JP2001304851A - 回転体の位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転体の位置を、短時間に、確実に検出
することができる回転体の位置検出装置を提供する。 【解決手段】 回転軸２には、減速ギアー５０を介して
第１の回転部材２ｃ、第２の回転部材３ｃ、第３の回転
部材４ｃが連結されている。回転位置検出手段１２は、
各回転部材２ｃ〜４ｃに設けられている位置検出部８Ａ
〜８Ｃの回転位置を検出し、それに基づいて回転軸２の
位置を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転体の位置を検
出する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、回転体の回転位置を検出する方法
として、回転体の回転に応じた信号を演算するエンコー
ダを用いる方法が知られている。この場合、例えば、エ
ンコーダは、回転体の回転に応じた信号を計数すること
によって回転体の回転位置（基準回転位置からの回転角
度）を検出する。ところで、例えば、モーター等の駆動
手段によって駆動される回転体とスライド装置とを連結
することによって、回転体の回転によって機器をスライ
ド移動させる駆動装置が知られている。このような駆動
装置では、例えば、回転体を数百回転〜数千回転回転さ
せることによって機器を上限位置から下限位置の間で上
下方向にスライド移動させている。この場合、機器の現
在位置を回転体の回転量から検出するには、回転体の基
準位置からの回転数及び回転位置を検出する必要があ
る。

【０００３】ここで、本明細書中で用いる用語の意味を
説明する。「回転位置」という用語は、回転体の１回転
中における回転位置（基準回転位置からの回転角度）を
示すものとして用いる。また、「基準位置」という用語
は、回転体を一方向あるいは他方向に回転させた時の終
端の「回転位置」を示すものとして用いる、例えば、回
転体とスライド装置を連結して機器をスライド移動させ
る駆動装置の場合には、機器が原点位置（移動端等）に
位置する時の回転体の「回転位置」を示す。また、「回
転体の位置」という用語は、回転体の「基準位置」から
の回転移動距離、すなわち回転体が、回転体の「基準位
置」から何回転後の何度の位置に位置するかを示すもの
として用いる。例えば、回転体とスライド装置を連結し
て機器をスライド移動させる駆動装置の場合には、機器
の原点に対する現在位置を示す。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような駆動装置で
は、回転体が「基準位置」以外に位置する状態で電源を
遮断した時には、電源を再投入した時に「回転体の位
置」を検出する必要がある。この場合、回転体を「基準
位置」に復帰させれば「回転体の位置」を検出すること
ができる。しかしながら、回転体を「基準位置」に復帰
させて「回転体の位置」を検出する方法は、時間がかか
る。このため、従来では、エンコーダのメモリ等に「回
転体の位置」を示す位置データを保持させるようにして
いる。ここで、データを保持するために電源が必要なメ
モリを使用する場合には、電池やコンデンサ等の補助電
源の電圧が低下するとメモリに記憶されている位置デー
タが消去してしまう。また、補助電源の低下による位置
データの消去を防止するために不揮発メモリを用いた場
合でも、電源遮断中に回転体が回転した時には、電源再
投入時における「回転体の位置」と不揮発メモリに記憶
されている位置データとの間に誤差が生じる。この場合
には、正確に位置制御を行うことができない。そこで、
本発明は、短時間に、確実に「回転体の位置」を検出す
ることができる回転体の位置検出装置を提供することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの
回転体の位置検出装置である。請求項１に記載の回転体
の位置検出装置では、回転体の回転に連動して回転し、
回転体の回転に対する回転比がそれぞれ異なるように設
定されている少なくとも２つの回転部材の「基準位置」
に対する「回転位置」を検出する。これにより、回転体
を「基準位置」に復帰させる処理を行なう必要がないた
め、短時間に「回転体の位置」を検出することができ
る。また、回転体の現在位置を検出するため、位置デー
タをメモリに保持させる場合のように、位置データが消
去されたり回転体の現在位置と位置データとの間に誤差
が生じることがなく、確実に「回転体の位置」を検出す
ることができる。また、本発明の第２発明は、請求項２
に記載されたとおりの回転体の位置検出装置である。請
求項２に記載の回転体の位置検出装置を用いれば、回転
位置検出手段は各回転部材の１回転中における「回転位
置」を検出すればよいため、一層短時間に「回転体の位
置」を検出することができる。また、本発明の第３発明
は、請求項３に記載されたとおりの回転体の位置検出装
置である。請求項３に記載の回転体の位置検出装置を用
いれば、回転位置検出手段の構成が簡単となる。また、
本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりの回
転体の位置検出装置である。請求項４に記載の回転体の
位置検出装置を用いれば、一層正確に「回転体の位置」
を検出することができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照しながら本発明
の実施の形態を説明する。図１は、本発明の回転体の位
置検出装置１の一実施の形態の断面図である。図２は、
回転部材２ｃ〜４ｃと位置検出部７Ａ〜７Ｃとの関係を
説明する、図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面矢視図であ
る。検出対象の回転体である回転軸２には、第１の回転
部材２ｃが、回転軸２の長手方向と垂直に交差する方向
に設けられている。また、回転軸２には、軸受け３ｄを
介して第１の筒状部材３０が回転自在に支持されてい
る。第１の筒状部材３０は、第１の筒状部３ａを有す
る。第１の筒状部３ａの一方端部には、第１の筒状部３
ａと垂直に交差する方向に第１の円盤部３ｂが設けられ
ている。第１の円盤部３ｂの円周部には、第１の円盤部
３ｂと垂直に交差する方向に第２の回転部材３ｃが設け
られている。第１の筒状部３ａの他方端部には、減速ギ
アー５０の第１の筒状部材３０用歯車５ｆが取り付けら
れている。また、第１の筒状部材３０には、軸受け４ｄ
を介して第２の筒状部材４０が回転自在の支持されてい
る。第２の筒状部材４０は、第２の筒状部４ａを有して
いる。第２の筒状部４ａの一方端部には、第２の筒状部
４ａと垂直に交差する方向に第２の円盤部４ｂが設けら
れている。第２の円盤部４ｂの円周部には、第２の円盤
部４ｂと垂直の交差する方向に第３の回転部材４ｃが設
けられている。第２の筒状部４ａの他方端部には、減速
ギアー５０の第２の筒状部材４０用歯車５ｅが取り付け
られている。第１の回転部材２ｃ及び第２の回転部材３
ｃ及び第３の回転部材４ｃの端面には、（図面において
は左側）には、図２に示すように所定の位置に位置検出
部７Ａ〜７Ｃが設けられている。本実施の形態では、第
１〜第３の回転部材２ｃ〜４ｃの位置検出部７Ａ〜７Ｃ
は、他の部分より光の反射率が高い反射材により形成さ
れている。

【０００７】第１の回転部材２ｃ、第２の回転部材３
ｃ、第３の回転部材４ｃと対向する位置に、回転位置検
出手段１２が設けられている。回転位置検出手段１２
は、第３の筒状部材６０、光電センサ８Ａ〜８Ｃ、モー
ター９、第１のエンコーダ１０を有している。第３の筒
状部材６０は、回転軸２に軸受け６ｄを介して回転自在
に支持されている。第３の筒状部材６０は、第３の筒状
部６ａを有している。第３の筒状部６ａの一方端部に
は、位置検出アーム６ｂが設けられ、第３の筒状部６ａ
の他方端部には、歯車６ｃが設けられている。歯車６ｃ
は、モーター９のモーター軸９ａに連結されている歯車
９ｂとかみ合っている。モーター９には、第１のエンコ
ーダ１０が設けられている。位置検出アーム６ｂには、
第１〜第３の回転部材２ｃ〜４ｃの端面に設けられた位
置検出部７Ａ〜７Ｃと対向可能な位置に光電センサ８Ａ
〜８Ｃが設けられている。光電センサ８Ａ〜８Ｃは、発
光器と受光器により構成され、受光器の受光レベルが高
くなったことにより位置検出部７Ａ〜７Ｃを検出する。

【０００８】また、減速ギアー５０は、軸受け５ｄによ
って回転自在に支持された支持軸５ａと、支持軸５ａを
中心に支持軸５ａの長手方向と垂直に交差する方向に所
定の間隔をもって取り付けられている歯車５ｂと歯車５
ｃを有している。支持軸５ａの一方（図面において左
側）には、支持軸５ａの表面に所定の長さだけ、長手方
向の溝が切ってあり、第２の筒状部材４０用歯車５ｅと
かみ合っている。また、歯車５ｃは、第１の筒状部材３
０用歯車５ｆとかみ合っている。歯車５ｂは、回転軸２
に取り付けられている歯車１１とかみ合っている。歯車
１１は、他方で歯車１５とかみ合っている。歯車１５
は、軸１３を介して第２のエンコーダ１４に連結されて
いる。減速ギアー５０によって、第１の回転部材２ｃ、
第２の回転部材３ｃ、第３の回転部材４ｃの回転軸２の
回転に対する回転比が異なるように設定される。

【０００９】通常、回転軸２は駆動モーター等によって
駆動され、回転軸２の回転に応じて、第２のエンコーダ
１４から出力信号が出力される。第２のエンコーダ１４
の出力信号によって回転軸２の位置を検出する。そし
て、回転軸２の位置が所定位置となるように駆動モータ
ー等が制御される。駆動モーターの電源を遮断した後、
電源を再投入した場合等には、回転位置検出手段１２に
より回転軸２の現在の位置を検出する。

【００１０】次に、回転体の位置検出装置１の動作原理
について説明する。なお、以下では、減速ギアー５０
の、歯車１１に対する歯車５ｆのギア比は１／１０であ
り、歯車１１に対する歯車５ｅのギア比は１／１００に
設定されているものとする。すなわち、第１の回転部材
２ｃは、回転軸２と同じ速度で回転する。第２の回転部
材３ｃは、減速ギアー５０により第１の回転部材２ｃが
１０回転すると、１回転する。第３の回転部材４ｃは、
減速ギアー５０により第２の回転部材３ｃが１０回転す
ると、１回転する。また、前記「基準位置」は０度とす
る。第１の回転部材２ｃ、第２の回転部材３ｃ、第３の
回転部材４ｃに設けられた位置検出部７Ａ〜７Ｃは、例
えば図４に示すように変化する。ここで、０度〜３６度
未満の間を“０エリア”、３６度〜７２度未満の間を
“１エリア”、７２度〜１０８度未満の間を“２エリ
ア”、１０８度〜１４４度未満の間を“３エリア”、１
４４度〜１８０度未満の間を“４エリア”、１８０度〜
２１６度未満の間を“５エリア”、２１６度〜２５２度
未満の間を“６エリア”、２５２度〜２８８度未満の間
を“７エリア”、２８８度〜３２４度未満の間を“８エ
リア”、３２４度〜３６０度未満の間を“９エリア”と
する。図４の（Ａ）は、回転軸２が、「基準位置」から
１回転後１８０度回転した場合を示している。この時、
位置検出部７Ａは、１８０度の位置にある。また、位置
検出部７Ｂは、３６度〜７２度未満の間の“１エリア”
にある。また、位置検出部７Ｃは、０度〜３６度未満の
間の“０エリア”にある。したがって、回転軸２の位置
は、１回転した後１８０度の位置（１．５回転）である
ことが判別できる。同様に、図４の（Ｂ）は、位置検出
部７Ａが１８０度、位置検出部７Ｂが“９エリア”、位
置検出部７Ｃが“０エリア”にあることにより、回転軸
２の位置は、９回転した後１８０度の位置（９．５回
転）であることが判別できる。図４の（Ｃ）は、位置検
出部７Ａが１８０度、位置検出部７Ｂが“１エリア”、
位置検出部７Ｃが“１エリア”にあることにより、回転
軸２の位置は、１１回転した後１８０度の位置（１１．
５回転）であることが判別できる。図４の（Ｄ）は、位
置検出部７Ａが１８０度、位置検出部７Ｂが“８エリ
ア”、位置検出部７Ｃが“９エリア”にあることによ
り、回転軸２の位置は、９８回転した後１８０度の位置
であることが判別できる。このように位置検出部７Ａ〜
７Ｃの「回転位置」を検出することにより、回転軸２の
位置を判別することが可能である。

【００１１】次に、回転位置検出手段１２の「回転位
置」の判別方法について図５に基づいて説明する。以下
では、位置検出部７Ａ〜７Ｃが図２の状態である場合に
ついて説明する。回転軸２が停止している状態で、モー
ター９により位置検出アーム６ｂすなわち光電センサ８
Ａ〜８Ｃを回転させ、位置検出部７Ａ〜７Ｃの「回転位
置」を検出する。ここで、第１のエンコーダ１０は、図
５に示すように１回転に付き１００個のパルスを出力す
るものとする。これは、パルス出力の１周期が、光電セ
ンサ８Ａ〜８Ｃの３．６度の回転移動に相当するという
ことである。位置検出部７Ａ〜７Ｃが図２に示す位置に
ある時、位置検出部７Ａ〜７Ｃを検出する光電センサ８
Ａ〜８Ｃの出力信号は図５に示す波形となる。位置検出
部７Ａ〜７Ｃは反射部であるので、光電センサ８Ａ〜８
Ｃは、各位置検出部７Ａ〜７Ｃを検出すると受光レベル
が高くなる。受光レベルが所定の値以上になると光電セ
ンサ８Ａ〜８Ｃの出力信号がオンする。受光レベルが所
定の値以下になると光電センサ８Ａ〜８Ｃの出力信号が
オフする。回転位置検出手段１２は、光電センサ８Ａ〜
８Ｃの出力信号がオンするまで（位置検出部７Ａ〜７Ｃ
を検出するまで）の第１のエンコーダ１０のパルス数を
それぞれカウンタ（第１のエンコーダ１０に内蔵）でカ
ウントすることによって、位置検出部７Ａ〜７Ｃの「回
転位置」を算出し、位置検出部７Ａ〜７Ｃの「回転位
置」より、回転軸２の位置を算出する。位置検出部７Ａ
〜７Ｃが図２に示す状態である場合、図５に示す信号波
形より、位置検出部７Ａは２１．６度、位置検出部７Ｂ
は３２．４度、位置検出部７Ｃは３４９．２度の「回転
位置」にあることを検出する。すなわち、位置検出部７
Ｂは“０エリア”（３２．４度は、０度以上３６度未
満）、位置検出部７Ｃ“９エリア”（３４９．２度は、
３２４度以上３６０度未満）にあることを検出する。こ
れにより、回転軸２の位置は、“９０回転後２１．６度
の位置”であることを判別する。第１のエンコーダ１０
は、算出した回転軸２の位置に対応する位置信号を出力
する。

【００１２】本実施の形態においては、「回転体の位
置」を第１のエンコーダ１０で算出したが、第１のエン
コーダ１０からの信号に基づいて「回転体の位置」を算
出する手段を別に設けてもよい。また、回転位置検出手
段１２は、本実施の形態のような、反射式に限定され
ず、透光式でもよい。この場合、位置検出部７Ａ〜７Ｃ
は透光部である。また、回転位置検出手段１２は、光電
スイッチを用い、光学的検出方式で位置検出部７Ａ〜７
Ｃを検出したが、磁気検出方式や接点式検出方式等、回
転部材の「回転位置」を検出することができればよい。
また、回転部材の形状は円盤状に限定されるものではな
い。また、回転体と回転部材を連結する連結手段は、ギ
アに限定されるものではない。また、連結手段の連結比
（回転比）は上記説明に限定されるものではない。ま
た、それぞれの部材の形状は、図１に示す形状に限定さ
れるものではなく、例えば図３に示すような形状でもよ
い。図３では、第１の回転部材２ｃは１０２ｃに、第２
の回転部材３ｃは１０３ｃに、第３の回転部材４ｃは１
０４ｃに相当する。また、位置検出アーム６ｂは１０６
ｂに、光電センサ８Ａ〜８Ｃは１０８Ａ〜１０８Ｃに相
当する。この場合には、回転部材１０２ｃ〜１０４ｃを
円盤状に構成することができる。このため、例えば、回
転部材１０２ｃ〜１０４ｃを反射材で形成し、位置検出
部に、非反射材を設けたり穴を開けることができる。こ
の時は、光電センサ１０８Ａ〜１０８Ｃは、受光レベル
が低いことによって位置検出部を検出する。また、回転
部材が３段である場合について説明したが、２段以上で
あれば何段でもよい。また、本実施の形態では、通常動
作中の回転軸２の位置を、第２のエンコーダ１４によっ
て検出しているが、第１の回転部材２ｃと回転位置検出
手段１２で検出することもできる。例えば、第１の回転
部材２ｃの、位置検出部７Ａの内周側に、複数の位置検
出部を円状に所定の間隔で配列する。また、位置検出ア
ーム６ｂの、光電センサ８Ａの内周側の、複数の位置検
出部と対向する位置に光電センサを設け、そして、その
光電センサの出力信号に基づいて、例えばパルス出力を
カウントして、回転軸２の位置を算出する。この場合に
は、第２のエンコーダ１４を省略することができる。ま
た、本実施の形態では、位置検出部７Ａ〜７Ｃの「回転
位置」を検出するための補助信号発生手段として、第１
のエンコーダ１０を用いたが、第１の回転部材２ｃと回
転位置検出手段１２により補助信号発生手段を構成する
こともできる。例えば、第１の回転部材２ｃの、位置検
出部７Ａの内周側に、複数の位置検出部を円状に配列す
る。位置検出アーム６ｂの、光電センサ８Ａの内周側
の、複数の位置検出部と対向する位置に光電センサを設
ける。そして、その光電センサの出力信号と光電センサ
８Ａ〜８Ｃの出力信号に基づいて、例えばパルス出力を
カウントして、位置検出部７Ａ〜７Ｃの「回転位置」を
検出する。この場合には、第１のエンコーダ１０を省略
することができる。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように請求項１〜４に記載
の発明によれば、「回転体の位置」を容易に検出するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の断面図である。

【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面矢視図である。

【図３】本発明の他の実施の形態の断面図である。

【図４】本発明の動作原理を説明する図である。

【図５】各部の信号波形を示す図である。

【符号の説明】

１ 回転体の位置検出装置 ２ 回転軸 ２ｃ 第１の回転部材 ３ｃ 第２の回転部材 ４ｃ 第３の回転部材 ９ モーター １０ 第１のエンコーダ １２ 回転位置検出手段 １４ 第２のエンコーダ ３０ 第１の筒状部材 ４０ 第２の筒状部材 ５０ 減速ギアー ６０ 第３の筒状部材

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA39 BB16 DD11 DD19 FF02 FF17 FF41 GG12 HH15 JJ15 PP22 2F069 AA83 DD08 DD22 GG04 GG07 GG58 GG59 GG65 HH15 HH30 JJ17 2F077 AA28 AA38 CC02 NN02 NN27 PP19 QQ12 QQ17 VV02 2F103 BA32 CA01 CA02 CA03 DA01 DA13 EA12 EA23 EB08 EB16 EB32 EB33 GA00

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転体の回転に連動して回転し、回転体
   の回転に対する回転比がそれぞれ異なるように設定され
   ている少なくとも２つの回転部材と、各回転部材の回転
   位置を検出する回転位置検出手段とを備える回転体の位
   置検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の回転体の位置検出装置
   であって、各回転部材は、所定位置に位置検出部を有
   し、回転位置検出手段は、各回転部材の位置検出部の回
   転位置を検出する回転体の位置検出装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の回転体の位置検出装置
   であって、回転位置検出手段は、各回転体の位置検出部
   を検出する、回転可能な検出手段と、検出手段の回転に
   応じた信号を出力する信号出力手段を有する回転体の位
   置検出装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の回転体の位置検出装置
   であって、検出手段は光電センサであり、各回転部材の
   位置検出部は透光部あるいは反射部である回転体の位置
   検出装置。