転がり装置、転がり装置の異常検出装置および異常検出方法
【課題】転動体に発生した剥離を検知することが可能な転がり装置を提供する。
【解決手段】ねじ軸１の外周面に形成されたねじ溝３とナット２の内周面に形成されたねじ溝４との間のボール５に向かって開口するセンサ挿入孔８をナット２に設け、このセンサ挿入孔８に渦電流式変位計９をボール５との間に所定のギャップが生じるようにナット２の外径側から挿入し、渦電流式変位計９の出力信号に基づいてボール５に剥離が生じているか否かを検査するようにした。
【解決手段】ねじ軸１の外周面に形成されたねじ溝３とナット２の内周面に形成されたねじ溝４との間のボール５に向かって開口するセンサ挿入孔８をナット２に設け、このセンサ挿入孔８に渦電流式変位計９をボール５との間に所定のギャップが生じるようにナット２の外径側から挿入し、渦電流式変位計９の出力信号に基づいてボール５に剥離が生じているか否かを検査するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受、ボールねじ、直動案内装置、ボールスプライン等の転がり装置に関し、特に、転がり装置の異常を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボールねじ等の転がり装置は、通常、長期使用による耐久精度は補償されているが、使用条件によっては、ねじ溝等の転動体転動面に剥離（金属表面がフレーク状に剥離する現象）が異物の噛み込みなどによって発生すると、耐久精度の補償範囲内であっても所要の性能を得ることができなくなる虞がある。そこで、ボールねじのナットに磁歪式センサを取り付け、この磁歪式センサでねじ溝の変位を検出してねじ軸のねじ溝に剥離が発生したか否かを検査する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１２２０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、ボールねじのねじ軸を高速で回転させると、ボールねじのボールがボール戻し路とボール転動路との不連続部分で循環部品やねじ軸に激しく衝突する。このため、ねじ軸のねじ溝より先に剥離がボールに生じる可能性が高く、ボールに剥離が生じると、樹脂製循環部品の内壁が摩耗し、最終的には循環部品の肉厚が薄くなって破損に至り、ボールねじが動作不能となる可能性がある。このため、特許文献１に示された技術では、ねじ軸のねじ溝に剥離が発生したか否かを検知することは可能であるが、ボールに剥離が発生したか否かを検知できないため、高速用途で使用されるボールねじの異常を検出するには不向きであった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明に係る転がり装置は、少なくとも一対の転走溝と転動体により構成される転がり装置において、前記一対の転走溝のうち一方の転走溝側に非接触式変位計を、該非接触式変位計の検出面が前記転動体と近接して対向するように設けたことを特徴とする。
請求項２記載の発明に係る転がり装置は、請求項１記載の転がり装置において、前記転動体が球状転動体であり、前記転走溝が前記転動体に対してそれぞれ二つの接触点を有することを特徴とする。
【０００５】
請求項３記載の発明に係る転がり装置は、請求項１または２記載の転がり装置において、前記非接触式変位計の検出領域内にある転動体が少なくとも使用初期状態において前記転走溝によって転走方向と直交する方向に拘束されていることを特徴とする。
請求項４記載の発明に係る転がり装置は、請求項１〜３のいずれか一項記載の転がり装置において、前記非接触式変位計の検出面と前記転動体との間の隙間が２０μｍ以上となるように、前記非接触式変位計を設けたことを特徴とする。
【０００６】
請求項５記載の発明に係る転がり装置は、請求項２〜４のいずれか一項記載の転がり装置において、前記非接触式変位計の中心線が前記転動体と前記転走溝との二つの接触点のうちの一点と前記転動体の中心とを結んだ直線と重なり合うように前記非接触式変位計が設けられていることを特徴とする。
請求項６記載の発明に係る転がり装置は、請求項１〜５のいずれか一項記載の転がり装置において、少なくとも使用初期状態において予圧を付与される転がり装置であって、拘束の範囲内の非接触式変位計の主たる検出方向の転走溝と転動体との間の予圧量を負荷領
域内の予圧量より小さくしたことを特徴とする。
【０００７】
請求項７記載の発明に係る転がり装置は、請求項１〜６のいずれか一項記載の転がり装置において、前記転動体が誘電性を有する材料からなり、かつ前記非接触式変位計が渦電流式変位計であることを特徴とする。
請求項８記載の発明に係る転がり装置は、請求項２〜７のいずれか一項記載の転がり装置において、前記転動体より小さい外径を有するスペーサボールを隣合う転動体の間に有し、該スペーサボールの材質を前記転動体と異なる電磁誘導作用を有する材質としたことを特徴とする。
【０００８】
請求項９記載の発明に係る転がり装置は、請求項４〜８のいずれか一項記載の転がり装置において、前記非接触式変位計の検出領域内における転動体と転走溝との接触点が３点以下であることを特徴とする。
請求項１０記載の発明に係る転がり装置は、請求項１〜９のいずれか一項記載の転がり装置において、前記転動体が直動装置の転動体であることを特徴とする。
請求項１１記載の発明に係る転がり装置は、請求項１〜１０のいずれか一項記載の転がり装置において、前記転動体がボールねじの転動体であることを特徴とする。
請求項１２記載の発明に係る転がり装置は、請求項１〜１１のいずれか一項記載の転がり装置において、射出成形機またはプレス成形機に使用されることを特徴とする。
【０００９】
請求項１３記載の発明は、請求項１１または１２のいずれか一項記載の転がり装置の異常を検出する装置であって、前記非接触式変位計から出力された電圧信号をサンプリングして転動体通過時の非接触式変位計の出力電圧値を得るサンプリング手段と、このサンプリング手段で得られた非接触式変位計の出力電圧値を記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶された非接触式変位計の出力電圧値が予め設定された範囲内から外れたときに前記転がり装置に異常が発生したと判定する判定手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
請求項１４記載の発明は、請求項１１または１２のいずれか一項記載の転がり装置の異常を検出する装置であって、前記ボールねじのねじ軸を回転駆動するモータと、このモータを駆動するモータドライバと、前記非接触式変位計から出力された電圧信号をサンプリングして転動体通過時の非接触式変位計の出力電圧値を得るサンプリング手段と、前記モータドライバからのモータ駆動信号を基に転動体転走方向信号と転動体計数信号を出力するカウンタと、前記サンプリング手段で得られた非接触式変位計の出力電圧値を前記カウンタからの前記転動体転走方向信号および前記転動体計数信号と関連付けて記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶された非接触式変位計の出力電圧値が予め設定された範囲内から外れたときに前記転がり装置に異常が発生したと判定する判定手段とを有することを特徴とする。
請求項１５記載の発明に係る転がり装置の異常検出方法は、請求項１３または１４記載の異常検出装置を用いて転がり装置の異常を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１，２，１０〜１２記載の発明によれば、非接触式変位計から出力される信号の電圧レベルが転動体と非接触式変位計との間のギャップ量に応じて変化する。したがって、非接触式変位計から出力された信号の電圧レベルが予め設定された範囲内であるか否かを判定することによって、転動体などに剥離が生じている否かを検知できる。また、転動体の剥離だけでなく、非接触式変位計が固定されていない側の転走溝の剥離も検出することができる。
【００１２】
請求項３記載の発明によれば、非接触式変位計の検出領域内にある転動体が少なくとも使用初期状態において転走溝によって転走方向と直交する方向に拘束されているため、非
接触式変位計の検出値を安定させることができる。
請求項４記載の発明によれば、剥離の深さは一般に数十μｍオーダであり、剥離の深さに応じて非接触式変位計と転動体とのギャップ量が変化するため、転動体と転走溝との接触点のうち非接触式変位計に近いほうの接触点で剥離が生じた場合も剥離を検知することができる。
【００１３】
請求項５記載の発明によれば、ボールねじの転走溝間隔よりも大径のボールを組み込むことによって予圧を付与する場合、転走溝とボールとの接触は通常４点接触であるが、このうちの１点または２点の接触点を無くし、非接触式変位計に置換することで、検出部分を３点または２点接触にすることにより、転走溝に生じた剥離部で転動体の軌跡変化がより確実となるので、剥離をより正確に検出することができる。
請求項６記載の発明によれば、転走溝の変位計設置部の穴のエッジに転動体の荷重が加わると応力集中を受け、寿命に悪影響を及ぼす可能性があるが、非接触式変位計の主たる検出方向の転走溝と転動体との間の予圧量を負荷領域内の予圧量より小さくすることで、これを緩和することができる。
【００１４】
請求項７記載の発明によれば、非接触式変位計として渦電流式変位計を用いたことにより、グリースや油の影響を受けずに剥離を非接触で検出できる。また、剥離の深さが数十μｍオーダである場合に剥離を確実に検出できる。
請求項８記載の発明によれば、転動体とスペーサボールとを区別して剥離を検出することができる。
請求項９記載の発明によれば、転がり装置の動作に伴う転動体のスキューにより非接触式変位計と対向する転動体の面が随時変化する。これにより、複数回のスキャンにより剥離部が非接触式変位計と対向、または転走溝と対向するので、非接触式変位計の数を１回路当り１つとすることができる。
【００１５】
転動体が４点以上で接触する転走溝の１点が剥離していても転動体は他の３点で案内され、軌跡が変わらないので、剥離検出が困難であるが、請求項９記載の発明によれば、転動体に剥離が生じると、転動体の案内は転走溝２点以下となるので、転動体の軌跡が変わり、剥離を検出できる。
請求項１３〜１５記載の発明によれば、転がり装置の異常を自動的に検出することができる。
請求項１４記載の発明によれば、個別の転動体を識別できるので、スペーサボールと転走溝との間のすきまによって生じる測定値のばらつきに対し、スペーサボールを評価しないで除外できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明をボールねじ装置に適用した一実施形態を示す図であり、同図に示されるボールねじ装置は、ねじ軸１およびナット２を備えている。
ナット２は円筒状に形成されており、ナット２内を挿通するねじ軸１の外周面には、ボール転走溝としてのねじ溝３がねじ軸１の一端部から他端部にわたって形成されている。このねじ溝３はナット２の内周面に形成されたねじ溝４と対向しており、ねじ溝３とねじ溝４との間に設けられた多数のボール５は、ねじ軸１またはナット２の回転運動に伴ってねじ溝３とねじ溝４との間のボール負荷転走路を転走するようになっている。ねじ溝３，４は、その断面がボール５とそれぞれ二点で接触する形状（例えばゴシックアーク状）に形成されている。
【００１７】
また、ナット２はボール戻し通路６を有している。このボール戻し通路６はナット２の
軸方向に貫通しており、ボール負荷転走路を転走したボール５は、エンドデフレクタ７によりボール戻し通路６に導入されるようになっている。
エンドデフレクタ７はナット２の軸方向両端部に組み込まれており、一方のエンドデフレクタ７によりボール戻し通路６に導入されたボール５は他方のエンドデフレクタ７によりボール戻し通路６からボール負荷転走路に戻されるようになっている。なお、ボール５は誘電性を有する材料（例えば合金鋼等）からなり、ねじ溝３，４とそれぞれ二点で接触している。
【００１８】
図１に示すＡ部の詳細を図２に示す。同図に示されるように、ナット２はねじ溝３とねじ溝４との間のボール５に向かって開口するセンサ挿入孔８を有している。このセンサ挿入孔８はナット側ねじ溝４とボール５との接触部に設けられ、このセンサ挿入孔８には、ボール５の剥離を検出する非接触式変位計として、渦電流式変位計９がナット２の外径側から挿入されている。
【００１９】
渦電流式変位計９はボール５との間にギャップＧが生じるようにセンサ挿入孔８に挿入されており、この渦電流式変位計９の信号出力端子には、渦電流式変位計９から出力された信号に基づいて剥離の有無を検査する検査装置１０が接続されている。なお、渦電流式変位計９の位置でねじ溝４とボール５との間の予圧量は負荷領域内の予圧量より小さくなっている。また、センサ挿入孔８はその中心線８ａがねじ溝４とボール５との二つの接触点ｎ１，ｎ２のうちの一つの接触点（例えば接触点ｎ１）とボール５の中心ｏとを結んだ直線と重なり合うようにナット２に形成されている。
【００２０】
図１に示すボールねじのねじ軸１はモータ１０（図３参照）により回転駆動されるようになっており、このモータ１０には、モータドライバ１１からモータ駆動信号が供給されるようになっている。
図３は検査装置１０の概略構成を示すブロック図であり、同図に示されるように、検査装置１０は、渦電流式変位計９から出力された電圧信号のノイズ成分を除去するフィルタ回路１３と、フィルタ回路１３を通過した渦電流式変位計９の出力をサンプリングしてボール通過時の渦電流式変位計９の出力電圧値を得るサンプリング回路１５と、モータドライバ１１からのモータ駆動信号を基に転動体転走方向信号と転動体計数信号を出力するカウンタ１６と、サンプリング回路１５で得られた渦電流式変位計９の出力電圧値をカウンタ１６からの転動体転走方向信号および転動体計数信号と関連付けて記憶する記憶回路１７と、この記憶回路１７に記憶された渦電流式変位計９の出力電圧値が予め設定された範囲内から外れたときに剥離等の異常が図１のボールねじ装置に発生したと判定する判定回路１８とから構成されている。なお、渦電流式変位計９の主たる検出方向のねじ溝４とボール５との間の予圧量は負荷領域内の予圧量より小さくなっている。
【００２１】
このような構成において、ねじ軸１の相対的な回転運動に伴ってボール５がねじ溝３とねじ溝４との間のボール負荷転動路を転動すると、図４に示すように、渦電流式変位計９から一定周期で電圧信号が出力される。このとき、図２でねじ溝３のフランク３ａまたはフランク３ａと対向するねじ溝４のフランク４ｂとボール５との接触点でねじ溝またはボールにハクリが生じていると、ボール５と渦電流式変位計９との間のギャップ量が小さくなる方向にボール５が変位する。そして、ボール５と渦電流式変位計９との間のギャップ量が小さくなる方向にボール５が変位すると、図４に破線で示すように、渦電流式変位計９から出力される信号の電圧レベルが図４に示す下限値より低い電圧レベルとなる。
【００２２】
一方、ボール５がねじ溝３のフランク３ｂまたはフランク３ｂと対向するねじ溝４のフランク４ａとボール５との接触点でねじ溝またはボールにハクリが生じていると、ボール５と渦電流式変位計９との間のギャップ量が大きくなる方向にボール５が変位する。そして、ボール５と渦電流式変位計９との間のギャップ量が大きくなる方向にボール５が変位
すると、図４に破線で示すように、渦電流式変位計９から出力される信号の電圧レベルが図４に示す上限値より高い電圧レベルとなる。
【００２３】
したがって、渦電流式変位計９から出力された信号を検査装置１０に供給し、渦電流式変位計９から出力された信号の電圧レベルが予め定められた範囲内にあるか否かを検査装置１０の判定回路１８で判定することにより、ボール５に剥離が生じているか否かを検査することができる。
なお、剥離ボールの検知はリアルタイムでも検査時のみでもよく、リアルタイムで検知したい場合には、渦電流式変位計９から出力された信号を信号処理し、異常判定に基づき上位の制御装置に異常信号を出力してもよい。
【００２４】
上述した第１の実施形態では、渦電流式変位計９の中心線９ａがねじ溝４とボール５との二つの接触点のうち一つの接触点とボール５の中心とを結んだ直線と重なり合うようにセンサ挿入孔８をナット２に設けたものを例示したが、これに限定されるものではない。たとえば、ボールの直径が渦電流式変位計９の外径より大きい場合には、図５に示す第２の実施形態のように、センサ挿入孔８をナット２の軸方向と直角に設けてもよい。
【００２５】
また、上述した第１の実施形態では、ボールに生じる剥離の深さはボール衝突時の最大せん断応力深さ付近であり、一般的に数十μｍオーダであること、ボールに対し非接触であること、潤滑剤による影響が少ないなどの理由から、ボールの剥離を検出するセンサとして、渦電流式変位計を用いた場合を例示したが、渦電流式変位計以外の非接触式変位計を用いてもよい。
また、測定精度を確保するために、負荷を受けているボールを非接触式変位計の測定対象としたが、負荷を受けておらずに遊びをもって公転しているボールであっても、剥離によるボール径の減少よりも遊びが小さい場合には、負荷を受けていないボールを測定対象としてもよい。
【００２６】
さらに、上述した第１の実施形態では、本発明をボールねじ装置に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い。たとえば、図６に示す第３の実施形態のように、本発明を直動案内装置やボールベアリングに適用してもよい。なお、図６において、２１は案内レール、２２はスライダのスライダ本体、２３は案内レール２１の左右側面部に形成された転走溝、２４はスライダ本体２２の袖部内側面に形成された転走溝、２５は転走溝２３と転走溝２４との間に設けられた転動体としてのボールを示している。
【００２７】
この場合、図７に示すように、ボール２５とボール２５との間に保持ピース２６が介挿されている場合は、渦電流式変位計９の出力信号からボール間距離をモニタすることで、保持ピース抜けを検知することができる。
本発明者らは、ボールねじのボールに剥離が生じたことを渦電流式変位計の出力から検知できるか否かを調査するため、次の実験を行なった。先ず、ねじ軸径：５０ｍｍ、ねじ溝リード：１２ｍｍ、ボール数：１４７個のボールねじのボールとして、剥離の無い新品ボール（ボール径：６．３５ｍｍ）を使用した。そして、ボールねじのねじ軸を１００ｍｉｎ−１の速度で回転させ、そのときに渦電流式変位計から出力された電圧信号の時間的変化を記録した。そのときの記録結果を図８に示す。
【００２８】
また、本発明者らはボールねじのねじ軸を１００ｍｉｎ−１の速度で回転させたときに渦電流式変位計から出力された電圧信号を１ｋＨｚの周波数でサンプリングし、渦電流式変位計の前を新品ボールが通過したときの渦電流式変位計の出力電圧値を測定した。そのときの測定結果を図９に示す。
図８から明らかなように、ねじ軸を回転させると、ボールの通過周期に伴い、渦電流式変位計の出力電圧が周期的に変化していることがわかる。また、図９から明らかなように
、ボール数１４７個のボール全てに剥離が生じていない場合は、渦電流式変位計の出力電圧の谷の値が０．０１Ｖ（≒１０μｍ）以内にきれいに揃っていることがわかる。この条件（軸径、ボール径、ねじ軸回転数、サンプリング周波数）では、新品ボールで各谷の極小となるサンプリング値と隣接するサンプリング値は数μｍ程度であるため、最小の値を出力電圧の谷の値（ボールが渦電流式変位計に最も接近した時の値）としても差し支えない。
【００２９】
次に、本発明者らは図１０に示すような剥離（剥離径：１．６ｍｍ、２．４ｍｍ、３．１ｍｍ、剥離半周）が生じている１９個のボール（以下「剥離ボール」という）と１２８個の新品ボールとを上記仕様のボールねじに組み込み、ボールねじのねじ軸を１００ｍｉｎ−１の速度で回転させたときに渦電流式変位計から出力された電圧信号を１ｋＨｚの周波数でサンプリングし、渦電流式変位計の前をボールが通過したときの渦電流式変位計の出力電圧値を測定した。その測定結果を図１１に示す。
【００３０】
図１１から明らかなように、渦電流式変位計の前を剥離ボールが通過すると、渦電流式変位計の前を新品ボールが通過したときよりも渦電流式変位計の出力電圧値が大きくなったり小さくなったりすることがわかる。そして、ボールに生じた剥離によって渦電流式変位計とボールとのギャップが大きくなる場合は、図１１中○で示すように、渦電流式変位計の前を新品ボールが通過したときよりも渦電流式変位計の出力電圧値が大きくなる。一方、ボールに生じた剥離によってボールとねじ溝との間に遊びが生じ、この遊びによってボールが渦電流式変位計から遠ざかる方向に変位した場合は、図１１中◇で示すように、渦電流式変位計の前を新品ボールが通過したときよりも渦電流式変位計の出力電圧値が小さくなることがわかる。
【００３１】
渦電流式変位計の前を新品ボールが通過したときの渦電流式変位計の出力電圧値と渦電流式変位計の前を剥離ボールが通過したときの渦電流式変位計の出力電圧値との違いを図１２に示す。なお、図１２において、実線ａは渦電流式変位計の前を新品ボールが通過したときの渦電流式変位計の出力電圧値を示し、実線ｂ〜ｅは渦電流式変位計の前を剥離ボールが通過したときの渦電流式変位計の出力電圧値を示している。
【００３２】
ここで、図１２に示す渦電流式変位計の出力電圧の絶対値が異なっているのは渦電流式変位計組み付け時の誤差によるものであるが、ボールに剥離が生じている場合は渦電流式変位計の出力電圧の谷の値が明らかに乱れていることがわかる（ベースに比べて１０μｍ以上）。したがって、この乱れを検出すれば、ボールに剥離が生じているか否かを渦電流式変位計の出力から検知することが可能となる。
【００３３】
また、今回の測定に用いたボールねじは組み込んだ予圧でねじ溝とボールは４点で接触しているが、渦電流式変位計の部分のみねじ軸とナットのねじ溝各１点で２点接触になっている。このため、ねじ溝直角断面内でのボールの移動が生じる。なお、図１２に示す実線ｂ，ｃ，ｅは剥離ボールと正常なボールがナット側に変位して渦電流式変位計の前を通過したときの渦電流式変位計の出力電圧値を示し、実線ｄは剥離ボールと正常なボールがねじ軸側に０．０１〜０．０２ｍｍ程度変位して渦電流式変位計の前を通過したときの渦電流式変位計の出力電圧値を示している。
【００３４】
次に、本発明者らはスペーサボール仕様のボールねじのボールに剥離が生じたことを渦電流式変位計の出力から検知できるか否かを調査するため、次の実験を行なった。先ず、ねじ軸径：５０ｍｍ、ねじ溝リード：１２ｍｍのボールねじに１４５個の新品ボール（ボール径：６．３５５ｍｍ、予圧量：５μｍ）と２個のスペーサボール（スペーサボール径：６．３２ｍｍ、スキマ量：３０μｍ）とを組み込み、ボールねじのねじ軸を１００ｍｉｎ−１の速度で回転させたときに渦電流式変位計から出力された電圧信号を１ｋＨｚの周波数でサンプリングし、渦電流式変位計の前をボールが通過したときの渦電流式変位計の出力電圧値を測定した。さらに、上記仕様のボールねじに１２６個の新品ボール（ボール径：６．３５ｍｍ）と２個のスペーサボール（スペーサボール径：６．３２ｍｍ）と１９個の剥離ボールとを組み込み、ボールねじのねじ軸を１００ｍｉｎ−１の速度で回転させたときに渦電流式変位計から出力された電圧信号を１ｋＨｚの周波数でサンプリングし、渦電流式変位計の前をボールが通過したときの渦電流式変位計の出力電圧値を測定した。そのときの測定結果を図１３に示す。
【００３５】
スペーサボールは負荷を受けるボールと同一材質となっており、スペーサボールの通過周期で渦電流式変位計の出力電圧の谷の値に乱れが生じる。また、ボールに遊びが生じて渦電流式変位計に近づく場合には、遠ざかる場合よりも渦電流式変位計の出力電圧の谷の値は大きく乱れ、スペーサボールの転走溝に対するスキマ量を３０μｍから１０μｍに小さくしても乱れの抑制効果は小さく、渦電流式変位計の出力から剥離ボールとスペーサボールとを判別することは困難であることがわかる。したがって、ボールねじをスペーサボール仕様とする場合、スペーサボールの材質を負荷を受けるボール（一般に鋼球）と異なる電磁誘導作用を有する材質（例えば樹脂）にすることによって、渦電流式変位計の出力から剥離ボールとスペーサボールとを判別することが可能となる。また、カウンタにより管理するスペーサボールについては、記憶回路１７に記憶させない或いは判定回路１８で判定しないことによって、渦電流式変位計の出力から剥離ボールとスペーサボールとを判別することが可能となる。
【００３６】
上述した第１の実施形態では、転動体に剥離が生じたか否を検査する検査装置として、渦電流式変位計９から出力された電圧信号のノイズ成分を除去するフィルタ回路１３と、フィルタ回路１３を通過した渦電流式変位計９の出力をサンプリングしてボール通過時の渦電流式変位計９の出力電圧値を得るサンプリング回路１５と、モータドライバ１１からのモータ駆動信号を基に転動体転走方向信号と転動体計数信号を出力するカウンタ１６と、サンプリング回路１５で得られた渦電流式変位計９の出力電圧値をカウンタ１６からの転動体転走方向信号および転動体計数信号と関連付けて記憶する記憶回路１７と、この記憶回路１７に記憶された渦電流式変位計９の出力電圧値が予め設定された範囲内から外れたときに剥離等の異常が図１のボールねじ装置に発生したと判定する判定回路１８とからなるものを例示したが、これに限定されるものではない。たとえば、図１４に示すように、転動体に剥離が生じたか否を検査する検査装置として、渦電流式変位計９から出力された電圧信号のノイズ成分を除去するフィルタ回路１３と、渦電流式変位計９から出力された電圧信号をサンプリングして転動体通過時の渦電流式変位計９の出力電圧値を得るサンプリング回路１５と、このサンプリング回路１５で得られた渦電流式変位計９の出力電圧値を記憶する記憶回路１７と、この記憶回路１７に記憶された渦電流式変位計９の出力電圧値が予め設定された範囲内から外れたときにボールねじ装置等の転がり装置に異常が発生したと判定する判定回路１８とからなるものを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明をボールねじ装置に適用した場合の第１の実施形態を示す図である。
【図２】図１に示すＡ部の詳細図である。
【図３】図２に示す検査装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】図２に示す渦電流式変位計の出力波形を示す図である。
【図５】本発明をボールねじ装置に適用した場合の第２の実施形態を示す図である。
【図６】本発明を直動案内装置に適用した場合の第３の実施形態を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態における保持ピースを示す図である。
【図８】新品ボールを使用した場合の渦電流式変位計の出力を模式的に示す図である。
【図９】新品ボールを使用した場合の渦電流式変位計の出力波形を示す図である。
【図１０】剥離が生じたボールを示す図である。
【図１１】剥離の生じているボールを使用した場合の渦電流式変位計の出力波形を示す図である。
【図１２】新品ボールを使用した場合と剥離の生じているボールを使用した場合の渦電流式変位計の出力電圧の谷数と谷の値との関係を示す図である。
【図１３】スペーサ仕様のボールねじ装置に適用した場合の渦電流式変位計の出力電圧の谷数と谷の値との関係を示す図である。
【図１４】渦電流式変位計の出力から剥離の有無を検査する検査装置の他の例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３８】
１ ねじ軸
２ ナット
３，４ ねじ溝（転走溝）
５ ボール（転動体）
６ ボール戻し通路
７ エンドデフレクタ
８ センサ挿入孔
９ 渦電流式変位計
１２ 検査装置
２１ 案内レール
２２ スライダ本体
２３，２４ 転走溝
２５ ボール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受、ボールねじ、直動案内装置、ボールスプライン等の転がり装置に関し、特に、転がり装置の異常を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボールねじ等の転がり装置は、通常、長期使用による耐久精度は補償されているが、使用条件によっては、ねじ溝等の転動体転動面に剥離（金属表面がフレーク状に剥離する現象）が異物の噛み込みなどによって発生すると、耐久精度の補償範囲内であっても所要の性能を得ることができなくなる虞がある。そこで、ボールねじのナットに磁歪式センサを取り付け、この磁歪式センサでねじ溝の変位を検出してねじ軸のねじ溝に剥離が発生したか否かを検査する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１２２０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、ボールねじのねじ軸を高速で回転させると、ボールねじのボールがボール戻し路とボール転動路との不連続部分で循環部品やねじ軸に激しく衝突する。このため、ねじ軸のねじ溝より先に剥離がボールに生じる可能性が高く、ボールに剥離が生じると、樹脂製循環部品の内壁が摩耗し、最終的には循環部品の肉厚が薄くなって破損に至り、ボールねじが動作不能となる可能性がある。このため、特許文献１に示された技術では、ねじ軸のねじ溝に剥離が発生したか否かを検知することは可能であるが、ボールに剥離が発生したか否かを検知できないため、高速用途で使用されるボールねじの異常を検出するには不向きであった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明に係る転がり装置は、少なくとも一対の転走溝と転動体により構成される転がり装置において、前記一対の転走溝のうち一方の転走溝側に非接触式変位計を、該非接触式変位計の検出面が前記転動体と近接して対向するように設けたことを特徴とする。
請求項２記載の発明に係る転がり装置は、請求項１記載の転がり装置において、前記転動体が球状転動体であり、前記転走溝が前記転動体に対してそれぞれ二つの接触点を有することを特徴とする。
【０００５】
請求項３記載の発明に係る転がり装置は、請求項１または２記載の転がり装置において、前記非接触式変位計の検出領域内にある転動体が少なくとも使用初期状態において前記転走溝によって転走方向と直交する方向に拘束されていることを特徴とする。
請求項４記載の発明に係る転がり装置は、請求項１〜３のいずれか一項記載の転がり装置において、前記非接触式変位計の検出面と前記転動体との間の隙間が２０μｍ以上となるように、前記非接触式変位計を設けたことを特徴とする。
【０００６】
請求項５記載の発明に係る転がり装置は、請求項２〜４のいずれか一項記載の転がり装置において、前記非接触式変位計の中心線が前記転動体と前記転走溝との二つの接触点のうちの一点と前記転動体の中心とを結んだ直線と重なり合うように前記非接触式変位計が設けられていることを特徴とする。
請求項６記載の発明に係る転がり装置は、請求項１〜５のいずれか一項記載の転がり装置において、少なくとも使用初期状態において予圧を付与される転がり装置であって、拘束の範囲内の非接触式変位計の主たる検出方向の転走溝と転動体との間の予圧量を負荷領
域内の予圧量より小さくしたことを特徴とする。
【０００７】
請求項７記載の発明に係る転がり装置は、請求項１〜６のいずれか一項記載の転がり装置において、前記転動体が誘電性を有する材料からなり、かつ前記非接触式変位計が渦電流式変位計であることを特徴とする。
請求項８記載の発明に係る転がり装置は、請求項２〜７のいずれか一項記載の転がり装置において、前記転動体より小さい外径を有するスペーサボールを隣合う転動体の間に有し、該スペーサボールの材質を前記転動体と異なる電磁誘導作用を有する材質としたことを特徴とする。
【０００８】
請求項９記載の発明に係る転がり装置は、請求項４〜８のいずれか一項記載の転がり装置において、前記非接触式変位計の検出領域内における転動体と転走溝との接触点が３点以下であることを特徴とする。
請求項１０記載の発明に係る転がり装置は、請求項１〜９のいずれか一項記載の転がり装置において、前記転動体が直動装置の転動体であることを特徴とする。
請求項１１記載の発明に係る転がり装置は、請求項１〜１０のいずれか一項記載の転がり装置において、前記転動体がボールねじの転動体であることを特徴とする。
請求項１２記載の発明に係る転がり装置は、請求項１〜１１のいずれか一項記載の転がり装置において、射出成形機またはプレス成形機に使用されることを特徴とする。
【０００９】
請求項１３記載の発明は、請求項１１または１２のいずれか一項記載の転がり装置の異常を検出する装置であって、前記非接触式変位計から出力された電圧信号をサンプリングして転動体通過時の非接触式変位計の出力電圧値を得るサンプリング手段と、このサンプリング手段で得られた非接触式変位計の出力電圧値を記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶された非接触式変位計の出力電圧値が予め設定された範囲内から外れたときに前記転がり装置に異常が発生したと判定する判定手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
請求項１４記載の発明は、請求項１１または１２のいずれか一項記載の転がり装置の異常を検出する装置であって、前記ボールねじのねじ軸を回転駆動するモータと、このモータを駆動するモータドライバと、前記非接触式変位計から出力された電圧信号をサンプリングして転動体通過時の非接触式変位計の出力電圧値を得るサンプリング手段と、前記モータドライバからのモータ駆動信号を基に転動体転走方向信号と転動体計数信号を出力するカウンタと、前記サンプリング手段で得られた非接触式変位計の出力電圧値を前記カウンタからの前記転動体転走方向信号および前記転動体計数信号と関連付けて記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶された非接触式変位計の出力電圧値が予め設定された範囲内から外れたときに前記転がり装置に異常が発生したと判定する判定手段とを有することを特徴とする。
請求項１５記載の発明に係る転がり装置の異常検出方法は、請求項１３または１４記載の異常検出装置を用いて転がり装置の異常を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１，２，１０〜１２記載の発明によれば、非接触式変位計から出力される信号の電圧レベルが転動体と非接触式変位計との間のギャップ量に応じて変化する。したがって、非接触式変位計から出力された信号の電圧レベルが予め設定された範囲内であるか否かを判定することによって、転動体などに剥離が生じている否かを検知できる。また、転動体の剥離だけでなく、非接触式変位計が固定されていない側の転走溝の剥離も検出することができる。
【００１２】
請求項３記載の発明によれば、非接触式変位計の検出領域内にある転動体が少なくとも使用初期状態において転走溝によって転走方向と直交する方向に拘束されているため、非
接触式変位計の検出値を安定させることができる。
請求項４記載の発明によれば、剥離の深さは一般に数十μｍオーダであり、剥離の深さに応じて非接触式変位計と転動体とのギャップ量が変化するため、転動体と転走溝との接触点のうち非接触式変位計に近いほうの接触点で剥離が生じた場合も剥離を検知することができる。
【００１３】
請求項５記載の発明によれば、ボールねじの転走溝間隔よりも大径のボールを組み込むことによって予圧を付与する場合、転走溝とボールとの接触は通常４点接触であるが、このうちの１点または２点の接触点を無くし、非接触式変位計に置換することで、検出部分を３点または２点接触にすることにより、転走溝に生じた剥離部で転動体の軌跡変化がより確実となるので、剥離をより正確に検出することができる。
請求項６記載の発明によれば、転走溝の変位計設置部の穴のエッジに転動体の荷重が加わると応力集中を受け、寿命に悪影響を及ぼす可能性があるが、非接触式変位計の主たる検出方向の転走溝と転動体との間の予圧量を負荷領域内の予圧量より小さくすることで、これを緩和することができる。
【００１４】
請求項７記載の発明によれば、非接触式変位計として渦電流式変位計を用いたことにより、グリースや油の影響を受けずに剥離を非接触で検出できる。また、剥離の深さが数十μｍオーダである場合に剥離を確実に検出できる。
請求項８記載の発明によれば、転動体とスペーサボールとを区別して剥離を検出することができる。
請求項９記載の発明によれば、転がり装置の動作に伴う転動体のスキューにより非接触式変位計と対向する転動体の面が随時変化する。これにより、複数回のスキャンにより剥離部が非接触式変位計と対向、または転走溝と対向するので、非接触式変位計の数を１回路当り１つとすることができる。
【００１５】
転動体が４点以上で接触する転走溝の１点が剥離していても転動体は他の３点で案内され、軌跡が変わらないので、剥離検出が困難であるが、請求項９記載の発明によれば、転動体に剥離が生じると、転動体の案内は転走溝２点以下となるので、転動体の軌跡が変わり、剥離を検出できる。
請求項１３〜１５記載の発明によれば、転がり装置の異常を自動的に検出することができる。
請求項１４記載の発明によれば、個別の転動体を識別できるので、スペーサボールと転走溝との間のすきまによって生じる測定値のばらつきに対し、スペーサボールを評価しないで除外できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明をボールねじ装置に適用した一実施形態を示す図であり、同図に示されるボールねじ装置は、ねじ軸１およびナット２を備えている。
ナット２は円筒状に形成されており、ナット２内を挿通するねじ軸１の外周面には、ボール転走溝としてのねじ溝３がねじ軸１の一端部から他端部にわたって形成されている。このねじ溝３はナット２の内周面に形成されたねじ溝４と対向しており、ねじ溝３とねじ溝４との間に設けられた多数のボール５は、ねじ軸１またはナット２の回転運動に伴ってねじ溝３とねじ溝４との間のボール負荷転走路を転走するようになっている。ねじ溝３，４は、その断面がボール５とそれぞれ二点で接触する形状（例えばゴシックアーク状）に形成されている。
【００１７】
また、ナット２はボール戻し通路６を有している。このボール戻し通路６はナット２の
軸方向に貫通しており、ボール負荷転走路を転走したボール５は、エンドデフレクタ７によりボール戻し通路６に導入されるようになっている。
エンドデフレクタ７はナット２の軸方向両端部に組み込まれており、一方のエンドデフレクタ７によりボール戻し通路６に導入されたボール５は他方のエンドデフレクタ７によりボール戻し通路６からボール負荷転走路に戻されるようになっている。なお、ボール５は誘電性を有する材料（例えば合金鋼等）からなり、ねじ溝３，４とそれぞれ二点で接触している。
【００１８】
図１に示すＡ部の詳細を図２に示す。同図に示されるように、ナット２はねじ溝３とねじ溝４との間のボール５に向かって開口するセンサ挿入孔８を有している。このセンサ挿入孔８はナット側ねじ溝４とボール５との接触部に設けられ、このセンサ挿入孔８には、ボール５の剥離を検出する非接触式変位計として、渦電流式変位計９がナット２の外径側から挿入されている。
【００１９】
渦電流式変位計９はボール５との間にギャップＧが生じるようにセンサ挿入孔８に挿入されており、この渦電流式変位計９の信号出力端子には、渦電流式変位計９から出力された信号に基づいて剥離の有無を検査する検査装置１０が接続されている。なお、渦電流式変位計９の位置でねじ溝４とボール５との間の予圧量は負荷領域内の予圧量より小さくなっている。また、センサ挿入孔８はその中心線８ａがねじ溝４とボール５との二つの接触点ｎ１，ｎ２のうちの一つの接触点（例えば接触点ｎ１）とボール５の中心ｏとを結んだ直線と重なり合うようにナット２に形成されている。
【００２０】
図１に示すボールねじのねじ軸１はモータ１０（図３参照）により回転駆動されるようになっており、このモータ１０には、モータドライバ１１からモータ駆動信号が供給されるようになっている。
図３は検査装置１０の概略構成を示すブロック図であり、同図に示されるように、検査装置１０は、渦電流式変位計９から出力された電圧信号のノイズ成分を除去するフィルタ回路１３と、フィルタ回路１３を通過した渦電流式変位計９の出力をサンプリングしてボール通過時の渦電流式変位計９の出力電圧値を得るサンプリング回路１５と、モータドライバ１１からのモータ駆動信号を基に転動体転走方向信号と転動体計数信号を出力するカウンタ１６と、サンプリング回路１５で得られた渦電流式変位計９の出力電圧値をカウンタ１６からの転動体転走方向信号および転動体計数信号と関連付けて記憶する記憶回路１７と、この記憶回路１７に記憶された渦電流式変位計９の出力電圧値が予め設定された範囲内から外れたときに剥離等の異常が図１のボールねじ装置に発生したと判定する判定回路１８とから構成されている。なお、渦電流式変位計９の主たる検出方向のねじ溝４とボール５との間の予圧量は負荷領域内の予圧量より小さくなっている。
【００２１】
このような構成において、ねじ軸１の相対的な回転運動に伴ってボール５がねじ溝３とねじ溝４との間のボール負荷転動路を転動すると、図４に示すように、渦電流式変位計９から一定周期で電圧信号が出力される。このとき、図２でねじ溝３のフランク３ａまたはフランク３ａと対向するねじ溝４のフランク４ｂとボール５との接触点でねじ溝またはボールにハクリが生じていると、ボール５と渦電流式変位計９との間のギャップ量が小さくなる方向にボール５が変位する。そして、ボール５と渦電流式変位計９との間のギャップ量が小さくなる方向にボール５が変位すると、図４に破線で示すように、渦電流式変位計９から出力される信号の電圧レベルが図４に示す下限値より低い電圧レベルとなる。
【００２２】
一方、ボール５がねじ溝３のフランク３ｂまたはフランク３ｂと対向するねじ溝４のフランク４ａとボール５との接触点でねじ溝またはボールにハクリが生じていると、ボール５と渦電流式変位計９との間のギャップ量が大きくなる方向にボール５が変位する。そして、ボール５と渦電流式変位計９との間のギャップ量が大きくなる方向にボール５が変位
すると、図４に破線で示すように、渦電流式変位計９から出力される信号の電圧レベルが図４に示す上限値より高い電圧レベルとなる。
【００２３】
したがって、渦電流式変位計９から出力された信号を検査装置１０に供給し、渦電流式変位計９から出力された信号の電圧レベルが予め定められた範囲内にあるか否かを検査装置１０の判定回路１８で判定することにより、ボール５に剥離が生じているか否かを検査することができる。
なお、剥離ボールの検知はリアルタイムでも検査時のみでもよく、リアルタイムで検知したい場合には、渦電流式変位計９から出力された信号を信号処理し、異常判定に基づき上位の制御装置に異常信号を出力してもよい。
【００２４】
上述した第１の実施形態では、渦電流式変位計９の中心線９ａがねじ溝４とボール５との二つの接触点のうち一つの接触点とボール５の中心とを結んだ直線と重なり合うようにセンサ挿入孔８をナット２に設けたものを例示したが、これに限定されるものではない。たとえば、ボールの直径が渦電流式変位計９の外径より大きい場合には、図５に示す第２の実施形態のように、センサ挿入孔８をナット２の軸方向と直角に設けてもよい。
【００２５】
また、上述した第１の実施形態では、ボールに生じる剥離の深さはボール衝突時の最大せん断応力深さ付近であり、一般的に数十μｍオーダであること、ボールに対し非接触であること、潤滑剤による影響が少ないなどの理由から、ボールの剥離を検出するセンサとして、渦電流式変位計を用いた場合を例示したが、渦電流式変位計以外の非接触式変位計を用いてもよい。
また、測定精度を確保するために、負荷を受けているボールを非接触式変位計の測定対象としたが、負荷を受けておらずに遊びをもって公転しているボールであっても、剥離によるボール径の減少よりも遊びが小さい場合には、負荷を受けていないボールを測定対象としてもよい。
【００２６】
さらに、上述した第１の実施形態では、本発明をボールねじ装置に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い。たとえば、図６に示す第３の実施形態のように、本発明を直動案内装置やボールベアリングに適用してもよい。なお、図６において、２１は案内レール、２２はスライダのスライダ本体、２３は案内レール２１の左右側面部に形成された転走溝、２４はスライダ本体２２の袖部内側面に形成された転走溝、２５は転走溝２３と転走溝２４との間に設けられた転動体としてのボールを示している。
【００２７】
この場合、図７に示すように、ボール２５とボール２５との間に保持ピース２６が介挿されている場合は、渦電流式変位計９の出力信号からボール間距離をモニタすることで、保持ピース抜けを検知することができる。
本発明者らは、ボールねじのボールに剥離が生じたことを渦電流式変位計の出力から検知できるか否かを調査するため、次の実験を行なった。先ず、ねじ軸径：５０ｍｍ、ねじ溝リード：１２ｍｍ、ボール数：１４７個のボールねじのボールとして、剥離の無い新品ボール（ボール径：６．３５ｍｍ）を使用した。そして、ボールねじのねじ軸を１００ｍｉｎ−１の速度で回転させ、そのときに渦電流式変位計から出力された電圧信号の時間的変化を記録した。そのときの記録結果を図８に示す。
【００２８】
また、本発明者らはボールねじのねじ軸を１００ｍｉｎ−１の速度で回転させたときに渦電流式変位計から出力された電圧信号を１ｋＨｚの周波数でサンプリングし、渦電流式変位計の前を新品ボールが通過したときの渦電流式変位計の出力電圧値を測定した。そのときの測定結果を図９に示す。
図８から明らかなように、ねじ軸を回転させると、ボールの通過周期に伴い、渦電流式変位計の出力電圧が周期的に変化していることがわかる。また、図９から明らかなように
、ボール数１４７個のボール全てに剥離が生じていない場合は、渦電流式変位計の出力電圧の谷の値が０．０１Ｖ（≒１０μｍ）以内にきれいに揃っていることがわかる。この条件（軸径、ボール径、ねじ軸回転数、サンプリング周波数）では、新品ボールで各谷の極小となるサンプリング値と隣接するサンプリング値は数μｍ程度であるため、最小の値を出力電圧の谷の値（ボールが渦電流式変位計に最も接近した時の値）としても差し支えない。
【００２９】
次に、本発明者らは図１０に示すような剥離（剥離径：１．６ｍｍ、２．４ｍｍ、３．１ｍｍ、剥離半周）が生じている１９個のボール（以下「剥離ボール」という）と１２８個の新品ボールとを上記仕様のボールねじに組み込み、ボールねじのねじ軸を１００ｍｉｎ−１の速度で回転させたときに渦電流式変位計から出力された電圧信号を１ｋＨｚの周波数でサンプリングし、渦電流式変位計の前をボールが通過したときの渦電流式変位計の出力電圧値を測定した。その測定結果を図１１に示す。
【００３０】
図１１から明らかなように、渦電流式変位計の前を剥離ボールが通過すると、渦電流式変位計の前を新品ボールが通過したときよりも渦電流式変位計の出力電圧値が大きくなったり小さくなったりすることがわかる。そして、ボールに生じた剥離によって渦電流式変位計とボールとのギャップが大きくなる場合は、図１１中○で示すように、渦電流式変位計の前を新品ボールが通過したときよりも渦電流式変位計の出力電圧値が大きくなる。一方、ボールに生じた剥離によってボールとねじ溝との間に遊びが生じ、この遊びによってボールが渦電流式変位計から遠ざかる方向に変位した場合は、図１１中◇で示すように、渦電流式変位計の前を新品ボールが通過したときよりも渦電流式変位計の出力電圧値が小さくなることがわかる。
【００３１】
渦電流式変位計の前を新品ボールが通過したときの渦電流式変位計の出力電圧値と渦電流式変位計の前を剥離ボールが通過したときの渦電流式変位計の出力電圧値との違いを図１２に示す。なお、図１２において、実線ａは渦電流式変位計の前を新品ボールが通過したときの渦電流式変位計の出力電圧値を示し、実線ｂ〜ｅは渦電流式変位計の前を剥離ボールが通過したときの渦電流式変位計の出力電圧値を示している。
【００３２】
ここで、図１２に示す渦電流式変位計の出力電圧の絶対値が異なっているのは渦電流式変位計組み付け時の誤差によるものであるが、ボールに剥離が生じている場合は渦電流式変位計の出力電圧の谷の値が明らかに乱れていることがわかる（ベースに比べて１０μｍ以上）。したがって、この乱れを検出すれば、ボールに剥離が生じているか否かを渦電流式変位計の出力から検知することが可能となる。
【００３３】
また、今回の測定に用いたボールねじは組み込んだ予圧でねじ溝とボールは４点で接触しているが、渦電流式変位計の部分のみねじ軸とナットのねじ溝各１点で２点接触になっている。このため、ねじ溝直角断面内でのボールの移動が生じる。なお、図１２に示す実線ｂ，ｃ，ｅは剥離ボールと正常なボールがナット側に変位して渦電流式変位計の前を通過したときの渦電流式変位計の出力電圧値を示し、実線ｄは剥離ボールと正常なボールがねじ軸側に０．０１〜０．０２ｍｍ程度変位して渦電流式変位計の前を通過したときの渦電流式変位計の出力電圧値を示している。
【００３４】
次に、本発明者らはスペーサボール仕様のボールねじのボールに剥離が生じたことを渦電流式変位計の出力から検知できるか否かを調査するため、次の実験を行なった。先ず、ねじ軸径：５０ｍｍ、ねじ溝リード：１２ｍｍのボールねじに１４５個の新品ボール（ボール径：６．３５５ｍｍ、予圧量：５μｍ）と２個のスペーサボール（スペーサボール径：６．３２ｍｍ、スキマ量：３０μｍ）とを組み込み、ボールねじのねじ軸を１００ｍｉｎ−１の速度で回転させたときに渦電流式変位計から出力された電圧信号を１ｋＨｚの周波数でサンプリングし、渦電流式変位計の前をボールが通過したときの渦電流式変位計の出力電圧値を測定した。さらに、上記仕様のボールねじに１２６個の新品ボール（ボール径：６．３５ｍｍ）と２個のスペーサボール（スペーサボール径：６．３２ｍｍ）と１９個の剥離ボールとを組み込み、ボールねじのねじ軸を１００ｍｉｎ−１の速度で回転させたときに渦電流式変位計から出力された電圧信号を１ｋＨｚの周波数でサンプリングし、渦電流式変位計の前をボールが通過したときの渦電流式変位計の出力電圧値を測定した。そのときの測定結果を図１３に示す。
【００３５】
スペーサボールは負荷を受けるボールと同一材質となっており、スペーサボールの通過周期で渦電流式変位計の出力電圧の谷の値に乱れが生じる。また、ボールに遊びが生じて渦電流式変位計に近づく場合には、遠ざかる場合よりも渦電流式変位計の出力電圧の谷の値は大きく乱れ、スペーサボールの転走溝に対するスキマ量を３０μｍから１０μｍに小さくしても乱れの抑制効果は小さく、渦電流式変位計の出力から剥離ボールとスペーサボールとを判別することは困難であることがわかる。したがって、ボールねじをスペーサボール仕様とする場合、スペーサボールの材質を負荷を受けるボール（一般に鋼球）と異なる電磁誘導作用を有する材質（例えば樹脂）にすることによって、渦電流式変位計の出力から剥離ボールとスペーサボールとを判別することが可能となる。また、カウンタにより管理するスペーサボールについては、記憶回路１７に記憶させない或いは判定回路１８で判定しないことによって、渦電流式変位計の出力から剥離ボールとスペーサボールとを判別することが可能となる。
【００３６】
上述した第１の実施形態では、転動体に剥離が生じたか否を検査する検査装置として、渦電流式変位計９から出力された電圧信号のノイズ成分を除去するフィルタ回路１３と、フィルタ回路１３を通過した渦電流式変位計９の出力をサンプリングしてボール通過時の渦電流式変位計９の出力電圧値を得るサンプリング回路１５と、モータドライバ１１からのモータ駆動信号を基に転動体転走方向信号と転動体計数信号を出力するカウンタ１６と、サンプリング回路１５で得られた渦電流式変位計９の出力電圧値をカウンタ１６からの転動体転走方向信号および転動体計数信号と関連付けて記憶する記憶回路１７と、この記憶回路１７に記憶された渦電流式変位計９の出力電圧値が予め設定された範囲内から外れたときに剥離等の異常が図１のボールねじ装置に発生したと判定する判定回路１８とからなるものを例示したが、これに限定されるものではない。たとえば、図１４に示すように、転動体に剥離が生じたか否を検査する検査装置として、渦電流式変位計９から出力された電圧信号のノイズ成分を除去するフィルタ回路１３と、渦電流式変位計９から出力された電圧信号をサンプリングして転動体通過時の渦電流式変位計９の出力電圧値を得るサンプリング回路１５と、このサンプリング回路１５で得られた渦電流式変位計９の出力電圧値を記憶する記憶回路１７と、この記憶回路１７に記憶された渦電流式変位計９の出力電圧値が予め設定された範囲内から外れたときにボールねじ装置等の転がり装置に異常が発生したと判定する判定回路１８とからなるものを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明をボールねじ装置に適用した場合の第１の実施形態を示す図である。
【図２】図１に示すＡ部の詳細図である。
【図３】図２に示す検査装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】図２に示す渦電流式変位計の出力波形を示す図である。
【図５】本発明をボールねじ装置に適用した場合の第２の実施形態を示す図である。
【図６】本発明を直動案内装置に適用した場合の第３の実施形態を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態における保持ピースを示す図である。
【図８】新品ボールを使用した場合の渦電流式変位計の出力を模式的に示す図である。
【図９】新品ボールを使用した場合の渦電流式変位計の出力波形を示す図である。
【図１０】剥離が生じたボールを示す図である。
【図１１】剥離の生じているボールを使用した場合の渦電流式変位計の出力波形を示す図である。
【図１２】新品ボールを使用した場合と剥離の生じているボールを使用した場合の渦電流式変位計の出力電圧の谷数と谷の値との関係を示す図である。
【図１３】スペーサ仕様のボールねじ装置に適用した場合の渦電流式変位計の出力電圧の谷数と谷の値との関係を示す図である。
【図１４】渦電流式変位計の出力から剥離の有無を検査する検査装置の他の例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３８】
１ ねじ軸
２ ナット
３，４ ねじ溝（転走溝）
５ ボール（転動体）
６ ボール戻し通路
７ エンドデフレクタ
８ センサ挿入孔
９ 渦電流式変位計
１２ 検査装置
２１ 案内レール
２２ スライダ本体
２３，２４ 転走溝
２５ ボール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一対の転走溝と転動体により構成される転がり装置において、前記一対の転走溝のうち一方の転走溝側に非接触式変位計を、該非接触式変位計の検出面が前記転動体と近接して対向するように設けたことを特徴とする転がり装置。
【請求項２】
請求項１記載の転がり装置において、前記転動体が球状転動体であり、前記転走溝が前記転動体に対してそれぞれ二つの接触点を有することを特徴とする転がり装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の転がり装置において、前記非接触式変位計の検出領域内にある転動体が少なくとも使用初期状態において前記転走溝によって転走方向と直交する方向に拘束されていることを特徴とする転がり装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項記載の転がり装置において、前記非接触式変位計の検出面と前記転動体との間の隙間が２０μｍ以上となるように、前記非接触式変位計を設けたことを特徴とする転がり装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか一項記載の転がり装置において、前記非接触式変位計の中心線が前記転動体と前記転走溝との二つの接触点のうちの一点と前記転動体の中心とを結んだ直線と重なり合うように前記非接触式変位計が設けられていることを特徴とする転がり装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項記載の転がり装置において、少なくとも使用初期状態において予圧を付与される転がり装置であって、拘束の範囲内の非接触式変位計の主たる検出方向の転走溝と転動体との間の予圧量を負荷領域内の予圧量より小さくしたことを特徴とする転がり装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項記載の転がり装置において、前記転動体が誘電性を有する材料からなり、かつ前記非接触式変位計が渦電流式変位計であることを特徴とする転がり装置。
【請求項８】
請求項２〜７のいずれか一項記載の転がり装置において、前記転動体より小さい外径を有するスペーサボールを隣合う転動体の間に有し、該スペーサボールの材質を前記転動体と異なる電磁誘導作用を有する材質としたことを特徴とする転がり装置。
【請求項９】
請求項４〜８のいずれか一項記載の転がり装置において、前記非接触式変位計の検出領域内における転動体と転走溝との接触点が３点以下であることを特徴とする転がり装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項記載の転がり装置において、前記転動体が直動装置の転動体であることを特徴とする転がり装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項記載の転がり装置において、前記転動体がボールねじの転動体であることを特徴とする転がり装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項記載の転がり装置において、射出成形機またはプレス成形機に使用されることを特徴とする転がり装置。
【請求項１３】
請求項１１または１２のいずれか一項記載の転がり装置の異常を検出する装置であって、前記非接触式変位計から出力された電圧信号をサンプリングして転動体通過時の非接触式変位計の出力電圧値を得るサンプリング手段と、このサンプリング手段で得られた非接
触式変位計の出力電圧値を記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶された非接触式変位計の出力電圧値が予め設定された範囲内から外れたときに前記転がり装置に異常が発生したと判定する判定手段とを有することを特徴とする転がり装置の異常検出装置。
【請求項１４】
請求項１１または１２のいずれか一項記載の転がり装置の異常を検出する装置であって、前記ボールねじのねじ軸を回転駆動するモータと、このモータを駆動するモータドライバと、前記非接触式変位計から出力された電圧信号をサンプリングして転動体通過時の非接触式変位計の出力電圧値を得るサンプリング手段と、前記モータドライバからのモータ駆動信号を基に転動体転走方向信号と転動体計数信号を出力するカウンタと、前記サンプリング手段で得られた非接触式変位計の出力電圧値を前記カウンタからの前記転動体転走方向信号および前記転動体計数信号と関連付けて記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶された非接触式変位計の出力電圧値が予め設定された範囲内から外れたときに前記転がり装置に異常が発生したと判定する判定手段とを有することを特徴とする転がり装置の異常検出装置。
【請求項１５】
請求項１３または１４記載の異常検出装置を用いて転がり装置の異常を検出することを特徴とする転がり装置の異常検出方法。
【請求項１】
少なくとも一対の転走溝と転動体により構成される転がり装置において、前記一対の転走溝のうち一方の転走溝側に非接触式変位計を、該非接触式変位計の検出面が前記転動体と近接して対向するように設けたことを特徴とする転がり装置。
【請求項２】
請求項１記載の転がり装置において、前記転動体が球状転動体であり、前記転走溝が前記転動体に対してそれぞれ二つの接触点を有することを特徴とする転がり装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の転がり装置において、前記非接触式変位計の検出領域内にある転動体が少なくとも使用初期状態において前記転走溝によって転走方向と直交する方向に拘束されていることを特徴とする転がり装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項記載の転がり装置において、前記非接触式変位計の検出面と前記転動体との間の隙間が２０μｍ以上となるように、前記非接触式変位計を設けたことを特徴とする転がり装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか一項記載の転がり装置において、前記非接触式変位計の中心線が前記転動体と前記転走溝との二つの接触点のうちの一点と前記転動体の中心とを結んだ直線と重なり合うように前記非接触式変位計が設けられていることを特徴とする転がり装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項記載の転がり装置において、少なくとも使用初期状態において予圧を付与される転がり装置であって、拘束の範囲内の非接触式変位計の主たる検出方向の転走溝と転動体との間の予圧量を負荷領域内の予圧量より小さくしたことを特徴とする転がり装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項記載の転がり装置において、前記転動体が誘電性を有する材料からなり、かつ前記非接触式変位計が渦電流式変位計であることを特徴とする転がり装置。
【請求項８】
請求項２〜７のいずれか一項記載の転がり装置において、前記転動体より小さい外径を有するスペーサボールを隣合う転動体の間に有し、該スペーサボールの材質を前記転動体と異なる電磁誘導作用を有する材質としたことを特徴とする転がり装置。
【請求項９】
請求項４〜８のいずれか一項記載の転がり装置において、前記非接触式変位計の検出領域内における転動体と転走溝との接触点が３点以下であることを特徴とする転がり装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項記載の転がり装置において、前記転動体が直動装置の転動体であることを特徴とする転がり装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項記載の転がり装置において、前記転動体がボールねじの転動体であることを特徴とする転がり装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項記載の転がり装置において、射出成形機またはプレス成形機に使用されることを特徴とする転がり装置。
【請求項１３】
請求項１１または１２のいずれか一項記載の転がり装置の異常を検出する装置であって、前記非接触式変位計から出力された電圧信号をサンプリングして転動体通過時の非接触式変位計の出力電圧値を得るサンプリング手段と、このサンプリング手段で得られた非接
触式変位計の出力電圧値を記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶された非接触式変位計の出力電圧値が予め設定された範囲内から外れたときに前記転がり装置に異常が発生したと判定する判定手段とを有することを特徴とする転がり装置の異常検出装置。
【請求項１４】
請求項１１または１２のいずれか一項記載の転がり装置の異常を検出する装置であって、前記ボールねじのねじ軸を回転駆動するモータと、このモータを駆動するモータドライバと、前記非接触式変位計から出力された電圧信号をサンプリングして転動体通過時の非接触式変位計の出力電圧値を得るサンプリング手段と、前記モータドライバからのモータ駆動信号を基に転動体転走方向信号と転動体計数信号を出力するカウンタと、前記サンプリング手段で得られた非接触式変位計の出力電圧値を前記カウンタからの前記転動体転走方向信号および前記転動体計数信号と関連付けて記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶された非接触式変位計の出力電圧値が予め設定された範囲内から外れたときに前記転がり装置に異常が発生したと判定する判定手段とを有することを特徴とする転がり装置の異常検出装置。
【請求項１５】
請求項１３または１４記載の異常検出装置を用いて転がり装置の異常を検出することを特徴とする転がり装置の異常検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−７４９８２（Ｐ２００９−７４９８２Ａ）
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４５２３４（Ｐ２００７−２４５２３４）
【出願日】平成１９年９月２１日（２００７．９．２１）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２１日（２００７．９．２１）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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