(57)【要約】【課題】軌道部材に転動体を介して移動部材が相対移動可能に組み付けられる機械要素に複数のセンサを取り付けても、信号線の数を減らすことができる機械要素用のセンサシステムを提供する。【解決手段】機械要素３の移動部材２に、第１センサ１４ａ〜１４ｄと第２センサ２２ａ〜２２ｄを配置する。移動部材２に、第１センサ１４ａ〜１４ｄが出力するデータと第２センサ２２ａ〜２２ｄが出力するデータを受信し、受信したデータを出力するマスターデバイス１８を配置する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軌道部材に転動体を介して移動部材が相対移動可能に組み付けられる機械要素用のセンサシステムであって、
前記移動部材に配置される第１センサと、
前記移動部材に配置される第２センサと、
前記移動部材に配置され、前記第１センサが出力するデータと前記第２センサが出力するデータを受信し、受信した前記データを出力するマスターデバイスと、を備える機械要素用のセンサシステム。
【請求項２】
前記第１センサが前記移動部材の相対移動方向の一端部に配置され、
前記第２センサが前記移動部材の前記相対移動方向の他端部に配置されることを特徴とする請求項１に記載の機械要素用のセンサシステム。
【請求項３】
前記マスターデバイスと前記第１センサ及び前記第２センサの少なくとも一方とで通信を行うためのケーブルが、前記軌道部材と前記移動部材との間に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の機械要素用のセンサシステム。
【請求項４】
前記移動部材は、前記軌道部材の上面に対向する中央部と、前記軌道部材の左右一対の側面に対向する左右一対の袖部と、を有し、
前記ケーブルは、前記軌道部材の前記上面と前記移動部材の前記中央部との間に配置されることを特徴とする請求項３に記載の機械要素用のセンサシステム。
【請求項５】
前記ケーブルは、前記移動部材に取り付けられる支持部材に支持されることを特徴とする請求項４に記載の機械要素用のセンサシステム。
【請求項６】
前記マスターデバイスが、前記移動部材に取り付けられる第１ケースに収容されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の機械要素用のセンサシステム。
【請求項７】
前記第１センサが前記第１ケースに収容され、
前記第２センサが前記移動部材に取り付けられる第２ケースに収容され、
前記マスターデバイスと前記第２センサとで通信を行うためのケーブルが、前記第１ケース及び前記第２ケースそれぞれに収容される基板のコネクタに着脱可能に接続されることを特徴とする請求項６に記載の機械要素用のセンサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軌道部材に転動体を介して移動部材が相対移動可能に組み付けられる機械要素用のセンサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
軌道部材に転動体を介して移動部材が相対移動可能に組み付けられる機械要素として、運動案内装置が知られている。運動案内装置は、例えば工作機械のテーブル等の直線運動を案内するのに用いられる。運動案内装置には、軌道部材と移動部材との間に転動体を介在させるので、テーブル等を高精度にかつ高剛性に案内できるという特徴がある。
【０００３】
近年、運動案内装置の寿命や故障を予測するために、運動案内装置にセンサを取り付け、運動案内装置の変位、歪み、振動、温度等の物理量を検出する試みがなされている。例えば特許文献１には、運動案内装置の移動部材に複数の変位センサを取り付け、移動部材の変位５成分（すなわち、上下方向、左右方向、ピッチング方向、ローリング方向及びヨーイング方向の変位）を算出する試みがなされている。移動部材の変位５成分を算出することによって、移動部材にかかる荷重を算出し、最終的には運動案内装置の寿命や故障を予測している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−０１３４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、運動案内装置の移動部材に複数のセンサを取り付けると、センサの数だけ上位システムにデータを送信するための信号線の数が増えるという課題がある。軌道部材に対して相対移動する移動部材の信号線の数が増えると、信号線を処理するのに手間がかかるし、場合によってはセンサを配置できないこともある。
【０００６】
そこで本発明は、機械要素に複数のセンサを取り付けても、信号線の数を減らすことができる機械要素用のセンサシステム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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、軌道部材に転動体を介して移動部材が相対移動可能に組み付けられる機械要素用のセンサシステムであって、前記移動部材に配置される第１センサと、前記移動部材に配置される第２センサと、前記移動部材に配置され、前記第１センサが出力するデータと前記第２センサが出力するデータを受信し、受信した前記データを出力するマスターデバイスと、を備える機械要素用のセンサシステムである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、移動部材に第１センサが出力するデータと第２センサが出力するデータを受信し、受信したデータを出力するマスターデバイスを設けるので、機械要素に複数のセンサを取り付けても、上位システムにデータを送信するための信号線の数を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態のセンサシステムが適用される運動案内装置を示す図である（図１（ａ）が平面図、図１（ｂ）が側面図、図１（ｃ）が正面図である）。
【図２】本実施形態の移動部材の循環路に沿った断面図である。
【図３】本実施形態の移動部材の斜視図である。
【図４】本実施形態の第１ケースの内部を示す斜視図（遠近法を用いた斜視図）である。
【図５】本実施形態の移動部材の底面図である。
【図６】本実施形態の運動案内装置の正面図である。
【図７】本実施形態のセンサシステムのブロック構成図である。
【図８】本発明の第２の実施形態のセンサシステムが適用される移動部材の斜視図である。
【図９】本発明の第３の実施形態のセンサシステムが適用される移動部材の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態の機械要素用のセンサシステムを詳細に説明する。ただし、本発明の機械要素用のセンサシステムは種々の形態で具体化することができ、明細書に記載される実施形態に限定されるものではない。本実施形態は、明細書の開示を十分にすることによって、当業者が発明の範囲を十分に理解できるようにする意図をもって提供されるものである。
（第１の実施形態）
【００１１】
図１は、本実施形態のセンサシステムが適用される機械要素としての運動案内装置３を示す。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は側面図、図１（ｃ）は正面図である。１は軌道部材、２は移動部材である。移動部材２は、軌道部材１にその長手方向に相対移動可能に組み付けられる。軌道部材１は、例えば工作機械等のベースに取り付けられる。移動部材２は、例えば工作機械等のテーブルに取り付けられる。
【００１２】
以下では、説明の便宜上、軌道部材１を水平面に配置し、軌道部材１の長さ方向から見たときの方向、すなわち図１（ｃ）の左右方向、上下方向、図１（ｂ）の前後方向を用いて運動案内装置３の構成を説明する。もちろん、運動案内装置３の配置は、これに限られるものでなく、例えば運動案内装置３を垂直面に配置することもできるし、上下をひっくり返して配置することもできる。
【００１３】
軌道部材１は、前後方向に延びる。軌道部材１の上面には、軌道部材１をベースに取り付けるための複数の通し孔１ｂが形成される。軌道部材１の側面には、前後方向に延びる転動体転走部１ａが形成される。この実施形態では、軌道部材１の左右側面それぞれに、２条の転動体転走部１ａが形成される。
【００１４】
移動部材２は、正面視で略逆Ｕ字状であり、軌道部材１の上面に対向する中央部２−１と、軌道部材１の左右側面に対向する一対の袖部２−２と、を有する。
【００１５】
図２は、移動部材２の循環路に沿った断面図を示す。移動部材２は、軌道部材１に転動体４を介して相対移動可能に組み付けられる。移動部材２は、ブロック５と、ブロック５の移動方向の両端部に取り付けられる一対の蓋部材６ａ，６ｂと、を備える。ブロック５には、軌道部材１の転動体転走部１ａに対向する転動体転走部５ａが形成される。転動体転走部１ａと転動体転走部５ａとの間の負荷転走路８には、複数の転動体４が転がり運動可能に介在する。ブロック５には、転動体転走部５ａと平行に戻し路７が形成される。一対の蓋部材６ａ，６ｂそれぞれには、Ｕ字状の方向転換路９ａ，９ｂが形成される。負荷転走路８、戻し路７、及び一対のＵ字状の方向転換路９ａ，９ｂによって循環路が構成される。軌道部材１に対する移動部材２の相対移動に伴って、転動体４が循環路を循環する。なお、運動案内装置３自体の構成は公知であるので、これ以上の詳しい説明を省略する。
【００１６】
図３は、移動部材２の斜視図を示す。移動部材２の相対移動方向の一端部には、ねじ等の締結部材によって第１ケース１１が取り付けられる。第１ケース１１は、箱状の本体１１ａと、本体１１ａを開閉可能にする蓋体１１ｂと、を備える。また、第１ケース１１は、移動部材２と同様に正面視で略逆Ｕ字状であり、軌道部材１の上面に対向する中央部１１−１と、軌道部材１の左右側面に対向する一対の袖部１１−２と、を有する（図４参照）。
【００１７】
移動部材２の相対移動方向の他端部には、ねじ等の締結部材によって第２ケース１２が取り付けられる。第２ケース１２の構成は、第１ケース１１と略同一であるので、同一の符号を附してその説明を省略する。
【００１８】
第１ケース１１には、少なくとも一つの第１センサ１４ａ〜１４ｄが収容される。第１センサ１４ａ〜１４ｄは、移動部材２の変位、歪み、振動、温度等の物理量を検出するためのセンサである。第１センサ１４ａ〜１４ｄは、物理量に応じた電圧信号等のアナログの信号をデジタルのデータに変換し、デジタルのデータを出力する。この実施形態では、第１センサ１４ａ〜１４ｄは、移動部材２の変位を検出する変位センサである。第１ケース１１には、例えば４つの第１センサ１４ａ〜１４ｄが収容される。４つの第１センサ１４ａ〜１４ｄは、軌道部材１に対する移動部材２の左右方向及び上下方向の変位を検出する。
【００１９】
図４は、蓋体１１ｂを取り外した第１ケース１１の本体１１ａを示す。第１ケース１１には４つの第１センサ１４ａ〜１４ｄが配置されるが、図４には分かり易くするために１つ第１センサ１４ａのみを示す。第１ケース１１には、基板１５が収容される。第１センサ１４ａのセンサケーブル１６は、コネクタ１７を介して基板１５に接続される。基板１５には、マイコン等のマスターデバイス１８が搭載される。第１センサ１４ａとマスターデバイス１８とは、基板１５のバスを介して通信を行う。また、マスターデバイス１８は、外部の上位システムとも通信を行う。１９はマスターデバイス１８が上位システムと通信を行うためのケーブル、２０はコネクタである。
【００２０】
図３に示すように、第２ケース１２には、少なくとも１つの第２センサ２２ａ〜２２ｄが収容される。第２センサ２２ａ〜２２ｄも、移動部材２の変位、歪み、振動、温度等の物理量を検出するためのセンサである。第２センサ２２ａ〜２２ｄも、物理量に応じた電圧信号等のアナログの信号をデジタルのデータに変換し、デジタルのデータを出力する。この実施形態では、第２センサ２２ａ〜２２ｄは、移動部材２の変位を検出する変位センサである。第２ケース１２には、例えば４つの第２センサ２２ａ〜２２ｄが収容される。４つの第２センサ２２ａ〜２２ｄは、軌道部材１に対する移動部材２の左右方向及び上下方向の変位を検出する。
【００２１】
第２ケース１２には、基板２１が収容される。第２センサ２２ａ〜２２ｄのセンサケーブル（図示せず）は、コネクタ（図示せず）を介して基板２１に接続される。ただし、第１ケース１１の基板１５と異なり、第２ケース１２の基板２１には、マスターデバイス１８は搭載されていない。
【００２２】
図３に示すように、第１ケース１１に収容される基板１５と第２ケース１２に収容される基板２１とは、フラットケーブル、フレキシブルケーブル等のケーブル２４で接続される。図４に示すように、ケーブル２４の両端部は、コネクタ２５を介して基板１５，２１に着脱可能に接続される。第２センサ２２ａ〜２２ｄとマスターデバイス１８とは、このケーブル２４を介して通信を行う。
【００２３】
図５は、移動部材２の底面図を示す。ケーブル２４は、第１ケース１１から第２ケース１２に渡る。第１ケース１１と第２ケース１２には、ケーブル２４を通すための四角形状の開口２６（図４も参照）が形成される。開口２６から異物が第１ケース１１及び第２ケース１２の内部に侵入するのを防止するために、開口２６はシール材２７で塞がれる。シール材２７には、例えば樹脂を主成分としたものを用いることができる。
【００２４】
図６は、運動案内装置３の正面図を示す。ケーブル２４は、軌道部材１と移動部材２との間に配置される。詳しくは、ケーブル２４は、軌道部材１の上面と移動部材２の中央部２−１との間に配置される。移動部材２の中央部２−１の下面には、支持部材２８が取り付けられる。ケーブル２４は、支持部材２８に支持される。この実施形態では、移動部材２の中央部２−１の下面に異物が移動部材２に侵入するのを防止するシール部材が取り付けられており、このシール部材を支持部材２８として利用する。
【００２５】
図７は、本実施形態のセンサシステムのブロック構成図を示す。３０はセンサシステム、３１は上位システム、１８はマスターであるマスターデバイス、１４ａ〜１４ｄはスレーブである第１センサ、２２ａ〜２２ｄはスレーブである第２センサである。通信はマスターデバイス１８と１つの第１センサ１４ａ〜１４ｄ又は１つの第２センサ２２ａ〜２２ｄとの間で行われる。マスターデバイス１８は、同時には１つの第１センサ１４ａ〜１４ｄ又は１つの第２センサ２２ａ〜２２ｄとしか通信できない。なお、第１センサ１４ｃ，１４ｄ、第２センサ２２ｃ、２２ｄは省略している。
【００２６】
マスターデバイス１８と各第１センサ１４ａ〜１４ｄ又は各第２センサ２２ａ〜２２ｄとは、チップセレクト（ＣＳ）、シリアルクロック（ＳＣＬＫ）、データ出力（ＭＯＳＩ）、データ入力（ＭＩＳＯ）の４種類の信号線で接続される。
【００２７】
チップセレクト（ＣＳ）の信号線は、マスターデバイス１８が通信相手の第１センサ１４ａ〜１４ｄ又は第２センサ２２ａ〜２２ｄを選択するための信号線である。チップセレクト信号がアクティブ（Ｌレベル）になった１つの第１センサ１４ａ〜１４ｄ又は１つの第２センサ２２ａ〜２２ｄがマスターデバイス１８と通信を行う。シリアルクロック（ＳＣＬＫ）の信号線は、データを転送するための信号線である。データは、シリアルクロック信号の立ち上がり又は立ち下りに同期して転送される。データ出力（ＭＯＳＩ）の信号線は、マスターデバイス１８から第１センサ１４ａ〜１４ｄ、第２センサ２２ａ〜２２ｄに転送するデータを伝える信号線である。データ入力（ＭＩＳＯ）の信号線は、第１センサ１４ａ〜１４ｄ、第２センサ２２ａ〜２２ｄからマスターデバイス１８に転送するデータを伝える信号線である。
【００２８】
チップセレクト（ＣＳ）の信号線は、各第１センサ１４ａ〜１４ｄ用、各第２センサ２２ａ〜２２ｄ用として別個に設けられる。一方、シリアルクロック（ＳＣＬＫ）の信号線は、４つの第１センサ１４ａ〜１４ｄで共用され、４つの第２センサ２２ａ〜２２ｄで共用される。すなわち、マスターデバイス１８のシリアルクロック（ＳＣＬＫ）の信号線が、４つの第１センサ１４ａ〜１４ｄに共通接続され、４つの第２センサ２２ａ〜２２ｄに共通接続される。同様に、データ出力（ＭＯＳＩ）の信号線、データ入力（ＭＩＳＯ）の信号線も、４つの第１センサ１４ａ〜１４ｄで共用され、４つの第２センサ２２ａ〜２２ｄで共用される。データ出力（ＭＯＳＩ）の信号線、データ入力（ＭＩＳＯ）の信号線が、４つの第１センサ１４ａ〜１４ｄに共通接続され、４つの第２センサ２２ａ〜２２ｄに共通接続される。
【００２９】
マスターデバイス１８が第１センサ１４ａが出力するデータを読み出す場合には、まず、第１センサ１４ａ用のチップセレクト信号をアクティブ（Ｌレベル）にし、他のチップセレクト信号をＨレベルにする。これにより、第１センサ１４ａが選択状態になり、残りの第１センサ１４ｂ〜１４ｄ、第２センサ２２ａ〜２２ｄが非選択状態になる。次に、マスターデバイス１８は、データ出力信号を用いて、リードコマンドを第１センサ１４ａに出力する。次に、マスターデバイス１８は、シリアルクロック信号とデータ入力信号を用いて、第１センサ１４ａからデータを受信する。リードコマンドを受けた第１センサ１４ａは、マスターデバイス１８からのクロック信号に同期して、マスターデバイス１８にデータを送信する。
【００３０】
その後、マスターデバイス１８が第１センサ１４ｂ〜１４ｄ、第２センサ２２ａ〜２２ｄのデータを読み出す場合には、上記と同様の動作を行う。
【００３１】
マスターデバイス１８と上位システム３１とは、ＲＳ４２２等で接続される。マスターデバイス１８は、第１センサ１４ｂ〜１４ｄ、第２センサ２２ａ〜２２ｄから受信したデータを上位システム３１に送信する。マスターデバイス１８と上位システム３１とは、有線で接続されても無線で接続されてもよい。
【００３２】
上位システム３１は、例えば寿命計算プログラムがインストールされたコンピュータである。上位システム３１は、マスターデバイス１８から受信したデータに基づいて、移動部材２の変位５成分（すなわち、上下方向、左右方向、ピッチング方向、ローリング方向及びヨーイング方向の変位）を算出し、移動部材２の変位５成分から移動部材２にかかる荷重を算出し、最終的には運動案内装置３の寿命や故障を予測する。
【００３３】
なお、上位システム３１として、ハードディスク等の記憶装置を用い、マスターデバイス１８から送信されるデータを記憶することもできる。また、センサとして、移動部材２の歪み、振動、温度等を検出するセンサを用いた場合、上位システム３１として、これらの検出データを解析するプログラムがインストールされたコンピュータを用いることができる。
【００３４】
以上に本発明の実施形態のセンサシステムを説明した。本実施形態のセンサシステム３０によれば、以下の効果を奏する。
【００３５】
運動案内装置３の移動部材２に、第１センサ１４ａ〜１４ｄが出力するデータと第２センサ２２ａ〜２２ｄが出力するデータを受信し、受信したデータを出力するマスターデバイス１８を設けるので、運動案内装置３に複数のセンサ１４ａ〜１４ｄ，２２ａ〜２２ｄを取り付けても、上位システム３１にデータを送信するための信号線の数を減らすことができる。
【００３６】
移動部材２の相対移動方向の両端部に配置される第１センサ１４ａ〜１４ｄと第２センサ２２ａ〜２２ｄのデータを、１箇所のマスターデバイス１８でまとめて出力することができる。
【００３７】
マスターデバイス１８と第２センサ２２ａ〜２２ｄとで通信を行うためのケーブル２４を、軌道部材１と移動部材２との間に配置するので、運動案内装置３の外形が大きくなるのを防止できる。
【００３８】
マスターデバイス１８と第２センサ２２ａ〜２２ｄとで通信を行うためのケーブル２４を軌道部材１の上面と移動部材２の中央部２−１との間に配置するので、ケーブル２４が転動体４に接触するのを防止できる。
【００３９】
マスターデバイス１８と第２センサ２２ａ〜２２ｄとで通信を行うためのケーブル２４を移動部材２に取り付けられる支持部材２８で支持するので、ケーブル２４が撓んで軌道部材１に接触するのを防止できる。
【００４０】
マスターデバイス１８と第２センサ２２ａ〜２２ｄとで通信を行うためのケーブル２４が基板１５，２１に着脱可能に接続されるので、型番によって移動部材２の寸法が変わっても、移動部材２の寸法の変化に柔軟に対応できる。例えば、最大型番の移動部材２に合わせたケーブル２４を用意すれば、全ての型番の移動部材２に対応できる。移動部材２に比べてケーブル２４が長い場合でも、ケーブル２４を折り畳んで支持部材２８で支持すればよい。
【００４１】
マスターデバイス１８を移動部材２に取り付けられる第１ケース１１に収容するので、移動部材２にマスターデバイス１８を容易に配置することができる。
（第２の実施形態）
【００４２】
図８は、本発明の第２の実施形態のセンサシステムが適用される移動部材２の斜視図を示す。第１の実施形態では、マスターデバイス１８と第２センサ２２ａ〜２２ｄとが通信するためのケーブル２４が、移動部材２と軌道部材１との間に配置されるのに対し、第２の実施形態では、このケーブル２４が移動部材２の側面に設けた導管４１に収容される。その他の構成は、第１実施形態のセンサシステムと同一である。その他の構成は、第１の実施形態と同一なので、同一の符号を附してその説明を省略する。
（第３の実施形態）
【００４３】
図９は、本発明の第３の実施形態のセンサシステムが適用される移動部材２の斜視図を示す。第１の実施形態では、マスターデバイス１８と第２センサ２２ａ〜２２ｄとを有線のケーブル２４で接続するのに対し、第３の実施形態では、マスターデバイス１８と第２センサ２２ａ〜２２ｄとをトランシーバ４３を用いて無線で接続する。また、マスターデバイス１８と上位システム３１とをトランシーバ４２を用いて無線で接続する。その他の構成は、第１の実施形態と同一なので、同一の符号を附してその説明を省略する。
【００４４】
なお、本発明は、上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で他の実施形態に具現化可能である。
【００４５】
例えば、センサとして、移動部材の歪み、振動、温度等を検出するセンサを用いることもできるし、センサを移動部材のブロック及び／又は蓋部材に配置することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明のセンサシステムは、上記実施形態の運動案内装置に限らず、ボールねじ、ボールスプラインにも適用することができる。
【００４７】
ボールねじは、ねじ軸と、ナットと、ねじ軸の溝とナットの溝との間に介在する転動体としてのボールと、を備える。ボールが循環できるように、ナットには循環路が設けられる。ねじ軸を回転させると、ナットが相対的に直線運動する。
【００４８】
ボールスプラインは、スプライン軸と、スプライン外筒と、スプライン軸とスプライン外筒との間に介在する転動体としてのボールと、を備える。ボールが循環できるように、スプライン外筒には循環路が設けられる。スプライン軸に対してスプライン外筒を軸方向に相対移動させると、ボールが循環路を循環する。
【符号の説明】
【００４９】
１…軌道部材、２…移動部材、２−１…中央部、２−２…袖部、３…運動案内装置（機械要素）、４…転動体、１１…第１ケース、１２…第２ケース、１４ａ〜１４ｄ…第１センサ、１５，２１…基板、１８…マスターデバイス、２２ａ〜２２ｄ…第２センサ、２４…ケーブル、２５…コネクタ、２８…支持部材、３０…センサシステム、３１…上位システム
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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