JP2019105317A - ボールねじユニットの診断システムおよびモータ制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】ボールねじユニットにおいて、予圧の低下を伴う故障をより好適に検出する。【解決手段】モータによってねじ軸が回転駆動されたときの、ボールねじユニットおよび該モータを含む所定の機械構成体の軸方向の共振周波数と、該共振周波数に対応する、ねじ軸におけるナット部材の位置との組み合わせに基づいて、ボールねじユニットの故障診断を行う。【選択図】図６

Description

本発明は、ボールねじユニットの診断システム、および、該ボールねじユニットのねじ軸を回転駆動させるモータを制御するモータ制御システムに関する。

工作機械や、産業用ロボット、半導体製造装置等の各種装置においては、ワークの搬送や位置決めのためにボールねじユニットが用いられる。ボールねじユニットは、ねじ軸と、該ねじ軸に嵌められたナット部材とを有し、該ねじ軸と該ナット部材との間に転動体として複数のボールが介在することで、該ねじ軸の軸方向に該ナット部材が移動可能に構成されている。そして、モータによってねじ軸が回転駆動されることで該ねじ軸に対してナット部材が移動する。それによって、ナット部材に取り付けられておりワークが置載されたテーブルの位置が所望の位置に制御される。特許文献１には、このような構成のボールねじユニットに関する技術が開示されている。また、特許文献２には、このような構成のボールねじユニットを用いたボールねじ式駆動装置が開示されている。

一方で、特許文献３には、工作機械を駆動するためのサーボモータを制御するサーボモータ制御装置に関する技術が開示されている。この特許文献３に記載された技術では、サーボモータの速度制御ループに正弦波外乱値を入力することで共振周波数を検出し、検出された共振周波数に基づいて工作機械の機械剛性を測定する。そして、測定された機械剛性に基づいて工作機械の点検時期を通知する。

特開２０１０−１４９７７０号公報 特開２０１７−５３４３１号公報 特開２０１６−３４２２４号公報

ボールねじユニットにおけるねじ軸の外周面には、ナット部材が移動する際にボールが転動するボール転動溝が形成されている。さらに、ボールねじユニットにおいては、外部荷重に対するナット部材の軸方向の変位量を抑えるために所定の予圧が付与されている。ここで、ねじ軸のボール転動溝においては、経時劣化等による摩耗や破損が生じる場合がある。そして、ボール転動溝に摩耗や破損が生じると予圧の低下を招く場合がある。

このように、ボールねじユニットにおいて、予圧の低下を招く故障が生じると、ねじ軸に対するナット部材の移動精度が低下するために、テーブルの位置制御に悪影響を及ぼす虞がある。本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、ボールねじユニットにおいて、予圧の低下を伴う故障をより好適に検出することが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明では、上記課題を解決するために、モータによってねじ軸が回転駆動されたときの、ボールねじユニットおよび該モータを含む所定の機械構成体の軸方向の共振周波数と、該共振周波数に対応する、ねじ軸におけるナット部材の位置との組み合わせに基づいて、前記ボールねじユニットの故障診断を行う構成を採用した。

より詳しくは、本発明に係るボールねじユニットの故障診断システムは、外周面にボール転動溝が形成されたねじ軸と、該ボール転動溝を転動する複数のボールが間に介在した状態で該ねじ軸に嵌められており、該ねじ軸が回転駆動することで該ねじ軸の軸方向に移動するナット部材と、を有するボールねじユニットの故障診断を行う故障診断システムであって、前記ねじ軸を回転駆動させるモータと、前記ねじ軸の回転状態に関する状態量を検出する検出装置と、前記ボールねじユニットの故障診断を行う診断装置と、を備え、前記診断装置が、前記モータによって前記ねじ軸が回転駆動されたときに前記検出装置によって検出される前記ねじ軸の回転状態に関する状態量に基づいて、前記ボールねじユニットおよび前記モータを含んで構成される所定の機械構成体の軸方向の共振周波数を導出する周波数特性導出部を有し、さらに、前記診断装置が、前記周波数特性導出部によって導出される前記所定の機械構成体の軸方向の共振周波数と、導出された該共振周波数に対応する、前記ねじ軸における前記ナット部材の位置である前記ナット部材のストローク位置との組み合わせに基づいて、前記ボールねじユニットの故障診断を行う。

本発明に係る故障診断システムでは、モータによってねじ軸が回転駆動されたときにねじ軸の回転状態に関する状態量が検出装置によって検出される。そして、検出装置によって検出された状態量に基づいて、ボールねじユニットおよびモータを含んで構成される所定の機械構成体の軸方向の共振周波数が、診断装置における周波数特性導出部によって導出される。ここで、所定の機械構成体とは、モータによってねじ軸が回転駆動されたときにボールねじユニットおよびモータとともに振動する機械要素の集合体のことである。また、所定の機械構成体の軸方向の共振周波数とは、所定の機械構成体におけるねじ軸の軸方向の振動に関する共振周波数のことである。

ここで、ボールねじユニットにおいて、ねじ軸のボール転動溝に摩耗や破損が生じることで予圧が低下すると、モータによってねじ軸が回転駆動された際に周波数特性導出部によって導出される所定の機械構成体の軸方向の共振周波数が、予圧が正常値であるときとは異なった特性を示すことになる。つまり、ボールねじユニットにおいて予圧が低下すると、所定の機械構成体の軸方向の共振周波数が低下することになる。

ただし、ボールねじユニットにおける予圧が一定の場合であっても、ねじ軸におけるナット部材の位置であるナット部材のストローク位置が異なると、所定の機械構成体の軸方向の共振周波数が異なるものとなる。また、ボールねじユニットおけるねじ軸のボール転動溝の摩耗や破損は、該ねじ軸の一部の箇所にのみ生じる場合がある。この場合、ねじ軸におけるボール転動溝の摩耗や破損が生じた箇所にナット部材が位置しているときにのみ予圧の低下が発生し、その結果、所定の機械構成体の軸方向の共振周波数が正常時よりも低下することになる。

そこで、本発明では、周波数特性導出部によって導出される所定の機械構成体の軸方向の共振周波数のみならず、該共振周波数に対応するナット部材のストローク位置（すなわち、該共振周波数が導出されたときのナット部材のストローク位置）を組み合わせて、診断装置がボールねじユニットの故障診断を行う。これによれば、ボールねじユニットにおける予圧の低下を伴う故障を高精度で検出することができる。

本発明によれば、ボールねじユニットにおいて、予圧の低下を伴う故障をより好適に検出することができる。

実施例に係るボールねじ式駆動システムの概略構成を示す図である。 図１に示すボールねじ式駆動システムにおけるボールねじユニットの概略構成を説明するための図である。 図１に示すボールねじ式駆動システムの故障診断装置における機能部を説明するためのブロック図である。 図１に示すボールねじ式駆動システムのモータ制御装置における機能部を説明するためのブロック図である。 図１に示すボールねじ式駆動システムにおける、モータによってねじ軸が回転駆動された際の、ナット部材のストローク位置、所定の機械構成体の軸方向の共振周波数、およびボールねじユニットの予圧の相関関係を示す図である。 実施例に係るボールねじユニットの故障診断のフローを示すフローチャートである。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（システムの概略構成）
図１は、本実施例に係るボールねじ式駆動システムの概略構成を示す図である。また、図２は、本実施例に係るボールねじ式駆動システムが備えるボールねじユニットの概略構成を説明するための図である。

図１に示すように、本実施例に係るボールねじ式駆動システム１は、ボールねじユニット２、案内装置３、テーブル４、モータ５、検出装置６、およびベース部材７、を備えている。また、ボールねじユニット２は、ねじ軸２１、ナット部材２２、およびサポート軸受２３ａ，２３ｂを有している。

図２に示すように、ボールねじユニット２のねじ軸２１の外周面にはボール転動溝２１１が形成されている。そして、ボール転動溝２１１を転動する複数のボール２４が間に介在した状態でねじ軸２１にナット部材２２が嵌められている。また、ナット部材２２の内部には、ねじ軸２１の軸方向に沿って延びるボール戻し通路２２１が形成されている。ねじ軸２１の軸方向にナット部材２２が移動する際には、ボール転動溝２１１からボール戻し通路２２１の一旦側にボール２４が送り込まれるとともに、ボール戻し通路２２１の他端側からボール転動溝２１１にボール２４が送り出される。つまり、ねじ軸２１に形成されたボール転動溝２１１とナット部材２２に形成されたボール戻し通路２２１とによって、ボール２４が循環する無限循環通路が形成される。そして、ねじ軸２１の軸方向にナット部材２２が移動する際には、この無限循環通路内を複数のボール２４が循環する。なお、図２は、ナット部材２２の内部構造を説明するために、該ナット部材２２をその一部を切り欠いた状態で描かれている。また、図１に示すように、ボールねじユニット２においては、一対のサポート軸受２３ａ，２３ｂによってねじ軸２１が回転可能に支持されている。なお、各サポート軸受２３ａ，２３ｂはベース部材７に固定されている。

ボールねじユニット２のナット部材２２には、ワークを載置するためのテーブル４が取り付けられている。したがって、ねじ軸２１の軸方向へナット部材２２が移動すると、それに伴ってテーブル４も移動する。また、案内装置３は、このテーブル４を支持しつつ、ねじ軸２１の軸方向へのナット部材２２の移動に応じた該テーブル４の移動を案内するための装置である。案内装置３は、二本のレール３１ａ，３１ｂと、四つのブロック３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄとを有している。二本のレール３１ａ，３１ｂは、それぞれ、ねじ軸２１の軸方向に延び、該ねじ軸２１を挟んで互いに平行となるようにベース部材７に固定されている。そして、一方のレール３１ａには、ブロック３２ａ，３２ｂが、転動体となる複数のボール（図示略）が間に介在した状態で取り付けられている。また、他方
のレール３１ｂには、ブロック３２ｃ，３２ｄが、転動体となる複数のボール（図示略）が間に介在した状態で取り付けられている。これにより、ブロック３２ａ，３２ｂがレール３１ａの軸方向に移動可能であり、ブロック３２ｃ，３２ｄがレール３１ｂの軸方向に移動可能なように案内装置３が構成されている。そして、各ブロック３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄにテーブル４が固定されている。これにより、ねじ軸２１の軸方向へのナット部材２２の移動に応じてテーブル４が移動すると、ブロック３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄがレール３１ａ，３１ｂの軸方向に移動することで該テーブル４の移動を案内する。

また、ボールねじ式駆動システム１においては、ねじ軸２１の一方の端部がモータ５の回転軸にカップリング部材を介して接続されており、該モータ５によって該ねじ軸２１が回転駆動される。そして、ねじ軸２１が回転駆動することで該ねじ軸２１の軸方向にナット部材２２が移動する。さらに、モータ５には、ねじ軸２１の回転状態に関する状態量（例えば、ねじ軸２１の回転位置や回転速度）を検出するエンコーダ等の検出装置６が設けられている。

また、本実施例に係るボールねじ式駆動システム１には、ボールねじユニットの故障診断を行う故障診断装置１０、および、モータ５の駆動を制御するモータ制御装置２０が設けられている。図３は、故障診断装置１０における機能部を説明するためのブロック図である。図３に示すように、故障診断装置１０は、周波数特性導出部１１０、ストローク位置導出部１１１、および情報出力部１１２を有している。また、図４は、モータ制御装置２０における機能部を説明するためのブロック図である。図４に示すように、モータ制御装置２０はゲイン調整部２１０を有している。なお、故障診断装置１０およびモータ制御装置２０における各機能部の機能の詳細については後述する。

（故障診断）
次に、本実施例に係るボールねじユニットの故障診断について説明する。ボールねじユニット２においては、外部荷重に対するナット部材２２の軸方向の変位量を抑えるために所定の予圧が付与されている。なお、ボールねじユニット２における予圧付与のための方式は周知のどのような方式を採用してもよい。また、ボールねじユニット２に付与される所定の予圧の値は、実験等に基づき適切な値に設定されている。ボールねじユニット２では、このような所定の予圧が付与されることで、ボール転動溝２１１によって形成されるねじ溝とボール２４との間の隙間が略零となるため、外部荷重に対するナット部材２２の軸方向の変位量を抑えることができる。その結果、ボールねじユニット２の軸方向の剛性を向上させることができ、以てねじ軸２１に対するナット部材２２の移動精度を向上させることができる。

ただし、ねじ軸２１のボール転動溝２１１においては、経時劣化等による摩耗や破損が生じる場合がある。そして、ボール転動溝２１１に摩耗や破損が生じると予圧の低下を招く場合がある。このようにボールねじユニット２において予圧の低下を招く故障が生じると、その軸方向の剛性が低下することで、ねじ軸２１に対するナット部材２２の移動精度が低下し、その結果、ワークを搬送したり位置決めしたりする際のテーブル４の位置制御に悪影響を及ぼす虞がある。そこで、本実施例においては、ボールねじユニット２における予圧の低下を伴う故障を検出するための故障診断が行われる。

本実施例に係るボールねじ式駆動システム１では、モータ５によってねじ軸２１が回転駆動されると、ボールねじユニット２およびモータ５とともに、案内装置３およびテーブル４等の機械要素が振動することになる。以下、ボールねじ式駆動システム１において、ボールねじユニット２およびモータ５、および、これらとともに振動する案内装置３およびテーブル４の機械要素の集合体を「所定の機械構成体」と称する。また、本実施例では
、モータ５によってねじ軸２１が回転駆動されることで該ねじ軸２１の軸方向にナット部材２２が移動した際の、該ねじ軸２１の実際の状態量の変化を検出装置６によって検出することができる。そして、このときに検出されるねじ軸２１の実際の状態量の変化に基づいて、所定の機械構成体の軸方向の共振周波数を導出することができる。

ここで、ボールねじ式駆動システム１における、モータ５によってねじ軸２１が回転駆動された際の、ナット部材２２のストローク位置、所定の機械構成体の軸方向の共振周波数、およびボールねじユニット２の予圧の相関関係について図５に基づいて説明する。図５の横軸は、ナット部材２２のストローク位置、すなわち、ねじ軸２１におけるナット部材２２の位置を表している。ここでは、ナット部材２２のストローク位置を、図１におけるサポート軸受２３ａ（つまり、モータ５側とは反対側に位置するサポート軸受）に対するナット部材２２の相対位置とする。ただし、本発明におけるナット部材のストローク位置は、ねじ軸のサポート軸受を基準としたナット部材の位置に限られるものではない。また、図５の縦軸は、所定の機械構成体の軸方向の共振周波数を表している。また、図５において、バツ印（×）、菱形印（◇）、丸印（〇）、三角印（△）は、それぞれ、意図的にボールねじユニット２の予圧を異なる値に設定したときの、ナット部材２２のストローク位置と所定の機械構成体の軸方向の共振周波数との相関関係をプロットしたものである。ここで、バツ印は、ボールねじユニット２において予圧がかけられていない場合の相関関係を表している。また、菱形印は、ボールねじユニット２において相対的に低い予圧がかけられている場合の相関関係を表している。また、三角印は、ボールねじユニット２において相対的に高い予圧がかけられている場合の相関関係を表している。また、丸印は、ボールねじユニット２において、菱形印で相関関係が表されたときよりも高く且つ三角印で相関関係が表されたときよりも低い予圧がかけられている場合の相関関係を表している。

図５に示すように、ナット部材２２のストローク位置が同一であれば、ボールねじユニット２における予圧が高いほど、所定の機械構成体の軸方向の共振周波数が高くなる傾向にある。これは、ボールねじユニット２における予圧が高いほど該ボールねじユニット２の軸方向の剛性が高くなるためである。このような傾向を鑑みると、ボールねじユニット２において予圧の低下を伴う故障が生じた場合、該ボールねじユニット２が正常な状態のときよりも、所定の機械構成体の軸方向の共振周波数が低下すると考えられる。したがって、所定の機械構成体の軸方向の共振周波数に基づいて、ボールねじユニット２における予圧の低下を伴う故障を検出することができる。

ただし、図５に示すように、ボールねじユニット２においては、予圧が一定であっても、ナット部材２２のストローク位置に応じて所定の機械構成体の軸方向の共振周波数が異なったものとなる。さらに、ボールねじユニット２におけるねじ軸２１のボール転動溝２１１の摩耗や破損は、該ねじ軸２１の一部の箇所にのみ生じる場合がある。この場合、ねじ軸２１におけるボール転動溝２１１の摩耗や破損が生じた箇所にナット部材２２が位置しているときにのみ予圧の低下が発生する。つまり、ナット部材２２のストローク位置が特定の位置であるときにのみ、所定の機械構成体の軸方向の共振周波数が正常時よりも低下することになる。

そこで、本実施例においては、モータ５によってねじ軸２１を回転駆動させたときの、所定の機械構成体の軸方向の共振周波数と、該共振周波数が導出されたときのナット部材２２のストローク位置との組み合わせに基づいて、ボールねじユニット２の故障診断が行われる。図６は、本実施例に係るボールねじユニットの故障診断のフローを示すフローチャートである。本フローは、ボールねじユニット２の故障診断を行う際に、故障診断装置１０に記憶された所定のプログラムが実行されることで実現される。また、本フローにおけるねじ軸２１を回転駆動させるためのモータ５の制御はモータ制御装置２０によって実
行される。

上述したように、ボールねじユニット２におけるねじ軸２１のボール転動溝２１１の摩耗や破損は、該ねじ軸２１の一部の箇所にのみ生じる場合がある。そのため、本実施例では、ボールねじユニット２の故障診断を行う際にナット部材２２を配置するねじ軸２１上のストローク位置である所定ストローク位置が予め複数箇所設定されている。そして、各所定ストローク位置にナット部材２２を順次移動させて、各所定ストローク位置において故障診断のための処理を実行する。なお、以下においては、それぞれの所定ストローク位置を区別して表記する場合は、「第ｎ所定ストローク位置」（ｎ＝１，２，３，・・・）と表記する。

図６に示すフローでは、先ずＳ１０１において、モータ５によりねじ軸２１を回転駆動させることで、故障診断のための処理を実行すべき第ｎ所定ストローク位置にナット部材２２を移動させる。なお、本実施においては、故障診断装置１０がストローク位置導出部１１１を有している。このストローク位置導出部１１１には、検出装置６からねじ軸２１の回転状態に関する状態量が入力される。そして、ストローク位置導出部１１１は、入力されたねじ軸２１の回転状態に関する状態量に基づいてナット部材２２のストローク位置を導出する。Ｓ１０１では、このストローク位置導出部１１１によって導出されるナット部材２２のストローク位置が第ｎ所定ストローク位置に到達するまでモータ５によりねじ軸２１が回転駆動される。

次に、Ｓ１０２において、ナット部材２２が第ｎ所定ストローク位置に配置された状態で、モータ制御装置２０から所定周波数範囲の駆動信号（制御信号）がモータ５に入力される。つまり、モータ５に対する駆動信号を所定周波数範囲で掃引させて、ねじ軸２１を駆動させる。ここで、所定周波数範囲は、該所定周波数範囲内の周波数で所定の機械構成体において共振が生じると想定される範囲であって、実験等に基づいて予め定められている。

次に、Ｓ１０３において、故障診断装置１０の周波数特性導出部１１０によって所定の機械構成体の軸方向の共振周波数ｆｍが導出される。詳細には、周波数特性導出部１１０には検出装置６からねじ軸２１の回転状態に関する状態量が入力される。そこで、周波数特性導出部１１０は、Ｓ１０２でモータ５に対する駆動信号（制御信号）が所定周波数範囲で掃引された際に、ねじ軸２１の状態量の変化に基づいて所定の機械構成体の軸方向の振動周波数を導出する。そして、Ｓ１０３では、周波数特性導出部１１０が、モータ５に対する駆動信号（制御信号）が掃引されている間に導出された所定の機械構成体の軸方向の振動周波数に基づいて共振周波数ｆｍを導出する。

次に、Ｓ１０４において、Ｓ１０３で導出された所定の機械構成体の軸方向の共振周波数ｆｍが、第ｎ所定ストローク位置に応じて定められた第ｎ閾値周波数ｆｍｌｉｍｉｔｎより低いか否かが判別される。ここで、閾値周波数とは、ボールねじユニット２に所定の予圧がかかっていると判断できる所定の機械構成体の軸方向の共振周波数ｆｍの下限値である。また、上述したように、ボールねじユニット２に所定の予圧がかかっている場合であっても、ナット部材２２のストローク位置に応じて所定の機械構成体の軸方向の共振周波数ｆｍは変化する。そのため、各所定ストローク位置に応じた閾値周波数が実験等に基づいて予め定められている。そして、本実施例では、第ｎ所定ストローク位置に応じた閾値周波数を第ｎ閾値周波数ｆｍｌｉｍｉｔｎとする。

Ｓ１０４において肯定判定された場合、ボールねじユニット２の予圧が所定の予圧よりも低下していると判断できる。そのため、この場合は、次にＳ１０５において、ボールねじユニット２において予圧の低下を伴う故障が発生したと判定される。この場合、そのと
きの所定の機械構成体の軸方向の共振周波数と、それが導出されたときのナット部材２２のストローク位置（複数の所定ストローク位置のうちのいずれか）とが故障診断装置１０に記憶される。

一方、Ｓ１０４において否定判定された場合、今回の所定ストローク位置においては予圧の低下を伴う故障（ねじ軸２１の摩耗や破損）は発生していないと判断できる。この場合、次にＳ１０６処理が実行される。Ｓ１０６では、全ての所定ストローク位置において、所定の機械構成体の軸方向の共振周波数ｆｍが、それぞれの所定ストローク位置に対応する閾値周波数ｆｍｌｉｍｉｔｎ以上であると判定されたか否かが判別される。つまり、ナット部材２２が全ての所定ストローク位置に配置された状態でＳ１０２からＳ１０４の処理が実行され、且つ、その全てにおいてＳ１０４で否定判定されたか否かが判別される。このＳ１０６において肯定判定された場合、全ての所定ストローク位置において予圧の低下を伴う故障は発生していないと判断できる。この場合、次にＳ１０７において、ボールねじユニット２は正常であると判定される。一方、Ｓ１０６で否定判定された場合、全ての所定ストローク位置における故障診断が完了してはいないと判断できる。つまり、今回の所定ストローク位置とは異なる所定ストローク位置において予圧の低下を伴う故障が発生しているか否かを判別する必要がある。そこで、この場合は、本フローをＳ１０１から再度実行する。この場合、Ｓ１０１においては、次に故障診断のための処理を実行すべき所定ストローク位置にナット部材２２を移動させる。

以上説明したように、本実施例では、ねじ軸２１が回転駆動されたときの所定の機械構成体の共振周波数のみならず、該共振周波数が導出されたときのナット部材２２のストローク位置をも考慮してボールねじユニット２の故障診断が行われる。そのため、ボールねじユニット２における予圧の低下を伴う故障を高精度で検出することができる。

また、本実施例では、複数の所定ストローク位置について、所定の機械構成体の軸方向の共振周波数が、各所定ストローク位置に応じて定められている閾値周波数より低いか否かが判別される。そのため、ボールねじユニット２における予圧の低下を伴う故障が発生した場合に、ねじ軸２１における故障発生位置を特定することができる。

ただし、必ずしも、複数の所定ストローク位置について、所定の機械構成体の軸方向の共振周波数が閾値周波数より低いか否かを判別する必要はない。例えば、ねじ軸２１において摩耗や破損が相対的に発生し易い箇所を、ボールねじ式駆動システム１の使用状況や実験等に基づいて予め特定し、該特定された一箇所を所定ストローク位置として設定してもよい。ただし、この場合でも、該所定ストローク位置における所定の機械構成体の軸方向の共振周波数と比較する閾値周波数は、該所定ストローク位置に応じて定めるものとする。これによっても、ボールねじユニット２における予圧の低下を伴う故障を高精度で検出することができる。

（モータ制御）
次に、上述した故障診断が実施されることで、ボールねじユニット２における予圧の低下を伴う故障が検出された場合における、その後のモータ制御について説明する。故障診断装置１０は、上述した故障診断によってボールねじユニット２において予圧の低下を伴う故障が発生したと判定した場合、当該故障に関する情報を情報出力部１１２からモータ制御装置２０に出力する。ここでの故障に関する情報とは、当該故障が検出されたときの所定の機械構成体の軸方向の共振周波数に関する周波数特性情報、および、当該故障が検出されたときのナット部材２２のストローク位置に関する位置情報のことである。

ここで、モータ制御装置２０は、モータ５に対して付与する制御信号における制御ゲインを調整するゲイン調整部２１０を有している。そこで、本実施例では、故障診断装置１
０の情報出力部１１２からモータ制御装置２０に対して上記のような故障に関する情報（周波数特性情報および位置情報）が出力された場合、その故障診断の実施後において、テーブル４の位置制御を実行する際にモータ５に対して付与する制御信号における制御ゲインを、これらの情報に基づいてゲイン調整部２１０が調整する。具体的には、ゲイン調整部２１０は、周波数特性情報および位置情報に基づいて、モータ５に対して付与する制御信号における制御ゲインを正常時よりも低下させる。これによれば、ボールねじユニット２において予圧の低下を伴う故障が生じた場合において、テーブル４の位置制御の精度の低下を抑制することができる。なお、モータ制御装置２０がねじ軸２１における故障発生位置をも把握することができるため、テーブル４の位置制御の実行時において、ナット部材２２がねじ軸２１における当該故障発生位置に位置しているときの制御ゲインのみを、ゲイン調整部２１０によって正常時よりも低下させてもよい。

また、故障診断装置１０は、ボールねじユニット２において予圧の低下を伴う故障が発生したと判定した場合、当該故障に関する周波数特性情報および位置情報を、情報出力部１１２によって、ボールねじ式駆動システム１には含まれていない外部装置に出力してもよい。このときの外部装置としては、複数のボールねじ式駆動システム１を制御する際に各システムの状態に関する情報を集約する情報処理装置を例示することができる。

１・・・ボールねじ式駆動システム、２・・・ボールねじユニット、２１・・・ねじ軸、２１１・・・ボール転動溝、２２・・・ナット部材、２２２・・・ボール戻し通路、２３ａ，２３ｂ・・サポート軸受、２４・・・ボール、４・・・テーブル、５・・・モータ、６・・・検出装置、１０・・・故障診断装置、２０・・・モータ制御装置

Claims (5)

1. 外周面にボール転動溝が形成されたねじ軸と、該ボール転動溝を転動する複数のボールが間に介在した状態で該ねじ軸に嵌められており、該ねじ軸が回転駆動することで該ねじ軸の軸方向に移動するナット部材と、を有するボールねじユニットの故障診断を行う故障診断システムであって、
   前記ねじ軸を回転駆動させるモータと、
   前記ねじ軸の回転状態に関する状態量を検出する検出装置と、
   前記ボールねじユニットの故障診断を行う診断装置と、を備え、
   前記診断装置が、前記モータによって前記ねじ軸が回転駆動されたときに前記検出装置によって検出される前記ねじ軸の回転状態に関する状態量に基づいて、前記ボールねじユニットおよび前記モータを含んで構成される所定の機械構成体の軸方向の共振周波数を導出する周波数特性導出部を有し、
   さらに、前記診断装置が、前記周波数特性導出部によって導出される前記所定の機械構成体の軸方向の共振周波数と、導出された該共振周波数に対応する、前記ねじ軸における前記ナット部材の位置である前記ナット部材のストローク位置との組み合わせに基づいて、前記ボールねじユニットの故障診断を行うボールねじユニットの故障診断システム。
2. 前記診断装置が、前記周波数特性導出部によって導出される前記所定の機械構成体の軸方向の共振周波数が、該共振周波数が導出されたときの前記ナット部材のストローク位置に応じて定められた閾値周波数より低いか否かに基づいて、前記ボールねじユニットの故障診断を行う請求項１に記載のボールねじユニットの故障診断システム。
3. 前記ボールねじユニットにおいて、前記ナット部材のストローク位置がそれぞれ異なるときの前記所定の機械構成体の軸方向の共振周波数を前記周波数特性導出部がそれぞれ導出し、
   各ナット部材のストローク位置と、それに対応する前記所定の機械構成体の軸方向の共振周波数との組み合わせに基づいて、前記診断装置が、前記ねじ軸における故障発生位置を特定する請求項１または２に記載のボールねじユニットの故障診断システム。
4. 前記診断装置が、前記ボールねじユニットに故障が発生していると診断した場合に、そのときの、前記所定の機械構成体の軸方向の共振周波数に関する周波数特性情報と、前記ナット部材のストローク位置に関する位置情報とを、前記モータに対して制御信号を付与するモータ制御装置または外部装置に出力する情報出力部をさらに有する請求項１から３のいずれか一項に記載のボールねじユニットの故障診断システム。
5. 請求項４に記載のボールねじユニットの故障診断システムと、
   前記モータ制御装置と、を備え、
   前記故障診断システムにおいて、前記診断装置が前記ボールねじユニットに故障が発生していると診断した場合、前記情報出力部が、そのときの前記周波数特性情報と前記位置情報とを前記モータ制御装置に出力するものであって、
   前記モータ制御装置が、前記故障診断システムによる前記ボールねじユニットの故障診断が実施された後に前記ナット部材に取り付けられたテーブルの位置制御を実行する際に、前記モータに対して付与する前記制御信号における制御ゲインを、前記情報出力部から出力された前記周波数特性情報と前記位置情報とに基づいて調整するゲイン調整部を有するモータ制御システム。

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