(57)【要約】【課題】クロスローラ軸受よりも摩擦トルクが小さい転がり軸受を用いることによって、モータの高速回転性能を向上させると共に、内部すきまを有する転がり軸受に簡単な構成で予圧を負荷できるようにして、低コスト、且つコンパクトなモータ内蔵転がり軸受装置を提供する。【解決手段】本発明のモータ内蔵転がり軸受装置は、軸受単体で内部すきまを有する転がり軸受８を用い、該転がり軸受８の固定輪（外輪４）の軸方向側方にステータ１１を配設し、且つ回転輪（内輪５）の軸方向側方においてステータ１１に対向させてロータ１２を配設し、ステータ１１とロータ１２の間に作用する磁気力によって、転がり軸受８に予圧を負荷するようにした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪、内輪及び転動体からなり軸受単体で内部すきまがある転がり軸受を少なくとも１個有する軸受部と、ステータ及びロータを有し前記転がり軸受の前記外輪及び前記内輪を相対回転駆動するモータ部とを備えたモータ内蔵転がり軸受装置であって、
前記外輪又は前記内輪の一方を固定輪とし、他方を回転輪とすると共に、前記固定輪の軸方向側方又は前記固定輪の半径方向内周側又は外周側に前記ステータを前記固定輪に固定して配設し、且つ前記回転輪の軸方向側方又は前記回転輪の半径方向内周側又は外周側において前記ステータに対向させて前記ロータを前記回転輪に固定して配設し、前記ステータと前記ロータの間に作用する磁気力により前記転がり軸受に予圧を負荷するようにしたことを特徴とするモータ内蔵転がり軸受装置。
【請求項２】
前記転がり軸受装置は、前記ロータ及び前記ステータからなる前記モータ部が内輪部材及び外輪部材の軸方向又は半径方向に対向して個別に配置されたことを特徴とする請求項１に記載のモータ内蔵転がり軸受装置。
【請求項３】
前記転がり軸受と前記モータ部とは、軸方向に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ内蔵転がり軸受装置。
【請求項４】
前記転がり軸受と前記モータ部とは、半径方向に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ内蔵転がり軸受装置。
【請求項５】
前記転がり軸受は、玉軸受であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のモータ内蔵転がり軸受装置。
【請求項６】
前記モータ部は、前記ステータ及び前記ロータが軸方向に対向して配置された平面対向モータ、又は前記ステータ及び前記ロータが半径方向に対向し、且つ前記ステータ及び前記ロータの磁気中心が軸方向にずらされて配置された周対向モータであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のモータ内蔵転がり軸受装置。
【請求項７】
前記転がり軸受及び前記モータ部が取り付けられるハウジングは、磁性体の金属からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のモータ内蔵転がり軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ内蔵転がり軸受装置に関し、詳しくはロボットや産業用自動化機器、コンピュータ機器やその周辺機器等の駆動装置に用いられるモータ内蔵転がり軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のモータ内蔵転がり軸受装置としては、クロスローラ軸受を用い、これにモータ部を一体的に組み込んで構成することによって、短時間で高精度の位置決めが可能な回転割出装置としたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、他の構成例として、図８に示したファクトリーオートメーション用のダイレクト・ドライブ・モータ１００は、モータの軸受にクロスローラ軸受１１０を使用しており、軸受の内部には、ハウジング１１２を介して、径方向内側にエンコーダ１１４、軸方向にステータ１１６を保持している。
軸受の外輪には、ロータハブ１１８を介してロータ１２０とエンコーダ１１４のスリット板１２２が固定され、ロータ１２０とステータ１１６から形成されるモータの駆動力を受けて、ロータハブ１１８が回転する構成となっているものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
更に、他の構成例として、図９に示したダイレクト・ドライブ・モータ１４０は、クロスローラ軸受１１０を使用しており、軸受の外輪に接続されたフレーム１２６にステータ１３８が固定され、このステータ１３８の内径側に対向してロータ１３０を軸側に設け、さらに、ロータ１３０を固定する軸の内側に位置や速度等の検出器１３２を配置した構造となっている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００５】
また、他の構成例としては、図１０に示した外輪１４１の内周面に形成した外周転動溝と、大径部１４２ａと小径部１４２ｂとを有する二段軸１４２の大径部外周に形成した内周転動溝との間に玉１４３を介挿し、二段軸１４２の小径部１４２ｂに嵌めた内輪１４４の外周に形成した内周転動溝とスリーブ外輪１４５の内面に形成した外周転動溝との間に玉１４３を介挿してなる複合軸受装置１５０が開示されている。
その複合軸受装置１５０の玉軸受には、予圧が付与され、更にスリーブ外輪１４５の外周側に、ロータ１４８とステータ１４９とが配設されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００６】
軸受単体として内部すきまを有する一対の玉軸受に予圧を負荷する方法としては、定位置予圧法や定圧予圧法がある。負荷する予圧量は、軸受装置の使用目的に応じて、適宜決定されるものであり、従来文献等に開示されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
実公平６−２１６３９号公報（第３−５頁、第１図）
【特許文献２】
特開昭６３−２１３４６１号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献３】
実開昭６２−６８４５５公報（第３−５頁、第１図）
【特許文献４】
特開平９−５６１０８公報（第２−３頁、第１図）
【非特許文献１】
日本精工株式会社発行カタログ「転がり軸受」（ＣＡＴ．Ｎｏ．１１０１ｅ２００１  Ｄ−１２Ｃ日本精工株式会社  １９９６、第Ａ９６頁−第Ａ９９頁）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１〜４に記載された従来のダイレクト・ドライブ・モータは、駆動源となるロータ及びステータ、検出器等の部材を、軸受とは別にモータ内部に配置することになるため、その設置スペースのために装置の小型化が図りにくくなっている。
【０００９】
また、特許文献１及び２に記載されたダイレクト・ドライブ・モータの構成では、クロスローラ軸受１１０の軸方向隣にロータ１２０及びステータ１１６を配置すると共に、クロスローラ軸受１１０の径方向内側にエンコーダ１１４を配置している。
また、特許文献３に記載されたダイレクト・ドライブ・モータ１４０の構成では、検出器１３２をロータ１３０の径方向内側に收容することで、軸方向長さを短縮しており、幾分はコンパクト化が図られているが、依然として充分なレベルにまで到っていない。
また、コンパクト化に伴い、軸受及びモータの全体的な構造が複雑化し、部品点数が増大する上に組立工程も煩雑化してコストが嵩む問題があった。
更に、組立時に、軸に対する回転精度が出し難く、充分な精度で組み立てることが困難な構成となっていた。
【００１０】
また、特許文献１〜３に記載された従来のダイレクト・ドライブ・モータは、いずれも、装置を小型化するために、転がり軸受として１個のクロスローラ軸受が用いられている。クロスローラ軸受は、予圧を負荷する構成が不要であり、１つの軸受でラジアル荷重、両方向のアキシャル荷重及びモーメント荷重を受けることが可能である。しかし、軸受の動トルクが大きく、高速回転に不向きであるといった問題点があった。
【００１１】
特許文献４に記載された複合軸受装置の構成は、複合軸受の外周側にロータとステータとが配置されており、やはり小型化が図り難かった。また、軸受単体で内部すきまを有する玉軸受が用いられているので、回転時の剛性や高速回転安定性を確保するために、モータへの組付け以前に、軸受装置の内輪を軸方向に押圧して予圧を負荷しておく必要がある。
使用条件に適合した予圧量の設定方法は、非特許文献１等に記載されているが、その作業は煩雑であり、改善の余地があった。また、適正な予圧が負荷された軸受装置に、モータを組み付ける際、軸受装置が変形して予圧量が変化してしまう虞があった。
また、特許文献４に記載された複合軸受装置の構成は、２個の玉軸受を用いた例であって、内部すきまを有する１個の転がり軸受を用いてダイレクト・ドライブ・モータを構成したものは開示されていない。また、１個の転がり軸受に予圧を負荷する手段も開示されていない。
【００１２】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、クロスローラ軸受よりも摩擦トルクが小さい転がり軸受を用いることによって、モータの高速回転性能を向上させると共に、内部すきまを有する転がり軸受に簡単な構成で予圧を負荷できるようにして、低コスト、コンパクト、且つ高性能のモータ内蔵転がり軸受装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る請求項１記載のモータ内蔵転がり軸受装置は、外輪、内輪及び転動体からなり軸受単体で内部すきまがある転がり軸受を少なくとも１個有する軸受部と、ステータ及びロータを有し前記転がり軸受の前記外輪及び前記内輪を相対回転駆動するモータ部とを備えたモータ内蔵転がり軸受装置であって、前記外輪又は前記内輪の一方を固定輪とし、他方を回転輪とすると共に、前記固定輪の軸方向側方又は前記固定輪の半径方向内周側又は外周側に前記ステータを前記固定輪に固定して配設し、且つ前記回転輪の軸方向側方又は前記回転輪の半径方向内周側又は外周側において前記ステータに対向させて前記ロータを前記回転輪に固定して配設し、前記ステータと前記ロータの間に作用する磁気力により前記転がり軸受に予圧を負荷するようにしたことを特徴とする。
【００１４】
前記構成のモータ内蔵転がり軸受装置によれば、軸受単体で内部すきまがある転がり軸受を用い、該転がり軸受の固定輪の軸方向側方にステータを固定輪に固定して配設し、且つ回転輪の軸方向側方においてステータに対向させてロータを回転輪に固定して配設し、ステータとロータの間に作用する磁気力によって、転がり軸受に予圧を負荷するようにしたので、クロスローラ軸受より構成が単純、且つ安価な深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受又は円錐ころ軸受、等の軸受単体で内部すきまを有する転がり軸受に、簡単な構成で予圧を負荷することができる。
また、モータ内蔵転がり軸受装置の組付け方法や部材の変形等によって予圧量が変化することがなく、常に安定した予圧量を転がり軸受に負荷することができる。従って、内部すきまのある転がり軸受を使用した場合も、剛性が大きく、回転性能が高い、安定した性能を有するモータ内蔵転がり軸受装置を低コストで製作することができる。
【００１５】
本発明に係る請求項２に記載のモータ内蔵転がり軸受装置は、夫々の前記転がり軸受装置には、前記ロータ及び前記ステータからなる前記モータ部が内輪部材及び外輪部材の軸方向又は半径方向に対向して個別に配置されたことを特徴とする請求項１に記載のモータ内蔵転がり軸受装置である。
【００１６】
前記構成のモータ内蔵転がり軸受装置によれば、夫々の転がり軸受にモータ部を個別に配置するようにしたので、軸受単体で内部すきまを有する転がり軸受に、ロータ及びステータ間に作用する磁気力を作用させて、確実に予圧を負荷することができる。また、転がり軸受の剛性を高めて高速回転性能を向上させることができる。
【００１７】
本発明に係る請求項３に記載のモータ内蔵転がり軸受装置は、前記転がり軸受と前記モータ部とは、軸方向に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ内蔵転がり軸受装置である。
【００１８】
前記構成のモータ内蔵転がり軸受装置によれば、転がり軸受とモータ部とが軸方向に配置されているため、モータ部において、ステータ及びロータ間に作用する磁気力によって、転がり軸受に一定の大きさの予圧を負荷することができるとともに、半径方向の長さを小さくすることができる。
従って、軸受単体で内部すきまを有する玉軸受等の一般的な１個の転がり軸受を、複雑な構成とすることなく大きな予圧を負荷できるようにし、安定して回転させることができる。また、１個の転がり軸受をモータと一体として構成したので、モータ内蔵転がり軸受装置をコンパクトにすることができる。
【００１９】
本発明に係る請求項４に記載のモータ内蔵転がり軸受装置は、前記転がり軸受と前記モータ部とは、半径方向に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ内蔵転がり軸受装置である。
【００２０】
前記構成のモータ内蔵転がり軸受装置によれば、転がり軸受とモータ部とが半径方向に配置されているため、モータ部において、ステータ及びロータ間に作用する磁気力によって、転がり軸受に常に一定の大きさの予圧を負荷することができるとともに、軸方向の長さを小さくすることができる。
従って、軸受単体で内部すきまを有する玉軸受等の一般的な１個の転がり軸受を、複雑な構成とすることなく大きな予圧を負荷できるようにし、安定して回転させることができる。また、１個の転がり軸受をモータと一体として構成したので、モータ内蔵転がり軸受装置をコンパクトにすることができる。
【００２１】
本発明に係る請求項５に記載のモータ内蔵転がり軸受装置は、前記転がり軸受は、玉軸受であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のモータ内蔵転がり軸受装置である。
【００２２】
前記構成のモータ内蔵転がり軸受装置によれば、転がり軸受は安価な玉軸受としたので、モータ内蔵転がり軸受装置の低コスト化が可能である。また、軸受摩擦トルクが小さく、高速回転性能の優れたモータ内蔵転がり軸受装置を提供することができる。
【００２３】
本発明に係る請求項６に記載のモータ内蔵転がり軸受装置は、前記モータ部は、前記ステータ及び前記ロータが軸方向に対向して配置された平面対向モータ、又は前記ステータ及び前記ロータが半径方向に対向し、且つ前記ステータ及び前記ロータの磁気中心が軸方向にずらされて配置された周対向モータであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のモータ内蔵転がり軸受装置である。
【００２４】
前記構成のモータ内蔵転がり軸受装置によれば、モータ部は、ステータ及びロータが軸方向に対向して配置された平面対向モータ、又はステータ及びロータが半径方向に対向し、且つステータ及びロータの磁気中心が軸方向にずらされて配置された周対向モータとしたので、ステータ及びロータ間に作用する磁気力によって、転がり軸受に一定の大きさの予圧を負荷することができる。
従って、軸受単体で内部すきまを有する玉軸受等の一般的な１個の転がり軸受を、複雑な構成とすることなく大きな予圧を負荷できるようにし、安定して回転させることができる。また、１個の転がり軸受をモータと一体として構成したので、モータ内蔵転がり軸受装置をコンパクトにすることができる。
【００２５】
本発明に係る請求項７に記載のモータ内蔵転がり軸受装置は、前記転がり軸受及び前記モータ部が取り付けられるハウジングは、磁性体の金属からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のモータ内蔵転がり軸受装置である。
【００２６】
前記構成のモータ内蔵転がり軸受装置によれば、転がり軸受及びモータ部が取り付けられるハウジングは、磁性体の金属としたので、磁束の漏れを最小限に抑えることができ、モータ特性を向上させることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下本発明のモータ内蔵転がり軸受装置の実施形態を図１乃至図７に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態に係るモータ内蔵転がり軸受装置の縦断面図、図２は本発明の第２実施形態に係るモータ内蔵転がり軸受装置の縦断面図、図３は本発明の第３実施形態に係るモータ内蔵転がり軸受装置の縦断面図、図４は本発明の第４実施形態に係るモータ内蔵転がり軸受装置の縦断面図、図５は本発明の第５実施形態に係るモータ内蔵転がり軸受装置の縦断面図、図６は本発明の第６実施形態に係るモータ内蔵転がり軸受装置の縦断面図、図７は本発明の第７実施形態に係るモータ内蔵転がり軸受装置の縦断面図である。
【００２８】
図１に示すように、本発明の第１実施形態であるモータ内蔵転がり軸受装置１は、軸受部２と、モータ部３とを備えている。軸受部２は、１個の玉軸受（深溝玉軸受）８から構成されている。玉軸受８は、外輪４及び内輪５の転動面４ａ，５ａで形成された軌道内に、転動体である複数個の玉６が回動自在に配置された構成となっている。
また、玉６の軸方向両側には、外輪４及び内輪５間にシールドリング９が配設されて軌道内に異物が侵入するのを防止するようになっている。玉軸受８は、軸受単体で内部すきまを有する転がり軸受の一種であり、図１に示す実施形態においては、外輪４が固定輪とされ、内輪５が回転輪として設定されている。
【００２９】
モータ部３は、ステータ１１及びロータ１２が対向して配置された構成となっている。外輪４には、玉軸受８の軸方向に延設された略円筒形状の外ハウジング１３が外嵌し、圧入や接着等によって固定されている。
外ハウジング１３の内径部の略軸方向中央には、内径方向に突出するリング状の隔壁１３ａが形成されており、該隔壁１３ａは玉軸受８の軸方向側方に位置するように外輪４に嵌合している。隔壁１３ａの玉軸受８と反対側の面には、モータ基板１４を介してステータ１１が固定されている。
【００３０】
内輪５の内径部には、玉軸受８の軸方向に延設された略円筒形状の内ハウジング１５が嵌合し、圧入や接着等によって固定されている。内ハウジング１５の玉軸受８から軸方向に離間した一端は、径方向外方に延びる鍔部１５ａが、隔壁１３ａに対向するように形成されている。鍔部１５ａの内側面には、ロータ１２が固定されている。ロータ１２は、ステータ１１に対向して配置され、ロータ１２とステータ１１との間に僅かな隙間Ｓが設けられている。
【００３１】
ロータ１２は、例えば円環状の永久磁石であり、フェライト系磁石、アルミマンガン磁石、アルニコ磁石や希土類磁石（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石等）等を用いることができる。特に、希土類磁石は、磁石のエネルギー積が大きいので、小さい体積でモータに大きなトルクを発生させることが可能である。ロータ１２には、円周方向にＳ極，Ｎ極が互い違いに複数着磁されている。
【００３２】
本実施形態においては、ステータ１１とロータ１２とが、玉軸受８の軸方向に対向して配置された平面対向モータ１８として構成されている。そして、ステータ１１にモータ駆動ドライバ（図示せず）からの信号と電力を供給して、回転磁界を発生させ、ロータ１２に磁気吸引力を作用させることによって、内ハウジング１５（内輪５）を回転駆動するようになっている。
また、ステータ１１とロータ１２間に作用する磁気吸引力が、外ハウジング１３及び内ハウジング１５を介して、外輪４及び内輪５に伝達され、該外輪４及び内輪５を軸方向に相対的に移動させて玉軸受８の内部すきまを吸収して玉軸受８に予圧を負荷する。これによって、軸受単体で内部すきまを有する１個の転がり軸受（玉軸受８）によって、アキシャル荷重、ラジアル荷重及びモーメント荷重を支持することができる。
【００３３】
外ハウジング１３及び内ハウジング１５は、磁性体の金属、例えば鉄やマルテンサイト系ステンレス鋼、等からなる。これによって、磁路が閉じられているので、永久磁石（ロータ１２）の磁束は外部に漏れ出すことがなく、永久磁石の磁束を有効に活用し、モータ部３の回転駆動力を大きくすることができる。
【００３４】
また、外ハウジング１３及び内ハウジング１５を、例えばアルミニウム合金やオーステナイト系ステンレス鋼、等の非磁性体で形成しても良い。この場合には、磁束の漏れを防止するために、永久磁石と内ハウジング１５の間、及びモータ基板１４と外ハウジング１３の間に、磁性体の金属板を設けるか、又はモータ基板１４そのものを磁性体とすることが望ましい。
外ハウジング１３及び内ハウジング１５は、外輪４及び内輪５と別体で形成し、夫々外輪４及び内輪５に嵌合させて固定するようにしたが、外ハウジング１３と外輪４、内ハウジング１５と内輪５を一体として形成しても良い。
【００３５】
上述した実施形態では、１個の転がり軸受にモータ部が組み込まれて配設されたものとしたが、２個の転がり軸受を軸方向に対向配置し、該２個の転がり軸受の中間にモータ部を配置した構成として、２個の転がり軸受に予圧を負荷することも可能である。
また、回転部材（内ハウジング１５）の回転速度や位置を検出するために、エンコーダやホール素子等の検出装置を内蔵させて構成することもできる。
【００３６】
次に、本発明のモータ内蔵転がり軸受装置の第２実施形態を説明する。なお、以下の説明において、既に図１において説明した部材等については、図中に同一符号或いは相当符号を付すことにより、説明を簡略化あるいは省略する。
図２に示すように、本発明の第２実施形態であるモータ内蔵転がり軸受装置２０は、軸受部２と、モータ部３とを備えている。軸受部２は、１個の玉軸受８から構成されており、外輪４が回転輪とされ、内輪５が固定輪に設定されている。
【００３７】
外輪４には、一端に鍔部２１ａが形成された略円筒形状の外ハウジング２１が外嵌し、圧入や接着等によって固定されている。鍔部２１ａの玉軸受８と反対側の面には、玉軸受８の軸方向側方に位置して、ロータ１２が固定されている。
【００３８】
内輪５の内径部には、玉軸受８の軸方向に延設された略円筒形状の内ハウジング２２が嵌合し、圧入や接着等によって固定されている。内ハウジング２２の玉軸受８から軸方向に離間した一端は、径方向外方に延びる鍔部２２ａ、該鍔部２２ａから玉軸受８に向かう方向に延設され、鍔部２２ａに連続して形成された円環状のカバー部２２ｂが形成されている。鍔部２２ａの内側面には、ステータ１１が固定されている。
ステータ１１は、ロータ１２に対向して配置されており、ステータ１１とロータ１２との間に、僅かな隙間Ｓが設けられている。ステータ１１及びロータ１２によって、所謂、平面対向モータ１８が構成されている。
【００３９】
次に、本発明のモータ内蔵転がり軸受装置の第３実施形態を説明する。
図３に示すように、本発明の第３実施形態であるモータ内蔵転がり軸受装置３０は、軸受部２と、モータ部３とを備えている。軸受部２は、１個の玉軸受（深溝玉軸受）８から構成されて、外輪４が固定輪とされ、内輪５が回転輪に設定されている。
【００４０】
外輪４の外周部には、略円筒形状の外ハウジング３１が外嵌し、圧入や接着等によって外輪４に固定されている。内輪５の内周部には、玉軸受８の軸方向に延設された略円筒形状の内ハウジング３２が嵌合し、圧入や接着等によって内輪５に固定されている。外ハウジング３１の内周部３１ａに、ステータ１１が固定されると共に、内ハウジング３２の外周部３２ａにロータ１２がステータ１１に対向して固定されている。
また、半径方向に対向して配置されたステータ１１とロータ１２との間には、僅かな隙間Ｓが設けられており、ステータ１１とロータ１２によって所謂、周対向モータ３５が構成されている。
【００４１】
ステータ１１とロータ１２は、その磁気中心が、軸方向にずらされて配置されている。これによって、ステータ１１、ロータ１２間に軸方向の磁気吸引力を発生させて、玉軸受８に予圧を負荷するようになっている。ステータ１１とロータ１２の磁気中心のずれ量が大きくなると、モータ部３の電磁音が大きくなる傾向がある。従って、大きな予圧を負荷する場合は、図１及び図２に示す平面対向モータ１８を用いることが好ましい。
なお、ステータ１１を内輪側に取り付け、ロータ１２を外輪側に取り付けて、外輪回転としても良い。
【００４２】
次に、本発明のモータ内蔵転がり軸受装置の第４実施形態を説明する。
図４に示すように、本発明の第４実施形態であるモータ内蔵転がり軸受装置４０は、軸受部２と、モータ部３とを備えている。軸受部２は、１個の玉軸受８から構成されており、外輪４が回転輪とされ、内輪５が固定輪に設定されている。
【００４３】
外輪４の外径部には、円板部４１ａと円筒部４１ｂとを一体に有する前ハウジング４１の円筒部４１ｂが外嵌され、圧入や接着等によって固定されている。前ハウジング４１の円板部４１ａには、玉軸受８の半径方向の内周側に位置して、ロータ１２が固定されている。
【００４４】
内輪５の内径部には、円板部４２ａと円筒部４２ｂとを一体に有する後ハウジング４２の円筒部４２ｂが内嵌され、圧入や接着等によって固定されている。後ハウジング４２の円板部４２ａには、円筒部４２ｂの内周側に、玉軸受８の半径方向の内周側に位置して、ステータ１１が配されている。ステータ１１は、モータ基板１４により円板部４２ａに固定されている。
ステータ１１は、ロータ１２に対向して配置されており、ステータ１１とロータ１２との間に、僅かな隙間Ｓが設けられている。ステータ１１及びロータ１２によって、所謂、平面対向モータ１８が構成されている。
【００４５】
前ハウジング４１の円板部４１ａ，円筒部４１ｂと、後ハウジング４２の円板部４２ａとにより、玉軸受８，ステータ１１，ロータ１２が囲まれて配置されている。
【００４６】
本実施形態においては、ステータ１１とロータ１２とからなるモータ部３が、玉軸受８の半径方向における内周側に配置され、ステータ１１とロータ１２が、玉軸受８の軸方向に対向して配置された平面対向モータ１８として構成されている。そして、ステータ１１にモータ駆動ドライバ（図示せず）からの信号と電力を供給して、回転磁界を発生させ、ロータ１２に磁気吸引力を作用させることによって、前ハウジング４１（外輪４）を回転駆動するようになっている。
また、ステータ１１とロータ１２間に作用する磁気吸引力が、前ハウジング４１及び後ハウジング４２を介して、外輪４及び内輪５に伝達され、該外輪４及び内輪５を軸方向に相対的に移動させて玉軸受８の内部すきまを吸収して玉軸受８に予圧を負荷する。これによって、軸受単体で内部すきまを有する１個の転がり軸受（玉軸受８）によって、アキシャル荷重、ラジアル荷重及びモーメント荷重を支持することができる。
【００４７】
前ハウジング４１及び後ハウジング４２は、磁性体の金属、例えば鉄やマルテンサイト系ステンレス鋼、等からなる。これによって、磁路が閉じられているので、永久磁石（ロータ１２）の磁束は外部に漏れ出すことがなく、永久磁石の磁束を有効に活用し、モータ部３の回転駆動力を大きくすることができる。
【００４８】
また、前ハウジング４１及び後ハウジング４２を、例えばアルミニウム合金やオーステナイト系ステンレス鋼、等の非磁性体で形成しても良い。この場合には、磁束の漏れを防止するために、永久磁石と前ハウジング４１の間、及びモータ基板１４と後ハウジング４２の間に、磁性体の金属板を設けるか、又はモータ基板１４そのものを磁性体とすることが望ましい。
前ハウジング４１及び後ハウジング４２は、外輪４及び内輪５と別体で形成し、夫々外輪４及び内輪５に嵌合させて固定するようにしたが、前ハウジング４１と外輪４、後ハウジング４２と内輪５を一体として形成しても良い。
【００４９】
上述した実施形態では、１個の転がり軸受にモータ部が組み込まれて配設されたものとしたが、２個の転がり軸受を軸方向に対向配置し、該２個の転がり軸受の中間にモータ部を配置した構成として、２個の転がり軸受に予圧を負荷することも可能である。
また、回転部材（前ハウジング４１）の回転速度や位置を検出するために、エンコーダやホール素子等の検出装置を内蔵させて構成することもできる。
【００５０】
次に、本発明のモータ内蔵転がり軸受装置の第５実施形態を説明する。
図５に示すように、本発明の第５実施形態であるモータ内蔵転がり軸受装置５０は、軸受部２と、モータ部３とを備えている。軸受部２は、１個の玉軸受（深溝玉軸受）８から構成されて、外輪４が固定輪とされ、内輪５が回転輪に設定されている。
【００５１】
外輪４の外径部には、円板部５１ａと円筒部５１ｂとを一体に有する前ハウジング５１の円筒部５１ｂが外嵌され、圧入や接着等によって固定されている。前ハウジング５１の円板部５１ａには、玉軸受８の半径方向の内周側に位置して、ステータ１１が配されている。ステータ１１は、モータ基板１４により円板部５１ａに固定されている。
固定されている。
【００５２】
内輪５の内径部には、円板部５２ａと円筒部５２ｂとを一体に有する後ハウジング５２の円筒部５２ｂが内嵌され、圧入や接着等によって固定されている。後ハウジング５２の円板部５２ａには、円筒部５２ａの内周側に、玉軸受８の半径方向の内周側に位置して、ロータ１２が配されている。
ステータ１１は、ロータ１２に対向して配置されており、ステータ１１とロータ１２との間に、僅かな隙間Ｓが設けられている。ステータ１１及びロータ１２によって、所謂、平面対向モータ１８が構成されている。
【００５３】
前ハウジング５１の円板部５１ａ，円筒部５１ｂと、後ハウジング５２の円板部５２ａとにより、玉軸受８，ステータ１１，ロータ１２が囲まれて配置されている。
【００５４】
本実施形態においては、ステータ１１とロータ１２とからなるモータ部３が、玉軸受８の半径方向における内周側に配置され、ステータ１１とロータ１２が、玉軸受８の軸方向に対向して配置された平面対向モータ１８として構成されている。そして、ステータ１１にモータ駆動ドライバ（図示せず）からの信号と電力を供給して、回転磁界を発生させ、ロータ１２に磁気吸引力を作用させることによって、後ハウジング５２（内輪５）を回転駆動するようになっている。
また、ステータ１１とロータ１２間に作用する磁気吸引力が、前ハウジング５１及び後ハウジング５２を介して、外輪４及び内輪５に伝達され、該外輪４及び内輪５を軸方向に相対的に移動させて玉軸受８の内部すきまを吸収して玉軸受８に予圧を負荷する。これによって、軸受単体で内部すきまを有する１個の転がり軸受（玉軸受８）によって、アキシャル荷重、ラジアル荷重及びモーメント荷重を支持することができる。
【００５５】
次に、本発明のモータ内蔵転がり軸受装置の第６実施形態を説明する。
図６に示すように、本発明の第６実施形態であるモータ内蔵転がり軸受装置６０は、軸受部２と、モータ部３とを備えている。軸受部２は、１個の玉軸受（深溝玉軸受）８から構成されて、外輪４が回転輪とされ、内輪５が固定輪に設定されている。
【００５６】
外輪４の外径部には、円板部６１ａと円筒部６１ｂと中央軸部６１ｃとを一体に有する前ハウジング６１の円筒部６１ｂが外嵌され、圧入や接着等によって外輪４に固定されている。内輪５の内径部には、円板部６２ａと円筒部６２ｂとを一体に有する後ハウジング６２の円筒部６２ｂが外嵌され、圧入や接着等によって内輪５に固定されている。
そして、前ハウジング６１の中央軸部６１ｃにロータ１２が固定され、後ハウジング６２の円筒部６２ｂの内周側に、玉軸受８の半径方向の内周側に位置して、ステータ１１がロータ１２に対向して固定されている。
また、半径方向に対向して配置されたステータ１１とロータ１２との間には、僅かな隙間Ｓが設けられており、ステータ１１とロータ１２によって所謂、周対向モータ３５が構成されている。
【００５７】
ステータ１１とロータ１２は、その磁気中心が、軸方向にずらされて配置されている。これによって、ステータ１１、ロータ１２間に軸方向の磁気吸引力を発生させて、玉軸受８に予圧を負荷するようになっている。ステータ１１とロータ１２の磁気中心のずれ量が大きくなると、モータ部３の電磁音が大きくなる傾向がある。従って、大きな予圧を負荷する場合は、図１，図２，図４，図５に示す平面対向モータ１８を用いることが好ましい。
【００５８】
次に、本発明のモータ内蔵転がり軸受装置の第７実施形態を説明する。
図７に示すように、本発明の第７実施形態であるモータ内蔵転がり軸受装置７０は、軸受部２と、モータ部３とを備えている。軸受部２は、１個の玉軸受（深溝玉軸受）８から構成されて、外輪４が固定輪とされ、内輪５が回転輪に設定されている。
【００５９】
外輪４の外径部には、円板部７１ａと円筒部７１ｂと中央軸部７１ｃとを一体に有する前ハウジング７１の円筒部７１ｂが外嵌され、圧入や接着等によって外輪４に固定されている。内輪５の内径部には、円板部７２ａと円筒部７２ｂとを一体に有する後ハウジング７２の円筒部７２ｂが外嵌され、圧入や接着等によって内輪５に固定されている。
そして、前ハウジング７１の中央軸部７１ｃにステータ１１が固定され、後ハウジング７２の円筒部７２ｂの内周側に、玉軸受８の半径方向の内周側に位置して、ロータ１２がステータ１１に対向して固定されている。
また、半径方向に対向して配置されたステータ１１とロータ１２との間には、僅かな隙間Ｓが設けられており、ステータ１１とロータ１２によって所謂、周対向モータ３５が構成されている。
【００６０】
ステータ１１とロータ１２は、その磁気中心が、軸方向にずらされて配置されている。これによって、ステータ１１、ロータ１２間に軸方向の磁気吸引力を発生させて、玉軸受８に予圧を負荷するようになっている。ステータ１１とロータ１２の磁気中心のずれ量が大きくなると、モータ部３の電磁音が大きくなる傾向がある。従って、大きな予圧を負荷する場合は、図１，図２，図４，図５に示す平面対向モータ１８を用いることが好ましい。
【００６１】
本実施形態の作用を説明する。
図１，図２，図４，図５において、ステータ１１にモータ駆動ドライバ（図示せず）から電力を供給して、回転磁界を発生させると、ロータ１２はステータ１１の磁気に吸引されて回転輪（図１では内輪５、図２では外輪４、図４では外輪４、図５では内輪５）と共に回転駆動される。このとき、ロータ１２は磁気吸引力によって軸方向に吸引されているので、外輪４と内輪５は、相対的に軸方向に移動し、軸受単体で内部すきまを有する玉軸受８に予圧が負荷される。
従って、玉軸受８の剛性が高められ、モータ内蔵転がり軸受装置１，２０，４０，５０を安定して高速で回転させることができる。ここで注目すべき特徴は、用いられる玉軸受８が１個であるにも係わらず、簡単な構成で予圧が負荷されていることである。
【００６２】
また、図３，図６，図７においても同様に、ステータ１１に電力を供給して回転磁界を発生させると、ロータ１２はステータ１１の磁気に吸引されて回転輪（図３では内輪５、図６では外輪４、図７では内輪５）と共に回転駆動される。このとき、ステータ１１とロータ１２の磁気中心は軸方向にずれた位置に設定されているので、ロータ１２に軸方向（図３では上方向、図６，図７では下方向）の力が作用する。この軸方向の力によって玉軸受８に予圧が負荷される。
【００６３】
上述したように、本発明のモータ内蔵転がり軸受装置は、内部すきまを有する転がり軸受にステータ、ロータ間に作用する磁気力によって予圧を負荷するようにしたので、簡単な構成で予圧を負荷することができる。
従って、モータ内蔵転がり軸受装置の製造コストを低減させることができる。また、使用される転がり軸受が１個であっても、該転がり軸受に予圧を負荷して転がり軸受の剛性を高めることができるので、モータ内蔵転がり軸受装置の大幅な小型化が達成され、回転性能を向上させることができる。
更に、転がり軸受の摩擦トルクは、クロスローラ軸受よりも小さいので、従来以上の高速回転に対応することが可能となる。
【００６４】
尚、本発明において、転がり軸受は、深溝玉軸受として説明したが、これに限定されるものではなく、軸受単体で内部すきまを有する転がり軸受であればどのような軸受であってもよく、アンギュラ玉軸受や円錐ころ軸受、等を用いることもできる。しかし、製造コスト的には、深溝玉軸受を使用することが最も有利である。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る請求項１に記載のモータ内蔵転がり軸受装置によれば、軸受単体で内部すきまがある転がり軸受を用い、該転がり軸受の固定輪の軸方向側方又は前記固定輪の半径方向内周側又は外周側にステータを固定輪に固定して配設し、且つ回転輪の軸方向側方又は前記回転輪の半径方向内周側又は外周側においてステータに対向させてロータを回転輪に固定して配設し、ステータとロータの間に作用する磁気力によって、転がり軸受に予圧を負荷するようにしたので、クロスローラ軸受より構成が単純、且つ安価な深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受や円錐ころ軸受、等の軸受単体で内部すきまを有する転がり軸受に、簡単な構成で予圧を負荷することができる。
従って、モータ内蔵転がり軸受装置の組付け方法や部材の変形等によって予圧量が変化することがなく、常に安定した予圧量を転がり軸受に負荷することができる。よって、コンパクトであるにも係わらず、剛性が大きく、回転精度の高い、安定した性能を有するモータ内蔵転がり軸受装置を低コストで製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るモータ内蔵転がり軸受装置の縦断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るモータ内蔵転がり軸受装置の縦断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係るモータ内蔵転がり軸受装置の縦断面図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係るモータ内蔵転がり軸受装置の縦断面図である。
【図５】本発明の第５実施形態に係るモータ内蔵転がり軸受装置の縦断面図である。
【図６】本発明の第６実施形態に係るモータ内蔵転がり軸受装置の縦断面図である。
【図７】本発明の第７実施形態に係るモータ内蔵転がり軸受装置の縦断面図である。
【図８】従来のダイレクト・ドライブ・モータの縦断面図である。
【図９】従来の他のダイレクト・ドライブ・モータの縦断面図である。
【図１０】従来の更に他のダイレクト・ドライブ・モータの縦断面図である。
【符号の説明】
１，２０，３０，４０，５０，６０，７０  モータ内蔵転がり軸受装置
２                    軸受部
３                    モータ部
４                    外輪
５                    内輪
６                    玉（転動体）
８                    玉軸受（転がり軸受）
１１                    ステータ
１２                    ロータ
１３，２１，３１        外ハウジング（ハウジング）
１５，２２，３２        内ハウジング（ハウジング）
１８                    平面対向モータ
３５                    周対向モータ
４１，５１，６１，７１  前ハウジング（ハウジング）
４２，５２，６２，７２  後ハウジング（ハウジング）
【図１】
2004205026.tif 000003
【図２】
2004205026.tif 000004
【図３】
2004205026.tif 000005
【図４】
2004205026.tif 000006
【図５】
2004205026.tif 000007
【図６】
2004205026.tif 000008
【図７】
2004205026.tif 000009
【図８】
2004205026.tif 000010
【図９】
2004205026.tif 000011
【図１０】
2004205026.tif 000012