JP3610209B2 - 磁気ネジ検出システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁力による吸引力を利用して動力の伝達を行う磁気ネジの脱調などを検出する磁気ネジ検出システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば従来、モータを使用し、その回転出力によってスライダを水平移動させる場合、ロッドの回転によってスライダに推力を発生させるために、そのロッドとスライダとの間にボールネジなどの機械的構造の動力伝達機構を介し、回転方向の運動から直線方向への運動を得ることが行われていた。しかし、近年、その機械的構造の動力伝達機構に代わり、非接触によって同様の動力伝達が可能な磁気ネジの開発が進められている。図４は、磁気ネジを使用したスライド搬送装置を示す一部外観斜視図であり、平行に引かれた２本のスライドガイド５１，５１上を、磁気ネジによって動力の与えられたスライダ５２が摺動する構成を示した図である。また、図５は、その磁気ネジの構造を示す雄磁気ネジ及び雌磁気ネジの分解斜視図である。
【０００３】
雄磁気ネジ６１は、図５に示すように、ロッド６２の外周に嵌合され接着された円筒磁石６３より構成されている。ロッド６２は、高透磁性の材料（例えば鉄、酸化鉄、ニッケル、コバルト若しくはこれらを主成分とする合金その他の化合物等）より成形されている。円筒磁石６３には、螺旋状に形成された着磁帯６４が形成され、隣接する帯同士は極性が逆向きとなるよう着磁されている。すなわち、Ｎ極が着磁された着磁帯６４Ｎの隣には必ずＳ極の着磁帯６４Ｓが着磁されている。そのため、雄磁気ネジ６１の表面には、図５に示すようにＮ極とＳ極とが交互に着磁された螺旋状の着磁帯６４が整然と形成されている。
【０００４】
一方、スライダには、前記雄磁気ネジ６１が貫通する貫通孔が穿設され、そこにはめ込まれた円筒形状の雌ネジホルダ６７の内周面に雄磁気ネジ６１に対応する雌磁気ネジ６６が形成されている。
雌磁気ネジ６６は、図５に示すように、円筒磁石６８が高透磁性材料（例えば鉄、酸化鉄、ニッケル、コバルト若しくはこれらを主成分とする合金その他化合物等）から成形される雌ネジホルダ６７内に固着されることにより構成されている。そして、雌磁気ネジ６６の内周には、図５に示すように、雄磁気ネジ６１と同様に螺旋状に６９Ｎ極と６９Ｓ極とが交互に螺旋状に着磁された着磁帯６９が形成されている。
【０００５】
そこで、雄磁気ネジ６１と雌磁気ネジ６６とは、互いに異極同士（６４Ｎと６９Ｓ，６４Ｓと６９Ｎ）の着磁帯６４，６９が磁力によって吸引し合っている。そのため、ロッド６２にモータの回転が与えられて雄磁気ネジ６１が回転すると、雌磁気ネジ６６の着磁帯６９が、回転する雄磁気ネジ６１の着磁帯６４に追随しようとする。しかし、雌磁気ネジ６６は回転しないスライダ５２に固着されているために、その雌磁気ネジ６６には推力が作用してスライダ５２がロッド６２に沿って直線上に移動することとなる。
よって、従来の機械的なネジに比べ抵抗がないため、動力の伝達が非常にスムーズで、その使用範囲が拡大しつつある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような磁気ネジは、非接触状態で動力を伝達するため、外部の抵抗によって脱調が生じやすい。このことは、例えばスライダ５２による搬送物の間に手が挟まれる等の緊急時の危険回避や、制御ミスによってスライダ５２がオーバーランして衝突する異常時の破損防止等には効果的である。
ところが、脱調が生じる場合はこのような緊急時等に限られず、その構成によって種々起こり得る。例えば、前記したスライド搬送装置の場合では、スライダ５２が移動の際に、載置されたワーク荷重のオーバーや片寄り、スライダ５２とそれを補助しているスライドガイド５１，５１との摺動抵抗のバラツキ、或いはロッド６２の撓みによるスライド移動摺動抵抗などの原因が考えられる。
【０００７】
このような原因から脱調が生じると、スライダ５２を定量移動させる為に行う雄磁気ネジ６１の定量回転指令に対し、雌磁気ネジ６６が追随できず、指令値と実際の移動位置との間にズレが発生する。そして、そのズレによってワーク位置決め不良により治具やワークを破損させる原因となったり、オーバーランしたスライダによってワークに破損が生じたるなど搬送ミスの原因となってしまっていた。
しかし、従来からある検出器で磁気ネジの脱調を検出しようとした場合、搬送ユニットなどにシステムとして構築することが難しかった。
具体的には、例えばモータ軸にエンコーダを取り付けて回転角度を検出する方法では、磁気ネジが非接触であるため脱調の検出ができない。
また、例えばスライドガイド５１に沿って設けた磁気リニアスケールを、スライダ５２に固着した磁気ヘッドによって読み取る方法では、コストが高く、更にスケール自体が搬送領域にかけて必要なためコントローラが大型化してしまうなどの問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、磁気ネジの脱調を簡単に検出できる磁気ネジ検出システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気ネジ検出システムは、Ｎ極及びＳ極の着磁帯が平行螺旋状に着磁されてなる雄磁気ネジと雌磁気ネジとの異極の着磁帯同士が吸引し合うことで、主動部材の動力を従動部材に伝達する該雄磁気ネジと雌磁気ネジとからなる磁気ネジと、前記主動部材又は従動部材の一方に取り付けられ、この主動部材又は従動部材に対して相対的に移動する前記雌磁気ネジ又は雄磁気ネジの着磁帯から受ける磁束を検出する磁気センサと、前記磁気センサからの検出信号を処理する制御装置とを有する。
【００１０】
よって、例えば、主動部材に設けられた雄磁気ネジの回転により、吸引し合う着磁帯同士の動力伝達によって、回転が制限された従動部材の雌磁気ネジに直線方向の運動が与えられ、その従動部材に取り付けられた磁気センサが、軸方向に相対的に移動する雄磁気ネジの着磁帯を検出する。そのとき、磁気ネジに脱調が生じると、吸引し合っていた着磁帯にズレが生じ、磁気センサがそれまで検出していた着磁帯とは異なる極性の着磁帯を横切り、その変化する磁束を磁気センサが検出し、その検出信号が制御装置で処理され脱調が確認される。
【００１１】
また、本発明の磁気ネジ検出システムは、駆動モータによって回転可能なロッド外周面にＮ極及びＳ極の着磁帯が平行螺旋状に着磁されてなる雄磁気ネジと、前記ロッドに貫通されたスライダの貫通孔内周面にＮ極及びＳ極の着磁帯が平行螺旋状に着磁されてなる雌磁気ネジと、前記スライダに取り付けられ、前記雄磁気ネジの着磁帯から受ける磁束を検出する磁気センサと、前記磁気センサからの検出信号を処理する制御装置とを有する。
【００１２】
よって、駆動モータによってロッドが回転され、それと同時に雄磁気ネジにも回転が与えられることにより、吸引し合う着磁帯同士の動力伝達によって、回転が制限されたスライダの雌磁気ネジには直線方向の力が働き、その結果、スライダが軸方向に直線運動することとなる。その際、スライダに取り付けられた磁気センサが、軸方向に相対的に移動することとなる雄磁気ネジの着磁帯の磁束を検出し、磁気ネジに脱調が生じると、吸引し合っていた着磁帯にズレが生じ、磁気センサがそれまで検出していた着磁帯とは異なる極性の着磁帯を横切り、変化する磁束を磁気センサが検出し、その検出信号が制御装置で処理され脱調が確認される。
【００１３】
また、本発明の磁気ネジ検出システムは、前記雄磁気ネジと雌磁気ネジとの吸引し合う着磁帯にズレが生じて脱調状態になった場合には、その状況を検出した前記磁気センサからの検出信号によって、前記制御装置が、前記駆動モータを停止、又はその回転を制御することを特徴とする。
よって、脱調によって雄磁気ネジと雌磁気ネジとの位置がずれたまま動作させることで、スライダが本来の移動領域を外れて移動することを防止することができる。
【００１４】
また、本発明の磁気ネジ検出システムは、前記ロッドの回転を検出する回転検出センサと、前記スライダの移動位置を検出する位置検出センサとの少なくとも一つを有することを特徴とする。
よって、例えば制御装置が回転検出センサの信号の入力により駆動モータによるロッドの回転を確認し、また位置検出センサの信号によりスライダのオーバーランなどを確認して、駆動モータの駆動を制御する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明にかかる磁気ネジ検出システムの一実施の形態について図面を参照して説明する。本実施の形態での磁気ネジ検出システム（以下、単に「検出システム」とする）は、前記スライダ搬送装置（図４参照）に取り付けるものとし、図１にその概略の平面図を示す。
この磁気ネジ搬送装置は、前述した雄磁気ネジ６１を備えたロッド６２が、本体フレーム４１に立設された支持板４２，４２にベアリング４３，４３を介して回転支持され、それがカップリング４４によって駆動モータ４５の出力軸に連結されている。そして、雄磁気ネジ６１によって貫かれたスライダ５２（図４参照）の貫通孔内周面には雌磁気ネジ６６（図５参照）が設けられ、そのスライダ５２は、本体フレーム４１上に取り付けられた２枚のスライドガイド５１，５１上に、磁気ネジによって作用する推力によって摺動するよう配置されている。
【００１６】
そして、このような磁気ネジ搬送装置に検出器が取り付けられる。本実施の形態では、先ず、雌磁気ネジ６６の端部、即ち雌磁気ネジ６６が設けられたスライダ５２の貫通孔端部には、雄磁気ネジ６１の磁束を検出する磁気センサからなる脱調検出センサ１が取り付けられている。脱調検出センサ１には、磁極の判別能力をもったホール素子を利用する。
また、ロッド６２にはスリット円盤２がはめ込まれ、そのスリット円盤２を挟み込む馬蹄形の回転検出センサ３が設置されている。回転検出センサ３には、スリット円盤２のスリットを通過する光を検出する馬蹄形の光電センサ３を利用する。
更に、スライダ５２の摺動端部付近には、そのスライダ５２の終端位置を超えて移動するオーバーランを検出するためのオーバートラベル検出センサ（以下、「ＯＴ検出センサ」という）４，５が設けられている。ＯＴセンサ４，５には、近接スイッチ４，５を利用する。
【００１７】
次に、図２は、検出システムの制御装置を示した概念図である。制御装置１１は、大きく分けて前記各種センサ１，３，４，５からの検出信号を受け取って演算処理等する検出部１２と、搬送装置の駆動を制御するための駆動部１３とから構成されている。
図３は、この制御装置１１の主要な回路構成を示したブロック図である。脱調検出センサ１が、ホール素子アンプ１４に接続され、そのホール素子アンプ１４が演算処理回路１５に接続されている。また、回転検出センサ３及びＯＴ検出センサ４，５は演算処理回路１５に接続されている。
演算処理回路１５は、脱調などを知らせるためのアラーム表示部１６及び駆動モータ４５の動作を制御するコントローラ１７に接続されている。そして、そのコントローラ１７は、駆動モータ４５に接続されたモータドライバ１８及び前記演算処理回路１５に接続されている。
【００１８】
このような構成からなる本実施の形態の検出システムでは、次のようにして磁気ネジ搬送装置の脱調などが検出される。
オペレータが操作スイッチをＯＮすることにより、駆動モータ４５を電源に通電させ、出力回路によって印加電圧を変化させることによって駆動モータ４５を正転及び逆転させる。
駆動モータ４５の回転はカップリング４４を介して連結されたロッド６２に伝達され、本体フレーム４１上でロッド６２が回転することとなる。ロッド６２が回転すれば、一体に形成された雄磁気ネジ６１も回転し、雌磁気ネジ６６との間に作用する磁力による吸引力によってスライダ５２に直線方向の運動が与えられる。
【００１９】
即ち、雄磁気ネジ６１と雌磁気ネジ６６とは、互いに異極同士（６４Ｎと６９Ｓ，６４Ｓと６９Ｎ）の着磁帯６４，６９が磁力によって吸引し合っている。そのため、ロッド６２にモータの回転が与えられて雄磁気ネジ６１が回転すると、雌磁気ネジ６６の着磁帯６９が回転する雄磁気ネジ６１の着磁帯６４に追随しようとする。
しかし、雌磁気ネジ６６は回転しないスライダに固着されているために、その雌磁気ネジ６６には推力が作用してスライダ５２がロッド６２に沿って直線上を移動することとなる。
【００２０】
駆動モータ４５の駆動によってスライダ５２がスライドガイド５１，５１上を摺動して移動する場合、前述したように雄磁気ネジ６１と雌磁気ネジ６６とは吸引し合っている。そのため、脱調検出センサ１は、正常運転時には回転する雄磁気ネジ６１の同一磁極（着磁帯６４Ｎ或いは６４Ｓ）上に常に位置することとなる。ところが、例えばスライドガイド５１，５１上を摺動するスライダ５２の摺動抵抗が部分的に大きいと、そこで瞬間的に磁気ネジ同士の吸引が外れて脱調が生じることがある。
脱調検出センサ１から取り出された出力電圧はホールアンプ１４へ入力され、磁束に比例した電圧値が微分回路で微分処理され、予め設定された正常値との比較が行われる。
【００２１】
スライダ５２が正常に移動した場合、雌磁気ネジ６６のある一点は、常に雄磁気ネジ６１の同一磁極（着磁帯６４Ｎ或いは６４Ｓ）上に位置するため、多少の磁束の変化はあろうとも所定範囲内で検出される。そのため、雌磁気ネジ６６側に取り付けた脱調検出センサ１における磁束による出力電圧の許容ピーク値を設定し、その値以下を正常値とする。
そこで、ホール素子アンプ１４では、脱調検出センサ１から検出された検出電圧と正常値とが比較され、検出電圧が正常値で示す許容範囲内であれば正常運転であると判断される。
【００２２】
しかし、検出電圧が正常値を超えると、脱調が生じたと判断される。例えば、図１に示す搬送装置でスライダ５２が矢印Ａ方向に移動し、脱調検出センサ１が雄磁気ネジ６１の着磁帯６４Ｎ上に配置されているとする。そこで、スライダ５２が矢印Ａとは逆方向に抵抗を受けると、雌磁気ネジ６６が雄磁気ネジ６１の回転に遅れて、１回転或いは２回転以上した雄磁気ネジ６１の着磁帯６４Ｎ，６４Ｓに吸引し合って再びＡ方向へ移動することとなる。
そのため、脱調検出センサ１は、その間にＳ極上を通過するため正常値を超える検出電圧が得られる。従って、その値はホール素子アンプ１４で正常値と比較され、演算処理回路１５へエラー信号として入力される。
【００２３】
一方、操作スイッチがＯＮされると、ＯＮ信号が演算処理回路１５へ送信され、、回転検出センサ３では、ロッド６２とともに回転するスリット円盤２の回転が検出され、その検出信号が演算処理回路１５へ送信される。このコントローラ１７からのＯＮ信号と回転検出センサ３からの検出信号とによって搬送装置の稼働が確認される。例えば、カップリング４４が正確に連結されておらず、駆動モータ４５が空転している場合には、回転検出センサ３からの信号が演算処理回路１５入力されず、そこで空転或いはロッド６２の回転を制限する何らかの故障が生じていることが確認され、アラーム信号がアラーム表示部１６へ送信され、雄磁気ネジ６１回転不能の事実がオペレータへ知らされる。
また、このとき、演算処理回路１５からコントローラ１７へコントロール信号が送信され、モータドライバ１８によって駆動モータ４５の回転が停止される。
【００２４】
次に、駆動モータ４５の回転がロッド６２に伝達され搬送装置が正常に稼働している場合に磁気ネジの脱調が生じると、前記ホール素子アンプ１４からのエラー信号が演算処理回路１５へ入力され、回転検出信号などとＡＮＤ処理が行われ、アラーム信号がアラーム表示部１６へ送信されて脱調の事実がオペレータへ知らされる。
また、このとき、演算処理回路１５からコントローラ１７へコントロール信号が送信され、モータドライバ１８によって駆動モータ４５の回転が停止され、搬送装置の稼働が止められる。
【００２５】
更に、駆動モータ４５の回転オーバーなどによりスライダ５２が勢い良く支持板４２へ衝突しないように、スライダ５２が所定の移動領域を超えたところで、ＯＴ検出センサ４（或いは５）から検出信号が演算処理回路１５へ発信される。そして、演算処理回路１５からアラーム信号がアラーム表示部１６へ送信されて脱調の事実がオペレータへ知らされるとともに、コントローラ１７へコントロール信号が送信され、モータドライバ１８によって駆動モータ４５の回転が停止され、搬送装置の稼働が止められる。
【００２６】
よって、本実施の形態の検出システムによれば、脱調検出センサ１にホール素子を使用し、その検出信号を制御装置１１によって脱調検出センサ１からの検出信号を制御処理することで容易に磁気ネジの脱調を確認することができ、磁気ネジを使用した装置等の安全性が高められた。
また、検出システムの構成もホール素子を使用した脱調検出センサ１としたのでコンパクトにすることができた。
また、制御装置１１も簡単な回路で形成することができコストの面でも検出システムを安価にすることができた。
また、制御装置１１が回転検出センサ３の信号の入力により駆動モータ４５によるロッド６２の回転も確認することで、磁気ネジの脱調を確実に確認できるようになった。
また、制御装置１１がＯＴ検出センサ４，５の信号によりスライダ５２のオーバーランなどを確認して、駆動モータ４５の駆動を制御することで、磁気ネジを使用した装置等の安全性が高められた。
【００２７】
なお、本発明は前記実施の形態のものに限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施の形態では、雄磁気ネジ６１を回転させる搬送装置における検出システムを説明したが、逆に雌磁気ネジ６６を回転させて、回転を制限した雄磁気ネジを軸方向に移動するような装置に使用する検出システムであってもよい。
また、例えば、前記実施の形態では、脱調が生じた場合に演算処理回路１５からコントロール信号がコントローラ１７に送信されて駆動モータ４５が停止されたが、演算処理回路１５で脱調量を演算して、その脱調分駆動モータ４５を回転させて、脱調が生じてもスライダ５２が所定位置まで移動するようコントロールするようにしてもよい。
また、例えば前記実施の形態では、脱調検出センサ１にホール素子を使用したが、この他に磁気飽和型磁極センサなどを使用するようにしてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は、Ｎ極及びＳ極の着磁帯が平行螺旋状に着磁されてなる雄磁気ネジと雌磁気ネジとの異極の着磁帯同士が吸引し合うことで、主動部材の動力を従動部材に伝達する該雄磁気ネジと雌磁気ネジとからなる磁気ネジと、主動部材又は従動部材の一方に取り付けられ、この主動部材又は従動部材に対して相対的に移動する雌磁気ネジ又は雄磁気ネジの着磁帯から受ける磁束を検出する磁気センサと、磁気センサからの検出信号を処理する制御装置とを有する構成としたので、磁気ネジの脱調を簡単に検出できる磁気ネジ検出システムを提供することが可能となった。
【００２９】
また、本発明の磁気ネジ検出システムは、駆動モータによって回転可能なロッド外周面にＮ極及びＳ極の着磁帯が平行螺旋状に着磁されてなる雄磁気ネジと、ロッドに貫通されたスライダの貫通孔内周面にＮ極及びＳ極の着磁帯が平行螺旋状に着磁されてなる雌磁気ネジと、スライダに取り付けられ、雄磁気ネジの着磁帯から受ける磁束を検出する磁気センサと、磁気センサからの検出信号を処理する制御装置とを有する構成としたので、磁気ネジの脱調を簡単に検出できる磁気ネジ検出システムを提供することが可能となった。
【００３０】
また、本発明の磁気ネジ検出システムは、雄磁気ネジと雌磁気ネジとの吸引し合う着磁帯にズレが生じて脱調状態になった場合には、その状況を検出した磁気センサからの検出信号によって、制御装置が、駆動モータを停止、又はその回転を制御する構成としたので、脱調によって雄磁気ネジと雌磁気ネジとの位置がずれたまま動作させることで、スライダが本来の移動領域を外れて移動することを防止することができる磁気ネジ検出システムを提供することが可能となった。
また、本発明の磁気ネジ検出システムは、ロッドの回転を検出する回転検出センサと、スライダの移動位置を検出する位置検出センサとの少なくとも一つを有する構成としたので、磁気ネジの脱調を確実に確認でき、また磁気ネジを使用した装置等の安全性が高められた磁気ネジ検出システムを提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の磁気ネジ検出システムを備えたスライダ搬送装置の概略の平面図である。
【図２】検出システムの制御装置を示した概念図である。
【図３】制御装置１１の主要な回路構成を示したブロック図である。
【図４】磁気ネジを使用したスライド搬送装置を示す一部外観斜視図である。
【図５】磁気ネジの構造を示す雄磁気ネジ及び雌磁気ネジの分解斜視図である。
【符号の説明】
１ 脱調検出センサ
３ 回転検出センサ
４，５ ＯＴ検出センサ
１１ 制御装置
１４ ホール素子アンプ
１５ 演算処理回路
１６ アラーム表示部
１７ コントローラ
１８ モータドライバ
４５ 駆動モータ
５２ スライダ
６１ 雄磁気ネジ
６２ ロッド
６３，６８ 円筒磁石
６４，６９ 着磁帯
６６ 雌磁気ネジ
６７ 雌ネジホルダ

Claims (4)

1. Ｎ極及びＳ極の着磁帯が平行螺旋状に着磁されてなる雄磁気ネジと雌磁気ネジとの異極の着磁帯同士が吸引し合うことで、主動部材の動力を従動部材に伝達する該雄磁気ネジと雌磁気ネジとからなる磁気ネジと、
   前記主動部材又は従動部材の一方に取り付けられ、この主動部材又は従動部材に対して相対的に移動する前記雌磁気ネジ又は雄磁気ネジの着磁帯から受ける磁束を検出する磁気センサと、
   前記磁気センサからの検出信号を処理する制御装置とを有する磁気ネジ検出システム。
2. 駆動モータによって回転可能なロッド外周面にＮ極及びＳ極の着磁帯が平行螺旋状に着磁されてなる雄磁気ネジと、
   前記ロッドに貫通されたスライダの貫通孔内周面にＮ極及びＳ極の着磁帯が平行螺旋状に着磁されてなる雌磁気ネジと、
   前記スライダに取り付けられ、前記雄磁気ネジの着磁帯から受ける磁束を検出する磁気センサと、
   前記磁気センサからの検出信号を処理する制御装置とを有する磁気ネジ検出システム。
3. 請求項２に記載の磁気ネジ検出システムにおいて、
   前記雄磁気ネジと雌磁気ネジとの吸引し合う着磁帯にズレが生じて脱調状態になった場合には、その状況を検出した前記磁気センサからの検出信号によって、前記制御装置が、前記駆動モータを停止、又はその回転を制御することを特徴とする磁気ネジ検出システム。
4. 請求項２又は請求項３に記載の磁気ネジ検出システムにおいて、
   前記ロッドの回転を検出する回転検出センサと、前記スライダの移動位置を検出する位置検出センサとの少なくとも一つを有することを特徴とする磁気ネジ検出システム。

Images