JP2012202484A - 回転テーブルのブレーキディスク - Google Patents

Abstract

【課題】ブレーキディスクの弾性変形によりモータに加わるトルクがモータの連続トルク以下となる構造を有する回転テーブルのブレーキディスクを提供する。
【解決手段】ブレーキディスク６ａは、中心軸３９周りに同一の半径の形状を有し、その中心に貫通孔３０が設けられ、その内周部３１に取り付け孔３４が設けられ、その外周部３３に砥粒が付着されている。取り付け孔３４はバランスを保つため中心軸周りに均等に配置され、ブレーキディスク６ａのねじり剛性をある程度弱めるため、中間部３２に複数の剛性調整用孔３５が中心軸周りに均等に配設される。これによって、外周部３３に付着された砥粒が、相手部材の表面に形成された前回の痕跡に引き込まれても、ブレーキディスク６ａが弾性変形し（ねじれて）その引き込みを吸収する。
【選択図】図２

Description

本発明は、工作機械に備わった回転テーブルに関し、特に、回転テーブルに用いられるブレーキディスクに関する。

工作機械に備わった回転テーブルのクランプ及びアンクランプを行うブレーキ構造には、砥粒が電着されたブレーキディスクを相手部材に押し付け、その摩擦力にてクランプを行う構造が一部で採用されている。
前記ブレーキディスクには、特許文献１に開示されているように、ブレーキディスクを軸に取り付けるための取り付け孔を有するものがある。図６には従来技術である従来のブレーキディスク１０が示されている。ブレーキディスク１０は、その中心に貫通孔１１が設けられ、その内周部に取付け孔１４が設けられ、その外周部１２に砥粒が付着されている。また、特許文献２には、取付け部の外縁部付近に複数の小孔を環状に配置し、これら小孔によって取り付け部の外縁部付近の剛性を低下させるようにしたディスクブレーキのディスクプレートが開示されている。

特開平５−４４７５２号公報 実開昭６１−４０３９号公報

背景技術で説明した特許文献１に開示される技術では、一度クランプし回転位置の割り出しを行った後に、微妙にズレた位相で再度，回転位置の割り出しを行う場合、前記クランプを行った際の砥粒の痕跡に砥粒が引き込まれ（図７参照）、ブレーキディスクが微小に回転してしまい、ワークが回転方向に微小に動いてしまう不具合がある。

図７は従来技術のブレーキディスク１０を用いた場合に前回の痕跡に引き込まれることを説明する図である。符号１６はブレーキディスク１０と相手部材２０が接触する方向（クランプ）の移動，符号１８はブレーキディスク１０と相手部材２０とが離れる方向（アンクランプ）の移動を表す。図７（ａ）はクランプ、または、アンクランプのため、ブレーキディスク１０と相手部材２０とが離接する状態を示し、図７（ｂ）はクランプのためブレーキディスク１０が相手部材２０方向に移動する状態を示している。図７（ａ）に示されるように、ブレーキディスク１０が一度，相手部材２０に接触し離れる場合（クランプされ，アンクランプ場合）、ブレーキディスク１０の側面に接した相手部材２０の側面に凹状の砥粒１９の痕跡２２が残る。図７（ｂ）に示されるように、前回と微妙にズレた位相で割り出しを行う場合、前回のクランプ（それ以前の過去のクランプも含む）で相手部材２０の表面に生じた凹状の砥粒１９の痕跡２２にブレーキディスク１０の砥粒１９が引き込まれ、ブレーキディスク１０が微小に回転してしまう。
また、特許文献２に開示される技術では、ディスクに設けられる小孔は熱による摺動部の変形を抑制するための孔であり、ワークが回転方向に微小に動いてしまう不具合を解決するものではない。

そこで本発明の目的は、ブレーキディスクの弾性変形によりモータに加わるトルクがモータの連続定格トルク以下となる構造を有する回転テーブルのブレーキディスクを提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、モータによって駆動される回転軸を所定の位置に割り出した後、該回転軸を摩擦力によって保持するためのブレーキディスクを固定部へ押し当てて保持する回転テーブルのブレーキディスクにおいて、前記ブレーキディスクを固定部に押し当てた際のブレーキディスクの弾性変形により前記モータに加わるトルクがモータの連続定格トルク以下となるようにブレーキディスクの半径方向中間部領域の剛性を他の部分より低くなるような構造としたことを特徴とする回転テーブルのブレーキディスクである。

請求項２に係る発明は、前記中間部領域に複数の穴、または、複数の孔、又は１条以上の溝を設けることにより他の部分より剛性を低くしたことを特徴とする請求項１に記載の回転テーブルのブレーキディスクである。
請求項３に係る発明は、前記中間領域の板厚を薄肉にすることにより他の部分より剛性を低くしたことを特徴とする請求項１に記載の回転テーブルのブレーキディスクである。
請求項４に係る発明は、前記中間部領域の材質を他の部分よりも剛性の低い材質にしたことを特徴とする請求項１に記載の回転テーブルのブレーキディスクである。

本発明により、ブレーキディスクの弾性変形によりモータに加わるトルクがモータの連続定格トルク以下となる構造を有する回転テーブルのブレーキディスクを提供する。

ダイレクトドライブ構造を持つ回転テーブルをその中心線を通る面で切断した断面を見た図である。 剛性調整孔を備えた本発明に係るブレーキディスクを説明する図である。 種々の孔径におけるブレーキクランプ状態でのモータトルクとモータシャフトの回転変位の関係を説明するグラフである。 薄肉部を備えた本発明に係るブレーキディスクを説明する図である。 中間部に剛性の低い別材質を備えた本発明に係るブレーキディスクを説明する図である。 従来技術のブレーキディスクを説明する図である。 従来技術のブレーキディスクを用いた場合に前回の痕跡に引き込まれることを説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、ダイレクトドライブ構造を持つ回転テーブルをその中心線を通る面で切断した断面を見た図である。シャフト２ａの図面右側の端面に図示しない回転テーブルがボルトなどを用いて取り付けられる場合もある。また、シャフト２ａの図面右側の端面に直接ワークを取り付ける場合もある。回転テーブルのシャフト２ａは、ハウジング１ｂを介してケース１ａ内に主軸受３ａ、及び支持軸受３ｂを介して、回転自在に支承されている。シャフト２ａは複数の部材をボルトなどによって連結した構造をなしている。モータのステータ４ｂ、ブレーキのシリンダ７ｂ、センサヘッド５ｂ、リッド（蓋）８はケース１ａに固定され、ロータ４ａ、センサギア（位置検出器）５ａ、ブレーキディスク６は何れも回転テーブル（回転テーブルは図示を省略）と一体的に回転可能な様にボルトなどの固定手段を用いてシャフト２ａに固定される。そして、これらのロータ４ａとステータ４ｂにより、図示しない回転テーブルを直接的に駆動して回転するモータが構成される。シャフト２ａが回転するとそれに伴ってセンサギア５ａが回転する。センサギア５ａの回転をセンサヘッド５ｂにより検出し、その回転量に相当するパルス信号を図示しない工作機械の制御装置などに送り出す。

ピストン７ａは、シール部材７ｃ〜７ｅを介して、シリンダ７ｂ内に前進及び後退可能なストロークを備えて設置され、クランプ側へピストン７ａが移動する方向へ複数のコイルバネ７ｈによって付勢されると共に、圧縮空気によって移動可能なように、リッド８とピストン７ａとシリンダ７ｂ間に前進用空気室７ｆと後退用空気室７ｇが設けられている。

アンクランプ状態（クランプ解除状態）では、図１に示されていない電磁弁によって後退用空気室７ｇへ圧縮空気が送出され、ピストン７ａはコイルバネ７ｈの伸張力に抗して後退端へ移動した状態となっている。
クランプ状態では、前記電磁弁によって、後退用空気室７ｇから排気すると同時に前進用空気室７ｆへ圧縮空気が送出され、ピストン７ａが前進して、リッド（蓋）８上の摩擦面８ａとの間でブレーキディスク６が挟持される。ブレーキディスク６として後述する６ａ，６ｂ，あるいは，６ｃを使用する。

＜第１実施形態＞
図２は、剛性調整孔を備えた本発明に係るブレーキディスクを説明する図である。図２（ａ）は平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。ブレーキディスク６ａは中心軸周りに同一の半径の形状を有し、その中心に貫通孔３０が設けられ、その内周部３１に取り付け孔３４が設けられ、その外周部３３に砥粒が付着されている。取り付け孔３４はバランスを保つため中心軸３９周りに均等に配置されている。ブレーキディスク６ａはボルト９にてシャフト２ａの図面左側の端面にネジ留めされる。

第１実施形態では、ブレーキディスク６ａにブレーキディスク６ａの剛性をある程度弱めるため、中間部３２に複数の剛性調整用孔３５が中心軸３９周りに均等に配設される。ブレーキディスク６ａは取り付け孔３４にボルト９を挿入してシャフト２ａに固定される。
ブレーキディスク６ａの中間領域である中間部３２に剛性調整用孔３５が設けられることによって、ブレーキディスク６ａの中間部の剛性をある程度弱める。これによって、外周部３３に付着された砥粒が、相手部材の表面に形成された前回の痕跡に引き込まれても、ブレーキディスク６ａが弾性変形し（ねじれて）その引き込みを吸収し、回転テーブルを駆動するモータのロータ４ａは回転しない。
ブレーキディスク６ａのねじり剛性３６を調整しブレーキディスク６ａの弾性変形によりモータに加わるトルクがモータの連続定格トルク以下となるように、剛性調整用孔３５の直径あるいは数を規定する。
なお、ねじり剛性３６を調整する剛性調整用孔３５に替えて、溝や貫通しない穴でもよい。

砥粒の痕跡に引き込まれブレーキディスク６ａやモータが回転する変位の最大値は、砥粒の大きさにより決まる。ブレーキディスク６ａに付着する砥粒の大きさを決定した後、その砥粒により引き込まれる変位の最大値を実験により求める。

図３は、実験により求められたグラフであり、種々の孔径におけるブレーキクランプ状態でのモータトルクとモータシャフトの回転変位の関係を説明するグラフである。図３の例では、φＡ〜φＤ（Ａ＜Ｂ＜Ｃ＜Ｄ）でのブレーキクランプ状態でのモータトルクとモータシャフトの回転変位の関係をグラフ化したものである。横軸はモータシャフトの回転変位、縦軸はモータトルクを表す。

上記図３により、砥粒の痕跡に引き込まれ回転した際のトルクがモータの連続定格トルクを超えない孔径が決まる。図３ではφＢ，φＣ，φＤはモータの連続定格トルク以下となるが、φＡでは痕跡に引き込まれモータが回転する最大の変位量では連続定格トルクを超えてしまう。剛性調整用孔３５のφＢ，φＣ，φＤの３つのタイプのうち、φＢのブレーキディスク６ａの剛性が一番高いので、実際にはφＢを採用するとよい。モータの連続定格トルクを超えない孔径とする理由は、ブレーキディスク６ａをクランプした際、モータのオーバーヒートアラーム発生を防止するためである。

＜第２実施形態＞
図４は、薄肉部を備えた本発明に係るブレーキディスクを説明する図である。図４（ａ）は平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。ブレーキディスク６ｂは中心軸周りに同一の半径の形状を有し、その中心に貫通孔４０が設けられ、その内周部４１に取り付け孔４４が設けられ、その外周部４３に砥粒が付着されている。取り付け孔４４はバランスを保つため中心軸４９周りに均等に配置されている。

第２実施形態では、ブレーキディスク６ｂにブレーキディスク６ｂの剛性をある程度弱めるため、中間部４２の厚さを内周部４１および外周部４３の厚さより薄くする。中間部４２を薄くすることによって中間部のねじり剛性をある程度弱くする。これによって、外周部４３に付着された砥粒が、相手部材の表面に形成された前回の痕跡に引き込まれても、ブレーキディスク６ａが弾性変形し（ねじれて）その引き込みを吸収し、回転テーブルを駆動するモータのロータ４ａは回転しない。ブレーキディスク６ｂのねじり剛性４６を調整し、ブレーキディスク６ｂの弾性変形によりモータに加わるトルクがモータの連続定格トルク以下となるように、中間部４２の厚さや幅を規定する。

＜第３実施形態＞
図５は、中間部に剛性の低い別材質を備えた本発明に係るブレーキディスクを説明する図である。図５（ａ）は平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。ブレーキディスク６ｃは中心軸に対して同一の半径の形状を有し、その中心に貫通孔５０が設けられ、その内周部５１に取り付け孔５４が設けられ、その外周部５３に砥粒が付着されている。取り付け孔５４はバランスを保つため中心軸５９周りに均等に配置されている。

第３実施形態では、ブレーキディスク６ｃにブレーキディスク６ｃの剛性をある程度弱めるため、中間部５２を内周部５１や外周部５３より剛性の低い材質としブレーキディスク６ｃの中間部５２のねじり剛性５６をある程度弱くする。これによって、外周部５３に付着された砥粒が、相手部材の表面に形成された前回の痕跡に引き込まれても、ブレーキディスク６ｃが弾性変形し（ねじれて）その引き込みを吸収し、回転テーブルを駆動するモータのロータ４ａは回転しない。ブレーキディスク６ｃのねじり剛性５６を調整しブレーキディスク６ｃの弾性変形によりモータに加わるトルクがモータの連続定格トルク以下となるように、中間部５２の材質を選定する。

１ａ ケース
１ｂ ハウジング
２ａ シャフト
３ａ 主軸受
３ｂ 支持軸受
４ａ ロータ
４ｂ ステータ
５ａ センサギア
５ｂ センサヘッド
６，６ａ，６ｂ，６ｃ ブレーキディスク
７ａ ピストン
７ｂ シリンダ
７ｃ，７ｄ，７ｅ シール部材
７ｆ 前進用空気室
７ｇ 後退用空気室
８ リッド（蓋）
８ａ 摩擦面
９ ボルト
１０ （従来の）ブレーキディスク

１６ クランプ
１８ アンクランプ
１９ 砥粒

３０，４０，５０ 貫通孔
３１，４１，５１ 内周部
３２，４２，５２ 中間部
３３，４３，５３ 外周部

３５ 剛性調整用孔
３６，４６，５６ ねじり剛性

Claims (4)

1. モータによって駆動される回転軸を所定の位置に割り出した後、該回転軸を摩擦力によって保持するためのブレーキディスクを固定部へ押し当てて保持する回転テーブルのブレーキディスクにおいて、
   前記ブレーキディスクを固定部に押し当てた際のブレーキディスクの弾性変形により前記モータに加わるトルクがモータの連続定格トルク以下となるようにブレーキディスクの半径方向中間部領域の剛性を他の部分より低くなるような構造としたことを特徴とする回転テーブルのブレーキディスク。
2. 前記中間部領域に複数の穴、または、複数の孔、又は１条以上の溝を設けることにより他の部分より剛性を低くしたことを特徴とする請求項１に記載の回転テーブルのブレーキディスク。
3. 前記中間領域の板厚を薄肉にすることにより他の部分より剛性を低くしたことを特徴とする請求項１に記載の回転テーブルのブレーキディスク。
4. 前記中間部領域の材質を他の部分よりも剛性の低い材質にしたことを特徴とする請求項１に記載の回転テーブルのブレーキディスク。

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