(57)【要約】例えば歯部等の溝形プロファイルを有する工作物を微細加工するための工作機械用のスピンドルユニットであって、回転可能に取り付けられるスピンドルシャフト（２）を有する。このスピンドルシャフトは、軸方向（ＡＲ）において順に、工具（４）又は加工される工作物を装着するための取り付け部分（Ａ）、第１の支持部分（Ｂ）、力伝達部分（Ｃ）、及び、第２の支持部分（Ｄ）に細分される。駆動ユニット（５）が、前記力伝達部分（Ｃ）への力伝達によって、前記スピンドルシャフト（２）を駆動する。第１及び第２の軸受位置（１３、１４）が、前記スピンドルシャフト（２）を前記第１の支持部分（Ｂ）において支えるように形成され、第３の軸受位置（１５）が、前記スピンドルシャフト（２）を前記第２の支持部分（Ｄ）に取り付けるのに役立つ。前記第１及び前記第２の軸受位置（１３、１４）はそれぞれ、１又はそれより多い静圧軸受を有し、径方向及び軸方向の力を受け入れるように形成される。前記第３の軸受位置（１５）は、１又はそれより多い静圧軸受及び／又は動圧軸受を有し、かつ、径方向の力を受け入れるように形成される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に歯等の溝形プロファイルを有する工作物を微細加工するための工作機械用のスピンドルユニットであって、
回転軸（ＲＡ）の周りに回転可能に取り付けられ、かつ、この回転軸（ＲＡ）を用いて軸方向（ＡＲ）と径方向（ＲＲ）を画定するスピンドルシャフト（２）であって、前記軸方向（ＡＲ）において順に、工具（４）又は加工される工作物を装着するための取り付け部分（Ａ）、第１の支持部分（Ｂ）、力伝達部分（Ｃ）、及び、第２の支持部分（Ｄ）に分割されるスピンドルシャフト（２）と、
前記力伝達部分（Ｃ）への力伝達により、前記スピンドルシャフト（２）を前記回転軸（ＲＡ）の周りに回転運動させるための駆動ユニット（５）と、
前記スピンドルシャフト（２）を前記第１の支持部分（Ｂ）において支持するための、第１の軸受位置（１３）及び第２の軸受位置（１４）と、
前記スピンドルシャフト（２）を前記第２の支持部分（Ｄ）において支持するための第３の軸受位置（１５）と、を有するスピンドルユニットにおいて、
前記第１及び前記第２の軸受位置（１３、１４）はそれぞれ、１又はそれより多い静圧軸受を有し、それぞれ、径方向及び軸方向の力の両方を吸収するために形成され、前記第３の軸受位置（１５）は、１又はそれより多い静圧軸受及び／又は動圧軸受を有し、かつ、径方向の力を吸収するために形成されることを特徴とするスピンドルユニット。
【請求項２】
前記第１及び／又は前記第２の軸受位置（１３、１４）は円錐状に形成される、請求項１に記載のスピンドルユニット。
【請求項３】
前記第１及び前記第２の軸受位置（１３、１４）はともに円錐状に形成され、これら２つの軸受位置（１３、１４）によって形成される円錐は、前記回転軸（ＲＡ）に関して、互いに反対方向に整列される、請求項２に記載のスピンドルユニット。
【請求項４】
前記第１及び／又は前記第２の軸受位置（１３、１４）によって形成される前記円錐は、前記回転軸（ＲＡ）に対して、１０°から６０°の範囲の開口角度（α）を有する、請求項２又は３に記載のスピンドルユニット。
【請求項５】
前記第３の軸受位置（１５）は、軸方向の力を吸収するためにさらに形成される、請求項１〜４のいずれかに記載のスピンドルユニット。
【請求項６】
前記第１の軸受位置（１３）は１又はそれより多い第１の軸受ポケット（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）を有し、前記第２の軸受位置（１４）は１又はそれより多い第２の軸受ポケット（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ）を有し、前記第１の軸受ポケット（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）内で支配的な圧力条件を制御するために役立つ、少なくとも１つの第１の圧力制御装置（１６）が設けられ、前記第２の軸受ポケット（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ）内で支配的な圧力条件を制御するために役立ち、かつ、前記第１の圧力制御装置（１６）に関して別個に形成される少なくとも１つの第２の圧力制御装置（１７）がさらに設けられる、請求項１〜５のいずれかに記載のスピンドルユニット。
【請求項７】
複数の第１の軸受ポケット（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）及び複数の第２の軸受ポケット（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ）、並びに、複数の第１の圧力制御装置（１６）及び複数の第２の圧力制御装置（１７）が存在し、前記第１の軸受ポケット（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）の各々が、それぞれ、前記第１の圧力制御装置（１６）の１つに関連しており、前記第２の軸受ポケット（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ）の各々が、それぞれ、前記第２の圧力制御装置（１７）の１つに関連している、請求項６に記載のスピンドルユニット。
【請求項８】
前記第３の軸受位置（１５）は、１又はそれより多い第３の軸受ポケット（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ）を備える静圧軸受を有し、前記第３の軸受ポケット（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ）内で支配的な圧力条件を制御するために役立ち、かつ、前記第１の圧力制御装置及び前記第２の圧力制御装置（１６、１７）に関して別個に形成される、少なくとも１つの第３の圧力制御装置（１８）が設けられる、請求項６又は７に記載のスピンドルユニット。
【請求項９】
複数の第３の軸受ポケットと、複数の第３の圧力制御装置（１８）とが存在し、前記第３の軸受ポケット（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ）の各々が、それぞれ、前記第３の圧力制御装置（１８）の１つに関連している、請求項８に記載のスピンドルユニット。
【請求項１０】
前記第１の圧力制御装置、前記第２の圧力制御装置、及び、好ましくはさらに前記第３の圧力制御装置（１６、１７、１８）は、それぞれ、特にそれぞれ機械的及び／又は油圧要素だけを有する漸進的流量レギュレータ（Ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖ−Ｍｅｎｇｅｎ−Ｒｅｇｌｅｒ）として形成される、請求項６〜９のいずれかに記載のスピンドルユニット。
【請求項１１】
前記第１の圧力制御装置、前記第２の圧力制御装置、及び、好ましくはさらに前記第３の圧力制御装置（１６、１７、１８）は、それぞれ、コンパクトな構造を有し、例えば、キャピラリー及び／又はスロットル及び／又はリストリクターを用いて、及び／又は、電子制御によって、対応する圧力制御が行われる、請求項６〜１０のいずれかに記載のスピンドルユニット。
【請求項１２】
前記第１の圧力制御装置（１６）は、それぞれ、前記軸方向（ＡＲ）に関し前記第１の軸受位置（１３）と実質的に同じ高さに配置され、前記第２の圧力制御装置（１７）は、それぞれ、前記軸方向（ＡＲ）に関し前記第２の軸受位置（１４）と実質的に同じ高さに配置され、かつ、好ましくは、前記第３の圧力制御装置（１８）は、それぞれ、前記軸方向（ＡＲ）に関し前記第３の軸受位置（１５）と実質的に同じ高さに配置される、請求項６〜１０のいずれかに記載のスピンドルユニット。
【請求項１３】
前記スピンドルシャフト（２）の前記取り付け部分（Ａ）に、工具（４）又は加工される工作物を装着するための取り付け装置（３）が装着され、前記第１の圧力制御装置（１６）は前記軸方向（ＡＲ）に沿って前記取り付け装置（３）の領域に、好ましくは前記径方向（ＲＲ）において前記取り付け装置（３）の内側に配置される、請求項６〜１２のいずれかに記載のスピンドルユニット。
【請求項１４】
前記第１、前記第２、及び、好ましくはさらに前記第３の軸受位置（１３、１４、１５）の潤滑及び冷却のために、及び、特に前記駆動ユニット（５）の冷却のためにも役立つ、１又はそれより多い流体回路が設けられる、請求項１〜１３のいずれかに記載のスピンドルユニット。
【請求項１５】
前記スピンドルシャフト（２）の回転数を検出するための少なくとも１つの角度測定器（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ）をさらに有し、これは、有利には、前記取り付け部分（Ａ）又は前記第１の支持部分（Ｂ）又は前記第２の支持部分（Ｄ）に配置され、特に有利には、前記第１の支持部分（Ｂ）と前記取り付け部分（Ａ）との間の移行領域に配置される、請求項１〜１４のいずれかに記載のスピンドルユニット。
【請求項１６】
前記第１及び前記第２の軸受位置（１３、１４）の前記軸受ポケット（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ；１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ）、好ましくはさらに前記第３の軸受位置（１５）の前記軸受ポケット（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ）を、前記軸方向（ＡＲ）において外に対して密封するために、シーリング・エア配置が設けられる、請求項１〜１５のいずれかに記載のスピンドルユニット。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれかに記載のスピンドルユニットを有する工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作物を加工するために駆動ユニットを用いて回転運動させることのできる、回転可能に取り付けられたスピンドルシャフトを備える、溝形プロファイル、特に歯部等を有する工作物を微細加工するための工作機械用スピンドルユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
溝形プロファイルを有する工作物を微細加工する場合、特に、歯車を研削する場合には、常に、より精密な表面が求められる。これらの工作物の品質は、とりわけ、溝形プロファイルの表面の寸法精度、粗さ、形状精度、及びコルゲーションによって決まる。これら求められる表面品質は、例えば、フライス加工、ホーニング仕上げ、シェービング加工（Ｓｃｈａｂｅｎ）、プロファイル研削、及び創成研削（Ｗａｅｌｚｓｃｈｌｅｉｆｅｎ）用の工作機械の使用によって達成される。
【０００３】
微細加工工作機械の種類に応じて、これは少なくとも１つのスピンドルユニットを有し、回転可能に取り付けられた、工具スピンドル又は工作物スピンドルの形の少なくとも１つのスピンドルシャフトを備える。工具、とりわけプロファイル研削用砥石（Ｐｒｏｆｉｌｓｃｈｌｅｉｆｓｃｈｅｉｂｅ）及び／又はウォーム研削砥石（Ｓｃｈｌｅｉｆｓｃｈｎｅｃｋｅ）のような工具が装着される工具スピンドルは、例えば、プロファイル研削盤又は歯車研削盤で用いられる。工具スピンドルは、ツルーイング工具を取り付けるために役立つ、ツルーイングスピンドルであってもよい。工作物スピンドルには、工具ではなく、加工される工作物が取り付けられる。
【０００４】
微細加工工程では、スピンドルシャフトと、ひいてはそれに装着される工具又は工作物は、駆動ユニットによって回転させられる。溝形プロファイル、特に歯車の微細加工工程の特異性は、加工が、主に溝又は歯の側面で起こることであり、このとき、非対称の及び／又は変化する力が生じ得る。また、一般的に、これらの工作物は硬化されている。従って、高い径方向剛性に加えて、これらのスピンドルはまた、平均以上の高い軸方向剛性をも持たなければならない。
【０００５】
こうした工具機械で高い表面品質を得るためには、機械的部分の剛性や減衰特性、精度の高い駆動に加えて、スピンドルシャフトの支持が特に決定的な役割を演じる。スピンドルシャフトの極めて小さな振動も、スピンドルシャフトに装着される工具、ひいては加工される工作物の表面に伝わる。同じことが工作物スピンドルにも当てはまり、スピンドルの振動はスピンドルに装着される工作物にダイレクトに伝わり、工作物上で目に見え、測定できる。
【０００６】
工作物、特に歯車の表面品質に関する今日の極端な要求を達成するために、微細加工工作機械のスピンドルシャフトは、可能な限り最高の品質の、予圧をかけたスピンドル軸受に取り付けられる。様々な形状のスピンドル支持を有する、多数の工作機械や特に歯車研削盤が知られている。
【０００７】
例えば、特許文献１は、研削工具をその回転軸に沿って両側で支持して駆動させる解決法を開示する。
【０００８】
特許文献２に示された工具ヘッドでは、高精度で、単列の、遊びのない、予圧をかけたスピンドル軸受が用いられ、これは、より大きな軸受空間を持つ、Ｏ型に配置した軸受セットとして組み込まれている。さらに、工具を２つの側で支持するために、移動可能なカウンタ軸受が設けられ、これは、第１の軸受セットにほぼ対称に形成される。さらに、スピンドルの端部に、さらなるスピンドル軸受が配置され、これは主に、径方向及び軸方向の力を吸収することができる。特許文献３は、ホブ盤の転がり軸受（減摩軸受）を用いた同様の支持を示す。
【０００９】
特許文献４は、軸受位置を有する創成研削盤及びプロファイル研削盤のスピンドルシャフトを開示し、このスピンドルシャフトの軸受位置は、研削工具がスピンドルシャフトに装着されるとき、回転軸に沿って研削工具の穴の領域に配置される。
【００１０】
スピンドルシャフトの回転速度は、生産性、励起挙動（振動）、切削力、及びさらなるパラメータにとって重要なファクターであり、従って、より高い周速度で加工することは興味深いことでもあるが、大抵の場合スピンドル軸受がこれを許さない。他方、工具（例えば砥石）の直径、又は工作物の直径がより大きくなるように選択される場合、周速度は増加する；しかしながら、軸受への負荷も増加する。よって、より大きなスピンドル軸受を用いなければならないが、やはり許されるのはより低い回転数だけである。従って、従来の微細加工工作機械では、回転数とスピンドル軸受の負荷との間に、（利用できる空間状況に対して）避けられない最適なバランスがあることを意味する。
【００１１】
特許文献５は、フライス加工や穴あけ作業用の高速スピンドルを開示し、これは、回転軸に沿って駆動モータの両側で静圧軸受を用いて支えられ、高速領域用の特別なシール部を有する。両方の円錐状の軸受座は、温度上昇時、軸受の隙間が小さくなるように、公知のＸ型配置で実現されている。しかしながら、この配置は傾動モーメント（Ｋｉｐｐｍｏｍｅｎｔ）の吸収には不利である。この２つの軸受位置は、その間に位置する駆動ユニットにより、互いから離して配置されるため、軸受位置に熱膨張が及ぼす影響はさらに不利である。スピンドルシャフトの静圧軸受は、特許文献６でも提案されている。
【００１２】
少なくとも部分的に静圧軸受を有する、カムシャフト研削盤、汎用研削盤、及び旋盤用のさらなるスピンドルユニットが、特許文献７、特許文献８及び特許文献９に開示される。
【００１３】
特許文献１０は、さらに、静圧軸受用の特別な圧力制御装置（漸進的流量レギュレータ）を開示し、これは、機械的又は油圧部品だけを基礎としており、コンパクトな構造を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】ＤＥ  １０  ２００９  ０３９  ７５２  Ａ１
【特許文献２】ＥＰ  １  ８０３  ５１８  Ａ２
【特許文献３】ＤＥ  ２９５  ０７  ８７１  Ｕ１
【特許文献４】ＤＥ  １０  ２０１２  ０１８  ３５８  Ａ１
【特許文献５】ＥＰ  ０  ８６０  ２３２  Ｂ１
【特許文献６】ＤＥ  ３６  ４１  ６２１  Ａ１
【特許文献７】ＤＥ  １９６  ３５  ６８７  Ａ１
【特許文献８】ＥＰ  ０  ７７９  １２７  Ａ１
【特許文献９】ＤＥ  ４２  ３４  ０４９  Ａ１
【特許文献１０】ＥＰ  ０  ８４０  １９０  Ｂ１
【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、高い回転速度で稼働でき、同時に振動が最適に減衰される、特に歯等の溝形プロファイルを微細加工するための工作機械用スピンドルユニットを提供することである。このとき、該スピンドルユニットは、高い径方向剛性に加えて、できるだけ高い軸方向剛性をも持たなければならない。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この目的を達成するために、請求項１に記載のスピンドルユニットを提案する。さらに、このようなスピンドルユニットを有する工作機械を請求項１７に明記する。本発明の有利な実施形態を従属請求項に明記する。
【００１７】
従って、本発明は、特に歯等の溝形のプロファイルを有する工作物を微細加工するための工作機械用のスピンドルユニットを記載する。該スピンドルユニットは、
回転軸の周りに回転可能に取り付けられ、かつ、この回転軸を用いて軸方向及び径方向を画定するスピンドルシャフトであって、前記軸方向において順に、工具又は加工される工作物を装着するための取り付け部分、第１の支持部分、力伝達部分、及び、第２の支持部分に分割されるスピンドルシャフトと、
前記力伝達部分への力伝達により、前記スピンドルシャフトを前記回転軸の周りに回転運動させるための駆動ユニットと、
前記スピンドルシャフトを前記第１の支持部分において支持するための第１の軸受位置及び第２の軸受位置と、
前記スピンドルシャフトを前記第２の支持部分において支持するための第３の軸受位置と、を有する。
前記第１及び前記第２の軸受位置はそれぞれ、１又はそれより多い静圧軸受を有し、それぞれ、径方向及び軸方向の力の両方を吸収するために形成される。前記第３の軸受位置は、１又はそれより多い静圧軸受及び／又は動圧軸受を有し、かつ、径方向の力を吸収するために形成される。
【００１８】
前記第１及び前記第２の軸受位置がそれぞれ静圧軸受を有し、ともに、取り付け部分に隣接するか又は重なりさえする前記第１の支持部分に配置されることにより、工作機械の稼働時に発生する振動が、前記工具又は工作物の近くで減衰される。前記２つの軸受位置は、有利には、スピンドルシャフトの長手方向の延びに関して、工具又は加工される工作物にできるだけ近い、つまり、特にすぐ近傍に配置され、これにより、起こり得る振動が工具又は工作物の運動に与える影響が最小となる。第２の支持部分にあるスピンドルシャフトのさらなる径方向の支持により、この部分に生じる振動が増幅できず、これにより、研削工具又は工作物の運動を害する恐れがない。これに関しては、特に、図２及び３に示す曲がり線と、さらに以下で述べるこれら２つの図に関する実施形態を参照のこと。
【００１９】
上記プロセスに典型的な、軸方向の力と傾動モーメントが比較的大きい場合、前記第１及び第２の軸受位置の軸受の静圧形状、並びに、前記第３の軸受位置の軸受の静圧及び／又は動圧形状により、最適な減衰とともに、毎分３０００回転又はそれを超えるスピンドルシャフトの比較的高い回転速度が可能となる。有利には、前記第１及び前記第２の軸受位置は静圧軸受のみを有し、前記第３の軸受位置は静圧及び／又は動圧軸受のみを有する。従って、このスピンドルユニットにより、非常に速く極めて精確な、工作物の溝形プロファイルの微細加工が可能となる。静圧軸受は、概して、通常の運転条件では、実質的に摩耗がなく、その結果、例えば転がり軸受の場合に比べて、定期的な軸受のメンテナンスが不要である。さらに、静圧軸受は、実質的に、転がり軸受より軸受冷却が容易で効果的である。特に有利には、それらの特性は、広い回転数範囲にわたってほぼ変化せずに維持される。概して、このスピンドルユニットにおいては、当業者に公知の、静圧又は動圧の潤滑の技術的効果を、非常に効果的に用いることができる。
【００２０】
微細加工のための工作機械は、例えば、フライス盤、プロファイル研削盤、歯車研削盤、又は、歯車用のさらなる微細加工工作機械であってよい。上記スピンドルユニットは、工具スピンドル、又は工作物スピンドルであってよい。工具スピンドル（工作物、例えば歯車を加工するための）の場合、これは、ツルーイングスピンドル（工具を形直しするための）であってもよい。溝形プロファイル又は溝形プロファイルを有する加工される工作物は、例えば、歯車であってよい。工作機械は、一般的に、高速で回転する少なくとも２つのスピンドルシャフトを有し、これらはそれぞれ、固定されたハウジングに配置され、第１、第２及び第３の軸受位置によって、回転可能に取り付けられる。
【００２１】
上記回転軸は、通常、スピンドルシャフトの長手方向中心軸に対応し、軸方向に延びる。径方向、又は径方向群は、軸方向に直角に、回転軸から外側に向かって延びる。スピンドルシャフトは、一般的に、ほぼ回転対称に形成され、長手方向中心軸を対称軸とする。製造上及び組み立て上の理由により、常に可能ではないが、スピンドルシャフトは全体として一部品に形成することが有利である。
【００２２】
スピンドルシャフトを回転軸に沿って順に、取り付け部分、第１の支持部分、力伝達部分、及び第２の支持部分に分割するとは、軸方向において、取り付け部分と力伝達部分との間に第１の支持部分が配置され、第１の支持部分と第２の支持部分との間に力伝達部分が位置するということを意味する。このとき、回転軸に沿って、取り付け部分、第１の支持部分、力伝達部分、及び第２の支持部分が、有利には、互いと直接的に隣接する、つまり、追加の中間部分は存在しない。
【００２３】
第１の支持部分と、通常、工具又は加工する工作物を装着するための取り付け装置が装着される取り付け部分は、軸方向に互いに重なるように取り付けられる。その結果、第１の軸受位置は、軸方向において、取り付け部分に装着される取り付け装置の領域に配置することができ、従って、回転軸に関し、取り付け装置と同じ高さにある。第１の支持部分と力伝達部分、及び／又は、力伝達部分と第２の支持部分が互いに重なることも基本的には考えられる。しかしながら、第１の支持部分、力伝達部分、及び第２の支持部分は、それぞれ、互いに重なることなく、互いとつながることもできる。
【００２４】
一般的に、スピンドルシャフトは２つの自由端部を有し、これらは、通常、取り付け部分と第２の支持部分によって形成される。取り付け装置は、有利には、取り付け部分によって形成される自由端部に配置される。
【００２５】
スピンドルユニットは、好ましくは、ハウジングを有し、この中に、スピンドルシャフトが配置される。このハウジングは一般的には固定されており、その結果、スピンドルシャフトはハウジングに対し回転軸の周りに回転可能である。
【００２６】
上記駆動ユニットは、好ましくは、ハウジングに固定して連結されるステータユニットと、スピンドルシャフトの力伝達部分に相対回転不能に（ｄｒｅｈｆｅｓｔ）装着されるロータユニットとを有する電気モータである。
【００２７】
上記第１及び第２の軸受位置は、軸方向において、スピンドルシャフトの様々な位置に配置され、これにより、一般的に、その軸受及び特に軸受ポケットを、軸方向に互いから離間させて配置される。同じ軸受に属する軸受ポケットは、軸方向に関し、好ましくは、それぞれ、同じ位置に配置され、可能であれば、回転軸の周りに一定の間隔で分配して配置される。第１及び第２の軸受位置の軸受は、同じ径又は異なる径となるように形成できる。
【００２８】
上記取り付け装置は、フランジ、円錐状の受け入れ手段、又は任意の取り付けオプションであってよい。好ましくは、取り付け装置は、特に実質的に中空円筒状の研削工具を取り付けるのに役立つ。研削工具は、例えば、ウォーム研削砥石、又はプロファイル研削用砥石であってよい。しかしながら、取り付け装置は、また、加工される工作物又はツルーイング工具を取り付けるのにも役立つ。
【００２９】
好ましくは、第１又は第２の軸受位置、より好ましくは、第１及び第２の軸受位置の両方が、円錐状に形成される。第１及び／又は第２の軸受の円錐形状により、スピンドルシャフトの軸方向及び径方向の支持の両方を達成することができ、このとき、同じ軸受ポケットが軸方向の力も径方向の力も吸収する。あるいは、第１及び／又は第２の軸受位置はまた、それぞれ、少なくとも１つの平面の軸方向軸受及び／又は少なくとも１つの円筒の径方向軸受を有することができ、これらはともに、軸方向の力も径方向の力も吸収する。
【００３０】
第１及び第２の軸受位置の両方を円錐状に形成する場合、これら２つの軸受位置によって形成される円錐は、有利には、回転軸に関して互いに反対方向に整列される。従って、非常に有利には、傾動モーメントも軸方向の力も、回転軸方向において及びこれの逆方向において吸収され得る。第１及び第２の軸受の円錐は、有利には、それぞれ、互いに向かって先細る。それぞれ互いに向かって先細る円錐を有するこの種の軸受配置は、当業者には、いわゆるＯ型配置として知られている。第１及び第２の軸受のＸ型配置も基本的には考えられるであろう。しかしながら、Ｏ型配置は、その傾斜剛性（Ｋｉｐｐｓｔｅｉｆｉｇｋｅｉｔ）がより大きいことにより有利である。
【００３１】
第１及び／又は第２の軸受位置によって形成される円錐は、好ましくは、回転軸に対し、１０°から６０°の範囲の開口角度を有する。このような開口角度の場合、径方向及び軸方向の力を、研削工具又は工作物の望まない振動を最小化できるように、最適に吸収できることが示されている。
【００３２】
第３の軸受位置の静圧及び／又は動圧軸受は、特に、径方向軸受であってよい。しかしながら、第３の軸受位置の軸受は、また、軸方向と径方向の両方において作用する力成分を吸収するのに役立つ。この場合、第３の軸受位置は、特に、有利には、スピンドルシャフトに軸方向に作用する引張力を吸収できる、円錐状に形成された軸受を有することができる。径方向軸受の代わりに、又は、径方向軸受に加えて、第３の軸受位置は軸方向軸受を有することができ、これは特に静圧軸受であってよい。従って、第３の軸受位置は、また、軸方向軸受、又は軸方向径方向軸受であってよい。第２の支持部分において、軸方向に作用する力成分も、第３の軸受位置によって吸収されるので、このシステムは、さらに、減衰及び／又は補強できる。
【００３３】
一般に、第１の軸受位置は、１又はそれより多い第１の軸受ポケットを有し、第２の軸受位置は、１又はそれより多い第２の軸受ポケットを有する。好ましくは、第１の軸受ポケット内で支配的な圧力条件を制御するために、少なくとも１つの第１の圧力制御装置が設けられ、さらに、少なくとも１つの第２の圧力制御装置が設けられ、これは、第２の軸受ポケット内で支配的な圧力条件を制御するのに役立つ。第２の圧力制御装置は、この場合、有利には、第１の圧力制御装置に関して別個に形成され、これは、対応する軸受ポケット内で支配的な圧力条件を、互いに独立して制御できることを意味する。２つの軸受に対しそれぞれ、互いに別個に形成される圧力制御装置が設けられることによって、これらを、全体として、より簡単でより場所をとらない方法で収容することができる。さらに、軸受圧力を、互いに独立して設定することができるが、この際、運転負荷がない軸受システムにおける力平衡を保持しなければならない。
【００３４】
第１及び第２の圧力制御装置は、有利には、それぞれ、第１の支持部分の領域に配置され、第３の圧力制御装置がある場合には、第３の圧力制御装置は、第２の支持部分の領域に配置される。特に有利には、第１の圧力制御装置、第２の圧力制御装置、及び好ましくはさらに第３の圧力制御装置が、それぞれ、軸方向に関し、それぞれ、第１、第２及び第３の軸受位置と実質的に同じ高さに配置される。この場合、第１、第２及び第３の圧力制御装置は、それぞれ、特に、１又はそれより多い固定されたスリーブに収容されることができ、これらは、特にスピンドルシャフトを支えるのに役立ち、相対回転不能にハウジングに取り付けられる。
【００３５】
複数の第１の軸受ポケット及び複数の第２の軸受ポケット、並びに複数の第１の圧力制御装置及び複数の第２の圧力制御装置が存在する場合は、好ましくは、第１の圧力制御装置の1つが、第１の軸受ポケットの各々とそれぞれ関連しており、第２の圧力制御装置の１つが、第２の軸受ポケットの各々とそれぞれ関連している。従って、好ましくは、第１の軸受ポケットと同じ数の第１の圧力制御装置が存在し、第２の軸受ポケットと同じ数の第２の圧力制御装置が存在する。これにより、個々の軸受ポケットの圧力条件を個々に制御することができる。
【００３６】
有利には、第３の軸受位置は、１又はそれより多い第３の軸受ポケットを備える静圧軸受を有し、この軸受ポケットは、好ましくは、それぞれ、軸方向に関して同じ高さに配置され、可能であれば、回転軸の周りに一定の間隔で分配されて配置される。好ましくは、このとき、少なくとも１つの第３の圧力制御装置が設けられ、これは、第３の軸受ポケット内で支配的な圧力条件を制御するために役立ち、第１及び第２の圧力制御装置に関して別個に形成される。複数の第３の軸受ポケットと複数の第３の圧力制御装置が存在する場合、有利には、第３の圧力制御装置の１つが、第３の軸受ポケットの各々とそれぞれ関連している。これによって、第３の軸受位置は、第１及び第２の軸受位置に関する２つの先の部分で述べた利点を与えられる。
【００３７】
第１及び第２の軸受位置からの熱放散、好ましくはさらに第３の軸受位置からの熱放散が、有利には、静圧軸受の軸受ポケット内に供給される流体によって行われ、この流体は、この目標を達成するために、有利には、第１、第２、及び好ましくはさらに第３の軸受位置を通り、かつ冷却装置を通る、共通の流体回路を循環する。さらに、この極めて効果的な冷却は、回転数にほとんど依存しない軸受特性を保証する。この流体回路は、同時に、それぞれの軸受位置の潤滑にも役立つ。
【００３８】
好ましくは、上記流体回路は、さらに、駆動ユニットの冷却にも役立つ。このようにして、流体回路内を循環する同じ流体を用いて、異なる軸受位置と駆動ユニットの、極めて簡単で効果的な潤滑と冷却が可能となる。この流体の冷却は、回路内に配置される単一の冷却装置により達成できる。好ましくは、共通の流体槽が存在し、これは、軸受位置を潤滑及び／又は冷却するために、及び、駆動ユニットを冷却するために用いられる流体を収容するために形成される。異なる軸受位置は、流体回路内で、好ましくは、互いに並列に配置される。しかしながら、流体回路内で軸受位置を直列に接続することも考えられる。同様に、駆動ユニットは、好ましくは、流体回路内で軸受位置に並列に配置され、この場合も、やはり、基本的には、直列接続も考えられる。
【００３９】
第１の圧力制御装置、第２の圧力制御装置、及び、好ましくはさらに第３の圧力制御装置は、それぞれ、有利には、コンパクトな構造を有する。特に、圧力制御装置は、それぞれ、外に対してほぼ閉じた、コンパクトなハウジングに収容することができ、このハウジングは、各軸受位置の軸受ポケットと圧力路を介して連結されている。
【００４０】
本発明のさらなる発展形によると、第１の圧力制御装置、第２の圧力制御装置、及び好ましくはさらに第３の圧力制御装置は、それぞれ、機械的及び／又は油圧要素だけを基礎としている。これにより、対応の配線を備えた複雑な電子圧力制御システムの必要性がなくなる。好ましくは、第１、第２、及び、存在する場合、有利にはさらに第３の圧力制御装置は、特許文献１０に開示されるいわゆるＰＭ流量制御装置（漸進的流量レギュレータ）として形成され、この文献の全ての記載内容を本願明細書において援用する。ＰＭ流量制御装置とは、特許文献１０の請求項１、４、１０、１１及び１４の１つにより形成される制御装置のことを言う。特許文献１０に開示されるこの小型のＰＭ流量制御装置を、静圧スピンドル軸受を有するスピンドルユニットで用いると、ひどい振動をほとんど避けられ、比較的単純な小型化できる構造により、各スピンドルに直接配置することができる。さらに、このＰＭ流量制御装置は、低粘度オイルや水、又は乳剤を使用することが可能なため、比較的小さい動力損失で稼働し、同時に、別の制御システムに比べて高い軸受剛性（Ｌａｇｅｒｓｔｅｉｆｅ）を保証する。
【００４１】
しかしながら、これに代えて、第１、第２及び／又は第３の圧力制御装置における圧力制御を、例えば、キャピラリー及び／又はスロットル及び／又はリストリクターを用いて、及び／又は電子制御、又は、先行技術に対応する静圧軸受のさらなる制御システムを用いて行うことができる。さらに、先行技術からの動圧軸受原理を用いることもできる。
【００４２】
一般に、スピンドルシャフトの取り付け部分には、工具又は加工される工作物を装着するための取り付け装置が装着される。第１及び第２の軸受位置は、それぞれ、軸方向において、この取り付け装置と力伝達部分との間に配置できる。第１及び第２の軸受位置が軸方向において、取り付け装置から離間させて、特に、研削工具又は工作物が回転軸に沿って位置するようになる領域の外側に配置されることによって、径方向に測定したスピンドル径は、取り付け装置の領域で最小になることができる。これにより、非常に小さな穴径（Ｂｏｈｒｕｎｇｓｄｕｒｃｈｍｅｓｓｅｒ）又は内径を有する研削工具又は工作物の装着が可能となる。穴径の小さな研削工具又は工作物は、例えば、径方向において回転数が高いことを考慮して、一定の壁厚が求められると同時に外径が制限される場合に用いられる。
【００４３】
第１の軸受位置は、軸方向において取り付け装置の領域にも、すなわち回転軸に沿って、実質的に取り付け装置と同じ高さ、又は少なくとも部分的に同じ高さに配置できる。第１の支持部分と取り付け部分は、このとき、軸方向に互いと重なる。これにより、スピンドルシャフトの曲げ剛性は、良い（ｐｏｓｉｔｉｖ）影響を受けることができる、つまり、起こり得る好ましくない振動が、研削工具又は工作物で直接減衰され、かつ、スピンドルシャフトの全長を最小化できる。
【００４４】
特に、第１の支持部分と取り付け部分が軸方向に互いと重なる場合、第１の圧力制御装置は、好ましくは、軸方向に沿って取り付け装置の領域に、特に好ましくは、径方向において取り付け装置の内側に配置される。
【００４５】
有利には、上記スピンドルユニットは、さらに、スピンドルシャフトに配置される角度測定器を有する。この角度測定器は、好ましくは、以下の機能の１又はそれより多くを有する：
−回転数制御のための実回転数値送信機；
−位置制御のための位置送信機；
−例えば同期モータなどの電気的整流。
これにより、スピンドルシャフトに装着される研削工具又は工作物の回転運動を、工作物又は研削工具の回転運動と最適に同期することができる。高い研削品質を達成するためには、研削工具と工作物の２つの回転運動の精密な同期が必要である。１又はそれより多い角度測定器を設けることができる。できるだけ精密な測定を保証するために、有利には、角度測定器は、取り付け部分に、又は取り付け部分に直接的に隣接させて配置される。しかしながら、これに代えて又は付加的に、第２の支持部分に角度測定器を配置することもできる。角度測定器を第２の支持部分に配置する理由は、そこでは、角度測定器のための空間状況が、大抵の場合、より好都合であり、第２の支持部分は、通常、より近づきやすく、その結果、組み立て時及び／又はメンテナンスのために、角度測定器をより簡単に工作機械に取り付けることができ、又は工作機械から取り外し可能であるからである。第３の軸受位置でのスピンドルシャフトの径方向の安定化により、角度測定器が記録するスピンドルシャフトの曲がりによる測定誤差は、大幅に低減される。これは、この軸受配置のさらなる、本質的な利点である。第３の軸受位置を、径方向の力に加えて、スピンドルシャフトに引張力として作用する軸方向の力も吸収されるように形成する場合、スピンドルシャフトのさらにより効果的な安定化を達成することができる。
【００４６】
第１及び第２の軸受位置の、好ましくはさらに第３の軸受位置の軸受ポケットの最適な密封は、この目的のために、それぞれ、シーリング・エア配置が設けられる場合に得られることが示されている。このシーリング・エア配置は、第１、第２及び好ましくはさらに第３の軸受位置の軸受ポケットを、それぞれ軸方向において、有利には両側で外に対して密封する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
本発明の好ましい実施形態を、図を参照して以下に説明するが、これらは、説明のためだけのものであって、本発明を限定するものと解釈されるべきではない。
【００４８】
【図１】図１は、第１の発明の実施形態による、本発明の工作機械のスピンドルユニットの斜視図である。
【図２】図２は、スピンドルシャフトの考えられる特徴的な曲げ挙動を示すための、スピンドルシャフトを有する、本発明ではない工作機械のスピンドルユニットの中央断面図であり、スピンドルシャフトは、第１の支持部分（Ｂ）でのみ径方向に支えられており、第２の支持部分（Ｄ）では支えられていない。
【図３】図３は、スピンドルシャフトの考えられる曲げ挙動を示すための、スピンドルシャフトを有する図１のスピンドルユニットの中央断面図であり、スピンドルシャフトは、第１の支持部分（Ｂ）と第２の支持部分（Ｄ）の両方で径方向に支えられている。
【図４ａ】図４aは、図１のスピンドルユニットの中央断面図である。
【図４ｂ】図４ｂは、回転軸に沿って中央で切り離した、スピンドルシャフトのない図１のスピンドルユニットの斜視図である。
【図４ｃ】図４ｃは、図４ａのＩ−Ｉ面を通る断面図である。
【図４ｄ】図４ｄは、図４ａのII−II面を通る断面図である。
【図４ｅ】図４ｅは、図４ａのIII−III面を通る断面図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態による工作機械のスピンドルユニットの中央断面図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施形態による工作機械のスピンドルユニットの中央断面図である。
【図７】図７は、本発明の第４の実施形態による工作機械のスピンドルユニットを通る中央断面図である。
【図８】図８は、本発明の工作機械のスピンドルユニットの軸受位置を潤滑するための例示の流体回路のダイアグラムである。
【図９】図９は、スピンドルシャフトの領域おける図８のダイアグラムの詳細な図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図１〜７は、溝形プロファイルを有する工作物を微細加工するための、工作機械のスピンドルユニットの様々な実施形態を示す。これら様々な実施形態において、同じ働きをする要素は、それぞれ同じ引用符号で示す。
【００５０】
図１〜７に示すスピンドルユニットは、それぞれ、研削工具４を装着したスピンドルシャフト２を有する。よって、図１〜７に示すスピンドルシャフトは、特に歯車研削盤等の工作機械で用いるための工具スピンドルである。
【００５１】
図１は、ハウジング１と、ハウジング内に回転可能に支持されるスピンドルシャフト２とを備えた、本発明の工作機械のスピンドルユニットの斜視図を示す。スピンドルシャフト２の第１の端部領域に、研削工具４が装着される。研削工具４は、特に、歯車の研削のために用いられるようなウォーム研削砥石であってよい。
【００５２】
図２及び３は、それぞれ、スピンドルシャフト２のいくつかの考えられる特徴的な曲げ挙動の１つを、中央断面図で概略的に示したものであり、図２に例として示した歯車研削盤では、スピンドルシャフト２が、第１の支持部分Ｂにおいてのみ、２つの軸受位置１３及び１４で取り付けられており、図３に例として示した歯車研削盤では、スピンドルシャフト２が、第３の軸受位置１５にさらなる支持を有する。例証目的のため、図２及び３では、それぞれ、スピンドルユニットのいくつかの要素、例えば、ハウジングや駆動ユニットを省略してある。同様に、例証目的のため、図１及び２のスピンドルシャフト２の曲げ挙動は、それぞれ非常に誇張して示してある。また、この曲げ挙動は概略的に示されている。曲げ挙動が回転速度又は回転数に非常に大きく依存して変化し得ることは、当業者には公知である。
【００５３】
図２及び３に示すスピンドルシャフト２は、それぞれ、取り付け部分Ａを有し、ここに、研削工具４を装着した、研削工具フランジ３の形の取り付け装置が配置される。図２〜７では、研削工具４は、それぞれ、例として、研削工具フランジ３を用いてスピンドルシャフト２に取り付けられる。研削工具４をスピンドルシャフト２上に直接（研削工具フランジ３なしで）取り付けることも考えられる。さらに、円筒状に示される研削工具４（又は、ツルーイング工具及び／又は工作物）は、円盤状であってもよい。力伝達部分Ｃでは、スピンドルシャフト２は、ここには示されていない駆動ユニットによって、回転軸ＲＡの周りに回転させられる。図２及び３に示すスピンドルシャフト２は、それぞれ、取り付け部分Ａと力伝達部分Ｃとの間に、２つの軸受位置１３及び１４を備える第１の支持部分Ｂを有する。図３に示されるスピンドルシャフト２の場合、第３の軸受位置１５がさらに設けられ、これは、力伝達部分Ｃの、第１の支持部分Ｂと反対側にある第２の支持部分Ｄに配置される。第１及び第２の軸受位置１３及び１４は、それぞれ、円錐状に形成された軸方向−径方向軸受によって形成され、第３の軸受位置１５は円筒状の径方向軸受によって形成される。
【００５４】
スピンドルシャフト２の回転軸ＲＡ周りの回転速度が大きい場合、スピンドルシャフト２は、様々な理由から、振動し、それにより曲がる傾向がある。その場合、通常、動いていない状態で回転軸ＲＡと一致するスピンドルシャフト２の長手方向中心線は、図２及び３に曲がり線ＢＬで示すように、一定の領域において径方向に回転軸ＲＡから離れて曲がる。
【００５５】
図２に示す、本発明でない工作機械のスピンドルユニットの場合、スピンドルシャフト２は、第１の支持部分Ｂの２つの軸受位置１３及び１４でのみ支持される。この場合、スピンドルシャフト２は、その端部領域、つまり、第１のスピンドル端部２０の領域と第２のスピンドル端部２１の領域において、それぞれ、その長手方向中心線を回転軸ＲＡから大きく離して曲がる。回転軸ＲＡからのスピンドルシャフト２の領域の離れ曲がり（Ｗｅｇｂｉｅｇｅｎ）は、その領域が、最寄りの軸受位置１３及び１４から遠く離れれば離れるほど大きくなる。従って、スピンドルシャフト２の振動挙動は、第１及び第２のスピンドル端部２０及び２１の領域において最も顕著である。これは、第１のスピンドル端部２０が、研削工具４が装着される取り付け部分Ａによって形成されるので、まさしく不都合である。これにより、第１のスピンドル端部２０の比較的強い振動が、研削工具４に直接伝わり、それゆえ、工作物の表面品質を損なう。たいていの実施形態において、角度測定器１９ａ（図４ａ参照）が配置される、スピンドル端部２１は、同じように、又は、一定の回転数／速度では、より顕著に振る舞う。また、この場合、比較的強い振動は計測誤差につながり得るので、研削結果に影響を及ぼす。
【００５６】
図３に示されるように、第２の支持部分Ｄにあるスピンドルシャフト２のさらなる径方向の支持では、振動が第２の支持部分Ｄの領域自体で阻止される（これは、角度測定器１９ａにとって非常に重要である）だけでなく、取り付け部分Ａにおいても阻止される。従って、スピンドルシャフト２は、高い回転速度で、全体的に、特に、取り付け部分Ａの領域並びに第２の支持部分Ｄにおいて、あまり大きく曲げられない。取り付け部分Ａと支持部分Ｄの実質的に低減される振動は、研削の品質を改善する。
【００５７】
図４ａ〜４ｄは、スピンドルシャフト２を備えた、歯車研削盤の本発明のスピンドルユニットの例示の実施形態を示し、スピンドルシャフト２は、回転軸ＲＡに沿って順に、取り付け部分Ａ、第１の支持部分Ｂ、力伝達部分Ｃ、及び、第２の支持部分Ｄに分割される。この場合、個々の部分Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤは、それぞれ、互いに重なることなく、互いと直接的に隣接している。
【００５８】
回転軸ＲＡは、スピンドルシャフト２の長手方向中心軸に相当する。スピンドルシャフト２は、回転軸ＲＡを用いて、回転軸ＲＡと一致する軸方向ＡＲ、及び、回転軸ＲＡに直角な径方向群ＲＲを画定する。
【００５９】
ステータユニット６が、ハウジング１に相対回転不能に連結される。ステータユニット６は、電気モータの形をした駆動ユニット５の一部であり、これは、スピンドルシャフト２をその回転軸ＲＡの周りに回転運動させるのに役立つ。同様に駆動ユニット５の一部を形成するロータユニット７が、ステータユニット６に直接的に隣接して、スピンドルシャフト２に相対回転不能に装着される。ここでは、ロータユニット７は、スピンドルシャフト２の外側に円周状に装着される多数の永久磁石から形成される。スピンドルシャフト２はロータユニット７によって径方向に取り囲まれ、ステータユニット６はロータユニット７を取り囲む。スピンドルシャフト２、ロータユニット７及びステータユニット６は、互いに対し同心円状に配置される。稼働中、駆動ユニット５内に生じる熱エネルギーを放散するために、径方向において、ステータユニット６とハウジング１の間に、冷却剤を通すための冷却路２５、又は複数の冷却路が設けられる。
【００６０】
スピンドルシャフト２の力伝達部分Ｃは、回転軸ＲＡに沿って、駆動ユニット５、特にロータユニット７の配置により画定され、軸方向ＡＲにおいて、少なくともロータユニット７の第１の端部８からロータユニット７の第２の端部９まで延びる。スピンドルユニットの稼働時、力伝達部分Ｃに沿って駆動ユニット５からスピンドルシャフト２に駆動力が伝えられ、これによって、スピンドルシャフト２は回転軸ＲＡの周りに回転させられる。
【００６１】
第１のスピンドル端部２０の領域では、研削工具４を相対回転不能に装着するための取り付け装置として働く研削工具フランジ３が、スピンドルシャフト２の取り付け部分Ａに装着される。研削工具４が研削工具フランジ３に取り付けられると、スピンドルシャフト２は、軸方向ＡＲに、研削工具４の穴の中へ又は穴を通り抜けて突き出る。同様に、研削工具を、スピンドル端部が工具を通り抜けて突き出ないように、又は部分的にしか突き出ないように取り付けることも考えられる。
【００６２】
例えば、第２のスピンドル端部２１に、スピンドルシャフト２の、その回転軸ＲＡ周りのその時々の角度位置を検出するための第１の角度測定器１９ａを設ける。同様に、例えば、スピンドルシャフト上の第１の支持部分Ｂに、取り付け部分Ａに直接的に隣接させて、第２の角度測定器１９ｂを配置する。角度測定器１９ａ及び／又は１９ｂを用いて、スピンドルシャフト２の、ひいては研削工具４の回転速度が、研削工程中、機械の制御によって指定される値にできるだけ正確に対応することを保証できる。角度測定器は、また、スピンドル軸に沿った別の位置、例えば、第１の支持部分Ｂから力伝達部分Ｃへの移行領域に配置してもよく、及び／又は、角度測定器を１つだけ配置してもよい。
【００６３】
スピンドルシャフト２は、軸方向ＡＲに沿って、第１、第２及び第３の軸受位置１３、１４、１５を有する。第１の軸受位置１３及び第２の軸受位置１４は、それぞれ、ハウジング１に相対回転不能に装着されている第１の固定のスリーブ２６に設けられる。第３の軸受位置１５は、同様にハウジング１に相対回転不能に装着されている第２の固定のスリーブ２７に配置される。
【００６４】
第１の軸受位置１３及び第２の軸受位置１４は、研削工具フランジ３とロータユニット７との間で延びる第１の支持部分Ｂに、軸方向ＡＲに互いから離間させて配置される。高い回転速度を可能にするために、さらに、場合によっては起こり得る振動を最適に減衰させるために、第１の軸受位置１３と第２の軸受位置１４の両方が、それぞれ、静圧軸受によって形成される。軸受位置１３及び１４の軸受は、それぞれ、円錐状に形成され、スピンドルシャフト２の周りに一定の間隔で配置される複数の（例えば、それぞれ４つの軸受ポケットが示される）軸受ポケット１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ又は１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを有する（図４ｃ及び４ｄ参照）。軸方向ＡＲにおいて、軸受位置１３及び１４の軸受ポケット１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ又は１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、それぞれ、シーリング・エア配置を用いて、両側で外に対して密封される。一般的には、例えば、流体用の戻り流路が、軸方向ＡＲにおいて軸受位置とシーリング・エア配置との間に両側に配置される。
【００６５】
第１の軸受位置１３及び第２の軸受位置１４の円錐状の形状は、これらがそれぞれ、スピンドルシャフト２の、軸方向ＡＲに沿って円錐状に先細る又は円錐状に広がる領域に配置されることを条件とする。本実施形態において、第１の軸受位置１３の軸受は、第１のスピンドル端部２０から第２のスピンドル端部２１へと延びる軸方向ＡＲに沿って先細る。これに対し、第２の軸受位置１４の軸受は、第１のスピンドル端部２０から第２のスピンドル端部２１への方向に、円錐状に広がる。従って、第１及び第２の軸受位置１３、１４の軸受によって形成される円錐は、その開口角度αを軸方向ＡＲに沿って互いに反対方向に向けて整列している。第１及び第２の軸受位置１３、１４の軸受の、回転軸ＲＡに関して測定した開口角度α（図４参照）は、好ましくは、それぞれ、１０°から６０°の間にある。軸受位置１３及び１４の軸受は、その円錐状の形状により、それぞれ、径方向ＲＲと軸方向ＡＲの両方に作用する力を吸収するために形成される。
【００６６】
第３の軸受位置１５は、円筒状の径方向軸受によって形成され、これは、スピンドルシャフト２の第２の支持部分Ｄに配置される。第２の支持部分Ｄは、軸方向ＡＲにおいて、力伝達部分Ｃから第２のスピンドル端部２１まで延びる。第３の軸受位置１５の軸受は、スピンドルシャフト２の第２のスピンドル端部２１を、径方向ＲＲにおいて安定化させるのに役立つ。これにより、一方で、取り付け装置の領域において径方向の振動が増大し、それにより、研削工具４の回転、ひいては研削品質を損なうことが防がれる。他方、第３の軸受位置１５の軸受は、スピンドル曲がりの結果として、第２のスピンドル端部２１、ひいては角度測定器１９ａの近くで生じる測定誤差を減らす。このような測定誤差は、歯車研削盤の稼働中、研削工具４及び研削する工作物の非同期の回転運動をもたらし、その結果、研削品質が損なわれる。
【００６７】
１分間の回転数が３０００又はそれを超える比較的高い回転数を可能とするために、第３の軸受位置１５も、静圧軸受によって形成される。これは、複数の（例えば、この場合も４つの軸受ポケットが示される）軸受ポケット１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを有し、これらは、第３の軸受１５の領域において対応して円筒状に形成されるスピンドルシャフト２の周りに、一定の間隔で配置される（図４ｅ参照）。第３の軸受位置１５の軸受ポケット１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄも、また、それぞれ、シーリング・エア配置を用いて、軸方向ＡＲにおいて、両側で外に対して密封される。一般的には、例えば、流体用の戻り流路が、軸方向ＡＲにおいて軸受位置とシーリング・エア配置との間に両側に配置される。第３の軸受位置１５は、静圧軸受に代えて、動圧軸受によっても形成することができる。
【００６８】
ここで、第３の軸受位置１５は、特に、第３の軸受位置１５の軸受を通り抜ける、軸方向ＡＲに沿ったスピンドルシャフト２の動きが、ある程度可能であるように形成されて、スピンドルシャフト２に配置される。これにより、歯車研削盤の稼働中にスピンドルシャフト２が熱くなることによって起こる、スピンドルシャフト２の線膨張が、第３の軸受位置１５のスピンドル軸受に影響を及ぼさない。第１の軸受位置１３と第２の軸受位置１４を、さらに、互いに非常に近づけて、かつ、研削工具４の近くに配置することによって、スピンドルシャフト２の温度に関係する長さ変化が、第２の支持部分Ｄの領域においてはスピンドルシャフト２の軸方向ＡＲに沿った一定の変位をもたらすものの、取り付け部分Ａや特に研削工具４には最小の変位しかもたらさない。
【００６９】
第１の軸受位置１３の軸受内の静水圧を制御するために、複数の第１の圧力制御装置１６を設ける。これら第１の圧力制御装置１６の１つが、それぞれ、第１の軸受位置１３の軸受に属する軸受ポケット１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄのそれぞれに関連し接続されるので、第１の圧力制御装置１６の数は、第１の軸受位置１３の軸受に属する軸受ポケット１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの数に対応する。同じことは複数の第２の圧力制御装置１７と複数の第３の圧力制御装置１８に適用され、これらは、第２又は第３の軸受位置１４又は１５にそれぞれ属する軸受の軸受ポケット１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ又は１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ内の圧力条件を制御するのに役立つ。この場合も、第２の圧力制御装置１７の１つが、それぞれ、第２の軸受位置１４の軸受ポケット１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄのそれぞれに関連し、第３の圧力制御装置１８の１つが、それぞれ、第３の軸受位置１５の軸受ポケット１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄのそれぞれに関連している。
【００７０】
第１、第２及び第３の圧力制御装置１６、１７及び１８は、それぞれ、外に対して閉鎖されるハウジング内に収容できるように、コンパクトな構造を有する。複数の第１、第２及び第３の圧力制御装置１６、１７及び１８のそれぞれは、１つの圧力路を介して、それぞれ、第１、第２又は第３の軸受位置１３、１４又は１５の、対応して関連している軸受ポケット１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ又は１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ又は１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄに接続される。
【００７１】
第１、第２及び第３の圧力制御装置１６、１７及び１８は、好ましくは、それぞれ、機械的部品、例えばばね要素や、油圧部品、例えばスロットルを、もっぱら基礎としている。従って、圧力、又は軸受ポケット１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ又は１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ又は１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ内の圧力は、電気的エネルギーなしで制御でき、これにより対応する配線の必要性もなくす。有利には、圧力制御装置１６、１７及び１８は、特許文献１０に開示される例示の実施形態の１つにより形成される。
【００７２】
複数の第１、第２及び第３の圧力制御装置１６、１７及び１８は、それぞれ、スピンドルユニットの部品に直接装着されており、この部品は、この圧力制御装置に接続する軸受ポケット１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ又は１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ又は１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄが存在するスピンドルシャフト部分に、径方向ＲＲにおいて直接的に隣接させて配置される。圧力制御装置１６、１７及び１８は、軸方向ＡＲに沿って、それぞれ、大凡、対応する軸受位置１３、１４又は１５の高さに配置される。図４ａ〜４ｅに示す実施形態では、第１の圧力制御装置１６と第２の圧力制御装置１７は、それぞれ、第１の支持部分Ｂ、特に、軸方向ＡＲにおいて、第１の軸受位置１３と第２の軸受位置１４の間に配置される。第３の圧力制御装置１８は、そのうちの２つが図１にも見られるが、第２の支持部分Ｄに位置する。
【００７３】
複数の圧力制御装置１６、１７及び１８のそれぞれと、第１、第２及び第３の軸受位置１３、１４及び１５の個々の軸受ポケット１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ又は１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ又は１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄは、共通の流体回路（図４ａでは分からないが、図８及び９に示され、さらに以下で詳しく述べる）によって互いに接続される。この流体回路には、個々の軸受ポケットで支配的な圧力条件を制御するためだけでなく、第１、第２及び第３の軸受位置１３、１４及び１５の冷却及び潤滑のために役立つ流体が循環する。さらに、同じ流体を、駆動ユニット５の冷却に使用することができる。
【００７４】
図５には、例えば歯車研削盤に示される、本発明のスピンドルユニットのさらなる実施形態を示す。図５のこの実施形態は、大部分は、図４の実施形態に対応し、違いは、ここでは、第１の軸受位置１３が、軸方向ＡＲに沿って、研削工具フランジ３と同じ高さに配置され、この研削工具フランジに研削工具４が装着される場合は、この研削工具４とやはり同じ高さに配置される点である。従って、取り付け部分Ａと第１の支持部分Ｂは、ここでは、軸方向ＡＲにおいて部分的に重なる。この第２の実施形態での第１の軸受位置１３は、ここでは、研削工具フランジ３に研削工具４が装着された場合に、第１の軸受位置が研削工具によって径方向に取り囲まれるように、径方向ＲＲに沿って研削工具フランジ３の内側に配置される。この場合、第１の圧力制御装置１６も、軸方向ＡＲにおいて、研削工具フランジ３と同じ位置、よって取り付け部分Ａに配置される。研削工具フランジ３に円筒状の研削工具４が取り付けられる場合、第１の圧力制御器１６は、第１の軸受位置１３と同様に、研削工具４の穴の内部に位置する。図４の実施形態の場合と同様に、第２の軸受位置１４は、軸方向ＡＲにおいて、研削工具フランジ３と第１のロータ端部８との間に配置される。
【００７５】
第１の軸受位置１３が取り付け部分Ａの内部、従って、研削工具フランジ３の領域に直接位置することによって、研削工具４の振動は最適に減衰される。さらに、これにより、スピンドルシャフト２は、全長をより短くでき、及び／又は、２つの軸受１３及び１４の間の間隔を広げることができる。
【００７６】
図５に示される実施形態は、一定の穴径からの研削工具４に適している。しかしながら、穴径が比較的小さい研削工具４には、図４ａ〜４ｅに示される実施形態がより適している。何故なら、その場合、第１の軸受位置１３と第１の圧力制御装置１６が、研削工具４の穴の内部に収容される必要はなく、研削工具４の穴の外側に配置されるからである。従って、図４の実施形態は、特に、非常に大きい周速度での研削のために形成され、そのため径方向の壁厚が大きい研削工具４に適している。
【００７７】
図４ａ〜４ｅに示す実施形態とは対照的に、図５の実施形態では、第２の角度測定器１９ｃが、例えば、第１の支持部分Ｂに、力伝達部分Ｃに直接的に隣接させて配置される。
【００７８】
歯車研削盤の本発明によるスピンドルユニットのさらなる実施形態を、図６に示す。この実施形態は、大部分は図５の実施形態に対応するが、ここでは、スピンドルシャフト２及び駆動ユニット５が収容される挿入スリーブ２２が設けられるということを除いて、図４ａ〜４ｅとも同様に形成できる。第１のスリーブ支持部２３ａが、挿入スリーブ２２を、ハウジング１に対応して設けられる受け入れ領域に取り付けるのに役立つ。例えば、スリーブ支持部２３ａは、ねじ式接続部であり、これは、軸方向及び径方向の両方の力が、挿入スリーブ２２からハウジング１に伝えられ、ハウジング１によって吸収され得るように形成され配置される。軸方向ＡＲに沿って、さらなるスリーブ支持部を考えることができ、これらは、好ましくは、それぞれ、軸受位置１４及び１５と同じ高さに位置し、径方向の力をハウジング１に伝えることができるように形成される。例えば、図６には、スリーブ支持部２３ｂ及び２４が示される。挿入スリーブ２２は、ハウジング１の対応する受け入れ領域の内径とほぼ同じ大きさの外形を有する。スリーブ支持部２４は、例えば、ねじ接続によってハウジング１と連結される別個の部品として形成することができ、又はハウジング１の一部品として形成することができる。
【００７９】
図７に示される本発明による実施形態は、図４ａ〜４ｅの実施形態や、図５及び６の実施形態とも、ロータユニット７が保持スリーブ１０の外面に固定されている点で異なっており、この保持スリーブ１０は、スピンドルシャフト２に押し付けられ、スピンドルシャフト２に相対回転不能に取り付けられる。これにより、ロータユニット７を、取り付け時、又はメンテナンスのために、非常に簡単にスピンドルシャフトに装着でき又はスピンドルシャフトから取り外すことができる。しかしながら、保持スリーブ１０の装着を可能にするために、力伝達部分Ｃ及び第２の支持部分Ｄにおけるスピンドルシャフト２の外径は、図４ａに示されるスピンドルシャフト２の外径よりいくらか小さい。
【００８０】
図８及び９に、軸受位置１３、１４、１５の潤滑又は支持及び冷却のため、及び、駆動ユニット５の冷却のための流体回路の例示のダイアグラムを示す。図８及び９に示したダイアグラムは、図１〜７による全ての実施形態において用いることができる。
【００８１】
上記流体回路には、流体を収容するのに役立つ共通の流体槽２８が一体化されている。流体槽２８に収容される流体は、静圧軸受１３、１４及び１５全体のためと、スピンドルシャフト２の駆動に役立つ駆動ユニット５の冷却のための両方に用いられる。
【００８２】
１つの駆動モータ２９によって一緒に、又は複数の（図示せず）駆動モータ２９によって別々に駆動される、第１及び第２の流体ポンプ３０及び３１を用いて、流体を流体槽２８から第１の流体路３２ａへと吸い込むことができる。第１の流体路３２ａは、第２の流体路３２ｂと第３の流体路３２ｃに分岐する。
【００８３】
第２の流体路３２ｂの内部には、第２の流体ポンプ３１が配置され、これは、第１、第２及び第３の圧力制御装置１６、１７及び１８を潤滑及び冷却するために、圧力をかけて流体を第１、第２及び第３の圧力制御装置１６、１７及び１８に流し込む。このとき、第１、第２及び第３の圧力制御装置１６、１７及び１８は、流体回路内で、互いに並列に配置される。
【００８４】
第１の流体ポンプ３０が内部に配置される第３の流体路３２ｃは、第４の流体路３２ｄと第５の流体路３２ｅに分岐する。第４の流体路３２ｄは、第１の流体路３２ａが第２及び第３の流体路３２ｂ及び３２ｃに通じる分岐点まで戻る。第４の流体路３２ｄは、流体の冷却及びろ過に役立つ。第４の流体路３２ｄの内部には、プリロードバルブ（Ｖｏｒｓｐａｎｎｖｅｎｔｉｌ）３３と熱交換器３４が連続して配置される。第５の流体路３２ｅを経て流体は駆動ユニット５に達し、それにより、流体は、冷却目的のために、圧力制御装置１６、１７及び１８に対して平行に駆動ユニットを流れ通る。流体は、圧力制御装置１６、１７及び１８から、第６の流体路３２ｆを経て、流体槽２８に戻る。これに平行に、流体は、駆動ユニット５から第７の流体路３２ｇを経て流体槽２８に戻る。
【００８５】
軸受位置１３、１４、１５の潤滑又は支持及び冷却、並びに駆動ユニット５の冷却のための、例示の流体ダイアグラムは、流体回路を示す。図１〜７には、この流体の送り流れ及び戻り流れ（Ｚｕ−  ｕｎｄ  Ｒｕｅｃｋｆｕｅｈｒｅｎ）を示さない。
【００８６】
軸受位置１３、１４、１５の潤滑又は支持及び冷却、並びに駆動ユニット５の冷却のための流体回路のこのダイアグラムは、単に１つの可能な配置を表す。例えば、軸受位置１３、１４、１５の潤滑又は支持工程及び冷却工程を、駆動ユニット５の冷却工程から完全に独立して構成することも考えられるし、個々の軸受位置１３、１４、１５に、互いとは独立に、流体を供給することもできる。同様に、例えば、駆動ユニット５及び軸受位置１３、１４、１５の冷却のために異なる流体を用いることも考えられる。
【００８７】
もちろん、ここに記載した発明は、言及した実施形態に限定されるわけではなく、多くの変更が可能である。従って、スピンドルシャフト２は、切削工具フランジ３に代えて、例えば、切削する工作物の装着のための取り付け装置を有することもできる。この場合、スピンドルシャフト２は、工具スピンドルではなく、工作物スピンドルとなるであろう。この見解は、ツルーイングスピンドルにも類似に適用される。駆動ユニットは、必ずしも、スピンドルシャフト２を取り囲むステータユニットと、スピンドルシャフト２に装着されたロータユニットを備えた電気モータでなくてもよく、例えばベルト駆動等の、従来技術からの任意の他の駆動装置が考えられる。第１の軸受位置１３及び／又は第２の軸受位置１４は、必ずしも円錐状に形成されなくてもよく、それぞれ、静圧径方向軸受及び静圧軸方向軸受から形成することができるだろう。多数のさらなる変更が考えられる。
【符号の説明】
【００８８】
１        ハウジング
２        スピンドルシャフト
３        切削工具フランジ
４        切削工具
５        駆動ユニット
６        ステータユニット
７        ロータユニット
８        ロータユニットの第１の端部
９        ロータユニットの第２の端部
１０      保持スリーブ
１１      第１の円錐状領域
１２      第２の円錐状領域
１３      第１の軸受位置
１３ａ、ｂ、ｃ、ｄ  軸受ポケット
１４      第２の軸受位置
１４ａ、ｂ、ｃ、ｄ  軸受ポケット
１５      第３の軸受位置
１５ａ、ｂ、ｃ、ｄ  軸受ポケット
１６      第１の圧力制御装置
１７      第２の圧力制御装置
１８      第３の圧力制御装置
１９ａ、ｂ、ｃ  角度測定器
２０      第１のスピンドル端部
２１      第２のスピンドル端部
２２      挿入スリーブ
２３ａ    第１のスリーブ支持部
２３ｂ    第２のスリーブ支持部
２４      第３のスリーブ支持部
２５      冷却路
２６      第１の固定のスリーブ
２７      第２の固定のスリーブ
２８      流体槽
２９      駆動モータ
３０      第１の流体ポンプ
３１      第２の流体ポンプ
３２ａ−ｇ  流体路
３３      プリロードバルブ
３４      熱交換器
Ａ        取り付け部分
Ｂ        第１の支持部分
Ｃ        力伝達部分
Ｄ        第２の支持部分
ＲＡ      回転軸
ＡＲ      軸方向
ＲＲ      径方向
ＢＬ      曲がり線
α        開口角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図４ｅ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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