JPH10112971A

JPH10112971A - リニアモータ走行軸の機械ブレーキ機構

Info

Publication number: JPH10112971A
Application number: JP28128996A
Authority: JP
Inventors: Akira Nihei; 亮二瓶; Satoshi Kinoshita; 聡木下; Jiyun Ihayashi; 純井林
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1996-10-03
Filing date: 1996-10-03
Publication date: 1998-04-28
Anticipated expiration: 2016-10-03
Also published as: JP3611692B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電源遮断時に応答性良く十分な制動力が得ら
れるコンパクトな機械ブレーキ機構をリニアモータ走行
軸に装備すること。【解決手段】停電事故等により電源が遮断されると、
ガイドレール１０に案内されるリニアガイド７上に支持
されたリニアスライダ１は惰走状態に入る。同時に吸引
板保持用電磁石６の吸引板３の吸着機能が失われ、コイ
ルバネ８の伸張力と自重により、摩擦部材５を含むブレ
ーキユットが下方に駆動される。磁場感応吸引性の吸引
板３が固定マグネット４から強い吸引力を受け、摩擦部
材５が外部摩擦係合部材１１に押し付けられ、走行スラ
イダ１は急減速し、停止に至る。吸引板保持用電磁石６
への給電を再開し、エアシリンダ機構９を動作させると
ピストン９１が上方に駆動される。シリンダ部材９３の
肩部９４に当接し、吸引板３を上方へ引き上げて固定マ
グネット４から引き離すと、機械ブレーキが解除され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はリニアモータ走行軸
の機械ブレーキ機構に関し、更に詳しく言えば、リニア
モータに装備されているマグネットの吸引力を利用した
リニアモータ走行軸の機械ブレーキ機構に関する。本発
明は、例えば工作機械や産業機械の移動機構に適用して
有利なものである。

【０００２】

【従来技術】周知のように、リニアモータには、固定マ
グネットあるいはコイルを備えた固定スライダを配設し
た軌道に沿って可動スライダを移動させるような推進力
が直接的に得られるという特徴がある。そのため、リニ
アモータが開発されて以来、工作機械など一般機械の駆
動源として広範に採用されることが期待されてきた。と
ころが、一般機械へのリニアモータの採用は期待されて
いた程には進んでいない。

【０００３】その一因として、リニアモータで駆動され
る走行軸について機械ブレーキの導入が遅れているとい
うことがあげられる。言うまでもなく、リニアモータは
機械ブレーキを用いなくとも電気的に急減速・急停止を
行なうことが出来るが、それはリニアモータがコントロ
ーラの制御下にある場合に限られる。即ち、リニアモー
タの動作中に停電・断線等の事故が生じ、リニアモータ
を制御する信号が途絶えた時には、コントローラによる
操作が不能になって可動スライダが惰走を続ける事態に
至る可能性が高い。

【０００４】従って、電気的ブレーキ以外に減速・停止
手段を持たないリニアモータ走行軸を一般機械に採用し
た場合、「電源を落とせば止まる」という一般機械にと
って基本的に備わっているべき機能が欠如することにな
り、作業者や周辺機器に対する安全の確保が難かしくな
る。この問題の最も一般的な解決手段として、リニアモ
ータ走行軸にエアシリンダで駆動されるブレーキ摩擦部
材を設け、これを周辺に配備された外部摩擦係合部材に
押し付けることで制動を行なうことが考えれる。

【０００５】しかし、エアシリンダは大きな制動力が容
易に得られるという利点が存在する反面、エア移動に要
する時間を考慮すると応答性に難がある。また、電気と
ともにエアが遮断された場合であっても、非常ブレーキ
だけは必ず作動しなければ信頼性のある安全機構と言え
ない。これらの理由から、エアシリンダを非常時に作動
するブレーキのアクチュアータに採用することには問題
がある。

【０００６】その他、電磁石とバネを利用した電磁ブレ
ーキ機構を設ける方法や、油圧機構を用いる方法もある
が、ブレーキ作動時に大きな面圧を保持するとなると走
行装置全体の大型化が避けられず、実用化が困難であっ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、走行
装置全体の大型化を伴うことなく、簡便な構造で応答性
良く十分な制動力を得ることが可能なリニアモータ走行
軸の機械ブレーキ機構を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に従ってリニアモ
ータ走行軸に装備される機械ブレーキ機構は、磁場感応
吸引性を有する吸引部材と、リニアモータ走行軸の走行
スライダに吸引部材を、リニアモータ走行軸に沿って配
設された固定マグネットに対して離接可能に支持する吸
引部材支持手段と、吸引部材を固定マグネットに対して
離隔した位置に解除可能に保持する吸引部材離隔保持手
段と、吸引部材上に設けられた摩擦部材と、リニアモー
タ走行軸に沿って配設され、摩擦部材と摩擦係合可能な
外部摩擦係合部材と、吸引部材を前記固定マグネットか
ら離隔する方向に駆動するための外部アクチュエータ手
段を備えている。

【０００９】そして、リニアモータ走行軸の電源遮断時
あるいは緊急停止必要時には、吸引部材離隔保持手段の
吸引部材離隔保持機能が解除され、吸引部材が固定マグ
ネットに対して近接する位置まで自発的に移動し、吸引
部材と前記固定マグネットの間に作用する磁気吸引力に
よって摩擦部材が前記外部摩擦係合部材に対して押し付
けられるようになっている。

【００１０】典型的な実施形態においては、吸引部材支
持手段に伸張性の弾性部材が用いられ、吸引部材離隔保
持手段には、給電時に吸引部材を固定マグネットに対し
て離隔した位置に保持し、非給電時に吸引部材離隔保持
機能が解除される電磁石手段が用いられる。

【００１１】また、外部アクチュエータ手段はエアシリ
ンダ機構を備えていることが好ましい。そして、吸引部
材と固定マグネットの間には、吸引部材と固定マグネッ
トの直接接触を防止するシート部材が介在していること
が好ましい。

【００１２】本発明の機械ブレーキ機構は、本来リニア
モータの駆動に必要な固定マグネットを制動力を生み出
すソースとして兼用するので、これまでのように大きな
制動力を得るための外部アクチュエータを設ける必要が
ない。また、電源遮断時には吸引部材離隔保持手段の吸
引部材離隔保持機能が解除され、確実にブレーキを有効
化される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図４を参照して本発
明の一実施形態について説明する。なお、各要素に付さ
れている符号は、図１〜図４を通して共通である。先ず
図１及び図２は、本実施形態に係る機械ブレーキ機構を
装備したリニアモータ走行軸の走行中の状態を描いた図
であり、図１には本体部の概略構造が走行方向に沿った
断面図で示され、図２には同じく本体部の概略構造が走
行方向に垂直な方向に沿った断面図で示されている。

【００１４】図１あるいは図２において、符号１で指示
された走行スライダ（可動スライダ）はリニアガイド７
を両側部に備えており、リニアガイド７は設置面上に敷
設された２本のガイドレール１０の各々に滑働自在に係
合している。両ガイドレール１０間には、極性を交互に
とった多数の永久磁石セグメントで構成される固定マグ
ネット４が配設されている。

【００１５】走行スライダ１の内部には、励磁時に固定
マグネット４との相互作用によって走行軸方向（図２で
は紙面垂直方向）のリニアモータ推力を発生するように
コイル（図示省略）が設けられている。励磁電流は、電
源部からコントローラを介して周知の態様で供給され
る。

【００１６】このような基本構成を持つリニアモータ走
行軸に機械ブレーキ機構を装備させるために、走行スラ
イダ１には伸張性のコイルバネ８を介して吸引板３が可
動に結合されている。吸引板３はその少なくとも一部は
例えば鉄のような磁場感応吸引性（磁場に感応して吸引
される性質）を有する材料で構成され、両側部に摩擦部
材５が設けられている。そして、走行スライダ１の走行
時に摩擦部材５に対向する設置面上の帯状領域には、ブ
レーキ有効時に摩擦部材５が押し付けられる外部摩擦係
合部材１１が敷設されている。また、吸引板３と固定マ
グネット４の一方または双方には、それらを直接接触に
よる損傷から防護するためのシート部材２が設けられて
いる。

【００１７】更に、走行スライダ１は、コイルバネ８に
並ぶ位置に吸引板保持用電磁石６を備えている。この吸
引板保持用電磁石６は、機械ブレーキ有効時を除き、電
源部からコントローラを介して励磁電流の供給を受け、
コイルバネ８の伸張力とブレーキユニット全体の重量に
打ち勝って吸引板３を引き寄せる力を発生し、吸引板３
を固定マグネット４から離隔した位置で吸着保持する。

【００１８】これに応じて摩擦部材５と外部摩擦係合部
材１１は離隔した状態を維持する。また、吸引板３がこ
の離隔位置で固定マグネット４から受ける吸引力は非常
に弱く、実質的に走行スライダを制動する用は生じな
い。このようにして、リニアモータ走行時あるいは吸引
板保持用電磁石６への給電が維持される通常の停止時に
は、機械ブレーキは非有効の状態に保たれ、摩擦部材５
と外部摩擦係合部材１１は離隔した状態を維持する。

【００１９】本実施形態における機械ブレーキ機構は、
一旦有効化されたブレーキを解除するためのブレーキ解
除手段としてエアシリンダ機構９を備えている。エアシ
リンダ機構９の要部は、本体部９０、ピストン９１、並
びに空洞９２とそれを狭くした肩部９４を有するシリン
ダ部材９３で構成されている。本体部９０は支持部材１
２を介して走行スライダ１側にに固定される一方、シリ
ンダ部材９３は吸引板３に固定されるとともに、適当な
軸受け（図示省略）を介して走行スライダ１に挿嵌され
ている。本体部９０には、圧搾エアで駆動される周知の
ピストン伸縮機構が内蔵されている。

【００２０】本体部９０のピストン伸縮機構がコントロ
ーラからのエア供給信号で作動すると、ピストン９１が
空洞９２内を図中上方に滑動する。ピストン９１がシリ
ンダ部材９３の肩部９４に当接して更に滑動を続ける
と、シリンダ部材９３に結合された吸引板３が図中上方
へ駆動される（固定マグネット４からの引き離し）。

【００２１】次に、図３及び図４を参照図に加えて本実
施形態における機械ブレーキ機構の有効化並びに非有効
化（解除）時の動作について説明する。図３は、図１、
図２を参照して説明したリニアモータ走行軸の機械ブレ
ーキを有効化した状態を図２と同様の断面図で示したも
のである。また、図４は図３に示したブレーキ有効状態
を解除した状態を図２、図３と同様の断面図で示したも
のである。なお、図３、図４では、コントローラ／電源
との接続関係の記載を省略した。

【００２２】今、図１、図２に示した走行中の状態にお
いて、コントローラの故障、断線、停電等の事故、ある
いは緊急停止ボタンの押下などによってすべての電源が
断たれた場合を考えると、これに応答して次の事象が迅
速且つ自発的に生じ、リニアモータ（リニアスライダ
１）は直ちに停止に至る。

【００２３】先ず、リニアスライダ１内のコイルへの給
電停止に伴いリニア推力が失われ、リニアスライダ１は
惰走状態（正確に言えば、若干の制動状態）に入る。こ
れと同時に吸引板保持用電磁石６への給電が断たれるた
めに、吸引板３の吸着機能が失われ、コイルバネ８の伸
張力と重力作用によって、吸引板３、摩擦部材５を含む
ブレーキユット全体が設置面に向けて移動を開始する。

【００２４】吸引板３が固定マグネット４に接近するに
従い、磁場感応吸引性を有する吸引板３は固定マグネッ
ト４に強く吸引されるようになり、両者の接近運動は加
速する。やがて、図３に示されているように、両側部に
設けられている摩擦部材５が外部摩擦係合部材１１に当
接し、次いで強く押し付けられる。これによって、摩擦
部材５と外部摩擦係合部材１１の間の摩擦に基づく強力
な制動作用が発揮され、走行スライダ１は急減速し、短
時間の内に停止に至る。

【００２５】走行スライダ１が停止に至った以後も、吸
引板３と固定マグネット４の吸引力は維持され、摩擦部
材５と外部摩擦係合部材１１の間の押し付け状態が保た
れるから、ブレーキ有効の状態が自然に維持される。即
ち、外部アクチュエータの動作に全く頼ることなく、機
械ブレーキが有効化され、且つ、安定的に維持される。

【００２６】図３に示したブレーキ有効状態を解除する
には、外部アクチュエータとしてエアシリンダ部材機構
が援用される。即ち、ブレーキ解除時には吸引板保持用
電磁石６への給電を再開するとともに、エアシリンダ機
構９を動作させ、ピストン９１を図中上方に駆動する。
ピストン９１がシリンダ部材９３の肩部９４に当接して
以後は、シリンダ部材９３に結合された吸引板３が図中
上方へ強く引き上げる力を受け、固定マグネット４から
の吸引力に打ち勝って固定マグネット４から引き離さ
れ、これと同時に摩擦部材５が外部摩擦係合部材１１か
ら離脱し、摩擦係合が解除される。

【００２７】吸引板３が固定マグネット４から十分遠ざ
かり、吸引板保持用電磁石６の吸引力のみでブレーキユ
ニットを保持出来るようになったならば、エアシリンダ
機構９によるピストン９１の駆動は停止され、走行スラ
イダ１内のコイルに給電すれえば直ちに走行スライダ１
の走行が可能な状態に復帰する。

【００２８】最後に、本実施形態において外部アクチュ
エータとして使用されているエアシリンダに関連して若
干の補足説明をしておく。各図に示されているエアシリ
ンダ機構本体部９０はそれ自体完結した駆動機構であ
り、その他の関連要素９１〜９４についてエアの出入り
はない。ピストン９１はエアシリンダ機構本体部９０の
ロッドに直結されており、エアシリンダ機構本体部９０
内部（シリンダ要素の空洞部）へのエアの出入りによっ
てピストン９１が駆動される。

【００２９】また、スライダ走行時（図２参照）には、
ピストン９１と肩部９４の間に空洞９２があり、ブレー
キ作動時（図３参照）には、吸引板３及び摩擦部材５を
含むブレーキユニット全体が設置面に向けて移動した分
だけ、ピストン９１と吸引板３の間に空洞９２が生じる
と考えることが出来る。

【００３０】スライダ走行時にはピストン９１は伸張状
態（垂下した状態）としておき、ブレーキが作動してユ
ニット全体が移動する際にピストン９１と肩部９４が接
触しないようにする。そして、上述したように、ブレー
キ解除時にはエアシリンダ（本体部９０）を動作させ
て、ピストン９１を肩部９４に係合させてブレーキユニ
ット全体を引き上げる。

【００３１】電磁石６に通電し、ブレーキユニット全体
が保持された後、再度エアシリンダ（本体部９０）を動
作させてピストン９１を伸張させれば、ピストン９１が
肩部９４から離れ、通常動作（走行）の再開可能な状態
となる。

【００３２】以上、本発明の一実施形態について説明し
たが、本発明の眼目はあくまで制動力のソースを吸引部
材（上記実施形態では吸引板３）と固定マグネットの間
に作用する磁気吸引力に求める点にあり、上記実施形態
は本発明を限定するものではない。従って、十分な磁気
吸引力が吸引部材（吸引板３）と固定マグネットの間に
作用する条件が満たされるのであれば、コイルバネ８は
必ずしも伸張性のものである必要はなく、場合によって
は吸引部材を固定マグネットに対して離接可能に支持す
る手段（例えば吸引部材のガイド機構）が採用されても
良い。

【００３３】ブレーキ解除のための外部アクチュエータ
については、上記実施形態のようにエアシリンダ機構を
用いることが好ましいが、他の型のアクチュエータ（例
えば吸引部材を駆動する電磁プランジャ）を用いること
も可能である。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、本来リニアモータの駆
動に必要な固定マグネットを制動力を生み出すソースに
兼用されるので、応答性良く大きな制動力が得られるコ
ンパクトな機械ブレーキ機構を提供することが出来る。
また、本発明の機械ブレーキ機構は、電源遮断時に自動
的にブレーキを有効化することが出来るので、リニアモ
ータ走行軸を用いた装置の安全性を高めることが出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る機械ブレーキ機構を装
備したリニアモータ走行軸について、走行時の状態を走
行方向に沿った断面図で示した図である。

【図２】本発明の実施形態に係る機械ブレーキ機構を装
備したリニアモータ走行軸について、走行時の状態を走
行方向に垂直な方向に沿った断面図で示した図である。

【図３】本発明の実施形態に係る機械ブレーキ機構を装
備したリニアモータ走行軸について、ブレーキ有効時の
状態を走行方向に垂直な方向に沿った断面図で示した図
である。

【図４】本発明の実施形態に係る機械ブレーキ機構を装
備したリニアモータ走行軸について、ブレーキ解除時の
状態を走行方向に垂直な方向に沿った断面図で示した図
である。

【符号の説明】

１走行スライダ２シート部材３吸引板４固定マグネット５摩擦部材６吸引板保持用電磁石７リニアガイド８コイルバネ９エアシリンダ機構１０ガイドレール１１外部摩擦係合部材１２支持部材９０エアシリンダ機構本体部９１ピストン９２空洞９４肩部９３シリンダ部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リニアモータ走行軸の機械ブレーキ機構
であって、磁場感応吸引性を有する吸引部材と、前記リニアモータ走行軸の走行スライダに前記吸引部材
を、前記リニアモータ走行軸に沿って配設された固定マ
グネットに対して離接可能に支持する吸引部材支持手段
と、前記吸引部材を前記固定マグネットに対して離隔した位
置に解除可能に保持する吸引部材離隔保持手段と、前記吸引部材上に設けられた摩擦部材と、前記リニアモータ走行軸に沿って配設され、前記摩擦部
材と摩擦係合可能な外部摩擦係合部材と、前記吸引部材を前記固定マグネットから離隔する方向に
駆動するための外部アクチュエータ手段を備え、前記リニアモータ走行軸の電源遮断時もしくは緊急停止
必要時には、前記吸引部材離隔保持手段の吸引部材離隔
保持機能が解除され、前記吸引部材が前記固定マグネッ
トに対して近接する位置まで自発的に移動し、前記吸引
部材と前記固定マグネットの間に作用する磁気吸引力に
よって前記摩擦部材が前記外部摩擦係合部材に対して押
し付けられるようになっている、前記リニアモータ走行
軸の機械ブレーキ機構。
【請求項２】前記吸引部材支持手段が、伸張性の弾性
部材である、請求項１に記載されたリニアモータ走行軸
の機械ブレーキ機構。
【請求項３】前記吸引部材離隔保持手段が、給電時に
前記吸引部材を前記固定マグネットに対して離隔した位
置に保持し、非給電時に吸引部材離隔保持機能が解除さ
れる電磁石手段である、請求項１または請求項２に記載
されたリニアモータ走行軸の機械ブレーキ機構。
【請求項４】前記外部アクチュエータ手段がエアシリ
ンダ機構を備えている、請求項１〜請求項３のいずれか
１項に記載されたリニアモータ走行軸の機械ブレーキ機
構。
【請求項５】前記吸引部材と前記固定マグネットの間
に、前記吸引部材と前記固定マグネットの直接接触を防
止するシート部材が介在している、請求項１〜請求項４
のいずれか１項に記載されたリニアモータ走行軸の機械
ブレーキ機構。