JP2005073320A

JP2005073320A - モータ内蔵形ボールねじ装置

Info

Publication number: JP2005073320A
Application number: JP2003209277A
Authority: JP
Inventors: Takashi Baba; 隆馬場
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2003-08-28
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2005-03-17

Abstract

【課題】ボールねじ軸の位置決め精度を高精度化すると共に、コンパクト化が図れるモータ内蔵形ボールねじ装置を提供する。
【解決手段】ボールねじ軸２１にボールねじナット２３とボールスプラインナット２４とをそれぞれボール２２を介して螺着すると共に、各ナット２３，２４の外周面にそれぞれダイレクトドライブモータ１７Ａ，１７Ｂのロータ１５Ａ，１５Ｂ及びナット回転位置検出用のセンサロータ３０Ａ，３０Ｂを一体回転可能に取り付け、各ナット２３，２４の外周側に、内面に各ロータ１５Ａ，１５Ｂ，３０Ａ，３０Ｂにそれぞれ周面対向するステータ１６Ａ，１６Ｂ，３１Ａ，３１Ｂを固定したハウジング３２を配置して、ナット２３，２４の外周部とハウジング３２との間にクロスローラ軸受３４を介装する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置の搬送装置や、ロボット等の産業機器の回転、昇降駆動装置、その他、工作機械等の産業機械用のアクチュエータとして利用できるモータ内蔵形ボールねじ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一軸上にボールねじナット及びボールスプラインナットとを配置した従来のボールねし装置としては、例えば、図２（例えば特許文献１参照）及び図３（例えば特許文献２参照）に示すものがある。
これらのボールねじ装置はいずれも、ボールねじ溝１ａとボールスプライン溝１ｂとを有するボールねじ軸１にボール２を介して螺着されたボールねじナット３及びボールスプラインナット４をそれぞれ同軸上に配置されたロータ５Ａ，５Ｂとステータ６Ａ，６Ｂからなるダイレクトドライブモータ７Ａ，７Ｂにより回転駆動させるようにしたもので、これにより、各ナット３，４の回転用アクチュエータや動力伝達部品を別途に設ける必要をなくして装置の小型化を図るようにしている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−４６７８４号公報
【特許文献２】
特開平４−３４７５５６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１においては、ボールねじナット３及びボールスプラインナット４から軸方向に離間した位置に各ナット３，４を回転駆動させるためのダイレクトドライブモータ７Ａ，７Ｂのロータ５Ａ，５Ｂ及びステータ６Ａ，６Ｂが配設されているため、装置全体の小型化が図れず、また、各ナット３，４の回転位置をロータ５Ａ，５Ｂと一体回転するプーリ８Ａ，８Ｂにベルト機構を介してエンコーダにより検出するようにしているため、伝達機構のすべりやバックラッシュ等により各ナット３，４の回転位置検出に誤差が生じ、ボールねじ軸１の位置決め精度が低下するという問題がある。
【０００５】
一方、特許文献２では、各ダイレクトドライブモータ７Ａ，７Ｂのロータ５Ａ，５Ｂはそれぞれ各ナット３，４の外周面に一体回転可能に取り付けられているため、装置全体の大型化は回避できるものの、ナット３及びダイレクトドライブモータ７Ａとナット４及びダイレクトドライブモータ７Ｂとの軸方向の対向空間に、支持軸受としての背面組合せアンギュラ玉軸受９及び各ナット３，４の回転位置を検出するためのセンサ１０を配設するためのスペースが必要となり、このスペースが軸方向の小型化を妨げる原因になる。
【０００６】
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、ボールねじ軸の位置決め精度を高精度なものとすることができると共に、装置全体のコンパクト化を図ることができるモータ内蔵形ボールねじ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、螺旋状のボールねじ溝と直線状のボールスプライン溝とを有するボールねじ軸にボールねじナットとボールスプラインナットとをそれぞれボールを介して螺着すると共に、前記各ナットの外周面にそれぞれダイレクトドライブモータのロータ及びナット回転位置検出用のセンサロータを一体回転可能に取り付け、前記各ナットの外周側に、内面に前記モータロータ及び前記センサロータにそれぞれ周面対向するステータを固定したハウジングを配置して、前記ボールねじナットの外周部と前記ハウジングとの間に支持軸受を介装すると共に、前記ボールスプラインナットと前記ハウジングとの間に支持軸受を介装し、前記各支持軸受のうちの少なくともボールねじナット用の支持軸受をラジアル荷重と両方向のアキシアル荷重を受けることのできる軸受としたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記ボールねじ軸を中空構造としたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を図を参照して説明する。
図１に示すように、本発明の実施の形態の一例であるモータ内蔵形ボールねじ装置２０は、端部に回転テーブルＴが取り付けられたボールねじ軸２１を備えており、このボールねじ軸２１の外周面には螺旋状のボールねじ溝２１ａと軸方向に直線状に延びるボールスプライン溝２１ｂ（周方向に複数本）とが形成されていて、ボールねじナット２３とボールスプラインナット２４とがそれぞれ装着されている。
【００１０】
ボールねじナット２３は、ボールねじ軸２１のボールねじ溝２１ａに対応するボールねじ溝２３ａを内周面に有しており、このボールねじ溝２３ａとボールねじ軸２１のボールねじ溝２１ａとの間に多数のボール２２が転動自在に介装されている。また、ボールねじナット２３には、ボール２２を無限循環させる図示しないボール循環部材（例えば循環チューブ）が取り付けられており、ボールねじ軸２１とボールねじナット２３との相対回転に伴ってボール２２は両ねじ溝２１ａ，２３ａ間を転動しつつ螺旋状に移動し、前記ボール循環部材を経て元の位置に戻り、循環を操り返す構造になっている。
【００１１】
一方、ボールスプラインナット２４は、ボールねじ軸２１のボールスプライン溝２１ｂに対応するボールスプライン溝２４ｂを内周面に有しており、このボールスプライン溝２４ｂとボールねじ軸２１のボールスプライン溝２１ｂとの間に多数のボール２２が転動自在に介装されている。また、ボールスプラインナット２４には、ボール２２を無限循環させるボール戻し通路２８が形成されており、ボール２２はボールねじ軸２１とボールスプラインナット２４との相対的な直線移動に伴って前記両スプライン溝２１ｂ，２４ｂ間を転動しつつ直線方向に移動して前記ボール戻し通路２８を経て元の位置に戻り、循環を操り返す構造になっている。
【００１２】
ボールねじナット２３の外周面には、ダイレクトドライブモータ１７Ａのロータ１５Ａ及びボールねじナット２３の回転位置を検出する例えばレゾルバ２９Ａのセンサロータ３０Ａが互いに軸方向に離間して一体回転可能に嵌合されている。また、ボールスプラインナット２４の外周面には、ダイレクトドライブモータ１７Ｂのロータ１５Ｂ及びボールスプラインナット２４の回転位置を検出する例えばレゾルバ２９Ｂのセンサロータ３０Ｂが互いに軸方向に離間して一体回転可能に嵌合されている。
【００１３】
ボールねじナット２３とボールスプラインナット２４の外周側には、ハウジング３２が配置されており、該ハウジング３２の内周面には、ボールねじナット２３側のロータ１５Ａ及びセンサロータ３０Ａにそれぞれ周面対向するステータ１６Ａ及びセンサステータ３１Ａがステータ支持部材３３Ａを介して固定されていると共に、ボールスプラインナット２４側のロータ１５Ｂ及びセンサロータ３０Ｂにそれぞれ周面対向するステータ１６Ｂ及びセンサステータ３１Ｂがステータ支持部材３３Ｂを介して固定されている。
【００１４】
また、ボールねじナット２３の外周部とハウジング３２との間、及びボールスプラインナット２４とハウジング３２との間には、支持軸受として、ラジアル荷重と両方向のアキシアル荷重を受けることのできるクロスローラ軸受（又はクロスボール軸受）３４が介装されている。なお、レゾルバ２９Ａとダイレクトドライブモータ１７Ａとの間、各ダイレクトドライブモータ１７Ａ，１７Ｂ間、レゾルバ２９Ｂとダイレクトドライブモータ１７Ｂとの間には、モータによる磁気的な影響を受けないように、それぞれ磁気シールド３５，３６，３７を設置している。磁気シールドは、例えば鉄のような強磁性体の金属製のものを用いる。
【００１５】
上記のように構成されたモータ内蔵形ボールねじ装置２０においては、例えばハウジング３２を工作機械やロポット等の取付部に固定し、各ダイレクトドライブモータ１７Ａ，１７Ｂをそれぞれ独立して制御してボールねじナット２３及びボールスプラインナット２４を所定の回転速度で駆動することで、ボールねじ軸２１の回転運動、軸方向への直線運動、回転運動を伴う軸方向への直線運動を行うことができる。
【００１６】
例えば、ダイレクトドライブモータ１７Ａに通電してロータ１５Ａひいてはボールねじナット２３のみを正（又は逆）回転させれば、ボールねじ軸２１は軸方向に前進（又は後退）運動する。その前進（又は後退）距離は、ロータ１５Ａの正回転（又は逆回転）角度として予め設定し図示しないコントローラに入力しておくことができる。一方、ダイレクトドライブモータ１７Ｂに通電してロータ１５Ｂひいてはボールスプラインナット２４のみを回転させれば、ボールねじ軸２１は回転運動を伴って軸方向に運動する。
【００１７】
ダイレクトドライブモータ１７Ａ，１７Ｂに同時に通電してボールねじナット２３とボールスプラインナット２４とを共に同じ回転速度で同方向に回転させれば、ボールねじ軸２１とボールねじナット２３との相対回転速度が０となり、ボールねじ軸２１は軸方向の運動をせずに回転運動のみを行う。また、ボールねじナット２３とボールスプラインナット２４とを異なる回転速度で駆動すれば、ボールねじ軸２１は回転運動と軸方向運動との複合された運動となる。回転方向を逆とすれば、各運動も逆方向となる。
【００１８】
ボールねじ軸２１にこれらの運動を所定の順序とタイミングで所定量だけ行わせるため、コントローラ内のプログラムメモリに移動量、速度などの位置決め指令を予めプログラムしておき、コントローラの出力信号を位置決め制御回路を経て各モータの駆動回路に送りダイレクトドライブモータ１７Ａ，１７Ｂを駆動してその指令を実行する。その際、各ナット２３，２４の相対回転位置を常にレゾルバ２９Ａ，２９Ｂを介して検出して位置決め制御回路にフィードバックし、コントローラが指令信号との偏差信号を駆動回路に送ることによりダイレクトドライブモータ１７Ａ，１７Ｂへの通電をプログラム通り制御する。これにより、ボールねじナット２３，ボールスプラインナット２４の回転を精密にコントロールして、上記のボールねじ軸２１の各種運動の高い繰り返し精度が確保できる。
【００１９】
上記の説明から明らかなように、この実施の形態では、ボールねじナット２３及びボールスプラインナット２４の外周面にそれぞれダイレクトドライブモータのロータを一体回転可能に取り付けると共に、各ナット２３，２４の支持軸受に高剛性のクロスローラ軸受３４を用ることで、従来のように、各ナット２３，２４の軸方向の対向空間に配置される背面組合せアンギュラ玉軸受等を省略して部品点数を削減することができるので、装置全体の小型化が図ることができる。
【００２０】
また、各ダイレクトドライブモータ１７Ａ，１７Ｂのセンサロータ１５Ａ，１５Ｂを各ナット２３，２４の外周面に配置しているので、装置の小型化が図れると共に、センサロータ１５Ａ，１５Ｂの直径を大きくできることから、１回転中のセンサの分解能を上げることができ、位置決めの高分解能化を図ることができる。
【００２１】
更に、プーリやベルト等の伝達機構を使用しない回転位置検出センサを用いているので、ボールねじ軸２１の位置決め精度の高精度化を図ることができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施の形態では、中実のボールねじ軸２１を例に採って説明したが、これに代えて、中空構造のボールねじ軸２１を採用してもよい。このようにすると、ボールねじ軸２１内に装置の配線などを収納できるので、装置そのものをコンパクトに設計することができる。
【００２２】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、請求項１の発明によれば、ボールねじ軸の位置決め精度を高精度なものとすることができると共に、装置全体のコンパクト化を図ることができるという効果が得られる。
請求項２の発明では、請求項１の発明に加えて、ボールねじ軸内に装置の配線等を収納できるので、装置のよりコンパクト化を図ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例であるモータ内蔵形ボールねじ装置を説明するための断面図である。
【図２】一軸上にボールねじナット及びボールスプラインナットとを配置した従来のボールねし装置を説明するための断面図である。
【図３】一軸上にボールねじナット及びボールスプラインナットとを配置した従来のボールねし装置を説明するための一部を切り欠いた図である。
【符号の説明】
１５Ａ，１５Ｂ…モータロータ
１６Ａ，１６Ｂ…ステータ
１７Ａ，１７Ｂ…ダイレクトドライブモータ
２０…モータ内蔵形ボールねじ装置
２１…ボールねじ軸
２１ａ…ボールねじ溝
２１ｂ…ボールスプライン溝
２２…ボール
２３…ボールねじナット
２４…ボールスプラインナット
３０Ａ，３０Ｂ…センサロータ
３１Ａ，３１Ｂ…センサステータ
３２…ハウジング
３４…クロスローラ軸受（支持軸受）

Claims

螺旋状のボールねじ溝と直線状のボールスプライン溝とを有するボールねじ軸にボールねじナットとボールスプラインナットとをそれぞれボールを介して螺着すると共に、前記各ナットの外周面にそれぞれダイレクトドライブモータのロータ及びナット回転位置検出用のセンサロータを一体回転可能に取り付け、前記各ナットの外周側に、内面に前記モータロータ及び前記センサロータにそれぞれ周面対向するステータを固定したハウジングを配置して、前記ボールねじナットの外周部と前記ハウジングとの間に支持軸受を介装すると共に、前記ボールスプラインナットと前記ハウジングとの間に支持軸受を介装し、前記各支持軸受のうちの少なくともボールねじナット用の支持軸受をラジアル荷重と両方向のアキシアル荷重を受けることのできる軸受としたことを特徴とするモータ内蔵形ボールねじ装置。
前記ボールねじ軸を中空構造としたことを特徴とする請求項１記載のモータ内蔵形ボールねじ装置。