JP6720361B1 - リニア伝動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】転動部材間の距離の変化を即時に診断し、スペーサの異常発生の有無を知ると共に、この異常による設備の運転停止を回避することができるリニア伝動装置を提供する。【解決手段】本発明は長軸部材２０と移動モジュール３０と転動ユニット４０と還流アセンブリ５０と検出素子６０とデータ受信ユニット８０とで構成されており、構造が簡単で、還流アセンブリ５１の第１還流チューブ５１と第２還流チューブ５２の接合部に検出素子６０を設置することで転動ユニット４０のスペーサ４２の異常状況が発生する前に各転動部材４１間の距離変化の相違を即時に診断でき、検出素子６０を介して検出信号を出力することにより、ターミナルに運転を即時に停止させてワークと機械の状態を確認し、連続運転によるワークや機械の構造的損壊を回避することができ、さらに検出素子６０はデータ伝送の媒体としても機能することができ、保守を容易にする。【選択図】図２

Description

本発明はリニア伝動装置に関し、特に転動部材間の距離変化を瞬時に診断することができるリニア伝動装置に関する。

図１Ａは、特許文献１に開示されたリニアころ軸受の一例を示すものであり、
このリニアころ軸受はガイドキャリッジ１を備え、前記ガイドキャリッジ１はボール（図示せず）を介して転動可能にガイドレール２に装着されている。前記ガイドキャリッジ１にはボール用の少なくとも１つの転動通路（図示せず）が設けられており、この転動通路はボールを支持するための支持通路（図示せず）と、支持通路を接続する偏向通路（図示せず）とを含み、この偏向通路はガイドキャリッジ１のエンド部材３に配置されており、且つ転動通路内のボールには回転方向の変位抵抗が作用し、前記エンド部材３にはセンサ４がそれぞれ設けられており、前記センサ４はボールの走行時に蓋体との衝突による滑動抵抗力を検出することで異常の有無を判断するようになっている。
しかしながら、前記センサ４の設置は一般にガイドキャリッジ１の長さを増大させ、故にコストを高め、且つ構造の複雑化をもたらし、こうして作動ストロークの問題に影響を与える虞があるという問題がある。

図１Ｂは、特許文献２による検出装置を有するボールねじの一例を示すものであり、ナット５の凹溝に静電容量式又は光学式の検出装置６を設けることにより、ボール７の変位を測定してナット５の受ける力を決定するようになってる。
しかしながら、前記検知装置６の構造はナット５の外形の大きさを変えるので、ナット５の外径の増大をもたらし、ゆえにナット５の作動ストロークに影響を及ぼす虞があるという問題がある。

また、特許文献３には、ボールねじの外側循環部材の屈曲部に振動センサを設けてボールの走行状態を検出するという先行技術が開示されている。このうち、振動センサを取り付けるためにナットに特殊な穴開け加工を施す必要があり、加工方法が複雑でコストが高く、また、振動センサを外側循環部材の屈曲部に設定する方法では、ボールが外側循環部材の壁に衝突することによる応力変化を検知するだけでボールの円滑な走行度合いを把握することができる。
しかしながら、例えば、潤滑不良などによって ボールがスムーズに動かず、ボール間の距離の変化を測定することができず、さらにボールが行き詰っているかどうかを知ることができないという問題がある。

その他、例えば、特許文献４、５にも上記のような欠点がある。したがって、従来のリニア伝動装置は依然としてさらに改良する必要がある。

米国特許第７，１７８，９８１号明細書 特開２００７−２２５０２４号公報 特許第３９３６５１９号公報 特開２０１４−１５９８４７号公報 特開２０１３−２０００３２号公報

本発明の課題は、転動部材間の距離変化の相違を即時に診断し、転動部材間のスペーサが倒壊して詰まっているかどうかを知り、さらに当該装置の損壊による設備の運転停止という事態を回避することができるリニア伝動装置を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明のリニア伝動装置は、長軸部材と、移動モジュールと、転動ユニットと、還流アセンブリと、少なくとも１つの検出素子と、データ受信ユニットと、を含み、前記長軸部材は、軸方向に沿って延伸し、しかも転動溝を有し、前記移動モジュールは、前記軸方向に沿って往復移動可能に前記長軸部材に嵌合され、しかも前記転動溝に対応して配設された別の転動溝を有し、前記転動溝と前記別の転動溝とで負荷経路を形成し、前記転動ユニットは、前記負荷経路内に配設され、しかも複数の転動部材と複数のスペーサとを有し、各前記転動部材間には１つの前記スペーサを備え、前記還流アセンブリは、前記移動モジュールに穿設され、且つ前記負荷経路に連通され、しかも第１還流チューブと、前記第１還流チューブに連通された第２還流チューブと、前記第１還流チューブと前記第２還流チューブとを貫通する還流通路と、を有し、前記還流通路は、前記転動ユニットを循環させて還流するのに供し、前記検出素子は、前記移動モジュールに配設され、且つ前記第１還流チューブと前記第２還流チューブとの接合部に位置し、前記転動ユニットが前記還流通路で循環して還流するとき、前記少なくとも１つの検出素子は、各前記転動部材間の距離変化を検出すると共に、その検出信号を出力し、前記データ受信ユニットは、前記少なくとも１つの検出素子に接続され、前記検出素子によって出力された検出信号を受信することを特徴とする。

好ましくは、前記リニア伝動装置は、ボールねじであり、前記リニア伝動装置は、固定カバーを含み、前記固定カバーは、前記移動モジュールの外面に配設置され、且つ前記還流アセンブリと前記少なくとも１つの検出素子とを被覆し、しかも前記還流アセンブリと前記少なくとも１つの検出素子を収容するための収容溝を有し、前記収容溝の溝壁面には、少なくとも１つの検出素子を格納するための少なくとも１つの格納溝が凹設されている。

好ましくは、前記第１還流チューブは、第１接続端と第１連通端とを有し、前記第２還流チューブは、第２接続端と第２連通端とを有し、前記還流通路は、前記第１還流チューブの第１接続端と第１連通端と、前記第２還流チューブの第２接続端と第２連通端とを貫通し、前記第１還流チューブの第１接続端は、前記第２還流チューブの第２接続端に対応し、前記第１還流チューブの第１連通端と、前記第２還流チューブの第２連通端は前記負荷経路の両端にそれぞれ接続され、前記少なくとも１つの検出素子は、前記第１還流チューブの第１接続端と前記第２還流チューブの第２接続端の一側に位置する。

好ましくは、前記第１還流チューブの第１接続端は、前記第２還流チューブの第２接続端に当接する。

好ましくは、前記還流通路は、前記第１接続端と前記第２接続端とを貫通する部分において直線状である。

本発明のリニア伝動装置は、長軸部材と、移動モジュールと、転動ユニットと、還流アセンブリと、検出素子と、データ受信ユニットとで構成されているため構造が簡単で、還流アセンブリの第１還流チューブと第２還流チューブの接合部に検出素子を設置することで転動部材間の距離変化の相違を即時に診断することができる。
また、転動部材間のスペーサが倒壊するなど異常であるかどうかを知ると共に、検出素子を介して検出信号を出力することにより、ターミナルに運転を即時に停止させてワークと機械の状態を確認し、連続運転によるワークや機械などの構造的損壊を回避することができる。さらに、検出素子は、データ伝送の媒体としても機能することができ、さらに保守を容易にする。

特許文献１によるリニアころ軸受を示す全体斜視図である。 特許文献１による検出装置を有するボールねじを示す断面図である。 本発明の第１実施形態の全体概略図であって、リニア伝動装置がボールねじである場合を示す。 本発明の第１の実施形態の分解斜視図（その１）である。 本発明の第１の実施形態の分解斜視図（その２）である。 本発明の第１の実施形態の縦断面図（その１）である。 本発明の第１の実施形態の縦断面図（その２）である。 本発明の第２の実施形態の全体斜視図であって、検出素子とデータ受信ユニットが無線で通信を行うことを示す。 本発明の第３の実施形態の全体斜視図であって、リニア伝動装置がリニアスライドである場合を示す。

以下、図面を参照しつつ、本考案に係るリニア伝動装置について具体的に説明する。

本考案に係るリニア伝動装置の好適な実施形態は、図２乃至図５に示すように、長軸部材２０と、移動モジュール３０と、転動ユニット４０と、還流アセンブリ５０と、検出素子６０と、固定カバー７０と、データ受信ユニット８０と、で構成される。各構成要素については以下に説明する。

前記長軸部材２０は、軸方向Ｘに沿って延伸する。本実施形態において、前記長軸部材２０はねじ軸であり、しかもねじ軸外周面２１を有し、前記ねじ軸外周面２１には螺旋状の転動溝２２が凹設されている。

前記移動モジュール３０は、前記軸方向Ｘに沿って往復移動可能に前記長軸部材２０に外嵌めされ、しかも前記長軸部材２０に対して直動することができ、前記転動溝２２に対応して配設された別の転動溝３１を有し、前記転動溝２２と前記別の転動溝３１とで負荷経路を形成している。本実施形態では、移動モジュール３０はナットである。

前記転動ユニット４０は、前記負荷経路内に配設され、しかも複数の転動部材４１と複数のスペーサ４２とを有し、各前記転動部材４１間には１つの前記スペーサ４２を備えている。本実施形態では転動部材４１はボールであり、他の実施形態では転動部材４１はローラである。スペーサ４２は円柱であり、且つスペーサ４２の両側には前記転動部材４１を収容するための凹溝がそれぞれ凹設されている。
で、

前記還流アセンブリ５０は、プラスチック材質で製作されており、２つの前記還流アセンブリ５０は、前記移動モジュール３０の外側に設置され、且つ前記負荷経路に連通される。
本実施形態では、各前記還流アセンブリ５０の両端は、前記移動モジュール３０に穿設され、しかも第１還流チューブ５１と、前記第１還流チューブ５１に連通された第２還流チューブ５２と、前記第１還流チューブ５１と前記第２還流チューブ５２とを貫通する還流通路５３とを有し、前記還流通路５３は、前記転動ユニット４０を循環させて還流するのに供する。

本実施形態では、前記２つの還流アセンブリ５０は実質的に同一の構造であるので、その一方の還流アセンブリ５０についてさらに説明する。
前記第１還流チューブ５１は、第１接続端５１２と第１連通端５１４とを有し、前記第２還流チューブ５２は、第２接続端５２２と第２連通端５２４とを有し、前記還流通路５３は、前記第１還流チューブ５１の第１接続端５１２と第１連通端５１４と、前記第２還流チューブ５２の第２接続端５２２と第２連通端５２４とを貫通し、前記還流通路５３は、前記第１接続端５１２と前記第２接続端５２２とを貫通する部分において直線状である。前記第１還流チューブ５１の第１接続端５１２は、前記第２還流チューブ５２の第２接続端５２２に対応し、前記第１還流チューブ５１の第１連通端５１４と、前記第２還流チューブ５２の第２連通端５２４は前記負荷経路の両端にそれぞれ接続されている。

他の実施形態では、前記リニア伝動装置はまた、前記還流アセンブリ５０を１つだけ有してもよい。

なお、長軸部材（ねじ軸）、移動モジュール（ナット）、２つの還流アセンブリ、および転動ユニットは、従来の公知方法で組み立てられる。作動方法は従来の公知方法と同じであり、本発明の特徴的な構成要件ではない。そして、長軸部材、移動モジュール、２つの還流アセンブリ、及び転動ユニットの詳細な構造、組み立て方法および作動方法の詳細については省略する。

４つの前記検出素子６０は、そのうち、２つの前記検出素子６０は各前記還流アセンブリ５０の両側の外面にそれぞれ対応して配設され、且つ前記第１還流チューブ５１と前記第２還流チューブ５２との接合部に位置する。さらに、前記２つの検出素子６０は、前記第１還流チューブ５１の第１接続端５１２と前記第２還流チューブ５２の第２接続端５２２の両側にそれぞれ位置する。勿論、これに限定されるものではない。

図３Ｂを参照されたい。もう一つの好適な実施形態では、あるいは、前記第１還流チューブ５１の第１接続端５１２と前記第２還流チューブ５２の第２接続端５２２の一側に一つの前記検知素子６０を配設しても同様の効果を得ることができる。これにより、前記転動ユニット４０が前記還流通路で循環して還流するとき、各前記検出素子６０は、各前記転動部材４１間の距離変化を検出すると共に、その検出信号を出力し、隣接する２つの転動部材４１間の隙間の相違が識別されることで各前記転動部材４１間の各スペーサ４２が損傷しているのか又は、倒壊しているのかを判断するようになる。
また、前記還流通路５３は、前記第１接続端５１２と前記第２接続端５２２とを貫通する部分において直線状となっており、各転動部材４１と各スペーサ４２は、前記第１接続端５１２と前記第２接続端５２２を貫通する還流通路５３の部分を実質的に直線状に通過しているので、検出素子６０によって測定された検出信号は比較的正確である。

本実施形態では、検出素子６０として誘導感知型が例示されているが、これに限定されず、または光学感知型でもよい。誘導感知型は、コイルの自律インダクタンスまたは相互インダクタンスの変化を利用して測定を実現する装置であり、構造が簡単でコストが安く、外形寸法をカスタマイズでき、出力効率が大きく、干渉防止性能が高く、作業環境に対する要求が高くなく、しかも分解性能が比較的高く、安定性も良いなどの利点がある。他方、光学感知型は、光の様々な性質を利用するものであり、物体の存在の有無または表面状態の変化を検出し、検出距離が比較的長く、物体の検出に対する制限条件が比較的少なく、非接触で検出が可能で、かつ解像度が高いなどの利点がある。
２つの前記転動部材４１間の前記スペーサ４２の傾倒が発生し、さらに２つの前記転動部材４１間の距離が安全値（本実施形態では２ｍｍであり、他の実施形態では、これに限定されるものではなく、異なる設計目的に応じて変化する）を超えるとき、前記還流通路５３と前記負荷経路内の転動ユニット４０が動かなくなり、設備や機器の損傷や運転停止を引き起こす可能性が極めて高い。このような場合、検出素子６０の設計により、リニア伝達装置の異常を瞬時に診断し、ターミナルに運転を即時に停止させてワークや工作台の状態を確認することができ、連続運転による工作台やワークなどの構造的損傷を回避することができる。

本実施形態では、前記第１還流チューブ管５１の第１接続端５１２は、前記第２還流チューブ５２の第２接続端５２２に当接している。
他の好適な実施形態では、前記第１還流チューブ５１の第１接続端５１２は、前記第２還流チューブ５２の第２接続端５２２から０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ離れているので、前記検知素子６０は、第１接続端５１２と第２接続端５２２との間の隙間を介して前記転動部材要素４１間の距離の変化を測定して、検出の精度と効果を向上させる。

前記リニア伝動装置は、固定カバー７０を含み、前記固定カバー７０は、前記移動モジュール３０の外面に配設置され、且つ２つの前記還流アセンブリ４０と４つの前記検出素子６０とを被覆し、しかも前記還流アセンブリ５０を収容するための収容溝７１を有し、前記収容溝７１の溝壁面に、４つの前記検出素子６０を格納するための４つの格納溝７２が凹設されている。
具体的には、従来のモニタリング方法の多くは、ボールねじの動作状態を監視するために加速度計を使用しているが、検出素子が配設される位置と信号強度との関係が十分であるかどうかという問題に直面することが多い。本発明では、前述の欠点を改善するために、前記収容溝７１の溝壁面には、４つの検出素子６０に対応する４つの格納溝７２を凹設している。４つの前記検出素子６０の位置を固定することに加えて、前記検出素子６０を前記２つの還流アセンブリ５０により近く配設させることで信号干渉を効果的に低減して安定した信号を維持するという目的を達成することができる。これにより、本発明は前記固定カバー７０の元々のスペースを十分に利用して４つの検出素子６０を取り付けるので、前記長軸部材２０の元の外形寸法を変える必要がないのみならず、元の機械の設計に影響を与えることなく、前記転動部材体４１間の距離変化の相違をリアルタイムで診断することにより、設備が停止することを回避することができる。

前記データ受信ユニット８０は、４つの前記検出素子６０に信号的に接続され、４つの前記検出素子６０によって出力された検出信号を受信する。本実施形態では、有線伝送を例に挙げているが、これに限定されるものではない。図６に示すように、４つの前記検出素子６０と前記データ受信ユニットは、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、ブルートゥース（登録商標）、ＲＦ、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、ＬｏＲａ（登録商標）、ＷｉＧｉｇ（登録商標）、４Ｇ、または５Ｇ無線でデータ受信ユニット８０に対して信号伝送を行う。これにより、煩雑な配線作業や配線スペースを省くことができ、配線の取付けを考慮する必要がない。

また、上記実施形態では、ボールねじを用いて説明したが、図２と図７に示すように、本実施形態のリニア伝動装置はリニアスライドにも適用することができる。
前記長軸部材２０はスライドレールであり、前記移動モジュール３０はスライダであり、前記２つの還流アセンブリ５０は前記移動モジュール３０内に配設されている。チェーン保持器９０が破断した場合、破断箇所の転動部材９１間の隙間が大きくなり、前記検出素子６０を介してチェーン保持器９０の破断した異常を検出することができ、上記と同様の効果を得ることが可能となる。

以上は本発明の実施形態に係るリニア伝動装置の各主要構成要件についての説明である。本発明の作用と効果について、以下に説明する。

本発明のリニア伝動装置は、構造が簡単であり、前記還流アセンブリ５０の第１還流チューブ５１と第２還流チューブ５２の接合部に前記検出素子６０を設置することにより、転動部材４１間の距離変化の相違を即時に診断することができる。また、転動部材間のスペーサ４２の異常発生の有無を知ると共に、検出素子６０を介して検出信号を出力することにより、ターミナルに運転を即時に停止させてワークと機械の状態を確認し、連続運転によるワークや機械などの構造的損壊を回避することができる。さらに、前記検出素子６０は、データ伝送の媒体としても機能することができ、さらに保守を容易にする。

Ｘ 軸方向
２０ 長軸部材
２１ ねじ軸外周面
２２ 転動溝
３０ 移動モジュール
３１ 転動溝
４０ 転動ユニット
４１ 転動部材
４２ スぺ―サ
５０ 還流アセンブリ
５１ 第１還流チューブ
５１２ 第１接続端
５１４ 第１連通端
５２ 第２還流チューブ
５２２ 第２接続端
５２４ 第２連通端
５３ 還流通路
６０ 検出素子
７０ 固定カバー
７１ 収容溝
７２ 格納溝
８０ データ受信ユニット
９０ チェーン保持器
９１ 転動部材

Claims (5)

1. リニア伝動装置であって、
   長軸部材と、移動モジュールと、転動ユニットと、還流アセンブリと、少なくとも１つの検出素子と、データ受信ユニットと、を含み、
   前記長軸部材は、軸方向に沿って延伸し、転動溝を有し、
   前記移動モジュールは、前記軸方向に沿って往復移動可能に前記長軸部材に嵌合され、前記転動溝に対応して配設された別の転動溝を有し、前記転動溝と前記別の転動溝とで負荷経路を形成し、
   前記転動ユニットは、前記負荷経路内に配設され、複数の転動部材と複数のスペーサとを有し、各前記転動部材間には１つの前記スペーサを備え、
   前記還流アセンブリは、前記移動モジュールに穿設され、且つ前記負荷経路に連通され、第１還流チューブと、前記第１還流チューブに連通された第２還流チューブと、前記第１還流チューブと前記第２還流チューブとを貫通する還流通路と、を有し、前記還流通路は、前記転動ユニットを循環させて還流するのに供し、
   前記検出素子は、前記移動モジュールに配設され、且つ前記第１還流チューブと前記第２還流チューブとの接合部に位置し、前記転動ユニットが前記還流通路で循環して還流するとき、前記少なくとも１つの検出素子は、各前記転動部材間の距離変化を検出すると共に、その検出信号を出力し、
   前記データ受信ユニットは、前記少なくとも１つの検出素子に接続され、前記検出素子によって出力された検出信号を受信することを特徴とする、
   リニア伝動装置。
2. 前記リニア伝動装置は、ボールねじであり、前記リニア伝動装置は、固定カバーを含み、前記固定カバーは、前記移動モジュールの外面に配設置され、且つ前記還流アセンブリと前記少なくとも１つの検出素子とを被覆し、前記還流アセンブリと前記少なくとも１つの検出素子を収容するための収容溝を有し、前記収容溝の溝壁面には、少なくとも１つの検出素子を格納するための少なくとも１つの格納溝が凹設されていることを特徴とする請求項１に記載のリニア伝動装置。
3. 前記第１還流チューブは、第１接続端と第１連通端とを有し、前記第２還流チューブは、第２接続端と第２連通端とを有し、前記還流通路は、前記第１還流チューブの第１接続端と第１連通端と、前記第２還流チューブの第２接続端と第２連通端とを貫通し、前記第１還流チューブの第１接続端は、前記第２還流チューブの第２接続端に対応し、前記第１還流チューブの第１連通端と、前記第２還流チューブの第２連通端は前記負荷経路の両端にそれぞれ接続され、前記少なくとも１つの検出素子は、前記第１還流チューブの第１接続端と前記第２還流チューブの第２接続端の一側に位置することを特徴とする請求項１に記載のリニア伝動装置。
4. 前記第１還流チューブの第１接続端は、前記第２還流チューブの第２接続端に当接することを特徴とする請求項３に記載のリニア伝動装置。
5. 前記還流通路は、前記第１接続端と前記第２接続端とを貫通する部分において直線状であることを特徴とする請求項３に記載のリニア伝動装置。

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