JP2009074982A - Rolling device, and apparatus and method for detecting fault of rolling device - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a rolling device such as a rolling bearing, a ball screw, a linear motion guide device, and a ball spline, and more particularly to a technique for detecting an abnormality of the rolling device.
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）。
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。 However, when the screw shaft of the ball screw is rotated at high speed, the ball of the ball screw violently collides with the circulating component and the screw shaft at the discontinuous portion between the ball return path and the ball rolling path. For this reason, there is a high possibility that peeling will occur in the ball before the thread groove of the screw shaft. If peeling occurs in the ball, the inner wall of the resin circulation part will be worn, and eventually the thickness of the circulation part will be reduced. Damage to the ball screw, making it inoperable. For this reason, in the technique shown in Patent Document 1, it is possible to detect whether or not peeling has occurred in the thread groove of the screw shaft, but it is not possible to detect whether or not peeling has occurred in the ball. It was unsuitable for detecting abnormalities in ball screws used in high-speed applications.
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。
In order to solve the above-mentioned problem, the rolling device according to claim 1 is a rolling device constituted by at least a pair of rolling grooves and rolling elements, and one rolling groove of the pair of rolling grooves. A non-contact displacement meter is provided on the side so that a detection surface of the non-contact displacement meter is close to and faces the rolling element.
The rolling device according to a second aspect of the present invention is the rolling device according to the first aspect, wherein the rolling element is a spherical rolling element, and the rolling groove has two contact points with respect to the rolling element, respectively. It is characterized by.
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。
A rolling device according to a third aspect of the present invention is the rolling device according to the first or second aspect, wherein the rolling element in the detection region of the non-contact displacement meter is rolled by the rolling groove at least in an initial use state. It is restrained in the direction orthogonal to the direction.
The rolling device according to a fourth aspect of the present invention is the rolling device according to any one of the first to third aspects, wherein a gap between the detection surface of the non-contact displacement meter and the rolling element is 20 μm or more. Thus, the non-contact displacement meter is provided.
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。
The rolling device according to a fifth aspect of the present invention is the rolling device according to any one of the second to fourth aspects, wherein the center line of the non-contact displacement meter is two of the rolling element and the rolling groove. The non-contact displacement meter is provided so as to overlap with a straight line connecting one of the contact points and the center of the rolling element.
A rolling device according to a sixth aspect of the present invention is the rolling device according to any one of the first to fifth aspects, wherein the rolling device is applied with a preload at least in an initial use state, and is a non-constrained range. The preload amount between the rolling groove in the main detection direction of the contact displacement meter and the rolling element is smaller than the preload amount in the load region.
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。
A rolling device according to a seventh aspect of the present invention is the rolling device according to any one of the first to sixth aspects, wherein the rolling element is made of a dielectric material, and the non-contact displacement meter is an eddy current. It is a type displacement meter.
The rolling device according to the invention described in claim 8 is the rolling device according to any one of claims 2 to 7, having a spacer ball having an outer diameter smaller than that of the rolling member between adjacent rolling members, The spacer ball is made of a material having an electromagnetic induction effect different from that of the rolling element.
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。
A rolling device according to a ninth aspect of the present invention is the rolling device according to any one of the fourth to eighth aspects, wherein a contact point between the rolling element and the rolling groove in the detection region of the non-contact displacement meter is provided. It is characterized by 3 points or less.
A rolling device according to a tenth aspect of the present invention is the rolling device according to any one of the first to ninth aspects, wherein the rolling element is a rolling element of a linear motion device.
The rolling device according to an eleventh aspect of the present invention is the rolling device according to any one of the first to tenth aspects, wherein the rolling element is a rolling element of a ball screw.
A rolling device according to a twelfth aspect of the present invention is the rolling device according to any one of the first to eleventh aspects, wherein the rolling device is used for an injection molding machine or a press molding machine.
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。 A thirteenth aspect of the present invention is an apparatus for detecting an abnormality of the rolling device according to any one of the eleventh and twelfth aspects, wherein the rolling element is obtained by sampling a voltage signal output from the non-contact displacement meter. Sampling means for obtaining the output voltage value of the non-contact displacement meter at the time of passage, storage means for storing the output voltage value of the non-contact displacement meter obtained by the sampling means, and non-contact stored in the storage means And determining means for determining that an abnormality has occurred in the rolling device when the output voltage value of the displacement gauge is out of a preset range.
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。
A fourteenth aspect of the invention is an apparatus for detecting an abnormality of the rolling device according to the eleventh or twelfth aspect of the invention, and a motor that rotationally drives the screw shaft of the ball screw, and the motor is driven. Based on the motor driver, sampling means for sampling the voltage signal output from the non-contact displacement meter to obtain the output voltage value of the non-contact displacement meter when passing through the rolling element, and the motor drive signal from the motor driver A counter that outputs a rolling element rolling direction signal and a rolling element count signal, and an output voltage value of the non-contact displacement meter obtained by the sampling means, the rolling element rolling direction signal from the counter and the rolling element. Storage means for storing in association with the count signal, and when the output voltage value of the non-contact displacement meter stored in the storage means is out of a preset range, It characterized by having a determining means that an abnormality has occurred in.
The abnormality detection method for a rolling device according to the invention described in claim 15 is characterized in that an abnormality of the rolling device is detected using the abnormality detection device according to claim 13 or 14.
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。 According to the first, second, and tenth aspects of the present invention, the voltage level of the signal output from the non-contact displacement meter changes according to the gap amount between the rolling element and the non-contact displacement meter. Therefore, by determining whether or not the voltage level of the signal output from the non-contact displacement meter is within a preset range, it is possible to detect whether or not the rolling element is peeled off. Moreover, not only peeling of rolling elements but also peeling of rolling grooves on the side where the non-contact displacement meter is not fixed can be detected.
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。
According to invention of Claim 3, since the rolling element in the detection area | region of a non-contact-type displacement meter is restrained in the direction orthogonal to a rolling direction by the rolling groove at least in the use initial state, it is a non-contact type. The detection value of the displacement meter can be stabilized.
According to the invention described in claim 4, the depth of peeling is generally on the order of several tens of μm, and the amount of gap between the non-contact displacement meter and the rolling element changes according to the peeling depth. The separation can be detected also when the separation occurs at the contact point closer to the non-contact displacement meter among the contact points with the rolling groove.
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。
According to the invention described in claim 5, when preload is applied by incorporating a ball having a diameter larger than the rolling groove interval of the ball screw, the contact between the rolling groove and the ball is usually a four-point contact. By eliminating one or two of these contact points and replacing them with non-contact displacement gauges, the detection part is made into three-point or two-point contact, so that the rolling element at the peeling portion generated in the rolling groove Since the change in the trajectory becomes more reliable, the peeling can be detected more accurately.
According to the sixth aspect of the present invention, when a load of a rolling element is applied to the edge of the hole of the displacement meter installation portion of the rolling groove, stress concentration may occur and the life may be adversely affected. This can be mitigated by making the amount of preload between the rolling groove in the main detection direction of the meter and the rolling element smaller than the amount of preload in the load region.
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。
According to the seventh aspect of the present invention, by using an eddy current displacement meter as the non-contact displacement meter, it is possible to detect peeling without being affected by grease or oil. Moreover, when the depth of peeling is on the order of several tens of μm, the peeling can be reliably detected.
According to the invention described in claim 8, it is possible to detect the separation by distinguishing between the rolling elements and the spacer balls.
According to the ninth aspect of the present invention, the surface of the rolling element facing the non-contact type displacement meter changes at any time due to the skew of the rolling element accompanying the operation of the rolling device. Thereby, since the peeling part faces the non-contact type displacement meter or faces the rolling groove by a plurality of scans, the number of non-contact type displacement meters can be one per circuit.
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。
The rolling element is guided at the other three points even if one point of the rolling groove with which the rolling element contacts at four or more points is peeled off, and the trajectory does not change. According to the invention, when separation occurs in the rolling element, the rolling element guide becomes less than two rolling grooves, so the trajectory of the rolling element changes, and separation can be detected.
According to invention of Claim 13-15, abnormality of a rolling device can be detected automatically.
According to the fourteenth aspect of the present invention, since individual rolling elements can be identified, the spacer ball can be excluded without evaluating the spacer ball with respect to the variation in the measured value caused by the clearance between the spacer ball and the rolling groove.
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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a view showing an embodiment in which the present invention is applied to a ball screw device. The ball screw device shown in the figure includes a screw shaft 1 and a nut 2.
The nut 2 is formed in a cylindrical shape, and a screw groove 3 as a ball rolling groove is formed from one end to the other end of the screw shaft 1 on the outer peripheral surface of the screw shaft 1 inserted through the nut 2. Yes. The thread groove 3 is opposed to a thread groove 4 formed on the inner peripheral surface of the nut 2, and a large number of balls 5 provided between the thread groove 3 and the thread groove 4 are connected to the threaded shaft 1 or the nut 2. In accordance with the rotational movement, the ball-loaded rolling path between the screw groove 3 and the screw groove 4 rolls. The screw grooves 3 and 4 are formed in a shape (for example, Gothic arc shape) whose cross section is in contact with the ball 5 at two points.
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。
The nut 2 has a ball return passage 6. The ball return passage 6 penetrates in the axial direction of the nut 2, and the ball 5 rolling on the ball load rolling path is introduced into the ball return passage 6 by the end deflector 7.
The end deflector 7 is incorporated at both ends of the nut 2 in the axial direction, and the ball 5 introduced into the ball return path 6 by one end deflector 7 is transferred from the ball return path 6 to the ball load rolling path by the other end deflector 7. It is supposed to be returned. The ball 5 is made of a dielectric material (for example, alloy steel) and is in contact with the thread grooves 3 and 4 at two points.
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。 Details of the portion A shown in FIG. 1 are shown in FIG. As shown in the figure, the nut 2 has a sensor insertion hole 8 that opens toward the ball 5 between the screw groove 3 and the screw groove 4. The sensor insertion hole 8 is provided at a contact portion between the nut-side thread groove 4 and the ball 5, and the sensor insertion hole 8 has an eddy current displacement meter 9 as a non-contact displacement meter that detects separation of the ball 5. Is inserted from the outer diameter side of the nut 2.
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。 The eddy current displacement meter 9 is inserted into the sensor insertion hole 8 so that a gap G is formed between the eddy current displacement meter 9 and the signal output terminal of the eddy current displacement meter 9 from the eddy current displacement meter 9. An inspection device 10 for inspecting the presence or absence of peeling based on the output signal is connected. The preload amount between the thread groove 4 and the ball 5 at the position of the eddy current displacement meter 9 is smaller than the preload amount in the load region. The center line 8a of the sensor insertion hole 8 connects one contact point (for example, the contact point n1) of the two contact points n1 and n2 between the screw groove 4 and the ball 5 and the center o of the ball 5. The nut 2 is formed so as to overlap the straight line.
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。
The screw shaft 1 of the ball screw shown in FIG. 1 is rotationally driven by a motor 10 (see FIG. 3), and a motor drive signal is supplied to the motor 10 from a motor driver 11. Yes.
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the inspection apparatus 10. As shown in FIG. 3, the inspection apparatus 10 removes the noise component of the voltage signal output from the eddy current displacement meter 9. A sampling circuit 15 that samples the output of the eddy current displacement meter 9 that has passed through the filter circuit 13 to obtain an output voltage value of the eddy current displacement meter 9 when passing through the ball, and a motor drive signal from the motor driver 11 Based on the counter 16 that outputs the rolling element rolling direction signal and the rolling element count signal, and the output voltage value of the eddy current displacement meter 9 obtained by the sampling circuit 15, the rolling element rolling direction signal from the counter 16 and the rolling element When the output voltage value of the storage circuit 17 stored in association with the moving body count signal and the eddy current displacement meter 9 stored in the storage circuit 17 deviates from a preset range, such as peeling Normally it is composed of the determination circuit 18. occurred in the ball screw device of Fig. The preload amount between the screw groove 4 and the ball 5 in the main detection direction of the eddy current displacement meter 9 is smaller than the preload amount in the load region.
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。 In such a configuration, when the ball 5 rolls on the ball load rolling path between the screw groove 3 and the screw groove 4 with the relative rotational movement of the screw shaft 1, as shown in FIG. A voltage signal is output from the current displacement meter 9 at a constant period. At this time, if the thread groove or the ball is peeled off at the contact point between the flank 3b of the thread groove 3 or the flank 4b of the thread groove 4 facing the flank 3a and the ball 5 in FIG. The ball 5 is displaced in the direction in which the gap amount with the displacement meter 9 is reduced. When the ball 5 is displaced in a direction in which the gap amount between the ball 5 and the eddy current displacement meter 9 is reduced, the voltage of the signal output from the eddy current displacement meter 9 is indicated by a broken line in FIG. The voltage level is lower than the lower limit value shown in FIG.
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。
On the other hand, if the ball 5 is peeled off at the contact point between the ball 5 and the flank 4a of the screw groove 4 facing the flank 3b or the flank 3b of the screw groove 3 and the ball 5, the ball 5 and the eddy current displacement The ball 5 is displaced in the direction in which the gap amount with the total 9 increases. When the ball 5 is displaced in the direction in which the gap amount between the ball 5 and the eddy current displacement meter 9 increases, the voltage of the signal output from the eddy current displacement meter 9 is indicated by a broken line in FIG. The voltage level is higher than the upper limit value shown in FIG.
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。
Therefore, the signal output from the eddy current displacement meter 9 is supplied to the inspection device 10, and the inspection device determines whether or not the voltage level of the signal output from the eddy current displacement meter 9 is within a predetermined range. By determining with the determination circuit 18 of 10, it is possible to inspect whether or not the ball 5 is peeled off.
The peeled ball may be detected in real time or only at the time of inspection. If it is desired to detect in real time, the signal output from the eddy current displacement meter 9 is signal-processed, and an abnormal signal is sent to the host controller based on the abnormality determination. May be output.
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。 In the first embodiment described above, the center line 9 a of the eddy current displacement meter 9 overlaps with a straight line connecting one of the two contact points of the thread groove 4 and the ball 5 and the center of the ball 5. As described above, the sensor insertion hole 8 is provided in the nut 2 as an example, but the present invention is not limited to this. For example, when the ball diameter is larger than the outer diameter of the eddy current displacement meter 9, the sensor insertion hole 8 may be provided perpendicular to the axial direction of the nut 2 as in the second embodiment shown in FIG. Good.
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。
Further, in the first embodiment described above, the depth of separation occurring on the ball is near the maximum shear stress depth at the time of ball collision, and is generally on the order of several tens of μm, and is not in contact with the ball. In addition, the case where an eddy current displacement meter is used as a sensor for detecting the separation of the ball has been exemplified for the reason that the influence of the lubricant is small. However, a non-contact displacement meter other than the eddy current displacement meter is used. May be.
Also, in order to ensure measurement accuracy, the ball that is under load is the measurement target of the non-contact displacement meter, but even if the ball is revolving with play without being under load, When the play is smaller than the decrease in the ball diameter, a ball that is not subjected to a load may be measured.
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。 Furthermore, although the case where this invention was applied to the ball screw apparatus was illustrated in 1st Embodiment mentioned above, it is not limited to this. For example, as in the third embodiment shown in FIG. 6, the present invention may be applied to a linear motion guide device and a ball bearing. In FIG. 6, 21 is a guide rail, 22 is a slider main body of the slider, 23 is a rolling groove formed on the left and right side portions of the guide rail 21, and 24 is a rolling formed on the inner surface of the sleeve portion of the slider main body 22. A groove 25 indicates a ball as a rolling element provided between the rolling groove 23 and the rolling groove 24.
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。
In this case, as shown in FIG. 7, when the holding piece 26 is inserted between the balls 25, by monitoring the distance between the balls from the output signal of the eddy current displacement meter 9, It is possible to detect missing holding pieces.
The present inventors conducted the following experiment in order to investigate whether or not the peeling of the ball of the ball screw can be detected from the output of the eddy current displacement meter. First, a new ball (ball diameter: 6.35 mm) without peeling was used as a ball screw ball having a screw shaft diameter of 50 mm, a thread groove lead: 12 mm, and a ball number of 147. Then, the screw shaft of the ball screw was rotated at a speed of 100 min −1 , and the temporal change of the voltage signal output from the eddy current displacement meter at that time was recorded. The recording result at that time is shown in FIG.
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。
The present inventors also sampled the voltage signal output from the eddy current displacement meter when rotating the screw shaft of the ball screw at a speed of 100 min −1 at a frequency of 1 kHz. The output voltage value of the eddy current displacement meter when a new ball passed through was measured. The measurement results at that time are shown in FIG.
As can be seen from FIG. 8, when the screw shaft is rotated, the output voltage of the eddy current displacement meter periodically changes with the passing period of the ball. As can be seen from FIG. 9, when all the 147 balls are not peeled off, the output voltage valley value of the eddy current displacement meter is cleanly set within 0.01 V (≈10 μm). You can see that Under this condition (shaft diameter, ball diameter, screw shaft rotation speed, sampling frequency), the sampling value adjacent to the minimum value of each valley in the new ball is about several μm, so the minimum value is the output voltage. The value of the valley (the value when the ball is closest to the eddy current displacement meter) can be used.
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。 Next, the present inventors have 19 balls (hereinafter referred to as “peeling balls”) in which peeling (peeling diameter: 1.6 mm, 2.4 mm, 3.1 mm, peeling half circumference) as shown in FIG. 10 occurs. And 128 new balls are incorporated into the ball screw of the above specifications, and the voltage signal output from the eddy current displacement meter is sampled at a frequency of 1 kHz when the screw shaft of the ball screw is rotated at a speed of 100 min −1. The output voltage value of the eddy current displacement meter when the ball passed in front of the eddy current displacement meter was measured. The measurement results are shown in FIG.
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。 As is clear from FIG. 11, when the separation ball passes in front of the eddy current displacement meter, the output voltage value of the eddy current displacement meter becomes larger than when the new ball passes in front of the eddy current displacement meter. You can see that it gets smaller and smaller. If the gap between the eddy current displacement meter and the ball becomes large due to the separation generated on the ball, as shown by a circle in FIG. 11, the eddy current displacement meter is more eddy than when the new ball passes in front of the eddy current displacement meter. The output voltage value of the current displacement meter increases. On the other hand, when peeling occurs on the ball and play occurs between the ball and the screw groove, and the ball is displaced in a direction away from the eddy current displacement meter by this play, as shown by ◇ in FIG. It can be seen that the output voltage value of the eddy current displacement meter is smaller than when a new ball passes in front of the displacement meter.
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。 The output voltage value of the eddy current displacement meter when a new ball passes in front of the eddy current displacement meter and the output voltage value of the eddy current displacement meter when a separation ball passes in front of the eddy current displacement meter The difference is shown in FIG. In FIG. 12, the solid line a indicates the output voltage value of the eddy current displacement meter when a new ball passes in front of the eddy current displacement meter, and the solid lines b to e peel off the front of the eddy current displacement meter. The output voltage value of the eddy current displacement meter when the ball passes is shown.
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。 Here, the difference in the absolute value of the output voltage of the eddy current displacement meter shown in FIG. 12 is due to an error during assembly of the eddy current displacement meter. It can be seen that the valley value of the output voltage of the displacement gauge is clearly disturbed (more than 10 μm compared to the base). Therefore, if this disturbance is detected, it can be detected from the output of the eddy current displacement meter whether or not the ball is peeled off.
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。 In addition, the ball screw used in this measurement is preloaded and the groove and ball are in contact at four points. However, only the eddy current displacement meter part has two points for each screw shaft and nut groove groove. In contact. For this reason, the movement of the ball in the cross section perpendicular to the thread groove occurs. The solid lines b, c, e shown in FIG. 12 indicate the output voltage value of the eddy current displacement meter when the peeled ball and the normal ball are displaced to the nut side and pass in front of the eddy current displacement meter, The solid line d indicates the output voltage value of the eddy current displacement meter when the peeled ball and the normal ball are displaced by about 0.01 to 0.02 mm toward the screw shaft and pass in front of the eddy current displacement meter. .
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。 Next, the present inventors conducted the following experiment in order to investigate whether or not the separation of the ball of the ball screw of the spacer ball specification can be detected from the output of the eddy current displacement meter. First, 145 new balls (ball diameter: 6.355 mm, preload amount: 5 μm) and two spacer balls (spacer ball diameter: 6.32 mm) on a ball screw with a screw shaft diameter: 50 mm and a thread groove lead: 12 mm, The voltage signal output from the eddy current displacement meter when the screw shaft of the ball screw is rotated at a speed of 100 min −1 is sampled at a frequency of 1 kHz, and the eddy current displacement meter is incorporated. The output voltage value of the eddy current displacement meter when the ball passed in front of was measured. Furthermore, 126 new balls (ball diameter: 6.35 mm), two spacer balls (spacer ball diameter: 6.32 mm) and 19 release balls are incorporated into the ball screw having the above specifications, and the screw of the ball screw is incorporated. The voltage signal output from the eddy current displacement meter when the shaft is rotated at a speed of 100 min −1 is sampled at a frequency of 1 kHz, and the eddy current displacement when the ball passes in front of the eddy current displacement meter. The output voltage value of the meter was measured. The measurement results at that time are shown in FIG.
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。 The spacer ball is made of the same material as the ball subjected to the load, and the valley value of the output voltage of the eddy current displacement meter is disturbed in the passing period of the spacer ball. Also, when the ball is loosened and approaches the eddy current displacement meter, the valley value of the output voltage of the eddy current displacement meter is more disturbed than when moving away from the ball, and the clearance amount with respect to the rolling groove of the spacer ball is 30 μm. It can be seen that even if the thickness is reduced to 10 μm, the effect of suppressing turbulence is small, and it is difficult to discriminate the separation ball and the spacer ball from the output of the eddy current displacement meter. Therefore, when the ball screw is a spacer ball specification, the material of the spacer ball is made of a material (for example, resin) having an electromagnetic induction action different from that of the ball receiving the load (generally a steel ball), so that the output of the eddy current displacement meter Therefore, it is possible to distinguish the separation ball from the spacer ball. Further, the spacer balls managed by the counter are not stored in the storage circuit 17 or are not determined by the determination circuit 18, so that the separation ball and the spacer ball can be determined from the output of the eddy current displacement meter.
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。 In the first embodiment described above, as an inspection device for inspecting whether or not the rolling element is peeled off, the filter circuit 13 for removing the noise component of the voltage signal output from the eddy current displacement meter 9 and the filter circuit 13 The sampling circuit 15 that samples the output of the eddy current displacement meter 9 that has passed through to obtain the output voltage value of the eddy current displacement meter 9 when the ball passes, and the rolling element rolling based on the motor drive signal from the motor driver 11 The counter 16 that outputs the running direction signal and the rolling element count signal, and the output voltage value of the eddy current displacement meter 9 obtained by the sampling circuit 15 are associated with the rolling element rolling direction signal and the rolling element count signal from the counter 16. 1 and when the output voltage value of the eddy current displacement meter 9 stored in the storage circuit 17 deviates from a preset range, an abnormality such as peeling is detected in FIG. It exemplified those composed of judging circuit 18. that occurred Lumpur screw device, but is not limited thereto. For example, as shown in FIG. 14, as an inspection apparatus for inspecting whether or not the rolling element has peeled, a filter circuit 13 for removing a noise component of the voltage signal output from the eddy current displacement meter 9, and an eddy current type A sampling circuit 15 that samples the voltage signal output from the displacement meter 9 to obtain the output voltage value of the eddy current displacement meter 9 when passing through the rolling element, and the eddy current displacement meter 9 obtained by the sampling circuit 15 When the output voltage value of the storage circuit 17 for storing the output voltage value and the eddy current displacement meter 9 stored in the storage circuit 17 deviates from a preset range, an abnormality occurs in a rolling device such as a ball screw device. It is also possible to use a circuit comprising a determination circuit 18 that determines that the occurrence of the
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
1 Screw shaft 2 Nut 3, 4 Thread groove (rolling groove)
5 balls (rolling elements)
6 Ball return passage 7 End deflector 8 Sensor insertion hole 9 Eddy current displacement meter 12 Inspection device 21 Guide rail 22 Slider body 23, 24 Rolling groove 25 Ball
Claims (15)
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。 It is an apparatus which detects abnormality of the rolling device as described in any one of Claim 11 or 12, Comprising: The voltage signal output from the said non-contact-type displacement meter is sampled, and the non-contact-type displacement meter at the time of rolling-element passage Sampling means for obtaining the output voltage value, storage means for storing the output voltage value of the non-contact displacement meter obtained by the sampling means, and the output voltage value of the non-contact displacement meter stored in the storage means An abnormality detection device for a rolling device, comprising: a determination unit that determines that an abnormality has occurred in the rolling device when the rolling device is out of a preset range.
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