(57)【要約】【課題】運転パターンの変化に影響されることなく、ボールねじ装置等の直動ねじ装置の異常を早期に判定する手段を提供する。【解決手段】外周面に螺旋状の軸軌道溝４を形成したねじ軸３と、内周面に軸軌道溝４に対向するナット軌道溝６を形成したナット５と、軸軌道溝４とナット軌道溝６とで形成される複数の負荷路と、それぞれの負荷路の両端を連通する連通路と、負荷路と連通路とで形成される循環路と、それぞれの循環路を循環する複数のボール２とを備えたボールねじ装置１の異常判定方法において、ナット５の、複数の負荷路の少なくとも２つを形成するナット軌道溝６の半径方向の外側に、それぞれの温度を検出する温度センサ１３ａ、１３ｂを設け、２つの温度センサ１３ａ、１３ｂの温度検出値Ｔａ、Ｔｂの温度差ΔＴが、異常判定値Ｗｔを超えたときに異常と判定する。【選択図】        図１
2010025826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に螺旋状の軸軌道溝を形成したねじ軸と、内周面に前記軸軌道溝に対向するナット軌道溝を形成したナットと、前記軸軌道溝とナット軌道溝とで形成される複数の負荷路と、前記それぞれの負荷路の両端を連通する連通路と、前記負荷路と前記連通路とで形成される循環路と、前記それぞれの循環路を循環する複数の転動体とを備えた直動ねじ装置の異常判定方法において、
前記ナットの、前記複数の負荷路の少なくとも２つを形成するナット軌道溝の半径方向の外側に、それぞれの温度を検出する温度センサを設け、
前記複数の温度センサから２つを抽出して組合せた各組合せにおける２つの温度センサの温度検出値の差である温度差が、異常判定値を超えたとき、異常を判定することを特徴とする直動ねじ装置の異常判定方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記ナット軌道溝に近接する位置に、前記温度センサを設置したことを特徴とする直動ねじ装置の異常判定方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記温度差に代えて、
前記各組合せにおける２つの温度センサの、一方の温度センサの温度検出値をＴ１、他方をＴ２としたときに、
Ｃｘ＝ａｂｓ（Ｔ１−Ｔ２）／Ｔ２
で算出される、前記温度差の比率である温度差指標Ｃｘを用いることを特徴とする直動ねじ装置の異常判定方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項２のいずれか一項において、
運転の開始後に、前記温度差が最初に定常状態となったときに、当該温度差を基準として、前記異常判定値を算出することを特徴とする直動ねじ装置の異常判定方法。
【請求項５】
外周面に螺旋状の軸軌道溝を形成したねじ軸と、内周面に前記軸軌道溝に対向するナット軌道溝を形成したナットと、前記軸軌道溝とナット軌道溝とで形成される複数の負荷路と、前記それぞれの負荷路の両端を連通する連通路と、前記負荷路と前記連通路とで形成される循環路と、前記それぞれの循環路を循環する複数の転動体とを備えた直動ねじ装置の異常判定方法において、
前記複数の連通路の少なくとも２つに、それぞれの前記連通路を通過する前記転動体の振動を検出する振動センサを設け、
前記複数の振動センサから２つを抽出して組合せた各組合せにおける２つの振動センサの振動検出値の差である振動差が、予め定めた異常判定閾値を超えたときに、異常を判定することを特徴とする直動ねじ装置の異常判定方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記振動センサを、それぞれの前記連通路の同じ部位に設けたことを特徴とする直動ねじ装置の異常判定方法。
【請求項７】
請求項５において、
前記連通路を形成した連通部材を前記ナットに取付ける押え具を設け、
前記押え具の同じ部位に設けた振動センサにより、前記連通路を通過する前記転動体の振動を検出することを特徴とする直動ねじ装置の異常判定方法。
【請求項８】
外周面に螺旋状の軸軌道溝を形成したねじ軸と、内周面に前記軸軌道溝に対向するナット軌道溝を形成したナットと、前記軸軌道溝とナット軌道溝とで形成される２つの負荷路と、前記それぞれの負荷路の両端を連通する連通路と、前記負荷路と前記連通路とで形成される循環路と、前記それぞれの循環路を循環する複数の転動体とを備えた直動ねじ装置の異常判定方法において、
前記２つの連通路を通過する前記転動体の振動をそれぞれ検出する振動センサを設け、
前記振動センサの一方を、一の負荷路の両端を連通する連通路の一の端部に設けると共に、他方を、他の負荷路の両端を連通する連通路の前記一の端部と反対側の端部に設け、
前記２つの振動センサの振動検出値の差である振動差が、予め定めた異常判定閾値を超えたときに、異常を判定することを特徴とする直動ねじ装置の異常判定方法。
【請求項９】
請求項５ないし請求項８のいずれか一項において、
前記振動検出値が、ＲＭＳ値であることを特徴とする直動ねじ装置の異常判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械や電動射出成形機、半導体製造装置等の機械装置の直線移動機構の駆動等に用いられるボールねじ装置やローラねじ装置等の著駆動ねじ装置の異常判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械や電動射出成形機、半導体製造装置等の機械装置に用いられるボールねじ装置は、高速運転や重荷重等の過酷な条件で使用されるため、他の用途のボールねじ装置に比較して損傷する可能性が高なっている。
また、ボールねじ装置は、一般に機械装置の内部に配置され、高い取付精度が必要であるため、交換に多大な時間や労力を要する。
【０００３】
従って、ボールねじ装置の異常を早期に検出し、損傷を未然に防止することが重要になる。
このため、従来のボールねじ装置は、ねじ軸の外周面に螺旋状に形成した軸軌道溝と、ナットの内周面に形成した軸軌道溝に対向するナット軌道溝とを複数のボールを介して螺合させ、対向配置されたナット軌道溝と軸軌道溝とにより形成される負荷路の両端をリターンチューブに形成された連通路で連通して循環路を形成し、負荷路を転動するボールによりナットに加えられた荷重を支持させ、リターンチューブに加速度センサ等の振動センサを設け、その出力信号の振幅が所定の閾値を超えたときに、ボールねじ装置の異常を判定している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、工作機械に、前記と同様の構成のボールねじ装置を設置し、そのボールねじ装置に熱電対等の温度センサを設け、その温度検出値が予め設定した許容範囲外となったときに、ボールねじ装置の異常を判定しているものもある（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００１−３４９４０７号公報（主に段落００４０−００４２、第１図）
【特許文献２】特開２００１−３１９２３３号公報（主に段落００１９−００２０、段落００２６、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献２の技術においては、ナットに設けた温度センサの温度検出値が予め設定した許容範囲外となったときにボールねじ装置の異常を判定しているため、様々な運転パターンで往復運動を繰返すボールねじ装置においては、荷重条件や運転速度が絶えず変化し、この変化に応じた温度検出値の増減によって異常の判定を行うと、温度検出値の増加時に、異常と判定してしまう虞があるという問題がある。
【０００６】
また、一定の運転パターンで運転されるボールねじ装置であっても、グリースの給脂状態等の潤滑状態の変化により温度検出値が変化するため、温度検出値の増加時に、異常と判定してしまう虞があるという問題がある。
上述した特許文献１の技術においては、リターンチューブに設けた振動センサの出力信号が所定の閾値を超えたときにボールねじ装置の異常を判定しているため、様々な運転パターンで往復運動を繰返すボールねじ装置においては、荷重条件や運転速度が絶えず変化し、この変化に応じた出力信号の増減によって異常の判定を行うと、出力信号の増加時に、異常と判定してしまう虞があるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、運転パターンの変化に影響されることなく、ボールねじ装置等の直動ねじ装置の異常を早期に判定する手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するために、外周面に螺旋状の軸軌道溝を形成したねじ軸と、内周面に前記軸軌道溝に対向するナット軌道溝を形成したナットと、前記軸軌道溝とナット軌道溝とで形成される複数の負荷路と、前記それぞれの負荷路の両端を連通する連通路と、前記負荷路と前記連通路とで形成される循環路と、前記それぞれの循環路を循環する複数の転動体とを備えた直動ねじ装置の異常判定方法において、前記ナットの、前記複数の負荷路の少なくとも２つを形成するナット軌道溝の半径方向の外側に、それぞれの温度を検出する温度センサを設け、前記複数の温度センサから２つを抽出して組合せた各組合せにおける２つの温度センサの温度検出値の差である温度差が、異常判定値を超えたとき、異常を判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
これにより、本発明は、運転パターンの複雑さによる異常検出手段の検出値の変化の影響を受けることなく、それらの検出値の差の変化によって、直動ねじ装置の異常を早期に、かつ容易に判定することができると共に、異常が生じた部位を容易に特定することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、図面を参照して本発明による直動ねじ装置の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は実施例１のボールねじ装置の上面を示す説明図、図２は実施例１の異常判定装置を示す説明図である。
図１において、１は直動ねじ装置としてのボールねじ装置である。
２はボールねじ装置１の転動体としてのボールであり、合金鋼等の鋼材で製作された球体である。
【００１２】
３はボールねじ装置１のねじ軸であり、合金鋼等の鋼材で製作された棒状部材であって、その外周面には、円弧状断面形状の軸軌道溝４が所定のリードで螺旋状に形成されている。
５はボールねじ装置１のナットであり、合金鋼等の鋼材で製作された円筒状部材であって、その内周面には、軸軌道溝４と対向する円弧状断面形状のナット軌道溝６が軸軌道溝４と同じリードで形成されており、その外周部の一方の端部には、ナット５を図示しない機械装置の移動台にボルト等で固定するためのフランジ部７が設けられている。
【００１３】
９はボールねじ装置１の連通部材としてのリターンチューブであり、鋼材や樹脂材料等で製作され、ボール２が通過可能な内径を有する略Ｕ字形に曲折した管であって、ナット５の外周面の一部を軸方向と平行に切欠いた平面５ａに設けられたナット軌道溝６に達する嵌合穴にその両端の直管部が嵌合してナット軌道溝６に連通しており、取付フランジ９ａの形成された挿通穴に挿通させた小ねじ１０でナット５の平面５ａに締結されて固定される。
【００１４】
本実施例のリターンチューブ９は、ナット５の軸方向に３箇所設けられており、それぞれのリターンチューブ９の内径として形成された連通路により、当該部位の軸軌道溝４とナット軌道溝６とにより形成される負荷路の両端部を連通して、ボール２を循環させる３つの循環路を形成している。
これらの循環路には、複数のボール２と所定の量の潤滑剤、例えばグリースが封入され、ねじ軸３を回転させることによってボール２が循環路を循環し、負荷路を転動するボール２がナット５に加えられた荷重を往復動自在に支持しながらナット５を軸方向に移動させ、ねじ軸３の回転運動がナット５の直線運動に変換され、ボールねじ装置１が直動ねじ装置として機能する。
【００１５】
本実施例の循環路は、ねじ軸３の軸方向に３箇所形成されている。
１２はセンサ取付穴であり、ナット５の外周面から半径方向に穿孔された有底の穴であって、その底面は、負荷路を構成するナット軌道溝６の半径方向の外側で、その溝底に近接する位置に形成されており、熱電対等の異常状態検出手段としての温度センサ１３の温度検出部１４が挿入されて、図示しない接着剤等の接合手段により固定される。
【００１６】
これにより、温度センサ１３の温度検出部１４が、ナット軌道溝６の溝底に近接した位置に配置され、負荷路の温度を感度よく検出することができる。
本実施例のセンサ取付穴１２は、３つの負荷路の内、ナット５の軸方向の両端側、つまりフランジ部７側の端部とフランジ部７と反対側の端部の側に形成された２つの負荷路にそれぞれ設けられており、図１において右側のセンサ取付穴１２には温度センサ１３ａが、左側のセンサ取付穴１２には温度センサ１３ｂがそれぞれの負荷路を形成するナット軌道溝６の同じ位置に取付られている。
【００１７】
図２において、１５はパーソナルコンピュータ等の異常判定装置であり、温度センサ１３ａ、１３ｂからの出力信号Ｖａ、Ｖｂが入力される温度演算手段１６ａ、１６ｂと、温度演算手段１６ａ、１６ｂで演算された２つの温度検出値Ｔａ、Ｔｂの差の絶対値である温度差ΔＴを計算する差分計算手段１７と、ボールねじ装置１の運転の開始時から差分計算手段１７で計算された温度差ΔＴの変化を監視し、その変化を基にボールねじ装置１の異常を判定し、異常と判定したときに異常判定出力Ｊを出力する異常判定手段１８と、異常判定手段１８から異常判定出力Ｊが出力されたときに、表示灯やブザー等の視覚や聴覚等の外部認識可能な手段で、異常が生じたことを外部に報知する異常報知手段１９とを備えている。
【００１８】
上記の温度演算手段１６ａ、１６ｂ、差分計算手段１７、異常判定手段１８は異常判定装置１５の図示しない記憶部に格納されたプログラムによるソフトウェアまたは電気回路で構成され、異常報知手段１９は電気回路等で構成されている。
上記の構成の作用について説明する。
ボールねじ装置１、例えば、射出成形機等に用いられるボールねじ装置１が作動を開始すると、負荷される荷重と運転速度によりナット５の温度が上昇し、ナット５の各部の温度検出値Ｔは、発熱源（主に負荷路を転動するボール２と軸軌道溝４およびナット軌道溝６との間）からの距離や放熱状態によって温度分布が存在し、ナット５の各部において多少の差は存在するものの、定常状態ではそれらの温度差ΔＴでほぼ安定し、運転パターンによる運転速度や荷重条件等による変化の影響は抑制されて、平均回転数と平均荷重とにほぼ比例した温度になる。
【００１９】
図３は、本実施例のボールねじ装置１に取付けた温度センサ１３ａ、１３ｂの時間経過に伴う温度上昇を示したものである。
測定に用いたボールねじ装置１は、日本精工株式会社製、形式ＨＴＦ−ＳＣＲ−６３１６−１０．５であり、そのねじ軸３の直径はφ６３、リード１６ｍｍ、ボール径φ１２．７、軸軌道溝４の有効長さ８００ｍｍ、予圧荷重４３００Ｎ、予圧トルク１９６Ｎ・ｃｍである。
【００２０】
また、試験条件は、ナット５の軸方向荷重を９８００Ｎとし、ストローク５００ｍｍ、平均回転数３００ｒｐｍ（最高回転数３１００ｒｐｍ、加速時間０．１秒、ストローク端停止時間１．０秒）における連続運転である。
図３に示すように、ボールねじ装置１が正常な場合には、温度センサ１３ａと１３ｂとの温度検出値Ｔには、各負荷路のボール２に実際に負荷される荷重の差等によって、定常温度に多少の差は存在するものの、定常状態の温度はほぼ安定し、２つの負荷路間の温度差ΔＴも一定で推移している。
【００２１】
図４は、図３の平均回転数３００ｒｐｍの状態から、ボールねじ装置１の平均回転数を２００ｒｐｍに下げたときの温度を示したものである。
図４に示すように、温度センサ１３ａと１３ｂとの温度検出値Ｔは、平均回転数の変化に伴って下降するものの、温度差ΔＴが一定の状態で推移し、定常状態になったときに、その温度差ΔＴを保ったままで安定した状態になっている。
【００２２】
この特性、つまり、正常なボールねじ装置１においては、平均回転数や荷重等が変化したとしても、温度検出値Ｔそのものは変化するが、同じナット５の異なる負荷路間の温度差ΔＴは一定のままで推移するという特性を利用すれば、運転パターンによる荷重状態や運転速度、潤滑状態等が異なるボールねじ装置１であっても、ボール２の剥離や磨耗、軸軌道溝４やナット軌道溝６の剥離や磨耗、リターンチューブ９の損傷、異物の噛込み等によりボール２の動きが阻害され、ボール２と軸軌道溝４やナット軌道溝６との間の滑り等による温度上昇を温度差ΔＴで検出して、異常を判定することが可能になる。
【００２３】
本実施例の異常判定装置１５においては、図２に示すように、負荷路を形成するナット軌道溝６に近接する位置に設けられた２つの温度センサ１３ａ、１３ｂからの出力信号Ｖａ、Ｖｂが、それぞれ温度演算手段１６ａ、１６ｂに入力され、その出力信号Ｖａ、Ｖｂを演算により温度に変換した温度検出値Ｔａ、Ｔｂが差分計算手段１７に入力されると、差分計算手段１７では、２つの温度検出値Ｔの内の、一方（本実施例では、温度センサ１３ａの温度検出値Ｔａ）をＴ１とし、他方（本実施例では、温度センサ１３ｂの温度検出値Ｔｂ）をＴ２として、その温度差ΔＴを
ΔＴ＝ａｂｓ（Ｔ１−Ｔ２）  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
ここに、「ａｂｓ（）」は、括弧内の計算値の絶対値を示す。
により計算して異常判定手段１８へ入力する。
【００２４】
異常判定手段１８では、入力された温度差ΔＴを、所定の時間間隔（本実施例では、５分毎）で取得し、これを図示しない記憶部に格納しながら監視し、１回前の温度差ΔＴ（ｎ−１）と今回の温度差ΔＴ（ｎ）との間の変化率αを
α＝ａｂｓ（ΔＴ（ｎ−１）−ΔＴ（ｎ））／ΔＴ（ｎ）    ・・・・・（２）
により計算して求め、その変化率αが、最初に所定の定常判定値（本実施例では、５％）以下となったときに、そのときの温度差ΔＴｋを基準とし、これに所定の定数（本実施例では、１．２）を乗じた値を、温度差ΔＴにより異常を検出するための異常判定値Ｗｔとして記憶部に保存する。
【００２５】
そして、異常判定値Ｗｔを保存した後は、所定の時間間隔で温度差ΔＴによる異常発生の監視を開始し、差分計算手段１７から取得された温度差ΔＴが、異常判定値Ｗｔを超えた場合に、異常の発生を判定して異常報知手段１９へ異常判定出力Ｊを出力する。
異常報知手段１９は、異常判定出力Ｊが入力されると、ボールねじ装置１に異常が生じたことを外部に報知するために、外部認識可能な手段によって警報等の報知動作を行う。
【００２６】
なお、上記の差分計算手段１７における温度差ΔＴの計算は、２つの温度検出値Ｔの差を温度差ΔＴとして用いたが、温度差ΔＴを示す指標として、温度差ΔＴの比率である式（３）に示す温度差指標Ｃｘを用いるようにしてもよい。
Ｃｘ＝ａｂｓ（Ｔ１−Ｔ２）／Ｔ２  ＝ΔＴ／Ｔ２    ・・・・・・・・（３）
この場合に、異常判定手段１８において算出する変化率αは、上記と同様に、１回前の温度差指標Ｃｘ（ｎ−１）と今回の温度差指標Ｃｘ（ｎ）との間で求め、定常判定値になったときにその温度差指標Ｃｘｋを基準として用いるようにすればよい。
【００２７】
また、各温度検出値Ｔ１、Ｔ２の単位は、絶対温度（ケルビン：Ｋ）を用いるとよい。摂氏温度（℃）を用いると、分母が「０」または負になる場合が存在するからである。
更に、分母とする温度検出値Ｔ２は、温度検出値Ｔａ、Ｔｂの内の低い方の温度検出値を用いるようにするとよい。高い方の温度検出値Ｔを用いると、異常が発生した場合における温度上昇に伴って分母の温度検出値Ｔが上昇して温度差指標Ｃｘの変化が鈍化し、結果として温度差指標Ｃｘによる異常判定の感度が低下するからである。
【００２８】
図５は、異常が発生したボールねじ装置１（諸元、試験条件は図３と同じ。）の温度センサ１３ａ、１３ｂの時間経過に伴う温度上昇を示したものである。
なお、ここに示す異常は、試験のために、フランジ部７の反対側のナット５の端部の循環路、つまり温度センサ１３ａ側の循環路を構成するリターンチューブ９に故意に異常を発生させ、ボール２の循環不良を生じさせて、負荷路のボール２とナット軌道溝６等との間に滑りを生じさせて発熱させたものである。
【００２９】
図５に示すように、異常が発生した循環路の負荷路の温度を検出している温度センサ１３ａの温度検出値Ｔは、経過時間に伴って上昇し、正常な負荷路（温度センサ１３ｂ側の負荷路）との温度差ΔＴが拡大しており、温度差ΔＴが、運転を開始してから最初に定常状態になったときの温度差ΔＴ、例えば２時間後の温度差ΔＴ（＝３０−２７）である３度（Ｃｘ＝０．０１）を基準とする温度差ΔＴｋとし、異常判定値Ｗｔ（＝３×１．２）を、３．６度（Ｃｘの場合は、０．０１２）に設定したとすると、１０時間を超えるまでは温度差ΔＴは３度のまま維持されているので異常の発生はなく、図５において、約１１時間経過した後に、１７時間後の約２倍の温度差ΔＴ＝６度（＝５５−４９、Ｃｘ＝０．０１８６）に向かって増加する過程で、温度差ΔＴが異常判定値Ｗｔを超え、異常と判定されて異常判定出力Ｊが出力される。
【００３０】
このように、本実施例では、ボールねじ装置１に形成された２つの負荷路の温度をそれぞれ温度センサ１３ａ、１３ｂで検出し、運転開始後に温度差ΔＴの変化が最初に定常状態になったときに、その温度差ΔＴｋを基準として異常判定値Ｗｔを算出し、その後に温度差ΔＴが異常判定値Ｗｔを超えたときに、ボールねじ装置１の異常を判定するので、運転パターンの相違による閾値温度を予め設定しておかなくても、運転パターンの複雑さによる荷重条件や運転速度、潤滑状態等の変化に伴う温度検出値Ｔの変化の影響を受けることなく、それらの温度差ΔＴの変化によって、ボールねじ装置１の異常を早期に、かつ容易に検出することができると共に、異常が生じた部位、つまり異常が生じた循環路を容易に特定することができる。
【００３１】
なお、本実施例では、温度センサ１３の温度検出部１４をセンサ取付穴１２に挿入し、負荷路を構成するナット軌道溝６に近接させた状態で取付けるとして説明したが、センサ取付穴１２を設けずに、ナット５の外周面に温度検出部１４を直接貼付するようにしてもよい。このようにすれば温度センサ１３の取付の簡素化を図ることができる。
また、本実施例では、センサ取付穴１２は穿孔により形成するとして説明したが、切欠きを設けてそこに温度検出部１４を貼付するようにしてもよい。このようにしてもナット軌道溝６に近接させて温度センサ１３を配置することができる。
【００３２】
更に、本実施例では、温度センサ１３を独立した２つの負荷路にそれぞれ取付けるとして説明したが、３以上の独立した負荷路にそれぞれ取付けるようにしてもよい。
この場合には、複数の温度センサ１３の中から２つを抽出して組合せた各組合せの全てについて、式（１）を用いてそれぞれの温度差ΔＴを求め、いずれか一つの温度差ΔＴが異常判定値Ｗｔを超えたときにボールねじ装置１の異常を判定するようにすればよい。このようにすれば、異常の発生した循環路をより正確に特定することが可能になる。
【００３３】
温度差指標Ｃｘを用いた場合も、同様である。
以上説明したように、本実施例では、ボールねじ装置のナットの、複数の負荷路の少なくとも２つを形成するナット軌道溝の半径方向の外側にそれぞれの温度を検出する温度センサを設け、これら複数の温度センサから２つを抽出して組合せた各組合せにおける２つの温度センサの温度差が、異常判定値Ｗｔを超えたとき、異常を判定するようにしたことによって、運転パターンの複雑さによる温度検出値Ｔの変化の影響を受けることなく、それらの温度差ΔＴの変化によって、ボールねじ装置の異常を早期に、かつ容易に判定することができると共に、異常が生じた部位を容易に特定することができる。
【００３４】
また、温度センサを、負荷路を形成するナット軌道溝に近接させて配置するようにしたことによって、ボールねじ装置の異常を感度よく検出することができる。
更に、運転開始後に温度差ΔＴの変化が最初に定常状態になったときに、その温度差ΔＴｋを基準として異常判定値Ｗｔを算出し、この異常判定値Ｗｔを基に、異常の有無を判定するようにしたことによって、運転パターンの相違による閾値温度を予め設定しておかなくても、運転パターンに応じて異常判定値Ｗｔを容易に設定することができる。
【００３５】
なお、本実施例においては、温度センサは少なくとも２つの負荷路に設けるとして説明したが、負荷路が１つしかない、大リードの軌道溝を有するボールねじ装置の場合には、ナットのフランジ側と反フランジ側等の２箇所以上に温度センサを設けるようにしても、同様の効果を得ることができる。
また、本実施例においては、連通部材としてのリターンチューブに形成された連通路によってボールを循環させるチューブ式の循環方式を用いたボールねじ装置を例に説明したが、連通部材は前記に限らず、コマ式やミドルデフレクタ式等の連通路が形成されたコマやデフレクタ等によってボールを循環させる循環方式のボールねじ装置に適用しても同様の効果を得ることができる。
【実施例２】
【００３６】
図６は実施例２のボールねじ装置の外観を示す説明図、図７は実施例２の異常判定装置を示すブロック図である。
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施例のボールねじ装置１のリターンチューブ９は、図６に示すように、実施例１の取付フランジ９ａに代えて、鋼材等で形成された押え具としてのチューブ押え２１により、小ねじ１０でナット５の平面５ａに締結されて固定されている（図１０等参照）。
【００３７】
本実施例のリターンチューブ９は、実施例１と同様に、ナット５の軸方向に３箇所設けられており、それぞれのリターンチューブ９の内径として形成された連通路により、当該部位の軸軌道溝４とナット軌道溝６とにより形成される負荷路の両端部を連通して、ボール２を循環させる３つの循環路を形成している。
また、３つの負荷路の内、ナット５の軸方向の両端側、つまりフランジ部７側の端部とフランジ部７と反対側の端部の側に形成された２つの負荷路のそれぞれの両端を連通する連通路が形成されたリターンチューブ９の一方の端部の外表面に、加速度ピックアップ等の、当該部位の連通路を通過するボール２の振動を検出するための異常状態検出手段としての振動センサ２３が接着剤等の接合手段により固定されており、図７において右側のリターンチューブ９に取付けられた振動センサ２３ａと、左側のリターンチューブ９に取付けられた振動センサ２３ｂとは、それぞれの連通路の同じ位置に取付られている。
【００３８】
これにより、ボール２が循環する循環路を構成する連通路の同じ部位を通過するボール２に起因する振動を検出することが可能になり、ボール２の挙動の異常を検出することができる。
図７において、２５はパーソナルコンピュータ等の異常判定装置であり、振動センサ２３ａ、２３ｂからの出力信号Ｖａ、Ｖｂが入力される振動演算手段２６ａ、２６ｂと、振動演算手段２６ａ、２６ｂで演算された２つの振動検出値Ｘａ、Ｘｂの差の絶対値である振動差Ｓを計算する差分計算手段２７と、ボールねじ装置１の運転の開始時から差分計算手段２７で計算された振動差Ｓを監視し、その振動差Ｓを、予め定めた異常判定閾値Ｗｓと比較してボールねじ装置１の異常を判定し、異常と判定したときに異常判定出力Ｊを出力する異常判定手段２８と、異常判定手段２８から異常判定出力Ｊが出力されたときに、実施例１の異常報知手段１９と同様にして、異常が生じたことを外部に報知する異常報知手段２９とを備えている。
【００３９】
上記の振動演算手段２６ａ、２６ｂ、差分計算手段２７、異常判定手段２８は異常判定装置２５の図示しない記憶部に格納されたプログラムによるソフトウェアまたは電気回路で構成され、異常報知手段２９は電気回路等で構成されている。
なお、本実施例の異常判定装置２５の振動演算手段２６ａ、２６ｂは、振動センサ２３ａ、２３ｂの出力信号Ｖａ、Ｖｂのそれぞれの所定の時間間隔（例えば、１秒間）における二乗平均値の平方根であるＲＭＳ値を演算する演算手段が設けられており、出力信号Ｖの波形の変化による影響を抑制するために、振動検出値Ｘａ、Ｘｂは、ＲＭＳ値で出力される。
【００４０】
つまり、振動センサ２３ａ、２３ｂの出力信号Ｖａ、ＶｂをＲＭＳ値として出力にするのは、振動センサ２３ａ、２３ｂからの出力信号Ｖａ、Ｖｂをそのまま用いて振動差Ｓを計算すると、２つの出力信号Ｖａ、Ｖｂの波形の位相によっては振動差Ｓが元の出力信号より大きくなる場合があり、異常の有無を判定できなくなる虞があるからである。
一般に、リターンチューブ９を通過するボール２は、負荷路からボール２を掬上げる掬上部、曲折部、曲折部の間の直管部、負荷路へボール２を戻す戻し部等の部位の相違によって、ボール２に起因する振動のＲＭＳ値である振動検出値Ｘは変化するが、本実施例の振動センサ２３は、連通路の同じ部位に設けられているので、２つの負荷路が分担する荷重の差等によって、２つの振動センサ２３からの振動検出値Ｘに、多少の差は存在するものの、正常な運転状態ではそれらの振動差Ｓでほぼ安定し、運転中の運転速度や荷重条件の相違によって、振動検出値Ｘそのものは変化しても、それらから算出された振動差Ｓはほぼ一定で推移する。
【００４１】
この特性を利用すれば、運転パターンによる荷重状態や運転速度、潤滑状態等が異なるボールねじ装置１であっても、ボール２の剥離や磨耗、軸軌道溝４やナット軌道溝６の剥離や磨耗、リターンチューブ９の損傷、異物の噛込み等によりボール２の動きが阻害され、ボール２と軸軌道溝４やナット軌道溝６との間の滑り等によるボール２の挙動の変化による振動上昇を振動差Ｓで検出して、異常を判定することが可能になる。
【００４２】
本実施例の異常判定装置２５においては、図７に示すように、連通路が形成されたリターンチューブ９の同じ部位に設けられた２つの振動センサ２３ａ、２３ｂからの出力信号Ｖａ、Ｖｂが、それぞれ振動演算手段２６ａ、２６ｂに入力され、その出力信号Ｖａ、Ｖｂを演算によりＲＭＳ値とした振動検出値Ｘａ、Ｘｂが差分計算手段２７に入力されると、差分計算手段２７では、２つの振動検出値Ｘの内の、一方（本実施例では、振動センサ２３ａの振動検出値Ｘａ）をＸ１とし、他方（本実施例では、振動センサ２３ｂの振動検出値Ｘｂ）をＸ２として、その振動差Ｓを
Ｓ＝ａｂｓ（Ｘ１−Ｘ２）  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）
により計算して異常判定手段２８へ入力する。
【００４３】
異常判定手段２８では、運転開始時から、入力された振動差Ｓを連続的に取得して、これを図示しない記憶部に予め設定されて格納されている異常判定閾値Ｗｓと比較しながらボールねじ装置１の異常を監視し、差分計算手段２７から取得された振動差Ｓが、異常判定閾値Ｗｓを超えた場合に、異常の発生を判定して、異常報知手段２９へ異常判定出力Ｊを出力する。
【００４４】
異常報知手段２９は、異常判定出力Ｊが入力されると、ボールねじ装置１に異常が生じたことを外部に報知するために、外部認識可能な手段によって警報等の報知動作を行う。
このように、本実施例では、ボールねじ装置１に形成された２つの負荷路の両端をそれぞれに連通する連通路の同じ部位を通過するボール２に起因する振動をそれぞれの振動センサ２３ａ、２３ｂで検出し、それらの振動検出値Ｘの振動差Ｓを、運転開始時から連続的に予め定めた異常判定閾値Ｗｓと比較しながら監視し、振動差Ｓが異常判定閾値Ｗｓを超えたときに、ボールねじ装置１の異常を判定するので、運転パターンの複雑さによる荷重条件や運転速度、潤滑状態等の変化に伴う振動検出値Ｘの変化の影響を受けることなく、それらの振動差Ｓの変化によって、ボールねじ装置１の異常を早期に、かつ容易に検出することができると共に、異常が生じた部位、つまり異常が生じた循環路を容易に特定することができる。
【００４５】
なお、本実施例では、振動センサ２３の取付部位は、リターンチューブ９の一方の端部であるとして説明したが、他方の端部または中央部であってもよく、図８に示すように、チューブ押え２１の端部であっても、図９に示すように、チューブ押え２１の中央部であってもよい。要は連通路の同じ部位を通過するボール２の振動を検出することが可能な部位であればよい。
【００４６】
また、本実施例では、循環路は３つ設けるとして説明したが、図１０に示すように、リターンチューブ９を２つ用いて、循環路を２つとしたボールねじ装置１であっても、それぞれのリターンチューブ９の同じ部位に振動センサ２３ａ、２３ｂを取付ければ、上記と同様にして、ボールねじ装置１の異常を判定することができる。
この場合に、２つのリターンチューブ９をナット５の平面５ａに固定するチューブ押え２１は共通に形成されているので、チューブ押え２１に振動センサ２３ａ、２３ｂを取付けずに、２つのリターンチューブ９にそれぞれ取付けることが望ましい。チューブ押え２１に振動センサ２３を取付けると、それぞれの振動センサ２３ａ、２３ｂが他方の連通路を通過するボール２による振動の影響を受けてしまい。振動差Ｓによる異常判定の感度を低下させてしまうからである。
【００４７】
更に、図１１に示すように、軸軌道溝４およびナット軌道溝６を２条ねじとして、４つの循環路を形成したボールねじ装置１の場合には、ナット５のフランジ部７側またはフランジ部７の反対側にそれぞれ形成された１条目、２条目の循環路（図１１の例では、ナット５のフランジ部７側）を構成する２つのリターンチューブ９の同じ部位にそれぞれ振動センサ２３ａ、２３ｂを取付ければ、上記と同様にして、ボールねじ装置１の異常を判定することができる。
【００４８】
更に、本実施例では、連通部材としてのリターンチューブ９に形成された連通路によってボール２を循環させるチューブ式の循環方式を用いたボールねじ装置１を例に説明したが、図１２に示すように、複数（図１２の例では、６つ）の連通部材としてのコマ３１に形成された連通路によって、循環路が形成されたボールねじ装置１であっても、その内の２つのコマ３１（図１２の例では、ナット５の軸方向の両端側、つまりフランジ部７側の端部とフランジ部７と反対側の端部とに形成された２つの循環路を形成するコマ３１）の同じ部位にそれぞれ振動センサ２３ａ、２３ｂを取付ければ、上記と同様にして、ボールねじ装置１の異常を判定することができる。
【００４９】
更に、本実施例では、振動センサ２３を独立した２つの負荷路にそれぞれ取付けるとして説明したが、３以上の独立した負荷路にそれぞれ取付けるようにしてもよい。
この場合には、複数の振動センサ２３の中から２つを抽出して組合せた各組合せの全てについて、式（４）を用いてそれぞれの振動差Ｓを求め、いずれか一つの振動差Ｓが異常判定閾値Ｗｓを超えたときにボールねじ装置１の異常を判定するようにすればよい。このようにすれば、異常の発生した循環路をより正確に特定することが可能になる。
【００５０】
以上説明したように、本実施例では、ボールねじ装置の、複数の負荷路の両端を連通する少なくとも２つの連通路の同じ部位に、それぞれ部位を通過するボールの振動を検出する振動センサを設け、これら複数の振動センサから２つを抽出して組合せた各組合せにおける２つの振動センサの振動差Ｓが、予め定めた異常判定閾値Ｗｓを超えたときに、異常を判定するようにしたことによって、運転パターンの複雑さによる振動検出値Ｘの変化の影響を受けることなく、それらの振動差Ｓの変化によって、ボールねじ装置の異常を早期に、かつ容易に判定することができると共に、異常が生じた部位を容易に特定することができる。
【実施例３】
【００５１】
図１３は実施例３のボールねじ装置を示す説明図である。
なお、上記実施例１および実施例２と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
図１３に示すボールねじ装置１は、ミドルデフレクタ式のボールねじ装置である。
図１３において、３３は第１の転向部材としてのエンドデフレクタであり、金属材料や樹脂材料等で製作され、ナット５の軸方向の両方の端面に形成された嵌着穴に嵌め込まれて取付けられ、ナット５の端部側の負荷路の端部に連結する湾曲した通路である転向路３４が形成されており、１つの負荷路の一端で、ボール２を負荷路から掬い上げ、または負荷路へ戻るボール２の移動方向を転向させる機能を有している。
【００５２】
３５は第２の転向部材としてのミドルデフレクタであり、金属材料や樹脂材料等で製作され、突出した円弧面を有する円柱状部材であって、ナット５の軸方向の中央部の外周面に形成された挿入穴にそれぞれ嵌め込まれ、小ねじ３６によりナット５に締結された押え板３７により取付けられ、ナット５の中央部側の負荷路の端部に連結する湾曲した通路である転向路３８が形成されており、１つの負荷路の他端で、ボール２を負荷路から掬い上げ、または負荷路へ戻るボール２の移動方向を転向させる機能を有している。
【００５３】
３９は連通穴であり、エンドデフレクタ３３の転向路３４と、ミドルデフレクタ３５の転向路３８とを連通するために、ナット５の厚肉部に形成されたエンドデフレクタ３３の装着穴とミドルデフレクタ３５の挿入穴との間をナット５の軸方向に沿って貫通する貫通穴であって、ボール２の直径より大きい直径を有し、各負荷路に対応して設けられている。
【００５４】
本実施例の２つの負荷路の両端部は、エンドデフレクタ３３の転向路３４と、ナット５の連通穴３９と、ミドルデフレクタ３５の転向路３８とで形成される連通路により連通されて２つの循環路が形成され、これらの循環路には複数のボール２と所定の量のグリースがそれぞれ封入される。
なお、図１３は連通路の構成を示すために、透視した状態で示してあるが、押え板３７、小ねじ３６を除く各部は、ナット５の内部に形成されている。
【００５５】
本実施例の振動センサ２３は、２つの負荷路の、ナット５の軸方向の中央側の端部に設けられたミドルデフレクタ３５に取付けられおり、振動センサ２３ｂはフランジ部７側に形成された負荷路に連通する転向路３８を有するミドルデフレクタ３５に、振動センサ２３ａはフランジ部７と反対側に形成された負荷路に連通する転向路３８を有するミドルデフレクタ３５に、それぞれ取付けられている。
【００５６】
つまり、本実施例の振動センサ２３は、その一方（例えば、振動センサ２３ａ）が、２つの負荷路の内の一の負荷路の両端を連通する連通路の一の端部を形成する転向路３８に設けられ、他方（例えば、振動センサ２３ｂ）は、他の負荷路の両端を連通する連通路の一の端部と反対側の端部を形成する転向路３８に設けられており、それぞれの連通路における異なる位置に取付られている。
【００５７】
このように、本実施例の振動センサ２３は、一方が掬上げ側とすれば、他方が戻し側に設けられているが、それぞれが検出する振動検出値Ｘそのものは相違しても、２つの振動検出値Ｘの振動差Ｓは安定しており、振動差Ｓを運転開始時から連続的に予め定めた異常判定閾値Ｗｓと比較しながら監視すれば、振動差Ｓが異常判定閾値Ｗｓを超えたときに、ボールねじ装置１の異常を判定することができ、運転パターンの複雑さによる運転速度や荷重条件等の変化の影響を受けることなく、それらの振動差Ｓによって、ボールねじ装置１の異常を早期に、かつ容易に検出することができると共に、異常が生じた部位、つまり異常が生じた循環路を容易に特定することができる。
【００５８】
なお、本実施例では、振動センサ２３は、２つの連通路を構成するそれぞれのミドルデフレクタ３５に設けるとして説明したが、振動センサ２３の一方、例えば振動センサ２３ａを、フランジ部７と反対側に形成された負荷路に連通する転向路３４を有するエンドデフレクタ３３に取付け、他方の振動センサ２３ｂを、上記と同様に、フランジ部７側に形成された負荷路に連通する転向路３８を有するミドルデフレクタ３５に取付けるようにしてもよい。このようにすれば、ボール２が循環する循環路を構成する連通路の同じ部位を通過するボール２に起因する振動を検出することが可能になる。
【００５９】
以上説明したように、本実施例では、ボールねじ装置に設けた２つの振動センサの一方を、一の負荷路の両端を連通する連通路の一方の端部に設けると共に、他方を、他の負荷路の両端を連通する連通路の一の端部と反対側の端部に設け、これら２つの振動センサの振動差Ｓが、予め定めた異常判定閾値Ｗｓを超えたときに、異常を判定するようにしたことによって、運転パターンの複雑さによる振動検出値Ｘの変化の影響を受けることなく、それらの振動差Ｓの変化によって、ボールねじ装置の異常を早期に、かつ容易に判定することができると共に、異常が生じた部位を容易に特定することができる。
【００６０】
なお、上記実施例２および本実施例においては、異常検出手段は振動センサであるとして説明したが、異常検出手段は、力センサやカラーセンサ、渦電流センサ等であってもよい。
また、上記各実施例においては、直動ねじ装置は、転動体をボールとしたボールねじ装置であるとして説明したが、直動ねじ装置は前記に限らず、転動体を円柱状のローラとしたローラねじ装置であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】実施例１のボールねじ装置の上面を示す説明図
【図２】実施例１の異常判定装置を示す説明図
【図３】実施例１のボールねじ装置の正常な場合の温度測定結果を示すグラフ
【図４】実施例１のボールねじ装置の運転パターンを変更した場合の温度測定結果を示すグラフ
【図５】実施例１のボールねじ装置の異常が発生した場合の温度測定結果を示すグラフ
【図６】実施例２のボールねじ装置の外観を示す説明図
【図７】実施例２の異常判定装置を示す説明図
【図８】実施例２の振動センサの他の取付部位を示す説明図
【図９】実施例２の振動センサの他の取付部位を示す説明図
【図１０】実施例２の振動センサの他の取付部位を示す説明図
【図１１】実施例２の振動センサの２条ねじ式ボールねじ装置における取付部位を示す説明図
【図１２】実施例２の振動センサのコマ式ボールねじ装置における取付部位を示す説明図
【図１３】実施例３のボールねじ装置を示す説明図
【符号の説明】
【００６２】
１    ボールねじ装置
２    ボール
３    ねじ軸
４    軸軌道溝
５    ナット
５ａ  平面
６    ナット軌道溝
７    フランジ部
９    リターンチューブ
９ａ  取付フランジ
１０、３６  小ねじ
１２  センサ取付穴
１３、１３ａ、１３ｂ  温度センサ
１４  温度検出部
１５、２５  異常判定装置
１６ａ、１６ｂ  温度演算手段
１７、２７  差分計算手段
１８、２８  異常判定手段
１９、２９  異常報知手段
２１  チューブ押え
２３、２３ａ、２３ｂ  振動センサ
２６ａ、２６ｂ  振動演算手段
３１  コマ
３３  エンドデフレクタ
３４、３８  転向路
３５  ミドルデフレクタ
３７  押え板
【図１】
2010025826.tif 000003
【図２】
2010025826.tif 000004
【図３】
2010025826.tif 000005
【図４】
2010025826.tif 000006
【図５】
2010025826.tif 000007
【図６】
2010025826.tif 000008
【図７】
2010025826.tif 000009
【図８】
2010025826.tif 000010
【図９】
2010025826.tif 000011
【図１０】
2010025826.tif 000012
【図１１】
2010025826.tif 000013
【図１２】
2010025826.tif 000014
【図１３】
2010025826.tif 000015