JPS6328538A - シフト可能な駆動モ−タ−伝動装置 - 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、モーター出力軸の精密な回転運動が継続的に
モニターされ、伝動のためにシフトを行うことがマイク
ロプロセッサの制御の下で、所定の回転位置においての
み達成されて、伝動装置のギアの噛み合わせの不一致を
回避するような、駆動モーター伝動装置に関する。

〔従来の技術と問題点〕

機械工具のようにモーターで駆動される装置においては
、正確な仕事が迅速に行えるようにするために、正確な
位置を知ることが重要である。このことは特に、巨大な
資本投下を伴う自動化された大きな生産設備の場合に当
てはまる。

このような場合、仕事は少ない許容誤差内で、且つ最小
量の時間でもって行われなければならないのである。

自動化された機械作業における目標は、作業対象に可能
な限り近い位置へと、例えばドリルのような工具を素早
く動かすことである。しかしそのとき作業対象に係合す
るために、工具の動きは、迅速な前進から遅い送り速度
へと低減されねばならない。そして迅速な動きからこの
送り速度への変化は、正確に繰り返し可能な位置におい
て生じなければならない。さもなければ工具は作業対象
に突っ込み、工具の破損及び／又は作業対象の破壊が起
きるであろう。もしも破損に対して保護を行うために迅
速な速度から送り速度への切り換え即ちシフト位置が後
方に下げられるならば、工具が送り速度で空気を切って
動（につれて過剰の「空気切り」時間、即ち単に工具が
送り速度で移動するだけの、過剰の無駄時間が組み込ま
れてしまうことになるであろう。

機械工具における回転軸を、「迅速横断」と「送り速度
」の如き二つの異なる速度で直線的に進めまた引っ込め
るために、これまで種々の装置が提案されてきた。ある
一つの方法では二つの異なる電気モーターを、各々のモ
ードについて一つ宛採用している。この二つのモーター
による方法は、良好な高速能力及び高い推進力を有して
いる。しかしながら、この方法は衝撃係数能力（ｄｕｔ
ｙ　ｃｙｃｌｅ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ）に乏しく、多
くの無駄な「空気切り」時間を有し、工具を破損する突
っ込みを除去できず、プログラム制御によって容易に速
度を変化させることが可能でなく、嵩高で過剰な床面積
を占め、安全のために二重プラテン位置の照合を提供す
るものでもなく、そして機械的な制動及び機械的なリミ
ットスイッチを用いているという不利な点を有している
。

第二の方法としては、単一の直接サーボ駆動を採用する
ものがある。この方法は無駄時間が短（、突っ込みも防
止でき、反転性を有し、且つ機械的なリミットスイッチ
や機械的に回転するブレーキを有してはいない。これは
良好な迅速横断能力を有しているが、しかしその最大の
推進能力は貧弱であり、停止したものに対する高い推力
を示さない。さらに、この方法も嵩高となり、安全のた
めの二重のプラテン位置の照合は行わず、多（の電子部
材を必要とすることから高い電気的故障率を有している
。

三番目には、固定された率でシフト可能な伝動装置を単
一のサーボモーターと共に採用する方法がある。この方
法では、例えば二馬力のモーターの如き小さなモーター
の使用が可能であり、速くて連続的な衝撃係数能力を有
し又無駄時間は少な（、そして機械的なリミットスイッ
チや機械的に回転するブレーキを排除している。

しかしながら、選択された一つのギア比率に従って、最
大迅速横断能力又は高い送り推進力の何れかが、他方の
ために妥協されなければならない。さらに、二重のプラ
テン位置の照合は行われず、電気的故障率は好ましくな
いほどに高い侭である。

最良の結果は、単一の電気モーターであって回転を増加
させて運転できるものを、シフト可能な伝動装置と組み
合わせて採用することによって得られる。このモーター
はコード化された交流、直流又はステッピングモーター
であっても良い。最適の結果は、位置のフィードバック
を有するステッピングモーターを使用することによって
得られる。上記に議論したシステムの中で、この装置が
最も速い連続的な衝撃係数能力を有している。これはま
た無駄時間が少なく、突っ込みを排除し、良好な最大推
進能力及び停止したものに対する連続的な高い推力を有
し、反転可能でありまたコンパクトである。さらに機械
的なリミットスイッチや機械的に回転するブレーキを排
除しており、電子部品の使用量が少ないことから故障率
も低い。加えて、シフト可能なステッピングモーター装
置は本質的にフェイルセーフであり、実質的に機械自体
が暴走することが防止されている（ｒｕｎａｗａｙ　ｐ
ｒｏｏｆ）。

モーターの永久磁石は電力を落とした場合の保持能力を
提供する。回転を行うためにはデジタルパルスの列が必
要とされる。仮に所望とするより一つだけ余計なステッ
プが取られた場合でさえも、これは通常、回転の一度か
二度に相当するだけであり、機械の案内スクリュー軸の
非常に小さな直線方向の動きといった取るに足らないだ
けの量である。シフト可能なステッピングモーター装置
は、最も高度のコンピュータ欠陥診断能力を備え、最低
の通信インターフェースの費用しかかからない。

〔発明の目的と概要〕

本発明の一般的な目的は、信頼性が向上し、また従来の
多速度システムに比して経済的な、多速度モーター駆動
装置を提供することである。

本発明のより特定的な目的は、伝動ギアの衝突が回避さ
れる、シフト可能なモーター駆動装置を提供することで
ある。

これらの目的、及び他の目的は、シフト可能な伝動装置
を介して出力軸に対し増加する回転を与えるために、制
御機構によって制御された駆動モーターを含む、本発明
の例示的な実施例によって達成される。出力軸の位置が
常に知られているようにするために、駆動モーターの回
転の増分は、カウンター等によって継続的にモニターさ
れる。伝動装置中のギアはある予定された回転位置で噛
み合うように選択され、シフトを行わしめるために、駆
動モーターはある選択された位置で減速され又は停止さ
れる。伝動装置には中立位置はない。出力軸の入力軸に
対する関係は、シフトの最中、常に維持される。

〔実施例及び作用効果〕

第１図を参照すると、電気的駆動モーター１０は、例え
ばザイログ社製のＺ−８０（製品名）のような制御装置
即ちマイクロプロセッサ１２によって付勢されている。

駆動モーター１０は電気的な増分駆動又は連続駆動モー
ターである。モーターの出力軸１６はシフト可能な伝動
装置１８に連結されている。第３図から第５図に詳細に
示されているように、伝動装置１８は平歯車の伝動機構
からなるのが好ましい。しかし他の種類の伝動機構も採
用されうろことは勿論である。モーターの出力軸１６は
また、出力軸の位置の関数としてマイクロプロセッサ１
２に対し信号を供給するエンコーダ３６に連結されてい
る。シフト装置たるソレノイドアクチュエータ３４がマ
イクロプロセッサ１２により電気的に制御されており、
伝動装置１８をシフトする。伝動装置１８は出力シャフ
ト２６を有し、これは負荷として、ボール型の案内スク
リュー３２等によって機械工具（図示せず）に連結され
ている。

エンコーダ３６は第２図に概略的に図示されている。光
学的ディスク３８がモーターの出力軸１６に連結されて
おり、該ディスクの回転軸から第一の半径の所に、一定
の角度をなして離間して配置された多数のスロット４０
の−様な列を有している。ディスク３８の軸の周囲でス
ロット４０の半径方向外方には、第二のスロット４６の
組が配置されており、これらは伝動装置１８が衝突なし
にシフトされうるようなモーターの軸位置に対応する角
度的な位置に設けられている。ディスク３８に近接した
位置には、一対の光源４８と４２が、スロット４０及び
４６の半径方向の位置に各々対応するような半径方向の
位置に配置されており、ディスク３８の反対側では、一
対のフォトセル５０及び４３が光源４８及び４２と整合
している。フォトセル５０は５２においてマイクロプロ
セッサ１２に連結されていて、これに対して軸の回転の
増分を示すパルスを供給する。フォトセル４３は同様に
４４においてマイクロプロセッサ１２に連結されており
、伝動装置く第１図）がシフトされうる位置を示す。

第３図は、伝動装置１８の高速位置を示している。モー
ター出力軸１６は、そこに固定された入力ギア１９を有
する。この入力ギア１９は伝達軸２１に固定された第一
の伝達ギア２０と係合しており、伝達軸２１は自由に回
転でき、また双方向の矢印で示されているように軸方向
に可動である。伝達ギア２０はまた、出力シャフト２６
の端部に固定された出力ギア群２４の一部である、直接
駆動出力ギア２２と係合している。やはり出力ギア群２
４の一部である比率ギア２８は、伝達軸２１上の第二の
伝達ギア３０に隣接はしているが係合していない状態に
ある。図示の実施例においては、ギア１９と２２は同じ
数の歯を有し、従って出力軸１６と出力シャフト２６と
の間には、１対１の比が存在する。

迅速横断モードにおいて、出力シャフト２６に連結され
た工具を所望したように直線的に動かすようにモーター
がその回転を完了した場合、伝動装置を低速度即ち送り
状態へと動かすために、シフトが行われなければならな
い。即ち、ギア２０と２２が係合を脱し、ギア２８と３
０が係合するようにされねばならない。このことは、伝
達軸２１が第３図に示された高速位置から第５図に示さ
れた低速度位置へと、図面の左方へとシフトされねばな
らないことを意味する。これは、駆動モーター１０　（
第１図）を減速し又は停止し、ディスク３８のスロット
４６（第２図）が正当なシフト位置を指示した場合に、
マイクロプロセッサ１２からソレノイドアクチュエータ
３４へとシフト命令を発することによって達成される。

このことが行われた場合、伝達軸２１は第４図に示され
ているように左の方へと移動し、第一の伝達ギア２０は
直接駆動出力ギア２２と係合し、また第にの伝達ギア３
０は比率ギア２８と係合する。種々のギアの軸方向の寸
法、及び伝達軸２１上の伝達ギア２０及び３０の配置は
、出力軸１６と出力シャフト２６が係合を脱することが
なく、シフトを行う最中に出力軸１６とエンコーダ３６
が出力シャフト２６の軌跡を見失うことがないようにさ
れていることが銘記されるべきである。伝達軸２１が第
５図に示されている位置へとさらに左方に移動するにつ
れて、ギア２２は第一の伝達ギア２０から外れる。低速
度位置においては、駆動は入力ギア１９、第一の伝達ギ
ア２０、第二の伝達ギア３０、及び比率ギア２８を介し
て行われる。所望とする量だけの回転の後、駆動モータ
ー１０は再び減速され又は停止され、ソレノイドアクチ
ュエータ３４が再び、しかし反対方向へと付勢されて、
工具を迅速に引っ込めるために第４図に示される位置を
通って第３図に示された位置へと、伝達軸２１を戻すよ
うにシフトする。

例えばステッピングモーターの如き増分駆動モーターを
採用している本発明の第二の実施例は、第６図に示され
ている。マイクロプロセッサ１１２が、ステッピングモ
ーター駆動装置１１３を介してステ・ノピングモータ−
１１０へと電気的に結合されている。この点を除いては
、第６図の実施例は第１図の実施例と同様である９しか
し、ステッピングモーター１１０を使用することは、別
個にエンコーダ３６を必要とすることなく、軸の位置の
追跡をマイクロプロセッサ１１２の内部で行うことを許
容することに注意すべきである。別の言い方をすれば、
第６図においてはエンコーダ３６（第１図）の構造及び
機能は依然として採用されているが、しかしマイクロプ
ロセッサ１１２中に含まれてしまっているのである。

本発明の装置により、出力作動の制御が絶対に失われる
ことがなく、シフトの最中でさえも継続的に維持される
ということが明らかである。

モーターの出力軸の回転の増分は、常に出力シャフト並
びに案内スクリュー３２（第１図）及び１３２（第６図
）の正確な位置を示すものである。

マイクロプロセッサは、伝動装置の位置及び各々のギア
比における回転の増分を辿る。かくしてマイクロプロセ
ッサは、典型的な例において、機械の摺動の直線的な動
きの合計を判定するために、高速モード（迅速横断）で
のステップ及び低速度モード（送り速度）でのステップ
を辿り続けるという義務を有している。これは、何処で
出力装置が停止するのかを常に信頼を持って判定できな
い、従来のモーター或いはクラッチ装置の使用とは全く
異なるものである。試験を行った結果、従来のクラッチ
装置で開始位置へと戻るためのウィンドウは３８２　ミ
ルであることが示された。本発明の装置においては、ウ
ィンドウは６ミルである。エンコーダ又はステッピング
モーターのパルスは、出力位置の非常に正確な指示を提
供する。伝動装置は確実なものであり、容易にシフト可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はモーター軸の位置を判定するためにエンコーダ
を有する駆動モーター伝動装置を備えた本発明の第一の
実施例の概略図、第２図は第１図の駆動モーター伝動装
置に使用されるエンコーダの作動を示す概略図、第３図
は伝動装置が高速状態にある場合のギアの相対的な位置
を示す第１図の伝動装置の部分図、第４図は伝動装置が
シフト状態にある場合のギアの相対的な位置を示す第１
図の伝動装置の部分図、第５図は伝動装置が低速状態に
ある場合のギアの相対的な位置を示す第１図の伝動装置
の部分図、第６図はステッピングモーターのような増加
駆動モーターを採用する本発明の第二の実施例の概略図
である。 １０．１１０・・・駆動モーター １２、１１２・・・マイクロプロセンサ（制御装置）１
６．１１６・・出力軸　　１８．１１８・・・伝動装置
２０・・・第一の伝達ギア　　２１・・・伝達軸２２・
・・直接駆動出力ギア　　２４・・・出力ギア群２６・
・・出力シャフト２８・・・比率ギア３０・・・第二の
伝達ギア ３２、１３２・・・案内スクリュー（負荷）３４．１３
４・・・アクチュエータ（シフト装置）３６．１３６・
・・エンコーダ　　３８・・・光学的ディスク４０．４
６・・・スロット　　４２．４８・・・光源４３．５０
・・・フォトセル １１３・・・ステッピングモーター駆動装置出願人代理
人　　　古　谷　　　馨 同　　　溝部孝彦 同　　　古谷　聡 Ｆｉｇ、２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　出力軸（１６又は１１６）を有する駆動モーター（
   １０又は１１０）と、該モーター出力軸を負荷（３２又
   は１３２）に連結する伝動装置（１８又は１１８）と、
   前記出力軸と前記負荷との間で所定の駆動比率を得るた
   めに前記伝動装置をシフトする装置（３４又は１３４）
   と、前記負荷において所定の作動を得るために前記モー
   ターと前記シフト装置に連結された制御装置（１２又は
   １１２）とからなるシフト可能な駆動モーター伝動装置
   において、 前記出力軸の回転の増分を指示する第一の信号を供給し
   、また前記伝動装置（１８又は１１８）がシフトされ得
   る所定の回転位置において第二の信号を供給するために
   前記出力軸（１６又は１１６）に作動的に連結された装
   置（３６又は１３６）をさらに含み、前記制御装置（１
   ２又は１１２）は前記シフト装置（３４又は１３４）を
   作動させるために前記第二の信号に応答することを特徴
   とする前記装置。 ２　前記伝動装置（１８又は１１８）は、該伝動装置の
   シフトの間に前記出力軸（１６又は１１６）が前記負荷
   （３２又は１３２）に直接連結された儘であるように構
   成され配置されており、それによって前記制御装置（１
   ２又は１１２）が前記負荷の位置の正確な指示を維持す
   ることを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の装置
   。 ３　前記伝動装置（１８又は１１８）は前記出力軸（１
   ６又は１１６）上の入力ギア（１９）と、直線方向にシ
   フト可能で回転可能な伝達軸（２１）上の第一の伝達ギ
   ア（２０）及び該伝達軸（２１）上の第二の伝達ギア（
   ３０）を含むシフト機構と、直接駆動出力ギア（２２）
   と該直接駆動出力ギア上の比率ギア（２８）とを有し前
   記負荷（３２又は１３２）に連結された出力シャフト（
   ２６）上にある出力ギア群（２４）と、直接駆動位置及
   び比率ギア位置の間で前記伝達軸（２１）を軸方向に移
   動させるために前記シフト装置（３４又は１３４）は前
   記伝達軸（２１）に連結されていることを特徴とする、
   特許請求の範囲第２項記載の装置。