JP6368148B2 - ベルトアクチュエータのブレーキ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ベルトとプーリを使用したベルトアクチュエータのブレーキ装置に関する。

従来、この種のベルトとプーリを使用したリニアアクチュエータのブレーキ機構としては、例えば、特開２００８−２３６７８号公報（特許文献１）に示すようなものがある。

特開２００８−２３６７８号公報

しかしながら、このような従来のブレーキ機構だと、ブレーキ部材とブレーキ部材を固定するパッドフレームが必要であった。また、ベルトはタイミングベルト（歯付ベルト）である必要があり、ブレーキ動作時、歯が噛み合わないと止まらない、組み付け精度が必要、歯飛びをする可能性があり、タイミングベルトのモジュールが小さいと機構的に難しいため、適切なタイミングベルトでないと対応できない。さらに、タイミングベルトの他端は、ブレーキフレームに摺動可能に配設されたブレーキロックに固着され、ブレーキロックとパッド取付け部材が第１のバネで係合されている。タイミングベルトの張力が一定の張力以下となったときに第１のバネにより、ブレーキロックからパッド取付け部材が離脱する機構である。しかしながら、通常のプーリの回転によるベルトの往復駆動においても、正逆運転時、速度変化時などには、タイミングベルトの張力が変化する。したがって、タイミングベルトの他端が、機構側で固定されていないため、停止精度がでない。特に、ベルト撓みが大きくなるロングストロークに向かない。ベルト緩みが許容範囲でも、誤動作してブレーキをかけてしまうことになるからである。

本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、ベルトが破断した時などベルトの張力が一定以上緩んだときに、マグネットの力で停止する機構を備えたベルトアクチュエータのブレーキ装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、ベルトとプーリ機構を備えたベルトアクチュエータと、前記ベルトアクチュエータにより直動するスライダ部と、ベルトの張力の緩みを検出する検出部とを備え、ベルトの張力の緩みを検出して作動し、前記スライダ部を停止させるブレーキ装置において、前記ベルトアクチュエータの長手方向に沿って磁性体金属で形成されたガイドレールを設け、このガイドレールに沿って前記スライダ部を作動させるとともに、前記スライダ部に前記ベルトの緩みが一定以上緩んだときに作動する検出部を設け、該検出部が作動した時に前記磁性体金属に吸着されるマグネット部を前記スライダ部に装着したブレーキ機構とを備え、前記検出部は、前記ベルトの表面に当接されて保持されるとともに、トリガーバネによってベルトに押し付けられたトリガーピンと、このトリガーピンを摺動自在に支持した支持部材と、ベルトの緩みによって、前記トリガーピンが前記トリガーバネによって摺動した時に該トリガーピンによる規制が解除されて作動するピストンとを備え、該ピストンの作動によって該ピストンに固定されている前記マグネット部が前記ガイドレールに吸着されて前記スライダ部を停止させることにある。
また、本発明は、前記検出部には、前記トリガーピンが前記支持部材に形成された挿通穴に軸部を挿通して支持されており、前記トリガーピンの軸部の途中を前記ピストンの延出部に設けられた切欠き部に係合して前記ピストンの移動を規制し、前記ベルトが破断したときに前記トリガーバネの付勢力により切欠き部に係合していた前記トリガーピンの軸部の外れを検出するトリガーセンサを設け、該トリガーセンサの検出により前記ピストンをガイドレール方向に作動させる作動部を設け、該作動部により前記マグネット部が前記ガイドレールに吸着されることにある。
さらに、本発明は、前記マグネット部は、前記ガイドレールの上面に対向して設けられたディスクと、マグネット本体と、マグネット本体を間に挟んで積層されたマグネットホイールとで一体に形成され、前記マグネットホイールの上面軸方向に形成された逆円錐状の開口穴に係合されたジョイントを介して作動部に支持されており、前記ジョイントの軸部が前記ピストンに支持されており、前記ジョイントとマグネットホイール間に隙間を設け、フローティング機能を持たせたことにある。
またさらに、本発明は、前記ピストンをソレノイドにより駆動し、前記トリガーセンサの作動により前記ソレノイドのコイルに通電する構成にしたことにある。
また、本発明は、前記ピストンを電磁コイル機構により駆動し、前記トリガーセンサの作動により前記電磁コイルに通電する構成にしたことにある。

本発明によれば、直動アクチュエータ機構に必須であるガイドレールをブレーキ機構として使用するため、ブレーキ部材とブレーキ部材を固定するパッドフレーム等を設ける必要がない。ベルトの両端ともテーブルブロックに固定されているので、精度が安定する効果がえられる。

本発明の実施の形態によるベルトアクチュエータのブレーキ装置を示すベルトアクチュエータ全体の斜視図である。 図１のベルトアクチュエータのブレーキ装置を拡大して示す斜視図である。 図２のベルトアクチュエータのブレーキ装置を示す正面図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の実施の形態によるベルトアクチュエータのブレーキ装置の動作原理を説明するための斜視図である。 図５のベルトアクチュエータのブレーキ装置の右側面図である。 図６のＢ−Ｂ線断面図である。 図１のベルトアクチュエータのブレーキ装置の他の実施の形態を示す正面図である。 図８のＣ−Ｃ線断面図である。 図１のベルトアクチュエータのブレーキ装置の別の他の実施の形態を示す正面図である。 図１０のＤ−Ｄ線断面図である。

以下本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１ないし図７において、ベルトアクチュエータ１は、第１のプーリ２_１を内蔵した第１のプーリケース３_１と、第２のプーリ２_２を内蔵した第２のプーリケース３_２と、第１のプーリ２_１と第２のプーリ２_２間に架け渡された無端状のベルト４と、このベルト４によって操作されるスライダ部としてのテーブルブロック５と、前記第１のプーリケース３_１と第２のプーリケース３_２との間に配置され、ベルト４およびテーブルブロック５を内蔵したハウジング６とを備えている。

前記ハウジング６内の下面フレーム上にはベルトアクチュエータ１の長手方向に沿って磁性体金属で形成された長尺平板状のガイドレール７が設けられており、このガイドレール７にガイドされて金属製のガイドブロック７ａが摺動自在に組み付けられている。ガイドブロック７ａは、左右の両側下面側に前記ガイドレール７の上面両側に跨いで組み付けられる断面コ字状の摺動部を有し、ガイドブロック７ａの上面に前記テーブルブロック５が組み付けられている。前記テーブルブロック５は前記ガイドブロック７ａの組付面の上部側に前記ベルト４を挿通する開口部５ｂが移動方向に形成され、その上方に細い首部５ｃが設けられ、この首部５ｃの上に平板部５ｄと、平板部の幅方向両側に設けられたテーブル部５ｅとが設けられている。前記ベルト４の両端は、前記テーブルブロック５の開口部５ｂ内に設けられたベルト固定金具（図示せず）を介してテーブルブロック５に固定されている。テーブルブロック５はベルト４の動きに伴ってガイドレール７に沿って摺動操作される。

前記第１のプーリケース３_１には、ケース内の上下に内蔵された一対の軸受け８_１を介して両端部を回転自在に支持されたプーリシャフト９_１が鉛直方向に設けられており、このプーリシャフト９_１に前記第１のプーリ２_１が軸線上を支持されて装着されている。前記第１のプーリケース３_１の上面側には、カップリング１０を介してモータ軸に連結された駆動用モータ１１が配置されている。

前記第２のプーリケース３_２には、ケース内上下に内蔵された一対の軸受け８_２を介して両端部を回転自在に支持されたプーリシャフト９_２が鉛直方向に設けられており、このプーリシャフト９_２に前記第２のプーリ２_２が軸線上を支持されて装着されている。前記第２のプーリケース３_２には、下面側にベルトテンションプレート１２が設けられており、前記第２のプーリケース３_２の位置と、第１のプーリケース３_１の位置の距離を調整して前記ベルト４にテンションを与えることができるように設定している。

前記テーブルブロック５には、図１に示すように走行方向一方端面５ａにブレーキ機構２０が装着されている。このブレーキ機構２０について、図２ないし図４に基づいて説明する。
ブレーキ機構２０は、マグネット部３０と、作動部４０と、検出部５０とで構成されている。マグネット部３０は、ガイドレール７の上面に対向して設けられた円盤状のディスク３１と、円盤状のマグネット本体３２と、円盤状のマグネットホイール３３がマグネット本体３２を間に挟んで積層して一体に形成されている。このマグネット部３０は、マグネットホイール３３の上面軸方向に形成された逆円錐状の開口穴３３ａに係合されたジョイント３４を介して前記作動部４０に支持されている。

前記作動部４０はシリンダケース４１と、このシリンダケース４１に内蔵されたピストン４２とを備えている。このピストン４２の上下方向軸線上に形成された円筒部４２ａの下部側には雌ネジ部４２ｂが形成され、この雌ネジ部４２ｂに前記ジョイント３４の軸部３４ａに形成された雄ネジ部３４ｂが螺着されて支持されている。
ピストン４２の円筒部４２ａの上部側には、別の雌ネジ部４２ｃが形成され、この雌ネジ部４２ｃにはリセットネジ４３が軸線上に螺着して取り付けられている。前記シリンダケース４１の上端開口部にはエンドキャップ４４が設けられており、このエンドキャップ４４に形成された開口穴４４ａを通して前記リセットネジ４３のネジ部４３ａがピストン４２の円筒部４２ａの雌ネジ部４２ｃに螺着されている。前記シリンダケース４１の上端外面には前記テーブルブロック５の走行方向一方端面５ａに対向する取付板４５が左右の両側に延出して設けられており、この取付板４５に形成した取付孔４５ａを介してネジ等により前記テーブルブロック５の端面５ａに螺着されている。前記シリンダケース４１のピストン４２とエンドキャップ４４に挟まれた空間４１ａにはリセットネジ４３と同心状にピストン４２を下面側すなわちガイドレール７側に付勢するピストンバネ４６が配置されている。

前記シリンダケース４１の走行方向端面には、スリット４１ｂ上下方向に形成されており、このスリット４１ｂを通してシリンダケース４１の外部に延出される延出部４２ｄが前記ピストン４２の外周面に設けられている。この延出部４２ｄには、先端下面側に円弧上の切欠き部４２ｅが設けられている。前記シリンダケース４１の前記スリット４１ｂの両側には、互いに対向するように一対の支持部材４１ｃが設けられており、この支持部材４１ｃに前記検出部５０が装着されている。

前記検出部５０は、一対の支持部材４１ｃに形成された挿通穴４１ｄに軸部５１ａを挿通して支持されたトリガーピン５１と、このトリガーピン５１の頭部５１ｂと一方の支持部材４１ｃとの間に配置されたトリガーバネ５２とで構成されている。トリガーピン５１は一対の支持部材４１ｃの挿通穴４１ｄに軸部５１ａを摺動自在に支持されており、軸部５１ａの途中を前記ピストン４２の延出部４２ｄに設けられた切欠き部４２ｅに係合して前記ピストン４２の移動を規制している。前記トリガーバネ５２の頭部５１ｂは前記無端状のベルト４の面にトリガーバネ５２によって押し付けられて取り付けられており、ベルト４が破断した際にトリガーバネ５２の付勢力により前記トリガーピン５１の軸部５１ａが切欠き部４２ｅから外れ、前記ピストン４２を下方向に移動させ、マグネット部３０をガイドレール７に吸着させることができる。

次に上記実施の形態の作用を説明する。
ベルトアクチュエータ１は、図１に示すように駆動用モータ１１の動力はカップリング１０を介して第１のプーリ２_１に伝達される。第１のプーリ２_１と第２のプーリ２_２間に架け渡された無端状のベルト４の両端がテーブルブロック５に固定されている。テーブルブロック５はガイドレール７にガイドされる金属製のガイドブロック７ａに組み付けられていることから、ベルト４の動きに伴ってガイドブロック７ａとともにガイドレール７に沿って摺動操作される。ブレーキ機構２０は、図１に示すようにテーブルブロック５の走行方向一方端面５ａに装着されていることから、テーブルブロック５の走行操作に伴って一体で移動することになる。このとき、ブレーキ機構２０の検出部５０であるトリガーピン５１の頭部５１ｂは、トリガーバネ５２の付勢力によってベルト４表面に押し付けられて摺動操作される。

そして、図５に示すように、ベルト４が破断すると図７に示すようにベルト４の張力がなくなるか、または極端に張力が弱くなることで、トリガーバネ５２の付勢力によってトリガーピン５１が矢視方向に移動する。
トリガーピン５１が動くとピストン４２の延出部４２ｄに設けられた切欠き部４２ｅに係合していたトリガーピン５１の軸部５１ａが外れ、トリガーピン５１に引っかかっていたピストン４２がピストンバネ４６の付勢力によってガイドレール７方向に動く。そして、ピストン４２に固定されているマグネット部３０の磁力によりディスク３１がガイドレール７にくっつき、制動がかかる。このとき、マグネット部３０とガイドレール７が密着するようにピストン４２とディスク３１間は公差、組み付け誤差を吸収できる範囲でフローティングする構造が必要となる。本機能ではジョイント３４とマグネットホイール３３間に隙間があり、フローティングできる機能を用いている。この際、マグネット本体３２の磁力が強いほど、ブレーキ力は向上する。

上記実施の形態によれば、直動アクチュエータ機構に必須であるガイドレール７をブレーキ機構として使用するため、従来のブレーキ部材とブレーキ部材を固定するパッドフレーム等を設ける必要がない。ベルトアクチュエータ１のベルト４の両端ともテーブルブロック５に固定されているので、ベルトアクチュエータ１の精度が安定する効果がえられる。

図８および図９は、本発明の他の実施の形態であり、この場合図３および図４と同一部分は同符号を付して、同一部分の説明は省略して説明する。
この実施の形態では、ブレーキ機構２０の作動部４０にソレノイド機構を用いたものである。このソレノイド機構をシリンダケース内に入れたものであり、ソレノイドに電源を接続してコイルに通電（ＯＮ）することにより、プランジャを動かし、ブレーキ動作を行う。

作動部４０はシリンダケース６１と、このシリンダケース６１に内蔵されたプランジャ６２とを備えている。このプランジャ６２は、軸方向先端部に、ジョイント６３が設けられ、このジョイント６３の先端円錐状部６３ａをマグネット部３０の逆円錐状の開口穴３３ａに係合させて支持している。シリンダケース６１には、プランジャ６２の周囲に同心状にコイル６４が配置され、コイル６４の先端側に同じく同心状にソレノイドマグネット６５が配置されている。プランジャ６２の後端側には固定鉄心６６が配置され、シリンダケース６１の後端開口部にはエンドキャップ６７が配置されて密閉されている。
前記シリンダケース６１とマグネット部３０相互間に位置するプランジャ６２先端部の周囲にはプランジャ６２と同心状にプランジャ６２を下面側、すなわちガイドレール７側に付勢する可動バネ６８が配置されている。シリンダケース６１の側面外側にはベルト４の破断を検出する検出部５０が設けられている。

この検出部５０は、シリンダケース６１外側面に延出した延出部６１ａに装着されている。このシリンダケース６１の延出部６１ａには、プランジャ６２の軸方向と同方向の孔６１ｂが形成され、この孔６１ｂに直交する幅方向の孔６１ｃが形成されている。この幅方向の孔６１ｃには、トリガーピン５１の軸部５１ａが挿入され、トリガーピン５１の頭部５１ｂと延出部６１ａの側壁面との間には、トリガーバネ５２が配置されている。トリガーピン５１の頭部５１ｂは、トリガーバネ５２に付勢されて前記ベルト４表面に当接されて保持されている。前記プランジャ６２の軸方向と同方向の孔６１ｂには、トリガーセンサ６９が設けられており、トリガーピン５１の軸部５１ａの抜けを検出している。

この実施の形態では、ベルト４の破断が生じると、トリガーピン５１の軸部５１ａが孔６１ｃから抜けるか、あるいは抜けかかると、トリガーセンサ６９がこれを検出して作動部６０の電磁コイル６４に通電して、プランジャ６２を作動し、マグネット部３０をガイドレール７方向に作動させる。このとき、可動バネ６８の付勢力も加わってマグネット部３０が下方向に作動してガイドレール７に吸着し、テーブルブロック５に制動をかけることになる。

図１０および図１１は、本発明のまた別の他の実施の形態であり、この場合、図３および図４と同一部分は同符号を付して、同一部分の説明は省略して説明する。
この場合、電磁コイル機構をシリンダケース内に入れたものであり、これも電源のＯＮＮ，ＯＦＦによりソレノイド機構式と同様なブレーキ動作となる。

この場合、前記作動部４０は、シリンダケース７１と、シリンダケース７１に内蔵されたピストン７２とを備えている。このピストン７２の上部側軸部７２ａには、環状の可動鉄心７３と、ブレーキライニング７４が軸方向に並設して設けられ、シリンダケース７１の開口端には環状のエンドピース７５が装着されている。シリンダケース７１内には、ピストン７２の周囲に同心状にスプリング７６と電磁コイル７７が同心状に配置され、コイル７７は、内壁７８ａと外壁７８ｂが同心状に形成されたフィールド７８の内壁７８ａと外壁７８ｂ相互間に配置されている。前記スプリング７６は前記フィールド７８の内壁７８ａの内周側に配置されている。ピストン７２の下部側軸部７２ｂには、ピストン本体７２ｃとの間に段差部７２ｄが形成されており、この段差部７２ｄに係止されて前記スプリング７６の下端部が配置されている。このピストン７２の下部側軸部７２ｂの下面側には、ピストン７２の軸線上に支持されたマグネット部３０が設けられ、このマグネット部３０はマグネットホイール３３の上面軸方向に形成された逆円錐状の開口穴３３ａに係合されたジョイント３４を介して支持されている。

シリンダケース７１の側面外側にはベルト４の破断を検出する検出部５０が設けられている。
この検出部５０は、シリンダケース７１外側面に延出した延出部７１ａに装着されている。このシリンダケース７１の延出部７１ａには、ピストン７２の軸方向と同方向の孔７１ｂが形成され、この孔７１ｂに直交する幅方向の孔７１ｃが形成されている。この幅方向の孔７１ｃには、トリガーピン５１の軸部５１ａが挿入され、トリガーピン５１の頭部５１ｂと延出部７１ａの側壁面との間には、トリガーバネ５２が配置されている。トリガーピン５１の頭部５１ｂは、前記ベルト４表面に当接されて保持されている。前記ピストン７２の軸方向と同方向の孔７１ｂには、トリガーセンサ７９が設けられており、トリガーピン５１の軸部５１ａの抜けを検出している。

この実施の形態の場合も、ベルト４が切れると、トリガーピン５１の軸部５１ａが図１０の矢視方向に移動して、軸部５１ａが孔７１ｃから抜けると、この動きをトリガーセンサ７９が検出する。このトリガーセンサ７９の検知信号によって電磁コイル７７に通電され、可動鉄心７３が電磁コイル７７側に移動し、フィールド７８に可動鉄心７３が当たり、停止する。可動鉄心７３にはピストン７２が締結されているため、ピストン７２が図１１の矢視方向に移動しマグネット部３０がガイドレール７に吸着し制動をかけることになる。

第２の実施の形態および第３の実施の形態のいずれの場合も、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

本発明は、上記実施の形態のみに限定されず、例えば、ロングストロークあるいはモジュールの小さい歯付きベルトにも対応することができる。また、歯付ベルトでない平ベルト、Ｖベルトなどにも対応することができる。等、その他、本発明の技術的範囲を変更しない範囲内で適宜変更して実施しうることは言うまでもない。

１ ベルトアクチュエータ
２_１第１のプーリ
２_２第２のプーリ
３_１第１のプーリケース
３_２第２のプーリケース
４ 無端状のベルト
５ テーブルブロック
６ ハウジング
７ ガイドレール
７ａ ガイドブロック
１１ 駆動用モータ
１２ ベルトテンションプレート
２０ ブレーキ機構
３０ マグネット部
３１ ディスク
３２ マグネット本体
３３ マグネットホイール
３４ ジョイント
４０ 作動部
４１ シリンダケース
４２ ピストン
４３ リセットネジ
４６ ピストンバネ
５０ 検出部

Claims (5)

1. ベルトとプーリ機構を備えたベルトアクチュエータと、前記ベルトアクチュエータにより直動するスライダ部と、ベルトの張力の緩みを検出する検出部とを備え、ベルトの張力の緩みを検出して作動し、前記スライダ部を停止させるブレーキ装置において、
   前記ベルトアクチュエータの長手方向に沿って磁性体金属で形成されたガイドレールを設け、このガイドレールに沿って前記スライダ部を作動させるとともに、前記スライダ部に前記ベルトの緩みが一定以上緩んだときに作動する検出部を設け、該検出部が作動した時に前記磁性体金属に吸着されるマグネット部を前記スライダ部に装着したブレーキ機構とを備え、前記検出部は、前記ベルトの表面に当接されて保持されるとともに、トリガーバネによってベルトに押し付けられたトリガーピンと、このトリガーピンを摺動自在に支持した支持部材と、ベルトの緩みによって、トリガーピンがトリガーバネによって摺動した時にトリガーピンによる規制が解除されて作動するピストンとを備え、該ピストンの作動によってピストンに固定されている前記マグネット部が前記ガイドレールに吸着されて前記スライダ部を停止させることを特徴とするベルトアクチュエータのブレーキ装置。
2. 前記検出部には、前記トリガーピンが前記支持部材に形成された挿通穴に軸部を挿通して支持されており、前記トリガーピンの軸部の途中を前記ピストンの延出部に設けられた切欠き部に係合して前記ピストンの移動を規制し、前記ベルトが破断したときに前記トリガーバネの付勢力により切欠き部に係合していた前記トリガーピンの軸部の外れを検出するトリガーセンサを設け、該トリガーセンサの検出により前記ピストンをガイドレール方向に作動させる作動部を設け、該作動部により前記マグネット部が前記ガイドレールに吸着されることを特徴とする請求項１に記載のベルトアクチュエータのブレーキ装置。
3. 前記マグネット部は、前記ガイドレールの上面に対向して設けられたディスクと、マグネット本体と、マグネット本体を間に挟んで積層されたマグネットホイールとで一体に形成され、前記マグネットホイールの上面軸方向に形成された逆円錐状の開口穴に係合されたジョイントを介して作動部に支持されており、前記ジョイントの軸部が前記ピストンに支持されており、前記ジョイントとマグネットホイール間に隙間を設け、フローティング機能を持たせたことを特徴とする請求項１または２に記載のベルトアクチュエータのブレーキ装置。
4. 前記ピストンをソレノイドにより駆動し、前記トリガーセンサの作動により前記ソレノイドのコイルに通電する構成にしたことを特徴とする請求項２に記載のベルトアクチュエータのブレーキ装置。
5. 前記ピストンを電磁コイル機構により駆動し、前記トリガーセンサの作動により前記電磁コイルに通電する構成にしたことを特徴とする請求項２に記載のベルトアクチュエータのブレーキ装置。

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