(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガイドレール（２）に転動体（４）を介して転がり支承可能なガイドキャリッジ（１）を備えたリニア転がり軸受であって、該ガイドキャリッジ（１）に、転動体（４）のための少なくとも１つの無端式の転動体通路（３）が設けられており、該転動体通路（３）が、支持機能を果たしている転動体（４）のための支持通路（５）と、戻り走行している転動体（４）のための戻り通路（１１）と、支持通路（５）を戻り通路（１１）に接続する方向転換通路（１０）とを有しており、該方向転換通路（１０）がガイドキャリッジ（１）の終端部材（９）に設けられており、転動体（４）が転動体通路（３）内で循環方向での摺動抵抗を被るようになっている形式のものにおいて、終端部材（９）にその都度１つのセンサ（１２）が設けられており、該センサ（１２）の信号が摺動抵抗に依存しており、前記センサ（１２）が前記終端部材（９）の変形または前記終端部材（９）に作用する圧力もしくは力を検出することを特徴とする、摺動抵抗を求めるためのセンサを備えたリニア転がり軸受。
【請求項２】
センサがセンサシート（１３）として形成されている、請求項１記載のリニア転がり軸受。
【請求項３】
センサがセンサスイッチ（２１）として形成されており、摺動抵抗が限界値を上回ると、センサスイッチ（２１）がスイッチング信号をトリガする、請求項１記載のリニア転がり軸受。
【請求項４】
終端部材（９）がヘッド部（１８）により形成されており、該ヘッド部（１８）が固定手段（１９）を介して、ガイドキャリッジ（１）の支持ボディ（８）に結合されており、センサ（２７）が固定手段とヘッド部（１８）との間で有効に配置されている、請求項１記載のリニア転がり軸受。
【請求項５】
前記固定手段（１９）がねじ（１９）として形成されており、該ねじ（１９）のねじ軸部がヘッド部（１８）の貫通開口を通して案内されており、ねじ（１９）のねじ頭（２５）がヘッド部（１８）の肩部（２６）に支持されており、ねじ頭（２５）と肩部（２６）との間にセンサ（２７）が配置されている、請求項４記載のリニア転がり軸受。
【請求項６】
終端部材（９）がヘッド部（１８）により形成されており、該ヘッド部（１８）が固定手段（１９）を介して、ガイドキャリッジ（１）の支持ボディ（８）に結合されており、センサ（２３）が支持ボディ（８）とヘッド部（１８）との間で有効に配置されている、請求項１記載のリニア転がり軸受。
【請求項７】
前記固定手段（１９）がねじ（１９）として形成されており、該ねじ（１９）のねじ軸部がヘッド部（１８）の貫通開口を通して案内されており、ねじ（１９）のねじ頭（２５）がヘッド部（１８）の肩部（２６）に支持されており、ヘッド部（１８）と支持ボディ（８）との間にセンサ（２３）が配置されている、請求項６記載のリニア転がり軸受。
【請求項８】
センサ（１２）が、終端部材（９）を形成するヘッド部（１８）に組み込まれている、請求項１記載のリニア転がり軸受。
【請求項９】
ヘッド部（１８）がプラスチックから製作されており、センサ（１２）がこのプラスチック内に埋設されている、請求項８記載のリニア転がり軸受。
【請求項１０】
センサ（１２，１３，２１，２３，２７）の信号が評価ユニット（２２）に転送される、請求項１記載のリニア転がり軸受。
【請求項１１】
ワイヤ配線がセンサ（１２，１３）と評価ユニット（２２）との間に設けられている、請求項１０記載のリニア転がり軸受。
【請求項１２】
センサ（１２）の信号がワイヤレスに、評価ユニットに転送される、請求項１０記載のリニア転がり軸受。
【請求項１３】
評価ユニット（２２）がヘッド部（１８）に組み込まれている、請求項１０記載のリニア転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はリニア転がり軸受（Ｌｉｎｅａｒｗａｅｌｚｌａｇｅｒ）に関する。この種のリニア転がり軸受は例えば工作機械または装着装置内でまたは一般に製造ラインで使用される。機械部分はこのようにして長手方向で申し分なくかつ高精度にガイドされることができる。
【０００２】
例えば欧州特許第０５５８７６１号明細書から、ガイドレールに玉を介して転がり支承されたガイドキャリッジを備えたリニア転がり軸受が公知となっている。このガイドキャリッジには、玉のための、複数の無端式の玉通路が設けられている。各玉通路は、支持機能を果たしている玉のための支持通路を有している。その際、玉はガイドレールおよびガイドキャリッジの走行軌道に沿って転動する。さらに、玉通路はその都度１つの戻り通路を有している。戻り通路内を、玉は無負荷で戻り走行する。さらに、玉通路は、支持通路を戻り通路に無端式に接続する２つの方向転換通路を有している。これらの方向転換通路はガイドキャリッジの終端部材に形成されている。周方向で相前後して配置された玉を無端式の玉連鎖と呼称するとすれば、この玉連鎖は循環方向での摺動抵抗を受ける。この摺動抵抗は、互いに運動する部分間の摩擦、玉連鎖の潤滑のために玉通路内に施されている潤滑剤または玉通路内の汚れに帰因する。
【０００３】
しばしば、この種のリニア転がり軸受は、玉を有しているか、またはころを有しているかに関わらず、例えば異物がガイドレール、ひいてはガイドキャリッジに達してしまうことがある周囲環境内で使用されている。異物が転動体通路内に達することを回避するために、異物をガイドキャリッジから遠ざけておくシールおよびワイパが使用されるリニア転がり軸受が提案されている。この種のワイパおよびシールが損傷しやすいものであり、それゆえ、その機能を申し分なく充足することができないことが判っている。しばしば、この種のリニア転がり軸受は、外部からの接近が困難であって、いずれにしても、見通しが困難であるか、またはまったく不可能な箇所に組み付けられている。それゆえ、リニア転がり軸受の欠陥はすぐに認識されない。この種の欠陥は望ましくない異物進入や潤滑欠乏により引き起こされることができる。ピッチングの形成または異物進入の際に、粒子は転動体循環内に達する。これにより、転動体連鎖の摺動抵抗は高められている。
【０００４】
潤滑欠乏の事例のために、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６４７９３９号明細書から、潤滑剤を転動体通路内に必要な時に供給するための再潤滑装置を備えたリニア軸受エレメントが公知となっている。再潤滑の監視のために、センサ（圧力変換器、液体報知器、近接スイッチまたはこれに類するもの）が配置されることができる。しかしながら、ピッチングの形成または望ましくない異物進入は、この種のリニア軸受エレメントでは監視されない。
【０００５】
本発明の課題は、請求項１の上位概念部に記載された特徴を備えたリニア転がり軸受を改良して、走行特性の悪化を申し分なく確認することができるようにすることである。
【０００６】
本発明により、上記課題は、終端部材にその都度１つのセンサが設けられており、該センサの、有利には電気的な信号が摺動抵抗に依存しているようにしたことにより解決される。摺動抵抗の下で力が終端部材に作用することが判っている。終端部材内には方向転換通路が配置されている。転動体連鎖が循環方向で、高められた摺動抵抗の下でのみ運動しなければならないとき、力は循環方向で作用し、方向転換通路の領域において軸方向の成分でもって終端部材を押圧する。終端部材はこの力の下で変形することができる。つまり、終端部材における変形が確認可能である。高められた摺動抵抗の結果としての、終端部材の変形ならびに終端部材に作用する力成分は、物理学的な大きさ、つまり物理量としてセンサにより検出され、例えば電気的な信号に変換されることができる。要するに、センサは、物理学的な大きさの値、最終的には摺動抵抗を推量することができる信号を放出する。
【０００７】
公知の形式で、この種のセンサは評価ユニットに接続されていることができる。評価ユニットは例えば音響式のアラーム信号をトリガすることができる。その結果として、管理者は適期に、リニア転がり軸受が完全に故障する前に、リニア転がり軸受の走行特性の悪化についての情報を得る。稼動停止時間、つまり例えば週末に、この種の故障したリニア転がり軸受は、問題のないリニア転がり軸受に交換されることができる。生産の停止は本発明により阻止されることができる。公知のリニア転がり軸受では、著しく高い摺動抵抗の結果として、終端部材に作用する力により、有利にはプラスチックから射出成形法で製作された終端部材が破壊され、玉がリニア転がり軸受から脱落するようになる可能性は排除しきれない。この種の損傷したリニア転がり軸受を装備した機械はもはや機能不全である。
【０００８】
摺動抵抗が高まり、１回の、例えば音響式の信号が摺動抵抗の上昇を報知するのであれば、例えば転動体通路内の望ましくない汚れを洗い流す洗浄プロセスが導入されるだけで十分であろう。潤滑剤は適当な供給装置を介してリニア転がり軸受内に導入されることができる。この種のアラーム信号が繰り返し発生するのであれば、この軸受を、問題のない軸受に交換すべきであることを表している。
【０００９】
転動体通路内の摺動抵抗の推定を可能にする物理学的な大きさを検出することができるすべてのセンサタイプが適している。変形または力を測定するセンサが使用されることができる。以下に、特別な構成について説明する。
【００１０】
センサシート（Ｓｅｎｓｏｒｆｏｌｉｅ）として形成されたセンサは特に、本発明によるリニア転がり軸受での使用のために適している。それというのも、このシートは極めて薄く、極めて小さな寸法を有しており、かつ問題なく例えば終端部材の端面に取り付けられることができるからである。この種のセンサシートは一般に接続ワイヤを有している。接続ワイヤは評価ユニットに接続されることができる。この評価ユニットはやはり終端部材に組み込まれることができる。
【００１１】
センサは、摺動抵抗が限界値を上回ると、スイッチング信号をトリガするセンサスイッチとして形成されてもよい。限界値はフィールド試験で確定されることができる。報知はこの限界値の上回り時に行われるだけで十分であろう。この限界値の下では、本発明によるリニア転がり軸受の、申し分のない機能がなお存在している。
【００１２】
一般に、終端部材がヘッド部により形成されており、該ヘッド部が固定手段、特にねじを介して、ガイドキャリッジの支持ボディに結合されており、本発明によりセンサが固定手段とヘッド部との間で有効に配置されている。ヘッド部が、高められた摺動抵抗の下で、軸方向で支持ボディから離間するように押圧されると、この高められた圧力は、固定手段に支持されているセンサに伝達される。実践的な解決策は、ねじのねじ軸部がヘッド部の貫通開口を通して案内されており、ねじのねじ頭がヘッド部の肩部に支持されており、ねじ頭と肩部との間にセンサが配置されていることにある。つまり、センサは、転動体通路内の摺動抵抗が高められると、より強く圧縮負荷される。
【００１３】
ヘッド部がねじによりガイドキャリッジの支持ボディにねじ固定されている場合、センサは支持ボディとヘッド部との間に有効に配置されていることができる。ねじの予圧力の下で、センサは支持ボディとヘッド部との間で圧縮により予圧されている。転動体通路内の摺動抵抗が高められると、ヘッド部は、摺動抵抗の、軸方向で作用する力の下で、支持ボディから離間するように押圧される。つまり、この力はねじの予圧力に反作用する。その結果として、センサに作用する圧縮応力は減じられている。この圧縮応力の変化はセンサにより検出され、転送されることができる。その際、例えば限界値を下回ると、アラーム信号がトリガされることができる。
【００１４】
最後に説明した本発明による実施形態の実践的な構成では、ねじのねじ軸部がヘッド部の貫通開口を通して案内されていることができ、ねじのねじ頭がヘッド部の肩部に支持されており、ヘッド部と支持ボディとの間にセンサが配置されている。
【００１５】
このセンサはリング状にリングセンサ（Ｒｉｎｇｓｅｎｓｏｒ）として形成されていることができる。ここでは、力センサ（例えば圧電センサ、導電性プラスチックまたはＤＭＳセンサ）が使用されることができる。
【００１６】
ヘッド部は一般にＵ字形に形成されている。その際、ヘッド部の、ガイドレールを取り囲む両脚片は摺動抵抗の負荷下で曲げられる。この曲げはセンサを介して検出されることができる。その結果として、センサは有利には脚片に固定されていることができる。
【００１７】
一般にプラスチックから射出成形法で製作されるヘッド部は、センサがプラスチック内に埋設されているという本発明による別の構成をも可能にする。例えば、センサは既に射出成形工具内に装填されることができる。センサを固定するための特別な手段は省略される。さらに、プラスチック内に埋設されたセンサは、望ましくない外的な影響から遠ざけられている。
【００１８】
既述の通り、センサの信号は評価ユニットに転送されることができる。センサと評価ユニットとの間の接続はワイヤ配線を介して保証されていてもよいし、ワイヤレスに、例えば無線接続を介して保証されていてもよい。ただし、評価ユニットはヘッド部に組み込まれていていることもできる。
【００１９】
以下に、本発明について、全部で７つの図面に示した３つの実施例を参照しながら詳説する。
図１：本発明によるリニア転がり軸受の斜視図である。
図２：図１に示した本発明によるリニア転がり軸受の部分断面図である。
図３：図１に示した本発明によるリニア転がり軸受の細目の択一的な実施形態を示す図である。
図４：図１に示した本発明によるリニア転がり軸受の分解立体図である。
図５：図１に示した本発明によるリニア転がり軸受の、改変されたヘッド部を示す図である。
図６：改変されたセンサ配置を有する本発明によるリニア転がり軸受の簡略図である。
図７：図５に示した、ただし改変されたセンサを有しており、かつ組み込まれた評価ユニットを有していないヘッド部を示す図である。
【００２０】
図１〜図４に示したリニア転がり軸受はガイドキャリッジ１を有している。ガイドキャリッジ１はガイドレール２上で転がり支承されている。ガイドキャリッジ１は、ガイドレール２の両長側面に対してその都度２つの、転動体４のための無端式の転動体通路３を有している。図２には転動体通路３のうちの１つが示されている。各転動体通路３は、支持機能を果たしている転動体４のための支持通路５を有している。支持通路５内で、転動体４は走行軌道６，７に沿って転動する。その際、一方の走行軌道６はガイドレール２に形成されており、他方の走行軌道７はガイドキャリッジ１の支持ボディ８に形成されている。
【００２１】
支持ボディ８の両端面にはその都度１つの終端部材（エンドプレート）９が配置されている。終端部材９には方向転換通路１０が形成されている。さらに、転動体通路３は戻り通路１１を有している。戻り通路１１は支持ボディ８に形成されている。両方向転換通路１０は支持通路５を戻り通路１１に接続して無端式の転動体通路３を形成する。転動体通路３内で転動体４はエンドレスに循環する。
【００２２】
終端部材９にはその都度１つのセンサ１２が設けられている。センサ１２はセンサシート１３として形成されている。図３には、センサ１２の、それぞれ異なる形状を有する構成１２ａ，１２ｂ，１２ｃが示されている。
【００２３】
図１から、その都度１つのセンサ１２が、Ｕ字形の終端部材９の各脚片１４の、外側の端面に取り付けられていることが見て取れる。接続ワイヤ１５は伝送ケーブル１６で終わっている。伝送ケーブル１６は、図示されていない評価ユニットに接続されている。
【００２４】
無端式の転動体通路３内に配置された転動体４は、以下転動体連鎖１７と呼称する１つの連鎖を形成する。この転動体連鎖１７が循環方向で転動体通路３内を転動する際に、転動体連鎖は摺動抵抗を克服する。この摺動抵抗は複数のパラメータにより影響を及ぼされることができる。一方では、転動体通路３内に施された潤滑剤が転動体連鎖１７の循環運動を減衰する。他方では、塵埃粒子またはその他の望ましくない異物が転動体通路３内に達する可能性も排除しきれない。この異物進入に基づいて、摺動抵抗はさらに高められることができる。この摺動抵抗は支持通路５および戻り通路１１内で、転動体連鎖１７に沿って伝達される軸方向の力として出現する。変向領域において、この軸方向の摺動力は軸方向で終端部材９に作用する。
【００２５】
終端部材９は本願では、プラスチックから射出成形法で製作されたヘッド部１８により形成されている。その際、センサ１２はこのプラスチック内に埋設されている。
【００２６】
図１および図４から、ヘッド部１８がねじ１９によりガイドキャリッジ１の支持ボディ８に解離可能に固定されていることが見て取れる。
【００２７】
摺動抵抗の作用下で、Ｕ字形のヘッド部１８の脚片１４は曲げ負荷される。これにより、脚片１４は支持ボディ８から離間するように曲げられる。この曲げの下で開始する変形はセンサ１２により検出され、電気的な経路を経て、図示されていない評価ユニットに転送されることができる。この脚片１４の変形が臨界値に達すると、評価ユニットは例えば、転がり軸受内の摺動抵抗が許容範囲を超えて高まっており、対策を講じるべきであることを管理者に知らせるアラームをトリガすることができる。
【００２８】
図４から、ヘッド部８の外側の端面にワイパ２０が配置されていることが見て取れる。ワイパ２０の課題は、異物粒子をガイドレール２から払拭し、それにより、転動体通路３内への異物進入を阻止することである。
【００２９】
図５には、ここではセンサスイッチ２１として形成されている改変されたセンサを備えたヘッド部１８が示されている。センサスイッチ２１は先述したのと同様にヘッド部１８の脚片１４の変形に反応する。ただし、ここではスイッチング信号が臨界的なひずみ時に転送されるようになっている。
【００３０】
ここでは破線で示したにすぎない評価ユニット２２は、ヘッド部１８に組み込まれている。センサスイッチ２１は外部の評価ユニット２２に電気的に接続されている。ここに示したセンサスイッチ２１はもちろん別の適当なセンサタイプにより代替され、評価ユニット２２に接続されることができる。
【００３１】
図６には、本発明によるリニア転がり軸受、ただし改変されたセンサ配置を有するリニア転がり軸受が簡単に示されている。センサ２３はここでは、ヘッド部１８として形成された終端部材９と、ガイドキャリッジ１の支持ボディ８との間に配置されている。この事例では、センサ２３は、ねじ１９の予圧力の下で圧縮負荷されている力センサである。摺動抵抗がさらに上昇すると、軸方向の力はヘッド部１８に作用する。ヘッド部１８は支持ボディ８から離間するように押圧される。このことは、摺動抵抗が高ければ高いほど、センサ２３に作用する圧縮荷重がますます減じられることを意味する。このことは、このような配置でもセンサ２３を介して申し分なく摺動抵抗を推定し得ることを意味する。他の実施例と同様に、センサ２３は、例えばアラーム信号を臨界的な摺動抵抗の到達時にトリガするために、評価ユニットに接続されている。
【００３２】
図７には、改変されたセンサ配置を有する本発明によるリニア転がり軸受のヘッド部１８が示されている。図面から、ヘッド部１８がねじ１９のための貫通孔２４を有していることが見て取れる。ねじ軸部は貫通孔２４を通して案内される。その際、ねじ頭２５はヘッド部１８の肩部２６に支持されている。その際、ねじ頭２５と肩部２６との間には、ねじ軸部に配置されたリング状のセンサ２７が配置されている。センサ２７がヘッド部１８内に埋込配置されており、ねじ頭２５により被覆されていることにより、リングセンサ２７の、外部からの損傷の可能性は排除されている。リングセンサ２７はここでは、例えば圧電センサ、導電性プラスチックまたはＤＭＳセンサにより形成されていることができる力センサである。ねじ１９を締めた後、リングセンサ２７には、ねじ１９の締め付け力の下での既知の予圧が作用する。摺動抵抗の影響下で、ヘッド部１８はねじ１９のねじ頭２５の方向で押圧される。このことは、リングセンサ２７に作用する圧縮力が増加することを意味する。リングセンサはこの圧縮力の増加に反応し、場合によっては、接続された評価ユニットを介してアラーム信号をトリガすることができる。
【００３３】
センサ監視により、本発明によるリニア転がり軸受の運転安全性は向上する。完全に故障する前に、アラーム信号がトリガされることができる。リニア転がり軸受は再潤滑されることができる。再潤滑により、異物粒子は転動体通路から洗い流され、潤滑の欠乏は取り除かれることができる。繰り返しアラームがトリガされると、メンテナンスストップが生産時間外に計画されることができる。その結果として、本発明によるリニア転がり軸受により、不全事態により惹起される不測の生産停止が回避されることができる。
【００３４】
本発明のために、物理学的または幾何学的な大きさに関連して、一般に電気的な信号を発生させるすべてのセンサが適している。この種のセンサはこの物理学的な大きさに反応して、大抵の場合電気的な信号を放出する。この電気的な信号から、物理学的な大きさの値が推定されることができる。前記実施例では、終端部材に作用する力もしくは終端部材の変形が、物理学的な大きさとして検出され得るように構成されている。この力または変形と、転動体通路内に作用する摺動抵抗との間の関係は、一連の試験から求められることができる。この既知の関係に基づいて、センサは申し分なく校正されることができる。その結果、センサから転送される信号は申し分なく、有効な摺動抵抗の推定を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明によるリニア転がり軸受の斜視図である。
【図２】図１に示した本発明によるリニア転がり軸受の部分断面図である。
【図３】図１に示した本発明によるリニア転がり軸受の細目の択一的な実施形態を示す図である。
【図４】図１に示した本発明によるリニア転がり軸受の分解立体図である。
【図５】図１に示した本発明によるリニア転がり軸受の、改変されたヘッド部を示す図である。
【図６】改変されたセンサ配置を有する本発明によるリニア転がり軸受の簡略図である。
【図７】図５に示した、ただし改変されたセンサを有しており、かつ組み込まれた評価ユニットを有していないヘッド部を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  ガイドキャリッジ、  ２  ガイドレール、  ３  転動体通路、  ４  転動体、  ５  支持通路、  ６  走行軌道、  ７  走行軌道、  ８  支持ボディ、  ９  終端部材、  １０  方向転換通路、  １１  戻り通路、  １２  センサ、  １３  センサシート、  １４  脚片、  １５  接続ワイヤ、  １６  伝送ケーブル、  １７  転動体連鎖、  １８  ヘッド部、  １９  ねじ、  ２０  ワイパ、  ２１  センサスイッチ、  ２２  評価ユニット、  ２３  センサ、  ２４  貫通孔、  ２５  ねじ頭、  ２６  肩部、  ２７  リングセンサ
【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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