(57)【要約】【課題】従来のブレーキ装置では、そのブレーキ力がコアとマグネットの吸引力のみのためブレーキ力が小さく、負荷が大きい場合にはブレーキ装置が大型化した。【解決手段】相対的に移動可能な部材の内一方の部材に設けられ、第１、第２磁性体ヨークを永久磁石の両極にそれぞれ配置した制動ユニット部と、他方の部材に設けられ、各磁性体ヨークと空隙をおいて対向配置され永久磁石と共に磁気回路を形成してブレーキ力を生成する複数の磁石からなる磁石列部とを有するブレーキ機構、及び制動ユニット部に設けられ、空隙に形成される磁路を遮断してブレーキ機構によるブレーキ力を解除するブレーキ解除機構を備えたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に移動可能な部材の内一方の部材に設けられ、第１、第２磁性体ヨークを永久磁石の両極にそれぞれ配置した制動ユニット部と、他方の部材に設けられ、上記各磁性体ヨークと空隙をおいて対向配置され上記永久磁石と共に磁気回路を形成してブレーキ力を生成する複数の磁石からなる磁石列部とを有するブレーキ機構、及び上記制動ユニット部に設けられ、上記空隙に形成される磁路を遮断して上記ブレーキ機構によるブレーキ力を解除するブレーキ解除機構を備えたことを特徴とするブレーキ装置。
【請求項２】
上記ブレーキ解除機構は、上記制動ユニット部に、上記空隙の間隔を制御する制御機構を設け、この制御機構により上記空隙の磁路を遮断して上記ブレーキ力を解除することを特徴とする請求項１記載のブレーキ装置。
【請求項３】
上記ブレーキ解除機構は、上記制動ユニット部に、上記第１、第２磁性体ヨークに対し重合離反自在に作動し、その重合時に迂回磁路を形成する第３の磁性体ヨークを設け、上記迂回磁路の形成により上記空隙の磁路を遮断してブレーキ力を解除すること特徴とする請求項１記載のブレーキ装置。
【請求項４】
上記磁石列部に対向して偶数の上記制動ユニット部を配列し、互いに隣り合う一対の制動ユニット部によってブレーキ力を発生するブレーキ機構、及び上記制動ユニット部間に設けられ、この制動ユニット部間の極ピッチを奇数倍スライドさせ上記ブレーキ力の位相を変化させるスライド機構により、上記制動ユニット部によるブレーキ力を相殺してブレーキ力を解除するブレーキ解除機構を備えたことを特徴とする請求項１記載のブレーキ装置。
【請求項５】
上記ブレーキ解除機構は、ブレーキ解除状態を維持するアクチュエータを有し、このアクチュエータへの通電停止時に、上記ブレーキ機構によるブレーキ力を自動的に復帰させるブレーキ復帰装置を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のブレーキ装置。
【請求項６】
上記磁石列部は、リニアモータの界磁子を兼用することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のブレーキ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、直線運動における非常停止用非接触式のブレーキ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のブレーキ装置は、摩擦力により可動子を保持される機械式ブレーキが一般的に用いられる。しかし、これは接触式ブレーキであり接触部の破損や摩耗により長期にわたってブレーキ性能を維持することが困難である。これを解決するため、電磁石を用いた非接触ブレーキが提案されている。例えば、特許文献１に記載された、Ｎ極とＳ極の磁石が交互に現れる永久磁石からなるマグネット部を有するコア付リニアモータの非接触式のブレーキ装置では、マグネット部の各磁極位置に隣接するコア付コイルのコア間のうち少なくともいくつかのコア間が同期して配置されるピッチでコア付コイルが並設されるブレーキ機構を備え、モータ駆動時は、全コイルに電流を流し全コアが非磁性化され、又、コイルへの通電停止時には、磁性を取り戻したコアによってマグネット部の磁気回路を閉じさせるものである。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２０４４４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示された上記のブレーキ装置では、そのブレーキ力がコアとマグネットの吸引力のみのため、ブレーキ力が小さく負荷が大きい場合にはブレーキ装置が大型化する課題がある。
この発明は、この課題を解決するために成されたものであり、ブレーキ装置を大きくせずに、ブレーキ力密度を大きくすることを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係わるブレーキ装置は、相対的に移動可能な部材の内一方の部材に設けられ、第１、第２磁性体ヨークを永久磁石の両極にそれぞれ配置した制動ユニット部と、他方の部材に設けられ、上記各磁性体ヨークと空隙をおいて対向配置され上記永久磁石と共に磁気回路を形成してブレーキ力を生成する複数の磁石からなる磁石列部とを有するブレーキ機構、及び上記制動ユニット部に設けられ、上記空隙に形成される磁路を遮断して上記ブレーキ機構によるブレーキ力を解除するブレーキ解除機構を備えたものである。
【発明の効果】
【０００６】
この発明のブレーキ装置によれば、永久磁石が制動ユニット部に含まれ、ブレーキ力密度を大きくすることができるので、ブレーキ装置を大きくすることなく、ブレーキ機構内の制動ユニット部と磁石列部の吸引力を大きくでき、大きなブレーキ力が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面に基づいて、この発明の各実施の形態を説明する。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。
【０００８】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１であるブレーキ装置の要部を示す断面図で、図１（ａ）はブレーキ力発生時の断面図、図１（ｂ）はブレーキ力解除時の断面図である。
図１において、ブレーキ装置は、ブレーキ機構１００と、ブレーキ解除機構２００により構成される。
【０００９】
ブレーキ機構１００は、空隙（磁気ギャップ７）７を介して、相対的に移動可能な部材の内一方の部材に設けられた制動ユニット部１と他方の部材に設けられた磁石列部４から構成される。
なお、この制動ユニット部１は、相対的に移動可能な部材の内一方の部材である移動体１１に装備されている。
さらに制動ユニット部１は、磁性体からなる第１、第２磁性体ヨーク２と、この磁性体ヨーク２間すなわち両極に第１、第２磁性体ヨーク２をそれぞれ配置した永久磁石３とによりコ字状に構成される。又、磁石列部４は、各磁性体ヨーク２と磁気ギャップ７をおいて対向配置された複数の磁石６を磁石板５の上に並列配置することにより構成されている。
なお、磁石列部４は、Ｎ極とＳ極との２個の磁石６が１組となって構成され、第１、第２磁性体ヨーク２間のピッチと磁石列部の磁石６のピッチτは、ほぼ等しく設定されている。
これにより、ブレーキ機構１００の磁路（永久磁石３―磁性体ヨーク２―磁石６―磁石板５―磁石６―磁性体ヨーク２）が形成され、ブレーキ力は、後述するように制動ユニット部１と磁石列部４の位置関係から制動ユニット部１に図２に示すような力Ｆが加わることによって生成する。
【００１０】
一方、このブレーキ機構１００により生じるブレーキ力を解除する機構２００は、制動ユニット部１に設けられた制御機構、すなわち、ばね状の弾性体９とアクチュエータ１０からなる制御機構で構成されている。
これら弾性体９とアクチュエータ１０は、制動ユニット部１と移動体１１間に取り付けられ、アクチュエータ１０は、その作動時（ブレーキ解除時）に弾性体９に抗して制動ユニット部１を引き上げる作動、すなわち第１、第２磁性体ヨーク２を磁石６から離間する方向（空隙７に形成された磁路を遮断する方向）に作動し、又、弾性体９は、アクチュエータ１０の不作動時（ブレーキ発生時）に制動ユニット部１を押し下げる作動すなわち磁性体ヨーク２を磁石６へ接近する方向（空隙７に磁路を形成する方向）に付勢作動する。
【００１１】
次にブレーキの発生、解除動作について説明する。
上記の構成において、図１（ａ）に示すブレーキ力発生時は、アクチュエータ１０を不作動状態とし弾性体９により制動ユニット部１を押し下げるので、制動ユニット部１と磁石列部４が磁気ギャップ７を介して近接し、制動ユニット部１と磁石列部４間で磁気回路を閉じ、吸引力が生じる。
【００１２】
以下、図２の模式図に基づいて、制動ユニット部１の進行方向Ｄに発生する力Ｆについて説明する。
なお、図２の中央部のグラフは、横軸は位置Ｘ、縦軸のＦは制動ユニット部１の進行方向Ｄに発生する力を示し、図中の（１）（２）（３）（４）は、第１、第２磁性体ヨーク２間のピッチと磁石列部の磁石６のピッチτがほぼ等しく設定された、制動ユニット部１と磁石列部４の位置関係を順次示す図である。
すなわち、（１）は制動ユニット部１が磁石６の磁力と釣り合って安定している状態を示すものである。
（２）は制動ユニット部１が磁石６の磁力に引っ張られる状態である。したがって、制動ユニット部１には、位置Ｘの負側に力が働くので、Ｆはマイナスとなる。
（３）は制動ユニット部１が左右の磁石６の磁力の引合いで釣り合って安定している状態を示すものである。
（４）は制動ユニット部１が磁石６の磁力に引っ張られる状態である。したがって、制動ユニット部１には、位置Ｘの正側に力が働くので、Ｆはプラスとなる。
上記した制動ユニット部１と磁石列部４の位置関係（１）（２）（３）（４）から明らかなように、位置Ａ１、Ａ２、Ａ３において、制動ユニット部１がそれぞれの位置から進行方向Ｄの向きに少しずれると、制動ユニット部１には進行方向Ｄの逆向きの力が加わる。又、制動ユニット部１がそれぞれの位置から進行方向Ｄの逆向きに少しずれると、制動ユニット部１には進行方向Ｄの向きの力が加わる。つまり、制動ユニット部１が位置Ａ１、Ａ２、Ａ３から少しでもずれると、位置Ａ１、Ａ２、Ａ３に戻ろうとする力が加わる。
ブレーキ機構１００をこのように構成することにより、制動ユニット部１と磁石列部４の吸引力が大きくなり、それぞれの位置で大きなブレーキ力が得られる。
【００１３】
次に図１（ｂ）示すブレーキ力解除時は、ブレーキ解除機構２００のアクチュエータ１０を制御動作させることにより制動ユニット部１を弾性体９に抗して引き上げ、制動ユニット部１と磁石列部４間の磁気ギャップ７を拡大させる。これにより、制動ユニット部１と磁石列部４との間で磁気回路が閉じず、吸引力が生じないためブレーキ力が解除される。
なおフェールセーフを考慮すると、アクチュエータ１０への通電が停止すると、弾性体９により図１（ａ）のブレーキ力発生時の状態に戻るように構成することが望ましい。
このため、弾性体９は、事故などによるアクチュエータ１０への通電停止時に、ブレーキ機構によるブレーキ力を自動的に復帰させるブレーキ復帰装置の機能を備えている。
【００１４】
実施の形態２． 
図３は、この発明の実施の形態２であるブレーキ装置の要部を示す断面図で、図３（ａ）はブレーキ力発生時の断面図、図３（ｂ）はブレーキ力解除時の断面図である。
図３において、ブレーキ装置は、ブレーキ機構１００とブレーキ解除機構２００により構成される。
【００１５】
ブレーキ機構１００は、実施の形態１と同様に空隙（磁気ギャップ７）を介して、制動ユニット部１と磁石列部４とにより構成される。
さらに制動ユニット部１は、磁性体からなる第１、第２磁性体ヨーク２と、この磁性体ヨーク２間すなわち両極に第１、第２磁性体ヨーク２をそれぞれ配置した永久磁石３とによりコ字状に構成される。又、磁石列部４は、各磁性体ヨーク２と磁気ギャップ７をおいて対向配置された複数の磁石６を磁石板５の上に並列配置することにより構成されている。
これにより、ブレーキ機構１００の磁路（永久磁石３―磁性体ヨーク２―磁石６―磁石板５―磁石６―磁性体ヨーク２）が形成されこの磁気回路でブレーキ力を生成する。
なお、実施の形態１と同一部分については説明を省略する。
【００１６】
一方、ブレーキ力を解除する機構２００は、制動ユニット部１に設けられた制御機構、すなわちばね状の弾性体９、アクチュエータ１０、移動体１１のフレーム８に往復動自在に戴置された第３の磁性体ヨーク１２からなる制御機構で構成されている。
弾性体９及びアクチュエータ１０の一方は、移動体１１のフレーム８にそれぞれ固定され、又、他方は第３の磁性体ヨーク１２にそれぞれ接続される。
アクチュエータ１０は、その作動時に弾性体９に抗して第３の磁性体ヨーク１２を引きつける作動すなわち第３の磁性体ヨーク１２を制動ユニット部１から離間する方向に作動し、又、弾性体９は、アクチュエータ１０の不作動時に第３の磁性体ヨーク１２を制動ユニット部１の第１、第２磁性体ヨーク２に接近する方向すなわち重合させる方向に付勢作動する。この第３の磁性体ヨーク１２と第１、第２磁性体ヨーク２との重合により、後述するように迂回磁路が形成され空隙７の磁路を遮断してブレーキ力を解除する。
【００１７】
次にブレーキの発生、解除動作について説明する。
上記の構成において、図３（ａ）に示すブレーキ力発生時は、実施の形態１と同様、制動ユニット部１と磁石列部４との磁気回路が閉じて吸引力が発生し、ブレーキ力となる。
次に図３（ｂ）示すブレーキ力解除時には、ブレーキ解除機構２００のアクチュエータ１０を制御することにより、第３の磁性体ヨーク１２を制動ユニット部１へスライドさせ制動ユニット部１の上部に重合させる。これにより、制動ユニット部１と第３の磁性体ヨーク１２間の磁気回路が閉じるため、制動ユニット部１と磁石列部４との間の磁気回路が開放され、ブレーキ力が解除される。
なおフェールセーフを考慮すると、アクチュエータ１０への通電を停止すると、弾性体９により第３の磁性体ヨーク１２が制動ユニット部１の上部からずれ、図３（ｂ）のブレーキ力発生時の状態に戻るように構成することが望ましい。
このため、弾性体９は、事故などによるアクチュエータ１０への通電停止時に、ブレーキ機構によるブレーキ力を自動的に復帰させるブレーキ復帰装置の機能を備えている。
【００１８】
実施の形態１では、制動ユニット部１と磁石列部４を離間することによりブレーキ力を解除するため、離間距離が短い場合、制動ユニット部１で生じる磁束がわずかに磁石列部４とで磁路を形成し多少ブレーキ力がかかるが、この実施の形態２では、ブレーキ力が解除されているときは、制動ユニット部１の上部に磁性体１２を配置することで、制動ユニット部１と磁石列部４の間では磁路を形成しないので、ブレーキ解除中にブレーキ装置に余分なブレーキ力が発生せず、ブレーキ力が大きく、かつブレーキ解除時の影響が小さいブレーキ装置が得られる。
【００１９】
図４は、この発明の実施の形態２におけるブレーキ装置の変形例を示す断面図である。
図３（ａ）、（ｂ）では、第３の磁性体ヨーク１２を進行方向Ｄに移動させてブレーキ力発生と解除を切り替えたが、図４（ａ）、（ｂ）では、実施の形態１と同じ機能の弾性体９及びアクチュエータ１０を採用し、第３の磁性体ヨーク１２を制動ユニット部１から離反させる方向、すなわち第３の磁性体ヨーク１２を上下に移動させてブレーキ力発生と解除の切り替えを行うものである。その作用は、図３（ａ）、（ｂ）と同じであるためその説明を省略する。
【００２０】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３であるブレーキ装置の要部を示す断面図で、図５（ａ）はブレーキ力発生時の断面図、図５（ｂ）はブレーキ力解除時の断面図である。
図５において、ブレーキ装置は、ブレーキ機構１００とブレーキ解除機構２００により構成される。
【００２１】
ブレーキ機構１００は、磁石列部４と、この磁石列部４と空隙（磁気ギャップ７）を介して対向配置され互いに隣り合う一対の制動ユニット部１ａ、１ｂとにより構成される。
各制動ユニット部１ａ、１ｂは、磁性体からなる第１、第２磁性体ヨーク２と、この磁性体ヨーク２間すなわち両極に第１、第２磁性体ヨーク２をそれぞれ配置した永久磁石３とによりコ字状に構成される。又、磁石列部４は、各磁性体ヨーク２と磁気ギャップ７をおいて対向配置された複数の磁石６を磁石板５の上に並列配置することにより構成されている。
これにより、各制動ユニット部１ａ、１ｂにおいてブレーキ機構１００の磁路（永久磁石３―磁性体ヨーク２―磁石６―磁石板５―磁石６―磁性体ヨーク２）がそれぞれ形成され、この磁気回路で後述するようにブレーキ力を生成する。
なお、一方の制動ユニット部１ａは、移動体１１に固定され、他方の制動ユニット部１ｂは、後述するようにブレーキ解除動作のためスライド機構（リニアガイド１５）により移動体１１に往復動自在に取り付けられている。
実施の形態１と同一部分については説明を省略する。
【００２２】
ブレーキ解除機構２００は、一対の制動ユニット部１ａ、１ｂ間に設けられた制御機構、すなわちばね状の弾性体９、アクチュエータ１０からなる制御機構で構成され、弾性体９とアクチュエータ１０は、一対の制動ユニット部１ａ、１ｂ間にそれぞれ取り付けられ、さらに制動ユニット部１ｂは、弾性体９とアクチュエータ１０の作動により上記したようにリニアガイド１５に案内されて往復動できるよう取り付けられている。
そして、ブレーキ力発生時における弾性体９の静的平衡長さは、図５（ａ）に示すように制動ユニット部１ａ、１ｂの中心間距離が磁石列部４の極ピッチτの偶数倍となるように設定されている。
又、ブレーキ力解除時に、弾性体９の伸長に抗してアクチュエータ１０が作動し制動ユニット部１ｂが移動する距離は、図５（ｂ）に示すように制動ユニット部１ａ、１ｂの中心間距離が磁石列部４の極ピッチτの奇数倍となるよう設定されている。
【００２３】
次に図５に基いてブレーキの発生、解除動作について説明する。
上記の構成において、図５（ａ）に示すブレーキ力発生時には、実施の形態１、２と同様に、制動ユニット部１ａ、１ｂと磁石列部４がそれぞれ近接しているため磁気回路が閉じて吸引力が発生し、ブレーキ力となる。
このとき、一対の制動ユニット部１ａ、１ｂを備えているため、図２に示す力Ｆが重畳された形になり２倍のブレーキ力が生じる。
一方、図５（ｂ）に示すブレーキ力解除時には、ブレーキ解除機構２００のアクチュエータ１０を制御することにより、制動ユニット部１ｂを極ピッチτの奇数倍の距離に移動させる。
このとき、位置Ｘに対し、制動ユニット部１ａ、１ｂと磁石列部４との間でそれぞれ進行方向Ｄに対し図６に示す力Ｆが生じる。図６に示されたように制動ユニット部１ａ、１ｂに生じる力Ｆは、その波形が正と負に反転するため、２つの力の合計は０となり、ブレーキ力が解除される。
つまり、このように構成することで、実施の形態２と同様にブレーキ力は大きく、かつブレーキ解除時の影響が小さいブレーキ装置が得られる。
なお、フェールセーフを考慮して、アクチュエータ１０への通電が停止されると制動ユニット部１ａ、１ｂの中心間距離が元に戻り、図５（ａ）のブレーキ力発生時の状態に戻るように構成することが望ましい。
このため、制御機構は、事故などによるアクチュエータ１０への通電停止時に、ブレーキ機構によるブレーキ力を自動的に復帰させるブレーキ復帰装置の機能を備えている。
【００２４】
実施の形態４．
図７は、この発明の実施の形態４におけるブレーキ装置の断面図で、実施の形態１におけるブレーキ装置において、リニアモータの固定子（界磁子）とブレーキ装置の磁石列部を兼用した例を示すものである。
この実施の形態４の場合、図７に示すようにブレーキ解除機構２００の制御機構とブレーキ機構１００の制動ユニット部１とは、複数のコイル１４を巻回している可動子側コア１３に装備される。すなわち、制御機構を構成する弾性体９とアクチュエータ１０のそれぞれ一方を可動子側コア１３に取り付け、それぞれの他方を制動ユニット部１に取り付ける。このように構成することにより、ブレーキ機構１００の磁石列部４は、リニアモータの固定子を兼用することが可能になる。この結果、部品点数の削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の実施の形態１におけるブレーキ装置の断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１におけるブレーキ装置おいて、制動ユニット部１と磁石列間で進行方向Ｄに生じる力Ｆの状況を示す摸式図である。
【図３】この発明の実施の形態２におけるブレーキ装置の断面図である。
【図４】この発明の実施の形態２におけるブレーキ装置の変形例を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態３におけるブレーキ装置の断面図である。
【図６】この発明の実施の形態３におけるブレーキ装置おいて、図５（ｂ）に示すブレーキ力解除時に制動ユニット部１ａ、１ｂに生じる力Ｆの状況を示す摸式図である。
【図７】この発明の実施の形態４におけるブレーキ装置の断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  制動ユニット部                    ２  磁性体ヨーク
３  永久磁石                          ４  磁石列部
５  磁石板                            ６  磁石
７  磁気ギャップ                      ８  フレーム
９  弾性体                          １０  アクチュエータ
１１  移動体                          １２  第３の磁性体ヨーク
１３  コア                            １４  コイル
１５  リニアガイド                  １００  ブレーキ機構
２００  ブレーキ解除機構              ３００  リニアモータ可動子。
【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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【図６】
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【図７】
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