JP2017180815A - 転がり案内装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】軌道部材に対する移動部材の動作状況や無限循環路内における転動体の循環状態を各種センサによって直接的に把握することが可能な転がり案内装置を提供する。【解決手段】長手方向に沿って転走面を有する軌道部材と、前記転走面を転がる多数の転動体を介して前記軌道部材に組み付けられると共に、前記転動体の無限循環路を有する移動部材と、を備えている。前記移動部材は、前記軌道部材の転走面と対向して前記転動体の負荷通路を構成する負荷転走面及び前記転動体の無負荷戻し通路を有する本体部材と、前記負荷通路と前記無負荷戻し通路との間で転動体を往来させる方向転換路を有すると共に、前記本体部材に装着される一対の蓋体と、少なくとも前記本体部材と一方の蓋体との間に介装されて前記無限循環路の一部を構成すると共に、前記軌道部材に対する前記移動部材の動作状況を検出するセンサの取付け部を有する測定プレートと、を備えている。【選択図】 図１

Description

本発明は、工作機械や各種搬送装置等の産業機械の直線案内部あるいは曲線案内部において、テーブル等の可動体を往復動自在に案内する転がり案内装置に関する。
従来、この種の転がり案内装置は、長手方向に沿って転動体の転走面が形成された軌道部材と、前記転走面を転走する多数の転動体を介して前記軌道部材に組み付けられると共に当該軌道部材に沿って往復動自在な移動部材とを備えている。前記移動部材は転動体が荷重を負荷しながら転走する負荷転走面を有しており、当該負荷転走面は前記軌道部材の転走面と対向することにより前記転動体の負荷通路を構成している。また、前記移動部材は前記負荷通路の一端から他端へ転動体を循環させる無負荷通路を有しており、前記負荷通路及び前記無負荷通路が連続することによって前記転動体の無限循環路が構成されている。これにより、前記移動部材は前記軌道部材に沿ってストロークを制限されることなく移動することが可能となっている。
転がり案内装置の製品寿命は主に前記軌道部材の転走面や前記移動部材の負荷転走面の疲労に左右される。しかし、当該転走面や負荷転走面、更にはそこを転動するボールやローラといった転動体が潤滑剤によって適切に潤滑されていない場合には、前記転走面や負荷転走面のフレーキングが早期に発生してしまい、転がり案内装置の製品寿命が短命化してしまう可能性がある。また、前記転動体の転がり抵抗が大きくなり、例えば当該転がり案内装置によって移動自在に支持されたテーブルの加速度が悪化する等、当該転がり案内装置が本来の性能を発揮できないおそれもある。
その一方、転がり案内装置の用途は様々であり、当該用途における使用環境や負荷荷重等（以下、「使用条件」という）によって転走面等の潤滑状態は影響を受けざるを得ない。従って、転がり案内装置にその本来の性能を発揮させると共にその製品寿命を全うさせるためには、当該転がり案内装置の動作状況を各種センサによって逐次検出し、検出した内容に基づいて潤滑剤の供給を制御し、また必要に応じて当該転がり案内装置を組み込んだ産業機械の運転を制御できることが望ましい。
特許文献１は前記軌道部材上における潤滑剤の存在を検知するためのセンサを前記移動部材に搭載した例を開示している。しかし、当該センサは前記移動部材の外側に装着されるため、前記軌道部材に潤滑剤が付着しているか否かの確認はできるものの、前記移動部材の無限循環路における潤滑状態や転動体の循環状態を直接的に把握することはできなかった。
特開２００５−１２１２１５
本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、軌道部材に対する移動部材の動作状況を検出するための各種センサを内蔵させることができると共に、無限循環路内における転動体の循環状態を各種センサによって直接的に把握することが可能な転がり案内装置を提供することにある。
すなわち、本発明は、長手方向に沿って転走面を有する軌道部材と、前記転走面を転がる多数の転動体を介して前記軌道部材に組み付けられて当該軌道部材に沿って移動自在であると共に、前記転動体の無限循環路を有する移動部材と、を備えた転がり案内装置である。そして、前記移動部材は、前記軌道部材の転走面と対向して前記転動体の負荷通路を構成する負荷転走面及び当該負荷通路と平行な前記転動体の無負荷戻し通路を有する本体部材と、前記負荷通路と前記無負荷戻し通路との間で転動体を往来させる方向転換路を有すると共に、前記本体部材に対してその移動方向の両端に装着される一対の蓋体と、少なくとも前記本体部材と一方の蓋体との間に介装されて前記無限循環路の一部を構成すると共に、前記軌道部材に対する前記移動部材の動作状況を検出するセンサの取付け部を有する測定プレートと、を備えている。
本発明によれば、前記測定プレートが前記移動部材の本体部材と蓋体との間に存在し、この測定プレートは軌道部材に対する移動部材の動作状況を検出する各種センサの取付け部を有しているので、各種センサを内蔵した転がり案内装置を容易に提供することが可能となる。また、前記測定プレートは転動体の無限循環路の一部を構成しているので、当該測定プレートに各種センサを取り付けることにより、無限循環路内における転動体の循環状態を直接的に把握することができ、転がり案内装置の使用条件に応じた適切な潤滑環境を設定することが可能となる。
本発明を適用可能な転がり案内装置の一例を示す斜視図である。 ボールの無限循環路の構成を示す断面図である。 測定プレートの概略構成を示す断面図である。 測定プレートの第二実施形態を示す正面図である。
以下、添付図面を用いながら本発明の転がり案内装置を詳細に説明する。
図１は本発明を適用した転がり案内装置の一例を示す斜視図である。この転がり案内装置は、直線状に延びる軌道部材１と、転動体としての多数のボールを介して前記軌道部材１に組付けられた移動部材２とから構成されており、各種機械装置の固定部に前記軌道部材１を敷設し、前記移動部材２に対して各種の可動体を搭載することで、かかる可動体を軌道部材１に沿って往復移動自在に案内することができるようになっている。
前記軌道部材１は略断面四角形状の長尺体に形成されている。この軌道部材１には長手方向に所定の間隔をおいて上面から底面に貫通するボルト取付け孔１２が複数形成されており、これらボルト取付け孔１２に挿入した固定ボルトを用いて、当該軌道部材１を固定部に対して強固に固定することができるようになっている。前記軌道部材１の左右両側面には転動体の転走面１１が２条ずつ設けられ、軌道部材全体としては４条の転走面１１が設けられている。尚、前記軌道部材１に設けられる転走面１１の条数はこれに限られるものではない。
一方、前記移動部材２は、大きく分けて、金属製の本体部材２１と、この本体部材２１の移動方向の両端に装着される一対の合成樹脂製の蓋体２２Ａ，２２Ｂと、一方の蓋体２２Ａと前記本体部材２１との間に介装された測定プレート３とから構成されている。この移動部材２は前記軌道部材１の各転走面１１に対応してボールの無限循環路を複数備えている。また、前記蓋体２２Ａ，２２Ｂには前記移動部材２と軌道部材１との隙間を密閉するシール部材４が固定されており、軌道部材１に付着した塵芥などが前記無限循環路の内部に侵入するのを防止している。
図２は前記無限循環路を示す断面図である。同図に示すように、無限循環路５は、負荷通路５０、戻し通路５１及び一対の方向転換路５２を有している。また、無限循環路５の一部は前記測定プレート３にも形成されている。前記移動部材２を構成する本体部材２１には、前記軌道部材１の転走面１１と対向する負荷転走面２３が形成されており、転動体６は軌道部材１の転走面１１と本体部材２１の負荷転走面２３との間で荷重を負荷しながら転がる。前記無限循環路５のうち、このように転動体６が荷重を負荷しながら転動している通路部分が前記負荷通路５０である。また、前記本体部材２１には前記負荷通路５０と平行に前記戻し通路５１が形成されている。この戻し通路５１は、通常、前記本体部材２１を貫通して設けられており、その内径は転動体６の直径よりも僅かに大きく設定されている。これにより、転動体６は荷重を負荷することなく前記戻し通路内を転動する。
前記測定プレート３は、前記本体部材２１の負荷通路５０に連続する無負荷連絡通路３０と、前記本体部材２１の戻し通路５１に連続する連絡戻し通路３１とを有している。前記転動体６は無負荷連絡通路３０及び連絡戻し通路３１のいずれにおいても荷重を負荷することなく、無負荷状態で転動する。
前記方向転換路５２は一対の蓋体２２Ａ，２２Ｂに設けられている。一方の蓋体２２Ａは前記本体部材２１の端面に固定されており、当該蓋体２２Ａの方向転換路５２は前記負荷通路５０の端部と前記戻し通路５１の端部とを接続し、これらの間で転動体６を往来させている。他方の蓋体２２Ｂは前記測定プレート３を介して前記本体部材に固定されており、当該蓋体２２Ｂの方向転換路５２は前記測定プレート３の無負荷連絡通路３０の端部と連絡戻し通路３１の端部とを接続し、これらの間で転動体６を往来させている。
従って、前記本体部材２１に対して前記測定プレート３及び一対の蓋体２２Ａ，２２Ｂを固定すると、前記測定プレート３の無負荷連絡通路３０及び連絡戻し通路３１を含んだ転動体６の無限循環路５が完成する。この無限循環路５において転動体６が荷重を負荷しながら転動するのは、前記本体部材２１の負荷転走面２３と前記軌道部材１の転走面１１とが対向して形成された負荷通路５０のみである。
図３は前記測定プレート３の一例を示すものであり、当該測定プレートを軌道部材１の長手方向と垂直な面で切断した断面図である。前記測定プレート３は内部に各種センサの取付け部３２となる空間を有しており、当該取付け部３２に対して複数種類のセンサを固定できるように構成されている。また、前記取付け部３２に格納された複数のセンサの信号ケーブル３３は、図１に示されるように、一本にまとめられた上で前記測定プレート３から外部へ取り出され、図示外の制御部へと接続される。図３は各種センサの取付け部３２の存在を概念的に示したものであり、前記測定プレート３の内部における前記取付け部３２の具体的な位置や形状については、使用するセンサの測定対象等に応じて適宜変更して差し支えない。
前記取付け部３２に格納されるセンサとしては、潤滑剤の汚れを検出するコンタミネーションセンサ、前記軌道部材に対する前記移動部材の移動量を計測するリニアエンコーダの計測ヘッド、加速度センサ等が該当する。また、前記コンタミネーションセンサの詳細としては、レーザ光を用いた光電変換方式のパーティクルカウンタ、赤外線波長吸収式の油中水分センサ、誘電率を用いた潤滑油の劣化度測定センサ、潤滑油中の鉄粉濃度の計測センサ、色相判別による潤滑油の劣化度測定センサ等が利用可能であり、潤滑油の汚染状態を把握するための各種センサを任意に前記測定プレート３の取付け部３２に格納可能である。
また、前記測定プレート３は前記無限循環路５の一部を構成しているので、前記無限循環路５を転動する転動体６に対しての潤滑剤の供給を前記測定プレート３によって行うことも可能である。具体的には、前記測定プレート３に潤滑剤の供給口３４（図１参照）を設けると共に、この供給口３４から前記無負荷連絡通路３０又は連絡戻し通路３１に繋がる潤滑剤通路を設ける。前記供給口３４にはフレキシブルチューブ等の配管を接続し、装置外の潤滑剤ポンプから前記供給口３４に対して潤滑剤を供給する。
この場合、前記測定プレート３には前記潤滑剤通路における潤滑剤の流動を把握するセンサを設けることが可能であり、そのようなセンサを設けることにより、無限循環路５に対する潤滑剤の供給状態を略正確に監視することができる。その結果として、前記軌道部材１の転走面１１や前記移動部材２の負荷転走面２３の潤滑不足を未然に防止することが可能となる。
また、図を用いて説明した実施形態の転がり案内装置は、前記軌道部材が固定部上に敷設されるタイプのものであったが、例えばボールスプライン装置やボールねじ装置など、軌道部材が棒軸状に形成されてその両端のみが固定部に支持されるタイプの転がり案内装置に適用することも可能である。また、各種アクチュエータに組み込まれた転がり案内装置にも適用することが可能である。
図４は前記測定プレートの第二実施形態を示すものであり、当該測定プレート３を前記本体部材２１との接合面側から観察した正面図である。
この測定プレート３は前記本体部材２１に向けて開口した取付け部３２を有しており、当該取付け部３２の内部には振動センサ３５と複数の近接センサ３６が収容されている。前記振動センサ３５及び前記近接センサ３６は電子基板３７に実装されており、当該電子基板３７と共に前記取付け部３２に収容されている。また、前記電子基板３７には前記測定プレート３の外部に信号を出力すると共に当該電子基板３７に電力を供給するためのコネクタ３８が接続されており、前記コネクタ３８は前記測定プレート３を貫通して設けられている。
前記振動センサ３５としては加速度センサを用いることができ、かかる振動センサ３５は前記測定プレート３の取付け部３２に収容された状態で、前記移動部材２の本体部材２１に当接している。具体的には、前記測定プレート３が固定される前記本体部材２１の端面に対して、前記振動センサ３５を直接貼り付けている。また、前記近接サンサ３６は前記測定プレート３の無負荷連絡通路３０に隣接した位置で前記取付け部３２の内壁に固定されており、図４に示す例では、取付け部３２の近傍に位置する２カ所の無負荷連絡通路３０のそれぞれに対して近接センサ３６が設けられている。
前記電子基板３７にはＲＡＭ及びＲＯＭを内蔵した制御部としてのマイクロコントローラが実装されており、前記振動センサ３５及び近接センサ３６の検出信号はＡ／Ｄ変換器等を介して前記制御部に入力される。前記制御部は予めＲＯＭに格納されたプログラムを実行し、前記振動センサ及び前記近接センサの検出信号を処理し、前記コネクタ３８を介して各種信号を外部へ出力する。制御部の生成した信号の出力先としては、警報機又はディスプレイ等のユーザーインターフェースが該当する。尚、前記制御部は前記取付け部３２に収容された電子基板３７に必ずしも実装する必要はなく、各センサ３５，３６のみを前記取付け部３２に収容し、前記測定プレート３の外部に設けられた制御部と各センサ３５，３６とを前記コネクタ３８で接続するようにしても良い。
また、この種の転がり案内装置は例えばマシニングセンタ等の数値制御工作機械において、ワークテーブルの移動、主軸台の移動等を担う部品として使用されており、当該転がり案内装置の走行状態は数値制御工作機械によるワークの加工精度に大きな影響が及ぶ可能性が考えられる。従って、前記測定プレート３に設けられた各種センサの検出信号を数値制御工作機械の制御部に対して直接入力するように構成すれば、当該検出信号に基づいて数値制御工作機械の運転を制御することができ、加工不良品の発生率を低下させるために有効である。
以上説明してきたように、本発明では移動部材２を構成する本体部材２１と蓋体２２Ｂとの間に測定プレート３を介装し、当該測定プレート３に対して各種センサの取付け部３２を設けたので、転がり案内装置の動作状況を把握するための各種センサを前記移動部材２と容易に一体化することができる。そして、前記センサの検出結果を利用することで当該転がり案内装置の動作状態をリアルタイムで監視し、当該転がり案内装置を使用する各種産業機械の動作を最高の状態に維持することが可能となる。
更に、前記測定プレート３は転動体６の無限循環路５の一部を構成しているので、当該測定プレート３内に設けたセンサで無限循環路５内における転動体６の循環状態を直接的に把握することができ、転がり案内装置の使用条件に応じ、適切な潤滑剤の供給タイミング、供給時間、供給量、前記軌道部材１上における潤滑剤の重点的な供給箇所を設定することが可能となる。これにより、転がり案内装置の動作状態を常に高いレベルに維持することが可能となる。
尚、図を用いて説明した実施形態の転がり案内装置では転動体としてボールを使用していたが、ローラを使用した転がり案内装置に本発明を適用することもできる。
１…軌道部材、２…移動部材、３…測定プレート、５…無限循環路、６…転動体、２１…本体部材、２２Ａ，２２Ｂ…蓋体

Claims (3)

  1. 長手方向に沿って転走面を有する軌道部材と、前記転走面を転がる多数の転動体を介して前記軌道部材に組み付けられて当該軌道部材に沿って移動自在であると共に、前記転動体の無限循環路を有する移動部材と、を備え、
    前記移動部材は、
    前記軌道部材の転走面と対向して前記転動体の負荷通路を構成する負荷転走面及び当該負荷通路と平行な前記転動体の無負荷戻し通路を有する本体部材と、
    前記負荷通路と前記無負荷戻し通路との間で転動体を往来させる方向転換路を有すると共に、前記本体部材に対してその移動方向の両端に装着される一対の蓋体と、
    少なくとも前記本体部材と一方の蓋体との間に介装されて前記無限循環路の一部を構成すると共に、前記軌道部材に対する前記移動部材の動作状況を検出するセンサの取付け部を有する測定プレートと、
    を備えたことを特徴とする転がり案内装置。
  2. 前記測定プレートは、前記軌道部材の転走面に対向して前記転動体を前記負荷通路と前記方向転換路との間で案内する無負荷連絡通路と、前記転動体を前記本体部材の戻し通路と前記蓋体の方向転換路との間で案内する連絡戻し通路と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の転がり案内装置。
  3. 前記測定プレートは潤滑剤の供給配管が接続される供給口を有し、当該供給口から前記軌道部材の転走面又は前記転動体に対して潤滑剤を供給する潤滑剤通路を有していることを特徴とする請求項１記載の転がり案内装置。
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