KR100367987B1 - Structure of air bearing spindle - Google Patents
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Abstract
모타의 회전자 일측 연장선상에 형성된 스핀들의 외경면에 소정의 이격공간을 가지며 결합되어 스핀들의 외경면에 에어를 분사하여 스핀들이 에어와 접동회전토록 하는 노즐을 다수개 마련한 노즐본체와, 상기 노즐로 에어를 공급하기 위한 에어유로가 다수개 형성된 스핀들하우징을 가지며 모타하우징의 타측이 고정캡으로 고정된 에어베어링 스핀들의 구조에 관한 것으로, 특히, 상기 고정캡의 일측내측면에 매설되어 회전자의 타측 지지축으로부터 소정의 이격공간을 가지며 결합되며, 그 외경면에 에어를 분사하여 회전자가 회전할 경우 스핀들과의 밸런스를 맞추기 위한 에어노즐을 다수개 구비한 보조지지체와, 상기 보조지지체로 공기를 공급하기 위한 에어유로가 다수개 형성된 고정캡을 포함한다.A nozzle main body having a plurality of nozzles having a predetermined separation space coupled to an outer diameter surface of the spindle formed on one side of the rotor of the motor and injecting air to the outer diameter surface of the spindle to allow the spindle to slide with the air; The structure of the air bearing spindle having a plurality of air passages for supplying the air to the furnace and the other side of the motor housing is fixed by a fixed cap, in particular, embedded in one inner side of the fixed cap to the rotor It is coupled to have a predetermined distance from the other support shaft, the auxiliary support having a plurality of air nozzles for balancing the spindle when the rotor rotates by spraying air to the outer diameter surface, and the air to the auxiliary support It includes a fixed cap formed of a plurality of air flow path for supplying.
따라서, 고속의 회전을 요하는 연삭기나 다이싱머신 또는 CNC M/C에 결합되어 정확성과 신뢰성이 향상된 고속의 회전을 이루게 함과 동시에 고속회전시 에어와 스핀들과의 마찰에 의해 발생되는 열이 스핀들에 전도되어 재질변경이 발생하고 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있도록 하는 에어베어링 스핀들의 구조를 제공한다.Therefore, it is combined with a grinding machine, dicing machine or CNC M / C that requires high-speed rotation to achieve high-speed rotation with improved accuracy and reliability, and at the same time heat generated by friction between air and the spindle during high-speed rotation It provides the structure of air bearing spindle to prevent the material change and shorten the life.
Description
본 발명은 에어베어링 스핀들에 관한 것으로, 특히, 정확성과 신뢰성이 향상된 고속의 회전을 이루게 함과 동시에 고속회전시 회전자의 지지축을 지지하는 보조지지체에 에어를 공급하고, 스핀들에 세라믹 코팅층을 형성하여 발생되는 열이 스핀들에 전도되어 재질변경이 발생하고 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있도록 함으로써, 제품의 수명이 연장된 신뢰성있는 제품을 이루어 경쟁력을 강화 할 수 있도록 하는 에어베어링 스핀들의 구조에 관한 것이다.The present invention relates to an air bearing spindle, and in particular, to achieve high-speed rotation with improved accuracy and reliability, at the same time to supply air to the auxiliary support for supporting the support shaft of the rotor during high-speed rotation, forming a ceramic coating layer on the spindle The present invention relates to a structure of an air bearing spindle that enables heat generation to be conducted to the spindle to prevent material changes and shorten its lifespan, resulting in a reliable product with a long product life. .
일반적으로 에어베어링 스핀들은 CNC M/C,초소형 드릴(PCB 드릴용),다이싱 머신용, 광학렌즈 및 드럼 연삭용, 초소형 부품 정밀연삭 및 가공용등에 부착되어 사용되고 있으며 초고속, 초정밀,저발열,오차 최소화,극소음의 효과를 이루어 낼 수 있도록 한 것이다.Generally, air bearing spindles are attached to CNC M / C, micro drills (PCB drills), dicing machines, optical lenses and drum grinding, micro parts precision grinding and processing, etc. Minimize and minimize the effect of noise.
상기와 같은 종래의 에어베어링 스핀들의 기술을 도1에서 설명하면 다음과 같다.Description of the conventional air bearing spindle as described above in Figure 1 as follows.
먼저, 모타하우징(1)내에서 회전자(3)가 회전을 하게 되면 회전자(3)로 부터 일측으로 연장형성된 스핀들(4)이 회전하게 된다.First, when the rotor 3 rotates in the motor housing 1, the spindle 4 extending from the rotor 3 to one side rotates.
이때, 상기 스핀들의 외경면(5)과 노즐본체(6)의 내경면(7)은 소정공간이 확보되도록 미세하게 이격되어 있으며, 상기와 같이 스핀들(4)이 회전하면 노즐본체(6)에 형성된 노즐(8)에서 에어가 강력하게 분사되므로 스핀들(4)은노즐(8)에서 분사되는 에어와 접동되어 회전하게 된다.At this time, the outer diameter surface 5 of the spindle and the inner diameter surface 7 of the nozzle body 6 are finely spaced so as to secure a predetermined space, and when the spindle 4 rotates as described above, the nozzle body 6 Since the air is strongly injected from the formed nozzle 8, the spindle 4 is slid and rotates with the air injected from the nozzle 8.
따라서, 상기 스핀들(4)은 볼베어링과 같이 직접접촉되어 회전하지 않고 에어와 접동되어 회전하기 때문에 최소의 마찰력을 갖은 상태에서 회전하게 되어 고속의 회전을 이룰 수 있으며, 아울러, 극소음으로 회전과 저진동의 효과를 이루어 낼 수 있게 되는 것이다.Therefore, since the spindle 4 is rotated in contact with the air without being directly contacted and rotated like a ball bearing, the spindle 4 rotates with a minimum frictional force, thereby achieving high speed rotation, and with extremely low noise and rotation. Will be able to achieve the effect.
그러나, 상기 스핀들(4)은 에어와의 접동에 의해 최소의 마찰력으로 고속의 회전을 이루어 낼 수 있는 반면에, 상기와 같이 고속의 회전시에는 도1에서와 같이 모타(10)의 회전자(3)를 중심으로 스핀들(4)측으로 무게중심이 기울어진 상태이기 때문에 회전자(3)를 중심으로 밸런스가 맞지 않아 스핀들(4)이 회전할 경우에는상하좌우측으로 미세하게 떨리면서 회전하게 된다.However, while the spindle 4 can achieve high speed rotation with minimal frictional force by sliding with air, the rotor of the motor 10 as shown in FIG. 3) Since the center of gravity is inclined toward the spindle 4 side, the balance is not balanced around the rotor 3, and when the spindle 4 rotates, it is rotated with a slight shaking up, down, left and right.
따라서, 상기 노즐(8)에서 강력한 에어를 분사하더라도 스핀들(4) 자체가 미세하게 떨리면서 에어와 마찰되므로 최적의 고속회전을 이루어 내지 못하는 문제점을 가진다.Therefore, even when powerful air is injected from the nozzle 8, since the spindle 4 itself vibrates finely and rubs with air, there is a problem that an optimum high speed rotation cannot be achieved.
또한, 상기와 같이 스핀들(4)이 에어와 접동되어 고속의 회전을 소정시간동안 이루게 되면 에어와의 마찰력에 의해 스핀들(4)의 양단에서 열이 발생하게 되며, 상기와 같은 상태가 지속될 경우에는 스핀들(4)전체로 열이 전도되어 스핀들(4)에 재질변경이 이루어지는 문제가 발생하게 된다.In addition, as described above, when the spindle 4 is in contact with the air to achieve a high speed rotation for a predetermined time, heat is generated at both ends of the spindle 4 by the frictional force with the air. Heat is conducted to the entire spindle 4, which causes a problem of material change in the spindle 4.
따라서, 상기와 같이 마찰열에 의해 스핀들(4)에 재질변경이 빈번하게 발생하게 되면 스핀들(4)이 고속회전함에 따라 스핀들(4)에 미세한 체적변화를 발생시키게 한다.Therefore, when the material change occurs frequently in the spindle 4 due to frictional heat as described above, as the spindle 4 rotates at a high speed, a minute volume change occurs in the spindle 4.
즉, 상기 노즐본체의 내경면(7)과 스핀들의 외경면(5)사이에는 그 이격공간이 미세하기 때문에 스핀들(4)의 체적이 팽창하게 되면, 상기 스핀들(4)이 노즐(8)의 에어분사에 의해서도 에어와의 접동회전이 어려워지며, 따라서, 고속의 회전이 불가능해져 제품의 수명이 단축되는 문제점을 가지게 된다.That is, since the space between the inner diameter surface 7 of the nozzle body and the outer diameter surface 5 of the spindle is small, when the volume of the spindle 4 expands, the spindle 4 is moved to the nozzle 8. Sliding rotation with air becomes difficult even by the air injection, and therefore, high speed rotation is impossible and the life of the product is shortened.
도면중 미설명 부호 9-고정캡, 11-스핀들하우징.In the figure, reference numeral 9-fixed cap, 11-spindle housing.
상기한 문제를 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 정확성과 신뢰성이 향상된 고속의 회전을 이루게 함과 동시에 고속회전시 회전자의 지지축을 지지하는 보조지지체에 에어를 공급하고, 스핀들에 세라믹 코팅층을 형성하여 발생되는 열이 스핀들에 전도되어 재질변경이 발생하고 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있도록 함으로써, 제품의 수명이 연장된 신뢰성있는 제품을 이루어 경쟁력을 강화 할 수 있도록 하는 목적을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention achieves high-speed rotation with improved accuracy and reliability, and at the same time supplies air to an auxiliary support that supports the support shaft of the rotor during high-speed rotation, and forms a ceramic coating layer on the spindle. The heat generated is conducted to the spindle to prevent material change and shorten the lifespan, thus providing the purpose of strengthening the competitiveness by making a reliable product with a long life.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 모타의 일측과 회전자의 일측 연장선상에 형성된 스핀들의 외경면에 소정의 이격공간을 가지며 결합되어 스핀들의 외경면에 에어를 분사하여 스핀들이 에어와 접동 회전하도록 하는 제1에어노즐을 다수개 형성힌 노즐본체와, 상기 제1에어노즐로 에어를 공급하기 위한 제1에어유로가 다수개 형성된 스핀들하우징을 가지며 스핀들하우징의 타측이 고정캡으로 고정된 에어베어링 스핀들의 구조에 있어서, 상기 고정캡의 일측 내측면에 매설되어 회전자의 타측 지지축으로 부터 소정의 이격공간을 가지도록 결합되어 상기 지지축의 외측면에 에어를 분사하도록 된 제2에어노즐을 다수개 형성한 보조지지체와, 상기 보조지지체의 제2에어노즐을 통하여 상기 회전자의 지지축에 공기를 공급하기 위하여 상기 고정캡으로 연결되도록 상기 보조지지체에 형성된 제2에어유로와; 상기 제1에어노즐로 부터 분사되는 에어와 마찰되는 스핀들의 외경면에 마찰을 방지하도록 코팅 형성된 세라믹층으로 구성된 에어베어링 스핀들의 구조를 제공함으로써 달성된다.In order to achieve the above object, it has a predetermined separation space on the outer diameter surface of the spindle formed on one side of the motor and one extension line of the rotor is coupled to spray the air to the outer diameter surface of the spindle so that the spindle slides with the air An air bearing spindle having a nozzle body having a plurality of first air nozzles formed therein, and a spindle housing having a plurality of first air flow paths for supplying air to the first air nozzles, and the other side of the spindle housing being fixed with a fixed cap. In the structure of the plurality of second air nozzles embedded in one inner surface of the fixed cap coupled to have a predetermined space from the other support shaft of the rotor to inject air to the outer surface of the support shaft The fixed cap for supplying air to the support shaft of the rotor through the auxiliary support formed and the second air nozzle of the auxiliary support A second air flow passage and formed such that the auxiliary support through to; It is achieved by providing a structure of an air bearing spindle composed of a ceramic layer coated to prevent friction on the outer diameter surface of the spindle rubbed with air ejected from the first air nozzle.
도1은 종래 에어베어링 스핀들의 구조를 도시한 도면.1 is a view showing the structure of a conventional air bearing spindle.
도2는 본 발명 에어베어링 스핀들의 구조를 도시한 도면.도3은 본 발명의 지지축을 지지하는 보조지지체를 상세하게 보인 도면.Figure 2 is a view showing the structure of the air bearing spindle of the present invention. Figure 3 is a view showing in detail the auxiliary support for supporting the support shaft of the present invention.
-도면부호의 설명-Explanation of Drawings
101-모타 102-회전자 103-스핀들101-Motor 102-Rotor 103-Spindle
104-스핀들의 외경면 105a-제2에어노즐 106-노즐본체104-spindle outer diameter 105a-second air nozzle 106-nozzle body
107a-제2에어유로 108-스핀들하우징 109-모타하우징107a-second air flow 108-spindle housing 109-motor housing
110-고정캡 111-지지축 112-보조지지체110-fixed cap 111-support shaft 112-secondary support
113-플랜지 114-세라믹 115-고정자113-Flange 114-Ceramic 115-Stator
116-내경면116-inner surface
이하, 본 발명의 구성을 도2에서 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in FIG.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 모타의 일측과 회전자(102)의 일측 연장선상에 형성된 스핀들(103)의 외경면(104)에 소정의 이격공간을 가지며 결합되어 스핀들(103)의 외경면(104)에 에어를 분사하여 스핀들(103)이 에어와 접동회전토록 하는 제1에어노즐(105)을 다수개 마련한 노즐본체(106)와, 상기 제1에어노즐(105)로 에어를 공급하기 위한 제1에어유로(107)가 다수개 형성된 스핀들하우징(108)을 가지며 스핀들하우징(108)의 타측이 고정캡(110)으로 고정된 에어베어링 스핀들의 구조에 있어서, 상기 고정캡(110)의 일측 내측면에 매설되어 회전자(102)의 타측 지지축(110)으로 부터 소정의 이격공간을 가지도록 결합되어 상기 지지축(110)의 외측면에 에어를 분사하도록 된 제2에어노즐(105a)을 다수개 형성한 보조지지체(112)와, 상기 보조지지체(112)의 제2에어노즐(105a)을 통하여 상기 회전자(102)의 지지축(111)에 공기를 공급하기 위하여 상기 고정캡(107)으로 연결되도록 상기 보조지지체(112)에 형성된 제2에어유로 (107a)와; 상기 제1에어노즐(105)로 부터 분사되는 에어와 마찰되는 스핀들(103)의 외경면에 마찰을 방지하도록 코팅 형성된 세라믹층(114)을 포함하여 이루어진다.상디 보조지지체(112)는 상기 모터(101)의 회전자(102)의 일측으로 연장 형성된 지지축(110)의 내측면을 지지하도록 상기 고정캡(110)의 내측면에 형성되는 지지재를 지칭하고 있다.As shown in FIGS. 2 and 3, the outer diameter surface 104 of the spindle 103 formed on one side of the motor and one side extension of the rotor 102 has a predetermined separation space and is coupled to the spindle 103. Air is injected into the outer diameter surface 104 and the nozzle body 106 is provided with a plurality of first air nozzles 105 which allow the spindle 103 to slide rotationally with the air, and the air is supplied to the first air nozzles 105. In the structure of the air bearing spindle having a plurality of first air passage 107 for supplying the spindle housing 108 is formed and the other side of the spindle housing 108 is fixed by a fixed cap 110, the fixed cap 110 A second air nozzle embedded in one inner side surface of the rotor and coupled to have a predetermined space from the other support shaft 110 of the rotor 102 to inject air to the outer surface of the support shaft 110. The auxiliary support 112 having a plurality of 105a formed therein, and the second air nozzle 105a of the auxiliary support 112 A second air passage (107a) formed in the auxiliary support (112) to be connected to the fixing cap (107) to supply air to the support shaft (111) of the rotor (102) through; And a ceramic layer 114 coated to prevent friction on the outer diameter surface of the spindle 103 which is rubbed with the air jetted from the first air nozzle 105. The auxiliary auxiliary support 112 may include the motor ( It refers to a support material formed on the inner surface of the fixed cap 110 to support the inner surface of the support shaft 110 formed extending to one side of the rotor 102 of 101.
그리고, 상기 스핀들(103) 회전시 스핀들(103) 일단의 플랜지(113)에 에어를 분사하여 트러스트 하중을 지지하도록 하는 제1에어노즐(105)을 적어도 하나 이상 구비한다.In addition, at least one first air nozzle 105 is sprayed with air to the flange 113 of one end of the spindle 103 to support the thrust load when the spindle 103 is rotated.
상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 기술을 도2에 의해 설명하면 다음과 같다.Referring to Fig. 2, the technique of the present invention having the above-described configuration is as follows.
먼저, 모타하우징(109)내의 고정자(115)에 의해 회전자(102)가 회전을 하게 되면 회전자(102)로 부터 일측으로 연장형성된 스핀들(103)이 회전하게 된다.First, when the rotor 102 is rotated by the stator 115 in the motor housing 109, the spindle 103 extending from the rotor 102 to one side rotates.
이때, 상기 스핀들(103)의 외경면(104)과 노즐본체(106)의 내경면(116)은 소정공간이 확보되도록 미세하게 이격되어 있으며, 상기와 같이 스핀들(103)이 회전하면 노즐본체(106)에 형성된 제1에어노즐(105)에서 에어가 강력하게 분사되므로 스핀들(103)은 제1에어노즐(105)에서 분사되는 에어와 접동되어 회전하게 된다.At this time, the outer diameter surface 104 of the spindle 103 and the inner diameter surface 116 of the nozzle body 106 are finely spaced so as to secure a predetermined space, and when the spindle 103 rotates as described above, the nozzle body ( Since the air is strongly injected from the first air nozzle 105 formed in the 106, the spindle 103 is slid and rotates with the air injected from the first air nozzle 105.
여기서, 상기 스핀들(103)의 밸런스 상태를 도2에서 보면, 고정자(115)를 중심점으로 할 때, 무게중심이 스핀들(103)측으로 기울어 져 있는 것을 알 수 있다.Here, when the balance state of the spindle 103 is shown in FIG. 2, it can be seen that the center of gravity is inclined toward the spindle 103 when the stator 115 is the center point.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 고정자(115)를 중심으로 스핀들(103)의 밸런스를 맞추기 위하여 고정캡(110)의 일측에 보조지지체(112)를 매설하여 상기 보조지지체(112)가 회전자(102)의 타측으로 연장형성된 지지축(111)을 지지할 수 있도록 하였으며, 상기 스핀들(103) 회전시에는 보조지지체(112)의 제2에어노즐(105)에서 에어를 분사할 수 있도록 한다.Meanwhile, as shown in FIG. 3, in order to balance the spindle 103 around the stator 115, the auxiliary support 112 is embedded on one side of the fixing cap 110. The support shaft 111 extended to the other side of the rotor 102 can be supported, and when the spindle 103 is rotated, air can be injected from the second air nozzle 105 of the auxiliary support 112. do.
따라서, 상기 지지축(111)은 고정캡(110)을 통하여 연결되는 제2에어유로(107a)를 통하여 보조지지체(112)의 제2에어노즐(105a)에서 분사되는 에어에 의해 지지됨으로써, 상기 스핀들(103)이 고속으로 회전할 경우에도 밸런스가 유지될 수 있도록 함과 동시에 스핀들(103)이 상하좌우로 미세하게 떨리며 회전되는 것을 극소화 할 수 있도록 한다.Therefore, the support shaft 111 is supported by air injected from the second air nozzle 105a of the auxiliary support 112 through the second air flow path 107a connected through the fixing cap 110, thereby Even when the spindle 103 rotates at a high speed, the balance can be maintained and at the same time, the spindle 103 can be rotated finely and vertically to minimize rotation.
또한, 상기와 같이 떨림이 극소화 된 스핀들(103)에 의하여 상기 스핀들(103)의 외경면(104)과 노즐본체(106) 내경면(116)의 이격공간을 더욱 미세하게 조정할 수 있도록 하여 제1에어노즐(105)에서 분사되는 에어와 스핀들(103)과의 마찰력을 저하시킬 수 있도록 한다.In addition, the space between the outer diameter surface 104 of the spindle 103 and the nozzle body 106 inner diameter surface 116 can be finely adjusted by the spindle 103 minimized shaking as described above. The friction force between the air injected from the air nozzle 105 and the spindle 103 may be reduced.
따라서, 상기와 같이 스핀들(103)의 미세한 떨림마저도 극소화 할 수 있도록 함으로써 종래의 회전(100,000 RPM(1분당 회전수))보다 월등한 고속의회전(120,000 RPM(1분당 회전수))를 이루어 낼 수 있게 된다.Therefore, by minimizing even the slightest vibration of the spindle 103 as described above, it is possible to achieve a higher speed rotation (120,000 RPM (rpm)) than the conventional rotation (100,000 RPM (rpm)) It becomes possible.
그리고, 상기 제1에어노즐(105)로 분사되는 에어와 접동되어 고속으로 회전되는 스핀들(103)과의 마찰력에 의해 발생되는 마찰열이 스핀들(103)로 전도되는 것을 방지하기 위하여 도2와 같이 스핀들(103)의 양단 외경면(104)을 세라믹층(114)으로 코팅함으로써, 종래의 분당 회전수 100,000 RPM 보다도 증가한 120,000 RPM의 고속회전을 장시간 이루어도 마찰열이 스핀들(103)로 전도되지 않도록 하였으며,아울러, 마찰열에 의해 스핀들(103)의 재질변경을 방지할 수 있도록 한다.And, as shown in Figure 2 to prevent the frictional heat generated by the frictional force with the spindle 103 that is in contact with the air injected into the first air nozzle 105 is rotated at high speed to the spindle 103 By coating the outer surface 104 of both ends of the 103 with the ceramic layer 114, the frictional heat is not conducted to the spindle 103 even if a high speed rotation of 120,000 RPM, which is increased from the conventional RPM of 100,000 RPM for a long time, is performed. In addition, it is possible to prevent the material change of the spindle 103 by the frictional heat.
또한, 상기 스핀들(103)의 일단에 형성된 플랜지(113)에도 제1에어노즐(105)을 다수개 형성시켜 에어가 분사될 수 있도록 함으로써 트러스트 하중이 지지될 수 있도록 하여 스핀들(103)의 밸런스가 안정되게 유지될 수 있도록 하여 고속의 회전을 가능토록 한다.In addition, a plurality of first air nozzles 105 are formed in the flange 113 formed at one end of the spindle 103 so that air can be injected, so that a thrust load can be supported to balance the spindle 103. It can be kept stable to enable high speed rotation.
상기한 바와 같이 본 발명은 정확성과 신뢰성이 향상된 고속의 회전을 이루게 함과 동시에 고속회전시 회전자의 지지축을 지지하는 보조지지체에 에어를 공급하고, 스핀들에 세라믹 코팅층을 형성하여 발생되는 열이 스핀들에 전도되어 재질변경이 발생하고 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있도록 함으로써, 제품의 수명이 연장된 신뢰성있는 제품을 이루어 경쟁력을 강화 할 수 있도록 하는 매우 유용한 발명이다.As described above, the present invention achieves high-speed rotation with improved accuracy and reliability and at the same time supplies air to the auxiliary support supporting the support shaft of the rotor during high-speed rotation, and heat generated by forming a ceramic coating layer on the spindle It is a very useful invention to strengthen the competitiveness by forming a reliable product that extends the life of the product by preventing the change in the material and the life is shortened.
Claims (2)
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| JPH03270666A (en) * | 1990-03-19 | 1991-12-02 | Ibiden Co Ltd | Spindle motor |
| JPH05292700A (en) * | 1992-04-10 | 1993-11-05 | Sony Corp | Air spindle unit |
| JPH07243445A (en) * | 1994-03-08 | 1995-09-19 | Shin Meiwa Ind Co Ltd | Air spindle |
| JPH08323504A (en) * | 1995-05-31 | 1996-12-10 | Ntn Corp | Static pressure air bearing spindle |
-
1999
- 1999-11-04 KR KR10-1999-0048582A patent/KR100367987B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
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