JP6219776B2 - 電動モータによって開閉されるドアを備えるドア開閉装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動モータによって開閉されるドアを備えるドア開閉装置に関する。

ＮＣ旋盤及びマシニングセンタ等の工作機械の多くは、ワークの加工中に使用される切削液、及びワークの加工により生じる切削屑等が周辺環境に飛散するのを防止する外装カバーに包囲されている。通常、工作機械の外装カバーは、自動開閉式のドアを備えており、ワークの加工中にはドアを閉鎖する一方で、ワークを交換する際にはドアを開放するようになっている。そして、工作機械に隣接して設置された自動交換装置によってワークテーブル上のワークが交換される。これに関連して、特許文献１には、空気圧シリンダによって駆動されて開閉するスライドドアと、他の空気圧シリンダによって駆動されてスライドドアを停止するブレーキと、を備える工作機械用のドア装置が提案されている。より具体的に、特許文献２のドア装置は、スライドドアが障害物に衝突したときに、スライドドア用の空気圧シリンダへの空気の供給を停止するのと同時にブレーキ用の空気圧シリンダへの空気の供給を開始するようになっている。また、特許文献２には、エアシリンダによって駆動されるメインドアと、メインドアよりも小さい推力のエアシリンダによって駆動される小型かつ軽量のサブドアと、を備える自動開閉ドア装置が提案されている。より具体的に、特許文献２のドア装置は、サブドアが閉鎖されたときのみメインドアを閉鎖できるようになっており、それにより使用者が大型かつ重量の大きいメインドアに挟まれるのを防止している。

ところが、空気圧式のドアの動作を精密に制御することは困難なので、空気圧式のドアが障害物に衝突して破損するのを防止するためには、ドアの開閉速度を極端に小さくする必要がある。そのため、特許文献１のドア装置を採用した場合には、工作機械のワークを交換するサイクルタイムが長期化する虞がある。また、特許文献１の装置では、スライドドア用とブレーキ用の２つの空気圧回路が必要になるし、特許文献２の装置では、メインドアに加えてサブドアが必要になるので、装置全体の構造が複雑化して製造コストが増大する。

特開２００８−２０７２７０号公報 実開平５−７４７４４号公報

高速で開閉可能なドアを備え、障害物と衝突したドアを速やかに停止できるドア開閉装置が求められている。

本発明の第１の態様によれば、ドアを開閉駆動する電動モータと、電動モータがドアを開閉駆動している間に電動モータに加わる負荷トルクを検出する検出部と、検出した負荷トルクが、予め設定された基準値を超えるかどうかの判定を実行する判定部と、検出した負荷トルクが基準値を超えた場合に、検出した負荷トルクと同一の方向の駆動トルクが発生するように電動モータを制御して電動モータを停止させる停止制御部と、を有するドア開閉装置が提供される。
本発明の第２の態様によれば、第１の態様において、判定部は、電動モータがドアを開閉駆動している間に、判定を所定の周期で繰り返し実行する、ドア開閉装置が提供される。
本発明の第３の態様によれば、第１又は第２の態様において、ドアの移動行程における位置に応じた複数の異なる値が、基準値として設定されている、ドア開閉装置が提供される。
本発明の第４の態様によれば、第１〜第３の態様のいずれか１つにおいて、ドアの移動速度に応じた複数の異なる値が、基準値として設定されている、ドア開閉装置が提供される。
本発明の第５の態様によれば、第１〜第４の態様のいずれか１つにおいて、電動モータがサーボモータである、ドア開閉装置が提供される。
本発明の第６の態様によれば、第１〜第５の態様のいずれか１つにおけるドア開閉装置を有する加工機と、加工機による加工前のワークをドアから加工機の内側に搬入する動作、及び加工機による加工後のワークをドアから加工機の外側に搬出する動作を実行可能な搬送装置と、を備える加工システムが提供される。
本発明の第７の態様によれば、第６の態様において、搬送装置がロボットである、加工システムが提供される。

本発明の第１の態様によれば、電動モータに加わる負荷トルクが基準値を超えた場合に、電動モータが負荷トルクと同一の方向の駆動トルクを発生させることによって電動モータの回転軸及びドアが停止させられる。従って、第１の態様によれば、電動モータによって開閉駆動されるドアが傷害物に衝突したときにドアを速やかに停止させることができるので、障害物からドアに加わる反力によってドアが損傷されることを防止できる。
本発明の第２の態様によれば、負荷トルクが基準値を超えるかどうかの判定が、ドアの開閉駆動中に繰り返し実行されるので、ドアの移動行程におけるどの位置で衝突が発生したとしてもドアを速やかに停止させることができる。
本発明の第３の態様によれば、ドアの移動行程における位置に応じた異なる基準値が設定されうるので、ドアと障害物の衝突時にドアに加わる反力の大きさがドアの位置に応じて変化する場合であっても、ドアと障害物の衝突の有無を確実に判定できる。
本発明の第４の態様によれば、ドアの移動速度に応じた異なる基準値が設定されうるので、ドアの移動速度の変化量が大きい場合であっても、ドアと障害物の衝突の有無を確実に判定できる。
本発明の第５の態様によれば、各種サーボモータが電動モータとして採用されるので、電動モータの回転速度及び駆動トルク等を容易に制御できる。
本発明の第６の態様によれば、電動モータによって開閉駆動されるドアが搬送装置に衝突したときにドアを速やかに停止させることができるので、ドア及び搬送装置の各々が損傷されることを防止できる。
本発明の第７の態様によれば、垂直多関節ロボットを含む各種ロボットが搬送装置として採用されるので、自由度の高い加工システムを簡易に構築できる。

本発明の１つの実施形態のドア開閉装置を含む加工システムの外観を示す斜視図である。 図１におけるドア開閉装置の電動モータを制御するためのシステム構成を示すブロック図である。 図２のドア開閉装置における停止制御部が電動モータを緊急停止させる手順について説明するための第１の概略図である。 図２のドア開閉装置における停止制御部が電動モータを緊急停止させる手順について説明するための第２の概略図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。各図面において、同様の構成要素には同様の符号が付与されている。なお、以下の記載は、特許請求の範囲に記載される発明の技術的範囲や用語の意義等を限定するものではない。

図１〜図３を参照して、本発明の１つの実施形態のドア開閉装置について説明する。図１は、本実施形態の例示的なドア開閉装置１３を含む加工システム１００の外観を示す斜視図である。図１のように、本例の加工システム１００は、種々の加工機１０と、加工機１０に隣接して配置された搬送装置２０と、を備えている。これらについて以下に順に説明する。

先ず、本例の加工機１０について説明する。本例の加工機１０は、種々のワークを加工するマシニングセンタ又はＮＣ旋盤等の工作機械である。図１のように、本例の加工機１０は、ワークの加工中に使用される切削液、及びワークの加工により生じる切削屑等が周辺環境に飛散するのを防止する外装カバー１１に包囲されており、搬送装置２０に対向する外装カバー１１の対向面１１ａには、外装カバー１１の内側と外側を連絡する開口部１２が形成されている。そして、外装カバー１１の対向面１１ａには、開口部１２を開放又は閉塞するドア開閉装置１３が取り付けられている。本例のドア開閉装置１３について以下に詳細に説明する。

図１のように、本例のドア開閉装置１３は、図中の矢印Ａ１０で表される方向に沿って往復移動できるように外装カバー１１に取り付けられた矩形板状のドア１３１と、外装カバー１１における開口部１２に隣接した箇所に固定された電動モータ１３２と、電動モータ１３２の回転駆動力をドア１３１に伝達するように電動モータ１３２の回転軸及びドア１３１の双方に連結された開閉機構部１３３と、を備えている。ここで、本例の電動モータ１３２は、同期型ＡＣサーボモータ、誘電型ＡＣサーボモータ、又はＤＣサーボモータ等の各種サーボモータであり、エンコーダ又はレゾルバ等の各種検出器を備えている。電動モータ１３２の検出器が検出する回転軸の位置及び速度等に関する情報は、後述する移動制御部３２による電動モータ１３２のフィードバック制御に使用されうる。

また、本例の開閉機構部１３３は、図中の矢印Ａ１０で表される方向と平行な回転軸線の周りで回転できるように外装カバー１１に取り付けられたねじ軸と、ブラケットを介してドア１３１に固定されたナットと、を備えるボールねじである。そして、本例の開閉機構部１３３のねじ軸は、電動モータ１３２の回転軸と一体に回転するように電動モータ１３２の回転軸に連結されている。これにより電動モータ１３２の回転軸の回転運動がドア１３１の直線運動に変換される。すなわち、本例のドア１３１は、開閉機構部１３３を介して伝達される電動モータ１３２の駆動力によって、開口部１２が完全に開放される開放位置と、開口部１２が完全に閉鎖される閉鎖位置との間を往復移動するように構成されている。なお、図１には閉鎖位置に在るドア１３１が示されている。

続いて、本例の搬送装置２０について説明する。図１のように、本例の搬送装置２０は、床面に固定されたベース２１と、所定の旋回軸線の周りで回転できるようにベース２１に取り付けられたアーム２２と、所定の回転軸線の周りで回転できるようにアーム２２の先端部に取り付けられたハンド２３と、を備える垂直多関節ロボットである。そして、本例の搬送装置２０は、ベース２１とアーム２２が協働してハンド２３の位置及び姿勢を変更することによって、ハンド２３が把持する種々の物品をドア１３１の内側と外側の間で搬送するようになっている。

より具体的に、本例の搬送装置２０は、ドア１３１が開放位置に在るときに、未加工のワークを把持したハンド２３を開口部１２から外装カバー１１の内側に移動させることによって未加工のワークを加工機１０の内側に搬入する動作、及び加工済みのワークを把持したハンド２３を開口部１２から外装カバー１１の外側に移動させることによって加工済みのワークを加工機１０の外側に搬出する動作を実行可能である。以下では搬送装置２０による前者の動作を搬入動作と称し、後者の動作を搬出動作と称することがある。なお、本実施形態の加工システム１００における搬送装置２０は、上述した搬入動作及び搬出動作の双方を実行可能な機械装置であれば如何なるものであってもよく、例えば、水平多関節ロボット及び直交ロボット等を含む他の種類のロボットであってもよい。

次に、本実施形態のドア開閉装置１３のシステム構成について説明する。図２は、図１におけるドア開閉装置１３の電動モータ１３２を制御するためのシステム構成の一例を示すブロック図である。図２のように、本例のドア開閉装置１３は、電動モータ１３２を制御するための構成要素として、記憶部３１、移動制御部３２、検出部３３、判定部３４、及び停止制御部３５を有している。これらについて以下に順に説明する。先ず、本例の記憶部３１は、ＲＯＭ及びＲＡＭ等のデータ記憶領域であり、後述する負荷トルクの基準値を含む種々のデータを格納している。

続いて、本例の移動制御部３２は、ドア１３１を閉鎖位置から開放位置に移動させるための制御信号、及びドア１３１を開放位置から閉鎖位置に移動させるための制御信号を生成して電動モータ１３２に送信する機能を有する。そして、前者の制御信号を受信した電動モータ１３２は、閉鎖位置に在るドア１３１を一定の加速度で加速してから定速で移動させ、次いで、定速で移動するドア１３１を一定の加速度で減速してから開放位置で停止させる。同様に、後者の制御信号を受信した電動モータ１３２は、開放位置に在るドア１３１を一定の加速度で加速してから定速で移動させ、次いで、定速で移動するドアを一定の加速度で減速してから閉鎖位置で停止させる。この際、電動モータ１３２側の検出器から取得した情報に基づくフィードバック制御を実行することで、電動モータ１３２の駆動トルク及び回転速度等を精密かつ容易に調節できる。これによりドア１３１の加速度及び移動速度等を精密かつ容易に調節できる。前者の制御信号は、例えば、加工機１０によるワークの加工が終了した後に生成され、後者の制御信号は、例えば、搬送装置２０によるワークの搬入動作又は搬出動作が完了した後に生成される。

続いて、本例の検出部３３は、電動モータ１３２に加わる負荷トルクを検出する機能を有する。ここでいう負荷トルクには、ドア１３１及び開閉機構部１３３の各部に加わる摩擦力によるトルク、並びにドア１３１及び開閉機構部１３３の各部に加わる外力によるトルクの両方が含まれる。より具体的に、本例の検出部３３は、電動モータ１３２に流れる電流を測定し、その測定値に基づいて負荷トルクを検出する。すなわち、本例の検出部３３は、サーボモータに加わる負荷トルクが増大するのに応じて、サーボモータに流れる電流値が増大するという特性を利用して、電動モータ１３２に加わる負荷トルクを検出する。ただし、検出部３３は、上述した手法とは異なる手法で、電動モータ１３２に加わる負荷トルクを検出してもよい。例えば、検出部３３は、電動モータ１３２の回転軸に取り付けられたひずみゲージ等のセンサによって回転軸に生じたひずみの大きさを測定し、その測定値に基づいて負荷トルクを検出してもよい。なお、本明細書では、電動モータ１３２の駆動力によって発生するトルクを、上記の負荷トルクとは区別して、駆動トルクと称する。

続いて、本例の判定部３４は、上記の検出部３３によって検出された負荷トルクが、予め記憶部３１に格納された基準値を超えるかどうかを判定する機能を有する。そして、本例の判定部３４は、電動モータ１３２が移動制御部３２の制御信号に従ってドア１３１を開閉駆動している間に、上記の判定を所定の周期で繰り返し実行する。判定部３４による判定結果は停止制御部３５に送信される。上述した負荷トルクの基準値は、例えば、移動中のドア１３１及び開閉機構部１３３の各部に加わる摩擦力により発生しうる負荷トルクの最大値よりも大きくされ、かつ、移動中のドア１３１が進行方向の前方に位置する障害物に衝突するときに、障害物からドア１３１に加わる反力により発生しうる負荷トルクの最小値よりも小さくされる。これにより、判定部３４の判定結果に基づいて、移動中のドア１３１が障害物に衝突したかどうかを判定することが可能になる。すなわち、検出部３３によって検出された負荷トルクが基準値を超えた場合には、移動中のドア１３１が障害物に衝突したということが分かる。ここでいう障害物には、搬送装置２０のアーム２２又はハンド２３、作業員の身体の一部、及び搬送装置２０のハンド２３から落下したワーク等が含まれる。

なお、予め設定される負荷トルクの基準値は、電動モータ１３２によるドア１３１の移動行程の全体にわたって共通の値である必要はない。すなわち、上記の移動行程のおけるドア１３１の位置に応じた複数の異なる基準値が予め設定されてもよい。ここで、開放位置又は閉鎖位置に在るドア１３１が移動を開始した直後、すなわち、電動モータ１３２が加速している間には、電動モータ１３２の駆動トルクは段々大きくなり、そして、ドア１３１が定速に近づくに従って、電動モータ１３２の駆動トルクは段々小さくなる。ドア１３１が定速になると、電動モータ１３２の駆動トルクは比較的小さい値でほぼ一定である。また、閉鎖位置又は開放位置に向かって移動中のドア１３１が停止する直前、すなわち、電動モータ１３２が減速している間は、電動モータ１３２はそれまでの回転方向とは反対の方向の駆動トルクを発生させる。より具体的には、ドア１３１が減速に入ると、電動モータ１３２の駆動トルクは、反対方向に段々大きくなり、そして、ドア１３１の速度が遅くなってくるに従って、電動モータ１３２の駆動トルクは、反対方向の大きな値から段々０近傍まで小さくなる。

これらの点を考慮すると、例えば、開放位置又は閉鎖位置に在るドア１３１が移動を開始した直後からドア１３１が定速になるまでの基準値は、段々大きくなった後に段々小さくなるように設定することが有用であり、ドア１３１が定速で移動している間の基準値は、比較的小さいまま一定になるように設定することが有用であると考えられる。そして、ドア１３１が停止する直前の基準値は、ドア１３１が減速に入った直後からそれまでとは反対方向に段々大きくなり、かつ、ドア１３１の移動速度が遅くなるのに従って、段々０近傍まで小さくなるように設定することが有用であると考えらえる。また、ドア１３１の移動速度が速くなると、電動モータ１３２の駆動トルクは大きくなる一方で、ドア１３１の移動速度が遅くなると、電動モータ１３２の駆動トルクは小さくなる。この点を考慮すると、ドア１３１の移動速度に応じた複数の異なる基準値を設定することも有用であると考えられる。この場合の基準値は、例えば、ドア１３１の移動速度が速くなるのに従って大きくなり、ドア１３１の移動速度が遅くなるのに従って小さくなるように設定することが有用であると考えらえる。

続いて、本例の停止制御部３５は、移動制御部３２の制御信号に従ってドア１３１を開閉駆動している電動モータ１３２を、判定部３４の判定結果に応じて緊急停止する機能を有する。より具体的に、本例の停止制御部３５は、検出部３３によって検出した負荷トルクが基準値を超えた場合に、その負荷トルクによる回転方向と同一の方向の駆動トルクを発生させるべきとの制御信号を生成して電動モータ１３２に送信する。従って、検出部３３によって検出した負荷トルクが基準値を超えた場合には、電動モータ１３２が回転軸をそれまでの回転方向とは反対の方向に回転させるための駆動トルクを発生させる。このときの駆動トルクの大きさは、例えば、電動モータ１３２が出力可能な駆動トルクの最大値とされうる。これにより回転中の電動モータ１３２が速やかに停止され、結果的に、移動中のドア１３１が速やかに停止されるので、ドア１３１及びドア１３１が衝突した障害物（例えば、搬送装置２０のハンド２３）が損傷されることを防止できる。

次に、本実施形態のドア開閉装置１３における電動モータ１３２の動作の概要について説明する。図３は、図２のドア開閉装置１３における停止制御部３５が電動モータ１３２を緊急停止させる手順について説明するための第１の概略図であり、図１における加工機１０の水平方向に沿った断面を示している。ただし、図３では、外装カバー１１の内側の加工機１０の構造部及びドア開閉装置１３の開閉機構部１３３等が省略されている。図３のように、開放位置から閉鎖位置に向かって矢印Ａ３１の方向に移動中のドア１３１が進行方向の前方に位置する搬送装置２０のハンド２３に衝突すると、障害物であるハンド２３からドア１３１に加わる反力によって、電動モータ１３２の回転軸には、それまでの回転方向とは反対の方向の負荷トルクが加わることになる。すなわち、電動モータ１３２の回転軸には、ドア１３１を矢印Ａ３２の方向に移動させようとする負荷トルクが加わることになる。上述したように、本例の判定部３４は、電動モータ１３２に加わる負荷トルクが基準値を超えるかどうかを所定の周期で繰り返し実行しているので、ドア１３１がハンド２３に衝突した直後に、判定部３４の判定結果が停止制御部３５に送信されることになる。

図４は、図２のドア開閉装置１３における停止制御部３５が電動モータ１３２を緊急停止させる手順について説明するための第２の概略図であり、図３と同様の断面を示している。上述したように、本例の停止制御部３５は、電動モータ１３２に加わる負荷トルクが基準値を超えたとの判定結果を受信したら、その負荷トルクと同一の方向の駆動トルクを発生させるべきとの制御信号を生成して電動モータ１３２に送信する。そして、停止制御部３５の制御信号を受信した電動モータ１３２は、回転軸に加わる負荷トルクと同一の方向、すなわち、それまでの回転方向とは反対の方向の駆動トルクを発生させ、それにより回転軸を停止させる。このように、開放位置から閉鎖位置に向かって移動中のドア１３１が障害物に衝突した場合には、図４の矢印Ａ４０で表されるように、電動モータ１３２がドア１３１を開放位置に向かって移動させる方向の駆動トルクを発生させる。これによりドア１３１が速やかに停止されるので、ドア１３１及びハンド２３が損傷されることを防止できる。

なお、図４から分かるように、ドア１３１とハンド２３の衝突時に両者に加わる衝撃によって、ドア１３１はハンド２３から離間する方向に微小距離だけ相対移動してから停止しうる。ただし、本例の停止制御部３５は、ドア１３１がハンド２３からさらに離間した位置で停止するように電動モータ１３２を制御してもよいし、ドア１３１が開放位置まで移動してから停止するように電動モータ１３２を制御してもよい。これによりドア１３１とハンド２３の間に十分な距離が確保されるので、ドア１３１とハンド２３が再び衝突することを防止できる。

図３及び図４では、開放位置から閉鎖位置に向かって移動するドア１３１が障害物に衝突したときの電動モータ１３２の動作について説明したものの、閉鎖位置から開放位置に向かって移動するドア１３１が障害物に衝突したときの電動モータ１３２の動作もこれと同様である。すなわち、閉鎖位置から開放位置に向かって移動中のドア１３１が障害物に衝突した場合には、電動モータ１３２がドア１３１を閉鎖位置に向かって移動させる方向の駆動トルクを発生させる。この場合もドア１３１が速やかに停止されるので、ドア１３１及び障害物が損傷されることを防止できる。

本発明は、上記の実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内で種々改変されうる。例えば、本発明のドア開閉装置１３を有する加工機１０は、上述したマシニングセンタ又はＮＣ旋盤等の工作機械のみに限定されず、種々のワークを加工可能な装置であれば如何なるものであってもよい。ここでいう加工とは、機械加工のみに限定されず、ワークに何らかの物理的変化をもたらすことを意味する。従って、本発明のドア開閉装置１３を有する加工機１０は、例えば、ワークの塗装装置又は洗浄装置等であってもよい。また、本発明のドア開閉装置１３における開閉機構部１３３は、上述したねじ軸の形態を有する機構部のみに限定されず、電動モータ１３２の回転運動をドア１３１の直線運動に変換可能な機構部であれば如何なるものであってもよい。例えば、本発明のドア開閉装置１３における開閉機構部１３３は、ラック・アンド・ピニオン方式の機構部であってもよい。さらに、上述した各部の寸法、形状、及び材質等は一例にすぎず、本発明の効果を達成するために多様な寸法、形状、及び形状等が採用されうる。

１０ 加工機
１１ 外装カバー
１１ａ 対向面
１２ 開口部
１３ ドア開閉装置
１３１ ドア
１３２ 電動モータ
１３３ 開閉機構部
２０ 搬送装置
２１ ベース
２２ アーム
２３ ハンド
１００ 加工システム

Claims (7)

1. ドアを開閉駆動する電動モータと、
   前記電動モータが前記ドアを開閉駆動している間に前記電動モータに加わる負荷トルクを検出する検出部と、
   検出した負荷トルクが、予め設定された基準値を超えるかどうかの判定を実行する判定部と、
   検出した負荷トルクが前記基準値を超えた場合に、検出した負荷トルクと同一の方向の駆動トルクが発生するように前記電動モータを制御して前記電動モータを停止させる停止制御部と、を有するドア開閉装置。
2. 前記判定部は、前記電動モータが前記ドアを開閉駆動している間に、前記判定を所定の周期で繰り返し実行する、請求項１に記載のドア開閉装置。
3. 前記ドアの位置に応じた複数の異なる値が、前記基準値として設定されている、請求項１または２に記載のドア開閉装置。
4. 前記ドアの移動速度に応じた複数の異なる値が、前記基準値として設定されている、請求項１〜３のいずれか１つに記載のドア開閉装置。
5. 前記電動モータがサーボモータである、請求項１〜４のいずれか１つに記載のドア開閉装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載のドア開閉装置を有する加工機と、
   前記加工機による加工前のワークを前記ドアから前記加工機の内側に搬入する動作、及び前記加工機による加工後のワークを前記ドアから前記加工機の外側に搬出する動作を実行可能な搬送装置と、を備える加工システム。
7. 前記搬送装置がロボットである、請求項６に記載の加工システム。

Images