(57)【要約】【課題】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こと。【解決手段】ロータ２１を収納する穴２４のフランジ部２１ｂを収納する部分の軸線Ｏ方向の長さＭを、フランジ部２１ｂの厚さと移動距離Ｌの和よりも長くしておく。そして、制御装置５２により、フランジ部２１ｂの両側に配置した流体軸受２７、２８に供給する流体の圧力を変化させ、ロータ２１を距離Ｌの範囲で回転の軸線Ｏ方向の任意の位置に位置決めする。【選択図】　　　　図１
2004036864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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スピンドル。
【請求項２】
前記フランジ部に、前記フランジ部を径方向に位置決めする手段を設けることを特徴とする請求項１に記載のスピンドル。
【発明の詳細な説明】
【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
【図１】
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【図２】
2004036864.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004036864.tif 000006
【図５】
2004036864.tif 000007
【図６】
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