(57)【要約】【課題】ボールねじ若しくはリニアガイドの転動体の変位を光学的に測定することにより、正確かつ容易に転動体公転周期等を測定する。【解決手段】転動体の一部に、反射率の異なるセラミック転動体を入れ、ナットの側壁に測定用の２つの貫通孔を設ける。各々の貫通孔は案内溝の１回転半だけ離れて形成する。レーザー・ドップラ振動計検出部から２つの貫通孔に向けて照射されたレーザビームは転動体の表面において反射し、その反射光がレーザー・ドップラ振動計検出部において検出される。セラミック転動体の反射光強度は他のものよりも弱いため、信号強度の時間変化を計測することにより、転動体の公転周期を測定することができる。【選択図】  図２
2005049151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒形をなし、内周面に螺旋状の案内溝が形成されたナットと、前記ナットに挿入されるとともに、外周に螺旋状の案内溝が形成されたねじ軸と、前記ナットの案内溝および前記ねじ軸の案内溝に挟持された複数の転動体とを備えた転動装置内の前記転動体の変位測定方法において、
前記ナットの側壁に貫通孔を設けるステップと、
前記ナットの外部に設けられた光源から前記貫通孔を介して前記転動体に光を照射し、反射光を検出器によって検出するステップと、
検出された反射光に基づき前記転動体の変位を算出するステップとを有することを特徴とする転動装置の転動体の変位測定方法。
【請求項２】
略コの字形をなし、内周面に直線状の案内溝が形成されたスライダと、前記スライダに挿入されるとともに、外面に直線状の案内溝が形成された案内レールと、前記スライダの案内溝および前記案内レールの案内溝に挟持された複数の転動体とを備えた転動案内装置内の前記転動体の変位測定方法において、
前記スライダの側壁に貫通孔を設けるステップと、
前記スライダの外部に設けられた光源から前記貫通孔を介して前記転動体に光を照射し、反射光を検出器によって検出するステップと、
検出された反射光に基づき前記転動体の変位を算出するステップとを有することを特徴とする転動装置の転動体の変位測定方法。
【請求項３】
前記転動体は、第１の反射率を有する第１の転動体と、当該第１の反射率とは異なる第２の反射率を有する第２の転動体とからなり、
前記第１および第２の転動体の各々の反射光を、前記貫通孔において順に検出することにより、前記第１および第２の転動体の変位を測定することを特徴とする請求項１または２に記載の測定方法。
【請求項４】
前記貫通孔は、互いに所定距離だけ離れた位置に設けられた第１の貫通孔および第２の貫通孔からなり、前記第１および第２の貫通孔において前記転動体の反射光を検出することにより、前記転動体が前記第１の貫通孔から前記第２の貫通孔まで移動するのに要する時間を測定することを特徴とする請求項１または２に記載の測定方法。
【請求項５】
前記光源および前記検出器はレーザー・ドップラ振動計であることを特徴とする請求項１または２に記載の測定方法。
【請求項６】
前記光源はＬＥＤであることを特徴とする請求項１または２に記載の測定方法。
【請求項７】
前記第１の転動体は金属製であり、前記第２の転動体はセラミック製であることを特徴とする請求項３に記載の測定方法。
【請求項８】
略円筒形をなし、内周面に螺旋状の案内溝が形成されたナットと、前記ナットに挿入されるとともに、外周に螺旋状の案内溝が形成されたねじ軸と、前記ナットの案内溝および前記ねじ軸の案内溝に挟持された複数の転動体とを備えた転動装置内の前記転動体の変位測定装置において、
前記ナットの側壁に設けられた貫通孔を介して前記転動体に光を照射する光源と、
前記転動体からの反射光を検出する検出器と、
検出された反射光の時間変化を出力する出力装置とを有することを特徴とする転動装置の転動体の変位測定装置。
【請求項９】
略コの字形をなし、内周面に直線状の案内溝が形成されたスライダと、前記スライダに挿入されるとともに、外面に直線状の案内溝が形成された案内レールと、前記スライダの案内溝および前記案内レールの案内溝に挟持された複数の転動体とを備えた転動案内装置内の前記転動体の変位測定装置において、
前記スライダの側壁に設けられた貫通孔を介して前記転動体に光を照射する光源と、
前記転動体からの反射光を検出する検出器と、
検出された反射光の時間変化を出力する出力装置とを有することを特徴とする転動装置の転動体の変位測定装置。
【請求項１０】
前記転動体は、第１の反射率を有する第１の転動体と、当該第１の反射率とは異なる第２の反射率を有する第２の転動体とからなり、
前記第１および第２の転動体の各々の反射光を、前記貫通孔において順に検出することにより、前記第１および第２の転動体の変位を測定することを特徴とした請求項８または９に記載の測定装置。
【請求項１１】
前記貫通孔は、互いに所定距離だけ離れた位置に設けられた第１の貫通孔および第２の貫通孔からなり、前記第１および第２の貫通孔において前記転動体の反射光を検出することにより、前記転動体が前記第１の貫通孔から前記第２の貫通孔まで移動するのに要する時間を測定することを特徴とする請求項８または９に記載の測定装置。
【請求項１２】
前記光源および前記検出器はレーザー・ドップラ振動計であることを特徴とする請求項８または９に記載の測定装置。
【請求項１３】
前記光源はＬＥＤであることを特徴とする請求項８または９に記載の測定方法。
【請求項１４】
前記第１の転動体は金属製であり、前記第２の転動体はセラミック製であることを特徴とする請求項１０に記載の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転動装置の転動体の変位測定方法および装置に関し、詳しくはボールねじ若しくはリニアガイド等の転動装置に組み込まれた転動体の公転速度、通過周期等を測定する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転動体を組み込んだ転動装置として、ボールねじ、リニアガイド等が広く使用されている。例えば、回転運動を直線運動に変換するボールねじは、表面に螺旋状の案内溝が形成された棒状のねじ軸と、内周に案内溝が形成されたナットと、ナットの内側の案内溝に摺動自在に設けられた複数の転動体（ボールまたはローラ）とを備えて構成されている。ねじ軸を回転させることにより、ナットを直線方向に移動させることができ、回転運動を直線運動に変換させることが可能となる。
【０００３】
このようなボールねじを有効に利用するために、高速運動が要求されている。
ところが、転動体の公転速度が大きくなると、転動体に加わる衝撃力が増大し、その結果、案内溝等の破損に至ることがある。転動体の回転速度の限界（高速限界）を向上させるために、転動体の材料強度の改良が日々行われている。そして、かかる技術目的達成のために、転動体の公転速度等の運動を解析する必要がある。従来より、転動体の運動の解析のために、様々な測定方法が用いられてきた。
【０００４】
第１の方法は、例えば、特開平２００３−０７５４６３号公報に示されたように、転動体の１個を磁化し、ホール素子、コイル等の磁気センサをナットの周囲に複数個配設することにより、転動体の公転速度を測定する方法である。すなわち、転動体を予め磁化しておき、この転動体が回転することにより生じた磁気変化を、磁気センサによって電気信号として検出する。各々の磁気センサに表れた電気信号の周期を測定することにより、転動体の公転速度を測定することが可能となる。
【０００５】
第２の方法は、渦電流式変位センサ、近接センサ等を用いる方法である。渦電流式変位センサは、センサ内部のコイルに高周波電流を流すことによって高周波磁界を発生させ、この磁界内での転動体の運動により生じた磁界変化をセンサで検出するものである。高周波磁界内に金属が存在した場合、磁気誘導作用によって金属に渦電流が流れ、センサコイルのインピーダンスが変化する。渦電流式変位センサは、この現象による発信状態の変化により、距離を測定するものである。すなわち、対象物である転動体とセンサヘッドの距離が近づくにつれて、渦電流が大きくなり、発信振幅は小さくなる。この発信振幅を整流して得られた直流電圧は、センサコイルと対象物との距離に比例して変化する。従って、直流電圧に基づき、転動体の変位を測定することが可能となる。
【０００６】
しかしながら、上述の測定方法には以下のような問題が生じていた。前記第１の方法においては、ホール素子を用いて転動体の磁気変化を測定するためには、転動体をできるだけ強く磁化させる必要がある。ところが、転動体は鋼球であることから、強く磁化させることが困難であり、ホール素子により検出精度を十分に得ることができない。また、測定精度を向上させるためには、ホール素子の感度調整、ホール素子とボールねじとの距離を厳密に設定しなければならない。このため、測定に手間がかかるとともに、十分な測定精度を得ることが困難であった。
【０００７】
第２の方法においては、渦電流変位センサ、近接センサは検出対象物であるボールねじに近接させなければ測定をすることができないため、センサをできるだけボールねじに近接して固定する必要がある。ところが、回転するボールねじの近傍にセンサを固定するのは困難を伴う。
【０００８】
従って、上述の測定方法は、いずれも手間がかかるものであり、十分な測定精度を生じさせることが困難であった。
【特許文献１】
特開２００３−０７５４６３号公報
【特許文献２】
特開平０５−０１０４１２号公報
【特許文献３】
特開平１１−９４６７０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の問題を解決することに鑑みなされたもので、本発明の目的は、容易に高精度の測定が可能な転動体の変位測定方法および装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために本発明は、略円筒形をなし、内周面に螺旋状の案内溝が形成されたナットと、前記ナットに挿入されるとともに、外周に螺旋状の案内溝が形成されたねじ軸と、前記ナットの案内溝および前記ねじ軸の案内溝に挟持された複数の転動体とを備えた転動装置の前記転動体の変位測定方法において、前記ナットの側壁に貫通孔を設けるステップと、前記ナットの外部に設けられた光源から前記貫通孔を介して前記転動体に光を照射し、反射光を検出器によって検出するステップと、検出された反射光に基づき前記転動体の変位を算出するステップとを有する。
【００１１】
また、前記転動体は、第１の反射率を有する第１の転動体と、当該第１の反射率とは異なる第２の反射率を有する第２の転動体とからなり、前記第１および第２の転動体の各々の反射光を、前記貫通孔において順に検出することにより、前記第１および第２の転動体の変位を測定する。
【００１２】
さらに、前記貫通孔は、互いに所定距離だけ離れた位置に設けられた第１の貫通孔および第２の貫通孔からなり、前記第１および第２の貫通孔において前記転動体の反射光を検出することにより、前記転動体が前記第１の貫通孔から前記第２の貫通孔まで移動するのに要する時間を測定する。
【００１３】
また、前記光源および前記検出器はレーザー・ドップラ振動計またはＬＥＤである。
【００１４】
前記第１の転動体は金属製であり、前記第２の転動体はセラミック製であることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態を説明する。
（第１実施例）
図１は、本発明の第１実施例に係るボールねじ転動体の公転速度計測システムの全体図である。
【００１６】
この計測システムは、ねじ軸１０、ナット２等よりなるボールねじ１，レーザー・ドップラ振動計検出部８１，８２、レーザー・ドップラ振動計信号処理部１００，コンピュータ本体２００，ディスプレイ２０１を備えて構成されている。
２つのレーザー・ドップラ振動計検出部８１，８２は、ボールねじ１がレーザー・ドップラ振動計検出部８１、８２の中央に位置するように各々固定されており、ボールねじ内部の転動体の変位を検出することが可能である。レーザー・ドップラ振動計検出部８１，８２の出力は信号処理ユニット１００に接続されている。レーザー・ドップラ振動計信号処理部１００は、レーザー・ドップラ振動計検出部８１，８２によって検出されたレーザの反射光を電圧値として出力するものである。
【００１７】
コンピュータ２００は、中央処理演算処理装置、ＲＡＭおよびＲＯＭ等のメモリ、バスコントローラ、ＣＤおよびＤＶＤ等の外部記憶装置、ハードディスクドライブ、インターフェース等を備えている。レーザー・ドップラ振動計信号処理部１００から出力された信号はコンピュータ２００のインタフェースに入力される。コンピュータ２００は信号処理部１００の出力信号の時間変化を視覚的に表すとともに、信号を解析することが可能である。また、ボールねじを固定するステージの移動、レーザー・ドップラ振動計検出部８１，８２の動作を遠隔操作することも可能である。さらに、レーザー・ドップラ振動計検出部８１，８２にＣＣＤカメラユニットを固定し、ＣＣＤカメラユニットの映像をコンピュータ１００でモニタしながら、レーザー・ドップラ振動計検出部８１，８２の位置を確認しても良い。
【００１８】
図２は、ボールねじ１の一部断面図、およびレーザー・ドップラ振動計検出部８１，８２を表している。ボールねじ１は、ねじ軸１、ナット２、転動体３０，転動体循環チューブ５０を備えて構成されている。棒状のねじ軸１の周囲には螺旋状の案内溝４が形成されており、その両端部は図示されていない軸受けによって支持されている。
【００１９】
ナット２０にはねじ軸１が挿入される孔が設けられており、この孔の内周面には螺旋状の案内溝が形成されている。さらに、ナット２０の側壁には、転動体３０を循環させるための中空の循環チューブ５０が設けられている。この循環チューブ５０の両端はナット２０内周の案内溝に通じている。
【００２０】
ねじ軸１０はナット２０の孔に挿入され、ねじ軸１０の案内溝とナット２０の案内溝の間には複数の転動体３０が摺動自在に挟持される。すなわち、循環チューブ５０の両端から通じる、ねじ軸１０およびナット２０の案内溝の経路は、複数の転動体３０で満たされる。
【００２１】
このようなボールねじ１０において、ねじ軸１０を回転させることにより、転動体３０が案内溝に沿って摺動し、ナット２が長手方向に直線移動する。このとき、転動体は、案内溝、循環チューブからなる経路を周回移動する。また、ねじ軸１０を逆方向に回転させると、ナット２は逆方向に移動する。このようにして、ねじ軸１０の回転運動がナット２の直線運動に変換される。
【００２２】
図３は、ナット２０に形成された測定用の貫通孔を説明するための図である。
ナット２０の側壁には２つの貫通孔２１，２２が形成されている。各々の貫通孔２１．２２はねじ軸１０およびナット２０の間の案内溝の底部の位置に設けられている。すなわち、レーザ光が転動体の表面に鉛直に照射されるように、貫通孔２１．２２が形成されている。これにより、転動体３０において反射したレーザ光はレーザー・ドップラ振動計検出部８１，８２に到達するようになる。
【００２３】
貫通孔２１，２２の内径は、レーザ光のスポット径を通過させるのに十分な大きさであることが望ましい。一般に、レーザ光のスポット径は数十μｍにまで小さくすることができるので、転動体３０の運動を妨げることのないように貫通孔２１．２２の内径を十分に小さくすることができる。２つの貫通孔２１．２２は、ねじ軸１０に対して１８０度の角度をなしており、また、一方の貫通孔２１は他方の貫通孔２２から軸方向に１回転半だけ離れた位置に形成されている。図５の模式図に示されたように、レーザー・ドップラ振動計検出部８１，８２は、螺旋状に配列された転動体３０のうち、１回転半だけ離れた２つの転動体３０１，３０２を正確に照射するように配設されていることが確認できる。
【００２４】
従って、レーザー・ドップラ振動計検出部８１，８２から２つの貫通孔２１，２２に向けて照射されたレーザビームは転動体３０の表面において反射し、その反射光がレーザー・ドップラ振動計検出部８１，８２において検出される。
【００２５】
本実施形態においては、図４に示されたように、鋼球転動体３０ａの中に、２つのセラミック転動体３０ｂが挿入させられており、かつ、２つのセラミック転動体３０ｂの間には１つの鋼球転動体３０ａが挿入させられている。鋼球転動体３０ａの反射率はセラミック転動体３０ｂの反射率よりも高いため、鋼球転動体３０ａの反射光強度はセラミック転動体３０ｂの反射光のレベルよりも大きくなる。ねじ軸１０を矢印Ａの方向に回転させた場合、レーザー・ドップラ振動計検出部８１，８２において異なるレベルの反射光が入射するため、鋼球転動体３０ａとセラミック転動体３０ｂとを区別して検出することが可能となる。セラミック転動体３０ｂが検出される周期を測定することにより、転動体３０の公転速度を正確に測定することが可能となる。
【００２６】
続いて、図６にレーザー・ドップラ振動計検出部８１，レーザー・ドップラ振動計信号処理部１００の概略構成を示す。
【００２７】
レーザー・ドップラ振動計検出部８１は、光ヘテロダイン方式によるものであり、レーザ光源８１０、ビームスプリッタ８１１，８１２，８１６，ミラー８１５、音響光学変調ドライバ（ＡＯＭドライバ）８１３，音響光学変調器（ＡＯＭ）８１４、受光器８１７を備えて構成されている。
【００２８】
レーザ光源８１０は例えばＨｅ−Ｎｅレーザを用いて構成され、この場合におけるレーザの波長λは６３２．８ｎｍとなる。レーザスポットは、ナット２０の貫通孔の内径を小さく抑えるために、できるだけ小さいことが望ましい。ビーム照射出力は計測目的のために数ｍＷ程度で足りる。
【００２９】
レーザ光源８１０から発せられたレーザ光の周波数をｆｏとすると、測定対象物である転動体３０の変位に伴うドップラ効果よって、反射光の周波数はｆｏからｆｄだけシフトし、ｆｏ±ｆｄとなる。転動体３０が光軸方向において速度Ｖで移動したとすると、シフト周波数ｆｄは、ｆｄ＝２Ｖ／λで表される。この式から理解されるように、速度Ｖとシフト周波数ｆｄとは比例関係にあるため、シフト周波数ｆｄを測定することにより、測定対象物の速度Ｖを算出することが可能となる。但し、本実施例は転動体３０の反射光強度を利用して転動体３０の公転速度を算出しているため、シフト周波数ｆｄの検出は必ずしも必要ではない。
【００３０】
音響光学変調器８１４は、ｆｏまたはｆｏ±ｆｄのいずれかに周波数シフト（シフト周波数ｆＭ）を与えることにより、移動の方向を判別するためのものである。受光器８１７はドップラ光を電気信号に変換し、この信号を検出信号としてレーザー・ドップラ振動計信号処理部１００に出力する。
【００３１】
レーザー・ドップラ振動計信号処理部１００は、アンプ１０１，１０３，１０５、検出回路１０２，ミキサ１０４，変換回路１０６、発信回路１０７，速度レンジ回路１０８等により構成されている
【００３２】
アンプ１０１は受光器８１７から出力された検出信号を十分な振幅に増幅する回路である。ミキサ１０４および発信回路１０７は、検出信号の周波数をさらに低い周波数に変換するためのものである。周波数−電圧変換回路（Ｆ−Ｖ変換回路）１０６は検出信号の周波数を電圧値に変換するための回路である。変換された信号はフィルタ１０９、速度レンジ回路１０８を介して出力電圧として、外部へ出力される。
【００３３】
また、このレーザー・ドップラ振動計信号処理部１００は、受光器８１７からの信号を外部のコンピュータ２００に出力するための検出回路１０２、アンプ１０３を備えている。この信号は周波数−電圧変換されていないため、測定対象物である転動体３０の反射率に応じた振幅を有するものである。このため、セラミック転動体３０ｂの検出信号の振幅は、鋼球の転動体３０ａのそれよりも小さくなり、信号の振幅に基づき鋼球転動体３０ａとセラミック転動体３０ｂとを区別することができる。この検出信号はコンピュータ２００のインターフェースにおいてＡ−Ｄ変換された後、電圧値の時間変化のグラフとしてディスプレイ２０１に表示される。
【００３４】
図７に、本実施形態に係る測定結果を表す。このグラフは、軸径４０ｍｍ、リード１２ｍｍ、ねじれ方向右、Ｄ予圧方式、チューブ循環式、ボール径６．３５ｍｍ、回転速度３００ｒｐｍの条件での測定結果を表したものである。
【００３５】
図７（Ａ）は、転動体３０の測定位置３０１における検出信号の時間変化を表し、図７（Ｂ）は、測定位置３０２における検出信号の時間変化を表している。
それぞれのグラフにおいて、横軸は時間（ｍｓｅｃ）を表し、縦軸は電圧値（ｍＶ）を表している。図５において示されたように、測定位置３０２は測定位置３０１から１回転半だけ離れた位置にあり、図７の（Ａ），（Ｂ）の各々のグラフは１回転半だけ離れた位置での検出信号を表していることになる。
【００３６】
図７において、各々のパルスは個々の転動体３０の反射光の強度を表している。また、他のパルスの振幅よりも低いパルスは反射率の低いセラミック転動体３０ｂの反射光を表している。このグラフに示されたように、２つのセラミック転動体３０ｂが他の鋼球転動体３０ａに混在させられており、かつ、２つのセラミック転動体３０ｂの間に１つの鋼球転動体３０ａが挿入させられていることが確認できる。
【００３７】
同図の（Ａ）における２つのセラミック転動体３０ｂに挟まれた鋼球転動体３０ａは、１回転半の後に同図の（Ｂ）に示された位置で検出される。この間の時間Ｔが転動体３０の１回転半の移動時間を表すことになる。本実施例においては、公転速度として２８７ｍｍ／ｓｅｃであった。
【００３８】
また、ねじリード（Ｌ），ボール軌道中心径（ｄｍ）、巻き数（Ｍ）から、ねじ幾何学転動体軌道面距離（Ｘ）は以下の式から求めることができる。
Ｘ＝Ｍ√π・ｄｍ＋Ｌ
【００３９】
さらに、グラフから隣接し合うパルスの間隔Ｔ１を読み取ることにより、個々の転動体３０の公転速度、隙間、転動体通過周期、すべり等を導き出すことが可能となる。また、本実施例によれば、転動体３０は光学的に検出されるので、検出装置をボールねじから十分に離隔して設置することができる。さらに、反射率の異なる転動体３０ａ、３０ｂを使用しているので、反射光の相対的な強度のみを検出すれば足りる。すなわち、本実施例における測定精度は、反射光の絶対的な強度に影響されることがないため、光源の位置、光源の強度、外乱光等に関わらず正確な測定を行うことが可能となる。
【００４０】
（第２実施例）
第１実施例では反射率の異なる２種類の転動体３０ａ、３０ｂをレーザー・ドップラ振動計を用いて検出していたが、他の光学的手段を用いて検出することも可能である。
【００４１】
図８は第２実施例に係る測定システムの概略図である。この図において、光源８３、８４はコヒーレントでないビーム光を発生させるためのものであり、ＬＥＤ、収束レンズ等から構成されている。なお、コヒーレントなレーザ光を発するＬＥＤを用いても差し支えない。光源８２，８３は、そのビーム光がナット２０に形成された２つの貫通孔を介して転動体３０に照射されるように固定される。
２つの貫通孔の各々は、ねじ軸１に対して鉛直に設けられており、かつ、軸方向に対して互いに１回転半だけ離れている。
【００４２】
光検出器９０１，９０２はフォトトランジスタ等の半導体素子から形成されており、転動体３０からの反射光を検出し、電気信号に変換するためのものである。これらの光検出器９０１，９０２はできるだけ光源８３，８４の近傍に配設することが望ましい。
【００４３】
同図において、他の構成は図２に示された第１実施例と略同様に構成されている。すなわち、ボールねじ１は、ねじ軸１、ナット２、転動体３０，転動体循環チューブ５０を備えて構成されている。棒状のねじ軸１の周囲には螺旋状の案内溝４が形成されており、その両端部は図示されていない軸受けによって支持されている。ナット２０にはねじ軸１が挿入される孔が設けられており、この孔の内周面には螺旋状の案内溝が形成されている。さらに、ナット２０の側壁には、転動体３０を循環させるための中空の循環チューブ５０が設けられている。この循環チューブ５０の両端はナット２０内周の案内溝に通じている。ねじ軸１０はナット２０の孔に挿入され、ねじ軸１０の案内溝とナット２０の案内溝の間には複数の転動体３０が転動自在に挟持される。
【００４４】
測定装置８は光検出器９０１，９０２からの信号を処理し、測定を行うためのものである。図９に測定装置９の概略構成を示す。この測定装置９は、バッファ９０３，アンプ９０４、レベルシフト回路９０５，Ａ／Ｄコンバータ９０６，インターフェース（Ｉ／Ｆ）９０８、ＣＰＵ９０９，メモリ９１０、ディスプレイコントローラ９１１，記憶装置９１２，ディスプレイ９１３を備えて構成されている。
【００４５】
フォトトランジスタ９０１は反射光を受けることによりオンとなり、コレクタ端子に電圧変化が生じる。この電圧変化による信号はバッファ９０３において低インピーダンスの信号に変換された後、アンプ９０４において増幅される。
【００４６】
レベルシフト回路９０５、外乱光検出回路９０７は、光検出器９０１，９０２において反射光とともに検出された外乱光の影響を検出信号から除去するためのものである。外乱光検出回路９０７は外乱光を検出するフォトトランジスタ、アンプ等により構成されている。外乱光検出回路９０７のフォトトランジスタは外乱光を検出し、外乱光の強度に応じた電気信号を外乱信号として出力する。レベルシフト回路は、上述の検出信号から外乱信号を差し引き、反射光の信号成分だけからなる信号を生成する。このようにして得られた信号はＡ／Ｄコンバータによってディジタル信号に変換され、Ｉ／Ｆ回路９０８に入力される。
【００４７】
Ｉ／Ｆ回路９０８は入力されたディジタル信号をバス９１４に送出する。ＣＰＵ９０９は、記憶装置９１２に記憶されたプログラムに従い、ディジタル信号の時間変化をメモリ９１０に記録するとともに、検出光強度の時間変化のグラフを作成する。作成されたグラフはディスプレイコントローラ９１１によってディスプレイ９１３に出力される。ディスプレイ９１３において、図７のグラフと同様のグラフを表示可能である。
【００４８】すなわち、セラミック転動体３０ｂの反射光強度が鋼球転動体３０ａの反射光強度よりも低いことから、グラフ上においてセラミック転動体３０ｂに相当するパルスの識別が可能である。そして、セラミック転動体３０ｂの移動速度をグラフから読みとることにより、転動体３０の公転速度を導き出すことができる。また、グラフから隣接し合うパルスの間隔を読み取りことにより、個々の転動体３０の公転速度、隙間、転動体通過周期、すべり等を導き出すことができる。
【００４９】
なお、本実施例においては、転動体３０の公転速度等を自動的に算出することが可能である。自動処理プログラムを図１０のフローチャートに示す。
【００５０】
この図において、先ず、ＣＰＵ９０９は、Ａ／Ｄ変換された検出信号の時間変化をメモリ９１０に蓄積しておく。ＣＰＵ９０９はメモリ９０９の検出信号を順に読み出し、検出信号の各パルスのピーク値を検出する（ステップＳ１０１）。検出された各ピーク値の平均値を算出し、メモリに保存しておく（ステップＳ１０２）。
【００５１】
ＣＰＵ９０９は、検出信号の各パルスのピーク値と上述の平均値とを比較し、平均値よりも小さければ（ステップＳ１０３でＹＥＳ）、セラミック転動体３０ｂであると判断する（ステップＳ１０４）。一方、検出信号の各パルスのピーク値が平均値よりも大きければ（ステップＳ１０３でＮＯ）、鋼球転動体３０ａであると判断する（ステップＳ１０５）。全パルスについてステップＳ１０３〜Ｓ１０５が終了するまで（ステップＳ１０６でＹＥＳ）、上述の処理を繰り返す。
【００５２】
全パルスについて平均値との比較が終了すると（ステップＳ１０６でＮＯ）、ＣＰＵ９０９はセラミック転動体３０ｂが１回転半するのに要する周期Ｔを求める（ステップＳ１０７）。すなわち、ステップＳ１０４においてセラミック転動体３０ｂであると判断されたパルスが出現する周期を求め、この周期をＴとする。
【００５３】
さらに、ＣＰＵ９０９は隣接し合うパルス間の周期Ｔ１をメモリに記録された検出信号から求める（ステップＳ１０８）。これらの周期Ｔ，Ｔ１に基づき、ＣＰＵ９０９は、転動体３０の公転速度、転動体間の間隔、転動体通過周期、すべり等を算出する（ステップＳ１０９）。そして、算出結果を、ディスプレイコントローラ９１１を介してディスプレイ９１３上に表示する。以上により、公転速度等が自動的に測定される。
【００５４】
従って、本実施例においても、反射率の異なる転動体の反射光を検出することができる。このため、転動体の公転速度、幾何学転動体軌道面距離。個々の転動体の速度、隙間、転動体通過周期、すべり等を測定することが可能となる。また、本実施例によれば、通常のＬＥＤ光源を用いているため、簡易な構成での測定が可能となる。
【００５５】
（第３実施例）
上述の実施例では、ボールねじ転動体の公転速度計測システムに関するものであるが、本発明はリニアガイドの転動体にも適用可能である。
【００５６】
図１１は、第３実施例に係る測定システムの全体構成を表している。この測定システムは、案内レール４１０およびスライダ４２０よりなるリニアガイド４，レーザー・ドップラ振動計検出部８１，８２、レーザー・ドップラ振動計信号処理部１００，コンピュータ本体２００，ディスプレイ２０１を備えて構成されている。この図において、第１、第２実施例に係る部材と同一の部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００５７】
図１２〜図１４に示されたように、リニアガイド４は、棒状の案内レール４１０、断面が略コの字をなすとともに案内レール４１０上を摺動可能なスライダ４２０より構成されている。案内レール４１０の両側面には、転動体を保持するための溝４１３，４１４が形成されている。これらの溝４１３，４１４に対向する、スライダ４２０の内壁には、溝４２３，４２４が形成されている。これらの溝４１３，４１４，４２３，４２４は、転動体が移動するための負荷転動体転動路４２５を形成している。また、スライダ４２０の肉厚部には、転動体戻し路４２７が負荷転動体転動路４２５に平行に形成されている。
【００５８】
スライダの両端部には樹脂製のエンドキャップ４３２が順に設けられている。さらに板状のニトリル・ゴム等から構成されたサイドシール４３３が取り付けられている。エンドキャップ４３２には、転動体循環路の一部を構成する湾曲路が形成されている。また、スライダ４２０を案内レール４１０から引き抜いたときに、転動体の脱落を防止するための保持器４２６が配設されている。
【００５９】
上述した、負荷転動体転動路４２５，転動体戻し路４２７、湾曲路より構成された転動体循環路は全体として環状をなし、この転動体循環路を複数の転動体が周回運動可能な構成となっている。
【００６０】
このようにして構成された転動体循環路には、鋼球からなる複数の転動体４４０が装填されており、さらにセラミックからなる２つの転動体４４１，４４２が互い所定距離だけ離れて挿入されている（図１５参照）。案内レール４１０に沿ってスライダ４２０を摺動させると、転動体は転動体循環路内を移動するため、低摩擦でスライダ４２０を案内レール４１０に沿って移動させることが可能となる。
【００６１】
スライダ４２０には、スライダ４２０端部のエンドキャップ４３２近傍の位置から転動体戻し路４２７に貫通する貫通孔４２８，４２９が形成されている。すなわち、図１５に示されたように、貫通孔４２８，４２９は、エンドキャップ４３２の湾曲路の出口近傍に形成されている。
【００６２】
また、これらの貫通孔４２８，４２９は、転動体の表面に垂直に照射される位置に形成されているため、レーザ・ドップラ振動計検出部８１，８２からのレーザ光は貫通孔４２８，４２９を介して転動体に照射され、その反射光が貫通孔４２８，４２９を介してレーザ・ドップラ振動計８１，８２に到達する。なお、貫通孔４２８，４２９の内径はレーザ光のスポット径をよりも十分な大きさであることが望ましい。一般に、レーザ光のスポット径は数十μｍ程度まで小さくすることができるので、転動体の運動を妨げることのないように貫通孔４２８，４２９の内径を十分に小さくすることが可能である。
【００６３】
このように構成された測定システムにおいて、図１５に示されたように、スライダ４２０が案内レールに沿って移動すると、転動体４４０〜４４２は負荷転動体転動路４２５、循環路、転動体戻し路４２７を順に移動する。そして、レーザ・ドップラ振動計検出部８２，８２から貫通孔４２８、４２９を介して転動体４４０〜４４２にレーザ光を照射すると、転動体４４０〜４４２からの反射光がレーザ・ドップラ振動計検出部８２，８２において検出される。鋼球の転動体４４０、セラミック製の転動体４４１，４４２の反射光はそれぞれ異なるため、異なる強度の反射光がレーザ・ドップラ振動計検出部８１，８２によって検出される。すなわち、セラミック転動体４４１，４４２の反射率は鋼球の転動体４４０の反射率よりも小さいため、セラミック転動体４４１，４４２が貫通孔４２８，４２９を通過する際に、レーザ・ドップラ振動計検出部８２，８２において検出される検出光の強度は低下する。従って、上述の実施例と同様に、検出光の時間変化を測定することにより、転動体４４０〜４４２の公転速度、公転周期を高精度に測定することが可能となる。また、軽予圧のリニアガイドにおいては、予圧による公転速度が大きく変動するため、本実施例の方法により転動体公転速度を測定することにより、適正予圧を決めることができる。
【００６４】
なお、本実施例において、貫通孔を様々な位置に設けることが可能である。例えば、図１６の（Ａ）に示されたように、案内レール４１０の側面とスライダ４２０の内側側面の対向部分に間隙を設け、この間隙を貫通孔４２８として用いることも可能である。さらに、スライダ４２０の下面に対して斜めから転動体に向けて貫通孔４２８を形成し（同図の（Ｂ））、または、スライダ４２０の側面に対して斜めから転動体に向けて貫通孔４２８を形成しても良い（同図の（Ｃ））。さらに、本実施例においても、レーザ・ドップラ振動計検出部８１，８２に代えて、第２実施例に記載の光源、光検出部を用いることも可能である。
【００６５】
本発明は、以上の実施例に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施してもよい。例えば、防塵タイプのボールねじにおいて、貫通孔に透明なフィルムを貼着することにより、塵埃の影響を回避することも可能である。また、本発明は、球状の転動体に限定されることなく、円柱状の「ころ」に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る測定システムの全体構成を表す図である。
【図２】本発明の第１実施例に係るボールねじの一部断面図、およびレーザー・ドップラ振動計検出部を表す図である。
【図３】本発明の第１実施例に係るナットに形成された測定用の貫通孔を説明するための図である。
【図４】本発明の第１実施例に係るナット、転動体、およびナットに形成された貫通孔を説明するための図である。
【図５】本発明の第１実施例に係る転動体、レーザー・ドップラ振動計検出部の位置を表す図である。
【図６】本発明の第１実施例に係るレーザー・ドップラ振動計検出部、レーザー・ドップラ振動計信号処理部のブロック図である。
【図７】本発明の第１実施例に係る検出信号の時間変化を表すグラフである。
【図８】本発明の第２実施例に係る測定システムの全体構成を表す図である。
【図９】本発明の第２実施例に係る測定装置のブロック図である。
【図１０】本発明の第２実施例に係る測定装置の動作を表すフローチャートである。
【図１１】本発明の第３実施例に係る測定システムの全体構成を表す図である。
【図１２】本発明の第３実施例に係るリニアガイドの概観図である。
【図１３】本発明の第３実施例に係るリニアガイドの断面図である。
【図１４】本発明の第３実施例に係るリニアガイドの断面図である。
【図１５】本発明の第３実施例に係るリニアガイドの断面図である。
【図１６】本発明の第３実施例に係る測定システムの変形例を表す図である。
【符号の説明】
１  ボールねじ
４  リニアガイド
１０  ねじ軸
２０  ナット
３０  転動体
３０ａ  鋼球転動体
３０ｂ  セラミック転動体
４０  案内溝
８１、８２  レーザー・ドップラ振動計検出部
１００  レーザー・ドップラ振動計信号処理部
２００  コンピュータ
２０１  ディスプレイ
４１０  案内レール
４２０  スライダ
４４０  鋼球転動体
４４１、４４２  セラミック転動体
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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