JPH02184240A - 回転体内の電気回路の電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、種々の回転体の内部に設けられている電子部
品等に、それを駆動するのに必要な電流電圧を供給する
ための回転体内の電気回路の電源装置に関する。

〔従来の技術〕

回転軸を有し、この回転軸により所定物体を回転させて
所期の目的を遂行する種々の機械、装置において、当該
回転軸に加わるトルク、スラスト（回転方向の力）１曲
げ、振動等を検出することはそれら機櫨、装置の制御に
とって不可欠であることが多い、このような機械、装置
の例として、工作機械の回転工具用の工具ホルダを挙げ
ることができる。即ち、ドリル、タップ、エンドミル等
の回転工具により加工物を切削加工する場合、回転工具
に折損、欠損、摩耗等を生じると、加工物に対して所期
の加工を行なうことができないばかりでなく、そのよう
な異常状態のままの運転が継続されることにより、加工
物が破損し、工作機械に損害を生じる場合がある。そし
て、これによる加工物の廃棄により生じる損失や工作機
械の修理等に要する損失は極めて大きなものとなる。特
に工具の折損事故の場合、その加工物への喰込みのため
事故処理が困難となり、結局加工物そのものが破損しな
くてもそれを破棄しなければならなくなる事態がしばし
ば生じる。

近年、工場の自動イヒ（ＦＡ）において、数値制御工作
機械の無人運転が企図されているが、このような無人運
転にあっては、上記の異常状態を自動的に検出し、工作
機械の運転停止等適宜の処置を採ることが不可欠となる
。ところが、上記の損失の防止は異常状態そのものの検
出によっては遅きに失して不可能であり、異常状態の発
生を事前に予知し、回転工具に対して異常状態の発生を
回避させるための動作、即ち、回転工具の後退、停止、
回転数減少等の動作を行なわせる必要がある。

このような要求を満足する装置が、例えば特開昭６２−
１６６９４８号公報等により提示されている。これを図
により説明する。

第４図は従来の回転工具用工具ホルダの断面図である。

図で、１０は回転工具の工具ホルダを示し、１１はその
円筒部、１２はそのシャンク部である。シャンク部１２
は工作機械の主軸穴に装着され、これにより円筒部１１
が回転せしめられる。

１３は円筒部１１内に設けられた主軸、１４は主軸１３
の先端部に固定された回転工具装着用チャックである。

１５ａ、１５ｂは主軸１３を円筒部１１内に支持する支
持部材、１６は主軸１３に固定された検出部である。１
７は検出部１６で検出されたスラストおよびトルクをこ
れらに対応する電気信号に変換する検出回路、１８は検
出回路１７の出力信号を外部に送信する送信回路、１９
は送信アンテナ、２０は工具ホルダ１０の外部の適宜個
所に固定されたアンテナ支持部である。

２１はアンテナ支持部２０に支持された受信アンテナで
ある。

上記構成において、支持部材１５ａ、１５ｂは主軸１３
の軸方向および回転方向に柔構造とされており、これに
より、回転工具に加わるスラスト。

トルクは円筒部１１に伝達されることなく、主軸１３を
経て検出部１６に伝達される。一方、半径方向には充分
大きな剛性を有する構造とされており、これにより、主
軸１３は円筒１１に横振れすることな（支持される。又
、検出部１６は主軸１３を経て伝達されるスラスト、ト
ルクによりそれらに応じたひずみを発生する構造のもの
が用いられ、そのひずみの大きさはひずみゲージを用い
て検出される。

このような工具ホルダｌＯを用いたスラストおよびトル
クの検出動作の概要を、ドリルによる穴あけ加工の例を
挙げて説明する。工具装着用チャック１４にドリルを装
着し、工作機械により円筒部１１を回転することにより
穴あけ加工が行なわれる。ドリルによる切削加工中、主
軸１３　（即ちドリル）には軸方向にスラストが、又、
回転方向にトルクが加わる。上記のように主軸１３は支
持部材１５ａ、１５ｂにより、その軸方向のみおよび軸
まわりのみに自由に変位できるように支持されている。

このため、主軸１３に加わるスラストおよびトルクは、
円筒部１１が回転していても何隻支障なく検出部１６に
伝達される。そして、これらのスラスト、トルクに応じ
て検出部１６に設けられたひずみゲージが変形し、その
抵抗値を変化せしめる。これら抵抗値の変化は、ブリッ
ジ回路、増幅回路等の適宜な構成より成る検出回路１７
により出力としてとり出され、この出力は送信回路１８
、送信アンテナ１９を介して工具ホルダ外に送信される
。受信アンテナ５はこれを受信し受信信号をスラスト信
号、トルク信号として増幅後、図示されていない制御装
置等に出力する。

これらスラスト信号、トルク信号を常時監視しながらド
リルの切削加工制御がなされる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記工具ホルダ１０に内蔵されている検出部１６、検出
回路１７および送信回路１８においては、前記ブリッジ
回路のための定電圧源、増幅回路や送信回路の駆動源の
ための電源が必要である。

通常、上記のような回転する工具ホルダ１０に電力を供
給する場合には、工具ホルダ１０に電池を内蔵する手段
や外部電源からスリップリングを介して電力を供給する
手段が採用されている。

しかしながら、電池を内蔵する手段では長寿命の電池が
必要となるとともに、電池の電圧を監視することが必要
となるという問題があった。又、スリップリングを用い
る手段では、ノイズが発生して検出精度が低下するばか
りでな（、切削油が飛散する環境下の使用となるため当
該切削油がスリップリングに付着し電力供給が不安定に
なるとい・）問題があった。これらの問題は工具ホルダ
ののみならず、内部に電気的回路を有する他の回転体に
おいても生じる問題である。

本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、
確実に電力を供給することができる回転体内の電気回路
の電源装置を堤供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明は、内部に電気的回
路が備えられた回転体において、この回転体の外周に近
接配置された光源と、前記回転体の回転時当該回転体に
おける前記光源と対向する位置の軌跡上の所定個所に配
置された光電変換素子と、この光電変換素子に発生する
電気を前記電気的回路に供給する電気供給手段とにより
電源装置を構成したことを特徴とする。

〔作　用〕

回転体が回転すると、その回転中、当該回転体に設けら
れた光電変換素子に光源からの光ビームが照射され、そ
の光電変換素子に電気が発生する。

光電変換素子に発生した電気は電気供給手段により回転
体内の電気的回路に供給される。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る電源装置の断面図、第２
図は第１図に示す′！１Ａｎ−ｎに沿う断面図である０
図で、第４図に示す部分と同一部分には同一符号を付し
て説明を省略する。２５は工作機械本体を示す、２６は
工作機械本体２５の所定個所に固定された支持部材であ
る。前記受信アンテナ２１は送信アンテナ１９に対向し
た位置に形成された支持部材３１の突出部先端に支持さ
れている。２７は支持部材２６に固定された光源であり
、円筒部１１の周面に近接して配置されている。光源２
７は、白熱灯、蛍光灯、その他種々の光源が用いられ、
図示されていない外部電源に接続されることにより光ビ
ームを放射する。２８ａ、２８ｂ、２８ｃは円筒部１１
に設けられた光電変換素子である。これら各光電変換素
子２８ａ〜２８ｃは互いに１２０度の間隔を置き、かつ
、円筒部１１の１回転中に光源２７からの光ビームが照
射される位置に配置されている。充電変換素子としては
、シリコン単結晶、ガリウム砒素単結晶等により構成さ
れるものが用いられる。２９ａ、２９ｂ、２９ｃはそれ
ぞれ光電変換素子２８ａ、２８ｂ、２８ｃを保護する保
護部材であり、光源２７からのビームを透過する部材で
作成されている。

３０は各光電変換素子２８ａ〜２８ｃが接続される電源
回路を示す。この電源回路　３０の具体例を第３図に示
す。

第３図は第１．２図に示す電源回路の具体例のブロック
図である。図で、第１．２．４図に示す部分と同一部分
には同一符号が付しである。電源回路３０は、各光電変
換素子２８ａ〜２８ｃに発生した電流を整流する整流回
路３０ａ、この整流回路３０ａで得られた直流電流、電
圧の大きさを制限するリミッタ３０ｂ、および電圧を調
整する３つのレギュレータ３０ｃ＋〜３０ｃ、で構成さ
れている。検出回路１７は前述のひずみゲージの抵抗値
の変化を検出するブリッジ回路１７ａおよびブリッジ回
路１７ａの検出出力を増幅する増幅回路１７ｂで構成さ
れている。上記レギュレータ３０ｃ＋はブリッジ回路１
７ａに、レギュレータ３０ｃオは増幅回路１７ｂに、レ
ギュレータ３０ｃ。

は送信回路１８にそれぞれ接続され、それぞれの回路の
電圧を適切な電圧に調整する。

次に、本実施例の動作を説明する。工作機械に工具ホル
ダが装着され回転せしめられると、各光電変換素子２８
ａ〜２８ｃは工具ホルダの１回転毎に光源２７のビーム
を受光することとなり、これにより各光電変換素子２８
ａ〜２８ｃには、それぞれ１２０度位相がずれた交番電
圧が発生する。

この交番電圧は整流回路３０ａにより直流に整流され、
リミッタ３０ｂにより過大電圧、電流を抑制された後、
各レギュレータ３０Ｃ５〜３０ｃ。

に供給される。これらレギュレータ３０Ｃ３〜３０Ｃ３
は供給された直流をそれぞれブリッジ回路３７ａ、増幅
回路１７ｂおよび送信回路１８に必要な所定電圧に調整
する。

ここで、加工が開始されて工具ホルダに取付けられたド
リルがワークに当接し、ワークの穴あけが開始されると
、これにより発生したスラストおよびトルクが主軸１３
を経て検出部１７に伝達され、検出部１７のひずみ部に
は伝達されたスラスト、トルクに応じてひずみが生じる
。このひずみによりひずみゲージがひずみ、そのひずみ
量はブリッジ回路１７ａにより検出される。検出された
ひずみ量、即ちスラスト、トルクはブリッジ回路１７ａ
から電気信号として出力され、増幅回路１７ｂで増幅さ
れ、送信回路１８により送信アンテナ１９から出力され
る。この送信信号は受信アンテナ２１により受信され、
図示されない制御装置に入力される。この制御装置は入
力されたスラスト、トルクの信号を予め定められた値と
常時比較し、比較の結果、必要な場合には警報装置を作
動させ、又は工作機械の運転を停止する等の所要の処理
を実行することとなる。

このように、本実施例では、工具ホルダの円筒部に光電
変換素子を配置し、当該円筒部外周に近接して光源を配
置し、この光源からのビームを光電変換素子に照射する
ようにしたので、電池やスリップリングを使用すること
なく検出回路や送信回路に確実に電力を供給することが
できる。

なお、上記実施例の説明では、回転体として工作機械の
工具ホルダを例示して説明したが、これに限ることはな
く、他のどのような回転体にも適用することができる。

又、光源を１つ設ける例について説明したが、同一円周
上に複数個設けることもできる。さらに、光源および光
電変換素子を同一円周上に設ける例について説明したが
、これらを軸方向に配列して設けることができるのは明
らかである。又、光源の出力側にレンズを設けることも
できるし、保護部材をレンズで構成することもできる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、回転体外周に光源を近
接配置するとともに回転体に光電変換素子を設け、回転
体の回転時光電変換素子に光源からのビームが照射され
るようにしたので、電池やスリップリングを使用するこ
となく回転体内の電気的回路に確実に電力を供給するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る電源装置の断面図、第２
図は第１図に示す線ｎ−ｎに沿う断面図、第３図は第１
図に示す電源回路のブロック図、第４図は従来の回転工
具用工具ホルダの断面図である。 １１・・・・・・・・・回転体、１３・・・・・・・・
・主軸、１６・・・・・・・・・検出部、１７・・・・
・・・・・検出回路、１８・・・・・・・・・送信回路
、２６・・・・・・・・・支持部材、２７・・・・・・
・・・光源、２８ａ〜２８ｃ・・・・・・・・・光電変
換素子、２９ａ〜２９ｃ・・・・・・・・・保護部材、
３０・・・・・・・・・電源回路。 第１図 第２図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部に電気的回路が備えられた回転体において、
   この回転体の外周に近接配置された光源と、前記回転体
   の回転時当該回転体における前記光源と対向する位置の
   軌跡上の所定個所に配置された光電変換素子と、光電変
   換素子に発生する電気を前記電気的回路に供給する電気
   供給手段とを設けたことを特徴とする回転体内の電気回
   路の電源装置。
2. （２）請求項（１）において、前記電気供給手段は、整
   流回路、電流制限回路および定電圧回路で構成されてい
   ることを特徴とする回転体内の電気回路の電源装置。