JP4536203B2

JP4536203B2 - エンコーダ組付機能付ミシン

Info

Publication number: JP4536203B2
Application number: JP2000112663A
Authority: JP
Inventors: 一也田味
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2000-04-13
Filing date: 2000-04-13
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2020-04-13
Also published as: JP2001293276A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、エンコーダ組付機能付ミシン、特に機枠に取付けられたサーボモータにエンコーダを所定の関係になるように容易に組付けることができる機能を有するエンコーダ組付機能付ミシンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ミシンのコンパクト化等の要請により、サーボモータを構成するロータの中心に駆動軸を嵌入し、該ロータにステータを組付けることにより、該モータを駆動軸と一体化し、小型化したいという要請がある。
【０００３】
このように、ロータ、ステータを個別に駆動軸に組付けて一体化する場合は勿論のこと、完成されたサーボモータを駆動軸に通常の方法で取付ける場合でも、該モータを構成するロータの回転角信号を出力するエンコーダは、機枠に固定されるステータに対してロータを回転させるための駆動信号をも出力する働きをするため、該ステータとロータに対して所定の位置関係（位相）になるように、正確に組付けることが極めて重要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、完成されたサーボモータに、ロータを回転させるために必要な所定の位置関係になるようにエンコーダを組付けるには、該エンコーダからの出力信号を基に、ステータと所定の関係にあるロータに対して、所定の位相になった位置で該エンコーダをモータ又は該モータが取付けられた機枠に固定する必要があるため、熟練を要するという問題があった。
【０００５】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、機枠に取付けられたサーボモータに対して、ロータを回転させるために必要な所定の位置関係になるようにエンコーダを容易且つ確実に組付けることができるエンコーダ組付機能付ミシンを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エンコーダ組付機能付ミシンにおいて、機枠に取付けたサーボモータに対してエンコーダを組付けるエンコーダ組付モードと縫製モードとを切り換える切換手段と、前記切換手段によりエンコーダ組付モードが選択された場合に機能する、前記サーボモータを構成するステータの所定のコイルに所定の電流を流して、該ステータに対してロータを基準位置に位置決めする位置決め手段と、前記位置決め手段により位置決めされた状態で前記サーボモータに連結されるエンコーダのエンコーダ軸に対して、エンコーダ本体を相対的に回転させ、前記位置決めされたステータとロータとの位置関係に対応する角度信号が前記エンコーダから出力されると、一致信号を出力する一致信号出力手段と、前記一致信号出力手段から一致信号が出力されると、該一致信号が出力されたことを表示器に表示させるＣＰＵとを有する制御装置を備えたことにより、前記課題を解決したものである。
【０００７】
即ち、本発明においては、機枠に取付けられたサーボモータに対してエンコーダを組付ける際、前記位置決め手段によりロータをステータの基準位置に位置決めした状態で、前記サーボモータに連結されるエンコーダのエンコーダ軸に対して、エンコーダ本体を相対的に回転させ、位置決めされたステータとロータとの所定の位置関係に対応する角度信号がエンコーダから出力されると、一致信号が出力されるようにしたので、作業者は該一致信号が出力された位置にエンコーダ本体を固定するだけで、エンコーダを前記ロータに対して正確な位置関係に組付けることが可能となるため、熟練した者でなくとも容易且つ正確に、これらの組付け作業を行うことが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明に係る一実施形態のエンコーダ組付機能付ミシンが備えている制御装置の概要を示すブロック図である。
【００１０】
本実施形態に適用される制御装置は、機械的な構成については後に具体的に説明するが、ミシン機枠に取付けたサーボモータ１０に対してエンコーダ１２を組付けるエンコーダ組付モードと通常の縫製モードとを切り換えるモード切換スイッチ（切換手段）１４と、該切換スイッチ１４によりエンコーダ組付モードが選択された場合に機能する、前記サーボモータ１０を構成するステータの所定のコイルに所定の電流を流して、該ステータに対してロータを所定の基準位置に位置決めするインバータ回路（位置決め手段）１６と、該基準位置に位置決めされた状態でエンコーダ１２を前記サーボモータ１０に仮止めした後、該エンコーダ１２の本体を回転させることにより、該インバータ回路１６により位置決めされた前記ステータの基準位置から前記ロータが所定の回転角に一致したときの角度信号が、前記エンコーダ１２から出力されると、一致信号を出力するカウンタ１８及び比較器２０からなる一致信号出力手段とを有している。
【００１１】
前記制御装置は、又、前記エンコーダ１２からＺ相の信号が前記カウンタ１８に入力されると、該カウンタ１８はＡ相又はＢ相のパルス信号をカウントし、前記比較器２０では、カウントされたパルス数が予め設定されている後述する基準パルスと比較し、一致した場合にはその信号をＣＰＵ２２に出力するようになっており、このＣＰＵ２２はインターフェース２４を介して一致信号が出力されたことを操作パネル２６上の表示器に表示するようになっている。
【００１２】
なお、通常の縫製モードでは、サーボモータを回転させるために、前記エンコーダ１２から該モータ１０のステータに巻き付けられているＵ、Ｖ、Ｗの３相のコイルに対して、各コイルにそれぞれ駆動電流を印加するためのタイミングを規定するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各エンコーダ信号が、サーボモータ１０の回転に同期して出力されるようになっている。これら各信号は、モータ制御回路２８に入力されると、該制御回路２８では前記ＣＰＵ２２から入力される速度指令信号を基に、前記インバータ回路１６に対して、該回路に含まれる６つのトランジスタＴ1〜Ｔ6をそれぞれ制御して、目標速度に一致するように各コイルに印加する合成正弦波を駆動信号として前記サーボモータ１０に出力するようになっている。
【００１３】
前記ＣＰＵ２２には、各種プログラム等が記憶されている記憶装置３０が接続され、且つ該ＣＰＵ２２によりインターフェース２４を介してモータ以外の各アクチュエータが駆動制御されるようになっている。
【００１４】
次に、前記図１の制御装置により、エンコーダ組付モードを選択して、前記エンコーダ１２を前記サーボモータ１０のステータとロータに対して、該ロータを回転させてモータとして機能させるために必要な所定の位置関係に位置決めして、該エンコーダをサーボモータ１０に組付ける方法について説明する。但し、本実施形態では、ミシンの針棒を上下動させるための駆動軸（主軸）をロータに嵌入させてサーボモータ１０を一体化する場合を具体例として取り上げる。
【００１５】
図２は、このような駆動軸を有する針棒駆動機構の要部のみを抽出して示したもので、駆動軸４２に偏心カム４４が固定され、該偏心カム４４にはクランクロッド４６の下端が回転可能に連結され、該クランクロッド４６の上端が回動軸４８を支点に揺動する針棒揺動桿（アーム）５０の一端に回動可能に連結されている。又、この揺動桿５０の他端には、下端に針５２が取付けられている針棒５４が支持され、該針棒５４が回動軸４８を中心とする揺動桿５０の揺動動作に伴って上下動するようになっている。
【００１６】
この駆動機構では、以下に詳述するように前記駆動軸４２に対して矢印方向にサーボモータ１０が組み付けられるため、該モータ１０により該駆動軸４２が回転されると、偏心カム４４、クランクロッド４６を介して針棒揺動桿５０が回動軸４８を中心に揺動され、針棒５４が上下動され、縫製動作が行われるようになっている。なお、図中符号５６、５８はいずれもベアリングである。
【００１７】
図３は、前記駆動軸４２に対して組付けるサーボモータ１０とエンコーダ１２の要部を、組付前の分解斜視図で示したものである。
【００１８】
本実施形態では、まず、前記針５２とサーボモータ１０との位相合わせを行うために、前記駆動軸４２の平部４２Ａにロータ６０の所定位置を合わせてねじ６０Ａで固定する。これにより、前記針棒５４と駆動軸４２とは物理的な関係が常に一定になるように組み付けられるようになっている。
【００１９】
次いで、ステータ６２を、図２の矢印方向から見たミシン機枠６４のステータ取付部６４Ａとの関係を図４（Ａ）に示したように、ステータ６２をそのコードが引出し口６４Ｂに来るように該取付部６４Ａへ挿入する。次いで、電源を入れ、ステータ６２を励磁モードにして、該ステータ６２とロータ６０とが互いに釣り合うロックされた状態、即ち基準位置に位置決めされた状態にする。具体的には、前記図１に示したＶ相とＷ相のコイルに同時に電流を印加して励磁することにより、上記ロータ６０のステータ６２に対する位相を０°（基準位置）にする。但し、コイルの励磁の仕方はこれに限定されず、ロータ６０をステータ６２に対して所定の位置関係で停止させることができるならば任意である。
【００２０】
このように基準位置に位置決めされた状態で、上記ステータ６２をロータ６０と共に一体的に回転させ、針棒５４が下死点に来たところで該ステータ６２をミシンの基台（機枠）６４に、図５の断面図で示すようにねじ穴６４Ｃを介して、ねじ（図示せず）により固定する。次いで、図４（Ｂ）に機枠６４を省略して示したように、モータカバー６６をねじ６６Ａで止めることにより、この図５に示したように駆動軸４２にサーボモータ１０として一体的に組付ける。以上の操作により、ロータ６０をステータ６２に対して位置決めした位相０°の位置を、前記針棒５４の下死点に合わせることができる。
【００２１】
このようにステータ６２に対してロータ６０を一定の位置関係に設定したサーボモータ１０とエンコーダ１２との位置合わせを、本実施形態のエンコーダ組付モードを選択して行う。
【００２２】
まず、エンコーダ１２の軸１２Ａに駆動軸４２を挿通し、該エンコーダ１２を基台、即ちステータ６２のカバー６６に長孔１２Ｂを介してねじ１２Ｃで仮止めするとともに、この状態でエンコーダ軸１２Ａを駆動軸４２に対してねじ（図示せず）で固定する。次いで、この状態から仮止めされている上記エンコーダ１２本体を、ねじ１２Ｃを緩めてエンコーダ軸１２Ａに対して回転させてＺ相を検出し、前記カウンタ１８では検出されたＺ相からＡ相又はＢ相のパルス信号をカウントできるようにする。その後、この状態からエンコーダ１２の本体を更に回転させ、Ｚ相からの回転角が所定の回転角（ここでは機械角で７．５±１°）になったことが、このカウンタ１８によりカウントしたパルス数を、比較器２０で比較することにより判定されると、前記操作パネル２６の表示器に、ロータ６０がステータ６２に対して所定の位置（回転角）に一致したことを表わすＯＮの文字が表示されるので、その位置でエンコーダ本体の回転を止める。これにより、モータ１０とエンコーダ１２とを予め設定されている所定の位相（位置関係）に位置決めすることができる。
【００２３】
このように、エンコーダ１２をモータ１０に対して所定の関係に位置決めすることができたら、該エンコーダ１２を最終的にねじ１２Ｃにより基台にしっかりと固定し、図４（Ｃ）の状態にしてエンコーダの組付作業を終了する。
【００２４】
ここで、サーボモータ１０にエンコーダを組付ける際に、ロータを回転させるために必要な所定の位置関係（回転角）について説明する。
【００２５】
前記図１に示した制御装置によりサーボモータ１０を回転させる場合には、該モータ１０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３つのコイルには、それぞれ図６（Ａ）に示すように位相が１２０°ずれた正弦波電流を流す必要がある。この正弦波に相当するエンコーダ１２から出力されるロータ位相信号とＺ相の関係を示すと同図（Ｂ）のようになるが、このままのロータ位相信号を前記モータ制御回路２８を介してインバータ回路１６に入力してもモータは回転しない。そのため、同図（Ｃ）に示すように、エンコーダ１２は、同図（Ｂ）の状態から所定の位相だけずらして組付ける必要がある。
【００２６】
この図６（Ｃ）に示した、エンコーダを所定の位置関係に合せたときの位置は、Ｚ相を機械角で前記７．５°（電気角で３０°）ずらしたときの位相関係を示している。ここで設定する機械角で７．５°の意味は、本実施形態で使用しているモータ（条件：８極ロータ、１２０°通電、トランジスタ６個のインバータ回路使用）を正常に回転制御するために必要とされる角度であり、これらの条件が変わる場合にはこの角度も変更される。
【００２７】
このようにロータの基準位置から所定の位相だけずらしたＺ相を出力するエンコーダからの上記図６（Ｃ）に示したＵ〜Ｗ相の各ロータ位相信号を、Ｔ1〜Ｔ6のトランジスタを有する前期インバータ回路１６に入力して、これらの信号に基づいてトランジスタＴ1〜Ｔ6の駆動信号を図７（Ａ）に示すように、１２０°通電のＯＮ／ＯＦＦ制御をすることにより、同図（Ｂ）に一点鎖線で示すような、モータ１０のコイルの位相と一致する相電圧を生成することができる。即ち、前記モータ１０のＵ〜Ｗ相の各コイルに前記図６（Ａ）に示した電流を流して回転させるためには、エンコーダ１２からは同図（Ｃ）に示したロータ位相信号を出力する必要がある。
【００２８】
以上詳述した本実施形態によれば、基台６４に取付けられたサーボモータ１０に対して、ロータ６０を回転させるために必要な所定の位置関係になるように、エンコーダ１２を容易且つ確実に組付けることができる。
【００２９】
又、本実施形態では、ロータ６０に駆動軸４２を嵌入させてサーボモータを一体化するようにしたので、サーボモータを小型化することができるという利点もある。
【００３０】
以上、本発明について具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に示したものに限られるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００３１】
例えば、前記実施形態では、エンコーダ本体をエンコーダ軸に対して回転する所定の回転角として、機械角で７．５°の場合を示したが、前述したようにこの所定の回転角はロータを構成する磁極の数等によって他の値に設定されることは言うまでもない。
【００３２】
又、前記実施形態では、ロータに駆動軸を嵌入する一体型のサーボモータを示したが、これに限定されず、市販されている完成されたモータを駆動軸に通常の方法で取付ける場合にも適用できることは言うまでもない。
【００３３】
又、サーボモータで駆動する駆動軸としては、針棒を上下動する主軸に限定されず、ミシンに設置されているものであれば任意である。
【００３４】
又、前記実施形態では、エンコーダとしてＺ相、Ａ相、Ｂ相が出力されるインクリメント型を採用したが、角度信号を直接出力するアブソリュート型を採用してもよく、この場合は前記図１に示したカウンタは不要である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、機枠に取付けられたサーボモータに対して、ロータを回転させるために必要な所定の位置関係になるようにエンコーダを容易且つ確実に組付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態のミシンが備えている制御装置の概要を示すブロック図
【図２】サーボモータとエンコーダを組付ける駆動機構の要部を示す斜視図
【図３】駆動軸と組付けるモータ及びエンコーダとの関係を示す分解斜視図
【図４】ミシン機枠と駆動軸及びステータ等の関係を示す正面図
【図５】モータがミシン機枠に組み付けられた状態を示す概略断面図
【図６】位置合せ前と後のエンコーダから出力されるロータ位置信号の関係を示す線図
【図７】トランジスタを駆動する制御信号と生成される相電圧の関係を示す線図
【符号の説明】
１０…サーボモータ
１２…エンコーダ
１４…モード切換スイッチ
１６…インバータ回路
１８…カウンタ
２０…比較器
４２…駆動軸
５４…針棒
６０…ロータ
６２…ステータ
６４…機枠

Claims

機枠に取付けたサーボモータに対してエンコーダを組付けるエンコーダ組付モードと縫製モードとを切り換える切換手段と、
前記切換手段によりエンコーダ組付モードが選択された場合に機能する、
前記サーボモータを構成するステータの所定のコイルに所定の電流を流して、該ステータに対してロータを基準位置に位置決めする位置決め手段と、
前記位置決め手段により位置決めされた状態で前記サーボモータに連結されるエンコーダのエンコーダ軸に対して、エンコーダ本体を相対的に回転させ、前記位置決めされたステータとロータとの位置関係に対応する角度信号が前記エンコーダから出力されると、一致信号を出力する一致信号出力手段と、
前記一致信号出力手段から一致信号が出力されると、該一致信号が出力されたことを表示器に表示させるＣＰＵとを有する制御装置を備えたことを特徴とするエンコーダ組付機能付ミシン。
前記一致信号出力手段は、前記エンコーダから出力されるパルス信号をカウントするカウンタと、該カウンタによりカウントされたパルス数が、予め設定されている基準パルスと比較し、一致した場合にその信号を前記ＣＰＵに出力する比較器とを有していることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ組付機能付ミシン。