JPH062446Y2 - ボールネジ一体形モータ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案は、ボールネジによる精密位置決め装置等に用
いられるボールネジ一体形モータに関する。

（従来の技術） 第２図はボールネジと駆動モータとを備える従来の精密
位置決め装置を示す要部模式断面図である。図におい
て、位置決めの対象である可動テーブル１０１はナット
部１０２の上部に固定され、ナット部１０２はボールネ
ジ軸１０３と螺合されている。ボールネジ軸１０３はそ
の両端部を支持側ベアリング１０４と固定側ベアリング
１０５で支持されている。ボールネジ軸１０３には大き
なスラスト荷重がかかるので、これに対抗するベアリン
グが必要であり、固定側ベアリング１０５としては、ラ
ジアル荷重とともにスラスト荷重を受ける組合せアンギ
ュラベアリングが用いられている。さらにボールネジ軸
１０３の固定側ベアリング１０５側の端部は、カップリ
ング１０６を介して駆動モータ１０７のロータシャフト
１０８と結合されている。このロータシャフト１０８は
駆動モータ１０７のハウジング内部にある２つのベアリ
ング１０９，１１０で保持されている。なお、駆動モー
タ１０７内の他の構成は図示を省略している。また、支
持側ベアリング１０４，固定側ベアリング１０５及び駆
動モータ１０７はベース１１１及びその他の支持部材に
よって支持されている。

テーブル１０１は、図示しないガイドレール等によって
ボールネジ軸回りの回転止めがなされており、駆動モー
タ１０７によってボールネジ軸１０３を回転させること
により、図中に示すＸ方向に移動する。また、その移動
量は駆動モータ１０７の回転量で決まるので、駆動モー
タ１０７の回転量，回転方向及び回転速度を制御するこ
とにより、テーブル１０１のＸ方向位置，進行方向及び
進行速度を精密に制御することができる。

（考案が解決しようとする課題） しかし、上記のような精密位置決め装置では駆動モータ
１０７のロータシャフト１０８とボールネジ軸１０３と
をカップリング１０６を介して結合しているので、カッ
プリング１０６の「たわみ」や「がた」などによる位置
決め誤差が生じるという問題があった。また、ロータシ
ャフト１０８とボールネジ軸１０３とを歯車やタイミン
グベルトなどを用いて結合したとしても、バックラッシ
ュ等があるのでやはり位置決め精度がある程度以上向上
できないという問題があった。

これらの問題に対処するため、駆動モータ１０７をダイ
レクトドライブモータとし、そのロータシャフト１０８
と、ボールネジ軸１０３とを直接結合させることも考え
られる。ところが、第２図に示すように、ボールネジ１
０３は２つのベアリング１０４，１０５で支持されてお
り、また駆動モータ１０７のロータシャフト１０８も２
つのベアリング１０９，１１０で支持されているので、
ロータシャフト１０８とボールネジ軸１０３を直接結合
した場合には、一本の軸（ロータシャフト１０８及びボ
ールネジ軸１０３）が４つのベアリング１０４，１０
５，１０９，１１０で支持されることになる。このよう
に、一本の軸に３つ以上のベアリングを設けると、ベア
リングが相互に干渉して、軸に曲げモーメントを与えて
しまうという問題が生じる。また、駆動モータ１０７の
２つのベアリング１０９，１１０のみではロータシャフ
ト１０８とボールネジ軸１０３を一体とした軸を支える
のは不可能であり、またボールネジ軸１０３に発生する
スラスト荷重をロータシャフト１０８に与えない何らか
の工夫も必要である。

従って、第２図に示すように駆動モータ１０７とボール
ネジ軸１０３とはカップリング１０６等の何らかの結合
手段を用いて結合しなければならず、位置決め精度の向
上が困難であった。

この考案は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、位置決め精度が良く、ボールネジ軸に対し
てベアリングの干渉に起因する曲げモーメントを与える
ことがないとともに、ボールネジ軸のスラスト荷重がロ
ータに伝わることを防止できるボールネジ一体形モータ
を得ることにある。

（課題を解決するための手段） 上述の目的を達成するため、この考案のボールネジ軸一
体形モータは、ベース（２１）上に配設した軸受
（６），（８）によってそれぞれボールネジ軸（３）の
第１及び第２端部（３ａ），（３ｂ）を支持し、その第
２端部（３ｂ）を更に延長した部分をロータシャフト
（５ｂ）にしたものであり、更に、上記一方の軸受
（６）をボールネジ軸の軸方向逃げとして形成し、他方
の軸受（８）をボールネジ軸の軸方向変位を拘束するた
めのアンギュラ軸受とし、上記ロータシャフト５ａの断
面形状が多角形となる様にロータシャフト５ａを形成し
た上、その外周面に永久磁石１４を固着するとともに、
ロータシャフト５ａに対向したステータ１１をベース２
１上に固設した構造を備えている。

（作用） ボールネジ軸とロータシャフトとを一体化し、更に断面
形状を多角形に形成したロータシャフトの外周面上に直
接永久磁石を固着しているため、位置決め精度劣化の要
因となっていた「ガタ」や「たわみ」等が発生しない。
又、ボールネジ軸の軸方向変位（スラスト荷重）はアン
ギュラ軸受８によって拘束される一方、他方の軸受６に
よって逃されるため、当該軸方向変位はロータシャフト
側へ伝わらない。

又、一体化されたボールネジ軸とロータシャフトを２つ
の軸受６，８だけで支持しているため、軸受の干渉が発
生することはない。

（実施例） 第１図は、この考案の一実施例によるボールネジ一体形
モータを適用した精密位置決め装置を示す要部模式断面
図である。

図において、位置決めの対象となる可動テーブル１はナ
ット部２の上部に固定され、ナット部２はボールネジ軸
３と螺合されている。テーブル１には案内孔（図示せ
ず）が形成されており、この案内孔１ａにはベース２１
と固定的位置関係にある水平ガイド棒（図示せず）が摺
動可能に挿通されている。ボールネジ軸３はモータ４の
ロータシャフト５ａと同軸に一体化されており、それに
よってロータ／ボールネジ軸結合体５０が形成されてい
る。より具体的には、ボールネジ軸３の第２の端部３ｂ
をその軸方向に沿ってモータ４内部へ延長し、この延長
部分をロータシャフト５ａとしている。ロータ５から遠
い側のボールネジ軸３の第１の端部３ａは支持側ベアリ
ング６で支持されており、またモータ４のハウジング７
内に位置する第２の端部３ｂは組合せアンギュラベアリ
ング（以下単に「アンギュラベアリング」と呼ぶ）８で
支持されている。すなわち、ロータ／ボールネジ軸結合
体５０は、ボールネジ軸の第１の端部３ａ側と、第２の
端部３ｂ側とに分かれて設けられた１対のベアリング、
すなわち支持側ベアリング６とアンギュラベアリング８
とによって２点で支持されている。

支持側ベアリング６は通常の深みぞ玉軸受である。アン
ギュラベアリング８はラジアル荷重とともにスラスト荷
重を受けることができるベアリングであり（つまり、ボ
ールネジ軸３の軸方向変位を拘束するベアリングであ
る。）、モーメント荷重は１対のベアリング６，８の組
合わせによって受けることができるため、アンギュラベ
アリング８単独でモーメント荷重を受ける必要はない。
このため、アンギュラベアリング８としては正面組合せ
のタイプが用いられている。このアンギュラベアリング
８が、この発明における「軸受構造」に相当している。
また、アンギュラベアリング８は円筒形のハウジング７
の内周段差部とロータ５の外周段差部及び固定リング
９，１０等で狭持されている。

ハウジング７の内周部にはステータ１１が固定されてい
る。このステータ１１はステータコア１２内のスロット
（図示せず）を通して巻回されたステータ巻線１３を有
している。ステータ１１に対向するロータシャフト５ａ
の断面形状は多角形であり、その外周面にはマグネット
１４（永久磁石）が取付けられている。以上のことか
ら、ロータ／ボールネジ軸結合体５０とステータ１１側
とが、唯一の軸受構造（アンギュラベアリング８）で連
結されていることが理解できる。

さらにロータシャフト５ａのアンギュラベアリング８と
反対側の端部にはロータ５の回転角を検出するエンコー
ダ１５が設けられている。エンコーダ１５はロータシャ
フト５ａに取付けられた回転円板１６と、ハウジングの
内周面に取付けられた支持体１７と、支持体１７によっ
て支持されて回転円板１６と対向して設けられた固定円
板１８とを備えるとともに、支持体１７の所定の位置に
取付けられた発光ダイオード１９と受光トランジスタ２
０とを備えている。

また、モータ４のハウジング７はベース２１によって支
持され、支持側ベアリング６はベース２１上のコラム２
２によって支持されている。

この精密位置決め装置においても、従来と同様にモータ
４が駆動されるとロータシャフト５ａの回転とともにボ
ールネジ軸３が回転し、ボールネジ軸３にはめ合わされ
ているナット部２と、ナット部２に固定されているテー
ブル１とがＸ方向に平行移動する。テーブル１のＸ方向
位置は、エンコーダ１５によって検出されるロータ５の
回転角に基づいて精密に決定される。

上記のボールネジ一体形モータ４は、そのハウジング７
内の構造が、いわゆるブラシレスＤＣモータに類似した
ものとなっている。但し、通常はロータの両端にそれぞ
れベアリングを備えているのに対して、このボールネジ
一体形モータ４ではロータ５の一端にはベアリングを有
せず、一組のアンギュラベアリング８のみを有してい
る。

これは、 ロータ／ボールネジ結合体５０に対して、ベアリング
干渉による曲げモーメントを与えないようにしつつモー
メント荷重を受けるにはベアリングによる支持を２点の
みとする必要があること、 ボールネジ軸３に加わるスラスト荷重をロータ５側に
伝えないようにするために、ステータ１１側とロータ／
ボールネジ軸結合体５０との間の連結に使用される軸受
構造はスラスト荷重を受けることができるものでなけれ
ばならないが、そのような軸受構造はロータ５とボール
ネジ軸３との境界付近に設けることが効果的であるこ
と、 比較的長尺であるボールネジ軸３を支持するにはボー
ルネジ軸３の他端（第１の端部３ａ）にもうひとつのベ
アリング６を設けることが望ましいが、そのようにすれ
ば、上記との関連で、モータ４内の他の点での支持は
不要であること、 などの理由による。

すなわち、第１図のようにボールネジ一体形モータ４と
外部の支持側ベアリング６を組合わせた場合にもロータ
／ボールネジ軸結合体５０が２点のみで支持されるの
で、ロータ／ボールネジ軸結合体５０にベアリングの相
互干渉による曲げモーメントがかからない。また、上述
したように、ボールネジ軸３に加わるスラスト力に対抗
するためロータ５側のベアリングとしてはラジアル荷重
とスラスト荷重とを受けることのできるアンギュラベア
リング８を用いている。

このように、このボールネジ一体形モータ４では、ボー
ルネジ軸３とロータ５とが一体として構成されているの
で、従来のようにこれらがカップリング等を介して結合
されている場合のような「がた」等がなく、テーブル１
のＸ方向の位置決めを高精度で行なうことができる。さ
らにモータ４とボールネジ軸３とが一体として構成され
ているので、ボールネジ装置をコンパクトにまとめるこ
とができる。

なお、この考案は上記実施例に限定されるものではな
く、たとえば以下のような変形も可能である。

ステータ側とロータ／ボールネジ軸結合体５０との連
結のための軸受構造としてはラジアル荷重とスラスト荷
重を受けられるものであればよく、たとえばクロスロー
ラーベアリングを用いてもよい。

ボールネジ軸とロータとは当初から一体として製作さ
れる必要はなく、個々に製作した後に両者を結合して一
体化してもよい。

エンコーダ１５は光学式に限るものではなく、磁気式
エンコーダやレゾルバ等の他のロータ角検出手段を用い
てもよい。

（考案の効果） 以上説明したように、この考案によれば、ロータシャフ
トをボールネジ軸の第２の端部の延長部として且つその
断面形状が多角形となる様に形成し、その外周面上に直
接永久磁石を固着するとともに、ベアリング支持に関す
る改良を加えることにより、位置決め精度が良く、また
ボールネジ軸に曲げモーメントを与えることが無いとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この考案の一実施例を適用した精密位置決め
装置の要部模式断面図、 第２図は、従来の精密位置決め装置の要部模式断面図で
ある。 ３……ボールネジ軸、４……モータ、 ５……ロータ、７……ハウジング、 ８……アンギュラベアリング、 １１……ステータ、１５……エンコーダ、 ５０……ロータ／ボールネジ軸結合体

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ボールネジ軸（３）の第１の端部（３ａ）
   及び第２の端部（３ｂ）をそれぞれベース（２１）上に
   配設された２つの軸受（６）及び（８）によって支持
   し、前記第２の端部（３ｂ）を延長して当該延長部をモ
   ータ（４）のロータシャフト（５ａ）としたボールネジ
   一体形モータにおいて、 前記一方の軸受（６）は前記ボールネジ軸（３）の軸方
   向逃げを形成する一方、前記他方の軸受（８）をアンギ
   ュラ軸受として当該軸受（８）により前記ボールネジ軸
   （３）の軸方向変位を拘束し、 前記ロータシャフト（５ａ）の断面形状を多角形とし
   て、その外周面に前記モータ（４）の永久磁石（１４）
   を固着するとともに、 前記ロータシャフト（５ａ）に対向したステータ（１
   １）を前記ベース（２１）上に固設したことを特徴とす
   るボールネジ一体形モータ。