JP5722363B2 - 軸落下防止機能を有する電磁ブレーキ、電動機および機械 - Google Patents

Description

本発明は、回転軸を拘束して回転軸が落下するのを防止する電磁ブレーキ、電動機および機械に関する。

機械やロボット等の可動部を駆動するために、ブレーキ付き電動機が使用されている。例えば、そのようなブレーキは、該電動機の回転を停止して電動機への電源の供給が停止される際に、電動機の回転位置を保持する電磁ブレーキである。一般的に、電磁ブレーキは、回転軸周りに固定配置されたハブと、ハブにスプライン嵌合して一体的に回転する摩擦板と、摩擦板の一側に配置されていて固定された端板と、前記摩擦板の他側に配置されたアーマチュアと、アーマチュアを端板に対して付勢するコイルバネとを含んでいる。

このような電磁ブレーキでは、ブレーキ解除時に摩擦板がアーマチュアおよび端板に押付けられないようにする必要がある。つまり、ハブと摩擦板との間の嵌合部分に隙間を設け、ブレーキ解除時に摩擦板を軸方向に移動させる必要がある。しかしながら、嵌合部分に隙間を設けた場合には、ブレーキ作動時に嵌合部分の隙間ぶんだけ回転軸が偏倚して、回転軸が微少距離だけ落下する可能性がある。

また、特許文献１においては、ハブの嵌合面と摩擦板の嵌合面との間に弾性部材を配置している。つまり、ハブの嵌合面と摩擦板の嵌合面とを弾性部材で押圧することにより、嵌合部分の隙間を無くしている。これにより、回転時に二つの嵌合面が互いに衝突する音が発生するのが防止される。

実開昭61-206136号公報

しかしながら、単に弾性部材を配置しただけでは、ハブの中心軸と摩擦板の中心軸とが互いにズレる場合がある。このため、ブレーキ作動時に回転軸に重力負荷がかかると、摩擦板の中心軸が元位置まで戻ろうとして微小に移動する。その結果、従来技術の電磁ブレーキではブレーキ作動時に回転軸が微少に落下するのを防止できないという問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ブレーキ作動時であっても回転軸が微少に落下するのを防止する電磁ブレーキ、ならびにそのような電磁ブレーキを内蔵した電動機および機械を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、回転軸周りに固定配置されたハブと、該ハブにスプライン嵌合して一体的に回転する摩擦板と、該摩擦板の一側に配置されていて固定された端板と、前記摩擦板の他側に配置されたアーマチュアと、該アーマチュアを前記端板に対して付勢する付勢部材と、該付勢部材の付勢力に抗して前記アーマチュアを磁気吸引する電磁コイルを備えたフィールドコアと、を含む電磁ブレーキにおいて、前記摩擦板の嵌合面と前記ハブの嵌合面との間において前記回転軸の回転中心に対して対称的に配置された複数の弾性部材を具備し、該複数の弾性部材によって前記ハブが付勢される方向が前記回転軸の回転方向と一致するようにした、電磁ブレーキが提供される。
２番目の発明によれば、１番目の発明の電磁ブレーキを内蔵した電磁ブレーキ付き電動機が提供される。
３番目の発明によれば、重力によって落下する落下部位によって前記回転軸が回転する機械において、重力により前記落下部位が落下する際の前記回転軸の回転方向と、前記弾性部材によって前記ハブが付勢される方向とが一致するように、１番目または２番目の発明の電磁ブレーキが前記回転軸に配置されている機械が提供される。
４番目の発明によれば、１番目の発明において、前記弾性部材が、板バネである。
５番目の発明によれば、４番目の発明において、前記ハブの一つの凸部の対向する端面には前記板バネの両端部がそれぞれ取付けられており、前記板バネは前記一つの凸部の二つの傾斜面のうちの一方の傾斜面に沿って湾曲している。

本発明においては、付勢方向が同一の回転方向であるように複数の弾性部材が摩擦板の嵌合面とハブの嵌合面との間において前記回転軸の回転中心に対して対称的に配置されている。このため、摩擦板の嵌合面とハブの嵌合面との間の隙間を予め無くすことができる。それゆえ、回転軸に負荷がかかった場合であっても、回転軸は偏倚せず、ブレーキ作動時に回転軸が微少に落下するのを防止することが可能となる。

本発明に基づく電磁ブレーキの軸方向断面図である。 ハブおよび摩擦板の頂面図である。 図２Ａの円Ａで囲まれた部分を拡大して示す部分拡大図である。 ハブの部分斜視図である。 ハブの拡大図である。 ハブの他の拡大図である。 本発明の電磁ブレーキが内蔵された電動機とボールネジ装置とを示す図である。 ハブおよび摩擦板の斜視図である。 他の電磁ブレーキにおけるハブおよび摩擦板の部分拡大図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は、本発明に基づく電磁ブレーキの軸方向断面図である。図１に示されるように、電磁ブレーキ１０は、回転軸、例えば図示しない電動機の回転軸１１の周りに固定配置されたハブ１２を含んでいる。図示されるように、回転軸１１の周面には段部２０が形成されており、ハブ１２の一端は段部２０に当接している。ハブ１２には、スプライン嵌合して一体的に回転する摩擦板１３が係合している。

図１に示されるように、摩擦板１３の一側には、フィールドコア１８から離間して配置された端板１４がボルト１９によりフィールドコア１８に固定されている。そして、フィールドコア１８は、摩擦板１３の他側に配置されたアーマチュア１５と、アーマチュア１５を端板に対して付勢する付勢部材１７、例えばバネとを備えている。さらに、フィールドコア１８は、付勢部材１７の付勢力に抗してアーマチュア１５を磁気吸引する電磁コイル１６を備えている。

図２Ａはハブおよび摩擦板の頂面図である。理解を容易にするために、図２Ａ等においては回転軸１１の図示を省略している。図２Ａに示されるように、ハブ１２の外周面には複数の凸部が形成されており、摩擦板１３の内周面には複数の凹部が形成されている。これらハブ１２および摩擦板１３は互いにスプライン嵌合するよう寸法決めされている。従って、摩擦板１３は、ハブ１２に対し軸方向に移動することができる。

再び図１を参照すると、電磁ブレーキ１０に電力が遮断されているときには、付勢部材１７の力によってアーマチュア１５が摩擦板１３に押付けられる。このため、摩擦板１３はアーマチュア１５と端板１４との間で保持され、摩擦板１３は移動できなくなる。従って、電磁ブレーキ１０がロック状態になる。

そして、電磁ブレーキ１０に電力を供給すると、電磁コイル１６が駆動され、付勢部材１７の付勢力に抗してアーマチュア１５をフィールドコア１８に吸引する。つまり、アーマチュア１５が摩擦板１３から離間するので、摩擦板１３は端板１４およびアーマチュア１５から解放される。すなわち、電磁ブレーキ１０がロック解除状態になる。

ところで、図２Ｂは図２Ａの円Ａで囲まれた部分を拡大して示す部分拡大図である。図２Ｂに示されるように、ハブ１２の一つ凸部１２ａは、二つの傾斜面１２ｂ、１２ｃを有する略台形型である。そして、摩擦板１３の一つの凹部１３ａは、二つの傾斜面１３ｂ、１３ｃを有していてハブ１２の凸部１２ａに対応した略台形型である。

図２Ｂから分かるように、摩擦板１３の一つの凹部１３ａはハブ１２の凸部１２ａよりも大きい。特に摩擦板１３の傾斜面１３ｂ、１３ｃの間の距離は、ハブ１２の傾斜面１２ｂ、１２ｃの間の距離よりも大きい。図２Ｂにおいてはハブ１２は反時計回りに回転するので、ハブ１２の一方の傾斜面１２ｂと摩擦板１３の一方の傾斜面１３ｂとが互いに接触している。

また、図２Ｃはハブの部分斜視図である。図２Ｂおよび図２Ｃに示されるように、ハブ１２の他方の傾斜面１２ｃには、弾性部材としての板バネ２５が配置されている。図２Ｃから分かるように、板バネ２５の両端部は凸部１２ａの対向する端面のそれぞれに取付けられている。そして、板バネ２５の大部分は傾斜面１２ｃに沿って湾曲している。このため、図２Ｂにおいては、板バネ２５の取付部分２５ａと湾曲部分２５ｂとを視覚的に区別して示されている。

ここで、図３はハブの拡大図である。図３に示されるように、板バネ２５は円Ａにおける凸部１２ａと凹部１３ａとの間だけでなく、図３に破線で示される二つの円Ｂ、Ｃ内に位置する凸部と凹部との間にも同様に配置されている。図３から特に分かるように、円Ａ、Ｂ、Ｃは互いに正三角形をなす位置に配置されており、その結果、三つの板バネ２５は、図３には示さない回転軸１１に対して点対称に配置されている。つまり、三つの板バネ２５の付勢方向は、図示しない回転軸１１の回転方向に概ね等しい。

図３から分かるように、三つの板バネ２５のそれぞれの付勢力は、半径方向の力と周方向の力とに分けられる。そして、これら半径方向の力は互いに打ち消し合う。このため、周方向の力のみが残ることになる。

図２Ｂを再び参照して分かるように、これら周方向の力によって、板バネ２５の湾曲部分２５ｂが摩擦板１３の凹部１３ａの他方の傾斜面１３ｃを押圧する。その結果、ハブ１２の凸部１２ａの一方の傾斜面１２ｂが、凹部１３ａの一方の傾斜面１３ｂを押圧する。従って、本発明においては、ハブ１２の凸部１２ａの一方の傾斜面１２ｂと摩擦板１３の凹部１３ａの一方の傾斜面１３ｂとの間に隙間（バックラッシ）は発生していない。

さらに、本発明においては、三つの板バネ２５は回転軸１１回りに互いに点対称に配置されている。このため、これら板バネ２５が対応する凹部を押圧したとしても、それら押圧力が互いにバランスし、ハブ１２および摩擦板１３が回転軸１１からズレることはない。また、板バネ２５はその湾曲部分２５ｂのみが対応する凹部に接触しているのみであるので、摩擦板１３が軸方向に移動するのを妨げることもない。

これに対し、ハブの他の拡大図である図４においては、一つの板バネ２５のみがハブ１２に取付けられている。つまり、板バネ２５は回転軸１１回りに点対称に配置されていない。このため、図４の円Ｅで示される部分ではハブ１２の凸部の先端と摩擦板１３の凹部の底面との間に隙間が生じ、円Ｄで示される部分ではハブ１２の凸部の先端と摩擦板１３の凹部の底面との間に隙間が生じていない。つまり、図４においては、ハブ１２が回転軸１１からズレていることになる。

図５Ａは本発明の電磁ブレーキが内蔵された電動機Ｍとボールネジ装置とを示す図である。図５Ａにおいては、電動機Ｍ内に電磁ブレーキ１０が内蔵されているものとする。さらに、電動機Ｍの出力軸は、ボールネジ装置のネジ軸３１に連結されている。この場合には、電磁ブレーキ１０の回転軸１１とネジ軸３１とが同一であってもよい。ボールネジ装置は工作機械の一部分を構成するものとする。さらに、図５Ｂはハブおよび摩擦板の斜視図である。図５Ａおよび図５Ｂに示されるように、回転軸１１を用いてハブ１２を反時計回りに回転させると、ボールネジ装置のナット３２は下降する。

図５Ｂに示される三つの円Ａ、Ｂ、Ｃには前述した板バネ２５が配置されている。前述したように、これら板バネ２５によって、ハブ１２の凸部１２ａの一方の傾斜面１２ｂは、摩擦板１３の凹部１３ａの一方の傾斜面１３ｂに押付けられる。従って、板バネ２５がハブ１２を付勢する方向と、ナット３２を下降させるハブ１２の回転方向とは等しい。このような構成であるので、回転軸に負荷がかかった場合であっても、回転軸１１は偏倚せず、ネジ軸３１が重力により微少に落下するのを防止することができる。

ところで、図６は他の電磁ブレーキにおけるハブおよび摩擦板の部分拡大図である。図６においては、板バネ２５が摩擦板１３の凹部１３ａの他方の傾斜面１３ｃに取付けられており、ハブ１２の凸部１２ａには取付けられていない。図６から分かるように、板バネ２５の両端は、傾斜面１３ｃに軸方向に形成された段部に当接している。つまり、図６に示される板バネ２５の向きは、図２Ｃに示される板バネ２５の向きから９０°だけズレている。

このような場合には、板バネ２５の先端が凸部１２ａの他方の傾斜面１２ｃを押圧する。従って、凸部１２ａの一方の傾斜面１２ｂと凹部１３ａの一方の傾斜面１３ｂとの間には隙間が生じないようになる。それゆえ、図６に示される他の電磁ブレーキであっても、前述したのと同様な効果が得られるのが分かるであろう。

１０ 電磁ブレーキ
１１ 回転軸
１２ ハブ
１２ａ 凸部
１２ｂ、１２ｃ 傾斜面
１３ 摩擦板
１３ａ 凹部
１３ｂ、１３ｃ 傾斜面
１５ アーマチュア
１６ 電磁コイル
１７ 付勢部材
１８ フィールドコア
１９ ボルト
２５ 板バネ（弾性部材）
２５ａ 取付部分
２５ｂ 湾曲部分
３１ ネジ軸
３２ ナット
Ｍ 電動機

Claims (5)

1. 回転軸周りに固定配置されたハブと、該ハブにスプライン嵌合して一体的に回転する摩擦板と、該摩擦板の一側に配置されていて固定された端板と、前記摩擦板の他側に配置されたアーマチュアと、該アーマチュアを前記端板に対して付勢する付勢部材と、該付勢部材の付勢力に抗して前記アーマチュアを磁気吸引する電磁コイルを備えたフィールドコアと、を含む電磁ブレーキにおいて、
   前記摩擦板の嵌合面と前記ハブの嵌合面との間において前記回転軸の回転中心に対して対称的に配置された複数の弾性部材を具備し、該複数の弾性部材によって前記ハブが付勢される方向が前記回転軸の回転方向と一致するようにした、電磁ブレーキ。
2. 請求項１に記載の電磁ブレーキを内蔵した電磁ブレーキ付き電動機。
3. 重力によって落下する落下部位によって前記回転軸が回転する機械において、重力により前記落下部位が落下する際の前記回転軸の回転方向と、前記弾性部材によって前記ハブが付勢される方向とが一致するように、請求項１または２に記載の電磁ブレーキが前記回転軸に配置されている機械。
4. 前記弾性部材が、板バネである請求項１に記載の電磁ブレーキ。
5. 前記ハブの一つの凸部の対向する端面には前記板バネの両端部がそれぞれ取付けられており、前記板バネは前記一つの凸部の二つの傾斜面のうちの一方の傾斜面に沿って湾曲している、請求項４に記載の電磁ブレーキ。

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