JP6679426B2 - 作動機構の原点位置検出方法並びに原点位置検出装置 - Google Patents
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Description
このような直動機構においては、電源投入時に原点位置検出を行う動作が必要である。原点位置検出動作は、テーブル104に遮光板106を設け、一方、ガイドレール105の原点位置に設けられたセンサ107(センサ1)を遮光板106によって遮光することで行われる。すなわち、テーブル104が原点方向に移動し、原点位置に達すると遮光板106によりセンサ107が遮光され、これを原点位置として検出する。
機構上に設けたセンサ107だけで原点位置検出を行う場合、一般的に光電センサや磁気センサが使われる。光電センサの場合、発光素子と受光素子間を光が通過、または遮断を検出することにより移動体の位置を検出している。光の通過、遮断の遷移はアナログ的に変化し、信号のON、OFFを判別する閾値レベルは温度その他の外的要因の影響を受ける。その結果、光電センサをセンサ107に使用した場合、±20μmの検出誤差が生じ、ステッピングモータの移動量では2パルス分に相当する原点位置検出のばらつきを生じる。(一例として、リード10mmのボールねじシャフトに分解能500パルスのステッピングモータの場合)。
一方、高精度な位置決めを安価に実現する際に、オープンループ制御のステッピングモータを用いる場合がある。回転軸101の原点検出には一般的に回転軸101に設けられた回転板の一部にスリットを入れたスリット回転板108と光電センサ109(センサ2)などが用いられる。この場合、直動機構での原点位置検出には機構上に設けたセンサ1とセンサ2の検出値に基づきコントローラ110の論理積により原点位置検出を行っている。
機構上の原点位置検出用センサに生じる検出誤差の影響を避けるために、センサ1の出力と回転軸上の原点(Z相)を検出するセンサ2の出力の論理積をとる必要がある。2つのセンサを使用することでセンサ出力の演算が必要であることに加え、センサ、取り付け工数、配線などのコストや設置スペースが必要であるという問題も解決すべき課題である。
また、本発明は、直動操作される移動体と、この移動体に設けられた磁気発生部と、前記磁気発生部の磁気を検出する磁気検出部と、前記磁気発生部の磁気を伝達する磁気伝達部とを備え、前記磁気発生部と前記磁気伝達部が磁気伝達位置にあるときに、前記磁気伝達部が前記磁気検出部との磁気回路を形成することで、前記磁気発生部の磁気を検出して前記移動体の原点位置を検出するように前記磁気検出部を配置したことにある。
さらに、回転操作される移動体と、この移動体に設けられた磁気発生部と、前記磁気発生部の磁気を検出する磁気検出部と、前記磁気発生部の磁気を伝達する磁気伝達部とを備え、前記磁気発生部と前記磁気伝達部が特定位置に達した時であって、かつ前記磁気伝達部が前記磁気検出部と特定位置に達した時の2つの条件が揃ったときに、前記磁気発生部の磁気を前記磁気伝達部を介して前記磁気検出部で検出し、前記移動体の原点位置を検出することにある。
またさらに、回転操作される移動体と、この移動体に設けられた磁気発生部と、前記磁気発生部の磁気を検出する磁気検出部と、前記磁気発生部の磁気を伝達する磁気伝達部とを備え、前記磁気発生部と前記磁気伝達部が磁気伝達位置にあるときに、前記磁気伝達部が前記磁気検出部との磁気回路を形成することで、前記磁気発生部の磁気を検出して前記移動体の原点位置を検出するように前記磁気検出部を配置したことにある。
また、本発明によれば、回転操作される移動体と、この移動体に設けられた磁気発生部と、前記磁気発生部の磁気を検出する磁気検出部と、前記磁気発生部の磁気を伝達する磁気伝達部とを備え、前記磁気発生部と前記磁気伝達部が特定位置に達した時であって、かつ前記磁気伝達部が前記磁気検出部と特定位置に達した時の2つの条件が揃ったときに、前記磁気発生部の磁気を前記磁気伝達部を介して前記磁気検出部で検出し、前記移動体の原点位置を検出するので、それぞれ1つの磁気発生部と磁気検出部によって、原点位置を検出できることから、部品点数の削減および小型化を図ることができる。
第1の実施の形態は直動機構において検出対象を磁気とした場合の実施の形態で、図1〜図4において詳細に説明する。
図1ないし図3において、1はステッピングモータ等のモータである。このモータ1にはドライバ2およびコントローラ3がリード線等を介して電気的に接続されており、ドライバ2によってモータ1が設定速度で回転駆動されるものである。モータ1の回転軸にはカップリング4を介してボールねじシャフト5が直結されている。
この場合、移動体8には回転板6との対向面に磁気発生部となる磁石20が装着されている。そして、磁石20と対向する回転板6の板面6aの孔7には、磁気伝達部としての強磁性材21が装着されている。一方、原点位置Pにおいて、強磁性材21を介して磁石20に対向する磁気検出部となる磁気センサ22が機構の固定部に配置されている。
図5Aは、移動体8が原点位置から離れた状態で、移動体8に装着されている磁石20と受信部の磁気センサ22間の位置が離れているため、磁気センサ22が、磁石20の磁気を感知できない状態である(図5A(b)参照)。また、回転板6の強磁性体21も磁気センサ22とずれた位置にある(図5A(a)参照)。
そして、モータ1の回転に伴ってボールねじシャフト5が回転し、ガイドレール9に沿って移動体8が回転板6に近づいてきた状態にあるときを図5Bに示している。このとき、回転板6の強磁性体21と磁気センサ22とは一致する位置にあり(図5B(a))、磁気が感知できれば検出できる状態にある。しかしながら、移動体8が原点位置から離れた状態にあるため、磁石20と磁気センサ22との位置が離れているので、磁石20の磁気を磁気センサ22が感知できない状態である(図5B(b)参照)。
こうして、移動体8がさらにガイドレール9に沿って移動し、磁石20の磁気を磁気センサ22が感知できる位置まで移動する。さらに、図5C(a)のようにボールねじシャフト5の回転に伴って回転駆動される回転板6の強磁性体21も磁気センサ22と一致すると、磁石20の磁気が強磁性材21を介して磁気回路を形成し、回転板6の強磁性材21と対向して位置する磁気センサ22が前記磁気回路の磁気を感知して原点位置Pを検出することができる。
こうして、図7(a)の位置から移動体8が原点位置P、図7(b)に達すると、磁石20Bから磁気回路25を通して回転板6に設けられた強磁性材21に至る磁気回路が形成され、磁気センサ22が前記磁気回路の磁気を感知することにより原点位置Pを検出することができる。
図8および図9は、本発明の第2の実施の形態で、モータに減速機を組付けた機構において検出対象を磁気とした発明であり、減速機により減速した回転体の原点位置検出の場合を説明する。
図8および図9において、原点位置検出を可能とする回転減速機構は、回転テーブル31、モータ32、減速機33、回転板34、強磁性材35、磁石36、磁気センサ37で構成されている。回転テーブル31は減速機33の出力軸33aに支持されており、減速機33は、モータ32の回転を減速して設定速度で回転テーブル31を回転駆動するものである。
減速機33の減速比が100などの高減速比になると、回転テーブル31の回転角をセンサで検出するには、高精度のセンサが必要となる。
図10ないし図13は、本発明の第3の実施の形態で、本発明をギヤードモータに適用したものである。
この場合、モータ部42と減速機となるギヤ部43の間にセンサ部40を組付けてギヤシャフト43aに円板41を装着し、モータ部42のモータシャフト42aに回転板44を装着している。円板41と回転板44との間には強磁性材45がギヤ部43に内装されており、円板41に設けられた磁石46と回転板44に設けられた強磁性材44aとの間に磁気回路が形成されている。前記センサ部40の内部には、回転板44とともに、内装された磁気センサ47が内装されており、円板41の磁石46と、回転板44の強磁性材44aが対向した時に強磁性材45を介して磁気回路が形成され、磁気センサ47により検出される。この位置がギヤードモータにおける原点位置となる。
図14〜図17は、本発明の第4の実施の形態で、ステッピングモータとねじ機構が一体となった構造である。
ステッピングモータ50は、モータハウジング51と一体に構成されたステータ52と、ステータ52の軸線上に回動自在に内装されたロータ53とで構成されている。ロータ53は、モータハウジング51に内装された中空シャフト54に支持されており、この中空シャフト54は大径部54aと小径部54bで構成されている。中空シャフト54は大径部54aと小径部54bをそれぞれ軸受け55aおよび55bによりモータハウジング51内に回転自在に支持されており、大径部54a内にはボールねじナット56が設けられている。このナット56の内面には、多数のボール(図示せず)が内蔵されている。ボールねじナット56には、ボールを介して移動体としてのねじシャフト57が支持されており、ねじシャフト57は図示しない回り止め機構に装着されており、中空シャフト54と一緒に回転するナット56の回転によりねじシャフト57が直線駆動されるものである。前記ねじシャフト57の後端部には、永久磁石58が装着されており、前記ねじシャフト57の動きに伴って直線駆動されるものである。モータハウジング51から飛び出した中空シャフト54の小径部54bの先端部には、磁気回路を形成する強磁性材からなる柱体59が立設されている。
また、モータハウジング51の端板51aには、基板60が装着されており、この基板60には前記強磁性材の柱体59の磁気を検出する検出器としての磁気センサ61が装着されている。
そして、原点位置を検出するために、ねじシャフト57を移動させると、ねじシャフト57の磁石58が強磁性材の柱体59の位置で、強磁性材の柱体59とともに磁気回路を形成する位置に達する。次に、中空シャフト54の回転に伴って、強磁性材の柱体59が磁気センサ61に近接すると、強磁性材の柱体59の磁気を感知する磁気回路となり原点位置を検出することができる(図16参照)。図14および図15も、移動体としての、ねじシャフト57が原点位置にあることを示している。
2 ドライバ
3 コントローラ
4 カップリング
5 ボールねじシャフト
6 円板
6a 板面
8 移動体
9 ガイドレール
10 スライドブロック
20,20B,36,46,58 永久磁石
21,24,34a,35,44a,45 強磁性材
22,37,47,61 磁気センサ(検出器)
41 円板(移動体)
57 ねじシャフト(移動体)
59 強磁性材の柱体
Claims (11)
- 直動操作される移動体と、
この移動体に設けられた磁気発生部と、
前記磁気発生部の磁気を検出する磁気検出部と、
前記磁気発生部の磁気を伝達する磁気伝達部とを備え、
前記磁気発生部と前記磁気検出部が特定位置に達した時であって、かつ前記磁気伝達部が前記磁気検出部と特定位置に達した時の2つの条件が揃ったときに、
前記磁気発生部の磁気を前記磁気伝達部を介して前記磁気検出部で検出し、
前記移動体の原点位置を検出することを特徴とする作動機構の原点位置検出方法。 - 前記移動体を回転軸上を直動操作させるとともに、前記磁気検出部を固定部に設け、
前記磁気伝達部を、前記回転軸とともに回転する回転体に装着し、
前記移動体の磁気発生部と前記磁気検出部が特定位置に達した時であって、かつ前記磁気伝達部が前記磁気検出部と特定位置に達した時の2つの条件が揃ったときに、
前記磁気発生部の磁気を前記磁気伝達部を介して前記磁気検出部で検出し、
前記移動体の原点位置を検出することを特徴とする請求項1に記載の作動機構の原点位置検出方法。 - 前記磁気発生部の磁気を前記磁気検出部との特定位置まで伝達する第2の磁気伝達部を設けたことを特徴とする請求項2に記載の作動機構の原点位置検出方法。
- 回転駆動される筒状体の軸線上に配置され、直動操作される移動体と、
前記筒状体の外周面に磁気伝達部を設け、
前記磁気発生部と前記磁気検出部が特定位置に達した時であって、かつ前記磁気伝達部と、前記磁気検出部と特定位置に達した時の2つの条件が揃ったときに、
前記磁気発生部の磁気を前記磁気伝達部を介して前記磁気検出部で検出し、
前記移動体の原点位置を検出することを特徴とする請求項1に記載の作動機構の原点位置検出方法。 - 直動操作される移動体と、
この移動体に設けられた磁気発生部と、
前記磁気発生部の磁気を検出する磁気検出部と、
前記磁気発生部の磁気を伝達する磁気伝達部とを備え、
前記磁気発生部と前記磁気伝達部が磁気伝達位置にあるときに、
前記磁気伝達部が前記磁気検出部との磁気回路を形成することで、前記磁気発生部の磁気を検出して前記移動体の原点位置を検出するように前記磁気検出部を配置したことを特徴とする作動機構の原点位置検出装置。 - 回転軸に螺合して取り付けられ、かつ、回転軸の回転に伴って往復動操作される移動体と、
前記回転軸に固定して取り付けられた回転板と、
前記移動体に設けられた磁気発生部としての磁石と、
この磁石と前記回転板を間に介して配置された磁気検出部と、
前記回転板に設けられ、前記磁石と前記磁気検出部とが設定位置で対向する構成であり、前記磁石と前記磁気検出部とが対向したときに前記磁石と前記磁気検出部との間に磁気回路を形成する磁気伝達部とを備え、
前記1つの磁気検出部で前記回転板の磁気伝達部が設けられた特定位置と前記移動体の軸方向の特定位置の2つの位置が合致した位置で、前記磁石の磁気を前記磁気伝達部を介して前記磁気検出部で検出した位置を原点位置に設定したことを特徴とする請求項5に記載の作動機構の原点位置検出装置。 - 前記回転板を介して前記磁気検出部に対向して一端が配置され、
前記移動体の原点位置にあるときの前記磁石に近接して他端が配置された磁気伝達経路を設けたことを特徴とする請求項6に記載の作動機構の原点位置検出装置。 - 回転筒体と、この回転筒体の軸線上に直動可能に設けられた移動体としての可動軸部と、
この可動軸部に装着された磁石と、
前記回転筒体に装着された磁気伝達部と、
固定部に取り付けられた磁気検出部とを備え、
前記1つの磁気検出部で、前記磁気伝達部の特定位置と前記可動軸部の軸方向位置の2つの位置が合致した位置で、前記磁石の磁気を前記磁気伝達部を介して前記磁気検出部で検出した位置を原点位置に設定したことを特徴とする請求項5に記載の作動機構の原点位置検出装置。 - 回転操作される移動体と、
この移動体に設けられた磁気発生部と、
前記磁気発生部の磁気を検出する磁気検出部と、
前記磁気発生部の磁気を伝達する磁気伝達部とを備え、
前記磁気発生部と前記磁気伝達部が特定位置に達した時であって、かつ前記磁気伝達部が前記磁気検出部と特定位置に達した時の2つの条件が揃ったときに、
前記磁気発生部の磁気を前記磁気伝達部を介して前記磁気検出部で検出し、
前記移動体の原点位置を検出することを特徴とする作動機構の原点位置検出方法。 - 回転操作される移動体と、
この移動体に設けられた磁気発生部と、
前記磁気発生部の磁気を検出する磁気検出部と、前記磁気発生部の磁気を伝達する磁気伝達部とを備え、
前記磁気発生部と前記磁気伝達部が磁気伝達位置にあるときに、
前記磁気伝達部が前記磁気検出部との磁気回路を形成することで、前記磁気発生部の磁気を検出して前記移動体の原点位置を検出するように前記磁気検出部を配置したことを特徴とする作動機構の原点位置検出装置。 - 所定間隔で、各別に回転する回転板と、
前記移動体としての円板とを備え、
前記回転板に装着された磁気伝達部と、
前記円板に装着された磁気発生部としての磁石と、
前記回転板と前記円板との間に設けられ、前記磁石の磁気を前記磁気伝達部に伝達する磁気伝達経路と、
固定部に取り付けられ、前記磁気伝達部に伝達された磁気を検出する磁気検出部とを備え、
前記1つの磁気検出部で、前記磁気伝達部の特定位置と、前記磁石の特定位置の2つの位置が合致した位置で、前記磁石の磁気を前記磁気伝達部を介して前記磁気検出部で検出した位置を原点位置に設定したことを特徴とする請求項10に記載の作動機構の原点位置検出装置。
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