JP2019193386A - 動作状態判別装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの駆動制御するための原点を設定することなく、フォトセンサの検出値から被動作体の動作状態を判別する。【解決手段】回転板１４０は、被動作体１２０が上記一の動作状態になったときに１対の縁部のうちの一方が上記光を遮断しない位置から遮断する位置に移り、かつ、被動作体１２０が上記他の動作状態になったときに１対の縁部のうちの他方が上記光を遮断する位置から遮断しない位置に移るように配置されている、または、被動作体１２０が上記一の動作状態になったときに１対の縁部のうちの上記一方が上記光を受光部１５２に向けて反射しない位置から反射する位置に移り、かつ、被動作体１２０が上記他の動作状態になったときに１対の縁部のうちの上記他方が上記光を受光部１５２に向けて反射する位置から反射しない位置に移るように配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、動作状態判別装置に関する。

位置決め動作装置の構成を開示した先行文献として、特開２００３−３４８８９５号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された位置決め動作装置は、被動作体と、ステッピングモータと、螺旋送り軸と、複数のスリット部が形成された固定子と、複数のスリット部を検出するフォトセンサとを備える。

螺旋送り軸は、被動作体と螺合している。ステッピングモータは、螺旋送り軸を回転駆動することにより、被動作体を位置決め動作させる。固定子は、螺旋送り軸の上方に並設されている。複数のスリット部の各々の幅寸法は、互いに異なるように設定されている。

位置決め動作装置においては、スリット部の幅の違いによるフォトセンサの信号変化の推移の違いによって被動作体の現在位置を判別し、この現在位置を基準にしてステッピングモータの駆動制御するための原点を設定している。

特開２００３−３４８８９５号公報

特許文献１に記載された位置決め動作装置は、螺旋送り軸を回転駆動することにより被動作体を螺旋送り軸の軸方向の両方に移動可能に構成されているため、ステッピングモータの駆動制御するための原点を設定する必要がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、モータの駆動制御するための原点を設定することなく、フォトセンサの検出値から被動作体の動作状態を判別することができる、動作状態判別装置を提供することを目的とする。

本発明に基づく動作状態判別装置は、モータと、被動作体と、１つのみのフォトセンサと、少なくとも１つの回転板とを備える。モータは、回転軸を有する。被動作体は、モータが一方向に回転駆動することにより一の動作状態および他の動作状態のいずれか一方を交互に取り得る。フォトセンサは、光を出射する発光部、および、上記光を検出する受光部を有する。回転板は、回転軸から回転軸の径方向外側に向けて延在している。回転板は、発光部から出射された上記光の光路を横切るように回転軸を中心に回転軸とともに回転する。回転板は、回転軸の周方向の両端に、回転軸の径方向に沿う１対の縁部を有する。回転板は、被動作体が上記一の動作状態になったときに１対の縁部のうちの一方が上記光を遮断しない位置から遮断する位置に移り、かつ、被動作体が上記他の動作状態になったときに１対の縁部のうちの他方が上記光を遮断する位置から遮断しない位置に移るように配置されている、または、被動作体が上記一の動作状態になったときに１対の縁部のうちの上記一方が上記光を受光部に向けて反射しない位置から反射する位置に移り、かつ、被動作体が上記他の動作状態になったときに１対の縁部のうちの上記他方が上記光を受光部に向けて反射する位置から反射しない位置に移るように配置されている。

本発明の一形態においては、受光部が上記光の受光の有無の変化を検出した変化時点から設定時間内に受光部が上記光の受光の有無の変化を検出た場合に、上記変化時点での上記変化はノイズであると判別する。

本発明の一形態においては、回転板は、扇形状の外形を有する。
本発明の一形態においては、被動作体は、回転軸に連結されたカムを介して駆動される。

本発明の一形態においては、被動作体は、開状態および閉状態のいずれか一方を交互に取り得るバルブである。

本発明の一形態においては、モータは、ステッピングモータである。

本発明によれば、モータの駆動制御するための原点を設定することなく、フォトセンサの検出値から被動作体の動作状態を判別することができる。

本発明の実施形態１に係る動作状態判別装置において、被動作体が一の動作状態になったときの構成を示す断面図である。 図１の動作状態判別装置を矢印ＩＩ方向から見た正面図である。 図１の動作状態判別装置をＩＩＩ−ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。 本発明の実施形態１に係る動作状態判別装置において、被動作体が他の動作状態になったときの構成を示す断面図である。 図４の動作状態判別装置を矢印Ｖ方向から見た正面図である。 図４の動作状態判別装置をＶＩ−ＶＩ線矢印方向から見た断面図である。 本発明の実施形態１に係る動作状態判別装置が備えるフォトセンサの検出信号波形を示すグラフである。 本発明の実施形態１に係る動作状態判別装置が備えるフォトセンサのノイズを含む検出信号波形を示すグラフである。 本発明の実施形態２に係る動作状態判別装置における回転軸と被動作体との連結部の構成を示す部分断面図である。 本発明の実施形態３に係る動作状態判別装置における回転軸と被動作体との連結部の構成を示す部分断面図である。

以下、本発明の各実施形態に係る動作状態判別装置について図を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

(実施形態１)
図１は、本発明の実施形態１に係る動作状態判別装置において、被動作体が一の動作状態になったときの構成を示す断面図である。図２は、図１の動作状態判別装置を矢印ＩＩ方向から見た正面図である。図３は、図１の動作状態判別装置をＩＩＩ−ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。

図１〜図３に示すように、本発明の実施形態１に係る動作状態判別装置１００は、モータ１１０と、被動作体１２０と、１つのみのフォトセンサ１５０と、少なくとも１つの回転板１４０とを備える。

モータ１１０は、回転軸１１１を有する。本実施形態においては、モータ１１０は、ステッピングモータであるが、モータ１１０は、ステッピングモータに限られず、その他のモータでもよい。

被動作体１２０は、モータ１１０が矢印１で示す一方向に回転駆動することにより一の動作状態および他の動作状態のいずれか一方を交互に取り得る。本実施形態においては、被動作体１２０は、一の動作状態である開状態および他の動作状態である閉状態のいずれか一方を交互に取り得るバルブである。なお、一の動作状態が閉状態であり、他の動作状態が開状態であってもよい。

被動作体１２０は、弁箱部１２１、弁体部１２２、および、案内筒１２３を含む。弁箱部１２１には、流体の流路１２１ｐ、および、弁体部１２２の通路１２１ｈが設けられている。

弁体部１２２は、案内筒１２３の内周面に沿って上下方向に移動する。弁体部１２２が上昇した状態において流路１２１ｐが開放され、弁体部１２２が下降した状態において流路１２１ｐが閉鎖される。被動作体１２０の開状態においては、弁体部１２２が最も上昇した状態になり、流路１２１ｐは弁体部１２２によって閉鎖されずに開放している。被動作体１２０の閉状態においては、弁体部１２２が最も下降した状態になり、流路１２１ｐは弁体部１２２によって閉鎖されている。

本実施形態においては、被動作体１２０は、ゲートバルブであるが、被動作体１２０は、ゲートバルブに限られず、その他のバルブであってもよいし、バルブ以外の開閉装置などの２つの状態のいずれか一方を交互に取り得る装置であってもよい。

本実施形態においては、被動作体１２０は、回転軸１１１に連結されたカム１３０を介して駆動される。具体的には、弁体部１２２が、カム１３０のカムフォロワとして構成されており、カム１３０の回転に伴って、カム１３０の外形と摺接しつつ上下方向に移動する。

フォトセンサ１５０は、光を出射する発光部１５１、および、上記光を検出する受光部１５２を有する。本実施形態においては、フォトセンサ１５０は、反射型のフォトセンサであるが、フォトセンサ１５０は、反射型のフォトセンサに限られず、透過型のフォトセンサであってもよい。

回転板１４０は、回転軸１１１から回転軸１１１の径方向外側に向けて延在している。回転板１４０は、回転軸１１１の周方向の両端に、回転軸１１１の径方向に沿う１対の縁部を有する。具体的には、回転板１４０は、１対の縁部のうちの一方である、回転方向１の前方側に位置する前縁部１４２と、１対の縁部のうちの他方である、回転方向１の後方側に位置する後縁部１４３とを有する。

本実施形態においては、回転板１４０は、扇形状の外形を有するが、回転板１４０の形状は、扇形状に限られず、矩形状または多角形状などでもよい。本実施形態においては、扇形形状の中心角が１８０°であるが、扇形形状の中心角は、１８０°に限られず、任意の角度でよい。

回転板１４０は、発光部１５１から出射された光の光路を横切るように回転軸１１１を中心に回転軸１１１とともに回転する。本実施形態においては、フォトセンサ１５０が反射型のフォトセンサであるため、回転板１４０は、フォトセンサ１５０の発光部１５１および受光部１５２の各々と対向する反射面１４１を有している。回転板１４０は、被動作体１２０が開状態になったときに、前縁部１４２が発光部１５１から出射された光を受光部１５２に向けて反射しない位置から反射する位置に移るように、配置されている。

なお、フォトセンサ１５０が透過型である場合には、発光部１５１と受光部１５２とが、互いに間隔をあけて対向して配置されている。回転板１４０は、回転軸１１１の回転によって、発光部１５１と受光部１５２との間を通過するように回転する。回転板１４０は、被動作体１２０が開状態になったときに、前縁部１４２が発光部１５１から出射された光を遮断しない位置から遮断する位置に移るように、配置されている。

図４は、本発明の実施形態１に係る動作状態判別装置において、被動作体が他の動作状態になったときの構成を示す断面図である。図５は、図４の動作状態判別装置を矢印Ｖ方向から見た正面図である。図６は、図４の動作状態判別装置をＶＩ−ＶＩ線矢印方向から見た断面図である。

図４〜図６に示すように、被動作体１２０の閉状態においては、流路１２１ｐが弁体部１２２によって完全に閉鎖されている。

本実施形態においては、フォトセンサ１５０が反射型のフォトセンサであるため、回転板１４０は、被動作体１２０が閉状態になったときに、後縁部１４３が発光部１５１から出射された光を受光部１５２に向けて反射する位置から反射しない位置に移るように、配置されている。

なお、フォトセンサ１５０が透過型である場合には、回転板１４０は、被動作体１２０が閉状態になったときに、後縁部１４３が発光部１５１から出射された光を遮断する位置から遮断しない位置に移るように、配置されている。

図７は、本発明の実施形態１に係る動作状態判別装置が備えるフォトセンサの検出信号波形を示すグラフである。図７においては、横軸に回転軸１１１の回転角度、縦軸にフォトセンサの検出値を示している。なお、回転軸１１１の回転角度が０°の位置は任意である。

図７に示すように、フォトセンサ１５０の検出値から、回転軸１１１の回転角度が１８０°のとき、受光部１５２が発光部１５１から出射された光を受光開始したことが分かる。そのため、フォトセンサ１５０が反射型である場合には、被動作体１２０が開状態になったことが分かる。フォトセンサ１５０が透過型である場合には、被動作体１２０が閉状態になったことが分かる。

同様に、フォトセンサ１５０の検出値から、回転軸１１１の回転角度が３６０°のとき、受光部１５２が発光部１５１から出射された光を受光停止したことが分かる。そのため、フォトセンサ１５０が反射型である場合には、被動作体１２０が閉状態になったことが分かる。フォトセンサ１５０が透過型である場合には、被動作体１２０が開状態になったことが分かる。

このように、本実施形態に係る動作状態判別装置１００においては、モータ１１０の駆動制御するための原点を設定することなく、フォトセンサ１５０の検出値から被動作体１２０の動作状態を判別することができる。

なお、フォトセンサ１５０の検出値に瞬間的にノイズが入る場合がある。図８は、本発明の実施形態１に係る動作状態判別装置が備えるフォトセンサのノイズを含む検出信号波形を示すグラフである。図８においては、横軸に回転軸１１１の回転角度、縦軸にフォトセンサの検出値を示している。

図８に示すようにフォトセンサ１５０の受光部１５２が発光部１５１から出射された光の受光の有無の変化を検出した変化時点Ｔｃにおいて、ノイズによる誤判別を防止するために、動作状態判別装置１００は下記の判別動作を行なってもよい。

動作状態判別装置１００は、受光部１５２が発光部１５１から出射された光の受光の有無の変化を検出した変化時点Ｔｃから設定時間Ｔｓ内に受光部１５２が発光部１５１から出射された光の受光の有無の変化を検出した場合に、変化時点Ｔｃでの被動作体の動作状態の変化はノイズであると判別する。すなわち、変化時点Ｔｃから設定時間Ｔｓ内にフォトセンサ１５０の検出値が元に戻った場合にはノイズであると判断し、フォトセンサ１５０の検出値が変化したままである場合にはノイズではないと判断するようにしてもよい。

動作状態判別装置１００が上記の判別動作を行なうことにより、フォトセンサ１５０の検出値の瞬間的なノイズによる誤判別を防止することができる。

なお、設定時間Ｔｓの間、モータ１１０の駆動を停止するようにしてもよい。このようにした場合、ノイズかどうかを判断する間にモータ１１０が回転することを防止できるため、ノイズの影響を受けずに被動作体の動作状態を正確に判別することができる。

本実施形態に係る動作状態判別装置１００は、フォトセンサ１５０を１つのみ備えているため、フォトセンサ１５０を複数備えている場合に比較して、構成が簡易であり、装置コストを低減することができる。また、モータ１１０を用いてバルブの開閉しているため、ソレノイドバルブを用いた場合に比較して、開閉に必要な電力消費量を低減することができる。

(実施形態２)
以下、本発明の実施形態２に係る動作状態判別装置について図を参照して説明する。なお、本発明の実施形態２に係る動作状態判別装置は、回転軸と被動作体との連結形態のみ実施形態１に係る動作状態判別装置１００と異なるため、実施形態１に係る動作状態判別装置１００と同様である構成については説明を繰り返さない。

図９は、本発明の実施形態２に係る動作状態判別装置における回転軸と被動作体との連結部の構成を示す部分断面図である。図９においては、案内筒のみ断面視にて示している。

図９に示すように、本発明の実施形態２に係る動作状態判別装置においては、カム１３０と弁体部１２２とが、連結棒２６０を介して互いに接続されている。よって、カム１３０が矢印１で示す方向に回転することにより、弁体部１２２が矢印２で示すように上下方向に移動する。

本実施形態においても、モータ１１０の駆動制御するための原点を設定することなく、フォトセンサ１５０の検出値から被動作体１２０の動作状態を判別することができる。

(実施形態３)
以下、本発明の実施形態３に係る動作状態判別装置について図を参照して説明する。なお、本発明の実施形態３に係る動作状態判別装置は、回転板が２つ設けられている点が実施形態１に係る動作状態判別装置１００と異なるため、実施形態１に係る動作状態判別装置１００と同様である構成については説明を繰り返さない。

図１０は、本発明の実施形態３に係る動作状態判別装置における回転軸と被動作体との連結部の構成を示す正面である。図１０においては、図２と同一方向から見て図示している。

図１０に示すように、本発明の実施形態３に係る動作状態判別装置においては、第１回転板３４０ａおよび第２回転板３４０ｂを備える。第１回転板３４０ａおよび第２回転板３４０ｂの各々は、回転軸１１１から回転軸１１１の径方向外側に向けて延在している。

第１回転板３４０ａおよび第２回転板３４０ｂの各々は、回転軸１１１の周方向の両端に、回転軸１１１の径方向に沿う１対の縁部を有する。具体的には、第１回転板３４０ａは、１対の縁部のうちの一方である、回転方向１の前方側に位置する前縁部３４２ａと、１対の縁部のうちの他方である、回転方向１の後方側に位置する後縁部３４３ａとを有する。第２回転板３４０ｂは、１対の縁部のうちの一方である、回転方向１の前方側に位置する前縁部３４２ｂと、１対の縁部のうちの他方である、回転方向１の後方側に位置する後縁部３４３ｂとを有する。

本実施形態においては、第１回転板３４０ａおよび第２回転板３４０ｂの各々は、扇形状の外形を有するが、第１回転板３４０ａおよび第２回転板３４０ｂの各々の形状は、扇形状に限られず、矩形状または多角形状などでもよい。

本実施形態においては、第１回転板３４０ａおよび第２回転板３４０ｂの各々の扇形形状の中心角が９０°であるが、扇形形状の中心角は、９０°に限られず、任意の角度でよい。第１回転板３４０ａと第２回転板３４０ｂとは、回転軸１１１の周方向において互いに９０°間隔をあけて配置されている。

第１回転板３４０ａおよび第２回転板３４０ｂの各々は、発光部１５１から出射された光の光路を横切るように回転軸１１１を中心に回転軸１１１とともに回転する。本実施形態においては、フォトセンサ１５０が反射型のフォトセンサであるため、第１回転板３４０ａは、フォトセンサ１５０の発光部１５１および受光部１５２の各々と対向する反射面３４１ａを有している。第２回転板３４０ｂは、フォトセンサ１５０の発光部１５１および受光部１５２の各々と対向する反射面３４１ｂを有している。

フォトセンサ１５０が反射型のフォトセンサである場合、第１回転板３４０ａは、被動作体１２０が開状態になったときに、前縁部３４２ａが発光部１５１から出射された光を受光部１５２に向けて反射しない位置から反射する位置に移るように、配置されている。第２回転板３４０ｂは、被動作体１２０が開状態になったときに、前縁部３４２ｂが発光部１５１から出射された光を受光部１５２に向けて反射しない位置から反射する位置に移るように、配置されている。

フォトセンサ１５０が反射型のフォトセンサである場合、第１回転板３４０ａは、被動作体１２０が閉状態になったときに、後縁部３４３ａが発光部１５１から出射された光を受光部１５２に向けて反射する位置から反射しない位置に移るように、配置されている。第２回転板３４０ｂは、被動作体１２０が閉状態になったときに、後縁部３４３ｂが発光部１５１から出射された光を受光部１５２に向けて反射する位置から反射しない位置に移るように、配置されている。

なお、フォトセンサ１５０が透過型である場合には、発光部１５１と受光部１５２とが、互いに間隔をあけて対向して配置されている。第１回転板３４０ａおよび第２回転板３４０ｂの各々は、回転軸１１１の回転によって、発光部１５１と受光部１５２との間を通過するように回転する。

フォトセンサ１５０が透過型のフォトセンサである場合、第１回転板３４０ａは、被動作体１２０が開状態になったときに、前縁部３４２ａが発光部１５１から出射された光を遮断しない位置から遮断する位置に移るように、配置されている。第２回転板３４０ｂは、被動作体１２０が開状態になったときに、前縁部３４２ｂが発光部１５１から出射された光を遮断しない位置から遮断する位置に移るように、配置されている。

フォトセンサ１５０が透過型のフォトセンサである場合、第１回転板３４０ａは、被動作体１２０が閉状態になったときに、後縁部３４３ａが発光部１５１から出射された光を遮断する位置から遮断しない位置に移るように、配置されている。第２回転板３４０ｂは、後縁部３４３ｂが被動作体１２０が閉状態になったときに、後縁部３４３ｂが発光部１５１から出射された光を遮断する位置から遮断しない位置に移るように、配置されている。

本実施形態に係る動作状態判別装置においては、回転軸１１１が１周回転する間に、被動作体１２０が一の動作状態と他の動作状態とを交互に２回繰り返す場合に、モータ１１０の駆動制御するための原点を設定することなく、フォトセンサ１５０の検出値から被動作体１２０の動作状態を判別することができる。

なお、動作状態判別装置が備える回転板の数は、２つに限られず、３つ以上でもよい。また、各回転板の扇形状の中心角度が互いに異なっていてもよい。さらに、回転軸１１１の周方向において互いに隣接する回転板同士の各間隔が、互いに異なっていてもよい。

なお、今回開示した上記実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１００ 動作状態判別装置、１１０ モータ、１１１ 回転軸、１２０ 被動作体、１２１ 弁箱部、１２１ｈ 通路、１２１ｐ 流路、１２２ 弁体部、１２３ 案内筒、１３０ カム、１４０ 回転板、１４１，３４１ａ，３４１ｂ 反射面、１４２，３４２ａ，３４２ｂ 前縁部、１４３，３４３ａ，３４３ｂ 後縁部、１５０ フォトセンサ、１５１ 発光部、１５２ 受光部、２６０ 連結棒、３４０ａ 第１回転板、３４０ｂ 第２回転板。

Claims (6)

1. 回転軸を有するモータと、
   前記モータが一方向に回転駆動することにより一の動作状態および他の動作状態のいずれか一方を交互に取り得る被動作体と、
   光を出射する発光部、および、前記光を検出する受光部を有する１つのみのフォトセンサと、
   前記回転軸から前記回転軸の径方向外側に向けて延在し、前記発光部から出射された前記光の光路を横切るように前記回転軸を中心に前記回転軸とともに回転する、少なくとも１つの回転板とを備え、
   前記回転板は、前記回転軸の周方向の両端に、前記回転軸の径方向に沿う１対の縁部を有し、
   前記回転板は、前記被動作体が前記一の動作状態になったときに前記１対の縁部のうちの一方が前記光を遮断しない位置から遮断する位置に移り、かつ、前記被動作体が前記他の動作状態になったときに前記１対の縁部のうちの他方が前記光を遮断する位置から遮断しない位置に移るように配置されている、または、前記被動作体が前記一の動作状態になったときに前記１対の縁部のうちの前記一方が前記光を前記受光部に向けて反射しない位置から反射する位置に移り、かつ、前記被動作体が前記他の動作状態になったときに前記１対の縁部のうちの前記他方が前記光を前記受光部に向けて反射する位置から反射しない位置に移るように配置されている、動作状態判別装置。
2. 前記受光部が前記光の受光の有無の変化を検出した変化時点から設定時間内に前記受光部が前記光の受光の有無の変化を検出した場合に、前記変化時点での前記変化はノイズであると判別する、請求項１に記載の動作状態判別装置。
3. 前記回転板は、扇形状の外形を有する、請求項１または請求項２に記載の動作状態判別装置。
4. 前記被動作体は、前記回転軸に連結されたカムを介して駆動される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の動作状態判別装置。
5. 前記被動作体は、開状態および閉状態のいずれか一方を交互に取り得るバルブである、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の動作状態判別装置。
6. 前記モータは、ステッピングモータである、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の動作状態判別装置。

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