JP2009270593A - 往復運動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軌道体に作用する軸力を正確に測定することができる往復運動装置を提供する。
【解決手段】軌道体１１と、軌道体１１に係合しつつ軌道体１１の延在方向に相対移動可能な移動体１２と、移動体１２を軌道体１１に対して往復運動させる駆動部１３と、を備える往復運動装置１において、軌道体１１の一部を取り囲むように配設されると共に移動体１２が往復運動する際に軌道体１１に作用する延在方向の力を検出する検出部１４を備えるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、往復運動装置に関する。

従来、ボールネジ装置等の往復運動では、ネジ軸等の軌道体に作用する軸線方向の力を測定するためには、ネジ軸の一端にロードセルを連結し、ボールナット（移動体）をネジ軸に対して往復運動させていた。

また、例えば、ボールネジ装置において、ネジ軸の後端に変位検出用ボールナットを螺合し、このボールナットの回転を規制しつつ軸線方向にのみ移動可能にガイドする。そして、ネジ軸の後端部にネジ軸に対して回転のみ可能に変位検出器を取り付け、ボールナットのネジ軸に対する軸線方向の相対変位を検出する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。
特開平１０−１５９９３２号公報

しかし、従来の往復運動装置では、ネジ軸に作用する推力や、ボールナットのネジ軸に対する軸線方向の相対変位を測定することができるが、ボールナットを軸線方向に案内するために設けられるガイド等の摺動抵抗を測定することができなかった。すなわち、往復運動装置の軌道体に作用する軸力を正確に測定することができなという問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、軌道体に作用する軸力を正確に測定することができる往復運動装置を提供することを目的とする。

本発明に係る往復運動装置では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
本発明は、軌道体と、前記軌道体に係合しつつ前記軌道体の延在方向に相対移動可能な移動体と、前記移動体を前記軌道体に対して往復運動させる駆動部と、を備える往復運動装置において、前記軌道体の一部を取り囲むように配設されると共に前記移動体が往復運動する際に前記軌道体に作用する延在方向の力を検出する検出部を備えたことを特徴とする。

また、前記軌道体と前記検出部との間に、前記軌道体を前記検出部に対して回転可能に支持する軸受を配設したことを特徴とする。

また、前記検出部は、中空型荷重検出器であることを特徴とする。

本発明によれば、軌道体に作用する延在方向の力を検出部によりリアルタイムに計測することができる。また、往復運動装置の長手方向のコンパクト化を図ることができる。
更に、軌道体が回転する場合であっても、この軌道体に作用する軸方向の力を高精度に検出することができる。

以下、本発明に係る往復運動装置の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る往復運動装置の一実施形態を示す概略平面図である。
往復運動装置１は、ネジ軸１１とナット１２とボール（不図示）からなるボールネジ１０と、ネジ軸１１を回転させてネジ軸１１に螺合するナット１２を往復運動させるサーボモータ１３と、を備える。
更に、ナット１２がネジ軸１１に対して往復運動する際にネジ軸１１に作用する延在方向の力を検出する中空型ロードセル（検出部、中空型荷重検出器）１４を備えている。

ネジ軸（軌道体）１１は、一端にカップリング１５を介してサーボモータ（駆動部）１３に連結されている。このサーボモータ１３は、不図示の制御部によって回転方向及び回転速度が制御される。

ネジ軸１１のカップリング１５と接続された端部近傍は、サポート軸受１６ａにより回転自在に支持されるとともに、サポート軸受１６ａの周囲を取り囲むように中空型ロードセル１４が配設されている。つまり、ネジ軸１１と中空型ロードセル１４とはサポート軸受（軸受）１６ａを介して係合されており、ネジ軸１１に生じる軸線方向の力が中空型ロードセル１４により検出されるようになっている。

一方、ネジ軸１１の他端は、サポート軸受１６ｂを介して床面に対して回転自在に支持されている。
そして、中空型ロードセル１４、カップリング１５、サポート軸受１６ａは、サーボモータ１３の取付ブラケットを兼ねたサポートケース１７内に収納されている。そして、サポートケース１７は、床面に固定される。

ネジ軸１１には、ナット（移動体）１２が螺合しており、ネジ軸１１の長手方向に相対移動可能に構成されている。ナット１２には、転動体であるボールが転走する転走路（不図示）が形成されており、ネジ軸１１側に形成されたボール転走溝とナット１２側に形成された負荷ボール転走溝との間をボール（不図示）が転走して循環する。

更に、ナット１２には、移動テーブル１８が固定されており、この移動テーブル１８は、ネジ軸１１の延在方向に対して平行配置された直線運動装置２０に沿って案内される。

図２は、繰り返し耐久試験の試験体である直線運動装置２０の一実施形態を示す斜視図である。
直線運動装置２０は、ガイドレール２１と、このガイドレール２１に沿って移動可能なスライダ２２と、ガイドレール２１とスライダ２２との間に介在するボール２６と、を有するリニアガイドである。

ガイドレール２１は、直線状の軌道レールから成り、両側面に転動体であるボール２６が転走するボール転走溝２１ａが形成されている。
ガイドレール２１に沿って移動するスライダ２２は、ボール転走溝２１ａと対向する面にボール２６が転走するボール転走溝が形成されたスライダ本体２４と、不図示の転動体方向転換路が形成されるとともにスライダ本体２４の移動方向の前後端に固定された蓋体２５とから構成されている。

また、スライダ本体２４には、転動体方向転換路によって方向転換されたボール２６が通過する転動体戻り通路（不図示）が形成されている。
そして、ボール転走溝２１ａとボール転走溝は、対となって負荷転動体転走路を形成し、転動体方向転換路、転動体戻り通路、転動体方向転換路の順に転動体循環路が形成される。

一対のガイドレール２１は、ネジ軸１１を挟んで平行に配置されており、床面（固定部）に固定されている。また、スライダ２２は、図１に示す移動テーブル１８の底面にボルト等で固定され、移動テーブル１８とともにガイドレール２１に沿って往復運動する。

次に、往復運動装置１を使用した耐久試験について図１に基づいて説明する。
まず、往復運動装置１において、不図示の制御部によってサーボモータ１３を正転及び逆転することによって、ナット１２及び移動テーブル１８をネジ軸１１に沿って繰り返し往復運動させる。これに伴って、直線運動装置２０のスライダ２２がガイドレール２１に沿って繰り返し往復運動する。

この際、往復運動装置１は、中空型ロードセル１４がネジ軸１１に連結されているので、ナット１２の推力だけでなく、直線運動装置２０の摩擦（摺動）抵抗までも検出することができる。すなわち、往復運動装置１のボールネジ１０の推力に、直線運動装置２０の摺動抵抗を加えた往復運動装置１の全体の力を測定することが可能である。
また、往復運動装置１の中空型ロードセル１４により、ガイドレール２１に対するスライダ２２に摺動抵抗の変化、ロック現象の有無を検出することで、直線運動装置２０の耐久性能を計測・評価することができる。

このようにして、直線運動装置２０の直線運動、すなわちガイドレール２１に対するスライダ２２の摺動状態に変化が発生した場合には、その変化をリアルタイムに検出することが可能となる。つまり、繰り返し耐久試験の試験体としての直線運動装置２０の耐久性能を効率よく、しかも高精度に計測することが可能となる。

また、ネジ軸１１と中空型ロードセル１４とはサポート軸受１６ａを介して連結され、中空型ロードセル１４は、中空穴（貫通穴）にネジ軸１１を通して使用することができので、往復運動装置１の長手方向の寸法を抑えることができる。

また、中空型ロードセル１４を用いることで、ネジ軸１１が回転駆動する場合であっても、ネジ軸１１に作用する軸方向の力を高精度に検出することができる。

なお、以上の説明では、繰り返し耐久試験の試験体としての直線運動装置２０として、ガイドレール２１とスライダ２２とからなるリニアガイドを用いる場合について説明したが、これに限らない。
例えば、ネジ軸とナットとボールからなるボールネジや、ボールスプライン、ローラスプライン等の直線運動装置を用いてもよい。
また、ボールやローラ等の転動体を含まない案内装置やスライダ機構であってもよい。

図３は、ローラスプラインの耐久試験の測定結果を示す図である。図３（ａ）は、耐久試験開始直後の測定結果、図３（ｂ）は、耐久試験終了時の測定結果を示す。なお、図３（ａ），（ｂ）は、試験体であるローラスプラインのナットを一往復させた際に、中空型ロードセル１４から得た検出波形である。

試験条件は、例えば次のようなものである。
試験体は、ローラスプラインである。このローラスプラインには、潤滑油としてウレア系グリースを初期封入した。

往復運動装置１の動作パターンは、例えば、往復運動装置１を垂直に設置して、停止位置から１１．５ｍｍ上昇させた後、０．５ｍｍの下降ストロークと０．５ｍｍの上昇ストロークを５００往復し、０．５ｍｍ上昇の度に中心より１５０ｍｍオフセットした位置で、ある一定の荷重を押し当て、１１．５ｍｍ下降させ、停止動作を繰り返し行った。
最高速度は、３０ｍｍ／ｓｅｃ、加速度は、０．３Ｇである。１１．５ｍｍストローク、０．５ｍｍストローク時とも同一である。
このような動作パターンで、ローラスプラインのナットを、ある一定距離走行させて、摺動抵抗・ロック現象の有無を確認した。

図３（ａ）と図３（ｂ）と比較すると分かるように、耐久試験終了時には、中空型ロードセル１４の検出波形に一定周期のスパイク状の乱れが発生している。このスパイク状の乱れは、ローラスプラインのローラの配置ピッチＰと略同一であることが確認できた。
これにより、ローラスプラインのスプライン軸又はナットに異常が発生していることが推測される。つまり、ローラスプラインのスプライン軸又はナットの転動体転走面に異常が発生し、複数のローラがこの異常個所上を次々に転動する際に摺動抵抗が増大すること推測される。
こうして、繰り返し試験の試験体であるローラスプラインの劣化状態を高精度に検出することができた。

なお、上述した実施形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲においてプロセス条件や設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、耐久試験の試験体としては、ボールネジ、ボールスプライン、ローラスプライン等の直線運動装置の他、転動体を含まない案内装置やスライダ機構であってもよい。

更に、バネや弾性体のように伸縮する部材であっても往復運動装置１により、耐久試験を行うことができる。つまり、伸縮する部材の場合には、試験体の一部を移動テーブル１８に固定すると共に他の部分を固定端（床面）に固定し、往復運動装置１を往復運動させることにより、繰り返し伸縮させることができる。
このようにして往復運動装置１により、バネや弾性体のように伸縮する部材の耐久試験が可能である。また、弾性部材に曲げ応力等を負荷したり、繰り返し交番荷重を負荷したりすることができる。

上述した実施形態では、往復運動装置を耐久試験装置として用いる場合について説明したが、これに限らない。例えば、射出成形機やサーボプレス等の往復運動装置に適用することができる。

また、サーボモータ（駆動部）によりネジ軸（軌道体）を回転させて、ネジ軸に螺合するナット（移動体）を往復運動させる場合について説明したが、これに限らない。
すなわち、ボールネジに代えて、リニアガイドやボールスプライン、ローラスプライン等を用いてもよく、この場合には、移動体を軌道体に対して往復運動させる駆動部として、リニアモータ等を用いることができる。

本発明に係る往復運動装置の一実施形態を示す概略平面図である。 繰り返し耐久試験の試験体である直線運動装置の一実施形態を示す斜視図である。 ローラスプラインの耐久試験の測定結果を示す図である。

符号の説明

１…往復運動装置、 １０…ボールネジ、 １１…ネジ軸（軌道体）、 １２…ナット（移動体）、 １３…サーボモータ（駆動部）、 １４…中空型ロードセル（検出部、中空型荷重検出器）、 １６ａ…サポート軸受（軸受）

Claims (3)

1. 軌道体と、前記軌道体に係合しつつ前記軌道体の延在方向に相対移動可能な移動体と、前記移動体を前記軌道体に対して往復運動させる駆動部と、を備える往復運動装置において、
   前記軌道体の一部を取り囲むように配設されると共に前記移動体が往復運動する際に前記軌道体に作用する延在方向の力を検出する検出部を備えたことを特徴とする往復運動装置。
2. 前記軌道体と前記検出部との間に、前記軌道体を前記検出部に対して回転可能に支持する軸受を配設したことを特徴とする請求項１に記載の往復運動装置。
3. 前記検出部は、中空型荷重検出器であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の往復運動装置。

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