JP6373206B2 - リニアブレーキ - Google Patents

Description

本発明は、直線運動機器におけるリニアガイドのガイドクランプに使用されるリニアブレーキに関し、より詳しくは、バネ力によりクランプを行い、バネ力に抗した外力を付加することによりクランプ状態を解除するノーマルクローズタイプのリニアブレーキに関する。

各種工作機器、物流機器等には多種多様な直線運動機器が多用されている。そのような直線運動機器に併用されるのがリニアブレーキであり、直線運動機器の制動や位置決め、ストッパなどに広く使用されている。このようなリニアブレーキの一つとして、リニアガイドを跨ぐハウジンの両側に、リニアガイドを両側から挟むべく摩擦板を回動可能に取り付け、両側の摩擦板をハウジング側で板バネにより連結すると共に、当該板バネにより両側の摩擦板をガイド拘束方向へ回動付勢し、ハウジングと板バネとの間に配置されたアクチュエータにより板バネを反付勢方向へ変形させて両側の摩擦板をガイド解放方向へ強制回動させるものが、特許文献１により提示されている。

このリニアブレーキはノーマルクローズタイプの一種であり、小型で経済性に優れるという特徴を有している。すなわち、両側の摩擦板がハウジングから分離して回動可能に設けられ、板バネによりガイド拘束方向（クランプ方向）へ付勢されているので、その板バネによって必要なクランプ力を過不足なく付与することができる。その結果としてアクチュエータの動作力も必要最小限に抑制することができ、その小型化を図ることができる。また、両側の摩擦板にクランプ力を付与する板バネが、両側の摩擦板の連結体を兼ねており、しかも、その結果として単一のアクチュエータにて両側の摩擦板を動作させることができるので、部品点数の増加を最小限に抑制することができる。

このリニアブレーキには上記のような種々の利点があるが、その一方では次のような問題のあることも判明した。図５にこのリニアブレーキの使用状態の一例を示す。

同図に示すように、このリニアブレーキは、リニアガイド１０のベアリングブロック１２を含む直線運動機器に、連結プレート１３などにより連結されて使用される。このとき、リニアブレーキにおいては、直線運動機器との取付け誤差のために、両側の摩擦板３０がガイドレール１１に対して、何れかの側へ変位することが少なくない。両側の摩擦板３０が何れかの側へ変位した場合、リニアガイド１０のガイドレール１１とベアリングブロック１２との間にガタツキがなく、板バネ４０により連結された両側の摩擦板３０が独立して動作できないため、両側の摩擦板３０がガイドレール１１に片当たりする。その結果、両側の摩擦板３０に偏磨耗が生じるとか、リニアガイド１０のベアリングブロック１２に偏荷重が加わることによりガタツキを発生させるといった問題が生じる。

また、同図に示すように、リニアガイド１０が垂直に使用され、ベアリングブロック１２の下側にリニアブレーキが配置される場合、リニアブレーキが制動状態になると、回転モーメントのために、リニアブレーキをリニアガイドに押し付ける方向のモーメント荷重が発生する。制動時の必要保持力は自重とモーメント荷重の和で表されるので、回転モーメントが生じることにより、制動時の必要保持力が大きくなり、必要保持力を発生させる板バネが大型化するなどの問題がある。

更に、ブレーキ解放時にアクチュエータに想定より高い圧力が付加された場合、応力集中により板バネの変形が進むという問題もある。

特開２０１３−８７９４３号公報

本発明は、上記問題を解決するものであり、その目的は、両側の摩擦板が板バネで連結された構造であるにもかかわらず、両側の摩擦板の片当たりを防止できるリニアブレーキを提供することにある。本発明の他の目的は、制動時の必要保持力を小さくできるリニアブレーキを提供することにある。本発明の更に別の目的は、ブレーキ解放時の板バネの過度の変形を抑制できるリニアブレーキを提供することにある。

上記目的を達成するめに、本発明のリニアブレーキは、リニアガイドを跨ぐハウジングの両側に、リニアガイドを両側から挟むべく摩擦板を回動可能に取り付け、両側の摩擦板をハウジング側で板バネにより連結すると共に、当該板バネにより両側の摩擦板をガイド拘束方向へ回動付勢し、ハウジングと板バネとの間に配置されたアクチュエータにより板バネを反付勢方向へ変形させて両側の摩擦板をガイド解放方向へ強制回動させるリニアブレーキにおいて、両側の摩擦板を両端側で支軸により軸支し、その支軸が挿入される軸孔を側方に長い長孔とすることにより、両側の摩擦板を側方へ移動自在としたものである。

板バネにより連結された両側の摩擦板を側方へ移動自在とすることにより、リニアブレーキがリニアガイドに対して側方へ変位していても、その変位が吸収されるので、両側の摩擦板の片当たりが防止される。

両側の摩擦板を側方へ移動自在とするために、両側の摩擦板を両端側で支軸により軸支し、その支軸が挿入される軸孔を側方に長い長孔とするが、支軸が摩擦板に取付けられている場合は、ハウジング側の軸孔が長孔とされ、支軸がハウジングに取付けられている場合は、摩擦板側の軸孔が長孔とされる。

本発明のリニアブレーキにおいては、制動時に両側の摩擦板がリニアガイドに対してハの字状に開いた状態で当接するようにするのがよい。そうすることにより、制動時にモーメント荷重が生じても、そのモーメント荷重はリニアガイドに両側の摩擦板が食い込む力となるので、モーメント荷重による必要保持力の増加が阻止される。

本発明のリニアブレーキにおいては又、アクチュエータの板バネへの当たり面を、ブレーキ解放時の板バネの湾曲に沿う曲面とするのがよい。そうすることにより、ブレーキ解放時にアクチュエータの当たり面が板バネに密着し、応力集中による板バネの過度の湾曲が防止される。また、ブレーキ解放時に板バネが側方へ変位する事態が防止される。

本発明のリニアブレーキは、リニアガイドをクランプする両側の摩擦板をハウジングから分離すると共に、両側の摩擦板にクランプ方向の付勢力を付与する板バネにて両者を連結する構成を採用したので、小型で経済的であり、しかも、その構成で問題となる両側の摩擦板のリニアガイドに対する片当たりを防止でき、その防止のための構造も、両側の摩擦板の回動構造及び板バネによる連結構造を利用できるので、簡単で合理的である。

本発明の一実施形態を示すリニアブレーキの４面図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は底面図である。 同リニアブレーキの使用状態を示す正面図で、（ａ）（ｂ）はクランプ状態での調芯機能を示す。 同リニアブレーキの使用状態を示す側面図でクランプ状態を示す。 同リニアブレーキの使用状態を示す正面図でアンクランプ状態を示す。 リニアブレーキの使用状態の一例を示す斜視図である。

以下に本発明の一実施形態を説明する。

本実施形態のリニアブレーキは、リニアガイドのガイドレールに沿って移動する直線運動機器をガイドレール上の定位置に停止、位置決めさせるために、当該直線運動機器に取付けられて、ガイドレールに対する拘束（クランプ）、解放（アンクランプ）を行う装置であり、外力が付加されない通常状態でガイドレールをクランプするノーマルクローズタイプである。

このリニアブレーキは、図１〜図４に示すように、リニアガイド１０のガイドレール１１を跨ぐハウジング２０と、ハウジング２０の両側部に回動可能に取付けられた両側一対の摩擦板３０，３０と、両側の摩擦板３０，３０を連結し且つこれらの摩擦板３０，３０をクランプ状態に付勢する板バネ４０と、両側の摩擦板３０，３０をアンクランプ状態とするために板バネ４０に外力を付加するアクチュエータ５０とを備えている。

ハウジング２０は、正面から見て門形のブロックであり、天板部２１の一側部から下方に突出した前後一対の脚部２２，２２と、天板部２１の他側部から下方に突出した前後一対の脚部２２，２２とを有している。両側の摩擦板３０，３０は、いずれもガイドレール１１に沿って延びる断面が四角形の金属部材であり、一方の摩擦板３０が一方の側の前後一対の脚部２２，２２間に回動自在に支持され、他方の摩擦板３０が他方の側の前後一対の脚部２２，２２間に回動自在に支持されている。

すなわち、各摩擦板３０は、前後一対の脚部２２，２２から後方及び前方へ各突出する支軸２３，２３により、支軸２３，２３を繋ぐガイドレール１１に平行な直線を中心として回動自在に支持されている。前後の支軸２３，２３は摩擦板３０の両端面に設けられた軸穴３１，３１に各挿入されており、当該軸穴３１，３１が側方に長い長穴とされることにより、各摩擦板３０は側方に移動自在とされている。

両側の摩擦板３０，３０を連結する板バネ４０は、ハウジング２０の天板部２１の裏側にその下面に沿って配置されており、各摩擦板３０の長手方向中央部に下から差し込まれた連結ネジ４１により、各摩擦板３０を板バネ４０の側端部下面に脱着可能に保持固定している。この板バネ４０は、両側の摩擦板３０，３０を連結すると共に、当該リニアブレーキをガイドレール１１から取り外した状態では、フラットな状態となることにより、摩擦板３０，３０の対向摩擦面をリニアガイド１０の横幅より狭い平行状態とする（図１参照）。当該リニアブレーキをガイドレール１１に装着した状態では、板バネ４０はハウジング２０の天板部２１とは反対の側（反ハウジング側）へ凸の状態に反ることにより、両側の対向摩擦面を「ハ」の字状に開けてガイドレールに両側から圧接させる（図２参照）。

このときの板バネ４０の反りに伴う反力（復元力）が、摩擦板３０，３０のガイドレール１１に対するクランプ力となる。

アクチュエータ５０は、ハウジング２０の天板部２１とその裏面側の板バネ４０との間に配置された円盤状のピストン部材５１を有している。ピストン部材５１は、天板部２１の裏面に設けられた円形のシリンダー穴２４に気密に且つ進退可能に挿入されている。ハウジング２０の天板部２１の一方の側面に連結された流体圧配管６０を通してシリンダー穴２４内へ高圧流体を供給することにより、ピストン部材５１は進出方向（板バネ４０の側）へ駆動され、その表面で板バネ４０を押圧することにより、板バネ４０は反ハウジング側へ凸の状態に大きく反る。その結果、摩擦板３０，３０の対向摩擦面は、外側へ更に回動傾斜してガイドレール１１から離れることによりアンクランプ状態に移行する（図４参照）。

ピストン部材５１の表面（板バネ４０との当たり面）は、板バネ４０を押圧して摩擦板３０，３０をアンクランプ状態としたときの、板バネ４０の大きな湾曲に対応した曲率の曲面（ここでは球面）とされている。

次に、本実施形態のリニアブレーキの使用法及び機能について図１〜図４、更には図５を参照して説明する。

リニアブレーキは、図３及び図５に示すとおり、リニアガイド１０のベアリングブロック１２を含む直線運動機器に取付けられており、この状態でリニアガイド１０のガイドレール１１を跨ぐ。ハウジング２０の天板部２１に形成されたシリンダー穴２４に高圧空気等の高圧流体が供給されていない通常状態（外力無付加）の場合は、図２に示すように、ピストン部材５１による板バネ４０の押圧がないため、板バネ４０の反りの反力（復元力）により両側の摩擦板３０，３０が、リニアブレーキ１０のガイドレールを両側からクランプする。

ここで、摩擦板３０の支軸２３，２３が差し込まれる軸穴３１，３１は側方に長い長穴であるので、板バネ４０により連結された摩擦板３０，３０は両側に同期して移動自在である。このため、リニアブレーキの取付け誤差により、リニアブレーキのセンターが直線運動機器のセンターからずれている場合、リニアブレーキがクランプ状態になると、図２の特に（ｂ）に示すように、両側の摩擦板３０，３０がガイドレールに両側から均等に当たるように側方へ移動する。具体的には、リニアブレーキが変位している方向とは反対の方向に、両側の摩擦板３０，３０が同期して移動する。

これは、リニアブレーキの側方への変位に対して、両側の摩擦板３０，３０が調芯機能を有することに他ならない。この調芯機能のため、両側の摩擦板３０，３０がガイドレールに片当たりする事態が回避され、その片当たりによる摩擦板３０，３０の偏磨耗やリニアガイド１０に偏荷重が加わることによるガタツキの発生が防止される。

また、図３及び図５に示されるように、リニアガイド１０が垂直に使用され、且つリニアブレーキがベアリングブロック１２の下側に配置される場合、リニアブレーキがクランプ状態になると、図３に示すように、リニアブレーキに下向きの回転モーメントが生じ、リニアブレーキをガイドレール１１に押し付ける方向のモーメント荷重が発生するが、摩擦板３０，３０の対向摩擦面か「ハ」の字状に開いた状態でガイドレール１１をクランプしているので、前記モーメント荷重は両側の摩擦板３０，３０がガイドレール１１に食い込む力となる。このため、そのモーメント荷重は制動時の必要保持力を増大させる原因にならない。その必要保持力は自重に制限される。したがって、板バネ４０の小型化が図られる。

ハウジング２０の天板部２１に形成されたシリンダー穴２４に流体圧配管６０を通して高圧空気等の高圧流体を供給すると、図４に示すように、シリンダー穴２４に嵌合するピストン部材５１が進出方向へ駆動され、表面で板バネ４０を反ハウジング側へ押圧する。このとき、両側の摩擦板３０，３０がハウジング２０に支軸２３，２３にて軸支されているので、ピストン部材５１による押圧により、板バネ４０は反ハウジング側へ更に大きく反る。その結果、両側の摩擦板３０，３０は、支軸２３，２３を中心にして外側へ回動し、対向摩擦面が更に大きく「ハ」の字状に開く。

かくして、当該リニアブレーキはクランプ状態からアンクランプ状態へ移行する。

ピストン部材５１の表面は、アンクランプ状態において板バネ４０の湾曲に沿う曲面（ここでは球面）とされているので、板バネ４０の広い範囲に嵌合密着する。その結果、板バネ４０を過度に押圧する事態が回避される。また、両側の摩擦板３０，３０が側方への調芯機能を有し、板バネ４０が不用意に横ズレする懸念があるが、ピストン部材５１の表面が板バネ４０に嵌合密着するので、板バネ４０の不用意な横ズレは防止される。

１０ リニアガイド
１１ ガイドレール
１２ ベアリングブロック
２０ ハウジング
２１ 天板部
２２ 脚部
２３ 支軸
２４ シリンダー穴
３０ 摩擦板
３１ 軸穴（長穴）
４０ 板バネ
４１ 連結ネジ
５０ アクチュエータ
５１ ピストン部材
６０ 流体圧配管

Claims (3)

1. リニアガイドを跨ぐハウジングの両側に、リニアガイドを両側から挟むべく摩擦板を回動可能に取り付け、両側の摩擦板をハウジング側で板バネにより連結すると共に、当該板バネにより両側の摩擦板をガイド拘束方向へ回動付勢し、ハウジングと板バネとの間に配置されたアクチュエータにより板バネを反付勢方向へ変形させて両側の摩擦板をガイド解放方向へ強制回動させるリニアブレーキにおいて、
   前記両側の摩擦板を両端側で支軸により軸支し、その支軸が挿入される軸孔を側方に長い長孔とすることにより、前記両側の摩擦板を側方へ移動自在としたリニアブレーキ。
2. 請求項１に記載のリニアブレーキにおいて、制動時に両側の摩擦板がリニアガイドに対してハの字状に開いた状態で当接するリニアブレーキ。
3. 請求項１又は２に記載のリニアブレーキにおいて、アクチュエータの板バネへの当たり面を、ブレーキ解放時の板バネの湾曲に沿う曲面としたリニアブレーキ。

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