(57)【要約】【課題】  カップリングを有さないものでありながら、電動モータの回転軸が磁束回路を形成することなく、かつ送りネジ軸に高い硬度のものを用いて、長寿命化を図る。【解決手段】  ステッピングモータ等の電動モータの回転軸（非ネジ部）６を非磁性材料より形成し、送りネジ装置の送りネジ軸（ネジ部）７を磁性材料より形成する。回転軸６と送りネジ軸７とは、ろう付け又はフィラーを用いたレーザー溶接により接合して一体に結合する。溶融金属媒体が、抜け孔１２から溢れ出ることにより、該金属媒体が接合面Ｂに行き亘ったことを確認する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周にネジ溝が形成されたネジ部と、外周にネジ溝が形成されていない非ネジ部と、を有する軸部材において、
前記ネジ部と非ネジ部とを異なる材料により形成し、
これらネジ部及び非ネジ部を一軸状に一体に固着してなる、
軸部材。
【請求項２】
前記ネジ部が、送りネジ軸であり、前記非ネジ部が、電動モータの回転軸であり、
前記電動モータの回転軸を非磁性材料により形成し、
前記送りネジ軸を磁性材料により形成し、
前記回転軸と送りネジ軸とを一軸状に一体に固着してなる、
軸部材。
【請求項３】
前記一軸状に一体に固着する手段が、溶融金属媒体を介在する接合である、
請求項１又は２記載の軸部材。
【請求項４】
前記送りネジ軸は、ＨＲＣ５０以上の鋼材からなり、前記回転軸は、オーステナイト系ステンレス鋼からなる、
請求項２記載の軸部材。
【請求項５】
前記非ネジ部及び前記ネジ部のいずれか一方の端面に突起を形成すると共に、いずれか他方の端面に、前記突起と嵌合し得る穴を形成し、
前記いずれか他方に、外周面から前記穴に貫通する抜け孔を形成して、前記溶融金属媒体が該抜け孔から溢れ出ることにより、該溶融金属媒体が、前記突起と穴との嵌合部からなる接合面に行き亘ったことを確認することを特徴とする、
請求項３記載の軸部材。
【請求項６】
前記送りネジ軸にナット部材を螺合して送りネジ装置を構成し、
前記回転軸にモータ本体及び制御装置を装着して電動モータを構成した、
請求項２記載の軸部材を用いた電動リニアアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネジ部と非ネジ部とを異種材料により形成した軸部材、並びにそれを用いた電動リニアアクチュエータに係り、特に電動モータと送りネジ装置からなる電動リニアアクチュエータに適用して好適である。
【背景技術】
【０００２】
一般に、上記電動リニアアクチュエータは、電動モータの回転軸と送りネジ軸とをカップリングにより連結すると共に、送りネジ軸の両端部分をベアリングを介してケースに支持している。
【０００３】
このため、カップリングの存在及びネジ軸の両持ち支持構造等により、コンパクト化、特に軸方向の短縮化が充分にできず、また部品点数の増加によるコストアップに加えて、カップリングを介しての動力伝達のため、電動モータの回転位置決め精度に対する送りネジの直動位置精度の低下を招いている。
【０００４】
従来、上記欠点を解決するため、電動モータの回転軸と送りネジ軸とを、同一材料で継ぎ目なく一体に形成した電動リニアアクチュエータが、本願出願人等により提案されている（下記特許文献１参照）。
【０００５】
上記一体の軸（回転軸＋送りネジ軸）は、一本のむく材から切削加工により形成されるため、材料費及び加工費が高価になってしまう。特に、電動モータの回転軸は、例えばステッピングモータ等の場合、磁束回路を構成しないように非磁性材料で形成する必要があるが、非磁性材料は、一般に磁性材料より硬度が低く、上記一体に形成した送りネジ軸部分も該非磁性材料により形成することは、常にボール又はナット部材が摺接するネジ軸の寿命を低下してしまう結果となる。例えば、非磁性材料として析出硬化系ステンレスが用いられるが、該材料は、ＨＲＣ４５以下であり、焼入れ硬化されて、送りネジ軸として用いられる磁性材料のＨＲＣ５０以上のものより硬度が低く、寿命が短くなる。
【０００６】
また、非磁性材料でＨＲＣ５０に近い材料があるが、それらは材料費が高価であると共に、材料自体が硬く脆いため、ネジ切り等の加工が困難で面倒であり、更なるコストアップの原因となってしまう。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１２５５５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、モータ回転軸等の非ネジ部と送りネジ軸等のネジ部とを別部材により構成し、もって上記課題を解決した軸部材及びそれを用いた電動リニアアクチュエータを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る本発明は、外周にネジ溝（７ａ）が形成されたネジ部（７）と、外周にネジ溝が形成されていない非ネジ部（６）と、を有する軸部材（８）において、
前記ネジ部と非ネジ部とを異なる材料により形成し、
これらネジ部及び非ネジ部を一軸状に一体に固着してなる、
軸部材にある。
【００１０】
請求項２に係る本発明は、前記ネジ部が、送りネジ軸（７）であり、前記非ネジ部が、電動モータ（２）の回転軸（６）であり、
前記電動モータの回転軸（６）を非磁性材料により形成し、
前記送りネジ軸（７）を磁性材料により形成し、
前記回転軸と送りネジ軸とを一軸状に一体に固着してなる、
軸部材にある。
【００１１】
請求項３に係る本発明は、前記一軸状に一体に固着する手段が、溶融金属媒体を介在する接合である、
請求項１又は２記載の軸部材にある。
【００１２】
請求項４に係る本発明は、前記送りネジ軸（７）は、ＨＲＣ５０以上の鋼材からなり、前記回転軸（６）は、オーステナイト系ステンレス鋼からなる、
請求項２記載の軸部材にある。
【００１３】
請求項５に係る本発明は、前記非ネジ部（６）及び前記ネジ部（７）のいずれか一方の端面に突起（１０）を形成すると共に、いずれか他方の端面に、前記突起と嵌合し得る穴（１１）を形成し、
前記いずれか他方に、外周面（６ｂ）から前記穴（１１）に貫通する抜け孔（１２）を形成して、前記溶融金属媒体が該抜け孔から溢れ出ることにより、該溶融金属媒体が、前記突起と穴との嵌合部からなる接合面（Ｂ）に行き亘ったことを確認することを特徴とする、
請求項３記載の軸部材にある。
【００１４】
請求項６に係る本発明は、前記送りネジ軸（７）にナット部材（９）を螺合して送りネジ装置（３）を構成し、
前記回転軸（６）にモータ本体（５）及び制御装置を装着して電動モータ（２）を構成した、
請求項２記載の軸部材を用いた電動リニアアクチュエータ（１）にある。
【００１５】
なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これにより請求項の構成に何等影響を及ぼすものではない。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に係る本発明によると、ネジ部と非ネジ部とを異なる材料により形成するので、異なる機能を求められているネジ部及び非ネジ部に、それぞれ上記機能にマッチした適正な材料を用いて、これを一軸状に一体に固着することにより、信頼性及び耐久性の高い軸部材を安価にて提供することができる。
【００１７】
請求項２に係る本発明によると、回転軸は、非磁性材料からなるので、ステッピングモータ等の電動モータに悪影響を及ぼすことがなく、かつ送りネジ軸は、磁性材料からなるので、硬度が高い、耐摩耗性の高い、加工性が良い、安価等の優れた材料を選択することができ、耐久性の高い長寿命の電動アクチュエータ用の軸部材を得ることができる。
【００１８】
請求項３に係る本発明によると、ネジ部と非ネジ部とを、溶融金属媒体を介在して接合するので、ネジ部及び非ネジ部の母材に対して接合に際しての熱による影響を与えることが少なく、高い精度を保持すると共に、充分な接合強度を得ることができる。
【００１９】
請求項４に係る本発明によると、送りネジ軸は、ＨＲＣ５０以上の高い硬度を有する材料からなり、耐摩耗性に優れ、高い精度を長期に亘って維持できると共に、回転軸は、高い防錆性能を有するオーステナイト系ステンレス鋼からなり、電動アクチュエータ用軸部材としての耐久性を向上することができる。
【００２０】
請求項５に係る本発明によると、抜け孔から溶融金属媒体が溢れ出ることにより、該金属媒体が接合面に行き亘ったことを容易に確認でき、常に確実な接合を行って、信頼性を向上することができる。
【００２１】
請求項６に係る本発明によると、回転軸と送りネジ軸とを一体に結合したので、カップリングが介在することはなく、コンパクトで位置決め精度の高いアクチュエータを得ることができるものでありながら、回転軸は、非磁性材料からなるので、ステッピングモータ等の電動モータに悪影響を及ぼすことがなく、かつ送りネジ軸は、磁性材料からなるので、硬度が高い、耐摩耗性の高い、加工性が良い、安価等の優れた材料を選択することができ、耐久性の高い長寿命の電動アクチュエータを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。
【００２３】
電動リニアアクチュエータ１は、図１に示すように、電動モータ２と、ボール送りネジ装置３とを有する。電動モータ２は、５相又は２相等のステッピングモータからなり、またボール送りネジ３は、超精密用ミニュチュアボールネジが好ましく、これらステッピングモータの出力特性及び精度、ボールネジのねじ径、リード及び精度は、必要に応じて種々組合され、予め商品群（仕様品）として用意され、又は注文（特殊仕様）に応じて組立てられる。更に、該電動リニアアクチュエータ１は、上記ステッピングモータ用のドライバ、コントローラ等の各種制御機器が準備されており、各種位置決め装置、駆動機器ユニットとして用いられる。
【００２４】
電動モータ２は、ケース５に収納固定されるステータと、該ステータと微小間隙存して配置されるロータとを有しており、ロータには一体に回転軸６（図２参照）が固定されていると共に、該回転軸は、ケース５にベアリングを介して回転自在に支持されている。該回転軸（６）は、外周にネジ溝が形成されていない円筒形状からなり、非ネジ部を構成する。上記ロータには永久磁石が用いられ、軸方向に磁束回路を形成しないように上記回転軸６には、非磁性体が用いられる。例えば、回転軸６は、防錆性に優れたオーステナイト系ステンレス（１８−８ステンレス鋼）が用いられており、具体的にはＳＵＳ３０４（Ｌ，Ｎ１，Ｎ２，ＬＮ），ＳＵＳ３０３（Ｓｅ，Ｃｕ），ＳＵＳ３１６（Ｌ，Ｎ，ＬＮ，Ｔｉ，ＪＩ，ＪＩＬ，Ｆ）等が好ましい。
【００２５】
一方、ボール送りネジ装置３は、送りネジ軸７と、該送りネジ軸の外周に形成されたボールネジ溝７ａに螺合するボールナット９とからなり、ボールナット９は雄ネジ溝と雌ネジ溝との間に介在するボールを循環するボール循環路を有している。そして、送りネジ軸７は、外周にネジ溝７ａが形成されてネジ部を構成しており、常にボールが摺接するので、耐摩耗性の高い材料が好ましく、硬度の高い材料から形成されている。硬度の高い材料、例えばＨＲＣ５０以上、好ましくはＨＲＣ５５以上のものは、一般に磁性材料からなり、例え非磁性材料のものがあっても、それは高価であり、また加工性が悪く、実用に供するには困難を伴う。送りネジ軸７は、コスト、加工性及び防錆性等の他の性能と相俟って、マルテンサイト系ステンレス鋼、例えばＳＵＳ４４０Ｃ（ＨＲＣ５５〜５７）、クロムモリブデン鋼、例えばＳＣＭ４１５（ＨＲＣ５８〜６２）、合金工具鋼、例えばＳＫＳ３、高炭素クロム軸受鋼、例えばＳＵＪ２等により形成されるのが好ましい。
【００２６】
そして、図２に示すように、送りネジ軸７の一端面７ａには、中心線上に所定径の円筒状突起１０が機械加工により一体に形成されており、また回転軸６の一端６ａには、中心線上に所定径の円筒状の穴１１が形成されている。これら円筒状の突起１０及び穴１１は、所定嵌合い精度、例えば０．０１〜０．０２［ｍｍ］程度の嵌合い公差に設定されており、これら突起１０及び１１が嵌合することにより、送りネジ軸７及び回転軸６は略々一軸状に組立てられる。また、上記円筒穴１１は、回転軸一端部分の膨径部６ｂに形成されており、該膨径部にはその外周面から円筒穴１１に貫通する小径の抜き孔１２が形成されている。なお、突起１０を回転軸６側に、穴１１を送りネジ軸７側に設けてもよい。
【００２７】
上記突起１０及び穴１１が嵌合した状態で、該嵌合面に、溶融金属媒体を介在する接合（ｂｒａｚｅ）が施される。該接合は、銀ろう等を媒体金属とするガスろう付け、又はフィラーを用いたレーザー溶接が好ましい。レーザー溶接は、アルゴン等のシールドガスに覆われた状態での接合部へのレーザー光の照射により行われ、かつ上記フィラーは、母材金属とのなじみ性（濡れ性能）がよく、かつ母材と、固溶体、共晶反応又は金属間化合物を形成するものが好ましく、例えばＳＵＳ３０８等がある。なお、該接合時は、上記送りネジ軸７等の熱処理後又は熱処理時に行われる。
【００２８】
上記ろう付け又はフィラーを用いたレーザー溶接は、上述した磁性材料からなる送りネジ軸７の各材料（例えばＳＣＭ４１５）と、非磁性体からなる回転軸６の各材料（例えばＳＵＳ３０３）との組合せにより、色々な条件で試験が行われ、各サンプルをねじり試験機にかけて測定した結果、接合面の大きさに略々比例する充分な強度が得られると共に、母材の熱による影響が少ないことが判明した。
【００２９】
上記溶融媒体金属であるろう又はフィラーは、送りネジ軸７の端面角部Ａを面取りして、該面取り部から上記溶融媒体金属を流し込み、その濡れ性及び毛細管作用により、上記突起１０及び穴１１との接合面Ｂである遊隙部に流れ込み、抜け孔１２から溢れ出る。これにより、作業者は、充分な量の媒体金属が接合面に供給されたことを確認し得た後、接合作業を終了する。
【００３０】
上記ろう付け又はフィラー接合により、送りネジ軸７と回転軸６とを一体に結合した後、送りネジ軸７のネジ溝及び回転軸６の表面の研削加工等が施され、上記両軸７，６の軸芯精度等は、接合しない一体物からなるものと同様に、充分に確保される。これにより、ネジ部７及び非ネジ部６を一軸状に一体に固着した軸部材８が完成される。その後、回転軸６上にステッピングモータ２が組付けられ、また送りネジ軸にボールナット９が螺合されて、電動リニアアクチュエータ１が組立てられる。
【００３１】
なお、上記送りネジ軸（ネジ部）７及び回転軸（非ネジ部）６の接合（固着）は、上記ろう付け、フィラーを用いたレーザー溶接に限らず、（フィラーを用いない）レーザー溶接、その他の溶接、接着剤による接着等、他の接合（固着）手段を用いてもよい。
【００３２】
本電動リニアアクチュエータ１は、送りネジ軸７と回転軸６との間にカップリングが存在せず、コンパクトでかつ位置決め精度の高いものでありながら、回転軸６には非磁性材料が用いられ、モータ性能に悪影響を及ぼすことはなく、かつ送りネジ軸７には、硬度の高い磁性材料を用いることができるので、充分な耐摩耗性を有し、高い精度を長期に亘って維持することができる。
【００３３】
なお、上記実施の形態は、送りネジ装置は、ボール送りネジ装置を用いたが、これに限らず、低摩擦、耐摩耗性の優れた合成樹脂からなるナットを用いたもの等の普通送りネジ装置でもよく、また電動モータは、ステッピングモータに限らず、ブラシレスＤＣモータ等の他のモータを用いてもよく、この場合コントローラにフィードバック制御を用いてサーボ機構とすることが好ましい。
【００３４】
更に、本軸部材８は、その非ネジ部が必ずしも電動モータの回転軸でなくてもよく、異種材料からなるネジ部及び非ネジ部を一軸状に一体に固着したすべての軸部材、例えば真空装置に用いられる電動リニアアクチュエータ等に適用可能である。この場合、必ずしもネジ部の硬度が非ネジ部より高いとは限らず、軸受部等の非ネジ部の硬度がネジ部より高くなる場合もある。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明を適用し得る電動リニアアクチュエータを示す正面図。
【図２】送りネジ軸と回転軸を示す、一部断面した正面図。
【符号の説明】
【００３６】
１      電動リニアアクチュエータ
２      電動モータ（ステッピングモータ）
３      送りネジ装置
６      非ネジ部（回転軸）
７      ネジ部（送りネジ軸）
７ａ    ネジ溝
８      軸部材
１０      突起
１１      穴
１２      抜け孔
【図１】
2005114081.tif 000003
【図２】
2005114081.tif 000004