JP2008111468A - Ball screw device, wear amount detection method thereof, and electric injection molding machine including the same - Google Patents
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Abstract
【課題】剥離や磨耗によるボールねじ装置のナットとねじ軸との相対変位量を正確に検出する手段を提供する。
【解決手段】外周面3aに螺旋状の軸軌道溝4を形成したねじ軸3と、内周面に軸軌道溝4に対向するナット軌道溝6を形成したナット5と、軸軌道溝4とナット軌道溝6とを螺合させる複数のボール2とを備えたボールねじ装置1において、ナット5に、軸軌道溝4にクリアランスCを介して対向する接触子13を有する接触センサ11を設け、もの接触センサ11により、接触子13の軸軌道溝4への接触を検出する。
【選択図】 図3Provided is a means for accurately detecting a relative displacement amount between a nut and a screw shaft of a ball screw device due to peeling or wear.
A screw shaft 3 having a helical shaft raceway groove 4 formed on an outer peripheral surface 3a, a nut 5 having a nut raceway groove 6 opposed to the shaft raceway groove 4 formed on an inner peripheral surface, and a shaft raceway groove 4; In a ball screw device 1 having a plurality of balls 2 screwed together with a nut raceway groove 6, a contact sensor 11 having a contact 13 opposed to the shaft raceway groove 4 via a clearance C is provided on the nut 5. The contact of the contact 13 with the shaft raceway groove 4 is detected by the thing contact sensor 11.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、工作機械や電動射出成形機、電動プレス成形機等の機械装置の位置決め用や動力伝達用に用いられるボールねじ装置およびその磨耗量検出方法、並びにそれを備えた電動射出成形機に関する。 The present invention relates to a ball screw device used for positioning and power transmission of a machine device such as a machine tool, an electric injection molding machine, and an electric press molding machine, a wear amount detection method thereof, and an electric injection molding machine including the same. .
従来のボールねじ装置は、ねじ軸の外周面に螺旋状に形成した軸軌道溝と、ナットの内周面に形成した軸軌道溝に対向するナット軌道溝とを複数のボールを介して螺合させ、対向配置されたナット軌道溝と軸軌道溝とにより形成される負荷路を転動するボールによりナットに加えられた荷重を支持し、ナットに設けたボール戻し路のような負荷路の両端を連結する連結路によりボールを循環させながらねじ軸の回転運動をナットの直線運動に変換している(例えば、特許文献1参照。)。 In the conventional ball screw device, a shaft raceway groove formed in a spiral shape on the outer peripheral surface of a screw shaft and a nut raceway groove opposed to the shaft raceway groove formed on an inner peripheral surface of a nut are screwed together via a plurality of balls. The load applied to the nut is supported by balls rolling on the load path formed by the nut raceway groove and the shaft raceway groove arranged opposite to each other, and both ends of the load path such as a ball return path provided on the nut. The rotational movement of the screw shaft is converted into the linear movement of the nut while circulating the ball through the connecting path connecting the two (see, for example, Patent Document 1).
このようなボールねじ装置は、疲労による寿命や潤滑剤の寿命等により軸軌道溝およびナット軌道溝の転動面やボールに剥離や磨耗が発生すると、ねじ軸とナットとの相対位置が変化する。
この相対位置の変化は、ボールねじ装置を主に位置決めの目的で使用する工作機械や計測装置等の機械装置においては、予圧式のボールねじ装置が用いられ、予圧によりボールに弾性変形が生じているため、この弾性変形量に相当する磨耗が生じない限り位置決め時のガタは発生しない。またガタが発生した場合には所定の位置決め精度が得られず、加工品の精度劣化や計測精度の劣化により、ボールねじ装置の稼動中に劣化度合いを比較的容易に発見することが可能である。
In such a ball screw device, when the rolling surface of the shaft raceway groove and the nut raceway groove or the ball is peeled or worn due to fatigue life or lubricant life, the relative position between the screw shaft and the nut changes. .
This change in relative position is due to the fact that a preload type ball screw device is used in machine tools and measuring devices that use the ball screw device mainly for positioning purposes, and the ball is elastically deformed by the preload. Therefore, as long as there is no wear corresponding to the amount of elastic deformation, no play is generated during positioning. In addition, when play occurs, a predetermined positioning accuracy cannot be obtained, and it is possible to detect the degree of deterioration relatively easily during operation of the ball screw device due to deterioration of accuracy of a processed product and deterioration of measurement accuracy. .
一方、ボールねじ装置を主に駆動力を伝達する目的で使用する電動射出成形機やプレス成形機等の機械装置においては、ボールと転動面との間に隙間が存在する隙間品のボールねじ装置が用いられ、圧力センサによる押圧力の測定値が所定の値に達するまでねじ軸をモータ等で駆動してナットを送っているため、磨耗が生じた場合には磨耗量に相当する分の送り量が増加するだけで機構上の問題が生ずることはなく、ボールねじ装置の稼動中における劣化度合いの発見が難しくなる。 On the other hand, in a mechanical device such as an electric injection molding machine or a press molding machine that uses a ball screw device mainly for the purpose of transmitting driving force, a ball screw of a gap product in which a gap exists between the ball and the rolling surface. Since the device is used and the screw shaft is driven by a motor or the like until the measured value of the pressing force by the pressure sensor reaches a predetermined value, the nut is fed, so if wear occurs, the amount corresponding to the wear amount The increase in the feed amount does not cause a mechanical problem, and it becomes difficult to find the degree of deterioration during operation of the ball screw device.
このため、モータの回転角の増加量をエンコーダを用いて測定すれば、ボールねじ装置の磨耗量の測定は可能と考えられるが、実際には射出成形に用いる樹脂がダンパ効果を有することや1回に射出される樹脂量のバラツキが大きいことのために、このバラツキの範囲に磨耗量が吸収されてしまい、磨耗量の定量的な測定は困難である。
また、磨耗等によるボールねじ装置の劣化の発見が遅れると、ボールねじ装置が破損して機械装置が停止し、交換用のボールねじ装置の入手に時間を要し、機械装置の稼動効率を低下させるという問題が生ずる。
For this reason, if the amount of increase in the rotation angle of the motor is measured using an encoder, it is considered possible to measure the amount of wear of the ball screw device. However, in fact, the resin used for injection molding has a damper effect. Since the variation in the amount of resin injected at one time is large, the wear amount is absorbed in the range of the variation, and it is difficult to quantitatively measure the wear amount.
In addition, if the discovery of the deterioration of the ball screw device due to wear or the like is delayed, the ball screw device is damaged and the mechanical device stops, and it takes time to obtain a replacement ball screw device, which reduces the operating efficiency of the mechanical device. Problem arises.
このような磨耗等による劣化を予測するために、従来の台形ねじ磨耗測定装置においては、ニードル弁の開閉に用いる台形ねじ軸と台形ねじナットの磨耗を測定する場合に、台形ねじ軸および台形ねじナットの両方に、基台を基準とした端面位置の測定器を設け、ニードル弁の閉位置における初期状態からの変化量によりそれぞれの台形ねじの磨耗量を定期的に測定して予防保全を行っている(例えば、特許文献2参照。)。 In order to predict such deterioration due to wear and the like, in the conventional trapezoidal screw wear measuring device, when measuring the wear of the trapezoidal screw shaft and trapezoidal screw nut used for opening and closing the needle valve, the trapezoidal screw shaft and the trapezoidal screw Both nuts are equipped with end face position measuring devices based on the base, and preventive maintenance is performed by periodically measuring the amount of wear of each trapezoidal screw according to the amount of change from the initial state in the closed position of the needle valve. (For example, refer to Patent Document 2).
また、転がり軸受の損傷や潤滑剤の劣化を検出する場合に、外輪に設けた振動センサの電気信号のバックグランドノイズ成分の平均値の大きさ、および回転速度比例成分の周期的なピークを用いて、転がり軸受の損傷や潤滑剤の劣化を検出し、その異常を診断しているものもある(例えば、特許文献2参照。)。
しかしながら、上述した特許文献2の技術においては、基台を基準にしてニードル弁の閉位置における端面位置の初期状態からの磨耗量を測定しているため、これをねじ軸回転のボールねじ装置に置き換えた場合には、ねじ軸の軸方向の移動が固定され、ナットのストロークが一定ではないため、ナットの位置が使用条件により変化し、正確な測定は困難であるという問題がある。 However, in the technique of Patent Document 2 described above, since the amount of wear from the initial state of the end face position at the closed position of the needle valve is measured with reference to the base, this is used as a ball screw device for screw shaft rotation. In the case of replacement, since the axial movement of the screw shaft is fixed and the stroke of the nut is not constant, there is a problem that the position of the nut changes depending on use conditions, and accurate measurement is difficult.
また、特許文献3の技術においては、転がり軸受の外輪の振動によりその損傷や潤滑剤の劣化を検出しているため、これをボールねじ装置に置き換えた場合には、ナットに設けた振動センサによりボールが転動面に生じた剥離等の傷を通過するときの振動を検出することは可能であるが、ボールねじ装置の場合は、ナットに設けた連結路によりボールを循環させながらねじ軸の回転運動をナットの直線運動に変換しているので、この連結路内をボールが通過するときの振動が大きく、転動面等の剥離や磨耗によるボールねじ装置のナットとねじ軸との相対変位量を正確に検出することは困難であるという問題がある。 Further, in the technique of Patent Document 3, damage or deterioration of the lubricant is detected by vibration of the outer ring of the rolling bearing. When this is replaced with a ball screw device, a vibration sensor provided on the nut is used. Although it is possible to detect vibration when the ball passes through a flaw such as a peeling that has occurred on the rolling surface, in the case of a ball screw device, the ball shaft is circulated through a connection path provided in the nut while the screw shaft is being circulated. Since the rotational motion is converted into the linear motion of the nut, the vibration when the ball passes through this connecting path is large, and the relative displacement between the nut of the ball screw device and the screw shaft due to peeling or wear of the rolling surface etc. There is a problem that it is difficult to accurately detect the quantity.
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、剥離や磨耗によるボールねじ装置のナットとねじ軸との相対変位量を正確に検出する手段を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide means for accurately detecting a relative displacement amount between a nut of a ball screw device and a screw shaft due to peeling or wear.
本発明は、上記課題を解決するために、外周面に螺旋状の軸軌道溝を形成したねじ軸と、内周面に前記軸軌道溝に対向するナット軌道溝を形成したナットと、前記軸軌道溝とナット軌道溝とを螺合させる複数のボールとを備えたボールねじ装置において、前記ナットに、前記軸軌道溝にクリアランスを介して対向する接触子を有するセンサを設け、該センサにより、前記接触子の前記軸軌道溝への接触を検出することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a screw shaft in which a spiral shaft raceway groove is formed on an outer peripheral surface, a nut in which a nut raceway groove facing the shaft raceway groove is formed on an inner peripheral surface, and the shaft In the ball screw device including a plurality of balls for screwing the raceway groove and the nut raceway groove, the nut is provided with a sensor having a contact element facing the shaft raceway groove via a clearance, The contact of the contact with the shaft raceway groove is detected.
このように、本発明は、ナットに設けたセンサにより、ボールねじ装置の転動面等の磨耗や剥離による磨耗量を直接検出することができ、磨耗に伴うボールねじ装置のナットとねじ軸との相対変位量を正確に検出することができるという効果が得られる。 As described above, according to the present invention, the amount of wear due to wear or peeling of the rolling surface of the ball screw device or the like can be directly detected by the sensor provided on the nut, and the nut and screw shaft of the ball screw device associated with wear can be detected. The relative displacement amount can be accurately detected.
以下に、図面を参照して本発明によるボールねじ装置の実施例について説明する。 Embodiments of a ball screw device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は実施例1のボールねじ装置の断面を示す説明図、図2は実施例1の接触センサの側面を示す説明図、図3は実施例1の接触センサの設置状態を示す説明図である。
なお、図3は図1のA部を拡大して示したものである。
図1において、1はボールねじ装置である。本実施例のボールねじ装置1は電動射出成形機に用いる隙間品のボールねじ装置である。
1 is an explanatory view showing a cross section of the ball screw device of the first embodiment, FIG. 2 is an explanatory view showing a side surface of the contact sensor of the first embodiment, and FIG. 3 is an explanatory view showing an installation state of the contact sensor of the first embodiment. is there.
FIG. 3 is an enlarged view of part A of FIG.
In FIG. 1, 1 is a ball screw device. The ball screw device 1 of the present embodiment is a gap-type ball screw device used in an electric injection molding machine.
2はボールねじ装置1の転動体としてのボールであり、合金鋼等の鋼材で製作された球体である。
3はボールねじ装置1のねじ軸であり、合金鋼等の鋼材で製作された棒状部材であって、その外周面3aには、図3に示す2つの円弧凹面4a、4bを略V字状に配置して構成されたゴシックアーク溝である軸軌道溝4が所定のリードで螺旋状に形成されている。
Reference numeral 2 denotes a ball as a rolling element of the ball screw device 1, which is a sphere made of a steel material such as alloy steel.
Reference numeral 3 denotes a screw shaft of the ball screw device 1, which is a rod-shaped member made of a steel material such as alloy steel, and has two arc-shaped concave surfaces 4a and 4b shown in FIG. A shaft raceway groove 4 which is a Gothic arc groove arranged in the above is formed in a spiral shape with a predetermined lead.
5はボールねじ装置1のナットであり、合金鋼等の鋼材で製作された円筒状部材であって、その内周面には図3に示す2つの円弧凹面6a、6bを略V字状に配置して構成されたゴシックアーク溝であるナット軌道溝6が軸軌道溝4と同じリードで形成されている。
7はフランジ部であり、ナット5の外周部の一方の端部に設けられ、図示しない機械装置の移動台等に固定される。
Reference numeral 5 denotes a nut of the ball screw device 1, which is a cylindrical member made of a steel material such as alloy steel, and has two arc concave surfaces 6a and 6b shown in FIG. A nut raceway groove 6, which is a gothic arc groove arranged and formed, is formed with the same lead as the shaft raceway groove 4.
Reference numeral 7 denotes a flange portion, which is provided at one end portion of the outer peripheral portion of the nut 5 and is fixed to a moving table or the like of a mechanical device (not shown).
上記のねじ軸3の軸軌道溝4とこれに対向するナット5のナット軌道溝6とによりボール2が転動する負荷路が形成され、その両端部は図示しないリターンチューブ等の連結路により連結されて循環路が形成される。
この循環路には、複数のボール2と所定の量の潤滑剤、例えばグリースが封入され、軸軌道溝4とナット軌道溝6とがボール2を介して螺合し、ねじ軸3の回転に伴ってボール2が循環路を循環し、負荷路を転動するボール2がナット5に加えられた荷重を往復動自在に支持してナット5がねじ軸3の軸方向に沿った直線往復移動可能に支持される。これによりねじ軸3の回転運動がナット5の直線運動に変換される。
A load path on which the ball 2 rolls is formed by the shaft raceway groove 4 of the screw shaft 3 and the nut raceway groove 6 of the nut 5 opposed thereto, and both ends thereof are connected by a connection path such as a return tube (not shown). Thus, a circulation path is formed.
The circulation path is filled with a plurality of balls 2 and a predetermined amount of lubricant, for example, grease, and the shaft raceway groove 4 and the nut raceway groove 6 are screwed together via the balls 2 to rotate the screw shaft 3. Accordingly, the ball 2 circulates in the circulation path, and the ball 2 rolling on the load path supports the load applied to the nut 5 so as to freely reciprocate, and the nut 5 linearly reciprocates along the axial direction of the screw shaft 3. Supported as possible. Thereby, the rotational motion of the screw shaft 3 is converted into the linear motion of the nut 5.
図2において、11はセンサとしての接触センサであり、外周面に三角ねじ12が形成され、その軸方向の一端に接触子13が出没自在に設けられた機械式センサであって、接触子13の先端13aが対象物に接触したときに電気接点等がON状態になって電気信号である接触信号をリード線14から出力する機能を有している。
また、接触センサ11には、接触子13の先端13aの接触により接触子13が接触センサ11の軸方向に没入して一定量移動したときに接触信号を発するように不感帯が設けられている(この不感帯に相当する移動量を縮み代という。)。
In FIG. 2, reference numeral 11 denotes a contact sensor as a sensor, which is a mechanical sensor in which a triangular screw 12 is formed on the outer peripheral surface and a contactor 13 is provided at one end in the axial direction so as to be able to protrude and retract. When the tip 13a of the contactor comes into contact with the object, the electrical contact or the like is turned on and has a function of outputting a contact signal, which is an electrical signal, from the lead wire 14.
Further, the contact sensor 11 is provided with a dead zone so that a contact signal is generated when the contact 13 is immersed in the axial direction of the contact sensor 11 and moved by a certain amount due to the contact of the tip 13a of the contact 13 ( The amount of movement corresponding to this dead zone is called the shrinkage allowance).
この接触センサ11は、図1に示すように、ナット5の外周面の一方の端部、本実施例ではフランジ7の反対側の端部を、軸方向と平行に切欠いた取付座16に、ナット5の半径方向に形成された取付ねじ穴17に接触センサ11の三角ねじ12を螺合させ、クリアランスC(図3参照)を所定の値に調整した後にロックナット18により固定して取付けられている。 As shown in FIG. 1, the contact sensor 11 has a mounting seat 16 in which one end portion of the outer peripheral surface of the nut 5, in this embodiment, the opposite end portion of the flange 7 is cut out in parallel to the axial direction. The triangular screw 12 of the contact sensor 11 is screwed into the mounting screw hole 17 formed in the radial direction of the nut 5 and the clearance C (see FIG. 3) is adjusted to a predetermined value, and then fixed by the lock nut 18 and attached. ing.
また、接触センサ11のナット5の軸方向の取付位置は、図3に示すように、型締め等のためにナット5に加えられた軸方向の力Fにより、ボール2が接触角θでナット軌道溝6の円弧凹面6aと軸軌道溝4の円弧凹面4bとの間に挟持されたときに、接触子13の先端13aが、軸軌道溝4に遊嵌する位置、つまりクリアランスC(先端13aと軸軌道溝4の円弧凹面4a、4bとの間を接触角θの方向に計った距離をいう。)を介して軸軌道溝4の円弧凹面4a、4bの磨耗量の検出部位である転動面P(接触角θでボール2が円弧凹面4bに接触し、このときの力Fで円弧凹面4bに形成される接触楕円のおよぶ範囲の軸軌道溝4に沿った帯状の領域をいう。)に対向する位置に取付けられる。
本実施例の接触センサ11の接触子13は円柱状に形成され、その先端13aは半球状に形成されており、半球状の球状凸面の曲率半径は、ボール2の半径をRaとしたときに、0.9Ra以上、1.0Ra以下にされている。
Further, as shown in FIG. 3, the mounting position in the axial direction of the nut 5 of the contact sensor 11 is such that the ball 2 has a contact angle θ due to the axial force F applied to the nut 5 for mold clamping or the like. The position at which the tip 13a of the contact 13 loosely fits into the shaft raceway groove 4 when sandwiched between the arcuate concave surface 6a of the raceway groove 6 and the arcuate concave surface 4b of the shaft raceway groove 4, that is, clearance C (tip 13a And the arc concave surfaces 4a and 4b of the shaft raceway groove 4 are measured in the direction of the contact angle θ). Moving surface P (refers to a belt-like region along the axial raceway groove 4 in the range covered by the contact ellipse formed on the arc concave surface 4b by the force F at this time when the ball 2 comes into contact with the arc concave surface 4b. ).
The contact 13 of the contact sensor 11 of this embodiment is formed in a cylindrical shape, and its tip 13a is formed in a hemisphere, and the radius of curvature of the hemispherical spherical convex surface is when the radius of the ball 2 is Ra. 0.9 Ra or more and 1.0 Ra or less.
これにより、接触子13の先端13aと軸軌道溝4の円弧凹面4a、4bとの間には、ボール半径Raの10%以内のクリアランスCが形成され、軸軌道溝4の円弧凹面4bやナット軌道溝6の円弧凹面6aに形成される転動面Pおよびボール2に生ずる磨耗や剥離による磨耗量が、クリアランスCに相当する量を超えて磨耗し、接触センサ11の接触子13の縮み代を超えて押し縮められたときに、接触センサ11から接触信号が発せられ、ボールねじ装置1のねじ軸3とナット5との間の相対変位量が限界を超えたことが報知される。 Thereby, a clearance C within 10% of the ball radius Ra is formed between the tip 13a of the contact 13 and the arc concave surfaces 4a, 4b of the shaft raceway groove 4, and the arc concave surface 4b and nut of the shaft raceway groove 4 are formed. The amount of wear due to wear or delamination generated on the rolling surface P and the ball 2 formed on the arcuate concave surface 6a of the raceway groove 6 exceeds the amount corresponding to the clearance C, and the shrinkage allowance of the contact 13 of the contact sensor 11 When the contact sensor 11 is compressed, the contact signal is issued from the contact sensor 11 to notify that the relative displacement amount between the screw shaft 3 and the nut 5 of the ball screw device 1 exceeds the limit.
また、磨耗等によりねじ軸3が傾いた場合に、軸軌道溝4の溝底部が接触子13の先端13aに接触して接触子13の縮み代を押し縮めたときに、接触センサ11から接触信号が発せられる。
上記のクリアランスCをボール半径Raの10%以下とするのは、ボール2を循環させるための連結路の内半径は、通常ボール半径Raの110%程度とされており、磨耗量がボール半径Raの10%を越えてしまうと、リターンチューブ等の連結路の掬上部にボール2が衝突して破損する虞があるからである。
Further, when the screw shaft 3 is inclined due to wear or the like, when the groove bottom portion of the shaft raceway groove 4 comes into contact with the tip 13a of the contact 13 and the contraction allowance of the contact 13 is reduced, the contact sensor 11 makes contact. A signal is emitted.
The reason why the clearance C is set to 10% or less of the ball radius Ra is that the inner radius of the connection path for circulating the ball 2 is normally about 110% of the ball radius Ra, and the wear amount is the ball radius Ra. If it exceeds 10%, the ball 2 may collide with the upper part of the connecting path of the return tube or the like to be damaged.
また、クリアランスCをボール半径Raの0%以上、つまり接触子13の先端13aの曲率半径をボール半径Raの100%以下とするのは、金型を開けるためにナット5を反対方向に移動させるときに、接触センサ11の接触子13の縮み代を超えて接触信号が発せられることを防止するためである。
なお、本実施例のボールねじ装置1は、電動射出成形機に用いられる隙間品のボールねじ装置1であるので、予め設定された図3に示す隙間Sが、接触子13の縮み代を超えている場合には、隙間Sと接触子13の縮み代を考慮して接触子13の先端13aの曲率半径の上限を設定するとよい。つまり、接触子13の先端13aの曲率半径の上限を、ボール半径RaからS/cosθ以上減じた値とするとよい。
Also, if the clearance C is 0% or more of the ball radius Ra, that is, the curvature radius of the tip 13a of the contactor 13 is 100% or less of the ball radius Ra, the nut 5 is moved in the opposite direction to open the mold. This is to prevent a contact signal from being generated beyond the contraction allowance of the contact 13 of the contact sensor 11.
Since the ball screw device 1 of this embodiment is a gap ball screw device 1 used in an electric injection molding machine, the preset clearance S shown in FIG. 3 exceeds the contraction allowance of the contact 13. If so, the upper limit of the radius of curvature of the tip 13a of the contact 13 may be set in consideration of the clearance S and the contraction allowance of the contact 13. That is, the upper limit of the radius of curvature of the tip 13a of the contact 13 is preferably a value obtained by subtracting S / cos θ or more from the ball radius Ra.
また、予め予圧が付与された位置決め用のボールねじ装置1に本実施例を適用する場合は、ナット5の往復移動に伴うねじ軸3とナット5との相対的な移動は無視できるほど小さいので、上記のように、接触子13の先端13aの曲率半径は、ボール半径Raの90%以上、100%以下にするとよい。
上記のように、本実施例のボールねじ装置1のナット5には、軸軌道溝4の転動面Pに先端13aをクリアランスCを介して対向させた接触センサ11が設けてあるので、磨耗や剥離によるボールねじ装置1の磨耗量が増大した場合に、軸方向のガタと半径方向のガタの両方を、ボールねじ装置1単独で直接検出することが可能になる。
Further, when the present embodiment is applied to the positioning ball screw device 1 to which preload is applied in advance, the relative movement between the screw shaft 3 and the nut 5 accompanying the reciprocating movement of the nut 5 is so small that it can be ignored. As described above, the radius of curvature of the tip 13a of the contact 13 is preferably 90% or more and 100% or less of the ball radius Ra.
As described above, the nut 5 of the ball screw device 1 of the present embodiment is provided with the contact sensor 11 having the tip 13a opposed to the rolling surface P of the shaft raceway groove 4 via the clearance C. When the amount of wear of the ball screw device 1 due to peeling or peeling increases, both the axial play and the radial play can be directly detected by the ball screw device 1 alone.
また、本実施例のボールねじ装置1には、接触センサ11に設けた三角ねじ12を、ナット5に設けた取付ねじ穴17に螺合させてクリアランスCを調整し、ロックナット18により固定する調整機構が設けられているので、クリアランスCの調整を容易に行うことができる。
更に、本実施例の接触センサ11は、接触子が軸方向に出没する機械式の接触センサ11であるので、グリースや異物等の接触による影響を受け難く、誤検出を防止して磨耗量の検出における信頼性を高めることができる。
Further, in the ball screw device 1 of the present embodiment, the triangular screw 12 provided in the contact sensor 11 is screwed into the mounting screw hole 17 provided in the nut 5 to adjust the clearance C and is fixed by the lock nut 18. Since the adjustment mechanism is provided, the clearance C can be adjusted easily.
Further, since the contact sensor 11 of this embodiment is a mechanical contact sensor 11 in which the contact protrudes and protrudes in the axial direction, it is not easily affected by contact with grease or foreign matter, and prevents erroneous detection and wear amount. Reliability in detection can be increased.
更に、本実施例の接触センサ11の先端13aは、常時は軸軌道溝4に接触していないので、接触子13に特別な材料を用いなくとも先端13の磨耗を防止して、軸軌道溝4等の磨耗量を正確に検出することができる。
以上説明したように、本実施例では、ボールねじ装置のナットに、軸軌道溝にクリアランスCを介して対向する接触子を有する接触センサを設け、この接触センサにより、接触子が軸軌道溝に接触したことを検出するようにしたことによって、ボールねじ装置1の転動面P等の磨耗や剥離による磨耗量を直接検出することが可能になり、磨耗に伴うボールねじ装置のナットとねじ軸との相対変位量を正確に検出することができると共に、適切な予防保全を実施して機械装置の稼動効率を向上させることができる。
Further, since the tip 13a of the contact sensor 11 of this embodiment is not always in contact with the shaft raceway groove 4, the tip 13 is prevented from being worn without using a special material for the contactor 13, and the shaft raceway groove is thereby prevented. The amount of wear such as 4 can be accurately detected.
As described above, in this embodiment, the nut of the ball screw device is provided with a contact sensor having a contact member facing the shaft raceway groove via the clearance C, and this contact sensor causes the contactor to be turned into the shaft raceway groove. By detecting the contact, it becomes possible to directly detect the wear amount of the rolling surface P or the like of the ball screw device 1 due to wear or peeling, and the nut and screw shaft of the ball screw device accompanying the wear. Can be accurately detected, and appropriate preventive maintenance can be performed to improve the operation efficiency of the machine.
このことは、電動射出成形機のようにボールねじ装置を主に駆動力を伝達する目的で使用する機械装置の場合に特に有効である。
また、ボールねじ装置に接触子と軸軌道溝とのクリアランスCを調整する調整機構を設けたことによって、クリアランスCの調整を容易に行うことができる。
なお、上記実施例においては、接触センサを、ナットのフランジ部の反対側の端部に設けるとして説明したが、フランジ部側の端部に設けてもよく、両端部に設けるようにしてもよい。この場合に接触センサを両端部に設ければ、ナットとねじ軸との傾きによる半径方向のガタをより正確に検出することができる。
This is particularly effective in the case of a mechanical device that uses a ball screw device mainly for the purpose of transmitting driving force, such as an electric injection molding machine.
Further, by providing an adjustment mechanism for adjusting the clearance C between the contact and the shaft raceway groove in the ball screw device, the clearance C can be easily adjusted.
In the above embodiment, the contact sensor is described as being provided at the end on the opposite side of the flange portion of the nut. However, the contact sensor may be provided at the end on the flange portion side or at both ends. . In this case, if the contact sensors are provided at both ends, it is possible to more accurately detect the radial play due to the inclination between the nut and the screw shaft.
また、図4に示すように、接触センサ11を、ナット5の円周方向に複数(図4の例では90度等配に4箇所)設けるようにしてもよい。このようにしてもナット5とねじ軸3との傾きによる半径方向のガタをより正確に検出することができる。なお図4は図1の矢印B方向から見た矢視図である。
この場合に、各接触センサ11の先端13aの軸軌道溝4とのクリアランスCを上記の範囲内で各角度位置毎に段階的に設定するようにすれば、磨耗量に応じて段階的に接触センサ11からの接触信号が発せられ、ボールねじ装置1の磨耗量を段階的に検出することが可能になり、ボールねじ装置1における磨耗の経過を把握して、より適切な予防保全を実施することができる。
As shown in FIG. 4, a plurality of contact sensors 11 may be provided in the circumferential direction of the nut 5 (in the example of FIG. 4, the contact sensors 11 are arranged at 90 degrees equally). Even in this way, the play in the radial direction due to the inclination of the nut 5 and the screw shaft 3 can be detected more accurately. 4 is a view as seen from the direction of arrow B in FIG.
In this case, if the clearance C between the tip 13a of each contact sensor 11 and the shaft raceway groove 4 is set stepwise for each angular position within the above range, the contact is made stepwise according to the amount of wear. A contact signal is issued from the sensor 11, and the amount of wear of the ball screw device 1 can be detected in stages, and the progress of wear in the ball screw device 1 is grasped and more appropriate preventive maintenance is performed. be able to.
また、センサを、金属からなる内周面がねじ軸の接触したときに接触信号を発するリング状のセンサとし、これをナットの端面に取付ければ、より正確な磨耗量の把握が可能になる。
更に、上記実施例においては、先端が対象物に接触したときにON−OFF的に接触信号を発する接触センサを軸軌道溝からクリアランスCを離して設置し、これをセンサとして用いるとして説明したが、接触子の先端の移動量を連続的に出力するポテンショメータ等を内蔵した機械式の距離センサをセンサとして用い、軸軌道溝に常に接触させて磨耗量を測定するようにしてもよい。このようにすれば、磨耗に伴うボールねじ装置のナットとねじ軸との相対変位量の経過を連続的に把握することが可能になり、更に適切な予防保全を実施することができる。
Also, if the sensor is a ring-shaped sensor that emits a contact signal when the inner surface made of metal comes into contact with the screw shaft and is attached to the end surface of the nut, it becomes possible to grasp the amount of wear more accurately. .
Furthermore, in the above-described embodiment, the contact sensor that emits a contact signal ON-OFF when the tip contacts the object is installed with the clearance C away from the shaft raceway groove, and this is used as the sensor. Alternatively, a mechanical distance sensor incorporating a potentiometer or the like that continuously outputs the amount of movement of the contact tip may be used as a sensor, and the amount of wear may be measured by always contacting the shaft raceway groove. In this way, it is possible to continuously grasp the progress of the relative displacement amount between the nut of the ball screw device and the screw shaft accompanying wear, and further appropriate preventive maintenance can be performed.
この場合に、接触子の先端は高周波焼入や浸炭焼入等の焼入処理によりボールねじ装置に用いるボールと同程度の硬度にするとよい。 In this case, it is preferable that the tip of the contactor has a hardness comparable to that of the ball used in the ball screw device by a quenching process such as induction quenching or carburizing quenching.
図5は実施例2の接触センサの設置状態を示す説明図である。
なお、図5は上記実施例1の図3と同様の部位を示した拡大図である。また上記実施例1と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施例の接触センサ11は、図5に示すように、その接触子13の円柱部が実施例1の接触子13より細く形成されると共に、接触子13の先端13aによる磨耗量の検出部位が、ねじ軸3の外周面3aと軸軌道溝4との肩部21と転動面Pとの間の軸軌道溝4に沿った帯状の領域である境界部Kに設定されており、この境界部Kに接触子13の先端13aが対向するように設置されている。
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an installation state of the contact sensor according to the second embodiment.
FIG. 5 is an enlarged view showing the same portion as FIG. 3 of the first embodiment. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
As shown in FIG. 5, the contact sensor 11 according to the present embodiment has a cylindrical portion of the contact 13 formed thinner than the contact 13 according to the first embodiment, and also detects a wear amount by the tip 13 a of the contact 13. Is set at a boundary portion K which is a band-like region along the shaft raceway groove 4 between the shoulder 21 between the outer peripheral surface 3a of the screw shaft 3 and the shaft raceway groove 4 and the rolling surface P. It is installed so that the tip 13a of the contact 13 faces the boundary K.
この場合に、接触センサ11のナット5の軸方向の取付位置は、接触子13の円柱部とねじ軸3の肩部21との間隔Tが、ボール半径Raの0%以上、10%以下となるように設置される。
このように設置された接触センサ11を用いれば、境界部K上をボール2が転動することがないので、軸軌道溝4の円弧凹面4bの転動面Pの磨耗の影響を受けることなく、より正確に磨耗量を測定することが可能になる。
In this case, the axial mounting position of the nut 5 of the contact sensor 11 is such that the interval T between the cylindrical portion of the contact 13 and the shoulder portion 21 of the screw shaft 3 is 0% or more and 10% or less of the ball radius Ra. It is installed to become.
If the contact sensor 11 installed in this way is used, the ball 2 does not roll on the boundary K, so that it is not affected by the wear of the rolling surface P of the arc concave surface 4b of the shaft raceway groove 4. Thus, it becomes possible to measure the wear amount more accurately.
また、接触子13が細く形成されているので、隙間品のボールねじ装置1の場合であっても、予め設定された隙間S(図3参照)を考慮することなく、間隔Tの設定を行うことが可能になる。
以上説明したように、本実施例では、上記実施例1と同様の効果に加えて、接触センサの接触子による検出部位を、ねじ軸の外周面と軸軌道溝との境界部Kにしたことによって、転動面Pの磨耗の影響を受けることなく、より正確に磨耗量を測定することができる。
Further, since the contact 13 is formed to be thin, the interval T is set without considering the preset gap S (see FIG. 3) even in the case of the gap ball screw device 1. It becomes possible.
As described above, in this embodiment, in addition to the same effects as those of the first embodiment, the detection portion by the contact of the contact sensor is the boundary portion K between the outer peripheral surface of the screw shaft and the shaft raceway groove. Thus, the wear amount can be measured more accurately without being affected by the wear of the rolling surface P.
上記各実施例においては、リターンチューブによりボールを循環させるチューブ式の循環方式を用いたボールねじ装置に本発明を適用した場合を例に説明したが、こま式やエンドキャップ式、デフレクタ式等の循環方式のボールねじ装置に本発明を適用しても同様の効果を得ることができる。 In each of the above embodiments, a case where the present invention is applied to a ball screw device using a tube-type circulation system that circulates a ball by a return tube has been described as an example, but a top type, an end cap type, a deflector type, etc. Even if the present invention is applied to a circulation type ball screw device, the same effect can be obtained.
1 ボールねじ装置
2 ボール
3 ねじ軸
4 軸軌道溝
4a、4b、6a、6b 円弧凹面
5 ナット
6 ナット軌道溝
7 フランジ部
11 接触センサ
12 三角ねじ
13 接触子
13a 先端
14 リード線
16 取付座
17 取付ねじ穴
18 ロックナット
21 肩部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ball screw apparatus 2 Ball 3 Screw shaft 4 Shaft raceway groove 4a, 4b, 6a, 6b Arc concave surface 5 Nut 6 Nut raceway groove 7 Flange part 11 Contact sensor 12 Triangular screw 13 Contact 13a Tip 14 Lead wire 16 Mounting seat 17 Installation Screw hole 18 Lock nut 21 Shoulder
Claims (9)
前記ナットに、前記軸軌道溝にクリアランスを介して対向する接触子を有するセンサを設け、
該センサにより、前記接触子の前記軸軌道溝への接触を検出することを特徴とするボールねじ装置。 A screw shaft having a spiral shaft raceway groove formed on the outer peripheral surface, a nut having a nut raceway groove facing the shaft raceway groove on the inner peripheral surface, and a plurality of screwing the shaft raceway groove and the nut raceway groove. In a ball screw device provided with
The nut is provided with a sensor having a contact that faces the shaft raceway groove through a clearance,
A ball screw device, wherein the contact of the contact with the shaft raceway groove is detected by the sensor.
前記接触子の先端の曲率半径が、前記ボールの半径の90パーセント以上、100パーセント以下であることを特徴とするボールねじ装置。 In claim 1,
A ball screw device, wherein a radius of curvature of a tip of the contact is 90% or more and 100% or less of a radius of the ball.
前記接触子と軸軌道溝とのクリアランスを調整する調整機構を設けたことを特徴とするボールねじ装置。 In claim 1 or claim 2,
A ball screw device comprising an adjustment mechanism for adjusting a clearance between the contact and the shaft raceway groove.
前記接触子による検出部位が、前記ねじ軸の外周面と軸軌道溝との境界部であることを特徴とするボールねじ装置。 In any one of Claims 1 to 3,
The ball screw device characterized in that the detection part by the contactor is a boundary part between the outer peripheral surface of the screw shaft and the shaft raceway groove.
前記ナットに、前記軸軌道溝に接触する接触子を有するセンサを設け、
該センサにより、前記接触子の移動量を連続的に検出することを特徴とするボールねじ装置。 A screw shaft having a spiral shaft raceway groove formed on the outer peripheral surface, a nut having a nut raceway groove facing the shaft raceway groove on the inner peripheral surface, and a plurality of screwing the shaft raceway groove and the nut raceway groove. In a ball screw device provided with
The nut is provided with a sensor having a contact that contacts the shaft raceway groove,
A ball screw device that continuously detects the amount of movement of the contact by the sensor.
前記センサを、前記ナットの軸方向の両方の端部に設けたことを特徴とするボールねじ装置。 In any one of Claims 1 thru | or 5,
The ball screw device according to claim 1, wherein the sensor is provided at both ends of the nut in the axial direction.
前記センサを、前記ナットの円周方向に複数設けたことを特徴とするボールねじ装置。 In any one of Claims 1 thru | or 6,
A ball screw device comprising a plurality of sensors provided in a circumferential direction of the nut.
前記接触子が、前記軸軌道溝に接触したことを検出し、
該接触の検出により、前記ねじ軸と前記ナットとの間の相対変位量を検出することを特徴とするボールねじ装置の磨耗量検出方法。 A screw shaft in which a spiral shaft raceway groove is formed on the outer peripheral surface, a nut in which a nut raceway groove facing the shaft raceway groove is formed on the inner peripheral surface, and the shaft raceway groove provided on the nut via a clearance. And a wear amount detecting method for a ball screw device comprising: a sensor having contacts facing each other; and a plurality of balls for screwing the shaft raceway groove and the nut raceway groove,
Detecting that the contact has contacted the shaft raceway groove;
A wear amount detection method for a ball screw device, wherein a relative displacement amount between the screw shaft and the nut is detected by detecting the contact.
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