JP6728203B2 - 微小送り制御（ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｃ ｆｏｒｗａｒｄｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ）およびスピンドルの回転軸の傾斜を用いたスピンドルの配置 - Google Patents

Description

本発明は、作業面に対して垂直な平面における、微小送り制御およびスピンドルの回転軸の傾斜を用いたスピンドルの配置に関する。

本説明を可能な限り明確にするために、研削分野におけるこのスピンドルの用途について以下に言及するが、他分野における可能性のある用途に関して制限を設けるものではない。本発明の分野のよりよい理解のために、以下が具体的に記述されるはずである。

研削は、一般に、幾何公差および寸法公差の両方に関して、また加工されている表面の粗さに関して、高精度の最終製品を得るために用いられる、チッピングを除去する機械加工で構成されていることが周知である。

この種の加工を達成する機械は研削機と呼ばれ、これらが使用される特定の用途（加工精密度、加工されている一品の寸法および形状、必要な生産性、作業環境等）に応じて様々な構造を有し得る。

図１は、工具５０（詳細には砥石車）が円柱形上として示されている（これは、実際は、様々な幾何学的形態、例えば切頂円錐形状、または得られることになる形状を備えた外形を有する回転体、を有し得る）、研削工程を概略的に示す。この工具５０は、適切な結合マトリクス（プラスチック、金属、または樹脂）中に浸されている研削材（ダイアモンド、炭化ケイ素、酸化アルミニウム等）の顆粒を含む。この工具のより進化した形態が、いわゆるＣＢＮ技術の使用により示されており、この構造では、比較的薄い、立方晶層窒化ホウ素（ＣＢＮ）の層が、支持機能および構造機能を有する、アルミニウム、炭素繊維等の材料で作製されている支持体に貼付されている。

この工具５０は、冷却潤滑流体５２の存在下で、矢印５３に従って、加工される表面に対する平行並進移動において、加工される一品５１と接触して回転する。このようにして、工具５０は、前記工具の必要な大きさおよび幾何学的形状が得られるまで、加工される一品５１の欠片５４を発生させながら、ある厚さを過度に除去する。

とは言ったものの、研削工程の用途は、例えば、２つの主要な部類に分割され得る。
− 平坦な表面の研削（いわゆる接線研削機により達成される）
− 円形製品の研削（円形構成要素用の研削機により達成される）

この場合の関心分野は第２の部類であり、詳細には、特定の限定がない場合でも、これは平坦な金属製品の圧延機用のシリンダの研削に関する。

この点において、平坦な金属製品のための圧延機は、その目的が、金属スラブの厚さを所望の値まで減少させ、いくつかの場合には、最終製品に一定の表面特性および構造特性を付与することである設備であることを覚えておくべきである。

また、製造必要高、表面品質、および圧延品に付与される構造特性に基づいて使用される、多種多様な圧延機が存在することが既知である。

圧延機の主な種類は次の通りである。
Ａ− 図２に示されている、「２段」と呼ばれる圧延機（２段圧延機）
Ｂ− 図３に示されている、「４段」と呼ばれる圧延機（４段圧延機）
Ｃ− 図４に示されている、「６段」と呼ばれる圧延機（６段圧延機）
Ｄ− 図５に示されている、「Ｚ−Ｈｉｇｈ」と呼ばれる圧延機
Ｅ− 図６に示されている、「２０段」と呼ばれる圧延機

図示した種々の例証では、シリンダが多種多様な形状および寸法を有し得ることが認められる。実際、寸法は、「Ｚ−Ｈｉｇｈ」または「２０段」用途の場合には直径数十分の１ｍｍおよび長さ約１ｍから、前述の図に示されていない「厚板」用途では最大直径約２，０００ｍｍおよび長さ８ｍ超にまで及ぶ。

しかし、問題の主題にとって重要なことは、これらの用途にかかわらず、これらのシリンダが、これがほとんどの場合に曲面であるので、真っ直ぐな母線をめったに有しないことである。

したがって、シリンダは、一般に、図７の前述の案において純粋に例示的な、まさに非制限的な目的で示されているように、円錐形の（ａ）、丸い凹面の（ｂ）、丸い凸面の（ｃ）、または正弦曲線の（ｄ）外形を有する。

さらに、この外形は比較的高次の多項式により定義され得る場合があるか、またはこれは座標テーブル（ｔａｂｌｅ ｏｆ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ）により数値形式で表され得る。

ここで、参照として、図８に図式化されている任意の非直線的外形を有するシリンダを検討すると、研削工程によるこれらの外形の製造に関連する主要な問題が認められる。

最適に動作するために、（砥石車の中央平面とシリンダの母線との間の交点と常に一致しているべきである）接点Ｐの観点、また接触角α（外形の角度）の観点の両方から、砥石車５０が、加工されている一品５１の外形を理想的に辿るべきであり、図８において砥石車５０の様々な位置に示されている通り、砥石車の母線角度の接線が、外形自体の長手方向展開部全体に沿った外形（形状角度（ｐｒｏｆｉｌｅ ａｎｇｌｅ））の曲線の一次導関数に常に等しいことを確実にする。

砥石車５０の角度αが、外形の角度に等しくなるよう修正できない場合、砥石車５０は異常に動作するであろう。詳細には、砥石車５０が一品５１の表面に端に沿って接近した時に起こる抉り現象が生じ、砥石車−シリンダ接触面積を減少させ、加工時間を増加させ、一般に、シリンダの表面の端部品質の劣化を引き起こす。

砥石車５０の位置を制御するための基準点としての砥石車中心Ｐを検討すると、実際、抉り状態で動作することが、図９に点線で示されており、理想的外形５７と異なる実際の外形５５を作り出す原因になる。

その結果として、確実に、表面粗さの観点から非均質性がさらに際立つようになるばかりでなく、適切な誤差補償がなければ、シリンダの必要な外形の正確な形成を保証することも難しい。図９に示されている通り、これは、砥石車５０の縁部５６が実際の動作点を動かし、異なる量の材料を除去し、一品の最終的な幾何学的形態を変化させることで発生する。

また、砥石車５０の長さが長いほど、抉り現象がさらに際立つことが容易に理解され得る。研削工程の生産性を向上させるために、この寸法を増大させる傾向があるので、砥石車がシリンダの外形に常に平行であることを可能にする適切なデバイスを備え付けられていない機械は、その結果として、前述の理由で、所望の必要な外形を得ることが困難である。

さらに、本発明の根底における技術的課題に関して、さらによく理解し、かつ、これまでに知られている最先端技術をよりよい全般的観点から見るために、圧延機シリンダの研削分野に関するいくつかのさらなるコンセプトを導入し、図１０に示されている通り、周縁のかつ外側に固定されている、シリンダ用の研削機の主要要素を説明することが有益であると考えられる。

加工されているシリンダ５１がワークヘッドにより回転させられ、リュネットと呼ばれる、適切な静圧支持体またはより一般的な動圧支持体５９により基部５８上に維持され、または比較的小さいシリンダの場合もしくは該シリンダの製造工程の間、これらは機械の主軸台と心押し台との間に直接支持され得る。

砥石車５０は、スピンドルの端部に固定されており、いわゆる砥石ヘッド（ＴＰＭ）上に形成されている適切な台座に組み立てられているスピンドルは、これに対して基部の長手方向展開部（軸Ｚ）に沿って移動し、砥石ヘッド・トロリ上のシリンダの回転軸に対して垂直方向（軸Ｘ）に移動する。最後に、以下によりよく説明されているように、ＴＰＭは、必要に応じて、２つのさらなる自由度を有し得る。１つめは一般的に軸Ｕ（方向Ｘの、砥石車中心の微小送り）と呼ばれる。ある用途では軸Ｘ単独の移動により完全に保証され得るとは限らない、シリンダ５１の外形を辿ることにおいて最も可能性のある正確さを保証するために、軸Ｕは、スピンドル単独の送り（以下によりよく説明される「偏心スピンドル」を用いた解決策）、またはＴＰＭの一部の送り（以下によりよく説明される「傾斜送込み（ｔｉｌｔ ｉｎｆｅｅｄ）」と呼ばれる解決策）のどちらかを可能にするという目的がある。一般的に「軸Ｂ」と呼ばれる２つめは、シリンダの軸に対して垂直な垂直軸を中心とした、砥石車の回転により示される。

その結果として、記載されている通り、砥石車５０とシリンダ５１との間の完全な相対配置を有するために、３本の基本軸、Ｘ、ＵおよびＢ、が必要であるのに対して、これの長さ全体におけるシリンダの外形を達成するために、スピンドルおよびＴＰＭを一緒に移動させることが軸Ｚにゆだねられる。しかし、一連の理由で、軸Ｘ、軸Ｕおよび軸Ｂは様々な構造解決策において全てが存在するとは限らない。

実際、市場は、以下に記載されているような様々な解決策を提案している。

１）第１の解決策は、軸Ｘだけを使用してまたは単一の自由度を有して配置が得られることである。
この場合、軸Ｕおよび軸Ｂは構想されておらず、砥石車の位置は、砥石ヘッド・トロリに固定されている直線移動システム（再循環ボールねじと連結されているモータもしくは歯車モータ、またはリニア・モータで構成されていることが多い）により、加工されているシリンダ５１に対するＴＰＭ全体の接近または後退を可能にする軸Ｘによってのみ調整される（図１１）。

本解決策の利点は次の通りである。
− 簡単で安価な構造
− メンテナンスの減少
− ＴＰＭの高い静剛性

しかし、また、下記のような欠点がある。
− 砥石車５０の配置に関与している軸Ｘはまた、ＴＰＭ全体すなわちスピンドル自体の支持体を移動させなければならない。これは、システムの制御および精度に困難があることを意味する。シリンダの外形を可能な限り正確に辿るために、砥石車の移動は小さなステップで行わなければならない。移動させる質量が大きいほど、これらのステップを制御することがより難しくなる。
− 縮小ステップの適用可能性。一方では、伝達率を高めることが可能になれば、該解決策が改善されるが、他方では、軸の全体的な剛性の劣化を伴い、その結果、配置システムの精度の損失が生じる。
− 固定されたスピンドル６０の軸による一品の外形の角度変化を辿ることの不可能性。実際、固定されたスピンドル６０の軸は、砥石車５０に端に沿って動作することを余儀なくさせ、広く前述されている一連の問題を引き起こす。

２）第２の解決策は、砥石車が、軸Ｘおよび軸Ｕに基づいてすなわち２つの自由度を有して、シリンダ軸に対して垂直位置に配置されることである。
構造形態が第１の解決策に関して記載されているものに対して不変のままである、軸Ｘに加えて、この種のＴＰＭ上に、軸Ｕの存在が構想されている。この軸は、同じ軸Ｘの方向に沿って、しかし該軸Ｘを使用することなく、ある程度だけ移動する高分解能を有する。主要な１つが以下に記載されているこの解決策のために、様々な構造形態が提案されてきた。

（図１２に示されている）第１の提案では、ＴＰＭの内側に構想されているハウジング６４内の、軸６３のうちの１つを中心に回転することができる適切な偏心ブッシング６２内で、スピンドル６１が軸６５のうちの１つを中心に回転する。

例えば適切なレバー・システム（図示せず）により、該偏心輪を回転させることにより、シリンダ５１に対する砥石車５０の距離は変更され得る。このコマンドの伝達率は所望の大きさとすることができ、したがって、システムを調整し制御する可能性は改善され、関与する質量は減少し、システムの動的応答の能力は高められる。前述されているものなどの解決策は「偏心スピンドル」と定義される。

（図１３に示されている）第２の提案が、図１１に描写されているものに対して、ＴＰＭのさらなる分割を構想することにある。ＴＰＭの上部６６が、ＴＰＭの移動システム（軸Ｘ）が常に存在するトロリ上の（アンダーベースと呼ばれる）下部６７から分離されている。上部６６は、シリンダ軸に平行な水平軸を有するピン６８により、下部６７に対して蝶番で動くようにされている。ＴＰＭとアンダーベースとの間に配置されている適切な移動システムが、下部６７に対する上部６６の相対回転を可能にし、したがってシリンダ５１からの砥石車５０の距離を変化させる。この機構は一般的に「傾斜送込み」と定義される。

図１１の第１の解決策に対して、前述されている改善は、移動における質量が限定され、システムの迅速な応答および該システムの配置精度を向上させることを可能にする。

外形を作り出すことにおける砥石車の移動の高分解能などの利点が得られ得ることが、容易に理解され得る。

しかし、下記などのいくつかの欠点がある。
− 構造の複雑化
− メンテナンスの増大
− 静剛性の損失
− 図１１および図１２の解決策に関しては、実際には、厳密に円筒形の外形を作り出さないという問題が解決されておらず、砥石車５０は、以前に検討された問題全てを抱えて、一品の表面を抉り出すことにより動作し続ける。

３）第３の解決策は、軸Ｘ、軸Ｕ、および軸Ｂに基づくすなわち３つの自由度を有する配置が存在することである。
本解決策は、当然微小送りを保証することに加えて、砥石車５０が一品の外形に常に接していることを可能にする。垂直軸を中心とする砥石車５０の回転（これの制御は一般的に軸Ｂと定義されている）は、垂直軸６９を中心にＴＰＭ全体（「傾斜送込み」案に基づく微小送りを用いる機構の場合には、さらにアンダーベース）を回転させることにより得られる。前記軸は、任意の点に配置されることが可能であるが（図１４）、シリンダ５１との砥石車５０の接触点Ｐと一致して該軸が配置された場合に機構が最適化されることが、容易に証明され得る（図１５）。ここで、この点または回転中心６９が砥石車の磨耗により方向Ｘに移動する可能性があるので、実際、該回転中心を、やはり実用的な理由で、砥石車５０の中央平面と一致してかつ砥石車自体の後ろに配置することが好ましい（図１６）。

直接の利点は、本解決策が概念的に容易で確実であることである。

しかし、下記などのいくつかの欠点がある。
− 構造の複雑化
− 高コスト
− メンテナンスの増加

この機構の興味深い進化は、「傾斜送込み」機構の機能的原理を観察することにより得られ得る。実際、ＴＰＭの回転軸６８を垂直面においてある角度で回転させることにより、図１７の場合のように、ＴＰＭの回転軸６８がアンダーベース６７に対して傾斜している場合、軸Ｕの制御が作動されると、旧知の場合と同様に方向Ｘに微小増加が得られることが容易に認められ、さらに、また、垂直軸を中心とした砥石車の若干の回転が容易に認められる。

また、スピンドルとＴＰＭの傾斜回転軸との交点が、砥石車の中央面とスピンドルの同じ軸との間の交点に向かってより近づくほど、機構の効率性が高まることが即座に認められ、これらの２点が一致した時に最大であることを示す。

提案されている解決策（例えば、特許文献１参照。）に繋がるのが、具体的には、この検討である。

同特許の参照番号を示す、本明細書に同封されている図１８に示されているこの既知の解決策によれば、スピンドル７は、第１の円筒形ブッシング１９’の内側に収容されているが、スピンドルの台座はブッシング自体の軸に対して偏心している。このようにして、適切なコマンド（以前に示されている軸Ｕ）で前記偏心ブッシング１９’を回転させることにより、以前の場合に言及されているように微小送りが得られる。この時、前記偏心輪が、ＴＰＭ内に直接収容されている代わりに、円筒形ブッシング１０８内に収容されている場合、該ブッシングの軸９は水平面に対してある角度で傾斜しており、該ブッシングを回転させることにより、垂直軸を中心とした砥石車軸の所望の回転が得られる。実際、砥石車４は、やはり、（軸Ｘに平行な）水平軸を中心に小角度で回転するが、これは技術的研削工程に影響を及ぼさない。

主要な利点として、これは極めてコンパクトな解決策である。

しかし、以下に記載されているように一連の欠点があることは否定され得ない。
− 互いに傾斜したハウジングの存在による構造的非対称は、構成要素の熱膨張および砥石車の作用点の正確な配置を制御することにおける誤差の問題を引き起こす可能性がある。
− これらの不一致が、研削に特有の加工周波数の分野に悪影響を及ぼす可能性がある低値周波数の導入の原因になるので、図１８のブッシング１９’および１０８により示されている高質量は結合を危機的にし、結果として、望ましくない振動の増加および表面品質の低下を招く。
− 該ユニットは三対のラジアル軸受の存在を構想しており、より具体的には、
スピンドル７に関しては２１
偏心ブッシング１９’（軸Ｕ）に関しては２０
傾斜ブッシング１０８（軸Ｂ）に関しては２０
で示されている。

これらのデバイスの全てが限られた空間内にハウジングを見つけなければならない（大きすぎるＴＰＭが機械の実用を制限する）ので、スピンドル７は比較的小さくなくてはならず、したがって固有の剛性を制限しなければならない。

最後に、また、前述の軸受はシステムの剛性の全体的損失の一因になるに違いない。

米国特許第６，２３４，８８５（Ｂ１）号明細書

本発明の一般的目的は、前段で示されている問題を解決することである。

詳細には、本発明の目的は、圧延機用のシリンダの研削工程の最大パフォーマンスを保証するような配置を提供することである。

この目的を達成するために、明確に認められる通り、砥石車は、抉りの危険を回避するために、常にシリンダに接したままで、シリンダの外形を辿ることができるべきである。

本発明のさらなる目的は、一方では、前述されている要件を保証することができ、他方では、高い静剛性および動剛性を有しかつメンテナンスが容易な、簡単で小型の機構を用いてこの結果を得ることができる、配置を見出すことである。

上記目的の観点から、本発明によれば、同封の特許請求の範囲に具体的に示されている特性を有する配置が着想されてきた。

既知の技術に対する本発明の構造特性および機能特性ならびにこれの利点は、既知の技術の要素および特性に加えて本発明の実施形態も示す同封の概略的図面を参照して、以下の説明からさらに明白となるであろう。

研削工程を示す概略斜視図である。 異なる圧延シリンダを使用している圧延機の各種の部分を示す図である。 異なる圧延シリンダを使用している圧延機の各種の部分を示す図である。 異なる圧延シリンダを使用している圧延機の各種の部分を示す図である。 異なる圧延シリンダを使用している圧延機の各種の部分を示す図である。 異なる圧延シリンダを使用している圧延機の各種の部分を示す図である。 異なる表面外形を有する圧延シリンダの図である。 任意の非直線的外形を有するシリンダの研削用の砥石車の理想的位置の図である。 任意の非直線的外形を有するシリンダの研削中に抉り現象を引き起こす砥石車の位置の図である。 外側用の円筒形周縁研削機の概略斜視図である。 軸Ｘを１つだけ用いたすなわち１つの自由度を有する、砥石車の微小配置が存在する、第１の既知の解決策の概略詳細図である。 軸Ｘおよび軸Ｕを用いたすなわち２つの自由度を有する、砥石車の微小配置が存在する、別の既知の解決策の概略詳細図である。 ２つの自由度を有する、砥石車の微小配置が存在する、第２の既知の解決策の概略詳細図である。 軸Ｘ、軸Ｕおよび軸Ｂを用いたすなわち３つの自由度を有する、砥石車の微小配置が存在する、既知の解決策の概略図である。 異なる位置で回転しているヘッドの回転中心を有する、図１４のものと類似した既知の解決策の概略図である。 異なる位置で回転しているヘッドの回転中心を有する、図１４のものと類似した既知の解決策の概略図である。 「傾斜送込み」バージョンにおける、傾斜軸を有する砥石ヘッドの回転付与案の図である。 例示されている解決策および特許文献１の目的の図である。 第１の実施形態における、本発明による、軸の微小送りおよび傾斜コマンドを用いたスピンドルの配置の断面図である。 第２の実施形態における、図１９のものと類似したスピンドルの配置の断面図である。 作動レバーの移動コマンドの実施形態例の図である。 ２つの３次元図であり、（ａ）は、機構の第１の作動に対応する従属変数Ｕ１が、独立変数（Ｕ，α）の各対と関連しており、（ｂ）は、第２の作動に対応する第２の従属変数Ｕ２が、各対（Ｕ，α）と関連している。 運動学的機構のすなわち本発明によるスピンドルの配置の動作範囲を示す図である。考慮中の機構は２つの自由度を有するので、該動作範囲を特徴付けるために、システムの独立変数が有し得る極限は定められていなければならない。該図は、横座標において、砥石車−シリンダ接触点の送り（独立変数Ｕ）を示し、縦座標において、水平面上でのスピンドル軸の回転角度（独立変数α）を示し、本発明の目的である機構は、図に示されているセグメントの範囲内に囲まれている全対（Ｕ，α）が得られることを可能にする。 本発明による、砥石車中心Ｐの微小送りがいかにして得られるかを示す概略断面図である。 本発明による、砥石車中心Ｐの微小送りがいかにして得られるかを示す概略断面図である。 スピンドルの傾斜を得ることおよび砥石車中心を移行させることのための作動レバーに特に関する、図２１に示されているものの上方からの概略図である。 それぞれ、上方からの図（ａ）において、かつ、立てられた側面図（ｂ）において、特性および機能をより明確に示すために、異なる動作位置における図２１に対応した図である。 それぞれ、上方からの図（ａ）において、かつ、立てられた側面図（ｂ）において、特性および機能をより明確に示すために、異なる動作位置における図２１に対応した図である。 ある外形を得るために砥石車中心Ｐにより必要とされる送り（独立変数Ｕ）を示す図である。 動作範囲に亘って極線図が重ね合わされており、図２９の外形を得るための値（Ｕ，α）の対の組合せを示す、図２３と同じ図である。曲線図は、同機構の使用領域内に完全に含まれるので、図２９の外形は、明白に、該機構により形成され得る。

図１９を参照すると、これは、実施形態のうちの１つにおいて、本発明による、軸の微小送りおよび傾斜コマンドを用いたスピンドルの構成を示す。

図１９の構成は、２つの球形要素１３、１４の本体にそれぞれ形成されている円筒形台座１２内に収容されておりかつこれの中で回転するスピンドル１１で構成された機構を示す。２つの台座１２は、スピンドル１１の軸１５と、球形要素１３、１４の各々の中心１６を通過する軸９９との間に適切な偏心を設けて形成されている。詳細には、これらの要素１３、１４は球体の部分で構成されており、該球体の部分の各々において、スピンドル１１の台座１２は、球形要素の中心に対する貫通偏心孔である。

スピンドル１１と球形要素１３、１４との間の結合は、この分野において採用される通常の技術を用いてすなわち静圧軸受または動圧軸受または転がり軸受により達成され得る。

各球形要素１３、１４は、提案されている構造形態では、組立て可能な２つの部分または半体１７および１７’で構成された適切なハウジング内に配置されている。またこの場合、球形要素と関連台座との間の結合は、前述されている技術を用いて容易に得られ得る。２つの半体１７および１７’は、直接砥石ヘッド（ＴＰＭ）またはＴＰＭ上に容易に設置され得るカートリッジ、もしくは成型スリーブ１８のどちらかの中に収容されている。

図１９の本解決策は、２つの内部の半体１７および１７’をＴＰＭの本体またはカートリッジ内に統合することにより、明らかに、代替的に変更され得る。このようにして、例えば図２０に示されている通り、複合ハウジング１９および２０は、本発明のコンセプトを変更することなく得られる。

さらに、図１９および図２０の両方を参照すると、スピンドル１１、および、例えば１３で示されている２つの球形要素のうちの１つが、スピンドルの軸に沿って作用している力に対抗するために、スラスト軸受としての役割を果たすか、またはスラスト軸受２１を受けるために、加工され得る。

スピンドル１１は、（図１９および図２０に示されている）プーリ２２方式を用いて旧知のモータに基づいて回転することができるか、または異なる解決策が等しく用いられ得る。例えば（モータが、軸受に対して片持ち梁のように作られているスピンドル上にかつ砥石車の反対側に直接取り付けられている状態で）モータ−スピンドルが使用され得るか、またはモータが２つの球面継ぎ手間に収容されている状態で、電気スピンドルを使用することが可能である（これらの実施形態のどちらも図示されていない）。

本発明の構成は、本例では、接続されているかまたはいずれの場合にも２つの球形要素１３および１４から延在しておりかつ前述の要素により所望の回転を達成可能にするレバー２３および２４で構成されている２つの制御手段により、完成される。２つの制御手段すなわち２つのレバー２３および２４は、２つの球形要素１３、１４の各々の独立した回転を引き起こすことなどを目的としている。代替的実施形態では、回転手段はトルク・モータまたは同様の手段とすることができる。

実施形態ではあるが非限定的選択として、球面継ぎ手１３、１４の回転は、図２１に示されているシステムを用いて調整される。

各ハウジング１７、１７’内に配置されている球面継ぎ手１３、１４と一体になっているレバー２３、２４は、一対の接続ロッド２９、３０に対して、２７、２８を伴って図式化されている２つの玉継ぎ手により抑制されている。第２段の玉継ぎ手３１、３２を通る接続ロッド２９、３０のこの対は、ｕ１およびｕ２を伴って図式化されている各直線移動システムによって作動され、該各直線移動システムは、２つの自由度を有するシステムの従属変数Ｕ１およびＵ２として前段で定義されている移動を達成する。

したがって、実際は、該機構は、制御レバー２３および２４の同数の対の位置が各対の独立変数（Ｕ，α）に、その結果として前述の座標Ｕ１およびＵ２の対に、一義的に対応するというものである。

変数（Ｕ，α）を制御し、工具機械内での本運動学的システムの適用性を可能にするために、改善の限界と可能性を知ることに加えて、これの物理的挙動を左右する方程式を解くことが重要である。この点において、図２２ａおよび図２２ｂの図に示されている通り、適切なソフトウェアで数値積分法により非線形方程式およびこれらの解を書くことは、２つの独立変数（Ｕ，α）を従属変数（Ｕ１，Ｕ２）と一義的に関連付けることにより、運動学的機構の数理解が得られることを可能にする。

この種の解決策は、使用される構成要素の寸法および幾何学的特性が合理的に最適に選択されることならびにまた運動学的機構自体の機能限界（ｆｕｎｃｔｉｏｎｉｎｇ ｌｉｍｉｔ）を知り定義することを可能にする。変数Ｕ１およびＵ２の極限が、これ自体の垂直軸に対して約＋／−２０°のレバー２３、２４の揺動を可能にするように設定された場合、図２３に示されているタイプの図が得られ、該図において、セグメントにより囲まれている領域は、システム自体の運動学的拘束と適合して、独立変数（Ｕ，α）として許容可能な値の組合せを示す。しかし、構成要素の寸法、種々のレバーの長さ、球形要素の偏心輪と中心との間の距離を変更することにより、かつ球形要素の最大回転角度を変更することにより、前記図は調整され、最も多様なニーズに適合され、システム自体の動作限界を広げることが指摘されるべきである。

機構の機能のより明確な理解のために、いくつかの特に重要な状態が以下に記載されている。前述されている微小偏心コマンド原理（または「傾斜送込み」コマンド）に基づいて、但し砥石車の回転軸をシリンダの軸に平行に維持しながら、砥石車中心Ｐが量Ｕだけ送られることを想像することから始める。図２４に示されている通り、２つの座標Ｕ１およびＵ２が同一であるように配置されているレバー２３、２４のコマンドで開始する。次いで、これらはどちらも、図２５に示されているように同じ量だけ増加し、スピンドル・シャフト１１の並進、および結果として生じる、所望の量Ｕだけの方向Ｘのかつ２つの軸Ｕ１およびＵ２に付与される移動に従う方向を有する、砥石車−一品接触点Ｐの送りを得て、実際に微小送りを達成する。

方向Ｘに沿った砥石車中心Ｐの位置における変動Ｕに加えて、続いてやはりスピンドルの角度の変動αを得るために、図２６に示されているように続行すべきである。

コマンドｕ１およびｕ２を作動させ、その結果として制御レバー２３および２４を、例えば方向２５および２６に従って、互いに独立して回転させる（当然これらの動作の限界の範囲内で）ことにより、砥石車中心Ｐの位置の変動（第１の自由度Ｕ）が得られるばかりでなく、スピンドル・シャフト１１の軸１５の傾斜およびその結果として砥石車５０の傾斜もまた得られ、したがって第２の自由度αを得る。

また、図２７ａおよび図２７ｂ（反時計回り回転）においてかつ図２８ａおよび図２８ｂ（時計回り回転）において特定されている状況下でレバー２３および２４を調整することにより、例えば図２４に示されているものに類似した開始状態に対して接触点Ｐを移行させることなく、砥石車の軸を傾斜させることが可能である。両例では、所望の結果を得るために、方向を除いて、Ｕ２に対してより大きな程度で、Ｕ１が増加されなければならない。変数Ｕ１およびＵ２が有しなければならない厳密な値を知るために、図２２ａおよび２２ｂに示されている図を参照することは明らかに十分である。

手短に言えば、前述されている移動を適切な作動と組合せ、制御することにより、砥石車中心Ｐの位置および砥石車自体５０の傾斜αはどちらも調整されることが可能であり、したがって、図７に例示目的で示されている、圧延機用のシリンダの幾何学的形状が得られることを可能にする。

最後に、ＣＲＭ用途のための一般的なバックアップ・ロール・シリンダを検討している実際的事例を検討する。シリンダ自体の平面に対する砥石車トロリの位置に関して、状態０（縦座標０）に対する砥石車中心Ｐの必要な送りを図２９に示し、砥石車角度の接線が外形自体の導関数に常に等しくなければならないことを念頭において、極座標におけるこの外形を示す関数（Ｕ，α）が図３０に示されている。

（中心湾曲部分により示されている）本スピンドルの動作点が、以前に定められておりかつ図２３に既に示されている運動限界から、いかに極めて遠いかが明らかに観察される。

したがって、本明細書において検討されているものより遥かに複雑であり、したがって経済的視点および技術的視点の両方から競合的に、より大きな角度で動作し、市場の必要性を完全に満たす外形を得ることが可能である。

手短に言えば、先行技術の問題は、本発明に基づいて提案されている解決策により解決されている。この点において、最先端技術に対する以下の改善点が列挙され得る。
− （軸方向および径方向の両方の）軸受および継ぎ手の数は、特許文献１において提案されているものに対して減少し、システム自体の効率性、剛性、企画の簡潔さ（ｐｒｏｊｅｃｔ ｓｉｍｐｌｉｃｉｔｙ）、および精密さを改善している。
− 球形継ぎ手により導入される周波数は、研削加工に特有の周波数の範囲外であるが、加工自体に悪影響を及ぼすことはない；
− 例えば回転ヘッドに特有の妨害物の問題を生じさせることなく、現在の市場の解決策より高い値に達するまで、砥石車の傾斜角度を増大させることが可能である。
− レバーの幾何学的形状および偏心輪の位置を変化させることにより、所望に応じて、大きな縮小率が選択されることが可能であり、したがってシステムの制御および再配置の促進を可能にする。
− 偏心輪により必要とされる位置に対する可変砥石車角度範囲に対して、砥石車中心Ｐを回転中心として用いて動作することが可能である。
− 技術的視点および経済的視点の両方から、競合的解決策が得られている。

正確な数学モデリングが、加工されるシリンダの外形の特定の変数（Ｕ，α）から制御変数（Ｕ１，Ｕ２）へ容易に移行することを可能にする。このモデルは、特定の要求を満たすために、必要に応じて、機構の幾何学的形状が再パラメータ化されることを可能にする。

したがって、本明細書の前文において言及されている目的は達成されている。

保護範囲は同封の特許請求の範囲により定められる。

Claims (14)

1. 少なくとも一対の回転可能な支持体の内側で回転可能に支持されているスピンドル（１１）を含み、
   前記少なくとも一対の回転可能な支持体は、台座（１２）を備えた２つの球形要素（１３、１４）で構成されており、
   前記スピンドル（１１）は、前記球形要素（１３、１４）の中心を通過している軸（９９）に対して偏心しており、
   前記少なくとも２つの球形要素（１３、１４）は、少なくとも２つの部分（１７、１７’、または１９、２０）で構成されているハウジング内に配置され、
   前記少なくとも２つの球形要素（１３、１４）に接続され、前記少なくとも２つの球形要素（１３、１４）を独立回転させる２つの回転手段（２３，２４）を備えているスピンドルの配置。
2. 前記球形要素（１３、１４）は、各々が前記スピンドル（１１）用の台座（１２）を有する球体で構成されており、前記台座は、前記球形要素に対して偏心している貫通口である、請求項１に記載のスピンドルの配置。
3. 少なくとも２つの部分（１７、１７’、または１９、２０）で構成されている前記ハウジングは、砥石ヘッドに、または砥石ヘッド上に設置され得るカートリッジもしくは成型スリーブ（１８）に配置されている、請求項１または２に記載のスピンドルの配置。
4. 前記スピンドル（１１）および前記球形要素（１３、１４）は、静圧軸受、または動圧軸受もしくは転がり軸受、または滑り軸受により、台座（１２）の表面を介して連結されている、請求項１から３のいずれか一項に記載のスピンドルの配置。
5. 前記球形要素（１３、１４）の各々は、前記２つの部分（１７、１７’、または１９、２０）で構成されているハウジング内に配置されている、請求項１から４のいずれか一項に記載のスピンドルの配置。
6. 前記２つの部分（１７、１７’）は、それぞれ、前記カートリッジ（１８）内にまたは砥石ヘッド内に挿入されている、請求項５に記載のスピンドルの配置。
7. 前記２つの球形要素（１３、１４）用の前記ハウジングは、前記球形要素（１３、１４）の側部に面している単一の中心ハウジング（１９）と、２つの端側ハウジング（２０）とを含む、請求項１に記載のスピンドルの配置。
8. 前記２つの回転手段は２つのレバー（２３、２４）である、請求項１から７のいずれか一項に記載のスピンドルの配置。
9. 前記２つのレバー（２３、２４）は、各直線移動システム（ｕ１、ｕ２）により作動されるさらなるレバー（２９、３０）内に延入する、請求項８に記載のスピンドルの配置。
10. 前記２つのレバー（２３、２４）は２つの玉継ぎ手（２７、２８）の介在により前記さらなるレバー（２９、３０）内に延入し、前記さらなるレバー（２９、３０）はさらなる玉継ぎ手（３１、３２）の介在により前記直線移動システム（ｕ１、ｕ２）に接続されている、請求項９に記載のスピンドルの配置。
11. 前記２つの直線移動システム（ｕ１、ｕ２）は、前記２つの直線移動システム（ｕ１、ｕ２）との間にアダプタが介在されていてもいなくてもよい電動機により駆動されるねじ制御装置で構成されている、請求項９又は１０のいずれか一項に記載のスピンドルの配置。
12. 前記２つの直線移動システム（ｕ１、ｕ２）はリニア・モータで構成されている、請求項９から１１のいずれか一項に記載のスピンドルの配置。
13. 前記２つの回転手段はトルク・モータである、請求項１から１２のいずれか一項に記載のスピンドルの配置。
14. 前記スピンドル・シャフト（１１）および前記２つの球形要素（１３、１４）のうちの少なくとも１つが、スラスト軸受（２１）として機能する、または前記スピンドルの前記軸に沿って作用している力に対抗する推力部材（２１）を収容するように加工される、請求項１から１３のいずれか一項に記載のスピンドルの配置。

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