JP7309820B2 - リニア伝動装置 - Google Patents

Description

本発明は、リニア伝動装置に関し、詳しくは周囲の配置空間を妨害することがないリニア伝動装置に関するものである。

一般のリニア伝動装置（例えばボールねじまたはリニアガイド）は移動部材（ナットまたはブロック）に配置されたセンサーによって作動中の移動部材の温度、振動またはトルクなどの数値を検知するため、作業台の作業員はリアルタイムで監視し、加工または伝動の精度を確保することができる。

特許文献１は、センサーを配置する際、センサーのタッチポートをナットまたはブロックに付着させることを開示している。
特許文献２は、センサーハウジングの外側延伸部内に感知チップを配置し、続いてナットの軸方向または径方向の面に凹んで形成された嵌合溝にセンサーハウジングの外側延伸部を嵌め込むことを開示している。
特許文献３は、ナットの外側環状凸部の軸方向または径方向に沿って凹んで形成された位置決め溝に嵌合装置および感知モジュールを組み合わせて信号受送信を構成することを開示している。
これらの特許文献において、装着作業が完了したセンサーはナットの外側に突出するため、その周りに配置された部品を妨害することがよくある。特にセンサーがナットの軸方向の端面に突出した場合、ナットの行程に影響を与えることは免れられない。

特許文献４はナットの端面に温度センサーを斜めに差し込んで作動中のナットの温度変化を検知することを開示している。前記温度センサーは有効な歯部エリア（即ちボールの転動エリア）まで入り込むため、ナットの構造の剛性を低下させるだけでなく、ボールの転動に影響を与えることがある。

ＴＷ Ｉ５８５３４２号公報 ＴＷ Ｉ６８３９８４号公報 ＴＷ Ｉ７０１１０１号公報 特開昭５８－５１０５２号公報

本発明は周りの配置空間およびボールの作動を妨害することがない方式でセンサーを配置するリニア伝動装置を提供することを主な目的とする。

上述した課題を解決するためのリニア伝動装置は、ねじ、移動部材、還流ユニット、複数のボールおよびセンサーを備える。ねじは外周面に外側ねじ山を有する。移動部材はねじ孔、内側ねじ山および格納溝を有する。内側ねじ山はねじ孔の孔壁に形成され、無効な歯部エリアを有する。格納溝は内側ねじ山の無効な歯部エリアに隣接するように移動部材の一端に形成される。移動部材はねじ孔によって軸方向に沿ってねじに移動可能に被さって装着される。移動部材の内側ねじ山とねじの外側ねじ山とは相互に対応して負荷経路を構成する。還流ユニットは移動部材に装着され、還流経路を有する。還流経路は負荷経路に繋がって循環経路を構成する。複数のボールは循環経路を転動する。センサーは移動部材の格納溝内に格納され、作動中の移動部材の温度、振動またトルクなどの数値を検知する。

上述の通り、本発明によるリニア伝動装置において、センサーは移動部材に突出せず格納溝に嵌まり込むため、周りの空間配置および移動部材の行程を妨害することがない。また本発明は状況およびニーズに応じて移動部材のサイズを適宜に調整することができ、無効な歯部エリアに隣接する格納溝は非負荷エリアに位置するため、装着作業が完了した後のセンサーは移動部材の構造の剛性を低下させたり、ボールの転動に影響を与えたりすることがない。

比較的好ましい場合、還流ユニットにおいて、ねじ孔の中心までの最も遠い点とねじ孔の中心との間の距離は信号源の半径になる。ねじ孔の中心を円の中心とし、信号源の半径とねじ孔の半径との長さの差を半径として円形を描けば環状の信号感応エリアを定義することができる。センサーは振動感知チップを有する。振動感知チップは信号感応エリア内に位置するため、最も正確な信号源を把握し、最も正確な監視を行うことができる。

比較的好ましい場合、センサーはさらに温度感知チップを有する。温度感知チップは移動部材に貼り付けられる。電気絶縁材料または熱伝導材料からなる中間層を温度感知チップと移動部材との間に配置すればノイズを抑制することができる。

比較的好ましい場合、移動部材はナットまたはブロックであってもよい。移動部材がナットである場合、格納溝はナットの端面からねじ孔の軸方向または径方向に沿って凹んで形成されるか、ナットの端面からねじ孔の軸方向に沿って凹み、同時にナットの外周縁部からねじ孔の径方向に沿って凹んで形成される。移動部材がブロックである場合、格納溝はブロックの端面からねじ孔の軸方向に沿って凹んで形成される。

比較的好ましい場合、センサーは格納溝のキャップによって遮蔽されるため、外部の異物が原因で検知の精度を低下させることを抑制することができる。

比較的好ましい場合、センターは信号線に接続される。信号線はねじ孔の軸方向または径方向に沿ってナットを貫通して信号処理器に接続される。信号処理器はコンピューターなどの終端処理器に接続される。

比較的好ましい場合、センサーはエポキシ樹脂などの接着剤によって移動部材に固定される。

本発明によるリニア伝動装置の詳細な構造、特徴、組み立てまたは使用方法について、以下の実施形態の詳細な説明を通して明確にする。また、以下の詳細な説明および本発明により開示した実施形態は本発明を説明するための一例に過ぎず、本発明の請求範囲を限定できないことは、本発明にかかる領域において常識がある者ならば理解できるはずである。

本発明の第１実施形態によるリニア伝動装置を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態によるリニア伝動装置の一部分を示す分解斜視図である。 図１中の３－３線に沿った断面図である。 本発明の第１実施形態によるリニア伝動装置の移動部材を示す断面図である。 本発明の第１実施形態によるリニア伝動装置を側端から見た平面図である。 本発明の第１実施形態によるリニア伝動装置の感知処理を示す模式図である。 本発明の第２実施形態によるリニア伝動装置からねじを取り外した状態を示す斜視図である。 図７の一部分を示す分解斜視図である。 図７を側端から見た平面図である。 本発明の第３実施形態によるリニア伝動装置からねじを取り外した状態を示す斜視図である。 図１０の一部分を示す分解斜視図である。 図１０を側端から見た平面図である。 本発明の第４実施形態によるリニア伝動装置からねじを取り外した状態を示す斜視図である。 図１３の一部分を示す分解斜視図である。 図１３を側端から見た平面図である。 本発明の第５実施形態によるリニア伝動装置からねじを取り外した状態を示す斜視図である。 本発明の第５実施形態によるリニア伝動装置の一部分を示す分解斜視図である。 本発明の第５実施形態によるリニア伝動装置の移動部材を側端から見た平面図である。

以下、本発明によるリニア伝動装置を図面に基づいて説明する。なお、明細書および図面において、方向性用語は図面中の方向に基づいて表現される。同じ符号は同じ部品または類似した部品の構造の特徴を示す。

（第１実施形態）
図１から図３に示すように、第１実施形態によるリニア伝動装置１０はねじ２０、移動部材３０、二つの還流ユニット４０、複数のボール５０およびセンサー６０を備える。

ねじ２０は外周面に外側ねじ山２２を有する。外側ねじ山２２はねじの外周面から軸方向に沿って伸びて形成される。

本実施形態において、移動部材３０、即ちナットは本体３１と、本体３１の一端に連結されるフランジ３２と、本体３１およびフランジ３２を貫通するねじ孔３３とを有する。移動部材３０はねじ孔３３によってねじ２０の軸方向に沿ってねじ２０に移動可能に覆って装着される。ねじ孔３３は孔壁に内側ねじ山３４を有する。
移動部材３０の内側ねじ山３４とねじ２０の外側ねじ山２２とは相互に対応して負荷経路５２（図４参照）を構成する。図３に示すように、内側ねじ山３４は無効な歯部エリア３５（即ちボール５０の通らないエリア）を有する。移動部材３０はさらに本体３１に面を背けたフランジ３２の端面からねじ孔３３の軸方向に沿って凹んで形成された格納溝３６を有する。格納溝３６は内側ねじ山３４の無効な歯部エリア３５に隣接して、連通する。
上述した構造の特徴により、本発明は小型ナットの規格に対応できる。このとき移動部材３０、即ちナットはフランジが配置されない。格納溝３６はナットの端面からねじ孔３３の軸方向または径方向に沿って凹んで形成される。

図４に示すように、二つの還流ユニット４０は移動部材３０の両端に装着され、それぞれ還流経路４２を有する。二つの還流経路４２は負荷経路５２の両端に別々に繋がって循環経路５４を構成する。つまり、循環経路５４は二つの還流経路４２および負荷経路５２からなる。複数のボール５０は循環経路５４を転動する。

センサー６０は移動部材３０の格納溝３６内に格納され、絶縁性のある接着剤（例えばエポキシ樹脂）によって移動部材３０に固定され、二つの還流ユニット４０とずらして（千鳥状に）配置される。センサー６０は格納溝３６内のキャップ６３によって遮蔽されるため、外部の埃などの異物が原因で検知の精度を低下させることを抑制することができる。
図２および図５に示すように、センサー６０は温度感知チップ６１を有する。温度感知チップ６１は移動部材３０に貼り付けられて作動中の移動部材３０の温度変化を検知する。さらに電気絶縁材料または熱伝導材料からなる中間層（図中未表示）を温度感知チップ６１と移動部材３０との間の接触部位に配置すればノイズを抑制することができる。
図２および図５に示すように、センサー６０はさらに振動感知チップ６２を有する。振動感知チップ６２は環状の信号感応エリアＭ内に位置付けられて作動中の移動部材３０の振動状況を検知する。信号感応エリアＭはねじ孔３３の中心Ｃを円の中心とし、信号源の半径Ｒとねじ孔３３の半径ｒとの長さの差を半径として円形を描くことによって定義される。信号源の半径Ｒは還流ユニット４０においてねじ孔３３の中心Ｃまでの最も遠い点とねじ孔３３の中心Ｃとの間の距離であるため、最も正確な検知を行うことができる。
図１、図２および図６に示すように、センター６０は信号線６４に接続される。本実施形態において、信号線６４はねじ孔３３の軸方向に沿って移動部材３０を貫通して外部の信号処理器６５に接続される。信号処理器６５はコンピューターなどの終端処理器６６に接続される。続いて、終端処理器６６によってセンサー６０の検知結果を分析し、後続の監視を行う。

（第２実施形態）
本発明の構造は上述に限定されない。図７および図８は本発明の第２実施形態を示す斜視図および分解斜視図である。第１実施形態との違いは下記の通りである。
第２実施形態において、格納溝３６は本体３１に面を背けたフランジ３２の端面からねじ孔３３の軸方向に沿って凹み、同時にフランジ３２の外周縁部からねじ孔３３の径方向に沿って凹んで形成される。センサー６０は格納溝３６内に格納され、キャップ６７によって遮蔽される。キャップ６７はサイズが格納溝３６のサイズに対応するように設計されるため、格納溝３６内にセンサー６０を確実に固定することができる。
上述した構造の特徴により、本発明は小型ナットの規格に対応できる。このとき移動部材３０、即ちナットはフランジが配置されない。格納溝３６はナットの端面からねじ孔３３の軸方向に沿って凹み、同時にナットの外周縁部からねじ孔３３の径方向に沿って凹んで形成される。本実施形態において、信号線６４はセンサー６０に接続され、同時にねじ孔３３の径方向に沿って移動部材３０を貫通して外部の信号処理器６５に接続される。
図９に示すように、第２実施形態において、センサー６０の温度感知チップ６１は移動部材３０に貼り付けられて作動中の移動部材３０の温度変化を検知する。センサー６０の振動感知チップ６２は環状の信号感応エリアＭ内に位置付けられて作動中の移動部材３０の振動状況を正確に検知する。

（第３実施形態）
図１０および図１１は本発明の第３実施形態を示す斜視図および分解斜視図である。第２実施形態との違いは下記の通りである。
第３実施形態において、還流ユニット７０は四つである。四つの還流ユニット７０はねじ孔３３の軸方向に沿って移動部材３０の本体３１にらせん状に配列されてボール５０の内循環式経路を構成する。図１２に示すように、第３実施形態において、センサー６０の振動感知チップ６２は環状の信号感応エリアＭ内に位置付けられて作動中の移動部材３０の振動状況を正確に検知する。

（第４実施形態）
図１３および図１４は本発明の第４実施形態を示す斜視図および分解斜視図である。第３実施形態との違いは下記の通りである。
第４実施形態において、湾曲したチューブからなる還流ユニット７２は一つであり、移動部材３０の本体３１を貫通し、外部に露出してボール５０の外循環式経路を構成する。図１５に示すように、第４実施形態において、センサー６０の振動感知チップ６２は環状の信号感応エリアＭ内に位置付けられて作動中の移動部材３０の振動状況を正確に検知する。

（第５実施形態）
図１６および図１７は本発明の第５実施形態を示す斜視図および分解斜視図である。上述した実施形態との違いは下記の通りである。
第５実施形態において、移動部材８０はねじ孔８１を有するブロックである。格納溝８２はブロックの端面からねじ孔８１の軸方向に沿って凹んで形成される。移動部材８０は両端にキャップ８３を有し、一つのキャップ８３によって格納溝８２を遮蔽してセンサー６０を格納溝８１内に保持する。還流ユニット８４は一つであり、移動部材８０の底部に配置される。
図１７に示すように、信号線６４はセンサー６０に接続され、同時にねじ孔８１の径方向に沿って上方の移動部材８０を貫通して外部の信号処理器６５に接続される。図１８に示すように、第５実施形態において、センサー６０の温度感知チップ６１は移動部材８０に貼り付けられて作動中の移動部材８０の温度変化を検知する。センサー６０の振動感知チップ６２は環状の信号感応エリアＭ内に位置付けられて作動中の移動部材８０の振動状況を正確に検知する。

上述の通り、本発明によるリニア伝動装置において、センサー６０は移動部材３０に突出せず格納溝３６に嵌まり込むため、周りの空間配置および移動部材３０の行程を妨害することがない。また本発明は状況およびニーズに応じて移動部材３０のサイズを適宜に調整することができるため、センサー６０は異なるタイプの移動部材３０（例えばナット）および移動部材８０（例えばブロック）に対応できる。また無効な歯部エリア３５に隣接する格納溝３６は非負荷エリアに位置するため、装着作業が完了した後のセンサー６０はボール５０の転動を妨害せず、移動部材３０、８０に構造の剛性を良好に保持させることができる。

１０ リニア伝動装置
２０ ねじ
２２ 外側ねじ山
３０ 移動部材
３１ 本体
３２ フランジ
３３ ねじ孔
３４ 内側ねじ山
３５ 無効な歯部エリア
３６、３７ 格納溝
４０ 還流ユニット
４２ 還流経路
５０ ボール
５２ 負荷経路
５４ 循環経路
６０ センサー
６１ 温度感知チップ
６２ 振動感知チップ
６３ キャップ
６４ 信号線
６５ 信号処理器
６６ 終端処理器
６７ キャップ
７０、７２ 還流ユニット
８０ 移動部材
８１ ねじ孔
８２ 格納溝
８３ キャップ
８４ 還流ユニット
Ｃ ねじ孔の中心
Ｍ 信号感応エリア
Ｒ 信号源の半径
ｒ ねじ孔の半径

Claims (4)

1. ねじ、移動部材、還流ユニット、複数のボールおよびセンサーを備え、
   前記ねじは、外周面に外側ねじ山を有し、
   前記移動部材はねじ孔、内側ねじ山および格納溝を有し、前記内側ねじ山は前記ねじ孔の孔壁に形成され、無効な歯部エリアを有し、前記格納溝は前記内側ねじ山の前記無効な歯部エリアに隣接するように前記移動部材の一端に形成され、
   前記移動部材は前記ねじ孔によって軸方向に沿って前記ねじに移動可能に覆って装着され、
   前記移動部材の前記内側ねじ山と前記ねじの前記外側ねじ山とは相互に対応して負荷経路を構成し、
   前記還流ユニットは前記移動部材に装着され、前記負荷経路に繋がる還流経路を有し、
   前記還流経路と前記負荷経路は循環経路を構成し、
   複数の前記ボールは循環経路内に配置され、
   前記センサーは前記移動部材の前記格納溝内に格納され、
   前記格納溝は前記内側ねじ山の前記無効な歯部エリアと連通し、
   前記センサーと前記還流ユニットは間隔をあけて配置され、
   前記センサーは振動感知チップを有し、前記移動部材の前記ねじ孔の中心の周囲の環状の信号感応エリアが定義され、前記環状の信号感応エリアの内半径は前記ねじ孔の半径に等しく、前記環状の信号感応エリアの外半径は前記還流ユニットの最大限の範囲に達し、前記振動感知チップは前記環状の信号感応エリア内に位置することを特徴とする、
   リニア伝動装置。
2. 前記センサーは温度感知チップを有し、前記温度感知チップは前記移動部材に貼り付けられ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. 前記移動部材はナットであり、前記格納溝は前記ナットの端面から前記ねじ孔の軸方向または径方向に沿って凹んで形成され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. 前記移動部材はブロックであり、前記格納溝は前記ブロックの端面から前記ねじ孔の軸方向に沿って凹んで形成されることを特徴とする請求項１に記載のリニア伝動装置。

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