モータ機構付転動体ねじ装置
【課題】発熱問題を解決するとともに、コンパクトな外形を有し、部品点数の少ないモータ機構付転動体ねじ装置を実現する。
【解決手段】転動体ねじ機構２０とモータ機構４０とが、一体的に組み合わされて構成されるモータ機構付転動体ねじ装置１０では、ナット部材３１の外周面に対して永久磁石４２が設置されることで、ナット部材３１と永久磁石４２とが協働して回転子４１を構成している。また、ナット部材３１の内周面に形成される負荷転動体転走面３２は、所定の距離を隔てて形成される第１の負荷転動体転走面３２ａと第２の負荷転動体転走面３２ｂとにより構成され、さらに、ナット部材３１には、これら第１の負荷転動体転走面３２ａと第２の負荷転動体転走面３２ｂとが形成される間の位置に対して、ナット部材３１の軸方向と平行方向に弾性力を及ぼす弾性部３３が形成されている。
【解決手段】転動体ねじ機構２０とモータ機構４０とが、一体的に組み合わされて構成されるモータ機構付転動体ねじ装置１０では、ナット部材３１の外周面に対して永久磁石４２が設置されることで、ナット部材３１と永久磁石４２とが協働して回転子４１を構成している。また、ナット部材３１の内周面に形成される負荷転動体転走面３２は、所定の距離を隔てて形成される第１の負荷転動体転走面３２ａと第２の負荷転動体転走面３２ｂとにより構成され、さらに、ナット部材３１には、これら第１の負荷転動体転走面３２ａと第２の負荷転動体転走面３２ｂとが形成される間の位置に対して、ナット部材３１の軸方向と平行方向に弾性力を及ぼす弾性部３３が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転動体ねじ機構とモータ機構とが一体的に組み合わされて構成されるモータ機構付転動体ねじ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、回転運動と往復運動とを相互に変換することが可能な装置として、ねじ軸の回転軸線に沿ってナット部材が往復運動する転動体ねじ装置が知られている。一般的な転動体ねじ装置は、外周面に転動体が転走する螺旋状の転動体転走面を有するねじ軸と、内周面に転動体転走面に対向する螺旋状の負荷転動体転走面を有するナット部材と、ねじ軸の転動体転走面とナット部材の負荷転動体転走面との間に介在される複数の転動体と、を備えて構成される装置であり、ねじ軸に対してナット部材を相対的に回転させると、ナット部材がねじ軸に対して直線的な運動を行うことができるようになっている。
【０００３】
このような従来の転動体ねじ装置を駆動させるためには、何らかの駆動力源と組み合わせる必要がある。従来から実施されている転動体ねじ装置と駆動力源との組み合わせ手法としては、例えば、ナット部材の周りに中空モータを配置してナット部材を回転させる手法や、モータとねじ軸を並列に配置し、タイミングベルト等の動力伝達部材を介してモータの回転駆動力をねじ軸に伝達する手法などが存在していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６４−６５３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、中空モータを利用する手法については、中空モータの発熱がナット部材とねじ軸との間に膨張量の差を生じさせるので、転動体ねじ装置の駆動精度を下げてしまうという問題を発生させていた。また、中空モータとナット部材とが別部品の場合には、取り付けのための加工や回転止め等の機構が新たに必要となるため、装置自体の外形寸法が大きくなってしまい、全体重量が増加してしまうという問題も存在していた。
【０００６】
全体重量の増加に対する対応策として、例えば上掲した特許文献１には、中空モータの回転子とナット部材とを一体化し、装置全体のコンパクト化を実現させるための技術が提案されている。しかしながら、特許文献１に開示された技術では、中空モータの発熱に対する対策が取られていないので、中空モータの発熱によってナット部材が膨張してしまう。そして、この膨張によって転動体ねじ装置（ボールねじ）には大きな予圧が加わることになるので、特許文献１に開示された技術では、早期寿命といった不具合を発生させる原因が未解決のままとなっていた。
【０００７】
一方、モータとねじ軸を並列に配置し、タイミングベルト等の動力伝達部材を介してモータの回転駆動力をねじ軸に伝達する手法については、モータとねじ軸が離れているので、発熱の問題は存在しない。しかしながら、この手法では、モータとねじ軸を並列に配置するので、装置全体の外形寸法が大きくなり、広い配置スペースを必要とするという問題が存在していた。さらに、この手法では、タイミングベルト等の動力伝達部材を設置する必要があるので、部品点数が増加し、多くの製造コストを要してしまうという問題も存在していた。
【０００８】
本発明は、上述した種々の問題の存在に鑑みて成されたものであって、その目的は、転動体ねじ機構とモータ機構とが一体的に組み合わされて構成されるモータ機構付転動体ねじ装置において、発熱問題を解決することで転動体ねじ装置としての性能を維持しながらも、コンパクトな外形を有し、部品点数の少ない構成を有する新たなモータ機構付転動体ねじ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るモータ機構付転動体ねじ装置は、外周面に転動体が転走する螺旋状の転動体転走面を有するねじ軸と、内周面に前記転動体転走面に対向する螺旋状の負荷転動体転走面を有するナット部材と、前記ねじ軸の転動体転走面と前記ナット部材の前記負荷転動体転走面との間に介在される複数の転動体と、を備える転動体ねじ機構と、界磁束発生源となる永久磁石を有する回転子と、前記回転子を回転させる回転磁界を発生する複数相の固定子コイルが複数組固定子鉄心に巻回されて構成される固定子と、を備えるモータ機構と、を備え、前記転動体ねじ機構と前記モータ機構とが、一体的に組み合わされて構成されるモータ機構付転動体ねじ装置であって、前記ナット部材の外周面に対して前記永久磁石が設置されることで、前記ナット部材と前記永久磁石とが協働して前記回転子を構成し、前記ナット部材の内周面に形成される前記負荷転動体転走面は、所定の距離を隔てて形成される第１の負荷転動体転走面と第２の負荷転動体転走面とにより構成され、さらに、前記ナット部材には、これら第１の負荷転動体転走面と第２の負荷転動体転走面とが形成される間の位置に対して、ナット部材の軸方向と平行方向に弾性力を及ぼす弾性部が形成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、転動体ねじ機構とモータ機構とが一体的に組み合わされて構成されるモータ機構付転動体ねじ装置において、発熱問題を解決することで転動体ねじ装置としての性能を維持しながらも、コンパクトな外形を有し、さらに、部品点数の少ない構成を有する新たなモータ機構付転動体ねじ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係るモータ機構付転動体ねじ装置の外観斜視図である。
【図２】本実施形態に係る転動体ねじ機構の取り得る構成例を示すものであり、特に、外観側面視を示している。
【図３】本実施形態に係る転動体ねじ機構の取り得る構成例を示すものであり、特に、正面視を示している。
【図４】本実施形態に係る転動体ねじ機構の取り得る構成例を示すものであり、特に、部分縦断面側面視を示している。
【図５】本実施形態に係る転動体ねじ機構の基本構成を説明するための図である。
【図６】本実施形態に係る転動体ねじ機構の駆動原理を説明するための模式図である。
【図７】本実施形態に係るモータ機構付転動体ねじ装置の内部構造を例示するための部分縦断面図であり、ねじ軸の軸方向に沿った方向で見た場合の断面を示している。
【図８】図４で例示した本実施形態に係る転動体ねじ機構とは別の構成例を示す部分縦断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１３】
図１は、本実施形態に係るモータ機構付転動体ねじ装置１０の外観斜視図である。本実施形態に係るモータ機構付転動体ねじ装置１０は、内方側に設置された転動体ねじ機構２０と、外方側に設置されたモータ機構４０とを有して構成されており、これら転動体ねじ機構２０とモータ機構４０とが、一体的に組み合わされて構成される装置である。
【００１４】
まず、本実施形態に係る転動体ねじ機構２０の具体的な構成について、図２〜図４を用いて説明する。ここで、図２〜図４は、本実施形態に係る転動体ねじ機構２０の取り得る構成例を示すものであり、特に、図２は外観側面視を、図３は正面視を、図４は部分縦断面側面視を示している。
【００１５】
本実施形態に係る転動体ねじ機構２０は、外周面にボール２４が転走する螺旋状のボール転走溝２２を有するねじ軸２１と、内周面にねじ軸２１のボール転走溝２２に対向する螺旋状の負荷ボール転走溝３２を有するナット部材３１と、ねじ軸２１のボール転走溝２２とナット部材３１の負荷ボール転走溝３２との間に介在される複数のボール２４と、を備えて構成されている。
【００１６】
図４にて示されるように、ねじ軸２１のボール転走溝２２は、所定のリードＬを有して構成されている。一方、ナット部材３１の内周面に形成される負荷ボール転走溝３２は、所定の距離を隔てて形成される第１の負荷ボール転走溝３２ａと第２の負荷ボール転走溝３２ｂとにより構成されている。なお、以下の説明においては、第１の負荷ボール転走溝３２ａが形成されたナット部材３１の箇所を第１ナット部３１ａと呼び、第２の負荷ボール転走溝３２ｂが形成されたナット部材３１の箇所を第２ナット部３１ｂと呼ぶこととする。そして、これら第１の負荷ボール転走溝３２ａと第２の負荷ボール転走溝３２ｂとが形成される間の位置に対して、すなわち、ナット部材３１における第１ナット部３１ａと第２ナット部３１ｂとの間の位置には、ナット部材３１の軸方向と平行方向に弾性を及ぼすための弾性部３３が形成されている。
【００１７】
第１ナット部３１ａと第２ナット部３１ｂのそれぞれには、円周方向に等間隔で３個のデフレクタ３５が嵌め込まれており（ただし、図４では、それぞれ１個のデフレクタ３５のみが図示されている。）、負荷ボール転走溝３２（３２ａ，３２ｂ）を転走してきたボール２４は、このデフレクタ３５の戻し溝を通って一巻き前の負荷ボール転走溝３２（３２ａ，３２ｂ）に戻され、同一の転走経路を無限循環するようになっている。したがって、第１ナット部３１ａと第２ナット部３１ｂは、それぞれに無限循環する３条のボール列を具備したものとなっている。
【００１８】
また、ナット部材３１の軸方向の両端部にはシール部材２６が設置されており、このシール部材２６は、ナット部材３１の軸方向端部とねじ軸２１との間に存在する隙間からナット部材３１の内部へと塵芥等の異物が侵入するのを防止する役目を担っている。さらに、ナット部材３１における第１ナット部３１ａの軸端部側には、フランジ部２７が形成されている。このフランジ部２７には、不図示のボルトを貫通させるための取付孔２８が形成されており、この取付孔２８を利用することで、駆動対象物とナット部材３１とを取り付けることが可能となっている。
【００１９】
次に、第１ナット部３１ａと第２ナット部３１ｂとの間に形成される弾性部３３について説明を行う。図４にて詳細に示されているように、この弾性部３３は、ナット部材３１の周方向の全周にわたって溝として形成されるものである。その具体的な形成方法としては、ナット部材３１の内周面に対して負荷ボール転走溝３２（３２ａ，３２ｂ）を研削加工した後に、ナット部材３１の内周面における第１ナット部３１ａと第２ナット部３１ｂとの間の位置に溝３３ａを旋削形成し、続いて、弾性部３３の形成予定箇所の外周面側に防炭処理を施した上でナット部材３１の全体に浸炭焼入れを実施し、その後、防炭処理を剥がしてナット部材３１の外周面に溝３３ｂを旋削形成する。
【００２０】
このように、１つの円筒状部材からなるナット部材３１を旋削加工して弾性部３３を形成することで、弾性部３３を構成することとなる溝３３ａ，３３ｂの旋削量及び角度を任意に設定できるので、弾性部３３のバネ常数を容易に調整することが可能となる。また、第１ナット部３１ａと第２ナット部３１ｂとの同軸度が、弾性部３３の形成前後で変化しないので、高品質のナット部材３１を形成できる点で好ましい。さらに、１部材からなるナット部材３１から弾性部３３を旋削加工して形成しているので、弾性部３３の強度が強く、衝撃荷重の作用時にナット部材３１が割れる危険性を極小化できるという利点を有している。
【００２１】
本実施形態に係るナット部材３１は、上述したような弾性部３３を有して構成されているので、好適な予圧荷重を付与することが可能となっている。すなわち、図４にて示されるように、第１及び第２の負荷ボール転走溝３２（３２ａ，３２ｂ）のリードは、ねじ軸２１に形成されたボール転走溝２２のリードＬと同一であるが、弾性部３３を介した第１の負荷ボール転走溝３２ａと第２の負荷ボール転走溝３２ｂとの間隔は、リードＬの整数ｎ倍よりαだけ小さく設定されている（ｎＬ−α）。したがって、ナット部材３１をねじ軸２１に組み込むと、ナット部材３１に対して何ら外力が作用していない状態においても、第１の負荷ボール転走溝３２ａを転走するボール２４と第２の負荷ボール転走溝３２ｂを転走するボール２４には、それぞれ弾性部３３の方向へ引っ張る荷重が作用するので、ナット部材３１にはαの値に応じた大きさの予圧が付与されることとなる。なお、本実施形態では、第１の負荷ボール転走溝３２ａと第２の負荷ボール転走溝３２ｂとの間隔を（ｎＬ−α）としたが、リードＬの整数ｎ倍よりαだけ大きく、すなわち（ｎＬ＋α）としても差し支えない。その場合、第１の負荷ボール転走溝３２ａを転走するボール２４と第２の負荷ボール転走溝３２ｂを転走するボール２４には、それぞれ軸端方向へ圧縮する荷重が作用するので、やはりナット部材３１にはαの値に応じた大きさの予圧が付与されることとなる。
【００２２】
そして、このように構成され予圧が付与される本実施形態のナット部材３１は、第１ナット部３１ａの外周面に突設された鍔状のフランジ部２７を介してテーブル等の駆動対象物にボルト（不図示）で固定され使用されるのであるが、このとき上記弾性部３３は、以下のように機能する。すなわち、ねじ軸２１のリード誤差や軸径の誤差によってボール２４と負荷ボール転走溝３２（３２ａ，３２ｂ）との間に隙間が発生したり、ボール２４に過度の圧縮力が作用した場合には、この弾性部３３が伸縮して上記隙間を吸収し、あるいは上記圧縮力を緩和するように働く。また、その一方で、弾性部３３の弾性力に応じてナット部材３１に予圧が付与されるので、そのバネ常数に応じた予圧量をナット部材３１に付与する働きが得られる。したがって、本実施形態に係る転動体ねじ機構２０にあっては、ねじ軸２１にリード誤差や軸径の誤差が存在する場合にも、弾性部３３の働きによって常に略一定の予圧がナット部材３１に付与され、安定した運動精度が発揮されるのである。
【００２３】
以上、本実施形態に係る転動体ねじ機構２０の具体的な構成について説明を行った。次に、本実施形態に係るモータ機構４０について、図５及び図６を参照図面に加えて説明することとする。ここで、図５は、本実施形態に係る転動体ねじ機構２０の基本構成を説明するための図である。また、図６は、本実施形態に係る転動体ねじ機構２０の駆動原理を説明するための模式図である。
【００２４】
本実施形態に係るモータ機構４０は、界磁束発生源となる複数の永久磁石４２を有する回転子４１と、回転子４１を回転させる回転磁界を発生する複数相の固定子コイル５２が複数組固定子鉄心５３に巻回されて構成される固定子５１と、を備えて構成されている。このモータ機構４０は、永久磁石４２を複数有する中空円筒状の回転子４１と、鉄心材料（固定子鉄心）５３に固定子コイル５２が巻回された複数の極を持つ固定子５１とを同軸で配置するものである。
【００２５】
回転子４１は、ナット部材３１と永久磁石４２とが協働することで構成されており、具体的には、ナット部材３１の外周面に対して接着剤を用いて複数個の永久磁石４２を貼り付けることで構成されている。永久磁石４２は、ナット部材３１の外周面の周方向で磁極の極性が交互に入れ替わるように、すなわち、図５中の分図（ｂ）にて示されるように、Ｎ極とＳ極とが交互に入れ替わるように配置されている。また、永久磁石４２については、溝として構成される弾性部３３を避けて設置されており、弾性部３３が発揮する弾性力の作用を阻害しないようになっている。すなわち、本実施形態の永久磁石４２は、ナット部材３１の外周面の軸方向では、弾性部３３を挟んで磁極の極性の同じものが配置されるように構成されている。このような構成を有する回転子４１は、永久磁石４２によって界磁束発生源となり、固定子５１から発生する回転磁界に従って回転可能となっている。
【００２６】
一方、固定子５１は、固定子鉄心５３が有するティース５３ａ部分に固定子コイル５２が巻回されたものであり、図５及び図６で例示するモータ機構４０の場合には、固定子５１の極対数が４極対として構成されている。そして、固定子５１は、回転子４１を回転させるための回転磁界を発生する複数相の固定子コイル５２が複数組固定子鉄心５３のティース５３ａ部分に巻回されることによって構成されている。
【００２７】
本実施形態に係る固定子５１のより具体的な構成を説明すると、固定子５１は、固定子鉄心５３と、固定子鉄心５３に配設された複数相（より具体的には奇数相で例えば３相）の固定子コイル５２ｕ，５２ｖ，５２ｗとを含んで構成されている。固定子鉄心５３には、径方向内側へ向けて、すなわち回転子４１側へ向けて突出した複数のティース５３ａが互いに周方向で間隔をおいて配列されており、さらに、各ティース５３ａ間には、スロット５５が形成されている。つまり、固定子鉄心５３には、複数のスロット５５が周方向に互いに間隔をおいて形成されている。各相の固定子コイル５２ｕ，５２ｖ，５２ｗは、スロット５５を通ってティース５３ａに短節集中巻で巻装されている。このように、ティース５３ａに固定子コイル５２ｕ，５２ｖ，５２ｗが巻装されることで、磁極が構成されることとなる。そして、複数相（３相もしくは奇数相）の固定子コイル５２ｕ，５２ｖ，５２ｗに複数相（３相もしくは奇数相）の交流電流を流すことで、周方向に並べられたティース５３ａが順次磁化し、周方向に回転する回転磁界をティース５３ａに形成することができる。ティース５３ａに形成された回転磁界は、その先端面から回転子４１に作用する。例えば、図６に示す例では、３相（ｕ相、ｖ相、ｗ相）の固定子コイル５２ｕ，５２ｖ，５２ｗがそれぞれ巻装された３つのティース５３ａにより１つの極対が構成され、４極３相の固定子コイル５２ｕ，５２ｖ，５２ｗが各ティース５３ａに巻装されている。
【００２８】
なお、上述した固定子鉄心５３については、極全体が単一の固定子鉄心５３として構成されてもよいし、一極ごとに分割された鉄心を構成し、この分割鉄心の集合体として固定子鉄心５３を形成することとしてもよい。
【００２９】
以上説明した本実施形態に係るモータ機構４０において、３相の固定子コイル５２ｕ，５２ｖ，５２ｗに３相の交流電流を流すことで、ティース５３ａに形成された回転磁界が回転子４１に作用することとなる。この回転磁界の作用に応じて、回転子４１の磁気抵抗が小さくなるように、永久磁石４２がティース５３ａの回転磁界に吸引される。これによって、回転子４１にトルク（リラクタンストルク）が作用して、回転子４１が固定子５１で形成される回転磁界に同期して回転駆動することとなる。
【００３０】
以上説明した転動体ねじ機構２０とモータ機構４０との一体化技術により、本実施形態に係るモータ機構付転動体ねじ装置１０が実現されている。すなわち、モータ機構４０が有する発熱源である固定子コイル５２からの熱がナット部材３１に伝わってナット部材３１とねじ軸２１との間に膨張量の差が生じたとしても、本実施形態では、ナット部材３１に形成された弾性部３３が伸縮して過度の膨張量を吸収するので、モータ機構付転動体ねじ装置１０には常に略一定の予圧が付与されることとなり、常時好適な運動精度を維持することが可能となっている。
【００３１】
また、本実施形態に係るモータ機構付転動体ねじ装置１０では、ナット部材３１の外周面に対して接着剤を用いて複数個の永久磁石４２を貼り付けることで回転子４１が構成されているので、装置全体としての外形寸法の増大を招くことがなく、非常にコンパクトな装置構成が実現されている。かかる構成は、部品点数の増加を招くこともないので、製造コストの面でも優位な構成となっている。
【００３２】
さらに、ナット部材３１の外周面に対して貼り付けられた複数個の永久磁石４２は、溝として形成された弾性部３３を避けて設置されているので、弾性部３３が発揮する予圧調整機能を阻害することなく転動体ねじ機構２０とモータ機構４０との一体化が実現しており、これによって従来にはない全く新しいモータ機構付転動体ねじ装置１０を提供することが可能となっている。
【００３３】
またさらに、ナット部材３１は、金属材料によって構成されているので、本来的に磁性体であるから、永久磁石４２のヨークとして見立てることができる。したがって、ナット部材３１の外周面に対して複数個の永久磁石４２を直接貼り付けることにより、従来用いられてきた中空モータを使用する場合に比べてモータとして機能するモータ機構４０の箇所の径が小さくなるので、イナーシャが小さくなるという好適な作用効果を発揮することが可能となる。
【００３４】
なお、転動体ねじ機構２０とモータ機構４０とを一体化するに際して採用される構成、具体的には、本実施形態に係る回転子４１と固定子５１との接続機構については、例えば、図７にて例示するような構成を採用することができる。ここで、図７は、本実施形態に係るモータ機構付転動体ねじ装置の内部構造を例示するための部分縦断面図であり、ねじ軸２１の軸方向に沿った方向で見た場合の断面を示している。
【００３５】
本実施形態に係るモータ機構付転動体ねじ装置１０については、ねじ軸２１と固定子５１に対してナット部材３１と一体化された回転子４１が相対的に回転運動自在に構成される必要がある。この際、ねじ軸２１と回転子４１とは、転動体ねじ機構２０が本来有する構成によって相対的に回転運動自在となっているが、一方、固定子５１と回転子４１とは、転動体ねじ装置としての機能を発揮させるために、両部材間での相対的な回転運動を実現しながらも、ねじ軸２１の軸方向での往復直線運動を両部材が実現できるようにする必要がある。そこで、図７にて例示する実施例では、回転子４１として構成されるナット部材３１と、固定子５１として構成される固定子鉄心５３を含む部材との間に、一対のボールベアリング６１，６２を設置する構成を採用することとした。かかる構成によって、ねじ軸２１と固定子５１に対してナット部材３１と一体化された回転子４１が相対的に回転運動自在となるので、転動体ねじ機構２０とモータ機構４０という２つの機構が有する機能を好適に発揮することが可能となる。
【００３６】
なお、テーブル等の駆動対象物と接続するためのフランジ部については、図７にて示すように、固定子５１に対して新たなフランジ部５７を形成するようにしてもよいし、あるいは、上述したナット部材３１が有する第１ナット部３１ａの外周面に突設された鍔状のフランジ部２７をそのまま利用できるように、固定子５１がフランジ部２７を避けて形成される構成を採用してもよい。
【００３７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。
【００３８】
例えば、上述した実施形態では、転動体としてボール２４を採用した場合を例示して説明を行ったが、転動体には、ローラやコロなどといったあらゆる形態のものを採用することが可能である。なお、転動体の種類によって、ねじ軸が有する転動体転走面やナット部材が有する負荷転動体転走面を、溝形状としたり面形状としたりすることが可能である。
【００３９】
また、上述した転動体ねじ機構２０とモータ機構４０の構成については、上述した実施形態が発揮し得る作用効果を実現できる範囲において、種々の変形形態を採用することが可能である。
【００４０】
例えば、上述した実施形態の回転子４１では、ナット部材３１の外周面に対して複数個の永久磁石４２が接着剤を用いて貼り付けられていたが、永久磁石の設置手法については種々の手法を採用することが可能であり、ナット部材３１の外周面に溝付け加工を行うことで取付溝を形成し、この取付溝に対して永久磁石４２を嵌め込んで設置するようにしてもよい。
【００４１】
また、モータ機構４０が有する永久磁石４２の数や固定子５１の極数などについては、適宜変更形態を採用することが可能である。
【００４２】
さらに、上述した実施形態の弾性部３３は、ナット部材３１の内周面に形成された溝３３ａと、ナット部材３１の外周面に形成された溝３３ｂによって形成されていたが、本発明に係る弾性部の形状については、上述した弾性部３３と同様の作用効果を発揮する範囲において、あらゆる変形形態を採用することが可能である。
【００４３】
例えば、ナット部材の内周面又は外周面の一方のみに溝を形成することで、本発明の弾性部を形成するようにしてもよい。また、ナット部材の内周面又は外周面の一方側に、その周面よりも外方側に飛び出す凸部形状を形成し、その凸部形状に対応するナット部材の外周面又は内周面のもう一方側に溝を形成することで、凸部形状と溝との組み合わせによる弾性部を形成するようにしてもよい。さらに、上述した実施形態の弾性部３３は、ナット部材３１の内周面と外周面に対してそれぞれ１つずつの溝を形成したものであったが、溝の数については任意に増やすことが可能である。
【００４４】
また、本発明の弾性部は、１つ以上の溝や、溝と凸部形状との組み合わせによってのみ構成されるものではない。例えば、１部材として構成されるナット部材の中央部分に対して螺旋状の穴を開けることで、ナット部材の中央部分にコイル形状を形成し、このコイル形状によって作用する弾性力を利用することで、本発明に係る別の弾性部を構成させるようにしてもよい。
【００４５】
以上、本発明に係る弾性部が取り得る多様な構成例を説明したが、上述した弾性部は、１部材として構成されるナット部材に対して適用されるものであった。しかしながら、本発明に係るナット部材については、別体で構成される複数の部材を組み合わせることで構成してもよい。かかる構成例として、図８を示す。
【００４６】
ここで、図８は、図４で例示した本実施形態に係る転動体ねじ機構とは別の構成例を示す部分縦断面側面図であるが、この図８にて示される転動体ねじ機構２０’のように、第１ナット部３１ａ’と第２ナット部３１ｂ’とを２つの分割された部材として構成し、これら第１ナット部３１ａ’と第２ナット部３１ｂ’との間に弾性体である２枚の皿バネ８３ａ，８３ｂを挟み込み、これらをプロジェクション溶接にて一体化することで、ナット部材３１’の軸方向と平行方向に弾性力を及ぼす弾性部８３を構成するようにしてもよい。２分割部材である第１ナット部３１ａ’と第２ナット部３１ｂ’、そして、これらの部材を接続する２枚の皿バネ８３ａ，８３ｂからなる弾性部８３によって構成されるナット部材３１’に対して、弾性部８３を避けて永久磁石４２を設置することにより、上述した実施形態と同様の作用効果を発揮することのできる回転子と一体化した転動体ねじ機構２０’を実現することが可能となる。なお、弾性部８３のバネ常数については、２枚の皿バネ８３ａ，８３ｂの弾性力を適宜に変更することにより、自在に調整することができる。
【００４７】
またさらに、図８にて示した構成例では、２つに分割された第１ナット部３１ａ’と第２ナット部３１ｂ’との間に設置される弾性部８３を、２枚の皿バネ８３ａ，８３ｂによって構成した場合を例示して説明を行ったが、弾性部８３に採用できる弾性体については、皿バネ８３ａ，８３ｂに限られるものではない。本発明の弾性部については、弾性力を発揮することのできるその他のあらゆる弾性体を採用することが可能である。
【００４８】
その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００４９】
１０ モータ機構付転動体ねじ装置、２０，２０’ 転動体ねじ機構、２１ ねじ軸、２２ ボール転走溝、２４ ボール、２６ シール部材、２７ フランジ部、２８ 取付孔、３１，３１’ ナット部材、３１ａ，３１ａ’ 第１ナット部、３１ｂ，３１ｂ’ 第２ナット部、３２ 負荷ボール転走溝、３２ａ 第１の負荷ボール転走溝、３２ｂ 第２の負荷ボール転走溝、３３ 弾性部、３３ａ，３３ｂ 溝、３５ デフレクタ、４０ モータ機構、４１ 回転子、４２ 永久磁石、５１ 固定子、５２，５２ｕ，５２ｖ，５２ｗ 固定子コイル、５３ 固定子鉄心、５３ａ ティース、５５ スロット、５７ フランジ部、６１，６２ ボールベアリング、８３ 弾性部、８３ａ，８３ｂ 皿バネ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転動体ねじ機構とモータ機構とが一体的に組み合わされて構成されるモータ機構付転動体ねじ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、回転運動と往復運動とを相互に変換することが可能な装置として、ねじ軸の回転軸線に沿ってナット部材が往復運動する転動体ねじ装置が知られている。一般的な転動体ねじ装置は、外周面に転動体が転走する螺旋状の転動体転走面を有するねじ軸と、内周面に転動体転走面に対向する螺旋状の負荷転動体転走面を有するナット部材と、ねじ軸の転動体転走面とナット部材の負荷転動体転走面との間に介在される複数の転動体と、を備えて構成される装置であり、ねじ軸に対してナット部材を相対的に回転させると、ナット部材がねじ軸に対して直線的な運動を行うことができるようになっている。
【０００３】
このような従来の転動体ねじ装置を駆動させるためには、何らかの駆動力源と組み合わせる必要がある。従来から実施されている転動体ねじ装置と駆動力源との組み合わせ手法としては、例えば、ナット部材の周りに中空モータを配置してナット部材を回転させる手法や、モータとねじ軸を並列に配置し、タイミングベルト等の動力伝達部材を介してモータの回転駆動力をねじ軸に伝達する手法などが存在していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６４−６５３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、中空モータを利用する手法については、中空モータの発熱がナット部材とねじ軸との間に膨張量の差を生じさせるので、転動体ねじ装置の駆動精度を下げてしまうという問題を発生させていた。また、中空モータとナット部材とが別部品の場合には、取り付けのための加工や回転止め等の機構が新たに必要となるため、装置自体の外形寸法が大きくなってしまい、全体重量が増加してしまうという問題も存在していた。
【０００６】
全体重量の増加に対する対応策として、例えば上掲した特許文献１には、中空モータの回転子とナット部材とを一体化し、装置全体のコンパクト化を実現させるための技術が提案されている。しかしながら、特許文献１に開示された技術では、中空モータの発熱に対する対策が取られていないので、中空モータの発熱によってナット部材が膨張してしまう。そして、この膨張によって転動体ねじ装置（ボールねじ）には大きな予圧が加わることになるので、特許文献１に開示された技術では、早期寿命といった不具合を発生させる原因が未解決のままとなっていた。
【０００７】
一方、モータとねじ軸を並列に配置し、タイミングベルト等の動力伝達部材を介してモータの回転駆動力をねじ軸に伝達する手法については、モータとねじ軸が離れているので、発熱の問題は存在しない。しかしながら、この手法では、モータとねじ軸を並列に配置するので、装置全体の外形寸法が大きくなり、広い配置スペースを必要とするという問題が存在していた。さらに、この手法では、タイミングベルト等の動力伝達部材を設置する必要があるので、部品点数が増加し、多くの製造コストを要してしまうという問題も存在していた。
【０００８】
本発明は、上述した種々の問題の存在に鑑みて成されたものであって、その目的は、転動体ねじ機構とモータ機構とが一体的に組み合わされて構成されるモータ機構付転動体ねじ装置において、発熱問題を解決することで転動体ねじ装置としての性能を維持しながらも、コンパクトな外形を有し、部品点数の少ない構成を有する新たなモータ機構付転動体ねじ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るモータ機構付転動体ねじ装置は、外周面に転動体が転走する螺旋状の転動体転走面を有するねじ軸と、内周面に前記転動体転走面に対向する螺旋状の負荷転動体転走面を有するナット部材と、前記ねじ軸の転動体転走面と前記ナット部材の前記負荷転動体転走面との間に介在される複数の転動体と、を備える転動体ねじ機構と、界磁束発生源となる永久磁石を有する回転子と、前記回転子を回転させる回転磁界を発生する複数相の固定子コイルが複数組固定子鉄心に巻回されて構成される固定子と、を備えるモータ機構と、を備え、前記転動体ねじ機構と前記モータ機構とが、一体的に組み合わされて構成されるモータ機構付転動体ねじ装置であって、前記ナット部材の外周面に対して前記永久磁石が設置されることで、前記ナット部材と前記永久磁石とが協働して前記回転子を構成し、前記ナット部材の内周面に形成される前記負荷転動体転走面は、所定の距離を隔てて形成される第１の負荷転動体転走面と第２の負荷転動体転走面とにより構成され、さらに、前記ナット部材には、これら第１の負荷転動体転走面と第２の負荷転動体転走面とが形成される間の位置に対して、ナット部材の軸方向と平行方向に弾性力を及ぼす弾性部が形成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、転動体ねじ機構とモータ機構とが一体的に組み合わされて構成されるモータ機構付転動体ねじ装置において、発熱問題を解決することで転動体ねじ装置としての性能を維持しながらも、コンパクトな外形を有し、さらに、部品点数の少ない構成を有する新たなモータ機構付転動体ねじ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係るモータ機構付転動体ねじ装置の外観斜視図である。
【図２】本実施形態に係る転動体ねじ機構の取り得る構成例を示すものであり、特に、外観側面視を示している。
【図３】本実施形態に係る転動体ねじ機構の取り得る構成例を示すものであり、特に、正面視を示している。
【図４】本実施形態に係る転動体ねじ機構の取り得る構成例を示すものであり、特に、部分縦断面側面視を示している。
【図５】本実施形態に係る転動体ねじ機構の基本構成を説明するための図である。
【図６】本実施形態に係る転動体ねじ機構の駆動原理を説明するための模式図である。
【図７】本実施形態に係るモータ機構付転動体ねじ装置の内部構造を例示するための部分縦断面図であり、ねじ軸の軸方向に沿った方向で見た場合の断面を示している。
【図８】図４で例示した本実施形態に係る転動体ねじ機構とは別の構成例を示す部分縦断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１３】
図１は、本実施形態に係るモータ機構付転動体ねじ装置１０の外観斜視図である。本実施形態に係るモータ機構付転動体ねじ装置１０は、内方側に設置された転動体ねじ機構２０と、外方側に設置されたモータ機構４０とを有して構成されており、これら転動体ねじ機構２０とモータ機構４０とが、一体的に組み合わされて構成される装置である。
【００１４】
まず、本実施形態に係る転動体ねじ機構２０の具体的な構成について、図２〜図４を用いて説明する。ここで、図２〜図４は、本実施形態に係る転動体ねじ機構２０の取り得る構成例を示すものであり、特に、図２は外観側面視を、図３は正面視を、図４は部分縦断面側面視を示している。
【００１５】
本実施形態に係る転動体ねじ機構２０は、外周面にボール２４が転走する螺旋状のボール転走溝２２を有するねじ軸２１と、内周面にねじ軸２１のボール転走溝２２に対向する螺旋状の負荷ボール転走溝３２を有するナット部材３１と、ねじ軸２１のボール転走溝２２とナット部材３１の負荷ボール転走溝３２との間に介在される複数のボール２４と、を備えて構成されている。
【００１６】
図４にて示されるように、ねじ軸２１のボール転走溝２２は、所定のリードＬを有して構成されている。一方、ナット部材３１の内周面に形成される負荷ボール転走溝３２は、所定の距離を隔てて形成される第１の負荷ボール転走溝３２ａと第２の負荷ボール転走溝３２ｂとにより構成されている。なお、以下の説明においては、第１の負荷ボール転走溝３２ａが形成されたナット部材３１の箇所を第１ナット部３１ａと呼び、第２の負荷ボール転走溝３２ｂが形成されたナット部材３１の箇所を第２ナット部３１ｂと呼ぶこととする。そして、これら第１の負荷ボール転走溝３２ａと第２の負荷ボール転走溝３２ｂとが形成される間の位置に対して、すなわち、ナット部材３１における第１ナット部３１ａと第２ナット部３１ｂとの間の位置には、ナット部材３１の軸方向と平行方向に弾性を及ぼすための弾性部３３が形成されている。
【００１７】
第１ナット部３１ａと第２ナット部３１ｂのそれぞれには、円周方向に等間隔で３個のデフレクタ３５が嵌め込まれており（ただし、図４では、それぞれ１個のデフレクタ３５のみが図示されている。）、負荷ボール転走溝３２（３２ａ，３２ｂ）を転走してきたボール２４は、このデフレクタ３５の戻し溝を通って一巻き前の負荷ボール転走溝３２（３２ａ，３２ｂ）に戻され、同一の転走経路を無限循環するようになっている。したがって、第１ナット部３１ａと第２ナット部３１ｂは、それぞれに無限循環する３条のボール列を具備したものとなっている。
【００１８】
また、ナット部材３１の軸方向の両端部にはシール部材２６が設置されており、このシール部材２６は、ナット部材３１の軸方向端部とねじ軸２１との間に存在する隙間からナット部材３１の内部へと塵芥等の異物が侵入するのを防止する役目を担っている。さらに、ナット部材３１における第１ナット部３１ａの軸端部側には、フランジ部２７が形成されている。このフランジ部２７には、不図示のボルトを貫通させるための取付孔２８が形成されており、この取付孔２８を利用することで、駆動対象物とナット部材３１とを取り付けることが可能となっている。
【００１９】
次に、第１ナット部３１ａと第２ナット部３１ｂとの間に形成される弾性部３３について説明を行う。図４にて詳細に示されているように、この弾性部３３は、ナット部材３１の周方向の全周にわたって溝として形成されるものである。その具体的な形成方法としては、ナット部材３１の内周面に対して負荷ボール転走溝３２（３２ａ，３２ｂ）を研削加工した後に、ナット部材３１の内周面における第１ナット部３１ａと第２ナット部３１ｂとの間の位置に溝３３ａを旋削形成し、続いて、弾性部３３の形成予定箇所の外周面側に防炭処理を施した上でナット部材３１の全体に浸炭焼入れを実施し、その後、防炭処理を剥がしてナット部材３１の外周面に溝３３ｂを旋削形成する。
【００２０】
このように、１つの円筒状部材からなるナット部材３１を旋削加工して弾性部３３を形成することで、弾性部３３を構成することとなる溝３３ａ，３３ｂの旋削量及び角度を任意に設定できるので、弾性部３３のバネ常数を容易に調整することが可能となる。また、第１ナット部３１ａと第２ナット部３１ｂとの同軸度が、弾性部３３の形成前後で変化しないので、高品質のナット部材３１を形成できる点で好ましい。さらに、１部材からなるナット部材３１から弾性部３３を旋削加工して形成しているので、弾性部３３の強度が強く、衝撃荷重の作用時にナット部材３１が割れる危険性を極小化できるという利点を有している。
【００２１】
本実施形態に係るナット部材３１は、上述したような弾性部３３を有して構成されているので、好適な予圧荷重を付与することが可能となっている。すなわち、図４にて示されるように、第１及び第２の負荷ボール転走溝３２（３２ａ，３２ｂ）のリードは、ねじ軸２１に形成されたボール転走溝２２のリードＬと同一であるが、弾性部３３を介した第１の負荷ボール転走溝３２ａと第２の負荷ボール転走溝３２ｂとの間隔は、リードＬの整数ｎ倍よりαだけ小さく設定されている（ｎＬ−α）。したがって、ナット部材３１をねじ軸２１に組み込むと、ナット部材３１に対して何ら外力が作用していない状態においても、第１の負荷ボール転走溝３２ａを転走するボール２４と第２の負荷ボール転走溝３２ｂを転走するボール２４には、それぞれ弾性部３３の方向へ引っ張る荷重が作用するので、ナット部材３１にはαの値に応じた大きさの予圧が付与されることとなる。なお、本実施形態では、第１の負荷ボール転走溝３２ａと第２の負荷ボール転走溝３２ｂとの間隔を（ｎＬ−α）としたが、リードＬの整数ｎ倍よりαだけ大きく、すなわち（ｎＬ＋α）としても差し支えない。その場合、第１の負荷ボール転走溝３２ａを転走するボール２４と第２の負荷ボール転走溝３２ｂを転走するボール２４には、それぞれ軸端方向へ圧縮する荷重が作用するので、やはりナット部材３１にはαの値に応じた大きさの予圧が付与されることとなる。
【００２２】
そして、このように構成され予圧が付与される本実施形態のナット部材３１は、第１ナット部３１ａの外周面に突設された鍔状のフランジ部２７を介してテーブル等の駆動対象物にボルト（不図示）で固定され使用されるのであるが、このとき上記弾性部３３は、以下のように機能する。すなわち、ねじ軸２１のリード誤差や軸径の誤差によってボール２４と負荷ボール転走溝３２（３２ａ，３２ｂ）との間に隙間が発生したり、ボール２４に過度の圧縮力が作用した場合には、この弾性部３３が伸縮して上記隙間を吸収し、あるいは上記圧縮力を緩和するように働く。また、その一方で、弾性部３３の弾性力に応じてナット部材３１に予圧が付与されるので、そのバネ常数に応じた予圧量をナット部材３１に付与する働きが得られる。したがって、本実施形態に係る転動体ねじ機構２０にあっては、ねじ軸２１にリード誤差や軸径の誤差が存在する場合にも、弾性部３３の働きによって常に略一定の予圧がナット部材３１に付与され、安定した運動精度が発揮されるのである。
【００２３】
以上、本実施形態に係る転動体ねじ機構２０の具体的な構成について説明を行った。次に、本実施形態に係るモータ機構４０について、図５及び図６を参照図面に加えて説明することとする。ここで、図５は、本実施形態に係る転動体ねじ機構２０の基本構成を説明するための図である。また、図６は、本実施形態に係る転動体ねじ機構２０の駆動原理を説明するための模式図である。
【００２４】
本実施形態に係るモータ機構４０は、界磁束発生源となる複数の永久磁石４２を有する回転子４１と、回転子４１を回転させる回転磁界を発生する複数相の固定子コイル５２が複数組固定子鉄心５３に巻回されて構成される固定子５１と、を備えて構成されている。このモータ機構４０は、永久磁石４２を複数有する中空円筒状の回転子４１と、鉄心材料（固定子鉄心）５３に固定子コイル５２が巻回された複数の極を持つ固定子５１とを同軸で配置するものである。
【００２５】
回転子４１は、ナット部材３１と永久磁石４２とが協働することで構成されており、具体的には、ナット部材３１の外周面に対して接着剤を用いて複数個の永久磁石４２を貼り付けることで構成されている。永久磁石４２は、ナット部材３１の外周面の周方向で磁極の極性が交互に入れ替わるように、すなわち、図５中の分図（ｂ）にて示されるように、Ｎ極とＳ極とが交互に入れ替わるように配置されている。また、永久磁石４２については、溝として構成される弾性部３３を避けて設置されており、弾性部３３が発揮する弾性力の作用を阻害しないようになっている。すなわち、本実施形態の永久磁石４２は、ナット部材３１の外周面の軸方向では、弾性部３３を挟んで磁極の極性の同じものが配置されるように構成されている。このような構成を有する回転子４１は、永久磁石４２によって界磁束発生源となり、固定子５１から発生する回転磁界に従って回転可能となっている。
【００２６】
一方、固定子５１は、固定子鉄心５３が有するティース５３ａ部分に固定子コイル５２が巻回されたものであり、図５及び図６で例示するモータ機構４０の場合には、固定子５１の極対数が４極対として構成されている。そして、固定子５１は、回転子４１を回転させるための回転磁界を発生する複数相の固定子コイル５２が複数組固定子鉄心５３のティース５３ａ部分に巻回されることによって構成されている。
【００２７】
本実施形態に係る固定子５１のより具体的な構成を説明すると、固定子５１は、固定子鉄心５３と、固定子鉄心５３に配設された複数相（より具体的には奇数相で例えば３相）の固定子コイル５２ｕ，５２ｖ，５２ｗとを含んで構成されている。固定子鉄心５３には、径方向内側へ向けて、すなわち回転子４１側へ向けて突出した複数のティース５３ａが互いに周方向で間隔をおいて配列されており、さらに、各ティース５３ａ間には、スロット５５が形成されている。つまり、固定子鉄心５３には、複数のスロット５５が周方向に互いに間隔をおいて形成されている。各相の固定子コイル５２ｕ，５２ｖ，５２ｗは、スロット５５を通ってティース５３ａに短節集中巻で巻装されている。このように、ティース５３ａに固定子コイル５２ｕ，５２ｖ，５２ｗが巻装されることで、磁極が構成されることとなる。そして、複数相（３相もしくは奇数相）の固定子コイル５２ｕ，５２ｖ，５２ｗに複数相（３相もしくは奇数相）の交流電流を流すことで、周方向に並べられたティース５３ａが順次磁化し、周方向に回転する回転磁界をティース５３ａに形成することができる。ティース５３ａに形成された回転磁界は、その先端面から回転子４１に作用する。例えば、図６に示す例では、３相（ｕ相、ｖ相、ｗ相）の固定子コイル５２ｕ，５２ｖ，５２ｗがそれぞれ巻装された３つのティース５３ａにより１つの極対が構成され、４極３相の固定子コイル５２ｕ，５２ｖ，５２ｗが各ティース５３ａに巻装されている。
【００２８】
なお、上述した固定子鉄心５３については、極全体が単一の固定子鉄心５３として構成されてもよいし、一極ごとに分割された鉄心を構成し、この分割鉄心の集合体として固定子鉄心５３を形成することとしてもよい。
【００２９】
以上説明した本実施形態に係るモータ機構４０において、３相の固定子コイル５２ｕ，５２ｖ，５２ｗに３相の交流電流を流すことで、ティース５３ａに形成された回転磁界が回転子４１に作用することとなる。この回転磁界の作用に応じて、回転子４１の磁気抵抗が小さくなるように、永久磁石４２がティース５３ａの回転磁界に吸引される。これによって、回転子４１にトルク（リラクタンストルク）が作用して、回転子４１が固定子５１で形成される回転磁界に同期して回転駆動することとなる。
【００３０】
以上説明した転動体ねじ機構２０とモータ機構４０との一体化技術により、本実施形態に係るモータ機構付転動体ねじ装置１０が実現されている。すなわち、モータ機構４０が有する発熱源である固定子コイル５２からの熱がナット部材３１に伝わってナット部材３１とねじ軸２１との間に膨張量の差が生じたとしても、本実施形態では、ナット部材３１に形成された弾性部３３が伸縮して過度の膨張量を吸収するので、モータ機構付転動体ねじ装置１０には常に略一定の予圧が付与されることとなり、常時好適な運動精度を維持することが可能となっている。
【００３１】
また、本実施形態に係るモータ機構付転動体ねじ装置１０では、ナット部材３１の外周面に対して接着剤を用いて複数個の永久磁石４２を貼り付けることで回転子４１が構成されているので、装置全体としての外形寸法の増大を招くことがなく、非常にコンパクトな装置構成が実現されている。かかる構成は、部品点数の増加を招くこともないので、製造コストの面でも優位な構成となっている。
【００３２】
さらに、ナット部材３１の外周面に対して貼り付けられた複数個の永久磁石４２は、溝として形成された弾性部３３を避けて設置されているので、弾性部３３が発揮する予圧調整機能を阻害することなく転動体ねじ機構２０とモータ機構４０との一体化が実現しており、これによって従来にはない全く新しいモータ機構付転動体ねじ装置１０を提供することが可能となっている。
【００３３】
またさらに、ナット部材３１は、金属材料によって構成されているので、本来的に磁性体であるから、永久磁石４２のヨークとして見立てることができる。したがって、ナット部材３１の外周面に対して複数個の永久磁石４２を直接貼り付けることにより、従来用いられてきた中空モータを使用する場合に比べてモータとして機能するモータ機構４０の箇所の径が小さくなるので、イナーシャが小さくなるという好適な作用効果を発揮することが可能となる。
【００３４】
なお、転動体ねじ機構２０とモータ機構４０とを一体化するに際して採用される構成、具体的には、本実施形態に係る回転子４１と固定子５１との接続機構については、例えば、図７にて例示するような構成を採用することができる。ここで、図７は、本実施形態に係るモータ機構付転動体ねじ装置の内部構造を例示するための部分縦断面図であり、ねじ軸２１の軸方向に沿った方向で見た場合の断面を示している。
【００３５】
本実施形態に係るモータ機構付転動体ねじ装置１０については、ねじ軸２１と固定子５１に対してナット部材３１と一体化された回転子４１が相対的に回転運動自在に構成される必要がある。この際、ねじ軸２１と回転子４１とは、転動体ねじ機構２０が本来有する構成によって相対的に回転運動自在となっているが、一方、固定子５１と回転子４１とは、転動体ねじ装置としての機能を発揮させるために、両部材間での相対的な回転運動を実現しながらも、ねじ軸２１の軸方向での往復直線運動を両部材が実現できるようにする必要がある。そこで、図７にて例示する実施例では、回転子４１として構成されるナット部材３１と、固定子５１として構成される固定子鉄心５３を含む部材との間に、一対のボールベアリング６１，６２を設置する構成を採用することとした。かかる構成によって、ねじ軸２１と固定子５１に対してナット部材３１と一体化された回転子４１が相対的に回転運動自在となるので、転動体ねじ機構２０とモータ機構４０という２つの機構が有する機能を好適に発揮することが可能となる。
【００３６】
なお、テーブル等の駆動対象物と接続するためのフランジ部については、図７にて示すように、固定子５１に対して新たなフランジ部５７を形成するようにしてもよいし、あるいは、上述したナット部材３１が有する第１ナット部３１ａの外周面に突設された鍔状のフランジ部２７をそのまま利用できるように、固定子５１がフランジ部２７を避けて形成される構成を採用してもよい。
【００３７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。
【００３８】
例えば、上述した実施形態では、転動体としてボール２４を採用した場合を例示して説明を行ったが、転動体には、ローラやコロなどといったあらゆる形態のものを採用することが可能である。なお、転動体の種類によって、ねじ軸が有する転動体転走面やナット部材が有する負荷転動体転走面を、溝形状としたり面形状としたりすることが可能である。
【００３９】
また、上述した転動体ねじ機構２０とモータ機構４０の構成については、上述した実施形態が発揮し得る作用効果を実現できる範囲において、種々の変形形態を採用することが可能である。
【００４０】
例えば、上述した実施形態の回転子４１では、ナット部材３１の外周面に対して複数個の永久磁石４２が接着剤を用いて貼り付けられていたが、永久磁石の設置手法については種々の手法を採用することが可能であり、ナット部材３１の外周面に溝付け加工を行うことで取付溝を形成し、この取付溝に対して永久磁石４２を嵌め込んで設置するようにしてもよい。
【００４１】
また、モータ機構４０が有する永久磁石４２の数や固定子５１の極数などについては、適宜変更形態を採用することが可能である。
【００４２】
さらに、上述した実施形態の弾性部３３は、ナット部材３１の内周面に形成された溝３３ａと、ナット部材３１の外周面に形成された溝３３ｂによって形成されていたが、本発明に係る弾性部の形状については、上述した弾性部３３と同様の作用効果を発揮する範囲において、あらゆる変形形態を採用することが可能である。
【００４３】
例えば、ナット部材の内周面又は外周面の一方のみに溝を形成することで、本発明の弾性部を形成するようにしてもよい。また、ナット部材の内周面又は外周面の一方側に、その周面よりも外方側に飛び出す凸部形状を形成し、その凸部形状に対応するナット部材の外周面又は内周面のもう一方側に溝を形成することで、凸部形状と溝との組み合わせによる弾性部を形成するようにしてもよい。さらに、上述した実施形態の弾性部３３は、ナット部材３１の内周面と外周面に対してそれぞれ１つずつの溝を形成したものであったが、溝の数については任意に増やすことが可能である。
【００４４】
また、本発明の弾性部は、１つ以上の溝や、溝と凸部形状との組み合わせによってのみ構成されるものではない。例えば、１部材として構成されるナット部材の中央部分に対して螺旋状の穴を開けることで、ナット部材の中央部分にコイル形状を形成し、このコイル形状によって作用する弾性力を利用することで、本発明に係る別の弾性部を構成させるようにしてもよい。
【００４５】
以上、本発明に係る弾性部が取り得る多様な構成例を説明したが、上述した弾性部は、１部材として構成されるナット部材に対して適用されるものであった。しかしながら、本発明に係るナット部材については、別体で構成される複数の部材を組み合わせることで構成してもよい。かかる構成例として、図８を示す。
【００４６】
ここで、図８は、図４で例示した本実施形態に係る転動体ねじ機構とは別の構成例を示す部分縦断面側面図であるが、この図８にて示される転動体ねじ機構２０’のように、第１ナット部３１ａ’と第２ナット部３１ｂ’とを２つの分割された部材として構成し、これら第１ナット部３１ａ’と第２ナット部３１ｂ’との間に弾性体である２枚の皿バネ８３ａ，８３ｂを挟み込み、これらをプロジェクション溶接にて一体化することで、ナット部材３１’の軸方向と平行方向に弾性力を及ぼす弾性部８３を構成するようにしてもよい。２分割部材である第１ナット部３１ａ’と第２ナット部３１ｂ’、そして、これらの部材を接続する２枚の皿バネ８３ａ，８３ｂからなる弾性部８３によって構成されるナット部材３１’に対して、弾性部８３を避けて永久磁石４２を設置することにより、上述した実施形態と同様の作用効果を発揮することのできる回転子と一体化した転動体ねじ機構２０’を実現することが可能となる。なお、弾性部８３のバネ常数については、２枚の皿バネ８３ａ，８３ｂの弾性力を適宜に変更することにより、自在に調整することができる。
【００４７】
またさらに、図８にて示した構成例では、２つに分割された第１ナット部３１ａ’と第２ナット部３１ｂ’との間に設置される弾性部８３を、２枚の皿バネ８３ａ，８３ｂによって構成した場合を例示して説明を行ったが、弾性部８３に採用できる弾性体については、皿バネ８３ａ，８３ｂに限られるものではない。本発明の弾性部については、弾性力を発揮することのできるその他のあらゆる弾性体を採用することが可能である。
【００４８】
その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００４９】
１０ モータ機構付転動体ねじ装置、２０，２０’ 転動体ねじ機構、２１ ねじ軸、２２ ボール転走溝、２４ ボール、２６ シール部材、２７ フランジ部、２８ 取付孔、３１，３１’ ナット部材、３１ａ，３１ａ’ 第１ナット部、３１ｂ，３１ｂ’ 第２ナット部、３２ 負荷ボール転走溝、３２ａ 第１の負荷ボール転走溝、３２ｂ 第２の負荷ボール転走溝、３３ 弾性部、３３ａ，３３ｂ 溝、３５ デフレクタ、４０ モータ機構、４１ 回転子、４２ 永久磁石、５１ 固定子、５２，５２ｕ，５２ｖ，５２ｗ 固定子コイル、５３ 固定子鉄心、５３ａ ティース、５５ スロット、５７ フランジ部、６１，６２ ボールベアリング、８３ 弾性部、８３ａ，８３ｂ 皿バネ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に転動体が転走する螺旋状の転動体転走面を有するねじ軸と、内周面に前記転動体転走面に対向する螺旋状の負荷転動体転走面を有するナット部材と、前記ねじ軸の転動体転走面と前記ナット部材の前記負荷転動体転走面との間に介在される複数の転動体と、を備える転動体ねじ機構と、
界磁束発生源となる永久磁石を有する回転子と、前記回転子を回転させる回転磁界を発生する複数相の固定子コイルが複数組固定子鉄心に巻回されて構成される固定子と、を備えるモータ機構と、
を備え、
前記転動体ねじ機構と前記モータ機構とが、一体的に組み合わされて構成されるモータ機構付転動体ねじ装置において、
前記ナット部材の外周面に対して前記永久磁石が設置されることで、前記ナット部材と前記永久磁石とが協働して前記回転子を構成し、
前記ナット部材の内周面に形成される前記負荷転動体転走面は、所定の距離を隔てて形成される第１の負荷転動体転走面と第２の負荷転動体転走面とにより構成され、さらに、
前記ナット部材には、これら第１の負荷転動体転走面と第２の負荷転動体転走面とが形成される間の位置に対して、ナット部材の軸方向と平行方向に弾性力を及ぼす弾性部が形成されていることを特徴とするモータ機構付転動体ねじ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ機構付転動体ねじ装置において、
前記弾性部の形成される前記ナット部材が、１部材で構成されていることを特徴とするモータ機構付転動体ねじ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のモータ機構付転動体ねじ装置において、
前記ナット部材は、
前記第１の負荷転動体転走面が形成される第１ナット部と、
前記第１ナット部とは別体にて構成される前記第２の負荷転動体転走面が形成される第２ナット部と、
これら第１ナット部と第２ナット部との間に挟み込まれる弾性体からなる弾性部と、
を有して構成されることを特徴とするモータ機構付転動体ねじ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータ機構付転動体ねじ装置において、
前記永久磁石は、前記弾性部を避けて設置されることを特徴とするモータ機構付転動体ねじ装置。
【請求項１】
外周面に転動体が転走する螺旋状の転動体転走面を有するねじ軸と、内周面に前記転動体転走面に対向する螺旋状の負荷転動体転走面を有するナット部材と、前記ねじ軸の転動体転走面と前記ナット部材の前記負荷転動体転走面との間に介在される複数の転動体と、を備える転動体ねじ機構と、
界磁束発生源となる永久磁石を有する回転子と、前記回転子を回転させる回転磁界を発生する複数相の固定子コイルが複数組固定子鉄心に巻回されて構成される固定子と、を備えるモータ機構と、
を備え、
前記転動体ねじ機構と前記モータ機構とが、一体的に組み合わされて構成されるモータ機構付転動体ねじ装置において、
前記ナット部材の外周面に対して前記永久磁石が設置されることで、前記ナット部材と前記永久磁石とが協働して前記回転子を構成し、
前記ナット部材の内周面に形成される前記負荷転動体転走面は、所定の距離を隔てて形成される第１の負荷転動体転走面と第２の負荷転動体転走面とにより構成され、さらに、
前記ナット部材には、これら第１の負荷転動体転走面と第２の負荷転動体転走面とが形成される間の位置に対して、ナット部材の軸方向と平行方向に弾性力を及ぼす弾性部が形成されていることを特徴とするモータ機構付転動体ねじ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ機構付転動体ねじ装置において、
前記弾性部の形成される前記ナット部材が、１部材で構成されていることを特徴とするモータ機構付転動体ねじ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のモータ機構付転動体ねじ装置において、
前記ナット部材は、
前記第１の負荷転動体転走面が形成される第１ナット部と、
前記第１ナット部とは別体にて構成される前記第２の負荷転動体転走面が形成される第２ナット部と、
これら第１ナット部と第２ナット部との間に挟み込まれる弾性体からなる弾性部と、
を有して構成されることを特徴とするモータ機構付転動体ねじ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータ機構付転動体ねじ装置において、
前記永久磁石は、前記弾性部を避けて設置されることを特徴とするモータ機構付転動体ねじ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−７２８８１（Ｐ２０１２−７２８８１Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１９７８４（Ｐ２０１０−２１９７８４）
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（３９００２９８０５）ＴＨＫ株式会社 (420)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（３９００２９８０５）ＴＨＫ株式会社 (420)
【Ｆターム（参考）】
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