JP2019183911A - 回転機構の撮影方法及び撮影システム - Google Patents

Abstract

【課題】内側部材及び外側部材の間に複数の転動体が配置された回転機構における転動体の挙動をより正確に把握することが可能な回転機構の撮影方法及び撮影システムを提供する。【解決手段】相対回転可能なボールねじ軸１１及びボールねじナット１２と、ボールねじ軸１１の外周面に形成された外周螺旋溝１１０及びボールねじナット１２の内周面に形成された内周螺旋溝１２０を転動する複数のボール１３と、を備えたボールねじ機構１を撮影対象とし、ボールねじ軸１１とボールねじナット１２とが相対回転する際のボール１３の挙動を撮影する回転機構の撮影方法において、ボールねじ軸１１及びボールねじナット１２の少なくとも一部を光透過性を有する透明材料により形成し、この透明材料を介してボールねじ軸１１とボールねじナット１２とが相対回転する際のボール１３の挙動を撮影装置３で撮影する。【選択図】図２

Description

本発明は、内側部材及び外側部材の間に複数の転動体が配置された回転機構の撮影方法及び撮影システムに関する。

従来、内側部材及び外側部材の間に複数の転動体が配置された回転機構が、例えば産業機械や輸送機械に広く用いられている。このような回転機構として、具体的にはボールねじ機構や各種の転がり軸受などが挙げられる。これらの回転機構では、何らかの原因で転動体が内側部材と外側部材との間で円滑に転動できないと、発生する騒音や振動（以下、「ＮＶ」という）が大きくなってしまう。

特許文献１には、被検品のボールねじを所定の運転条件で作動させ、そのときに発生するＮＶを測定し、測定結果を周波数分析する分析工程を有するボールねじの異常検出方法が記載されている。そして、この異常検出方法によれば、ボールねじのボール（玉）に生じた剥離や傷などの異常を高精度に検出することができるとされている。

特開２０１２−２２９９５３号公報

回転機構におけるＮＶを抑制するためには、内側部材と外側部材との間に形成された転動路を各転動体が円滑に転動することが望ましい。しかし、例えば転動路の一部において転動体の転動速度が低下する箇所があると、転動体の円滑な転動が妨げられ、そのことによってＮＶが大きくなるほか、当該箇所で転動体に傷などが発生し、さらにＮＶが大きくなるおそれがある。

転動路を転動体が円滑に転動するか否かは、回転機構の設計段階において例えばシミュレーションによって評価することができるが、シミュレーションでは例えばボール同士の摩擦等を必ずしも正確に模擬することができず、実際の試作品ではシミュレーションどおりの結果が得られないことがあった。また、実際の試作品では転動路における転動体の挙動を観測することができず、ＮＶの発生原因が特定できないことがあった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内側部材及び外側部材の間に複数の転動体が配置された回転機構における転動体の挙動をより正確に把握することが可能な回転機構の撮影方法及び撮影システムを提供することにある。

本発明は、上記の目的を達成するため、相対回転可能な内側部材及び外側部材と、前記内側部材の外周面に形成された内側軌道面及び前記外側部材の内周面に形成された外側軌道面を転動する複数の転動体と、を備えた回転機構を撮影対象とし、前記内側部材と前記外側部材とが相対回転する際の前記転動体の挙動を撮影する回転機構の撮影方法であって、前記内側部材又は前記外側部材の少なくとも一部を光透過性を有する透明材料により形成し、前記透明材料を介して前記内側回転部材と前記外側回転部材とが相対回転する際の前記転動体の挙動を撮影装置で撮影する、回転機構の撮影方法を提供する。

また、本発明は、上記の目的を達成するため、相対回転可能な内側部材及び外側部材と、前記内側部材の外周面に形成された内側軌道面及び前記外側部材の内周面に形成された外側軌道面を転動する複数の転動体とを備え、前記内側部材又は前記外側部材の少なくとも一部が光透過性を有する透明材料により形成された回転機構を撮影対象とし、前記内側部材と前記外側部材とが相対回転する際の前記転動体の挙動を撮影する回転機構の撮影システムであって、前記内側部材と前記外側部材とを相対回転させる駆動装置と、前記透明材料を介して前記内側回転部材と前記外側回転部材とが相対回転する際の前記転動体の挙動を撮影する撮影装置と、を備えた回転機構の撮影システムを提供する。

本発明に係る回転機構の撮影方法及び撮影システムによれば、転動体の挙動をより正確に把握することが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る撮影方法及び撮影システムの撮影対象である回転機構としてのボールねじ機構を示す断面図である。 撮影システムを示す構成図である。 撮影装置を軸方向から見た正面図である。 第２の実施の形態に係る撮影システムを示す構成図である。 第３の実施の形態に係るボールねじ機構及び撮影装置を示す断面図である。 第４の実施の形態に係るボールねじ機構及び撮影装置を示す断面図である。

［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態について、図１乃至図３を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る撮影方法及び撮影システムの撮影対象である回転機構としてのボールねじ機構を示す断面図である。

このボールねじ機構１は、外周面に外周螺旋溝１１０が形成された内側部材としてのボールねじ軸１１と、内周面に内周螺旋溝１２０が形成された外側部材としてのボールねじナット１２と、ボールねじ軸１１とボールねじナット１２との間に配置され、外周螺旋溝１１０及び内周螺旋溝１２０を転動する複数の転動体としてのボール１３とを有している。ボールねじ軸１１とボールねじナット１２とは相対回転可能であり、ボールねじナット１２がボールねじ軸１１に対して回転すると、複数のボール１３が外周螺旋溝１１０及び内周螺旋溝１２０のそれぞれの内面１１０ａ，１２０ａを転動する。本実施の形態では、ボールねじ軸１１が非回転であり、ボールねじナット１２がボールねじ軸１１に対して回転する回転体である。

ボールねじ軸１１の外周螺旋溝１１０の内面１１０ａは、複数のボール１３のピッチ円径の内側におけるボール１３の転走面となる内側軌道面である。ボールねじナット１２の内周螺旋溝１２０の内面１２０ａは、複数のボール１３のピッチ円径の外側におけるボール１３の転走面となる外側軌道面である。

ボールねじナット１２は、円筒状の本体１２１と、本体１２１に固定された管状の循環路形成部材１２２と、循環路形成部材１２２の両端部に配置された第１及び第２のデフレクタ１２３，１２４とを有している。本体１２１の内周面には内周螺旋溝１２０が形成されている。第１及び第２のデフレクタ１２３，１２４には、一端部がボールねじナット１２の内周面に開口すると共に他端部が循環路形成部材１２２の管路１２２ａに接続された通路孔１２３ａ，１２４ａがそれぞれ形成されている。ボールねじ機構１が例えば産業機械に組み込まれた状態では、ボールねじナット１２が例えば電動モータによって回転駆動され、ボールねじ軸１１に対して図１に示す矢印Ａ_１方向及び矢印Ａ_２方向に回転する。

ボールねじナット１２がボールねじ軸１１に対して矢印Ａ_１方向に回転すると、ボール１３が外周螺旋溝１１０と内周螺旋溝１２０との間から第１のデフレクタ１２３によってすくい上げられて通路孔１２３ａに導入され、循環路形成部材１２２の管路１２２ａを経て第２のデフレクタ１２４の通路孔１２４ａに導かれる。そして、第２のデフレクタ１２４の通路孔１２４ａから外周螺旋溝１１０と内周螺旋溝１２０との間に戻される。また、ボールねじナット１２がボールねじ軸１１に対して矢印Ａ_２方向に回転した際には、上記とは逆の順路で複数のボール１３が循環する。

循環路形成部材１２２は、ボールねじ軸１１及びボールねじナット１２の軸方向に延在しており、その管路１２２ａは、ボール１３を軸方向に移動させる環流路である。第１及び第２のデフレクタ１２３，１２４は、管路１２２ａに対してボール１３を導入もしくは導出する一対の導入出部である。

上記のように構成されたボールねじ機構１は、例えば第１のデフレクタ１２３又は第２のデフレクタ１２４によってボール１３が外周螺旋溝１１０と内周螺旋溝１２０との間から円滑にすくい上げられないと、その近傍において複数のボール１３の転動が滞り、ボールねじナット１２の回転抵抗が増すこと等によってＮＶが発生する。また、ボール１３の転動が滞る現象は、第１のデフレクタ１２３又は第２のデフレクタ１２４にすくい上げられる部分に限らず、循環路形成部材１２２の管路１２２ａと第１のデフレクタ１２３の通路孔１２３ａあるいは第２のデフレクタ１２４の通路孔１２４ａとの接続部分や、外周螺旋溝１１０と内周螺旋溝１２０との間においても発生し得る。

ボールねじ機構１の設計試作段階において想定以上のＮＶが発生した場合には、複数のボール１３が循環する経路である循環路のどの部位でボール１３の転動が滞るかを特定して対策を施す必要があるが、従来はこの部位の特定が困難であった。

そこで、本実施の形態では、ボールねじナット１２の少なくとも一部を光透過性を有する透明材料により形成し、この透明材料を介してボールねじ軸１１とボールねじナット１２とが相対回転する際のボール１３の挙動を撮影装置で撮影する。なお、ボールねじ軸１１及び複数のボール１３は、透明材料ではなく、例えば鉄系金属あるいは光透過性を有しない樹脂材料によって形成されている。次に、この撮影のための撮影システム及びその周辺の構成について、図２及び図３を参照して説明する。

図２は、撮影対象であるボールねじ機構１を撮影する撮影システム２を示す構成図である。図３は、撮影装置３をボールねじ軸１１とボールねじナット１２の軸方向から見た正面図である。

この撮影システム２は、ボールねじ軸１１とボールねじナット１２とが相対回転する際の複数のボール１３の挙動を撮影する撮影装置３と、ボールねじ軸１１とボールねじナット１２とを相対回転させる駆動装置４とを有している。

撮影装置３は、ボールねじナット１２の本体１２１に取り付けられた環状の取付部材３１と、取付部材３１に固定された複数のカメラ３２とを備えている。取付部材３１は、ボールねじナット１２の本体１２１に外嵌された円環板状の基部３１１と、基部３１１からボールねじ軸１１と平行に突出した複数の腕部３１２とを有しており、ボールねじナット１２と一体に回転する。複数の腕部３１２の先端部にはそれぞれカメラ３２が支持されている。カメラ３２は、撮影した画像（動画）のデータを無線通信により送信可能な通信機能付きのワイヤレスビデオカメラである。

本実施の形態では、撮影装置３がボールねじナット１２を取り囲むように４つのカメラ３２を有しており、これらのカメラ３２がボールねじナット１２の回転方向に沿って等間隔に配置されている。取付部材３１には、カメラ３２の台数（ここでは４台）に応じた数の腕部３１２が設けられている。複数のカメラ３２は、レンズの光軸がボールねじナット１２の回転軸を向くように腕部３１２に固定されている。

駆動装置４は、ボールねじ軸１１を押圧する押圧機構４１と、押圧機構４１の押圧力に対してボールねじナット１２を支持する支持機構４２とを有している。押圧機構４１は、例えば油圧アクチュエータであり、ボールねじ軸１１の端面１１ａに当接するピストン４１１と、ピストン４１１を保持するシリンダ４１２とを備えている。支持機構４２は、押圧機構４１とは反対側のボールねじナット１２の端面１２ａに当接する軸受４２１と、軸受４２１を支持する支持板４２２とを有している。支持板４２２は、図略のベースに固定されている。なお、図３では、支持板４２２を仮想線（二点鎖線）で示している。

このように構成された駆動装置４において、ピストン４１１がボールねじ軸１１を軸方向に押圧すると、ボールねじナット１２がボールねじ軸１１に対して撮影装置３と共に回転する。なお、駆動装置４の構成としては、上記の構成に限らず、例えば電動モータの回転力を複数のギヤを有するギヤ機構あるいはプーリ間に掛け回されたベルトを有するベルト伝達機構によってボールねじナット１２に伝達し、ボールねじナット１２を回転させるものであってもよい。

撮影システム２はまた、カメラ３２との無線通信により画像データを受信する受信装置５と、受信装置５が受信した画像データを処理する画像処理装置６と、画像処理装置６により画像処理された映像を表示する表示装置７とを有している。画像処理装置６は、複数のカメラ３２で撮影された画像が表示装置７の１つの画面に並べて同時に表示されるように画像処理を行う。

撮影システム２は、ボールねじ軸１１とボールねじナット１２とが相対回転する際の複数のボール１３の挙動を撮影する。ユーザは、表示装置７に表示された画像を見ることにより、複数のボール１３が円滑に転動しているか否か、また円滑に転動していない箇所があるとすればその箇所がどこかを容易に把握することができる。

本実施の形態では、ボールねじナット１２を光透過性を有する透明部材により形成することでボール１３の挙動を可視化している。より具体的には、ボールねじナット１２を構成する本体１２１、循環路形成部材１２２、ならびに第１及び第２のデフレクタ１２３，１２４を透明部材により形成している。この透明部材としては、例えばアクリルを好適に用いることができる。カメラ３２は、ボールねじ軸１１とボールねじナット１２とが相対回転する際のボール１３の挙動を透明部材を介して撮影する。

なお、透明部材の光透過性としては、少なくとも一部のボール１３を撮影可能な程度のもので足り、例えば透明部材が半透明であってもよい。また、ボールねじナット１２の構成要素（本体１２１、循環路形成部材１２２、ならびに第１及び第２のデフレクタ１２３，１２４）のうち、一部の構成要素のみを透明部材によって形成してもよい。すなわち、ボールねじナット１２の少なくとも一部が透明部材によって形成され、その透明部材によってボール１３の挙動が可視化されていればよい。ただし、ボール１３が第１のデフレクタ１２３又は第２のデフレクタ１２４にすくい上げられる部分でボール１３の転動が滞りやすいことに鑑みて、第１のデフレクタ１２３及び第２のデフレクタ１２４の少なくとも一方を透明部材によって形成することが望ましい。

以上説明した第１の実施の形態によれば、ボールねじ機構１における複数のボール１３の挙動を、例えばシミュレーションよる場合よりも正確に把握することができるので、設計段階で各部の形状や寸法を最適化することができ、ひいてはＮＶが抑制されたボールねじ機構１を具現化することが可能となる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について、図４を参照して説明する。

図４は、第２の実施の形態に係る撮影システム２を示す構成図である。第１の実施の形態では、撮影装置３がボールねじナット１２と共に回転する４つのカメラ３２を有する場合について説明したが、第２の実施の形態に係る撮影装置３は、これら４つのカメラ３２とは別に、さらに１つの定点カメラ３３を備えている。なお、図４において、第１の実施の形態と共通する構成要素については、第１の実施の形態で用いた符号を援用し、重複した説明を省略する。

本実施の形態では、ボールねじナット１２と共に回転する複数のカメラ３２（以下、本実施の形態において、これらのカメラ３２を回転カメラ３２という）によって複数のボール１３の挙動を撮影しながら、これらの回転カメラ３２とは別の定点カメラ３３によってボールねじ軸１１に対するボールねじナット１２の回転位置を認識可能に撮影する。定点カメラ３３は、支柱３４に支持され、支持板４２２と共に図略のベースに固定されている。

取付部材３１には、周方向の１箇所に、取付部材３１の回転位置を示すマーカー３１３が設けられている。定点カメラ３３は、取付部材３１と対向してマーカー３１３を撮影可能な位置に固定されている。定点カメラ３３で撮影された画像を示す画像データは、通信線３３１を介して画像処理装置６に送られる。なお、定点カメラ３３をワイヤレスビデオカメラとしてもよく、この場合には受信装置５が定点カメラ３３から画像データを受信する。

画像処理装置６は、回転カメラ３２で撮影された画像ならびに定点カメラ３３で撮影された画像が表示装置７の１つの画面に同時に表示されるように画像処理を行う。ユーザは、表示装置７に表示された画像を見ることにより、各時点での回転カメラ３２の画像がどの方向から撮影されたものかを容易に把握することができる。

以上説明した第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加え、回転カメラ３２によって撮影された画像と共に、その画像の撮影方向を把握することができるので、例えばボールねじナット１２の回転方向の特定の位置でボール１３の転動が滞るような場合に、その現象の原因を推定することが容易となる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について、図５を参照して説明する。

図５は、第３の実施の形態に係るボールねじ機構１及び撮影装置３を示す断面図である。本実施の形態では、ボールねじナット１２の本体１２１に反射板１２５が取り付けられ、複数のボール１３の挙動がこの反射板１２５で反射した鏡像としてカメラ３２に撮影される。反射板１２５は、本体１２１に形成された凹部１２１ａの斜面１２１ｂに例えば接着により固定され、ボールねじナット１２と共に回転する。斜面１２１ｂは、ボールねじナット１２の軸方向に対して例えば４５°の角度で傾斜している。

なお、図示は省略しているが、カメラ３２での画像データは第１の実施の形態と同様に受信装置５に受信され、画像処理装置６で画像処理されて表示装置７に表示される。

本実施の形態によれば、例えば軸受４２１のように光透過性を有しない遮蔽物に遮蔽された方向から見たボール１３の挙動を撮影したい場合に、当該方向から見たボール１３の挙動を反射板１２５で反射した鏡像として撮影することができる。

［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について、図６を参照して説明する。

図６は、第４の実施の形態に係るボールねじ機構１及び撮影装置３を示す断面図である。第１乃至第３の実施の形態では、ボールねじナット１２を透明材料により形成した場合について説明したが、本実施の形態では、ボールねじナット１２に加え、ボールねじ軸１１が透明材料によって形成されている。

ボールねじ軸１１は中空であり、ボールねじ軸１１の中心孔１０にカメラ３２が配置されている。図６の図示例では、２台のカメラ３２が第１及び第２のデフレクタ１２３，１２４のそれぞれを内径側から撮影可能な位置に配置されている。これらのカメラ３２は、連結軸３５によって軸方向に連結されている。連結軸３５は、図略の回転駆動機構によってボールねじナット１２と同期して回転する。これにより、カメラ３２がボールねじナット１２と共に回転する。

なお、ボールねじ軸１１は、少なくともカメラ３２によって撮影される部分が透明材料で形成されていればよく、必ずしも全体が透明材料によって形成されていなくともよい。ボールねじ軸１１の一部をアクリル等の透明な樹脂材料によって形成し、他の部分を金属により形成すれば、ボールねじ軸１１の強度を高めることができる。また、ボールねじナット１２は、全部あるいは一部が透明材料により形成されていなくともよく、全体が金属により形成されていてもよい。

本実施の形態によれば、ボールねじ軸１１の透明材料を介してボール１３の挙動を撮影することができるので、上記の各実施の形態とは異なる角度から見たボール１３の挙動を把握することができる。

（付記）
以上、本発明を第１乃至第４の実施の形態に基づいて説明したが、これらの実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記各実施の形態では、ボールねじ軸１１に対してボールねじナット１２を回転させる場合について説明したが、これに限らず、ボールねじ軸１１を回転させてボールねじナット１２を軸方向に移動させてもよい。また、第１乃至第４の実施の形態を適宜組み合わせて実施することも可能である。

またさらに、上記第１乃至第４の実施の形態では、回転機構としてボールねじ機構を用いた場合を例にとって説明したが、ボールねじ機構に限らず、例えば各種の転がり軸受や減速機構などを撮影対象とすることも可能である。

１…ボールねじ機構 １１…ボールねじ軸（内側部材）
１１０ａ…内面（内側軌道面） １２…ボールねじナット（外側部材）
１２０ａ…内面（外側軌道面） １２２ａ…管路（環流路）
１２３…第１のデフレクタ（導入出部） １２４…第２のデフレクタ（導入出部）
１２５…反射板 １３…ボール（転動体）
２…撮影システム ３，３Ａ…撮影装置
３２…カメラ ３３…定点カメラ
４…駆動装置

Claims (12)

1. 相対回転可能な内側部材及び外側部材と、前記内側部材の外周面に形成された内側軌道面及び前記外側部材の内周面に形成された外側軌道面を転動する複数の転動体と、を備えた回転機構を撮影対象とし、前記内側部材と前記外側部材とが相対回転する際の前記転動体の挙動を撮影する回転機構の撮影方法であって、
   前記内側部材又は前記外側部材の少なくとも一部を光透過性を有する透明材料により形成し、前記透明材料を介して前記内側回転部材と前記外側回転部材とが相対回転する際の前記転動体の挙動を撮影装置で撮影する、
   回転機構の撮影方法。
2. 前記回転機構は、前記内側部材と前記外側部材のうち一方の部材が非回転であり、かつ他方の部材が前記一方の部材に対して回転するように構成されており、
   前記撮影装置が前記他方の部材と共に回転する、
   請求項１に記載の回転機構の撮影方法。
3. 前記撮影装置は、前記転動体の挙動を撮影する複数のカメラを有し、これら複数のカメラが前記他方の部材の回転方向に沿って配置されている、
   請求項２に記載の回転機構の撮影方法。
4. 前記転動体の挙動が、前記他方の部材と共に回転する反射板で反射した鏡像として撮影される、
   請求項２又は３に記載の回転機構の撮影方法。
5. 前記他方の部材と共に回転するカメラによって前記転動体の挙動を撮影しながら、当該カメラとは別のカメラによって前記一方の部材に対する前記他方の部材の回転位置を認識可能に撮影する、
   請求項２乃至４の何れか１項に記載の回転機構の撮影方法。
6. 前記回転機構は、前記外周面に外周螺旋溝が形成された前記内側部材としてのボールねじ軸と、前記内周面に内周螺旋溝が形成された前記外側部材としてのボールねじナットと、前記外周螺旋溝及び前記内周螺旋溝を転動する前記転動体としてのボールとを備えたボールねじ機構であり、前記ボールねじナットの少なくとも一部が前記透明部材によって形成されている、
   請求項１乃至５の何れか１項に記載の回転機構の撮影方法。
7. 前記ボールねじナットは、前記ボールを前記ボールねじ軸の軸方向に移動させる還流路と、前記還流路に対して前記ボールを導入もしくは導出する一対の導入出部とを有し、
   前記一対の導入出部のうち少なくとも一方の導入出部が前記透明材料によって形成されている、
   請求項６に記載の回転機構の撮影方法。
8. 相対回転可能な内側部材及び外側部材と、前記内側部材の外周面に形成された内側軌道面及び前記外側部材の内周面に形成された外側軌道面を転動する複数の転動体とを備え、前記内側部材又は前記外側部材の少なくとも一部が光透過性を有する透明材料により形成された回転機構を撮影対象とし、前記内側部材と前記外側部材とが相対回転する際の前記転動体の挙動を撮影する回転機構の撮影システムであって、
   前記内側部材と前記外側部材とを相対回転させる駆動装置と、
   前記透明材料を介して前記内側回転部材と前記外側回転部材とが相対回転する際の前記転動体の挙動を撮影する撮影装置と、
   を備えた回転機構の撮影システム。
9. 前記回転機構は、前記内側部材と前記外側部材のうち一方の部材が非回転であり、かつ他方の部材が前記一方の部材に対して回転するように構成されており、
   前記撮影装置が前記駆動装置によって前記他方の部材と共に回転する、
   請求項８に記載の回転機構の撮影システム。
10. 前記撮影装置は、前記転動体の挙動を撮影する複数のカメラを有し、これら複数のカメラが前記他方の部材の回転方向に沿って配置されている、
    請求項９に記載の回転機構の撮影システム。
11. 前記転動体の挙動が、前記他方の部材と共に回転する反射板で反射した鏡像として撮影される、
    請求項９又は１０に記載の回転機構の撮影システム。
12. 前記他方の部材と共に回転するカメラによって前記転動体の挙動を撮影しながら、当該カメラとは別のカメラによって前記一方の部材に対する前記他方の部材の回転位置を認識可能に撮影する、
    請求項９乃至１１の何れか１項に記載の回転機構の撮影システム。

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