(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械に固定のステータ部分（１８）と、回転軸線（１２）のまわりに回転可能な、工具に固定のロータ部分（２６）と、双方向無接触データ伝送用のステータ側およびロータ側の送受信要素（５６，５６’，５８，５８’）とを備え、該送受信要素（５６，５６’，５８，５８’）が光電構成要素として構成され、これら光電構成要素が、前記ステータ部分（１８）上および前記ロータ部分（２６）上で統合されて、それぞれ付属の送受信電子機構（６０，６０’，６２，６２’）を備えたステータ側およびロータ側の送信グループ（６４，６４’）および受信グループ（６６，６６’）を形成し、前記送受信要素（５６，５６’，５８，５８’）が、互いに対を成して対向し合うように且つ互いに次のように相対配置され、すなわち前記ステータ部分（１８）に対する前記ロータ部分（２６）の各回転位置で、前記ステータ側およびロータ側の送信グループおよび受信グループ（６４，６６’；６４’，６６）がそのそれぞれの前記送受信要素（５６，５８’，５６’，５８）の少なくとも１つを介して互いに通信し合うように相対配置され、変圧器の原理に従って誘導性エネルギー伝達を行うため、エアギャップ（３５）によって互いに切り離されたエネルギー巻線（５４，５４’）が、ステータ側およびロータ側にそれぞれ設けられている、工作機械の回転伝達装置において、
前記ステータ側およびロータ側のエネルギー巻線が、軸線方向の前記エアギャップ（３５）を介して互いに対向して配置され、且つそれぞれ隣接する前記送受信グループ（６４，６６’；６４’．６６）に対し前記回転軸線に関して同心に配置されていること、
前記ステータ側の送受信要素（５６，５８）と前記ロータ側の送受信要素（５６’，５８’）とが、その前記送受信電子機構（６０，６２，６０’６２’）とともに、前記エアギャップ（３５）からそれぞれ前記回転軸線（１２）の方向に間隔をもって、前記エネルギー巻線（５４，５４’）に対し遮蔽された前記ステータ部分（１８）または前記ロータ部分（２６）のケーシング（５０または５０’）内に配置され、且つ前記ステータ側の送受信要素（５６，５８）と前記ロータ側の送受信要素（５６’，５８’）とは、それぞれ１つの軸線方向の光誘導経路（６８，６８’）を介して、前記エアギャップ（３５）へ光を透過させる出入窓（７４，７４’）と連結されていること、
特徴とする回転伝達装置。
【請求項２】
前記ステータ側の送信グループ（６４）の前記送信要素（５６）と、前記ロータ側の受信グループ（６６’）の前記受信要素（５８’）とが、および、前記ロータ側の送信グループ（６４’）の前記送信要素（５６’）と、前記ステータ側の受信グループ（６６）の受信要素（５８）とが、前記回転軸線（１２）に対しほぼ同じ半径をもったステータ側およびロータ側の円または円弧上に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の回転伝達装置。
【請求項３】
前記ステータ側の送信グループ（６４）の前記送信要素（５６）と、前記ロータ側の受信グループ（６６’）の前記受信要素（５８’）とが、および、前記ロータ側の送信グループ（６４’）の前記送信要素（５６’）と、前記ステータ側の受信グループ（６６）の受信要素（５８）とが、対を成して同じ半径上に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の回転伝達装置。
【請求項４】
すべての前記送受信要素（５６，５６’，５８，５８’）が同じ半径上に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の回転伝達装置。
【請求項５】
前記ステータ側の送信グループ（６４）の前記送信要素（５６）と、前記ロータ側の受信グループ（６６’）の前記受信要素（５８’）とが、および、前記ロータ側の送信グループ（６４’）の前記送信要素（５６’）と、前記ステータ側の受信グループ（６６）の受信要素（５８）とが、互いに異なる色の光を放出し、受けることを特徴とする、請求項４に記載の回転伝達装置。
【請求項６】
前記送受信グループ（６４，６４’；６６， ６６’）の前記送受信要素（５６，５６’；５８，５８’）が、互いに所定の角度間隔で前記ステータ部分（１８）および前記ロータ部分（２６）上に配置されていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一つに記載の回転伝達装置。
【請求項７】
前記ステータ部分（１８）がその前記送受信グループ（６４，６６）およびその前記エネルギー巻線（５４）でもって筒セグメントにわたって延在していることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一つに記載の回転伝達装置。
【請求項８】
前記ロータ部分（２６）がその前記送受信グループ（６４’，６６’）およびその前記エネルギー巻線（５４’）でもって完全筒にわたって延在していることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一つに記載の回転伝達装置。
【請求項９】
前記送信要素（５６，５６’）が発光ダイオード（ＬＥＤ）として形成されていることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一つに記載の回転伝達装置。
【請求項１０】
前記受信要素（５８，５８’）がフォトエレメントまたはフォトダイオードとして形成されていることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一つに記載の回転伝達装置。
【請求項１１】
前記光誘導光路（６８，６８’）が光透過性中間層によって形成されていることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか一つに記載の回転伝達装置。
【請求項１２】
前記光誘導経路（６８，６８’）が光導波路または光導波路の束を含んでいることを特徴とする、請求項１１に記載の回転伝達装置。
【請求項１３】
前記光誘導経路（６８，６８’）が光誘導ディフューザを含んでいることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の回転伝達装置。
【請求項１４】
前記光誘導経路（６８，６８’）内に、データ伝送用に使用する光線を転向させるためのミラーまたはプリズム（７６）が配置されていることを特徴とする、請求項１１から１３までのいずれか一つに記載の回転伝達装置。
【請求項１５】
前記ステータ側の送信グループ（６４）の前記送信要素（５６）と、前記ロータ側の受信グループ（６６’）の前記受信要素（５８’）とが、および、前記ロータ側の送信グループ（６４’）の前記送信要素（５６’）と、前記ステータ側の受信グループ（６６）の受信要素（５８）とが、前記回転軸線（１２）に対し異なる半径をもったステータ側およびロータ側の円または円弧上に配置されていることを特徴とする、請求項１４に記載の回転伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械に固定のステータ部分と、回転軸線のまわりに回転可能な、工具に固定のロータ部分と、双方向無接触データ伝送用のステータ側およびロータ側の送受信要素とを備えた工作機械用回転伝達装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の回転伝達装置は、変位工具を備えた工作機械で使用される（特許文献１）。この公知の回転伝達装置の場合、ステータ側およびロータ側の送受信要素は、互いに対を成すように付設された、誘導性データ伝達用のステータ側およびロータ側の連結巻線を有し、該連結巻線は送受信電子機構に接続されている。さらに、変圧器の原理で誘導性エネルギー伝達を行うために、連結巻線に同心のエネルギー巻線がステータ側とロータ側とにそれぞれ設けられている。エネルギー巻線と連結巻線とはステータ側およびロータ側のそれぞれ１つのコア部によって互いに分離されており、この場合ステータ側のコア部とロータ側のコア部とは、互いに対向しあっている端部において、エアギャップを介して分離されている。この配置構成のある種の欠点は、データ伝送用の伝送経路とエネルギー伝送用の伝送経路との間に強磁性コア部が配置されているにもかかわらず、エネルギー伝送によるデータ伝送妨害が少なからずあることである。このことは、伝送効率がエネルギー巻線を介して制限されて、適用範囲を限定していることを意味している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】欧州特許第１８５６７０５Ｂ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、この点から出発して、妨害が少なく、エネルギー伝送効率が高い回転伝達装置を開発することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題を解決するため、請求項１に記載の構成が提案される。本発明の有利な構成および他の構成は従属項から明らかである。
【０００６】
本発明による解決手段は、実質的に、送受信要素が光電構成要素として構成され、これら光電構成要素が、ステータ部分上およびロータ部分上で統合されて、それぞれ付属の送受信電子機構を備えたステータ側およびロータ側の送信グループおよび受信グループを形成していることにある。この場合、ステータ側の送信グループの送信要素と、ロータ側の受信グループの受信要素とは、および、ロータ側の送信グループの送信要素と、ステータ側の受信グループの受信要素とは、軸線方向の伝達経路にわたって互いに対を成して対向し合うように且つ互いに次のように相対配置され、すなわちステータ部分に対するロータ部分の各回転位置で、ステータ側の送信グループとロータ側の受信グループとが、および、ロータ側の送信グループとステータ側の受信グループとがそのそれぞれの送受信要素の少なくとも１つを介して互いに通信し合うように相対配置されているのが、特に有利であることが明らかになった。これにより、回転し静止するロータ部分におけるデータ通信が中断なく行われるよう保証されている。
【０００７】
本発明の有利な構成によれば、ステータ側の送信グループの送信要素と、ロータ側の受信グループの受信要素とは、および、ロータ側の送信グループの送信要素と、ステータ側の受信グループの受信要素とは、回転軸線に対しほぼ同じ半径をもったステータ側およびロータ側の円または円弧上に配置されている。これは、例えば、ステータ側の送信グループの送信要素と、ロータ側の受信グループの受信要素とは、および、ロータ側の送信グループの送信要素と、ステータ側の受信グループの受信要素とが、対を成して同じ半径上に配置されていることによって行なうことができる。すべての送受信要素が同じ半径上に配置されていれば、特に有利である。
【０００８】
本発明の他の有利な構成によれば、送受信グループの送受信要素は、互いに所定の角度間隔でステータ部分およびロータ部分上に配置されている。
【０００９】
本発明の有利な構成によれば、変圧器の原理に従って誘導性エネルギー伝達を行うため、隣接する送受信グループに対して回転軸線に関し同心のエネルギー巻線が、ステータ側およびロータ側にそれぞれ設けられている。この場合エネルギー巻線は、互いに対向し合う端部においてエアギャップにより互いに分離されている、ステータ側およびロータ側の、強磁性材料から成るそれぞれ１つのコア部上に巻回されている。
【００１０】
自動操作システムによるロータへのアクセスを可能にするため、ステータ部分がその送受信グループおよびそのエネルギー巻線でもって筒セグメントにわたって延在し、他方ロータ部分がその送受信グループおよびそのエネルギー巻線でもって完全筒にわたって延在していれば、有利である。基本的には、完全筒状のステータ部分を備えた変形実施形態も考えられる。
【００１１】
本発明の他の有利な構成によれば、送信要素は発光ダイオード（ＬＥＤ）として形成され、他方受信要素はフォトエレメントまたはフォトダイオードとして形成されていてよい。有利には、送信要素と受信要素とが１つの構成ユニットを形成し、半二重作動のために選択的に切換え可能である。
【００１３】
光誘導光路は光透過性中間層によって形成されていてよい。これとは択一的に、光誘導経路は光導波路または光導波路の束を含んでいてよい。さらに、接続ケーブルの最適な収納と、スペースの活用を改善するため、特にステータの光誘導経路内に、データ伝送用に使用する光線を転向させるためのミラーまたはプリズムが配置されているのが有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
次に、本発明を図面に図示したいくつかの実施形態を用いて詳細に説明する。
【図１】機械主軸に締め付け固定され、エネルギー伝送およびデータ伝送用の回転伝達装置を備えた工具ヘッドの部分断面側面図である。
【図２ａ】半二重作動で回転を伝達させるための回転伝達装置をステータ側から見た平面図である。
【図２ｂ】図２ａの切断線Ａ−Ａによる断面図である。
【図２ｃ】全二重作動で回転を出達させるための図２ａに対応する図である。
【図３ａ】回転伝達装置の１実施形態の、図２ｂに対応する部分断面図である。
【図３ｂ】回転伝達装置の１実施形態の、図２ｂに対応する部分断面図である。
【図３ｃ】回転伝達装置の１実施形態の、図２ｂに対応する部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に図示した、精密回転ヘッドとして形成された工具ヘッド１０は、実質的に、本体１１と、工具ヘッドの回転軸線１２に対し横方向において本体１１に対し変位可能で、切削工具を有しているスライダ１４と、工具ヘッド１０内部に配置される、例えば直接に変位距離を測定するための測定装置の形態の少なくとも１つの電流消費装置（図示せず）と、スライダ１４用の電気位置調整モータとから構成されている。電流消費装置への給電とデータ交換とは、ステータ部分１８とロータ部分２６とから成る回転伝動装置１７を介して行う。工具ヘッド１０は、軸線方向において本体１１から突出している工具シャンク２０でもって工作機械２４の機械主軸２２と連結可能である。ステータ部分とロータ部分との間のエアギャップ３５を調整するため、ステータケース３４が位置調整機構４２を用いてステータ固定のホールダ４０にロータに対し間隔をもって且つ回転軸線１２に対し平行な軸線のまわりに回転位置を調整可能に配置されている。
【００１６】
図１、図２ａ、図２ｂに図示した実施形態では、ステータ部分１８は工具シャンク２０のほぼ６０゜ないし７０゜の部分範囲にわたってのみセグメント状に延在しており、シャンク周囲の大部分を露出させて、自動工具交換のために工具グリッパー４４をアクセスするための自由空間４３を形成させている。工具交換の際、工具ヘッド１０は、ステータ部分とは反対側から工具グリッパー４４によってグリッパー溝４６で把持され、工具連結部を解除すると、機械主軸２２に対し軸線方向に変位する。工具ヘッド１０と機械主軸２２との連結は、工作機械側で引張り棒４７を介して操作可能な締め付け機構を介して行われ、該締め付け機構は工作機械側から工具シャンク２０の中空空間４８に係合して工具ヘッドを機械主軸２２と連結させることで、平面締め付けと半径方向締め付けとを可能にする。
【００１７】
ステータ部分１８とロータ部分２６との間の無接触エネルギー伝達は、トランスフォーマー原理に従って行う。この目的のため、ステータ部分１８とロータ部分２６とはそれぞれ、ケーシング５０，５０’内に配置され、強磁性材料から成るコア部５２，５２’と、それぞれステータ側のコア部５２およびロータ側のコア部５２’に巻回されるエネルギー巻線５４，５４’とを有している。図２ａおよび図２ｂ、図３ａ、図３ｂ、図３ｃでは、エネルギー巻線５４，５４’とコア部５２，５２’とは、回転軸線１２に対し同心に配置されているリング要素として図示されている。
【００１８】
データ伝送用の送信要素５６，５６’と受信要素５８，５８’とは、光電要素として構成されている。送信要素５６，５６’は発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、受信要素５８，５８’はフォトダイオードまたは光電フォト要素である。受信要素５６，５６’には１つの送信電子機構６０，６０’が付設され、受信要素５８，５８’には１つの受信電子機構６２，６２’が付設されている。送信要素５６，５６’と受信要素５８，５８’と歯ステータ側でもロータ側でも統合されて送信グループ６４，６４’および受信グループ６６，６６’を形成している。この場合、互いに付設されているロータ側およびステータ側の送信グループおよび受信グループ６４，６６’；６４’，６６は、光誘導経路６８，６８’を介して互いに対を成すように対向しており、そして互いに相対的に回転軸線１２に同心の円上に次のように配置され、すなわちステータ部分１８に対するロータ部分２６の各回転位置で互いに付設されている送信グループおよび受信グループ６４，６６’；６４’，６６がそれぞれのその送受信要素５６，５８’；５６’，５８の少なくとも１つを介して互いに通信しあうように、配置されている（図２ａ）。図２ａ、図３ａ、図３ｃに図示した個々の実施形態では、送受信要素５６，５８；５６’，５８’は１つの構成要素に統合させることができる。この場合、双方向データ伝送を可能にするため、グループ状に組み合わせた送受信要素５６，５８’；５６’，５８を半二重方式で交互にその送受信電子機構６０，６２’；６０’，６２を介して送信器および受信器として作動させることができる。切換えは、データがステータ部分１８からロータ部分２６へ、そして、ロータ部分２６からステータ部分１８へ交互に伝送されるように、中央制御で行われる。
【００１９】
図２ｃの配置構成では、方向が異なるように互いに付設されている送信要素５６，５６’と受信要素５８，５８’とが種々の光を送受信し（たとえば５６，５８’が赤、５６’，５８が緑）、これによってそれぞれ他のグループを阻害しなければ、それぞれ同じ円径上に配置されている送信グループ６４，６４’と受信グループ６６，６６’とを全二重方式で作動させることもできる。
【００２０】
図３ｂに図示した実施形態では、ステータ部分１８上とロータ部分２６上とにそれぞれ送信グループ６４，６４’と受信グループ６６，６６’とが設けられ、送信グループと受信グループとはステータ部分１８およびロータ部分２６の異なる半径上に配置されている。この配置構成により、担持光色が同じでも全二重方式での双方向データ伝送が可能である。ロータ部分２６内およびステータ部分１８内で互いに対向しあっている送受信グループ６４，６６’；６４’，６６は、ステータ部分１８からロータ部分２６へ、および、ロータ部分２６からステータ部分１８へ逆方向に通信を行う。
【００２１】
図２ａおよび図３ａないし図３ｃから見て取れるように、送受信要素５６，５６’；５８，５８’は、ステータ部分１８内でもロータ部分２６内でもエアギャップ３５に対して軸線方向へ後方にずらして固有のケーシング部分７０，７２内に配置されている。送受信要素５６，５８’；５６’，５８の間の光学的連結は、光誘導経路６８，６８’と、該光誘導経路６８，６８’の、エアギャップ３５を介して互いに対向しあっている送出入窓７４，７４’とを介して行われる。光電送受信要素５６，５６’，５８，５８’および付属の送受信電子機構６０，６０’，６２，６２’の軸線方向におけるずれは、エネルギー伝送区間からの電磁散乱放射線を十分に遮蔽するためのものであり、よってエネルギー範囲での高い伝送効率の場合でも支障のないデータ交換が可能であるようにするためのものである。光誘導経路６８，６８’はたとえば光透過性中間層によって形成されていてよい。基本的には、その代わりに光導波路または光導波路の束を使用してもよい。光伝送を拡大させるため、光誘導経路は光誘導ディフューザとして構成されていてもよい。
【００２２】
図３ｃに示した実施形態の特徴は、光誘導経路６８内にしてステータ面１８上に、データ伝送のために使用する光線を転向させるミラーまたはプリズム７６が配置されている点にある。この処置により、ステータケーシング３４の軸線方向の拡がりを、よって該ステータケーシングの妨害輪郭を小さくさせることが可能である。
【００２３】
基本的には、ステータ部分１８に対し、ベースケーシングと交換ケーシングとから組み立てられている、２つの部分から成るケーシング３４を使用することが可能である。ベースケーシングはステータに固定のホールダ４０に固定されていてよく、他方交換ケーシングは図示していない分離個所に位置するようにベースケーシングに取り外し可能に固定されていてよい。ベースケーシング内には、送受信電子機構６０，６２と、信号処理電子機構と、エネルギー供給用の電気装置とをプリント回路基板上に配置してよく、該プリント回路基板は、ベースケーシングに設けた開口部を通じて挿入されるケーブルを介して工作機械制御部と結合させることができる。エネルギー巻線５４，５４’は、たとえばセラミックス、粉末状鉱石、ガラスファイバー材のような耐摩耗性添加物を備えた合成樹脂製の成形物に埋設され、交換ケーシング内でケーシング窓の構成にある。光誘導経路６８，６８’も耐摩耗性の添加物を備えた合成樹脂から成っていてよい。ステータ巻線５４を不必要な損耗から保護するため、特にステータ部分１８とオーバーラップするロータ部分２６を有していない従来の構成の工具を使用する場合、交換ケーシングは、ベースケーシングを取り外すことなく、簡単なグリップを用いて除去できる。損耗から保護する補助的な可能性は、ステータ部分１８のケーシング窓を非使用時にカバー（図示せず）によって閉鎖することである。カバーの取り付け取り外しは自動化することができる。
【００２４】
以上を総括すると、以下のようになる。本発明は、工作機械に固定のステータ部分１８と、回転軸線１２のまわりに回転可能な、工具に固定のロータ部分２６と、双方向無接触データ伝送用のステータ側およびロータ側の送受信要素５６，５８’，５６’，５８とを備えた工作機械の回転伝達装置に関する。大パワーの誘導性エネルギー伝送の場合も支障のないデータ伝送を保証するため、本発明によれば、送受信要素５６，５６’，５８，５８’は光電構成要素として構成され、これら光電構成要素は、ステータ部分１８上およびロータ部分２６上で統合されて、それぞれ付属の送受信電子機構６０，６２，６０’，６２’を備えたステータ側およびロータ側の送信グループ６４，６４’および受信グループ６６，６６’を形成している。互いに付設されているロータ側およびステータ側の送受信グループ６４，６６’；６４’，６６の送受信要素５６，５８’；５６’，５８は、軸線方向の光誘導経路６８，６８’を介して互いに対を成して対向し合うように且つ互いに次のように相対配置され、すなわちステータ部分１８に対するロータ部分２６の各回転位置で、互いに付設されている送受信グループ６４，６６’；６４’，６６がそのそれぞれの送受信要素５６，５８’，５６’，５８の少なくとも１つを介して互いに通信し合うように相対配置されている。
【符号の説明】
【００２５】
１０                工具ヘッド
１１                本体
１２                回転軸線
１４                スライダ
１７                回転伝達装置
１８                ステータ部分
２０                工具シャンク
２２                機械主軸
２４                工作機械
２６                ロータ部分
３４                ステータケース
３５                エアギャップ
４０                ホールダ
４２                位置調整機構
４３                自由空間
４４                工具グリッパー
４６                グリッパー溝
４７                引張り棒
４８                中空空間
５０，５０’        ケーシング
５２，５２’        コア部
５４，５４’        エネルギー巻線
５６，５６’        送信要素
５８，５８’        受信要素
６０，６０’        送信電子機構
６２，６２’        受信電子機構
６４，６４’        送信グループ
６６，６６’        受信グループ
６８，６８’        光誘導経路
７０，７２          ケーシング部分
７４，７４’        送出入窓
７６                プリズムまたはミラー
【図１】
0005842015.tif 000002
【図２ａ】
0005842015.tif 000003
【図２ｂ】
0005842015.tif 000004
【図２ｃ】
0005842015.tif 000005
【図３ａ】
0005842015.tif 000006
【図３ｂ】
0005842015.tif 000007
【図３ｃ】
0005842015.tif 000008