JP5120634B2 - 起動トルク低減装置および起動トルク低減方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータによりスクリュー軸等の従動体を駆動する際にモータの起動トルクを低減する装置と方法に関する。

例えばワークの移動を行うため、モータの回転をワーク搬送装置の直進運動に変換する装置が用いられる（例えば特許文献１参照）。この種の従来のアクチュエータは、モータの出力軸に駆動プーリを取付け、従動体であるスクリュー軸に従動プーリを取付け、駆動プーリと従動プーリとにベルトを巻いて構成している。そしてスクリュー軸にスクリューナットを噛合させ、スクリューナットに移動体を回り止めて固定している。このため、モータを正逆に回転させることにより、スクリュー軸が回転し、移動体が直線的に往復動作する。

実用新案登録第３１０５０１３公報

特許文献１に記載のように、モータによりスクリュー軸等の従動体を駆動するアクチュエータにおいて、モータの起動時には慣性のため、起動後よりも大きな駆動トルクを必要とする。特に、スクリュー軸とスクリューナットとを噛合した装置においては、終端ロック状態からの脱出時に大きな起動トルクを必要とする。従来はこの大きな起動トルクを得るため、モータを必要以上に大型化させる必要がある上、通常の駆動時にも大きなエネルギーを必要とするという問題点がある。

本発明は、上記問題点に鑑み、モータの小型化と省エネルギー化が図れる起動トルク低減装置と起動トルク低減方法を提供することを目的とする。

本発明の起動トルク低減装置は、
モータ出力軸に固定した駆動回転子と、
前記モータ出力軸に対して相対的に回転可能に設けられ、従動体に直接にまたは動力伝達装置を介して連結される回転体と、
前記駆動回転子との間に空転区間を持たせることが可能となるように前記回転体に設けられた受動回転子と、
前回のモータの回転方向を記憶する前回駆動方向記憶手段と、
前記前回駆動方向記憶手段に記憶された前回のモータの回転方向と今回指令されたモータの回転方向が同じであるか否かを判定する反転検出手段と、
前記反転検出手段により今回指令されたモータの回転方向が前回と反対であればモータを指令方向に駆動し、今回指令されたモータの回転方向が前回と同じであればモータを逆転させた後、モータを指令方向に駆動する駆動回路とを備えたことを特徴とする。

また、本発明の起動トルク低減装置は、
モータ出力軸に動力伝達装置を介して連結した回転体と、
前記回転体に設けた駆動回転子と、
前記回転体に相対的に回動可能に設けた従動体に、前記駆動回転子との間に空転区間を持たせることが可能に設けられた受動回転子と、
前回のモータの回転方向を記憶する前回駆動方向記憶手段と、
前記前回駆動方向記憶手段に記憶された前回のモータの回転方向と今回指令されたモータの回転方向が同じであるか否かを判定する反転検出手段と、
前記反転検出手段により今回指令されたモータの回転方向が前回と反対であればモータを指令方向に駆動し、今回指令されたモータの回転方向が前回と同じであればモータを逆転させた後、モータを指令方向に駆動する駆動回路とを備えたことを特徴とする。

本発明の起動トルク低減方法は、
モータ側の駆動回転子と従動体側の受動回転子とを、所定の空転区間にわたって相対回転可能となるように組み合わせて構成し、
前回のモータの回転方向を記憶しておき、
モータ起動時に今回指令されたモータの回転方向と前回の回転方向を比較し、
モータ起動時におけるモータの今回指令された回転方向が前回の回転方向と同方向である際にはモータを逆転させて駆動回転子を受動回転子から予め回転方向に離して空転区間を持たせた後、前記モータを指令方向に駆動することにより、前記駆動回転子を前記受動回転子に当接させて従動体を駆動し、
モータ起動時におけるモータの今回指令された回転方向が前回の回転方向と反対方向である際には前記モータを指令方向に駆動することにより、前記駆動回転子を前記受動回転子に当接させて前記従動体を駆動することを特徴とする。

本発明の起動トルク低減装置は、モータの回転方向の如何にかかわらず、モータ起動後に駆動回転子を空転させた後、モータの回転力に駆動回転子等の慣性力を加えた力で従動体に回転力を伝達するため、モータ本来の回転力より大きな回転力を発揮することができる。このため、従来より小型のモータを用いて従動体を駆動することができ、小型化と省エネルギー化が図れる。

本発明の起動トルク低減方法によれば、モータの起動時にはモータの回転方向の如何にかかわらず、駆動回転子が必ず空転後に受動回転子に当接するまで空転するため、駆動回転子等の空転による慣性力が確実に受動回転子に伝達される。

図１は本発明の起動トルク低減装置の一実施の形態を示す断面図である。１は不図示の取付け枠に取付けたブラケットである。２はこのブラケット１に取付けたモータである。このモータ２としては電動モータやエアモータが用いられる。３はモータ２の出力軸である。４は出力軸３に軸受５を介して回転可能に取付けられる回転体である。この例では出力軸３にボルト６により固定した円筒体７を介して軸受５を取付けた例を示す。この例の回転体４は駆動プーリである。８は円筒体７にボルト９により固定して取付けた駆動回転子である。１０は回転体４の側面にボルト１１により取付けた受動回転子である。

図２に示すように、この例の駆動回転子８は扇形をなし、その受動回転子１０との当接部は出力軸３の周囲の所定の角度範囲に亘って設けられる。受動回転子１０は台形をなす。これらの駆動回転子８、受動回転子１０の好ましい角度範囲θ１、θ２は好ましくは２０度〜９０度である。

１２はブラケット１に軸受１３を介して回転可能に、かつ出力軸３に平行に設けた従動体である。この例では従動体１２がスクリュー軸である場合について示す。１４は従動体１２の端部のねじ部１２ａに螺合したナットであり、このナット１４は軸受１３の抜け止めのために設けられる。１５はこのナット１４を従動体１２に固定するボルトである。

１６は従動体１２の端部にボルト１８により固定して取付けた回転体である。この例では回転体１６が従動プーリである場合について示す。１７はこれらの回転体４，１６に掛け回すベルトである。なお、動力伝達装置として設ける回転体４，１６やベルト１８の代わりに、互いに噛合される歯車等、他の動力伝達装置を用いることができる。

１９はスクリュー軸である従動体１２に螺合したスクリューナット、２０はスクリューナット１９に固定した筒状の移動体である。２１は不図示の取付け枠に固定したブラケット、２２はこのブラケット２１に固定した受具である。移動体２０は受具２２の開口部２２ａに摺動可能に挿着する。ブラケット１，２１間には不図示のガイドシャフトが設けられる。移動体２０はそのガイドシャフトに摺動可能に係合させることにより、回り止めされる。移動体２０の先端には作業具取付け部２０ａを設ける。この作業具取付け部２０ａに、ワークを押圧する等の作業を行う不図示の作業具を取付ける。従動体１２の先端には軸受２３を取付ける。この軸受２３は、移動体２０内に摺動可能に収容する。

この装置において、モータ２の起動時には、駆動回転子８と受動回転子１０とは図２に示すように、空転区間２４を介して離しておく。なお、図２の例は、駆動回転子８と受動回転子１０が反対側に位置する例であるが、空転区間２４を形成するための駆動回転子８と受動回転子１０とは必ずしもこの例の通りでなくてもよい。また、次のモータ起動方向が駆動回転子８と受動回転子１０が離れる方向であれば、駆動回転子８と受動回転子１０とが互いに当接した位置にあってもよい。

この装置において、モータ２の起動により駆動回転子８が空転区間２４を経て受動回転子１０に当接すると、回転体４が回転し、ベルト１８を介して回転体１６、従動体１２が回転する。これにより、回り止めされたスクリューナット１９および移動体２０が直線的に移動する。

この実施の形態の装置においては、モータ２の起動後に駆動回転子８を空転させた後、駆動回転子８を受動回転子１０に当接させて従動体１２を回転させると、モータ２の回転力にモータ２の回転子、出力軸３および駆動回転子８等の慣性力を加えた力で従動体１２に回転力が伝達される。このため、モータ２の本来の回転力より大きな回転力で従動体１２を回転させることができる。その結果、従来より小型のモータを用いて移動体２０を駆動することができ、小型化と省エネルギー化が図れる。

図３は本発明の他の実施の形態を示す断面図、図４、図５はそれぞれ図３のE−E、F−F端面図である。この実施の形態の装置は、前記実施の形態の回転体４，１６やベルト１８を介することなく、モータ２の出力軸３の回転力を従動体１２に直接伝達する構成に本願発明を適用した例である。この例では、ブラケット１に円筒体２５を固定し、この円筒体２５にモータ２の端板２６をボルト２７により固定する。円筒体２５内において、モータ２の出力軸３に駆動回転子２８をボルト２９により固定する。駆動回転子２８には図４に示すように、回転力伝達のための扇形の当接部２８ａを従動体１２側に突出させて設ける。

スクリュー軸でなる従動体１２の端部は円筒体２５の内部に挿入され、円筒体２５に軸受３０を介して回転可能に支持される。従動体１２は出力軸３の延長上に出力軸３と同心に設ける。３１は従動体１２の端部のボルト部１２ａに螺合したナットであり、このナット３１は軸受３０の抜け止めのために設けられる。３２はこのナット３１を従動体１２に固定するボルトである。

３３は従動体１２の先端にボルト３４により固定して設けた受動回転子である。受動回転子３３には、図５に示すように、駆動回転子２８の扇形の当接部２８ａに空転区間を経て当接させる扇形の当接部３３ａを有する。この当接部３３ａは駆動回転子２８側に突出させて設ける。従動体１２と移動体２０との組合わせ構造は前記実施の形態と同様である。

図３〜図５の装置において、モータ２の起動により駆動回転子２８の当接部２８ａが空転区間を経て受動回転子３３の当接部３３ａに当接すると、従動体１２が回転する。これにより、回り止めされたスクリューナット１９および移動体２０が直線的に移動する。この実施の形態においても、モータ２の小型化や省エネルギー化が図れる。

図６は本発明の他の実施の形態を示す断面図である。図６の実施の形態は、図１の実施の形態において、出力軸３側ではなく、従動体１２側に駆動回転子、受動回転子を設けた例である。図６において、図１ないし図５と同じ符号は同じ機能を発揮する部品を示す。４１はモータ２の出力軸３にボルト４２により固定した回転体である。４３は従動体１２の端部にボルト４４により固定した円筒体である。４５は円筒体４３に軸受４６を介して取付けた回転体である。この実施の形態は回転体４１，４５がプーリとして構成され、これらの回転体４１，４５にはベルト４７が掛け回される。これらの回転体４１，４５として、プーリの代わりに直接または間接的に噛合される歯車等の他の動力伝達装置を用いてもよい。

４８は回転体４５にボルト４９により取付けた駆動回転子である。５０は円筒体４３の端部にボルト５１により固定した受動回転子である。図７に示すように、この例の駆動回転子４８は台形をなし、受動回転子５０は扇形をなし、これらの従動体１２を中心とする形成範囲は前記同様に好ましくは２０度〜９０度程度に設定される。従動体１２と移動体２０との組合わせ構造は前記実施の形態と同様である。

図６、図７の装置において、モータ２の起動時には、駆動回転子４８と受動回転子５０とは、回転方向に対して、空転区間を介して離しておく。そして、モータ２を正転または逆転し、これにより回転体４１が回転し、この回転がベルト４７を介して回転体４５に伝達され、駆動回転子４８が回転する。そして駆動回転子４８が空転区間を経て受動回転子５０に当接すると、従動体１２が回転する。これにより、移動体２０が直線的に移動する。

この図６、図７の実施の形態においても、モータ２の起動後に駆動回転子４８を空転させた後、モータ２の回転力にモータ２の回転子、出力軸３および回転体４１，４５等の慣性力を加えた力で従動体１２に回転力を伝達するため、モータ２の本来の回転力より大きな回転力を発揮することができる。このため、従来より小型のモータを用いて移動体２０を駆動することができ、小型化と省エネルギー化が図れる。

図１の装置において、回転体４を第１の回転体、駆動回転子８を第1の駆動回転子、受動回転子１０を第1の受動回転子とし、図６、図７に示した回転体４５を第２の回転体、駆動回転子４８を第２の駆動回転子、受動回転子５０を第２の受動回転子として備えれば、２段階起動が可能となる起動トルク低減装置が構成される。すなわち、モータ２の起動時にまず第１の駆動回転子８が空転区間を介して第１の受動回転子１０に当接して第１の回転体４が回転し、この段階で第一次の慣性力利用により従動体１２側の第２の回転体４５を回転させる。次に第２の駆動回転子４８が空転区間を介して第２の受動回転子５０に当接し、この段階で第二次の慣性力利用により従動体１２を回転させる。

このように、第１、第２の駆動回転子８，４８およびこれらの駆動回転子８，４８に対応してそれぞれ第１、第２の受動回転子１０，５０を備えれば、モータ起動時の慣性力が２段階に分けて利用され、より小さな出力のモータでの起動が可能となる。

図８、図９は本発明の他の実施の形態であり、この実施の形態は、図１、図２に示した受動回転子１０を回転体４と一体に設けたものである。このように、回転子１０を回転体４と一体に設ける構造とすれば、部品点数を低減することができる。図６、図７の実施の形態においても、回転子４８を回転体４５に一体に設けてもよい。

図１０は本発明の起動トルク低減方法を実施する装置の一実施の形態を示す機能ブロック図である。図１１はこの方法を説明するフローチャートである。この実施の形態においては、図１、図２に示した実施の形態で示した装置を用いた場合の起動トルク低減方法について説明する。この方法は、図１、図２に示した装置に加えて不図示のセンサやコンピュータによって実現される。

図１０において、原点復帰検出手段５２は、この装置の電源投入後、モータ２が原点に復帰しているか否かを判定する手段である。原点復帰の検出は、例えば図１において、図面左右の移動範囲の右端部を原点とした場合、その右端部にあることを検出する不図示の位置検出スイッチにより行われる。この位置検出スイッチの代わりに、モータ２の回転信号から算出される位置信号から原点位置にあるか否かを判定してもよい。表示手段５３は、コンピュータに付属する表示装置である。

目標位置設定手段５４は、予め決められた作業手順かあるいは状況に応じて変化する目標位置に移動体２０の目標位置を数値で指示する手段である。起動信号発生手段５５は、例えば移動体２０の移動方向が識別可能となる信号を発生させる。前回駆動方向記憶手段５６は移動体２０の前回の移動方向を記憶しておく記憶手段である。反転検出手段５７は、前回駆動方向記憶手段５６に記憶された前回の駆動方向と、起動信号発生手段５５から与えられる今回の起動方向とを比較し、モータ２の駆動パルス発生手段５８を制御する。モータ２の駆動回路５９は、駆動パルス発生手段５８から加えられる正転または逆転のための駆動パルスによりモータ２を駆動する。位置検出手段６０は、モータ２に備えた回転位置検出手段であるエンコーダ等の出力信号から移動体２０の位置を演算により求める。到達判定手段６１は、位置検出手段６０により得られた位置情報と、目標位置設定手段５４からの目標位置情報とを比較する。

図１０の装置の操作、動作を図１１により説明する。まず、ステップ６２に示すように、装置の電源投入により移動体２０を原点に復帰させるようにモータ２を駆動する。次にステップ６３に示すように、移動体２０が原点に復帰したことを前記原点復帰検出手段５２により検出する。原点に復帰することに失敗している場合には、ステップ６４に示すように表示手段５３による表示や動作を中断させるエラー処理を行う。原点復帰が検出されれば、ステップ６５に示すようにモータ２の起動信号を待つ。この起動信号は、目標位置設定手段５４により移動体２０の目標位置が与えられた時点またはその後に起動信号発生手段５５により発生される。

ステップ６６において、反転検出手段５７は、起動信号発生手段５５により発生する起動信号に含まれるモータ２の回転方向、すなわち移動体２０の移動方向が、前回駆動方向記憶手段５６に記憶された前回の移動体２０の移動方向と同じであるか異なるかを検出する。指令されたモータ２の回転方向が前回と反対であれば、ステップ６８に示すように、目標位置設定手段５４により与えられた位置に到達するように、駆動パルス発生手段５８により駆動パルスを発生させてモータ２を駆動する。このとき、モータ２の回転方向が前回と反対であるので、駆動回転子８は受動回転子１０に当接した状態から離れる方向に回転した後に受動回転子８の反対側の面に当接し、当接後に回転体４に出力軸３の回転が伝達され、従動体１２が回転し、移動体２０が移動する。電源投入後の移動体２０の最初の駆動においては、移動体２０の移動方向が前回と反対であるため、このような動作となる。

前回指令されたモータ２の回転方向と今回の回転方向が同じであることが反転検出手段５７により検出されると、駆動パルス発生手段５８は、ステップ６７に示すように、逆転パルスを発生させて指令された回転方向の反対方向にモータ２を一定角度反転させる。これにより、図２に示すように、空転区間２４を発生させる。続いてモータ２を指令された回転方向に回転させて移動体２０を目標位置へと移動させる。

ステップ６９において、指令された方向にモータ２を回転させている間、位置検出手段６０はモータ２の回転検出信号から導かれる移動体２０の位置情報を求める。到達判定手段６１は、位置検出手段６０により得られた移動体２０の位置が、目標位置設定手段５４から与えられた目標位置に達したかを判別し、到達が検出されると、ステップ７１に示すようにモータ２を停止し、起動信号を待つ。到達が確認できない場合には、ステップ７０に示すように、表示手段５３によるエラー表示やモータ動作停止等のエラー処理を行う。

図１０、図１１に示した方法により、モータ２の起動時には駆動回転子８が必ず空転後に受動回転子１０に当接するまで空転するため、駆動回転子８等の空転による慣性力が確実に受動回転子１０側に伝達される。

図１０、図１１の起動方法は、図３〜図５に示した装置や図６、図７に示した装置にも適用できる。また、図１、図２に示した装置において、従動体１２側に図６、図７の駆動回転子４８と受動回転子５０を備えた構成の装置にも適用できる。

本発明の起動トルク低減装置の一実施の形態を示す断面図である。 図１の駆動回転子と受動回転子の回転方向の位置関係を示す図である。 本発明の起動トルク低減装置の他の実施の形態を示す断面図である。 図３のE−E端面図である。 図３のF−F端面図である。 本発明の起動トルク低減装置の他の実施の形態を示す断面図である。 図６の駆動回転子と受動回転子の回転方向の位置関係を示す図である。 本発明の起動トルク低減装置の他の実施の形態を示す断面図である。 図８の駆動回転子と受動回転子の回転方向の位置関係を示す図である。 本発明の起動トルク低減方法を実施する装置の機能ブロック図である。 図１０の装置の動作を説明するフローチャートである。

1：ブラケット、２：モータ、３：出力軸、４：回転体、５：軸受、６：ボルト、７：円筒体、８：駆動回転子、９：ボルト、１０：受動回転子、１１：ボルト、１２：従動体、１２ａ：ねじ部、１３：軸受、１４：ナット、１５：ボルト、１６：回転体、１７：ボルト、１８：ベルト、１９：スクリューナット、２０：移動体、２１：ブラケット、２２：受具、２２ａ：開口部、２３：軸受、２４：空転区間、２５：円筒体、２６：端板、２７：ボルト、２８：駆動回転子、２８ａ：当接部、２９：ボルト、３０：軸受、３１：ナット、３２：ボルト、３３：受動回転子、３３ａ：当接部、３４：ボルト、４１：回転体、４２：ボルト、４３：円筒体、４４：ボルト、４５：回転体、４６：軸受、４７：ベルト、４８：駆動回転子、４９：ボルト、５０：受動回転子、５１：ボルト

Claims (3)

1. モータ出力軸に固定した駆動回転子と、
   前記モータ出力軸に対して相対的に回転可能に設けられ、従動体に直接にまたは動力伝達装置を介して連結される回転体と、
   前記駆動回転子との間に空転区間を持たせることが可能となるように前記回転体に設けられた受動回転子と、
   前回のモータの回転方向を記憶する前回駆動方向記憶手段と、
   前記前回駆動方向記憶手段に記憶された前回のモータの回転方向と今回指令されたモータの回転方向が同じであるか否かを判定する反転検出手段と、
   前記反転検出手段により今回指令されたモータの回転方向が前回と反対であればモータを指令方向に駆動し、今回指令されたモータの回転方向が前回と同じであればモータを逆転させた後、モータを指令方向に駆動する駆動回路とを備えたことを特徴とする起動トルク低減装置。
2. モータ出力軸に動力伝達装置を介して連結した回転体と、
   前記回転体に設けた駆動回転子と、
   前記回転体に相対的に回動可能に設けた従動体に、前記駆動回転子との間に空転区間を持たせることが可能に設けられた受動回転子と、
   前回のモータの回転方向を記憶する前回駆動方向記憶手段と、
   前記前回駆動方向記憶手段に記憶された前回のモータの回転方向と今回指令されたモータの回転方向が同じであるか否かを判定する反転検出手段と、
   前記反転検出手段により今回指令されたモータの回転方向が前回と反対であればモータを指令方向に駆動し、今回指令されたモータの回転方向が前回と同じであればモータを逆転させた後、モータを指令方向に駆動する駆動回路とを備えたことを特徴とする起動トルク低減装置。
3. モータ側の駆動回転子と従動体側の受動回転子とを、所定の空転区間にわたって相対回転可能となるように組み合わせて構成し、
   前回のモータの回転方向を記憶しておき、
   モータ起動時に今回指令されたモータの回転方向と前回の回転方向を比較し、
   モータ起動時におけるモータの今回指令された回転方向が前回の回転方向と同方向である際にはモータを逆転させて駆動回転子を受動回転子から予め回転方向に離して空転区間を持たせた後、前記モータを指令方向に駆動することにより、前記駆動回転子を前記受動回転子に当接させて従動体を駆動し、
   モータ起動時におけるモータの今回指令された回転方向が前回の回転方向と反対方向である際には前記モータを指令方向に駆動することにより、前記駆動回転子を前記受動回転子に当接させて前記従動体を駆動することを特徴とする起動トルク低減方法。

Images