(57)【要約】【課題】強磁場並びに高温下であっても転動体が安定保持され、モータ軸を長期に亘ってスムーズに回転させることを可能とするサーボモータを低コストに提供する。【解決手段】モータ軸４の回転状態を検出し、検出結果に基づいてモータ軸の回転状態が制御され、電源装置から供給される電流の変化によりモータ軸の回転・停止、回転速度の加減速が繰り返されると共に、加減速時の電流の変化に伴ってモータ内部に磁場が発生し、且つ、磁場中の磁束に変化が生ずるサーボモータにおいて、モータ軸は、転がり軸受２０によって回転自在に支持され、転がり軸受は、相対回転可能に対向して配置された少なくとも一対の軌道輪22,24と、軌道輪間に転動可能に組み込まれた複数の転動体２６と、これらを回転自在に保持し、隣り合う転動体を相互に所定間隔を保った状態で転動させるための保持器２８を具備しており、保持器を非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼材で構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ軸の回転状態を検出し、当該検出結果に基づいて当該モータ軸の回転状態が制御され、電源装置から供給される電流の変化により前記モータ軸の回転及び停止、並びに回転速度の加減速が繰り返されるとともに、当該加減速時の前記電流の変化に伴ってモータ内部に磁場が発生し、且つ、当該磁場中の磁束に変化が生ずるサーボモータであって、
前記モータ軸は、転がり軸受によって回転自在に支持され、当該転がり軸受は、相対回転可能に対向して配置された少なくとも一対の軌道輪と、当該軌道輪間に転動可能に組み込まれた複数の転動体と、これらの転動体を回転自在に保持し、隣り合う転動体を相互に所定間隔を保った状態で転動させるための保持器を具備しており、
前記保持器は、非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼材で構成されることを特徴とするサーボモータ。
【請求項２】
電磁ブレーキによって前記モータ軸が減速あるいは停止されており、前記加減速時の電流の変化に加え、前記モータ軸の回転開始時及び回転停止時に前記電源装置から供給される電流の変化に伴ってモータ内部に磁場が発生し、且つ、当該磁場中の磁束に変化が生ずることを特徴とする請求項１に記載のサーボモータ。
【請求項３】
前記転がり軸受の使用可能な温度範囲の上限が１５０℃よりも高温に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のサーボモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ回転軸の回転状態(回転速度や回転数、回転方向や回転角度など)を高精度に制御可能なサーボモータに関し、特に前記モータ回転軸を回転自在に支持するための転がり軸受が強磁場並びに高温下で使用されるサーボモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、モータ回転軸(以下、モータ軸という)の回転速度や回転数、回転方向や回転角度などの回転状態を高精度に制御することが可能な駆動装置として、サーボモータが知られている(特許文献１参照)。通常、サーボモータは、所定のモータ軸を回転させるモータ(直流(ＤＣ)モータ、あるいは交流(ＡＣ)モータ)部と、当該モータ部の回転状態(例えば、モータ軸の回転数や回転角度など)を制御するための制御部、及び前記モータの回転を減速あるいは停止させるための制動部(例えば、電磁ブレーキ)を備えて構成されている。なお、モータ軸は、外部あるいは内蔵された電源装置からモータ部に供給される電力(端的には駆動電流)によって回転される。
【０００３】
図１に示すように、サーボモータはモータ軸４が転がり軸受(以下、サーボモータ用軸受という)２０によって回転自在に支持されており、この状態で各種の機械装置(工作機械やロボットなど)に搭載される。サーボモータ用軸受２０は、相対回転可能に対向して配置された一対の軌道輪22,24(回転輪(内輪)２２及び静止輪(外輪)２４)と、当該内外輪22,24にそれぞれ形成されて対向する軌道溝22a,24a間に転動可能に組み込まれた複数の転動体(玉)２６を備えている。この場合、転動体２６は、環状を成す保持器(一例として、波型の合わせ保持器)２８に形成されたポケットに１つずつ回転自在に保持され、隣り合う転動体２６同士が所定間隔を保った状態で転動可能となるように軌道溝22a,24a間へ組み込まれている。これにより、各転動体２６はその転動面が相互に接触することなく、内外輪22,24間(軌道溝22a,24a間)を転動することができ、結果として、当該各転動体２６が相互に接触して摩擦が生じることによる回転抵抗の増大や、焼付きなどが防止されている。
【０００４】
ここで、保持器２８としては、サーボモータの使用条件や使用目的などに応じて、各種の金属製保持器や樹脂製保持器などが使い分けられている。例えば、金属製(一例として、冷間圧延鋼板(ＳＰＣＣ)製)の保持器には、高温条件下でも使用可能であるとともに、低コストで製造することが可能であるというメリットがある。その一方で、かかる金属製の保持器(ＳＰＣＣ保持器)は磁性を有するため、制動部(電磁ブレーキ)２を備えたサーボモータに組み込まれた場合、モータ軸４の加減速時などに電磁ブレーキ２のマグネットコイル６から生ずる強磁界(磁場)の影響や、モータ外部の周辺機器が強磁場を生ずる場合にはその影響により、磁化されてしまう場合がある。
【０００５】
このように保持器２８が磁化された場合、当該保持器２８は、内輪２２あるいは外輪２４に偏った状態で接触し、これら相互間で摩擦による摩耗(偏摩耗)を招きやすいという問題がある。なお、モータ軸４の加減速時などにおいては、電磁ブレーキ２のマグネットコイル６を流れる電流が変化し、当該電流変化に伴ってマグネットコイル６から生ずる磁界(磁場)が急激に変化し、これにより当該磁場中の磁束を大きく変化させることとなる。
【０００６】
これに対し、樹脂製(一例として、プラスチック製)の保持器を用いた場合、上述したような電磁ブレーキ２を備えたサーボモータにサーボモータ用軸受２０が組み込まれたとしても、かかる強磁場の影響を受けることはない。したがって、保持器２８を樹脂製(プラスチック製)とすることで、当該保持器２８、内輪２２及び外輪２４に対する偏摩耗の発生を回避することができる。
【特許文献１】特開２００２−３０５８５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、一般的に普及している樹脂製(プラスチック製)の保持器材料の代表的なものの１つとして、６６ナイロンが挙げられる。しかしながら、かかる６６ナイロン製の保持器は、使用可能な温度範囲の上限(すなわち、耐用温度)が１５０℃程度までであり、変形や変質などが生じる虞を考慮すれば、使用時における最高温度が１５０℃までのサーボモータでしか安定して使用することができず、その用途が限定されてしまう。
近年、サーボモータが搭載される機械装置(工作機械やロボットなど)の使用条件は多岐に亘っており、当該サーボモータの使用時の温度が１５０℃を超える場合も少なくなく、このような工作機械やロボットなどに対して６６ナイロン製の保持器を使用することには問題がある。
【０００８】
この場合、６６ナイロンではなく、例えば、高温条件下(１５０℃以上)でも使用可能な(すなわち、耐用温度の高い)プラスチック樹脂である４６ナイロンを材料として用いた樹脂製(プラスチック製)保持器を使用することで、かかる耐用温度の問題を回避することは可能となる。しかしながら、６６ナイロンと比較して４６ナイロンは高価であるため、保持器を４６ナイロン製とした場合、その製造コストの上昇を招き、結果として、サーボモータを低コストで提供することができなくなってしまう。
【０００９】
本発明は、このような課題を解決するためになされており、その目的は、サーボモータ用軸受の保持器を非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼材製とすることで、強磁場並びに高温下(例えば、１５０℃以上の使用環境下)であっても転動体が安定保持され、モータ軸を長期に亘ってスムーズに回転させることを可能とするサーボモータを低コストに提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような目的を達成するために、本発明に係るサーボモータは、モータ軸の回転状態を検出し、当該検出結果に基づいて当該モータ軸の回転状態が制御され、電源装置から供給される電流の変化により前記モータ軸の回転及び停止、並びに回転速度の加減速が繰り返されるとともに、当該加減速時の前記電流の変化に伴ってモータ内部に磁場が発生し、且つ、当該磁場中の磁束に変化が生じている。かかるサーボモータにおいて、前記モータ軸は、転がり軸受によって回転自在に支持され、当該転がり軸受は、相対回転可能に対向して配置された少なくとも一対の軌道輪と、当該軌道輪間に転動可能に組み込まれた複数の転動体と、これらの転動体を回転自在に保持し、隣り合う転動体を相互に所定間隔を保った状態で転動させるための保持器を具備しており、前記保持器は、非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼材で構成される。
【００１１】
この場合、サーボモータは、電磁ブレーキによって前記モータ軸が減速あるいは停止されており、前記加減速時の電流の変化に加え、前記モータ軸の回転開始時及び回転停止時に前記電源装置から供給される電流の変化に伴ってモータ内部に磁場が発生し、且つ、当該磁場中の磁束に変化を生じさせる。
なお、前記転がり軸受の使用可能な温度範囲の上限が１５０℃よりも高温に設定されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るサーボモータによれば、サーボモータ用軸受の保持器を非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼材製とすることで、強磁場並びに高温下(例えば、１５０℃以上の使用環境下)であっても転動体をかかる保持器によって安定保持することができる。この結果、モータ軸を長期に亘ってスムーズに回転させることができるとともに、かかるサーボモータの低コスト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態に係るサーボモータについて、添付図面を参照して説明する。なお、本発明のサーボモータは、各種の機械装置(例えば、工作機械やロボットなど)に搭載され、当該サーボモータのモータ回転軸(以下、モータ軸という)がサーボモータ用軸受によって回転自在に支持された状態で使用される。ここでは、図１に示すようなサーボモータ用軸受２０によってサーボモータのモータ軸４が回転自在に支持されている場合を一例として想定する。
【００１４】
この場合、かかるサーボモータは、モータ軸４を回転させるモータ(直流(ＤＣ)モータ、あるいは交流(ＡＣ)モータ)部４０と、当該モータ部４０の回転状態(例えば、モータ軸４の回転数や回転角度など)を制御するための制御部(特に符号は付さない)、及び前記モータ部４０の回転を減速あるいは停止させるための制動部(一例として、電磁ブレーキ)２を備えて構成されている。なお、モータ軸４は、所定の電源装置から供給される電力(端的には駆動電流)によって回転されるが、当該電源装置はサーボモータに内蔵させた構成としてもよいし、あるいはサーボモータの外部に配設した構成であってもよい。
【００１５】
制御部は、モータ部４０(モータ軸４)の回転状態を検出し、当該検出結果を予め設定された回転状態の目標値(例えば、モータ軸４の設定回転数や設定回転角度など)と比較する。そして、かかる比較結果に基づき、すなわち当該比較結果を電源装置からモータ部４０への駆動電流の供給量にフィードバックさせることで、モータ部４０の回転状態が目標値となるように制御している。これにより、モータ軸４の回転状態(回転数や回転角度など)を高精度に制御することが可能となり、例えば、モータ軸４の回転及び停止を短い周期で頻繁に繰り返すことができるとともに、回転速度の加減速を常にレスポンスよく行うことができる。
【００１６】
なお、モータ部４０の回転状態(例えば、モータ軸４の回転数や回転角度など)の検出は、被検出体に所定の照射光を照射し、その反射光の状態を検出体で検出する光学センサなどを用いて行えばよい。例えば、モータ部４０のロータ(図示しない)にエンコーダ(図示しない)を取り付けて当該ロータとともに回転させ、回転するエンコーダに対して発光体(図示しない)から照射光(レーザー光など)を照射する。そして、当該エンコーダからの反射光を受光素子(図示しない)で受光し、当該反射光の単位時間あたりの状態変化を演算処理することで、モータ部４０の回転状態(モータ軸４の回転数や回転角度など)を計測(検出)することができる。
【００１７】
また、別の捉え方をすると、かかるサーボモータによれば、そのモータ軸４を予め設定された目標位置に精度よく停止させることができる。すなわち、サーボモータは、制動部(電磁ブレーキ)２によってモータ軸４の減速及び停止が繰り返されることで、その回転速度あるいは停止位置を高精度に制御することが可能となっている。
【００１８】
この場合、モータ軸４の回転時においては、電磁ブレーキ２のマグネットコイル６が通電状態(電流が流れている状態)となる。この状態では、アマチュア(非回転可動板)８がステータ１２へ吸引され、コイルバネ１０を押し込んで圧縮させる。このようにアマチュア８が電磁ブレーキ２のステータ１２へ吸引されると、摩擦板１４との間に空隙ができて電磁ブレーキ２が開放され、これによりモータ軸４も開放されて自由に回転可能な状態となる。
【００１９】
一方、モータ軸４の制動時においては、電磁ブレーキ２のマグネットコイル６が無通電状態(電流が流れていない状態)となる。この状態では、圧縮されたコイルバネ１０が伸長し、当該コイルバネ１０の付勢力によってアマチュア８が摩擦板１４へ押し付けられる。このようにアマチュア８が摩擦板１４へ押し付けられることで、当該アマチュア８と摩擦板１４との間に強力な摩擦力が生じ、当該摩擦力によりモータ軸４の回転速度を減速させることができ、最終的には当該モータ軸４を完全に停止させることができる。
【００２０】
そして、このような構造を成すサーボモータは、そのモータ軸４がサーボモータ用軸受２０によって回転自在に支持され、この状態で各種の機械装置(工作機械やロボットなど)に搭載される。サーボモータ用軸受２０は、相対回転可能に対向して配置された少なくとも一対の軌道輪22,24(回転輪(一例として、内輪)２２及び静止輪(同、外輪)２４)と、当該軌道輪22,24にそれぞれ形成されて対向する軌道溝22a,24a間に転動可能に組み込まれた複数の転動体(同、玉)２６と、これらの転動体２６を回転自在に保持し、隣り合う転動体２６を相互に所定間隔を保った状態で転動させるための保持器２８を具備している。
【００２１】
なお、転動体２６としては、図１に示すような玉を適用してもよいし、サーボモータの使用条件や使用目的などに応じて各種のころ(円錐ころ、円筒ころ及び球面ころなど)を適用してもよい。また、保持器２８としては、転動体２６の種類に応じて任意のタイプを適用すればよい。例えば、転動体が玉である場合、図１に示すような波型の合わせタイプや冠型などのタイプを適用することができ、転動体が各種のころ(円錐ころ、円筒ころ及び球面ころなど)である場合、もみ抜き型、くし型及びかご型などのタイプを適用することができる。
【００２２】
いずれの場合であっても、転動体２６は、保持器２８に形成されたポケットに１つずつ回転自在に保持され、隣り合う転動体２６同士が所定間隔を保った状態(一例として、各転動体２６が等間隔で配置された状態)で軌道溝22a,24a間を転動可能となるようにサーボモータ用軸受２０に組み込まれる。これにより、各転動体２６は、その転動面(表面)が相互に接触することなく、内外輪22,24間(軌道溝22a,24a間)を転動することができ、結果として、当該各転動体２６が相互に接触して摩擦が生じることによる回転抵抗の増大や、焼付きなどを防止することができる。
【００２３】
また、図１に示す構成において、サーボモータ用軸受２０には、軸受の内部を外部から遮蔽して密封状態(気密状態、及び液密状態)に保つために密封装置(非接触型シールド)３０が内外輪22,24間の開放部に装着されており、当該密封装置３０を装着することで、サーボモータ用軸受２０の外部から異物(例えば、泥水や塵埃など)が内部に侵入することを防止しているとともに、内部に封入された潤滑剤(例えば、グリースや潤滑油など)が外部へ漏洩することを防止している。なお、図１には、非接触型の金属シールド(一例として、鉄製シールド)を装着した密封構造を示しているが、密封装置として接触型の弾性シール(一例として、ニトリルゴム製シール)を装着した密封構造としてもよい。
【００２４】
加えて、サーボモータ用軸受２０に対しては、内外輪22,24の軌道溝22a,24aと転動体２６の転動面(表面)とが相互に接触する部分の摩擦や摩耗の減少、焼付き防止や疲れ寿命の延長などを目的として潤滑が行われており、その内部に潤滑剤が封入されている。潤滑剤は、サーボモータの使用条件や使用目的などに応じて各種の基油と増ちょう剤を任意に配合させた構成とすればよい。本実施形態においては、一例として、基油を合成炭化水素油、増ちょう剤をウレア系化合物でそれぞれ構成した潤滑剤が、サーボモータ用軸受２０の内部に封入されている場合を想定している。その際、基油である合成炭化水素油に対し、組成物の全量を基準として以下の増ちょう剤を配合することで潤滑剤(一例として、グリース)を生成すればよい。具体的には、ウレア系化合物で成るゲル化剤を２〜３０重量％、ソルビタンモノオレエート、スルホン酸バリウム及びラノリン酸バリウムをいずれも０．２〜３．０重量％となるように、合成炭化水素油に対してそれぞれ配合すればよい。
【００２５】
ところで、本実施形態に係るサーボモータは、電源装置からモータ部４０に対して供給される駆動電流の大きさ(供給量)を制御部が制御するとともに、電磁ブレーキ２がモータ軸４を制動することによって当該モータ軸４の加速、あるいは減速が行われている。かかるモータ軸４の加減速時には、電磁ブレーキ２のマグネットコイル６を流れる電流が大きく変化し、当該電流変化に伴ってモータ内部に強い磁界(強磁場)が発生するとともに、発生した磁場に急激な変化が生じることとなる。すなわち、かかる磁場変化に伴って当該磁場中の磁束が大きく変化する。
【００２６】
同様に、モータ軸４が回転開始される際には、電磁ブレーキ２のマグネットコイル６に対して電流が流れ出すのに対し、回転停止される際には、当該マグネットコイル６を流れる電流が停止する。したがって、モータ軸４の回転開始時、並びに回転停止時には、電磁ブレーキ２のマグネットコイル６を流れる電流が大きく変化し、当該電流変化に伴ってモータ内部に強磁場が発生するとともに、発生した磁場の急激な変化に伴って磁場中の磁束が急激に大きく変化する。
【００２７】
さらには、このようなサーボモータ自体の部材(具体的には、電磁ブレーキ２)から発生する磁場のみならず、サーボモータの外部に配設された周辺機器が強磁場を発生させる場合には、当該周辺機器から発生された磁場によっても、モータ内部の磁場は影響を受け、当該磁場中の磁束に変化が生じる。
【００２８】
そこで、本実施形態においては、サーボモータ用軸受２０の保持器２８として非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼材製のものを使用している。その際、保持器２８は、サーボモータの使用条件や使用目的などに応じて非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼材を任意に選択して構成すればよいが、ここでは保持器２８がＳＵＳ３０４ステンレス鋼材製である場合を一例として想定する。
【００２９】
保持器２８をこのような非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼材製(ＳＵＳ３０４ステンレス鋼材製)とすることで、上述したようなモータ軸４の加減速時や、回転開始時及び回転停止時にモータ内部に強磁場が発生するとともに、その磁束変化が生じた場合であっても、保持器２８が磁化されることがない。すなわち、保持器２８が内輪２２や外輪２４に吸引され、当該内外輪22,24と偏った状態で接触することを確実に防止することができ、これら相互間に生ずる摩擦による摩耗(偏摩耗)を格段に低減させることができる。
【００３０】
また、例えば、１５０℃以上の高温下であっても、保持器２８の剛性を維持することができ、プラスチック樹脂製保持器(一例として、６６ナイロン製保持器)と比較して変形や変質などの発生を格段に低減させることができる。この結果、保持器２８は、かかる強磁場並びに高温下であっても転動体２６を安定して保持することができる。
【００３１】
さらに、非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼材製(ＳＵＳ３０４ステンレス鋼材製)とすることで、このような強磁場並びに高温下であっても転動体２６を安定保持することが可能な保持器２８を、プラスチック樹脂製保持器(一例として、４６ナイロン製保持器)よりも低コストで実現することができる。
【００３２】
以上のように、本実施形態に係る保持器２８が組み込まれたサーボモータ用軸受２０によれば、当該サーボモータ用軸受２０が強磁場並びに高温の環境下で使用される場合であっても、サーボモータ(モータ軸４)を長期に亘ってスムーズに回転させることができるとともに、かかるサーボモータの低コスト化を図ることができる。
【００３３】
なお、本実施形態においては、常時使用温度(常用温度)が１２０℃以上、あるいは使用可能な温度範囲の上限(最高使用温度)が１５０℃よりも高温に設定されたサーボモータ、すなわち、このような温度環境下でサーボモータ用軸受２０が使用される場合を想定している。
【００３４】
また、以上の説明においては、サーボモータ用軸受２０を構成する内輪２２、外輪２４及び転動体２６の材料(素材)について特に言及しなかったが、これらはサーボモータの使用条件や使用目的などに応じて任意の材料(素材)を選択して構成すればよい。一例として、本実施形態においては、内輪２２、外輪２４及び転動体２６がいずれも高炭素クロム軸受鋼(ＳＵＪ２)製である場合を想定している。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係るサーボモータの構成を示す模式図。
【符号の説明】
【００３６】
４  モータ軸
２０  サーボモータ用軸受
２２，２４  軌道輪
２６  転動体
２８  保持器
【図１】
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