(57)【要約】【課題】機械式の原点設定機構によって設定した従動部材の原点位置がずれても、従動部材を適正に駆動することのできるモータ装置を提供すること。【解決手段】モータ装置１００は、モータ１と、モータ１によって駆動される出力部材４と、出力部材４の原点位置を設定する機械式ストッパー５ａ（機械式の原点設定機構５）とを有している。また、モータ装置１００は、モータ１のロータ１０の角度位置を検出するセンサ機構６とを有している。出力部材４は、可動範囲が１回転未満の回転部材であり、ロータ１０が複数回、回転した際に１回転未満の回転行う。従って、センサ機構６は、ロータ１０が１つの角度位置に到達した際に信号を出力する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、
前記モータによって駆動される従動部材と、
前記従動部材の原点位置を設定する機械式の原点設定機構と、
前記モータのロータの角度位置を検出するセンサ機構と、
を有し、
前記センサ機構での検出結果に基づいて前記原点設定機構が設定した前記原点位置を補正することを特徴とするモータ装置。
【請求項２】
前記従動部材は、可動範囲が１回転未満の回転部材であることを特徴とする請求項１に記載のモータ装置。
【請求項３】
前記従動部材は、前記ロータが複数回、回転した際に前記１回転未満の回転を行い、
前記センサ機構は、前記ロータが１つの角度位置に到達した際に信号を出力することを特徴とする請求項２に記載のモータ装置。
【請求項４】
前記モータは、ステッピングモータであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のモータ装置。
【請求項５】
前記センサ機構は、前記ロータと一体に回転する磁石と、前記ロータの回転に伴う磁界変化を検出する磁気センサ素子と、を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のモータ装置。
【請求項６】
前記磁気センサ素子は、ホール素子であることを特徴とする請求項５に記載のモータ装置。
【請求項７】
前記原点設定機構は、機械式ストッパー、または機械式スイッチであることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のモータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータによって従動部材が駆動されるモータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータによって従動部材が駆動されるモータ装置では、従動部材が原点位置に到達した際に作動する機械式の原点設定機構を設け、原点設定機構によって検出した従動部材の位置を原点位置として従動部材の位置を制御する。例えば、特許文献１に記載のモータ装置では、原点設定機構としてマイクロスイッチ（機械式スイッチ）が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３３５１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、マイクロスイッチ等の機械式スイッチ（機械式の原点設定機構）では、動作を繰り返し行わせたときに、摩耗等の影響で誤差が発生するという問題点がある。かかる誤差が発生すると、それ以降、従動部材を適正な位置まで移動させることができなくなるため、好ましくない。
【０００５】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、機械式の原点設定機構によって設定した従動部材の原点位置がずれても、従動部材を適正に駆動することのできるモータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係るモータ装置は、モータと、前記モータによって駆動される従動部材と、前記従動部材の原点位置を設定する機械式の原点設定機構と、前記モータのロータの角度位置を検出するセンサ機構と、を有し、前記センサ機構での検出結果に基づいて前記原点設定機構が設定した前記原点位置を補正することを特徴とする。
【０００７】
本発明では、機械式の原点設定機構によって、従動部材の原点位置を設定する一方、センサ機構は、ロータの角度位置を検出する。このため、従動部材が原点位置にあるときのロータの角度位置と、センサ機構が信号を出力するロータの角度位置との関係を予め、把握しておけば、従動部材の原点復帰等の動作を繰り返し行ったときに、機械式の原点設定機構での摩耗等の影響で原点設定機構が設定した原点位置に誤差が発生した場合でも、センサ機構の検出結果に基づいて、原点位置を正しい位置に補正することができる。従って、従動部材を適正に駆動することができる。
【０００８】
本発明において、前記従動部材は、例えば、可動範囲が１回転未満の回転部材である。この場合、前記従動部材は、前記ロータが複数回、回転した際に前記１回転未満の回転を行い、前記センサ機構は、前記ロータが１つの角度位置に到達した際に信号を出力する態様を採用することができる。
【０００９】
本発明において、前記モータは、ステッピングモータである態様を採用することができる。モータがステッピングモータであれば、ロータが１つの角度位置に到達してセンサ機構が信号を出力した角度位置と、従動部材が原点位置にあるときのロータの角度位置とをステップ数によって精度よく関係付けすることができる。
【００１０】
本発明において、前記センサ機構は、前記ロータと一体に回転する磁石と、前記ロータの回転に伴う磁界変化を検出する磁気センサ素子と、を有する態様を採用することができる。この場合、前記磁気センサ素子は、ホール素子である態様を採用することができる。
【００１１】
本発明において、前記原点設定機構は、機械式ストッパー、または機械式スイッチである態様を採用することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、機械式の原点設定機構によって、従動部材の原点位置を設定する一方、センサ機構は、ロータの角度位置を検出する。このため、従動部材が原点位置にあるときのロータの角度位置と、センサ機構が信号を出力するロータの角度位置との関係を予め、把握しておけば、従動部材の原点復帰等の動作を繰り返し行ったときに、機械式の原点設定機構での摩耗等の影響で原点設定機構が設定した原点位置に誤差が発生した場合でも、センサ機構の検出結果に基づいて、原点位置を正しい位置に補正することができる。従って、従動部材を適正に駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明を適用したモータ装置の内部を一方側からみた斜視図である。
【図２】図１に示すモータ装置の内部を他方側からみた斜視図である。
【図３】図１に示すモータ装置に用いたモータ等の断面図である。
【図４】図１に示すモータ装置に用いた機械式の原点位置検出機構を示す説明図である。
【図５】図１に示すモータ装置に用いたモータからセンサ機構を分離させたときの分解斜視図である。
【図６】図１に示すモータ装置での原点位置の補正方法を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面を参照して、本発明を適用したモータ装置を説明する。なお、以下の説明では、モータ１の軸線方向にＬを付し、モータにおいて、回転軸が突出している側を「出力側Ｌ１」とし、回転軸が突出している側とは反対側を「反出力側Ｌ２」として説明する。
【００１５】
（モータ装置１００の構成）
図１は、本発明を適用したモータ装置１００の内部を一方側からみた斜視図である。図２は、図１に示すモータ装置１００の内部を他方側からみた斜視図である。図３は、図１に示すモータ装置１００に用いたモータ１等の断面図である。図４は、図１に示すモータ装置１００に用いた機械式の原点位置検出機構を示す説明図である。なお、図１、図２、図４等では、歯車の歯については、歯車３４０以外、省略してある。図１および図２に示すように、モータ装置１００は、ハウジング（図示せず）の内部に、モータ１、歯車列３、および出力部材４を有しており、本形態において、出力部材４は、本発明における「従動部材」に相当する。また、モータ装置１００は、出力部材４の原点位置を設定する機械式の原点設定機構５と、モータ１のロータ１０の回転位置を検出するセンサ機構６とを有している。
【００１６】
（モータ１の構成）
図３に示すように、モータ１は、ステッピングモータ１ａであり、回転軸１２の外周面に固着された永久磁石１１を備えたロータ１０と、永久磁石１１の外周面に対向する筒状のステータ２０と有している。永久磁石１１の外周面には、Ｎ極とＳ極が周方向において交互に配置されている。
【００１７】
ステータ２０は、モータ軸線方向Ｌに重ねて配置された一対のステータ組２１、２２を有している。ステータ組２１、２２は各々、インシュレータ２１６、２２６に巻回されたコイル２１３、２２３と、インシュレータ２１６、２２６のモータ軸線方向Ｌの両側に配置されたステータコア２１１、２１２、２２１、２２２とを備えている。ステータコア２１１は、インシュレータ２１６の出力側Ｌ１の面に被さる外ステータコアであり、ステータコア２１２は、インシュレータ２１６の反出力側Ｌ２の面に被さる内ステータコアである。ステータコア２２１は、インシュレータ２２６の反出力側Ｌ２の面に被さる外ステータコアであり、ステータコア２２２は、インシュレータ２２６の出力側Ｌ１の面に被さる内ステータコアである。ステータコア２１１は、インシュレータ２２６を径方向外側から覆う筒部２１５を有しており、かかる筒部によってモータケースが構成されている。
【００１８】
ステータコア２１１、２１２、２２１、２２２は各々、インシュレータ２１６、２２６の内周面に沿って起立する複数の極歯２１７、２２７を備えている。ステータ組２１を構成した状態で、ステータコア２１１に形成された極歯２１７は、ステータコア２１２に形成された極歯２１７の間に入り込み、ステータコア２１１に形成された極歯２１７とステータコア２１２に形成された極歯２１７とは、周方向に交互に配置された状態となる。また、ステータ組２２を構成した状態で、ステータコア２２１に形成された極歯２２７は、ステータコア２２２に形成された極歯２２７の間に入り込み、ステータコア２２１に形成された極歯２２７とステータコア２２２に形成された極歯２２７とは、周方向に交互に配置された状態となる。
【００１９】
インシュレータ２１６、２２６には端子台２１８、２２８が一体に形成され、かかる端子台２１８、２２８に端子２１９、２２９が固定されている。端子２１９、２２９にはモータ基板２５が固定されており、モータ基板２５にはコネクタ２９が固定されている。ステータ２０の両端面のうち、出力側Ｌ１の端面にはフレーム９が固定され、反出力側Ｌ２の端面には端板２６が固定されている。端板２６には穴２６１が形成されており、反出力側Ｌ２のラジアル軸受８が穴２６１に嵌った状態で端板２６に保持されている。
【００２０】
フレーム９は、ステータ２０の端面に固定された第１板部９１と、第１板部９１に出力側Ｌ１で対向する第２板部９２と、第１板部９１と第２板部９２とを繋ぐ第３板部９３とを備えている。第１板部９１は穴９１０が形成されており、出力側Ｌ１のラジアル軸受７が穴９１０に嵌った状態で第１板部９１に保持されている。第２板部９２は軸穴９２０が形成されており、回転軸１２の先端部１２０は軸穴９２０によって回転可能に支持されている。
【００２１】
回転軸１２の外周面には、ウォームからなる歯車１８が固定されている。本形態において、歯車１８とラジアル軸受７との間にはワッシャ９６が配置され、歯車１８と第２板部９２との間にはワッシャ９７が配置されている。
【００２２】
（歯車列３の構成）
図１および図２に示すように、歯車列３は、第１歯車３１、第２歯車３２、第３歯車３３および第４歯車３４を有している。第１歯車３１は支軸３１０に回転可能に支持され、第２歯車３２は支軸３２０に回転可能に支持され、第３歯車３３は支軸３３０に回転可能に支持され、第４歯車３４は支軸３４０に回転可能に支持されている。支軸３１０、３２０、３３０、３４０はハウジジング（図示せず）に支持されている。
【００２３】
第１歯車３１は、歯車１８と噛み合うウォームホイール３１１と、ウォームホイール３１１と一体の歯車３１２とを有している。第２歯車３２は、歯車３１２と噛み合う歯車３２１と、歯車３２１と一体の歯車３２２とを有しており、歯車３２１は、歯車３１２より大径である。第３歯車３３は、歯車３２２と噛み合う平歯車であり、歯車３２２より大径
である。第４歯車３４は、第３歯車３３と噛み合う歯車３４１と、歯車３４１と一体の歯車３４２とを有している。歯車３４１は第３歯車３３と径が等しく、歯車３４２は歯車３４１より小径である。
【００２４】
（出力部材４および原点設定機構５の構成）
図１、図２および図４に示すように、出力部材４は、ハウジング（図示せず）に回転可能に支持された軸部４１と、軸部４１から径方向外側に略扇形に張り出した伝達部４２とを備えている。伝達部４２は、略扇形の底板部４２１と、底板部４２１の縁から軸部４１と平行に屈曲した側板部４２２とを有している。側板部４２２のうち、底板部４２１の円弧状の縁から屈曲した部分の内面には、第４歯車３４の歯車３４２と噛み合う扇形の歯車４２３が形成されている。従って、モータ１の回転が歯車列３を介して扇形の歯車４２３に伝達されると、出力部材４は、軸部４１の軸線Ｌ４周りに回転する。
【００２５】
ここで、出力部材４には、出力部材４が原点位置に到達した際に作動する機械式の原点設定機構５が構成されている。本形態において、原点設定機構５は機械式ストッパー５ａとして構成されている。より具体的には、出力部材４の底板部４２１には、軸線Ｌ４を中心に円弧状に湾曲したスリット４２４が形成されており、かかるスリット４２４には、支軸３４０が貫通している。このため、出力部材４が軸線Ｌ４周りに回転した際の可動範囲は、支軸３４０がスリット４２４の一方の端部４２４ａでスリット４２４の内壁と当接する位置と、支軸３４０がスリット４２４の他方の端部４２４ｂでスリット４２４の内壁と当接する位置との間の範囲である。従って、支軸３４０がスリット４２４の一方の端部４２４ａでスリット４２４の内壁と当接する位置、および支軸３４０がスリット４２４の他方の端部４２４ｂでスリット４２４の内壁と当接する位置のいずれか一方を出力部材４の原点位置として、出力部材４の軸線Ｌ４周りの回転角度を制御する。例えば、支軸３４０がスリット４２４の一方の端部４２４ａでスリット４２４の内壁と当接する位置を出力部材４の原点位置として、出力部材４の軸線Ｌ４の周りの回転角度を制御する。
【００２６】
このように構成したモータ装置１００では、出力部材４は、機械式の原点設定機構５によって可動範囲が１回転未満に設定された回転部材であり、出力部材４は、ロータ１０が複数回、回転した際に、可動範囲に相当する１回転未満の回転を行う。
【００２７】
（センサ機構６の構成）
図５は、図１に示すモータ装置１００に用いたモータ１からセンサ機構６を分離させたときの分解斜視図である。
【００２８】
図１、図２、図３および図５に示すように、本形態のモータ装置１００では、ロータ１０の角度位置を検出するセンサ機構６が設けられている。本形態において、センサ機構６は、ロータ１０と一体に回転する磁石６１と、磁石６１に対向する磁気センサ素子６２とからなる。
【００２９】
本形態において、磁石６１は、回転軸１２の反出力側Ｌ２側の端部に連結された回転板６３に保持されている。本形態において、磁石６１は、回転板６３の出力側Ｌ１の面において、周方向の１か所に設けられた枠状の磁石保持部６３１の内側に保持されている。従って、磁石６１は、周方向の１か所に設けられている。磁気センサ素子６２は、モータ基板２５に保持されており、ロータ１０が回転して磁石６１が磁気センサ素子６２の近傍を通過する際、磁石６１に径方向外側で対向する。本形態において、磁気センサ素子６２はホール素子である。
【００３０】
（原点位置の補正）
図６は、図１に示すモータ装置１００での原点位置の補正方法を模式的に示す説明図で
ある。なお、図６では、原点設定機構５（機械式ストッパー５ａ）が作動した原点位置Ｐ０１で、磁気センサ素子６２が信号Ｓ１を出力するように初期設定された場合を例に説明する。また、図６では、ロータ１０を１回転させる際にモータ１のステータ２０に出力される駆動パルスＤの数を減らし、６つの駆動パルスＤによってロータ１０が１回転するものとして示してある。
【００３１】
図６において、モータ装置１００が動作を休止している期間中、出力部材４は、原点設定機構５（機械式ストッパー５ａ）によって設定された原点位置Ｐ０１で停止している。この状態から、モータ１のステータ２０に駆動パルスＤが供給されると、ロータ１０が正方向に回転し、出力部材４が軸線Ｌ４周りに回転する。その際、ロータ１０は、駆動パルスＤの数（ステップ数）に対応して回転するので、出力部材４は、駆動パルスＤの数（ステップ数）に対応する位置まで駆動される。その結果、出力部材４は、被駆動部材（図示せず）を所定の位置まで移動させる。その際、ロータ１０が１回転する度に、磁石６１が磁気センサ素子６２の近傍を通過するので、センサ機構６からは、信号Ｓ（Ｓ１、Ｓ２・・）が出力される。
【００３２】
このような動作が終了すると、ステータ２０には、ロータ１０を逆回転させる駆動パルスＤが供給され、ロータ１０が逆方向に回転する。その際も、ロータ１０が１回転する度に、磁石６１が磁気センサ素子６２の近傍を通過するので、センサ機構６からは、信号Ｓが出力される。そして、出力部材４は、機械式ストッパー５ａが設定した原点位置Ｐ０１に戻るとともに、出力部材４が原点位置Ｐ０１に戻ったタイミングで、センサ機構６からは、信号Ｓ１が出力される。
【００３３】
このような動作を繰り返し行うと、機械式ストッパー５ａでの摩耗等の影響で原点位置Ｐ０１が位置Ｐ０２までずれる等の誤差が発生することがある。この場合でも、本形態では、出力部材４が原点位置Ｐ０１にあるときのロータ１０の角度位置と、センサ機構６が信号Ｓを出力するロータ１０の角度位置との関係が予め、把握されている。本形態では、出力部材４が原点位置Ｐ０１にあるとき、センサ機構６が信号Ｓ１を出力するという条件に設定されている。このため、出力部材４を原点位置Ｐ０１に復帰させる動作を行った際、出力部材４が原点位置Ｐ０１に到達しても、センサ機構６が信号Ｓ１を出力しない場合には、原点位置Ｐ０１がずれたことを検出することができる。
【００３４】
また、原点位置Ｐ０１に誤差が発生した際には、センサ機構６の検出結果に基づいて、原点位置を正しい位置に補正することができる。例えば、センサ機構６が信号Ｓ１を出力してから機械式ストッパー５ａが位置Ｐ０２で作動するまで、いくつの駆動パルス（ステップ数）でロータ１０を回転させたかによって原点位置のずれがわかる。従って、機械式ストッパー５ａが位置Ｐ０２で作動する角度位置を基準に所定の数の駆動パルスが出力された位置を原点位置Ｐ０１として、それ以降の出力部材４の駆動を行うことができる。  
【００３５】
また、本形態のように、出力部材４が原点位置Ｐ０１にあるとき、センサ機構６が信号Ｓ１を出力するという条件に設定してある場合には、センサ機構６が信号Ｓ１を出力するときを出力部材４の真の原点位置Ｐ０１として出力部材４の駆動を行うことができる。
【００３６】
それ故、機械式の原点設定機構５（機械式ストッパー５ａ）によって設定した出力部材４の原点位置Ｐ０１がずれても、出力部材４を適正に駆動することができる。また、モータ１として、ステッピングモータ１ａを用いたため、ロータ１０が１つの角度位置に到達してセンサ機構６が信号を出力した角度位置と、出力部材４が原点位置Ｐ０１にあるときのロータ１０の角度位置とをステップ数によって精度よく関係付けすることができる。
【００３７】
なお、上記実施の形態では、機械式ストッパー５ａでの摩耗の影響をセンサ機構６によ
って補正したが、機械式ストッパー５ａでの変形やがたつき等の影響をセンサ機構６によって補正することもきる。また、原点設定機構５では、機械式ストッパー５ａに代えて、機械式スイッチによって出力部材４の原点位置を設定してもよく、この場合も、機械式スイッチでの摩耗や変形等の影響や、オンオフの動作位置や戻り位置のばらつき等の影響をセンサ機構６によって補正することができる。
【００３８】
（他の実施の形態）
上記実施の形態では、機械式の原点設定機構５として機械式ストッパー５ａを用いたが、機械式の原点設定機構５として、リミットスイッチ等の機械式スイッチを用いた場合に本発明を適用してもよい。また、上記実施の形態では、ホール素子を用いたセンサ機構６を用いたが、磁気抵抗素子を用いたセンサ機構、リードスイッチを用いたセンサ機構、フォトインタラプタ等を備えた光学式のセンサ機構等を、センサ機構６として用いてもよい。
【００３９】
また、上記実施の形態では、従動部材の原点位置として、出力部材４の原点位置を機械式の原点設定機構５によって設定したが、歯車列３のいずれかの歯車の原点位置を機械式の原点設定機構５によって設定した場合に本発明を適用してもよい。
【００４０】
上記実施の形態では、出力部材４が原点位置Ｐ０１にあるとき、センサ機構６が信号Ｓ１を出力するという条件に設定してある場合を説明した。但し、出力部材４が原点位置Ｐ０１にあるときのロータ１０の角度位置と、センサ機構６が信号Ｓを出力するロータ１０の角度位置との関係が予め、把握されている構成であれば、出力部材４が原点位置Ｐ０１にあるときにはセンサ機構６が信号Ｓ１を出力せず、出力部材４が原点位置Ｐ０１から所定の角度を回転したときにセンサ機構６が信号Ｓ１を出力するような構成を採用してもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１…モータ、１ａ…ステッピングモータ、３…歯車列、４…出力部材（従動部材）、５…原点設定機構、５ａ…機械式ストッパー、６…センサ機構、１０…ロータ、１１…永久磁石、１２…回転軸、２０…ステータ、６１…磁石、６２…磁気センサ素子、６３…回転板、１００…モータ装置、３４０…支軸、４２４…スリット、６３１…磁石保持部
【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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