JP5130460B2 - マイクロスピンドル - Google Patents

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Description

本発明は、バイオテクノロジー分野、マイクロマシン分野、医療分野等におけるマイクロスピンドルに関する。
従来から、モータ駆動軸のような回転軸には、その軸が振れる、いわゆる芯ブレが発生していた。特に、回転軸の精密な駆動が必要な場合、この芯ブレは大きな問題として提起されてきており、下記特許文献１のような対策も考えられていた。これは、モータの駆動軸に弾性部材を係止したことを特徴とするモータアクチュエータであり、弾性部材により、モータの駆動軸に側圧が与えられ、駆動軸の細かな振動を低減するとともに弾性部材に吸収させることができるものである。
実開昭６１−１１４９６０
また、例えば、旋盤・ボール盤などの一般加工機器から、精度を要する精密機器にまで、幅広く利用されているスピンドルでは、一般的には、モータ等の駆動軸にコレットチャック等を用いて、加工ツールを装着していた。
従来のスピンドル１９の概略断面図を図３に示す。このスピンドル１９は、その先端に、固定部材であるコレットチャック２０を用いて、シャフト２１とドリル刃２２を接続しており、前記コレットチャック２０の寸法が前記スピンドル１９の寸法に大きく依存してしまう。よって、所望のマイクロスピンドルを得るためには、このコレットチャックの小型化もしくは省略が望まれる。例えば直径１０ｍｍ以下のような小径のマイクロスピンドルはコレットチャックのサイズによる制約から構成できなかった。また、コレットチャックにてドリル刃を固定することにより、ドリル刃に芯ブレが生じてしまう。この芯ブレは、スピンドルで精密加工を行う時において、非常に大きな問題となる。
したがって、本発明は、上記の問題点を解決するため、コレットチャックのような固定部材を備えることなく、小型化が容易に可能となり、且つ、スピンドル部が容易に着脱可能で、芯ブレの少ないマイクロスピンドルを提供することを目的とする。
請求項１記載の発明は、モータを有する駆動部と、シャフトと、前記シャフトを回転自在に支持する少なくとも２個以上の軸受を有するスピンドル部とから構成され、前記シャフトの先端に、前記シャフトより細径の加工ツールが形成されており、前記駆動部と前記スピンドル部は、同一中心軸上に配置接続され、前記モータの出力軸と前記シャフトが非円筒部を有する接続部で接続され連れ回り回転することを特徴とするマイクロスピンドルとしている。
請求項２記載の発明は、前記軸受がころがり軸受で形成され、前記軸受の内輪を予圧する圧縮バネを前記軸受間に設けたことを特徴とする請求項１記載のマイクロスピンドルとしている。
請求項３記載の発明は、前記加工ツールは、ドリル刃、リーマ、エンドミル、攪拌用プロペラであることを特徴とする請求項１または２記載のマイクロスピンドルとしている。
請求項４記載の発明は、前記駆動部と前記スピンドル部は、互いのハウジングにネジ部を形成し、前記ネジ部で螺合することによって、同一中心軸上に配置接続されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロスピンドルとしている。
本発明のマイクロスピンドルにおいて、スピンドル部に配置された前記シャフトが、少なくとも２個以上の軸受により、回転自在に支持されるため、シャフトの芯ブレは最小限に抑制される。
前記軸受の内輪を予圧する圧縮バネを設けたことにより、各部材の摩擦が低減され、発熱が抑制され、出力の損失も低減される。また、各部材の遊びが無くなり、芯ブレを低減させることが可能となる。
前記シャフトの先端に、前記シャフトより細径の加工ツールが形成されたことにより、小型化が容易に可能となる。
前記加工ツールが、ドリル刃、リーマ、エンドミル、攪拌用プロペラであることにより、より多種多様な加工が可能となる。
また、本発明のマイクロスピンドルでは、前記駆動部と前記スピンドル部にネジ部を形成し、前記ネジ部で螺合することによって、同一中心軸上に配置接続されることにより、前記駆動部と前記スピンドル部との接続が簡略化され、容易に着脱可能となる。
以下、本発明の最良の形態に係るマイクロスピンドルについて、添付図面を参照して説明する。
図１には、本発明におけるマイクロスピンドル１の断面図を示し、図２には、本発明におけるマイクロスピンドル１の分解斜視図を示した。このマイクロスピンドル１は、スピンドル部２と駆動部３から構成される。前記スピンドル部２は、先端部にドリル刃４を備え、他端に凸部５が設けられたシャフト６と、前記シャフト６と圧入固定された中空円筒状のブッシュ７と、前記シャフト６を両端で回転自在に支持する軸受８ａ、８ｂと、ライナー９と、スピンドルハウジング１０と、フランジ１１と、から構成される。このとき、前記ブッシュ７は太径部７ａと細径部７ｂからなり、その細径部７ｂには圧縮バネであるコイルバネ１２が挿通される。
そして、前記駆動部３は、ギヤードモータ１３と、前記ギヤードモータ１３の出力軸１４の先端に設けられた凹部形状のカップリング１５と、駆動部ハウジング１６と、エンドフランジ１７と、前記ギヤードモータ１３への給電のために接続された配線基板１８と、から構成される。
前記スピンドル部２と前記駆動部３は、前記スピンドルハウジング１０と前記駆動部ハウジング１６の一端にそれぞれ形成された雌ネジ部１０ａ、雄ネジ部１６ａによって同一中心軸上に配置接続され、前記シャフト６に設けられた前記凸部５と、前記出力軸１４に設けられた凹部形状の前記カップリング１５とが係合することにより、前記シャフト６と前記出力軸１４が接続される。
このとき、先端部にドリル刃４を備えた前記シャフト６は、その両端を前記軸受８ａ、８ｂによって回転自在に支持され、他端の前記凸部５で、前記カップリング１５と連れ回ることによって、前記ギヤードモータ１３の出力を伝達する構成であるため、ドリル刃等を固定するコレットチャックのような固定部材を使用する必要がなくなる。且つ、前記シャフト６の芯ブレは最小限に抑制される。
また、前記ブッシュ７と前記シャフト６は圧入固定されているため、前記ブッシュ７は前記シャフト６と一体に回転する。このとき、前記コイルバネ１２は、その伸縮方向に前記ブッシュ７、前記ライナー９を押圧し、そのブッシュ７、ライナー９が、ボールベアリングで形成された前記軸受８ａ、８ｂの内輪を予圧する。すると、前記ブッシュ７、前記ライナー９、前記コイルバネ１２、前記軸受８ａ、８ｂの内輪が前記シャフト６と一体に回転するため、前記軸受８ａ、８ｂの内輪とボールが転がり運動することにより、各部材の摩擦が低減され、出力の損失も低減される。
また、前記軸受８ａ、８ｂの内輪を予圧することにより、各部材の遊びが少なくなり、前記シャフト６の芯ブレをさらに低減させることが可能となる。
以上のように、前記スピンドル部２の前記シャフト６がその両端で支持されるため、前記シャフト６の芯ブレが抑制される。これにより、極めて微細な作業を行うことが可能となる。また、前記ギヤードモータ１３の前記出力軸１４と前記シャフト６とが凹凸形状で異形勘合し、前記駆動部３と前記スピンドル部２がネジ部で螺合するため、前記駆動部３と前記スピンドル部２との接続が簡略化され、容易に着脱可能となる。
また、コレットチャック等の固定部材を用いることなくスピンドルを形成できるため、極小型のマイクロスピンドルを形成可能となる。
本実施例では、前記シャフトの先端に設けられた加工ツールをドリル刃としたが、その限りでなく、リーマ、エンドミル、攪拌用プロペラ等が考えられるが、その種類は問わない。
本発明におけるマイクロスピンドルを示す断面図である。 本発明におけるマイクロスピンドルを示す分解斜視図である。 従来のスピンドルを示す概略断面図である。
符号の説明
１ マイクロスピンドル
２ スピンドル部
３ 駆動部
４，２２ ドリル刃
５ 凸部
６，２１ シャフト
７ ブッシュ
８ａ，８ｂ 軸受
９ ライナー
１０ スピンドルハウジング
１０ａ 雌ネジ部
１１ フランジ
１２ コイルバネ
１３ ギヤードモータ
１４ 出力軸
１５ カップリング
１６ 駆動部ハウジング
１６ａ 雄ネジ部
１７ エンドフランジ
１８ 配線基板
１９ スピンドル
２０ コレットチャック

Claims (4)

  1. モータを有する駆動部と、シャフトと、前記シャフトを回転自在に支持する少なくとも２個以上の軸受を有するスピンドル部とから構成され、
    前記シャフトの先端に、前記シャフトより細径の加工ツールが形成されており、
    前記駆動部と前記スピンドル部は、同一中心軸上に配置接続され、前記モータの出力軸と前記シャフトが非円筒部を有する接続部で接続され連れ回り回転することを特徴とするマイクロスピンドル。
  2. 前記軸受がころがり軸受で形成され、前記軸受の内輪を予圧する圧縮バネを前記軸受間に設けたことを特徴とする請求項１記載のマイクロスピンドル。
  3. 前記加工ツールは、ドリル刃、リーマ、エンドミル、攪拌用プロペラであることを特徴とする請求項１または２記載のマイクロスピンドル。
  4. 前記駆動部と前記スピンドル部は、互いのハウジングにネジ部を形成し、前記ネジ部で螺合することによって、同一中心軸上に配置接続されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロスピンドル。
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