JP2006177504A - Direct drive motor - Google Patents

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芳史 杉田
Yasuyuki Matsuda
靖之 松田
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隆司 村井
Yoshiaki Katsuno
美昭 勝野
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    • F16C2380/00Electrical apparatus
    • F16C2380/26Dynamo-electric machines or combinations therewith, e.g. electro-motors and generators

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a direct drive motor capable of securing the necessary moment rigidity of a bearing even in a structure wherein a motor portion is mounted between a rolling bearing and a rotary head, thus the deflection in the rotating direction on the bearing can be inhibited even if the motor portion repeats its step operation for the sudden acceleration and the sudden stop of the motor portion. <P>SOLUTION: In this direct drive motor 10 wherein the motor portion 18 is mounted between the rolling bearing 20 and the rotary head 17, and a rotating shaft 11 of the rotary head 17 has a cantilever structure, a four-point contact ball bearing, wherein a rolling element 24 is kept into contact with a raceway groove of an inner ring 22 at two points, and kept into contact with a raceway groove of an outer ring 21 at two points, and a pre-load is applied to form a negative clearance, is used as the rolling bearing 20. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、転がり軸受を回転支持部に備え、変速機を用いずに負荷を直接駆動するダイレクトドライブモータに関し、例えば電子基板製造装置のチップマウンタに用いられるダイレクトドライブモータに関する。   The present invention relates to a direct drive motor that includes a rolling bearing in a rotation support portion and directly drives a load without using a transmission. For example, the present invention relates to a direct drive motor used in a chip mounter of an electronic board manufacturing apparatus.

電子基板製造装置のチップマウンタに用いられるダイレクトドライブモータは、回転ヘッドを回転させることにより、該回転ヘッドの周方向に複数配置されたチップ取付用ノズルをチップの取付け位置及び受取り位置に配置する(特許文献1〜特許文献3参照)。
この場合、製造時間短縮のため、回転ヘッドのノズルの位置決めを短時間で行う必要があることから、回転ヘッドが急加速/急停止を繰り返す。従って、回転ヘッドの回転軸に駆動力を付与するモータ部についても急加速/急停止するステップ運動を繰り返すことになる。
A direct drive motor used for a chip mounter of an electronic substrate manufacturing apparatus rotates a rotating head to arrange a plurality of chip mounting nozzles arranged in the circumferential direction of the rotating head at a chip mounting position and a receiving position ( Patent Document 1 to Patent Document 3).
In this case, since it is necessary to position the nozzles of the rotary head in a short time in order to shorten the manufacturing time, the rotary head repeats rapid acceleration / rapid stop. Accordingly, the stepping motion that suddenly accelerates / stops suddenly is repeated for the motor unit that applies the driving force to the rotating shaft of the rotating head.

また、通常、回転ヘッド及びモータ部は位置決め装置上に設置されるが、該位置決め装置においても高速の位置決めが求められており、回転ヘッド及びモータ部の小型軽量化のために、回転軸を1つの軸受で片持ち支持し、更に、応答性の向上及び軸受のメンテナンス(潤滑剤の補充等)や組立性の向上等のため、転がり軸受と回転ヘッドとの間にモータ部が配置された構造が採用され始めている。   In general, the rotary head and the motor unit are installed on a positioning device. However, the positioning device is also required to be positioned at a high speed. A structure in which a motor is placed between the rolling bearing and the rotating head for cantilever support with two bearings, and for improved response, bearing maintenance (replenishment of lubricant, etc.) and assembly. Has begun to be adopted.

このような従来のダイレクトドライブモータにおいては、モータ部が急加速/急停止するステップ運動を繰り返して回転ヘッドが高速で回転するため、回転ヘッドの回転軸を支持する転がり軸受のモーメント剛性が不足すると軸受を中心とする回転方向に共振する虞れがある。
特開平5−329420号公報 特開2003−179083号公報 特開2000−139068号公報
In such a conventional direct drive motor, since the rotating head rotates at high speed by repeating the step motion in which the motor unit suddenly accelerates / stops suddenly, the moment rigidity of the rolling bearing supporting the rotating shaft of the rotating head is insufficient. There is a risk of resonance in the direction of rotation about the bearing.
JP-A-5-329420 JP 2003-179083 A JP 2000-139068 A

本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、転がり軸受と回転ヘッドとの間にモータ部が配置された構造であっても、軸受の必要なモーメント剛性を確保できるようにし、これにより、モータ部が急加速/急停止するステップ運動を繰り返しても軸受を中心とする回転方向の振れを抑制することができるダイレクトドライブモータを提供することを目的とする。   The present invention has been made to eliminate such inconveniences, and it is possible to ensure the required moment rigidity of a bearing even in a structure in which a motor portion is disposed between a rolling bearing and a rotating head. Thus, it is an object of the present invention to provide a direct drive motor that can suppress runout in the rotational direction around the bearing even when the motor unit repeats stepping that suddenly accelerates / stops suddenly.

上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、回転軸の先端に設けられた回転ヘッドと、該回転軸を回転可能に支持する転がり軸受と、前記回転軸に駆動力を付与するモータ部とを備え、前記転がり軸受と前記回転ヘッドとの間に前記モータ部が配置され、前記回転軸が片持ち支持構造とされたダイレクトドライブモータであって、
前記転がり軸受として、転動体が内輪の軌道溝と2点で接触すると共に外輪の軌道溝に2点で接触し、予圧が付与されて負すきまを有する4点接触玉軸受、若しくは軸方向断面幅B2と半径方向断面高さH2との断面寸法比(B2/H2)が(B2/H2)<1.2とされた複列玉軸受、又はクロスローラ軸受を用いたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 provides a rotary head provided at the tip of the rotary shaft, a rolling bearing that rotatably supports the rotary shaft, and a driving force applied to the rotary shaft. A direct drive motor comprising a motor unit, wherein the motor unit is disposed between the rolling bearing and the rotary head, and the rotary shaft has a cantilever support structure,
As the rolling bearing, a rolling element comes into contact with the raceway groove of the inner ring at two points and contacts with the raceway groove of the outer ring at two points, and a preload is applied and a negative clearance is provided. A double-row ball bearing or a cross roller bearing in which the cross-sectional dimension ratio (B2 / H2) between B2 and the radial cross-sectional height H2 is (B2 / H2) <1.2 is used.

請求項2に係る発明は、請求項1において、ハウジングに前記転がり軸受の外輪が内嵌されると共に、軸部に該転がり軸受の内輪が外嵌され、且つ前記回転軸が前記ハウジング又は前記軸部とされたことを特徴とする。
請求項3に係る発明は、請求項2において、前記軸部が中空状であることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the outer ring of the rolling bearing is fitted in the housing, the inner ring of the rolling bearing is fitted in the shaft portion, and the rotating shaft is the housing or the shaft. It is characterized by being part.
The invention according to claim 3 is characterized in that, in claim 2, the shaft portion is hollow.

請求項4に係る発明は、請求項1〜3のいずれか一項において、前記転がり軸受のモーメント剛性K(Nm/rad)と該転がり軸受を中心とする前記回転軸及び前記回転ヘッドのイナーシャJ(Nm-2)との関係が、200≦1/2π・(K/J)1/2 ≦1000であることを特徴とする。
請求項5に係る発明は、請求項1〜3のいずれか一項において、前記転がり軸受のモーメント剛性K(Nm/rad)と該転がり軸受を中心とする前記回転軸及び前記回転ヘッドのイナーシャJ(Nm-2)との関係が、500≦1/2π・(K/J)1/2 ≦800であることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the moment stiffness K (Nm / rad) of the rolling bearing and the inertia J of the rotating shaft and the rotating head centered on the rolling bearing. The relationship with (Nm −2 ) is 200 ≦ 1 / 2π · (K / J) 1/2 ≦ 1000.
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the moment stiffness K (Nm / rad) of the rolling bearing, the rotary shaft centered on the rolling bearing, and the inertia J of the rotary head The relationship with (Nm −2 ) is 500 ≦ 1 / 2π · (K / J) 1/2 ≦ 800.

ここで、軸方向断面幅B2と半径方向断面高さH2との断面寸法比(B2/H2)が(B2/H2)<1.2とされた複列玉軸受の一例について説明する。
図5を参照して、この複列玉軸受200は、外輪201の複列軌道溝201a,201bと内輪202の複列軌道溝202a,202bとの間に多数の玉203が転動自在に配設されており、軸方向断面幅B2と半径方向断面高さH2(=(外輪外径D2−内輪内径d2)/2)との断面寸法比(B2/H2)が(B2/H2)<1.2とされ、且つ内輪202を軸方向の略中央部で2つの分割内輪202dに分割している。
Here, an example of a double row ball bearing in which the sectional dimension ratio (B2 / H2) between the axial sectional width B2 and the radial sectional height H2 is (B2 / H2) <1.2 will be described.
Referring to FIG. 5, in this double row ball bearing 200, a large number of balls 203 are rotatably arranged between double row raceway grooves 201a, 201b of outer ring 201 and double row raceway grooves 202a, 202b of inner ring 202. The sectional dimension ratio (B2 / H2) between the axial sectional width B2 and the radial sectional height H2 (= (outer ring outer diameter D2−inner ring inner diameter d2) / 2) is (B2 / H2) <1. 2 and the inner ring 202 is divided into two divided inner rings 202d at a substantially central portion in the axial direction.

国際標準化機構(ISO)で規定されている寸法系列が18(例えば6800)、19(例えば6901)、10(例えば6003)、02(例えば7205A)、03(例えば7307A)の標準単列玉軸受では、軸受内径寸法がφ5mm〜φ100mmにおいては、断面寸法比(B/H)は0.82〜1.17に設定されている。また、軸受内径寸法がφ5mm〜φ500mmにおいては、上述の断面寸法比(B/H)は0.63〜1.17に設定されている。   In the standard single row ball bearings whose dimension series defined by the International Organization for Standardization (ISO) are 18 (for example, 6800), 19 (for example, 6901), 10 (for example, 6003), 02 (for example, 7205A), 03 (for example, 7307A) When the inner diameter of the bearing is φ5 mm to φ100 mm, the cross-sectional dimension ratio (B / H) is set to 0.82 to 1.17. Further, when the bearing inner diameter is φ5 mm to φ500 mm, the above-mentioned cross-sectional dimension ratio (B / H) is set to 0.63 to 1.17.

したがって、本発明のダイレクトドライブモータに用いる複列玉軸受の断面寸法比(B2/H2)をこれらの単列玉軸受の断面寸法比(B/H)の最大値1.17と略同一、すなわち、1.2未満に設定することで、従来の標準単列玉軸受を2列配置したものに対し、置き換えることができる。例えば対象となる標準単列玉軸受の断面寸法比(B/H)が1.0であれば、本発明のダイレクトドライブモータに用いる複列玉軸受の断面寸法比(B2/H2)=1.0とすればよい。   Therefore, the cross-sectional dimension ratio (B2 / H2) of the double row ball bearing used in the direct drive motor of the present invention is substantially the same as the maximum value 1.17 of the cross-sectional dimension ratio (B / H) of these single-row ball bearings, By setting it to less than 1.2, it is possible to replace a conventional standard single row ball bearing with two rows. For example, if the cross-sectional dimension ratio (B / H) of the target standard single-row ball bearing is 1.0, the cross-sectional dimension ratio (B2 / H2) of the double-row ball bearing used in the direct drive motor of the present invention = 1. It may be 0.

ここで、図9及び図10はそれぞれ標準的に使用されている極薄肉玉軸受(軸受内径:φ38.1mm,軸受外径:φ47.625mm,軸受幅:4.762mm,前記断面寸法比(B/H)=1)を図13のように2個組合わせた断面(複列玉軸受に置き換えたとする)を基準とし、本発明のダイレクトドライブモータに用いる複列玉軸受の軸受外径及び軸受幅を変えずに、軸受内径を変化させた場合(即ち、(B2/H2)の値を変化させた場合)の内外輪リングの半径方向の変形特性(図14参照:内輪を例示)及び半径方向の断面2次モーメントI(図15参照:I=bh3 /12で計算)を比較した結果を示している。 Here, FIG. 9 and FIG. 10 are each a standard thin ball bearing (bearing inner diameter: φ38.1 mm, bearing outer diameter: φ47.625 mm, bearing width: 4.762 mm, cross-sectional dimension ratio (B / H) = 1) The outer diameter of the double row ball bearing used in the direct drive motor of the present invention and the bearing on the basis of a cross-section (assumed to be replaced with a double row ball bearing) as shown in FIG. Deformation characteristics in the radial direction of the inner and outer ring rings when the inner diameter of the bearing is changed without changing the width (that is, when the value of (B2 / H2) is changed) and the radius direction of the second moment I: shows the result of comparison (see FIG. 15 calculated as I = bh 3/12).

また、図11及び図12についてもそれぞれ標準的に使用されている極薄肉玉軸受(軸受内径:φ63.5mm,軸受外径:φ76.2mm,軸受幅:6.35mm,前記断面寸法比(B/H)=1)を同じく図13のように2個組み合わせた断面(複列玉軸受に置き換えたとする)を基準とし、本発明のダイレクトドライブモータに用いる複列玉軸受の軸受外径及び軸受幅を変えずに、軸受内径を変化させた場合(即ち、(B2/H2)の値を変化させた場合)の内外輪リングの半径方向の変形特性及び半径方向の断面2次モーメントIを比較した結果を示している。   11 and 12 are also used as standard thin ball bearings (bearing inner diameter: φ63.5 mm, bearing outer diameter: φ76.2 mm, bearing width: 6.35 mm, cross-sectional dimension ratio (B / H) = 1), the outer diameter of the double row ball bearing used in the direct drive motor of the present invention and the bearing on the basis of the cross section (assumed to be replaced with a double row ball bearing) in which two are combined as shown in FIG. Comparison of radial deformation characteristics and radial cross-section secondary moment I when inner diameter of bearing is changed without changing width (ie, when (B2 / H2) value is changed) Shows the results.

いずれの軸受も(B2/H2)=1.2未満で、剛性の増加率勾配の変化が顕著に出ている。すなわち、断面2次モーメントIの増加は顕著になり、半径方向の内外輪リングの変形量の減少は飽和状態となる。この効果は軸方向の略中央部で分割された内輪又は外輪についても同様である。
従って、本発明では、省スペース化を目的として使用された従来の極薄肉軸受で問題となる内外輪製作時の旋盤加工や研磨加工時の加工力による軸受変形を防止することができ、真円度や偏肉等の軸受精度を向上させることができる。
In any of the bearings, (B2 / H2) is less than 1.2, and the change in the rigidity increase rate gradient is noticeable. That is, the increase in the secondary moment I of the cross section becomes significant, and the decrease in the deformation amount of the inner and outer ring in the radial direction becomes saturated. This effect is the same for an inner ring or an outer ring divided at a substantially central portion in the axial direction.
Therefore, in the present invention, it is possible to prevent deformation of the bearing due to lathe processing during inner and outer ring production and processing force during polishing processing, which is a problem with conventional ultra-thin wall bearings used for the purpose of space saving. Bearing accuracy such as degree and uneven thickness can be improved.

また、軸やハウジングに組み込んだ場合(特に、軸やハウジングとすきま嵌合で組み込んだ場合)、内輪押えや外輪押え等で軸受を固定した時の内外輪の変形(特に真円度の悪化)を抑制することができると共に、変形によって生じるトルク不良や回転精度不良、あるいは、発熱増大、摩耗や焼付き等の不具合を防止することができる。
なお、単列玉軸受は、1列では、予圧をかけたりモーメント荷重を負荷することは困難であるが、複列玉軸受とすることで、ラジアル荷重、アキシアル荷重及びモーメント荷重を負荷することが可能となる。
Deformation of inner and outer rings when bearings are fixed with inner ring retainers and outer ring retainers (especially when they are assembled with a clearance fit with the shaft or housing). In addition, it is possible to prevent torque defects and rotational accuracy defects caused by deformation, or problems such as increased heat generation, wear and seizure.
In single row ball bearings, it is difficult to apply preload or moment load in a single row, but by using double row ball bearings, radial load, axial load and moment load can be applied. It becomes possible.

また、各玉が内外輪の軌道溝に対して常に安定した接触角で2点で接触するので、玉の大きな自動方向変化によって起こるスピンすべりの変化すなわちトルクの変動を抑制することができる。
更に、玉配列1列あたりの幅寸法が従来の標準単列玉軸受の約半分相当となることで、玉径も従来の玉軸受の半分程度となるが、逆に各列毎の玉数が増加し、軸受剛性は従来の玉軸受に対して増加する。
In addition, since each ball always contacts the inner and outer raceway grooves at two points with a stable contact angle, a change in spin slip, that is, a change in torque caused by a large automatic change in the direction of the ball can be suppressed.
Furthermore, since the width dimension per one row of the ball array is equivalent to about half of the conventional standard single row ball bearing, the ball diameter is also about half that of the conventional ball bearing. Increasing, the bearing stiffness is increased over conventional ball bearings.

図16は、各種軸受の計算モーメント剛性の比較である。同一サイズ(計算例は、軸受名番7906A(接触角30°)相当で、内外径寸法が同じ場合:内輪内径φ30mm、外輪外径φ47mm)では、請求項1に係るダイレクトドライブモータに用いる複列アンギュラ玉軸受(接触角30°:総玉軸受の計算例(幅は7906Aの2列組合せと同じ))で、且つ内外輪の軌道溝の曲率半径を変化させた本発明例A〜Eは、いずれも標準2列組合せアンギュラ玉軸受に比べてモーメント剛性が高くなっており、例えば本発明例Bは、従来の標準2列組合せアンギュラ玉軸受の1.9倍のモーメント剛性を保持させることが可能である。   FIG. 16 is a comparison of calculated moment stiffness of various bearings. For the same size (calculation example is equivalent to bearing name No. 7906A (contact angle 30 °) and the inner and outer diameter dimensions are the same: inner ring inner diameter φ30 mm, outer ring outer diameter φ47 mm), the double row used for the direct drive motor according to claim 1 Angular contact ball bearings (contact angle 30 °: calculation example of total ball bearing (the width is the same as the two-row combination of 7906A)), and the present invention examples A to E in which the radius of curvature of the raceway grooves of the inner and outer rings are changed, Both have higher moment stiffness than standard double-row combination angular contact ball bearings. For example, Example B of the present invention can maintain 1.9 times the moment stiffness of conventional standard 2-row combination angular contact ball bearings. It is.

なお、それぞれの設計予圧すき間は、本発明例A〜E、標準2列組合せアンギュラ玉軸受は−0.010mmと実用上の標準的な値として計算している。
また、本発明に係るダイレクトドライブモータに用いる幅狭複列玉軸受の適正な玉径は、シール等の装着有無により変化するが、剛性を増加させるため、極端に玉径を小さくすると、玉と内外輪の軌道溝との接触部間の面圧が増加し、耐圧痕性が低下する虞れがあるため、おおむね、軸受幅(B2)の15〜45%が望ましい。
Each design preload clearance is calculated as a practical standard value of -0.010 mm for the inventive examples A to E and the standard two-row combination angular contact ball bearing.
In addition, the appropriate ball diameter of the narrow double row ball bearing used in the direct drive motor according to the present invention varies depending on whether a seal or the like is mounted, but in order to increase rigidity, if the ball diameter is extremely reduced, Since the surface pressure between the contact portions of the inner and outer rings with the raceway grooves increases and the pressure scar resistance may be lowered, it is generally preferable to be 15 to 45% of the bearing width (B2).

更に、本発明のダイレクトドライブモータに用いる複列玉軸受を複列アンギュラ玉軸受とした場合、軸受の接触角は必要な剛性(例えば、モーメント剛性)及び要求トルクにより選ばれるが、おおむね10〜60°の範囲が望ましい。
更に、荷重の方向や大きさに合わせて、必要に応じて、各列毎の接触角を変えてもかまわない。
更には、内外輪の軌道溝の曲率半径は、要求される剛性やトルク特性に応じて、51〜60%Da(Da:玉径)、好ましくは52〜56%Da、より好ましくは52〜54%Da程度とする。また、内外輪のそれぞれの軌道溝曲率半径は同一でなくともよいし、各列毎で異なっていてもよい。
Further, when the double-row ball bearing used in the direct drive motor of the present invention is a double-row angular ball bearing, the contact angle of the bearing is selected depending on the required rigidity (for example, moment rigidity) and the required torque. A range of ° is desirable.
Furthermore, according to the direction and magnitude of the load, the contact angle for each row may be changed as necessary.
Furthermore, the radius of curvature of the raceway grooves of the inner and outer rings is 51 to 60% Da (Da: ball diameter), preferably 52 to 56% Da, more preferably 52 to 54, depending on required rigidity and torque characteristics. About% Da. Further, the radius of curvature of the raceway grooves of the inner and outer rings may not be the same or may be different for each row.

また、図5の複列玉軸受200では、内輪202を軸方向の略中央部で2つの分割内輪202dに分割し、2つの分割内輪202dには適正なすきま△を予め設定している。軸受を軸に挿入し、軸受ナット等を用いて内輪202を軸方向に固定すれば(つまり、すきま△をなくして2つの分割内輪202dどうしを密着させる)、予圧を付与することができる。なお、予圧量は予め設定するすきま△の大小で容易に調整することができる。すきまΔが0になるまで密着させなくても予圧を付加させることはできるが、予圧の変動が生じやすいので、すきまΔが0になるまで密着させるのが好ましい。   In the double row ball bearing 200 of FIG. 5, the inner ring 202 is divided into two divided inner rings 202d at a substantially central portion in the axial direction, and an appropriate clearance Δ is set in advance for the two divided inner rings 202d. If the bearing is inserted into the shaft and the inner ring 202 is fixed in the axial direction using a bearing nut or the like (that is, the gap Δ is eliminated and the two divided inner rings 202d are brought into close contact with each other), a preload can be applied. Note that the amount of preload can be easily adjusted with the preset clearance Δ. Although it is possible to add a preload without contact until the clearance Δ becomes zero, the preload is likely to fluctuate. Therefore, it is preferable that the contact is maintained until the clearance Δ becomes zero.

そして、複列玉軸受200を外輪回転の用途に適用した場合、回転軸側となる外輪201が一体構造となっているので、仮に外輪201がすきま嵌合でハウジング等に嵌合(内輪202は軸に対してすきま嵌合でも締め代嵌合でもいずれでも可)されたとしても、回転軸の振れ回りを小さくすることができ、組込容易性を保持したまま、回転軸の回転精度の高精度化が可能である。   When the double-row ball bearing 200 is applied to an outer ring rotating application, the outer ring 201 on the rotating shaft side has an integral structure, so the outer ring 201 is temporarily fitted into a housing or the like by clearance fitting (the inner ring 202 is Even if clearance fitting or tightening allowance fitting is possible on the shaft, the rotation of the rotating shaft can be reduced, and the rotational accuracy of the rotating shaft is high while maintaining ease of assembly. Accuracy can be achieved.

即ち、図17を参照して、内輪中心軸C1 に対して外輪中心軸C2 は相対的に傾くが、外輪201が一体構造であることから、外輪回転を伴うハウジング等の回転構造体に適用した場合、組込性を容易にすべくハウジングに軸受をすきま嵌合したとしても、2列の外輪軌道溝201a,201bの中心が組込み時にずれないので、外輪回転の場合においては、回転軸の振れ回りが発生しにくく回転精度が向上する。この場合、接触角はハの字形となるので、作用点間距離が長くなり、モーメント剛性も増加するメリットがある。なお、内輪回転の場合は、外輪中心軸C2 に対して内輪中心軸C1 は相対的に傾いており、回転によって振れ回り(籾摺り運動)が生じる。 That is, referring to FIG. 17, the outer ring center axis C 2 is inclined relative to the inner ring center axis C 1 , but the outer ring 201 is an integral structure. When applied, the center of the two outer ring raceway grooves 201a and 201b will not be displaced when assembled even if the bearing is clearance-fitted into the housing to facilitate the assembly. Rotation accuracy is improved. In this case, since the contact angle is a square shape, there is an advantage that the distance between the action points is increased and the moment rigidity is increased. In the case of inner ring rotation, the inner ring center axis C 1 is relatively inclined with respect to the outer ring center axis C 2 , and a whirling (sliding motion) occurs due to the rotation.

本発明によれば、回転ヘッドの回転軸を回転可能に支持する転がり軸受として、転動体が内輪の軌道溝と2点で接触すると共に外輪の軌道溝に2点で接触し、予圧が付与されて負すきまを有する4点接触玉軸受、若しくは軸方向断面幅B2と半径方向断面高さH2との断面寸法比(B2/H2)が(B2/H2)<1.2とされた複列玉軸受、又はクロスローラ軸受を用いることにより、転がり軸受と回転ヘッドとの間にモータ部が配置された構造であっても、軸受の必要なモーメント剛性を確保することができ、これにより、モータ部が急加速/急停止するステップ運動を繰り返しても軸受を中心とする回転方向の振れを抑制することができる。   According to the present invention, as a rolling bearing that rotatably supports the rotating shaft of the rotary head, the rolling element contacts the raceway groove of the inner ring at two points and contacts the raceway groove of the outer ring at two points, so that a preload is applied. Four-point contact ball bearings having negative clearance, or double row balls in which the cross-sectional dimension ratio (B2 / H2) between the axial cross-sectional width B2 and the radial cross-sectional height H2 is (B2 / H2) <1.2 By using a bearing or a cross roller bearing, the required moment rigidity of the bearing can be ensured even in a structure in which the motor unit is arranged between the rolling bearing and the rotary head. However, even if it repeats the step motion that suddenly accelerates / stops suddenly, it is possible to suppress the vibration in the rotational direction around the bearing.

以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施の形態であるダイレクトドライブモータの一部を切断した概略図、図2は図1のダイレクトドライブモータに組み込まれた負すきまを有する4点接触玉軸受の要部断面図、図3は本発明の第2の実施の形態であるダイレクトドライブモータの概略断面図、図4はモーメント剛性/イナーシャ(K/J)と固有振動数との関係を示すグラフ図、図5〜図7は転がり軸受の変形例を示す要部断面図、図8は本発明例と従来例におけるモーメント荷重と傾き角度との関係を示すグラフ図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view of a part of a direct drive motor according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram of a four-point contact ball bearing having a negative clearance incorporated in the direct drive motor of FIG. FIG. 3 is a schematic sectional view of a direct drive motor according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a graph showing the relationship between moment rigidity / inertia (K / J) and natural frequency. FIGS. 5 to 7 are cross-sectional views of the main parts showing modifications of the rolling bearing, and FIG. 8 is a graph showing the relationship between the moment load and the inclination angle in the present invention example and the conventional example.

本発明の第1の実施の形態であるダイレクトドライブモータ10はアウターロータ型のもので、図1に示すように、筒状のハウジング(回転軸)11の端部にねじ16等を介して取り付けられた回転ヘッド17と、ハウジング11の内径面と該ハウジング11に同心に内挿された中空状の固定軸(軸部)19の外径面との間に組み込まれてハウジング11を回転可能に支持する転がり軸受20と、ハウジング11に駆動力を付与するモータ部18とを備えており、転がり軸受20と回転ヘッド17との間にモータ部18が配置されて、ハウジング11が片持ち支持構造とされている。   The direct drive motor 10 according to the first embodiment of the present invention is of an outer rotor type, and is attached to the end of a cylindrical housing (rotating shaft) 11 via a screw 16 or the like as shown in FIG. The housing 11 can be rotated by being incorporated between the rotary head 17 and the inner surface of the housing 11 and the outer surface of the hollow fixed shaft (shaft portion) 19 concentrically inserted in the housing 11. A rolling bearing 20 to be supported and a motor part 18 for applying a driving force to the housing 11 are provided. The motor part 18 is disposed between the rolling bearing 20 and the rotary head 17 so that the housing 11 is cantilevered. It is said that.

モータ部18は、ハウジング11の内径部に取り付けられたロータ11aと、固定軸19の外径部に前記ロータ11aに径方向に対向して取り付けられたステータ13とを備えており、ハウジング11の回転ヘッド17から離間する側の軸方向端部にはパルサーリング14が該ハウジング11と一体回転可能に取り付けられ、固定軸19の同側の軸方向端部にはパルサーリング14の凹凸を検出する位置検出器15が固定されている。   The motor unit 18 includes a rotor 11 a attached to the inner diameter portion of the housing 11, and a stator 13 attached to the outer diameter portion of the fixed shaft 19 so as to face the rotor 11 a in the radial direction. A pulsar ring 14 is attached to an axial end portion on the side away from the rotary head 17 so as to be integrally rotatable with the housing 11, and an unevenness of the pulsar ring 14 is detected at an axial end portion on the same side of the fixed shaft 19. The position detector 15 is fixed.

そして、ステータ13のコイル12に通電することにより、ハウジング11が回転ヘッド17及びパルサーリング14と一体に回転し、該回転時にパルサーリング14の凹凸を位置検出器15によって検出することで、該検出信号に基づいて制御装置がモータ駆動回路(共に図示せず)を制御し、これにより、回転速度制御や位置決め制御が行われる。   When the coil 12 of the stator 13 is energized, the housing 11 rotates integrally with the rotary head 17 and the pulsar ring 14, and the unevenness of the pulsar ring 14 is detected by the position detector 15 during the rotation. Based on the signal, the control device controls a motor drive circuit (both not shown), whereby rotational speed control and positioning control are performed.

ここで、この実施の形態では、ダイレクトドライブモータ10のハウジング11の内径面と固定軸19の外径面との間に組み込まれる転がり軸受20として、図2に示すように、ハウジング11に内嵌された外輪21と、固定軸19に外嵌された内輪22と、外輪21と内輪22との間に保持器23を介して周方向に転動可能に複数配置された転動体としての玉24と、外輪21の軸方向の両端部に装着されたシール部材25とを備え、玉24が内輪22の軌道溝22aと2点で接触すると共に外輪21の軌道溝21aに2点で接触し、予圧が付与されて負すきまを有する4点接触玉軸受を用いている。   Here, in this embodiment, the rolling bearing 20 incorporated between the inner diameter surface of the housing 11 of the direct drive motor 10 and the outer diameter surface of the fixed shaft 19 is fitted into the housing 11 as shown in FIG. The outer ring 21, the inner ring 22 fitted on the fixed shaft 19, and a ball 24 as a rolling element arranged between the outer ring 21 and the inner ring 22 via a cage 23 so as to be able to roll in the circumferential direction. And a seal member 25 mounted on both ends of the outer ring 21 in the axial direction, the ball 24 contacts the raceway groove 22a of the inner ring 22 at two points and contacts the raceway groove 21a of the outer ring 21 at two points. A four-point contact ball bearing with a preload and a negative clearance is used.

また、この4点接触玉軸受20のモーメント剛性K(Nm/rad)と該4点接触玉軸受20を中心とするハウジング11及び回転ヘッド17のイナーシャJ(Nm-2)との関係を、200≦1/2π・(K/J)1/2 ≦1000、好ましくは500≦1/2π・(K/J)1/2 ≦800としている。
即ち、この実施の形態では、K/J=1500000〜40000000(好ましくは10000000〜25000000)、モーメント剛性Kを30000〜800000Nm/rad(好ましくは200000〜500000Nm/rad)とすることにより、固有振動数を200〜1000Hz(好ましくは500〜800Hz)としている。
Further, the relationship between the moment rigidity K (Nm / rad) of the four-point contact ball bearing 20 and the inertia J (Nm −2 ) of the housing 11 and the rotary head 17 centering on the four-point contact ball bearing 20 is expressed as 200. ≦ 1 / 2π · (K / J) 1/2 ≦ 1000, preferably 500 ≦ 1 / 2π · (K / J) 1/2 ≦ 800.
That is, in this embodiment, by setting K / J = 150,000 to 40000000 (preferably 1000000 to 25000000) and moment stiffness K to 30000 to 800000 Nm / rad (preferably 200000 to 500000 Nm / rad), the natural frequency is set. 200 to 1000 Hz (preferably 500 to 800 Hz).

そして、固有振動数が200Hzとなるようなモーメント剛性が得られるように、軸受予圧を与えることにより、軸受を中心とする回転方向の共振を抑制することができる。また、軸受予圧が過剰とならないように、固有振動数を1000Hz以下とすることにより、発熱、寿命の低下、動トルクが大きくなることによる製造効率の低下等の問題が生じないようにすることができる。   Then, by applying the bearing preload so that the moment rigidity such that the natural frequency becomes 200 Hz can be obtained, resonance in the rotational direction around the bearing can be suppressed. Further, by setting the natural frequency to 1000 Hz or less so that the bearing preload does not become excessive, problems such as heat generation, a decrease in life, and a decrease in manufacturing efficiency due to an increase in dynamic torque can be prevented. it can.

このようにこの実施の形態では、ダイレクトドライブモータ10の回転支持部に用いられる転がり軸受として、玉24が内輪22の軌道溝22aと2点で接触すると共に外輪21の軌道溝21aに2点で接触し、予圧が付与されて負すきまを有する4点接触玉軸受20を用いているので、正のすきまを有する4点接触玉軸受を用いる場合よりも剛性が大きくなる。   As described above, in this embodiment, as a rolling bearing used for the rotation support portion of the direct drive motor 10, the ball 24 contacts the raceway groove 22a of the inner ring 22 at two points and the raceway groove 21a of the outer ring 21 at two points. Since the four-point contact ball bearing 20 that is in contact and is preloaded and has a negative clearance is used, the rigidity is greater than when a four-point contact ball bearing having a positive clearance is used.

これにより、4点接触玉軸受20と回転ヘッド17との間にモータ部18が配置された構造であっても、軸受の必要なモーメント剛性を確保することができるので、モータ部18が急加速/急停止するステップ運動を繰り返しても軸受を中心とする回転方向の振れを抑制することができ、また、この4点接触玉軸受20のモーメント剛性K(Nm/rad)と該4点接触玉軸受20を中心とするハウジング11及び回転ヘッド17のイナーシャJ(Nm-2)との関係を、200≦1/2π・(K/J)1/2 ≦1000、好ましくは500≦1/2π・(K/J)1/2 ≦800とすることにより、軸受を中心とする回転方向の共振を抑制することができると共に、軸受予圧が過剰とならないようにして発熱、寿命の低下、動トルクが大きくなることによる製造効率の低下等の問題が生じないようにすることができる。 As a result, even if the motor unit 18 is arranged between the four-point contact ball bearing 20 and the rotary head 17, the required moment rigidity of the bearing can be ensured, so that the motor unit 18 is accelerated rapidly. / Even if the stepping motion to stop suddenly is repeated, it is possible to suppress the vibration in the rotational direction around the bearing, and the moment stiffness K (Nm / rad) of the four-point contact ball bearing 20 and the four-point contact ball The relationship between the housing 11 centering on the bearing 20 and the inertia J (Nm −2 ) of the rotary head 17 is 200 ≦ 1 / 2π · (K / J) 1/2 ≦ 1000, preferably 500 ≦ 1 / 2π ·. By setting (K / J) 1/2 ≦ 800, resonance in the rotational direction around the bearing can be suppressed, and heat generation, life reduction, and dynamic torque can be reduced without excessive bearing preload. Get bigger It is possible to ensure problem such as reduction in manufacturing efficiency by.

図3に示す本発明の第2の実施の形態であるダイレクトドライブモータ30はインナーロータ型のもので、中空状の軸部(回転軸)31の端部にねじ(図示せず)等を介して取り付けられた回転ヘッド37と、軸部31の外径面と該軸部31に同心に外挿された筒状の固定ハウジング39の内径面との間に組み込まれて軸部31を回転可能に支持する転がり軸受40と、軸部31に駆動力を付与するモータ部38とを備えており、転がり軸受40と回転ヘッド37との間にモータ部38が配置されて、軸部31が片持ち支持構造とされている。なお、軸部31を中空状としているのは、回転ヘッド37に取り付けられるノズル(図示せず)を制御するための装置を組み込むためである。   A direct drive motor 30 according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 3 is of an inner rotor type, and a hollow shaft portion (rotating shaft) 31 is connected to an end portion thereof via a screw (not shown). The shaft 31 can be rotated by being incorporated between the rotating head 37 attached to the shaft and the outer diameter surface of the shaft portion 31 and the inner diameter surface of the cylindrical fixed housing 39 concentrically inserted on the shaft portion 31. And a motor part 38 for applying a driving force to the shaft part 31. The motor part 38 is disposed between the rolling bearing 40 and the rotary head 37 so that the shaft part 31 is a single piece. It has a supporting structure. The reason why the shaft portion 31 is hollow is to incorporate a device for controlling a nozzle (not shown) attached to the rotary head 37.

モータ部38は、軸部31の外径部に取り付けられたロータ(図示せず)と、固定ハウジング39の内径部に前記ロータに径方向に対向して取り付けられたステータ(図示せず)とを備えており、軸部31の回転ヘッド37から離間する側の軸方向端部にはパルサーリング(図示せず)が該軸部31と一体回転可能に取り付けられ、固定ハウジング39の同側の軸方向端部にはパルサーリングの凹凸を検出する位置検出器(図示せず)が固定されている。   The motor portion 38 includes a rotor (not shown) attached to the outer diameter portion of the shaft portion 31 and a stator (not shown) attached to the inner diameter portion of the fixed housing 39 so as to face the rotor in the radial direction. A pulsar ring (not shown) is attached to the axial end of the shaft portion 31 on the side away from the rotary head 37 so as to be rotatable integrally with the shaft portion 31, and on the same side of the fixed housing 39. A position detector (not shown) for detecting unevenness of the pulsar ring is fixed to the end in the axial direction.

そして、ステータのコイルに通電することにより、軸部31が回転ヘッド37及びパルサーリングと一体に回転し、該回転時にパルサーリングの凹凸を位置検出器によって検出することで、該検出信号に基づいて制御装置がモータ駆動回路(共に図示せず)を制御し、これにより、回転速度制御や位置決め制御が行われる。
ここで、この実施の形態では、ダイレクトドライブモータ30の軸部31の外径面と固定ハウジング39の内径面との間に組み込まれる転がり軸受40として、上記第1の実施の形態と同様に、予圧が付与されて負すきまを有する4点接触玉軸受を用いている(図2参照)。
また、この4点接触玉軸受40のモーメント剛性K(Nm/rad)と該4点接触玉軸受40を中心とする軸部31及び回転ヘッド37のイナーシャJ(Nm-2)との関係を、200≦1/2π・(K/J)1/2 ≦1000、好ましくは500≦1/2π・(K/J)1/2 ≦800としている。
Then, by energizing the coil of the stator, the shaft portion 31 rotates integrally with the rotary head 37 and the pulsar ring, and the unevenness of the pulsar ring is detected by the position detector at the time of the rotation. The control device controls a motor drive circuit (both not shown), thereby performing rotation speed control and positioning control.
Here, in this embodiment, as the rolling bearing 40 incorporated between the outer diameter surface of the shaft portion 31 of the direct drive motor 30 and the inner diameter surface of the fixed housing 39, as in the first embodiment, A four-point contact ball bearing with a preload and a negative clearance is used (see FIG. 2).
Further, the relationship between the moment stiffness K (Nm / rad) of the four-point contact ball bearing 40 and the inertia J (Nm −2 ) of the shaft portion 31 and the rotary head 37 around the four-point contact ball bearing 40 is expressed as follows: 200 ≦ 1 / 2π · (K / J) 1/2 ≦ 1000, preferably 500 ≦ 1 / 2π · (K / J) 1/2 ≦ 800.

図4は、図3の構造のダイレクトドライブモータにおいて、転がり軸受のモーメント方向の固有振動数とモーメント剛性との関係を示したものである。図4において、破線はf=1/2π・(K/J)1/2 、実線は有限要素法による計算結果である。ここで、回転ヘッド37の外径:130mm、軸部31の肉厚:35mm、回転ヘッド37の質量:4.5kgで、軸受中心の軸部31及び回転ヘッド37のイナーシャJ:0.02Nm-2とした場合、1つの軸受での必要なモーメント剛性を有し、低トルクを実現するためには、4点接触玉軸受40において、K/J=1500000〜40000000(好ましくは10000000〜25000000)、モーメント剛性Kを30000〜800000Nm/rad(好ましくは200000〜500000Nm/rad)とすることにより、固有振動数を200〜1000Hz(好ましくは500〜800Hz)とする。 FIG. 4 shows the relationship between the natural frequency in the moment direction of the rolling bearing and the moment stiffness in the direct drive motor having the structure shown in FIG. In FIG. 4, the broken line is f = 1 / 2π · (K / J) 1/2 , and the solid line is the calculation result by the finite element method. Here, the outer diameter of the rotary head 37 is 130 mm, the thickness of the shaft portion 31 is 35 mm, the mass of the rotary head 37 is 4.5 kg, and the inertia J of the shaft portion 31 and the rotary head 37 at the bearing center is 0.02 Nm −. In order to achieve the required moment rigidity with a single bearing and to achieve low torque, in the four-point contact ball bearing 40, K / J = 15000000 to 40000000 (preferably 10000000 to 25000000), By setting the moment stiffness K to 30000-800000 Nm / rad (preferably 200000-500000 Nm / rad), the natural frequency is set to 200-1000 Hz (preferably 500-800 Hz).

そして、固有振動数が200Hzとなるようなモーメント剛性が得られるように、軸受予圧を与えることにより、共振を抑制することができる。また、軸受予圧が過剰とならないように、固有振動数が1000Hz以下とすることにより、発熱、寿命の低下、動トルクが大きくなることによる製造効率の低下等の問題が生じないようにすることができる。その他の作用効果は上記第1の実施の形態と同様である。   And resonance can be suppressed by giving bearing preload so that moment rigidity that natural frequency may be set to 200 Hz is obtained. Further, by setting the natural frequency to 1000 Hz or less so that the bearing preload does not become excessive, problems such as heat generation, a decrease in life, and a decrease in manufacturing efficiency due to an increase in dynamic torque can be prevented. it can. Other functions and effects are the same as those of the first embodiment.

なお、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記各実施の形態では、ダイレクトドライブモータの回転軸を支持する転がり軸受として、予圧が付与されて負すきまを有する4点接触玉軸受を例示したが、これに代えて、図5及び図6に示す複列玉軸受や図7に示すクロスローラ軸受を用いても同様の作用効果を得ることができる。この場合、いずれの軸受も、この転がり軸受のモーメント剛性K(Nm/rad)と該転がり軸受を中心とする回転軸及び回転ヘッドのイナーシャJ(Nm-2)との関係は、200≦1/2π・(K/J)1/2 ≦1000、好ましくは500≦1/2π・(K/J)1/2 ≦800とされている。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.
For example, in each of the embodiments described above, a four-point contact ball bearing having a negative clearance and a preload is given as an example of a rolling bearing that supports the rotating shaft of a direct drive motor. Similar effects can be obtained by using the double row ball bearing shown in FIG. 6 or the cross roller bearing shown in FIG. In this case, in any bearing, the relationship between the moment stiffness K (Nm / rad) of the rolling bearing and the inertia J (Nm −2 ) of the rotating shaft and the rotating head around the rolling bearing is 200 ≦ 1 / 2π · (K / J) 1/2 ≦ 1000, preferably 500 ≦ 1 / 2π · (K / J) 1/2 ≦ 800.

まず、複列玉軸受について説明すると、この複列玉軸受は、図5に示すように、外輪201の複列軌道溝201a,201bと内輪202の複列軌道溝202a,202bとの間に多数の玉203が転動自在に配設された複列アンギュラ玉軸受200とされており、軸方向断面幅B2と半径方向断面高さH2(=(外輪外径D2−内輪内径d2)/2)との断面寸法比(B2/H2)が(B2/H2)<1.2とされ、且つ内輪202が軸方向の略中央部で2つの分割内輪202dに分割されている。   First, the double row ball bearing will be described. As shown in FIG. 5, there are many double row ball bearings between the double row raceway grooves 201a and 201b of the outer ring 201 and the double row raceway grooves 202a and 202b of the inner ring 202. The ball 203 is a double row angular contact ball bearing 200 in which the ball 203 is rotatably arranged, and the axial sectional width B2 and the radial sectional height H2 (= (outer ring outer diameter D2-inner ring inner diameter d2) / 2). (B2 / H2) <1.2, and the inner ring 202 is divided into two divided inner rings 202d at a substantially central portion in the axial direction.

2つの分割内輪202dには、上述したように、適正なすきま△を予め設定している。従って、軸受を軸に挿入し、軸受ナット等を用いて内輪202を軸方向に固定すれば(つまり、すきま△をなくして2つの分割内輪202dどうしを密着させる)、予圧を付与することができる。なお、予圧量は予め設定するすきま△寸法の大小で容易に調整することができる。すきまΔが0になるまで密着させなくても予圧を付加させることはできるが、予圧の変動が生じやすいので、すきまΔが0になるまで密着させるのが好ましい。   As described above, an appropriate clearance Δ is set in advance for the two divided inner rings 202d. Therefore, if the bearing is inserted into the shaft and the inner ring 202 is fixed in the axial direction using a bearing nut or the like (that is, the gap Δ is eliminated and the two divided inner rings 202d are brought into close contact with each other), a preload can be applied. . Note that the preload amount can be easily adjusted by setting the size of the clearance Δ set in advance. Although it is possible to add a preload without contact until the clearance Δ becomes zero, the preload is likely to fluctuate. Therefore, it is preferable that the contact is maintained until the clearance Δ becomes zero.

また、内輪202を軸方向の略中央部で2つの分割内輪202dに分割しているため、図17に示すように、外輪回転を伴う回転構造体に適用した場合、内輪中心軸C1 に対して外輪中心軸C2 は相対的に傾くが、外輪201が一体構造であることから、組込性を容易にすべくハウジングに軸受をすきま嵌合したとしても、2列の外輪軌道溝201a,201bの中心が組込み時にずれないので、外輪回転の場合においては、回転軸の振れ回りが発生しにくく回転精度が向上する。因みに複列アンギュラ玉軸受200の接触角は例えば30°としている。 Further, since the inner ring 202 is divided into two divided inner rings 202d at a substantially central portion in the axial direction, as shown in FIG. 17, when applied to a rotating structure with outer ring rotation, with respect to the inner ring central axis C 1 Although the outer ring central axis C 2 is relatively inclined, since the outer ring 201 has a one-piece structure, even if the bearing is loosely fitted to the housing for easy assembly, two rows of outer ring raceway grooves 201a, Since the center of 201b does not shift at the time of assembling, in the case of outer ring rotation, it is difficult for the rotating shaft to swing around and the rotation accuracy is improved. Incidentally, the contact angle of the double-row angular contact ball bearing 200 is, for example, 30 °.

また、本実施形態では、玉203のピッチ円直径は次式(1)のとおりとしているが、軸受1列あたりの玉数を増やして更にモーメント剛性を増加させたい場合は、次式(2)を採用して、玉203のピッチ円直径を外輪側にずらして図6に示す構造としてもよいし、必要に応じて次式(3)を採用して逆に玉203のピツチ円直径を内輪202側にずらしてもよい(図示せず)。
玉のピッチ円直径=(内輪内径+外輪外径)/2 …(1)
玉のピッチ円直径>(内輪内径+外輪外径)/2 …(2)
玉のピッチ円直径<(内輪内径+外輪外径)/2 …(3)
また、必要に応じて、左右の各列の玉ピッチ円直径を同―値とせずともよいし、左右の各列の玉203の直径を同一値としなくてもよい。
In this embodiment, the pitch circle diameter of the balls 203 is as shown in the following formula (1). However, when it is desired to further increase the moment rigidity by increasing the number of balls per row of the bearing, the following formula (2) is used. 6 and the pitch circle diameter of the balls 203 may be shifted to the outer ring side to form the structure shown in FIG. 6, or the following equation (3) may be adopted as necessary to change the pitch circle diameter of the balls 203 to the inner ring. You may shift to 202 side (not shown).
Ball pitch circle diameter = (inner ring inner diameter + outer ring outer diameter) / 2 (1)
Ball pitch circle diameter> (inner ring inner diameter + outer ring outer diameter) / 2 (2)
Ball pitch circle diameter <(inner ring inner diameter + outer ring outer diameter) / 2 (3)
Further, if necessary, the ball pitch circle diameters of the left and right rows may not be the same value, and the diameters of the balls 203 of the left and right rows may not be the same value.

図7はクロスローラ軸受の一例を示したものであり、このクロスローラ軸受50は、分割外輪1をリベットやボルト等の締結部材2で締結した外輪3と一体型の内輪4との間に円筒状の多数のころ5が転動自在に配設され、外輪3の軸方向の両端部にシール部材6が装着されている。
図8は、本発明例1として、図2と同一構造の予圧タイプの負すきまを有する4点接触玉軸受を用い、本発明例2として、図7と同一構造のクロスローラ軸受を用い、従来例として、図2と同一構造で正すきまを有する4点接触玉軸受を用い、それぞれの軸受のモーメント荷重と傾き角度との関係(剛性の比較)を調査した結果を示したものである。なお、本発明例1,2及び従来例はいずれも軸受サイズは同一(外径φ180mm、内径φ120mm、幅25mm)とした。
FIG. 7 shows an example of a cross roller bearing, and this cross roller bearing 50 is a cylinder between an outer ring 3 in which a split outer ring 1 is fastened by a fastening member 2 such as a rivet or a bolt and an integral inner ring 4. A large number of rollers 5 are rotatably arranged, and seal members 6 are attached to both ends of the outer ring 3 in the axial direction.
8 uses a four-point contact ball bearing having a preload type negative clearance having the same structure as in FIG. 2 as Example 1 of the present invention, and a cross roller bearing having the same structure as in FIG. 7 as Example 2 of the present invention. As an example, a four-point contact ball bearing having the same structure as that in FIG. 2 and having a positive clearance is used, and the result of investigating the relationship between the moment load and the inclination angle of each bearing (comparison of rigidity) is shown. The invention examples 1 and 2 and the conventional example have the same bearing size (outer diameter φ180 mm, inner diameter φ120 mm, width 25 mm).

図8から明らかなように、本発明例1,2は軸受サイズが同じであれば従来例の正すきまを有する4点接触玉軸受よりも大きな剛性が得られることが判る。
なお、ダイレクトドライブモータの構造や寸法等については、転がり軸受以外は周知の種々の構造や寸法のものを用いることができ、転がり軸受についても、内外輪、玉、保持器及びシール部材等の材質や形状は特に限定されない。
As is clear from FIG. 8, it can be seen that the present invention examples 1 and 2 can obtain higher rigidity than the conventional four-point contact ball bearing having the same normal clearance if the bearing sizes are the same.
As for the structure and dimensions of the direct drive motor, those of various known structures and dimensions other than the rolling bearing can be used, and the materials for the inner and outer rings, balls, cages, seal members, etc. can also be used for the rolling bearing. The shape is not particularly limited.

本発明の第1の実施の形態であるダイレクトドライブモータの一部を切断した概略図である。It is the schematic which cut | disconnected a part of direct drive motor which is the 1st Embodiment of this invention. 図1のダイレクトドライブモータに組み込まれた負すきまを有する4点接触玉軸受の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the 4-point contact ball bearing which has the negative clearance integrated in the direct drive motor of FIG. 本発明の第2の実施の形態であるダイレクトドライブモータの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the direct drive motor which is the 2nd Embodiment of this invention. モーメント剛性/イナーシャ(K/J)と固有振動数との関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between moment rigidity / inertia (K / J) and a natural frequency. 転がり軸受の変形例である複列玉軸受を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the double row ball bearing which is a modification of a rolling bearing. 転がり軸受の変形例である複列玉軸受を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the double row ball bearing which is a modification of a rolling bearing. 転がり軸受の変形例であるクロスローラ軸受を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the cross roller bearing which is a modification of a rolling bearing. 本発明例と従来例におけるモーメント荷重と傾き角度との関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between the moment load and inclination angle in the example of the present invention and a conventional example. 断面寸法比(B2/H2)と半径方向の内外輪の変形量との関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between a cross-sectional dimension ratio (B2 / H2) and the deformation amount of the inner and outer rings in the radial direction. 断面寸法比(B2/H2)と断面2次モーメントIとの関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between a cross-sectional dimension ratio (B2 / H2) and a cross-sectional secondary moment I. 断面寸法比(B2/H2)と半径方向の内外輪の変形量との関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between a cross-sectional dimension ratio (B2 / H2) and the deformation amount of the inner and outer rings in the radial direction. 断面寸法比(B2/H2)と断面2次モーメントIとの関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between a cross-sectional dimension ratio (B2 / H2) and a cross-sectional secondary moment I. 2列の標準極薄肉単列玉軸受を本発明のダイレクトドライブモータに用いる複列玉軸受に置き換えた場合を説明するための要部断面図である。It is principal part sectional drawing for demonstrating the case where the double row | line standard ultra-thin-wall single row ball bearing is replaced with the double row ball bearing used for the direct drive motor of this invention. 内輪の半径方向の変形量を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the deformation amount of the radial direction of an inner ring | wheel. 内輪の断面2次モーメントの計算方法を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the calculation method of the cross-sectional secondary moment of an inner ring | wheel. 各種軸受での計算モーメント剛性の比較を示すグラフ図である。It is a graph which shows the comparison of the calculated moment rigidity in various bearings. 内輪分割の場合の作用効果を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the effect in the case of inner ring | wheel division | segmentation.

符号の説明Explanation of symbols

10 ダイレクトドライブモータ
11 ハウジング(回転軸)
17 回転ヘッド
18 モータ部
20 4点接触玉軸受(転がり軸受)
21 外輪
21a 外輪軌道溝
22 内輪
22a 内輪軌道溝
24 玉(転動体)
30 ダイレクトドライブモータ
31 軸部(回転軸)
37 回転ヘッド
38 モータ部
40 4点接触玉軸受(転がり軸受)
50 クロスローラ軸受(転がり軸受)
200 複列玉軸受(転がり軸受)
10 Direct drive motor 11 Housing (rotating shaft)
17 Rotating head 18 Motor unit 20 Four-point contact ball bearing (rolling bearing)
21 Outer ring 21a Outer ring raceway groove 22 Inner ring 22a Inner ring raceway groove 24 Ball (rolling element)
30 Direct drive motor 31 Shaft (Rotating shaft)
37 Rotating head 38 Motor unit 40 Four-point contact ball bearing (rolling bearing)
50 Crossed roller bearings (rolling bearings)
200 Double-row ball bearings (rolling bearings)

Claims (5)

回転軸の先端に設けられた回転ヘッドと、該回転軸を回転可能に支持する転がり軸受と、前記回転軸に駆動力を付与するモータ部とを備え、前記転がり軸受と前記回転ヘッドとの間に前記モータ部が配置され、前記回転軸が片持ち支持構造とされたダイレクトドライブモータであって、
前記転がり軸受として、転動体が内輪の軌道溝と2点で接触すると共に外輪の軌道溝に2点で接触し、予圧が付与されて負すきまを有する4点接触玉軸受、若しくは軸方向断面幅B2と半径方向断面高さH2との断面寸法比(B2/H2)が(B2/H2)<1.2とされた複列玉軸受、又はクロスローラ軸受を用いたことを特徴とするダイレクトドライブモータ。
A rotary head provided at the tip of the rotary shaft, a rolling bearing that rotatably supports the rotary shaft, and a motor unit that applies a driving force to the rotary shaft, and between the rolling bearing and the rotary head A direct drive motor in which the motor unit is disposed and the rotating shaft has a cantilever support structure,
As the rolling bearing, a rolling element comes into contact with the raceway groove of the inner ring at two points and contacts with the raceway groove of the outer ring at two points, and a preload is applied and a negative clearance is provided. A direct drive characterized by using a double-row ball bearing or a cross roller bearing in which the sectional dimension ratio (B2 / H2) between B2 and the radial sectional height H2 is (B2 / H2) <1.2. motor.
ハウジングに前記転がり軸受の外輪が内嵌されると共に、軸部に該転がり軸受の内輪が外嵌され、且つ前記回転軸が前記ハウジング又は前記軸部とされたことを特徴とする請求項1に記載したダイレクトドライブモータ。   2. The outer ring of the rolling bearing is fitted in a housing, the inner ring of the rolling bearing is fitted in a shaft portion, and the rotating shaft is the housing or the shaft portion. Direct drive motor described. 前記軸部が中空状であることを特徴とする請求項2に記載したダイレクトドライブモータ。   The direct drive motor according to claim 2, wherein the shaft portion is hollow. 前記転がり軸受のモーメント剛性K(Nm/rad)と該転がり軸受を中心とする前記回転軸及び前記回転ヘッドのイナーシャJ(Nm-2)との関係が、200≦1/2π・(K/J)1/2 ≦1000であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載したダイレクトドライブモータ。 The relationship between the moment stiffness K (Nm / rad) of the rolling bearing and the inertia J (Nm −2 ) of the rotating shaft and the rotating head around the rolling bearing is 200 ≦ 1 / 2π · (K / J The direct drive motor according to claim 1, wherein 1/2 ≦ 1000. 前記転がり軸受のモーメント剛性K(Nm/rad)と該転がり軸受を中心とする前記回転軸及び前記回転ヘッドのイナーシャJ(Nm-2)との関係が、500≦1/2π・(K/J)1/2 ≦800であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載したダイレクトドライブモータ。 The relationship between the moment stiffness K (Nm / rad) of the rolling bearing and the inertia J (Nm −2 ) of the rotary shaft and the rotary head around the rolling bearing is 500 ≦ 1 / 2π · (K / J The direct drive motor according to claim 1, wherein 1/2 ≦ 800.
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