(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピンドル・ハウジング（４，７）であって、該ハウジングの前端部（７）に前記ハウジングの先端ブッシュ（８，８ａ）が取外し可能に取付けられているスピンドル・ハウジング（４，７）と、
スピンドル・ハウジング（４，７）における少なくとも一個の前部ローラー軸受（２）に支持された回転駆動される工具スピンドル（１）であり、該工具スピンドルの前端部にリング・ナット（２６，２６ａ）が固定され、前記ハウジングの先端ブッシュ（８，８ａ）と前記リング・ナット（２６，２６ａ）との間に半径方向空隙（２９，４０）および円周方向の空隙（３９）が形成され、これらの空隙の空隙幅が前記スピンドル（１）に作用する負荷の増大とともに減少することからなる工具スピンドル（１）と、を含む研削およびドリル加工機械用の高速スピンドル・ユニットであって、
前記半径方向空隙（２９，４０）の空隙幅および前記円周方向の空隙（３９）の空隙幅が５０〜１２０μｍの範囲に予め寸法決めされ、および前記空隙幅は、回転するリングナット（２６，２６ａ）が前記ハウジングの回転的に固定された先端ブッシュ（８，８ａ)に直接的に接触するまで、前記スピンドル（１）上に作用する負荷の増大とともにゼロへと減少し、
前記スピンドル（１）に作用する負荷は、前記半径方向空隙（２９，４０）の二つの前面または前記円周方向空隙（３９）の二つの横方向区域が相互接触状態になるような値に達したとき、負荷が前記回転するリング・ナット（２６，２６ａ）から前記回転的に固定されたハウジングの部材まで前記ローラー軸受（２）をバイパスすることにより直接的に伝達されることを特徴とする高速スピンドル・ユニット。
【請求項２】
予め寸法決めされた円周方向の空隙（３０）が前部ローラー軸受（５２）の前方でスピンドル（１）に固定されたスペーサ・リング（２５）とハウジングの先端ブッシュ（８）との間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載された高速スピンドル・ユニット。
【請求項３】
予め寸法決めされた空隙（３９）がハウジングの先端ブッシュ（８）とスピンドル（１）に着脱可能に取付けられたリング・ナット（２６）との間に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された高速スピンドル・ユニット。
【請求項４】
半径方向の空隙（２９，４０）および円周方向の空隙（３０，３９）を形成する部材が摩擦溶着抑止材料で構成されるか、少なくともそれぞれの対を成す摩擦面を形成する部分をそのような材料で被覆されることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載された高速スピンドル・ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の前文に記載された形式の被加工材を機械加工する工作機械用の高速スピンドル・ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最新の高速スピンドルは、数万ｒｐｍに及ぶ回転速度で駆動しており、そのような速度は、勿論のことながら完全に機能する高精度の軸受によってのみ可能とされている。しかしながら、そのような高速スピンドル・ユニットのスピンドルに使用されている精密軸受は、工具やスピンドル本体に作用する圧力や衝撃荷重の影響を強く受け、特にその影響は前部ローラー軸受を経てハウジングに伝えられる。これはクランプされた工具および（または）工具用スピンドルに作用する衝突および衝撃荷重に関して当てはまり、そのような衝突および衝撃荷重は、機械加工作業が実施されていないときに被加工物および（または）スピンドル・ユニットの動きをシフトする際に機械部分または被加工物と衝突することで生じる。他の極めて大きい荷重は機械加工作業時に、例えば、送り移動が過大なとき、誤った切削工具が選ばれたとき、被加工物の材料組織が変化したときに、生じ得る。いずれの応力作用時においても、衝突のような衝撃荷重、すなわちピーク荷重は高精度のローラー軸受を損傷し、従って特に重要である動作特性に影響を与える。これは含まれる部材の起こり得る永続的損傷をもたらし、これにより必然的にスピンドル・ユニットの交換を免れない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、機械的なピーク荷重によるスピンドルの前部軸受の劣化ならびに過大荷重によって生じる損傷を大幅に防止することのできる高速スピンドル・ユニットを提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、前述の目的は、スピンドルに作用する軸線方向荷重が或る値に達したときに２つの面が互いに接触し、これによりその荷重がローラー軸受の部材を避けてスピンドル部材からハウジング部材へ直接伝えられるように、その２つの面の間の空隙を寸法決めすることで解決される。
【０００５】
例えばアイドル状態のように工具が非作動状態にあって、例えば被加工物に衝突することによって生じる衝撃のような軸線方向荷重の作用をスピンドルが受けたならば、その衝撃力は或る許容できる大きさに達するまではクランプされている工具保持具を経てハウジング、スピンドル本体および前部ローラー軸受の内側レースへ伝えられ、その間、前述の部材は許容限界になるまでいかなる損傷も生じることなく変形される。衝突荷重が予め定めた大きさを超えたならば、後部スピンドル本体に取付けられているリング・ナットは、前述の空隙が閉じた後、ハウジングの先端リングにおける組合う面に圧力接触され、これによりピーク圧力が直接にハウジングに導かれ、軸受部材は前述のピーク荷重の影響から解放される。機械加工作業時に予め定めた限界内の軸線方向荷重が工具に作用するならば、それらの荷重はスピンドル本体から上述したようにローラー軸受を経てハウジングへ伝えられ、本発明による空隙は荷重の大きさに応じて減少される。荷重が大きいことで前述の空隙が完全に閉じられた後にのみ、リング・ナットの回転する後面とハウジングの静止した先端リングの全面部分との間の圧力接触が生じ、それらの対をなす摩擦面を強烈に加熱することになる。本発明による空隙の説明した機能は、異常に大きい荷重がスピンドルに作用した場合に、ローラー軸受部品を解放させることになる。対をなすそれらの摩擦面の各々の表面は常に汚れ、すなわち変色するので、スピンドルが過大荷重のもとで駆動されたか否かをその色の目視点検によって決定でき、保守点検時に目視点検で判定できるが、運転時に製造員が判定することはできない。
【０００６】
意図とする効果をあげるために、本発明による空隙寸法は実質的に重要であり、前述の空隙幅は、それぞれのスピンドル・ユニットにおけるさまざまな構造上および作動上のパラメータに基づいて、さまざまな形式のスピンドルに対して決定される。これまでのところ、５０〜１００μｍの範囲の空隙幅が適当であると見い出されている。
【０００７】
上述した効果は、スピンドル軸線に対して横方向または傾いた方向に働く荷重に対して似たように作用する。そのような荷重を補償するために、所定の限度内で正確に寸法決めされた円周方向の空隙がスペーサ・リング（ディスタンス・リング）とハウジングの先端リングとの間に備えられる。
【０００８】
摩擦溶着の生じる有害な影響を抑制するために、本発明の有利な他の発展形は、スピンドル部材およびハウジング部材がそれらの摩擦面の少なくとも接触面積部分を摩擦溶着抑止材料で構成されることを特徴とする。このようにして、前述した部材の摩擦溶着による永続的な接合は防止することができる。前述した効果をあげるために、前述した摩擦面の一方または両方を摩擦溶着抑止材料で被覆することもできる。
【０００９】
本発明の他の特徴および利点は、図面を参照する以下の好ましい実施例の説明から明白となるであろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図示した高速スピンドル・ユニットは、後方にて駆動ユニット（図示せず）により駆動されるスピンドル１を含み、そのスピンドルの前端部は複数部材で構成されたハウジング４内に一列に配置された２つのローラー軸受２，３に支持されている。ハウジング４は外側のスピンドル・ハウジング５を含み、スピンドル・ハウジングの内側にハウジング部分６と前部軸受ハウジング７とが収容されている。付形された横断面を有するハウジングの先端リング８はねじによって軸受ハウジング７の全面に固定されている。前述したハウジングの先端リング８は前部ローラー軸受２に面する半径方向の後面に中央リング溝１０を備えており、またその半径方向外側の部分１１はローラー軸受２の静止した外側軸受レースによって支持されている。図２に見られるように、ハウジングの先端リング８の前部はそれぞれ１つの半径方向の前面１３，１４，１５を含んでなる段階を形成されている。
【００１１】
スピンドル１の前部凹所内に工具保持具１７をクランプするために、スピンドル１の中央穴の中にコレット・チャック１６が備えられている。前述したコレット・チャック１６は従来形式のものであり、これ以上の説明は省略する。２つのローラー軸受２，３の内側軸受シェル、すなわち内側レース１８，１９はほぼ長方形の横断面をしており、段２０で縮径されたスピンドル１の前部に固定的に取付けられている。後部のローラー軸受３の内側レース１９は前述の段２０によって支持されている。ローラー本体が球体として形成されている２つのローラー軸受２，３の内側レース１８，１９の間には、隙間の無いスペーサ・リングがスピンドル１に固定的に取付けられており、前述したスペーサ・リング２１は付形された横断面を有する冷却リング２２で囲まれている。前述した冷却リング２２は両面にそれぞれの円周方向リング溝ならびに中央リング室２３を形成されており、角度をもってハウジング部分７，６，５の内部を延在する冷却通路２４は前述した中央リング室２３にて終端している。特に図２に見られるように、前述した冷却リング２２の両面の半径方向外側の部分はローラー軸受２，３の２つの外側軸受レースと接触されている。
【００１２】
前部のローラー軸受２の内側レース１８の前面にて、スペーサ・リング２５がスピンドル１に固定的に取付けられており、前述したスペーサ・リング２５の後面は内側レース１８の前面と接触されている。
【００１３】
図示したようにハウジングの先端リング８の段部１３，１４，１５に対応して外周面に複数の段部を含むねじブッシュ２６はスピンドル１の前端部に固定的にねじ止めされている。ねじブッシュ２６の半径方向の後面２７の半径方向内側の部分はスペーサ・リング２５の前面によって支持されている。
【００１４】
本発明によれば、図１に符号２９で指示され、精密な寸法の空隙幅を有する連続したリング状の空隙が、図１および図２の実施例では後面２７の半径方向の外側部分と、ハウジングの先端リング８の半径方向の面積部分１３との間に備えられている。前述した空隙の機能は、以下にさらに詳細に説明される。精密に設定された寸法の他の円周方向の空隙３０がスペーサ・リング２５のマントル（外套）面と、ハウジングの先端リング８の対向する内側円周面との間に形成されている。精密な寸法の２つの空隙２９、３０に加えて、他の一層広い幅の連続する空隙が回転するスピンドル部材と、静止したハウジング部材との間に形成されており、ハウジング内でのスピンドル本体の回転を可能にしている。しかしながら、前述した連続する空隙の幅は、極度のピーク荷重が作用した場合でさえも、スピンドルに組合う回転部材がハウジングと組合う静止部材に接触できないように、設定される。
【００１５】
本発明により備えられる２つの空隙２９，３０は、クランプされた工具またはスピンドル本体に作用するピーク荷重によって生じる過大荷重に対し、前部のローラー軸受２，３を保護するためのものである。工具が送り移動によってスピンドル軸線の方向に延在される一方、スピンドルは静止状態を保持し、工具が静止されている要素、例えば被加工物に衝突したならば、この結果として生じる衝撃は、工具保持具１７を経てスピンドルへ軸線方向に伝えられる。これまで用いられた実施例では、衝突で生じた衝撃力はローラー軸受のみを経て寸法の安定したハウジング部分へ導かれ、その荷重が大きい場合には、上述した損傷、特に前部ローラー軸受の損傷を生じた。半径方向へ延在する精密な寸法のリング状の空隙２９を備えることは、スピンドルに作用する正常な軸線方向の衝撃荷重が所定値を超えないかぎり、その衝撃力がねじブッシュ２６、スペーサ・リング２５、および前部ローラー軸受２を経て軸受ハウジング７に導かれるようにする効果を有する。前述した衝撃力が増大すると、空隙２９の幅は減少する。衝撃力が或る大きさに達すると、空隙２９は閉じられ、これによりねじブッシュ２６の後面２７の半径方向外側の部分はハウジングの先端リング８の対向する面積部分１３と接触される。従って、スピンドル１に作用する衝撃荷重はねじブッシュ２６および対を成すリング状の面積部分１３，２７を経てハウジングの先端リング８へ直接導かれ、ハウジングの先端リング８はハウジング４の軸受ハウジング７に剛く連結されている。これは、もはや軸線方向のピーク力がスペーサ・リング２５を経て内側軸受シェルに１８に作用せず、従って前部ローラー軸受２が非常に大きな応力から保護されることを意味する。
【００１６】
本発明によるリング状の空隙２９の幅は、発生する荷重が有害とならない範囲の値では、その荷重は通常のように前部ローラー軸受２を経てハウジング４へ導かれ、空隙２９の空隙幅が軸線方向荷重の大きさに応じて減少するように、さまざまな構造上および作動上のパラメータに基づいて選ばれる。ローラー軸受２の臨界荷重より小さい時点で空隙２９は閉じられ、従って軸線方向の応力はその時点からハウジングの８へ直接導かれることになる。空隙２９および円周方向の空隙１０の幅は、それぞれのスピンドル形式の特別なパラメータに応じてそれぞれ選ばれる。
【００１７】
スピンドルに作用する好ましくは半径方向の、すなわち横方向の荷重を生じることになる横方向の相対運動により、アイドル・スピンドルが機械部品、例えば被加工物と衝突したときには、同様な効果および結果が生じ、従来使用されているスピンドル・ユニットではその荷重もまたローラー軸受を経てハウジングにのみ導かれる。主として前部ローラー軸受２を保護するために、本発明による円周方向の空隙３０がスペーサ・リング２５とハウジングの先端リング８の対向する面との間に備えられるのであり、前述した空隙３０の空隙幅は解決するスピンドル形式の構造上および作動上のパラメータに応じて約５０〜１２０μｍの範囲内で設定される。
【００１８】
上述の閾値を超え、従っての空隙２９，３０の一方または他方を閉じることになる軸線方向または横方向のピーク荷重は、機械加工作業時にスピンドル・ユニットが高速度で回転している間に生じて、その後に互いに接触されるそれらの表面には摩擦溶着が生じ得る。前述した摩擦溶着の強さは、スピンドルが動かなくなることを防止するために制限されねばならない。しかしながら、このような状況は実際には希であり、作業時の操作不良のために製造元の決定した最大荷重を超えてしまう場合にのみ生じる。非常に大きな荷重の下でそのような摩擦溶着の悪い影響を低減させるために、スペーサ・リング２５、リング・ナット２６、およびハウジングの先端リング８は、少なくとも空隙２９，３０を形成する壁部における高い耐高熱性および（または）高温での良好な滑り特性という観点から選ばれた材料で構成される。そのような材料には、例えば、恐らく強化繊維、硬質鋼、真鍮、青銅をそれぞれ単独または組合わせて含有する特別なセラミックス材料が含まれる。前述した部材のそれぞれの表面もそのような材料を適当な厚さで被覆され、対をなす摩擦面の面積部分における非常な高温度に対処し、および（または）溶着の影響が生じないように保護する。
【００１９】
図３の拡大した軸線方向横断面図に示された変形例は、構造上の特徴が図１および図２の実施例と同じであり、従って同じ部材は同じ符号で示される。この変形例は、本発明により寸法決めされる半径方向のリング状の空隙４０がリング・ナット２６ａの後部リング状カラーとハウジングの先端リング８ａの前側のリング状面との間に形成されている点で図１および図２の実施例と相違する。リング状の空隙４０は図１および図２の実施例と同様に約１０〜８０μｍの範囲であり、特別な条件およびパラメータに応じてそれぞれのスピンドル形式に関して決定される。図３の変形例では、スピンドル１の前端部に取付けられたリング・ナット８ａは半径方向の内側ショルダ４１を含み、その内側ショルダの端面はスペーサ・リング２５ａの面に接触されており、スペーサ・リング２５ａはここでは細く、例えば締まり嵌めによってスピンドル１に固定されている。スペーサ・リング２５ａの円周面とハウジングの先端リング８ａの対向する面との間に比較的幅の広いリング状の空隙が形成されており、その空隙幅はピーク荷重が非常に大きな場合ですら２つの部材２５ａ，８ａのいかなる接触も禁止する。図１および図２の実施例の円周方向の空隙３０と機能的に同じである精密な寸法の円周方向の空隙３９は、リング・ナット２６ａの内側ショルダ４１の外側円周面と図３の変形例におけるハウジングの先端リング８ａの内側円周面との間に位置している。上述され、図３に示されたこの変形例は、保守および検査が容易である利点を有する。何故なら、スペーサ・リング２５はピーク荷重の影響から免れており、スピンドル１上に保持されることができるからである。ピーク荷重の観点で関連する２つのリング状、すなわち円周方向の空隙３９，４３はリング・ナット２６ａとハウジングの先端リング８ａとの間に配置される。両部材とも、要求されるならば、それぞれのねじ止め連結を外すことにより、簡単な方法で取外して交換することができる。このようにして、取付け時間が数時間節約できる。
【００２０】
本発明は図示した実施例に限定されることはなく、荷重に敏感な部材を保護するために、回転するスピンドル部材と静止したハウジング部材との間に上述した方法で他のリング状の空隙および（または）円周方向の空隙を寸法決めしたスピンドル・ユニットを含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】高速スピンドル・ユニットの前端部の軸線方向横断面図を示す。
【図２】図１の細部の拡大図を示す。
【図３】他の実施例による上側のスピンドル軸受の拡大部を示す。
【符号の説明】
１  スピンドル
２，３  ローラー軸受
４  ハウジング
５  スピンドル・ハウジング
６  ハウジング部分
７  軸受ハウジング
８，８ａ  先端リング
１０  中央リング溝
１３  面積部分
１６  コレット・チャック
１７  工具保持具
１８，１９  内側レース
２０  段
２１  スペーサ・リング
２２  冷却リング
２３  中央リング室
２４  冷却通路
２５，２５ａ  スペーサ・リング
２６  ねじブッシュ
２６ａ  リング・ナット
２７  後面
２８  ねじブッシュ
２９，３０，４０，４３  空隙
４１  内側ショルダ
【図１】
0004371680.tif 000002
【図２】
0004371680.tif 000003
【図３】
0004371680.tif 000004