(57)【要約】  ツール（１００）を、前記ツール（２）の長手方向軸と局所的に一致する予め決められた基準軸（Ａ）を中心としてロック及び回転駆動させるように構成された、数値制御マシンの電動スピンドル（１）である。この電動スピンドル（１）は、一般的な数値制御マシンに堅固に取り付け可能であるように構成された外側の構造ケーシング（２）と；前記構造ケーシング（２）内に収容され且つ駆動シャフト（４）が設けられた電動モータ（３）とを備え、前記駆動シャフト（４）の前記前端（４ａ）が前記構造ケーシング（２）の外側に、前記電動スピンドルの前記基準軸（Ａ）と局所的に同軸の状態を維持しつつ突出／出現している。前記電動スピンドル（１）は、さらに、前記駆動シャフト（４）の前端（４ａ）に、環状の回転ベアリングの第１の組（１２）を介在させて軸方向に回転可能に取り付けられた回転スラストベアリングブッシュ又はスリーブ（１１）を備え、前記スリーブ（１１）は、前記回転ブッシュ又はスリーブ（１１）と前記構造ケーシング（２）との間に介在している環状の回転ベアリングの第２の組（１３）により、前記電動スピンドルの前記基準軸（Ａ）と同軸に維持されている。前記電動スピンドル（１）は、さらに、前記駆動シャフト（４）の前端（４ａ）に、堅固で安定的であるが容易に解除可能に取り付けられ得るように構成された少なくとも１つの取り外し可能なツールホルダヘッド（５，５’）を備え、前記取り外し可能なツールホルダヘッド（５，５’）は、数値制御マシンの一般的ツール（１００）のシャンク（１０１）を、堅固で安定的であるが容易に解除可能であるように収容及び保持するように構成されている。また、前記取り外し可能なツールホルダヘッド（５，５’）には周囲クラウン（１４）が設けられており、前記周囲クラウン（１４）は、前記駆動シャフト（４）の前端（４ａ）に、又は、前記回転スラストベアリングブッシュ又はスリーブ（１１）に、選択的及び択一的に安定的に当接するように寸法決め／構成されている。
2015514595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ツール（１００）を、前記ツール（２）の長手方向軸と局所的に一致する予め決められた基準軸（Ａ）を中心としてロック及び回転駆動させるように構成された、数値制御マシンの電動スピンドル（１）であって、
一般的な数値制御マシンに堅固に取り付け可能に構成された外側の構造ケーシング（２）と、
前記構造ケーシング（２）内に収容され且つ駆動シャフト（４）が設けられた電動モータ（３）であって、前記駆動シャフト（４）の前端（４ａ）が前記構造ケーシング（２）の外側に、前記電動スピンドルの前記基準軸（Ａ）と局所的に同軸の状態を維持しつつ突出／出現している電動モータ（３）と、
を備える前記電動スピンドル（１）において、
前記電動スピンドル（１）が、
前記駆動シャフト（４）の前記前端（４ａ）に環状の回転ベアリングの第１の組（１２）を介して軸方向に回転可能に取り付けられ、かつ、前記回転ブッシュ又はスリーブ（１１）と前記構造ケーシング（２）との間に設けられた環状の回転ベアリングの第２の組（１３）により前記電動スピンドルの基準軸（Ａ）と同軸に維持されたスラストベアリング回転ブッシュ又はスリーブ（１１）と、
堅固で安定的であるが容易に解除可能に前記駆動シャフト（４）の前記前端（４ａ）に取り付けられるように構成され、数値制御マシンの一般的ツール（１００）のシャンク（１０１）を堅固で安定的であるが容易に解除可能であるように収容及び保持するように構成され、且つ、前記取り外し可能なツールホルダヘッド（５，５’）に最終的に周囲クラウン（１４）が設けられ、前記周囲クラウン（１４）が前記駆動シャフト（４）の前記前端（４ａ）に、又は、前記回転スラストベアリングブッシュ又はスリーブ（１１）に、選択的及び択一的に安定的に当接するように寸法決め／構成されている、少なくとも１つの取り外し可能なツールホルダヘッド（５，５’）と、を備えていることを特徴とする電動スピンドル（１）。
【請求項２】
前記駆動シャフト（４）の前端（４ａ）に、前記電動スピンドルの基準軸（Ａ）と局所的に同軸の第１のシャンクホルダ座部（６）が設けられており、
前記取り外し可能なツールホルダヘッド（５，５’）の後部に、前記駆動シャフト（４）の前記シャンクホルダ座部（６）に係合及びロックされるように特に構成され／寸法決めされているロッキングシャンク（７）が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の電動スピンドル。
【請求項３】
前記取り外し可能なツールホルダヘッド（５，５’）の前部に、前記取り外し可能なツールホルダヘッド（５，５’）の前記ロッキングシャンク（７）と同軸の第２のシャンクホルダ座部（８）が設けられており、
前記第２シャンクホルダ座部（８）が、数値制御マシンの前記ツール（１００）のシャンク（１０１）を、堅固で且つ安定的に、しかし容易に解除可能に収容及びロックするように構成され／寸法決めされていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電動スピンドル。
【請求項４】
前記駆動シャフト（４）の前記シャンクホルダ座部（６）に係合及びロックされるように構成され／寸法決めされた前記ロッキングシャンク（７）が後部に設けられた第１の取り外し可能なツールホルダヘッド（５）を含み、
前記ツールホルダヘッド（５）が、高駆動トルク及び低回転速度で動作するように特に構成された数値制御マシンのツール（１００）のシャンク（１０１）を収容するように構成され／寸法決めされた前部シャンクホルダ座部（８）を有し、
前記ツールホルダヘッド（５）が、前記回転スラストベアリングブッシュ又はスリーブ（１１）に係合又は安定的に当接し／支持されるように寸法決めされた周囲クラウン（１４）を最終的に有することを特徴とする、請求項３に記載の電動スピンドル。
【請求項５】
駆動シャフト（４）のシャンクホルダ座部（６）に係合及びロックされるように構成され／寸法決めされたロッキングシャンク（７）が後部に設けられた第２の取り外し可能なツールホルダヘッド（５’）を含み、
前記ツールホルダヘッド（５’）が、低駆動トルク及び高回転速度で動作するように特に構成された数値制御マシンのツール（１００）の前記シャンク（１０１）を収容するように構成され／寸法決めされた前部シャンクホルダ座部（８）を有し、
前記ツールホルダヘッド（５）が、前記駆動シャフト（４）の前端（４ａ）に係合し又は安定的に当接し／支持されるように寸法決めされた周囲クラウン（１４）を有することを特徴とする、請求項３又は４に記載の電動スピンドル。
【請求項６】
前記取り外し可能なツールホルダヘッド（５，５’）が、ほぼオジバル形状のハブ（１５）により形成され、
前記ハブ（１５）が、前記駆動シャフト（４）の前記シャンクホルダ座部（６）内に係合する特定の寸法のシャンクを形成する形状の後部尾部（７）を有し、
前記ハブ（１５）の前部に、数値制御マシンの前記ツール（１００）の前記後部シャンク（１０１）を収容するように特に構成され／寸法決めされたシャンクホルダ座部（８）が設けられており、
前記ハブ（１５）に、後部のシャンク形状の尾部（７）と局所的に同軸の状態を維持しつつ突出している周囲円形クラウン又はショルダ（１４）が設けられており、
前記クラウン又はショルダ（１４）が、前記駆動シャフト（４）の前記前端（４ａ）に、又は、前記回転スラストベアリングブッシュ又はスリーブ（１１）に、選択的及び択一的に係合し又は安定的に当接するように寸法決めされていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の電動スピンドル。
【請求項７】
ほぼオジバル形状の前記ハブ（１５）に、中央通し穴（１５ａ）が設けられており、
前記通し穴（１５ａ）は、前記ハブの前記シャンクホルダ座部（８）の底部を前記ハブの後部の前記シャンク形状の尾部（７）に接続し、
前記通し穴（１５ａ）は、前記ハブの対称軸（Ｌ）と同軸に延在し、前記ハブ（１５）が前記駆動シャフト（４）にロックされたときに前記電動スピンドルの前記基準軸（Ａ）と同軸に配置されることを特徴とする、請求項６に記載の電動スピンドル。
【請求項８】
前記ほぼオジバル形状のハブ（１５）がモノリシックな構造を有することを特徴とする請求項６又は７に記載の電動スピンドル。
【請求項９】
ヘッドをロック及びロック解除するアセンブリ（１６）であって、前記取り外し可能なツールホルダヘッド（５，５’）を前記駆動シャフト（４）の前記前端（４ａ）に、堅固で且つ安定的に、しかし容易に解除可能に選択的に連結及びロック／保持するように構成されており、前記駆動シャフト（４）が前記ツールホルダヘッド（５）を、前記電動スピンドルの前記基準軸（Ａ）を中心として回転駆動させることを可能にしている、ヘッドをロック及びロック解除するアセンブリ（１６）を含むことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の電動スピンドル。
【請求項１０】
ツールをロック及びロック解除するアセンブリ（１７）であって、数値制御マシンの前記ツール（１００）の前記シャンク（１０１）を、堅固で且つ安定的に、しかし容易に解除可能に選択的に連結及びロック／保持するように構成されており、前記取り外し可能なツールホルダヘッド（５，５’）が、前記電動スピンドルの前記基準軸（Ａ）を中心としてツール（１００）を回転駆動させることを可能にしている、ツールをロック及びロック解除するアセンブリ（１７）を含むことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の電動スピンドル。
【請求項１１】
前記ヘッドをロック及びロック解除するアセンブリ（１６）が、第１のコマンドロッド（１８）を含み、
前記第１コマンドロッド（１８）が、前記電動スピンドルの前記基準軸（Ａ）と同軸を維持した状態で、前記駆動シャフト（４）全体を貫通し且つ軸方向にスライドするように延在し、前記駆動シャフト（４）の前端（４ａ）に存在するシャンクホルダ座部（６）内に突出しており、
前記ヘッドをロック及びロック解除するアセンブリ（１６）が、第１の拡張カップリングヘッド（１９）を含み、
前記第１拡張カップリングヘッド（１９）が、前記駆動シャフト（４）の前記シャンクホルダ座部（６）内に突出している前記第１コマンドロッド（１８）の端部にスライド可能に取り付けられており、且つ、前記ツールホルダヘッド（５，５’）の後部ロッキングシャンク（７）の中央に特に実現されたキャビティ内部に、前記第１コマンドロッド（１８）のスラスト下で傘状に開くことができるように構成されている、請求項９又は１０に記載の電動スピンドル。
【請求項１２】
前記ツールをロック及びロック解除するアセンブリ（１７）が、第２のコマンドロッド（２２）を含み、
前記第２コマンドロッド（２２）が、前記電動スピンドルの前記基準軸（Ａ）と同軸を維持した状態で、前記第１コマンドロッド（１８）を貫通し且つ軸方向にスライドするように延在し、前記駆動シャフト（４）の前端（４ａ）のシャンクホルダ座部（６）内に突出して、前記駆動シャフト（４）の前端（４ａ）に現在ロックされている前記取り外し可能なツールホルダヘッド（５，５’）に、貫通及び軸方向スライドするように係合し、そして最終的に、前記ツールホルダヘッド（５，５’）の前部に存在する前記シャンクホルダ座部（８）内部に突出しており、
前記ツールをロック及びロック解除するアセンブリ（１７）が、第２の拡張カップリングヘッド（２３）を含み、
前記第２拡張カップリングヘッド（２３）が、前記取り外し可能なツールホルダヘッド（５，５’）の前記シャンクホルダ座部（８）内に突出している前記第２コマンドロッド（２２）の端部にスライド可能に取り付けられており、且つ数値制御マシンの前記ツール（１００）の前記シャンク（１０１）の中央に特につくられたキャビティ内にて前記第２コマンドロッド（２２）のスラスト下で、傘状に開くことができるように構成されている、請求項１１に記載の電動スピンドル。
【請求項１３】
前記環状の回転ベアリングの第１の組（１２）が、前記駆動シャフト（４）の最高回転速度よりも高い動作限界速度を有するように構成され／寸法決めされていることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の電動スピンドル。
【請求項１４】
前記環状の回転ベアリングの第２の組（１３）が、前記駆動シャフト（４）の最高回転速度よりも低い動作限界速度を有するように構成され／寸法決めされていることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の電動スピンドル。
【請求項１５】
前記電動モータ（３）が前記駆動シャフト（４）を、前記電動スピンドルの前記基準軸（Ａ）を中心として、高駆動トルク及び低回転速度で動作するように特に構成された数値制御マシンの粗切削カッタ又はその他の典型的な回転速度と、低駆動トルク及び高回転速度で動作するように特に構成された数値制御マシンの仕上げカッタ又はその他のツールの典型的な回転速度とを含む範囲内で調節可能／選択可能な角速度で回転駆動させることができるように構成されていることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載の電動スピンドル。
【請求項１６】
前記電動モータ（３）が前記駆動シャフト（４）を、前記電動スピンドルの前記基準軸（Ａ）を中心として０ｒｐｍ〜５０，０００ｒｐｍの範囲で調節可能／選択可能な角速度で回転駆動させることができるように構成され／寸法決めされていることを特徴とする、請求項１から１５のいずれか一項に記載の電動スピンドル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、数値制御マシン（工作機械）の電動スピンドルに関する。
【０００２】
より詳細には、本発明は、数値制御ミリングマシン（フライス盤）の電動スピンドルに関し、この応用に関して、以下の説明により、明示的に、しかし一般性を喪失することなく言及する。
【背景技術】
【０００３】
公知のように、数値制御マシンの電動スピンドルは、ツールホルダスピンドルと電動モータとから構成される。これらは、同一の外側構造ケーシング内部に収容されて、電動スピンドルの長手方向軸に沿って順次位置合わせされ、且つ、電動モータがツールホルダスピンドルを長手方向を中心として回転駆動できるように互いに機械的に連結されている。さらに、外側構造ケーシングは、数値制御マシンのスピンドルホルダキャリッジ又はスライドに固定されるように特に構成されている。
【０００４】
より詳細には、電動モータは、
通常、電動スピンドルのケーシング内に特別に設けられた円筒状のキャビティ内部に電動スピンドルの長手方向軸と同軸に堅固に固定された、ほぼ円筒状の管形状のステータアセンブリと；
電動スピンドルの長手方向軸と同軸に、ステータアセンブリの貫通(pass-through)キャビティ及び電動スピンドルのケーシング全体を通って延在する駆動シャフトと；
ステータアセンブリ内部で駆動シャフトに堅固に固定され、従って駆動シャフトと完全に同軸の、ほぼ円筒状の管形状のロータアセンブリと、
から構成されている。
【０００５】
そして、ツールホルダスピンドルは、基本的に、回転するツールホルダハブを構成要素とする。このツールホルダハブは、電動モータの駆動シャフトの端部に、電動スピンドルの長手方向軸と同軸を維持した状態で電動スピンドルのケーシングの外側に突出するように配置されている。また、ツールホルダハブの中央に、円錐台状のシャンクホルダ座部が設けられている。このシャンクホルダ座部は、数値制御ミリングマシンの一般的ツールのシャンクを、ツールを常に完全に電動スピンドルの長手方向軸と同軸に維持した状態で収容するように構成されている。ツールホルダスピンドルは、また、油圧又は空気圧式に動作するロック部材を構成要素とする。このロック部材は、ツールのシャンクを、ハブのシャンクホルダ座部内に、堅固で安定的であるが容易に解除可能であるように係合及び保持するように構成されている。これにより、電動モータの駆動シャフトが、ツールを、電動スピンドルの長手方向軸を中心として回転駆動させることができる。
【０００６】
より詳細には、ツールホルダハブは、通常、電動モータの駆動シャフトと一体につくられ、そして、ほぼベル形状の前部キャップ（電動モータのステータアセンブリ及びロータアセンブリを収容している円筒状キャビティの前端を閉じるように電動スピンドルのケーシングに固定されている）に、貫通し且つ軸方向に回転可能に係合する。そしてこの状態で、駆動シャフトは、シャフトの２つの軸方向端部に配置された２組の支持回転ベアリングにより軸方向に回転可能に支持されている。これらのベアリングの一方は前部キャップ内部にあり、他方は、電動スピンドルの円筒状キャビティの後端に当接している。
【０００７】
このタイプの電動スピンドルは非常に良好に機能するが、動作可能性に限界がある。なぜなら、電動スピンドルにより達成可能な最大回転速度が、ツールホルダスピンドルの構造及び全体寸法により密接に条件付けられ、ツールホルダスピンドルは、ツールホルダスピンドルの使用のために設計されるタイプのツールに密接に関連するからである。
【０００８】
明らかに、このような動作制約、及び、ツールホルダハブが駆動シャフトの端部に直接に一体的に形成されるという事実により、電動スピンドルの製造者は、電動スピンドルの電動モータ全体の寸法を、電動モータの最大性能がツールホルダスピンドルにより許容される性能とほぼ等しくなるように決めなければならない。
【０００９】
これらの性能限界は、２つの異なるタイプのツール（それぞれ、高駆動トルク及び低回転速度、又は、低駆動トルク及び高回転速度を要求する）を間断なく同一のワークピースに用いることを予定した機械加工に、同一の数値制御ミリングマシンを使用しなければならない場合、重大な問題をもたらすことが明白である。例えば、粗切削ツールは、典型的に、２０，０００ｒｐｍ（回転数／分）未満の回転速度を要求し、仕上げツールは、典型的に、２０，０００ｒｐｍより大きく、且つ、通常５０，０００ｒｐｍ未満の回転速度を要求する。
【００１０】
この場合、高速ツールから低速ツールへ（又はその逆）に変更するとき、両方のタイプのツールを使用できる電動スピンドルをつくることが物理的に無理であるため、ミリングマシンに取り付けられる電動スピンドルブロック全体を交換することが必要である。これが、機械加工に費やす時間とコストに関する全ての問題を伴う。
【００１１】
この問題を少なくとも部分的に解決するために、外側構造ケーシングが電動モータのみを収容し、且つ、外側構造ケーシングが数値制御マシンに安定的に固定されるように構成された、取り外し可能な電動スピンドルが近年開発されてきた。また、外側ケーシングと、この内部に収容された電動モータとは、２つの異なる別個のツールホルダスピンドルに無差別に接続されるように構成されている。これらのスピンドルの各々は、電動モータに、堅固で安定的であるが容易に解除可能に連結されるように構成されており、従って、モータにより適切な回転速度で回転駆動される。
【００１２】
数値制御ミリングマシンのツール交換時間が大幅に減少しても、取り外し可能なタイプのツールホルダスピンドルは、電動スピンドルの全長がかなり増大することになり、さらに重要なことには、電動スピンドルの構造がかなり複雑になっている。
【００１３】
実際、取り外し可能なツールホルダスピンドルの各々に、油圧又は空気圧で動作する独自のロック部材を設けなければならず、このロック部材に適切に潤滑油を与えなければならないことは明らかである。そして、より重要なことには、このロック部材が数値制御マシンにより制御可能でなければならない。ツールホルダスピンドルを電動スピンドルの外側ケーシング（数値制御マシンの残りの部分に連結される）に連結するために、かなりの個数の油圧／空気圧式コネクタを電動モータとツールホルダスピンドルとの間の連結ゾーンに配置することが要求される。
【００１４】
一体式の電動スピンドルに関して重量を大幅に低減しても、取り外し可能なツールホルダスピンドルは、なお、数十キログラムもの全体重量を有し、これが、スピンドル交換中の全ての欠点を伴う。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従って、本発明の目的は、上記の欠点を有さずに全てのタイプのツールを取り付けることができ、且つ、安価に製造できる電動スピンドルを提供することである。
【００１６】
上記の目的に従い、本発明により、請求項１、及びその従属請求項のいずれか（必須ではないが好ましい）に記載されている電動スピンドルが提供される。
【００１７】
ここで、本発明を、限定的でない例を示す添付図面を参照しつつ説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の教示による、数値制御マシンの電動スピンドルの、一部が断面図であり、一部が明瞭化のために省かれた、部分分解側面図である。
【図２】図１に示した電動スピンドルの前方部分の、第１の作業構成における断面図である。
【図３】図１に示した電動スピンドルの前方部分の、第２の作業構成における断面図である。
【図４】図１に示した電動スピンドルの前方部分の、任意選択の第３の作業構成における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１、図２及び図３を参照すると、参照番号１が、数値制御マシン（工作機械）の電動スピンドルの全体を示す。この電動スピンドルは、長手方向の基準軸Ａを有し、且つ、一般的ツール１００を、ツールが電動スピンドルの軸Ａと局所的に同軸の状態を維持しつつ選択的にロック及び回転駆動させるように構成されている。また、電動スピンドル１は、数値制御ミリングマシン（フライス盤）での使用において特に有利であることが分かっている。
【００２０】
電動スピンドル１は、基本的に、
任意の数値制御ミリングマシン又はその類似物のスピンドルホルダキャリッジ又はスライド（図示せず）に堅固に取り付け可能であるように構成された外側の構造ケーシング２と；
構造ケーシング２内に安定的に収容され且つ駆動シャフト４が設けられた電動モータ３であって、駆動シャフト４の前端４ａが構造ケーシング２の外側に、電動スピンドルの軸Ａと局所的に同軸の状態を維持しつつ突出／露出している電動モータ３と；
駆動シャフト４の前端４ａに、堅固で安定的であるが容易に解除可能であるように取り付けられ得るように構成された少なくとも１つのツールホルダヘッド５と
から構成されている。
また、ツールホルダヘッド５は、ミリングカッタ１００、又は、数値制御ミリングマシンのその他のツールを、上記のツール１００が電動スピンドルの軸Ａと局所的に同軸の状態を維持しつつ、堅固で安定的であるが容易に解除可能であるように収容及び保持することができる。
【００２１】
より詳細には、図２及び図３を参照すると、電動モータ３の駆動シャフト４は、その前端４ａ（構造ケーシング２の外側に直接面している）に、シャンクホルダ座部６（必須ではないが好ましくは、ほぼ円錐台状）を有する。シャンクホルダ座部６は、駆動シャフト４内に、電動スピンドル軸Ａと局所的に同軸の状態を維持しつつ延在している。また、取り外し可能なツールホルダヘッド５の後部に、ロッキングシャンク７（必須ではないが好ましくは、ほぼ円錐台状）が設けられている。ロッキングシャンク７は、駆動シャフト４のシャンクホルダ座部６に係合され、且つ、安定的に係合／ロックされるように特に構成され／寸法決めされている。
【００２２】
一方、取り外し可能なツールホルダヘッド５の前部に、中央シャンクホルダ座部８（必須ではないが好ましくは、円錐台状）が設けられている。中央シャンクホルダ座部８は、ツールホルダヘッド５が駆動シャフト４の前端４ａに堅固に固定／ロックされたときに電動スピンドル軸Ａと完全に同軸になるように、ツールホルダヘッド５のロッキングシャンク７と局所的に同軸に配置される。また、中央シャンクホルダ座部８は、最終的に、一般的なミリングカッタ１００、又は、数値制御マシンのその他のツールの後部シャンク１０１を、堅固で安定的であるが容易に解除可能に収容し且つロックするように特に構成され／寸法決めされ、ツール１００を電動スピンドル軸Ａと同軸に維持する。
【００２３】
図１、図２、及び図３を参照すると、図示の例において、詳細には、構造ケーシング２は、好ましくは、剛性で内部が中空の長円形の本体２（必須ではないが好ましくは一体的（モノリシック）構造）から成る。構造ケーシング２には、好ましくは、ほぼ円筒状の長円形の直線状キャビティ２ａが設けられており、キャビティ２ａは電動スピンドル軸Ａと同軸に延在し、且つ、構造ケーシング２の外側に直接連通し、且つ構造ケーシング２の外側にて終端となっている。
【００２４】
そして、電動モータ３は、構造ケーシング２の内部の、長円形キャビティ２ａのほぼ底部に配置されており、駆動シャフト４が電動スピンドル軸Ａと同軸であり、且つ、駆動シャフト４の前端４ａが、長円形キャビティ２ａの入口／口（entrance／mouth）に配置されている。この状態で、取り外し可能なツールホルダヘッド５は、長円形キャビティ２ａの入口／口にて駆動シャフト４の前端４ａに堅固に固定／ロックされるのに適している。
【００２５】
一方、図１を参照すると、電動モータ３は（必須ではないが好ましい）、駆動シャフト４を電動スピンドル軸Ａを中心として、所定の範囲内で任意に調節可能／選択可能な角速度で回転駆動することができるように構成されている。この範囲は、高駆動トルク及び低回転速度で動作するように特に構成された数値制御マシンの粗ミリングカッタ（フライス）又はその他のツールの典型的な回転速度（粗切削ツールの回転速度は典型的に０ｒｐｍ〜２０，０００ｒｐｍ）と、低駆動トルク及び高回転速度で動作するように特に構成された数値制御マシンの仕上げミリングカッタ（フライス）又はその他のツールの典型的な回転速度（仕上げ切削ツールの回転速度は典型的に２０，０００ｒｐｍ〜５０，０００ｒｐｍ）とを含む。
【００２６】
図示の例において、具体的には、電動モータ３は、好ましくは駆動シャフト４を、電動スピンドル軸Ａを中心として、０ｒｐｍ〜５０，０００ｒｐｍの範囲内（必須ではないが好ましくは）で任意に調節可能／選択可能な角速度で回転駆動させるように構成されている。
【００２７】
すなわち、電動モータ３は、その最大回転速度が、数値制御ミリングマシン又はその類似物により用いられることができる全てのツール１００の定格回転数の最大値に一致するように（例えば、５０，０００ｒｐｍ）、及びその最大到達可能トルクが数値制御ミリングマシン又はその類似物により用いられることができる全てのツール１００によって支持されるすべての最大トルクの最大値に一致するように最初から寸法決めされることができる。
【００２８】
より詳細には、図示の例において、電動モータ３は、好ましくは、永久磁石ロータ、三相電動モータ又はその類似物から成り、電動モータ３は、ほぼ円筒状の管状ステータアセンブリ９と、ほぼ円筒状の管状ロータアセンブリ１０とを備えている。管状ステータアセンブリ９は、ケーシング２のキャビティ２ａ内部に、電動スピンドル軸Ａと同軸で、且つ、駆動シャフト４のセクション／セグメントを完全に取り囲むようにロックされている。管状ロータアセンブリ１０は、ステータアセンブリ９の中央キャビティ内部で駆動シャフト４に、ステータアセンブリ８と完全に同軸で、且つ、ステータアセンブリ８により完全に取り囲まれるように堅固に取り付けられている。
【００２９】
図１、図２、及び図３を参照すると、電動スピンドル１は、外側の回転スラストベアリングブッシュ又はスリーブ１１も含む。スリーブ１１は、駆動シャフト４の前端４ａに、すなわち、長円形キャビティ２ａの入口／口に、環状の回転ベアリングの第１の組１２を介在させて、軸方向に回転可能に取り付けられており、これにより、電動スピンドル軸Ａと同軸であり、且つ、電動スピンドル軸Ａを中心として駆動シャフト４とは独立に回転できる。さらに、回転ブッシュ又はスリーブ１１は、環状の回転ベアリングの第２の組１３により電動スピンドル軸Ａと同軸に維持されている。回転ベアリング１３は、回転ブッシュ又はスリーブ１１と構造ケーシング２との間に介在しており、従って、回転ブッシュ又はスリーブ１１と駆動シャフト４との間に介在する環状回転ベアリング１２の公称直径よりも大きい公称直径を有する。
【００３０】
回転ブッシュ又はスリーブ１１の内側に配置された環状回転ベアリング１２は、好ましくは、駆動シャフト４の最高回転速度よりも高い動作限界速度を有するように構成され／寸法決めされる。詳細には、図示の例における内側環状回転ベアリング１２は、好ましくは、５０，０００ｒｐｍよりも高い動作限界速度を有するように構成され／寸法決めされる。
【００３１】
回転ブッシュ又はスリーブ１１の外側に配置された環状回転ベアリング１３は、好ましくは、内側環状回転ベアリング１２の動作限界速度よりも低い（必要であれば、また駆動シャフト４の最高回転速度よりも低い）動作限界速度を有するように構成され／寸法決めされる。具体的には、図示の例における外側環状回転ベアリング１３は、好ましくは、駆動シャフト４の最高回転速度の半分よりも低い動作限界速度、すなわち、好ましくは、２０，０００ｒｐｍ〜２５，０００ｒｐｍよりも低い動作限界速度を有するように構成され／寸法決めされる。
【００３２】
この結果、内側環状回転ベアリング１２は、８０ミリメートルよりも小さい公称直径を有する。一方、外側環状回転ベアリング１３は、好ましくは８０ミリメートルよりも大きい公称直径を有する。
【００３３】
図示の例において、具体的には、内側環状回転ベアリング１２の公称直径は、好ましくは５０ミリメートルに等しく、いずれの場合においても、必須ではないが好ましくは、６０ミリメートルよりも小さい。一方、外側環状回転ベアリング１３の公称直径は、好ましくは１００ミリメートルに等しく、いずれの場合においても、必須ではないが好ましくは、９０ミリメートルよりも大きい。
【００３４】
環状回転ベアリング１２は、比較的小さい直径を有することにより、低レベルの半径方向機械的応力と、特に高い回転速度（駆動シャフト４の最高回転速度よりも明確に高い）とを支持するように寸法決めされることができる。
【００３５】
一方、環状回転ベアリング１３は、比較的大きい直径を有するため、特に高い半径方向機械的応力（いずれの場合においても、ツールホルダヘッド５により許容され／伝達される半径方向機械的応力の最大値よりも高い）と、低い回転速度（必須ではないが好ましくは、駆動シャフト４の最高回転速度よりも低い）とを支持するように寸法決めされることができる。
【００３６】
特に図２及び図３を参照すると、取り外し可能なツールホルダヘッド５に、周囲円形のクラウン１４も設けられている。クラウン１４は、ツールホルダヘッド５のロッキングシャンク７と同軸に配置され、従って、ツールホルダヘッド５が駆動シャフト４の前端４ａに堅固に固定され／ロックされたときに電動スピンドル軸Ａと同軸に配置される。また、クラウン１４は、駆動シャフト４の前端４ａの円形リムに、又は、構造ケーシング２の外側に突出し／面している回転ブッシュ又はスリーブ１１の軸方向端部の円形リムに係合するように、或いは、いずれの場合にも選択的及び択一的に安定的に当接及びロックするように、寸法決めされ／構成されている。
【００３７】
より詳細には、図２を参照すると、ツールホルダヘッド５の前部に存在するシャンクホルダ座部８が、高駆動トルク及び低回転速度（例えば、必須ではないが好ましくは、２０，０００ｒｐｍよりも小さい回転速度）で動作するように特に構成された数値制御マシンの粗ミリングカッタ１００又はその他のツールの後部シャンクを収容するように構成され／寸法決めされている場合、ツールホルダヘッド５の円形クラウン１４は、回転ブッシュ又はスリーブ１１の円形リムに係合するように、又は、いずれの場合においても、安定的に当接し／支持されるように寸法決めされる。このようにして、ツールホルダヘッド５は、ワークピースの粗削り中にツールホルダヘッド５に放出された高強度の半径方向応力を、回転ブッシュ又はスリーブ１１に直接に（従って、環状回転ベアリング１３を介して構造ケーシング２に直接に）伝達し／放出することができる。
【００３８】
一方、図３を参照すると、ツールホルダヘッド５の前部に存在するシャンクホルダ座部８が、低駆動トルク及び高回転速度（例えば、必須ではないが好ましくは、２０，０００ｒｐｍよりも高い回転速度）で動作するように特に構成された数値制御マシンの仕上げミリングカッタ１００又はその他のツールの後部シャンク１０１を収容するように構成／寸法決めされている場合、ツールホルダヘッド５の円形クラウン１４は、駆動シャフト４の前端４ａの円形リムに係合するように、又は、いずれの場合においても安定的に当接し／支持されるように寸法決めされる。このようにして、ツールホルダヘッド５は、ワークピースの仕上げ削り中に発生した低強度の半径方向応力を駆動シャフト４に伝達し／放出することができる。
【００３９】
すなわち、図１、図２、及び図３を参照すると、電動スピンドル１には、好ましくは、２つの異なる取り外し可能なツールホルダヘッド５及び５’が設けられ、これらの各々の後部にロッキングシャンク７が設けられている。ロッキングシャンク７は、駆動シャフト４の前端４ａのシャンクホルダ座部６の内部に堅固に係合／ロックされるために構成されている。
【００４０】
第１の取り外し可能なツールホルダヘッド５（図２を参照）は、前部シャンクホルダ座部８（高駆動トルク及び低回転速度で動作するように特に構成された数値制御マシンの粗ミリングカッタ１００又はその他のツールの後部シャンク１０１を収容するように構成／寸法決めされている）と、円形クラウン１４（回転ブッシュ又はスリーブ１１の円形リムに係合するように、又は、いずれの場合においても安定的に当接／支持されるように寸法決めされている）とを有する。
【００４１】
一方、第２の取り外し可能なツールホルダヘッド５’（図３を参照）は、前部シャンクホルダ座部８（低駆動トルク及び高回転速度で動作するように特に構成された数値制御マシンの仕上げミリングカッタ１００又はその他のツールの後部シャンク１０１を収容するように構成され／寸法決めされている）を有し、そして、ツールホルダヘッド５の円形クラウン１４は、駆動シャフト４の前端４ａの円形リムに係合するように、又は、いずれの場合においても安定的に当接し／支持されるように寸法決めされている。
【００４２】
図示の例において、詳細には、ツールホルダヘッド５及び５’の両方が、必須ではないが好ましくは、ほぼオギバル(屈曲：ogival)形状のハブ１５（好ましくは一体的構造）により形成されている。ハブ１５は、後部の尾部７を有し、尾部７は、駆動シャフト４のシャンクホルダ座部６内に係合する特定の寸法のシャンクを形成する形状である。また、ハブ１５の前部にはシャンクホルダ座部８が設けられており、シャンクホルダ座部８は、ツール１００の後部シャンク１０１を収容するように特に構成され／寸法決めされている。
【００４３】
オギバル形状のハブ１５には、その後部に、周囲円形クラウン又はショルダ１４も設けられている。クラウン１４は、後部のシャンク形状の尾部７と局所的に同軸の状態を維持しつつ突出している。また、クラウン１４は、駆動シャフト４の前端４ａの円形リムに（若しくは、ケーシング２の外側に突出し／面している回転ブッシュ又はスリーブ１１の軸方向端部の円形リムに）係合するように、又は、いずれの場合にも選択的及び択一的に安定的に当接するように寸法決めされている。
【００４４】
後部のシャンク形状の尾部７と、周囲円形ショルダ１４と、シャンクホルダ座部８とは、ハブ１５の対称軸Ｌに沿って明確に位置合わせされており、これにより、ハブ１５が駆動シャフト４にロックされたときに完全に電動スピンドル軸Ａと同軸に配置される。
【００４５】
最後に、オギバル形状のハブ１５には、好ましくは、シャンクホルダ座部８の底部を後部のシャンク形状の尾部７の軸方向端部に接続できる中央通し穴１５ａが設けられている。通し穴１５ａは、ハブ１５の対称軸Ｌと同軸に延在し、これにより、ハブ１５が駆動シャフト４にロックされたときに完全に電動スピンドル軸Ａと同軸に配置される。
【００４６】
最後に、図１を参照すると、電動スピンドル１に、ヘッドをロック及びロック解除するアセンブリ１６と、ツールをロック及びロック解除するアセンブリ１７とが設けられている。これらのアセンブリの両方が、必須ではないが好ましくは、油圧又は空気圧により動作される。
【００４７】
ヘッドをロック及びロック解除するアセンブリ１６は、ツールホルダヘッド５のロッキングシャンク７を、駆動シャフト４の前端４ａのシャンクホルダ座部６内部に、堅固で且つ安定的に、しかし容易に解除可能に選択的に連結及びロック／保持するように構成されており、これにより、駆動シャフト４がツールホルダヘッド５を、電動スピンドル軸Ａを中心として回転駆動させることを可能にしている。
【００４８】
一方、ツールをロック及びロック解除するアセンブリ１７は、数値制御マシンのミリングカッタ１００又はその他のツールの後部シャンク１０１を、ツールホルダヘッド５に存在するシャンクホルダ座部６に、堅固で且つ安定的に、しかし容易に解除可能に選択的に連結及びロック／保持するように構成されており、これにより、ツールホルダヘッド５がツール１００を、電動スピンドル軸Ａを中心として回転駆動させることを可能にしている。
【００４９】
図１、図２、及び図３を参照すると、図示の例において、詳細には、ヘッドをロック及びロック解除するアセンブリ１６は、好ましくはコマンドロッド１８を含む。コマンドロッド１８は、電動スピンドル軸Ａと同軸を維持した状態で、駆動シャフト４全体を貫通し且つ軸方向にスライドするように延在し、これにより、駆動シャフト４の前端４ａに存在するシャンクホルダ座部６内に突出している。ヘッドをロック及びロック解除するアセンブリ１６は、また、拡張カップリングヘッド１９を含む。拡張カップリングヘッド１９は、駆動シャフト４のシャンクホルダ座部６内に突出しているコマンドロッド１８の端部にスライド可能に取り付けられている。そして、拡張カップリングヘッド１９は、コマンドロッド１８のスラスト下で、ツールホルダヘッド５，５’の後部ロッキングシャンク７の中央にあるキャビティ内部で傘状に開くことができるように構成されている。
【００５０】
より詳細には、コマンドロッド１８は、駆動シャフト４内部を軸方向に、引き込み位置(retracted position)と引き出し位置(extracted position)との間を移動可能である。引き込み位置においては、コマンドロッド１８がカップリングヘッド１９をシャンクホルダ座部６の底部に引き寄せ、そして同時に、カップリングヘッド１９を傘状に開かせる。引き出し位置においては、コマンドロッド１８がカップリングヘッド１９をシャンクホルダ座部６の底部から遠ざかるように移動させて、カップリングヘッド１９が傘状に閉じることを可能にする。
【００５１】
最後に、ヘッドをロック及びロック解除するアセンブリ１６は、コマンドロッド１８と構造ケーシング２との間に介在する弾性部材２０を含む。弾性部材２０は、コマンドロッド１８を引き込み位置に連続的に維持しようとする軸方向スラストをコマンドロッド１８に加えるように構成されている。また、アセンブリ１６は、押し部材２１を含む。押し部材２１は、動作されたときに、コマンドロッド１８を引き込み位置から引き出し位置に押して弾性部材２０の弾性力を克服でき、これにより、カップリングヘッド１９をシャンクホルダ座部６の底部から遠ざけるように移動させ、同時に、カップリングヘッド１９が傘状に閉じることを可能にして、ツールホルダヘッド５の、駆動シャフト４の前端４ａに現在ロックされているロッキングシャンク７を自由にすることができる。
【００５２】
図示の例において、詳細には、弾性部材２０は、好ましくは、皿バネ２０の束又はその類似物から構成されており、コマンドロッド１８に取り付けられ、又は駆動シャフト４に直接取り付けられ、且つコマンドロッド１８と構造ケーシング２との間に介在し、それにより、コマンドロッド１８を引き込み位置に連続的に維持しようとする軸方向スラストをコマンドロッド１８に加える。一方、押し部材２１は、好ましくは、単動又は複動式の油圧又は空気圧ピストン２１から成り、ピストン２１は、ケーシング２内に、駆動シャフト４の前端４ａとは明確に反対の側で、電動モータ３の駆動シャフト４と位置合わせして収容され、且つ、コマンドロッド１８に、コマンドロッド１８が駆動シャフト４内で軸方向に移動できるように機械的に連結されている。
【００５３】
図１、図２、及び図３を参照すると、図示の例において、ヘッドをロック及びロック解除するアセンブリ１６と同様に、ツールをロック及びロック解除するアセンブリ１７も、好ましくは、コマンドロッド２２を含む。コマンドロッド２２は、電動スピンドル軸Ａと同軸を維持した状態で、コマンドロッド１８全体を貫通し且つ軸方向にスライドするように延在し、これにより、駆動シャフト４の前端４ａのシャンクホルダ座部６から突出して、駆動シャフト４の前端４ａに現在ロックされているツールホルダヘッド５，５’に、貫通及び軸方向スライドするように係合し、最終的に、ツールホルダヘッド５，５’の前部に存在するシャンクホルダ座部８内部に突出している。ツールをロック及びロック解除するアセンブリ１７は、また、拡張カップリングヘッド２３を含み、拡張カップリングヘッド２３は、ツールホルダヘッド５，５’のシャンクホルダ座部内に突出しているコマンドロッド２２の端部にスライド可能に取り付けられている。そして、拡張カップリングヘッド２３は、コマンドロッド２２のスラスト下で、ツール１００のシャンク１０１の中央に特につくられたキャビティ内部で傘状に開くことができるように構成されている。
【００５４】
こうして、この場合においても、コマンドロッド２２は、コマンドロッド１８内部を軸方向に、引き込み位置と引き出し位置との間を移動可能である。引き込み位置においては、ロッド２２がカップリングヘッド２３をシャンクホルダ座部６の底部に引き寄せ、そして同時に、カップリングヘッド２３を傘状に開かせる。引き出し位置においては、コマンドロッド２２がカップリングヘッド２３をシャンクホルダ座部８の底部から遠ざかるように移動させて、カップリングヘッド２３が傘状に閉じることを可能にする。
【００５５】
最後に、ツールをロック及びロック解除するアセンブリ１７は、コマンドロッド２２と構造ケーシング２との間に介在する弾性部材（図示せず）を含む。この弾性部材は、コマンドロッド２２を引き込み位置に連続的に維持しようとする軸方向スラストをロッド２２に加えるように構成されている。また、アセンブリ１７は、押し部材２４を含む。押し部材２４は、動作されたときに、コマンドロッド２２を引き込み位置から引き出し位置に押して、関連する弾性部材の弾性力を克服でき、これにより、カップリングヘッド２３をシャンクホルダ座部８の底部から遠ざかるように移動させ、同時に、カップリングヘッド２３が傘状に閉じることを可能にして、駆動シャフト４と一体的なツールホルダヘッド５，５’に現在ロックされているツール１００のシャンク１０１を自由にする。
【００５６】
図示の例において、詳細には、ツールをロック及びロック解除するアセンブリ１７の弾性部材（図示せず）は、好ましくは、皿バネ（図示せず）の束又はその類似物から成り、コマンドロッド２２に取り付けられ、又はコマンドロッド１８に直接取り付けられ、且つ、コマンドロッド２２と構造ケーシング２との間に介在し、それにより、コマンドロッド２２を引き込み位置に連続的に維持しようとする軸方向スラストをコマンドロッド２２に加える。一方、押し部材２４は、好ましくは、単動又は複動式の油圧又は空気圧ピストン２４から成り、ピストン２４は、ケーシング２内に、駆動シャフト４の前端４ａと明確に反対の端部にて、電動モータ３の駆動シャフト４と位置合わせして収容され、且つ、コマンドロッド２２に、コマンドロッド２２がコマンドロッド１８内部で軸方向に移動できるように、そして、コマンドロッド１８が駆動シャフト４内にスライド可能に挿入されるように機械的に連結されている。
【００５７】
最後に、図４を参照すると、電動スピンドル１は、第３の取り外し可能なツールホルダヘッド５”も任意選択的に備えることができる。ツールホルダヘッド５”に、後部ロッキングシャンク７が設けられており、ロッキングシャンク７は、駆動シャフト４のシャンクホルダ座部６内に安定的に係合及びロックされるように特に構成され／寸法決めされている。また、ツールホルダヘッド５”には周囲円形クラウン１４も設けられており、クラウン１４は、構造ケーシング２の円形リム（長円形キャビティ２ａの入口／口を画成している）に係合するように、又は、いずれの場合においても安定的に当接し／支持されるように特に寸法決めされており、これにより、ツールホルダヘッド５”を構造ケーシング２に直接、堅固にロックし、すなわち、ツールホルダヘッド５”の、電動スピンドル軸Ａを中心としたどのような回転も防止する。
【００５８】
電動スピンドル１の動作は上述の説明から容易に推測可能であり、さらなる説明は必要でない。
【００５９】
電動スピンドル１の特定の構造から得られる利点は、顕著で且つ非常に多い。
【００６０】
低速ツール用の構成から高速ツール用の構成への移行に要求されるのは、取り外し可能なツールホルダヘッド５，５’，５”の簡単な置き換えのみである。ツールホルダヘッド５，５’，５”又はオジバル形状のハブ１５の操作は非常に簡単で且つ迅速であり、重量及び全体の寸法が、取り外し可能なタイプの通常のツールホルダスピンドルの重量及び寸法よりもかなり低減されている。
【００６１】
実際、電動モータ３、回転ブッシュ又はスリーブ１１、ヘッドをロック及びロック解除するアセンブリ１６、及び、ツールをロック及びロック解除するアセンブリ１７は、構造ケーシング２（数値制御ミリングマシン又はその類似物のスピンドルホルダスライド又はキャリッジにより固定され且つ支持されている）に常に取り付けられたままである。
【００６２】
また、取り外し可能なツールホルダヘッド５，５’，５”の構造は非常に単純であり、安価に製造でき、これが、ツールホルダヘッドの全ての利点を伴う。
【００６３】
さらに、電動スピンドル１の特定の構造は、電動モータ３として、０ｒｐｍ〜５０，０００ｒｐｍの範囲で自在に可変の角速度を有する最新の電子制御式電動「トルク」モータを用いることを可能にしている。
【００６４】
最後ではあるが重要なことに、電動スピンドル１は、また、既に市販されている数値制御マシンに取り付けることに適している。実際、電動モータのケーシング２を従来の電動スピンドルのケーシングの形態に従うようにすることで十分である。
【００６５】
最後に、上記の電動スピンドル１に変更及び修正を、本発明の範囲から逸脱せずに加えることができることが明らかである。
【００６６】
例えば、異なる実施形態において、ヘッドをロック及びロック解除するアセンブリ１６の弾性部材２０、及び／又は、ツールをロック及びロック解除するアセンブリ１７の弾性部材を、皿バネの束により形成する代わりに、ガスばね、弾性材料からつくられたスリーブ、又はその他のタイプの弾性デバイスにより形成することが可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１  電動スピンドル
２  構造ケーシング
２ａ  長円形キャビティ
３  電動モータ
４  駆動シャフト
４ａ  駆動シャフト前端
５  取り外し可能なツールホルダヘッド
６  シャンクホルダ座部
７  ロッキングシャンク
８  シャンクホルダ座部
９  ステータアセンブリ
１０  ロータアセンブリ
１１  回転ブッシュ又はスリーブ
１２  環状の回転ベアリングの第１の組
１３  環状の回転ベアリングの第２の組
１４  周囲クラウン
１５  ハブ
１５ａ  通し穴
１６  ヘッドをロック及びロック解除するアセンブリ
１７  ツールをロック及びロック解除するアセンブリ
１８  第１のコマンドロッド
１９  第１の拡張カップリングヘッド
２０  弾性部材
２２  第２のコマンドロッド
２３  第２の拡張カップリングヘッド
２４  押し部材
１００  ツール
１０１  ツールの後部シャンク
Ａ  電動スピンドルの基準軸
Ｌ  ハブの対称軸
【図１】
2015514595.tif 000003
【図２】
2015514595.tif 000004
【図３】
2015514595.tif 000005
【図４】
2015514595.tif 000006
【国際調査報告】
2015514595.tif 000007
2015514595.tif 000008