JP2584982B2 - ボ−ルねじ付中空軸モ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、回転駆動部材としてのモータに係り、特
に、ボールねじを付加することにより微動及び早送り動
作を行なう際に有用な新しいタイプのボールねじ付中空
軸モータに関する。

［従来の技術］ 一般に、従来のモータは所定の回転数で回転する回転
シャフトを有しているが、この回転シャフトは軸方向に
沿って進退動するようにはなっていなかった。従って、
この種のモータを用いて被移動部材を適宜進退動させる
には、例えばボールねじユニットを用いる等して、モー
タの回転運動を被移動部材の直線往復運動に変換するこ
とが必要になる。

従来のボールねじユニットとしては、例えば第３図に
示すように、ボールねじ軸１にナット２を多数のボール
３を介して螺合させ、枠体を兼ねる一対のベアリング部
材４で上記ナット２を回転可能に支持し、一方のベアリ
ング部材４の外輪５に固定用のフランジ６を形成すると
共に、上記ナット２の外周面一側に回転力伝達用のギア
７を形成したものがある。それゆえ、このボールねじユ
ニットを用いれば、第４図に示すような移動テーブル装
置を構成することが可能になる。同図において、移動テ
ーブル装置は、固定台11の上に可動テーブル12を図示外
のガイド機構を介して進退可能に配設し、上記ボールね
じ軸１の両端部分を固定台11上の軸受部材13に軸支し、
このボールねじ軸１の一端側を一方の駆動モータ14のシ
ャフトに連結すると共に、上記可動テーブル12側に他方
の駆動モータ15を固定設置すると共に、この駆動モータ
15のシャフトと上記ナット２のギア７とを伝達ギア16を
介して連結したものである。

このタイプによれば、上記各駆動モータ14、15の回転
数及び回転方向を適宜選択制御して、上記可動テーブル
12を微動若しくは早送りすることができるのである。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、このような従来の移動テーブル装置等
にあっては、ボールねじユニットのナット２の回転中心
と上記駆動モータ15の回転中心とが偏位配置されている
ので、必然的に駆動モータ15からナット２へ回転力が伝
達される過程において、ギア７部分の遊び等に基づきナ
ット２の回転精度がばらついてしまい、その分、ナット
２の回転動作が不安定なものになり易い。この場合、可
動テーブル12の送り精度を正確にすることが困難になっ
てしまい、微動及び早送りを高精度に行なうことができ
ないという問題が生ずるのである。

このような問題を解決するために、例えば第５図に示
すように、一方の駆動モータ15のシャフト15aを中空状
に形成し、このシャフト15a端部を上記ナット２の一側
面にカップリング連結すると共に、上記シャフト15aの
中空部15b内にボールねじ軸１を貫通配置するようにし
たものが考えられる。しかしながら、このタイプにあっ
ても、上記シャフト15aとナット２とを連結する際に芯
ずれする虞れがあるため、微動及び早送りを高精度に行
なう手段としては不十分であるばかりか、このタイプの
みならず上述したものにあっても、一対の駆動モータ1
4、15の他にボールねじユニットを別途用いなければな
らないので、部品点数が増加する分、必然的に装置コス
トが嵩むという基本的な問題を有している。

［問題点を解決するための手段］ この発明は、以上の問題点に着目して為されたもので
あって、ボールねじユニットを別途用いることなく、し
かも、モータの発熱による影響を最小限に抑えて、被移
動部材の微動及び早送り動作を高精度に行うことが可能
なボールねじ付中空軸モータを提供するものである。

すなわち、この発明は、モータハウジングと、このモ
ータハウジング内に設けられたステータコアと、このス
テータコアに対して回転可能に配設されたロータコア
と、このロータコアの内側に装着されてモータシャフト
の一部を構成すると共にその両端に設けられたアンギュ
ラコンタクトベアリングを介して上記モータハウジング
に回転可能に支持され、上記ロータコアの回転に追従し
て回転するナット部材と、このナット部材を貫通してモ
ータシャフトの一部を構成すると共にナット部材に多数
のボールを介して螺合し、少なくともその一端には他の
回転駆動部材に連結されるべき連結部を有するボールね
じ軸部材とを備え、上記ナット部材の軸方向に沿った互
いに接近する方向へ弾性付勢力が作用する一対のスプリ
ング部材を介して上記一対のアンギュラコンタクトベア
リングをモータハウジングに取付けるようにしたもので
ある。

このような技術的手段において、適用されるモータと
してはステップモータ、サーボモータ等適宜選択して差
支えない。また、上記モータの基本的構成についても適
宜設計変更して差支えないが、モータのシャフト部分の
回転精度を良好に保つには、モータハウジングに対して
上記ナット部材を一対のアンギュラコンタクトベアリン
グで支承し、ナット部材へ作用するスラスト及びラジア
ル方向の荷重を支承できるように設計することが必要で
ある。そして、このアンギュラコンタクトベアリングと
しては、適宜設計変更して差支えないが、取付誤差を少
なくするという観点からすれば、ベアリングの内輪を省
略してナット部材の外周面に直接ボール転走面を形成し
た内輪省略型のものが好ましい。更に、上記ボールねじ
軸部材端に形成される連結部としては、他の回転駆動部
材に直接的に連結され得るものであれば適宜設計変更し
て差支えない。

また、上記スプリング部材としては、アンギュラコン
タクトベアリングのスラスト方向に対する移動を規制す
る保持壁として機能し、しかも、ナット部材の軸方向の
熱変形量をその弾性作用で吸収できるものであれば適宜
選択して差支えないが、ある程度大きな弾性係数を具備
したスプリング部材として、その製造性及び組付け作業
性を考慮すると皿バネが好ましい。そしてまた、スプリ
ング部材の配設箇所については、ナット部材の熱変形量
のみを吸収するという観点からすれば、ナット部材の両
端に配設されたアンギュラコンタクトベアリングの一方
側に配設すればよいが、熱変形に伴うナット部材の軸方
向の変位量を最小限に抑えるという観点からすれば、一
対のアンギュラコンタクトベアリングの両端にスプリン
グ部材を配設することが必要である。更に、スプリング
部材の弾性係数については、アンギュラコンタクトベア
リングの構成部材であるボールの弾性係数及びこのボー
ルに対して与えられるべき予圧を考慮して設定すること
が必要である。

［作用］ 上述したような技術手段によれば、上記モータは、ロ
ータコアと共に回動するナット部材を有し、このナット
部材及びこれに螺合するボールねじ軸部材でモータシャ
フトを構成したものになっているので、モータシャフト
そのものがボールねじユニットとして機能することにな
る。

また、上記ナット部材はモータハウジングに対してア
ンギュラコンタクトベアリングを介して回転可能に設け
られるので、ナット部材へ作用するスラスト及びラジア
ル方向の荷重は確実に支承されることになり、ナット部
材及びボールねじ軸部材からなるモータシャフトが安定
的に支承されるばかりか、ロータコア内にナット部材が
挿入係止され、このナット部材内にボールねじ軸部材が
挿入されているため、ナット部材とボールねじ軸部材と
が芯ずれする虞れは少なく、両者の同軸度は略良好に保
たれる。

更に、モータの構成部材であるステータコア部分から
の発熱により上記ナット部材は主としてその軸方向に熱
膨脹変形し、アンギュラコンタクトベアリングをスラス
ト方向外側へ押圧するが、アンギュラコンタクトベアリ
ングはスプリング部材を介して取付けられているため、
上記ナット部材の熱変形量は上記スプリング部材の弾性
作用で吸収されることになり、その分、アンギュラコン
タクトベアリングを構成するボール保持部材の相対位置
が変動することはなく、上記アンギュラコンタクトベア
リングのボールへ与えられた予圧が極端に変動すること
はない。

更にまた、上記ナット部材の熱変形量は上記一対のス
プリング部材で均等に分割吸収されることになるため、
ナット部材がその軸方向に沿って変位する事態は有効に
回避され、その分、モータハウジング内におけるナット
部材の軸方向位置は常に一定に保たれる。

［実施例］ 以下、添附図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳
細に説明する。

第１図に示す実施例において、ボールねじ付モータＭ
は、モータハウジング20と、このモータハウジング20内
に配設されるステータコア30と、このステータコア30の
内側にステータコア30に対して回転可能に配設されるロ
ータコア31と、このロータコア31の内側に装着されてボ
ールねじ機能を有するモータシャフト40とからなる。

この実施例において、上記モータハウジング20は、ヨ
ーク21及び一対のモータ側板22でハウジング空間を画成
し、上記ヨーク21の内周面に磁石23を配設する一方、上
記一対のモータ側板22の内面側にはモータシャフト40を
囲繞する範囲で夫々断面円形の凹所24を設けたものであ
る。そして、一方のモータ側板22に形成された凹所24の
底部には凹所24の大きさに対応した開口25が開設され、
この開口25の内周面にはめねじ部26が形成されると共
に、このめねじ部26に螺合するねじ部を外周面に有する
蓋ナット27が上記開口25に位置調整可能に嵌込まれてい
る。尚、符号27aは上記蓋ナット27に形成される回し用
孔、28は上記蓋ナット27の中央部に開設されてモータシ
ャフト40を挿通させるためのシャフト挿通孔である。ま
た、上記凹所24の開口縁部には円筒状の押えボス29が突
設されている。

また、上記ロータコア31はモータシャフト40の挿入孔
部32を有しており、上記モータシャフト40は、中空軸と
してのナット部材41と、このナット部材41に多数のボー
ル42を介して螺合するボールねじ軸部材43とで構成され
ている。そして、上記ナット部材41の外周面の両端部を
除く部分が上記ロータコア31の挿入孔部32に挿入係止さ
れ、ナット部材41の外周面両端部が一対のアンギュラコ
ンタクトベアリング45を介してモータハウジングに回動
支持されている。

そして、上記アンギュラコンタクトベアリング45は、
ナット部材41の外周面両端部に凹設したボール転走面46
と、このボール転走面46に沿って接触配置されるボール
47と、モータハウジング20の側板22に形成した押えボス
29に接触固定配置され且つ上記ボール転走面46と共にボ
ール47を転走可能に保持する対向ボール転走面48を有す
る外輪49とで構成されており、上記各ボール転走面46、
48は上記ナット部材41に作用するスラスト及びラジアル
方向の荷重を支持できるように形成され、ナット部材41
の回転精度を良好に保つようになっている。

更に、上記モータ側板22に形成した各凹所24にはスプ
リング部材としての皿バネが夫々収容されており、この
皿バネ50は凹所24の底部とアンギュラコンタクトベアリ
ング45の外輪49との間に弾接した状態で配設されてい
る。尚、第１図中、符号51は皿バネ50の中央部に開設さ
れて上記モータシャフト40を挿通させるためのシャフト
挿通孔である。

更にまた、上記ボールねじ軸部材43の一端側には、他
の駆動モータＭ′との連結部として連結用のカップリン
グ（図示せず）凹所に挿入係止される連結軸部60が形成
されている。

従って、この実施例に係るボールねじ付中空軸モータ
を用いれば、例えば第２図に示すような移動テーブル装
置を構成することができる。同図において、この移動テ
ーブル装置は、固定台11の上に可動テーブル12を進退可
能に配設したもので、この実施例に係るボールねじ付中
空軸モータＭを可動テーブル12側に固定設置すると共
に、他の駆動モータＭ′を固定台11側に固定し、上記一
方のボールねじ付中空軸モータＭにおけるボールねじ軸
部材43端の連結軸部60と他方の駆動モータＭ′のシャフ
ト71端とをカップリング72で直接的に連結し、更に、上
記ボールねじ軸部材43の他端部付近を軸受支持部材73で
回転可能に支承したものである。

このような移動テーブル装置において、今、各モータ
Ｍ、Ｍ′の回転方向を同一とし、しかも、その回転数を
僅かに相違させるようにすれば、上記ナット部材41は、
各駆動モータＭ、Ｍ′の回転差に応じた分だけ僅かずつ
ボールねじ軸部材43に対し相対移動するため、上記可動
テーブル12はナット部材41に追従して微動送りされるこ
とになる。

また、各モータＭ、Ｍ′の回転方向を反転させ、しか
も、その回転数をある程度大きく設定するようにすれ
ば、各モータＭ、Ｍ′相互の回転差が大きなものにな
り、この大きな回転差に基づいて、上記ナット部材41が
ボールねじ軸部材43に対し高速で相対移動するため、上
記可動テーブル12はナット部材41に追従して早送りされ
ることになる。

このような可動テーブル12の送り動作過程において、
ナット部材41はモータＭのロータコア31に追従して回動
するため、ナット部材41はモータＭの回転中心に対して
芯ずれすることなく正確に回動するばかりか、上記ボー
ルねじ軸部材43も連結軸部60を通じて他のモータＭ′の
シャフト71に直接的に連結されているので、ボールねじ
軸部材43と他のモータＭ′との間の偏心量はほとんど零
に抑えられる。よって、各モータＭ、Ｍ′の回転がボー
ルねじ軸部材43及びナット部材41へ伝達される段階にお
いて、ボールねじ軸部材43及びナット部材41が偏心に基
づき振動することはなく正確に回転動作する。

そして、上記ナット部材41はモータハウジング20に対
しアンギュラコンタクトベアリング45を介して回転可能
に設けられ、しかも、上記ナット部材41の内周面及び外
周面には、ボールねじ軸部材43との間のボール転走面44
及び上記ベアリング45のボール転走面46が同軸的に製作
され得るため、モータシャフト40を構成するナット部材
41及びボールねじ軸部材43は確実に同軸配置されること
になり、ナット部材41とボールねじ軸部材43との相対回
転運動が精度良く行なわれることになる。

それゆえ、ナット部材41及びボールねじ軸部材43には
各モータＭ、Ｍ′の回転が正確に伝達され、各回転に応
じてナット部材41及びボールねじ軸部材43が同軸上で移
動するため、ナット部材41の相対移動量が高精度なもの
に保たれ、可動テーブル12は正確に微動若しくは早送り
されるのである。

また、この実施例においては、上記モータＭの駆動に
伴ってその構成部材であるステータコア30部分が発熱す
ると、その熱によって、上記ナット部材41は主としてそ
の軸方向に熱膨脹変形し、アンギュラコンタクトベアリ
ング45をモータ側板22側へ押圧することになる。このと
き、上記アンギュラコンタクトベアリング45は上記押圧
方向に抗する方向から夫々皿バネ50で弾性支持されてい
るので、一対のアンギュラコンタクトベアリング45は夫
々皿バネ50の付勢力に抗しながら上記凹所24の略深さ寸
法に相当する分だけ移動する。この状態において、アン
ギュラコンタクトベアリング45が移動するにつれて上記
皿バネ50の付勢力が大きくなるため、上記アンギュラコ
ンタクトベアリング45の移動量は上記ナット部材41の熱
変形量に対して若干少なくなるが、前記ナット部材41の
熱変形量に略等しいものに抑えられる。言い換えれば、
上記ナット部材41の熱変形量は上記皿バネ50の弾性作用
で略吸収されることになる。このため、上記ナット部材
41及び上記アンギュラコンタクトベアリング45の外輪49
に夫々形成したボール転走面46、48の相対位置関係は略
一定に保たれることになり、上記アンギュラコンタクト
ベアリング45のボール47への予圧が極端に変動すること
はない。それゆえ、アンギュラコンタクトベアリング45
によるナット部材41の支持剛性がモータＭの発熱によっ
て変動することはなくなり、モータシャフト40の回転動
作が支持剛性の変化に伴って不安定化する事態は有効に
回避される。

更に、この実施例においては、上記ナット部材41の両
端部に配設された一対のアンギュラコンタクトベアリン
グ45は一対の皿バネ50で夫々弾性支持されているので、
ナット部材41の熱変形量は夫々の皿バネ50で略均等に吸
収されることになり、ナット部材41の軸方向の移動は有
効に抑えられる。このため、モータハウジング20内にお
けるナット部材41の軸方向位置は常に一定に保たれるこ
とになり、ナット部材41の軸方向の変位量に伴うボール
ねじ軸部材43の送り精度の低下は有効に回避される。

尚、上記実施例においては、この発明が適用されるモ
ータＭを可動テーブル12側に固定設置すると共に、他の
モータＭ′を固定台11側に固定設置しているが、両者の
位置関係を逆に設定しても差支えない。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、この発明に係るボールねじ
付中空軸モータによれば、モータシャフトがボールねじ
ユニットと同様な機能を発揮するようになっているの
で、ボールねじユニットを別途用いることなく、移動機
構を簡単に構成することができるばかりか、モータハウ
ジングに対してナット部材をアンギュラコンタクトベア
リングを介して回転可能に設けたので、ナット部材へ作
用するスラスト及びラジアル方向の荷重を確実に支承す
ることができ、ナット部材及びボールねじ軸部材からな
るモータシャフトの支持安定性を確実なものにすること
ができる。

また、モータシャフトを構成するナット部材をロータ
コアに追従させて回動できると共にボールねじ軸部材を
連結部を通じて他の駆動モータに直接的に連結すること
ができ、しかも、ボールねじ軸部材とナット部材との同
軸度を保つようにしたので、各モータからボールねじ軸
部材及びナット部材に回転力を伝達する過程における回
転伝達誤差及び芯ずれに基づく振動をほとんどなくすこ
とができ、もって、モータシャフトの一方の部材に対す
る他方の部材の相対移動量を正確なものにすることがで
きる。このため、このようなモータを用いて移動機構を
構成したような場合には、被移動部材を高精度に微動若
しくは早送りすることができる。

更に、この発明にあっては、モータの発熱に伴うナッ
ト部材の熱変形量をスプリング部材の弾性作用で有効に
吸収するようにしたので、アンギュラコンタクトベアリ
ングに対して与えた予圧の変動を少なく抑えることがで
き、その分、モータシャフトの回転動作を安定させるこ
とができる。

更にまた、この発明にあっては、一対のスプリング部
材にてモータの発熱に伴うナット部材の熱変形量を均等
に分割吸収し、モータハウジング内のナット部材の軸方
向変位をほとんどなくすようにしたので、モータからの
熱にほとんど影響されることなく、モータハウジング内
のナット部材の軸方向位置を常に一定に保つことがで
き、その分、ナット部材に対するボールねじ軸部材の送
り精度を極めて良好に保つことができる。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明に係るボールねじ付中空軸モータの一
実施例を示す一部破断斜視図、第２図は第１図に示す実
施例に係るモータを応用した移動テーブル装置の一例を
示す説明図、第３図は従来のボールねじユニットの一例
を示す説明図、第４図は従来のボールねじユニットを用
いた移動テーブル装置の一例を示す説明図、第５図は従
来における移動テーブル装置の他の例を示す説明図であ
る。 ［符号の説明］ （Ｍ、Ｍ′）……モータ （20）……モータハウジング （30）……ステータコア （31）……ロータコア （40）……モータシャフト （41）……ナット部材 （42）……ボール （43）……ボールねじ軸部材 （45）……アンギュラコンタクトベアリング （50）……皿バネ（スプリング部材） （60）……連結軸部（連結部）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】モータハウジングと、 このモータハウジング内に設けられたステータコアと、 このステータコアに対して回転可能に配設されたロータ
   コアと、 このロータコアの内側に装着されてモータシャフトの一
   部を構成すると共にその両端に設けられたアンギュラコ
   ンタクトベアリングを介して上記モータハウジングに回
   転可能に支承され、上記ロータコアの回転に追従して回
   転するナット部材と、 このナット部材を貫通してモータシャフトの一部を構成
   すると共にナット部材に多数のボールを介して螺合し、
   少なくともその一端には他の回転駆動部材に連結される
   べき連結部を有するボールねじ軸部材とを備え、 上記一対のアンギュラコンタクトベアリングは、ナット
   部材の軸方向に沿った互いに接近する方向へ弾性付勢力
   が作用する一対のスプリング部材を介してモータハウジ
   ングに取付けられていることを特徴とするボールねじ付
   中空軸モータ。