JP2016532840A - 流体駆動スピンドル - Google Patents

Abstract

流体駆動スピンドル(１００)は、上端および下端、シャフト・ツール端（５９８）を画定する縦軸（Ａ）を有している。このスピンドルは、本体（１２０）と、空洞（４４０）内で少なくとも１つの軸受（５０８）によって支持されるシャフト（５３０）と、その下端で本体（１２０）に連結されるシール・ハウジング（１５０）と、その下端でシール・ハウジング（１５０）に連結されるカバー（１８０）と、進入ポート（１０２）からシャフト（５３０）に取り付けられたタービン（５７０）を回転させるノズル（５７６）に液体を向かわせる流体チャネル・システムと、シャフト（５３０）に装着され、タービン（５７０）より上に配置されたフリンガ（６６０）を備える。フリンガ（６６０）とシール・ハウジング（１５０）は、少なくとも１つの軸受（５０８）に向かう流体の流れを妨げるように構成される非接触封止（９００）を形成するように組み合わされる。

Description

本出願は、２０１３年９月１３日に出願された米国仮特許出願第６１／８７７，４５３号の優先権を主張し、その内容は参照により全体に組み入れられる。

本開示は、ツールを回転させ、加工対象物から材料を除去するために使用される機械スピンドルに関し、更に詳細には、直径が小さいツールと組み合わせて使用される高速スピンドルに関し、流体、詳細には液体によって駆動される高速スピンドルに関する。

直径が小さいツール、例えば直径が８ｍｍ未満のツールを有する機械加工は、２０，０００、３０，０００、５０，０００、場合によっては１００，０００回転／分を超える範囲の高速機械加工能力を必要としている。直径が小さいツールは、典型的には大部分の製造された部品の半仕上げや仕上げ加工において、小さな形状寸法を必要とする用途や多目的用途に使用される。直径が小さいツールを有する機械加工は、ミクロ機械加工とも呼ばれている。

ミクロ機械加工では、必要とする回転速度は速いが、所要動力が非ミクロ機械加工と比較して比較的低い。半仕上げや仕上げ加工のための高速機械加工には、効果的な破片除去に加えて効果的な切削ツールや切削位置冷却と必要である。

コンピュータ化されたマシニング・センタは、典型的には自動ツール交換装置（ＡＴＣ）を含んでおり、それによってパーツを取り外すことなく、すなわちＡＴＣによって自動的に交換される異なるツールを使用し、複数の機械加工作業が同じパーツ上で実行されることを可能にしている。この性能は著しいコスト削減をもたらし、人的資源要件を減らし、製造品質や生産量を改善している。

大部分のマシニング・センタは、機械加工ツールを回転させるために電気モータ駆動スピンドルを使用している。多目的機械加工スピンドルは、数千回毎分の速度で回転する。より高い回転数が可能なスピンドルは高価であり、しばしば専用の器材で使用される。その結果、多くの直径が小さい切削ツールは最適以下の機械加工条件で使用され、あるいは半仕上げおよび／または仕上げ作業が必要なパーツは、より高速のスピンドルを備える他のマシニング・センタへ移動されなければならなくなる。両選択肢とも問題がある。

増速器や他の非電気スピンドルなどの現在の解決策は、しばしば問題になっている。

典型的な流体駆動高速スピンドルでは、加圧流体はタービン・ブレードに伝わる。タービンは、ブレードがそこに取り付けられるタービン・ブレードと中心リングから成り、回転シャフトに取り付けられている。場合によっては、ブレードがそこに取り付けられるシャフトと中心リングは一体化され、すなわちシャフトとタービン・ブレードは、中心リングがシャフトの一部になるように、１つの金属棒から機械加工される。

少なくとも１つのブレードに伝わる加圧流体によってタービンとシャフトを回転させ、流体が好ましい方向でブレードから偏向されるようにタービン・ブレードは設計される。

軸受の潤滑は、高速スピンドルの信頼性に影響を及ぼす重要な要因である。流体、破片または水分による軸受潤滑油の汚染は、軸受の故障の主な理由の１つである。同様に、軸受の周辺および／または軸受を通る流体の流れが原因で、元来の軸受グリースの大部分が除去されることは、それが高速スピンドルの信頼性および可使時間に影響を及ぼすので防止されなければならない。

すべての回転システムは、回転パーツと静止パーツの間に隙間を有する。あるシステムにおいて、封止が取り入れられて、流体が隙間を通り抜けるのを防止している。可撓性接触部品および／または犠牲摩擦面を含む接触封止は、最も一般的ではあるが、それらの効果は高速によって著しく減少し、より小さい直径システムでは更に減少する。非接触封止は一般的に高価で大きく扱いにくい。

流体の一部が、好ましい方向でタービンを出ないケースがある。このような現象において、流体は、高速スピンドルの静止本体と例えばシャフトなどの回転パーツの間の隙間を介して、軸受空洞に漏出する可能性がある。

他のケースでは、高圧流体は、濾過された後でさえ、固体破片の微粒子を保持している。

他のケースでは、機械加工期間後に、高速スピンドルが自動ツール交換装置（ＡＴＣ）に収納されるとき、または横または逆さま（切削ツールが上）の位置の貯蔵所に収納されるとき、流体が軸受空洞に漏出する可能性がある。このような発生において、タービン・ブレード、シャフトおよびシステムの他のパーツの上に残留する流体は、高速スピンドルの静止本体と回転パーツ間の隙間を介して、軸受空洞に漏出する可能性がある。

本明細書に記載の現象は、軸受が破片および液滴、スプレー、湿度その他を含む流体と接触するときに、軸受の性能が急速に低下するという点で問題がある。性能の低下は剛性の減少を含み、これは機械加工精度の低下につながる。軸受回転要素および／または軸受レースへの損傷により、軸受の寿命も減少することになる。

軸受の損傷の原因は、流体によって生じる潤滑油特性の変化および／またはその一部が流体によって流されるため、軸受における利用可能な潤滑油の量が減少すること、軸受回転要素と軸受レースの間の空間に入る小さい固体破片粒子、軸受回転要素の表面特性に対する変化および／または例えば酸化および／または汚染による軸受レースに対する変化を含んでいる。

静止パーツと回転パーツの間の隙間の距離を減らすことが、解決の重要な部分である。しかしながら、パーツ間の摩擦接触を防ぐと同時に、高圧流体が漏出しないような十分に小さい距離まで隙間を減少させることは、実際的でもなく、経済的でもない。

流体漏出を防止することができる可撓性接触封止または軸受部品を遮断するシール軸受などの摩擦部品は、より大きくより遅いシステムで用いられている。しかしながら、それらは高速および高い流体圧用に設計された小さい直径システムにおいて実用的でない。封止は接触点（または接触線）で急速に摩耗する傾向があり、封止の有効性が減少し、システムに破片を取り込む恐れがある。さらに封止によって生じる摩擦は、切削工程に利用可能な電力量を減少させ、摩擦によって発生する熱は冷却装置を必要とする可能性がある。

したがって、小さな高速回転システムのための、特に軸受の近くで高圧流体を組み込んでいるシステムのための、経済的に効果的な封止の解決策が必要である。

本発明は、以下のパラグラフの方式で成型されてもよい。

パラグラフ１． 上端および下端、シャフト・ツール端（５９８）を画定する縦軸（Ａ）を有する流体駆動スピンドル（１００）は、
ａ） スピンドル空洞（４４０）を有する本体（１２０）と、
ｂ） 空洞（４４０）に配置された少なくとも１つの軸受（５０８）と、
ｃ） 前記空洞（４４０）内で前記少なくとも１つの軸受（５０８）によって支持されるシャフト（５３０）と、
ｄ） その下端で前記本体（１２０）に連結されるシール・ハウジング（１５０）と、
ｅ） その下端で前記シール・ハウジング（１５０）に連結されるカバー（１８０）と、
ｆ） 進入ポート（１０２）からノズル（５７６）に液体を向かわせる流体チャネル・システムと、
ｇ） 前記シャフト（５３０）に装着されたタービン（５７０）であって、シャフトを回転させるため、少なくとも１つのノズルと流体連通にあるタービンと、
ｈ） 前記シャフト（５３０）に装着され、前記タービン（５７０）より上に配置されたフリンガ（６６０）を備え、
前記シール・ハウジング（１５０）は、液体を分配するための前記シャフト（５３０）を囲んでいる環状流体マニホールド（５５２）を画定し、前記タービン（５７０）によって上方へ、複数の静止流体出口チャネル（５５６）の中に偏向されており、
前記フリンガ（６６０）と前記シール・ハウジング（１５０）は、前記少なくとも１つの軸受（５０８）に向かう流体の流れを妨げるように構成される非接触封止（９００）を形成するように組み合わされている。

パラグラフ２． パラグラフ１のスピンドルであって、前記シール・ハウジング（１５０）が更に以下を画定する。主要な乱流ポケット（５１２）が前記シール・ハウジング内の凹部（９２４）によって画定され、前記シャフト（５３０）に隣接して配置され、前記主要な乱流ポケットが前記環状流体マニホールド（５５２）および前記フリンガ（６６０）の上に配置される。

パラグラフ３． パラグラフ２のスピンドルであって、前記凹部（９２４）は、前記スピンドルが反転するとき、前記凹部が液体を保持できるように、その径方向内部から延在するショルダ（９３４）を有する。

パラグラフ４． パラグラフ２のスピンドルであって、前記主要な乱流ポケット（５１２）は、前記環状流体マニホールド（５５２）に面する大きな開口（９２６）および前記シール・ハウジング（１５０）と前記フリンガ（６６０）の間の隙間によって画定される小さい開口（９３６）を含み、液体内の乱流が前記小さい開口（９３６）へ液体が流れるのを妨げる。

パラグラフ５． パラグラフ４のスピンドルであって、前記シール・ハウジング（１５０）が小さい乱流ポケット（９１４）を画定し、前記小さい乱流ポケット（９１４）は前記小さい開口（９３６）と連通しており、前記小さい乱流ポケット（９１４））は前記シール・ハウジング（１５０）の内径に隣接して階段様の特徴によって画定され、前記小さい乱流ポケット（９１４）は更に前記シール・ハウジング（１５０）と前記シャフト（５３０）の間の垂直な隙間（９２２）を通る液体の流れを妨げる。

パラグラフ７． パラグラフ１のスピンドルであって、前記本体（１２０）は、前記スピンドル空洞（４４０）と前記本体の外側の間に通気孔（４５０）を更に備え、前記通気孔は、両方向に流れることを許容することが可能な通気孔ガスケット（２０５４）で封止される。

パラグラフ９． パラグラフ１のスピンドルが、前記本体（１２０）に形成された少なくとも１つの開口（３３４、３３５）と連通するセンサ・モジュール（１３０）を更に備え、前記少なくとも１つの開口によって前記センサ・モジュールが前記スピンドルの少なくとも１つの物性を検知することが可能になる。

パラグラフ１１． パラグラフ１のスピンドルであって、前記流体チャネル・システムは、
ｉ）シャンク（１１０）と関連づけられた前記進入ポート（１０２）と、
ｉｉ）シャンク・チャネル（４１６）と、
ｉｉｉ）前記シャンク・チャネルの端から延在する少なくとも１つの主要な横流体チャネル（４２２）と、
ｉｖ）前記本体を通って前記少なくとも１つの主要な横流体チャネルから延在する少なくとも１つの主要な垂直流体チャネル（４２６）と、
ｖ）前記少なくとも１つの主要な垂直流体チャネルと流体連通する前記少なくとも１つのノズル（５７６）と、を備える。

パラグラフ１２． パラグラフ１のスピンドルであって、レンチを受け入れ、チャックにスピンドルを取り付けるのを支援するために前記本体（１２０）とシャンク（１１０）の間に配置されたレンチグリップ（２１４）を備える。

パラグラフ１４． パラグラフ１のスピンドルであって、前記カバー（１８０）は、その底部に少なくとも１つの第１の軸出口開口を備え、前記少なくとも１つの第１の軸出口開口（５８８）は、前記タービン（５７０）によって下方に方向付けられた液体のための出口を提供する。

パラグラフ１５． パラグラフ１４のスピンドルであって、前記カバー（１８０）は、前記少なくとも１つの第１の軸出口開口（５８８）に対して外へ放射状に配置された少なくとも１つの第２の軸出口開口（５８６）を備え、前記タービン（５７０）によって上方へ偏向された液体を排出するために、前記少なくとも１つの第２の軸出口開口が前記環状流体マニホールド（５５２）と流体連通する。

パラグラフ１６． パラグラフ１５のスピンドルであって、前記カバー（１８０）は、前記少なくとも１つの第２の軸出口開口（５８６）と連通する少なくとも１つの軸流体出口チャネル（９８２、９８４）を備え、前記軸流体出口チャネルの軸は、前記少なくとも１つの第２の軸出口開口を出る液体が縦軸（Ａ）に対して方向付けられるように、前記シャフト（５３０）に対して角度がつけられている。

パラグラフ１７． パラグラフ１のスピンドルであって、前記少なくとも１つの軸受は複数の軸受であり、複数の軸受は異なるタイプまたは寸法である。

パラグラフ１９． パラグラフ１のスピンドルであって、前記少なくとも１つのノズル（５７６）が、前記ノズル・リング（９７７）の内径に沿って形成されており、前記ノズル・リング（９７７）はノズル流体マニホールド（５７８）を画定するように前記カバー（１８０）内に配置されており、前記少なくとも１つのノズル（５７６）が前記タービン（５７０）上の流体の最大の力に衝突するように、前記シャフト（５３０）の径方向と比較して角度がつけられる。

パラグラフ２３． パラグラフ１のスピンドルであって、前記本体（１０２）が、
ａ）シェル（２１２０）と、
ｂ）コア（２１３０）と、を備え、前記コアが、
ｉ）前記スピンドル空洞（４４０）を囲む軸受ハウジング空洞（２１４２）と、
ｉｉ）シャンク（１１０）と、を備え、
前記流体チャネル・システムは、
ｉ）前記シャンク（１１０）と関連づけられた前記進入ポート（１０２）と、
ｉｉ）シャンク・チャネル（４１６）と、
ｉｉｉ）前記軸受ハウジング空洞（２１４２）を通って前記シャンク・チャネルの端から延在する少なくとも１つの主要な横流体チャネル（４２２）と、
ｉｖ）前記シェル内の少なくとも１つの主要な垂直流体チャネル（４２６）であって、前記軸受ハウジング空洞を通って前記少なくとも１つの横流体チャネルと流体連通する前記少なくとも１つの主要な垂直流体チャネル（４２６）と、
ｖ）前記少なくとも１つの主要な垂直流体チャネルと流体連通する前記少なくとも１つのノズル（５７６）と、を更に備えている。

パラグラフ２４． パラグラフ２３のスピンドルであって、前記シェル（２１２０）が第１の密度および第１の硬度を有する第１の材料を有し、前記コア（２１３０）が第２の密度および第２の硬度を有する第２の材料を有し、前記第１の密度は前記第２の密度より少なく、前記第１の硬度は前記第２の硬度より小さい。

パラグラフ２５． パラグラフ１のスピンドルであって、前記フリンガ（６６０）はスプリング・フリンガ（１０４０）であり、前記スプリング・フリンガ（１０４０）は可撓性部分（１０４４）を有し、前記スプリング・フリンガはシャフト（５３０）に取り付けられ前記タービン（５７０）の上方に配置され、前記シャフト（５３０）が使用されていないときは、前記可撓性部分（１０４４）が前記シール・ハウジング（１５０）の一部に接触し封止するように、前記可撓性部分は前記シャフトに比較的近い第１の位置を有し、前記シャフトが回転しているときは、前記回転シャフトによって生じる遠心力によって前記可撓性部分（１０４４）が前記シャフトから離れてたわみ、液体を偏向させ、前記シール・ハウジング（１５０）との接触を解除するフリンガ表面をもたらす。

センサ・モジュールを備えるスピンドル
パラグラフ１０５． 上端および下端、シャフト・ツール端（５９８）を画定する縦軸（Ａ）を有する流体駆動スピンドル（１００）は、
ａ）流体チャネル・システム、スピンドル空洞（４４０）および少なくとも１つの開口（３３４）を有する本体（１２０）と、
ｂ）タービン（５７０）を有し、タービンに当たる加圧流体によって回転するシャフト（５３０）と、
ｃ）前記少なくとも１つの開口によって前記少なくとも１つのセンサ・モジュールが前記スピンドルの少なくとも１つの物性を検出することができるように、前記少なくとも１つの開口と関連づけられた前記本体に取り付けられた少なくとも１つのセンサ・モジュール（１３０）と、を備えている。

パラグラフ１０６． パラグラフ１０５のスピンドルであって、前記少なくとも１つの開口が、前記センサ・モジュールから前記スピンドル空洞までの経路を提供する検知開口である。

パラグラフ１０７． パラグラフ１０６のスピンドルであって、前記シャフトが、前記センサ・モジュールによる検出のための回転位置基準（７１４）含んでいる。

パラグラフ１０８． パラグラフ１０５のスピンドルであって、前記少なくとも１つの開口が、その流体システム特性を検知する前記流体チャネル・システムと流体連通する流体開口（３３５）を含んでいる。

パラグラフ１０９． パラグラフ１０８のスピンドルであって、前記流体システム特性が、流体圧、流体速度と流体粘度のうちの少なくとも１つを含んでいる。

パラグラフ１１０． パラグラフ１０５のスピンドルであって、前記少なくとも１つのセンサ・モジュールが無線である。

図１Ａは、本発明の実施の形態に係るスピンドルの上面斜視図である。図１Ｂは、図１Ａに示されるスピンドルの下面斜視図である。 図２は、図１Ａ，図１Ｂに示されるスピンドルの分解図である。 図３Ａは、図１Ａ，図１Ｂのスピンドルの本体（およびシャンク）を示す下面斜視図（および底面図）である。図３Ｂは、図１Ａ，図１Ｂのスピンドル本体（およびシャンク）を示す上面斜視図である。図３Ｃは、代替のシャンクを有する図１Ａ，図１Ｂからスピンドル本体を示す上面斜視図である。 図４Ａは、図３Ａに示された本体の平面ＩＶＡ―ＩＶＡでの断面図である。図４Ｂは、図３Ａに示された本体の平面ＩＶＢ―ＩＶＢでの断面図である。図４Ｃは、図３Ａに示された本体の平面ＩＶＣ―ＩＶＣでの断面図である。 図５は、図１Ａ，図１Ｂに示されたスピンドルの部分断面図を示し、その中の流体の流れを概略的に示す図である。 図６は、図１Ａ，図１Ｂのスピンドルの内部サブシステムの第１の実施の形態示す下面透視図である。 図７は、図６に示した内部サブシステムの断面図である。 図８Ａは、図６，図７に示した内部サブシステムの分解図である。 図８Ｂは、タービンから分離したシャフトの詳細な分解図である。 図９Ａは、図５の非接触封止とカバー部の詳細な図である。 図９Ｂは、図９Ａの非接触封止の詳細な図である。 図１０Ａは、第１の実施の形態に係る、第１の位置の接触封止を有するスピンドルの詳細な断面図である。図１０Ｂは、第１の実施の形態に係る、第２の位置の接触封止を有するスピンドルの詳細な断面図である。 図１１Ａは、他の実施の形態に係る、図１Ｂのスピンドルの部分的な底の分解図である。 図１１Ｂは、他の実施の形態に係る、非接触封止とカバー部の詳細図である。 図１２は、本発明のスピンドルの実施の形態に使用されている、孔構成を示す図である。 図１３は、本開示の実施の形態に係る、２つのパーツの本体を有するスピンドルの部分分解斜視図である。 図１４Ａは、図１３に示された本体のコア部分の断面図である。 図１４Ｂは、図１３に示された本体のシェル部分の斜視図である。 図１４Ｃは、図１３に示された本体のシェル部分の底面図である。 図１４Ｄは、図１３に示された本体のシェル部分の断面図である。

本開示の例示的な実施の形態が添付図面を参照して以下に説明され、複数の図面を通して同様の数字は同様のパーツを指している。記載の実施の形態は例示を提供するものであり、本発明の範囲を制限すると解釈されるべきではない。他の実施の形態ならびに記載の実施の形態の変更や改良は当業者が思いつくことであり、そのような他の実施の形態、変更や改良は本発明の範囲内である。一実施の形態または態様の特徴は、任意の適切な組み合わせにおいて他の任意の実施の形態または態様の特徴と組み合わせることができる。例えば、方法態様または実施の形態の任意の個別のまたは共同の特徴は、装置、製品または構成要素態様または実施の形態に応用でき、また、逆もまた同様である。

全ての実施の形態の中で実質的に一貫した構造
図１Ａ、図１Ｂには、本開示の実施の形態に係る高速スピンドル（１００）の上部および下部の斜視図が示されている。

高速スピンドル（１００）は、それによってスピンドル（１００）が、典型的には電気スピンドルにまたは他の従来の機械に取り付けられるシャンク（１１０）を備えている。シャンク（１１０）は高速スピンドル本体（１２０）に連結しており、それはさらにシール・ハウジング（１５０）およびカバー（１８０）に連結している。図１Ａおよび図１Ｂに示される高速スピンドル（１００）は、任意のセンサ・モジュール（１３０）を含んでいる。１つの実施の形態において、センサ・モジュールは無線である。

ある実施の形態において、高速スピンドル（１００）は、シャンク（１１０）において機械にだけ連結している。高圧流体は、シャンクの遠心端またはシャンク拡張（１０１）の遠心端にある流体進入ポート（１０２）を通って、高速スピンドル（１００）に連通している。

１つの実施の形態において、高速スピンドル（１００）が機械に取り付けられているときには、高速スピンドル本体（１２０）は回転せず、特に本体（１２０）は高速スピンドル（１００）が材料除去の実行中で使用されている場合には回転しないが、準備の間および／または材料除去動作の前後に回転することは可能である。

他の実施の形態では、機械が材料除去処理の実行中および準備中のときに、高速スピンドル本体（１２０）が、５００回転数／分を超える速度で電気スピンドルによって回転されることが可能なように、スピンドル（１００）は十分にバランスが保たれている。

ある実施の形態において、シャンク（１１０）は、高速スピンドル（１００）の縦軸Ａに対応して、スピンドル回転軸上の機械にほぼ保持されている。縦軸Ａは、スピンドル（１００）内で特徴の相対位置を画定するために使用されている。シャンク（１１０）は上部または上端に位置しているが、カバー（１８０）は底部または下端に位置している。スピンドル軸またはシャフト軸とともに取り換え可能に使用される縦軸Ａは、本明細書において使用される方向用語を定義するためにも使用されている。横および横方向という用語が本明細書において使用されているが、一般に縦軸に対して垂直に位置するあるいは延在する要素または特徴を指している。垂直および軸という用語が本明細書において使用され、一般に縦軸に対して平行に位置するあるいは延在する要素または特徴を指している。

他の実施の形態では、シャンク（１１０）は、スピンドルの回転軸に対して垂直に片寄らせて機械において保持される。他の実施の形態では、シャンク（１１０）は、スピンドルの回転軸に対してある角度で機械において保持される。他の実施の形態では、シャンク（１１０）はスピンドルの回転軸に対して９０度の角度で機械において保持される。

ある実施の形態において、スピンドル（１００）は、機械加工システムＡｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｏｏｌ Ｃｈａｎｇｅｒ（ＡＴＣ）に適合するように形成され大きさが設定される。ＡＴＣは、スピンドル（１００）をツールスロットから引き抜いて機械にセットし、さらにＡＴＣツールスロット内の機械から解放されたツールの配置もするロボットアームを含んでいる。

ＡＴＣは、典型的には様々なツールを収納するためのスロットを有している。異なるＡＴＣのシステムは、多様なスロット構成およびサイズを有している。幾つかの実施の形態では、スロットが直径１００ｍｍ〜３０ｍｍの範囲のツールを保持ように設計されている。

高速スピンドル本体（１２０）の直径は、１００ｍｍ未満、９０ｍｍ未満、８０ｍｍ未満、７０ｍｍ未満、６０ｍｍ未満、または５０ｍｍ未満とすることができる。センサ・モジュール（１３０）を含む高速スピンドル本体（１２０）の最大直径は、１２０ｍｍ未満、１００ｍｍ未満、９０ｍｍ未満、８０ｍｍ未満、７０ｍｍ未満、または６０ｍｍ未満でも可能である。

図２には、高速スピンドル（１００）の分解図が示されている。高速スピンドル（１００）は、フィルタ・メッシュ（２０６）とシャンク（１１０）に濾過システムを固定する濾過ユニット・ナット（２０４）を備える濾過ユニットを含んでもよい。

内部サブシステム（２４０）は、高速スピンドル本体（１２０）に挿入され、シール・ハウジング（１５０）を高速スピンドル本体（１２０）に連結する第１のねじ（２５２）によって本体（１２０）に固定されて、シール・ハウジング（１５０）と共に組み立てられる。

ガスケット（２４８）を有するカバー（１８０）は、第２のねじ（２８２）によってシール・ハウジング（１５０）に固定されている。切削ツール（不図示）は、コレット・ナット（２９２）によってシャフトに連結されるコレット（２９０）によってシャフト（不図示）に連結されている。

スピンドル（１００）から切削ツールを固定または解除するには、切削ツールおよびスピンドル（１００）を連結しているコレット・ナット（２９２）を固定するレンチによって行うことができる。ある実施の形態では、高速スピンドル（１００）は、同様にして機械に連結されている。レンチはスパナ・レンチまたはＥＲレンチでもよく、レンチは少なくとも１つのピン、平面、タブまたは類似の特徴を含み、これは、それぞれのナットのスロットまたは他の特徴と一致する。

高速スピンドルは、シャンク（１１０）と高速スピンドル本体（１２０）の間にレンチ・グリップ（２１４）を含んでもよい。レンチ・グリップ（２１４）は、電気スピンドルのチャックから流体駆動スピンドル（１００）の取り付けおよび取り外しを容易にするために設けられている。レンチ・グリップ（２１４）は、円形、六角形でもよく、さもなければレンチと嵌合するための平坦部分を含んでいてもよい。レンチ・グリップ（２１４）は、シャンク（１１０）の底部のより大きい直径部である。レンチ・グリップ（２１４）の直径は、シャンク（１１０）直径より大きく、また高速スピンドル本体（１２０）の直径より小さい。レンチ・グリップ（２１４）の高さは、チャネル付きナットに適合するレンチ・ピンまたはタブを含む典型的なレンチの厚みより大きい。

レンチ・グリップ（２１４）の横リング表面上のシール・スロット（２１８）は、それが保持される高速スピンドル（１００）および電気スピンドルの接触表面を封止する。ある実施の形態において、シール・スロット（２１８）は、Ｏリングのための少なくとも１つのスロットから成る。ある実施の形態において、シール・スロットは、平坦なリングシールまたは成形されたシールが、そこで配置されることが可能なように平坦である。

さらに、センサ・モジュール（１３０）は、取付け位置（２３２）に取り付けられている。ある実施の形態において、スピンドルは、本体（１２０）周辺の複数の取付け位置（２３２）に取り付けられた複数のセンサ・モジュール（１３０）を有してもよい。

図３Ａは、高速スピンドルの本体（１２０）およびシャンク１１０の底面斜視図（および底面図）である。図３Ｂは、その上面斜視図である。図３Ｃは、レンチ・グリップ２１４と一体化するより大きな直径を有する追加のコーン・シャンク（３１２）を備える本体（１２０）の上面斜視図である。

図３Ａ〜図３Ｃに見られるように、高速スピンドル本体（１２０）は、高速スピンドルがそれによって保持されるシャンク（１１０）と一体化されてもよい。本体（１２０）は、センサ・モジュール（１３０）のための少なくとも１つの取付け位置（２３２）を含んでいる。取付け位置（２３２）は、高速スピンドル本体に検知開口（３３４）を含んでもよい。検知開口（３３４）は、本体内の検知素子によってスピンドルの少なくとも１つの物性を検知するために、センサ・モジュールのセンサ用に経路を設けている。１つの実施の形態において、検知開口（３３４）は、センサ・モジュールのセンサが、接触することなく、本体内の要素に連結するための経路を設けている。例えば、開口（３３４）は、本体内で素子を検知するセンサ・モジュールのセンサのための照準線経路を提供し、または、検知開口（３３４）は、光学的に不透明または半透明であるが、電磁センサ作動のための電磁スペクトルの特定の周波数に対して十分な透過性の材料で設計されることが可能である。

センサ・モジュール（１３０）のための取付け位置（２３２）にある流体開口（３３５）は、高速スピンドル本体（１２０）内で、高圧流体チャネル・システムに流動的に連結することができる。流体開口（３３５）は、高圧流体システムの流体システム特性を検知するために、センサ・モジュールのセンサのための流体経路を提供する。流体システムの特性は、流体圧、流体速度および流体粘度などである。

取付けスレッド（３３６）および１つまたは複数の取付けスロット（３３８）は、センサ・モジュール（１３０）が高速スピンドル本体（１２０）にそれと共に固定されることが可能な取付け位置（２３２）と関連づけることができる。

高速スピンドル本体（１２０）の底端部（３９８）には、高速スピンドル本体（１２０）がシール・ハウジング（１５０）と連結しているときに、第１の流体マニホールド（３７０）を形成する丸いスロットがある。

高速スピンドル本体（１２０）の底面図は、第１の流体マニホールド（３７０）と流動的に連通する主要な垂直流体チャネルのための底部開口（３５４）を示す。ねじ孔（３５２）が、シール・ハウジング（１５０）を本体（１２０）に連結するために使用されている。

アクセス開口（３２４）が、少なくとも１つの主要な横流体チャネルがそこから機械加工される高速スピンドル本体（１２０）に設けられている。アクセス開口（３２４）は、開口を封止するプラグまたはねじ（不図示）を固定するために用いられるねじ山を含んでもよい。

図４Ａ〜図４Ｃを参照すると、図３Ａに示されるように、図４Ａは、高速スピンドル本体の断面図ＩＶＡ−ＩＶＡである。高速スピンドル本体のシャンク端（４０４）の近くのシャンク・スレッド（４１２）は、構成要素、例えば濾過ユニットまたはシャンク延長の構成要素を連結するために用いられる。

図４Ａは、高速スピンドル本体内の流体チャネル・システムを示す。流体チャネル・システムは、進入ポート（１０２）と流体チャネル接合（４１８）を流動的に連結するシャンク（１１０）内のシャンク・チャネル（４１６）からなる。流体チャネル接合（４１８）は、少なくとも１つの主要な横流体チャネル（４２２）と流動的に連結する。例示的な実施の形態において、３つの主要な横流体チャネルがあり、１２０度離れて間隔が置かれている。少なくとも１つの主要な横流体チャネル（４２２）は、高速スピンドル本体（１２０）の長さにわたる、それぞれ主要な垂直流体チャネル（４２６）と交差する。例示的な実施の形態では、主要な垂直流体チャネル（４２６）は、第１の流体マニホールド（３７０）において終了する。

ある実施の形態において、流体チャネル・システムは、例えば弁（不図示）などの圧力緩和機構を含んでいる。ある実施の形態では、圧力緩和機構が、少なくとも１つのアクセス開口（３２４）において流体チャネル・システムに連結している。ある実施の形態において、圧力緩和機構が、高速スピンドルカバー（１８０）に配置されている。

内部サブシステム（２４０）は、高速スピンドル空洞（４４０）内に、少なくとも１つの軸受と共に取り付けられている。少なくとも１つの軸受の外部リングは、空洞表面の一部分（例えば第１の軸受空洞―取付面４０６および第２の軸受空洞―取付面４０８）に配置されており、その特性および表面仕上げは、図５に最も良く示されているように、高速回転および高速機械加工の間に、軸受リングの取り付けが密接した嵌合および高い精度を提供するのに適している。

ある実施の形態において、軸受取付面（４０６、４０８）の表面仕上げパラメータＲａは、０．２ミクロン・メートル未満、すなわちＩＳＯ１３０２によるとＮ４である。ある実施の形態において、軸受取付面（４０６、４０８）の表面仕上げパラメータ（Ｒａ）は、０．４ミクロン・メートル未満（すなわちＩＳＯ１３０２によるとＮ５）である。ある実施の形態において、軸受取付面（４０６、４０８）の表面仕上げパラメータ（Ｒａ）は、０．８ミクロン・メートル未満（すなわちＩＳＯ１３０２によるとＮ６）である。ある実施の形態において、軸受取付面（４０６、４０８）の表面仕上げパラメータ（Ｒａ）は、１．６ミクロン・メートル未満（すなわちＩＳＯ１３０２によるとＮ７）である。

ある実施の形態において、軸受取付面（４０６、４０８）の同心公差は、２ミクロン・メートル未満である。ある実施の形態において、軸受取付面（４０６、４０８）の同心公差は、３ミクロン・メートル未満である。ある実施の形態において、軸受取付面（４０６、４０８）の同心公差は、４ミクロン・メートル未満である。ある実施の形態において、軸受取付面（４０６、４０８）の同心公差は、５ミクロン・メートル未満である。

ある実施の形態において、軸受取付面（４０６、４０８）のシリンダ許容度は、２ミクロン・メートル未満である。ある実施の形態において、軸受取付面（４０６、４０８）のシリンダ許容度は、３ミクロン・メートル未満である。ある実施の形態において、軸受取付面（４０６、４０８）のシリンダ許容度は、４ミクロン・メートル未満である。

例示的な実施の形態において、軸受取付面上に取り付けられた２つの軸受があり、第１の軸受空洞―取付面（４０６）および第２の軸受空洞―取付面（４０８）である。

例示的な実施の形態において、第２の軸受空洞―取付面（４０８）の上に軸受スペーサ（６１０、図６）を配置するためのスペーサ・ショルダ（４４２）がある。ショルダは、より大きい直径部（４４６）およびより小さい直径部（４４４）の２つの断面から成る。より大きい直径部（４４６）の直径は、より小さい直径部（４４４）の直径より大きい。

センサ・モジュール取付け位置（２３２）もまた示されている。例示的な実施の形態において、センサ・モジュールがそれと共に高速スピンドル本体に配置され、また固定されることが可能な、取付けスロット（３３８）がある。

高速スピンドル・タービンを回転させるために用いる流体は、チャネルおよびノズル・システムを通ってタービンに連通し、これは、シャンク・チャネル（４１６）で開始し、少なくとも１つの主要な横流体チャネル（４２２）を通り、少なくとも１つの主要な垂直流体チャネル（４２６）を通って、高速スピンドル本体（１２０）に及び、第１の流体マニホールド（３７０）で終了する。

図４Ｂは、高速スピンドル本体（１２０）の図３Ａに示される平面ＩＶＢ―ＩＶＢを通る断面図である。スピンドル本体の通気孔（４５０）は、高速スピンドルの外側（４９６）と高速スピンドル空洞（４４０）を流動的に連結する。

単一の材料として断面図に示されているが、本体（１２０）およびシャンク（１１０）は機械的に連結された複数のパーツから形成されることが可能である。さらに、本体（１２０）は、ＥＲ標準（不図示）に従ってコーンを含んでもよい。流体は、コーン内の外側チャネルを介して高速スピンドルに入ることができ、これはスピンドル本体に及びタービン・ブレードの近くで終了する、チャネルおよびノズル・システムのスタート地点である、コーン・エンベロプ内の開口と連通する。

図４Ｃは、図３Ａに示されるように平面ＩＶＣ―ＩＶＣを通る断面図である。図４Ｃは、高速スピンドル本体内の一部の流体チャネル・システムを示す。具体的には、図４Ｃは、高速スピンドル本体（１２０）の長さにわたる主要な垂直流体チャネル（４２６）と交わる、少なくとも１つの主要な横流体チャネル（４２２）を示す。例示的な実施の形態において、主要な垂直流体チャネル（４２６）は、第１の流体マニホールド（３７０）で終了する。例示的な実施の形態において、主要な垂直流体チャネル（４２６）をセンサ・モジュール取付け位置（２３２）と流動的に連結している流体開口（３３５）がある。実施の形態において、センサ・モジュールは、高圧流体圧を測定する流体圧力センサを含んでいる。流体圧および／または速度をモニタすることによって、システム安定性の表示を提供することができる。ある実施の形態において、測定は、高速スピンドル上の制御ループを閉じるために用いられている。

底部の排出スピンドルの中の流体の流れ
図５を参照すると、流体が高速スピンドル（１００）内を流れている。好ましい実施の形態において、流体は液体である。流体は、シャンク端（４０４）の進入ポート（１０２）を通って高速スピンドルに入る。流体は、シャンク・チャネル（４１６）を通って流体チャネル接合（４１８）へ流れる。流体チャネル接合（４１８）から、流体は、少なくとも１つの主要な横流体チャネル（４２２）へ、また高速スピンドル本体の長さにわたる少なくとも１つの主要な垂直流体チャネル（４２６）上に流れる。

流体は、シール・ハウジング（１５０）の第２の垂直流体チャネル（５２７）を通って、また、カバー（１８０）の入口チャネル（５２８）通って進む。

流体は、第２の垂直流体チャネル（５２７）を通ってシール・ハウジング（１５０）に入り、カバー（１８０）の入口チャネル（５２８）へ、ノズル流体マニホールド（５７８）へ、また少なくとも１つのノズル（５７６）へ進む。少なくとも１つのノズル（５７６）を出る流体は、シャフト（５３０）を高速で回転させるタービン（５７０）の方へ向けられる。

タービン（５７０）に衝突する一部の流体は、タービンからシャフト（５３０）に近接し、またシャフト・ツール端（５９８）に向かう中央流体出口（５７１）へ迂回する。例示的な実施の形態において、中央流体出口（５７１）は、下部環状隙間（５７２Ａ）、底部環状空洞（５８７）および第１の軸出口開口（５８８）をカバー内に含んでいる。

残留する流体は、タービンから第２の流体出口（５７３）へ迂回する。例示的な実施の形態において、第２の流体出口（５７３）は、回転タービンとノズル・リングの間に上部環状隙間（５７２Ｂ）、ならびに、両方ともシール・ハウジング（１５０）内で画定される回転フリンガの下の封止環状隙間（５７４）および第２の環状流体マニホールド（５５２）を含んでいる。

例示的な実施の形態において、第２の流体出口（５７３）もまた、カバー（１８０）内のカバー出口チャネル（５８３）に、また少なくとも１つの第２の軸出口開口（５８６）に、流動的に連結している静止流体出口チャネル（５５６）を含んでいる。例示的な実施の形態において、第２の流体出口（５７３）を出る流体は、シャフト・ツール端（５９８）の方へ向けられる。第２の流体出口（５７３）を出る流体は、角度αでシャフト・ツール端（５９８）の方へ向けられる。ある実施の形態ではαは１０度より大きく、別の実施の形態ではαは２０度より大きい。

タービン（５７０）内ならびに下部および上部環状隙間（５７２Ａ、５７２Ｂ）内の流体圧変動のため、回転フリンガの下の封止環状隙間（５７４）内の一部の流体は、フリンガの上に進むことができる。１つの実施の形態において、主要な乱流ポケット（５１２）が、第２の環状流体マニホールド（５５２）の上のシール・ハウジング（１５０）内の凹部として作られる。

封止システムの目的は、タービン（５７０）を出る流体が、第２の軸受（５０８）の下の隙間（５０６）に流れるのを防止することである。

ある場合において、高速スピンドル（１００）がＡＴＣまたは他の収納場所に収納されている場合、高速スピンドル（１００）が使われたあと、また、収納位置が垂直である場合、切削ツールは上を向いているか、または水平になっているか、あるいは他の任意の角度にある。このような場合、切削ツール、タービン（５７０）またはシール・ハウジング（１５０）に残留する流体が、非接触封止を横切り、第２の軸受（５０８）に向かって流れるという懸念がある。主要な乱流ポケット（５１２）は、スピンドルが逆回転位置にあるときに、凹所（９２４）の残留する流体の一部または全てを保持するように構成される。

シャフト（５３０）の回転方向は、タービン（５７０）上のフィンの形状、それらのフィンが対称なのか非対称なのか、およびノズルの方向によって決定されることに留意されたい。１つの実施の形態において、タービン・フィンおよびノズルは、左回り（ＣＣＷ）方向にあるシャフトを回転させるように形成される。他の実施の形態では、タービン・フィンおよびノズルは、右回り（ＣＷ）方向のシャフトを回転させるために形成される。

内部サブシステム
図６は、内部サブシステム（２４０）の第１の実施の形態、ならびに図１Ａ、図１Ｂのスピンドルのシール・ハウジング（１５０）の底部斜視図である。

内部サブシステム（２４０）は、シャフト（５３０）、第１の軸受（６０６）、第２の軸受（見えず）、第１の軸受（６０６）の外側リングおよび第２の軸受の外側リング（不図示）の隣に配置されている軸受スペーサ（６１０）、シャフト（５３０）に付属されたフリンガ（６６０）およびタービン（５７０Ａ、「Ａ」は代替実施の形態を示すために追加されており、この場合、タービンは一体化とは対照的に分離している）を含んでいる。シール・ハウジング（１５０）は、少なくとも一部の内部サブシステム（２４０）周辺に配置されて、流体が第２の軸受（５０８、図５を参照）に達するのを妨害するのに役立つ非接触封止を提供する。

シール・ハウジングの底面（６５１）において：
スピンドル本体（１２０）に内部サブシステム（２４０）およびシール・ハウジング（１５０）を連結するのに使用されるボルト用カウンタボア（６５６）、垂直流体チャネルの底部開口（３５４）、シール・ハウジング（１５０）およびシール・ハウジング流体出口孔（６８６）にスピンドル・カバー（１８０）を連結するためのねじ孔（３５２）、シール・ハウジングの底面（６５１）とカバーの間に挿入された平坦なガスケット（不図示）を置く外部ショルダ（６２２）および内部ショルダ（６２３）がある。シール・ハウジングの底面（６５１）は、カバー（１８０）に最も近い表面である。

軸受スペーサ（６１０）は、軸受スペーサ開口（６１２）を含んでもよい。検知開口（３３４）とともに、軸受スペーサ開口（６１２）は、回転を検知するために、センサ・モジュールのセンサのための照準線経路を提供することもでき、あるいは、軸受スペーサ開口（６１２）は、光学的に不透明または半透明であるが、電磁センサの作動のための電磁スペクトルの特定の周波数に対して十分に透過性である材料で設計されることが可能である。

図７には、図６の軸ＶＩＩ〜ＶＩＩを通る断面図が示されている。
内部サブシステム（２４０）は、シャフト（５３０）、第１の軸受（６０６）および第２の軸受（５０８）、第１および第２の軸受外部リング（７１６、７１８）の隣に配置された軸受スペーサ（６１０）、フリンガ、シャフト（５３０）に取り付けられた少なくとも１つのタービン（５７０Ａ）、コレット取付面（７９４）およびシャフト（５３０）の遠位下方端上のコレット・ナットのためのスレッド（７９５）を含んでいる。

シャフトは、その長さ軸に沿って対称形であり、最小の振動で高速回転するために力学的に均衡を保っている。

ある実施の形態において、軸受（６０６、５０８）は、アンギュラコンタクト軸受である。他の実施の形態において、軸受（６０６、５０８）は、深いチャネル、ころまたは針などのコンタクト軸受である。他の実施の形態において、軸受（６０６、５０８）は回転要素を有しておらず、例えば、スリップリング軸受、摩擦軸受、磁気軸受、空気または油圧軸受である。

いくつかの実施の形態では、軸受固有の周波数の励振を回避するために、軸受（６０６、５０８）は、同一の設計ではなく、例えば異なる直径、幅および／またはタイプになっている。

幾つかの実施の形態において、軸受インナー・レース（bearing inner race）はシャフトと一体化されており（不図示）、また、軸受はシャフト上に組み立てられるように、軸受はシャフトと一体化されている。一体化された軸受は、直径が更に小さくて軽い軽量システムを可能にしている。

ある例示的な実施の形態において、第１および第２の軸受（６０６、５０８）は、軸予圧を有するシャフト（５３０）に取り付けられる。軸受は、組立ての間に、シャフト（５３０）に接着されるそれらのそれぞれの第１および第２の軸受内輪（７１７、７１９）と共に予圧されることが可能である。軸受予圧は２つの要素によって定義することができる。軸受外輪（７１６、７１８）の間に取り付けられる少なくとも１つの軸受スペーサ（６１０）の寸法および特徴、ならびに、接着剤が固まる間に軸受が取り付けられる組立プロセスである。ある実施の形態において、第１の軸受内輪（７１７）が、シャフト内のショルダまたは同様の特徴、第１の軸受取付けショルダに対して取付けられている。ある実施の形態において、第２の軸受内輪（７１９）が、シャフト内のショルダまたは同様の特徴、第２の軸受取付けショルダ（７３８）に対して取り付けられている。ある実施の形態において、システムは、シャフトにねじ込まれ第１の軸受内輪（７１７）に対して締められるシャフト上部ねじ（７０４）で予圧されている。シャフトにねじ込まれるシャフト上部ねじ（７０４）は、それが軸受に予圧をもたらすので、シャフト上部ねじ（７０４）がシャフトにねじ込まれ、締められ、係止され、第１の軸受内輪（７１７）の回転を防止する。

少なくとも１つのタービン・フィンを有するタービン（５７０Ａ）は、シャフト・ツール端（５９８）の方に向けて、非接触シール・ハウジングの隣に配置される。ある実施の形態において、少なくとも１つのタービン・フィンを支持するタービン・リング（７７４）が、シャフトに取り付けられている。この設計は、同じシャフト設計上の異なるタイプのタービン（５７０Ａ）の使用を可能にしている。

他の実施の形態では、少なくとも１つのタービン・フィンを有するタービン（５７０）が、シャフト（５３０）と一体化されている。すなわち、シャフトおよびタービンは、１つの断片から機械加工されている。シャフトとタービンの一体化によって組立てが単純化され、正確な軸左右対称が提供される。

ある実施の形態では、シャフトにはシャフト・ロック穴（７３４）がある。シャフト・ロック穴（７３４）は、コレットが締められているとき、外部のツール（不図示）でシャフトを固定するために使用される。

外部ツールが、対応するシャフト・ロック穴を通って高速スピンドル本体に嵌入されている。ある実施の形態において、高速スピンドル本体の対応するシャフト・ロック穴は、スピンドル本体の通気孔（４５０）である。

軸受スペーサ（６１０）は、少なくとも１つの軸受の位置決めを容易にし、また必要な予圧を支持するように設計されている。例示的な実施の形態において、軸受スペーサは、第１の軸受外輪（７１６）と第２の軸受外輪（７１８）の間に配置されている。この構成において、軸受スペーサ（６１０）は、シャフト（５３０）と共に回転しない。

１つの実施の形態において、軸受スペーサ（６１０）は、高速本体スピンドル（不図示）と関連してそれを配置する特徴を含んでいる。例示的な実施の形態において、軸受スペーサ（６１０）は、高速スピンドル空洞（４４０）において対応するスペーサ・ショルダー（４４２）を背にして置かれる位置決めショルダー（７１１）を含んでいる。

上記の図６に関して、軸受スペーサ開口（６１２）は、軸受スペーサ（６１０）に設けることができる。

実施の形態において、シャフトは、それによってシャフト回転速度を決定することが可能な回転位置基準（７１４）を含んでいる。回転位置基準（７１４）は、それが軸対称およびシャフト（５３０）のバランスに影響を及ぼさないように設計される。ある例では、回転位置基準は、シャフトの放射軸に沿ったシャフト内の１つまたは複数の貫通孔である。他の例では、位置基準は、左右にシャフト直径を横断しない複数の穴によって定められる。別の実施の形態において、回転位置基準は、シャフトから突き出ているか、またはシャフトの空洞内に配置されている平面、スロット、突起の様なフィン、安全器、ピンまたはタブである。他の実施の形態において、基準は、例えば色、表面仕上げ、電気特性または磁気特性などのシャフトの特性における局所的な変化によって定められる。他の実施の形態において、基準はシャフトにリングまたはカバーを加えることによって定められ、リングまたはカバーは、センサによって識別することができる局所特徴を有している。ある実施の形態においては、磁石が、貫通孔に配置されている。ある実施の形態において、シャフト材料とは異なる材料が、貫通孔または非貫通孔に配置されている。

ある実施の形態において、少なくとも１つの軸受内輪（７１７、７１９）が、軸受シャフト取付面（７３２、７３６）に取付けられている。例示的な実施の形態において、２本のシャフト取付面、第１の軸受シャフト取付面（７３２）および第２の軸受シャフト取付面（７３６）がある。両方の表面は、類似の表面特性、詳細には、高速スピンドル空洞（４４０）内の軸受取付面（４０６、４０８）を有している。

図８Ａには、図６の分解図が示されている。例示的な実施の形態において、シャフト（５３０）は、フリンガ（６６０）およびタービン（５７０）と一体化されている。シャフトは、第１の軸受シャフト取付面（７３２）と第２の軸受シャフト取付面（７３６）を含むように機械加工されている。

シール・ハウジング（１５０）は、底面（６５１）がシャフト・ツール端（５９８）の方に面している状態でシャフト上に配置されている。一旦シール・ハウジング（１５０）が配置されると、第２の軸受（５０８）、軸受スペーサ（６１０）および第１の軸受（６０６）が、シャフト上に組み立てられる。シャフト上部ねじ（７０４）で組立てが完了する。

図８Ｂには、少なくとも１つのタービン（５７０Ａ）がタービン・リング（７７４）に連結されており、これはシャフト・ツール端（５９８）からシャフト上に組み立てられ連結される。タービン・リングを使用する利点は、同じシャフトおよび内部サブシステム上に異なるタービン設計を組み立てる融通性をもたらすことである。ある実施の形態において、フリンガ（６６０Ａ）がリング上に取り付けられるが、これはシャフト・ツール端（５９８）からシャフト上に組み立てられ連結される。ある実施の形態において、フリンガが細長いタービン・リング（不図示）上に取り付けられるが、これはシャフト・ツール端（５９８）からシャフト上に組み立てられ連結される。

非接触封止（軸排出スピンドルに示す）
非接触封止は、主にシール・ハウジング（１５０）と回転フリンガ（６６０）の組合せによってもたらされる。回転フリンガは、（６６０Ａ）に装着され、または（６６０）にシャフト（５３０）と共に一体化され、第２の軸受（５０８）に向かう流体の流れを妨げている。

非接触封止の設計は、システムが回転するときに、それが接触摩擦を引き起こさないようになっている。同様に、接触摩擦もないことになる。ある実施の形態において、非接触封止は、長さにおいて短い。ある実施の形態において、長さは、最大シャフト直径の２倍より短い。他の実施の形態では、長さは、最大シャフト直径より短い。別の実施の形態では、その長さが最大シャフト直径の２分の１未満である。

封止システムは、非接触封止から成り、少なくとも１つの接触封止をさらに含んでもよいが、含まなくてもよい。封止システムの長さは短い。ある実施の形態において、長さは、最大シャフト直径の２倍より短い。他の実施の形態では、長さが最大シャフト直径より短い。別の実施の形態では、長さが最大シャフト直径の２分の１より短い。

接触封止が存在する場合、スピンドルが停止または低回転速度のとき、接触封止はスピンドル（１００）の静止要素と回転要素の間の接触を維持している。また、スピンドルが停止または低回転速度のとき、システムの方向に関係なく、接触封止は静止要素と回転要素の両方と接触を維持している。

しかしながら、スピンドルが高い回転速度であるときに、接触封止タイプに応じて、接触封止は静止要素または回転要素のうちの１つだけとの接触を維持する。接触封止は高速回転の間、静止要素または回転要素だけとの接触を維持するので、接触封止または接触する構成要素に対して殆ど消耗がない。同様に、接触摩擦による破片は最小量である。

非接触封止は、摩擦のないシステムであり、固体パーツの間で摩擦がない。システム内での唯一の摩擦は、静止要素と回転要素の間で回転する流体および／または残骸によって生じる。

図９Ａでは、図１Ａのスピンドルの部分断面図が示されている。図示の部分は、一般に非接触封止（９００）を表している。非接触封止（９００）は、タービン（５７０）を出て第２の軸受（５０８）の下の隙間（５０６）へと流れる流体を防止するように設計されている。

非接触封止（９００）は、２つの要素から成り、シャフトの一部またはシャフトに連結される回転要素、詳細にはフリンガ（６６０）と高速スピンドル本体（１２０）に固定されている静止要素、詳細にはシール・ハウジング（１５０）である。ある実施の形態（図１１Ａ、１１Ｂを参照）において、静止要素は、高速スピンドル本体（１２０）に固定されている第１の静止要素（シール・ハウジング１５０）とシール・ハウジング（１５０）に連結している第２の静止要素（固定リング１３４０）から成っている。

非接触封止（９００）は、シャフト（５３０）とタービン（５７０）の上に取り付けられた第２の軸受（５０８）との間に位置している。高圧流体は、シール・ハウジング（１５０）内の第２の垂直流体チャネル（５２７）を通って非接触封止（９００）に入り、カバー（１８０）内の入口チャネル（５２８）、環状ノズル流体マニホールド（５７８）、また少なくとも１つのノズル（５７６）に進む。

例示的な実施の形態において、ノズル流体マニホールド（５７８）は、ノズル・リング（９７７）およびカバー（１８０）のカバー内部表面（９７９）によって画定される。

非接触封止（９００）は、少なくとも部分的に第２の環状流体マニホールド（５５２）と静止流体出口チャネル（５５６）を画定するシール・ハウジング（１５０）を含んでいる。静止流体出口チャネル（５５６）は、カバー（１８０）の第１セクション（９８２）と第２セクション（９８４）の両方で軸流体出口チャネルに流動的に連通している。また、シール・ハウジング（１５０）も上部カバー環状隙間（５７２）と底部環状空洞（５８７）と流動的に連通する回転フリンガ（６６０）の下の封止環状隙間（５７４）を少なくとも部分的に画定している。また、非接触封止（９００）も回転フリンガ（６６０）を含んでいる。

シール・ハウジング（１５０）は、高速スピンドル本体（１２０）に対する１つの側およびカバー（１８０）に対する別の側に連結されている。シール・ハウジング（１５０）とカバー（１８０）の間のガスケット（２４８）は、両方の部分にまたがってチャネルを流れる高圧流体が漏れないように封止を提供している。

そこを通って流体が流れる、回転要素と静止要素の間の環状隙間部は、タービンとノズル・リングの間の上カバー環状隙間（５７２）と、回転フリンガ（６６０）の下の封止環状隙間（５７４）を含んでいる。

流体は、シャフト（５３０）近くの第１の軸出口開口（５８８）を介してカバー（１８０）を通り、カバー径方向周辺部（９８１）に近いカバー（１８０）を出る第２の軸出口開口（５８６）を通って出ている。

少なくとも１つのノズル（５７６）を通って流れ、少なくとも１つのタービン（５７０）に向けられる高圧流体は、タービンを高速で回転させる。タービンに衝撃を与える一部の流体は、タービンから、シャフト・ツール端（５９８）、すなわちスピンドル（１００）の底部に向かい、第１の軸出口開口（５８８）を通って底部環状空洞（５８７）の中に迂回する。

高い遠心力のため、残留する流体は、タービンから回転タービンとノズル・リングの間の上部カバー環状隙間（５７２）に迂回する。そこから、流体は、回転フリンガ（６６０）の下の封止環状隙間（５７４）に流れ込む。

回転フリンガの下の封止環状隙間（５７４）は、タービン領域（９６９）とシール・ハウジング内部表面（９５４）の上方のシャフト第１セクション（９３２）の間に形成される。回転フリンガの下の封止環状隙間（５７４）は、シール・ハウジング（１５０）の第２の環状流体マニホールド（５５２）に流動的に連結している。

封止環状隙間（５７４）から、大部分の流体は、回転フリンガの下部表面（９６２）に向かって流れ、静止流体出口チャネル（５５６）に向かって迂回されることになり、これは、１つの側の第２の環状流体マニホールド（５５２）に、またさらに、カバー（１８０）内の軸流体出口チャネルに、特に軸流体出口チャネルのセクション２（９８４）に流動的に連結された軸流体出口チャネルセクション１（９８２）に流動的に連結されている。軸流体出口チャネルセクション２（９８４）から、流体は少なくとも１つの第２の軸出口開口（５８６）を通って高速スピンドルを出る。

図９Ｂに最も良く示されているように、回転フリンガ下部表面（９６２）に向かって流れる回転フリンガの下の封止環状隙間（５７４）の流体の一部は、フリンガ・エッジ面（９６４）を過ぎてフリンガ上部表面（９６６）の上を進む。

フリンガ上部表面（９６６）の流体の流れは、主に非接触封止の２つの要素によって妨げられる。

第１の要素は、主にシール・ハウジング（１５０）内の環状凹部（９２４）および回転フリンガ上部表面（９６６）によって画定される主要な乱流ポケット（５１２）である。主要な乱流ポケット（５１２）は、そこから流体が主要な乱流ポケットに流れ込む第２の環状流体マニホールド（５５２）に面している大きな開口（９２６）と小さな開口（９３６）の２つの開口を有している。スロット・ショルダ（９３４）は、環状凹部（９２４）の半径方向内壁を形成している。

シール・ハウジング（１５０）の凹部（９２４）と回転フリンガ上部表面（９６６）の間の相対運動は、流体乱流を引き起こす。さらなる乱流が、ポケット形状が原因で生じる可能性がある。大きな開口（９２６）から主要な乱流ポケット（５１２）に入る流体の大部分は、凹部（９２４）に向かって流れる。その断面部分がはるかに小さいので、大部分の流体は小さい開口（９３６）を通って進むことができず、流体の流れがフリンガ上部表面（９６６）に向かって偏向されるとさらなる乱流になる恐れがある。分離要素によってもたらされる流体乱流は、小さい開口（９３６）に向かう流体の流れを集合的に妨害する。

主要な乱流ポケット（５１２）を通り過ぎる流体は、シール・ハウジング（１５０）とシャフト（５３０）の間の、例示的な実施の形態においては、スロット・ショルダ（９３４）と回転フリンガ（６６０）の上の回転棚（９３８）の間の、小さい開口（９３６）に到達する。

第２の要素は、シール・ハウジング（１５０）および対向するシャフト部（９１８）の内径の階段様の特徴（９１６）によって画定される小さい乱流ポケット（９１４）である。ある実施の形態において、２つを超える乱流ポケットを使用してもよい。例えば、３つ以上の乱流ポケットを同心で配置してもよい。他の一例においては、複数の小さな乱流ポケット（９１４）を軸方向に積み重ねてもよい。２つ以上の乱流ポケットを使用すると、封止の有効性が増加し得るが、乱流ポケットの数が増加すると、空間、流体摩擦および製造費用が犠牲になる。

小さな乱流ポケット（９１４）に入る流体の流れパターンは乱流である。階段様の特徴（９１６）と対向するシャフト部（９１８）の間の相対運動は、流体乱流を引き起こす。流体乱流は、流体の流れを妨げる。小さい乱流ポケット（９１４）内で流体に作用する遠心力は、流体を小さな乱流ポケット（９１４）のより大きな直径部に、シール・ハウジング（１５０）に向かって集中させ、またシール・ハウジング（１５０）とシャフト（５３０）の間の垂直隙間（９２２）から離れさせる。

シャフトが接触することなく回転するために、第２の軸受（５０８）に最も近いシール・ハウジング（１５０）とシャフト（５３０）の間に小さな隙間がある。例示の実施の形態において、隙間は、シール・ハウジング（１５０）とシャフト（５３０）の間の垂直隙間（９２２）である。

任意の接触封止
図１０には、スピンドル（１００）に用いられる第２の封止システムが示されている。第２の封止システムは、上記の第１の封止システムの非接触封止（９００）のような大きな乱流ポケット（５１２）と小さな乱流ポケット（９１４）を定めたシール・ハウジング（１５０）を含んでもよい。この第２の封止システムは、さらに、第２の軸受（５０８）とタービン（５７０）の間に位置する接触封止を備えている。好ましくは、接触封止は、第２の軸受（５０８）のできるだけ近くに配置されている。

スピンドルが停止しているとき、たとえ高速スピンドルがＡＴＣまたは他の保管場所に保存されている場合であっても、スピンドルの使用後、保管位置が垂直（すなわち、切削ツールが上を向いている）、または横向き、あるいは他のどんな角度でも、接触封止は、流体、液滴および汚染が第２の軸受（５０８）に到達するのを防止するように設計されている。このような場合、切削ツールに残る残留流体がタービン上にまたはシール・ハウジング内で、第２の軸受に向かって流れるという懸念がある。

接触封止は、これらの残留流体が第２の軸受（５０８）に到達するのを防止するように設計されている。

接触封止は、スピンドルが停止しているときに、高速スピンドル本体（１２０）および回転シャフト（５３０）に連結しているシール・ハウジング（１５０）の間の隙間にわたる。

接触封止は、シャフトが停止しているとき、または、低い回転数で回転しているとき、回転速度を落とし高速スピンドルのわずか１０％以下のときに、シール・ハウジング（１５０）および回転シャフト（５３０）との接触を維持するように設計されている。

接触封止は、シャフトが高い回転数で回転するときには、シール・ハウジング（１５０）と回転シャフト（５３０）の間の接触を中断するように設計されている。シャフトが高い回転数で回転するときには、静止要素と回転要素の間の接触または摩擦はない。ある実施の形態において、シャフトが回転しているとき、静止要素と回転要素との接触または摩擦はない。

図１０Ａを参照すると、スプリング・フリンガ（１０４０）が、回転シャフト（５３０）に配置されており、それとともに回転する。この実施の形態において、スプリング・フリンガは、第１の封止システムの実施の形態で提供される比較的堅いフリンガ（６６０）に置き換えることができる。スプリング・フリンガ（１０４０）は、シャフトに取り付けられる角度のあるフラップまたはスカート状の全体的な形状を有する。スプリング・フリンガ（１０４０）は、ゴムまたは他のエラストマまたはより堅い材料でできている成形バネなどの可撓性材料を含んでいる。シャフト回転のため遠心力が加えられる場合、可撓性材料によりスプリング・フリンガが伸び、形状を変えることができる。

図示の実施の形態では、スプリング・フリンガ（１０４０）は、シャフト（５３０）およびスプリング・フリンガ断面（１０４５）を備える柔軟なより薄い断面（１０４４）に、スプリング・フリンガを取り付けるのに使用するスプリング・フリンガ取付面（１０４３）を有する。シャフト（５３０）が回転していないときは、柔軟なより薄いセクション（１０４４）は、スプリング・フリンガ上部表面（１０４２）がシール・ハウジング（１５０）と接触するように配置される。例示的な実施の形態において、スプリング・フリンガ上部表面（１０４２）は、固定面（１０２４）と接触している。スプリング・フリンガ（１０４０）とシール・ハウジング（１５０）の間の接触線は、流体通路を、一方の接触線（領域またはリング）から他方の接触線まで防止する。

図１０Ｂを参照すると、シャフト（５３０）が回転する間、シャフトの回転のために、遠心力がスプリング・フリンガ（１０４０）に加えられる。可撓性材料は、接触不足の結果としてスプリング・フリンガ上部表面（１０４２）が固定面（１０２４）からわずかに離れても再配置されるように、スプリング・フリンガ（１０４０）が延伸するのを可能にする。スプリング・フリンガ（１０４０）は、流体がタービン領域から第２の環状流体マニホールド（５５２）に迂回するフリンガとして機能する。

スプリング・フリンガ（１０４０）は、回転の間、スプリング・フリンガ（１０４０）を引っ張るために重量を提供する、柔軟なより薄いセクション（１０４４）上にまたはその中に配置される、より重い構成要素（不図示）を含んでもよい。有る場合、より重い構成要素は、リングまたはドーナツ形、あるいは複数の断面から成っていてもよい。有る場合、より重い構成要素は、スプリング・フリンガに、またはその中に鋳造されてもよい。

任意の流れ制御機能
図１１Ａ、図１１Ｂでは、例示の実施の形態のスピンドルは、非接触封止（９００）と実質的に同様の、スピンドル本体（１２０）とカバー（１８０）の間の非接触封止を含み、例示の実施の形態は、シール・ハウジング（１５０）に連結された第２の静止要素（１３４０）を更に備えている。

例示的な実施の形態において、第２の静止要素（１３４０）は、シール・ハウジング（１５０）に対応する特徴に配置された固定リングである。例えば、シール・ハウジング（１５０）の対応する特徴は、シール・ハウジング内面（９５４）によって画定される段、主にシール・ハウジング内面（９５４）に対して垂直な第１表面（１３５５）、および主に第１表面（１３５５）に対して垂直な第２表面（１３５８）である。第２の静止要素（１３４０）の外径の寸法およびシール・ハウジング内面（９５４）の直径は、第２の静止要素（１３４０）とシール・ハウジング（１５０）の間に干渉はまりがあるようなものである。あるいは、第２の静止要素（１３４０）は、接着剤または他の任意の手段によってシール・ハウジング（１５０）に連結している。

第２の静止要素（１３４０）は、フリンガ（６６０）の下に図５の実施の形態より狭い封止環状チャネル（１３７４）を形成する。狭い封止環状チャネル（１３７４）は、カバー環状隙間（５７２）から来る流体をフリンガ下部表面（９６２）の基部（１３６３）に向かわせる。流体に作用している流体圧および遠心力のため、流体は、第２の環状流体マニホールド（５５２）を通って静止流体出口チャネル（５５６）の方へ、また、カバー（１８０）内の流体開口へ、またはシール・ハウジング（１５０）内の流体開口（図１４を参照）へ流れる。

任意の空洞通気孔
図１２には、高速スピンドル本体（１２０）の通気孔（４５０）の詳細が示されている。通気孔（４５０）は、前述のいずれの実施の形態のスピンドルにおいても使用することができる。通気孔（４５０）は、スピンドル空洞（４４０）内で高速回転要素により生じ得る圧力変動を減少させる。通気孔は、高速スピンドル本体（１２０）を通って、高速スピンドル空洞（４４０）を高速スピンドルの外側（４９６）と連結する。通気孔（４５０）は、１気圧では閉じたままであるが、圧力がガスケットの両側間で異なるときには漏洩し、均圧を許すことになる、通気孔ガスケット（２０５４）で封止される。

通気孔ガスケット（２０５４）は、その両面にかかる圧力の不均衡によって生じる、その幾何学的形状の変化によって漏洩する。幾何学的形状の変化は、高速スピンドル空洞への往復、高速スピンドルの外側への往復を通過する流体に水路をもたらす。

例えば、通気孔ガスケット（２０５４）は、圧力が０．０５気圧、０．１気圧、または０．１７気圧までの差で変動する場合、漏洩してもよい。

通気孔ガスケット（２０５４）は、可撓性材料で製造されている。１つの例において、ガスケットは、ゴムで製造されている。幾つかの実施の形態では、通気孔ガスケット（２０５４）は、少なくとも１つの切り目を有する可撓性材料で製造されている。１つの例において、ガスケットは、異なる方向に１つを超える切り目を有する可撓性材料で製造されている。他の実施の形態において、ガスケットは、少なくとも１つの柔軟な特徴を含む１つのパーツから製造される。例えば、ガスケットは、少なくとも１つの柔軟な特徴またはスプリングを含む複数のパーツシステムから製造されてもよい。

通気孔ガスケット（２０５４）は、内部ナット（２０５２）と外部ナット（２０５６）の２つのナットによって適切に配置され、また保持されることが可能である。本実施の形態において、通気孔ガスケット（２０５４）は、通気孔チャネルへ挿入する前に組み立てられ、テストされることが可能である。

他の実施の形態において、通気孔ガスケット（２０５４）は、少なくとも１つの外部ナット（２０５６）によって適所に配置され、また保持され、通気孔チャネル（不図示）のショルダによって支持される。通気孔チャネル内のショルダは、内部ナットと同様の支持を提供する。他の実施の形態において、通気孔ガスケット（２０５４）は、通気孔チャネル（不図示）内の少なくとも１つのナットおよび部分的な支持によって適所に配置され、また保持される。他の実施の形態において、ガスケットは、例えば溝などの通気孔チャネル内の支持によって、適所に配置され、また保持される。

通気孔（４５０）は、スピンドル本体（１２０）および通気孔ガスケット（２０５４）内の通気孔（４５０）を通してツールを挿入することによって、ツールを挿入してシャフトを適所に係止する導管として使用することができる。トルクがシャフトの底部に適用されている間、シャフトが適所に係止できるように、挿入されたツールはシャフト上の対応する特徴に連結する。例示的な実施の形態において、シャフトの特徴は、その直径がツール端の直径より大きいボア（不図示）である。例示的な実施の形態において、シャフトのシャフト・ロック穴は、放射軸上のシャフトを横切る。ある実施の形態において、シャフトの特徴は、平面である。ある実施の形態において、シャフトの特徴は、スロットである。ある実施の形態において、通気孔ガスケット（２０５４）は、その元の形状に戻るのに十分な可撓性である。

代替の２つのパーツのスピンドル本体
図１３を参照すると、スピンドル本体（１２０Ａ）の他の実施の形態が分解図に示されており、スピンドル本体（１２０Ａ）は、シェル（２１２０）およびコア（２１３０）を含んでいる。高速スピンドル本体を複数のパーツに分けることには多くの利点があり、例えば材料費の低減、異なる用途のために類似の製品を複数バージョン製造する設計の柔軟性、およびシェル内のモニタリングおよび／または連通用の電子装置の埋め込みなどである。実施の形態において、２つのパーツの高速スピンドル本体（１２０Ａ）は、相当する１つのパーツの高速スピンドル本体より軽い。

実施の形態において、シェル（２１２０）およびコア（２１３０）は、異なる材料から作られる。実施の形態において、コアは、硬化された材料、例えばステンレス鋼または鋼から作られる。コア材料は、スピンドル精度のために、軸受取付け領域および高い剛性において、充分な硬度を提供しなければならない。実施の形態において、シェルは、より軽い材料、例えばアルミニウム、複合材料またはプラスチックから製造される。シェルの材料は、そこに組み込まれる高圧流体チャネルをサポートするために十分な強度を有しなければならない。

例示的な実施の形態において、２つのパーツの高速スピンドル本体（１２０Ａ）は、たとえあったとしても他のシステム・パーツに行うことが必要な最低限の修正のようなもので、１つのパーツの高速スピンドル本体（１２０、図４）と交換できる。幾つかの実施の形態では、シェルは、例えばモニタリングおよび制御構成要素のためのセンサおよびハウジングなどの、機能を加えるために変更することができる。

図１３は、シェル（２１２０）とコア（２１３０）のシャンク（１１０）部分の間に配置されている、シェル（２１２０）、コア（２１３０）、第１のＯリング（２１０７）および第２のＯリング（２１０９）を示している。第３のＯリング（２１１１）および第４のＯリング（２１１３）は、第２のＯリング・スロット（２１１２）のコア（２１３０）周辺に配置されている。

コア（２１３０）は、シャンク（１１０）、軸受空洞ハウジング（２１４２）である広い直径部、主要な横流体チャネル（４２２）の開口、コア通気開口（２１５２）を含んでいる。シェル（２１２０）は、シェル通気開口（２１５０）を含んでいる。

図１４Ａを参照すると、断面Ａ―Ａは、コア（２１３０）の断面図である。図１４Ａは、２つのパーツの高速スピンドル本体（１２０Ａ）内の、流体チャネル・システムの一部を示している。流体チャネル・システムは、流体入口（１０２）と流体チャネル接合（４１８）を流動的に連結するシャンク（１１０）内のシャンク・チャネル（４１６）から成る。流体チャネル接合（４１８）は、少なくとも１つの主要な横流体チャネル（４２２）を流動的に連結する。

コア（２１３０）はまた、高速スピンドル空洞ハウジング（２１４２）、高速スピンドル空洞（４４０）、コア通気開口（２１５２）、２つのパーツが組み立てられるときに、シェルを背にして置かれたコア表面（２２２８）、コア（２１３０）の遠方端の第１のＯリング・スロット（２２０９）および第２のＯリング・スロット（２１１２）、第１の軸受空洞取付面（４０６）、第２の軸受空洞取付面（４０８）および、コアの検知開口（３３４Ａ）を含んでいる。コア（２１３０）の検知開口（３３４Ａ）は、上記のように本体（１２０）全体の検知開口（３３４）と、実質的に同じである。

図１４Ｂを参照すると、シェル（２１２０）は、シェル通気開口（２１５０）を含んでいる。図示はしていないが、シェル（２１２０）は、シャフト（５３０）を通して外部からの検知アクセスを提供するために、コア（２１３０）内で検知開口（３３４Ａ）と連通する検知開口を含んでいる。

図１４Ｃを参照すると、シェル底面図は、第１の流体マニホールド（３７０）と流体的に連通する垂直流体チャネル開口（２２６８）、およびシール・ハウジング（不図示）を連結するために使用されるシェルねじ孔（２２６６）を含んでいる。

図１４Ｄを参照すると、断面ＸＸＩＩＤは、シェル（２１２０）の断面図である。図１４Ｄは、２つのパーツの高速スピンドル本体（１２０Ａ）内の流体チャネル・システムの一部を示し、コア内の少なくとも１つの主要な横流体チャネル（４２２）に流体的に連結する少なくとも１つの第２の横流体チャネル（２２２４）、および、第１の流体マニホールド（３７０）に更に流動的に連結しているシェル内の主要な垂直流体チャネル（４２６）を含んでいる。

また、図１４Ｄは、シェル通気開口（２１５０）、２つのパーツが組み立てられるときに、コア表面（２２２８）を背にして置かれるシェル表面（２２３８）を含んでいる。

軸受
本開示のスピンドルと共に使用する最適な軸受の選択は、様々な要因により決定される。これらの要因は、利用できる空間、軸受が遭遇する負荷、速度（加速および減速要件を含む）、必要な剛性および精度、雑音レベル、コスト上の問題など多数を含んでいる。

高速回転スピンドルは、少なくとも１つのコンタクト軸受を組み入れることができる。適切なコンタクト軸受の実施例は、ラジアルコンタクト軸受、アンギュラコンタクト玉軸受、深溝玉軸受、円筒型ころ軸受、針状ころ軸受、球面ころ軸受、および円すいころ軸受を含んでもよい。

全ての上記の軸受のタイプは、開放型、シールド型、封止型の設計でもよい。

好ましくは、少なくとも１つの軸受はシールド型軸受である。シールド・リングは、それらの環境から軸受レースおよび回転要素を遮断する。しかしながら、シールドの遮断は１００％の密封ではない、すなわち、軸受回転要素およびレースに近接する空間に対して流体、水分、湿度などの漏出を完全には防止しないが、それが漏出する量を減らす。また、軸受回転要素およびレースに近接する空間に、個体粒子が進入するのを遮断する場合に、非常に効果的である。

幾つかの実施の形態では、シールド型軸受は、回転要素のそれぞれの側の上に１つずつ、２つのシールドを含んでいる。シールドは内側および外側軸受レースの溝に取り付けることが可能であり、あるいは、シールドはレースの外側部分に取り付けられることが可能である。

幾つかの実施の形態で、あるシールドが、内側および外側軸受レースの片方のまたは両方の溝に取り付けられているが、あるシールドは、周囲の情況からの遮断が最も必要である方向でレースの外部部分に取り付けられる。

好ましくは、少なくとも２つの軸受はシャフトに取り付けられている。また、幾つかの実施の形態において、少なくとも２つの軸受は同じ半径方向寸法を有している。また、幾つかの実施の形態では、少なくとも２つの軸受は同じ高さ寸法を有している。

また、少なくとも２つの軸受は異なる半径および／または高さ寸法を有してもよい。また、ある実施の形態において、切削ツール端により近い軸受はシャフトが回転する間、負荷のより高い部分を担持するように設計される。また、ある実施の形態において、切削ツール端により近い軸受は回転シャフト上に取り付けられる最大の軸受である。また、ある実施の形態において、第２の軸受は、第１の軸受より切削ツール端から更に離れて取り付けられている。また、ある実施の形態において、第２の軸受は軸方向の拡張性能を有するように設計される。

また、ある実施の形態において、異なる寸法を有する少なくとも２つの軸受は、それらがそこで接触する要素内の振動を減少させる。また、ある実施の形態において、異なる寸法を有する少なくとも２つの軸受は、高速スピンドルの要素内の振動を減少させる。また、ある実施の形態において、異なる寸法を有する少なくとも２つの軸受は、それらがそこで接触する要素内の高周波振動を減少させる。また、ある実施の形態において、異なる寸法を有する少なくとも２つの軸受は、高速スピンドルの要素の高周波振動を減少させる。

また、ある実施の形態において、少なくとも１つの軸受寸法は（１２、２８、８）である。また、ある実施の形態において、少なくとも第２の軸受寸法は（１０、２６、８）である。軸受寸法は、以下の慣例を利用してｍｍで提供されている。（内径、外径、軸受厚または幅）。

また、ある実施の形態において、少なくとも１つの軸受寸法は（１５、２８、７）または（１７、３０、７）である。また、ある実施の形態において、少なくとも第２の軸受寸法は（１０、２２、６）または（１０、２４、６）または（１２、２４、６）または（１０、３０、９）である。

また、ある実施の形態において、少なくとも１つの軸受内径寸法は、１０、１１、１２、１３、１４、１５、または１６ｍｍより小さい。また、ある実施の形態において、少なくとも１つの軸受外径寸法は、１９、２０、２１、２２、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、または３０ｍｍより小さい。

また、ある実施の形態において、少なくとも３つより多い軸受が、シャフトに取り付けられている。また、ある実施の形態において、少なくとも４つの軸受が、シャフトに取り付けられている。

また、ある実施の形態において、流体駆動高速スピンドルは、流体チャネル・システムを流れる高圧流体によって冷却される。また、ある実施の形態において、流体チャネルは、高速回転の間、軸受によって発生する熱を取り除くために、ベアリングに対して充分近くにある。

軸受注油
潤滑油の選択は重要である。接触軸受は、多数のタイプのグリースとオイルで潤滑される。潤滑油の選択は、主に動作条件、すなわち温度範囲および速度ならびに周囲の影響に依存する。流体駆動高速スピンドルにおいて、潤滑油は、少量の流体には影響を受けずに、高速回転を支持しなければならない。

また、ある実施の形態において、軸受回転要素とレースは、潤滑材料によって流体、蒸気、水分および個体粒子から保護されている。また、ある実施の形態において、潤滑材料はグリースである。

ある実施の形態において、グリースは、合成潤滑油および金属石鹸増粘剤、および／または添加物の化合物とする。基油としても知られる可能な合成潤滑油の一例はＰＡＯ（ポリアルファオレフィン）である。

金属石鹸増粘剤は、リチウム石鹸とリチウム合成石鹸を含んでいる。添加物は、錆抑制剤、および／またはＰＦＰＥ、および／またはＰＴＦＥ化合物を含んでいる。ＰＦＰＥおよびＰＴＦＥ化合物を含有するグリースは、典型的には、水、酸、基剤および大部分の有機溶剤に不溶性であり、極端な圧力および高い機械的応力に耐えることが可能である。例えば、ＵｎｉＦｌｏｒのペルフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）潤滑油、化合物、＃８１７２、＃８９８１、＃８９１７、＃８５１２、＃８９５０、その他、同じおよび／または他の製造業者の化合物である。

また、ある実施の形態において、スペースの制約は、ＡＴＣ要件に基づいて定義されている。また、ある実施の形態において、高速スピンドルの最大直径は８０ｍｍである。

シャフト
シャフトの設計は対立する考慮点を含んでおり、例えば、高い剛性はより大きな直径を要求し、より少ない質量およびより少ない摩擦を必要とするより速いスピードは、より小さなシャフト直径を要求している。また、シャフトの設計は、システムの空間と量の有用性、ならびに切削ツールの直径も考慮に入れる。

また、ある実施の形態において、切削ツールの最大直径は７ｍｍである。また、ある実施の形態において、切削ツールの最大直径は７ｍｍであり、回転速度は１秒につき少なくとも２５，０００回転である。また、ある実施の形態において、切削ツールの最大直径は６ｍｍであり、回転速度は１秒につき少なくとも３５，０００回転である。

また、ある実施の形態において、切削ツールは、ＥＲ１１標準によって規定されている要件に準拠している手段によって、シャフトに固定されている。

また、ある実施の形態において、シャフトの直径は、その長さに沿って変化する。また、ある実施の形態において、シャフトの直径は、少なくとも１つの軸受の取付け位置における直径より、切削ツール端における直径の方が大きい。また、ある実施の形態において、シャフトの直径は、コレットに近傍で少なくとも１２ｍｍであり、および／または切削ツール端より上で少なくとも１７ｍｍである。また、ある実施の形態において、少なくとも１つの軸受の取付け位置におけるシャフトの直径は少なくとも１０ｍｍである。また、ある実施の形態において、少なくとも第２の軸受の取付け位置におけるシャフトの直径は、少なくとも１つの軸受の取付け位置におけるシャフトの直径より大きい。また、ある実施の形態において、少なくとも第２の軸受の取付け位置におけるシャフトの直径は、少なくとも１つの軸受の取付け位置におけるシャフトの直径より小さい。

流体システムの考察
また、ある実施の形態において、高速スピンドルに入る流体の流体圧は１０バールを超える。また、ある実施の形態において、高速スピンドルに入る流体の流体圧は１７バールを超える。また、ある実施の形態において、高速スピンドルに入る流体の流体圧は２０バールを超える。また、ある実施の形態において、高速スピンドルに入る流体の流体圧は２５バールを超える。また、ある実施の形態において、高速スピンドルに入る流体の流体圧は４０バールを超える。

ある実施の形態において、高速スピンドルに入る流体の流量は５リットル／分を超える。また、ある実施の形態において、高速スピンドルに入る流体の流量は１０リットル／分を超える。また、ある実施の形態において、高速スピンドルに入る流体の流量は１７リットル／分を超える。また、ある実施の形態において、高速スピンドルに入る流体の流量は２０リットル／分を超える。

ある実施の形態において、高速スピンドルに入る流体の流体圧は１７バールであり、その流量は１２リットル／分である。また、ある実施の形態において、高速スピンドルに入っている流体圧は１７バールあり、その流量は９リットル／分である。

ある実施の形態において、流体は主に水性である。また、ある実施の形態において、流体は、機械加工プロセスで使用される乳剤である。また、ある実施の形態において、流体は主にオイルベースである。

例示のスピンドルの動作の特徴
ある実施の形態において、切削ツールの先端に適用される軸荷重は２５Ｎ未満である。また、ある実施の形態において、切削ツールの先端に適用される軸荷重は５０Ｎ未満である。また、ある実施の形態において、切削ツールの先端に適用される軸荷重は７５Ｎ未満である。

ある実施の形態において、切削ツールの先端に適用される垂直負荷は５０Ｎ未満である。また、ある実施の形態において、切削ツールの先端に適用される垂直負荷は１００Ｎ未満である。また、他のある実施の形態において、切削ツールの先端に適用される垂直負荷は１７０Ｎ未満である。また、ある実施の形態において、切削ツールの先端に適用される垂直負荷は２００Ｎ未満である。

ある実施の形態において、高速スピンドル回転速度の加速および減速は１７００ｒａｄ／ｓｅｃ＾２未満である。また、ある実施の形態において、高速スピンドル回転速度の加速および減速は１７００ｒａｄ／ｓｅｃ＾２未満である。また、ある実施の形態において、高速スピンドル回転速度の加速および減速は２０００ｒａｄ／ｓｅｃ＾２未満である。また、ある実施の形態において、高速スピンドル回転速度の加速および減速は３０００ｒａｄ／ｓｅｃ＾２未満である。

ある実施の形態において、シャンクとシャフト端の間の回転の精度は２．５ミクロン未満である。また、ある実施の形態において、シャンクとシャフト端の間の回転の精度は５ミクロン未満である。ある実施の形態において、シャンクとシャフト端の間の回転の精度は１０ミクロン未満である。ある実施の形態において、シャンクとシャフト端の間の回転の精度は１７ミクロン未満である。

Ａ 縦軸
１００ スピンドル
１０１ シャンク拡張
１０２ 進入ポート
１１０ シャンク
１２０，１２０Ａ 本体
１３０ センサ・モジュール
１５０，１５０Ａ，１５０Ｂ シール・ハウジング
１８０，１８０Ａ，１８０Ｂ カバー
２０４ 濾過ユニット・ナット
２０６ メッシュ
２１４ レンチ・クリップ
２１８ シースロット
２３２ 取付位置
２４０ 内部サプシステム
２４８ ガスケット
２５２ 第１のねじ
２８２ 第２のねじ
２９０ コレット
２９２ コレット・ナット
３１２ コーン・シャンク
３２４ アクセス開口
３３４ センシング装置
３３５ 液体開口
３３６ 取り付けねじ
３３８ 取り付けスロット
３５２ ねじ孔
３５４ 底孔
３７０ 第１の液体マニホールド
３９８ 底端
４０４ シャンク端
４０６ 第１の軸受空洞−取付面
４０８ 第２の軸受空洞−取付面
４１２ シャンク・スレッド
４１６ シャンク・チャネル
４１８ 液体チャネル接合
４２２ 一次側水平液体チャネル
４２６ 一次側垂直液体チャネル
４４０ 空洞
４４２ スペーサショルダ
４４４ 小径部
４４６ 大径部
４５０ 通気孔
４９６ 外側
５０６ 隙間
５０８ 第２の軸受
５１２ 大きな乱流ポケット
５２７ 第２の垂直流体チャネル
５２８ 入口チャネル
５３０ シャフト
５５２ 第２の環状流体マニホールド
５５６ 静止流体出口チャネル
５７０，５７０Ａ タービン
５７１ 中央流体出口
５７２Ａ 下部環状隙間
５７２Ｂ 上部環状隙間
５７３ 第２の流体出口
５７４ 封止環状隙間
５７６ ノズル
５７８ ノズル流体マニホールド
５８３ 出口チャネル
５８６ 第２の軸出口開口
５８７ 底部環状空洞
５８８，５８８Ａ 第１の軸出口開口
５９８ シャフトツール端
６０６ 第１の軸受
６１０ 軸受スペーサ
６１２ 軸受スペーサ開口
６２２ 外部ショルダ
６２３ 内部ショルダ
６５１ 底面
６５６ カウンタボア
６６０，６６０Ａ フリンガ
６８６ シール収容液体出口孔
７０４ シャフト上部ねじ
７１１ 位置決めショルダ
７１４ 回転位置基準
７１６ 第１の軸受外輪
７１７ 第１の軸受内輪
７１８ 第２の軸受外輪
７１９ 第２の軸受内輪
７３２ 第１の軸受シャフト取付面
７３６ 第１の軸受シャフトショルダ
７３４ シャフト・ロック孔
７３６ 第２の軸受取付面
７３８ 第２の軸受取付ショルダ
７７４ タービン・リング
７９４ コレット取付面
７９５ ねじ
９００，９００Ａ 非接触風刺
９１４ 小さな乱流ポケット
９１６ 階段様の特徴
９１８ 対向するシャフト部
９２２ 垂直隙間
９２３ 平坦な上面
９２４ 凹部
９２５ スロット
９２６ 大きい開口
９３２ シャフト第１セクション
９３４ スロットショルダ
９３６ 環状水平隙間
９３８ 回転棚
９５４ シール・ハウジング面
９６１ 第２のフリンガ
９６２ フリンガ下部表面
９６３ 第２のフリンガ下部表面
９６４ フリンガ・エッジ表面
９６６ フリンガ上部表面
９６９ タービン領域
９７７ ノズル・リング
９７９ カバー内部表面
９８１ 径方向周辺部
９８２ 軸流体出口チャネル第１セクション
９８４ 軸流体出口チャネル第２セクション
１０２４ 固定面
１０４０ スプリング・フリンガ
１０４２ スプリング・フリンガ上部表面
１０４３ スプリング・フリンガ取付面
１０４４ 薄い断面
１０４５ スプリング・フリンガ断面
１３４０ 静止要素
１３５５ 第１表面
１３５８ 第２表面
１３６３ 基部
１３７４ 狭い封止環状チャネル
２０５２ 内部ナット
２０５４ 通気孔ガスケット
２０５６ 外部ナット
２１０７ 第１のＯ‐リング
２１０９ 第２のＯ‐リング
２１１１ 第３のＯ‐リング
２１１２ 第１のＯ‐リング・スロット
２１１３ 第４のＯ‐リング
２１２０ シェル
２１３０ コア
２１４２ 空洞ハウジング
２１５０ シェル通気開口
２１５２ コア通気開口
２２０９ 第１のＯ‐リング・スロット
２２２４ 第２の横流体チャネル
２２２８ コア表面
２２３８ シェル表面
２２６６ シェルねじ孔
２２６８ 垂直流体チャネル開口

Claims (23)

1. 上端および下端、シャフト・ツール端（５９８）を画定する縦軸（Ａ）を有する液体駆動スピンドル（１００）であって、
   ａ） スピンドル空洞（４４０）を有する本体（１２０）と、
   ｂ） 空洞（４４０）に配置された少なくとも１つの軸受（５０８）と、
   ｃ） 前記空洞（４４０）内で前記少なくとも１つの軸受（５０８）によって支持されるシャフト（５３０）と、
   ｄ） その下端で前記本体（１２０）に連結されるシール・ハウジング（１５０）と、
   ｅ） その下端で前記シール・ハウジング（１５０）に連結されるカバー（１８０）と、
   ｆ） 進入ポート（１０２）からノズル（５７６）に液体を向かわせる流体チャネル・システムと、
   ｇ） 前記シャフト（５３０）に装着されたタービン（５７０）であって、シャフトを回転させるため、少なくとも１つのノズルと流体連通にあるタービンと、
   ｈ） 前記シャフト（５３０）に装着され、前記タービン（５７０）より上に配置されたフリンガ（６６０）を備え、
   前記シール・ハウジング（１５０）は、液体を分配するための前記シャフト（５３０）を囲んでいる環状流体マニホールド（５５２）を画定し、前記タービン（５７０）によって上方へ、複数の静止流体出口チャネル（５５６）の中に偏向されており、
   前記フリンガ（６６０）と前記シール・ハウジング（１５０）は、前記少なくとも１つの軸受（５０８）に向かう流体の流れを妨げるように構成される非接触封止（９００）を形成するように組み合わされる、液体駆動スピンドル(１００)。
2. 前記シール・ハウジング（１５０）は、主要な乱流ポケット（５１２）が、前記シール・ハウジング内の凹部（９２４）によって画定され、前記シャフト（５３０）に隣接して配置され、前記主要な乱流ポケットが、前記環状流体マニホールド（５５２）と前記フリンガ（６６０）の上に配置される、請求項１に記載のスピンドル。
3. 前記凹部（９２４）は、前記スピンドルが反転するとき、前記凹部が液体を保持できるように、その径方向内部から延在するショルダ（９３４）を有する、請求項２に記載のスピンドル。
4. 前記主要な乱流ポケット（５１２）は、前記環状流体マニホールド（５５２）に面する大きな開口（９２６）および前記シール・ハウジング（１５０）と前記フリンガ（６６０）の間の隙間によって画定される小さい開口（９３６）を含み、液体内の乱流が前記小さい開口（９３６）へ液体が流れるのを妨げる、請求項２に記載のスピンドル。
5. 前記シール・ハウジング（１５０）が前記主要な乱流ポケット（５１２）の径方向内側に小さい乱流ポケット（９１４）を画定し、前記小さい乱流ポケット（９１４）は前記小さい開口（９３６）と連通しており、前記小さい乱流ポケット（９１４）は前記シール・ハウジング（１５０）の内径に隣接して階段様の特徴（９１６）によって画定され、
   前記小さい乱流ポケット（９１４）は前記シール・ハウジング（１５０）と前記シャフト（５３０）の間の垂直な隙間（９２２）を通って液体の流れを妨げる、請求項４に記載のスピンドル。
6. 前記本体（１２０）は、前記スピンドル空洞（４４０）と前記本体の外側の間に通気孔（４５０）を更に備え、前記通気孔は、両方向に流れることを許容することが可能な通気孔ガスケット（２０５４）で封止される、請求項１に記載のスピンドル。
7. 前記本体（１２０）に形成された少なくとも１つの開口（３３４、３３５）と連通するセンサ・モジュール（１３０）を更に備え、前記少なくとも１つの開口によって前記センサ・モジュールが前記スピンドルの少なくとも１つの物性を検知することが可能になる、請求項１のスピンドル。
8. 前記流体チャネル・システムが、
   ｉ）シャンク（１１０）と関連づけられた前記進入ポート（１０２）と、
   ｉｉ）シャンク・チャネル（４１６）と、
   ｉｉｉ）前記シャンク・チャネルの端から延在する少なくとも１つの主要な横流体チャネル（４２２）と、
   ｉｖ）前記本体を通って前記少なくとも１つの主要な横流体チャネルから延在する少なくとも１つの主要な垂直流体チャネル（４２６）と、
   ｖ）前記少なくとも１つの主要な垂直流体チャネルと流体連通する前記少なくとも１つのノズル（５７６）と、を備える請求項１に記載のスピンドル。
9. レンチを受け入れ、チャックにスピンドルを取り付けるのを支援するために前記本体（１２０）とシャンク（１１０）の間に配置されたレンチグリップ（２１４）を備える、請求項１に記載のスピンドル。
10. 前記カバー（１８０）は、その底部に少なくとも１つの第１の軸出口開口を備え、前記少なくとも１つの第１の軸出口開口（５８８）は、前記タービン（５７０）によって下方に方向付けられた液体のための出口を提供する、請求項１に記載のスピンドル。
11. 前記カバー（１８０）は、前記少なくとも１つの第１の軸出口開口（５８８）に対して外へ放射状に配置された少なくとも１つの第２の軸出口開口（５８６）を備え、前記タービン（５７０）によって上方へ偏向された液体を排出するために、前記少なくとも１つの第２の軸出口開口が前記環状流体マニホールド（５５２）と流体連通する、請求項１０に記載のスピンドル。
12. 前記カバー（１８０）は、前記少なくとも１つの第２の軸出口開口（５８６）と連通する少なくとも１つの軸流体出口チャネル（９８２、９８４）を備え、前記軸流体出口チャネルの軸は、前記少なくとも１つの第２の軸出口開口を出る液体が縦軸（Ａ）に対して方向付けられるように、前記シャフト（５３０）に対して角度がつけられている、請求項１１に記載のスピンドル。
13. 前記少なくとも１つの軸受は複数の軸受であり、前記複数の軸受は異なるタイプまたは寸法である、請求項１に記載のスピンドル。
14. 前記少なくとも１つのノズル（５７６）が、ノズル・リング（９７７）の内径に沿って形成されており、前記ノズル・リング（９７７）はノズル流体マニホールド（５７８）を画定するように前記カバー（１８０）内に配置されており、
    前記少なくとも１つのノズル（５７６）が前記タービン（５７０）上の流体の最大の力に衝突するように、前記シャフト（５３０）の径方向と比較して角度がつけられる、請求項１に記載のスピンドル。
15. 前記本体（１０２）が、
    ａ）シェル（２１２０）と、
    ｂ）コア（２１３０）と、を備え、前記コアが、
    ｉ）前記スピンドル空洞（４４０）を囲む軸受ハウジング空洞（２１４２）と、
    ｉｉ）シャンク（１１０）と、を備え、
    前記流体チャネル・システムは、
    ｉ）前記シャンク（１１０）と関連づけられた前記進入ポート（１０２）と、
    ｉｉ）シャンク・チャネル（４１６）と、
    ｉｉｉ）前記軸受ハウジング空洞（２１４２）を通って前記シャンク・チャネルの端から延在する少なくとも１つの主要な横流体チャネル（４２２）と、
    ｉｖ）前記シェル内の少なくとも１つの主要な垂直流体チャネル（４２６）であって、前記軸受ハウジング空洞を通って前記少なくとも１つの横流体チャネルと流体連通する前記少なくとも１つの主要な垂直流体チャネル（４２６）と、
    ｖ）前記少なくとも１つの主要な垂直流体チャネルと流体連通する前記少なくとも１つのノズル（５７６）と、を更に備える、請求項１に記載のスピンドル。
16. 前記シェル（２１２０）が第１の密度および第１の硬度を有する第１の材料を有し、前記コア（２１３０）が第２の密度および第２の硬度を有する第２の材料を有し、
    前記第１の密度は前記第２の密度より少なく、前記第１の硬度は前記第２の硬度より小さい、請求項１５に記載のスピンドル。
17. 前記フリンガ（６６０）はスプリング・フリンガ（１０４０）であり、前記スプリング・フリンガ（１０４０）は可撓性部分（１０４４）を有し、前記スプリング・フリンガは前記シャフト（５３０）に取り付けられ前記タービン（５７０）の上方に配置され、
    前記シャフト（５３０）が使用されていないときは、前記可撓性部分（１０４４）が前記シール・ハウジング（１５０）の一部に接触し封止するように、前記可撓性部分は前記シャフトに比較的近い第１の位置を有し、
    前記シャフトが回転しているときは、前記回転シャフトによって生じる遠心力によって前記可撓性部分（１０４４）が前記シャフトから離れてたわみ、液体を偏向させ、前記シール・ハウジング（１５０）との接触を解除するフリンガ表面をもたらす、請求項１に記載のスピンドル。
18. 上端および下端、シャフト・ツール端（５９８）を画定する縦軸（Ａ）を有する流体駆動スピンドル（１００）であって、
    ａ）流体チャネル・システム、スピンドル空洞（４４０）および少なくとも１つの開口（３３４）を有する本体（１２０）と、
    ｂ）タービン（５７０）を有し、タービンに当たる加圧流体によって回転するシャフト（５３０）と、
    ｃ）前記少なくとも１つの開口によって前記少なくとも１つのセンサ・モジュールが前記スピンドルの少なくとも１つの物性を検出することができるように、前記少なくとも１つの開口と関連づけられた前記本体に取り付けられた少なくとも１つのセンサ・モジュール（１３０）と、を備える流体駆動スピンドル。
19. 前記少なくとも１つの開口が、前記センサ・モジュールから前記スピンドル空洞までの経路を提供する検知開口である、請求項１８に記載のスピンドル。
20. 前記シャフトが、前記センサ・モジュールによる検出のための回転位置基準（７１４）含む、請求項１９に記載のスピンドル。
21. 前記少なくとも１つの開口が、その流体システム特性を検知する前記流体チャネル・システムと流体連通する流体開口（３３５）を含む、請求項１８に記載のスピンドル。
22. 前記流体システム特性が、流体圧、流体速度と流体粘度のうちの少なくとも１つを含む、請求項２１に記載のスピンドル。
23. 少なくとも１つのセンサ・モジュールが無線である、請求項１８に記載のスピンドル。

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