JP2005185091A

JP2005185091A - 電動アクチュエータ用制御装置

Info

Publication number: JP2005185091A
Application number: JP2004344871A
Authority: JP
Inventors: Shigekazu Nagai; 茂和永井; Takeshi Hirose; 毅廣瀬
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2005-07-07
Also published as: TW200627107A

Abstract

【課題】回転駆動源に対して高い負荷が付与された場合であっても、簡素な回路によって前記回転駆動源に印加される電流を制限することにある。
【解決手段】ドライバ１８は、方向指令信号に基づいて回転駆動源１２の回転方向を切り換える方向切換手段３４と、前記方向切換手段３４から出力された電圧を対応する電流に変換すると共に、予め設定された基準電流Ｉ_MAX（閾値）に電流を制限（リミット）する電流アンプ／リミッタ３６と、回転駆動源１２に供給される電流を検出する電流センサ３８と、前記電流センサ３８からの検出信号を前記電流アンプ／リミッタ３６の上流側にフィードバックする電流ループ４０とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動アクチュエータを駆動するための回転駆動源を好適に保護することが可能な電動アクチュエータ用制御装置に関する。

一般に、設置式の産業用ロボットを用いる場合、ベースをボルト等で固定し、インターロック等のミスによりロボットの先端に無理な押し付けや衝突が発生した際、過電流を検出することによりロボットの動作を停止させるようにしている。つまり、設置式の産業用ロボットにおける過電流を検出することにより、ロボットやワークが破壊されることを防止することが主眼とされており、ロボットそのものの位置ずれについて考慮されていない。

そこで、特許文献１では、ロボットアームの先端が設備に対して無理な押し付けや衝突が発生した場合であっても、無人搬送車が浮き上がってしまうことを防止するための技術的思想が開示されている。

すなわち、前記特許文献１には、ロボットアームの先端に対する位置及び姿勢制御に対応してロボットアームの先端を移動した際、ロボットアームの関節に付与される関節トルクの限界値が所定値を充足したときに、該ロボットアームの関節を駆動するサーボモータに対する電流の制限を実行する制御装置が開示されている。

特開２００２−６６９６９号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示された技術的思想を、例えば、モータの回転運動をスライダ等の直線運動に変換する電動アクチュエータに適用した場合、前記スライダの位置及び動作速度等を制御するために、エンコーダ、レゾルバ等の検出器及び制御回路が必要となり、製造コストが高騰するという不具合がある。

本発明は、前記の不具合を考慮してなされたものであり、電動アクチュエータを駆動するための回転駆動源に対して高い負荷が付与された場合であっても、簡素な回路によって前記回転駆動源に印加される電流を制限することが可能な電動アクチュエータ用制御装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、回転駆動源の回転駆動作用下に移動体が変位する電動アクチュエータの制御装置であって、
前記回転駆動源に対して供給される電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段からの検出信号と予め設定された基準電流とを比較する比較手段と、
付勢状態にある前記回転駆動源に対し負荷が付与されて該回転駆動源の駆動軸が停止して拘束された状態となったとき、該回転駆動源に供給される電流が基準電流を超えないようにリミットする電流制限手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、比較手段を介して、回転駆動源に供給される電流を検出する電流センサからの検出信号と予め設定された基準電流とを比較し、前記回転駆動源に高負荷が付与されて付勢状態にある回転駆動源の駆動軸が停止して拘束状態となった場合、前記回転駆動源に供給される電流が予め設定された基準電流以下にリミットされるため、回転駆動源の焼損を含む過電流の発生を阻止することができる。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、本発明では、電動アクチュエータの移動体の位置及び動作速度等を制御するためのエンコーダ、レゾルバ等の検出器及び制御回路が不要となり、簡素な回路によって回転駆動源に焼損が発生することを防止することにより、製造コストを低減することができる。

本発明に係る電動アクチュエータ用制御装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。なお、本発明は、以下の知見に基づくものである。

図１において、参照数字１０は、本発明の実施の形態に係る電動アクチュエータ用ドライバ（以下、ドライバという）が組み込まれた制御システムを示す。

この制御システム１０は、回転駆動源１２の駆動作用下にスライダ１４が直線状に往復動作する電動アクチュエータ１６と、前記電動アクチュエータ１６に付設された回転駆動源１２を付勢・滅勢するドライバ１８と、前記ドライバ１８に方向指令信号を導出するコントローラ２０とから構成される。

なお、前記コントローラ２０及びドライバ１８は、それぞれのケーシングの背面に形成された凹部に係合するレール部材２２を介して連設可能に設けられる。

前記回転駆動源１２は、例えば、ブラシ付ＤＣモータ、ブラシレスＤＣモータ、ションモータ、ＡＣサーボモータ、インダクションモータ、ステッピングモータ等の回転駆動されるモータによって構成されるとよい。また、前記回転駆動源１２に代えて、ソレノイド等のリニアモータを用いてもよい。

電動アクチュエータ１６は、アクチュエータボデイ２４と、前記アクチュエータボデイ２４の一端部にねじ部材を介して連結された回転駆動源１２と、前記アクチュエータボデイ２４とエンドブロック２６との間に平行に延在する一対のガイドシャフト２８ａ、２８ｂと、前記回転駆動源１２の駆動軸に図示しないカップリング部材を介して連結されたボールねじ軸３０とを含む。

さらに、電動アクチュエータ１６は、前記ボールねじ軸３０に螺合する図示しないボールねじナットを有し、前記一対のガイドシャフト２８ａ、２８ｂの案内作用下に直線状に往復動作するスライダ１４と、前記スライダ１４に連結されて該スライダ１４と一体的にエンドブロック２６から外部に向かってその一部が進退動作するロッド３２とを備える。なお、前記スライダ１４及びロッド３２は、移動体として機能するものである。

次に、ドライバ１８の概略ブロック構成図を図２に示す。

このドライバ１８は、コントローラ２０から導出された方向指令信号によって電圧の極性を切り換えることにより、正逆方向のいずれか一方に回転駆動源１２の回転方向を切り換える方向切換手段３４と、前記方向切換手段３４から出力された電圧を対応する電流に変換すると共に、予め設定された基準電流Ｉ_MAX（閾値）に電流を制限する電流アンプ／リミッタ３６とを含む。

さらに、ドライバ１８は、前記電流アンプ／リミッタ３６の下流側に設けられ回転駆動源１２に供給される電流を検出する電流センサ（電流検出手段）３８と、前記電流センサ３８からの検出信号を前記電流アンプ／リミッタ３６の上流側にフィードバックする電流ループ４０とを有する。

前記電流アンプ／リミッタ３６には、予め設定され且つ記憶手段内に記憶された基準電流Ｉ_MAXと前記電流センサ３８から検出線４１を通じて供給される電流値の検出信号とを比較する比較手段と、例えば、回転駆動源１２に対して高負荷が付与され前記回転駆動源１２に供給される電流が基準電流Ｉ_MAXを超えようとするとき、該回転駆動源１２に供給される電流を基準電流Ｉ_MAXを超えないようにリミットする電流リミット手段（電流制限手段）とが設けられる。

なお、ドライバ１８は、図示しない回路基板を有し、例えば、電流センサ３８は、前記回路基板に配置された小抵抗によって構成されるとよい。

本実施の形態に係るドライバ１８が組み込まれた制御システム１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作乃至作用効果について説明する。

先ず、コントローラ２０からの方向指令信号がドライバ１８に導入される。前記ドライバ１８では、前記方向指令信号に基づき電圧の極性を切り換えることにより、正逆方向のいずれか一方に回転駆動源１２の回転方向を切り換える。前記方向切換手段３４から回転駆動源１２に供給される電流に対応する電圧が電流アンプ／リミッタ３６に入力される。

前記電流アンプ／リミッタ３６では、前記方向切換手段３４から出力された電圧を対応する電流に変換して回転駆動源１２に供給することにより、前記回転駆動源１２が所定方向に回転駆動する。

前記回転駆動源１２の回転運動は、該回転駆動源１２の駆動軸に連結されたボールねじ軸３０に伝達され、前記ボールねじ軸３０と図示しないボールねじナットとの螺合作用下に前記回転運動が直線運動に変換され、前記直線運動がスライダ１４に伝達される。従って、例えば、スライダ１４と一体的にロッド３２が外部に向かって伸長することにより、図示しないワークを所定位置に押し付ける動作がなされる。

ところで、前記スライダ１４がストロークエンドまで到達した後、前記ロッド３２によってワークが所定位置に押し付けられ回転駆動源１２に対して高負荷が付与された場合、前記回転駆動源１２の駆動軸の回転が停止して拘束された状態となる。その際、回転駆動源１２の駆動軸から出力されるトルクは、前記回転駆動源１２に印加される電流と比例するため、前記拘束状態となったとき、予め規定されている電流値以上の電流（過電流）が回転駆動源１２に印加されて、回転駆動源１２が焼損するおそれがある。

そこで、本実施の形態では、回転駆動源１２に供給される電流を検出する電流センサ３８からの検出信号を検出線４１を通じて電流アンプ／リミッタ３６に導入している。前記電流アンプ／リミッタ３６では、比較手段を介して予め設定され且つ記憶手段内に記憶された基準電流Ｉ_MAXと前記電流センサ３８からの検出信号とを比較すると共に、電流リミット手段を介して回転駆動源１２に供給される電流が基準電流Ｉ_MAXを超えないようにリミットされる（図３参照）。

このように、本実施の形態では、回転駆動源１２に供給される電流値を電流センサ３８を介して監視し、電流アンプ／リミッタ３６により、前記回転駆動源１２に対する印加電流を基準電流Ｉ_MAX以下に制限している。この結果、回転駆動源１２に高負荷が付与されてオン状態にある回転駆動源１２の駆動軸が停止して拘束状態となった場合であっても、前記回転駆動源１２に供給される電流が予め設定された基準電流Ｉ_MAX以下に制限されるため、過電流の発生による回転駆動源１２の焼損を防止することができる。なお、回転駆動源１２に供給される印加電流を制限することにより、トルクを制限することができることは勿論である。

また、本実施の形態では、スライダ１４の位置及び動作速度を制御するためのエンコーダ、レゾルバ等の検出器及び制御回路が不要である。そして、電流アンプ／リミッタ３６の如き簡素な回路によって回転駆動源１２に焼損が発生することを防止し、製造コストを低減することができる。

この場合、本実施の形態に係るドライバ１８は、ロッド３２による押し付け動作と回転駆動源１２の回転方向だけを制御する駆動機器（電動アクチュエータ）に適用されると好適である。

なお、本実施の形態では、電動アクチュエータ１６のロッド３２によるワークの押し付け動作に基づいて説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば、電動アクチュエータ１６のロッド３２によるワーク搬送動作、加締め動作、押圧動作、支持動作、又は、図示しない電動チャックによるワーク把持動作、若しくは、図示しない電動クランプによるクランプ動作等に適用することができることは勿論である。

図６〜図１６に、前記電動アクチュエータ１６の変形例を示す。なお、これらの変形例において前記実施の形態と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。

図６の変形例は、電動アクチュエータ１６において、ガイドシャフト２８ａ、２８ｂをアルミニウムの如き軽合金製のフレーム１００で囲繞したものである。スライダ１４の案内作用がより精緻に営まれる。

図７の変形例は、電動アクチュエータ１６において、ガイドシャフト２８ａ、２８ｂを囲繞し、且つ回転駆動源１２を収納する空間１０２を設けたフレーム１０４を設けたものである。フレーム１０４を薄肉軽量化し、一方、剛性を高めることが可能である。

図８の変形例は、電動アクチュエータ１６において、ガイドシャフト２８ａ、２８ｂを案内するガイドユニット１０６ａ、１０６ｂを設け、前記ガイドシャフト２８ａ、２８ｂの先端をプレート１０８で連結し、しかも、ガイドユニット１０６ａ、１０６ｂの内部にブッシュ１１０を設けたものである。

図９の変形例は、前記のようにフレーム１０４で剛性を高めた電動アクチュエータ１６にカバー１１２を取着し、前記カバー１１２の溝にスライダ１４の位置を検出するためのセンサ１１４を設けたものである。センサ１１４としては、磁気センサ、近接センサ、フォトマイクロセンサ等、種々のセンサを用いることができる。

図１０の変形例は、図９の変形例に関連して、断面円形状のカバー１１６にバンド１１８を用いてホルダ１２０を取り付け、このホルダ１２０によりセンサ１１４を保持するようにしたものである。

図１１の変形例は、回転駆動源１２を用いる電動アクチュエータ１６に対し、さらに圧縮空気を用いるアクチュエータ１２２を併用した構成に関するものである。アクチュエータ１２２には、エア配管１２４ａ、１２４ｂが接続され、それに近接して圧縮空気を排気する際に消音するサイレンサ１２６ａ、１２６ｂが設けられている。

図１２の変形例は、電動アクチュエータ１６に真空ポート１３０を連結し、ロッド３２と、このロッド３２を囲繞するカバー１３２の間を真空状態にして、前記ロッド３２の摺動時に発生するおそれのある塵埃を除去するように構成したものである。前記カバー１３２の先端部にロッド３２の周壁面に圧接するダストシール１３４を設けておくことも可能である。

図１４の変形例は、電動アクチュエータ１６においてフレーム１００とスライダ１４との間に樹脂製ニードル軸１４０を複数本、好ましくは片側に３本、両側で合わせて６本軸方向に延在して設け、これらの樹脂製ニードル軸１４０がガイドシャフト２８ａ、２８ｂに代替して機能するように構成したものである。より低廉に製造可能である。

ところで、前記図６〜図１５の変形例では、ロッド３２が進退移動するのみの二次元的動作しかしないが、これらの電動アクチュエータ１６を三次元的に組み合わせて三次元動作をすることも可能である。これを図１６に示す。

この図１６に示す変形例では、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸に電動アクチュエータ１６をそれぞれ取着し、Ｚ軸用の電動アクチュエータ１６のロッド３２が三次元動作するようにしたものである。

すなわち、このようなワーク搬送動作、ワーク把持動作、クランプ動作等によって回転駆動源１２に高負荷が付与され、前記回転駆動源１２の駆動軸の回転が停止して拘束状態となったとき、前記回転駆動源１２に供給される電流が基準電流Ｉ_MAX以下となるように制限される。

次に、本実施の形態と対比される第１比較例及び第２比較例について説明する。

なお、本実施の形態と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図４は、第１比較例に係るリレー回路５０を示す。この場合、リレー回路５０を複数個組み合わせることにより回転駆動源１２の回転方向の切り換えが可能となるが、前記回転駆動源１２の駆動軸が停止して拘束状態となったとき、前記回転駆動源１２が許容する以上の電流が供給されて焼損が発生するという不具合がある。

図５は、第２比較例に係るサーボ回路６０を示す。このサーボ回路６０は、エンコーダ６２やレゾルバ等の検出器を有し、速度ループ６４及び速度アンプ／リミッタ６６を介して速度をフィードバック制御する制御回路と、位置ループ６８及び位置アンプ／リミッタ７０を介して位置をフィードバック制御する制御回路とを備える。従って、第２比較例に係るサーボ回路６０では、位置及び速度等を制御する高精度の制御回路が必要となるため、高価となって製造コストが高騰するという不具合がある。

これに対して、本実施の形態では、前記第１比較例に係るリレー回路５０と第２比較例に係るサーボ回路６０との間の中間的な機能及びコストパフォーマンスを発揮することができる。また、本実施の形態では、電磁弁と同様のオン／オフ制御によって電動アクチュエータ１６を操作することにより、例えば、押し付け動作や搬送動作等に最適な方向制御機器として使用することができる。さらに、本実施の形態では、回転駆動源１２の外部に付設されるエンコーダ等の検出器が不要となるため、小型軽量化を達成することができる。

ところで、前記実施の形態では、回転駆動源１２とボールねじ軸３０の関係については詳細に説明していない。勿論、両者を直結してもよいが、その間に減速比切替機構を介装することも可能である。この種の減速比切替機構として、本出願人は、特願２００４−１７０２６３号で発明「減速比自動切替装置」を提案している。本願でこれを参照すると、図１７に示されるように、太陽歯車２１６、遊星歯車２１８及び内歯車２２０にはすば歯車を用いることにより、予め設定された所定トルクを超える負荷が内歯車２２０に付与された場合に、内歯車２２０が、前記太陽歯車２１６と異なる方向に回転しながら、入力軸方向又は出力軸方向に移動し、減速比を自動的に切り替えるものである。

また、前記のように、回転駆動源１２とボールねじ軸３０との直結に関しても種々の態様が考えられる。図１８（ａ）は、入力軸、すなわち、回転駆動源１２の出力軸に対し、出力軸、すなわち、ボールねじ軸３０の入力軸を直接連結したもの、図１８（ｂ）は、入力軸と出力軸との間にビスカスカップリング２３０を介装したもの、図１８（ｃ）は、入力軸と出力軸との間にパウダークラッチ２４０を介装したものである。

また、図１９（ａ）に示すように、ビスカスカップリング２３０を介装した構成であっても出力軸側にある一方の円板を調整ねじ２５０を螺回させて押圧することにより流体抵抗を増減して回転駆動源１２の回転力の調整を図ることができる。

図１９（ｂ）に示す構成では、入力軸と出力軸との間にあってロータ２６１に対し磁石２６０を設け、ケーシング２６２の内側に、アルミニウム又は銅の板体２６４を取り付け、この板体２６４を調整ねじ２６６で進退動作させて前記磁石２６０の磁束を変化させ回転抵抗を可変としたものである。図１９（ｃ）の場合には、ロータ２６１の周囲にコイル２６７を取り付け、前記コイル２６７に対して抵抗２６８の抵抗を変化させてロータ２６１の回転を制御させようとするものである。なお、図１９（ｄ）に示すように、単純にロータ２６１をブレーキ２７０で締め付けて、該ロータ２６１の回転をオン・オフ制御してもよい。

なお、前記の実施の形態では、回転駆動源１２とスライダ１４との間をボールねじ軸３０によって連結し、前記回転駆動源１２の回動力を伝達しているが、前記のようにボールねじ軸３０に限定されるものではない。例えば、特願２００３−３１６６５６号に示すように、ベルト３００によってスライダ１４を変位させてもよい(図２０参照)。

さらに、図２１、２２に示すように、電動クランプ装置（特願平１１−２８２１９５号、特願２００１−１７３４２号）の如く、回転駆動源１２とボールねじ軸３０とが並設されたもの、油圧シリンダ３０２に並設されたもの（特願２００３−２８５３６０号、図２３参照）のような構造のものにも利用できる。

さらに、追加すれば、図２４に示すように、入力軸と出力軸との間にあって、固定子側と回転子側に互いに磁石４００、４０２を設け、リングギヤ４０４をプラネタリギヤ４０６に対して相対移動させ、リングギヤ４０４を中立位置へと強制的に移動保持させるものであってもよい。

次に、変形例に係るドライバ１８ａが組み込まれた制御システム１０ａを図２５に示す。なお、図１に示す制御システム１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付しその詳細な説明を省略する。

この制御システム１０ａは、回転駆動源５１４の駆動作用下にピストン５２２及びピストンロッド５２４が直線状に往復動作する電動アクチュエータ５１１と、前記電動アクチュエータ５１１に付設された回転駆動源５１４を付勢・滅勢するドライバ１８ａと、前記ドライバ１８ａに方向指令信号を導出するコントローラ２０と、コネクタを介して前記ドライバ１８ａに接続される電源５２３とから構成される。

この電動アクチュエータ５１１は、略扁平状のブロック体からなるハウジング５１２と、前記ハウジング５１２の一端部に連結された回転駆動源５１４と、前記回転駆動源５１４が連結された側と反対側に前記ハウジング５１２から所定距離離間して配設されるロッドカバー（エンドブロック）５１６と、後述するカップリング部材を介して回転駆動源５１４の回転駆動力を伝達する送りねじ軸（駆動力伝達軸）５１８とを有する。

なお、前記回転駆動源５１４は、例えば、ブラシ付ＤＣモータ、ブラシレスＤＣモータ、ステッピングモータ等のサーボモータによって構成されるとよい。また、前記回転駆動源５１４として、ソレノイド等のリニアモータを用いてもよい。

さらに、前記電動アクチュエータ５１１は、前記送りねじ軸５１８を間にして平行に配設され、一端部が第１ねじ部材５１９ａ、５１９ｂ（図２７参照）を介して前記ハウジング５１２に連結され且つ他端部が第２ねじ部材５２１ａ、５２１ｂ（図２７参照）を介して前記ロッドカバー５１６に連結された一組のガイドロッド５２０ａ、５２０ｂと、前記送りねじ軸５１８を介して伝達される駆動力の作用下に前記一組のガイドロッド５２０ａ、５２０ｂに沿って変位するピストン５２２と、前記ロッドカバー５１６を貫通して前記ピストン５２２と一体的に進退動作する中空円筒状のピストンロッド５２４と、前記ピストンロッド５２４の先端部に装着されて孔部を閉塞するソケット５２６とを有する。

なお、前記ピストン５２２及びピストンロッド５２４は、変位部材として機能するものである。また、前記送りねじ軸５１８の表面処理としては、無電解ニッケルメッキ処理を施すとよい。さらに、カップリング部材５２８を用いることがなく、前記送りねじ軸５１８をモータ軸として共通化してもよい。

図２７に示されるように、ハウジング５１２の内部において、カップリング部材５２８に近接する送りねじ軸５１８の端部側には第１ベアリング５３０ａ及び第２ベアリング５３０ｂがそれぞれ並設され、前記第１ベアリング５３０ａ及び第２ベアリング５３０ｂは第１ベアリング押さえ５３２ａと第２ベアリング押さえ５３２ｂとによって保持される。

ピストン５２２に臨むハウジング５１２の端部には、送りねじ軸５１８が貫通する貫通孔５３４を有する第１エンドダンパ５３６ａが保持される。前記第１エンドダンパ５３６ａは、図２９に示されるように所定の肉厚からなる円筒部５３８と、前記円筒部５３８の外径よりも半径外方向に僅かに拡径したフランジ部５４０とが一体的に構成される。

この場合、第１エンドダンパ５３６ａのフランジ部５４０がハウジング５１２の環状凹部５４２に係止されることにより、円筒部５３８の一部（端部）がハウジング５１２の端面から所定長だけピストン５２２側に突出した状態に保持される。

ピストンロッド５２４が貫通するロッドカバー５１６の内壁には、第２エンドダンパ５３６ｂと、ブッシュ５４４とが設けられる。前記第２エンドダンパ５３６ｂは第１エンドダンパ５３６ａと同一形状からなり、フランジ部５４０がロッドカバー５１６の環状凹部５４６に係止されることにより、円筒部５３８の一部（端部）がロッドカバー５１６の端面から所定長だけピストン５２２側に突出した状態に保持される。

前記第１エンドダンパ５３６ａ及び第２エンドダンパ５３６ｂは、それぞれ、ウレタンゴム等の弾性体によって形成されるとよい。

前記ピストン５２２は、図２８に示されるように、その中心部に軸線方向に沿って貫通する縦断面略長円状に形成された貫通孔５４８と、前記貫通孔５４８の両側に軽量化を図るために形成された一組の肉抜き孔５５０ａ、５５０ｂとを有し、例えば、アルミニウム等の金属製材料によって一体成形される。前記ピストン５２２の貫通孔５４８には、送りねじ軸５１８に螺合するねじ孔５５０を有する略円筒状の摺動ナット５５２が該送りねじ軸５１８の軸線方向に沿って摺動可能に挿入される。

この場合、前記摺動ナット５５２とピストン５２２とは、該送りねじ軸５１８の軸線方向に沿って相対的に摺動可能に設けられると共に、該摺動ナット５５２の外周面に形成された一組の平面部５５４ａ、５５４ｂによってピストン５２２に対する周方向への周り止めがなされている。

前記摺動ナット５５２の両端部には、図３０に示される環状の一組のピストンダンパ５５６ａ、５５６ｂが環状凹部を介して装着され、前記一組のピストンダンパ５５６ａ、５５６ｂは摺動ナット５５２の端面から軸線方向に沿って所定長だけ突出するように設けられる。

この場合、ピストンダンパ５５６ａ、５５６ｂは、その外周面に形成された一組の平面部５５７ａ、５５７ｂを有し、摺動ナット５５２の縦断面外周形状（図２８参照）と面一に形成される。

前記ピストン５２２の軸線方向に沿った一端部には、送りねじ軸５１８が挿通する貫通孔５５８を有する連結体５６０が設けられる。前記連結体５６０は、ピストン５２２の雌ねじに螺合する雄ねじからなる第１ねじ部を有する第１環状部５６２と、中空のピストンロッド５２４の雌ねじに螺合する雄ねじからなる第２ねじ部を有する第２環状部５６４と、前記第１環状部５６２と第２環状部５６４との間に設けられた環状フランジ部５６６とから構成される。前記第１環状部５６２、第２環状部５６４及び環状フランジ部５６６はそれぞれ一体的に形成される。

前記ピストン５２２の軸線方向に沿った他端部には、該ピストン５２２の雌ねじ部に螺合する雄ねじ部が外周面に形成された環状体５６８が連結され、前記環状体５６８はピストン５２２の端面と面一となるように設けられる。

この場合、摺動ナット５５２の端面から所定長だけ突出する一方のピストンダンパ５５６ａは連結体５６０の第２環状部５６４に接触するように設けられ、摺動ナット５５２の端面から所定長だけ突出する他方のピストンダンパ５５６ｂは環状体５６８に接触するように設けられる。

従って、ピストンロッド５２４がワークＷに当接し該ピストンロッド５２４に対して衝撃が付与されたときを除いて、ピストン５２２の両端部に固定された連結体５６０及び環状体５６８によって摺動ナット５５２がピストン５２２の内部に保持され、送りねじ軸５１８との螺回作用下に、前記摺動ナット５５２は軸線方向に沿ってピストン５２２と一体的に変位するように設けられる。

なお、前記一組のピストンダンパ５５６ａ、５５６ｂは、第１及び第２エンドダンパ５３６ａ、５３６ｂと同様に、ウレタンゴム等の弾性体によって形成されるとよい。

軸線と直交するピストン５２２の両側面には断面略円弧状のガイド部５７０（図２８参照）が形成され、一組のガイドロッド５２０ａ、５２０ｂの間にピストン５２２が挟持される。前記ガイド部５７０には、ガイドロッド５２０ａ、５２０ｂの外周面と線接触し且つガイドロッド５２０ａ、５２０ｂの軸線方向に沿って延在する樹脂製の一組のプレート５７２ａ、５７２ｂ接着される。それぞれ金属製材料によって形成されたピストン５２２とガイドロッド５２０ａ、５２０ｂとの間に樹脂製材料からなるプレート５７２ａ、５７２ｂを介在させることにより摺動抵抗を低減させるためである。

ピストン５２２に対してラジアル方向の負荷が付与された場合、あるいはピストン５２２に回転方向の負荷が付与された場合のいずれであっても、前記一組のガイドロッド５２０ａ、５２０ｂによって前記負荷が好適に吸収される。回転方向の負荷に対しては、一組のガイドロッド５２０ａ、５２０ｂが回り止めとしての機能を営む。

図３４に示されるように、ドライバ１８ａは、幅広な側面に複数のフィン１１９が突出形成されたケーシング１２１を有し、前記ケーシング１２１の上部には、ケーブルを介してコントローラ２０と電気的に接続される複数の制御端子１２３が設けられ、前記ケーシング１２１の下部には、ケーブルを介して電源５２３に接続される図示しない電源端子と、回転駆動源５１４と接続される図示しない回転駆動源用出力端子とがそれぞれ設けられる。

前記ドライバ１８ａの幅狭な側面には、例えば、プラスのドライバ等で所定方向に回転角度を調節することにより、回転駆動源５１４の回転トルク（推力）を外部からに任意に設定することが可能なトルク設定用トリマ１２５と、図示しないＬＥＤが発光することにより認識可能な複数の表示ランプ１２７ａ〜１２７ｄと、手動で操作することによりテスト運転等が可能となる複数のマニュアルスイッチとを備える。

前記マニュアルスイッチは、ＯＮ／ＯＦＦ動作によりＡ−ＰＨＡＳＥ方向（ピストンロッド５２４が伸長する方向）とＢ−ＰＨＡＳＥ方向（ピストンロッド５２４が短縮する方向）の２方向を指示するＰＨＡＳＥ方向切り換えスイッチ１２９と、ドライバ１８ａを付勢・滅勢するＯＮ／ＯＦＦスイッチ１３１と、ＯＦＦのとき初期設定となりＯＮのときに前記トルク設定用トリマ１２５によって外部からの推力の選択が可能となるＳＥＴスイッチ１３３とを有する。

なお、前記ＰＨＡＳＥ方向切り換えスイッチ１２９では、図示しないギヤとの関係でＡ−ＰＨＡＳＥ方向とＢ−ＰＨＡＳＥ方向との間でピストンロッド５２４の進退動作が逆転する場合もある。

また、コントローラ２０からドライバ１８ａに導入される制御信号は、ＯＮ／ＯＦＦの二値信号によって構成される。

さらに、電源５２３からドライバ１８ａへの印可電圧を、例えば、図示しない抵抗又はトランス等によって任意に変更し、あるいは、回転駆動源５１４を図示しないブリッジ回路に組み込んで前記ブリッジ回路の不平衡電圧をフィードバックする電子ガバナ（図示せず）を設けることにより、回転駆動源５１４の回転速度の制御を行うことができる。

さらにまた、前記マニュアルスイッチ等が設けられた幅狭な側面と反対側の側面には、取付用孔部１３５が形成されたフランジ１３７が形成される。

なお、前記ドライバ１８ａのその他の構成は、図１に示すドライバ１８と同一に構成されるため（図２参照）、その詳細な説明を省略する。

変形例に係るドライバ１８ａが組み込まれた制御システム１０ａは、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作乃至作用効果について説明する。

先ず、コントローラ２０からの方向指令信号（二値信号）がドライバ１８ａに導入される。前記ドライバ１８ａでは、前記方向指令信号に基づき電圧の極性を切り換えることにより、正逆方向のいずれか一方に回転駆動源５１４の回転方向を切り換える。方向切換手段３４から回転駆動源５１４に供給される電流に対応する電圧が電流アンプ／リミッタ３６に入力される。

電流アンプ／リミッタ３６では、前記方向切換手段３４から出力された電圧を対応する電流に変換して回転駆動源５１４に供給することにより、前記回転駆動源５１４が所定方向に回転駆動し、前記回転駆動源５１４の回転駆動力がカップリング部材５２８を介して送りねじ軸５１８に伝達される。

所定方向に回動する送りねじ軸５１８が送りナットとして機能する摺動ナット５５２のねじ孔５５０に螺合することにより、前記摺動ナット５５２及びピストン５２２が一組のガイドロッド５２０ａ、５２０ｂの案内作用下にピストンロッド５２４と一体的に軸線方向に沿って変位する。従って、ピストン５２２と一体的にピストンロッド５２４が外部に向かって変位し、ストロークエンドに到達することにより、図示しないワークを所定位置に押し付ける動作がなされる。

図３１に示されるように、ピストン５２２が一方又は他方のストロークエンドまで到達することがなくその中間位置でワークＷの押し当て作業を行った場合、ワークＷに当接するソケット５２６、ピストンロッド５２４及び連結体５６０を介してピストン５２２に衝撃が伝達される。

この場合、連結体５６０に接触するピストンダンパ５５６ａの端部が図３２に示されるように変形することによって衝撃が受容されると共に、ピストン５２２の内部に設けられた摺動ナット５５６がピストン５２２に対して、送りねじ軸５１８の軸線方向に沿って僅かに摺動変位することにより（図３２中の二点鎖線参照）、前記衝撃が好適に吸収される。

換言すると、ピストンロッド５２４に付与される衝撃によって相互に連結されたピストン５２２及び連結体５６０が送りねじ軸５１８の軸線方向に沿って変位可能に設けられ、前記ピストン５２２及び連結体５６０の僅かな変位を摺動ナット５５６の端部に装着された弾性を有するピストンダンパ５５６ａによって吸収することにより、前記衝撃が好適に緩和される。

この場合、摺動ナット５５６は送りねじ軸５１８に螺合しているため、該送りねじ軸５１８との関係では変位することがないと共に、摺動ナット５５６と送りねじ軸５１８との螺合部位に対して衝撃が伝達されることが阻止されることにより、前記摺動ナット５５６及び送りねじ軸５１８の螺合部位を好適に保護することができる。

従って、両ストロークエンドの中間位置においてピストンロッド５２４によってワークＷの押し当てを行った場合であっても、前記ピストンロッド５２４に付与される衝撃が弾性を有するピストンダンパ５５６ａと、ピストン５２２及び摺動ナット５５６との間の相対的な摺動変位を通じて円滑に吸収されるため、電動アクチュエータ５１１の耐久性が劣化することを阻止することができる。

さらに、ピストンロッド５２４の前進端におけるストロークエンドで衝撃が発生した場合、前記ピストンダンパ５５６ａの緩衝作用と共に、連結体５６０の環状フランジ部５６６が第２エンドダンパ５３６ｂに当接して緩衝作用が相乗効果的になされるため、より一層好適に衝撃が吸収される（図３３参照）。

同様に、ピストンロッド５２４の後進端におけるストロークエンドで衝撃が発生した場合、前記ピストンダンパ５５６ｂの緩衝作用と共に、ピストン５２２及び環状体５６８の端面が第１エンドダンパ５３６ａに当接して緩衝作用が相乗効果的になされるため、より一層好適に衝撃が吸収される（図２７参照）。

このように、ピストン５２２に設けられた一組のピストンダンパ５５６ａ、５５６ｂと、ハウジング５１２及びロッドカバー５１６に設けられた第１及び第２エンドダンパ５３６ａ、５３６ｂとを含む緩衝機構を設けることにより、両ストロークエンド間の中間位置並びに両ストロークエンドの任意の位置においてピストン５２２に付与される衝撃を好適に緩衝することができる。

また、圧縮空気が無い、若しくは使用できない環境であっても、エアシリンダと同様に使用可能なモータ駆動によるアクチュエータとして使用することができる。

この場合、エアシリンダと同様であるとは、ＯＮ／ＯＦＦ制御による駆動であること、コントローラが不要であること、ピストン５２２の押し当て動作が可能であること、センサ無しでも駆動可能であること、速度制御、推力制御が可能であること等をいう。

さらに、剛性ボデイを無くして平行な一組のガイドロッド５２０ａ、５２０ｂによって所定の剛性を確保することにより、部品点数を削減して製造コストを低減すると共に、軽量化を図ることができる。

さらにまた、駆動機器において衝突部位に衝撃吸収体（ダンパ）を配置することは一般的に行われているが、衝突時の衝撃値を５Ｇ以下、好ましくは２Ｇ以下になるようにダンパの性質、寸法及び変位量を設定することにより、ダンパの耐久性を向上させると共に、電動アクチュエータの耐久性をも向上させることができる。また、衝撃値の抑制によって各部の強度を軽減することができ、装置の小型・軽量化を達成することができる。

ハウジング５１２及びロッドカバー５１６の製造方法としては、例えば、アルミニウムダイカストによる一体成形、板金深絞り、あるいは、複数枚の鋼板を積層して一体的に形成した積層鋼板等を用いるとよい。

送りねじ軸５１８としては、樹脂製滑りねじ軸、金属製滑りねじ軸、ボールねじ軸、あるいはプーリに懸架されるタイミングベルト等を用いるとよい。

ところで、前記ピストン５２２及びピストンロッド５２４がストロークエンドまで到達した後、前記ピストンロッド５２４によってワークＷが所定位置に押し付けられ回転駆動源５１４に対して高負荷が付与された場合、前記回転駆動源５１４の駆動軸の回転が停止して拘束された状態となる。その際、回転駆動源５１４の駆動軸から出力されるトルクは、前記回転駆動源５１４に印加される電流と比例するため、前記拘束状態となったとき、予め規定されている電流値以上の電流（過電流）が回転駆動源５１４に印加されて、過電流が発生することによって回転駆動源５１４が焼損するおそれがある。

そこで、回転駆動源５１４に供給される電流を検出する電流センサ３８からの検出信号を検出線４１を介して電流アンプ／リミッタ３６に導入する。前記電流アンプ／リミッタ３６では、比較手段を介して予め設定され且つ記憶手段内に記憶された基準電流Ｉ_MAXと前記電流センサ３８からの検出信号とを比較すると共に、電流リミット手段を介して回転駆動源５１４に供給される電流が基準電流Ｉ_MAXを超えないようにリミットされる（図２参照）。

回転駆動源５１４を制御する際の電流値として、例えば、回転駆動源５１４の駆動軸が停止した拘束時では０．６Ａ以下、無負荷駆動時では０．２Ａ以下に制限することにより、前記回転駆動源５１４の長寿命化を図ることができる。

このように、本実施の形態のドライバ１８ａでは、回転駆動源５１４に供給される電流値を電流センサ３８を介して監視し、電流アンプ／リミッタ３６により、前記回転駆動源５１４に対する印加電流を基準電流Ｉ_MAX以下に制限している。この結果、回転駆動源５１４に高負荷が付与されてオン状態にある回転駆動源５１４の駆動軸が停止して拘束状態となった場合であっても、前記回転駆動源５１４に供給される電流が予め設定された基準電流Ｉ_MAX以下に制限されるため、過電流の発生による回転駆動源５１４の焼損を防止することができる。なお、回転駆動源５１４に供給される印加電流を制限することにより、トルクを制限することができることは勿論である。

次に、電動アクチュエータの変形例を図３５〜図３７に示す。なお、図２６に示される電動アクチュエータ５１１と同一の構成要素には同一の参照符号を付しその詳細な説明を省略する。

この変形例に係る電動アクチュエータ５８０は、一組のガイドロッド５２０ａ、５２０ｂがなく、円筒状のハウジング５８２と段付き円筒状のロッドカバー５８４とを連結する長尺な円筒状のチューブ５８６を備え、前記チューブ５８６の中空部５８８内にピストン５９０が収装されている点で前記電動アクチュエータ５１１と異なる。

前記ピストン５９０の外周面には、樹脂製材料によって形成され軸線方向に沿って延在する一組のガイドプレート５９２ａ、５９２ｂと、断面円弧状の半割り形状からなる一組のマグネット５９４ａ、５９４ｂとがそれぞれ凹部を介して固着される。

この場合、前記一組のガイドプレート５９２ａ、５９２ｂのみがチューブ５８６の内壁に形成された平坦なガイド面５９６ａ、５９６ｂに沿って摺動するように設けられているため、ピストン５９０に対するガイド作用及びチューブ５８６の周方向に対する周り止め作用がなされる。なお、前記ガイドプレート５９２ａ、５９２ｂを除いた他の部位においてはピストン５９０の外壁とチューブ５８６の内壁との間に所定のクリアランス５９８が設けられる（図３７参照）。

なお、ピストン５９０の内部に同一形状からなる摺動ナット５５２が摺動可能に装着される点は前記電動アクチュエータ５１１と同一である。また、前記摺動ナット５５２は、ピストン５９０の一端部に連結された連結体６００と、ピストン５９０の他端部に装着されたＣクリップ６０２とによって保持される。

前記チューブ５８６の外周面の所定部位には、例えば、近接センサ、フォトマイクロセンサ等の各種センサが図示しないバンドを介して装着され、前記マグネット５９４ａ、５９４ｂの磁界をチューブ５８６に装着されたセンサ（図示せず）によって検知することにより、ピストン５２２の位置検出がなされる。

一組のピストンダンパ５５６ａ、５５６ｂ及び第１及び第２エンドダンパ５３６ａ、５３６ｂの機能は、前記電動アクチュエータ５１１と同一であるため、その詳細な説明を省略する。

この場合、ピストンロッド５２４が伸縮動作するロッドタイプのみが開示されているが、これに限定されるものではなく、前記ピストン５２２に図示しないスライドテーブルを連結して使用するスライドテーブルタイプにも適用することができることは勿論である。

この場合、ピストンロッド５２４をピストン５２２から取り外し、ピストンロッド５２４が貫通する孔部が閉塞された図示しない他のロッドカバーを用いることによりロッドタイプからスライドテーブルタイプに容易に変更することができる。

制御システム１０ａでは、予め設定された所定トルクを超える負荷が回転駆動源に対して付与されたときに、減速比を自動的に切り換える減速比自動切換を組み込むと好適である。負荷によって回転駆動源の回転速度を自在にコントロールすることができるからである。

ここで、図３８は、回転駆動源５１４のみの場合と、回転駆動源５１４に減速比自動切換装置を付設した場合の速度に対するトルク特性図である。図３８から諒解されるように、回転駆動源５１４のみの場合よりも減速比自動切換装置を付設した場合の方が速度に対するトルクの制御を容易に行うことができる。

図３９は、方向制御用ドライバマニホールドの斜視図である。

複数の電動アクチュエータ５１１（電動シリンダ）に接続される複数の方向制御用のドライバ１８を複数連設してマニホールド化することが可能である。この場合、複数の方向制御用のドライバ１８はコネクタで電気信号又はシリアル信号でバス結合されている。また、ＡＣ１００〜２００Ｖ等又はＤＣ２４Ｖを発生させる装置を付設して供給するとよい。さらに、複数の方向制御用のドライバ１８は、長尺なレール部材によって着脱自在に連設される。さらに、前記ドライバ１８及び電源発生装置に、それぞれ、ファンを設けるとよい。

次に、回転数とトルク（電流値）との関係に関するモータ−ドライバ特性を図４０に示す。図４０から諒解されるように、電流を制限することにより、モータ（回転駆動源５１４）の焼損を防止することができると共に、トルクを制限することができる。また、図４１は、回転数とトルク（電流値）との関係に関する負荷−速度制御特性を示したものである。負荷に対応させて電流値を設定することにより、電流のリミット（例えば、リミット１〜４）が設定される。この場合、前記負荷は、例えば、ジェネレータや内部粘性抵抗等に基づくものである。

なお、以上の説明において、モータには、少なくとも、ＤＣモータ、コアレスモータ、ブラシレスＤＣモータ、リニアモータ、ボイスコイルモータ等が含まれる。

さらに、制御システム１０、１０ａに組み込まれた方向制御機器であるドライバ１８、１８ａは、それぞれ、オープンネットワーク（デバイスネット、プロフィバス、ＣＡＮ、インサーネット等）に対応し、他の制御機器とのネットワーク化が可能である。前記ネットワークを介してインターネットと携帯端末（携帯電話を含む）から離間操作・診断等を遂行することができる。

さらにまた、複合型ボデイ方向制御機器は、一台の方向制御機器によって複数のモータを制御することができる。前記方向制御機器を、通常の電源に代替してバッテリや電池（燃料電池を含む）等によって駆動させることができる。

本発明の実施の形態に係る電動アクチュエータ用ドライバが組み込まれた制御システムの斜視図である。図１に示す電動アクチュエータ用ドライバの概略ブロック構成図である。前記電動アクチュエータのスライダの変位量と回転駆動源に供給される電流との関係を示す特性図である。第１比較例に係るリレー回路のブロック構成図である。第２比較例に係るサーボ回路のブロック構成図である。電動アクチュエータの変形例を示す側面図である。電動アクチュエータのフレームを示す側面図である。電動アクチュエータの変形例を示す一部断面平面図である。カバーを取着した電動アクチュエータの変形例を示す斜視図である。ホルダによってセンサを付設した電動アクチュエータの変形例を示す斜視図である。電動アクチュエータと圧縮空気を利用したアクチュエータとを併用した変形例を示す斜視図である。真空ポートが連結された電動アクチュエータの変形例を示す斜視図である。図１２に示す電動アクチュエータに設けられたダストシールを示す部分拡大縦断面図である。フレームとスライダとの間に樹脂製ニードル軸が設けられた電動アクチュエータの変形例を示す一部断面平面図である。電動アクチュエータの変形例を示す正面図である。ＸＹＺの３軸に沿って電動アクチュエータを組み付けた状態を示す斜視図である。本出願人が提案する減速比自動切替装置の軸線方向に沿った縦断面図である。図１８ａ〜図１８ｃは、それぞれ、前記減速比自動切替装置において、入力軸と出力軸との連結態様を示す断面図である。図１９ａ〜図１９ｄは、それぞれ、入力軸と出力軸との間に種々の機構を設けた状態を示す断面図である。ベルトによってスライダを変位させる状態を示す断面図である。電動クランプ装置の一部破断側面図である。電動クランプ装置の軸線方向に沿った縦断面図である。油圧シリンダが併設された状態を示す一部破断側面図である。前記減速比自動切替装置の変形例を示す断面図である。本発明の変形例に係るドライバが組み込まれた制御システムの斜視図である。前記システムを構築する電動アクチュエータの斜視図である。図２６に示す電動アクチュエータの軸線方向に沿った部分縦断面図である。図２７のＸＸＶＩＩＩ−ＸＸＶＩＩＩ線に沿った縦断面図である。エンドダンパの斜視図である。ピストンダンパの斜視図である。中間位置においてピストンロッドがワークに当接した状態を示す部分縦断面図である。図３１の状態において、ピストンダンパによって衝撃が吸収される状態を示す動作説明図である。ピストンロッドの前進端においてピストンダンパとエンドダンパとによって衝撃が吸収される状態を示す動作説明図である。前記システムを構築するドライバの斜視図である。前記システムに組み込まれる他の電動アクチュエータの斜視図である。図３５のＸＸＸＶＩ−ＸＸＸＶＩ線に沿った部分縦断面図である。図３６のＸＸＸＶＩＩ−ＸＸＸＶＩＩ線に沿った縦断面図である。回転駆動源のみの場合と回転駆動源に減速機を付加した場合の速度に対するトルクの特性を示した図である。複数の方向制御用のドライバがマニホールド化された状態を示す斜視図である。モータ−ドライバ特性を示す特性図である。負荷−速度制御特性を示す特性図である。

符号の説明

１０、１０ａ…制御システム１２、５１４…回転駆動源
１４…スライダ１６、５１６、５８０…電動アクチュエータ
１８、１８ａ…ドライバ２０…コントローラ
３０…ボールねじ軸３２…ロッド
３４…方向切換手段３６…電流アンプ／リミッタ
３８…電流センサ４０…電流ループ

Claims

回転駆動源の回転駆動作用下に移動体が変位する電動アクチュエータの制御装置であって、
前記回転駆動源に対して供給される電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段からの検出信号と予め設定された基準電流とを比較する比較手段と、
付勢状態にある前記回転駆動源に対し負荷が付与されて該回転駆動源の駆動軸が停止して拘束された状態となったとき、該回転駆動源に供給される電流が基準電流を超えないようにリミットする電流制限手段と、
を備えることを特徴とする電動アクチュエータ用制御装置。