(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械用のスピンドルヘッド（１）であって、
スピンドルハウジング（２）と、
該スピンドルハウジング（２）に対して少なくとも１つの軸受（５）によりスピンドル軸線周りに回転可能に支承され、スピンドル（３）を有する作業スピンドル（４）と、
を備え、前記スピンドルハウジング（２）、前記スピンドル（３）及び前記作業スピンドル（４）は、前記スピンドル（３）の工具側（Ｗ）に配置される工具のための冷却媒体用の供給装置（Ｚ）を有する、工作機械用のスピンドルヘッド（１）において、
前記供給装置（Ｚ）の領域に非接触式のギャップシールを形成する２つのブシュ（６，７）を備え、一方のブシュ（６）は、前記作業スピンドル（４）に配置され、他方のブシュ（７）は、前記スピンドルハウジング（２）に配置されており、両ブシュ（６，７）の少なくとも一方は、両ブシュ（６，７）の他方に対面する走行面に少なくとも１つの凹部（８）を有することを特徴とする、工作機械用のスピンドルヘッド。
【請求項２】
前記凹部（８）は、少なくとも１つのラジアル方向で周囲を環状に延びる溝として形成されている、請求項１記載のスピンドルヘッド。
【請求項３】
前記凹部（８）は、少なくとも２つの互いに平行にラジアル方向で周囲を環状に延びる溝として形成されている、請求項２記載のスピンドルヘッド。
【請求項４】
前記ブシュ（６，７）は、それぞれ異なる材料からなる、請求項１から３までのいずれか１項記載のスピンドルヘッド。
【請求項５】
前記一方のブシュ（６）は、ステンレス鋼材料からなり、前記他方のブシュ（７）は、銅合金からなるか、又は反対に前記一方のブシュ（６）は、銅合金からなり、前記他方のブシュ（７）は、ステンレス鋼材料からなる、請求項４記載のスピンドルヘッド。
【請求項６】
前記一方のブシュ（６）は、ステンレス鋼材料ＸＣｒＮｉＳ１８‐９からなり、前記他方のブシュ（７）は、鋳造用銅合金ＣｕＳｎ１１Ｐｂ２からなるか、又は反対に前記一方のブシュ（６）は、鋳造用銅合金ＣｕＳｎ１１Ｐｂ２からなり、前記他方のブシュ（７）は、ステンレス鋼材料ＸＣｒＮｉＳ１８‐９からなる、請求項４記載のスピンドルヘッド。
【請求項７】
両ブシュ（６，７）の少なくとも一方の前記走行面は、粗面に形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のスピンドルヘッド。
【請求項８】
前記粗面の粗さは、１６μｍ〜２５μｍＲｚの値を有する、請求項７記載のスピンドルヘッド。
【請求項９】
工作機械用のスピンドルヘッド（１）であって、
スピンドルハウジング（２）と、
該スピンドルハウジング（２）に対して少なくとも１つの軸受（５）によりスピンドル軸線周りに回転可能に支承され、スピンドル（３）を有する作業スピンドル（４）と、
を備え、前記スピンドルハウジング（２）、前記スピンドル（３）及び前記作業スピンドル（４）は、前記スピンドル（３）の工具側（Ｗ）に配置される工具のための冷却媒体用の供給装置（Ｚ）を有する、工作機械用のスピンドルヘッド（１）において、
非接触式のギャップシールが、前記供給装置（Ｚ）の領域に、前記作業スピンドル（４）と前記スピンドルハウジング（２）とにより形成されており、前記作業スピンドル（４）及び前記スピンドルハウジング（２）の少なくとも一方が、前記作業スピンドル（４）及び前記スピンドルハウジング（２）の他方に対面する走行面に少なくとも１つの凹部を有することを特徴とする、工作機械用のスピンドルヘッド。
【請求項１０】
前記作業スピンドル（４）は、該作業スピンドル（４）の軸方向の延在長さ中、該作業スピンドル（４）が前記スピンドルハウジング（２）内に回転可能に支承されている領域において、少なくとも２つの異なる直径を有する、請求項９記載のスピンドルヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項のそれぞれの前提部に記載の特徴を有する、工具の冷却媒体を供給する回転式フィードスルー（Ｄｒｅｈｄｕｒｃｈｆｕｅｈｒｕｎｇ）を有する工作機械用のスピンドルヘッドに関する。
【０００２】
欧州特許出願公開第０８６０２３１号明細書において、固定の機械部分から回転するあるいは回転可能な機械部分に通じる回転式フィードスルーにより、回転する機械部分に流体混合物を供給する方法及び装置が公知である。この公知の方法及び装置において、流体混合物は、回転する機械部分の、回転式フィードスルーから離れて位置する場所に向かって案内され、流体成分は、回転式フィードスルーを通して別々に供給され、本来の使用場所の近傍において初めて、所望の相対的な割合を有する混合物を、回転する機械部分内で製造する。つまり、この従来技術においては、冷却媒体（流体混合物）の供給のための回転式フィードスルーが記載されている。この回転式フィードスルーは、実質的に非接触の移行システムを有している。この移行システムは、両側のラジアルギャップシール（ｒａｄｉａｌｅ  Ｓｐａｌｔｄｉｃｈｔｕｎｇ）を有している。ギャップシールは、回転軸と固定のハウジングとの間で空気を通す際の密封作用を担う。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８１５１３４号明細書において、工作機械用のスピンドルヘッドが公知である。この公知のスピンドルヘッドにおいても、冷却媒体用の回転式フィードスルーが設けられている。スピンドルヘッドは、スピンドルハウジングを有し、スピンドルハウジング内には、作業スピンドルが回転可能に支承されている。作業スピンドルは、駆動装置により回転駆動される。作業スピンドルは、少なくとも１つの軸受によりスピンドル軸線周りにスピンドルハウジング内に支承されている。作業スピンドルからは、細長い管形のスピンドルが導出されている。スピンドルは、その一方の側で作業スピンドル内に配置されている。スピンドルの他方の側（工具側）には、好ましくは交換可能に形成された工具が配置されている。適当な供給装置を介して、スピンドルハウジングの外部から、スピンドルハウジングと、作業スピンドルと、スピンドルとを介して工具に冷却媒体が供給され、冷却媒体は、工具による被加工物の加工、特に切削加工時に、そこで発生する熱と、可能であれば被加工物から除去された構成成分も導出することができる。
【０００４】
この従来技術では、一対のブシュが設けられている。このブシュ対は、内側のブシュと外側のブシュとの間に小さなラジアル方向のギャップ（半径方向のすきま）を有している。このギャップにより冷却媒体のためのギャップシールが形成されている。その際、外側のブシュは、不動に、特にスピンドルハウジングに配置されている。内側のブシュは、回転可能であり、この目的のために特に作業スピンドルに固く配置されている。このような工作機械用のスピンドルヘッドの実際の運転中、製造精度によりブシュが互いに滑り接触し、これにより両ブシュの互いに対面する走行面が、許容できないほど高い温度に達するか、又は最悪の場合焼付いてしまう事態が繰り返し発生する。このことは、作業スピンドルをスピンドルハウジング内に回転可能に支承する玉軸受が、摩耗して、関与する両構成部材間に許容できないほどの遊びを有することによっても起こり得る。やはり、この拡大された遊びにより、ブシュが滑り接触して焼付く場合がある。
【０００５】
さらに、このような工作機械用のスピンドルヘッドの製造時、これらのブシュが別体の構成部材として製造され、組立時、スピンドルハウジング及び作業スピンドルに組み付けられねばならないことは欠点である。これにより、部品多様性及び組立手間も増大する。さらに、不都合な場合、常にある程度の許容誤差を有する複数のブシュが、足し合わされるので、許容誤差の積算の結果、やはり極めて急速に、両ブシュの滑り接触又は焼付きが発生する場合がある。
【０００６】
それゆえ本発明の課題は、冒頭で述べた欠点が解消されるように、工作機械用のスピンドルヘッドを改良することである。特に、供給装置の領域にギャップシールを形成するブシュの存在時、滑り接触及び焼付きが大幅に又は可及的完全に防止されることが望ましい。他方、このようなスピンドルヘッドの部品多様性及び組立手間が明らかに軽減されることが望ましい。
【０００７】
上記課題は、両独立請求項により解決されている。
【０００８】
第１の解決手段は、スピンドルヘッドが依然として、ギャップシールを形成するブシュ対を有することを前提とする。
【０００９】
この場合、本発明に係るスピンドルヘッドは、供給装置の領域にギャップシールを形成する２つのブシュを備え、一方のブシュは、作業スピンドルに配置され、他方のブシュは、スピンドルハウジングに配置されており、両ブシュの少なくとも一方は、両ブシュの他方に対面する走行面に少なくとも１つの凹部を有する。このような凹部により、好ましくは、ブシュの互いに対面する両走行面間の可能な接触面が縮小されると同時に、やはり好ましくは、流動抵抗が上昇される。こうして、ブシュの互いに対面する両走行面の滑り接触又は焼付きの危険は明らかに軽減されると同時に、ギャップシールの作用は改善される。さらに、少なくとも１つの凹部内には、関与する構成部材間の回転運動時に発生する摩耗粉が集合可能である。したがって、摩耗粉は、特に軸受領域において、ジャミング又は焼付きにはもはや至り得ない。さらに、少なくとも１つの凹部により、両ブシュの互いに対面する走行面のなじみ運転特性は明らかに改善される。これらの利点を伴う前述の構成は、以下に説明する従属請求項に記載の特徴によりさらに改良される。
【００１０】
例えば、本発明の好ましい態様において、凹部は、少なくとも１つのラジアル方向で周囲を環状に延びる溝として形成されている。このようなラジアル方向で周囲を環状に延びる溝は、やはり、可能な接触面を縮小すると同時に、流動抵抗を高める。しかも、このような溝は、製造技術的に極めて簡単に製造可能である。つまり、例えば鋳造されたブシュに、切削加工、例えば旋削法により、このような溝を設けることができる。この効果を向上させるために、本発明の好ましい態様において、凹部は、少なくとも２つの互いに平行にラジアル方向で周囲を環状に延びる溝として形成されている。これにより、可能な接触面はさらに縮小され、同時に、ブシュの互いに対面する両走行面間の支持作用は十分である。少なくとも１つの、好ましくは少なくとも２つの互いに平行にラジアル方向で延びる溝は、好ましくはＵ字形断面、Ｖ字形断面又は組み合わされた断面を有している。溝の深さは、（ブシュの走行面と溝底部との間で見て）０．１〜０．２ｍｍであり、（最も広幅の場所で）やはり０．１〜０．２ｍｍの幅を有している。３つより多くの互いに平行に延びる溝が設けられている場合、これらの溝は、互いに同じ間隔又はそれぞれ異なる間隔を有している。少なくとも１つのラジアル方向で周囲を環状に延びる溝（グルーブともいう）に対して択一的に、別の形状の凹部も可能であり、凹部は、必ずしもラジアル方向で周囲を環状に延びるように形成されていなくてもよい。この場合に考えられるのは、例えば走行面の表面の周囲にわたって分配されている点状又はクレータ状の凹部である。
【００１１】
本発明の別の好ましい態様において、ブシュは、それぞれ異なる材料からなる。運転中の工作機械のスピンドルヘッドの構成部材、特に作業スピンドル及びスピンドルハウジングの熱膨張に基づいて、両ブシュにより形成されるギャップシールのギャップの変化が生じる。ここで、ギャップが熱膨張の結果として許容できないほど減少してしまうこと（このことは、ギャップシールの作用の低下、最悪の場合ブシュの滑り接触又は焼付きに至り得る。）を回避するために、スピンドルハウジング及び作業スピンドルの関与する材料の既知の熱膨張係数に基づいて、ブシュの材料は、それぞれ異なって選択される。ここで、一方のブシュが、ステンレス鋼材料からなり、他方のブシュが、銅合金、特に鋳造用銅合金からなるか、又は反対に一方のブシュが、銅合金、特に鋳造用銅合金からなり、他方のブシュが、ステンレス鋼材料からなると有利であることが判っている。これらの材料は、基本的に公知であり、良好に処理（特に鋳造及び切削加工）され、所望の効果を達成する。特に好ましいのは、ステンレス鋼材料ＸＣｒＮｉＳ１８‐９と鋳造用銅合金ＣｕＳｎ１１Ｐｂ２との材料組み合わせ（又はその逆の組み合わせ）である。さらに銅合金あるいは鋳造用銅合金は、ブシュの両走行面が許容できないほど接触しても、ブシュ対が完全にすり減らない限り、非常走行特性を提供するという重要な利点を有する。
【００１２】
本発明の別の好ましい態様において、両ブシュの少なくとも一方の走行面は、粗面に形成されている。このことは、一方のブシュの走行面が（例えばホーニングプロセスにより）平滑に形成され、他方のブシュの走行面が適当に粗さを有することを意味している。本態様において、粗さが１６μｍ〜２５μｍＲｚの値を有していると、特に有利である。つまり、この粗さは、互いに対面する走行面の接触時の摩耗を促進する。
【００１３】
加えて、これまで説明した本発明の基本思想は、その他の好ましい態様も含め、ブシュ対を有する工作機械のための既に製造されたスピンドルヘッドにも、本発明に係るブシュを後付け可能であるという利点を有する。これには、これまで使用されていたブシュ対をスピンドルヘッドから取り外し、新しい本発明に係るブシュ対に置き換えるだけでよい。
【００１４】
これまであったブシュ対を本発明に係るブシュ対と交換する代わりに、上述の課題を解決する別の態様として、ブシュを省略してもよい。このことは、好ましくは部品数、組立手間及びコストの減少に至る。しかし、冷却媒体の供給部の領域にギャップシールを設けることは必要である。このことは、本発明より、ギャップシールが、供給装置の領域に、作業スピンドルとスピンドルハウジングとにより形成されていることにより実現される。このことは、これまであったブシュの機能が、スピンドルヘッドの関与する構成部材、すなわち作業スピンドル及びスピンドルハウジングにより担当されることを意味している。このことは、好ましくは、軸（作業スピンドル）とハウジング（スピンドルハウジング）とが、相俟って、従来のブシュ対の機能を担うことを意味している。その際、本発明の別の好ましい態様において、作業スピンドルは、作業スピンドルがスピンドルハウジング内に回転可能に支承されている軸方向の延在長さにおいて、少なくとも２つの異なる直径を有する。このことは、軸が直径に関して段付けして製造され、かつハウジングが一定の内径を有する貫通開口（特に孔）を有することを意味している。これにより、軸は、より高い精度でより簡単に、例えば切削加工により旋盤のセンタ間で、極めて正確にそれぞれ異なる直径を有して製造可能である。さらに、内側の孔と外側の側面直径との間の比が小さい玉軸受の使用が望ましい。これにより、軸直径の段差は小さくなり、軸の質量慣性モーメントは小さくなる。この高い精度に基づいて、ギャップシールの間隙は、より小さく、特に約０．０２ｍｍとすることができ、かつギャップ長さ（約１０ｍｍ）は、空気の漏れ量が同じであれば、短縮することができる。これらすべては、回転式フィードスルーのさらなる短縮に至るという利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ブシュ対を有する工作機械用のスピンドルヘッドの一実施の形態を唯一の図面中に様々な見方で示す図である。
【００１６】
唯一の図面中の個々の図は、個別に説明する限り、工作機械のスピンドルヘッド１を示している。しかし、ここでは、すべての主要な構成部材ではなく、発明を説明するのに重要な構成部材のみを図示している。このようなスピンドルヘッドの完全な原理構造については、冒頭に挙げた両刊行物を参照されたい。
【００１７】
符号１は、工作機械用のスピンドルヘッドを示している。上側の両図には、スピンドルヘッド１が、そのスピンドルハウジング２とともに、一方においては平面図（上側の図）で示され、他方においては断面図（その下に位置する図）で示されている。工作機械内に不動に配置されているスピンドルハウジング２から、長手方向軸線周りに回転するスピンドル３が導出されている。スピンドルヘッド１は、自体公知の形式で駆動側Ａ及び工具側Ｗを有している。工具側Ｗには、ここでは図示しない、好ましくは交換可能な、被加工物を加工する工具が配置されている。工具及びスピンドル３は、やはり自体公知の形式で，駆動側Ａでスピンドルヘッド１に供給される冷却媒体が工具側Ｗに向かって輸送され、その結果、工具と被加工物との間の加工領域において関与する部分を冷却し、かつ被加工物から除去された残り屑を取り除くことができるように形成されている。この冷却媒体、好ましくは液状の媒体とガス状の媒体との混合物は、やはり自体公知の形式で供給され、通常は混合されて工具側Ｗへと輸送される。
【００１８】
図面の左下図は、スピンドルハウジング２の領域におけるスピンドルヘッド１の拡大図（Ｂ，２：１）である。この断面図に記入されている寸法は、一例であり、ミリメートルの寸法単位を有している。
【００１９】
この拡大された左下図において、本図には示していない駆動装置を備える固定のスピンドルハウジング２から、スピンドル３が、スピンドルハウジング２内に回転可能に支承された作業スピンドル４から導出されていることが看取可能である。駆動される作業スピンドル４は、軸受５、好ましくは玉軸受を介してスピンドルハウジング２内に回転運動可能に支承されている。冷却媒体の供給のために供給装置Ｚが設けられている。供給装置Ｚは、例えば、スピンドルハウジング２内に相応に形成された好適な開口、作業スピンドル４内に相応に形成された好適な通路、及びスピンドル３上にらせん状に配置された送り装置（例えばアルキメデスのねじポンプとして形成される送り装置）である。この供給装置Ｚの領域においてスピンドルハウジング２と駆動スピンドル４との間のギャップシールを実現するために、第１のブシュ６及び第２のブシュ７を有するブシュ対が設けられている。このブシュ対は、図面の右下図に示してある。その際、第１のブシュ６は、作業スピンドル４に固く配置されており、第２のブシュ７は、スピンドルハウジング２に固く配置されている。このことは、例えばプレスばめ、収縮ばめ又はこれに類するものにより実施可能である。ブシュ６，７の互いに対面する両走行面は、小さなギャップを形成しており、通常は、スピンドルヘッド１の運転時の回転運動中、互いに接触しない。製造精度及び特に軸受５の摩耗によりブシュ６，７の滑り接触又は焼付きが発生することを回避するために、本発明では凹部８を有している。この凹部８は、好ましくは、ラジアル方向で周囲を環状に延びる溝（又はグルーブ）として形成されている。ラジアル方向で周囲を環状に延びる溝が複列に互いに平行に配向されて設けられていると、特に有利である。このような溝は、横断面で見て、Ｕ字形断面又はＶ字形断面を有している。図示のように、これらの両断面の組み合わせも可能である。適当な寸法、材料組み合わせ及び粗さは、既に上述したが、本実施の形態においても適用される。
【００２０】
図示の実施の形態ではブシュ対６，７が設けられているが、これに対して択一的に、スピンドルヘッド１は、ブシュ６，７が存在せず、これに応じて組み付けられずに形成されていてもよい。この場合、供給装置Ｚの領域において相応の形式でギャップシールを実現するために、ブシュの役割と機能は、スピンドルハウジング２及び駆動スピンドル４自体に引き継がれる。この態様においても、ギャップシールを形成するために、この領域に少なくとも１つの凹部、好ましくは１つの、ラジアル方向で周囲を環状に延びる凹部、さらに好ましくは相並んで配置される複数の、ラジアル方向で周囲を環状に延びる凹部が、供給装置Ｚの領域周りに配置されていることが必要である。この態様においても、前述の材料組み合わせ、寸法及び粗さが、相応に適用される。
【符号の説明】
【００２１】
１  スピンドルヘッド
２  スピンドルハウジング
３  スピンドル
４  作業スピンドル
５  軸受
６  ブシュ
７  ブシュ
８  凹部
Ａ  駆動側
Ｗ  工具側
Ｚ  供給装置
【図１】
0005889330.tif 000002