromagnetic clutches.
  • An electromagnetic brake has a stator to which an electromagnet is fixed, an armature arranged so as to be selectively attracted to the electromagnet, a fixed plate fixed to the housing so as to face the armature from the side away from the electromagnet, and a brake plate (rotor disk) located between the armature and the fixed plate and rotatably supported on a base (for example, Patent Documents 1 and 2).
  • Known rotor disks are made from range molds or resin molded products. These rotor disks require separate dies for each product, making them unsuitable for small-scale production. Range molded and resin molded rotor disks have low mechanical strength and have durability issues.
  • a new type of rotor disk is being considered, in which a coating material for increasing the coefficient of friction is applied in layers to the surface of a machined metallic rotor base material.
  • This type of rotor disk does not require a mold for each product, and has higher mechanical strength than rotor disks made from range molds or resin molded products.
  • rotor disks in which a coating material is applied in layers to the surface of the rotor base material, inevitably have raised areas at the edges of the coating layer due to a phenomenon known as the framing phenomenon, in which the coating layer rises due to surface tension.
  • the only effective frictional areas (contact areas) with the rotor disk's armature and fixed plate are the raised areas, and because the friction area is small, the rate at which the raised areas wear out increases.
  • wear on the armature and fixed plate occurs locally, increasing the rate at which they wear out. Accordingly, the range of motion of the armature with one braking operation increases. If the range of motion of the armature increases, the electromagnet will no longer be able to properly attract the armature, shortening the life of the electromagnetic brake.
  • the present invention aims to improve the torque performance of an electromagnetic friction device by increasing the effective friction area between the rotor disk and the opposing plate or armature compared to when the outer peripheral edge of the rotor disk is a perfect circle, even if a raised portion occurs on the edge of the rotor disk due to the application of a coating.
  • the torque performance of an electromagnetic friction device is the brake torque performance in the case of an electromagnetic brake, and the transmission torque performance in the case of an electromagnetic clutch.
  • one aspect of the present invention is an electromagnetic friction device (10) that includes a housing (12), an electromagnet (18) fixed to the housing, an armature (20) arranged so as to be selectively attracted to the electromagnet, a biasing means (22) that biases the armature in a direction away from the electromagnet, an opposing plate (24) fixed to the housing so as to face the armature from the side away from the electromagnet, and a rotor disk (30) rotatably arranged between the armature and the opposing plate, in which a coating (34) is applied to at least one surface of the rotor disk, and the rotor disk has an outer circumferential edge (30B) that includes a portion displaced radially inward and/or radially outward from a perfect circle.
  • the effective friction area between the rotor disk and the opposing plate or armature can be made larger than when the outer peripheral edge of the rotor disk is a perfect circle, improving the torque performance of the electromagnetic friction device.
  • the electromagnetic friction device referred to here includes an electromagnetic brake device and an electromagnetic clutch device.
  • the outer peripheral edge of the rotor disk may have a regular uneven shape (30D, 30E) along the circumferential direction.
  • the line length of the outer peripheral edge of the rotor disk is longer than when it is a perfect circle, and even if a raised portion occurs on the outer peripheral edge of the rotor disk due to the application of the coating, the effective friction area between the rotor disk and the opposing plate or armature is larger than when the outer peripheral edge of the rotor disk is a perfect circle.
  • the rotor disk may have an outer shape that is rotationally symmetrical about its center.
  • the rotational balance of the rotor disk is not reduced.
  • the outer peripheral edge of the rotor disk may be in sliding contact with the opposing plate and/or the armature in a manner that crosses the circumferential direction.
  • the effective friction area between the rotor disk and the opposing plate or armature is larger than when the outer edge of the rotor disk is a perfect circle.
  • the rotor disk may be made of metal or fiber-reinforced plastic, and the coating may be made of a resin-based material.
  • This embodiment improves the mechanical strength of the rotor disk and provides a friction surface with a high friction coefficient.
  • the housing is fixedly disposed, and the rotating shaft (50) to be braked is connected to the rotor disk in a torque transmission relationship.
  • the electromagnetic friction device serves as an electromagnetic brake.
  • the effective friction area between the rotor disk and the opposing plate or armature is larger than when the outer peripheral edge of the rotor disk is a perfect circle, improving the torque performance of the electromagnetic friction device.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment in which an electromagnetic friction device according to the present invention is applied to an electromagnetic brake;
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the electromagnetic brake.
  • FIG. 2 is a front view of a rotor disk used in the electromagnetic brake.
  • each member for which the material is not specified is made of ferrous metal that has been subjected to surface treatments such as zinc plating and trivalent chromate treatment, gas soft nitriding treatment, manganese phosphate coating treatment, and electroless nickel plating for rust prevention.
  • the electromagnetic brake of this embodiment is generally designated by the reference numeral 10.
  • the electromagnetic brake 10 has a stator body 12 as a housing.
  • the stator body 12 is fixed to a fixed member (not shown) of the device including the electromagnetic brake 10.
  • the stator body 12 has an annular shape including a through hole 12A, and has an annular groove 12B that is concentric with the through hole 12A and opens to one side in the axial direction.
  • An annular electromagnet 18 (see Figure 3) is arranged in the annular groove 12B.
  • the electromagnet 18 includes an electromagnetic coil and is fixed to the stator body 12.
  • Armature (movable plate) 20 is disposed on one axial side of the stator body 12 so that it can move in the axial direction and be selectively attracted to the electromagnet 18.
  • the armature 20 is annular in shape and includes a through hole 20A that is concentric with the through hole 12A and has the same inner diameter as the through hole 12A.
  • the stator body 12 is formed with a number of bottomed spring receiving holes 12C at equal intervals in the circumferential direction.
  • a compression coil spring 22 (see FIG. 2) is inserted into each spring receiving hole 12C.
  • Each compression coil spring 22 is located between the stator body 12 and the armature 20 and biases the armature 20 in a direction away from the electromagnet 18. Note that the multiple spring receiving holes 12C do not necessarily have to be at equal intervals. There may be only one spring receiving hole 12C.
  • An opposing plate (fixed plate) 24 is disposed on one side of the armature 20 in the axial direction.
  • the opposing plate 24 has a ring shape including a through hole 24A that is concentric with the through holes 12A, 20A and has an inner diameter larger than that of the through holes 12A, 20A, and faces the armature 20 from the side away from the electromagnet 18.
  • the inner diameter of the through hole 24A may be the same as the inner diameter of the through holes 12A, 20A.
  • the opposing plate 24 has bolt holes 24B formed therethrough at equal intervals in the circumferential direction.
  • the armature 20 has cutouts 20B that open to the outer edge at equal intervals in the circumferential direction to correspond to each of the bolt holes 24B.
  • the stator body 12 has threaded holes 12D formed at equal intervals in the circumferential direction to correspond to each of the bolt holes 24B. Note that the bolt holes 24B do not necessarily have to be equally spaced.
  • a bolt 26 is inserted into each bolt hole 24B.
  • Each bolt 26 passes through a corresponding notch 20B in the armature 20 and threadedly engages with a corresponding screw hole 12D in the stator body 12.
  • a cylindrical collar member 28 is fitted around the outer periphery of the portion where each bolt 26 passes through the notch 20B. The collar member 28 determines the axial separation distance between the stator body 12 and the opposing plate 24 by its axial length, and by fitting into the notch 20B, it prevents the armature 20 from rotating and guides its axial movement.
  • the rotor disk 30 is rotatably disposed between the armature 20 and the opposing plate 24.
  • the rotor disk 30 has a substantially rectangular through hole 30A in the center.
  • a hub member 32 having a substantially rectangular outer shape is fitted into the through hole 30A. This connects the hub member 32 and the rotor disk 30 in a torque transmission relationship.
  • the through hole 30A and the outer shape of the hub member 32 may be a polygon such as a hexagon.
  • the rotor disk 30 and the hub member 32 may also be connected by a spline connection, key connection, etc.
  • the hub member 32 has a thickness (axial dimension) greater than that of the rotor disk 30, and includes a through hole 32A concentric with the through hole 20A of the armature 20.
  • the hub member 32 has a substantially rectangular outer periphery that is the same shape as the through hole 30A, and is inserted into the through hole 30A, thereby allowing relative axial movement of the rotor disk 30 and engaging with the rotor disk 30 through torque transmission.
  • the portion of the hub member 32 that protrudes axially beyond the rotor disk 30 is positioned in the through hole 24A of the opposing plate 24 with a relatively large radial gap.
  • the hub member 32 is formed with a key groove 32B (see Figure 2) that opens toward the through hole 32A.
  • a rotating shaft 50 (see FIG. 3) that is to be braked passes through the through hole 12A of the stator body 12, the through hole 20A of the armature 20, the through hole 30A of the hub member 32, and the through hole 24A of the opposing plate 24 in the axial direction.
  • the through hole 12A of the stator body 12 and the through hole 20A of the armature 20 have an inner diameter that is slightly larger than the outer diameter of the rotating shaft 50.
  • the rotating shaft 50 fits loosely into the through hole 12A of the stator body 12 and the through hole 20A of the armature 20 with a relatively small radial gap.
  • the through hole 24A of the opposing plate 24 has an inner diameter larger than the through holes 12A and 20A.
  • the rotating shaft 50 passes through the through hole 24A of the opposing plate 24 with a relatively large radial gap.
  • the rotating shaft 50 passes through the through hole 32A of the hub member 32 without a very small radial gap or a substantial radial gap.
  • a key (not shown) engages with the key groove 32B of the hub member 32 and a key groove (not shown) formed in the rotating shaft 50. This engagement connects the rotating shaft 50 and the hub member 32, and therefore the rotating shaft 50 and the rotor disk 30, in a torque transmission relationship.
  • the rotor disk 30 is supported by the rotating shaft 50 so as to be rotatable relative to the stator body 12.
  • the torque transmission connection between the rotating shaft 50 and the hub member 32 may be achieved by press fitting, shrink fitting, splines, friction fasteners, etc.
  • the armature 20 moves axially toward the stator body 12 (moves to the left as viewed in FIG. 3) against the spring force of the compression coil spring 22, and is attracted to the stator body 12.
  • the axial distance between the armature 20 and the opposing plate 24 becomes larger than the axial dimension (thickness) of the rotor disk 30.
  • the armature 20 moves axially away from the stator body 12 (to the right as viewed in FIG. 3) due to the spring force of the compression coil spring 22, and separates from the stator body 12.
  • the rotor disk 30 is sandwiched between the armature 20 and the opposing plate 24 by the spring force of the compression coil spring 22, and the rotation of the rotating shaft 50 is prevented by the frictional force generated between the rotor disk 30 and the armature 20 and opposing plate 24.
  • a brake state is established in which the rotation of the rotating shaft 50 is prevented.
  • T F x ⁇ x r x N ⁇ : Friction coefficient r: Average friction radius (m) N: Number of friction surfaces
  • the friction coefficient ⁇ is determined by the properties of the friction surfaces between the rotor disk 30 and the armature 20 and the opposing plate 24.
  • the average friction radius r is determined by the radial dimension of the friction surfaces (contact surfaces) between the rotor disk 30 and the armature 20 and the opposing plate 24.
  • the number of friction surfaces N is 2.
  • the electromagnetic brake 10 is required to have a large friction coefficient ⁇ to obtain a high brake torque T, and a low wear rate of the friction surface to ensure a long life. Also, to obtain a high brake torque T, the effective friction area generated between the rotor disk 30 and the armature 20 and between the rotor disk 30 and the opposing plate 24 is required to be large.
  • the electromagnetic brake 10 of this embodiment has the following configuration.
  • the rotor disk 30 is made of a non-magnetic stainless steel plate or fiber-reinforced plastic plate with two flat surfaces.
  • the rotor disk 30 has an outer peripheral edge 30B that has multiple arc-shaped peaks 30D that are displaced radially outward from a reference circle A that is a perfect circle, and multiple arc-shaped valleys 30E that are displaced radially inward from the reference circle A, alternately spaced at equal intervals in the circumferential direction.
  • the outer peripheral edge 30B of the rotor disk 30 has a regular uneven shape along the circumferential direction. As a result, the outer peripheral edge 30B comes into sliding contact with the armature 20 and the opposing plate 24 so as to intersect in the circumferential direction.
  • a rotor disk 30 of this shape can be manufactured by laser cutting, wire cutting, or other processes without using press processing. This allows for greater freedom in the shape of the rotor disk 30, and eliminates the need to manufacture and prepare a press die every time the shape of the rotor disk 30 is changed.
  • a liquid coating made of a resin-based material such as epoxy resin is applied in layers over the entire surface of both sides of the rotor disk 30.
  • Raised portions 36, 38 inevitably occur at the edges of the coating layer 34 due to a phenomenon called the picture-frame phenomenon, in which the coating layer rises due to surface tension.
  • Raised portion 36 occurs continuously along the outer peripheral edge 30B of the rotor disk 30.
  • Raised portion 38 occurs continuously along the inner peripheral edge 30C that defines the through hole 30A of the rotor disk 30.
  • the effective friction surface occurring between the rotor disk 30 and the armature 20 and the opposing plate 24 is the raised portion 36 of the coating layer 34.
  • the raised portion 36 occurs along the outer peripheral edge 30B of the rotor disk 30, which has an uneven shape due to the peaks 30D and valleys 30E, so when the outer peripheral edge 30B is a perfect circle, the line length becomes longer and the effective friction area becomes larger accordingly.
  • the brake torque T of the electromagnetic brake 10 is increased without increasing the spring force of the compression coil spring 22 or the electromagnetic force of the electromagnet 18, and without the need for post-processing to remove the raised portion 36. Furthermore, because no post-processing is performed, the raised portion 38 on the inner peripheral edge 30C remains.
  • the large effective friction area of the raised portion 36 reduces the wear rate of the raised portion 36, which in turn reduces localized wear of the armature 20 and the opposing plate 24, and also reduces the wear rate of the armature 20 and the opposing plate 24. This prevents the range of motion of the armature 20 from becoming too large during a single braking operation, and prevents the life of the electromagnetic brake 10 from being shortened.
  • the outer peripheral edge 30B of the rotor disk 30 may have an uneven shape in which peaks 30D and valleys 30E alternate along the circumferential direction, and since the outer shape of the rotor disk 30 is rotationally symmetric about its center, the uneven shape does not reduce the rotational balance of the rotor disk 30.
  • the number of each of the peaks 30D and valleys 30E is eight, but the number of each of the peaks 30D and valleys 30E is not limited to eight, because the frictional force and frictional area are increased by providing an angle in the extension direction of the outer peripheral edge 30B with respect to the rotational direction of the rotor disk 30.
  • the shape of the outer peripheral edge 30B of the rotor disk 30 is not limited to a repeating shape of the arc-shaped peaks 30D and valleys 30E, but may be a triangular peak, a valley or a rectangular peak, a repeating shape of valleys, a polygon such as a regular hexagon or a regular octagon, an ellipse, etc., and is preferably a rotationally symmetrical shape to ensure rotational balance.
  • the outer peripheral edge 30B of the rotor disk 30 may be a shape that includes a portion displaced only inwardly or outwardly in the radial direction with respect to a perfect circle (reference circle A). By designing the rotor disk 30 to have a non-circular shape, it is also possible to control the frictional force and frictional area.
  • the coating layer 34 may be provided only on the armature 20 side of the rotor disk 30 or on one side of the opposing plate 24.
  • the rotor disk 30 having the coating layer 34 can be used as a clutch disk for an electromagnetic clutch.
  • Electromagnetic brake 12 Stator body (housing) 12A: Through hole 12B: Annular groove 12C: Spring receiving hole 12D: Screw hole 18: Electromagnet 20: Armature 20A: Through hole 20B: Notch 22: Compression coil spring (biasing means) 24: opposing plate 24A: through hole 24B: bolt hole 26: bolt 28: collar member 30: rotor disk 30A: through hole 30B: outer peripheral edge 30C: inner peripheral edge 30D: ridge portion 30E: valley portion 32: hub member 32A: through hole 32B: key groove 34: coating layer 36: raised portion 38: raised portion 50: rotation axis A: reference circle

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Abstract

【課題】コーティングの塗布により、ロータディスクの縁部に盛上がり部が生じても、ロータディスクと対向プレートあるいはアーマチュアとの有効摩擦面積を、ロータディスクの外周縁が真円である場合に比して大きくでき、電磁摩擦装置のトルク性能を改善すること。 【解決手段】アーマチュア２０と対向プレート２４との間に配置されるロータディスク３０の少なくとも片面にコーティング３４が塗布され、ロータディスク３０が真円に対して径方向内方及び又は外方に変位した外周縁３０Ｂを有する。

Description

電磁摩擦装置
　本発明は電磁摩擦装置に関し、特に、電磁ブレーキや電磁クラッチ等の電磁摩擦装置に関する。
　電磁ブレーキとして、電磁石を固定されたステータと、電磁石に選択的に吸引可能に配置されたアーマチュアと、アーマチュアに対して電磁石から離反する側から対向するようにハウジングに固定された固定プレートと、アーマチュアと固定プレートとの間にあってベースに回転可能に支持された制動プレート（ロータディスク）とを有する電磁ブレーキが知られている（例えば、特許文献１、２）。
実用新案登録第３１６８８１１号公報 特開平１０－３０６８３４号公報
　ロータディスクとしては、レンジモールド系や樹脂成形品によるものが知られている。このロータディスクでは、製品ごとに個別の金型が必要であり、少量生産には不向きであった。レンジモールド系や樹脂成形品によるロータディスクは、機械的強度が低く、耐久性に問題を含む。
　新しいロータディスクとして、機械加工による金属製のロータ母材の表面に、摩擦係数を高めるためのコーティング材が層状に塗布されたロータディスクが考えられる。このロータディスクは、製品ごとの金型を必要とすることがなく、レンジモールド系や樹脂成形品によるロータディスクに比して機械的強度が高い。
　しかし、ロータ母材の表面にコーティング材が層状に塗布されたロータディスクは、コーティング層の縁部に、表面張力によって盛り上がる額縁現象と呼ばれる現象により盛上がり部が必然的に生じる。このため、ロータディスクのアーマチュアや固定プレートに対する有効な摩擦部（接触部）は盛上がり部だけになり、摩擦面積が小さいために、盛上がり部の摩損速度が速くなる。また、アーマチュアや固定プレートの摩損が局部的に生じ、アーマチュアや固定プレートの摩損速度が速くなる。これに応じて１回のブレーキ動作によるアーマチュアの可動域が大きくなる。アーマチュアの可動域が大きくなると、電磁石によってアーマチュアを適切に吸引できなくなり、電磁ブレーキの寿命が短縮される。
　本発明は、以上の背景に鑑み、コーティングの塗布により、ロータディスクの縁部に盛上がり部が生じても、ロータディスクと対向プレートあるいはアーマチュアとの有効摩擦面積を、ロータディスクの外周縁が真円である場合に比して大きくでき、電磁摩擦装置のトルク性能を改善することを課題とする。電磁摩擦装置のトルク性能は、電磁ブレーキの場合にはブレーキトルク性能であり、電磁クラッチの場合には伝達トルク性能である。
　上記課題を解決するために本発明のある態様は、電磁摩擦装置（１０）であって、ハウジング（１２）と、前記ハウジングに固定された電磁石（１８）と、前記電磁石に選択的に吸引可能に配置されたアーマチュア（２０）と、前記アーマチュアを前記電磁石から離反する向きに付勢する付勢手段（２２）と、前記アーマチュアに対して、前記電磁石から離反する側から対向するように前記ハウジングに固定された対向プレート（２４）と、前記アーマチュアと前記対向プレートとの間に回転可能に配置されたロータディスク（３０）とを有し、前記ロータディスクの少なくとも片面にコーティング（３４）が塗布され、前記ロータディスクが真円に対して径方向内方及び径方向外方の少なくとも一方に変位した部分を含む外周縁（３０Ｂ）を有する。
　この態様によれば、コーティングの塗布により、ロータディスクの縁部に盛上がり部が生じても、ロータディスクと対向プレートあるいはアーマチュアとの有効摩擦面積を、ロータディスクの外周縁が真円である場合に比して大きくでき、電磁摩擦装置のトルク性能が改善される。
　ここで云う電磁摩擦装置は、電磁ブレーキ装置、電磁クラッチ装置を含む。
　上記の態様において、前記ロータディスクの前記外周縁が周方向に沿って規則的な凹凸形状（３０Ｄ、３０Ｅ）を有していてもよい。
　この態様によれば、ロータディスクの外周縁の線長が真円である場合に比して長くなり、コーティングの塗布により、ロータディスクの外縁部に盛上がり部が生じても、ロータディスクと対向プレートあるいはアーマチュアとの有効摩擦面積が、ロータディスクの外周縁が真円である場合に比して大きくなる。
　上記の態様において、前記ロータディスクの外形がその中心周りに回転対称をなしていてもよい。
　この態様によれば、ロータディスクの外周縁が真円に対して径方向内方及び径方向外方の少なくとも一方に変位した部分を含んでいてもロータディスクの回転バランスが低下することがない。
　上記の態様において、前記ロータディスクの前記外周縁が、前記対向プレート及び又は前記アーマチュアに対して、周方向に対して交差するように摺接してもよい。
　この態様によれば、コーティングの塗布により、ロータディスクの外縁部に盛上がり部が生じても、ロータディスクと対向プレートあるいはアーマチュアとの有効摩擦面積が、ロータディスクの外周縁が真円である場合に比して大きくなる。
　上記の態様において、前記ロータディスクが金属或いは繊維強化プラスチックにより構成され、前記コーティングが樹脂系材料からなっていてもよい。
　この態様によれば、ロータディスクの機械的強度が向上し且つ高い摩擦係数の摩擦面が得られる。
　上記の態様において、前記ハウジングが固定配置され、前記ロータディスクにブレーキ対象の回転軸（５０）がトルク伝達関係で連結される。
　この態様によれば、電磁摩擦装置が電磁ブレーキをなす。
　以上の態様によれば、コーティングの塗布により、ロータディスクの縁部に盛上がり部が生じても、ロータディスクと対向プレートあるいはアーマチュアとの有効摩擦面積が、ロータディスクの外周縁が真円である場合に比して大きくなり、電磁摩擦装置のトルク性能が改善される。
本発明による電磁摩擦装置を電磁ブレーキに適用した１つの実施形態を示す斜視図 同電磁ブレーキの分解斜視図 同電磁ブレーキの断面図 同電磁ブレーキに用いられるロータディスクの正面図
　以下に、本発明による電磁摩擦装置を電磁ブレーキに適用した実施形態を、図１～図４を参照して説明する。尚、実施形態において、材質についての記載がない各部材は、鉄系金属に、防錆のための、亜鉛めっき及び三価クロメート処理、ガス軟窒化処理、リン酸マンガン皮膜処理や無電解ニッケルめっき等の表面処理を施されたものにより構成されている。
　本実施形態の電磁ブレーキは全体を符号１０により示されている。電磁ブレーキ１０はハウジングとしてステータボディ１２を有する。ステータボディ１２は当該電磁ブレーキ１０を含む装置の固定部材（不図示）に固定される。
　ステータボディ１２は、貫通孔１２Ａを含む円環形状をなし、貫通孔１２Ａと同心且つ軸線方向の一方の側に開口した円環凹溝１２Ｂを有する。
　円環凹溝１２Ｂには円環状の電磁石１８（図３参照）が配置されている。電磁石１８は、電磁コイル等を含み、ステータボディ１２に固定されている。
　ステータボディ１２の軸線方向の一方の側にはアーマチュア（可動プレート）２０が軸線方向に移動可能且つ電磁石１８に選択的に吸引可能に配置されている。アーマチュア２０は貫通孔１２Ａと同心で且つ貫通孔１２Ａと同じ内径の貫通孔２０Ａを含む円環形状をなしている。
　ステータボディ１２には周方向に等間隔をおいて有底の複数のばね受入孔１２Ｃが形成されている。各ばね受入孔１２Ｃには圧縮コイルばね２２（図２参照）が挿入されている。各圧縮コイルばね２２は、ステータボディ１２とアーマチュア２０との間にあってアーマチュア２０を電磁石１８から離れる方向に付勢している。尚、複数のばね受入孔１２Ｃは必ずしも等間隔である必要はない。ばね受入孔１２Ｃは１個であってもよい。
　アーマチュア２０の軸線方向の一方の側には対向プレート（固定プレート）２４が配置されている。対向プレート２４は、貫通孔１２Ａ、２０Ａと同心で且つ貫通孔１２Ａ、２０Ａよりも大きい内径の貫通孔２４Ａを含む円環形状をなし、アーマチュア２０に対して電磁石１８から離反する側から対向している。尚、貫通孔２４Ａの内径は貫通孔１２Ａ、２０Ａの内径と同径であってもよい。
　対向プレート２４には周方向に等間隔をおいてはボルト通し孔２４Ｂが貫通形成されている。アーマチュア２０には各ボルト通し孔２４Ｂに対応すべく周方向に等間隔をおいて外縁に開口した切欠部２０Ｂが形成されている。ステータボディ１２には各ボルト通し孔２４Ｂに対応すべく周方向に等間隔をおいてねじ孔１２Ｄが形成されている。尚、ボルト通し孔２４Ｂは必ずしも等間隔である必要はない。
　各ボルト通し孔２４Ｂにはボルト２６が挿入されている。各ボルト２６はアーマチュア２０の対応する切欠部２０Ｂを通過してステータボディ１２の対応するねじ孔１２Ｄにねじ係合している。各ボルト２６が切欠部２０Ｂを通過する部分の外周には円筒形状のカラー部材２８が嵌合している。カラー部材２８は、その軸長によってステータボディ１２と対向プレート２４との軸線方向の離間間隔を定めていると共に切欠部２０Ｂに嵌合することにより、アーマチュア２０の回り止め及びアーマチュア２０の軸線方向移動のガイドをなす。
　アーマチュア２０と対向プレート２４との間にはロータディスク３０が回転可能に配置されている。ロータディスク３０は中心部に略四角形の貫通孔３０Ａを有する。貫通孔３０Ａには略四角形の外形を有するハブ部材３２が嵌合している。これにより、ハブ部材３２とロータディスク３０とがトルク伝達関係で連結される。尚、貫通孔３０Ａ及びハブ部材３２の外形形状は六角形等の多角形であってもよい。また、ロータディスク３０とハブ部材３２とはスプライン結合、キー結合等によって連結されていてもよい。
　ハブ部材３２は、ロータディスク３０よりも大きい厚さ（軸線方向寸法）を有し、アーマチュア２０の貫通孔２０Ａと同心の貫通孔３２Ａを含む。ハブ部材３２は、貫通孔３０Ａと同形状の略四角形の外周形状をもって貫通孔３０Ａに貫挿されることにより、ロータディスク３０の軸線方向の相対移動を許容してロータディスク３０にトルク伝達で係合している。ハブ部材３２がロータディスク３０よりも軸線方向に突出した部分は、対向プレート２４の貫通孔２４Ａに、比較的大きい径方向の間隙をもって配置される。
　ハブ部材３２には貫通孔３２Ａに向けて開口したキー溝３２Ｂ（図２参照）が形成されている。
　ステータボディ１２の貫通孔１２Ａ、アーマチュア２０の貫通孔２０Ａ、ハブ部材３２の貫通孔３０Ａ及び対向プレート２４の貫通孔２４Ａには、ブレーキ対象の１つの回転軸５０（図３参照）が軸線方向に貫通している。ステータボディ１２の貫通孔１２Ａ及びアーマチュア２０の貫通孔２０Ａは回転軸５０の外径より少し大きい内径を有する。ステータボディ１２の貫通孔１２Ａ及びアーマチュア２０の貫通孔２０Ａには回転軸５０が径方向に比較的小さい間隙をもって遊嵌合している。対向プレート２４の貫通孔２４Ａは貫通孔１２Ａ、２０Ａよりも大きい内径を有する。対向プレート２４の貫通孔２４Ａには径方向に比較的大きい間隙をもって回転軸５０が貫通している。
　ハブ部材３２の貫通孔３２Ａには径方向に極小さい間隙或いは実質的な径方向間隙を有することなく回転軸５０が貫通している。ハブ部材３２のキー溝３２Ｂ及び回転軸５０に形成されているキー溝（不図示）にはキー（不図示）が係合している。この係合により、回転軸５０とハブ部材３２とが、ついては回転軸５０とロータディスク３０とがトルク伝達関係で連結される。かくして、ロータディスク３０は回転軸５０によってステータボディ１２に対して相対的に回転可能に支持される。
　尚、回転軸５０とハブ部材３２とのトルク伝達関係による連結は、圧入、焼きばめ、スプライン、摩擦締結具等により行われてもよい。
　電磁石１８が励磁されると、アーマチュア２０が、圧縮コイルばね２２のばね力に抗してステータボディ１２に近付く軸線方向に移動（図３で見て左側への移動）し、ステータボディ１２に吸着する。この状態のときには、アーマチュア２０と対向プレート２４との軸線方向の間隔がロータディスク３０の軸線方向の寸法（厚さ）よりも大きくなる。これにより、電磁石１８が励磁されているときには、回転軸５０の回転が許容される非ブレーキ状態になる。
　電磁石１８が消磁されると、アーマチュア２０が、圧縮コイルばね２２のばね力にステータボディ１２からに離れる軸線方向に移動（図３で見て右側への移動）し、ステータボディ１２から離間する。この状態のときには、ロータディスク３０が圧縮コイルばね２２のばね力によってアーマチュア２０と対向プレート２４とに挟まれ、ロータディスク３０とアーマチュア２０及び対向プレート２４との間に生じる摩擦力により、回転軸５０の回転が阻止される。これにより、電磁石１８が励磁されていないときには、回転軸５０の回転が阻止されるブレーキ状態になる。
　このブレーキ状態時のブレーキトルクＴは下式により簡易的に算出することができる。
　Ｔ＝Ｆ×μ×ｒ×Ｎ
　　μ：摩擦係数
　　ｒ：平均摩擦半径（ｍ）
　　Ｎ：摩擦面数
　摩擦係数μはロータディスク３０とアーマチュア２０及び対向プレート２４との摩擦面の性状により決まる。平均摩擦半径ｒはロータディスク３０とアーマチュア２０及び対向プレート２４との摩擦面（接触面）の径方向寸法により決まる。摩擦面数Ｎは本実施形態では２になる。
　電磁ブレーキ１０では、高いブレーキトルクＴが得られるべく摩擦係数μが大きく、長寿命のために摩擦面の摩耗率が低いことを要求される。また、高いブレーキトルクＴが得られるべくロータディスク３０とアーマチュア２０及び対向プレート２４との間に生じる有効摩擦面積が大きいことを要求される。
　これらの要求を満たすべく本実施形態の電磁ブレーキ１０は、以下のような構成を有する。
　ロータディスク３０は、平坦な両面を有する非磁性のステンレス鋼板や繊維強化プラスチック板等により構成されている。
　ロータディスク３０は、図４に示されているように、真円による基準円Ａに対して径方向外方に変位した円弧形状の山部３０Ｄと、基準円Ａに対して径方向内方に変位した円弧形状の谷部３０Ｅとを、交互に周方向に等間隔をおいて複数有する外周縁３０Ｂを有する。つまり、ロータディスク３０の外周縁３０Ｂが周方向に沿って規則的な凹凸形状を有する。これにより、外周縁３０Ｂはアーマチュア２０及び対向プレート２４に対して周方向に対して交差するように摺接する。
　この形状のロータディスク３０は、プレス加工によらずに、レーザ切断加工やワイヤ切断加工等により製作できる。このことにより、ロータディスク３０の形状の自由度が高くなり、ロータディスク３０の形状の変更のたびにプレス金型を製作、準備する必要がない。
　ロータディスク３０の両面には、摩擦係数を高めるために、全面に亘ってエポキシ樹脂等の樹脂系材料による液状のコーティングが層状に塗布されている。これによりロータディスク３０がロータディスク３０及びアーマチュア２０と対向する両面に数十μｍ程度の膜厚を有するコーティング層３４が形成される。コーティング層３４の縁部には、表面張力によって盛り上がる額縁現象と呼ばれる現象により、盛上がり部３６、３８が必然的に生じる。盛上がり部３６はロータディスク３０の外周縁３０Ｂに沿って連続して生じる。盛上がり部３８はロータディスク３０の貫通孔３０Ａを画定する内周縁３０Ｃに沿って連続して生じる。
　このようなコーティング層３４を有するロータディスク３０において、ロータディスク３０とアーマチュア２０及び対向プレート２４との間に生じる有効摩擦面はコーティング層３４の盛上がり部３６になる。盛上がり部３６は、山部３０Ｄ及び谷部３０Ｅによる凹凸形状のロータディスク３０の外周縁３０Ｂに沿って発生するので、外周縁３０Ｂが真円形状である場合に、その線長が長くなり、これに応じて有効摩擦面積が大きくなる。
　これにより、電磁ブレーキ１０のブレーキトルクＴが、圧縮コイルばね２２のばね力に大きくすることも電磁石１８の電磁力を大きくすることもなく、盛上がり部３６を除去する後加工を必要することもなく、大きくなる。なお、後加工が行われないため、内周縁３０Ｃの盛上がり部３８も発生したままである。
　盛上がり部３６の有効摩擦面積が大きいことにより、盛上がり部３６の摩損速度が低下し、これに応じてアーマチュア２０や対向プレート２４の局部的な摩損が低下し、アーマチュア２０や対向プレート２４の摩損速度も低下する。これに応じて１回のブレーキ動作によるアーマチュア２０の可動域が大きくことが抑制され、電磁ブレーキ１０の寿命の短縮が抑制される。
　ロータディスク３０の外周縁３０Ｂは、山部３０Ｄと谷部３０Ｅとが周方向に沿って交互に出現する凹凸形状であってよく、しかもロータディスク３０の外形がその中心周りに回転対称をなす回転対称形であるから、凹凸形状によってロータディスク３０の回転バランスが低下することがない。
　以上、本発明を、その好適な実施形態について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施形態により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　図示の実施形態では、山部３０Ｄ及び谷部３０Ｅの各々の個数は８個であるが、ロータディスク３０の回転方向に対して外周縁３０Ｂの延在方向に角度を持たせることにより、摩擦力及び摩擦面積が増加するから、山部３０Ｄ及び谷部３０Ｅの各々の個数は８個に限られることはない。ロータディスク３０の外周縁３０Ｂの形状は、円弧状の山部３０Ｄ及び谷部３０Ｅの繰り返しの形状に限られることはなく、三角形状の山形、谷部や矩形の山形、谷部の繰り返し形状、正六角形や正八角形等の多角形、楕円形等であってもよく、回転バランスを確保するために回転対称形であることが好ましい。ロータディスク３０の外周縁３０Ｂは真円（基準円Ａ）に対して径方向内方又は径方向外方の何れか一方のみに変位した部分を含む形状であってもよい。ロータディスク３０が非円形状で、その形状が工夫されることにより、摩擦力及び摩擦面積をコントロールすることも可能になる。
　コーティング層３４はロータディスク３０のアーマチュア２０側或いは対向プレート２４の片面にのみ設けられてよい。
　コーティング層３４を有するロータディスク３０は電磁クラッチのクラッチディスクとして用いることができる。
　また、上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。
１０　　：電磁ブレーキ
１２　　：ステータボディ（ハウジング）
１２Ａ　：貫通孔
１２Ｂ　：円環凹溝
１２Ｃ　：ばね受入孔
１２Ｄ　：ねじ孔
１８　　：電磁石
２０　　：アーマチュア
２０Ａ　：貫通孔
２０Ｂ　：切欠部
２２　　：圧縮コイルばね（付勢手段）
２４　　：対向プレート
２４Ａ　：貫通孔
２４Ｂ　：ボルト通し孔
２６　　：ボルト
２８　　：カラー部材
３０　　：ロータディスク
３０Ａ　：貫通孔
３０Ｂ　：外周縁
３０Ｃ　：内周縁
３０Ｄ　：山部
３０Ｅ　：谷部
３２　　：ハブ部材
３２Ａ　：貫通孔
３２Ｂ　：キー溝
３４　　：コーティング層
３６　　：盛上がり部
３８　　：盛上がり部
５０　　：回転軸
Ａ　　　：基準円

Claims (6)

  1. 　電磁摩擦装置であって、
    　ハウジングと、
    　前記ハウジングに固定された電磁石と、
    　前記電磁石に選択的に吸引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電磁石から離反する向きに付勢する付勢手段と、
    　前記アーマチュアに対して、前記電磁石から離反する側から対向するように前記ハウジングに固定された対向プレートと、
    　前記アーマチュアと前記対向プレートとの間に回転可能に配置されたロータディスクとを有し、
    　前記ロータディスクの少なくとも片面にコーティングが塗布され、前記ロータディスクが真円に対して径方向内方及び径方向外方の少なくとも一方に変位した部分を含む外周縁を有する電磁摩擦装置。
  2. 　前記ロータディスクの前記外周縁が周方向に沿って規則的な凹凸形状を有する請求項１に記載の電磁摩擦装置。
  3. 　前記ロータディスクの外形がその中心周りに回転対称をなす請求項１又は２に記載の電磁摩擦装置。
  4. 　前記ロータディスクの前記外周縁が、前記対向プレート及び又は前記アーマチュアに対して、周方向に対して交差するように摺接する請求項１又は２に記載の電磁摩擦装置。
  5. 　前記ロータディスクが金属或いは繊維強化プラスチックにより構成され、前記コーティングが樹脂系材料からなる請求項１又は２に記載の電磁摩擦装置。
  6. 　前記ハウジングが固定配置され、前記ロータディスクにブレーキ対象の回転軸がトルク伝達関係で連結される請求項１又は２に記載の電磁摩擦装置。
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