(57)【要約】【課題】  モータの回転を減速して伝達される回転体又は移動体の絶対的原点（機械的原点）を検出するにあたり、コネクタの端子増加や配線増加やポート増加による、回路及び配線部材のコストアップとシステムの大型化を招くことがないとともに、単純な回路構成でモータ側のロータリエンコーダとの原点同期をとることができ、フィードバック制御による正確かつ精密な位置制御を簡単に実現できるようにする。【解決手段】  回転体又は移動体の機械的原点を検出し、ロータリエンコーダ２４からのＺ信号の出力に合わせて原点検出信号を出力する原点検出センサ２７と、これら原点検出信号とＺ信号とを論理積する論理積回路２７とを備える。原点検出信号は、Ｚ信号のパルス幅よりも大きいパルス幅とする。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転を減速機で減速して回転体又は移動体に伝達するとともに、モータの回転をロータリエンコーダによりデジタル電気信号に変換する電動アクチュエータにおいて、前記回転体又は移動体の機械的原点を検出し、前記ロータリエンコーダからのＺ信号の出力に合わせて原点検出信号を出力する原点検出手段と、これら原点検出信号とＺ信号とを論理積する論理積回路とを備えたことを特徴とする電動アクチュエータの原点位置検出装置。
【請求項２】
原点検出手段から出力される原点検出信号は、Ｚ信号のパルス幅よりも大きいパルス幅とすることを特徴とする請求項１に記載の電動アクチュエータの原点位置検出装置。
【請求項３】
原点検出手段からの原点検出信号の出力周期は、Ｚ信号の出力周期の１／ｎ（但し、ｎは２以上の整数）とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動アクチュエータの原点位置検出装置。
【請求項４】
モータの回転を減速機で減速して回転体に伝達する電動アクチュエータの場合、原点検出手段による回転体の原点検出の周期Ｚ２は、ロータリエンコーダのＺ信号の出力周期をθｚ、減速機の減速比をＲとすると、Ｋ・（Ｒ・θｚ）＝Ｋ・Ｚ２の関係とし、ロータリエンコーダのＫ回転毎に原点検出信号が出力されることを特徴とする請求項２又は３に記載の電動アクチュエータの原点位置検出装置。
【請求項５】
ロータリエンコーダからのＡ相信号及びＢ相信号と、論理積回路の出力である原点信号とを、外部のコントローラへ入力することを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の電動アクチュエータの原点位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの回転を減速機で減速して回転体又は移動体に伝達するとともに、モータの回転をロータリエンコーダによりデジタル電気信号に変換する電動アクチュエータ、特に、それにおける回転体又は移動体の原点位置を検出する原点位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、図１〜図４に示すような電動ロータリーアクチュエータを提供している。このアクチュエータは、微細な回転角のステップ回転が可能であって、箱形の本体ハウジング１内に設置されたステッピングモータ（以下、単にモータと言う）２のステップ回転を、本体ハウジング１内に組み込まれた減速機であるハイポイドギア装置３で減速し、本体ハウジング１の上面に上端部が臨んでいる円筒状のロータ（インデックステーブル）４によって、回転を外部に取り出すようになっている。
【０００３】
モータ２とハイポイドギア装置３とは本体ハウジング１内に並置され、モータ２の回転は、そのモータ軸５の先端部に固定された駆動側プーリ６と、ハイポイドギア装置３のピニオンギア軸７の基端部に固定された従動側プーリ８と、これらプーリ６・８間に掛けられたタイミングベルト９を介してピニオンギア軸７に伝達される。
【０００４】
ピニオンギア軸７は、その基端側と先端側とを、基端側ベアリング１０と先端側ベアリング１１にて軸受けされている。ピニオンギア軸７の円錐台形の先端部はハイポイドピニオンギア１５となっている。
【０００５】
一方、ロータ４の中間部に設けられた鍔部４ａの下面には、ハイポイドリングギア１６が付設され、ハイポイドピニオンギア１５と本体ハウジング１内で噛み合っている。ロータ４は、本体ハウジング１内の上下のベアリング１７・１８にて、軸方向がピニオンギア軸７と直交する方向に軸受けされている。
【０００６】
モータ２にはロータリエンコーダが組み込まれており、ロータリエンコーダのＡ相信号とＢ相信号とでモータ２の回転量及び回転方向が検出され、またＺ信号にてモータ２の回転の原点が検出される。
【０００７】
モータ２側については、ロータリエンコーダにてこのような検出が可能であるが、回転体であるインデックステーブル４については、その絶対的原点を近接スイッチ等で別に検出する必要がある。
【０００８】
この場合、ロータリエンコーダからのＡ相、Ｂ相、Ｚ相のそれぞれの信号線に、絶対的原点検出のための信号線が追加されて、合計４本の信号線が必要となる。これに付随して、コネクタの出力端子が１ピン追加、アクチュエータ本体側とコントローラ側の配線が最低１本追加、更にコントローラ側の入力ポートも１ポート追加され、回路及び配線部材のコストアップとシステムの大型化を招くことになる。
【０００９】
また、動力源であるモータ２の回転を減速機であるハイポイドギア装置３で減速してインデックステーブル４に伝達しているため、インデックステーブル４の絶対的原点を単に検出しただけでは、その検出信号とモータ２側のロータリエンコーダからのＺ信号とは同期せず、ロータ４のフィードバック制御による正確かつ精密な位置制御ができない。
【００１０】
同種の電動ロータリーアクチュエータにおいて、原点を検出する従来技術として、特許文献１（特開２００２−３４１０７６号公報）及び特許文献２（特許第３５２８９４９号公報）に記載のものがある。
【００１１】
特許文献１に記載の従来技術は、ワーク等の物体をテーブル上に搭載して高精度に微小な角度で回転位置決めする角度調整テーブル装置であって、モータの回転を減速してテーブルに伝達する機構のねじ軸の端部に円盤状の原点マークを設け、これを定位置の原点センサで検出することで、テーブルの原点を検出する構造になっているが、その検出はモータの動作と同期をとるようにはなっていない。
【００１２】
特許文献２に記載の従来技術は、モータおよびこのモータの出力回転を減速する減速機を備え、この減速機の出力によって被駆動部材を駆動するアクチュエータにおいて、モータの回転軸に取り付けたインクリメンタル位置検出器（モータ側ロータリエンコーダ）と、減速機の出力回転軸に取り付けたアブソリュート位置検出器（減速機側ロータリエンコーダ）と、減速機の出力回転軸のアブソリュート位置を演算する演算手段と、モータを駆動制御するモータ制御手段とを有し、減速機の減速比はアブソリュート位置検出器の分解能と同一の値に設定されており、モータ制御手段によりモータを１回転させることによりインクリメンタル位置検出器から得られる原点信号（Ｚ相信号）に同期して、演算手段は、アブソリュート位置検出器の出力を読み込み、当該読み込み値に基づき減速機の出力回転軸のアブソリュート位置を演算するようになっている。
【００１３】
しかし、この従来技術は、モータ１回転中の原点信号に同期して減速機の出力回転軸のアブソリュート位置を検出することにより、分解能の低いアブソリュート位置検出器を使用しても、現行の多回転型アブソリュート位置検出器を使用する場合と同程度の分解能で出力回転軸のアブソリュート位置を検出できるようにすることを目的としており、減速機側にも、その出力回転軸の回転をエンコードするアブソリュート位置検出器を必要とするため、回路構成及び演算制御が複雑となり、高価になるとともに、減速機側が大型化し、しかも、減速機の減速比をアブソリュート位置検出器の分解能と一致させねばならない設計上の複雑さも伴う。
【特許文献１】特開２００２−３４１０７６号公報
【特許文献２】特許第３５２８９４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の課題は、モータの回転を減速して伝達される回転体又は移動体の絶対的原点（機械的原点）を検出するにあたり、コネクタの端子増加や配線増加やポート増加による、回路及び配線部材のコストアップとシステムの大型化を招くことがないとともに、単純な回路構成でモータ側のロータリエンコーダとの原点同期をとることができ、フィードバック制御による正確かつ精密な位置制御を簡単に実現できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、モータの回転を減速機で減速して回転体又は移動体に伝達するとともに、モータの回転をロータリエンコーダによりデジタル電気信号に変換する電動アクチュエータにおいて、回転体又は移動体の機械的原点を検出し、ロータリエンコーダからのＺ信号の出力に合わせて原点検出信号を出力する原点検出手段と、これら原点検出信号とＺ信号とを論理積する論理積回路とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
原点検出手段から出力される原点検出信号は、ロータリエンコーダからのＺ信号と論理積して同期をとるので、原点検出手段の検出精度は、モータ側のロータリエンコーダほどの精度でなくともよく、原点検出信号はＺ信号のパルス幅よりも広いパルス幅とする。
【００１７】
原点検出手段からの原点検出信号の出力周期は、Ｚ信号の出力周期の１／ｎ（但し、ｎは２以上の整数）とする。
【００１８】
モータの回転を減速機で減速して回転体に伝達する電動アクチュエータの場合には、原点検出手段による回転体の原点位置検出の角度Ｚ２は、ロータリエンコーダのＺ信号の出力周期をθｚ、減速機の減速比をＲとすると、Ｋ・（Ｒ・θｚ）＝Ｋ・Ｚ２の関係とし、ロータリエンコーダのＫ回転毎に原点検出信号が出力される。
【００１９】
電動アクチュエータとコントローラとが分離されている場合、ロータリエンコーダからのＡ相信号及びＢ相信号と、論理積回路の出力である原点信号はコントローラへ入力される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、回転体又は移動体の機械的原点を検出して、ロータリエンコーダからのＺ信号の出力に合わせて原点検出信号を出力し、これら原点検出信号とＺ信号とを論理積回路で論理積するので、Ｚ信号のための信号線と論理積回路の出力信号線とを共用できることになり、回転体又は移動体の原点を検出するために、コネクタのピン増加、アクチュエータ本体側とコントローラ側の配線の増加、コントローラ側の入力ポートの増加を招くことがない。しかも、単純な回路構成でモータ側のロータリエンコーダとの原点同期をとることができ、フィードバック制御による正確かつ精密な位置制御を簡単に実現できる。
【００２１】
請求項２に係る発明のように、原点検出手段から出力される原点検出信号を、Ｚ信号のパルス幅よりも大きいパルス幅とすることにより、原点検出手段として特性の低いセンサを使用しても問題が無く、例えばリードスッチ等の安価なセンサで対応できる。
【００２２】
請求項３に係る発明のように、原点検出信号の出力周期を、Ｚ信号の出力周期の１／ｎ（但し、ｎは２以上の整数）とすることにより、ロータリエンコーダとの原点同期を簡単にとることができる。
【００２３】
請求項４に係る発明によれば、減速機の減速比を考慮して、原点検出信号をＺ信号の出力周期と正確に同期させることができる。
【００２４】
請求項５に係る発明によれば、電動アクチュエータとコントローラとが分離されている場合、これらの間を配線数の増加無しに接続できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２６】
実施例１は、図１〜図４に示したような電動ロータリーアクチュエータに適用した場合であって、図５に、主に電気的構成をブロック図にして示し、図６に、図１〜図４に示した構造を簡略化した機械的構成を示す。
【００２７】
この電動ロータリーアクチュエータでも、モータ（ステッピングモータ）２１の回転を減速機２２で減速してテーブル（回転体）２３に伝達し、モータ２１の回転を、ロータリエンコーダ２４にてデジタル電気信号に変換して取り出すようになっている。ロータリエンコーダ２４からはＡ相、Ｂ相の信号とＺ信号が出力され、Ａ相信号及びＢ相信号のそれぞれの信号線は、電動ロータリーアクチュエータの本体２５に付設されているコネクタ２６のそれぞれの出力端子（ピン）２６Ａ・２６Ｂに接続されている。
【００２８】
この電動ロータリーアクチュエータでは、テーブル２３の機械的原点を検出する原点検出センサ２７として、テーブル２３と一体回転する減速機２２のギア（ハイポイドリングギア）２８に磁石２７ａが付設されているとともに、この磁石２７ａに感応する磁気感応素子２７ｂが本体２５内の定位置に設置され、磁石２７ａが磁気感応素子２７ｂに対向すると、磁気感応素子２７ｂよりテーブル２３の機械的原点を示す原点検出信号Ｚ２が得られる。
【００２９】
そして、原点検出信号Ｚ２とロータリエンコーダ２４からのＺ信号とは、論理積回路２９に入力され、この論理積回路２９の出力側はコネクタ２６の出力端子（ピン）２６Ｚに接続されている。論理積回路２９は、本例では、図６に示すように本体２５内に設置された回路基板３５上に磁気感応素子２７ｂと共に実装されている。また、コネクタ２６のＶｃｃの入力端子２６Ｖ及びグランド端子２６Ｇは磁気感応素子２７ｂ及びロータリエンコーダ２４に接続されている。
【００３０】
図７に示すように、原点検出センサ２７からの原点検出信号Ｚ２の出力周期は、ロータリエンコーダ２４からのＺ信号の出力周期の１／ｎ（但し、ｎは２以上の整数）で、しかも原点検出信号Ｚ２のパルス幅Ｄ２は、Ｚ信号のパルス幅Ｄ１よりも前後に大きいパルス幅になる関係になっている。
【００３１】
また、図８に示すように、ロータリエンコーダ２４の回転周期から見ると、原点検出センサ２７の原点検出の周期Ｚ２は、ロータリエンコーダ２４のＺ信号の出力周期をθｚ、減速機２２の減速比をＲとすると、Ｋ・（Ｒ・θｚ）＝Ｋ・Ｚ２の関係とし、ロータリエンコーダ２４のＫ回転毎に原点検出信号が出力される関係とする。
【００３２】
実施例１は上記のような構成となっているので、テーブル２３と一体回転する減速機２２のギア２８に付設された磁石２７ａが磁気感応素子２７ｂに対向すると、図７に示すように、原点検出センサ２７の出力（磁気感応素子２７ｂの出力）である原点検出信号Ｚ２が「Ｈ」となる。これが「Ｈ」となっている間に、ロータリエンコーダ２４からのＺ信号が「Ｈ」となると、論理積回路２９の出力が「Ｈ」となり、コネクタ２６の出力端子２６Ｚから、テーブル２３の機械的原点を示す原点信号ＺＺが、ロータリエンコーダ２４からのＺ信号の出力周期の１／ｎに同期して出力される。
【００３３】
電動ロータリーアクチュエータ側のコネクタ２６は、接続ケーブル３６を介してコントローラ３７側のコネクタ３８と接続され、Ａ相信号、Ｂ相信号及び原点信号ＺＺはコントローラ３７に入力され、このコントローラ３７によって各種の制御が行われる。ここで、コントローラ３７との間の配線数を増加することなく、従来と同じ本数で、テーブル２３の機械的原点を示す原点信号ＺＺをコントローラ３７へ送信することができる。
【００３４】
図１０に、本実施例の電動ロータリーアクチュエータを、コントローラ３７を介して動力用電源３９、制御用電源４０、プログラマブルコントローラ４１、パーソナルコンピュータ４２等に接続して、電源供給及び制御する使用例を示す。
【実施例２】
【００３５】
図９に示す実施例２は、電動リニアアクチュエータに適用した場合で、この電動リニアアクチュエータは、ロータリエンコーダを組み込んだモータ（ステッピングモータ）３０の回転を減速機３１で減速してスクリューシャフト３２に伝達し、このスクリューシャフト３２の正転・逆転により移動体３３を進退（前後に直線運動）させる構造となっている。この場合、移動体３３の機械的原点を、移動体３３に付設した磁石３４ａと、定位置に設置した磁気感応素子３４ｂとによる原点検出センサ３４で検出する。この原点検出センサ３４から得られる原点検出信号と、ロータリエンコーダからのＺ信号とは、図７と同様な関係となっており、図５と同様の電気的構成で同期をとられる。
【００３６】
従って、移動体３３の移動によりそれに付設された磁石３４ａが磁気感応素子３４ｂに対向すると、原点検出センサ３４の出力（磁気感応素子３４ｂの出力）である原点検出信号Ｚ２が「Ｈ」となる。これが「Ｈ」となっている間に、ロータリエンコーダからのＺ信号が「Ｈ」となると、図５において論理積回路２９の出力が「Ｈ」となり、コネクタ２６の出力端子２６Ｚから、移動体３３の機械的原点を示す原点信号ＺＺが、ロータリエンコーダからのＺ信号の出力周期の１／ｎに同期して出力される。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
上記実施例では、原点検出センサ２７・３４として、磁石と磁気感応素子とによる磁気式センサを用いたが、リードスッチでもよく、光反射又は光遮断によりフォトインタラプタをオン・オフさせる光式センサなどを用いてもよいこと勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】従来の電動ロータリーアクチュエータの平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ位置の断面図である。
【図３】図２とは直交する方向の垂直断面図である。
【図４】同じく水平断面図である。
【図５】本発明の実施例１の電気的構成を示すブロック図である。
【図６】その簡略化した機械的構成図である。
【図７】図５の電気的構成による動作のタイミングチャートである。
【図８】ロータリエンコーダの回転周期から見た原点検出センサの原点検出周期の関係を示す模式図である。
【図９】本発明の実施例２の構成図である。
【図１０】実施例１の使用例を示す接続構成図である。
【符号の説明】
【００３９】
２１  モータ
２２  減速機
２３  テーブル（回転体）
２４  ロータリエンコーダ
２５  本体
２６  コネクタ
２６Ａ・２６Ｂ・２６Ｚ  出力端子
２６Ｖ  入力端子
２６Ｇ  グランド端子
２７  原点検出センサ
２７ａ  磁石
２７ｂ  磁気感応素子
２８  ギア
２９  論理積回路
３０  モータ
３１  減速機
３２  スクリューシャフト
３３  移動体
３４  原点検出センサ
３４ａ  磁石
３４ｂ  磁気感応素子
３５  回路基板
３６  接続ケーブル
３７  コントローラ
３８  コネクタ
３９  動力用電源
４０  制御用電源
４１  プログラマブルコントローラ
４２  パーソナルコンピュータ
【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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【図８】
2007064788.tif 000010
【図９】
2007064788.tif 000011
【図１０】
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