(57)【要約】【課題】スピンドルユニットの組立て、再組立て、修理、メンテナンスを容易に行うこと。【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
0003137543.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【請求項１５】
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。
【請求項１６】
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。
【請求項１７】
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。
【請求項１８】
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。
【請求項１９】
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。
【請求項２０】
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。
【請求項２１】
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。
【請求項２２】
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。
【請求項２３】
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。
【請求項２４】
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。
【請求項２５】
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。
【請求項２６】
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。
【請求項２７】
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。
【請求項２８】
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。
【請求項２９】
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。
【請求項３０】
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。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案はスピンドルユニットに関し、より詳細には、スピンドルを支持する手段として空気ベアリングを利用するスピンドル装置に関し、上記スピンドルユニットは、印刷回路基板（ＰＣＢ）穿孔機械などの高速穿孔機械に使用することができるスピンドルユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
技術の発達と向上に伴い、高精度の電子装置の需要は増えている。
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。
【０００３】
図１は、ハウジング１０の内部に形成されたチャンバ１１内でスピンドル１を回転可能に支持する空気ベアリングＡ、Ｂ、Ｃを利用した、周知のスピンドル穿孔装置の断面図を示す。
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。
【０００４】
上記した穿孔機械またはスピンドル装置にはつぎのような短所がある。
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。
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
米国特許第５，５９８，５８７号公報には、冷却範囲の３つのグループから成る冷却ループを提供する「高速スピンドルの冷却ループ構造」を開示している。
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。
【０００６】
米国特許第６，３７３，１５８号公報には、マイクロフィンが熱変換を促進するように機能するので、動作中の主要シャフトまたはスピンドルの過熱を防止するために、スピンドル装置内に構成されている複数のマイクロフィンによって特徴付けられた「高速冷却手段を備えたモータ主要シャフト」が開示されている。
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。
【０００７】
空気ベアリングを利用する高速スピンドル装置の場合、空気ベアリングの吸気を増加させることも望ましい。換言すれば、装置内部で高速回転しているスピンドルシャフトの安定性を増すために、空気ベアリング内に入る空気の量を増加させる必要がある。
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本考案の１つの態様は、高速スピンドルを空気ベアリングで冷却することが可能な冷却システムを有するスピンドルユニットを提供することである。
【０００９】
本考案の別の態様は、冷却システムを、スピンドルシャフトの端部付近に設けた穿孔部および／または空気ベアリングによって作動装置モータコイル（固定子）およびスピンドル端部を冷却するよう構成するために、空気ベアリングを有するスピンドルユニットに統合した冷却システムを提供することである。この冷却システムは、水または油を含むあらゆる周知の冷却剤を使用できる。こうした冷却システムが導入されたため、空気の流れを増加させてスピンドルを支持することを可能にした空気ベアリングを有する、向上した構造を備える本考案のスピンドルユニットが提供される。さらに、このスピンドル装置は、その構成部品に冷却剤が流れるように構成することができる。さらに、このスピンドルユニットは、例えばＰＣＢ用の高速穿孔機械のような穿孔機械に取り付けることが可能である。
【００１０】
本考案の１つの態様によれば、スピンドルユニットは、スピンドルユニットの構成部品、特に作動装置コイルおよび空気ベアリングを冷却することが可能な冷却システムを備える。詳細には、作動装置コイルを囲んでいる範囲を、接触冷却の方法で冷却することができる。冷却剤が、冷却剤チャネルを通り、スピンドルシャフトの端部を囲むように構成されている冷却剤チャンバを具備したベアリング内へ流れることができるため、空気ベアリング、特にスピンドルユニット内に回転可能に支持されたスピンドルシャフトの端部付近に設けたベアリングを冷却することができる。
【００１１】
本考案の一実施形態によれば、スピンドルユニットはハウジングと、ハウジング内に取り付けられた冷却シリンダと、ハウジングの内面の少なくとも一部を変換する作動装置コイル（固定子）と、ハウジング内に搭載された複数の空気ベアリングと、ハウジング内の作動装置モータコイル内部に回転可能に配置されたスピンドルシャフト（回転子）とを備えており、上記ハウジングは少なくとも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つの冷却剤出口を設けており、上記冷却シリンダはさらに、複数の空気ベアリングに空気が流れるようにするためにハウジングの空気入口に流体接続された少なくとも１つの空気開口部を有する空気導管を設けており、上記冷却シリンダは、冷却剤入口から流れる冷却剤を、作動装置モータコイルの外面へ誘導するコイル冷却チャネルを含み、上記冷却シリンダはさらに、ハウジングの冷却剤入口から上記複数の空気ベアリングの少なくとも１つへ冷却剤が流れれるようにするチャネルを冷却するベアリングを含む。本考案の一実施形態では、上記複数の空気ベアリングの各々は、冷却シリンダの空気開口部およびハウジングの空気入口とに流体接続される複数の吸気孔と排気孔を備えており、少なくとも１つの前記空気ベアリングは、吸気量を増加させるために外面上にスロットを設けて構成されている。一実施形態では、冷却シリンダと空気ベアリングは、冷却シリンダを通って流れる冷却剤が空気ベアリングの吸気孔に流入したりこれを遮断することを防止しながら、ハウジングの空気入口から空気ベアリングの吸気孔へ空気が流れるようにする。別の実施形態では、作動装置コイルの外部リングを上記冷却シリンダに取り付けることができ、また、この外部リングは、内部に流れる冷却剤を誘導する連係部として機能するように構成できる。ハウジングの一実施形態では、ハウジングはさらに、穿孔機械に固定するための取り付けベースを設けている。別の実施形態では、上記ハウジングの空気入口、冷却剤入口および出口はその上記ベース上に配置されている。本考案の一実施形態では、スピンドルシャフトの少なくとも一部は、作動装置コイルによって開始されたその始動を促進するために構成されている伝導性材料から成る。
【００１２】
本考案の別の実施形態では、スピンドルユニットはフロントベアリング、リアベアリング、摩擦ベアリングを備えており、上記リアベアリングは、ハウジング内でスピンドルシャフトを側方に支持することができ、上記フロントベアリングはまた、スピンドルシャフトを側方に支持し、並びに、ハウジング内でスピンドルシャフトを摩擦ベアリングと共に軸方向に支持することができる。ベアリングの吸気孔と排気孔は流体接続される。一実施形態では、ノズル効果を誘発または発生させるために、吸気孔の直径は関連する排気孔の直径よりも小さいことが好ましい。摩擦ベアリングの一実施形態では、上記摩擦ベアリングの１側部は、冷却シリンダのベアリング冷却チャネルと流体接続した冷却剤開口部を含んでいるため、スピンドルシャフトの端部付近の冷却チャンバ内を冷却剤が流れることができ、これにより、スピンドルシャフト穿孔端部に伝導性の冷却が提供される。別の実施形態では、上記摩擦ベアリングはさらに、吸気量を増加させるために吸気孔と流体接続された空気スロットを含む。スピンドルシャフトの一実施形態では、上記スピンドルシャフトはフロントベアリングと摩擦ベアリングの間にフランジを含み、上記フランジは、これにフランジを収容できるようにほぼ等しい厚さの、またはこれよりも厚いスペーサリング内に配置されている。一実施形態では、スペーサリングはさらに、ベアリングの冷却剤導管と流体接続された少なくとも１つの冷却剤通し孔を含む。
【００１３】
本考案の１つの態様では、空気ベアリングの吸気量を増加する一方で、スピンドルユニットは冷却システムを備える。本考案の一実施形態では、スピンドルユニットは、スピンドルシャフトを側方に支持するために少なくとも１つのラジアルベアリングと、ハウジング内部でスピンドルシャフトを軸方向に支持するために少なくとも１つの軸ベアリングとを備えており、この場合、ベアリングの外周面は空気保持空間を拡大させるスロットを含むため吸気量が増加し、ベアリングの上記外面は、冷却シリンダに取り付けるように構成されている。別の実施形態では、スピンドルユニットはフロントベアリング、リアベアリング、摩擦ベアリングを備え、上記フロントベアリングはスピンドルシャフトを側方へ、並びに摩擦ベアリングと共に軸方向に支持することができ、上記リアベアリングとフロントベアリングの外周面はさらに、吸気量を増加させるための少なくとも１つのスロットを含み、また、上記摩擦ベアリングはさらに、排出孔にて空気を効果的に排出するために、ベアリングの吸気孔と流体接続された空気スロットを設けている。
【００１４】
本考案の別の態様によれば、ユニットの構造統合性と機械性質を維持しながら、スピンドルユニットは冷却システムを備える。上述の実施形態を参照すると、冷却システムはスピンドルユニット内に統合されており、特に冷却シリンダ、空気ベアリング、作動装置コイルは冷却システムをスピンドルユニット内に統合するように構成されている。この統合の結果、全体の構造統合性と精密度が維持される。さらに、吸気を増加しながら、空気ベアリングの剛性を維持することができる。
【００１５】
本考案は、精度の高い構成部品および構造を有するスピンドルユニットを提供する。このスピンドルユニットは、空気ベアリングを利用しており、２０，０００〜１６０，０００ＲＰＭまたはこれ以上の回転速度を有する高速穿孔機械上で用いることができる。
【００１６】
本考案の別の態様によれば、組立て、再組立て、メンテナンス、修理が簡単なスピンドルユニットが提供される。全体の統合性を低減するため、または、ユニットの複雑性を増加させるために、スピンドルユニットに外部または追加の管、フィン、構造を導入することはない。スピンドルユニットの構成部品同士を取り外し可能に接続または取り付けることで、各構成部品を高精度に維持し、各構成部品を各自の機能に従って明瞭に配置することで、スピンドルユニットの構造全体を容易に組立てることができる。
【００１７】
前述の要約は、本考案の好適な実施形態について述べたものであり、本考案を限定するものではない。上述した実施形態は様々な方法で実現でき、これらは本考案の範囲の一部として考慮される。本考案をさらに説明するために、上述した実施形態の詳細を以下で述べる。
【００１８】
本考案は様々な形状にて具現化でき、また、好適な実施形態の詳細を、添付の図面を参照しながら以下の内容により説明する。図面は本考案の好適な実施形態のみを示し、本考案の範囲を制限するものではない。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１９】
本考案は、穿孔機械用のスピンドルユニットに関する。スピンドルシャフトを回転可能に支持する手段として空気ベアリングを使用しているこのスピンドルユニットを冷却システムと統合させている。このスピンドルユニットにより、高速回転が可能で、ＰＣＢ穿孔機械などの高速穿孔機械上で使用できる高度のスピンドルが得られる。
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。
【００２０】
まず、図２は、本考案のスピンドルユニットの好適な実施形態の断面図を開示している。
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。
【００２１】
一実施形態では、上記ラジアルベアリング７０、８０の各々が、複数の吸気孔７３、８３を有する外周面と、複数の排気孔７５、８５を有する内周面とをそれぞれ備えていてよい。ベアリングの吸気孔７３、８３は冷却シリンダ３０の空気導管３９および空気孔３２と流体接続され、また、吸気孔７３、８３はベアリング上のそれぞれ対応する排気孔７５、８５と流体接続される。一実施形態では、上記排気孔は実質的にスピンドル５０の側方または半径方向と平行しているため、排気孔７５、８５から排出された空気が上記スピンドルシャフト５０を側方に支持することができる。軸ベアリング９０は、複数の吸気孔９３と複数の排気孔９５を備えていてよい。同様に、軸ベアリング９０の吸気孔９３は冷却シリンダ３０の空気管３９および空気開口部３２に流体接続され、また、吸気孔９３は排気孔９５に流体接続される。一実施形態では、軸ベアリング９０の排気孔９５の開口部はスピンドルシャフト５０のフランジ部分５２に対して実質的に垂直であるため、排気孔９５から排出された空気がハウジング２０内で上記スピンドルシャフト５０を軸方向または回転方向に支持することができる。動作中に上記スピンドルシャフト５０の温度を、端部５７に取り付けたドリル５５によって下げるために、軸ベアリング９０はさらに冷却剤導管９６と冷却剤チャンバ９１を設けており、これらは相互に、また冷却剤シリンダ３０のベアリング冷却剤チャネル３６に流体接続される。そのため、ハウジング２０の冷却剤入口２４からの冷却剤が冷却シリンダ３０を通って流れ、軸ベアリング９０、特に冷却チャンバ９１に入ることができる。これにより、スピンドルユニット１０の動作中に冷却剤チャンバ９１付近の範囲が実質的に冷却される。換言すれば、冷却剤が軸ベアリング９０の冷却剤チャンバ９１中および冷却剤チャンバ９１内を流れることで、スピンドルシャフト５０の端部５７の温度を接触および／または伝導性の冷却によって下げることができる。
【００２２】
一実施形態では、スピンドルユニットの空気ベアリングの動作中に関連して、加圧された空気がハウジング２０の空気入口２２内に入ると、この加圧された空気が空気導管３９を通り、冷却シリンダ３０の空気開口部３２から出る。次にこの空気はスピンドルシャフト５０のフランジ部分５２の周囲に配された冷却シリンダ３０と軸ベアリング９０とに取り付けたラジアルベアリング７０、８０へ流れる。加圧された空気は外周面上の吸気孔７３、８３からラジアルベアリング７０、８０に入り、それぞれ対応する排気孔７５、８５へ流れる。同様に、加圧された空気は吸気面９２の吸気孔９３から軸ベアリング９０に入り、その後、排気孔９５から出るか、排出される。したがって、空気がラジアルベアリング７０、８０の排気孔７５、８５から出て、スピンドルシャフト５０の外面に向かう際に、上記スピンドルシャフト５０が空気のクッションによって半径方向または側方に支持される。空気が軸ベアリング９０の排気孔９５からフランジ部分５２の上面５８、下面５９に向かって排出されることで、スピンドルシャフト５０がその動作中に軸方向または回転軸Ｏに適切に支持される。本考案の別の実施形態では、スピンドルユニット１０は２つのよりも多いラジアルベアリングと複数の軸ベアリングを備えている。別の実施形態では、スピンドルユニット１０は１つのみのラジアルベアリングと、１つの軸ベアリングとを備えている。別の実施形態では、スピンドルシャフト５０は軸ベアリング９０付近に１つよりも多いフランジ５２を含んでもよい。上述した排気孔７５、８５、９５は、吸気孔７３、８３、９３よりも直径を小さくして、「ノズル効果」が促進または作成されるようにすることもできる。本考案の別の実施形態では、空気ベアリングは、フロントベアリング、リアベアリング、摩擦ベアリングをさらに設けて、半径ベアリングと軸ベアリングの効果を達成するようにすることができる。このような実施形態の詳細は以下の内容にて説明する。
【００２３】
スピンドルユニット１０の動作中、交流電源（図示せず）などの電源が作動装置コイル４０（固定子）に電流を導入すると、被服されているか、または伝導性材料５４（固定子）から成る外面５１の少なくとも一部を有するスピンドルシャフト５０を、コイル４０によって作動あるいは誘発し、軸Ｏ上で回転させることができる。スピンドルシャフト５０はその回転時に、空気ベアリング７０、８０、９０から排出された加圧された空気によって冷却シリンダ３０および作動装置コイル４０内で浮遊または支持される。上述の伝導性材料には、銅、金属合金の材料、またはその他任意の伝導性材料が含まれる。図３は、本考案によるスピンドルシャフト５０の一実施形態の断面図を示す。一実施形態では、スピンドルシャフト５０の外面５１上に伝導性材料をコーティングして、伝導性範囲５４を形成している。別の実施形態では、スピンドルシャフト５０の外面５１全体を伝導性材料で被服している。また別の実施形態では、スピンドルシャフト５０全体を伝導性材料で作成している。その結果、スピンドルシャフトを作動装置コイル４０により作動させて、軸Ｏ上で回転させる。別の実施形態では、伝導性範囲５４は、スピンドルシャフト５０の外面５１上で軸Ｏに沿って延びた複数の細片を形成するように構成されている。一実施形態では、外面５１を包囲している前記複数の細片の各々は、軸Ｏに対して或る角度、好ましくは例えば５度傾斜しており、これにより、作動された伝導性範囲５４、そしてスピンドルシャフト５０の回転の開始が促進されるか、または滑らかになる。スピンドルシャフト５０の一端５７に取り付けたドリル５５を実質的に作動させて軸Ｏを回転させることで、スピンドルの下に位置決めしたワークピース（図示せず）上で高速穿孔される。
【００２４】
上述したように、作動装置コイル４０は、スピンドルの温度を上昇させる主要熱源の１つである。そのため、スピンドルユニットに冷却システムを提供することが必要不可欠となる。本考案の一実施形態では、スピンドルユニット１０を、図２、図４、図５に示すように冷却シリンダ４０を備える冷却システムと統合している。まず、図２は、スピンドルユニット１０の好適な実施形態を示しており、上記スピンドルユニット１０のハウジング２０は冷却剤入口２４と冷却剤出口２６を備えている。スピンドルユニット１０の外部に設けた冷却機械（図示せず）から冷却剤が供給されると、この冷却剤が冷却剤入口２４を介して冷却シリンダ３０の外面３１に流れる。換言すると、冷却剤は冷却剤シリンダ３０の外面３１とハウジング２０の内面２１との間に流れる。冷却シリンダ３０の好適な一実施形態では、上記冷却シリンダ３０の外面３１は、２つの対向する端部３３、３７を設けており、これらの端部は、ハウジング２０の内面２１に取り付けられるように適合されている。たとえば、図２、図４に示すように、冷却シリンダ３０の２つの端部３３、３７のそれぞれは、その上にＯリングを設含み、また、冷却シリンダ３０の外面３１とハウジング２０の内面２１との間の係合手段として機能することができる。別の実施形態では、Ｏリングまたは係合手段は、冷却シリンダ３０の端部３３、３７ではなく、ハウジング２０の内面３１に取り外し可能に取り付けられている。一実施形態では、上記Ｏリングは、冷却シリンダ３０とハウジング２０との間における冷却剤の流れを規制する密封部としても機能する。冷却シリンダ３０は、例えば密接させて、または圧入等によってハウジング２０に取り付けることもできるため、Ｏリングを用いずに冷却シリンダ３０の外面３１をハウジングの内面２１と係合させることができる。
【００２５】
図４に示すように、ハウジング２０の内面２１と冷却シリンダの外面３１との間を流れる冷却剤を、コイル冷却チャネル３４によって冷却シリンダ３０内に入り、作動装置コイル４０の外部リング４２に到達するように誘導できる。これにより、作動装置コイル４０は動作中に接触する冷却剤によって冷却される。一実施形態では、冷却シリンダ３０はベアリング冷却チャネル３６をさらに含んでもよく、ベアリング冷却チャネル３６は、冷却剤が軸ベアリング９０の冷却剤導管９６を流れて冷却剤チャンバ９１に到達できるようにする。図４に示すように、冷却シリンダ３０の外面３１は、内部を流れる冷却剤を補助および案内するための冷却剤スロット３８をさらに含む。冷却シリンダ３０の別の実施形態では、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の開口部または入口は上記冷却剤スロット３８内に配置されている。冷却シリンダ３０は、冷却シリンダ３０の外面３１および内面３５との間に配置されている、空気導管３９と流体接続した空気開口部３２をさらに含む。空気が冷却シリンダ３０内部を移動できるように、冷却シリンダ３０の上記空気導管３９はハウジング２０の空気入口２２と空気開口部３２とに流体接続される。空気の通路と冷却剤の通路を別個に設けているこのような設計では、空気が冷却シリンダ３０内に流れることができると同時に、冷却剤がコイル冷却チャネル３４を介して冷却シリンダ３０の内部に入ることができる。先述したように、Ｏリングを、冷却シリンダ３０とハウジング２０との間の密封部および／または係合手段として導入してもよい。従って、動作中に、冷却剤は、冷却剤入口２４を介してハウジング２０に取り付けた冷却シリンダ３０に流れ、冷却剤出口２６から出ることができる。冷却シリンダ３０の別の実施形態では、冷却シリンダ３０の外面３１または外部をさらに金属ペンキまたは非金属ペンキでコーティングして、冷却シリンダ３０上の冷却剤の流れをさらに良く、あるいは滑らかにすることが可能である。
【００２６】
図５は、作動装置コイル４０の好適な実施形態を示す。上述したように、作動装置コイル４０はスピンドルユニット１０の動作中における主要熱源の１つあってよい。冷却機械（図示せず）からの冷却剤が、ハウジング２０の冷却剤入口２４を介して冷却シリンダ３０のコイル冷却チャネル３４内に流入すると、冷却剤は作動装置４０の外部リング４２と接触してその内部を通り、冷却出口２６を介して冷却シリンダ３０およびハウジング２０から出る。これにより、スピンドルユニット１０と統合した冷却ループが作成される。同図に示すように、外部リング４２は、冷却シリンダ３０のコイル冷却チャネル３４間に連係部を形成している。一実施形態では、外部リング４２はさらに冷却剤スロット４８を設けており、この冷却剤スロット４８は、その上を流れる冷却剤を補助および誘導する。さらに、スピンドルシャフト５０の一端５７に配置された軸ベアリング９０へ冷却剤が流れるようにするために、冷却シリンダ３０の一実施形態は、ベアリング冷却チャネル３６を含んでもよい。別の実施形態では、冷却シリンダ３０のコイル冷却チャネル３４は、作動装置コイル４０の外部リング４２上の上記スロット４８より上に配置されているため、冷却剤がスロット４８に直接到達し、内部を流れることができる。その結果、作動装置４０は、冷却剤が内部を通過する際に直接または接触冷却によって効率的に冷却される。
【００２７】
表１、表２は、冷却剤を作動装置コイル４０の外面を直接通過させる「接触」冷却の効果および相違を例証している。特に表１に示すデータは、冷却剤が、コイル冷却チャネル３４内に入ることなく、また、作動装置４０と直接接触することなく冷却シリンダ３０の外面３１を流れることのみが許容されている実施形態に関する。一方、表２は、冷却剤が冷却シリンダ３０のコイル冷却チャネル３４を流れ、外部リング４２と直接接触して「接触」冷却できるようになっているスピンドルユニット１０の実施形態に関する。作動装置コイル４０の温度を下記の通り測定および記録した。
【００２８】
表１：  作動装置コイルの温度（コイルは冷却剤と直接接触しない）
0003137543.tif 000003
【００２９】
表２：  作動装置コイルの温度（コイルは冷却剤と直接接触する）
0003137543.tif 000004
【００３０】
表１および表２の結果は、「接触」冷却の結果として生成された熱の消散を補助するために、冷却剤が作動装置コイル４０を直接通って流れるようにすることの有効性を示す。例えば、表１で強調しているように、冷却機械からの冷却剤の温度が１９．１℃である場合、コイルの温度は６７℃である。コイルが表２に示すとおりに接触冷却されている間に、冷却剤がこれと同じ温度１９．１℃になると、コイルの温度は５３℃（太字で強調）にまで低下する。この結果、１０℃よりも大きな温度差を示す。使用する温度の測定および変換は「熱抵抗測定」の原理に関連している。作動装置コイル４０の抵抗が測定され、これは既知の材料の性質と、コイル材料のＲ−Ｔ関係とに基づくものである。関連する抵抗値の温度を算出または変換することができる。熱抵抗センサを使用する測定も本考案の範囲内に包括される。さらに、上述の冷却剤は、任意タイプの冷却油または水を含む冷却媒体であってもよく、冷却剤の温度は重要な性質の１つである。上述の測定およびデータは、コイルの接触冷却の効果を例証するものである点に留意すべきである。あらゆるタイプの冷却剤を使用することが可能であり、本考案の範囲は表に示した値のいずれにも限定されるべきではない。
【００３１】
図６〜図１１は、本考案の別の好適な実施形態を開示している。図６は、スピンドルユニット１１０の実施形態の断面図を示す。上述したスピンドルユニット１０の上述した実施形態を参照すると、実施形態間における大きな相違は、主にそれぞれハウジング２０と１２０、ベアリング７０、８０、９０と１７０、１８０、１９０の間で変動する相違である。本考案の１つの態様によれば、スピンドルユニットの構造を、冷却システムを内部に統合した状態で、組立てとメンテナンスを促進するように設けることが可能である。一実施形態では、スピンドルユニット１０、１１０のハウジング２０、１２０を、全体の構造を向上させるために構成することができる。別の実施形態では、空気ベアリング７０、８０、９０と、１７０、１８０、１９０の吸気量を増加させて、スピンドルシャフト５０、１５０に対するより多くの支持または空気クッション効果を生成することが可能である。さらに、別の実施形態では、少なくとも１つの空気ベアリング、特に空気ベアリング９０、１９０を、空気ベアリングと、ドリル５５、１５５を有するスピンドルシャフト５０、１５０の端部５７、１５７を含む近接範囲とを実質的に冷却するように冷却剤を流すために構成することができる。以下でこの詳細について述べる。
【００３２】
一実施形態では、スピンドルユニット１１０は、冷却シリンダ１３０を備えたコイル冷却システム、作動装置コイル１４０、冷却剤入口１２４、冷却剤出口１２６、並びにこれ以外の先に列挙した類似要素を含んでいる。さらに、図２、図６に示すように、スピンドルユニット１０、１１０のスピンドルシャフト５０、１５０の一実施形態は、内部に空気圧または水圧ピストンロッド６０、１６０を位置決めすることが可能な中空管の形状をしている。空気または水圧ピストンロッド６０、１６０は、ドリル５５、１５５を交換する目的でスピンドルから取り除けるようにするべく、スピンドルシャフト５０、１５０の端部に取り付けたドリル５５、１５５の動作のために提供された機構である。別の実施形態では、スピンドルシャフト５０、１５０は中空管の構成および／またはピストンロッド６０、１６０を用いずに固体化できることが理解される。
【００３３】
スピンドルユニット１１０のハウジング１２０に関して、一実施形態では、図7に示すようにハウジング１２０は外郭１２３と取り付けベース１２５を備えている。好適な実施形態では、外郭１２３は実質的に冷却シリンダ１３０の全体と、２つの対向する端部１２７、１２９に配置した空気ベアリング１７０、１８０とを被服できる。外郭１２０は、さらに、冷却シリンダ１３０内部に取り付けた作動装置コイル１４０を包囲でき、また、内設されているスピンドルシャフト１５０の少なくとも一部を被服することもできる。一実施形態では、例えばネジ、ボルト、または接着剤の手段によって、空気ベアリング１７０、１８０、１９０を外郭１２３に取り外し可能に固定することで、ベアリングの安定性と剛性を増すことができる。ハウジング１２０の一実施形態では、上記取り付けベース１２５は、例えばネジ、ボルト、または接着剤の手段によって、外郭１２３の一端１２９に取り外し可能に固定されている。別の実施形態では、空気入口１２２、冷却剤入口１２４、冷却剤出口１２６は取り付けベース部１２５に配置されている。図で示しているように、スピンドルユニット１１０は、上手く画定された構造と、各自の機能に従って明確に配置された構成部品とを設けるように構成されているため、全体構造の組立てまたは再組立てが容易になり、交換またはメンテナンス目的で構成部品を容易に取り外しできるようになる。その結果、構成部品が故障した場合でも、スピンドルユニット全体を交換する危険が最小化される。別の実施形態では、ハウジング１２０を冷却シリンダ３０、１３０と一体に形成でき、また別の実施形態では、外郭１２３、取り付けベース部１２５、冷却シリンダ１３０、作動装置コイル１４０を単体として統合することができる。
【００３４】
以下の説明は、空気ベアリング１７０、１８０、１９０（並びに７０、８０、９０）に適用されるものであり、また、スピンドルユニット１１０（並びに１０）のベアリングの吸気を増加させる機構をさらに提供する。まず、図８Ａ、図８Ｂは、空気ベアリング１７０の好適な実施形態を開示しており、このベアリングは先述のラジアルベアリングであってよい。したがって、空気ベアリング１７０の外周面１７２上の吸気孔１７３によって、空気がベアリングに流入し、ベアリングの内周面上に配置した関連する排気孔１７５から出ることが可能となる。排気孔１７５から出た空気は、ベアリング内のスピンドルシャフト１５０を半径方向に支持する。空気ベアリング１７０の一実施形態では、空気ベアリングはスピンドルユニット１１０内のリアベアリングであってよい。図７に示すように、一実施形態において、リアベアリング１７０はスピンドルシャフト１５０の一端付近、および／または、外郭１２３の端部１２９付近に位置決めすることができる。好適な実施形態では、空気ベアリング１７０の外周面１７２はさらに吸気スロット１７７を含む。別の実施形態では、吸気スロット１７７上に少なくとも多数の吸気孔１７３が配置されている。空気ベアリング１７０の外周面１７２は、冷却シリンダ１３０と係合するＯリングを含んでもよい。スピンドルユニット１１０の構成部品が高精度であるため、外周面１７２を冷却シリンダ１３０に近接して位置決めすることができる。吸気スロット１７７は空気保持空間を効率的に増加させることで、ベアリングの吸気量を実質的に増加させることができる。別の実施形態では、冷却シリンダ１３０と任意の周知の固定手段との係合をさらに強めるために、空気ベアリング１７０の一端にフランジ１７９を設けることができる。上述の説明は、先述の空気ベアリング８０を含む任意のラジアルベアリングにも適用できる、空気ベアリング１７０に関連した実施形態について詳細に述べている点に留意すること。
【００３５】
次に、図９Ａ、図９Ｂは、本考案による空気ベアリング１８０の実施形態を開示している。一実施形態では、空気ベアリング１８０はフロントベアリングであり、このフロントベアリングは、スピンドルシャフト１５０を半径方向に支持し、また、上記スピンドルシャフトに軸方向への摩擦空気を提供することによって軸方向支持の一部として機能することができる。スピンドルユニット１００のいくつかの実施形態では、空気ベアリング１８０は、スピンドルシャフト１５０を軸方向に支持するために、外面１８２上に複数の吸気孔１８３を、内面１８４上に複数の排気孔１８５を設けている。一実施形態ではフロントベアリング１８０は、スピンドルシャフト１５０のフランジ１５２と実質的に平行な摩擦面１８９をさらに含み、また、摩擦面１８９は、フランジ１５２に対して実質的に垂直な複数の排気孔１８５をさらに設けることができ、これにより、スピンドルシャフト１５０に対して軸方向に空気を排出できるようになる。同様に、空気ベアリング１８の外周面は吸気スロット１８７をさらに含むことができ、また、いくつかの実施形態では、吸気量を増加させるために、吸気スロット１８７上に少なくとも多数の吸気孔１８３が配置されている。別の実施形態では、空気ベアリング１８０の外周面１８２も冷却シリンダ１３０と係合するＯリングを含む。いくつかの実施形態では、空気ベアリング１８０は、スピンドルシャフト１５０の端部１５７付近に位置決めされていることが好ましい。図９Ａ、図９Ｂに示すように、冷却剤が冷却シリンダ１３０のベアリングチャネル１３６から空気ベアリング１８０またはフロントベアリングの内部へ流れるようにするために、上記空気ベアリング１８０は冷却剤通し孔１８６をさらに含むことが可能である。一実施形態では、冷却剤通し孔１８６は、空気ベアリング１８０の少なくとも一部を通過しながら、冷却シリンダ１３０のベアリング冷却チャネル１３６と流体接続される。
【００３６】
図１０Ａ、図１０Ｂは、本考案による空気ベアリング１９０の好適な実施形態を開示する。空気ベアリング１９０は、スピンドルシャフト１５０の端部１５７を受容するための、またこれを貫通穿孔できるようにするための軸開口部１９８を含む。一実施形態では、空気ベアリング１９０は摩擦ベアリングであり、上述した空気ベアリング１８０の実施形態と協同して、スピンドルシャフト１５０を軸方向に支持する。図面中に示しているように、摩擦ベアリング１９０は上方面１９２と下方面１９４を設けており、上記上方面はスピンドルシャフト１５０のフランジ１５２の付近にこれと実質的に平行して設けられている。上方面１９２はさらに、スピンドルシャフト１５０のフランジ１５２に対して実質的に垂直な複数の排気孔を含み、一方、下方面１９４には吸気孔が配置されている。一実施形態では、上方面１９２はまた、吸気孔を含む。吸気量を増加させるために、空気ベアリング１９０はさらに、ベアリング内の空気保持空間を拡張する空気変換スロット１９７を含んでいるため、排気孔１９５からより多くの空気を排出することができる。摩擦ベアリング１９０はスピンドルユニット１５０の端部１５７に配置されており、フランジ１５２が摩擦ベアリングとフロントベアリングの両方によって軸方向に支持されるように、上述のフロントベアリング１８０の軸方向支持と対向する軸方向支持を提供することが好ましい。さらに、一実施形態では、上記フロントベアリング１８０と摩擦ベアリング１９０との間にスペーサリング２００を配置することができる。スピンドルシャフト１５０の穿孔端部が貫通できる一方で、好適な実施形態では、スペーサリングを、少なくともフランジ１５２を内部に受容または収容できるように、軸方向に或る厚さを持たせて構成することが可能である。
【００３７】
一実施形態では、スピンドルシャフト１５０の端部１５７にて冷却を提供するために、空気ベアリング１９０は、図１０Ａ、図１０Ｂに示すように冷却剤導管１９６と冷却剤チャンバ１９１をさらに含む。冷却剤は、ベアリング冷却チャネル１３６から流れ出て、空気ベアリングの冷却剤通し孔１８６とスペーサリング２００の冷却剤開口部２０６とに入り、ここから、冷却剤導管１９６を介して空気ベアリング１９０の内部へと移動する。一実施形態では、空気ベアリング１９０内には、上記冷却剤導管１９６と流体接続された冷却剤チャンバ１９７がさらに設けられている。このような構成により、冷却剤が、スピンドルシャフト１５０の穿孔端部付近に配置した上記冷却剤チャンバ１９１を通って流れることが可能となり、これによって、ベアリングと、この周囲のドリルが取付けられている範囲とが実質的に冷却される。さらに図に示すように、上記冷却剤チャンバ１９１の一実施形態では、冷却材チャンバ１９１は空気対流スロットとは別個に構成されている。換言すれば、冷却剤チャンバと空気対流スロットは流体接続していないか、もしくは相互から完全に隔離されており、これにより、空気が、特に空気対流スロット１９７を介して、ベアリング内を移動できる一方、これと同時に、スピンドルユニット１１０の動作中に冷却剤が冷却剤チャンバ１９１内に流れるようになる。一実施形態では、冷却剤チャンバ１９１は上述の軸方向開口部９８、１９８付近に設けられている。
【００３８】
図１１は、空気ベアリング１９０’の別の好適な実施形態を示す。一実施形態では、摩擦ベアリング１９０’は、スピンドルシャフト（回転子）１５０の回転速度を検出することが可能で、作動装置コイル１４０（固定子）に供給された電力と作動したスピンドルシャフト１５０の回転速度とを制御するためにフィードバックシステム（図示せず）に信号を出力できる回転速度センサ（図示せず）をさらに含んでもよい。図に示すように、摩擦ベアリング１９０’の一実施形態は、センサを受容するように適合されたセンサ受容孔１９９’を含んでもよい。この受容孔１９９’は、摩擦ベアリング１９０’の上面１９２’、およびスピンドルシャフト１５０のフランジ１５２に対向して配置されていることが好ましい。一実施形態では、センサを内設した上記受容孔１９９’が、軸開口部１９８’および冷却剤チャンバ１９１’の側面側に配置されている。また、この受容孔１９９’は、空気対流スロット１９７’の側面側、および吸気孔１９３’並びに冷却剤導管１９６’から離れた場所に配置されていることが最も好ましい。一実施形態では、前記回転速度センサは、ホールセンサまたは磁気抵抗構成部品のような磁気電気センサである。本考案の一実施形態によれば、摩擦ベアリング１９０’のセンサ受容孔１９９’はホール構成部品またはホールセンサを受容するように適合されている。これにより、スピンドルシャフト（回転子）の磁場と、回転子の位置を検出することが可能になり、信号を生成し、さらにこれを処理してスピンドルシャフト１５０の回転速度を制御することが可能になる。一実施形態では、センサ受容孔１９９’は、ベアリングの剛性に実質的に影響しないサイズまたは直径のものでることが好ましい。上記回転速度センサは、例えば光学センサを含む他のタイプのセンサを含んでもよい点にも留意すべきである。これに加え、本考案の一実施形態では、センサを、空気ベアリング９０などの軸ベアリングの摩擦面８９上に配置することもできる。
【００３９】
本考案を、上述の好適な実施形態および例を参照して開示したが、これらの例は限定ではなくむしろ例証を意図している点が理解されるべきである。例えば、「空気」という用語は、上記の説明において、空気を含む任意の気・液体を指すが、限定的に空気だけを指すものではない。さらに、上の説明および特許請求項で述べられている単数形定冠詞（「ａ」「ａｎ」「１つの(ｏｎｅ)」）の用語は、「少なくとも１つの」と同等の意味を持つ。当業者は改良および組み合わせを容易に考案でき、これらは本考案の精神と、特許請求項の範囲とに包括される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】周知のスピンドル穿孔装置の断面図を示す。
【図２】本考案によるスピンドルユニットの好適な実施形態の断面図である。
【図３】回転軸Ｏに沿った、スピンドルユニットのスピンドルシャフトの好適な実施形態の断面図である。
【図４】上記軸に沿った、スピンドルユニットのハウジングの好適な実施形態の断面図である。
【図５】スピンドルユニットの作動装置コイルの好適な実施形態の側面図である。
【図６】スピンドルユニットの別の好適な実施形態の断面図である。
【図７】スピンドルユニットの別の好適な実施形態の展開図である。
【図８Ａ】スピンドルユニットの空気ベアリング／リアベアリングの好適な実施形態の平面図である。
【図８Ｂ】図８Ａに示した空気ベアリング／リアベアリングの、線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図９Ａ】スピンドルユニットの空気ベアリング／フロントベアリングの好適な実施形態の平面図である。
【図９Ｂ】図９Ａに示した空気ベアリング／フロントベアリングの、線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図１０Ａ】スピンドルユニットの空気ベアリング／摩擦ベアリングの好適な実施形態の平面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａに示した空気ベアリング／摩擦ベアリングの、線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図１１】スピンドルユニットの空気ベアリング／摩擦ベアリングの別の好適な実施形態の平面図である。
【図１】
0003137543.tif 000005
【図２】
0003137543.tif 000006
【図３】
0003137543.tif 000007
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
0003137543.tif 000017
【図１１】
0003137543.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成19年9月19日(2007.9.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１５】
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１に記載のスピンドルユニット。