(57)【要約】【課題】ロッドの位置と移動速度を簡単な構成で制御することができる小型電動アクチュエータを提供すること。【解決手段】駆動源である電動モータ３の回転を減速機構によって減速してねじ軸４に伝達し、該ねじ軸４に進退可能に螺合するロッド５をねじ軸４の回転によって往復直線移動させる小型電動アクチュエータ１において、前記ロッド５の移動方向に沿ってポテンショメータ（可変抵抗器）１０を配設するとともに、該ポテンショメータ１０の摺動子１０ａを前記ロッド５に固定し、該摺動子１０ａの移動に伴うポテンショメータ１０の抵抗変化による電圧変化に基づいてロッド５の位置を制御する。又、前記電動モータ３をＤＣモータ（可変速モータ）で構成し、前記ポテンショメータ１０の抵抗変化による電圧の変化率に基づいてロッド５の移動速度を制御する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源である電動モータの回転を減速機構によって減速してねじ軸に伝達し、該ねじ軸に進退可能に螺合するロッドをねじ軸の回転によって往復直線移動させる小型電動アクチュエータにおいて、
前記ロッドの移動方向に沿って可変抵抗器を配設するとともに、該可変抵抗器の摺動子を前記ロッドに固定し、該摺動子の移動に伴う可変抵抗器の抵抗変化による電圧変化に基づいてロッドの位置を制御するようにしたことを特徴とする小型電動アクチュエータ。
【請求項２】
前記電動モータを可変速モータで構成し、前記可変抵抗器の抵抗変化による電圧の変化率に基づいてロッドの移動速度を制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載の小型電動アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータを駆動源としてロッドを往復直線移動させる小型電動アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
小型アクチュエータとしては、電磁力によって駆動されるソレノイドや空気圧によって駆動される小型のエアシリンダが使用されている。
【０００３】
又、上記以外の小型アクチュエータとしては電動アクチュエータも知られている。この小型電動アクチュエータは、駆動源である電動モータの回転を減速機構によって減速してねじ軸に伝達し、該ねじ軸に進退可能に螺合するロッドをねじ軸の回転によって往復直線移動させるものである。
【０００４】
ところで、ロッド等の移動対象の絶対位置を検出する手段として可変抵抗器を利用することは従来から良く知られている（例えば、特許文献１,２参照）。
【特許文献１】特開昭５８−０９６３１１号公報
【特許文献２】特開平６−０１９５５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、小型のアクチュエータの１つとしてのソレノイドは、電磁力とスプリング力によって作動子をＯＮ／ＯＦＦ的に駆動するものであるため、該作動子の位置や移動速度を制御することが不可能であり、作動子の自己保持が不可能であるか、可能であっても自己保持力が弱いという欠点を有している。
【０００６】
又、小型のエアシリンダは、或る程度の速度制御は可能であるが、速度制御にはコンプレッサや流量調整バルブ等の空圧機器が必要となってシステム全体が大型化する他、空圧機器の制御が複雑であるという欠点を有している。
【０００７】
そして、今までの小型電動アクチュエータには、ロッドの位置や移動速度を簡単な構成で制御することができるものは存在しないのが実情である。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、ロッドの位置と移動速度を簡単な構成で制御することができる小型電動アクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、駆動源である電動モータの回転を減速機構によって減速してねじ軸に伝達し、該ねじ軸に進退可能に螺合するロッドをねじ軸の回転によって往復直線移動させる小型電動アクチュエータにおいて、前記ロッドの移動方向に沿って可変抵抗器を配設するとともに、該可変抵抗器の摺動子を前記ロッドに固定し、該摺動子の移動に伴う可変抵抗器の抵抗変化による電圧変化に基づいてロッドの位置を制御するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記電動モータを可変速モータで構成し、前記可変抵抗器の抵抗変化による電圧の変化率に基づいてロッドの移動速度を制御するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、可変抵抗器の摺動子はロッドと共に移動し、この摺動子の移動に伴う可変抵抗器の抵抗変化によって該可変抵抗器の出力電圧が変化するため、この電圧変化に基づいてロッドの位置を簡単な構成で制御することができる。又、ロッドの直線移動をねじ軸の回転によって行うようにしたため、該ねじ軸の回転が停止した時点でロッドの移動が任意の位置で停止され、中間での停止が可能となるとともに、ロッドの移動がロックされて該ロッドは停止位置に強い自己保持力で保持される。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、可変抵抗器の抵抗変化による電圧の変化率に基づいて可変速モータの速度を制御することによって、ロッドの移動速度を簡単な構成で自由に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は本発明に係る小型電動アクチュエータの外観斜視図、図２は同小型電動アクチュエータの側面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図、図４は下部ボディを外して小型電動アクチュエータを下方から見た底面図、図５は図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【００１５】
本発明に係る小型電動アクチュエータ１は、直方体状のボディ２を備えており、このボディ２の長手方向一端部には、駆動源であるＤＣモータ３が直角に取り付けられている。ここで、ボディ２は、上部ボディ２Ａと下部ボディ２Ｂとに上下に２分割されており、これらの上部ボディ２Ａと下部ボディ２Ｂを接合一体化することによって１つのボディ２が構成されている。尚、本実施の形態では、小型電動アクチュエータ１の質量は８０ｇ、ボディ２の長さと幅及び高さは６０ｍｍ×２０ｍｍ×２５ｍｍに設定されている。又、ＤＣモータ３の電源電圧は５Ｖである。
【００１６】
上記ボディ２の内部には、図３及び図４に示すように、ねじ軸４が長手方向に配されており、このねじ軸４の外周には、同じくボディ２の長手方向に配された中空状のナット一体型のロッド５が進退可能に螺合している。ここで、ロッド５は、その一部がボディ２から突出しており、図３及び図４に実線にて示す最収縮状態から前方（図３及び図４の右方）へと鎖線にて示す最伸張位置まで直線移動することができ、その最大ストロークＳは４０ｍｍ、推力は８０Ｎ、最大移動速度は３０ｍｍ／ｓｅｃに設定されている。
【００１７】
上記ねじ軸４の軸方向一端部（図３及び図４の左端部）は、ベアリング６によって回転可能に支持されており、このねじ軸４のベアリング６から突出する端部には、図３及び図４に示すように、ウォームホイール７が取り付けられている。
【００１８】
他方、前記ＤＣモータ３の出力軸３ａは、図４及び図５に示すように、前記ねじ軸４に対して軸直角方向に延び、その端部には、前記ウォームホイール７に噛合する小径のウォーム８が取り付けられており、これらのウォーム８とウォームホイール７は、ＤＣモータ３の出力軸３ａの回転方向を直角に変換するとともに、出力軸３ａの回転を減速させてねじ軸４に伝達する減速機構（図６及び図７参照）を構成している。
【００１９】
又、図３及び図４に示すように、ボディ２内の前記ロッド５の横には、可変抵抗器であるポテンショメータ１０がロッド５に沿って長手方向に配されており、このポテンショメータ１０の摺動子１０ａは、ロッド５の一端外周に固定されて該ロッド５と共に摺動してポテンショメータ１０の抵抗値を変化させるとともに、ロッド５の回り止めとしての機能も果たす。
【００２０】
而して、ＤＣモータ３に通電されてこれが駆動されると、ＤＣモータ３の出力軸３ａの回転は、減速機構９を構成するウォーム８とウォームホイール７によって方向が直角に変換されるとともに減速されてねじ軸４に伝達され、該ねじ軸４が所定の速度で回転駆動される。すると、ねじ軸４に螺合するロッド５が直線移動し、例えば図３及び図４に実線にて示す最収縮状態にあるロッド５が前方（図３及び図４の右方）へと移動し、鎖線にて示す最大伸張位置までストロークすることができる。そして、ＤＣモータ３を逆転させればねじ軸４も逆転するため、ロッド５は、後方（図３及び図４の左方）へと移動して収縮する。このようにしてロッド５が往復直線移動して伸縮することができる。
【００２１】
上述のようにロッド５が往復直線移動すると、該ロッド５と共にポテンショメータ１０の摺動子１０ａが移動するため、それと共にポテンショメータ１０の抵抗がリニアに変化する。従って、ポテンショメータ１０に一定の電流を流し、その電圧変化を検出すればロッド５の位置を検出することができる。又、電圧の時間的な変化率（ｄＶ／ｄｔ：Ｖは電圧、ｔは時間）、つまり電圧の変化速度を算出すれば、ロッド５の移動速度も検出することができ、ロッド５の位置と移動速度を制御することが可能となる。
【００２２】
以下、ロッド５の位置と移動速度を制御する制御系の例を図６と図７にそれぞれ示す。尚、図６及び図７は制御系の構成を示すブロック図である。
【００２３】
図６に示す例は、例えば操作者がコントロール用ポテンショメータ１１を手動操作してロッド５の位置と移動速度を制御するものであって、操作者がコントロール用ポテンショメータ１１の不図示の摺動子の操作すると、その摺動子の位置に対応する電圧が指令電圧として連続的にマイクロコンピュータ（マイコン）等の演算処理部１２に送信される。すると、演算処理部１２は、摺動子の操作速度に比例する指令電圧の変化速度を演算し、指令電圧とその変化率に基づく制御信号をモータドライバ１３に対して出力する。
【００２４】
而して、モータドライバ１３は、演算処理部１２から送信される制御信号に基づいてＤＣモータ３を駆動制御し、ＤＣモータ３がモータドライバ１３によって駆動されると、その出力軸３ａの回転は、前述のようにウォーム８とウォームホイール７で構成される減速機構９によって方向が直角に変換されるとともに減速されてねじ軸４に伝達され、該ねじ軸４が所定の速度で回転駆動される。すると、このねじ軸４に螺合するロッド５が前述のように直線移動するが、その移動に伴って位置検出用ポテンショメータ１０の抵抗が変化し、該ポテンショメータ１０の出力電圧（検出電圧）が変化する。又、ロッドの移動速度の変化によって検出電圧の変化率も変化する。
【００２５】
ポテンショメータ１０から出力される検出電圧は前記演算処理部１２に送信され、演算処理部１２は、その検出電圧の変化率を演算するとともに、検出電圧と指令電圧及び演算した検出電圧の変化率と指令電圧の変化率とを比較し、両者の差が０となるようモータドライバ１３に制御信号を送信する。つまり、ロッド５の位置と移動速度が操作者によって設定されたロッド５の位置と移動速度に一致するようＤＣモータ３がフィードバック制御され、コントロール用ポテンショメータ１１の摺動子を操作する操作者の手の動きにロッド５の動きが追従し、操作者は、コントロール用ポテンショメータ１１をマニピュレータとして用いてロッド５の位置と移動速度を自在に制御することができる。
【００２６】
そして、操作者がコントロール用ポテンショメータ１１の摺動子の動きを止めると、その時点でロッド５の移動は停止し、該ロッド５は、その位置でロックされて保持される。ここで、ロッド５の直線移動は、ねじ軸４の回転によってなされるため、該ねじ軸４の回転が停止した時点でロッド４の移動が停止され、中間停止が可能となるとともに、ロッド５の移動がロックされて該ロッド５は停止位置に強い自己保持力で保持される。又、本実施の形態では、駆動源としてＤＣモータ３を使用したため、その回転速度を変化させてロッド５の移動速度を容易に制御することができる。尚、駆動源としては、ＤＣモータの他、ステッピングモータ、サーボモータ等の可変速モータを使用することができる。
【００２７】
又、図７に示す例は、パーソナルコンピュータ（以下、「パソコン」と略称する）１４を操作してロッド５の位置と移動速度を制御するものであって、操作者がパソコン１４からロッド５の位置と移動速度の設定値をキー入力すると、その設定値がＤ／Ａ（デジタル／アナログ）変換器１５によってそれぞれアナログ値に変換されて指令電圧及びその変化率として演算処理部１２に送信される。すると、演算処理部１２は、指令電圧とその変化率に基づく制御信号をモータドライバ１３に対して出力する。
【００２８】
而して、モータドライバ１３は、演算処理部１２から送信される制御信号に基づいてＤＣモータ３を駆動制御し、ＤＣモータ３がモータドライバ１３によって駆動されると、前述と同様にロッド５が直線移動し、その移動に伴って位置検出用ポテンショメータ１０の抵抗が変化し、該ポテンショメータ１０の出力電圧（検出電圧）が変化する。又、ロッド５の移動速度の変化によって検出電圧の変化率も変化する。
【００２９】
ポテンショメータ１１から出力される検出電圧は前記演算処理部１２に送信され、演算処理部１２は、その検出電圧の変化率を演算するとともに、検出電圧と指令電圧及び検出電圧の変化率と指令電圧の変化率とを比較し、両者の差が０となるようモータドライバ１３に制御信号を送信する。つまり、ロッド５の位置と移動速度が操作者によって設定されたロッド５の位置と移動速度に一致するようＤＣモータ３がフィードバック制御され、ロッド５は、操作者によって設定された移動速度で移動し、指定された位置で停止してその動きがロックされる。尚、ロッド５の移動速度のパターンを複数用意しておき、そのパターンの中から最適なものを選択するようにしても良い。
【００３０】
以上のように、本発明によれば、小型電動アクチュエータ１のロッド５の位置と移動速度を簡単な構成で制御することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る小型電動アクチュエータの外観斜視図である。
【図２】本発明に係る小型電動アクチュエータの側面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】本発明に係る小型電動アクチュエータを下部ボディを外して小型電動アクチュエータを下方から見た底面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】本発明に係る小型電動アクチュエータの制御系の構成例を示すブロック図である。
【図７】本発明に係る小型電動アクチュエータの制御系の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３２】
１      小型電動アクチュエータ
２      ボディ
２Ａ    上部ボディ
２Ｂ    下部ボディ
３      ＤＣモータ（可変速モータ）
３ａ    ＤＣモータの出力軸
４      ねじ軸
５      ロッド
６      ベアリング
７      ウォームホイール
８      ウォーム
９      減速機構
１０    ポテンショメータ（可変抵抗器）
１０ａ  ポテンショメータの摺動子
１１    コントロール用ポテンショメータ
１２    演算処理部
１３    モータドライバ
１４    パーソナルコンピュータ（パソコン）
１５    Ｄ／Ａ変換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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