JP2009198398A - 転がり直動装置の作動状態検査方法および作動状態検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】転がり直動装置の作動状態が正常であるか否かを振動センサにより検出された振動強度を基に正確に検査することのできる転がり直動装置の作動状態検査方法を提供する。
【解決手段】ボールねじ１の振動強度を加速度計１１により検出し、加速度計１１により検出された振動強度が閾値を超えたときにボールねじの作動状態が異常と判定するに際して、ボール５がボールねじの使用開始から所定の転走量または転走時間に達するまでに加速度計１１により検出された振動強度の中で最も小さい振動強度を基準として閾値を設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボールねじ、直動案内軸受装置、ボールスプラインなどの転がり直動装置の作動状態が正常であるか否かを検査する転がり直動装置の作動状態検査方法と作動状態検査装置に関する。

工作機械などで使用されるボールねじに、潤滑不良が発生したり、大きな負荷が加わったりすると、ボールねじのねじ軸やナットなどが早期に摩耗して、ボールねじの寿命を短くしてしまうことがある。そこで、ボールねじの作動状態が正常であるか否かを検査する方法として、ボールねじのねじ軸やナットに加速度センサ等の振動センサを取り付け、この振動センサにより検出されたボールねじの振動強度が閾値を超えたときに異常と判定する方法が提案されている（特許文献１参照）。
また、転がり軸受の異常を検出する方法として、転がり軸受の外輪に振動センサを取り付け、図７に示すように、振動センサにより検出された軸受の振動強度が閾値を超えたときに異常と判定する方法（特許文献２参照）も提案されている。

上述した方法を用いてボールねじなどの転がり直動装置の作動状態が正常であるか否かを検査する場合、ボールねじなどの転がり直動装置では、転動体が転動体負荷転動路から転動体無限循環路に進入したり、あるいは転動体無限循環路から転動体負荷転動路に進入したりすると、急峻な負荷変動が繰り返し発生することによって、「なじみ」と呼ばれる軌道面の変形（軌道面の凸部が潰れる現象）が循環部の近傍に発生する。そして、上述したなじみが転がり直動装置に生じると、転動体の転がり運動がスムーズな転がり運動となることによって、図８に示すように、振動センサの信号出力がなじみの発生前の信号出力より低くなる。

また、転動体の摩耗によって転がり直動装置に予圧低下が生じた場合も、なじみが生じた場合と同様に、振動センサの信号出力が予圧低下の発生前の信号出力より低くなる。このため、なじみや予圧低下が発生する前の転がり直動装置の振動強度Ｓに例えば０．８を乗じた値（Ｓ×０．８）を閾値として設定すると、転がり直動装置の作動状態が正常であっても異常と判定してしまう（図８のＡ点まで）という問題がある。

また、このような不具合解消のため、なじみや予圧低下が発生する前の転がり直動装置の振動強度Ｓに例えば２を乗じた値（Ｓ×２）を閾値として設定した場合には、転がり直動装置の作動状態が異常になった場合（図８のＢ点等）であっても正常と判定してしまうという問題がある。なお、予圧低下は例えばボールねじの走行距離で数百メートル〜数百キロメートルの間で発生するが、製品仕様や使用条件により予圧抜けの低下の度合いは一様でない。
特開２００１−３４９４０７号公報 特開２００４−３４７４０１号公報

上述したように、振動センサにより検出された振動強度を基に転がり直動装置の作動状態が正常であるか否かを検査する場合、なじみや予圧低下が発生する前の振動強度を基準として閾値を設定すると、誤判定が生じやすいという問題点があった。
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、転がり直動装置の作動状態が正常であるか否かを振動センサにより検出された振動強度を基に正確に検査することのできる転がり直動装置の作動状態検査方法を提供することにある。また、本発明の目的は、転がり直動装置の作動状態が正常であるか否かを振動センサにより検出された振動強度を基に正確に検査することのできる転がり直動装置の作動状態検査装置を提供することにある。

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直動装置の作動状態検査方法は、転動体無限循環路を有する転がり直動装置の振動強度を振動センサにより検出し、該振動センサにより検出された振動強度が閾値を超えたときに異常と判定する転がり直動装置の作動状態検査方法において、前記転がり直動装置の転動体が前記転がり直動装置の使用開始から所定の転走量または転走時間に達するまでに前記振動センサにより検出された振動強度の中で最も小さい振動強度を基準として前記閾値を設定することを特徴とする。
請求項２記載の発明に係る転がり直動装置の作動状態検査方法は、請求項１記載の転がり直動装置の作動状態検査方法において、前記基準値に所定の値を乗じた値を前記閾値として設定することを特徴とする。

請求項３記載の発明に係る転がり直動装置の作動状態検査装置は、転動体無限循環路を有する転がり直動装置の振動強度を振動センサにより検出し、該振動センサにより検出された振動強度が閾値を超えたときに異常と判定する転がり直動装置の作動状態検査装置において、前記転がり直動装置の転動体が前記転がり直動装置の使用開始から所定の転走量または転走時間に達するまでに前記振動センサにより検出された振動強度の中で最も小さい振動強度を基準として前記閾値を設定する閾値設定手段を備えたことを特徴とする。
請求項４記載の発明に係る転がり直動装置の作動状態検査装置は、請求項３記載の転がり直動装置の作動状態検査装置において、前記閾値設定手段が前記基準値に所定の値を乗じた値を前記閾値として設定するものであることを特徴とする。

本発明では、転がり直動装置の転動体が転がり直動装置の使用開始から所定の転走量または転走時間に達するまでに振動センサにより検出された振動強度の中で最も小さい振動強度を基準として閾値を設定することにより、なじみや予圧低下が発生した後の振動強度を基に閾値が設定される。したがって、なじみや予圧低下が発生する前の振動強度を基に閾値を設定した場合のように、転がり直動装置の作動状態が正常であっても異常と判定したり、転がり直動装置の作動状態が異常であっても正常と判定したりすることがないので、転がり直動装置の作動状態が正常であるか否かを振動センサにより検出された振動強度を基に正確に検査することができる。

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はボールねじ装置の平面図で、図２は図１のII−II断面を示す図である。図１に示されるボールねじ装置１は円筒状のナット２と、ナット２内を挿通するねじ軸３と、ナット２の内周面に形成されたねじ溝とねじ軸３の外周面に形成されたねじ溝４との間を転動する転動体としての多数のボール５とを備えており、ナット２には、ボール循環部材６が止め螺子７ａ，７ｂによって装着されている。

ボール循環部材６はナット２の外周面に形成された平面状の循環部材取付け面８に装着されており、このボール循環部材６の内部には、ナット側ねじ溝とねじ軸側ねじ溝４との間を転動したボール５を循環させるための転動体無限循環路９（図２参照）が形成されている。
また、ボール循環部材６はセンサ挿入穴１０を転動体無限循環路９の近傍に有しており、このセンサ挿入穴１０には、ボールねじ１の振動を検出する振動センサとして、加速度計１１（図２参照）が挿入されている。

加速度計１１の信号出力を基にボールねじの作動状態の異常の有無を検査する作動状態検査装置の概略構成を図３に示す。同図において符号１２は加速度計１１から出力された加速度信号のノイズ成分を除去するローパスフィルタであり、このローパスフィルタ１２を通過した加速度信号は増幅器１３で増幅された後、データ処理装置１４に供給されるようになっている。

データ処理装置１４は振動強度算出手段１５、記憶装置１６、閾値設定手段１７、判定手段１８および判定結果出力手段（例えばプリンタ、表示装置、図示しないボールねじ駆動制御装置への信号出力装置等）１９を備えており、ローパスフィルタ１２を通過した加速度計１１の出力信号はデータ処理装置１４の振動強度算出手段１５に供給されるようになっている。

振動強度算出手段１５はローパスフィルタ１２を通過した加速度計１１の出力信号からボールねじ１の振動強度を算出するものであり、この振動強度算出手段１５で算出されたボールねじ１の振動強度は記憶装置１６に記憶されるようになっている。
閾値設定手段１７はボールねじ１のボール５が使用開始から所定の転走量または転走時間に達するまでに加速度計１１の出力から得られた振動強度の中で値が最も小さい振動強度を基準として閾値Ｔを設定するものであり、この閾値設定手段１７で設定された閾値Ｔは記憶装置１６に格納されるようになっている。

判定手段１８は振動強度算出手段１５で算出された振動強度が閾値設定手段１７で設定された閾値Ｔを上回ったときに異常がボールねじに発生したと判定するものであり、この判定手段１８の判定結果はプリンタ、表示装置、信号出力装置等の判定結果出力手段１９に出力されるようになっている。
また、データ処理装置１４はボールねじの使用開始からのボール転走量を演算する演算装置２０を備えており、この演算装置２０には、ボールねじのねじ軸を駆動する駆動モータに設けられたエンコーダ（図示せず）からパルス信号がボール転走量データとして供給されるようになっている。

データ処理装置１４によって処理される振動データの処理フローを図４に示す。同図に示されるように、データ処理装置１４はステップＳ１でボールねじ１が作動すると、加速度計１１の出力からボールねじの振動強度を算出する。そして、算出した振動強度を振動データＤとして記憶装置１６に格納した後（ステップＳ２参照）、閾値Ｔが設定済みであるか否かをステップＳ３で判定する。ここで、閾値Ｔが設定済みでない場合はステップＳ４に進み、閾値Ｔが設定済みである場合はステップＳ１１に進む。

ステップＳ４では、データ処理装置１４はボール５の使用開始からの転走量をエンコーダからの出力パルスを基に算出する。そして、ボール５の使用開始からの転走量が所定の転走量（なじみや予圧低下が発生した後で異常がボールねじに発生する前のボール転走量）に達したか否かをステップＳ５で判定する。
ここで、ボール５の使用開始からの転走量が所定の転走量に達していないと判定した場合はステップＳ６に進み、ボール５の使用開始からの転走量が所定の転走量に達していると判定した場合はステップＳ９に進む。

「所定の転走量」は、例えば、なじみについてはグリースの種類等の条件、予圧抜けについては初期予圧量等の条件により、経験的に予め得られる。従って、予め使用条件により求めたものを用意しておけばよい。
ステップＳ６では、データ処理装置１４は最小振動データ（最小振動強度）Ｄminが記憶装置１６に格納されているか否かを判定する。ここで、最小振動データＤminが存在する場合はステップＳ７に進み、振動データＤminが存在しない場合はステップＳ８に進む。

ステップＳ７では、データ処理装置１４はステップＳ２で得られた振動データＤがＤ＜Ｄminであるか否かを判定する。ここで、振動データＤが最小振動データＤminより大きい場合つまりＤ＞Ｄminの場合は前述したステップＳ２に戻る。一方、振動データＤが最小振動データＤminより小さい場合つまりＤ＜Ｄminの場合はステップＳ８に進む。
ステップＳ８では、データ処理装置１４は振動データＤを最小振動データＤminとして記憶装置１６に格納した後、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ９では、データ処理装置１４は最小振動データＤminを閾値設定用の基準値Ｋとして記憶装置１６に格納する。そして、次のステップＳ１０で基準値Ｋにｎ（例えばｎ＝２）を乗じた値を閾値Ｔとして設定した後、ステップＳ１１で振動データＤを閾値Ｔと比較する。ここで、振動データＤが閾値Ｔより小さい場合つまりＤ＜Ｔの場合は、ステップＳ１２で異常なしと判定し、その判定結果を判定結果出力手段１９に出力した後、ステップＳ１４に進む。一方、振動データＤが閾値Ｔより大きい場合つまりＤ＞Ｔの場合は、ステップＳ１３で異常ありと判定し、その判定結果を判定結果出力手段１９に出力した後、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４では、データ処理装置１４はボールねじの作動が停止したか否かを判定する。ここで、ボールねじの作動が停止していない場合はステップＳ２に戻る。一方、ボールねじの作動が停止している場合はボールねじの作動状態が正常であるか否かの検査を終了する。
上述したように、ボールねじ１の振動強度を振動センサとしての加速度計１１により検出し、加速度計１１により検出された振動強度が閾値を超えたときにボールねじの作動状態が異常と判定するに際して、ボールねじ１のボール５がボールねじ１の使用開始から所定の転走量に達するまでに加速度計１１により検出された振動強度の中で最も小さい振動強度を基準として閾値Ｔを設定すると、図５に示すように、なじみや予圧低下が発生した後の振動強度を基に閾値Ｔが設定される。

したがって、なじみや予圧低下が発生する前の振動強度を基に閾値を設定した場合のように、ボールねじの作動状態が正常であっても異常と判定したり、ボールねじの作動状態が異常であっても正常と判定したりすることがないので、ボールねじの作動状態が正常であるか否かを振動センサとしての加速度計１１により検出された振動強度を基に正確に検査することができる。

さらに、閾値Ｔを設定する際のｎ値を適宜設定することによって、ボールねじの振動強度が増大する初期段階で異常と判断するか、異常が進行し振動強度が極度に増大した段階で異常と判断するかを任意に設定することが可能になる。例えば、図５に示すように、ｎ＝２とｎ＝５の２通りを設定し、ｎ＝２に対応する出力値に達した段階（図５のＢ点）で表示装置等により警告を行い、ｎ＝５に対応する出力値に達した段階（図５のＣ点）でボールねじのねじ軸を駆動する駆動モータの制御装置（図示せず）へ強制停止信号を信号出力装置により出力し、駆動を停止するようにしてもよい。なお、ｎの値は、例えば、駆動条件下での振動強度と危険の度合いとの関係を予め調べておき、その結果等に応じて所定の値を設定可能であり、整数に限定されない。

上述した本発明の第１の実施形態では振動センサにより検出された振動強度を基にボールねじの作動状態が正常であるか否かを検査したが、これに限定されるものではない。たとえば、ボールねじ以外の転がり直動装置（例えば直動案内軸受装置、ボールスプライン等）についても振動センサにより検出された振動強度を基に作動状態が正常であるか否かを検査することができる。

また、ボールの使用開始からの転走量が所定の転走量に達するまでに加速度計１１の出力から得られた振動強度の中で値が最も小さい振動強度を基準値として閾値を設定したが、ボールの使用開始からの転走時間が所定の転走時間に達するまでに加速度計１１の出力から得られた振動強度の中で値が最も小さい振動強度を基準値として閾値として設定してもよい。あるいはナット定速時の一定区間または循環路を転動体が一巡する区間または一定の外力が印加される区間内で値が最も小さい振動強度を基準値として閾値を設定してもよい。

さらに、ボールねじ等の転がり直動装置の振動を検出する振動検出手段として加速度計を例示したが、加速度計の代わりにＡＥ（Ａcoustic Ｅmission）センサ等を用いてもよい。
また、図１〜図３に示した第１の実施形態では、加速度計等の振動センサをボール循環部材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、図６に示すように、振動センサとしての加速度計１１をナット２に設けてもよい。

ボールねじの平面図である。 図１のII−II断面を示す図である。 図１に示す加速度計から出力された信号を基にボールねじの作動状態が正常であるか否かを検査する作動状態検査装置の概略構成図である。 図３に示すデータ処理装置によって処理される振動データの処理フローを示す図である。 ボールねじのボール循環部材に設けた加速度計から出力される信号の波形図である。 加速度計をボールねじのナットに設けた例を示す図である。 転がり軸受の外輪に設けた振動センサから出力される信号を示す波形図である。 ボールねじのボール循環チューブに取り付けた振動センサから出力される信号の波形図である。

符号の説明

１ ボールねじ
２ ナット
３ ねじ軸
４ ねじ溝
５ ボール
６ ボール循環部材
７ａ，７ｂ 止め螺子
８ 循環部材取付け面
９ 転動体無限循環路
１０ センサ挿入穴
１１ 加速度計
１２ ローパスフィルタ
１３ 増幅器
１４ データ処理装置
１５ 振動強度算出手段
１６ 記憶装置
１７ 閾値設定手段
１８ 判定手段
１９ 判定結果出力手段
２０ 演算装置

Claims (4)

1. 転動体無限循環路を有する転がり直動装置の振動強度を振動センサにより検出し、該振動センサにより検出された振動強度が閾値を超えたときに異常と判定する転がり直動装置の作動状態検査方法において、
   前記転がり直動装置の転動体が前記転がり直動装置の使用開始から所定の転走量または転走時間に達するまでに前記振動センサにより検出された振動強度の中で最も小さい振動強度を基準として前記閾値を設定することを特徴とする転がり直動装置の作動状態検査方法。
2. 請求項１記載の転がり直動装置の作動状態検査方法において、前記基準値に所定の値を乗じた値を前記閾値として設定することを特徴とする転がり直動装置の作動状態検査方法。
3. 転動体無限循環路を有する転がり直動装置の振動強度を振動センサにより検出し、該振動センサにより検出された振動強度が閾値を超えたときに異常と判定する転がり直動装置の作動状態検査装置において、
   前記転がり直動装置の転動体が前記転がり直動装置の使用開始から所定の転走量または転走時間に達するまでに前記振動センサにより検出された振動強度の中で最も小さい振動強度を基準として前記閾値を設定する閾値設定手段を備えたことを特徴とする転がり直動装置の作動状態検査装置。
4. 請求項３記載の転がり直動装置の作動状態検査装置において、前記閾値設定手段が前記基準値に所定の値を乗じた値を前記閾値として設定するものであることを特徴とする転がり直動装置の作動状態検査装置。

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