JP6400190B2

JP6400190B2 - 高速スピンドル

Info

Publication number: JP6400190B2
Application number: JP2017513804A
Authority: JP
Inventors: ズヴィミラー
Original assignee: ガル−ウェイメタルカッティングテクノロジーズリミテッド
Priority date: 2014-09-17
Filing date: 2014-09-17
Publication date: 2018-10-03
Anticipated expiration: 2034-09-17
Also published as: CN107073665B; EP3194115A1; EP3194115B1; JP2017527450A; EP3194115A4; US20170304974A1; WO2016042539A1; KR20170054412A; CN107073665A

Description

スピンドルアセンブリは、旋盤、フライス盤、ボール盤などの加工装置に組み付けられることができる。例えば、スピンドルアセンブリは、加工装置のツールホルダーのテーパーソケットに組み付けられることができ、メインスピンドルを通じて提供される高圧流体を使用できる。そのようなスピンドルアセンブリは、高回転速度を提供できる。これまでのところ、そのような高速スピンドルの利用は、幅広い商業的利用を妨げる技術的問題のために制限されている。

本発明の実施形態によると、加工装置に組み付けられるように構成されるスピンドルアセンブリが提供され、スピンドルアセンブリは、後端および前端を有し、前端が、スピンドルアセンブリのツールクランプシステムの近位にあり、後端が、ツールクランプシステムの反対側にあり、アセンブリは、回転シャフトと、軸受アセンブリであって、前端軸受アセンブリおよび後端軸受アセンブリを備え、スピンドルアセンブリ内で、回転シャフトを支持するように、およびシャフトの高速回転を可能にするように、構成される、軸受アセンブリと、タービンであって、前端軸受アセンブリと前カバーとの間で、前端軸受アセンブリの前に置かれ、回転シャフトに動作可能なように接続され、タービンは、回転シャフトを回転させるように構成されるタービンと、スピンドルアセンブリの部品を機械的に支持する中空ハウジングであって、中空ハウジングは、加工装置によって提供される高圧流体の流れを可能にする複数の通路を含み得る、中空ハウジングと、中空ハウジングの前に位置する前カバーと、を含んでよく、前カバーは、通路の第１グループであって、中空ハウジングの複数の通路に流体連結し、高圧流体が、中空ハウジングの通路から、タービンのブレードの方に流れることができるようにし、タービンを回転させる、通路の第１グループと、中空空間であって、前カバーの実質的に中心に位置し、タービンのブレード用の自由空間を提供する、中空空間と、開口であって、前カバーの前端に位置し、低圧流体が、中空空間からスピンドルアセンブリの外に流れることができるようにする、開口と、通路の第２グループであって、ブレードの後ろから、タービンのブレードと前端軸受アセンブリとの間で、前カバーの前端に延び、タービンのブレードに当たった後でスピンドルアセンブリの後端に向かって流れる低圧流体の収集を可能にし、この流体を、前カバーの前端におよびスピンドルアセンブリの外に向ける、通路の第２グループと、を含んでよい。

さらに、本発明の実施形態によると、スピンドルアセンブリは、ツールホルダーの内部テーパーソケットに組み付けられるように構成されてよく、少なくとも後端軸受アセンブリは、ツールホルダーのテーパーソケットと前端クランプナットとによって定められる空間に位置するように構成されたスピンドルアセンブリの一部に配置されてよい。

さらに、本発明の実施形態によると、ハウジングは、加工装置に組み付けられるように構成された後部を含んでよい。

さらに、本発明の実施形態によると、前カバーの中空空間は、後部および前部を含んでよく、中空空間の後部は、タービンブレード用の自由空間を提供するように構成されてよく、中空空間の後部は、タービンの直径よりも大きい直径を有し、中空空間の前部は、タービンの前に延び、中空空間の後部の直径よりも大きい直径を有し、タービンのブレードに当たった後の流体を収集できるようになっている。

さらに、本発明の実施形態によると、前カバーは、調整可能スプリンクラーを含んでよく、調整可能スプリンクラーは、通路の第２グループに組み付けられ、スピンドルアセンブリ外に排出される低圧流体の調整可能配向を可能にするように構成される。

さらに、本発明の実施形態によると、通路の第１グループのそれぞれの通路は、テーパー部を含んでよく、テーパー部の狭端がタービンのブレードに面している。

さらに、本発明の実施形態によると、タービンのブレードに向かう通路の第１グループの開口は、楕円形である。

さらに、本発明の実施形態によると、ブレードの圧力面は、径方向に窪んでいる。

さらに、本発明の実施形態によると、ブレードの圧力面は、タービンのベースへのブレードの接続の近位に、ブレードの後端に窪み部と、タービンのベースへの接続から少し離れて、ブレードの前端に実質的に直線部と、を含んでよく、通路の第１グループは、高圧流体を、窪み部と直線部との接続ラインの方に噴射するように構成されてよい。

さらに、本発明の実施形態によると、タービンは、ベースを含んでよく、ベースにブレードがブレードの後端で取り付けられ、通路の第２グループの開口は、ベースに面することができる。

さらに、本発明の実施形態によると、間隙が、タービンのブレードの内側と、回転シャフトと、の間に設けられてよい。

発明と見なされる要旨は、明細書の最終部分で具体的に挙げられて明確に主張される。しかしながら、発明は、その目的、特徴、および利点と共に、機構および動作方法の両方に関して、添付図面と共に読まれる場合に以下の詳細な説明を参照することによって、最も良く理解され得る。

本発明の実施形態による、例示的なスピンドルアセンブリの概略断面図である。本発明の実施形態による、例示的なスピンドルアセンブリの中空ハウジングの前面図である。本発明の実施形態による、平面ＢＢに沿ったハウジングの概略断面図である。本発明の実施形態による、例示的なスピンドルアセンブリの前カバーの前面図である。本発明の実施形態による、平面ＤＤに沿った前カバーの概略断面図である。本発明の実施形態による、例示的なスピンドルアセンブリの前カバーの側面図である。本発明の実施形態による、平面ＪＪに沿った前カバーの概略断面図である。本発明の実施形態による、図３Ｄの前カバーの概略断面図の囲まれた領域Ｋの拡大図である。本発明の実施形態による、例示的なスピンドルアセンブリのタービンの３Ｄ図である。本発明の実施形態による、タービンの前面図である。本発明の実施形態による、平面ＡＡに沿ったタービンの概略断面図である。本発明の実施形態による、図４Ｂのタービンの概略断面図の囲まれた領域Ｂの拡大図である。本発明の実施形態による、スピンドルアセンブリの概略部分等角断面図である。本発明の実施形態による、タービンおよび回転シャフトの３Ｄ図である。本発明の実施形態による、タービンおよび回転シャフトの前面図である。前クランプナットによってツールホルダーに組み付けられて固定された、本発明の実施形態による例示的なスピンドルアセンブリの概略断面図である。本発明の実施形態による、調整可能スプリンクラー付きのスピンドルアセンブリの概略断面図である。本発明の実施形態による、図８のスピンドルアセンブリの前カバーの３Ｄ図である。本発明の実施形態による、図９Ａの前カバーの前面図である。本発明の実施形態による、平面ＤＤに沿った図９Ａの前カバーの概略断面図である。本発明の実施形態による、図９Ｃの前カバーの概略断面図の囲まれた領域Ｊの拡大図である。本発明の実施形態による、図８のスピンドルアセンブリのタービンの３Ｄ図である。本発明の実施形態による、図８のスピンドルアセンブリのタービンの前面図である。本発明の実施形態による、子午面ＣＣに沿った図８のスピンドルアセンブリのタービンの概略断面図である。本発明の実施形態による、図８のスピンドルアセンブリの３Ｄ図である。本発明の実施形態による、組み込みスピンドルアセンブリの概略断面図である。本発明の実施形態による、図１２の組み込みスピンドルアセンブリの概略部分等角断面図である。

当然のことながら、説明を明確におよび簡潔にするために、図に示されている要素は、必ずしも正確な縮尺率ではない。例えば、一部の要素の寸法は、明確にするために、他の要素に対して誇張されることがある。さらに、適切と考えられる限り、対応するまたは類似する要素を示すために、符号が図の間で繰り返されることがある。

以下の詳細な説明では、発明の完全な理解を提供するために、多くの具体的詳細が説明される。しかしながら、本発明はこれらの具体的詳細なしに実施され得ることを、当業者は理解する。他の例では、周知の方法、手順、および部品は、本発明を分かりにくくしないように、詳細に記載されていない。

本発明の実施形態は、この点に限定されないが、本明細書で使用される「複数の」という用語は、例えば、「多数の」または「２つ以上の」を含み得る。「複数」という用語は、２つ以上の部品、装置、要素、ユニット、パラメータ、または同種のものを記載するのに明細書を通じて使用され得る。

本発明の実施形態によると、スピンドルアセンブリは、加工装置のメインスピンドルのツールホルダーの内部テーパーソケットに組み付けられるように構成されてよい。本出願を通じて、「メインスピンドル」という用語は、加工装置と一体のスピンドルのことを指し得る。従って、本発明の実施形態によるスピンドルアセンブリは、加工装置のメインスピンドルのツールホルダーでツールの代わりに取り付けられてよい。いくつかの実施形態によると、スピンドルアセンブリのハウジングは、加工装置加工装置に組み付けられるように構成された後部を含んでよく、分離したツールホルダーを使用する必要性をなくす。

スピンドルアセンブリは、スピンドルアセンブリがツールホルダーに取り付けられるときに、スピンドルアセンブリが、ツールホルダーのテーパーソケットと前クランプナットとによって定められる空間に、配置され得るまたは位置し得るように、設計される。スピンドルアセンブリは、スピンドルアセンブリの長手寸法に沿って第１部分と第２部分とに分けられてよい。例えば、本発明の実施形態によるスピンドルアセンブリの長手寸法の少なくとも半分は、スピンドルアセンブリがツールホルダーに取り付けられるときに、ツールホルダーのテーパーソケットと前端クランプナットとによって定められる空間に、配置され得るまたは位置し得る。本発明の実施形態によると、スピンドルアセンブリの第１部分は、スピンドルの少なくとも後端軸受アセンブリを含む。

本発明の実施形態によるスピンドルアセンブリの主要部品は、ハウジングおよび前カバーと、回転シャフトと、軸受アセンブリと、タービンと、を含んでよく、回転シャフトは、回転軸Ｒ周りにハウジングおよびツールホルダー内で回転するように構成され、軸受アセンブリは、スピンドルアセンブリ内で径方向におよび軸方向に回転シャフトを支持するように、およびシャフトの高速回転を可能にするように、構成され、タービンは、前端軸受アセンブリの前に置かれ、回転シャフトに動作可能なように接続される。タービンは、スピンドルアセンブリを通じて加工装置によって供給される高圧冷却剤流体などの、流体の流れに反応して回転シャフトを回転させるように構成されてよい。ハウジングおよび前カバーは、複数の通路を含んでよく、複数の通路は、加工装置からスピンドルアセンブリを流れる高圧冷却剤流体が、タービンを駆動できるようにする。少なくとも１つの軸受、例えば、スピンドルの後端軸受アセンブリは、ツールホルダーのテーパーソケットと前クランプナットとによって定められる空間である円錐形空洞に、位置するまたは配置される。ツールホルダーのソケットは、円錐形を有して先細にされてよい。

本発明の実施形態によるスピンドルは、０．２Ｎｍのモーメントで、例えば、４０Ｋｒｐｍの回転速度に達することができる。しかしながら、本発明の実施形態によるスピンドルは、より高いまたはより低い回転速度および他の大きさのモーメントに達することができる。注目すべきは、本発明のいくつかの実施形態によるスピンドルを使って作業するときに、加工装置のメインスピンドルは、典型的に回転しないことである。これは、ツールホルダーのおよびスピンドルの公差の累積的影響による、許容誤差の重畳をなくすことができ、スピンドルパフォーマンスの全体の精度を向上させることができる。発明の実施形態は、しかしながら、この点に限定されない。それ故に、いくつかの実施形態では、加工装置のメインスピンドルは、スピンドルと共に回転してよく、従って発明の実施形態によるスピンドルとメインスピンドルの特定の回転速度の代数和である高い動作速度に達する。

回転軸Ｒは、スピンドルアセンブリのおよびツールホルダーの中心となる、長手方向軸であってよい。本発明の実施形態によるスピンドルの要素の位置を記載するのに本出願を通じて使用される用語は、回転軸Ｒに沿って、本発明の実施形態によるスピンドルアセンブリのツールクランプシステムに関連付けられる。前方または前方向は、ツールクランプシステムの方向のことを指す、またはツールクランプシステムの近位にあるという意味を有し得る。同様に、反対の後方向は、反対方向、ツールクランプシステムと反対にあるスピンドルの端のことを指す、またはツールクランプシステムの反対にある端の近位にあるという意味を有し得る。同様に、「前」または「前に」という用語は、別の要素に関して回転軸Ｒに沿ってツールクランプシステムの近くに置かれた要素に関連し、「後」という用語は、別の要素に関して回転軸Ｒに沿ってツールクランプシステムからさらに離れて置かれた要素に関連し得る。

本発明の実施形態によると、ツールホルダーは、ＢＴ３０、ＢＴ４０、ＢＴ５０、ＣＡＴ４０、ＣＡＴ５０、ＨＳＫ‐Ａ、ＨＳＫ‐Ｅ、ＨＳＫ‐Ｆ、ＩＳＯ２６６２３などの標準ツールホルダー、または適正ツールホルダーであってよい。ツールホルダーの後テーパー端は、旋フライス盤、ボール盤などの加工装置（図示せず）への固定された取り付けを可能にし得る。ツールホルダーの内部テーパーソケットは、回転ツールホルダーへのスピンドルの取り付けに関するあらゆる公知の関連規格に準拠し得るおよび従い得る。例えば、ツールホルダーの内部テーパーソケットは、ＥＲ４０にまたはＥＲ３２、ＴＧ１００、ＳＣ、Ｒ８、ＭＴ２コレット規格に準拠し得る。

本発明の実施形態によると、スピンドルのタービンは、回転シャフトに動作可能なように接続されてよい。タービンは、ねじ止め、糊付けなどのあらゆる適切な技術を用いて、回転シャフトに取り付けられてよい。あるいはまた、タービンとシャフトとは、一部品として提供されてよい。タービンは、衝動タービン、反動タービン、またはその任意の組み合わせであってよい。タービンは、前端軸受とツールクランプシステムとの間で、シャフトの前端に位置してよい。

本発明の実施形態によると、軸受アセンブリは、前端軸受アセンブリおよび後端軸受アセンブリを含んでよい。前端軸受アセンブリおよび後端軸受アセンブリのそれぞれは、１つ以上の軸受を含んでよい。軸受アセンブリは、径方向および軸方向の荷重を支持するあらゆる種類の軸受を含んでよい。軸受アセンブリの公差は、ＡＢＥＣのスケールのＡＢＥＣ１クラスまたはＩＳＯ４９２規格のノーマルクラス６Ｘなどの、低精度から、ＡＢＥＣのスケールのＡＢＥＣ９ＰクラスまたはＩＳＯ４９２規格のノーマルクラス２などの、高精度までの、範囲であってよい。例えば、軸受アセンブリは、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、４点接触玉軸受、セラミック軸受、磁気軸受などの玉軸受を含んでよい。スナップリング溝付き軸受、接触密封型、非接触密封型、シールド型または開放型軸受が、特定の設計要件に基づいて、使用されてよい。

前端軸受アセンブリと後端軸受アセンブリとは、背中合わせ（ＢＴＢ）、対面（ＦＴＦ）またはタンデム構成で、取り付けられてよい。

軸受予圧は、あらゆる適切な予圧技術によって実現し得る。予圧は、軸受が軸受レールに固定されるように軸受を押すために荷重を加えることによって、軸方向にも径方向にも隙間をなくすことを意図している。例えば、前端軸受および後端軸受は、定圧技術を用いて前もって負荷を加えられてよい。例えば、軸受予圧は、ばねを使用して実現でき、そのばねは、一貫した（一定）圧力を、予圧ねじ、ねじ‐ナット、タービンなどの剛性ストッパ要素に対して、前端軸受アセンブリおよび後端軸受アセンブリに加える。Ｏリング、コイルバネ、皿ばね、波形ばねおよび／またはフィンガースプリングなどの、あらゆる種類の適切なばねが、前端軸受アセンブリおよび後端軸受アセンブリを予圧するのに使用されてよい。前端軸受アセンブリおよび後端軸受アセンブリの構成に応じて、予圧は、前端軸受アセンブリおよび後端軸受アセンブリの内側レールまたは外側レールに加えられてよい。あるいはまた、位置決め予圧も用いられ得る。位置決め予圧は、前端軸受および後端軸受を、軸荷重下にありながら、適切な位置に機械的にロックすることによって実現できる。

高圧流体は、冷却剤流体などの、ツールホルダーが取り付けられる加工装置によって供給されるあらゆる流体であってよい。典型的に、冷却剤流体は、約９５％の水および５％のオイルのエマルションである。高圧冷却剤流体は、１２Ｂａｒの圧力で加工装置によって典型的に供給され、加工装置によって典型的に供給される際に、９０Ｂａｒ以上に達することがある。

本発明の実施形態によると、タービンを駆動するのに使用された後の流体排出に、特別な注意が払われなければならない。例えば、流体排出は、スピンドルアセンブリの前端に設けられる開口を含んでよく、開口は、流体がスピンドルから流出できるようにする。追加的に、通路の第２グループが設けられてよく、タービンの後ろからスピンドルアセンブリの前端に延び、タービンのブレードに当たった後でスピンドルアセンブリの後端に向かって流れる流体を収集できるようにし、この流体を、スピンドルアセンブリの外に向ける。加えて、タービンブレード用の自由空間を提供する中空空間が、タービンの前に直径で延びてよく、タービンのブレードに当たった後の流体の収集を可能にする。

本発明の実施形態は、特定のツールクランプシステムに、または特定のツールに限定されない。あらゆる切削工具、研削工具、ホーニング工具などの、あらゆる適切な工具が、本発明の実施形態によるスピンドルアセンブリに取り付けられてよい。加えて、クランプコレット、熱収縮クランプ、弾性変形クランプ、油圧またはニッケル‐チタン（ニチノール）−形状記憶合金（ＮｉＴｉ）クランプなどの、あらゆる適切なツールクランプシステムおよび技術が、使用されてよい。同様に、本発明の実施形態は、ツールを取り付けおよび取り外ししながら、スピンドルシャフトの回転を防ぐのに使用されるあらゆる特定のローター保持方法に限定されない。例えば、２つの平坦領域（フラットキーに適する）、複数の穴、６つの平坦領域、特別なスロットなどの、ローター保持の準備が、スピンドルに含まれてよい。本明細書では、ローターは、シャフトおよびシャフトに取り付けられた部品などの、スピンドルの回転部品のことを指し得る。

本発明の実施形態は、シャフトの回転速度を測定する手段を含んでよい。あらゆる適切な回転速度測定方法および技術が、使用されてよい。例えば、磁石が、回転シャフトに取り付けられてよく、ホール効果センサを含む回転速度測定システムが、回転速度測定に使用されてよい。

本発明の実施形態は、例示的な設計としてこれから示される。注目すべきは、この発明は、示されている特定の例に限定されないことと、本明細書に記載されている原理の実現は、特定の設計要件に適合することが必要とされ得るので変わり得ることである。

本発明の実施形態による、例示的なスピンドルアセンブリ１００の概略断面図である図１について、言及する。本発明の実施形態によると、スピンドルアセンブリ１００は、（例えば、図７のツールホルダー７００）の内部テーパーソケット（例えば、図７のソケット７１０）に組み付けられるように構成されてよい。ツールホルダー７００などのツールホルダーは、規格に準拠して作られ、広く普及している。従って、既にツールホルダーを所有している多くのユーザーは、既存のツールホルダーに適合し得るスピンドルアセンブリ１００だけを購入しなければならないかもしれない。

後端および前端は、スピンドルアセンブリ１００について定義され、前端が、スピンドルアセンブリ１００のツールクランプシステム１２０の近位にあり、後端が、ツールクランプシステム１２０の反対側にある。スピンドルアセンブリ１００は、回転シャフト１１０、軸受アセンブリ１０３，１０５、タービン１０７、中空ハウジング１０１および前カバー１０２を含んでよい。スピンドルアセンブリ１００の後端は、後カバー１１７およびボルト１０８を含んでよく、前端は、前ナット１０６を含んでよい。注目すべきは、本発明の実施形態は、特定のツールクランプ配置および方法に限定されないことと、収縮、油圧または形状記憶合金ユニットなどの、あらゆる適切なツールクランプ配置および技術が使用されてよいことである。

回転シャフト１１０は、回転軸Ｒ上で中空ハウジング１０１およびツールホルダー内での回転用に構成されてよい。軸受アセンブリ１０３，１０５は、ハウジング１０１およびツールホルダー７００（図７に描かれている）内で径方向におよび軸方向に回転シャフト１１０を支持するように、およびツールホルダー内での回転シャフト１１０の高速回転を可能にするように、構成された前端軸受アセンブリ１０５および後端軸受アセンブリ１０３を含んでよい。本発明のいくつかの実施形態によると、少なくとも後端軸受アセンブリ１０３は、ツールホルダー７００のテーパーソケット７１０と前端クランプナット７２０とによって定められる空間に位置するように構成されたスピンドルアセンブリ１００の一部に配置されてよい。

タービン１０７は、前端軸受アセンブリ１０５の前に置かれてよく、回転シャフト１１０を回転させるように回転シャフト１１０に動作可能なように接続されてよい。本発明の実施形態によると、加工装置からの流体を後端および前端軸受アセンブリ１０３，１０５に到達させることは、望ましくない。後端および前端軸受アセンブリ１０３，１０５の耐用年数は、少量のこの流体が軸受に到達したとしても、短くなるということが見出されている。タービン１０７を前端軸受アセンブリ１０５の前に置くことによって、軸受への機械の流体のあらゆる流れを実質的に防ぐ効果的な流体排出システムの設計が可能となる。流体排出システムは、本明細書で詳細に記載される。

前端軸受アセンブリ１０５および後端軸受アセンブリ１０３は、１つ以上の軸受をそれぞれ含む。軸受は、アンギュラ玉軸受、または他の適切な種類の軸受を含んでよい。前端軸受１０５と後端軸受１０３とは、当技術分野で公知のように、背中合わせ（ＢＴＢ）の構成で、または代替として、対面（ＦＴＦ）またはタンデム構成で、取り付けられてよい。前端軸受１０５および後端軸受１０３の互いに対する特定の種類の取り付けは、特定の設計要件に適合するように選択されてよい。

前端軸受１０５および後端軸受１０３は、定圧技術を用いて圧力で前もって負荷を加えられてよく、例えば、後カバー１１７およびボルト１０８は、波形ばね１０９を介して前ナット１０６に対して前端軸受１０５および後端軸受１０３に一貫した圧力を加えることができる。コイルバネ、皿ばね、Ｏリング、およびフィンガースプリングなどの、他の種類のばねが、前端軸受１０５および後端軸受１０３に前もって負荷を加えるために使用されてよい。

前カバー１０２は、中空ハウジング１０１の前に位置してよく、あらゆる適切な手段によって（例えば、整合ボア１２２，１２１に挿入されるねじまたはピンを使用して）、中空ハウジング１０１に接続されてよい。注目すべきは、主に加工プロセスの製造検討のために、中空ハウジング１０１と前カバー１０２とは、２つの別個の部品として本明細書に記載されていることである。しかしながら、本発明の実施形態は、この点に限定されない。中空ハウジング１０１と前カバー１０２とは、例えば成形技術または３次元（３Ｄ）印刷を使用して、単体として製造されてよい。前カバー１０２は、以下で詳細に論じられる。

本発明の実施形態による、スピンドルアセンブリ１００の中空ハウジング１０１の前面図である図２Ａについて、本発明の実施形態による、平面ＢＢに沿った中空ハウジング１０１の概略断面図である図２Ｂについて、これから言及する。

中空ハウジング１０１は、スピンドルアセンブリ１００の部品を機械的に支持してよい。中空ハウジング１０１は、複数の内部通路１１１を含んでよく、高圧流体が、ツールホルダーから前カバー１０２にある通路３０１の方へ流れることができるようにする。図２Ａに描かれている例では、３つの内部通路１１１がある。本発明の実施形態は、特定の数の通路１１１に限定されず、通路の数は、設計検討に適合するように異なってよい。

本発明の実施形態による、スピンドルアセンブリ１００の前カバー１０２の前面図である図３Ａについて、平面ＤＤに沿った前カバー１０２の概略断面図である図３Ｂについて、前カバー１０２の側面図である図３Ｃについて、平面ＪＪに沿った前カバー１０２の概略断面図である図３Ｄについて、および図３Ｄの前カバーの概略断面図の囲まれた領域Ｋの拡大図である図３Ｅについて、これから言及する。

前カバー１０２は、中空ハウジング１０１の複数の内部通路１１１に流体連結される複数の高圧通路３０１を含んでよく、高圧流体が、中空ハウジング１０１の内部通路１１１から、タービン１０７のブレード４００（図４に描かれている）に向かって流れ、タービン１０７を回転させることができるようにする。本発明の実施形態によると、高圧通路３０１は、テーパー部３０２を含んでよく、テーパー部３０２の狭端３０３がタービン１０７に面している。狭端３０３の直径は、流体の流れの速度および圧力を制御するように調整されてよく、それは、タービン１０７の寸法などの他のパラメータと共に、回転の速度およびモーメントを制御し得る。本発明の実施形態によると、タービン１０７のブレード４００に向かう通路３０１の第１グループの開口３０４は、楕円形である。本発明の実施形態は、高圧通路３０１の特定の数および構成に限定されない。しかしながら、それらの数は、中空ハウジング１０１の内部通路１１１の数と同じであるべきであり、それらの位置は、中空ハウジング１０１の内部通路１１１の位置に対応するべきであり、それらが流体連結するようにまたは単一チャネルを作り出すようにする。十分な速度および圧力で、所望の速度およびモーメントでタービン１０７を回転させるのに適切な角度で、高圧流体をタービン１０７に到達させ得るあらゆる通路設計が、利用されてよい。例えば、通路３０１の注入開口３０４は、水平、すなわち平面ＪＪに平行、であってよい、または、平面ＪＪにおよびタービン１０７のブレード４００に関する角度で配置されてよい。

本発明のいくつかの実施形態によると、通路３０１の水平部は、前カバー１０２の外周から穴を開けられてよい。従って、通路３０１は、あらゆる適用できる方法で（例えば、ボルトまたはねじを使用して）、前カバー１０２の外周でシールされてよい。

中空空間３１０，３１１は、前カバー１０２の実質的に中心に位置し得る。中空空間は、後部３１０を有することができ、タービンブレード４００用の空間を提供する。従って、中空空間の後部３１０の直径は、タービンブレード４００の直径よりも十分に大きくすることができ、中空空間の後部３１０内でタービンブレード４００が自由に回転できるようになっている。中空空間は、前カバー１０２の前端３３０に向かって前部３１１に延びてよい。前部３１１は、タービン１０７の実質的に前に位置してよい。前部３１１は、中空空間の後部３１０の直径よりも大きい直径を有することができ、タービン１０７のブレード４００に当たった後の流体を収集できるようになっている。タービン１０７のブレード４００に当たった後の流体の圧力は、ブレード４００に当たる前よりもかなり低くなることがあり、従って、タービン１０７のブレード４００に当たった後で、流体は、本明細書で低圧流体と称されることがある。

前カバー１０２は、前開口３１２および後排出通路３２０を含む流体排出システムを含んでよい。開口３１２は、前カバー１０２の前端３３０に位置することができ、低圧流体が、中空空間の前部３１１からスピンドルアセンブリ１００の外へ流れることができるようにする。本発明のいくつかの実施形態によると、開口３１２は、流体が、スピンドルアセンブリ１００に取り付けられたツールの作用点に向かって流れることができるようにする。ジェットまたはスプリンクラーが開口３１２に設けられてよく、タービン領域を出る少なくともいくらかの流体を、ツールの作用点に向け、従って作用点から破片を除去および冷却する。開口３１２は、作用点に向かってある角度で向けられてよい。ツールの作用点は、ワークピースとのツールの接触の点または領域であってよい。

本発明の発明者は、前開口３１２が完全な流体排出に十分でないかもしれないことを見出した。発明者は、いくらかの流体が、タービン１０７のブレード４００に当たった後でスピンドルアセンブリ１００の後端に向かって流れることに気付いた。後方に流れる流体は、前端軸受アセンブリ１０５および後端軸受アセンブリ１０３に入ってこれらの軸受に損傷を与えることがある。従って、本発明の実施形態によると、前カバー１０２は、タービン１０７の後ろから前カバー１０２の前端３３０に延びる後排出通路３２０を含んでよく、タービン１０７のブレード４００に当たった後でスピンドルアセンブリ１００の後端に向かって流れる低圧流体を収集できるようにし、この流体を、前カバー１０２の前端３３０の方におよびスピンドルアセンブリ１００の外に向ける。

例えば、後排出通路３２０は、前カバー１０２の内径３４０から前カバー１０２の後端３３１に沿って、延びてよく、タービン１０７のベース４３０の近位に、後端３３１の中央の円３４１に向かって、およびそこから実質的にストレートトンネルで前カバー１０２の後端３３１から前端３３０に、位置する。

本発明の実施形態による、スピンドルアセンブリ１００のタービン１０７の３Ｄ図である図４Ａについて、タービン１０７の前面図である図４Ｂについて、子午面ＡＡに沿ったタービン１０７の概略断面図である図４Ｃについて、図４Ｂのタービンの概略断面図の囲まれた領域Ｂの拡大図である図４Ｄについて、言及する。タービン１０７は、８つのウイング４００を有する。タービン１０７のブレード４００は、垂直であってよい。すなわち、子午面ＡＡに平行であってよい。従って、通路３０１の流体噴射開口３０４が水平である場合、流体は、ブレード４００に直角で当たることができ、最大の力で、タービン１０７を回転させる。タービン１０７のブレード４００に当たった後で、流体は、前カバー１０２の中空空間３１０，３１１の中で全ての方向に広がることができ、前カバー１０２の排出システムを通じてスピンドルアセンブリ１００から排出されることができる。注目すべきは、本発明の実施形態は、通路３０１との組み合わせでのタービン１０７の特定の設計に限定されないことである。例えば、他の数のブレード４００および／または通路３０１が、使用されてよい。追加的にまたは代替的に、ブレード４００は、平面ＡＡに関する角度を有してよい、および／または通路３０１は、平面ＪＪに関する角度を有してよい。ブレード４００は、前カバー１０２の後端３３１の内周に対応する外周を有するベース４３０に組み付けられてよく、スピンドルアセンブリ１００が組み付けられるときに、ベース４３０が、前カバー１０２の後端３３１に収まることができ、通路３２０の開口が、ベース４３０に面することができ、ブレード４００と前端軸受アセンブリ１０５との間で、スピンドルアセンブリ１００の後端に向かって流れる流体を収集するようになっている。

本発明の実施形態による、スピンドルアセンブリ１００の概略部分等角断面図である図５について、これから言及する。この図は、スピンドルアセンブリ１００の様々な部品の相対的位置の鮮明な提示を提供する。この図では、本発明の実施形態の別の特徴が提示される。本発明の実施形態によると、間隙５００が、タービン１０７のブレード４００の内側と、回転シャフト１１０と、の間に提供されてよい。間隙５００は、ＢＴ４０またはＨＳＫ４０などの標準ツールホルダー用に設計されたスピンドルアセンブリ用に１ｍｍ以下の範囲であってよい。間隙５００は、スピンドルアセンブリ１００の中心に向かって広がる流体に経路を提供することができ、従って、流体の排出を補助することができ、タービン１０７の円滑な回転を可能にする。しかしながら、間隙５００は、タービン１０７のモーメントを減少させることがあり、従って、間隙５００は取り除かれ得る。

本発明の実施形態による、タービン１０７および回転シャフト１１０の概略部分等角断面図である図６Ａについて、言及し、タービン１０７のブレード４００と回転シャフト１１０との間に形成された間隙５００を、再び提示する。シャフト１１０は、タービン１０７の回転が回転シャフト１１０を回転させることができるように、タービン１０７に動作可能なように接続されてよい。例えば、タービン１０７は、ねじ止め、糊付け、はんだ付けまたは他のあらゆる適切な方法を用いて、シャフト１１０に機械的に接続されてよい、または、タービン１０７と回転シャフト１１０とは、あらゆる適切な製造方法を用いて（例えば、成形技術または３Ｄ印刷を用いて）、一部品として作られてよい。

前クランプナット７２０によってツールホルダー７００に組み付けられて固定された、本発明の実施形態による例示的なスピンドルアセンブリ１００の概略断面図である図７について、言及する。

スピンドルアセンブリ１００は、スピンドルアセンブリ１００の長手寸法に沿って、Ｌ１で表される長手寸法を有する第１部分７１０と、Ｌ２で表される長手寸法を有する第２部分７３０と、に分けられてよい。スピンドルアセンブリ１００は、スピンドルアセンブリ１００がツールホルダー７００に組み付けられるときに、スピンドルアセンブリ１００の第１部分が、ツールホルダー７００のテーパーソケット７１０と前クランプナット７２０とによって定められる空間に、配置されるまたは位置するように、設計される。本発明の実施形態によると、スピンドルアセンブリ１００の第１部分は、少なくとも後端軸受１０３を含んでよい。従って、少なくとも後端軸受１０３は、ツールホルダー７００のテーパーソケット７１０の内面と前クランプナット７２０とによって定められる空間である円錐形空洞に配置されてよい。

本発明の実施形態による、調整可能スプリンクラー８１６付きのスピンドルアセンブリ８００の概略断面図である図８について、言及する。スピンドルアセンブリ１００の対応する要素と同じであるスピンドルアセンブリ８００の部品には、同じ参照符号が与えられ、スピンドルアセンブリ１００に関して与えられたこれらの要素の説明は、スピンドルアセンブリ８００にも関連する。本発明の実施形態によると、スピンドルアセンブリ８００は、ツールホルダー（例えば、図７のツールホルダー７００）の内部テーパーソケット（例えば、図７のソケット７１０）に組み付けられるように構成されてよい。後端および前端は、スピンドルアセンブリ８００について定義され、前端が、スピンドルアセンブリ８００のツールクランプシステム１２０の近位にあり、後端が、ツールクランプシステム１２０の反対側にある。スピンドルアセンブリ８００は、回転シャフト１１０、軸受アセンブリ１０３，１０５、タービン８０４、中空ハウジング１０１および前カバー８０２を、含んでよい。スピンドルアセンブリ８００の後端は、後カバー１１７およびボルト１０８を含んでよく、前端は、前ナット１０６を含んでよい。注目すべきは、本発明の実施形態は、特定のツールクランプ配置および方法に限定されないことと、収縮、油圧または形状記憶合金ユニットなどの、あらゆる適切なツールクランプ配置および技術が使用されてよいことである。

図８は、中空ハウジング１０１の外周にある専用の凹部に組み付けられた任意的なＯリング８１４、および前カバー１０２と中空ハウジング１０１の接続点で高圧通路３０１の周りに組み付けられたＯリング８１３も、描写する。Ｏリング８１４，８１３は、高圧流体の漏れを防ぐために設けられてよい。

タービン８０４は、前端軸受アセンブリ１０５の前に置かれてよく、回転シャフト１１０を回転させるように回転シャフト１１０に動作可能なように接続されてよい。例えば、タービン８０４は、ねじ止め、糊付け、はんだ付けまたは他のあらゆる適切な方法を用いて、回転シャフト１１０に機械的に接続されてよい、または、タービン８０４と回転シャフト１１０とは、あらゆる適切な製造方法を用いて（例えば、成形技術または３Ｄ印刷を用いて）、一部品で作られてよい。

前カバー８０２は、中空ハウジング１０１の前に位置してよく、前カバー１０２と同様に、あらゆる適切な手段によって（例えば、整合ボアに挿入されるねじまたはピン１１３０（図１１に描かれている）を使用して）、中空ハウジング１０１に接続されてよい。注目すべきは、主に加工プロセスの製造検討のために、中空ハウジング１０１と前カバー８０２とは、２つの別個の部品として本明細書に記載されていることである。しかしながら、本発明の実施形態は、この点に限定されない。中空ハウジング１０１と前カバー８０２とは、例えば成形技術または３Ｄ印刷を用いて、単体として製造されてよい。前カバー８０２は、以下で詳細に論じられる。スリーブ８０７は、軸受１０３および１０５を支持するように、回転シャフト１１０と中空ハウジング１０１との間に位置してよい。

本発明の実施形態によるスピンドルアセンブリ８００の前カバー８０２の３Ｄ図である図９Ａについて、前カバー８０２の前面図である図９Ｂについて、平面ＤＤに沿った前カバー８０２の概略断面図である図９Ｃについて、図９Ｃの前カバーの概略断面図の囲まれた領域Ｊの拡大図である図９Ｄについて、これから言及する。前カバー１０２の対応する要素と同じである前カバー８０２の要素には、同じ参照符号が与えられ、前カバー１０２に関して与えられたこれらの要素の説明は、前カバー８０２にも関連する。

本発明の実施形態によると、前カバー８０２の後排出通路９２０は、前カバー８０２の前端９３０の近くに位置する調整可能スプリンクラー８１６を含んでよい。調整可能スプリンクラー８１６は、センタートンネル９１２を有する球体９１４の一般形状を有してよい。球体９１４は、前カバー８０２の前端９３０の近くに設けられた対応するニッチ９１０に置かれてよい。球体９１４は、ニッチ９１０の中でダイレクトセンタートンネル９１２に所望の方向にスライドできる。例えば、加工装置のオペレーターは、調整可能スプリンクラー８１６の噴射の方向を、スピンドルアセンブリ８００に取り付けられた特定のツールの作用点の方に調整できる。ツールが取り替えられて作用点が変更された場合、オペレーターは、調整可能スプリンクラー８１６の噴射の方向を、ニッチ９１０の内側で球体９１４をスライドさせることによって新しい作用点の方に調整できる。調整可能スプリンクラー８１６は、球体９１４とニッチ９１０との間の摩擦のためにスピンドルアセンブリ８００の動作中変わらぬ位置にあることができる。

本発明の実施形態による、スピンドルアセンブリ８００のタービン８０４の３Ｄ図である図１０Ａについて、タービン８０４の前面図である図１０Ｂについて、子午面ＣＣに沿ったタービン１０７の概略断面図である図１０Ｃについて、言及する。タービン８０４は、８つのブレード１０１０を有する。タービン８０４のブレード１０１０は、垂直であってよい。すなわち、子午面ＣＣに実質的に平行であってよい。タービン８０４のブレード１０１０に当たった後で、流体は、前カバー８０２の中空空間３１０，３１１の中で全ての方向に広がることができ、前カバー８０２の排出システムを通じてスピンドルアセンブリ８００から排出されることができる。注目すべきは、本発明の実施形態は、通路３０１との組み合わせでのタービン８０４の特定の設計に限定されないことである。例えば、他の数のブレード１０１０および／または通路３０１が、使用されてよい。

噴射流体に面する表面は、本明細書では圧力面と称される。ブレード１０１０の圧力面１０２０は、径方向に窪んでよい。垂直方向は、本明細書ではタービン８０４のベース１０３０からタービン８０４の前端に向かう方向として定義される。垂直方向では、ブレード１０１０の圧力面は、タービン８０４のベース１０３０へのブレードの接続の近位に、ブレード１０１０の後端に窪み部１０４０と、タービン８０４のベース１０３０への接続から少し離れて、ブレード１０１０の前端に実質的に直線部１０５０と、を含んでよい。本発明のいくつかの実施形態によると、通路３０１の第１グループは、高圧流体の流れの中心を、実質的に窪み部１０４０と直線部１０５０との接続ライン１０６０に向けるように構成されてよい。

ブレード１０１０は、前カバー８０２の後端１０３１の内周に対応する外周を有する丸いベース１０３０に位置してよく、ベース１０３０が、前カバー８０２の後端９３１に収まることができ、通路９２０の開口が、実質的にベース１０３０に面して位置することができ、ブレード１０１０と前端軸受アセンブリ１０５との間で、スピンドルアセンブリ８００の後端に向かって流れる流体を収集するようになっている。

調整可能スプリンクラー８１６の付いた前カバー８０２を含むスピンドルアセンブリ８００の３Ｄ図である図１１について、これから言及する。図１１は、前カバー８０２を中空ハウジング１０１に接続するように、それぞれ、前カバー８０２および中空ハウジング１０１の整合ボア１２２，１２１に挿入されるねじまたはピン１１３０、および通路３０１をシールするのに使用されるねじ１１２０を描写する。

注目すべきは、スピンドルアセンブリ１００および８００は、前カバー１０２，８０２およびタービン１０７，８０４のあらゆる組み合わせを含んでよい。例えば、スピンドルアセンブリ１００，８００のそれぞれは、タービン８０４との前カバー１０２またはタービン１０７との前カバー８０２を含んでよい。

組み込みスピンドルアセンブリ１２００の概略断面図である図１２について、本発明の実施形態による、図１２の組み込みスピンドルアセンブリの概略部分等角断面図である図１３について、言及する。スピンドルアセンブリ１００および８００の対応する部品と同じであるスピンドルアセンブリ１２００の部品には、同じ参照符号が与えられ、スピンドルアセンブリ１００および８００に関して与えられたこれらの部品の説明は、スピンドルアセンブリ１２００にも関連する。また、スピンドルアセンブリ１２００は、前カバー１０２，８０２およびタービン１０７，８０４のあらゆる組み合わせを含んでよい。例えば、スピンドルアセンブリ１２００は、タービン１０７との前カバー１０２、タービン１０７との前カバー８０２、タービン８０４との前カバー８０２、およびタービン８０４との前カバー８０２を、含んでよい。

本発明の実施形態によると、スピンドルアセンブリ１２００のハウジング１２０１は、加工装置に組み付けられるように構成された後部１２０２を含み、分離したツールホルダーを使用する必要性をなくす。後部１２０２は、ＢＴ３０、ＢＴ４０、ＢＴ５０、ＣＡＴ４０、ＣＡＴ５０、ＨＳＫ−Ａ、ＨＳＫ−Ｅ、ＨＳＫ−Ｆ、ＩＳＯ２６６２３などのツールホルダーのあらゆる適切な規格に準拠し得る。

ハウジング１２０１は、内部通路１２１１を含んでよく、高圧流体が、加工装置から前カバー８０２の通路３０１の方へ流れることができるようにする。図１２は、プルスタッド１２０９も描写している。

組み込みスピンドルアセンブリ１２００は、別々のスピンドルアセンブリおよびツールホルダーと比べて、以下の利点を提供することができる。
‐組み込みスピンドルアセンブリ１２００は、より少ない部品を含む‐ツールホルダー７００とハウジング１０１とは、今や単一の一体化した部品１２０１である。結果として、前端クランプナット７２０および後カバー１１７を必要としない。これは、全体のコストを削減し得る。加えて、ハウジング１０１をツールホルダー７００に差し込む必要がない。従って、許容誤差（ツールホルダー７００とハウジング１０１の両方の製造によって引き起こされる、またはこれらの部品の使用による腐食の結果として）は、取り除かれ、組み込みスピンドルアセンブリ１２００の全体の精度は、向上する。
‐前端クランプナット７２０を必要としないので、組み込みスピンドルアセンブリ１２００の全体重量は減少する。さらに、重量は、機械ソケットから離れた点で減少し、従って不正確さは減少する。
‐スピンドルの直径は、標準ツールホルダー７００の設計によって、および特にクランプナット７２０の直径によって、制限されない。直径は、加工片のエッジへのツールのより良いアクセスを可能にするように減少できる、または、より大きなタービンを使用することを可能にするようにおよび／またはより高いモーメントを提供するように増加できる。
‐この構成は、組み込みスピンドルアセンブリ１２００上の回転速度を測定する装置の取り付けを可能にし得る。回転速度を測定する磁気装置も光学装置も、典型的に回転シャフト１１０へのアクセスを必要とする。組み込みスピンドルアセンブリ１２００では、これは、ハウジング１０１にある開口によって提供され得る。これは、分離したツールホルダーおよびスピンドルが使用される場合、実現可能ではない。

発明のある種の特徴が本明細書で説明および記載されたが、多くの改良、置換、変更、および等価物を当業者は今や思い当たる。従って、添付の「特許請求の範囲」は、発明の真の趣旨内に含まれるそのような改良および変更を全てカバーするよう意図されていることが、理解されるべきである。

Claims

加工装置に組み付けられるように構成されるスピンドルアセンブリであって、前記スピンドルアセンブリは、後端および前端を有し、前端が、前記スピンドルアセンブリのツールクランプシステムの近位にあり、後端が、前記ツールクランプシステムの反対側にあり、前記アセンブリは、
回転シャフトと、
軸受アセンブリであって、前端軸受アセンブリおよび後端軸受アセンブリを備え、前記スピンドルアセンブリ内で、前記回転シャフトを支持するように、および前記シャフトの高速回転を可能にするように、構成される、軸受アセンブリと、
前記回転シャフトに動作可能なように接続されるタービンであって、前記タービンは、前記回転シャフトを回転させるように構成される、タービンと、
前記スピンドルアセンブリの部品を機械的に支持する中空ハウジングであって、前記中空ハウジングは、前記加工装置によって提供される高圧流体の流れを可能にする複数の通路を備える、中空ハウジングと、
前記中空ハウジングの前に位置する前カバーと、
を備え、
前記前カバーは、
通路の第１グループであって、前記中空ハウジングの複数の通路に流体連結し、高圧流体が、前記中空ハウジングの通路から、前記タービンのブレードの方に流れることができるようにし、前記タービンを回転させる、通路の第１グループと、
中空空間であって、前記前カバーの実質的に中心に位置し、前記タービンのブレード用の自由空間を提供する、中空空間と、
開口であって、前記前カバーの前端に位置し、低圧流体が、前記中空空間から前記スピンドルアセンブリの外に流れることができるようにする、開口と、
通路の第２グループであって、ブレードと前記前端軸受アセンブリとの間から、前記前カバーの前端に延び、前記タービンのブレードに当たった後で前記スピンドルアセンブリの後端に向かって流れる低圧流体の収集を可能にし、この流体を、前記前カバーの前端におよびスピンドルアセンブリの外に向ける、通路の第２グループと、
を備え、
前記タービンは、前記前端軸受アセンブリと前カバーとの間に置かれる、スピンドルアセンブリ。
請求項１のスピンドルアセンブリであって、前記スピンドルアセンブリは、ツールホルダーの内部テーパーソケットに組み付けられるように構成され、少なくとも前記後端軸受アセンブリは、前記ツールホルダーの前記テーパーソケットと前端クランプナットとによって定められる空間に位置するように構成された前記スピンドルアセンブリの一部に配置される、スピンドルアセンブリ。
請求項１のスピンドルアセンブリであって、前記ハウジングは、前記加工装置に組み付けられるように構成された後部を備える、スピンドルアセンブリ。
請求項１〜３のいずれか１項のスピンドルアセンブリであって、前記前カバーの前記中空空間は、後部および前部を含み、前記中空空間の後部は、タービンブレード用の空間を提供するように構成され、前記中空空間の後部は、前記タービンの直径よりも大きい直径を有し、前記中空空間の前部は、前記タービンの前に延び、前記中空空間の後部の直径よりも大きい直径を有し、前記タービンのブレードに当たった後の流体の収集を可能にする、スピンドルアセンブリ。
請求項１〜４のいずれか１項のスピンドルアセンブリであって、前記前カバーは、調整可能スプリンクラーを備え、前記調整可能スプリンクラーは、通路の第２グループに組み付けられ、前記スピンドルアセンブリ外に排出される低圧流体の調整可能配向を可能にするように構成される、スピンドルアセンブリ。
請求項１〜５のいずれか１項のスピンドルアセンブリであって、通路の第１グループのそれぞれの通路は、テーパー部を備え、前記テーパー部の狭端が前記タービンのブレードに面している、スピンドルアセンブリ。
請求項６のスピンドルアセンブリであって、前記タービンのブレードに向かう通路の第１グループの開口は、楕円形である、スピンドルアセンブリ。
請求項１〜７のいずれか１項に記載のスピンドルアセンブリであって、ブレードの圧力面は、径方向に窪んでいる、スピンドルアセンブリ。
請求項１〜８のいずれか１項に記載のスピンドルアセンブリであって、ブレードの圧力面は、タービンのベースへのブレードの接続の近位に、ブレードの後端に窪み部と、タービンのベースへの接続から離れて、ブレードの前端に実質的に直線部と、を備え、通路の第１グループは、高圧流体を、窪み部と直線部との接続ラインの方に噴射するように構成される、スピンドルアセンブリ。
請求項１〜９のいずれか１項に記載のスピンドルアセンブリであって、前記タービンは、ベースを備え、前記ベースにブレードがブレードの後端で取り付けられ、通路の第２グループの開口は、ベースに面している、スピンドルアセンブリ。
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のスピンドルアセンブリであって、間隙が、前記タービンのブレードの内側と、前記回転シャフトと、の間に設けられる、スピンドルアセンブリ。