JP2006025525A - ダイレクトドライブモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 大型化や回転抵抗の増大を伴う事なく、転がり軸受１１ａの剛性を大きくする。
【解決手段】 上記転がり軸受１１ａの２つの作用点Ｐ₁ ′、Ｐ₂ ′を、内側、外側両部材９、１０の軸方向外側に配置する。これにより、外部荷重Ｆに近い作用点Ｐ₂ ′に作用する荷重Ｆ₂ ′を、この外部荷重Ｆよりも小さく（Ｆ₂ ′＜Ｆ）して、上記課題を解決する。
【選択図】 図１

Description

この発明に係るダイレクトドライブモータは、例えば工作機械を構成するインデックス装置、組立装置、半導体製造装置等の各種機械装置に組み込んで、被駆動部材の回転駆動や位置決め等を行なう為に利用する。

工作機械により多数の被加工物を効率良く加工できる様にする為に従来から、図２に略示する様なインデックス装置１が使用されている。このインデックス装置１は、その上面に複数の被加工物２、２を支持自在な、被駆動部材であるターンテーブル３と、このターンテーブル３を回転駆動する為のモータ４とを備える。この様なインデックス装置１の周囲には、上記ターンテーブル３の上面に加工前の被加工物２を供給する為の供給装置５と、このターンテーブル３の上面に支持した被加工物２、２に加工を施す為の複数の工具（図示の例では、ドリル）６ａ、６ｂと、上記ターンテーブル３の上面から加工後の被加工物２を取り出す為の取り出し装置７とを、それぞれ円周方向に関して等間隔に配置している。

上述の様なインデックス装置１を備えた工作機械により、多数の被加工物２、２の加工を行なう場合には、上記モータ４により上記ターンテーブル３を所定角度だけ回転させる作業と、このターンテーブル３を所定時間だけ停止させる作業とを、交互に行なう。そして、この様にターンテーブル３を停止させる度に、上記供給装置５により、このターンテーブル３の上面に加工前の被加工物２を供給する作業と、上記各工具６ａ、６ｂにより、このターンテーブル３の上面に支持した被加工物２、２に加工を施す作業と、上記取り出し装置７により、このターンテーブル３の上面から加工後の被加工物２を取り除く作業とを行なう。この結果、多数の被加工物２、２の加工を効率良く行なえる。

ところで、上述の様なインデックス装置１を構成するモータ４として従来から、図３に示す様なダイレクトドライブモータ８を使用する事が行なわれている。このダイレクトドライブモータ８は、一方の部材である円筒状の内側部材９と、この内側部材９の周囲にこの内側部材９と同心に配置された、他方の部材である円筒状の外側部材１０とを備える。 そして、これら内側部材９の外周面と外側部材１０の内周面との間の筒状空間に、転がり軸受１１と、回転トルク発生用のステータ１３及びロータ１２と、回転検出用のステータ１５及びロータ１４とを設けている。

このうちの転がり軸受１１は、上記筒状空間の軸方向中央部に配置している。この状態で、この転がり軸受１１は、上記内側部材９と上記外側部材１０との相対回転を許容し、且つ、これら内側部材２と外側部材３との間に作用するラジアル荷重、スラスト荷重、及びモーメント荷重を支承する。これらの荷重を支承可能とする為、上記転がり軸受１１としては、図３に示す様に、中心軸α上に２つの作用点｛この中心軸αと、軌道から転動体に加わる力の作用線β₁ 、β₂ （２本）との交点｝Ｐ₁ 、Ｐ₂ を有し、且つ、これら軸方向両側の作用線β₁ 、β₂ が径方向内側で外開きとなるものを使用する。具体的には、この様な転がり軸受１１として、クロスローラ軸受、クロステーパ軸受、クロスボール軸受、４点接触型玉軸受、複列円すいころ軸受、複列アンギュラ型玉軸受、複列スラストアンギュラ型玉軸受等を使用できる。

又、上記回転トルク発生用のステータ１３及びロータ１２は、上記筒状空間の軸方向片側（図３の下側）の端部（片端部）寄り部分に配置している。具体的には、当該部分で、上記ステータ１３を上記内側部材９の外周面に、上記ロータ１２を上記外側部材１０の内周面に、それぞれ固定する事により、これらステータ１３とロータ１２とを径方向に関して対向させている。そして、この状態で、上記ステータ１３を構成するコイル１６、１６に通電する事により、このステータ１３と上記ロータ１２との間で回転トルクを発生させる様にしている。使用時には、この回転トルクに基づき、上記外側部材１０を上記内側部材９に対して回転又は停止させる。

又、上記回転検出用のステータ１５及びロータ１４は、上記筒状空間の軸方向他側（図３の上側）の端部（他端部）寄り部分に配置している。具体的には、当該部分で、上記ステータ１５を上記内側部材９の外周面に、上記ロータ１４を上記外側部材１０の内周面に、それぞれ固定する事により、これらステータ１５とロータ１４とを径方向に対向させている。そして、この状態で、上記ステータ１５により、上記ロータ１４の回転角度や回転速度等の回転に関する情報を検出できる様にしている。

又、上記筒状空間の軸方向片側開口を塞ぐ為、上記外側部材１０の片側面に円輪状のカバー１７を固定すると共に、このカバー１７の内周縁を、上記内側部材９の片端部外周面に近接対向させている。又、上記筒状空間と上記内側部材９とのそれぞれの軸方向他側開口を塞ぐ為、この内側部材９の他側面に円板状のカバー１８を固定すると共に、このカバー１８の外周縁を、上記外側部材１０の他端部内周面に近接対向させている。

上述の様に構成するダイレクトドライブモータ８を、前記インデックス装置１を構成するモータ４（図２）として使用する場合には、図３の上下方向を実際の上下方向に一致させた状態で、上記内側部材９を、図示しない台座の上面に固定する。これと共に、上記外側部材１０の上端面に、この外側部材１０と同心に配置した前記ターンテーブル３を、歯車装置等の減速機構を介する事なく、直接又は他の部材を介して結合する。そして、この状態で、前記各コイル１６、１６に通電する事により、前記ステータ１３と前記ロータ１２との間で回転トルクを発生させる。そして、この回転トルクに基づき、上記ターンテーブル３の回転及び停止を行なう。尚、この際の回転及び停止の制御は、上記回転検出用のステータ１５により検出した、上記ロータ１４の回転情報に基づいて行なう。

上述の様に構成する、ダイレクトドライブモータ８を使用したインデックス装置１の場合には、このダイレクトドライブモータ８と上記ターンテーブル３との間に歯車装置等の減速機構が存在しない為、バックラッシュのない、高精度な位置決めを行なえる。又、減速機構を構成する歯車やベルトによる騒音が発生しない為、静音性を確保できる。

ところで、上述の様に構成し作用する、ダイレクトドライブモータ８を使用したインデックス装置１の場合、上記ターンテーブル３に加わった荷重（例えば、前記各工具６ａ、６ｂから前記各被加工物２、２に加わった荷重）は、減速機構等を介する事なく、上記外側部材１０の上端縁部に直接、例えば図３に示す様な径方向の外部荷重Ｆとして伝達される。この為、前記転がり軸受１１の２つの作用点Ｐ₁ 、Ｐ₂ のうち、上記外側部材１０の上端縁部に近い、上側の作用点Ｐ₂ に、より大きな荷重が作用する。一方、上述した様な従来構造の場合、上記内側、外側各部材９、１０と、上記２つの作用点Ｐ₁ 、Ｐ₂ との互いの位置関係に就いては、特に考慮していなかった。具体的には、従来の場合、図３に示す様に、下側の作用点Ｐ₁ を上記内側部材９の下端面よりも上側に、上側の作用点Ｐ₂ を上記外側部材１０の上端面よりも下側に、それぞれ配置していた。

ところが、この様な位置関係の場合、力（モーメント）の釣り合い関係から明らかな様に、上側の作用点Ｐ₂ には、上記外部荷重Ｆよりも大きな荷重Ｆ₂ （Ｆ₂ ＞Ｆ）が作用する事となる。元々この外部荷重Ｆは大きい為、この様に上側の作用点Ｐ₂ にこの外部荷重Ｆよりも大きな荷重Ｆ₂ が作用する事は、上記転がり軸受１１の耐久性を確保する観点から、好ましくない。従って、この様な不都合を解消できる構造の実現が望まれる。

一方、上記外部荷重Ｆによって上記転がり軸受１１の耐久性が損なわれない様にする為に従来から、この転がり軸受１１として、サイズが大きいもの使用したり、或は軸方向に関して互いに間隔をあけて配置した複数の単列転がり軸受を使用する事により、当該転がり軸受１１の剛性を確保する事が行なわれている。更には、例えば特許文献１に記載されている様に、上記転がり軸受１１とは別個に、上記外部荷重Ｆを支承するための支持構造を設ける事が行なわれている。

ところが、上述の様な各種従来技術の場合には、上記転がり軸受１１の耐久性を確保できる一方で、前記ダイレクトドライブモータ８又はこのダイレクトドライブモータ８を含んで構成するインデックス装置１が大型化する。更に、上記転がり軸受１１としてサイズが大きいものを使用する場合には、このサイズを大きくした分だけ内部摩擦が大きくなる為、回転抵抗が増大する。従って、これらの不都合を生じる事なく、上記転がり軸受１１の耐久性を確保できる構造を実現する事が望まれる。

特開２０００−１５８２６１号公報

本発明のダイレクトドライブモータは、上述の様な事情に鑑み、内側、外側各部材と、転がり軸受の作用点との位置関係を規制する事により、大型化や回転抵抗の増大を伴う事なく、上記転がり軸受の耐久性を十分に確保できる様にすべく発明したものである。

本発明のダイレクトドライブモータは、上述の図３に示した従来構造と同様、内側部材と、この内側部材の周囲にこの内側部材と同心に配置された外側部材と、これら内側部材の外周面と外側部材の内周面との間の軸方向１個所に設けられて、これら内側、外側両部材同士の間に作用するラジアル荷重、スラスト荷重、及びモーメント荷重を支承する、中心軸上に２つの作用点を有する転がり軸受と、上記内側部材と上記外側部材とのうちの一方の部材に固定された回転トルク発生用のステータと、同じく他方の部材に固定されて、このステータに対向する回転トルク発生用のロータとを備える。そして、使用時に、上記一方の部材をこの一方の部材の軸方向片側に存在する台座に固定すると共に、上記他方の部材をこの他方の部材の軸方向他側に存在する被駆動部材に、減速機構を介する事なく直接又は他の部材を介して結合する。
特に、本発明のダイレクトドライブモータに於いては、上記２つの作用点のうち、軸方向他側に存在する作用点を、上記他方の部材の軸方向他側面よりも軸方向他側に配置している。

前述した様に、本発明の対象となるダイレクトドライブモータの場合、使用時に被駆動部材に加わった荷重は、減速機構等を介する事なく、上記他方の部材の軸方向他端部に直接伝達される。この為、このダイレクトドライブモータを構成する転がり軸受の２つの作用点のうち、上記他方の部材の軸方向他端部に近い、軸方向他側の作用点に、より大きな荷重が作用する。これに対し、本発明のダイレクトドライブモータの場合には、上述した様に、上記軸方向他側の作用点を、上記他方の部材の軸方向他側面よりも軸方向他側に配置している。この為、力（モーメント）の釣り合い関係より、上記軸方向他側の作用点に作用する荷重を、上記外部荷重よりも小さくする事ができる。この結果、本発明の場合には、大型化や回転抵抗の増大を伴う事なく、上記転がり軸受の耐久性を向上させる事ができる。更には、この転がり軸受の剛性を高くする事ができる為、この転がり軸受の変形量を抑えて、上記ダイレクトドライブモータによる位置決め精度を向上させる事ができる。

本発明のダイレクトドライブモータを実施する場合に、好ましくは、転がり軸受の２つの作用点のうち、軸方向片側に存在する作用点を、一方の部材の軸方向片側面よりも軸方向片側に配置する。
この様な構成を採用すれば、上記軸方向片側に存在する作用点を、軸方向に関して上記外部荷重が作用する位置から遠ざける事ができる。従って、その分だけ、上記軸方向片側に存在する作用点に作用する荷重を小さくする事ができ、上記転がり軸受の耐久性を向上させる事ができる。更には、２つの作用点により、内側部材と外側部材との間に作用する力（上記外部荷重等）を、バランス良く支承する事ができる。

図１は、本発明の実施例を示している。尚、本例のダイレクトドライブモータ８ａの特徴は、内側、外側各部材９、１０と、転がり軸受１１ａの２つの作用点Ｐ₁ ′、Ｐ₂ ′との、互いの位置関係を規制した点にある。この様な２つの作用点Ｐ₁ ′、Ｐ₂ ′を有する転がり軸受１１ａとして、例えばクロスローラ軸受、クロステーパ軸受、クロスボール軸受、４点接触型玉軸受、複列円すいころ軸受、複列アンギュラ型玉軸受、複列スラストアンギュラ型玉軸受等を採用できる点、並びに、その他の部分の構造及び作用は、前述の図３に示した従来構造と同様である。この為、重複する説明は省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。

本例の場合、上記転がり軸受１１ａの２つの作用点Ｐ₁ ′、Ｐ₂ ′のうち、軸方向片側（図１の下側）の作用点Ｐ₁ ′を、一方の部材である内側部材９の軸方向片側面（図１の下端面）よりも軸方向片側（この内側部材９の外側）に配置している。これと共に、軸方向他側（図１の上側）の作用点Ｐ₂ ′を、他方の部材である外側部材１０の軸方向他側面（図１の上端面）よりも軸方向他側（この外側部材１０の外側）に配置している。この様な配置規制を行なう為に、本例の場合には、上記転がり軸受１１ａの接触角θ、θ（上記作用点Ｐ₁ ′、Ｐ₂ ′間の距離）と、上記内側、外側両部材９、１０に対する上記転がり軸受１１ａの軸方向位置とを、それぞれ規制している。

上述の様に構成する本例のダイレクトドライブモータ８ａの場合も、使用時にターンテーブル３（図２）等の被駆動部材に加わった荷重は、減速機構等を介する事なく、上記外側部材１０の軸方向他端縁に直接伝達される。この為、上記２つの作用点Ｐ₁ ′、Ｐ₂ ′のうち、上記外側部材１０の軸方向他端縁に近い、軸方向他側の作用点Ｐ₂ ′に、より大きな荷重が作用する。但し、本例の場合には、この軸方向他側の作用点Ｐ₂ ′に作用する荷重Ｆ₂ ′、並びに、上記軸方向片側の作用点Ｐ₁ ′に作用する荷重Ｆ₁ ′を、それぞれ小さく抑える事ができる。この点に就いて、図１を参照しつつ説明する。先ず、同図に於いて、上記転がり軸受１１ａの幅方向中央部と上記各作用点Ｐ₁ ′、Ｐ₂ ′との間の軸方向寸法を、それぞれＣとし、上記転がり軸受１１ａの幅方向中央部と上記内側部材９の片側面との間の軸方向寸法をＥとし、この内側部材９の片側面と軸方向片側の作用点Ｐ₁ ′との間の軸方向寸法をＤとし、上記転がり軸受１１ａの幅方向中央部と上記外側部材１０の他側面との間の軸方向寸法をＢとし、この外側部材１０の他側面と軸方向他側の作用点Ｐ₂ ′との間の軸方向寸法をＡとする。又、上記外側部材１０の他端縁の円周方向一部に、上記ターンテーブル３から、径方向の外部荷重Ｆが作用しているとする。

この場合に、軸方向片側の作用点Ｐ₁ ′を支点とする、力（モーメント）の釣り合い関係より、軸方向他側の作用点Ｐ₂ ′に作用する荷重Ｆ₂ ′は、
Ｆ₂ ′＝（Ｂ＋Ｃ）・Ｆ／２Ｃ −−−−−−−−（１）
となるが、Ｂ＝Ｃ−Ａの関係より、
Ｆ₂ ′＝（２Ｃ−Ａ）・Ｆ／２Ｃ −−−−−−−−（２）
と表わす事ができる。ここで、寸法Ｃは、上記転がり軸受１１ａの作用点Ｐ₁ ′、Ｐ₂ ′間の距離により決定されるものである。この為、上記（２）式より、使用する転がり軸受１１ａを選定した後は、本例の様に寸法Ａが正である（上記作用点Ｐ₂ ′が上記外側部材１０の外側に存在する）限り、上記作用点Ｐ₂ ′に作用する荷重Ｆ₂ ′は、上記外部荷重Ｆよりも小さく（Ｆ₂ ′＜Ｆ）なる。従って、本例の場合には、前述の図３に示した従来構造｛軸方向他側の作用点Ｐ₂ が外側部材１０の内側に存在し、この作用点Ｐ₂ に作用する荷重Ｆ₂ が外部荷重Ｆよりも大きく（Ｆ₂ ＞Ｆ）なる構造｝に比べて、上記作用点Ｐ₂ ′に作用する荷重Ｆ₂ ′を十分に小さくできる。

一方、本例の場合には、軸方向片側の作用点Ｐ₁ ′を、前記内側部材９の軸方向片側面よりも軸方向片側に配置している。この為、本例の場合には、この軸方向片側の作用点Ｐ₁ ′を、上記外部荷重Ｆが作用する位置から軸方向に遠ざける事ができ、その分だけ、この作用点Ｐ₁ ′に作用する荷重Ｆ₁ ′を小さくできる。これと共に、２つの作用点Ｐ₁ ′、Ｐ₂ ′が、それぞれ上記内側、外側両部材９、１０の外側に配置される事になる為、これら２つの作用点Ｐ₁ ′、Ｐ₂ ′によって、上記内側部材９と上記外側部材１０との間に作用する力（上記外部荷重Ｆ等）をバランス良く支承する事ができる。

尚、以上の説明では、上記外側部材１０の他端縁に作用する外部荷重を、径方向の外部荷重Ｆとしたが、本例の場合には、この他端縁に作用する荷重が軸方向荷重やモーメント荷重等である場合でも、上記各作用点Ｐ₁ ′、Ｐ₂ ′に作用する荷重を小さく抑える事ができる。

従って、本例のダイレクトドライブモータ８ａの場合には、大型化や回転抵抗の増大を伴う事なく、上記転がり軸受１１ａの耐久性を向上させる事ができる。更には、この転がり軸受１１ａの剛性を高くする事ができる為、この転がり軸受１１ａの変形量を抑えて、上記ダイレクトドライブモータ１ａによる位置決め精度を向上させる事ができる。

尚、上述した実施例１の構造では、上記転がり軸受１１ａの軸方向片側に回転トルク発生用のステータ１３及びロータ１２を、同じく軸方向他側に回転検出用のステータ１５及びロータ１４を、それぞれ配置しているが、本発明を実施する場合、これらの配置は、軸方向に関して逆にする事もできる。又、上述した実施例１では、内側部材９を一方の部材（固定部材）とし、外側部材１０を他方の部材（回転部材）とした構造に、本発明を適用した。但し、本発明は、内側部材９を他方の部材（回転部材）とし、外側部材１０を一方の部材（固定部材）とした構造にも適用できる。尚、この様な構造の場合、上記各ステータ１３、１５と上記各ロータ１２、１４との配置関係は、径方向に関して逆になる。

本発明の実施例１を示す、ダイレクトドライブモータの略断面図。 インデックス装置を備えた工作機械を示す略斜視図。 従来のダイレクトドライブモータの１例を示す略断面図。

符号の説明

１ インデックス装置
２ 被加工物
３ ターンテーブル
４ モータ
５ 供給装置
６ａ、６ｂ 工具
７ 取り出し装置
８、８ａ ダイレクトドライブモータ
９ 内側部材
１０ 外側部材
１１、１１ａ 転がり軸受
１２ ロータ
１３ ステータ
１４ ロータ
１５ ステータ
１６ コイル
１７ カバー
１８ カバー

Claims (2)

1. 内側部材と、この内側部材の周囲にこの内側部材と同心に配置された外側部材と、これら内側部材の外周面と外側部材の内周面との間の軸方向１個所に設けられて、これら内側、外側両部材同士の間に作用するラジアル荷重、スラスト荷重、及びモーメント荷重を支承する、中心軸上に２つの作用点を有する転がり軸受と、上記内側部材と上記外側部材とのうちの一方の部材に固定された回転トルク発生用のステータと、同じく他方の部材に固定されて、このステータに対向する回転トルク発生用のロータとを備え、使用時に、上記一方の部材をこの一方の部材の軸方向片側に存在する台座に固定すると共に、上記他方の部材をこの他方の部材の軸方向他側に存在する被駆動部材に、減速機構を介する事なく直接又は他の部材を介して結合するダイレクトドライブモータに於いて、上記２つの作用点のうち、軸方向他側に存在する作用点を、上記他方の部材の軸方向他側面よりも軸方向他側に配置した事を特徴とするダイレクトドライブモータ。
2. 転がり軸受の２つの作用点のうち、軸方向片側に存在する作用点を、一方の部材の軸方向片側面よりも軸方向片側に配置した、請求項１に記載したダイレクトドライブモータ。
   

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