JP2004036864A - Spindle - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工具を保持するロータを流体軸受により径方向(ラジアル方向)および回転の軸線方向(スラスト方向)に支持して毎分10万回転以上で回転させるスピンドルに関する。
【0002】
【従来の技術】
図3は従来の第一のプリント基板穴明け加工機の斜視図、図4はスピンドル保持部の正面断面である。
【0003】
図3において、テーブル1は、X軸方向駆動系2に支持され、ベッド3上を矢印X方向に移動自在である。コラム4は、テーブル1を跨ぐようにしてベッド3に固定されている。クロススライド5は、Y軸方向駆動系6に支持され、コラム4上を矢印Y方向に移動自在である。ハウジング7は、クロススライド5上に配置されたガイド8に支持され、矢印Z方向に移動自在である。モータ9はボールネジ10を介してハウジング7をZ軸方向に移動させる。スピンドル20はハウジング7に支持されている。
【0004】
CNC装置11はX、Y、Z軸の制御等を行う。また、冷却装置12はスピンドル20の冷却を行う。テーブル1の上面にはプリント基板13が載置されている。
【0005】
図4に示すように、スピンドル20はロータ21とロータ21を回転自在に支持するボデイ22とから構成されている。
【0006】
ロータ21にはフランジ部21bが形成されている。以下、ロータ21のフランジ部21b以外の部分を胴部21aという。胴部21aの軸線O方向の中央付近には銅材を端絡環状に形成した回転子23が配置されている。
【0007】
ボデイ22の内部には、ロータ21外周との隙間が数μm程度である穴24が形成されている。穴24の胴部21aと対向する位置には空気ラジアル軸受25、26が配置されている。空気ラジアル軸受25、26を構成する圧縮空気の吹き出し口は、軸線Oと並行な面内に複数配置されている。また、フランジ部21bの軸線O方向の両側には空気スラスト軸受27、28が配置されている。空気スラスト軸受27、28を構成する圧縮空気の吹き出し口は、軸線Oと直角な面内に複数配置されている。なお、フランジ部21bが嵌合する部分の穴24の軸線O方向の長さはKである。空気ラジアル軸受25、26および空気スラスト軸受27、28は、それぞれ図示を省略する圧縮空気源に接続されている。
【0008】
ボデイ22の回転子23と対向する位置には、コイル(固定子)29が配置されている。コイル29は図示を省略するインバータ電源に接続されている。ロータ21の先端にはドリル31が保持されている。
【0009】
次に、従来のプリント基板穴明け加工機の動作を説明する。
【0010】
空気ラジアル軸受25、26と空気スラスト軸受27、28を動作させ、すなわちが空気ラジアル軸受25、26と空気スラスト軸受27、28に圧縮空気を供給してロータ21を径方向および軸線O方向に支持する。次に、コイル29に電流を供給し、ロータ21を軸線Oの回りに回転させる。この状態でテーブル1とクロススライド5をそれぞれX、Y方向に移動させることにより軸線Oを加工位置に位置決めする。その後、モータ9を動作させてドリル31を予め定める高さまで下降させ、プリント基板13に穴を加工する。
【0011】
ロータ21は、空気ラジアル軸受25、26と空気スラスト軸受27、28に支持されているので、高速で回転することができ、直径が0.2mm程度の穴を高速かつ精度よく加工することができた。
【0012】
図5は従来の第二のプリント基板穴明け加工機の斜視図、図6はスピンドル保持部の正面断面であり、図3、4と同じものまたは同一機能のものは同一の符号を付して説明を省略する。
【0013】
従来の第二のプリント基板穴明け加工機の場合、フランジ部21bはロータ21の端部に配置されている。そして、フランジ部21bは空気スラスト軸受27、28を備えるケース40に保持されている。ケース40は、リニアモータ等の直動型のモータの出力軸に支持され、Z方向に移動自在である。
【0014】
このプリント基板穴明け加工機の場合、ドリル31を上下させる際にボデイ22よりも質量の小さいケース40を移動させるだけでよいので、上記従来の第一のプリント基板穴明け加工機に比べてモータ9の容量を小さくできると共に、加工速度を向上させることができた。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ケース40とボデイ22を別々に構成しているためロータ21の全長および質量が大きくなる。このため、回転数を上げるとロータ21に振動が発生しやすくなり、回転数を向上することができない。したがって、例えば直径が0.1mmのドリル31により穴を加工する場合、実用的な加工深さは2mm程度であった。
【0016】
本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、例えば直径が0.1mmのドリルであっても、実用的な加工深さを3mm以上にすることができるスピンドルを提供するにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、胴部に該胴部よりも大径のフランジ部を備えたロータと、前記フランジ部および前記胴部の一部を微小隙間を隔てて収納する穴を備え、前記穴の前記胴部の径方向と対向する位置に配置した径方向の流体軸受と前記フランジ部の回転の軸線方向の両側に配置した流体軸受により前記ロータを径方向および回転の軸線方向に支持するボデイと、からなるスピンドルにおいて、前記フランジ部を収納する前記穴の前記回転の軸線方向の長さを、前記フランジ部の厚さと距離Lの和よりも長くすると共に、前記回転の軸線方向の流体軸受に供給する流体の圧力を制御する制御装置を設け、前記制御装置により、前記回転の軸線方向の流体軸受に供給する流体の圧力を変化させて、前記ロータを前記距離Lの範囲で前記回転の軸線方向に位置決めすることを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【0019】
図1は本発明に係るスピンドルの正面断面、図2は本発明に係るスピンドルを適用したプリント基板穴明け加工機の斜視図であり、図3、4と同じものまたは同一機能のものは同一の符号を付して説明を省略する。
【0020】
フランジ部21bが嵌合する部分の穴24の軸線O方向の長さMは、図4における穴24の軸線O方向の長さK(フランジ部21bの厚さと空気スラスト軸受27、28が形成するエアギャップとの和)よりもLだけ長い。
【0021】
空気スラスト軸受27はポート50に、空気スラスト軸受28はポート51にそれぞれ接続され、ポート50、51は制御装置52に接続されている。制御装置52は空気スラスト軸受27、28に供給する圧縮空気の圧力を制御する。
【0022】
フランジ部21bの厚さ方向の中央部には環状の溝60が形成されている。複数の穴61は溝60とフランジ部21bの面を連通している。以下、穴24のフランジ部21bの下側部分を穴24dといい、上側部分を穴24uという。穴61は円周方向等間隔に配置されている。
【0023】
なお、ロータ21とボデイ22との間には図示を省略するセンサが配置されており、ロータ21のZ方向の位置を確認できるようになっている。
【0024】
次に、この実施形態の動作を説明する。なお、ここでは、フランジ部21bの上側の面積をSu、フランジ部21bの下側の面積をSd(面積Suから胴部21aの断面積を差し引いた値である。)とし、ロータ21の重量は無視する。
【0025】
制御装置52はポート50に供給する空気の圧力が常に予め定める値P0になるように制御する。そして、ポート51に供給する空気の圧力P1を式1で定まる値として差圧ΔPを制御する。
【0026】
P1=P0・Sd/Su+ΔP・・・(式1)
すなわち、ロータ21を現在の位置に停止させる場合はΔPをΔP=0に維持し、ロータ21を所望の位置まで下降させる場合は、ロータ21が所望の高さに移動するまで、ΔPを正の値に維持する。また、ロータ21を所望の高さまで上昇させる場合は、ロータ21が所望の高さに移動するまで、ΔPを負の値に維持する。
【0027】
次に、溝60および穴61の作用について説明する。
【0028】
穴24d内部の圧力と穴24u内部の圧力に差がある場合、空気は溝60および穴61を通って圧力の高い側から低い側に移動し、この時の空気の流れがラジアル方向の流体軸受を構成する。この結果、軸線Oが傾くことはほとんどない。
【0029】
なお、上記では流体として圧縮空気を用いる場合について説明したが、水、油等を用いることもできる。
【0030】
また、本発明によれば、ロータの全長を短くできるので、従来のロータよりも外径を小さくすることが可能になる。そして、ロータの外径を小さくするとロータの質量が小さくなるので、さらにロータの回転数を上げることができると共に、ロータの回転の軸線方向の移動速度を向上させることができる。
【0031】
さらに、本発明はプリント基板穴明け加工機以外の穴明け加工機にも適用することができる。
【0032】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、胴部に該胴部よりも大径のフランジ部を備えたロータを流体軸受により径方向および回転の軸線方向に支持するようにしたスピンドルにおいて、フランジ部を収納する穴の回転の軸線方向の長さをフランジ部の厚さと距離Lの和よりも長くすると共に、フランジ部の両側に配置したスラスト方向の流体軸受に供給する流体の圧力を制御する制御装置を設け、この制御装置により、スラスト方向の流体軸受に供給する流体の圧力を制御してロータを距離Lの範囲で回転の軸線方向に位置決めするように構成したので、ロータの質量を従来に比べて小さくすることができる。この結果、ロータすなわち工具の回転数を上げることが可能になり、加工速度を向上することができる。また、フランジ部を径方向に支持する手段を設けることにより回転の軸線の振れを抑制できる結果、加工品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るスピンドルの正面断面である。
【図2】本発明に係るスピンドルを適用した穴明け加工機の斜視図である。
【図3】従来のプリント基板穴明け加工機の斜視図である。
【図4】従来のプリント基板穴明け加工機のスピンドル保持部の正面断面である。
【図5】従来のプリント基板穴明け加工機の斜視図である。
【図6】従来のプリント基板穴明け加工機のスピンドル保持部の正面断面である。
【符号の説明】
21 ロータ
21b フランジ部
24 穴
27 流体軸受
28 流体軸受
52 制御装置
M フランジ部21bを収納する穴24の長さ
O 回転の軸線
L 移動距離[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a spindle that supports a rotor holding a tool in a radial direction (radial direction) and an axial direction of rotation (thrust direction) by a fluid bearing and rotates at 100,000 revolutions per minute or more.
[0002]
[Prior art]
FIG. 3 is a perspective view of a first conventional printed circuit board boring machine, and FIG. 4 is a front sectional view of a spindle holding portion.
[0003]
In FIG. 3, a table 1 is supported by an X-axis
[0004]
The
[0005]
As shown in FIG. 4, the
[0006]
The
[0007]
Inside the
[0008]
A coil (stator) 29 is arranged at a position facing the
[0009]
Next, the operation of the conventional printed board drilling machine will be described.
[0010]
The air
[0011]
Since the
[0012]
FIG. 5 is a perspective view of a second conventional printed circuit board boring machine, and FIG. 6 is a front sectional view of a spindle holding portion. The same reference numerals as those in FIGS. Description is omitted.
[0013]
In the case of the second conventional printed circuit board boring machine, the
[0014]
In the case of this printed circuit board boring machine, it is only necessary to move the
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the
[0016]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in the prior art, and to provide a spindle that can achieve a practical working depth of 3 mm or more even with a drill having a diameter of 0.1 mm, for example.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a rotor having a body portion with a flange portion having a larger diameter than the body portion, and a hole for accommodating the flange portion and a part of the body portion with a small gap therebetween. A radial fluid bearing disposed at a position facing the radial direction of the body portion of the hole, and a fluid bearing disposed on both sides in the axial direction of rotation of the flange portion, and the rotor is radially and axially rotated. And a body configured to support the flange portion, the length of the hole accommodating the flange portion in the axial direction of the rotation is longer than the sum of the thickness of the flange portion and the distance L, and A control device is provided for controlling the pressure of the fluid supplied to the axial fluid bearing, and the control device changes the pressure of the fluid supplied to the fluid bearing in the axial direction of the rotation so as to move the rotor by the distance L. Example In wherein the positioning in the axial direction of the rotation.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.
[0019]
FIG. 1 is a front sectional view of a spindle according to the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of a printed circuit board drilling machine to which the spindle according to the present invention is applied. The description is omitted by attaching the reference numerals.
[0020]
The length M of the
[0021]
The
[0022]
An
[0023]
A sensor (not shown) is arranged between the
[0024]
Next, the operation of this embodiment will be described. Here, the area above the
[0025]
The
[0026]
P1 = P0 · Sd / Su + ΔP (Equation 1)
That is, when stopping the
[0027]
Next, the operation of the
[0028]
When there is a difference between the pressure inside the
[0029]
In addition, although the case where the compressed air is used as the fluid has been described above, water, oil, or the like may be used.
[0030]
Further, according to the present invention, since the overall length of the rotor can be shortened, the outer diameter can be made smaller than that of a conventional rotor. When the outer diameter of the rotor is reduced, the mass of the rotor is reduced, so that the rotation speed of the rotor can be further increased and the moving speed of the rotation of the rotor in the axial direction can be improved.
[0031]
Further, the present invention can be applied to a boring machine other than the printed board boring machine.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there is provided a spindle in which a rotor provided with a flange portion having a larger diameter than the body portion is supported in a radial direction and a rotation axis direction by a fluid bearing. The axial length of rotation of the hole accommodating the portion is made longer than the sum of the thickness of the flange portion and the distance L, and the pressure of the fluid supplied to the thrust bearings disposed on both sides of the flange portion is controlled. A control device is provided to control the pressure of the fluid supplied to the fluid bearing in the thrust direction to position the rotor in the axial direction of rotation within the range of the distance L. It can be made smaller than. As a result, the number of revolutions of the rotor, that is, the tool, can be increased, and the machining speed can be improved. Further, by providing the means for supporting the flange portion in the radial direction, the deflection of the axis of rotation can be suppressed, and as a result, the processing quality can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front sectional view of a spindle according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of a drilling machine to which the spindle according to the present invention is applied.
FIG. 3 is a perspective view of a conventional printed circuit board boring machine.
FIG. 4 is a front sectional view of a spindle holding unit of a conventional printed circuit board boring machine.
FIG. 5 is a perspective view of a conventional printed circuit board boring machine.
FIG. 6 is a front sectional view of a spindle holder of a conventional printed circuit board boring machine.
[Explanation of symbols]
21
Claims (2)
前記フランジ部および前記胴部の一部を微小隙間を隔てて収納する穴を備え、前記穴の前記胴部の径方向と対向する位置に配置した径方向の流体軸受と前記フランジ部の回転の軸線方向の両側に配置した流体軸受により前記ロータを径方向および回転の軸線方向に支持するボデイと、からなるスピンドルにおいて、
前記フランジ部を収納する前記穴の前記回転の軸線方向の長さを、前記フランジ部の厚さと距離Lの和よりも長くすると共に、前記回転の軸線方向の流体軸受に供給する流体の圧力を制御する制御装置を設け、
前記制御装置により、前記回転の軸線方向の流体軸受に供給する流体の圧力を変化させて、前記ロータを前記距離Lの範囲で前記回転の軸線方向に位置決めすることを特徴とするスピンドル。A rotor provided with a flange portion having a larger diameter than the body portion,
A hole for accommodating a part of the flange portion and the body portion with a small gap therebetween is provided, and a radial fluid bearing and a rotation of the flange portion arranged at a position of the hole facing the radial direction of the body portion are provided. A body for supporting the rotor in the radial direction and the axial direction of rotation by fluid bearings arranged on both sides in the axial direction,
The length of the hole accommodating the flange portion in the axial direction of rotation is longer than the sum of the thickness of the flange portion and the distance L, and the pressure of the fluid supplied to the fluid bearing in the axial direction of rotation is reduced. Provide a control device to control,
A spindle, wherein the control device changes the pressure of a fluid supplied to a fluid bearing in the axial direction of the rotation to position the rotor in the axial direction of the rotation within the range of the distance L.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002198835A JP2004036864A (en) | 2002-07-08 | 2002-07-08 | Spindle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2002198835A JP2004036864A (en) | 2002-07-08 | 2002-07-08 | Spindle |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2004036864A true JP2004036864A (en) | 2004-02-05 |
Family
ID=31706175
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002198835A Pending JP2004036864A (en) | 2002-07-08 | 2002-07-08 | Spindle |
Country Status (1)
Country | Link |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008509640A (en) * | 2004-07-23 | 2008-03-27 | ジーエスアイ グループ リミテッド | Air bearing spindle |
CN102528094A (en) * | 2010-12-23 | 2012-07-04 | 维嘉数控科技(苏州)有限公司 | Z-axis structure of printed circuit board (PCB) drilling machine |
JP2018158412A (en) * | 2017-03-23 | 2018-10-11 | 株式会社東洋機械製作所 | Fine processor |
-
2002
- 2002-07-08 JP JP2002198835A patent/JP2004036864A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN102528094A (en) * | 2010-12-23 | 2012-07-04 | 维嘉数控科技(苏州)有限公司 | Z-axis structure of printed circuit board (PCB) drilling machine |
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