JP4959111B2 - 機械の適合構造 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば工作機械などの機械における電力および/またはデータ伝送に関し、特に、機械のスピンドルに取り付けられた測定プローブなどの電気的アクセサリに対して電力の供給およびデータ通信を行うための装置に関するものである。しかしこれに限られるものでもない。
通常はカッタのために用いられる工作機械のスピンドルに測定プローブなどの電気的アクセサリを配置する場合、そのアクセサリに電力を供給し、かつそのアクセサリに対して信号経路を設けることが困難となる。特に大量のプロービングデータを遠隔レシーバに無線伝送する場合、バッテリでは寿命が限られている。また、特別な電力供給部品およびデータ伝送部品を機械のスピンドルのまわりに取り付けることは望ましいことではない。これらの部品が後に配置されるカッタに干渉したり、ワークピースまたは自動カッタ交換機構に衝突したりすることがあり得るからである。
特許文献1には、機械への電力供給および機械からの信号伝送を行うためにスピンドルのまわりに取り付けられる部品を含んだ機械の一例が示されている。特許文献2および特許文献3にも同様の装置が示されている。
特許文献4には、工作機械内で信号経路を提供する構成が開示されている。ここには、第1の誘導リンク(inductive link)の形態の回転可能スピンドルに対する信号経路を有する工作機械本体が開示されている。また、スピンドルと測定プローブとの間の第2誘導リンクが示され、これはテーパ付きシャンク(5)の最も幅広の部分を横切っている。プローブはシャンクに取り付けられる。
米国特許第4,339,714号明細書 米国特許第5,791,836号明細書 米国特許第4,536,661号明細書 米国特許第5,109,223号明細書
この特許の第2リンクの配置は現代の工作機械には適さない。テーパのベースの幅広の領域には、カッタが用いられる場合にカッタ側の高負荷およびスピンドルの高速回転に起因して高い応力が生じるからである。この第2リンクの位置では、挿入されるべきカッタシャンクによってノッキングし、シャンクホルダから脱落する恐れがある。従って、工作機械の製造者にとっては、現在の機械設計をうまく適合させて当該文献開示の構成を組み込むようにすることが困難である。同様に、新たに設計を行う場合にも、当該文献開示の第2誘導リンクによって生じる脆弱性を補償するための補強が必要となる。
さらにそのリンクが小さ過ぎれば伝送を十分に行えない。従って、第2リンクをテーパ付きシャンクの最大端に位置づけてそのサイズを最大にする必要があると考えられる。加えて、小径の工具シャンク(およそ30mm以下)の使用は実用的な提案ではない。シャンクに配置するリンクは、十分な電力供給を行うには余りにも小さ過ぎるからである。
誘導リンクが有効に機能するために、特許文献4記載のフェライトエレメントは磁化可能な材料(例えばシャンクの金属表面)から分離していなければならない。従って、効果的な作動のためには、シャンクの表面におけるリンクが位置する部位には遮蔽が必要となる。かかる遮蔽はシールされるべきものである。特許文献4の図1に示された応力発生位置で金属部分に対し金属部分をシールすることは、工作機械の作動環境において非常に困難である。
同文献の図1の構成では、工具シャンクとスピンドルとの間の相対的な方向付けが必要となる。かかる方向付けは工作機械上で常に可能であるわけではない。図2の構成では、上述の高応力発生位置においてシャンクに環状の窪みが必要となる。
特許文献5では、プローブへの電力供給についても考慮されていない。
第1の形態に係る本発明では、静止部分と、カッタまたは他の工作機械アクセサリのシャンクを取り外し可能に受容するシャンク受容領域を有するスピンドルとを具えるとともに、該スピンドルおよび前記静止部分間の第1の電気的リンクと、前記シャンク受容領域にあって前記第1のリンクと電気的に接続されることで、使用時に前記スピンドルおよび前記シャンク間に遮断可能な電気的リンクを提供する第2の電気的リンクの部分とを具え、該第2の電気的リンクの部分が少なくとも1つの電気接点の形態である、工作機械を提供する。
本明細書において、電気接点とは、物理的に導通する接点を提供することで、電気用にリンクを通る導電経路を生じさせるいかなる部分をも言う。本明細書において、第1のリンクは第1のエレメントと記述され、第2のリンクは第3のエレメントと記述される。
第2の形態に係る本発明では、工作機械カッタまたは他の工作機械アクセサリを工作機械のスピンドルに取り外し可能に取り付ける工作機械シャンクであって、少なくとも1つの電気接点の形態である電気的リンクの部分を具える工作機械シャンクを提供する。
第3の形態に係る本発明では、アクセサリを工作機械のスピンドルに取り外し可能に取り付けるシャンクを有する工作機械アクセサリであって、少なくとも1つの電気接点の形態である電気的リンクの部分を具え、前記電気接点を介して、電力を供給可能なもの、または信号経路を有するものである工作機械アクセサリ提供する。
第4の形態に係る本発明では、静止部分と、シャンク受容領域を有するスピンドルと、前記シャンク受容領域に取り外し可能に受容されるシャンクと、該シャンクに取り付けられる工作機械アクセサリとを具えるとともに、前記スピンドルおよび前記静止部分間の第1の電気的リンクと、前記シャンク受容領域にあって前記第1のリンクと電気的に接続されることで、使用時に前記スピンドルおよび前記シャンク間に遮断可能な電気的リンクを提供して前記アクセサリへ信号または電力を供給するための第2の電気的リンクとを具え、該第2のリンクが2つの部分として形成され、その一方の部分が前記スピンドルに取り付けられ、他方が前記シャンクに取り付けられ、それぞれの部分が相互間で電気的接続を行うための少なくとも1つの相補的接点を有している工作機械を提供する。
本発明は、特許請求の範囲に記載されたように測定プローブにも及ぶものである。
好ましくは、上記リンクは前記アクセサリに電力を供給するために用いられる。好ましくは、前記リンクは、前記アクセサリに対し、および/または前記アクセサリから信号を伝送するために用いられる。
以下、図面を参照して本発明を説明する。
図1を参照するに、モータ220によって直接駆動されるスピンドル210を有する工作機械200の部分が示されている。スピンドル210内のテーパ付きハウジング230の形態の空洞すなわちシャンク受容領域が用いられ、カッタもしくは、この図に示すように測定プローブ100を保持する。現代の工作機械は自動カッタ交換装置を有している。また、カッタに代えて他のアクセサリを用いることも可能である。すべては標準工具シャンク360に取り付け得る。ほとんどの標準工具シャンクはテーパ付き(円錐台)の形状である。本発明では、1以上のアクセサリとともにカッタを回転させる回転ラックが用いられ、適切なカッタ/アクセサリの選択がプログラムによって行われるようにすることができる。そして測定操作を実行する場合には、測定プローブ形態のアクセサリを回転ラックから選択し、スピンドルに自動嵌入することができる。機械は所望位置に移動可能であり、ワークピースを測定可能である。これらはスピンドルを並進移動させることによって、または、プローブ自身が移動可能なものであればスピンドルを静止させたままプローブを操作することによって、行うことができる。
工作機械200上の測定プローブ100または他のアクセサリに対し、回転要素(本例では連続回転可能なスピンドル210)を介して信号経路および電力を提供するためには、3つのエレメントを要する。第1のエレメントは静止した機械200とスピンドル210との間の電気的リンクであり、これによって回転界面を通して電力および/または信号接続が提供される。第2はスピンドル210に沿った経路であり、第3のエレメントはシャンク受容領域におけるスピンドルからプローブ100または他のアクセサリへの遮断可能な電気的リンクである。
この第1エレメント(その変形例については後に詳述する)を位置づけ可能な多くの位置があり、その諸例が図1において円で囲んだ参照符号1a、1b、1cおよび1dで示されている。位置1aは破線にて模式的に示されており、信号経路S、電力供給Pおよび本例の場合シャーシへのリターンEを与える回転リンクを提供する。
参照符号1bは第1エレメントに関して可能な他の位置を示している。位置1bにおいては、機械およびそのスピンドル間のリンクはモータ220内に形成され、後述のようにステータおよびロータコイルの形態をとることになる。
参照符号1cおよび1dは第1エレメントに関して可能な他の位置を示す。第1エレメントは、完全内包型の利点とともに後述するどのようなリンクの形態であってもよい。
参照符号2は第2エレメントすなわちスピンドルに沿った電力および信号経路を示しており、第1および第3エレメントに結合している。この部分の他の実施形態については後述する。
参照符号3も同様に、第3エレメントすなわちスピンドル210とプローブ100または他のアクセサリとの間のリンクの位置を示している。この部分の他の実施形態についても後述する。
図2〜図11は、静止した機械200から回転部分(本例の場合スピンドル210)に対して電力および信号経路を提供する種々の態様を示している。
図2はスリップリング構成を示し、一方が電力および信号の組み合わせ(P+S)を供給し、もう一方が共通リターンを形成する、2つのワイパ225および2つのリング222を有している。電力および信号の供給はスピンドルに沿って絶縁された経路Iを介して行われ、共通リターンEはスピンドルの残りの部分によって形成される。3以上のスリップリングを用いることで、例えば電力および信号経路を分離することもできる。
図3は他の機械‐スピンドルリンクを示し、誘導型ロータリトランスフォーマ(inductive rotary transformer)の形態としたものである。この変形例においては、トランスフォーマの巻き線を通る交流がロータリコイル230にピックアップされる。この構成においては1セットの巻き線のみを用いているが、一対のセットとするなど、より多くのセットが用いられてもよい。この構成において、電力Pおよび信号Sは1つの交流に組み合わされ、絶縁されたスピンドルトラックIを介してアクセサリ100に送出され、スピンドル経路Eを介してリターンする。このロータリトランスフォーマは、例えば5000RPMというような非常に高いスピンドル速度が用いられる場合には、より堅固なものとされる。使用時にトランスフォーマのコイルが求心力により側壁250に押圧されるからである。側壁は回転時にコイルを支持する。
図4は他の機械‐スピンドルリンクを示し、軸方向に離隔したステータ245とロータ240とを有する単一コイル型のロータリトランスフォーマの形態を有している。この構成は図3に示したロータリトランスフォーマと同様に作動する。
図5は機械‐スピンドル誘導リンクを示し、それぞれが回転部分252と静止部分253とをもつ複数コイル型のロータリトランスフォーマの形態を有している。使用時には分離した電力および信号経路が用いられる。この場合は、2つの絶縁経路IPおよびISをスピンドルに要する。ここでは共通のスピンドルリターンEが用いられている。
図6は他の機械‐スピンドルリンクを示し、この変形例ではステータ265およびロータ260を有するロータリトランスフォーマが用いられ、同様にステータ部分275およびロータ部分270を有する容量型リンクと組み合わされている。信号Sは容量型リンクを通り、電力はロータリトランスフォーマを介して供給される。スピンドルは2つの絶縁経路ISおよびIPと、共通リターンEとを有する。
図7は単なる容量性の機械‐スピンドルリンクを示す。ステータ290およびロータ295が示されている。この例では、電力経路P−IP並びに分離した信号経路S−ISおよび共通リターンEがある。電力経路は比較的高い容量を有するべきであり、従って容量プレート280の表面積を信号経路プレート285の面積に比べて大とするべきである。
図8は他の容量性の機械‐スピンドルリンクを示す。この変形例は、半径方向に張り出したプレート297/300を有することで、図6および図7に示した周面方向に延在するプレートによって達成されるものよりも大きい表面積を提供している。この例は図7に示した容量型リンクと同様に機能する。ステータ297およびロータ300が示されている。
図9はさらに他の機械‐スピンドルリンクを示す。この例では、ロータリトランスフォーマ310が電力供給に用いられている。信号経路ISは、光学機械モジュール(OMM)と協働するスピンドル内の光ファイバ315によって提供される。スピンドル内の信号経路は使用時に回転する光ファイバ315を介したものとなる。静止したOMMとスピンドルの回転部分との間には、光に交差する小さな間隙がある。従って、信号用のロータリリンクが形成される。ファイバ315に沿った双方向通信を行うために、スピンドルまたはアクセサリ内に光学トランシーバが設けられていてもよい。
図10および図11は光ファイバ−OMMリンクの例を示す。図10は静止した軸方向エミッタ/センサを介してデータを送信および/または受信可能なファイバ315を示している。図11aはY字型のファイバ315を示し、当該Y字型のファイバ315の端部の周方向に配された静止エミッタ/センサのリング325を介してデータを送信および/または受信可能なものである。図11bはディスク316にまとめたファイバ315を示し、静止エミッタ/センサのリング325を介してデータを送信および/または受信可能なものである。
図2に示した電気的リンクが接触型リンクであるのに対し、図3〜図11bに示した電気的リンクは非接触型リンクである。
図12および図13はスピンドル210を通る断面で示した第2エレメントの例であり、延伸バーのボア(draw-bar bore)330を有している。各図は、信号用の経路ISおよび電力用の経路IPの2つの絶縁経路と、スピンドルの残りの部分で形成される共通リターンEとを示している。これらの例では、スピンドルの動釣合いのために2つの配線が用いられている。信号経路および電力経路を組み合わせることで、1つの配線のみを要するものであってもよい。単一配線のみである場合には、釣合い錘または非対称領域を用いて釣り合いの取れたシャフトが提供されるようにすればよい。図示のものは2本の絶縁配線であるが、3以上の配線が用いられてもよい。これに代えて、もしくはこれとともに、1以上の光ファイバが所要の信号経路を形成するものでもよい。光ファイバを全体的に省略し、機械‐スピンドルリンクおよび電気的デバイス間に直線の光路が提供されるようにすることもできる。
電気経路ISおよびIPは、例えば1または複数の溝内に配置した可撓性の導電ストリップにより分けた導電経路で形成されていてもよく、あるいは中央の延伸バーのボア330の内側に巻き上げて形成されたものでもよい。電力および信号経路は、絶縁された延伸バー、スピンドルまたは延伸バー上に形成された導電プレートの個別のストリップ、あるいはスピンドル内または延伸バー内の同心絶縁チューブによって形成することも可能である。
図14a、図14bおよび図14cは本発明の第3エレメントすなわちスピンドルリンクおよび電気的デバイス間の遮断可能リンクの例を示す。図14aはスピンドル210の端部を通る断面図であり、スピンドルのテーパ付きハウジング内のプローブ100を示している。図14bは図14aの部分拡大図、図14cは図14aにおける14c−14cでスピンドル210を通る断面図である。
本例において、プローブ100に対しては、電力とともに、ばね付勢された接点340を介して信号の経路が提供され、プローブ100の周方向絶縁トラック350に接続される。プローブのテーパ付き嵌合部によって、例えば表面36の部位でプローブの直接的接触が可能となり、これによって電力および信号用の共通シャーシリターンが提供される。
ばね接点340に対する代替位置が符号Aで示されている。本例では単一のばね接点340のみを示しているが、釣合いのためにダミー接点345(図14c)が用いられてもよい。さらに、2以上の周方向絶縁トラック350と組み合わされる2以上のばね接点340を用い、電力経路と信号経路とが分離されるようにしてもよい(その例が図14cにおいて破線340',350'で示されている)。ばね接点340(またはさらにばね接点340')をシャンク100内に設け、トラック350をスピンドル210に設けることもできる。トラック350,350'が円周の一部であってもよい。
図14dは図14a、図14bおよび図14cに示したプローブの変形例である。この変形例においては、絶縁トラック350の代わりに、プローブのシャンク360が分割されている(ここでは部分61、62、63および64に4分割されている)。各分割部分は上述したようなばね付勢接点を有している。かかる接点は図14aに示した位置ないしは位置Aに配置することができる。
図14bおよび図14cに示したトラック350の代わりに、トラック361によってシャンクを複数の個別領域に分割することができる。この例では、スピンドル上、互いに90度をもって4つの接点が配置され、それらは形状が一致した四分円状となっている。
図15はスピンドル−プローブリンクの他の2例を示す。図においては、一方の例が中心線の左側に、他方の例が中心線の右側に示されている。各例とも、各部間の電気的絶縁が太線で示されている。
左側部分においては、信号および電力の組み合わせ経路IS/IPが延伸バー333に組み込まれたものとして示されている。使用時には延伸バーの絶縁部分335がプローブ100の絶縁領域334に接触する。従って、電力および信号の経路は、延伸バー、プローブおよびスピンドルの残りの部分から電気的に分離した状態に保持される。シャーシはリターン経路Eを形成する。右側部分には、分離した信号経路ISおよび電力経路IPが示されている。この例では、延伸バー333は2つの絶縁部分336および337を有する。これらの部分は、それぞれ、プローブ100上の絶縁エレメント338およびばね接点339に接続されている。また、電気的に分離した経路が信号の延伸バーおよびプローブ間に形成され、シャーシはリターン経路Eを形成している。
図16aはスピンドルからプローブへのリンクの他の例を示す。本例では、延伸バー330内で冷却剤チャネル331が用いられている。プローブ100がスピンドルに取り付けられた場合には、このチャネルは使用されない。本例において、チャネルは2つのリング366および367を含み、冷却剤チャネル331を閉塞するプラグ365に取り付けた2つのばね接点368および369と協働する。プローブがスピンドルに挿入されると、ワイパリング370が作動してリング366および367から冷却剤を除去し、プローブの動作時に接点に滴が及ぶのを防止する。本例でもシャーシリターンEが用いられる。図16bはリンクの部分を拡大して示している。プラグ365を中空とすれば、他のアクセサリに対する冷却剤の供給を行うことができる。
図17はスピンドルからプローブへのリンクのさらに他の例を示す。本例では分離した信号経路および電力経路が設けられている。延伸バー330は同心の内側部分330Sおよび外側部分330Pを有し、それぞれ互いに、かつスピンドル210からも絶縁されている。そして、延伸バーの内側部分330が信号経路を提供し、外側部分330Pが電力経路を提供する一方、スピンドルがリターンを形成する。使用時には、内側の延伸バー部分のリング367がプローブのばね接点369と電気的に接続され、延伸バーとプローブとを信号経路にリンクさせる。使用時には、外側の延伸バー部分の絶縁部335がプローブの絶縁部334と電気的に接続され、延伸バーとプローブとを電力経路にもリンクさせる。シャーシはリターンを形成している。
図18は、図1に示した機械200のベースに第1エレメント(1d)、第2エレメント(2)および第3エレメント3を有してなる実施形態を示す。さらに詳細には、機械200とスピンドル210との間の電力および信号伝送を行う誘導リンク10が示されている。電力および信号用に、スピンドルを通る経路が破線P/Sの部位に設けられる。スピンドル210のテーパ付きハウジング230には接点18が組み込まれ、テーパ付きシャンク360の相補接点20と電気的に接続される。相補接点20はシャンク360に嵌合するアクセサリ100と電気的に接続される。
スピンドルおよびシャンク間のリンクがシャンクハウジング230の後端側に位置づけられていることに注意されたい。その位置では、カッタまたはアクセサリがハウジングに着脱される際、ハウジング内のリンク例えば接点が損傷する恐れがない。また、前端位置にある場合よりもスピンドル内の応力が遥かに小さくなるので、より大きいリンクを用いることが可能となり、スピンドル内での機械的故障の恐れをなくすことができる。上述の利点は、リンク(接触型のものである必要はない)がハウジングの後ろの1/3に位置づけられる場合に生じるものである。しかしながら、それらの利点は、リンクがハウジングの後ろの1/2に配される場合にも明らかに生じる。接点の使用によって、同サイズの非接触型(例えば誘導型)リンクを用いる場合に達成されるよりも、スピンドルおよびシャンク間でより大きい電力伝送を行うことが可能となる。
この実施形態のための電気経路のスキームは図23について後述する。
図19はシャンク360、スピンドルに取り付けた接点18およびシャンク接点20を示す。本実施形態において、接点はばね性のある金属でなる「C」字形状のリング21/22および24/25の2セットとなっており、それぞれがアクセサリ100(不図示)の電気経路の一部をなしている。リング22,24は弾性のある電気的絶縁材26においてシャンクに取り付けられる。この絶縁材は、例えば硫化ゴムや可撓性のあるポリウレタンなどのエラストマー材である。スピンドル接点はシャンクのテーパ部分の頂部に向かって配置される。スピンドル接点21/25は非導電性の硬質プラスチックブロックに取り付けられ、シャンクの各サイドに位置づけた2対ある。それらはリング22/24のまわりにほぼ50〜90度の円弧状に延在している。シャンクを完全に囲むリングとすることも可能である。シャンクに取り付けられるべきアクセサリへの電気経路はシャンク内の通し穴(不図示)内にある導体を介するものとなる。図18および図19に示したシャンクは「BT40 type shank」として知られるものの形状(proportions)を有している。
接点21/25は突出せずに窪んでおり、工具がスピンドルに使用される際、標準工具シャンクが接点と干渉しないようになっている。
図20は図18および図19に示した実施形態と同様の形状を示している。図20に示されたシャンクは「HSK shank」として知られたもので、その他の点では部品の構成は図18に示したものと同様である。接点28/30の構成は図18および図19に示した接点と同様である。それらが同材料で構成され、同位置に配置されることで、上述した接点と同様の利点を有することになる。図21および図22には接点がより詳細に示されている。
図21は(HSK)シャンク360と、それに取り付けたアクセサリ(プローブ)100とを示す。接点対30が示されており、これは非導電性エラストマー材26に取り付けた導電トラック24を有している。同様の対がシャンクの反対側にも配置される(不図示)。また、アクセサリ100への接続も内部の通し穴を介して行われる。
図22は図20に示した接点28/30の詳細を示している。「C」字型のプラスチックブロック29がスピンドル210の各側部にあり、接点28を収容する。接点28は剛に取り付けた金属製の「C」字型リング25の対によって形成され、シャンク上の接点24に接続される。同様の接点ブロックがスピンドルの反対側に配置され、図示の位置21と反対側の位置でそれぞれの接点の対と接続される。明瞭化のためにエラストマー材は省かれており、電力または信号を搬送するための、絶縁された2つの導体35が示されている。
接点ブロックをオフセットして非指向性シャンク(non-oriented shanks)に適応するようにしてもよい。
図23aおよび図23bは図18〜図22に示した実施形態に適用可能な接点のセットを通る断面を示している。図23aは分離した接点、図22bは導電経路を形成する接点を示す。接点は図19に示したものと同様の構成を有し、同様に部分は同じ参照符号で示されている。2つの接点ブロック18が対向位置に設けられ、そのそれぞれは取り外し可能に、「C」型クリップによって固定される。接点ブロック26はエラストマー材で形成され、シャンク360がスピンドル210のシャンクハウジング230内に引き込まれるとき、接点22および24が内向きに押される際に弾性変形可能である。エラストマー材は図23bに示す矢印の方向に膨らみ得る。この結果、接点のまわりの冷却剤などの残留物が押しのけられる。エラストマー材を外側の接点ブロック18に、またはブロック18および26の双方に用いてもよいことが理解されよう。接点22および24を弾性的に取り付け、スピンドル210内の外側接点を剛とすることで、スピンドル回転時に接点22および24が外向きに付勢されて外側接点に接触するようにすることが好ましい。
図24は図18〜図22に示した実施形態において用いる電気的な主要部を模式的に表している。2つの誘導ラインが用いられて、静止したハウジングとスピンドルの回転部分との間の接続が提供される。それらのラインの一方は電力用、もう一方は信号用である。また、スピンドルとシャンクとの間の接続を行うための2つの接点のセット21/22、24/25が示されている。リンクの回転可能な部分は破線で囲まれた領域内に示されている。各誘導リンクは、近接して配置した一対のフェライト製環状リング40/50(これらは図18および図20に示した実施形態では「U」字型である)によって形成され、その各々に導電コイル45/55が組み合わされている。フェライトリングおよびコイルは共に、静止した機械200とスピンドル210との間に非接触型の誘導リンクを形成する。フェライトリングおよびコイルは互いに回転可能である。2セットのフェライトリング/コイルが異なる直径DPおよびDSを有することで、一方のセットを他方に対し位置決めすることが可能となる。これは、機械の軸方向の省スペース化を意味する。誘導エレメント間の分離は、スピンドルの回転軸のまわりの円筒形状として示される。しかし軸に直交する方向の平面内での分離も可能である。
測定プローブへの、それが取り付けられる機械を介した電力供給および/または信号経路の提供を行うことの利点は、
プローブの内部電源が不要となるか、または小さくできること、
バッテリ室および伝送モジュールがないことで、プローブをより小型化できること、
オペレータがバッテリを交換する必要がないこと、
上述した接触型、誘導型または容量型リンクは、機械のスピンドルの外側に無線または光のデータ伝送システムを用いる場合よりも外部の干渉を被る恐れが少ないこと、および
機械の外側に部品がないので、プローブの非使用時には、機械のその他の操作時に干渉する部品が残らないこと、
である。
工作機械および測定プローブへの応用に関して本発明を説明したが、本発明は多くの他の応用が可能であり、当該分野に限られることはない。例えば、回転する機械部分に電気的デバイスを受容し、該デバイスから又は該デバイスに信号経路および電力を供給可能ないかなる機械においても、本発明の使用を見出すことができる。
上記回転部分に使用可能なプローブ以外のアクセサリの例としては、ロボットのグリッパまたはワークピースマニピュレータ;レーザの面取り(deburring)工具(関節付き(articulatable)であってもよい));レーザのドリラ/プロファイラ/エングレイバ/サーフィスハードナ;例えば表面処理状態を測定するため、または工具の破損を監視するためのカメラ;調節可能な寸法加工、ワークピースクリーナ(例えば真空クリーナ);電磁石;高速モータ(例えば面取り用)、または、損耗、たわみ、損傷、同定あるいは使用記録デバイスなどの補助具を有する工具、などがある。
使用可能なプローブの他の例としては、アナログプローブまたはデータストリーミングプローブ;タッチトリガプローブ;カメラやレーザプローブなどの非接触型プローブ、または表面テクスチャプローブ、などがある。さらにプローブは、上述したシャンクに可動プローブヘッドを取り付けることで、関節運動が可能なものであってもよい。
アクセサリにはデータ記憶装置も含まれ、そのデータは読み取りまたは書き換え可能なものとすることができる。記憶されるデータには、同定のためのものや、工具および補助具が用いられる場合には工具の幾何学的形状(geometry)あるいは使用情報などを含むことができる。
本記載および特許請求の範囲はシャンクにも係る。ここで、シャンクと言う語は、機械の回転可能な部分とアクセサリとを取り外し可能に結合させるのに適した、いかなる結合部(例えば雄形および雌形)をも包含するものである。
工具シャンク、すなわち工作機械のスピンドルに嵌入する工具の部分には、現在いくつかの標準的な設計がある。図1および図14〜図23に示したプローブ100は、ただ2種のシャンク(HSKおよびBT40)を例示したものである。プローブなどの工具に代えて使用されるアクセサリには、電力供給および信号搬送に適したスピンドルを有するすべての機械に嵌めることができるようにするために、いくつかの異なるシャンクを要し得る。従って、本発明の特徴は、シャンク自身、すなわちアクセサリと機械の回転可能な部分との結合部にもある。いくつかの図では、シャンクはプローブと一体化されたシャンクとして示されているが、別体のアイテムであってもよく、アクセサリを使用する機械に適合する多くの設計から選択可能である。しかしアクセサリに電力を伝送する、および/または信号経路を提供する能力は有し得るものである。
以上説明し、例示したシャンクは使用時に機械に嵌められるものである。しかしそれらは機械から外しても使用されるものとすることができる。例えば、シャンクの接点を予備加熱電流の供給用に用い、測定プローブその他を暖めておくことで、測定時に熱に起因したエラーが生じないようにすることができる。他の例としては、機械への取り付け前における、接点を介した工具への工具データ(例えば、幾何学的形状、工具セット情報、予測される使用状態、歯の数など)のアップロードがある。
特許請求の範囲はスピンドルにも係る。ここで.「スピンドル」と言う語は、工具を回転可能に駆動および保持するのに適した工作機械の連続回転可能ないかなる部分をも包含するものである。
本記載および特許請求の範囲において用いた「リンク」という語には、シリアルまたはパラレル、単一または複数経路、接触型または非接触型のすべての電気的インターフェースを包含するものである。
信号経路と共に電力を供給することについて記載し、例示した。しかし本発明は、電力だけの提供、信号経路(電気的デバイスに対する、または該デバイスからの、または双方向の)だけの提供、あるいは、電力および信号経路の双方の、組み合わせたまたは分離した提供に及ぶものである。電力および信号経路を分離することは、信号の高調波歪みが生じる可能性を低くすることができるので好ましい。
信号は1ないし100MHzの周波数で伝送されることが好ましい。この範囲であれば損失が小さい。電力は20KHz以上(好ましくは約100KHz)の周波数の交流で伝送されることが好ましい。この周波数以上であれば、用いる接点間で起こる電食が小さくなる。接点の電食をさらに低減するために、接点をタングステンで作成することができる。20KHz以上の交流を用いる際には電食が生じないが、使用中の特に信号経路Sにおける電食を排除するために短パルスの電力を用いることも可能である。
取り付けられたアクセサリに対し、電力の供給を行うとともに、データの双方向の伝送を行うために適合した工作機械スピンドルの一般的構成を示す。 スピンドルに対し電力の供給を行うとともに、スピンドルへのデータ伝送およびスピンドルからのデータの受信を行うための実施形態を示す。 スピンドルに対し電力の供給を行うとともに、スピンドルへのデータ伝送およびスピンドルからのデータの受信を行うための実施形態を示す。 スピンドルに対し電力の供給を行うとともに、スピンドルへのデータ伝送およびスピンドルからのデータの受信を行うための実施形態を示す。 スピンドルに対し電力の供給を行うとともに、スピンドルへのデータ伝送およびスピンドルからのデータの受信を行うための実施形態を示す。 スピンドルに対し電力の供給を行うとともに、スピンドルへのデータ伝送およびスピンドルからのデータの受信を行うための実施形態を示す。 スピンドルに対し電力の供給を行うとともに、スピンドルへのデータ伝送およびスピンドルからのデータの受信を行うための実施形態を示す。 スピンドルに対し電力の供給を行うとともに、スピンドルへのデータ伝送およびスピンドルからのデータの受信を行うための実施形態を示す。 スピンドルに対し電力の供給を行うとともに、スピンドルへのデータ伝送およびスピンドルからのデータの受信を行うための実施形態を示す。 スピンドルに対し電力の供給を行うとともに、スピンドルへのデータ伝送およびスピンドルからのデータの受信を行うための実施形態を示す。 スピンドルに対し電力の供給を行うとともに、スピンドルへのデータ伝送およびスピンドルからのデータの受信を行うための実施形態を示す。 スピンドルに対し電力の供給を行うとともに、スピンドルへのデータ伝送およびスピンドルからのデータの受信を行うための実施形態を示す。 スピンドルに沿って電力および信号を搬送するための装置を示す。 スピンドルに沿って電力および信号を搬送するための装置を示す。 図14a〜図14cは、電力供給または、スピンドルからそれに取り付けられたアクセサリへのデータ送受信を行うための装置の実施形態を示す。 図14dは、電力供給または、スピンドルからそれに取り付けられたアクセサリへのデータ送受信を行うための装置の実施形態を示す。 電力供給または、スピンドルからそれに取り付けられたアクセサリへのデータ送受信を行うための装置の実施形態を示す。 図16aおよび図16bは、電力供給または、スピンドルからそれに取り付けられたアクセサリへのデータ送受信を行うための装置の実施形態を示す。 電力供給または、スピンドルからそれに取り付けられたアクセサリへのデータ送受信を行うための装置の実施形態を示す。 電力供給または、スピンドルからそれに取り付けられたアクセサリへのデータ送受信を行うための装置の実施形態を示す。 電力供給または、スピンドルからそれに取り付けられたアクセサリへのデータ送受信を行うための装置の実施形態を示す。 電力供給または、スピンドルからそれに取り付けられたアクセサリへのデータ送受信を行うための装置の実施形態を示す。 電力供給または、スピンドルからそれに取り付けられたアクセサリへのデータ送受信を行うための装置の実施形態を示す。 電力供給または、スピンドルからそれに取り付けられたアクセサリへのデータ送受信を行うための装置の実施形態を示す。 図23aおよび図23bは、電力供給または、スピンドルからそれに取り付けられたアクセサリへのデータ送受信を行うための装置の実施形態を示す。 電力供給または、スピンドルからそれに取り付けられたアクセサリへのデータ送受信を行うための装置の実施形態を示す。

Claims (10)

  1. 静止部分と、該静止部分に対して連続的に回転可能なスピンドルであって、カッタまたは他の工作機械アクセサリのシャンクを取り外し可能に受容するシャンク受容領域を有する当該スピンドルと、を具えるとともに、前記スピンドルおよび前記静止部分間の第1の電気的リンクと、前記シャンク受容領域にあって前記第1の電気的リンクと電気的に接続されることで、使用時に前記スピンドルおよび前記シャンク間に遮断可能な電気的リンクを提供する第2の電気的リンクの部分とを具え、
    前記第1の電気的リンクが誘導リンクであり、該誘導リンクは工作機械の使用時において相対的離隔量をもつ相補インダクタを有し、該相補インダクタの一方が前記スピンドルに取り付けられ、前記相補インダクタの他方が前記静止部分に取り付けられ、
    前記第2の電気的リンクの前記部分が少なくとも1つの電気接点の形態であり、該電気接点が前記スピンドルおよび前記シャンク間の遮断可能な電気接点を提供するとともに、
    前記第1および第2の電気的リンクを約20KHzより高い周波数の交流が通るようにした工作機械。
  2. 前記第1の電気的リンクおよび前記第2の電気的リンクの部分が、電力および信号のいずれかまたは双方を伝送するよう構成されている請求項1に係る工作機械。
  3. 前記第1の電気的リンクおよび前記第2の電気的リンクの部分がそれぞれ2つの経路を有し、一方の経路が電力を、他方が信号を伝送するものである請求項1または請求項2に係る工作機械。
  4. 前記受容領域が開口および該開口から最も離れた後端領域をもつ空洞の形態であり、前記第2の電気的リンクの部分が前記開口よりも前記後端領域に近く配置されている請求項1ないし請求項3のいずれかに係る工作機械。
  5. 前記少なくとも1つの電気接点が、前記シャンク受容領域で非導電性のブロックに取り付けられるC字型の導電エレメントの形態である請求項1ないし請求項4のいずれかに係る工作機械。
  6. 前記ブロックが前記領域に取り外し可能に保持される請求項5に係る工作機械。
  7. 前記シャンク受容領域に取り外し可能に受容されるシャンクを具え、
    前記第1の電気的リンクおよび前記第2の電気的リンクが前記工作機械アクセサリのための信号または電力を提供し、
    前記第2の電気的リンクが2つの部分として形成され、その一方の部分が前記スピンドルに取り付けられ、他方が前記シャンクに取り付けられ、それぞれの部分が相互間で電気的接続を行うための少なくとも1つの相補的接点を有している請求項1に係る工作機械。
  8. 前記相補的接点の一方または双方が弾性的に取り付けられている請求項7に係る工作機械。
  9. 前記相補的接点の一方が突出していないものである請求項7または請求項8に係る工作機械。
  10. 前記周波数が約100KHzである請求項1ないし請求項9のいずれかに係る工作機械。
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