JPWO2008072559A1 - Micro spindle - Google Patents

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Abstract

【課題】 小型で芯ブレの少ないマイクロスピンドルを提供する。【解決手段】 ギヤードモータ（１３）を有する駆動部（３）と、先端にドリル刃（４）が形成されたシャフト（６）、前記シャフト（６）を回転自在に支持する軸受（８ａ）、（８ｂ）及び前記軸受（８ａ）、（８ｂ）の内輪を予圧するコイルバネを有するスピンドル部（２）とが、前記ギヤードモータ（１３）の出力軸（１４）と前記シャフト（６）とがカップリング（１５）と凸部（５）で接続されて連れ回り回転するとともに、駆動部ハウジング（１６）及びスピンドルハウジング（１０）に形成された雄ネジ部（１６ａ）及び雌ネジ部（１０ａ）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。PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a micro spindle having a small size and less core blur. A drive unit (3) having a geared motor (13), a shaft (6) having a drill blade (4) formed at a tip thereof, a bearing (8a) for rotatably supporting the shaft (6), (8b) and the spindle portion (2) having a coil spring for preloading the inner rings of the bearings (8a) and (8b), the output shaft (14) of the geared motor (13) and the shaft (6) are cups. It is connected with the ring (15) and the convex part (5) and rotates together with the male screw part (16a) and the female screw part (10a) formed in the drive part housing (16) and the spindle housing (10). By screwing, they are arranged and connected on the same central axis.

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。   The present invention relates to a microspindle in the biotechnology field, the micromachine field, the medical field, and the like.

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 Conventionally, a rotating shaft such as a motor driving shaft has a so-called core blur that causes the shaft to swing. In particular, when precise driving of the rotating shaft is required, this core blur has been raised as a major problem, and a countermeasure as described in Patent Document 1 below has been considered. This is a motor actuator characterized in that an elastic member is locked to the drive shaft of the motor, and a side pressure is applied to the drive shaft of the motor by the elastic member to reduce the fine vibration of the drive shaft and the elastic member. Can be absorbed.
Japanese Utility Model Sho 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。   Also, for example, in spindles that are widely used from general processing equipment such as lathes and drilling machines to precision equipment that requires precision, a machining tool is generally used by using a collet chuck or the like on the drive shaft of a motor or the like. Was wearing.

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。   A schematic sectional view of a conventional spindle 19 is shown in FIG. The spindle 19 has a collet chuck 20 that is a fixing member at the tip thereof, and a shaft 21 and a drill blade 22 are connected. The dimension of the collet chuck 20 greatly depends on the dimension of the spindle 19. . Therefore, in order to obtain a desired microspindle, it is desired that the collet chuck be downsized or omitted. For example, a micro spindle having a small diameter such as a diameter of 10 mm or less could not be configured due to the restriction due to the size of the collet chuck. Further, when the drill blade is fixed by the collet chuck, the drill blade is caused to run out of the core. This core blur becomes a very big problem when performing precision machining with a spindle.

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。   Therefore, in order to solve the above-described problems, the present invention can be easily downsized without a fixing member such as a collet chuck, and the spindle portion can be easily attached and detached, and there is little core blurring. An object is to provide a micro spindle.

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。   The invention according to claim 1 is composed of a drive unit having a motor, a shaft, and a spindle unit having at least two bearings for rotatably supporting the shaft, and the drive unit and the spindle unit include: The micro spindle is arranged and connected on the same central axis, and the output shaft of the motor and the shaft are connected by a connecting portion having a non-cylindrical portion and rotate together.

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。   The invention according to claim 2 is the micro spindle according to claim 1, wherein the bearing is formed by a rolling bearing, and a compression spring for preloading the inner ring of the bearing is provided between the bearings.

請求項３記載の発明は、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。   A third aspect of the present invention is the micro spindle according to the first or second aspect, wherein a machining tool having a diameter smaller than that of the shaft is formed at the tip of the shaft.

請求項４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１〜３記載のマイクロスピンドルとしている。   According to a fourth aspect of the present invention, the processing tool is a drill blade, a reamer, an end mill, or a stirring propeller.

請求項５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１〜４記載のマイクロスピンドルとしている。   The invention according to claim 5 is characterized in that the drive part and the spindle part are arranged and connected on the same central axis by forming a screw part in each housing and screwing the screw part with the screw part. The micro spindle according to any one of claims 1 to 4.

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。   In the microspindle of the present invention, the shaft disposed in the spindle portion is rotatably supported by at least two or more bearings, so that the shaft runout is suppressed to a minimum.

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。   By providing a compression spring for preloading the inner ring of the bearing, friction of each member is reduced, heat generation is suppressed, and output loss is also reduced. Further, there is no play of each member, and it is possible to reduce the core blur.

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。   Since a processing tool having a diameter smaller than that of the shaft is formed at the tip of the shaft, the size can be easily reduced.

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。   When the processing tool is a drill blade, a reamer, an end mill, or a stirring propeller, a wider variety of processing is possible.

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。   In the microspindle of the present invention, a screw part is formed on the drive part and the spindle part, and the screw part is screwed together so that the drive part and the spindle part are arranged and connected on the same central axis. The connection with the spindle part is simplified and can be easily attached and detached.

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。   Hereinafter, a micro spindle according to the best mode of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

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。   FIG. 1 shows a cross-sectional view of a microspindle 1 according to the present invention, and FIG. 2 shows an exploded perspective view of the microspindle 1 according to the present invention. The micro spindle 1 includes a spindle unit 2 and a drive unit 3. The spindle portion 2 has a drill blade 4 at the tip portion and a shaft 6 provided with a convex portion 5 at the other end, a hollow cylindrical bush 7 press-fitted to the shaft 6, and the shaft 6 at both ends. The bearings 8a and 8b that are rotatably supported by the motor, the liner 9, the spindle housing 10, and the flange 11 are included. At this time, the bush 7 includes a large-diameter portion 7a and a small-diameter portion 7b, and a coil spring 12 as a compression spring is inserted into the small-diameter portion 7b.

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。 The drive unit 3 includes a geared motor 13, a concave coupling 15 provided at the tip of the output shaft 14 of the geared motor 13, a drive unit housing 16, an end flange 17, and the geared motor 13. And a wiring board 18 connected to supply power to the circuit board.

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。   The spindle portion 2 and the driving portion 3 are arranged and connected on the same central axis by a female screw portion 10a and a male screw portion 16a formed at one end of the spindle housing 10 and the driving portion housing 16, respectively. The convex portion 5 provided on the shaft and the concave coupling 15 provided on the output shaft 14 are engaged with each other, whereby the shaft 6 and the output shaft 14 are connected.

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。   At this time, the shaft 6 provided with the drill blade 4 at the tip is rotatably supported at both ends by the bearings 8a and 8b, and is rotated with the coupling 15 at the convex portion 5 at the other end. Since the output of the geared motor 13 is transmitted, it is not necessary to use a fixing member such as a collet chuck for fixing a drill blade or the like. Further, the shaft blur of the shaft 6 is suppressed to the minimum.

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。   Further, since the bush 7 and the shaft 6 are press-fitted and fixed, the bush 7 rotates integrally with the shaft 6. At this time, the coil spring 12 presses the bush 7 and the liner 9 in the extending and contracting direction, and the bush 7 and the liner 9 preload the inner rings of the bearings 8a and 8b formed by ball bearings. Then, since the inner ring of the bush 7, the liner 9, the coil spring 12, and the bearings 8a and 8b rotate integrally with the shaft 6, the inner ring and the balls of the bearings 8a and 8b roll and move, so that each member Friction is reduced, and output loss is also reduced.

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。   Further, by preloading the inner rings of the bearings 8a and 8b, the play of each member is reduced, and the shaft blur of the shaft 6 can be further reduced.

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。 As described above, since the shaft 6 of the spindle portion 2 is supported at both ends thereof, the shaft blur of the shaft 6 is suppressed. This makes it possible to perform extremely fine work. Further, since the output shaft 14 of the geared motor 13 and the shaft 6 are irregularly fitted in an irregular shape, and the drive unit 3 and the spindle unit 2 are screwed together by a screw unit, the drive unit 3 and the spindle unit Connection with 2 is simplified, and it can be easily detached.

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。   Further, since a spindle can be formed without using a fixing member such as a collet chuck, an extremely small micro spindle can be formed.

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。   In the present embodiment, the processing tool provided at the tip of the shaft is a drill blade, but not limited to this, a reamer, an end mill, a stirring propeller, and the like can be considered, but the type is not limited.

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。It is sectional drawing which shows the micro spindle in this invention. 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。It is a disassembled perspective view which shows the micro spindle in this invention. 従来のスピンドルを示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the conventional spindle.

符号の説明Explanation of symbols

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Micro spindle 2 Spindle part 3 Drive part 4,22 Drill blade 5 Convex part 6,21 Shaft 7 Bush 8a, 8b Bearing 9 Liner 10 Spindle housing 10a Female thread part 11 Flange 12 Coil spring 13 Geared motor 14 Output shaft 15 Coupling 16 Drive part housing 16a Male thread part 17 End flange 18 Wiring board 19 Spindle 20 Collet chuck

Claims (5)

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。A drive unit having a motor, a shaft, and a spindle unit having at least two bearings for rotatably supporting the shaft;
The drive unit and the spindle unit are arranged and connected on the same central axis, and the output shaft of the motor and the shaft are connected by a connection unit having a non-cylindrical part and rotate together. 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。   2. The microspindle according to claim 1, wherein the bearing is formed by a rolling bearing, and a compression spring for preloading an inner ring of the bearing is provided between the bearings. 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。   3. The micro spindle according to claim 1, wherein a machining tool having a diameter smaller than that of the shaft is formed at a tip of the shaft. 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１〜３記載のマイクロスピンドル。   4. The microspindle according to claim 1, wherein the processing tool is a drill blade, a reamer, an end mill, or a stirring propeller. 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１〜４記載のマイクロスピンドル。   The said drive part and the said spindle part are arrange | positioned and connected on the same center axis | shaft by forming a screw part in a mutual housing, and screwing together in the said screw part, The Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. Micro spindle.
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