WO2001063731A1

WO2001063731A1 - Servomoteur a cylindre

Info

Publication number: WO2001063731A1
Application number: PCT/JP2000/001118
Authority: WO
Inventors: Hidenobu Ito; Kouichi Takamune; Takao Mizutani
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2000-02-25
Filing date: 2000-02-25
Publication date: 2001-08-30
Also published as: US6570282B1; EP1182765A1

Description

明細書シリンダサ一ボモータ技術分野

この発明は、制御装置、検出器、サーボモータ、ボールネジナット及びボールネジシャフトを一体化したシリンダサ一ボモータに関するものである- 背景技術

シリンダサーボモータの従来例を第 14図に示す。図において、 63は駆動源であるモータ、 64はモータ 63の回転数を検出する回転検出器、 68はボ一ルネジシャフト、 67はボ一ルネジシャフト 68と螺合するボールネジナット、 65は負荷側端部 65 aに負荷が接続される中空状のシリンダーロッドで、このシリンダー口ッドの反負荷側端部 65bにはボールネジナット 67が固定されている：また、ボ一 -ルネジシャフト 68の端部 68 aに回転軸受 82が嵌合されており、更にフレキシブルカッブリング 70により、モータシャフト 63 aとボールネジシャフト 68の端部 68 a が結合されている： 77は内輪固定ナットで、シリンダケース 66の内周壁に螺合する外輪固定ナット 76とともに回転軸受 82を固定している：シリンダーロッド 65 は、シリンダケース 66の負荷側端部 66aに固定された、オイルシール 84を有するスリーブ軸受 83に支承されている：また、シリンダーロッド 65には摺動ブロック 69が固定されており、シリンダケース 66に設けられたキー溝 66bにすきま嵌合されている。 71はケースで、シリンダケース 66とモータ 63を収納支持するモータケース 72とを固定している ₃ 78はケース 7 1に備えられた穴、 79はめくら蓋である。 73は回転検出器 64のカバ一、 74は回転検出器 64のケーブルである。 80 はモータ 63の動力線、 75は制御装置であるアンプ、 8 1は上位コントローラである。このように構成されている従来のシリンダサ一ボモ一タは、上位コントローラ 81 の指令により、アンプ 75を介し、モータ 63に給電することによりモータシャフト 6 3 aを回転させ、ボールネジシャフト 68を回転させる。ボールネジナット 67が固定されているシリンダロッド 65は、摺動ブロック 69により回り止めされるため、ボ —ルネジシャフト 68と連れ回りすることなく、ボールネジナット 67とともに直動し、シリンダサ一ボモータとして稼動する：

従来のシリンダサーボモータにおいて、回転検出器 64とアンプ 75、モータ 63 とアンプ 75を繋ぐケーブル 74、動力線 80が必要であり、機械メーカ或いは最終ユーザが配線するため、しばしば配線ミスなどにより誤動作や回転検出器 64 の破損をまねく等の欠点があった：

また、モータ 63のモータシャフト 63 aとボールネジシャフト 68の端部 68a力フレキシブルカップリング 70により結合されているため、カップリング 70のケース 7 1が必要であるとともに、ボールネジシャフト軸方向のスペース確保が必要で、シリンダサーボモータの全長が長くなる欠点があった。

· また、シリンダロッド 65内部にボールネジシャフト 68が挿入される構造になつているので、ボールネジシャフト 68として、シリンダロッド 65の直径の割にはネジ直径が小さいものしか使用できず、よって許容推力を大きくしょうとすると、大型化する欠点があった：

また、シリンダロッド 65がスリーブ軸受 83により支承されているため、すべり摩擦のよる摺動部の摩耗が発生し、特に高速運転時は、寿命が短かくなる欠点があった:

また、シリンダロッド 65の回転止め力；、キー溝 66bにすきま嵌合された摺動ブロック 69によりなされるため、接触面がすべり摩擦で摩耗し、回転ガタが大きくなる欠点があった。

また、摺動ブロック 69とキ一溝 66 bの接触がすべり摩擦であることから、稼動時、接触面の摩擦損失の分、余分に推力が必要となり、入力が余分に必要であり、効率が悪かった。

更にまた、シリンダサ一ボモータの組立において、モータシャフト 63 aとボールネジシャフト端部 68 aはフレキシブルカップリング 70により結合される力穴 78 力ら六角レンチを使用してセットネジ（図示せず）を締付けることにより、フレキシブルカップリング 70に固定する必要があり、このためシリンダロッド 65をポールネジ軸方向に移動させて、セットネジの穴を探さなければならず、組立の工数が大きく、コスト高であった。

この発明は上記のような問題点を解決するためのもので、配線作業を不要にできるシリンダサ一ボモ一タを得ることを目的とする：

またこの発明は、コンパクトであるにも係わらず、推力を大きくでき、且つ長い直線運動のストロークを得ることができるシリンダサ一ボモータを得ることを目的とする：

またこの発明は、長寿命で、且つ効率のよいシリンダサ一ボモータを得ることを目的とする：

- 更にまたこの発明は、組立て性が良好なシリンダサ一ボモータを得ることを目的とする：発明の開示

この発明に係わるシリンダサーボモータは、回転子と固定子とを有するサーボモータ、及びこのサ一ボモータの回転子の回転軸にポールネジナットを介して連結され、軸方向に移動するポールネジシャフトを備えたシリンダサーボモータ本体と、上記サ一ボモータの回転位置を検出する回転検出器と、この回転検出器及びサ一ボモータを制御する制御手段とを備え、上記シリンダサ一ボモ一タ本体、回転検出器及び制御手段を機械的に一 ί本化し、且つ上記サーボモ —タの回転子を、負荷側ブラケットに支持される負荷側軸受と反負荷側ブラケットに支持される反負荷側軸受とで回転自在に支承されるとともに、少なくとも負荷側端が開放する、軸方向に延在する中空状の穴が設けられた回転軸と、この回転軸に固着され上記固定子と所定間隙を介して対向する永久磁石とから構成し、上記ボールネジナットを、ボール循環機構で構成するとともに上記回転軸の負荷側軸端に固定し、上記ボールネジシャフトを、その反負荷側軸端を上記回転軸の中空状の穴に格納するとともに、その負荷側軸端を上記負荷側ブラケットから突出するように、上記ボールネジナットに軸方向のみ移動自在に螺合させ、上記回転検出器を、その回転部分を上記反負荷側ブラケットに設けられた穴を貫通突出した上記回転軸の反負荷側部分に結合するとともに回転検出器カバ一で覆い、上記制御手段を、上記反負荷側ブラケットの反固定子側に配置するとともに、上記反負荷側ブラケットに固定されるシャーシにて、上記制御手段及び回転検出器カバ一を覆ったものである- このため、出荷先でサ一ボモータと回転検出器と制御手段との配線が不要となるため、出荷先での誤配線がなくなるとともに、その配線作業が不要となるので作業性が向上する：

· また、従来のようにモータの回転軸とボールネジシャフトとを連結するカツプリングを使用しないので、ストロークの割にコンパクトになり、全体としての小型化が図れるとともに、部品点数も少なくなる：

また、回転検出器の回転部分が、回転検出器カバー及びシャーシで 2重に覆われるので、対外環境に対して信頼性が高くなる：

また、この発明に係わるシリンダサ一ボモータは、上記回転軸の反負荷側端と中空状の穴を、上記サ一ボモータの制御手段が存在する位置まで延長するとともに、上記ポールネジシャフトの反負荷側軸端も、それに合せて延長したものである。

このため、同一寸法でより長い直線運動のストロークを有するシリンダサ一ボモータを得ることができる _c

また、この発明に係わるシリンダサ一ボモータは、上記回転軸の中空状の穴を、反負荷側も開放するとともに、この開放部を覆う蓋を着脱自在に設け、且つ上記回転軸の軸線方向で上記蓋と対向する上記シャーシ部分に、貫通穴を形成するとともに、この貫通穴に蓋を着脱自在に設けたものである：

このため、機械に取付けた状態で、手動でボールネジシャフトの位置合せが可能になり、作業性'操作性が向上する:なおこのとき、回転軸の開放部を覆う蓋、及びシャーシ部分の貫通穴を覆う蓋を設けているので、回転検出器の回転部分が、対外環境に対して良好である：

また、この発明に係わるシリンダサーボモータは、上記負荷側軸受が、玉軸受で成され、この玉軸受の外輪を、上記負荷側ブラケットの内周壁に形成された肩部と上記負荷側ブラケットの内周壁に螺合する外輪固定ナットとの間に挟み込んで固定するとともに、上記玉軸受の内輪を、上記サ一ボモータの回転軸の負荷側軸端に形成されたボールネジナット固定用肩部と上記サ一ボモータの回転軸に螺合する内輪固定ナットとの間に挟み込んで固定し、且つ上記玉軸受の内輪の内径寸法を、上記サ一ボモータの回転子の外径寸法より大きくした 'ものである：

このため、シリンダサーボモータを一方向からの組立てが可能となり、組立て作業性が向上する- また、この発明に係わるシリンダサ一ボモータは、上記回転軸の負荷側軸端にボールネジナット固定用肩部を形成するとともに、上記ボールネジナットに固定用フランジ部形成し、上記ボールネジナットを、その一部を上記回転軸の負荷側軸端の中空状穴部に嵌合させるとともに、上記固定用フランジ部をボールネジナット固定用肩部に当接させてネジ止めすることにより、上記回転軸の負荷側軸端に固定し、且つ上記負荷側ブラケットにオイルシールを保持するとともに、このオイルシールのリップ部を、上記ボ一ルネジナットの固定用フランジ部外周面に接触させたものである。

このため、オイルシール部の軸方向寸法を短くでき、より小型化のシリンダサーボモータを得ることができる。

また、この発明に係わるシリンダサ一ボモ一タは、上記回転軸の負荷側軸端にボールネジナット固定用肩部を形成するとともに、上記ボールネジナットの中央部寄りに固定用フランジ部形成し、上記ボールネジナットを、その一部を上記回転軸の負荷側軸端の中空状穴部に嵌合させるとともに、上記固定用フランジ部をボールネジナット固定用肩部に当接させてネジ止めすることにより、上記回転軸の負荷側軸端に固定し、且つ上記負荷側ブラケットにオイルシールを保持するとともに、このオイルシールのリップ部を、上記ボールネジナットの軸端外周面に接触させたものである：

このため、オイルシールのリップ部の摺動径が小さくなつて、その接触部の周速が小さくなるため、オイルシールの耐摩耗性が向上し、寿命が延びる。

また、この発明に係わるシリンダサ一ボモータは、上記ボールネジシャフトが、その外周部にネジ溝深さと略同一或いはそれより浅い深さを有する軸線方向に延在する回止め溝を有するとともに、上記回止め溝内に挿入される少なくと -も 2個のボールと、これらのボールを上記回止め溝方向に常時押圧するパネとを設け、上記ポールの少なくとも 1個が上記回止め溝内に常時位置するよう配置されているものである：

このため、回止めが転がり接触のため、接触面の摩擦が減少して寿命が延び、且つ摩擦損失が減少する（ひいては入力電力が減少し省エネルギーとなる）: 更にまた、この発明に係わるシリンダサ一ボモータは、上記ボールネジシャフト力その外周部にネジ溝深さと略同一或いはそれより浅い深さを有する軸線方向に延在する回止め溝を有するとともに、上記回止め溝内に挿入される、上記ボールネジシャフトのネジピッチより長い長さを有する少なくとも 1個の円筒ころと、この円筒ころを上記回止め溝方向に常時押圧するパネとを設けたものである。

このため、回転軸方向の 1つの回転止めユニットで、回止めの役割を果たすため、全長が短くなるシリンダサ一ボモータを得ることができる。図面の簡単な説明

第 1図はこの発明の実施の形態 1に係るシリンダサーボモータの部分縦断面図である- 第 2図はこの発明の実施の形態 1に係るシリンダサ一ボモータの負荷側軸端部分（回り止め機構）の拡大断面図である ₌

第 3図はこの発明の実施の形態 1に係るシリンダサーボモータの回り止め機構の動作説明図である。

第 4図は第 3図を矢視 Aから見た図である：

第 5図はこの発明の実施の形態 1に係るシリンダサ一ボモータの組立方法を示す図である。

第 6図はこの発明の実施の形態 2に係るシリンダサーボモータの部分縦断面図である：

· 第 7図はこの発明の実施の形態 2に係るシリンダサ一ボモータの回転検出器に使用されているブリント基板の形状図である：

第 8図はこの発明の実施の形態 3に係るシリンダサ一ポモータの部分縦断面図である：

第 9図はこの発明の実施の形態 4に係るシリンダサ一ポモータの部分縦断面図である。

第 10図はこの発明の実施の形態 5に係るシリンダサーボモータの部分縦断面図である。 ■

第 1 1図はこの発明の実施の形態 5に係るシリンダサ一ボモータの回り止め機構の動作説明図である。

第 12図は第 1 1図を矢視 Bから見た図である。

第 13図はこの発明の実施の形態 5に係るシリンダサ一ボモータの回り止め機構の接触状態を示す斜視図である。

第 14図は従来のシリンダサ一ボモータを示す縦断面図である：発明を実施するための最良の形態

実施の形態 1 .

この発明の実施の形態 1を、第 1図〜第 5図を用いて説明する：なお、第 1図はシリンダサ一ボモータの部分縦断面図、第 2図は負荷側軸端部分（回り止め機構）の拡大断面図、第 3図は回り止め機構の動作説明図、第 4図は第 3図を矢視 Aから見た図、第 5図はシリンダサ一ボモータの組立方法を示す図である：第 1図において、 1は回転子 2と固定子 3とを有するサ一ボモータである：このサ一ボモータ 1の回転子 2は、回転軸 20とこの回転軸 20の外周部に固着された永久磁石 2 1とから構成され、負荷側ブラケット 28と反負荷側ブラケット 38に夫々保持された 2個の負荷側玉軸受 22、 23と反負荷側玉軸受 24とにより、回転自在に支承されている：また回転軸 20には、負荷側軸端 20 aから反負荷側軸端 20 bに向い反負荷側軸端 20 bで非貫通になっている、回転軸線方向に延在する非貫通穴 20cが形成されている：またこの非貫通穴 20cの開放部側の径寸法が、後述するボールネジナット 4の一部が嵌込むことができるよう、閉塞部側の径寸法より所定寸法分だけ大きく形成されており、更にその非貫通穴 20 cにおける開放部側の径寸法が大きい部分の軸方向寸法が、負荷側玉軸受 22に対応する位置まで延びている。また、回転軸 20の負荷側軸端 20aには、ボ一ルネジナット 4を固定するため、並びに負荷側玉軸受 22、 23の内輪 2 2 b、 23 bを固定するため、肩部 20eが形成されており、また回転軸 20の略中央部分には、内輪固定ナット 40が螺合する雄ネジ 20fが形成されている。なおまた、回転軸 20の反負荷側軸端 20b部分が、後述する絶対値回転検出器 7の符号板 7fを固着するため、反負荷側ブラケット 38の穴 3 8bより外部に突出している。また、固定子 3は、鉄心 35にコイル 36を巻線するとともに、これらを樹脂 37で覆うことにより構成されており、そして負荷側ブラケット 28と反負荷側ブラケット 3 8に嵌合固定され、回転子 2の永久磁石 2 1と半径方向に僅かな間隔で対向配置されている。

4は内周部にボール循環機構（図示せず）の玉 4aが設けられ、またフランジ部

4 bが形成されたボールネジナットで、その一部を回転軸 20の開放部の内周部 20dに嵌め込むとともに、フランジ部 4bを回転軸 20の肩部 20eに当接させ、回転軸 20の肩部 20aに螺合するボルト 25により、回転軸 20の負荷側軸端 20aに固定されている：

なお、このボ一ルネジナット 4の構成は公知のものであるので、詳細な説明は省略する。

5は外周部にボールネジナット 4の玉 4 aが嵌り込む所定のリード、ピッチを有する螺旋状のネジ溝 5aがほぼ全長に亘つて形成されたボールネジシャフトで、その負荷側軸端 5 dが負荷側ブラケット 28から突出し、且つ反負荷側軸端 5 cが ·回転軸 20の非貫通穴 20c内の最奥部まで収衲されるよう、ボールネジナット 4 に玉 4 aを介して軸方向移動自在に支持されている：また、このボールネジシャフト 5は、第 2図〜第 4図にその詳細を示す回り止め機構にて、軸方向移動時に回転するのを防止されている：

この回り止め機構は、ボールネジシャフト 5の負荷側軸端 5d近くに、ボ一ルネジシャフト軸線方向と平行に形成された、ネジ溝 5 aの深さと略同一或いはネジ溝 5 aの深さより若千浅い深さを有する 1本の略 V形状の回り止め溝 5 bと、第 4 図に示すように、この回り止め溝 5 bに 2点で転がり接触する 2個の鋼球 26、 27 と、負荷ィ則ブ 'ラケット 28の端部 28 aの穴 28b、 28cに設けられ、鋼球 26、 27を回動自在に支特する 2個の玉受 29、 30と、この 2個の玉受 29、 30を常時押圧するばね 3 1、 32と、負荷則フ、、ラケット 28の端部 28 aの穴 2 8 b、 28cにも累合し、回り止め溝 5 bと 2個の鋼球 26、 27との転がり接触圧を締付け位置より調整する止めネジ 33、 34とにより構成されてレ、る：またこの回り止め機構は、第 3図に示すように、ネジ溝 5aのピッチを P、鋼球 26と鋼球 27の間隔を B、ネジ溝 5aの幅寸法を Cとしたとき、 Cく 1Z2P、かつ 1. 5P<B<2Pの関係になっている：即ち、ボールネジシャフト 5が如何なる位置にあっても、鋼球 26、鋼球 27の何れか一つが必ず回り止め溝 5 b内に位置する寸法関係となっている：

また、回転軸 20を支承する組合わされた 2個の負荷側玉軸受 22及び 23は、負荷側ブラケット 28のハウジング肩部 28 dと、負荷側ブラケット 28の内周壁に形成された雌ネジ 28gに螺合する外輪固定ナット 39とにより、外輪 22a、 23aが回転軸線方向に固定され、またボールネジナット 4のフランジ部 4bを固定する回転軸 20の肩部 20eと、回転軸 20の雄ネジ 20fに螺合する内輪固定ナット 40 により、内輪 22b、 23bが回転軸線方向に固定されている。尚、内輪固定ナット 40の締付トルクを所定値にすることにより、負荷側玉軸受 22、 23のアキシャル隙間を無くしている。また、 2個の負荷側玉軸受 22、 23の内輪 22b、 23bの内径寸法は回転子 2の永久磁石 21の外径寸法より大きくなつている：

- また 41はオイルシールで、負荷側ブラケット 28のオイルシールハウジング 28e に嵌合固定され、ボールネジナツ卜 4のフランジ部 4bの外周部 4cにリツフ:部 4 la が接触している：

以上のような各構成部品でシリンダサ一ボモータ本 ί本は構成されている：また、 7は絶対値回転検出器で、反負荷側ブラケット 38の外部に設けられている ₂この絶対値回転検出器 7は、反負荷側ブラケット 38の反対外側端面 38a に固定された発光部 7cと、所定のパターンを備えた符号板 7ί及びボス 7gを有する回転部分 7bと、 ·検出部 7aと、反負荷側ブラケット 38にネジにて固着され、絶対値回転検出器 7の発光部 7 c、回転部分 7 b及び検出部 7 aを反負荷側ブラケット 38とともに密閉する回転検出器カバ一 42とから構成されている。また符号板 7fは、ボス 7gに固着され、このボス 7gが反負荷側ブラケット 38の穴 38bから突出した回転軸 20の反負荷側軸端 20bに嵌合固定されることにより、回転軸 20の反負荷側軸端 20 bに回転自在に固着されている：またこの検出部 7 a は、ブリント基板 7dに搭載された、符号板 7fを介して発光部 7cと対向する受光部 7e、並びに回転検出器制御手段で構成されている- また、 6はサーボモータ 1を位置制御する制御装置部で、反負荷側ブラケット 38の反対外側端面 38 aに固定されているシャーシ 43に収納 ί呆持されている：上記制御装置部 6は、インバ一タ回路 6 aと、このインバ一タ回路 6aに電気的接続された制御回路 6bと、電源回路 6c (インバータ回路 6a、制御回路 6 b、回転検出器 7の各電源として使用される）とで構成され、インバ一タ回路 6aは、リード線 44により反負荷側ブラケット 38のリード線穴 38cを通じ、固定子 3のコイル 36 に電気的接続されている。また、制御回路 6bは、回転検出器 7の回転検出器制御部 9と接続ケーブル 45 aにより電気的接続されているとともに、インバ一タ回路 6 aと電気的接続されており、且つ外部の指令装置 1 9と接続ケーブル 45 により電気的接続されている。

なお、制御装置部 6の電気回路、動作は、公知のサ一ポモータの制御装置と ·同様のものであるので、その詳細説明は省略する- 以上のように実施の形態 1に係るシリンダサーボモータは構成されており、このシリンダサ一ボモータを運転するときには、次のように動作する。

即ち、指令装置 1 9から、ボ一ルネジシャフト 5をある地点へ駆動させる指令信号を制御装置部 6に与える：この信号が入力されると、インバ一タ回路 6 aでは入力された交流を、所要の周波数、電圧、電流の 3相交流に変換してリード線 44を通じて固定子 3のコイル 3 6に給電し、回転磁界を発生させる。これによりサーボモータ 1が駆 ·動する。回転子 2の回転にともない、負荷側軸端 20 aに固定されているボールネジナット 4も回転し、ボールネジシャフト 5に玉 4 aを介して推力が与えられる。ポールネジシャフト 5は静止摩擦により、ボールネジナット 4 と連れ回りしょうとする力鋼球 26、 27力ばね 3 1、 32により回り止め溝 5bに押圧されており、また、鋼球 26、 27の間隔 B寸法とネジ溝 5 aの寸法との関係が上述のとおり第 3図に示す関係となっており、ボールネジシャフト 5が如何なる位置にあっても、少なくとどちらかの銅球 26、または 27が回り止め溝 5b内にあるため、ボールネジシャフト 5はボールネジナット 4と連れ回りすることなく直動する。

また、サ一ポモータ 1が駆動すると、反負荷側軸端 20bに嵌合固定されているボス 7g及び符号板 7ίも回転する：発光部 7cからの光信号により、符号板 7ίのパターンを受光部 7eで読み取り、光電流に変換され、プリント基板 7d上にあるアナログ回路（図示せず）で光電圧に変換され、更にプリント基板 7d上にあるデジタル回路（図示せず）で回転位置データに変換される：

次にこの検出された回転位置データを制御装置部 6へ出力する。制御装置部 6では、上記回転位置データと上記指令信号と比較して所定の回転位置に達したかどうかを判断し、所定の回転位置に達していない場合、その差分が零になるようにコイル 36に給電し、ボールネジシャフト 5を動かす：即ち、一般のサーボ制御を行う ₌

そして、回転位置データと指令信号と比較して差分が零になったとき、コイル - 36への給電を停止することにより、ボールネジシャフト 5を指令された位置まで動かす

以上説明したように、この実施の形態 1によれば、出荷先でサーボモータ 1と回転検出器 7と制御装置部 6との配線が不要となるため、出荷先での誤配線がなくなるとともに、その配線作業が不要となるので作業性が向上する：また制御装置を設置する場所を検討する必要がないため、機械設計の自由度が向上する：

また、従来のようにモータの回転軸 20とポールネジシャフト 5とを連結するカツプリングを使用しないので、ストロークの割にコンパクトになり、全体としての小型化が図れるとともに、部品点数も少なくなる。 '

また、回転検出器 7の電気回路部分が、回転検出器カバ一 42及びシャーシ 43で 2重に覆われており、また回転軸 20に穴が設けられているものの、その穴が非貫通穴 20cであるので、密閉性が良好であり、対外環境に対して信頼性が高いつ

また、第 5図の概略図で示すように、一方向から上記各部品を組み立てることができるようになり、シリンダサ一ボモータの組立て性を向上させることができる- 即ち、回り止め機構やオイルシール 41が予め組込まれた負荷側ブラケット 2 8 に対し、ボールネジナット 4やボールネジシャフト 5が予め組込まれた回転子、負荷側玉軸受 22、 23、反負荷側玉軸受 24、内輪固定ナット 40、外輪固定ナット 39、固定子 3、反負荷側ブラケット 3 8、絶対値回転検出器 7、制御装置部 6の順に組み立てることができるようになる：

また、このオイルシール 41のリップ部 4 l aを、上記ボールネジナット 4の固定用フランジ部 4 bの外周面 4cに接触させているので、オイルシール部の軸方向寸法を短くでき、より小型化が可能となる ₌

また、回止め機構が転がり接触のため、接触面の摩擦が減少して寿命が延び、且つ摩擦損失が減少する（ひいては入力電力が減少し省ヱネルギ一となる）。実施の形態 2

次にこの発明の実施の形態 2を、第 6図及び第 7図を用いて説明する：なお、第 6図はシリンダサーボモータの部分縦断面図、第 7図は回転検出器に使用されているプリント基板の形状を示す図である：

即ち、第 6図において、回転軸 47 (実施の形態 1における回転軸 20に相当する）の反負荷側軸端 47bが、絶対値回転検出器 49 (実施の形態 1における絶対値回転検出器 7に相当する）を貫き、制御装置部 6の端部 6d近くにまで延長されており、この回転軸 47の延長に対応して、ボールネジシャフト 50 (実施の形態 1におけるボールネジシャフト 5に相当する）の反負荷側軸端 50cを、回転軸 47の反負荷側軸端 47b近くまで延長している。また回転軸 47を上記のように延長するため、回転検出器 49のブリント基板 49dを、第 7図に示すようにコ字形状とするとともに、回転検出器カバ一 52 (実施の形態 1における回転検出器カバー 420に相当する）に、回転軸 47が貫通できる穴を形成している。

また、第 6図において、 47 aは回転軸 47の負荷側軸端、 47cは回転軸 47の非貫通穴、 47dは回転軸 4 7の内周部、 47 eは回転軸 47の肩部、 4 7fは回転軸 47のボス取付部、 47gは回転軸 47の雄ネジ部、 48は反負荷側軸受、 49 a は絶対値回転検出器 49の検出部、 49 bは絶対値回転検出器 49の回転部分、 49 cは絶対値回転検出器 49の発光部、 49 eは絶対値回転検出器 49の受光部、 49fは絶対値回転検出器 49の符号板、 49gは絶対値回転検出器 49のボス、 50 aはボールネジシャフト 50のネジ溝、 50bはボールネジシャフト 50の回り止め溝、 50cはボールネジシャフト 50の反負荷側軸端、 50dはボールネジシャフト 50の負荷側軸端、 51は実施の形態 1の回転子 2に相当する回転子である：なお、その他の構成は実施の形態 1の構成と実質的に同一であるので、説明を省略する

なお、本実施の形態 2の動作については、実施の形態 1と同様であり、位置指令を与えることでボールネジシャフト 5に相当するボールネジシャフト 50が所定の位置まで動く：

以上説明したように、この実施の形態 3によれば、実施の形態 1の効果に加え、同一寸法でより長い直線運動のストロークが実現できるという効果を奏する：実施の形態 3

次にこの発明の実施の形態 4を、第 8図（シリンダサ一ボモータの部分縦断面図）を用いて説明するつ

即ち、第 8図において、回転軸 53 (実施の形態 2における回転軸 47に相当する）の反負荷側軸端 53 bが、回転検出器 49を貫き、制御装置部 6の端部 6d 近くにまで延長されており、回転軸線方向で負荷側軸端 53 aから反負荷側軸端 53 bに向い、貫通穴 53cが明けられている。

また上記回転軸 53の延長に対応して、ボールネジシャフト 50の反負荷側軸端 50cを、回転軸 53の反負荷側軸端 53 b近くまで延長している。また回転軸 5 3を上記のように延長するため、回転検出器 49のプリント基板 49dを、第 7図に示すようにコ字形状とするとともに、回転検出器カバ一 52に、回転軸 53が貫通できる穴を形成している。

またこの貫通穴 53cの反負荷側軸端 53 bの内側には、雌ネジ 53 gが設けられおり、雄ネジが設けられている貫通穴蓋 54力' 取り外しできるように雌ネジ 53 g に螺合され、貫通穴 53 cの反負荷側軸端 53 bを塞いでいる：

またシャーシ 43の端部 6dには、貫通穴蓋 54と対向する貫通穴 43 aが設けられ、貫通穴 43 aには着脱可能な密閉蓋 43 bが取付けられている：

更にまた、ボールネジシャフト 50の反負荷側軸端 50cには、雌ネジ 50dが軸方向に設けられている。

なお、貫通穴蓋 54及び密閉蓋 43 bを設けているのは、回転軸 53における反負荷側軸端 53 bの貫通穴 53 cより油或いは油ミストが侵入し、またシャーシ 43 の貫通穴 43 aより塵埃等が侵入し、回転検出器 49の回転部分 49 bが対外環境に対して悪化するのを防止するためで、実施の形態 1、 2と同様な良好な対 -外環境を維持させるためである。

また、第 8図において、 53 aは回転軸 53の負荷側軸端、 53 cは回転軸 53の非貫通穴、 53 dは回転軸 53の内周部、 53 eは回転軸 53の肩部、 53 ίは回転軸 53のボス取付部、 53gは回転軸 53の雌ネジ部、 55は実施の形態 2における回転子 5 1に相当する回転子である：

なお、その他の構成は実施の形態 2の構成と実質的に同一であるので、説明を省略する。

本実施の形態のシリンダサ一ボモ一タは、機械（図示せず）に取付けた状態で、シャーシ 43に設けられた密閉蓋 43 bを外した後、 54の貫通穴蓋を外し、そしてボールネジシャフト 50の反負荷側軸端 50cに設けられた雌ネジ 50dに螺合する雄ネジを設けた調整治具（図示せず）を取付け、手動でその調整治具を押引きすることにより、手動でボールネジシャフト 50を直動させることができる。なお本実施の形態のシリンダサーボモータの通常運転における動作は実施の形態 2と同様であり、位置指令を与えることでボールネジシャフト 50が所定の位置まで動く ₌

なおこの実施の形態 3は、実施の形態 1にも適用できることは言うまでもない：この実施の形態 3によれば、実施の形態 1、 2の効果に加え、シリンダサーボモータを機械に取付けた状態で、手動でボールネジシャフト 50の位置合せが可能になり、よって作業性'操作性が向上するという効果を奏する- 実施の形態 4

次にこの発明の実施の形態 4を、第 9図（シリンダサーボモータの部分縦断面図）を用いて説明する。

第 9図において、オイルシール 41は負荷側ブラケット 28のオイルシールハウジング 28fに嵌合固定され、ボールネジナット 4のフランジ部 4bの外周部 4cより径が小さい、ボールネジナット 4のナット外周部 4dにリップ部 4 l aが接触している。

· なお、その他の構成は実施の形態 1の構成と実質的に同一であるので、説明を省略する：また動作についても、実施の形態 1の動作と実質的に同一であり、位置指令を与えることでボールネジシャフト 5が所定の位置まで動く：

また、この実施の形態 4は、実施の形態 2、 3にも適用できることは言うまでもなレ、 ₌

この実施の形態 4によれば、実施の形態 1の効果に加え、オイルシール 4 1のリップ部 41 aを、上記ボールネジナット 4の軸端外周面 4dに接触させたので、ォィルシール 41のリップ部 41 aの摺動径が小さくなつて、その接触部の周速が小さくなるため、オイルシール 41の耐摩耗性が向上し、寿命が延びるという効果を奏する。

実施の形態 5

次にこの発明の実施の形態 5を、第 1 0図〜第 13図を用いて説明する。なお、第 10図はシリンダサ一ボモータの部分縦断面図、第 1 1図はシリンダサ一ボモ —タの回り止め機構の動作説明図、第 12図は第 1 1図を矢視 Bから見た図、第 1 3図はシリンダサーボモータの回り止め機構の接触状態を示す斜視図である.：

第 1 0図において、ボ一ルネジナット 4に玉 4 aを介して軸方向移動自在に支持されているボールネジシャフト 5は、第 1 1図〜第 13図にその詳細を示す回り止め機構にて、軸方向移動時に回転するのを防止されている：

この回り止め機構は、ボールネジシャフト 5の負荷側軸端 5d近くに、ボールネジシャフト軸線方向と平行に形成された、ネジ溝 5 aの深さと略同一或いはネジ溝 5 aの深さより若干浅い深さを有する 1本の略 V形状の回り止め溝 5bと、第 23 図に示すように、この回り止め溝 5bに 2点の接触部 61、 62で接触する 1個の円筒ころ 60と、負荷側ブラケット 56 (実施の形態 1における負荷側ブラケット 28に相当する）の端部 56 aの穴 56 bに設けられ、円筒ころ 60を回動自在に支持する 1個のころ受 59と、この 1個の円筒ころ 60を常時押圧するばね 58と、負荷側 'ブラケット 56の端部 56 aの穴 56 bに螺、合し、回り止め溝 5 bと 1個の円筒ころ 60 との転がり接触圧を締付け位置より調整する止めネジ 57とにより構成されている。またこの回り止め機構は、第 1 1図に示すように、 P寸法をネジ溝 5 aのピッチ、 C寸法をネジ溝 5 aの幅寸法、 Lを円筒ころの長さとしたとき、 2 Cく Lく Pになつている-即ち、ボールネジシャフト 5が如何なる位置にあっても、 1個の円筒ころ 60の一部が常時回り止め溝 5 b内に位置する寸法関係となっている ₌

また第 1 0図において、ハウジング肩部 56d、オイルシールハウジング 56e、雌ネジ部 56gは、それぞれ実施の形態 1のハウジング肩部 28d、オイルシールハウジング 28e、雌ネジ部 56gに相当する。

なお、その他の構成は実施の形態 1の構成と実質的に同一であるので、説明を省略する。

次に、動作について説明する。位置指令を与えることより、回転子 2およびボ —ルネジナット 4が回転する動作は、実施の形態 1と同様である-回転子 2およびボールネジナット 4が回転することで、ボールネジシャフト 5には玉 4aを介して推力が与えられる：：ボールネジシャフト 5は静止摩擦により、ボールネジナット 4と連れ回りしょうとする力 ' 円筒ころ 60がばね 58により回り止め溝 5 bに押圧されており、また、円筒ころ 60の長さ L、ネジ溝 5 a寸法 C及びピッチ Pの関係が 2 C < L < Pになっているため、即ち円筒ころ 60の接触部 61、 62が回り止め溝 5 b と必ず接触しているため、ボールネジシャフト 5はボールネジナット 4と連れ回りすることなく、所定の位置まで動

なおこの実施の形態 5に係る回り止め機構は、実施の形態 2〜4に記載の回り止め機構と置き換えて適用できることは言うまでもない：

以上説明したように、この実施の形態 5によれば、実施の形態 1の効果（回り止め機構の効果を除く）に加え、回転軸方向の 1つの回転止め機構で、回止めの役割を果たすため、シリンダサ一ボモータの全長が短くなるという効果を奏する：

また、本実施の形態 1〜4では、回転止め機構を軸方向に平行に同一直線上に設置したが、回止め溝と接触するボールの位置が、少なくても必ず 1個が交差しない区間にあるようにすれば、ボールネジシャフト 5に設ける回止め溝の本数を増やし、対向する向きで 2個、あるいは放射状に数個など、設置しても構わない；；

また、本実施の形態 1〜5では、制御装置部 6が内蔵型のものについて説明した力上記シリンダサ一ボモータ本体と絶対値回転検出器とが一体化されたものと、制御装置部 6とを IDコードで識別し、 1 : 1で必ず使用するようにすれば、制御装置部 6は内蔵型でなく、分離されていてもよい。なお、このようなタイプのシリンダサーボモータであっても、本明細書中では、シリンダサ一ボモータ本体と検出器と制御装置部とが一体化されていると称する。

以上説明したようにこの発明によれば、回転子と固定子とを有するサーボモータ、及びこのサ一ボモータの回転子の回転軸にボ一ルネジナットを介して連結され、軸方向に移動するボールネジシャフトを備えたシリンダサ一ボモ一タ本体と、上記サ一ボモータの回転位置を検出する回転検出器と、この回転検出器及びサ一ボモータを制御する制御手段とを備え、上記シリンダサーボモータ本体、回転検出器及び制御手段を機械的に一体化し、且つ上記サ一ボモータの回転子を、負荷側ブラケットに支持される負荷側軸受と反負荷側ブラケットに支持される反負荷側軸受とで回転自在に支承されるとともに、少なくとも負荷側端が開放する、軸方向に延在する中空状の穴が設けられた回転軸と、この回転軸に固着され上記固定子と所定間隙を介して対向する永久磁石とから構成し、上記ボールネジナットを、ボール循環機構で構成するとともに上記回転軸の負荷側軸端に固定し、上記ボールネジシャフトを、その反負荷側軸端を上記回転軸の中空状の穴に格納するとともに、その負荷側軸端を上記負荷側ブラケットから突出するように、上記ボールネジナットに軸方向のみ移動自在に螺合させ、上記回転検出器を、その回転部分を上記反負荷側ブラケットに設けられた穴を貫通突出した上記回転軸の反負荷側部分に結合するとともに回転検出器カバ一で覆い、上記制御手段を、上記反負荷側ブラケットの反固定子側に配置するとともに、上記反負荷側ブラケットに固定されるシャーシにて、上記制御手段及び回転検出器カバ一を覆ったので、出荷先でサーボモータと回転検出器と制御手段との配線が不要となるため、出荷先での誤配線がなくなるとともに、その配線作業が不要となるので作業性が向上する：

また、従来のようにモータの回転軸とボ一ルネジシャフトとを連結するカツプリングを使用する必用がなくなることにより、ストロークの割にコンパクトになり、全体としての小型化が図れるとともに、部品点数も少なくなるという効果がある。また、回転検出器の回転部分が、回転検出器カバ一及びシャーシで 2重に覆われるので、対外環境に対して信頼性が高くなる。

また、この発明によれば、上記回転軸の反負荷側端と中空状の穴を、上記サーボモータの制御手段が存在する位置まで延長するとともに、上記ボールネジシャフトの反負荷側軸端も、それに合せて延長したので、上記発明の効果に加え、同一寸法でより長い直線運動のストロークが実現できるという効果がある：また、この発明によれば、上記回転軸の中空状の穴を、反負荷側も開放するとともに、この開放部を覆う蓋を着脱自在に設け、且つ上記回転軸の軸線方向で上記蓋と対向する上記シャーシ部分に、貫通穴を形成するとともに、この貫通穴に蓋を着脱自在に設けたので、上記発明の効果に加え、シリンダサーボモータを機械に取付けた状態で、手動でボールネジシャフトの位置合せが可能になり、作業性'操作性が向上するという効果がある：

また、この発明によれば、上記負荷側軸受が、玉軸受で構成され、この玉軸受の外輪を、上記負荷側ブラケットの内周壁に形成された肩部と上記負荷側ブラケットの内周壁に螺合する外輪固定ナットとの間に挟み込んで固定するとともに、上記玉軸受の内輪を、上記サ一ボモータの回転軸の負荷側軸端に形成されたボールネジナット固定用肩部と上記サーボモータの回転軸に螺合する内輪固定ナットとの間に挟み込んで固定し、且つ上記玉軸受の内輪の内径寸法を、上記サ一ボモータの回転子の外径寸法より大きくしたので、上記発明の効果に加え、シリンダサーボモータを一方向からの組立てが可能となり、作業性が向上するという効果がある：

また、この発明によれば、上記回転軸の負荷側軸端にボールネジナット固定用肩部を形成するとともに、上記ボールネジナットに固定用フランジ部形成し、上記ボールネジナットを、その一部を上記回転軸の負荷側軸端の中空状穴部に嵌合させるとともに、上記固定用フランジ部をボールネジナット固定用肩部に当接させてネジ止めすることにより、上記回転軸の負荷側軸端に固定し、且つ上記負荷側ブラケットにオイルシールを保持するとともに、このオイルシールのリップ部を、上記ボールネジナットの固定用フランジ部外周面に接触させたので、上記発明の効果に加え、オイルシール部の軸方向寸法を短くでき、より小型化が可能となるという効果がある：

また、この発明によれば、上記回転軸の負荷側軸端にボールネジナット固定用肩部を形成するとともに、上記ボールネジナットの中央部寄りに固定用フランジ部形成し、上記ボールネジナットを、その一部を上記回転軸の負荷側軸端の中空状穴部に嵌合させるとともに、上記固定用フランジ部をポールネジナット固定用肩部に当接させてネジ止めすることにより、上記回転軸の負荷側軸端に固定し、且つ上記負荷側ブラケットにオイルシールを ί呆持するとともに、このォィルシールのリップ部を、上記ポールネジナットの軸端外周面に接触させたので、上記発明の効果に加え、オイルシールのリップ部の摺動径が小さくなつて、その接触部の周速が小さくなるため、オイルシールの耐摩耗性が向上し、寿命が延びるという効果がある。

また、この発明によれば、上記ボールネジシャフトが、その外周部にネジ溝深さと略同一或いはそれより浅い深さを有する軸線方向に延在する回止め溝を有するとともに、上記回止め溝内に挿入される少なくとも 2個のボールと、これらのボールを上記回止め溝方向に常時押圧するパネとを設け、上記ボールの少なくとも 1個が上記回止め溝内に常時位置するよう配置されているので、上記効果に加え、回止めが転がり接触のため、接触面の摩擦が減少して寿命が延び、且つ摩擦損失が減少する（ひいては入力電力が減少し省エネルギーとなる）という効果がある：

更にまた、この発明によれば、上記ボ一ルネジシャフトが、その外周部にネジ溝深さと略同一或いはそれより浅い深さを有する軸線方向に延在する回止め溝を有するとともに、上記回止め溝内に挿入される、上記ボールネジシャフトのネジピッチより長い長さを有する少なくとも 1個の円筒ころと、この円筒ころを上記回止め溝方向に常時押圧するパネとを設けたので、上記発明の効果に加え、回転軸方向の 1つの回転止めユニットで、回止めの役割を果たすため、シリンダサーボモータの全長が短くなるという効果がある- 産業上の利用可能性

以上のように、本発明にかかるシリンダサ一ボモータは、計測器、スポット溶接機、数値制御工作機械、工場設備等において用いられるのに適している—

Claims

請求の範囲

1 . 回転子と固定子とを有するサーボモータ、及びこのサーボモータの回転子の回転軸にボールネジナットを介して連結され、軸方向に移動するポールネジシャフトを備えたシリンダサーボモータ本体と、上記サーボモータの回転位置を検出する回転検出器と、この回転検出器及びサ一ボモータを制御する制御手段とを備え、上記シリンダサーボモータ本体、回転検出器及び制御手段を機械的に一体化し、且つ上記サーボモータの回転子を、負荷側ブラケットに支持される負荷側軸受と反負荷側ブラケットに支持される反負荷側軸受とで回転自在に支承されるとともに、少なくとも負荷側端が開放する、軸方向に延在する中空状の穴が設けられた回転軸と、この回転軸に固着され上記固定子と所定間隙を介して対向する永久磁石とから構成し、上記ボ一ルネジナットを、ボール循環機構で構成するとともに上記回転軸の負荷側軸端に固定し、上記ボール -ネジシャフトを、その反負荷側軸端を上記回転軸の中空状の穴に格钠するとともに、その負荷側軸端を上記負荷側ブラケットから突出するように、上記ボールネジナットに軸方向のみ移動自在に螵合させ、上記回転検出器を、その回転部分を上記反負荷側ブラケットに設けられた穴を貫通突出した上記回転軸の反負荷側部分に結合するとともに回転検出器カバ一で覆い、上記制御手段を、上記反負荷側ブラケットの反固定子側に配置するとともに、上記反負荷側ブラケットに固定されるシャーシにて、上記制御手段及び回転検出器カバ一を覆つたことを特徴とするシリンダサーボモータ。

2 . 上記回転軸の反負荷側端と中空状の穴を、上記サーボモータの制御手段が存在する位置まで延長するとともに、上記ボールネジシャフトの反負荷側軸端も、それに合せて延長したことを特徴とする請求の範囲 1に記載のシリンダサ —ボモータ

3. 上記回転軸の中空状の穴を、反負荷側も開放するとともに、この開放部を覆う蓋を着脱自在に設け、且つ上記回転軸の軸線方向で上記蓋と対向する上記シャーシ部分に、貫通穴を形成するとともに、この貫通穴に蓋を着脱自在に設けたことを特徴とする請求の範囲 2に記載のシリンダサ一ボモータ： δ

4. 上記負荷側軸受が、玉軸受で構成され、この玉軸受の外輪を、上記負荷側ブラケットの内周壁に形成された肩部と上記負荷側ブラケッ卜の内周壁に螺合する外輪固定ナットとの間に挟み込んで固定するとともに、上記玉軸受の内輪を、上記サーボモータの回転軸の負荷側軸端に形成されたポールネジナット固定用肩部と上記サーボモータの回転軸に螺合する内輪固定ナットとの間に0 挟み込んで固定し、且つ上記玉軸受の内輪の内径寸法を、上記サ一ボモ一タの回転子の外径寸法より大きくしたことを特徴とする請求の範囲 1〜3の何れかに記載のシリンダサ一ボモータ。

5 · 上記回転軸の負荷側軸端にボールネジナット固定用肩部を形成するとともに、上記ボ一ルネジナットに固定用フランジ部形成し、上記ボールネジナットを、5 その一部を上記回転軸の負荷側軸端の中空状穴部に嵌合させるとともに、上記固定用フランジ部をボールネジナット固定用肩部に当接させてネジ止めすることにより、上記回転軸の負荷側軸端に固定し、且つ上記負荷側ブラケットにオイルシールを保持するとともに、このオイルシールのリップ部を、上記ボールネジナットの固定用フランジ部外周面に接触させたことを特徴とする請求の範囲 10 〜4の何れかに記載のシリンダサ一ボモータつ

6. 上記回転軸の負荷側軸端にボールネジナット固定用肩部を形成するとともに、上記ボールネジナットの中央部寄りに固定用フランジ部形成し、上記ボールネジナットを、その一部を上記回転軸の負荷側軸端の中空状穴部に嵌合させるとともに、上記固定用フランジ部をボールネジナット固定用肩部に当接させ5 てネジ止めすることにより、上記回転軸の負荷側軸端に固定し、且つ上記負荷側ブラケットにオイルシールを保持するとともに、このオイルシールのリップ部を、上記ボールネジナットの軸端外周面に接触させたことを特徴とする請求の範囲 1〜4の何れかに記載のシリンダサ一ボモータ ₌

7.上記ボ一ルネジシャフトが、その外周部にネジ溝深さと略同一或いはそれより浅い深さを有する軸線方向に延在する回止め溝を有するとともに、上記回止め溝内に挿入される少なくとも 2個のボールと、これらのボールを上記回止め溝方向に常時押圧するパネとを設け、上記ポールの少なくとも 1個が上記回止め溝内に常時位置するよう配置されていることを特徴とする請求の範囲 1〜6の何れかに記載のシリンダサ一ボモータ：

8. 上記ボ一ルネジシャフトが、その外周部にネジ溝深さと略同一或いはそれより浅い深さを有する軸線方向に延在する回止め溝を有するとともに、上記回止め溝内に挿入される、上記ボールネジシャフトのネジピッチより長い長さを有する少なくとも 1個の円筒ころと、この円筒ころを上記回止め溝方向に常時押圧するパネとを設けたことを特徴とする請求の範囲 1〜6の何れかに記載のシリンダサーボモータ：