(57)【要約】【課題】  環状体の弾性変形を利用して、シャフトの軸線周りの回転運動および軸線方向の直線運動を制止することができる小型でコンパクトなブレーキ機構を提案すること。【解決手段】  ブレーキ機構１は半径方向に弾性変形可能な環状体２を備え、この環状体２の内周面２１には半径方向内側に突出する内側突起３ａ、３ｂが形成され、その外周面２２には半径方向外側に突出する外側突起４ａ、４ｂが形成されている。環状体２に挿入されたシャフトＳは、環状体２の弾性復帰力によって内側突起３ａ、３ｂによりブレーキ力が加えられ、シャフトＳの移動が拘束されている。外側突起４ａ、４ｂを内側に押し込むと、内側突起３ａ、３ｂが開き、シャフトＳに加えられているブレーキ力が解除される。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
径方向に弾性変形可能な環状体と、
この環状体の内周面から径方向内側に突出している複数の内側突起と、
前記環状体の外周面から径方向外側に突出している複数の外側突起とを有し、
前記外側突起を径方向の内側に押し込むと、前記内側突起が径方向の外側に移動するように、前記内側突起および前記外側突起が、前記環状体の周方向に沿って相互にずれた位置に形成され、
前記内側突起の先端面に内接する内接円の直径が、拘束対象のシャフトの外径よりも小さな寸法に設定されている環状体の弾性変形を利用したブレーキ機構。
【請求項２】
請求項１において、
前記環状体の周方向に沿って見た場合に、各内側突起の間に各外側突起が位置するように、これら内側突起および外側突起が等角度間隔で形成されているブレーキ機構。
【請求項３】
請求項１または２において、
各内側突起の先端面は円弧面であるブレーキ機構。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記環状体は真円形状であるブレーキ機構。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記環状体は楕円形状であり、
前記内側突起は前記環状体の内周面における短軸方向の両端部分に形成されており、
前記外側突起は前記環状体の外周面における長軸方向の両端部分に形成されているブレーキ機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属環などの環状体の弾性変形を利用して、シャフトの軸線周りの回転運動および軸線方向の直線運動を拘束可能なブレーキ機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、シャフトの軸線周りの回転運動を制止可能なブレーキ機構としては、シャフトと同軸状態に取り付けられているディスク盤を、その両側からブレーキパッドで押さえ付けるディスクブレーキ機構などが知られている。このディスクブレーキ機構には、油圧によってブレーキパッドをディスク盤に押し付けている油圧式のものと、ソレノイドによってブレーキパッドをディスク盤に押し付けている電磁式のものがあり、双方とも、ブレーキパッドに対する押圧を解除すると、戻しバネのばね力によってブレーキパッドによるブレーキ力が解除されるように構成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ブレーキ機構は、工作機械などの複雑な機構の内部に組み込まれることが多いので、小型であることが望ましい。しかしながら、ディスクブレーキ機構は、パッドをディスク盤に押し付けるための油圧機構あるいはソレノイドが別途、必要になるので、それらを組み合わせると装置が大型化してしまうという問題がある。
【０００４】
また、ブレーキ機構に対しては、その使用形態によって、シャフトをロック状態に保持してその回転運動を長時間、制止したいという要求があるが、そのためには、油圧機構あるいはソレノイドを長時間、作動させた状態に保持しなければならない。このため、油圧機構あるいはソレノイドへの負荷が大きく、かつ、消費電力が大きいという問題がある。
【０００５】
さらに、ディスクブレーキ機構のような構成では、シャフトの軸線周りの回転運動を制止することができるが、その軸線方向の直線運動を制止できない。
【０００６】
本発明の課題は、上記の問題点を解消可能なブレーキ機構を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明のブレーキ機構は、環状体の弾性変形を利用して、簡単な構成により、シャフトの回転運動および直線運動を制止あるいは拘束できるように構成されている。すなわち、本発明のブレーキ機構は、
径方向に弾性変形可能な環状体と、
この環状体の内周面から径方向内側に突出している複数の内側突起と、
前記環状体の外周面から径方向外側に突出している複数の外側突起とを有し、
前記外側突起を径方向の内側に押し込むと、前記内側突起が径方向の外側に移動するように、前記内側突起および前記外側突起が、前記環状体の周方向に沿って相互にずれた位置に形成され、
前記内側突起の先端面に内接する内接円の直径が、拘束対象のシャフトの外径よりも小さな寸法に設定されていることを特徴としている。
【０００８】
この構成のブレーキ機構では、外側突起を内側に押し込み、環状体を弾性変形させて内側突起を押し広げると、環状体にシャフトを通すことができる。シャフトを通した後に、外側突起に加えていた力を解除すると、環状体の弾性復帰力によって内側突起がシャフト外周面に圧接状態になり、シャフトのブレーキング状態が形成される。シャフトに作用しているブレーキ力を解除するためには、この状態において、環状体の外側突起を内側に押し込めば、環状体が弾性変形して内側突起が押し広げられ、シャフトに作用しているブレーキ力が解除され、シャフトの回転運動および直線運動が可能になる。
【０００９】
ここで、シャフトに対してその外周面の各部分から均等にブレーキング力を加えるためには、前記環状体の周方向に沿って見た場合に、各内側突起の間に各外側突起が位置するように、これら内側突起および外側突起を等角度間隔で形成しておけばよい。
【００１０】
また、シャフトに大きなブレーキ力を加えることができるようにするためには、各内側突起の先端面を円弧面として、シャフト外周面との接触面積を確保すればよい。
【００１１】
次に、前記環状体として、一般には真円形状のものを用いればよい。この代わりに、楕円形状のものを用いることもできる。楕円形状の環状体を用いる場合には、前記内側突起を前記環状体の内周面における短軸方向の両端部分に形成し、前記外側突起を前記環状体の外周面における長軸方向の両端部分に形成することが望ましい。このようにすれば、外側突起の押し込み量に比べて内側突起の開き量を大きくできる。よって、外側突起を押し込むためのアクチュエータとして微小ストロークのものを用いることが可能になる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のブレーキ機構では、環状体の弾性変形を利用して、シャフトにブレーキ力を加えると共にブレーキ力を解除できる。よって、シャフトの運動を制止するために、外部からの動力を一切必要としないので、ブレーキ機構を小型でコンパクトに構成できる。
【００１３】
また、ブレーキ力を解除するためには、環状体の外側突起を押し込むことにより環状体を僅かに径方向に撓めるだけでよい。よって、環状体を撓ませる機構として、油圧機構やソレノイドなどの変位が大きいものでなく、例えば、積層圧電素子アクチュエータなどといった変位が微小のものを用いることができる。この点においても、本発明によれば、ブレーキ機構を小型でコンパクトに構成できる。
【００１４】
さらに、弾性変形可能な環状体に外側突起および内側突起を形成するという簡素な構造であるので、確実に作動し、かつ、安価に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、図面を参照して、本発明を適用したブレーキ機構の一例を説明する。
【００１６】
図１は、本発明を適用したブレーキ機構の特徴をなす環状体をシャフトに取り付けた状態を示す斜視図である。図２（ａ）および（ｂ）は、図１の環状体の斜視図および正面図である。本例のブレーキ機構１は、シャフトＳの軸線周りの回転運動および軸線方向の直線運動を制止可能であり、真円形状の環状体２と、この環状体２を径方向に弾性変形させるための押圧機構と、環状体２を径方向に弾性変形可能な状態で、定まった位置に保持している保持機構とを有している。
【００１７】
環状体２は、半径方向に弾性変形可能であり、繰り返し弾性変形させても疲労破壊しないように、疲労強度が大きい金属で形成されている。また、環状体２は、その円形内周面２１から半径方向内側に突出する一対の内側突起３ａ、３ｂと、その円形外周面２２から半径方向外側に突出する一対の外側突起４ａ、４ｂとを有している。ここで、内側突起３ａ、３ｂは点対称の位置に形成されており、外側突起４ａ、４ｂも点対称の位置に形成されている。また、内側突起３ａ、３ｂに対して、外側突起４ａ、４ｂは円周方向に９０度シフトした角度位置に形成されている。
【００１８】
内側突起３ａ、３ｂの先端面３１ａ、３１ｂは、環状体２の中心を中心とする同心円上に位置する円弧形状であり、同心円の直径は、そこに同軸状態に挿入されるシャフトＳの外径よりも僅かに小さな寸法に設定されている。このため、環状体２にシャフトＳを挿入した状態では、環状体２の弾性力によって各内側突起３ａ、３ｂがシャフトＳを両側から中心軸線Ｓ1に向けて押した状態になる。シャフトＳの外周面に圧接される内側突起の先端面３１ａ、３１ｂには、青銅や鋳鉄などの摩擦係数の大きなライニング材を貼り付けておくことが望ましい。
【００１９】
環状体２の外周面２２から半径方向外側に突出する一対の外側突起４ａ、４ｂの先端面４１ａ、４１ｂは、環状体２の半径線に直交する平坦面とされている。これらの先端面を、ねじ込み式のアクチュエータ、積層圧電素子アクチュエータなどからなる押圧機構によって両側から押圧すると、環状体２が楕円状に撓み、内側突起３ａ、３ｂが押し広げられる。押圧機構によって外側突起４ａ、４ｂを両側から押し込む代わりに、一方の側を保持機構によって固定しておき、他方側から押圧機構によって押し込むようにしてもよい。
【００２０】
このよう構成されたブレーキ機構１の動作を説明する。図３（ａ）および（ｂ）は、本例のブレーキ機構１の環状体２がシャフトＳを拘束している状態を示す説明図、およびブレーキ機構１の環状体２がシャフトＳの拘束を解除した状態を示す説明図である。図３（ａ）に示すように、外側突起４ａ、４ｂに外力が加わっていない状態では、内側突起３ａ、３ｂは、環状体２の弾性力によってシャフトＳを両側から中心軸線Ｓ1に向けて押している状態になり、当該内側突起３ａ、３ｂの先端面３１ａ、３１ｂがシャフトＳの外周面を押圧している。したがって、シャフトＳには、環状体２の弾性復帰力によるブレーキ力が一対の内側突起３ａ、３ｂから加わっているので、軸線周りの回転運動および軸線方向の直線運動が制止されたブレーキロック状態に保持される。
【００２１】
このブレーキロック状態にある環状体２の外側突起４ａ、４ｂの先端面４１ａ、４１ｂに、積層圧電素子アクチュエータなどからなる押圧機構によって力Ｆを加えると、環状体２が弾性変形して、外側突起４ａ、４ｂの部分が内側に撓み、内側突起３ａ、３ｂの部分が外側に広がり、全体として楕円形に変形する。この結果、図３（ｂ）に示すように、各内側突起３ａ、３ｂの先端面３１ａ、３１ｂがシャフトＳの外周面から離れ、シャフトＳに対するブレーキ力が解除されて、シャフトＳが、軸線周りの回転運動および軸線方向の直線運動が可能な状態に切り換わる。
【００２２】
以上説明したように、本例のブレーキ機構１では、環状体２の弾性復帰力によりシャフトＳにブレーキ力を加え、環状体２を押圧機構によって弾性変形させてブレーキ力を解除可能である。このため、シャフトＳの運動を制止するために、外部からの動力を一切必要としないので、シャフトＳの運動を長時間、制止したいという場合に有効である。また、ブレーキ力の解除は、環状体２を半径方向に僅かに撓ませるだけでよいので、押圧機構として、油圧機構やソレノイドなどの変位が大きいものでなく、積層圧電素子アクチュエータなどの変位が微小のものを用いることができる。よって、小型でコンパクトなブレーキ機構を実現できる。
【００２３】
特に、積層圧電素子アクチュエータは、小さいサイズでも大きな力を発生させることができるので、環状体を弾性変形させるための押圧機構として用いるのに適している。また、積層圧電素子アクチュエータを用いた場合、それに印加する電圧を制御することで、外側突起４ａ、４ｂに対する押圧力を増減することが簡単にできるので、シャフトＳに加えるブレーキ力を無段階に調整できるという利点もある。
【００２４】
さらに、本例のブレーキ機構１は、環状体２に突起が形成された簡素な構造であるので、確実に作動し、かつ、安価に製造でき、取り付けスペースを少なくて済む。
【００２５】
さらには、内側突起および外側突起が等角度間隔に配置され、各外側突起の中間に各内側突起が位置しているので、各内側突起の変位量を等しくすることができる。よって、シャフトを両側から均等な力で押圧できるので、シャフトの運動を確実に制止できる。
【００２６】
（環状体の別の例）
図４（ａ）および（ｂ）は、環状体２の別の例を示す斜視図および正面図である。本例の環状体２Ａは真円形状をしており、その円形内周面２１に等角度間隔で３箇所に内側突起３ｃ、３ｄ、３ｅが形成され、その円形外周面２２にも等角度間隔で３箇所に外側突起４ｃ、４ｄ、４ｅが形成されている。また、各内側突起３ｃ、３ｄ、３ｅと、各外側突起４ｃ、４ｄ、４ｅとは、円周方向に６０度シフトした位置に形成されている。各内側突起３ａ、３ｄ、３ｅの先端面３１ｃ、３１ｄ、３１ｅは同心円上に位置する円弧面であり、同心円の直径は、シャフトＳの外径よりも僅かに小さくなるように設定されている。各外側突起４ｃ、４ｄ、４ｅの先端面４１ｃ、４１ｄ、４１ｅは平坦面とされている。
【００２７】
この形状の環状体２Ａを用いる場合には、各外側突起４ｃ、４ｄ、４ｅをそれぞれ押圧機構によって押圧してもよいし、１つの外側突起を保持機構によって固定し、残りの２つの外側突起を押圧機構によって押圧してもよい。いずれの場合にも、環状体２Ａが三角形状に撓み、内側突起３ｃ、３ｄ、３ｅによるブレーキ力を解除できる。
【００２８】
本例の環状体２Ａを用いても、上記の環状体２を用いる場合と同様な作用効果が得られる。また、本例では、シャフトＳを等角度間隔の３箇所から押しているので、シャフトＳを位置決めした状態でロックできる。等角度間隔に配置した内側突起の数を増やせば、シャフトを外周の各部分から均等に押圧することができる。
【００２９】
図５（ａ）および（ｂ）は、環状体の更に別の例を示す斜視図および正面図である。これらの図に示すように、環状体２Ｂは楕円形状をしており、その楕円状の内周面２１ｂにおける短軸方向の両端部分に内側突起３ｆ、３ｇが形成され、その楕円状の外周面２２ｂにおける長軸方向の両端部分に外側突起４ｆ、４ｇが形成されている。内側突起３ｆ、３ｇの先端面３１ｆ、３１ｇは、環状体２Ｂの中心を中心とする同心円上に位置する円弧面とされており、その同心円の直径が、そこに同軸状態に挿入されるシャフトの外径よりも小さな寸法に設定されている。外側突起４ｆ、４ｇの先端面４１ｆ、４１ｇは平坦面とされ、これらの面を、積層圧電素子アクチュエータなどの押圧機構によって押圧すると、環状体２Ｂが径方向に撓む。
【００３０】
本例の環状体２Ｂを用いた場合においても上記の各例の環状体２、２Ａを用いたブレーキ機構と同様な作用効果が得られる。
【００３１】
これに加えて、本例では、環状体２Ｂが楕円形状となっているので、その長軸方向の両端部分に形成した外側突起４ｆ、４ｇの押し込み量に比べて、内側突起３ｆ、３ｇの変位量が大きい。従って、外側突起４ｆ、４ｇを僅かに内側に押圧するだけで、内側突起３ｆ、３ｇを外側に大きく変位させることができる。よって、押圧機構として微小ストロークのものを用いる場合などに適している。
【００３２】
なお、上記の各例における環状体では、シャフトを押圧するための内側突起の先端面を円弧面としてあるが、これ以外の形状とすることもできる。いずれの場合においても、先端面に内接する内接円の直径が、シャフトの外径よりも僅かに小さくなるように設定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明を適用したブレーキ機構の環状体をシャフトに取り付けた状態を示す斜視図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、図１の環状体の斜視図および正面図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、環状体がシャフトを拘束している状態を示す説明図、およびシャフトの拘束を解除した状態を示す説明図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、環状体の別の例を示す斜視図および正面図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、環状体のさらに別の例を示す斜視図および正面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１    ブレーキ機構
２、２Ａ、２Ｂ  環状体
２１、２１ｂ  環状体の内周面
２２、２２ｂ  環状体の外周面
３ａ〜３ｇ  内側突起
３１ａ〜３１ｇ  内側突起の先端面
４ａ〜４ｇ  外側突起
４１ａ〜４１ｇ  外側突起の先端面
Ｓ  シャフト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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