JP2003011038A - センサ付き直動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、直動装置の外部に信号ケーブルを使
用することによる煩わしさを伴うことなく直動装置の作
動状況を監視可能なセンサを備えたセンサ付き直動装置
を提供する。 【解決手段】リニアガイド（直動装置）のベアリング
（可動体）１０にセンサ５を取り付ける。このセンサ５
に、振動や温度を検出する検出部２１と、この検出部２
１によって検出された信号に基づいて発信装置２３を制
御する制御回路部２２と、電源２４を備える。また、所
定の時間間隔毎に、発信装置２３から電波Ｒを発信し、
リニアガイドと離して別途設けた受信装置でこの電波Ｒ
を受信することで、センサ５が正常に機能していること
を確認する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業機械、工作機
械などの直線移動軸に設けられるボールネジやリニアガ
イドなどの直動装置であって、特に振動または温度を検
出するセンサ付き直動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】直動装置には、ボールねじと、リニアガ
イドがある。ボールねじは、螺旋状に第１の軌道溝が形
成された案内軸としてのねじ軸と、第１の軌道溝に対向
して螺旋状に第２の軌道溝が形成された可動体としての
ナットとを備えている。対向する軌道溝の間には、転動
体であるボールがそれぞれの軌道溝と転接して複数装填
されている。したがって、ねじ軸が回転することでねじ
軸の軸線方向にナットを円滑に移動させる。

【０００３】また、リニアガイドは、案内軸としてのレ
ールと可動体としてのベアリングを備えている。レール
の両側面に形成された直線状の第１の軌道溝と、この第
１の軌道溝に対向してベアリングに形成された第２の軌
道溝との間には、複数の転動体が装填され、レールの軸
線方向にベアリングを円滑に移動可能としている。

【０００４】これらの直動装置は、案内軸に沿って可動
体が滑らかに動くとともに、がたつきが少ないことか
ら、工作機械や産業機械などの直線移動をする軸に用い
られ、特に、電子部品などを製造する精密機械に多用さ
れる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】これらの直動装置は、
転動体と軌道溝が転接して転接面が繰り返し押圧され、
部材の繰返し疲労による寿命から転接面が剥離すること
や、転動体と軌道溝の間に異物が介在することで、作動
不良が生じる場合がある。大量生産をする製造装置など
の直動装置に作動不良が生じると、製品の仕上がり精度
のばらつきが大きくなったり、場合によっては不良品を
生じさせてしまう。そこで、直動装置の作動状況を監視
し、作動不良の徴候を把握するため、直動装置の振動や
温度などを計測することが重要である。

【０００６】しかしながら、監視の対象となる直動装置
の可動体にセンサの検出部を取り付けて、その出力用の
ケーブルを直動装置から離れた位置にある監視装置まで
取り回すと、可動体は案内軸に沿って繰り返し移動する
ため、ケーブルが断線する恐れがある。

【０００７】また、直動装置に生じる振動や温度など
は、可動体であるナットやベアリングの移動速度に依存
する。したがって、その速度に応じた振動や温度の評価
をする必要がある。

【０００８】そこで、本発明の目的は、直動装置の外部
に信号ケーブルを使用することによる煩わしさを伴うこ
となく直動装置の作動状況を監視可能なセンサを備えた
センサ付き直動装置を提供する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、案内軸と、こ
の案内軸に沿って移動する可動体とを備えた直動装置に
おいて、振動と温度の内の少なくとも一方を検出する検
出部と、この検出部の出力をワイヤレスで発信する発信
装置と、検出部と発信装置に電力を供給する電源とを可
動体に備える。

【００１０】または、案内軸と、この案内軸に沿って移
動する複数の可動体と、複数の可動体を一体に連結する
スライド体とをそれぞれ備えた直動装置において、振動
と温度の内の少なくとも一方を検出する検出部を前記可
動体に備え、検出部の出力をワイヤレスで発信する発信
装置と、検出部と発信装置に電力を供給する電源とをス
ライド体にそれぞれ備える。

【００１１】また、可動体の移動速度を検出する速度検
出部を備える。

【００１２】また、発信装置が発信した信号を受信する
受信部を直動装置と離して設ける。

【００１３】さらに、所定の時間ごとに発信した一定の
信号を直動装置と離れた位置に設けた受信部で受信し、
センサが正常に機能していることを確認する。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態につい
て、図１から図８を参照して説明する。図１に示すスラ
イドテーブル１は、直動装置の一例であるボールねじ２
とリニアガイド３をスライド体であるテーブル４の下に
備えている。このボールねじ２とリニアガイド３は、そ
れぞれが個別に独立したセンサ付き直動装置であって、
振動や温度を検出して電波など使用してワイヤレスで信
号を送信するセンサ５（図６参照）を備える。

【００１５】ボールねじ２の案内軸であるねじ軸６と、
リニアガイド３の案内軸であるレール７は、それぞれの
軸線方向が平行になるようにベース８に固定されてい
る。また、図２に示すようにボールねじ２の可動体であ
るナット９と、リニアガイド３の可動体であるベアリン
グ１０は、テーブル４の下面に固定されている。

【００１６】図１のセンサ付きボールねじ２の断面を図
３に示す。図３に示すボールねじ２は、ねじ軸６と、こ
のねじ軸６が挿通されたナット９と、振動や温度などを
検出して電波Ｒを発信するセンサ５とを備えている。ね
じ軸６は、その外面にねじ溝１１が螺旋状に形成されて
おり、ベース８に固定された軸受１２に両端部が回転自
在に支持されている。ナット９には、ねじ溝１１と対向
する軌道溝１３が形成されている。ねじ溝１１と軌道溝
１３の間には、それぞれに転接する多数の転動体１４
が、チューブ１５を通って循環するように隙間なく装填
されている。このナット９は、センサ５が取り付けられ
たセンサ取付板１６とともに、このナット９の片側に形
成されたフランジ１７によってブラケット１８に固定さ
れている。ブラケット１８は、テーブル４の下面に取り
付けられている。

【００１７】センサ取付板１６は、図４に示すようにナ
ット９のフランジ１７の形状に合わせた円板形状をして
おり、外縁には、取付ボルトなどを通すための穴１９が
フランジ１７と同じ位置に開けられている。センサ取付
板１６の一部には、フランジ１７と密着する側から板厚
方向に窪んだ凹部２０が設けられている。図４（Ａ）に
示すように、この凹部２０には、凹部２０から突出しな
いようにセンサ５が取り付けられている。また、図４
（Ｂ）に示すようにセンサ５は、振動や温度を検出する
検出部２１と、電波を送信する発信装置２３と、発信装
置２３を制御する制御回路部２２と、電力を供給する例
えばボタン状の電池の電源２４を備えている。なお、セ
ンサ５は、直接ナット９の一部に取り付けてもよい。ま
た、凹部２０の開口は、フランジ１７と密着しない側で
もよいが、図３のように開口をフランジ１７に密着する
側とすることで、センサ５が保護されるのでよい。さら
に、センサ取付板１６によってセンサ５を取り付けるこ
とで、既存のボールねじにも取り付けることができるの
でよい。

【００１８】図１のセンサ付きリニアガイド３の側面を
図５に示す。図５に示すリニアガイド３は、レール７
と、このレール７に沿って移動するベアリング１０と、
振動や温度を検出して電波Ｒを送信するセンサ５を備え
ている。レール７の両側面には、それぞれ直線状のレー
ル溝３１が図６に示すように上下２本ずつ形成されてい
る。ベアリング１０は、レール７の一方の側面の下側の
レール溝３１からもう一方の側面の下側のレール溝３１
までの上半分を覆うように形成されており、それぞれの
レール溝３１に対向する軌道溝３２を備えている。レー
ル溝３１と軌道溝３２の間には、それぞれの溝に転接す
る多数の転動体３３が、ベアリング１０の中に設けられ
た転動体返還路３４を通って循環するように、隙間なく
装填されている。ベアリング１０の上面は、テーブル４
に固定されている。

【００１９】また、ベアリング１０の側面には、センサ
５が取り付けられたセンサ取付板３５が取付られてい
る。このセンサ取付板３５には、ベアリング１０と密着
する側に板厚方向に窪んだ凹部３６が設けられている。
この凹部３６には、凹部３６から突出しないようにセン
サ５が取り付けられている。このセンサ５は、センサ付
きボールねじ２に取り付けられているセンサ５と同じ
く、振動や温度を検出する検出部２１と、電波を送信す
る発信装置２３と、発信装置２３を制御する制御回路部
２２と、電力を供給する電源２４を備えている。なお、
センサ５は、直接ベアリング１０の外側面や移動方向端
面に取り付けてもよいが、センサ取付板３５の凹部３６
に取り付けることで、センサ５を保護できるのでよい。

【００２０】以上のようにセンサ付きボールねじ２とリ
ニアガイド３を備えたスライドテーブル１は、リニアガ
イド３に荷重を支えられるとともに、ボールねじ２のね
じ軸６が回転することによって、滑らかにレール７に沿
って移動する。

【００２１】次に、ボールねじ２とリニアガイド３に取
り付けられたセンサ５の機能について図７、図８を参照
して説明する。図７のブロック図で示すようにセンサ５
の検出部２１は、加速度センサ４１と温度センサ４２の
両方を備えている。加速度センサ４１は、例えば振動に
よる加速度の変化に応じて電位差を生じる圧電素子など
からなる。一方、温度センサ４２は、例えば温度変化に
よって電気抵抗値が変化するサーミスタなどからなる。
なお、用途に応じて、加速度センサ４１か温度センサ４
２のどちらか一方を備えた検出部２１としてもよい。

【００２２】また、検出部２１は加速度センサ４１や温
度センサ４２によって検出される信号を出力する出力回
路部４３を備えている。出力回路部４３によって出力さ
れた信号は、制御回路部２２に送られる。制御回路部２
２は、比較回路部４４と自己保持回路部４５とスイッチ
制御部４６を備えている。比較回路部４４は、出力回路
部４３から出力された信号と所定の閾値とを比較し、信
号が閾値を超えた場合に自己保持回路部４５に信号を出
力する。自己保持回路部４５は、比較回路部４４からの
信号を受けて、一定時間の信号をスイッチ制御部４６に
出力する。スイッチ制御部４６は、タイマ４７を備えて
おり、所定の接続時間の間、発信装置２３の発信回路に
通電するスイッチ４８を接続する。

【００２３】すなわち、検出部２１によって振動や温度
などの閾値を超える信号が検出されると、制御回路部２
２がスイッチ４８を接続し、発信装置２３によって電波
（出力）Ｒが送信される。そして、この電波Ｒは、セン
サ５が取り付けられたボールねじ２やリニアガイド３と
離れた位置に設けた受信部である受信装置４９で受信さ
れる。したがって、センサ５で検出した信号を信号ケー
ブルで取り回す必要がないため、信号線が断線したり、
信号ケーブルを取り回したりすることによる煩わしさが
ない。

【００２４】また、図８のブロック図に示すように、移
動速度を検出する速度検出部５０を備えたセンサ５１と
することもできる。この速度検出部５０は、例えばねじ
軸６に取り付けられるロータリーエンコーダから回転角
情報を得るか、例えばテーブル４やベアリング１０とレ
ール７の間に設けられるリニアエンコーダから位置情報
を得ることで、テーブル４と一体に固定されているナッ
ト９やベアリング１０の速度信号を出力する。この速度
信号は、センサ５１の比較回路５２に取り込まれる。こ
の比較回路５２は、図７のブロック図で示した比較回路
４４の機能のほか、速度信号を処理する機能を備えてい
る。

【００２５】加速度センサ４１や温度センサ４２によっ
て検出された振動や温度の信号は、同時に速度検出部５
０から比較回路５２に取り込まれた速度信号をもとに、
予め設定された振動や温度のその速度における閾値と比
較される。すなわちナット９やベアリング１０の移動速
度を加味することで、ボールねじ２やリニアガイド３の
作動状況をより正確に評価可能としている。そして、閾
値を超える場合は、図７のブロック図と同様に、発信装
置２３から受信装置４９に向けて電波Ｒが送信される。

【００２６】したがって、この電波Ｒを受信装置４９で
常にモニタリングし、別途設けられる報知手段によって
電波Ｒが受信されたことを報知することで、ボールねじ
２やリニアガイド３の作動状況をいち早く知ることが可
能である。また、この受信装置４９は、発信装置２３が
送信する電波Ｒを受信可能に別途用意された受信装置で
もよいし、発信装置２３が送信する電波Ｒに対応した専
用の受信装置とすると、受信装置４９が簡素化されるの
で良い。

【００２７】また、図７及び図８において、センサ５，
５１は、タイマ４７を含むスイッチ制御部４６と発信装
置２３及び受信装置４９によって、構成されるセンサ機
能確認手段を備える。このセンサ機能確認手段は、タイ
マ４７によって設定された所定の時間、例えば２４時間
毎にスイッチ制御部４６が一定時間スイッチ４８を接続
し、一定時間発信装置２３によって電波Ｒを送信する。
このとき送信される電波Ｒは、加速度センサ４１や温度
センサ４２の出力が閾値を超えたときに発信される電波
Ｒと識別できるようにするとなおよい。

【００２８】したがって、センサ５，５１は、検出部２
１によって閾値を超える信号が検出されない場合におい
ても、タイマ４７によって設定された時間間隔ごとに定
期的に電波Ｒが発信される。すなわち、センサ５，５１
が正常に機能しているときは、電波Ｒが所定の時間間隔
毎に発信され、センサ付き直動装置（ボールねじ２、リ
ニアガイド３）と離れた位置に設けられた受信装置で受
信される。所定の時間が経っても電波Ｒが受信されなく
なったとき、受信装置４９に別途設けた報知手段で電波
Ｒが受信されなかったことを報知する。つまり、所定の
時間間隔毎に電波Ｒが受信されることで、センサ５，５
１が電池切れや故障などで機能不全を起こしていないこ
と、すなわちセンサ５，５１が正常に機能していること
を確認することができる。

【００２９】発信装置２３は、センサ５，５１によって
検出された振動や温度が予め設定された閾値を超えた場
合か、センサ機能確認手段によって定期的に出力される
場合に、スイッチ制御部４６によって通電されて電波Ｒ
を発信するので、消費電力は極めて少ない。また、出力
回路部４３、比較回路部４４、自己保持回路部４５、ス
イッチ制御部４６をそれぞれ、あるいは、まとめて集積
回路化して消費電力の小さいものを適用するとさらに電
源を長持させることができる。

【００３０】なお、これらのセンサ５，５１を構成する
検出部２１や各回路部、及び電源２４は、それぞれ個別
に電線で接続し、絶縁してナット９やベアリング１０に
取り付けてもよいし、それぞれフレキシブルプリント基
板(Flexible printed circuit)に実装してユニット化し
たセンサユニットとすると、接着固定する際に取り扱い
が便利になるのでよい。また、本実施形態で示すセンサ
５，５１は、本発明の一例に過ぎず、図７や図８で示す
ブロック図の構成に限定されるものではない。また、本
実施形態では、信号が閾値を超えたときに、電波Ｒが送
信される構成について説明したが、加速度センサや温度
センサで測定した測定値を電波Ｒで直接送信してもよ
い。

【００３１】次に、第２の実施形態について、図９を参
照して説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成に付
いては、第１の実施形態と同一の符号を付してその説明
を省略する。

【００３２】図９（Ａ）に示すスライドテーブル６１
は、ボールねじ６２と、リニアガイド６３をテーブル４
の下面に備えている。このボールねじ６２のナット９と
リニアガイド６３のベアリング１０は、それぞれテーブ
ル４の下面に固定されており、一体に移動する。ナット
９とベアリング１０には、振動や温度を検出する検出部
２１がそれぞれ取り付けられている。また、図９（Ｂ）
に示すように制御回路部２２及び発信装置２３は、電源
２４とともにテーブル４の側面に設けられた凹部６４か
ら突出しないように収納されている。各検出部２１と、
凹部６４に収納された電源２４や制御回路部２３とは、
テーブル４の裏面に配線された電線Ｗで接続されてい
る。

【００３３】すなわち、スライドテーブル６１は、複数
の可動体（ナット９、ベアリング１０）を一体に連結す
るスライド体（テーブル４）を備え、センサ５，または
５１の検出部２１を各可動体に取り付け、制御回路部２
２と発信装置２３と電源２４をスライド体４に取り付け
たセンサ付き直動装置である。

【００３４】各検出部２１は、ナット９やベアリング１
０に直接取り付けてもよいし、第１の実施形態で説明し
たセンサ取付板１６，３５を利用して取り付けると、取
り付け作業性がよく、既存の装置にも容易に取り付ける
ことができる。また、制御回路部２２と発信装置２３及
び電源２４をテーブル４に統合して一つ設けているの
で、より構成が簡単であるとともに、複数の検出部２１
のそれぞれに閾値を設定したり、各検出部２１の信号の
合計に閾値を設定したりすることが可能となる。さら
に、テーブル４の側面に電池などの電源２４が取り付け
られているので、取替えが容易である。

【００３５】なお、ワイヤレスで信号を送信する方法と
して、電波の代わりに赤外線などの光や、超音波などを
使用してもよい。このとき、送信装置及び受信部は、そ
れぞれ、赤外線などの光や超音波などに対応したものと
する。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、直動装置の外部に信号
ケーブルを使用することによる煩わしさを伴うことな
く、直動装置の作動状況を監視可能なセンサ付き直動装
置を提供できる。また、速度検出部を備えた発明によれ
ば、速度信号に応じた閾値を設定することで、より適切
な振動や温度の評価が可能となる。さらに、発信装置を
所定の時間間隔毎に一定の信号を発信させる発明によれ
ば、センサが正常に機能していることを容易に確認する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態のセンサ付き直動装置
を備えたスライドテーブルを示す上面図。

【図２】図１中のＦ２−Ｆ２で示すスライドテーブルの
断面図。

【図３】図２中のF３−F３で示すセンサ付きボールねじ
の断面図。

【図４】（Ａ）は、図３のボールねじに取り付けられて
いるセンサ取付板の断面図。（Ｂ）は、図３のボールね
じに取り付けられているセンサ取付板の正面図。

【図５】図１のスライドテーブルに取り付けられている
センサ付きリニアガイドの側面図。

【図６】図５のセンサ付きリニアガイドを一部切り欠い
て示す正面図。

【図７】図３に示すセンサ付きボールねじのセンサ、及
び図５に示すセンサ付きリニアガイドのセンサのブロッ
ク図。

【図８】図７のセンサに速度検出部を備えたセンサのブ
ロック図。

【図９】（Ａ）は、第２の実施形態のセンサ付き直動装
置を示す上面図。（Ｂ）は、図９（Ａ）のセンサ付き直
動装置の側面図

【符号の説明】

２…ボールねじ（センサ付き直動装置） ３…リニアガイド（センサ付き直動装置） ４…テーブル（スライド体） ５，５１…センサ ６…ねじ軸（案内軸） ７…レール（案内軸） ９…ナット（可動体） １０…ベアリング（可動体） ２１…検出部 ２３…発信装置 ２４…電源 ４６…スイッチ制御部（センサ機能確認手段） ４７…タイマ（センサ機能確認手段） ４９…受信装置（受信部） ５０…速度検出部 ６１…スライドテーブル（センサ付き直動装置）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 茂 神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号 日本精工株式会社内 (72)発明者 滝澤 岳史 神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号 日本精工株式会社内 Ｆターム(参考） 3C029 EE03 3J062 AA21 AB22 AC07 BA11 BA14 CD04 CD22

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】案内軸と、この案内軸に沿って移動する可
   動体とを備えた直動装置において、 振動と温度の内の少なくとも一方を検出する検出部と、
   この検出部の出力をワイヤレスで発信する発信装置と、
   前記検出部と前記発信装置に電力を供給する電源とを前
   記可動体に備えたことを特徴とするセンサ付き直動装
   置。
2. 【請求項２】案内軸と、この案内軸に沿って移動する複
   数の可動体と、複数の前記可動体を一体に連結するスラ
   イド体とをそれぞれ備えた直動装置において、 振動と温度の内の少なくとも一方を検出する検出部を前
   記可動体に備え、 前記検出部の出力をワイヤレスで発信する発信装置と、
   前記検出部と前記発信装置に電力を供給する電源とを前
   記スライド体にそれぞれ備えることを特徴とするセンサ
   付き直動装置。
3. 【請求項３】前記可動体または前記スライド体の移動速
   度を検出する速度検出部を備えることを特徴とする請求
   項１または請求項２に記載のセンサ付き直動装置。
4. 【請求項４】前記発信装置が送信した信号を受信する受
   信部を前記直動装置と離して設けることを特徴とする請
   求項１から請求項３の内のいずれか１項に記載のセンサ
   付き直動装置。
5. 【請求項５】前記発信装置が所定の時間ごとに一定の信
   号を発信し、この信号を前記受信部で受信することで、
   前記センサが機能していることを確認することを特徴と
   する請求項４に記載のセンサ付き直動装置。