保持ブレーキ装置とこれを用いたアクチュエータ及びロボット装置
【課題】 非常停電時に保持ブレーキの回転を確実に阻止することができる保持ブレーキ装置を提供する。
【解決手段】 電動機への通電が遮断した場合に作動して電動機シャフトを拘束する負作動ブレーキであって、回転ディスク（８）と、前記回転ディスク（８）に隣接するアーマチェア（５）と、前記アーマチェア（５）をサイドプレート（７）へ押す第１のバネ（４）と、前記アーマチェア（５）を駆動する第１のコイル（３）とヨーク（２）を備えた保持ブレーキ装置（１）において、前記アーマチェア（５）に凹凸部を備え、前記凹凸部に噛み合う凹凸部を備えたブロック（１４）を前記回転ディスク（８）上に備えたことを特徴とする保持ブレーキ装置。
【解決手段】 電動機への通電が遮断した場合に作動して電動機シャフトを拘束する負作動ブレーキであって、回転ディスク（８）と、前記回転ディスク（８）に隣接するアーマチェア（５）と、前記アーマチェア（５）をサイドプレート（７）へ押す第１のバネ（４）と、前記アーマチェア（５）を駆動する第１のコイル（３）とヨーク（２）を備えた保持ブレーキ装置（１）において、前記アーマチェア（５）に凹凸部を備え、前記凹凸部に噛み合う凹凸部を備えたブロック（１４）を前記回転ディスク（８）上に備えたことを特徴とする保持ブレーキ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非常停電による回転停止時に機械的に回転が阻止される保持ブレーキ装置（一般的に負作動ブレーキと称される）及びこれを組み込んだモータ、アクチュエータ、及びロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、保持ブレーキ装置では、回転停止後の保持トルクＴは、バネ力（Ｆ）×ライニングと相手材の摩擦係数（μ）× 接触半径（ｒ）、である。
すなわち Ｔ＝μＦ×ｒ ・・・（１）
図６において、１は保持ブレーキ、２はヨーク、３はコイル、４はバネ、５はアーマチェア、６はライニング、７はサイドプレート、８は回転ディスク、９はスタッド、１０はシャフト、１１はスプラインであり本図は回転停止時の保持状態を示す。シャフト１０にスプライン１１で支持された回転ディスクがバネ４の力でアーマチェア５とサイドプレート７にはさまれ、ライニング６を介して押してけられ保持されている。
このように、従来の保持ブレーキ装置の保持トルクはバネ力および接触部材間の摩擦係数で決められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１５２５６０号公報（第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の保持ブレーキ装置では、回転停止後の保持トルクは、上記（１）式となる。ところがライニングの磨耗によるバネ力の低下や、ライニングの回転ディスクからの剥離や、ライニング表面に油やグリス等が付着して摩擦係数が下がりブレーキ装置の所定の保持トルクが出なくなる問題があった。
そのため、本ブレーキ装置を組み込んだモータ、アクチュエータを使用したロボットなどの機械において、保持ブレーキが低下することにより、停電時に重力などの影響によりロボットの姿勢が保持できなかったり、機械の垂直軸が下がる等の問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、非常停電時に保持ブレーキの回転を確実に阻止することができる保持ブレーキ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
電動機への通電が遮断した場合に作動して電動機シャフトを拘束する負作動ブレーキであって、回転ディスクと、前記回転ディスクに隣接するアーマチェアと、前記アーマチェアをサイドプレートへ押す第１のバネと、前記アーマチェアを駆動する第１のコイルとヨークを備えた保持ブレーキ装置において、
前記アーマチェアに凹凸部を備え、前記凹凸部に噛み合う凹凸部を備えたブロックを前記回転ディスク上に備えたことを特徴とするものである。
また、請求項１記載の発明において前記回転ディスクに形成された凹凸部は、回転時は遠心力で、停止時はバネ力で移動することを特徴とするものである。
また、請求項１記載の発明において前記第１のコイル近傍の固定部に第２のコイルと第２のバネとプランジャを設け、前記プランジャに沿うように挿入させる複数の穴を前記回転ディスクに形成し、前記プランジャの先端を回転ディスク停止時に回転ディスクに設けた穴に挿入するようにしたことを特徴とするものである。
また、請求項１記載の発明において前記凹凸部が噛み合い歯車であることを特徴とするものである。
また、請求項３記載の発明において前記第２のコイルと第２のバネとプランジャを第１のコイルの内側に設けたことを特徴とするものである。
また、請求項１乃至３の保持ブレーキ装置が、モータ、回転検出器、減速機のいずれかのフレーム内に組み込まれたことを特徴とするものである。
また、関節部の駆動源としてアクチュエータを用いるロボット装置において、前記アクチュエータを、請求項６に記載のアクチュエータで構成したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、保持ブレーキにおいて回転ディスクが回転停止後、回転ディスクと固定部が機械的に保持され、ブレーキライニングの磨耗やはがれ、あるいは押し付け力の低下による保持トルクの低下が発生しても、回転部を確実に停止保持することができる。また、回転部を確実に停止保持することができるモータやアクチュエータが構成でき、これを関節駆動に用いたロボット等の停止保持を確実にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１実施例を示す保持ブレーキ装置の側断面図
【図２】本発明の第１実施例を示す保持ブレーキ装置の正面図
【図３】本発明の第２実施例を示す保持ブレーキ装置の側断面図
【図４】本発明の第２実施例を示す保持ブレーキ装置の正面図
【図５】本発明の保持ブレーキを組み込んだモータの側断面図
【図６】従来の保持ブレーキ装置の側断面図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は本発明の保持ブレーキ装置の側断面図、図２は保持ブレーキ装置の正面図である。図１と図２において、１は保持ブレーキ、２はヨーク、３はコイル、４はバネ、５はアーマチェア、６はライニング、７はサイドプレート、８は回転ディスク、９はスタッド、１０はアクチュエータや減速機などのシャフト、１１はスプラインである。シャフト１０が回転中（通電時）はコイル３に電流が流れ、発生した磁界による磁束がヨーク２を通り、アーマチェア５をバネ４の力に抗し吸引することにより、回転ディスク８に取り付けられたライニング６とアーマチェア５およびサイドプレート７の間に隙間が生じで、回転ディスク８にスプライン１１で勘合したシャフト１０が回転する。スタッド９はアーマチェア５のガイドである。
【００１０】
次にコイル３の電流がなくなると（非常停電時）吸引力はなくなり、バネ４の力でアーマチェア５がサイドプレート７側に押され、回転ディスク８はライニング６を介してサイドプレート７に押し付けられた摩擦力により制動され、そのまま保持される。
本発明が従来技術と異なる部分は、１２ａ、１２ｂの凹凸部である噛み合い歯、１３の戻しバネ、１４のブロックを設けた部分である。噛み合い歯１２ａはブロック１４に、噛み合い歯１２ｂはアーマチェア５に形成されている。ブロック１４は回転ディスクに取り付けられており半径方向に可動できるようになっている。
【００１１】
その動作は回転中（通電時）はアーマチェア５はヨーク３に吸引されているため、噛み合い歯１２ａと１２ｂは噛み合ってなく、さらに遠心力によりブロック１４が噛み合いが外れる位置まで外側に移動している。コイル３の電流がなくなる（非常停電時）とアーマチェアがサイドプレート７の方向に移動するとともに、回転ディスク８が制動され、回転が落ちるとともに遠心力が小さくなり、戻しバネ１３の力によりブロック１４が内側に移動し、噛み合い歯１２ａと１２ｂが噛み合う。これにより回転ディスク８を機械的に固定（保持）することができる。
【実施例２】
【００１２】
図３は第２の実施例の構成を示す図であり、図４は図３の正面図である。図３と図４において、２１は第２のコイル、２２はバネ、２３はプランジャ、２４は回転ディスクに設けられた穴である。シャフト１０が回転中（通電時）は第２のコイルを励磁することによりプランジャ２３が吸引されて、回転ディスクは自由にまわる。非常停電時は第２のコイルへの給電が遮断されるので、第１のコイルと第２のコイルへの電流が遮断され励磁がなくなり、バネ２２の力でプランジャ２３を回転ディスクに設けた穴２４に挿入する。これにより回転保持を機械的に確実に行うことができる。
第１のコイル近傍の固定部に第２のコイルと第２のバネとプランジャを設け、プランジャに沿うように挿入させる複数の穴を回転ディスクに形成している。これによりプランジャの先端を回転ディスク停止時に回転ディスクに設けた穴に挿入するようにしている。
【００１３】
図５は実施例１の保持ブレーキをモータに組み込んだ構成を示す図である。５１は保持ブレーキ付モータ、５２はフレーム、５３ａおよび５３ｂは軸受、５４はステータ、５５はロータ、５６はシャフト１０の回転角度を検出するエンコーダである。
このように、モータおよびアクチュエータに本保持ブレーキを組み込むことにより、非常停電時のシャフト１０の保持をより確実にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
本保持ブレーキをロボット等の関節を駆動するアクチュエータに組み込むことにより、非常停電時にもロボットアームなどが重力により下がることなく非常停電時の姿勢を確実に保持することができる。
【符号の説明】
【００１５】
１ 保持ブレーキ
２ ヨーク
３ コイル
４ バネ
５ アーマチェア
６ ライニング
７ サイドプレート
８ 回転ディスク
９ スタッド
１０ シャフト
１１ スプライン
１２ａ、１２ｂ 噛み合い歯
１３ 戻しバネ
１４ ブロック
２１ 第２のコイル
２２ バネ
２３ プランジャ
２４ 穴
５１ 保持ブレーキ付モータ
５２ フレーム
５３ａ、５３ｂ 軸受
５４ ステータ
５５ ロータ
５６ エンコーダ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非常停電による回転停止時に機械的に回転が阻止される保持ブレーキ装置（一般的に負作動ブレーキと称される）及びこれを組み込んだモータ、アクチュエータ、及びロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、保持ブレーキ装置では、回転停止後の保持トルクＴは、バネ力（Ｆ）×ライニングと相手材の摩擦係数（μ）× 接触半径（ｒ）、である。
すなわち Ｔ＝μＦ×ｒ ・・・（１）
図６において、１は保持ブレーキ、２はヨーク、３はコイル、４はバネ、５はアーマチェア、６はライニング、７はサイドプレート、８は回転ディスク、９はスタッド、１０はシャフト、１１はスプラインであり本図は回転停止時の保持状態を示す。シャフト１０にスプライン１１で支持された回転ディスクがバネ４の力でアーマチェア５とサイドプレート７にはさまれ、ライニング６を介して押してけられ保持されている。
このように、従来の保持ブレーキ装置の保持トルクはバネ力および接触部材間の摩擦係数で決められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１５２５６０号公報（第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の保持ブレーキ装置では、回転停止後の保持トルクは、上記（１）式となる。ところがライニングの磨耗によるバネ力の低下や、ライニングの回転ディスクからの剥離や、ライニング表面に油やグリス等が付着して摩擦係数が下がりブレーキ装置の所定の保持トルクが出なくなる問題があった。
そのため、本ブレーキ装置を組み込んだモータ、アクチュエータを使用したロボットなどの機械において、保持ブレーキが低下することにより、停電時に重力などの影響によりロボットの姿勢が保持できなかったり、機械の垂直軸が下がる等の問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、非常停電時に保持ブレーキの回転を確実に阻止することができる保持ブレーキ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
電動機への通電が遮断した場合に作動して電動機シャフトを拘束する負作動ブレーキであって、回転ディスクと、前記回転ディスクに隣接するアーマチェアと、前記アーマチェアをサイドプレートへ押す第１のバネと、前記アーマチェアを駆動する第１のコイルとヨークを備えた保持ブレーキ装置において、
前記アーマチェアに凹凸部を備え、前記凹凸部に噛み合う凹凸部を備えたブロックを前記回転ディスク上に備えたことを特徴とするものである。
また、請求項１記載の発明において前記回転ディスクに形成された凹凸部は、回転時は遠心力で、停止時はバネ力で移動することを特徴とするものである。
また、請求項１記載の発明において前記第１のコイル近傍の固定部に第２のコイルと第２のバネとプランジャを設け、前記プランジャに沿うように挿入させる複数の穴を前記回転ディスクに形成し、前記プランジャの先端を回転ディスク停止時に回転ディスクに設けた穴に挿入するようにしたことを特徴とするものである。
また、請求項１記載の発明において前記凹凸部が噛み合い歯車であることを特徴とするものである。
また、請求項３記載の発明において前記第２のコイルと第２のバネとプランジャを第１のコイルの内側に設けたことを特徴とするものである。
また、請求項１乃至３の保持ブレーキ装置が、モータ、回転検出器、減速機のいずれかのフレーム内に組み込まれたことを特徴とするものである。
また、関節部の駆動源としてアクチュエータを用いるロボット装置において、前記アクチュエータを、請求項６に記載のアクチュエータで構成したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、保持ブレーキにおいて回転ディスクが回転停止後、回転ディスクと固定部が機械的に保持され、ブレーキライニングの磨耗やはがれ、あるいは押し付け力の低下による保持トルクの低下が発生しても、回転部を確実に停止保持することができる。また、回転部を確実に停止保持することができるモータやアクチュエータが構成でき、これを関節駆動に用いたロボット等の停止保持を確実にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１実施例を示す保持ブレーキ装置の側断面図
【図２】本発明の第１実施例を示す保持ブレーキ装置の正面図
【図３】本発明の第２実施例を示す保持ブレーキ装置の側断面図
【図４】本発明の第２実施例を示す保持ブレーキ装置の正面図
【図５】本発明の保持ブレーキを組み込んだモータの側断面図
【図６】従来の保持ブレーキ装置の側断面図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は本発明の保持ブレーキ装置の側断面図、図２は保持ブレーキ装置の正面図である。図１と図２において、１は保持ブレーキ、２はヨーク、３はコイル、４はバネ、５はアーマチェア、６はライニング、７はサイドプレート、８は回転ディスク、９はスタッド、１０はアクチュエータや減速機などのシャフト、１１はスプラインである。シャフト１０が回転中（通電時）はコイル３に電流が流れ、発生した磁界による磁束がヨーク２を通り、アーマチェア５をバネ４の力に抗し吸引することにより、回転ディスク８に取り付けられたライニング６とアーマチェア５およびサイドプレート７の間に隙間が生じで、回転ディスク８にスプライン１１で勘合したシャフト１０が回転する。スタッド９はアーマチェア５のガイドである。
【００１０】
次にコイル３の電流がなくなると（非常停電時）吸引力はなくなり、バネ４の力でアーマチェア５がサイドプレート７側に押され、回転ディスク８はライニング６を介してサイドプレート７に押し付けられた摩擦力により制動され、そのまま保持される。
本発明が従来技術と異なる部分は、１２ａ、１２ｂの凹凸部である噛み合い歯、１３の戻しバネ、１４のブロックを設けた部分である。噛み合い歯１２ａはブロック１４に、噛み合い歯１２ｂはアーマチェア５に形成されている。ブロック１４は回転ディスクに取り付けられており半径方向に可動できるようになっている。
【００１１】
その動作は回転中（通電時）はアーマチェア５はヨーク３に吸引されているため、噛み合い歯１２ａと１２ｂは噛み合ってなく、さらに遠心力によりブロック１４が噛み合いが外れる位置まで外側に移動している。コイル３の電流がなくなる（非常停電時）とアーマチェアがサイドプレート７の方向に移動するとともに、回転ディスク８が制動され、回転が落ちるとともに遠心力が小さくなり、戻しバネ１３の力によりブロック１４が内側に移動し、噛み合い歯１２ａと１２ｂが噛み合う。これにより回転ディスク８を機械的に固定（保持）することができる。
【実施例２】
【００１２】
図３は第２の実施例の構成を示す図であり、図４は図３の正面図である。図３と図４において、２１は第２のコイル、２２はバネ、２３はプランジャ、２４は回転ディスクに設けられた穴である。シャフト１０が回転中（通電時）は第２のコイルを励磁することによりプランジャ２３が吸引されて、回転ディスクは自由にまわる。非常停電時は第２のコイルへの給電が遮断されるので、第１のコイルと第２のコイルへの電流が遮断され励磁がなくなり、バネ２２の力でプランジャ２３を回転ディスクに設けた穴２４に挿入する。これにより回転保持を機械的に確実に行うことができる。
第１のコイル近傍の固定部に第２のコイルと第２のバネとプランジャを設け、プランジャに沿うように挿入させる複数の穴を回転ディスクに形成している。これによりプランジャの先端を回転ディスク停止時に回転ディスクに設けた穴に挿入するようにしている。
【００１３】
図５は実施例１の保持ブレーキをモータに組み込んだ構成を示す図である。５１は保持ブレーキ付モータ、５２はフレーム、５３ａおよび５３ｂは軸受、５４はステータ、５５はロータ、５６はシャフト１０の回転角度を検出するエンコーダである。
このように、モータおよびアクチュエータに本保持ブレーキを組み込むことにより、非常停電時のシャフト１０の保持をより確実にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
本保持ブレーキをロボット等の関節を駆動するアクチュエータに組み込むことにより、非常停電時にもロボットアームなどが重力により下がることなく非常停電時の姿勢を確実に保持することができる。
【符号の説明】
【００１５】
１ 保持ブレーキ
２ ヨーク
３ コイル
４ バネ
５ アーマチェア
６ ライニング
７ サイドプレート
８ 回転ディスク
９ スタッド
１０ シャフト
１１ スプライン
１２ａ、１２ｂ 噛み合い歯
１３ 戻しバネ
１４ ブロック
２１ 第２のコイル
２２ バネ
２３ プランジャ
２４ 穴
５１ 保持ブレーキ付モータ
５２ フレーム
５３ａ、５３ｂ 軸受
５４ ステータ
５５ ロータ
５６ エンコーダ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機への通電が遮断した場合に作動して電動機シャフトを拘束する負作動ブレーキであって、回転ディスクと、前記回転ディスクに隣接するアーマチェアと、前記アーマチェアをサイドプレートへ押す第１のバネと、前記アーマチェアを駆動する第１のコイルとヨークを備えた保持ブレーキ装置において、
前記アーマチェアに凹凸部を備え、前記凹凸部に噛み合う凹凸部を備えたブロックを前記回転ディスク上に備えたことを特徴とする保持ブレーキ装置。
【請求項２】
前記回転ディスクに形成された凹凸部は、回転時は遠心力で、停止時はバネ力で移動することを特徴とする請求項１記載の保持ブレーキ装置。
【請求項３】
前記第１のコイル近傍の固定部に第２のコイルと第２のバネとプランジャを設け、前記プランジャに沿うように挿入させる複数の穴を前記回転ディスクに形成し、前記プランジャの先端を回転ディスク停止時に回転ディスクに設けた穴に挿入するようにしたことを特徴とする請求項１記載の保持ブレーキ装置。
【請求項４】
前記凹凸部が噛み合い歯車であることを特徴とする請求項１記載の保持ブレーキ装置。
【請求項５】
前記第２のコイルと第２のバネとプランジャを第１のコイルの内側に設けたことを特徴とする請求項３記載の保持ブレーキ装置。
【請求項６】
請求項１乃至３の保持ブレーキ装置が、モータ、回転検出器、減速機のいずれかのフレーム内に組み込まれたことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項７】
関節部の駆動源としてアクチュエータを用いるロボット装置において、
前記アクチュエータを、請求項６に記載のアクチュエータで構成したことを特徴とするロボット装置。
【請求項１】
電動機への通電が遮断した場合に作動して電動機シャフトを拘束する負作動ブレーキであって、回転ディスクと、前記回転ディスクに隣接するアーマチェアと、前記アーマチェアをサイドプレートへ押す第１のバネと、前記アーマチェアを駆動する第１のコイルとヨークを備えた保持ブレーキ装置において、
前記アーマチェアに凹凸部を備え、前記凹凸部に噛み合う凹凸部を備えたブロックを前記回転ディスク上に備えたことを特徴とする保持ブレーキ装置。
【請求項２】
前記回転ディスクに形成された凹凸部は、回転時は遠心力で、停止時はバネ力で移動することを特徴とする請求項１記載の保持ブレーキ装置。
【請求項３】
前記第１のコイル近傍の固定部に第２のコイルと第２のバネとプランジャを設け、前記プランジャに沿うように挿入させる複数の穴を前記回転ディスクに形成し、前記プランジャの先端を回転ディスク停止時に回転ディスクに設けた穴に挿入するようにしたことを特徴とする請求項１記載の保持ブレーキ装置。
【請求項４】
前記凹凸部が噛み合い歯車であることを特徴とする請求項１記載の保持ブレーキ装置。
【請求項５】
前記第２のコイルと第２のバネとプランジャを第１のコイルの内側に設けたことを特徴とする請求項３記載の保持ブレーキ装置。
【請求項６】
請求項１乃至３の保持ブレーキ装置が、モータ、回転検出器、減速機のいずれかのフレーム内に組み込まれたことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項７】
関節部の駆動源としてアクチュエータを用いるロボット装置において、
前記アクチュエータを、請求項６に記載のアクチュエータで構成したことを特徴とするロボット装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−５８５７８（Ｐ２０１１−５８５７８Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０９７４７（Ｐ２００９−２０９７４７）
【出願日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
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