JP3137543U - スピンドルユニット - Google Patents
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Abstract
【解決手段】作動装置コイルの包囲範囲を冷却できる冷却システムと、スピンドルシャフトの穿孔端部とを備え、特に、上記冷却システムは、上記範囲にて接触冷却を行うための冷却剤を冷却媒体として利用している。この冷却システムは、構造統合性とユニットの精度を維持できるよう、スピンドルユニット内に統合されている。スピンドルユニットの空気ベアリングも、内部で回転するスピンドルシャフトを軸方向および半径方向に支持する吸気量を増加させるために、吸気スロットと吸気孔を設けている。さらに、空気ベアリングは、スピンドルシャフトの穿孔端部付近の範囲を冷却するために、内部に冷却剤が流れるように構成されている。
【選択図】図2
Description
この需要の増加に伴い、微小な構成部品の穿孔工程がより重要となる。
事実上、PCBは、ほとんどの電子装置において基礎要素であると考えられている。
PCBの穿孔工程は非常に重要であり、歩留まりに優れた高精度のものでなければならない。
高速回転する穿孔を有するスピンドルユニットは高速穿孔の原理である。
現在、スピンドルユニット内で回転するスピンドルの支持手段としての空気ベアリングを使用することで、高速および高精度の穿孔を効率的に達成している。
このスピンドル装置は、スピンドル1を回転させるべく作動させる円筒形モータを含む。
ハウジング10内の作動装置モータコイル12(固定子)に給電されると、金属または伝導性材料、例えば銅から成る外部リング9(回転子)を有するスピンドル1が作動されて、軸0上で回転する。
次に、スピンドル1の端部2に取り付けた穿孔部3を作動させて、スピンドル1の回転に合わせて回転させることができる。
スピンドル装置の空気入口14、16に加圧空気またはガスを供給すると、この加圧空気は空気ベアリングA、B、Cの空気出口13、15から排出される。スピンドル1は、チャンバ11内で回転しながら空気のクッションによって支持される。
上記の空気ベアリングA、B(ラジアルベアリング)は、スピンドル1を半径方向に支持することができる一方で、上記空気ベアリングC(軸ベアリング)は、空気出口15からスピンドル1のフランジ4へ加圧空気を排出することで、スピンドル1をその軸方向に支持する。
スピンドル1は、半径方向および軸方向に、回転可能に支持あるいは垂下される。
スピンドル装置は、穿孔機械(図示せず)に搭載、または取り付けることができ、スピンドル装置がこの上でリニアモータによってさらに駆動されることでスピンドルの軸方向で上下に移動し、下に位置しているPCBなどのワークピース(図示せず)の穿孔処理が行われる。スピンドル装置が例えば毎分数千、数万回転数で高速回転するため、設計および構造中に構成部品の精度、構造統合性、安定性は重要な要素である。
穿孔工程中に生成された熱がスピンドルの寿命および性能に大いに影響することが当業者に知られている。この熱は主に、(1)動作中の作動装置モータコイル12、(2)穿孔工程中におけるスピンドルの穿孔部3とワークピース間の摩擦によって発生する。
スピンドル装置内の多くの構成部品は金属または合金で作成されているが、これら構成部品の機械性質が熱および高温によって劇的な影響を受け、その寿命が低減される可能性がある。部品が磨耗すると、穿孔工程の精度および穿孔した孔が弱化し、これにより、穿孔工程中に穿孔部にひびが入ったり、さらには破損してしまうことがある。
スピンドル装置、特にモータ12、空気ベアリングA、B、C、穿孔部3の構成部品が熱および高温から受ける機械性質並びに剛性への影響は、不適切な動作を回避するために注意深く制御されなければならない。
したがって、効率的な冷却システムをスピンドル装置に提供すると同時に、装置の構成部品の精度および構造性剛性を維持する必要がある。
この場合、第1グループはフロントベアリング冷却範囲、第2グループはモータ冷却範囲、第3グループはリアベアリング冷却範囲である。
冷却機械出口から供給された冷却流体がスピンドルの後端部を通ってフロントベアリング冷却範囲へ流れ、その後、モータ冷却範囲へ流れ、次にリアベアリング冷却範囲内に入る。
冷却流体が冷却装置の入口内へ戻ることで、温度制御された冷却ループが形成される。
上記冷却ループは、作動装置モータコイルおよびベアリングを冷却することができる。
しかし、ループの構造上の制限のために、このような冷却ループを、所望の冷却を達成するべく、スピンドル装置の内部構成部品を囲むように構成する必要がある。
これは、空気ベアリングを利用し、構成部品間の空間に高い精度を要求するスピンドルユニットの場合には望ましくない。
詳細には、主に金属または伝導性金属から成る螺旋形の冷却ループは、スピンドル装置の構成部品と合致するよう厳密な寸法に構成する必要があり、これによって製造コストが高額化し、さらには、追加の容量および複雑性が導入されることで、装置の全体的な構造統合性が低減してしまう可能性もある。
さらに、上記冷却ループは、空気ベアリングを利用したスピンドル装置に実用的な解決を提供することができない。
特に、空気ベアリングの外周に空気入口を設けて空気が入るようにしている場合には、ループがベアリングの外面を囲んでいるため、上記冷却ループが空気ベアリングの吸気を妨害することがある。
空気ベアリングを装備したスピンドル装置に冷却ループを導入することで、ベアリングの性能に大いに影響を与え、これによりその剛性が低下する。
さらに、例えばループの一部にひびが入っている場合には、冷却流体の循環が阻止され、冷却流体剤の漏出によってスピンドル装置が正しく作動しなくなる。
装置の構造統合性を維持しながら、スピンドルユニットにより効率的な冷却システムを提供する必要がある。
マイクロフィンは、ハウジング内の作動装置モータコイル(固定子)およびベアリングの付近に配列されているので、これらのフィンによって、より優れた熱消散を行うためのより大きな表面範囲が得られる。
しかし、マイクロフィンのこうした設計または利用は、効率的且つ費用効果的な熱消散を提供することができない。
第一に、マイクロフィンは、空気循環または対流をほとんど有さないスピンドル装置内部に配列されているため、マイクロフィンによって達成される熱伝導または消散が制限される。
さらに、マイクロフィンは、主に車輪ベアリングに適合され、空気ベアリングを有するスピンドル内に使用することで、ハウジングへの空気ベアリングの固定と、周辺からの吸気が妨害され、その結果ベアリングの剛性、性能、精度が低減する可能性がある。最後に、装置ハウジングの内面上にマイクロフィンを形成および構成するには、より高い製造およびメンテナンス費用が必要となり、望ましくない。
空気またはガスを支持媒体として利用する空気ベアリングは、通常、例えば油を潤滑剤として使用する車輪ベアリングといった、他のタイプのベアリングよりも「清潔な」作業環境を備えているため、空気ベアリングが、空気またはガス中の不純物や破片に長く晒されることによって損傷する可能性が依然としてあることが当業者には知られている。従って、容易に組立て、再組立て、修理およびメンテナンスできるスピンドルユニットを提供する必要がある。
以下に、本考案の好適な実施形態の詳細を説明する。
また以降の説明は、明瞭化を目的として添付の図面を参照しながら考察される。好適な実施形態の説明は、例証的な実施形態のみとして提供されるので、実施形態の任意の改造または実現は本考案の範囲内に入ると考えられる。
スピンドルユニット10は、空気入口22と、冷却剤入口24と、冷却剤出口26とを含むハウジング20を備えている。外面31を設けた冷却シリンダ30がハウジング20に取り付けられている。
この冷却シリンダ30は、ハウジング20の空気入口22に流体接続される空気導管39と空気開口部32を設けている。
冷却シリンダ30はさらに、ハウジング20の冷却剤入口24および冷却剤出口26に流体接続されるコイル冷却チャネル34およびベアリング冷却チャネル36を設けている(図2に示すように、冷却剤出口26は一側上の冷却材入口24の付近に配置されている)。
冷却シリンダ30の内部に作動装置コイル(固定子)40が取り付けられ、この作動装置コイル(固定子)40は、冷却シリンダ30のコイル冷却チャネル34の間にインターフェースを形成するように構成された外部リング42を含む。空気ベアリング70、80、90によって回転可能に支持されたスピンドルシャフト50(回転子)が作動装置コイル40の内部に配置されている。
また、スピンドルシャフト50の外面51から側方に延びたフランジ部分52を設けている。上記空気ベアリング70、80、90は、スピンドルシャフト50と軸ベアリング90を側方に支持するために、作動装置コイル40の2つの各端部43、45に配置されたラジアルベアリング70、80を含んでもよい。上記軸ベアリングはスピンドルシャフト50のフランジ部分52の周囲に配置されており、スピンドルシャフト50を軸方向に支持する。
Claims (30)
- 穿孔機械用のスピンドルユニットであって、
少なくとも1つの空気入口と、少なくとも1つの冷却剤入口と、少なくとも1つの冷却剤出口とを設けたハウジングを備え、
前記ハウジングに取付けられた冷却シリンダをさらに備え、前記冷却シリンダは、前記ハウジングの前記空気入口に流体接続されている空気導管および少なくとも1つの空気開口部、前記ハウジングの前記冷却剤入口に流体接続されている少なくとも1つのコイル冷却チャネルおよび少なくとも1つのベアリング冷却チャネルを設けており、
前記冷却シリンダによって包囲された作動装置コイル(固定子)をさらに備え、前記作動コイル(固定子)は、前記冷却シリンダの前記少なくとも1つのコイル冷却チャネル間の連係部を形成する少なくとも一部を設けた外部リングを有し、
前記作動装置コイル内に回転可能に配置されたスピンドルシャフト(回転子)をさらに備え、前記スピンドルシャフト(回転子)は、伝導性材料で被服した少なくとも一部を設けた外面を有し、前記外面から外方へ延びたフランジを設けており、
前記冷却シリンダに取付けられた少なくとも1つのラジアルベアリングをさらに備え、前記ラジアルベアリングは、複数の吸気孔を設けた外周面と、複数の排気孔を設けた内周面とを備えており、前記吸気孔は、前記冷却シリンダの前記少なくとも1つの空気開口部と、前記排気孔とに流体接続されており、前記排気孔は前記スピンドルシャフトの半径方向に対して実質的に平行であり、
前記冷却シリンダに取り付けられた少なくとも1つの軸ベアリングをさらに備え、前記軸ベアリングは、複数の吸気孔を設けた吸気面、複数の排気孔を設けた摩擦面、少なくとも1つの冷却導管を備えており、前記吸気孔は前記冷却シリンダの前記空気開口部、前記排気孔と流体接続されており、前記排気孔は前記スピンドルシャフトの前記フランジに対して実質的に垂直であり、前記冷却剤導管は、前記冷却シリンダの前記ベアリング冷却チャネルに流体接続されており、
前記冷却剤入口を介してスピンドルユニットに冷却剤が注がれ、前記冷却剤の少なくとも一部が前記コイル冷却チャネル内を移動し、前記冷却シリンダで包囲された前記作動装置コイルの前記外部リングに到達し、前記冷却剤少なくとも別の部分が前記ベアリング冷却チャネルを通り、前記軸ベアリングの前記冷却導管に到達し、また、前記軸ベアリングは、前記冷却剤導管に流体接続している冷却チャンバをさらに含む、スピンドルユニット。 - 前記ハウジングはさらに、前記穿孔機械に取り付けられるように構成された取り付けベースを含む、請求項1に記載のスピンドルユニット。
- 前記少なくとも1つの空気入口、少なくとも1つの冷却剤入口、少なくとも1つの冷却剤出口は前記取り付けベースに配置されている、請求項2に記載のスピンドルユニット。
- 前記冷却シリンダは、前記冷却剤の流れを誘導するための冷却剤スロットで形成された少なくともその一部を設けた外面を含む、請求項1に記載のスピンドルユニット。
- 前記コイル冷却チャネルとベアリング冷却チャネルは前記冷却剤スロット内に配置される、請求項4に記載のスピンドルユニット。
- 前記冷却シリンダの外面は、前記ハウジングと係合する少なくとも1つのOリングをさらに備える、請求項4に記載のスピンドルユニット。
- 前記作動装置コイルの前記外部リング上に形成された前記連係部は、内部に流れる前記冷却剤を案内するスロットである、請求項1に記載のスピンドルユニット。
- 前記作動装置コイルの外部リングは、前記冷却シリンダと係合する少なくとも1つのOリングをさらに設ける、請求項1に記載のスピンドルユニット。
- 前記スピンドルシャフトの外面上の前記伝導性材料は、前記外面に沿って軸方向に延び、前記スピンドルシャフトの回転軸に対して或る角度で傾斜した複数の細片で形成される、請求項1に記載のスピンドルユニット。
- 前記ラジアルベアリングの外周面は、少なくとも多数の前記複数の吸気孔が配置された少なくとも1つの吸気スロットをさらに設ける、請求項1に記載のスピンドルユニット。
- 前記ラジアルベアリングの前記外周面は、前記冷却シリンダと係合する少なくとも1つのOリングをさらに設けている、請求項1に記載のスピンドルユニット。
- 前記軸ベアリングは、内部を通る前記スピンドルシャフトの一端を受容するための軸開口部をさらに備える、請求項1に記載のスピンドルユニット。
- 前記軸ベアリングは、その前記吸気孔に流体接続された空気対流スロットをさらに備えている、請求項1に記載のスピンドルユニット。
- 前記排気孔の直径は前記吸気孔の直径よりも小さい、請求項1に記載のスピンドルユニット。
- 前記軸ベアリングは一対の摩擦ベアリングを備えており、前記摩擦ベアリングの内部に、前記摩擦ベアリングの各々の前記排気孔が前記スピンドルシャフトのフランジの対向する両側部に配置され、前記スピンドルシャフトを軸方向に支持する、請求項15に記載のスピンドルユニット。
- 前記一対の摩擦ベアリングはスペーサリングによって分離されており、前記スペーサリングは、少なくとも前記スピンドルシャフトの前記フランジを内部に収容する厚さを有し、前記スピンドルシャフトの一端が通過できる、請求項15に記載のスピンドルユニット。
- 前記スペーサリングは、前記軸ベアリングの冷却剤導管に流体接続された冷却剤開口部をさらに含む、請求項16に記載のスピンドルユニット。
- 前記軸ベアリングの摩擦面は、少なくとも1つの回転速度センサを受容するように適合されたセンサ受容孔をさらに含む、請求項1に記載のスピンドルユニット。
- 前記回転速度センサはホールセンサである、請求項18に記載のスピンドルユニット。
- 穿孔機械用のスピンドルユニットであって、
外郭を備え、
少なくとも1つの空気入口、少なくとも1つの冷却剤入口、少なくとも1つの冷却剤出口を含む、前記外郭に取り外し可能に接続された取り付けベース部をさらに備え、
前記外郭に取り付けた冷却シリンダをさらに備え、前記冷却シリンダは、前記取り付けベースの前記空気入口に流体接続された空気導管および少なくとも1つの空気開口部と、少なくとも1つのコイル冷却チャネルと、前記取り付けベースの冷却剤入口と流体接続された少なくとも1つのベアリング冷却チャネルとを含み、
前記冷却シリンダによって包囲された作動装置コイル(固定子)をさらに備え、前記作動コイルは(固定子)、前記冷却シリンダの前記少なくとも1つのコイル冷却チャネル間の連係部を形成する少なくとも一部を設けた外部リングを有し、
前記作動装置コイル内に回転可能に配置されたスピンドルシャフト(回転子)をさらに備え、前記スピンドルシャフト(回転子)は、伝導性材料で被服した少なくとも一部を設けた外面を有し、前記外面から外方へ延びたフランジを含み、
前記冷却シリンダに取り付けられた少なくとも1つのフロントベアリングをさらに備え、前記フロントベアリングは、複数の吸気孔、内周面、摩擦面を設けた外周面を備えており、前記摩擦面には複数の排気孔と少なくとも1つの冷却剤通し孔が設けられており、前記吸気孔は前記冷却シリンダの少なくとも1つの空気開口部、および前記排気孔に流体接続されており、前記内周面に設けた前記排気孔は、前記スピンドルシャフトの半径方向に対し実質的に平行である一方、前記摩擦面に設けた前記排気孔は、前記スピンドルシャフトのフランジに対して実質的に垂直であり、前記冷却剤通し孔は前記冷却シリンダのベアリング冷却チャネルに流体接続されており、
前記冷却シリンダに取り付けられた少なくとも1つのリアベアリングをさらに備え、前記リアベアリングは、複数の吸気孔を設けた外周面と、複数の排気孔を設けた内周面とを備えており、前記吸気孔は、前記冷却シリンダの少なくとも1つの空気開口部および排気孔に流体接続されており、前記排気孔は前記スピンドルシャフトの半径方向に対して実質的に平行であり、
前記フロンとベアリングの反対側に位置している少なくとも1つの摩擦ベアリングをさらに備え、前記摩擦ベアリングは、複数の吸気孔を設けた吸気面と、複数の排気孔を設けた摩擦面と、少なくとも1つの冷却剤導管とを備えており、前記排気孔は前記スピンドルシャフトの前記フランジに対して実質的に垂直であり、前記冷却剤導管は前記フロントベアリングの冷却通し孔に流体接続されており、
前記フロントベアリングと前記摩擦ベアリングの間に配置されたスペーサリングをさらに備え、前記スペーサリングの内部には前記スピンドルシャフトの一端が貫通し、前記内部にて回転することが可能であり、
冷却剤が前記冷却剤入口を介して前記スピンドルユニット内に注がれ、前記冷却剤の少なくとも一部は前記コイル冷却チャネルを通って前記作動装置コイルの外部リングに移動し、前記冷却剤の少なくとも別の部分は前記ベアリング冷却チャネルを通って前記フロントベアリングの前記冷却剤通し孔に流れ、その後、前記摩擦ベアリングの冷却剤導管に到達し、前記摩擦ベアリングはさらに、前記冷却剤導管に流体接続された冷却チャンバを含む、スピンドルユニット。 - 前記冷却シリンダは、前記冷却剤の流れを誘導するための冷却剤スロットで形成された少なくともその一部を設けた外面を含む、請求項20に記載のスピンドルユニット。
- 前記コイル冷却チャネルとベアリング冷却チャネルは前記冷却剤スロット内に配置される、請求項20に記載のスピンドルユニット。
- 前記冷却シリンダの前記外面はさらに、前記外郭と係合する少なくとも1つのOリングを備える、請求項20に記載のスピンドルユニット。
- 前記作動装置コイルの前記外部リング上に形成された前記連係部は、この内部を流れる前記冷却剤を誘導するスロットである、請求項20に記載のスピンドルユニット。
- 前記作動装置コイルの前記外部リングはさらに、前記冷却シリンダと係合する少なくとも1つのOリングを含む、請求項20に記載のスピンドルユニット。
- 前記スピンドルシャフトの外面上の前記伝導性材料は複数の細片で形成されており、前記細片は、前記外面に沿って軸方向に延び、前記スピンドルシャフトの回転軸に対して或る角度で傾斜している、請求項20に記載のスピンドルユニット。
- 前記フロントおよびリアベアリングの前記外周面はさらに少なくとも1つの吸気スロットを設けている、請求項20に記載のスピンドルユニット。
- 前記摩擦ベアリングの前記摩擦面はさらに、その前記吸気孔と流体接続されている空気対流スロットを含む、請求項20に記載のスピンドルユニット。
- 前記スペーサリングはさらに、前記フロントベアリングの前記冷却剤通し孔と、前記摩擦ベアリングの前記冷却剤導管とに流体接続された冷却剤開口部を含む、請求項20に記載のスピンドルユニット。
- 前記摩擦ベアリングの摩擦面はさらに、少なくとも1つの回転速度センサを内部に受容するように適合されたセンサ受容孔を含む、請求項20に記載のスピンドルユニット。
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