(57)【要約】  カムシャフト上で凹んだカムを研削する砥石車のためのスピンドルが記載され、当該スピンドルは、駆動モータと、砥石車が端部に装着されたモータから延在するシャフトと、モータから延在しシャフトを囲む剛性の長手のケーシングとを含む。シャフトおよびケーシングの長さは、車によって研削されるべきカムシャフトの軸方向の長さと少なくとも同程度になるよう選択される。シャフトは３つの静圧軸受に保持される。１つの軸受は、モータから離れた剛性のケーシングの端部において砥石車付近に位置する。組立によりシャフトの剛性が増し、曲げに対する耐性が高まる。第２の軸受はシャフトの内側の端部に位置し、第３の軸受はモータ内においてシャフトの遠端部に位置する。ロータ軸受部の長さはシャフトの外側部分よりも短く、シャフトのより短い部分の剛性および支持のために、より長い外側部分の曲げ共振が臨界のスピンドル回転数を上回ることが必要となるように構成される。モータハウジングは対称的であり、水冷ジャケットを含み、ここでは、水が、モータの一方側を別の側よりも冷却するのを防ぐためにモータ周囲の螺旋状の経路を辿る。スピンドルは、軸受内で生成された熱がいずれも周囲の材料に半径方向に均一に放散するように非軸対称に構成される。油はポンプによって圧力を受けて貯蔵槽から軸受に供給され、軸受から貯蔵槽に戻る。油は各軸受において加熱され、加熱された油はシャフトケーシングおよびモータハウジングによって形成される閉鎖容器の下方領域に流出する。この閉鎖容器の下方領域は、シャフトを歪ませないように装着された別個の収油箱を構成する。断熱層が閉鎖容器の上方領域と下方領域との間に設けられる。組立て中に、軸受のうちの２つの軸受の内側のボアがまず位置合せされ、第３の軸受が、３つのボアをすべて位置合せするよう半径方向に調整される。
2008500199.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムシャフト上で凹んだカムを研削するための砥石車のためのスピンドルであって、砥石車が一方の端部に装着されているシャフトと、前記シャフトのもう一方の端部を駆動するための駆動手段と、前記駆動手段から軸方向に延在し前記シャフトを覆う剛性の長手のケーシングとを含み、前記駆動手段が電気モータであり、前記シャフトおよびケーシングの長さが、前記車によって研削されるべきカムシャフトの軸方向の長さと少なくとも同程度になるよう選択され、前記シャフトが３つの静圧軸受に保持され、そのうちの１つが、前記モータから離れた前記剛性のケーシングの端部にくるように前記シャフトの前記一方の端部付近に位置し、これにより、シャフトの剛性を高め、曲げに対するその抵抗を高め、前記２つの他の軸受が前記モータの両端に配置されることを特徴とする、スピンドル。
【請求項２】
前記第２の軸受は、前記シャフトの外側部分の内側の端部に位置し、前記第３の軸受は、前記モータ内において前記シャフトの前記もう一方の端部に位置する、請求項１に記載のスピンドル。
【請求項３】
前記モータの固定子は剛性のハウジング内に固定され、前記３つの軸受の各々の非回転要素は、剛性の長手のケーシングまたは剛性のモータハウジング内に固定される、請求項１または２に記載のスピンドル。
【請求項４】
前記モータのロータを保持する前記シャフトの部分の軸方向の長さが前記シャフトの外側部分よりも短く、前記シャフトは、前記第２の軸受と前記第３の軸受との間に位置する前記シャフトのより短い部分の剛性および支持のために、より長い外側部分の曲げ共振が臨界のスピンドル回転数を上回ることが必要となるように構成される、請求項２または３に記載のスピンドル。
【請求項５】
ハウジングの対称的な設計がモータのために用いられる、請求項１から４のいずれかに記載のスピンドル。
【請求項６】
前記モータハウジングは水冷ジャケットを含み、ここでは、水が、モータの一方側を別の側よりも冷却してしまうのを防ぐために、前記モータの周りの螺旋状の経路を辿るようにされる、請求項５に記載のスピンドル。
【請求項７】
前記スピンドルは、軸受内で生成される熱がいずれも均一に周囲の材料に半径方向に放散し、このため使用の際にスピンドルケーシングが均一に暖められたり冷やされたりする傾向があり、これにより均一に膨張および収縮するように、軸対称に構成される、請求項１から６のいずれかに記載のスピンドル。
【請求項８】
使用の際に、油がポンプによって圧力を受けて前記軸受に供給され、前記ポンプは油を貯蔵槽からくみ出し、前記軸受からこの貯蔵槽に戻す、請求項１から７のいずれかに記載のスピンドル。
【請求項９】
前記剛性のケーシングによって形成される閉鎖容器と前記モータのためのハウジングとを含み、使用の際に各軸受において加熱される油は前記閉鎖容器の下方領域に流出し、これにより、その上方領域よりも高い温度に加熱され得る、請求項８に記載のスピンドル。
【請求項１０】
前記閉鎖容器の下方領域は、スピンドルシャフトにひずみを与えないような態様で前記閉鎖容器の残りの部分に装着される別個の収油箱として形成される、請求項９に記載のスピンドル。
【請求項１１】
断熱層が前記下方領域と前記閉鎖容器の残りの部分との間に設けられて、高温の油から前記閉鎖容器の前記上方領域への熱の伝導を低減し、これにより、熱によって引起こされた３つの軸受の位置ずれと、このような位置ずれによって引起こされる前記スピンドルシャフトへのひずみとを防止する、請求項９または１０に記載のスピンドル。
【請求項１２】
請求項２に記載のスピンドルを構成する方法であって、組立て中に、軸受のうちの２つの軸受の内側のボアが最初に位置合せされ、第３の軸受が、３つのボアをすべて位置合せするよう半径方向に調整される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明
この発明は砥石車スピンドルに関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
自動車エンジンの設計者は、カムシャフトリフト輪郭に変更を加えることによってエンジンの性能をより高め得ることに気付いている。このため、バルブの実際の開閉を制御するカムのその部分の輪郭は、凹状の領域を備えるように従来の平坦な形状または凸形状から修正される。この種類のカムシャフトは、凹んだ輪郭を有するものとして公知である。
【０００３】
この種類の輪郭は、カムのリフト／クロージャフランクにおける窪みとしてカムローブ上に現れるが、これは、その外半径が、カム形の最小半径と同じであるかまたは好ましくはそれよりも小さい砥石車でしか作り出すことができない。当然、凹んでいないカム輪郭は、半径に制限なく如何なる車を用いても研削することができる。
【０００４】
この作業のための砥石車スピンドルを設計する際にいくつかの問題に直面する。すなわち；
１．砥石車の直径が小さいために、スピンドル速度は、申し分のない車表面速度を維持するよう比例してより高くなければならない。
【０００５】
２．砥石車は、各々のカムローブ、特に、スピンドルハウジングから離れたカムシャフトの端部におけるカムローブ、のベース円の直径に到達できるようにしつつ、カムシャフトに対して平行に位置するスピンドル体なしに他のローブの先端を回転させることを可能にしなければならない。したがって、この隙間を可能にするようスピンドルシャフトの直径が制限される。
【０００６】
したがって、回転シャフトを長くし、直径を小さくし、かつ、高回転速度で実行できるようにする必要がある。
【０００７】
スピンドル設計上の問題点のために、回転シャフトのための第１の共振曲げモードが最大のスピンドル回転数を超えて存在しなければならない。これは、スピンドル速度がその共振周波数に近づくと共振が励起される可能性があり、しばしば破損点にまでスピンドル性能に影響が及ぶという観察結果から生じる。
【０００８】
これまで、この問題は、通常、スピンドルの共振周波数が可能な限り高くなるような構成によって回避されてきた。従来、これは、軸方向の長さが短く、実用可能な限り大きな直径を有するシャフトを用いて達成されてきた。
【０００９】
これは、凹んだカム輪郭を研削するよう適合された砥石車スピンドルについての要件とは正反対である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明の概要
この発明に従うと、カムシャフト上で凹んだカムを研削する砥石車のためのスピンドルが提供される。当該スピンドルは、駆動モータと、端部に砥石車が装着されているモータ
から延在するシャフトと、モータから延在しシャフトを覆う剛性の長手のケーシングとを含み、シャフトおよびケーシングの長さは、当該車によって研削されるべきカムシャフトの軸方向の長さと少なくとも同程度になるよう選択され、当該シャフトは、各々が静圧軸受である３つの軸受に保持され、当該軸受のうちの１つは、モータから離れた剛性のケーシングの端部にくるように砥石車を保持するシャフトの端部付近に位置し、これにより、シャフトの剛性を高め、曲げに対するその抵抗を高める。
【００１１】
第２の軸受は、シャフトの外側部分の内側の端部に位置してもよく、第３の軸受は、モータ内において当該シャフトの上記もう一方の端部に位置する。
【００１２】
典型的には、当該シャフトは、少なくとも２つの異なる直径を有するよう構成され、モータ内に延在するシャフトのその部分は、そこから軸方向に外部に延在するシャフトのその部分よりも大きな直径を有する。
【００１３】
砥石車は、好ましくは、シャフトに取外し可能に取付けられる。
【００１４】
モータは、通常、電気モータであり、当該モータの固定子は好ましくは剛性のハウジング内に固定される。
【００１５】
３つの軸受の各々の非回転要素は、好ましくは、剛性の長手のケーシングまたは剛性のモータハウジング内に固定される。
【００１６】
この発明の好ましい局面に従うと、シャフトのロータ軸受部の軸方向の長さは当該シャフトの外側部分よりも短く、当該シャフトは、第２の軸受と第３の軸受との間に位置する当該シャフトのより短い部分の剛性および支持のために、より長い外側部分の曲げ共振が臨界のスピンドル回転数を上回ることが必要となるように構成される。
【００１７】
好ましくは、ハウジングの対称的な設計がモータのために用いられる。
【００１８】
上述のとおり、従来より、砥石車スピンドルシャフトは２つの軸受だけで支えられていたので、軸受の位置合せは問題とはならなかった。しかしながら、３つの軸受が用いられる場合、３つの軸受の位置合せは非常に重要となる。静圧軸受が含まれる場合、これは非常に深刻な問題となる。というのも、典型的には、静圧軸受の半径方向隙間（と、このため油膜厚と）が２５ミクロンのオーダであり、位置合せ不良のために振動が伝わらない場合、位置合せを達成する調整機構が、静圧膜厚よりも遥かに小さな微視的な運動を可能にする必要があるからである。
【００１９】
したがって、この発明の別の局面に従うと、組立て中に、当該軸受のうちの２つの軸受の内側のボアが最初に位置合せされ、次いで、第３の軸受が、３つのボアをすべて位置合せするよう半径方向に調整される。
【００２０】
しかしながら、当該軸受の位置合せは、組立て中にそれらの位置合せを確実にするよう制限されない。というのも、小さな車を用いる研削プロセスに必要とされる高速では、軸受内にかなりの熱が生成される可能性があり、スピンドルも、一方の端部では砥石車から、そしてもう一方の端部では（負荷を受けている場合）電気モータからの熱によって加熱される可能性があるからである。これにより、スピンドル温度が非軸対称的に変動することとなり、結果として、特異的な熱膨張のために曲げが生じる可能性がある。これにより、スピンドルシャフトと軸受との位置ずれの恐れがある。この場合、特に、特異的な熱膨張がスピンドル構造の様々な半径領域で起こっている。
【００２１】
モータを補助するために対称的に設計されたハウジングを用いる。
【００２２】
好ましくは、モータハウジングは水冷ジャケットを含み、当該水冷ジャケットにおいては、水は、モータの一方側を別の側よりも冷却してしまうのを防ぐためにモータの周りの螺旋状の経路を辿るようにされる。
【００２３】
好ましくは、スピンドルは、軸受内に生成される熱がいずれも均一に周囲の材料に半径方向に放散し、このため、使用の際にスピンドルハウジングが均一に暖められたり冷やされたりする傾向があり、この結果、均一に膨張および収縮するように、軸対称に構成される。
【００２４】
使用の際に、油がポンプによって静水圧を受けて軸受に供給される。当該ポンプは油を貯蔵槽からくみ出し、当該軸受からこの貯蔵槽に戻す。当該油は各々の軸受で加熱され、加熱された油は、剛性の長手のシャフトケーシングおよびモータハウジングによって形成される閉鎖容器の下方領域に流出する。結果として、使用の際に閉鎖容器の下方領域がその上方領域よりも高い温度に加熱され得る。
【００２５】
これにより、スピンドルハウジングの曲げおよびゆがみがもたらされる可能性があるが、これはまた、軸受に位置ずれをもたらし、スピンドルシャフトにひずみを与える恐れがある。
【００２６】
スピンドルハウジングの下方領域に高温の区域が作り出されるためにゆがみが発生する可能性を克服するために、閉鎖容器の下方領域は、好ましくは、スピンドルシャフトにひずみを与えないように閉鎖容器の残りの部分に装着される別個の収油箱として形成される。
【００２７】
軸受および閉鎖容器の上方領域への熱の伝導を低減するために、上記下方領域と閉鎖容器の残りの部分との間に断熱層を設けて、高温の油から閉鎖容器の上方領域への熱の伝導を低減し、これにより、熱によって引起こされた３つの軸受の位置ずれと、このような位置ずれによって引起こされるスピンドルシャフトへのひずみとを防止し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
この発明が、ここで、添付の図面に関連して例示のために説明される。
【００２９】
図１（ａ）に図示のとおり、凹んだ（凹状の湾曲）領域を含まない従来のカム輪郭１０は、比較的直径が大きい砥石車１２を用いて研削され得る。（従来どおり）車の直径が、スピンドルおよび駆動モータの直径よりもかなり大きい場合、当該車は、スピンドルまたはモータが回転カムのいずれかの部分によって係合されるというリスクなしに、カムシャフト加工品の長さに沿ってどこに位置決めされてもよい。
【００３０】
この状況は、図１（ｂ）に示されるような凹んだカム輪郭を研削する場合には多少異なっている。ここでは、砥石車１４の直径は、輪郭２０の周囲の「凹状の」湾曲１６、１８の領域に入り込んで、（図１（ａ）の１２などの）より大きな直径の車が用いられる場合に起こり得るように輪郭のうちの隣接するより大きなアール付の領域を同時に研削し尽くしてしまわずに各々の湾曲面を研削するようなものでなくてはならない。
【００３１】
２つの砥石車を用い、図１（ａ）におけるようなより大きな車を最初に用いることによって凹んだ輪郭、たとえば２０を研削して、凹んでいない輪郭（または、より大きな車の直径が可能となる範囲にまで部分的に凹んだ輪郭）を形成し、次いで、図１（ｂ）に示されるようなより小さな車を用いて、凹んだ（凹状の）領域１６、１８を研削する。
【００３２】
しかしながら、これは、過去５年ほどの間にこのようなカムの特徴であったかなり小さな半径方向の凹みが必要とされる場合、問題を提起する。半径を５０ｍｍで一致させることが所要の基準であったが、最近では、１０ｍｍカムほどの小さな半径が必要とされる。したがって、それに応じてより小さな直径の車を用いなければならない。当該問題が説明されている図２においては、カムがすべてカムシャフトから１つの半径方向に突き出るわけではないこと、さらに、１つのカム２３のベース円領域２２が別のカム２５の先端２４と、前者から軸方向に離れているにも拘らず、如何に重なり得るかが示されている。車の直径は２６で示され、当該車はシャフト２７上に装着されて示される。当該車の直径は、カムローブにおける所望の半径をもつ凹んだ湾曲を研削できるようなものにされる。
【００３３】
カムシャフトがその軸２８を中心にして回転するときカムローブ面を辿るようにするために、車軸３０は、典型的にはそれ自体が公知の態様でコンピュータ制御を受けて、研削プロセス中にカムシャフト軸２８の方に向かったりそこから遠ざかったりしなければならない。これは、矢印３４で示される前方向および後方向にホイールヘッド３２を動かすことによって達成される。しかしながら、特に図３を参照すると分かるように、ホイールヘッド３２は、車２６がカム２３のベース円領域２２を研削し得るように図２の右側に動かされた場合、シャフト２７を囲むスピンドルハウジング３６が図２におけるカム２５の先端２４などの他のカムの先端に当らないことが重要となる。これは、スピンドルハウジング３６の断面の大きさに制約を課す。
【００３４】
図３は、スピンドルハウジング３６よりも直径が大きい駆動モータハウジング３８を示す。これは、ハウジング３８が回転カムに当らないように、スピンドルが、少なくともカムシャフト４０の軸方向の長さだけ駆動モータハウジング３８の左側に軸方向に延在する必要があることを説明する。したがって、スピンドルシャフト２７は、車の直径がスピンドルハウジング３６および駆動モータハウジング３８の直径よりも著しく大きい場合よりも遥かに長くなくてはならない。（より大きな直径の車が含まれる場合、シャフト２７が、車の装着を可能にするのに十分な長さだけ駆動モータハウジング３８から突き出るだけでよいことが分かるだろう）。ここでは、スピンドルシャフト２７が加工品４０と同程度の長さでなければならず、スピンドルおよびシャフトの直径が上に挙げた理由から制限されるので、この発明は、シャフトを堅固にするために、図４に示される第３の軸受を用いることを提案する。
【００３５】
図４においては、ロータ４０がスピンドルシャフト２７の一部上に装着されているか、または当該スピンドルシャフト２７の一部と一体的に形成されているのが見られ、直径の小さい砥石車２６がシャフトの左端（外側寄り）の端部上に装着されているのが示される。後者は３つの静圧軸受４４、４６、４８によって支持される。軸受４４および４６はロータ４０の両端に位置し、軸受４４の外側の軌道は、モータの固定子（図示せず）を収容するハウジング３８の右側の端部内に装着される。
【００３６】
軸受４８は砥石車に隣接して位置し、軸受４４および４６はロータ４０の両側に位置決めされる。
【００３７】
軸受４８の外側の軌道はスピンドル体３６内に固定され、軸受４６の外側の軌道は、スピンドル体３６とモータハウジング３８との間の境界面に位置し、さらに、これら２つの間に位置基準を形成する。
【００３８】
製造中に、当該軸受のうちの２つが最初に位置合せされ、次いで、第３の軸受が、他の２つの軸受と正確に整列するように半径方向に調整され、こうして、シャフト２７が正確に通される。
【００３９】
図３と図４との比較を容易にするために、図４においてはハウジング３６、３８の輪郭が点線で示される。
【００４０】
モータがより詳細に示される図５には、シャフト２７、ロータ４０、固定子５０およびハウジング３８が示される。固定子の周りには円筒形の冷却ジャケット５２があり、冷却液体（典型的には水）がここを通って入口５４から出口５６へ流される。このようにする際に、この冷却液体が５８の点線の輪郭で示される螺旋状の経路を横切っていくようにされるので、入口と出口との間に短くて真直ぐな経路は存在しない。このようにして、熱は固定子５０およびハウジング３８から概して均一に除去され、ハウジングまたは固定子のうちのどの領域も、その他の領域よりも熱くなるはずはない。
【００４１】
図６は、収油チャンバ６０が、油が軸受から離れるとき重力を受けてこの油を収集するように静圧軸受ハウジング６２の下に如何に嵌合され得るかを示す。チャンバ６０とハウジング６２との間に不良な断熱材から成るシール６４を組込んで断熱層を形成することにより、油に含まれる如何なる熱も、そうでない場合に起こり得るようにその上方部分に比べてハウジング６２の下方部分を加熱せず、結果としてハウジング６２がゆがむ可能性がある。油は通路６６を通ってチャンバ６０から出て、油冷却器を含み得る貯蔵槽（図示せず）に戻る。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１（ａ）】従来の輪郭および凹んだ輪郭のカムが如何に研削され得るかを示す図である。
【図１（ｂ）】従来の輪郭および凹んだ輪郭のカムが如何に研削され得るかを示す図である。
【図２】加工品がエンジンカムシャフトに沿ったカムの場合と同様に半径範囲の異なる領域を含む場合、スピンドルシャフトの直径が如何に制限されるかを示す図である。
【図３】カムシャフトの隙間に必要な軸空間を示す図である。
【図４】（従来の２つではなく）３つの軸受によってスピンドルシャフトが如何に支持され得るかを概略的に示す図である。
【図５】スピンドル駆動モータの周りの螺旋状の経路に冷却流体を如何に流入させ得るかを概略的に示す図である。
【図６】油が如何に静圧軸受から出るかを示す図である。
【図１（ａ）】
2008500199.tif 000003
【図１（ｂ）】
2008500199.tif 000004
【図２】
2008500199.tif 000005
【図３】
2008500199.tif 000006
【図４】
2008500199.tif 000007
【図５】
2008500199.tif 000008
【図６】
2008500199.tif 000009
【国際調査報告】
2008500199.tif 000010
2008500199.tif 000011