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発明の名称 電動アクチュエータ
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−117641(P2001−117641A)
公開日 平成13年4月27日(2001.4.27)
出願番号 特願平11−294375
出願日 平成11年10月15日(1999.10.15)
代理人 【識別番号】100072718
【弁理士】
【氏名又は名称】古谷 史旺 (外1名)
【テーマコード(参考)】
5H303
【Fターム(参考)】
5H303 AA30 BB01 BB06 BB11 DD01 DD25 DD30 EE04 EE06 JJ09 KK12 MM02 
発明者 夏 恒 / 山下 富雄
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 動作体を駆動するモータの回転方向を検出する回転方向検出手段と、前記モータに流れる電流値を検出する電流値検出手段と、前記電流値が予め定められた反転用電流値を越えた時に前記モータの回転方向を反転するモータ反転手段と、を有することを特徴とする電動アクチュエータ。
【請求項2】 請求項1記載の電動アクチュエータにおいて、前記モータの回転方向の反転から予め定められた起動電流発生想定時間内において前記電流値検出手段から前記モータ反転手段への電流値の出力を排除する起動電流排除用タイマ手段を有することを特徴とする電動アクチュエータ。
【請求項3】 請求項1または請求項2記載の電動アクチュエータにおいて、前記モータ反転手段は、前記電流値が前記予め定められた値を越えてから所定時間経過後に前記モータの回転方向を反転する間歇駆動用タイマ手段を有することを特徴とする電動アクチュエータ。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、動作体をモータにより駆動する電動アクチュエータに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、流体を用いた流体アクチュエータとしてエアーシリンダ,油圧シリンダ等のアクチュエータが知られている。一方、近時、省エネ,環境保護等の観点から、動作体をモータにより駆動して往復動する電動アクチュエータが開発されている。
【0003】そして、このような電動アクチュエータでは、動作体のストロークエンドをリミットスイッチ等のセンサにより検出し、モータの回転方向を変更することにより、動作体が往復動される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の電動アクチュエータでは、センサにより動作体のストロークエンドを検出しているため、センサを取り付けるスペースが必要になり、電動アクチュエータの小型化の障害になるという問題があった。また、センサが比較的高価であるため、電動アクチュエータの製造コストが増大するという問題があった。
【0005】さらに、センサとモータの駆動回路とが分離しているため、故障の因子が増大し、信頼性が低下するという問題があった。本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたもので、動作体のストロークエンド等を検出するセンサを不要にすることができる電動アクチュエータを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1の電動アクチュエータは、動作体を駆動するモータの回転方向を検出する回転方向検出手段と、前記モータに流れる電流値を検出する電流値検出手段と、前記電流値が予め定められた反転用電流値を越えた時に前記モータの回転方向を反転するモータ反転手段とを有することを特徴とする。
【0007】請求項2の電動アクチュエータは、請求項1記載の電動アクチュエータにおいて、前記モータの回転方向の反転から予め定められた起動電流発生想定時間内において前記電流値検出手段から前記モータ反転手段への電流値の出力を排除する起動電流排除用タイマ手段を有することを特徴とする。請求項3の電動アクチュエータは、請求項1または請求項2記載の電動アクチュエータにおいて、前記モータ反転手段は、前記電流値が前記予め定められた値を越えてから所定時間経過後に前記モータの回転方向を反転する間歇駆動用タイマ手段を有することを特徴とする。
【0008】(作用)請求項1の電動アクチュエータでは、動作体がストロークエンド等に位置すると動作体の動作が阻止され、電流値検出手段により検出されるモータに流れる電流値が増大する。そして、この電流値が予め定められた反転用電流値を越えた時に、モータ反転手段により、モータの回転方向が反転される。
【0009】請求項2の電動アクチュエータでは、起動電流排除用タイマ手段により、モータの回転方向の反転から予め定められた起動電流発生想定時間内において、電流値検出手段からモータ反転手段への電流値の出力が排除される。すなわち、モータの回転方向の反転時に、起動電流の発生により、電流値が増大することがあるが、起動電流排除用タイマ手段には、モータの反転から起動電流の発生が終了するまでの時間が、予め起動電流発生想定時間として設定されており、この起動電流発生想定時間内においては、電流値検出手段からモータ反転手段への電流値の出力が排除されるため、起動電流によりモータが再反転することが防止される。
【0010】請求項3の電動アクチュエータでは、間歇駆動用タイマ手段により、電流値が予め定められた値を越えてから所定時間経過後にモータの回転方向が反転され、動作体が間歇駆動される。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。
【0012】図1は図2の制御装置の制御ブロックを、図2は本発明の電動アクチュエータの第1の実施形態を示している。図2に示す電動アクチュエータでは、モータ11,減速機13,動力伝達部15および作動部17が直列に配置されている。
【0013】すなわち、例えば、小型のDCモータからなるモータ11の回転が、減速機13を介して、動力伝達部15に配置される螺子軸19に伝達される。螺子軸19は、動力伝達部15内に配置される回転軸21に連結されている。回転軸21は、動力伝達部15のシリンダ23に軸受25を介して支持されている。
【0014】回転軸21の先端には、螺子部27が形成されている。この螺子部27は、作動部17のシリンダ29内に配置されるスライド部材31に螺合されている。スライド部材31は、断面矩形状に形成されており、螺子部27の回転により、シリンダ29に形成される断面矩形状の案内面29aに沿って移動可能とされている。
【0015】スライド部材31には、動作体33が連結されており、この動作体33の後部には、螺子部27が収容可能な止まり穴33aが形成されている。動作体33は、案内部材35を介してシリンダ29の内面に支持されている。上述した電動アクチュエータでは、制御装置37により、モータ11を回転駆動すると螺子軸19が回転され、螺子軸19の回転により回転軸21の螺子部27が回転される。
【0016】そして、螺子部27の回転により、スライド部材31がシリンダ29の軸長方向に移動し、スライド部材31に連結される動作体33が移動される。そして、この実施形態では、スライド部材31が、図2に示す前端位置Aと後端位置Bとの間を往復動される。すなわち、スライド部材31が図2に示す状態から前方に向けて移動し、スライド部材31の先端が、シリンダ29の先端に固定される案内部材35の後端に衝突するとモータ11が反転され、スライド部材31が後方に向けて移動される。
【0017】そして、スライド部材31の後端が、動力伝達部15に固定される位置決め部材39に衝突すると、モータ11が反転され、スライド部材31が前方に向けて移動される。図1は、上述した制御装置37の制御ブロックを示すもので、制御装置37には、原点復帰スイッチ41,往復移動スイッチ43,定荷重スイッチ45および動作停止スイッチ47が並列に配置されている。
【0018】原点復帰スイッチ41は、原点復帰手段49を介してモータ11に接続されている。すなわち、原点復帰手段49は、図2に示したように、スライド部材31を後端位置(原点)Bに位置させるための手段であり、原点復帰スイッチ41がオンされると、スライド部材31が位置決め部材39側に移動するようにモータ11を駆動する。
【0019】そして、スライド部材31が位置決め部材39に衝突し、モータ11の電流値が予め定められた電流値(後述する反転用電流値)を越えたところでモータ11の駆動を停止する。往復移動スイッチ43は、スライド部材31、すなわち動作体33を往復動するためのスイッチであり、往復動制御手段51を介してモータ11に接続されている。
【0020】往復動制御手段51は、回転方向検出手段53,電流値検出手段55,起動電流排除用タイマ手段57,モータ反転手段59および間歇駆動用タイマ手段61を有している。また、この往復動制御手段51には、速度設定手段63およびタイマ設定手段65からの外部信号が入力される。
【0021】回転方向検出手段53は、動作体33を駆動するモータ11の回転方向を検出する。すなわち、この回転方向検出手段53は、現在DCモータ11に印加されている電圧の正負の関係を検出することにより、モータ11の回転方向を検出する。
【0022】そして、この実施形態では、例えば、図2の矢符C方向から見て、モータ11が右回転している時には、スライド部材31が前方に向けて移動され、左回転している時には、スライド部材31が後方に向けて移動される。電流値検出手段55は、モータ11に流れる電流値を検出する。すなわち、モータ11の電流値は、図3に示すように、モータ11の起動時に、起動電流I1の発生により増大する。
【0023】そして、スライド部材31の移動時には、所定の電流値I2で略一定しているが、スライド部材31が、前端位置Aにおいて案内部材35に衝突した時、および、スライド部材31が、後端位置Bにおいて位置決め部材39に衝突した時には、電流値が増大し電流値I3となる。起動電流排除用タイマ手段57は、モータ11の回転方向の反転から予め定められた起動電流発生想定時間T1内において、電流値検出手段55からモータ反転手段59への電流値の出力を排除する。
【0024】すなわち、モータ11の回転方向の反転時には、図3に示したように、起動電流I1の発生により、電流値が増大するが、起動電流排除用タイマ手段57には、モータ11の反転から起動電流I1の発生が終了するまでの時間T1が、予め起動電流発生想定時間として設定されており、この起動電流発生想定時間T1内においては、電流値検出手段55からモータ反転手段59への電流値の出力が排除される。
【0025】従って、起動電流I1によりモータ11が再反転することが防止される。モータ反転手段59は、モータ11の電流値が予め定められた反転用電流値I4を越えた時にモータ11の回転方向を反転する。すなわち、モータ反転手段59には、モータ11の反転時に発生する最大電流値より多少低めの電流値が反転用電流値I4として設定されており、モータ11の電流値が反転用電流値I4を越えた時、実際には電流値I3が最大になった時に、モータ11の回転方向を反転する。
【0026】このモータ11の回転方向の反転は、回転方向検出手段53で検出されるモータ11の回転が逆転するようにモータ11を回転することにより行われる。すなわち、図3に示すように、電流の流れが前進と後退とに切り換えられる。間歇駆動用タイマ手段61は、電流値が予め定められた反転用電流値I4を越えてから、実際には電流値I3が最大になってから時所定時間T2経過後にモータ11の回転方向を反転する。
【0027】そして、この実施形態では、タイマ設定手段65からの外部入力により、間歇駆動用タイマ手段61に設定される所定時間T2を任意に変更することが可能であり、これにより、動作体33が、所望の時間を置いて間歇駆動される。また、この実施形態では、速度設定手段63からの外部入力により、モータ11に印加される電圧が変化され、スライド部材31の速度が、所望の値に設定される。
【0028】定荷重スイッチ45は、定荷重制御手段67を介してモータ11に接続されている。すなわち、定荷重制御手段67は、例えば、図4に示すように、動作体33により、物体69を他の部材71に所定の力Fで押圧するための手段であり、定荷重スイッチ45がオンされると、動作体33が物体69側に移動し、物体69に衝突したところで、物体69を所定の力Fで押圧するようにモータ11を駆動する。
【0029】そして、この実施形態では、荷重設定手段73からの外部入力により、モータ11に印加される電圧が変化可能とされており、これにより物体69に対する押圧力Fを所望の値に設定することが可能である。
【0030】動作停止スイッチ47は、動作停止手段75を介してモータ11に接続されており、この動作停止スイッチ75がオンされると、モータ11の駆動が瞬時に停止される。なお、この実施形態では、原点復帰,往復移動および定荷重の制御が行われている時には、インターロック制御が行われ、動作停止スイッチ47がオンされるまでは、その制御が続行される。
【0031】また、制御装置37の電源をオンにした瞬間に、全ての信号が自動的にリセットされ、誤動作の発生が確実に防止される。上述した電動アクチュエータでは、動作体33がストロークエンドに位置すると動作体33の動作が阻止され、モータ11に流れる電流値が増大することを利用してモータ11の回転方向を反転するようにしたので、動作体33のストロークエンドを検出するセンサを不要にすることができる。
【0032】また、図2において案内部材35はシリンダ29先端に固定されているが、シリンダ29に対して出入りを調整可能に固定してもよい。それによりストロークを可変にすることができる。更に、図2における装置において、動作体33のストロークの間の任意個所にストッパ(図示せず)を設置することによって、前進端位置を変化させて往復動させることもできる。
【0033】また、上述した電動アクチュエータでは、起動電流排除用タイマ手段57により、モータ11の回転方向の反転から予め定められた起動電流発生想定時間T1内において、電流値検出手段55からモータ反転手段59への電流値の出力を排除するようにしたので、モータ11の反転直後の起動電流I1の発生によりモータ11が再反転することが確実に防止され、モータ11が誤作動することを防止することができる。
【0034】さらに、上述した電動アクチュエータでは、間歇駆動用タイマ手段61により、電流値が予め定められた値を越えてから所定時間T2経過後にモータ11の回転方向を反転するようにしたので、動作体33を容易,確実に間歇駆動することができる。図5および図6は、本発明の電動アクチュエータの第2の実施形態を示すもので、この実施形態では、揺動用のアクチュエータに本発明が適用される。
【0035】すなわち、この実施形態では、モータ11の回転が、カップリング77を介して装置本体79に配置されるウォーム81に伝達される。そして、ウォーム81の回転が、装置本体79に配置されるウォームホイール83に伝達される。ウォームホイール83の一面には、半円状のカム溝85が形成されており、このカム溝85にピン部材87の先端が挿入されている。
【0036】また、ウォームホイール83の他面の中心には、揺動回転軸89が連結されている。この電動アクチュエータでは、制御装置37により、モータ11を回転駆動するとウォーム81が回転され、ウォームホイール83が回転される。そして、この実施形態では、ウォームホイール83が、図5に示すカム溝85の一側端部Aと他側端部Bとの間を、所定角度だけ揺動運動し、揺動回転軸89が揺動運動される。
【0037】すなわち、ウォームホイール83が図5に示す状態から左側に回転すると、カム溝85の一側端部Aがピン部材87に衝突し、モータ反転手段59によりモータ11が反転される。そして、モータ11の反転により、ウォームホイール83が右側に回転すると、カム溝85の他端部Bがピン部材87に衝突し、モータ反転手段59によりモータ11が反転され、これにより、揺動回転軸89が所定の角度で揺動される。
【0038】この実施形態の電動アクチュエータでは、ウォームホイール83に形成されるカム溝85の一側端部Aおよび他側端部Bがピン部材87に衝突するとウォームホイール83の動作が阻止され、モータ11に流れる電流値が増大することを利用してモータ11の回転方向を反転するようにしたので、ウォームホイール83あるいは揺動回転軸89の回転角度を検出するセンサを不要にすることができる。
【0039】なお、この実施形態の制御装置37は、第1の実施形態におけるスライド部材31の前端位置Aおよび後端位置Bを、ウォームホイール83のカム溝85の一側端部Aおよび他側端部Bに置き換えることにより、第1の実施形態と略同様に構成することができるため、第1の実施形態と同様な構成部材には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【0040】図7および図8は、本発明の電動アクチュエータの第3の実施形態を示すもので、この実施形態では、グリッパ用のアクチュエータに本発明が適用される。すなわち、この実施形態では、モータ11の回転が、螺子軸91を介して装置本体93に配置される歯車95,97に伝達される。そして、歯車97の回転が、装置本体93に配置される一対のグリップ99に伝達される。
【0041】すなわち、グリップ99の底面には、歯車97に歯合するラック101が形成されており、また、一対のグリップ99は、装置本体93に配置される案内部材103により移動可能に案内されている。また、装置本体93の一対のグリップ99の両側となる位置には、位置決め部材105が配置されている。
【0042】この電動アクチュエータでは、制御装置37により、モータ11を回転駆動すると螺子軸91および歯車95,97が回転され、一対のグリップ99が閉止方向あるいは開放方向に移動される。そして、この実施形態では、図7に示す状態から、一対のグリップ99が閉止方向に移動され、一対のグリップ99の間に物体が把持、あるいは、一対のグリップ99が直接当接すると、モータ11に発生する電流値が増大する。
【0043】そして、この電流値の増大から所定時間T2経過後に、モータ11が反転され、一対のグリップ99が開放方向に移動される。そして、一対のグリップ99が、位置決め部材105に衝突すると、モータ11に発生する電流値が増大し、この電流値の増大から所定時間T2経過後に、モータ11が反転される。
【0044】この実施形態の電動アクチュエータでは、一対のグリップ99が、物体を把持あるいは直接接触し、あるいは、位置決め部材105に衝突すると一対のグリップ99の動作が阻止され、モータ11に流れる電流値が増大することを利用してモータ11の回転方向を反転するようにしたので、一対のグリップ99の動作状態を検出するセンサを不要にすることができる。
【0045】なお、この実施形態の制御装置37は、第1の実施形態におけるスライド部材31の前端位置Aおよび後端位置Bを、例えば、一対のグリップ99が直接接触する位置、および、位置決め部材105に衝突する位置に置き換えることにより、第1の実施形態と略同様に構成することができるため、第1の実施形態と同様な構成部材には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【0046】そして、この実施形態では、第1の実施形態の定荷重制御手段67を選択することにより、一対のグリップ99の間に物体を所定の力で容易,確実に把持することが可能になる。なお、上述した実施形態の電動アクチュエータでは、動作体33が移動する途中で障害物に衝突するとモータ11の電流値が増大するため、この電流値の増大により障害物が存在することを検出することができる。
【0047】また、動作体33が移動する途中で力を加えられるとモータ11の電流値が増大するため、電流値と力との関係を予め調べておくことにより、モータ11の電流値から力の大きさを求めることができる。
【0048】
【発明の効果】以上述べたように、請求項1の電動アクチュエータでは、動作体がストロークエンド等に位置すると動作体の動作が阻止され、モータに流れる電流値が増大することを利用してモータの回転方向を反転するようにしたので、動作体のストロークエンド等を検出するセンサを不要にすることができる。
【0049】請求項2の電動アクチュエータでは、起動電流排除用タイマ手段により、モータの回転方向の反転から予め定められた起動電流発生想定時間内において、電流値検出手段からモータ反転手段への電流値の出力を排除するようにしたので、モータの反転直後の起動電流の発生によりモータが再反転することが確実に防止され、モータが誤作動することを防止することができる。請求項3の電動アクチュエータでは、間歇駆動用タイマ手段により、電流値が予め定められた値を越えてから所定時間経過後にモータの回転方向を反転するようにしたので、動作体を容易,確実に間歇駆動することができる。




 

 


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