(57)【要約】【課題】ボールねじの運転中の損傷状況を検出できるボールねじ検査装置を提供する。【解決手段】ねじ軸とナットに設けられた互いに対向する螺旋状の転動溝と、この転動溝を連結するリターンチューブとで構成される循環転動路を複数の鋼球が転動するボールねじを、ねじ軸を回転駆動する駆動装置と、ねじ軸に螺合してねじ軸の軸方向に移動可能な螺合移動体と、螺合移動体とナットとの間に配置された予圧付与機構と、ナットの回転を停止させると共に軸方向に移動可能なナット回転止機構と、ねじ軸の端面と接触し、このねじ軸と電気的に導通する回転軸導通機構と、ナットと電気的に導通するナット接続端子とを備えたボールねじ検査装置にナットと螺合移動体とを電気的に絶縁して設置し、回転軸導通機構とナット接続端子との間に電位差を与え、この電位差の変化により循環転動路と鋼球との間の油膜形成状況を検出する。【選択図】        図１
2004361247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ軸とナットに設けられた互いに対向する螺旋状の転動溝と、該転動溝を連結する連結路とで構成される循環転動路を複数の鋼球が転動するボールねじと、
前記ねじ軸を回転駆動する駆動装置と、
前記ねじ軸に螺合してねじ軸の軸方向に移動可能な螺合移動体と、
該螺合移動体と前記ナットとの間に配置された予圧付与機構と、
前記ナットの回転を停止させると共に前記軸方向に移動可能なナット回転止機構と、
前記ねじ軸と接触し、該ねじ軸と電気的に導通する回転軸導通機構と、
前記ナットと電気的に導通するナット接続端子とを備え、
前記ナットと前記螺合移動体とを電気的に絶縁すると共に前記回転軸導通機構と前記ナット接続端子との間に電位差を与え、該電位差の変化により前記循環転動路と鋼球との間の油膜形成状況を検出することを特徴とするボールねじ検査装置。
【請求項２】
ボールねじのねじ軸と前記ボールねじのナットとを相対的に回転させ、前記ねじ軸とナットとの間に電位差を与え、該電位差の変化により前記ボールねじの循環転動路と鋼球との間の油膜形成状況を検出することを特徴とするボールねじの検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械や精密機械等の移動体の送り機構等に用いられるボールねじの損傷等を検査するボールねじ検査装置およびその検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のボールねじ検査装置は、ねじ軸とナットを鋼球を介して螺合させたボールねじのねじ軸とナットとを検査装置にそれぞれ回動不能に固定して軸方向の組立時のガタを検出している。
【０００３】
また、検査装置へのナットの固定を解除してナット保持治具に設けられたベアリングにより回動可能とし、回動不能に固定された軸を押し付けてねじ軸とナットの摩擦力を検出している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１８３３２７号公報（第４−５頁
【００２１】−
【００３４】、第１図、第９図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術においては、ナットにねじ軸を押し付けてナットとねじ軸の摩擦力を検出しているため、ボールねじの静止時および回動当初の摩擦力を測定しているに過ぎず、ボールねじの運転時の損傷状況等を検査することができないという問題がある。
【０００６】
また、ナットはナットを固定したスリーブの外周面に設けられたベアリングより回動する構成となっているため、検出される摩擦力はそのベアリングの摩擦力を含んだものが検出されることになり、鋼球の傷や異物の混入等に伴う微小な摩擦力の変化の検出が困難であるばかりか、ボールねじの運転中の潤滑不良や取付不良、異物の混入等に起因するボールねじの損傷を検出することは不可能で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、ボールねじの運転中の損傷状況を検出できるボールねじ検査装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、ねじ軸とナットに設けられた互いに対向する螺旋状の転動溝と、該転動溝を連結する連結路とで構成される循環転動路を複数の鋼球が転動するボールねじと、前記ねじ軸を回転駆動する駆動装置と、前記ねじ軸に螺合してねじ軸の軸方向に移動可能な螺合移動体と、該螺合移動体と前記ナットとの間に配置された予圧付与機構と、前記ナットの回転を停止させると共に前記軸方向に移動可能なナット回転止機構と、前記ねじ軸と接触し、該ねじ軸と電気的に導通する回転軸導通機構と、前記ナットと電気的に導通するナット接続端子とを備え、前記ナットと前記螺合移動体とを電気的に絶縁すると共に前記回転軸導通機構と前記ナット接続端子との間に電位差を与え、該電位差の変化により前記循環転動路と鋼球との間の油膜形成状況を検出することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明によるボールねじの実施の形態について説明する。
【００１０】
図１は実施の形態のボールねじ検査装置を示す説明図、図２は実施の形態のボールねじを示す斜視図である。
【００１１】
図２において、１はボールねじである。
【００１２】
２はボールねじ１のねじ軸であり、合金鋼等の鋼材で製作され、その外周面には略半円弧形状の軸転動溝３が等ピッチで螺旋状に形成されている。
【００１３】
また、ねじ軸１の両側には螺旋状の軸転動溝３と軸芯を一にする円筒部２ａが成形され、その端面の軸芯部には略円錐状に成形された導電接触部２ｂが設けられている。
【００１４】
４はボールねじ１のナットであり、合金鋼等の鋼材で製作され、その内周面には軸転動溝３と対向する略半円弧形状のナット転動溝５が形成されている。
【００１５】
６は鋼球であり、合金鋼等の鋼材で製作された球体である。
【００１６】
７は連結路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、鋼球６が転動できる程度の内径を有する略Ｕ字形に曲折した管であって、上記ねじ軸２のねじ転動溝３とこれに対向するナット４のナット転動溝５との端部を連結して循環転動路を形成する。
【００１７】
この循環転動路には、複数の鋼球６と共に所定の量の潤滑材、例えばグリースが封入され、鋼球６が循環しながら転動する。本実施の形態では２つの循環転動路が設けられている。
【００１８】
８はチューブ固定具であり、鋼材や樹脂材料等を曲折して製作された固定具であって、小ねじ９等で締結してリターンチューブ７をナット４に固定する。
【００１９】
１０はフランジ部であり、ナット４の外周部に一体に設けられ、ボルト穴１０ａが設けられている。
【００２０】
図１において、１１はボールねじ検査装置である。
【００２１】
１２は螺合移動体であり、検体としてのボールねじ１のねじ軸２に螺合してねじ軸２の軸方向に移動可能な移動体である。本実施の形態では検体としてのボールねじ１のナット４と同様の鋼球等を介してねじ軸２に螺合するナットであって、フランジ部１３を有している。
【００２２】
１４は予圧付与機構であり、スラスト軸受１５と、このスラスト軸受１５を介して螺合移動体１２に設置されたバネ座１６と、バネ部材としての複数の圧縮コイルバネ１７と、この圧縮コイルバネ１７の軸方向の移動を案内するバネ案内板１８と、螺合移動体１２のフランジ部１３とナット４のフランジ部１０とを所定の間隔に固定する直線状またはかすがい状のフランジ固定具１９とにより構成され、バネ案内板１８はナット４のフランジ部１０にボルト等により取付けられる。
【００２３】
また、ナット４と螺合移動体１２とは電気的に絶縁されており、例えばバネ座１６および／もしくはバネ案内板１８およびフランジ固定具１９を導電性を有しない樹脂材料等で製作して、または電気絶縁材を挟んで各部品を組付けてナット４と螺合移動体１２とを電気的に絶縁する。
【００２４】
２０は駆動装置としてのモータであり、基台２１に固定され、カップリング２２によりねじ軸２と連結してねじ軸２を正逆回転可能に駆動する。
【００２５】
２３は支持軸受であり、玉軸受等をハウジングに嵌合した軸受装置であって、基台２１に固定され、ねじ軸２の両側の円筒部２ａに嵌合してねじ軸２を正逆回転可能に支持する。
【００２６】
２４はナット回転止機構であり、基台２１に固定された２つのリニアボールベアリング等のリニア軸受２５と、このリニア軸受２５に軸方向の往復運動可能に支持されたリニア軸２６と、リニア軸２６に固定されてナット４を係止してナット４の回転を停止させる係止レバー２７とにより構成され、リニア軸２６をねじ軸２と平行にしてねじ軸２の側方に配置される。
【００２７】
３０は導電接触端子であり、金属材料またはカーボン材等の導電性を有する材料で製作された球体または略半球面を有する端子であって、図示しない保持具にバネ部材を介して保持されており、ねじ軸２の端面に略円錐状に成形された導電接触部２ｂにその球面を押圧しながら摺接して回転するねじ軸２との間の導電性を確保する。
【００２８】
上記の導電接触部２ｂとこれに摺接する導電接続端子３０とにより回転軸導通機構３１を構成する。
【００２９】
３２はナット接続端子であり、導電性を有する接着剤等によりナット４に取付けられる。
【００３０】
３３は油膜形成率測定器であり、複数の電気抵抗体３４ａ、３４ｂ、３４ｃ等と電源３５および／もしくはコンデンサ等との組合せで構成された電気回路を有しており、端子３６ａおよび３６ｂが導線３７ａおよび３７ｂを介して導電接触端子３０およびナット接続端子３２と接続して導電接触端子３０とナット接続端子３２との間に電位差を与えると共に、電位差の変化を検出するための電位差変化検出装置としてのオシロスコープ３８に接続して導電接触端子３０とナット接続端子３２の間の電位差の変化を測定して油膜形成状況を検出する。
【００３１】
上記の構成の作用について説明する。
【００３２】
ボールねじ１は、図２に示すように潤滑材と複数の鋼球６を循環転動路に封入して組立てられている。
【００３３】
組立てられたボールねじ１を本実施の形態のボールねじ検査装置１１に設置する場合は、ねじ軸２に予圧付与機構１４のバネ案内板１８をナット４のフランジ１０に取付けて複数の圧縮コイルバネ１７を装着する一方、スラスト軸受１５を介してバネ座１６を取付けた螺合移動体１２をねじ軸２に螺合させて螺合移動体１２を回転させながら圧縮コイルバネ１７をバネ座１６に着座させる。
【００３４】
この時、バネ座１６はスラスト軸受１５を介して螺合移動体１２に取付けられているので、螺合移動体１２が独立して回転し、バネ座１６は回転しない状態で軸方向に送られ、圧縮コイルバネ１７にひねり等を発生させることなく着座させることができる。
【００３５】
圧縮コイルバネ１７をバネ座１６に着座させた後は、更に螺合移動体１２を所定の角度独立して回転させ、バネ座１６とバネ案内板１８との間の圧縮コイルバネ１７を圧縮して鋼球６を介して螺合するボールねじ１のねじ軸２とナット４との間に適切な予圧を付与する。
【００３６】
予圧を付与した後は、ねじ軸２をモータ２０により回転させたときにもその予圧を維持するためにフランジ固定具１９により螺合移動体１２とナット４との間の間隔を固定する。
【００３７】
このようにして螺合移動体１２等を組付けたボールねじ１は、ねじ軸２の両側の円筒部２ａに支持軸受２３をそれぞれ嵌合して基台２１に固定し、カップリング２２を介してねじ軸２をモータ２０に接続する。
【００３８】
また、ねじ軸２と平行に配置されたリニア軸２６に固定した係止レバー２７をボルト等によりナット４のフランジ部１０に係止してねじ軸２の回転に伴うナット４の共回りを停止させる。
【００３９】
そして、ねじ軸２の端面に設けた導電接触部２ｂに導電接触端子３０を接触させて保持し、ナット４の外周面にナット接続端子３２を取付け、それぞれ導線３７ａ、３７ｂおよび端子３６ａ、３６ｂを介して油膜形成率測定器３３に接続してボールねじ検査装置１１にボールねじ１を設置する。
【００４０】
このようにして設置したボールねじ１をボールねじ検査装置１１を用いて検査する場合は、油膜形成率測定器３３の電源３５により導電接触端子３０とナット接続端子３２との間に電位差を与え、モータ２０によりねじ軸２を所定の時間間隔で正逆両方向に回転させてねじ軸２に螺合するナット４と螺合移動体１２とを軸方向に所定のストロークで往復運動させながらオシロスコープ３８の画面に表示される電位差の変化を測定して油膜形成率を検出する。
【００４１】
図３は上記のオシロスコープ３８で測定した正常時の油膜形成率を示す説明図である。
【００４２】
なお、図３にＡで示したオシロスコープ３８の表示線はねじ軸２が回転していない状態、つまりボールねじ１の停止時おける表示線を示し、Ｂで示した表示線はねじ軸２が回転している状態、つまりボールねじ１の運転時（ねじ軸２の回転速度５００ｒｐｍ（正逆共）、ストローク６０ｍｍ（往復））における表示線を示す（後述する図４、図５においても同様である。）。
【００４３】
また、以下に示す測定時の雰囲気温度はいずれの場合も５５〜６０℃である。
【００４４】
正常時のボールねじ１の状態は、予圧された状態でのナット４の外径振れが８μｍ、ねじ軸２に対する傾きが０であった。
【００４５】
図３にＡで示した停止時には、鋼球６がねじ軸２の軸転動溝３とナット４のナット転動溝５の間に付与された予圧により挟持され、鋼球６の球面と軸転動溝３とナット転動溝５の転動面との間の油膜が排除され、これらが互いに金属接触してねじ軸２とナット４の間が鋼球６を介して導通している状態、すなわち油膜形成率が０％の状態を示している。
【００４６】
Ｂで示した運転時には、軸転動溝３とナット転動溝５とで構成される循環転動路の転動面と鋼球６の球面との間にねじ軸２の回転に伴う鋼球６の転動によるくさび効果によって油膜が形成され、ねじ軸２とナット４の間が形成された油膜により略電気的に絶縁された状態、すなわち油膜形成率が略１００％である正常時の状態を示している。
【００４７】
図４はオシロスコープ３８で測定した正常時から異常時への遷移時の油膜形成率を示す説明図である。
【００４８】
上記の運転を継続して遷移時となったボールねじ１の状態は、予圧された状態でのナット４の外径振れが１００μｍ、ねじ軸２に対する傾きが１．６／１０００であった。
【００４９】
図４にＡで示した停止時は、上記図３で示した停止時の状態と同様であるのでその説明を省略する。
【００５０】
Ｂで示した運転時には、ナット４の外径触れおよび傾きの増加により、一旦形成された油膜が時々切れてねじ軸２とナット４との間が鋼球６を介して金属接触により導通する状態、すなわち油膜形成率が時々１００％を下回る遷移時の状態を示している。
【００５１】
図５はオシロスコープ３８で測定したボールねじ１が異常となる直前の異常前の油膜形成率を示す説明図である。
【００５２】
上記の運転を更に継続して異常前となったボールねじ１の状態は、予圧された状態でのナット４の外径振れが１８０μｍ、ねじ軸２に対する傾きが２／１０００であった。
【００５３】
図５にＡで示した停止時は、上記図３で示した停止時の状態と同様であるのでその説明を省略する。
【００５４】
Ｂで示した運転時には、ナット４の外径触れおよび傾きの更なる増加により、形成された油膜が頻繁に切れてねじ軸２とナット４との間が鋼球６を介して金属接触により導通する状態、すなわち油膜形成率が頻繁に１００％を下回る異常前の状態を示している。
【００５５】
なお、ボールねじ１が焼付等により異常となった場合は、図５にＡで示す停止時と同様に常に導通した状態となる。
【００５６】
上記の説明は、ホールねじ１の連続運転時に潤滑不良や取付不良、異物の混入等に起因するボールねじ１の損傷の経時変化について説明したが、組立直後のボールねじ１においても組付不良や異物の混入、鋼球６に突起状の有害な傷等が存在する場合にも、その程度に応じて上記図４、図５に示した油膜形成率と同様の電位差の変化が測定され、この電位差の変化により油膜形成状況を検出することによってボールねじ１の組立状態や損傷状態を検査することができる。
【００５７】
なお、本実施の形態のボールねじ検査装置１１は、ボールねじ１のねじ軸２に予圧付与機構１４を介在させて螺合移動体１２を組付け、ねじ軸２の端面に設けた略円錐形状の導電接触部２ｂに球面を有する導電接触端子３０を摺接させ、側方に配置したナット回転止機構２４によりナット４を係止してその回転を停止させる構成としているため、通常ねじ軸２の製作時にその端面の設けられるセンタ穴を導電接触部２ｂとして利用することができ、特別なねじ軸２によらずに実際の工作機械や精密機械等の移動台にボールねじ検査装置１１を容易に装着することができる。
【００５８】
これにより、実際の工作機械等の運転中のボールねじ１の損傷度合を監視しながら運転を行うことが可能となり、ボールねじ１の損傷に伴う機械本体の精度低下を未然に防止することも可能になる。
【００５９】
以上説明したように、本実施の形態では、ボールねじのねじ軸を導電接触部に導電接触端子を摺接させた回転軸導通機構により電気的に接続し、ナットをナット接続端子で接続してねじ軸とナットとの間に電位差を与え、この電位差の変化により循環転動路と鋼球との間の油膜形成状況を検出するようにしたことによって、運転中のボールねじの循環転動路と鋼球との金属接触の状況を油膜形成率として検出することができ、出荷時等の組立状態の検査や寿命試験等の損傷状況の把握を容易に行うことができる。
【００６０】
なお、本実施の形態では、電位差変化検出装置としてオシロスコープを用いるとして説明したが、電位差変化検出装置としてはオシロスコープに限らず、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）を受光体とし、電位差により屈折率を変化させた光を照射してその位置を検出して、またはオシロスコープ等の画像の輝点の位置を検出して所定の閾値を超える頻度により油膜形成率を求めるようにしてもよい。
【００６１】
また、ナット接続端子はボールねじのナットの外周面に接着剤等で取付けるとして説明したが、係止レバーとリニア軸とを電気的に絶縁してナット接続端子を係止レバーに導電性を確保して係止するようにしてもよい。
【００６２】
更に、回転軸導通機構は導電接触部とこれに摺接する導電接続端子により構成するとして説明したが、スリップリング等を用いて回転軸導通機構を構成するようにしてもよい。
【００６３】
更に、予圧付与機構のバネ部材は複数の圧縮コイルバネを用いるとして説明したが、ねじ軸を内径側に通した１つの圧縮コイルバネを用いてもよく、板バネ等で形成したバネ部材やトーションスプリングを用いるようにしてもよい。
【００６４】
更に、上記実施の形態ではリターンチューブを連結路として転動球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に本発明を適用した場合を例に説明したが、連結路は上記に限らず連結路をこま式やエンドキャップ式等とした循環方式のボールねじに本発明を適用しても同様の効果を得ることができる。
【００６５】
更に、上記実施の形態ではボールねじのねじ軸を回転させてナットを軸方向に移動させるとして説明したが、ねじ軸を固定してナットを回転させる形式のボールねじに本発明を適用しても同様に油膜形成状況を検出することができる。つまり本発明はボールねじのねじ軸とナットとが相対的に回転するときの油膜形成状況を検出することができるボールねじの検査装置である。
【００６６】
この場合に、固定側であるねじ軸にはナット接続端子と同様の接続端子を設けるようにし、回転するナットには上記の導電接触端子と同様のナットの外周面等に摺接する導電接触端子を設けるようにする。
【００６７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は、ボールねじのねじ軸とナットとの間に電位差を与え、この電位差の変化により循環転動路と鋼球との間の油膜形成状況を検出するようにしたことによって、運転中のボールねじの損傷状況を容易に検出することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態のボールねじ検査装置を示す説明図
【図２】実施の形態のボールねじを示す斜視図
【図３】実施の形態の正常時の油膜形成率を示す説明図
【図４】実施の形態の遷移時の油膜形成率を示す説明図
【図５】実施の形態の異常前の油膜形成率を示す説明図
【符号の説明】
１    ボールねじ
２    ねじ軸
２ａ  円筒部
２ｂ  導電接触部
３    軸転動溝
４    ナット
５    ナット転動溝
６    鋼球
７    リターンチューブ
８    チューブ固定具
９    小ねじ
１０、１３  フランジ部
１０ａ  ボルト穴
１１  ボールねじ検査装置
１２  螺合移動体
１４  予圧付与機構
１５  スラスト軸受
１６  バネ座
１７  圧縮コイルバネ
１８  バネ案内板
１９  フランジ固定具
２０  モータ
２１  基台
２２  カップリング
２３  支持軸受
２４  ナット回転止機構
２５  リニア軸受
２６  リニア軸
２７  係止レバー
３０  導電接触端子
３１  回転軸導通機構
３２  ナット接続端子
３３  油膜形成率測定器
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ  電気抵抗体
３５  電源
３６ａ、３６ｂ  端子
３７ａ、３７ｂ  導線
３８  オシロスコープ
【図１】
2004361247.tif 000003
【図２】
2004361247.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004361247.tif 000007