特開 2022-189279 直動案内ユニットおよび直動案内ユニットの荷重測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022189279

(43)【公開日】2022-12-22

(54)【発明の名称】直動案内ユニットおよび直動案内ユニットの荷重測定方法

(51)【国際特許分類】

   F16C 29/06 20060101AFI20221215BHJP

   F16C 41/00 20060101ALI20221215BHJP

   G01L 5/00 20060101ALI20221215BHJP

【ＦＩ】

F16C29/06

F16C41/00

G01L5/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021097778

(22)【出願日】2021-06-11

(71)【出願人】

【識別番号】000229335

【氏名又は名称】日本トムソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100136098

【弁理士】

【氏名又は名称】北野 修平

(74)【代理人】

【識別番号】100137246

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 勝也

(74)【代理人】

【識別番号】100158861

【弁理士】

【氏名又は名称】南部 史

(74)【代理人】

【識別番号】100194674

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 覚史

(72)【発明者】

【氏名】菊池 直樹

(72)【発明者】

【氏名】板橋 成政

(72)【発明者】

【氏名】小椋 秀明

【テーマコード（参考）】

2F051

3J104

3J217

【Ｆターム（参考）】

2F051AB09

2F051BA07

3J104AA03

3J104AA23

3J104AA36

3J104AA65

3J104AA69

3J104AA72

3J104AA74

3J104AA76

3J104DA13

3J217JA02

3J217JA14

3J217JA24

3J217JA39

3J217JB02

(57)【要約】

【課題】ケーシングに加わる荷重の向きをより正確に判定することが可能な直動案内ユニットを提供する。
【解決手段】直動案内ユニットは、レールと、ケーシングと、複数の転動体と、側面ひずみセンサと、端面ひずみセンサと、一対の方向変換部材とを備える。レールは、幅方向の両側に配置された一対のレール側転走面を含む。ケーシングは、ケーシング本体と、ケーシング本体の幅方向の両側に接続される一対の袖部とを含む。一対の袖部には、レール側転走面との間に一対の転動体転走路を形成するケーシング側転走面が形成されている。ケーシングには、ケーシングを貫通する一対のリターン路が形成されている。一対の方向変換部材には、転動体転走路とリターン路とを繋ぐ方向変換路が形成されている。側面ひずみセンサは、ケーシング側面に配置されている。端面ひずみセンサは、長手方向におけるケーシングの端面であるケーシング端面に配置されている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レールと、
前記レールの長手方向に沿って移動可能なケーシングと、
前記レールおよび前記ケーシングの間に前記レールおよび前記ケーシングに接触しつつ転走可能に配置される複数の転動体と、
前記ケーシングに配置された側面ひずみセンサと、
前記ケーシングに配置された端面ひずみセンサと、
前記ケーシングの前記長手方向の両端に配置される一対の方向変換部材と、を備え、
前記レールは、前記長手方向に垂直な幅方向の両側に配置され、前記長手方向に延びる一対のレール側転走面を含み、
前記ケーシングは、
前記幅方向に延びるケーシング本体と、
前記ケーシング本体の前記幅方向の両側に接続される一対の袖部と、を含み、
前記一対の袖部には、前記一対のレール側転走面に対向すると共に前記長手方向に延び、前記レール側転走面との間に一対の転動体転走路を形成するケーシング側転走面が形成されており、
前記ケーシングには、前記一対のレール側転走面のそれぞれに沿って延び、前記ケーシングを貫通する貫通孔である一対のリターン路が形成されており、
前記一対の方向変換部材には、前記転動体転走路と前記リターン路とを繋ぐ方向変換路が形成されており、
前記転動体は、前記転動体転走路、前記リターン路および前記方向変換路によって形成される環状の軌道を循環し、
前記側面ひずみセンサは、前記幅方向において前記袖部の前記レールに対向する側とは反対側の表面であるケーシング側面に配置されており、
前記端面ひずみセンサは、前記長手方向における前記ケーシングの端面であるケーシング端面に配置されている、直動案内ユニット。

【請求項2】

前記ケーシングの前記端面には、前記リターン路の端部である開口が形成されており、
前記ケーシング本体は、
前記レールに対向する面であるレール対向面と、
前記長手方向および前記幅方向に垂直な上下方向において、前記レール対向面とは反対側に位置する上面と、を含み、
前記端面ひずみセンサは、前記端面のうち前記開口よりも前記上面に近い位置に配置される、請求項１に記載の直動案内ユニット。

【請求項3】

前記ケーシングの前記端面には、前記リターン路の端部である開口が形成されており、
前記端面ひずみセンサは、前記幅方向において、前記端面のうち前記レール側転走面よりも前記ケーシング側面に近い位置で且つ前記開口よりも前記レール側転走面に近い位置に配置される、請求項１または２に記載の直動案内ユニット。

【請求項4】

前記ケーシング本体は、
前記レールに対向する面であるレール対向面と、
前記長手方向および前記幅方向に垂直な上下方向において、前記レール対向面とは反対側に位置する上面と、を含み、
前記端面ひずみセンサは、前記側面ひずみセンサよりも前記上面に近い位置に配置される、請求項１～３のいずれか１項に記載の直動案内ユニット。

【請求項5】

前記端面のうち前記端面ひずみセンサが取り付けられるセンサ取付領域は、前記端面のうち前記センサ取付領域以外の領域よりも表面粗さが大きい、請求項１～４のいずれか１項に記載の直動案内ユニット。

【請求項6】

前記端面ひずみセンサの出力を検出する端面ひずみ検出部と、
前記端面ひずみセンサの出力の正負を判定する端面ひずみ判定部と、
前記端面ひずみ判定部の判定結果に基づいて、前記ケーシングに加わる荷重の向きを判定する荷重向き判定部と、をさらに備えた、請求項１～５のいずれか１項に記載の直動案内ユニット。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか１項に記載の直動案内ユニットにおいて、前記ケーシングに加わる荷重を測定する方法であって、
前記側面ひずみセンサの出力に基づいて前記ケーシングに加わる荷重の大きさを判定すると共に、前記端面ひずみセンサの出力に基づいて前記ケーシングに加わる荷重の向きを判定する、直動案内ユニットの荷重測定方法。

【請求項8】

前記端面ひずみセンサの出力が正の値であるときに前記ケーシングに引張荷重が加わっていると判定し、
前記端面ひずみセンサの出力が負の値であるときに前記ケーシングに圧縮荷重が加わっていると判定する、請求項７に記載の直動案内ユニットの荷重測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、直動案内ユニットおよび直動案内ユニットの荷重測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

現在のＩоＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）の進展により、軸受や直動案内ユニット等の機械部品に実際に加わる負荷を監視する技術について、市場での要求が高まっている。この種の技術が、例えば特許文献１に記載されている。

【0003】

特許文献１には、直動案内ユニットのひずみ検出方法が記載されている。この直動案内ユニットは、軌道レールと、当該軌道レールに沿って摺動するスライダとを含む。スライダは、ケーシングと、当該ケーシングの摺動方向両端に設けられたエンドキャップとを含む。このケーシングは、軌道レールの上面と水平な取付部と、当該取付部の幅方向両端から下方に延びると共に軌道レールを跨いで対向する一対の袖部とからなる。

【0004】

特許文献１では、ケーシングにおける幅方向の側面に、２つのひずみ検出用センサが隣接して配置されている。この公報では、ケーシングの側面に生じるひずみが各センサによって検出され、検出されたひずみ値に基づいてひずみ割合を算出することにより、ケーシングに加わる荷重の向きが判定される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００７－２６３２８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１では、ケーシングの側面におけるひずみ値の測定誤差や部品（ケーシングやセンサ等）の個体差に起因して、ひずみ割合の値に誤差が生じる場合がある。このため、特許文献１では、ケーシングに加わる荷重の向きを正確に判定するのが困難という課題がある。

【0007】

本開示の目的は、ケーシングに加わる荷重の向きをより正確に判定することが可能な直動案内ユニットおよび直動案内ユニットの荷重測定方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示に従った直動案内ユニットは、レールと、レールの長手方向に沿って移動可能なケーシングと、レールおよびケーシングの間にレールおよびケーシングに接触しつつ転走可能に配置される複数の転動体と、ケーシングに配置された側面ひずみセンサと、ケーシングに配置された端面ひずみセンサと、ケーシングの長手方向の両端に配置される一対の方向変換部材と、を備えている。レールは、長手方向に垂直な幅方向の両側に配置され、長手方向に延びる一対のレール側転走面を含む。ケーシングは、幅方向に延びるケーシング本体と、ケーシング本体の幅方向の両側に接続される一対の袖部と、を含む。一対の袖部には、一対のレール側転走面に対向すると共に長手方向に延び、レール側転走面との間に一対の転動体転走路を形成するケーシング側転走面が形成されている。ケーシングには、一対のレール側転走面のそれぞれに沿って延び、ケーシングを貫通する貫通孔である一対のリターン路が形成されている。一対の方向変換部材には、転動体転走路とリターン路とを繋ぐ方向変換路が形成されている。転動体は、転動体転走路、リターン路および方向変換路によって形成される環状の軌道を循環する。側面ひずみセンサは、幅方向において袖部のレールに対向する側とは反対側の表面であるケーシング側面に配置されている。端面ひずみセンサは、長手方向におけるケーシングの端面であるケーシング端面に配置されている。

【0009】

本開示に従った直動案内ユニットの荷重測定方法は、上記直動案内ユニットにおいて、ケーシングに加わる荷重を測定する方法である。この方法では、側面ひずみセンサの出力に基づいてケーシングに加わる荷重の大きさを判定すると共に、端面ひずみセンサの出力に基づいてケーシングに加わる荷重の向きを判定する。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、ケーシングに加わる荷重の向きをより正確に判定することが可能な直動案内ユニットおよび直動案内ユニットの荷重測定方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、実施の形態に係る直動案内ユニットの全体構成を示す斜視図である。

【図2】図２は、実施の形態に係る直動案内ユニットのケーシング端面を示す正面図である。

【図3】図３は、実施の形態に係る直動案内ユニットのひずみ検出装置の構成を示すブロック図である。

【図4】図４は、ケーシングに加わる荷重とケーシング端面のひずみとの関係を示すグラフである。

【図5】図５は、ケーシングに加わる荷重とケーシング側面のひずみとの関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

［実施形態の概要］
本開示に従った直動案内ユニットは、レールと、レールの長手方向に沿って移動可能なケーシングと、レールおよびケーシングの間にレールおよびケーシングに接触しつつ転走可能に配置される複数の転動体と、ケーシングに配置された側面ひずみセンサと、ケーシングに配置された端面ひずみセンサと、ケーシングの長手方向の両端に配置される一対の方向変換部材と、を備えている。レールは、長手方向に垂直な幅方向の両側に配置され、長手方向に延びる一対のレール側転走面を含む。ケーシングは、幅方向に延びるケーシング本体と、ケーシング本体の幅方向の両側に接続される一対の袖部と、を含む。一対の袖部には、一対のレール側転走面に対向すると共に長手方向に延び、レール側転走面との間に一対の転動体転走路を形成するケーシング側転走面が形成されている。ケーシングには、一対のレール側転走面のそれぞれに沿って延び、ケーシングを貫通する貫通孔である一対のリターン路が形成されている。一対の方向変換部材には、転動体転走路とリターン路とを繋ぐ方向変換路が形成されている。転動体は、転動体転走路、リターン路および方向変換路によって形成される環状の軌道を循環する。側面ひずみセンサは、幅方向において袖部のレールに対向する側とは反対側の表面であるケーシング側面に配置されている。端面ひずみセンサは、長手方向におけるケーシングの端面であるケーシング端面に配置されている。

【0013】

直動案内ユニットのケーシングに加わる荷重の向きを正確に判定するための方策について、鋭意検討が行われた。その結果、ケーシング端面においては、ケーシングに対して上下方向の圧縮荷重（下向きの荷重）が加わる場合にひずみ値が負の値になる一方、ケーシングに対して上下方向の引張荷重（上向きの荷重）が加わる場合にひずみ値が正の値になることが見出された。

【0014】

本開示は、上記の観点に基づくものである。すなわち、本開示に従った直動案内ユニットにおいては、ケーシング端面にひずみセンサ（端面ひずみセンサ）が配置されているため、当該端面ひずみセンサの検出値の正負に基づいて、ケーシングに対して上下方向に加わる荷重が圧縮荷重であるか引張荷重であるかを判定することができる。したがって、本開示の直動案内ユニットによれば、ケーシングに加わる荷重の向きをより正確に判定することが可能になる。

【0015】

しかも、本開示に従った直動案内ユニットでは、端面ひずみセンサとは別に、ケーシング側面にもひずみセンサが配置されている（側面ひずみセンサ）。このため、ひずみセンサ同士が隣接するのを回避することができる。したがって、ひずみセンサのサイズの制約が緩和され、小型のケーシングにも複数のひずみセンサを容易に配置することができる。

【0016】

上記直動案内ユニットにおいて、ケーシングの端面には、リターン路の端部である開口が形成されていてもよい。ケーシング本体は、レールに対向する面であるレール対向面と、長手方向および幅方向に垂直な上下方向において、レール対向面とは反対側に位置する上面と、を含んでいてもよい。端面ひずみセンサは、当該端面のうち開口よりも上面に近い位置に配置されていてもよい。この構成によれば、ケーシング端面に生じるひずみをより高感度に検出することができる。

【0017】

上記直動案内ユニットにおいて、ケーシングの端面には、リターン路の端部である開口が形成されていてもよい。端面ひずみセンサは、幅方向において、当該端面のうちレール側転走面よりもケーシング側面に近い位置で且つ開口よりもレール側転走面に近い位置に配置されていてもよい。この構成によれば、ケーシング端面に生じるひずみをさらに高感度に検出することができる。

【0018】

上記直動案内ユニットにおいて、ケーシング本体は、レールに対向する面であるレール対向面と、長手方向および幅方向に垂直な上下方向において、レール対向面とは反対側に位置する上面と、を含んでいてもよい。端面ひずみセンサは、側面ひずみセンサよりも当該上面に近い位置に配置されていてもよい。この構成によれば、ケーシング端面に生じるひずみを一層高感度に検出することができる。

【0019】

上記直動案内ユニットにおいて、ケーシングの端面のうち端面ひずみセンサが取り付けられるセンサ取付領域は、当該端面のうちセンサ取付領域以外の領域よりも表面粗さが大きくなっていてもよい。この構成によれば、端面ひずみセンサをケーシング端面に容易に取り付けることができる。

【0020】

上記直動案内ユニットは、端面ひずみセンサの出力を検出する端面ひずみ検出部と、端面ひずみセンサの出力の正負を判定する端面ひずみ判定部と、端面ひずみ判定部の判定結果に基づいて、ケーシングに加わる荷重の向きを判定する荷重向き判定部と、をさらに備えていてもよい。この構成によれば、ケーシングに加わる荷重の向きを自動で正確に判定することができる。なお、端面ひずみ検出部、端面ひずみ判定部および荷重向き判定部は、一部または全部が一体として構成されていてもよい。

【0021】

本開示に従った直動案内ユニットの荷重測定方法は、上記直動案内ユニットにおいて、ケーシングに加わる荷重を測定する方法である。この方法では、側面ひずみセンサの出力に基づいてケーシングに加わる荷重の大きさを判定すると共に、端面ひずみセンサの出力に基づいてケーシングに加わる荷重の向きを判定する。この方法によれば、ケーシング端面のひずみ値に基づいて、ケーシングに加わる荷重の向きをより正確に判定することができる。

【0022】

上記直動案内ユニットの荷重測定方法において、端面ひずみセンサの出力が正の値であるときにケーシングに引張荷重が加わっていると判定してもよい。端面ひずみセンサの出力が負の値であるときにケーシングに圧縮荷重が加わっていると判定してもよい。この方法によれば、ケーシングに加わる荷重の向きを簡単且つ正確に判定することができる。

【0023】

［実施形態の具体例］
次に、本開示の直動案内ユニットおよび直動案内ユニットの荷重測定方法の具体的な実施の形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。

【0024】

まず、本実施の形態に係る直動案内ユニット１の構成を、図１～図３に基づいて説明する。図１は、直動案内ユニット１の全体構成を示す斜視図である。図２は、ケーシング２１から第１エンドキャップ２２が取り外された状態において、直動案内ユニット１をレール１０の長手方向Ｄ１から見た正面図である。図３は、直動案内ユニット１のひずみ検出装置７０の構成を示すブロック図である。

【0025】

図１を参照して、直動案内ユニット１は、レール１０と、スライダ２０とを主に備えている。レール１０は、長手方向Ｄ１において直線状に延びている。スライダ２０は、レール１０を幅方向Ｄ２（長手方向Ｄ１に垂直な方向）の両側から挟むように当該レール１０に取り付けられており、長手方向Ｄ１に沿って移動可能になっている。スライダ２０は、ケーシング２１と、第１エンドキャップ２２および第２エンドキャップ２３（一対の方向変換部材）とを含む。図１に示すように、第１エンドキャップ２２および第２エンドキャップ２３は、ケーシング２１の長手方向Ｄ１の両端に配置されている。

【0026】

図２を参照して、レール１０は、レール上面１５と、上下方向Ｄ３（長手方向Ｄ１および幅方向Ｄ２に垂直な方向）においてレール上面１５と反対側のレール下面１６と、幅方向Ｄ２の両側に配置された一対のレール側転走面（第１レール側転走面１１および第２レール側転走面１２）とを含む。レール上面１５、レール下面１６、第１レール側転走面１１および第２レール側転走面１２は、長手方向Ｄ１（図２の紙面奥行方向）に延びている。第１レール側転走面１１および第２レール側転走面１２は、上下方向Ｄ３に並んで２つずつ形成されている。

【0027】

ケーシング２１は、ケーシング本体２４と、一対の袖部（第１袖部２５および第２袖部２６）とを含む。図２に示すように、ケーシング本体２４は、長手方向Ｄ１から見て、幅方向Ｄ２に延びている。ケーシング本体２４は、幅方向Ｄ２においてレール１０よりも外側に位置する第１端部２４Ａと、幅方向Ｄ２においてレール１０よりも外側に位置すると共に第１端部２４Ａと反対側に位置する第２端部２４Ｂとを含む。一対の袖部は、ケーシング本体２４の幅方向Ｄ２の両側に接続されている。第１袖部２５は、ケーシング本体２４の第１端部２４Ａからレール下面１６に向かって上下方向Ｄ３に延びている。第２袖部２６は、ケーシング本体２４の第２端部２４Ｂからレール下面１６に向かって上下方向Ｄ３に延びている。

【0028】

ケーシング本体２４は、レール上面１５に対向する面であるレール対向面３６と、上下方向Ｄ３においてレール対向面３６とは反対側に位置するケーシング上面３５（上面）とを含む。一対の袖部には、一対のレール側転走面に対向する一対のケーシング側転走面（第１ケーシング側転走面３１および第２ケーシング側転走面３２）が形成されている。第１ケーシング側転走面３１は、第１レール側転走面１１に平行であり、長手方向Ｄ１に延びている。第２ケーシング側転走面３２は、第２レール側転走面１２に平行であり、長手方向Ｄ１に延びている。図２に示すように、第１ケーシング側転走面３１および第２ケーシング側転走面３２は、上下方向Ｄ３に並んで２つずつ形成されている。

【0029】

ケーシング２１は、長手方向Ｄ１におけるケーシング２１の端面であるケーシング端面３７を含む。このケーシング端面３７に、第１エンドキャップ２２および第２エンドキャップ２３（図１）がそれぞれ配置されている。第１袖部２５は、幅方向Ｄ２においてレール１０に対向する側とは反対側の表面である第１ケーシング側面３８を含む。第２袖部２６は、幅方向Ｄ２においてレール１０に対向する側とは反対側の表面である第２ケーシング側面３９を含む。

【0030】

図２を参照して、直動案内ユニット１は、レール１０およびケーシング２１の間にレール１０およびケーシング２１に接触しつつ転走可能に配置される複数の転動体（第１転動体４１および第２転動体４２）を備えている。第１ケーシング側転走面３１は、第１レール側転走面１１との間に第１転動体転送路（一対の転動体転送路のうち一方）を形成しており、当該第１転動体転送路に第１転動体４１が配置されている。第１転動体４１は、第１レール側転走面１１および第１ケーシング側転走面３１に接触している。また第２ケーシング側転走面３２は、第２レール側転走面１２との間に第２転動体転送路（一対の転動体転送路のうち他方）を形成しており、当該第２転動体転送路に第２転動体４２が配置されている。第２転動体４２は、第２レール側転走面１２および第２ケーシング側転走面３２に接触している。第１転動体４１および第２転動体４２は、例えば円筒ころであるが、これに限定されない。

【0031】

ケーシング２１には、一対のレール側転走面のそれぞれに沿って延び、ケーシング２１を長手方向Ｄ１に貫通する貫通孔である一対のリターン路（第１リターン路５１および第２リターン路５２）が形成されている。図２に示すように、第１リターン路５１は、長手方向Ｄ１から見て円形の貫通孔であり、一方のケーシング端面３７から他方のケーシング端面３７まで至るように第１袖部２５を長手方向Ｄ１に貫通している。第１リターン路５１は、第１袖部２５において上下方向Ｄ３に並んで２つ形成されている。第２リターン路５２は、第１リターン路５１と同様に、長手方向Ｄ１から見て円形の貫通孔である。第２リターン路５２は、一方のケーシング端面３７から他方のケーシング端面３７まで至るように、第２袖部２６を長手方向Ｄ１に貫通している。第２リターン路５２は、第２袖部２６において上下方向Ｄ３に並んで２つ形成されている。第１袖部２５の長手方向Ｄ１の端面には、第１リターン路５１の長手方向Ｄ１の端部である開口が形成されており、第２袖部２６の長手方向Ｄ１の端面には、第２リターン路５２の長手方向Ｄ１の端部である開口が形成されている。

【0032】

第１エンドキャップ２２には、第１転動体転走路（第１レール側転走面１１と第１ケーシング側転走面３１との間の空間）と第１リターン路５１とを繋ぐ第１方向変換路が形成されている。より具体的には、２つの第１転動体転走路のうちケーシング上面３５に近い第１転動体転走路と、２つの第１リターン路５１のうちケーシング上面３５から遠い第１リターン路５１とが、第１方向変換路により繋がっている。また２つの第１転動体転走路のうちケーシング上面３５から遠い第１転動体転走路と、２つの第１リターン路５１のうちケーシング上面３５に近い第１リターン路５１とが、第１方向変換路により繋がっている。なお、第２エンドキャップ２３においても、第１エンドキャップ２２と同様に第１方向変換路が形成されている。スライダ２０（図１）がレール１０の長手方向Ｄ１に沿って直線移動すると、第１転動体４１（図２）は、第１転動体転走路、第１リターン路５１および第１方向変換路によって形成される環状の軌道を循環する。

【0033】

なお、図示は省略するが、第１エンドキャップ２２および第２エンドキャップ２３には、第２転動体転走路と第２リターン路５２（図２）とを繋ぐ第２方向変換路が、第１方向変換路と同様に形成されている。このため、スライダ２０の直線移動に伴い、第２転動体４２（図２）は、第２転動体転走路、第２リターン路５２および第２方向変換路によって形成される環状の軌道を循環する。

【0034】

直動案内ユニット１は、ケーシング２１に配置された側面ひずみセンサ６１および端面ひずみセンサ６２を備えている。図１に示すように、本実施の形態では、第１ケーシング側面３８において、２つの側面ひずみセンサ６１が長手方向Ｄ１に並んで配置されている。また第２ケーシング側面３９（図２）においても、２つの側面ひずみセンサ６１が長手方向Ｄ１に並んで配置されている。側面ひずみセンサ６１は、第１ケーシング側面３８および第２ケーシング側面３９に生じる上下方向Ｄ３のひずみを検出する。側面ひずみセンサ６１は、ひずみゲージであり、例えば接着剤によって第１ケーシング側面３８および第２ケーシング側面３９にそれぞれ貼り付けられている。

【0035】

図２を参照して、端面ひずみセンサ６２は、ケーシング端面３７において幅方向Ｄ２に並んで２つ配置されている。より具体的には、端面ひずみセンサ６２は、上下方向Ｄ３において、ケーシング端面３７のうち第１リターン路５１および第２リターン路５２の開口よりもケーシング上面３５に近い位置に配置されている。すなわち、端面ひずみセンサ６２は、図２中の破線Ｌ１よりもケーシング上面３５側に位置している。また図２に示すように、端面ひずみセンサ６２は、側面ひずみセンサ６１よりもケーシング上面３５に近い位置に配置されている。端面ひずみセンサ６２は、ケーシング端面３７に生じる上下方向Ｄ３のひずみを検出する。端面ひずみセンサ６２は、ひずみゲージであり、例えば接着剤によってケーシング端面３７に貼り付けられている。なお、図２では一方のケーシング端面３７に配置される端面ひずみセンサ６２を示しているが、他方のケーシング端面３７にも２つの端面ひずみセンサ６２が同様に配置されている。

【0036】

一方の端面ひずみセンサ６２（図２中の右側の端面ひずみセンサ６２）は、幅方向Ｄ２において、ケーシング端面３７のうち第１レール側転走面１１よりも第１ケーシング側面３８に近い位置で且つ第１リターン路５１の開口よりも第１レール側転走面１１に近い位置に配置されている。すなわち、当該一方の端面ひずみセンサ６２は、図２中の破線Ｌ２よりも第１ケーシング側面３８側で且つ破線Ｌ３よりも第１レール側転走面１１側に位置している。同様に、他方の端面ひずみセンサ６２（図２中の左側の端面ひずみセンサ６２）は、幅方向Ｄ２において、ケーシング端面３７のうち第２レール側転走面１２よりも第２ケーシング側面３９に近い位置で且つ第２リターン路５２の開口よりも第２レール側転走面１２に近い位置に配置されている。すなわち、当該他方の端面ひずみセンサ６２は、図２中の破線Ｌ４よりも第２ケーシング側面３９側で且つ破線Ｌ５よりも第２レール側転走面１２側に位置している。

【0037】

本実施の形態では、ケーシング端面３７のうち端面ひずみセンサ６２が取り付けられるセンサ取付領域は、ケーシング端面３７のうち当該センサ取付領域以外の領域よりも表面粗さが大きくなっている。しかし、本開示の直動案内ユニットはこれに限定されず、ケーシング端面３７の表面粗さが均一であってもよい。

【0038】

図３を参照して、直動案内ユニット１は、ひずみ検出装置７０をさらに備えている。図３に示すように、ひずみ検出装置７０は、端面ひずみ検出部７１と、側面ひずみ検出部７２と、端面ひずみ判定部７３と、荷重推定部７４と、荷重向き判定部７５とを含む。

【0039】

端面ひずみ検出部７１は、端面ひずみセンサ６２の出力を検出する。側面ひずみ検出部７２は、側面ひずみセンサ６１の出力を検出する。端面ひずみ検出部７１および側面ひずみ検出部７２は、端面ひずみセンサ６２および側面ひずみセンサ６１からデータを受け付ける受信ユニットを構成している。端面ひずみ判定部７３は、端面ひずみセンサ６２の出力の正負を判定する。荷重推定部７４は、側面ひずみセンサ６１の出力に基づいて、ケーシング２１に加わる荷重の大きさを推定する。荷重向き判定部７５は、端面ひずみ判定部７３の判定結果に基づいて、ケーシング２１に加わる荷重の向きを判定する。端面ひずみ判定部７３、荷重推定部７４および荷重向き判定部７５は、演算部を構成している。荷重推定部７４および荷重向き判定部７５は、例えばディスプレイ等の表示部８０と通信可能に接続されており、荷重の推定値および荷重の向きが表示部８０に表示される。以下、ひずみ検出装置７０を用いて実施されるケーシング２１の荷重測定について説明する。

【0040】

本実施の形態に係る直動案内ユニットの荷重測定方法について説明する。この方法では、以下のようにして、上記直動案内ユニット１においてケーシング２１に加わる荷重を測定する。

【0041】

まず、側面ひずみセンサ６１が第１ケーシング側面３８および第２ケーシング側面３９に生じる上下方向Ｄ３のひずみを検出すると共に、端面ひずみセンサ６２がケーシング端面３７に生じる上下方向Ｄ３のひずみを検出する。これらの検出データは、側面ひずみ検出部７２および端面ひずみ検出部７１にそれぞれ送信される。

【0042】

次に、ひずみ検出装置７０が、側面ひずみセンサ６１の出力に基づいてケーシング２１に加わる荷重の大きさを判定すると共に、端面ひずみセンサ６２の出力に基づいてケーシング２１に加わる荷重の向きを判定する。まず、ケーシング２１に加わる荷重の向きの判定について説明する。

【0043】

図４は、ケーシング２１に加わる荷重の大きさ（横軸）とケーシング端面３７のひずみ（縦軸）との関係を示している。図４中、（１）はケーシング２１に上下方向Ｄ３の引張荷重（上向きの荷重）が加わったときのデータであり、（２）はケーシング２１に上下方向Ｄ３の圧縮荷重（下向きの荷重）が加わったときのデータである。図４に示すように、本発明者らは、ケーシング２１に引張荷重が加わったときにケーシング端面３７に生じるひずみが正の値となり、一方でケーシング２１に圧縮荷重が加わったときにケーシング端面３７に生じるひずみが負の値となることを見出した。

【0044】

端面ひずみ判定部７３は、端面ひずみ検出部７１が検出したケーシング端面３７のひずみの正負を判定する。この判定結果に基づいて、荷重向き判定部７５がケーシング２１に加わる荷重の向きを判定する。すなわち、荷重向き判定部７５は、端面ひずみセンサ６２の出力が正の値であるときにケーシング２１に引張荷重が加わっていると判定し、端面ひずみセンサ６２の出力が負の値であるときにケーシング２１に圧縮荷重が加わっていると判定する。

【0045】

次に、ケーシング２１に加わる荷重の大きさの判定について説明する。図５は、ケーシング２１に加わる荷重の大きさ（横軸）とケーシング側面のひずみ（縦軸）との関係を示している。図５中、（１）はケーシング２１に上下方向Ｄ３の引張荷重（上向きの荷重）が加わったときのデータであり、（２）はケーシング２１に上下方向Ｄ３の圧縮荷重（下向きの荷重）が加わったときのデータを示している。この相関データは、予め取得され、記憶部（メモリ）に格納されている。

【0046】

荷重推定部７４は、側面ひずみ検出部７２が検出したひずみと図５の相関データとに基づいて、ケーシング２１に加わる荷重の大きさ（図５の横軸値）を算出する。ケーシング２１に加わる荷重の向きは、上記の方法により判定されている。ケーシング２１に引張荷重が加わる場合には図５中の（１）の相関データが用いられ、一方でケーシング２１に圧縮荷重が加わる場合には図５中の（２）の相関データが用いられる。すなわち、図５中の（１）または（２）の相関データにおいてケーシング側面のひずみを縦軸値とすることにより、ケーシング２１に加わる荷重の推定値が横軸値として得られる。

【0047】

次に、ケーシング２１における内部荷重の算出方法について説明する。まず、図５のグラフの直線（１）の傾きと直線（２）の傾きとの間の傾きを有する直線（ケーシング２１に幅方向Ｄ２の横荷重が加わるときの荷重と側面ひずみとの関係を示す直線）において、側面ひずみセンサ６１の検出値を縦軸値として代入する。これにより、ケーシング２１に加わる荷重の推定値が得られる。

【0048】

次に、図４に示すように、ケーシング２１に加わる荷重の推定値Ａに基づいて、引張荷重の場合（直線（１）の場合）の端面ひずみの理論値Ｂ１および圧縮荷重の場合（直線（２）の場合）の端面ひずみの理論値Ｂ２が算出される。引張荷重の場合には、上下一対の第１および第２ケーシング側転走面３１，３２（図２）における負荷割合は、上側が１００％で且つ下側が０％となる。一方、圧縮荷重の場合には、当該負荷割合は、上側が０％で且つ下側が１００％となる。

【0049】

引張荷重の場合と圧縮荷重の場合とにおいて、端面ひずみの理論値の差は、Ｂ１－Ｂ２となる。ここで、１００／（Ｂ１－Ｂ２）により、端面ひずみの変化に対する上記負荷割合の変化率が算出される。この変化率を用いて、上下一対の第１および第２ケーシング側転走面３１，３２（図２）における実際の荷重の負荷割合を、以下のように算出することができる。すなわち、端面ひずみセンサ６２により検出される端面ひずみの実測値と圧縮荷重の場合の端面ひずみの理論値Ｂ２との差分を求め、当該差分に上記の変化率を乗じる。これにより、完全な圧縮荷重（上側の負荷割合が０％で且つ下側の負荷割合が１００％）の場合からの負荷割合のずれ量が算出される。なお、上下一対の第１および第２ケーシング側転走面３１，３２（図２）の負荷割合が５０％ずつである場合は、ケーシング２１に対して幅方向Ｄ２の横荷重が加わる場合である。

【0050】

次に、ケーシング２１の全体における荷重の推定について説明する。図１に示すように、ケーシング２１は、長手方向Ｄ１および幅方向Ｄ２の中心Ｃ１を原点として、４つの領域に分割することができる（第１～第４領域Ｒ１～Ｒ４）。本実施の形態では、第１～第４領域Ｒ１～Ｒ４のそれぞれにおいて、側面ひずみセンサ６１および端面ひずみセンサ６２のセットが１組ずつ配置されている。

【0051】

第１領域Ｒ１において、上下一対のケーシング側転走面に加わる力Ｆは、荷重の推定値に上記の負荷割合を乗じることにより算出される。この力Ｆのベクトルと、中心Ｃ１からケーシング側転走面に向かうベクトルとの外積により、中心Ｃ１を原点とする力ＦによるモーメントＭが算出される。このモーメントＭを、第２～第４領域Ｒ２～Ｒ４においても上下一対のケーシング側転走面について同様に算出し、これらを合算することにより、ケーシング２１に加わる全体の荷重を推定することができる。

【0052】

以上の通り、本実施の形態に係る直動案内ユニット１によれば、ケーシング端面３７に端面ひずみセンサ６２が配置されているため、当該端面ひずみセンサ６２の検出値の正負に基づいて、ケーシング２１に加わる荷重が圧縮荷重であるか引張荷重であるかを判定することができる。したがって、ケーシング２１に加わる荷重の向きを簡単且つ正確に判定することができる。

【0053】

ここで、その他実施の形態について説明する。

【0054】

ケーシング端面３７における端面ひずみセンサ６２の位置は、図２に示す位置に限定されない。例えば、端面ひずみセンサ６２は、図２中の破線Ｌ１よりもレール下面１６の近くに位置していてもよいし、図２中の破線Ｌ３，Ｌ５よりもケーシング側面の近くに位置していてもよいし、図２中の破線Ｌ２と破線Ｌ４との間に位置していてもよい。また側面ひずみセンサ６１が端面ひずみセンサ６２よりもケーシング上面３５の近くに位置していてもよい。

【0055】

今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0056】

１ 直動案内ユニット、１０ レール、１１ 第１レール側転走面、１２ 第２レール側転走面、１５ レール上面、１６ レール下面、２０ スライダ、２１ ケーシング、２２ 第１エンドキャップ、２３ 第２エンドキャップ、２４ ケーシング本体、２４Ａ 第１端部、２４Ｂ 第２端部、２５ 第１袖部、２６ 第２袖部、３１ 第１ケーシング側転走面、３２ 第２ケーシング側転走面、３５ ケーシング上面（上面）、３６ レール対向面、３７ ケーシング端面、３８ 第１ケーシング側面、３９ 第２ケーシング側面、４１ 第１転動体、４２ 第２転動体、５１ 第１リターン路、５２ 第２リターン路、６１ 側面ひずみセンサ、６２ 端面ひずみセンサ、７０ ひずみ検出装置、７１ 端面ひずみ検出部、７２ 側面ひずみ検出部、７３ 端面ひずみ判定部、７４ 荷重推定部、７５ 荷重向き判定部、８０ 表示部、Ｄ１ 長手方向、Ｄ２ 幅方向、Ｄ３ 上下方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】