(57)【要約】【課題】移動体の移動状況をモニタする機能を移動体リニア駆動機構と一体に配置し，移動体の移動を予め所定のパターンで移動しているかどうかのモニタ機能を，簡素で且つ安価な構成で実現する。【解決手段】駆動源の駆動力を移動体へ伝達する手段そのものに移動状況をモニタする機能を一体に設け，従来，移動体リニア駆動機構と別体で設けていた移動モニタ信号発生手段を廃止することにより機構の簡素化を図るとともに組み立て作業や調整作業の繁雑さを解消し，以て簡素で安価な移動体リニア駆動機構を実現する。【選択図】図１
2005102376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源に連結され外周にスプロケットピンを有する駆動プーリと所定の距離を隔てて対に配設されたアイドラプーリに巻き付けられ前記スプロケットピンと係合するスプロケット穴を有する薄板のベルトに移動体を固定し前記駆動源の駆動によって該移動体を直線方向へ移動させる移動体リニア駆動機構において，前記ベルトのスプロケット穴を検出する検出手段で前記移動体の移動状況をモニタする移動モニタ手段を兼ね備えていることを特徴とする移動体リニア駆動機構。
【請求項２】
前記検出手段が，透過型光学式センサで構成されたことを特徴とする請求項１に記載の移動体リニア駆動機構。
【請求項３】
前記ベルトが光を反射させる表面を有し，且つ前記検出手段が，反射型光学式センサで構成されたことを特徴とする請求項１に記載の移動体リニア駆動機構。
【請求項４】
前記ベルトが磁性特性を有し，且つ前記検出手段が，前記スプロケット穴の有無によって生じる磁気抵抗の変化を検出する感磁性素子からなる磁気式センサで構成されたことを特徴とする請求項１に記載の移動体リニア駆動機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生産機械の単軸アクチュエータや記録装置や医療用装置内などに搭載される移動体リニア駆動機構の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に，回転型モータを駆動源として移動体を直線移動させる機構では，駆動源の駆動力を移動体へ伝達する手段としてリードスクリュウを用い，移動体に内設されたネジと前記リードスクリュウが噛み合うとリードスクリュウの回転に応じて移動体が前進または後退の直線移動を行うように構成されている。また，駆動源の駆動力を移動体へ伝達する手段として，リードスクリュウとネジの構成の代わりにスチールベルトを採用し，移動体をこのベルトに固定して直線運動へ変換する例もある。
【０００３】
この駆動源として特に安価な移動体リニア駆動機構ではステッピングモータが採用される例が多い。ステッピングモータは，開ループ制御で移動体の位置決めが可能であり，デジタル制御装置で簡単に制御できるなど装置構成上で多くの長所を備えているが，反面，トルク特性を超えた運転を行うと脱調現象を発生し，結果として駆動力が伝達されている移動体も目的とした位置へ移動できないことになる。
【０００４】
しかし，生産機械の単軸アクチュエータや記録装置や医療用装置で，上記のような脱調現象で移動体の正確な位置を失うことは極めて重大な問題であり，随時移動体の移動状況をモニタし，万が一移動体が予定された移動から逸脱した場合には緊急停止や警報発生などの異常処理が必要となる。
【０００５】
この改善策として，従来の技術による移動体リニア駆動機構を搭載した装置は，特許文献１に開示された従来例では移動体リニア駆動機構と別体に光学反射式リニアエンコーダを搭載したり，特許文献２に開示された従来例では移動体リニア駆動機構と別体に抵抗式リニアポテンショメータを搭載して移動体の現在位置や移動速度など移動状況をモニタしている。つまり，これら従来例では，駆動源の駆動力を移動体へ伝達する手段としてリードスクリュウを用い，移動体に内設されたネジと前記リードスクリュウが噛み合うとリードスクリュウの回転に応じて移動体が直線移動し，移動体の移動状況は，移動体リニア駆動機構と別体に配置されたリニアエンコーダやリニアポテンショメータでモニタする構成となっている。
【特許文献１】特公平６−３６８２３号公報
【特許文献２】米国特許５，２３６，４１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする問題点は，移動体の移動状況をモニタする移動モニタ信号発生手段が移動体リニア駆動機構と別体に配置されているため，移動体の移動を予め所定のパターンで移動しているかどうかのモニタ機能を，簡素で且つ安価な構成で実現できない点である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は，駆動源の駆動力を移動体へ伝達する手段，すなわち薄板のベルトに本来から駆動力伝達のために備えられている係合穴を利用し，移動体の移動状況をモニタする機能を一体に設けていることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の移動体リニア駆動機構は，駆動源の駆動力を移動体へ伝達する手段そのものに移動状況をモニタする機能を一体に設けているため，従来，移動体リニア駆動機構と別体で設けていた移動モニタ信号発生手段を廃止することが可能となり，機構の簡素化が図られるとともに組み立て作業や調整作業の繁雑さを解消し，以て安価な移動体リニア駆動機構を提供できるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
万が一移動体が予定された移動から逸脱した場合には緊急停止や警報発生などの異常処理を実行するために随時移動体の移動状況をモニタするという目的を，簡素で且つ安価な構成で移動体リニア駆動機能を損なわずに実現した。
【実施例１】
【００１０】
図１は，本発明機構の１実施例の概略図であって，１は薄板状のベルト，２は所定の穴径を持ち所定のピッチで設けられた複数のスプロケット穴，３は光学式にスリット穴を検出する光学式センサ，４は外周にベルト１のスプロケット穴２と係合するスプロケットピンを備えモータの駆動力をベルト１へ伝達する駆動プーリ，５は駆動源のモータ，６は移動体，７は移動体６の直線移動を案内するガイド，８は駆動プーリ４と所定の距離を隔てて対に配設されたアイドラプーリ，９は光学式センサの信号処理回路，１０は駆動プーリ４の外周に設けられたスプロケットピンである。
【００１１】
同図で，モータ５の出力軸１３に連結された駆動プーリ４の回転によってスプロケットピン１０がベルト１のスプロケット穴２と順次係合しながらベルト１が矢印Ｍの方向に移動すると，移動体６は矢印Ｍと反対方向に直線移動する。ベルト１には所定の穴径を持ち所定のピッチでスリット穴２が連続的に繰り返し設けられており，ベルト１を挟み込むように設置された透過型光学センサ３がスリット穴２の有無によって内部で光の透過と遮断が繰り返されるので，ベルト１の移動に応じて光学センサ３から発生された移動状況モニタ信号が信号処理回路９を経てパルス状に１相エンコーダ信号Ａを出力することになる。尚，スリット穴２は特段ベルト１の全範囲に設ける必要はなく，その設置位置や設置範囲は，移動体６の目的とする移動距離に応じてスプロケット穴２との係合が必要となる限定された範囲に設けてもよい。
【００１２】
図２は，モータ５の出力軸１３に連結されベルト１を駆動するのに好適な駆動プーリ４の構成を説明する図である。駆動プーリ４の軸中心にはモータ５の出力軸１３と連結するために取り付け穴１２が設けられている。また，駆動プーリ４の外周部には，ベルト１のスプロケット穴２と順次係合して駆動力を伝達できるようスプロケットピン１０が設けられている。このスプロケットピン１０は，駆動ローラ４の外周部に埋め込んまれたり，或いは切削法や成型法で一体に形成される。この結果，駆動プーリ４とベルト１の両者間に滑りを発生することなくモータ５の駆動力を移動体６へ正しく伝達できることになる。
【００１３】
図１の例では，移動状況モニタ信号として１相のエンコーダ信号を得る構成であるが，この場合は，ベルト１の移動有無すなわち移動体６の移動有無のみを検出することが可能である。しかし，本発明の移動体リニア駆動機構を搭載した応用装置の目的によっては，移動体６の移動方向を含めて移動状況のモニタを必要とする場合がある。図３は，そのような要求に応えるため光学的センサ１５を追加し，信号処理回路１４から２相のエンコーダ信号ＡおよびＢを得るように構成した例である。光学センサ３と光学センサ１５は，スプロケット穴２の検出位相が１周期ＴのＴ／４となる距離だけずらして設置したり，同様の位相を発生するインデックス板（図示せず）を追加して２相信号を発生できるようにしてある。
【００１４】
図４は，スプロケット穴２の有無を検出する手段として使用される透過型光学式センサ３の構造を示している。同図で，３１が発光素子，３２が受光素子である。発光素子３１から発生させた光は，ベルト１のスプロケット穴が有る場合にはベルト１を通過して受光素子３２に到達し，受光素子３２が能動状態となる。ベルト１の移動によって受光素子３２の上にスプロケット穴２が存在しない状態になると発光素子３１から発生された光はベルト１で遮光され，受光素子３２は非能動状態へ変化する。この結果，信号処理回路９からは図１に示したようにパルス状のエンコーダ信号Ａを得ることが可能となる。
【００１５】
これまでスプロケット穴２の検出手段として透過型光学式センサの使用例を説明したが，反射型光学式センサで同様な信号を得る他の方法を図５で説明する。同図で，３３は発光素子と受光素子を一体に形成した受発光素子を示している。ベルト１に光を反射する素材を採用し且つ受発光素子３３の光軸が，ベルト１の光反射面で正しく折り返されるように位置決めさせている。この結果，スプロケット穴が有る場合には光が反射されないために受発光素子３３の出力が非能動状態となり，ベルト１の移動によってスプロケット穴２が受発光素子３３の光軸上から離れるとベルト１の表面によって光が反射され，受発光素子３３の出力が能動状態となる。この結果，信号処理回路９からは図１に示したようにパルス状のエンコーダ信号Ａを得ることが可能となる。尚，反射型光学式センサを用いた場合も，反射型光学式センサを更に追加することによって，図３で示した２相エンコーダ信号を得られることは言うまでもない。
【００１６】
更に，ベルト１に磁性材料を採用し，スプロケット穴２に対向するように感磁性素子を組み込んだ磁気式センサを配置すれば，感磁性素子とベルト１との間隙がスプロケット穴２の存在で変化するのでベルト１の移動に応じて磁気抵抗が変化し，磁気式センサから図１で示したエンコーダ信号Ａと同様の信号が得られる。この場合も，磁気式センサを更に追加することによって，図３で示した２相エンコーダ信号を得られることは言うまでもない。尚，以上の説明で駆動源のモータは，ステッピングモータにこだわらず，直流モータや種々のモータを使用してもよい。
【００１７】
図６は，本発明の移動体リニア駆動機構の制御に用いられる制御装置の一例のブロック図を示している。３は光学式センサ，９は信号処理回路，４１はマイクロプロセッサ，４２はモータ５のモータドライバ，４３は移動体６に載置されるエンドエフェクタのドライバ，４４は前記エンドエフェクタとして設けられたハンド機構，４５は操作キー，４６は表示灯，４７は非常停止ボタンを示している。
【００１８】
マイクロプロセッサ４１は，オペレータのから操作キー４５で入力された信号を受け取るとモータドライバ４２に所定の駆動指令を送出してモータ５を駆動し，ベルト１すなわち移動体６がこの駆動指令通りに移動しているか，光学式センサ３の信号を信号処理回路９経由で入力して随時モニタする。もしもモニタした信号が期待された状況通りに推移している場合は，所定のシーケンスでハンド機構４４を駆動して作業を継続し，もしもモニタした信号が期待された状況と異なる状態を示した場合は，直ちにモータ５の駆動を停止して表示灯４６に異常警報を表示する。また，オペレータが装置の異常動作に気がついて非常停止ボタン４７が押された場合も，前記と同様に異常処理が実行される。尚，この制御装置について光学式センサ３を使用した例で説明したが，このセンサを磁気式センサに置き換えた場合でも，同様に機能させることが可能なことは明白である。
【００１９】
以上のように本発明では，駆動源の駆動力を移動体へ伝達する手段そのものに移動状況をモニタする機能を一体に設けているため，従来，移動体リニア駆動機構と別体で設けていた移動モニタ信号発生手段を廃止することが可能となり，機構の簡素化が図られるとともに組み立て作業や調整作業の繁雑さを解消し，以て安価な移動体リニア駆動機構を提供できるという点でおおいに役立つものである。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
移動体にハンド機構などを付加して生産機械の単軸アクチュエータに利用でき，移動体に記録ヘッド部や記録ペンを付加すれば記録装置に利用でき，移動体部にシリンジのプランジャ把持機構を付加すればシリンジポンプなどの医療用装置に利用でき，簡素な構成で移動状況モニタを備えた直線移動が不可欠な用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】移動体リニア駆動機構の実施方法を示した説明図である。（実施例１）
【図２】駆動プーリをより詳細に示した説明図である。
【図３】２相エンコーダ信号を得る方法を示した説明図である。
【図４】透過型光学式センサの内部構成例を示した説明図である。
【図５】反射型光学式センサの内部構成例を示した説明図である。
【図６】制御装置の概略構成を示した説明図である。
【符号の説明】
【００２２】
１    ベルト
２    スプロケット穴
３    光学式センサ
４    駆動プーリ
５    モータ
６    移動体
【図２】
2005102376.tif 000003
【図１】
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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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