(57)【要約】本発明は、工作機械の静止部分（２００）とそのスピンドル（２１０）に取り付けられたアクセサリ（１００）との間のデータおよび／または電力の伝送に関する。第１の電気的リンクすなわちインターフェース１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは静止部分（２００）とスピンドル（２１０）との間の電気接続を提供し、また第２の電気的リンクすなわちインターフェース（３）が設けられて、アクセサリ取り付け領域（２３０）で第１の電気的リンクと接続される。第２リンク（３）は電気接点の形態である。本発明は、機械のスピンドル（２１０）への取り付けを行うためのアクセサリシャンク（３６０）に、またそのシャンク（３６０）に接続される測定プローブなどの形態のアクセサリ（１００）にも及ぶ。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静止部分と、該静止部分に対して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。
【請求項２】
前記第１リンクおよび前記第２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。
【請求項３】
前記第１リンクおよび前記第２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。
【請求項４】
前記第１リンクが誘導リンクであり、該誘導リンクは前記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、前記インダクタの他方が前記静止部分に取り付けられている請求項１ないし請求項３のいずれかに係る工作機械。
【請求項５】
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４のいずれかに係る工作機械。
【請求項６】
前記第２リンクの部分が前記空洞の後端側の１／３に配置されている請求項５に係る工作機械。
【請求項７】
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６のいずれかに係る工作機械。
【請求項８】
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７に係る工作機械。
【請求項９】
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た工作機械シャンク。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの電気接点が、導電エレメントおよび該導電エレメントを支持する弾性支持部の形態である請求項９に係る工作機械シャンク。
【請求項１１】
前記シャンクが前記工作機械カッタまたは他の工作機械アクセサリの取付け位置に最も近い端部と、当該位置からから離れた遠方端部とを具え、前記少なくとも１つの接点が前記取り付け側の前記端部よりも前記遠方端部の近くにある請求項９または請求項１０に係る工作機械シャンク。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの接点が前記シャンクの前記遠方端部に近い前記シャンクの１／３内にある請求項１１に係る工作機械シャンク。
【請求項１３】
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、前記少なくとも１つの電気接点を介して、電力を供給可能なもの、および／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。
【請求項１４】
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測定プローブであって、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、前記アクセサリが、前記少なくとも１つの電気接点を介して、電力を供給可能なもの、および／または信号経路を有するものである測定プローブ。
【請求項１５】
静止部分と、シャンク受容領域を有し前記静止部分に対して回転可能なスピンドルと、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。
【請求項１６】
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１５に係る工作機械。
【請求項１７】
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１５または請求項１６に係る工作機械。
【請求項１８】
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リンク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１５ないし請求項１７のいずれかに係る工作機械。
【請求項１９】
前記第２リンクが前記空洞の後端側の１／３に配置されている請求項１８に係る工作機械。
【請求項２０】
前記第１および第２リンクを約２０ＫＨｚより高い周波数の交流が通る請求項１５に係る工作機械。
【請求項２１】
前記周波数が約１００ＫＨｚである請求項２０に係る工作機械。
【請求項２２】
静止部分と、該静止部分に対して連続回転可能な回転部分であって工具または他のアクセサリの結合部を取り外し可能に受容する結合部受容領域を有する当該回転部分と、を具えるとともに、前記回転部分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、使用時に前記回転部分と前記工具または他の機械アクセサリの前記結合部との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機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４，３３９，７１４号明細書
【特許文献２】米国特許第５，７９１，８３６号明細書
【特許文献３】米国特許第４，５３６，６６１号明細書
【特許文献４】米国特許第５，１０９，２２３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明を説明する。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
図１４ａ〜図１７に示したリンクは接触型リンクであるが、スピンドル‐プローブリンクを例えば容量型もしくは誘導型の非接触型のものとし、図３〜図９に示した第１エレメントについて説明したのと同様の形態をとるものとしてもよい。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１ａ】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。
【図１１ｂ】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。
【図１２】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１３】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１４−１】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１４−２】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。
【図１５】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１６】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。
【図１７】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１８】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１９】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２０】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２１】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２２】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２３】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。
【図２４】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１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４−１】
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【図１４−２】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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