JP2021035066A - 電動アクチュエータ、制御方法、荷重センサユニット及びコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】汎用モータを用いた簡易な構成で多機能を実現する電動アクチュエータ、制御方法、荷重センサユニット及びコンピュータプログラムを提供する。【解決手段】電動アクチュエータは、汎用モータである駆動モータによって回転するボールねじ又は台形ねじに設けられ、前記ボールねじ又は台形ねじのネジ軸又はナットに掛かる軸方向の荷重に対応する信号を出力する荷重センサと、該荷重センサから出力される信号を入力する制御ユニットとを備え、前記制御ユニットは、前記信号から荷重検出値を特定し、特定された荷重検出値と、記憶してある閾値との比較に基づいて前記駆動モータの駆動回路へ制御信号を出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、簡易な構成で多機能を実現する電動アクチュエータ、電動アクチュエータの制御方法、荷重センサユニット及びコンピュータプログラムに関する。

モータの回転を直線運動へ変換して駆動する電動アクチュエータは、ワークを搬送する電動スライダ、アーム機構の昇降、蓋又はドアの開閉、設備の傾動、プレス加工、押出機に用いられる電動シリンダなど、多様なアプリケーションに適用される。電動アクチュエータは、障害物にロッドやスライダが当たって動けない場合や、過剰に加圧された場合に、モータを含む各箇所で故障する。

直線運動を妨げる荷重が過度にかかった場合に緊急停止したり、リリーフさせたりするようにコントロールが必要である。特許文献１には、電動シリンダの突端に荷重検出器を設け、荷重検出器から出力される荷重検出信号を用いてサーボモータを制御する発明が開示されている。特許文献２には、ステッピングモータを用い、ステッピングモータへ入力される電流値によって過負荷状態を検出し、過負荷状態となった場合には電力供給を中止して停止させるなどのコントロールを実行することが開示されている。特許文献３には、ブームを昇降させる電動シリンダにおいて、過負荷となった場合にブレーキをスリップさせてリリーフさせる制御が開示されている。

特開２０１２−００６０４８号公報 特開２０１４−１２８０８２号公報 特開２０１３−２２４２１６号公報

電動アクチュエータは多様なアプリケーションに適用され、多数必要な場合がある。サーボモータは、高精度なものであれば特に、汎用モータと比較した場合に非常に高価である。サーボモータを用いたコントロールが可能な電動アクチュエータの用途は選別されている。サーボモータを必須とすることなく多様な機能を発揮できるアクチュエータの実現が望まれる。

本発明は、簡易な構成で多機能を実現する電動アクチュエータ、制御方法、荷重センサユニット及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。

本開示の一実施形態の電動アクチュエータは、駆動モータによって回転するボールねじ又は台形ねじに設けられ、前記ボールねじ又は台形ねじのネジ軸又はナットに掛かる軸方向の荷重に対応する信号を出力する荷重センサと、該荷重センサから出力される信号を入力する制御ユニットとを備え、前記制御ユニットは、前記信号から荷重検出値を特定し、特定された荷重検出値と、記憶してある閾値との比較に基づいて前記駆動モータの駆動回路へ制御信号を出力する。

本開示の一実施形態の電動アクチュエータの制御方法は、駆動モータによって回転する電動アクチュエータのボールねじ又は台形ねじに設けられ、前記ボールねじ又は台形ねじのネジ軸又はナットに掛かる軸方向の荷重に対応する信号を出力する荷重センサを用い、前記信号から荷重検出値を特定し、特定された荷重検出値と、記憶してある閾値との比較に基づいて前記駆動モータの駆動回路へ制御信号を出力する。

本開示の電動アクチュエータでは、ボールねじ又は台形ねじの軸方向に掛かる押し込む力、又は引き出す力に相当する軸方向の荷重の検出値を用いた制御が可能になる。駆動モータにサーボモータでなく汎用モータを用いたとしても、荷重に応じた制動、リリーフ、加減速等が可能になる。

本開示の一実施形態の電動アクチュエータは、前記荷重センサは、前記ボールねじ又は台形ねじに対して軸方向に一対で設けられてもよい。

本開示の電動アクチュエータでは、一対の荷重センサがボールねじ又は台形ねじの軸方向に対向するようにして設けられることにより、ボールねじ又は台形ねじを支持する軸受における予圧をキャンセルし、押し引きの方向を区別して荷重を検出することが可能になる。

本開示の一実施形態の電動アクチュエータは、前記駆動モータ、前記ネジ軸若しくはナット、又は、該ネジ軸若しくはナットに固定された部材のブレーキ機構へ、前記荷重検出値と記憶してある閾値との比較に基づく制御信号を出力する。

本開示の電動アクチュエータでは、ブレーキ機構を使用する場合に、荷重検出値を用いてブレーキの制御が可能になる。荷重が過大となった場合にブレーキを掛けたり、リリーフ制御を行なったりして電動アクチュエータの保護機能を発揮させることが可能になる。

本開示の一実施形態の電動アクチュエータは、前記駆動回路は、前記駆動モータを加減速させるインバータを備え、前記制御ユニットは、前記荷重検出値と記憶してある閾値との比較に基づき、前記駆動回路へ前記駆動モータの加減速を指示する信号を出力する。

本開示の電動アクチュエータでは、駆動モータに対応するインバータを用いることによって、荷重検出値を用いて加減速が可能になる。荷重が所定値となった場合に減速させて押し込んだり、荷重が小さくなった場合に加速したりといったインバータ制御が可能になる。

本開示の一実施形態の電動アクチュエータは、前記駆動回路は、前記駆動モータへの電力値を検出する電力検出器を備え、前記制御ユニットは、前記荷重検出値と記憶してある閾値との比較結果、及び、前記電力検出器から取得される電力値と記憶してある他の閾値との比較結果に基づき、該電動アクチュエータの内部、及び、外部のいずれかにおける異常の有無を診断する。

本開示の電動アクチュエータでは、駆動モータにおける負荷に対応する電力検出器を用いることによって、荷重検出値が一定でボールねじ又は台形ねじに掛かる荷重は正常範囲内であるにもかかわらず、駆動モータの負荷が大きい場合には内部損傷が起こっている可能性があるとして診断が可能である。逆に、荷重検出値も駆動モータの負荷もいずれも過大な場合には、ブレーキを掛けたりするなど、内外の負荷状況を判別して診断することが可能になる。

本開示の一実施形態の電動アクチュエータは、前記制御ユニットは、前記荷重検出値の時間分布に基づき、該電動アクチュエータの内部、及び、外部のいずれかにおける異常の有無を診断する。

本開示の電動アクチュエータでは、一時点の荷重検出値のみで判断せずに、その変動、即ち時間分布に応じた制御が可能になる。電動アクチュエータを鉛直方向に沿ってレイアウトし、ワークを持ち上げたり、アームを起こしたりする場合、荷重検出値が増大することは正常である。荷重検出値の変動に基づく正確な診断機能を発揮させることができる。

本開示の一実施形態の電動アクチュエータは、前記制御ユニットは、前記駆動モータを作動させた場合の前記荷重検出値の時間分布を予め記憶しておき、前記駆動モータが作動する都度に、作動中に荷重センサからの信号をサンプリングして特定される荷重検出値の時間分布と、予め記憶してある荷重検出値の時間分布との比較に基づき、前記異常を診断する。

本開示の電動アクチュエータでは、荷重検出値の時間分布に基づく判断を行なう場合、実際に電動アクチュエータを用いるレイアウトで正常な荷重検出値の時間分布を記憶しておき、その後同一のレイアウトで動作した場合の荷重検出値の時間分布を記憶してある時間分布と比較した結果によって制御される。実際の電動アクチュエータのレイアウトに応じた正確な診断機能を発揮させることができる。

本開示の一実施形態の荷重センサユニットは、電動アクチュエータの駆動モータによって回転するボールねじ又は台形ねじに設けられ、前記ボールねじ又は台形ねじのネジ軸又はナットに掛かる軸方向の荷重に対応する信号を出力する荷重センサと接続される荷重センサユニットであって、前記荷重センサからの信号をサンプリングして荷重検出値を特定する手段と、特定された荷重検出値を出力する手段と、前記駆動モータへの電力値を取得する手段と、前記荷重検出値及び前記電力値に基づいて診断する手段と、診断結果を出力する手段とを備える。

本開示の荷重センサユニットは、電動アクチュエータに取り付けた場合に、荷重検出値が一定でボールねじ又は台形ねじに掛かる荷重に基づく電動アクチュエータの状態の診断が可能である。荷重センサユニットでは、ユニット外の駆動モータの電力検出器からの電力値も使用して内外の負荷状況を判別して診断することが可能になる。

本開示の一実施形態のコンピュータプログラムは、駆動モータによって回転するボールねじ又は台形ねじに設けられ、前記ボールねじ又は台形ねじのネジ軸又はナットに掛かる軸方向の荷重に対応する信号を出力する荷重センサと接続されるコンピュータに、前記信号から荷重検出値を特定し、特定された荷重検出値と、記憶してある閾値との比較に基づいて前記駆動モータの駆動回路へ制御信号を出力する処理を実行させる。

本開示のコンピュータプログラムは、電動アクチュエータに取り付けられる荷重センサと接続されたコンピュータに、ボールねじ又は台形ねじの軸方向に掛かる押し込む力、又は引き出す力に相当する荷重の検出値を用いた制御を可能とする。

本開示によれば、駆動モータとボールねじ又は台形ねじとを用いた電動アクチュエータで、駆動モータ、及びその他の電動アクチュエータの機構に対し、ボールねじ又は台形ねじの軸方向に掛かる荷重に応じた制御が可能になる。従来はサーボモータを必要とした制御も、対となる荷重センサを軸方向に備え、これらから得られる検出値を用いることで実現できる。

実施の形態１における電動アクチュエータの一例の模式図である。 制御ユニットのブロック図である。 制御ユニットによる保護機能に係る処理手順の一例を示すフローチャートである。 実施の形態１の電動アクチュエータの保護機能の概要図である。 追加機能を発揮する電動アクチュエータの制御ユニットのブロック図である。 制御ユニットによるインバータ制御機能に係る処理手順の一例を示すフローチャートである。 実施の形態３における追加機能を発揮する電動アクチュエータの制御ユニットのブロック図である。 制御ユニットによる診断機能に係る処理手順の一例を示すフローチャートである。 電動アクチュエータの使用例を示す概要図である。 図９の概要図に対応する荷重検出値の時間分布を示すグラフである。 正常時の荷重検出値を学習する処理手順の一例を示すフローチャートである。 実施の形態４の制御ユニットによる診断機能に係る処理手順の一例を示すフローチャートである。 荷重検出値が異常となる場合のグラフである。 学習モデルの内容例を示す図である。 学習モデルの他の内容例を示す図である。 実施の形態５における電動アクチュエータの例の模式図である。 実施の形態６における荷重センサユニットの模式図である。 荷重センサユニットにおける検査処理手順の一例を示すフローチャートである。

本開示をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における電動アクチュエータ１の一例の模式図である。実施の形態１の電動アクチュエータ１はボールねじを用い、駆動モータ１１によって回転するネジ軸１３に取り付けられて軸方向に移動するナット１５に固定されたロッド１６を有する。

電動アクチュエータ１の駆動モータ１１は、サーボモータでなく汎用モータである。なお駆動モータ１１としてサーボモータが用いられることを排除しない。駆動モータ１１の回転軸と平行な軸を有して並設されたネジ軸１３の一端に、駆動モータ１１の回転が伝動されるようにプーリ、ベルト、又はギア等を含む伝動部１２が設けられている。ネジ軸１３の一端側は、駆動モータ１１と並設されるように対の軸受１４ａ，１４ｂによって軸支されている。軸受１４ａ，１４ｂは例えば、円錐ころ軸受である。軸受１４ａ，１４ｂは、電動アクチュエータ１の外筒１８に位置決めされている。

ネジ軸１３は、軸受１４ａ，１４ｂの外側の面に当接する鍔部を有し、外筒１８に固定された軸受１４ａ，１４ｂに対して軸方向に位置決めされている。軸受１４ａ，１４ｂの内側レースはネジ軸１３と共に回転する。

ネジ軸１３の他端側にはボールリテーナを介してナット１５が嵌められている。これにより、駆動モータ１１の回転によってナット１５及びナット１５に固定されたロッド１６が軸方向に移動する。

対の軸受１４ａ，１４ｂの内側に、ネジ軸１３の軸方向に対で、リング状の荷重センサ１７ａ，１７ｂが設けられている。荷重センサ１７ａ，１７ｂはロードセルである。

ネジ軸１３に掛かる軸方向の荷重は、軸受１４ａ，１４ｂの外側の面に軸荷重として伝わり、軸受１４ａ，１４ｂの前記外側の面の反対面に当接するように設けられた荷重センサ１７ａ，１７ｂは、この軸受１４ａ，１４ｂに掛かる軸荷重に対応する信号レベルの信号を出力する。

円軸ころ軸受である軸受１４ａ，１４ｂは、対向するように設けられている。一端側の軸受１４ａには、ネジ軸１３が引き出される力に相当する荷重が掛かり、ナット１５側の軸受１４ｂには、ネジ軸１３が押し込まれる力に相当する荷重が掛かる。軸受１４ａに当接して設けられた荷重センサ１７ａからは、ネジ軸１３を引き出す向きの軸荷重が出力され、軸受１４ｂに当接して設けられた荷重センサ１７ｂからは、ネジ軸１３を押し込む向きの荷重が出力される。荷重センサ１７ａ，１７ｂはいずれか一方を単体で使用してもよいが、一対で設けることによって、予圧のキャンセルが可能であり、荷重の向きを区別することも容易である。

荷重センサ１７ａ，１７ｂは、信号線を介して、制御ユニット２と接続されている。これにより、荷重センサ１７ａ，１７ｂから制御ユニット２へネジ軸１３を押し引きする軸荷重に対応する信号が出力される。制御ユニット２は、荷重センサ１７ａ，１７ｂが設けられる軸受１４ａ，１４ｂを位置決する外筒１８に対し固定されている。したがって、荷重センサ１７ａ，１７ｂと制御ユニット２との間の相対位置は変化せず、信号線は可及的に短いものを利用でき、断線する虞もない。仮に、ロッド１６の先端に荷重センサが設けられ、制御ユニットが外筒１８に固定されている場合、荷重センサと制御ユニットとの間の距離は伸縮するため信号線を含むケーブルを長くする必要が生じる。ケーブルを長くした場合、ケーブルが巻き付いたり、曲げ伸ばしが繰り返されることで信号線が断線したりする虞がある。

制御ユニット２は、マイクロコントローラであり、荷重センサ１７ａ，１７ｂと、駆動モータ１１の駆動回路１１０と接続されている。図２は、制御ユニット２のブロック図である。制御ユニット２は、制御部２０、記憶部２１、及び入出力部２２を備える。

制御部２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）、内蔵するＲＯＭ（Read Only Memory）又はＲＡＭ（Random Access Memory）のメモリ、クロック等を含み、制御ユニット２の構成部を制御する。制御部２０は内蔵するＲＯＭ又は記憶部２１に記憶された制御プログラム２Ｐに基づき、後述する保護機能に対応する処理を実行する。

記憶部２１は、フラッシュメモリ等の不揮発性記憶媒体を用い、制御部２０から書き込まれる情報、又は制御部２０が読み出す情報を書き換え可能に記憶する。記憶部２１は、制御部２０が参照する設定情報を記憶し、荷重センサ１７ａ，１７ｂから出力される荷重に関する情報を記憶する。記憶部２１は、制御部２０に含まれるメモリであってもよい。

入出力部２２は、マイクロコントローラの入出力インタフェースである。入出力部２２は、荷重センサ１７ａ，１７ｂから出力される信号を夫々入力し、駆動モータ１１の駆動回路１１０へ指示信号を出力する。入出力部２２は、電動アクチュエータ１のブレーキ機構１９と接続されており、制動信号をブレーキ機構１９へ出力する。入出力部２２は、入出力部２２はＡ／Ｄ変換機能を有していてもよい。

このように構成される電動アクチュエータ１は、制御ユニット２によって、ネジ軸１３の軸荷重が過大となった場合に保護機能を発揮させることができる。具体的には、制御ユニット２は、起動中は常時的に以下に示すように、軸荷重の大きさをモニタし、過度な荷重が掛かった場合にブレーキ機構１９でブレーキを掛けたり、ブレーキ機構１９をリリーフしたりする。

図３は、制御ユニット２による保護機能に係る処理手順の一例を示すフローチャートである。制御ユニット２の制御部２０は記憶部２１に記憶されている制御プログラム２Ｐに基づき、図３のフローチャートに示す処理手順を、起動中に継続的に繰り返し実行する。

制御部２０は、荷重センサ１７ａ，１７ｂから出力される信号から、軸荷重をサンプリングする（ステップＳ１０１）。制御部２０は、荷重センサ１７ａ，１７ｂ夫々からサンプリングした信号値に対し所定の演算を実行し、荷重検出値として特定する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２における所定の演算は、例えば荷重センサ１７ａ，１７ｂの設置の向きに応じて減算、又は加算であってもよく、絶対値を算出してもよい。軸受１４ａ，１４ｂにおける予圧分をキャンセルすることが好ましい。

制御部２０は、過荷重であってリリーフ中の状態であるか否かを判断する（ステップＳ１０３）。リリーフ中の状態でないと判断された場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、制御部２０は、荷重検出値が、第１の閾値を超えて増加中の監視中状態であるか否かを判断する（ステップＳ１０４）。第１の閾値及び後述の第２、第３の閾値は、記憶部２１に記憶された設定情報に含まれる。

ステップＳ１０４で監視中状態でないと判断された場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、制御部２０は、ステップＳ１０２で特定した荷重検出値が正常範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５において制御部２０は、荷重検出値が第１の閾値以下であるか否かを判断する。

ステップＳ１０５で正常範囲内であると判断された場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、制御部２０はそのまま処理を終了する。この場合、制御部２０は、所定の待機時間後に再度Ｓ１０１から処理を実行する。荷重検出値が正常範囲内である間は、制御部２０はステップＳ１０１−Ｓ１０５の処理を繰り返し実行する。

ステップＳ１０５で正常範囲内でない（第１の閾値を超過）と判断された場合（Ｓ１０５：ＮＯ）、制御部２０は、駆動回路１１０へ駆動モータ１１の停止を指示する指示信号と、ブレーキ機構１９へブレーキを作動させる指示とを、入出力部２２を介して出力する（ステップＳ１０６）。制御部２０は、その後の荷重検出値がどうなるかで制御するので処理をステップＳ１０１へ戻す。

制御部２０は、荷重検出値が一旦第１の閾値を超過した場合には、再度ステップＳ１０２で特定した荷重検出値に対し監視中状態であると判断し（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、荷重検出値が、リリーフしない監視範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ１０７）。ステップＳ１０７において制御部２０は、荷重検出値が第１の閾値よりも高い第２の閾値を超えてないか否かを判断する。

監視範囲内であると判断された場合（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、制御部２０は、処理をステップＳ１０１へ戻す。

荷重検出値が上昇中で、何度かステップＳ１０４にて監視中状態であって（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、監視範囲内であると判断された後（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、更に次のタイミングで特定された荷重検出値が、第２の閾値を超過し、監視範囲外であると判断される（Ｓ１０７：ＮＯ）。この場合、制御部２０は、これ以上ブレーキが作動した状態であるとロッド１６を含むシリンダ全体が危険であるため、ブレーキ機構１９へブレーキを開放させる指示（リリーフ指示）を出力し（ステップＳ１０８）、処理をステップＳ１０１へ戻す。

ステップＳ１０８において制御部２０は、リリーフ指示をブレーキの開放として指示したが、これに限らない。制御部２０はブレーキを反転、駆動モータ１１を逆回転させるように制御してもよい。

制御部２０は、その後、ステップＳ１０３でリリーフ中であると判断し（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、リリーフによって荷重検出値が、ブレーキを復帰させても損傷の虞がない制動復帰範囲になったか否かを判断する（ステップＳ１０９）。ステップＳ１０９において制御部２０は、荷重検出値が第１の閾値よりも高く第２の閾値よりも低い第３の閾値以下であるか否かを判断する。

ステップＳ１０９にて荷重検出値が制動復帰範囲にならないと判断された場合（Ｓ１０９：ＮＯ）、制御部２０は、ロッド１６（ナット１５）のストロークが上限又は下限に到達しているか否かを判断する（ステップＳ１１０）。ステップＳ１１０において例えば、電動アクチュエータ１は上限又は下限に到達した場合に信号を出力するリミッタスイッチをネジ軸１３及びナット１５の間に備え、制御部２０は、リミッタスイッチからの出力に応じて上限又は下限に到達したかを判断する。電動アクチュエータ１は、駆動モータ１１の出力にエンコーダを取り付け、制御部２０がエンコーダからのパルス出力を計数してナット１５のネジ軸１３における位置を特定し、上限又は下限、若しくはそれよりも少し手前に到達しているか否かを判断してもよい。

ステップＳ１１０にて、ストロークが上限又は下限に達していないと判断された場合（Ｓ１１０：ＮＯ）、制御部２０は処理をステップＳ１０１に戻す。

ステップＳ１０９にて、制動復帰範囲になったと判断された場合（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、制御部２０は、ブレーキ機構１９へブレーキを作動させる指示を送信し（ステップＳ１１１）、処理を終了させる。これにより、ブレーキによって荷重検出値が第１の閾値から第２の閾値の間の範囲でブレーキが機能し、ロッド１６は停止する。

ステップＳ１１０にて、制動復帰範囲外であり、且つ、ロッド１６（ナット１５）のストロークが上限又は下限に達したと判断された場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、制御部２０は、電動アクチュエータ１を停止させ（ステップＳ１１２）、処理を終了する。それ以上に荷重が掛かり過ぎないように保護するためである。

図４は、実施の形態１の電動アクチュエータ１の保護機能の概要図である。図４の概要図は、荷重検出値の時間経過を示すグラフと、グラフに対応する制御内容を示している。グラフの横軸は、時間経過を示し、グラフの縦軸は荷重検出値の大きさを示す。縦軸には、第１から第３の閾値の目安が示されている。

駆動モータ１１を動作させてから時間ｔ１のタイミングで、例えばプレス加工においてロッド１６の先端がワークに当たって荷重検出値が第１の閾値以上となると、制御部２０の制御により、ブレーキが作動し駆動モータ１１が停止させる（Ｓ１０６）。その後、時間ｔ２のタイミングにて、それでも荷重検出値が第２の閾値以上に到達した場合、制御部２０の制御部によってブレーキがリリーフされる（Ｓ１０８）。ブレーキのリリーフによって、時間ｔ３のタイミングで荷重検出値が第３の閾値以下に戻ると、制御部２０の制御によってブレーキが再度作動する（Ｓ１１１）。

従来では、ステップＳにおけるロッド１６の先端までのストロークの上限又は下限手前でＯＮとなるリミットスイッチを用い、リミットスイッチからの出力に応じて減速又は停止させて保護するなどの制御が行なわれた。従来の制御では、上限又は下限手前でブレーキ機構１９が作動した場合であっても荷重が過大になった場合にはロッド１６が損傷する可能性があった。図４のように、荷重センサ１７ａ，１７ｂを対で設ける簡易な構成で、サーボモータを用いた保護機能と同様の機能を実現することができる。

このように、荷重センサ１７ａ，１７ｂが軸荷重を出力することを利用し、制御ユニット２は、上述の保護機能の他に、以下に説明する実施の形態２から４のような追加機能を実現することができる。

（実施の形態２）
図５は、追加機能を発揮する電動アクチュエータ１の制御ユニット２のブロック図である。実施の形態２において駆動回路１１０には、インバータ１１１が含まれている。インバータ１１１が含まれている点及びインバータ制御の処理内容以外の構成は、実施の形態１と同様であるから、共通する構成については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図６は、制御ユニット２によるインバータ制御機能に係る処理手順の一例を示すフローチャートである。制御ユニット２の制御部２０は記憶部２１に記憶されている制御プログラム２Ｐに基づき、特定の動作指示（インバータ制御を含む動作）が選択された場合に、以下に示す処理手順を実行する。

制御部２０は、初期位置（ホームポジション）にあるロッド１６を突出させるべく、駆動回路１１０へ駆動モータ１１の作動開始指示を出力する（ステップＳ２０１）。ステップＳ２０１によって作動する駆動モータ１１の周波数は、初期値であってよい。

制御部２０は、荷重センサ１７ａ，１７ｂから出力される信号から、軸荷重をサンプリングする（ステップＳ２０２）。制御部２０は、荷重センサ１７ａ，１７ｂ夫々からサンプリングした信号値に対し所定の演算を実行し、荷重検出値として特定する（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０３における所定の演算は、例えば荷重センサ１７ａ，１７ｂの設置の向きに応じて減算、又は加算であってもよく、絶対値を算出してもよい。

制御部２０は、ステップＳ２０３で特定した荷重検出値が第４の閾値に到達したか否かを判断する（ステップＳ２０４）。第４の閾値に到達しないと判断された場合（Ｓ２０４：ＮＯ）、制御部２０は処理をステップＳ２０２へ戻す。第４の閾値は、記憶部２１に設定情報に含まれる。

ロッド１６の突端がワークに当たったり、押し当て部材に接触したりすると、ロッド１６即ちネジ軸１３への軸方向の荷重が増大する。ステップＳ２０２で荷重検出値が第４の閾値に到達したと判断され（Ｓ２０４：ＹＥＳ）、突端がワーク又は他の部材に接触したと判断できる場合、制御部２０は、駆動回路１１０のインバータ１１１へ所定の速度（周波数）へ減速を指示する（ステップＳ２０５）。

制御部２０は、荷重センサ１７ａ，１７ｂから出力される信号をサンプリングし（ステップＳ２０６）、荷重検出値として特定し（ステップＳ２０７）、ステップＳ２０７で特定した荷重検出値が、第４の閾値よりも高い第５の閾値に到達したか否かを判断する（ステップＳ２０８）。ステップＳ２０８で到達していないと判断された場合（Ｓ２０８：ＮＯ）、制御部２０は処理をステップＳ２０６へ戻す。

ステップＳ２０８で到達したと判断された場合（Ｓ２０８：ＹＥＳ）、ワーク又は押し当て部材への充分な押し当てが完了したと判断できるので、制御部２０は駆動回路１１０へ駆動モータ１１を停止させ、ブレーキ機構１９にてブレーキを作動させる（ステップＳ２０９）。制御部２０は、駆動回路１１０へ、所定の速度（初期値）で初期位置への回復即ち逆回転を指示する（ステップＳ２１０）。制御部２０は、所定の時間経過後等、初期位置の手前に戻ったことを検知すると、駆動回路１１０のインバータ１１１へ所定の速度（周波数）へ減速を指示する（ステップＳ２１１）。

ナット１５が初期位置へ回復したことが検知されると制御部２０は、駆動回路１１０へ駆動モータ１１を停止させ、ブレーキ機構１９にてブレーキを作動させ（ステップＳ２１２）、処理を終了する。

なお電動アクチュエータ１は、駆動モータ１１の回転を検知するエンコーダ又はナット１５の位置を検出するポジションセンサを用い、制御ユニット２は、ナット１５の位置又は回転周波数をより確実に取得して制御するとよい。

制御の内容に応じて、初期速度、原則速度、第４の閾値、及び第５の閾値、並びに回数等を変更することによって、駆動モータ１１でのインバータ制御が実現できる。

これにより、電動アクチュエータ１はサーボモータを用いることなく、荷重に応じたロッド１６の伸縮制御を可能とする。プレス加工機における押し当て制御には、ワークに当接して荷重が大きくなった後に更に押し込むといった処理が必要である。実施の形態２における電動アクチュエータ１を用いることにより、サーボモータを使わない簡易な構成でのインバータ制御が可能である。またドアの開閉に用いる電動シリンダとして実施の形態２の電動アクチュエータ１を用いることにより、ドアがストッパーに衝突することを防ぐために減速を行なうといった制御が、汎用モータである駆動モータ１１を使って実現できる。

（実施の形態３）
図７は、実施の形態３における追加機能を発揮する電動アクチュエータ１の制御ユニット２のブロック図である。実施の形態３では、制御ユニット２は、荷重センサ１７ａ，１７ｂが軸荷重を出力することを利用し、これを用いて電動アクチュエータ１の状態を診断する診断機能を発揮する。実施の形態３において制御ユニット２は、駆動回路１１０へ駆動モータ１１の制御指示を出力するのみならず、駆動回路１１０に含まれる駆動モータ１１への電力を検出する電力検出器１１２から、電力を示す信号を入力する。また実施の形態３において荷重センサ１７ａ，１７ｂは、サーミスタ１７１ａ，１７１ｂを内蔵しており、制御ユニット２は、ボールねじの温度を示す信号をも入力する。なお実施の形態３におけるサーミスタ１７１ａ，１７１ｂから出力される信号は、軸受１３ａ，１３ｂ及び荷重センサ１７ａ，１７ｂを収容するブラケットの温度に対応する。記憶部２１には、設定情報に加えて、診断用に参照する診断用データが記憶される。実施の形態３では診断結果を出力するために制御ユニット２は表示器２３を備える。

実施の形態３の制御ユニット２の構成は、駆動回路１１０に電力検出器１１２が含まれ、電力検出器１１２を用いた診断機能を追加機能として発揮する点、診断結果を表示器２３に出力する点以外では、実施の形態１と同様である。したがって、実施の形態３の構成の内、実施の形態１と共通する構成については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

制御ユニット２の表示器２３は、ランプ、７セグメントディスプレイ、ＬＥＤ、又は液晶ディスプレイを用いて、制御部２０の制御に応じてテキスト又は警告灯を点灯させる。

電力検出器１１２から取得できる駆動モータ１１への電力量によって、駆動モータ１１に掛かる負荷を検知することができる。このため実施の形態３では電力検出器１１２にて検出される電力量を用い、電動アクチュエータ１全体的に負荷が掛かった状態であるのか、駆動モータ１１又はネジ軸１３のみに負荷が掛かった状態であるのか等を判別して処理が可能である。

図８は、制御ユニット２による診断機能に係る処理手順の一例を示すフローチャートである。制御ユニット２の制御部２０は、記憶部２１に記憶されている制御プログラム２Ｐに基づき、任意の制御実施中に以下の処理を実行する。

制御部２０は、制御を開始し（ステップＳ３０１）、駆動モータ１１によってネジ軸１３に対しナット１５を移動させている間に、荷重センサ１７ａ，１７ｂから出力される信号から、軸荷重をサンプリングする（ステップＳ３０２）。制御部２０は、荷重センサ１７ａ，１７ｂ夫々からサンプリングした信号値に対し所定の演算を実行し、荷重検出値として特定する（ステップＳ３０３）。ステップＳ３０３における所定の演算は、例えば荷重センサ１７ａ，１７ｂの設置の向きに応じて減算、又は加算であってもよく、絶対値を算出してもよい。

制御部２０は、駆動回路１１０の電力検出器１１２から駆動モータ１１への電力値を取得する（ステップＳ３０４）。制御部２０は、荷重センサ１７ａ，１７ｂのサーミスタ１７１ａ，１７１ｂから温度を取得する（ステップＳ３０５）。取得される温度は、軸受１４ａ，１４ｂの温度に相当する。

制御部２０は、荷重検出値と電力値とを比較し（ステップＳ３０６）、駆動効率に異常があるか否かを判断する（ステップＳ３０７）。ステップＳ３０７において制御部２０は具体的には、荷重に対して電力値が異常に高いか、荷重が大きいにも拘わらず電力値が異常に低いといった状態であるか否かを、予め記憶部２１に診断用データとして記憶してある条件に基づいて判断する。

駆動効率に異常がないと判断された場合（Ｓ３０７：ＮＯ）、制御部２０は処理をステップＳ３０８へ進める。

制御部２０は、制御が終了したか否かを判断する（ステップＳ３０８）。制御が終了していないと判断された場合（Ｓ３０８：ＮＯ）、制御部２０は、制御に関する処理を続行し（ステップＳ３０９）、処理をステップＳ３０２へ戻す。

ステップＳ３０８で制御が終了したと判断された場合（Ｓ３０８：ＹＥＳ）、制御部２０は処理を終了する。

ステップＳ３０７にて駆動効率に異常があると判断された場合（Ｓ３０７：ＹＥＳ）、制御部２０は、電動アクチュエータ１の内部に損傷等、異常が検知された旨を示す警告を表示器２３に出力する（ステップＳ３１０）。制御部２０は、記憶部２１にログとして、特定された荷重検出値及び取得された電力値を記憶し（ステップＳ３１１）、制御を終了させ（ステップＳ３１２）、処理を終了する。

駆動効率に異常があると判断された場合（Ｓ３０７：ＹＥＳ）、制御部２０は、ステップＳ３０５で取得した温度に基づいて予圧量又は潤滑剤に異常があるか否か等、内部的な異常の原因を判別できる可能性がある。

図８のフローチャートに示した処理手順の内の制御の内容は、駆動回路１１０がインバータ１１１を有して、実施の形態２に示したインバータ制御を含んでいてもよい。

図８のフローチャートでは、ステップ異常であると判断されて停止させた場合には表示器２３に、警告を出力することとしたがこれに限らず、表示器２３に代替して通信デバイスを用い、外部に警告を通信出力してもよい。

電動アクチュエータ１の使用者は、所望の制御を実行するためのプログラムに、図８のフローチャートに示した処理手順による診断機能を組み込むことによって、所望の制御において電動アクチュエータ１側における異常であるのか否か、他の部分の異常であるかの切り分けが容易になる。記憶部２１にログとして記憶されたデータを、電動アクチュエータ１の製造者へメンテナンス情報として提出することによって、電動アクチュエータ１自体を製造者へ送ってメンテナンスを依頼する前に簡易的な診断も可能になる。制御ユニット２が製造者のネットワークへ向けて通信を行なうことを可能とする通信デバイスを含む場合、診断内容を製造者にて自動的に診断することも可能である。

（実施の形態４）
診断機能は、実施の形態３の図８のフローチャートに示したような駆動モータ１１の電力と、ネジ軸１３に掛かる荷重との比較のみならず、以下のように、荷重検出値が正常とされるような変動をするか否かで実現することができる。実施の形態４における制御ユニット２の構成は、診断機能の詳細な内容以外については、実施の形態１及び３と同様である。したがって、実施の形態４の構成の内、実施の形態１及び３と共通する構成については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図９は、電動アクチュエータ１の使用例を示す概要図であり、図１０は、図９の概要図に対応する荷重検出値の時間分布を示すグラフである。図９の概要図では、電動シリンダである電動アクチュエータ１が、ロッド１６が鉛直方向下向きになるように軸支され、鉛直方向に伸縮し、その伸縮を、図９に示すように支点を基準としたリンク機構７によってアーム７１の先端に軸支されたカゴ７２の揺動に変換するように使用される。図９の左部には、動作開始時点ｔ０においてはカゴ７２が下端に存在する状態を示し、図９の右部には動作開始から経過時間ｔ１においてカゴ７２が９０度回転上昇して上端に存在する状態を示している。

図１０のグラフは、横軸に時間経過を示し、縦軸に荷重検出値の大きさを示す。動作開始時点ｔ０及び時点ｔ１は図９に示したカゴ７２の状態に対応する。図１０中、実線で示すグラフが後述の処理によって記録される正常時の荷重検出値を示す。図１０において破線で示すグラフは、正常範囲の上限及び下限であり、ハッチングによって正常範囲を示している。

図９のように電動アクチュエータ１が使用される場合、図１０に示すように、動作開始時点ｔ０からロッド１６が突出しリンク機構７によって先端のパーツが上昇するにつれて、何ら障害がない場合であってもロッド１６に掛かる荷重が大きくなる。このように、電動アクチュエータ１は軸方向が鉛直方向に沿うような方向で用いられる場合は特に、正常な範囲でも荷重検出値が大きく変動する。

そこで、診断機能では、正常な動作中の荷重検出値の変動を記憶しておき、診断する。図１１は、正常時の荷重検出値を学習する処理手順の一例を示すフローチャートである。制御ユニット２の制御部２０は、正常時の学習開始指示を受け付けると以下の処理を開始する。学習開始指示は、制御ユニット２に設けられた特定のボタン押下によって、又は外部から通信媒体を介した指示によって受け付けられる。学習開始指示は、例えば電動アクチュエータ１を用いる環境で装置に組み込まれた状態で、実稼働を開始する前に実行されるとよい。また、月に一度、一週間に一度など、正常に動作していることが確認されている状態で定期的に実行されてもよい。

制御部２０は、計時を開始し（ステップＳ４０１）、電動アクチュエータ１の制御プログラム２Ｐに含まれる所定の制御、例えばリンク機構７を介してパーツを昇降させる１周期分の動作を開始させる（ステップＳ４０２）。

制御部２０は、動作中に、荷重センサ１７ａ，１７ｂから出力される信号から、軸荷重をサンプリングする（ステップＳ４０３）。制御部２０は、荷重センサ１７ａ，１７ｂ夫々からサンプリングした信号値に対し所定の演算を実行し、荷重検出値として特定する（ステップＳ４０４）。

制御部２０は、特定した荷重検出値を経過時間と対応付けて記憶部２１に記憶し（ステップＳ４０５）、制御が終了したか否かを判断する（ステップＳ４０６）。制御が終了していないと判断された場合（Ｓ４０６：ＮＯ）、制御部２０は、制御に関する処理を続行し（ステップＳ４０７）、処理をステップＳ４０３へ戻す。

ステップＳ４０６にて、制御が終了したと判断された場合（Ｓ４０６：ＹＥＳ）、制御部２０は、計時を終了し（ステップＳ４０８）、処理を終了する。

図１１のフローチャートにより、図１０に示したグラフの代表点、又は近似関数が記憶部２１に記憶される。これを用いて制御ユニット２の制御部２０は、以下に示すように診断機能を実現する。図１２は、実施の形態４の制御ユニット２による診断機能に係る処理手順の一例を示すフローチャートである。

制御部２０は、図１０に示したようなグラフに対応する制御が開始されると以下の処理を実行する。制御部２０は、記憶部２１に記憶してある診断用データに含まれる正常時の荷重検出値の時間分布を読み出し（ステップＳ５０１）、計時を開始する（ステップＳ５０２）。

制御部２０は、動作中に、荷重センサ１７ａ，１７ｂから出力される信号から、軸荷重をサンプリングし（ステップＳ５０３）、荷重センサ１７ａ，１７ｂ夫々からサンプリングした信号値に対し所定の演算を実行し、荷重検出値として特定する（ステップＳ５０４）。

制御部２０は、ステップＳ５０１で読み出した時間分布において、ステップＳ５０２で計測が開始された経過時間に対応する荷重検出値を参照する（ステップＳ５０５）。制御部２０は、ステップＳ５０４で特定した荷重検出値が、参照した荷重検出値を基準とした正常範囲内にあるか否かを判断する（ステップＳ５０６）。ステップＳ５０６において制御部２０は、図１０のグラフにおける同一の経過時間及びその前後所定時間における荷重検出値の下限及び上限の範囲内に入っているか否かを判断する。

ステップＳ５０６で正常範囲内にあると判断された場合（Ｓ５０６：ＹＥＳ）、制御部２０は、制御が終了したか否かを判断する（ステップＳ５０７）。制御が終了していないと判断された場合（Ｓ５０７：ＮＯ）、制御部２０は制御を続行し（ステップＳ５０８）、処理をステップＳ５０３へ戻す。

制御が終了したと判断された場合（Ｓ５０７：ＹＥＳ）、制御部２０は計時を終了し（ステップＳ５０９）、処理を終了する。

ステップＳ５０６で正常範囲外にあると判断された場合（Ｓ５０６：ＮＯ）、制御部２０は、電動アクチュエータ１の動作に異常が検知された旨を示す警告を表示器２３に出力する（ステップＳ５１０）。制御部２０は、記憶部２１にログとして、特定された荷重検出値及び電力値を記憶し（ステップＳ５１１）、制御を終了させ（ステップＳ５１２）、処理を終了する。

ステップＳ５０６で正常範囲内にあるか否かの判断と共に、実施の形態３で示した駆動モータ１１への電力を検出する電力検出器１１２から電力値を取得して内部的損傷による異常であるか否かと切り分けて診断してもよい。

図１３は、荷重検出値が異常となる場合のグラフである。図１３上部における横軸及び縦軸は図１０と同様である。図１３に示すように、時点ｔＥにて、例えばカゴ７２に障害物が引っかかり、上昇が妨げられた場合、荷重検出値が正常範囲を超えて過大となり、電動アクチュエータ１は制御が停止される。

図１２のフローチャートの処理はあくまで一例である。図１２のフローチャートに示した処理手順では、経過時間に対応する荷重検出値夫々について正常範囲内にあるか否かを判断したが、これに限らず、制御が終了するまで図１１の学習時のフローチャートと同様に荷重検出値の分布を取り、荷重検出値の時間分布同士で比較し、正常か否かを判断するようにしてもよい。

荷重検出値に基づく電動アクチュエータ１自体及び電動アクチュエータ１を部品として含む装置の異常診断は、荷重センサ１７ａ，１７ｂから出力される信号を用いて他の方法でも実現できる。例えば、荷重検出値が入力された場合に、異常の確度を出力するように深層学習によって生成された学習モデルを用いて診断してもよい。

図１４は、学習モデル２Ｍの内容例を示す図である。図１４の学習モデル２Ｍは、荷重検出値が入力された場合に、異常の確度を出力する。学習モデル２Ｍは、荷重検出値を時系列で入力するリカレントニューラルネットワークに対し、異常であるか否かが既知である荷重検出値の時系列データを教師データとして、異常である確度を精度よく出力するように学習して生成されている。電動アクチュエータ１の動き、鉛直方向に押し引きするタイプであるのか、水平方向に押し引きするタイプであるのか、プレス加工に用いられる電動アクチュエータ１であるのか等、電動アクチュエータ１のアプリケーション別に学習されるとよい。図１４の学習モデル２Ｍは、荷重検出値に加え、電力検出器１１２から取得できる電力値、を入力し、異常の種類（電動アクチュエータ１の内部損傷、ロッド１６への過荷重）及び各々の異常の確度を出力するように生成されてもよい。

図１５は、学習モデル２Ｍの他の内容例を示す図である。図１５の学習モデル２Ｍは、荷重検出値の時間分布のグラフを画像化した画像データが入力された場合に、異常箇所又は異常原因の識別情報及び確度を出力するように、学習されている。学習モデル２Ｍは、画像データの特徴量を出力する畳み込みニューラルネットワークに対し、異常箇所又は異常の原因が既知の画像データを教師データとして、学習されている。図１５の学習モデル２Ｍは、図１３に示したような時間分布のグラフの画像データが入力された場合に、障害物による阻害、電動アクチュエータ１等の位置ずれ、リンク機構７の異常等の原因の内、障害物のよる阻害に対応する識別情報の確度が最も高く出力する。図１５の学習モデル２Ｍの場合も、荷重検出値に加え、電力検出器１１２から取得できる電力値の時間分布のグラフを画像化した画像データも入力し、何れの箇所が異常であるのかを特定できる情報を出力するように学習されてもよい。

実施の形態１から４において電動アクチュエータ１は、外筒１８に位置決めされたネジ軸１３に対し、ナット１５が軸方向に押し引きされる電動シリンダであるとして説明した。しかしながら、荷重センサ１７ａ，１７ｂを用いる電動アクチュエータ１は他の形態でも実施可能である。

（実施の形態５）
図１６は、実施の形態５における電動アクチュエータ３の例の模式図である。実施の形態５における電動アクチュエータ３はボールねじを用いる電動シリンダであり、駆動モータ３１によって回転するように外筒３８に固定されたナット３５に対し、ネジ軸３３が軸方向に移動する。なお電動アクチュエータ３はボールねじに限らず台形ねじを用いてもよい。

実施の形態５において、汎用モータである駆動モータ３１の出力端には、ウォームギアである伝動部３２が取り付けられている。伝動部３２は、駆動モータ３１の回転軸と直交する回転軸を有するナット３５を回転させる。ナット３５は、略有底円筒状の外筒３８に対し、軸方向に対で配置された軸受３４ａ，３４ｂ及びリング状の荷重センサ３７ａ，３７ｂを介して軸方向に位置決めされている。軸受３４ａ，３４ｂの内側レースは、ナット３５と共に回転する。

ナット３５にはボールを介してネジ軸３３が嵌められている。これにより、駆動モータ３１の回転によってナット３５が回転すると、ネジ軸３３が外筒３８に対して軸方向に移動する。

図１６に示すように、荷重センサ３７ａ，３７ｂが外筒３８の底部と軸受３４ａ，３４ｂとの間に設けられている。荷重センサ３７ａ，３７ｂはロードセルである。ネジ軸３３からナット３５に掛かる軸方向の荷重は、軸受３４ａ，３４ｂの内側の面に軸荷重として伝わる。軸受３４ａ，３４ｂと外筒３８の軸方向に垂直な底面との間に挟まれて設けられている荷重センサ３７ａ，３７ｂは、この軸受３４ａ，３４ｂに掛かる軸荷重に対応する信号レベルの信号を出力する。

ネジ軸３３の先端側に設けられている荷重センサ３７ａからは、ネジ軸３３が引き出される向きに軸受３４ａが受ける軸荷重が出力される。ネジ軸３３の他端に設けられている荷重センサ３７ｂからは、ネジ軸３３が押し込まれる向きに軸受３４ｂが受ける軸荷重が出力される。

荷重センサ３７ａ，３７ｂは信号線を介して、制御ユニット４と接続されている。これにより、荷重センサ３７ａ，３７ｂから制御ユニット４へネジ軸３３を押し引きする軸荷重に対応する信号が出力される。

制御ユニット４は、マイクロコントローラであり、荷重センサ３７ａ，３７ｂと、駆動モータ３１の駆動回路と接続されており、ＣＰＵを用いた制御部、記憶部、入出力部を備えて電動アクチュエータ３を制御する。

実施の形態５の電動アクチュエータ３においても、実施の形態１〜４に示した制御が適用可能である。電動アクチュエータ３も制御ユニット４によって、ネジ軸３３の軸荷重が過大となった場合に保護機能を発揮し、ブレーキ機構でブレーキを作動させたり、リリーフさせたりする。電動アクチュエータ３は、駆動モータ３１の駆動回路にインバータを備えて、軸荷重に応じた減速や、押し込み制御が可能である。更に、電動アクチュエータ３は、駆動モータ３１の電力検出器を用いることによって、電動アクチュエータ３の内部損傷と外部の異常とを区別して診断する診断機能を発揮することができる。電動アクチュエータ３は更に、荷重検出値の時間分布を学習して異常な荷重検出値の変動が合った場合にこれを検出することができる。

（実施の形態６）
実施の形態１〜５に示した電動アクチュエータ１（３）では、荷重センサ１７ａ，１７ｂ（３７ａ，３７ｂ）が外筒１８（３８）内側に組み込まれて使用された。汎用モータである駆動モータに荷重センサを組み合わせたることで上述したような複数の機能を発揮するため、２つの荷重センサを直線運動に係る部分に取り付け可能な荷重センサユニットとして実現できる。

図１７は、実施の形態６における荷重センサユニット５の模式図である。荷重センサユニット５は、リング状の荷重センサ５１ａ，５１ｂと、荷重センサ５１ａ，５１ｂと接続された制御部５０とハウジング５２とを含む。

図１７の例では、荷重センサ５１ａ，５１ｂは、駆動モータ８１と駆動モータ８１と軸が平行になるように配置された外筒８８からロッド８６が伸縮する電動シリンダ８のロッド８６の先端部に、ロッド８６の軸方向に沿って取り付けられている。荷重センサ５１ａ，５１ｂは、ロッド８６の先端と、先端に取り付けられた金具との間にハウジング５２を挟んで取り付けられている。

荷重センサ５１ａは、ロッド８６の先端とハウジング５２の内壁との間に挟持され、荷重センサ５１ａからは、ロッド８６が引き出される向きの軸荷重が出力される。荷重センサ５２ａは、先端金具とハウジング５２の内壁との間に挟持され、荷重センサ５２ａからは、ロッド８６が押し込まれる向きの軸荷重が出力される。

このように構成され、後付け可能な荷重センサユニット５は、電動シリンダ８の制御ユニットに荷重センサ５１ａ，５１ｂからの出力から得られる荷重検出値を出力する。荷重センサユニット５の制御部５０は、ＣＰＵ、クロック、不揮発性メモリを内蔵し、荷重センサ５１ａ，５１ｂから出力された信号を外部へ出力する端子、所定の演算によって荷重検出値として出力する端子を備える。制御部５０は、後述するように外部へ診断結果を出力する端子、外部からの信号を入力する端子を有してもよい。これにより、電動シリンダ８の制御ユニットによる軸荷重に応じた保護機能の発揮を可能とすることができる。同様にして、実施の形態２のインバータ制御も可能にする。

荷重センサユニット５単独で、検査機能を発揮することも可能である。図１８は、荷重センサユニット５における検査処理手順の一例を示すフローチャートである。荷重センサユニット５の制御部５０は、図１８のフローチャートに示す処理手順を、起動中に継続的に繰り返し実行する。

制御部５０は、荷重センサ５１ａ，５１ｂから出力される信号から、軸荷重をサンプリングする（ステップＳ６０１）。制御部５０は、荷重センサ５１ａ，５１ｂ夫々からサンプリングした信号値に対し所定の演算を実行し、荷重検出値として特定する（ステップＳ６０２）。制御部５０は、ステップＳ６０２で特定した荷重検出値を外部へ向けて出力する（ステップＳ６０３）、内蔵する不揮発性メモリに記憶する（ステップＳ６０４）。

制御部５０は、ステップＳ６０２で特定した荷重検出値が、記憶してある正常範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ６０５）。ステップＳ６０５において制御部５０は、荷重検出値が例えば電動シリンダ８の仕様に基づく第１の閾値以下であるか否かを判断する。

正常範囲内であると判断された場合（Ｓ６０５：ＹＥＳ）、制御部５０は、そのまま処理を終了する。この場合、制御部５０は、所定の待機時間後に再度Ｓ６０１から処理を実行する。荷重検出値が正常範囲内である間は、制御部５０はステップＳ６０１−Ｓ６０５の処理を繰り返し実行する。

制御部５０は、正常範囲内でないと判断された場合（Ｓ６０５：ＮＯ）、診断用端子から異常通知を出力し（ステップＳ６０６）、処理を終了する。この場合も、所定の待機時間後には再度Ｓ６０１から処理が開始され、異常の場合には異常通知が出力され続ける。

なおステップＳ６０３の荷重検出値の出力を、荷重センサユニット５に表示器を備えて表示器への出力としてもよい。

制御部５０が有する外部からの信号を入力する端子に、電動シリンダ８の駆動モータ８１への電力を検出する電力検出器からの信号を与え、制御部５０は、電力値と荷重検出値とを比較して内部損傷であるのか外部における過剰な負荷であるのかを判別する処理を実行してもよい。これにより、実施の形態３と同様の処理が可能である。

荷重センサユニット５を用いて、正常時の荷重検出値の時間分布を学習して内蔵メモリに記憶させ、その後学習された時間分布との差異から、制御部５０が実施の形態４同様に診断機能に係る処理を実行して診断機能を発揮させることも可能である。

このような処理を実行するようにプログラムが組み込まれた荷重センサユニット５は、例えば、電動シリンダ８のメンテナンスのために使用される。電動シリンダ８自体をメンテナンス業者に送付するのではなく、メンテナンス業者から荷重センサユニット５を使用者に送付し、使用者は荷重センサユニット５を電動シリンダ８に取り付けて動作させる。荷重センサユニット５から出力される荷重検出値によって、使用者は電動シリンダ８の異常なのか電動シリンダ８以外の部分の装置の異常なのかを把握することが可能である。使用者が荷重センサユニット５を返送すると、メンテナンス業者は、荷重センサユニット５の制御部５０内蔵のメモリに記憶されている情報を用いて、電動シリンダ８の異常を推定し、部品、メンテナンスの方法を提供するなどして対応することも可能である。

実施の形態１から６では電動アクチュエータ１，３を電動シリンダとして説明した。しかしながら電動アクチュエータ１，３はボールねじを駆動モータで動作させる装置であれば適用される。電動スライダ等の直線作動機に適用できることは勿論である。

実施の形態１から６では、荷重センサ１７ａ，１７ｂ（３７ａ，３７ｂ，５１ａ，５１ｂ）をロードセルであるとした。しかしながらボールねじに掛かる力を検出するデバイスであればこれに限らず、他のセンサを使用してもよい。

上述のように開示された実施の形態は全ての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれる。

１，３ 電動アクチュエータ
５ 荷重センサユニット
１１，３１ 駆動モータ
１３，３３ ネジ軸
１５，３５ ナット
１６ ロッド
１７ａ，１７ｂ，３７ａ，３７ｂ，５１ａ，５１ｂ 荷重センサ
１８，３８，８８ 外筒
２，４ 制御ユニット
２０，５０ 制御部
２１ 記憶部
２２ 入出力部
２Ｐ 制御プログラム
８ 電動シリンダ

Claims (10)

1. 駆動モータによって回転するボールねじ又は台形ねじに設けられ、前記ボールねじ又は台形ねじのネジ軸又はナットに掛かる軸方向の荷重に対応する信号を出力する荷重センサと、
   該荷重センサから出力される信号を入力する制御ユニットと
   を備え、
   前記制御ユニットは、
   前記信号から荷重検出値を特定し、
   特定された荷重検出値と、記憶してある閾値との比較に基づいて前記駆動モータの駆動回路へ制御信号を出力する
   電動アクチュエータ。
2. 前記荷重センサは、前記ボールねじ又は台形ねじに対して軸方向に一対で設けられる
   請求項１に記載の電動アクチュエータ。
3. 前記駆動モータ、前記ネジ軸若しくはナット、又は、該ネジ軸若しくはナットに固定された部材のブレーキ機構へ、前記荷重検出値と記憶してある閾値との比較に基づく制御信号を出力する
   請求項１又は２に記載の電動アクチュエータ。
4. 前記駆動回路は、前記駆動モータを加減速させるインバータを備え、
   前記制御ユニットは、
   前記荷重検出値と記憶してある閾値との比較に基づき、前記駆動回路へ前記駆動モータの加減速を指示する信号を出力する
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電動アクチュエータ。
5. 前記駆動回路は、前記駆動モータへの電力値を検出する電力検出器を備え、
   前記制御ユニットは、
   前記荷重検出値と記憶してある閾値との比較結果、及び、前記電力検出器から取得される電力値と記憶してある他の閾値との比較結果に基づき、該電動アクチュエータの内部、及び、外部のいずれかにおける異常の有無を診断する
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電動アクチュエータ。
6. 前記制御ユニットは、
   前記荷重検出値の時間分布に基づき、
   該電動アクチュエータの内部、及び、外部のいずれかにおける異常の有無を診断する
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電動アクチュエータ。
7. 前記制御ユニットは、
   前記駆動モータを作動させた場合の前記荷重検出値の時間分布を予め記憶しておき、
   前記駆動モータが作動する都度に、作動中に荷重センサからの信号をサンプリングして特定される荷重検出値の時間分布と、予め記憶してある荷重検出値の時間分布との比較に基づき、前記異常を診断する
   請求項６に記載の電動アクチュエータ。
8. 駆動モータによって回転する電動アクチュエータのボールねじ又は台形ねじに設けられ、前記ボールねじ又は台形ねじのネジ軸又はナットに掛かる軸方向の荷重に対応する信号を出力する荷重センサを用い、
   前記信号から荷重検出値を特定し、
   特定された荷重検出値と、記憶してある閾値との比較に基づいて前記駆動モータの駆動回路へ制御信号を出力する
   電動アクチュエータの制御方法。
9. 電動アクチュエータの駆動モータによって回転するボールねじ又は台形ねじに設けられ、前記ボールねじ又は台形ねじのネジ軸又はナットに掛かる軸方向の荷重に対応する信号を出力する荷重センサと接続される荷重センサユニットであって、
   前記荷重センサからの信号をサンプリングして荷重検出値を特定する手段と、
   特定された荷重検出値を出力する手段と、
   前記駆動モータへの電力値を取得する手段と、
   前記荷重検出値及び前記電力値に基づいて診断する手段と、
   診断結果を出力する手段と
   を備える荷重センサユニット。
10. 駆動モータによって回転するボールねじ又は台形ねじに設けられ、前記ボールねじ又は台形ねじのネジ軸又はナットに掛かる軸方向の荷重に対応する信号を出力する荷重センサと接続されるコンピュータに、
    前記信号から荷重検出値を特定し、
    特定された荷重検出値と、記憶してある閾値との比較に基づいて前記駆動モータの駆動回路へ制御信号を出力する
    処理を実行させるコンピュータプログラム。

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