JP2016109483A - ボールねじ測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ボールねじ精度の評価における精度を高めること。【解決手段】ボールねじ測定装置は、ねじ溝１１ａが形成されるねじ軸１１と、該ねじ溝１１ａに多数のボール１２ｂを介して嵌合されてなるボールナット１２と、ねじ軸１１を駆動させるサーボモータ２２と、ねじ軸１１が駆動されるとき、ボールナット１２を回り止めする回り止め治具３０と、ボールナット１２の位置を検出する検出部４０と、ボールナット１２がねじ軸１１のねじ溝１１ａの全域を移動する間において、ボールナット１２に一定の力を付与する負荷付与部５０とを備えている。そして、ボールねじ測定装置は、ボールナット１２がねじ軸１１のねじ溝１１ａの全域を往復動するように制御するとともに、ねじ軸１１に応じた検出部４０の検出結果を記録する制御処理部４３を有するようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、ボールねじ測定装置に関する。

従来、ねじの効率を高めるためにねじ軸に螺旋状に形成されるねじ溝に複数のボールを介して螺合されたボールナットを備えるボールねじ装置がある。そして、ボールねじ装置では、ねじ軸及びボールナットのねじ溝、さらにこれらの間を転がるボールによって評価可能なボールねじ精度が所定の基準を満たすときにねじの効率が高まることとなる。

こうしたボールねじ精度の評価に必要な情報を測定する装置としては、例えば、特許文献１に記載のボールねじ測定装置が提案されている。特許文献１に記載のボールねじ測定装置では、ボールナット及びねじ軸の動きをともに固定するなかでねじ軸に対して軸方向に向きの異なる負荷を与えるとき、該ねじ軸の移動変位がボールねじ装置におけるボールとねじ溝の隙間、所謂、ガタつきとして測定され、該測定結果からボールねじ精度を評価することとしている。

特開平１１−１８３３２７号公報

ところで、特許文献１に記載のボールねじ測定装置では、ねじ軸の移動変位を測定するとき、ねじ軸に対するボールナットの位置も固定されることとなる。すなわちこの場合、こうして固定された位置からずれた部分でのボールねじ精度については正確に把握されることがなく、ねじ軸に対するボールナットの位置を固定して測定した測定結果から推測されるに過ぎないことから、ボールねじ精度の評価における精度が高いとは言い難い。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ボールねじ精度の評価における精度を高めることができるボールねじ測定装置を提供することにある。

上記課題を解決するボールねじ測定装置は、螺旋状にねじ溝が形成されてなるねじ軸と、ねじ軸のねじ溝に多数のボールを介して嵌合されてなるボールナットと、ねじ軸を駆動させる駆動部と、ねじ軸が駆動されるとき、ねじ軸の軸方向に沿って移動可能にボールナットを回り止めするロック部と、ねじ軸の軸方向におけるボールナットの位置を検出する検出部とを備えている。そして、上記ボールねじ測定装置は、ボールナットがねじ軸のねじ溝の全域を移動する間において、その移動方向に対して負荷となるようにボールナットに一定の力を付与する負荷付与部と、負荷付与部によりボールナットに負荷が付与された状態において、該ボールナットがねじ軸のねじ溝の全域を往復動するように駆動部を制御する駆動制御部と、ねじ軸の駆動量が変化されるなかで該駆動量に応じた検出部の検出結果を記録する記録部とを備えている。

上記構成によれば、移動方向に対して一定の負荷が付与されながらボールナットがねじ軸のねじ溝を移動するとき、移動方向の側におけるねじ軸とボールナットとのガタつきが詰められることとなる。すなわちこの場合、移動方向の側におけるねじ軸とボールナットとのガタつきが詰められた状態において、ボールねじ精度を評価するための情報が記録される。そして、こうして記録されるボールナットがねじ軸のねじ溝を往復動する間の情報には、ねじ軸のねじ溝の全域において、ねじ軸の駆動量に基づき規定されるねじ溝におけるねじ軸とボールナットとのガタつきを示しうる情報が含まれることとなる。これにより、ねじ軸の駆動量に基づき規定されるねじ溝におけるボールねじ精度を評価することができるだけでなく、ねじ軸のねじ溝の全域に亘ってのボールねじ精度を評価することができる。

上記ボールねじ測定装置は、記録部における記録結果からねじ軸の駆動量に応じたボールナットの往路と復路における差分を算出する算出部を備えることが好ましい。
上述したように、往路と復路とでそれぞれ移動方向の側におけるねじ軸とボールナットとのガタつきが詰められた状態での記録結果からは、その差分がねじ軸とボールナットとのガタつきとして算出されることとなる。すなわちこの場合、算出部による算出結果によっては、ねじ軸の駆動量に基づき規定されるねじ溝におけるねじ軸とボールナットとのガタつきが算出されるだけでなく、ねじ軸のねじ溝の全域に亘ってのガタつきの変動が算出されるようになる。これにより、ねじ軸の駆動量に応じたねじ溝におけるボールねじ精度を好適に評価することができるだけでなく、ねじ軸のねじ溝の全域に亘ってのボールねじ精度を好適に評価することができる。

またさらに、上記ボールねじ測定装置において、算出部の算出結果がボールねじ精度としての要求を満足する正常範囲を設定するなかで、算出部の算出結果が正常範囲に分布しているか否かを判定する判定部を備えることが好ましい。

上記構成によれば、ねじ軸の駆動量に基づき規定されるねじ溝におけるねじ軸とボールナットとのガタつきがボールねじ精度の要求を満足するかどうかについてまでボールねじ測定装置が判定することができるようになる。すなわちこの場合、ねじ軸の駆動量に基づき規定されるねじ溝におけるボールねじ精度を好適に評価することができるだけでなく、ねじ軸のねじ溝の全域に亘ってのボールねじ精度を好適に評価することができる。

そして、上記ボールねじ測定装置におけるロック部と負荷付与部との間には、ねじ軸に対するボールナットの振れ回りを許容しながらもボールナットの軸方向に対して負荷を付与可能にするフローティング機構を有することが好ましい。

ところで、上述したようにねじ軸のねじ溝をボールナットが移動するとき、ボールナットの個体によってはこうした移動のなかで振れ回りするようなものもある。このようにボールナットが振れ回りして、ボールナットの軸方向に対する負荷の付与にまで影響が出てしまうと検出部での検出結果にまでその影響を引き摺ってしまうことが懸念される。

この点、上記構成によれば、ボールナットが移動するなかで該ボールナットが振れ回りしたとしても、フローティング機構によりその振れ回りが負荷付与部にまで及ばないこととなる。すなわちこの場合、ボールナットが振れ回りしたとしても検出部での検出結果にまでその影響を引き摺ってしまうことを抑えることができる。

また、上記ボールねじ測定装置における負荷付与部は、重力に基づき生じる重量を負荷としてボールナットに付与することが好ましい。
上記構成によれば、重力に基づき生じる重量を負荷として用いることで、ボールナットに付与する一定の負荷のばらつきが極力抑えられることとなる。すなわちこの場合、ボールねじ精度を評価するための情報として、より信頼性の高い情報を得ることができるようになる。

本発明によれば、ボールねじ精度の評価における精度を高めることができる。

ボールねじ測定装置の概略を示す図。 （ａ），（ｂ）はボールねじ測定装置について測定部の動作を示す図。 測定の流れを示す図。 測定の結果を示す図。 測定の結果について処理後の結果を示す図。 （ａ）はねじ軸に異常がある場合の結果を示す図、（ｂ）はボールナットに異常がある場合の結果を示す図。 別例におけるボールねじ測定装置の概略を示す図。

以下、ボールねじ測定装置の一実施形態を説明する。
図１に示すように、ボールねじ測定装置は、一端側に螺旋状にねじ溝１１ａが形成されるとともに他端側にラック歯１１ｂが形成されるねじ軸１１に対して、該ねじ溝１１ａと対をなすねじ溝１２ａが内部に形成されるボールナット１２を、多数のボール１２ｂを介して嵌合してなるボールねじ装置１３のボールねじ精度を評価するために用いられる。ボールねじ精度は、ねじ軸１１及びボールナット１２の各ねじ溝１１ａ，１２ａ、さらにこれらの間を転がるボール１２ｂによって評価される。本実施形態では、ねじ軸１１及びボールナット１２の各ねじ溝１１ａ，１２ａの間をボール１２ｂが転がるなかで生じる各ねじ溝１１ａ，１２ａの隙間、すなわちねじ軸１１とボールナット１２とのガタつきによってボールねじ装置１３が所定の基準（良品であるか否かの基準）を満足するか否かを評価する。なお、例えば、ねじ軸１１に対するボールナット１２の位置には、ねじ軸１１のねじ溝１１ａの右側面及びボールナット１２のねじ溝１２ａの左側面にボール１２ｂが当たったときのボールナット１２の位置と、ねじ軸１１のねじ溝１１ａの左側面及びボールナット１２のねじ溝１２ａの右側面にボール１２ｂが当たったときのボールナット１２の位置とがある。これらの位置の差が、ガタつきということとなる。

そして、ボールねじ測定装置は、ボールねじ精度の評価に必要な情報として上記ガタつきを測定するための各種部材が設置される平面状のベース面１４ａを有する基台１４を備える。基台１４には、ベース面１４ａに対向してねじ軸１１を回転自在に支持する各主軸支持部２０，２１が、ねじ軸１１の各軸端を支持可能にそれぞれ固定される。

各主軸支持部２０，２１のうち主軸支持部２０は、ねじ軸１１に対して回転トルクを付与して回転駆動させる駆動部としてのサーボモータ２２を備える。サーボモータ２２は、エンコーダ２２ａを内蔵する。また、ねじ軸１１の一端には、回し金２２ｂが取り付けられており、該回し金２２ｂを介してねじ軸１１に対してサーボモータ２２の回転トルクが付与される。そして、サーボモータ２２は、エンコーダ２２ａによって検出される回転角度に応じて始動及び停止を繰り返す位置制御されることで、所定の角度刻みでねじ軸１１を回転駆動させる。ねじ軸１１は、サーボモータ２２によって回転駆動されるとき、正転（図１中、実線で示すねじ軸１１に向かって時計回り）又は逆転（図１中、破線で示すねじ軸１１に向かって反時計回り）の２方向のいずれかに回転駆動される。

主軸支持部２１は、ねじ軸１１の回転駆動を支持するセンタ２３の位置決めを行う手動ハンドル２３ａを備える。センタ２３は、手動ハンドル２３ａが回転されることでねじ軸１１の軸端に対して接近又は離間するようになっており、そのうちねじ軸１１の軸端に接近することでねじ軸１１の回転駆動を回転自在に支持する。すなわちこの場合、ねじ軸１１は、回し金２２ｂが取り付けられる他端に形成されるセンタ穴でセンタ２３に摺動可能に支持される。

そして、こうした各主軸支持部２０，２１に対してねじ軸１１は、ねじ軸１１のラック歯１１ｂが形成される側が主軸支持部２０によって回転自在に支持されるように設置（セット）されるとともに、ねじ溝１１ａが形成される側が主軸支持部２１によって回転自在に支持されるように設置（セット）される。そしてこの場合、ねじ軸１１は、複数のボール１２ｂを介してボールナット１２が嵌合された状態、すなわちボールねじ装置１３として各主軸支持部２０，２１に設置される。

ボールナット１２は、ねじ軸１１に対して回り止め（回転をロック）するロック部としての回り止め治具３０にナットやクランプ等を介して取り付けられる。回り止め治具３０は、その径方向において後述する負荷治具５１に対して係合されており、負荷治具５１とともにねじ軸１１の軸方向に沿って移動可能とされる。回り止め治具３０におけるボールナット１２の一端（図１中、ラック歯１１ｂの側）に対応する位置には、回り止め部３１が設けられる。回り止め部３１におけるベース面１４ａの側には、ボールナット１２の軸方向に沿って延びる被検出体３２が接続される。被検出体３２における主軸支持部２１（図１中、ねじ溝１１ａの側）には、ミラー（鏡）等の反射材３３が取り付けられる。

また、基台１４におけるベース面１４ａには、レーザーを照射する検出部４０が該反射材３３と対向して設置される。検出部４０は、ボールナット１２を回り止めする回り止め部３１に取り付けられる反射材３３に向かってレーザーを照射する照射部４１と、該反射材３３から反射されたレーザーを受ける受光部４２とを備える。

そして、検出部４０は、照射部４１から照射したレーザーが反射材３３によって反射されて受光部４２で受光するまでにかかる時間によって被検出体３２（反射材３３）までの距離、すなわちボールナット１２の位置を測定する。なお、検出部４０は、主軸支持部２１に対してねじ軸１１から離間する方向に設置されるなかでレーザーの経路が主軸支持部２１等によって遮られないように設置される。

また、ボールねじ測定装置は、表示画面４３ａを有する駆動制御部、演算部、及び判定部として機能するコンピュータ等の制御処理部４３を備える。制御処理部４３は、主軸支持部２０におけるサーボモータ２２（エンコーダ２２ａ）と電気的に接続されており、該サーボモータ２２の位置制御を実行する。また、制御処理部４３は、検出部４０と電気的に接続されており、該検出部４０における測定の結果を記録、その記録結果の演算、さらに演算結果の判定といった各種処理を実行し、その結果を表示画面４３ａに出力する。また、制御処理部４３は、検出部４０におけるレーザーの照射にかかる制御を実行する。

また、基台１４におけるベース面１４ａには、ボールナット１２に対して負荷を付与する負荷治具５１を有する負荷付与部５０が設けられる。負荷治具５１は、ねじ軸１１の軸方向に沿ってベース面１４ａに固定されるガイド１５を介して基台１４に対してねじ軸１１の軸方向に沿って移動可能に設置される。

負荷治具５１における軸方向の両側には、所定の支持部材により基台１４に支持される各プーリ５３ａ，５３ｂに掛けられる各ワイヤ５２ａ，５２ｂを介して各重り５４ａ，５４ｂがそれぞれ機械的に接続される。負荷治具５１と各重り５４ａ，５４ｂとは、各ワイヤ５２ａ，５２ｂの途中に設けられる各マグネット５３ｃ，５３ｄを介して接続状態と非接続状態とが切り替え可能に接続される。そして、負荷治具５１は、上記ガタつきの測定中において、各重り５４ａ，５４ｂの接続状態と非接続状態とが切り替えられていずれかの重量のみをボールナット１２に付与する。

また、負荷治具５１におけるガイド１５と反対側には、ボールナット１２をねじ軸１１の軸方向に挟み込む配置をなして各負荷爪５１ａ，５１ｂが形成される。各負荷爪５１ａ，５１ｂは、各先端が互いに対向するようにボールナット１２に向かってそれぞれ折り曲げられる。

各負荷爪５１ａ，５１ｂにおける先端は、ボールナット１２に向かって湾曲しており、該ボールナット１２との間で点接触可能な形状をなしている。また、各負荷爪５１ａ，５１ｂにおける先端は、これらの先端間距離Ｄがボールナット１２におけるねじ軸１１の軸方向長よりも大きく設定される。すなわち、負荷爪５１ａにおける先端がボールナット１２に対してねじ軸１１のラック歯１１ｂの側から点接触されるとき、その反対側において負荷爪５１ａがボールナット１２に対して離間される。また、負荷爪５１ｂにおける先端がボールナット１２に対してねじ軸１１のねじ溝１１ａの側から点接触されるとき、その反対側において負荷爪５１ｂがボールナット１２に対して離間される。なお、各負荷爪５１ａ，５１ｂは、その間に回り止め治具３０における被検出体３２を挟み込むこととなるが、該被検出体３２と接触しえない構成（形状や配置）をなしている。

このように、回り止め治具３０と負荷治具５１とは、回り止め治具３０における径方向において係合されるなかでその軸方向において各負荷爪５１ａ，５１ｂのいずれかしかボールナット１２に接触させないように関連付けられる。すなわちこの場合、回り止め治具３０と負荷治具５１とは、ボールナット１２の径方向の振れ回りを許容するとともに、ボールナット１２のねじ軸１１の軸方向への負荷の付与を許容する、所謂、フローティング機構を間に有して互いに関連付けられる。

また、負荷治具５１は、重り５４ａが接続状のとき、該重り５４ａの側、すなわちねじ軸１１におけるラック歯１１ｂ（主軸支持部２０）の側に引っ張られることとなる。そしてこの場合、負荷治具５１は、重り５４ａに対して作用する重力に基づき生じる重量を負荷として、ねじ軸１１におけるねじ溝１１ａの側から負荷爪５１ｂを介してボールナット１２に対して付与する。このように負荷治具５１（負荷付与部５０）は、重り５４ａが接続状態とされる（重り５４ａの質量が一定に保たれる）とき、ボールナット１２に対して一定の負荷を付与することとなる。

また、負荷治具５１は、重り５４ｂが接続状態のとき、該重り５４ｂの側、すなわちねじ軸１１におけるねじ溝１１ａ（主軸支持部２１）の側に引っ張られることとなる。そしてこの場合、負荷治具５１は、重り５４ｂに対して作用する重力に基づき生じる重量を負荷として、ねじ軸１１におけるラック歯１１ｂの側から負荷爪５１ａを介してボールナット１２に対して付与する。このように負荷治具５１（負荷付与部５０）は、重り５４ｂが接続状態とされる（重り５４ｂの質量が一定に保たれる）とき、ボールナット１２に対して一定の負荷を付与することとなる。

このように構成されるボールねじ測定装置では、主軸支持部２０におけるサーボモータ２２によってねじ軸１１が回転駆動されるとき、回り止め治具３０によって回り止めされながらボールナット１２がねじ軸１１の軸方向に移動することとなる。またさらに、ボールナット１２は、ねじ軸１１の軸方向に移動するとき、負荷治具５１によって各重り５４ａ，５４ｂの重量が一定の負荷として付与されながら移動することとなる。

図２（ａ）に示すように、主軸支持部２０によってねじ軸１１が正転方向に回転駆動されるとき、ボールナット１２が主軸支持部２０の側（図２中、左側）に移動する（以下、「左進」という）こととなり、検出部４０に対して被検出体３２（ボールナット１２）が遠ざかっていくこととなる。そしてこの場合、ボールナット１２には、移動方向に対して負荷となるように、すなわちねじ軸１１におけるラック歯１１ｂの側から重り５４ｂの重量に基づく力Ｆが付与される。なお、このときボールナット１２には、重り５４ａの重量に基づく力Ｆが付与されていない。

また、図２（ｂ）に示すように、主軸支持部２０によってねじ軸１１が逆転方向に回転駆動されるとき、ボールナット１２が主軸支持部２１の側（図２中、右側）に移動する（以下、「右進」という）こととなり、検出部４０に対して被検出体３２（ボールナット１２）が近付いていくこととなる。そしてこの場合、ボールナット１２には、移動方向に対して負荷となるように、すなわちねじ軸１１におけるねじ溝１１ａの側から重り５４ａの重量に基づく力Ｆが付与される。なお、このときボールナット１２には、重り５４ｂの重量に基づく力Ｆが付与されていない。

主軸支持部２０は、ねじ軸１１を回転駆動するとき、単一方向への回転駆動を継続することで、ボールナット１２をそのときの移動方向におけるねじ軸１１のねじ溝１１ａの端となる位置まで到達させることができる。すなわち、本実施形態では、ボールナット１２をねじ軸１１のねじ溝１１ａの全域に亘って（端から端まで）移動させることができるとともに、こうしたねじ溝１１ａの全域を往復移動させることができる。なお、基台１４におけるボールナット１２がねじ軸１１のねじ溝１１ａの両端となる位置には、リミットスイッチが設置される。リミットスイッチの検出範囲に負荷治具５１が到達することにより該リミットスイッチがオンされ、これによりボールナット１２のねじ軸１１のねじ溝１１ａの端となる位置への到達が制御処理部４３によって検出される。

次に、ねじ軸１１とボールナット１２とのガタつきの測定の工程について説明する。
図３に示すように、まずボールねじ装置を設置の工程として、ねじ軸１１の一端（主軸支持部２０の側）に回し金２２ｂが取り付けられるとともに、ボールナット１２に回り止め治具３０が取り付けられる。またさらに、ボールナット１２は、ねじ溝１１ａの右端（主軸支持部２１の側）にある状態にねじ軸１１に対し設置される。すなわちこの場合、各主軸支持部２０，２１に対してねじ軸１１が設置され、回り止め治具３０によってボールナット１２が回り止めされ、手動ハンドル２３ａの操作によるセンタ２３がねじ軸１１に接近される（ステップＳ１０）。なお、各主軸支持部２０，２１に対してねじ軸１１が設置されるとき、回り止め治具３０がその径方向において負荷治具５１に対して係合されるとともに、ボールナット１２が負荷爪５１ａ，５１ｂで挟み込まれ、サーボモータ２２と一体回転可能に連結される連結軸に回し金２２ｂが正回転、逆回転の両回転方向に係合されることとなる。

次に、左進準備の工程として、ボールナット１２の左進に対して負荷となるように重り５４ｂが設置（負荷治具５１に対して接続状態）される（ステップＳ２０）。これにより、左進方向の側におけるねじ軸１１とボールナット１２とのガタつきが詰められる。なお、この場合、重り５４ａの設置（負荷治具５１に対して接続状態）がなされない。こうした重りを設定する工程は、制御処理部４３や他の制御部によって自動化されていてもよいし、ボールねじ精度の測定に関わる作業者らが行ってもよい。

次に、左進の工程として、サーボモータ２２を正回転方向に所定角度（所定駆動量）ずつ回転させる一制御が制御処理部４３によって行われる（ステップＳ３０）。すなわちこの場合、ねじ軸１１が所定角度（所定駆動量）ずつ回転動作されることとなり、重り５４ｂによる負荷を受けることで左進方向の側におけるねじ軸１１とボールナット１２とのガタつきが詰められた状態でボールナット１２が徐々に左進し、検出部４０から遠退いて行くこととなる。

ステップＳ３０において、制御処理部４３は、サーボモータ２２を回転させる所定角度毎に被検出体３２（反射材３３）までの距離、すなわちボールナット１２までの距離を測定し、記録していく距離測定も合わせて実行する。なお、ステップＳ３０が開始されるとき、その直前において、ボールナット１２までの距離測定の結果が取り込まれることで左進における最初のデータ（後述するデータａ）が記録され、左進による距離測定が開始されることとなる。また、左進による距離測定の開始時におけるねじ軸１１の角度をサーボモータ２２を回転させる角度の基準（０（零））とする。

そして、ボールナット１２が左進することによってねじ軸１１の端となる位置へ到達した（上述したリミットスイッチが負荷治具５１を検出してオンした）か否かが、制御処理部４３によって判断される（ステップＳ４０）。ステップＳ４０にて、ボールナット１２がねじ軸１１の端となる位置へ到達していないとき（ステップＳ４０：ＮＯ）、制御処理部４３によってステップＳ３０の処理が繰り返し実行される。

一方、ステップＳ４０にて、ボールナット１２がねじ軸１１の端となる位置へ到達したとき（ステップＳ４０：ＹＥＳ）、負荷切り替えの工程として、重り５４ｂが負荷治具５１から非接続状態にされるとともに、サーボモータ２２を回転させる位置制御が制御処理部４３によって停止される（ステップＳ５０）。なお、ステップＳ５０が終了されるとき、リミットスイッチがオンしたことを元に、サーボモータ２２を回転させた角度とともにボールナット１２までの距離測定の結果が取り込まれることで左進における最後のデータ（後述するデータｂ）が記録され、左進による距離測定が終了されることとなる。

続いて、右進準備の工程として、ボールナット１２の右進に対して負荷となるように重り５４ａが設置（負荷治具５１に対して接続状態）される（ステップＳ６０）。これにより、右進方向の側におけるねじ軸１１とボールナット１２とのガタつきが詰められる。なお、この場合、重り５４ｂの設置（負荷治具５１に対して接続状態）がなされない。こうした重りを設定する工程は、ステップＳ３０同様、制御処理部４３や他の制御部によって自動化されていてもよいし、ボールねじ精度の測定に関わる作業者らが行ってもよい。

次に、右進の工程として、サーボモータ２２を逆回転方向に所定角度ずつ回転させる位置制御が制御処理部４３によって行われる（ステップＳ７０）。すなわちこの場合、ねじ軸１１が所定角度ずつ回転動作されることとなり、重り５４ａによる負荷を受けることで右進方向の側におけるねじ軸１１とボールナット１２とのガタつきが詰められた状態でボールナット１２が徐々に右進し、検出部４０に近付いて行くこととなる。

ステップＳ７０において、制御処理部４３は、サーボモータ２２を回転させる所定角度毎に被検出体３２（反射材３３）までの距離、すなわちボールナット１２までの距離を測定し、記録していく距離測定も合わせて実行する。なお、ステップＳ７０が開始されるとき、その直前において、サーボモータ２２を回転させた角度とともにボールナット１２までの距離測定の結果が取り込まれることで右進における最初のデータ（後述するデータｃ）が記録され、右進による距離測定が開始されることとなる。

そして、ボールナット１２が右進することによってねじ軸１１の端となる位置へ到達した（上述したリミットスイッチが負荷治具５１を検出してオンした）か否かが、制御処理部４３によって判断される（ステップＳ８０）。ステップＳ８０にて、ボールナット１２がねじ軸１１の端となる位置へ到達していないとき（ステップＳ８０：ＮＯ）、制御処理部４３によってステップＳ７０の処理が繰り返し実行される。

一方、ステップＳ８０にて、ボールナット１２がねじ軸１１の端となる位置へ到達したとき（ステップＳ８０：ＹＥＳ）、負荷取り外しの工程として、重り５４ａが負荷治具５１から機械的に切断されるとともに、サーボモータ２２を回転させる位置制御が制御処理部４３によって停止される（ステップＳ９０）。なお、ステップＳ９０が終了されるとき、リミットスイッチがオンしたことを元に、サーボモータ２２を回転させた角度とともにボールナット１２までの距離測定の結果が取り込まれることで右進における最後のデータ（後述するデータｄ）が記録され、右進による距離測定が終了されることとなる。

続いて、結果処理の工程として、制御処理部４３によって演算処理及び判定処理が実行される（ステップＳ１００）。その後、ボールねじ装置１３がボールねじ測定装置から取り外されて今回の測定が終了される。

ここで、上記距離測定の記録の結果と、演算処理及び判定処理について説明する。
図４に示すように、上記距離測定では、制御処理部４３がサーボモータ２２を回転させたねじ軸角度θ（横軸）毎のボールナット１２までの実測距離Ｌ（縦軸）が結果として記録される。

上述した測定の手順によっては、ステップＳ２０，Ｓ３０の工程に対応する記録、すなわち左進による距離測定の開始の記録としてデータａが記録されることとなる。また、ステップＳ４０，Ｓ５０の工程に対応する記録、すなわち左進による距離測定の終了の記録としてデータｂが記録されることとなる。データａとデータｂの間は、ステップＳ３０の工程に対応する記録であって、ボールナット１２が検出部４０から遠退く、すなわち実測距離Ｌが大きい値へと推移する。データａからデータｂは、左進による距離測定、すなわちボールねじ精度の測定に関わるねじ軸１１のねじ溝１１ａにおける往路の実測距離Ｌの測定結果の記録となる。

続いて、ステップＳ６０，Ｓ７０の工程に対応する記録、すなわち右進による距離測定の開始時の記録としてデータｃが記録されることとなる。なお、データｂからデータｃの間は、重り５４ｂに替えて重り５４ａが設置されることで、右進の方向におけるガタつきが詰められる分だけ実測距離Ｌが大きい値へと推移する。また、ステップＳ８０，Ｓ９０の工程に対応する記録、すなわち右進による距離測定の終了の記録としてデータｄが記録されることとなる。データｃとデータｄの間は、ステップＳ７０の工程に対応する記録であって、ボールナット１２が検出部４０に近付く、すなわち実測距離Ｌが小さい値へと推移する。データｃからデータｄは、右進による距離測定、すなわちボールねじ精度の測定に関わるねじ軸１１のねじ溝１１ａにおける復路の実測距離Ｌの測定結果の記録となる。

こうして記録された測定結果では、ねじ軸角度θに基づき規定されるねじ溝１１ａ（ねじ溝１１ａの全体をボールナットが端から端の移動に必要な最大回転角度で均等分した）における上記ガタつきが、上記往路の測定結果と上記復路の測定結果との差分として現れることとなる。続いて、制御処理部４３は、上記往路の測定結果と上記復路の測定結果の差分を算出する演算処理を実行する。

図５に示すように、上記演算処理では、ねじ軸角度θ（横軸）毎のガタつきＧ（縦軸）が結果として算出される。こうした算出結果では、ねじ軸角度θに基づき規定されるねじ溝１１ａにおけるガタつきＧが、所定の範囲内で上下して現れることとなる。続いて、制御処理部４３は、ガタつきＧの分布が、ボールねじ精度が上記所定の基準を満足する正常範囲に分布しているか否かを判定する判定処理を実行し、その判定結果とともに上記算出結果を表示画面４３ａに出力する。

図５の破線で示すように、表示画面４３ａにおいて、下限値Ｇａから上限値Ｇｂの範囲（以下、「正常範囲」という）が出力される。正常範囲は、ボールねじ精度が上記所定の基準を満足するとして経験的に導かれる範囲に設定される。

図５に示すように、ガタつきＧが正常範囲に分布しているとき、ボールねじ装置１３が正常であるとの結果が表示画面４３ａに出力されることとなる。なお、この場合、例えば、表示画面４３ａに「ＣＬＥＡＲ」等の文字を画像表示させることで、ボールねじ装置１３が正常であるとの結果を上記作業者に把握させる。

一方、図６（ａ），（ｂ）に示すように、ガタつきＧが正常範囲の外に分布しているとき、ボールねじ装置１３に異常があるとの結果が表示画面４３ａに出力されることとなる。なお、この場合、例えば、表示画面４３ａに「ＣＨＥＣＨ」等の文字を画像表示させることで、ボールねじ装置１３に異常があるとの結果を上記作業者に把握させる。

図６（ａ）に示すように、ガタつきＧが正常範囲の外に分布する態様として、正常範囲の外への分布が非周期的（突発的）に現れているとき、ねじ軸１１のねじ溝１１ａに異常があること（異常がある可能性が高いこと）を示すこととなる。またさらに、正常範囲の外へ分布するねじ軸角度θは、ねじ軸１１のねじ溝１１ａのどの部分に起因しているかを示すこととなる。

また、図６（ｂ）に示すように、ガタつきＧが正常範囲の外に分布する態様として、正常範囲の外への分布が周期的（ボールナット１２におけるねじ溝１２ａが１循環する毎）に現れているとき、ボールナット１２のねじ溝１２ａに異常があること（異常がある可能性が高いこと）を示すこととなる。またさらに、正常範囲の外へ分布するねじ軸角度θは、ボールナット１２のねじ溝１２ａのどの部分に起因しているかを示すこととなる。

以上に説明したボールねじ測定装置によれば、以下の（１）〜（５）に示す作用及び効果を奏する。
（１）本実施形態では、移動方向に対して一定の負荷が付与されながらボールナット１２がねじ軸１１のねじ溝１１ａを移動するとき、移動方向の側におけるねじ軸１１とボールナット１２とのガタつきが詰められることとなる。すなわちこの場合、移動方向の側におけるねじ軸１１とボールナット１２とのガタつきが詰められた状態において、ボールナット１２までの実測距離Ｌが記録される。

そして、こうして記録される実測距離Ｌは、ねじ軸１１のねじ溝１１ａの全域において、ねじ軸角度θに基づき規定される位置のねじ溝１１ａにおけるガタつきを示すこととなる。これにより、ねじ軸角度θに基づき規定されるねじ溝１１ａにおけるボールねじ精度を評価することができるだけでなく、ねじ軸１１のねじ溝１１ａの全域に亘ってのボールねじ精度を評価することができる。

（２）本実施形態によれば、往路（左進）と復路（右進）とでそれぞれ移動方向の側におけるねじ軸１１とボールナット１２とのガタつきが詰められた状態での記録結果からは、その差分がねじ軸１１とボールナット１２とのガタつきＧとして算出されることとなる。すなわちこの場合、制御処理部４３による算出結果によっては、ねじ軸角度θに基づき規定されるねじ溝１１ａにおけるガタつきＧが算出されるだけでなく、ねじ軸１１のねじ溝１１ａの全域に亘ってのガタつきＧの変動が算出されるようになる。

これにより、ねじ軸角度θに基づき規定されるねじ溝１１ａにおけるボールねじ精度を好適に評価することができるだけでなく、ねじ軸１１のねじ溝１１ａの全域に亘ってのボールねじ精度を好適に評価することができる。

（３）本実施形態によれば、ねじ軸角度θに基づき規定されるねじ溝１１ａにおけるガタつきＧが正常範囲に分布しているか否か、すなわちボールねじ精度が上記所定の基準を満足するかどうかについてまでボールねじ測定装置が判定することができるようになる。

そして、図５に示す結果が導出されるとき、こうした結果を確認した上記作業者は、ボールねじ装置１３が各ねじ溝１１ａ，１２ａの全域に亘ってボールねじ精度が上記所定の基準を満足することを評価することができる。

一方、本実施形態では、ボールねじ精度が上記所定の基準を満足しないと評価するとき、ねじ軸１１及びボールナット１２のいずれが原因でボールねじ精度が上記所定の基準を満足しないのか評価することができる。

例えば、図６（ａ）に示す結果となるときには、ねじ軸１１が原因であることだけでなくねじ軸１１のねじ溝１１ａのどの部分が原因でボールねじ精度が上記所定の基準を満足しないのか評価することができる。すなわちこの場合、こうした結果を確認した上記作業者は、ねじ軸１１のねじ溝１１ａであって、どの部分が原因でボールねじ精度が上記所定の基準を満足しないのかを評価することができる。

また、図６（ｂ）に示す結果となるときには、ボールナット１２が原因であることだけでなくボールナット１２のねじ溝１２ａのどの部分が原因でボールねじ精度が上記所定の基準を満足しないのか評価することができる。すなわちこの場合、こうした結果を確認した上記作業者は、ボールナット１２のねじ溝１２ａであって、どの部分が原因でボールねじ精度が上記所定の基準を満足しないのかを評価することができる。

（４）ところで、上述したようにねじ軸１１のねじ溝１１ａをボールナット１２が移動するとき、ボールナット１２の個体によってはこうした移動のなかで振れ回りするようなものもある。このようにボールナット１２が振れ回りして、ボールナット１２の軸方向に対する負荷の付与にまで影響が出てしまうと検出部４０での検出結果にまでその影響を引き摺ってしまうことが懸念される。

この点、本実施形態によれば、ボールナット１２が移動するなかで該ボールナット１２が振れ回りしたとしても、回り止め治具３０と負荷治具５１とがこうした振れ回りを許容する（フローティング機構を間に有する）ことによりその振れ回りが負荷治具５１（負荷付与部５０）にまで及ばないこととなる。すなわちこの場合、ボールナット１２が振れ回りしたとしても検出部４０での検出結果にまでその影響を引き摺ってしまうことを抑えることができる。

（５）本実施形態のように、重り５４ａ，５４ｂに作用する重力に基づき生じる重量を負荷として用いることで、ボールナット１２に付与する一定の負荷のばらつきがほぼ抑えられることとなる。すなわちこの場合、ガタつきＧの結果として、より信頼性の高い結果を得ることができるようになる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・図７に示すように、ボールナット１２に対して付与する負荷を発生させる形態として、重り５４ａ，５４ｂの重力ではなくサーボモータ５５ａ，５５ｂの回転トルクを用いるようにしてもよい。この場合、負荷治具５１における軸方向の両側には、各ワイヤ５２ａ，５２ｂを介して各サーボモータ５５ａ，５５ｂの出力軸に取り付けられたプーリがそれぞれ機械的に接続される。すなわち、上記プーリに接続される各ワイヤ５２ａ，５２ｂの一端が該プーリによって巻き取られ、上記出力軸の回転トルクが上記プーリ及び各ワイヤ５２ａ，５２ｂを介して負荷治具５１に引っ張る力（負荷）として伝達される。なお、各ワイヤ５２ａ，５２ｂの途中には、負荷として付与するトルクを検出するセンサ、すなわち各ロードセル５６ａ，５６ｂが設けられる。各サーボモータ５５ａ，５５ｂは、負荷が変化しても制御処理部４３から指示された回転トルクを発生させ、各ロードセル５６ａ，５６ｂで検出されたトルクが指示された回転トルクと等しくなるようにフィードバックで運転可能なトルク制御される。すなわちこの場合、制御処理部４３は、各ロードセル５６ａ，５６ｂの検出する結果に基づき各サーボモータ５５ａ，５５ｂのトルク制御を実行する。具体的に、制御処理部４３は、上記ガタつきの測定の手順におけるステップＳ２０において、ボールナット１２の左進に対して負荷となるようにワイヤ５２ｂを巻いて所定のトルクが発生されるようにサーボモータ５５ｂのトルク制御を実行する。また、制御処理部４３は、ステップＳ５０において、ワイヤ５２ｂを緩めるようにサーボモータ５５ｂのトルク制御を実行する。また、制御処理部４３は、ステップＳ６０において、ボールナット１２の右進に対して負荷となるようにワイヤ５２ａを巻いて所定のトルクが発生されるようにサーボモータ５５ａのトルク制御を実行する。また、制御処理部４３は、ステップＳ９０において、ワイヤ５２ａを緩めるようにサーボモータ５５ａのトルク制御を実行する。こうした本別例では、上記ガタつきの測定中において、各サーボモータ５５ａ，５５ｂのいずれかによってボールナット１２に対して、各サーボモータ５５ａ，５５ｂの付与可能な範囲（多少のバラつきがあるなか）で一定の負荷が付与される。これによれば、ボールナット１２に対して付与する負荷を切り替える作業の自動化を実現することができる。

・その他、ボールナット１２に対して付与する負荷を発生させる形態として、例えば、ガイド１５と負荷付与部５０との間における動摩擦力の変化を用いることもできる。
・回り止め治具３０と負荷治具５１とは、異なる治具として分離して構成されていてもよく、これらが分離して構成されていてもボールナット１２の径方向への振れ回りが許容されていればよい。

・回り止め治具３０と負荷治具５１とは、ボールナット１２の径方向への振れ回りを許容して構成されていなくてもよい（フローティング機構を間に有していなくてもよい）。例えば、回り止め治具３０は、負荷治具５１に固定されていてもよい。

・各負荷爪５１ａ，５１ｂは、回り止め治具３０をねじ軸１１の軸方向に挟み込む配置をなしていてもよい。
・ガタつきＧの分布が、ボールねじ精度が上記所定の基準を満足する正常範囲に分布しているか否かを判定する判定処理では、図６（ａ），（ｂ）の結果に基づきねじ軸１１及びボールナット１２のいずれの異常であるか制御処理部４３が出力することもできる。

・上記判定処理については、ボールねじ測定装置では行わず演算結果から作業者が行うこととしてもよい。
・上記往路の測定結果と上記復路の測定結果の差分を算出する演算処理については、ボールねじ測定装置では行わず測定結果から作業者が行うこととしてもよい。この場合には、測定結果が制御処理部４３の表示画面４３ａに表示されるようにする。

・上記ガタつきの測定の手順として、上記往路の測定結果と上記復路の測定結果をそれぞれ複数回ずつ測定した平均を用いる等して、情報の信頼性を高める工夫を施すこともできる。

・検出部４０としては、レーザーに限らず、超音波等を用いたり、カメラによる画像認識を用いたりしてもよい、またさらに機械式のスイッチを用いるようにしてもよい。
・上記距離測定の間、ボールナット１２がねじ軸１１の端となる位置へ到達するまで（リミットスイッチがオンされるまで）、サーボモータ２２の回転を継続させるようにしてもよい。この場合の距離測定のデータとしては、ねじ軸角度θ毎に実測距離Ｌをサンプリングした結果が記録されることとなる。このように連続して距離測定することによっては、実測距離Ｌを精度よく測定することができるようになる。

１１…ねじ軸、１１ａ…ねじ溝、１２…ボールナット、１２ａ…ねじ溝、１２ｂ…ボール、２２…サーボモータ、３０…回り止め治具、３１…回り止め部、３２…被検出体、３３…反射材、４０…検出部、４１…照射部、４２…受光部、４３…制御処理部、５０…負荷付与部、５１…負荷治具、５４ａ，５４ｂ…重り、５５ａ，５５ｂ…サーボモータ。

Claims (5)

1. 螺旋状にねじ溝が形成されてなるねじ軸と、
   前記ねじ軸のねじ溝に多数のボールを介して嵌合されてなるボールナットと、
   前記ねじ軸を駆動させる駆動部と、
   前記ねじ軸が駆動されるとき、前記ねじ軸の軸方向に沿って移動可能に前記ボールナットを回り止めするロック部と、
   前記ねじ軸の軸方向における前記ボールナットの位置を検出する検出部と、
   前記ボールナットが前記ねじ軸のねじ溝の全域を移動する間において、その移動方向に対して負荷となるように前記ボールナットに一定の力を付与する負荷付与部と、
   前記負荷付与部により前記ボールナットに負荷が付与された状態において、該ボールナットが前記ねじ軸のねじ溝の全域を往復動するように前記駆動部を制御する駆動制御部と、
   前記ねじ軸の駆動量が変化されるなかで該駆動量に応じた前記検出部の検出結果を記録する記録部と、を備えてなるボールねじ測定装置。
2. 前記記録部における記録結果から前記ねじ軸の駆動量に応じた前記ボールナットの往路と復路における差分を算出する算出部を備える請求項１に記載のボールねじ測定装置。
3. 前記算出部の算出結果がボールねじ精度としての要求を満足する正常範囲を設定するなかで、前記算出部の算出結果が前記正常範囲に分布しているか否かを判定する判定部を備える請求項２に記載のボールねじ測定装置。
4. 前記ロック部と前記負荷付与部との間には、前記ねじ軸に対する前記ボールナットの振れ回りを許容しながらも前記ボールナットの軸方向に対して負荷を付与可能にするフローティング機構を有する請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載のボールねじ測定装置。
5. 前記負荷付与部は、重力に基づき生じる重量を負荷として前記ボールナットに付与する請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載のボールねじ測定装置。