以下、複数の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
(第一実施形態)
第一実施形態によるボールねじ装置の異常検出装置を図1〜11に基づいて説明する。第一実施形態による「ボールねじ装置の異常検出装置」としての異常検出装置1は、図1に示す「ボールねじ装置」としてのボールねじ搬送装置80に適用される。ボールねじ搬送装置80は、ボールねじの回転運動を変換した直線運動を利用して搬送対象物を搬送可能な装置であって、例えば、図8に示すように、圧入部材91を被圧入部材92に圧入するとき、圧入部材91を支持しつつ移動可能な装置である。
最初に、ボールねじ搬送装置80の構成について、図1に基づいて説明する。ボールねじ搬送装置80は、ベースプレート81、モータ82、ボールねじ83、モータ側ベアリング84、「ボールねじの一端を支持するベアリング」としての反モータ側ベアリング85、及び、「搬送対象物」としての移動体86を備える。図1,2では、便宜的に、ボールねじ搬送装置80のモータ82が設けられる方向を「モータ方向」とし、モータ82が設けられる方向とは反対の方向を「反モータ方向」とする。
ベースプレート81は、板状の部材であって、図示しないテーブルに固定されている。モータ82や異常検出装置1は、ベースプレート81上に設けられる。
モータ82は、ベースプレート81の一端に設けられる。モータ82は、モータ固定プレート821によってベースプレート81に固定されている。モータ82は、図示しない外部の電源が供給する電力によってボールねじ83を回転可能な回転トルクを発生する。
ボールねじ83は、径方向外側の外壁にねじ溝が形成されている棒状の部材である。ボールねじ83は、モータ方向の端部がカップリング831を介してモータ82の回転軸に連結されている。ボールねじ83は、ベースプレート81上においてモータ82から反モータ方向に延びるよう設けられている。
モータ側ベアリング84は、ボールねじ83のモータ側の端部を回転可能に支持するベアリングである。モータ側ベアリング84は、いわゆる、アンギュラベアリングであって、ボールねじ83のモータ側ベアリング84を略中心とした軸ぶれをある程度許容可能な構成となっている。モータ側ベアリング84は、ベースプレート81に固定されているモータ側ベアリングホルダ841に支持されている。モータ側ベアリングホルダ841は、モータ側ベアリング84の径方向外側を支持するよう形成されている。ボールねじ83は、モータ側ベアリング84のモータ方向に設けられているベアリングナット842によってボールねじ83の中心軸A83に沿う方向のずれが抑制される。
反モータ側ベアリング85は、ボールねじ83の反モータ側の端部を回転可能に支持するベアリングである。反モータ側ベアリング85は、ボールねじ83の中心軸A83に沿う方向のずれをある程度許容可能な構成を有している。反モータ側ベアリング85は、ベースプレート81に固定されている反モータ側ベアリングホルダ851に支持されている。反モータ側ベアリングホルダ851は、反モータ側ベアリング85の径方向外側を支持するよう形成されている。ボールねじ83は、反モータ側ベアリング85の反モータ方向に設けられているサークリップ822によって反モータ側ベアリング85からの抜けが防止されている。
移動体86は、モータ側ベアリング84と反モータ側ベアリング85との間においてボールねじ83に沿ってボールねじ83の中心軸A83に沿う方向に移動可能に設けられている。移動体86は、ボールねじ83が挿通されているボールナット861、及び、ボールナット861と一体に移動可能なテーブル862を有する。ボールナット861の内壁には、ボールねじ83が有するねじ溝に係合可能なねじ山が形成されている。これにより、移動体86は、ボールねじ83が一方の方向に回転するとモータ方向に移動し、ボールねじ83が他方の方向に回転すると反モータ方向に移動する。
次に、異常検出装置1の構成について図1〜5に基づいて説明する。異常検出装置1は、ボールねじ搬送装置80において、反モータ側ベアリング85の反モータ方向に設けられる。異常検出装置1は、「当接部材」としてのベアリング抑え10、センサユニット15、調整ねじ部40、及び、異常検出部45を備える。
ベアリング抑え10は、略柱状に形成されている部材であって、モータ側の端面11が反モータ側ベアリング85の反モータ方向の端面853に当接している。ベアリング抑え10は、モータ方向と反モータ方向とのそれぞれに空間101,102を有する。空間101には、ボールねじ83の反モータ側の端部及びサークリップ852が収容されている。空間102には、センサユニット15の一部が収容されている。
センサユニット15は、ベアリング抑え10と調整ねじ部40との間に設けられている。センサユニット15は、図3に示すように、ハウジング16、当て板17、「伸縮可能部材」としての弾性部材18,19、及び、熱流束センサ20,30を有する。
ハウジング16は、金属、例えば、マルテンサイト系ステンレス鋼から形成されている略カップ状の部材である。ハウジング16は、センサユニット15において調整ねじ部40側に設けられる。このとき、ハウジング16は、モータ方向に開口161を有する収容空間160を有する。収容空間160には、弾性部材18,19及び熱流束センサ20,30が収容されている。
当て板17は、ハウジング16の開口161に位置する略円板状の部材である。当て板17は、二つの鍔部171,172、及び、接続部173を有する。鍔部171は、ハウジング16の外側に位置し、空間102においてベアリング抑え10に当接するよう形成されている。鍔部171の外径は、開口161の内径に比べ大きい。鍔部172は、ハウジング16の収容空間160に位置し、弾性部材18に、例えば、接着剤によって接着され固定されている。鍔部172の外径は、開口161の内径に比べ大きい。接続部173は、鍔部171と鍔部172とを接続する。接続部173の外径は、開口161の内径に比べ小さい。
弾性部材18,19は、例えば、バイトンゴムから形成されている。弾性部材18,19は、収容空間160に位置する。弾性部材18は、熱流束センサ20,30のモータ方向に位置する。弾性部材18は、鍔部172に固定されている。弾性部材19は、ハウジング16の収容空間160を形成する内壁面162に、例えば、接着剤によって接着され固定されている。弾性部材18,19は、当て板17のハウジング16に対する相対移動または変形に応じて、収縮すると発熱し伸長すると吸熱する。
熱流束センサ20,30は、弾性部材18と弾性部材19との間に設けられている。熱流束センサ20,30は、弾性部材18と弾性部材19とのそれぞれに、例えば、接着剤によって接着されている。熱流束センサ20,30は、可撓性を有する部材であって、弾性部材18及び弾性部材19の伸縮に応じて変形可能である。本実施形態では、熱流束センサ20,30は、形状が円形状となるよう形成されている。熱流束センサ20,30には弾性部材18と弾性部材19との間の熱の流れである熱流束が通る。熱流束センサ20,30は、自身を横切る熱流束を検出し、検出した熱流束を、例えば、電圧信号として出力する。
ここで、熱流束センサ20の構成について図4,5に基づいて説明する。熱流束センサ20は、検出部201、及び、端子部202を有する。ここでは、熱流束センサ20の構成を説明するが、熱流束センサ30も同じ構成を有している。
検出部201は、図4に示すように、熱流束センサ20において略環状に配置されている。検出部201は、図5に示すように、絶縁基材21、裏面保護部材22、表面保護部材23、第一層間接続部材24、及び、第二層間接続部材25を有する。なお、図5は、検出部201の構成を分かりやすくするため、実際の形状に比べて裏面保護部材22から表面保護部材23に向かう方向を拡大している。
絶縁基材21は、熱可塑性樹脂からなるフィルムから形成されている。絶縁基材21は、厚さ方向に貫通する複数のビアホール211を有する。ビアホール211には、第一層間接続部材24または第二層間接続部材25が設けられている。第一層間接続部材24が設けられているビアホール211の隣には第二層間接続部材25が設けられるビアホール211が位置する。すなわち、絶縁基材21には、第一層間接続部材24と第二層間接続部材25とが離間して互い違いになるように配置されている。
裏面保護部材22は、大きさが絶縁基材21の大きさと同じ熱可塑性樹脂からなるフィルムから形成されている。裏面保護部材22は、絶縁基材21の裏面212に設けられている。裏面保護部材22の絶縁基材21側の面221には、銅箔などがパターニングされた複数の裏面パターン214が設けられている。裏面パターン214は、絶縁基材21の絶縁基材21側において第一層間接続部材24と第二層間接続部材25とを電気的に接続している。
表面保護部材23は、大きさが絶縁基材21の大きさと同じ熱可塑性樹脂からなるフィルムから形成されている。表面保護部材23は、絶縁基材21の表面213に設けられている。表面保護部材23の絶縁基材21側の面231には、銅箔などがパターニングされた複数の表面パターン215が形成されている。表面パターン215は、絶縁基材21の表面保護部材23側において第一層間接続部材24と第二層間接続部材25とを電気的に接続している。
複数の第一層間接続部材24と複数の第二層間接続部材25とは、ゼーベック効果を発揮するよう互いに異なる金属で構成されている。例えば、第一層間接続部材24は、P型を構成するBi−Sb−Te合金の粉末が焼結前における複数の金属原子の結晶構造を維持するように固相焼結された金属化合物から形成されている。また、第二層間接続部材25は、N型を構成するBi−Te合金の粉末が焼結前における複数の金属原子の所定の結晶構造を維持するように固相焼結された金属化合物から形成されている。第一層間接続部材24と第二層間接続部材25とは、裏面パターン214及び表面パターン215によって交互に直列されている。
検出部201では、複数の裏面パターン214、複数の第一層間接続部材24、複数の表面パターン215、及び、複数の第二層間接続部材25は、裏面パターン214、第一層間接続部材24、表面パターン215、第二層間接続部材25の順番が繰り返されるよう電気的に接続されている。以下、複数の裏面パターン214、複数の第一層間接続部材24、複数の表面パターン215、及び、複数の第二層間接続部材25から構成されている検出部201の配線を検出部配線という。検出部配線の当て板17側には、弾性部材18が位置する(図4参照)。
熱流束センサ20では、検出部配線は、図4に示すように、複数の円弧状の部位、及び、隣り合う円弧状の部位を接続する略直線状の部位により構成されている。具体的には、図4に示す熱流束センサ20を当て板17側から見た上面図において最も径内方向に位置する円弧状の二点鎖線Le1で示す検出部配線は、略直線状の二点鎖線Le2で示す検出部配線によって隣り合う円弧状の二点鎖線Le3で示す検出部配線と電気的に接続されている。また、円弧状の二点鎖線Le3で示す検出部配線は、熱流束センサ20の中心軸CA20を挟んで二点鎖線Le2の略反対側に位置する略直線状の二点鎖線Le4で示す検出部配線によって隣り合う円弧状の二点鎖線Le5と電気的に接続されている。
図4において、紙面上側において複数回折り返すよう形成されている検出部配線は、熱流束センサ20の径方向外側において、熱流束センサ20の径方向外側の縁に沿って熱流束センサ20をほぼ一周するよう形成されている検出部配線(二点鎖線Le6)と電気的に接続されている。二点鎖線Le6で示す検出部配線は、図4の紙面上側から紙面下側に向かうよう反時計回りに配置されている。
二点鎖線Le6で示す検出部配線は、略直線状の二点鎖線Le7で示す検出部配線によって径内方向で隣り合う円弧状の二点鎖線Le8で示す検出部配線と電気的に接続されている。その後、紙面下側において複数回折り返すよう形成されている検出部配線は、図4において最も径内方向に位置する二点鎖線Le1とは異なる円弧状の二点鎖線Le9で示す検出部配線と電気的に接続している。
端子部202は、熱流束センサ20の略中央に設けられている。端子部202は、接続端子241,251、接続バンプ242,252、及び、出力線243,253を有する。
接続端子241,251は、端子部202の径方向外側に位置する。接続端子241は、検出部配線のうち接続端子241に最も近い二点鎖線Le1で示す検出部配線と電気的に接続している。また、接続端子251は、検出部配線のうち接続端子251に最も近い二点鎖線Le9で示す検出部配線と電気的に接続している。
接続バンプ242,252は、接続端子241,251のそれぞれに設けられている。接続バンプ242は、接続端子241と出力線243とを接続する。接続バンプ252は、接続端子251と出力線253とを接続する。
出力線243,253は、熱流束センサ20の径外方向に延びるよう形成されている。出力線243,253は、接続バンプ242,252と電気的に接続している。出力線243,253は、端子部202が有する半円状の開口203を通ることによって熱流束センサ20の弾性部材18側から外部に配線されている。
熱流束センサ20では、熱流束センサ20の厚さ方向(図5の裏面保護部材22から表面保護部材23に向かう方向)に流れる熱量の大きさが変化すると、交互に直列接続された第一層間接続部材24及び第二層間接続部材25において発生する起電圧が変化する。熱流束センサ20は、この電圧を出力線243、253を介して検出信号として異常検出部45に出力する。
本実施形態では、熱流束センサ20と、熱流束センサ30とは、表面保護材同士が当接するよう設けられている。このとき、熱流束センサ20のマイナス端子と、熱流束センサ30のプラス端子とが接続されており、熱流束センサ20のプラス端子及び熱流束センサ30のマイナス端子が異常検出部45に接続されている。すなわち、熱流束センサ20と、熱流束センサ30とは、直列接続されている。
調整ねじ部40は、センサユニット15から見て反モータ側ベアリング85とは反対側に設けられている。調整ねじ部40は、調整ねじ41、調整ねじホルダ42、及び、ストッパねじ43を有する。調整ねじ41は、センサユニット15側の端面411がセンサユニット15の反モータ側ベアリング85とは反対側の端面151に当接するよう設けられている。調整ねじホルダ42は、ベースプレート81に固定されている。調整ねじホルダ42は、調整ねじ41を挿通可能な挿通孔を有する。挿通孔を形成する調整ねじホルダ42の内壁には、調整ねじ41が有するねじ溝に係合可能なねじ山が形成されている。これにより、調整ねじ41は、調整ねじホルダ42に対してボールねじ83の中心軸CA83に沿う方向に移動可能であって、端面411を調整ねじホルダ42に対して所望の位置とすることが可能である。ストッパねじ43は、調整ねじ41を調整ねじホルダ42に対する所望の位置を固定する。
異常検出部45は、CPU、ROM、RAMを中心に構成される周知のマイクロコンピュータである。異常検出部45は、ケーブル46を介して検出部配線と電気的に接続している。異常検出部45は、熱流束センサ20,30が出力する検出信号に基づいて熱流束センサ20,30を通る熱流束の大きさを算出する。
次に、異常検出装置1の基本作用について図6に基づいて説明する。図6には、異常検出装置1における熱流束センサ20,30のセンサ出力の時間変化を示す。
異常検出装置1では、ベアリング抑え10の変位によって当て板17が変位すると、弾性部材18,19が伸縮する。弾性部材18,19が伸縮すると、弾性部材18,19が発熱または吸熱する。弾性部材18,19が発熱または吸熱すると、外部との熱のやり取りである熱流束が発生する。熱流束センサ20,30では、熱流束によって第一層間接続部材24及び第二層間接続部材25において発生する起電圧の電圧を異常検出部45に出力する。異常検出部45は、熱流束センサ20,30が出力する検出信号に基づいて熱流束センサ20,30を通る熱流束の大きさを算出する。異常検出部45は、算出された熱流束の大きさに基づいて反モータ側ベアリング85の相対位置の変化量または変形量を算出する。
異常検出装置1において、例えば、停止している移動体86がモータ方向への移動を開始するときなど反モータ方向からモータ方向に向かって加速するとき、または、反モータ方向に向かって一定の速度で移動している移動体86が減速するとき、熱流束センサ20,30のセンサ出力は、図6の実線(L60+L61)のようになる。具体的には、加速または減速が開始する時刻t0以降において、熱流束センサ20,30は、傾きが正の信号を出力する。
また、例えば、停止している移動体86が反モータ方向への移動を開始するときなどモータ方向から反モータ方向に向かって加速するとき、または、モータ方向に向かって一定の速度で移動している移動体86が減速するとき、熱流束センサ20,30のセンサ出力は、図6の実線(L60+L62)のようになる。具体的には、加速または減速が開始する時刻t0以降において、熱流束センサ20,30は、傾きが負の信号を出力する。
ここで、熱流束センサ20において発生する電圧と、熱流束センサ30において発生する電圧との関係について説明する。熱流束センサ20では、図3の紙面上において右側から左側へ流れる熱流束によって傾きが正の信号となるようプラスの電圧をセンサ出力として出力する。一方、熱流束センサ30では、図3の紙面上において左側から右側へ流れる熱流束によって、傾きが負の信号となるようマイナスの電圧をセンサ出力として出力する。
例えば、図3において、当て板17を図3の紙面上の右側から左側へ動かす力(図3の白抜き矢印F31)が加わるとき、圧縮される弾性部材18は、発熱する。弾性部材18において発生した熱は、熱流束センサ20を通り熱流束センサ30に向かって流れるため、熱流束センサ20はプラスの電圧を発生する。また、弾性部材18と同じように圧縮される弾性部材19も発熱する。発生した熱は熱流束センサ30を通り熱流束センサ20に向かって流れるため、熱流束センサ30もプラスの電圧を発生する。熱流束センサ20と熱流束センサ30とは直列接続されているため、それぞれのプラスの電圧を加算した電圧の信号が異常検出部45に入力される。
当て板17に作用する力F31が解除されると、弾性部材18は復元し吸熱する。これにより、熱流束は、熱流束センサ30から弾性部材18に向かって流れるため、熱流束センサ20は、マイナスの電圧を発生する。また、弾性部材18と同じように復元する弾性部材19も吸熱する。これにより、熱流束は、熱流束センサ20から弾性部材19に向かって流れるため、熱流束センサ30もマイナスの電圧を発生する。熱流束センサ20と熱流束センサ30とは直列接続されているため、それぞれのマイナスの電圧を加算した電圧の信号が異常検出部45に入力される。
また、例えば、ボールねじ83の摩擦熱など弾性部材18,19の伸縮に無関係な外部からの熱による熱流束が流れるとき、図3の一方向、例えば、弾性部材18から弾性部材19に向かって熱流束が流れるため、熱流束センサ20は、プラスの電圧を生じ、熱流束センサ30は、マイナス電圧を生じる。これにより、異常検出部45には、プラスの電圧とマイナスの電圧とがキャンセルされた信号が入力される。
次に、異常検出装置1の実使用時のセンサ出力の時間変化について、図7に基づいて説明する。図7には、移動体86の速度、変位、及び、熱流束センサ20,30のセンサ出力の時間変化を示す。図7に示す移動体86の速度は、モータ方向に移動するときを正とする。また、図7に示す移動体86の変位は、移動体86が最も反モータ方向に位置するときの位置を0とする。
最初に、時刻t1において、停止している移動体86がモータ方向への移動を開始する。このとき、移動体86はモータ方向へ向かって加速するため、図7に示すように、移動体86の速度は徐々に増加し、移動体86の変位の時間変化は下凸状の曲線となる。これにより、熱流束センサ20,30のセンサ出力は、時刻t1から時刻t2までの期間Ts1において傾きが正の信号を出力する。熱流束センサ20,30のセンサ出力は、移動体86の速度が一定となる時刻t2の前に減少し始める。
時刻t2において移動体86の速度が一定になると、移動体86の変位の時間変化は、図7に示すように、直線となる。これにより、熱流束センサ20,30のセンサ出力は、時刻t2から時刻t3までの期間Ts2において0となる。熱流束センサ20,30のセンサ出力が0となる状態は、時刻t3まで続く。
時刻t3において一定の速度で移動している移動体86が減速すると、移動体86の速度は、図7に示すように、徐々に減少し、移動体86の変位の時間変化は上凸状の曲線となる。これにより、熱流束センサ20,30のセンサ出力は、時刻t3から時刻t4までの期間Ts3において傾きが負の信号を出力する。熱流束センサ20,30のセンサ出力は、移動体86の速度が0となる時刻t4の前に増加し始める。
時刻t4において移動体86の速度が0になると、移動体86の変位の時間変化は、図7に示すように、直線となる。これにより、熱流束センサ20,30のセンサ出力は、時刻t4から時刻t5までの期間Ts4において0となる。熱流束センサ20,30のセンサ出力が0となる状態は、時刻t5まで続く。
時刻t5において停止している移動体86が反モータ方向への移動を開始すると、移動体86は反モータ方向へ向かって加速するため、移動体86の速度は、図7に示すように、徐々に増加し、移動体86の変位の時間変化は上凸状の曲線となる。これにより、熱流束センサ20,30のセンサ出力は、時刻t5から時刻t6までの期間Ts5において傾きが負の信号を出力する。熱流束センサ20,30のセンサ出力は、移動体86の速度が一定となる時刻t6の前に増加し始める。
時刻t6において移動体86の速度が一定になると、移動体86の変位の時間変化は、図7に示すように、直線となる。これにより、熱流束センサ20,30のセンサ出力は、時刻t6から時刻t7までの期間Ts6において0となる。熱流束センサ20,30のセンサ出力が0となっている状態は、時刻t7まで続く。
時刻t7において一定の速度で移動している移動体86が減速すると、移動体86の速度は、図7に示すように、徐々に減少し、移動体86の変位の時間変化は下凸状の曲線となる。これにより、熱流束センサ20,30のセンサ出力は、時刻t7から時刻t8までの期間Ts7において傾きが正の信号を出力する。熱流束センサ20,30のセンサ出力は、移動体86の速度が0となる時刻t8の前に減少し始める。
時刻t8において移動体86の速度が0になると、移動体86の変位の時間変化は、図7に示すように、直線となる。これにより、熱流束センサ20,30のセンサ出力は、時刻t8から時刻t9までの期間Ts8において0となる。熱流束センサ20,30のセンサ出力が0となる状態は、時刻t9まで続く。
次に、ボールねじ搬送装置80の実使用時における異常検出装置1のセンサ出力の時間変化について、図8,9に基づいて説明する。ボールねじ搬送装置80は、移動体86の代わりに、「搬送対象物」としての部材支持部96を備えている。
部材支持部96は、モータ側ベアリング84と反モータ側ベアリング85との間においてボールねじ83に沿ってボールねじ83の中心軸A83に沿う方向に移動可能に設けられている。部材支持部96は、ボールねじ83が挿通されているボールナット861、アーム部962、及び、ハンド部963を有する。
アーム部962は、ボールナット861と一体に移動可能に設けられている。アーム部962は、ボールねじ83の中心軸A83に対して略垂直な方向に延びるよう形成されている。
ハンド部963は、アーム部962のボールナット861に接続する側の端部とは反対側の端部に設けられている。ハンド部963は、アーム部962からボールねじ83の中心軸A83に略平行な方向に延びるよう形成されている。ハンド部963のアーム部962に接続する側とは反対側の端部は、圧入部材91を支持可能に形成されている。圧入部材91は、被圧入部材92に圧入される部位としての圧入部911、及び、圧入部911に比べ外形が大きい当接部912を有する。
ボールねじ搬送装置80の近傍には、被圧入部材92を支持可能な支持装置90が設けられている。被圧入部材92は、図8に示すように、支持装置90においてハンド部963に支持されている圧入部材91に対向するよう支持されている。被圧入部材92は、圧入部材91を圧入可能な圧入孔920を有する。図8には、圧入孔920に圧入されている圧入部材91を二点鎖線で示す。
図8に示すボールねじ搬送装置80では、部材支持部96は、ボールねじ83が一方の方向に回転するとモータ方向に移動し、ボールねじ83が他方の方向に回転すると反モータ方向に移動する。図8に示すボールねじ搬送装置80及び支持装置90を備える圧入システム5では、部材支持部96のボールねじ83の中心軸A83に沿う直線運動(図8の白抜き矢印F96参照)を利用して、圧入部材91を被圧入部材92に圧入する。
図8に示す圧入システム5における圧入部材91の被圧入部材92への圧入工程における熱流束センサ20,30のセンサ出力の時間変化を図9に示す。図9は、図7に示す異常検出装置1の実使用時のセンサ出力の時間変化をベースとして、期間Ts30において圧入部材91が被圧入部材92に圧入されるときの熱流束センサ20,30のセンサ出力の変化が記載されている。
圧入システム5において、部材支持部96がモータ方向に移動すると、期間Ts30において圧入部材91が被圧入部材92の圧入孔920に圧入される。期間Ts30における熱流束センサ20,30のセンサ出力の変化を詳細に見ると、時刻t31において、一定の速度でモータ方向に移動している部材支持部96が支持する圧入部材91の圧入部911が被圧入部材92の圧入孔920の入口に当接する。これにより、熱流束センサ20,30のセンサ出力は、傾きが負の信号を出力する(時刻t31から時刻t32までの間)。その後、圧入部材91の圧入部911が圧入孔920に入ると、被圧入部材92からの作用力が比較的小さくなるため、部材支持部96はボールねじ83の動きによって加速する。これにより、熱流束センサ20,30のセンサ出力は、傾きが正の信号を出力する(時刻t32から時刻t33までの間)。
圧入部材91の当接部912が、図8に示すように、被圧入部材92に当接すると、部材支持部96は急激に減速する。これにより、熱流束センサ20,30のセンサ出力は、傾きが負の信号を出力する(時刻t33から時刻t34までの間)。その後、ハンド部963が圧入部材91を離し、部材支持部96が反モータ方向に移動する。これにより、熱流束センサ20,30のセンサ出力は、傾きが正の信号を出力する(時刻t34から時刻t41までの間)。
図9に示す圧入部材91の被圧入部材92への圧入工程において、異常検出部45では、熱流束センサ20,30のセンサ出力の値に基づいて、ボールねじ搬送装置80の状態を判定している。
ボールねじ搬送装置80の状態の判定方法の一つとしては、特定の期間における熱流束センサ20,30のセンサ出力の最大値または最小値に設定されている閾値に対する大小関係に基づく方法で挙げられる。例えば、図9に示すように時刻t32から時刻t34までにおける最大値の範囲をセンサ出力E0H〜センサ出力E0Lに設定する。異常検出部45は、被圧入部材92への圧入部材91の圧入が完了するとき、すなわち、時刻t33におけるセンサ出力の値がセンサ出力E0Hからセンサ出力E0Lまでの範囲にある、場合圧入工程は正常であると判定する。また、異常検出部45は、時刻t33におけるセンサ出力の値がセンサ出力E0Hからセンサ出力E0Lまでの範囲外である場合、圧入工程は異常であると判定する。
また、別の判定方法としては、ボールねじ搬送装置80が稼働している全時間帯において、σ判定を行う方法が挙げられる。具体的には、複数回の圧入工程におけるデータに基づいてセンサ出力の標準偏差を求める。σ判定を行う方法では、当該標準偏差に基づいてセンサ出力の平均値に対するσ区間を上限値(図9の二点鎖線σUL1)及び下限値(図9の二点鎖線σLL1)として設定し、当該σ区間から外れているか否かによって異常検出部45は、ボールねじ搬送装置80の状態を判定する。
次に、図8に示すボールねじ搬送装置80の実使用時における異常検出装置1のセンサ出力の時間変化の特性について、図10,11に基づいて説明する。図10には、モータ側ベアリング84と反モータ側ベアリング85との間におけるボールねじ83の中心軸A83の軸ぶれを模式的に表した図である。ボールねじ搬送装置80では、ボールねじ83が回転すると、モータ側ベアリング84と反モータ側ベアリング85との位置関係やボールねじ83の形状によって、反モータ側ベアリング85側の端部が、図10の実線L10に示すように、モータ側ベアリング84側の端部を略中心として振れる場合がある。
反モータ側ベアリング85側の端部が振れる場合、反モータ側ベアリング85の反モータ方向の端面853に当接しているベアリング抑え10も、図10の白抜き矢印Sw85に示すように、移動する。これにより、熱流束センサ20,30におけるセンサ出力は、図11に示すように、図7に示した特性図にボールねじ83の回転の度に出力される周期的な波が加算された信号が出力されることとなる。
(a−1)第一実施形態による異常検出装置1では、熱流束センサ20,30は、反モータ側ベアリング85の変位に対応した弾性部材18,19の熱流束の大きさを検出する。これにより、異常検出装置1は、熱流束センサ20,30が出力する当該熱流束の大きさに応じた信号に基づいてボールねじ搬送装置80の異常を迅速に検出することができる。
(a−2)また、第一実施形態による異常検出装置1は、弾性部材18,19は、反モータ側ベアリング85の僅かな変位に対しても確実に発熱または吸熱する。これにより、熱流束センサ20,30が出力する信号は、当該僅かな変位に対応した信号となるため、異常検出装置1は、反モータ側ベアリング85の変位を高精度に検出することができる。
このように、第一実施形態による異常検出装置1は、ボールねじ搬送装置80の異常に起因する反モータ側ベアリング85の変位に対応した熱流束に基づいて、反モータ側ベアリング85の変位を検出することが可能である。これにより、異常検出装置1は、ボールねじ搬送装置80の異常を迅速にかつ高精度に検出することができる。
(b)第一実施形態による異常検出装置1では、ベアリング抑え10は、反モータ側ベアリング85に当接している。これにより、ボールねじ83の回転によってベアリング抑え10が回転することを防止できる。したがって、ベアリング抑え10の回転による検出結果のノイズを抑制することができるため、異常検出装置1は、ボールねじ搬送装置80の異常を確実に検出することができる。
(c)第一実施形態による異常検出装置1は、直列接続されている熱流束センサ20と熱流束センサ30とを備えている。これにより、弾性部材18,19が当て板17のハウジング16に対する相対移動または変形に応じて発熱または吸熱すると、異常検出部45には、一つの熱流束センサによって検出される熱流束に応じた電圧の約2倍の大きさの電圧が入力される。また、弾性部材18,19の伸縮に無関係な外部からの熱、例えば、ボールねじ83の摩擦熱などによる熱流束が流れるとき、熱流束センサ20のセンサ出力と熱流束センサ30のセンサ出力とはキャンセルされるため、異常検出部45には、弾性部材18,19の伸縮に関係する電圧は入力されない。したがって、異常検出装置1は、センサ出力を増大することができるとともに弾性部材18,19の伸縮に無関係な外乱を排除することができるため、ボールねじ搬送装置80の異常を高精度に検出することができる。
(d)第一実施形態による異常検出装置1では、ハウジング16は、マルテンサイト系ステンレス鋼から形成されている。マルテンサイト系ステンレス鋼は、いわゆる、磁性材料であって、外部の磁場を遮断する特性があるため、異常検出装置1では、磁場を発生する装置、例えば、モータ82が発生する磁場によるノイズが検出結果に影響を及ぼすことを防止することができる。これにより、異常検出装置1は、ボールねじ搬送装置80の異常を高精度に検出することができる。
(e)異常検出装置1は、ハウジング16、当て板17、弾性部材18,19、及び、熱流束センサ20,30が一つのユニットとして構成されている。これにより、異常検出装置1は、弾性部材18,19及び熱流束センサ20,30の位置を当該ユニット内において一定とすることができる。したがって、当て板17の移動または変形を再現性よく検出することができる。
(f)異常検出装置1では、当て板17と弾性部材18、弾性部材18と熱流束センサ20、熱流束センサ20と熱流束センサ30、熱流束センサ30と弾性部材19、及び、弾性部材19とハウジング16とは、それぞれ接着されている。これにより、弾性部材18,19は、当て板17の移動または変形に応じて確実に収縮または伸長することができる。また、熱流束センサ20,30は、弾性部材18,19の収縮または伸長に伴う熱流束の変化を確実に検出することができる。したがって、ボールねじ搬送装置80の些細な異常を確実に検出することができる。
(第二実施形態)
次に、第二実施形態によるボールねじ装置の異常検出装置を図12,13に基づいて説明する。第二実施形態は、ボールねじ装置の異常検出装置の構成が第一実施形態と異なる。
第二実施形態による「ボールねじ装置の異常検出装置」としての異常検出装置2の拡大図を図12,13に示す。異常検出装置2は、ボールねじ搬送装置80において、反モータ側ベアリング85の反モータ方向に設けられる。異常検出装置2は、当接部材50、センサ側ベアリング55、ベアリング抑え60、センサユニット15、第一支持部材65、第二支持部材70、調整ねじ部75を備える。
当接部材50は、ボールねじ83の反モータ側の端面832に当接するよう設けられている。当接部材50は、当接部51、円板部52、及び、被支持部53を有する。
当接部51は、略円錐台状に形成されている部位であって、外径が小さい側に、ボールねじ83の端面832に当接する端面511を有する。端面511は、端面832の略中央に当接している。
円板部52は、当接部51の外径が大きい側に設けられている。円板部52は、後述するセンサ側ベアリング55の内径に比べ大きい外径を有する。
被支持部53は、円板部52の当接部51とは反対側に設けられている。被支持部53は、円柱状に形成されており、センサ側ベアリング55に回転可能に支持されている。
センサ側ベアリング55は、被支持部53の径外方向に設けられている。センサ側ベアリング55は、当接部材50を回転可能に支持している。
ベアリング抑え60は、センサ側ベアリング55の反モータ側ベアリング85とは反対側の端面に当接するよう設けられている。ベアリング抑え60は、略円筒状に形成されている。ベアリング抑え60は、センサ側ベアリング55側に、センサ側ベアリング55の反モータ側ベアリング85側の端面551及び径方向外側の外壁面552に当接しつつセンサ側ベアリング55を支持する溝601を有する。また、ベアリング抑え60は、センサ側ベアリング55とは反対側に、センサユニット15を支持する溝602を有する。
第一支持部材65は、反モータ側ベアリング85のモータ側からセンサユニット15の径外方向まで延びるよう形成されている略筒状の部材である。第一支持部材65は、内側鍔部651、筒部652、及び、外側鍔部653を有する。
内側鍔部651は、反モータ側ベアリング85のモータ方向に位置している。内側鍔部651は、反モータ方向の端面654が反モータ側ベアリング85のモータ方向の端面854に当接している。
筒部652は、内側鍔部651から反モータ方向に延びるよう形成されている略筒状の部位である。筒部652の内側には、反モータ側ベアリング85、当接部材50、センサ側ベアリング55、ベアリング抑え60、及び、センサユニット15が収容されている。
筒部652のベースプレート81とは反対側の部位には、図13に示すように、溝655が設けられている.溝655には、反モータ側ベアリングホルダ851に対する第一支持部材65の回転を抑制可能なブレーキシュー656が設けられている。ブレーキシュー656は、反モータ側ベアリングホルダ851に設けられているボルト855によって筒部652に押さえ付けられている。
外側鍔部653は、筒部652の内側鍔部651に接続する側の端部とは反対側の反対側の端部に設けられている外側鍔部653は、図12に示すように、略水平方向に延びるよう二つ形成されている。
第二支持部材70は、第一支持部材65及びセンサユニット15の反モータ方向に位置している。第二支持部材70は、センサユニット支持部71、及び、ベース部72を有する。
センサユニット支持部71は、センサユニット15の反モータ方向に位置する。センサユニット支持部71は、センサユニット15を収容可能な空間710を有する。
ベース部72は、センサユニット支持部71の反モータ方向に位置する。ベース部72は、センサユニット支持部71と一体に形成されている。ベース部72は、センサユニット支持部71の外径に比べ大きい外径を有し、第一支持部材65の外側鍔部653の反モータ方向の端面657に当接する端面721を有する。
ベース部72は、端面721に開口し、ボールねじ83の中心軸に沿う方向にベース部72を貫通する通孔720を複数有する。通孔720は、外側鍔部が有する通孔650と連通している。通孔720と通孔650とには、第一支持部材65と第二支持部材70とを連結するボルト73が設けられている。
通孔650には、一端が反モータ側ベアリングホルダ851の反モータ方向の端面856に当接し他端がボルト73のモータ方向の端面に当接しているばね74が設けられている。ばね74は、第一支持部材65及び第二支持部材70と反モータ側ベアリングホルダ851とが離間する方向に第一支持部材65及び第二支持部材70を付勢している。
調整ねじ部75は、第二支持部材70のセンサユニット15と反対側に設けられている。調整ねじ部75は、調整ねじ76、及び、ストッパねじ77を有する。調整ねじ76は、第二支持部材70が有する通孔700に挿通され、センサユニット15の反モータ側ベアリング85とは反対側の端面に当接するよう設けられている。調整ねじ76が有するねじ溝は、通孔700を形成する第二支持部材70の内壁に形成されているねじ山と係合可能である。これにより、調整ねじ76は、第二支持部材70に対してボールねじ83の軸方向に移動可能に設けられる。ストッパねじ77は、調整ねじ76を第二支持部材70に対する所望の位置を固定する。
第二実施形態による異常検出装置2では、当接部材50は、ボールねじ83の反モータ側の端面832に当接するよう設けられている。これにより、熱流束センサ20,30は、ボールねじ83の端面832の変位に対応した弾性部材18,19の熱流束の大きさを検出する。したがって、第二実施形態は、第一実施形態の効果(a−1)、(a−2)、(c)〜(f)の効果を奏する。
また、第二実施形態による異常検出装置2では、弾性部材18,19の収縮または伸長は、ボールねじ83の反モータ側の端面832に当接する当接部材50の変位に対応している。また、当接部材50は、センサ側ベアリング55によって回転可能に支持されているため、センサユニット15が回転することはない。これにより、第二実施形態は、ボールねじ83の変位を直接検出することができるため、ボールねじの変位をさらに高精度に検出することができる。
(他の実施形態)
上述の実施形態では、「ボールねじ装置の異常検出装置」は、ボールねじ搬送装置に適用されるとした。しかしながら、「ボールねじ装置の異常検出装置」が適用される分野はこれに限定されない。ボールねじの回転運動を変換した直線運動を利用して搬送対象物を搬送可能なボールねじ装置に適用されればよい。
上述の実施形態では、「伸縮可能部材」は、弾性部材であるとした。しかしながら、「伸縮可能部材」は、これに限定されない。「当接部材」の変位に応じて伸縮可能に設けられ、収縮すると発熱し伸長すると吸熱する部材、例えば、樹脂、金属、焼結金属などであってもよい。
上述の実施形態では、異常検出装置は、二つの熱流束センサ、及び、二つの弾性部材を備えるとした。しかしながら、熱流束センサ及び弾性部材は、一つずつであってもよい。
上述の実施形態では、センサユニットのハウジングは、マルテンサイト系ステンレス鋼から形成されているとした。しかしながら、センサユニットのハウジングを形成する材料は、これに限定されない。例えば、フェライト系ステンレス鋼や鉄であってもよい。また、センサユニットのハウジングは、磁性材料から形成されていなくてもよい。例えば、センサユニットのハウジングをオーステナイト系ステンレス鋼から形成すると、腐食に比較的強くなる耐環境性が向上する。
上述の実施形態では、異常検出部における異常の判定方法として、ボールねじ搬送装置が稼働している全時間帯においてσ判定を行う方法が挙げられるとした。このとき設定されるσ区間について、σ区間を複数設定してもよい。例えば、平均値±(1×σ)区間を越える場合注意喚起を促す警報を出力し、平均値±(2×σ)区間を越える場合警告を出力し、平均値±(3×σ)区間を越える場合装置を緊急停止するなどの設定を行ってもよい。また、異常検出部における異常の判定方法は、特定の期間における熱流束センサのセンサ出力の最大値または最小値に設定されている閾値に対する大小関係に基づく方法や、上述したσ判定を行う方法には限定されない。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。