JPH04207983A - モータの回転位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はロボット、工作機械、レーザ加工機、ＯＡ機器
等に適用されるモータに関し、特に従来のものよりもモ
ータの回転範囲を大きくする二とかできるとともに、制
御性を向上させる二とかできるモータの回転位置決め装
置に関する。

〔従来の技術〕

いわゆる積層型の圧電アクチュエータは、ある種の誘電
体結晶であり、これの両端に電圧をかけたときに圧電効
果により力学的なひずみか生する。

そこで、この圧電アクチュエータのひすみにより生じた
変位を回転力に変換するモータか本出願人により特許出
願等されている。二の種のモータは従来の電磁駆動モー
タよりも保持トルクか大きい、発熱が少ない、高速、高
分解能である等の利点を有している。

本出願人は平成１年４月２８日に「ν−サスキャナの駆
動装置」を出願している。この出願に記載の技術は、ベ
ルクランク状のレバーの一方のアームを１．圧電アクチ
ュエータの直動変位によって他方のアームに一端か支承
されたリターンスプリングの反力に抗して押動して上記
ベルクランク状のレバーに固着されたシャフトを微小回
転させるというものである。そしてこのシャフトの微小
回転はハーモニックドライブ等の変位増幅機構によって
大きな回転に変換される。なお、この特許出願は、上記
ベルクランク状のレバーの両アーム先端に回転自在のボ
ールベアリングを具え、これらボールベアリングが圧電
アクチュエータの端部およびリターンスプリングの端部
に当接するようにしたため、接触の除虫ずる横方向の力
かボールベアリングの回転力に変換されてボールベアリ
ングがない場合に比較して剛性が高くなるという効果を
奏している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来のものは、圧電アクチュエータの１回の直
動変位をシャフトの回転に変換する構成であるため、圧
電アクチュエータの伸張範囲によってシャフトの回転範
囲（回転数）が制限されることになっていた。さらに圧
電アクチュエータの伸張度合いを制御することによって
ボールスクリューの回転位置の位置決めを行うようにし
ていたため制御性が損なわれることとなっていた。そこ
で、ボールスクリューの回転範囲をより大きくすること
ができるとともに、回転位置決めの制御性を向上させる
ことができるモータの位置決め装置か望まれる。

本発明はこうした実情に鑑みてなされたものてあり、モ
ータの回転範囲を大きくすることかでき、かつ制御性を
従来のものよりも向上させることのできるモータの回転
位置決め装置を提供することをその目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、この発明では、ハウジングに回動自在に支持さ
れたシャフトに固着されたベルクランク状のレバーを有
し、該レノ・−の一方のアームに端部が当接するよう前
記しｌ−一駆動用アクチュエータを配設するとともに前
記し／・−の他方のアームにリターンスプリングを支承
して入力駆動信号に応じて前記レバー駆動用アクチュエ
ータを作動させ前記リターンスプリングの反力に抗して
前記レバーの一方のアームを押動して前記シャフトを回
転させるようにしたモータにおいて、前記／１ウジ／グ
に回動自在に支持された出力軸に前記シャフトの一方向
の回転のみを伝達するワンウェイクラッチと、入力駆動
信号に応じて前記出力軸の回転をロックする出力軸固定
用アクチュエ、−夕と、前記出力軸固定用アクチュエー
タに対する駆動信号出力をオフした状態で前記レバー駆
動用アクチュエータに駆動信号を出力して前記シャフト
を前記一方向に回転させた後、前記出力軸固定用アクチ
ュエータに駆動信号を出力するとともに前記レバー駆動
用アクチュエータに対する駆動信号出力をオフして前記
出力軸をロックさせる動作を繰り返し行うことにより前
記出力軸を前記一方向に連続回転させ所定回転位置に位
置決めするアクチュエータ駆動制御手段とを具えるよう
にしている。

〔作用〕

かかる構成によれば、レバー駆動用アクチュエータの伸
張度合いによってシャフトの回転角が制限されるのでは
なくて、レバー駆動用アクチュエータの伸張、縮退か繰
り返されてシャフトが連続回転する。レバー駆動用アク
チュエ〜夕の１回の直動により生ずるシャフトの微小な
回転はワンウェイクラッチを介して出力軸に伝達され、
該出力軸か微小回転する。このとき出力軸か自由に回転
できるように出力軸固定用アクチュエータは作動してい
ない。そしてレバー駆動用アクチュエータをオフするが
、このときリターンスプリングの付勢力によりシャフト
は逆に回転するが、この逆の回転はワンウェイクラッチ
を介して出力軸に伝達されない。たたし、出力軸は空転
するので、出力軸固定用アクチュエータを作動させ、出
力軸をロック制動しておく。以上の動作を繰り返し行う
ことにより出力軸は一方向の微小回転の繰り返しにより
連続回転して所定回転位置に位置決めされる。

このため、出力軸の回転範囲が増大するとともに、回転
位置決めの制御性が大幅に向上する。

〔実施例〕

以下１図面を参照して本発明に係るモータの回転位置決
め装置の実施例について説明する。

第１図は実施例装置の構成を示す図、第２図は第１図の
Ａ−Ａ断面図、第３図は第１図のＢ−Ｂ断面図である。

第１図に示すように実施例装置は、大きくはモータ機構
部１とコントローラ２とから構成されている。モータ機
構部１のハウジンク３にはベアリング４．５を介してシ
ャフト６か回動自在に支持されている。このシャフト６
には後述するようにベルクランク状のレバー７（第３図
）が固着されていて、このレバー７に積層型の圧電アク
チュエータであるレバー駆動用アクチュエータ８が作用
することにより回動する。ハウジング３にはまたシャフ
ト６の同軸上に出力軸９がベアリング１０を介して回動
自在に支持されている。出力軸９にはシャフト６を内輪
とするようにロータ１１が一体に形成されている。そし
て、シャフト６とロータ１１の間には、スプラグ、ケー
ジ、スプリング（図示せず）等からなるスプラグ式のワ
ンウェイクラッチ１２が介装されていて、内輪のシャフ
ト６のＣ方向のみの回転力を外輪のロータ１１に伝達す
る。なお、ワンウェイクラッチ１２としてはローラ、カ
ム、ケージ等から、なるローラ式のワンウェイクラッチ
でもよい。その他、任意の構成のワンウェイクラッチを
適用することが可能である。

出力軸９にはクランプパッド１３が周設されていて該ク
ランプパッド１３に積層型の圧電アクチュエータである
出力軸固定用アクチュエータ１４が作用することにより
出力軸９が固定、制動される。第２図はこうした制動機
構を示したものであり、同図に示すように出力軸９の直
径方向には出力軸固定用アクチュエータ１４．１４が対
向して配設されており、アクチュエータ１４．１４の先
端にはリターンスプリング１５．１５を介してクランプ
パッド１３．１３か配設されている。いま、パワーアン
プ１６からアクチュエータ１４．１４を駆動する電圧ｖ
ｌ：が該アクチュエータ１４．１４に印加されたものと
するとアクチュエータ１４．１４はこの電圧ｖ８に応じ
た変位だけ出力軸９の直径方向内側（矢印り方向）にリ
ターンスプリング１５．１５の反力に抗して伸張して、
出力軸９を両クランプバッド１３．１３により両側から
締め付は固定する。なお、第２図ではクランブバット］
３を１対設けるようにしているか、これを２対以上設け
る実施も可能である。また、出力軸９の外周を漏れなく
クランプパッドで覆うような実施もまた可能である。

さて、第３図はシャフト６の回動機構を示したものであ
り、前述するようにシャフト６に固着されたベルクラン
ク状のレバー７の一方のアーム１６の端部にはボールベ
アリング１７が回動自在に支持されており、該ボールベ
アリング１７にはレバー駆動用アクチュエータ８の先端
が当接きれている。一方、レバー７の他方のアーム１８
の端部にもボールベアリング１９が回動自在に支持され
ていて、ボールベアリング１９にはリターンスプリング
２１により支承されたプランジャ２０か当接している。

プランジャ２０はガイドベアリング２２によって案内移
動される。いま、パワーアンプ２３からアクチュエータ
８を駆動する電圧Ｖ０゜、か該アクチュエータ８に印加
されたものとすると、アクチュエータ８は印加電圧Ｖ。

。１に応じた変位ΔＸたけ矢印Ｅ方向に伸張する。二の
結果、ホールへアリンク１７を介してアーム１６か同方
向に押動され、リターンスプリング２１の反力に抗して
矢印Ｃ方向に微小回転角度Δθたけ回転する。なお、こ
うしたポールヘアリンク１７．１９を具えることによる
利点は前述した本出願人による先願に詳述されているの
でユニでは詳細な説明は省略する。上記アクチュエータ
８の直動変位ΔＸと、微小回転角度Δθとの間には、ボ
ールベアリング１７の中心とシャフト６の中心との間の
オフセットをり。とじたとき、下式（１）のような関係
がある。

Δ　θ　−・　Δ　Ｘ／Ｌ　　、１　　（ｒａｄ）　　
　　　−（１ンまたボールベアリング１９の中心とシャ
フト６の中心の間のオフセットしか大きいほとりターン
スプリング２１によりレバー７にかかるトルクか大きく
なり、レバー７の復元性か優れているという利点がある
。そこで、通常は、Ｌｏ〈くＬという関係か得られるよ
うにレバー７を設計することか応答性上望ましい。

さて、第１図に示すようにロータ１１の回転角度（回転
位置）θは、非接触型の回転角度センサ２４て検出され
、検出値θに応じた電圧Ｖ、かコントローラ２の制御部
２５に加えられる。以下、コントローラ２で行われる処
理について第４図に示すフローチャートを参照して説明
する。

同図に示すように、−まず出力軸９の目標回転角度θＰ
に応した電圧Ｖ、。が指令部２６て設定され、設定値ｖ
１ｏに応じた数Ｐ。のパルスが生成され、制御部２５に
出力される（ステップ１０１）。ここで制御部２５では
回転角度センサ２４の検出回転角度θに応じた電圧Ｖ、
か入力されるので、電圧Ｖｌ、と電圧Ｖ、との偏差ΔＶ
が演算され（ステップ１０２）、偏差Δ■が零になった
か否かが判断される。これは電圧ｖｃをパルス数Ｐ、に
変換してこの検出パルス数ＰＬが設定パルス数Ｐ。に達
したかを判断することにより行われる（ステップ１０３
）。これにより判断結果がＹＥＳであれば出力軸９は目
標回転角度θ、に位置決めされたものとされ、処理は終
了する。一方、判断結果かＮｏであれば、つぎのステッ
プでパワーアンプ２３に対して制御指令、 ＶＣ−に、−ΔＶ−（２） を出力する処理か行われる。ここてに１は制御部２５で
予め設定されるゲインである（ステップ１０４）。パワ
ーアンプ２３に上記（２）式の電圧ｖｏが入力されると
、レバー駆動用アクチュエータ８に対して駆動指令、 ””　−に２　”　Ｖｃ　　・−（３）を出力する処理
が行われる。ここでに２はパワーアンプ２３で予め設定
されるゲインである（ステップ１０５）。この結果、ア
クチュエータ８は入力電圧ｖ０゜１に応した変位、 ΔＸ−に３　・Ｖ６．、　−（４） たけ矢印Ｅ方向に伸張する。ここてに、はアクチュエー
タ８に応じて一義的に定まる定数である（ステップ１０
６；第３図参照）。この直動変位によりレバー７、シャ
フト６が矢印Ｃ方向に上記（１）式のごとく微小回転角
度Δθたけ回転する。

この結果、ワンウェイクラッチ１２を介してロータ１１
、出力軸９が同矢印Ｃ方向にΔθたけ回転することにな
る。なお、このようなレバー駆動用アクチュエータ８に
対する駆動指令Ｖ０゜１出力時点ては、出力軸固定用ア
クチュエータ１４に対する駆動指令ＶＥ出力はオフされ
ている。したかって出力軸９はロックされることなくア
クチュエータ８の作動に応じて回転する（ステップ１０
７）。

つぎに制御部２５からパワーアンプ１６に対して出力軸
固定用アクチュエータ１４を駆動制御するための制御指
令Ｖｏか出力され、パワーアンプ１６ては制御指令ＶＤ
を所要に増幅して駆動指令Ｖ６を出力軸固定用アクチュ
エータ１４に対して出力する。この結果、アクチュエー
タ１４は矢印り方向に伸張して出力軸９がクランプパッ
ド１３によりクランプ、制動される（ステップ１０８）
。

これとほぼ同時に制御部２５からパワーアンプ２３に対
してレバー駆動用アクチュエータ８の作動を停止するた
めに制御指令Ｖ。出力をオフする処理かなされ、パワー
アンプ２３からの駆動指令Ｖ。、１出力がオフされる。

この結果、レバー駆動用アクチュエータ８が縮退してレ
バー７かりターンスプリング２１のスプリンタ力によっ
て第３図において矢印Ｃ方向と逆の方向にΔθたけ回転
して初期状態に復元する。レバー７の回転によりシャフ
ト６も同方向に回転するか、ワンウェイクラッチ１２て
はシャフト６のＣ方向と逆の方向の回転力をロータ１１
、出力軸９に伝達することはない。

したかって出力軸９には矢印Ｃ方向と逆の方向の回転力
は加わらない。ただし、出力軸９にトルクが加わってい
ないと出力軸９は空転する危れがあるので、上記のごと
く出力軸９をクランプパッド１３によりロックして空転
を防止するようにしている（ステップ１０９）。そして
、つぎに回転角度センサ２４て検出されたロータ１１、
つまり出力軸９の回転角度θを示す電圧ｖＬが制御部２
５にフィードバックされ（ステップ１１０”）　、’手
順は再び上記ステップ１０２に移行して偏差ΔＶか取ら
れる。以下、偏差ΔＶが零に達しない限りはステップ１
０２からステップ１１０の処理が繰り返し実行される。

やがて、出力軸９の回転角度θか目標回転角度θ、に達
するとステップ１０３の判断結果はＹＥＳとなり処理は
終了する。

以上説明したように実施例によればレバー駆動用アクチ
ュエータの伸張度合いに応じて出力軸の回転位置の位置
決めを行うのではなくて、同アクチュエータの微小な直
動変位の繰り返しによって出力軸の回転位置の位置決め
を行うようにしたので、アクチュエータの伸張範囲によ
って回転範囲が制限されることなく回転範囲を大きくす
ることかできるとともに、回転位置決めの制御性が向上
する。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によればベルクランク状のレ
バーを回転させることにより動作するモータの回転範囲
を大きくすることかできるとともに回転位置決めの制御
性か向上する。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係るモータの回転位置決め装置の実施
１例の構成を示す図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面を示
す図、第３図は第１図のＢ−Ｂ断面を示す図、第４図は
第１図に示すコントローラで行われる処理を例示したフ
ローチャートである。 １・・・モータ機構部、２・・・コントローラ、３・・
・ハウジング、６・・・シャフト、７・・・ベルクラン
ク状のレバー、８・・・レバー駆動用アクチュエータ、
９・・・出力軸、１１　＝＝ロータ、１２・・・ワンウ
ェイクラッチ、１３・・・クランプパッド、１４・・・
出力軸固定用アクチュエータ、１５．２１・・・リター
ンスプリング、１７．１８・・・アーム、２５・・・制
御部。 ・　出願人代理人　　木　村　高　久 １３　　　　で 第２図 第３図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）ハウジングに回動自在に支持されたシャフトに固
   着されたベルクランク状のレバーを有し、該レバーの一
   方のアームに端部が当接するようレバー駆動用アクチュ
   エータを配設するとともに前記レバーの他方のアームに
   リターンスプリングを支承して、入力駆動信号に応じて
   前記レバー駆動用アクチュエータを作動させ前記リター
   ンスプリングの反力に抗して前記レバーの一方のアーム
   を押動して前記シャフトを回転させるようにしたモータ
   において、 前記ハウジングに回動自在に支持された出力軸に前記シ
   ャフトの一方向の回転のみを伝達するワンウェイクラッ
   チと、 入力駆動信号に応じて前記出力軸の回転をロックする出
   力軸固定用アクチュエータと、 前記出力軸固定用アクチュエータに対する駆動信号出力
   をオフした状態で前記レバー駆動用アクチュエータに駆
   動信号を出力して前記シャフトを前記一方向に回転させ
   た後、前記出力軸固定用アクチュエータに駆動信号を出
   力するとともに前記レバー駆動用アクチュエータに対す
   る駆動信号出力をオフして前記出力軸をロックさせる動
   作を繰り返し行うことにより前記出力軸を前記一方向に
   連続回転させ所定回転位置に位置決めするアクチュエー
   タ駆動制御手段と を具えたことを特徴とするモータの回転位置決め装置。
2. （２）前記レバー駆動用アクチュエータは、前記一方の
   アームに端部が当接するよう配設され、入力駆動信号に
   応じて伸張して前記シャフトを前記一方向に回転させる
   積層型の圧電アクチュエータである請求項（１）記載の
   モータの回転位置決め装置。
3. （３）前記ベルクランク状のレバーは、前記両アームの
   端部にそれぞれ回動自在に支持されたボールベアリング
   を具え、これらボールベアリングを前記レバー駆動用ア
   クチュエータの端部および前記リターンスプリングの端
   部に当接するようにしたものである請求項（２）記載の
   モータの回転位置決め装置。
4. （４）前記出力軸固定用アクチュエータは、前記出力軸
   の外周に配設され、入力駆動信号に応じて前記出力軸の
   直径方向内側に伸張して該出力軸を締め付ける積層型の
   圧電アクチュエータである請求項（１）記載のモータの
   回転位置決め装置。
5. （５）前記ワンウェイクラッチは、内輪を前記シャフト
   とするとともに外輪を前記出力軸と一体に形成されたロ
   ータとし、これら内輪と外輪の間にスプラグまたはロー
   ラを介装したスプラグ式またはローラ式のワンウェイク
   ラッチである請求項（１）記載のモータの回転位置決め
   装置。