JP4928125B2 - 駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動装置及びこの制御方法に関するものであり、特に、回転軸にウォームギヤが取付けられたモータを用いた駆動装置に関するものである。

従来、小電力・高回転で大きなトルクを得るために小型直流モータと歯車減速機構を一体化したギヤドモータが知られている。また、この種のギヤドモータにおいて、モータの回転軸にウォームギヤを取付けると共に、この回転軸のアキシャル方向の位置を検出する位置検出ユニットを一体化したものも実現されている（特開２０００−５１１２２号公報：特許文献１参照）。

この特許文献１に係るギヤドモータは、便座・便蓋の自動開閉装置に適用されており、上記の位置検出ユニットは、ギヤドモータで便座・便蓋を開閉する際に静かにモータを停止させて、便座・便蓋の衝撃音を抑制するために設けられている。

なお、ギヤドモータで便座・便蓋を開閉している最中に手や物品等で便座・便蓋の開閉動作が抑制された場合には、ギヤドモータに規定以上の過負荷がかかってしまうことがある。この過負荷の状態を防止するためには、モータの回転を停止させたり、モータを逆回転させたりする必要がある。

上述したギヤドモータは、人物や荷物の昇降を行うための昇降機にも用いられる。ここで、昇降機の駆動中に人が接触すると危険であるため、ギヤドモータに規定以上の過負荷がかかったことを検知した場合には、昇降機を急停止させる必要がある。
特開２０００−５１１２２号公報（段落番号００１７，００１８参照）

しかしながら、従来のモータ回転軸の位置検出ユニットとしては、ホール素子とロータマグネットを有するエンコーダや、所定の配線パターンを形成した回路基板とコイルバネと板バネからなる構成が用いられている。このような位置検出ユニットでは、回路構成、及びソフトウェアが複雑でコスト高となると共に、モータの回転を停止させたり、モータを逆回転させたりするのに、２００〜３００ｍｓ程度の時間を要していた。

本発明は、このような背景の下になされたもので、その目的は、簡単かつ安価な構成で、安定して駆動開始できるとともに、迅速に回転停止を行い得るモータを用いた駆動装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、回転軸が両側に配置されたモータと、前記モータの片側の回転軸に取り付けられたウォームギヤと、前記ウォームギヤと係合し、被駆動部材へ前記ウォームギヤの回転力を伝達する歯車と、前記モータの両側に配置された回転軸のそれぞれに対向して配置された接点方式の複数のスイッチと、前記複数のスイッチのいずれかがオープン状態からショート状態になることにより、前記モータを停止させる制御手段と、を有し、前記モータが定速で回転しているときは、前記モータの両側の回転軸と前記複数の接点方式のスイッチが離れているため、前記複数のスイッチがいずれもオープン状態であり、前記モータが過負荷状態のときは、前記ウォームギヤに作用する推力が増加することで、前記複数のスイッチのいずれかがショート状態となるものであって、前記制御手段は、前記モータの駆動を開始してから所定時間が経過するまでの間は、前記複数のスイッチのいずれかがショート状態になっても、前記モータを停止させないことを特徴とする。

本発明によれば、簡単かつ安価な構成で、安定して駆動開始できるとともに、迅速に回転停止を行い得るモータを提供することが可能となる。

以下、本発明の実施例について説明する。

図１は、本発明の実施例１である駆動装置に用いられるギヤドモータの概略構成を示す斜視図である。

本実施例におけるギヤドモータは、モータ取付板７に取付けられており、モータ１の回転軸１ａには、ウォームギヤ２が取付けられている。ウォームギヤ２は、モータ１の回転軸１ａに固着されたウォーム２ａと、ウォーム２ａと係合するヘリカル歯車２ｂａを有するウォームホイール２ｂにより構成されている。

ウォームホイール２ｂには、ヘリカル歯車２ｂａと同軸上に配置され、ヘリカル歯車２ｂａよりも小径の平歯車２ｂｂが一体に形成されている。そして、平歯車２ｂｂの回転力は、例えば、不図示の減速機構を介して、被駆動部材に伝達されるようになっている。ここで、被駆動部材としては、例えば、便座又は便蓋、扉、画像形成装置から排出される用紙を支持し、用紙の排出位置に対して移動可能な部材（いわゆる、フィニッシャーのトレイ）がある。

また、モータ１の回転軸１ａの端面（切断面）と対向する位置には、モータ１に対する過負荷を検知するためのマイクロスイッチ８が配置されている。マイクロスイッチ８は、モータ取付板７の延伸部７ａに固定されており、押ボタン型のアクチュエータ８ａを有している。アクチュエータ８ａは、モータ１の回転軸１ａの先端部に接する位置、或いは先端部に対して微小隙間を形成する位置に配置されている。

マイクロスイッチ８は、周知のように、アクチュエータ８ａが押圧されると、内部のスナップアクション機構（引張りバネと圧縮バネにより構成：図示省略）により可動接点が固定接点に瞬時に移動して回路の開閉動作を行うものである。このような構成のマイクロスイッチ８は、エンコーダ等の位置検出ユニットに比べて取扱いが簡単であり、安価かつ迅速に位置検出を行えるものである。

マイクロスイッチ８は、モータ１の回転軸１ａに取付けられたウォームギヤ２の推力によって変位する回転軸１ａの位置を検知して、モータ１の過負荷状態を検知するために用いられる。このようにモータ１の過負荷状態を検知することで、モータ１及びギヤ列に過負荷がかかるのを防止するために、モータ１の回転を停止させたり、モータ１を逆回転させたりすることができる。

図２（ａ）に示すように、モータ１が一方向（矢印Ｄ１方向、モータ１側からウォームギヤ２の方向を見て右回り）に回転した場合には、ウォーム２ａの歯は、ウォームホイール２ｂを左回転（矢印Ｄ２方向に回転）させる。このとき、反作用として、ウォーム２ａ（回転軸１ａ）には、モータ１から離れる方向、すなわちマイクロスイッチ８に近づく方向（矢印Ｘ１方向）の推力が働くこととなる。

一方、図２（ｂ）に示したように、モータ１が他方向（矢印Ｄ３方向、矢印Ｄ１方向と逆方向）に回転した場合には、ウォーム２ａの歯は、ウォームホイール２ｂを右回転（矢印Ｄ４方向に回転）させる。このとき、反作用として、ウォーム２ａ（回転軸１ａ）には、モータ１に近づく方向、すなわちマイクロスイッチ８から離れる方向（矢印Ｘ２方向）の推力が働くこととなる。

回転軸１ａの変位量（推力）は、モータ１の軸受のクリアランス、ウォーム２ａの歯とウォームホイール２ｂの歯とのクリアランス、ウォームホイール２ｂのギヤ軸１２の軸受（ウォームホイール２ｂに圧入されている：不図示）のクリアランス等により決まる。

ここで、モータ１が定速回転している間は、一定のトルクとなるため、回転軸１ａの変位量（推力）は一定となり、回転軸１ａは所定の位置から動かなくなる。

一方、モータ１が定速で回転している間（すなわち、被駆動部材を駆動している間）に、例えばユーザが被駆動部材を押さえると、モータ１（ウォームホイール２ｂ）に過負荷がかかる。この場合には、回転軸１ａの変位量（推力）が増加し、回転軸１ａは、マイクロスイッチ８のアクチュエータ８ａを押したり、アクチュエータ８ａから離れたりする。

例えば、モータ１の駆動によってウォームギヤ２を図２（ａ）で示す方向（矢印Ｄ１、Ｄ２の方向）に回転させた場合において、過負荷状態が発生すると、回転軸１ａは、矢印Ｘ１方向の推力を受けて、アクチュエータ８ａを押すことになる。また、モータ１の駆動によってウォームギヤ２を図２（ｂ）で示す方向（矢印Ｄ３、Ｄ４の方向）に回転させた場合において、過負荷状態が発生すると、回転軸１ａは、矢印Ｘ２方向の推力を受けて、アクチュエータ８ａから離れる方向に移動する。

本実施例では、マイクロスイッチ８として、単接点方式（メーク接点方式）のものを用いている。なお、接点方式としては、これに限るものではなく、例えば、開閉切換接点やブレーク接点を用いることができる。

上述したように、モータ１を図２（ａ）に示すように駆動する場合には、回転軸１ａの推力がマイクロスイッチ８の方向へ働くようになっている。そして、図２（ａ）に示す状態でモータ１を定速で回転させているときには、回転軸１ａは、マイクロスイッチ８のアクチュエータ８ａに接触せずに、アクチュエータ８ａから微小距離だけ離れるようになっている。このとき、マイクロスイッチ８は、オープン状態（ＯＦＦ状態）となる。

一方、図２（ａ）に示す駆動状態でモータ１に過負荷がかかった場合には、回転軸１ａがマイクロスイッチ８のアクチュエータ８ａを押圧するようになっている。このとき、マイクロスイッチ８は、ショート状態（ＯＮ状態）となる。

このようにモータ１に過負荷がかからない場合と、過負荷がかかる場合とで、マイクロスイッチ８がオープン状態及びショート状態の間で切り換わるように、回転軸１ａ及びマイクロスイッチ８の配置を設定している。

なお、マイクロスイッチ８は、この接点方式（開閉切換接点、ブレーク接点、メーク接点等）に応じて、モータ１が定速で回転しているときにショート状態となり、過負荷状態が発生したときにオープン状態となるように構成することも可能である。

一方、上述した回転軸１ａ及びマイクロスイッチ８の配置構成において、モータ１を図２（ｂ）に示すように駆動する場合には、過負荷状態が発生したときに、回転軸１ａがマイクロスイッチ８から離れるように構成する必要がある。言い換えれば、過負荷状態が発生しない状態でモータ１を定速で回転させている間は、マイクロスイッチ８のアクチュエータ８ａを回転軸１ａによって押した状態のままとしておく必要がある。

この場合には、モータ１の駆動を行っている間、回転状態にある回転軸１ａがアクチュエータ８ａに対して摺動するため、耐摺動性の点で好ましくない。

一方、モータ１を一方向にのみ回転させて、被駆動部材を往復動作させることも可能である。このように構成した場合には、モータ１の回転方向に拘わらず、過負荷状態が発生したときには、回転軸１ａがアクチュエータ８ａを押し、過負荷状態が発生しないときには、回転軸１ａがアクチュエータ８ａから離れた状態となる。これにより、１つのマイクロスイッチ８だけを用いつつ、上述した耐摺動性の問題を解消することができる。

しかしながら、モータ１を一方向にのみ回転させて被駆動部材を往復運動させる場合には、被駆動部材の往復運動（往路の動作又は復路の動作）に応じて回転方向を切り換える機構を設ける必要がある。このような機構は、複雑であって、高コストとなってしまう。

そこで、本実施例では、上述した課題を解決するために、以下に説明する構成を用いている。

すなわち、不図示ではあるが、図１のモータ１の左側（マイクロスイッチ８側とは反対側）に回転軸１ａを延伸させ、この回転軸１ａと対向する位置に別のマイクロスイッチ（マイクロスイッチ８と同様の機能を有するもの）を設けている。

本実施例では、モータ１の両端に設けられた回転軸１ａと対向する位置にマイクロスイッチをそれぞれ設け、これらのマイクロスイッチのうち一方のスイッチを、モータ１の正転駆動のときに発生する過負荷状態を検知するスイッチとして用いている。そして、他方のスイッチを、モータ１の逆転駆動のときに発生する過負荷状態を検知するスイッチとして用いている。

このように構成することで、２つのマイクロスイッチの出力に基づいて、モータ１の回転方向に応じた過負荷状態の検知を行うことができ、従来よりも簡単な構成とすることができる。

図３に、本実施例におけるギヤドモータを備えた駆動装置の回路構成を示す。

モータ１には、モータ制御ＩＣ５が接続されている。マイクロスイッチ８が過負荷状態を検知し、モータ制御ＩＣ５のブレーキ端子５ａがＨｉ状態になると、不図示の機構によってモータ１のブレーキ動作が行われる。また、ロジックＩＣ４の出力端子４ａによってモータ制御ＩＣ５のＯＮ／ＯＦＦ端子５ｂがＨｉ状態になると、モータ１への通電が遮断される。

ロジックＩＣ４は、第１入力端子４ｂを介してマイクロスイッチ８と接続され、第２入力端子４ｃを介して電源スイッチ６と接続されている。そして、マイクロスイッチ８によって過負荷状態が検知されたり、電源スイッチ６がオフ状態となったりすると、ロジックＩＣ４は、出力端子４ａからモータ制御ＩＣに対して、モータ１への通電を遮断させる信号を出力する。

フリップフロップ３は、マイクロスイッチ８からの出力信号を入力端子３ａで受けて、出力端子３ｂからモータ制御ＩＣ５のブレーキ端子５ａに出力する回路である。フリップフロップ３のリセット端子３ｃには、ＣＰＵ２内のタイマ２ａによる計時情報が入力される。

図４に、フリップフロップ３の入出力信号とモータ１の通電の状態を示す。図４において、横軸は時間を示し、上から順にモータ１に通電される電流、マイクロスイッチ８の出力信号、フリップフロップ３の出力端子の出力信号、ＣＰＵ２のタイマ２ａの計時結果を示す。

Ｔ１のタイミングでモータ１への通電が開始されると、ＣＰＵ２のタイマ２ａが計時動作を開始する。そして、所定時間（無制御時間）が経過するまでは、フリップフロップ３の出力端子３ｂはＬｏｗ状態に保持される。また、タイマ２ａでの計時時間が所定時間に達すると、フリップフロップ３はマイクロスイッチ８の出力信号の受付を開始する。

そして、Ｔ２のタイミングでマイクロスイッチ８によって過負荷状態が検知されると、モータ制御ＩＣ５のブレーキ端子５ａに信号を出力する。すなわち、図４に示すように、マイクロスイッチ８及びフリップフロップ３の出力がＨｉ状態になる。

ここで、モータ１への通電を行った後に所定時間（無制御時間）の間だけ、マイクロスイッチ８からの入力信号を無視するのは、一般的にモータ１の駆動を開始した直後では、モータ１が過負荷状態となることが多いためである。図４では、マイクロスイッチ８の出力波形に示すように、Ｔ１のタイミングで過負荷状態が発生したことを示している。

このような場合において、過負荷状態であることを無視してモータ１を駆動させないと、モータ１が頻繁に停止してしまい、駆動装置として機能させることが困難になるためである。

図５に、上述したギヤドモータを備えた駆動装置の別の回路構成を示す。ここで、図４で説明した素子と同じものには、同一符号を付している。

９はロジックＩＣであり、マイクロスイッチ８及びモータ制御ＩＣ５に接続されている。また、ロジックＩＣ９は、モータ１への通電が開始されたときに、計時動作を開始するタイマ９ａを有している。ロジックＩＣ９は、モータへの通電が開始されてから所定時間が経過すると、マイクロスイッチ８からの入力を受け付けるフラグをソフト的に設定する。このフラグが設定されているときにマイクロスイッチ８からの入力を検知すると、モータ制御ＩＣ５を介してモータ１への通電を遮断する。

このように構成しても、モータ１の駆動開始の段階において、過負荷状態が検知されるのを無視することができ、駆動装置をスムーズに動作させることができる。

本発明の実施例１に係るモータを適用したギヤドモータの概略構成を示す斜視図である。 ウォームギヤの推力を説明するための図である。 本発明の実施例１に係るギヤドモータを備えた駆動装置の回路構成を示す図である。 フリップフロップ３の入出力信号とモータ１の通電の状態を示すである。 本発明の実施例１に係るギヤドモータを備えた駆動装置の別の回路構成を示す図である。

符号の説明

１…モータ
２…ウォームギヤ
２ａ…ウォーム
２ｂ…ウォームホイール
３…フリップフロップ
４…ロジックＩＣ
５…モータ制御ＩＣ
６…電源スイッチ
７…モータ取付板
８…マイクロスイッチ
９…ロジックＩＣ

Claims (2)

1. 回転軸が両側に配置されたモータと、
   前記モータの片側の回転軸に取り付けられたウォームギヤと、
   前記ウォームギヤと係合し、被駆動部材へ前記ウォームギヤの回転力を伝達する歯車と、
   前記モータの両側に配置された回転軸のそれぞれに対向して配置された接点方式の複数のスイッチと、
   前記複数のスイッチのいずれかがオープン状態からショート状態になることにより、前記モータを停止させる制御手段と、を有し、
   前記モータが定速で回転しているときは、前記モータの両側の回転軸と前記複数の接点方式のスイッチが離れているため、前記複数のスイッチがいずれもオープン状態であり、
   前記モータが過負荷状態のときは、前記ウォームギヤに作用する推力が増加することで、前記複数のスイッチのいずれかがショート状態となるものであって、
   前記制御手段は、前記モータの駆動を開始してから所定時間が経過するまでの間は、前記複数のスイッチのいずれかがショート状態になっても、前記モータを停止させないことを特徴とする駆動装置。
2. 前記制御手段は、前記複数のスイッチのいずれかがオープン状態からショート状態になることにより、前記モータにブレーキ動作を行うことを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。

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