JP7255367B2

JP7255367B2 - 直動案内装置

Info

Publication number: JP7255367B2
Application number: JP2019105615A
Authority: JP
Inventors: 恵介松村
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2019-06-05
Filing date: 2019-06-05
Publication date: 2023-04-11
Anticipated expiration: 2039-06-05
Also published as: JP2020197296A

Description

本発明は、直動案内装置に関する。

設備に直動案内装置を取付けたときに、取付誤差などが原因で意図しない大きなモーメント荷重が作用し、早期故障に結びつく場合があった。これを避けるため、直動案内装置のスライダに作用する加重の方向を検出する需要があった。
従来、直動案内装置のスライダに作用する荷重の方向を検出する技術として、例えば特許文献１に記載の技術がある。この技術は、スライダ本体の袖部に、圧縮ひずみ検出用センサと引張ひずみ検出用センサとを設置して、外部荷重の方向を判別する技術である。具体的には、引張ひずみ検出用センサを、スライダに荷重が作用した場合に袖部の外側面に形成される膨らみ部に設け、圧縮ひずみ検出用センサを、上記膨らみ部の上方に形成される凹み部に設ける。そして、各センサのひずみ検出値の比率を用いて、圧縮方向、引張方向、ローリング方向の荷重を判別する。

特許第４４３５１０４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術にあっては、ピッチング方向やヨーイング方向に作用する荷重については判別することができない。
そこで、本発明は、スライダに作用しているモーメント荷重の方向を適切に判別することができる直動案内装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一つの態様の直動案内装置は、案内レールと、スライダと、複数の転動体と、を備える直動案内装置であって、前記スライダは、前記案内レールの幅方向の両側に配置された一対の袖部と、前記一対の袖部を連結する基部と、を有するスライダ本体を備え、前記案内レールの長手方向に移動可能であり、前記一対の袖部には、前記スライダの前記長手方向における中心線に対して対称に一対のひずみセンサがそれぞれ配置されており、一方の前記袖部に配置された前記一対のひずみセンサと、他方の前記袖部に配置された前記一対のひずみセンサとは、前記スライダの前記幅方向における中心線に対して対称に配置されている。
このように、長手方向および幅方向の中心を対称にひずみセンサが配置されているため、これらのひずみセンサの検出値を用いて、スライダに作用しているモーメント荷重の方向を適切に判別することができる。

また、上記の直動案内装置において、前記ひずみセンサの検出値を比較し、前記スライダに作用しているモーメント荷重の方向を判別する判別部をさらに備えてもよい。このように、長手方向および幅方向の中心を対称に配置されたひずみセンサの検出値を比較することで、容易にスライダに作用しているモーメント荷重の方向を判別することができる。したがって、例えば設備への取付時に、意図せずスライダに対してモーメント荷重が作用した場合などには、当該モーメント荷重の方向を判別し、取付誤差を検知することができる。
さらに、上記の直動案内装置において、前記判別部は、前記スライダに作用しているモーメント荷重の方向が、前記長手方向の軸回りのローリング方向、前記幅方向の軸回りのピッチング方向、および前記長手方向と前記幅方向とに直交する前記案内レールの厚さ方向の軸回りのヨーイング方向のうちいずれであるかを判別することができる。このように、スライダに作用しうるモーメント荷重の方向を適切に判別することができる。

また、上記の直動案内装置において、前記判別部は、前記ひずみセンサの検出値に基づいて、前記モーメント荷重の大きさを判別するようにしてもよい。この場合、例えば設備への取付時に、意図せずスライダに対してモーメント荷重が作用した場合には、当該モーメント荷重の方向と大きさを判別し、取付誤差を適切に検知することができる。

さらにまた、上記の直動案内装置において、前記ひずみセンサは、前記袖部の前記幅方向における外側面に配置されていてもよい。この場合、ひずみセンサの設置が容易となる。
また、上記の直動案内装置において、前記ひずみセンサは、いずれも検出方向を一様とすることができる。これにより、スライダに作用しているモーメント荷重によって生じるひずみを適切に検出し、当該モーメント荷重の方向を適切に判別することができる。
さらに、上記の直動案内装置において、前記ひずみセンサは、小型チップにセンサ素子とアンプを含む回路とを集積したＭＥＭＳひずみセンサであり、無線通信機能を有した機器と組み合わせてもよい。この場合、検出装置システムを簡略化でき、配線等が困難な狭い空間にもひずみセンサを配置できる。また、直動案内装置の繰返し移動による断線の問題を解決することも可能である。

本発明の一つの態様によれば、スライダに作用しているモーメント荷重の方向を適切に判別することができる。

図１は、本実施形態における直動案内装置の正面図であって、右側半分は、断面図である。図２は、本実施形態における直動案内装置の側面図である。図３は、本実施形態における直動案内装置の平面図である。図４は、ローリング方向の荷重が作用した場合の説明図である。図５は、ピッチング方向の荷重が作用した場合の説明図である。図６は、ヨーイング方向の荷重が作用した場合の説明図である。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

図１は、本実施形態における直動案内装置１０の正面図である。図１において、右半分は、直動案内装置１０をＸＺ平面で切断した場合の断面図である。図２は、本実施形態における直動案内装置１０の側面図である。図３は、本実施形態における直動案内装置１０の平面図である。
直動案内装置１０は、案内レール１と、スライダ２と、複数の転動体（ボール）３と、を備える。スライダ２は、Ｙ方向に一直線状に延びる断面形状略矩形の案内レール１の上に、案内レール１の長手方向（Ｙ方向）に沿って移動可能に組み付けられている。
なお、以降の説明で参照する各図において、互いに直交するＸＹＺ直交座標系のＸ軸方向は案内レール１及びスライダ２の幅方向、Ｙ軸方向は案内レール１及びスライダ２の長手方向、Ｚ軸方向は案内レール１及びスライダ２の厚さ方向である。

案内レール１は、ボール３の軌道面１１を二対四列有する。軌道面１１は、案内レール１の幅方向の両側面１ａと、各側面１ａと上面１ｂとの角部とに形成され、案内レール１の長手方向に延びている。また、案内レール１の側面１ａに形成された軌道面１１には、ワイヤー状の保持器３１を配置するための溝１３が形成されている。
スライダ２は、案内レール１の幅方向の両側に配置された一対の袖部（脚部）２Ａと、案内レール１の上面１ｂ側に配置されて一対の袖部２Ａを連結する基部（胴部）２Ｂと、を有するスライダ本体２０１を備える。そして、スライダ２は、両袖部２Ａの間に案内レール１を挟み、スライダ２の内側面（袖部２Ａの内側面）２ａが、案内レール１の側面１ａと対向配置されるように、案内レール１に移動可能に取り付けられている。スライダ２は、案内レール１の長手方向を移動方向として移動することができる。

スライダ２は、移動方向（案内レール１の長手方向）に沿って、スライダ本体２０１、一対のエンドキャップ２０２、および一対のサイドシール２０３を備える。
具体的には、エンドキャップ２０２は、スライダ本体２０１の移動方向における両端部に着脱可能に取り付けられている。また、サイドシール２０３は、エンドキャップ２０２の移動方向における外端面に装着されている。サイドシール２０３は、案内シール１とスライダ２との間の移動方向における端面側の隙間を密封する。スライダ本体２０１は、例えば金属により構成することができる。また、エンドキャップ２０２は、例えば樹脂材料の成形品により構成することができる。

スライダ本体２０１の両内側面２ａには、案内レール１の軌道面１１と対向する軌道面２１が形成されている。これらの軌道面１１、２１によって、ボール３の転動通路が形成される。また、スライダ本体２０１には、袖部２Ａの軌道面２１よりも幅方向外側に、移動方向に延びる戻し通路２２が形成されている。

エンドキャップ２０２のスライダ本体２０１との当接面には、断面形状円形で円弧状に湾曲する方向転換路（不図示）が形成されている。このエンドキャップ２０２をねじ等の締結部材によりスライダ本体２０１に取り付けると、方向転換路によって上記のボール３の転動通路と戻し通路２２とが連通される。ボール３は、上記の転動通路、戻し通路２２および方向転換路からなる循環経路内に配置される。
このとき、案内レール１の側面１ａの軌道面１１により形成される転動通路に配置されたボール３は、保持器３１により回転自在に保持される。また、案内レール１の角部の軌道面１１により形成され転動通路道に配置されたボール３は、スライダ２に取り付けられた保持器３２により回転自在に保持される。

この直動案内装置１０では、循環経路を循環するボール３を介して、スライダ２が案内レール１の長手方向に沿って直線移動する。
なお、転動体３の種類はボールに限定されるものではなく、例えば、ころ（円筒ころ等）であってもよい。また、案内レール１およびスライダ２が備える軌道面１１、２１の数は、片側二列に限定されるものではなく、例えば、片側一列や片側三列以上であってもよい。

本実施形態における直動案内装置１０は、スライダ本体２０１の袖部２Ａの幅方向における外側面２ｂに配置されたひずみセンサ４１～４４を備える。具体的には、一対の袖部２Ａに、それぞれスライダ２の移動方向（案内レール１の長手方向）における中心線５２に対して対称に一対のひずみセンサ（４１と４３、４２と４４）が配置されている。そして、一方の袖部２Ａに配置された一対のひずみセンサ４１、４３と、他方の袖部２Ａに配置された一対のひずみセンサ４２、４４とは、スライダ２の幅方向（案内レール１の幅方向）における中心線５１に対して対称に配置されている。

ひずみセンサ４１～４４のＺ方向における配置位置は、例えばスライダ本体２０１の袖部２ＡのＺ方向中央位置とすることができる。また、ひずみセンサ４１～４４のＹ方向における配置位置は、例えばスライダ本体２０１の袖部２ＡのＹ方向両端位置とすることができる。
このように、ひずみセンサ４１～４４は、スライダ２の長手方向（Ｙ方向）および幅方向（Ｘ方向）の中心を対称に袖部２Ａに配置されている。また、ひずみセンサ４１～４４は、いずれも検出方向が一様に取り付けられている。

ひずみセンサ４１～４４により検出された検出値（ひずみ量）は、判別部５０（図３参照）に入力される。ここで、判別部５０は、直動案内装置１０が取り付けられた装置が備えていてもよいし、外部装置が備えていてもよい。
また、ひずみセンサ４１～４４は、小型チップにセンサ素子とアンプなどの回路を集積したＭＥＭＳ（Micro-Electrical-Mechanical Systems）ひずみセンサとすることができ、検出装置システムを簡略化することができる。この場合、ひずみセンサ４１～４４は、それぞれセンサ信号を増幅し、デジタル信号に変換して、無線通信により検出値を判別部５０に送信する。無線通信機能を有した機器を活用すれば、配線等が困難な狭い空間にも対応可能であり、直動案内装置の繰返し移動による断線の問題も解決することが可能である。この無線通信機能を有した機器を判断部５０としてもよい。
なお、ひずみセンサ４１～４４から判別部５０への検出値の送信は、有線通信により行ってもよい。

判別部５０は、ひずみセンサ４１～４４の検出値を比較することで、スライダ２に作用しているモーメント荷重の方向を判別する。
スライダ２に対して作用するモーメント荷重としては、ローリング方向の荷重、ピッチング方向の荷重、ヨーイング方向の荷重がある。判別部５０は、スライダ２に作用している荷重の方向が、上記のうちのいずれであるかを判別することができる。

ローリング方向の荷重は、図４に示すように、Ｙ軸（長手方向の軸）回りの回転モーメントＰ１である。図４に示すように、スライダ２にＹ軸回りの回転モーメントＰ１が作用した場合、幅方向の中心を対称に配置された一方のひずみセンサ４１と４３とが同等の検出値を示し、他方のひずみセンサ４２と４４とが同等の検出値を示す。また、ひずみセンサ４１（４３）とひずみセンサ４２（４４）とが異なる検出値を示す。
したがって、判別部５０は、ひずみセンサ４１～４４の検出値を比較することで、スライダ２に作用している荷重の方向がローリング方向であることを判別することができる。

ピッチング方向の荷重は、図５に示すように、Ｘ軸（幅方向の軸）回りの回転モーメントＰ２である。図５に示すように、スライダ２にＸ軸回りの回転モーメントＰ２が作用した場合、長手方向の中心を対称に配置された一方のひずみセンサ４１と４２とが同等の検出値を示し、他方のひずみセンサ４３と４４とが同等の検出値を示す。また、ひずみセンサ４１（４２）とひずみセンサ４３（４４）とが異なる検出値を示す。
したがって、判別部５０は、ひずみセンサ４１～４４の検出値を比較することで、スライダ２に作用している荷重の方向がピッチング方向であることを判別することができる。

ヨーイング方向の荷重は、図６に示すように、Ｚ軸（長手方向と幅方向とに直交する、厚さ方向の軸）回りの回転モーメントＰ３である。図６に示すように、スライダ２にＺ軸回りの回転モーメントＰ３が作用した場合、ひずみセンサ４１と４４とが同等の検出値を示し、ひずみセンサ４２と４３とが同等の検出値を示す。また、ひずみセンサ４１（４４）とひずみセンサ４２（４３）とが異なる検出値を示す。
したがって、判別部５０は、ひずみセンサ４１～４４の検出値を比較することで、スライダ２に作用している荷重の方向がヨーイング方向であることを判別することができる。

さらに、判別部５０は、ひずみセンサ４１～４４の検出値に基づいて、スライダ２に実際に作用しているモーメント荷重の大きさを判別することもできる。例えば、予めひずみ量とモーメント荷重との関係をデータベース化しておき、判別部５０は、ひずみセンサ４１～４４の検出値の大きさをもとに、上記データベース（テーブル）を参照してスライダ２に作用しているモーメント荷重の大きさを判別する。

以上説明したように、本実施形態の直動案内装置１０において、スライダ本体２０１の袖部２Ａには、長手方向および幅方向の中心を対称にひずみセンサ４１～４４が配置されている。そのため、これらのひずみセンサ４１～４４の検出値を用いて、スライダ２に作用しているモーメント荷重の方向を適切に判別することができる。
ここで、ひずみセンサ４１～４４は、袖部２Ａの幅方向における外側面２ｂに配置することができる。この場合、ひずみセンサ４１～４４を容易に設置することができる。さらに、ひずみセンサ４１～４４は、いずれも一様に取り付けられている。したがって、スライダ２に作用している荷重によって生じるひずみを適切に検出し、当該荷重の方向を適切に判別することができる。

判別部５０は、ひずみセンサ４１～４４の検出値をそれぞれ取得し、取得した検出値の大きさをそれぞれ比較することで、スライダ２に作用している外部荷重の方向を判別することができる。このように、比較的容易に外部荷重の方向を判別することができる。
また、判別部５０は、ひずみセンサ４１～４４の検出値に基づいて、スライダ２に作用している荷重の大きさを判別することもできる。この場合、上述したように、ひずみ量と荷重との関係を示すデータベース（テーブル）を用いることで、容易に外部荷重の大きさを判別することができる。
さらに、判別部５０は、ローリング方向、ピッチング方向、ヨーイング方向といった、スライダ２に作用しうるモーメント荷重の方向を適切に判別することができる。
したがって、上記の判別結果を用いることで、設備への取付時に発生する取付誤差を検知し、早期故障を予防することができる。特に、取付時に意図せずして大きなモーメント荷重が発生するような場合には非常に有効であり、適切に早期故障を予防することができる。

設備においてスライダは底部に設置されることが多いため、一般にセンサの配線やアンプの設置が困難である。しかしながら、小型チップにセンサ素子とアンプなどの回路とを集積したＭＥＭＳセンサに無線通信機能を有した機器を組み合わせることで、配線等が困難な狭い空間にもひずみセンサを配置することができ、検出値を適切に取得することができる。
さらに、スライダ本体２０１の袖部２Ａにひずみセンサ４１～４４を直接設置することができるので、ひずみ量を検出するために、例えば弾性体等の部材を別途設置する必要がなく、装置のサイズアップやコストアップを抑制することができる。

（変形例）
なお、上記実施形態においては、直動案内装置１０が４つのひずみセンサ４１～４４を備える場合について説明したが、センサの数は上記に限定されない。センサ配置の対称性をくずさない限りでは、必要に応じてセンサの数を増やしてもよいし、逆に、必要な判別機能に合わせて、センサの数を減らしてもよい。
さらに、上記実施形態においては、ひずみセンサが袖部２Ａの外側面２ｂに配置されている場合について説明したが、センサ配置の対称性を保てれば、袖部２Ａの内側面２ａなど別の場所に配置してもよい。また、ひずみセンサは、外付けでも内蔵でもどちらでも構わない。

１…案内レール、２…スライダ、２Ａ…袖部、２Ｂ…基部、２ａ…内側面、２ｂ…外側面、３…転動体、１０…直動案内装置、４１～４４…ひずみセンサ、２０１…スライダ本体、２０２…エンドキャップ、２０３…サイドシール

Claims

案内レールと、スライダと、複数の転動体と、を備える直動案内装置であって、
前記スライダは、前記案内レールの幅方向の両側に配置された一対の袖部と、前記一対の袖部を連結する基部と、を有するスライダ本体を備え、前記案内レールの長手方向に移動可能であり、
前記一対の袖部には、前記スライダの前記長手方向における中心線に対して対称に一対のひずみセンサがそれぞれ配置されており、
一方の前記袖部に配置された前記一対のひずみセンサと、他方の前記袖部に配置された前記一対のひずみセンサとは、前記スライダの前記幅方向における中心線に対して対称に配置されており、
前記ひずみセンサの検出値を比較し、前記スライダに作用しているモーメント荷重の方向を判別する判別部を備え、
前記判別部は、判別するモーメント荷重の方向に応じて、前記一方の前記袖部に配置された前記一対のひずみセンサと、前記他方の前記袖部に配置された前記一対のひずみセンサとのうち、対とすべきひずみセンサの組み合わせを変えることを特徴とする直動案内装置。
前記判別部は、
前記スライダに作用しているモーメント荷重の方向が、
前記長手方向の軸回りのローリング方向、前記幅方向の軸回りのピッチング方向、および前記長手方向と前記幅方向とに直交する厚さ方向の軸回りのヨーイング方向のうちいずれであるかを判別することを特徴とする請求項１に記載の直動案内装置。
前記判別部は、
前記ひずみセンサの検出値に基づいて、前記モーメント荷重の大きさを判別することを特徴とする請求項１または２に記載の直動案内装置。
前記ひずみセンサは、前記袖部の前記幅方向における外側面に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の直動案内装置。
前記ひずみセンサは、いずれも検出方向が一様であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の直動案内装置。
前記ひずみセンサは、小型チップにセンサ素子とアンプを含む回路とを集積したＭＥＭＳひずみセンサであり、無線通信機能を有した機器と組み合わせることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の直動案内装置。
案内レールと、スライダと、複数の転動体と、を備える直動案内装置であって、
前記スライダは、前記案内レールの幅方向の両側に配置された一対の袖部と、前記一対の袖部を連結する基部と、を有するスライダ本体を備え、前記案内レールの長手方向に移動可能であり、
前記一対の袖部には、前記スライダの前記長手方向における中心線に対して対称に一対のひずみセンサがそれぞれ配置されており、
一方の前記袖部に配置された前記一対のひずみセンサと、他方の前記袖部に配置された前記一対のひずみセンサとは、前記スライダの前記幅方向における中心線に対して対称に配置されており、
前記ひずみセンサは、前記袖部の前記幅方向における外側面の表面に配置されていることを特徴とする直動案内装置。
前記ひずみセンサの検出値を比較し、前記スライダに作用しているモーメント荷重の方向を判別する判別部をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の直動案内装置。
前記判別部は、
前記スライダに作用しているモーメント荷重の方向が、
前記長手方向の軸回りのローリング方向、前記幅方向の軸回りのピッチング方向、および前記長手方向と前記幅方向とに直交する厚さ方向の軸回りのヨーイング方向のうちいずれであるかを判別することを特徴とする請求項８に記載の直動案内装置。
前記判別部は、
前記ひずみセンサの検出値に基づいて、前記モーメント荷重の大きさを判別することを特徴とする請求項８または９に記載の直動案内装置。
前記ひずみセンサは、いずれも検出方向が一様であることを特徴とする請求項７から１０のいずれか１項に記載の直動案内装置。
前記ひずみセンサは、小型チップにセンサ素子とアンプを含む回路とを集積したＭＥＭＳひずみセンサであり、無線通信機能を有した機器と組み合わせることを特徴とする請求項７から１１のいずれか１項に記載の直動案内装置。