JPS6272953A - 往復駆動装置 - 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、負荷をある一定区間定速で往復移動させる往
復運動装置に関するもので、ファクシぼり、複写機等の
原稿静止型スキャナの読取部等に使用するに好適なもの
である。

従来の技術 従来のこの種の装置は、第６図に示すように側板ｓａ、
ａｂに取付けられたガイド軸７と、該ガイド軸７に沿っ
て自由に移動可能なガイド６と、前記側板ａａ、ｓｂに
ガイド軸７と平行になるよう取付けられたリードスクリ
ュ４と、該リードスクリュ４の回転に伴って軸方向に移
動するボールねじ６と、前記リードスクリュ４にギヤ２
及びギヤ３を介して回転力を伝えるステッピングモータ
１とを有し、負荷９を前記ガイド６、ボールねじ６に連
結し、ステッピングモータ１の正逆両方向の回転により
、負荷９を一定の区間で往復運動させていた。また、他
の例では、第７図に示すように、駆動源として、固定子
１６と、該固定子１６の上を駆動入力に従って移動する
移動子１５からなるリニアパルスモータを使用し、負荷
９を移動子１５に直接取付け、一定の区間で移動子１６
を往復運動させるものがある。

ところで、ステッピングモータの特性は、第８図にプル
アウトトルク曲線人、プルイントルク曲線Ｂを示すよう
に、周波数が高くなる程、モータトルクは低下してしま
う。従って、上記の従来の駆動機構（でおいて、負荷を
高速で定速運転させるには、当然周波数が高くなるので
、モータトルクが低下しており、負荷の往復運動の折り
返し部でモータの起動、停止を行う時にモータへの入力
周波数をなめらかに変化させ負荷をなめらかに加減速し
てやるスローアップ、スロー・ダウン制御力必要となる
。この制御においてステッピングモータの持つトルクを
最も有効に利用でき、高い応答性が得られるのが、第９
図乙に曲線Ｃで示す様な加減速時に速度を指数関数的に
変化させる制御法である。この時、モータに必要となる
トルクパターンを示したのが、＠９図すである（参考文
献「ステッピングモータ活用技術」（工業調査会）。

２０１〜２０２頁、１２６〜１２８頁）。

発明が解決しようとする問題点 しかし、かかる構成によれば、同じ動作時間で駆動する
負荷の重量を重くしたり、より高速で定速走行させる際
には、トルクの大きいモータが必要となり、モータの大
型化に伴い装置全体が大型化し、又消費電力も増え、ひ
いては装置のコストアップにつながってしまうと言う問
題があった。

上述の問題は以下の理由で生じる。即ち、第９Ｂ図に示
す、負荷を駆動する際のモータに必要となるトルクは、
負荷の重量と加速度に比例して大きくなり、且つ第８図
に示す様にモータの出力トルクは速度が増すにつれて小
さくなるからである。

この問題に対し、第９図ａに破線で示す曲線り及び一点
鎖線で示す曲線Ｅに示す様に、負荷駆動時、加減速に要
する時間ｔａを長くし、加速度を小さくすることにより
モータの必要トルクの増大を防ぐ方法がある。しかし、
この方法によれば、負荷を加減速するために要する負荷
の移動距離を長くしなければならず、速度によってはト
ータルとしての負荷−回の動作時間が長くなってしまう
という新たな問題を生ずる。

本発明は、上述の問題点に鑑みて為されたもので、駆動
する負荷１重量の増大や、より高速での定速走行の要求
に対しても、モータを大型化する必要のない、小型で省
電力の、駆動装置を提供することを目的とする。

問題点を解決するだめの手段 本発明は上述の問題点を解決するため、負荷の往復運動
の折り返し点に、負荷又はそれに連結された部材の前記
折り返し点に向う移動によって弾性変形させられる弾性
部材を備えだ加圧手段を配置するという構成を備えたも
のである。

作用 本発明は上述の構成によって、折り返し点において静止
した負荷を起動して加速する場合には、進行方向と同方
向に前記加圧手段の弾性部材の復元力が作用し、また、
負荷が減速して停止する場合には逆方向に前記弾性部材
の復元力が作用し、加減速時にモータに必要なトルクが
弾性部材の復元力の大きさに比例しただけ小さくなるた
め、負荷重量の増大や、より高速での定速走行の要求に
対しても、モータを大型化することなく負荷を駆動する
ことが可能となる。

実施例 以下、本発明の詳細な説明する。第１図は本発明の一実
施例による往復駆動装置の概略構成を示すものであって
、７は側板８ａ、８ｂに取付けられたガイド軸、６は前
記ガイド＠７にリニアベアリングを介して軸方向に移動
可能なガイド、４は前記側板８Ｎ、８ｂに前記ガイド軸
７と平行になる様に取付けられたリードスクリュ、５は
前記リードスクリュ４の回転に伴い軸方向に移動するボ
ールねじ、１は、駆動源である電動モータであり、本実
施例ではステッピングモータが用いられる。

２．３はステッピングモータ１の回転をリードスクリュ
４に伝達するギヤ、９は往復運動される負荷である。負
荷９．ガイド６、ボールねじ６は互いに連結されており
、ステッピングモータ１の正逆回転により、負荷９．ガ
イド６及びボールねじ５はガイド軸７の軸方向に往復運
動する０１ｏム、１０Ｂは、ガイド軸アの両端近傍の、
負荷９と共に往復運動するガイド６の折り返し点に設け
られた加圧手段であり、それぞれ、ガイド軸７に固定さ
れるばね受け１１ａ、１１ｂ、ガイド軸７に移動可能な
ばね受け１２２Ｌ　、　１２ｂ及び両ばね受けに挟まれ
た弾性部材、例えばコイルばね１３ａ、１３ｂとからな
る。ガイド軸７に移動可能なはね受け１２＆、１２ｂは
ガイド６に面する側に配置されており、従って、ガイド
６が移動してくると、ガイド６ばばね受け１２１Ｌ又は
１２ｂを押してコイルばね１３２Ｌ又は１３ｂを圧縮方
向にたわませることとなる。ガイド軸７に固定されるば
ね受け１１１Ｌ、１１ｂは第２図に示すように、セット
スクリュ１４で固定される構成であり、セットスクリュ
１４を緩めることにより、ガイド軸７に沿って移動させ
、位置調整することができる。

ばね受け１１ａＬ、１１ｂの取付位置及びコイルばね１
３の長さ等は、負荷９が停止位置から加速し、一定区間
を定速で走行し、その後減速して停止するという運動を
繰り返し行って往復運動する場合において、負荷９が所
定の区間を定速で走行する際には、負荷９に連結されて
いるガイド６がばね受け１２＆、１２ｂに接触せず、従
ってコイルばね１３は何等たわみを生じないが、その両
側の加速域或いは減速域を走行する際には、ガイド６が
ばね受け１２２Ｌ、１２ｂに接触してコイルはね１３を
たわませるように定められている。即ち、ガイドｅによ
りコイルばね１３に与えられるたわみは、加速開始時及
び減速終了時に最大となり、加速終了時及び減速開始時
には０となるように構成されている。

以上のように構成された往復駆動装置について、以下そ
の動作を第３図、第４図ａ、第４図すを用いて説明する
。ステッピングモータ１の励磁前は、第３図１の様に負
荷９は、コイルばね１３２Ｌの復元力が、ステッピング
モータ１のディテントトルク及び伝達系の摩擦力の和と
釣り合う位置に停止している。負荷９を駆動するには、
まず、ステッピングモータ１が負荷９をコイルばね１３
１Ｌを更に圧縮する方向に移動させるように励磁される
。

この際、ステッピングモータ１はそのトルクがコイルば
ね１３ａの復元力よりも大きくなるように、低速で励磁
され、負荷９ば、第３図２の状態の起動開始位［ｄまで
移動して停止する。この状態より、動作開始の命令によ
りステッピングモータ１は第４人図に示すように速度が
指数関数的に変化するように加速される。これにより負
荷９は、コイルばね１３＋ａの圧縮たわみに応じた復元
力を進行方向に受けながら加速される。そして、負荷９
が所定の速度に近づくにつれ、コイルばね１３＆のたわ
みも小さくなり、所定の速度に達した時、コイルばねの
たわみは０となり、同時にステッピングモータは所定の
速度で定速回転を始める（第３図３、第４Ａ図のｔｌの
状態）。この状態より、負荷９は所定の速度で決められ
た区間を定速走行する（第４図ａ、ｔ１〜ｔ２）。そし
て、負荷９が決められた一定区間を定速で走行し終わる
と、ステッピングモータ１は第４図＆に示す様な指数関
数的に速度が変化する様な減速を開始し、同時に、この
時ガイド６はコイルばね１３ｂを圧縮方向にたわませ始
める（第３図４及び第４図ａのｔｌの状態）。この状態
より負荷９ば、コイルばね１３ｂの復元力を進行方向と
逆方向に受けながら減速される。そして、速度が遅くな
るにつれコイルばねのたわみは大きくなり、負荷の停止
と共にたわみは最大となる（第３図５の状態）。負荷９
が往復動作される際は、第３図２〜５の状態が可逆的に
操り返され、動作終了後、第３図１の状態となる。

以上の様な負荷の動作時、モータに必要なトルクパター
ンを第４図すに示す。ここで一点鎖線で示したものは、
コイルばね１３＆、１３ｂの負荷９に及ぼす力をトルク
に置き換えたものである。

コイルばね１’３１Ｌ、１３ｂの復元力が、負荷を加速
、減速する際有効に働き、モータの必要トルクは斜線で
示した大きさでよく、ばねによる加圧手段のない場合に
比べ小さくなる。

従って、負荷重量の増大や、より高速での定速走行の要
求に対しても、モータを大型化することなく負荷を駆動
でき、装置全体の小型化、省電力化、コストダウンが可
能となる。

なお、上記実施例では、加圧手段１０人、１０Ｂが負荷
に対し、加速時及び減速時の全範囲に渡ってコイルばね
の復元力を作用させるように構成したが、コイルばねの
復元力を作用させる範囲は必ずしもこの範囲に限定され
ず、加速域、減速域の一部のみであっても、或いは定速
走行域に多少食い込んでもよい。また、上記実施例では
加圧手段１０人、１０Ｂをガイド軸子に設け、負荷９に
連結されたガイドらに対して復元力を作用させる構成と
したが、加圧手段の取付位置はこの位置に限らず、種々
変更可能であり、例えば、負荷９に直接接触して復元力
を作用させる構成としてもよい。

加圧手段に使用する弾性部材としても、図示実施例の圧
縮型のコイルばねに限らず、他の形式のばねが用いられ
てよいことは言うまでもない。更に、上記実施例では負
荷の駆動源として、回転形のステッピングモータを使用
した例を述べだが、第６図に示すように１．駆動源に移
動子１５と固定子１６とからなるリニアモータを使用し
、移動子１５に直接負荷９を取付けても同様の効果を得
ることができる。このようなりニアモータを用いると、
ギヤ等の伝達機構をはふくことが可能となるので装置全
体の簡素化を図れる利点がある。

また、駆動源としては、ステッピングモータに限らず、
通電時にモータが保持力を持つ電動モータであれば同様
の効果を得ることができる。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明は負荷を一定区
間、定速走行させ、その両端で加速、減速させることに
より、負荷を往復運動させる場合において、負荷の折り
返し点に、負荷又はそれに連結された部材によって弾性
変形させられる弾性部材を備えた加圧手段を設けたもの
であるので、負荷の加速時には前記加圧手段が、負荷に
進行方向と同方向の弾性部材の復元力を作用させ、減速
時には逆方向の復元力を作用させることができ、加減速
時にモータに必要なトルクを弾性部材の復元力の大きさ
だけ小さくすることができ、負荷重量の増大や、より高
速での定速走行の要求に対してもモ〜りの大型化が必要
でなぐ、装置全体の小型化、省電力化、ひいてはコスト
ダウンに大いに役立つものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の往復駆動装置の正面図、第
２図は同要部断面図、第３図は上記実施例の要部正面図
、第４図は上記実施例における速度特性及びトルク特性
を示す特性図、第５図は本発明の他の実施例の概略構成
図、第６図は従来の往復駆動装置の正面図、第７図は他
の従来例を示す概略構成図、第８図はステッピングモー
タの特性図、第９図は従来装置における速度特性及びト
ルク特性を示す特性図である。 １・・・・・・ステッピングモータ、４・・・・・・リ
ードスクリュ、６・・・・・・ボールねじ、６・・・・
・・ガイド、７・・・・・・ガイド軸、９・・・・・・
負荷、１０人、１０Ｂ・・・・・・加圧手段、１１ａ、
１１ｂ、１２１Ｌ、１２ｂ・・・川ばね受け、１３ａ　
、　１３ｂ・山・・コイルばね、１５・・印・移動子、
１６・・・・・・固定子。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名１　
−−−ズテヅビンク箋−タ　　７−一　カ′イド村２−
　ギヤ　　　１１ａ、ｌ！ｂ−側板３−ギヤ　　　９−
　負青 ４−ｍ−リードスクリヱ　絹、ｔＯａ　−−一　加圧手
段５−　ボールぬじ　／Ｉａ、１ｌｂ−Ｉｆ　ｌａ受け
６−　ガイド°　　　１２ａ、１２ｂ　−ばぬ受け１３
ａ、１３ｂ　−＝　コイＬ　ｄ　触第１図 第２図 第３図 第４図 （の 第５図　　　　　１５−移動子 １６−　　固定子 第６図 第７図 第８図 Ａ　　−一−プル７ウトトルク Ｂ　−−−プルイントルク曲線。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）負荷を所定の範囲内で往復運動させる往復駆動装
   置において、前記負荷を駆動する電動モータと、往復運
   動する負荷又は負荷に連結された部材の折り返し点に配
   置され、折り返し点に向う前記負荷又は負荷に連結され
   た部材によって弾性変形させられる弾性部材を備えた加
   圧手段とを有することを特徴とする往復駆動装置。
2. （２）弾性部材は、前記負荷の加減速域において、停止
   時に弾性変形が最大になり、加速終了時又は減速開始時
   に弾性変形が０になるように配置されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の往復駆動装置。
3. （３）負荷を駆動する電動モータが、負荷に連結された
   移動子と、この移動子を案内する直線状の固定子とを有
   するリニアモータであることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項又は第２項記載の往復駆動装置。