JPH0223301B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、回転する主軸に装着された工具が工
作物に接触したことによつて、工作機械上に形成
されるループ状の２次回路に誘導電流が流れるよ
うにし、この誘導電流が流れたことを電気的に検
出することで工具と工作物の接触を検出するよう
にした接触検出装置に関する。

一般にかかる接触検出装置においては、誘導電
流が流れる２次回路中に主軸を軸承するベアリン
グが直列的に入るため、ベアリングに油膜が生じ
てベアリングの内、外輪間が電気的に絶縁状態と
なると、工具が工作物に接触しても２次回路に誘
導電流が流れず、工具と工作物との間の接触を検
出できなくなる。

このため、従来では、ベアリングの油膜によつ
て発生する絶縁抵抗をバイパスする手段として、
主軸の外側面に接触し、主軸ヘツドに対して電気
的に導通されたブラシを設けていたが、このもの
では、工作機械を長期運転するとブラシが摩耗す
るため、長い周期ではあるものの一定の周期でブ
ラシを交換する必要があつた。

本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、主軸もしくはこれと電気的に導通状
態にある回転軸の外側面に、主軸ヘツドと導通す
る静電容量付加部材（以下単に容量付加部材と呼
ぶ）を非接触状態で近接配置することによつてベ
アリングに発生する絶縁抵抗をバイパスするよう
にして、かかるバイパス手段のメインテナンスを
不要にすることを目的とするものである。

以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。第１図において１０は工作機械の主軸ヘツド
であり、この主軸ヘツド１０には、先端部に工具
Ｔを装着した主軸１１が、軸方向に所定の間隔を
隔てて配設された一対のベアリング１２，１３を
介して軸承されている。この主軸１１の後端部に
は歯車Ｇ１が一体的に固着され、この歯車Ｇ１
は、回転軸１５を介して主軸ヘツド１０に軸承さ
れた歯車Ｇ２を介して、主軸駆動用モータ１６の
出力軸に取付けられた歯車Ｇ３に噛合している。

また、１７は一対のベアリング１２，１３の間
において主軸１１の外側に遊嵌された容量付加部
材であり、金属ボルト等によつて主軸ヘツド１０
に固着され、主軸ヘツド１０と電気的に導通して
いる。この容量付加部材１７に穿設された主軸１
１と同心の貫通穴は主軸１１の外径より、極くわ
ずか、例えば半径値で10μｍ〜100μｍ程度径が大
きく形成されており、その軸方向の長さは、容量
付加部材１７の内周面と主軸１１の外周面との対
向面積がなるべく広くなるように、可能な限り長
く作られている。

この容量付加部材１７によつて主軸１１と容量
付加部材１７の内周面との間に静電容量Cbが生
じることになり容量付加部材１７は主軸ヘツド１
０に対して電気的に導通しているため、この静電
容量Cbは第２図にも示されているようにベアリ
ング１２，１３に発生する油膜に基づく絶縁抵抗
Riに対して並列的な関係で存在することになる。

容量付加部材１７内周面と主軸１１の外周面と
は、平行平板でコンデンサと等価に考えることが
でき、前記静電容量Cbは、容量付加部材１７の
内径の半径をｒ、容量付加部材１７の長さをｌ、
容量付加部材１７と主軸１１との間の隙間をｄと
すると、次式によつて算出される値になる。

Cb＝１／36π×10⁹×2πrl／ｄ＝rl／1.8d×10¹⁰ (F) ただし、上式において半径ｒ、長さｌ、隙間ｄ
の単位は（ｍ）である。

例えば、容量付加部材１７の内径半径ｒを100
mm、長さｌを200mm、隙間ｄを10μｍとすると、
静電容量Cbは0.11μFとなる。

一方、２０は主軸ヘツド１０の前面に主軸１１
の外周を取巻くように配設されたトロイダル形の
励磁コイルであり、この励磁コイル２０は、検出
抵抗Rdを介して励磁用の交流電源２１に接続さ
れている。これにより、励磁コイル２０内には主
軸１１を取巻くような磁束が励起され、主軸１１
の工具Ｔが、これと対向して工作機械上に設置さ
れた工作物Ｗに接触すると、機械本体及び主軸ヘ
ツド１０、軸受１２，１３、主軸１１、工具Ｔ、
工作物Ｗによつて形成されるループ状の２次回路
２２に誘導電流が流れる。そして、これによつて
励磁コイル２０を流れる電流が増大して検出抵抗
Rdの両端間の電圧が上昇し、これに応答して接
触検出回路２３から接触検出信号TDSが送出さ
れる。

上記のように誘導電流が流れる２次回路２２に
はベアリング１２，１３が直列的に入るが、ベア
リングに発生する油膜に基づく絶縁抵抗Riは静
電容量Cbの導電特性によつてバイパスされるた
め、工具Ｔが工作物Ｗに接触した場合には、２次
回路２２に大きな短絡電流が流れ、接触時におけ
る検出抵抗Rd両端の電圧上昇率が大きくなつて
工具Ｔと工作物Ｗの接触を高感度にかつ確実に検
出できる。

例えば、励磁用の交流電源２１の周波数を2M
Hzとすると、0.11μFの静電容量Cbのインピーダ
ンスZcは、0.7Ωになり、絶縁抵抗Riによつて電
気的に絶縁されている主軸１１と主軸ヘツド１０
との間を充分小さな電気抵抗によつて導通できる
ことになる。

したがつて、工具Ｔが工作物Ｗに接触した時に
は、２次回路２２に大きな誘導電流が流れ、工具
Ｔが工作物Ｗに接触したことを確実に検出できる
ことになる。

なお、上記実施例において、容量付加部材１７
の内周面と主軸１１の外周面との間の隙間に、空
気よりも誘電率の高い流体を供給すれば、同形の
容量付加部材でより大きな静電容量を付加でき
る。例えば、スピンドル油等の潤滑油を供給した
場合には、潤滑油の空気に対する比誘電率は２程
度であることから、容量付加部材で付加できる静
電容量をほぼ倍化できる。

また、容量付加部材は、第１図に２点鎖線で示
すように主軸１１とともに回転し、主軸１１と電
気的に導通関係にある回転軸１５に設けてもよ
い。

以上述べたように本発明においては、主軸もし
くは主軸に対して電気的に導通状態にある回転軸
の外側面に接近して主軸を軸承する主軸ヘツドと
電気的に導通された静電容量付加部材を配設する
ことにより、主軸ヘツドと主軸との間に静電容量
を付与し、この静電容量に基づく導電作用によつ
てベアリングに発生する油膜の絶縁抵抗をバイパ
スするようにしたものであるから、保守を行なわ
なくても油膜の絶縁抵抗をバイパスする作用は半
永久的に持続し、保守を全く必要としない利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は
主軸ヘツドの縦断面図、第２図は接触検出装置の
等価的な電気回路図である。 １０……主軸ヘツド、１１……主軸、１２，１
３……ベアリング、１５……回転軸、１７……静
電容量付加部材、２０……励磁コイル、２１……
励磁電源、２２……２次回路、Ｔ……工具、Ｗ…
…工作物。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 主軸ヘツドに回転可能に軸承された主軸の工
   具とワークの接触によつて工作機械上に形成され
   るループ状の２次回路に誘導電流を生起せしめる
   ようにコイルを配置するとともにこのコイルを交
   流電源に接続し、前記接触の有無によつて生ずる
   電気的信号の変化を検出する信号検出手段を備え
   た接触検出装置において、前記主軸もしくは主軸
   と電気的に導通状態にある回転軸の外側面に接近
   して静電容量付加部材を配設して、前記主軸もし
   くは回転軸と前記静電容量付加部材との間が静電
   容量によつて電気的に導通されるようにし、さら
   に前記静電容量付加部材を前記主軸ヘツドに対し
   て電気的に導通させて取付けたことを特徴とする
   接触検出装置。