JP2009526510A - 軸方向力測定部が組み込まれた回転駆動部と直線駆動部を備えるモータ - Google Patents

Abstract

回転駆動部と直線駆動部とを備えるモータにおいて、直線駆動部によって引き起される軸方向力は、直線駆動部のロータ（３０）を従動軸（２４）と連結するモータ部材（カップ状円板２２）の変形を測定することで、定量的に検出可能である。そして、既知である線形の関係に基づいて、又は校正に基づいて、相応の信号を軸方向力の測定値に割り当てることができる。変形を計測するために、歪ゲージ（ＤＭＳ１〜ＤＭＳ４）が利用される。

Description

本発明は、従動軸を回転運動させる回転駆動部と、従動軸を直進運動させる直線駆動部とを備えるモータに関し、前記直線駆動部は、ステータとの相互作用により従動軸に直線運動を生ずるロータを含み、該ロータは、ロータを前記従動軸と連結するモータ部材を介して軸方向力を前記従動軸へ及ぼすものに関する。

回転駆動部と直線駆動部の双方を備えるこの種のモータは、例えばプラスチック射出成形機の射出・調量ユニットのために用いられる。可塑化されたプラスチックの射出成形圧を制御可能とするには、直線駆動部から従動軸に加わる軸方向力の情報が必要である。

従来、軸方向力を惹起するステータ電流を参照し、軸方向力を求める取組みがなされてきた。しかしこの手法では、軸方向力を正確に、特に誤差なしで判定できない。軸方向力測定に関して高い精度要求が課される場合、このような判定は不十分である。

本発明の課題は、軸方向力に関して一層正確な情報を測定できるように、冒頭に述べた種類のモータを改良することにある。

本課題は、請求項１に記載の特性を有するモータによって解決される。

即ち、本発明によると、モータは、モータ部材の変形に依存する測定信号を取得する装置と、取得した測定信号に軸方向力の測定値を割り当てる装置とを含む。

換言すると、変形を測定し、この測定結果を評価する。この評価は、従来の計算モジュールを通じて行える。事前の校正に基づき、測定した変形への軸方向力の割り当てを行える。軸方向力の値を、例えば割り当てをする装置により相応の表示装置を通じて出力し、又は制御ユニットへ電子的に供給することができる。

回転駆動部と直線駆動部を備える冷却用モータは、幾つかの設計形式のものが存在している。通常は、上述したモータ部材がカップ状円板である設計形式が好ましい。カップ状円板はその中心点で従動軸と連結されている。カップ状円板の縁部に、直線駆動部のロータが付設されている。それに応じてカップ状円板は通常円筒形である。

測定信号を取得する装置は、少なくとも１つの歪ゲージを含むのが好ましい。歪ゲージは、本体の伸長又は圧縮に基づいてその抵抗値が変化する電気部品である。歪ゲージを、測定すべき部材と固定的に連結しておけば、歪ゲージの変形は測定すべき部材の変形を模倣し、この変形を抵抗測定により判定可能である。通常、外部電圧を用いて電流を歪ゲージに流し、本来の測定信号となる電圧を適当な個所で取り出す。

歪ゲージの使用は、歪ゲージが格別に省スペースであるという利点がある。歪ゲージは簡素に構成され、容易に取扱可能である。

１つの好ましい実施形態では、歪ゲージをモータ部材の前面と裏面に各々対をなして配置する。カップ状円板の場合、前面と裏面の各々の個所が互いに直接的に対応配置され、一方の歪ゲージが他方の歪ゲージのいわば「背後に」配置されることとなる。換言すると歪ゲージの大きさが等しい場合、透明なモータ部材を平面図で見ると、一方の歪ゲージしか見えない。他方の歪ゲージは、ちょうど視線の先でその背後にあるからである。

電気的にブリッジ構造をなすように配線された、このような種類の２組の歪ゲージを使用するのが好ましい。この場合、各組の両方の歪ゲージを、各々ブリッジの異なる並列な辺に配置する。測定信号はブリッジ電圧であり、即ち、各並列な辺の間でブリッジの中央において発生する電圧である。

ブリッジ構造は、同じ４つの歪ゲージを評価するための格別に簡単な構造であり、それにより、モータ部材／カップ状円板における２つの異なる個所を検出でき、これは各々前面と裏面で行える。

次に、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。

全体として符号１０を付したモータはハウジング１２を有し、その中に回転駆動部と直線駆動部が共に配置されている。各駆動部は、ステータとロータを含む。回転駆動部は、ステータ１４と、ステータ１４内で回転するロータ１６とを含む。ロータ１６は、軸受２０内で回転する軸１８と結合されている。軸１８はカップ状円板２２に付設されている。更に軸１８の延長部では、カップ状円板２２に従動軸２４が付設されている。従って、軸１８の回転に伴い従動軸２４も回転する。従動軸２４は軸受２６で支承されている。軸受２０と２６は、各々の軸１８又は２４の回転運動を許容するばかりでなく、これらの直線運動をも許容する。直線運動は直線駆動部を通じて導入される。直線駆動部に、ステータ２８とロータ３０が属している。ロータ３０はカップ状円板２２と連結され、円筒の形状をしている。カップ状円板２２はいわばカップの底面を形成し、ロータ３０はその壁部を形成している。

モータ１０は、プラスチック射出成形機の射出・調量ユニットで用いられる典型的なモータである。該モータは、可塑化したプラスチックの射出成形圧を制御する。そのため、従動軸２４のところで軸方向に作用する力（軸方向力）に関する情報が必要である。換言すると、ステータ２８とロータ３０に起因して引き起される、直線運動を惹起する力に関する定量化された情報が必要である。

本例では、この定量化された量を判定するシステムは、カップ状円板２２の変形の測定と基礎とする。ロータ３０はカップ状円板２２の外側縁部に作用し、従動軸２４はカップ状円板２２の中央に付設されているので、軸方向力が働くとレバー作用が生じ、これ基づきカップ状円板２２の変形が生じる。そしてこの変形を、軸方向力と関連づけ得る。即ち変形の測定は、軸方向力に関し定量化された情報を得ることを可能にする。

変形の測定は次のようにして行われる。
図２Ａと２Ｃに示す如く、カップ状円板２２の前面にはカップ状円板２２の半径方向に延びる２つの歪ゲージ、即ち歪ゲージＤＭＳ１とＤＭＳ２が設けられている。カップ状円板２２の裏面にはちょうど同じ個所に歪ゲージＤＭＳ３とＤＭＳ４が設けられている。歪ゲージＤＭＳ４は歪ゲージＤＭＳ１の「背後に」位置し、歪ゲージＤＭＳ３は歪ゲージＤＭＳ２の「背後に」位置している。ここで、円板が図２Ｂに横から示しているような静止状態から湾曲した状態に変わると想定すると、円板の中心は一方の方向へ動き、円板の縁部はこれと完全に反対の方向へ動く。その際、例えば歪ゲージＤＭＳ１とＤＭＳ２が圧縮されるのに対して、ひすみゲージＤＭＳ３とＤＭＳ４は伸長する。

歪ゲージは、圧縮又は伸長時にその抵抗を変化させる。図２Ａと２Ｃに示す前面と裏面への歪ゲージの取付けは、図３に示すようなブリッジ回路を可能にする。この際、カップ状円板２２の互いに対応する個所に各々取り付けられている歪ゲージが、ブリッジの並列な辺に配置され、即ち一方のＤＭＳ１と他方のＤＭＳ４、又は一方のＤＭＳ３と他方のＤＭＳ２がそのように配置されている。このとき、各々同じ側にあるゲージは下側部分の各々他方の辺に配置され、即ちＤＭＳ２はＤＭＳ１（左上の辺）と同じ側にあり、ブリッジ回路の下側部分で右の辺に配置され、それに対しＤＭＳ３はＤＭＳ４と同じ側にあり、下側部分のブリッジ回路の左側の辺に配置され、それに対してＤＭＳ４は右上の辺にある。そして図示のブリッジ回路に外部電圧Ｕｅが印加される。上述の歪ゲージの配線は、カップ状円板２２の変形時、所定のブリッジ電圧Ｖが発生するようになっている。

理論上の曲線を図４に示す。ここでは、作用する軸方向力（単位ｋＮで測定）に対し、変形が線形に生ずることを前提としている。ブリッジ電圧は、変形に対して線形となる。図４に示すような線形の関係が、ブリッジ電圧と軸方向力の間で生じる。

実際のモータでは、このような線形関係とは事情が異なっている可能性がある。そのときは、校正を行うとよい。力測定器を用いて軸方向力を変形と同時に測定でき、かくして、測定した電圧を力に対して校正することができる。

軸方向力の測定値は制御のために必要なので、モータの内部、モータの表面又はモータの周辺に、このような測定値を電子式に評価するための相応の装置がある。図４に示す線形の関係を反映する式或いは較正表を、同じく測定信号の供給を受ける計算モジュールに格納しておいてもよい（図示せず）。換言すると、計算モジュールは軸方向力の測定値を取得された測定信号に割り当てて、これを制御システムへ供給し、又は必要ならこれを表示器で表示する。

本発明は、軸方向力の測定値の非常に正確な判定を可能にする。その際に適用する手段には左程高いコストがかからない。特に、歪ゲージＤＭＳ１からＤＭＳ４は、左程の支障をもたらすことなく、カップ状円板２２へ取り付けることができる。図３に示すブリッジ回路は簡素であり、高いコストがかからない。

本発明を具体化することができるモータを示す断面図である。 図１のモータに付属するカップ状円板を示す平面図である。 カップ状円板を軸とともに示す側面図である。 別の２つの歪ゲージを備えるカップ状円板を示す裏面図である。 図２Ａおよび図２Ｃに基づく歪ゲージの電気配線図である。 ブリッジ電圧と軸方向力の関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ モータ、１２ ハウジング、１４、２８ ステータ、１６、３０ ロータ、１８、２４ 軸、２０、２６ 軸受、２２ カップ状円板、ＤＳＭ１〜ＤＳＭ４ 歪ゲージ

Claims (5)

1. 従動軸（２４）を回転運動させる回転駆動部と、前記従動軸（２４）を直進運動させる直線駆動部とを備えるモータ（１０）であって、前記直線駆動部は、ステータ（２８）との相互作用により前記従動軸（２４）に直線運動を生ずるロータ（３０）を含み、
   該ロータ（３０）は、ロータ（３０）と前記従動軸（２４）とを連結するモータ部材（２２）を介して軸方向力を前記従動軸（２４）へ及ぼすモータにおいて、
   前記モータは、
   前記モータ部材の変形に応じた測定信号を取得する装置（ＤＭＳ１〜ＤＭＳ４）と、
   取得した測定信号に軸方向力の測定値を割り当てる装置と
   を含むことを特徴とするモータ。
2. 前記モータ部材がカップ状円板（２２）であることを特徴とする請求項１記載のモータ。
3. 測定信号を取得する前記装置が少なくとも１つの歪ゲージ（ＤＭＳ１〜ＤＭＳ４）を含むことを特徴とする請求項１又は２記載のモータ。
4. 前記歪ゲージ（ＤＭＳ１〜ＤＭＳ４）は対をなすように、前記モータ部材（２２）の前面の歪ゲージ（ＤＭＳ１、ＤＭＳ２）と、裏面の歪ゲージ（ＤＭＳ３、ＤＭＳ４）とを各々含むように配置されることを特徴とする請求項３記載のモータ。
5. 電気的にブリッジ構造をなすように配線された２組の歪ゲージを備え、各組の両方の歪ゲージは各々ブリッジの異なる並列な辺に配置され、並列な辺の間でブリッジの中心において発生するブリッジ電圧（Ｖ）が測定信号である請求項４記載のモータ。

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