[实用新型]主轴装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种主轴装置，尤指一种利用空气轴承作为其主轴支撑的主轴装置，该主轴装置可用于印刷基板的钻孔机上。

背景技术

随着科技进步，电子产品精密度要求日益趋高，生产制造过程中的钻孔加工作业已成为相当重要的一环与技术。举例而言，许多电子产品的印刷基板为其核心元件之一，故于大量生产制造过程中，钻孔加工作业显得非常重要且必须具有相当的精度，以提高产品的整体良率及质量。利用主轴装置使其中的主轴呈高速转动是高速切削的原理与首要条件，而利用空气轴承作为该高速主轴的支撑以进一步提高主轴转速与回转的精度是目前于高速与高精密钻孔加工技术上广泛采用的技术。

如图1所示的公知钻孔机主轴装置的剖视图，其利用空气轴承A、B与C将主轴1支撑于主体10的内部空间11中。该主轴装置利用环形马达以驱动主轴1转动，当电源供应至设于该主体10内的驱动马达线圈12(定子)时，设有金属或导电材质(如铜)的外环9(转子)的主轴1将被驱动而于旋转轴O上转动。夹设于主轴1的一末端2上的钻头3也将随该主轴1的旋转与转速而转动。当加压空气自进气口14及16注入至该主轴装置中时，加压空气将经由空气轴承A、B及C上的多个出气口13与15朝该主轴1喷出，以支撑主轴1于内部空间11中旋转。其中空气轴承A及B(径向轴承)提供主轴1的径向支撑；空气轴承C(轴向轴承)则可提供主轴1的轴向支撑，且该空气轴承C借助于将加压空气由这些出气口15喷向于该主轴1的法兰部或突缘部4上，以达成所述主轴1于轴向方向上的支撑。该主轴装置可装设于一钻孔机(图未示)上并经由线型马达的驱动作轴向移动，以对架设于该主轴装置的钻头3下方的加工件如印刷基板(图未示)进行钻孔加工作业。当主轴装置以转速达每分钟数万转至数十万转时，其内部各元件的精密度与整体结构的稳定性是相当重要的。

然而，钻孔机或主轴装置却有其使用与作业上的不理想之处；尤指，该主轴装置于作业中所产生的高温与高热，将会影响主轴装置的寿命与功效。本领域技术人员已知所述热源的产生主要是因为(1)由电源供应电力的环形驱动马达的线圈12所产生的高温、及(2)钻头3与加工件钻孔摩擦时所产生的高热所造成。然而主轴装置的元件大多由金属材质所构成，高温及高热都会使此些元件的机械性质变差、使用寿命减短，因此可能造成钻孔精密度降低外，甚至可能于作业中时发生如断针等故障情况；因此，高温与高热对于主轴装置中的空气轴承A、B及C与钻头3的机械性质(mechanical properties)与钢性(stiffness)的影响需特别注意。又如上述，对于高速主轴而言，如何维持整体结构的稳定与元件的精密度的同时，还能对其提供有效的冷却系统是一课题与考虑。

关于可冷却主轴装置的冷却系统，美国专利第5,798,587号揭示了一种高速主轴冷却回路构造(Cooling Loop Structure of HighSpeed Spindle)，其提供一由三组相互连通的冷却回路，由冷却机经主轴后端流至前轴承冷却部分、再先后流入马达冷却部分与后轴承冷却部分后留回冷却机形成一控温冷却回路。此回路虽可于上述环形驱动马达的线圈部分与轴承部分提供冷却，但因其回路构造需依主轴装置围绕设置外，对于采用空气轴承的高精密主轴装置而言，并未提供有效且具有实质效益的解决方案。特别地，该冷却回路必须由金属或导热性质较佳的材质制成螺旋状，其大小必须相配于该主轴装置外，制造成本较高、配置与拆卸不易，也会造成主轴装置的整体重量增加与结构精密度的降低；然而对高速主轴而言，整体结构的组装、维修容易是相当重要的，且结构的整体性与精密度都与该主轴装置作业的精密度有关。另外，由于此冷却回路并未考虑到采用空气轴承的主轴装置。空气轴承需于其侧面设有通气孔，所以当以冷却回路方式围绕轴承的外表面时，可能阻碍通气孔的进气外，也不利于空气轴承与主体或壳体的设置，甚至造成轴承结构上机械性质的降低。除此之外，由于此为一冷却回路，故此回路设计若有任何一处有所缺陷，则将使冷却剂外泄并及回路中断，而无法有效提供冷却。如何同时冷却环形驱动马达与空气轴承，并能够维持整体结构的精密度与轴承的刚性，且便于维护与清理是相当重要的。