JP6033578B2 - 中空軸モータ - Google Patents

Description

本発明は、出力軸が中空軸形状の中空軸モータに関する。
また、本発明は、スラスト荷重とラジアル荷重に耐え得る剛性を有する中空軸モータに関する。

従来、中空軸モータとしては、たとえば特許文献１がある。
特許文献１に記載された中空軸モータは、回転軸の先端部に、円筒部を設けたもので、この円筒部の先端を軸受で支持したものである。
また、スラスト荷重とラジアル荷重に耐え得る剛性を有する中空モータとしては、たとえば特許文献２のようなダイレクトドライブモータ（以下、ＤＤモータという）がある。

ＤＤモータは、減速機を介さず直接負荷を駆動するモータである。
特許文献２では、ＤＤモータのシャフトにかかるスラスト方向等の荷重に軸受けが耐えられるようにするため、クロスローラーベアリングが用いられている。クロスローラーベアリングは、円筒形のコロを９０度のＶ溝に交互に並べた軸受けで、スラスト荷重や、ラジアル荷重、曲げモーメント荷重に対しても高い剛性を有するベアリングである。

実開平２−１０７２４５号公報 特開２００７−０９７２９１号公報

しかしながら、特許文献１にあっては、モータと負荷との取付けに際しては、必ず負荷側の軸をモータの中空回転軸に挿入する必要があるため、負荷側の形状が中実軸に限定されるという問題がある。
また、特許文献１の中空軸モータにあっては、スラスト方向の荷重を受けることができないという問題もある。

特許文献２にあっては、スラスト荷重とラジアル荷重を受けることができる。
しかしながら特許文献２で使用しているクロスローラーベアリングは、ボールベアリングに比べてかなり高価であることや、小型化ができないといった問題がある。
したがって、特許文献２のような従来のＤＤモータにあっては、高価で、小型化の要望に充分対応できない、という問題があった。

本発明は、こうした従来の問題を解決し、ある程度のスラスト荷重とラジアル荷重に耐え得る剛性を持ちながら、安価で小型化が可能な中空軸モータを提供することを目的とする。
また、本発明は、駆動する負荷の形態に対応した軸形状の中空軸モータを提供することを他の目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、励磁用コイルを有する環状のステータと、永久磁石を有し、かつ前記ステータの軸線上に同心状に配置されたロータと、該ロータの軸線上に配置され該ロータとともに回転する中空軸と、該中空軸の両端部をそれぞれ軸支するボールベアリングと、該ボールベアリングを収納するボールベアリング支持部を有するブラケットとを備えた中空軸モータにおいて、前記中空軸を、小径部と大径部に形成した外周部分を有する中空軸本体と、該中空軸本体の出力側に装着され、かつ負荷組み付け用取付部を有する中空軸出力側先端分離部とで構成し、該中空軸本体は、前記小径部で前記ロータを支持するとともに、前記大径部の先端部で前記中空軸出力側先端分離部を組み付け精度を高めるためのインロー継手構造で支持しており、前記中空軸本体の小径部を支持するボールベアリングに比べて大径のボールベアリングで前記中空軸本体の大径部を支持しており、
前記中空軸出力側先端分離部に、前記大径のボールベアリングの内輪を固定する係止部を設けており、前記大径部の先端外周面にねじ溝が刻設されており、該大径部のねじ溝に螺合するねじ溝が前記中空軸出力側先端分離部の内周面に刻設されており、前記中空軸出力側先端分離部を前記中空軸本体の大径部に螺合して、前記中空軸出力側先端分離部が前記大径部に組み付けられており、該係止部によって前記大径のボールベアリングの内輪が押圧されてボールベアリングが固定されていることにある。
また、本発明は、前記大径のボールベアリングを複数並設し、前記中空軸出力側先端分離部の係止部によって、前記外側の大径のボールベアリングの内輪を固定することによって内側の大径のボールベアリングの内輪を固定したことにある。
さらに、本発明は、前記中空軸出力側先端分離部の端面に、軸方向に貫通したねじ孔が設けられており、該ねじ孔に止めねじが螺合されており、前記ねじ孔に螺合した止めねじによって前記中空軸本体の端面に押圧されており、前記中空軸出力側先端分離部が前記中空軸本体に固定されていることにある。

本発明によれば、スラスト荷重とラジアル荷重に耐え得る剛性を持ちながら、安価で小さなサイズの中空軸モータを提供することができる。
また、本発明によれば、中空軸出力部の形状を駆動する負荷の形態に応じて容易に変更することができる。

本発明による中空軸モータの実施の形態を示し、（ａ）は中空軸モータの軸方向の一部、上部半分を断面にして示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図、（ｃ）は（ａ）の右側面図である。 図１（ａ）と同一部分の止めねじ部分を示す半断面図である。 図１（ａ）の中空軸モータの出力側ボールベアリング部分を拡大して示す拡大断面図である。 本発明による中空軸モータの応用例を示す概念斜視図である。 中空軸出力側先端分離部の変形例である。 中空軸出力側先端分離部の変形例である。 中空軸出力側先端分離部の変形例である。 中空軸出力側先端分離部の変形例である。

以下、本発明の中空軸モータの一実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１において、中空軸モータ１は、励磁用コイルを有する環状のステータ２と、永久磁石を有し、かつ前記ステータ２の軸線上に同心状に配置されたロータ３と、該ロータ３の軸線上に配置され、該ロータ３とともに回転する中空軸４と、該中空軸４の両端部をそれぞれ軸支する反出力側ボールベアリング５および出力側ボールベアリング６と、該ボールベアリング５，６を収納するボールベアリング支持部７ａ，８ａを有するブラケット７，８とを備えている。中空軸モータ１は、ステータ２を挟んで反出力側ブラケット７とベアリングカバー９が配置され、ベアリングカバー９の外側に出力側ブラケット８が並設して配置されてモータケース１０が構成されている。

前記中空軸４は、中空軸本体４１と、中空軸出力側先端分離部４２とで構成されている。
中空軸本体４１は、軸方向に貫通した所定径の中空部４ａを内部に形成した外周部分４ｂを有し、かつ、この外周部分４ｂに、軸方向に沿って小径部４１ａと大径部４１ｂが形成されている。前記中空軸出力側先端分離部４２は、前記中空軸本体４１の出力側に装着され、かつ板面に負荷組み付け用取付部（後述する）が設けられている。

前記中空軸本体４１は、前記小径部４１ａに前記ロータ３が取り付けられており、前記大径部４１ｂの先端部に前記中空軸出力側先端分離部４２が螺着して取り付けられている。
前記中空軸本体４１の大径部４１ｂには、大径の出力側ボールベアリング６が２個、並設されており、これら２個の出力側ボールベアリング６によって前記中空軸本体４１の大径部４１ｂが支持されている。
前記中空軸本体４１の小径部４１ａには、反出力側ボールベアリング５が配設されて前記中空軸本体４１の小径部４１ａを支持している。

前記中空軸本体４１の大径部４１ｂの出力側端部外周面には、ねじ溝４１ｃが刻設されており、このねじ溝４１ｃに螺合して前記中空軸出力側先端分離部４２が装着されている。
この中空軸出力側先端分離部４２は、中央に円筒状の開口部４２ａを形成した環状の板面４２ｂに円周方向に一定間隔で３個の貫通ねじ孔４２ｃと円周方向に複数の負荷取付用穴４２ｄがそれぞれ軸方向に沿って形成されている。この中空軸出力側先端分離部４２の背面側には、前記中空軸本体４１の大径部４１ｂの出力側端部に対してインロー継ぎ手となる円筒状の筒部４２ｅが軸方向に延出して設けられており、この筒部４２ｅの内周面に前記ねじ溝４１ｃに螺合するねじ溝４２ｆが刻設されている。この中空軸出力側先端分離部４２の筒部４２ｅは、前記ねじ溝４２ｆをねじ溝４１ｃに螺合することで前記中空軸本体４１の大径部４１ｂに装着するものである。この中空軸出力側先端分離部４２は、係止部となる筒部４２ｅの先端４２ｇで前記出力側ボールベアリング６の内輪端面に係合して圧接し、前記出力側ボールベアリング６を固定するものである。前記貫通ねじ孔４２ｃには、止めねじ１２が螺着されており、この止めねじ１２の先端を前記中空軸本体４１の大径部４１ｂの端面に押圧させて前記中空軸出力側先端分離部４２が外れることを防止している。前記複数の負荷取付用穴４２ｄは、負荷等を組み付けるための位置決めピン穴とねじ穴で、いくつかの異なる径の穴を設けることで、異なる負荷等を組み付けることができるようにしている。図示例では、４２ｄ_１は位置決めピン穴で、４２ｄ_２は４個のねじ穴である。

前記出力側ボールベアリング６は、前記中空軸本体４１の大径部４１ｂに組付けられる内側のボールベアリング６_１と、外側のボールベアリング６_２が軸方向に並設される。これら２つのボールベアリングはともに、外輪の幅が内輪の幅よりもわずかに大きくなっている。前記中空軸出力側先端分離部４２の筒部４２ｅの先端４２ｇで前記外側のボールベアリング６_２の内輪を押圧して、この外側のボールベアリング６_２と内側のボールベアリング６_１の内輪とを固定するものである。

前記内側のボールベアリング６_１と、外側のボールベアリング６_２は、内周面が円筒状に形成されたベアリングカバー９と前記ブラケット８内に保持されて、中空軸モータ１に組付けられている。
前記ベアリングカバー９と前記ブラケット８は、内周面側に突出する段差部９ａ，８ａが形成されており、これら段差部９ａ，８ａの端面相互間に係止されるようにして内側のボールベアリング６_１の外輪の一端と、外側のボールベアリング６_２の外輪の一端とが位置決め固定されている。前記中空軸本体４１の大径部４１ｂには、外周面に半径方向の突起部４１ｄが形成されて、この突起部４１ｄの側壁面によって内側のボールベアリング６_１の内輪が係止されている。

反出力側ブラケット７には、軸方向に突設されたボールベアリング支持部７ａが設けられており、このボールベアリング支持部７ａに支持されて、反出力側ボールベアリング５が組付けられている。このボールベアリング支持部７ａの内側には、前記反出力側ブラケット７の内壁面に係止され、かつ軸方向に付勢力を有するベアリングスプリング１１が内装されており、このベアリングスプリング１１の付勢力によって前記反出力側ボールベアリング５を係止している。反出力側ボールベアリング５は、内側を前記中空軸本体４１の小径部４１ａに形成された段差部４１ｅに係止されており、この段差部４１ｅと前記ベアリングスプリング１１によって予圧が付与されている。

前記モータケース１０は、反出力側ブラケット７の四隅に設けられた孔に、組付けねじ１３を軸方向に挿通してステータ２、ベアリングカバー９、出力側ブラケット８の挿通孔に挿通して一体に締結して組付けられている。

上記実施の形態の作用を説明する。
中空軸モータ１を、中空軸本体４１と、中空軸出力側先端分離部４２とで構成し、中空軸本体４１には、小径部４１ａと大径部４１ｂを設ける。中空軸本体４１の大径部４１ｂに装着される出力側ボールベアリング６には、反出力側ボールベアリング５よりも径の大きなものを２つ組み合わせて使用して、スラスト荷重とラジアル荷重を受けられるようにする。
内側のボールベアリング６_１と、外側のボールベアリング６_２には、中空軸出力側先端分離部４２を中空軸本体４１に螺着することによって、筒部４２ｅの先端４２ｇを外側のボールベアリング６_２の内輪端面に圧接して、外側のボールベアリング６_２と内側のボールベアリング６_１の内輪を位置決め固定する。

この予圧を付与する状態を説明すると、図３に示すように、内側のボールベアリング６_１の内輪６１と外側のボールベアリング６_２の内輪６１とは並設され接触しており、中空軸本体４１の突起部４１ｄと中空軸出力側先端分離部４２の先端４２ｇとでその両側を挟まれ固定されている。
内側のボールベアリング６_１の外輪６３と外側のボールベアリング６_２の外輪６３とは並設され接触しており、ベアリングカバー９の段差部９ａとブラケット８の段差部８ａとでその両側を挟まれ固定されている。
前述のように、２つのボールベアリングは、内輪の幅よりも外輪の幅が大きくなるように寸法差をつけてあるので、内輪同士の接触面と外輪同士の接触面とが一直線上になるように配置すると、２つのボールベアリング６_１とボールベアリング６_２には、内輪６１、ボール６２、外輪６３の接触点を結ぶ直線がボールベアリング６_１とボールベアリング６_２同士の接触面６４に対して対称になるように配置されて予圧が付与され、スラストラジアルベアリングとして機能する。

中空軸出力側先端分離部４２を中空軸本体４１に螺着したあと、図２に示すように、貫通ねじ孔４２ｃに、止めねじ１２を螺合して、この止めねじ１２の先端を前記中空軸本体４１の大径部４１ｂの端面に押圧して中空軸本体４１に中空軸出力側先端分離部４２を固定する。こうすることによって、中空軸本体４１と中空軸出力側先端分離部４２との間に突っ張り力が発生する。こうして、中空軸出力側先端分離部４２の中空軸本体４１に対するゆるみ、ガタ、および回転を防ぎ、中空軸出力側先端分離部４２の離脱を防ぐことができる。
そして、中空軸出力側先端分離部４２の複数の負荷取付用穴４２ｄには、ねじを介して負荷等を組み付けることができる。

図４は、中空軸モータ１を立てて使用する実施の形態である。
中空軸モータ１に取り付ける負荷は、テーブル形状の負荷であり、テーブル１４に設けられたねじ孔１４ａにねじ１５を複数本通し、このねじ１５を中空軸出力側先端分離部４２の複数の負荷取付用穴４２ｄに螺合する。こうして、中空軸モータ１を駆動させてテーブル１４を回転させて、作業工程を行うことができる。

上記実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
内側のボールベアリング６_１と、外側のボールベアリング６_２には、中空軸出力側先端分離部４２を中空軸本体４１に螺着することによって、筒部４２ｅの先端４２ｇを外側のボールベアリング６_２の内輪端面に圧接して、外側のボールベアリング６_２を固定するとともに、ボールベアリング６_２の内輪を押圧して、予圧を付与することができるので、中空軸出力側先端分離部４２の中空軸本体４１に対するガタ、および回転を防ぎ、中空軸出力側先端分離部４２の離脱を防ぐことができる。
中空軸本体４１と、中空軸出力側先端分離部４２とは、中空軸本体４１の大径部４１ｂと、中空軸出力側先端分離部４２の筒部４２ｅとがインロー継ぎ手構造に形成されているので、高い回転精度を確保することができる。そのため、中空軸出力側先端分離部４２の外径、内径、端面は、容易に高精度化を保つことができる。
そして、２つのボールベアリング６_１と、ボールベアリング６_２には、内輪６１、ボール６２、外輪６３の接触点を結ぶ直線がベアリング６_１と６_２同士の接触面６４に対して対称になるように配置されるので、２つのボールベアリング６_１、６_２によって大きなスラスト荷重とラジアル荷重をうけることができることから、テーブル等、大きな負荷、慣性に対して確実な回転位置決めを行うことができる。

図５ないし図８は、中空軸出力側先端分離部４２の変形例である。
図５の中空軸出力側先端分離部４２Ａは、円筒状の開口部４２ａの内周面にねじ溝４３を刻設したもので、ねじ溝を形成したシャフトを螺合することで別の負荷を接続することができる。
図６の中空軸出力側先端分離部４２Ｂは、円筒状のシャフト部４４を軸方向に延出したもので、このシャフト部４４に環状の連結部を設けた負荷を装着することができる。
図７の中空軸出力側先端分離部４２Ｃは、図６のシャフト部４４の外周面にねじ溝４５を刻設したもので、内周面にねじ溝を刻設した環状の連結部を介して負荷を接続することができる。
図８の中空軸出力側先端分離部４２Ｄは、外周面にプーリ部４６を形成したもので、ベルトを介して離れた負荷を駆動することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものではなく、例えば、前記中空軸４の中空部にシャフトを挿通させて、中空軸モータ１の前後両側に動力を伝達させて中空軸モータ１の前後両側の負荷を駆動させることもできる。
また、上記実施形態では、スラストラジアルベアリングとして用いるボールベアリングは、外輪側の幅寸法を大きくした物を用いたが、その逆に内輪側の幅寸法を大きくした物を用いても良い。
さらに、２つの大径ボールベアリングのうちの１つを、反出力側に配設することも可能である。等、その他、本発明の要旨を変更しない範囲内で、適宜、変更して、実施し得ることは言うまでもない。

１ 中空軸モータ
２ ステータ
３ ロータ
４ 中空軸
４ａ 中空部
４ｂ 外周部分
５ 反出力側ボールベアリング
６，６_１、６_２ 出力側ボールベアリング
７ 反出力側ブラケット
８ 出力側ブラケット
９ ベアリングカバー
１０ モータケース
１１ ベアリングスプリング
１２ 止めねじ
１３ 中空軸本体
４１ 中空軸本体
４１ａ 小径部
４１ｂ 大径部
４１ｃ ねじ溝
４２ 中空軸出力側先端分離部
４２ａ 開口部
４２ｂ 板面
４２ｃ 貫通ねじ孔
４２ｄ 負荷取付用穴
４２ｅ 筒部
４２ｆ ねじ溝
４２ｇ 先端

Claims (3)

1. 励磁用コイルを有する環状のステータと、
   永久磁石を有し、かつ前記ステータの軸線上に同心状に配置されたロータと、
   該ロータの軸線上に配置され該ロータとともに回転する中空軸と、
   該中空軸の両端部をそれぞれ軸支するボールベアリングと、
   該ボールベアリングを収納するボールベアリング支持部を有するブラケットとを備えた中空軸モータにおいて、
   前記中空軸を、小径部と大径部に形成した外周部分を有する中空軸本体と、該中空軸本体の出力側に装着され、かつ負荷組み付け用取付部を有する中空軸出力側先端分離部とで構成し、
   該中空軸本体は、前記小径部で前記ロータを支持するとともに、前記大径部の先端部で前記中空軸出力側先端分離部を組み付け精度を高めるためのインロー継手構造で支持しており、
   前記中空軸本体の小径部を支持するボールベアリングに比べて大径のボールベアリングで前記中空軸本体の大径部を支持しており、
   前記中空軸出力側先端分離部に、前記大径のボールベアリングの内輪を固定する係止部を設けており、
   前記大径部の先端外周面にねじ溝が刻設されており、該大径部のねじ溝に螺合するねじ溝が前記中空軸出力側先端分離部の内周面に刻設されており、
   前記中空軸出力側先端分離部を前記中空軸本体の大径部に螺合して、前記中空軸出力側先端分離部が前記大径部に組み付けられており、該係止部によって前記大径のボールベアリングの内輪が押圧されてボールベアリングが固定されていることを特徴とする中空軸モータ。
2. 前記大径のボールベアリングを複数並設し、前記中空軸出力側先端分離部の係止部によって、前記外側の大径のボールベアリングの内輪を固定することによって内側の大径のボールベアリングの内輪を固定したことを特徴とする請求項１に記載の中空軸モータ。
3. 前記中空軸出力側先端分離部の端面に、軸方向に貫通したねじ孔が設けられており、該ねじ孔に止めねじが螺合されており、前記ねじ孔に螺合した止めねじによって前記中空軸本体の端面に押圧されており、前記中空軸出力側先端分離部が前記中空軸本体に固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の中空軸モータ。

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