JP6873319B2 - 荷重測定用のピエゾ抵抗層を有するガイドキャリッジ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載のガイドキャリッジに関する。

独国特許出願公開第１０２００８０５１６８２号明細書において、ガイドキャリッジを有するリニア転がり軸受が公知である。ガイドキャリッジは、無限に循環走行する複数列の転動体を有し、この場合、各列は、対応して配置された軌道インサートを介して、ガイドキャリッジの本体に、荷重を伝達するように支持されている。軌道インサートの支持面と本体との間に、複数の貫通孔を有する金属薄板が配置されており、貫通孔は、接着剤により充填されている。貫通孔のうちの１つに、圧電セラミックセンサが配置されている。

このアセンブリの欠点によれば、ガイドキャリッジに作用する荷重を不正確に測定することしかできない。というのも、圧電セラミックセンサを介して、荷重のごく一部しか伝達されないからである。直接に隣接する金属薄板が、荷重の大部分を支持する。さらに、圧電セラミックセンサ、つまり外部荷重の作用を受けて電圧を生成するセンサは、静荷重を測定するには適していない。センサのインピーダンスは、圧電セラミックセンサに所定のオーム抵抗負荷がかけられると直ちに圧電電圧が放電するほど高い。動荷重だけは、確実に測定することができる。

本発明の利点は、静荷重が測定可能であることにある。ガイドキャリッジは、低コストで製造可能である。ガイドキャリッジに問題なく多数の測定箇所を装着することができるので、３つの空間方向のすべてに関して力およびモーメントが測定可能である。

独立請求項によれば、少なくとも１つの支持面に、ピエゾ抵抗層が対応して配置されており、ピエゾ抵抗層は、面状に、対応する支持面の少なくとも５０％、好ましくは少なくとも８０％にわたって延在し、ピエゾ抵抗層は、対応する基体と本体との間に配置されており、ピエゾ抵抗層は、残りの軌道インサートに材料接続式に結合されており、ピエゾ抵抗層に、少なくとも１つの導電性の電極が対応して配置されており、電極は、ピエゾ抵抗層に直接的に材料接続式に結合されており、測定アセンブリが設けられており、測定アセンブリによって、少なくとも１つの電極の領域において、ピエゾ抵抗層のオーム抵抗に応じた測定値を測定することが可能である。外部荷重の作用により、電極を使用して局所的に測定可能である、圧電層のオーム抵抗が変化する。

ピエゾ抵抗層は、支持面を越えて延在してもよい。基体は、好ましくは硬化鋼からなる。ピエゾ抵抗層は、半導体材料からなる。ピエゾ抵抗層は、非晶質の炭化水素層であってもよい。支持面の領域では、ピエゾ抵抗層は、好ましくは均一にまたは構造化されずに構成されている。支持面から離れて、ピエゾ抵抗層に、少なくとも１つのスルーホールが設けられてもよく、この場合、スルーホールは、電気的に基体に接続されてもよい。少なくとも１つの支持面は、好ましくはそれぞれ平坦に形成されている。測定値は、好ましくは電圧である。好ましくは、ガイドキャリッジのすべての軌道インサートには、それぞれ少なくとも１つのピエゾ抵抗層と、対応して配置された電極とが装着されている。

従属請求項には、本発明の有利な発展形態および改良形態が記載されている。

少なくとも１つの電極の最大幅が、対応して配置された転動体の直径よりも小さい、ということが想定されている。これにより、電極を介して、単一の転動体のみによって引き起こされる荷重を測定することができる。これにより、ガイドキャリッジに作用する荷重全体の推測が容易になる。さらに、提案された小さな電極によって、ピエゾ抵抗層における欠所に基づいて、電極が基体または接地層と低抵抗接触するので、負荷測定がもはや不可能となるおそれが最低限に抑えられる。

ピエゾ抵抗層は、対応して配置された支持面に直接に材料接続式に結合されており、対応する少なくとも１つの電極は、ピエゾ抵抗層と本体との間に配置されている、ということが想定されてもよい。基体は、好ましくは鋼からなるので、基体は、導電性を有し、これにより、基体は、抵抗測定の範囲内で、対応する電流回路の構成部材として使用することができる。このアセンブリは、特に簡単に構成されていて、したがって低コストに製造可能である。

支持面は、０．２５μｍ未満、好ましくは０．１μｍ未満の平均表面粗さを有する、ということが想定されてもよい。これにより、ピエゾ抵抗層における欠所を、少なくとも、荷重測定が可能である限りにおいて回避することができる。この場合、電極から離れた欠所はほとんど障害とならないことに留意されたい。それどころか、欠所は、有効に用いることすら可能であり、これについては後述する。平均表面粗さＲ _ａ は、好ましくはＩＳＯ２５１７８に準拠していると解される。支持面は、被覆前に、好ましくは研磨される。軌道インサート全体が電気化学式に研磨されていると考えてもよい。

ピエゾ抵抗層に、ピエゾ抵抗層の全体にわたって延在する導電性の接地層が対応して配置されており、接地層は、ピエゾ抵抗層に直接に材料接続式に結合されており、少なくとも１つの電極と接地層とは、ピエゾ抵抗層のそれぞれ反対側に配置されている、ということが想定されてもよい。このような形態は、好ましくは、基体がセラミックなどの非導電性材料からなるときに使用される。この場合、接地層は、抵抗測定の範囲内で、対応する電流回路の構成部材として使用される。

測定アセンブリは、基体または接地層に電気的に接続されている、ということが想定されてもよい。その結果、軌道インサートに多くの電極が設けられてもよく、この場合、基体または接地層は、すべての電極における抵抗測定のための共通の接続部を形成する。これにより、電気接続部を作製する手間が減少し、その結果、ガイドキャリッジは、特に低コストである。

少なくとも１つの電極は、支持面の領域に配置された少なくとも１つの第１の電極を有する、ということが想定されてもよい。第１の電極の領域におけるピエゾ抵抗層は、転動体によって圧縮荷重がかけられるので、そこに位置する第１の電極によって、実際の荷重測定が可能である。

複数の第１の電極が設けられてもよく、第１の電極は、長手軸線に沿って分散して配置されている。これにより、長手軸線に対して垂直に向けられた軸線に関するトルクの測定が可能になる。好ましくは、軌道インサートの、長手軸線の方向の両端に、それぞれ第１の電極が対応して配置されており、その、長手軸線の方向で測定される、支持面の縁に対する間隔は、転動体の直径よりも小さい。前述のトルクは、この領域において特に高い力を生じさせるので、この力を特に正確に測定することができる。第１の電極は、好ましくは、長手軸線に対して垂直に向けられた対称軸線に関して対称に配置されている。

各支持面が、長手軸線に対して平行に延在する中心軸線を設定し、少なくとも１つの第１の電極が、対応する中心軸線に対して離心して配置されている、ということが想定されてもよい。出願人による測定によって、このように配置された第１の電極が、前述の測定値のより大きな変化を生じさせるので、結果として、より高い測定精度が得られることが判明している。各々の中心軸線の両側で支持面の面積の割合は、好ましくは同一の大きさである。

ピエゾ抵抗層は、対応して配置された支持面を越えて延在し、少なくとも１つの電極は、支持面から離れて配置された第２の電極を有する、ということが想定されてもよい。第２の電極は、好ましくは温度補償のために使用される。好ましくは、単一の第２の電極が設けられており、この場合、複数の第２の電極を使用することも考えられる。

少なくとも１つの軌道インサートは、本体に支持されない少なくとも１つの進入領域を有し、進入領域は、軌道インサートの、長手軸線の方向の端部に配置されており、軌道インサートは、進入領域において転動体の荷重を受けて湾曲可能であり、ピエゾ抵抗層は、進入領域に延在し、第２の電極は、進入領域に配置されている、ということが想定されてもよい。これにより、進入領域は、２つの機能、つまり転動体の走行の改善と第２の電極による温度補償の提供とを有する。

測定アセンブリによって、それぞれ第１の電極と第２の電極とが直列に接続可能である、ということが想定されてもよい。この電気接続によって、温度補償を特に簡単な方法で実現することができる。複数の第１の電極が設けられるとき、好ましくは、これらの第１の電極は、マルチプレクサを介して第２の電極に直列に接続可能である。

各電極は、接続路に導電接続されており、接続路は、構造化された導電層によって形成されており、接続路は、測定アセンブリの構成部材である、ということが想定されてもよい。導電層の構造化は、好ましくは、光化学エッチング法によって行われ、その際、接続路は、対応する露光マスクによって設定される。接続路の間に、好ましくは、導電性の接地面が設けられており、接地面は、接続路に対して電気的に絶縁されており、この場合、接地面は、同様に導電層によって形成される。これにより、ガイドキャリッジの周辺からの電磁場による障害を最小限に抑えることができる。さらに、基体または接地層に対する低抵抗の電気接続を形成するために接地面を使用することができ、この場合、好ましくは、ピエゾ抵抗層における欠所が利用される。

導電層とピエゾ抵抗層との間に、少なくとも１つの電極によって中断された電気絶縁性の分離層が配置されている、ということが想定されてもよい。これにより、電気抵抗を測定するための測定電流は、接続路を介してではなく、電極のみを介してピエゾ抵抗層に導入される。支持面の領域では、分離層は、好ましくは、電極のみによって中断されているので、欠所に基づく不意の中断が存在してもよい。支持面から離れて、たとえば基体に対する接地接続を形成するためにスルーホールが設けられてもよい。

少なくとも１つのピエゾ抵抗層に、軌道インサートの外側表面を形成する電気絶縁性のカバー層が対応して配置されており、カバー層は、本体に摩擦接続式に接触する、または接着層を介して本体に接着されている、ということが想定されてもよい。カバー層は、好ましくは、専ら、対応する支持面から離れて好ましくは進入領域に配置された導電性の接続パッドによって中断される。接続パッドは、好ましくは銅からなるので、接続パッドは、良好にろう接可能である。接続パッドには、好ましくは、残りの測定アセンブリに通じるケーブルまたはその他の電気的な線路がろう接されている。好ましくは、すべてのピエゾ抵抗層にカバー層が対応して配置されている。カバー層は、好ましくは、対応して配置されたピエゾ抵抗層全体にわたって延在する。

さらに、本発明に係るガイドキャリッジを製造する２つの方法についても保護請求が成される。請求項１４記載の方法では、軌道インサートは、本体に接着される。請求項１５記載の方法では、軌道インサートは、本体に接着されておらず、この場合、軌道インサートは、本体に摩擦接続式に接触している。前者のケースでは、キャリッジ軌道を接着後に容易に研削することができる。後者のケースでは、研削は、被覆前に行われる。その結果、被覆中に転動面が覆われ、これにより損傷が回避される。ステップｃ）とステップｄ）との間で、両方の方法の範囲内で、好ましくは、少なくとも１本の接続ケーブルが、軌道インサートに設けられた接続パッドにろう接される。

もちろん、前述の特徴および以下にさらに説明されるべき特徴は、記載された各々の組合せだけではなく、本発明の範囲から逸脱することなく、他の組合せの形態または単独の形態でも使用可能である。

以下に、本発明を、添付の図面に基づき詳説する。

本発明に係るガイドキャリッジを有するリニア転がり軸受の横断面図である。 転動体の領域における、図１によるリニア転がり軸受の概略部分断面図である。 測定アセンブリの回路図である。 進入領域で軌道インサートの概略部分断面図である。 軌道インサートの概略平面図である。

図１は、本発明に係るガイドキャリッジ２０を含むリニア転がり軸受１０の横断面図である。ガイドキャリッジ２０は、本形態では、ころ状に構成された、無限に循環走行する４列の転動体２２を有する。各々の軌道インサート３０には、一連の転動体２２が対応して配置されている。リニア転がり軸受１０は、概ね欧州特許第２１１０５７１号明細書に従って構成されており、この場合、とりわけ軌道インサート３０は、本体２１に接着されている。本発明は、玉状の転動体を有するガイドキャリッジにも、また転動体が循環走行しないガイドキャリッジにも適用可能である。転動体の列の数は、概ね任意に選択することができる。たとえば、本発明は、欧州特許第２９４９９５４号明細書に従って構成されたリニア転がり軸受にも適用可能である。そこには玉状の転動体が設けられており、この場合、各軌道インサートに、２列の転動体が対応して配置されている。軌道インサートは、本体に摩擦接続式に接触していて、本体に接着されていない。

図１において、一定の外側横断面形状を有するガイドレール１２が、図１の図平面に対して垂直に方向付けられた長手軸線１１に沿って延在する。ガイドレール１２には、転動体２２の各列に対して、レール軌道１３が設けられている。ガイドレール１２は、好ましくは鋼からなり、少なくともレール軌道１３の領域で硬化されている。たとえば米国特許第７０７００４１号において公知であるように、Ｕ字形の横断面形状を有するガイドレールも使用可能であることに留意されたい。

ガイドキャリッジ２０は、本体２１を有し、本体２１は、本形態では、Ｕ字形の横断面形状を有して形成されているので、本体２１は、ガイドレール１２を包囲する。本体２１は、好ましくは、非硬化鋼からなる。各レール軌道１３には、キャリッジ軌道３２を有する軌道インサート３０が対応して配置されている。軌道インサートは、好ましくは硬化鋼からなる基体３１を有する。転動体２２は、それぞれ対応して配置されたキャリッジ軌道３２と対応して配置されたレール軌道１３との間で、基体３１上を、荷重を伝達するように転動する。軌道インサート３０は、それぞれ本体２１に支持されており、この場合、さらなる詳細については図２に関する説明を参照されたい。

転動体２２の各列に、転動体戻し走行路２３が対応して配置されているので、転動体２２は、無限に循環走行することができる。転動体戻し走行路２３は、本形態では、本体２１内に設けられた適合された孔内に組み付けられた別個の戻し走行管として構成されている。特に玉状の転動体では、転動体は、直接に本体２１内における戻し走行孔内で戻し走行することが可能である。

図２は、転動体２２の領域における、図１によるリニア転がり軸受１０の概略部分横断面図である。キャリッジ軌道３２とは反対側に、軌道インサート３０の基体３１には、好ましくは平坦に形成された支持面３３が設けられている。支持面３３は、ピエゾ抵抗層５０による被覆前に好ましくは研磨されるので、支持面３３は、０．２５μｍ未満、好ましくは０．１μｍ未満の平均表面粗さを有する。ピエゾ抵抗層５０は、圧縮応力が作用するとオーム抵抗が比較的強く変化する材料からなる。この特性は、特に半導体材料の場合に認められる。好ましくは、相応する特性を有する、非晶質の炭化水素層またはＤＬＣ（diamond like carbon：ダイヤモンドライクカーボン）層が使用される。ピエゾ抵抗層５０の厚さは、たとえば６μｍであり、図２において、ピエゾ抵抗層５０は、分かりやすくするために極端に誇張して示されている。ピエゾ抵抗層５０は、たとえばＰＶＤ法またはＣＶＤ法で作製することができるので、ピエゾ抵抗層５０は、支持面３３に、直接に材料接続式に結合されている。この場合、好ましくは、支持面３３全体に、製造精度の範囲内で一定の厚さを有する、構造化されないピエゾ抵抗層５０が設けられる。その関連において、本発明の利点は、比較的小さな電極５１の領域に配置されていなければ、ピエゾ抵抗層５０の欠所が障害とらないことである。

電極５１は、導電性の、特に金属層によって形成される。被覆前に、金属層が設けられるべきではない領域は、マスクにより覆われる。これに続いて、導電層が被着され、その際、同様にＰＶＤ法またはＣＶＤ法が適用されてもよい。電極５１の配置および寸法については、図５に関する説明を参照されたい。

層構造全体が、電気絶縁性のカバー層５７により覆われる。その際、図２には視認することができないさらに別の層が存在していることに留意されたい。これについては、図４に関して詳説する。軌道インサート３０は、別個の構成部材として被覆されるので、対応する被覆装置において、極めて小さな構成部材を用いて加工を行えばよい。したがって、被覆は、低コストである。

被覆後、欧州特許第２１１０５７１号明細書に即する本発明によるリニア転がり軸受の軌道インサート３０が、本体２１に接着され、これにより接着層３５が生じる。しかし、たとえば欧州特許第２９４９９５４号明細書に即して構成されたガイドキャリッジでは、カバー層５７が、適合された表面で本体２１に直接に摩擦接続式に接触することも可能である。

図３は、測定アセンブリ７０の回路図である。軌道インサート３０には、好ましくは、第１および第２の電極５３；５４が設けられている。第１の電極５３は、支持面（図４における符号３３）の領域に配置されており、支持面を介して、軌道インサート３０は、荷重を伝達するように本体に支持されている。第２の電極５４は、支持面から離れて、たとえば進入領域（図４の符号３６）に配置されている。第２の電極５４は、主として温度補償に用いられる。したがって、第２の電極５４は、転動体２２によって荷重がかけられないように配置されている。これに対して、第１の電極５３に荷重が伝達されるようにその上を転動体２２が転動し、これにより、第１の電極５３の下でピエゾ抵抗層５０のオーム抵抗が変化し、その際、オーム抵抗は、特に低下する。

鋼からなる、軌道インサート３０の導電性の基体３１は、アース７２に電気的に接続されている。ここでは、測定アセンブリは、接地しなくても動作可能であるので、アースという用語は、自由に選択可能な電気的な基準電位と解されることに留意されたい。非導電性の基体、たとえばセラミックからなる基体が使用される場合には、基体に、好ましくは、ピエゾ抵抗層５０が被着される導電性の接地層が設けられる。

電圧源７１の電圧は、第１の電極５３と第２の電極５４との間で印加されるので、第１の電極５３と第２の電極５４とは、直列に接続されている。対応する回路は、導電性の基体３１または導電性の接地層を介して閉じられる。ピエゾ抵抗層５０の比較的高い電気抵抗に基づいて、電流は、主に電極５１の領域においてピエゾ抵抗層５０を介して流れる。というのも、電流は、そこで最短でひいては抵抗の最も小さな距離にわたって、電極５１から基体３１へまたは接地層へ流れ得るからである。したがって、ほぼ電極５１、特に第１の電極５３の領域における荷重に起因する抵抗変化のみが荷重測定にとって決定的である。

電圧測定装置７３によって、アース７２と第１の電極５３との間の電圧が測定される。無負荷状態では、この電圧は、ほぼ電圧源７１の電圧の半分に等しい。この電圧は、たとえピエゾ抵抗層５０のオーム抵抗が温度とともに著しく変化するにもかかわらず、測定アセンブリの温度にはほとんど依存しない。第１の電極５３の領域において、転動体２２を介して、ピエゾ抵抗層５０に圧縮荷重が導入されると、ピエゾ抵抗層５０の電気抵抗が低下する。その結果、電圧測定装置７３によって測定される電圧は、無負荷状態と比較して低下する。

図３の描画とは異なり、アース７２は、好ましくは、ピエゾ抵抗層５０を越えて基体３１にまたは接地層に接続される。この場合、ピエゾ抵抗層５０に所定のスルーホールが用いられてもよい。しかもまた、ピエゾ抵抗層５０に、その製造に際してほとんど不可避である、設定されない欠所を利用することも考えられる。欠所では、基体３１と（図示されていない）接地電極との間のオーム抵抗はほぼゼロである。このような接地電極は、好ましくは、ピエゾ抵抗層５０の、可能な限り大きな領域を覆い、これにより、所定の形に配置されない欠所をもカバーする。接地電極は、好ましくは、第１または第２の電極５３；５４に対する直接的な電気接触を有しない。

図４は、進入領域３６における軌道インサート３０の概略部分縦断面図である。軌道インサート３０の、長手軸線１１の方向でそれぞれ反対側に位置する両端に、好ましくは進入領域３６が設けられており、進入領域３６において、軌道インサート３０は、本体２１にはほとんど支持されていないので、軌道インサート３０は、進入するまたは退出する転動体の荷重を受けて曲げ弾性的に変形可能である。これにより、リニア転がり軸受の特に高い走行精度および走行静音性が達成される。支持面３３は、基体３１の、荷重を伝達するように本体２１に支持された領域にわたってのみ延在する。

特に液体の浸入を阻止するために、進入領域における自由空間は、弾性質量体により充填可能である。極めて薄い層５０，５５，５７，３５の剛性は、弾性質量体の剛性よりも著しく高い。分かりやすくするために、層５０，５５，５７，３５の厚さは、進入領域３６における間隔７８と比較して大幅に誇張して示されている。

進入領域３６において、好ましくは、少なくとも１本の接続ケーブル７５が、軌道インサート３０に、具体的にはキャリッジ軌道３２とは反対側でろう接されている。この接続ケーブル７５は、それぞれ対応して配置された第１もしくは第２の電極５３，５４に、または前述の接地電極に電気的に接続されている。そのために、層システムにおいて、導電層５５が設けられており、この導電層５５は、たとえば光化学エッチング法によって構造化されていて、導電層５５は、各電極５１に対して、進入領域３６通じる導体路の形態で接続路７４を形成する。導電層５５は、電気絶縁性の分離層５６によって、ピエゾ抵抗層から分離されているので、導電層５５は、対応する第１の電極５３の荷重測定面に関与しない。導電層５５は、接続路７４の他に、前述の接地電極を形成する。接地電極は、所定のスルーホールまたは欠所を介して、基体３１または接地層に電気的に接続されている。

ろう接部７７の領域において、導電層５５に、好ましくは、良好にろう接可能な材料、たとえば銅からなる接続パッド７６が設けられている。これに対して、導電層５５は、被覆の範囲内において低コストでかつ確実な過程で処理可能である他の材料からなってもよい。

カバー層５７および分離層５６は、好ましくは同一の電気絶縁性の材料から製作されている。

図５は、軌道インサート３０の概略平面図である。本形態の軌道インサート３０は、一定の厚さを有する矩形の平坦な板として構成されており、板の長辺は、長手軸線１１に対して平行に延在する。軌道インサート３０の中心軸線３４は、長手軸線１１に対して平行に延在する。図５において、軌道インサート３０の２つの進入領域３６は、破線によって示されている。そこでは、本体および／または軌道インサート３０に切欠が設けられているので、図４において符号７８で示された間隔が生じる。

第２の電極５４は、好ましくは進入領域３６に配置されており、この場合、第２の電極５４は、最も好ましくは中心軸線３４に対して中心を合わせて配置されている。好ましくは複数の第１の電極５３が設けられており、これらの第１の電極５３は、長手軸線１１に沿って、支持面３３の領域に分散して配置されている。測定アセンブリ（図３の符号７０）は、好ましくはマルチプレクサを有し、マルチプレクサによって、選択的に、第１の電極５３のうちの１つが、残りの測定アセンブリ７０に接続可能であるので、荷重測定は、その都度第１の電極５３のうちの１つのみに行われる。複数の第１の電極５３の使用によって、特にガイドキャリッジに作用するトルクも測定することができる。この場合、第１の電極５３で測定される力は、好ましくは、長手軸線１１の方向で第１の電極５３の間の間隔に関して相互に計算し直される。

軌道インサート３０の輪郭は、中心軸線３４または長手軸線１１に対して垂直に配置された対称軸線３７に関して鏡面対称である。第１の電極５３もまた、対称軸線３７に関して鏡面対称に配置されている。本形態では、全部で６つの第１の電極５３が設けられており、対称軸線３７に対する第１の電極の間隔は、ｙ₁；ｙ₂；ｙ₃で示されている。

第１の電極５３の故障の確率が個数および大きさとともに増加するので、好ましくは、軌道インサートごとに少なくとも２つの、最大で６つの第１の電極５３が有利である。特にガイドキャリッジの構造サイズが小さいときには、第１の電極が依然として導体路を介して接続パッド（図４の符号７６）に接続可能であるだけの数の第１の電極５３を取り付けることができる。この場合、接続パッドの数は、少なくとも第１の電極５３の数に相当する。さらに第２の電極５４に対する接地コンタクトおよび接続パッドが附随する。

第１の電極５３の信号を容易に相互に計算し直して荷重を求めることができるようにするために、第１の電極５３の数が偶数のときには、第１の電極５３は、対称軸線３７に関して対称的に軌道インサート３０に取り付けられると有利である。つまり、長手軸線１１の方向で軌道インサートの各半部に、同数の第１の電極５３を取り付けることができる。

軌道インサートごとに２つの第１の電極５３のみが設けられている場合には、これらの第１の電極５３の間の間隔は、好ましくは可能な限り大きく選択される、つまり所定の間隔ｙ₁を置いてまだなお支持面の領域ではあるが、荷重がかけられない進入領域３６に可能な限り近くに選択される。

第１の電極５３の別の対偶は、中央に配置することができる（間隔ｙ₃）。第１の電極５３のさらに別の対偶が設けられる場合には、これらの対偶は、好ましくは、第１の電極５３の間の間隔が対称軸線３７の片側で同一であるように、ｙ₁とｙ₃との間に配置される。

中心軸線３７に対して横向きに、第１の電極５３は、好ましくは離心して配置されている。好ましくは、すべての第１の電極５３は、同一の偏倚寸法５８だけ離心して配置されている。この偏倚寸法は、たとえば転動体の幅（図２の符号２５）の０．３８〜０．４８倍であってもよい。したがって、第１の電極は、実際に可能な限り外側に配置されている。出願人の調査によって、この箇所で最大の力を測定することができることが判明している。したがって、離心的な配置によって、高い測定精度が得られる。図２において、どちら側へ向けて、つまりガイドレールの中心から離れて離心して第１の電極が好ましくは配置されるべきであるのか明らかである。

構造に起因して、Ｕ字形に形成されたガイドキャリッジは、あらゆる荷重を受けて拡開される、つまり脚部は、荷重を受けて湾曲する。これに対して、ガイドレールには、ガイドレールの大小の程度の矩形の形状に基づいて、圧縮のみが生じる。というのも、ガイドレールは、ガイドキャリッジと比べて極めて高い剛性を有するからである。その結果、荷重がかけられると、レール軌道における接触角は、ほとんど不変であるが、キャリッジ軌道は、脚の湾曲によって傾く。これにより、接触角が変化し、ガイドキャリッジ側では、キャリッジ軌道は、ころ状の転動体の回転軸線に対してもはや厳密には平行でない。この傾きによって、離心した第１の電極５３の領域で荷重が最大になる。

第１および／または第２の電極５３；５４は、好ましくは正方形に形成されており、この場合、これらの電極は、相互に同一に構成されている。電極の最大幅５２は、好ましくは、転動体の直径よりも小さく選択されている。これによって、第１の電極５３は、常に単一の転動体のみによって荷重をかけられる。したがって、ガイドキャリッジの全体の荷重を推測することが特に容易に可能である。

１０ リニア転がり軸受
１１ 長手軸線
１２ ガイドレール
１３ レール軌道
２０ ガイドキャリッジ
２１ 本体
２２ 転動体
２３ 転動体の戻し走行路
２４ 転動体の直径
２５ 転動体の幅
３０ 軌道インサート
３１ 基体
３２ キャリッジ軌道
３３ 支持面
３４ 支持面の中心軸線
３５ 接着層
３６ 進入領域
３７ 対称軸線
５０ ピエゾ抵抗層
５１ 電極
５２ 電極の最大幅
５３ 第１の電極
５４ 第２の電極
５５ 導電層
５６ 分離層
５７ カバー層
５８ 偏倚寸法
７０ 測定アセンブリ
７１ 電圧源
７２ アース
７３ 電圧測定装置
７４ 接続路
７５ 接続ケーブル
７６ 接続パッド
７７ ろう接部
７８ 間隔

Claims (15)

1. ガイドレール（１２）とともに使用されるガイドキャリッジ（２０）であって、
   前記ガイドキャリッジ（２０）は、本体（２１）と、別個の少なくとも１つの軌道インサート（３０）とを備え、該軌道インサート（３０）の基体（３１）に、長手軸線（１１）に対して平行に延在する少なくとも１つのキャリッジ軌道（３２）が配置されており、少なくとも１つの前記キャリッジ軌道（３２）に、それぞれ一連の転動体（２２）が対応して配置されており、該転動体（２２）は、対応する前記キャリッジ軌道（３２）と、前記ガイドレール（１２）における、対応して配置されたレール軌道（１３）と、に転動可能にはまり込むことが可能であり、前記基体（３１）は、少なくとも１つの支持面（３３）を有し、該支持面（３３）を介して、前記基体（３１）が、少なくとも間接的に力を伝達するように前記本体（２１）に支持されている、ガイドキャリッジ（２０）において、
   少なくとも１つの前記支持面（３３）に、ピエゾ抵抗層（５０）が対応して配置されており、該ピエゾ抵抗層（５０）は、面状に、対応する前記支持面（３３）の少なくとも５０％にわたって延在し、前記ピエゾ抵抗層（５０）は、対応する前記基体（３１）と前記本体（２１）との間に配置されており、前記ピエゾ抵抗層（５０）に、少なくとも１つの導電性の電極（５１）が対応して配置されており、該電極（５１）は、前記ピエゾ抵抗層（５０）に直接的に材料接続式に結合されており、測定アセンブリ（７０）が設けられており、該測定アセンブリ（７０）によって、少なくとも１つの電極の領域において、前記ピエゾ抵抗層のオーム抵抗に応じた測定値を測定することが可能であり、
   少なくとも１つの前記電極（５１）は、前記支持面（３３）の領域に配置された少なくとも１つの第１の電極（５３）を有し、
   複数の前記第１の電極（５３）が設けられており、該第１の電極（５３）は、長手軸線（１１）に沿って分散して配置されており、
   前記ピエゾ抵抗層（５０）は、対応して配置された前記支持面（３３）を越えて延在し、少なくとも１つの前記電極（５１）は、前記支持面（３３）から離れて配置された第２の電極（５４）を有する、
   ことを特徴とする、ガイドキャリッジ（２０）。
2. 少なくとも１つの電極（５１）の最大幅（５２）が、対応して配置された前記転動体（２２）の直径（２４）よりも小さい、請求項１記載のガイドキャリッジ（２０）。
3. 前記ピエゾ抵抗層（５０）は、対応して配置された前記支持面（３３）に直接に材料接続式に結合されており、対応する少なくとも１つの前記電極（５１）は、前記ピエゾ抵抗層（５０）と前記本体（２１）との間に配置されている、請求項１または２記載のガイドキャリッジ（２０）。
4. 前記支持面（３３）は、０．２５μｍ未満の平均表面粗さを有する、請求項３記載のガイドキャリッジ（２０）。
5. 前記ピエゾ抵抗層（５０）に、該ピエゾ抵抗層（５０）の全体にわたって延在する導電性の接地層が対応して配置されており、該接地層は、前記ピエゾ抵抗層（５０）に直接に材料接続式に結合されており、少なくとも１つの前記電極（５１）と前記接地層とは、前記ピエゾ抵抗層（５０）のそれぞれ反対側に配置されている、請求項１または２記載のガイドキャリッジ（２０）。
6. 前記測定アセンブリ（７０）は、前記接地層に電気的に接続されている、請求項５記載のガイドキャリッジ（２０）。
7. 前記測定アセンブリ（７０）は、前記基体（３１）に電気的に接続されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のガイドキャリッジ（２０）。
8. 各前記支持面（３３）が、前記長手軸線（１１）に対して平行に延在する中心軸線（３４）を設定し、少なくとも１つの前記第１の電極（５３）が、対応する前記中心軸線（３４）に対して離心して配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のガイドキャリッジ（２０）。
9. 少なくとも１つの前記軌道インサート（３０）は、前記本体に支持されない少なくとも１つの進入領域（３６）を有し、該進入領域（３６）は、前記軌道インサート（３０）の、前記長手軸線（１１）の方向の端部に配置されており、前記軌道インサート（３０）は、前記進入領域（３６）において前記転動体（２２）の荷重を受けて湾曲可能であり、前記ピエゾ抵抗層（５０）は、前記進入領域（３６）に延在し、前記第２の電極（５４）は、前記進入領域（３６）に配置されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のガイドキャリッジ（２０）。
10. 前記測定アセンブリ（７０）によって、それぞれ前記第１の電極（５３）と前記第２の電極（５４）とが直列に接続可能である、請求項１から９までのいずれか１項記載のガイドキャリッジ（２０）。
11. 前記各電極（５１）は、接続路（７４）に導電接続されており、該接続路（７４）は、構造化された導電層（５５）によって形成されており、前記接続路（７４）は、前記測定アセンブリ（７０）の構成部材である、請求項１から１０までのいずれか１項記載のガイドキャリッジ（２０）。
12. 前記導電層（５５）と前記ピエゾ抵抗層（５０）との間に、少なくとも１つの前記電極（５１）によって中断された電気絶縁性の分離層（５６）が配置されている、請求項１１記載のガイドキャリッジ（２０）。
13. 少なくとも１つの前記ピエゾ抵抗層（５０）に、前記軌道インサート（３０）の外側表面を形成する電気絶縁性のカバー層（５７）が対応して配置されており、該カバー層（５７）は、前記本体（２１）に摩擦接続式に接触する、または接着層（３５）を介して前記本体（２１）に接着されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載のガイドキャリッジ（２０）。
14. 記載の順序で順次実行される、
    ａ）少なくとも１つの前記基体（３１）を硬化するステップと、
    ｂ）前記支持面（３３）を研磨するステップと、
    ｃ）前記支持面（３３）に前記ピエゾ抵抗層（５０）および少なくとも１つの前記電極（５１）を被覆するステップと、
    ｄ）前記軌道インサート（３０）を前記本体（２１）に接着するステップと、
    ｅ）前記キャリッジ軌道（３２）を研削するステップと、
    を有する、請求項１から１３のいずれか１項記載のガイドキャリッジ（２０）を製造する方法。
15. 記載の順序で順次実行される、
    ａ）少なくとも１つの前記基体（３１）を硬化するステップと、
    ｂ）前記キャリッジ軌道（３２）を研削し、前記支持面（３３）を研磨するステップと、
    ｃ）前記支持面（３３）に前記ピエゾ抵抗層（５０）および少なくとも１つの前記電極（５１）を被覆するステップであって、被覆中に前記キャリッジ軌道（３２）を覆う、ステップと、
    ｄ）前記軌道インサート（３０）を前記本体（２１）に摩擦接続式に組み付けるステップと、
    を有する、請求項１から１３のいずれか１項記載のガイドキャリッジ（２０）を製造する方法。

Images