JP5421844B2 - ボールねじ装置の駆動制御装置及び駆動制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ボールねじ装置の駆動制御装置及び駆動制御方法に関する。

従来から、例えば下記特許文献１に示されているように、電気的に駆動制御されるモータと、一端にてモータの回転軸に動力伝達可能に接続され、モータの回転に従って軸線周りに回転するボールねじと、ボールねじに螺合されたナットと、ボールねじの軸線回りに対する回転が禁止された状態でナットに一体的に組み付けられて、ボールねじの回転によりナットと共にボールねじの軸線方向に移動する移動体とを有するボールねじ装置は知られている。そして、このボールねじ装置を駆動する際には、移動体に負荷される負荷荷重に応じた機械系の固有振動数に対応した周波数成分を除去するためのフィルタを、モータを駆動制御するための駆動制御信号路に設けて、ボールねじ装置の共振を防止するようにしている。この場合、事前に、複数の異なる負荷荷重ごとに固有振動数を測定して、負荷荷重に対する固有振動数の変化特性グラフを用意しておき、移動体に負荷をかけて実際に移動体を移動させる際には、負荷荷重の大きさを入力することにより、負荷荷重の大きさに応じて固有振動数（共振周波数）が計算されるとともに、この固有振動数に応じてフィルタのパラメータが設定されて、フィルタがボールねじ装置の負荷荷重に対応した共振を防止するようにしている。

また、下記特許文献２にも、前記と同様なボールねじ装置において、フィルタにより、モータに対する駆動制御信号中のボールねじ装置の固有振動数（共振周波数）成分を除去して、ボールねじ装置の共振を防止することが示されている。この特許文献２においては、前記固有振動数が、モータ側慣性モーメント、負荷側慣性モーメント、ボールねじの軸方向の剛性、支持軸受けの軸方向の剛性、ナット部の剛性及びスラスト軸受けの軸方向の剛性によって決まることも示されている。さらに、前記ボールねじの軸方向の剛性に関しては、ボールねじの直径、ボールねじの長さ及びボールねじの弾性係数によって決まることも示されている。すなわち、ボールねじ装置の固有振動数（共振周波数）が、ボールねじの長さにも依存することが示されている。

特開２００６−１９０１６３号公報 特開２００８−２９０６６号公報

上記前者の従来技術においては、負荷荷重に応じて決定されるボールねじ装置の機械的な固有振動数（共振周波数）に着目して、ボールねじ装置の作動時における共振を防止するようにしている。また、後者の従来技術においては、モータとボールねじのカップリング部分と、ボールねじと移動体の結合部分であるナット部分がばね要素となることを前提に、モータ側慣性モーメント及び負荷側慣性モーメント（負荷荷重に相当）を主に用いて、ボールねじ装置の固有振動数（共振周波数）を計算するようにしている。ここで言えることは、前記両従来技術においては、モータから移動体までの部分がボールねじ装置の主な作動部分として捉えられ、ボールねじ装置の固有振動数が前記作動部分に大きく影響されるものと考えられている。

しかし、本発明者は、ボールねじ装置においては、ボールねじの長さのみに依存した固有振動数（共振周波数）が存在することを発見した。しかも、この固有振動数は、負荷荷重に応じた固有振動数よりも、ボールねじ装置の共振に大きな影響を与えることも発見した。このようなボールねじの長さのみに依存したボールねじ装置の固有振動数は、両端を固定端とするボールねじ自体の固有振動数に依存するものと考えられる。すなわち、ボールねじは両端にて回転可能に支持され、ボールねじとナットとの間には、ボールねじ機構の特性上、多少の隙間が設けられており、ボールねじ自体が両端を固定端としてナットとは独立して固有振動数で振動し、しかも、この振動が大きな振動であるためと考えられる。なお、このボールねじの長さのみに依存した固有振動数は、前記両従来技術によって示された固有振動数よりも後述するように明らかに高い周波数成分であり、前記両従来技術で考慮されている固有振動数とは明らかに異なる。したがって、上記従来技術によっては、ボールねじ装置の作動時の振動を充分に抑制することができなかった。

この点について、さらに説明を加えておく。図６(Ａ)及び図６(Ｂ)は、従来技術及び本発明の実施形態で説明するものと同一のボールねじ装置の測定周波数特性を示す図である。図６(Ａ)及び図６(Ｂ)の上段はボールねじ装置のゲインの周波数特性を示し、図６(Ａ)及び図６(Ｂ)の下段はボールねじ装置の位相の周波数特性を示している。また、図６(Ａ)は、移動体に対する負荷荷重を「０」とした、すなわちナットに固定した移動台に何も載せない状態における周波数特性である。図６(Ｂ)は、移動体に対する所定の負荷荷重を所定値とした、すなわちナットに固定した移動台に所定の重量物（例えば、２０Ｋｇ）を載せた状態における周波数特性である。図６(Ａ)及び図６(Ｂ)において、ゲインが急峻に立ち上がっている固有振動数の２つのピークＰ１，Ｐ２が存在する。ピークＰ１の固有振動数は、図６(Ａ)では２００Ｈｚ程度であり、図６(Ｂ)では１２０Ｈｚ程度である。これは、負荷荷重が大きくなると、固有振動数が大きくなるもので、前記両従来技術の固有振動数（共振周波数）に対応するものと推定される。一方、ピークＰ２の固有振動数は、図６(Ａ)及び図６(Ｂ)で共に６２０Ｈｚ程度である。そして、負荷荷重を前記以外の種々の負荷荷重に変更して測定しても、このピークＰ２の固有振動数は変化しなかった。このピークＰ２に対応した固有振動数（共振周波数）が、本発明が問題視しているボールねじの長さのみに依存した固有振動数である。

また、このようなボールねじ装置の制御においては、フィードバック制御するのが通常である。したがって、周波数特性において、ゲインが０ｄＢよりも大きく、かつ位相が１８０度以上（又は−１８０度以下）ずれている周波数付近において、ボールねじ装置は極めて共振し易い。この点に着目すると、ピークＰ１に関しては、ゲインが０ｄＢよりも大きく、かつ位相が１８０度以上（−１８０度以下）ずれている周波数領域は存在しない。一方、ピークＰ２に関しては、ゲインが０ｄＢよりも大きく、かつ位相が１８０度以上（又は−１８０度以下）ずれている周波数領域が７００Ｈｚ前後に存在する。したがって、この場合には、ピークＰ１に対応した固有振動数に比べ、ピークＰ２に対応した固有振動数による共振を抑制することがボールねじ装置の共振を抑制するためには重要であることが理解できる。

さらに、本発明者は、ボールねじの長さ以外の他の構造を同一にしたボールねじ装置において、ボールねじの長さを種々に変化させて、前記ピークＰ２に対応した固有振動数（共振周波数）を測定した。これによれば、図７に示すように、ボールねじの長さの増加に対して、前記ピークＰ２に対応した固有振動数（共振周波数）は双曲線状に減少する。この事実は、前記ボールねじの長さのみに依存したボールねじ装置の固有振動数（共振周波数）がボールねじ自体の振動によるものであるという推定とも一致する。

本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、ボールねじ装置の共振をより良好に抑制するボールねじ装置の駆動制御装置を提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。

上記目的を達成するために、本発明に係るボールねじ装置の駆動制御装置の特徴は、電気的に駆動制御されるモータ(１１)と、一端にて前記モータの回転軸に動力伝達可能に接続され、モータの回転に従って軸線周りに回転するボールねじ(１２)と、ボールねじに螺合されたナット(１３)と、ボールねじの軸線回りに対する回転が禁止された状態でナットに一体的に組み付けられて、ボールねじの回転によりナットと共にボールねじの軸線方向に移動する移動体(１４)とを有するボールねじ装置に適用され、ボールねじの両端の固定端間の長さに応じてボールねじの長さに固有のボールねじ装置の共振周波数を決定する共振周波数決定手段(３３)と、モータを駆動制御するための駆動制御信号から決定された共振周波数に対応した周波数成分を除去するフィルタ手段(３７)とを備えたボールねじ装置の駆動制御装置にある。

この場合、ボールねじの両端の固定端間の長さに関しては、作業者が数字入力キーを用いてボールねじの両端の固定端間の長さを入力したり、予め用意された複数種類のボールねじの両端の固定端間の長さから選択キーを用いてボールねじの両端の固定端間の長さを選択して入力したりしてもよい。また、ボールねじの両端の固定端間の長さがボールねじ装置の種類によって定められている場合には、ボールねじ装置の種類を表す機種名を入力したり、予め用意された複数の機種名の中から一つの機種名を選択したりして、入力又は選択された機種名に応じて、機種名ごとに予め用意されたボールねじの両端の固定端間の長さを用いてボールねじの両端の固定端間の長さを決定するようにしてもよい。さらに、ボールねじ装置を作動させてナット及び移動体の最大作動範囲を検出して、検出した最大作動範囲からボールねじの両端の固定端間の長さを決定するようにしてもよい。

前記のように構成した本発明においては、共振周波数決定手段によってボールねじの両端の固定端間の長さに応じてボールねじの長さに固有のボールねじ装置の共振周波数が決定され、フィルタ手段により、モータを駆動制御するための駆動制御信号から決定された共振周波数に対応した周波数成分が除去される。これにより、本発明によれば、ボールねじ装置の共振が的確に抑制される。

また、本発明の他の特徴は、フィルタ手段はノッチフィルタであり、かつ前記決定された共振周波数がノッチフィルタの中心周波数であるようにしたことにある。なお、ノッチフィルタの中心周波数とは、入力信号中の周波数成分のうちで抑制（減衰）される周波数成分の中心の周波数である。これによれば、減衰効果の高いノッチフィルタを用いたので、ボールねじ装置の共振をより良好に抑制できる。

さらに、本発明の実施にあたっては、本発明は、ボールねじ装置の駆動制御装置の発明に限定されることなく、ボールねじ装置の駆動制御方法の発明としても実施し得るものである。

本発明の一実施形態に係り、コントローラに接続されたボールねじ装置の概略図である。 コントローラによって実現されるモータの駆動制御の機能ブロック図である。 (Ａ)はボールねじの長さを共振周波数（固有振動数）に変換するための共振周波数変換テーブルの変換特性を示す特性図であり、(Ｂ)は変形例に係る前記共振周波数変換テーブルの変換特性を示す特性図である。 (Ａ)は前記モータの駆動制御に用いられるノッチフィルタの周波数特性図であり、(Ｂ)は前記ノッチフィルタがない場合における制御系開ループの周波数特性図であり、(Ｃ)は前記ノッチフィルタを追加した場合における制御系開ループの周波数特性図である。 変形例に係る共振周波数変換テーブルの変換特性を示す特性図である。 (Ａ)は移動体に対する負荷荷重を「０」とした場合におけるボールねじ装置の周波数特性であり、(Ｂ)は移動体に対して所定の負荷荷重を負荷した場合におけるボールねじ装置の周波数特性である。 ボールねじの長さに対するボールねじ装置の共振周波数（固有振動数）の変化特性図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。図１は、ボールねじ装置１０をコントローラ２０に接続した状態を示す概略図である。ボールねじ装置１０は、モータ１１、ボールねじ１２、ナット１３及び移動体１４を備えている。モータ１１は、直流モータ又は交流モータによって構成され、ボールねじ装置１０の図示しないハウジングに固定された支持部材１５に固定されている。モータ１１内には、モータ１１の回転を検出して、その回転を表す回転信号を出力するエンコーダ１１ａが組み込まれている。この回転信号は、モータ１１が所定の微少角度だけ回転するたびにハイレベルとローレベルとを交互に切替えるパルス列信号であって、回転方向を識別するために互いにπ／２だけ位相のずれたＡ相信号とＢ相信号とで構成される。

ボールねじ１２は、円柱状に形成されてその外周面に雄ねじが設けられ、両端部にて支持部材１５に固定されたブラケット１６ａ，１６ｂに軸線周りに回転可能に支持されている。ボールねじ１２の一端は、モータ１１の回転軸１１ｂに動力伝達可能に接続されて、モータ１１の回転に従って軸線周りに回転する。ナット１３は、円筒状の内周面に雌ねじが設けられ、雌ねじにてボールねじ１２の雄ねじに螺合されている。移動体１４は、ナットに一体的に組み付けられて、載置された部材、組付けられた部材などをボールねじ１２の軸線方向に直動させる。移動体１４は、ボールねじ１２の軸線回りに対する回転が禁止されて、支持部材１５に一体的に設けたガイド部材１７によってボールねじ１２の軸線方向のみの移動が許容されており、ボールねじ１２の回転によりナット１３と共にボールねじ１２の軸線方向に移動する。この移動体１４には、移動される対象物が置かれたり、組み付けられたりする。

ボールねじ装置１０のモータ１１は、コントローラ２０に接続されるようになっている。コントローラ２０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭからなってプログラム処理により各種処理を実行するコンピュータと、ハードディスク、フラッシュメモリなどの大容量の不揮発性メモリとを備えている。また、コントローラ２０は、作業者が各種指示を入力するためのスイッチ、回転操作子などからなる入力装置、及び作業者に対して各種状態を表示するための表示装置も備えている。そして、このようなボールねじ装置１０及びコントローラ２０からなるシステムにおいては、長さの異なるボールねじ１２を具備した種々のボールねじ装置１０に対して、一つのコントローラ２０が共通に用いられるものである。

次に、コントローラ２０内に内蔵される各種回路、及び実際にはコンピュータのプログラム処理によって実行される各種処理部について、ボールねじ装置１０の作動を含めて説明する。図２は、コントローラによって実現されるモータ１１の駆動制御の機能ブロック図である。

コントローラ２０は、ハード回路で構成された駆動回路２１及び位置検出回路２２を備えている。駆動回路２１は、後述する電流変換部３８からの駆動電流の指示に従って、指示された大きさの駆動電流をモータ１１に流す。位置検出回路２２は、モータ１１内のエンコーダ１１ａからの回転信号に応じて、ボールねじ１２の軸線方向への移動体１４の移動位置Ｘを検出して出力する。具体的には、コントローラ２０の作動開始の初期において、モータ１１を回転させて移動体１４を初期位置まで移動させる。この移動体１４の初期位置は移動体１４の移動限界位置でもあり、前記移動体１４の移動中、位置検出回路２２はエンコーダ１１ａからの回転信号を入力し、移動体１４が移動限界位置に達したことを回転信号の入力停止によって検出して、内蔵のカウンタを「０」にリセットするとともに、モータ１１の作動を停止させる。そして、その後に、モータ１１が駆動された際に、位置検出回路２２は、エンコーダ１１ａからの回転信号のパルス数をモータ１１の回転方向に応じてカウントアップ又はカウントダウンし、そのカウント値に基づいて移動体１４の移動位置Ｘを表す信号を出力する。

また、コントローラ２０は、共振周波数テーブル３１、入力部３２、共振周波数決定部３３及びパラメータ設定部３４も備えている。共振周波数テーブル３１は、コントローラ２０のＲＯＭ、大容量の不揮発性メモリなどの記憶装置に設けられており、ボールねじ１２の長さに応じて変化するボールねじ装置１０の共振周波数（固有振動数）（図６のピークＰ２に対応した固有振動数）を記憶している。この共振周波数は、同一タイプのボールねじ装置１０に対して、異なるボールねじ１２の長さごとに予め測定した結果の値であり、図３(Ａ)に示すとともに上述したように、ボールねじ１２の長さの増加に対して双曲線状に減少する。なお、前記同一タイプのボールねじ装置１０とは、ボールねじ１２の径が等しく、かつボールねじ１２以外の構造については同一のボールねじ装置である。

ここで注目すべき点は、共振周波数テーブル３１には、図３(Ａ)の破線で囲まれて実用領域と記載した周波数領域におけるボールねじ１２の長さに対する共振周波数しか記憶されていないことである。すなわち、図３(Ａ)の非実用領域と記載した周波数領域に対する、共振周波数は記憶されていない。これは、前述した図６(Ａ)及び図６(Ｂ)に示されているように、ボールねじ装置１０の周波数特性中のゲインは、周波数が高くなる従って徐々に減少している。そして、ボールねじ１２の長さが短くて非実用領域と記載した高い周数領域（例えば、１５００Ｈｚ〜２０００Ｈｚ以上）に、たとえピークＰ２が存在しても、このピークＰ２に関するゲインは０ｄＢ未満になり、ボールねじ装置１０の共振の原因にはなり得ない。したがって、後述するフィルタ部３７にて前記ピークＰ２の周波数成分を抑制するために用いる共振周波数を表す情報として、非実用領域の共振周波数は不要であるからである。

入力部３２は、コントローラ２０のスイッチなどの入力装置及びコントローラ２０による作業者の入力を受け付けるためのプログラム処理に対応する。作業者が前記入力装置を操作してボールねじ１２の長さを入力すると、入力部３２は、前記入力された長さを一時記憶する。共振周波数決定部３３及びパラメータ設定部３４は、コントローラ２０によるプログラム処理に対応する。共振周波数決定部３３は、共振周波数テーブル３１を参照して、前記入力されたボールねじ１２の長さに対応した共振周波数を計算して決定する。なお、この共振周波数の計算においては、適宜補間演算を利用するとよい。パラメータ設定部３４は、前記決定した共振周波数に応じて、後述するフィルタ部３７の周波数特性を決定するためのパラメータを設定する。このような、共振周波数テーブル３１、入力部３２、共振周波数決定部３３及びパラメータ設定部３４によるフィルタ部３７の周波数特性の決定処理は、異なる長さのボールねじ１２を有するボールねじ装置１０がコントローラ２０に接続されたときにのみ行われる。それ以外の場合は、前記設定されたパラメータをハードディスクなど不揮発性メモリに記憶しておいて、後述するフィルタ部３７の処理に利用すればよい。また、前記決定した共振周波数を前記不揮発性メモリに記憶しておいて、パラメータ設定部３４によるパラメータ設定処理を移動体１４の移動制御のたびに行うようにしてもよい。

なお、上記実施形態においては、共振周波数がボールねじ１２の長さの増加に対して双曲線状に減少する周波数特性を規定する、図３(Ａ)に示すような共振周波数テーブルを用いた。しかし、これに代えて、ボールねじ１２の長さの増加に対して変化する共振周波数の周波数特性を直線近似して、図３(Ｂ)に示すように、実用領域にて、ボールねじ１２の長さの増加に対して直線的に減少する共振周波数を記憶した共振周波数テーブルを用いてもよい。また、この場合も、共振周波数テーブル３１においては、図３(Ｂ)に非実用領域と記載した周波数領域にはボールねじ１２の長さに応じた共振周波数は記憶されておらず、破線で囲まれて実用領域と記載した周波数領域にボールねじ１２の長さに対する共振周波数のみが記憶されている。この場合も、共振周波数決定部３３は、図３(Ｂ)に示す周波数特性の共振周波数テーブル３１を参照して、入力されたボールねじ１２の長さに応じて共振周波数を決定する。また、このような共振周波数テーブルに代えて、前記図３(Ａ)及び図３(Ｂ)を示す周波数特性を表す関数を予め用意しておき、共振周波数決定部３３は、入力されたボールねじ１２の長さを前記関数に適用して共振周波数を決定してもよい。

次に、モータ１１の制御動作について説明する。コントローラ２０は、プログラム処理に対応した減算部３５、トルク変換部３６、フィルタ部３７及び電流変換部３８も備えている。減算部３５の正側入力には、図示しない他のプログラム処理により決定された、移動体１４の目標移動位置Ｘ＊を表す信号が入力されている。一方、減算部３５の負側入力には、位置検出回路２２によって検出された移動位置Ｘを表す信号が入力されている。減算部３５は、目標移動位置Ｘ＊を表す信号から移動位置Ｘを表す信号を減算して、差信号Ｘ＊−Ｘをトルク変換部３６に出力する。

トルク変換部３６は、前記差信号Ｘ＊−Ｘが「０」となるように、すなわち移動体１４の移動位置Ｘを目標移動位置Ｘ＊に一致させるように、モータ１１によって発生されるトルクを計算して、計算したトルクを表すモータ１１の駆動制御信号をフィルタ部３７に出力する。この場合、トルク変換部３６は、前記差信号Ｘ＊−Ｘにゲインを単に乗算して、比例制御に基づく駆動制御信号を計算するようにしてもよい。また、前記差信号Ｘ＊−Ｘを微分及び／又は積分するとともに微分及び／又は積分結果にそれぞれゲインを乗算することにより、モータ１１に対する駆動制御信号の微分項及び／又は積分項を計算し、前記計算した比例制御項に、駆動制御信号の微分項及び／又は積分項を加算して、比例・積分及び／又は微分制御（ＰＩＤ制御）による駆動制御信号をフィルタ部３７に出力するようにしてもよい。

フィルタ部３７は、トルク変換部３６から入力した制御信号に対して演算処理を施すことにより、駆動制御信号をフィルタ処理する。この場合のフィルタ処理は、ノッチフィルタを実現するものである。ノッチフィルタは、特定の周波数領域に対して減衰効果（抑制効果）の高いフィルタであり、図４のような周波数特性を有する。図４においては、入力信号中の周波数成分のうちで抑制（減衰）される周波数成分の中心の周波数を中心周波数Ｆｃとして表している。このフィルタ部３７は、前述のようにパラメータ設定部３４からのパラメータによってその周波数特性が決定されるもので、ノッチフィルタの中心周波数Ｆｃは、前述した共振周波数決定部３３で決定された共振周波数に等しい。したがって、フィルタ部３７は、モータ１１を駆動制御するための駆動制御信号からボールねじ１２の長さに固有の共振周波数である前記ピークＰ２に対応した周波数成分を除去する。このフィルタ処理された駆動制御信号は、電流変換部３８に出力される。

電流変換部３８は、供給されたモータ１１に対する駆動制御信号すなわちモータ１１の発生トルクを制御するための駆動制御信号を、モータ１１に前記トルクを発生させるための電流値に変換する。そして、電流変換部３８は、変換した電流値を表す信号をモータ１１の駆動電流を指示する信号として駆動回路２１に出力する。駆動回路２１は、電流変換部３８からの駆動電流の指示に従って、指示された大きさの駆動電流をモータ１１に流す。したがって、モータ１１は、前記トルクで回転する。

このモータ１１の回転はボールねじ１２に伝達され、ボールねじ１２が軸線回りに回転する。このボールねじ１２の回転により、ナット１３及び移動体１４は、ガイド部材１７に沿ってボールねじ１２の軸線方向に移動する。一方、位置検出回路２２は、モータ１１のエンコーダ１１ａから回転信号を入力して、移動体１４の移動位置Ｘを検出している。この移動体１４の移動位置Ｘを表す検出信号は、前述のように減算部３５に入力されて、差信号Ｘ＊−Ｘの生成に利用されている。すなわち、移動体１４の移動位置Ｘが減算部３５にフィードバックされている。

そして、このような位置検出回路２２、減算部３５、トルク変換部３６、フィルタ部３７、電流変換部３８及び駆動回路２１によるモータ１１のフィードバック制御により、移動体１４は、目標移動位置Ｘ＊まで移動制御される。この場合、フィルタ部３７は、パラメータ設定部３４によって設定されたパラメータにより、モータ１１を駆動制御するための駆動制御信号から、共振周波数決定部３３によって決定されたボールねじ１２の長さに固有のボールねじ装置１０の共振周波数を除去する。したがって、上記実施形態によれば、ボールねじ装置１０の共振が的確に抑制される。また、フィルタ部３７として、減衰効果の高いノッチフィルタを用いたので、ボールねじ装置１０の共振をより良好に抑制できる。

このフィルタ部３７の効果について、実測結果を用いて説明する。図４(Ｂ)は、図２の制御系において、フィルタ部３７がない場合の開ループ（フィードバックなし）のボールねじ１０の周波数応答の特性図である。この周波数応答の特性図によれば、図６を用いて前述したピークＰ１に対応したピークＰ１に関しては、ゲインが０ｄＢよりも大きく、かつ位相が１８０度以上（−１８０度以下）ずれている周波数領域は存在しないために、前記フィードバック制御により、この周波数領域でボールねじ装置１０が共振することはない。一方、図６を用いて前述したピークＰ２に対応したピークＰ２に関しては、ゲインが０ｄＢよりも大きく、かつ位相が１８０度以上（−１８０度以下）ずれている周波数領域が存在する。図４(Ｂ)においては、点Ｑ１は、位相が−１８０度ずれている周波数におけるゲインの大きさを示しており、このゲインは０ｄＢよりも大きい。また、点Ｑ２は、ゲインが０ｄＢである周波数における位相ずれの大きさを示しており、この位相ずれは−１８０度を超えている。これらの点Ｑ１におけるゲインが０ｄＢよりも大きいという事実、及び点Ｑ２における位相が−１８０度を越えているという事実は、フィードバック制御により、ボールねじ装置１０の駆動制御が安定しなくて共振することを意味する。

図４(Ｃ)は、図２の制御系において、フィルタ部３７（図４(Ａ)の周波数特性のノッチフィルタ）を含む開ループ（フィードバックなし）のボールねじ装置１０の周波数応答の特性図である。この周波数応答の特性図においても、図６を用いて前述したピークＰ１に対応したピークＰ１に関しては、ゲインが０ｄＢよりも大きく、かつ位相が１８０度以上（−１８０度以下）ずれている周波数領域は存在しない。また、図６を用いて前述したピークＰ２に対応するピークは存在しない。すなわち、図４(Ｂ)のピークＰ２に対応した周波数領域において、ゲインが０ｄＢよりも大きく、かつ位相が１８０度以上（−１８０度以下）ずれている周波数が存在しない。そして、図４(Ｂ)においては、点Ｑ３は、位相が−１８０度ずれている周波数におけるゲインの大きさを示しており、このゲインは０ｄＢよりも小さく、−１５ｄＢ程度である。点Ｑ４は、ゲインが０ｄＢである周波数における位相ずれの大きさを示しており、この位相ずれは−１８０度を超えることなく、−１００度程度である。そして、この図４(Ｃ)においては、０ｄＢから点Ｑ３までの直線の長さが長いほど、かつ−１８０度から点Ｑ４までの直線の長さが長いほど、ボールねじ装置１０の高い制御安定性を示すもので、これによれば、フィルタ部３７の挿入により、フィードバック制御により、ボールねじ装置１０が安定して駆動制御されて共振することはない。このような実測結果からも、フィルタ部３７の挿入により、ボールねじ装置１０の共振をより良好に抑制できることが理解される。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形も可
能である。

上記実施形態では、入力部３２でボールねじ１２の長さだけを入力した。しかし、ボールねじ１２の長さが同じでも、ボールねじ１２の径が大きくなるほど、ボールねじ１２の長さに固有のボールねじ装置１０の共振振動数（固有振動数）が小さくなることが分かっている。具体的には、図５に示すように、径が小さなボールねじ１２の長さに対する共振周波数の特性が曲線ＣＶ１で表されるとすると、径が大きなボールねじ１２の長さに対する共振周波数の特性は曲線ＣＶ２で表される。この場合、共振周波数テーブル３１には、図５に示すように、異なる径のボールねじ１２を有する複数種類のボールねじ装置１０に対し、ボールねじ１２の長さに応じて変化する共振周波数を記憶させておく。そして、作業者は、入力部３２で、ボールねじ１２の長さ及び径を入力し、共振周波数決定部３３は、共振周波数テーブル３１を参照することにより、前記入力された長さ及び径に応じた共振周波数を計算するとよい。この場合も、共振周波数の計算には、ボールねじ１２の長さ及び径に関して補間演算を利用するとよい。また、この場合も、共振周波数テーブル３１に代えて、関数を用いてもよい。

また、ボールねじ装置１０の種類ごとに、ボールねじ装置１０に固有の機器情報（例えば、機種名）に対応させて、ボールねじ１２の長さをコントローラ２０内のハードディスクなどの不揮発性メモリに記憶しておいてもよい。そして、作業者は入力部３２でボールねじ装置１０に固有の機器情報を入力し、共振周波数決定部３３が前記入力した機器情報を用いてボールねじ１２の長さを導出し、この導出したボールねじ１２の長さに応じて、上記実施形態と同様に、ボールねじ１２の長さに固有のボールねじ装置１０の共振周波数を決定するようにしてもよい。

また、コントローラ２０内に、ボールねじ装置１０に固有の機器情報（例えば、機種名）に対応させて、ボールねじ１２の長さに固有のボールねじ装置１０の共振周波数を記憶させておいてもよい。この場合、記憶されている共振周波数は、長さの異なるボールねじ１２を有するボールねじ装置１０ごとに、ボールねじ１２の長さに固有のボールねじ装置１０の共振周波数を測定して、コントローラ２０のハードディスクなどの不揮発性メモリに記憶させておく。そして、この場合には、作業者が入力部３２でボールねじ装置１０に固有の機器情報を入力すれば、共振周波数決定部３３は入力された機器情報に基づいて共振周波数を前記不揮発性メモリから読み出してパラメータ設定部３４に出力すればよい。

また、上記実施形態及び各種変形例においては、ボールねじ１２の長さ、ボールねじ１２の径又は機種情報を直接入力した。しかし、これに代えて、コントローラ２０内のハードディスクなどの不揮発性メモリに、複数種類のボールねじ１２の長さ、ボールねじ１２の径又は機種情報を予め記憶しておいて、ボールねじ装置１０の共振周波数の決定時に、コントローラ２０に設けた表示装置に前記複数種類のボールねじ１２の長さ、ボールねじ１２の径又は機種情報を表示し、作業者は、表示された複数種類のボールねじ１２の長さ、ボールねじ１２の径又は機種情報の中から、一つのボールねじ１２の長さ、ボールねじ１２の径又は機種情報を入力装置を用いて選択するようにしてもよい。

さらに、上記実施形態及び各種変形例において、ボールねじ１２の長さを入力することに代えて、モータ１１を駆動制御することにより、ナット１３及び移動体１４をボールねじ１２の一端から他端まで、すなわちボールねじ１２の最大可能範囲内を移動させて、ボールねじ１２の長さを検出するようにしてもよい。これによれば、ボールねじ１２の長さの入力を省略できる。

また、上記実施形態では、移動体１４の目標移動位置Ｘ＊を指定して、移動体１４が目標移動位置Ｘ＊まで移動するように、モータ１１を位置制御によって駆動制御するようにした。しかし、これに代えて、モータ１１を速度制御によって駆動制御する場合にも本発明は適用される。この場合、コントローラ２０は、移動体１４の目標移動速度を指定して、目標移動速度を表す制御信号を減算部３５の正側入力に入力する。一方、減算部３５の負側入力には、位置検出回路２２によって検出された移動体１４の移動位置Ｘを微分することにより導出した移動体１４の移動速度が入力される。それ以外の制御に関しては、図２の制御機能ブロック図の通りである。これによれば、移動体１４が目標移動速度でガイド部材１７に沿ってボールねじ１２の軸線方向に移動するように、モータ１１はフィードバック制御される。そして、この場合も、フィルタ部３７の共振周波数の減衰制御（抑制制御）により、移動体１４は共振することなく安定して制御される。

また、上記実施形態では、フィルタ部３７が、制御信号を特定の周波数近傍で急峻に減衰させるノッチフィルタを実現するようにした。しかし、フィルタ部３７は、制御信号の特定の周波数成分を減衰させるフィルタであれば、ノッチフィルタ以外のフィルタ（例えば、バンドリジェクションフィルタ）で実現するようにしてもよい。

１０…ボールねじ装置、１１…モータ、１２…ボールねじ、１３…ナット、１４…移動体、２０…コントローラ、２１…駆動回路、２２…位置検出回路、３１…共振周波数テーブル、３２…入力部、３３…共振周波数決定部、３４…パラメータ設定部、３５…減算部、３６…トルク変換部、３７…フィルタ部、３８…電流変換部

Claims (4)

1. 電気的に駆動制御されるモータと、
   一端にて前記モータの回転軸に動力伝達可能に接続され、前記モータの回転に従って軸線周りに回転するボールねじと、
   前記ボールねじに螺合されたナットと、
   前記ボールねじの軸線回りに対する回転が禁止された状態で前記ナットに一体的に組み付けられて、前記ボールねじの回転により前記ナットと共に前記ボールねじの軸線方向に移動する移動体とを有するボールねじ装置に適用され、
   前記ボールねじの両端の固定端間の長さに応じて前記ボールねじの長さに固有の前記ボールねじ装置の共振周波数を決定する共振周波数決定手段と、
   前記モータを駆動制御するための駆動制御信号から前記決定された共振周波数に対応した周波数成分を除去するフィルタ手段と
   を備えたボールねじ装置の駆動制御装置。
2. 前記フィルタ手段はノッチフィルタであり、かつ前記決定された共振周波数が前記ノッチフィルタの中心周波数である請求項１に記載したボールねじの駆動制御装置。
3. 電気的に駆動制御されるモータと、
   一端にて前記モータの回転軸に動力伝達可能に接続され、前記モータの回転に従って軸線周りに回転するボールねじと、
   前記ボールねじに螺合されたナットと、
   前記ボールねじの軸線回りに対する回転が禁止された状態で前記ナットに一体的に組み付けられて、前記ボールねじの回転により前記ナットと共に前記ボールねじの軸線方向に移動する移動体とを有するボールねじ装置に適用され、
   前記ボールねじの両端の固定端間の長さに応じて前記ボールねじの長さに固有の前記ボールねじ装置の共振周波数を決定する共振周波数決定処理と、
   前記モータを駆動制御するための駆動制御信号から前記決定された共振周波数に対応した周波数成分を除去するフィルタ処理とを含むボールねじ装置の駆動制御方法。
4. 前記フィルタ処理は前記モータを駆動制御するための駆動制御信号に対するノッチフィルタ処理であり、かつ前記決定された共振周波数が前記ノッチフィルタ処理に関するノッチフィルタの中心周波数である請求項３に記載したボールねじの駆動制御方法。

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