JP2016011721A - アクチュエータおよび該アクチュエータを備えた射出成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】難しいセンサの位置調整作業の必要がなく、簡単な構成でボールねじの磨耗状況を把握することができるアクチュエータ、および当該アクチュエータを備えた射出成形機を提供する。【解決手段】ねじ軸５とナット２３とボールとからなるボールねじ３と、ねじ軸５を回動するためのモータ７とを備えたアクチュエータ１であって、ねじ軸５の回動方向が反転する際、エンコーダ１３によって検知されるボールねじ３のねじ軸５の回動角と、モータ７のトルクとに基づいて、ボールねじ３のボールとボール転動路との軸方向のすきま量を演算する演算部１７を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、ボールねじを用いたアクチュエータ、特にボールねじの磨耗検出機能を備えたアクチュエータと、当該アクチュエータを備えた射出成形機とに関する。

産業用の工作機械、例えば射出成形機において、機械装置の位置決めや動力伝達のために、ボールねじを備えたアクチュエータが用いられている。このようなアクチュエータに備えられたボールねじのうち、予圧式ではないタイプのものは、ねじ軸およびナットにそれぞれ設けられたボール転動溝とボールとの間に、すきまがある。ねじ軸およびナットのボール転動溝およびボールは、ボールがこれらのボール転動溝を転動することにより、磨耗する。これらボール転動溝およびボールの磨耗が進むに従い、前記すきまは大きくなる。また、このような磨耗がさらに進行すると、ボールねじは、ボールの転動面が剥離してしまうフレーキングに至る。ボールねじは、フレーキングに至ると、ボールねじとしての機能を損なってしまう。

そこで、前記すきまに着目し、すきまの大きさを測定してボールねじの磨耗状況を把握することにより、フレーキングに至ることを防止できるボールねじ装置が提案されている。

特許文献１には、ナットに接触センサを配置したボールねじが記載されている。接触センサは、ねじ軸に形成されたボール転動溝に対してクリアランスを持って対向して配置されている。特許文献１のボールねじは、ねじ軸側のボール転動溝の磨耗が進行すると接触センサが作動し、これにより磨耗が進行したことを把握し、フレーキングに至ることを防止している。

特開２００８−１１１４６８号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたボールねじは、接触センサを最適な位置に配置する必要がある。すなわち、センサとねじ軸のボール転動溝とのクリアランスを最適な距離に設定する必要があり、そのためのセンサの位置調整が難しいという問題がある。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、難しいセンサの位置調整作業の必要がなく、簡単な構成でボールねじの磨耗状況を把握することができるアクチュエータ、および当該アクチュエータを備えた射出成形機を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るアクチュエータは、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、前記ねじ軸の前記螺旋溝と対向する螺旋溝が内周面に形成されたナットと、前記ねじ軸の螺旋溝と前記ナットの螺旋溝とによって形成されるボール転動路内に転動自在に配置され、前記ナットを前記ねじ軸に軸方向移動自在に支持する多数のボールとを備えたボールねじと、前記ねじ軸を回動するためのモータとを備えたアクチュエータであって、前記ねじ軸の回動角を測定するための回動角測定手段と、前記モータのトルクを測定するためのトルク測定手段と、前記回動角測定手段によって測定された前記ねじ軸の回動角と、前記トルク測定手段によって測定された前記モータのトルクとに基づいて、前記ボールと前記ボール転動路との軸方向のすきま量を演算する演算手段とを備えたことを特徴とする。

また、本発明の好ましい態様は、前記演算手段は、前記ねじ軸の回動方向が反転した際に、前記軸方向のすきま量を演算することを特徴とする。

また、本発明の好ましい態様は、前記ナットは、前記ねじ軸の回動方向が反転してから所定の時間は軸方向へ移動せず、該所定の時間経過後に軸方向に移動を開始し、前記演算手段は、前記所定の時間で回動する前記ねじ軸の回動角に基づいて前記軸方向のすきま量を演算することを特徴とする。

また、本発明の好ましい態様は、前記演算手段は、前記トルク測定手段によって測定された前記モータのトルクに基づいて、前記所定の時間を識別することを特徴とする。

また、本発明の好ましい態様は、前記トルク測定手段によって測定される前記モータのトルクは、前記所定の時間においては、前記ナットが軸方向に移動しているときの前記モータのトルクよりも小さいことを特徴とする。

また、本発明の好ましい態様は、前記トルク測定手段は、前記モータを流れる電流の大きさに基づいて前記トルクを測定していることを特徴とする。

また、本発明の好ましい態様は、前記軸方向のすきま量は、前記ねじ軸の回動方向が反転した際の、前記ナットの螺旋溝に対する前記ねじ軸の螺旋溝の軸方向の相対的な移動量であることを特徴とする。

また、本発明の好ましい態様は、前記演算手段は、任意の時における軸方向のすきま量を記憶し、前記任意の時における軸方向のすきま量と比較した現在の軸方向のすきま量の増加量をさらに演算することを特徴とする。

また、本発明に係る射出成形機は、上記アクチュエータを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、難しいセンサの位置調整作業の必要がなく、簡単な構成でボールねじの磨耗状況を把握することができるアクチュエータ、および当該アクチュエータを備えた射出成形機を提供することができる。

実施形態に係るアクチュエータの全体構成を示す模式図である。 （ａ）は、ねじ軸が一方側に回動している状態におけるボールねじの側面図であり、（ｂ）は（ａ）の状態におけるボール転動路の一部の拡大断面図であり、（ｃ）は（ａ）の状態からねじ軸が一方側に所定量回動した後の状態におけるボールねじの側面図であり、（ｄ）は（ｃ）の状態におけるボール転動路の一部の拡大断面図である。 （ａ）は、ねじ軸が他方側へ回動を開始した時点におけるボールねじの側面図であり、（ｂ）はねじ軸が他方側へ回動を開始した時点のボール転動路の一部の拡大断面図であり、（ｃ）は（ｂ）の状態からねじ軸が他方側に所定量回動した後の状態におけるボール転動路の一部の拡大断面図であり、（ｄ）は（ｃ）の状態からねじ軸が他方側に所定量回動した後の状態におけるボール転動路の一部の拡大断面図である。 （ａ）は、ねじ軸が他方側に回動している状態におけるボールねじの側面図であり、（ｂ）は（ａ）の状態におけるボール転動路の一部の拡大断面図であり、（ｃ）は（ａ）の状態からねじ軸が他方側に所定量回動した後の状態におけるボールねじの側面図であり、（ｄ）は（ｃ）の状態におけるボール転動路の一部の拡大断面図である。 モータの発生トルクとねじ軸の回動角との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るアクチュエータの全体構成を示す模式図である。本実施形態に係るアクチュエータは、生産用の工作機械、例えば射出成形機（図示省略）において、機械装置の位置決めや動力伝達のために用いられる。

図１に示すように、本実施形態に係るアクチュエータ１は、ボールねじ３と、ボールねじ３のねじ軸５を回動させるためのモータ７と、ねじ軸５とモータ７の回転軸とを連結しモータ７の回転軸の回転をねじ軸５に伝達するための回転伝達部材９と、モータ７を駆動、制御するためのモータドライバ１１と、モータ７の回転軸の回転方向および回転量を検出するためのエンコーダ１３と、モータ７に流れる電流を検出するための電流センサ１５とを備えている。モータドライバ１１は、図示しない制御部からの指示に従ってモータ７を駆動する。また、モータドライバ１１は、エンコーダ１３からの出力信号および電流センサ１５が検出した電流値に基づいて、後述する所定の測定および演算を行う電子回路で構成された演算部１７を備えている。

ボールねじ３は公知のものなので、構成の詳細な説明および詳細な図示は省略し、概要を説明する。ボールねじ３は、外周面に螺旋状のボール転動溝１９（図２〜４各図参照）が形成された直線状のねじ軸５と、ねじ軸５の外周側に配置され、内周面にねじ軸５のボール転動溝１９に対向する螺旋状のボール転動溝２１（図２〜４各図参照）が形成されたナット２３とを備えている。ねじ軸５のボール転動溝１９とナット２３のボール転動溝２１とでボール転動路が形成されている。

ねじ軸５に形成されたボール転動溝１９は、断面形状が所謂ゴシックアーチ状となっている。具体的には、ボール転動溝１９の断面形状は、２つの円弧形状が組み合わされた略Ｖ字状となっている（図２〜４各図参照）。同様に、ナット２３に形成されたボール転動溝２１も、断面形状がゴシックアーチ状すなわち略Ｖ字状の溝となっている（図２〜４各図参照）。

ボール転動路には、鋼材から成る多数のボール２５（図２〜４各図参照）が転動可能に配置されている。ナット２３は、これら多数のボール２５を介してねじ軸５に螺合している。したがって、ねじ軸５を一方側または他方側に回動させると、これらのボール２５がボール転動路を転動し、ナット２３はねじ軸５の軸方向一方側または他方側に移動する。本実施形態に係るボールねじ３は、ボール転動路とボール２５との間に、後述する軸方向すきまが介在している。

ボール転動路の一方端と他方端とは、図示しない戻し路によって連結されている。これにより、ボール転動路の一方端に達したボール２５は戻し路を介してボール転動路の他方端に送られる。こうして、ボールは戻し路を介してボール転動路を循環するようになっている。

エンコーダ１３は、モータ７に備えられている。本実施形態におけるエンコーダ１３は、光学透過式のインクリメンタル型ロータリーエンコーダである。このようなロータリーエンコーダは公知のものなので構成の詳細な説明および図示は省略し、概要を説明する。光学透過式のインクリメンタル型ロータリーエンコーダは、ＬＥＤ等の発光素子と、モータ７の回転軸と共に回転する回転盤と、回転盤を挟んで発光素子と対向して設けられたフォトダイオード等の受光素子と、信号変換回路とを主要構成要素としている。回転盤には多数のスリットが設けられており、発光素子からの光は回転盤のスリットを通過して受光素子に到達する。信号変換回路は、受光素子が検知した発光素子からの光の受光状態を、Ａ相およびＢ相の２つの電気信号に変換して出力する。本実施形態においては、ロータリーエンコーダ１３が検知したモータ７の回転軸の回転方向および回転量に基づいて、モータドライバ１１の演算部１７がボールねじ３のねじ軸５の回動方向および回動量すなわち回動角を測定している。

また、本実施形態においては、モータ７の駆動電流の大きさに基づいて、モータドライバ１１の演算部１７がモータ７の発生トルクを計測している。モータ７の駆動電流値は、モータ７に備えられた電流センサ１５が検出している。

エンコーダ１３からのＡ相およびＢ相の電気信号と、モータ７の駆動電流値とは、それぞれモータドライバ１１の演算部１７に入力される。演算部１７は、エンコーダ１３からのＡ相およびＢ相の２つの電気信号に基づいて、ねじ軸５の回動方向および回動量すなわち回動角を演算する。また、演算部１７は、モータ７の駆動電流値に基づいてモータ７の発生トルク（以後、単に「トルク」ともいう）を演算する。演算部１７はさらに、求められたねじ軸５の回動方向および回動角と、モータ７のトルクとに基づいて、後述する軸方向すきま量を演算する。

次に、ねじ軸５に対するナット２３の移動と、ボール転動路におけるボール２５の状態との関係について説明する。まず、ねじ軸５が一方側に回動している状態について説明する。
図２（ａ）は、ねじ軸５が一方側に回動している状態におけるボールねじ３の側面図であり、（ｂ）はこのときのボール転動路の一部の拡大断面図であり、（ｃ）は、（ａ）の状態からねじ軸５が一方側に所定量回動した後の状態におけるボールねじ３の側面図であり、（ｄ）はこのときのボール転動路の一部の拡大断面図である。なお、以後、説明の便宜上、図２において、紙面に向かって左方側を軸方向一方側とし、紙面に向かって右方側を軸方向他方側とする。また、当該方向は、図３および図４においても同様とする。

図２（ａ）、（ｃ）に示すように、ねじ軸５が一方側（図２（ａ）中の回転矢印方向）に回動すると、ねじ軸５の回動に伴ってナット２３はねじ軸５に対して軸方向一方側に向かって移動する。このとき、ねじ軸５側のボール転動溝１９およびナット２３側のボール転動溝２１は、図２（ｂ）、（ｄ）の各拡大断面図に示すように、破線Ａで示す接触角を持ってそれぞれボール２５に接触しており、ボール転動溝１９とボール２５とボール転動溝２１とは、ねじ軸５の回動運動をナット２３の直線運動に変換する状態で係合している。具体的には、ボール２５は、ナット２３側のボール転動溝２１に関し、軸方向一方側の溝面に接触し、軸方向他方側の溝面には接触せず、すきまを持って対向している。また、ボール２５は、ねじ軸５側のボール転動溝１９に関し、軸方向他方側の溝面に接触し、軸方向一方側の溝面には接触せず、すきまを持って対向している。すなわち、ねじ軸５側のボール転動溝１９とナット２３側のボール転動溝２１とは、ねじ軸５側のボール転動溝１９がナット２３側のボール転動溝２１に対して、軸方向一方側に所定量ずれた対向状態で、ボール２５に接触している。

ここでモータ７の回転軸の回転方向を逆回転させ、ナット２３の進行方向を逆方向、すなわちねじ軸５に対して軸方向他方側（図２の紙面左側から右側）に向かって移動させるようにする。

図３（ａ）は、モータ７の回転軸の回転方向が反転し、ねじ軸５が他方側へ回動を開始した時点におけるボールねじ３の側面図であり、（ｂ）はねじ軸５が他方側へ回動を開始した時点におけるボール転動路の一部の拡大断面図であり、（ｃ）は（ｂ）の状態からねじ軸５が他方側に所定量回動した後の状態におけるボール転動路の一部の拡大断面図であり、（ｄ）は（ｃ）の状態からねじ軸５が他方側に所定量回動した後の状態におけるボール転動路の一部の拡大断面図である。

図示しない制御部からモータドライバ１１へモータ７の回転軸の回転を逆転させる指示が伝達されると、モータドライバ１１は、まずモータ７の回転軸の一方側への回転を停止する。モータ７の回転軸の一方側への回転が停止すると、ねじ軸５の一方側への回動は止まり、同時にナット２３の軸方向一方側への移動も停止する。次に、モータドライバ１１は、モータ７の回転軸を他方側へ回転させる。モータ７の回転軸が他方側への回転を開始すると、この回転が回転伝達部材９（図１参照）を介してねじ軸５に伝達され、ねじ軸５が他方側（図３（ａ）の回転矢印方向）へ回動を開始する。ねじ軸５の一方側への回動停止時点から他方側への回動開始時点までは、ボール転動溝１９、２１のボール２５に対する接触状態は、図３（ｂ）に示すように、ねじ軸５が一方側に回動している時と同様である。すなわちボール転動溝１９、２１は、破線Ａで示す接触角を持ってボール２５に接触している。

その後、ねじ軸５が他方側へ回動するに従い、ボール２５はボール転動路を、ねじ軸５が一方側に回動していた時とは逆方向に転動する。このとき、ボール２５とボール転動溝１９との間、およびボール２５とボール転動溝２３との間には、それぞれ図２各図および図３（ｂ）に示すようにすきまがあるので、ねじ軸５が他方側へ回動するにしたがい、ナット２３側のボール転動溝２１に対して、ねじ軸５側のボール転動溝１９が軸方向他方側に移動していく。すると、ボール転動溝１９とボール転動溝２１との対向状態は変化し、両ボール転動溝１９、２１は、破線Ａで示す接触角ではボール２５に接触しなくなる。この状態では、ボール転動溝１９とボール２５とボール転動溝２１とは、ねじ軸５の回動運動をナット２３の直線運動に変換する状態では係合していない。つまり、ねじ軸５は他方側へ回動しているが、ナット２３は軸方向に移動しない。

その後、ねじ軸５が他方側へさらに回動すると、図３（ｃ）に示すように、両ボール転動溝１９、２１は径方向に真正面に対向する状態となり、その後、図３（ｄ）に示すように、破線Ｂで示す接触角を持ってボール２５に接触する状態となる。

破線Ｂで示す接触角は、図２各図および図３（ｂ）で示した破線Ａの接触角とは反対となる接触角である。この係合状態は、ボール転動溝１９とボール２５とボール転動溝２１とが、ねじ軸５の回動運動をナット２３の直線運動に変換する係合状態である。具体的には、ボール２５は、ナット２３側のボール転動溝２１に関し、軸方向他方側の溝面に接触し、軸方向一方側の溝面には接触せず、すきまを持って対向している。また、ボール２５は、ねじ軸５側のボール転動溝１９に関し、軸方向一方側の溝面に接触し、軸方向他方側の溝面には接触せず、すきまを持って対向している。すなわち、ねじ軸５側のボール転動溝１９とナット２３側のボール転動溝２１とは、ボール転動溝１９がボール転動溝２１に対して、軸方向他方側に所定量ずれた対向状態で、ボール２５に接触している。上述したように、この時点で、ボール転動溝１９とボール２５とボール転動溝２１とが、ねじ軸５の回動運動をナット２３の直線運動に変換する状態で係合することとなる。したがって、ねじ軸５の一方側への回動が停止した時点から、ボール転動溝１９、２１が、図３（ｄ）に示す、破線Ｂで示す接触角を持ってボール２５に接触する状態となるまでは、ナット２３は軸方向他方側への移動を開始せず、停止したままである。

ここで、本実施形態においてモータドライバ１１の演算部１７が演算する軸方向すきま量δは、図３（ｄ）に示すように、ねじ軸５の回動方向の反転時における、ナット２３側のボール転動溝２１に対するねじ軸５側のボール転動溝１９の軸方向の相対的な移動距離をいう。つまり、軸方向すきま量は、破線Ａで示す接触角でボール２５に接触していたボール転動溝１９、２１が、破線Ｂで示す接触角でボール２５に接触する状態となるまでの、ボール転動溝２１に対するボール転動溝１９の軸方向の移動距離である。なお、図３（ｂ）〜（ｄ）においては、ねじ軸５側のボール転動溝１９の軸方向の移動量を理解しやすくするために、ナット２３側のボール転動溝２１の溝底に対するねじ軸５側のボール転動溝１９の溝底の移動量を示している。

図３（ｄ）に示す状態からねじ軸５がさらに他方側へ回動すると、ナット２３は軸方向他方側へ移動を開始する。図４（ａ）は、ねじ軸５が他方側に回動している状態におけるボールねじ３の側面図であり、（ｂ）はこのときのボール転動路の一部の拡大断面図であり、（ｃ）は、（ａ）の状態からねじ軸５が他方側に所定量回動した後の状態におけるボールねじ３の側面図であり、（ｄ）はこのときのボール転動路の一部の拡大断面図である。

図４（ａ）、（ｃ）に示すように、ねじ軸５が他方側（図４（ａ）中の回転矢印方向）に回動すると、ナット２３はねじ軸５に対して軸方向他方側に向かって移動する。図４（ａ）、（ｃ）に示す状態においては、ねじ軸５側のボール転動溝１９とボール２５とナット２３側のボール転動溝２１とは、上述したように、破線Ｂで示す接触角を持ってボール２５に接触しており、ボール転動溝１９とボール２５とボール転動溝２１とは、ねじ軸５の回動運動をナット２３の直線運動に変換する状態で係合している。具体的には、ボール２５は、ナット２３側のボール転動溝２１に関し、軸方向他方側の溝面に接触し、軸方向一方側の溝面には接触せず、すきまを持って対向している。また、ボール２５は、ねじ軸５側のボール転動溝１９に関し、軸方向一方側の溝面に接触し、軸方向他方側の溝面には接触せず、すきまを持って対向している。すなわち、ねじ軸５側のボール転動溝１９とナット２３側のボール転動溝２１とは、ねじ軸５側のボール転動溝１９がナット２３側のボール転動溝２１に対して、軸方向他方側に所定量ずれた対向状態で、ボール２５に接触している。

このように、ねじ軸５の回動方向を一方側から他方側へ反転させると、軸方向一方側へ移動していたナット２３は、ねじ軸５が他方側へ回動を開始してから所定の時間は軸方向に移動せず停止した状態となり、該所定の時間が経過した後に、軸方向他方側へ移動を開始する。ねじ軸５の回動方向が反転してからナット２３が軸方向他方側へ移動を開始するまでのこの所定の時間は、ボール２５とボール転動溝１９、２１との間の軸方向すきまに起因している。なお、ねじ軸５の回動方向を他方側から一方側へ反転させたときも同様に、ナット２３は所定時間停止した状態となる。

ボール２５がボール転動溝１９、２１を転動することにより、ボール２５の表面およびボール転動溝１９、２１の各溝面が磨耗すると、上記軸方向すきまは大きくなる。本実施形態に係るアクチュエータ１は、ねじ軸５の回動角およびモータ７のトルクの大きさを測定し、この測定結果に基づいて、ボール転動路とボール２５との軸方向すきまの大きさを検出している。

次に、ナット２３の移動と、モータ７のトルクおよび駆動電流との関係について説明する。ナット２３が軸方向に移動している状態（図２、図４の各図参照）においては、モータ７の負荷は、ねじ軸５の回動と、ねじ軸５の回動に伴うボール２５の転動と、ナット２３の移動となるため、大きくなる。すなわちモータ７のトルクは大きくなり、駆動電流も大きくなる。一方、ナット２３が停止している状態（図３各図参照）においては、ナット２３の移動が無いため、モータ７の負荷は、ねじ軸５の回動と、ねじ軸５の回動に伴うボール２５の転動のみとなる。したがって、ナット２３の移動が無い分だけモータ７の負荷は小さくなり、モータ７のトルクは小さくて済み、駆動電流も小さくなる。演算部１７は、電流センサ１５（図１参照）が検知した電流値に基づいて、モータ７のトルクを演算している。

次に、モータ７のトルクとねじ軸５の回動角との関係について説明する。
図５は、本実施形態における、モータ７のトルクとねじ軸５の回動角との関係を示すグラフである。図５において、左側の縦軸は、モータ７の発生トルク（単位：Ｎｍ）を示し、右側の縦軸はねじ軸５の角度位置すなわち回動角（単位：rad）を示し、横軸は測定時間（単位：sec）を示している。また、実線はモータ７のトルクを、破線はねじ軸５の角度位置をそれぞれ示している。

図５において、測定時間−３〜０（sec）の間は、ねじ軸５が一方側に回動しナット２３が軸方向一方側に移動している状態である（図２各図参照）。この状態において、モータ７はほぼ一定のトルクを発生している。すなわちナット２３を移動させるために、モータ７は大きなトルクを発生している。ここでモータ７の回転軸の回転方向を反転させ（測定時間０（sec））、ねじ軸５の回動方向が反転すると、上述したように、ナット２３は所定時間停止する（図３各図参照）。ナット２３が停止している間は、モータ７にはナット２３を移動させるための負荷が掛からないので、図５に示すように、発生トルクは小さい状態となっている。そして、ねじ軸５の回動方向が反転してから所定時間経過後（本実施形態では、約１．３〜１．４秒後）、ナット２３が停止状態から軸方向他方側へ移動を始めると（図４各図参照）、図５に示すように、モータ７の発生トルクは再び大きくなる。なお、これらトルクの大きさは、モータ７に流れる電流値に基づいて演算部１７が演算した値である。また、ねじ軸５の回動が反転してからのモータ７の回転軸の回転量をエンコーダ１３がカウントし、Ａ相、Ｂ相の電気信号を出力する。これら２つの電気信号に基づいて、演算部１７はねじ軸５の回動角を演算する。

演算部１７は、図５において、ねじ軸５の回動方向が反転した時点（測定時間：０（sec））からナット２３が逆方向に移動開始するまでの間、すなわちモータ７の発生トルクが小さい状態の期間を識別し、この期間で回動するねじ軸５の回動角（以後、当該ねじ軸５の回動角を「すきま角」という）から、現在の軸方向すきま量を演算して求める。すなわち、すきま角をθ［rad］とし、現在の軸方向すきま量をδ［ｍｍ］とし、ボールねじ３のリードをＬ［ｍｍ］とすると、現在の軸方向すきま量δは次の式（１）の演算で求められる。
（１） δ＝Ｌ×（θ／２π）
すなわち、ねじ軸５の回動方向が反転した時点から、ナット２３側のボール転動溝２１に対して、ねじ軸５側のボール転動溝１９がδ［ｍｍ］だけ軸方向に移動した後に、ナット２３は軸方向に移動を開始する。

ボールねじ３の磨耗が進行すると、軸方向すきまは大きくなる。軸方向すきまが大きくなると、上記すきま角は大きくなる。そうすると、演算部１７によって式（１）で求められる軸方向すきま量δは大きくなる。すなわち、δの値が大きくなれば、ボールねじ３の磨耗が進行しているということがわかる。

さらに、演算部１７は、ボールねじ３の初期の軸方向すきま量と比較した軸方向すきま量の増加量を演算して求める。すなわち、初期状態の軸方向すきま量をδ_０［ｍｍ］とし、初期状態と比較した軸方向すきま量の増加量をΔδ［ｍｍ］とすると、Δδは次の式（２）の演算で求められる。
（２） Δδ＝δ−δ_０
なお、初期状態の軸方向すきま量δ_０は、アクチュエータ１の使用前に上記式（１）を用いて測定し、演算部１７が記憶している値である。

本実施形態は、演算部１７で演算されたこれら式（１）および式（２）の演算結果を図示しない表示手段に表示している。これにより、操作者は、ボールねじ３の現在の軸方向すきま量と、初期状態のからの軸方向すきま量の増加量を把握することができる。こうして、ボールねじ３がどの程度磨耗が進行しているのかを把握することができる。

このように、本実施形態によれば、軸方向すきまを直接測定するための特別なセンサを必要とせず、従って難しいセンサの位置調整作業の必要がなく、従来公知のエンコーダ１３や電流センサ１５等を用いた簡単な構成でボールねじ３の磨耗状況を把握することができる。その結果、本実施形態に係るアクチュエータ１は、ボールねじ３がフレーキングに至ることを防止することができる。また、本実施形態に係るアクチュエータ１を備えた射出成形機によれば、ボールねじ３がフレーキングに至ることを防止することができる。

なお、式（１）の演算をほぼ未使用状態のねじ軸５に対して行えば、ボール２５およびナット２３に限定した軸方向すきま量δを求めることができる。また、ねじ軸５の全域に対して式（１）の演算を行えば、ねじ軸５に起因する軸方向すきま量δの分布を確認することができる。このように、本実施形態は、ナット２３の移動範囲を変化させることにより、ボールねじ３の任意の部分の磨耗状況を把握することもできるし、ボールねじ３全体の磨耗状況を把握することもできる。

また、本実施形態では、光学透過式のインクリメンタル型のロータリーエンコーダを用いたが、モータ７の回転軸の回転方向および回転量をカウントできれば、磁気式のエンコーダであっても良い。また、本実施形態では、モータ７の発生トルクを測定するために、モータ７の駆動電流を測定する構成としたが、この構成に代えてトルクメータを備えても良い。また、モータ７の駆動電流は、モータドライバ１１がモータ７へ流す電流値を検出しても良い。

また、本実施形態では、電流センサ１５が検知した電流値に基づいて、モータドライバ１１の演算部１７がモータ７のトルクを演算し測定しているが、モータドライバ１１とは別にトルク測定回路を設けても良い。また、本実施形態では、ロータリーエンコーダ１３が検知したモータ７の回転軸の回転方向および回転量に基づいて、モータドライバ１１の演算部１７がボールねじ３のねじ軸５の回動方向および回動角を測定しているが、モータドライバ１１とは別にねじ軸５の回動方向および回動角測定回路を設けても良い。

また、本実施形態では、演算部１７は、ボールねじ３の初期の軸方向すきま量と比較した軸方向すきま量の増加量を求めているが、初期の軸方向すきま量に代えて、任意の時における軸方向すきま量を測定して演算部に記憶させ、このときの軸方向すきま量と比較した軸方向すきま量の増加量を演算できるようにしても良い。

１ アクチュエータ
３ ボールねじ
５ ねじ軸
７ モータ
９ 回転伝達部材
１１ モータドライバ
１３ エンコーダ
１５ 電流センサ
１７ 演算部
１９ （ねじ軸側の）ボール転動溝
２１ （ナット側の）ボール転動溝
２３ ナット
２５ ボール

Claims (9)

1. 外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、前記ねじ軸の前記螺旋溝と対向する螺旋溝が内周面に形成されたナットと、前記ねじ軸の螺旋溝と前記ナットの螺旋溝とによって形成されるボール転動路内に転動自在に配置され、前記ナットを前記ねじ軸に軸方向移動自在に支持する多数のボールとを備えたボールねじと、
   前記ねじ軸を回動するためのモータとを備えたアクチュエータであって、
   前記ねじ軸の回動角を測定するための回動角測定手段と、
   前記モータのトルクを測定するためのトルク測定手段と、
   前記回動角測定手段によって測定された前記ねじ軸の回動角と、前記トルク測定手段によって測定された前記モータのトルクとに基づいて、前記ボールと前記ボール転動路との軸方向のすきま量を演算する演算手段とを備えたことを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記演算手段は、前記ねじ軸の回動方向が反転した際に、前記軸方向のすきま量を演算することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記ナットは、前記ねじ軸の回動方向が反転してから所定の時間は軸方向へ移動せず、該所定の時間経過後に軸方向に移動を開始し、
   前記演算手段は、前記所定の時間で回動する前記ねじ軸の回動角に基づいて前記軸方向のすきま量を演算することを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ。
4. 前記演算手段は、前記トルク測定手段によって測定された前記モータのトルクに基づいて、前記所定の時間を識別することを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。
5. 前記トルク測定手段によって測定される前記モータのトルクは、前記所定の時間においては、前記ナットが軸方向に移動しているときの前記モータのトルクよりも小さいことを特徴とする請求項３または４に記載のアクチュエータ。
6. 前記トルク測定手段は、前記モータを流れる電流の大きさに基づいて前記トルクを測定していることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載のアクチュエータ。
7. 前記軸方向のすきま量は、前記ねじ軸の回動方向が反転した際の、前記ナットの螺旋溝に対する前記ねじ軸の螺旋溝の軸方向の相対的な移動量であることを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載のアクチュエータ。
8. 前記演算手段は、任意の時における軸方向のすきま量を記憶し、前記任意の時における軸方向のすきま量と比較した現在の軸方向のすきま量の増加量をさらに演算することを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載のアクチュエータ。
9. 請求項１から８の何れか一項に記載のアクチュエータを備えた射出成形機。

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