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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Spindelvorrichtungen.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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Zum Beispiel offenbart das
japanische Patent Nr. 5505067 eine Spindelvorrichtung (Wellenvorrichtung), in der eine Spindel (Welle) in der radialen Richtung durch Wälzlager, die an der Werkzeugseite der Spindel angeordnet sind, und hydrostatische Lager mit Dämpfungseigenschaften gestützt ist, um ein Rattern der Spindel während einer Bearbeitung zu verhindern.
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Da die hydrostatischen Lager nahe der Spindel angeordnet sind, kann die Wärme, die durch eine Schererwärmung des Fluids der hydrostatischen Lager erzeugt wird, zu der Spindel übertragen werden, wodurch eine große thermische Verlagerung (Verschiebung) der Spindel verursacht wird. Das Anordnen der hydrostatischen Lager nahe der Spindel reduziert auch einen Raum zum Sammeln (Aufnehmen) des Fluids der hydrostatischen Lager, etc., was die Zuverlässigkeit der Drehung der Spindel beeinflussen kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spindelvorrichtung (Wellenvorrichtung) bereitzustellen, die in der Lage ist, eine thermische Verlagerung (Verschiebung) einer Spindel (Welle) zu verhindern und eine Zuverlässigkeit der Drehung der Spindel sicherzustellen.
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Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weist eine Spindelvorrichtung (Wellenvorrichtung) Folgendes auf: ein Gehäuse; eine Spindel (Welle), die einen rohrförmigen Körperabschnitt, der ein Drehwerkzeug hält, und einen Flanschabschnitt aufweist, der in einer radialen Richtung von einer Außenumfangsfläche an der Drehwerkzeugseite des Körperabschnitts nach außen vorsteht; ein Lager, das die Außenumfangsfläche des Körperabschnitts derart stützt, dass der Körperabschnitt in Bezug auf das Gehäuse drehbar ist; und ein viskoelastisches Lager, das den Flanschabschnitt derart stützt, dass der Flanschabschnitt in Bezug auf das Gehäuse drehbar ist, das an einer Position korrespondierend zu einer radialen Position des Lagers oder radial außerhalb der radialen Position des Lagers angeordnet ist, und das einen größeren Dämpfungskoeffizienten hat als der des Lagers.
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Das viskoelastische Lager ist an dem Flanschabschnitt vorgesehen, der in der radialen Richtung von der Außenumfangsfläche an der Drehwerkzeugseite des Körperabschnitts der Spindel nach außen vorsteht. Die Spindel hat somit einen längeren Wärmeübertragungsweg (Wärmeleitungsweg) für die Wärme, die durch eine Schererwärmung des Fluids des viskoelastischen Lagers erzeugt wird, und es ist daher weniger wahrscheinlich, dass die Spindel durch die Wärme, die durch die Schererwärmung des Fluids erzeugt wird, beeinflusst wird. Dadurch kann eine thermische Verlagerung (Verschiebung) der Spindel verhindert werden und somit kann ein Rattern der Spindel verhindert werden, das eine Reduktion der Bearbeitungsgenauigkeit und eine Variation des Drehgleichgewichts ergibt, die mit der thermischen Verlagerung (Verschiebung) der Spindel einhergehen. Des Weiteren kann, da ein Raum zum Sammeln (Aufnehmen) des Fluids des viskoelastischen Lagers in einer Innenumfangsfläche des Gehäuses, die zu dem Flanschabschnitt zugewandt ist, sichergestellt werden kann, die Zuverlässigkeit der Drehung der Spindel sichergestellt werden und kann eine genaue Bearbeitung aufrechterhalten werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorstehenden und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der nachstehenden Beschreibung der beispielhaften Ausführungsbeispiele in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in denen gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Elemente darzustellen und in denen Folgendes gezeigt ist:
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1 ist eine axiale Schnittansicht einer Spindelvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine vergrößerte Ansicht, die die Anordnung eines hydrostatischen Lagers in 1 zeigt;
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3 ist eine vergrößerte Ansicht, die ein erstes alternatives Beispiel der Anordnung des hydrostatischen Lagers zeigt;
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4 ist eine vergrößerte Ansicht, die ein zweites alternatives Beispiel der Anordnung des hydrostatischen Lagers zeigt;
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5 ist eine vergrößerte Ansicht, die die Anordnung des hydrostatischen Lagers in dem Fall zeigt, in dem ein Deckel (eine Abdeckung) in 1 nicht vorgesehen ist;
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6 ist eine axiale Schnittansicht einer Spindelvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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7 ist eine vergrößerte Ansicht, die die Anordnung eines hydrostatischen Lagers in 6 zeigt;
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8A ist eine Schnittansicht, die ein erstes Beispiel einer Keramikbeschichtung eines Flanschabschnitts in 6 zeigt;
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8B ist eine Schnittansicht, die ein zweites Beispiel der Keramikbeschichtung des Flanschabschnitts in 6 zeigt;
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8C ist eine Schnittansicht, die ein drittes Beispiel der Keramikbeschichtung des Flanschabschnitts in 6 zeigt;
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9A ist eine vergrößerte Ansicht, die ein erstes Beispiel eines Kühlabschnitts zeigt, der in einem Gehäuse und einem Deckel (einer Abdeckung) von 6 vorgesehen ist; und
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9B ist eine vergrößerte Ansicht, die ein zweites Beispiel des Kühlabschnitts zeigt, der in dem Gehäuse und dem Deckel von 6 vorgesehen ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Ein erstes Ausführungsbeispiel einer Spindelvorrichtung (Wellenvorrichtung) der vorliegenden Erfindung ist nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Gestaltung der Spindelvorrichtung ist nachstehend mit Bezug auf 1 beschrieben. Wie in 1 gezeigt ist, weist eine Spindelvorrichtung 1 ein Gehäuse 10, eine Spindel (Welle) 20, einen Motor 30, eine Stützvorrichtung 40 und einen Deckel (eine Abdeckung) 50 (der/die zu dem Abschirmbauteil korrespondiert) auf. In der Beschreibung der Spindelvorrichtung 1 bezieht sich die vordere Seite auf die linke Seite in 1, an der ein Drehwerkzeug 21 gehalten wird, und bezieht sich die hintere Seite auf die rechte Seite in 1.
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Das Gehäuse 10 hat die Form eines hohlen Rohrs, durch das die Spindel 20 eingesetzt werden kann. Der Motor 30 ist in dem Gehäuse 10 angeordnet und weist einen Stator 31, der an dem Gehäuse 10 befestigt ist, und einen Rotor 32 auf, der an der Spindel 20 befestigt ist. Die Stützvorrichtung 40 stützt die Spindel 20 derart, dass die Spindel 20 in Bezug auf das Gehäuse 10 drehbar ist. Die Stützvorrichtung 40 weist ein hydrostatisches Lager 70 (das zu dem viskoelastischen Lager korrespondiert), Wälzlager 81 bis 85 und eine Außenringabstützung 90 auf.
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Die Spindel 20 weist einen Körperabschnitt 61 und einen Flanschabschnitt 63 auf. Der Körperabschnitt 61 hat die Form eines Rohrs und hält an seiner vorderen Seite (der linken Seite in 1) das Drehwerkzeug 21, das durch eine Halterung 22 gehalten wird. Innenringe der Wälzlager 81 bis 85 sind mit der Außenumfangsfläche des Körperabschnitts 61 in Eingriff. Der Flanschabschnitt 63 ist vorgesehen, um in der radialen Richtung von der Außenumfangsfläche an der Seite des Drehwerkzeugs 21 des Körperabschnitts 61 nach außen vorzustehen. Das hydrostatische Lager 70 ist an der Außenumfangsfläche des Flanschabschnitts 63 angeordnet.
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In der Figur ist der Körperabschnitt 61 in zwei Teile an einer Position an der vorderen Seite des Wälzlagers 81 unterteilt und sind die zwei Teile durch Schrauben, die nicht gezeigt sind, verbunden. Der Flanschabschnitt 63 und der vordere Teil des Körperabschnitts 61, das heißt der Teil des Körperabschnitts 61, der innerhalb einer doppelt strichpunktierten Linie L2 in 2 in der radialen Richtung angeordnet ist (nachstehend als der Nabenabschnitt 62 bezeichnet), sind durch ein einzelnes Bauteil ausgebildet (der Flanschabschnitt 63 und der Nabenabschnitt 62 sind durch ein einzelnes Bauteil ausgebildet). Diese Form ist in Bezug auf die Herstellung und Wartung entscheidend. Demgemäß können, obwohl der Körperabschnitt 61 (der hintere Teil) und der Flanschabschnitt 63 durch zwei Bauteile ausgebildet sind, wie in 2 gezeigt ist, der Körperabschnitt 61 (der hintere Teil) und der Flanschabschnitt 63 durch ein einzelnes Bauteil ausgebildet sein.
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Der Flanschabschnitt 63 weist einen kreisförmigen Plattenabschnitt 64 und einen Rippenabschnitt 65 auf. Der kreisförmige Plattenabschnitt 64 erstreckt sich von der Außenumfangsfläche des Nabenabschnitts 62 (des Körperabschnitts 61) an einer Position radial nach außen, die von der vorderen Endfläche des Nabenabschnitts 62 (des Körperabschnitts 61) in der axialen Richtung um einen vorbestimmten Abstand entfernt (beabstandet) nach hinten angeordnet ist. Der Rippenabschnitt 65 erstreckt sich in der axialen Richtung von der Außenumfangskante (Außenumfangsrand) des kreisförmigen Plattenabschnitts 64. Der Rippenabschnitt 65 ist ein Teil des Flanschabschnitts 63, der vor einer strichpunktierten Linie L1 in 2 angeordnet ist, und der kreisförmige Plattenabschnitt 64 ist ein Teil des Flanschabschnitts 63, der an der Seite des Gehäuses 10 der doppelt strichpunktierten Linie L2 in 2 angeordnet ist und der den Rippenabschnitt 65 ausschließt. Der Rippenabschnitt 65 ist ausgebildet, um sich in der axialen Richtung nach vorne zu erstrecken. Dies kann die Länge eines Wärmeübertragungswegs bzw. Wärmeleitungswegs (Bauteils) von dem Rippenabschnitt 65 zu dem Drehwerkzeug 21 (der Halterung 22) erhöhen, so dass es weniger wahrscheinlich ist, dass die Wärme von dem Rippenabschnitt 65 zu dem Drehwerkzeug 21 übertragen (geleitet) wird. Der Rippenabschnitt 65 und der kreisförmige Plattenabschnitt 64 sind separate Bauteile (Teile), die jedoch miteinander verbunden sind.
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Das hydrostatische Lager 70 ist zwischen dem Gehäuse 10 und der Spindel 20 in der radialen Richtung an einer Position korrespondierend zu der radialen Position der Wälzlager 81 bis 84 oder radial außerhalb der radialen Position der Wälzlager 81 bis 84 angeordnet (an einer beliebigen Position der Positionen einschließlich der radialen Position der Wälzlager 81 bis 84 und der Positionen, die radial außerhalb davon liegen). Mit anderen Worten ist der effektive Durchmesser des hydrostatischen Lagers 70 gleich wie oder größer als der der Wälzlager 81 bis 84. Das hydrostatische Lager 70 stützt einen Teil des Außenumfangs des Rippenabschnitts 65, der an der Seite des kreisförmigen Plattenabschnitts 64 angeordnet ist, in Bezug auf das Gehäuse 10. Das hydrostatische Lager 70 wirkt als ein Lager, das die Spindel 20 in Bezug auf das Gehäuse 10 in der radialen Richtung der Spindel 20 mit einem vorbestimmten Dämpfungskoeffizienten C und einer vorbestimmten Federkonstante k eines Fluids stützt, wobei als Fluid zum Beispiel Öl zu jeder Hydrauliktasche 71 mit einer vorbestimmten Strömungsrate zugeführt wird.
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Der vorbestimmte Dämpfungskoeffizient C, der für das hydrostatische Lager 70 festgelegt ist, ist größer festgelegt als der jedes Wälzlagers 81 bis 84. Die vorbestimmte Federkonstante k, die für das hydrostatische Lager 70 festgelegt ist, ist kleiner festgelegt als die jedes Wälzlagers 81 bis 84. Das hydrostatische Lager 70 verhindert eine Schwingung der Spindel 20 (des Drehwerkzeugs 21) durch den Dämpfungseffekt und den Federeffekt, die durch den vorbestimmten Dämpfungskoeffizienten C und die vorbestimmte Federkonstante k vorgesehen sind.
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Die Wälzlager 81 bis 84 haben ihre Außenringe, die durch die zylindrische Außenringabstützung 90 gestützt sind, und ihre Innenringe, die mit der Außenumfangsfläche des Körperabschnitts 61 der Spindel 20 in Eingriff sind. Das heißt, die Wälzlager 81 bis 84 stützen die Spindel 20 derart, dass die Spindel 20 in Bezug auf das Gehäuse 10 und die Außenringabstützung 90 drehbar ist. Die Wälzlager 81 bis 84 sind zum Beispiel Kugellager und sind an der Seite des Drehwerkzeugs 21 (der vorderen Seite) des Motors 30 angeordnet. Die Kugellager können eine beliebige Bauart sein. Zum Beispiel können die Kugellager Winkelkontaktkugellager sein, die eine Vorlast (Vorspannung) in der axialen Richtung der Spindel 20 aufbringen.
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Das Wälzlager 85 stützt die Spindel 20 derart, dass die Spindel 20 in Bezug auf das Gehäuse 10 drehbar ist. Das Wälzlager 85 ist zum Beispiel ein Rollenlager und ist an der entgegengesetzten Seite (der hinteren Seite) des Motors 30 von dem Drehwerkzeug 21 angeordnet. Das heißt, die Wälzlager 81 bis 84 und das Wälzlager 85 sind so angeordnet, dass der Motor 30 zwischen den Wälzlagern 81 bis 84 und dem Wälzlager 85 in der axialen Richtung der Spindel 20 angeordnet ist.
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Die Abdeckung (der Deckel) 50 ist ein rohrförmiges Bauteil und ist mit einem vorbestimmten Abstand (Spalt, Zwischenraum) zwischen der Innenumfangsfläche der Abdeckung 50 und der Außenumfangsfläche des Nabenabschnitts 62 (des Körperabschnitts 61) und der Außenumfangsfläche des kreisförmigen Plattenabschnitts 64 des Flanschabschnitts 63 ausgebildet. Der vorbestimmte Abstand (Spalt, Zwischenraum) ist so vorgesehen, dass die Innenumfangsfläche der Abdeckung 50 die Außenumfangsfläche des Nabenabschnitts 62 (des Körperabschnitts 61) und die Außenumfangsfläche des kreisförmigen Plattenabschnitts 64 des Flanschabschnitts 63 nicht berührt, selbst wenn die Spindel 20 durch eine Bearbeitungslast gebogen wird. Jedoch ist der vorbestimmte Abstand klein genug, um zu verhindern, dass Kühlmittel von der Außenseite der Spindelvorrichtung 1 während der Bearbeitung eintritt. Die Abdeckung 50 ist an dem Gehäuse 10 mit Stiften 51, Schrauben, etc. befestigt. Die Innenumfangsfläche der Abdeckung 50 und die Außenumfangsfläche des Nabenabschnitts 62 (des Körperabschnitts 61) sind luftdicht abgedichtet. Die Innenumfangsfläche der Abdeckung 50 und die Außenumfangsfläche des Nabenabschnitts 62 (des Körperabschnitts 61) können anstelle der luftdichten Abdichtung öldicht abgedichtet sein oder können anstelle der luftdichten Abdichtung mit einem O-Ring abgedichtet sein.
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Die Gestaltung des hydrostatischen Lagers 70 der Stützvorrichtung 40 ist nachstehend ausführlich mit Bezug auf 2 beschrieben. Wie in 2 gezeigt ist, hat das hydrostatische Lager 70 die Hydrauliktaschen 71, einen ersten Ablassdurchgang 72, einen zweiten Ablassdurchgang 73, eine gegenüberliegende Fläche 74, eine gegenüberliegende Fläche 75, einen Fluidzufuhrweg 76, und eine Drossel 77.
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Die Hydrauliktaschen 71 sind an drei oder mehr Positionen in vorbestimmten Intervallen in einer Innenumfangsfläche 10a des Gehäuses 10 ausgebildet, die zu der Außenumfangsfläche des Flanschabschnitts 63 der Spindel 20 zugewandt ist. Das vorbestimmte Intervall ist auf der Grundlage der Ölviskosität, des Dämpfungskoeffizienten C zum Dämpfen des Ratterns der Spindel 20, etc. festgelegt. Die Anzahl der Hydrauliktaschen 71 ist groß genug, um eine Kraft handzuhaben, die während der Bearbeitung erzeugt wird. Der erste Ablassdurchgang 72 und der zweite Ablassdurchgang 73 sind an beiden Seiten in der axialen Richtung der Hydrauliktaschen 71 (der axialen Richtung der Spindel 20) ausgebildet.
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Der Fluidzufuhrweg 76 verbindet die Hydrauliktaschen 71 über einen Fluidweg 76a mit einer Hydraulikpumpe, die nicht gezeigt ist. Die Hydraulikpumpe wird angetrieben, um Öl von einem Reservoir, das nicht gezeigt ist, anzusaugen, und um das angesaugte Öl zu den Hydrauliktaschen 71 mit einer Strömungsrate zuzuführen, die durch eine Steuerungsvorrichtung, die nicht gezeigt ist, gesteuert wird. Die Drossel 77 ist in dem Fluidzufuhrweg 76 vorgesehen. Das Öl, das von der Hydraulikpumpe zugeführt wird, wird zu den Hydrauliktaschen 71 durch die Drossel 77 zugeführt. Dieses Öl strömt durch den Spalt zwischen der Außenumfangsfläche des Flanschabschnitts 63 und den Innenumfangsflächen von Wänden 78, 79 (Stege), wird zu dem ersten Ablassdurchgang 72 und dem zweiten Ablassdurchgang 73 abgegeben und wird gesammelt (aufgenommen).
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Wie in 1 gezeigt ist, hat der erste Ablassdurchgang 72 einen Verbindungsdurchgang 72a und hat der zweite Ablassdurchgang 73 einen Verbindungsdurchgang 73a. Der Verbindungsdurchgang 72a des ersten Ablassdurchgangs 72 und der Verbindungsdurchgang 73a des zweiten Ablassdurchgangs 73 sind mit einem Ablasssammeldurchgang (Ablassaufnahmedurchgang) 70a verbunden. In dem Ausführungsbeispiel sind die Verbindungsdurchgänge 72a, 73a und der Ablasssammeldurchgang 70a unmittelbar unterhalb der Spindel 20 in der Richtung der Schwerkraft angeordnet. Der Ablasssammeldurchgang 70a ist mit dem Reservoir, das nicht gezeigt ist, verbunden. Die Außenumfangsfläche der Spindel 20 und die Innenumfangsfläche 10a des Gehäuses 10 sind an der vorderen und hinteren Seite des hydrostatischen Lagers 70 luftdicht abgedichtet, was nicht gezeigt ist.
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Wie in 2 gezeigt ist, stützt das hydrostatische Lager 70 einen Teil des Außenumfangs des Rippenabschnitts 65, der an der Seite des kreisförmigen Plattenabschnitts 64 angeordnet ist, in Bezug auf das Gehäuse 10. Das hydrostatische Lager 70 wirkt somit auf den Rippenabschnitt 65 der Spindel 20. Demgemäß kann der Dämpfungseffekt des hydrostatischen Lagers 70 zuverlässig erhalten werden.
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Der Flanschabschnitt 63 ist vorgesehen, um in der radialen Richtung von der Außenumfangsfläche an der Seite des Drehwerkzeugs 21 des Körperabschnitts 61 der Spindel 20 nach außen vorzustehen. Die Spindel 20 hat somit einen längeren Wärmeübertragungsweg (Wärmeleitungsweg) für die Wärme, die durch eine Schererwärmung des Fluids des hydrostatischen Lagers 70 erzeugt wird, und es ist daher weniger wahrscheinlich, dass die Spindel 20 durch die Wärme, die durch die Schererwärmung erzeugt wird, beeinflusst wird. Dadurch kann ein Klappern der Spindel 20 verhindert werden, was eine Reduktion der Bearbeitungsgenauigkeit und eine Variation des Drehgleichgewichts ergibt, die mit einer thermischen Verlagerung (Verschiebung) der Spindel 20 einhergehen.
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Der Rippenabschnitt 65 des Flanschabschnitts 63 ist ausgebildet, um sich in der axialen Richtung (nach vorne oder nach hinten) von dem Außenumfangsrand des kreisförmigen Plattenabschnitts 64 zu erstrecken. Dadurch erhöht sich die Wärmekapazität des Rippenabschnitts 65, so dass die Wärme, die durch die Schererwärmung des Fluids des hydrostatischen Lagers 70 erzeugt wird, ausreichend absorbiert (aufgenommen) werden kann. Des Weiteren kann, da ein Raum zum Sammeln (Aufnehmen) des Fluids des hydrostatischen Lagers 70 in der Innenumfangsfläche 10a des Gehäuses 10, die zu dem Flanschabschnitt 63 zugewandt ist, sichergestellt werden kann, die Zuverlässigkeit der Drehung der Spindel 20 sichergestellt werden und kann eine genaue Bearbeitung aufrechterhalten werden.
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Der Flanschabschnitt 63 der Spindel 20 ist im Wesentlichen durch den Deckel (die Abdeckung) 50 abgedeckt. Dadurch kann verhindert werden, dass das Kühlmittel durch den Spalt zwischen dem Flanschabschnitt 63 der Spindel 20 und der Abdeckung 50 eintritt. Ein Weg, durch den das Kühlmittel in die Spindelvorrichtung 10 eintritt, ist zwischen: der Innenumfangsfläche und der hinteren Endfläche der Abdeckung 50; und der Außenumfangsfläche des Nabenabschnitts 62 (des Körperabschnitts 71), der Spindel 20 und der vorderen Endfläche und der Außenumfangsfläche des Flanschabschnitts 63 ausgebildet. Diese Gestaltung erhöht die Länge des Wegs und ermöglicht eine Abdichtung, die darin vorgesehen ist. Diese Gestaltung kann ferner den Labyrintheffekt bereitstellen, der das Eintreten des Kühlmittels in die Spindelvorrichtung 1 verhindert. Das Wälzlager 81 kann somit näher an der vorderen Seite der Spindelvorrichtung 1 angeordnet sein, um die Spindel 20 zu stützen, wodurch eine erforderliche Steifigkeit (Festigkeit) des Drehwerkzeugs 21 ausreichend sichergestellt wird.
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Ein erstes alternatives Beispiel der Anordnung des hydrostatischen Lagers ist nachstehend mit Bezug auf 3 korrespondierend zu 2 beschrieben. In 3 sind dieselben Hauptbauteile wie jene in 2 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und deren ausführliche Beschreibung ist weggelassen. Wie in 3 gezeigt ist, stützt ein hydrostatisches Lager 170 den Außenumfang des kreisförmigen Plattenabschnitts 64 der Spindel 20. Das hydrostatische Lager 170 wirkt somit direkt auf den kreisförmigen Plattenabschnitt 64 der Spindel 20. Der Dämpfungseffekt des hydrostatischen Lagers 170 kann zuverlässiger erhalten werden.
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Selbst wenn das hydrostatische Lager 170 auf diese Weise angeordnet ist, stützt das hydrostatische Lager 170 den Flanschabschnitt 63, und daher können die vorteilhaften Wirkungen, wie zum Beispiel das Verhindern des Klapperns der Spindel 20 und das Sicherstellen der Zuverlässigkeit der Drehung der Spindel 20, wie in dem Fall vorgesehen werden, in dem das hydrostatische Lager 70 auf die Weise angeordnet ist, die in 2 gezeigt ist. In diesem Beispiel stützt das hydrostatische Lager 170 den Außenumfang des kreisförmigen Plattenabschnitts 64 der Spindel 20. Demgemäß kann die Spindel 20 den Flanschabschnitt 63 nicht aufweisen, wodurch sich die Komponentenkosten der Spindel 20 reduzieren.
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Ein zweites alternatives Beispiel der Anordnung des hydrostatischen Lagers ist nachstehend mit Bezug auf 4 korrespondierend zu 2 beschrieben. In 4 sind dieselben Hauptbauteile wie jene von 2 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und deren ausführliche Beschreibung ist nachstehend weggelassen. Wie in 4 gezeigt ist, stützt ein hydrostatisches Lager 270 einen Teil des Innenumfangs des Flanschabschnitts 63 der Spindel 20, der an der Seite des kreisförmigen Plattenabschnitts 64 angeordnet ist. Das hydrostatische Lager 270 kann somit näher an der Drehmitte der Spindel 20 angeordnet sein. Dadurch kann sich die Auswirkung der Schererwärmung des Öls, das sich aus der Drehung der Spindel 20 ergibt, reduzieren. Diese Gestaltung ermöglicht eine Reduktion der Dicke des Gehäuses 10, etc., wodurch eine Reduktion der Größe (Baugröße) der Spindelvorrichtung erreicht werden kann.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel der Spindelvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Gestaltung der Spindelvorrichtung ist nachstehend mit Bezug auf 6 und 7 korrespondierend zu 1 und 2 beschrieben. Dieselben Hauptbauteile wie jene der Spindelvorrichtung 1, die in 1 und 2 gezeigt ist, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und deren ausführliche Beschreibung ist nachstehend weggelassen. Wie in 6 und 7 gezeigt ist, weist eine Spindelvorrichtung 2 ein Gehäuse 110, eine Spindel 120, einen Motor 30, eine Stützvorrichtung 140 und einen Deckel (eine Abdeckung) 50 auf. In der Beschreibung der Spindelvorrichtung 2 bezieht sich die vordere Seite auf die linke Seite in 6 und 7, an der ein Drehwerkzeug 21 gehalten wird, und bezieht sich die hintere Seite auf die rechte Seite in 6 und 7.
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Gleich wie das Gehäuse 10 des ersten Ausführungsbeispiels hat das Gehäuse 110 die Form eines hohlen Rohrs, durch das die Spindel 120 eingesetzt werden kann. Jedoch ist das Gehäuse 110 durch zwei separate Abschnitte, das heißt einen hydrostatischen Lagerstützabschnitt 111 und einen Gehäusekörperabschnitt 112, ausgebildet. Der hydrostatische Lagerstützabschnitt 111 stützt ein hydrostatisches Lager 70, und der Gehäusekörperabschnitt 112 ist hinter dem hydrostatischen Lagerstützabschnitt 111 angeordnet. Die Stützvorrichtung 140 weist das hydrostatische Lager 70, Wälzlager 81 bis 85 und eine Außenringabstützung 190 auf. Im Gegensatz zu der Außenringabstützung 90 des ersten Ausführungsbeispiels hat die Außenringabstützung 190 einen Rippenabschnitt 191. Der Rippenabschnitt 191 ist in dem mittleren Teil in der axialen Richtung des Außenumfangs der Außenringabstützung 190 ausgebildet, um in der radialen Richtung nach außen vorzustehen. Der hydrostatische Lagerstützabschnitt 111 ist vor dem Rippenabschnitt 191 angeordnet, und der Gehäusekörperabschnitt 112 ist hinter dem Rippenabschnitt 111 angeordnet.
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Die Spindel 120 weist einen Körperabschnitt 161 und einen Flanschabschnitt 163 auf. Der Körperabschnitt 161 ist nicht durch zwei separate Bauteile wie den Körperabschnitt 61 und den Nabenabschnitt 62 des ersten Ausführungsbeispiels ausgebildet, sondern ist durch ein einzelnes Bauteil ausgebildet. Der Flanschabschnitt 163 ist an der Außenumfangsfläche des Körperabschnitts 161 an einer Position befestigt (angebracht, eingepasst), die von der vorderen Endfläche des Körperabschnitts 161 nach hinten in der axialen Richtung um einen vorbestimmten Abstand entfernt angeordnet ist. Der Flanschabschnitt 163 weist einen kreisförmigen Plattenabschnitt 164, der sich in der radialen Richtung nach außen erstreckt, und einen Rippenabschnitt 165 auf, der sich zu beiden Seiten in der axialen Richtung von dem Außenumfangsrand des kreisförmigen Plattenabschnitts 164 erstreckt. Das heißt, der Flanschabschnitt 163 ist ausgebildet, um einen T-förmigen Querschnitt zu haben. Das hydrostatische Lager 70 ist an einer Außenumfangsfläche 165a des Rippenabschnitts 165 des Flanschabschnitts 163 angeordnet. Da der Rippenabschnitt 165 ausgebildet ist, um sich zu beiden Seiten in der axialen Richtung zu erstrecken, kann die Länge eines Wärmeübertragungswegs bzw. Wärmeleitungswegs (Bauteils) von dem Rippenabschnitt 165 zu dem Drehwerkzeug 21 (der Halterung 22) erhöht sein, und es ist weniger wahrscheinlich, dass Wärme von dem Rippenabschnitt 165 zu dem Drehwerkzeug 21 übertragen (geleitet) wird.
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Der Flanschabschnitt 163 ist aus einem Material hergestellt, das eine geringere thermische Leitfähigkeit hat als die eines Materials des Körperabschnitts 161 der Spindel 120. Üblicherweise ist der Körperabschnitt 161 der Spindel 120 aus einem Eisenmaterial hergestellt und der Flanschabschnitt 163 ist daher aus einem Keramikmaterial, wie zum Beispiel aus Zirkoniumoxid oder Aluminiumoxid, aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFRP), etc. hergestellt, das eine geringere thermische Leitfähigkeit hat als die des Eisenmaterials.
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Der Flanschabschnitt 163 kann aus einem Eisenmaterial hergestellt sein, das eine Oberfläche (Fläche) hat, die mit einem Keramikmaterial, wie zum Beispiel Zirkoniumoxid oder Aluminiumoxid, beschichtet ist. Wie in 8A gezeigt ist, ist zumindest die Außenumfangsfläche 165a des Rippenabschnitts 165, an der/dem das hydrostatische Lager 70 angeordnet ist, mit einem Keramikmaterial C beschichtet. Wie in 8B gezeigt ist, können die Außenumfangsfläche 165a und beide Seitenendflächen 165c, 165d des Rippenabschnitts 165 mit dem Keramikmaterial C beschichtet sein. Wie in 8C gezeigt ist, können die Außenumfangsfläche 165a, die Seitenendflächen 165c, 165d und eine Innenumfangsfläche 165b des Rippenabschnitts 165 mit dem Keramikmaterial C beschichtet sein.
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Da der Flanschabschnitt 163 aus einem Material hergestellt ist, das eine geringere thermische Leitfähigkeit hat, ist es weniger wahrscheinlich, dass Wärme von dem Rippenabschnitt 165 zu dem Drehwerkzeug 21 (der Halterung 22) übertragen (geleitet) wird. Gleich wie in der Spindelvorrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels stellt diese Spindelvorrichtung 2 die vorteilhaften Wirkungen, wie zum Beispiel das Verhindern des Klapperns der Spindel 120 und das Sicherstellen der Zuverlässigkeit der Drehung der Spindel 120, bereit. Da es erforderlich ist, dass die Spindel 120 eine hohe Festigkeit und Haltbarkeit aufweist, und die Spindel 120, die aus einem Material hergestellt ist, das eine geringe thermische Leitfähigkeit hat, teuer ist, ist die Spindel 120 aus einem Eisenmaterial hergestellt.
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Zumindest eines von dem Gehäuse 110 und der Abdeckung 50 kann aus einem Material hergestellt sein, das eine höhere thermische Leitfähigkeit hat als die des Materials des Flanschabschnitts 163. Beispiele des Materials, das eine höhere thermische Leitfähigkeit hat als die des Materials des Flanschabschnitts 163, umfassen Kupfer, Bronze, Aluminium und eine Aluminiumlegierung. Da es somit wahrscheinlicher ist, dass Wärme von dem Rippenabschnitt 165 zu zumindest einem von dem Gehäuse 11 und der Abdeckung 50 geleitet (übertragen) wird, ist es weniger wahrscheinlich, dass diese Wärme von dem Rippenabschnitt 165 zu dem Drehwerkzeug 21 (der Halterung 22) geleitet (übertragen) wird. Da es erforderlich ist, dass der Gehäusekörperabschnitt 112 und die Außenringabstützung 190 eine Festigkeit und Haltbarkeit aufweisen, sind der Gehäusekörperabschnitt 112 und die Außenringabstützung 190 nicht aus dem vorstehenden Material, das die höhere thermische Leitfähigkeit hat, hergestellt, sondern sie sind aus einem Eisenmaterial hergestellt.
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Zumindest eine von der Außenringabstützung 190 und der Abdeckung 50 können einen Kühlabschnitt 100 haben. Wie in 9A gezeigt ist, ist als der Kühlabschnitt 100 ein rohrförmiges Loch 101, durch das Kühlmittel strömt, in zumindest einer von der Außenringabstützung 190 und der Abdeckung 50 ausgebildet. Alternativ ist, wie in 9B gezeigt ist, eine ringförmige Nut 102, durch die das Kühlmittel strömt, in der Kontaktfläche der zumindest einen von der Außenringabstützung 190 und der Abdeckung 50 in dem Flanschabschnitt 163 ausgebildet. Da die Wärme von dem Rippenabschnitt 165 somit durch zumindest eine von der Außenringabstützung 190 und der Abdeckung 50 absorbiert (aufgenommen) wird, ist es weniger wahrscheinlich, dass diese Wärme zu dem Drehwerkzeug 21 (der Halterung 22) geleitet (übertragen) wird.
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Die Spindelvorrichtung des vorstehenden Ausführungsbeispiels weist das Gehäuse 10, die Spindel 20, die Lager 81 bis 85 und das hydrostatische Lager 70, 170, 270 (das viskoelastische Lager) auf. Die Spindel 20 weist den rohrförmigen Körperabschnitt 61, der das Drehwerkzeug 21 hält, und den Flanschabschnitt 63 auf, der in der radialen Richtung von der Außenumfangsfläche an der Seite des Drehwerkzeugs 21 des Körperabschnitts 61 nach außen vorsteht. Die Lager 81 bis 85 stützen die Außenumfangsfläche des Körperabschnitts 61 derart, dass der Körperabschnitt 61 mit Bezug auf das Gehäuse 10 drehbar ist. Das hydrostatische Lager 70, 170, 270 stützt den Flansch 73 derart, dass der Flanschabschnitt 63 mit Bezug auf dieses Gehäuse 10 drehbar ist, und ist an einer Position korrespondierend zu der radialen Position der Lager 81 bis 85 oder radial außerhalb der radialen Position der Lager 81 bis 85 (an einer beliebigen Position der Positionen einschließlich der radialen Position der Lager 81 bis 85 und der Positionen radial außerhalb davon) angeordnet. Das hydrostatische Lager 70, 170, 270 hat einen größeren Dämpfungskoeffizienten als der jedes Lagers 81 bis 84.
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Das hydrostatische Lager 70, 170, 270 ist an dem Flanschabschnitt 63 vorgesehen, der in der radialen Richtung von der Außenumfangsfläche an der Seite des Drehwerkzeugs 21 des Körperabschnitts 61 der Spindel 20 nach außen vorsteht. Die Spindel 20 hat somit einen längeren Wärmeleitungsweg (Wärmeübertragungsweg) für die Wärme, die durch eine Schererwärmung des Fluids des hydrostatischen Lagers 70, 170, 270 erzeugt wird, und es ist daher weniger wahrscheinlich, dass die Spindel 20 durch die Wärme, die durch die Schererwärmung des Fluids erzeugt wird, beeinflusst wird. Dadurch kann eine thermische Verlagerung (Verschiebung) der Spindel 20 verhindert werden, und somit kann ein Klappern der Spindel 20 verhindert werden, das eine Reduktion der Bearbeitungsgenauigkeit und eine Schwankung des Drehgleichgewichts ergibt, die mit der thermischen Verlagerung der Spindel 20 einhergehen. Des Weiteren kann, da der Raum zum Sammeln (Aufnehmen) des Fluids des hydrostatischen Lagers 70, 170, 270 in der Innenumfangsfläche 10a des Gehäuses 10 sichergestellt werden kann, die zu dem Flanschabschnitt 63 zugewandt ist, die Zuverlässigkeit der Drehung der Spindel 20 sichergestellt werden und kann eine genaue Bearbeitung aufrechterhalten werden.
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Der Flanschabschnitt 63 weist den kreisförmigen Plattenabschnitt 64, der sich in der radialen Richtung von der Außenumfangsfläche des Körperabschnitts 61 nach außen erstreckt, und den Rippenabschnitt 65 auf, der sich in der axialen Richtung von dem Außenumfangsrand des kreisförmigen Plattenabschnitts 64 erstreckt. Dadurch erhöht sich die Wärmekapazität des Flanschabschnitts 63, so dass die Wärme, die durch die Schererwärmung des Fluids des hydrostatischen Lagers 70, 170, 270 erzeugt wird, ausreichend absorbiert (aufgenommen) werden kann.
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Das hydrostatische Lager 70, 170, 270 stützt den Rippenabschnitt 65 mit Bezug auf das Gehäuse 10. Dadurch erhöht sich die Länge des Wärmeleitungswegs für die Wärme, die durch die Schererwärmung des Fluids des hydrostatischen Lagers 70, 170, 270 erzeugt wird, und es ist weniger wahrscheinlich, dass die Spindel 20 durch die Wärme, die durch die Schererwärmung erzeugt wird, beeinflusst wird.
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Das hydrostatische Lager 70, 170, 270 stützt einen Teil des Rippenabschnitts 65, der an der Seite des kreisförmigen Plattenabschnitts 64 angeordnet ist, mit Bezug auf das Gehäuse 10. Das hydrostatische Lager 70, 170, 270 wirkt somit auf den kreisförmigen Plattenabschnitt 64. Demgemäß kann der Dämpfungseffekt des hydrostatischen Lagers 70, 170, 270 zuverlässig erhalten werden.
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Da das hydrostatische Lager 70 den Außenumfang des Rippenabschnitts 65 mit Bezug auf das Gehäuse 10 stützt, kann der Fluidzufuhrweg für das hydrostatische Lager 70 einfach ausgebildet sein.
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Das hydrostatische Lager 270 stützt den Innenumfang des Rippenabschnitts 65 mit Bezug auf das Gehäuse 10. Das hydrostatische Lager 270 kann somit näher an der Drehmitte der Spindel 20 angeordnet sein (je näher das hydrostatische Lager 270 an der Drehmitte der Spindel 20 angeordnet ist, desto kürzer ist die Scherdistanz für das Fluid). Dadurch kann die Auswirkung der Schererwärmung des Öls, das sich aus der Drehung der Spindel 20 ergibt, reduziert werden. Diese Gestaltung ermöglicht eine Reduktion der Dicke des Gehäuses 10, wodurch die Größe (Baugröße) der Spindelvorrichtung in der radialen Richtung reduziert werden kann.
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Das hydrostatische Lager 170 stützt mit Bezug auf das Gehäuse 10 den Außenumfang des kreisförmigen Plattenabschnitts 64, der sich in der radialen Richtung von dem Körperabschnitt 61 erstreckt. Das hydrostatische Lager 170 wirkt somit direkt auf den kreisförmigen Plattenabschnitt 64, und der Dämpfungseffekt des hydrostatischen Lagers 170 kann zuverlässiger erhalten werden.
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Der Flanschabschnitt 63 weist den kreisförmigen Plattenabschnitt 64 auf, der sich in der radialen Richtung von der Außenumfangsfläche des Körperabschnitts 61 nach außen erstreckt, und das hydrostatische Lager 70, 170 stützt den Außenumfang des kreisförmigen Plattenabschnitts 64 mit Bezug auf das Gehäuse 10. Dadurch erhöht sich die Länge des Wärmeleitungswegs für die Wärme, die durch die Schererwärmung des Fluids des hydrostatischen Lagers 70, 170 erzeugt wird, und es ist weniger wahrscheinlich, dass die Spindel 20 durch die Wärme, die durch die Schererwärmung erzeugt wird, beeinflusst wird.
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Der Flanschabschnitt 163 ist aus einem Material hergestellt, das eine geringere thermische Leitfähigkeit hat als die des Materials des Körperabschnitts 161. Demgemäß ist es weniger wahrscheinlich, dass Wärme von dem Rippenabschnitt 165 zu dem Drehwerkzeug 21 (der Halterung 22) geleitet (übertragen) wird.
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Die Abdeckung 50 (das Abschirmbauteil), das zwischen einem Werkstück, das durch das Drehwerkzeug 21 bearbeitet wird, und dem hydrostatischen Lager 70, 170, 270 abschirmt, ist an dem Ende der Seite des Drehwerkzeugs 21 der Spindel 20 vorgesehen. Dadurch kann ein Eintreten eines Kühlmittels in die Spindelvorrichtung durch den Spalt (Zwischenraum) zwischen der Spindel 20 und der Abdeckung 50 verhindert werden und kann ein Eintreten von Spänen, etc. des Werkstücks in das hydrostatische Lager 70, 170 verhindert werden.
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Zumindest eine/eines von der Abdeckung 50 und dem Gehäuse 110 ist aus einem Material hergestellt, das eine höhere thermische Leitfähigkeit hat als die des Materials des Flanschabschnitts 163. Es ist daher wahrscheinlicher, dass Wärme von dem Rippenabschnitt 165 zu zumindest einem von dem Gehäuse 110 und der Abdeckung 50 geleitet (übertragen) wird, und es ist weniger wahrscheinlich, dass diese Wärme zu dem Drehwerkzeug 21 (der Halterung 22) geleitet (übertragen) wird.
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Zumindest eine von der Abdeckung 50 und der Außenringabstützung 190 hat den Kühlabschnitt 100, der die Wärme, die in dem Flanschabschnitt 163 erzeugt wird, absorbiert (aufnimmt). Die Wärme von dem Rippenabschnitt 165 wird somit durch zumindest das Gehäuse 110 und/oder die Abdeckung 50 absorbiert (aufgenommen), und dadurch ist es weniger wahrscheinlich, dass diese Wärme zu dem Drehwerkzeug 21 (der Halterung 22) geleitet (übertragen) wird.
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Obwohl die Wälzlager 81 bis 84 in den vorstehenden Ausführungsbeispielen verwendet werden, können Hydrauliklager verwendet werden. In den vorstehenden Ausführungsbeispielen ist die Abdeckung 50, die zwischen dem Werkstück, das durch das Drehwerkzeug 21 bearbeitet wird, und dem hydrostatischen Lager 70 abschirmt, an dem Ende der Seite des Drehwerkzeugs 21 der Spindel 20 vorgesehen. Jedoch kann, wie in 5 gezeigt ist, die Abdeckung 50 nicht vorgesehen sein, und kann die axiale Länge des Flanschabschnitts 63 der Spindel 20 erhöht sein und kann die Außenumfangsfläche des Flanschabschnitts 63 durch das Gehäuse 10 abgedeckt sein. In diesem Fall ist eine Luftdichtung, die einen Eintritt des Kühlmittels verhindert, an der Innenumfangsfläche 10a des Gehäuses 10 vorgesehen, die zu der Außenumfangsfläche des Flanschabschnitts 63 zugewandt ist. Obwohl es in den Figuren nicht gezeigt ist, kann die Gestaltung, die keine Abdeckung 50 hat, bei der Spindelvorrichtung 2 des zweiten Ausführungsbeispiels angewandt werden.
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Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass es in dem Fall zum Verhindern des Klapperns der Spindel 20, 120 (des Drehwerkzeugs 21) durch das hydrostatische Lager, wie vorstehend beschrieben ist, spezifische Bereiche des Dämpfungskoeffizienten C und der Federkonstante k gibt, in denen eine Schwingung sehr effizient verhindert werden kann, abhängig von dem Drehwerkzeug 21, der Spindel 20, 120, etc. Es ist daher bevorzugt, Öl zu dem hydrostatischen Lager mit einer Strömungsrate zuzuführen, die zum Erreichen der Bereiche des Dämpfungskoeffizienten C und der Federkonstante k geeignet ist, die zum Verhindern (Dämpfen) der Schwingung außerordentlich wirksam sind. Jedoch kann Öl lediglich zu dem hydrostatischen Lager mit einer vorbestimmten Strömungsrate zugeführt werden, um nur den Bereich des Dämpfungskoeffizienten C zu erreichen, der zum Verhindern (Dämpfen) der Schwingung außerordentlich wirksam ist. Der Effekt des hydrostatischen Lagers zum Verhindern der Schwingung wird somit verbessert.
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Eine Spindelvorrichtung (Wellenvorrichtung) weist Folgendes auf: ein Gehäuse (10); eine Spindel bzw. Welle (20), die einen rohrförmigen Körperabschnitt (61), der ein Drehwerkzeug (21) hält, und einen Flanschabschnitt (63) aufweist, der in einer radialen Richtung von einer Außenumfangsfläche an der Seite des Drehwerkzeugs (21) des Körperabschnitts (61) nach außen vorsteht; Lager (81 bis 85), die die Außenumfangsfläche des Körperabschnitts (61) derart stützen, dass der Körperabschnitt (61) in Bezug auf das Gehäuse (10) drehbar ist; und ein viskoelastisches Lager (hydrostatisches Lager (70)), das den Flanschabschnitt (63) derart stützt, dass der Flanschabschnitt (63) in Bezug auf das Gehäuse (10) drehbar ist, das an einer Position korrespondierend zu einer radialen Position der Lager (81 bis 85) oder radial außerhalb der radialen Position der Lager (81 bis 85) angeordnet ist, und das einen größeren Dämpfungskoeffizienten hat als der der Lager (81 bis 84).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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