JPH0685927U

JPH0685927U - スプライン軸受

Info

Publication number: JPH0685927U
Application number: JP032528U
Authority: JP
Inventors: 誠治武井
Original assignee: Nippon Thompson Co Ltd
Current assignee: Nippon Thompson Co Ltd
Priority date: 1993-05-25
Filing date: 1993-05-25
Publication date: 1994-12-13
Also published as: US5476324A

Abstract

(57)【要約】【目的】産業用ロボット等、組み込まれるべき装置の
小型化及びコスト低減に寄与し、しかもスプライン軸及
び外筒の相対的位置決めの信頼性が高いスプライン軸受
を提供すること。【構成】スプライン軸１の軌道溝１ａに沿って被検知
部２１を形成し、外筒２側に該被検知部２１を検知する
検知手段２５、２９、３０を設け、以て上記の効果を得
ている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はスプライン軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】

図９に乃至図１１に、従来のスプライン軸受の一例としてボールスプライン
を示す。

【０００３】図において、スプライン軸１には軌道として直線状の６条の軌道溝１ａが長手方向に沿って互いに平行に形成されており、外筒２が該スプライン軸１に遊嵌されている。この外筒２には、上記各軌道溝１ａと同数、すなわち６条の転動体循環路（詳細は後述）が夫々の軌道溝１ａに対応して形成されており、転動体としての多数のボール３がこれら転動体循環路内に配列収容されている。各ボール３は、スプライン軸１及び外筒２の相対運動に伴って上記軌道溝１ａ上を転動しつつ循環し、スプライン軸１と外筒２との間で荷重を負荷する。

【０００４】外筒２は、円筒状の外筒本体５と、各々円環状に形成されて該外筒本体５の両端部に内嵌状態にて結合された一対のエンドキャップ６と、該両エンドキャップ６の外面側に取り付けられたシール７とを有している。但し、図（図１）には片側のエンドキャップ６及びシール７のみを示している。

【０００５】図１及び図２から明らかなように、前述した転動体循環路は、外筒本体５に夫々直線的にかつ互いに平行に形成された負荷軌道溝９ａすなわち負荷軌道及びリターン路９ｂと、両エンドキャップ６に形成されて該負荷軌道溝９ａ及びリターン路９ｂをこれらの両端部にて連通させる一対の半円状の方向転換路９ｃ（図１参照）とからなる。なお、上記負荷軌道溝９ａがスプライン軸１の軌道溝１ａと対向している。

【０００６】上記した構成のボールスプラインは、例えば産業用ロボットやトランスファマシンなどにおいて、ラジアル荷重、トルクを同時に負荷させつつ直線的相対運動を行わせるべき機構部分に用いられる。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

産業用ロボットなどのように極めて高い作動精度が要求される装置の場合、スプライン軸１及び外筒２の相対的位置を高精度に検出する必要があり、そのための位置検出手段として図９に示すような長尺のリニアスケール１１及びセンサ１２からなるものが併設される。このリニアスケール１１は、例えば、その長手方向において微細に多極着磁されたもので、例えばスプライン軸１を固定側として使用する場合、該スプライン軸１に対して固設される。また、センサ１２は磁気センサからなり、外筒２に対して取り付けられる。

【０００８】上記から明らかなように、従来のスプライン軸受においては、スプライン軸及び外筒の相対的位置を検出すべく設けられる位置検出手段が、これを構成する部品の占有スペースが大きく、また比較的高価であり、組込まれるべき産業用ロボット等の小型化及び低コスト化を図る上で解決されるべき問題となっている。

【０００９】また、上記スプライン軸１は所定のベース部材（図示せず）上にブラケット等を介して取り付けられ、リニアスケール１１についても該ベース部材上にブラケット等を介して取り付けられることから、スプライン軸１とリニアスケール１１との間には機構的に、これらベース部材及びブラケット等の多数の部材が介在することとなる。よって、上記位置検出手段による検出精度を高く設定しようとも、これら各部材同士の組付け誤差などが影響してスプライン軸１及び外筒２の相対的位置決めの信頼性を高めることは必ずしも容易ではなかった。

【００１０】そこで、本考案は上記従来技術の欠点に鑑みてなされたものであって、産業用ロボット等、組込まれるべき装置の小型化及びコスト低減に寄与し、しかも、スプライン軸及び外筒の相対的位置決めの信頼性が高いスプライン軸受を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

本考案によるスプライン軸受は、長手方向に軌道が形成されたスプライン軸と、前記軌道に対応する負荷軌道を含む転動体循環路を有して前記スプライン軸に対して相対運動自在な外筒と、前記転動体循環路に配列収容されて前記軌道上を転動しつつ荷重を負荷する複数の転動体とを備え、前記スプライン軸に前記軌道に沿って被検知部が形成され、外筒側に該被検知部を検知する検知手段が設けられるように構成したものである。

【００１２】

【実施例】

次に、本考案の実施例について、添付図面を参照しつつ説明する。なお、以下に示す各実施例としてのボールスプラインは、説明する部分以外は図９乃至図１１に示した従来のボールスプラインと同様に構成されている故、全体としての説明は省略する。また、以下の説明において、該従来のボールスプラインの構成部分と同一の構成部分については同じ参照符号を用いている。

【００１３】図１に、本考案の第１実施例としてのボールスプラインを示す。

【００１４】図示のように、当該ボールスプラインにおいては、スプライン軸１の軌道溝１ａ間に、該軌道溝１ａに沿って被検知部２１が形成されている。そして、外筒２の端部には、該被検知部２１を検知する検知手段（後述）を内蔵した小さなケース２２が取り付けられている。

【００１５】軌道溝１ａ間の表面には、図２に示すように磁性皮膜２４が設けられており、上記被検知部２２は該磁性皮膜２４に対して下記のように着磁することにより形成されている。なお、この磁性皮膜２４は、溶融状態の磁性剤をスプライン軸１の軌道溝１ａ間に塗布し、固化させてなる。但し、このように磁性皮膜２４を形成することをせず、スプライン軸１自体の表層部分に直接着磁することも可能である。また、めっきあるいはスパッタリングにて磁性皮膜を形成してもよい。

【００１６】図３は、軌道溝１ａに沿って設けられた上記被検知部２１を詳細に示すものである。

【００１７】図示のように、被検知部２１は、軌道溝１ａに沿って多極着磁してなる。この場合、上記外筒２の位置検知用として、軌道溝１ａに沿ってＮ及びＳの磁極を微細にかつ交互に配設着磁している。図３において、この各々の着磁部については参照符号２６にて示しているが、ハッチング（点による）を付すと共に参照符号２７にて示しているのは非着磁部である。図示のように、これら着磁部２６は、その各々の、軌道溝１ａに沿う方向の境界２６ａが、該軌道溝１ａに対して垂直若しくは略垂直となっている。なお、上記各着磁部２６のうち最端に位置するものに対応して、測定基準となる原点としての着磁部２８が設けられている。

【００１８】一方、前述のケース２２内に設けられて上記被検知部２１を検知する検知手段については、下記の各磁気センサにより構成されている。

【００１９】すなわち、図３に示すように、上記各着磁部２６を検知するために設けられたホール効果素子等からなる２つの磁電変換素子２９及び３０と、原点たる着磁部２８を検知するための磁気抵抗素子（ＭＲ素子）２５とである。

【００２０】上記磁電変換素子３０は、磁電変換素子２９に対して各着磁部２６間のピッチＰの１／２だけずれて設けられており、これにより図５の（Ａ）に示す波形に対してπ／２だけ位相の異なる波形が得られる。なお、図５に示すように、磁電変換素子２９及び磁電変換素子３０により得られる波形はＯレベルを基準として正・負の連続した正弦波が得られるが、図４に示すように増幅回路３１ａ及び３１ｂを通すことによってＯレベルからＶｍａｘのレベルになるように増幅処理がなされている。これは後段における信号処理を容易にするためである。

【００２１】次に、上記検知手段より発せられる検知信号に基づいて外筒２の位置制御をなす制御系の構成について説明する。

【００２２】図４に示すように、磁電変換素子２９及び磁電変換素子３０より出力された波形は増幅回路３１ａ及び３１ｂに入力される。この増幅回路３１ａ及び３１ｂは、Ａ／Ｄ変換回路３２ａ及び３２ｂ、ラッチ回路３３ａ及び３３ｂ、マルチプレクサ（ＭＰＸ）３４が順次接続され、このマルチプレクサ３４の出力がＣＰＵ（制御回路）３５に入力される構成となっている。また、ＣＰＵ３５にはメモリ（ＲＯＭ）３７及び計数手段としてのアップダウンカウンタ３８、Ｄ／Ａ変換回路３９が接続されている。

【００２３】上記Ａ／Ｄ変換回路３２ａ及び３２ｂは、前段の増幅回路３１ａ及び３１ｂによりレベル増幅されたアナログ波形を二値化データに変換してラッチ回路３３ａ及び３３ｂに夫々のデータを入力する。このラッチ回路３３ａ及び３３ｂは、前段のＡ／Ｄ変換回路３２ａ及び３２ｂによって刻刻変換されるデータを同期処理するために該Ａ／Ｄ変換回路３２ａと３２ｂのデータをラッチしてホールドさせる。このホールドされたデータはマルチプレクサ（ＭＰＸ）３４に入力される。このマルチプレクサ（ＭＰＸ）３４は、後段のＣＰＵ３５に出力する場合にラッチ回路３３ａ及び３３ｂでラッチ処理されたデータを同時に出力することができないので、時分割処理して別々にＣＰＵ３５に出力して演算処理がなされる。

【００２４】次に、ＣＰＵ３５の演算処理について説明する。

【００２５】まず、初期動作として外筒２が駆動されて基準位置に移動し、磁気抵抗素子２５が原点たる着磁部２８を検知することにより発する信号に応じてメモリ（ＲＡＭ）４０にメモリされたスケール位置データがリセットされる。このリセット指令により外筒２が所望の位置に移動を開始する。これに応じて磁電変換素子２９及び磁電変換素子３０から図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すようなレベル増幅された位相の異なる連続波形が得られる。

【００２６】図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、例えばｍの領域についてみると、磁電変換素子２９及び磁電変換素子３０の出力データは図５の（Ａ）と（Ｂ）とでは対応する波形が異なることがわかる。その結果、ＣＰＵ３５はこの異なるデータを比較することによって外筒２の移動方向を判定することができる。

【００２７】次に、外筒２の移動量については下記のように求まる。

【００２８】すなわち、図３において、ケース２２に設けられた磁電変換素子２９、３０及び磁気抵抗素子２５の、被検知部２１に対する移動量をＳとすると、これが外筒２の移動量となる。

【００２９】上記の移動量Ｓは、図５の（Ａ）及び（Ｂ）に示すように例えば、磁電変換素子２９の出力をＶ_A 、磁電変換素子３０の出力をＶ_B とすると、Ｖ_A ／Ｖ_B の電圧の比を求める。これは例えば、磁電変換素子２９及び磁電変換素子３０と、これらに検知されるべき各着磁部２６とのギャップの変化により、α×Ｖ_A 及びα ×Ｖ_B の電圧が得られるが、このようなギャップが変化したにもかかわらず恰も移動したような演算処理がなされる恐れがある。そこで、このような機械的な誤差を防ぐためα×Ｖ_A ／α×Ｖ_B として処理すると、αは位置データとは関係しないものとしてＶ_A ／Ｖ_B として求めることができる。

【００３０】しかして、メモリ３７内にはＶ_A ／Ｖ_B に対応する１ピッチ（Ｐ）内の微細な位置データが予めメモリされているので、ＣＰＵ３５は、上記のような演算処理によって求められたＶ_A ／Ｖ_B の値と一値する値をメモリ（ＲＯＭ）３７から読み出して比較することによって図３に示す距離αを求めることができる。この求められた距離αの位置データは、それ以前に求められた位置データが既にメモリ４０にメモリ（前記基準位置から最初に書き込まれる時点ではメモリされていない。）されているから、該データをＣＰＵ３５は読み出した後今回求められた距離αを加算し、これによって算出された距離Ｓを位置データとしてメモリ４０に書き込む。

【００３１】このような演算処理を繰り返すことによって上記距離Ｓが前記メモリ４０内に位置データとしてメモリされることになる。

【００３２】ところで、ＣＰＵ３５には、図示せぬ制御手段によって与えられるパルスをアップダウンするアップダウンカウンタ３８が接続されている。このアップダウンカウンタ３８は、メモリ４０のリセット指令に対応して作動するように構成されており、また図３に示す１ピッチ（Ｐ）に発生するパルス数が予め求められているので、ＣＰＵ３５は、このアップダウンカウンタ３８から出力されるパルス数を計数することによって距離Ｓ’を算出することができる。

【００３３】この求められる距離Ｓ’と前記メモリ４０内にメモリされた距離Ｓとを比較して偏差量を求める。この求められた偏差量をＣＰＵ３５はＤ／Ａ変換器３９により出力する。この出力に基づいて外筒２は、正規の位置まで駆動される。

【００３４】なお、図３から明らかなように、本実施例においては上記磁電変換素子２９、３０により検知されるべき各着磁部２６が互いに隙間なく形成されているが、これら着磁部２６間に非着磁部を介在させて各着磁部２６間のピッチＰを大きく設定してもよい。

【００３５】また、本実施例においては、スプライン軸１の軌道溝１ａ間に、移動量検知用の着磁部２６と共に、測定基準たる着磁部２８をも併設しているが、この軌道溝１ａ間の幅寸法が比較的小さくて該着磁部２８を設けることが困難な場合、図１において参照符号４２にて示すスイッチを測定基準位置に対応して設けることなどを行う。すなわち、外筒２が測定基準位置に戻ることによりこのスイッチ４２の作動子４２ａに係合してこれを作動させ、原点信号を発生させるものである。

【００３６】続いて、本考案の第２実施例としてのボールスプラインについて図６及び図７に基づいて説明する。なお、当該ボールスプラインは以下に説明する部分以外は図１乃至図４に示した第１実施例としてのボールスプラインと同様に構成されている故、要部のみの説明に留める。また、以下の説明において、第１実施例としてのボールスプラインと同一又は対応する構成部分については同じ参照符号を付している。なお、これらのことは、後述する第３実施例に関しても同様である。

【００３７】図６及び図７に示すように、当該ボールスプラインにおいては、被検知部２１に設けられた移動量検知用の各着磁部２６について、スプライン軸１の軌道溝１ａに沿う方向の境界２６ａが、該軌道溝１ａに対して交差するようになされている。

【００３８】このように、各着磁部２６の境界２６ａを軌道溝１ａに対して交差させる場合、着磁するための着磁ヘッド（図示せず）の磁極を交互に切り換えながら、スプライン軸１を螺旋状に回転送りすることを行う。なお、前述した第１実施例としてのボールスプラインにおけるように、各着磁部２６の境界２６ａを軌道溝１ａに対して略垂直とする場合には、スプライン軸１を単に軸方向に直線的に移動させつつ着磁ヘッドの磁極を変化させて着磁すれば完了する。

【００３９】ところで、本実施例においては、外筒２が測定基準位置に至ったことの検知を、図６に示すスイッチ４２により行っている。よって、被検知部２１には原点たる着磁部が設けられていない。この構成により、被検知部２１を形成するための着磁作業は上述の工程を終了するだけで終了する。但し、原点となる着磁部を設けてもよい。この場合、上記のように移動量検知用の各着磁部２６の着磁を完了した後、図７に示す被検知部２１の片側について所定幅だけ磁気イレーサ（図示せず）にて着磁を消去し、原点位置に測定基準となるべき着磁部（図３における着磁部２８と同様のもの）を１箇所設ける。そして、この原点となる着磁部を検知するための磁気抵抗素子（図示せず）をケース２２に設ける。

【００４０】上記した構成の第２実施例としてのボールスプラインにおいても、前述の第１実施例のボールスプラインにおけると同じ測定原理に基づいて外筒２の位置が検出せられる故、該測定原理等に関する説明は省略する。なお、図７から明らかなように、各着磁部２６を検知すべくケース２２に設けられた２つの磁電変換素子２９、３０は、該各着磁部２６と平行となるように取り付けられる。

【００４１】次に、本考案の第３実施例としてのボールスプラインの要部について、図８に基づき説明する。

【００４２】図示のように、本実施例においては、移動量検知用の各着磁部２６が、その各々の間に非着磁部２７を挾んで設けられている。なお、この場合、スプライン軸１（図１など参照）の軌道溝１ａに沿う方向における非着磁部２７の寸法は着磁部２６と同じに設定されている。

【００４３】そして、各着磁部２６については、軌道溝１ａの幅方向における一側がＮ極、他側がＳ極となるように着磁されている。

【００４４】かかる構成においては、前述した第１及び第２実施例の構成においては隣接して設けられた各着磁部２６間に磁束が発生するのに対し、磁束は夫々の着磁部２６のＮ極、Ｓ極の間において発生する。しかしながら、この磁束の密度は、着磁部２６の、軌道溝１ａに沿う方向における中央部にて最大となるものの、漸次弱まりつつも隣接する非着磁部２７の範囲まで及んで該非着磁部の中央部にて最小となる。よって、各磁電変換素子２９、３０により得られる波形はやはり正・負の連続した正弦波となり、第１及び第２実施例と同様の原理に基づいて移動量を求めることが出来る。

【００４５】ところで、上記第１乃至第３実施例においては、外筒２の位置を検知する手段として磁気を利用した構成を示しているが、他の実施例として、光学的に検知する構成としてもよい。すなわち、例えば図８において、各着磁部２６、２８及び非着磁部２７についてこれらを、光を反射する反射部と非反射部とに変え、検知手段として作用する各磁電変換素子２９、３０及び磁気抵抗素子２５に関しては反射型のフォトカプラなどの光学手段に変えて、該光学手段から光を照射させると共に該反射部よりの反射光を受光させ、この受光した反射光に基づいて検知信号を発生させるのである。

【００４６】なお、本考案は、上述した各実施例の構成に限らず、これら各実施例が含む構成を互いに適宜組合わせることなどにより、多岐にわたる構成を実現できることは勿論である。

【００４７】また、上記各実施例においては、外筒２の移動に伴ってボール３が循環する構成を示しているが、転動体としてころを用いることも可能である。また、前記各実施例は、スプライン軸１の軌道溝１ａが直線状のものを示したが、軌道溝が螺旋状のヘリカルスプラインについても本考案が適用可能であることは言及するまでもない。

【００４８】また、各実施例においては６条列のボールスプラインを示しているが、他に２条列のものなど、種々のボールスプラインにも適用可能である。

【００４９】更に、前述した磁気を利用した位置検出の構成において、外筒２の移動する方向を判定することを目的として２つの磁電変換素子２９、３０を用いているが、移動方向を判定する必要のない場合にはこれを１つとしてよい。

【００５０】また、外筒２の移動検知の分解能としてそれ程高いものが要求されない場合には、図３、図７及び図８に示したαの値を演算せず、検知した磁気のピーク値を単にカウンタにより計数するだけでも足りる。

【００５１】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によるスプライン軸受においては、スプライン軸及び外筒の相対的位置を検出するための位置検出手段を構成する被検知部をスプライン軸に配設している故、該位置検出手段が占めるスペースは実質的に検知手段たる磁気センサ等の占有スペースのみとなって極めて小さく抑えられ、組み込まれるべき産業用ロボット等の装置の小型化に寄与するという効果がある。また、従来用いられていた別体のリニアスケール等が不要であることからコストの低減が達成されるという効果が奏される。更に、本考案によれば、スプライン軸自体がスケールとして作用することから、スプライン軸及び外筒の相対的位置決めの信頼性が高いという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本考案の第１実施例としてのボールス
プラインの斜視図である。

【図２】図２は、図１に示したボールスプラインの一部
の縦断面図である。

【図３】図３は、図１に示したボールスプラインに設け
られた被検知部と、該被検知部の検知をなす検知手段と
を示す平面図である。

【図４】図４は、図１に示したボールスプラインの作動
制御をなす制御系のブロック図である。

【図５】図５は、図１乃至図３に示したボールスプライ
ンが具備する磁電変換素子により得られる波形を示す図
である。

【図６】図６は、本考案の第２実施例としてのボールス
プラインの斜視図である。

【図７】図７は、図６に示したボールスプラインに設け
られた被検知部と、該被検知部の検知をなす検知手段と
を示す平面図である。

【図８】図８は、本考案の第３実施例としてのボールス
プラインに設けられた被検知部と、該被検知部の検知を
なす検知手段とを示す平面図である。

【図９】図９は、従来のボールスプラインとその周辺部
材を示す斜視図である。

【図１０】図１０は、図９に示したボールスプラインの
側面図である。

【図１１】図１１は、図９に示したボールスプラインの
縦断面図である。

【符号の説明】

１スプライン軸１ａ軌道溝２外筒３ボール（転動体）２１被検知部２４磁性被膜２５磁気抵抗素子２６着磁部（移動量検知用）２７非着磁部２８着磁部（原点）２９、３０磁電変換素子

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】長手方向に軌道が形成されたスプライン
軸と、前記軌道に対応する負荷軌道を含む転動体循環路
を有して前記スプライン軸に対して相対運動自在な外筒
と、前記転動体循環路に配列収容されて前記軌道上を転
動しつつ荷重を負荷する複数の転動体とを備え、前記ス
プライン軸に前記軌道に沿って被検知部が形成され、外
筒側に該被検知部を検知する検知手段が設けられている
ことを特徴とするスプライン軸受。
【請求項２】前記被検知部は測定基準となる原点が形
成されてなることを特徴とする請求項１記載のスプライ
ン軸受。
【請求項３】前記被検知部は前記軌道に沿って多極着
磁してなり、前記検知手段は磁気センサからなることを
特徴とする請求項１又は請求項２記載のスプライン軸
受。
【請求項４】前記軌道に沿って異なる磁極を交互に配
設着磁してなることを特徴とする請求項３記載のスプラ
イン軸受。
【請求項５】前記軌道に沿って複数の着磁部をその各
々の間に非着磁部を挾んで並設し、該着磁部各々につい
て前記軌道の幅方向における一側をＮ極、他側をＳ極と
して着磁してなることを特徴とする請求項３記載のスプ
ライン軸受。
【請求項６】着磁部各々の前記軌道に沿う方向の境界
が該軌道に対して略垂直となっていることを特徴とする
請求項３乃至請求項５のうちいずれか１記載のスプライ
ン軸受。
【請求項７】着磁部各々の前記軌道に沿う方向の境界
が該軌道に対して交差することを特徴とする請求項３乃
至請求項５のうちいずれか１記載のスプライン軸受。
【請求項８】前記磁気センサは磁電変換素子から成る
ことを特徴とする請求項３乃至請求項７のうちいずれか
１記載のスプライン軸受。
【請求項９】前記磁気センサは磁気抵抗素子から成る
ことを特徴とする請求項３乃至請求項８のうちいずれか
１記載のスプライン軸受。
【請求項１０】前記スプライン軸の表面に磁性皮膜が
設けられ、該磁性皮膜に着磁してなることを特徴とする
請求項３乃至請求項９のうちいずれか１記載のスプライ
ン軸受。
【請求項１１】前記被検知部は光を反射する反射部と
非反射部とを配設してなり、前記検知手段は光を照射す
ると共に該反射部よりの反射光を受光する光学手段から
なることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のスプ
ライン軸受。
【請求項１２】ボールスプラインであることを特徴と
する請求項１乃至請求項１１のうちいずれか１記載のス
プライン軸受。