本発明の実施形態による渦電流式減速装置は、円筒状のロータと、複数の永久磁石と、複数のポールピースと、磁石保持リングと、ステータと、ピストンロッドを有する流体圧シリンダと、ロッドを有するアクチュエータと、スペーサと、を備える。ロータは、回転軸に固定される。複数の永久磁石は、ロータと隙間を空けて対向し、回転軸回りに配列される。複数のポールピースは、ロータと永久磁石との隙間に設けられ、回転軸回りに配列される。磁石保持リングは、永久磁石を保持する。ステータは、磁石保持リングを回転軸回りに回転可能に支持するとともに、ポールピースを保持する。流体圧シリンダは、ステータに取り付けられる。流体圧シリンダは、ピストンロッドの進退に応じて磁石保持リングを回転させ、ポールピースに対する永久磁石の位置を切り替える。アクチュエータは、ステータに取り付けられる。スペーサは、アクチュエータのロッドに連結される。スペーサは、進出するピストンロッドの先端に接触することによってピストンロッドの進出を制限する。
本実施形態の減速装置によれば、流体圧シリンダの作動によってピストンロッドが進退し、制動と非制動とが切り替わる。その際、アクチュエータを適宜作動させ、アクチュエータのロッドを動かす。アクチュエータのロッドの動作に伴うスペーサの動作によってピストンロッドの進出を制限すれば、ポールピースに対する磁石の位置を、制動トルクが発生しない非制動の位置、及び最大制動トルクが発生する制動の位置のみならず、最大制動トルクよりも低い中間の制動トルクが発生する位置に切り替えることができる。したがって、本実施形態の減速装置は、2段階を含む多段階の制動トルクを出力できる。また、本実施形態の減速装置では、制動と非制動とを切り替える流体圧シリンダとして、単純な1段シリンダを採用する。しかも、アクチュエータには、磁石とポールピースとの間の磁気引力は負荷されない。このため、アクチュエータには格別な能力は不要であり、能力の小さい小型のアクチュエータで十分である。したがって、本実施形態の減速装置の構成は簡素である。
本実施形態の減速装置の典型的な例では、複数の磁石はロータの内側に配置され、ロータの内周面と隙間を空けて対向する。各磁石の磁極(N極、S極)の配置は、回転軸を中心とする径方向である。互いに隣接する磁石同士の磁極の配置は、交互に異なる。この場合、複数のポールピースは、ロータの内周面と磁石との隙間に配置される。複数のポールピースの回転軸回りの配置角度は、複数の磁石の回転軸回りの配置角度と一致する。ポールピース単体のサイズは、磁石単体のサイズとほぼ同じである。
ただし、複数の磁石はロータの外側に配置されてもよい。この場合、複数の磁石は、ロータの外周面と隙間を空けて対向する。複数のポールピースは、ロータの外周面と磁石との隙間に配置される。
複数の磁石を保持する磁石保持リングは円筒状である。磁石保持リングは、ロータと対を成し、ロータと同心状に配置される。磁石保持リングは、ステータによって回転軸回りに回転可能に支持される。ステータは車両の非回転部に固定される。複数のポールピースはステータに保持される。磁石保持リングの側面からはレバーが突出する。そのレバーに、リンク機構を介して、流体圧シリンダのピストンロッドが接続される。そうすると、流体圧シリンダの作動によってピストンロッドが進退し、ピストンロッドの進退に応じて磁石保持リングが回転する。これにより、ポールピースに対する磁石の位置が変わり、制動と非制動とが切り替わる。
流体圧シリンダは単純な1段シリンダである限り、その種類は特に限定されない。典型的な例では、流体圧シリンダはエアシリンダである。流体圧シリンダは油圧シリンダであってもよい。なお、1段シリンダとは、ピストンロッドの進出量をストロークエンドまでの1段階のみに制御できるシリンダのことである。
本実施形態の減速装置には次の構成も含まれる。磁石及び磁石保持リングが回転軸の円周方向に沿って2列に分割されている。つまり、磁石保持リングが第1列の磁石保持リングと第2列の磁石保持リングに分割され、第1列及び第2列の磁石保持リングがそれぞれ複数の磁石を保持する。それらの磁石保持リングのうちの第1列の磁石保持リングが、ステータによって回転軸回りに回転可能に支持される。この第1列の磁石保持リングに、流体圧シリンダのピストンロッドが接続される。一方、第2列の磁石保持リングは、それ自身の磁石とポールピースが完全に重なった状態で、ステータに保持される。
この構成の場合、流体圧シリンダの作動によって第1列の磁石保持リングが回転する。これにより、第2列の磁石保持リングの磁石及びポールピースに対し、第1列の磁石保持リングの磁石の位置が変わり、制動と非制動とが切り替わる。この場合、ポールピース単体のサイズは、次のとおりである。回転軸回りの周方向の長さは、磁石単体とほぼ同じである。回転軸に沿った軸方向の長さは、第1列及び第2列の磁石保持リングに保持された磁石の合計とほぼ同じである。
ロータの材質は特に限定されない。ただし、ロータにおける磁石と対向する面の表層部の材質は、導電性材料である。渦電流を発生させるためである。導電性材料としては、強磁性金属材料(例:炭素鋼、鋳鉄等)、弱磁性金属材料(例:フェライト系ステンレス鋼等)、又は非磁性金属材料(例:アルミニウム合金、オーステナイト系ステンレス鋼、銅合金等)が挙げられる。典型的な例では、ロータの材質は強磁性金属材料(例:炭素鋼、鋳鉄等)であり、ロータにおける磁石と対向する面に、導電率の高い材料(例:アルミニウム合金、銅合金等)のめっき層が形成される。
磁石保持リングの材質は、強磁性金属材料(例:炭素鋼、鋳鉄等)である。磁石保持リングを通じて磁気回路を発生するためである。
スペーサの材質は特に限定されない。ただし、スペーサはピストンロッドの先端と接触し、ピストンロッドの進出を制限する。そのため、スペーサには、ピストンロッドの先端との繰り返しの接触に対する耐久性が求められる。したがって、スペーサの好ましい材質は、金属材料(例:クロムモリブデン鋼等)、又はエンジニアリングプラスチック(例:ポリアセタール等)である。
ここで、本実施形態の減速装置は、アクチュエータの作動に伴うロッドの進退によって、スペーサがピストンロッドの延長上に配置された状態と、スペーサがピストンロッドの延長上から外れた状態と、を取るようにすることができる。この場合のアクチュエータは、流体圧シリンダであってもよいし、電動アクチュエータ(例:ソレノイド、サーボモータ等)であってもよい。
本実施形態の減速装置には、以下の構成を採用できる。スペーサは、頂面及び1段の段差面を有する。この場合、減速装置は、アクチュエータの作動に伴うロッドの進退によって、頂面がピストンロッドの延長上に配置された状態と、段差面がピストンロッドの延長上に配置された状態と、を取る。このような構成に代えて、スペーサは、頂面及び直線階段状の複数段の段差面を有してもよい。この場合、減速装置は、アクチュエータの作動に伴うロッドの進退によって、頂面がピストンロッドの延長上に配置された状態と、各段差面がピストンロッドの延長上に配置された状態と、を取る。これらの場合のアクチュエータは、好ましくは電動アクチュエータである。
また、本実施形態の減速装置には、以下の構成を採用できる。スペーサは、頂面及び1段の段差面を有する。この場合、減速装置は、アクチュエータの作動に伴うロッドの回転によって、頂面がピストンロッドの延長上に配置された状態と、段差面がピストンロッドの延長上に配置された状態と、を取る。このような構成に代えて、スペーサは、頂面及び螺旋階段状の複数段の段差面を有してもよい。この場合、減速装置は、アクチュエータの作動に伴うロッドの回転によって、頂面がピストンロッドの延長上に配置された状態と、各段差面が前記ピストンロッドの延長上に配置された状態と、を取る。これらの場合のアクチュエータは、好ましくはサーボモータである。
以下に、本発明の渦電流式減速装置について、その実施形態を詳述する。
[第1実施形態]
図1及び図2は、第1実施形態の減速装置を模式的に示す図である。これらの図のうち、図1は要部の横断面図であり、図2は縦断面図である。図3は、その減速装置における磁石の配列を示す斜視図である。図4A及び図4Bは、その減速装置による非制動時の状態を示す図である。図5A及び図5Bは、その減速装置による制動時の一状態であって最大制動トルクを発生する状態を示す図である。図6A及び図6Bは、その減速装置による制動時の一状態であって中間の制動トルクが発生する状態を示す図である。これらの図のうち、図4A、図5A及び図6Aは、制動と非制動とを切り替えるための流体圧シリンダ及びその近傍を示す横断面図である。図4B、図5B及び図6Bは、磁気回路の発生状況を示す横断面図である。ここで、縦断面とは回転軸に沿った断面である。横断面とは回転軸に直交した断面である。
図1〜図3に示すように、減速装置は、円筒状のロータ1と、ロータ1の内側に配置された円筒状の磁石保持リング2と、を備える。ロータ1は、制動トルクが付与される制動部材に相当する。ロータ1は、車両の回転軸10(例:プロペラシャフト、ドライブシャフト等)にロータ支持部材6を介して固定される。これにより、ロータ1は回転軸10と一体で回転する。ロータ1の外周面には、放熱フィン1aが設けられる。
磁石保持リング2は、ロータ1と同心状に配設される。磁石保持リング2は、ステータ7を介し、回転軸10回りに回転可能に支持される。ステータ7は、車両の非回転部11(例:トランスミッションカバー)に固定される。
磁石保持リング2の外周面には、複数の永久磁石3が固定される。磁石3は、ロータ1の内周面1bと隙間を空けて対向し、回転軸10を中心とする円周方向にわたり配列される。つまり、磁石3は、磁石保持リング2に保持されて、回転軸10回りに配列される。各磁石3の磁極(N極、S極)の配置は、回転軸10を中心とする径方向である。互いに隣接する磁石3同士の磁極の配置は交互に異なる(図3参照)。
ロータ1の内周面1bと磁石3との隙間には、複数の強磁性体のポールピース4が配置される。ポールピース4は、回転軸10を中心とする円周方向にわたり配列される。ポールピース4の回転軸10回りの配置角度は、磁石3の回転軸10回りの配置角度と一致する(図4B、図5B及び図6B参照)。ポールピース4は、各々の両側部をポールピース保持リング5によって保持される(図2参照)。ポールピース保持リング5は、ステータ7に固定される。つまり、ポールピース4は、ステータ7に保持されて、回転軸10回りに配列される。
図1及び図2に示すように、磁石保持リング2の側面からはレバー2aが突出する。そのレバー2aに、図示しないリンク機構を介して、エアシリンダ20のピストンロッド21が接続される。エアシリンダ20は1段シリンダであり、流体圧シリンダに相当する。エアシリンダ20は、ステータ7と一体のハウジング7aに取り付けられる。
図示しない制御装置からの指令により、エアシリンダ20は圧縮空気を動力として作動する。エアシリンダ20の作動によって、ピストンロッド21はハウジング7a内で進退する。ピストンロッド21の進退によって、磁石保持リング2が回転し、制動と非制動とが切り替わる。
また、本実施形態では、ハウジング7aの内部に、直方体形状のスペーサ22が収納されている。このスペーサ22は、上記した制動と非制動との切替えに用いられるエアシリンダ20とは異なるエアシリンダ23のロッド24に連結される。このエアシリンダ23は、1段シリンダであるが、エアシリンダ20よりも能力及びサイズが小さい。以下、説明の便宜上、スペーサ22に連結されるエアシリンダ23は、補助エアシリンダ23と称する。補助エアシリンダ23のロッド24の進退方向がエアシリンダ20のピストンロッド21の進退方向と直交するように、補助エアシリンダ23はハウジング7aに取り付けられる。ここでの補助エアシリンダ23は、アクチュエータに相当する。補助エアシリンダ23は、油圧シリンダ等の流体圧シリンダであってもよい。補助エアシリンダ23は、ソレノイド等の電動アクチュエータに変更してもよい。
制御装置からの指令により、補助エアシリンダ23が作動する。補助エアシリンダ23の作動によって、ロッド24が進退し、スペーサ22がハウジング7a内で進退する。これにより、減速装置は、スペーサ22がピストンロッド21の延長上に配置された状態と、スペーサ22がピストンロッド21の延長上から外れた状態と、を取る。
スペーサ22がピストンロッド21の延長上に配置された状態で、ピストンロッド21が進出すると、ピストンロッド21の先端21aがスペーサ22の頂面22aに接触する。このようなスペーサ22とピストンロッド21との接触により、ピストンロッド21の進出が制限される。一方、スペーサ22がピストンロッド21の延長上から外れた状態では、ピストンロッド21は何ら制限されることなくストロークエンドまで進出する。
制動と非制動との切替えの際、エアシリンダ20の作動により、ピストンロッド21が進退し、磁石保持リング2及び磁石3が一体で回転軸10回りに回転する。また、エアシリンダ20の作動に先立ち、必要に応じて補助エアシリンダ23を作動させることにより、ロッド24が進退し、スペーサ22が進退する。これにより、ポールピース4に対する磁石3の位置は、以下のようになる。
非制動時、図4Aに示すように、ピストンロッド21が最も後退した状態に置かれる。スペーサ22の位置は問わない。この場合、図4Bに示すように、ポールピース4が隣接する磁石3同士を均等に跨ぐ。この状態では、制動トルクは発生しない。
非制動時の磁石3からの磁束は、次のような状況になる。図4Bに示すように、互いに隣接する磁石3のうちの一方の磁石3のN極から出た磁束は、ポールピース4を通じた後、他方の磁石3のS極に達する。他方の磁石3のN極から出た磁束は、磁石保持リング2を通じて一方の磁石3のS極に達する。つまり、磁石3とロータ1との間に磁気回路は発生しない。したがって、回転軸10と一体で回転するロータ1に制動トルクは発生しない。
制動時は、例えば、図5Aに示すように、スペーサ22が最も後退してピストンロッド21の延長上から外れた位置に置かれる。この状態でピストンロッド21が進出すると、ピストンロッド21が最も進出した状態に置かれる。その際、非制動時の状態から磁石保持リング2が磁石3の配置角度の半分ほど回転する。この場合、図5Bに示すように、ポールピース4は磁石3と完全に重なる。この状態では、最大制動トルクが発生する。以下、この状態を「完全制動」ともいう。
完全制動時、磁石3からの磁束は、次のような状況になる。図5Bに示すように、互いに隣接する磁石3のうちの一方の磁石3のN極から出た磁束は、ポールピース4を貫き、ロータ1に達する。ロータ1に達した磁束は、他方の磁石3のS極にポールピース4を通じて達する。他方の磁石3のN極から出た磁束は、磁石保持リング2を通じて一方の磁石3のS極に達する。つまり、円周方向に隣接する磁石3同士、磁石保持リング2、ポールピース4、及びロータ1との間に、磁石3による磁気回路が形成される。このような磁気回路が、円周方向の全域にわたり、交互にその磁束の向きを逆向きにして形成される。この場合、回転軸10と一体で回転するロータ1に回転方向と逆向きの最大制動トルクが発生する。
また、制動時は、例えば、図6Aに示すように、スペーサ22が最も進出してピストンロッド21の延長上の位置に置かれる。この状態でピストンロッド21が進出すると、ピストンロッド21の先端21aがスペーサ22の頂面22aに接触し、ピストンロッド21の進出が途中で止まる。その際、非制動時の状態から磁石保持リング2が磁石3の配置角度の約1/4ほど回転する。この場合、図6Bに示すように、ポールピース4は、隣接する磁石3同士を不均等に跨ぎつつ、一方の磁石3と広範に重なる。この状態では、最大制動トルクよりも低い中間の制動トルク(最大制動トルクの約半分の制動トルク)が発生する。以下、この状態を「抑制制動」ともいう。
抑制制動時、磁石3からの磁束は、次のような状況になる。図6Bに示すように、磁石3による磁気回路の大半は、図5Bに示す完全制動時と同様になる。ただし、磁石3からの磁束の一部は、図4Bに示す非制動時と同様に、ロータ1に達しない。そのため、磁石3からロータ1に達する磁束は、完全制動時のものよりも少なくなる。したがって、抑制制動時に発生する制動トルクは、完全制動時に発生する最大制動トルクよりも低くなる。
このように、本実施形態の減速装置によれば、ポールピースに対する磁石の位置を、非制動の位置、及び完全制動の位置のみならず、1つの抑制制動の位置に切り替えることができる。したがって、本実施形態の減速装置は、2段階の制動トルクを出力できる。また、本実施形態の減速装置では、制動と非制動とを切り替える流体圧シリンダとして単純な1段エアシリンダを採用する。スペーサを動かすアクチュエータには能力及びサイズの小さいアクチュエータを採用する。したがって、本実施形態の減速装置の構成は簡素である。
図7は、第1実施形態の減速装置の変形例を示す横断面図である。図1及び図6Aに示す第1実施形態の場合、ピストンロッド21の先端21aがスペーサ22の頂面22aに接触したとき、補助エアシリンダ23のみがエアシリンダ20(ピストンロッド21)からの衝撃を受け止める。スペーサ22の背面(頂面22aとは反対側の面)とハウジング7aの内面との間に隙間が存在するからである。そのため、補助エアシリンダ23が早期に破損するおそれがある。
そこで、図7に示すように、スペーサ22の背面に緩衝材25が設けられていてもよい。緩衝材25はスペーサ22と一体であり、ハウジング7aの内面と接触している。補助エアシリンダ23の作動によってロッド24が進退する際、緩衝材25はハウジング7aの内面と摺動する。また、ピストンロッド21の先端21aがスペーサ22の頂面22aに接触したとき、緩衝材25はエアシリンダ20(ピストンロッド21)からの衝撃を受け止める。これにより、補助エアシリンダ23の破損を防止できる。
緩衝材25の材質は特に限定されない。ただし、緩衝材25はハウジング7aの内面と円滑に摺動する必要がある。また、緩衝材25には、繰り返しの衝撃に対する耐久性が求められる。したがって、緩衝材25の好ましい材質は、樹脂、又は樹脂を含有する焼結金属等である。
また、ピストンロッド21の先端21aと接触するスペーサ22の頂面22aに、ゴム等の緩衝板(図示省略)が設けられていてもよい。緩衝板によって衝撃を緩和できるからである。
[第2実施形態]
図8は、第2実施形態の減速装置の要部を模式的に示す横断面図である。図9は、その減速装置による非制動時の状態を示す図である。図10は、その減速装置による制動時の一状態であって最大制動トルクを発生する状態を示す図である。図11及び図12は、その減速装置による制動時の一状態であって中間の制動トルクが発生する状態を示す図である。図9〜図12のいずれも、制動と非制動とを切り替えるための流体圧シリンダ及びその近傍を示す横断面図である。第2実施形態の減速装置は前記第1実施形態の減速装置の構成を基本とし、両者に共通する構成の説明は適宜省略する。後述する第3〜第4実施形態でも同様とする。
第2実施形態の減速装置は、前記第1実施形態と比較し、主にスペーサの形状が相違する。本実施形態では、スペーサ32は、頂面32a及び1段の段差面32bを有する。このスペーサ32は、ソレノイド33のロッド34に連結される。ソレノイド33は、ロッド34の進出量を2段階に制御できる。このソレノイド33は、制動と非制動との切替えに用いられるエアシリンダ20よりも能力及びサイズが小さい。ここでのソレノイド33は、アクチュエータに相当する。ロッド34の進出量を2段階に制御できる限り、ソレノイド33は、サーボモータ等の電動アクチュエータに変更してもよい。
制御装置からの指令により、ソレノイド33が作動する。ソレノイド33の作動によって、ロッド34が2段階に進退し、スペーサ32がハウジング7a内で2段階に進退する。これにより、減速装置は、スペーサ32がピストンロッド21の延長上から外れた状態を取る。更に、減速装置は、スペーサ32の頂面32aがピストンロッド21の延長上に配置された状態と、スペーサ32の段差面32bがピストンロッド21の延長上に配置された状態と、を取る。
スペーサ32の頂面32aがピストンロッド21の延長上に配置された状態で、ピストンロッド21が進出すると、ピストンロッド21の先端21aがスペーサ32の頂面32aに接触する。スペーサ32の段差面32bがピストンロッド21の延長上に配置された状態で、ピストンロッド21が進出すると、ピストンロッド21の先端21aがスペーサ32の段差面32bに接触する。このようなスペーサ32とピストンロッド21との接触により、ピストンロッド21の進出が2段階に制限される。一方、スペーサ32がピストンロッド21の延長上から外れた状態では、ピストンロッド21は何ら制限されることなくストロークエンドまで進出する。
制動と非制動との切替えの際、エアシリンダ20の作動により、ピストンロッド21が進退し、磁石保持リング2及び磁石3が一体で回転軸10回りに回転する。また、エアシリンダ20の作動に先立ち、必要に応じてソレノイド33を作動させることにより、ロッド34が進退し、スペーサ32が進退する。これにより、ポールピース4に対する磁石3の位置は、以下のようになる。
非制動時、図9に示すように、ピストンロッド21が最も後退した状態に置かれる。スペーサ32の位置は問わない。この場合、第1実施形態と同様に、ポールピース4が隣接する磁石3同士を均等に跨ぐ(図4B参照)。この状態では、制動トルクは発生しない。
完全制動時は、図10に示すように、スペーサ32が最も後退してピストンロッド21の延長上から外れた位置に置かれる。この状態でピストンロッド21が進出すると、ピストンロッド21が最も進出した状態に置かれる。その際、第1実施形態と同様に、非制動時の状態から磁石保持リング2が磁石3の配置角度の半分ほど回転する。この場合、ポールピース4は磁石3と完全に重なる(図5B参照)。この状態では、最大制動トルクが発生する。
また、抑制制動時は、例えば、図11に示すように、ソレノイド33の作動により、スペーサ32の頂面32aがピストンロッド21の延長上の位置に置かれる。この状態でピストンロッド21が進出すると、ピストンロッド21の先端21aがスペーサ32の頂面32aに接触し、ピストンロッド21の進出が途中で止まる。その際、第1実施形態と同様に、非制動時の状態から磁石保持リング2が磁石3の配置角度の約1/4ほど回転する。この場合、ポールピース4は、隣接する磁石3同士を不均等に跨ぎつつ、一方の磁石3と広範に重なる(図6B参照)。この状態では、最大制動トルクよりも低い中間の制動トルク(最大制動トルクの約半分の制動トルク)が発生する。
また、抑制制動時は、例えば、図12に示すように、ソレノイド33の作動により、スペーサ32の段差面32bがピストンロッド21の延長上の位置に置かれる。この状態でピストンロッド21が進出すると、ピストンロッド21の先端21aがスペーサ32の段差面32bに接触し、ピストンロッド21の進出が途中で止まる。その際、非制動時の状態から磁石保持リング2が磁石3の配置角度の約3/4ほど回転する。この場合、ポールピース4は、磁石3と完全に重なってはいないが、磁石3と広範に重なる。この状態では、最大制動トルクよりも低い中間の制動トルク(最大制動トルクの約3/4の制動トルク)が発生する。
このように、本実施形態の減速装置によれば、ポールピースに対する磁石の位置を、非制動の位置、及び完全制動の位置のみならず、2つの抑制制動の位置に切り替えることができる。したがって、本実施形態の減速装置は、3段階の制動トルクを出力できる。また、本実施形態の減速装置の構成は、第1実施形態と同様に簡素である。
本実施形態の減速装置では、スペーサ32の段差面32bが直線階段状に複数あってもよい。この場合、スペーサ32を進退させるソレノイド33は、ロッド34の進出量を、スペーサ32の頂面32a及び段差面32bの数を合計した数の多段階に制御できる。このソレノイド33の作動によって、ロッド34が多段階に進退し、スペーサ32が多段階に進退する。これにより、減速装置は、スペーサ32がピストンロッド21の延長上から外れた状態を取る。更に、減速装置は、スペーサ32の頂面32aがピストンロッド21の延長上に配置された状態と、スペーサ32の各段差面32bがピストンロッド21の延長上に配置された状態と、を取る。
このような減速装置によれば、ポールピースに対する磁石の位置を、非制動の位置、及び完全制動の位置のみならず、3つ以上の抑制制動の位置に切り替えることができる。したがって、本実施形態の減速装置は、4つ以上の多段階の制動トルクを出力できる。
図13は、第2実施形態の減速装置の変形例を示す横断面図である。図8、図11及び図12に示す第2実施形態の場合、ピストンロッド21の先端21aがスペーサ32の頂面32a又は段差面32bに接触したとき、ソレノイド33のみがエアシリンダ20(ピストンロッド21)からの衝撃を受け止める。スペーサ32の背面(頂面32a及び段差面32bとは反対側の面)とハウジング7aの内面との間に隙間が存在するからである。そのため、ソレノイド33が早期に破損するおそれがある。
そこで、図13に示すように、スペーサ32の背面に緩衝材35が設けられていてもよい。緩衝材35はスペーサ32と一体であり、ハウジング7aの内面と接触している。ソレノイド33の作動によってロッド34が進退する際、緩衝材35はハウジング7aの内面と摺動する。また、ピストンロッド21の先端21aがスペーサ32の頂面32a又は段差面32bに接触したとき、緩衝材35はエアシリンダ20(ピストンロッド21)からの衝撃を受け止める。これにより、ソレノイド33の破損を防止できる。
緩衝材35の材質は特に限定されない。ただし、緩衝材35はハウジング7aの内面と円滑に摺動する必要がある。また、緩衝材35には、繰り返しの衝撃に対する耐久性が求められる。したがって、緩衝材35の好ましい材質は、樹脂、又は樹脂を含有する焼結金属等である。
また、ピストンロッド21の先端21aと接触するスペーサ32の頂面32a及び段差面32bに、ゴム等の緩衝板(図示省略)が設けられていてもよい。緩衝板によって衝撃を緩和できるからである。
[第3実施形態]
図14は、第3実施形態の減速装置の要部を模式的に示す横断面図である。図15は、その減速装置による非制動時の状態を示す図である。図16は、その減速装置による制動時の一状態であって最大制動トルクを発生する状態を示す図である。図17は、その減速装置による制動時の一状態であって中間の制動トルクが発生する状態を示す図である。図15〜図17のいずれも、制動と非制動とを切り替えるための流体圧シリンダ及びその近傍を示す横断面図である。
第3実施形態の減速装置は、前記第1実施形態と比較し、主に、スペーサの形状、及びスペーサを動かすアクチュエータの作動形態が相違する。本実施形態では、スペーサ42は、頂面42a及び1段の段差面42bを有する。このスペーサ42は、サーボモータ43の回転軸であるロッド44に連結される。サーボモータ43のロッド44の軸方向がエアシリンダ20のピストンロッド21の進退方向と平行になるように、サーボモータ43はハウジング7aに取り付けられる。サーボモータ43は、ロッド44の回転量を180°ピッチの2段階に制御できる。このサーボモータ43は、制動と非制動との切替えに用いられるエアシリンダ20よりも能力及びサイズが小さい。ここでのサーボモータ43は、アクチュエータに相当する。
制御装置からの指令により、サーボモータ43が作動する。サーボモータ43の作動によって、ロッド44が2段階に回転し、スペーサ42がハウジング7a内で2段階に回転する。これにより、減速装置は、スペーサ42の頂面42aがピストンロッド21の延長上に配置された状態と、スペーサ42の段差面42bがピストンロッド21の延長上に配置された状態と、を取る。
スペーサ42の頂面42aがピストンロッド21の延長上に配置された状態で、ピストンロッド21が進出すると、ピストンロッド21の先端21aがスペーサ42の頂面42aに接触する。スペーサ42の段差面42bがピストンロッド21の延長上に配置された状態で、ピストンロッド21が進出すると、ピストンロッド21の先端21aがスペーサ42の段差面42bに接触する。このようなスペーサ42とピストンロッド21との接触により、ピストンロッド21の進出が2段階に制限される。
制動と非制動との切替えの際、エアシリンダ20の作動により、ピストンロッド21が進退し、磁石保持リング2及び磁石3が一体で回転軸10回りに回転する。また、エアシリンダ20の作動に先立ち、必要に応じてサーボモータ43を作動させることにより、ロッド44が回転し、スペーサ42が回転する。これにより、ポールピース4に対する磁石3の位置は、以下のようになる。
非制動時、図15に示すように、ピストンロッド21が最も後退した状態に置かれる。スペーサ42の頂面42a及び段差面42bの位置は問わない。この場合、第1実施形態と同様に、ポールピース4が隣接する磁石3同士を均等に跨ぐ(図4B参照)。この状態では、制動トルクは発生しない。
完全制動時は、図16に示すように、サーボモータ43の作動により、スペーサ42の段差面42bがピストンロッド21の延長上の位置に置かれる。この状態でピストンロッド21が進出すると、ピストンロッド21の先端21aがスペーサ42の段差面42bに接触し、ピストンロッド21の進出が途中で止まる。その際、第1実施形態と同様に、非制動時の状態から磁石保持リング2が磁石3の配置角度の半分ほど回転する。この場合、ポールピース4は磁石3と完全に重なる(図5B参照)。この状態では、最大制動トルクが発生する。
また、抑制制動時は、図17に示すように、サーボモータ43の作動により、スペーサ42の頂面42aがピストンロッド21の延長上の位置に置かれる。この状態でピストンロッド21が進出すると、ピストンロッド21の先端21aがスペーサ42の頂面42aに接触し、ピストンロッド21の進出が途中で止まる。その際、第1実施形態と同様に、非制動時の状態から磁石保持リング2が磁石3の配置角度の約1/4ほど回転する。この場合、ポールピース4は、隣接する磁石3同士を不均等に跨ぎつつ、一方の磁石3と広範に重なる(図6B参照)。この状態では、最大制動トルクよりも低い中間の制動トルク(最大制動トルクの約半分の制動トルク)が発生する。
このように、本実施形態の減速装置は、第1実施形態と同様に2段階の制動トルクを出力できる。また、本実施形態の減速装置の構成は、第1実施形態と同様に簡素である。
本実施形態の減速装置では、スペーサ42の段差面42bが螺旋階段状に複数あってもよい。この場合、スペーサ42を回転させるサーボモータ43は、ロッド44の回転量を、「360°/(スペーサ42の頂面42a及び段差面42bの数を合計した数)」ピッチの多段階に制御できる。このサーボモータ43の作動によって、ロッド44が多段階に回転し、スペーサ42が多段階に回転する。これにより、減速装置は、スペーサ42の頂面42aがピストンロッド21の延長上に配置された状態と、スペーサ42の各段差面42bがピストンロッド21の延長上に配置された状態と、を取る。
このような減速装置によれば、ポールピースに対する磁石の位置を、非制動の位置、及び完全制動の位置のみならず、2つ以上の抑制制動の位置に切り替えることができる。したがって、本実施形態の減速装置は、3つ以上の多段階の制動トルクを出力できる。
図18は、第3実施形態の減速装置の変形例を示す横断面図である。図14、図16及び図17に示す第3実施形態の場合、ピストンロッド21の先端21aがスペーサ42の頂面42a又は段差面42bに接触したとき、サーボモータ43のみがエアシリンダ20(ピストンロッド21)からの衝撃を受け止める。スペーサ42の背面(頂面42a及び段差面42bとは反対側の面)とハウジング7aの内面との間に隙間が存在するからである。そのため、サーボモータ43が早期に破損するおそれがある。
そこで、図18に示すように、スペーサ42の背面に緩衝材45が設けられていてもよい。緩衝材45はスペーサ42と一体であり、ハウジング7aの内面と接触している。サーボモータ43の作動によってロッド44が回転する際、緩衝材45はハウジング7aの内面と摺動する。また、ピストンロッド21の先端21aがスペーサ42の頂面42a又は段差面42bに接触したとき、緩衝材45はエアシリンダ20(ピストンロッド21)からの衝撃を受け止める。これにより、サーボモータ43の破損を防止できる。
緩衝材45の材質は特に限定されない。ただし、緩衝材45はハウジング7aの内面と円滑に摺動する必要がある。また、緩衝材45には、繰り返しの衝撃に対する耐久性が求められる。したがって、緩衝材45の好ましい材質は、樹脂、又は樹脂を含有する焼結金属等である。
また、ピストンロッド21の先端21aと接触するスペーサ42の頂面42a及び段差面42bに、ゴム等の緩衝板(図示省略)が設けられていてもよい。緩衝板によって衝撃を緩和できるからである。
[第4実施形態]
図19は、第4実施形態の減速装置における磁石の配列を示す斜視図である。図20A及び図20Bは、その減速装置による非制動時の状態を示す図である。図21A及び図21Bは、その減速装置による制動時の一状態であって最大制動トルクを発生する状態を示す図である。これらの図のうち、図20A及び図21Aは、磁気回路の発生状況を示す縦断面図であり、図20B及び図21Bは、磁気回路の発生状況を示す横断面図である。
第4実施形態の減速装置と前記第1実施形態の減速装置とを比較すると、磁石及び磁石保持リングの構成が若干相違する。本実施形態では、磁石3及び磁石保持リング2は、回転軸10の円周方向に沿って2列に等しく分割されている。つまり、磁石保持リング2が第1列の磁石保持リング2Aと第2列の磁石保持リング2Bに分割され、第1列及び第2列の磁石保持リング2A及び2Bがそれぞれ複数の磁石3A及び3Bを保持する。第1列の磁石3A及び磁石保持リング2Aと、第2列の磁石3B及び磁石保持リング2Bとは、僅かな隙間を空けて互いに独立している。磁石3A及び3Bの磁極の配置は、第1実施形態と同じである。なお、以降の説明では、第1列及び第2列の磁石3A及び3Bを総称するとき、その符号は3とも記す。第1列及び第2列の磁石保持リング2A及び2Bを総称するとき、その符号は2とも記す。
ロータ1の内周面1bと磁石3A及び3Bとの隙間には、第1実施形態と同様に、複数のポールピース4が配置される。ポールピース4は、磁石3A及び3Bと磁石保持リング2A及び2Bとは異なり、分割されていない。
第1列の磁石保持リング2Aは、第1実施形態と同様に、ステータ7によって回転軸10回りに回転可能に支持される。この第1列の磁石保持リング2Aに、流体圧シリンダであるエアシリンダ20のピストンロッド21が接続される。一方、第2列の磁石保持リング2Bの磁石3Bとポールピース4が完全に重なった状態で、第2列の磁石保持リング2Bはステータ7に保持される。ポールピース4の回転軸10回りの配置角度は、磁石3A及び3Bの回転軸10回りの配置角度と一致する。
第1実施形態と同様に、制動と非制動との切替えの際、エアシリンダ20の作動により、ピストンロッド21が進退し、第1列の磁石保持リング2A及び磁石3Aが一体で回転軸10回りに回転する。また、エアシリンダ20の作動に先立ち、必要に応じて補助エアシリンダ23を作動させることにより、ロッド24が進退し、スペーサ22が進退する。これにより、第2列の磁石3B及びポールピース4に対し、第1列の磁石3Aの位置は、以下のようになる。
非制動時、図20Aに示すように、第1列の磁石3Aと第2列の磁石3Bが、回転軸10に沿った軸方向で完全に重なり、更に軸方向に隣接する第1列及び第2列の磁石3A及び3B同士の磁極の配置は交互に異なる。この場合、磁石3からの磁束は、次のような状況になる。図20Aに示すように、互いに軸方向に隣接する第1列及び第2列の磁石3のうちの一方の磁石3のN極から出た磁束は、ポールピース4を通じた後、他方の磁石3のS極に達する。他方の磁石3のN極から出た磁束は、磁石保持リング2を通じて一方の磁石3のS極に達する。つまり、第1実施形態と同様に、磁石3とロータ1との間に磁気回路は発生しない。したがって、回転軸10と一体で回転するロータ1に制動トルクは発生しない。
完全制動時は、図21Aに示すように、第1列の磁石3Aと第2列の磁石3Bが、回転軸10に沿った軸方向で完全に重なり、更に軸方向に隣接する第1列及び第2列の磁石3A及び3B同士の磁極の配置は完全に一致する。この場合、磁石3からの磁束は、次のような状況になる。図21A及び図21Bに示すように、互いに円周方向に隣接する磁石3のうちの一方の磁石3のN極から出た磁束は、ポールピース4を貫き、ロータ1に達する。ロータ1に達した磁束は、他方の磁石3のS極にポールピース4を通じて達する。他方の磁石3のN極から出た磁束は、磁石保持リング2を通じて一方の磁石3のS極に達する。つまり、第1実施形態と同様の磁気回路が形成される。したがって、最大制動トルクが発生する。
また、抑制制動時は、図20A及び図20Bに示す非制動時の状態と、図21A及び図21Bに示す完全制動時の状態と、の中間の状態になる。つまり、第1列の磁石3Aと第2列の磁石3Bが、回転軸10に沿った軸方向で部分的に重なる。この場合、図21A及び図21Bに示すように磁石3からロータ1に達する磁束も存在するが、図20A及び図20Bに示すように磁石3からロータ1に達しない磁束も存在する。そのため、磁石3からロータ1に達する磁束は、完全制動時のものよりも少なくなる。したがって、抑制制動時に発生する制動トルクは、完全制動時に発生する最大制動トルクよりも低くなる。
第4実施形態の減速装置の構成は前記第2及び第3実施形態の減速装置に適用してもよい。
その他、本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能であることは言うまでもない。