JP2013200032A - Ball screw device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、工作機械、射出性成形機、半導体製造装置などに用いられるボールねじ装置に関する。 The present invention relates to a ball screw device used for a machine tool, an injection molding machine, a semiconductor manufacturing apparatus, and the like.
従来より、ボールねじ装置は、螺旋状のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有するナットと、両ねじ溝により形成される螺旋状の負荷転動路内に転動自在に装填された複数のボール(転動体)と、を備えている。そして、ボールを介してねじ軸に螺合されているナットとねじ軸とを相対回転運動させると、ボールの転動を介してねじ軸とナットとが軸方向に相対移動するようになっている。 Conventionally, a ball screw device has a spiral shaft formed by a screw shaft having a helical thread groove on the outer peripheral surface, a nut having a screw groove facing the screw groove of the screw shaft on the inner peripheral surface, and both screw grooves. And a plurality of balls (rolling elements) loaded in a freely rolling manner in the load rolling path. Then, when the nut and the screw shaft that are screwed to the screw shaft through the ball are relatively rotated, the screw shaft and the nut are relatively moved in the axial direction through the rolling of the ball. .
このようなボールねじ装置には、負荷転動路の始点と終点とを連通させて無端状のボール通路を形成するボール循環路が備えられている。すなわち、ボールは、負荷転動路内を移動しつつねじ軸の回りを回って負荷転動路の終点に至ると、ボール循環路の一方の端部から掬い上げられてボール循環路内を通り、ボール循環路の他方の端部から負荷転動路の始点に戻される。
このように、負荷転動路内を転動するボールがボール循環路により無限に循環されるようになっているので、ねじ軸とナットとは継続的に相対移動することができる。ボール循環路を用いたボール循環形式としては、チューブ式,コマ式,エンドキャップ式、エンドデフレクタ式等がある。
Such a ball screw device is provided with a ball circulation path that forms an endless ball path by communicating the starting point and the end point of the load rolling path. That is, when the ball moves around the screw shaft while moving in the load rolling path and reaches the end point of the load rolling path, the ball is scooped up from one end of the ball circulation path and passes through the ball circulation path. The other end of the ball circulation path is returned to the starting point of the load rolling path.
As described above, since the ball rolling in the load rolling path is circulated infinitely by the ball circulation path, the screw shaft and the nut can continuously move relative to each other. As a ball circulation type using a ball circulation path, there are a tube type, a top type, an end cap type, an end deflector type, and the like.
このようなボールねじ装置においては、焼付き、摩耗、破損等の異常が発生する場合があるが、その異常を検知する異常検出装置を備えるボールねじ装置が知られている。例えば特許文献1には、リターンチューブに振動センサ(加速度計)が取り付けられたボールねじ装置が開示されている。リターンチューブの振動を振動センサによって検出することができるので、ねじ軸、ナット、又はボールの焼付き、摩耗、破損等に伴って発生する振動により、ボールねじ装置の異常を検知することができる。
In such a ball screw device, abnormalities such as seizure, wear, and damage may occur. However, a ball screw device including an abnormality detection device that detects the abnormality is known. For example,
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、センサとして、振動センサ(加速度計)を用いているため、センサ自体がある程度の大きさ(容積)を有し、センサを設けるための空間をボールねじ装置に形成する必要があった。そのため、振動センサを取り付けることによりボールねじ装置が大型化する場合が多かった。
したがって、リターンチューブなどの循環部品に転動体が衝突するときに発生する振動や衝突力を好適にモニタリングするセンサの取付位置に制約がないボールねじ装置について改善の余地があった。
そこで、本発明は上記の問題点に着目してなされたものであり、その目的は、循環部品に転動体が衝突するときに発生する振動や衝突力を好適にモニタリングするセンサの取付位置に制約がないボールねじ装置を提供することにある。
However, in the technique described in
Therefore, there is room for improvement in a ball screw device in which there is no restriction on the mounting position of a sensor that preferably monitors vibrations and collision force generated when a rolling element collides with a circulating component such as a return tube.
Therefore, the present invention has been made paying attention to the above-mentioned problems, and its purpose is to restrict the mounting position of a sensor that suitably monitors vibrations and collision forces generated when a rolling element collides with a circulating component. It is an object of the present invention to provide a ball screw device that does not have any.
上記目的を達成するための請求項1に係る発明は、螺旋状のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有し、前記両ねじ溝により形成される螺旋状の負荷転動路に転動自在に装填された複数のボールを介して前記ねじ軸に螺合されたナットと、前記ボールを前記負荷転動路の終点から始点へ送って前記ボールを循環させるボール循環路と、を備えるボールねじ装置において、
前記ボール循環路にひずみゲージを設けたことを特徴としている。
このような構成とすることにより、ひずみゲージが薄膜状で小型であるため、検出部を配置する空間をより小さくできる。
The invention according to
A strain gauge is provided in the ball circulation path.
By setting it as such a structure, since the strain gauge is thin-film-like and small, the space which arrange | positions a detection part can be made smaller.
また、請求項2に係る発明は、請求項1に記載のボールねじ装置において、前記ボール循環路は、前記ボールの進行方向を変更して前記ボールを前記ボール循環路の終点から掬い上げるボール掬い上げ部と、該ボール掬い上げ部で掬い上げられた前記ボールを前記ボール循環路の端部に案内する湾曲部と、を有し、
前記ボール掬い上げ部若しくは前記湾曲部、又はそれらの近傍に前記ひずみゲージが設けられたことを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, in the ball screw device according to the first aspect, the ball circulation path changes the traveling direction of the ball and scoops up the ball from the end point of the ball circulation path. A raising portion, and a curved portion for guiding the ball scooped up by the ball scooping portion to an end portion of the ball circulation path,
The strain gauge is provided in the ball scooping part or the curved part, or in the vicinity thereof.
ここで、前記ボール循環路として前記循環部品を採用した場合においては、前記ボール掬い上げ部は、前記循環部品に前記ボールが挿通される際の入口部分を指す。また、その近傍として、前記循環部品の端部に、前記負荷転動路内の前記ボールを掬い上げて前記循環部品に案内するタング部に前記ひずみゲージが設けられてもよい。
このような構成とすることにより、振動や衝突力の検出精度が高い湾曲部(偏曲部位)や、ボール掬い上げ部(タング部)にひずみゲージが設置されるため、振動や衝突力を高い精度で検出できる。
Here, in the case where the circulation component is employed as the ball circulation path, the ball scooping portion indicates an inlet portion when the ball is inserted into the circulation component. Further, as the vicinity thereof, the strain gauge may be provided at a tongue portion that scoops up the ball in the load rolling path and guides it to the circulating component at an end portion of the circulating component.
By adopting such a configuration, a strain gauge is installed in a curved part (curved part) or a ball scooping part (tang part) with high detection accuracy of vibration and collision force, so vibration and collision force are high. It can be detected with accuracy.
また、請求項3に係る発明は、請求項1又は2に記載のボールねじ装置において、前記ボール循環路は、前記ナットの内部を軸方向に貫通する貫通孔と前記ナットの端部に取り付けられ負荷転動路と前記貫通孔との間を連通させる連通路が形成されるエンドキャップ、前記ボールの転動方向に沿って分割された2つの合成樹脂製の分割体からなる接線掬い上げ方式の循環部品、エンドデフレクタ、及び循環こまの少なくともいずれかであることを特徴としている。
ここで、前記ボール循環路としてエンドキャップを採用した場合においては、前記ひずみゲージは、前記連通路の偏曲部位(湾曲部)の隣接部位に取り付けられることが好ましい。
Further, the invention according to claim 3 is the ball screw device according to
Here, when an end cap is adopted as the ball circulation path, it is preferable that the strain gauge is attached to a portion adjacent to the bending portion (curved portion) of the communication passage.
また、前記エンドデフレクタは、前記ボールを前記負荷転動路の終点から掬い上げて前記ボール循環路の端部に案内するものである。前記エンドデフレクタは、前記負荷転動路内に突出し且つ前記ボールの進行方向を変更して前記ボールを前記負荷転動路の終点から掬い上げるタング部と、前記タング部で掬い上げられた前記ボールを前記ボール循環路の端部に案内する湾曲した案内路とを有する。前記ひずみゲージは前記エンドデフレクタの表面に接合されており、前記ひずみゲージが接合されている前記エンドデフレクタの表面は、前記タング部の表面、又は、前記案内路の湾曲部分の近傍に位置する部分であることが好ましい。 The end deflector scoops up the ball from the end point of the load rolling path and guides it to the end of the ball circulation path. The end deflector protrudes into the load rolling path and changes the traveling direction of the ball to scoop up the ball from the end point of the load rolling path, and the ball scooped up by the tongue section And a curved guide path that guides the ball to the end of the ball circulation path. The strain gauge is joined to the surface of the end deflector, and the surface of the end deflector to which the strain gauge is joined is a portion located near the surface of the tongue portion or the curved portion of the guide path. It is preferable that
また、前記ボール循環路として前記循環こまを採用した場合においては、前記ボール戻し溝の裏側に相当する前記循環こまの表面にひずみゲージが設けられることが好ましい。
また、前記ボール循環路として前記循環こまを採用した場合においては、前記ひずみゲージは、前記ボール戻し溝の長手方向両端のボール掬い上げ部近傍に設けられることが好ましい。
また、請求項4に係る発明は、請求項1〜3のいずれかに記載のボールねじ装置において、前記ひずみゲージは、前記ボール循環路内に設けられることを特徴としている。
ここで、前記ボール循環路としてエンドキャップを採用した場合においては、前記ひずみゲージは、前記連通路と前記転動体通路との連通部位に前記転動体通路に遊嵌される前記ボール掬い上げ部としてのタング部内又は前記タング部の隣接部位に埋設されることが好ましい。
In addition, when the circulation top is adopted as the ball circulation path, it is preferable that a strain gauge is provided on the surface of the circulation top corresponding to the back side of the ball return groove.
In addition, when the circulating top is employed as the ball circulation path, the strain gauge is preferably provided in the vicinity of the ball scooping portion at both ends in the longitudinal direction of the ball return groove.
The invention according to claim 4 is the ball screw device according to any one of
Here, in the case where an end cap is adopted as the ball circulation path, the strain gauge is used as the ball scooping portion loosely fitted in the rolling element passage at a communication portion between the communication path and the rolling element passage. It is preferable to be embedded in the tongue portion or in the adjacent portion of the tongue portion.
また、前記ひずみゲージが前記エンドデフレクタの内部に埋め込まれる場合、前記エンドデフレクタは、前記負荷転動路内に突出し且つ前記ボールの進行方向を変更して前記ボールを前記負荷転動路の終点から掬い上げるタング部と、前記タング部で掬い上げられた前記ボールを前記ボール循環路の端部に案内する湾曲した案内路と、を有し、前記ひずみゲージは、前記タング部、前記タング部の近傍部分、又は、前記案内路の湾曲部分の近傍に位置する部分に埋め込まれていることが好ましい。
このような構成とすることにより、ひずみゲージを前記ボール循環路内に設けて前記ボール循環路と一体にしておくことで、前記ボール循環路への検出部の取り付け時間を低減できる。
When the strain gauge is embedded in the end deflector, the end deflector protrudes into the load rolling path and changes the traveling direction of the ball to move the ball from the end point of the load rolling path. A tongue portion that scoops up and a curved guide path that guides the ball scooped up by the tongue portion to an end portion of the ball circulation path, and the strain gauge includes the tongue portion and the tongue portion. It is preferable that it is embedded in the vicinity part or the part located in the vicinity of the curved part of the guide path.
By setting it as such a structure, the strain gauge can be provided in the said ball circulation path, and it can integrate with the said ball circulation path, and the attachment time of the detection part to the said ball circulation path can be reduced.
また、請求項5に係る発明は、請求項1〜4のいずれかに記載のボールねじ装置において、前記ひずみゲージのリード線を嵌入させる溝部が前記ナットに設けられたことを特徴としている。
また、請求項6に係る発明は、請求項1〜5のいずれかに記載のボールねじ装置において、前記ひずみゲージのリード線が、前記ボール循環路に固定又は接合されたことを特徴としている。
ここで、前記ボール循環路としてエンドキャップを採用した場合においては、前記ひずみゲージの検出信号が出力されるリード線が前記エンドキャップに対して固定されることが好ましい。
The invention according to claim 5 is characterized in that in the ball screw device according to any one of
The invention according to claim 6 is characterized in that, in the ball screw device according to any one of
Here, when an end cap is employed as the ball circulation path, it is preferable that a lead wire to which a detection signal of the strain gauge is output is fixed to the end cap.
また、前記ボール循環路として前記エンドデフレクタを採用した場合においては、前記ひずみゲージは、ひずみを検出する本体部分と、引出線であるリード線とを備えており、前記本体部分と、前記リード線のうち金属線が被覆材で被覆されている被覆部分とが、前記エンドデフレクタの表面に接合されていることがより好ましい。
さらに、前記本体部分及び前記被覆部分の少なくとも一方が前記エンドデフレクタの表面に接着剤により接合されていることがさらに好ましい。
このような構成とすることにより、ひずみゲージ及びリード線を一体として前記ボール循環路に固定しているので、ひずみゲージに対してリード線が断線してしまうのを防止できる。
Further, when the end deflector is employed as the ball circulation path, the strain gauge includes a main body portion for detecting strain and a lead wire as a lead wire, and the main body portion and the lead wire It is more preferable that the covering portion in which the metal wire is covered with the covering member is bonded to the surface of the end deflector.
Furthermore, it is more preferable that at least one of the main body portion and the covering portion is bonded to the surface of the end deflector with an adhesive.
By setting it as such a structure, since the strain gauge and the lead wire are integrally fixed to the said ball circulation path, it can prevent that a lead wire breaks with respect to a strain gauge.
また、請求項7に係る発明は、請求項1〜6のいずれかに記載のボールねじ装置において、前記ひずみゲージが接着剤によって前記ボール循環路に固定されたことを特徴としている。
ここで、前記ひずみゲージは、本体部のみ固定されてもよいし、本体部だけでなく、前記リード線も接着剤によって前記ボール循環路に固定されることが好ましい。
また、前記ボール循環路として前記循環こまを採用した場合においては、前記ひずみゲージ及び前記リード線被覆部が接着剤によって前記循環こまに固定されることが好ましい。
また、前記ボール循環路として前記循環こまを採用した場合においては、前記ひずみゲージのリード線被覆部の一部が、前記循環こまに固定されることが好ましい。
The invention according to claim 7 is the ball screw device according to any one of
Here, it is preferable that only the main body portion of the strain gauge is fixed, and not only the main body portion but also the lead wire is fixed to the ball circulation path by an adhesive.
In addition, when the circulation top is adopted as the ball circulation path, it is preferable that the strain gauge and the lead wire covering portion are fixed to the circulation top by an adhesive.
In addition, when the circulation top is adopted as the ball circulation path, it is preferable that a part of the lead wire covering portion of the strain gauge is fixed to the circulation top.
本発明によれば、センサとして、ひずみゲージを用いたので、循環部品に転動体が衝突するときに発生する振動や衝突力を好適にモニタリングするセンサの取付位置に制約がないボールねじ装置を提供することができる。 According to the present invention, since a strain gauge is used as a sensor, there is provided a ball screw device in which there is no restriction on the mounting position of the sensor for preferably monitoring vibration and collision force generated when a rolling element collides with a circulating component. can do.
以下、本発明に係るボールねじ装置の実施形態について図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明に係るボールねじ装置の第1の実施形態における構成を示す軸方向に沿う断面図である。また、図2は、図1の2−2線に沿う断面図である。また、図3は、本発明に係るボールねじ装置の第1の実施形態における構成を示す軸方向に沿う部分断面図である。また、図4は、本発明に係るボールねじ装置の第1の実施形態におけるひずみゲージの回路構成を示す図である。ただし、図3においては、リターンチューブも破断して示してある。
Embodiments of a ball screw device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view along the axial direction showing the configuration of the ball screw device according to the first embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along line 2-2 in FIG. FIG. 3 is a partial cross-sectional view along the axial direction showing the configuration of the ball screw device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration of a strain gauge in the first embodiment of the ball screw device according to the present invention. However, in FIG. 3, the return tube is also shown broken.
<ボールねじ装置の構成>
図1に示すように、本実施形態のボールねじ装置1は、螺旋状に連続するねじ溝10aが外周面に形成されたねじ軸10と、螺旋状に連続するねじ溝20aが内周面に形成された筒状のナット20とを備えている。
ねじ軸10は、ナット20に挿通されており、ねじ軸10のねじ溝10aとナット20のねじ溝20aとが対向して、両ねじ溝10a,20a間の空間により螺旋状の負荷転動路40が形成されている。この負荷転動路40内には、複数のボール(転動体)30が転動自在に装填されており、このボール30を介してナット20がねじ軸10に螺合されている。
<Configuration of ball screw device>
As shown in FIG. 1, the
The
<リターンチューブ>
このナット20の外面の一部は平坦に削られていて、この軸方向に平行な平面上に略U字状に屈曲したリターンチューブ50が固定されている。このリターンチューブ50がボール循環路に相当する。すなわち、ナット20には、この平面に開口し、ナット20のねじ溝20aと連通する一対の貫通孔21,21が設けられていて、リターンチューブ50の両端部がこの両貫通孔21,21に前記平面側から挿入されている。そして、貫通孔21,21の外に位置するリターンチューブ50の中央部分が、前記平面上に配されている。なお、1つのナットに2本以上のリターンチューブを取り付けてもよく、その際には、2対以上の貫通孔を設ける。
<Return tube>
A part of the outer surface of the
負荷転動路40内を転動するボール30は、このリターンチューブ50を通って循環されるようになっている。すなわち、ボール30は負荷転動路40内を移動しつつ、ねじ軸10の回りを複数回回って負荷転動路40の終点(リターンチューブ50と負荷転動路40との交点)に至り、リターンチューブ50の一方の端部(開口部)からリターンチューブ50内に掬い上げられる。
The
ここで、図2に示すように、リターンチューブ50の端部には、タング部51が設けられている。このタング部51にボール30が衝突することにより、ボール30が負荷転動路40から掬い上げられ、タング部51に沿ってリターンチューブ50内に案内される。掬い上げられたボール30は、リターンチューブ50の中を通ってリターンチューブ50の他方の端部(開口部)に至り、該端部に設けられたタング部51に案内されてリターンチューブ50から負荷転動路40の始点に戻される。
Here, as shown in FIG. 2, a
このように、負荷転動路40内を転動するボール30が、負荷転動路40の始点と終点とを連通させるリターンチューブ50により無限に循環されるようになっているので、ねじ軸10とナット20とを相対回転させると、ボール30の転動を介してねじ軸10とナット20とは継続的に軸方向へ相対直線移動する。なお、隣接する各ボール30,30の間には、樹脂やエラストマーで構成されたセパレータを介装してもよい。また、負荷を受けるボールよりも小さい樹脂または金属製のスペーサボールを介装しても良い。また、ねじ溝10a,20aの断面形状は、円弧状でもよいしゴシックアーク状でもよい。
As described above, the
<ひずみゲージ>
本実施形態のボールねじ装置には、図2及び図3に示すように、センサとしてのひずみゲージ60がタング部51に設置されている。
ひずみゲージ60は、ボールねじ装置の動作中の振動や衝突力を検出する検出部61と、検出部61に接続され、検出されたボールねじ装置の動作中の振動や衝突力を信号として伝達するリード線62とを有する。なお、ひずみゲージ60は、検出部61が、循環チューブ50のタング部51に接着剤などで接合されることによってタング部51に固定される。
このように、ひずみゲージ60をタング部51に設置するのは、タング部にはボールが頻繁に衝突するため、ボールねじ装置の振動をモニタリングするのに適しているからである。すなわち、タング部51にかかるボール30の衝突力や繰り返し荷重によるタング部51の疲労具合をモニタリングするための情報を得るのに、この設置箇所は好適である。
<Strain gauge>
In the ball screw device of the present embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, a
The
Thus, the reason why the
また、過大荷重(ボール30の衝突力によるもの)や、疲労破壊によるタング部51の折損を予め検知し、予防に利用できる。タング部51は、ボール30を循環チューブ50内に導くための重要な部位であるため、この部位に負荷される衝突力を検出することは、当該ボールねじ装置1の状態を把握するために極めて重要である。特に、タング部51が折損すると、ボール30が循環できなくなり、ボールねじ装置がロックする(回転不可能状態となる)場合もあるので、タング部51の状態の検知は極めて重要である。
Further, an excessive load (due to the collision force of the ball 30) or breakage of the
一方、ナット20の貫通孔21には、ひずみゲージ60の検出部61に接続されたリード線62を外部に導くために、リード線62を嵌入させる溝部22が設けられている。この溝部22への設置に併せて、リード線62は、溝部22から外部に露出している部分では、被覆線63によって被覆されている。一方、リード線62が溝部22に嵌入されている部分(被覆線63によって被覆された箇所(ナット20の表面)から検出部61に接続された箇所までの部分)は、電気絶縁被膜が設けられている。
On the other hand, the through
ここで、ひずみゲージ60の結線は、図4(a),(b)に示すように、ブリッジ回路の一辺にひずみゲージ60を有し、他の三辺に固定抵抗を接続する1ゲージ法で構わない。ただし、温度変化が大きいことが予想されるため、図4(a)に示す「1ゲージ2線式」ではなく、図4(b)に示す「1ゲージ3線式」が望ましい。図4(a),(b)では、R:固定抵抗、Rg:ゲージ抵抗、E:ブリッジ電圧、E0:出カ電圧を示している。
Here, as shown in FIGS. 4A and 4B, the
このように、検出部61から被覆部63までの区間のリード線62に電気絶縁被膜を施すことにより、循環チューブ50が金属製の場合でも、ひずみゲージ60(検出部61)の電気回路を短絡させることがなく、リード線62を循環チューブ50に接合することができる。また、断面積が大きい被覆部63上記区間に配線するのに比べて、溝部22を浅くすることができるため、ナット20における溝部22の加工時間を短縮できる。
In this manner, by applying an electrical insulating coating to the
なお、被覆線63の一部も循環チューブ50に接合されていることが好ましい。このようにすることにより、リード線62が引っ張られた場合にも、リード線62自体に直接力が加わらないため、リード線62の断線を防ぐことができる。
なお、ひずみゲージ60としては、本実施形態に用いられるボールねじ装置の動作を妨げることなく、使用環境に耐え、当該ボールねじ装置の動作中の振動や衝突力などの必要な情報を検知できれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択される。このようなひずみゲージ60としては、最大伸び5%程度までの測定(検出)ができる一般応力測定用のひずみゲージが挙げられ、例えば、共和電業社製のKFG型ひずみゲージが挙げられる。
Note that a part of the covered
Note that the
ひずみゲージ60の検出部61は、一般的に薄膜状で小型なものが多いため、センサを設けるための空間をほとんど必要とせず、取付位置に厳しい制約がなくなるので、結果として、ボールねじ装置のコンパクト化を図ることができる。
また、本実施形態のひずみゲージ60を用いることにより、振動センサでは設置が困難な部位に、センサとしてのひずみゲージ60を容易に設置できるため、振動や衝突力を効果的に検出することができる。
Since the
In addition, by using the
(第2の実施形態)
次に、本発明に係るボールねじ装置の第2の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態は、ひずみゲージの設置態様が前述の第1の実施形態と異なるだけであるので、上述の実施形態と同じ符号を付した同様の構成については説明を省略する。図5は、本発明に係るボールねじ装置の第2の実施形態における構成を示す正面図である。また、図6は、本発明に係るボールねじ装置の第2の実施形態における構成を示す右側面図である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the ball screw device according to the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present embodiment is different from the first embodiment described above only in the installation mode of the strain gauge, and therefore, the description of the same configuration given the same reference numeral as the above-described embodiment is omitted. FIG. 5 is a front view showing the configuration of the ball screw device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a right side view showing the configuration of the ball screw device according to the second embodiment of the present invention.
図5及び図6に示すように、本実施形態のボールねじ装置は、センサとしてのひずみゲージ60が循環チューブ50の屈曲部50aに設置されている。ひずみゲージ60は、循環チューブ50の屈曲部50aに接着剤などで接合される。ここで、屈曲部50aは、循環チューブ50内でボール30の運動方向が変化する箇所に対応する外周面、すなわち、U字形状をなす循環チューブ50内のボール30の軌跡における変曲点部分及びその近傍に対応する循環チューブ50の外周面を指す。
As shown in FIGS. 5 and 6, in the ball screw device of the present embodiment, a
循環チューブ50の屈曲部50aは、ボールが衝突し、ボールの運動方向が変わる箇所であるため、この屈曲部50aに、ひずみゲージ60を設置することによって、ボールねじ装置の振動を好適にモニタリングすることができる。特に、屈曲部50aにかかるボール30の衝突力や、ボール30が循環することで循環チューブ50が押し上げられる力をモニタリングするための情報を得るのに、この設置箇所は好適である。
したがって、ボール30による過大な衝突力や、過大な循環チューブ50に対する押し上げ力による、循環チューブ50をナット20に固定する押さえ部品(図示せず)や循環チューブ50の破損を予め検知できる。
Since the
Therefore, it is possible to detect in advance a pressing component (not shown) for fixing the
また、本実施形態では、上述の第1の実施形態のように、ナット20にリード線を配線するための溝部22などを形成する必要がなく、製造効率も高い。
さらに、本実施形態では、リード線被覆部63の一部も循環チューブ50に接合される。これにより、リード線62が引っ張られた場合にも、リード線62自体に直接力が加わらないため、リード線62の断線を防ぐことができる。
なお、本発明に係るボールねじ装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
Further, in the present embodiment, unlike the first embodiment described above, it is not necessary to form the
Furthermore, in this embodiment, a part of the lead
The ball screw device according to the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態を説明する。
第3の実施形態は、本発明を適用したボールねじ装置である。
(構成)
図7は、第3の実施形態のボールねじ装置101の構成例を示す正面図である。
図7に示すように、ボールねじ装置101は、エンドキャップ方式の循環路を持ったボールねじ装置である。
このボールねじ装置101は、案内要素であるねじ軸110、移動体であるナット120、エンドキャップ131,132、及びボール140を備えている。
ねじ軸110は、略円柱の棒状体であり、外周面には、雌ねじ状(螺旋状)のボールねじ装置溝111が形成されている。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described.
The third embodiment is a ball screw device to which the present invention is applied.
(Constitution)
FIG. 7 is a front view illustrating a configuration example of the
As shown in FIG. 7, the
The
The
ナット120は、略円筒形状をなし、内周面には、ねじ軸110のボールねじ装置溝111に径方向で対向する位置に不図示の雌ねじ状(螺旋状)のボールねじ装置溝が形成されている。このナット120のボールねじ装置溝とねじ軸110のボールねじ装置溝111とで、ボール140が転動する螺旋状転動体通路が形成される。また、ナット120には、内部で軸方向に貫通する貫通孔121が形成されている。そして、このナット120の軸方向両端には、エンドキャップ131,132がそれぞれ取り付けられている。
The
各エンドキャップ131,132は、ナット120の軸方向端部の外径と同等の外周径を有する略円筒形状をなし、転動体循環溝131a,132aが形成されている。例えば、エンドキャップ131,132は、樹脂又は金属材料によって成形されている。ここで、転動体循環溝131a,132aは、ナット120の貫通孔121と螺旋状転動体通路との間でボール140を循環させる。そのため、各転動体循環溝131a,132aは、ナット120の端部で開口する貫通孔121に一端が連通し、他端が螺旋状転動体通路に連通している。そして、エンドキャップ131,132には、転動体循環溝131a,132aと螺旋状転動体通路との連通部位に該螺旋状転動体通路に遊嵌され薄い先端を有するタング部131b,132bが形成されている。転動体循環溝131a,132aは、このタング部131b,132bによって螺旋状転動体通路内のボール140をすくい上げて該螺旋状転動体通路との間でボール140を受け渡す。
Each of the end caps 131 and 132 has a substantially cylindrical shape having an outer diameter equal to the outer diameter of the axial end portion of the
また、エンドキャップ131,132には、ボールねじ装置101の異常判定用(振動状態判定用)の振動センサ151,152,153,154が複数取り付けられている。
図8〜図10は、エンドキャップ132,132を示す図である。図8は、ねじ軸110の軸端側からみたエンドキャップ131,132の表面側の形状を示す図である。また、図9は、ナット120への取り付け側となるエンドキャップ131,132の裏面側の形状を示す図である。また、図10は、ねじ軸110の軸方向に対して垂直方向からみたエンドキャップ131,132の側面図である。
A plurality of
8 to 10 are views showing the end caps 132 and 132. FIG. 8 is a view showing the shape of the surface side of the end caps 131 and 132 as seen from the shaft end side of the
図7に加えて、この図8〜図10に示すように、本実施形態の例では、エンドキャップ131,132には、表面131c,132cに4個の振動センサ151,152,153,154が取り付けられている。なお、本実施例は2条ねじのため4個の振動センサを取り付けているが、ボールねじの条数(回路数)に応じてセンサの数は変わる。
この振動センサ151,152,153,154は、薄膜状で小型の一般的なひずみゲージを用いて構成されている。すなわち、振動センサ151,152,153,154は、格子上の抵抗線又はフォトエッチング加工した抵抗箔等を備えた本体部(ひずみゲージ部)161、及び本体部161の検出信号を出力するリード線162を有している。例えば、本体部161として、株式会社共和電業が提供する型式KFGシリーズのひずみゲージが挙げられる。
In addition to FIG. 7, as shown in FIGS. 8 to 10, in the example of this embodiment, the end caps 131 and 132 have four
The
図7に示すように、このような構成の各振動センサ151,152,153,154は、エンドキャップ131,132の裏面131d,132d側に形成されている転動体循環溝131a,132aの偏曲部位131a1,132a1に対しその近傍に位置するように該エンドキャップ131,132の表面131c,132c側にそれぞれ取り付けられている。すなわち、各振動センサ151,152,153,154は、転動体循環溝131a,132aの偏曲部位131a1,132a1の裏側に位置するように又は偏曲部位131a1,132a1に隣接するようにエンドキャップ131,132に取り付けられている。
As shown in FIG. 7, the
例えば、図8〜図10に示すように、転動体循環溝131a,132aには、エンドキャップ131,132の内側面131e,132eの接線方向に延びエンドキャップ131,132(又はねじ軸110)の軸方向において偏曲する偏曲部位131a1,132a1が存在する。振動センサ151,154は、図8及び図9に示す例のように、エンドキャップ(又はねじ軸)の軸方向からみてこのような偏曲部位131a1,132a1に沿い、かつ図10に示す例のように、エンドキャップ131,132(又はねじ軸110)の軸方向の距離が偏曲部位131a1,132a1に近くなるように、エンドキャップ131,132の表面131c,132c側に取り付けられている。
For example, as shown in FIGS. 8 to 10, the rolling
また、振動センサ151,154は(振動センサ152,153も同様に)、図10に斜線領域Aで示すようなエンドキャップ131,132の表面131c,132cの接着範囲に、本体部161及びリード線162の被覆部162aの端部が一体とされて接着剤によって接着されている。
そして、振動センサ151,152,153,154は、不図示のボールねじ装置101の異常判定用の演算装置(不図示)に検出信号を出力する。演算装置は、振動センサ151,152,153,154からの検出信号を基にボールねじ装置101の異常判定を行う。
Further, the
The
(動作、作用等)
次に、ボールねじ装置101の動作、作用等を説明する。
ボールねじ装置101は、前述のような構成によって、ねじ軸110の外周に複数のボール140を介してナット120が螺合し、ねじ軸110又はナット120の一方が相対回転することで、ナット120がねじ軸110に対しその軸方向に相対的に直線運動を行う。このとき、複数のボール140は、エンドキャップ131,132の転動体循環溝131a,132aによって、ナット120の貫通孔121と、ねじ軸110とナット120との間に形成されている螺旋状転動体通路とを循環する。
(Operation, action, etc.)
Next, operation | movement, an effect | action, etc. of the
In the
そして、異常判定用の演算装置は、振動センサ151,152,153,154からの検出値を基に、このように動作するボールねじ装置101内の振動等を検出して異常判定を行う。
なお、以上の実施形態の説明において、ねじ軸110のボールねじ装置溝111及びナット120のボールねじ装置溝は、例えば、転動体転動溝を構成する。また、転動体循環溝131a,132aは、例えば、連通路を構成する。
Then, the abnormality determination arithmetic unit detects the vibration in the
In the above description of the embodiment, the ball
(第3の実施形態における効果)
第3の実施形態では、ひずみゲージからなる本体部161が薄膜状で小型であるために配置空間を必要としないので、異常判定を可能としつつボールねじ装置101を小型化できる。
また、ひずみゲージは、振動や衝突力の検出精度が高い転動体循環溝131a,132aの偏曲部位131a1,132a1の隣接箇所に設置されるため、振動センサ151,152,153,154は、ボールねじ装置101で発生する振動や衝突力を高い精度で検出できる。
また、ひずみゲージのリード線162は細く断線しやすいが、第3の実施形態では、本体部161及びリード線162の被覆部162aを一体としてエンドキャップ131,132に接合しているので、本体部161に対してリード線162が断線してしまうのを防止できる。
(Effect in the third embodiment)
In the third embodiment, since the
Further, since the strain gauges are installed in the adjacent portions of the bending portions 131a1 and 132a1 of the rolling
In addition, although the
(第4の実施形態)
次に第4の実施形態を説明する。
(構成)
第4の実施形態も、本発明を適用したボールねじ装置101である。なお、第4の実施形態において第3の実施形態と同様な構成については同一の符号を付して説明する。
図11は、第4の実施形態のボールねじ装置101の構成例を示す正面図である。また、図12〜図14は、エンドキャップ131,132を示す図である。
図11〜図14に示すように、第4の実施形態のボールねじ装置101において、各振動センサ151,152,153,154は、エンドキャップ131,132内の転動体循環溝131a,132aの偏曲部位131a1,132a1近傍(隣接部位)に本体部161が埋設されてエンドキャップ131,132と一体成形されている。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described.
(Constitution)
The fourth embodiment is also a
FIG. 11 is a front view illustrating a configuration example of the
As shown in FIGS. 11 to 14, in the
すなわち例えば、振動センサ151,154の本体部161は、図11及び図13に示す例のように、エンドキャップ131,132(又はねじ軸110)の軸方向からみて転動体循環溝131a,132aの偏曲部位131a1,132a1に沿い、かつ図14に示す例のように、エンドキャップ131,132(又はねじ軸110)の軸方向の距離が偏曲部位131a1,132a1に近くなるように、エンドキャップ131,132内に埋設されている。
That is, for example, the
そして、第4の実施形態では、振動センサ151,154は(振動センサ152,153も同様に)、本体部161がエンドキャップ131,132内に埋設されつつ、図14に斜線領域Bで示すようなエンドキャップ131,132の表面131c,132cの接着範囲にリード線162の被覆部162aの端部が接着剤によって接着されている。
また、第4の実施形態のボールねじ装置101のその他の構成は、第3の実施形態のボールねじ装置101の構成と同様である。
In the fourth embodiment, the
The other configuration of the
(第4の実施形態における効果)
第4の実施形態でも、第3の実施形態の場合と同様に、ひずみゲージからなる本体部161が薄膜状で小型であるために配置空間を必要としないので、異常判定を可能としつつボールねじ装置101を小型化できる。
また、ひずみゲージは、埋設されることで振動や衝突力の検出精度が高い転動体循環溝131a,132aの偏曲部位131a1,132a1の隣接箇所に的確に設置されるようになり、振動センサ151,152,153,154は、ボールねじ装置101で発生する振動や衝突力をより高い精度で検出できる。
(Effect in 4th Embodiment)
In the fourth embodiment, as in the case of the third embodiment, the
Further, since the strain gauge is buried, the strain gauge is accurately installed in the adjacent portion of the bending portions 131a1 and 132a1 of the rolling
また、第4の実施形態でも、振動センサ151,152,153,154の本体部161をエンドキャップ131,132に埋設するとともにリード線162の被覆部162aを該エンドキャップ131,132に接合しているので、本体部161に対してリード線162が断線してしまうのを防止できる。
そして、第4の実施形態では、本体部161をエンドキャップ131,132に埋設してエンドキャップ131,132と一体にすることで、エンドキャップ131,132への振動センサ151,152,153,154の取り付け時間を低減できる。
Also in the fourth embodiment, the
In the fourth embodiment, the
(第5の実施形態)
次に第5の実施形態を説明する。
(構成)
第5の実施形態も、本発明を適用したボールねじ装置101である。なお、第5の実施形態において第3の実施形態と同様な構成については同一の符号を付して説明する。
図15は、第5の実施形態のボールねじ装置101の構成例を示す正面図である。また、図16及び図17は、エンドキャップ131,132を示す図である。
図15〜図17に示すように、第5の実施形態のボールねじ装置101において、ひずみゲージである各振動センサ151,152,153,154は、エンドキャップ131,132のタング部131b,132b内又はタング部131b,132b近傍(隣接部位)に本体部161が埋設されてエンドキャップ131,132と一体成形されている。そして、第5の実施形態では、振動センサ151,152,153,154のリード線162の被覆部162aは、エンドキャップ131,132の表面131c,132cと対向する部位(図16に示す斜線領域C)が該表面131c,132cに対して接着剤によって接着されている。
また、第5の実施形態のボールねじ装置101のその他の構成は、第3の実施形態のボールねじ装置101の構成と同様である。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment will be described.
(Constitution)
The fifth embodiment is also a
FIG. 15 is a front view illustrating a configuration example of the
As shown in FIGS. 15 to 17, in the
The other configuration of the
(第5の実施形態における効果)
第5の実施形態でも、第3及び第4の実施形態の場合と同様に、ひずみゲージからなる本体部161が薄膜状で小型であるために配置空間を必要としないので、異常判定を可能としつつボールねじ装置101を小型化できる。
また、第5の実施形態でも、振動センサ151,152,153,154の本体部161をエンドキャップ131,132に埋設するとともにリード線162の被覆部162aを該エンドキャップ131,132に接合しているので、本体部161に対してリード線162が断線してしまうのを防止できる。
また、ひずみゲージは、加速度センサ等の他のセンサが設置困難な箇所にも容易に設置できるセンサであるため、第5の実施形態では、振動や衝突力の検出精度が高いエンドキャップ131,132のタング部131b,132b内又はタング部131b,132b近傍にひずみゲージからなる本体部161を的確に取り付けることができる。
(Effect in 5th Embodiment)
In the fifth embodiment as well, in the same way as in the third and fourth embodiments, the
Also in the fifth embodiment, the
In addition, since the strain gauge is a sensor that can be easily installed in places where other sensors such as an acceleration sensor are difficult to install, in the fifth embodiment, the end caps 131 and 132 with high detection accuracy of vibration and collision force are used. The
これによって、エンドキャップ131,132において転動体循環溝131a,132aの偏曲部位131a1,132a1よりもタング部131b,132bの方が振動や衝突力の検出精度が高い箇所になるため、第5の実施形態では、振動センサ151,152,153,154は、そのようなタング部131b,132b内又はその近傍に本体部161を配置しているため、ボールねじ装置101で発生する振動や衝突力をより高い精度で検出できる。さらに、第5の実施形態では、タング部131b,132bの状態を高い精度で検出することもできる。
Accordingly, in the end caps 131 and 132, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、実施形態はこれに限定されずに種々の変更、改良を行うことができる。
例えば、本実施形態では、1個だけ又は5個以上の振動センサを備えて振動を検出しても良い。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, embodiment can be variously changed and improved without being limited to this.
For example, in the present embodiment, only one or five or more vibration sensors may be provided to detect vibration.
(第6の実施形態)
次に、本発明に係るボールねじ装置の第6の実施形態について図面を参照して説明する。
図18は、ボールねじ装置の第6の実施形態における構成を示す軸方向に沿う断面図である。また、図19は、ボールねじ装置の第6の実施形態における循環部品の構成を示す斜視図である。また、図20は、ボールねじ装置の第6の実施形態における循環部品の分割体の構成を示す正面図である。また、図21は、ボールねじ装置の第6の実施形態における構成を示す図であり、(a)は図18の21−21線に沿う断面図、(b)は循環部品におけるひずみセンサの設置位置を示す斜視図である。なお、図18においては、ナットの断面を示し、ねじ軸は断面にせず、循環部品を分割ラインに沿った断面で示してある。
(Sixth embodiment)
Next, a ball screw device according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 18 is a cross-sectional view along the axial direction showing the configuration of the ball screw device according to the sixth embodiment. FIG. 19 is a perspective view showing the configuration of the circulating component in the sixth embodiment of the ball screw device. FIG. 20 is a front view showing the configuration of the divided parts of the circulating parts in the sixth embodiment of the ball screw device. FIG. 21 is a diagram showing a configuration of the ball screw device according to the sixth embodiment. FIG. 21A is a cross-sectional view taken along the line 21-21 in FIG. 18, and FIG. It is a perspective view which shows a position. In FIG. 18, a cross section of the nut is shown, the screw shaft is not a cross section, and the circulating component is shown in a cross section along the dividing line.
<ボールねじ装置>
図18に示すように、本実施形態のボールねじ装置201は、外周面に螺旋状のねじ溝211が形成されたねじ軸210と、内周面に螺旋状のねじ溝221が形成されたナット220と、転動体としてのボール230と、合成樹脂製の循環部品240と、循環部品240をナット220に固定する取付部品250とを有する。ボール230は、ねじ軸210のねじ溝211とナット220のねじ溝221とで形成される軌道の間と、循環部品240により形成されたボール戻し経路241内に転動可能に配置されている。
ナット220の外周面には、循環部品240を取り付ける平坦面222が形成されている。この平坦面222には、二個一組の貫通孔(循環孔)223,223が形成されている。
<Ball screw device>
As shown in FIG. 18, the
A flat surface 222 for attaching the
[循環部品]
循環部品240は、本体部241と一対の脚部242とを有してU字形状をなす。本体部241の下面(脚部242,242に挟まれた面)241bは、ナット220の平坦面222に接触する面である。また、図19に示すように、循環部品240は、ボール230の移動方向を示すラインLに沿って分割された二個の分割体240A,240Aで構成されている。
[Circulating parts]
The
図20に示すように、循環部品240の分割体240A,240Aは、本体部241Aと一対の脚部242Aとからなり、ボール戻し経路245に対応する溝245aが形成されている。一方の脚部242Aの先端に、ボール掬いあげ用のタング部242aが形成されている。分割体240A,240AのラインLに沿った外側端面241cの二つの屈曲部246a(肩部246となる部分)に、結合用の突起247とこれが嵌まる凹部248が形成されている。図20に示す同じ分割体240A,240Aを結合することで循環部品240が組み立てられ、その内部に二つの溝245aによるボール戻し経路245が形成される。
As shown in FIG. 20, the divided
このように構成されたボールねじ装置201においては、ねじ溝211,221によって形成される負荷転動路を転動するボール230は、循環部品240を通って循環されるようになっている。すなわち、ボール230は負荷転動路を移動しつつ、ねじ軸210の回りを複数回回って負荷転動路の終点(循環部品240と負荷転動路との交点)に至り、循環部品240の一方の端部(開口部)から循環部品240内に掬い上げられる。
In the
このとき、循環部品240の端部に設けられたタング部242aにボール230が衝突することにより、ボール230が負荷転動路から掬い上げられ、タング部242aに沿って循環部品240内に案内される。掬い上げられたボール230は、循環部品240の中を通って循環部品240の他方の端部(開口部)に至り、該端部に設けられたタング部242aに案内されて循環部品240から負荷転動路の始点に戻される。
At this time, when the
このように、負荷転動路内を転動するボール230が、負荷転動路の始点と終点とを連通させる循環部品240により無限に循環されるようになっているので、ねじ軸210とナット220とを相対回転させると、ボール230の転動を介してねじ軸210とナット220とは継続的に軸方向へ相対直線移動する。なお、隣接する各ボール230,230の間には、負荷を受けるボールよりも小さい樹脂または金属製のスペーサボールや保持ピース270(図21(a)参照)を介装してもよい。また、ねじ溝211,221の断面形状は、円弧状でもよいしゴシックアーク状でもよい。
In this way, the
ここで、本実施形態の循環部品240は、接線掬い上げ方式の循環部品である。すなわち、負荷転動路から接線方向に循環部品240にボール230を掬い上げると共に、負荷転動路の接線方向に沿うようにして循環部品240から負荷転動路へボール230が戻されるように循環部品240が貫通孔(循環孔)223,223に連結されている。
このように、循環部品240を合成樹脂材で形成したことで、循環部品240として金属製のものを使用したボールねじ装置と比較して、騒音や振動等の発生を抑制することができる。また、貫通孔223,223をねじ溝211,221に沿って長円形状に形成することで、ボール230の直径を大きくしても貫通孔223,223がねじ溝221と干渉する可能性を低減できるので、ねじ溝211(221)の溝ピッチが小さい場合やねじ溝211(221)が多条ねじ溝である場合でも上述した接線掬い上げ方式を適用することができる。
Here, the
As described above, since the
[ひずみゲージ]
本実施形態のボールねじ装置201には、図21(a),(b)に示すように、センサとしてのひずみゲージ260がタング部242aに設置されている。
ひずみゲージ260は、ボールねじ装置201の動作中の振動や衝突力を検出する検出部261と、検出部261に接続され、検出されたボールねじ装置201の動作中の振動や衝突力を信号として伝達するリード線262とを有する。なお、ひずみゲージ260は、検出部261が、循環部品240のタング部242aに接着剤などで接合されることによってタング部242aに固定される。
[Strain gauge]
In the
The
このように、ひずみゲージ260をタング部242aに設置するのは、タング部242aにはボールが頻繁に衝突するため、ボールねじ装置201の振動をモニタリングするのに適しているからである。すなわち、タング部242aにかかるボール230の衝突力や繰り返し荷重によるタング部242aの疲労具合をモニタリングするための情報を得るのに、この設置箇所は好適である。
The reason why the
また、ひずみゲージ260をタング部242aに設置することによって、過大荷重(ボール230の衝突力によるもの)や、疲労破壊によるタング部242aの折損を予め検知し、予防に利用できる。タング部242aは、ボール230を循環部品240内に導くための重要な部位であるため、この部位に負荷される衝突力を検出することは、当該ボールねじ装置201の状態を把握するために極めて重要である。特に、タング部242aが折損すると、ボール230が循環できなくなり、ボールねじ装置201がロックする(回転不可能状態となる)場合もあるので、タング部242aの状態の検知は極めて重要である。
Further, by installing the
一方、ナット220の貫通孔223には、ひずみゲージ260の検出部261に接続されたリード線262を外部に導くために、リード線262を嵌入させる溝部(図示せず)が設けられてもよい。この溝部への設置にあわせて、リード線262は、上記溝部から外部に露出している部分では、被覆部によって被覆されていることが好ましい。一方、リード線262が上記溝部に嵌入されている部分(被覆部によって被覆された箇所(ナット220の表面)から検出部261に接続された箇所までの部分)は、電気絶縁被膜が設けられていることが好ましい。
On the other hand, the through
このように、検出部261から上記被覆部までの区間のリード線262に電気絶縁被膜を施すことにより、循環部品240が金属製の場合でも、ひずみゲージ260(検出部261)の電気回路を短絡させることがなく、リード線262を循環部品240に接合することができる。また、断面積が大きい上記被覆部を上記区間に配線するのに比べて、上記溝部を浅くすることができるため、ナット220における上記溝部の加工時間を短縮できる。
In this way, by applying an electrical insulating coating to the
なお、被覆線263の一部も循環部品240に接合されていることが好ましい。このようにすることにより、リード線262が引っ張られた場合にも、リード線262自体に直接力が加わらないため、リード線262の断線を防ぐことができる。
なお、ひずみゲージ260としては、本実施形態に用いられるボールねじ装置201の動作を妨げることなく、使用環境に耐え、当該ボールねじ装置201の動作中の振動や衝突力などの必要な情報を検知できれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択される。このようなひずみゲージ260としては、最大伸び5%程度までの測定(検出)ができる一般応力測定用のひずみゲージが挙げられ、例えば、共和電業社製のKFG型ひずみゲージが挙げられる。
A part of the covered wire 263 is also preferably joined to the
The
ひずみゲージ260の検出部261は、一般的に薄膜状で小型なものが多いため、センサを設けるための空間をほとんど必要とせず、取付位置に厳しい制約がなくなるので、結果として、ボールねじ装置のコンパクト化を図ることができる。
また、本実施形態のひずみゲージ260を用いることにより、振動センサでは設置が困難な部位に、センサとしてのひずみゲージ260を容易に設置できるため、振動や衝突力を効果的に検出することができ、タング部242aの折損を未然に防止することが可能となる。
Since the
In addition, by using the
(第7の実施形態)
次に、本発明に係るボールねじ装置の第7の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態は、ひずみゲージの設置位置が前述の第6の実施形態と異なるだけであるので、上述の実施形態と同じ符号を付した同様の構成については説明を省略する。図22は、本発明に係るボールねじ装置の第7の実施形態における構成を示す図であり、(a)は軸方向に直交する面に沿う断面図、(b)は循環部品におけるひずみセンサの設置位置を示す斜視図である。
図22(a),(b)に示すように、本実施形態のボールねじ装置201は、センサとしてのひずみゲージ260が循環部品240の掬い上げ部243に設置されている。
(Seventh embodiment)
Next, a seventh embodiment of the ball screw device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, since this embodiment differs only in the installation position of a strain gauge from the above-mentioned 6th Embodiment, description is abbreviate | omitted about the same structure which attached | subjected the same code | symbol as the above-mentioned embodiment. 22A and 22B are diagrams showing a configuration of a ball screw device according to a seventh embodiment of the present invention. FIG. 22A is a cross-sectional view taken along a plane orthogonal to the axial direction, and FIG. 22B is a strain sensor of a circulating component. It is a perspective view which shows an installation position.
As shown in FIGS. 22A and 22B, in the
ここで、掬い上げ部243は、循環部品240にボール230が挿通される際の入口である。ひずみゲージ260は、循環部品240の掬い上げ部243に接着剤などで接合される。ひずみゲージの接合箇所は、タング部242aと反対側の掬い上げ部243の外側が好ましい。
したがって、ボール230による過大な衝突力や詰まり、過大な循環部品240に対する押し上げ力による循環部品240の浮き上がりや、循環部品240及び循環部品240をナット220に固定する取付部品250(図18参照)の破損を予め検知できる。
また、本実施形態では、被覆部の一部も循環部品240に接合される。これにより、リード線262が引っ張られた場合にも、リード線262自体に直接力が加わらないため、リード線262の断線を防ぐことができる。
Here, the scooping
Therefore, excessive collision force and clogging by the
In the present embodiment, a part of the covering portion is also joined to the
(第8の実施形態)
次に、本発明に係るボールねじ装置の第8の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態は、ひずみゲージの設置位置が前述の第6の実施形態と異なるだけであるので、上述の実施形態と同じ符号を付した同様の構成については説明を省略する。図23は、本発明に係るボールねじ装置の第8の実施形態における構成を示す図であり、(a)は軸方向に直交する面に沿う断面図、(b)は循環部品の分割体の平面図、(c)は循環部品におけるひずみセンサの設置位置を示す斜視図である。
(Eighth embodiment)
Next, an eighth embodiment of the ball screw device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, since this embodiment differs only in the installation position of a strain gauge from the above-mentioned 6th Embodiment, description is abbreviate | omitted about the same structure which attached | subjected the same code | symbol as the above-mentioned embodiment. FIGS. 23A and 23B are views showing the configuration of the ball screw device according to the eighth embodiment of the present invention, in which FIG. 23A is a cross-sectional view taken along a plane orthogonal to the axial direction, and FIG. A top view and (c) are perspective views showing an installation position of a strain sensor in a circulating component.
図23(a)〜(c)に示すように、本実施形態のボールねじ装置201は、センサとしてのひずみゲージ260が循環部品240の屈曲部244に設置されている。ひずみゲージ260は、循環部品240の屈曲部244に接着剤などで接合される。ここで、屈曲部244は、循環部品240内でボール230の運動方向が変化する箇所に対応する外周面、すなわち、U字形状をなす循環部品240内のボール230の軌跡における変曲点部分及びその近傍に対応する循環部品240の外周面を指す。
As shown in FIGS. 23A to 23C, in the
循環部品240の屈曲部244は、ボールが衝突し、ボールの運動方向が変わる箇所であるため、この屈曲部244に、ひずみゲージ260を設置することによって、ボールねじ装置201の振動を好適にモニタリングすることができる。特に、屈曲部244にかかるボール230の衝突力や、ボール230が循環することで循環部品240が押し上げられる力をモニタリングするための情報を得るのに、この設置箇所は好適である。
したがって、ボール230による過大な衝突力や詰まり、過大な循環部品240に対する押し上げ力による循環部品240の浮き上がりや、循環部品240及び循環部品240をナット220に固定する取付部品250(図18参照)の破損を予め検知できる。
Since the
Therefore, excessive collision force and clogging by the
また、本実施形態では、上述の第6の実施形態のように、ナット220にリード線を配線するための溝部などを形成する必要がなく、製造効率も高い。
さらに、本実施形態では、リード線の被覆部の一部も循環部品240に接合される。これにより、リード線262が引っ張られた場合にも、リード線262自体に直接力が加わらないため、リード線262の断線を防ぐことができる。
Further, in this embodiment, unlike the above-described sixth embodiment, it is not necessary to form a groove or the like for wiring a lead wire in the
Furthermore, in this embodiment, a part of the covering portion of the lead wire is also joined to the
(第9の実施形態)
次に、本発明に係るボールねじ装置の第9の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態は、ひずみゲージの設置位置として前述の第6〜第8の実施形態における設置位置を採用したものであるので、上述の実施形態と同じ符号を付した同様の構成については説明を省略する。図24は、本発明に係るボールねじ装置の第9の実施形態における構成を示す図であり、(a)は軸方向に直交する面に沿う断面図、(b)は循環部品におけるひずみセンサの設置位置を示す斜視図である。
図24(a),(b)に示すように、本実施形態のボールねじ装置201は、センサとしてのひずみゲージ260が、循環部品240のタング部242aと掬い上げ部243と屈曲部244とに設置されている。ひずみゲージ260は、循環部品240のタング部242a、掬い上げ部243、及び屈曲部244に接着剤などで接合される。
(Ninth embodiment)
Next, a ninth embodiment of the ball screw device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, since this embodiment employ | adopts the installation position in the above-mentioned 6th-8th embodiment as an installation position of a strain gauge, it demonstrates about the same structure which attached | subjected the same code | symbol as the above-mentioned embodiment. Is omitted. 24A and 24B are diagrams showing the configuration of the ball screw device according to the ninth embodiment of the present invention, in which FIG. 24A is a cross-sectional view taken along a plane orthogonal to the axial direction, and FIG. It is a perspective view which shows an installation position.
As shown in FIGS. 24A and 24B, in the
また、本実施形態では、循環部品240は樹脂製であるため、ひずみゲージ260を循環部品240に埋設している。
このように、循環部品240のタング部242aと掬い上げ部243と屈曲部244とにひずみゲージ260を設置したことによって、ボール230による過大な衝突力や、過大な循環部品240に対する押し上げ力による、循環部品240をナット220に固定する押さえ部品(図示せず)や循環部品240の破損を予め検知できる。
In this embodiment, since the
Thus, by installing the
また、ひずみゲージ260と循環部品240とを一体成形することによって、ひずみゲージ260の接合のための時間を削減でき、さらに、ボール230の衝突力や、振動をより高感度に検知することができる。
なお、本発明に係るボールねじ装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
In addition, by integrally forming the
The ball screw device according to the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
〔第10の実施形態〕
次に、本発明に係るボールねじ装置の第10の実施形態について図面を参照して説明する。
図25は、ボールねじ装置の第10の実施形態を説明する断面図(軸方向に沿う平面で切断した断面図)である。また、図26は、図25のボールねじ装置の正面図であり、右側半分はシールの図示を省略してある。さらに、図27は、図25のボールねじ装置が備えるエンドデフレクタ及びひずみゲージを示す図であり、エンドデフレクタとひずみゲージとの取り付け状態を説明する図である。図27の(a)はエンドデフレクタの側面図であり、(b)は平面図であり、(c)は(a)とは反対側の側面図である。
[Tenth embodiment]
Next, a tenth embodiment of the ball screw device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 25 is a cross-sectional view (cross-sectional view cut along a plane along the axial direction) illustrating a tenth embodiment of the ball screw device. FIG. 26 is a front view of the ball screw device shown in FIG. 25, and the right half of the seal is not shown. Further, FIG. 27 is a view showing an end deflector and a strain gauge provided in the ball screw device of FIG. 25, and is a view for explaining an attachment state of the end deflector and the strain gauge. FIG. 27A is a side view of the end deflector, FIG. 27B is a plan view, and FIG. 27C is a side view of the side opposite to (a).
図25,26に示すように、ボールねじ装置301は、螺旋状のねじ溝303aを外周面に有するねじ軸303と、ねじ軸303のねじ溝303aに対向する螺旋状のねじ溝305aを内周面に有するナット305と、両ねじ溝303a,305aにより形成される螺旋状の負荷転動路307内に転動自在に装填された複数のボール309と、ナット305の内部に形成された貫通孔からなり且つボール309を負荷転動路307の終点から始点へ戻し循環させるボール循環路311と、ボール309を負荷転動路307の終点から掬い上げてボール循環路311の端部に案内する一対のエンドデフレクタ312と、エンドデフレクタ312に取り付けられたひずみゲージ320と、ナット305の軸方向両端部の内周面に装着されねじ軸303の外周面とナット305の内周面との間に形成される隙間の開口を密封する略環状のシール313,313と、を備えている。
As shown in FIGS. 25 and 26, the
すなわち、ボール309は、負荷転動路307内を移動しつつねじ軸303の回りを回って負荷転動路307の終点に至り、そこでエンドデフレクタ312によって負荷転動路307から掬い上げられてボール循環路311の一方の端部(図25においては左側の端部)に入る。ボール循環路311に入ったボール309はボール循環路311内を通ってボール循環路311の他方の端部(図25においては右側の端部)に達し、そこから図示されないエンドデフレクタによって負荷転動路307の始点に戻されるようになっている。
That is, the
なお、ねじ軸303,ナット305,及びボール309の素材は特に限定されるものではなく、一般的な材料を使用可能であり、例えば鋼等の金属やセラミックがあげられる。また、エンドデフレクタ312の素材も特に限定されるものではなく、樹脂や金属が用いられるが、樹脂がより好ましい。さらに、ねじ溝303a,305aの断面形状(ねじ溝303a,305aの長手方向に直交する平面で切断した場合の断面の形状)は、円弧状(単一円弧状)でもよいしゴシックアーク状でもよい。さらに、シール313は備えていなくてもよい。
In addition, the raw material of the
このようなボールねじ装置301は、ボール309を介してねじ軸303に螺合されているナット305とねじ軸303とを相対回転運動させると、ボール309の転動を介してねじ軸303とナット305とが軸方向に相対移動するようになっている。そして、負荷転動路307とボール循環路311により無端状のボール通路が形成されており、ボール309がボール通路内を無限に循環するようになっているため、ねじ軸303とナット305とは継続的に相対移動することができる。
In such a
ここで、本実施形態のボールねじ装置301におけるボール309の循環方式について、図25〜27を参照しながらさらに詳細に説明する。本実施形態においては、ボール309の循環方式として、ナット305に設けた貫通孔をボール循環路311とするデフレクタ方式を採用している。すなわち、ボール309を負荷転動路307の終点から掬い上げてボール循環路311の一端部(図25においては左側の端部)に案内するエンドデフレクタ312と、ボール309をボール循環路311の他端部(図25においては右側の端部)から負荷転動路307の始点に案内するエンドデフレクタ(図25には図示されない)とが、ナット305の軸方向両端部にそれぞれ設けられている。
Here, the circulation system of the
ナット305には、略軸方向に延びる貫通孔からなるボール循環路311が形成されており、このボール循環路311の両端は、負荷転動路307の始点及び終点の近傍にそれぞれ配されている。負荷転動路307の終点においては、負荷転動路307からボール循環路311へボール309が移動し、負荷転動路307の始点においては、ボール循環路311から負荷転動路307へボール309が移動するが、このボール309の移動を円滑に行うために、負荷転動路307の終点及び始点には、ボール309の移動を案内するエンドデフレクタ312がそれぞれ配されている。
The
2つのエンドデフレクタ312,312のうち、図25における左側の軸方向端部に配されているエンドデフレクタ312は、ボール309を負荷転動路307の終点から掬い上げてボール循環路311の一端部に案内するが、ナット305の軸方向一端部(図25においては左側の端部)の端面に設けられた凹部314に嵌め込まれている(図25,26を参照)。一方、図25における右側の軸方向端部に配されているエンドデフレクタは、ボール309をボール循環路311の他端部から負荷転動路307の始点に案内するが、ナット305の軸方向他端部(図25においては右側の端部)の端面に設けられた凹部に嵌め込まれている。
Of the two
両エンドデフレクタ312,312は、ナット305の凹部314に嵌合する嵌合部317と、この嵌合部317から突出するタング部318とを備えており、両エンドデフレクタ312,312がナット305の凹部314に嵌め込まれた際には、タング部318は負荷転動路307内に突出するように配される(図26を参照)。よって、負荷転動路307の終点に転動してきたボール309は、図25における左側のエンドデフレクタ312のタング部318に衝突することよって進行方向が変更され、負荷転動路307から掬い上げられる。
Both
そして、このタング部318で掬い上げられたボール309は、エンドデフレクタ312に形成された溝又は孔からなる湾曲した案内路319に沿ってボール循環路311の端部に案内される。ボール循環路311の端部に案内されたボール309は、ボール循環路311の中を通ってボール循環路311の他端部に至り、図25における右側のエンドデフレクタの案内路及びタング部(図示せず)によって案内されて負荷転動路307の始点に戻される。
Then, the
なお、ボールねじ装置301を上記とは逆回転させた場合には、両エンドデフレクタ312,312の機能も逆になる。すなわち、逆回転させた場合には、図25における左側のエンドデフレクタ312が、ボール309をボール循環路311の端部から負荷転動路307の始点に案内する機能を有し、図25における右側のエンドデフレクタが、ボール309を負荷転動路307の終点から掬い上げてボール循環路311の端部に案内する機能を有することとなる。
When the
このような本実施形態のボールねじ装置301には、前述したように、ひずみを検出するひずみゲージ320が備えられている。すなわち、エンドデフレクタ312の表面にひずみゲージ320が接合されている。ボールねじ装置301を駆動すると、上記ボール通路内をボール309が循環し、ボール309がエンドデフレクタ312のタング部318に衝突するが、この衝突によりエンドデフレクタ312にひずみが発生する。よって、衝突に起因する振動や衝撃力をひずみゲージ320により検出しモニタリングして、ボールねじ装置301の状態を監視することができる。
As described above, the
ひずみゲージ320を接合する箇所は特に限定されるものではないが、ボール309の衝突に起因する振動や衝撃力を検出しやすい箇所に接合することが好ましい。本実施形態のボールねじ装置301においては、ナット305の凹部314に嵌め込んだ際に軸方向端部側に露出するエンドデフレクタ312の側面のうち、案内路319の湾曲部分の近傍に位置する部分にひずみゲージ320を接合してある(図25〜27を参照)。案内路319の湾曲部分は、ボール309の進行方向が変化する部分であるため、該湾曲部分に作用する振動や負荷を検出することにより、案内路319内でのボール309の詰まりやエンドデフレクタ312の凹部314からの浮き上がり等のボールねじ装置301の異常を検知することが可能となっている。
The location where the
また、ひずみゲージは一般的に薄膜状で小型であるため、加速度計等の振動センサとは異なり、接合されたひずみゲージ320により占有される空間はほとんどない。よって、ボールねじ装置301は、ひずみゲージ320を備えていてもコンパクトである。また、ひずみゲージは、振動センサの場合は設置が困難な箇所にも容易に設置可能であるため、振動や衝撃力を効果的に検出できるという利点も有する。
Further, since the strain gauge is generally thin and small, unlike a vibration sensor such as an accelerometer, there is almost no space occupied by the joined
なお、ひずみゲージ320は、ひずみを検出する本体部分321と、引出線であるリード線322とを備えている。リード線322の構造は特に限定されるものではないが、例えば、金属線322aが被覆材で被覆された構造を有するリード線322が好ましい。そして、エンドデフレクタ312の表面に本体部分321が接合され、図示しないパーソナルコンピュータ等からなる制御部にリード線322が接続される。本体部分321によって振動や負荷が検出されると、本体部分321から制御部にリード線322を介して出力が送られ、ボールねじ装置301の状態が制御部により監視される。
The
ひずみゲージ320をエンドデフレクタ312の表面に接合する際には、本体部分321のみをエンドデフレクタ312の表面に接合し、リード線322は接合しなくてもよいが、本体部分321と、リード線322のうち金属線322aが被覆材で被覆されている被覆部分322bとの両方を、エンドデフレクタ312の表面に接合することが好ましい。そうすれば、リード線322の径が細い場合でも、断線を防ぐことができる。
When joining the
また、ひずみゲージ320をエンドデフレクタ312の表面に接合する方法は特に限定されるものではないが、接着剤による接着が好ましい。図27の(b)には、ひずみゲージ320の本体部分321と被覆部分322bの一部とを、接着剤324により接着した状態が図示してある。ただし、本体部分321と被覆部分322bとのうち一方のみを接着剤により接着し、他方は別の方法で接合しても差し支えない。
このような本実施形態のボールねじ装置301の用途は特に限定されるものではないが、工作機械、射出成形機、半導体製造装置、自動車部品、位置決め装置等の部品として好適に使用可能である。
The method for joining the
The application of the
〔第11の実施形態〕
次に、本発明に係るボールねじ装置の第11の実施形態について図面を参照して説明する。
図28は、ボールねじ装置の第11の実施形態を説明する断面図(軸方向に沿う平面で切断した断面図)である。また、図29は、図28のボールねじ装置の正面図であり、右側半分はシールの図示を省略してある。さらに、図30は、図28のボールねじ装置が備えるエンドデフレクタ及びひずみゲージを示す図であり、エンドデフレクタとひずみゲージとの取り付け状態を説明する図である。図30の(a)はエンドデフレクタの側面図であり、(b)は平面図であり、(c)は(a)とは反対側の側面図である。
[Eleventh embodiment]
Next, an eleventh embodiment of the ball screw device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 28 is a cross-sectional view (cross-sectional view cut along a plane along the axial direction) for explaining an eleventh embodiment of the ball screw device. FIG. 29 is a front view of the ball screw device of FIG. 28, and illustration of the seal is omitted in the right half. Further, FIG. 30 is a view showing an end deflector and a strain gauge provided in the ball screw device of FIG. 28, and is a view for explaining an attachment state of the end deflector and the strain gauge. 30A is a side view of the end deflector, FIG. 30B is a plan view, and FIG. 30C is a side view of the side opposite to (a).
第11の実施形態のボールねじ装置301の構成、動作、及び作用効果等は、第10の実施形態とほぼ同様であるので、異なる部分のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。なお、以下の説明においては、第10の実施形態のボールねじ装置301と同一又は相当する部分には、第10の実施形態と同一の符号を用いて説明する。
第10の実施形態においては、ナット305の凹部314に嵌め込んだ際に軸方向端部側に露出するエンドデフレクタ312の側面のうち、案内路319の湾曲部分の近傍に位置する部分にひずみゲージ320を接合したが、第11の実施形態においては、エンドデフレクタ312のタング部318の表面にひずみゲージ320を接合してある(図29,30を参照)。
Since the configuration, operation, effects, and the like of the
In the tenth embodiment, a strain gauge is formed on a portion of the side surface of the
タング部318は、ボール309を負荷転動路307から掬い上げ案内路319に導く部位であるため、タング部318が折損するとボールねじ装置301が機能しなくなってしまう。よって、タング部318へのボール309の衝突状況を把握することは極めて重要である。タング部318の表面にひずみゲージ320を接合すれば、タング部318へのボール309の衝突状況を高精度で把握することができるので、タング部318の折損を未然に防止することができる。
なお、エンドデフレクタ312の表面のうちタング部318の近傍部分、例えば、嵌合部317の表面のうちタング部318の根元部分に隣接する部分にひずみゲージ320を接合しても差し支えない。
Since the
Note that the
〔第12の実施形態〕
次に、本発明に係るボールねじ装置の第12の実施形態について図面を参照して説明する。
図31は、ボールねじ装置の第12の実施形態を説明する断面図(軸方向に沿う平面で切断した断面図)である。また、図32は、図31のボールねじ装置の正面図であり、右側半分はシールの図示を省略してある。さらに、図33及び図34は、図31のボールねじ装置が備えるエンドデフレクタ及びひずみゲージを示す図であり、エンドデフレクタとひずみゲージとの取り付け状態を説明する図である。図33及び図34の(a)はエンドデフレクタの側面図であり、(b)は平面図であり、(c)は(a)とは反対側の側面図である。
[Twelfth embodiment]
Next, a twelfth embodiment of the ball screw device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 31 is a sectional view for explaining a twelfth embodiment of the ball screw device (a sectional view cut along a plane along the axial direction). FIG. 32 is a front view of the ball screw device of FIG. 31, and the right half is not shown in the seal. Further, FIGS. 33 and 34 are views showing an end deflector and a strain gauge provided in the ball screw device of FIG. 31, and are diagrams for explaining an attachment state of the end deflector and the strain gauge. (A) of FIG.33 and FIG.34 is a side view of an end deflector, (b) is a top view, (c) is a side view on the opposite side to (a).
第12の実施形態のボールねじ装置301の構成、動作、及び作用効果等は、第10の実施形態とほぼ同様であるので、異なる部分のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。なお、以下の説明においては、第10の実施形態のボールねじ装置301と同一又は相当する部分には、第10の実施形態と同一の符号を用いて説明する。
第10の実施形態においては、エンドデフレクタ312の表面にひずみゲージ320を接合したが、第12の実施形態においては、エンドデフレクタ312の内部にひずみゲージ320を埋め込むことにより接合を行った。エンドデフレクタ312の内部にひずみゲージ320を埋め込めば、表面に接合した場合よりも、ボール309の衝突に起因する振動や衝撃力を高感度で検出することができる。
Since the configuration, operation, effects, and the like of the
In the tenth embodiment, the
ひずみゲージ320を埋め込む箇所は特に限定されるものではないが、ボール309の衝突に起因する振動や衝撃力を検出しやすい箇所に埋め込むことが好ましい。例えば、図33に示すように、ナット305の凹部314に嵌め込んだ際に軸方向端部側に露出するエンドデフレクタ312の側面の直下のうち、案内路319の湾曲部分の近傍に位置する部分にひずみゲージ320(本体部分321)を埋め込んでもよい。また、図34に示すように、タング部318の表面の直下にひずみゲージ320(本体部分321)を埋め込んでもよい。あるいは、図示はしないが、エンドデフレクタ312の表面のうちタング部318の近傍部分の直下、例えば、嵌合部317の表面のうちタング部318の根元部分に隣接する部分の直下に、ひずみゲージ320(本体部分321)を埋め込んでも差し支えない。
The location where the
ひずみゲージ320をエンドデフレクタ312に埋め込んだ際には、本体部分321は全てエンドデフレクタ312に埋め込まれ、リード線322のうち本体部分321に近い部分を除く大部分は埋め込まれないが、リード線322のうち金属線322aが被覆材で被覆されている被覆部分322bの一部を、エンドデフレクタ312の表面に接着剤324等により接合することが好ましい(図33,34を参照)。
When the
また、ひずみゲージ320をエンドデフレクタ312に埋め込む方法は特に限定されるものではなく、エンドデフレクタ312の表面に凹部(図示せず)を設けて、この凹部にひずみゲージ320の本体部分321を嵌め込んでもよいが、エンドデフレクタ312が樹脂製である場合には、ひずみゲージ320をインサートとした樹脂のインサート成形によって、エンドデフレクタ312とひずみゲージ320とを一体成形することにより、ひずみゲージ320が埋め込まれたエンドデフレクタ312を製造してもよい。このような一体成形でエンドデフレクタ312を製造することによって、ひずみゲージ320をエンドデフレクタ312に接合する手間や時間を削減することができる。
The method for embedding the
(第13の実施形態)
次に、本発明に係るボールねじ装置の第13の実施形態について図面を参照して説明する。
図35は、ボールねじ装置の第13の実施形態における構成を示す図であり、(a)は斜視図、(b)はナットの軸方向に沿う部分断面図である。また、図36は、ボールねじ装置の第13の実施形態における循環こまの構成を示す図であり、(a)は斜視図、(b)は平面図、(c)は側面図、(d)は背面図である。また、図37は、ボールねじ装置の第13の実施形態における軸方向に直交する方向に沿う部分断面図である。また、図38は、ボールねじ装置の第13の実施形態における循環こまの構成を示す図であり、(a)は背面図、(b)は側面図である。
(13th Embodiment)
Next, a thirteenth embodiment of the ball screw device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIGS. 35A and 35B are views showing the configuration of the ball screw device according to the thirteenth embodiment, wherein FIG. 35A is a perspective view and FIG. 35B is a partial cross-sectional view along the axial direction of the nut. FIG. 36 is a view showing a configuration of a circulating top in a thirteenth embodiment of the ball screw device, where (a) is a perspective view, (b) is a plan view, (c) is a side view, and (d). FIG. FIG. 37 is a partial cross-sectional view taken along a direction orthogonal to the axial direction in the thirteenth embodiment of the ball screw device. FIGS. 38A and 38B are views showing the configuration of the circulating top in the thirteenth embodiment of the ball screw device, wherein FIG. 38A is a rear view and FIG. 38B is a side view.
<ボールねじ装置>
図35(a),(b)に示すように、本実施形態のボールねじ装置401は、ねじ軸410と、ナット420と、ボール430と、循環部品としての循環こま440とを有する。
ねじ軸410は、その外周面に、所定のリードを有する螺旋状のねじ溝411が形成されている。ナット420は、略円筒状をなし、その内径はねじ軸410の外径よりも大きく形成されており、ねじ軸410に所定の隙間をもって外嵌している。このナット420は、その一端部に案内対象と結合するためのフランジ422を有する。ナット420の内周面には、ねじ軸410のリードと等しいリードを有する螺旋状のねじ溝421が形成されている。そして、ねじ軸410のねじ溝411と、このねじ溝411に対向するナット420のねじ溝421とによって、断面略円状の負荷転動路が形成されている。そして、この負荷転動路内に複数のボール430が充填配置されている。
<Ball screw device>
As shown in FIGS. 35A and 35B, the
The
さらに、ナット420には、循環こま440を取り付けるための循環こま挿入穴423が形成されている。この循環こま挿入穴423は、ナット420の外周から内周に向かって貫通した長孔からなっている。この長孔は、例えばエンドミルで加工され、エンドミルをナット420の中心線に直交する線に対して所定の角度だけ傾けて形成される。この所定の角度は、ねじ溝421を転がるボール430が循環こま440に形成されたボール戻し溝441によって、急激に方向転換をしない角度に設定されている。なお、循環こま挿入穴423は、ナット420の周方向に均等間隔を空けて、循環こま440の個数に合わせて複数個(例えば3個等)加工される。
Further, the
ナット420の各循環こま挿入穴423に装着される循環こま440には、上記負荷転動路の一端と一巻き手前の負荷転動路の他端とを連結するボール戻し溝441が形成されている。そして、このボール戻し溝441により、循環こま440に向かって負荷転動路を転がってくるボール430をねじ軸410の径方向に掬い上げ、さらに、そのねじ山を乗り越えさせ、一巻き手前(一リード手前)の負荷転動路に戻すことでボール430を循環可能になっている。そして、このボール戻し溝441及び負荷転動路によって形成される通路によってねじ軸410の外側に略円環状の無限循環路が形成される。これにより、ナット420に対するねじ軸410の相対的な回転に伴って、ボール430がねじ溝411とねじ溝421との間を転がり運動することによって、ナット420がねじ軸410に対してねじ軸410の軸方向に直線運動することを可能にしている。
A ball return groove 441 that connects one end of the load rolling path to the other end of the load rolling path immediately before the winding is formed in the circulating top 440 mounted in each circulation
[循環こま]
ここで、上述の循環こま440について図36(a)〜(d)を参照してより詳しく説明する。
循環こま440は、例えば焼結合金から成形されており、その外形形状が、ナット420に設けられた循環こま挿入穴423に整合して形成されている。そして、循環こま440の外形は、循環こま挿入穴423の開口領域との間にわずかな隙間が生じる程度に、循環こま挿入穴423の内形よりも若干小さく形成されている。ここで、この循環こま440には、循環こま440がナット420に装着されたときに、循環こま挿入穴423に係合し、ナット420の外周側となる面の周縁部分に段部442が形成されている。この段部442と循環こま挿入穴423との間の隙間の部分には、循環こま440の段部441を含む全周囲に沿ってシーリング剤が充填されている。このシーリング剤によって、循環こま440をナット420に固定するとともに、循環こま挿入穴423と循環こま440との隙間からの油脂(グリース、潤滑油等)の漏れを防止する。
[Circulation top]
Here, the above-mentioned circulating top 440 will be described in more detail with reference to FIGS. 36 (a) to (d).
The
さらに、この循環こま440の背面440c側には、その長手方向に略S字形状をなして延びるボール戻し溝441がナット420の内周側に向けて開口して形成されている。この略S字形状は、ボール430を戻すための機能から決定される形状である。つまり、ボール戻し溝441は、負荷転動路を転動するボール430を、1巻き分手前の負荷転動路に戻すようにボール430の進路を変え、且つ、負荷転動路に整合することが必要である。そのため、その平面形状をカム曲線としたときに、その揚程に対して加速度の急激な変動を抑えるように、例えば、変形正弦曲線に相当するカム曲線を組み合わせた結果として、略S字形状に形成されている。また、このボール戻し溝441は、循環こま440の長手方向両端のボール掬い上げ部443から循環こま440の長手方向の中央部に向かって、循環こま440の短手方向の断面が、ボール430の外径と整合した内径を備えた連続したU字形状をなし、これが前述の略S字形状と一体をなして溝形状を形成している。
Furthermore, a ball return groove 441 extending in a substantially S shape in the longitudinal direction is formed on the
なお、循環こま440は、ボールねじ装置410に充填配置されるボール列の一巻きに対して一つ設けられる。すなわち、ボール430の巻き数はボールねじ装置410に加わる荷重等から決定されるので、循環こま440の個数はボールねじ装置410に加わる荷重等に応じて適宜(例えば3個等)決定される。
One circulating top 440 is provided for one turn of the ball row filled in the
[ひずみゲージ]
本実施形態のボールねじ装置401には、図37及び図38(a),(b)に示すように、センサとしてのひずみゲージ450が循環こま440の上面440aに設置されている。この設置箇所は、ボール戻し溝441の裏側に相当する循環こま440の表面(上面440a)が好ましい。
ひずみゲージ450は、ボールねじ装置401の動作中の振動や衝突力を検出する検出部451と、検出部451に接続され、検出されたボールねじ装置401の動作中の振動や衝突力を信号として伝達するリード線452とを有する。なお、ひずみゲージ450は、検出部451を、循環こま440の上面440a、特にボール戻し溝441の底部の裏側に相当する箇所に接着剤などで接合されることによって固定される。
[Strain gauge]
In the
The
このように、ひずみゲージ450を循環こま440の上面440aにおけるボール戻し溝441の底部の裏側に設置するのは、ボールねじ装置401の振動を簡便にモニタリングするのに適しているからである。すなわち、S字状に形成されたボール戻し溝441にかかるボール430の衝突力や繰り返し荷重によるボール戻し溝441の疲労具合をモニタリングするための情報を得るのに、この設置箇所は好適である。
The reason why the
また、リード線452の少なくとも一部は、被覆部(電気絶縁被膜)によって被覆されていることが好ましい。
このように、検出部451から上記被覆部までの区間のリード線452に電気絶縁被膜を施すことにより、循環こま440が金属製の場合でも、ひずみゲージ450(検出部451)の電気回路を短絡させることがなく、リード線452を循環こま440に接合することができる。
Moreover, it is preferable that at least a part of the
In this way, by applying an electrical insulating film to the
なお、被覆部の一部も循環こま440に接合されていることが好ましい。このようにすることにより、リード線452が引っ張られた場合にも、リード線452自体に直接力が加わらないため、リード線452の断線を防ぐことができる。
なお、ひずみゲージ450としては、本実施形態に用いられるボールねじ装置401の動作を妨げることなく、使用環境に耐え、当該ボールねじ装置401の動作中の振動や衝突力などの必要な情報を検知できれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択される。このようなひずみゲージ460としては、最大伸び5%程度までの測定(検出)ができる一般応力測定用のひずみゲージが挙げられ、例えば、共和電業社製のKFG型ひずみゲージが挙げられる。
In addition, it is preferable that a part of the covering portion is also joined to the
The
本実施形態によれば、ひずみゲージ450の検出部451は、一般に薄膜状で小型なものが多いため、センサを設けるための空間をほとんど必要とせず、取付位置に厳しい制約がなくなる。その結果として、ボールねじ装置401のコンパクト化を図ることができる。
また、本実施形態のひずみゲージ450を用いることにより、振動センサでは設置が困難な部位に、センサとしてのひずみゲージ450を容易に設置できるため、振動や衝突力を効果的に検出することができる。
According to the present embodiment, the
In addition, by using the
(第14の実施形態)
次に、ボールねじ装置の第14の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態は、ひずみゲージの設置位置が前述の第13の実施形態と異なるだけであるので、上述の実施形態と同じ符号を付した同様の構成については説明を省略する。図39は、ボールねじ装置の第14の実施形態における軸方向に直交する方向に沿う部分断面図である。また、図40は、ボールねじ装置の第14の実施形態における循環こまの構成を示す図であり、(a)は背面図、(b)は側面図である。
(Fourteenth embodiment)
Next, a fourteenth embodiment of the ball screw device will be described with reference to the drawings. In addition, since this embodiment differs only in the installation position of a strain gauge from the above-mentioned 13th Embodiment, description is abbreviate | omitted about the same structure which attached | subjected the same code | symbol as the above-mentioned embodiment. FIG. 39 is a partial cross-sectional view taken along a direction orthogonal to the axial direction in the fourteenth embodiment of the ball screw device. FIGS. 40A and 40B are views showing a configuration of a circulating top in the fourteenth embodiment of the ball screw device, wherein FIG. 40A is a rear view and FIG. 40B is a side view.
図39及び図40(a),(b)に示すように、本実施形態のボールねじ装置401は、センサとしてのひずみゲージ460が循環こま440の側面440bにおけるボール掬い上げ部443近傍に設置されている。
ここで、ボール掬い上げ部443は、ボール戻し溝441の長手方向両端の箇所である。ひずみゲージ460は、循環こま440の側面440bにおけるボール掬い上げ部443近傍に接着剤などで接合される。
したがって、ボール430による過大な衝突力や詰まり、過大な循環こま440に対する押し上げ力による循環こま440の浮き上がりや、循環こま440の破損を予め検知できる。
As shown in FIGS. 39, 40 (a), and 40 (b), in the
Here, the
Accordingly, it is possible to detect in advance an excessive collision force or clogging by the
このように、ひずみゲージ450を循環こま440の側面440bにおけるボール掬い上げ部443近傍に設置するのは、ボール掬い上げ部443にはボールが頻繁に衝突するため、ボールねじ装置の振動をモニタリングするのに適しているからである。すなわち、ボール掬い上げ部443にかかるボール430の衝突力や繰り返し荷重によるボール掬い上げ部443の疲労具合をモニタリングするための情報を得るのに、この設置箇所は好適である。
As described above, the
また、ひずみゲージ450を循環こま440の側面440bにおけるボール掬い上げ部443近傍に設置することによって、過大荷重(ボール430の衝突力によるもの)や、疲労破壊によるおけるボール掬い上げ部443の折損を予め検知し、予防に利用できる。ボール掬い上げ部443は、ボール430を循環こま440内に導くための重要な部位であるため、この部位に負荷される衝突力を検出することは、当該ボールねじ装置401の状態を把握するために極めて重要である。特に、ボール掬い上げ部443近傍が損傷すると、ボール430の循環に支障が生じ、ボールねじ装置401がロックする(回転不可能状態となる)場合もあるので、ボール掬い上げ部443近傍の状態の検知は極めて重要である。
Further, by installing the
一方、ナット420の循環こま挿入穴423には、ひずみゲージ450の検出部451に接続されたリード線452を外部に導くために、リード線452を嵌入させる溝部(図示せず)が設けられてもよい。この溝部への設置にあわせて、リード線452は、上記溝部から外部に露出している部分では、被覆部によって被覆されていることが好ましい。一方、リード線452が上記溝部に嵌入されている部分(被覆部によって被覆された箇所(ナット420の表面)から検出部451に接続された箇所までの部分)は、電気絶縁被膜が設けられていることが好ましい。
On the other hand, the circulating
このように、検出部451から上記被覆部までの区間のリード線452に電気絶縁被膜を施すことにより、循環こま440が金属製の場合でも、ひずみゲージ450(検出部451)の電気回路を短絡させることがなく、リード線452を循環こま440に接合することができる。また、断面積が大きい上記被覆部を上記区間に配線するのに比べて、上記溝部を浅くすることができるため、ナット420における上記溝部の加工時間を短縮できる。
なお、上記被覆部の一部も循環こま440に接合されていることが好ましい。このようにすることにより、リード線452が引っ張られた場合にも、リード線452自体に直接力が加わらないため、リード線452の断線を防ぐことができる。
In this way, by applying an electrical insulating film to the
Note that a part of the covering portion is also preferably joined to the
本実施形態によれば、ひずみゲージ450の検出部451は、一般に薄膜状で小型なものが多いため、センサを設けるための空間をほとんど必要とせず、取付位置に厳しい制約がなくなる。その結果として、ボールねじ装置のコンパクト化を図ることができる。
また、本実施形態のひずみゲージ450を用いることにより、振動センサでは設置が困難な部位に、センサとしてのひずみゲージ450を容易に設置できるため、振動や衝突力を効果的に検出することができ、ボール掬い上げ部443近傍の損傷を未然に防止することが可能となる。
以上、本発明に係るボールねじ装置について説明したが、本発明に係るボールねじ装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
According to the present embodiment, the
In addition, by using the
The ball screw device according to the present invention has been described above. However, the ball screw device according to the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. .
ひずみゲージの取り付け方向は、各実施形態で示す方向に限らずどの方向でも良い。例えば上述の各実施形態に示す方向に対し直角方向に取り付けても良い。また、ロゼットゲージを用いてもよい。また、ボール循環路としてガイドプレートを用いても良い。ボール循環路としてガイドプレートを用いることによって、上述した循環こま440と同様に、ボールねじ装置の振動を簡便にモニタリングすることができ、かつ振動センサでは設置が困難な部位に、センサとしてのひずみゲージを容易に設置できるため、振動や衝突力を効果的に検出することができる。
なお、図示しないが循環こま440が樹脂製の場合、上述のエンドキャップ循環方式やエンドデフレクタ循環方式のようにインサート成形等でひずみゲージを内部に埋め込む方法も可能である。
The direction in which the strain gauge is attached is not limited to the direction shown in each embodiment, and may be any direction. For example, you may attach in the orthogonal | vertical direction with respect to the direction shown to each above-mentioned embodiment. A rosette gauge may also be used. A guide plate may be used as the ball circulation path. By using the guide plate as the ball circulation path, the vibration of the ball screw device can be easily monitored, and the strain gauge as a sensor can be easily installed with the vibration sensor, similarly to the
Although not shown, when the
1 ボールねじ装置
10 ねじ軸
10a ねじ溝
20 ナット
20a ねじ溝
22 溝部
30 ボール(転動体)
40 負荷転動路
50 リターンチューブ
50a 屈曲部(湾曲部)
51 タング部
60 ひずみゲージ
61 検出部
62 リード線
63 被覆部
101 ボールねじ装置
110 ねじ軸
111 ボールねじ装置溝
120 ナット
121 貫通孔
131,132 エンドキャップ
131a,132a 転動体循環溝
131a1,132a1 偏曲部位(湾曲部)
131b,132b タング部
140 ボール
151,152,153,154 振動センサ
161 本体部(ひずみゲージ部)
162 リード線
201 ボールねじ装置
210 ねじ軸
211 ねじ溝
220 ナット
221 ねじ溝
230 ボール(転動体)
240 循環部品
242a タング部
243 掬い上げ部
244 屈曲部(湾曲部)
260 ひずみゲージ
261 検出部
262 リード線
301 ボールねじ装置
303 ねじ軸
303a ねじ溝
305 ナット
305a ねじ溝
307 負荷転動路
309 ボール
311 ボール循環路
312 エンドデフレクタ
318 タング部
319 案内路
320 ひずみゲージ
321 本体部分
322 リード線
322a 金属線
322b 被覆部分
324 接着剤
401 ボールねじ装置
410 ねじ軸
411 ねじ溝
420 ナット
421 ねじ溝
430 ボール(転動体)
440 循環こま
440a 上面
440b 側面
440c 背面
441 ボール戻し溝(S字溝)
443 ボール掬い上げ部
450 ひずみゲージ
451 検出部
452 リード線
DESCRIPTION OF
40
51
131b, 132b
162
240 Circulating
440 Circulating top
443
Claims (7)
前記ボール循環路にひずみゲージを設けたことを特徴とするボールねじ装置。 A screw shaft having a helical thread groove on the outer peripheral surface, and a thread groove facing the screw groove of the screw shaft on the inner peripheral surface, is transferred to a spiral load rolling path formed by the both screw grooves. A nut screwed to the screw shaft through a plurality of balls loaded freely, and a ball circulation path for circulating the balls by sending the balls from an end point of the load rolling path to a starting point. In the ball screw device,
A ball screw device comprising a strain gauge in the ball circulation path.
前記ボール掬い上げ部若しくは前記湾曲部、又はそれらの近傍に前記ひずみゲージが設けられたことを特徴とする請求項1に記載のボールねじ装置。 The ball circulation path changes a traveling direction of the ball and scoops up the ball from an end point of the ball circulation path, and scoops the ball scooped up by the ball scooping section into the ball circulation path. A curved portion guided to the end of the
The ball screw device according to claim 1, wherein the strain gauge is provided in the ball scooping portion or the curved portion, or in the vicinity thereof.
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