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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022176093
(43)【公開日】2022-11-25
(54)【発明の名称】減速機構制御システム、およびサーボシステム
(51)【国際特許分類】
F16H 61/02 20060101AFI20221117BHJP
F16H 59/68 20060101ALI20221117BHJP
F16H 61/686 20060101ALI20221117BHJP
H02P 31/00 20060101ALI20221117BHJP
【ＦＩ】
F16H61/02
F16H59/68
F16H61/686
H02P31/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】19
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022062401
(22)【出願日】2022-04-04
(31)【優先権主張番号】P 2021082717
(32)【優先日】2021-05-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】390014672
【氏名又は名称】株式会社アマダ
(74)【代理人】
【識別番号】100083806
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和
(72)【発明者】
【氏名】高橋 一也
(72)【発明者】
【氏名】古舘 隼
【テーマコード（参考）】
3J552
5H501
【Ｆターム（参考）】
3J552MA02
3J552NB05
3J552PA61
3J552RA02
3J552SA26
3J552SA30
3J552VA01W
3J552VA74W
3J552VC00W
5H501AA13
5H501BB08
5H501DD01
5H501LL35
5H501PP01
5H501PP02
(57)【要約】 （修正有）
【課題】遊星歯車機構による減速機構およびクラッチ機構を備えたサーボモータシステムにおいて、歯の摩耗を発生させることなく、また意図しない位置での不適切な噛み合いを発生させることのないクラッチの歯の噛み合い制御技術を提供する。
【解決手段】減速比切り替えを行うクラッチ２、サーボモータＭの回転角度情報に基づき減速比切り替えタイミングを検出する切り替えタイミング検出部８、切り替えタイミング検出部８により特定された減速比切り替えタイミングに基づきクラッチ２における切り替えを駆動するクラッチ駆動部９とから構成され、クラッチ２は減速機構１中の相異なる速度切り替え対象歯車に対してそれぞれ固定された固定歯６、７と切り替え歯３とからなり、切り替え歯３は各固定歯６、７とそれぞれ噛み合う歯構造４、５を有して各固定歯６―７間での噛み合いの切り替えを行うように形成されている。
【選択図】図１
【解決手段】減速比切り替えを行うクラッチ２、サーボモータＭの回転角度情報に基づき減速比切り替えタイミングを検出する切り替えタイミング検出部８、切り替えタイミング検出部８により特定された減速比切り替えタイミングに基づきクラッチ２における切り替えを駆動するクラッチ駆動部９とから構成され、クラッチ２は減速機構１中の相異なる速度切り替え対象歯車に対してそれぞれ固定された固定歯６、７と切り替え歯３とからなり、切り替え歯３は各固定歯６、７とそれぞれ噛み合う歯構造４、５を有して各固定歯６―７間での噛み合いの切り替えを行うように形成されている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
サーボモータに備えられた遊星歯車機構による減速機構における減速比の切り替え制御を行うシステムであって、
減速比切り替えを行うクラッチと、
該サーボモータの回転角度情報に基づき減速比切り替えタイミングを検出する切り替えタイミング検出部と、
該切り替えタイミング検出部により特定された減速比切り替えタイミングに基づき該クラッチにおける切り替えを駆動するクラッチ駆動部と、
からなることを特徴とする、減速機構制御システム。
減速比切り替えを行うクラッチと、
該サーボモータの回転角度情報に基づき減速比切り替えタイミングを検出する切り替えタイミング検出部と、
該切り替えタイミング検出部により特定された減速比切り替えタイミングに基づき該クラッチにおける切り替えを駆動するクラッチ駆動部と、
からなることを特徴とする、減速機構制御システム。
【請求項2】
前記クラッチは、相異なる速度切り替え対象歯車にそれぞれ固定された固定歯と、該各固定歯と噛み合う歯構造を有して各固定歯間での噛み合いの切り替えを行うための切り替え歯とからなることを特徴とする、請求項１に記載の減速機構制御システム。
【請求項3】
前記切り替えタイミング検出部は、前記サーボモータの回転角度と前記減速機構のギア比から、現在切断中の前記固定歯の歯位置であるところの切断中固定歯歯位置を算出することを特徴とする、請求項１、２のいずれかに記載の減速機構制御システム。
【請求項4】
前記切り替えタイミング検出部は、検出された前記サーボモータの回転角度から現在接続中の前記固定歯の歯位置を算出し、算出された接続中固定歯歯位置に基づき前記遊星歯車機構を構成する噛み合い関係にある諸歯車の位置を算出し、算出された諸歯車位置に基づき現在切断中の前記固定歯の歯位置であるところの切断中固定歯歯位置を算出することを特徴とする、請求項１、２のいずれかに記載の減速機構制御システム。
【請求項5】
前記切り替えタイミング検出部は、前記切り替え歯の歯構造のうち前記固定歯とは現在切断中の歯構造であるところの切断中歯構造と、前記切断中固定歯歯位置との相対位置関係に基づき、噛み合いを行えるタイミングの情報であるところの切り替えタイミング情報を前記クラッチ駆動部に送信することを特徴とする、請求項３、４のいずれかに記載の減速機構制御システム。
【請求項6】
前記相対位置関係は、前記切断中歯構造に対する相対的な切断中固定歯歯位置であるところの累積回転量により管理されることを特徴とする、請求項５に記載の減速機構制御システム。
【請求項7】
前記累積回転量は、前記切断中歯構造が直前に前記切り替え歯と所定姿勢により噛み合っていた際における所定位置を基準として定期的に算出されることで、常時管理されることを特徴とする、請求項６に記載の減速機構制御システム。
【請求項8】
前記所定位置は、噛み合う歯の側面同士の接触している姿勢が前記所定姿勢である時の位置、すなわちガタを寄せた位置であることを特徴とする、請求項７に記載の減速機構制御システム。
【請求項9】
前記累積回転量をもとに噛み合い目標位置までに必要な追加回転量が算出され、該追加回転量の回転がなされた時点で切り替えタイミング情報が生成されることを特徴とする、請求項７、８のいずれかに記載の減速機構制御システム。
【請求項10】
前記追加回転量は、ガタに基づく一定値（ガタ変換値）を加味して算出されることを特徴とする、請求項９に記載の減速機構制御システム。
【請求項11】
前記切り替えタイミング情報はフォトセンサまたはその他の切り替えタイミング検出用センサの検出により生成されることを特徴とする、請求項９、１０のいずれかに記載の減速機構制御システム。
【請求項12】
前記切り替えタイミング情報に基づき前記クラッチ駆動部によるクラッチ切り替えが駆動された結果、
（Ａ）噛み合い状態が形成された場合は、その後、
（Ａ－２）噛み合った歯同士による前記所定姿勢が形成され、
（Ｂ）一方、噛み合いがなされずに双方の歯の端面同士が当接した場合は、まず（Ａ）の噛み合い状態形成がなされ、その後（Ａ－２）の所定姿勢形成がなされる
ことを特徴とする、請求項９、１０、１１のいずれかに記載の減速機構制御システム。
（Ａ）噛み合い状態が形成された場合は、その後、
（Ａ－２）噛み合った歯同士による前記所定姿勢が形成され、
（Ｂ）一方、噛み合いがなされずに双方の歯の端面同士が当接した場合は、まず（Ａ）の噛み合い状態形成がなされ、その後（Ａ－２）の所定姿勢形成がなされる
ことを特徴とする、請求項９、１０、１１のいずれかに記載の減速機構制御システム。
【請求項13】
前記（Ａ－２）の所定姿勢形成時点で前記累積回転量が初期化されることを特徴とする、請求項１２に記載の減速機構制御システム。
【請求項14】
前記切り替え歯における前記各固定歯と噛み合う各歯構造については、それら相互の相対位置関係情報であるところの歯構造位置関係情報が前記切り替えタイミング検出部にあらかじめ設定されており、該歯構造位置関係情報に基づいて前記切り替えタイミング情報が生成されることを特徴とする、請求項３、４のいずれかに記載の減速機構制御システム。
【請求項15】
前記クラッチ駆動部は、前記切り替えタイミング情報を該クラッチ駆動部が受信している際に前記クラッチの切り替え駆動が可能なよう形成されていることを特徴とする、請求項４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４のいずれかに記載の減速機構制御システム。
【請求項16】
前記クラッチ駆動部は、前記切り替えタイミング情報、および切り替え指令入力の双方の受信がなされた際に前記クラッチの切り替え駆動を行うことを特徴とする、請求項１５に記載の減速機構制御システム。
【請求項17】
前記回転角度情報は前記サーボモータに搭載された角度センサにより得られることを特徴とする、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６のいずれかに記載の減速機構制御システム。
【請求項18】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７のいずれかに記載の減速機構制御システムと、該減速機構制御システムに係る減速機構が備えられたサーボモータからなることを特徴とする、サーボシステム。
【請求項19】
サーボドライバまたはコンピュータにより実行可能なプログラムであって、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７のいずれかに記載の減速機構制御システムにおける切り替えタイミング検出部およびクラッチ駆動部の作用をなすための各手順を、サーボドライバまたはコンピュータに機能させることを特徴とする、減速機構制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は減速機構制御システム、およびサーボシステムに係り、特に、遊星歯車機構による減速機構およびクラッチ機構を備えたサーボモータシステムにおいて、当該減速機構のクラッチにおける歯の噛み合い制御技術に関するものである。
【背景技術】
【0002】
図９、１０は、サーボモータに備えられた遊星歯車機構による減速機構における減速比切り替え用クラッチの従来技術を示す要部説明図であり、図９は切り替え前、図１０は切り替え直前の状態を示す。図中の固定歯５６、５７はそれぞれ、減速機構をなす遊星歯車機構（図示せず）の特定の歯車、たとえば内歯車や太陽歯車に固定されていて、切り替え歯５の歯構造５４、５５との噛み合いによってクラッチ作用を各歯車に伝える機能を果たす。
【0003】
従来技術では図９に示した、切り替え歯５３がその歯構造５４によって固定歯５６に噛み合って接続している状態から、歯構造５５によって固定歯５７に噛み合って接続する状態へと切り替える際、固定歯５７の凸部（歯）に当接している歯構造５５の凸部（歯）が凸部（歯）の先の凹部（歯間）へと嵌入するように、切り替え歯５３に対して歯を強制的に滑らせるトルクＴをかける。それにより図１０に示すように、歯構造５５の凸部（歯）は固定歯５７の凸部（歯）の上面を滑って凹部（歯間）の位置まで移動し、この後、凹部（歯間）に嵌入することで噛み合いが実現する。つまり、歯構造５４等とこれに対向する固定歯５６等の歯先同士を当接させた状態で、歯先同士が当接した状態を保つことができないポイントまで回そうとするトルクＴを発生させて、強制的に歯先同士を滑らせ、噛み合わせるという制御方法である。
【0004】
遊星歯車機構による減速機構については従来、特許出願等も広範な製品分野においてなされている。たとえば後掲特許文献１には、ドラム式洗濯機において、洗浄性能向上と駆動部の大サイズ化抑制可能な技術として、駆動ユニットを、遊星歯車機構を挟んで配置される第１転がり軸受および第２転がり軸受を有する軸受ユニットを用いて構成し、ドラム軸は遊星歯車機構の内歯車に固定し、遊星歯車機構の遊星キャリアはドラム軸からロータ側に突出するキャリア軸を含み、クラッチ機構部はキャリア軸の先端部に係わるよう設けられ、翼軸がドラム軸の回転より速く回転する第１形態と、翼軸、遊星歯車機構およびドラム軸が一体的に回転する第２形態との間で駆動ユニットの形態を切り替える構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１５－２０８4９９号公報「ドラム式洗濯機」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
図９等により示した従来技術では、切り替え歯５３の歯構造５４等とこれに対向する固定歯５６等の当接した歯先同士を滑らせるため、歯が摩耗してしまうという問題がある。また、トルクＴによって歯先同士を滑らせる際の速度が大き過ぎる場合には、凹部（歯間）への嵌入すなわち噛み合いがなされる間もなく、次の歯先へと進んでそれとの当接状態が生じてしまい、意図した適切な噛み合いができないという現象も発生する。
【0007】
そこで本発明が解決しようとする課題は、かかる従来技術の問題点をなくし、遊星歯車機構による減速機構およびクラッチ機構を備えたサーボモータシステムにおいて、クラッチの切り替え歯と固定歯との間における噛み合い制御のための強制的なトルクをかけることなく、したがって歯の摩耗を発生させることなく、また意図しない位置での不適切な噛み合いを発生させることのない、クラッチの歯の噛み合い制御技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本願発明者は上記課題について検討した。その結果、クラッチと遊星歯車機構の内歯車が固定され、かつモータ出力部と太陽歯車が固定されている状態において、モータ搭載のセンサにより減速機構における歯車部の歯数によって内歯車の回転速度が算出でき、回転速度から内歯車に固定されているクラッチの歯の位置を算出でき、それによって歯先同士が当接、衝突する状態を回避する制御を行い、噛み合いさせられることに想到した。そして、これに基づいて本発明を完成するに至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。
【0009】
〔１〕 サーボモータに備えられた遊星歯車機構による減速機構における減速比の切り替え制御を行うシステムであって、
減速比切り替えを行うクラッチと、
該サーボモータの回転角度情報に基づき減速比切り替えタイミングを検出する切り替えタイミング検出部と、
該切り替えタイミング検出部により特定された減速比切り替えタイミングに基づき該クラッチにおける切り替えを駆動するクラッチ駆動部と、
からなることを特徴とする、減速機構制御システム。
〔２〕 前記クラッチは、相異なる速度切り替え対象歯車にそれぞれ固定された固定歯と、該各固定歯と噛み合う歯構造を有して各固定歯間での噛み合いの切り替えを行うための切り替え歯とからなることを特徴とする、〔１〕に記載の減速機構制御システム。
〔３〕 前記切り替えタイミング検出部は、前記サーボモータの回転角度と前記減速機構のギア比から、現在切断中の前記固定歯の歯位置であるところの切断中固定歯歯位置を算出することを特徴とする、〔１〕、〔２〕のいずれかに記載の減速機構制御システム。
〔４〕 前記切り替えタイミング検出部は、検出された前記サーボモータの回転角度から現在接続中の前記固定歯の歯位置を算出し、算出された接続中固定歯歯位置に基づき前記遊星歯車機構を構成する噛み合い関係にある諸歯車の位置を算出し、算出された諸歯車位置に基づき現在切断中の前記固定歯の歯位置であるところの切断中固定歯歯位置を算出することを特徴とする、〔１〕、〔２〕のいずれかに記載の減速機構制御システム。
〔５〕 前記切り替えタイミング検出部は、前記切り替え歯の歯構造のうち前記固定歯とは現在切断中の歯構造であるところの切断中歯構造と、前記切断中固定歯歯位置との相対位置関係に基づき、噛み合いを行えるタイミングの情報であるところの切り替えタイミング情報を前記クラッチ駆動部に送信することを特徴とする、〔３〕、〔４〕のいずれかに記載の減速機構制御システム。
減速比切り替えを行うクラッチと、
該サーボモータの回転角度情報に基づき減速比切り替えタイミングを検出する切り替えタイミング検出部と、
該切り替えタイミング検出部により特定された減速比切り替えタイミングに基づき該クラッチにおける切り替えを駆動するクラッチ駆動部と、
からなることを特徴とする、減速機構制御システム。
〔２〕 前記クラッチは、相異なる速度切り替え対象歯車にそれぞれ固定された固定歯と、該各固定歯と噛み合う歯構造を有して各固定歯間での噛み合いの切り替えを行うための切り替え歯とからなることを特徴とする、〔１〕に記載の減速機構制御システム。
〔３〕 前記切り替えタイミング検出部は、前記サーボモータの回転角度と前記減速機構のギア比から、現在切断中の前記固定歯の歯位置であるところの切断中固定歯歯位置を算出することを特徴とする、〔１〕、〔２〕のいずれかに記載の減速機構制御システム。
〔４〕 前記切り替えタイミング検出部は、検出された前記サーボモータの回転角度から現在接続中の前記固定歯の歯位置を算出し、算出された接続中固定歯歯位置に基づき前記遊星歯車機構を構成する噛み合い関係にある諸歯車の位置を算出し、算出された諸歯車位置に基づき現在切断中の前記固定歯の歯位置であるところの切断中固定歯歯位置を算出することを特徴とする、〔１〕、〔２〕のいずれかに記載の減速機構制御システム。
〔５〕 前記切り替えタイミング検出部は、前記切り替え歯の歯構造のうち前記固定歯とは現在切断中の歯構造であるところの切断中歯構造と、前記切断中固定歯歯位置との相対位置関係に基づき、噛み合いを行えるタイミングの情報であるところの切り替えタイミング情報を前記クラッチ駆動部に送信することを特徴とする、〔３〕、〔４〕のいずれかに記載の減速機構制御システム。
【0010】
〔６〕 前記相対位置関係は、前記切断中歯構造に対する相対的な切断中固定歯歯位置であるところの累積回転量により管理されることを特徴とする、〔５〕に記載の減速機構制御システム。
〔７〕 前記累積回転量は、前記切断中歯構造が直前に前記切り替え歯と所定姿勢により噛み合っていた際における所定位置を基準として定期的に算出されることで、常時管理されることを特徴とする、〔６〕に記載の減速機構制御システム。
〔８〕 前記所定位置は、噛み合う歯の側面同士の接触している姿勢が前記所定姿勢である時の位置、すなわちガタを寄せた位置であることを特徴とする、〔７〕に記載の減速機構制御システム。
〔９〕 前記累積回転量をもとに噛み合い目標位置までに必要な追加回転量が算出され、該追加回転量の回転がなされた時点で切り替えタイミング情報が生成されることを特徴とする、〔７〕、〔８〕のいずれかに記載の減速機構制御システム。
〔１０〕 前記追加回転量は、ガタに基づく一定値（ガタ変換値）を加味して算出されることを特徴とする、〔９〕に記載の減速機構制御システム。
〔１１〕 前記切り替えタイミング情報はフォトセンサまたはその他の切り替えタイミング検出用センサの検出により生成されることを特徴とする、〔９〕、〔１０〕のいずれかに記載の減速機構制御システム。
〔１２〕 前記切り替えタイミング情報に基づき前記クラッチ駆動部によるクラッチ切り替えが駆動された結果、
（Ａ）噛み合い状態が形成された場合は、その後、
（Ａ－２）噛み合った歯同士による前記所定姿勢が形成され、
（Ｂ）一方、噛み合いがなされずに双方の歯の端面同士が当接した場合は、まず（Ａ）の噛み合い状態形成がなされ、その後（Ａ－２）の所定姿勢形成がなされる
ことを特徴とする、〔９〕、〔１０〕、〔１１〕のいずれかに記載の減速機構制御システム。
〔１３〕 前記（Ａ－２）の所定姿勢形成時点で前記累積回転量が初期化されることを特徴とする、〔１２〕に記載の減速機構制御システム。
〔１４〕 前記切り替え歯における前記各固定歯と噛み合う各歯構造については、それら相互の相対位置関係情報であるところの歯構造位置関係情報が前記切り替えタイミング検出部にあらかじめ設定されており、該歯構造位置関係情報に基づいて前記切り替えタイミング情報が生成されることを特徴とする、〔３〕、〔４〕のいずれかに記載の減速機構制御システム。
〔１５〕 前記クラッチ駆動部は、前記切り替えタイミング情報を該クラッチ駆動部が受信している際に前記クラッチの切り替え駆動が可能なよう形成されていることを特徴とする、〔４〕、〔５〕、〔６〕、〔７〕、〔８〕、〔９〕、〔１０〕、〔１１〕、〔１２〕、〔１３〕、〔１４〕のいずれかに記載の減速機構制御システム。
〔１６〕 前記クラッチ駆動部は、前記切り替えタイミング情報、および切り替え指令入力の双方の受信がなされた際に前記クラッチの切り替え駆動を行うことを特徴とする、〔１５〕に記載の減速機構制御システム。
〔１７〕 前記回転角度情報は前記サーボモータに搭載された角度センサにより得られることを特徴とする、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６のいずれかに記載の減速機構制御システム。
〔１８〕 〔１〕、〔２〕、〔３〕、〔４〕、〔５〕、〔６〕、〔７〕、〔８〕、〔９〕、〔１０〕、〔１１〕、〔１２〕、〔１３〕、〔１４〕、〔１５〕、〔１６〕、〔１７〕のいずれかに記載の減速機構制御システムと、該減速機構制御システムに係る減速機構が備えられたサーボモータからなることを特徴とする、サーボシステム。
〔１９〕 サーボドライバまたはコンピュータにより実行可能なプログラムであって、〔１〕、〔２〕、〔３〕、〔４〕、〔５〕、〔６〕、〔７〕、〔８〕、〔９〕、〔１０〕、〔１１〕、〔１２〕、〔１３〕、〔１４〕、〔１５〕、〔１６〕、〔１７〕のいずれかに記載の減速機構制御システムにおける切り替えタイミング検出部およびクラッチ駆動部の作用をなすための各手順を、サーボドライバまたはコンピュータに機能させることを特徴とする、減速機構制御プログラム。
〔７〕 前記累積回転量は、前記切断中歯構造が直前に前記切り替え歯と所定姿勢により噛み合っていた際における所定位置を基準として定期的に算出されることで、常時管理されることを特徴とする、〔６〕に記載の減速機構制御システム。
〔８〕 前記所定位置は、噛み合う歯の側面同士の接触している姿勢が前記所定姿勢である時の位置、すなわちガタを寄せた位置であることを特徴とする、〔７〕に記載の減速機構制御システム。
〔９〕 前記累積回転量をもとに噛み合い目標位置までに必要な追加回転量が算出され、該追加回転量の回転がなされた時点で切り替えタイミング情報が生成されることを特徴とする、〔７〕、〔８〕のいずれかに記載の減速機構制御システム。
〔１０〕 前記追加回転量は、ガタに基づく一定値（ガタ変換値）を加味して算出されることを特徴とする、〔９〕に記載の減速機構制御システム。
〔１１〕 前記切り替えタイミング情報はフォトセンサまたはその他の切り替えタイミング検出用センサの検出により生成されることを特徴とする、〔９〕、〔１０〕のいずれかに記載の減速機構制御システム。
〔１２〕 前記切り替えタイミング情報に基づき前記クラッチ駆動部によるクラッチ切り替えが駆動された結果、
（Ａ）噛み合い状態が形成された場合は、その後、
（Ａ－２）噛み合った歯同士による前記所定姿勢が形成され、
（Ｂ）一方、噛み合いがなされずに双方の歯の端面同士が当接した場合は、まず（Ａ）の噛み合い状態形成がなされ、その後（Ａ－２）の所定姿勢形成がなされる
ことを特徴とする、〔９〕、〔１０〕、〔１１〕のいずれかに記載の減速機構制御システム。
〔１３〕 前記（Ａ－２）の所定姿勢形成時点で前記累積回転量が初期化されることを特徴とする、〔１２〕に記載の減速機構制御システム。
〔１４〕 前記切り替え歯における前記各固定歯と噛み合う各歯構造については、それら相互の相対位置関係情報であるところの歯構造位置関係情報が前記切り替えタイミング検出部にあらかじめ設定されており、該歯構造位置関係情報に基づいて前記切り替えタイミング情報が生成されることを特徴とする、〔３〕、〔４〕のいずれかに記載の減速機構制御システム。
〔１５〕 前記クラッチ駆動部は、前記切り替えタイミング情報を該クラッチ駆動部が受信している際に前記クラッチの切り替え駆動が可能なよう形成されていることを特徴とする、〔４〕、〔５〕、〔６〕、〔７〕、〔８〕、〔９〕、〔１０〕、〔１１〕、〔１２〕、〔１３〕、〔１４〕のいずれかに記載の減速機構制御システム。
〔１６〕 前記クラッチ駆動部は、前記切り替えタイミング情報、および切り替え指令入力の双方の受信がなされた際に前記クラッチの切り替え駆動を行うことを特徴とする、〔１５〕に記載の減速機構制御システム。
〔１７〕 前記回転角度情報は前記サーボモータに搭載された角度センサにより得られることを特徴とする、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６のいずれかに記載の減速機構制御システム。
〔１８〕 〔１〕、〔２〕、〔３〕、〔４〕、〔５〕、〔６〕、〔７〕、〔８〕、〔９〕、〔１０〕、〔１１〕、〔１２〕、〔１３〕、〔１４〕、〔１５〕、〔１６〕、〔１７〕のいずれかに記載の減速機構制御システムと、該減速機構制御システムに係る減速機構が備えられたサーボモータからなることを特徴とする、サーボシステム。
〔１９〕 サーボドライバまたはコンピュータにより実行可能なプログラムであって、〔１〕、〔２〕、〔３〕、〔４〕、〔５〕、〔６〕、〔７〕、〔８〕、〔９〕、〔１０〕、〔１１〕、〔１２〕、〔１３〕、〔１４〕、〔１５〕、〔１６〕、〔１７〕のいずれかに記載の減速機構制御システムにおける切り替えタイミング検出部およびクラッチ駆動部の作用をなすための各手順を、サーボドライバまたはコンピュータに機能させることを特徴とする、減速機構制御プログラム。
【発明の効果】
【0011】
本発明の減速機構制御システム、およびサーボシステムは上述のように構成されるため、これらによれば、遊星歯車機構による減速機構およびクラッチ機構を備えたサーボモータシステムにおいて、クラッチの切り替え歯と固定歯との間における噛み合い制御のための強制的なトルクをかけることなく、したがって歯の摩耗を発生させることなく、また意図しない位置での不適切な噛み合いを発生させることなく、クラッチの歯を噛み合せることができる。したがって、切り替え歯の歯構造とこれに対向する固定歯との間の歯先同士を当接させトルクをかけて滑らせるという従来技術よりも、信頼性が高い噛み合い制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明減速機構制御システムおよびサーボシステムの基本構成を示す概念図である。
【図3】本発明減速機構制御システムに係るクラッチの動作を実施例によって示す要部説明図である（その１）。
【図4】本発明減速機構制御システムに係るクラッチの動作を実施例によって示す要部説明図である（その２）。
【図5】本発明減速機構制御システムに係るクラッチの動作を実施例によって示す要部説明図である（その３）。
【図6】本発明減速機構制御システムの切り替えタイミング検出部における作用を示すフロー図である。
【図7】切り替えタイミング情報送信過程を有する本発明減速機構制御システムの切り替えタイミング検出部における作用を示すフロー図である。
【図8】本発明減速機構制御システムおよびサーボシステムの構成例を示す説明図である。
【図9】サーボモータに備えられた遊星歯車機構による減速機構における減速比切り替え用クラッチの従来技術を示す要部説明図である（切り替え前）。
【図10】サーボモータに備えられた遊星歯車機構による減速機構における減速比切り替え用クラッチの従来技術を示す要部説明図である（切り替え直前）。
【図11】
本発明減速機構制御システム適用対象の減速機構の例について、そのクラッチおよびトルク伝達ルートを示した説明図であり、低速モードを示す。
【図12】
本発明減速機構制御システム適用対象の減速機構の例について、そのクラッチおよびトルク伝達ルートを示した説明図であり、高速モードを示す。
【図13】
基本版発明においてなお残存していた問題点を示す、クラッチの断面視説明図であり、一方の固定歯への切り替えにおける問題を示す。
【図13-2】
基本版発明においてなお残存していた問題点を示す、クラッチの断面視説明図であり、他方の固定歯への切り替えにおける問題を示す。
【図14】
本発明減速機構制御システムに係るクラッチにおける基準設定方式を示す断面視の説明図であり、一方の固定歯（Ｉ）における基準設定方式を示す。
【図15】
本発明減速機構制御システムに係るクラッチにおける基準設定方式を示す断面視の説明図であり、他方の固定歯（ＩＩ）における基準設定方式を示す。
【図16】
本発明減速機構制御システムに係るクラッチにおける累積回転量管理の方式を示す断面視の説明図である。
【図17】
本発明減速機構制御システムに係るクラッチにおける噛み合い位置合わせ動作例を示す断面視の説明図である。
【図18】
本発明減速機構制御システムに係るクラッチにおける噛み合い位置合わせ動作例を示す断面視の説明図であり、特に成功率を高める方法の一例を示す。
【図19】
本発明減速機構制御システムに係るクラッチにおける噛み合い位置合わせ動作例を示す断面視の説明図であり、位置合わせが完了した状態を示す。
【図20】
本発明減速機構制御システムに係るクラッチにおける噛み合い位置合わせ動作例を示す断面視の説明図であり、クラッチ切り替えが完了した状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、図面により本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明減速機構制御システムおよびサーボシステムの基本構成を示す概念図である。また、図２は、図１に示す減速機構制御システムの動作を示す概念図である。これらに示すように本減速機構制御システム１０は、サーボモータＭに備えられた遊星歯車機構による減速機構１における減速比の切り替え制御を行うシステムであり、減速比切り替えを行うクラッチ２と、サーボモータＭの回転角度情報に基づき減速比切り替えタイミングを検出する切り替えタイミング検出部８と、切り替えタイミング検出部８により特定された減速比切り替えタイミングに基づきクラッチ２における切り替えを駆動するクラッチ駆動部９とからなることを、主たる構成とする。
図１は、本発明減速機構制御システムおよびサーボシステムの基本構成を示す概念図である。また、図２は、図１に示す減速機構制御システムの動作を示す概念図である。これらに示すように本減速機構制御システム１０は、サーボモータＭに備えられた遊星歯車機構による減速機構１における減速比の切り替え制御を行うシステムであり、減速比切り替えを行うクラッチ２と、サーボモータＭの回転角度情報に基づき減速比切り替えタイミングを検出する切り替えタイミング検出部８と、切り替えタイミング検出部８により特定された減速比切り替えタイミングに基づきクラッチ２における切り替えを駆動するクラッチ駆動部９とからなることを、主たる構成とする。
【0014】
図示するようにクラッチ２は、減速機構１中の相異なる速度切り替え対象歯車に対してそれぞれ固定された固定歯６、７と、および切り替え歯３とからなり、切り替え歯３は、各固定歯６、７とそれぞれ噛み合う歯構造４、５を有して各固定歯６―７間での噛み合いの切り替えを行うように形成されている。なお、これらの図はあくまでも概念図であり、各要素の形態や位置関係は単純化・概念化されており、実際のシステムにおける形態や位置関係を表すものではない。なお、図１では、クラッチ２の切り替え歯３がいずれの固定歯６、７にも接続しておらず、あたかもニュートラル状態であるように示しているが、実際には図２に示すように、固定歯６、７のいずれか一方に必ず接続している状態となるように形成されるものとすることができる。
【0015】
かかる構成により本減速機構制御システム１０においては、切り替えタイミング検出部８によってサーボモータＭの回転角度情報に基づく減速比切り替えタイミングが検出、特定されると、かかる減速比切り替えタイミングに基づいてクラッチ駆動部９によってクラッチ２における切り替えが駆動され、クラッチ２による減速機構１における減速比の切り替え制御が完遂される。ここで、クラッチ２における切り替えは、切り替え歯３の歯構造とそれに対応する固定歯との間における噛み合い状態を、別の歯構造とそれに対応する固定歯との間における噛み合いに切り替える作用であるが、図２を用いてさらに説明する。
【0016】
図２中、（ｘ）は切り替え歯３の歯構造４が固定歯６に噛み合って接続している状態、一方（ｙ）は切り替え歯３の歯構造５が固定歯７に噛み合って接続している状態を示す。（ｘ）から（ｙ）への切り替えは、まず、切り替えタイミング検出部８によるサーボモータＭの回転角度情報に基づく減速比切り替えタイミング検出がなされるのだが、この減速比切り替えタイミングとは、現在接続していない方の歯構造５とこれに対応する固定歯７との間の噛み合いが、これらの歯先を当接させた状態でトルクによって強制的に滑らせるという動作をとることなく、噛み合い位置が合うタイミング、換言すれば、歯構造５の凹凸と固定歯７側の凸凹の位置が合い、後は歯構造５の凸部を固定歯７の凹部に嵌入させるだけで噛み合いが実現するというタイミングである。
【0017】
かかる切り替えタイミングが検出されると、これに基づいてクラッチ駆動部９は、現在（図中（ｘ））、歯構造４により固定歯６側に噛み合って接続している切り替え歯３を、固定歯７に対して歯構造５が嵌入して噛み合うよう、固定歯７側に向かって進行させる駆動を行う。これにより切り替え歯３は、歯構造５でもって固定歯７へと噛み合って接続し、減速比の切り替えが完了する（図中（ｙ））。
【0018】
図３、４、５は、本発明減速機構制御システムに係るクラッチの動作を実施例によって示す要部説明図であり（その１、２、３）、順に、切り替え歯３３が固定歯３６に接続している状態から固定歯３７への接続へと切り替えがなされていく過程を示す。歯構造３４でもって固定歯３６側に噛み合い接続している切り替え歯３３（図３）は、他方の歯構造３５とこれに対応する固定歯３７とが噛み合える位置となった（図４）ことを、上述した切り替えタイミング検出部８が検出すると、その検出に基づいてクラッチ駆動部９が切り替え駆動Ｃを行い（図４）、これによって歯構造３５の凸部（歯）は固定歯３７の凹部（歯間）に円滑に嵌入して噛み合い、接続し、減速比の切り替えが完了する（図５）。
【0019】
たとえば、固定歯３６が遊星歯車機構を構成する内歯車（図示せず）に固定されている場合、当該固定歯３６は内歯車と同じ回転速度で回転している。そのため、遊星歯車の各歯数とモータに搭載されたセンサにより検知される回転位置（角度）情報から、内歯車の回転速度がわかる。それにより、現在接続していない方の固定歯３７の位置を知ることができる。したがって、固定歯３７とこれに対応する歯構造３５とがそれぞれの歯先によって当接、衝突しない位置関係、つまり適切に噛み合える位置関係となるタイミングを検出、特定することが可能であり、それに基づきクラッチ駆動部による切り替え駆動Ｃが行われる。なお、遊星歯車機構中における減速比切り替え対象の歯車は限定されない。
【0020】
図６は、本発明減速機構制御システムの切り替えタイミング検出部における作用を示すフロー図である。前掲図１での符号も用いつつ説明する。図示するように本減速機構制御システムの切り替えタイミング検出部８は、検出されたサーボモータＭの回転角度Ｒから現在接続中の固定歯６等の歯位置である接続中固定歯歯位置Ｘｊを算出する第一算出過程Ｐ１、接続中固定歯歯位置Ｘｊに基づき遊星歯車機構を構成する噛み合い関係にある諸歯車の位置である諸歯車位置Ｘｇを算出する第二算出過程Ｐ２、および、諸歯車位置Ｘｇに基づき現在切断中の固定歯７等の歯位置であるところの切断中固定歯歯位置Ｘｒを算出する第三算出過程Ｐ３が、順になされるよう構成される。
【0021】
かかる構成の本減速機構制御システムの切り替えタイミング検出部８においては、まず第一算出過程Ｐ１において、検出されたサーボモータＭの回転角度Ｒから現在接続中の固定歯６等の歯位置である接続中固定歯歯位置Ｘｊが算出され、次いで第二算出過程Ｐ２において、接続中固定歯歯位置Ｘｊに基づき遊星歯車機構を構成する噛み合い関係にある諸歯車の位置である諸歯車位置Ｘｇが算出され、そして第三算出過程Ｐ３においては、諸歯車位置Ｘｇに基づき現在切断中の固定歯７等の歯位置であるところの切断中固定歯歯位置Ｘｒが算出される。換言すれば切り替えタイミング検出部における作用は、サーボモータの回転角度と減速機構のギア比から、現在切断中の固定歯の歯位置であるところの切断中固定歯歯位置を算出することであると言える。
【0022】
図７は、切り替えタイミング情報送信過程を有する本発明減速機構制御システムの切り替えタイミング検出部における作用を示すフロー図である。前掲図２での符号も用いつつ説明する。図示するように切り替えタイミング検出部８は、切り替え歯３の歯構造４、５のうち固定歯とは現在切断中の歯構造であるところの切断中歯構造の位置すなわち切断中歯構造位置Ｙｃと、第三算出過程Ｐ３で算出済みの切断中固定歯歯位置Ｘｒとの相対位置関係に基づき、噛み合いを行えるタイミングの情報であるところの切り替えタイミング情報をクラッチ駆動部９に送信する切り替えタイミング情報送信過程Ｐ４がなされるように構成される。
【0023】
かかる構成の本減速機構制御システムの切り替えタイミング検出部８でなされる切り替えタイミング情報送信過程Ｐ４においては、たとえば固定歯７と対応関係にある歯構造５が切断中の場合は（図２中、（ｘ））、切断中歯構造５の位置すなわち切断中歯構造位置Ｙｃと、第三算出過程Ｐ３で算出済みの切断中固定歯７の位置すなわち切断中固定歯歯位置Ｘｒとの相対位置関係に基づき、噛み合いを行えるタイミングの情報であるところの切り替えタイミング情報がクラッチ駆動部９に対して送信される。クラッチ駆動部９は受信した切り替えタイミング情報に基づいて、切り替え歯３に対する切り替え駆動を行う。
【0024】
また、固定歯６と対応関係にある歯構造４が切断中の場合は（図２中、（ｙ））、切断中歯構造４の位置すなわち切断中歯構造位置Ｙｃと、第三算出過程Ｐ３で算出済みの切断中固定歯６の位置すなわち切断中固定歯歯位置Ｘｒとの相対位置関係に基づき、噛み合いを行えるタイミングの情報であるところの切り替えタイミング情報がクラッチ駆動部９に対して送信され、クラッチ駆動部９は受信した切り替えタイミング情報に基づいて切り替え歯３に対する切り替え駆動を行う。
【0025】
なお本発明減速機構制御システム１０の切り替えタイミング検出部８は、各固定歯６、７と噛み合う各歯構造４、５につき、それら相互の相対位置関係情報であるところの歯構造位置関係情報をあらかじめ設定されている構成とすることができる。これにより、歯構造４－５間の位置関係情報である歯構造位置関係情報に基づいて、上記切り替えタイミング情報の生成を得ることができる。
【0026】
また、本減速機構制御システム１０のクラッチ駆動部９は、切り替えタイミング検出部８により検出され発信された切り替えタイミング情報を受信していることを、クラッチ２の切り替え駆動の条件として設定するものとする。固定歯６等と切り替え歯の歯構造４等とが噛み合える適切な位置関係であることを知らせる切り替えタイミング情報を得ていることが、クラッチ駆動部９の作用には必要だからである。なおまた、本減速機構制御システム１０のクラッチ駆動部９は、切り替えタイミング情報、および切り替え指令入力の双方の受信がなされた際に、これを条件として、クラッチ２の切り替え駆動を行う構成とすることができる。
【0027】
本発明減速機構制御システム１０における回転角度情報Ｒは、サーボモータＭに搭載された角度センサＳにより得られ
るものとすることができるが、角度センサＳとしてはレゾルバを好適に用いることができる。しかしこれに限定されず、たとえばエンコーダでもよい。
るものとすることができるが、角度センサＳとしてはレゾルバを好適に用いることができる。しかしこれに限定されず、たとえばエンコーダでもよい。
【0028】
図８は、本発明減速機構制御システムおよびサーボシステムの構成例を示す説明図である。図示するように、以上説明したいずれかの構成を備えた減速機構制御システム２１０と、これによる制御を受ける減速機構２１が備えられたサーボモータ２Ｍとからなるサーボシステム２３０全体もまた、本発明の範囲内である。サーボモータ２Ｍに搭載された角度センサ２Ｓから回転角度情報を得て切り替えタイミング情報を検出する切り替えタイミング検出部２８、およびそれに基づき動作するクラッチ駆動部２９、これらによって切り替え歯２３の切り替え制御がなされる。なお、図中、切り替え歯２３の歯構造の表示は省略している。また、減速機構は「減速機」と表記している。
【0029】
本図は、固定歯Ａ（固定歯２６Ａ）に対して切り替え歯２３が噛み合い接続している状態を示している。遊星歯車による減速機構２１は、減速比１００：１の歯車Ａ（歯車２０Ａ）、減速比１：１の歯車Ｂ（歯車２０Ｂ）、およびこれらと接続する諸歯車Ｃ（歯車２０ｓ）とからなっている。固定歯Ａ（固定歯２６Ａ）は減速機構の歯車Ａ（歯車２０Ａ）に、固定歯Ｂ（固定歯２７Ｂ）は歯車Ｂ（歯車２０Ｂ）にそれぞれ固定されており、したがって本図では、クラッチ２２は減速比１００：１の速度に切り替えられている状態である。
【0030】
切替タイミング検出部２８は、モータ軸位置算出の機能２８０、上述の第一算出過程Ｐ１、第二算出過程Ｐ２、ならびに第三算出過程Ｐ３（図６、７）をそれぞれ担う第一算出過程の機能２８１、第二算出過程の機能２８２、第三算出過程の機能２８３を有し、さらに上述の切り替えタイミング情報送信過程Ｐ４を担う機能（図示せず）を備えて構成される。
【0031】
角度センサ２Ｓからのサーボモータ２Ｍの回転角度情報に基づき、モータ軸位置算出機能２８０によりモータ軸位置算出がなされ、次いで第一算出過程の機能２８１によりモータ軸位置に基づき固定歯Ａ（固定歯２６Ａ）の歯位置が算出され、次いで第二算出過程の機能２８２により固定歯Ａ歯位置に基づき遊星歯車機構を構成する諸歯車の位置が算出される。ここでは、クラッチ２２の固定歯Ｂ（固定歯２７Ｂ）が固定されている歯車Ｂ（歯車２０Ｂ）の位置が最終的に算出される。そして、第三算出過程の機能２８３により歯車Ｂ（歯車２０Ｂ）の位置に基づき固定歯Ｂ（固定歯２７Ｂ）の位置が算出される。
【0032】
かかる固定歯Ｂ（固定歯２７Ｂ）位置算出により、これと切り替え歯２３の対応する歯構造位置との関係から切替タイミングが検出されてクラッチ駆動部２９（図では「切り替え歯の駆動部」）に伝えられ、クラッチ駆動部２９は、クラッチ２２の切り替え歯２３を現在接続中の固定歯Ａ（固定歯２６Ａ）から切断中の固定歯Ｂ（固定歯２７Ｂ）へと切り替える駆動を行う。このようにして、減速比１００：１から１：１への切り替えが完了する。
【0033】
以上は本発明の基本版であるが、これに基づく改良版の本発明について説明する。まず、以下の説明において用いる例における前提の構成を、図として示す。
図１１、１２は、本発明減速機構制御システム適用対象の減速機構の例について、そのクラッチおよびトルク伝達ルートを示した説明図である。このうち図１１は低速モードを、図１２は高速モードを、それぞれ示す。また各図共通で、（ａ）はクラッチ要部の断面視、（ｂ）はクラッチ周辺を含めた断面視、（ｃ）は平面視にて示している。
図１１、１２は、本発明減速機構制御システム適用対象の減速機構の例について、そのクラッチおよびトルク伝達ルートを示した説明図である。このうち図１１は低速モードを、図１２は高速モードを、それぞれ示す。また各図共通で、（ａ）はクラッチ要部の断面視、（ｂ）はクラッチ周辺を含めた断面視、（ｃ）は平面視にて示している。
【0034】
各図中に示す各要素と、基本版発明において用いた各用語との対応は、次の通りである。
モータ軸ＭＪ ― 対応なし
高速側ツースＨＴ ― 一方の固定歯
低速側ツースＬＴ ― 他方の固定歯
アーマチュアＡＭ ― 切り替え歯
遊星（歯車）１ ＰＬ１ ― 減速機構の諸歯車の一部
遊星（歯車）２ ＰＬ２ ― 減速機構の諸歯車の一部
出力端ＯＰ ― 対応なし
モータ軸ＭＪ ― 対応なし
高速側ツースＨＴ ― 一方の固定歯
低速側ツースＬＴ ― 他方の固定歯
アーマチュアＡＭ ― 切り替え歯
遊星（歯車）１ ＰＬ１ ― 減速機構の諸歯車の一部
遊星（歯車）２ ＰＬ２ ― 減速機構の諸歯車の一部
出力端ＯＰ ― 対応なし
【0035】
図１１に示すように低速モードでは、トルクの伝達ルートは次の通りである。
モータ軸ＭＪ → 遊星１ＰＬ１（公転）→ 遊星２ＰＬ２（公転） ⇒ 出力端ＯＰ
すなわち、本減速機構において遊星歯車ＰＬ１、ＰＬ２は自転しつつ公転し、高速側ツースＨＴは遊星歯車１ＰＬ１の公転に連動して回転し、出力端Ｏ＋は低速側ツースＬＴが固定された側のトルクが伝達されて、低速回転する。
モータ軸ＭＪ → 遊星１ＰＬ１（公転）→ 遊星２ＰＬ２（公転） ⇒ 出力端ＯＰ
すなわち、本減速機構において遊星歯車ＰＬ１、ＰＬ２は自転しつつ公転し、高速側ツースＨＴは遊星歯車１ＰＬ１の公転に連動して回転し、出力端Ｏ＋は低速側ツースＬＴが固定された側のトルクが伝達されて、低速回転する。
【0036】
一方、図１２に示すように高速モードでは、トルクの伝達ルートは次の通りである。
モータ軸ＭＪ → 遊星１ＰＬ１（自転） → 遊星２ＰＬ２（自転） → 出力端ＯＰ
すなわち、本減速機構において遊星歯車ＰＬ１等は高速側ツースＨＴで公転を禁止されて自転のみになり、低速側ツースＬＴは、遊星歯車１ＰＬ１の自転に連動して回転し、出力端ＯＰは高速側ツースＨＴが固定された側のトルクが伝達されて、高速回転する。
モータ軸ＭＪ → 遊星１ＰＬ１（自転） → 遊星２ＰＬ２（自転） → 出力端ＯＰ
すなわち、本減速機構において遊星歯車ＰＬ１等は高速側ツースＨＴで公転を禁止されて自転のみになり、低速側ツースＬＴは、遊星歯車１ＰＬ１の自転に連動して回転し、出力端ＯＰは高速側ツースＨＴが固定された側のトルクが伝達されて、高速回転する。
【0037】
さて、基本版には次のような問題点が残存していた。すなわち、クラッチには、基準となる回転角が存在しない。そのため、歯の相対位置が管理できない、という問題である。図１３、図１３－２は、基本版発明においてなお残存していた問題点を示す、クラッチの断面視説明図であり、前者は一方の固定歯への切り替えにおける問題、後者は他方の固定歯への切り替えにおける問題をそれぞれ示す。図１３では、切り替え歯９３は固定歯（ＩＩ）９７に噛み合っている状態から固定歯（Ｉ）９６へと切り替えがなされようとしている。しかし、固定歯（Ｉ）９６の相対位置が分からないため、クラッチ切り替え時に、切り替え歯９３、固定歯（Ｉ）９６双方の歯が衝突する場合がある。
【0038】
一方、図１３－２では、切り替え歯９３は固定歯（Ｉ）９６に噛み合っている状態から固定歯（ＩＩ）９７へと切り替えがなされようとしている。しかし、固定歯（ＩＩ）９７の相対位置が分からないため、クラッチ切り替え時に、切り替え歯９３、固定歯（ＩＩ）９７双方の歯が衝突する場合がある。
【0039】
このように円滑な切り替えが行われないのは、切り替え歯９３に対する固定歯（Ｉ）９６の位置関係、および切り替え歯９３に対する固定歯（ＩＩ）９７の位置関係が把握できていない、つまり歯の相対位置が管理できていないことによる。すなわち、現在の固定歯９６、９７の山が、切り替え歯９３の歯構造との間で、どの位置にあるか、という相対位置の管理が必要である。そうしないと歯の摩耗が発生し、クラッチを低寿命化させてしまうことになる。
【0040】
そこでかかる問題の解決手段として、あらかじめ、両固定歯について、歯同士が衝突することなく円滑に噛み合うことのできる切り替え位置を探し出し、その位置を基準として設定し、基準設定後は入力軸の基準からの回転量・回転速度に減速比を乗じることによってクラッチ歯の相対位置・回転速度を算出し、切り替えを行うという方式を考案した。以下、この改良版発明についてより詳細に説明する。
【0041】
基本版発明において、クラッチ駆動部に送信される切り替えタイミング情報は、切断中歯構造と切断中固定歯歯位置との相対位置関係に基づくことを述べた。改良版発明では、この相対位置関係を、切断中歯構造に対する相対的な切断中固定歯歯位置であるところの累積回転量によって管理する方式とした。累積回転量は、切断中歯構造が直前に切り替え歯と所定姿勢により噛み合っていた際における所定位置を基準として定期的に算出され、それによって常時管理される。そして所定位置としては、噛み合う歯の側面同士の接触している姿勢が当該所定姿勢である時の位置、すなわちガタを寄せた位置とすることができる。図を用いて説明する。
【0042】
図１４、１５は、本発明減速機構制御システムに係るクラッチにおける基準設定方式を示す断面視の説明図であり、前者は一方の固定歯（Ｉ）、後者は他方の固定歯（ＩＩ）における基準設定方式を示す。まず、図１４により、固定歯（Ｉ）６６の基準設定定義（基準定義）について説明する。図中（ａ）に示す初期状態、、すなわち、固定歯（Ｉ）６６、固定歯（ＩＩ）６７双方とも切り替え歯６３との位置関係が不定の状態から、切り替え歯６３を固定歯（Ｉ）６６と噛み合う方向（図では上方向）に動かす。ここで、双方の歯同士が噛み合う場合と噛み合わずに歯同士が当たる場合があり得るが、当たった場合は、その状態から固定歯（Ｉ）６６を一定方向（図では右方向）に回転させて、両者を?み合わせる。
【0043】
ついで、固定歯（Ｉ）６６と切り替え歯６３のガタが端に寄った状態を形成する（図中（ｂ））。そしてこの位置を、切り替え歯６３に対する固定歯（Ｉ）６６の基準として設定するために、固定歯（Ｉ）６６の累積回転量を初期化（０クリア）する。このことをもって基準の定義が完了する。このようにして設定された基準により、切り替え歯６３に対する固定歯（Ｉ）６６の相対位置が管理される。
【0044】
次に図１５により、固定歯（ＩＩ）６７の基準設定定義（基準定義）について説明する。図中（ａ）に示す初期状態、、すなわち、固定歯（Ｉ）６６、固定歯（ＩＩ）６７双方とも切り替え歯６３との位置関係が不定の状態から、切り替え歯６３を固定歯（ＩＩ）６７と噛み合う方向（図では下方向）に動かす。ここで、双方の歯同士が噛み合う場合と噛み合わずに歯同士が当たる場合があり得るが、当たった場合は、その状態から固定歯（ＩＩ）６７を一定方向（図では右方向）に回転させて、両者を?み合わせる。
【0045】
ついで、固定歯（ＩＩ）６７と切り替え歯６３のガタが端に寄った状態を形成する（図中（ｂ））。そしてこの位置を、切り替え歯６３に対する固定歯（ＩＩ）６７の基準として設定するために、固定歯（ＩＩ）６７の累積回転量を初期化（０クリア）する。このことをもって基準の定義が完了する。このようにして設定された基準により、切り替え歯６３に対する（ＩＩ）６７の相対位置が管理される。このように、既に一方の固定歯に対する位置合わせ動作が終わった段階で、他方の固定歯に対する位置合わせ動作をする。
【0046】
なお、累積回転量の初期化は、固定歯（Ｉ）６６や固定歯（ＩＩ）６７にかかる基準設定の際に、常になされる。つまり、クラッチ切り替えが完了するたびに、噛み合っている方の固定歯の累積回転量を初期化（０クリア）することで、改めて基準を設定し直す、いわば基準の再定義を行う。一方の固定歯において定義された基準は、切り替え歯６３との間における現在の噛み合いが継続し、その後クラッチ切り替えがなされて切り替え歯６３との噛み合いが切断され、自身による回転可能状態が継続している間、つまり次のクラッチ切り替えによって再び自身に切り替え歯６３が噛み合わされるまで有効であり、その間、継続して累積回転量の管理がなされる。
【0047】
なお、図１５中の（ｂ）では、図１４においてガタが端に寄った状態にあった固定歯（Ｉ）６６が、回転によって基準から離れていることが示されているが、固定歯（Ｉ）６６は既に基準が定義されて累積回転量の算出が継続して行われている状況であるから、問題はない。
【0048】
図１６は、本発明減速機構制御システムに係るクラッチにおける累積回転量管理の方式を示す断面視の説明図である。図示するように、固定歯（Ｉ）６６のガタを端に寄せた位置が、累積回転量算出・管理の基準となる。固定歯（Ｉ）６６累積回転量は、モータ軸ＭＪ回転角と減速機ギア比から算出される。固定歯（ＩＩ）６７の場合も同様である。なお累積回転量の管理は、単位時間周期で常に行うこととするのがよい。
【0049】
クラッチ切り替え動作は、たとえば次のような過程にしたがって行うことができる。まず、クラッチ励磁切替の指令がなされ、それに基づいて切り替え対象側の固定歯と切り替え歯との噛み合い位置を合わせる過程がなされ、それによってクラッチ切り替え過程がなされ、その切り替えの結果が成功か否かを判定する判定過程がなされ、成功の場合は基準の定義（再定義）のための所定姿勢が形成される過程がなされ、基準の定義（再定義）すなわちそれまでの累積回転量の初期化の過程がなされて、クラッチ切り替え動作が完了する。
【0050】
なお、上記判定過程においてクラッチ切り替え失敗と判定された場合には、所定のリカバリー動作過程がなされた後、上記所定姿勢形成の過程、基準定義（再定義）の過程がなされる。ここでリカバリー動作とは、噛み合わせの過程の目的である＜切り替え歯と固定歯の歯同士が当たらないように回転させてから切り替え歯を動かす＞ことが失敗した場合に、噛み合いが完了するまで追加で固定歯を回転させる動作である。
【0051】
図１７は、本発明減速機構制御システムに係るクラッチにおける噛み合い位置合わせ動作例を示す断面視の説明図である。図では、現在噛み合っている固定歯（Ｉ）６６から、他方の固定歯（ＩＩ）６７へとクラッチ切り替えを行う前の状態を示す。この状態で、累積回転量に基づいて、切り替え対象である固定歯（ＩＩ）６７の歯が、適切な噛み合いを実現するための目標からどの程度ずれているかが計算される。すなわち、累積回転量をもとに噛み合い目標位置までに必要な追加回転量が算出され、追加回転量の回転がなされた時点で、切り替え歯６３の切り替えタイミング情報が生成されることになる。
【0052】
図に示した位置関係のままで切り替え歯６３が固定歯（ＩＩ）６７方向（図では下方向）へと切り替えらると、双方の歯同士が衝突してしまうことが、累積回転量、および切り替え歯６３における歯の歯間距離からわかる。また、当該歯間距離から、固定歯（ＩＩ）６７が適正な噛み合い目標位置までに必要な追加回転量もわかる。なお、図中の「１歯（６．０°）」は切り替え歯６３の歯構造における歯間距離を例示したものであり、本発明がこれに限定されるものではない。
【0053】
図１８は、本発明減速機構制御システムに係るクラッチにおける噛み合い位置合わせ動作例を示す断面視の説明図であり、特に成功率を高める方法の一例を示す。図示するように追加回転量は、ガタに基づく一定値（ガタ変換値）を加味して算出するようにしてもよい。たとえば、切り替え歯６３における歯と歯の中間位置に固定歯（ＩＩ）６７の歯が位置するような狙いで、追加回転量を決めるのである。そのようにすれば、歯同士の衝突可能性を低減して適正な噛み合わせをせしめることができる。図では、ガタ変換値としてガタの１／２を加算した追加回転量とした例を示している。なお、図中の「０．６５°」は例示であり、本発明がこれに限定されるものではない。
【0054】
なお、図１７、１８中に示したように、本減速機構制御システムにおける切り替えタイミング情報は、フォトセンサまたはその他の切り替えタイミング検出用センサの検出により生成されるものとすることができる。
【0055】
図１９は、本発明減速機構制御システムに係るクラッチにおける噛み合い位置合わせ動作例を示す断面視の説明図であり、位置合わせが完了した状態を示す。この状態では、いずれの固定歯（Ｉ）６６、（ＩＩ）６７とも停止しており、切り替え歯６３による切り替えを待機している。切り替え実行は、上述のフォトセンサ等の切り替えタイミング検出用センサによる検出によって行わしめるようにすることができる。
【0056】
図２０は、本発明減速機構制御システムに係るクラッチにおける噛み合い位置合わせ動作例を示す断面視の説明図であり、クラッチ切り替えが完了した状態を示す。
【0057】
以上、本発明改良版により得られる動作をまとめると、次の通りである。
切り替えタイミング情報に基づきクラッチ駆動部によるクラッチ切り替えが駆動された結果、
（Ａ）一方の固定歯との噛み合い状態が形成された場合は、その後、
（Ａ－２）噛み合った歯同士による所定姿勢（ガタを寄せた姿勢）が形成され、
（Ｂ）一方、噛み合いがなされずに双方の歯の端面同士が当接した場合は、まず（Ａ）の噛み合い状態形成がなされ、その後（Ａ－２）の所定姿勢形成がなされる。
切り替えタイミング情報に基づきクラッチ駆動部によるクラッチ切り替えが駆動された結果、
（Ａ）一方の固定歯との噛み合い状態が形成された場合は、その後、
（Ａ－２）噛み合った歯同士による所定姿勢（ガタを寄せた姿勢）が形成され、
（Ｂ）一方、噛み合いがなされずに双方の歯の端面同士が当接した場合は、まず（Ａ）の噛み合い状態形成がなされ、その後（Ａ－２）の所定姿勢形成がなされる。
【0058】
（Ｃ） （Ａ－２）の所定姿勢形成時点で累積回転量が初期化され、現在噛み合っている固定歯における基準定義（再定義）がなされる。
（Ｄ） その後、他方の固定歯への切り替えが指令されると、他方固定歯の累積回転量に基づいて、切り替えのために必要な追加回転量が算出される。
（Ｅ） 追加回転量にしたがって位置合わせがなされ、他方固定歯への切り替えが駆動される。
これにより、他方固定歯において、上記（Ａ）からの過程が繰り返される。
（Ｄ） その後、他方の固定歯への切り替えが指令されると、他方固定歯の累積回転量に基づいて、切り替えのために必要な追加回転量が算出される。
（Ｅ） 追加回転量にしたがって位置合わせがなされ、他方固定歯への切り替えが駆動される。
これにより、他方固定歯において、上記（Ａ）からの過程が繰り返される。
【0059】
このように改良版本発明は、モータ軸の回転角と減速機ギア比からクラッチ歯の移動量を算出・管理することで、クラッチ歯を望ましい位置に動かしてから切り替えを行う、という方式である。
【0060】
なお、以上説明した改良版減速機構制御システムの各構成においては、基本版で説明した下記各構成等のいずれか一以上を備えたものとすることができる。
・クラッチ駆動部が、切り替えタイミング情報を該クラッチ駆動部が受信している際にクラッチの切り替え駆動が可能なよう形成されている構成
・クラッチ駆動部が、切り替えタイミング情報、および切り替え指令入力の双方の受信がなされた際にクラッチの切り替え駆動を行うよう形成されている構成
・回転角度情報は、サーボモータに搭載された角度センサから得ることとする構成
・また、改良版減速機構制御システムが、減速機構を備えたたサーボモータとからなるサーボシステムを構成し得ること
・クラッチ駆動部が、切り替えタイミング情報を該クラッチ駆動部が受信している際にクラッチの切り替え駆動が可能なよう形成されている構成
・クラッチ駆動部が、切り替えタイミング情報、および切り替え指令入力の双方の受信がなされた際にクラッチの切り替え駆動を行うよう形成されている構成
・回転角度情報は、サーボモータに搭載された角度センサから得ることとする構成
・また、改良版減速機構制御システムが、減速機構を備えたたサーボモータとからなるサーボシステムを構成し得ること
【0061】
また、サーボドライバまたはコンピュータにより実行可能なプログラムであって、以上説明したいずれかの構成の減速機構制御システムにおける切り替えタイミング検出部およびクラッチ駆動部の作用をなすための各手順を、サーボドライバまたはコンピュータに機能させる減速機構制御プログラムもまた、本発明の範囲内である。
【産業上の利用可能性】
【0062】
本発明の減速機構制御システム、およびサーボシステムによれば、遊星歯車機構による減速機構およびクラッチ機構を備えたサーボモータシステムにおいて従来のような噛み合い制御のためのトルクを用いないため、歯の摩耗や不適切な噛み合いの発生を回避でき、信頼性の高い噛み合い制御を行うことができる。また、特に改良版発明によれば、切り替え歯に対する固定歯の相対位置を管理できるため、噛み合いの信頼性がより高い制御となる。したがって、サーボシステム、サーボドライバ製造・使用分野、および関連する全分野において、産業上利用性が高い発明である。
【符号の説明】
【0063】
１、２１…減速機構
２、２２、３２…クラッチ
３、２３、３３…切り替え歯
４、３４…歯構造
５、３５…歯構造
６、２６Ａ、３６…固定歯
７、２７Ｂ、３７…固定歯
８、２８…切り替えタイミング検出部
９、２９…クラッチ駆動部
１０、２１０…減速機構制御システム
２０Ａ、２０Ｂ…減速機構の歯車（固定歯が固定される）
２０ｓ…減速機構の諸歯車
２８０…モータ軸位置算出機能
２８１…第一算出過程の機能
２８２…第二算出過程の機能
２８３…第三算出過程の機能
３０、２３０…サーボシステム
Ｃ…切り替え駆動
Ｍ、２Ｍ…サーボモータ
Ｐ１…第一算出過程
Ｐ２…第二算出過程
Ｐ３…第三算出過程
Ｐ４…切り替えタイミング情報送信過程
Ｒ…回転角度
Ｓ、２Ｓ…角度センサ
Ｘｊ…接続中固定歯歯位置
Ｘｇ…諸歯車位置
Ｘｒ…切断中固定歯歯位置
Ｙｃ…切断中歯構造位置
（以下は従来技術に係る）
５２…クラッチ
５３…切り替え歯
５４、５５…歯構造
５６、５７…固定歯
Ｔ…歯を滑らせるトルク
２、２２、３２…クラッチ
３、２３、３３…切り替え歯
４、３４…歯構造
５、３５…歯構造
６、２６Ａ、３６…固定歯
７、２７Ｂ、３７…固定歯
８、２８…切り替えタイミング検出部
９、２９…クラッチ駆動部
１０、２１０…減速機構制御システム
２０Ａ、２０Ｂ…減速機構の歯車（固定歯が固定される）
２０ｓ…減速機構の諸歯車
２８０…モータ軸位置算出機能
２８１…第一算出過程の機能
２８２…第二算出過程の機能
２８３…第三算出過程の機能
３０、２３０…サーボシステム
Ｃ…切り替え駆動
Ｍ、２Ｍ…サーボモータ
Ｐ１…第一算出過程
Ｐ２…第二算出過程
Ｐ３…第三算出過程
Ｐ４…切り替えタイミング情報送信過程
Ｒ…回転角度
Ｓ、２Ｓ…角度センサ
Ｘｊ…接続中固定歯歯位置
Ｘｇ…諸歯車位置
Ｘｒ…切断中固定歯歯位置
Ｙｃ…切断中歯構造位置
（以下は従来技術に係る）
５２…クラッチ
５３…切り替え歯
５４、５５…歯構造
５６、５７…固定歯
Ｔ…歯を滑らせるトルク
【0064】
６２、９２…クラッチ
６３、９３…切り替え歯
６６、９６…固定歯（Ｉ）
６７、９７…固定歯（ＩＩ）
ＭＪ…モータ軸
ＨＴ…高速側ツース
ＬＴ…低速側ツース
ＡＭ…アーマチュア
ＰＬ１…遊星（歯車）１
ＰＬ２…遊星（歯車）２
ＯＰ…出力端
６３、９３…切り替え歯
６６、９６…固定歯（Ｉ）
６７、９７…固定歯（ＩＩ）
ＭＪ…モータ軸
ＨＴ…高速側ツース
ＬＴ…低速側ツース
ＡＭ…アーマチュア
ＰＬ１…遊星（歯車）１
ＰＬ２…遊星（歯車）２
ＯＰ…出力端
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図13-2】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
