JP7471653B2

JP7471653B2 - 制動装置

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Publication number: JP7471653B2
Application number: JP2021014803A
Authority: JP
Inventors: 弘明竹森
Original assignee: Fuji Latex Co Ltd
Current assignee: Fuji Latex Co Ltd
Priority date: 2021-02-02
Filing date: 2021-02-02
Publication date: 2024-04-22
Anticipated expiration: 2041-02-02
Also published as: JP2022118354A

Description

本発明は、磁気粘性流体を用いた制動装置に関する。

従来のこの種の制動装置として特許文献１に記載のものがある。この制動装置はコイルへの通電による磁力により磁気粘性流体の粘性を変化させ、回転部に磁気粘性流体による剪断抵抗を与えて制動力を発生させるものである。

この制動装置は軟磁性体のケースの内部に軟磁性体のコイル保持部に保持されたコイルを備え、ケースの周壁の内周面とコイル保持部の外周面との間及びケースの端壁の内面とコイル保持部の端面との間に渡る作動室を備えている。作動室内には磁気粘性流体が充填されると共にロータを含む軟磁性体の回転部が配置され、この回転部に磁気粘性流体による制動力を発生させようとするものである。

しかし、従来の制動装置はケースを磁気通路として磁束ループを構成しているためコイル保持部を含む鉄心部を作動室を含めてサブユニット化することが困難であった。

特許第６０１４３６７号公報

本発明が解決しようとする課題は、鉄心部を作動室を含めてサブユニット化することが困難であった点である。

本発明は、鉄心部を作動室を含めてサブユニット化することを可能とするために、ケースに鉄心とコイルとローターとを収容して密閉した制動装置であって、前記鉄心は前記ケースの周壁の内面に配置され前記ローターの回転軸芯周りに周回形状のアウターコアとこのアウターコアの内周に配置され前記回転軸芯周りに周回形状のインナーコアとを一体的に備え、前記アウターコアとインナーコアとの間に回転半径方向で設定隙間を周回状に有し磁気粘性流体を収容した作動室を備え、前記コイルは前記鉄心のインナーコアとアウターコアとの少なくとも一方に支持されて通電により前記作動室に交差する磁束ループを形成し、前記ローターは前記ケースに支持され前記回転軸芯周りに回転可能な回転軸に一体的に取り付けられて前記作動室に配置される周回状のローター作用部を備えた。

本発明の制動装置では、鉄心のアウターコアとインナーコアと端部コアとコイルとが鉄心ユニットとしてサブユニット化でき、ローターと回転軸とがローターユニットとしてサブユニット化されている。

このためケースに対して鉄心ユニットとローターユニットとを一方向から順に挿入して組み付ければよく、ケース３に対する部品の組付けを容易且つ迅速に行わせることができる。

制動装置の断面図である。（実施例１）制動装置の分解断面図である。（実施例１）ボトムコアの平面図である。（実施例１）ローターの平面図である。（実施例１）回転軸のカシメ前の要部断面図である。（実施例１）制動装置の断面図である。（実施例２）

本発明は、鉄心部を作動室を含めてサブユニット化することを可能にするという目的を以下のように実現した。

ケースに鉄心とコイルとローターとを収容して密閉した制動装置であって、前記鉄心は前記ケースの周壁の内面に配置され前記ローターの回転軸芯周りに周回形状のアウターコアとこのアウターコアの内周に配置され前記回転軸芯周りに周回形状のインナーコアとを一体的に備え、前記アウターコアとインナーコアとの間に回転半径方向で設定隙間を周回状に有し磁気粘性流体を収容した作動室を備え、前記コイルは前記鉄心のインナーコアとアウターコアとの少なくとも一方に支持されて通電により前記作動室に交差する磁束ループを形成する構成であり、前記ローターは前記ケースに支持され前記回転軸芯周りに回転可能な回転軸に一体的に取り付けられて前記作動室に配置される周回状のローター作用部を備えた。

前記ケースは鉄心とコイルとローターとを収容して密閉できればよく、材質の選択は自由である。

前記ケースは周壁の内面にローターのアウターコアを配置できればよく、形状、構造の選択は自由である。

前記鉄心はアウターコアとインナーコアとを一体的に備えればよい。一体的とは軟磁性体によりアウターコアとインナーコアとを備える鉄心を一体に形成する形態、或いは別体ではあるが組み込み時に鉄心ユニットとして組み合わせられてケースに組み込む形態を含む。

前記作動室はアウターコアとこのアウターコアの内周に配置されたインナーコアとの間で回転半径方向で設定隙間を有すればよい。加えて作動室は前記ケースの端壁に沿ってインナーコアとアウターコアとに径方向の端部インナーコア及び端部アウターコアを形成しこの端部インナーコア及び端部アウターコア間に回転軸芯方向で設定隙間を形成し、周方向、径方向に連続する場合を含む。

前記コイルは前記アウターコアのみに支持される形態を含む。

前記ローターは前記作動室が回転軸芯方向の設定隙間を連続的に形成した場合に回転軸芯方向の設定隙間にも配置される形態としてもよい。

前記鉄心は前記アウターコアとインナーコアとを回転半径方向の端部コアで結合し、前記作動室は前記アウターコアと前記インナーコアとの間の軸方向一側に形成され、前記コイルは前記アウターコアと前記インナーコアとの間の軸方向他側に支持された。

前記結合は締結結合、接着結合、圧入等を用いることができる。

前記支持はコイルをインナーコアに位置決めることができるものであればその形態は自由である。

前記コイルはインナーコアに対し回転軸芯方向の中間部に支持され、前記ローター部は前記コイルに対向する窓を備えた。

前記窓の形態は磁束ループの形成に支障がない限り自由である。

前記ケースは非磁性体製で密閉構造である。非磁性体としたのは軽量小型で密閉構造の制動装置に適しているからである。

前記ケースは樹脂又はアルミ合金で形成されると共に端壁を有する本体部と前記端壁に対向するキャップとからなり、前記本体部は前記回転軸の一端を支持する軸受部を一体に備え、前記キャップは前記回転軸の他端を突出させる貫通孔を備えて前記ケースが樹脂であるとき前記本体部に溶着され又は前記ケースがアルミ合金であるとき前記本体部にカシメられた。ケースとキャップはねじ締めで結合することもできる。

図１は、本発明の実施例１に係る制動装置の断面図である。図２は制動装置の分解断面図である。以下の説明において回転軸心とは後述するローターの回転軸心を意味し、軸方向とは回転軸心に沿った方向を意味し、回転半径方向とはローターの回転軸心に対する方向を意味し、周方向とは回転前後方向での周方向を意味する。

図１、図２のように、制動装置１はケース３に鉄心５とコイル７とローター９とを収容し密閉した構造となっている。

前記ケース３は非磁性体製である。非磁性体は例えば樹脂である。このケース３は本体部１１とキャップ１３とで構成されている。

前記本体部１１は、端壁１５を有する有底の円筒状に形成されている。本体部１１の外周には取り付け用のフランジ１７を備えている。端壁１５には回転軸芯と同芯の軸受部１９を一体に備えている。軸受部１９は本体部１１内に突出し、回転軸２１の一端２１ａを嵌合させ、回転軸２１の一端２１ａを回転自在に支持している。端壁１５には軸受部１９に隣接して配線引き出し用の貫通孔２３が形成されている。貫通孔２３の周囲には端壁１５の内面となる側にシール用の凹部２３ａを備えている。貫通孔２３は端壁１５の外面でボス部２３ｂを備えている。本体部１１は端壁１５に対向する側にキャップ取付口２５を備えている。キャップ取付口２５は前記キャップ１３をインローで取り付けるキャップ嵌合口部２５ａ及び溶着部２５ｂを備えている。溶着部２５ｂはキャップ嵌合口部２５ａに連続する軸方向の面とこの軸方向の面に直交する径方向の面により溶融用の角部を構成している。なお、説明上は溶着部２５ｂを軸方向の面と径方向の面との角部としてキャップ１３に対し重ねて明示しているが、組付け状態ではキャップ１３の後述する超音波溶着により溶融する部分となる。

前記キャップ１３は前記端壁１５に対向して配置され外周部が本体部１１のキャップ取付口２５内に嵌合する径に形成され、密に嵌合している。このキャップ１３はキャップ取付口２５の最外部に嵌合する縁部１３ａとこの縁部１３ａに続くテーパー部１３ｂとテーパー部１３ｂの内端に連続する軸方向の嵌合部１３ｃとを備えている。縁部１３ａの外径はキャップ取付口２５の最外部の内径とほぼ一致している。

前記テーパー部１３ｂは前記したケース３の溶着部２５ｂの溶融により溶着されている。この溶着でキャップ１３の外周部と本体部１１のキャップ取付口２５との間の密閉性が保持されている。キャップ１３の外周部には本体部１１の内周面に対向する突条部２６が内向きに突設されている。突条部２６と本体部１１の内周面との間に鉄心５の縁部を保持する。

前記キャップ１３には中央部に軸受部２７を備えている。軸受部２７は回転軸２１の他端２１ｂを突出させる貫通孔２７ａを備えている。軸受部２７はキャップ１３の内面で貫通孔２７ａにシール用の凹部２７ｂを備えている。

前記鉄心５は軟磁性体製であり、アウターコア２９とインナーコア３１とが端部コアであるボトムコア３３により結合されて一体的に備えられたものである。

前記アウターコア２９はケース３の周壁の内面に配置され前記ローター９の回転軸芯周りに周回形状となっている。アウターコア２９は一定厚みの円筒状に形成されている。アウターコア２９の一端は前記突条部２６と本体部１１の内周面との間に保持されている。アウターコア２９の他端内周とインナーコア３１の端面と前記キャップ１３の内面との間は磁気粘性流体を収容する空間となっている。

前記インナーコア３１は前記アウターコア２９の内周に配置され前記回転軸芯周りに周回形状となっている。インナーコア３１は一端側の大径部３１ａ及び他端側の小径部３１ｂを備えている。インナーコア３１の軸心部には軸挿通孔３１ｃが備えられている。軸挿通孔３１ｃには小径部３１ｂの端部で若干大径に形成された嵌合部３１ｄが連続している。嵌合部３１ｄは軸受部１９に嵌合している。

図３はボトムコアの平面図である。

図１～図３のボトムコア３３は概ね円板形状に形成され、平面から見て一部に切欠き部３３ａを有している。ボトムコア３３の外周径はアウターコア２９の外周径と同一に形成されている。

前記ボトムコア３３には突条部３３ｂが周回状に突設されている。突条部３３ｂはアウターコア２９の他端とインナーコア３１の小径部３１ｂとの間に嵌合している。アウターコア２９の他端と突条部３３ｂとは嵌合により結合されている。この嵌合はすきまばめ、しまりばめ、中間ばめのいずれでもよく、すきまばめを接着等で結合してもよい。ボトムコア３３はインナーコア３１の小径部３１ｂ端面に軟磁性体製のボルト３５により締結固定されている。ボトムコア３３にはボルト３５挿通用の孔３３ｃが周方向１２０°配置で３箇所に形成されている。前記ボルト３５は３箇所の孔３３ｃで前記締結が行われている。ボトムコア３３の中心部には嵌合部３３ｄを備えている。嵌合部３３ｄは軸受部１９に嵌合して位置決められている。

前記アウターコア２９とインナーコア３１との間に回転半径方向で設定隙間を周回状に有し磁気粘性流体を収容した作動室３７を備えている。作動室３７はインナーコア３１の大径部３１ａとアウターコア２９との回転半径方向間に形成されている。つまりアウターコア２９とインナーコア３１との間の軸方向の一側に作動室３７が形成されている。作動室３７はアウターコア２９の一端とインナーコア３１の端面とキャップ１３の内面との間の空間に連続している。磁気粘性流体は合成油等の流体中に強磁性粒子を分散させたものである。この磁気粘性流体は無磁場の状態では液状であり、磁場を印加すると分散していた粒子が互いに連結し磁場強度に応じて剪断応力が増加する。

前記コイル７は前記鉄心５のインナーコア３１とアウターコア２９との間に支持されて通電により前記作動室３７に交差する磁束ループを形成する構成である。

前記コイル７は配線３９と共に樹脂モールドされている。このコイル７はインナーコア３１とアウターコア２９との間の軸方向他側であるインナーコア３１の小径部３１ｂとアウターコア２９との間に介設されている。樹脂モールドされたコイル７はインナーコア３１とアウターコア２９との間に挟持され或いは接着等により固定されている。

前記配線３９のモールドはコイル７のモールドと一体に形成され配線部モールド４１となっている。配線部モールド４１は大径部４１ａ及び小径部４１ｂを備えている。大径部４１ａは前記ボトムコア３３の切欠き部３３ａに嵌合している。小径部４１ｂはケース３のボス部２３ｂに嵌合している。小径部４１ｂの外面とボス部２３ｂの外面とはほぼ面一となっている。ケース３の凹部２３ａにはオーリング４３が保持され、小径部４１ｂ外周面に密接している。

図４はローターの平面図である。

図１、図２、図４のように前記ローター９は軟磁性体製の板材を用い絞りプレス加工で形成され、周回状のローター部９ａを備えている。このローター９は前記ケース３に支持された回転軸２１にカシメ加工により一体的に取り付けられ、前記ローター部９ａが前記作動室３７に配置されている。ローター部９ａは作動室３７の隙間に配置され、アウターコア２９及びインナーコア３１に対して僅かな隙間を形成している。ローター部９ａは円板部９ｂと一体となっている。円板部９ｂは回転中心部に嵌合孔９ｂａを備えている。嵌合孔９ｂａには回り止め用の凹部９ｂｂを備えている。円板部９ｂには貫通孔９ｂｃが周方向に一定間隔で複数連設されている。

図５は回転軸のカシメ前の要部断面図である。

図１、図２、図５のように前記回転軸２１は他端側にシール受け用のフランジ部４５を備えている。フランジ部４５に隣接して一側にローター嵌合部４７を備えている。ローター嵌合部４７はカシメ用の突起４７ａを周回状に備えている。ローター嵌合部４７にローター９の嵌合孔９ｂａが嵌合し、突起４７ａがカシメられている。カシメにより突起４７ａの肉の一部が凹部９ｂｂに入り込み、回転軸２１に対するローター９の回り止めを行った一体的な結合が行われている。

前記フランジ部４５の他側にはシール用の密接部４９を備えている。密接部４９はキャップ１３の凹部２７ｂに配置されている。凹部２７ｂにオーリング５１が支持され、オーリング５１は密接部４９に密接している。オーリング５１とフランジ部４５との間には座金５３が介設されている。

前記回転軸２１は結合軸部２１ｂを備えている。結合軸部２１ｂはキャップ１３の軸受部２７に支持され且つ貫通して外部に突出している。

前記回転軸２１は前記インナーコア３１の軸挿通孔３１ｃに遊嵌している。回転軸２１の一端２１ａは相対的に小径に形成され、前記のようにケース３の軸受部１９に回転自在に支持されている。

［組立］
図２のように制動装置１の組み立てはサブユニット化して行う。

図２では鉄心５のアウターコア２９とインナーコア３１とボトムコア３３とコイル７とが鉄心ユニット５５としてサブユニット化され、ローター９と回転軸２１とがローターユニット５７としてサブユニット化されている。

この状態においてまずケース３の本体部１１の凹部２３ａにオーリング４３を保持させ、ケース３上に鉄心ユニット５５を配置し、鉄心ユニット５５を本体部１１内に差し込む。この差し込みで鉄心ユニット５５のアウターコア２９がケース３の本体部１１内周面に嵌合する。同時にボトムコア３３もケース３の本体部１１の端壁１５に突き当たり、嵌合部３３ｄが軸受部１９に嵌合する。

次いでローターユニット５７を鉄心ユニット５５の上方に配置して軸合わせを行い、回転軸２１を軸挿通孔３１ｃに挿入する。この挿入により回転軸２１の一端２１ａを軸受部１９に嵌合支持させる。ローター９のローター部９ａは作動室３７に差し込まれ、アウターコア２９とインナーコア３１との間に隙間を形成する。

次いで作動室３７内に磁気粘性流体を充填し、回転軸２１のフランジ部４５に座金５３を配置してキャップ１３をキャップ取付口２５に取り付ける。このとき予めキャップ１３の凹部２７ｂにオーリング５１を支持させる。

このキャップ１３は縁部１３ａが本体部１１のキャップ取付口２５に嵌合してインローで取り付けられる。この取り付けはキャップ１３のテーパー部１３ｂがキャップ取付口２５の溶着部２５ｂの角部に突き当てられるように配置され、キャップ１３の軸方向の超音波振動により行われる。このキャップ１３の超音波振動により溶着部２５ｂが溶融してテーパー部１３ｂに溶着し図１のように組付けられる。この溶着でキャップ１３の外周部と本体部１１のキャップ取付口２５との間の密閉性が保持される。

前記キャップ１３の外周は本体部１１のキャップ取付口２５内に嵌合し、突条部２６と本体部１１の内周面との間に鉄心５の縁部を保持する。

［制動装置の動作］
上記制動装置１は、取り付け用のフランジ１７が固定側にビスなどにより締結固定され、結合軸部２１ｂが制動対象に結合される。配線３９は電源に接続され、制御部によりコイル７への通電が制御される。

このコイル７が通電制御されると磁束ループが形成される。磁束ループは、コイル７の周りでインナーコア３１、作動室３７、アウターコア２９、ボトムコア３３を通るように形成され作動室３７に交差する状態となる。この磁束ループが作動室３７の磁気粘性流体の粘性を変化させる。

したがって、ローター部９ａが磁気粘性流体の剪断抵抗を受けローター９が制動力を受ける。コイル７への通電を制御してローター９の制動力を制御し、ローター９の回転速度を減速させ、或いはローター９の回転を停止させることができる。

こうしたローター９の制動により結合軸部２１ｂに結合された制動対象を制動制御することができる。

［作用効果］
上記のように制動装置１は鉄心５のアウターコア２９とインナーコア３１とボトムコア３３とコイル７とが鉄心ユニット５５としてサブユニット化され、ローター９と回転軸２１とがローターユニット５７としてサブユニット化されている。

このためケース３に対して鉄心ユニット５５とローターユニット５７とを一方向から順に挿入して組み付ければよく、ケース３に対する部品の組付けを容易且つ迅速に行わせることができる。

前記鉄心５は設定隙間の作動室３７を含めて鉄心ユニット５５とするから作動室３７の隙間設定を正確に行わせることができる。

前記ケース３はキャップ１３を本体部１１に溶着し、ケース３の端壁１５と配線部モールド４１との間をオーリング４３で閉止し、キャップ１３と回転軸２１との間をオーリング５１で閉止するため磁気粘性流体を密封した密閉性の高い制動装置１を簡単に得ることができる。

前記ケース３は樹脂やアルミ合金で射出成形することができ、取り付け用のフランジ１７や軸受部１９を一体化し、コストダウンを図ることができる。ケース３が樹脂であっても内周面にアウターコア２９が存在することでケース３の補強を兼ねることができ、樹脂のケース３を実現している。なお、ケース３をアルミ合金の射出成形により形成する場合、キャップ１３は本体部１１にカシメ加工により結合されて同様の密閉性を保持する。

前記ケース３を非磁性体である樹脂やアルミ合金で形成することで軽量且つコンパクトな制動装置を得ることができる。

前記ローターユニット５７は絞りプレス加工のローター９を回転軸２１にカシメ加工で結合しており、コスト低減を図ることができる。

図６は実施例２に係る制動装置の断面図である。

本実施例２の制動装置１も実施例１と同様な構造である。

但し本実施例２の制動装置１はコイル７がインナーコア３１に対し回転軸芯方向の中間部に支持され、ローター部９ａが前記コイル７に対向する窓９ａａを備えたものである。窓９ａａは作動室３７を交差する磁束ループの形成に影響しないことを考慮しながら周方向に所定間隔で形成されている。

つまりインナーコア３１の小径部３１ｂが回転軸芯方向の中間部に形成され、小径部３１ｂの軸方向両側がインナーコア３１の大径部３１ａとなっている。インナーコア３１は本体部５９とボトム部６１とからなっている。ボトム部６１と本体部５９とはボルト３５により一体的に結合されている。前記同様にボルト３５は周方向等間隔で３箇所程度配置されている。

前記ボトム部６１の断面形状は実施例１のボトムコア３３と類似している。但しボトム部６１はインナーコア３１を構成するため外周面がローター部９ａの先端内周に回転半径方向に対向する形状となっている。このボトム部６１に対応してアウターコア２９の一端が回転半径方向で対向するように配置されている。作動室３７はボトム部６１とアウターコア２９の他端との間に渡っている。

前記ボトム部６１には非磁性のアルミ板６３が共締めされている。アルミ板６３は円盤状に形成されている。アルミ板６３の外周円はケース３の本体部１１内周に至りアウターコア２９の端縁を支持している。アルミ板６３はケース３の端壁１５に沿って配置されている。アルミ板６３には孔６３ａ、６３ｂが形成されている。孔６３ａは軸受部１９に嵌合している。孔６３ｂは配線部モールド４１に嵌合している。

その他、実施例１と同様の構造であり対応する構成に同符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例２の制動装置１の組み立てに際しては実施例１と同様に鉄心ユニット５５とローターユニット５７とが構成される。

実施例２の鉄心ユニット５５はアウターコア２９及びインナーコア３１にアルミ板６３及びコイル７によりユニット化する。ユニット化した鉄心ユニット５５は実施例1と同様にケース３に上方から組付けられ、アウターコア２９がケース３の本体部１１内周面に嵌合する。

前記実施例２のローターユニット５７は実施例１と同様に組付けられ、ローター部９ａの先端部がインナーコア３１のボトム部６１とアウターコア２９との間に介在する形態になる。

本実施例においてコイル７が通電制御されると磁束ループはインナーコア３１の本体部５９とアウターコア２９との間で作動室３７に交差し、且つインナーコア３１のボトム部６１とアウターコア２９との間で作動室３７に交差する。

したがって、ローター部９ａが作動室３７内の磁気粘性流体の剪断抵抗を受け制動を達成することができる。

本実施例２においても実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

１制動装置
３ケース
５鉄心
７コイル
９ローター
９ａローター部
９ａａ窓
１１本体部
１３キャップ
１３ａ縁部
１５端壁
１７取り付け用のフランジ
１９軸受部
２１回転軸
２１ａ回転軸の一端
２７軸受部
２７ａ貫通孔
２９アウターコア
３１インナーコア
３３ボトムコア（端部コア）
３７作動室
５５鉄心ユニット
５７ローターユニット

Claims

ケースにコイルと鉄心とローターとを収容し密閉した制動装置であって、
前記鉄心は前記ケースの周壁の内面に配置され前記ローターの回転軸芯周りに周回形状のアウターコアとこのアウターコアの内周に配置され前記回転軸芯周りに周回形状のインナーコアとを一体的に備え、
前記アウターコアとインナーコアとの間に回転半径方向で設定隙間を周回状に有し磁気粘性流体を収容した作動室を備え、
前記コイルは前記鉄心のインナーコアとアウターコアとの少なくとも一方に支持されて通電により前記作動室に交差する磁束ループを形成し、
前記ローターは前記ケースに支持され前記回転軸芯周りに回転可能な回転軸に一体的に取り付けられて前記作動室に配置される周回状のローター作用部を備えた、
制動装置。
請求項１記載の制動装置であって、
前記鉄心は前記アウターコアとインナーコアとを回転半径方向の端部コアで結合し、
前記作動室は前記アウターコアと前記インナーコアとの間の軸方向一側に形成され、
前記コイルは前記アウターコアと前記インナーコアとの間の軸方向他側に支持された、
制動装置。
請求項１記載の制動装置であって、
前記コイルはインナーコアに対し回転軸芯方向の中間部に支持され、
前記ローター作用部は前記コイルに対向する窓を備えた、
制動装置。
請求項１～３の何れか1項に記載の制動装置であって、
前記ケースは非磁性体製の密閉構造である、
制動装置。
請求項４記載の制動装置であって、
前記ケースは樹脂又はアルミ合金で形成されると共に端壁を有する本体部と前記端壁に対向するキャップとからなり、
前記本体部は前記回転軸の一端を支持する軸受部を一体に備え、
前記キャップは前記回転軸の他端を突出させる貫通孔を備えて前記ケースが樹脂であるとき前記本体部に溶着され又は前記ケースがアルミ合金であるとき前記本体部にカシメられた、
制動装置。