JP2016142696A

JP2016142696A - 位置検出装置

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Publication number: JP2016142696A
Application number: JP2015020710A
Authority: JP
Inventors: 悠樫原; Yu Kashihara; 佐藤　元; Hajime Sato; 元佐藤
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2015-02-04
Filing date: 2015-02-04
Publication date: 2016-08-08

Abstract

【課題】製造上の誤差や経年劣化等を原因とする誤検出を防止し、回転体の特定位置を確実に検出することができる位置検出装置を提供すること。
【解決手段】位置検出装置２０は、回転体２１と、フォトインタラプタ２２と、制御ユニット５と、から構成される。回転体２１には、工程特定切欠き部５０ａ〜ｈと、非透光部６０と、基準切欠き部５５と、比較非透光部６１と、が配置される。基準切欠き部５５は、周方向の長さが基準長さａに設定される。比較非透光部６１は、周方向の長さが基準長さａよりも短い比較長さｂに設定される。制御ユニット５は、フォトインタラプタ２２が光を検出する受光時間及びフォトインタラプタ２２が光を検出しない遮光時間を測定する。そして、受光時間に続いて測定される遮光時間が当該受光時間よりも短くなった位置に基づいて回転体２１の原点位置を検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転体の特定位置を検出する位置検出装置に関する。

従来から、回転体に複数の切欠き部を形成し、フォトインタラプタ等の検出部によって透光状態を検出し、回転体の位置を特定する位置検出装置が知られている。この種の位置検出装置を開示するものとして、例えば特許文献１がある。特許文献１には、複数の切欠き部を回転体の回転方向に沿って設け、ＯＮの検出時間と、このＯＮに続くＯＦＦの検出時間と、が一致したと判定されたときの位置を特定位置として検出する構成が開示されている。

特開２０１２−１１７８７３号公報

特許文献１に開示される位置検出装置は、固体差や使用条件によって回転数が変化するＤＣモータであっても、回転速度が一定であれば回転体の特定位置を検出することができる。しかしながら、ＯＮの検出時間とＯＦＦの検出時間が一致することを特定位置の検出条件に設定しているため、ＤＣモータの回転速度が一定であっても、回転体の製造誤差等によって検出時間にずれが生じた場合、特定位置が検出されなくなったり、特定位置の誤検出が生じたりするおそれがあった。このような事態を防止する方法として、ＯＮの検出時間とＯＦＦの検出時間の一致判定に、ある程度の範囲をもたせることが考えられる。しかし、製造上の誤差は図面公差によって範囲を設定できるとしても、経年劣化やソフト処理上の誤差等を考慮して適切な範囲を設定することは非常に困難であった。このように、従来の位置検出装置には、誤検出を防止し、特定位置を正確に検出するという点で改善の余地があった。

本発明は、製造上の誤差や経年劣化等を原因とする誤検出を防止し、回転体の特定位置を確実に検出することができる位置検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、回転体と、前記回転体の周方向に間隔をあけて配置される複数の透光部と、隣り合う２つの前記透光部の間に配置される複数の非透光部と、前記透光部を透過する光を検出する検出部と、前記回転体の位置を特定する位置特定部と、を備え、前記回転体の特定位置を検出する位置検出装置であって、複数の前記透光部は、周方向の長さが基準長さに設定された基準透光部を含み、複数の前記非透光部は、周方向の長さが前記基準長さと同一か前記基準長さよりも短い比較長さに設定された前記基準透光部に隣接する比較非透光部を含み、前記位置特定部は、前記検出部が光を検出する受光時間及び前記検出部が光を検出しない遮光時間を測定し、前記受光時間に続いて測定される前記遮光時間が前記受光時間と同じか前記受光時間よりも短くなった位置、又は、前記遮光時間に続いて測定される前記受光時間が前記遮光時間と同じか前記遮光時間よりも長くなった位置に基づいて前記回転体の特定位置を検出する位置検出装置に関する。

前記回転体は、隣接し合う一組の基準透光部と比較非透光部とを有することが好ましい。

前記基準長さは、前記比較長さに対して２倍以上であることが好ましい。

前記位置特定部は、前記検出部が光の検出状態となった時点において、前回の受光時間に対する前回の遮光時間の割合を算出し、算出された前記割合が予め設定される所定範囲にある場合に前記回転体が特定位置にあると判定することが好ましい。

前記所定範囲は、前回の受光時間に対する前回の遮光時間の割合が１００％未満であることが好ましい。

前記位置特定部は、前記検出部が光の非検出状態となった時点において、前回の遮光時間に対する前回の受光時間の割合を算出し、算出された前記割合が予め設定される所定範囲にある場合に前記回転体が特定位置にあると判定することが好ましい。

前記所定範囲は、前回の遮光時間に対する前回の受光時間の割合が１００％超過であることが好ましい。

本発明の位置検出装置によれば、製造上の誤差や経年劣化等を原因とする誤検出を防止し、回転体の特定位置を確実に検出することができる。

本実施形態の位置検出装置が適用される硬水軟化装置の概略図である。位置検出装置の回転体及びフォトインタラプタを示す図である。回転体の基準切欠き部及び比較非透光部の拡大図である。本実施形態の位置検出装置によって原点位置が検出される様子を示すタイムチャートである。

以下、本発明の位置検出装置の好ましい一実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態の位置検出装置２０は、硬水軟化装置１のカムシャフト１０の位置の特定に用いられるものである。

まず、硬水軟化装置１の全体構成について説明する。図１は、本実施形態の位置検出装置２０が適用される硬水軟化装置１の概略図である。なお、本明細書における「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。

図１に示すように、硬水軟化装置１は、圧力タンク２と、再生剤タンク３と、コントロールバルブ４と、駆動モータ３０と、位置検出装置２０と、制御ユニット５と、を備える。また、硬水軟化装置１のコントロールバルブ４には、原水ラインＬ１０、処理水ラインＬ１１、排水ラインＬ１２、駆動水ラインＬ１３、再生剤ラインＬ１４が接続される。

圧力タンク２は、有底円筒状の中空容器であり、陽イオン交換樹脂ビーズからなるイオン交換樹脂床を収容する。圧力タンク２には、コントロールバルブ４に接続される外管１３及び内管１４が差し込まれる。外管１３は、圧力タンク２の中央部まで延出し、中央通水口１５が形成される。内管１４は、外管１３の中空部分に配置される。内管１４は、圧力タンク２の下部まで延出し、その端部には下部通水口１６が形成される。また、圧力タンク２の上部には、コントロールバルブ４に接続される上部通水口１７が形成される。

再生剤タンク３は、圧力タンク２内のイオン交換樹脂床の再生剤を貯留する。再生剤タンク３は、再生剤ラインＬ１４を介してコントロールバルブ４に接続されている。

コントロールバルブ４は、硬水軟化装置１の処理工程に応じて流路を切り替える複数のバルブ（図示省略）を有する流路制御弁である。このコントロールバルブ４によって、圧力タンク２の各通水口（中央通水口１５、下部通水口１６及び上部通水口１７）と各ライン（原水ラインＬ１０、処理水ラインＬ１１、排水ラインＬ１２、駆動水ラインＬ１３及び再生剤ラインＬ１４）の経路の接続及び解除が行われる。本実施形態では、硬水軟化装置１の工程として、例えば、通水工程、逆洗工程、再生工程（通液工程）、押出工程、急洗工程（リンス工程）、エア抜き工程、待機工程、補水工程等が順次行われる。

本実施形態のコントロールバルブ４は、カムシャフト１０によって流路を切り替えるカム駆動式である。カムシャフト１０は、回転軸１１と、この回転軸１１に固定される複数のカム１２と、から構成される。このカムシャフト１０のカム１２によって前述のバルブの開閉が行われ、流路が切り替えられる。

駆動モータ３０は、その駆動力をカムシャフト１０の回転軸１１に伝達する駆動装置である。本実施形態の駆動モータ３０は、ＤＣモータであり、減速ギア（図示省略）を介してその駆動力が回転軸１１に伝達されるように構成される。駆動モータ３０は、制御ユニット５に電気的に接続されており、制御ユニット５からの信号に基づいて駆動される。

位置検出装置２０は、カムシャフト１０の回転位置を検出するためのものである。本実施形態の位置検出装置２０は、回転体２１と、フォトインタラプタ２２と、制御ユニット５と、から構成される。

回転体２１は、カムシャフト１０の回転軸１１の端部に接続されており、カムシャフト１０と一体的に回転するように構成される。次に、回転体２１の詳細な構成について説明する。図２は、位置検出装置２０の回転体２１及びフォトインタラプタ２２を示す図である。

図２に示すように、回転体２１は、非透光性の材料によって円板状に形成される。本実施形態の回転体２１は、フォトインタラプタ２２の光を透過させる透光部として、工程特定切欠き部５０ａ〜ｈ及び基準切欠き部５５を有する。

位置検出装置２０における工程特定切欠き部５０ａ〜ｈの機能について説明する。工程特定切欠き部５０ａ〜ｈは、カムシャフト１０の現在位置を特定するための透光部である。工程特定切欠き部５０ａ〜ｈは、フォトインタラプタ２２の検出位置を通過する時点のカムシャフト１０の状態に対応するように回転体２１に配置される。

本実施形態では、回転体２１の回転方向（図３の矢印の向き）の順に、通水工程の位置に対応する工程特定切欠き部５０ａ、補水工程の位置に対応する工程特定切欠き部５０ｂ、待機工程の位置に対応する工程特定切欠き部５０ｃ、エア抜き工程の位置に対応する工程特定切欠き部５０ｄ、急洗工程の位置に対応する工程特定切欠き部５０ｅ、押出工程に対応する工程特定切欠き部５０ｆ、再生工程の位置に対応する工程特定切欠き部５０ｇ、逆洗工程の位置に対応する工程特定切欠き部５０ｈが配置されている。

基準切欠き部５５は、カムシャフト１０の現在位置を特定するための基準となる原点位置（特定位置）を検出するための基準透光部である。本実施形態の基準切欠き部５５は、工程特定切欠き部５０ｅと、工程特定切欠き部５０ｆと、の間に配置されている。

上述の通り、回転体２１は、非透光性の材料で形成されており、工程特定切欠き部５０ａ〜ｈ及び基準切欠き部５５が形成されていない部分は、フォトインタラプタ２２の光を遮光する非透光部６０及び比較非透光部６１として機能する。

非透光部６０は、工程特定切欠き部５０ａ〜ｈのそれぞれの間に位置する。非透光部６０は、その何れも周方向の幅が工程特定切欠き部５０ａ〜ｈの周方向の幅よりも広くなっている。また、基準切欠き部５５と工程特定切欠き部５０ｆの間の非透光部６０においても、その幅が工程特定切欠き部５０ｆよりも広くなっている。

比較非透光部６１は、基準切欠き部５５とともに原点位置を検出するための非透光部である。比較非透光部６１は、基準切欠き部５５と工程特定切欠き部５０ｅの間に位置する。

次に、基準切欠き部５５と比較非透光部６１の関係について説明する。図３は、回転体２１の基準切欠き部５５及び比較非透光部６１の拡大図である。

図３に示すように、基準切欠き部５５の周方向の幅を基準長さａとし、比較非透光部６１の周方向の長さを比較長さｂとすると、基準長さａの方が比較長さｂよりも長くなるように、回転体２１が形成される。即ち、基準切欠き部５５と工程特定切欠き部５０ｅの間の幅（比較長さｂ）が、基準切欠き部５５の幅（基準長さａ）よりも狭くなるように、基準切欠き部５５と工程特定切欠き部５０ｅが配置されているのである。

本実施形態では、回転体２１の回転中心を中心として、基準切欠き部５５の周方向における一側の端面から他側の端面までの角度（基準長さａの範囲）が１４度になるように設定されている。同様に、比較非透光部６１は、周方向における一側の端部から他側の端部までの角度（比較長さｂの範囲）が５度になるように設定されている。即ち、基準長さａは、比較長さｂの２．８倍の長さになっている。

次に、フォトインタラプタ２２について説明する。フォトインタラプタ２２は、発光部及び受光部（何れも図示省略）を有し、発光部から発光された光を受光部で検出する検出部である。本実施形態のフォトインタラプタ２２は、工程特定切欠き部５０ａ〜ｈ及び基準切欠き部５５が配置される同一円周上で光の検出を行う。フォトインタラプタ２２は、制御ユニット５に電気的に接続されており、制御ユニット５に対し、光を検出した場合にはＯＮ（受光）信号を送信し、光が検出されない場合にはＯＦＦ（遮光）信号を送信する。

制御ユニット５は、ＣＰＵ、メモリ等から構成されるコンピュータであり、硬水軟化装置１の各処理を制御する。本実施形態の制御ユニット５は、位置検出装置２０によってカムシャフト１０の現在位置を特定しながらカムシャフト１０を処理工程に応じた位置に回転させて、コントロールバルブ４内の流路を切り替える。

カムシャフト１０の現在位置の検出は、工程特定切欠き部５０ａ〜ｈを通過したときのフォトインタラプタ２２の検出信号（ＯＮ信号及びＯＦＦ信号）と、硬水軟化装置１の起動時や再起動時等に設定される原点位置と、に基づいて判定される。

次に、本実施形態の位置検出装置２０による原点位置の設定について説明する。図４は、本実施形態の位置検出装置２０によって原点位置が検出される様子を示すタイムチャートである。

本実施形態では、回転体２１の原点位置が、比較非透光部６１の工程特定切欠き部５０ｅ側の端部に設定される。制御ユニット５は、この比較非透光部６１の端部（エッジ部分）を検出することで、回転体２１の原点位置がフォトインタラプタ２２の検出位置にあるか否かを判定する。

制御ユニット５は、硬水軟化装置１の起動や再起動等のトリガを検出すると、原点を特定する処理を開始する。制御ユニット５は、駆動モータ３０を制御して回転体２１を等速度で回転させるとともに、フォトインタラプタ２２の検出信号を監視する。図４に示すように、フォトインタラプタ２２は、工程特定切欠き部５０ａ〜ｈ及び基準切欠き部５５がフォトインタラプタ２２の検出位置を通過するときはＯＮ信号（受光状態）となり、非透光部６０及び比較非透光部６１がフォトインタラプタ２２の検出位置を通過するときはＯＦＦ信号（遮光状態）となる。

制御ユニット５は、フォトインタラプタ２２の検出信号に基づいて受光時間と遮光時間を測定する。受光時間は、ＯＦＦ信号からＯＮ信号になったときから再びＯＦＦ信号になるときまでの時間である。遮光時間は、ＯＮ信号からＯＦＦ信号になったときから再びＯＮ信号になるときまでの時間である。

制御ユニット５は、受光時間に対して連続して測定される遮光時間の割合を常時監視し、その割合が予め設定される所定範囲内になった位置を原点位置と判定する。本実施形態では、所定範囲は１００％未満に設定されており、遮光時間がその直前に測定された受光時間よりも短くなることが原点位置の検出条件となっている。なお、所定範囲は、ノイズや製造上の誤差等を考慮し、その設定を適宜変更することができる。例えば、所定範囲を５％以上１００％以下として設定することも可能である。

非透光部６０は、工程特定切欠き部５０ａ〜ｈよりも周方向に幅広に形成されている。そのため、工程特定切欠き部５０ａ〜ｈを通過している間の受光時間よりも、この受光時間に続く非透光部６０を通過している間の遮光時間の方が長くなる。即ち、工程特定切欠き部５０ａ〜ｈに隣接する非透光部６０を通過した時点では、受光時間に対する遮光時間の割合が１００％を超える（例えば、４００％）。従って、上述の所定範囲に入らず、制御ユニット５によって原点位置と判定されない。

一方、図４に示すように、回転体２１の原点位置として設定される比較非透光部６１がフォトインタラプタ２２の検出位置を通過する場合、受光時間に連続して測定される遮光時間は、当該受光時間よりも短くなる。即ち、基準切欠き部５５の受光時間に対する比較非透光部６１の遮光時間の割合は１００％未満となる（例えば、３６％）。従って、原点位置と判定される上述の所定範囲に含まれることになり、制御ユニット５によって回転体２１の原点位置が特定される。

制御ユニット５は、フォトインタラプタ２２の検出値に基づいて原点位置を特定すると駆動モータ３０を停止し、回転体２１の回転を止める。これにより、原点位置の特定及び原点位置の設定が完了し、制御ユニット５は、次の処理に移行する。上述のように、硬水軟化装置１による軟化処理が開始されると、設定された原点位置及び工程特定切欠き部５０ａ〜ｈにおけるフォトインタラプタ２２の検出値に基づいてカムシャフト１０の現在位置を特定しながら、コントロールバルブ４の流路の切り替えを行う。このように、本実施形態の位置検出装置２０は、原点位置の検出と、カムシャフト１０の処理を特定するための検出と、が１つのフォトインタラプタ２２によって行われており、原点位置の検出のためにフォトインタラプタを別途用意する必要がなく、部品点数の削減も実現されている。

以上説明した本実施形態の位置検出装置２０によれば、以下のような効果を奏する。
本実施形態の位置検出装置２０は、回転体２１と、フォトインタラプタ２２と、制御ユニット５と、から構成される。回転体２１には、工程特定切欠き部５０ａ〜ｈと、非透光部６０と、基準切欠き部５５と、比較非透光部６１と、が配置される。基準切欠き部５５は、周方向の長さが基準長さａに設定される。比較非透光部６１は、周方向の長さが基準長さａよりも短い比較長さｂに設定される。制御ユニット５は、フォトインタラプタ２２が光を検出する受光時間及びフォトインタラプタ２２が光を検出しない遮光時間を測定する。そして、受光時間に続いて測定される遮光時間が受光時間よりも短くなった位置に基づいて回転体２１の原点位置を検出する。

これにより、複数の工程特定切欠き部５０ａ〜ｈと非透光部６０が連続する回転体２１であっても、受光時間に続いて測定される遮光時間が受光時間よりも短くなるのは、基準切欠き部５５に隣接する比較非透光部６１が通過したときだけなので、誤検出を効果的に防止しつつ、回転体２１の原点位置（特定位置）を確実に特定できる。

回転体２１は、隣接し合う一組の基準切欠き部５５と比較非透光部６１とを有する。これにより、回転体２１の特定位置である原点位置を確実に特定することができる。

回転体２１は、基準長さａが比較長さｂに対して２倍以上になるように構成される。これにより、基準長さａが比較長さｂに対して２倍以上とその長さが十分に確保されているので、回転体２１の設計誤差や回転速度のブレが生じても、それらの誤差要因に影響されることなく、原点位置にある否かを正確に判定することができる。

制御ユニット５は、フォトインタラプタ２２が光の検出状態となった時点において、前回の受光時間に対する前回の遮光時間の割合を算出し、算出された割合が予め設定される所定範囲にある場合に回転体２１が原点位置にあると判定する。

これにより、比較非透光部６１の端部に基づいて原点位置を一層正確に判定することができる。また、装置構成に応じて所定範囲をソフトウェア上で適宜設定することで、回転体２１の設計変更を行うことなく、誤検出をより効果的に防止できる。更に、比較非透光部６１の端部が、フォトインタラプタ２２の検出位置を通過した時点で原点位置と判別できるので、比較非透光部６１の端部が検出位置に達した時点でカムシャフト１０の回転を停止させる等の制御も可能となる。

所定範囲は、前回の受光時間に対する前回の遮光時間の割合が１００％未満に設定される。これにより、制御ユニット５による原点位置の判定を一層正確に行うことができる。

なお、上記実施形態の位置検出装置２０では、受光時間に連続する遮光時間が、直前に測定された受光時間よりも短くなった時点の位置を原点位置と判定する構成であるが、この構成に限定されるわけではない。例えば、上記実施形態の回転体２１の基準切欠き部５５と比較非透光部６１の位置を入れ替える又は回転体２１の回転方向を反対にした場合でも、制御ユニット５が以下のように原点位置の判定を行うことで回転体２１の原点位置を特定することができる。即ち、制御ユニット５が、遮光時間に連続する受光時間が、直前に測定された遮光時間よりも長くなった時点の位置に基づいて原点位置を判定するのである。この場合、制御ユニット５は、フォトインタラプタ２２が光の非検出状態となった時点において、前回の遮光時間に対する前回の受光時間の割合を算出し、算出された割合が予め設定される所定範囲にある場合に回転体２１が原点位置にあると判定する。そして、所定範囲は、前回の遮光時間に対する前回の受光時間の割合が１００％超過であるように設定されることが好ましい。

以上、本発明の位置検出装置２０の好ましい一実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。例えば、回転体２１が備える基準切欠き部５５の基準長さａ及び比較非透光部６１の比較長さｂは、上記実施形態の割合に限定されず、適宜変更できる。例えば、基準長さａと比較長さｂを等しい長さにすることもできる。

上記実施形態では、工程特定切欠き部５０ａ〜ｈ及び基準切欠き部５５は、いずれも切欠き部として形成されているが、この構成に限定されない。透光部及び基準透光部として、透光性のある材料を回転体２１に配置する構成とすることもできる。

上記実施形態では、回転体２１には、基準透光部としての基準切欠き部５５及び比較非透光部６１が１組配置される構成であるが、この構成に限定されない。例えば、基準透光部と比較非透光部の組合せを複数配置し、複数の基準点に基づいて回転体の特定位置を検出する構成とすることができる。また、原点位置の検出だけではなく、上記実施形態の処理工程の検出にも適用してもよい。

上記実施形態では、回転体２１が円板上に構成されているが、この構成に限定されない。例えば、回転体を一側の端部が開放された筒状に形成し、筒状の側面に透光部としての工程特定切欠き部及び基準切欠き部を形成する構成としてもよい。また、回転体を扇形状とすることも可能である。このように、回転体の構成は、事情に応じて適宜変更することができる。

上記実施形態では、硬水軟化装置１に適用される位置検出装置２０を例示したが、本発明の位置検出装置は、回転体の位置を特定する種々の装置に適用することができる。

５制御ユニット（位置特定部）
２０位置検出装置
２１回転体
２２フォトインタラプタ（検出部）
５０ａ〜ｈ工程特定切欠き部（複数の透光部）
５５基準切欠き部（基準透光部）
６０非透光部
６１比較非透光部
ａ基準長さ
ｂ比較長さ

Claims

回転体と、
前記回転体の周方向に間隔をあけて配置される複数の透光部と、
隣り合う２つの前記透光部の間に配置される複数の非透光部と、
前記透光部を透過する光を検出する検出部と、
前記回転体の位置を特定する位置特定部と、を備え、前記回転体の特定位置を検出する位置検出装置であって、
複数の前記透光部は、周方向の長さが基準長さに設定された基準透光部を含み、
複数の前記非透光部は、周方向の長さが前記基準長さと同一か前記基準長さよりも短い比較長さに設定された前記基準透光部に隣接する比較非透光部を含み、
前記位置特定部は、前記検出部が光を検出する受光時間及び前記検出部が光を検出しない遮光時間を測定し、
前記受光時間に続いて測定される前記遮光時間が前記受光時間と同じか前記受光時間よりも短くなった位置、又は、前記遮光時間に続いて測定される前記受光時間が前記遮光時間と同じか前記遮光時間よりも長くなった位置に基づいて前記回転体の特定位置を検出する位置検出装置。
前記回転体は、隣接し合う一組の基準透光部と比較非透光部とを有する請求項１に記載の位置検出装置。
前記基準長さは、前記比較長さに対して２倍以上である請求項１又は２に記載の位置検出装置。
前記位置特定部は、前記検出部が光の検出状態となった時点において、前回の受光時間に対する前回の遮光時間の割合を算出し、算出された前記割合が予め設定される所定範囲にある場合に前記回転体が特定位置にあると判定する請求項１〜３のいずれかに記載の位置検出装置。
前記所定範囲は、前回の受光時間に対する前回の遮光時間の割合が１００％未満である請求項４に記載の位置検出装置。
前記位置特定部は、前記検出部が光の非検出状態となった時点において、前回の遮光時間に対する前回の受光時間の割合を算出し、算出された前記割合が予め設定される所定範囲にある場合に前記回転体が特定位置にあると判定する請求項１〜３のいずれかに記載の位置検出装置。
前記所定範囲は、前回の遮光時間に対する前回の受光時間の割合が１００％超過である請求項６に記載の位置検出装置。