(57)【要約】【課題】ボールねじ軸あるいはガイドレールなどの軌道部材上に形成された転動体軌道面の異常を検出することのできる直動装置を提供する。【解決手段】ガイドレール１１の転動体軌道面に光をあてて転動体軌道面からの反射光を検出する光学センサ２１をスライダ１２の端部に設け、光学センサ２１の信号出力に基づいて転動体軌道面のフレーキング等を検知するようにした。【選択図】図３
2007192333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転動体軌道面を外面に有し且つ転動体循環路を有しない軌道部材と、該軌道部材の転動体軌道面と対向する転動体軌道面を有し且つ該転動体軌道面と前記軌道部材の転動体軌道面との間に形成された転動体転走路を転走する多数の転動体を無限循環させるための転動体循環路を有する部材とを備えてなる直動装置において、前記転動体循環路を有する部材に、前記軌道部材の転動体軌道面の異常を検出するための光学センサを設けたことを特徴とする直動装置。
【請求項２】
請求項１記載の直動装置において、前記光学センサが光ファイバ方式であることを特徴とする直動装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の直動装置において、前記光学センサが前記転動体循環路の外側であって前記転動体循環路を有する部材の端部に設けられていることを特徴とする直動装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２記載の直動装置において、前記転動体循環路を有する部材が前記軌道部材の軸方向に並んで配置された第１の部材と第２の部材を含んで構成され、かつ前記光学センサが前記第１の部材と前記第２の部材との間に配置されていることを特徴とする直動装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２項記載の直動装置において、前記光学センサの両側にシール部材を設けたことを特徴とする直動装置。
【請求項６】
請求項１または請求項２記載の直動装置において、前記転動体循環路をそれぞれ有する二つの部材間に前記光学センサを設け、かつ該光学センサの両側にシール部材を配置したことを特徴とする直動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえばボールねじ装置、直動案内装置などの直動装置に関し、特に、転動体軌道面の異常を検知する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的な機械システム（例えばボールベアリングを含む回転用転がり軸受等）における動作状態の診断方法としては、振動で動作状態の診断を行う振動検出法、潤滑油の質で動作状態の診断を行う油評価法、潤滑油を介する部材間の電気抵抗で動作状態の診断を行う電気抵抗法、潤滑油を介する部材の温度で動作状態の診断を行う温度測定法などがある。
【０００３】
これに対して、直動装置の異常を検出する方法としては、
（１）転動体が移動部材あるいは軌道部材と接触または衝突することによって弾性的に生じる波動をＡＥ（Acoustic Emission）センサにて検出し、このＡＥセンサの信号出力に基づいて動作状態の内容を判定するようにした方法（特許文献１参照）、
（２）ボールねじナットやスライダなどの移動部材に設けた変位センサにより転動体軌道面の変位を測定して異常を検出するようにした方法（特許文献２参照）、
（３）転動体の循環によって生じる圧力に起因してエンドキャップに生じる変形を歪センサにて検出し、この歪センサの信号出力に基づいて異常を検出するようにした方法（特許文献３参照）などがある。
【特許文献１】特開２００４−２６３７７５号公報
【特許文献２】特開２００４−０１２２０９号公報
【特許文献３】特開２００５−０４２７８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載の方法では、軌道面と転動体との接触や衝突により発生した振動波をＡＥセンサにより検出して異常を判定する構成であるため、ＡＥセンサから出力される信号レベルが小さく、ノイズの影響を受け易いという問題がある。
特許文献２記載の方法では、ボールねじ軸あるいはガイドレールなどの軌道部材に外部荷重が作用すると移動部材に取り付けられた変位センサに対して転動体軌道面が変位してしまい、軌道面の異常を検知することが難しいという問題がある。
【０００５】
特許文献３記載の方法では、転動体の循環不良に起因するエンドキャップの変形を歪センサにより検出することが可能であるが、転動体の循環不良はスライダの内部に異物が混入することによっても発生し、異物の混入によって軌道面に噛み込み傷が発生する。しかし、これがすぐに使用不能になるとは限らず、多少の異物混入では継続して走行することが可能であり、検出精度が低いという問題があった。
【０００６】
本発明は上述した問題点に着目してなされたものであり、その目的は、ボールねじ軸あるいはガイドレールなどの軌道部材上に形成された転動体軌道面の異常を検出することのできる直動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明のうち請求項１の発明に係る直動装置は、転動体軌道面を外面に有し且つ転動体循環路を有しない軌道部材と、該軌道部材の転動体軌道面と対向する転動体軌道面を有し且つ該転動体軌道面と前記軌道部材の転動体軌道面との間に形成された転動体転走路を転走する多数の転動体を無限循環させる転動体循環路を有する部材とを備えてなる直動装置において、前記転動体循環路を有する部材に、前記軌道部材の転動体軌道面の異常を検出するための光学センサを設けたことを特徴とする。
【０００８】
本発明のうち請求項２の発明に係る直動装置は、請求項１記載の直動装置において、前記光学センサが光ファイバ方式であることを特徴とする。
本発明のうち請求項３の発明に係る直動装置は、請求項１または請求項２記載の直動装置において、前記光学センサが前記転動体循環路の外側であって前記転動体循環路を有する部材の端部に設けられていることを特徴とする。
【０００９】
本発明のうち請求項４の発明に係る直動装置は、請求項１または請求項２記載の直動装置において、前記転動体循環路を有する部材が前記軌道部材の軸方向に並んで配置された第１の部材と第２の部材を含んで構成され、かつ前記光学センサが前記第１の部材と前記第２の部材との間に配置されていることを特徴とする。
本発明のうち請求項５の発明に係る直動装置は、請求項１または請求項２項記載の直動装置において、前記光学センサの両側にシール部材を設けたことを特徴とする。
【００１０】
本発明のうち請求項６の発明に係る直動装置は、請求項１または請求項２記載の直動装置において、前記転動体循環路をそれぞれ有する二つの部材間に前記光学センサを設け、かつ該光学センサの両側にシール部材を配置したことを特徴とする。
なお、ここで言う「光学センサ」とは、測定点１点の明暗を検出するもの、あるいは転動体軌道面の一定範囲を複数の画素に分割し、個々の画素について明度、彩度を検出するもの（例えば、固体撮像素子など）を指している。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明に係る直動装置によれば、転動体軌道面にフレーキング（金属面が鱗状に剥離した現象）が発生したり或いは異物の噛みこみなどによって転動体軌道面の粗さが粗くなったりすると、光学センサの信号出力が通常よりも小さくなる。したがって、光学センサの信号出力を予め設定された閾値と比較することによって、フレーキングなどの異常が転動体軌道面に発生したか否かを容易に検知することができる。
【００１２】
請求項２の発明に係る直動装置によれば、光ファイバ方式の光学センサを用いることで、光学センサを設置するスペースが非常に小さくなる。これにより、ボールねじ装置のナットや直動案内装置のスライダに光学センサを装着する場合に、光学センサを後から取り付けてもストロークに悪影響を与えることがない。
請求項３の発明に係る直動装置によれば、転動体循環路の外側に光学センサを配置したことで、光学センサの装着を容易に行うことができる。
【００１３】
請求項４の発明に係る直動装置によれば、光学センサの配線処理を容易に行うことができる。一つの部材に光学センサを埋め込もうとすると、光ファイバ方式を利用する場合は外部から孔を明け、そこに差し込む構造となるため、配線がその外側を必ず回さなくてはならず、より小さい光学センサを用いても配線処理でスペースを殺してしまうのに対し、請求項４の発明に係る直動装置では、外部から孔を明けて光学センサを差し込む構造を採らなくて済むので、光学センサの配線処理を容易に行うことができる。
【００１４】
請求項５及び請求項６の発明に係る直動装置によれば、光学センサの両側にシール部材を設けたことで、光学センサからの信号により転動体軌道面の異常を検知できるとともに、転動体軌道面に付着した異物の影響やグリースの変色による影響を光学センサの両側に設けたシール部材により低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図１〜図３を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。
図１において符号１０は本発明の第１の実施形態である直動装置であって、この直動装置１０は、軌道部材としてのガイドレール１１と、転動体循環路を有する部材としてのスライダ１２とを備えている。
ガイドレール１１の左側面と右側面には、それぞれ二条の転動体軌道面１３（図２参照）がガイドレール１１の長手方向に沿って形成されている。これらの転動体軌道面１３はスライダ１２の左内側面と右内側面に形成された転動体軌道面１４（図２参照）と各々対向しており、レール側転動体軌道面１３とスライダ側転動体軌道面１４との間には、転動体である多数のボール１５が組み込まれている。なお、転動体軌道面１３，１４は例えば研削加工、ラップ加工、切削加工などによってガイドレール１１の左右側面とスライダ１２の左右内側面に形成されている。
【００１６】
スライダ１２は転動体軌道面１４を有するスライダ本体１６と、このスライダ本体１６の前側端面と後側端面に取り付けられたエンドキャップ１７Ａ，１７Ｂとからなり、これらのエンドキャップ１７Ａ，１７Ｂ内には、複数の転動体方向転換路１８が転動体軌道面１４に対応して形成されている。これらの転動体方向転換路１８はスライダ本体１６内に形成された転動体循環路（転動体戻し通路とも称す）１９と連通しており、従って、スライダ１２の相対的な直線運動に伴って転動体軌道面１３，１４上を転動したボール１５は、例えばエンドキャップ１７Ａの転動体方向転換路１８内で方向転換した後、スライダ本体１６の転動体戻し有路１９に導入されるようになっている。そして、転動体戻し有路１９に導入されたボール１５は、転動体戻し有路１９内を転動した後、エンドキャップ１７Ｂの転動体方向転換路１８を通って循環運動するようになっている。
【００１７】
エンドキャップ１７Ａ，１７Ｂのうち一方のエンドキャップ（例えばエンドキャップ１７Ａ）には、ほぼコ字形をなすプレート状のセンサ保持部材２０が取り付けられている。このセンサ保持部材２０は内部が中空となっており、センサ保持部材２０の内部には、ガイドレール１１の転動体軌道面１３に光を当てて転動体軌道面１３からの反射光を検出する複数（本実施形態では四つ）の光学センサ２１（図３参照）が設けられている。これらの光学センサ２１は、スライダ本体１６の転動体戻し通路１９とエンドキャップ１７Ａ，１７Ｂの転動体方向転換路１８とで形成される転動体循環路の外側に設けられている。また、光学センサ２１は反射形の光学センサであって、各光学センサ２１から出力された信号は例えば転動体軌道面のフレーキングや異物の噛み込み疵などを検知する検知装置に供給されるようになっている。
【００１８】
上述した本発明の第１の実施形態では、ガイドレール１１の転動体軌道面１３にフレーキングや異物の噛み込み疵などが発生すると、転動体軌道面１３から光学センサ２１に入射する反射光の光量が少なくなり、光学センサ２１の信号出力レベルが転動体軌道面１３にフレーキングや噛み込み疵が発生していない場合と比較して小さくなる。したがって、光学センサ２１の信号出力を予め設定された閾値と比較することにより、転動体軌道面１３にフレーキングや噛み込み疵が発生しているか否かを検知することができる。
【００１９】
また、上述した本発明の第１の実施形態では、スライダ本体１６の転動体戻し通路１９とエンドキャップ１７Ａ，１７Ｂの転動体方向転換路１８とで形成される転動体循環路の外側に光学センサ２１が設けられているため、転動体循環路の内側に光学センサを配置した場合と比較して、光学センサ２１の装着が容易となる。
なお、フレーキングは、回転軸受では回転精度の低下や騒音発生など走行上問題となるが、ボールねじ装置や直動案内装置などの直動装置では、転動体が負荷部と無負荷部との間を繰り返し循環するため、転動体が負荷部から無負荷部に入る際、あるいは無負荷部から負荷部に入る際は、僅かな段差を通過しているのと同様な状態になる。従って、直動装置では、フレーキングが発生しても直ぐに走行上問題となることがなく、フレーキングを検知しても暫らくの装置の稼動が可能である。
【００２０】
上述した第１の実施形態では転動体としてボールを用いた直動案内装置に本発明を適用した場合を例示したが、これに限定されるものではなく、たとえば転動体として円筒ころを用いた直動案内装置についても適用可能である。
図４は本発明の第２の実施形態である直動装置を示す図であり、この第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、ガイドレールの転動体軌道面に光を当てて転動体軌道面からの反射光を検出する光学センサ２１を光ファイバ方式の光学センサとした点である。このような構成によると、光学センサ２１を設置するスペースが非常に小さいスペースとなるので、光学センサ２１を後から装着してもスライダのストロークに悪影響を与えることもない。
【００２１】
図５は本発明の第３の実施形態である直動装置を示す図であり、この第３の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、光学センサ２１を例えばエンドキャップ１７Ａと該エンドキャップ１７Ａの外側に配置された板状部材２２との間に設けた点である。このように、光学センサ２１を第１の部材としてのエンドキャップ１７Ａと第２の部材としての板状部材２２との間に設けると、光学センサ２１の収容部や固定部を射出成形で容易に製作することができ、コスト面でも非常に有利となる。また、外部に孔を明けて差し込む方式を採らなくてもよく、より小さい光学センサを用いて配線処理でスペースを殺してしまうことがないので、配線の処理を容易に行うことができる。
【００２２】
上述した第３の実施形態では、エンドキャップ１７Ａと板状部材２２との間に光学センサ２１を配置した場合を例示したが、これに限定されるものではなく、例えばボールねじの場合には、ナットと光学センサを収容する部材との組合せ、単純に光学センサを収容する片側面が開放している部材との組合せ、シール部材とシール部材の間などに光学センサを配置してもよい。特に、光学センサをシール部材間に配置した場合は、軌道面に付着した異物の影響や潤滑剤の変色による影響などを除去できるため、軌道面の異常をより的確に検知することができる。また、光学センサをスポンジ状の部材間に配置すれば、光学センサへの圧力の低下や損傷を取付け時に与えることもなく、押え込むだけで光学センサの取付けが可能となる。
【００２３】
次に、図６を参照して本発明の第４の実施形態について説明する。
図５において符号３０は本発明の第４の実施形態である直動装置であって、この直動装置３０は、軌道部材としてのボールねじ軸３１と、転動体循環路を有する部材としてのボールねじナット３２とを備えている。
ボールねじ軸３１の外周面には、螺旋状のボール転動溝３３が転動体軌道面として形成されている。これらのボール３５はボールねじ軸３１またはボールねじナット３２が軸芯回りに回転するとボール転動溝３３，３４上を転動するようになっており、ボールねじナット３２には、ボールこのボール転動溝３３はボールねじナット３２の内周面に形成された転動体軌道面としてのボール転動溝３４と対向しており、これらボール転動溝３３，３４の間には、多数のボール３５が転動体として組み込まれている。転動溝３３，３４上を転動したボール３５を無限循環させるボール循環部材（図示せず）が組み付けられている。なお、ボール転動溝３３，３４は例えば転造加工によってボールねじ軸３１の外周面とボールねじナット３２の内周面に形成されている。
【００２４】
ボールねじナット３２の図中左側端面には、ボールねじ軸３１のボール転動溝３３に光を当ててボール転動溝３３からの反射光を検出する光学センサ３６が取り付けられている。この光学センサ３６は前述したボール循環部材によって形成される転動体循環路の外側に設けられている。また、光学センサ３６は反射形の光センサであって、この光学センサ３６から出力された信号は例えばボール転動溝３３のフレーキングや異物の噛み込み疵などを検知する検知装置に供給されるようになっている。
【００２５】
上述した本発明の第４の実施形態では、ボールねじ軸３１のボール転動溝３３にフレーキングや異物の噛み込み疵などが発生すると、ボール転動溝３３から光学センサ３６に入射する反射光の光量が少なくなり、光学センサ３６の信号出力レベルがボール転動溝３３にフレーキングや噛み込み疵が発生していない場合と比較して小さくなる。したがって、光学センサ３６の信号出力を予め設定された閾値と比較することで、ボール転動溝３３にフレーキングや噛み込み疵が発生しているか否かを検知することができる。
また、上述した本発明の第４の実施形態では、光学センサ３６をボールねじナット３２の端部に設けたことで、転動体循環路の内側に光学センサを設けた場合のように、構造が複雑となるようなこともない。
【００２６】
図７は本発明の第５の実施形態である直動装置を示す図であり、この第５の実施形態が第４の実施形態と異なる点は、光学センサ３６の両側にシール部材３７を設けた点である。このような構成によると、第４の実施形態と同様の作用効果が得られるのに加え、光学センサ３６を保持する環状のセンサ保持部材３８とボールねじ軸１１との間に異物が入り込むことを防止できると共に、ボールねじ軸３１とボールねじナット３２との間に充填されたグリースが光学センサ側に漏れ出てグリースの変色によって光学センサ３６の検出性能が低下することをシール部材３７によって防止することができる。
【００２７】
図８は本発明の第６の実施形態である直動装置を示す図であり、この第６の実施形態が第４の実施形態と異なる点は、転動体循環路を有する二つの部材（この場合はボールねじナット３２Ａとボールねじナット３２Ｂを示している）の間に光学センサ３６を設け、かつ光学センサ３６の両側に、例えば特開２０００−１３０５４４号公報、特開平１０−２５２８５６号公報、特開２００３−１６６５３２号公報、特開平１０−１８４６８４号公報などに示されるシール部材３８を設けた点である。
このような構成によると、ボールねじ軸３１のボール転動溝３３に発生したフレーキングや噛み込み疵などの異常を検知できると共に、ボールねじ軸３１のボール転動溝３３に付着した異物の影響やグリースの変色による影響をシール部材３８によって低減することができる。
【００２８】
図９は本発明の第７の実施形態を示す図、図１０は本発明の第８の実施形態を示す図であり、第７及び第８の実施形態が図１に示した第１の実施形態と異なる点は、小型カメラなどの光学センサ４０を二つのスライダ１２の間に配置した点である。
図９に示す第7の実施形態における二つのスライダ１２はシール４１をそれぞれ有しており、光学センサ４０は二つのスライダ１２のシール４１間に設けられている。また、光学センサ４０は光学センサ４０を案内レール１１の長手方向に案内する案内部４２を有し、この案内部４２の両端面は二つのスライダ１２のシール４１に結合されている。したがって、使用時には、光学センサ４０とスライダ１２とを結合することが不要である。
【００２９】
図１０に示す第８の実施形態における光学センサ４０は案内レール１１の長手方向に案内する案内部４２を有し、この案内部４２の両端面には、シール４１が装着されている。使用時は光学センサ４０とスライダ１２とを一体固定して使用されるが、固定方法は任意である。
直動案内装置は一般的に二本のレールと四台のスライダとの組合せで使用されることが多く、二つのスライダの間はスペースを大きく取れるので、第７及び第８の実施形態のように、小型カメラなどの光学センサ４０を二つのスライダ１２，１２の間に配置し、光学センサ４０から出力された画像信号を画像処理することによって転動体軌道面の異常を検知することができる。光学センサ４０から出力される信号が画像信号である場合は、モニタテレビなどの画像表示装置に表示された画像を人間が目視することによって転動体軌道面の異常を検知でき、画像表示装置に表示された画像を定期的に監視することによって転動体軌道面の剥離だけでなく、摩耗による転動体軌道面の劣化なども早期に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施形態である直動装置の平面図である。
【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３】図１のIII−III線に沿う断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態である直動装置を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施形態である直動装置の側面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態である直動装置の断面図である。
【図７】本発明の第５の実施形態である直動装置の断面図である。
【図８】本発明の第６の実施形態である直動装置の断面図である。
【図９】本発明の第７の実施形態である直動装置を示す図である。
【図１０】本発明の第８の実施形態である直動装置を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１１  ガイドレール
１２  スライダ
１３，１４    転動体軌道面
１５  ボール（転動体）
１６  スライダ本体
１７Ａ，１７Ｂ  エンドキャップ
１８  転動体方向転換路
１９  転動体戻し通路
２１  光学センサ
２２  板状部材
３１  ボールねじ軸
３２，３２Ａ，３２Ｂ  ボールねじナット
３３，３４  ボール転動溝（転動体軌道面）
３５  ボール（転動体）
３６  光学センサ
３７  シール部材
４０  光学センサ
【図１】
2007192333.tif 000003
【図２】
2007192333.tif 000004
【図３】
2007192333.tif 000005
【図４】
2007192333.tif 000006
【図５】
2007192333.tif 000007
【図６】
2007192333.tif 000008
【図７】
2007192333.tif 000009
【図８】
2007192333.tif 000010
【図９】
2007192333.tif 000011
【図１０】
2007192333.tif 000012